Page 23 - 材料分析層層把關先進製程設備零缺陷

1.透過分析工具，確認真空腔體、 零件表面護層之平坦緻密度
以看出晶粒尺寸是隨著基板溫度升 高而變大，有助於提供鍍膜速率與 品質的控制。
果，明顯地可以看到Y2O3的表面F 含量變多，有形成一層較厚的氟化 副產物。
早期大部份的腔體零件一般使 用SiO2、Al2O3作為表面保護層，然 而，其與含氟(F)基的氣體反應卻會 產生微粒、副產物等，且抗腐蝕效 果不佳。後來的研究發現，氧化釔 (Y2O3)材料可以大幅地改善，但仍無 法完全有效地解決微粒問題;近年 來研究相關的護層新材料，如Y2O3 表面氟化處理、三氟化釔(YF3)、氟 氧化釔(YOF)等，藉由嘗試不同的含 氟基釔化物材料，進行蝕刻的耐久 性測試。
2.透過XPS分析成分變化，判斷護 層抗腐蝕與否
另外，也可以藉由高解析的宜 特驗證分析實驗室X光光電子能譜 儀(XPS/ESCA)，來更精確地分析這 層副產物鍵結的化學態，如圖5分別 是解析(a)鍍層Al2O3的Al2p能譜與 (b)鍍層Y2O3的Y3d能譜的鍵結化學 態，顯示在含氟電漿蝕刻後的表面 確 實 分 別 形 成 A l - F、A l - O 與 Y - F、Y - O 的化學鍵結，在Y2O3表層所含的Y-F 鍵結量(紅色虛線下的面積)明顯是 比Y-O的(綠色虛線下的面積)多，也 說明了其氟化比是高於Al2O3的。
此類的研究在表面護層的特 性要求包括孔隙率、粗糙平坦度的 分析，可使用宜特驗證分析實驗室 的SEM或是原子力顯微鏡(AFM)來 觀察表面的形貌與粗糙度。在經 過蝕刻設備的腐蝕與可靠度測試 後，可觀察表面形貌與粗糙度的改 變之外，還可藉由分析表面是否有 副產物的形成，比較前後的差異。 如圖2中為Y2O3鍍層經過含氟基電 漿蝕刻，分別使用SEM觀察其蝕刻 前後的表面形貌與AFM分析粗糙 度的差異。由AFM分析粗糙度的結 果顯示，可以很明顯看到在蝕刻後 平均粗糙度(Rms)從10.7nm降到 6.5nm。
至於針對表層數十奈米深度 的成分變化，可藉由宜特驗證分析 實驗室的X光光電子能譜儀(XPS/ ESCA)分析其縱深及鍵結，以判斷 此表面形成的副產物之厚度及化 學態，進而判斷該材料是否具備抗 腐蝕特性。如圖4為(a) Al2O3以及 (b) Y2O3這兩種不同鍍層在含氟基 電漿蝕刻後表面XPS縱深分析的結
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另外在鍍層的開發研究中，可 以藉由宜特驗證分析實驗室的X光 繞射(XRD)分析其鍍層產生的結晶 相，以及與晶粒尺寸大小的關係。 如圖3(a)是用XRD分析Y2O3鍍層 在不同溫度的結晶性，另外藉由繞 射峰的半高寬值(FWHM)，計算晶 粒尺寸得到圖3(b)的統計趨勢，可
圖4:Al2O3與Y2O3 YOF二種鍍層在含氟基電漿蝕刻後表面XPS縱深分析的結果。
(Coatings 2020, 10, 1023 Seungjun Lee, etc)
圖5:高解析XPS分析鍍層Al O (a)與Y O (b)在含氟電漿蝕刻後其表面Al2p與Y3d的鍵結化學態。
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