CN103794445A - 用于等离子体处理腔室的静电夹盘组件及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于等离子体处理腔室中的静电夹盘的增强型涂层。所述增强型涂层利用等离子体增强型物理气相沉积制成。所述涂层通常是Y2O3/Al2O3，也可以是其他材料的组合。并且，它可以是多层涂层，以使得一中间涂层利用标准等离子体喷涂形成，一顶层涂层用PEPVD方式形成。整个静电夹盘组件可由涂层“封装”而成。

Description

用于等离子体处理腔室的静电夹盘组件及制造方法
技术领域
本发明涉及等离子体处理腔室，特别地涉及等离子体处理腔室的静电夹盘的涂层，其可以改善静电夹盘在反应性等离子体组份中的性能。 
背景技术
在等离子体处理装置中，静电夹盘通常用于在腔室内夹持待处理的基片。在特定的等离子体处理腔室中，例如等离子体刻蚀机台，静电夹盘也可用于充当电极，其耦合于接地端或者射频能量。在制程过程中，静电夹盘的至少一部分曝露于等离子体，并被等离子体中的反应性组份轰击，例如CF4、Cl2等卤素等离子体。此外，静电夹盘也会受到由其夹持的基片的机械磨损。最后，在一些情况下，会采用不同的等离子体清洁程序，其中腔室内壁用等离子体组份清洁。在很多这样的清洁程序中，静电夹盘上并未放置基片，从而静电夹盘的整个基片支撑表面都曝露于等离子体。 
在现有技术中，为了保护腔室部件不被等离子体侵蚀，各种各样的涂层已经被提出并进行验证。其中一个典型的应用是等离子体喷涂（plasma sprayed，PS）Y2O3或Al2O3于静电夹盘的基座上，其可由金属、合金或陶瓷制成。等离子体喷涂Al2O3的静电夹盘已被使用了相当长的一段时间，但是其引起了加工基片上的铝污染风险。另一方面，等离子体喷涂Al2O3的静电夹盘具有一软表面，其容易被基片损坏，从而在加工基片上产生颗粒（particle）污染。 
通常，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来涂覆由金属、合金或陶瓷制成的部件。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。 
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)，电离金属等离子体（ionized metal plasma，IMP），反应性反应蒸发（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摄氏度以上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，不能沉积厚的陶瓷涂层，因为其与基片之间的粘附力较弱。由于高剩余应力和弱粘附力(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，业内需要一种被涂覆的静电夹盘，其涂层能够抗等离子体轰击并不产生颗粒污染或裂缝。该涂层应具有可接受的粗糙度和孔隙大小，足够的硬度和良好的热传导率，以使得其具有长的使用寿命。用于制造该涂层的制程应当允许制造厚的涂层，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，提供了一种在静电夹盘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， 本发明提供了在静电夹盘的表面涂覆涂层的工艺，从而使得被涂覆有涂层的静电夹盘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静电夹盘改装或安装入等离子体处理腔室，以改善等离子体制程的质量。 
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）制程来制造一种增强型氧化钇涂层，例如基于Y2O3或YF3的涂层，其具有良好/紧密的颗粒结构，其中，（1）沉积是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静电夹盘表面，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静电夹盘表面上反应；（4）静电夹盘耦接于负电压，使得其在沉积制程过程中被离子或微粒轰击。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）功能。 
应当说明，等离子体源可以（1）被用于离子化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，或者（2）被用于产生针对静电夹盘的能量离子（energetic ions），以使得离子轰击静电夹盘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（1）和/或（2），以在静电夹盘上形成涂层。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-Y2O3、A-YF3或者A-Al2O3为基础的涂层。 
根据一个具体实施例，应用具有期望特性的A涂层以改善静电夹盘的使用功能。现有等离子体喷涂Y2O3的静电夹盘，其软表面易于被硅片损坏，并且等离子体喷涂Al2O3的静电夹盘的表面易于被等离子体侵蚀，相较于前述现有技术的静电夹盘，施加于静电夹盘上的增强型涂层具有相对等离子体而言硬的表面，稳定结构，并且有改善的性能，例如良好的热传导率，稳定的高电阻率等。为了达到这些特性目标，本发明提供的A涂层是混合材料（hybrid materials），其由至少2个陶瓷部件构成并具有由该混合陶瓷部件带来的复合特性。在一个典型的但并不局限于此的实施例中，其包括混合的具 有不同的Y2O3和Al2O3比率的Y2O3/Al2O3涂层。这是因为Y2O3在等离子体中具有稳定结构，Al2O3具有高硬度和良好的热传导率，以使得混合或者杂合的Y2O3/Al2O3涂层在等离子体中具有高硬度，良好的热传导率，以及稳定的结构。此外，两种材料都具有非常高的电阻率。 
根据另一具体实施例，静电夹盘被“封装”于A涂层中。即，静电夹盘由其所有部件组合在一起，然后整个静电夹盘组件被A涂层（例如：A-Y2O3,A-Al2O3,A-YF3,混合A-Y2O3/Al2O3或者混合A-YF3/Al2O3等）涂覆。在一个实施例中，形成静电夹盘的不同部件首先被装配，然后被放置于PEPVD腔室中以在整个静电夹盘组件上形成增强型涂层。在这种情况下，静电夹盘组件被增强型涂层“封装”并被充分地保护不被等离子体侵蚀以及基片磨损。 
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夹盘之上，它可以是阳极化处理层、等离子体喷涂的Y2O3层，等离子体喷涂Al2O3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夹盘的特定的电气性能（electrical properties）并达到静电夹盘的改善性能。第二层材料层或涂层形成于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-Al2O3，A-YF3，混合A-Y2O3/Al2O3或混合A-YF3/Al2O3等），所形成的A涂层具有光滑表面（表面粗糙度减小到1.0um）和致密晶体或多孔结构，并具有小于1%的孔隙度甚至没有多孔缺陷。因此，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。并且，例如Al2O3，ZrO2等成分会增强涂层的抗磨损性。 
根据静电夹盘的性能需求，不论是第一层涂层或者第二层涂层的厚度都能够被调整。为了获得多样功能的静电夹盘，夹盘的表面可进一步被多层涂层涂覆，以使得夹盘具有面对等离子体化学的稳定表面以及期望的功能，以改善等离子体处理腔室中的制程效果。 
在另一实施例中，为了进一步改善涂覆后的静电夹盘的性能，在涂覆后的封装的夹盘上施加表面处理，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，这些颗粒和污染或者形成于涂覆静电夹盘的制造过程中，或者形成于等离子体刻蚀制程中。 
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和致密化具有A涂层的静电夹盘表面。被涂覆了涂层的静电夹盘表面可以用湿法清洁（wet solution cleaning）来清洁和光滑化，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，并用于控制涂层的光滑度。致密和光滑的材料表面可为晶体或者多孔结构，并具有减小的孔隙率或者没有孔隙，因此能够在等离子体刻蚀制程中减小等离子体侵蚀速率和保持等离子体刻蚀的纯净环境。 
附图说明
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。 
图1是传统的静电夹盘的主要部件的结构示意图； 
图2示出了根据本发明的一个具体实施例所提供的静电夹盘； 
图3示出了根据本发明的一个具体实施例所提供的利用了静电夹盘300的等离子体处理腔室； 
图4示出了根据本发明的一个具体实施例所提供的用于沉积增强型涂层的装置； 
图5(a)和图5(b)是利用标准等离子体喷涂涂覆得到的Y2O3涂层的显微图； 
图5(c)和图5(d)是根据本发明的一个具体实施例利用PEPVD涂覆方式所得到的涂层的显微示意图； 
图6示出了根据本发明的另一具体实施例，其中静电夹盘被涂层“封装”在其中； 
图7示出了本发明的又一具体实施例，其中静电夹盘被双层涂层“封装”在其中。 
图8示出了本发明的一个具体实施例的各种材料在CF4/O2等离子体中的 
被刻蚀速率。 
具体实施方式
如下将会描述不同的实施例，给静电夹盘提供改进的涂层，以增强静电夹盘的抗腐蚀和抗颗粒污染性能。描述将包括用于形成涂层的装置和方法的一种实例，还包括用该方法制造得到的静电夹盘和涂层的实例。 
表格1列出了等离子体喷涂Y2O3(plasma spray Y2O3)、等离子体喷涂Al2O3和等离子体喷涂Y2O3/Al2O3的多个参数和特性。如表格1所示，等离子体喷涂Y2O3/Al2O3的混合涂层具有比Y2O3更高的硬度，但能提供相似的电阻率。也就是，虽然Y2O3/Al2O3的混合涂层具有比纯Al2O3更低的硬度，但它具有比纯Y2O3更高的硬度。另一方面，如图8所示，Y2O3/Al2O3的混合涂层具有比纯Al2O3较高的刻蚀阻力。因此，Y2O3/Al2O3的混合涂层同时具有足够的硬度和良好刻蚀阻力的优势。并且，尽管表格1未示出，Y2O3/Al2O3的混合涂层也具有比Y2O3更好的热传导率。可以预期的是，利用PEPVD制备的A涂层（A-coating），例如A-Y2O3/Al2O3涂层，由于其没有孔隙并致密的结构，因而具有更高的硬度和改进的热传导率。 
表格1 
Figure BDA00002323766800061
注：表中所列性能是室温下测量所得。 
图1示出了运用于等离子体处理腔室（例如，等离子体刻蚀腔室）的传统的静电夹盘的主要部件。基体105通常由金属材料制成，例如铝合金。基体105具有冷却通道110，其用于容纳循环冷却液体。热阻挡层（thermal barrier）115设置于基体105的顶部，一绝缘层120连接于所述热阻挡层115。加热器125，例如电阻丝加热器，内嵌于绝缘层120之中。一电绝缘和高热传导率的材料层130设置于绝缘层120之上，电极135内嵌于电绝缘和高热传导率的材料层130之中。在一个具体实施例中，热阻挡层115可为特制的粘合层，绝缘层120和绝缘但热传导的材料层130可为同一材料，例如AlN或Al2O3。 
图2示出了根据本发明一个具体实施例的静电夹盘，图3示出了根据本发明一个具体实施例的利用了静电夹盘300的等离子体处理腔室350，其具 有一气体喷淋头355。制成静电夹盘的不同部件和图1中所示的静电夹盘类似，相似的部件用类似的附图标记示出，标号为2xx系列的附图标记除外。 
如图2所示，静电夹盘的上表面用涂层240涂覆，其中，在一个具体实施例中，其为Y2O3/Al2O3混合涂层。根据一个具体实施例，混合涂层包括40%Al2O3和60%Y2O3。在传统的等离子体喷涂制程中，其涂层是在大气环境（atmospheric environment）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或自由基（radicals）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。例如，发明人发现，根据本发明一个具体实施例沉积所得到的Y2O3/Al2O3涂层基本上没有孔隙，其表面光滑，硬度更高，并且比用现有技术等离子体喷涂方式(PS)所得到的Y2O3/Al2O3涂层具有更高的抗刻蚀性能。 
下面对用于沉积不同实施例的增强型涂层的装置和方法进行描述。图4示出了根据本发明的一个具体实施例所提供的用于沉积增强型涂层的装置。所述装置采用一在此称作为PEPVD的制程来沉积增强型涂层，其中，PE和PVD部件在图4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）。 
在图4中，腔室400利用真空泵415被抽成为真空。待涂覆涂层部件410（其示例性地为静电夹盘的电极部分）连接于支撑件405上，同时，负偏置电压通过支撑件405施加于部件410。 
包括待沉积组份的源材料420被提供沉积，其通常为固体形式。例如，如果待沉积薄膜是Y2O3/Al2O3，源材料420应包括钇或铝——可能还有其它 材料，例如氧气，氟等。钇和铝可以作为合金以一个单独源材料的方式被提供，在此情形下，沉积形成的涂层具有和源材料一样的成分。然而，为了蒸发沉积多成分的涂层，例如混合的Y2O3/Al2O3涂层，最好利用两个蒸发源材料，其一是为钇成分，另一是为铝成分。这是因为对于同样功率级别的蒸发设备，不同材料具有不同的蒸发速率。因此，如果不同的组份或成份用分别被蒸发，会易于控制涂层成份。 
为了形成物理沉积，所述源材料被蒸发或溅射（evaporated or sputtered）。然而，由于蒸发(evaporation)具有比溅射(sputtering)更高的沉积率，通常利用蒸发。在图4所示的具体实施例中，利用电子枪（electron gun）425来执行蒸发，其将电子束（electron beam）430导向源材料420之上。当源材料被蒸发，原子和分子向待涂覆部件410飘移并凝结于待涂覆部件410上，如图示中用虚线箭头示出。 
等离子体增强型部件由气体注射器（gas injector）435组成，其向腔室100内注入反应性或非反应性源气体，例如包含氩、氧、氟的气体，图示中用虚线示出。等离子体440利用等离子体源维持于部件410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450的线圈445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，非反应性离子化气体组份，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部件410，或源自于由等离子体源发出的并对准部件405的离子。此外，例如氧或氟的反应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410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Y2O3，和源材料铝和氧气反应形成了Al2O3。因此，上述制程同时具有物理过程（轰击和凝结）和化学过程（例如，离子化和氧化）。 
图5(a)和图5(b)示出了利用传统的等离子体喷涂涂覆而得的Y2O3涂层的表面和截面显微图。这些图可与图5(c)和图5(d)比较，其示出了利用低温等离子增强型PVD（PEPVD）制程在硬阳极化处理的铝（Al6061）上沉积而得的A-Y2O3涂层的光滑表面和致密的显微图。图5(d)示出了由PEPVD制程制造成的双层PEPVD Y2O3涂层的截面显微图，其在横截面结构上没有任何空隙。如图8的数据所示，PEPVD制成的A-Y2O3涂层具有非常低的等离子体侵蚀速率。 
图6示出了根据本发明的另一具体实施例，其中静电夹盘被涂层“封装”在其中。也就是，在图6所示的实施例中，组成静电夹盘的若干部件，也就是，基体605，热阻挡层615，绝缘层620，热传导层630和电极635，它们首先被组装在一起，然后整个组件被A涂层(A-coating)涂覆，例如A-Y2O3/Al2O3涂层640。因此，该涂层在此处被称为“封装”(packaging)，因为整个组件是被在组装后再被涂覆。只有基体605的背面没有被涂覆。例如，如果A-Y2O3/Al2O3涂层640利用图4所示的PEPVD腔室制造，基体605的下表面连接至支撑件405上，因此，其并未被涂覆。如图3所示，在使用时，基体605的下表面连接至基座360或腔室305的底部，以使得其不曝露于等离子体。此外，热阻挡层615、绝缘层620和热传导层630的厚度和结构可以被调整，以满足由A涂层涂覆了的静电夹盘的性能的改进。 
图7示出了本发明的又一具体实施例，其中静电夹盘被双层涂层“封装”（“packaged”）在其中。图7所示的具体实施例类似于图6，除了涂层是多层，其中两层涂层740和742被示出。示例性地，第一涂层742可利用标准等离子体喷涂由Y2O3、Al2O3、ZrO2、YAG、Y2O3/Al2O3等制成，其厚度根据所期望达到的夹持的电学性能来计算确定。例如，第一涂层742可以制成具有足够厚以提供好的绝缘性能。其次，第二涂层740，即，利用PEPVD制成的A-Y2O3/Al2O3涂层，其形成于第一涂层之上，能够提供预期的光滑表面，低的孔隙或没有孔隙，并且具有较高的抗磨损和抗等离子体轰击能力。图5(d)示出了一PEPVD顶层涂层形成于一PEPVD下层涂层之上的实施例，其中，顶层涂层的厚度为5.5um，底层涂层的厚度为20um。 
根据不同的具体实施例，中间层或涂层742可由金属、合金或者陶瓷（例如Y2O3,YF3,YAG，ErO2,SiC,Si3N4,SiO2,ZrO2,Al2O3,AlN或者它们的组合以及它们和其他组份的组合）制成。第二涂层或顶涂层740具有曝露于等离子体的表面，其可由混合涂层制成，优选地组合为Y2O3和Al2O3，Y2O3和AlN，YF3和Al2O3，ErO2和Al2O3等。由A涂层封装的静电夹盘因而具有增强的硬度，稳定的结构表面以及良好的热和电特性。 
根据其它具体实施例，静电夹盘仅由多层涂层堆叠而成。在本实施例中，热阻挡层715可以为位于静电夹盘基体705之上的等离子体喷涂层或者聚合 涂层。绝缘层720由等离子体喷涂于热阻挡层之上，加热器725利用等离子体喷涂或者金属喷镀内嵌于绝缘层中。然后，热传导和绝缘层730利用等离子体喷涂或者其他制程方式设置于绝缘层720上，导电电极735内嵌于热传导和绝缘层730之中。最后，A涂层740或者与在其下的涂层742一起用于形成“封装”的静电夹盘。 
根据公开的具体实施例，用涂层封装的静电夹盘的翻新较容易，以减少生产成本。也就是，静电夹盘表面涂层可由例如喷砂（sand blasting）、磨（grinding）、抛光（polishing）等移除，并不用从静电夹盘拆除各部件。重新加工的静电夹盘表面易于用上文中提及的任一方法重新涂覆增强型等离子体涂层，以使得静电夹盘又重新起作用。 
为了减少颗粒污染，以增加使用时间，并改善性能，上述方法和增强型抗等离子体涂层可应用于其他等离子体腔室或其他部件，例如气体喷淋头、制程部件（process kits）等，其用于等离子体和刻蚀腔室/***中。 
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，其可以用于任何合适的部件组合。进一步地，根据本专利的教示和描述，多组份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。 
并且，对于熟悉本领域的技术人员而言，根据本专利所公开的说明书和操作，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。 

Claims (12)

1.一种用于等离子体处理腔室的静电夹盘组件，其中，包括：
基体：
设置于所述基体之上的绝缘层；
设置于所述绝缘层之上的电极；以及，
由Y2O3/Al2O3或者YF3/Al2O3的混合物组成的增强型涂层，所述增强型涂层覆盖了所述静电夹盘组件，除了所述基体的背面的部分。
2.根据权利要求1所述的静电夹盘组件，其特征在于，还进一步地包括一设置于所述增强型涂层之下的底部涂层。
3.根据权利要求2所述的静电夹盘组件，其特征在于，所述底部涂层包括Y2O3或Al2O3中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的静电夹盘组件，其特征在于，所述底部涂层包括Y2O3，YF3，YAG，ErO2，SiC，Si3N4，SiO2，ZrO2，Al2O3,AlN中之一或者它们的任意组合。
5.根据权利要求1所述的静电夹盘组件，其特征在于，所述增强型涂层包括由等离子体增强型物理沉积方式沉积而成的Y2O3/Al2O3或YF3/Al2O3。
6.一种用于制造静电夹盘组件的方法，其中，包括如下步骤：
制造一绝缘层于基体之上，制造一电极于所述绝缘层之上以形成所述静电夹盘组件；
将所述静电夹盘组件***真空处理腔室中，配置使得其面对一设置于所述真空处理腔室中的源材料；
在所述真空处理腔室中蒸发或溅射所述源材料；
向所述真空处理腔室中注入包括反应性组份和非反应性组份的气体；
在所述静电夹盘组件的前方形成等离子体，以使得所述反应性组份和非反应性组份的离子轰击所述静电夹盘组件，以形成一涂层于所述静电夹盘组件之上，其中，所述涂层包括来自所述源材料的原子和所述反应组份的原子。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述源材料包括钇和铝。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述非反应性组份包括氩，所述反应性组份包括氧或氟。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括如下步骤：
施加负偏置电压于所述静电夹盘组件，并保持所述真空处理腔室中的等离子体。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法进一步地包括如下步骤：
在将所述静电夹盘组件***所述真空处理腔室中之前，施加一中间层或涂层于所述静电夹盘组件上。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述中间层或涂层是由等离子体喷涂制程来制造的。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述施加中间层或涂层步骤包括以等离子体喷涂制程方式来施加以下涂层：Y2O3,YF3,YAG，ErO2,SiC,Si3N4,SiO2,ZrO2,Al2O3,AlN之一,或者它们的组合。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105990081A (zh) * 2015-02-09 2016-10-05 中微半导体设备(上海)有限公司 等离子体处理装置及其制作方法
CN108346611A (zh) * 2017-01-24 2018-07-31 中微半导体设备(上海)有限公司 静电吸盘及其制作方法与等离子体处理装置
CN108623330A (zh) * 2017-03-17 2018-10-09 应用材料公司 多孔主体的通过原子层沉积的抗等离子体涂层
CN109841536A (zh) * 2017-11-29 2019-06-04 长鑫存储技术有限公司 边缘补偿***、晶圆载台***及晶圆安装方法
CN109920715A (zh) * 2017-12-12 2019-06-21 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种等离子体刻蚀反应器
CN110060912A (zh) * 2019-06-05 2019-07-26 芜湖通潮精密机械股份有限公司 防止干刻下电极表面玻璃基板背刮的结构及其工艺方法
CN110331362A (zh) * 2019-08-21 2019-10-15 重庆臻宝实业有限公司 抗等离子体腐蚀的复合涂层及制备方法
CN110473824A (zh) * 2019-09-05 2019-11-19 苏州芯慧联半导体科技有限公司 一种半导体用可再生静电卡盘及其制造方法
CN112899617A (zh) * 2019-12-04 2021-06-04 中微半导体设备(上海)股份有限公司 形成耐等离子体涂层的方法、装置、零部件和等离子体处理装置
CN113611589A (zh) * 2021-10-08 2021-11-05 中微半导体设备(上海)股份有限公司 零部件、等离子体装置、形成耐腐蚀涂层的方法及其装置

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9583369B2 (en) 2013-07-20 2017-02-28 Applied Materials, Inc. Ion assisted deposition for rare-earth oxide based coatings on lids and nozzles
US9725799B2 (en) 2013-12-06 2017-08-08 Applied Materials, Inc. Ion beam sputtering with ion assisted deposition for coatings on chamber components
JP6342769B2 (ja) * 2014-09-30 2018-06-13 日本特殊陶業株式会社 静電チャック
CN105986245A (zh) * 2015-02-16 2016-10-05 中微半导体设备(上海)有限公司 改善mocvd反应工艺的部件及改善方法
US9999947B2 (en) * 2015-05-01 2018-06-19 Component Re-Engineering Company, Inc. Method for repairing heaters and chucks used in semiconductor processing
US10499461B2 (en) * 2015-12-21 2019-12-03 Intel Corporation Thermal head with a thermal barrier for integrated circuit die processing
CN106935529B (zh) * 2015-12-31 2020-03-24 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种基片支撑台及其制造方法
CN106935468A (zh) * 2015-12-31 2017-07-07 中微半导体设备(上海)有限公司 一种半导体处理器及用于半导体处理器的多区控温加热器
US11326253B2 (en) 2016-04-27 2022-05-10 Applied Materials, Inc. Atomic layer deposition of protective coatings for semiconductor process chamber components
US11572617B2 (en) 2016-05-03 2023-02-07 Applied Materials, Inc. Protective metal oxy-fluoride coatings
US9850573B1 (en) 2016-06-23 2017-12-26 Applied Materials, Inc. Non-line of sight deposition of erbium based plasma resistant ceramic coating
US20180016678A1 (en) 2016-07-15 2018-01-18 Applied Materials, Inc. Multi-layer coating with diffusion barrier layer and erosion resistant layer
US10186400B2 (en) 2017-01-20 2019-01-22 Applied Materials, Inc. Multi-layer plasma resistant coating by atomic layer deposition
US10443125B2 (en) 2017-05-10 2019-10-15 Applied Materials, Inc. Flourination process to create sacrificial oxy-flouride layer
US10755900B2 (en) 2017-05-10 2020-08-25 Applied Materials, Inc. Multi-layer plasma erosion protection for chamber components
US11289355B2 (en) 2017-06-02 2022-03-29 Lam Research Corporation Electrostatic chuck for use in semiconductor processing
US11279656B2 (en) 2017-10-27 2022-03-22 Applied Materials, Inc. Nanopowders, nanoceramic materials and methods of making and use thereof
WO2019152528A1 (en) 2018-01-31 2019-08-08 Lam Research Corporation Electrostatic chuck (esc) pedestal voltage isolation
US11086233B2 (en) * 2018-03-20 2021-08-10 Lam Research Corporation Protective coating for electrostatic chucks
US10443126B1 (en) 2018-04-06 2019-10-15 Applied Materials, Inc. Zone-controlled rare-earth oxide ALD and CVD coatings
US11667575B2 (en) 2018-07-18 2023-06-06 Applied Materials, Inc. Erosion resistant metal oxide coatings
US11562890B2 (en) 2018-12-06 2023-01-24 Applied Materials, Inc. Corrosion resistant ground shield of processing chamber
US11180847B2 (en) 2018-12-06 2021-11-23 Applied Materials, Inc. Atomic layer deposition coatings for high temperature ceramic components
US20220130705A1 (en) * 2019-02-22 2022-04-28 Lam Research Corporation Electrostatic chuck with powder coating
US10858741B2 (en) 2019-03-11 2020-12-08 Applied Materials, Inc. Plasma resistant multi-layer architecture for high aspect ratio parts
CN114388323A (zh) * 2020-10-20 2022-04-22 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种静电夹盘及其等离子体处理装置
EP4256100A1 (en) 2020-12-02 2023-10-11 Oerlikon Surface Solutions AG, Pfäffikon Improved plasma resistant coatings for electrostatic chucks
US11699611B2 (en) * 2021-02-23 2023-07-11 Applied Materials, Inc. Forming mesas on an electrostatic chuck
CN112899632B (zh) * 2021-05-07 2021-12-28 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 可实现便捷控温的真空镀膜工艺设备及方法
KR20240096735A (ko) * 2021-11-09 2024-06-26 램 리써치 코포레이션 용량 커플링 챔버를 위한 코팅 부품
CN115637418A (zh) * 2022-10-12 2023-01-24 中微半导体设备(上海)股份有限公司 形成涂层的方法、涂覆装置、零部件及等离子体反应装置
US20240141488A1 (en) * 2022-10-27 2024-05-02 Applied Materials, Inc. Coated substrate support assembly for substrate processing in processing chambers

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201120988A (en) * 2009-08-21 2011-06-16 Komico Ltd Electrostatic chuck and method of manufacturing the same
CN102210196A (zh) * 2008-11-10 2011-10-05 应用材料公司 用于等离子腔室部件的抗等离子涂层

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2971369B2 (ja) * 1995-08-31 1999-11-02 トーカロ株式会社 静電チャック部材およびその製造方法
JP4272786B2 (ja) * 2000-01-21 2009-06-03 トーカロ株式会社 静電チャック部材およびその製造方法
KR100502268B1 (ko) * 2000-03-01 2005-07-22 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 플라즈마처리장치 및 방법
US8619406B2 (en) * 2010-05-28 2013-12-31 Fm Industries, Inc. Substrate supports for semiconductor applications

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102210196A (zh) * 2008-11-10 2011-10-05 应用材料公司 用于等离子腔室部件的抗等离子涂层
TW201120988A (en) * 2009-08-21 2011-06-16 Komico Ltd Electrostatic chuck and method of manufacturing the same

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105990081B (zh) * 2015-02-09 2018-09-21 中微半导体设备(上海)有限公司 等离子体处理装置及其制作方法
CN105990081A (zh) * 2015-02-09 2016-10-05 中微半导体设备(上海)有限公司 等离子体处理装置及其制作方法
CN108346611B (zh) * 2017-01-24 2021-05-18 中微半导体设备(上海)股份有限公司 静电吸盘及其制作方法与等离子体处理装置
CN108346611A (zh) * 2017-01-24 2018-07-31 中微半导体设备(上海)有限公司 静电吸盘及其制作方法与等离子体处理装置
CN108623330A (zh) * 2017-03-17 2018-10-09 应用材料公司 多孔主体的通过原子层沉积的抗等离子体涂层
CN109841536A (zh) * 2017-11-29 2019-06-04 长鑫存储技术有限公司 边缘补偿***、晶圆载台***及晶圆安装方法
CN109920715A (zh) * 2017-12-12 2019-06-21 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种等离子体刻蚀反应器
CN110060912A (zh) * 2019-06-05 2019-07-26 芜湖通潮精密机械股份有限公司 防止干刻下电极表面玻璃基板背刮的结构及其工艺方法
CN110060912B (zh) * 2019-06-05 2021-08-03 芜湖通潮精密机械股份有限公司 防止干刻下电极表面玻璃基板背刮的结构及其工艺方法
CN110331362A (zh) * 2019-08-21 2019-10-15 重庆臻宝实业有限公司 抗等离子体腐蚀的复合涂层及制备方法
CN110473824A (zh) * 2019-09-05 2019-11-19 苏州芯慧联半导体科技有限公司 一种半导体用可再生静电卡盘及其制造方法
CN112899617A (zh) * 2019-12-04 2021-06-04 中微半导体设备(上海)股份有限公司 形成耐等离子体涂层的方法、装置、零部件和等离子体处理装置
CN112899617B (zh) * 2019-12-04 2023-03-31 中微半导体设备(上海)股份有限公司 形成耐等离子体涂层的方法、装置、零部件和等离子体处理装置
CN113611589A (zh) * 2021-10-08 2021-11-05 中微半导体设备(上海)股份有限公司 零部件、等离子体装置、形成耐腐蚀涂层的方法及其装置
CN113611589B (zh) * 2021-10-08 2021-12-24 中微半导体设备(上海)股份有限公司 零部件、等离子体装置、形成耐腐蚀涂层的方法及其装置

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