用于等离子处理腔室的气体喷淋头及其涂层形成方法

用于等离子处理腔室的气体喷淋头及其涂层形成方法
【专利摘要】本发明提供了用于等离子体处理腔室的气体喷淋头的增强型涂层。所述增强型涂层利用等离子体增强型物理气相沉积形成。所述涂层的形成包括一物理过程，其将源材料浓缩于气体喷淋头表面，还包括一化学过程，其中等离子体中的活性成份与该浓缩的源材料反应。并且，等离子体中的非反应成份轰击气体喷淋头表面以使所述涂层更紧密。
【专利说明】用于等离子处理腔室的气体喷淋头及其涂层形成方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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，例如电容稱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CF4Xl2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。
[0003]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。
[0004]其它形成氧化乾涂层的方案包括利用化学气相沉积(chemical vapordeposition, CVD),物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)，离子辅助沉积(ionassisted deposition, IAD),活性反应蒸发(active reactive evaporation, ARE),电离金属等离子体(ionized metal plasma, IMP),派射沉积，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，MP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。
[0005]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】

[0006]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。
[0007]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。
[0008]在一个实例性的制程中，利用等离子体增强型物理气相沉积(PEPVD)来制造一种具有良好/紧密颗粒结构和随机晶体取向(random crystal orientation)的增强型氧化宇乙涂层，例如基于Y2O3或YF3的涂层，其中，(I)沉积在低压或真空腔室环境下执行；(2)至少一个沉积元素或成份从一材料源被蒸发或溅射出来，被蒸发或溅射出来的材料浓缩在基片衬底表面(这部分制程是一个物理过程，在这里被称为物理气相沉积或PVD部分);(3)同时，一个或多个等离子体源被用来发出离子或产生等离子体以围绕气体喷淋头表面，至少一沉积元素或成份被电离并与被蒸发或溅射的元素或成份在等离子体中或在气体喷淋头表面上反应；(4)气体喷淋头耦接于负电压，使得其在沉积制程过程中被电离原子或离子轰击。在(3)和(4)中的反应指的是PEPVD中的“等离子体增强”(plasma enhanced，或者PE)功倉泛。
[0009]应当说明，等离子体源可以(I)被用于离子化、分解和激发反应气体以使得沉积制程能够在低衬底温度和高涂覆生长速度下执行(由于等离子体产生更多的离子和自由基)，或者(2)被用于产生针对气体喷淋头的能量离子(energetic ions),以使得离子轰击气体喷淋头的表面并有助于在之上形成厚的和浓缩的涂层。更特别地，所述等离子体源被用于择一或共同执行功能(I)和/或(2)，以在气体喷淋头上形成涂层。这种涂层综合具有足够的厚度和紧密度结构，在此处被称为是“增强型涂层”(Advanced coating，以下称:A涂层)，例如，以A-Y203、A-YF3或者A-Al2O3为基础的涂层。
[0010]为了改进涂层的形成，A涂层的沉积是在具有粗糙表面的基体或者气体喷淋头上进行的，以改善涂层与基体的粘附力，并增加沉积的厚度。这是由于表面粗糙度的增加增加了涂层和基体表面之间界面区域的接触面积，将涂层接触区域从二维片段(2-dimensionalfraction)变为三维片段(3-dimensional fraction)。粗糙表面上的沉积导致了涂层随机晶体取向的形成，并导致A涂层和基体之间的界面应力的释放，这增强了基体与涂层的吸附力，并促进了厚的和致密的涂层在其上形成。据发现，当被沉积材料的表面的表面粗糙度在至少4um之上时，在材料表面之上的A涂层的稳定性可以达到更好。
[0011]为了减少生产成本，另一具体实施例包括形成双层涂层组合，其中，第一层材料层或涂层形成于气体喷淋头基体之上，它可以是阳极化处理层、等离子体喷涂的Y2O3层或者其它抗等离子体侵蚀涂层，其具有某一特定厚度以维持最终形成的气体喷淋头所需的电气性能(electrical properties),其中,第一材料层具有大于4um的表面粗糙度。第二层材料层或涂层形成于粗糙度至少为4um以上的第一层材料层之上并具有一直接面对等离子体制程中等离子体的顶表面。第二层涂层可形成为A涂层(例如，A-Y2O3^A-YF3等)，所形成的A涂层具有特定粗糙度(表面粗糙度RaS 1.0um)和致密结构，具有随机晶体取向，并具有小于3%的孔隙度甚至没有多孔缺陷。因此，当A涂层被用于充当气体喷淋头的外表面时，通常由于等离子体喷涂(plasma spray coating)所产生的粗糙表面和多孔隙结构所引起的颗粒污染能够有效地被降低。此外，由于致密的晶体结构，该第二涂层具有减少了的等离子体侵蚀速度，其进一步减少了在等离子体制程中的金属污染。不论是第一涂层还是第二涂层的厚度皆可以根据气体喷淋头的性能需求进行调整。
[0012]在另一实施例中，气体喷淋头表面涂覆了两层涂层的组合，其中，第一涂层是利用阳极化处理、等离子体喷涂(plasma spray)或者其它技术在气体喷淋头基体上形成的,其具有足够厚度以在等离子体制程中为气体喷淋头提供所需要的制程功能(例如所需的导电率，导热系数或热隔离功能以及其它功能)。第二涂层形成于第一涂层之上以形成一顶表面，该顶表面在等离子体刻蚀制程中面对等离子体。第一涂层可以为抗等离子体侵蚀或其它功能的涂层，其可以以均一的或不均一的厚度和/或成份的方式分布在气体喷淋头基体表面上。第二涂层是一种A涂层，例如A-Y2O3涂层。由于该A涂层具有特定粗糙度(Ra ^ 1.0um)和致密的结构，其为随机晶体取向，其孔隙度小于3%甚至没有多孔缺陷，该A涂层具有的等离子体侵蚀速率比第一涂层小得多，因此并不会产生颗粒污染，并且在等离子体制程中具有较低的的金属污染。第一涂层或第二涂层的厚度和粗糙度可以根据气体喷淋头的性能需求而调整。
[0013]在另一实施例中，气体喷淋头上沉积有多层涂层，以使得被涂覆了的气体喷淋头具有增大的涂层厚度、面对等离子体化学的稳定表面以及预期功能，以改善等离子体处理腔室的制程性能。区别于单层涂层的结构，相同材料被沉积但具有多层结构的涂层结构能够达到增大的厚度，由于多层结构增加的界面面积可以释放涂层应力(所述涂层应力通常随着材料层或涂层的厚度增加而增加)，其产生裂缝或裂开的风险被降低。多层涂层可以由多层的A涂层或者具有多层式功能的涂层与多层A涂层组合而成，其中，多层A涂层的顶层面对等离子体，例如，涂层沉积在气体喷淋头上。可以确定的是，具有随机晶体取向的多层A涂层能够被沉积在气体喷淋头上，其厚度大于50um，并且当气体喷淋头的表面粗糙度大于4um时没有裂缝和污染。
[0014]在另一实施例中，为了进一步改善涂覆后的气体喷淋头的性能，在涂覆后的气体喷淋头上施加表面处理，包括但不限于:表面平滑化或表面粗糙化以减少颗粒污染、表面修正以增强涂层的表面致密度和稳定性、以及表面化学清洁来去除颗粒和污染，这些颗粒和污染形成于被涂覆了气体喷淋头上，或者由于涂层沉积制程造成，或者由于等离子体刻蚀制程造成。
[0015]根据本发明的一方面，A涂层的表面粗糙度被控制，因为如果表面太过光滑，则刻蚀过程中的聚合物沉积就不会很好地粘附于表面上，因此导致颗粒污染。在另一方面，太过粗糙的表面会由于等离子体刻蚀而直接产生颗粒污染。优选地，A涂层的表面粗糙度至少为Ium或更大，这可由针对基体粗糙度的控制得到，通过涂层的沉积制程，或者利用抛光(lapping)、研磨(polishing)和其它沉积涂层的后表面处理来达到。
[0016]根据另一方面，PEPVD中的能量离子轰击或等离子体刻蚀被用来平滑化/粗糙化和致密化具有A涂层的气体喷淋头表面。被涂覆了涂层的气体喷淋头表面可以用湿法清洁(wet solution cleaning)来清洁,其中，腐蚀性溶液或悬浮液(slurry)或喷雾(aerosol)被用于去除表面颗粒污染，并用于控制位于气体喷淋头上表面或者注气孔内壁的涂层的表面粗糙度。具有特定表面粗糙度的致密的涂层具有良好和紧密的颗粒结构，其具有减小的孔隙缺陷，因此能够减小等离子体侵蚀速率和保持等离子体刻蚀制程中的纯净环境。
[0017]为了得到性能改善的刻蚀制程，被涂覆了涂层的气体喷淋头可以通过改造或组合，将气体分布板、气体喷淋头铝基体和上部接地环制成一片式包含涂层的气体喷淋头，或者内置集成有加热器的一片式气体喷淋头，以使得制造新的具有涂层的气体喷淋头减少生产成本，并且气体喷淋头在经过特定的使用周期后，还可以很容易地被翻新(refurbished)。本质上，气体喷淋头的各种部件可被涂覆，使得它们被A涂层“封装”(packaged)于其内。
[0018]基体涂层或者中间涂层可为金属、合金或陶瓷(例如Y2O3, YF3, ErO2, SiC, Si3N4, ZrO2,Al2O3或它们的组合，或者它们和其它成份的组合)。第二涂层或者顶层涂层具有面对等离子体的表面，其可以为Y2O3, YF3, ErO2, SiC, Al2O3的A涂层或它们的组合，或者它们和其它成份的组合。和现有技术非常不同的是，本发明建议:A涂层涂覆于基体材料之上，而该基体材料可以具有也包含在A涂层中的成份和/或组份的成份和/或组份，例如将A-Y2O3沉积在阳极化处理的表面=Y2O3表面或者Al2O3表面。由于在涂层和基体里同时存在有同样成份或组份，这会导致在A涂层和基体之间的界面区域形成源自于相同成份或组份的原子粘附力，这促进了具有增加厚度的A涂层的形成，并改善了涂层与基体或者气体喷淋头的粘附力。
[0019]本发明揭示了多种A涂层的沉积方法，该涂层具有随机晶体取向并且厚度在50微米或以上，并没有龟裂或者分层。在一个具体实施例中，待涂覆部件的表面在被涂层之前先被粗糙化至其粗糙度Ra达到4微米或以上。4微米的粗糙度对于减少龟裂和分层很关键。并且，一系列厚的涂层被沉积直至达到一预期厚度，而不是仅沉积一单层涂层达到预期厚度。例如，如果预期得到一个50微米厚度的A-Y2O3，本发明不沉积单层材料层，本发明沉积多层材料层，例如，依次沉积5层厚度为10微米的材料层。通常地，随着涂层厚度增加，涂层中的应力也会增加。然而，由多层材料层沉积的涂层释放了应力，因此也减少了龟裂和分层的风险。
【专利附图】

【附图说明】
[0020]附图是为了解释并图示本发明的原则，其组成了说明书的一部分，例证了本发明的具体实施例以及描述。附图是为了以图示的方式说明典型具体实施例的主要特征。附图并不是为了描述具体实施例的每个特征，也并不是按照比例示出了其示出元件的相对尺寸。
[0021]图1是根据本发明的一个具体实施例的用于沉积增强型涂层的装置的示意图。
[0022]图2A示出了用于等离子处理腔室的传统的气体喷淋头和电极组件，图2B示出了和图2A大体上一样结构的气体喷淋头，除了其包括根据本发明一个具体实施例的增强型涂层。
[0023]图2C示出了另一具体实施例，其中，气体喷淋头组件被“封装”于A涂层涂覆内。
[0024]图2D示出了另一具体实施例，其中，气体喷淋头组件具有一片式气体分布板，气体分布板被“封装”于A涂层涂覆内。
[0025]图2E示出了另一具体实施例，其中，气体喷淋头组件具有一片式气体分布板，气体喷淋头组件被“封装”于A涂层涂覆内。
[0026]图2F示出了另一具体实施例，其中，气体喷淋头组件具有一片式气体分布板，其依次由一中间涂层和一 A涂层涂覆。
[0027]图3示出了一等离子体处理腔室，其使用根据本发明一个具体实施例的气体喷淋头。
【具体实施方式】
[0028]多个具体实施例将在下文中进行描述，提供用于气体喷淋头的改进涂层，其能改善气体喷淋头的抗腐蚀和颗粒污染功能。下文的描述将以形成该涂层的装置和方法开始，并继续描述利用上述方法制造的气体喷淋头的实施例和涂层的实施例。
[0029]在传统的等离子体喷涂制程中，其涂层是在大气环境(atmosphericenviixmment)下被沉积的，和传统的等离子体喷涂制程不同的是，本发明提供的增强型涂层是在低压或真空环境中沉积的。并且，传统的等离子体喷涂制程利用小的粉末粒子来沉积涂层，本发明增强型涂层利用原子自由基(atoms radicals)或微粒凝结在材料表面上被沉积的。因此，由此得到的涂层特性与现有技术涂层不同，即使其是在利用同样成份的材料的情况下。例如，根据本发明一个具体实施例所得到的氧化钇涂层基本上没有多孔，其表面的粗糙度大于lum，并且比用现有技术等离子体喷涂方式(PS)所得到的Y2O3涂层具有更高的抗刻蚀性。
[0030]本发明的一具体实施例将在下文中结合附图进行说明。首先介绍用于沉积增强型涂层的装置和方法。图1示出了根据本发明的一个具体实施例的用于沉积增强型涂层的装置。所述装置采用一称作为PEPVD的制程来沉积增强型涂层，其中，PE和PVD部件在图1中由虚线示出。传统上，化学气相沉积(CVD)或等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)指的是一种化学制程，其中，将衬底曝露于一个或多个易挥发的前驱(volatile precursors),前驱在衬底表面反应或分解，以在衬底表面上产生所预期的沉积薄膜。另外，PVD指的是一种涂层制作方法，其包括纯物理过程，其使一被蒸发或被溅射的预期薄膜材料凝结，从而在衬底的表面沉积薄膜，该预期薄膜材料通常是固态的源物质。因此，可以理解，前述PEPVD为这两种制程的混合。即，所述的PEPVD包括在腔室中和在衬底表面上进行的属于物理工艺的的原子、自由基或者分子的凝结(PVD部分)和等离子体化学反应(PE部分)。
[0031]在图1中，腔室100利用真空泵115被抽成为真空。待涂覆涂层部件110连接于支撑环105上，其示例性地为气体喷淋头，但是其可以为任何其它部件。同时，负偏置电压通过支撑环105施加于部件110。
[0032]一源材料120包括待沉积组份，其通常为固体形式。例如，如果待沉积薄膜是Y2O3或YF3,源材料120应包括钇(或氟)一一可能还有其它材料，例如氧气，氟(或钇)等。为了形成物理沉积，所述源材料被蒸发或溅射。在图1所示的具体实施例中，利用电子枪(electron gun) 125来执行蒸发,其将电子束(electron beam) 130导向源材料120之上。当源材料被蒸发，原子和分子位置向待涂覆部件110飘移并凝结于待涂覆部件110上，图示中用虚线箭头示出。[0033]等离子体增强型部件由气体注射器(gas injector) 135组成,其向腔室100内注入反应或非反应源气体，例如包含氩、氧、氟的气体，图示中用虚线示出。等离子体140利用等离子体源维持于部件110的前方，等离子体源例如射频、微波等，在本实施例中示例性地由耦合于射频源150的线圈145示出。不受理论的束缚，我们认为在PE部分有几个过程发生。首先，非活性离子化气体组份，例如氩，轰击部件110，当它被聚集后从而使得薄膜变得致密。离子轰击的效果源自于负偏压施加至气体喷淋头110和气体喷淋头支撑环105，或源自于由等离子体源发出的并对准气体喷淋头105的离子。此外，例如氧或氟的活性气体组份或自由基与蒸发的或溅射的源材料反应，所述反应或者位于部件110的表面上或者位于腔室内。例如，源材料钇与氧气反应生成了含钇涂层，例如Y2O3或者YF3。因此，上述制程具有物理过程(轰击和凝结)和化学过程(例如，氧化)。
[0034]图2A示出了现有技术的用于等离子处理腔室的气体喷淋头和电极。导电板(conductive plate) 205 位于背板(back plate) 210 和多孔板(perforated plate) 215之间，导电板205有时候可以转化为控制气体喷淋头温度的加热器,导电环220围绕多孔板215设置，并可以充当辅助电极。支撑环225围绕导电板205设置，其也位于导电环220和背板210之间。多孔板215实际上充当了气体分布板(gas distribution plate,⑶P),其可以由陶瓷、石英等制成，例如，其可以由碳化硅制成，可以被组装于传导板205的下表面。导电环220可由陶瓷、石英等制成，例如，其可以由碳化硅制成，可以被组装于支撑环225的下表面。支撑环225，传导板205和背板210可由金属或合金制成，例如铝、不锈钢等。气体喷淋头以一种常见的方式附设于等离子处理腔室的顶部上。
[0035]图2B示出了一和图2A大体上相同的气体喷淋头，不同之处在于:其包括了根据本发明一个具体实施例的增强型涂层。在图2B中，增强型涂层235(例如，A-Y2O3)设置于多孔板215的下表面之上，S卩，在基片制程中面对等离子体的表面。增强型涂层235可以是单层或者多层涂层。在本实施例中，多孔板根据标准程序制造，包括气体注入孔/穿孔的形成。然后，上述多孔板被插入一 PEPVD腔室之中，其下表面被涂覆有增强型涂层。由于PEPVD涂层是利用原子或分子来建立涂层的，气体注入孔的内壁也被涂覆了涂层。然而，和现有技术的涂层不同，增强型涂层由原子和分子的凝结而形成，因此可以形成致密、均匀的并且与气体注入孔的内壁表面粘附性良好的A涂层，因此提供了平滑的气体流动并避免了任何颗粒污染的产生。
[0036]根据上述实施例，涂覆了涂层的多孔板的表面特征在于:其具有特定的表面粗糙度(表面粗糙度Ra被控制为大于等于1.0um)，为了提高等离子体制程过程中的聚合物粘附力，可以粗糙化所述表面。也就是，一方面，A涂层的表面粗糙度是受控的，因为如果所述表面太过光滑，在刻蚀过程中的聚合物沉积不能很好地粘附在表面，因此导致颗粒污染。另一方面，太过粗糙的表面会由于刻蚀制程而直接产生颗粒污染。因此，根据本具体实施例，推荐的表面粗糙度Ra大于lum。优选地,推荐的表面粗糙度Ra大于lum,但是低于IOum(lum<Ra<10um)。经发现,在该取值范围内，颗粒污染的产生可以最小化,但是聚合物粘附也可控。也就是，上述取值范围很关键，因为利用更高的粗糙度会导致颗粒污染的产生，但是利用更光滑的涂层会使等离子体制程过程中的聚合物的粘附减少。在各种情况下，不论是单层还是多层结构的A涂层都具有致密的结构，其具有随机晶体取向，孔隙度小于3%，没有任何裂开或分层剥离。[0037]根据一个具体实施例，该粗糙度可以由沉积涂层时得到，或者针对已经沉积后的涂层进行抛光，研磨或者其它后PEPVD等表面处理来得到。另一方面，根据一个具体实施例，多孔板的表面首先粗糙化到预期粗糙度(RaMum)，然后再沉积涂层。由于该涂层是利用PEPVD制程制得，根据涂层的厚度和具体沉积制程，在涂覆涂层之前的表面具有同样或者不同的粗糙度。
[0038]图2C示出了另一具体实施例，其中气体喷淋头组件被“封装”于A涂层内。也就是，如图2C所示，整个气体喷淋头组件的下表面都用A涂层235 (例如A-Y2O3)来涂覆。在本实施例中，形成气体喷淋头的多个部件首先被装配好，然后再被置于PEPVD腔室内部以在整个组件的下表面形成增强型涂层。在这种实施方式中，气体喷淋头组件被“封装”于增强型涂层涂覆内并被整个保护起来免受等离子体侵蚀。根据图2B所示，其表面可能保持光滑或者被粗糙化，以改善聚合物粘附。然而，在所有情况下，所述涂层的厚度大于50um。
[0039]图2D示出了另一具体实施例，其中前述实施例中的多孔板215、导电环220和支撑环225在本实施例中被统一为一片式多孔板215。和现有技术极不同的是,一片式多孔板215可以由金属制成，例如，铝合金，其表面可以由沉积的A涂层235保护起来，例如A-Y2O3。与现有技术相比，设置于多孔板215之上并用A-Y2O3涂层235涂覆的气体喷淋头可以减少生产成本，简化气体喷淋头的组装和制造流程，并增加使用寿命。另一优点是，它提供了翻新已用过的气体喷淋头的可能，翻新仅需要在一片式多孔板215上重新沉积A涂层235。此夕卜，形成被A涂层“封装”的气体喷淋头更加简单，如图2E所示的另一实施例中所示，因为A涂层的沉积是在气体喷淋头上进行，而所述气体喷淋头仅需将一片式多孔板215组装于导电板205和背板210上即可。
[0040]图2F示出了本发明的再一具体实施例，图2F是图2E的部分截取，以显示其是类似于图2E的气体喷淋头的放大结构示意图，其不同之处在于图2F中具有不同的涂覆配置。根据图2F所示的具体实施例，多孔板215具有一中间材料层或者涂层213。所述中间材料层形成于多孔板215被粗糙化的表面上，并且A涂层所沉积于其上的中间层表面也具有一个粗糙化的表面。根据本文所述的任一具体实施例，该中间层可以是，例如，一阳极化处理层或一等离子体喷涂的Y2O3层，然后，根据前述任何一种实施例所描述的，一单层或多层结构的增强型涂层235被沉积于中间材料层或者涂层213之上。并且，每个A涂层235和每个中间材料层213都可以形成为多层涂层，以增加所述涂层的厚度，并改善所沉积涂层的结构稳定性。
[0041]根据一个具体实施例，多孔板是阳极化处理板，其表面和气体注入孔内壁均被阳极化处理层所保护，例如硬阳极化处理层(hard anodization)。然后,A涂层(例如A-Y2O3)被沉积于如图2D所不的多孔板表面(其背部表面与导电板205和背板210接触)或者如图2E所示的气体喷淋头组件的表面。由于A涂层直接沉积在阳极化处理过的表面，因而在A涂层和阳极化处理层之间并没有分界面问题，而这种问题通常在等离子体喷涂的Y2O3涂层和阳极化处理的表面之间出现，因为等离子体喷涂的Y2O3涂层一般沉积在光的铝合金表面，以达到等离子体喷涂的Y2O3涂层与腔室部件的良好粘附。
[0042]根据不同的具体实施例，中间材料层或涂层可为金属，合金或者陶瓷(例如Y2O3, YF3, ErO2, SiC, Si3N4, ZrO2, Al2O3或它们的组合，或者它们和其它成份的组合)。面对等离子体的表面的第二涂层或者顶层涂层是一种A涂层，所述A涂层是Y2O3, YF3, ErO2, SiC, Al2O3或它们的组合，或者它们和其它材料的组合。
[0043]与现有技术极不同的是，根据某些具体实施例，A涂层被建议沉积在一基体材料表面，该基体材料具有至少一个成份或部件也包括在A涂层中，例如A-Y2O3沉积于阳极化处理的Al2O3或Y2O3表面。由于在涂层和基体中具有相同的成份或部件，则会引起在A涂层和基体之间界面区域的源自相同成份或部件的原子粘附，其有利于形成具有增加厚度的A涂层和改善其与基体或者气体喷淋头的粘附力。
[0044]图3示出了一个等离子体处理腔室，其中，根据本文揭示的任一具体实施例，气体喷淋头连接至腔室顶部。腔体300形成了一密封用以保证腔室的排气。待处理的基片衬底设置于夹盘310之上，在本实施例中射频功率源被施加于夹盘310中的电极上。气体喷淋头330用于往腔室内注入制程气体，并作用为提供接地路径或者射频能量路径的电极。
[0045]需要说明的是，本文中提及的制程和技术并不是固有地与任何特定地装置有关，其可以用任何合适的部件组合而得到。进一步地，根据本专利的教示和描述，多种类型的通用装置可以被使用。本发明根据特定例子进行了描述，其只是为了从各方面说明本发明而并不是限制本发明。本领域技术人员应当理解，许多不同的组合适合于实施本发明。
[0046]并且，对于熟悉本领域的技术人员而言，根据本专利所揭示的说明书和操作，实施本发明的其它的实施方式将是显而易见的。上文中具体实施例的不同方面和/或部件可以单一或者组合地应用。需要说明的是，上文所述具体实施例和方式都应仅考虑为例证性的，本发明的真正范围和精神都应以权利要求书为准。
【权利要求】
1.一种用于等离子处理腔室的气体喷淋头，其特征在于，所述气体喷淋头包括: 多孔板，其具有多个注气孔，其具有一在制程中面对并曝露于等离子体的表面；以及一形成于所述多孔板表面上的增强型涂层，其具有随机晶体取向的致密结构，其孔隙度低于3%,表面粗糙度Ra大于lum。
2.根据权利要求1所述的气体喷淋头，其特征在于，在涂覆所述增强型涂层之前，所述多孔板表面的粗糙度大于4um。
3.根据权利要求1所述的气体喷淋头，其特征在于，在涂覆所述增强型涂层之前，其还包括一中间涂层形成于所述表面之上，所述中间涂层具有大于4um的粗糙度。
4.根据权利要求3所述的气体喷淋头，其特征在于，所述中间涂层包括阳极化处理层。
5.根据权利要求3所述的气体喷淋头，其特征在于，所述中间涂层包括等离子体喷涂涂层。
6.根据权利要求1所述的气体喷淋头，其特征在于，所述增强型涂层包括钇。
7.根据权利要求1所述的气体喷淋头，其特征在于，所述形成于所述多孔板表面的涂层是多层涂层。
8.—种在用于等离子处理腔室的气体喷淋头的至少一部分表面上制造涂层的方法，所述气体喷淋头具有一表面，其配置为在制程中面对并曝露于所述等离子处理腔室中的等离子体，其特征在于，所述方法包括: 用一多孔板制造所述气体喷淋头，所述多孔板具有多个注气孔；` 将所述气体喷淋头插入一真空腔室，配置使得所述表面面对一设置于所述真空腔室中的源材料； 蒸发或溅射所述源材料于所述真空腔室中； 注入包含活性成份和非活性成份的气体于所述真空腔室中； 激发并维持等离子体于所述气体喷淋头表面，使得所述被离子化的活性成份和非活性成份的离子在所述气体喷淋头表面上撞击并与所述源材料化学反应，从而在所述气体喷淋头的至少部分表面上形成一涂层，其中，所述涂层包括来自源材料的原子和来自所述活性成份的原子。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在将所述气体喷淋头插入所述真空腔室之前，粗糙化所述气体喷淋头的表面至粗糙度大于4um。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述源材料包括钇。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述非活性成份包括氩，所述活性成份包括氧或氟。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:施加负偏置电压于所述气体喷淋头，并同时保持所述真空腔室中的等离子体。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在将所述气体喷淋头插入所述真空腔室之前，施加一中间层或中间涂层于所述多孔板的表面，所述中间层或中间涂层的表面粗糙度大于4um。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述中间层或中间涂层包括阳极化处理层。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述施加一中间层或中间涂层步骤包括施加等离子体喷涂涂层。
16.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述形成于所述气体喷淋头表面的涂层是多层涂层。
17.—种在用于等离子体处理腔室的气体喷淋头的至少部分表面上形成涂层的方法，所述气体喷淋头具有一表面，其配置为在制程中面对并在制程中曝露于所述等离子处理腔室中的等离子体，其特征在于，所述方法包括: 将所述气体喷淋头插入一个真空腔室，配置使得所述表面面对一设置于所述真空腔室中的源材料； 施加偏置电压于所述气体喷淋头； 执行一物理制程以蒸发所述源材料，使得其浓缩于所述气体喷淋头表面； 执行一化学制程以使得活性成份与所述浓缩了的源材料反应，从而在所述气体喷淋头表面形成一涂层； 其中，所述涂层具有随机晶体取向的致密结构，其孔隙度低于3%，表面粗糙度Ra大于Ium0
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在将所述气体喷淋头插入所述真空腔室之前，粗糙化所述气体喷淋头至其表面粗糙度达到4um以上。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述源材料包括钇。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述形成于所述气体喷淋头表面的涂层是多层涂层。
【文档编号】H01J37/32GK103794459SQ201210421403
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年10月29日 优先权日:2012年10月29日
【发明者】贺小明, 倪图强, 张翰廷, 徐朝阳, 王明方, 万磊, 杨平 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司