專利名稱：耐等離子體構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐等離子體構(gòu)件，所述耐等離子體構(gòu)件用作一種半導(dǎo)體制造裝置、液晶制造裝置等的組成件。
背景技術(shù)：
在制造各種半導(dǎo)體和液晶時，在蝕刻和清洗晶片等等中采用許多利用氟等離子體的工序。通常，在這些工序中所用的一種裝置的室壁都是用鋁制造。然而，鋁與氟等離子體反應(yīng)，而由此產(chǎn)生一種Al-F化合物。這種化合物變成負(fù)面影響各器件的顆粒物。為了防止這種情況，迄今為止，一般通過在等離子體暴露條件嚴(yán)重的室區(qū)用氧化鋁陶瓷，或是通過在其上提供一種耐酸鋁涂層，來抑制與氟等離子體的反應(yīng)。
然而，隨著近來器件性能的加強(qiáng)，利用常規(guī)技術(shù)中的氧化鋁陶瓷和耐酸鋁涂層已經(jīng)產(chǎn)生了一些問題。也就是說，由于最近的微加工進(jìn)展已經(jīng)促進(jìn)了高真空等離子體的應(yīng)用，因此，暴露于較高密度的氟等離子體中的氧化鋁受到較大程度地磨蝕。結(jié)果，產(chǎn)生Al-F顆粒物的量不可忽略不計。
已經(jīng)考慮了利用不產(chǎn)生Al-F顆粒物的氧化釔、YAG(釔鋁石榴石，Y3Al5O12)及類似物作為一種構(gòu)件代替氧化鋁。其中在利用氧化釔方面已有了逐漸增加的趨勢。在這種情況下，也利用氧化釔作為散裝陶瓷。可供選擇地，通過利用熱噴涂法用氧化釔涂裝一種現(xiàn)有材料的一個表面。通過利用熱噴涂法形成一層氧化釔涂層的方法對工序有較小影響，并以比較低的費(fèi)用被實現(xiàn)。因此，在目前情況下，使用在其基底材料的表面涂裝氧化釔的耐等離子體構(gòu)件逐漸增加。
有各種方法如熱噴涂法、化學(xué)汽相淀積(CVD)法、及等離子體汽相淀積(PVD)法用于在基底材料的表面上形成一層Y2O3涂層。在考慮所形成的涂層的費(fèi)用和厚度時，熱噴涂法被評價為十分實用。在利用由熱噴涂法所形成的一層涂層作為一種耐等離子層的情況下，它的致密度和粘合強(qiáng)度是重要的因素。如果一層的致密度低而孔隙度高，則它的蝕刻(侵蝕)率也高。另外，如果在涂層中存在一個到達(dá)基底材料的通孔，則涂層不能起一種保護(hù)層作用。在涂層和基底材料之間的粘合強(qiáng)度低的情況下，涂層有由于通過接收來自等離子體的能量所產(chǎn)生的應(yīng)力而剝落的可能性。涂層剝落產(chǎn)生的問題是涂層變成顆粒物的來源，并且露出基底材料。
日本專利未經(jīng)審查的公開JP-A-10-45467公開了耐腐蝕的構(gòu)件，所述構(gòu)件暴露于一種氟腐蝕性氣體或一種氟等離子體中的部分用一種復(fù)合氧化物制成，所述復(fù)合氧化物包括元素周期表3a族中的一種金屬及Al和/或Si。日本專利未經(jīng)審查的公開JP-A-11-157916公開了一種耐腐蝕的構(gòu)件，所述構(gòu)件暴露于一種氯腐蝕性氣體或一種氯等離子體中的部分用一種復(fù)合氧化物制成，所述復(fù)合氧化物含有元素周期表3a族中的一種金屬及Al和/或Si。
然而，按照J(rèn)P-A-10-45467的一種常規(guī)技術(shù)，暴露于氟等離子體中的一部分用一種復(fù)合氧化物制成，上述復(fù)合氧化物含有元素周期表3a族中一種金屬和Si。這種復(fù)合氧化物是一種石榴石晶體如YAG、一種單晶如YAM，一種鈣鈦礦晶體，及單硅酸鹽的經(jīng)過燒結(jié)的坯塊。該文獻(xiàn)未公開一種涂層是由Y2O3形成。另外，JP-A-11-157916的常規(guī)技術(shù)幾乎與JP-A-10-45467的常規(guī)技術(shù)相同。復(fù)合氧化物在該處形成的一部分是暴露于氟腐蝕性氣體或其(氟)等離子體中的那部分。因此，常規(guī)技術(shù)在這方面與本發(fā)明不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種耐等離子體構(gòu)件，所述耐等離子構(gòu)件用作一種半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中所用的裝置中的室壁或類似物。通過用一種含固溶體Si的Y2O3形成一個涂層，Y2O3的熔點降低，并使得能均勻地實施熱噴涂，以由此增強(qiáng)對基底材料的粘合性。另外，由于Y2O3層的均勻侵蝕，所以得到良好的耐腐蝕性。利用一種含固溶體Si的Y2O3，使得能防止晶粒落下，并使得可以減少顆粒物的產(chǎn)生。
按照本發(fā)明的第一方面，提供了一種耐等離子體構(gòu)件，所述耐等離子體構(gòu)件具有一種基底材料和一層Y2O3制的涂層，上述涂層在基底材料的一個表面上形成。該涂層具有10μm或大于10μm的厚度，并且涂層的Y2O3含有在100ppm-1000ppm范圍內(nèi)的固溶體Si。
按照本發(fā)明的第二方面，涂層通過用含有在100ppm-1000ppm范圍內(nèi)的固溶體Si的Y2O3熱噴涂形成。
按照本發(fā)明的第三方面，所述基底材料是鋁。
按照本發(fā)明的第四方面，固溶體Si是在一種Y2O3晶體中。
按照本發(fā)明，當(dāng)通過用一種含有在100ppm-1000ppm范圍內(nèi)的固溶體Si的Y2O3作為一種熱噴涂劑在基底材料表面上形成涂層作為耐等離子體構(gòu)件時，Y2O3的熔點降低，并可實施均勻的熱噴涂。另外，當(dāng)Y2O3層被腐蝕時，腐蝕是均勻地發(fā)生，結(jié)果它增強(qiáng)了耐腐蝕性。另外，利用含一種在100ppm-1000ppm范圍內(nèi)的固溶體Si的Y2O3膜作為一種熱噴涂劑時，提供了一些優(yōu)點是防止晶粒落下并因此減少顆粒物的產(chǎn)生。另外因為耐等離子體構(gòu)件可很容易通過熱噴涂形成，商業(yè)價值更大。


圖1是示出一種等離子體蝕刻裝置的側(cè)剖圖，按照本發(fā)明所述的一層涂層可以應(yīng)用到上述等離子體蝕刻裝置上；圖2是示出按照本發(fā)明所述的每個涂層和各比較例的涂層按其蝕刻率與氧化鋁蝕刻率之比的蝕刻率曲線圖；圖3是示出每個氧化釔噴涂層中的蝕刻量與鋁的關(guān)系曲線圖；圖4A是在蝕刻之前包括一種固溶體Si的氧化釔噴涂層的切割面的SEM(掃描電子顯微鏡)顯微照片；圖4B是在蝕刻之后包括一種固溶體Si的氧化釔噴涂層的切割面的SEM顯微照片；
圖5A是在蝕刻之前包括一種Si的氧化釔噴涂層的切割面的SEM顯微照片；及圖5B是在蝕刻之后包括一種Si的氧化釔噴涂層的切割面的SEM顯微照片。
具體實施例方式
按照本發(fā)明，形成一種耐等離子體構(gòu)件，上述耐離子體構(gòu)件在一種氟等離子體裝置的室壁等中使用，所述氟等離子裝置待用于在制造半導(dǎo)體和液晶的過程中實施蝕刻和清洗，并且上述耐等離子體構(gòu)件是一種對襯底具有良好粘合性的耐等離子體Y2O3保護(hù)膜。
本發(fā)明的耐等離子體Y2O3涂層是一種含一在100-1000ppm范圍內(nèi)的固溶體Si的Y2O3層。為了形成涂層，采用熱噴涂法。當(dāng)實施熱噴涂時，噴涂一種含固溶體Si的Y2O3。由于存在少量固溶體Si，所以Y2O3的熔點降低到由此能在其噴涂時形成均勻的熔化顆粒物。尤其是，由于固溶體Si，所以Y2O3熔點的降低可以抑制其中Y2O3液滴在到達(dá)基底材料之前開始聚集的現(xiàn)象出現(xiàn)。這樣，形成一個由Y2O3制成的致密層，因此增加了基底材料和涂層之間的粘合強(qiáng)度。
另外，由于在Y2O3中存在固溶體Si，所以有一些優(yōu)點是Y2O3涂層的腐蝕不僅是局部的而且還是均勻地發(fā)生以增加耐腐蝕性，和防止晶粒落下，因此減少顆粒物的產(chǎn)生。另一方面，在Si是在晶粒邊界中偏析代替Si不是固溶于Y2O3中的情況下，偏析的Y2O3被氟氣體選擇性地腐蝕，涂層的表面受到損壞，并且涂層表面的Y2O3晶體落下及顆粒物的產(chǎn)生增加。為了得到含少量固溶體Si的Y2O3，例如，可采用將Y2O3粉與Si粉混合，并在熱處理爐中用N2氣氛于1000℃下進(jìn)行熱處理10小時。
固溶體Si的量少于100ppm，則降低Y2O3的熔點不太有效，而量超過1000ppm，則Si形成一第二層。存在第二層不是優(yōu)選的，因為各部分的形成具有劣質(zhì)耐等離子體性。對制造半導(dǎo)體或液晶來說，含Si之外的一些金屬元素不是優(yōu)選的，因為它們使耐等離子體性降低。
實施例1通過用由原料粉構(gòu)成的經(jīng)過造粒的粉體，在純度為99.9％的鋁基底材料上制成一層Y2O3噴涂層，上述原料粉包括其含量為300ppm的固溶體Si。這種噴涂層的孔隙度為2.2％，而其粘合強(qiáng)度為268kgf/cm2。另外，通過X射線衍射確定只有Y2O3晶體。
在這種熱噴涂層上，通過用如圖1所示眾所周知的標(biāo)準(zhǔn)等離子體蝕刻裝置進(jìn)行蝕刻。在圖1中，標(biāo)號1和2代表一種高頻發(fā)生器，標(biāo)號3代表氟氣體，標(biāo)號4代表一個天線，標(biāo)號5代表一個晶片，標(biāo)號6代表一個樣品，標(biāo)號7代表一個磁體，及標(biāo)號10代表一等離子體蝕刻裝置。蝕刻條件如下蝕刻氣體CF4(100sccm)壓力4mTorr(m乇)高頻功率源射頻(RF)500W，偏壓RF 40W處理時間4小時將每個樣品放在一個石英玻璃片上，所述石英玻璃片放在一個晶片通常放在其上的一部分上。
實施例2通過用經(jīng)過造粒的粉體，在純度為99.9％的鋁基底材料上制成一層Y2O3噴涂層，上述經(jīng)過造粒的粉體包括其含量為800ppm的固溶體Si。這個噴涂層的孔隙度為2.0％，和其粘合強(qiáng)度為232kgf/cm2。另外，通過X射線衍射確定只有Y2O3晶體。
比較例1通過用經(jīng)過造粒的粉體，在其純度為99.9％的鋁基底材料上制成一層Y2O3噴涂層，上述經(jīng)過造粒的粉體由包括其含量為50ppm的固溶體Si的原料粉構(gòu)成。這個噴涂層的孔隙度為4.3％，和其粘合強(qiáng)度為137kgf/cm2。另外，用X射線衍射確定只有Y2O3晶體。
比較例2通過用經(jīng)過造粒的粉體，在純度為99.9％的鋁基底材料上制成一層Y2O3噴涂層，上述經(jīng)過造粒的粉體包括其含量為1500ppm的固溶體Si。這個噴涂層的孔隙度為2.4％，和其粘合強(qiáng)度為198kgf/cm2。另外，通過X射線確定除了存在Y2O3晶體之外，還存在少量Y2SiO5晶體。
在實施例1和2及比較例1和2的熱噴涂層上進(jìn)行蝕刻的結(jié)果，利用蝕刻率(E/R)在圖2中示出，上述蝕刻率是每個樣品的蝕刻量與Al2O3蝕刻量之比。蝕刻量由樣品的掩蔽部分與樣品的暴露部分之間的差值計算。如圖2所示，按照本發(fā)明，本發(fā)明涂層的孔隙度比低，及本發(fā)明的粘合強(qiáng)度很好，結(jié)果，蝕刻量非常低。
比較例3和4通過用經(jīng)過造粒的粉體，在純度為99.9％的鋁基底材料上制成一層Y2O3噴涂層(包括Si的氧化釔噴涂層)，上述經(jīng)過造粒的粉體通過將不包括固溶體Si的原料粉與細(xì)SiO2粉混合以使Si總量為500ppm而得到。這種噴涂層的孔隙度為3.0％，和其粘合強(qiáng)度為120kgf/cm2。另外，通過X射線衍射確定有Y2O3晶體和少量SiO2晶體。與實施例的例子一樣地在這個噴涂層上進(jìn)行蝕刻，以便測量蝕刻量。圖3示出用實施例1、比較例3的噴涂層和常規(guī)Al2O3基底材料(比較例4)的噴涂層比較的結(jié)果。如圖3所示，實施例1的蝕刻量是比較例3的噴涂層的一半。
圖4A和4B各示出實施例1的含固溶體Si的氧化釔噴涂層的切割面的顯微照片。圖4A是示出在蝕刻之前噴涂層切割面的一個經(jīng)過拋光的表面的SEM照片，而圖4B是示出在蝕刻之后切割面經(jīng)過拋光的表面的同一表面的SEM照片。
圖5A和5B各示出比較例3中含Si的氧化釔噴涂層的切割面的一個顯微照片。圖5A是示出在蝕刻之前噴涂層切割面的經(jīng)過拋光的表面的SEM照片，而圖5B是示出在蝕刻之后切割面的經(jīng)過拋光的表面的同一表面的SEM照片。
正如在圖4A至5B中清楚示出的，在含有固溶體Si的氧化釔噴涂層中幾乎沒有局部腐蝕，然而，在不含固溶體Si的氧化釔噴涂層中，在蝕刻之后有很多局部腐蝕。
盡管已經(jīng)說明了本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例，但對該技術(shù)的技術(shù)人員來說，很顯然，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以進(jìn)行各種改變和修改，并因此，目的是把象屬于本發(fā)明實際精神和范圍內(nèi)的所有這些改變和修改都包括在所附權(quán)利要求中。
按照本發(fā)明，在用于制造各種半導(dǎo)體和液晶的裝置中，可以在其等離子體暴露條件嚴(yán)重的一部分上形成一層具有小孔隙度和高粘合強(qiáng)度并且是致密的噴涂層。因此，即使在嚴(yán)重的等離子體輻射條件下，蝕刻率也低，以致可以抑制由應(yīng)力所引起的層的剝落，上述剝落是由于等離子體引起的熱歷史(thermal history)產(chǎn)生。結(jié)果，可以防止由于這種剝落而產(chǎn)生顆粒物。另外，按照本發(fā)明，這種Y2O3涂層可以很容易用熱噴涂法形成。因此，可以得到很大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種耐等離子體構(gòu)件，包括一種基底材料；及一種用Y2O3制成的涂層，所述涂層形成在所述基底材料的一個表面上，其中所述涂層具有10μm或10μm以上的厚度，及所述涂層的Y2O3含有在100ppm-1000ppm范圍內(nèi)的固溶體Si。
2.如權(quán)利要求1所述的耐等離子體構(gòu)件，其特征在于，所述涂層通過用含有在100ppm-1000ppm范圍內(nèi)的固溶體Si的Y2O3熱噴涂形成。
3.如權(quán)利要求1所述的耐等離子體構(gòu)件，其特征在于，所述基底材料是鋁。
4.如權(quán)利要求1所述的耐等離子體構(gòu)件，其特征在于，所述固溶體Si是在一種Y2O3晶體中。
全文摘要
一種耐等離子體構(gòu)件，它具有一種基底材料和一層Y
文檔編號H01L21/02GK1576257SQ200410070358
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月29日
發(fā)明者小林慶朗, 市島雅彥, 橫山優(yōu) 申請人:東芝陶瓷股份有限會社