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TWI879169B - 電漿反應裝置、耐腐蝕部件及其形成方法 - Google Patents

電漿反應裝置、耐腐蝕部件及其形成方法 Download PDF

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TWI879169B TW112140772A TW112140772A TWI879169B TW I879169 B TWI879169 B TW I879169B TW 112140772 A TW112140772 A TW 112140772A TW 112140772 A TW112140772 A TW 112140772A TW I879169 B TWI879169 B TW I879169B
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圖強 倪
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大陸商中微半導體設備（上海）股份有限公司
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Abstract

本發明公開了電漿反應裝置、耐腐蝕部件及其形成方法，耐腐蝕部件包括：第一陶瓷層，具有第一晶粒；第二陶瓷層，其位於所述第一陶瓷層上，其具有第二晶粒，所述第二晶粒的平均尺寸小於所述第一晶粒的平均尺寸，所述第二陶瓷層暴露於腐蝕性環境中；所述第一陶瓷層和所述第二陶瓷層中均包含稀土金屬。由於本發明提供的耐腐蝕部件第二晶粒的平均尺寸更小，使位於第一陶瓷層表面的第二陶瓷層在燒結後能形成更平整光滑的表面，該表面上的凹陷較少，使電漿在第二陶瓷層表面經過時，不容易在凹陷處堆積、吸附或沉積，在實際服役過程中，能夠降低對陶瓷材料表面的腐蝕作用，減少微小顆粒污染物的形成，提升腔體的性能。

Description

電漿反應裝置、耐腐蝕部件及其形成方法
本發明涉及電漿領域，具體涉及電漿反應裝置、耐腐蝕部件及其形成方法。
現有技術中，在電漿裝置的零部件表面塗覆塗層，以保護零部件不受電漿腐蝕。隨著電漿蝕刻工藝中對深寬比要求的不斷提高，蝕刻製程的功率提升、步驟增多，零部件所處的電漿腐蝕環境越來越惡劣，塗層受電漿物理轟擊和化學腐蝕的強度均大幅增強，使現有的塗層更容易發生腐蝕，產生微小顆粒，散落在基片上或腔體中，造成污染。
本發明的目的是提供一種耐腐蝕部件，以提高耐腐蝕性。
為了達到上述目的，本發明提供了一種用於電漿處理裝置的耐腐蝕部件，包括： 第一陶瓷層，具有第一晶粒； 第二陶瓷層，其位於所述第一陶瓷層上，其具有第二晶粒，所述第二晶粒的平均尺寸小於所述第一晶粒的平均尺寸，所述第二陶瓷層暴露於腐蝕性環境中； 所述第一陶瓷層和所述第二陶瓷層中均包含稀土金屬。
可選地，所述第一陶瓷層和所述第二陶瓷層中稀土金屬為鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿和鑥中的任意一種或幾種。
可選地，所述第一陶瓷層和所述第二陶瓷層的材料為稀土金屬氧化物、稀土金屬氟化物或稀土金屬氟氧化物中的任意一種或幾種。
可選地，所述第一陶瓷層和所述第二陶瓷層的材料相同。
可選地，所述第一陶瓷層內還設有貫穿其厚度的第一孔結構，所述第二陶瓷層至少位於所述第一孔結構的內壁，且所述第二陶瓷層內還設有沿第一陶瓷層厚度方向貫穿的第二孔結構。
可選地，所述第一晶粒的平均尺寸大於10μm；所述第二晶粒的平均尺寸小於5μm。
可選地，所述耐腐蝕部件為蓋板、氣體噴嘴、聚焦環、絕緣環或覆蓋環中的任意一種或幾種。
可選地，還包括：零部件本體，所述第一陶瓷層位於所述零部件本體上。
可選地，所述耐腐蝕部件為氣體噴淋頭或靜電吸盤中的至少一種。
可選地，所述零部件本體包括第三孔結構，所述第一陶瓷層位於所述第三孔結構的內表面，所述第一陶瓷層內還設有貫穿其厚度的第一孔結構，所述第二陶瓷層至少位於所述第一孔結構的內壁，且所述第二陶瓷層內還設有沿第一陶瓷層厚度方向貫穿的第二孔結構。
本發明還提供了一種電漿反應裝置，包括： 反應腔，所述反應腔內為電漿環境；及 上述的電漿處理裝置的耐腐蝕部件，所述耐腐蝕部件暴露於所述電漿環境中。
可選地，所述電漿反應裝置為電感耦合電漿反應裝置或電容耦合電漿反應裝置。
可選地，所述電漿反應裝置的製程的深寬比範圍為10:1～200:1。
本發明還提供了一種耐腐蝕部件的形成方法，包括： 提供第一粉末；利用所述第一粉末形成所述第一陶瓷層，所述第一陶瓷層具有第一晶粒； 提供第二粉末；利用所述第二粉末在所述第一陶瓷層上形成第二陶瓷層，所述第二陶瓷層具有第二晶粒，所述第二晶粒的平均尺寸小於所述第一晶粒的平均尺寸； 所述第一陶瓷層和所述第二陶瓷層中均包含稀土金屬。
可選地，利用所述第一粉末形成所述第一陶瓷層的方法包括： 利用所述第一粉末形成第一粉末的漿料；對包含第一粉末的漿料造粒，獲得第一顆粒；使所述第一顆粒成型，獲得第一生胚，所述第一生胚用於製備所述第一陶瓷層； 利用所述第二粉末形成所述第二陶瓷層的方法包括： 利用所述第二粉末形成第二粉末的漿料；對包含第二粉末的漿料造粒，獲得第二顆粒；在所述第一生胚表面覆蓋所述第二顆粒，使所述第二顆粒成型，獲得第二生胚，所述第二生胚用於製備第二陶瓷層； 燒製包含所述第一生胚和所述第二生胚的胚體，獲得所述耐腐蝕部件。
可選地，所述第一生胚具有第一孔結構，所述第二生胚至少位於所述第一孔結構的內壁，所述第二生胚還具有第二孔結構； 所述第一生胚和第一孔結構的形成方法包括：提供第一頂針；使所述第一粉末的漿料在第一頂針的週邊形成包裹所述第一頂針的第一生胚，去掉所述第一頂針後，形成所述第一孔結構； 所述第二生胚和第二孔結構的形成方法包括：提供第二頂針，所述第二頂針的直徑小於所述第一頂針的直徑；使所述第二頂針置於所述第一孔結構內，在所述第二頂針與所述第一孔結構間的空隙內填充所述第二粉末的漿料以形成第二生胚，去掉所述第二頂針後，形成所述第二孔結構。
可選地，在大氣氣氛下，1000℃-2500℃燒製所述胚體，獲得所述耐腐蝕部件。
可選地，燒製所述胚體時，所述第一陶瓷層中形成第一氣孔，所述第二陶瓷層中形成第二氣孔，所述第一氣孔的尺寸大於所述第二氣孔的尺寸；所述第一氣孔的數量大於所述第二氣孔的數量。
可選地，混合第一粉末、小於10%質量百分比的黏合劑及小於5%質量百分比的分散劑，攪拌後獲得包含所述第一粉末的漿料； 混合第二粉末、小於10%質量百分比的黏合劑及小於5%質量百分比的分散劑，攪拌後獲得包含所述第二粉末的漿料。
可選地，所述黏合劑為聚乙烯醇；所述分散劑為聚乙二醇。
與現有技術相比，本發明技術方案至少具有如下有益效果： （1）本發明提供的用於電漿處理裝置的耐腐蝕部件包含由第一晶粒形成的第一陶瓷層和由第二晶粒形成的第二陶瓷層，由於第二晶粒的平均尺寸更小，使位於第一陶瓷層表面的第二陶瓷層在燒結後能形成更平整光滑的表面，該表面上的凹陷較少，使電漿在第二陶瓷層表面經過時，不容易在凹陷處堆積、吸附或沉積，在實際服役過程中，能夠降低對陶瓷材料表面的腐蝕作用，減少微小顆粒污染物的形成，提升腔體的性能。 （2）本發明提供的耐腐蝕部件的形成方法，先在第一壓力下獲得預成型的第一生胚，將第二顆粒覆蓋於預成型的第一生胚表面後，在第二壓力下獲得完全成型的第一生胚和第二生胚，操作更加簡化。 （3）本發明提供的用於電漿處理裝置的耐腐蝕部件，所述耐腐蝕部件包括第一陶瓷層和位於所述第一陶瓷層上的第二陶瓷層，在高深寬比、高功率的製程中，所述第一陶瓷層和所述第二陶瓷層中稀土金屬為Ho，Er，Tm，Yb，Lu中的任意一種或幾種。這些稀土金屬與釔元素相比，原子半徑更小、原子質量更大，因此，對電漿的物理轟擊和化學腐蝕的耐受力更強。
下面將結合圖式對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域具有通常知識者在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語“上”“下”“左”“右”“垂直”“水平”“內”“外”等指示的方位或位置關係為基於圖式所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”“第二”“第三”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”“相連”“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的具有通常知識者而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
如圖1所示，本發明提供了一種用於電漿處理裝置的耐腐蝕部件，包括：第一陶瓷層1，具有第一晶粒；第二陶瓷層2，其位於所述第一陶瓷層1上，具有第二晶粒。位於表層的第二晶粒的平均尺寸比位於體層的第一晶粒的平均尺寸小。在一些實施例中，第一晶粒的平均尺寸大於10μm，第二晶粒的平均尺寸小於5μm。本發明的耐腐蝕部件暴露於電漿環境中。
所述第一陶瓷層1和所述第二陶瓷層2中均包含稀土金屬，所述第一陶瓷層和所述第二陶瓷層中稀土金屬為鈧（Sc）、釔（Y）、鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、鉕（Pm）、釤（Sm）、銪（Eu）、釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tm）、鐿（Yb）、鑥（Lu）中的至少一種中的任意一種或幾種。所述第一陶瓷層1和所述第二陶瓷層2的材料為稀土金屬氧化物、稀土金屬氟化物或稀土金屬氟氧化物中的任意一種或幾種。
在一實施例中，電漿反應裝置的製程的深寬比範圍為10:1～200:1。深寬比越大，要求所用的方向性蝕刻(物理蝕刻作用)也越大，從而射頻功率也越高。這樣，為了獲得較小的線寬，設置電漿反應裝置的射頻功率大於或等於10000W。射頻功率越高，例如，射頻功率大於或等於10000W，適用於製備高深寬比的蝕刻工藝。
在高深寬比、高功率的製程中，所述第一陶瓷層1和所述第二陶瓷層2中稀土金屬為Ho，Er，Tm，Yb，Lu中的任意一種或幾種。組成第一陶瓷層1和第二陶瓷層2的金屬元素，具有與釔元素類似的化學穩定性，但對電漿的物理轟擊和化學腐蝕的耐受力更強，與現有的含釔塗層相比，具有更好的耐腐蝕效果。一些實施例中，所述第一陶瓷層1和所述第二陶瓷層2的材料相同。
一般來說，晶粒尺寸越大，燒結過程中由於晶粒收縮形成的氣孔尺寸就越大，故通過大尺寸晶粒燒結得到的陶瓷體的表面起伏狀態大，存在高低不平的凸起和凹陷，相鄰凸起之間還容易形成盲孔。凸起、凹陷和盲孔等微結構均為微米級別，而電漿中具有活性的原子和分子是埃米級別，遠小於微結構的尺寸。當電漿流經該表面，會優先在凹陷處或盲孔處堆積、吸附或沉積，加速該部分區域的腐蝕程度。當凹陷處被轟擊，凹陷兩側的凸起結構便會從表層脫落，失去保護作用，並形成微小顆粒物污染。電漿在盲孔處堆積，會進一步使盲孔的孔洞向體層內延伸，破壞陶瓷材料的穩定性。
本發明的耐腐蝕部件由兩種不同尺寸大小的晶粒組成，小尺寸的第二晶粒設置於大尺寸的第一晶粒上，以第二陶瓷層2作為與電漿接觸的表面。第一陶瓷層1和第二陶瓷層2由粉末顆粒經造粒、成型並燒結後形成。燒結過程中，在第一陶瓷層1中形成第一氣孔10，在第二陶瓷層2中形成第二氣孔20。由於第二晶粒尺寸小，故第一氣孔10的尺寸大於第二氣孔20的尺寸；且第二晶粒位於表面，晶粒間形成的封閉氣孔排出至表面路徑比第二氣孔更短，故第一氣孔10的數量大於所述第二氣孔20的數量。由於第二氣孔20的尺寸更小、數量更少，與第一陶瓷層1相比，第二陶瓷層2的表面更加平整光滑，電漿能夠平穩順暢地在第二陶瓷層2的表面流動，減少電漿在表層的聚集，降低電漿對耐腐蝕部件表面的腐蝕作用，減少微小顆粒污染物的形成，提升腔體的性能。大尺寸的第一晶粒設置於耐腐蝕部件的底部，使燒結成的第一陶瓷層1具有足夠的力學強度。
圖2為包含孔結構的耐腐蝕部件的結構示意圖。所述第一陶瓷層1內設有貫穿其厚度的第一孔結構，所述第二陶瓷層至少位於所述第一孔結構的內壁，且所述第二陶瓷層2內還設有沿第一陶瓷層1厚度方向貫穿的第二孔結構21。使用該耐腐蝕部件時，腐蝕性氣體沿圖2中耐腐蝕部件第二孔結構21的中心線A-A’由上至下流動。可選地，所述第一孔結構和第二孔結構為通孔或盲孔。所述第一孔結構和第二孔結構為直孔、斜孔、圓弧孔中的任意一種或幾種。
對於該耐腐蝕部件，沿第二孔結構21的中心線所在平面進行切割後，將該中心線左側部分逆時針旋轉90°，其微觀結構即可如圖1所示，圖1中的實線為第二孔結構21的中心線A-A’，虛線表示電漿，箭頭指示了腐蝕性氣體的流動方向。第二陶瓷層2的氣孔尺寸小、氣孔數量少，表面平整光滑，因此，電漿能夠平滑地流經第二孔結構21表面，不容易在第二孔結構的表面堆積。
在一些實施例中，第二陶瓷層還可設置於第一陶瓷層的表面，使電漿在第一陶瓷層的表面能夠平滑地流動。
本發明提供的耐腐蝕部件能夠用於電漿處理裝置。電漿處理裝置由多種不同材料的零部件組成。本發明的耐腐蝕部件為一陶瓷體，針對由陶瓷材料形成的零部件，可直接以本發明的耐腐蝕部件作為該零部件。針對由其他材料形成的零部件，例如金屬材料的零部件，可將本發明的第一陶瓷層覆蓋在零部件本體上，例如覆蓋在零部件本體的表面，以保護零部件本體不受電漿侵蝕。在一些實施例中，所述零部件本體包括第三孔結構，所述第一陶瓷層位於所述第三孔結構的內表面，所述第一陶瓷層內還設有貫穿其厚度的第一孔結構，所述第二陶瓷層至少位於所述第一孔結構的內壁，且所述第二陶瓷層內還設有沿第一陶瓷層厚度方向貫穿的第二孔結構。
如圖3所示，本發明提供了一種電容耦合電漿（CCP）反應裝置，包括：真空反應腔100，反應腔100內設置一氣體噴淋頭110，所述氣體噴淋頭110與一氣體供應裝置111相連，用於向真空反應腔輸送反應氣體，同時作為真空反應腔的上電極。反應腔內設置一氣體噴淋頭110和一與所述氣體噴淋頭110相對設置的基座121，所述氣體噴淋頭110與一氣體供應裝置111相連，用於向真空反應腔輸送反應氣體，同時作為真空反應腔的上電極，所述基座121上方設置一靜電吸盤120，通過靜電吸盤120產生靜電吸力，以實現在工藝過程中對待處理基片W的支撐固定。靜電吸盤120同時作為真空反應腔的下電極，所述上電極和所述下電極之間形成一反應區域。至少一射頻電源130通過匹配網路131施加到所述上電極或下電極之一，在所述上電極和所述下電極之間產生射頻電場，用以將反應氣體解離為電漿，電漿中含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待處理基片W的表面發生多種物理和化學反應，使得待處理基片W表面的形貌發生改變，即完成蝕刻過程。
環繞所述基座121設置聚焦環122和絕緣環123，絕緣環123設於聚焦環122的下方。所述聚焦環122和絕緣環123用於調節基片周圍的電場或溫度分佈，提高基片處理的均勻性。覆蓋環124設置於聚焦環122的週邊，主要用於防止電漿的腐蝕。
在一種實施例中，所述第一陶瓷層1和第二陶瓷層2可以單獨作為耐腐蝕部件，例如：所述聚焦環122、絕緣環123或覆蓋環124中的任意一種或幾種。
在另一種實施例中，第一陶瓷層和第二陶瓷層不能單獨作為耐腐蝕部件，需要設置一零部件本體上共同作為耐腐蝕部件，這些需要包括零部件本體的耐腐蝕部件為：所述耐腐蝕部件為氣體噴淋頭110或靜電吸盤120中的至少一種。
如圖4所示，本發明提供了一種電感耦合電漿（ICP）反應裝置，包括：真空反應腔200，反應腔側壁設置氣體注入口201，其中設有氣體噴嘴202。反應腔200的頂部設有蓋板213，電感耦合線圈210連接在蓋板213上，射頻功率源211通過射頻匹配網路212將射頻電壓施加到電感耦合線圈210上。射頻功率源211的射頻功率驅動電感耦合線圈210產生較強的高頻交變磁場，使得反應腔內低壓的反應氣體被電離產生電漿。反應腔200內的底部設置一靜電吸盤組件，包括靜電吸盤220和基座221。靜電吸盤220設置於基座221上方，通過靜電吸盤220產生靜電吸力，以實現在工藝過程中對待處理基片W的支撐固定。電漿中含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待處理基片W的表面發生多種物理和化學反應，使得待處理基片W表面的形貌發生改變，即完成蝕刻過程。
環繞所述基座221設置聚焦環222和絕緣環223，絕緣環223設於聚焦環222的下方。所述聚焦環222和絕緣環223用於調節基片W周圍的電場或溫度分佈，提高基片處理的均勻性。覆蓋環224設置於聚焦環222周圍，主要用於防止電漿的腐蝕。
在一種實施例中，所述第一陶瓷層1和第二陶瓷層2可以單獨作為耐腐蝕部件，例如：蓋板213、氣體噴嘴202、聚焦環222、絕緣環223或覆蓋環224中的任意一種或幾種。
在另一種實施例中，第一陶瓷層和第二陶瓷層不能單獨作為耐腐蝕部件，需要設置一零部件本體上共同作為耐腐蝕部件，這些需要包括零部件本體的耐腐蝕部件為：靜電吸盤220。
圖5為本發明耐腐蝕部件的形成方法流程圖，該方法包括：
步驟S1：混料。
將第一粉末、小於10%質量百分比的黏合劑及小於5%質量百分比的分散劑混合，攪拌後獲得包含所述第一粉末的漿料；將第二粉末、小於10%質量百分比的黏合劑及小於5%質量百分比的分散劑混合，攪拌後獲得包含所述第二粉末的漿料。
其中，第一粉末的D50粒徑大於第二粉末。可選地，第一粉末的D50粒徑為2μm-10μm，第二粉末的D50粒徑為0.1μm-1μm。可選地，所述黏合劑為聚乙烯醇（PVA）。可選地，所述分散劑為聚乙二醇（PEG）。
步驟S2：造粒。
對包含第一粉末的漿料造粒，獲得第一顆粒；對包含第二粉末的漿料造粒，獲得第二顆粒。
步驟S3：成型。
將第一顆粒在低於50MPa的壓力下成型，獲得所述第一生胚，所述第一生胚用於製備所述第一陶瓷層；所述第二顆粒通過黏結劑覆蓋於第一生胚表面，第二顆粒在100MPa-500MPa的壓力下成型，獲得第二生胚，所述第二生胚用於製備第二陶瓷層。
第一粉末的成型壓力較低，形成的是預成型的第一生胚，此時的第一生胚只有初步的形狀輪廓；在第二顆粒覆蓋於預成型的第一生胚表面後，對第一生胚和第二生胚施加更高的壓力，獲得完全成型的第一生胚和第二生胚。因此，本發明只需要施加一次高壓力，即可得到完全成型的第一生胚和第二生胚，操作更加簡化。
可選地，在第一生胚表面噴灑的黏結劑為聚乙烯醇（PVA），其質量濃度為0-20%。第二顆粒可覆蓋於第一生胚的一個表面，也可覆蓋於第一生胚的所有表面。
步驟S4：燒結。
在大氣氣氛下，1000℃-2500℃燒製包含所述第一生胚和所述第二生胚的胚體，獲得所述耐腐蝕部件。作為體層的第一晶粒由第一顆粒燒結而成，位於表層的第二晶粒由第二顆粒燒結而成。
燒製胚體時，所述第一陶瓷層中形成第一氣孔，所述第二陶瓷層中形成第二氣孔，所述第一氣孔的尺寸大於所述第二氣孔的尺寸，所述第一氣孔的數量大於所述第二氣孔的數量。
步驟S5：後處理。
燒結後的耐腐蝕部件，可進一步進行拋光和/或清洗等後處理，減小表面顆粒的起伏高度差，降低實際服役條件下氣體副產物或者電漿在第二陶瓷層2表面的吸附和沉積。
通過上述步驟，形成不含第一孔結構和第二孔結構的耐腐蝕部件。
含有第一孔結構和第二孔結構的耐腐蝕部件的形成方法具體包括：
步驟S1：混料。
與上述不含孔的耐腐蝕部件的混料方法相同。
步驟S2：造粒。
與上述不含孔的耐腐蝕部件的造粒方法相同。
步驟S3：成型。
在一些實施例中，通過頂針形成第一孔結構和第二孔結構。所述第一生坯和第一孔結構的形成方法包括：提供第一頂針；使所述第一顆粒在第一頂針的週邊，在低於50MPa的壓力下預成型，形成包裹所述第一頂針的第一生胚，去掉所述第一頂針後，在第一生胚上形成所述第一孔結構，第一孔結構的形狀為第一頂針的形狀。所述第二生坯和第二孔結構的形成方法包括：提供第二頂針，所述第二頂針的直徑小於所述第一頂針的直徑；第一孔結構內壁塗覆黏結劑，所述第二頂針置於所述第一孔結構內，在所述第二頂針與所述第一孔結構間的空隙內填充所述第二顆粒，使第二顆粒黏結覆蓋於在第一孔結構的內壁，第二顆粒在100MPa-500MPa的壓力下形成包裹所述第二頂針的第二生胚，同時第一生胚在該壓力下完全成型，去掉所述第二頂針後，在第二生胚上形成所述第二孔結構，第二孔結構的形狀為第二頂針的形狀。
在一些實施例中，通過機械加工形成第一孔結構和第二孔結構。在低於50MPa的壓力下，將第一顆粒預成型為塊狀的第一生胚，再通過鑽頭在第一生胚上加工出第一孔結構。第一孔結構內壁塗覆黏結劑，將第二顆粒填充於第一孔結構內，在100MPa-500MPa的壓力下，使第一生胚和第二生胚完全成型。再通過尺寸更小的鑽頭，在第二生胚上，沿第一陶瓷層厚度方向貫穿形成第二孔結構。
由於第二孔結構的尺寸較小，難以通過鑽頭加工，只能通過頂針形成，因此，可以通過機械加工形成第一孔結構、通過頂針形成第二孔結構。在低於50MPa的壓力下，將第一顆粒預成型為塊狀的第一生胚，再通過鑽頭在第一生胚上加工出第一孔結構。提供第二頂針，所述第二頂針的直徑小於所述第一孔結構的直徑；第一孔結構內壁塗覆黏結劑，所述第二頂針置於所述第一孔結構內，在所述第二頂針與所述第一孔結構間的空隙內填充所述第二顆粒，使第二顆粒黏結覆蓋於在第一孔結構的內壁，第二顆粒在100MPa-500MPa的壓力下形成包裹所述第二頂針的第二生胚，同時第一生胚在該壓力下完全成型，去掉所述第二頂針後，在第二生胚上形成所述第二孔結構，第二孔結構的形狀為第二頂針的形狀。
步驟S4：燒結。
與上述不含孔的陶瓷材料的燒結方法相同。
步驟S5：後處理。
與上述不含孔的陶瓷材料的後處理方法相同。
本發明提供的耐腐蝕部件在使用了一段時間後，也可能會產生顆粒物，影響使用效果。為此，本發明提供了一種檢測耐腐蝕部件服役壽命的方法，以判斷耐腐蝕部件是否已經達到使用壽命，以便及時進行更換，也可以在使用前檢測耐腐蝕部件是否合格。
如圖6所示，沿電漿流動方向，向耐腐蝕部件通入高壓氣體，在高壓氣體的出口放置一晶圓，以收集從耐腐蝕部件上帶出的顆粒物。在圖7中，耐腐蝕部件為帶有第二孔結構的零部件，以測試該第二孔結構中顆粒物的情況為例，介紹本發明提供的檢測服役壽命的方法。
如圖7所示，該檢測方法包括：
步驟S1：通入高壓氣體。
高壓氣體從耐腐蝕部件第二孔結構的一端進入，將微粒從另一端帶出。
步驟S2：收集顆粒物。
將一晶圓5放置於高壓氣體的出口處，使顆粒物4散落在晶圓5上，以收集從耐腐蝕部件的第二孔結構中帶出的顆粒物4。
步驟S3：判斷工件服役狀態，預測服役壽命。
根據所述晶圓5上的顆粒物的大小、成分、及所述顆粒物在所述晶圓5上的分佈，判斷所述耐腐蝕部件的服役壽命情況。
對收集了顆粒物4的晶圓5進行顆粒物測試，以確定顆粒物4的大小和在晶圓5上的分佈；再將該晶圓5進行電子能譜分析（EDS ）測試，以確定顆粒物4的成分。統計顆粒物4的大小、成分和分佈資訊，判斷零部件是否服役狀態或服役壽命預測等情況。
綜上所述，本發明提供的用於電漿處理裝置的耐腐蝕部件由兩種不同尺寸的材料層疊而成，體層採用大尺寸晶粒，為材料提供足夠的力學強度，表層採用小尺寸晶粒，形成更為光滑平整的表面，電漿流過時不會在表面的凹陷處聚集，降低電漿對耐腐蝕部件表面的腐蝕作用，減小微小顆粒污染物的形成，使耐腐蝕部件具有更長的使用壽命。
儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
1:第一陶瓷層 10:第一氣孔 2:第二陶瓷層 20:第二氣孔 21:第二孔結構 4:顆粒物 5:晶圓 100:反應腔 110:氣體噴淋頭 111:氣體供應裝置 120:靜電吸盤 121:基座 122:聚焦環 123:絕緣環 124:覆蓋環 130:射頻電源 131:匹配網路 200:反應腔 201:氣體注入口 202:氣體噴嘴 210:電感耦合線圈 211:射頻功率源 212:匹配網路 213:蓋板 220:靜電吸盤 221:基座 222:聚焦環 223:絕緣環 224:覆蓋環 W:待處理基片 A-A’:中心線 S1~S5:步驟
圖1為本發明提供的用於電漿處理裝置的耐腐蝕部件結構示意圖。 圖2為本發明提供的包含第二孔結構的耐腐蝕部件示意圖。 圖3為本發明提供的電容耦合電漿（CCP）反應裝置結構示意圖。 圖4為本發明提供的電感耦合電漿（ICP）反應裝置結構示意圖。 圖5為本發明提供的用於電漿處理裝置的耐腐蝕部件形成方法的流程圖。 圖6為本發明提供的檢測耐腐蝕部件服役壽命的方法示意圖。 圖7為本發明提供的檢測耐腐蝕部件服役壽命的方法流程圖。
1:第一陶瓷層
10:第一氣孔
2:第二陶瓷層
20:第二氣孔
A-A’:中心線

Claims (19)

  1. 一種用於電漿處理裝置的耐腐蝕部件，包括：第一陶瓷層，具有第一晶粒；第二陶瓷層，其位於所述第一陶瓷層上，其具有第二晶粒，所述第二晶粒的平均尺寸小於所述第一晶粒的平均尺寸，所述第二陶瓷層暴露於腐蝕性環境中；所述第一陶瓷層和所述第二陶瓷層中均包含稀土金屬；其中，所述第一晶粒的平均尺寸大於10μm；所述第二晶粒的平均尺寸小於5μm。
  2. 如請求項1所述的用於電漿處理裝置的耐腐蝕部件，其中，所述第一陶瓷層和所述第二陶瓷層中稀土金屬為鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿和鑥中的任意一種或幾種。
  3. 如請求項2所述的用於電漿處理裝置的耐腐蝕部件，其中，所述第一陶瓷層和所述第二陶瓷層的材料為稀土金屬氧化物、稀土金屬氟化物或稀土金屬氟氧化物中的任意一種或幾種。
  4. 如請求項1所述的用於電漿處理裝置的耐腐蝕部件，其中，所述第一陶瓷層和所述第二陶瓷層的材料相同。
  5. 如請求項1所述的用於電漿處理裝置的耐腐蝕部件，其中，所述第一陶瓷層內還設有貫穿其厚度的第一孔結構，所述第二陶瓷層至少位於所述第一孔結構的內壁，且所述第二陶瓷層內還設有沿所述第一陶瓷層厚度方向貫穿的第二孔結構。
  6. 如請求項1所述的用於電漿處理裝置的耐腐蝕部件，其中，所述耐腐蝕部件為蓋板、氣體噴嘴、聚焦環、絕緣環或覆蓋環中的任意一種或幾種。
  7. 如請求項1所述的用於電漿處理裝置的耐腐蝕部件，其中，還包括：零部件本體，所述第一陶瓷層位於所述零部件本體上。
  8. 如請求項7所述的用於電漿處理裝置的耐腐蝕部件，其中，所述耐腐蝕部件為氣體噴淋頭或靜電吸盤中的至少一種。
  9. 如請求項8所述的用於電漿處理裝置的耐腐蝕部件，其中，所述零部件本體包括第三孔結構，所述第一陶瓷層位於所述第三孔結構的內表面，所述第一陶瓷層內還設有貫穿其厚度的第一孔結構，所述第二陶瓷層至少位於所述第一孔結構的內壁，且所述第二陶瓷層內還設有沿所述第一陶瓷層厚度方向貫穿的第二孔結構。
  10. 一種電漿反應裝置，包括：反應腔，所述反應腔內為電漿環境；及如請求項1至9任意一項所述的電漿處理裝置的耐腐蝕部件，所述耐腐蝕部件暴露於所述電漿環境中。
  11. 如請求項10所述的電漿反應裝置，其中，所述電漿反應裝置為電感耦合電漿反應裝置或電容耦合電漿反應裝置。
  12. 如請求項10所述的電漿反應裝置，其中，所述電漿反應裝置的製程的深寬比範圍為10：1~200：1。
  13. 一種耐腐蝕部件的形成方法，包括： 提供第一粉末；利用所述第一粉末形成第一陶瓷層，所述第一陶瓷層具有第一晶粒；提供第二粉末；利用所述第二粉末在所述第一陶瓷層上形成第二陶瓷層，所述第二陶瓷層具有第二晶粒，所述第二晶粒的平均尺寸小於所述第一晶粒的平均尺寸；其中，所述第一晶粒的平均尺寸大於10μm；所述第二晶粒的平均尺寸小於5μm；所述第一陶瓷層和所述第二陶瓷層中均包含稀土金屬。
  14. 如請求項13所述的耐腐蝕部件的形成方法，其中，利用所述第一粉末形成所述第一陶瓷層的方法包括：利用所述第一粉末形成第一粉末的漿料；對包含所述第一粉末的漿料造粒，獲得第一顆粒；使所述第一顆粒成型，獲得第一生胚，所述第一生胚用於製備所述第一陶瓷層；利用所述第二粉末形成所述第二陶瓷層的方法包括：利用所述第二粉末形成第二粉末的漿料；對包含所述第二粉末的漿料造粒，獲得第二顆粒；在所述第一生胚表面覆蓋所述第二顆粒，使所述第二顆粒成型，獲得第二生胚，所述第二生胚用於製備所述第二陶瓷層；燒製包含所述第一生胚和所述第二生胚的胚體，獲得所述耐腐蝕部件。
  15. 如請求項14所述的耐腐蝕部件的形成方法，其中，所述第一生胚具有第一孔結構，所述第二生胚至少位於所述第一孔結構的內壁，所述第二生胚還具有第二孔結構； 所述第一生胚和所述第一孔結構的形成方法包括：提供第一頂針；使所述第一粉末的漿料在所述第一頂針的週邊形成包裹所述第一頂針的第一生胚，去掉所述第一頂針後，形成所述第一孔結構；所述第二生胚和所述第二孔結構的形成方法包括：提供第二頂針，所述第二頂針的直徑小於所述第一頂針的直徑；使所述第二頂針置於所述第一孔結構內，在所述第二頂針與所述第一孔結構間的空隙內填充所述第二粉末的漿料以形成第二生胚，去掉所述第二頂針後，形成所述第二孔結構。
  16. 如請求項14所述的耐腐蝕部件的形成方法，其中，在大氣氣氛下，1000℃至2500℃燒製所述胚體，獲得所述耐腐蝕部件。
  17. 如請求項16所述的耐腐蝕部件的形成方法，其中，燒製所述胚體時，所述第一陶瓷層中形成第一氣孔，所述第二陶瓷層中形成第二氣孔，所述第一氣孔的尺寸大於所述第二氣孔的尺寸；所述第一氣孔的數量大於所述第二氣孔的數量。
  18. 如請求項13所述的耐腐蝕部件的形成方法，其中，混合第一粉末、小於10%質量百分比的黏合劑及小於5%質量百分比的分散劑，攪拌後獲得包含所述第一粉末的漿料；混合第二粉末、小於10%質量百分比的黏合劑及小於5%質量百分比的分散劑，攪拌後獲得包含所述第二粉末的漿料。
  19. 如請求項18所述的耐腐蝕部件的形成方法，其中，所述黏合劑為聚乙烯醇；所述分散劑為聚乙二醇。
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