JP2020530067A - 高温ヒーター用の原子層堆積コーティング - Google Patents

高温ヒーター用の原子層堆積コーティング Download PDF

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Abstract

本開示の諸実施形態は、物品、コーティングされたチャンバ構成要素、及び低揮発性コーティングでチャンバ構成要素をコーティングする方法に関する。低揮発性コーティングは、構成要素（例えば、高温ヒーター）の全表面をコーティングする希土類金属含有層を含み得る。

Description

本開示の諸実施形態は、物品、コーティングされたチャンバ構成要素、及び低揮発性コーティングでチャンバ構成要素をコーティングする方法に関する。低揮発性コーティングは希土類金属含有層を含み、この希土類金属含有層は構成要素（例えば、高温ヒーター）の全表面をコーティングし得る。
背景
さまざまな半導体製造処理では、高温、高エネルギープラズマ、腐食性ガスの混合物、高応力、及びそれらの組み合わせが使用される。これらの極端な条件が、チャンバ内の構成要素の材料とプラズマ又は腐食性ガスとの反応を引き起こして、高蒸気圧ガスを形成することがある。そのようなガスは容易に昇華して、チャンバ内の他の構成要素に堆積する可能性がある。後続の処理工程の間に、堆積した材料が他の構成要素から粒子として放たれ、ウェハ上に落下して欠陥を引き起こす可能性もある。反応物の昇華及び／又はチャンバ内の構成要素上への堆積を制限するために、反応性材料上の低揮発性コーティングでこれらの欠陥を減らすことが望ましい。
通常、さまざまな方法で保護コーティングをチャンバ構成要素に堆積させる。その方法とは、溶射、スパッタリング、プラズマ溶射又は蒸着技術などである。これらの技術では、一般に、ＡＬＤコーティングの低い欠陥密度では、構成要素の複雑な地形的フィーチャーにコンフォーマルで均一なコーティングを堆積させることはできない。さらに、これらの技術は一般に、ヒーターの性能に顕著な影響を与えずにヒーター構成要素をコーティングするには適していない。それは、ヒーターの保護レベルを、より薄くて、欠陥密度の低いＡＬＤ膜による保護レベルと同一にするには、比較的厚いコーティングが必要になるからである。
概要
本明細書の諸実施形態では、約５０Ｗ／ｍＫから約３００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するヒーター材料を含む構成要素と、ヒーター材料の表面上の低揮発性コーティングであって、約５ｎｍから約５μｍの厚さを有する低揮発性コーティングとを含む物品が説明される。ここで、低揮発性コーティングは希土類金属を含み、低揮発性コーティングが施されたヒーター材料は、熱伝導率又は調整された熱伝導率を有しており、この熱伝導率は、低揮発性コーティングが施されていないヒーター材料の熱伝導率の約±５％以内である。
本明細書のさらなる諸実施形態では、原子層堆積（ＡＬＤ）を実行して、約５０Ｗ／ｍＫから約３００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するヒーター材料を含む構成要素に低揮発性コーティングを堆積させる工程を含む方法が説明される。ここで、低揮発性コーティングは、約５ｎｍから約５μｍの厚さを有し、低揮発性コーティングはプラズマと反応して、ヒーター材料とプラズマとの反応により形成される反応物よりも低い蒸気圧を有する反応物を形成し、低揮発性コーティングが施されたヒーター材料は、熱伝導率又は調整された熱伝導率を有しており、この熱伝導率は、低揮発性コーティングが施されていないヒーター材料の熱伝導率の約±５％以内である。
本開示は、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。
処理チャンバの断面図を示す。 諸実施形態による低揮発性コーティングを有する構成要素を備えたヒーターアセンブリを示す。 本明細書に記載の原子層堆積技術による堆積処理の一実施形態を示す。 本明細書に記載の原子層堆積技術による堆積処理の別の一実施形態を示す。 本明細書に記載の原子層堆積技術による堆積処理の別の一実施形態を示す。 本明細書に記載の原子層堆積を使用して耐プラズマ性コーティングを作成する方法を示す。 本明細書に記載の原子層堆積を使用して耐プラズマ性コーティングを作成する方法を示す。
詳細な説明
本明細書に記載の諸実施形態は、物品、コーティングされたチャンバ構成要素及び方法を取り扱う。ここでは、ヒーター材料の熱伝導率、熱容量特性又は他の材料特性に実質的な影響を与えることなく、低揮発性コーティングをヒーター（例えば、窒化アルミニウムヒーター）に堆積させる。コーティングを、チャンバ内の反応性プラズマと反応する材料で形成して、著しく昇華することなく、チャンバ内の構成要素上に堆積することもない、低蒸気圧を有する（及び／又は高融点を有する）反応物を形成してもよい。低揮発性コーティングは、希土類金属含有層（例えば、イットリウム含有酸化物層又はイットリウム含有フッ化物層）であってもよい。あるいは、低揮発性コーティングは多層コーティングであって、この多層コーティングは、１つ以上の接着層と、金属酸化物又は窒化物及び希土類金属含有材料の薄層が交互に入れ替わっている１つ以上のスタック層とを含んでもよい。本明細書で使用されているように、「低揮発性コーティング」という用語は、高温でプラズマに曝されたときにプラズマと反応して、低蒸気圧金属ガス（例えば、金属フッ化物）を形成するコーティングを意味する。諸実施形態では、低蒸気圧金属ガスの蒸気圧は、同じ環境で（例えば、同じ条件下で、同じ測定方法を使用して）コーティングが施されていないヒーターの材料とプラズマが反応するときに形成されるガスの蒸気圧よりも、少なくとも１桁低くなる。物品は窒化アルミニウム材料を含んでもよい。堆積処理は、原子層堆積（ＡＬＤ）処理などの見通し外処理であってもよい。
特定の諸実施形態では、低揮発性コーティングの厚さを、約５ｎｍから約１０μｍ、又は約２５ｎｍから約５μｍ、又は約５０ｎｍから約５００ｎｍ、又は約７５ｎｍから約２００ｎｍとしてもよい。いくつかの実施形態では、低揮発性コーティングの厚さを、約５０ｎｍ、又は約７５ｎｍ、又は約１００ｎｍ、又は約１２５ｎｍ、又は約１５０ｎｍとしてもよい。低揮発性コーティングは、実質的に均一な厚さでヒーターの表面をコンフォーマルに覆い得る。一実施形態では、コーティングが施されたヒーター材料の熱伝導率は、低揮発性コーティングが施されていないヒーター材料の熱伝導率の±５％以内である。一実施形態では、コーティングが施されたヒーター材料の熱伝導率は、低揮発性コーティングが施されていないヒーター材料の熱伝導率と同じである。一実施形態では、低揮発性コーティングを施したヒーター材料の熱容量は、低揮発性コーティングを施していないヒーター材料の熱容量の±５％以内である。一実施形態では、低揮発性コーティングは下地表面をコンフォーマルに覆い、この下地表面は、均一な厚さでコーティングされる。その均一な厚さは、±２０％未満の厚さの変動、又は±１０％未満の厚さの変動、又は±５％未満の厚さの変動、又はより小さな厚さの変動になっている。
本明細書に記載の諸実施形態は、プラズマに曝されたときのヒーター材料の揮発性及び反応性を改善する。特定の構成要素、例えば高温ヒーター（すなわち、約６５０℃に達し得るヒーター）は、熱伝導率と熱容量特性が有利であることから選択された材料を含み得る。そのような材料（例えば、窒化アルミニウム）は、特定のプラズマ（例えば、三フッ化窒素プラズマ）の存在下で揮発する場合がある。ここで、この材料はプラズマと反応して、高蒸気圧の化合物を形成する。そのような化合物は、昇華して他のチャンバ構成要素に堆積し、後続の処理工程の間に（粒子として）剥がれ落ちて、ウェハ上に粒子欠陥をもたらす可能性がある。例えば、ＡｌＮは、クリーニング工程の間に処理チャンバ内のフッ素プラズマ（例えば、ＮＦ３）と反応して、ＡｌＦ３を形成する。ＡｌＦ３は蒸気圧が高く、そのために、この反応物は昇華してチャンバ内の他の構成要素に堆積する。後続の処理工程で、堆積したＡｌＦ３は、他のチャンバ構成要素から剥がれ落ちたり、剥離したり、さもなければ引き離されたりして、そこにあるウェハを粒子で汚染する。ＡｌＦ３の昇華は、低いチャンバ圧力下では３００℃の温度で生じる可能性がある。ただし、６００℃を超える温度ではより深刻になる。ＭｇＦ２／ＹＦ３プラズマ溶射コーティングでＡｌＮヒーター材料をコーティングすれば、耐フッ素プラズマ性になり得るが、そのようなコーティングは、ウェハ処理の間に非常に速く摩耗する。本明細書に記載の低揮発性コーティングでＡｌＮヒーター材料をコーティングすることにより、（例えば、約６５０℃の高温で）ヒーター材料を保護することができ、その結果、例えば、比較的低い蒸気圧を有する（例えば、高い融点も有する）金属フッ化物（ＭＦｘ）などの反応生成物が生じて、この昇華と堆積が抑制される。
ただし、低揮発性コーティングは、ヒーター材料の加熱特性（例えば、熱伝導率、熱容量、温度）に著しい影響を与えることなく、構成要素の性能が維持されなければならない。本明細書の諸実施形態によれば、コーティングが施されたヒーター材料の熱伝導率又は熱容量は、コーティングが施されていないヒーター材料の熱伝導率又は熱容量のそれぞれ±５％以内である。さらに、接着層とスタック層を堆積させるコーティング技術を、見通し外処理にして、構成要素の３次元形状内に入り込み、露出したすべての内部及び外部の表面を覆ってもよい。
ヒーターは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）材料、又は同等の化学的耐性と機械的、熱的、電気的特性を有する他の適切な材料から形成されてもよい。ヒーター材料にワイヤ（例えば、タングステンワイヤ）を埋め込んで、電気を供給してもよい。諸実施形態では、ヒーター材料を、ＡｌＮセラミック、炭化ケイ素（ＳｉＣ）セラミック、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）セラミック、又はそれらの任意の組み合わせとしてもよい。ヒーター材料が異なると、反応特性も異なって、ある組成物が、別の組成物よりも高い蒸気圧を有する反応物を、高温、低真空圧、強烈な化学作用に曝されたときに形成することがある。例えば、ＡｌＮ材料セラミックを備えた一般的な高温ヒーターが、高温（例えば、最大約６５０℃）及び真空（例えば、約５０ミリトルから約２００ミリトル）の条件下で三フッ化窒素（ＮＦ３）プラズマに曝される場合、この反応により、三フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）が生成される。この三フッ化アルミニウムの蒸気圧は、およそｌｏｇ（ｐ／ｋｐａ）＝１１．７０−１４９５０（Ｔ／Ｋ）である。したがって、ＡｌＦ３は昇華してチャンバ内の他の構成要素に堆積し得る。後続の処理工程で、堆積した材料は、他のチャンバ構成要素から剥がれ落ちたり、剥離したり、さもなければ引き離されたりして、粒子としてそこにあるウェハ上に堆積し、欠陥が生じることがある。ＡｌＮセラミックヒーター材料上の低揮発性コーティング（例えば、希土類金属含有層）によって、比較的低い蒸気圧を有する反応生成物（例えば、フッ化イットリウム、すなわちＹＦ３）が生じることで、反応物の昇華又は他のチャンバ構成要素への堆積が抑制され得る。また、低揮発性コーティングは緻密であり、気孔率は約０％になり得る。（例えば、諸実施形態において、低揮発性コーティングには気孔がないことも可能である）。低揮発性コーティングはまた、プラズマエッチング化学作用による腐食及び浸食に対して耐性を有し得る。そのプラズマエッチング化学作用とは、ＣＣｌ４／ＣＨＦ３プラズマエッチング化学作用、ＨＣｌ３Ｓｉエッチング化学作用、ＮＦ３エッチング化学作用などである。
ＡＬＤは、物品の表面との化学反応により、材料の制御された自己制限堆積を可能にする。コンフォーマルな処理であることに加えて、ＡＬＤは均一な処理でもあり、例えば約３ｎｍ以上の厚さを有する非常に薄い膜を形成し得る。物品のすべての露出面には、同一の又はほぼ同一の量の材料が堆積している。本明細書に記載されているように、このヒーターは、コーティングが施されていないヒーターと同じ又は実質的に同じ熱伝導率と加熱能力を有し得る。ＡＬＤ処理の一般的な反応サイクルは、前駆体（すなわち、単一の化学物質Ａ）がＡＬＤチャンバに流れ込んで、物品の表面（物品内の細孔壁の表面を含む）に吸着されることから始まる。過剰な前駆体を、ＡＬＤチャンバから排出した後、反応物（すなわち、単一の化学物質Ｒ）をＡＬＤチャンバに導入し、続いて排出する。ＡＬＤの場合、材料の最終的な厚さは、実行される反応サイクルの回数に依存する。それは、各反応サイクルは、１原子層又は１原子層の数分の一といった特定の厚さの層を成長させるからである。
ＡＬＤ技術は比較的低温（例えば、約２５℃〜約３５０℃）で材料の薄層を堆積させ得るので、構成要素のいかなる材料にも損傷又は変形を与えない。さらに、ＡＬＤ技術はまた、構成要素の複雑なフィーチャー（例えば、高アスペクト比のフィーチャー）内に材料の層を堆積させ得る。さらに、ＡＬＤ技術は、一般に、気孔がない（すなわち、ピンホールがない）、比較的薄い（すなわち、１μｍ以下の）コーティングを生成する。このため、堆積の間の亀裂形成を排除し得る。
高温ヒーター、又はＡｌＮと同様の特性を持つ材料で形成された他の構成要素など、さまざまな処理チャンバ構成要素で、低揮発性コーティングを施して過酷なプラズマ環境で構成要素を保護すると共に、性能には影響を与えないことから恩恵が得られる。従来の見通し内堆積法では、所定のレベルのヒーター保護を達成するには、ＡＬＤによって堆積したコーティングよりも厚いコーティングが必要であった。厚いコーティングは、構成要素の熱特性（例えば、熱伝導率、熱容量、温度）に影響を与える可能性があり、そのため、性能に影響を与える。したがって、本明細書のいくつかの実施形態での功績は、ヒーター材料の熱特性に実質的に影響を与えることなく（例えば、変化がない、又は±５％以内）、高温ヒーターのヒーター材料に低揮発性コーティングを適用したことである。例えば、約５０ｎｍから約１５０ｎｍ、又は約１００ｎｍの厚さで、高温ヒーターなどの構成要素に希土類金属含有コーティングを適用することで、プラズマクリーニングの間に他のチャンバ構成要素への堆積物を大幅に減らすことができ、こうして、粒子の欠陥を減らし得る。
図１は、１つ以上のチャンバ構成要素を有する半導体処理チャンバ１００の断面図である。この構成要素には、諸実施形態による耐プラズマ性コーティングでコーティングが施されている。チャンバのベース材料は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）及びステンレス鋼（ＳＳＴ）のうちの１つ以上を含んでもよい。処理チャンバ１００を、プラズマ処理条件を有する腐食性プラズマ環境が提供される処理に使用してもよい。例えば、処理チャンバ１００は、プラズマエッチャ又はプラズマエッチングリアクタ、プラズマクリーナ、プラズマ強化ＣＶＤ又はＡＬＤのリアクタなどのためのチャンバであってもよい。低揮発性コーティングを備え得るチャンバ構成要素の例が、高温ヒーターである。以下に詳細に説明する低揮発性コーティングは、ＡＬＤによって適用される。ＡＬＤによって、実質的に均一な厚さのコンフォーマルなコーティングの適用が可能になり、このコーティングには、複雑な形状及び高アスペクト比のフィーチャーを有する全種類の構成要素上で気孔がない。
希土類金属を含む低揮発性コーティングを成長又は堆積させるために、希土類金属含有前駆体と、酸素、フッ素、又は窒素からなる、又はそれらを含む反応物と共にＡＬＤを使用してもよい。希土類金属含有前駆体は、イットリウム、エルビウム、ランタン、ルテチウム、スカンジウム、ガドリニウム、サマリウム又はジスプロシウムを含んでもよい。低揮発性コーティングを追加的又は代替的に成長又は堆積させるために、堆積される下地の構成要素材料と同じ又は類似の材料を有する接着層を堆積させる前駆体と共にＡＬＤを使用してもよい。例えば、アルミニウム含有前駆体と窒素含有反応物を使用してＡｌＮを形成してもよく、又はアルミニウム含有前駆体と酸素含有反応物を使用して酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を形成してもよい。スタック層又は耐摩耗層を接着層の上に成長又は堆積させるために、上記の希土類金属を含む１つ以上の前駆体と共にＡＬＤを使用してもよい。いくつかの実施形態では、耐摩耗層を堆積させるために、スパッタリング、イオンアシスト堆積、プラズマ溶射コーティング、又は化学気相堆積を使用し得る。以下で詳しく説明するように、スタック層では、希土類金属含有材料と、Ａｌ２Ｏ３又はＡｌＮなどのもう一つの酸化物又は窒化物材料の薄層が交互に入れ替わっていてもよい。一実施形態では、希土類金属含有層は多結晶構造を有する。あるいは、希土類金属含有層はアモルファス構造を有してもよい。希土類金属含有層は、イットリウム、エルビウム、ランタン、ルテチウム、スカンジウム、ガドリニウム、サマリウム及び／又はジスプロシウムを含んでもよい。例えば、希土類金属含有層は、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、オキシフッ化イットリウム（ＹｘＯｙＦｚ又はＹＯＦ）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、フッ化エルビウム（ＥＦ３）、オキシフッ化エルビウム（ＥｘＯｙＦｚ）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、フッ化ジスプロシウム（ＤｙＦ３）、オキシフッ化ジスプロシウム（ＤｙｘＯｙＦｚ）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、フッ化ガドリニウム（ＧｄＦ３）、オキシフッ化ガドリニウム（ＧｄｘＯｙＦｚ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、フッ化スカンジウム（ＳｃＦ３）、オキシフッ化スカンジウム（ＳｃｘＯｙＦｚ）などを含んでもよい。諸実施形態では、希土類金属層は多結晶のＹ２Ｏ３、ＹＦ３、又はＹｘＯｙＦｚである。ｘ、ｙ、及びｚの値は、小数値又は整数値（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２など）としてもよい。他の諸実施形態では、希土類金属層はアモルファスのＹ２Ｏ３、ＹＦ３、又はＹｘＯｙＦｚである。一実施形態では、希土類金属含有材料を、別の材料と共に共堆積させてもよい。例えば、希土類金属含有酸化物を、１つ以上の他の希土類化合物（Ｙ２Ｏ３、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）及び／又はエルビウム（例えば、Ｅｒ２Ｏ３）など）と混合してもよい。低揮発性コーティングのためのイットリウム含有酸化物を、例えば、ＹｘＤｙｙＯｚ、ＹｘＧｄｙＯｚ又はＹｘＥｒｙＯｚとしてもよい。イットリウム含有酸化物を、空間群Ｉａ−３（２０６）の立方構造を有するＹ２Ｏ３としてもよい。
一実施形態では、希土類金属含有層は、Ｙ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）、ＹＦ３、ＹＯＦ、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２（ＥＡＧ）、ＥＦ３、ＥＯＦ、Ｌａ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、ＳｃＦ３、ＳｃＯＦ、Ｇｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３又はＤｙ２Ｏ３のうちの１つである。希土類金属含有層はまた、ＹＡｌＯ３（ＹＡＰ）、Ｅｒ４Ａｌ２Ｏ９（ＥＡＭ）、ＥｒＡｌＯ３（ＥＡＰ）、又は他にも、ランタン、ルテチウム、スカンジウム、ガドリニウム、サマリウム又はジスプロシウムの三元バリアントであってもよい。前述の希土類金属含有材料はいずれも、微量の他の材料を含んでもよい。他の材料とは、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、又は他の酸化物などである。
一実施形態では、処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２と、内部容積１０６を囲むシャワーヘッド１３０とを備える。シャワーヘッド１３０は、シャワーヘッドベースとシャワーヘッドガス分配プレートとを備えてもよい。あるいは、シャワーヘッド１３０を、いくつかの実施形態では蓋とノズルに入れ替えてもよく、又は他の諸実施形態では複数の扇形シャワーヘッド区画及びプラズマ生成ユニットに入れ替えてもよい。チャンバ本体１０２は、アルミニウム、ステンレス鋼、又はチタン（Ｔｉ）などの他の適切な材料から製造されてもよい。チャンバ本体１０２は、一般に、側壁１０８と底部１１０を備える。外側ライナ１１６を側壁１０８に隣接して配置して、チャンバ本体１０２を保護してもよい。
排気ポート１２６を、チャンバ本体１０２内に画定してもよく、排気ポート１２６によって内部容積１０６をポンプシステム１２８に接続してもよい。ポンプシステム１２８は、１つ以上のポンプ及びスロットル弁を備え、これを利用して、処理チャンバ１００の内部容積１０６の排気及び圧力調整を行ってもよい。
シャワーヘッド１３０を、チャンバ本体１０２の側壁１０８上に支持してもよい。シャワーヘッド１３０（又は蓋）は、これを開放して、処理チャンバ１００の内部容積１０６へのアクセスを可能にしてもよく、これを閉じて、処理チャンバ１００に気密を提供してもよい。ガスパネル１５８を、処理チャンバ１００に接続して、シャワーヘッド１３０又は蓋及びノズルを通して内部容積１０６に処理ガス及び／又はクリーニングガスを供給してもよい。シャワーヘッド１３０を、誘電体エッチング（誘電体材料のエッチング）に使用される処理チャンバに使用してもよい。シャワーヘッド１３０は、ガス分配プレート（ＧＤＰ）を備えてもよく、ＧＤＰ全体にわたって複数のガス送出孔１３２を有し得る。シャワーヘッド１３０は、アルミニウムベース又は陽極酸化アルミニウムベースに接着されたＧＤＰを備えてもよい。ＧＤＰは、Ｓｉ又はＳｉＣから作られてもよく、あるいはＹ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）などのセラミックであってもよい。
導体エッチング（伝導性材料のエッチング）に使用される処理チャンバの場合、シャワーヘッドではなく蓋を使用してもよい。蓋は、蓋の中心穴に適合する中心ノズルを備えてもよい。蓋は、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＡＧなどのセラミック、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミック化合物であってもよい。ノズルはまた、Ｙ２Ｏ３、ＹＡＧなどのセラミック、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミック化合物であってもよい。
処理チャンバ１００内で基板を処理するために使用し得る処理ガスの例には、ハロゲン含有ガス（とりわけＣ２Ｆ６、ＳＦ６、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒ、ＮＦ３、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ３、Ｆ、ＮＦ３、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＢＣｌ３及びＳｉＦ４など）の他にもＯ２又はＮ２Ｏなどのガスも含まれる。キャリアガスの例には、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、及び処理ガスに対して不活性な他のガス（例えば、非反応性ガス）が含まれる。
ヒーターアセンブリ１４８は、処理チャンバ１００の内部容積１０６内のシャワーヘッド１３０又は蓋の下に配置されている。ヒーターアセンブリ１４８は、処理の間に基板１４４を保持する支持体１５０を備える。支持体１５０は、シャフト１５２の端部に取り付けられ、このシャフト１５２は、フランジ１５４を介してチャンバ本体１０２に連結されている。支持体１５０、シャフト１５２、及びフランジ１５４を、ＡｌＮを含むヒーター材料（例えば、ＡｌＮセラミック）で製作してもよい。支持体１５０は、メサ１５６（例えば、ディンプル又はバンプ）をさらに備え得る。支持体は、支持体１５０のヒーター材料内に埋め込まれたワイヤ（例えば、タングステンワイヤ（図示せず））をさらに備え得る。一実施形態では、支持体１５０は、金属ヒーター及びセンサー層を、ＡｌＮセラミック層の間に挟んで備えてもよい。このようなアセンブリを高温炉で焼結して、一体型のアセンブリを作成してもよい。それらの層は、ヒーター回路、センサー要素、接地面、無線周波数グリッド、並びに金属及びセラミックの流路の組み合わせを含み得る。ヒーターアセンブリ１４８は、真空条件下（例えば、約１ミリトルから約５トル）で約６５０℃までのヒーター温度を提供し得る。本明細書に記載の諸実施形態による低揮発性コーティング１６０を、支持体１５０上又はチャンバ１００内のヒーターアセンブリ１４８（支持体１５０、シャフト１５２、及びフランジ１５４を含む）の全表面上に配置してもよい。
図２は、諸実施形態による、ヒーターアセンブリ２００のコーティングが施された構成要素を示す。ヒーターアセンブリ２００は、内部シャフト２１０の端部に取り付けられた支持体２０５を備える。内部シャフト２１０は、処理チャンバ（図示せず）の内部容積内に位置する。内部シャフトは、フランジ２２０を介して外部シャフト２１５に取り付けられている。支持体２０５はメサ２０６を備え、このメサ２０６は、支持体２０５のヒーター材料内に埋め込まれた電気構成要素（図示せず）に接続されている。処理チャンバ内で腐食性ガス及びプラズマに曝される可能性のある全表面に、本明細書に記載の諸実施形態による低揮発性コーティング２２５でコーティングが施されている。
低揮発性コーティング２２５は、１つ以上の希土類金属含有酸化物材料を、支持体２０５の表面上及び／又は処理チャンバ内の腐食性のガス又はプラズマに曝される可能性のあるヒーターアセンブリの全表面上に含み得る。低揮発性コーティングは、支持体２０５のヒーター材料の熱特性又はヒーターの性能に、全般にほとんど又は全く影響を及ぼさない単層コーティングであってもよい。単層の低揮発性コーティングの厚さを、約５ｎｍから約１０μｍ、又は約２５ｎｍから約５μｍ、又は約５０ｎｍから約５００ｎｍ、又は約７５ｎｍから約２００ｎｍとしてもよい。いくつかの実施形態では、単層の低揮発性コーティングの厚さを、約５０ｎｍ、又は約７５ｎｍ、又は約１００ｎｍ、又は約１２５ｎｍ、又は約１５０ｎｍとしてもよい。
ＡＬＤ技術により、比較的均一な厚さで気孔率ゼロの（すなわち、気孔がない）コンフォーマルなコーティングが、チャンバ構成要素の表面上及び複雑な形状を有するフィーチャー上で可能になる。低揮発性コーティングは耐プラズマ性を有しており、性能に影響を与えることなくプラズマ相互作用を低減し、構成要素の耐久性を向上させ得る。ＡＬＤで堆積された薄い低揮発性コーティングは、その機能を妨げないように、構成要素の電気的特性並びに相対的な形状及び幾何学的構成を維持し得る。コーティングはまた、構成要素の材料の揮発性を低下させることができ、構成要素の下地材料よりも低い蒸気圧を有する反応物を形成し得る。
プラズマに対する低揮発性コーティングの耐性は、「エッチングレート」（ＥＲ）によって測定され得る。このエッチングレートの単位は、ミクロン／時間（μｍ／ｈｒ）又はオングストローム／時間（Å／ｈｒ）である。測定期間は、コーティングが施された構成要素が運用され、プラズマに暴露されている全期間中である。測定を行う前の処理時間は異なっていてもよい。例えば、測定を、処理前に、又は約５０処理時間で、又は約１５０処理時間で、又は約２００処理時間などで実施する。ヒーター支持体及び／又は他の構成要素上に成長又は堆積させた低揮発性コーティングの組成が変動すると、多数の相違する耐プラズマ性又は浸食速度値が生じる可能性がある。さらに、単一の組成を有しても、さまざまなプラズマに曝された低揮発性コーティングは、多数の相違する耐プラズマ性又は浸食速度値を有する可能性がある。例えば、耐プラズマ性材料には、第１種類のプラズマに関連する第１耐プラズマ性又は浸食速度と、第２種類のプラズマに関連する第２耐プラズマ性又は浸食速度が存在し得る。
いくつかの実施形態では、低揮発性コーティングは、接着層と、接着層の上部にある第２希土類金属含有酸化物層とを含んでもよい。接着層の厚さを、約１ｎｍから約５０ｎｍ、又は約２ｎｍから約２５ｎｍ、又は約５ｎｍから約１０ｎｍとしてもよい。特定の諸実施形態では、接着層の厚さは、約１ｎｍ、又は約５ｎｍ、又は約１０ｎｍ、又は約１５ｎｍである。希土類金属含有層の厚さを、約５ｎｍから約１０μｍ、又は約２５ｎｍから約５μｍ、又は約５０ｎｍから約５００ｎｍ、又は約７５ｎｍから約２００ｎｍとしてもよい。いくつかの実施形態では、単層の低揮発性コーティングの厚さを、約５０ｎｍ、又は約７５ｎｍ、又は約１００ｎｍ、又は約１２５ｎｍ、又は約１５０ｎｍとしてもよい。特定の諸実施形態では、接着層と希土類金属含有層を含む低揮発性コーティングの合計厚さを、約５０ｎｍ、又は約７５ｎｍ、又は約１００ｎｍ、又は約１２５ｎｍ、又は約１５０ｎｍとしてもよい。
いくつかの実施形態では、第２希土類金属含有酸化物層を、希土類金属含有材料と他の金属窒化物（例えば、ＡｌＮ含有層）の薄層が交互に入れ替わるスタック層としてもよい。このスタック層は、応力緩和層として機能し得る。諸実施形態では、スタック内の希土類金属含有層の厚さは、約５ＡＬＤサイクル（例えば、約０．９Å／サイクルと２つの半反応）から約５００ｎｍ、又は約６ＡＬＤサイクルから約２５０ｎｍ、又は約７ＡＬＤサイクルから約１００ｎｍ、又は約８ＡＬＤサイクルから約５０ｎｍである。いくつかの実施形態では、スタック内の希土類金属含有層の厚さは、約５から約１５ＡＬＤサイクル、又は約６から約１４ＡＬＤサイクル、又は約７から約１３ＡＬＤサイクル、又は約８から約１０ＡＬＤサイクルである。スタック内の金属窒化物の厚さを、約１から約１０ＡＬＤサイクル、又は約２ＡＬＤサイクル、又は約５ＡＬＤサイクルとしてもよい。いくつかの実施形態では、接着層とスタック層を含む低揮発性コーティングの合計厚さを、約５０ｎｍから約５μｍ、又は約７５ｎｍから約１μｍ、又は約１００ｎｍから約５００ｎｍとしてもよい。特定の諸実施形態では、接着層と希土類金属含有層を含む低揮発性コーティングの合計厚さを、約５０ｎｍ、又は約７５ｎｍ、又は約１００ｎｍ、又は約１２５ｎｍ、又は約１５０ｎｍとしてもよい。
接着層はＡｌＮを含んでもよく、希土類金属含有層は、酸化イットリウム、フッ化イットリウム、又はオキシフッ化イットリウムを、単独又はさらなる希土類金属材料（例えば、酸化エルビウム、酸化ランタン）と共に含んでもよい。希土類金属含有層は、任意の希土類金属含有材料（例えば、本明細書で上述した材料）を含み得る。各層を、ＡＬＤ処理を使用してコーティングしてもよい。ＡＬＤ処理は、均一な厚さでコンフォーマルなコーティング層を成長させることができ、このコーティング層は薄くて気孔が存在せず、構成要素の電気的特性に実質的に影響を与えない。
図３Ａは、ＡＬＤ技術による堆積処理の一実施形態を示す。ここで、このＡＬＤ技術は、物品（例えば、ヒーター支持体又はヒーターアセンブリ全体）上に低揮発性コーティングを成長又は堆積させる。図３Ｂは、ＡＬＤ技術による堆積処理の一実施形態を示す。ここで、このＡＬＤ技術は、物品上に多層耐プラズマ性コーティングを成長又は堆積させる。図３Ｃは、本明細書で説明されるＡＬＤ技術による堆積処理の別の一実施形態を示す。
さまざまな種類のＡＬＤ処理が存在し、特定の種類を、いくつかの要因に基づいて選択し得る。その要因とは、コーティングされる表面、コーティング材料、表面とコーティング材料の間の化学的相互作用などである。さまざまなＡＬＤ処理の全般的な原理では、薄膜層の成長は、コーティングされる表面をガス状化学前駆体のパルスに繰り返し曝すことにより達成され、この前駆体は、自己制限的な方法で１つずつ表面と化学的に反応している。
図３Ａ〜３Ｃは、表面を有する物品３１０を示している。物品３１０は、半導体処理チャンバ構成要素の様々な絶縁体材料を代表し得る。ここで半導体処理チャンバ構成要素は、高温ヒーター支持体及び／又は処理チャンバ内のヒーターアセンブリの全表面を含むが、これらに限定されない。物品３１０は、ＡｌＮを含む材料、セラミックなどの誘電体、金属−セラミック複合材（例えば、Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ／ＳｉＯ２、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ／ＳｉＯ２など）、金属（アルミニウム、ステンレス鋼など）又は他の適切な材料から作られてもよく、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２などの材料をさらに含んでもよい。一実施形態では、物品３１０は、ヒーター材料から構成される高温ヒーターであり、このヒーター材料が有する熱伝導率は、約５０Ｗ／ｍＫから約３００Ｗ／ｍＫ、又は約１００Ｗ／ｍＫから約２５０Ｗ／ｍＫ、又は約１５０Ｗ／ｍＫから約２００Ｗ／ｍＫ、又は約１８０Ｗ／ｍＫである。また、ヒーター材料が有する比熱容量を、２５℃で約０．１５ｃａｌ／ｇ℃から２５℃で約０．３０ｃａｌ／ｇ℃、又は２５℃で約０．２０ｃａｌ／ｇ℃から２５℃で約０．２５ｃａｌ／ｇ℃、又は２５℃で約０．２５ｃａｌ／ｇ℃としてもよい。ヒーター材料はまた、約４．６から約５．７μｍ／ｍ℃の線熱膨張係数を有してもよい。一実施形態では、物品３１０は、ＡｌＮセラミック材料から製造された、半導体処理チャンバ用の高温ヒーターである。
ＡＬＤの場合、表面への前駆体の吸着、及び吸着された前駆体と反応物の反応のどちらをも「半反応」と呼んでもよい。第１半反応の間、前駆体は物品３１０の表面に律動的に送られ、その期間は前駆体が表面に完全に吸着されるだけの十分な期間である。前駆体は表面上の有限数の利用可能な場所に吸着されて、表面に均一で連続な吸着層を形成するため、吸着は自己制限的である。前駆体が既に吸着されている場所は、同じ前駆体をさらに吸着することには、吸着された場所が、均一で連続なコーティング上に新たに利用可能な場所を形成する処理を受けない限り、及び／又は受けるまで、利用できない。典型的なその処理は、プラズマ処理、均一で連続な吸着層をラジカルに曝すことによる処理、又は表面に吸着された、最新の均一で連続な層と反応できる異なる前駆体の導入である。
いくつかの実施形態では、２つ以上の前駆体が一緒に注入されて、物品の表面に吸着される。過剰な前駆体が排出されて、ついには、酸素含有反応物が注入されて吸着物と反応し、成分層（例えば、Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３）を形成する。この新しい層は、次のサイクルで前駆体の吸着に使用できる。
図３Ａでは、物品３１０を、物品３１０の表面が第１前駆体３６０で完全に吸着状態になるまでの第１期間にわたって、第１前駆体３６０に導入して、吸着層３１４を形成してもよい。続いて、物品３１０を第１反応物３６５に導入して吸着層３１４と反応させ、固体層３１６を成長させてもよい。（例えば、層３１６を完全に成長又は堆積させるために。ただし、本明細書では成長と堆積は同じ意味で使用される。）単層の低揮発性コーティングの場合、第１前駆体３６０は、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３又はＹｘＯｙＦｚなどの希土類金属含有材料のための前駆体であってもよい。接着層を使用する場合、第１前駆体３６０は、Ａｌを含む前駆体であってもよい。層３１６が酸化物である場合、第１反応物３６５を、酸素、水蒸気、オゾン、酸素ラジカル、又は別の酸素源としてもよい。層３１６がＡｌＮを含む場合、第１反応物３６５を、例えば、ＮＨ３窒素ラジカル、又は他の窒素源としてもよい。したがって、ＡＬＤを使用して、層３１６を形成し得る。層３１６は、単層の低揮発性コーティングであってもよく、又は多層低揮発性コーティングの１つの層（すなわち、接着層）であってもよい。
層３１６がＡｌＮ接着層である一実施例では、物品３１０（例えば、高温ヒーターの表面）を、第１前駆体３６０（例えば、トリメチルアルミニウムすなわちＴＭＡ前駆体）に、物品の表面のすべての反応場所が消費されるまでの第１期間にわたって導入してもよい。残りの第１前駆体３６０を排出し、その後、ＮＨ３の第１反応物３６５がリアクタに注入されて、第２半サイクルが開始される。ＮＨ３分子が、第１半反応で生成されたＡｌ含有吸着層と反応した後、ＡｌＮの層３１６が形成される。
層３１６は、均一で、連続で、コンフォーマルになり得る。層３１６には、気孔がない（例えば、ゼロの気孔率を有する）か、諸実施形態では、ほぼゼロの気孔率を有する（例えば、気孔率が０％から０．０１％）。いくつかの実施形態では、１回のＡＬＤ堆積サイクルの後、層３１６は、１原子層未満から数原子までの厚さを有し得る。いくつかの有機金属前駆体分子は大型である。反応物３６５と反応した後、大きな有機リガンドがなくなり、はるかに小さな金属原子が残り得る。１回の完全なＡＬＤサイクル（例えば、前駆体３６０の導入とそれに続く反応物３６５の導入を含む）により、１つの単位格子よりも小さい平均厚さの層が形成され得る。例えば、ＴＭＡ及びＮＨ３によって成長したＡｌＮ単分子層の成長速度は、通常は約１．０Å／サイクルであり、他方、ＡｌＮ格子定数はａ＝３．１１１Å及びｃ＝４．９８１Å（六方構造の場合）である。
複数回の完全なＡＬＤ堆積サイクルを実行して、より厚い層３１６を堆積させてもよい。各々の完全なサイクル（例えば、前駆体３６０の導入、排出、反応物３６５の導入、及び再度の排出を含む）で、１原子から数原子の追加分だけ厚さを増す。図示されているように、最大ｎ回の完全なサイクルを実行して、層３１６を成長させてもよい。ここで、ｎは１より大きい整数値である。諸実施形態では、層３１６の厚さを、約５ｎｍから約１０μｍ、又は約２５ｎｍから約５μｍ、又は約５０ｎｍから約５００ｎｍ、又は約７５ｎｍから約２００ｎｍとしてもよい。いくつかの実施形態では、低揮発性コーティングの厚さを、約５０ｎｍ、又は約７５ｎｍ、又は約１００ｎｍ、又は約１２５ｎｍ、又は約１５０ｎｍとしてもよい。層３１６が接着層である場合には、接着層の厚さを、約１ｎｍから約５０ｎｍ、又は約２ｎｍから約２５ｎｍ、又は約５ｎｍから約１０ｎｍとしてもよい。特定の諸実施形態では、接着層の厚さは、約１ｎｍ、又は約５ｎｍ、又は約１０ｎｍ、又は約１５ｎｍである。
層３１６が、１つ以上の希土類金属含有材料を含む低揮発性コーティングである場合、層３１６は、ヒーターの熱的及び電気的な特性に大きく影響することなく、強力な耐プラズマ性と機械的特性を提供する。層３１６は、構成要素を浸食から保護し、絶縁耐力を強化又は維持し、約５００℃まで、又は約５５０℃まで、又は約５００℃から約５５０℃までの温度で亀裂に対して耐性を有し得る。層３１６が接着層である場合、希土類金属含有層（又はスタック層）の構成要素への密着性を向上させ、約６５０℃までの温度での低揮発性コーティングの亀裂を防ぎ得る。
図３Ｂは、図３Ａを参照して説明した接着層として、層３１６の堆積を含む堆積処理３０１を説明している。しかしながら、図３Ｂの堆積処理３０１は、さらなる層３２０の堆積をさらに含んで、多層耐プラズマ性コーティングを形成する。したがって、層３１６が完成した後、層３１６を有する物品３１０を、さらなる１つ以上の前駆体３７０に、層３１６が１つ以上のさらなる前駆体３７０で完全に吸着状態になるまでの第２期間にわたって導入して、吸着層３１８を形成してもよい。続いて、物品３１０を反応物３７５に導入して吸着層３１８と反応させて、固体希土類金属含有酸化物層３２０を成長させてもよい（例えば、第２層３２０を完全に成長又は堆積させるために）。この固体希土類金属含有酸化物層３２０は、簡略化のために第２層３２０とも呼ばれる。この実施形態では、層３１６は、ＡｌＮを含む接着層であってもよい。したがって、第２層３２０は、ＡＬＤを使用して層３１６の上に完全に成長又は堆積される。一実施例では、前駆体３７０は、第１半サイクルで使用されるイットリウム含有前駆体であってもよく、反応物３７５は、第２半サイクルで使用されるＨ２Ｏであってもよい。
第２層３２０は、イットリウム含有酸化物層又は他の希土類金属含有酸化物層を形成してもよい。この層は、均一で、連続で、コンフォーマルになり得る。第２層３２０の気孔率は、諸実施形態では非常に低い１％未満、さらなる諸実施形態では０．１％未満、及び諸実施形態では約０％、又はさらなる諸実施形態では気孔がないこともある。第２層２２０は、１回の完全なＡＬＤ堆積サイクルの後、１原子未満から数原子（例えば、２〜３原子）の厚さを有し得る。複数回のＡＬＤ堆積段階を実施して、より厚い第２層３２０を堆積させてもよく、各段階では、１原子から数原子の追加分だけ厚さを増す。図示のように、完全な堆積サイクルをｍ回繰り返すことで、第２層３２０は目標の厚さを有し得る。ここで、ｍは１より大きい整数値である。諸実施形態では、第２層３２０は、約５ＡＬＤサイクル（例えば、約０．９Å／サイクル及び２つの半反応）から約５μｍの厚さを有し得る。第２層３２０がスタック層の第１層である場合、その厚さを、約５ＡＬＤサイクルから約５００ｎｍ、又は約６ＡＬＤサイクルから約２５０ｎｍ、又は約７ＡＬＤサイクルから約１００ｎｍ、又は約８ＡＬＤサイクルから約５０ｎｍとしてもよい。諸実施形態では、スタックの第２層３２０の厚さは、約５から約１５ＡＬＤサイクル、又は約６から約１４ＡＬＤサイクル、又は約７から約１３ＡＬＤサイクル、又は約８から約１０ＡＬＤサイクルである。
第２層３２０の厚さと層３１６の厚さとの比は、２００：１から１：２００であってもよい。第２層３２０の厚さと層３１６の厚さとの比がより高くなると（例えば、２００：１、１００：１、５０：１、２０：１、１０：１、５：１、２：１など）、より優れた耐腐食性及び耐浸食性が得られる。他方、第２層３２０の厚さと層３１６の厚さとの比がより低くなると（例えば、１：２、１：５、１：１０、１：２０、１：５０、１：１００、１：２００）、より優れた耐熱性（例えば、熱サイクルによって引き起こされる亀裂及び／又は層間剥離に対する耐性の改善）が得られる。
第２層３２０は、前述の希土類金属含有酸化物層のいずれでもよい。例えば、第２層３２０を、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３又はＹｘＯｙＦｚの単独、又は１つ以上の他の希土類金属材料との組み合わせとしてもよい。いくつかの実施形態では、第２層３２０は、ＡＬＤによって共堆積された少なくとも２つの希土類金属含有前駆体の混合物から形成された単相材料である（例えば、Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、及びＡｌ２Ｏ３の１つ以上の組み合わせ）。例えば、第２層３２０を、ＹｘＥｒｙＯｚ又はＹｘＡｌｙＯｚのうちの１つとしてもよい。一実施形態では、層３１６はアモルファスのＡｌＮであり、第２層３２０は、多結晶又はアモルファスのイットリウム含有酸化物化合物（例えば、Ｙ２Ｏ３、ＹｘＡｌｙＯｚ、ＹｘＥｒｙＯｚ）であって、単独又は１つ以上の他の希土類金属含有材料との単相である。層３１６は、接着力を高めるだけでなく、イットリウム含有酸化物層の堆積前に堆積される応力緩和層として機能し得る。
いくつかの実施形態では、第２層３２０は、Ｅｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３又はＡｌ２Ｏ３を含み得る。いくつかの実施形態では、第２層３２０は、ＥｒｘＡｌｙＯｚ（例えば、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２）、ＹｘＡｌｙＯｚ、ＹｘＥｒｙＯｚ又はＥｒａＹｘＡｌｙＯｚ（例えば、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３及びＥｒ２Ｏ３の単相固溶体）のうちの少なくとも１つの多成分材料である。
図３Ｃを参照すると、いくつかの実施形態では、多層低揮発性コーティングには、３つ以上の層が含まれている。具体的には、低揮発性コーティングは、ＡｌＮ層と希土類金属含有酸化物層との交互層のシーケンスを含むスタック層を含み得るか、又は層３１６と、希土類金属含有酸化物層のための交互層のシーケンスとを含み得る。いくつかの実施形態では、希土類金属含有酸化物層は、交互副層の層である。例えば、希土類金属含有酸化物層を、Ｙ２Ｏ３とＡｌＮの一連の交互副層、又はＹ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の一連の交互副層としてもよい。
図３Ｃを参照する。層３１６を有する物品３１０を、堆積チャンバに挿入してもよい。層３１６を、図３Ａ又は図３Ｂを参照して説明したように形成しておいてもよい。物品３１０を、１つ以上の希土類金属含有材料を含む１つ以上の前駆体３８０に、層３１６が１つ以上の前駆体３８０で完全に吸着状態になるまでの期間にわたって導入して、層３２２を形成してもよい。続いて、物品３１０を反応物３８２に導入して、層３２２と反応させて層３２４を成長させ得る。したがって、希土類金属含有層３２４は、ＡＬＤを使用して層３１６の上に完全に成長又は堆積させられる。一実施例では、前駆体３８０を、第１半サイクルで使用されるイットリウム含有前駆体としてもよく、反応物３８２を、第２半サイクルで使用されるＨ２Ｏとしてもよい。希土類金属含有層３２４を、Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、又は別の酸化物のうちの最初の１つとしてもよい。
層３１６及び金属酸化物層３２４を有する物品３１０を、１つ以上の前駆体３８４に、ＡｌＮ層３２４が１つ以上の前駆体３８４で完全に吸着状態になるまでの期間にわたって導入して、層３２６を形成してもよい。続いて、物品３１０を反応物３８６に導入して層３２６と反応させ、さらなるＡｌＮ層３２８を成長させてもよい。したがって、さらなるＡｌＮ層３２８は、ＡＬＤを使用して希土類金属含有層３２４の上に完全に成長又は堆積する。一実施例において、前駆体３８４を、第１半サイクルで使用されるＡｌＮ含有前駆体としてもよく、反応物３８６を、第２半サイクルで使用されるＮＨ３としてもよい。
図示されているように、希土類金属含有層３２４及び酸化アルミニウム層３２８の堆積をｎ回繰り返して、交互層のスタック３３７を形成してもよい。ここで、ｎは２より大きい整数値である。ｎは、目標の厚さと特性に基づいて選択された層の有限数を表す。交互層のスタック３３７を、複数の交互副層を含む希土類金属含有酸化物層と見なしてもよい。したがって、前駆体３８０、反応物３８４、前駆体３８４、及び反応物３８６を、連続的に繰り返し導入して、さらなる交互層３３０、３３２、３３４、３３６などを成長又は堆積させてもよい。層３２４、３２４、３３０、３３２、３３４、３３６などの各々を、１原子層未満から数原子層までの平均厚さを有する非常に薄い層としてもよい。
上記の交互層３２４〜３３６の比率は１：１である。すなわち、ＡｌＮの各単層に対して第１金属酸化物の単層がある。しかし、他の諸実施形態では、種々の種類の層の間には、２：１、３：１、４：１などの異なる比率があり得る。例えば、一実施形態では、１つのＡｌＮ層ごとに２つのＹ２Ｏ３層を堆積させてもよい。さらに、交互層３２４〜３３６のスタック３３７では、２種類の金属層が交互に入れ替わっている一連の層として説明されてきた。しかし、他の諸実施形態では３種類以上の金属層を交互スタック３３７に堆積させてもよい。例えば、スタック３３７は、３つの異なる交互層を含んでもよい（例えば、Ｙ２Ｏ３の第１層、ＡｌＮの第１層、Ａｌ２Ｏ３の第１層、Ｙ２Ｏ３の第２層、ＡｌＮの第２層、Ａｌ２Ｏ３の第２層など）。
交互層のスタック３３７が形成された後、アニール処理を実行して、種々の材料の交互層を相互に拡散させ、単相又は多相を有する複合酸化物を形成してもよい。したがって、アニール処理の後、交互層３３７のスタックは、単一の希土類金属含有酸化物層３３８になり得る。例えば、スタック内の層がＹ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の場合、得られる希土類金属含有酸化物層３３８は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）相から構成され得る。
希土類金属含有材料の各層は、約５〜１０オングストロームの厚さを有することができ、約１から約１０サイクルのＡＬＤ処理を実行することで形成され得る。ここで、各サイクルによって、希土類金属含有材料のナノ層（又はナノ層よりもわずかに小さい又は大きい）が形成される。一実施形態では、希土類金属含有酸化物の各層は、約６から約８ＡＬＤサイクルを使用して形成される。各ＡｌＮ層は、約１から約２ＡＬＤサイクル（又は数回のＡＬＤサイクル）で形成されることができ、１原子未満から数原子までの厚さを有し得る。希土類金属含有材料の層は、それぞれ約５〜１００オングストロームの厚さを有してもよく、第２酸化物の層はそれぞれ、諸実施形態では約１〜２０オングストロームの厚さを、さらなる諸実施形態では１〜４オングストロームの厚さを有し得る。希土類金属含有材料とＡｌＮの交互層のスタック３３７は、約５ｎｍから約３μｍの合計厚さを有してもよい。希土類金属含有材料の層の間のＡｌＮの薄層は、希土類金属含有層での結晶形成を防ぎ得る。これにより、アモルファスのイットリア層を成長させ得る。
図３Ａ〜３Ｃを参照して説明される実施形態では、表面反応（例えば、半反応）は連続して行われ、諸実施形態では様々な前駆体と反応物は接触していない。新しい前駆体又は反応物を導入する前に、ＡＬＤ処理が行われるチャンバを、不活性キャリアガス（窒素や空気など）でパージして、いかなる未反応の前駆体及び／又は表面前駆体反応副生成物を除去してもよい。前駆体は各層で異なり、イットリウム含有酸化物層又は他の希土類金属含有酸化物層のための第２前駆体を、２つの希土類金属含有前駆体の混合物にして、これらの化合物の共堆積を促進し、単相の材料層を形成してもよい。いくつかの実施形態では、少なくとも２つの前駆体が使用され、他の諸実施形態では、少なくとも３つの前駆体が使用され、さらなる諸実施形態では、少なくとも４つの前駆体が使用される。
ＡＬＤ処理を、処理の種類に応じてさまざまな温度で実行してもよい。特定のＡＬＤ処理にとっての最適温度範囲は「ＡＬＤ温度ウィンドウ」と呼ばれる。ＡＬＤ温度ウィンドウより低い温度は、低い成長速度及び非ＡＬＤ型の堆積をもたらす場合がある。ＡＬＤ温度ウィンドウを超える温度は、化学気相堆積（ＣＶＤ）機構によって生じる反応をもたらす場合がある。ＡＬＤ温度ウィンドウは、約１００℃から約６５０℃の範囲であってもよい。いくつかの実施形態では、ＡＬＤ温度ウィンドウは、約２０℃から約２００℃、又は約２５℃から約１５０℃、又は約１００℃から約１２０℃、又は約２０℃から１２５℃である。
ＡＬＤ処理により、均一な厚さのコンフォーマルな低揮発性コーティングが、複雑な幾何学的形状、高アスペクト比の穴（例えば、細孔）、及び３次元構造を有する物品及び表面で可能になる。各前駆体を表面に十分な時間をかけて曝露することにより、前駆体は分散し、３次元の複雑なフィーチャーのすべてを含む表面全体と完全に反応し得る。高アスペクト比構造でコンフォーマルなＡＬＤを達成するために利用される曝露時間は、アスペクト比の２乗に比例し、モデル化手法を使用して予測できる。さらに、ＡＬＤ技術は他の一般的に使用されているコーティング技術よりも有利であり、それは、この技術ではその場での要求に応じて特定の組成又は調合での材料合成が可能であり、長く困難な原材料（粉末原料や焼結ターゲットなど）の製造を必要としないからである。いくつかの実施形態では、ＡＬＤを使用して、約３：１から３００：１のアスペクト比を有する物品をコーティングする。
本明細書に記載されているＡＬＤ技術を用いて、ＹｘＡｌｙＯｚ（例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、ＹｘＥｒｙＯｚ、ＹｘＥｒｙＦｚ、又はＹｗＥｒｘＯｙＦｚなどの多成分膜を成長、堆積、又は共堆積させ得る。そのために、例えば、前駆体の適切な混合物を用いて、希土類金属含有酸化物を、単独で又は１つ以上の他の酸化物と組み合わせて成長させる。他の酸化物は、上記で説明されており、以下の実施例でもより詳細に説明される。
いくつかの実施形態では、１つ以上の希土類金属含有材料を含む耐摩耗層を、スタック層の上に堆積させてもよい。耐摩耗層は、約５ｎｍから約１０００ｎｍ、又は約１００ｎｍから約５００ｎｍの厚さを有し得る。
図４Ａは、諸実施形態による、処理チャンバ構成要素（例えば、高温ヒーターの表面又は全表面）上に低揮発性コーティングを形成する方法４００を示す。方法４００を使用して、本明細書に記載のいかなる物品をもコーティングし得る。この方法は、任意選択で、低揮発性コーティング用の組成を選択することから開始してもよい。組成の選択及び形成方法は、同じ構成要素単位で、又は複数の構成要素単位で実行され得る。
この方法は、ブロック４０５で、物品を酸性溶液でクリーニングすることを任意選択で含み得る。一実施形態では、物品を酸性溶液の浴中に浸す。諸実施形態では、酸性溶液は、フッ化水素酸（ＨＦ）溶液、塩酸（ＨＣｌ）溶液、硝酸（ＨＮＯ３）溶液、又はそれらの組み合わせであってもよい。酸性溶液で、物品からの表面汚染物質の除去及び／又は物品の表面からの酸化物の除去が可能である。酸性溶液で物品をクリーニングする工程によって、ＡＬＤを使用して堆積されたコーティングの品質を向上させてもよい。一実施形態では、約０．１ｖｏｌ％から約５．０ｖｏｌ％のＨＦを含む酸性溶液を使用して、石英製のチャンバ構成要素をクリーニングする。一実施形態では、約０．１ｖｏｌ％から約２０ｖｏｌ％のＨＣｌを含む酸性溶液を使用して、Ａｌ２Ｏ３製の物品をクリーニングする。一実施形態では、約５から約１５ｖｏｌ％のＨＮＯ３を含む酸性溶液を使用して、アルミニウム及び他の金属製の物品をクリーニングする。
ブロック４１０で、物品はＡＬＤ堆積チャンバに装填される。ブロック４２０で、この方法は、ＡＬＤを使用して物品の表面に低揮発性コーティングを堆積させる工程を含む。一実施形態では、任意選択だがブロック４２５で、ＡＬＤを実行して、ＡｌＮ層などの接着層を堆積させる。一実施形態では、ブロック４３０で、ＡＬＤを実行して、希土類金属含有酸化物層を、単独で又は１つ以上の他の酸化物と共に堆積又は共堆積させる。諸実施形態で実行されているように、ＡＬＤは非常にコンフォーマルな処理であり、その結果、低揮発性コーティングの表面粗さを、コーティングされる物品の下地表面の表面粗さと一致させ得る。低揮発性コーティングは、いくつかの実施形態では、約５ｎｍから約３μｍの合計厚さを有し得る。低揮発性コーティングは、諸実施形態において約０％の気孔率を有することがあり、諸実施形態において気孔がないこともある。低揮発性コーティングの厚さのばらつきは、約±５％以下、±１０％以下、又は±２０％以下である。低揮発性コーティングが施された物品の誘電定数は、コーティングが施されていない物品の誘電定数と同じか、又は実質的に同じ（例えば、±５％以内）になり得る。さらに、物品が高温ヒーターの場合、ヒーターの最高温度、熱伝導率、比熱容量は、コーティングが施されていないヒーターの最大温度、熱伝導率、及び比熱容量と同じか、又は実質的に同じ（例えば、±５％以内）になり得る。
一実施形態では、任意選択だがブロック４３５で、ＡＬＤを実行して、希土類金属含有酸化物とＡｌＮの交互層のスタックを堆積させる。さらなる諸実施形態では、任意選択だがブロック４４０で、ＡＬＤを実行して、スタック上に耐摩耗層を堆積させる。
イットリウム含有酸化物層は、イットリウム含有酸化物を含み、１つ以上のさらなる希土類金属材料を含んでもよい。イットリウムを含む希土類金属含有材料を使用して、諸実施形態では、低揮発性コーティングを形成してもよい。それは、イットリウム含有酸化物は一般に、高い安定性、高い硬度、優れた耐浸食性を有し、フッ素プラズマ（例えば、ＮＦ３）と比較的低蒸気圧の反応物を形成するからである。例えば、Ｙ２Ｏ３は最も安定した酸化物の１つであり、その標準生成ギブス自由エネルギー（ΔＧｆ ０）は−１８１６．６５ ｋＪ／ｍｏｌである。したがって、Ｙ２Ｏ３とほとんどの処理化学物質との反応は、標準条件下では熱力学的に不利であることが示されている。ＡｌＮ接着層と、本明細書の諸実施形態により堆積されたＹ２Ｏ３を有する希土類金属含有酸化物層とを含む低揮発性コーティングはまた、多くのプラズマ及び化学環境に対して低い浸食速度を有し得る。例えば、２００ワットのバイアス及び５００°Ｃで直接ＮＦ３プラズマ化学作用に曝されたときの浸食速度は約０μｍ／ｈｒである。耐プラズマ性コーティングが形成され得るイットリウム含有酸化物化合物の例には、Ｙ２Ｏ３、ＹｘＡｌｙＯｚ（例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）又はＹｘＥｒｙＯｚが含まれる。耐プラズマ性コーティングのイットリウム含有量は、約０．１ａｔ％から１００ａｔ％近くの範囲にまで及び得る。イットリウム含有酸化物の場合、イットリウム含有量の範囲は約０．１ａｔ％から１００ａｔ％近くにまで及び、酸素含有量の範囲は約０．１ａｔ％から１００ａｔ％近くにまで及び得る。
耐プラズマ性コーティングが形成され得るエルビウム含有酸化物化合物の例には、Ｅｒ２Ｏ３、ＥｒｘＡｌｙＯｚ（例えば、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２）及びＹｘＥｒｙＯｚが含まれる。耐プラズマ性コーティングのエルビウム含有量は、約０．１ａｔ％から１００ａｔ％近くの範囲にまで及び得る。エルビウム含有酸化物の場合、エルビウム含有量の範囲は約０．１ａｔ％から１００ａｔ％近くにまで及び、酸素含有量の範囲は約０．１ａｔ％から１００ａｔ％近くにまで及び得る。
諸実施形態では、接着層と、Ｙ２Ｏ３、ＹｘＡｌｙＯｚ（例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）又はＹｘＥｒｙＯｚの希土類金属含有酸化物層とを含む低揮発性コーティングは、低い気体放出速度と、約１０００Ｖ／μｍのオーダーの絶縁破壊電圧と、約１Ｅ−８トル／秒未満の気密性（リークレート）と、約６００から約９５０又は約６８５のビッカース硬さと、引っかき試験による測定での約７５ｍＮから約１００ｍＮ又は約８５ｍＮの接着力と、室温でのＸ線回折による測定での約−１０００から−２０００ＭＰａ（例えば、約−１１４０ＭＰａ）の膜応力とを有する。
いくつかの実施形態では、低揮発性コーティングの接着層は、ＡＬＤによって、トリメチルアルミニウムなどのアルミニウム含有前駆体と、アンモニア（ＮＨ３）、プラズマ活性アンモニア、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、窒素ガス（Ｎ２）、プラズマ活性窒素ガス、一酸化窒素（ＮＯ）などの窒素含有反応物とから形成され得る。いくつかの実施形態では、低揮発性コーティングの希土類金属含有層は、イットリアであるか、イットリアを含み、ＡＬＤによって希土類金属含有酸化物層を形成するために使用されるイットリウム前駆体は、トリス（Ｎ、Ｎ−ビス（トリメチルシリル）アミド）イットリウム（ＩＩＩ）又はイットリウム（ＩＩＩ）ブトキシドから選択されるか、又はそれらを含んでもよく、反応物は、Ｏ２、Ｈ２Ｏ又はＯ３から選択され得る。
いくつかの実施形態では、低揮発性コーティングは、酸化エルビウムをさらに含み得る。ＡＬＤの場合、エルビウム前駆体を、トリス−メチルシクロペンタジエニルエルビウム（ＩＩＩ）（Ｅｒ（ＭｅＣｐ）３）、エルビウムボランアミド（Ｅｒ（ＢＡ）３）、Ｅｒ（ＴＭＨＤ）３、エルビウム（ＩＩＩ）トリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）、又はトリス（ブチルシクロペンタジエニル）エルビウム（ＩＩＩ）から選択してもよく、反応物は、Ｏ２、Ｈ２Ｏ又はＯ３から選択され得る。
図４Ｂは、一実施形態による、物品（例えば、高温ヒーター）上に低揮発性コーティングを形成する方法４５０を示している。この方法は、任意選択で、低揮発性コーティング用の組成を選択することから開始してもよい。組成の選択及び形成方法は、同じ構成要素単位で、又は複数の構成要素単位で実行され得る。
方法４５０のブロック４５２で、酸性溶液を使用して、物品の表面をクリーニングする。酸性溶液を、方法４００のブロック４０５を参照して上述した酸性溶液のいずれかとしてもよい。次いで、物品をＡＬＤ堆積チャンバに装填してもよい。
ブロック４５５に従って、この方法は、ＡＬＤによって物品の少なくとも１つの表面上にアモルファスのＡｌＮの第１層を堆積させる工程を含む。アモルファスのＡｌＮは、約５ｎｍから約３００ｎｍの厚さを有し得る。ブロック４６０に従って、この方法は、イットリウム含有酸化物前駆体と別の酸化物前駆体の混合物を、ＡＬＤによってＡｌＮ接着層上に共堆積させることにより、（すなわち、一工程内で）第２層を形成する工程をさらに含む。第２層は、例えば、Ａｌ２Ｏ３又はＥｒ２Ｏ３との単一相内にＹ２Ｏ３を含み得る。あるいは、第２層は、Ｙ２Ｏ３とＥｒ２Ｏ３の相など、複数の相を含んでもよい。
上記のように、希土類金属含有酸化物層は、複数の異なる酸化物の混合物を含んでもよい。このような希土類金属含有酸化物層を形成するには、前述のイットリア前駆体、酸化エルビウム前駆体、及びアルミナ前駆体と、適切な反応物との任意の組み合わせを、ＡＬＤ堆積チャンバに一緒に導入して、様々な酸化物を共堆積させ、単相又は多相を有する層を形成してもよい。
ブロック４７０で、さらなる層を追加するかどうかの決定を行ってもよい（例えば、多層スタックを形成する場合）。さらなる層を追加する場合、この方法はブロック４５５に戻り、さらなるＡｌＮ層を形成してもよい。そうでなければ、この方法はブロック４７５へ進んでもよい。
ブロック４７５で、物品（例えば、絶縁体プレート、セラミック静電パック、ＥＳＣアセンブリなど）と、チャンバ構成要素上の低揮発性コーティングの両方の層とが加熱される。アニール処理、熱サイクル処理、及び／又は半導体処理の間の製造工程によって加熱を行ってもよい。一実施形態では、熱サイクル処理は、品質管理のために亀裂を検出するための製造後の確認として、試験片に対して実行される。ここでは、試験片を、処理の間に部品が経験する可能性がある最高温度へ循環させる。熱サイクル温度は、部品が使用される特定の用途に依存する。その温度を、物品、表面、膜層の構成材料に基づいて、その健全性を維持し、これらの構成要素のいずれか又はすべてを変形、分解、又は溶融させないように選択してもよい。
方法４００及び４５０を、１つの構成要素又は複数の構成要素のバッチで実行してもよい。複数の構成要素は、同じ種類の構成要素でも、異なる種類の構成要素でもよい。方法４００及び４５０はまた、集めて組み立てられた高温ヒーターアセンブリ（又はその一部）で実行されてもよい。
以下の実施例は、本明細書に記載の実施形態の理解を助けるために記載されており、本明細書に記載され特許請求される実施形態を具体的に限定するものとして解釈されるべきではない。当業者の知識の範囲内にある、現在知られているか又は後に開発される全ての均等物の置換を含むそのような変形、及び実験設計における方案の変更又は軽微な変更は、本明細書に組み込まれた実施形態の範囲内にあるとみなされるべきである。これらの実施例は、上記の方法３００又は方法３５０を実行することで実現し得る。
実施例１ ＡＬＤを使用した、ガラス及びシリコンの基板上への酸化ランタンの堆積
原子層堆積を使用して、酸化ランタン層をガラス及びシリコン基板上に堆積した。ランタンシリルアミドＬａ［Ｎ（ＳｉＭｅ３）２］３、及び水を前駆体として使用して、１５０℃から２５０℃の温度範囲で堆積した。成長速度と屈折率に対するパルス時間、前駆体蒸発温度の影響を調査した。得られたＬａ２Ｏ３膜には、顕著な量の水素とシリコンが含まれており、大気中に保管すると化学的に不安定であった。Ｌａ２Ｏ３膜は、Ｌａ［Ｎ（ＳｉＭｅ３）２］３、Ａｌ（ＣＨ３）３、及びＨ２Ｏから２２５℃でＬａＡｌＯ３の化学量論に近い化学量論で達成された。ランタン−ジケトネート前駆体Ｌａ（ｔｈｄ）３を参照前駆体として使用した。
実施例２ ＡＬＤによってＡｌＮ基板上に堆積させた酸化イットリウムコーティング
酸化イットリウムコーティングを、本明細書に記載の方法に従って、ＡｌＮセラミック基板上に原子層堆積法により堆積させた。酸化イットリウムコーティングの厚さは、約２μｍであった。透過型電子顕微鏡及び電子回折により確認したところでは、酸化イットリウムコーティングは多結晶構造を有していた。酸化イットリウムコーティングとＡｌＮ基板の間に反応層が形成された。
実施例３ 窒化アルミニウムセラミック基板上のフッ化イットリウムコーティング
本明細書に記載の方法に従って、窒化アルミニウムセラミック基板上にフッ化イットリウムコーティングを原子層堆積法により堆積させた。フッ化イットリウムコーティングの厚さは約１６０ｎｍであった。透過型電子顕微鏡及び電子回折により確認したところでは、フッ化イットリウムコーティングは多結晶構造を有していた。酸化イットリウムコーティングと窒化アルミニウム基板の間に反応層が形成された。
実施例４ 机上での実施例−ヒーター上への低揮発性コーティングの堆積
実施形態によれば、本明細書に記載の低揮発性コーティングは、バリア層を含み得る。このバリア層を、ＡｌＮ基板（例えば、ヒーター材料）の表面全体にＡＬＤによって堆積させ得る。バリア層は、希土類金属含有酸化物最上層と応力管理層を含み得る。希土類金属含有酸化物最上層は、約５０ｎｍから約５μｍ、又は約７５ｎｍから約３μｍ、又は約１００ｎｍから約２μｍの厚さを有し得る。諸実施形態では、最上層は希土類金属含有酸化物であり、例えば、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、その三元バリアント、及びその組み合わせであってもよい。
上記のように、バリア層は、最上層の下にある応力管理層も含み得る。応力管理層は、ＡｌＮ基板の表面上にＡＬＤによって堆積されたＡｌＮ接着層（約１０ｎｍ）を含み得る。接着層の上に、希土類金属含有酸化物層を約５から約１５、又は約８から約１０の堆積サイクルを使用して、ＡＬＤによって堆積させ得る。いくつかの実施形態では、応力管理層は、希土類金属含有酸化物層の上に約２から約４サイクルのＡｌＮを含み得る。
バリア層は、ＡｌＮの熱膨張係数（すなわち、約４．６μｍ／ｍ℃から約５．７μｍ／ｍ℃）と同等の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有し得る。諸実施形態では、バリア層材料の熱膨張係数は、約３．０μｍ／ｍ℃から約２０．０μｍ／ｍ℃、又は約５．０μｍ／ｍ℃から約１５．０μｍ／ｍ℃、又は約５．０μｍ／ｍ℃、又は約１０．０μｍ／ｍ℃、又は約１４．０μｍ／ｍ℃になり得る。諸実施形態では、バリア層材料のＣＴＥは、ＡｌＮヒーター材料のＣＴＥの＋／−２０％、又は＋／−１０％、又は＋／−５％、又は＋／−２％以内になり得る。バリア層はフッ素に耐性があり、金属汚染をほとんど又はまったく引き起こし得ない。バリア層がフッ素プラズマと反応する程度まで、結果として生じる金属フッ化物ガス（ＭＦｘ）は、低い蒸気圧を有し得る。
耐摩耗層をバリア層の上に堆積させ得る。耐摩耗層の厚さを、約１００ｎｍから約５μｍ、又は約２５０ｎｍから約２μｍ、又は約５００ｎｍから約１μｍとしてもよい。諸実施形態によれば、耐摩耗層は希土類金属含有層であり、例えば、Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２（ＥＡＧ）、Ｅｒ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３及びそれらの組み合わせであってもよい。
耐摩耗層はフッ素に耐性があり、耐摩耗層がフッ素プラズマと反応する程度まで、結果として生じる金属フッ化物ガス（ＭＦｘ）は、低い蒸気圧を有し得る。諸実施形態によれば、耐摩耗層は、下にあるＡｌＮ基板の硬さと同等の硬さ（すなわち、約１０．４ＧＰａ）を有し得る。例えば、耐摩耗層の硬さを、約５．０ＧＰａから約１５ＧＰａ、又は約７．５ＧＰａから約１４ＧＰａ、又は約１０ＧＰａから約１３．８ＧＰａとしてもよい。耐摩耗層は、ＡｌＮのＣＴＥ（すなわち、約４．６μｍ／ｍ℃から約５．７μｍ／ｍ℃）及び／又はバリア層のＣＴＥと同等のＣＴＥを有し得る。諸実施形態では、耐摩耗層の熱膨張係数を、約３．０μｍ／ｍ℃から約２０．０μｍ／ｍ℃、又は約５．０μｍ／ｍ℃から約１５．０μｍ／ｍ℃、又は約５．０μｍ／ｍ℃、又は約１０．０μｍ／ｍ℃、又は約１４．０μｍ／ｍ℃としてもよい。
諸実施形態によれば、バリア層と耐摩耗層を、ＡＬＤ以外の方法で堆積させ得る。その方法とは、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）、電子ビームイオンアシスト堆積（ＩＡＤ）、イオンプレーティング、スパッタリング、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）である。
実施例５ 机上での実施例−ＡｌＮヒーター上の多層Ｙ２Ｏ３／ＡｌＮコーティング
本明細書に記載の諸実施形態によれば、ナノラミネートされた希土類酸化物（ＲＥＯ）及び窒化アルミニウム層で形成された低揮発性コーティングを、ＡｌＮ基板上に堆積させ得る。約１ｎｍから約１０ｎｍの厚さを有するＡｌＮ接着層を最初にＡｌＮ基板上に堆積させ得る。ＡｌＮ接着層とＡｌＮヒーター材料との間の界面は、ＡｌＯＮになり得る。その後、約８ｎｍから約１０ｎｍの希土類酸化物（ＲＥＯ）と約２ｎｍのＡｌＮの交互層（耐摩耗層とも呼ばれる）のスタックを堆積させて、１００ｎｍのＲＥＯ／ＡｌＮ交互層を構築する。例えば、Ｙ２Ｏ３の約８から１０回の堆積サイクルとＡｌＮの２回の堆積サイクルの交互層をＡＬＤによって堆積させ得る。いくつかの実施形態では、スタックの最上層はＲＥＯ（例えば、Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、又はそれらの組み合わせ）である。
諸実施形態では、交互層のスタック上に耐プラズマ層を堆積させ得る。耐プラズマ層は、Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、及びそれらの組み合わせを含み得る。耐プラズマ層の厚さを、約１００ｎｍから約５μｍ、又は約２５０ｎｍから約２．５μｍ、又は約５００ｎｍから約１μｍとしてもよい。諸実施形態では、ヒーター基板は、１６マイクロインチのＲａを有するメサ（ディンプル）を備えることができ、ヒーター上面は４０マイクロインチのＲａを有し得る（ビーズブラスト）。
ＡｌＮヒーター上の多層ＲＥＯ／ＡｌＮコーティングの熱応力モデル化を実行した。ここで、希土類金属含有酸化物層にはＹ２Ｏ３とＥｒ２Ｏ３が含まれている。表１に結果を示す。
実施例６ ＡｌＮ基板上のＹ２Ｏ３コーティングの熱応力解析
酸化イットリウムコーティングを、ＡＬＤによりＡｌＮ基板上に堆積させた。サンプルの１つは、厚さ５００ｎｍのＹ２Ｏ３コーティングを有し、別のサンプルは、厚さ５μｍのＹ２Ｏ３コーティングを有していた。ＡｌＮ基板の厚さは５ｍｍであった。サンプルを処理チャンバ内で６５０℃の温度に加熱した。結果を表２に示す。
コーティング層の応力は圧縮が支配的であった。それは、コーティングのＣＴＥが、ＡｌＮ基板のＣＴＥよりも高いからである。エッジ効果を除いて、Ｙ２Ｏ３コーティングの２つの厚さの間には、熱応力の結果に大きな違いはなかった。
ＡｌＮ窒化物基板上の厚さ５００ｎｍ及び５μｍのＹ２Ｏ３コーティングの特性をモデル化する際に、いくつかの仮定を設けてもよい。
１）コーティング層は、基材の上面でのみモデル化され得る。
２）すべての部品の材料特性は、すべての温度で同一であると仮定され、温度依存特性は適用されない。
３）基板とコーティング層の半径に沿った温度は同一であり、勾配はないと仮定され、温度均一性はモデル化されていない。
４）基板とコーティング層の界面では完全に接点が接着している。
基板とＹ２Ｏ３及びＡｌＮ層の材料特性を表３に示す。
熱応力特性と材料特性に基づいて、２つの層（すなわち、５ｍｍＡｌＮ基板及び１００ｎｍ位置のＹ２Ｏ３）とＣＴＥの不整合とを有するコーティング層の理論応力値は、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＥｘｃｅｌのＣＡＥツールで計算したところでは、−３０８．６ＭＰａ（圧縮応力）であった。
実施例７ さまざまな手法で堆積させた酸化エルビウムコーティング
酸化エルビウムを、無線周波数（ＲＦ）スパッタリング、電子ビーム蒸着、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して基板に堆積させた。Ｓｉ（１００）及びソーダ石灰ガラス基板上へのＥｒ２Ｏ３薄膜の原子層堆積のための前駆体として、有機金属トリス（メチルシクロペンタジエニル）エルビウム及び水を使用した。１７５℃から４５０℃の範囲の温度で堆積が生じた。ＡＬＤ成長型のメカニズムが、２５０℃及び３００℃の比較的低い堆積温度で確認され、ここでは、高い成長速度（すなわち、１．５Å／サイクル）が達成された。堆積したＥｒ２Ｏ３膜は滑らかで非常に均一であり、低濃度の炭素及び水素の不純物のみが含まれていた。その膜は、立方晶相の（１１１）配向が支配的な結晶となっていた。Ｅｒ２Ｏ３／自然ＳｉＯ２絶縁体スタックの実効誘電率は約１０であった。
実施例８ ＡＬＤによるＡｌＮ堆積
ＡｌＮ薄膜を、トリメチルアルミニウム及びアンモニア前駆体を使用したプラズマ強化原子層堆積によって成長させた。結晶性薄膜ＡｌＮを提供する方法であって、厚さのばらつきがほぼゼロで、処理のサイクルごとに原子を単層堆積させる方法が開発された。成長速度は約１Å／サイクルで限界に達し、厚さは反応サイクルの数に比例した。好ましい結晶方位、核形成の均一性、及び成長したＡｌＮの表面粗さを調査した。Ｘ線回折（ＸＲＤ）、原子焦点顕微鏡（ＡＦＭ）、及び走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して、膜の結晶化度と特性を分析した。
前述の説明は、本発明のいくつかの実施形態の十分な理解を提供するために、具体的なシステム、構成要素、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、こうした具体的かつ詳細な説明がなくても実施され得ることが当業者には明らかであろう。他の諸例では、本発明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、周知の構成要素又は方法は詳細に説明されないか、又は単純なブロック図形式で提示される。したがって、具体的かつ詳細な説明は単なる例示である。特定の実施態様はこれらの例示的な説明とは異なる場合があるが、やはり本発明の範囲内にあると考えられる。
本明細書全体を通して「ある実施形態」又は「一実施形態」と言及した場合、その実施形態に関連して説明した特定の構成、構造、又は特性は少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通じて様々な箇所に「ある実施形態では」又は「一実施形態では」という表現が出現しても、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すものではない。さらに、用語「又は」は、排他的な「又は」ではなく、包括的な「又は」を意味することを意図している。本明細書で「約」又は「およそ」という用語が使用されている場合、提示された公称値が±１０％の範囲内で正確であることを意味することが意図されている。
本明細書における方法の動作は特定の順序で示され説明されているが、 各方法の動作の順序を変更して、特定の動作が逆の順序で実行されるか、又は、ある動作が他の動作と少なくとも部分的に並行して実行されてもよい。別の実施形態では、異なる動作の指示又は副動作は、断続的に及び／又は交互に行われてもよい。
上記の説明は例示的であり、限定的ではないことを意図していることを理解するべきである。上記の説明を読み理解することにより、他の多く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参照して、そのような特許請求の範囲が権利を有する均等物の全範囲と共に決定されるべきである。

Claims (15)

  1. 約５０Ｗ／ｍＫから約３００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するヒーター材料を含む構成要素と、
    ヒーター材料の表面上の低揮発性コーティングであって、約５ｎｍから約５μｍの厚さを有する低揮発性コーティングとを備え、
    低揮発性コーティングは、希土類金属含有材料を含み、
    低揮発性コーティングが施されたヒーター材料は、熱伝導率又は調整された熱伝導率を有しており、この熱伝導率は、低揮発性コーティングが施されていないヒーター材料の熱伝導率の約±５％以内である物品。
  2. 低揮発性コーティングが施されたヒーター材料は、比熱容量又は調整された比熱容量を有しており、この比熱容量は、低揮発性コーティングが施されていないヒーター材料の比熱容量の約±５％以内である、請求項１に記載の物品。
  3. 希土類金属含有材料は、Ｙ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）、ＹＦ３、ＹＯＦ、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２（ＥＡＧ）、ＥＦ３、ＥＯＦ、Ｌａ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、ＳｃＦ３、ＳｃＯＦ、Ｇｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３又はＤｙ２Ｏ３からなる群から選択されている、請求項１に記載の物品。
  4. 低揮発性コーティングは、約７５ｎｍから約２００ｎｍの厚さを有している、請求項１に記載の物品。
  5. 低揮発性コーティングは、
    接着層と、
    Ｙ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）、ＹＦ３、ＹＯＦ、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２（ＥＡＧ）、ＥＦ３、ＥＯＦ、Ｌａ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、ＳｃＦ３、ＳｃＯＦ、Ｇｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３又はＤｙ２Ｏ３からなる群から選択される材料を含む希土類金属含有層とを含んでいる、請求項１に記載の物品。
  6. 原子層堆積（ＡＬＤ）を実行して、熱伝導率が約５０Ｗ／ｍＫから約３００Ｗ／ｍＫのヒーター材料を含む構成要素に低揮発性コーティングを堆積させる工程を含み、
    低揮発性コーティングは、約５ｎｍから約５μｍの厚さを有し、
    低揮発性コーティングはプラズマと反応して、ヒーター材料とプラズマとの反応により形成される反応物よりも低い蒸気圧を有する反応物を形成し、
    低揮発性コーティングが施されたヒーター材料は、熱伝導率又は調整された熱伝導率を有しており、この熱伝導率は、低揮発性コーティングが施されていないヒーター材料の熱伝導率の約±５％以内である方法。
  7. 構成要素は高温ヒーターである、請求項１に記載の物品又は請求項６に記載の方法。
  8. ヒーター材料は窒化アルミニウムを含んでいる、請求項１に記載の物品又は請求項６に記載の方法。
  9. 低揮発性コーティングは、
    接着層と、
    窒化アルミニウムと希土類金属含有材料の交互層を含むスタック層とを含み、
    希土類金属含有材料は、Ｙ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）、ＹＦ３、ＹＯＦ、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２（ＥＡＧ）、ＥＦ３、ＥＯＦ、Ｌａ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、ＳｃＦ３、ＳｃＯＦ、Ｇｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３又はＤｙ２Ｏ３からなる群から選択されている、請求項１に記載の物品又は請求項６に記載の方法。
  10. 熱伝導率は約１５０Ｗ／ｍＫから約２００Ｗ／ｍＫである、請求項１に記載の物品又は請求項６に記載の方法。
  11. ヒーター材料は、２５℃で約０．１５ｃａｌ／ｇ℃から２５℃で約０．３０ｃａｌ／ｇ℃の比熱容量を有している、請求項１に記載の物品又は請求項６に記載の方法。
  12. 低揮発性コーティングが施されたヒーター材料は、比熱容量又は調整された比熱容量を有しており、この比熱容量は、低揮発性コーティングが施されていないヒーター材料の比熱容量の約±５％以内である、請求項６に記載の方法。
  13. 希土類金属含有材料は、Ｙ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）、ＹＦ３、ＹＯＦ、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２（ＥＡＧ）、ＥＦ３、ＥＯＦ、Ｌａ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、ＳｃＦ３、ＳｃＯＦ、Ｇｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３又はＤｙ２Ｏ３からなる群から選択されている、請求項６に記載の方法。
  14. 低揮発性コーティングは、約７５ｎｍから約２００ｎｍの厚さを有している、請求項６に記載の方法。
  15. 構成要素は高温ヒーターであり、低揮発性コーティングは高温ヒーターの露出部分を覆っている、請求項６に記載の方法。
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