JP2012508467A - プラズマチャンバ部品用耐プラズマコーティング - Google Patents

Abstract

耐プラズマコーティング材料、耐プラズマコーティング、及びそのようなコーティングをハードウェア部品上に形成する方法。一実施形態では、ハードウェア部品は静電チャック（ＥＳＣ）であり、耐プラズマコーティングはＥＳＣの表面上に形成される。耐プラズマコーティングは、熱溶射以外の方法によって形成され、これによって有利な材料特性を有する耐プラズマコーティングを提供する。

Description

背景

１）分野
本発明の実施形態はプラズマ処理装置の分野に関し、特にプラズマ処理チャンバの部品用耐プラズマコーティングに関する。

２）関連技術の説明
真空プラズマ処理チャンバは、太陽電池及び集積回路等のデバイス製造間におけるプラズマ処理に使用される。プロセスガスのプラズマを生成するためにプロセスガスに電場が印加される間、プロセスガスは処理チャンバ内へ流される。稼働コストを減らすために、処理プラズマに曝露されるプラズマ処理チャンバ内の部品の寿命は、部品が耐プラズマ性をもつように設計することによって延びる。本明細書内で使用されるとき、「耐プラズマ」という語句は、プラズマ処理チャンバ内で生成されるプラズマ処理条件に曝露される時に浸食及び腐食に対して抵抗力をもつことを言う。耐プラズマ部品は現在、バルク材から、又は基板上に保護コーティングを熱溶射することによって作られる。

図１は、一般的にプラズマ溶射と称されるプラズマを使用する従来の熱溶射法１００を示す。通常、粉末、液体、又はワイヤの形態をもつ原材料１０１は、高温プラズマトーチ１０５内に導入される。供給ガス１２０（例えば、アルゴン、窒素、水素、ヘリウム）は、陰極１２２の周りを陽極ノズル１２３へ向かって流れる。プラズマは、電気的アークのための局所的なイオン化及び導電性経路を陰極１２２と陽極ノズル１２３の間に形成させる高圧放電によって開始され、これによって供給ガス１２０のプラズマ放電を形成する。電気の流れを運ばないプラズマトーチ１０５（即ち、中性のプラズマ）として、プラズマは陽極ノズル１２３を出る。プラズマトーチの温度は１０，０００Ｋのオーダーにあり、原材料１０１を溶解又は軟化させ小滴１０７にし、それらを基板１１０へ向かって進ませる。

溶解した小滴１０７は基板１１０に衝突すると平坦化し、急速に凝固し、これによって一般的に「スプラット」と称されるホットケーキ状の薄層（ラメラ）を含むコーティング１１５を形成する。原料粒子は通常、数マイクロメートル（μｍ）〜１００μｍ超までの大きさを有するので、１つの薄層は一般に約１μｍの厚さと数μｍ〜１００μｍ超までの側部寸法を有する。個々の薄層の間には、小さなボイド（孔、クラック、及び不完全な接合の領域等）がある。

概要

本発明の実施形態は、耐プラズマコーティング材料、耐プラズマコーティング、及びそのようなコーティングをハードウェア部品上に形成する方法を含む。特定の実施形態では、ハードウェア部品は、プラズマチャンバによって実行される処理の間にプラズマに曝露されるプラズマチャンバ部品である。そのような一実施形態では、プラズマチャンバ部品は静電チャック（ＥＳＣ）であり、耐プラズマコーティングは、ＥＳＣの表面上（例えば、プラズマ処理の間にワークピースがプラズマチャンバ内で上部に配置されるパック表面上）に形成される。

一実施形態では、耐プラズマコーティングは、コーティングが上部に堆積される基板に固有でないセラミックスを含み、耐プラズマコーティングは、１％未満の空孔率を有するように形成される。この低空孔率は、コーティングの耐プラズマ浸食性を大きく増し、部品寿命に亘るプラズマチャンバ内の微粒子汚染を減らすことが見出されている。別の一実施形態では、耐プラズマコーティング面は、１μｍ未満の算術平均粗さ（Ｒ_ａ）を有する。慣例に反して、この低い表面粗さを有するコーティングは、特にＥＳＣに適用されるとき、微粒子汚染を大きく減らすことが見出されている。別の特定の一実施形態では、耐プラズマコーティングは、従来のコーティングよりかなり高い少なくとも１０００Ｖ／ｍｉｌの降伏電圧を有するように形成される。

一実施形態では、耐プラズマコーティングは、イットリウム（Ｙ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、又はランタノイド（エルビウム（Ｅｒ）等）の、酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物、又はハロゲン化物の少なくとも１つを含むように形成される。いくつかの実施形態では、耐プラズマコーティングは、細粒構造をもつアモルファス又は多結晶となるように形成される。特定の多結晶質の実施形態は、ランダムでなく、「好適な」面外成長方位をもつ結晶構造を有する。そのような一実施形態では、好適な面外成長は、プラズマに面するコーティング面上で最高密度の結晶面を向ける。選択的な結晶方位に沿った原子の積み重ねによってコーティングの耐プラズマ性を改善することが見出されている。ある実施形態は、基板と耐プラズマコーティングの間に配置された中間層又は複数の中間層を更に含む。中間層（複数の中間層）は、耐プラズマコーティング内に存在しない元素の酸化物、又は、耐プラズマコーティング内に存在しない元素の酸化物又は窒化物又は炭化物（二酸化珪素及び炭化珪素等）の組み合わせを含み、これによって特定の性能特性（漏れ電流等）に合うように調整されたハイブリッド化されたコーティングを提供してもよい。

実施形態は、コーティングが形成されるときに、又はコーティング形成に続いて、耐プラズマコーティングを高エネルギー粒子に曝露する条件下でプラズマチャンバ部品上に耐プラズマコーティングを形成する方法を更に含む。高エネルギー粒子は、粒子発生源（プラズマ、反応性ガス等）から又は堆積材料を提供する材料源から来るイオン、中性子原子、ラジカル、及びナノサイズの粒子を含む。そのような条件を提供する例示的なプロセスは、イオンアシスト蒸着法（ＩＡＤ）、イオン金属プラズマ法（ＩＭＰ）、活性化反応性蒸着法（ＡＲＥ）、又はプラズマ浸漬イオンプロセス（ＰＩＩＰ）を含む。特定の堆積法の実施形態は、反応性気体種としてハロゲン又は酸素の少なくとも１つを含み、耐プラズマコーティングが部品基板上に堆積される間、基板に電気的にバイアスを掛けるステップを更に含んでもよい。他の実施形態は、ナノ粒子のマスフロー堆積プロセス又はゾルゲル堆積プロセスによって、部品上に耐プラズマコーティングを形成するステップを含み、これによって本明細書内で説明されるコーティング組成、構造的及び電気的特性を実現する。

本発明の実施形態は、例として説明され、添付図面の図の中に限定されない。

コーティングを部品に適用する従来の方法を示す。 本発明の一実施形態に係る耐プラズマコーティングを有する部品が利用可能なプラズマ処理チャンバを示す。 本発明の一実施形態に係る部品の表面上に形成された耐プラズマコーティングの断面図を示す。 〜 本発明の一実施形態に係る耐プラズマコーティングの形態及び耐浸食性を夫々示す。 〜 本発明の別の一実施形態に係る耐プラズマコーティングの形態及び耐浸食性を夫々示す。 図３Ａ〜図３Ｅに示される実施形態に係る耐プラズマコーティングの電気抵抗特性を示す。 本発明の一実施形態に係る部品の表面上に形成された耐プラズマハイブリッドコーティングの断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る特定の方法によって形成された耐プラズマコーティングの耐浸食性を示す。 本発明の一実施形態に係る耐プラズマコーティングの堆積メカニズムを示す。 本発明の一実施形態に係る部品上に耐プラズマコーティングを堆積する装置を示す。 本発明の一実施形態に係る部品上に耐プラズマコーティングを堆積する装置を示す。 〜 本発明の実施形態に係る部品上に耐プラズマコーティングを堆積する方法のフロー図を示す。

詳細な説明

本明細書を通して「一実施形態」への参照は、実施形態に関連して説明された特定の構成、構造、材料、又は特性が、発明の少なくとも１つの実施形態に含められていることを意味する。従って、本明細書を通して様々な場所に「一実施形態では」のフレーズが現れるが、必ずしも発明の同一の実施形態を参照するものではない。以下の説明において、多くの特定の詳細（製造条件及び材料等）が記述され、これによって本発明の完全なる理解を提供する。しかしながら、特定の実施形態は、これらの特定の詳細の１以上を備えず、又は他の既知の方法、材料、及び装置と組み合わせて実施されてもよい。更に、説明される特定の構成、構造、材料、又は特性は、１以上の実施形態においてどんな適当な方法で組み合わせてもよい。また、互いに矛盾しない特定の実施形態は結合されてもよいことが理解されるべきである。添付図面は、説明的表現であり、必ずしも正確な縮尺率で描かれていない。

「上（上方）に」、「下（下方）に」、「間に」、及び「上に（面して）」の語句は、本明細書内で使用されるとき、１つの部材の他の部材に対する相対位置を言う。そのため、例えば、別の部材の上（上方）又は下（下方）に配置された１つの部材は、直接他の部材と接触しているかもしれず、又は１以上の介在する部材を有するかもしれない。更に、部材の間に配置された１つの部材は、直接２つの部材と接触しているかもしれず、又は１以上の介在する部材を有するかもしれない。対照的に、第２部材の「上の（面する）」第１部材は、第２部材に接触している。更に、基板の絶対的姿勢を考慮すること無く、基板に対して操作が実行されると仮定して、他の部材に対する１つの部材の相対位置は提供される。

本発明の実施形態は、耐プラズマコーティング材料、耐プラズマコーティング、及びハードウェア部品上にそのようなコーティングを形成する方法を含む。特定の実施形態では、ハードウェア部品は、プラズマチャンバによって実行されるプラズマ処理の間にプラズマに曝露されるプラズマチャンバ部品である。プラズマ処理チャンバの一例として、プラズマエッチングシステム２００の断面図が図２に示される。プラズマエッチングシステム２００は、プロセスチャンバ２０５を含む。ワークピース２１０は、開口２１５を通してロードされ、陰極２２０に固定される。特定の実施形態では、陰極２２０は静電気力（例えば、静電チャック又はＥＳＣ）によってワークピース２１０を保持する。更なる実施形態では、陰極２２０は、各ゾーンを温度設定値に独立して制御可能な複数のゾーン（例えば、ワークピース２１０の中心近傍に第１熱ゾーン２２２及びワークピース２１０の周辺部近傍に第２熱ゾーン２２１をもつ）を含む。プロセスガスは、ガス供給源２４５、２４６、２４７、２４８から夫々のマスフローコントローラ２４９を通ってプロセスチャンバ２０５の内部へ供給される。プロセスチャンバ２０５は、排気バルブ２５１を通して接続された大容量真空ポンプスタック２５５を介して、例えば５ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒの間に排気される。

ＲＦ電力が印加されると、プラズマがワークピース２１０の上方のチャンバ処理領域内に形成される。バイアス電力ＲＦジェネレータ２２５は、バイアス電力を供給し、更にプラズマにエネルギーを与える陰極２２０に結合される。ある実施形態では、プラズマエッチングシステム２００は、全く異なる周波数帯域に、バイアス電力ＲＦジェネレータ２２５と共にＲＦ整合器２２７に接続する第３バイアス電力ＲＦジェネレータ２２６を含む。電源電力ＲＦジェネレータ２３０は、陰極２２０に対して陽極であるかもしれないプラズマ生成要素２３５に整合器（図示せず）を通して結合され、これによってプラズマにエネルギーを与える高周波電源電力を供給する。一般に、電源電力ＲＦジェネレータ２３０は、例えば１００〜１８０ＭＨｚの間のバイアス電力ＲＦジェネレータ２２５より高い周波数を有する。バイアス電力はワークピース２１０のバイアス電圧に影響を与え、ワークピース２１０のイオン衝撃を制御する一方、電源電力はワークピース２１０へのバイアスとは比較的無関係にプラズマ密度に影響を与える。

プラズマエッチングシステム２００は、コントローラ２７０によってコンピューター制御され、これによって低周波バイアス電力、高周波電源電力、エッチングガスフロー、プロセス圧力、及び陰極温度、更に他のプロセスパラメータを制御する。一般に、コントローラ２７０は、他の共通の部品の中でも特に、メモリ２７３及び入出力（Ｉ／Ｏ）回路２７４と通信する中央演算処理装置（ＣＰＵ）２７２を含む。ＣＰＵ２７２によって実行されるソフトウェア命令は、プラズマエッチングシステム２００に、例えば、プラズマエッチングチャンバ内にワークピース２１０をロードさせ、混合エッチングガスをプロセスチャンバ２０５内に導入させ、ワークピース２１０をエッチングさせる。

図３Ａ又は４Ａにおいて概略が示されるように、プラズマ処理システム（プラズマエッチングシステム２００等）の少なくとも１つの部品は、耐プラズマコーティングを含む。プロセスチャンバ２０５を構成する部品のどれでも、そのような耐プラズマ性をもつコーティングがされてもよい。例示的なチャンバ部品は、プロセスキット、フォーカスリング、シャワーヘッド、及び蓋を含む。陰極２２０がＥＳＣである特定の一実施形態では、ＥＳＣの表面（ワークピース２１０が処理の間に配置されるパック表面等）又はＥＳＣの周辺の面が、図３Ａ又は４Ａに概略が示されるような耐プラズマコーティングで覆われる。

図３Ａは、耐プラズマコーティング３１５を含むプラズマチャンバ部品３００の一部の断面図を示す。プラズマチャンバ部品３００は、ワークピースのプラズマ処理の間、プラズマに曝露される外側コーティング面を提供するように耐プラズマコーティング３１５が上方に堆積される外側基板面３１１を有する基板３１０を含む。基板３１０は、アルミニウム又はアルミニウム合金、石英、セラミックス、又は複合材料等、いかなる従来材であってもよい。基板３１０は、完全（インテグラル）表面コーティング（図示せず）を更に含んでもよい。完全表面コーティングは、基板３１０と単一連続構造を形成する。完全表面コーティングは、一般に、下にある部品材料の少なくとも一部を用いて基板３１０からインサイチュー（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で形成される。例えば、アルミニウム基板３１０に対しては、酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏ）又は窒化アルミニウム（Ａｌ−Ｎ）の完全表面コーティングが「成長する」かもしれない。完全表面コーティングは、例えば、基板３１０を陽極酸化させることによって基板３１０から形成される。耐プラズマコーティングは固有（ネイティブ）でないという点で、本発明の実施形態に係る耐プラズマコーティングは完全表面コーティングと区別される。例えば、基板３１０がアルミニウム合金である一実施形態では、耐プラズマコーティングには実質的にアルミニウムが存在しない。

本発明の実施形態では、基板３１０上に形成された耐プラズマコーティング３１５は、非熱溶射コーティングである。プラズマ溶射コーティングは、プラズマチャンバ内で処理された基板を汚染することが見出されている。例えば、プラズマ溶射イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）コーティングをもつ部品を有するチャンバ内でのプラズマ処理後の基板上で、イットリウム（Ｙ）汚染が見つかっている。この現象の調査の間に、プラズマ溶射コーティングは、コーティングの厚さを通して高密度のクラック及びボイドを有することが見つかり、これは図１に示されるような薄層の作用である。典型的なプラズマ溶射コーティングは、３％以上の空孔率を有する。プラズマ溶射コーティング面はまた、特徴的に粗く、５マイクロメートル（μｍ）オーダーの典型的な算術平均粗さ（Ｒ_ａ）をもつ。クラック、ボイド、及び微粒子がプラズマ照射の間に不均一に浸食されるので、プラズマ溶射コーティングされた部品は、直径が最大２５μｍの粒子を有する粗いプラズマエッチングされた面を発生させる。そのような大きな表面粒子の形成は、膜応力が相対的に高く、結合力が相対的に低い粒界に沿った選択的な浸食に起因するかもしれない。プラズマエッチングされたコーティング上に見つかる粗いピークは、そのような粒子が結局は壊れて、チャンバ内で処理される基板を潜在的に汚染することを示す。従って、基板汚染、プラズマプロセスのドリフト、及び部品表面の悪化は、プラズマ溶射コーティング内に存在するクラック、ボイド、粗面、及び大きな微粒子と相関している。特に、バルクのセラミックス（例えば、バルクのイットリア）から形成されたプロセスチャンバ部品の同様な評価においても、直径２５μｍ以上の多数のボイドを確認した。そのため、バルクのセラミックスは、プラズマ溶射された多種におけるプラズマ耐性をほとんど改善しない。

汚染と粒子形成を削減するために、耐プラズマコーティング３１５の実施形態は、低空孔率及び低い表面粗さを有するように形成される。一実施形態では、耐プラズマコーティング３１５は、約１％未満の空孔率を有する。空孔率は、コーティングの全体積における空間のパーセンテージで表され、より低い空孔率は、コーティングがより密であることを表す。更なる実施形態では、特定の膜組成に対して最大密度の条件では、空孔率は本来０％である。そのような低いコーティング空孔率は、従来のコーティング堆積法（プラズマ溶射等）によって以前は達成不可能であり、圧縮的に加圧されたコーティングでさえ１％をかなり超える空孔率をしていた。

別の一実施形態では、外側コーティング面３１６は、３０μｍ以上の厚さを有するコーティングに対して、約１μｍ未満のＲ_ａ値を有する。ある実施形態では、外側コーティング面３１６は、０．２５μｍ未満のＲ_ａ値を有しており、０．０２５μｍと同じくらい低いかもしれない。それに比べて、一般にプラズマ溶射コーティング面は、少なくとも５μｍのＲ_ａ値を有しており、１０μｍから２５μｍまでＲ_ａ値をしばしば意図的に粗くする。プラズマプロセスの副生成物は、粗いチャンバ表面によりよく付着する（汚染を削減する）かもしれないという一般通念に反して、広範な製造研究は、より滑らかな外側コーティング面３１６がプロセスの清浄度を向上することを明らかにしてきた。理論と結びついてはいないが、より滑らかな表面は、インサイチューチャンバクリーン（ＩＣＣ）プロセスの有効性を改善し、湿式洗浄の必要性を削減すると考えられている。いくつかの実施形態では、基板３１０はまた、外側基板面３１１を相対的になめらかにするように、非プラズマ溶射コーティングのために準備されるかもしれない。例えば、外側基板面３１１は、約４μｍ未満のＲ_ａを有するように準備されるかもしれず、これは機械加工された部品面によって達成可能である。外側基板面３１１の低い粗さはまた、一般に基板面が少なくとも４μｍの表面Ｒａに敢えて荒らされ、これによって溶射コーティングの接着力を向上させるプラズマ溶射法とは対照的である。いくつかの実施形態では、基板３１０はまた、所望のＲａ（例えば、０．４μｍ以上）を有する外側基板面３１１で準備されるかもしれない。耐プラズマコーティングが外側基板面３１１に均一に分布されるかもしれないので、コーティング面３１６は、耐プラズマコーティング３１５の堆積後、外側基板面３１１の元の表面Ｒ_ａを維持している。所望のＲ_ａは、プラズマチャンバ部品３００の所望の性能（ＥＳＣのチャッキング及びデチャッキング機能等）に基づいて決定されるかもしれない。

本発明の一実施形態では、耐プラズマコーティング３１５は、次の主要構成要素を含むセラミックスである： スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ランタノイド（例えば、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、又はエルビウム（Ｅｒ））、又はハフニウム（Ｈｆ）の、酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物、又はフッ化物。一例示的コーティング組成は、主要構成要素としてＹ_２Ｏ_３を含む（即ち「Ｙ_２Ｏ_３ベースである」）。別の一例示的コーティング組成は、主要構成要素としてＹＦ_３を含む（即ち「ＹＦ_３ベースである」）。別の一例示的コーティング組成は、主要構成要素としてＥｒ_２Ｏ_３を含む（即ち「Ｅｒ_２Ｏ_３ベースである」）。主要構成要素に加えて、耐プラズマコーティング３１５は、より少ない量の他のセラミックス（炭化珪素（ＳｉＣ）及び酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）等）を更に含み、これによって例えば、マトリックス／溶質又は超格子を形成するかもしれない。１つの例示的なＹ_２Ｏ_３ベースの組成は、０．５〜１．１ａｔ％（原子百分率）のＣ、５８〜６０ａｔ％のＯ、０〜０．５ａｔ％のＦ、及び３９〜４０ａｔ％のＹを含む。

本発明の一実施形態では、耐プラズマコーティング３１５は、アモルファスの微細構造を有する。図３Ｂは、アルミニウムベースの基板３１０上におけるＹＦ_３ベースの耐プラズマコーティング３１５に対するエックス線回折（ＸＲＤ）データを示す。図示されるように、基板３１０からのアルミニウムのピークだけが区別できる。アモルファスの微細構造は、粒界で選択的エッチングに起因する部品の表面粗さ及び汚染が削減することにおいて有利であるかもしれない。プラズマ溶射されたＹＦ_３ベースのコーティング（「ＰＳ ＹＦ_３」）の浸食レートが本発明の一実施形態に係るアモルファスのＹＦ_３ベースのコーティング（「ＹＦ_３／Ａｌ−Ｎ」）の浸食レートの約２倍であるアモルファスの微細構造の効果が、図３Ｃにおいて更に明らかである。

代替の一実施形態では、耐プラズマコーティング３１５は、細粒結晶性の微細構造を有する。例示的な一実施形態では、粒径は０．５μｍしかない。更なる一実施形態では、耐プラズマコーティング３１５は、結晶方位がランダムでないテクスチャリングされた結晶性の微細構造を有する。ランダムでない結晶方位は、所望の面外成長方位を有するかもしれない。図３に示される実施形態では、面外成長方位はｙ軸に沿っている。そのような一実施形態では、好適な面外成長は、プラズマに対向するように、外側コーティング面３１６において最も高い密度の結晶面を向く。そのような実施形態では、耐プラズマコーティング３１５は、コーティングの形成の間、稠密な結晶面の方位に沿って配置された原子をもつ最密構造を有する。例えば、典型的な面心立方（ＦＣＣ）結晶構造に対して、（１１１）面が面外（ｙ軸）へ向き、これによって（１１１）面は、外側コーティング面３１６を形成する。このように、コーティング材料の最密面が、プラズマチャンバを使用する間にプラズマに曝露される。例示的なテクスチャリングされたＹ_２Ｏ_３ベースの耐プラズマコーティングに対するＸＲＤデータが、図３Ｄに示される。図示されるように、最密原子配置面（１１１）が使用中にプラズマに面しているであろうことを示す（２２２）ピークが突出している。プラズマ浸食レートへのテクスチャリングの効果が、図３Ｅに示される。図示されるように、プラズマ溶射Ｙ_２Ｏ_３処理（「ＰＳ Ｙ_２Ｏ_３」）は、テクスチャリングされた処理（「ＩＡＤ Ｙ_２Ｏ_３」）の３倍を超える浸食レートを有しており、ここで「ＩＡＤ」は、本明細書内の他の場所で更に詳しく議論されるように、薄膜がイオンアシスト蒸着によって形成されたことを示す。

一実施形態では、耐プラズマコーティング３１５は、比較的高い電気抵抗、低く安定した漏れ電流、及び比較的高い降伏電圧（Ｖ_ＢＤ）を有する。そのような特性は、ＥＳＣアプリケーションに対して有利である。従来のＡｌ−Ｎ又はＡｌ−ＯでコーティングされたＥＳＣ表面は、プラズマ処理チャンバが使用されている間、分のオーダーの時間的尺度に亘って漏れ電流の大きさにおいて大きな変動を被る可能性があることが見出されている。この現象の調査は、増大したＥＳＣ漏れ電流の要因はＵＶ照射にあるとした。ＵＶ放射は、一般にすべてのプラズマ処理に存在する。特に、インサイチューチャンバクリーン（ＩＣＣ）シーケンスの間（ＥＳＣが一般にプラズマ処理用ワークピースを保持していない時）、ＥＳＣのＵＶ照射は、ＥＳＣ漏れ電流を非常に増大させることが見出されている。ＩＣＣは通常、連続するワークピースのプラズマ処理の間に実行されるので、（ＩＣＣの直後の）ワークピースの最初の処理の間、ＥＳＣ漏れ電流は高く傾き、ワークピースが取り除かれ、ＩＣＣが繰り返されるまで、ワークピース処理時間と共に下降する。ＥＳＣ漏れ電流のこの変化は、最終的に高価な部品の交換を必要とするチャッキング及びデチャッキングの両方の問題を引き起こす可能性がある。

プラズマチャンバ部品３００がＥＳＣである特定の一実施形態では、耐プラズマコーティング３１５は、ＥＳＣ漏れ電流の変動を和らげる。特に、イットリウムベースのコーティングは、ＵＶ照射に起因する漏れ電流のドリフトを防止することが見出だされている。漏れ電流の変動を減らすことに加えて、耐プラズマコーティング３１５は、ＥＳＣアプリケーションに対して特に有利な他の特性（プラズマ溶射コーティングで可能な値よりも実質的に低いＲ_ａを有することができること等）を提供するかもしれない。図３Ｆは、Ａｌ−Ｎセラミックス対照群（「セラミックス基板」）と比較した、１つの例示的イットリウムベースのＥＳＣコーティング（「ＰＲＤ−Ｙ_２Ｏ_３」）実施形態に対する電気的特性を示す。図示されるように、対照群の漏れ電流は、概して「ＰＲＤ−Ｙ_２Ｏ_３」コーティングの漏れ電流よりも高い大きさのオーダーである。「ＰＲＤ」は、本明細書内の他の場所における更なる詳細で議論されるように、薄膜がプラズマ反応性蒸着によって形成されたことを示す。

更なる実施形態では、耐プラズマコーティング３１５は、少なくとも１０００Ｖ／ｍｉｌ（ｔｈｏｕ）の降伏電圧を有する。特定の実施形態では、降伏電圧は３５００Ｖ／ｍｉｌ（ｔｈｏｕ）よりも大きい。対照的に、従来のプラズマ溶射Ｙ_２Ｏ_３コーティングは、一般に約７５０Ｖ／ｍｉｌ（ｔｈｏｕ）のＶ_ＢＤを有する。本明細書内で開示される実施形態のより高い降伏電圧は、ＥＳＣ部品に対しても有利であるかもしれない。更に、以前に説明したように、耐プラズマコーティング３１５の平滑性は、有利なことにＥＳＣヘリウムの低い漏れ量を提供する。更に、耐プラズマコーティング３１５は、プラズマ照射の際のＥＳＣ表面上におけるＡｌＦｘ形成を減らす。ＡｌＦｘ形成の減少は、ＥＳＣの寿命を向上させ、プラズマ処理の間にＥＳＣ上に配置されたワークピースの微粒子汚染を削減する。更なる実施形態では、耐プラズマコーティング３１５は、本明細書内で説明されるように、プラズマ照射の周期の後に、ＥＳＣを一新するために適用されるかもしれない。

図４Ａは、ハイブリッドコーティング４１３を含むプラズマチャンバ部品４００の一部の断面図を示す。ハイブリッドコーティングは、少なくとも２つの別々の材料層を含む。別々のコーティング層は、上にコーティング層が形成される基板内のベース材料を実質的に持たないか、又は、それらの一方又は両方は基板と同じ化学組成ではあるが、コーティング層は基板の結晶構造とは異なる結晶構造を有する。どちらの場合でも、ハイブリッドコーティング層は、基板とは異なる性能特性を提供する。図４Ａに示されるように、耐プラズマコーティング３１５は、ハイブリッドコーティング４１３を形成するために中間層（又は複数の中間層）４１２上に堆積される。ハイブリッドコーティング４１３内の多重層によって、耐プラズマコーティング３１５が耐プラズマ性を提供すると同時に、中間層（複数の中間層）４１２が１以上の有利な特性（例えば、高伝導性、高抵抗性、ＵＶ保護等）を提供することを可能にする。あるいはまた、ハイブリッドコーティング４１３の多重層によって、耐プラズマコーティング３１５が第２組成の耐プラズマコーティング（例えば、ＹＦ_３ベースの中間層の上のＹ_２Ｏ_３ベースのコーティング）を提供すると同時に、中間層（又は複数の中間層）４１２が第１組成の耐プラズマコーティングを提供することを可能にする。

耐プラズマコーティング３１５から説明された様々な金属及びそれらの酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物、及び炭化物のいずれも、所望の機能次第で中間層（又は複数の中間層）４１２のために利用されてもよい。他の耐プラズマ材料でない材料もまた使用されてもよい。例えば、一実施形態では、ハイブリッドコーティング４１３は、耐プラズマコーティング内に存在しない元素の酸化物である中間層（又は複数の中間層）４１２を含む。チャンバ部品がＥＳＣである一実施形態では、中間層４１２は、ワークピースを固定している間における漏れ電流を減らすＳｉＯ_２である。図３Ｆに図示されるように、ＳｉＯ_２層（「ＰＲＤ Ｈ−Ｙ_２Ｏ_３」）上にＹ_２Ｏ_３ベースの層の例示的ハイブリッドコーティングをもつセラミックス基板は、図示されたすべての処理の中で最も高い抵抗及び最も低い電流漏れを表す。非ハイブリッドコーティング（「ＰＲＤ−Ｙ_２Ｏ_３」）に対してＳｉＯ_２の中間層の追加は、ハイブリッドコーティングによって可能な電流漏れの減少を示す。特定の一実施形態では、Ｙ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２ハイブリッドコーティングは、２０Ｔｏｒｒの裏面ヘリウム圧力でチャックし、５００Ｖを印加した基板において、０．１μＡの漏れ電流を提供した。

ハイブリッドコーティング４１３の層は、中間層４１２の機能的役割に基づいて様々な厚さでできていてもよい。例えば、部品がＥＳＣであり、中間層４１２が電流漏れを減らす場合、中間のＳｉＯ_２層は、例えば耐プラズマコーティング３１５の厚さの４分の１から２倍の間の厚さに堆積されるかもしれない。２０μｍのＹ_２Ｏ_３ベースの耐プラズマコーティングを用いた２つの例示的実施形態では、１つのハイブリッドコーティングは５μｍの中間ＳｉＯ_２層を含み、一方、第２のハイブリッドコーティングは１０μｍの中間ＳｉＯ_２層を含んでいた。漏れ電流は、より厚いＳｉＯ_２層をもつ実施形態に対してかなり低いことが見出された。

浸食レートへのハイブリッドコーティング構造の効果が、図３Ｅに見られる。図示されるように、両方のハイブリッドコーティング処理（「ＩＡＤ Ｈ−１ Ｙ_２Ｏ_３」及び「ＩＡＤ Ｈ−２ Ｙ_２Ｏ_３」）は、対照群の処理（「ＰＳ Ｙ_２Ｏ_３」及び「バルクＹ_２Ｏ_３」）よりかなり低く、非ハイブリッドコーティング処理（「ＩＡＤ Ｙ_２Ｏ_３」）に匹敵する浸食レートを有する。そのように、耐プラズマ性及び改善された機能性（例えば、減少した漏れ電流）の両方は、図４Ａに示されるように、ハイブリッドコーティング４１３を有するＥＳＣに対して達成されるかもしれない。ハイブリッドコーティング構造はまた、耐プラズマコーティング３１５の付着を改善するかもしれない。ＳｉＯ_２／Ｙ_２Ｏ_３ハイブリッドコーティングは、Ｙ_２Ｏ_３ベースの単一コーティング層に対して剥離を減少させたことが見出された。

説明された耐プラズマコーティング実施形態の組成、形態、微細構造、及び電気的性質によって、そのようなコーティングを形成する方法は現在議論されている。一実施形態では、耐プラズマコーティング３１５の堆積に利用される方法は、高エネルギー粒子間相互作用を利用し、これによって本明細書内で以前に説明された形態、微細構造、及び電気的性質の１以上を提供する。高エネルギー粒子は、粒子生成源（プラズマ、反応性ガス等）から来る又は堆積材料を提供する材料源から来るイオン、中性子原子、ラジカル、及びナノサイズの粒子を含むかもしれない。高エネルギー粒子は、最先端技術の熱溶射によって生成されるどんな粒子よりも小さく、特定の実施形態では、高エネルギー粒子は主にイオンである。ハイブリッドコーティング４１３を用いる実施形態に対して、中間層（又は複数の中間層）４１２及び耐プラズマコーティング３１５の両方は、高エネルギー粒子が存在する中で堆積されるかもしれない。耐プラズマコーティングは、プラズマチャンバ内で部品を使用する間の耐久条件に近づいた方がよいので、そのような堆積法の使用は有利であるかもしれない。高エネルギー粒子間相互作用の存在の中で積み上げられた耐プラズマコーティングは、プラズマ処理チャンバ内に存在する同様の条件に対してより耐性をもつように形成されるかもしれない。

図５Ａは、高エネルギー粒子を利用する様々な堆積法に適用可能な堆積メカニズムを示す。図示されるように、耐プラズマコーティング３１５は、高エネルギー粒子５０３の存在の中で堆積材料５０２の積み上げによって形成される。堆積材料は、原子、イオン、ラジカル、又はそれらの混合物を含む。高エネルギー粒子５０３は、形成時に、耐プラズマコーティング３１５に衝突し、圧縮するかもしれない。高エネルギー粒子５０３はまた、耐プラズマコーティング３１５が微細構造又は形態内の結晶方位及び／又は局所的な不均一性に依存するレートで形成される時に、耐プラズマコーティング３１５をスパッタリングし、これによって本明細書内の他の場所で説明された特性を提供するかもしれない。プラズマ溶射又は他のすべての熱溶射は、そのようなプロセス条件を提供することができないことを理解すべきである。

一実施形態では、本明細書内の他の場所で以前に説明されたように、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）が、耐プラズマコーティング３１５を形成するために利用される。図５Ｂは、ＩＡＤ蒸着装置の概略図を示す。図示されるように、材料源５５０は堆積材料５０２の流れを提供する一方、高エネルギーイオン源５５５は高エネルギーイオン５０３の流れを提供し、その両方はＩＡＤプロセスを通して基板３１０に衝突する。ＩＡＤは、材料及び高エネルギーイオン源を提供する１以上のプラズマ又はビームを利用するかもしれない。反応種もまた、耐プラズマコーティングの堆積の間に供給されるかもしれない。一実施形態では、高エネルギーイオン５０３は、非反応種（例えば、Ａｒ）又は反応種（例えば、Ｏ）の少なくとも１つを含む。更なる実施形態では、ＣＯ及びハロゲン（Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ等）等の反応種もまた、耐プラズマコーティングの形成の間に導入され、これによって耐プラズマコーティングと最も弱く接合した堆積材料を選択的に除去する傾向を更に増大させるかもしれない。

ＩＡＤプロセスでは、高エネルギーイオン５０３は、他の蒸着パラメータと無関係に高エネルギーイオン源５５５によって制御されるかもしれない。高エネルギーイオン流の密度及び入射角、コーティングの組成、構造、結晶方位、及び粒径が、エネルギーによって操作されるかもしれない。イオン衝撃は、例えば、基板３１０表面のクリーニング、基板３１０内への高エネルギー粒子の注入（図５Ａに示される）、原子接合を調整すること等独特なプロセスの利点を提供可能であるが、これらに制限されない。コーティングが積み上げられる間、イオン衝撃のレベルは、本明細書内の他の場所で説明される有利な特性を有する耐プラズマコーティングを提供するように調整されるかもしれない。

別の一実施形態では、本明細書内の他の場所で以前に説明されるように、プラズマ反応性蒸着（ＰＲＤ）は、耐プラズマコーティング３１５を形成するために利用される。そのような方法は、高エネルギーイオン又は粒子がまた利用されることにおいてＩＡＤ法に類似しているが、高エネルギーイオン源が堆積材料源又はプラズマ源と区別されず、ＩＡＤ法では区別される。その代わりに、プロセスパラメータは、高エネルギー粒子（イオン）の生成と材料粒子（中性）とが釣り合うように調整される。例えば、プラズマ源から生成されたイオンは、本明細書内の他の場所で以前に説明された有利な耐プラズマコーティング特性を産出可能な衝撃を提供するのに十分に高エネルギー化されるかもしれない。そのような一実施形態では、基板は、比較的高い基板バイアス（例えば、１００ボルト以上）を結果として生じるプロセスパラメータを用いてコーティングされ、これによって形成の間にコーティングに適正な高エネルギー粒子衝撃を提供する。いくつかのＰＲＤの実施形態では、基板材料は、有利に小さい粒径を有する耐プラズマコーティングを塗るために選択される。例えば、一実施形態ではＡｌ−Ｎ基板面が使用され、これによって核生成レートは高くなり、耐プラズマコーティングの粒径は小さくなる。いくつかのＰＲＤの実施形態では、基板材料は、耐プラズマコーティングの非見通し（非直進的）成長のためにプラズマ内に浸漬される。その後、結果として生じる耐プラズマコーティングは、全基板面を覆うであろう。そのようなコーティングは、複雑な幾何学形状の上に一様なコーティング厚を提供する実質的に等方性の堆積プロセスによって形成されるかもしれない。図４Ｂは、ＩＡＤ法（「ＩＡＤ Ｈ−Ｙ_２Ｏ_３」）及びＰＲＤ法（「ＰＲＤ Ｈ−Ｙ_２Ｏ_３」）の両方によって堆積されたＳｉＯ_２／Ｙ_２Ｏ_３ハイブリッドコーティングの浸食レートの間の比較を更に示す。

例示的ＩＡＤ法は、本明細書内で説明されるように、耐プラズマコーティングを形成するイオン衝撃の存在の中における蒸着（例えば、活性化反応性蒸着（ＡＲＥ））及びスパッタリング等のイオン衝撃を包含する堆積プロセスを含む。ＩＡＤ法のいずれも、反応性気体種（例えば、Ｏ_２、Ｎ_２、ハロゲン等）の存在の中で実行されるかもしれない。反応性気体種は、金属材料源（ターゲット）又は有機金属気体種からセラミックス（例えば、酸化物）の形成を可能にするかもしれない。

例示的ＰＲＤ法は、本明細書内の他の場所で説明される特性を有するコーティングを提供するのに十分なレベルの粒子衝突を提供するために調整されたプラズマベースのスパッタリング及びプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ蒸着、イオンめっき、イオン化金属プラズマ（ＩＭＰ）、又はプラズマ浸漬イオンプロセス（ＰＩＩＰ）等の堆積プロセスを含む。例えば、ＰＩＩＰ技術は高周波（ＲＦ）誘導プラズマ源を使用し、これによって基板上に固く付着したコーティングを生成する非見通し堆積プロセスを提供する。ＰＩＩＰ堆積では、直流のパルス化した負バイアスが、基板を保持するステージに印加され、これによって耐プラズマコーティングが基板上に積み上がる又は成長するとき、正イオンがプラズマから引き付けられ、耐プラズマコーティングに衝撃を与えるかもしれない。これらの方法のどれもが、反応性気体種（例えば、Ｏ_２、Ｎ_２、ハロゲン等）の存在の中で実行されるかもしれない。反応性気体種は、金属材料源（ターゲット）又は有機金属気体種からセラミックス（例えば、酸化物）の形成を可能にするかもしれない。

例示的ＩＡＤ又はＰＲＤ法が、図６Ａの方法６００内に示される。図示されるように、方法６００は、コーティングされる基板の供給による操作６０５から始まる。基板は、基板３１０等に対して以前に説明されたどんなものであってもよい。操作６１０で、基板は真空チャンバ内で減圧される。操作６１５及び６２０では、基板は堆積材料の流れに曝露され、及び高エネルギー粒子の流れに夫々曝露される。ＩＡＤ及びＰＲＤの特定の実施形態では、基板が高エネルギーイオンの流れに曝露される間、基板は堆積材料の流れに曝露される（即ち、共に又は同時に曝露される）。ＩＡＤの他の実施形態では、基板は堆積材料の流れに、及び高エネルギーイオンの流れに交互（即ち、連続する堆積／衝撃サイクル）に曝露される。別の一実施形態では、ＰＲＤプロセスのプロセス条件は、交互に堆積と衝撃を支持する状態間で循環するかもしれない。基板をコーティングした後に、方法６００は、堆積チャンバからコーティングされた基板を除去する操作６３０で完成する。更なる一実施形態（図示せず）において、コーティングされた基板は、その後、耐プラズマコーティングの堆積に続いて、更なる処理（熱アニール処理又はイオン注入等）に曝露されるかもしれない。

別の一実施形態では、ナノ粒子のマスフロー堆積法が利用され、これによって本明細書内の他の場所で以前に説明された耐プラズマコーティングのいずれかが形成される。そのような方法の一例は、アエロゾル堆積（ＡＤ）である。ナノ粒子のマスフロー堆積は、少なくとも基板上に堆積される粒子サイズによって熱溶射プロセスと区別される。例えば、特定のアエロゾル堆積プロセスは、直径１ｎｍ〜１μｍの範囲の粒子を利用する。堆積された粒子が低温である（溶融されたり軟化されたりしない）という点で、ナノ粒子のマスフロー堆積は熱溶射と更に区別される。図５Ｃは、真空ポンプ５６０に接続された堆積チャンバ５５０を含む例示的ＡＤの装置５００を示す。ガス源５６５は、アエロゾルチャンバ５６１内のセラミックス粉末５６６に供給され、これによってノズル５６７を通してアエロゾルとして基板３１０にナノ粒子５７５を供給する。ＡＤ装置５００は、図６Ｂに示されるように、ナノ粒子のマスフロー堆積法６００を実行するために操作されるかもしれない。ナノ粒子のマスフロー堆積法６５０は、基板（例えば、基板３１０等）を供給する操作６５１から始まる。操作６５５で、堆積チャンバは適当な真空レベルまで減圧され、基板は操作６７５で、ナノ粒子の流れに曝露される。操作６８０で、コーティングされた基板が取り除かれる。

上記の説明は、説明的であることを意図しており、限定するものではないことが理解されるべきである。多くの他の実施形態は、上記の説明を読み、理解することで当業者にとっては明らかであるだろう。例えば、代替の堆積手法（ゾルゲル法等）が、本明細書内の他の場所で以前に説明されたような特性を有する耐プラズマコーティングを提供するために利用されるかもしれない。本発明は特定の例示的実施形態を参照して説明されてきたが、発明は説明された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内における修正形態及び代替形態によって実施され得ることが認められるだろう。したがって、仕様及び図面は、限定的な意味ではなくむしろ説明的な意味において見なされるべきである。したがって、発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲が与える均等物のすべての範囲と共に決定されるべきである。

Claims (15)

1. 基板と、
   前記基板の少なくとも一部の上に配置される耐プラズマコーティングを含み、
   前記耐プラズマコーティングは、前記基板に固有でないセラミックスを含み、１％未満の空孔率を有するプラズマ処理チャンバ部品。
2. 前記耐プラズマコーティングの空孔率は０％であり、前記耐プラズマコーティングはアモルファスである請求項１記載のプラズマ処理チャンバ部品。
3. 前記耐プラズマコーティングの表面は、１μｍ未満の算術平均粗さ（Ｒ_ａ）を有する請求項１記載のプラズマ処理チャンバ部品。
4. 前記部品は静電チャック部品であり、前記耐プラズマコーティングは少なくとも１０００Ｖ／ｍｉｌの降伏電圧を有する請求項３記載のプラズマ処理チャンバ部品。
5. 前記セラミックスは、Ｙ、Ｉｒ、Ｒｈ、及びランタノイドから成る群から選択される元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物、又はハロゲン化物の少なくとも１つを含む請求項４記載のプラズマ処理チャンバ部品。
6. 前記基板と前記耐プラズマコーティングの間に配置される中間層を更に含み、前記中間層は、前記耐プラズマコーティング内の主要な構成要素の元素以外の元素の酸化物、窒化物、又は炭化物を含む請求項５記載のプラズマ処理チャンバ部品。
7. 前記耐プラズマコーティングは、好適な面外成長方位をもつ結晶構造を有する請求項１記載のプラズマ処理チャンバ部品。
8. 前記好適な面外成長方位は、前記耐プラズマコーティングの外面上に最も高い密度の面を提供する請求項７記載のプラズマ処理チャンバ部品。
9. 前記基板はセラミックス又はアルミニウム合金であり、前記耐プラズマコーティングは実質的にアルミニウムを含まない、又は、前記基板は石英であり、前記耐プラズマコーティングは実質的にシリコンを含まない請求項１記載のプラズマ処理チャンバ部品。
10. プラズマチャンバ部品用耐プラズマコーティングを形成する方法であって、
    基板を提供するステップと、
    前記コーティングが形成されるとき、約１μｍ未満の直径を有する高エネルギー粒子に前記耐プラズマコーティングを曝露する条件の下で前記基板上に前記耐プラズマコーティングを形成するステップを含む方法。
11. 前記耐プラズマコーティングを形成するステップは、Ｙ、Ｉｒ、Ｒｈ、及びランタノイドから成る群から選択される元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物、又はハロゲン化物の少なくとも１つを堆積するステップを更に含む請求項１０記載の方法。
12. 前記耐プラズマコーティングは、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）又はプラズマ反応性蒸着（ＰＲＤ）によって堆積される請求項１０記載の方法。
13. 前記耐プラズマコーティングが前記部品基板上に堆積される間、前記基板は電気的にバイアスを掛けられる請求項１０記載の方法。
14. 前記耐プラズマコーティングは、１％未満の空孔率をもって形成される請求項１０記載の方法。
15. 前記部品は静電チャックであり、前記方法は、
    前記耐プラズマコーティングを堆積する前に、前記静電チャック基板上に中間層を堆積するステップを更に含み、前記中間層は前記耐プラズマコーティング内に無い元素の酸化物を含む請求項１０記載の方法。

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