JP6630345B2 - 希土類酸化物のイオンアシスト蒸着トップコート - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、概して、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）された薄膜の耐プラズマ性保護層を有するチャンバコンポーネントに関する。
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、プラズマエッチング及びプラズマ洗浄プロセス）は、基板をエッチング又は洗浄するために、プラズマの高速流に基板を曝露させる。プラズマは、非常に浸食性がある可能性があり、処理チャンバ及びプラズマに曝露される他の表面を浸食する可能性がある。
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。
処理チャンバの一実施形態の断面図を示す。
イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）のような高エネルギー粒子を利用した様々な堆積技術に適用可能な堆積メカニズムを示す。
ＩＡＤ堆積装置の概略図を示す。
〜
１以上の薄膜保護層で覆われた物品の断面側面図を示す。
一実施形態に係る、希土類酸化物の耐プラズマ層を有するチャンバライナーを示す。
物品上に１以上の保護層を形成するためのプロセスの一実施形態を示す。
金属ターゲットによるＩＡＤ又はＰＶＤを使用して、物品の本体上に薄膜保護層を形成するためのプロセスの一実施形態を示す。
〜
Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とのセラミックス化合物から形成されたプラズマ溶射された保護層上に堆積され、またＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とのセラミックス化合物から形成された薄膜保護層を有する物品の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。
〜
本発明の実施形態に従って形成された薄膜保護層に対する、それぞれＣＨ４−Ｃｌ２及びＣＨＦ３−ＮＦ３−Ｃｌ２の化学物質の下での浸食速度を示す。
〜
本発明の実施形態に従って形成された薄膜保護層に対する、それぞれＣＨ４−Ｃｌ及びＣＨＦ３−ＮＦ３−Ｃｌ２の化学物質の下での粗さプロファイルを示す。
本発明の実施形態は、物品の１以上のプラズマ対向面上に薄膜保護層を有するエッチングリアクタ用の物品（例えば、チャンバコンポーネント）を提供する。保護層は、最大約３００μｍの厚さを有することができ、物品を保護するためにプラズマ耐食性を提供することができる。保護層は、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）を用いて（例えば、電子ビームＩＡＤ（ＥＢ−ＩＡＤ）又はイオンビームスパッタリングＩＡＤ（ＩＢＳ−ＩＡＤ）を用いて）又は物理蒸着（ＰＶＤ）を用いて、物品上に形成することができる。薄膜保護層は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２Ｏ３、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物、又は、別の希土類酸化物とすることができる。一実施形態では、ＩＡＤ又はＰＶＤは、金属ターゲットを用いて実行され、希土類酸化物は、インサイチューに形成される。薄膜保護層によって提供される改善された耐食性は、メンテナンス及び製造コストを低減しつつ、物品の耐用年数を向上させることができる。また、ＩＡＤコーティングは、プラズマ溶射コーティング上のトップコートとして堆積させることができる。ＩＡＤコーティングは、プラズマ溶射コ−ティング内の細孔及び亀裂をシールし、これによって処理ガスのチャンバコンポーネントとの反応量並びに微量の金属汚染レベルを大幅に低減することができる。ＩＡＤコーティングはまた、粒子欠陥を低減させるためにプラズマ溶射コーティング上に存在した任意の自由な粒子を埋め込むことができる。
図１は、本発明の実施形態に係る薄膜保護層で被覆された１以上のチャンバコンポーネントを有する半導体処理チャンバ１００の断面図である。処理チャンバ１００は、内部に腐食性のプラズマ環境が提供されるプロセスのために使用することができる。例えば、処理チャンバ１００は、プラズマエッチングリアクタ（プラズマエッチング装置としても知られる）、プラズマ洗浄機などのためのチャンバとすることができる。薄膜保護層を含むことができるチャンバコンポーネントの例は、基板支持アセンブリ１４８、静電チャック（ＥＳＣ）１５０、リング（例えば、プロセスキットリング又は単一リング）、チャンバ壁、ベース、ガス分配プレート、シャワーヘッド、チャンバライナー、ライナーキット、シールド、プラズマスクリーン、フローイコライザ、冷却ベース、チャンバビューポート、チャンバ蓋１０４、ノズル、フローイコライザ（ＦＥＱ）などを含む。特定の一実施形態では、保護層は、チャンバ蓋１０４及び／又はチャンバノズル１３２上に塗布される。
以下でより詳細に説明される薄膜保護層は、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）又は物理蒸着（ＰＶＤ）によって堆積された希土類酸化物層である。薄膜保護層は、Ｙ２Ｏ３及びＹ２Ｏ３系希土類酸化物複合材料、Ｅｒ２Ｏ３及びＥｒ２Ｏ３系希土類酸化物複合材料、Ｇｄ２Ｏ３及びＧｄ２Ｏ３系希土類酸化物複合材料、Ｎｄ２Ｏ３及びＮｄ２Ｏ３系セラミックス、Ｅｒ系希土類酸化物複合材料、Ｇａ系希土類酸化物複合材料、又はＡｌＮを含むことができる。様々な実施形態では、薄膜保護層は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２（ＥＡＧ）、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２（ＧＡＧ）、ＹＡｌＯ３（ＹＡＰ）、Ｅｒ４Ａｌ２Ｏ９（ＥＡＭ）、ＥｒＡｌＯ３（ＥＡＰ）、Ｇｄ４Ａｌ２Ｏ９（ＧｄＡＭ）、ＧｄＡｌＯ３（ＧｄＡＰ）、Ｎｄ３Ａｌ５Ｏ１２（ＮｄＡＧ）、Ｎｄ４Ａｌ２Ｏ９（ＮｄＡＭ）、ＮｄＡｌＯ３（ＮＤＡＰ）、及び／又は、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物から構成される。薄膜保護層はまた、Ｅｒ−Ｙ組成物（例えば、Ｅｒを８０重量％、及びＹを２０重量％）、Ｅｒ−Ａｌ−Ｙ組成物（例えば、Ｅｒを７０重量％、Ａｌを１０重量％、及びＹを２０重量％）、ＥＲ−Ｙ−Ｚｒ系組成物（例えば、Ｅｒを７０重量％、Ｙを２０重量％、及びＺｒを１０重量％）、又はＥｒ−Ａｌ組成物（例えば、Ｅｒを８０重量％、及びＡｌを２０重量％）を含むこともできる。なお、重量％は重量百分率を意味する。対称的に、モル％は、モル分率である。
薄膜保護層はまた、上記セラミックスのいずれかによって形成された固溶体に基づくことができる。Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物を参照すると、一実施形態では、セラミックス化合物は、６２．９３モル比（モル％）のＹ２Ｏ３と、２３．２３モル％のＺｒＯ２と、１３．９４モル％のＡｌ２Ｏ３を含む。別の一実施形態では、セラミックス化合物は、５０〜７５モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、１０〜３０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、１０〜３０モル％の範囲内のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。別の一実施形態では、セラミックス化合物は、４０〜１００モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、０〜６０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、０〜１０モル％の範囲内のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。別の一実施形態では、セラミックス化合物は、４０〜６０モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、３０〜５０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、１０〜２０モル％の範囲内のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。別の一実施形態では、セラミックス化合物は、４０〜５０モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、２０〜４０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、２０〜４０モル％の範囲内のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。別の一実施形態では、セラミックス化合物は、７０〜９０モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、０〜２０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、１０〜２０モル％の範囲内のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。別の一実施形態では、セラミックス化合物は、６０〜８０モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、０〜１０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、２０〜４０モル％の範囲内のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。別の一実施形態では、セラミックス化合物は、４０〜６０モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、０〜２０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、３０〜４０モル％の範囲内のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。他の実施形態では、他の配分もまた、セラミックス化合物のために使用することができる。
一実施形態では、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、及びＳｉＯ２の組み合わせを含む代替セラミックス化合物が、保護層用に使用される。一実施形態では、代替セラミックス化合物は、４０〜４５モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、０〜１０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、３５〜４０モル％の範囲内のＥｒ２Ｏ３と、５〜１０モル％の範囲内のＧｄ２Ｏ３と、５〜１５モル％の範囲内のＳｉＯ２を含むことができる。第１実施例では、代替セラミックス化合物は、４０モル％のＹ２Ｏ３、５モル％のＺｒＯ２、３５モル％のＥｒ２Ｏ３、５モル％Ｇｄ２Ｏ３、及び１５モル％のＳｉＯ２を含む。第２実施例では、代替セラミックス化合物は、４５モル％のＹ２Ｏ３、５モル％のＺｒＯ２、３５モル％のＥｒ２Ｏ３、１０モル％Ｇｄ２Ｏ３、及び５モル％のＳｉＯ２を含む。第３実施例では、代替セラミックス化合物は、４０モル％のＹ２Ｏ３、５モル％のＺｒＯ２、４０モル％のＥｒ２Ｏ３、７モル％Ｇｄ２Ｏ３、及び８モル％のＳｉＯ２を含む。
一実施形態では、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｅｒ２Ｏ３、及びＡｌ２Ｏ３の組み合わせを含む代替セラミックス化合物が、保護層用に使用される。一実施形態では、代替セラミックス化合物は、２５モル％のＹ２Ｏ３と、２５モル％のＺｒＯ２と、２５モル％のＥｒ２Ｏ３と、２５モル％のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。
一実施形態では、Ｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、及びＡｌ２Ｏ３の組み合わせを含む代替セラミックス化合物が、保護層用に使用される。代替セラミックス化合物は、６．９〜２２．１モル％のＹ２Ｏ３と、１４．１〜４４．９モル％のＧｄ２Ｏ３と、３３．０〜７９モル％のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。一実施形態では、代替セラミックス化合物は、２２．１モル％のＹ２Ｏ３、４４．９モル％のＧｄ２Ｏ３、及び３３．０モル％のＡｌ２Ｏ３を含む。別の一実施形態では、代替セラミックス化合物は、１６．５モル％のＹ２Ｏ３、３３．５モル％のＧｄ２Ｏ３、及び５０．０モル％のＡｌ２Ｏ３を含む。別の一実施形態では、代替セラミックス化合物は、１２．５モル％のＹ２Ｏ３、２５．５モル％のＧｄ２Ｏ３、及び６２．０モル％のＡｌ２Ｏ３を含む。別の一実施形態では、代替セラミックス化合物は、６．９モル％のＹ２Ｏ３、１４．１モル％のＧｄ２Ｏ３、及び７９．０モル％のＡｌ２Ｏ３を含む。
上記薄膜保護層のいずれも、微量の他の材料（例えば、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、又は他の酸化物）を含んでもよい。
薄膜保護層は、酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックス、及び炭化物系セラミックスを含む異なるセラミックス物品上に塗布されたＩＡＤコーティングとすることができる。酸化物系セラミックスの例は、ＳｉＯ２（石英）、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３などを含む。炭化物系セラミックスの例は、ＳｉＣ、Ｓｉ−ＳｉＣなどを含む。窒化物系セラミックスの例は、ＡｌＮ、ＳｉＮなどを含む。薄膜保護層はまた、プラズマ溶射された保護層上に塗布されたＩＡＤコーティングとすることができる。プラズマ溶射された保護層は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２Ｏ３、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物、又は他のセラミックスとすることができる。
図示されるように、蓋１３０及びノズル１３２はそれぞれが、一実施形態に係る薄膜保護層１３３、１３４を有する。しかしながら、他のチャンバコンポーネント（例えば、上に列挙したもの）のいずれも、薄膜保護層もまた含むことができることを理解すべきである。例えば、処理チャンバ１００の内側ライナー及び／又は外側ライナーは、薄膜保護層を含むことができる。
一実施形態では、処理チャンバ１００は、内部容積１０６を囲むチャンバ本体１０２及び蓋１３０を含む。蓋１３０は、その中心に穴を有し、ノズル１３２を穴に挿入することができる。チャンバ本体１０２は、アルミニウム、ステンレス鋼、又は他の適切な材料から製造することができる。チャンバ本体１０２は、一般的に、側壁１０８及び底部１１０を含む。蓋１３０、ノズル１３２、側壁１０８、及び／又は底部１１０のいずれも、プラズマ溶射された保護層及び／又はプラズマ溶射された保護層上のトップコートとしての役割を果たすことができる薄膜保護層を含むことができる。
外側ライナー１１６は、チャンバ本体１０２を保護するために、側壁１０８に隣接して配置することができる。外側ライナー１１６は、プラズマ蒸着された保護層及び／又は薄膜保護層を含むことができる。一実施形態では、外側ライナー１１６は、酸化アルミニウムから製造される。一実施形態では、外側ライナー１１６は、プラズマ溶射されたＹ２Ｏ３保護層を有するアルミニウム合金（例えば、６０６１アルミニウム）から製造される。薄膜保護層は、外側ライナー上のＹ２Ｏ３保護層上のトップコートとしての役割を果たすことができる。
排気口１２６は、チャンバ本体１０２内に形成されることができ、内部容積１０６をポンプシステム１２８に結合することができる。ポンプシステム１２８は、排気して処理チャンバ１００の内部容積１０６の圧力を調整するために使用される１以上のポンプ及びスロットルバルブを含むことができる。
蓋１３０は、チャンバ本体１０２の側壁１０８に支持させることができる。蓋１３０は、処理チャンバ１００の内部容積１０６へのアクセスを可能にするために開くことができ、閉じると同時に処理チャンバ１００に対するシールを提供することができる。ガスパネル１５８は、処理チャンバ１００に結合され、これによってノズル１３２を通して内部容積１０６に処理ガス及び／又は洗浄ガスを提供することができる。蓋１３０は、セラミックス（例えば、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＡＧ、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ−ＳｉＣ、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物）とすることができる。ノズル１３２もまた、セラミックス（例えば、蓋用に挙げたこれらのセラミックスのいずれか）とすることができる。蓋１３０及び／又はノズル１３２はそれぞれ、薄膜保護層１３３、１３４でコーティングすることができる。
処理チャンバ１００内で基板を処理するために使用することができる処理ガスの例は、ハロゲン含有ガス（例えば、とりわけ、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒ、ＮＦ３、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ３、Ｆ、ＮＦ３、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＢＣｌ３、及びＳｉＦ４）及び他のガス（例えば、Ｏ２、又はＮ２Ｏ）を含む。キャリアガスの例は、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、及び処理ガスに不活性な他のガス（例えば、非反応性ガス）を含む。基板支持アセンブリ１４８は、蓋１３０の下の処理チャンバ１００の内部容積１０６内に配置される。基板支持アセンブリ１４８は、処理中に基板１４４を保持する。リング１４６（例えば、単一リング）は、静電チャック１５０の一部を覆うことができ、処理中に覆われた部分をプラズマへの曝露から保護することができる。リング１４６は、一実施形態では、シリコン又は石英とすることができる。
内側ライナー１１８は、基板支持アセンブリ１４８の周縁部上で被覆されてもよい。内側ライナー１１８は、ハロゲン含有ガスレジスト材料（例えば、外側ライナー１１６を参照して説明したもの）とすることができる。一実施形態では、内側ライナー１１８は、外側ライナー１１６と同一の材料から製造することができる。また、内側ライナー１１８は、プラズマ溶射された保護層及び／又はＩＡＤ堆積された薄膜保護層で被覆することができる
一実施形態では、基板支持アセンブリ１４８は、台座１５２を支持する取付板１６２と、静電チャック１５０を含む。静電チャック１５０は、熱伝導性ベース１６４と、接着剤１３８（一実施形態では、シリコーン接着剤とすることができる）によって熱伝導性ベースに接合された静電パック１６６を更に含む。取付板１６２は、チャンバ本体１０２の底部１１０に結合され、ユーティリティ（例えば、流体、電力線、センサリード線など）を熱導電性ベース１６４及び静電パック１６６へルーティングするための通路を含む。
熱伝導性ベース１６４及び／又は静電パック１６６は、１以上のオプションの埋設された加熱素子１７６、埋設された熱絶縁体１７４、及び／又は導管１６８、１７０を含み、これによって支持アセンブリ１４８の横方向の温度プロファイルを制御することができる。導管１６８、１７０は、導管１６８、１７０を介して温度調節流体を循環させる流体源１７２に流体結合させることができる。埋設された熱絶縁体１７４は、一実施形態では、導管１６８、１７０間に配置することができる。ヒータ１７６は、ヒータ電源１７８によって調整される。導管１６８，１７０及びヒータ１７６は、熱伝導性ベース１６４の温度を制御するために利用され、これによって静電パック１６６及び処理される基板（例えば、ウェハ）を加熱及び／又は冷却することができる。静電パック１６６及び熱伝導性ベース１６４の温度は、コントローラ１９５を使用して監視することができる複数の温度センサ１９０、１９２を使用して監視することができる。
静電パック１６６は、複数のガス通路（例えば、溝、メサ、及びパック１６６の上面内に形成可能な他の表面構造）を更に含むことができる。ガス通路は、パック１６６内に開けられた穴を介して熱伝達（又は裏面）ガス（例えばＨｅ）の供給源に流体結合させることができる。稼働時には、裏面ガスは制御された圧力でガス通路内へ供給され、これによって静電パック１６６と基板１４４との間の熱伝達を向上させることができる。
静電パック１６６は、チャッキング電源１８２によって制御された少なくとも１つのクランピング電極１８０を含む。電極１８０（又はパック１６６又はベース１６４内に配置された他の電極）は、処理チャンバ１００内で処理ガス及び／又は他のガスから形成されたプラズマを維持するために整合回路１８８を介して１以上のＲＦ電源１８４、１８６に更に結合させることができる。電源１８４、１８６は、一般的に、約５０ｋＨｚ〜約３ＧＨｚの周波数及び最大約１００００ワットの電力を有するＲＦ信号を生成することができる。
図２Ａは、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）及びＰＶＤなどの高エネルギー粒子を利用した様々な堆積技術に適用可能な堆積メカニズムを示す。いくつかの実施形態は、ＩＡＤを参照して説明される。しかしながら、代替の実施形態はまた、ＰＶＤ堆積法でも使用することができることを理解すべきである。典型的なＩＡＤ法は、イオン衝突を組み込む堆積プロセス（例えば、耐プラズマ性コーティングを形成するためのイオン衝突の存在下での蒸着（例えば、活性化反応性蒸着法（ＡＲＥ）又は電子ビームイオンアシスト蒸着（ＥＢ−ＩＡＤ））及びスパッタリング（例えば、イオンビームスパッタリングイオンアシスト蒸着（ＩＢＳ−ＩＡＤ）））を含む。ＥＢ−ＩＡＤは、蒸着によって実行することができる。ＩＢＳ−ＩＡＤは、固体ターゲット材料をスパッタリングすることによって実行することができる。
図示されるように、薄膜保護層２１５は、イオン（例えば、酸素イオン又は窒素イオン）などの高エネルギー粒子２０３の存在下で堆積材料２０２の蓄積によって物品２１０上に又は複数の物品２１０Ａ、２１０Ｂ上に形成される。物品２１０Ａ、２１０Ｂは、金属（例えば、アルミニウム合金、ステンレス鋼など）、セラミックス（例えば、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＯ２など）、又は高分子系材料とすることができる。物品２１０Ａ、２１０Ｂは、少なくとも１つの表面にプラズマ溶射コーティング（例えば、Ｙ２Ｏ３コーティング）を既に有していてもよい。ＩＡＤ又はＰＶＤプロセスは、プラズマ溶射コーティングの上にトップコートを提供するために実行してもよい。
堆積材料２０２は、原子、イオン、ラジカルなどを含むことができる。高エネルギー粒子２０３は、薄膜保護層２１５が形成されるとき、薄膜保護層２１５に衝突し、圧縮することができる。ＩＡＤ又はＰＶＤ法のいずれも、反応性ガス種（例えば、Ｏ２、Ｎ２、ハロゲンなど）の存在下で実行することができる。このような反応種は、堆積の前及び／又は堆積中に表面の有機汚染物質を焼失させることができる。
一実施形態では、薄膜保護層２１５を形成するために、ＥＢ−ＩＡＤが利用される。別の一実施形態では、ＩＢＳ−ＩＡＤが、薄膜保護層２１５を形成するために利用される。あるいはまた、ＰＶＤが、薄膜保護層２１５を形成するために利用される。図２Ｂは、ＩＡＤ堆積装置の概略図を示している。図示されるように、材料源２５０は、堆積材料２０２のフラックスを提供し、一方、高エネルギー粒子源２５５は、高エネルギー粒子２０３のフラックスを提供し、これらの両方とも、ＩＡＤプロセスを通して物品２１０、２１０Ａ、２１０Ｂに衝突する。高エネルギー粒子源２５５は、酸素、窒素、又は他のイオン源とすることができる。高エネルギー粒子源２５５はまた、粒子の発生源由来（例えば、プラズマ、反応性ガス由来、又は堆積材料を提供する材料源由来）の他の種類の高エネルギー粒子（例えば、不活性ラジカル、中性子原子、及びナノサイズ粒子）を提供することができる。
ＩＡＤコーティングターゲット材料は、か焼粉末、予め形成された（例えば、グリーン体プレス、ホットプレスなどによって形成された）塊、（例えば、５０〜１００％の密度を有する）焼結体、又は（例えば、セラミックス、金属、又は金属合金とすることができる）機械加工体とすることができる。一実施形態では、堆積材料を提供するために使用される材料源（例えば、ターゲット本体）は、薄膜保護層２１５を構成する同じセラミックスに対応するセラミックスである。一実施形態では、材料源は、薄膜保護層２１５を構成する同じセラミックスに対応するバルク焼結セラミックスである。例えば、材料源は、バルク焼結セラミックス複合体、又はバルク焼結ＹＡＧ、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、又はＧｄ３Ａｌ５Ｏ１２、又は上述した他のセラミックスとすることができる。他のターゲット材料（例えば、粉末、か焼粉末、予め成形された（例えば、グリーン体プレス又はホットプレスによって形成された）材料、又は機械加工体（例えば、溶融材料）もまた使用することができる。材料源２５０の異なる種類のすべてが、堆積中に溶融材料源に溶融される。しかしながら、出発物質の異なる種類は、溶融するのに異なる時間量が掛かる。溶融材料及び／又は機械加工体は、最も速く溶かすことができる。予め成形された材料は、溶融材料よりもゆっくり溶け、か焼粉末は、予め成形された材料よりもゆっくり溶け、標準粉末は、か焼粉末よりもゆっくりと溶ける。
別の一実施形態では、堆積材料を提供するために使用される材料源（例えば、ターゲット本体）は、金属ターゲットである。セラミックスターゲットではなく金属ターゲットの使用は、典型的には、ＩＡＤ又はＰＶＤ堆積された層の堆積速度を増加させる。金属ターゲット材料は、蒸発又はスパッタリングさせることができ、セラミックス層を形成するために、インサイチューで１以上のガスと反応することができる。一実施形態では、酸素又は窒素ラジカルが、ＩＡＤ堆積中に堆積チャンバ内に流される。蒸発又はスパッタリングされた金属は、酸化物又は窒化物セラミックス層を形成するために、酸素又は窒素ラジカルと反応する。例えば、イットリウム金属ターゲットを、蒸発又はスパッタリングさせることができ、Ｙ２Ｏ３のＩＡＤ堆積層を形成するために、酸素ラジカルと反応することができる。別の一例では、アルミニウム金属ターゲットは、蒸発又はスパッタリングさせ、ＡｌＮのＩＡＤ堆積層を形成するために、窒素ラジカルと反応する。ターゲットとして使用することができる他の例の希土類金属は、アルミニウム、エルビウム、及びガドリニウムを含む。
複合酸化物組成物を形成するために、種々の金属合金が、ターゲット材料として使用可能である。耐プラズマ性希土類酸化物層を堆積させるために使用することができるいくつかの例の金属合金は、イットリウム・ジルコニウム合金、イットリウム・ジルコニウム・アルミニウム合金、エルビウム・アルミニウム合金、ガドリニウム・アルミニウム合金、イットリウム・エルビウム・ジルコニウム・アルミニウム合金、イットリウム・エルビウム・ジルコニウム・ガドリニウム・シリコン合金、及びイットリウム・ガドリニウム・アルミニウム合金を含む。
形成される薄膜保護層２１５中の酸素含有量又は窒素含有量を制御するために、酸素又は窒素ラジカルの流量を調整することができる。一実施形態では、酸素又は窒素ラジカルの低い流速が最初に使用され、これによって低濃度の酸素又は窒素を有する金属系コーティングを堆積させる。これは、薄膜保護層２１５と物品２１０との間の物理的特性の違いによって誘導される任意の不整合応力を最小化又は排除することができる。堆積プロセスが続くにつれて、酸素又は窒素ラジカルの流量は、徐々に増加させることができる。流量は、例えば、堆積プロセスの間に、直線的に、指数関数的に、又は対数的に、増加させることができる。その後、薄膜保護層２１５の上部は、酸素又は窒素の高い濃度を有し、酸化物又は窒化物とすることができる。例えば、堆積は、Ａｌ金属を蒸発させることにより、アルミニウム合金からなる基板上で開始することができる。酸素の最小濃度による本質的にアルミニウムコーティングの堆積を１μｍした後に、チャンバ内の酸素ラジカルの濃度を増加させることができ、これによって堆積のもう１μｍを、酸素のより大きな濃度を有するＡｌとして、チャンバ内の酸素ラジカルの濃度は、更に増加して、コーティングの残りをＡｌ２Ｏ３にすることができる。イオンアシストはまた、中性イオン（例えばＡｒ）を含むことができる。蒸発及び堆積時に、材料が酸素を失った場合、酸素欠損は、チャンバ内に酸素を流出させることによって補償することができる。
ＩＡＤは、材料及び高エネルギーイオン源を提供するために、１以上のプラズマ又はビーム（例えば、電子ビーム）を利用することができる。反応種もまた、耐プラズマ性コーティングの堆積中に供給することができる。一実施形態では、高エネルギー粒子２０３は、非反応種（例えば、Ａｒ）又は反応種（例えば、Ｏ又はＮ）のうちの少なくとも１つを含む。例えば、酸素イオン又は窒素イオンは、ＩＡＤ堆積中に物品２１０に衝突させるために使用することができる。これらの酸素又は窒素イオンは、インサイチューで蒸発した又はスパッタリングされた金属と更に反応する可能性がある。酸素又は窒素イオンの衝突は、インサイチューで蒸発した又はスパッタリングされた金属と反応するために、処理チャンバ内に酸素又は窒素ラジカルを流すことの代わりに、又はそれに加えて使用してもよい。
更なる実施形態では、反応種（例えば、ＣＯ）及びハロゲン（Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒなど）もまた、耐プラズマコーティングの形成中に導入し、これによって薄膜保護層２１５に最も弱く結合された堆積材料を選択的に除去する傾向を更に高めることができる。
ＩＡＤプロセスによって、高エネルギー粒子２０３は、高エネルギーイオン（又は他の粒子）源２５５によって、他の堆積パラメータとは独立して制御することができる。エネルギー（例えば、速度）、高エネルギーイオンフラックスの密度及び入射角は、薄膜保護層の組成、構造、結晶配向及び粒径を制御するために調整することができる。調整可能な追加のパラメータは、堆積中の物品の温度、並びに堆積の期間である。
イオンアシストエネルギーは、コーティングを高密度化し、基板の表面上への材料の堆積を加速するために使用される。イオンアシストエネルギーは、イオン源の電圧と電流の両方を使用して変更することができる。電圧と電流は、コーティングの応力と、コーティングの結晶化度を操作するために、高い及び低いコーティング密度を達成するように調整することができる。イオンアシストエネルギーは、約５０〜５００ボルト（Ｖ）及び約１〜５０アンペア（Ａ）の範囲とすることができる。イオンアシストエネルギーはまた、コーティングの化学量論を意図的に変更するために使用することができる。例えば、金属ターゲットは、堆積中に使用することができ、金属酸化物に転換される。
コーティング温度は、堆積チャンバ及び／又は基板を加熱するためのヒータを使用し、堆積速度を調節することによって制御することができる。一実施形態では、ＩＡＤ堆積チャンバ（及びその中の物品）は、堆積前に１６０℃以上の開始温度まで加熱される。一実施形態では、開始温度は、１６０℃〜５００℃である。一実施形態では、開始温度は、２００℃〜２７０℃である。その後、チャンバ及び物品の温度は、堆積中、開始温度に維持することができる。一実施形態では、ＩＡＤチャンバは、加熱を行う加熱ランプを含む。代替実施形態では、ＩＡＤチャンバ及び物品は、加熱されない。チャンバが加熱されない場合、ＩＡＤプロセスの結果として、自然に約１６０℃まで温度が上昇する。堆積中のより高い温度は、保護層の密度を高めることができるが、保護層の機械的応力もまた増大させる可能性がある。能動冷却は、コーティング中に低い温度を維持するためにチャンバに加えることができる。一実施形態では、１６０℃以下で最低０℃までの任意の温度で、低温を維持することができる。一実施形態では、物品は、堆積中に、１５０℃以下の温度を維持するために冷却される。ＩＡＤ堆積中にプラズマ溶射保護層が物品から剥離するのを防止するために、物品は１５０℃以下に維持することができる。堆積温度は、膜応力、結晶化度、及び他のコーティング特性を調整することために使用することができる。
調整することができる追加のパラメータは、作動距離２７０及び入射角度２７２である。作動距離２７０は、材料源２５０と物品２１０Ａ、２１０Ｂとの間の距離である。一実施形態では、作動距離は、０．２〜２．０メートルであり、特定の一実施形態では、作動距離は１．０メートル以下である。作動距離を減少させると、堆積速度が増加し、イオンエネルギーの有効性が増加する。しかしながら、特定の点よりも下に作動距離を減少させると、保護層の均一性を低下させる可能性がある。最も高い均一性を有するコーティングを達成するために、作動距離は変えることができる。また、作動距離は、堆積速度及びコーティングの密度に影響を与える可能性がある。一実施形態では、１．０メートル未満の作動距離が使用され、これによって薄膜保護層内に最大５〜１０％の不均一性を導入することを犠牲にして増加した堆積速度を提供する。
入射角は、堆積材料２０２が物品２１０Ａ、２１０Ｂに衝突する角度である。入射角は、基板の位置及び／又は向きを変えることによって変更することができる。一実施形態では、入射角は、１０〜９０度であり、特定の一実施形態では、入射角は約３０度である。入射角を最適化することにより、三次元幾何学的形状内の均一なコーティングを達成することができる。
ＩＡＤコーティングは、約０．５マイクロインチ（μｉｎ）から約１８０μｉｎまでの粗さを有する表面状態の広い範囲の上に塗布することができる。しかしながら、より滑らかな表面は、均一なコーティングによる被覆を促進する。コーティングの厚さは、最大約１０００ミクロン（μｍ）とすることができる。製造時に、コンポーネント上のコーティングの厚さは、意図的に、コーティング層スタックの底部に、希土類酸化物系の着色剤（例えば、Ｎｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３など）を添加することによって評価することができる。厚さはまた、偏光解析法を用いて正確に測定することができる。
ＩＡＤコーティングは、コーティングを作成するために使用される希土類酸化物複合材料に応じてアモルファス又は結晶性とすることができる。例えば、ＥＡＧ及びＹＡＧは、アモルファスコーティングであり、一方、Ｅｒ２Ｏ３及びＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物は、典型的には結晶性である。アモルファスコーティングは、より適合性があり（コンフォーマルであり）、格子不整合に誘導されるエピタキシャルな亀裂を減らし、一方、結晶性コーティングは、耐食性がより高い。
コーティング構造は、二層又は多層構造とすることができる。二層構造では、エピタキシャルな亀裂を最小化するためにアモルファス層をバッファ層として堆積し、続いて耐食性とすることができる結晶性の層を最上部に堆積することができる。多層設計では、層材料は、基板から最上層まで滑らかな熱勾配を生じさせるために使用することができる。
複数の電子ビーム（ｅ−ビーム）銃を用いた複数のターゲットの共蒸着は、より厚いコーティング並びに層構造を作成するために達成することができる。例えば、同一の材料タイプを有する２つのターゲットを同時に使用することができる。各ターゲットは、異なる電子ビーム銃によって衝突させることができる。これは、堆積速度と保護層の厚さを増加させることができる。別の一実施例では、２つのターゲットは、異なるセラミックス材料又は異なる金属材料とすることができる。第１の電子ビーム銃は、第１の保護層を堆積させるために第１のターゲットに衝突させることができ、第２の電子ビーム銃は、その後、第１の保護層とは異なる材料組成を有する第２の保護層を形成するために、第２のターゲットに衝突させることができる。あるいはまた、２つの電子ビーム銃は、２つのターゲットに同時に衝突し、これによって複雑なセラミックス化合物を作ることができる。したがって、複雑なセラミックス化合物を形成するために、単一の金属合金ではなく、２つの異なる金属ターゲットを使用することができる。
コーティング後の熱処理は、改善されたコーティング特性を達成するために使用することができる。例えば、それは、より高い耐食性を有する結晶性コーティングにアモルファスコーティングを変質させるために使用することができる。別の一実施例は、反応ゾーン又は遷移層を形成することによりコーティングの基板への接合強度を改善するためのものである。
一実施形態では、物品が、ＩＡＤチャンバ内で並列に処理される。例えば、一実施形態では、最大５つの蓋及び／又はノズルを、並列に処理することができる。各物品は、異なる固定具によって支持することができる。あるいはまた、単一の固定具が、複数の物品を保持するように構成されてもよい。固定具は、堆積中に支持されている物品を移動させることができる。
一実施形態では、物品（例えば、チャンバライナー）を保持するための固定具は、金属コンポーネント（例えば、冷間圧延鋼）又はセラミックス（例えば、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３）などから設計することができる。固定具は、材料源及び電子ビーム銃の上又は下でチャンバライナーを支持するために使用することができる。固定具は、より安全かつ簡単にハンドリングするため、並びにコーティング中に、蓋及びノズルをチャックするためのチャッキング機能を有することができる。また、固定具は、チャンバライナーの向きを変える、又は位置合わせする機能を有することができる。一実施形態では、固定具は、支持されたチャンバライナーの向きを原材料へと変えるために再配置及び／又は１以上の軸の周りに回転させることができる。固定具はまた、堆積前及び／又は堆積中に、作動距離及び／又は入射角を変更するために再配置することができる。固定具は、コーティング中に物品の温度を制御するための冷却又は加熱チャネルを有することができる。ＩＡＤは直進的プロセスであるので、チャンバライナーを再配置し回転させる機能は、３Ｄ表面（例えば、穴）の最大コーティング被覆を可能にするかもしれない。
表１は、９２％のＡｌ２Ｏ３（アルミナ）の基板に対する、及び９２％のＡｌ２Ｏ３の基板を被覆する様々なＩＡＤ薄膜保護層に対する材料特性を示す。表中の「Ｃ」は、結晶構造を表し、「Ａ」は、非晶質構造を表す。図示のように、アルミナ基板は、３６３ボルト／ミル（Ｖ／ｍｉｌ）の絶縁破壊電圧を有する。対照的に、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むＩＡＤ堆積されたセラミックス化合物の５ミクロン（μｍ）のコーティングは、（アルミナに対する３６３ボルト／ミルの正規化された値よりもはるかに大きい）４２７Ｖの絶縁破壊電圧を有する。ＩＡＤ堆積されたＹＡＧの５μｍのコーティングは、１２２３Ｖの絶縁破壊電圧を有する。ＩＡＤ堆積されたＥｒ２Ｏ３の５μｍのコーティングは、５２７Ｖの絶縁破壊電圧を有する。ＩＡＤ堆積されたＥＡＧの５μｍのコーティングは、９００Ｖの絶縁破壊電圧を有する。ＩＡＤ堆積されたＹ２Ｏ３の５μｍのコーティングは、１０３２Ｖの絶縁破壊電圧を有する。ＩＡＤ堆積されたＹＺ２０の５μｍのコーティングは、４２３Ｖの絶縁破壊電圧を有する。
アルミナの体積抵抗率は、室温で約０．０１×１０１６（０．０１Ｅ１６）Ω・ｃｍである。セラミックス化合物薄膜保護層の体積抵抗率は、室温で約４．１Ｅ１６Ω・ｃｍであり、ＹＡＧ薄膜保護層の体積抵抗率は、室温で約１１．３Ｅ１６Ω・ｃｍである。
アルミナの誘電率は、約９．２であり、セラミックス化合物薄膜の誘電率は、約９．８３であり、ＹＡＧ薄膜の誘電率は、約９．７６であり、Ｅｒ２Ｏ３薄膜の誘電率は、約９．６７であり、ＥＡＧ薄膜の誘電率は約９．５４である。アルミナの損失正接は、約５Ｅ−４であり、セラミックス化合物薄膜の損失正接は、約４Ｅ−４であり、ＹＡＧ薄膜の損失正接は、約４Ｅ−４であり、Ｅｒ２Ｏ３薄膜の損失正接は、約４Ｅ−４であり、ＥＡＧ薄膜の損失正接は、約４Ｅ−４である。９２％アルミナの熱伝導率は、約１８Ｗ／ｍ・Ｋである。９２％アルミナ上のセラミックス化合物薄膜の５μｍコーティングのスタックの熱伝導率は、約１９．９Ｗ／ｍ・Ｋである。９２％アルミナ上のＹＡＧ薄膜の５μｍコーティングのスタックの熱伝導率は、約２０．１Ｗ／ｍ・Ｋである。９２％アルミナ上のＥｒ２Ｏ３薄膜の５μｍコーティングのスタックの熱伝導率は、約１９．４Ｗ／ｍ・Ｋである。９２％アルミナ上のＥＡＧ薄膜の５μｍコーティングのスタックの熱伝導率は、約１９．２Ｗ／ｍ・Ｋである。
アルミナ基板は、一実施形態では約８〜１６マイクロインチの初期粗さを有することができ、その初期粗さは、薄膜保護層のすべてでほぼ変わらなくすることができる。一例では、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物のプラズマ溶射コーティングを有する物品は、比較的高い表面粗さを有する。プラズマ溶射コーティングの表面は、２１１マイクロインチ（μｉｎｃｈ）の算術平均うねり（Ｗａ）及び標準偏差（ＳＴＤＥＶ）が４３、２３０μｉｎｃｈの算術平均粗さ（Ｒａ）及びＳＴＤＥＶが１４、２７２μｍの平均長さ（ＲＳｍ）及びＳＴＤＥＶが６９、１９μｍの標準高さ（Ｒｃ）及びＳＴＤＥＶが５、及び１，７２６，３３０μｍ２の表面積及び標準偏差が３７，３３６を有することができる。Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物の５μｍ厚の薄膜保護層の堆積後、これらの粗さの測定値の各々は、低減させることができる。提供された例では、Ｗａは１８７μｉｎｃｈ（ＳＴＤＥＶは３５）まで低減し、Ｒａは１９１μｉｎｃｈ（ＳＴＤＥＶは３０）まで低減し、ＲＳｍは１７８μｍ（ＳＴＤＥＶは３４）まで低減し、Ｒｃは１７μｍ（ＳＴＤＥＶは３．７）まで低減し、及び表面積は１，６９５，０４５μｍ２（ＳＴＤＥＶは２５８，９００）まで低減している。Ｗａは、うねりの凹凸の平均絶対偏差を測定する。Ｒａは、粗さの凹凸の平均絶対偏差を測定する。Ｓａは、曲線の表面積を測定する。Ｒｃは、曲線要素内の高さの平均値を測定する。ＲＳｍは、曲線要素の長さの平均値を測定する。
アルミナ基板への薄膜保護層の接着強度は、セラミックス化合物薄膜に対して２８メガパスカル（ＭＰａ）を超え、ＹＡＧ薄膜に対して３２ＭＰａを超えることができる。接着強度は、基板から薄膜保護層を分離するために使用される力の量を測定することによって決定することができる。ヘルミシティは、薄膜保護層を用いて達成することができるシール能力を測定する。図示されるように、アルミナを使用して約１Ｅ−６立方センチメートル毎秒（ｃｍ３／ｓ）のＨｅ漏れ速度を達成でき、セラミックス化合物を使用して約１．２Ｅ−９のＨｅ漏れ速度を達成でき、ＹＡＧを使用して約４．４Ｅ−１０のＨｅ漏れ速度を達成でき、Ｅｒ２Ｏ３を使用して約５．５Ｅ−９のＨｅ漏れ速度を達成でき、ＹＺ２０を使用して約１．６Ｅ−７のＨｅ漏れ速度を達成でき、ＥＡＧを使用して約９．５Ｅ−１０のＨｅ漏れ速度を達成できる。より低いＨｅ漏れ速度は、改善されたシールを示す。実施例の薄膜保護層の各々は、典型的なＡｌ２Ｏ３よりも低いＨｅ漏れ速度を有する。
Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、及び、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物の各々は、プラズマ処理中に摩耗に耐えることができる高い硬度を有する。図示されるように、アルミナは、約１２．１４ギガパスカル（ＧＰａ）のビッカース硬さ（５ｋｇｆ）を有し、セラミックス化合物は、約７．８２５ＧＰａでの硬度を有し、ＹＡＧは、約８．５ＧＰａの硬度を有し、Ｅｒ２Ｏ３は、約５．００９ＧＰａの硬度を有し、ＹＺ２０は、約５．９８ＧＰａの硬度を有し、ＥＡＧは、約９．０５７ＧＰａの硬度を有する。アルミナの測定された摩耗速度は、高周波時間当り約０．２ナノメートル（ｎｍ／ＲＦ時間）、セラミックス化合物の摩耗速度は、約０．１４ｎｍ／ＲＦ時間、Ｅｒ２Ｏ３の摩耗速度は、約０．１１３ｎｍ／ＲＦ時間、ＥＡＧの摩耗速度は、約０．１７６ｎｍ／ＲＦ時間である。
なお、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、及びセラミックス化合物は、いくつかの実施形態では、上で特定される材料の特性及び特徴が、最大３０％変化できるように改質することができることに留意すべきである。したがって、これらの材料特性に対して記載された値は、実施例の達成可能な値として理解されるべきである。本明細書内で記載されるセラミックス薄膜保護層は、提供された値に限定して解釈されるべきではない。
図３Ａ〜図４Ｃは、１以上の薄膜保護層によって覆われた物品（例えば、チャンバコンポーネント）の断面側面図を示す。図３Ａを参照すると、物品３００のベース又は本体３０５の少なくとも一部は、薄膜保護層３０８によってコーティングされる。物品３００は、チャンバコンポーネント（例えば、基板支持アセンブリ、静電チャック（ＥＳＣ）、リング（例えば、プロセスキットリング又は単一リング）、チャンバ壁、ベース、ガス分配板又はシャワーヘッド、チャンバライナー、ライナーキット、シールド、プラズマスクリーン、フローイコライザ、冷却ベース、チャンバビューポート、チャンバ蓋など）とすることができる。物品３００の本体３０５は、金属、セラミックス、金属−セラミックス複合材料、ポリマー、又はポリマー−セラミックス複合材料とすることができる。
様々なチャンバコンポーネントは、異なる材料から構成される。例えば、静電チャックは、陽極酸化アルミニウムベースに結合されたセラミックス（例えば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＴｉＯ（酸化チタン）、ＴｉＮ（窒化チタン）、又はＳｉＣ（炭化ケイ素））で構成することができる。Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、及び陽極酸化アルミニウムは、悪いプラズマ耐食性を有する。フッ素化学及び／又は還元化学を有するプラズマ環境に曝露された場合、静電チャックの静電パックは、処理の約５０高周波時間（ＲＦ時間）後に、劣化したウェハチャッキング、増加したＨｅ漏れ速度、ウェハの正面側及び裏面側の粒子生成、及びウェハ上の金属汚染を示す可能性がある。高周波時間は、処理の１時間である。
Ａｌ２Ｏ３は、高い曲げ強度と高い熱伝導率を有するので、導体エッチングプロセスに用いられるプラズマエッチング装置用の蓋は、Ａｌ２Ｏ３などの焼結セラミックスとすることができる。しかしながら、フッ素化学（化学物質）に曝露されるＡｌ２Ｏ３は、ウェハ上ＡｌＦ粒子並びにアルミニウム金属汚染を形成する。いくつかのチャンバ蓋は、粒子の生成及び金属汚染を最小限にするために、及び蓋の寿命を延長するために、プラズマ対向面に厚膜保護層を有する。しかしながら、大部分の厚膜コーティングは、ウェハ上の欠陥性能を低下させる可能性のある固有の亀裂及び細孔を有する。
プロセスキットリング及び単一リングは、他のチャンバコンポーネントを封止及び／又は保護するために使用され、通常は、石英又はシリコンから製造される。これらのリングは、均一なプラズマ密度（及び均一なエッチング）を確保するために、支持されている基板（例えば、ウェハ）の周りに配置することができる。しかしながら、石英及びシリコンは、様々なエッチング化学（例えば、プラズマエッチング化学）の下で非常に高い浸食速度を有する。また、このようなリングは、プラズマ化学に曝露される場合、粒子汚染を引き起こす可能性がある。プロセスキットリング及び単一リングはまた、焼結セラミックス（例えば、ＹＡＧ及び／又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物）からなることができる。
誘電体エッチングプロセスを実行するために使用されるエッチング装置用のシャワーヘッドは、通常、ＳｉＣフェースプレートに結合された陽極酸化アルミニウムで作られる。このようなシャワーヘッドは、フッ素を含むプラズマ化学に曝露されると、陽極酸化されたアルミニウムベースとのプラズマ相互作用に起因して、ＡｌＦを形成する可能性がある。また、陽極酸化アルミニウムベースの高い浸食速度は、アーク放電をもたらし、最終的にはシャワーヘッドのためのクリーニングの間の平均時間を減少させる可能性がある。
チャンバのビューポート（エンドポイントウィンドウとしても知られている）は、通常、石英又はサファイア製の透明なコンポーネントである。様々な光センサは、ビューポートによって保護可能であり、ビューポートを介して光センサの読み取りを行うことができる。また、ビューポートは、ユーザが処理中にウェハを視覚的に検査又は見ることを可能にするかもしれない。石英及びサファイアの両方は、悪いプラズマ耐食性を有している。プラズマ化学は、ビューポートを浸食し、粗面化するので、ビューポートの光学特性は変化する。例えば、ビューポートは、曇る可能性があり、及び／又はビューポートを通過した光信号は、歪む可能性がある。これは、正確な測定値を収集するための光学センサの能力を損なう可能性がある。しかしながら、厚膜保護層は、ビューポートでの使用に不適切な可能性があり、なぜなら、これらのコーティングは、ビューポートを閉塞する可能性があるからである。
チャンバライナーは、浸食及び腐食防止のためにプラズマ溶射イットリウム系コーティングによりアルミニウム合金（例えば、６０６１アルミニウム）から従来は作られている。プラズマ溶射コーティングは、かなりの量の亀裂、細孔、及び遊離粒子を有する粗い多孔性コーティングである。処理ガスは、アルミニウム合金と反応するために亀裂及び孔を介してプラズマ溶射コーティングを貫通することができる。これは、チャンバの内部に金属汚染を導入する。また、多孔性プラズマ溶射コーティングは、処理中に処理ガスを吸収することができる。処理ガスの吸収は、処理の開始時に発生する可能性があり、最初の数枚のウェハを処理するために利用可能な処理ガスの量を減少させる可能性がある。この効果は、「最初のウェハ効果」として知られている。最初のウェハ効果は、プラズマ溶射コーティングの上に薄膜保護層のトップコートを塗布することによって最小化又は除去することができる。
上で提供された例は、本明細書の実施形態に記載されるように、薄膜保護層を使用することによって性能を改善することができるほんのいくつかのチャンバコンポーネントを説明している。
図３Ａを再び参照すると、物品３００の本体３０５は、１以上の表面構造（例えば、図３Ａに示されるメサ）を含むことができる。静電チャックの場合は、表面構造は、メサ、シーリングバンド、ガスチャネル、ヘリウム穴などを含むことができる。シャワーヘッドの場合は、表面構造は、接着ライン、ガス分配用の数百又は数千の孔、ガス分配孔の周囲のディボット又はバンプなどを含むことができる。他のチャンバコンポーネントは、他の表面構造を有することができる。
本体３０５上に形成された薄膜保護層３０８は、本体３０５の表面構造に適合させることができる。図示のように、薄膜保護層３０８は、本体３０５の上面の相対形状を維持する（例えば、メサの形状を伝える）。また、薄膜コーティングは、シャワーヘッドの孔又は静電チャック内のＨｅ孔を塞がないように十分に薄くすることができる。一実施形態では、薄膜保護層３０８は、約１０００ミクロン以下の厚さを有する。一実施形態では、薄膜保護層３０８は、約５０ミクロン以下の厚さを有する。更なる一実施形態では、薄膜保護層は、約２０ミクロン以下の厚さを有する。更なる一実施形態では、薄膜保護層は、約０．５ミクロン〜約７ミクロンの間の厚さを有する。
薄膜保護層３０８は、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）プロセス又は物理蒸着（ＰＶＤ）プロセスを用いて、物品３００の本体３０５上に形成することができる堆積されたセラミックス層である。ＩＡＤ又はＰＶＤ堆積された薄膜保護層３０８は、（例えば、プラズマ溶射法又はスパッタリング法による膜応力と比較して）比較的低い膜応力を有することができる。比較的低い膜応力は、直径１２インチの本体に対して本体全体に亘って約５０ミクロン未満の曲率を有するように、本体３０５の下面を非常に平坦にすることができる。ＩＡＤ又はＰＶＤ堆積された薄膜保護層３０８は更に、１％未満である空孔率、いくつかの実施形態では、約０．１％未満である空孔率を有することができる。したがって、ＩＡＤ又はＰＶＤ堆積された保護層は、チャンバコンポーネントへの応用に対して性能上の利益を有することができる緻密な構造である。また、ＩＡＤ又はＰＶＤ堆積された薄膜保護層３０８は、本体３０５の上面を最初に粗面化する、又は他の時期を消費する表面準備工程を実行することなしに堆積させることができる。本体を粗面化することは、本体３０５の絶縁破壊電圧を低下させる可能性があるので、本体３０５を最初に粗面化することなく、薄膜保護層３０８を塗布することができるのは、いくつかの用途に対して（例えば、静電チャックに対して）有益である可能性がある。
図３Ｂは、薄膜保護層３５８によってコーティングされた本体３５５を有する物品３５０の一実施形態の断面側面図を示す。図示されるように、本体３５５は、構造（フィーチャー）を欠いていてもよい。一実施形態では、本体３５５は、薄膜保護層３５８の堆積前に研磨される。本体３５５内に構造を有するのではなく、構造は、薄膜保護層３５８内に形成することができる。例えば、薄膜保護層３５８は、マスクされ、次いでエッチング又はビーズブラストされ、これによって薄膜保護層３５８のマスクされていない部分を除去することができる。構造はまた、基板をマスクして、その後、薄いコーティングを塗布することによっても形成することができる。形成された構造は、メサ、チャネル、シールリング、（例えば、シャワーヘッドの）露出した接着ラインなどを含むことができる。また、穴は、例えば、レーザ穿孔によって、薄膜保護層に穿孔することができる。構造が薄膜保護層３５８内に形成される場合、薄膜保護層は、好ましくは、機能を収容するのに十分に大きい厚さを有するべきである。例えば、１２μｍのメサが薄膜保護層内に形成される場合、薄膜保護層３５８は、１２μｍよりも大きい厚さを有するべきである。他の実施形態では、いくつかの構造は、本体３５５内に形成することができ、他の構造は、薄膜保護層３５８内に形成することができる。
図４Ａは、本体４０５の少なくとも１つの表面をコーティングする厚い保護層４１０及び薄膜保護層４１５を有する物品４００の一実施形態の断面側面図を示す。厚い保護層４１０は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｙ２Ｏ３、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物とすることができる。他の耐プラズマ性セラミックスもまた、厚い保護層４１０用に使用することができる。
厚い保護層４１０は、本体４０５上に溶射（例えば、プラズマ溶射）された可能性のある厚膜保護層とすることができる。本体４０５の上面は、その上に厚膜保護層をプラズマ溶射する前に粗面化してもよい。粗面化は、例えば、本体４０５をビーズブラストすることによって実行することができる。本体の上面を粗面化することは、より良好な接着のために、プラズマ溶射された厚膜保護層と本体４０５との間に機械的結合を作成するためのアンカーポイントを提供する。厚膜保護層は、最大約２００ミクロン又はそれよりも厚い溶射厚さを有することができ、いくつかの実施形態では、約５０ミクロンの最終厚さまで研削することができる。プラズマ溶射厚膜保護層は、約２〜４％の空孔率を有することができる。
あるいはまた、厚い保護層４１０は、本体４０５に接合されたバルク焼結セラミックスすることができる。厚い保護層４１０は、例えば、約２００ミクロンの厚さを有する薄いセラミックスウェハとして提供することができる。
薄膜保護層４１５は、ＩＡＤ又はＰＶＤを使用して、厚い保護層４１０上に塗布することができる。薄膜保護層４１５は、トップコートとしての役割を果たすことができ、及び耐食性バリアとしての役割を果たし、厚い保護層４１０の露出面を封止する（例えば、厚い保護層４１０内の固有の表面亀裂及び細孔を封止する）ことができる。
図４Ｂは、物品４２０の本体４２５上に薄膜保護層スタック４３８が堆積された物品４２０の一実施形態の断面側面図を示す。薄膜保護層スタック４３８内の各薄膜保護層４３０、４３５は、上記のセラミックス材料のうちの１つとすることができる。一実施形態では、同一のセラミックス材料は、隣接する２つの薄膜保護層に対して使用されない。しかしながら、別の一実施形態では、隣接する層は、同じセラミックスで構成されてもよい。
図４Ｃは、厚い保護層４５０と、厚い保護層４５０上に堆積された薄膜保護層スタック４７０とを有する物品４４０の別の一実施形態の断面側面図を示す。
薄膜保護層スタック（例えば、図示したもの）は、任意の数の薄膜保護層を有することができる。スタック内の薄膜保護層は、全て同じ厚さを有することができる、又はそれらは、様々な厚さを有することができる。薄膜保護層の各々は、いくつかの実施形態では、約２０ミクロン未満、及び約１０ミクロン未満の厚さを有することができる。一実施例では、第１層４３０は、４ミクロンの厚さを有し、第２層４３５は、１ミクロンの厚さを有することができる。もしも第１層がアモルファスで、第２層が結晶性であるならば、そのような２層構造は、増強された耐食性を提供しながら、亀裂の発生の可能性を低減することができる。別の一実施例では、第１層４５５は、２ミクロンの厚さを有するＹＡＧ層とすることができ、第２層４６０は、１ミクロンの厚さを有する化合物セラミックス層とすることができ、第３層４６５は、１ミクロンの厚さを有するＹＡＧ層とすることができる。
使用するセラミックス層の数とセラミックス層の組成の選択は、所望のアプリケーション及び／又はコーティングされる物品の種類に基づいてもよい。ＩＡＤ及びＰＶＤによって形成されるＥＡＧ及びＹＡＧ薄膜保護層は、典型的には、アモルファス構造を有する。対照的に、ＩＡＤ及びＰＶＤ堆積された化合物セラミックス及びＥｒ２Ｏ３層は、典型的には、結晶又はナノ結晶構造を有する。結晶及びナノ結晶セラミックス層は、一般的に、アモルファスセラミックス層よりも高い耐食性とすることができる。しかしながら、いくつかの場合には、結晶構造又はナノ結晶構造を有する薄膜セラミックス層は、時折鉛直方向の亀裂（ほぼ膜厚方向で、コーティングされる面に対して略垂直に走る亀裂）を経験する可能性がある。このような鉛直方向の亀裂は、格子不整合に起因する可能性があり、プラズマ化学にとっての攻撃の点となる可能性がある。物品が加熱及び冷却されるたびに、薄膜保護層とそれを被覆する基板との間の熱膨張係数の不整合が、薄膜保護層に応力を生じさせる。このような応力は、鉛直方向の亀裂に集中する可能性がある。これは、薄膜保護層が、それを被覆する基板から最終的に剥離して離れることを引き起こす可能性がある。対照的に、鉛直方向の亀裂がない場合は、応力は、薄膜全域に亘ってほぼ均等に分散される。したがって、一実施形態では、薄膜保護層スタック４３８内の第１層４３０は、アモルファスセラミックス（例えば、ＹＡＧ又はＥＡＧ）であり、薄膜保護層スタック４３８内の第２層４３５は、結晶又はナノ結晶セラミックス（例えば、セラミックス化合物又はＥｒ２Ｏ３）である。そのような一実施形態では、第２層４３５は、第１層４３０に比べてより高い耐プラズマ性を提供することができる。本体４２５上に直接ではなく第１層４３０上に第２層４３５を形成することにより、第１層４３０は、バッファの役割を果たし、これによって後続の層の格子不整合を最小限に抑える。こうして、第２層４３５の寿命を増加させることができる。
別の一実施例では、本体、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物は、異なる熱膨張係数を有することができる。２つの隣接する材料間の熱膨張係数の不整合が大きければ大きいほど、それらの材料の一方が最終的に、割れ、剥がれ、又はそうでなければ他方の材料とのその結合を失う可能性がより大きくなる。保護層スタック４３８、４７０は、隣接する層間（又は層と本体４２５、４４５との間）の熱膨張係数の不整合を最小限にするように形成することができる。例えば、本体４０５は、アルミナとすることができ、ＥＡＧは、アルミナの熱膨張係数に最も近い熱膨張係数を有することができ、ＹＡＧの熱膨張係数がそれに続き、化合物セラミックスの熱膨張係数がそれに続く。したがって、一実施形態では、第１層４５５は、ＥＡＧとすることができ、第２層４６０は、ＹＡＧとすることができ、第３層４６５は、化合物セラミックスとすることができる。
別の一実施例では、保護層スタック４７０内の層は、２つの異なるセラミックスの交互層とすることができる。例えば、第１層４５５と第３層４６５は、ＹＡＧとすることができ、第２層４６０と第４層（図示せず）は、化合物セラミックスとすることができる。このような交互層は、交互層内で使用される一方の材料がアモルファスであり、交互層内で使用される他方の材料が結晶又はナノ結晶である場合に、上記のものと同様の利点を提供することができる。
いくつかの実施形態では、薄膜保護層スタック４３８、４７０内の１以上の層は、熱処理を用いて形成された遷移層である。本体４２５、４４５が、セラミックス体の場合は、薄膜保護層と本体との間の相互拡散を促進するために、高温熱処理を実行することができる。また、熱処理は、隣接する薄膜保護層間又は厚い保護層と薄膜保護層との間の相互拡散を促進するために実行してもよい。特に、遷移層は、非多孔質層とすることができる。遷移層は、２つのセラミックス間の拡散接合の役割を果たすことができ、隣接するセラミックス間の改善された接着性を提供することができる。これは、プラズマ処理中に保護層が割れる、剥離する、はがれるのを防止するのを助けることができる。
熱処理は、最長約２４時間（例えば、一実施形態では３〜６時間）の間、最高約１４００〜１６００℃の加熱処理とすることができる。これは、第１薄膜保護層と、隣接するセラミックス体、厚い保護層、又は第２薄膜保護層のうちの１以上との間に相互拡散層を作ることができる。セラミックス体がＡｌ２Ｏ３であり、保護層が化合物セラミックスＹ４Ａｌ２Ｏ９と固溶体Ｙ２−ｘＺｒｘＯ３（Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２固溶体）で構成される場合、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）界面層が形成される。同様に、熱処理は、ＥＡＧの遷移層をＥｒ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の間に形成させる。熱処理はまた、ＹＡＧの遷移層をＹ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の間に形成させる。熱処理はまた、ＧＡＧをＧｄ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の間に形成させる。Ａｌ２Ｏ３上のイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の熱処理は、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）と固溶体Ｙ２−ｘＺｒｘＯ３の化合物セラミックスの遷移層を形成することができる。他の遷移層を、他の隣接するセラミックス間に形成してもよい。
一実施形態では、着色剤は、第１の保護層３０８、４０８の堆積中に添加される。したがって、第２の保護層３１０、４１０がすり減った場合、オペレータは、蓋又はノズルを再生又は交換する時期である視覚的なキューを有することができる。
図５は、中空円筒体５０５を有するチャンバライナー５００を示す。中空円筒体５０５は、一実施形態では、アルミニウム又はアルミニウム合金とすることができる。中空円筒体５０５は、本体５０５の内面をコーティングするプラズマ溶射イットリウム系プラズマ耐性層５１０を有する。プラズマ溶射イットリウム系プラズマ耐性層５１０は、多数の亀裂及び細孔を有する可能性がある。例えば、プラズマ溶射イットリウム系プラズマ耐性層５１０は、一実施形態では、約２〜４％の空孔率を有することができる。チャンバライナー５００は、プラズマ溶射イットリウム系プラズマ耐性層５１０をコーティングする薄膜保護層５１５を更に含む。薄膜保護層５１５は、耐プラズマ性希土類酸化物（例えば、本明細書に上述したもの）から構成することができる。薄膜保護層５１５は、コンフォーマルで緻密であり、１％未満の空孔率を有することができる。一実施形態では、空孔率は、実際上、０％（例えば、０．１％未満）である。薄膜保護層５１５は、プラズマ溶射イットリウム系プラズマ耐性層５１０の亀裂及び細孔を封止することができる。
チャンバライナー５００は、第１側５２０と第２側５２５を有する。薄膜保護層５１５は、複数のパスでＩＡＤ又はＰＶＤによって堆積させることができる。一実施形態では、ターゲット材料及び電子ビーム銃は、堆積プロセス中、最初に第１側５２０に配置される。チャンバライナー５００は、処理中、回転させて、チャンバライナー５００の内面の一部又は全部をコーティングすることができる。第１側５２０により近いチャンバライナー５００の領域は、ターゲット材料及び銃により近くすることができ、こうして第１側から遠い領域よりも厚く堆積された薄膜保護層５１５を受け取ることができる。したがって、チャンバライナー５００は、ターゲット材料及び電子ビーム銃が、堆積プロセスの第２の部分の間、チャンバライナー５００の第２側５２５に配置されるように、再配置することができる。これは、チャンバライナーの内側表面の全領域が、比較的均一なコーティングを受けることを保証することができる。
チャンバライナー５００のいくつかの場所は、他の領域よりも腐食しやすいかもしれない。一実施形態では、チャンバライナー５００は、薄膜保護層５１５の堆積前にマスクされる。マスクは、浸食がより少ない傾向にある領域を覆い、腐食がより多い傾向にある領域を露出させることができる。したがって、堆積された薄膜保護層５１５は、より低い浸食速度を経験するそれらの領域を覆うことなく、より高い浸食速度を経験するそれらの領域覆うことができる。
図６Ａは、物品（例えば、チャンバコンポーネント）の本体上に薄膜保護層を形成するためのプロセス６００の一実施形態を示す。プロセス６００のブロック６０５では、物品が提供される。ブロック６１０では、物品上に厚膜保護層を堆積するか否かの判断がなされる。厚膜保護層が形成される場合、本方法はブロック６１５に進む。そうでない場合は、本方法はブロック６２０へと継続する。
ブロック６１５では、溶射プロセス（例えば、プラズマ溶射プロセス）が、物品上に厚膜保護層を堆積させるために実行される。溶射プロセスを実行する前に、物品の本体は、いくつかの実施形態では、粗面化されてもよい。厚膜保護層は、任意の耐プラズマ性セラミックスとすることができる。厚膜保護層のいくつかは、Ｙ３Ａｌ６Ｏ１２、Ｙ４Ａ１２Ｏ９、Ｙ２Ｏ３、ＹＳＺ、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物を含む。厚膜保護層が形成された後、いくつかのアプリケーションのために、厚膜保護層の表面上に表面構造が形成される。例えば、物品がＥＳＣの場合、メサ及びＨｅ孔を形成することができる。代替の一実施形態では、厚膜保護層を溶射するのではなく、耐プラズマ性セラミックスディスク又は他のセラミックス構造を、物品の本体に接合させてもよい。
ブロック６２０では、物品の本体上に薄膜保護層を堆積させるために、ＩＡＤ又はＰＶＤが実行される。厚膜保護層がブロック６１５で形成された場合、薄膜保護層は、トップコートとして、厚膜保護層上に形成することができる。一実施形態では、薄膜保護層を堆積させるために、ＩＡＤを実行する前に、チャンバの表面処理（準備）が実行される。例えば、イオン銃は、表面有機物汚染物を燃焼させ、残留表面粒子を分散させるために、酸素及び／又はアルゴンイオンを用いることによって、物品の表面を調製することができる。
薄膜保護層は、Ｙ３Ａｌ６Ｏ１２、Ｙ４Ａ１２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物、又は本明細書に記載される他の耐プラズマ性セラミックスのいずれかとすることができる。薄膜保護層の堆積速度は、約０．２５〜１０オングストローム毎秒（Ａ／ｓ）とすることができ、堆積パラメータを調整することによって変化させることができる。一実施形態では、複数の堆積速度が、薄膜保護層の堆積中に使用される。例えば、０．２５〜１Ａ／ｓの初期堆積速度が使用され、これによって適合して良好に接着するコーティングを達成することができる。その後、２〜１０Ａ／ｓの堆積速度を使用し、これによってより短く、より費用効果の高いコーティングの運転でより厚いコーティングを達成することができる。薄膜保護層は、非常に適合性をもつことができ、厚さを均一とすることができ、それらが上に堆積される本体／基板に対して良好な接着性を有することができる。
一実施形態では、物品は約１５０℃以下に物品の温度を維持するために、薄膜保護層の堆積中に冷却される。一実施形態では、ターゲット材料と物品との間の作動距離は、１メートル未満に設定される。
一実施形態では、物品は、エッチングリアクタのチャンバライナーであり、チャンバライナーは、中空円筒形状を有する。ＩＡＤプロセスを実行する工程は、ターゲットが物品の第１開口部になるように、第１位置に物品を配置する工程を含むことができる。物品が第１位置にある間に、物品の内部の第１部分は、コーティング可能である。その後、物品は、ターゲットが物品の第２開口部になるように、第２位置に配置することができる。物品が第２位置にある間に、物品の内部の第２部分は、コーティング可能である。
一実施形態では、物品の他の領域に比べて高い浸食速度を示す物品の１以上の領域が特定される。その後、物品は、特定された１以上の領域を露出するマスクによってマスクされる。その後、特定された１以上の領域に薄膜保護層を形成するために、ＩＡＤ堆積が実行される。
ブロック６２５では、追加の薄膜保護層を堆積するかどうかに関しての判断がなされる。追加の薄膜保護層が堆積される場合、プロセスはブロック６３０へと継続する。ブロック６３０では、他の薄膜保護層が、第１薄膜保護層上に形成される。他の薄膜保護層は、第１薄膜保護層のセラミックスとは異なるセラミックスで構成されてもよい。一実施形態では、他の薄膜保護層は、Ｙ３Ａｌ６Ｏ１２、Ｙ４Ａ１２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物、又は本明細書に記載される他のセラミックス材料のいずれかのうちの１つとすることができる。その後、本方法は、ブロック６２５に戻る。ブロック６２５で追加の薄膜保護層が塗布されない場合は、プロセスは終了する。薄膜保護層のいずれかが堆積された後、その薄膜保護層内に表面構造を形成してもよい。
図６Ｂは、金属ターゲットによるＩＡＤ又はＰＶＤを用いて、物品の本体上に薄膜保護層を形成するためのプロセス６５０の一実施形態を示す。プロセス６００のブロック６５５では、物品が、堆積チャンバ内に提供される。ブロック６６０では、窒素又は酸素ラジカルが、ある流量で堆積チャンバ内に流入される。ブロック６６５では、窒素又は酸素イオンが、物品に衝突させるために使用される。ブロック６７０では、物品上に薄膜保護層を堆積させるために、ＩＡＤ又はＰＶＤが、金属ターゲットを用いて実行される。電子ビームは、金属ターゲットを蒸発又はスパッタリングさせ、これは窒素又は酸素ラジカル及び／又はイオンと反応し、これによってインサイチューでセラミックスを形成する。窒素ラジカル及び／又はイオンが使用された場合、セラミックスは、窒化物となる。酸素ラジカル及び／又はイオンが使用された場合、セラミックスは、酸化物となる。
ブロック６７５では、薄膜保護層中の酸素又は窒素の含有量を増加させるかどうかの判断がなされる。酸素又は窒素の含有量を増加させる場合は、プロセスはブロック６８０へと継続する。ブロック６８０では、酸素ラジカル又は窒素ラジカルの流れを増加させることができる。代替的に又は追加的に、酸素イオン又は窒素イオンによる衝突を増大させることができる。その後、プロセスは、ブロック６７０へと戻る。ブロック６７５で、薄膜保護層中の酸素又は窒素含有量を増加させない判断がなされた場合は、プロセスはブロック６８５へと進む。
ブロック６８５では、薄膜保護層が所望の厚さに達したかどうかの判断がなされる。所望の厚さに達していた場合、処理は終了する。所望の厚さに達していない場合は、プロセスはブロック６７０に戻る。
ＩＡＤプロセスによって、高エネルギー粒子は、高エネルギーイオン（又は他の粒子）源によって、他の堆積パラメータとは独立して制御することができる。エネルギー（例えば、速度）に応じて、高エネルギーイオンフラックスの密度及び入射角、薄膜保護層の組成、構造、結晶配向及び粒径を、操作することができる。調整可能な追加のパラメータは、堆積中の物品の温度、並びに堆積の期間である。イオンエネルギーは、大ざっぱに、低エネルギーイオンアシストと高エネルギーイオンアシストに分類することができる。低エネルギーイオンアシストは、約２３０Ｖの電圧及び約５Ａの電流を含むことができる。高エネルギーイオンアシストは、約２７０Ｖの電圧及び約７Ａの電流を含むことができる。イオンアシスト用の低及び高エネルギーは、本明細書で言及した値に限定されない。高及び低レベルの指定は、ＩＡＤプロセスを実行するために使用されるイオンの種類及び／又は使用されるチャンバの幾何学形状に更に依存する可能性がある。イオンは、低エネルギーイオンアシストを用いた場合よりも高エネルギーイオンアシストを用いてより高い速度で発射される。堆積中の基板（物品）の温度は、大ざっぱに、低温（典型的な室温である一実施形態では、約１２０〜１５０℃）と、高温（一実施形態では、約２７０℃）に分けることができる。高温ＩＡＤ堆積プロセスのために、蓋又はノズルを堆積前及び堆積時に加熱してもよい。
表２Ａ〜２Ｂは、様々な堆積パラメータによるＩＡＤを用いて形成された複数の実施例の薄膜保護層を示す。実験結果は、適合する高密度の微細構造を得るために、イオンアシストエネルギー、堆積速度、及び温度を変化させる多因子の実験計画法（ＤＯＥ）に基づいて、最適化されたコーティングプロセスを特定する。コーティングは、材料特性（微細構造及び／又は結晶相）及び機械的特性（硬度及び密着性）、並びに亀裂密度及び真空シール性の点で特徴づけられる。ＩＡＤコーティングプロセスの最適化は、低残留応力を有する高密度薄膜を有するＩＡＤコーティングを生成することができる。最適化されたパラメータは、ほとんどの希土類酸化物系コーティング材料に対して使用することができる。
Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とのセラミックス化合物から形成された薄膜保護層に対して、６つの異なる実施例が示される。第１実施例の化合物セラミックス薄膜保護層は、５ミクロンの厚さを有し、低エネルギーイオンアシスト及び焼結プラグターゲット、２７０℃の堆積温度、及び２オングストローム毎秒（Ａ／ｓ）の堆積速度によるＩＡＤを用いて形成された。Ｘ線回折は、第１実施例の化合物セラミックス薄膜保護層が結晶構造を有することを示した。第１実施例の化合物セラミックス薄膜保護層はまた、４．１１ＧＰａの硬度を有し、目視検査は、下地基板への良好な適合性、並びにいくつかの鉛直方向の亀裂といくつかのスパイクを示した。
第２実施例の化合物セラミックス薄膜保護層は、６ミクロンの厚さを有し、低エネルギーイオンアシスト及び焼結プラグターゲット、２７０℃の堆積温度、及び最初の２ミクロンに対して１Ａ／ｓの堆積速度、それに続く４ミクロンに対して２Ａ／ｓの堆積速度によるＩＡＤを用いて形成された。Ｘ線回折は、第２実施例の化合物セラミックス薄膜保護層が（内部で一部が結晶で一部がアモルファスの）ナノ結晶構造を有することを示した。シールとして使用される場合、第２実施例の化合物セラミックス薄膜保護層は、最低５Ｅ−６立方センチメートル毎秒（ｃｍ３／ｓ）までの真空を維持することができた。第２実施例の化合物セラミックス薄膜保護層の目視検査は、良好な適合性、及び第１実施例の化合物セラミックス薄膜保護層よりも少ない鉛直方向の亀裂を示した。
第３実施例の化合物セラミックス薄膜保護層は、５ミクロンの厚さを有し、低エネルギーイオンアシスト及び焼結プラグターゲット、２７０℃の堆積温度、及び１Ａ／ｓの堆積速度によるＩＡＤを用いて形成された。Ｘ線回折は、第３実施例の化合物セラミックス薄膜保護層がナノ結晶構造を有することを示した。シールとして使用される場合、第３実施例の化合物セラミックス薄膜保護層は、最低６．３Ｅ−６ｃｍ３／ｓまでの真空を維持することができた。第３実施例の化合物セラミックス薄膜保護層の目視検査は、良好な適合性、及び第１実施例の化合物セラミックス薄膜保護層よりも少ない鉛直方向の亀裂を示した。
第４実施例の化合物セラミックス薄膜保護層は、５ミクロンの厚さを有し、高エネルギーイオンアシスト及び焼結プラグターゲット、２７０℃の堆積温度、及び最初の１ミクロンに対して１Ａ／ｓ、それに続く４ミクロンに対して２Ａ／ｓの堆積速度によるＩＡＤを用いて形成された。Ｘ線回折は、第３実施例の化合物セラミックス薄膜保護層がほぼアモルファス構造を有することを示した。シールとして使用される場合、第３実施例の化合物セラミックス薄膜保護層は、最低１．２Ｅ−９ｃｍ３／ｓまでの真空を維持することができた。第４実施例の化合物セラミックス薄膜保護層の目視検査は、良好な適合性、滑らかな表面、及び非常に少ない鉛直方向の亀裂を示した。また、第４実施例の化合物セラミックス薄膜保護層は、７．８２５ＧＰａの硬度を有する。
第５実施例の化合物薄膜保護層は、第４実施例の化合物薄膜保護層と同じパラメータだが、堆積温度は室温（約１２０〜１５０℃）及びか焼粉末ターゲットを用いて形成された。第５実施例の化合物薄膜保護層は、第４実施例の化合物薄膜保護層と同様の特性を示した。
第６実施例の化合物セラミックス薄膜保護層は、５ミクロンの厚さを有し、高エネルギーイオンアシスト及びか焼粉末ターゲット、２７０℃の堆積温度、及び最初の１ミクロンに対して１Ａ／ｓ、それに続く４ミクロンに対して４Ａ／ｓの堆積速度によるＩＡＤを用いて形成された。Ｘ線回折は、第３実施例の化合物セラミックス薄膜保護層がほぼアモルファス構造を有することを示した。シールとして使用される場合、第３実施例の化合物セラミックス薄膜保護層は、最低１．２Ｅ−９ｃｍ３／ｓまでの真空を維持することができた。第４実施例の化合物セラミックス薄膜保護層は、７．８１２ＧＰａの硬度を有する。
第１実施例のＹＡＧ薄膜保護層は、５ミクロンの厚さを有し、低エネルギーイオンアシスト及び溶融した塊のターゲット、２７０℃の堆積温度、及び２．５Ａ／ｓの堆積速度によるＩＡＤを用いて形成された。Ｘ線回折は、第１ＹＡＧセラミックス薄膜保護層がアモルファス構造を有することを示した。第１ＹＡＧセラミックス薄膜保護層はまた、５．７ＧＰａの硬度を有しており、目視検査は、良好な適合性、最小限の亀裂、及び滑らかな表面を示した。
第２実施例のＹＡＧ薄膜保護層は、５ミクロンの厚さを有し、高エネルギーイオンアシスト及び溶融した塊のターゲット、２７０℃の堆積温度、及び最初の１ミクロンに対して１Ａ／ｓ、それに続く４ミクロンに対して２Ａ／ｓの堆積速度によるＩＡＤを用いて形成された。Ｘ線回折は、第２ＹＡＧ薄膜保護層がアモルファス構造を有することを示した。第２ＹＡＧ薄膜保護層はまた、８．５ＧＰａの硬度を有しており、目視検査は、良好な適合性、第１ＹＡＧ薄膜と比べて亀裂の減少、及び滑らかな表面を示した。
化合物セラミックス及びＹＡＧの交互層を有する一実施例の薄膜保護層スタックは、５ミクロンの厚さを有し、低エネルギーイオンアシスト、２７０℃の堆積温度、及び２Ａ／ｓの堆積速度によるＩＡＤを用いて形成された。Ｘ線回折は、交互層が（ＹＡＧ層に対して）アモルファスであり、（化合物セラミックス層に対して）結晶又はナノ結晶であることを示した。目視検査は、化合物セラミックス層に対して鉛直方向の亀裂の減少を示した。
第１実施例のＥｒ２Ｏ３薄膜保護層は、５ミクロンの厚さを有し、低エネルギーイオンアシスト及び焼結した塊のターゲット、２７０℃の堆積温度、及び２Ａ／ｓの堆積速度によるＩＡＤを用いて形成された。Ｘ線回折は、第１Ｅｒ２Ｏ３セラミックス薄膜保護層が結晶構造を有することを示した。目視検査は、良好な適合性と鉛直方向の亀裂を示した。
第２実施例のＥｒ２Ｏ３薄膜保護層は、５ミクロンの厚さを有し、高エネルギーイオンアシスト及び焼結した塊のターゲット、２７０℃の堆積温度、及び最初の１ミクロンに対して１Ａ／ｓの堆積速度、その後の４ミクロンに対して２Ａ／ｓの堆積速度によるＩＡＤを用いて形成された。Ｘ線回折は、第２Ｅｒ２Ｏ３セラミックス薄膜保護層が結晶構造を有することを示した。目視検査は、良好な適合性と、第１Ｅｒ２Ｏ３セラミックス薄膜保護層と比べてより小さい鉛直方向の亀裂を示した。
第１実施例のＥＡＧ薄膜保護層は、７．５ミクロンの厚さを有し、高エネルギーイオンアシスト及びか焼粉末ターゲット、２７０℃の堆積温度、及び最初の１ミクロンに対して１Ａ／ｓの堆積速度、その後のミクロンに対して２Ａ／ｓの堆積速度によるＩＡＤを用いて形成された。Ｘ線回折は、第１ＥＡＧセラミックス薄膜保護層がアモルファス構造を有し、層が８．４８５ＧＰａの硬度を有することを示した。目視検査は、良好な適合性と最小限の亀裂を示した。
第２実施例のＥＡＧ薄膜保護層は、７．５ミクロンの厚さを有し、高エネルギーイオンアシスト、１２０〜１５０℃の堆積温度、及び最初の１ミクロンに対して１Ａ／ｓの堆積速度、その後のミクロンに対して２Ａ／ｓの堆積速度によるＩＡＤを用いて形成された。Ｘ線回折は、第２ＥＡＧセラミックス薄膜保護層がアモルファス構造を有し、層が９．０５７ＧＰａの硬度を有することを示した。目視検査は、良好な適合性と、第１ＥＡＧセラミックス薄膜保護層と比べてより少ない亀裂を示した。
第３実施例のＥＡＧ薄膜保護層は、５ミクロンの厚さを有し、高エネルギーイオンアシスト及びか焼粉末ターゲット、及び最初の１ミクロンに対して１Ａ／ｓの堆積速度、その後のミクロンに対して２Ａ／ｓの堆積速度によるＩＡＤを用いて形成された。Ｘ線回折は、第３ＥＡＧセラミックス薄膜保護層がアモルファス構造を有することを示した。
一実施例のＹ２Ｏ３薄膜保護層は、５ミクロンの厚さを有し、高エネルギーイオンアシスト及び溶融した塊のターゲット、２７０℃の温度、及び最初の１ミクロンに対して１Ａ／ｓの堆積速度、その後のミクロンに対して２Ａ／ｓの堆積速度によるＩＡＤを用いて形成された。Ｘ線回折は、第３ＥＡＧセラミックス薄膜保護層が結晶構造を有することを示した。
一実施例のＹＺ２０薄膜保護層は、５ミクロンの厚さを有し、高エネルギーイオンアシスト及び粉末ターゲット、１２０〜１５０℃の温度、及び最初の１ミクロンに対して１Ａ／ｓの堆積速度、その後のミクロンに対して２Ａ／ｓの堆積速度によるＩＡＤを用いて形成された。Ｘ線回折は、ＹＺ２０薄膜保護層が結晶構造を有することを示した。シールとして使用される場合、ＹＺ２０薄膜保護層は、最低１．６Ｅ−７ｃｍ３／ｓまでの真空を維持することができた。ＹＺ２０薄膜保護層は、５．９８ＧＰａの硬度を有した。
図７Ａ〜図７Ｅは、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とのセラミックス化合物から形成されたプラズマ溶射された保護層上に堆積され、これもまたＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とのセラミックス化合物から形成された薄膜保護層を有する物品の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。図７Ａは、プラズマ溶射層でコーティングされた物品の平面領域のトップダウンのＳＥＭ像を示す。図７ＡのＳＥＭ像は、約１万倍の倍率と約２２μｍの視野を有する。プラズマ溶射層は、複数の亀裂（例えば、亀裂７１０）を含む。図７Ｂは、薄膜保護層がプラズマ溶射層上に堆積された後の物品の平面領域のトップダウンのＳＥＭ像を示す。図７ＢのＳＥＭ像は、約１万倍の倍率と約２３μｍの視野を有する。薄膜保護層は、プラズマ溶射層内の亀裂を封止している。封止された亀裂７１５が図示される。
図７Ｃは、プラズマ溶射保護層７２０をコーティングする薄膜保護層７２５を有する物品の平坦な領域の断面側面図ＳＥＭ像を示す。図７ＣのＳＥＭ像は、約１万倍の倍率と約２３μｍの視野を有する。図７Ｄは、プラズマ溶射保護層７３０をコーティングする薄膜保護層７３５を有する物品の水平格子領域の断面側面図ＳＥＭ像を示す。図７ＤのＳＥＭ像は、約１万倍の倍率と約２３μｍの視野を有する。図７Ｅは、プラズマ溶射保護層７４０をコーティングする薄膜保護層７４５を有する物品の垂直格子領域の断面側面図ＳＥＭ像を示す。図７ＥのＳＥＭ像は、約４０００倍の倍率と約５６μｍの視野を有する。
図７Ａ〜図７ＥのＳＥＭ像に図示されるように、薄膜保護層は、プラズマ溶射保護層の表面に適合する。また、薄膜保護層は、平坦な領域、水平格子領域、及びと垂直格子領域内において、プラズマ溶射保護層内の亀裂及び細孔を封止する。
実施形態に従って生成された複数の異なるＩＡＤコーティングの浸食速度を含む誘電体エッチングＣＦ４化学に曝露される様々な材料のサンプル浸食速度が、ここで説明される。９２％アルミナの浸食速度は、約１．３８ミクロン毎高周波時間（μｍ／Ｒｆ時間）である。９９．８％アルミナの浸食速度は、約１．２１μｍ／Ｒｆ時間である。ＩＡＤ堆積されたＹＡＧの浸食速度は、約０．２８μｍ／Ｒｆ時間である。ＩＡＤ堆積されたＥＡＧの浸食速度は、約０．２４μｍ／Ｒｆ時間である。ＩＡＤ堆積されたＹ２Ｏ３の浸食速度は、約０．１８μｍ／Ｒｆ時間である。ＩＡＤ堆積されたＥｒ２Ｏ３の浸食速度は、約０．１８μｍ／Ｒｆ時間である。ＩＡＤ堆積された化合物セラミックスの浸食速度は、約０．１８μｍ／Ｒｆ時間である。高周波時間は、処理の１時間である。
図８〜９は、本発明の実施形態に従って形成された薄膜保護層に対する浸食速度を示す。図８は、ＣＨ４／Ｃｌ２プラズマ化学に曝露されたときの薄膜保護層の浸食速度を示す。図示されるように、ＩＡＤ堆積された薄膜保護層は、Ａｌ２Ｏ３と比べてはるかに改善された耐食性を示す。例えば、９２％の純度を有するアルミナは、高周波時間当り約１８ナノメートル（ｎｍ／ＲＦ時間）の浸食速度を示し、９９．８％の純度を有するアルミナは、約５６ｎｍ／ＲＦ時間の浸食速度を示した。対照的に、ＩＡＤ堆積された化合物セラミックス薄膜保護層は、約３ｎｍ／ＲＦ時間の浸食速度を示し、ＩＡＤ堆積されたＹＡＧ薄膜保護層は、約１ｎｍ／ＲＦ時間の浸食速度を示した。
図９は、Ｈ２／ＮＦ３プラズマ化学に曝露されたときの薄膜保護層の浸食速度を示す。図示されるように、ＩＡＤ堆積された薄膜保護層は、Ａｌ２Ｏ３と比べてはるかに改善された耐食性を示す。例えば、９２％の純度を有するアルミナは、約１９０ｎｍ／ＲＦ時間の浸食速度を示し、９９．８％の純度を有するアルミナは、約１６５ｎｍ／ＲＦ時間の浸食速度を示した。対照的に、ＩＡＤ堆積されたＹＡＧ薄膜保護層は、約５２ｎｍ／ＲＦ時間の浸食速度を示した。同様に、低エネルギーイオンによるＩＡＤを使用して堆積された化合物セラミックス薄膜保護層は、約４５ｎｍ／ＲＦ時間の浸食速度を示し、高エネルギーイオンによるＩＡＤを使用して堆積された化合物セラミックス薄膜保護層は、約３５ｎｍ／ＲＦ時間の浸食速度を示した。高い堆積温度（例えば、約２７０℃）でＩＡＤを使用して堆積されたＥＡＧ薄膜保護層は、約９５ｎｍ／ＲＦ時間の浸食速度を示し、低い堆積温度（例えば、約１２０〜１５０℃）でＩＡＤを使用して堆積されたＥＡＧ薄膜保護層は、約７０ｎｍ／ＲＦ時間の浸食速度を示した。高エネルギーイオンによるＩＡＤを使用して堆積されたＥｒ２Ｏ３薄膜保護層は、約３５ｎｍ／ＲＦ時間の浸食速度を示した。
図１０〜１１は、本発明の実施形態に従って形成された薄膜保護層に対する粗さプロファイルを示す。図１０は、１００ＲＦ時間の間のＣＨ４／Ｃｌ２プラズマ化学への曝露前後の図８の薄膜保護層の表面粗さプロファイルを示す。図示されるように、ＩＡＤ堆積された薄膜保護層は、１００ＲＦ時間の間のＣＨ４／Ｃｌ２プラズマ化学への曝露後、表面粗さの最小の変化を示す。
図１１は、３５ＲＦ時間の間、Ｈ２／ＮＦ３プラズマ化学への曝露前後の図９の薄膜保護層の表面粗さプロファイルを示す。図示されるように、ＩＡＤ堆積された薄膜保護層は、３５ＲＦ時間の間のＨ２／ＮＦ３プラズマ化学への曝露後、表面粗さの最小の変化を示す。
低バイアスでＣＦ４−ＣＨＦ３トレンチ化学に曝露される様々な材料の浸食速度が、ここで簡単に説明される。９２％アルミナの浸食速度は、約０．２６ミクロン毎高周波時間（μｍ／ＲＦ時間）であり、ＩＡＤ堆積されたＥＡＧの浸食速度は、約０．１８μｍ／ＲＦ時間であり、ＩＡＤ堆積されたＹＡＧの浸食速度は、約０．１５μｍ／Ｒｆ時間であり、プラズマ蒸着された化合物セラミックスの浸食速度は、約０．０９μｍ／Ｒｆ時間であり、ＩＡＤ堆積されたＹ２Ｏ３の浸食速度は、約０．０８μｍ／Ｒｆ時間であり、ＩＡＤ堆積された化合物セラミックスの浸食速度は、約０．０７μｍ／Ｒｆ時間であり、バルクＹ２Ｏ３の浸食速度は、約０．０７μｍ／Ｒｆ時間であり、バルクセラミックス化合物の浸食速度は、約０．０６５μｍ／Ｒｆ時間であり、及びＩＡＤ堆積されたＥｒ２Ｏ３の浸食速度は、約０．０５μｍ／Ｒｆ時間である。これらの材料が、高バイアスでＣＦ４−ＣＨＦ３トレンチ化学を使用してエッチングされた場合、同様のエッチング結果が発生する。例えば、高バイアスで、９２％アルミナのエッチング速度は、約１．３８μｍ／ＲＦ時間であり、ＩＡＤ堆積されたＥＡＧの浸食速度は、約０．２７μｍ／ＲＦ時間であり、ＩＡＤ堆積されたＹＡＧの浸食速度は、約０．２７μｍ／Ｒｆ時間であり、プラズマ蒸着された化合物セラミックスの浸食速度は、約０．３５μｍ／Ｒｆ時間であり、ＩＡＤ堆積されたＹ２Ｏ３の浸食速度は、約０．１８μｍ／Ｒｆ時間であり、ＩＡＤ堆積されたセラミックス化合物の浸食速度は、約０．１９μｍ／Ｒｆ時間であり、バルクＹ２Ｏ３の浸食速度は、約０．４μｍ／Ｒｆ時間であり、バルクセラミックス化合物の浸食速度は、約０．４μｍ／Ｒｆ時間であり、及びＩＡＤ堆積されたＥｒ２Ｏ３の浸食速度は、約０．１８μｍ／Ｒｆ時間である。
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、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、周知のコンポーネント又は方法は、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。用語「約」又は「およそ」は、本明細書で使用される場合、これは、提示された公称値が±３０％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 (14)
- エッチングリアクタ用のチャンバコンポーネントであって、
本体と、
本体の少なくとも１つの表面上の第１保護層であって、第１保護層は、耐プラズマ性セラミックスを含み、第１保護層は、約５０ミクロンよりも大きい厚さを有し、複数の亀裂及び細孔を含む第１保護層と、
第１保護層の少なくとも一部を覆うコンフォーマルな第２保護層であって、第２保護層は、耐プラズマ性希土類酸化物を含み、第２保護層は、５０ミクロンよりも小さい厚さを有し、１％未満の空孔率を有し、第１保護層の複数の亀裂及び細孔をシールする第２保護層とを含み、
第１保護層に接触するコンフォーマルな第２保護層の底部は第１酸素濃度を有し、コンフォーマルな第２保護層の上部はより高い第２酸素濃度を有しているチャンバコンポーネント。 - 本体は、金属、金属合金、又は金属不純物を有するセラミックスのうちの少なくとも１つを含み、
第２保護層は、処理ガスが第１保護層内の複数の亀裂及び細孔を貫通し、本体内の金属と反応するのを防止するためのバリアとしての役割を果たす、請求項１記載のチャンバコンポーネント。 - 第１保護層は、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＳｉＯ２、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物のうちの少なくとも１つを含むプラズマ溶射層である、請求項１記載のチャンバコンポーネント。
- 第２保護層は、Ｙ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、ＹＦ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｒ４Ａｌ２Ｏ９、ＥｒＡｌＯ３、Ｇｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＧｄＡｌＯ３、Ｎｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｎｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＮｄＡｌＯ３、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物のうちの少なくとも１つを含むイオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）で堆積された層である、請求項１記載のチャンバコンポーネント。
- 第２保護層は、本体の少なくとも１つの表面上の１以上の第１位置で第１保護層を覆うが、本体の少なくとも１つの表面上の１以上の第２位置で第１保護層を覆っていない、請求項１記載のチャンバコンポーネント。
- 第２保護層は、第２保護層と、第２保護層とは異なる組成を有する第３保護層とを含む保護層スタック内の一層であり、第２保護層は、アモルファス構造を有し、第３保護層は、結晶性構造を有する、請求項１記載のチャンバコンポーネント。
- 物品を提供する工程と、
物品の少なくとも１つの表面上に第１保護層を堆積させるために、プラズマ溶射プロセスを実行する工程であって、第１保護層は、第１耐プラズマ性セラミックスを含み、第１保護層は、約５０ミクロンより大きい厚さと、複数の亀裂及び細孔を有する工程と、
第１保護層の少なくとも一部の上に第２保護層を堆積させるために、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）を実行する工程であって、第２保護層は、耐プラズマ性希土類酸化物を含み、第２保護層は、５０ミクロン未満の厚さを有し、１％未満の空孔率を有し、第１保護層の複数の亀裂及び細孔を封止している工程とを含み、
堆積された第２保護層は、第１保護層の底部に酸素又は窒素の第１含有量を含み、第１保護層の上部により高い酸素又は窒素の第２含有量を含んでいる方法。 - 約１５０℃以下の温度に物品を維持するために、第２保護層の堆積中に物品を冷却する
工程を含む、請求項７記載の方法。 - 物品は、エッチングリアクタのチャンバライナーであり、チャンバライナーは、中空円筒形状を有し、第２保護層を堆積するためにＩＡＤを実行する工程は、
物品の第１開口部にターゲットを配置する工程と、
物品の内側の第１部分をコーティングする工程と、
その後、物品の第２開口部にターゲットを配置する工程と、
物品の内側の第２部分をコーティングする工程とを含む、請求項７記載の方法。 - 第２保護層を堆積する前に、以下を実行する工程であって、
物品の他の領域よりも高い浸食速度を示す物品の１以上の領域を特定する工程と、
物品をマスクでマスキングする工程であって、物品の特定された１以上の領域は、マスクによって露出され、第２保護層は、物品の１以上の特定された領域を覆う工程とを実行する工程を含む、請求項７記載の方法。 - 第１保護層は、少なくともＡｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＳｉＯ２、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物のうちの少なくとも１つを含み、
第２保護層は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｎｄ２Ｏ３、ＹＦ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、ＹＦ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｒ４Ａｌ２Ｏ９、ＥｒＡｌＯ３、Ｇｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＧｄＡｌＯ３、Ｎｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｎｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＮｄＡｌＯ３、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物のうちの少なくとも１つを含む、請求項７記載の方法。 - 第２保護層上に第３保護層を堆積させるためにＩＡＤを実行する工程を含み、第３保護層は、約５０ミクロン未満の厚さを有し、第１耐プラズマ性セラミックスとは異なる第２耐プラズマ性セラミックスを含み、第２耐プラズマ性セラミックスは、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物からなる群より選択される、請求項７記載の方法。
- ＩＡＤを実行しながら、窒素イオン又は酸素イオンのうちの１つを物品に衝突させる工程を含み、第１耐プラズマ性セラミックスが窒化物の場合、窒素イオンが使用され、第１耐プラズマ性セラミックスが酸化物の場合、酸素イオンが使用される、請求項７記載の方法。
- ＩＡＤを実行しながら、窒素イオン又は酸素イオンの流量を徐々に増加させる工程を含む、請求項１３記載の方法。
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