JP2016529404A - 電気メッキ接着用の陽極酸化アーキテクチャ - Google Patents
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Abstract
処理チャンバ用のチャンバコンポーネントを製造するために、約１００ｎｍよりも大きい厚さを有する第１陽極酸化層が、不純物を有する金属物品上に形成され、不純物を実質的に含まないアルミニウムコーティングが、第１陽極酸化層上に形成される。第２陽極酸化層は、アルミニウムコーティング上に形成することができる。
Description
本開示の実施形態は、概して、アルミニウムコーティングされた物品及び基板にアルミニウムコーティングを塗布するためのプロセスに関する。
半導体産業では、ますます減少するサイズの構造を作る多くの製造プロセスによって、デバイスは製造される。いくつかの製造プロセス（例えば、ドライエッチング）は、処理される基板上にデバイス欠陥に寄与する粒子及び金属汚染を生成する可能性がある。デバイスの幾何学的形状が縮小するにつれて、これらの欠陥に対する感受性が増大し、粒子及び金属汚染の要件がより厳しくなる。したがって、デバイスの幾何学的形状が縮小するにつれて、粒子欠陥及び金属汚染の許容レベルは、大幅に低減される可能性がある。
一実施形態では、約１００ｎｍよりも大きい厚さを有する第１陽極酸化層が、不純物と含有物を含む金属物品上に形成され、不純物と含有物を実質的に含まないアルミニウムコーティングが、第１陽極酸化層上に形成され、アルミニウムコーティングは、不純物を実質的に含まない。
アルミニウムコーティングは、約２０ミクロン〜約８０ミクロンの範囲内の厚さを有することができる。陽極酸化された金属物品は、陽極酸化後の脱イオン水シーリング（ＤＩシーリング）を受けなくてもよい。陽極酸化された金属物品は、陽極酸化層上にアルミニウムコーティングを形成する前に、約２時間〜約１２時間の範囲内の時間の間、約６０℃〜約１５０℃の範囲内の温度まで加熱することができる。第２陽極酸化層は、アルミニウムコーティング上に形成することができ、約５ミクロン〜約３０ミクロンの範囲内の厚さを有することができる。陽極酸化前の金属物品の平均表面粗さ（Ｒａ）は、約１５マイクロインチ〜約３００マイクロインチの範囲内とすることができる。
複合セラミックス層は、アルミニウムコーティング上に形成することができ、約５０ミクロン〜約３００ミクロンの範囲内の厚さを有することができる。物品は、Ａｌ６０６１とすることができる。アルミニウムコーティングは、物品上に電気メッキすることができる。
本発明は、添付図面の図の中で、限定としてではなく、例として示され、同様の参照符号は同様の要素を示す。この開示における「一」又は「１つの」実施形態への異なる参照は、必ずしも同じ実施形態への参照ではなく、そのような参照は、少なくとも１つを意味することに留意すべきである。
本発明の一実施形態に係る、半導体製造チャンバ内で使用するためのチャンバコンポーネントを示す。
本発明の一実施形態に係る、製造システムの例示的なアーキテクチャを示す。
本発明の実施形態に係る、製造プロセスの異なる段階中の物品の断面側面図を示す。
本発明の一実施形態に係る、物品を陽極酸化するためのプロセスを示す。
本発明の一実施形態に係る、物品上にアルミニウムコーティングを形成するためのプロセスを示す。
本発明の実施形態に係る、物品の製造プロセスを示すフローチャートである。
〜
本発明の実施形態に係る、物品上の層の追加の断面顕微鏡写真図を示す。
開示の実施形態は、特定の厚さ（例えば、約１００ｎｍより大きい）の陽極酸化層を形成するために物品（例えば、半導体製造で使用するための物品）を陽極酸化し、アルミニウムコーティングで物品をコーティングするためのプロセス、及びそのようなプロセスを用いて作成された物品を対象としている。物品は、処理機器（例えば、エッチング装置、洗浄装置、加熱炉など）用のチャンバの、シャワーヘッド、陰極スリーブ、スリーブライナードア、陰極ベース、チャンバライナー、静電チャックベースなどとすることができる。一実施形態では、チャンバは、プラズマエッチング装置又はプラズマ洗浄装置用である。一実施形態では、これらの物品は、アルミニウム合金（例えば、Ａｌ６０６１）、他の合金、金属、金属酸化物、又は任意の他の適切な材料（例えば、導電性材料）で形成することができる。一実施形態では、複合セラミックス層をアルミニウムコーティング上に形成することができる。
半導体チャンバコンポーネントを製造するために使用される金属（例えば、Ａｌ６０６１）中の不純物のため、これらのコンポーネントは、いくつかの半導体製造仕様を満たしていない可能性がある。例えば、９０ｎｍ未満のサイズを有するデバイスノードに対する金属汚染仕様は厳しいかもしれない。これらの不純物は、ウェハのプラズマ処理中に典型的なコーティング又は陽極酸化された物品から浸出し、汚染レベルを増加させる可能性がある。しかしながら、純粋な（純度の高い）アルミニウムは低い構造強度のため、これらの部品の製造に適した材料ではないかもしれない。また、典型的な陽極酸化微細構造上にコーティングされた実質的に純粋なアルミニウムは、陽極酸化支柱間のギャップ直径（細孔径とも呼ばれる）に対する陽極酸化支柱高さの低いアスペクト比に起因して（例えば、約１０ＭＰａ未満の）低い接着力を有する可能性がある。これは、アルミニウムコーティングの低い剪断抵抗をもたらす可能性がある。更に、陽極酸化は、シーリング層を作成するために、陽極酸化支柱間に十分な水分保持をもたらす可能性がある。このようなシーリング層は、陽極酸化支柱間のギャップ又は細孔内に連続した純アルミニウムの浸透を減少させ、アルミニウムコーティングの更に低減した接着性につながる。実施形態によれば、これらのコンポーネントの陽極酸化のためのパラメータ（例えば、陽極酸化層の厚さ）は、物品からの金属汚染を低減し、アルミニウムコーティングの接着性を高めるために最適化することができる。陽極酸化のための１つのそのような例のパラメータは、陽極酸化層の厚さである。物品の性能特性は、実施形態によれば、比較的長い寿命、及び低いウェハ上の金属汚染を含むことができる。
プラズマリッチのプロセス用のプロセスチャンバ（処理チャンバ）内で使用される場合、本明細書中に記載される実施形態は、ウェハ上の金属汚染の減少をもたらす可能性がある。しかしながら、本明細書で論じるアルミニウムコーティングされた物品はまた、他のプロセス用のプロセスチャンバ（例えば、非プラズマエッチング装置、非プラズマ洗浄装置、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバ、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバなど）内で使用される場合、低減された金属汚染を提供することができることが理解されるべきである。
用語「約」及び「およそ」は、本明細書で使用される場合、これらは、提示された公称値が±１０％以内で正確であることを意味することを意図している。本明細書に記載される物品は、プラズマに曝される他の構造であってもよい。
図１は、本発明の一実施形態に係る、半導体製造チャンバ内で使用するためのチャンバコンポーネント１００の断面図を示す。チャンバコンポーネント１００は、物品１０２、陽極酸化層１０４、アルミニウムコーティング１０６、及び第２陽極酸化層１０８を含む。図示されるチャンバコンポーネント１００は、表示目的としたものであり、必ずしも縮尺通りではない。
物品１０２は、典型的にはアルミニウム合金（例えば、Ａｌ６０６１）で製造された半導体チャンバコンポーネントとすることができる。しかしながら、物品１０２はまた、任意の他の適切な材料（例えば、他の金属又は金属合金）から形成することができる。実施形態によれば、物品は、処理機器（例えば、エッチング装置、洗浄装置、加熱炉など）用のチャンバの、シャワーヘッド、陰極スリーブ、スリーブライナードア、陰極ベース、チャンバライナー、静電チャックベースなどとすることができる。
一実施形態では、物品１０２の表面粗さは、約１５マイクロインチ〜約３００マイクロインチの範囲内（例えば、約１２０マイクロインチ）である。物品１０２は、最初に表面粗さが上記範囲になるように形成されていてもよい。しかしながら、物品１０２の表面粗さは、（例えば、研磨又はサンディングによって）表面粗さを減少させるか、（例えば、ビーズブラスト又は研削によって）表面粗さを増加させるかのいずれかによって調整することができる。表面粗さは、半導体製造チャンバ内の物品の異なる場所など異なる用途のために最適化することができる。
物品１０２は、物品１０２の表面上に陽極酸化層１０４を形成するために（例えば、シュウ酸陽極酸化を介して）陽極酸化され、そこでは細孔１１２が、Ａｌ２Ｏ３から形成された陽極酸化支柱１１０間に形成される。陽極酸化層１０４は、細孔径に対する陽極酸化支柱１１０の高さのアスペクト比が約１０対１（１０：１）〜約２０００対１（２０００：１）となる所定の厚みを有するように形成することができる。このようなアスペクト比は、いくつかの実施形態では、好適に深い細孔１１２を確保することができる。例えば、細孔径は、典型的には、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの範囲内（例えば、約３０ｎｍ）であり、そのため１０：１のアスペクト比は、約３００ｎｍの厚さを有する陽極酸化層１０４をもたらす。別の一例では、２０００対１のアスペクト比は、約６０ミクロンの厚さを有する陽極酸化層１０４をもたらす。陽極酸化層１０４の形成は、以下でより詳細に説明される。
陽極酸化プロセスにおける標準的な最終工程は、脱イオン水（ＤＩ）シーリングを実行することである。ＤＩシーリングは、陽極酸化層の柱状の細孔中に水和酸化アルミニウム（ベーマイト）を形成するために、陽極酸化部分を脱イオン水（例えば、約９６〜１００℃の熱いＤＩ水）内に浸漬させる処理である。ＤＩシーリングは、陽極酸化層の柱状構造（例えば、細孔）を閉じる又は封止するために実行される。高品質のシーリングがなければ、陽極酸化層（陽極コーティング）は、汚れ、グリース、油、及び汚れを高吸収する可能性がある。典型的には、ＤＩシーリングは、最大の耐食性を付与するために実行される。しかしながら、実施形態では、ＤＩシーリングプロセスは、後続の高純度コーティングを柱状の細孔に固定して、良好な接着性を提供可能にするために省略される。
その後、アルミニウムコーティング１０６は、陽極酸化層１０４の上に（例えば、電気メッキ又は任意の他の好適な方法を介して）形成することができる。述べたように、一実施形態では、脱イオン水（ＤＩ）シーリングは、アルミニウムコーティング１０６を形成する前に実行されず、これによって水分は、細孔１１２に加えられない。更に、陽極酸化層１０４を有する物品１０２は、一実施形態によれば、細孔１１２から水分を更に除去するために焼成することができる。このような焼成は、約６０℃〜約１５０℃の範囲内の温度で、約２〜約１２時間の範囲内の時間の間とすることができる。例えば、陽極酸化層１０４を有する物品１０２は、約９５℃で約６時間の間、焼成することができる。アルミニウムコーティング１０６の形成は、以下において詳細に説明される。
アルミニウムコーティング１０６は、陽極酸化層１０４上に形成されるので、アルミニウムコーティング１０６の部分１１４は、細孔１１２に浸透することができる。細孔１１２は好適に深く、水分によって別な方法でブロックされないので、細孔１１２内に浸透するアルミニウムコーティング１０６の部分１１４は、アルミニウムコーティング１０６を陽極酸化層１０４に好適に接着するのに十分長い。その結果、物品へのアルミニウムコーティング１０６の接着性は、典型的なアルミニウムコーティングよりも改善されている。一実施形態では、アルミニウムコーティングの厚さは、約２０ミクロン〜約８０ミクロンの範囲内（例えば、約５０ミクロン）とすることができる。
一実施形態では、アルミニウムコーティング１０６は、上述した陽極酸化処理と同様に、Ａｌ２Ｏ３から形成された第２陽極酸化層１０８をアルミニウムコーティング１０６から形成するために陽極酸化することができる。第２陽極酸化層１０８は、チャンバコンポーネント１００の使用中に摩耗及び引き裂きからアルミニウムコーティング１０６を保護することができる。更に、純アルミニウムコーティング（例えば、超純Ａｌコーティング）を有する結果、第２陽極酸化層１０８は、比較的純度が高い。したがって、プラズマ化学への曝露は、より少ない金属汚染をもたらす。また、第２陽極酸化層１０８は、無垢のアルミニウムよりも耐プラズマ性である。一実施形態では、第２陽極酸化層１０８の厚さは、約５ミクロン〜約３０ミクロンの範囲内とすることができる。しかしながら、この第２陽極酸化層１０８は、任意選択とすることができる。接着強度の範囲は、約５〜約１００ＭＰａとすることができる。
一実施形態では、セラミックス層は、アルミニウムコーティング１０６又は第２陽極酸化層１０８上に形成することができる。セラミックス層は、任意の適切な材料（例えば、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、又はこれらの金属酸化物の混合物）で形成されたセラミックス複合層とすることができる。セラミックス層は、約１００ミクロン〜約３００ミクロンの範囲内（例えば、約２００ミクロン〜約２５０ミクロンの範囲内）の厚さを有することができる。あるいはまた、セラミックス層は、一実施形態では、約２〜１０ミクロンの厚さを有することができる。セラミックス複合層は、チャンバコンポーネント１００を保護するのに役立つことができ、コンポーネントの粒子性能を向上させることができる。
図２は、チャンバコンポーネント（例えば、図１のチャンバコンポーネント１００）を製造するための製造システム２００の例示的なアーキテクチャを示す。製造システム２００は、半導体製造に使用するための物品を製造するためのシステムとすることができる。一実施形態では、製造システム２００は、機器自動化層２１５に接続された処理機器２０１を含む。処理機器２０１は、ビーズブラスター２０３、アルミニウムコーター２０４、及び／又は陽極酸化装置２０５を含むことができる。製造システム２００は、機器自動化層２１５に接続された１以上のコンピューティングデバイス２２０を更に含むことができる。代替の実施形態では、製造システム２００は、より多くの又はより少ないコンポーネントを含むことができる。例えば、製造システム２００は、機器自動化層２１５又はコンピューティングデバイス２２０無しに、手動操作（例えば、オフライン）の処理機器２０１を含んでもよい。
ビーズブラスター２０３は、任意の層又はコーティングが形成される前に、物品の表面粗さを調整することができる。例えば、ビーズブラスター２０３は、約１５マイクロインチ〜約３００マイクロインチの範囲内（例えば、約１２０マイクロインチ）に物品の表面粗さを調整することができる。他の実施形態では、物品の表面粗さは、研削によって増加させることができる、あるいはサンディング又は研磨によって減少させることができる。しかしながら、物品の表面粗さは、既に適切であるかもしれないので、表面粗さの調整は、任意選択とすることができる。表面粗さの調整は、以下でより詳細に説明する。
一実施形態では、湿式洗浄装置は、物品が湿式浴中に浸漬される湿式洗浄プロセスを利用して、（例えば、表面粗さの調整後、又はコーティング又は層の形成前に）物品を洗浄する。他の実施形態では、物品を洗浄するために、別のタイプの洗浄装置（例えば、乾式洗浄装置）を使用することができる。乾式洗浄装置は、熱を印加する、ガスを印加する、プラズマを印加するなどによって、物品を洗浄することができる。一実施形態では、陽極酸化層を形成するための陽極酸化後に、物品は、湿式洗浄装置（図示せず）内で洗浄されない。更に、陽極酸化後に、物品は、一定の温度（例えば、６０℃〜１５０℃）で、一定の期間（例えば、２時間〜１２時間）、加熱装置（例えば、オーブン）内で焼成され、これによって物品及び／又は陽極酸化層から残留水分を除去することができる。
一実施形態では、陽極酸化装置２０５は、アルミニウムコーティング上に陽極酸化層を形成するように構成されたシステムである。例えば、物品（例えば、導電性物品）は、（例えば、硫酸、シュウ酸、リン酸、又はこれらの酸の混合物を含む）陽極酸化浴中に浸漬され、物品が陽極となるように、電流が物品に印加される。その後、陽極酸化層が、物品上のアルミニウムコーティング上に形成し、これは、以下でより詳細に説明される。
一実施形態では、物品は、陽極酸化層を形成するための陽極酸化後に、湿式洗浄装置内で洗浄されない。更に、陽極酸化後に、物品は、一定の温度（例えば、６０℃〜１５０℃）で、一定の期間（例えば、２時間〜１２時間）、加熱装置（例えば、オーブン）内で焼成され、これによって物品及び／又は陽極酸化層から残留水分を除去することができる。
アルミニウムコーター２０４は、物品の表面にアルミニウムコーティングを塗布するように構成されたシステムである。一実施形態では、アルミニウムコーター２０４は、物品がアルミニウムを含む電気メッキ浴内に浸漬されたとき、物品に電流を印加することによって、物品（例えば、導電性物品）上にアルミニウムをメッキする電気メッキシステムであり、以下でより詳細に説明する。ここで、導電性物品は浴槽内に浸漬されるため、物品の表面は、均一にコーティングすることができる。代替実施形態では、アルミニウムコーター２０４は、アルミニウムコーティングを塗布するための他の技術（例えば、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、ツインワイヤアーク溶射、イオン蒸着、スパッタリング、及びコールドスプレー）を使用することができる。アルミニウムコーティングの形成は、以下でより詳細に説明する。
機器自動化レイヤー２１５は、製造機械２０１の一部又は全部をコンピューティングデバイス２２０と、他の製造機械と、計測ツール及び／又は他のデバイスと相互接続することができる。機器自動化レイヤー２１５は、ネットワーク（例えば、位置エリアネットワーク（ＬＡＮ））、ルータ、ゲートウェイ、サーバ、データストアなどを含むことができる。製造機械２０１は、ＳＥＭＩ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｔａｎｄａｒｄ／Ｇｅｎｅｒｉｃ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍｏｄｅｌ（ＳＥＣＳ／ＧＥＭ）インタフェースを介して、イーサネット（登録商標）インタフェースを介して、及び／又は他のインタフェースを介して、機器自動化レイヤー２１５に接続することができる。一実施形態では、機器自動化レイヤー２１５は、プロセスデータ（例えば、プロセス実行中に製造機械２０１によって収集されたデータ）をデータストア（図示せず）に保存可能にする。代替の一実施形態では、コンピューティングデバイス２２０は、１以上の製造機械２０１に直接接続する。
一実施形態では、一部又は全部の製造機械２０１は、プロセスレシピをロード、ストア、及び実行することができるプログラマブルコントローラを含む。プログラマブルコントローラは、製造機械２０１の温度設定、ガス及び／又は真空の設定、時間の設定等を制御することができる。プログラマブルコントローラは、メインメモリ（例えば、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）など）、及び／又は二次メモリ（例えば、データ記憶装置（例えば、ディスクドライブ））を含むことができる。メインメモリ及び／又は二次メモリは、本明細書に記載の熱処理プロセスを実行するための命令を記憶することができる。
プログラマブルコントローラはまた、メインメモリ及び／又は二次メモリに（例えば、バスを介して）結合された処理デバイスを含み、これによって命令を実行することができる。処理デバイスは、汎用処理デバイス（例えば、マイクロプロセッサ、中央処理装置等）であってもよい。処理デバイスはまた、専用処理デバイス（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサ等）であってもよい。一実施形態では、プログラマブルコントローラは、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）である。
図３は、本発明の実施形態に係る、製造プロセスの異なる段階の間の物品の断面側面図３１０、３２０を示す。一実施形態では、断面側面図は、表面粗さを調整することによって陽極酸化のための準備中における図１のチャンバコンポーネント１００の状態に対応する。
側面図３１０は、提供された物品の保護された部分の上に配置されたハードマスク３５３を示す。提供された物品は、（例えば、Ａｌ６０６１で形成された）金属体を有することができる。ハードマスク３５３は、保護された部分がビーズブラスト中に粗面化されるのを防ぐことができる。物品は、ビーズブラスター（又は他のセラミックス粗面化装置）によって粗面化される。一実施形態では、ビーズブラスターは、物品の表面をブラストするためにセラミックスビーズを使用する。一実施形態では、セラミックスビーズは、約０．２〜２ｍｍのサイズ範囲を有する。ビーズブラスターは、約３０〜９０ｐｓｉの空気圧及び約５０〜１５０ｍｍの作動距離で、物品をビーズブラストすることができ、本体に対するブラスト角度は、約９０度又は９０度よりもわずかに小さくする必要がある。ビーズブラスターは、物品の本体の露出部分（マスクで覆われていないそれらの部分）を粗面化することができる。
側面図３２０は、ビーズブラストが行われた後の物品３５２を示す。物品３５２は、ビーズブラスト中に保護されなかった物品の部分に対応する粗面３５８を有する。物品３５２はまた、粗面化されなかった物品の部分に対応する平滑面３５７を有する。図示されるように、物品３５２が粗面化された後、ソフトマスク３５６が、平滑面３５７の上の物品３５２上に配置される。ソフトマスク３５６は、ハードマスク３５３によって以前に保護された物品３５２の同じ領域を覆うために使用することができる。側面図３２０は、ブロック２１２の完了後の物品の状態を示している。
一実施形態では、処理された物品は、約１５マイクロインチ〜約３００マイクロインチの範囲内のブラスト後粗さを有する。ブラスト後粗さは、一実施形態では、約１２０マイクロインチとすることができる。物品を最適な粗さに粗面化することは、後続の層又はコーティングの接着強度を向上させることができる。しかしながら、一実施形態では、物品は、粗面化されない。
図４は、一実施形態に係る、陽極酸化層４０９を形成するために、物品４０３を陽極酸化するためのプロセス４００を示す。例えば、物品４０３は、図１の物品１０２とすることができる。陽極酸化は、物品４０３の表面の微細組織を変更し、したがって、図４は、説明目的のためだけであり、一定の縮尺でない可能性がある。陽極酸化プロセスの前に、物品４０３は、硝酸浴、アルカリ性溶液、又はＮａＯＨで洗浄、又は陽極酸化の前に化学的処理（例えば、脱酸素）を施すことができる。
物品４０３は、陰極体４０５と共に、酸性溶液を含む陽極酸化槽４０１内に浸漬される。使用することができる陰極体４０５の例は、アルミニウム合金（例えば、Ａｌ６０６１及びＡｌ３００３）及び炭素体を含む。陽極酸化層４０９は、電流供給装置４０７（例えば、電池又は他の電源）を介して電解又は酸性溶液を通して電流を流すことにより、物品４０３上に成長する。ここで、物品４０３は、陽極（正極）である。その後、電流は、陰極体４０５（例えば、負極）で水素を、物品４０３の表面で酸素を放出し、これによって酸化アルミニウムの陽極酸化層４０９を形成する。実施形態では、種々の溶液を用いて陽極酸化処理を可能にする電圧は、１〜３００Ｖ又は１５〜２１Ｖの範囲が可能である。陽極酸化電流は、陽極酸化される陰極体４０５の面積によって変わり、３０〜３００アンペア／平方メートル（２．８〜２８アンペア／平方フィート）の範囲とすることができる。
酸性溶液は、物品４０３（例えば、アルミニウムコーティング）の表面を溶解（例えば、消費又は変換）し、これによっての細孔（例えば、円柱状のナノ細孔）のコーティングを形成する。陽極酸化層４０９は、その後、ナノ細孔のこのコーティングから成長し続ける。細孔は、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの範囲内（例えば、約３０ｎｍ）の直径を有することができる。酸性溶液は、シュウ酸、リン酸、硫酸（タイプＩＩＩ陽極酸化）、又はこれらの酸の組み合わせ、及び／又は他の酸とすることができる。シュウ酸に対して、陽極酸化層の成長に対する物品の消費率は、約１：１である。電解質濃度、酸性度、溶液温度、及び電流は、物品４０３上に一貫性のある酸化アルミニウムの陽極酸化層４０９を形成するように制御される。一実施形態では、陽極酸化層４０９は、約１００ｎｍ〜約６０μｍの範囲内の厚さを有するように成長させることができる。
一実施形態では、電流密度は、陽極酸化層の非常に高密度のバリア層部分を成長させるために、最初は高く、その後、電流密度は、陽極酸化層の多孔質柱状層部分を成長させるために減少される。陽極酸化層を形成するためにシュウ酸が使用される一実施形態では、空孔率は、約４０％〜約５０％の範囲内にあり、細孔は、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの範囲内の直径を有する。
一実施形態では、陽極酸化層の平均表面粗さ（Ｒａ）は、物品の初期粗さと同様とすることができる、約１５マイクロインチ〜約３００マイクロインチの範囲内にある。一実施形態では、平均表面粗さは、約１２０マイクロインチである。
図５は、アルミニウムコーティング５１１を有する陽極酸化層５０９を有する物品５０３を電気メッキするためのプロセス５００を示す。一実施形態では、物品５０３は、図１からの陽極酸化層１０４を有する物品１０２である。電気メッキは、純度が９９．９９のアルミニウム層を生成することができる。電気メッキは、溶解した金属カチオンを還元させるために電流を使用するプロセスであり、これによって電極上に金属コーティングを（例えば、陽極酸化層５０９を有する物品５０３上にアルミニウムコーティング５１１を）形成する。物品５０３は陰極であり、アルミニウム本体５０５（例えば、高純度アルミニウム）は陽極である。両方のコンポーネントは、電気の流れを可能に１以上の溶解した金属塩並びに他のイオンを含む電解液を含むアルミニウムメッキ浴５０１内に浸漬される。電流供給装置５０７（例えば、電池又は他の電源）は、物品５０３に直流電流を供給する。直流電流は、アルミニウム本体５０５の金属原子を酸化し、これによって金属原子は、溶液中に溶解する。電解液中の溶解した金属イオンは、溶液と物品５０３の間の界面で還元され、これによって物品５０３上にメッキし、アルミニウムコーティング５１１又はアルミニウムメッキ層を形成する。一実施形態によれば、金属イオンはまた、陽極酸化層５０９の細孔に浸透し、これによって陽極酸化層５０９内へと延びるアルミニウムコーティング５１１の部分を形成する。アルミニウムコーティング５１１のこれらの部分は、陽極酸化層５０９内に延び、これによってベース陽極酸化の高アスペクト比の柱状構造を介してアルミニウムコーティングをより良好に固定することにより、アルミニウムコーティング５１１の物品５０３への接着を改善するのに役立つ。
一実施形態では、アルミニウムコーティング５１１は、滑らかである。例えば、アルミニウムメッキは、約２０マイクロインチ〜約３００マイクロインチの平均表面粗さ（Ｒａ）を有することができる。
一実施形態では、アルミニウムコーティング５１１の厚さは、コスト削減と汚染防止のための適切な厚さの両方に対して最適化される。約２５μｍ〜約７５μｍの範囲内の厚さを有する陽極酸化層を、アルミニウムコーティング全体を陽極酸化することなく、アルミニウムコーティングから形成することができるように、アルミニウムコーティングの厚さを選択することができる。一実施形態では、アルミニウムコーティング５１１は、約２０ミクロン〜約８０ミクロンの範囲内（例えば、一実施形態では、約５０ミクロン）の厚さを有する。なお、電気メッキ以外の他のアルミニウムコーティングプロセス（例えば、高速酸素燃料溶射（ＨＶＯＦ））もまた、他の実施形態で使用することができることに留意すべきである。
図６は、本開示の実施形態に係る、アルミニウムコーティングされた物品を製造するための方法６００を示すフローチャートである。図２に示されるように、方法６００の操作は、様々な製造機械によって実行することができる。
ブロック６０１では、物品（例えば、少なくとも導電性部分を有する物品）が提供される。例えば、物品は、アルミニウム合金（例えば、Ａｌ６０６１）で形成された導電性物品とすることができる。物品は、処理チャンバ内で使用するための、シャワーヘッド、陰極スリーブ、スリーブライナードア、陰極ベース、チャンバライナー、静電チャックベースなどとすることができる。
ブロック６０３では、物品は、一実施形態に係るコーティングのために準備される。物品の表面は、表面を粗面化、平滑化、又は洗浄することによって変えることができる。
ブロック６０５では、物品は、一実施形態に係る（例えば、Ａｌ２Ｏ３で形成された）陽極酸化層を形成するために陽極酸化される。例えば、物品は、図４に関連して同様に説明されたように、シュウ酸又は硫酸の浴中で陽極酸化され、これによって約３００ｎｍ〜約６０ミクロンの範囲内の厚さを有する陽極酸化層を形成することができる。一実施形態では、物品は、上記のように、陽極酸化処理後にベークされ、これによって陽極酸化層の孔から残留水分を除去することができる。
ブロック６０７では、物品は、アルミニウムコーティング（例えば、実質的に純粋なアルミニウムコーティング）でコーティングされる。例えば、物品は、図５に関して同様に説明したように、アルミニウムで電気メッキし、これによって約２０ミクロン〜約８０ミクロンの範囲内の厚さを有するアルミニウムコーティングを形成することができる。他の例では、コーティングは、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、ツインワイヤアーク溶射、イオン蒸着、スパッタリング、及びコールドスプレーによって塗布することができる。
ブロック６０９では、物品は、一実施形態に係る、アルミニウムコーティング上の第２陽極酸化層を形成するために陽極酸化される。（上記のように、Ａｌ２Ｏ３から形成された）第２陽極酸化層は、約５ミクロン〜約３０ミクロンの範囲内の厚さを有することができる。しかしながら、この第２陽極酸化層は、任意選択とすることができる。
ブロック６１１では、物品は、一実施形態に係る耐プラズマ性セラミックス層でコーティングされる。プラズマ環境に曝される物品の面は、コーティングすることができる。一実施形態では、プラズマ溶射装置は、物品上にセラミックスコーティングをプラズマ溶射するために使用される。一実施形態では、コーティングされるべきでない物品の部分は、コーティングする前にマスクされる。しかしながら、このセラミックス層は、任意選択とすることができる。
一実施形態では、混合された原料セラミックス粉末は、物品上に噴霧される。物品は、プラズマ溶射中に約５０〜７０℃の温度に加熱することができる。一実施形態では、物品をプラズマ溶射するために、約３５〜３６．５ワット（Ｗ）のプラズマ電力が使用されるが、他のプラズマ電力もまた使用することができる。プラズマ溶射プロセスは、複数の溶射パスで実行してもよい。一実施形態では、約３５〜４０溶射パスが、セラミックスコーティングを生成するために適用される。一例では、コーティングは、約５〜５０ミルの厚さを有することができる。
一実施形態では、セラミックスコーティングは、熱溶射技術（例えば、プラズマ溶射技術）を使用してセラミックス体上に堆積された酸化イットリウム含有セラミックス又は他のイットリウム含有酸化物である。熱溶射技術（例えば、プラズマ溶射技術）は、材料（例えば、セラミックス粉末）を溶融し、物品上に溶融した材料を噴霧することができる。熱溶射又はプラズマ溶射された複合セラミックス層は、約１００ミクロン〜約３００ミクロンの範囲内の厚さ（例えば、約２００ミクロン〜約２５０ミクロンの範囲内の厚さ）を有することができる。
一実施形態では、セラミックスコーティングは、一緒に混合されたＹ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２の原料セラミックス粉末から製造される。これらの原料セラミックス粉末は、一実施形態では、９９．９％以上の純度を有していてもよい。原料セラミックス粉末は、例えば、ボールミルを用いて混合することができる。原料セラミックス粉末は、約０．５〜５μｍの粉末サイズを有することができる。一実施形態では、原料セラミックス粉末は、約１μｍの粉末サイズを有する。セラミックス粉末が混合された後、それらは、約１２００〜１６００℃（例えば、一実施形態では１４００℃）のか焼温度で約５〜１０日間（例えば、一実施形態では３日間）のか焼時間でか焼することができる。混合粉末用噴霧乾燥顆粒の粒径は、約３〜５０μｍのサイズ分布を有することができる。一実施形態では、平均粒径は、約１５μｍである。別の一実施形態では、平均粒径は、約２５μｍです。
また、セラミックスコーティングは、約４〜２５ＭＰａ（例えば、一実施形態では、約１４ＭＰａよりも大きい）の接着強度を有することができる。接着強度は、セラミックスコーティングが物品から剥がれ落ちるまでセラミックスコーティングに（例えば、メガパスカルで測定される）垂直力を印加することによって決定することができる。
物品は、その後、粒子に対して試験することができる。粒子数を表す測定パラメータは、テープ剥離試験粒子数及び液体粒子数（ＬＰＣ）である。テープ試験は、セラミックスコーティングに接着テープを付着させ、テープを剥離し、テープに付着する粒子の数を数えることによって実行することができる。ＬＰＣは、水浴（例えば、脱イオン（ＤＩ）水浴）内に物品を配置し、水浴を超音波処理することによって決定することができる。その後、溶液中の脱落粒子数は、例えば、レーザカウンタを用いて数えることができる。図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃは、陽極酸化層がシュウ酸浴中で形成されたＡｌ６０６１物品の断面図の、２００ｎｍのスケールを有する走査型電子顕微鏡写真７０２、７０４、及び７０６をそれぞれ示す。細孔は、約３０ｎｍの直径を有する。
表１は、様々な陽極酸化層の種類及び厚さを有するサンプルの接着強度が測定された、一実施形態に係る電気メッキされたアルミニウムコーティング接着性試験結果の一例を示す。試験片は、シュウ酸又はタイプＩＩＩのいずれかのベース陽極酸化層タイプで製造され、ベース陽極酸化層の厚さは、各陽極酸化層タイプに対して０．３μｍ、３μｍ、及び１０μｍの間で変化させた。電気メッキ層の接着性を向上させるために、試験片の陽極酸化後の脱イオン水シーリングは無かった。試験片は、その後、約５０ミクロンの厚さを有する高純度のアルミニウム層で電気メッキされた。試験片は、その後、各陽極酸化タイプに対して、１０μｍと３０μｍの間で変化した厚さを有するシュウ酸又はタイプＩＩＩの陽極酸化層のいずれかを形成するために陽極酸化された。接着性試験が、その後、ＡＳＴＭ６３３Ｃ毎に実行され、そこで試験片は、高強度の接着剤を用いて未処理の試験片に接着された後、試験片及び未処理の試験片は引き離された。試験片を引き離すのに必要とされる破壊力が接着力として測定された。一例では、３０ＭＰａの接着力を所望の性能に対する閾値強度とすることができる。
表２は、試験結果の再現性を実証するために、使用された手順が、表１に対して上記したものと類似していた、一実施形態に係る電気メッキされたアルミニウムコーティング接着性試験結果の別の一例を示す。
表３は、実際のチャンバ条件をシミュレートするために、試験片が約１３０℃で約２０時間、真空焼成試験を受けたことを除いて、使用された手順が、表１に対して上記したものと類似していた、一実施形態に係る電気メッキされたアルミニウムコーティング接着性試験結果の別の一例を示す。表３の結果は、接着が、真空後の焼成において維持されたことを示しており、これは半導体製造チャンバでの使用に対する好適性を示すことができた。
表４は、表１に関して記載された手順に従って処理された試料の目視検査の試験結果を示し、「良」は、色の均一性を示し、「可」は、一部色の非均一性を示し、「否」は、色の不均一性を示す。色の均一性は、陽極酸化仕上げの均一性を示すことができる。
前述の説明は、本発明のいくつかの実施形態の良好な理解を提供するために、具体的なシステム、構成要素（コンポーネント）、方法等の例などの多数の具体的な詳細を説明している。しかしながら、本発明の少なくともいくつかの実施形態は、これらの具体的な詳細なしに実施することができることが当業者には明らかであろう。他の例では、周知の構成要素又は方法は、本発明を不必要に不明瞭にしないために、詳細には説明しないか、単純なブロック図形式で提示されている。したがって、説明された具体的な詳細は、単なる例示である。特定の実装では、これらの例示的な詳細とは異なる場合があるが、依然として本発明の範囲内にあることが理解される。
本明細書全体を通して「１つの実施形態」又は「一実施形態」への参照は、その実施形態に関連して記載された特定の構成、構造、又は特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味している。したがって、本明細書を通じて様々な場所における「１つの実施形態では」又は「一実施形態では」という語句の出現は、必ずしも全て同じ実施形態を指すものではない。また、用語「又は」は、排他的な「又は」ではなく包含的な「又は」を意味することを意図している。
本明細書内の本方法の操作が、特定の順序で図示され説明されているが、特定の操作を逆の順序で行うように、又は特定の操作を少なくとも部分的に他の操作と同時に実行するように、各方法の操作の順序を変更することができる。別の一実施形態では、異なる操作の命令又は副操作は、断続的及び／又は交互の方法とすることができる。
なお、上記の説明は例示であり、限定的ではないことを意図していることが理解されるべきである。上記の説明を読み理解することにより、多くの他の実施形態が当業者にとって明らかとなるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を、そのような特許請求の範囲が権利を与える均等物の全範囲と共に参照して決定されるべきである。
Claims (15)
- 処理チャンバ用のチャンバコンポーネントの製造方法であって、
約１００ｎｍよりも大きい厚さを有する第１陽極酸化層を形成するために、不純物を含む金属物品を陽極酸化する工程と、
不純物を実質的に含まないアルミニウムコーティングを第１陽極酸化層上に形成する工程とを含む方法。 - アルミニウムコーティングは、約２０ミクロン〜約８０ミクロンの範囲内の厚さを有する、請求項１記載の方法。
- 陽極酸化層上にアルミニウムコーティングを形成する前に、約２時間〜約１２時間の範囲内の時間の間、約６０℃〜約１５０℃の範囲内の温度まで陽極酸化された金属物品を加熱する工程を含む、請求項１記載の方法。
- 約５ミクロン〜約３０ミクロンの範囲内の厚さを有する第２陽極酸化層を形成するために、アルミニウムコーティングを陽極酸化する工程を含む、請求項１記載の方法。
- 約１００ミクロン〜約１０００ミクロンの範囲内の厚さを有する複合セラミックス層を第２陽極酸化層の上に形成する工程を含む、請求項４記載の方法。
- 金属物品を陽極酸化した後に、脱イオン水シーリングが実行されない、請求項１記載の方法。
- アルミニウムコーティングを形成する工程は、電気メッキを実行する工程を含む、請求項１記載の方法。
- 処理チャンバ用のチャンバコンポーネントであって、
不純物を含む金属物品と、
金属物品上の第１陽極酸化層であって、第１陽極酸化層は、約１００ｎｍよりも大きい厚さを有する第１陽極酸化層と、
第１陽極酸化層上のアルミニウムコーティングであって、アルミニウムコーティングは、不純物を実質的に含まないアルミニウムコーティングとを含むチャンバコンポーネント。 - アルミニウムコーティングは、約２０ミクロン〜約８０ミクロンの範囲内の厚さを有する、請求項８記載のチャンバコンポーネント。
- 陽極酸化された金属物品は、アルミニウムコーティングが陽極酸化層上に形成される前に、約２時間〜約１２時間の範囲内の時間の間、約６０℃〜約１５０℃の範囲内の温度まで加熱される、請求項８記載のチャンバコンポーネント。
- アルミニウムコーティング上に第２陽極酸化層を含む、請求項８記載のチャンバコンポーネント。
- 第２陽極酸化層は、約５ミクロン〜約３０ミクロンの範囲内の厚さを有する、請求項１１記載のチャンバコンポーネント。
- 第２陽極酸化層の上に複合セラミックス層を含む、請求項１１記載のチャンバコンポーネント。
- 複合セラミックス層は、約１００ミクロン〜約１０００ミクロンの範囲内の厚さを有する、請求項１３記載のチャンバコンポーネント。
- 物品は、Ａｌ６０６１を含む、請求項１１記載のチャンバコンポーネント。
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