[发明专利]抗反应性等离子体处理的保护涂层

说明书

本发明要求于2008年11月12日递交的题名为“Protective Coating Resistant to Reactive Plasma Processing”的美国临时申请系列号61/199,127的优先权。

技术领域

本发明的实施方式涉及含金属氧氟化物的釉料组合物、玻璃陶瓷组合物及其组合，其可用作抗等离子体保护固体基板或在其它基板上的抗等离子体涂层。此外，本发明实施方式涉及在基板上涂覆松散材料(bulk material)或所述组合物的涂层以提供可用作反应性等离子体处理装置的部件的各种处理构件的方法。

背景技术

本部分描述与本发明所公开的实施方式相关的背景主题。本部分中所论述的背景技术，无论明示或暗示，皆无意对现有技术进行法律上解读。

釉料是特殊形式的玻璃，因此可被称作无定形固体。上釉是使用釉料层涂布部件的过程。玻璃陶瓷是特殊形式的陶瓷，其首先作为玻璃形成，接着使其通过包括受控冷却的经设计的热处理而部分结晶。

不同于传统的经烧结陶瓷，玻璃陶瓷在晶体颗粒间无孔。颗粒间的间隔被玻璃填充。玻璃陶瓷共有玻璃和传统结晶陶瓷二者的许多性质。在通过处理技术调整玻璃陶瓷组成后，最终材料可显示传统陶瓷所不具有的许多先进性质。

釉料及玻璃陶瓷长期以来被用于提供保护涂层。为形成保护涂层，通常将氧化物粉末(其可与非氧化物组合)放入悬浮介质中，并且可向该悬浮介质中添加黏合剂组合物，这种各成分的组合产生了浆料，将该浆料涂覆于待涂布的基板上，接着将浆料在受控的时间、温度及环境条件下烧结。在烧结期间，当流体涂层材料快速冷却时，通常产生釉料；当涂层材料缓慢冷却时，获得玻璃陶瓷。

所获得涂层的物理性质(诸如导热率、热膨胀数、硬度及韧性)可例如通过改变陶瓷粉末的组成和/或处理技术而得以调整。对指定涂覆工艺而言，涂层厚度可通过调整例如浆料黏度、pH和黏合剂而得以“微调”。根据涂层与基板的组成以及涂覆工艺，可在基板和与该基板接触的涂层部分之间形成过渡层。在将涂层涂覆于基板表面期间原位形成的过渡层可提供在该基板与该涂层间的更佳化学接合，还可以消散由于该基板与该涂层间的热膨胀差异而引起的应力。

举例而言，为涂覆涂层，通常使用本领域已知技术诸如涂刷、浸渍、喷涂、丝网印刷或旋涂将含有陶瓷粉末、悬浮介质、黏合剂及各种可行掺杂剂的浆料涂覆在基板的表面上。该基板必须能承受为形成涂层所需烧结温度。该涂层接着在足够高的温度下烧结一段时间以允许涂层形成。在特定涂覆中涂布性能受涂层的组成及用以涂布该涂层的处理条件的限制。

举例而言但并非意在限制，用于电子器件及微型机电结构(MEMS)制造的处理腔室内存在的处理腔室衬里和构件装置经常由陶瓷诸如铝氧化物和铝氮化物来建构。尽管此等材料在常用以蚀刻含硅电子器件结构的那种含氟等离子体中的抗等离子体侵蚀性优于甚至在5年前就被用在处理技术中的许多材料，但是，始终在努力改善蚀刻处理构件的抗侵蚀性，从而延长处理装置的寿命并且减少器件处理期间的金属污染和粒子形成。不仅处理装置非常昂贵，而且由于更换因侵蚀而运转不良的装置需要引起停工的时间也非常宝贵。

固体钇氧化物构件结构当在反应性等离子体处理中用作半导体装置构件时已表现出相当大的优势。钇氧化物固体构件基板通常包含至少99.9体积百分比的钇氧化物，具有至少4.92g/cm³的密度及约0.02％或更小的吸水率。钇氧化物的平均晶粒尺寸在约10μm至约25μm的范围内。本发明的共同发明人开发了一种含钇氧化物的基板，其包含等于或小于下列最大浓度的杂质：90ppm Al；10ppm Ca；5ppm Cr；5ppm Cu；10ppm Fe；5ppm K；5ppm Mg；5ppm Na；5ppm Ni；120ppm Si及5ppm Ti。这种含钇氧化物的基板相对于先前本技术已知基板提供了改良。还开发了一种具有这种通用组合物的含钇氧化物的基板，该通用组合物包含高达约10体积百分比铝氧化物。

在其中的反应性蚀刻等离子体含有由CF₄及CHF₃等离子体源气体产生的等离子体物质的反应性等离子体蚀刻速率测试中，固体钇氧化物基板构件对等离子体的抗蚀刻性优于固体铝氧化物基板或固体铝氮化物基板，但又不及固体形式或在下层基板上的涂层形式的本发明构件。

附图说明