[发明专利]一种等离子氢处理制备黑色Y2O3陶瓷涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及Y₂O₃陶瓷涂层制造技术领域，具体涉及一种等离子氢处理制备黑色Y₂O₃陶瓷涂层的方法。

背景技术

目前，低温等离子体微细加工方法是材料微纳加工的关键技术，它是微电子、光电子、微机械、微光学等制备技术的基础，特别是在超大规模集成电路制造工艺中，有近三分之一的工序是借助于等离子体加工完成的，如等离子体薄膜沉积、等离子体刻蚀及等离子体去胶等。其中等离子体刻蚀为最关键的工艺流程之一，是实现超大规模集成电路生产中的微细图形高保真地从光刻模板转移到硅片上的不可替代的工艺。

在刻蚀工艺过程中，由于存在大量的具有强腐蚀性的活性自由基(如Cl*，Cl₂*，F*，CF*等)，它们对等离子刻蚀工艺腔的内表面也会产生腐蚀作用，引起污染，影响刻蚀效果，并且会使刻蚀工艺腔失效。早期的90年代的等离子刻蚀设备，在较小功率和单一等离子体发生源的情况下，在铝基体层上加Al₂O₃涂层就可以满足等离子体对刻蚀工艺腔的蚀刻损伤。进入到300mm设备，随着等离子功率越来越大，等离子体对刻蚀工艺腔壁的损伤也越来越大，使得在刻蚀的过程容易发生如下问题：(1)颗粒；(2)工艺腔壁涂层剥落，导致等离子体直接与铝基体发生作用；(3)Al₂O₃零部件的寿命受到更高功率的限制。所以需要寻找一种新的途径对刻蚀工艺腔内表面进行改性，满足刻蚀工艺的需要。

研究表明，Y₂O₃涂层对刻蚀工艺腔具有良好的保护作用。与Al₂O₃相比，Y₂O₃的化学性质非常稳定，具有优异的耐等离子蚀刻性能，并且和CF系气体生成的反应产物YF₃蒸气压低，作为颗粒难以飞散。以Y₂O₃粉末作为喷涂材料，利用大气等离子喷涂方法，在刻蚀工艺腔内表面制备出单一结构的Y₂O₃涂层，能够有效解决上述Al₂O₃涂层所面临的各种问题。

等离子喷涂技术是一种表面处理技术，以N₂、Ar、H₂及He等作为离子气体，经电离产生等离子高温高速射流，将输入材料(金属，陶瓷，金属陶瓷等)熔化或熔融喷射到工作表面形成具有一定厚度的涂层。其中的等离子电弧温度极高，足够融化包括Y₂O₃在内的所有的高熔点陶瓷粉末；射流中的熔融粉末动能大，与基体接触后能充分展开、层叠，有效提高涂层结合强度，降低孔隙率。是制备高性能、高质量陶瓷涂层的关键技术。

传统的等离子喷涂方法制造的Y₂O₃涂层为白色，这种颜色的涂层孔隙较多，粒子间的结合力较小，其抗腐蚀性能受到影响。黑色的Y₂O₃涂层可以很好地吸收光，等离子刻蚀机工作时腔室内存在等离子辉光，利用反射率更低的黑色的Y₂O₃涂层可以吸收部分等离子辉光，从而降低光辐射对器件造成的损伤；黑色的Y₂O₃涂层耐脏，在正常使用情况下，与白色Y₂O₃涂层相比减少了清洗次数，提高生产率，从而降低维修成本；一些研究证明，经过黑化处理的Y₂O₃涂层表面较白色的Y₂O₃涂层更光滑致密，孔隙率明显降低，因此腐蚀性气体难以渗透，耐腐蚀性提高；黑化处理的涂层与基体的附着强度增大，不易剥落。经过黑化处理的Y₂O₃涂层并没有改变其内在特性，仍然可以应用于一切白色Y₂O₃涂层适用的场合。