具有陶瓷涂层的经热处理陶瓷基板及用于经涂布陶瓷的热处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明的具体实施例一般与用以热处理经涂布陶瓷物品的热处理工艺有关。
【背景技术】
[0002] 在半导体工业中，通过可产生尺寸越发减少的结构的数种制造工艺来制造元件。 某些制造工艺(例如等离子体蚀刻与等离子体清洁工艺)使基板暴露至高速等离子体流，以 蚀刻或清洁基板。等离子体为高度腐蚀性，且会腐蚀暴露于等离子体的处理腔室以及其他 表面。此腐蚀会产生粒子，粒子常会污染正在被处理的基板，导致元件缺陷。
[0003] 随着元件几何尺寸的缩减，对缺陷的敏感度会增加，且对于粒子污染的需求变得 更臻严格。因此，当元件的几何尺寸缩减时，可允许的粒子污染程度则会降低。为了使等离 子体蚀刻及/或等离子体清洁工艺所产生的粒子污染达到最低，已开发出可抵抗等离子体 的腔室材料。这类抗等离子体材料的实例包括含有六1 203^1151(：、￥203、石英与2抑2的陶瓷。 然而，对于某些应用而言，这些陶瓷材料的抗等离子体特性是不够的。举例而言，在使用于 阈值尺寸为45纳米或32纳米的半导体元件的等离子体蚀刻工艺中时，利用传统陶瓷制造工 艺所制造的抗等离子体陶瓷盖板及/或喷嘴会产生无法接受的粒子污染程度。此外，当这类 抗等离子体陶瓷被使用作为陶瓷涂层时，这些涂层会产生较高的粒子污染程度，且会因分 层剥落(delamination)而故障。
【发明内容】
[0004] 在一具体实施例中，提供了一种具有陶瓷基板与陶瓷涂层的陶瓷物品，该陶瓷涂 层具有初始孔隙度与初始裂缝量。该陶瓷物品被以约每分钟〇.l°C至约每分钟20°C的升降 温速率加热至介于约l〇〇〇°C与约1800°C间的温度范围。以该温度范围内的一或多个温度热 处理该陶瓷物品达约24小时的历时。接着以该升降温速率来冷却该陶瓷物品，其中在热处 理之后，该陶瓷涂层具有降低的孔隙度与降低的裂缝量。
【附图说明】
[0005] 在如附图中是藉例示而非限制来说明本发明，在附图中相同的元件符号是代表相 似的元件。应注意在本文中当述及"一"或"一个"具体实施例时，并不一定是指相同的具体 实施例，这类叙述是代表"至少一个"。
[0006] 图1A说明了根据本发明的一实施例的制造系统的例示架构；
[0007] 图1B说明了根据本发明的一实施例的用于热处理陶瓷物品的一种工艺；
[0008] 图2A为根据本发明实施例的在利用热处理处理陶瓷涂层之前以及在利用热处理 处理陶瓷涂层之后的陶瓷涂层表面的显微照片；
[0009] 图2B为根据本发明实施例的在利用热处理处理陶瓷涂层之前以及在各种温度和 处理历时下利用热处理处理陶瓷涂层之后的陶瓷涂层表面在4,000倍放大倍率下的其他显 微照片；
[0010]图2C为根据本发明具体实施例的在利用热处理处理陶瓷涂层之前以及在各种温 度和处理历时下利用热处理处理陶瓷涂层之后的陶瓷涂层表面在20,000倍放大倍率下的 其他显微照片；
[0011]图2D为根据本发明实施例的在陶瓷涂层经处理之前以及在陶瓷涂层经处理之后 的陶瓷涂层表面在1〇,〇〇〇倍放大倍率下的其他显微照片；
[0012] 图3A为显示根据本发明的一实施例的在热处理前后的陶瓷物品的截面侧视图的 显微照片；
[0013] 图3B为显示根据本发明实施例的在不同温度与不同历时下进行热处理前后的陶 瓷物品在4,000倍放大倍率下的截面侧视图的显微照片；
[0014] 图3C为显示根据本发明实施例的在热处理前后的陶瓷物品在20,000倍放大倍率 下的截面侧视图的显微照片；
[0015] 图3D说明根据本发明的一实施例的在热处理前后的HPM陶瓷复合涂层的相态组成 比较。
【具体实施方式】
[0016] 本发明的具体实施例是与一种用于热处理陶瓷物品的工艺有关，且与利用热处理 所处理的陶瓷物品有关。在一实施例中，提供了一种包括陶瓷基板与陶瓷涂层的陶瓷物品， 该陶瓷涂层具有初始孔隙度、对该陶瓷基板的初始键结强度以及初始裂缝量。该陶瓷基板 可为烧结陶瓷，且该陶瓷涂层是等离子体喷涂陶瓷。该陶瓷物品可为，例如等离子体蚀刻器 的陶瓷盖板、喷嘴或处理套件。该陶瓷物品被以约每分钟〇.l°C至约每分钟20°C的升降温速 率加热至介于约1 〇〇〇°C与约1800°C间的温度范围。该陶瓷物品在该温度范围内的一或多个 温度下进行热处理达约24小时的历时。接着该陶瓷物品被以该升降温速率予以冷却。在热 处理之后，该陶瓷涂层具有减少的表面缺陷、降低的涂层孔隙度以及减少的裂缝量。该陶瓷 涂层也具有降低的表面粗糙度，且另外具有对等离子体的较大抵抗性。此外，在热处理之 后，该陶瓷涂层对陶瓷基板具有较强的界面性，该较强的界面性提供了对陶瓷基板的较大 黏结强度。较强的界面性是因在陶瓷基板与陶瓷涂层之间形成过渡层所致。
[0017] 在一实施例中，加热炉对包含陶瓷基板与陶瓷涂层的陶瓷物品执行热处理工艺， 其中该陶瓷涂层具有初始孔隙度与初始裂缝量。该加热炉以每分钟约〇.l°C至每分钟约20 °C的升降温速率来加热该陶瓷物品，直到该陶瓷物品达到指定温度或温度范围为止。该指 定温度范围从约l〇〇〇°C变化至约1800°C，且该指定温度是该指定温度范围内的温度。加热 炉于该指定温度及/或该温度范围内的其他指定温度下对该陶瓷物品热处理达约24小时的 历时。该加热炉接着以该升降温速率来冷却该陶瓷物品。在热处理之后，该陶瓷物品具有降 低的表面孔隙度及减少的裂缝量。
[0018] 本发明的实施例经由过渡层的形成而增加陶瓷涂层以及涂布该陶瓷涂层的陶瓷 基板之间的键结强度。本发明的实施例也减少了经处理的陶瓷物品上的陶瓷涂层的表面缺 陷、降低孔隙度并减少裂缝量。实施例也降低了经处理的陶瓷涂层的表面粗糙度，并且使陶 瓷涂层上的表面粒子减到最少。当使用于应用等离子体的半导体工艺(例如等离子体蚀刻 与等离子体清洁工艺)时，这类经热处理的陶瓷涂层具有减少的高能量键结(断键)数，并产 生明显较低的粒子污染量。此外，经热处理的陶瓷涂层的降低孔隙度与减少裂缝可减少渗 入陶瓷涂层而与下方基板反应的处理气体量。另外，在陶瓷涂层与陶瓷基板间的过渡层(在 本文中也称为界面性过渡层）的形成可抑制渗入涂层的工艺化学物与下方基板反应。这可 使分层剥落的发生降至最低。过渡层可提高陶瓷涂层的黏结强度，且可使剥离降至最低。举 例而言，用于蚀刻器机器的经陶瓷涂布的盖板与喷嘴可经热处理，以使在等离子体蚀刻工 艺期间所产生的粒子污染及/或剥离降至最低。因此，利用本文所述的经热处理的陶瓷物品 而制造的半导体会具有较低的缺陷计数，且可导致降低的废弃率。
[0019] 在本文中所使用的用语"热处理"是表示对陶瓷物品施加升高温度，例如通过加热 炉。当于本文中使用用语"约"时，是用以表示所提出的标称数值在±10%内都是精确的。
[0020] 在本文中，有些实施例使用加热炉来进行热处理，然而，应了解也可使用其他的热 处理技术来进行所述热处理。可使用的其他热处理技术的部分实例包括激光表面处理（也 称为激光热处理）、电子束（e-beam)表面处理(也称为电子束热处理）、火焰表面处理(也称 为火焰热处理）以及高温等离子体处理。
[0021] 同时注意本文所述的有些实施例是关于半导体制造的等离子体蚀刻器中所使用 的经陶瓷涂布的盖板与经陶瓷涂布的喷嘴。然而，应理解到这类等离子体蚀刻器也可用以 制造微机电系统(MEMS)的元件。此外，本文所述的经热处理的陶瓷物品可为暴露于等离子 体的其他结构。举例而言，该陶瓷物品可为等离子体蚀刻器、等离子体清洁器、等离子体驱 动系统等的经陶瓷涂布的环件、壁部、基部、气体分配板材、喷淋头、基板固持框架等。
[0022] 此外，本文所述的实施例是关于在使用于富含等离子体工艺的处理腔室中时能够 产生降低的粒子污染的陶瓷物品。然而，应理解本文所述的陶瓷物品在使用于其他工艺的 处理腔室(例如非等离子体蚀刻器、非等离子体清洁器、化学气相沉积(CVD)腔室、物理气相 沉积(PVD)腔室、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)腔室、等离子体增强的物理气相沉 积(PEPVD)腔室、等离子体增强的原子层沉积(PEALD)腔室等）中时也可提供降低的粒子污 染。
[0023] 图1A说明了根据本发明的一具体实施例的制造系统的例示架构。该制造系统100 可以是陶瓷制造系统。在一实施例中，该制造系统100包括加热炉105(例如，如旋转窑 (kiln)的陶瓷加热炉）、设备自动化层115与计算装置120。在替代实施例中，该制造系统100 可包括更多或更少的组件。举例而言，该制造系统100仅包含加热炉105,加热炉105是手动 的离线机器。
[0024] 加热炉105为一种经设计以加热例如陶瓷物品的机器。加热炉105包括热绝缘腔室 或炉体，能对插置于热绝