[發明專利]用于等離子處理腔室的氣體噴淋頭及其涂層形成方法

有效

• 申請號: 201210421403.4
• 申請日: 2012-10-29
• 公開（公告）號: CN103794459A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 賀小明;倪圖強;張翰廷;徐朝陽;王明方;萬磊;楊平
• 申請（專利權）人: 中微半導體設備（上海）有限公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;C23C16/455
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 王潔

技術領域

本發明涉及等離子處理腔室，特別涉及一種用于等離子處理腔室的氣體噴淋頭的涂層，其可以在活性等離子體組份（species）存在的情況下提高氣體噴淋頭的性能。

背景技術

在等離子處理腔室中，氣體噴淋頭常用于注入反應氣體。在特定的等離子處理腔室中，例如電容耦合型等離子體處理腔室（capacitively-coupled?plasma?chambers），氣體噴淋頭也可執行電極的功能，其耦接于大地或者射頻電位。然而，在制程中，前述氣體噴淋頭曝露于等離子體并被等離子體中的活性成份侵蝕，例如鹵素等離子體CF₄、Cl₂等。這種現象對于具有一化學氣相沉積的碳化硅涂層（CVD?SiC）的氣體噴淋頭來說尤其麻煩。

在現有技術中，為了保護氣體噴淋頭不被等離子體侵蝕，各種各樣的涂層已經被提出并進行驗證。氧化釔（Y₂O₃）涂層被認為非常有希望；然而，要找到一種形成好涂層的制程卻非常困難，特別是那些不產生裂縫或產生粒子污染（particle）的制程。例如，業內已經提出過利用等離子體噴涂(plasma?spray，簡稱PS)來涂覆由金屬、合金或陶瓷制成的氣體噴淋頭。然而，傳統的Y₂O₃等離子體噴涂涂層是利用噴涂的Y₂O₃粒子形成的，并且通常導致形成的涂層具有高表面粗糙度（Ra大于4微米或更多）和相應地高孔隙度（體積率大于3%）。這種高粗糙度和多孔結構使得涂層易產生顆粒，其有可能導致制程基片的污染。另外，由于氣體注入孔內的等離子體噴涂層非常粗糙并和基體具有較弱的粘附力，當這種被噴涂過的氣體噴淋頭在等離子處理腔室中使用時，所述顆粒會從氣體注入口出來，掉落到基片上。

其它形成氧化釔涂層的方案包括利用化學氣相沉積（chemical?vapor?deposition，CVD），物理氣相沉積(physical?vapor?deposition，PVD)，離子輔助沉積（ion?assisted?deposition，IAD)，活性反應蒸發（active?reactive?evaporation，ARE)，電離金屬等離子體（ionized?metal?plasma，IMP），濺射沉積，等離子體浸沒式離子注入制程(plasma?immersion?ion?process，PIIP)。然而，所有這些沉積制程都具有一些技術限制，使得它們還不能實際上用于提升在腔室部件上沉積厚的涂層的水平，以避免等離子體侵蝕。例如，用化學氣相沉積制作Y₂O₃涂層不能在無法承受600°C以上的溫度上的基體上實現，這就排除了在由鋁合金制成的腔室部件上沉積抗等離子體侵蝕涂層的可能。PVD制程，例如蒸發，不能沉積致密的、厚的陶瓷涂層，因為其與基片之間的粘附力較弱。由于高應力和弱粘附力(例如濺射沉積，ARE和IAD)或者極低的沉積速率（例如濺射沉積，IMP和PIIP），這些其它的沉積制程也不能沉積厚涂層。因此，到目前為止還沒有制造出理想的涂層，這種理想的涂層應具有良好的抗腐蝕性，同時應當生成較少或者不生成顆粒污染，其可以被制成具有較大的厚度并沒有破裂或分層剝離。

鑒于上文所述的現有技術中的缺陷，業內需要一種能夠抗等離子體轟擊并不產生顆粒污染或裂縫的涂層。該涂層應具有可接受的粗糙度和孔隙大小，使得其具有長的使用壽命。制造該涂層的制程應當允許制造厚涂層，并且不會出現破裂或分層剝離。

發明內容

以下發明內容是為了提供本發明的一些方面和特征的基本理解。發明內容并不是本發明的廣泛綜述，因此其并不是為了具體地確定本發明的關鍵或主要要素，也并不是為了說明本發明的范圍。其唯一目的是為了以簡化形式介紹本發明的一些概念，作為下文中詳細描述的前序。

根據本發明的一個方面，提供了一種在氣體噴淋頭上形成增強型抗等離子體侵蝕涂層(advanced?plasma?resistant?coatings)的方法。根據各具體實施例，本發明提供了在氣體噴淋頭的表面涂覆涂層的工藝，從而被涂覆有涂層的氣體噴淋頭的工作性能得以改善。其它具體實施例包括將涂覆了涂層的氣體噴淋頭改裝或安裝入等離子體處理腔室，以改善等離子體制程質量。