JP2016511796A5

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Publication number: JP2016511796A5
Application number: JP2015557964A
Authority: JP
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2016-12-15
Anticipated expiration: 2034-12-04

Description

本発明の一実施例に係るプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜の形成方法は、粉末供給部から粉末の第１粒径範囲を有する多数のセラミック粉末が供給され、移送ガスを利用して前記セラミック粉末を移送する段階と、前記移送されたセラミック粉末をプロセスチャンバー内の基材に１００乃至５００ｍ／ｓの速度で衝突および破砕させて、被膜の第１粒径範囲を有する多数の第１セラミック粒子と、前記被膜の第１粒径範囲より大きい被膜の第２粒径範囲を有する多数の第２セラミック粒子が混合されたセラミック被膜を形成する段階とを含み、前記第１セラミック粒子被膜の第１粒径範囲は２００ｎｍ乃至９００ｎｍであり、前記第２セラミック粒子被膜の第２粒径範囲は９００ｎｍ乃至１０μｍであることを特徴とする。

前記基材はプラズマ環境に露出する部品であることができる。前記部品は半導体またはディスプレイ製造用のプロセスチャンバーの内部部品であることができる。前記部品は静電チャック（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｃｈｕｃｋ）、ヒーター（ｈｅａｔｅｒ）、チャンバーライナ（ｃｈａｍｂｅｒｌｉｎｅｒ）、シャワーヘッド（ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ）、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｔｉｏｎ）用ボート（ｂｏａｔ）、フォーカス環（ｆｏｃｕｓｒｉｎｇ）、ウォールライナ（ｗａｌｌｌｉｎｅｒ）、シールド（ｓｈｉｅｌｄ）、コールドパッド（ｃｏｌｄｐａｄ）、ソースヘッド（ｓｏｕｒｃｅｈｅａｄ）、アウタライナ（ｏｕｔｅｒｌｉｎｅｒ）、デポジションシールド（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｈｉｌｅｄ）、アッパーライナー（ｕｐｐｅｒｌｉｎｅｒ）、排出プレート（ｅｘｈａｕｓｔｐｌａｔｅ）、エッジ環（ｅｄｇｅｒｉｎｇ）およびマスクフレーム（ｍａｓｋｆｒａｍｅ）のうちいずれか一つであることができる。

図１に示されているように、本発明に係るセラミック被膜の形成装置２００は移送ガス供給部２１０と、セラミック粉末（ｃｅｒａｍｉｃｐｏｗｄｅｒ）を保管および供給する粉末供給部２２０と、粉末供給部２２０からセラミック粉末を移送ガスを利用して高速で移送する移送管２２２と、移送管２２２からのセラミック粉末を基材２３１にコーティング／積層またはスプレーするノズル２３２と、ノズル２３２からのセラミック粉末が基材２３１の表面に衝突および破砕されるようにすることによって、一定の厚さのセラミック被膜（ｃｅｒａｍｉｃｃｏａｔｉｎｇｌａｙｅｒ）が形成されるようにするプロセスチャンバー２３０とを含む。

また、図１および図２を参照して本発明に係るセラミック被膜の形成方法について引き続き説明する。
プロセスチャンバー２３０はセラミック被膜の形成中に真空状態を維持し、このために真空ユニット２４０が連結される。より具体的に、プロセスチャンバー２３０の圧力はほぼ１パスカル乃至８００パスカルであり、高速移送管２２２によって移送されるセラミック粉末の圧力はほぼ５００パスカル乃至２０００パスカルであることができる。ただし、いかなる場合でも、プロセスチャンバー２３０の圧力に比べて高速移送管２２２の圧力が高くなければならない。

さらに、プロセスチャンバー２３０の内部温度範囲はほぼ０℃乃至３０℃であり、したがって別途にプロセスチャンバー２３０の内部温度を増加させたり減少させたりするための部材がいなくても良い。つまり、移送ガスまたは／および基材を別途に加熱せずに、０℃乃至３０℃の温度に維持できる。

しかし、場合によりセラミック被膜の蒸着効率および緻密度向上のために、移送ガスまたは／および基材はほぼ３００℃乃至１０００℃の温度で加熱できる。つまり、別途の示されていないヒーターによって移送ガス供給部２１０内の移送ガスを加熱したり、または別途の示されていないヒーターによってプロセスチャンバー２３０内の基材２３１が加熱したりすることができる。このような移送ガスまたは／および基材の加熱によってセラミック被膜の形成の際、セラミック粉末に加わるストレスが減少することによって、気孔率が小さく緻密なセラミック被膜が得られる。ここで、移送ガスまたは／および基材がほぼ１０００℃の温度より高い場合、セラミック粉末が溶融しながら急激な相転移が起こり、よって、セラミック被膜の気孔率が高くなりセラミック被膜の内部構造が不安定になることができる。また、移送ガスまたは／および基材がほぼ３００℃の温度より小さい場合、セラミック粉末に加わるストレスが減少しないことがある。

しかし、本発明はこのような温度範囲に限定されるものではなく、被膜が形成される基材の特性により移送ガス、基材および／またはプロセスチャンバーの内部温度範囲を０℃乃至１０００℃に調整することができる。

一方、前述のように、プロセスチャンバー２３０と高速移送管２２２（または移送ガス供給部２１０または粉末供給部２２０）間の圧力差はほぼ１．５倍乃至２０００倍であることができる。圧力差がほぼ１．５倍より小さい場合、セラミック粉末の高速移送が難しくなり、圧力差がほぼ２０００倍より大きい場合、セラミック粉末によってむしろ基材の表面が過度にエッチングされることができる。

このようなプロセスチャンバー２３０と移送管２２２の圧力差により、粉末供給部２２０からのセラミック粉末は移送管２２２を通じて噴射すると同時に、高速でプロセスチャンバー２３０に伝達される。

また、プロセスチャンバー２３０内には移送管２２２に連結されたノズル２３２が備えられ、ほぼ１００乃至５００ｍ／ｓの速度でセラミック粉末を基材２３１に衝突させる。つまり、ノズル２３２を通したセラミック粉末は移送中に得られた運動エネルギーと高速衝突時に発生する衝突エネルギーによって破砕および／または粉砕されながら基材２３１の表面に一定の厚さのセラミック被膜を形成することになる。

多数の写真に見られるように、本発明に係る被膜をなす第１セラミック粒子および第２セラミック粒子はガラス基板上に円形または球形でないほぼ水平方向または左、右方向に長さが長い層状構造または横方向に伸びた針状構造である。このような水平方向または横方向に伸びた層状構造または針状構造によって、本発明に係るセラミック被膜の気孔率は従来に比べて顕著に減少し、また表面マイクロクラック現象が減少し、これによって安定した微細構造が提供される。したがって、一例として、本発明が適用された製品の半導体工程で耐プラズマ特性が向上して、腐食速度が低下し、これによって半導体プロセスチャンバー内で粒子飛散率が低下する。

ここで、硬度はダイヤモンド四角錐でセラミック被膜を押込んでできた圧痕を測定し、接合強度は基材に形成されたセラミック被膜をロードセルで引っ張って測定し、耐電圧はセラミック被膜上に二つの電極を設置して測定する。また、気孔率はセラミック被膜を切断して電子顕微鏡で撮影してイメージを得て、このようなイメージを映像処理ソフトウェアが設けられたコンピュータで分析して測定する。このような様々な測定方法は当業者にすでに周知の内容であるため、これに対する詳細な説明は省略する。
一方、本発明に係るセラミック被膜が形成される基材は当然プラズマ環境に露出する部品であることができる。つまり、部品は半導体またはディスプレイ製造用のプロセスチャンバーの内部部品であることができる。さらに具体的に、部品は静電チャック（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｃｈｕｃｋ）、ヒーター（ｈｅａｔｅｒ）、チャンバーライナ（ｃｈａｍｂｅｒｌｉｎｅｒ）、シャワーヘッド（ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ）、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｔｉｏｎ）用ボート（ｂｏａｔ）、フォーカス環（ｆｏｃｕｓｒｉｎｇ）、ウォールライナ（ｗａｌｌｌｉｎｅｒ）、シールド（ｓｈｉｅｌｄ）、コールドパッド（ｃｏｌｄｐａｄ）、ソースヘッド（ｓｏｕｒｃｅｈｅａｄ）、アウタライナ（ｏｕｔｅｒｌｉｎｅｒ）、デポジションシールド（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｈｉｌｅｄ）、アッパーライナー（ｕｐｐｅｒｌｉｎｅｒ）、排出プレート（ｅｘｈａｕｓｔｐｌａｔｅ）、エッジ環（ｅｄｇｅｒｉｎｇ）、マスクフレーム（ｍａｓｋｆｒａｍｅ）およびその等価物のうちいずれか一つであることができる。しかし、本発明はこのような被膜が形成される基材または部品に限定されるものではない。

Claims

粉末供給部から粉末の第１粒径範囲を有する多数のセラミック粉末が供給され、移送ガスを利用して前記セラミック粉末を移送する段階と、
前記移送されたセラミック粉末をプロセスチャンバー内の基材に１００乃至５００ｍ／ｓの速度で衝突および破砕させて、少なくとも、被膜の第１粒径範囲を有する多数の第１セラミック粒子と、前記被膜の第１粒径範囲より大きい被膜の第２粒径範囲を有する多数の第２セラミック粒子が混合されたセラミック被膜を形成する段階とを含み、
前記第１セラミック粒子被膜の第１粒径範囲は２００ｎｍ乃至９００ｎｍであり、
前記第２セラミック粒子被膜の第２粒径範囲は９００ｎｍ乃至１０μｍであり、
前記第１セラミック粒子は、粒子個数において前記被膜の第１粒径範囲内で一つのピークを有する粒径分布を示し、
前記第２セラミック粒子は、粒子個数において前記被膜の第２粒径範囲内で一つのピークを有する粒径分布を示すことを特徴とするプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜の形成方法。
前記セラミック粉末の第１粒径範囲は０．１μｍ乃至５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜の形成方法。
前記第１セラミック粒子の最大個数は前記被膜の第１粒径範囲のうち、２５０ｎｍ乃至３５０ｎｍの間に存在し、
前記第２セラミック粒子の最大個数は前記被膜の第２粒径範囲のうち、１．０μｍ乃至１．２μｍの間に存在することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜の形成方法。
前記第１セラミック粒子の個数が前記第２セラミック粒子の個数より多いことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜の形成方法。
前記セラミック被膜の気孔率は０．０１％乃至１．０％であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜の形成方法。
前記第１セラミック粒子と前記第２セラミック粒子の断面積比率は９：１乃至５：５であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜の形成方法。
前記セラミック被膜を形成する段階は、前記移送ガスまたは前記基材が０℃乃至１０００℃の温度に維持されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜の形成方法。
前記セラミック粉末は脆性材料であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜の形成方法。
前記セラミック粉末はイットリウム系酸化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系化合物、Ｂ_４Ｃ、ＺｒＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３からなる群から選択される１種または２種の混合物であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜の形成方法。
プラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜であって、
少なくとも、第１粒径範囲を有する多数の第１セラミック粒子と、前記第１粒径範囲より大きい第２粒径範囲を有する多数の第２セラミック粒子とを含み、
前記第１セラミック粒子と第２セラミック粒子が混合されたまま基材にコーティングされてセラミック被膜を形成し、
前記第１粒子の第１粒径範囲は２００ｎｍ乃至９００ｎｍであり、
前記第２粒子の第２粒径範囲は９００ｎｍ乃至１０μｍであり、
前記第１セラミック粒子は、粒子個数において前記第１粒径範囲内で一つのピークを有する粒径分布を示し、
前記第２セラミック粒子は、粒子個数において前記第２粒径範囲内で一つのピークを有する粒径分布を示すことを特徴とするプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜。
前記第１セラミック粒子の最大個数は前記被膜の第１粒径範囲のうち、２５０ｎｍ乃至３５０ｎｍの間に存在し、
前記第２セラミック粒子の最大個数は前記被膜の第２粒径範囲のうち、１．０μｍ乃至１．２μｍの間に存在することを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜。
前記第１セラミック粒子の個数が前記第２セラミック粒子の個数より多いことを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜。
前記セラミック被膜の気孔率は０．０１％乃至１．０％であることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜。
前記第１セラミック粒子と前記第２セラミック粒子の断面積比率は９：１乃至５：５であることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜。
前記第１、第２セラミック粒子は脆性材料であることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜。
前記第１、第２セラミック粒子はイットリウム系酸化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、Ｙ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系化合物、Ｂ_４Ｃ、ＺｒＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３からなる群から選択される１種または２種の混合物であることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜。
前記基材はプラズマ環境に露出する部品であることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜。
前記部品は半導体またはディスプレイ製造用のプロセスチャンバーの内部部品であることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜。
前記部品は静電チャック（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｃｈｕｃｋ）、ヒーター（ｈｅａｔｅｒ）、チャンバーライナ（ｃｈａｍｂｅｒｌｉｎｅｒ）、シャワーヘッド（ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ）、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｔｉｏｎ）用ボート（ｂｏａｔ）、フォーカス環（ｆｏｃｕｓｒｉｎｇ）、ウォールライナ（ｗａｌｌｌｉｎｅｒ）、シールド（ｓｈｉｅｌｄ）、コールドパッド（ｃｏｌｄｐａｄ）、ソースヘッド（ｓｏｕｒｃｅｈｅａｄ）、アウタライナ（ｏｕｔｅｒｌｉｎｅｒ）、デポジションシールド（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｈｉｌｅｄ）、アッパーライナー（ｕｐｐｅｒｌｉｎｅｒ）、排出プレート（ｅｘｈａｕｓｔｐｌａｔｅ）、エッジ環（ｅｄｇｅｒｉｎｇ）およびマスクフレーム（ｍａｓｋｆｒａｍｅ）のうちいずれか一つであることを特徴とする請求項１８に記載のプラズマ抵抗性が向上したセラミック被膜。
複合被膜粒子粒径を有する被膜であって、
少なくとも、第１粒径範囲を有する多数の第１粒子と、前記第１粒径範囲より大きい第２粒径範囲を有する多数の第２粒子とを含み、
前記第１粒子と第２粒子とが混合されたまま基材にコーティングされて被膜を形成し、
前記第１粒子の第１粒径範囲は２００ｎｍ乃至９００ｎｍであり、
前記第２粒子の第２粒径範囲は９００ｎｍ乃至１０μｍであり、
前記第１粒子は、粒子個数において前記第１粒径範囲内で一つのピークを有する粒径分布を示し、
前記第２粒子は、粒子個数において前記第２粒径範囲内で一つのピークを有する粒径分布を示すことを特徴とする複合被膜粒子粒径を有する被膜。