[发明专利]用于等离子处理腔室的气体喷淋头及其涂层形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及等离子处理腔室，特别涉及一种用于等离子处理腔室的气体喷淋头的涂层，其可以在活性等离子体组份（species）存在的情况下提高气体喷淋头的性能。

背景技术

在等离子处理腔室中，气体喷淋头常用于注入反应气体。在特定的等离子处理腔室中，例如电容耦合型等离子体处理腔室（capacitively-coupled plasma chambers），气体喷淋头也可执行电极的功能，其耦接于大地或者射频电位。然而，在制程中，前述气体喷淋头曝露于等离子体并被等离子体中的活性成份侵蚀，例如卤素等离子体CF₄、Cl₂等。这种现象对于具有一化学气相沉积的碳化硅涂层（CVD SiC）的气体喷淋头来说尤其麻烦。

在现有技术中，为了保护气体喷淋头不被等离子体侵蚀，各种各样的涂层已经被提出并进行验证。氧化钇（Y₂O₃）涂层被认为非常有希望；然而，要找到一种形成好涂层的制程却非常困难，特别是那些不产生裂缝或产生粒子污染（particle）的制程。例如，业内已经提出过利用等离子体喷涂(plasma spray，简称PS)来涂覆由金属、合金或陶瓷制成的气体喷淋头。然而，传统的Y₂O₃等离子体喷涂涂层是利用喷涂的Y₂O₃粒子形成的，并且通常导致形成的涂层具有高表面粗糙度（Ra大于4微米或更多）和相应地高孔隙度（体积率大于3%）。这种高粗糙度和多孔结构使得涂层易产生颗粒，其有可能导致制程基片的污染。另外，由于气体注入孔内的等离子体喷涂层非常粗糙并和基体具有较弱的粘附力，当这种被喷涂过的气体喷淋头在等离子处理腔室中使用时，所述颗粒会从气体注入口出来，掉落到基片上。

其它形成氧化钇涂层的方案包括利用化学气相沉积（chemical vapor deposition，CVD），物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)，离子辅助沉积（ion assisted deposition，IAD)，活性反应蒸发（active reactive evaporation，ARE)，电离金属等离子体（ionized metal plasma，IMP），溅射沉积，等离子体浸没式离子注入制程(plasma immersion ion process，PIIP)。然而，所有这些沉积制程都具有一些技术限制，使得它们还不能实际上用于提升在腔室部件上沉积厚的涂层的水平，以避免等离子体侵蚀。例如，用化学气相沉积制作Y₂O₃涂层不能在无法承受600°C以上的温度上的基体上实现，这就排除了在由铝合金制成的腔室部件上沉积抗等离子体侵蚀涂层的可能。PVD制程，例如蒸发，不能沉积致密的、厚的陶瓷涂层，因为其与基片之间的粘附力较弱。由于高应力和弱粘附力(例如溅射沉积，ARE和IAD)或者极低的沉积速率（例如溅射沉积，IMP和PIIP），这些其它的沉积制程也不能沉积厚涂层。因此，到目前为止还没有制造出理想的涂层，这种理想的涂层应具有良好的抗腐蚀性，同时应当生成较少或者不生成颗粒污染，其可以被制成具有较大的厚度并没有破裂或分层剥离。

鉴于上文所述的现有技术中的缺陷，业内需要一种能够抗等离子体轰击并不产生颗粒污染或裂缝的涂层。该涂层应具有可接受的粗糙度和孔隙大小，使得其具有长的使用寿命。制造该涂层的制程应当允许制造厚涂层，并且不会出现破裂或分层剥离。

发明内容

以下发明内容是为了提供本发明的一些方面和特征的基本理解。发明内容并不是本发明的广泛综述，因此其并不是为了具体地确定本发明的关键或主要要素，也并不是为了说明本发明的范围。其唯一目的是为了以简化形式介绍本发明的一些概念，作为下文中详细描述的前序。

根据本发明的一个方面，提供了一种在气体喷淋头上形成增强型抗等离子体侵蚀涂层(advanced plasma resistant coatings)的方法。根据各具体实施例，本发明提供了在气体喷淋头的表面涂覆涂层的工艺，从而被涂覆有涂层的气体喷淋头的工作性能得以改善。其它具体实施例包括将涂覆了涂层的气体喷淋头改装或安装入等离子体处理腔室，以改善等离子体制程质量。