随着半导体行业的飞速发展,等离子刻蚀技术逐渐成为了制造半导体器件的关键工艺技术之一。然而,含氟等离子体在刻蚀硅晶片的过程中,也会对等离子刻蚀机反应室内部零件产生严重的刻蚀作用,从而导致反应腔室内产生污染颗粒,降低半导体产品的成品率。在服役于等离子体环境中的零部件表面制备一层耐等离子体刻蚀的保护性涂层,能够有效地减缓其受到的刻蚀损伤。YF3涂层是一种面向等离子环境的新型保护性涂层,在含氟等离子环境下具有较高的耐刻蚀性能。本文以球形YF3粉末为原材料,采用大气等离子喷涂技术在6061铝合金表面制备了YF3涂层,按照正交试验法设计了涂层的喷涂工艺参数,对比研究了不同工艺参数下涂层的组织结构与性能。通过X射线衍射仪、扫描电电子显微镜、3D轮廓测量仪、等离子刻蚀机等实验设备对涂层的显微组织、刻蚀速率、显微硬度、结合强度、介电强度进行了表征,探讨了工艺参数对涂层的性能影响规律,并分析了涂层的等离子刻蚀行为。研究表明:在不同工艺参数下采用大气等离子喷涂方法制备的所有YF3涂层都为多晶,主要物相是YF3相,同时存在少量的Y2O3和YOF相。涂层主要是由弥散分布的扁平粒子、球形颗粒相互堆叠形成,涂层的表面弥散分布着一些孔隙。不同喷涂工艺参数下涂层的表面粗糙度有所不同,涂层的最大表面粗糙度为Sa9.842μm,最小表面粗糙度最为Sa4.374μm。所有涂层的内部都存在明显的孔洞结构。涂层与基体相互咬合,在工艺优化前结合界面的局部区域存在少量的孔隙和微裂纹。涂层耐等离子刻蚀性能、显微硬度、结合强度和介电强度随着其孔隙率的增加呈现出逐渐降低的趋势。喷涂工艺参数对YF3涂层孔隙率的影响程度大小次序为氢气流量>喷涂电流>喷涂间距>氩气流量,孔隙率随着氢气流量、氩气流量、喷涂电流的增加呈现出先降低后升高的趋势,而随着喷涂间距的增加,孔隙率逐渐升高。在本试验条件下得到的优化之后的喷涂工艺参数如下:氢气流量为6NLPM,氩气流量为40NLPM,喷涂电流为500A,喷涂间距为110mm。与工艺优化前相比,采用优化后的喷涂工艺参数制备的YF3涂层内部的孔隙明显减少了,涂层与基体的结合也变得更紧密,结合界面处没有出现明显的微裂纹。涂层的孔隙率、刻蚀速率、显微硬度、结合强度和介电强度这五项性能,都有明显的改善。YF3涂层在刻蚀气体为CF4/Ar/O2的等离子环境下刻蚀600min之后,涂层表面粗糙度相对于刻蚀之前有明显的增大,刻蚀迹象十分明显。在涂层的等离子刻蚀过程中,首先被刻蚀的是涂层表面原始孔洞的边缘、晶界以及局部薄弱区域,晶界以及局部薄弱区域被刻蚀后会出现刻蚀坑点和刻蚀纹路。原始孔洞、刻蚀坑点、刻蚀纹路的尺寸会随着刻蚀的进行从其边缘处逐渐往外扩大,它们的边缘最终会扩展到整个涂层表面,使得涂层的整个外表面都发生刻蚀。随着刻蚀时间的增加,涂层表面的材料逐层被去除,涂层被刻蚀的深度逐渐加大。