具有視需要氧化釔覆蓋層的經AlON塗布的基質的製作方法

2023-08-10 19:53:46

具有視需要氧化釔覆蓋層的經AlON塗布的基質的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種位於陶瓷基質上的抗氟電漿塗層。在一個具體實例中，該組成物包括覆蓋基質的約2微米厚的AlON塗層及視需要具有的覆蓋該AlON塗層的約3微米厚的氧化釔塗層。
【專利說明】具有視需要氧化釔覆蓋層的經AION塗布的基質
[0001]相關申請案
[0002]本申請案主張2011年8月10日申請的美國臨時申請案第61/521，822號的權益。上述申請案的整個教示內容以引用的方式併入本文中。
[0003]發明背景
[0004]對石英及其它陶瓷基質上抗氟電漿塗層存在持續需求。此等基質為透明且經常在用於半導體製造的塗布及蝕刻系統中使用。氟電漿會損壞此等基質，產生會汙染半導體製程晶圓的微粒。在半導體製造中，鋁亦可為半導體晶圓的汙染源。

【發明內容】

[0005]本發明關於經氮氧化鋁(AlON)塗布的基質，諸如石英、鋁合金、鋼、氧化鋁、金屬、合金及會接觸氟電漿的其它基質。AlON塗層通過反應性脈衝直流磁控濺鍍製程沉積於基質上達到約I微米至約10微米的厚度。
[0006]AlON可為基質上唯一的塗層，或其可具有氧化釔覆蓋層，從而在基質上形成雙層塗層。層厚度將取決於基質與氟電漿源的接近程度及電漿強度。氧化釔層可通過與用於AlON層的沉積方法相同的沉積方法沉積於AlON層上，達到約I微米至約10微米的厚度。
[0007]在一個具體實例中，當AlON為基質上唯一的塗層時，塗層厚度為約5微米至約6微米。
[0008]在另一個具體實例中，當氧化釔覆蓋於AlON塗層上時，氧化釔層與AlON層的組合塗層厚度可為約5微米至約6微米。
[0009]塗層純度高且通過掃描電子顯微鏡(SEM)所見，其形態光滑、緻密且展現均一的微觀結構，而無在氟電漿條件下會削弱塗層的柱狀結構。塗層能夠貼合基質表面。具有視需要氧化釔覆蓋層的AlON塗層可增強對氟電漿腐蝕的抗性且減少顆粒汙染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]為了描繪本發明的某些態樣，包括形成本說明書的一部分的附圖。通過參照附圖中所說明的例示性(且因此非限制性)具體實例將更容易清楚地了解本發明及本發明所提供的系統的組件及操作，其中相同組件符號表示相同組件。請注意，附圖中所說明的特徵不一定按比例繪製。
[0011]圖1A為顯示形態的AlON表面顯微照片。
[0012]圖1B顯示AlON塗層與AlON陶瓷的元素組成，如通過X射線光電子光譜學(XPS)所分析。
[0013]圖1C顯示AlON橫截面與形態的SEM影像。
[0014]圖1D顯示氧化釔橫截面與形態的SEM影像。
[0015]圖1E顯示氧化釔塗層形態的顯微照片。
[0016]圖1F顯示塗層薄片正面的分析，顯示鋁、氧化釔、氧及氟。
[0017]圖2顯示塗層薄片背面的分析。[0018]圖3顯示暴露於氟電漿環境的樣品的SEM顯微照片。
[0019]圖4顯示暴露於氟電漿的具有氧化釔(釔25%，氧75%)塗層及AlON (41%A1，57%氧，2%氮)障壁層的石英樣品；A10N塗層覆蓋石英。根據EDS，所標識層的組成實質上對應於如下層組成；層I及層2類似於氧化釔，層3類似於A10N，層4類似於石英。請注意，層I中未偵測到鋁且層4中未偵測到氟。
[0020]圖5顯示完整的氧化釔塗層。
[0021]圖6說明石英基質上唯一的氧化釔塗層。
[0022]圖7顯示氧化釔塗層(剝離)背面的顯微照片。
[0023]圖8顯示氧化釔塗層(剝離)背面的顯微照片。
[0024]圖9顯示氧化釔塗層(剝離)正面的顯微照片。
[0025]圖10顯示暴露於氟電漿的氧化釔塗層的掃描電子顯微照片(SEM)。底部SEM中顯示氧化釔塗層的兩個區域:晶粒區域及柱狀區域。亦顯示此等區域各自的能量色散X-ray光譜學(EDS)。本發明人觀察到塗層的「柱狀」區域顯示的氟含量(11%)似乎大於「晶粒」區域中的氟含量(0%)的問題，且不希望受到理論束縛，似乎柱狀區域允許氟電漿中的氟穿透此等區域中的氧化釔塗層，隨後損壞下伏石英。
[0026]圖11顯示氧化釔塗層(薄片)的掃描電子顯微照片。
[0027]圖12顯示在石英基質的不同部分所拍的掃描電子顯微照片，如中心圖例所示。
[0028]圖13顯示氟電漿穿過氧化釔塗層的柱狀晶粒結構侵蝕石英。
[0029]圖14顯示氟電漿穿過氧化釔塗層的柱狀晶粒結構侵蝕石英。
[0030]圖15顯示無氧化釔塗層的石英基質的正面及背面的掃描電子顯微照片。
[0031]圖16顯示無氧化釔塗層的石英基質的正面及背面的EDS掃描。
[0032]圖17顯示經氧化釔塗布的石英的正面及背面的掃描電子顯微照片。
[0033]圖18顯示經氧化釔塗布的石英基質的正面及背面的EDS掃描。
[0034]圖19顯示經氧化釔塗布的石英樣品的邊緣的電子掃描顯微照片。
[0035]圖20顯示AlON塗層、AlON陶瓷及藍寶石樣品的FT-1R透射光譜(波長2.5 μ m至8 μ m)。
【具體實施方式】
[0036]下文描述本發明的例示性具體實例。
[0037]儘管描述了各種組成物及方法，但應了解，本發明不限於所描述的特定分子、組成物、設計、方法或方案，因為其可變化。亦應了解，描述所用的術語僅用於描述特定型式或具體實例的目的，而非意欲限制本發明的範疇，本發明的範疇僅由所附申請專利範圍限制。
[0038]也需注意，如本文中及所附申請專利範圍中所用，單數形式「一(a/an)」及「該(the)」包括複數個提及物，除非上下文另有明確指示。因此，舉例而言，提及一「A10N」塗層為提及一或多個AlON層及本領域技術人員所知的其等效物，等等。提及一「氧化釔(yttria)J塗層為提及一或多個氧化乾層及本領域技術人員所知的其等效物等等。除非另外定義，否則本文中使用的全部技術及科學術語具有一般本領域技術人員通常所了解的相同含義。可使用類似於或等效於本文中所述的方法及材料實施或測試本發明的具體實例。本文中提及的全部公開案以全文引用的方式併入本文中。不應理解本文中承認本發明無權先於先前發明所作的此類揭示內容。「視需要(optional/optionally)」意謂隨後所述事件或情境可能發生或可能不發生，且此描述包括該事件發生的情形及其不發生的情形。本文中的所有數值均可由術語「約(about)」修飾，不論是否明確指明。術語「約」一般指本領域技術人員會視為與所列值等效(亦即，具有相同功能或結果)的數值範圍。在一些具體實例中，術語「約」指所述值±10% ;在其它具體實例中，術語「約」指所述值±2%。儘管組成物及方法按照「包含(comprising)」多個組件或步驟來描述(解釋為意謂「包括但不限於(including, but not limited to)」),但組成物及方法亦可「基本上由多個組件及步驟組成」或「由多個組件及步驟組成」，此術語應解釋為定義基本上閉合或閉合的成員群組。
[0039]雖然本發明已關於一或多個實施例加以顯示及描述，但其它本領域技術人員基於對本說明書及附圖的閱讀及理解可想到等效變更及修改。本發明包括所有此等修改及變更且僅由以下申請專利範圍的範疇限定。另外，雖然本發明的具體特徵或態樣可能已關於若干實施例中之一加以揭示，但對於任何指定或特定應用可能需要且有利時，此特徵或態樣可與其它實施例的一或多個其它特徵或態樣組合。此外，就實施方式或申請專利範圍中使用術語「包括(includes)」、「具有(having/with)」或其變化形式而言,此等術語意欲類似於術語「包含」為包涵性的。此外，術語「例示性(exemplary)」僅意謂實例，而非最佳。亦應了解，出於簡明易懂起見，本文中所述的特徵、層及/或組件以特定尺寸及/或相對於彼此的取向來說明，且實際尺寸及/或取向可能與本文中所說明的尺寸及/或取向實質上不同。
[0040]保護石英及其它陶瓷基質以防氟電漿腐蝕、同時最小化鋁汙染的問題如下解決:在類似陶瓷的石英上沉積約I微米至10微米的氮氧化鋁(A10N)塗層，接著在AlON上塗布約I微米至10微米的氧化釔塗層。此等塗層的組合得到透明且可受氟電漿加工的複合物，如根據對經塗布的石英基質的EDS (能量色散X-ray光譜學)分析不存在氟所證明。塗層黏附於下伏石英或陶瓷基質上，如通過Scotch?膠帶(購自3M)測試所測定。氧化釔覆蓋塗層不含鋁。與石英上唯一的氧化釔塗層相比，石英基質上AlON與氧化釔塗層的組合可增強對氟電漿腐蝕的抗性，且減少顆粒汙染。
[0041]不希望受理論束縛，本發明人已發現，若石英上具有唯一的氧化釔塗層，則氟電漿中的氟似乎會穿透氧化釔柱狀結構且侵蝕下伏石英。此問題的解決方案為石英上存在AlON層，接著在該AlON上視需要存在氧化釔層。
[0042]本發明的一個型式為包括覆蓋石英基質的約2微米厚的AlON塗層、覆蓋該AlON塗層的約3微米厚的氧化釔塗層的組成物。AlON及氧化釔塗層可通過脈衝反應性物理氣相沉積法沉積。沉積AlON產生接近於主體AlON的化學計量組成的塗層。氮氧化鋁陶瓷可獲自於Surmet公司的商標ALON?光學陶瓷。
[0043]AlON組成及性質提供於表I中。
[0044]表I
[0045]
【權利要求】
1.一種基質，其特徵在於，其包含覆蓋該基質的AlON層及視需要存在的覆蓋該AlON的氧化釔層。
2.如權利要求1的基質，其特徵在於，該AlON層的厚度為約I微米至約10微米。
3.如權利要求2的基質，其特徵在於，該AlON層的厚度為約2微米至約3微米。
4.如權利要求1的基質，其特徵在於，該氧化釔層的厚度為約I微米至約10微米。
5.如權利要求4的基質，其特徵在於，該氧化釔層的厚度為約2微米至約3微米。
6.如權利要求1的基質，其特徵在於，該AlON層、該氧化釔層或兩者通過脈衝反應性物理氣相沉積法沉積於該石英基質上。
7.如權利要求1至6中任一權利要求所述的基質，其特徵在於，該基質為石英、氧化鋁、鋁、鋼、金屬、合金或陶瓷。
8.如權利要求7的基質，其特徵在於，該石英為具有多晶結構的化學計量性二氧化矽。
【文檔編號】H01L21/318GK103918065SQ201280037461
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年8月9日 優先權日:2011年8月10日
【發明者】尼雷須·困達 申請人:恩特格林斯公司