JP2017520679A - 半導体チャンバ構成要素のための放射率を調節したコーティング - Google Patents

Abstract

半導体処理チャンバのための構成要素であって、前記構成要素は、基材と、前記基材の表面に設けられたコーティング層とを備え、前記コーティング層は、厚さ方向にわたり、０．９８超から１以下の熱放射率を有し、耐プラズマ性を有し、３５から４０の範囲の明度Ｌを有する少なくとも第１のコーティング層を含むコーティングと、を含む。

Description

本発明は、半導体デバイスの製造において導電体もしくは誘電材料のエッチングプロセスまたは堆積プロセスに用いられるプラズマチャンバのための溶射コーティングに関する。詳しくは、本発明は、半導体処理チャンバ構成要素のための熱放射率を調節したコーティングに関する。

半導体処理チャンバは、真空環境の内部における様々な材料のエッチングプロセスまたは堆積のために用いられる。これらのチャンバはエッチング機能または堆積機能を果たすために用いられる高エネルギーイオンおよび反応性化学種を作り出すプラズマを発生させるための手段を備える。しかしながら、これらの物質は、一般に工作物の周囲の半導体チャンバ構成要素への腐食性が非常に強く、腐食によって半導体処理システムを汚染し、精密処理工程を妨げる粒子がチャンバ内部で発生する原因となり得る。

半導体処理チャンバの中で用いられる構成要素に耐プラズマ性を提供するコーティングが開発されている。しかしながら、これらのコーティングの主眼は、活性化されたフッ素ガスまたは塩素ガスの存在が原因となる処理チャンバ内部のプラズマ浸食の問題を組成選択によって軽減させようという試みだけにあった。半導体プロセスチャンバの中で用いられる従来のコーティングのほとんどは、１つまたは２つの課題、すなわちプラズマに曝露された表面の腐食および／または高い粒子発生率だけを解決すると定義された。

溶射技術は、低融点基材に高融点材料を堆積する公知手段である。例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＭｇＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃などの金属酸化物ならびに様々な酸化物の混合物が溶射堆積機構を用いてアルミニウム基材、鋼基材または様々な合金基材に堆積されて耐摩耗性および／または耐腐食性を提供する（ＡＳＭハンドブック（ＡＳＭ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）第５巻、表面工学（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、溶射コーティング（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｐｒａｙ Ｃｏａｔｉｎｇｓ）参照）。

フッ素プラズマ浸食に耐える単独の酸化物材料として酸化イットリウム（イットリア）が知られている。イットリアコーティングは、溶射、化学蒸着（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、物理蒸着（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、エーロゾル蒸着（ＡＤ：ａｅｒｏｓｏｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）およびゾルゲル法などの様々な方法によって製造されている。半導体プロセスチャンバ構成要素に関連する使用について、ハロゲン化学種に曝露されたときＹ₂Ｏ₃などの様々な金属酸化物コーティング、Ｃｅ₂Ｏ₃、Ｓｍ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃などのランタニド系列希土類酸化物ならびにそれらの混合物がこれらの構成要素のプラズマ浸食を予防することが記載されている。

例えば、米国特許第４，４１９，２０１号は、塩素ガスプラズマ腐食を防ぐため反応チャンバの表面における溶射Ａｌ₂Ｏ₃コーティングの使用を記載している。米国特許第５，６３７，２３７号は、Ｃ₂Ｆ₄およびＣ₂Ｆ₆などの酸化物エッチング用ガスに曝露されたとき壁の浸食を低下させるＡｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃またはＳｃ₂Ｏ₃コーティングの、加熱されたチャンバ壁ライナにおける使用を記載している。米国特許第６，７７６，８７３号は、陽極酸化アルミニウム上に設けられた高純度Ｙ₂Ｏ₃コーティングを記載し、このＹ₂Ｏ₃は、フッ素および酸素を含有するプラズマに対する耐腐食性を向上させるために１０重量％のＡｌ₂Ｏ₃を含有してもよい。米国特許第７，３６４，７９８号は、Ａｌ₂Ｏ₃上のＹ₂Ｏ₃のトップコートを設けたプラズマエッチングチャンバの内部部材を記載している。さらに米国特許第７，４９４，７２３号は、Ｙ₂Ｏ₃コーティングを記載し、トップ層は、電子ビームプロセスによって高密度化され、コーティング（高密度化皮膜）は、Ａｌ₂Ｏ₃またはＡｌ₂Ｏ₃およびＹ₂Ｏ₃のアンダーコートを有してもよい。しかしながら、高密度化皮膜コーティングが侵食されるかまたはトップ層に亀裂が生じると、アンダーコーティング層が突然露出されることがあり、その結果としてプラズマ浸食が突然増加し、膨大な数の粒子が発生し、そのために今度は製造される製品の低収率という結果となる点に注意するべきである。

米国特許出願公開第２０１０／０２７２９８２Ａ１号は、ＣＦ₄／Ｏ₂に曝露されたとき耐プラズマ浸食性を提供するイットリア安定化ジルコニアコーティングを記載している。米国特許出願公開第２０１２／０１７７９０８Ａ１号は、耐熱歪み性および耐プラズマ浸食性を提供するためにＹ₂Ｏ₃およびＺｒ₂Ｏ₃コーティング中で傾斜した気孔率を用いることをさらに開示している。米国特許出願公開第２０１２／０１９６１３９Ａ１号は、腐食保護のための２種類のセラミックスのアンダーコートとプラズマ浸食保護のための金属酸化物トップコートとを有する複合コーティングを記載している。

しかしながら、本発明より前には、コーティングの熱放射特性を調節する試みも、プラズマエッチング性能の均一さもしくは耐プラズマ浸食性の向上という観点で効果を評価する試みもなされていない。実際、従来技術のいずれもチャンバ壁からの熱エネルギー反射の効率を増加させるようにコーティングの放射率を調節することに関しておらず、従来技術は、コーティングの放射率の調節に帰することができるいかなる有意な利点も認識するに至っていない。その上、従来技術のどれも表面形態を調節して処理チャンバの内部の粒子低減をさらに向上させるためのいずれかの手段について、必要性にも触れていないし提供もしていない。さらに、多くの半導体処理チャンバ構成要素が遭遇する界面腐食および絶縁破壊を減少させるさらなる解決策が求められている。

プラズマ浸食予防および粒子発生の低減という課題への取り組みに加えて、本発明は、コートされた半導体チャンバ構成要素の熱効率を向上させることならびに界面腐食および絶縁破壊を減少させることも目的とする。これらは、いかなる従来技術によっても取り組まれてこなかった問題である。

熱放射率は、表面が入射熱エネルギーをその周囲に反射する効率の尺度である。半導体処理チャンバ内の熱場は、部分的に処理チャンバ内のプラズマおよび作業基板の周囲の壁面および様々な構成要素の表面からの熱エネルギーの反射を受けるので、半導体処理チャンバ内の構成要素の上に本発明による高熱放射率コーティングを設けることは、処理チャンバ内の温度制御をさらに強化し、ウエハ表面全体にわたってエッチングプロセスまたは堆積プロセスの均一さを増加させ、それによって半導体処理性能全般を向上させる。

従って、本発明は、チャンバライナ、フォーカスリング、サセプター、シャワーヘッド、ノズル、加熱素子および静電チャックを含むがこれに限定されるものではない半導体処理チャンバ構成要素のための高熱放射率コーティング（放射率を調節したコーティングとも呼ばれる）を提供する。本明細書においては基材と称することもあるこれらの半導体処理チャンバ構成要素は、「無垢（ｂａｒｅ）」アルミニウムもしくは陽極酸化アルミニウムのような金属、または、機能の求めに応じて、焼結セラミック材料で作ることができる。基材材料の適当な例は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＳｉＣ、グラファイト、ならびにＳｉＣ−ＡｌおよびＳｉＳｉＣ−Ｔｉなどの複合材料を含むがこれに限定されるものではない。下記で考察するように、基材材料それ自体が湿食に対する抵抗性を提供しないならアンダーコーティングも設けてよい。

本発明による放射率を調節したコーティングは、独自の放射率と組成の特性とによってチャンバ構成要素の耐用寿命の間、上面においてだけでなくコーティングの厚さにわたり高い耐プラズマ浸食性を提供するトップコーティング層（トップコート）を含む。本発明による高熱放射率コーティングは、非晶質であり、分光光度計（本明細書においては分光計とも称する）で測定して８５未満のＬ値、好ましくは３５〜４５のＬ値、より好ましくは約４０のＬ値を特徴とし、代って８７以上のＬ値を有する従来の白いイットリア、アルミナまたはジルコニアコーティング、あるいはそれらの混合物を含有するコーティングと比べて黒く見える。本発明によるこれらのコーティングは、その厚さ全体にわたって所望のＬ値、高い熱放射率特性および高い耐腐食／耐浸食性を維持する。例えば、ＣＦ₄を用いるプラズマ浸食試験は、厚さ全体にわたって本発明による黒い高熱放射率イットリアコーティングが、化学量論的な白いイットリアコーティング、アルミナコーティングまたはジルコニアコーティングと比べて高い耐プラズマ浸食性を提供することを示している。

本発明のこの態様の第１の実施形態によれば、耐プラズマ性、光分光計によって測定して厚さ方向にわたって３５〜４０の範囲の明度Ｌ、および０．９８超から１以下の熱放射率を有する少なくとも第１のコーティング層を備えるコーティングが提供される。好ましくは、コーティングは、少なくとも第２のコーティング層をさらに含み、第１のコーティング層はトップコート層を定義し、第２のコーティング層はアンダーコート層を定義する。

第１のコーティング層は、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、イットリアで完全に安定化した酸化ジルコニウムおよびそれらの混合物のうち少なくとも１種類を含むことが好ましい。

本発明の１つの態様によれば、第２のコーティング層は、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、イットリアで完全に安定化した酸化ジルコニウムおよびそれらの混合物のうち少なくとも２種類を含む。別の態様によれば、第２の態様によるコーティングにおいて、第２のコーティング層はシリコン、シリコンおよび炭化シリコン、ニッケル、モリブデンまたはタングステンを含む。

第１のコーティング層において、コーティングが設けられている基材の表面に平行に延在する方向に均一に広がっている明確な層セグメント中にイットリウムと酸素との化合物、ジルコニウムと酸素との化合物、またはハフニウムと酸素との化合物が集中することも好ましい。

第１のコーティング層の組成物の濃度が、第１のコーティング層と第１のコーティング層が形成されている基材の表面との間の界面近くにおける約１重量％（±５％）から、プラズマ環境に曝露される第１のコーティング層の上面における１００重量％まで傾斜していることも好ましい。

第１のコーティング層は、１２０μインチから２２０μインチの範囲の表面粗さＲａを有することが好ましい。

本発明の第２の実施形態によれば、半導体処理チャンバのための構成要素であって、基材と、基材の表面に設けられたコーティング層とを含む構成要素が提供される。コーティング層は、耐プラズマ性と、厚さ方向にわたって分光光度計で測定して３５から４０の範囲の明度Ｌと、０．９８超から１以下の熱放射率とを有する少なくとも第１のコーティング層を含む。好ましくは、コーティング層は少なくとも第２のコーティング層をさらに含み、第１のコーティング層はトップコート層を定義し、第２のコーティング層はコーティングが形成されている基材の表面に近い側のアンダーコート層を定義する。

基材が金属または焼結セラミック材料を含むことが好ましい。本発明の１つの態様によれば基材はアルミニウムまたは陽極酸化アルミニウムを含み、別の態様によれば基材はＡｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＳｉＣおよびグラファイトからなる群から選ばれた材料を含む。

第１のコーティング層は、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、イットリアで完全に安定化した酸化ジルコニウムおよびそれらの混合物のうち少なくとも１種類を含むことが好ましい。

１つの態様によれば第２のコーティング層は、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、イットリアで完全に安定化した酸化ジルコニウムおよびそれらの混合物のうち少なくとも２種類を含み、別の態様によれば第２のコーティング層は、シリコン、シリコンおよび炭化シリコン、ニッケル、モリブデンまたはタングステンを含む。

第１のコーティング層において、コーティング層が形成されている基材の表面に平行に延在する方向に均一に広がっている明確な層セグメント中にイットリウムと酸素との化合物、ジルコニウムと酸素との化合物またはハフニウムと酸素との化合物が集中することが好ましい。

第１のコーティング層の組成物の濃度が、第１のコーティング層とコーティング層が形成されている基材の表面との間の界面近くにおける約１重量％（±５％）から、プラズマ環境に曝露される第１のコーティング層の上面における１００重量％まで傾斜していることも好ましい。

コーティング層は、１２０μインチから２２０μインチの範囲の表面粗さＲａを有することが好ましい。

構成要素は、チャンバライナ、フォーカスリング、サセプター、シャワーヘッド、ノズル、加熱素子および静電チャックのいずれか１つであってよい。

本発明の第３の実施形態によれば、半導体処理チャンバ構成要素のための放射率を調節したコーティングを設けるための方法が提供される。この方法は、半導体処理チャンバにおいて用いるための構成要素を準備するステップと、プラズマ溶射装置、ＨＶＯＦ、Ｄ−ガン、ＳＰＳ、ＡＤおよびそれらの組み合わせの１つを用いて構成要素の表面に少なくとも第１のコーティング層を施すステップとを含み、第１のコーティング層は、耐プラズマ性と、その厚さ方向にわたり分光光度計で測定して３５から４０の範囲の明度Ｌと、０．９８超から１以下の熱放射率とを有する。この方法は、第１のコーティング層を形成する前に、構成要素の表面に少なくとも第２のコーティング層を含むことを設けるステップをさらに含み、第１のコーティング層はトップコート層を定義し、第２のコーティング層はアンダーコート層を定義することが好ましい。

本発明による方法の別の態様によれば、この方法は、第１のコーティング層の表面粗さを低下させるように加工するステップと、超音波チャンバ中で構成要素を精密洗浄するステップと、半導体処理チャンバ中で構成要素を耐用寿命のうちの最初のサイクルに対応する期間使用するステップと、次に構成要素をグリットブラストして第１のコーティング層（トップコート）および、存在する場合に、第２のコーティング層（アンダーコート層）を除去するステップと、次に半導体処理チャンバ中の反復使用に備えて構成要素に必要なら第２のコーティング層（アンダーコート層）および第１のコーティング層（トップコート層）を再び施して構成要素の機能を復元するステップと、をさらに含む。

本発明のこの態様は、本発明による構成要素が使用後に修復される能力、およびコーティングが上に形成されている構成要素を使用時の半導体処理チャンバの環境条件から保護するコーティングの能力に関する。

プラズマスプレー堆積などの溶射プロセスを用いて基材に施される本発明による熱放射率を調節したコーティングは、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）とも呼ばれるイットリア、酸化ハフニウム（Ｈｆ₂Ｏ₃）、酸化ジルコニウム（Ｚｒ₂Ｏ₃）またはそれらの混合物を含む組成物を有することが好ましい。例えば、放射率を調節したコーティングは、半導体プロセスチャンバ中のフッ素プラズマまたは塩素プラズマに対する増強した耐腐食性も提供する化学量論的および準化学量論的な酸化イットリウムＹ₂Ｏ₃、Ｙ_2-xＯ_3-y、酸化ハフニウムＨｆ₂Ｏ₃、Ｈｆ_2-xＯ_3-yおよび酸化ジルコニウムＺｒＯ、ＺｒＯ₂、ＺｒＯ_y、ＹＺｒＯ_y、ＹＺｒＨｆＯ_y組成物（０＜ｘ＜２かつ０＜ｙ＜３）の混合物を含む。

本発明において、トップコーティング層（トップコート）は、最大の熱放射率およびプラズマ暴露への最大の抵抗性を提供する組成物でできていることが好ましい。例えば、プロセスがフッ素プラズマに対する抵抗性を必要とするとき、Ｙ_(2-x)Ｏ_(3-y)（０＜ｘ＜２かつ０＜ｙ＜３）の組成、４０のＬ値および０．９８以上１以下の範囲の放射率を有する黒色のイットリアコーティングがトップコーティング層として好ましく、その厚さにわたり色および放射率が調節されている。

プロセスが塩素ベースのプラズマ浸食に対する抵抗性を必要とするとき、本発明によれば、放射率を調節したコーティングは、イットリアで完全に安定化したジルコニア（ＹＦＳＺ）、ＹＦＳＺとＹＯとの組み合わせ（すなわちＹ_(2-x)Ｏ_(3-y)）、またはＹＦＳＺ、ＨｆＯおよびＹＯの組み合わせでできていることが好ましい。約１８重量％のＹ₂Ｏ₃を有する完全に安定化したジルコニア（ＦＳＺ）コーティングである、イットリアで完全に安定化したジルコニア（ＹＦＳＺ）を用いることが好ましい。これは、より普通に用いられるＹＳＺとは異なる。ＹＳＺは、実際には約１４重量％未満のＹ₂Ｏ₃を有する部分的に安定化しただけのジルコニアである。Ｙ₂Ｏ₃が１７％より多いが２５％より少ない完全に安定化したジルコニアは、熱サイクル処理に付されたとき完全に安定化したジルコニアの方が亀裂を生じにくく、プラズマ浸食に対してより高い抵抗性を有するより高い密度のコーティングを提供し、それによって半導体処理チャンバ中で用いられるとき発生する粒子が少なくなるという点で、部分安定化ジルコニアより好ましい。

本発明によるＹＦＳＺコーティングは、４０以上４５以下の範囲のＬ値を有する合成黒色コーティングを得ることを確実にするために、酸素含有率を調節するように制御された環境中で溶射されることが好ましい。詳しくは、下記でより詳細に考察するように、様々な比率のアルゴン、窒素および水素を含有し酸素をまったく含まないガスの混合物のイオン化によってプラズマを発生させる。

本発明においては、トップコーティング層の組成物の濃度は、トップコーティング層とトップコーティング層が形成されている基材（またはアンダー層の場合は他の層）の表面との間の界面の近くにおける約１重量％（±５％）からプラズマ環境に曝露されるトップコーティング層の上面における１００重量％まで傾斜している。すなわち、トップコーティングの上面は高い放射率を有することも必要なので、トップ層の最上部の組成は堆積プロセスの間１００％に保持され、それによってより高い放射率およびプラズマ処理に曝露されたとき必要な高い耐プラズマ浸食性が付与される。

プラズマスプレー堆積に含まれる従来の技法に精通している当業者は、そのように傾斜した組成を提供するためにコーティングが堆積されるときそのさまざまな層の組成をどのように操作することができるかを理解している。すなわち、プラズマスプレー法は所望の厚さまでコーティングを重ね上げる逐次層堆積プロセスであるから、堆積材料の組成を変えることによっていずれの所与の層においても異なる堆積ステップの間でも様々な層の組成および特性を個別に制御することができる。本発明において、腐食環境と接触する最上層の組成は、放射率を調節した特性を提供するため、および上記の色特性を有するために制御される。コーティング／基材界面において、またはコーティング／基材界面の近くにおいて必要とされるより高い接着強さおよび耐湿食性を代わりに提供するために、堆積プロセス時に基材により近いところで組成を有利に変化させることもできる（下記でより詳細に考察する）。

高い熱放射率および耐プラズマ性に加えて、トップコーティング層のトップ（上）面は、対策を講じなければ処理チャンバ内の半導体部品処理時に限界フィーチャサイズ性能を阻害するようないかなる大型粒子の発生も防がなければならない。よって、本発明の１つの態様では、粒子発生を低下させるために、放射率を調節したトップコーティング層の表面粗さ特性を制御することが好ましい。

本発明による放射率を調節したコーティングの溶射直後の表面は、特定の溶射プロセスパラメータに応じて通常は６０μインチＲａ以上、例えば６０μインチＲａから１２０μインチＲａ、１００μインチＲａから２００μインチＲａ、１５０μインチＲａから２５０μインチＲａ、または２００μインチＲａから３００μインチＲａを有するが、約１２０μインチＲａから２２０μインチＲａの表面粗さを有することが好ましい。プラズマ浸食を受けても大型粒子を発生させない表面特性を提供するために、表面は、６０μインチから１２０μインチの範囲のＲａおよび５００μインチから１５００μインチのＲｚを有するように仕上げ、プラズマチャンバ構成要素のクリーニングのために普通に用いられるダイヤモンドをコートした研磨クリーニングパッドまたはクリーンルームクロスでインサイチュクリーニングしたとき基本的に凹凸がない。仕上げられたそのような表面は、半導体デバイス製造条件時に低い粒子発生をさらに保証する。

コートされた構成要素が半導体処理チャンバの中である期間用いられた後に、コートされた表面には様々な望ましくない堆積物が形成される。これらの堆積物は、次に例えば塩素含有液体を用いる湿式洗浄プロセスによって除去される。しかし、コーティング中のイットリア化合物は、ＨＣｌなどの塩素含有溶液に可溶である。よって、長時間の湿式洗浄手順の間にコーティング／基材界面がＨＣｌ水溶液の存在によって腐食され、コーティングの大きなセグメントの剥離が生じる結果となることがあり、これはアンダーカッティングとして知られている。望ましくないアンダーカッティング現象をなくすために、本発明は、熱放射率およびドライプラズマ暴露への抵抗性を増強するために提供される上記説明のトップコートに加えて（トップコートの下に）、湿食バリアとして働くアンダーコート層と呼ばれることがある別のコーティング層をさらに提供する。腐食バリアコーティングは、耐アンダーカット層として働くことに加えて、調節した放射率特性および耐プラズマ性も有してよい。

例えば、イットリアで完全に安定化したジルコニア（ＹＦＳＺ）と（Ｙ_2-xＯ_3-y）の組成を有する放射率を調節したイットリア（ＹＯ）との二重相コーティング（５０／５０重量％）をチャンバ構成要素に施すことができ、この場合、プラズマ堆積コーティングはラメラ構造を有し、結果として得られる微細構造は、プラズマ堆積装置を用いてコートされる表面を掃引（ｒａｓｔｅｒｉｎｇ）することによって形成された溶射飛沫内で均一に混ざり合ったＹＦＳＺとＹ_2-xＯ_3-yとの別々の相を有する。この共相コーティング層は、上記の耐アンダーカット層として働き、いずれのウェットクリーニングからの腐食も防ぐ腐食バリアコーティングとも呼ばれる。この共相層は、コーティングに入り込むことがあるいかなるフッ素ガスに対しても適切な抵抗性を提供する微細構造を有する。この腐食バリアコーティング（耐アンダーカット層）は、界面における増強した接着強さを提供するためにほとんどの溶射コーティングに必要とされるであろうさらなる粗面処理を必要とせずにその上のトップコーティング層の堆積を達成することができるように、十分な表面粗さ特性も提供する。

共相耐アンダーカットコーティングの組成も、堆積プロセスの間に提供される制御によって、基材界面における１００％ＹＦＳＺから、コーティングが施される基材の表面から離れて（コーティングの厚さ方向に）位置するその上面における５０％ＹＦＳＺないし０％ＹＦＳＺ（すなわち１００％ＹＯ）の濃度まで、堆積時に傾斜させることができる。そのようにすると、共相コーティング層は、耐アンダーカット層（厚さ方向で下へ）および放射率を調節したトップコート層（厚さ方向で上へ）の両方としての役を果たすことができる。

さらに、基材の表面に金属アンダー層を形成してからその上にコーティング層を形成することによって、異なる型の腐食バリアアンダー層も設けることができる。そのような腐食バリアアンダー層のための金属材料の適当な例は、シリコン、シリコンおよび炭化シリコン、アルミニウムおよび炭化シリコン、ニッケル、モリブデンおよびタングステンの組み合わせを含むがこれに限定されるものではない。

半導体処理チャンバ構成要素は、電気破壊に対する保護も必要とする。そのような電圧破壊バリアは、高放射率コーティングがその破壊電圧を超える厚さを有することを保証することによって、効果的に得ることができる。必要であれば、所与の半導体処理チャンバ内で優勢な電圧条件に容易に耐えることができる全コーティング厚さを提供するために、アンダーコート層（提供される場合）の厚さを調節（増加）することによって追加の耐電圧破壊性を提供することができる。トップコート層の厚さは、０．００１インチから０．０１５インチの範囲であり、アンダーコート層の厚さは０．００２インチから０．０１０インチの範囲であることが好ましい。これらの範囲が半導体処理チャンバ内の特定の処理条件に応じて変化してよいことは当然であり、コーティング堆積プロセスを改変して特定の電圧、プラズマ浸食および腐食条件を構成する所望の厚さを実現することは当業者の能力の範囲内である。

本明細書において、添付の図面と関連させて下記で本発明を詳細に説明する。
本発明の１つの態様によって堆積された高い放射率、耐プラズマ性のコーティングを有する半導体チャンバ構成要素の一部分の概略構成図である。 さまざまなコーティング組成物の熱放射率値を温度の関数として示し、明度Ｌを含むグラフである。 溶射コーティングの熱放射率を温度の関数として示すグラフである。 本発明による実施例１のコーティング構成を図示する概略断面図である。 本発明による実施例２のコーティング構成を図示する概略断面図である。 本発明による実施例３のコーティング構成を図示する概略断面図である。 本発明による実施例４のコーティング構成を図示する概略断面図である。 厚さ方向で撮影した本発明による実施例１のコーティング構成および微細構造の断面光学顕微鏡写真である。 厚さ方向で撮影した本発明による実施例２のコーティング構成および微細構造の断面光学顕微鏡写真である。 厚さ方向で撮影した本発明による実施例３のコーティング構成および微細構造の断面光学顕微鏡写真である。 厚さ方向で撮影した本発明による実施例４のコーティング構成および微細構造の断面光学顕微鏡写真である。

図１は、半導体チャンバ構成要素の一部分（すなわち基材１）の概略構成図であり、本発明の１つの態様による高い熱放射率および耐プラズマ性を有する熱スプレーコーティング２が上に形成されている。半導体処理チャンバ内で、基材１のコートされた面２は入射熱エネルギー３に曝され、コートされた面２は入射熱エネルギー３を放射熱エネルギー４として反射する。

本発明によるコーティングにとっての最適な熱放射率特性を決定するために、基材にさまざまなコーティングを堆積し、標準化された装置を用いて、コートされた試料の熱放射率を測定した。

６０６１Ｔ６アルミニウム基材から試料を作り、プラズマスプレー堆積技法によってさまざまなコーティング組成物を基材に塗布した。これらの試料のそれぞれについて、コーティングを堆積する溶射プロセスの間にさまざまなコーティング組成物（すなわちイットリア、ハフニア、イットリアで完全に安定化したジルコニアまたはそれらの混合物）中に取り込まれる酸素の量を減らすため、囲い機構を有する直流プラズマスプレーを用いた。実質的に酸素がまったく存在しないアルゴン、窒素および水素を含有するイオン化ガスのさまざまな混合物を用いてプラズマスプレー法を行った。

詳しくは、アルゴン、窒素および水素を５４％：３９％：７％の比で混合し、１２ｋＷで直流プラズマを発生させた。掃引を提供するロボットにプラズマスプレー装置を取り付けて試料表面に１８００インチ／分の速度でコーティングを堆積した。当業者であれば理解するように、酸素を排除する効果が達成される限りは混合物の特定の比は重要でなく、そのような当業者であれば容易に処理パラメータを操作して適当な溶射結果を達成することができる。

次に、コートした試料を真空チャンバの中の加熱された平台の上に置いた。放射率測定時に試料を６０℃から１５０℃の範囲のさまざまな温度に加熱した。８μｍから１５μｍの波長の赤外エネルギーに感度のある赤外イメージング検出器を置いて加熱された試料を視た。試験試料のコートした表面近く埋め込んだ熱電対によって各試料の温度を測定した。放射率１を有する黒体として較正した小さな試料を基準として用い、赤外線検出器測定時に各試料の隣に取り付けた。コートした試料で放射率を測定し、感度の範囲にわたる積分値として基準試料と比較した。

図２および３に示すようにさまざまな組成の材料からコーティングを作り、上記のように酸素の排除についてのコーティングパラメータの変化よってコーティングの色を変化させた。

図２は、コーティング組成物を、受け容れられているＣＩＥのＬ−ａ−ｂ標準に従って分光光度計により測定した「Ｌ」値によって表される関連する色特性と、温度の関数としての放射率の変化とともに示す。

図２は、酸化アルミニウム材料Ａｌ（Ｏ）が０．７７から０．７９の範囲の最も低い放射率と３０のＬ値とを有することを示す。他方、ＡｌおよびＯの同じ元素組成を有するがＡｌ₂Ｏ₃に近い比率で形成された別の酸化アルミニウムコーティング材料は、０．８６から０．８７の範囲の放射率と８８のＬ値とを有した。

図２は、Ｙ₂Ｏ₃に近いＹとＯとの比率を有し、０．９７から０．９８の範囲の熱放射率と８８のＬ値とを有するコーティングの応答を、Ｙ_2-xおよびＯ_3-y（０＜ｘ＜２かつ０＜ｙ＜３）の元素組成を有し４０のＬ値と０．９９から１の範囲の熱放射率とを得る別の酸化イットリウムコーティングと比較してさらに示す。ここで１の放射率は、ある材料から得ることができる最大値である。

さらに作業に集中し、半導体処理チャンバ条件においてフッ素および塩素プラズマ浸食に抵抗するために好ましい特定の組成物を決定した。そのような材料は、Ｙ、ＺｒおよびＨｆの酸化物の元素組成をベースとすることを見いだした。これらの酸化物を用いて３５から４５の色範囲Ｌで４０のＬ値により近い溶射コーティングを開発した。選ばれたこれらの溶射コーティングの熱放射率値を測定し、図３に示す。

図３は、８８のＬ値を有し、０．９７から０．９８の範囲の放射率を有する標準的な白色イットリアＹ₂Ｏ₃コーティングを示す。図３は、減少した酸素の条件において溶射されて約４５のＬ値を有する黒色を有する、イットリアで完全に安定化したジルコニアコーティング（ＹＦＳＺ）も示す。これらのコーティングの熱放射率は０．９８から０．９９の範囲であった。一般的に、ＹＳＺは通常１４重量％未満のＹ₂Ｏ₃を含むが、これらのＹＦＳＺコーティングにおいては１７重量％を超えるＹ₂Ｏ₃を利用して十分に安定な立方晶相を提供した。

図３は、４０のＬ値を有する、放射率を調節したイットリア（Ｙ_2-xＯ_3-y）とイットリアで完全に安定化したジルコニアとの共堆積物（本明細書においてはＹＯ＋ＹＦＳＺとも呼ばれる）を示す。これらのコーティングも０．９８から０．９９の熱放射率を示した。

図３は、Ｙ_2-xＯ_3-y（０＜ｘ＜２および０＜ｙ＜３）の組成で４０のＬ値と０．９９から１の最大値までの範囲の放射率とを有する溶射されたイットリアコーティングをさらに示す。０．９８から１の最大値までの範囲の熱放射率値を有するこれらのコーティングは、コートした表面が放射エネルギーを作業空間に反射する能力および効率を増加させるための半導体処理チャンバ構成要素と関連する使用にとって有利である。

［実施例１］
６０６１Ｔ６アルミニウム基材を用いて試験試料を作製した。グリットブラストすることによって基材を粗面化して約２００μインチＲａの表面粗さにした。０．００４インチから０．００６インチの放射率を調節したイットリアコーティング（Ｙ_1.5Ｏ_2.5）で基材をコートした。上記と同じプロセスに従って囲い機構を有する直流プラズマスプレーを用い、上記のように、酸素が実質的にまったく存在せずアルゴン、窒素および水素をそれぞれ５４％：３９％：７％の比で含有するイオン化ガスの混合物を用いてコーティングを堆積した。

試料の色は黒色に見え、Ｌ−ａ−ｂ色空間スケールについてＣＩＥ（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ ｄｅ ｌ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ、別称ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）が制定した標準手順に従って分光光度計で測定してＬ＝４０、ａ＝−０．２およびｂ＝−１．１であった。

ＡＳＴＭ Ｅ３８４に概略が示されている標準的な手順に従ってビッカーズ（Ｖｉｃｋｅｒｓ）インデンターによりコーティングの硬さを測定した。実施例１の場合、コーティングの硬さは５２０ＨＶ０．３ｋｇ／ｍｍ²であった。

ＡＳＴＭ Ｅ２１０９に概略が示されている標準的な試験手順に従ってコーティング試料の気孔率を測定した。実施例１の場合、気孔率を＜０．５％と測定した。

ＡＳＴＭ Ｃ６３３に概略が示されている標準的な手順に従ってコーティング接着強さを試験した。実施例１の場合、コーティング接着強さを＞５０００ｐｓｉと測定した。

熱放射率を上記のように５０℃から１６０℃の温度範囲で０．９８から１と測定した。

ＡＳＴＭ Ｄ１４９に概略が示されている標準的な手順に従って、コートした表面にステップ電圧を加えた。実施例１において、コーティングは２８００Ｖまで破壊に耐えた。

図４Ａは、実施例１からの試料を表す概略断面図であり、基材１の上に設けられた単層、単相コーティング２を含む。示されているように図面中に用いられているハッチマーク（またはそれがないこと）は、コーティング層を区別するためのものであり、それらのコーティング層の材料または組成を特定するためのものではない。

図５Ａは、実施例１によってコートした試料で撮影した実際の光学顕微鏡写真である。この光学顕微鏡写真は、コーティング微細構造の断面を示す。この光学顕微鏡写真は、ＡＳＴＭ Ｅ１９２０による標準的な研磨手順に従って、樹脂中に試料をマウントしてからマウントを研磨して、コーティング厚さにわたりコーティング微細構造を露出させることによって得た。

図５Ａにおいて、上から下へ、さまざまな層を以下のように呼ぶ。マウント用材料６、端部を強調するように設けられた端部保持フォイル層５、放射率を調節したイットリアコーティング層２およびアルミニウム基材１。

［実施例２］
６０６１ＡＬアルミニウム基材を用いて試験試料を作製し、これをグリットブラストすることによって２００μインチＲａに粗面化し、次に上記の同じプロセスに従う囲い機構を有する直流プラズマスプレーにより、酸素が実質的にまったく存在せずアルゴン、窒素および水素をそれぞれ４５％：４５％：１０％の比で含有するイオン化ガスの混合物を用いて、Ｙ_1.5Ｏ_2.5の組成を有するイットリア（ＹＯ）と、Ｙ_0.15Ｚｒ_0.85Ｏ_1.93の組成を有するイットリアで完全に安定化したジルコニア（ＹＦＳＺ）との放射率を調節した共相（５０／５０重量％）コーティングを施して、コーティングを堆積した。

試験試料の放射率を５０℃から１６０℃の温度範囲で０．９８から０．９９の範囲であると測定した。試料の色は、分光光度計で測定して黒色であり、Ｌ＝４２、ａ＝−０．５、ｂ＝−１．３の値であった。コートした試料を５重量％ＨＣｌに２４時間曝露した。ＨＣｌに曝露された区域は、走査電子顕微鏡で調べて腐食の兆候をまったく示さなかった。

図４Ｂは実施例２からの試料を表す概略断面図であり、アルミニウム基材１１の上に設けられた単層、共相コーティング２２を含む。

図５Ｂは、実施例２による試料で撮影した実際の光学顕微鏡写真であり、マウント用材料層６、端部保持フォイル層５、放射率を調節した共相コーティング層２２、および基材１１を含む。

［実施例３]
６０６１アルミニウム基材を用いて試験試料を作製した。上記のように、囲い機構を有する直流プラズマスプレー装置により、酸素が実質的にまったく存在せずアルゴンおよび水素を９０％：１０％の比で含有するイオン化ガスの混合物を用いてＹ_0.15Ｚｒ_0.85Ｏ_1.93／Ｙ_1.5Ｏ_2.5の組成を有する５０／５０のＹＦＳＺ／ＹＯの湿食バリアコーティングを０．００４インチの厚さに施した。次に、囲い機構を有する直流プラズマスプレー装置により、酸素が実質的にまったく存在せずアルゴンおよび水素を含有するイオン化ガスの同じ混合物を用いて、放射率を調節したイットリアコーティング（Ｙ_1.5Ｏ_2.5）を０．００４インチの厚さに施した。次に、試料を５％ＨＣｌで拭い、ＤＩ水中で超音波洗浄し、８５℃、１１０℃および２２０℃でベークした。これらの酸洗浄および熱サイクル処理のサイクルを１０回繰り返し、次に試料の接着強さを測定した。初期の接着強さは６０００ｐｓｉであり、１０回の洗浄／ベークサイクル後に保持された接着強さはそれぞれ１００％、９０％および８０％であることを見いだした。

図４Ｃは、実施例３からの試料を表す概略断面図であり、基材１１の上に形成された二層コーティングを含む。二層コーティングは、基材１１の上に形成されたＹ_0.15Ｚｒ_0.85Ｏ_1.93／Ｙ_1.5Ｏ_2.5共相アンダー層２２の上に形成されたＹ_1.5Ｏ_2.5トップ層２を含む。

図５Ｃは、実施例３による試料で撮影した実際の光学顕微鏡写真である。図示された層は、マウント用材料６、端部保持フォイル５、上層２（トップコート）、共相アンダーコート層２２および基材１１を含む。

［実施例４］
６０６１アルミニウム基材を用いて試験試料を作製し、これを約２５０μインチＲａの表面粗さにグリットブラストした。次に、試料を陽極酸化して約１．７ミルの厚さの陽極酸化アルミナコーティングを形成した。次に、粗い陽極酸化表面を、囲い機構を有する直流プラズマスプレー装置により、実施例１における上記の酸素が実質的にまったく存在せずアルゴン、窒素および水素を含有するイオン化ガスの同じ混合物を用いて、以後グリットブラスト処理をまったく行わずに、Ｙ_0.15Ｚｒ_0.85Ｏ_1.93／Ｙ_1.5Ｏ_2.5の組成を有するＹＦＳＺ／ＹＯ（５０／５０重量％）共相コーティングでコートした。共相コーティングの厚さは約０．００４インチであった。次に、囲い機構を有する直流プラズマスプレー装置により、酸素が実質的にまったく存在せずアルゴン、窒素および水素を含有するイオン化ガスの同じ混合物を用いて、放射率を調節したイットリアコーティング（Ｙ_1.5Ｏ_2.5）のトップコーティングを堆積した。トップ層のコーティング厚さは約０．００４インチであった。この多層コートした試料にステップ電圧を加え、約５５００Ｖの電圧を６時間維持したとき試料が耐え、まったく破壊されないことを見いだした。

図４Ｄは、３層コーティングを有する実施例４からの試料を表す概略断面図であり、基材１１、その上に形成された陽極酸化アルミナ層１１Ａ、層１１Ａの上に形成された共相アンダー層２２、およびアンダーコート層２２の上に形成された放射率を調節したトップコート２を含む。

図５Ｄは、実施例４による試料で撮影した実際の光学顕微鏡写真である。図５Ｄにおいて、層は次のように表される。マウント用材料６、端部保持層５、トップコート層２、共相アンダーコート層２２、陽極酸化アルミナ層１１Ａ、および基材１１。

［実施例５］
６０６１アルミニウムを用いて作製した試験試料を、囲い機構を有するＤＣプラズマスプレー装置により、実施例１と同じ条件において、放射率を調節したイットリアコーティング（Ｙ_1.5Ｏ_2.5）および（Ｙ_1.5Ｏ_2.5）／Ｙ_0.15Ｚｒ_0.85Ｏ_1.93共相コーティングで別々にコートした。コーティング直後の試料の表面粗さは、それぞれ２１０μインチＲａおよび２５０μインチＲａであった。加工した表面試料を得るために、一部の試料の表面を最初に３０ミクロンダイヤモンドコート膜、次に９ミクロンダイヤモンドコート膜で円形運動を用いて研磨して６０μインチＲａから１２０μインチＲａの範囲の表面粗さを有する加工したコーティングを得た。表面加工によってコーティングの色は変化せず、分光光度計の読み値は、イットリアコーティングでＬ＝４０．４、ａ＝ ０．１およびｂ＝−１．１であり、Ｙ_1.5Ｏ_2.5／Ｙ_0.15Ｚｒ_0.85Ｏ_1.93共相コーティングでＬ＝４１．２、ａ＝−０．２およびｂ＝１．２であった。コーティング直後の試料と表面加工した試料とを別々に超音波浴に浸漬し、超音波照射時に発生する粒子を液体粒子カウンターで計数した。表面加工した試料は同じ超音波曝露時間の間にコーティング直後の表面の試料と比べて約７５％少ない粒子を発生することを見いだした。

［実施例６］
１２インチの内径（ＩＤ：ｉｎｎｅｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ）、６インチの高さおよび０．２５インチの壁厚を有する３つの環状シェルを６０６１Ｔ６アルミニウムで作製した。これらの部品を最初に０．００２インチから０．００３インチの厚さを有する熱溶射Ｓｉでコートしてから、１つのシェルは放射率を調節した酸化イットリウム（Ｙ_1.5Ｏ_2.5）でコートし、１つのシェルはＹ_0.15Ｚｒ_0.85Ｏ_1.93の組成を有する完全に安定化した酸化イットリウムジルコニウムＹＦＳＺでコートし、１つのシェルはＹ_1.5Ｏ_2.5／Ｙ_0.2Ｚｒ_0.8ＺｒＯ_2.4の組成を有するＹＯ／ＹＦＳＺの放射率を調節した共相コーティングでコートした。これらのコーティングはそれぞれ、上記のように、プラズマ流に入り込む酸素を減らす囲い機構を有する直流プラズマスプレー装置により施した。次に、これらの部品を１００℃に加熱してから室温に冷却した。このサイクルを１０回繰り返した。部品を調べたとき亀裂またはコーティング剥離の証拠は見られなかった。

イットリアでコートしたシェルをＨｆワイプでクリーニングし、ＹＦＳＺおよびＹＯ／ＹＦＳＺでコートしたシェルをＨＣｌワイプでクリーニングした。次に、すべてのシェルをＤＩ水超音波浴中で洗浄し、その後８５℃で１時間乾燥した。部品を目視で検査したが、どれも亀裂またはコーティング剥離の兆候をまったく示さなかった。

［実施例７］
１２インチのＩＤおよび６インチの高さと０．２５インチの壁厚とを有する環状シェルを６０６１Ｔ６アルミニウムで作製した。これらの部品を最初に約０．００３インチから０．００４インチの厚さのＹ_1.5Ｏ_2.5＋Ｙ_0.2Ｚｒ_0.8Ｏ_2.4で作製したＹＯ／ＹＦＳＺ（５０／５０重量％）共相コーティングでコートした。次に、最初のコーティング層の表面粗面化をまったく行わずに、放射率を調節したＹ_1.5Ｏ_2.5コーティングのトップ層を堆積した。放射率を調節したコーティングの厚さは約０．００４から０．００６インチであった。これらのコーティングはそれぞれ、上記のように、囲い機構を有する直流プラズマスプレー装置によって施した。ダイヤモンドコート研磨パッドを用いて表面を１００μインチＲａに仕上げ、表面の色測定値はＬ＝４５、ａ＝−１．３およびｂ＝−０．７４であった。シェルを超音波チャンバの中で洗浄し、次に９５℃でベークした。次に、コートした部品をグリットブラストしてコーティングをすべて除去した。次に、同じコーティング層を再び堆積し、部品の寸法を復元した。次に、再コートした部品を超音波洗浄してから３回２５０℃まで熱サイクル処理した。コーティングの亀裂も剥離も観測されなかった。熱サイクル処理後に色測定を行ったが結果は実質的に不変のままであった。

この試験は、本発明による放射率を調節したコーティングでコートした部品が、部品をプロセスチャンバの中で使用した後でも構成要素を保持してリサイクルすることができることを示した。

下記表１は、本発明による放射率を調節したコーティングの組成および特性を示す。これらのコーティングは、ＡＳＴＭ Ｅ１５０８の標準手順に従って、エネルギー分散Ｘ線分光計（ＥＤＳ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−Ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を備える走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）も用いて評価した。

［実施例８］
６０６１アルミニウム基材を用いて作製した試験試料を、４０のＬ値を有する放射率を調節したイットリア（Ｙ_1.5Ｏ_2.5）コーティングでコートした。これらの試料を反応性イオンエッチングチャンバの中でプラズマ浸食に曝露した。その場合、プラズマは酸素の存在下でフッ素の反応性イオンを含有するガス混合物によって発生した。１３．５６ＭＨｚで２０００ワットのバイアスを試料にかけた。同じプラズマスプレー法を用いて６０６１アルミニウム基材に施した、白色に見え８８のＬ値を有するＹ₂Ｏ₃の組成を有する市販のイットリアコーティングにも、同じプラズマ浸食条件を適用した。厚さの減少によって測定した、放射率を調節したコーティングのプラズマ浸食速度は、市販の白色（Ｌ＝８８）イットリアコーティングのものより約４２％小さいことを見いだした。

［実施例９］
［比較例］
上記の同じプラズマスプレー法で、放射率を調節したイットリア（Ｙ_1.5Ｏ_2.5）コーティングを６０６１アルミニウム基材に堆積した。次に、試料のコートした表面を５重量％ＨＣｌに２４時間曝露した。次に、試料を脱イオン（ＤＩ）水ですすぎ、８５℃で１時間ベークして試料を乾燥した。試料は、コーティングの水脹れ状態を示した。試料の断面を調べ、ＨＣｌがコーティング／基材界面を腐食したことを見いだした。

６０６１Ａｌ基材を含む別の試料を、最初に高純度Ｓｉコーティングでコートし、次に粗面化をまったく行わずにＳｉアンダーコート層の上に放射率を調節したイットリア（Ｙ_1.5Ｏ_2.5）コーティングを堆積した。この試料も５重量％ＨＣｌに２４時間曝露したが、コーティングの水脹れ状態をまったく示さなかった。この試料も断面を調べ、Ｓｉコーティング／イットリアコーティング界面またはＳｉコーティング／基材界面のどちらにおいてもコーティング剥離につながるような腐食の証拠は見いだされなかった。

上記の実施例は、本発明が、加工すると厚さにわたり高い熱放射率とプラズマ浸食への抵抗性と低い粒子発生とを有する、放射率を調節したトップコートが得られること、アンダーコートが耐アンダーカット性（すなわち湿食への抵抗性）を有すること、およびコーティングの全体としての厚さを制御すると耐絶縁破壊性が得られることを示している。よって、本発明による放射率を調節したコーティングは、これまで従来技術が考慮も実現もしたことがない方法で半導体処理チャンバ構成要素のための所望の複層的な保護を提供する。

図面に示した好ましいモードを参照して本発明を特定して示し説明してきたが、請求項によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明において細部におけるさまざまな変化が生じ得ることは、当業者にとって当然のことである。

本発明のこの態様の第１の実施形態によれば、耐プラズマ性、光分光計によって測定して厚さ方向にわたって３５〜４５の範囲の明度Ｌ、および０．９８超から１以下の熱放射率を有する少なくとも第１のコーティング層を備えるコーティングが提供される。好ましくは、コーティングは、少なくとも第２のコーティング層をさらに含み、第１のコーティング層はトップコート層を定義し、第２のコーティング層はアンダーコート層を定義する。

本発明の第２の実施形態によれば、半導体処理チャンバのための構成要素であって、基材と、基材の表面に設けられたコーティング層とを含む構成要素が提供される。コーティング層は、耐プラズマ性と、厚さ方向にわたって分光光度計で測定して３５から４５の範囲の明度Ｌと、０．９８超から１以下の熱放射率とを有する少なくとも第１のコーティング層を含む。好ましくは、コーティング層は少なくとも第２のコーティング層をさらに含み、第１のコーティング層はトップコート層を定義し、第２のコーティング層はコーティングが形成されている基材の表面に近い側のアンダーコート層を定義する。

本発明の第３の実施形態によれば、半導体処理チャンバ構成要素のための放射率を調節したコーティングを設けるための方法が提供される。この方法は、半導体処理チャンバにおいて用いるための構成要素を準備するステップと、プラズマ溶射装置、ＨＶＯＦ、Ｄ−ガン、ＳＰＳ、ＡＤおよびそれらの組み合わせの１つを用いて構成要素の表面に少なくとも第１のコーティング層を施すステップとを含み、第１のコーティング層は、耐プラズマ性と、その厚さ方向にわたり分光光度計で測定して３５から４５の範囲の明度Ｌと、０．９８超から１以下の熱放射率とを有する。この方法は、第１のコーティング層を形成する前に、構成要素の表面に少なくとも第２のコーティング層を含むことを設けるステップをさらに含み、第１のコーティング層はトップコート層を定義し、第２のコーティング層はアンダーコート層を定義することが好ましい。

本発明によるＹＦＳＺコーティングは、３５以上４５以下の範囲のＬ値を有する合成黒色コーティングを得ることを確実にするために、酸素含有率を調節するように制御された環境中で溶射されることが好ましい。詳しくは、下記でより詳細に考察するように、様々な比率のアルゴン、窒素および水素を含有し酸素をまったく含まないガスの混合物のイオン化によってプラズマを発生させる。

Claims (25)

1. 厚さ方向にわたり、０．９８超から１以下の熱放射率を有し、耐プラズマ性を有し、３５から４０の範囲の明度Ｌを有する少なくとも第１のコーティング層を含む、
   コーティング。
2. 少なくとも第２のコーティング層をさらに含み、前記第１のコーティング層はトップコート層を定義し、前記第２のコーティング層はアンダーコート層を定義する、
   請求項１に記載のコーティング。
3. 前記第１のコーティング層は、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、イットリアで完全に安定化した酸化ジルコニウムおよびそれらの混合物のうち少なくとも１種類を含む、
   請求項１に記載のコーティング。
4. 前記第２のコーティング層は、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、イットリアで完全に安定化した酸化ジルコニウムおよびそれらの混合物のうち少なくとも２種類を含む、
   請求項２に記載のコーティング。
5. 前記第２のコーティング層は、シリコン、シリコンおよび炭化シリコン、アルミニウムおよび炭化シリコン、ニッケル、モリブデンまたはタングステンを含む、
   請求項２に記載のコーティング。
6. 前記第１のコーティング層において、イットリウムおよび酸素、ジルコニウムおよび酸素、またはハフニウムおよび酸素の化合物は、前記第１のコーティング層が設けられている基材の表面に平行に延在する方向に均一に広がっている明確な層セグメント中に集中している、
   請求項３に記載のコーティング。
7. 前記第１のコーティング層の組成物の濃度は、前記第１のコーティング層と前記第１のコーティング層が形成されている基材の表面との間の界面における約１重量％からプラズマ環境に曝露される前記第１のコーティング層の上面における１００重量％までその前記厚さ方向に傾斜されている、
   請求項１に記載のコーティング。
8. 前記コーティングは、６０μインチＲａから１２０μインチＲａの表面粗さを有する、
   請求項１に記載のコーティング。
9. 前記第１のコーティング層の組成は、Ｙ_(2-x)Ｏ_(3-y)（０＜ｘ＜２かつ０＜ｙ＜３）である、
   請求項１に記載のコーティング。
10. 半導体処理チャンバのための構成要素であって、
    基材と、
    前記基材の表面に設けられたコーティングであって、厚さ方向にわたり、０．９８超から１以下の熱放射率を有し、耐プラズマ性を有し、３５から４０の範囲の明度Ｌを有する少なくとも第１のコーティング層を含むコーティングと、
    を含む構成要素。
11. 前記コーティングは、少なくとも第２のコーティング層をさらに含み、前記第１のコーティング層はトップコート層を定義し、前記第２のコーティング層は前記コーティングが形成されている前記基材の前記表面に近い側のアンダーコート層を定義する、
    請求項１０に記載の半導体処理チャンバのための構成要素。
12. 前記基材は、金属材料または焼結されたセラミック材料を含む、
    請求項１０に記載の半導体処理チャンバのための構成要素。
13. 前記基材は、アルミニウム、アルミニウム合金または陽極酸化アルミニウムを含む、
    請求項１２に記載の半導体処理チャンバのための構成要素。
14. 前記基材は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＳｉＣおよびグラファイトからなる群から選ばれた材料を含む、
    請求項１２に記載の半導体処理チャンバのための構成要素。
15. 前記第１のコーティング層は、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、イットリアで完全に安定化した酸化ジルコニウムおよびそれらの混合物のうち少なくとも１種類を含む、
    請求項１０に記載の半導体処理チャンバのための構成要素。
16. 前記第２のコーティング層は、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、イットリアで完全に安定化した酸化ジルコニウムおよびそれらの混合物のうち少なくとも２種類を含む、
    請求項１１に記載の半導体処理チャンバのための構成要素。
17. 前記第２のコーティング層は、シリコン、シリコンおよび炭化シリコン、アルミニウムおよび炭化シリコン、ニッケル、モリブデンまたはタングステンを含む、
    請求項１１に記載の半導体処理チャンバのための構成要素。
18. 前記第１のコーティング層において、イットリウムおよび酸素、ジルコニウムおよび酸素、またはハフニウムおよび酸素の化合物は、前記コーティングが形成されている前記基材の前記表面に平行に延在する方向に均一に広がっている明確な層セグメント中に集中している、
    請求項１６に記載の半導体処理チャンバのための構成要素。
19. 前記第１のコーティング層の組成物の濃度は、前記第１のコーティング層と前記コーティング層が形成されている前記基材の前記表面との間の界面における約１重量％からプラズマ環境に曝露される前記第１のコーティング層の上面における１００重量％までその前記厚さ方向に傾斜されている、
    請求項１０に記載の半導体処理チャンバのための構成要素。
20. 前記コーティングは、６０μインチＲａから１２０μインチＲａの表面粗さを有する、
    請求項１０に記載の半導体処理チャンバのための構成要素。
21. 前記構成要素は、チャンバライナ、フォーカスリング、サセプター、シャワーヘッド、ノズル、加熱素子および静電チャックのいずれか１つを含む、
    請求項１０に記載の半導体処理チャンバのための構成要素。
22. 前記第１のコーティング層の組成は、Ｙ_(2-x)Ｏ_(3-y)（０＜ｘ＜２かつ０＜ｙ＜３）である、
    請求項１０に記載の構成要素。
23. 半導体処理チャンバ構成要素のための放射率を調節したコーティングを提供するための方法であって、
    半導体処理チャンバの中で用いられる構成要素を準備するステップと、
    プラズマ溶射装置、ＨＶＯＦ、Ｄ−ガン、ＳＰＳ、ＡＤおよびそれらの組み合わせの１つを用いて前記構成要素の表面にコーティングを施すステップと、
    を含み、
    前記コーティングは、少なくとも第１のコーティング層を含み、前記少なくとも第１のコーティング層は、その厚さ方向にわたり、０．９８超から１以下の熱放射率を有し、耐プラズマ性を有し、３５から４０の範囲の明度Ｌを有する、
    方法。
24. 前記コーティングは、少なくとも第２のコーティング層をさらに含み、コーティングを施す前記ステップは、前記構成要素の前記表面へ前記少なくとも第１のコーティング層を形成する前に、前記構成要素の前記表面に前記第２のコーティング層を施すことをさらに含み、それによって前記少なくとも第１のコーティング層はトップコート層を定義し、前記第２のコーティング層はアンダーコート層を定義する、
    請求項２３に記載の方法。
25. 前記コーティングを、低下した表面粗さを有するように加工するステップと、
    超音波チャンバ中で前記構成要素を精密洗浄するステップと、
    前記構成要素を半導体処理チャンバ中でその第１の耐用寿命サイクルの間使用するステップと、
    次に、前記構成要素をグリットブラストして前記コーティングを除去するステップと、
    次に、半導体処理チャンバ内の繰り返し使用に備えて前記構成要素に対する機能を回復させるため、前記構成要素に前記コーティングを再び施すステップと、
    をさらに含む、請求項２３に記載の方法。