JP6929397B2 - 蓋及びノズル上の希土類酸化物系コーティング用イオンアシスト蒸着 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、概して、薄膜の耐プラズマ性保護層を有するチャンバ蓋及びチャンバノズルに関する。

背景

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。

蓋とノズルは、導体及び誘電体エッチングにおける２つの重要なエッチングチャンバコンポーネントである。通常、蓋とノズルは、バルクセラミックスから作られている。しかしながら、デバイスノードの連続的な減少に伴い、厳しい欠陥要件が指示される。これらの新しい用途のいくつかは、高い動作温度（例えば、約３００℃以上）を使用する。このような高温用途で使用される場合、多くのバルクセラミックスは熱衝撃によるクラックが発生する可能性がある。また、耐プラズマ性バルクセラミックスは、一般的に非常に高価である。

Ａｌ_２Ｏ_３は、Ａｌ_２Ｏ_３の高い熱伝導率及び曲げ強度のため、蓋及びノズル用に使用することができる。しかしながら、フッ素化学の下では、曝露されたＡｌ_２Ｏ_３は、処理されたウェハ上にＡｌＦ粒子並びにＡｌ金属汚染を形成する。最近の取り組みでは、厚い保護コーティングで蓋及びノズルのプラズマ対向面をコーティングすることが行われている。厚膜コーティング（例えば、プラズマ溶射コーティング）が、ウェハ上の金属汚染を低減するために検討されている。しかしながら、いくつかの例では、プラズマ溶射コーティングは、固有の細孔及び亀裂により真空を維持しないので、プラズマ溶射コーティングの真空シールは懸案事項となっている。また、プラズマ溶射コーティングは、長いリードタイムを有し、典型的には、最終的にコストを増加させる特別な表面処理によって先行される。また、コーティングを再生（改装）することは、表面準備及びコストのため課題である可能性がある。

物理蒸着（ＰＶＤ）として知られている薄膜コーティング技術が、蓋及びノズルをコーティングするために検討されている。しかしながら、ＰＶＤコーティングプロセスは非常に遅い（コーティングの最終的なコストに影響する）ので、（特に、蓋及びノズルのような非消耗部品用の）コンポーネントの寿命要件を満たすのに十分に厚いコーティングを生成しない場合がある。また、ＰＶＤコーティングは、典型的には、いくつかの事例でコーティングの割れ及び剥離に起因してコンポーネントの寿命を低下させる高い残留応力を有する。

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（例えば、蓋及び／又はノズル）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蓋の斜視図を示す。 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蓋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ノズルの斜視図を示す。 蓋又はノズル上に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。 本明細書に記載の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ＣＦ_４化学物質に曝露された種々の材料の浸食速度を示す。 〜 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ＣＨ_４−Ｃｌ_２及びＣＨＦ_３−ＮＦ_３−Ｃｌ_２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−Ｃｌ２及びＣＨＦ_３−ＮＦ_３−Ｃｌ_２の化学物質の下での粗さプロファイルを示す。 低バイアスでＣＦ_４−ＣＨＦ_３トレンチ化学に曝露された様々な材料の浸食速度を示す。

実施形態の詳細な説明

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、蓋及び／又はノズル）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）を用いて）物品上に形成することができる。薄膜保護層は、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｅｒ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｇｄ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２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。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、蓋及び／又はノズルに対してより長い寿命を提供するのに十分に厚く塗布することができ、真空を維持するために良好な気密シールを有することができる。ＩＡＤコーティングは塗布され、後に低コストで再生することができる。

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、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）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、Ｙ_２Ｏ_３及びＹ_２Ｏ_３系セラミックス、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（ＹＡＧ）、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９（ＹＡＭ）、Ｅｒ_２Ｏ_３及びＥｒ_２Ｏ_３系セラミックス、Ｇｄ_２Ｏ_３及びＧｄ_２Ｏ_３系セラミックス、Ｅｒ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（ＥＡＧ）、Ｇｄ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（ＧＡＧ）、Ｎｄ_２Ｏ_３及びＮｄ_２Ｏ_３系セラミックス、ＹＡｌＯ_３（ＹＡＰ）、Ｅｒ_４Ａｌ_２Ｏ_９（ＥＡＭ）、ＥｒＡｌＯ_３（ＥＡＰ）、Ｇｄ_４Ａｌ_２Ｏ_９（ＧｄＡＭ）、ＧｄＡｌＯ_３（ＧｄＡＰ）、Ｎｄ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（ＮｄＡＧ）、Ｎｄ_４Ａｌ_２Ｏ_９（ＮｄＡＭ）、ＮｄＡｌＯ_３（ＮdＡＰ）、及び／又は、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２の固溶体とを含むセラミックス化合物を含むことができる。薄膜保護層は、ＹＦ_３、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。

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。Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２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Ｙ_２Ｏ_３と、２３．２３モル％のＺｒＯ_２と、１３．９４モル％のＡｌ_２Ｏ_３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Ｙ_２Ｏ_３と、１０〜３０モル％の範囲内のＺｒＯ_２と、１０〜３０モル％の範囲内のＡｌ_２Ｏ_３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Ｙ_２Ｏ_３と、０〜６０モル％の範囲内のＺｒＯ_２と、０〜１０モル％の範囲内のＡｌ_２Ｏ_３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Ｙ_２Ｏ_３と、３０〜５０モル％の範囲内のＺｒＯ_２と、１０〜２０モル％の範囲内のＡｌ_２Ｏ_３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Ｙ_２Ｏ_３と、２０〜４０モル％の範囲内のＺｒＯ_２と、２０〜４０モル％の範囲内のＡｌ_２Ｏ_３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Ｙ_２Ｏ_３と、０〜２０モル％の範囲内のＺｒＯ_２と、１０〜２０モル％の範囲内のＡｌ_２Ｏ_３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Ｙ_２Ｏ_３と、０〜１０モル％の範囲内のＺｒＯ_２と、２０〜４０モル％の範囲内のＡｌ_２Ｏ_３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Ｙ_２Ｏ_３と、０〜２０モル％の範囲内のＺｒＯ_２と、３０〜４０モル％の範囲内のＡｌ_２Ｏ_３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、Ｙ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、及びＳｉＯ_２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Ｙ_２Ｏ_３と、０〜１０モル％の範囲内のＺｒＯ_２と、３５〜４０モル％の範囲内のＥｒ_２Ｏ_３と、５〜１０モル％の範囲内のＧｄ_２Ｏ_３と、５〜１５モル％の範囲内のＳｉＯ_２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Ｙ_２Ｏ_３、５モル％のＺｒＯ_２、３５モル％のＥｒ_２Ｏ_３、５モル％Ｇｄ_２Ｏ_３、及び１５モル％のＳｉＯ_２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Ｙ_２Ｏ_３、５モル％のＺｒＯ_２、３５モル％のＥｒ_２Ｏ_３、１０モル％Ｇｄ_２Ｏ_３、及び５モル％のＳｉＯ_２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Ｙ_２Ｏ_３、５モル％のＺｒＯ_２、４０モル％のＥｒ_２Ｏ_３、７モル％Ｇｄ_２Ｏ_３、及び８モル％のＳｉＯ_２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、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＣｅＯ_２、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、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、ＳｉＯ_２（石英）、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３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。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。

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。

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、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、薄膜保護層で製造及び／又は被覆することができる。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。

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、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＹＡＧ、ＳｉＯ_２、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ−ＳｉＣ、又はＹ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２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、Ｃ_２Ｆ_６、ＳＦ_６、ＳｉＣｌ_４、ＨＢｒ、ＮＦ_３、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_３、Ｆ、ＮＦ_３、Ｃｌ_２、ＣＣｌ_４、ＢＣｌ_３、及びＳｉＦ_４）及び他のガス（例えば、Ｏ_２、又はＮ_２Ｏ）を含む。キャリアガスの例は、Ｎ_２、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、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）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。典型的なＩＡＤ法は、本明細書に記載されるように、イオン衝撃を組み込んだ堆積プロセス（例えば、蒸着（例えば、活性化反応性蒸着法（ＡＲＥ））及びイオン衝撃の存在下でのスパッタリング）を含み、これによって耐プラズマコーティングを形成する。実施形態で実行される１つの特定の種類のＩＡＤは、電子ビームＩＡＤ（ＥＢ−ＩＡＤ）である。ＩＡＤ法のいずれも、反応性ガス種（例えば、Ｏ_２、Ｎ_２、ハロゲン等）の存在下で実施することができる。このような反応種は、堆積前及び／又は堆積中に表面の有機汚染物を燃焼させることができる。また、金属ターゲット堆積に対してセラミックスターゲット堆積用のＩＡＤ堆積プロセスは、実施形態におけるＯ_２イオンの分圧によって制御することができる。例えば、Ｙ_２Ｏ_３コーテョングは、Ｙ金属の蒸発と酸素イオンの流出によって行われ、これによってコンポーネントの表面上にイットリウム材料の酸化物を形成することができる。あるいはまた、セラミックスターゲットは、酸素なしで又は低酸素で使用することができる。

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。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。

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。図２Ｂは、ＩＡＤ堆積装置の概略図を示す。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。

堆積材料２０２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）２５０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とすることができる。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、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｅｒ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、又はＧｄ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、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。

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）のうちの少なくとも１つを含む。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）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。一実施形態では、ＩＡＤ堆積チャンバ（及びチャンバ蓋又はその中のノズル）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、チャンバの温度及び蓋又はノズルの温度は、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チャンバ及び蓋又はノズルは、加熱されない。チャンバが加熱されない場合、それは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。

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。入射角は、堆積材料２０２が物品２１０Ａ、２１０Ｂに衝突する角度である。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。

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３００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、Ｎｄ_２Ｏ_３、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３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、Ｅｒ_２Ｏ_３及びＹ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２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。

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、複数の蓋及び／又はノズルが、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。各蓋又はノズルは、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、複数の蓋及び／又はノズル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蓋及び／又はノズルを移動させることができる。

一実施形態では、蓋及び／又はノズル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、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３）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蓋及び／又はノズル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／又は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、蓋及びノズルの向きを変える、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、支持された蓋又はノズル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、コーティング中に蓋及びノズル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、蓋又はノズル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。

図３〜図４は、１以上の薄膜保護層で覆われた物品（例えば、蓋及び／又はノズル）の断面側面図を示す。Ａｌ_２Ｏ_３は、高い曲げ強度及び高い熱伝導率を有するので、導体のエッチングプロセスに使用されるプラズマエッチングリアクタ用の蓋は、Ａｌ_２Ｏ_３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、フッ素化学に曝露されたＡｌ_２Ｏ_３は、ウェハ上にＡｌＦ粒子並びにアルミニウム金属汚染を形成する。他の材料もまた、蓋及び／又はノズルのために使用することができる。

図３を参照すると、物品３００の本体３０５は、第１薄膜保護層３０８及び第２薄膜保護層３１０を有する薄膜スタック３０６を含む。あるいはまた、物品３００は、本体３０５上に単一の薄膜保護層３０８のみを含むことができる。一実施形態では、薄膜保護層３０８、３１０は、最大約３００μｍ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し、特定の一実施形態では、約０．５ミクロン〜約７ミクロンの間の厚さを有する。一実施形態では、薄膜保護層スタックの全体の厚さは、３００μｍ以下である。

薄膜保護層３０８、３１０は、電子ビームイオンアシスト蒸着（ＥＢ−ＩＡＤ）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蒸着セラミックス層である。ＥＢ−ＩＡＤ堆積された薄膜保護層３０８、３１０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。比較的低い膜応力によって、本体３０５の下面は、直径１２インチを有する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非常に平坦にすることができる。ＩＡＤ堆積された薄膜保護層３０８、３１０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％未満の空孔率を有することができる。この低い空孔率は、蓋が処理中に効果的な真空シールを提供することを可能にするかもしれない。したがって、ＩＡＤ堆積された保護層は、チャンバ蓋又はノズルのアプリケーションに対してパフォーマンス上の利点を有することができる緻密な構造である。また、ＩＡＤ堆積された保護層は、低いクラック密度及び本体３０５への高い密着性を有することができる。また、ＩＡＤ堆積された保護層３０８、３１０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。

薄膜保護層２０８を形成するために使用することができるセラミックスの例は、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｅｒ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｇｄ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２の固溶体（Ｙ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２固溶体）とを含むセラミックス化合物、又は、以前に同定された他のセラミックス材料のいずれかを含む。他のＥｒ系及び／又はＧｄ系の耐プラズマ性希土類酸化物もまた、薄膜保護層３０８、３１０を形成するために使用することができる。一実施形態では、同一のセラミックス材料は、２つの隣接した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。

ＩＡＤ薄膜保護層を有する蓋及びノズルは、広範囲の温度を適用する用途に使用することができる。例えば、ＩＡＤ薄膜保護層を有する蓋及びノズルは、０℃の温度から１０００℃の温度を有するプロセスで使用することができる。蓋及びノズルは、熱衝撃に起因する亀裂無しに（例えば、３００℃の又はそれを超える）高温で使用することができる。

表１は、９２％のＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）の基板に対する、及び９２％のＡｌ_２Ｏ_３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、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２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Ｅｒ_２Ｏ_３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Ｙ_２Ｏ_３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。ＩＡＤ堆積されたＹＦ_３の５μｍのコーティングは、５２２Ｖ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０．０１×１０^１６（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、Ｅｒ_２Ｏ_３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、Ｅｒ_２Ｏ_３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。アルミナの熱伝導率は、約１８Ｗ／ｍ・Ｋであり、セラミックス化合物薄膜の熱伝導率は、約１９．９Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＹＡＧ薄膜の熱伝導率は、約２０．１Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ｅｒ_２Ｏ_３薄膜の熱伝導率は、約１９．４Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＥＡＧ薄膜の熱伝導率は、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。保護層は、堆積後に８マイクロインチ以下に表面粗さを低減させるために研磨することができる。一実施形態では、保護層は、６〜８マイクロインチの表面粗さに研磨される。

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（ｃｍ^３／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、Ｅｒ_２Ｏ_３を使用して約５．５Ｅ−９のＨｅ漏れ速度を達成でき、ＹＦ_３を使用して約２．６Ｅ−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Ａｌ_２Ｏ_３よりも低いＨｅ漏れ速度を有する。

Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｅｒ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｇｄ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、及び、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２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、Ｅｒ_２Ｏ_３は、約５．００９ＧＰａの硬度を有し、ＹＺ２０は、約５．９８ＧＰａの硬度を有し、ＹＦ_３は、約３．４１１ＧＰａ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、Ｅｒ_２Ｏ_３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、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｅｒ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｇｄ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、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４は、物品４００の本体４０５上に薄膜保護層スタック４０６が堆積された物品４００の別の一実施形態の断面側面図を示す。物品４００は、薄膜保護層スタック４０６が４つの薄膜保護層４０８、４１０、４１５、４１８を有することを除いて、物品４００と同様である。

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ミクロン未満の厚さを有することができる。一実施例では、第１層４０８は、１０ミクロンの厚さを有し、第２層４１０は、１０ミクロンの厚さを有することができる。別の一実施例では、第１層４０８は、５ミクロンの厚さを有するＹＡＧ層とすることができ、第２層４１０は、５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４１５は、５ミクロンの厚さを有するＹＡＧ層とすることができ、第４層４１８は、５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堆積された化合物セラミックス及びＥｒ_２Ｏ_３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可能性がある。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４０６内の第１層４０８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４０６内の第２層４１０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Ｅｒ_２Ｏ_３）である。そのような実施形態では、第２層４１０は、第１層４０８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４０５上に直接ではなく第１層４０８上に第２層４１０を形成することにより、第１層４０８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４１０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、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（ＹＡＧ）、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｅｒ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｇｄ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２の固溶体とを含むセラミックス化合物、及び他のセラミックスの各々は、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３０６、４０６は、隣接する層間（又は層と本体３０５、４０５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４０８は、ＥＡＧとすることができ、第２層４１０は、ＹＡＧとすることができ、第３層４１５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４０６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４０８と第３層４１５は、ＹＡＧとすることができ、第２層４１０と第４層４１８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３０６、４０６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３０５、４０５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Ａｌ_２Ｏ_３であり、保護層が化合物セラミックスＹ_４Ａｌ_２Ｏ_９と固溶体Ｙ_２−ｘＺｒ_ｘＯ_３（Ｙ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２固溶体）で構成される場合、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（ＹＡＧ）界面層が形成される。同様に、熱処理は、ＥＡＧの遷移層をＥｒ_２Ｏ_３とＡｌ_２Ｏ_３の間に形成させる。熱処理はまた、ＹＡＧの遷移層をＹ_２Ｏ_３とＡｌ_２Ｏ_３の間に形成させる。熱処理はまた、ＧＡＧをＧｄ_２Ｏ_３とＡｌ_２Ｏ_３の間に形成させる。Ａｌ_２Ｏ_３上のイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の熱処理は、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９（ＹＡＭ）と固溶体Ｙ_２−ｘＺｒ_ｘＯ_３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５Ａは、一実施形態に係る、薄膜希土類酸化物の耐プラズマ層５１０を有するチャンバ蓋５０５の斜視図を示す。図５Ｂは、一実施形態に係る、薄膜希土類酸化物の耐プラズマ層５１０を有するチャンバ蓋５０５の断面側面図を示す。チャンバ蓋５０５は、蓋の中心又は蓋の他の場所にあることが可能な穴５２０を含む。蓋５０５はまた、蓋が閉じている間、チャンバの壁と接触するリップ５１５を有することができる。一実施形態では、保護層５１０は、リップ５１５を覆わない。保護層がリップ５１５を覆わないことを保証するために、堆積中にリップ５１５を覆うハード又はソフトマスクを使用してもよい。マスクは、その後、堆積後に除去することができる。あるいはまた、保護層５１０は、蓋の表面全体をコーティングすることができる。したがって、保護層５１０は、処理中にチャンバの側壁の上に載置することができる。また、いくつかの実施形態では、蓋５０５の外側壁は、耐プラズマ層５５５でコーティングしてもよい。

図５Ｂに示されるように、保護層５１０は、穴５２０の内部をコーティングする側壁部５３０を有することができる。保護層５１０の側壁部５３０は、蓋５０５の表面付近でより厚くすることができ、穴５２０内に深くなればなるほど徐々に薄くなることが可能である。側壁部５３０は、そのような実施形態では、穴５２０の側壁の全体をコーティングしなくてもよい。

図５Ｃは、一実施形態に係る、希土類酸化物の耐プラズマ層５５５を有するチャンバノズル５５０の斜視図を示す。図示されるように、希土類酸化物の耐プラズマ層５５５は、チャンバノズル５５０の端部及び側壁をコーティングすることができる。チャンバノズル５５０は、蓋５０５内に挿入することができる。一実施形態では、ノズル５５０は、蓋５０５の上に載ったリップ５６５を含む。リップ５６５は、耐プラズマ層５５５でコーティングされなくてもよい。あるいはまた、リップ５６５は、耐プラズマ層５５５でコーティングしてもよい。

図６は、チャンバ蓋又はチャンバノズルの本体の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、チャンバ蓋又はノズルが提供される。蓋又はノズルは、バルク焼結セラミックス体を有することができる。バルク焼結セラミックス体は、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、又はＹ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２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。

ブロック６２０では、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）プロセスが実行され、これによって蓋又はノズルの少なくとも１つの表面上に希土類酸化物保護層を堆積させる。一実施形態では、電子ビームイオンアシスト蒸着プロセス（ＥＢ−ＩＡＤ）が実行される。ＩＡＤプロセスは、堆積される材料を溶融し、イオンを材料に衝突させることによって実行することができる。

薄膜保護層は、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｅｒ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｇｄ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、又は、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２の固溶体とのセラミックス化合物、又は本明細書に記載される他の希土類酸化物とすることができる。薄膜保護層の堆積速度は、一実施形態では、約０．０２〜２０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、０．２５〜１Ａ／ｓの堆積速度が最初使用され、これによって基板上に適合して良好に接着するコーティングを達成する。その後、薄膜保護層の残りの部分を堆積させるために２〜１０Ａ／ｓの堆積速度を使用し、これによって短時間に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、材料は、堆積された保護層に特定の色を持たせる着色剤を含む。使用可能な着色剤の例は、Ｎｄ_２Ｏ_３、Ｓｍ_２Ｏ_３及びＥｒ_２Ｏ_３を含む。他の着色剤もまた使用可能である。

ブロック６２５では、追加の薄膜保護層を堆積させ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に続く。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してもよい。あるいはまた、他の薄膜保護層は、第１保護層を形成するために使用されたのと同じセラミックス又は複数のセラミックスから構成してもよい。

一実施形態では、他の薄膜保護層は、着色剤を含まない。したがって、後続の保護層は、たとえそれらがほぼ同じセラミックス材料から構成されていても、底部保護層とは異なる色を有する可能性がある。これは、保護層スタックが底部保護層まで浸食されたときに、蓋又はノズルに色を変化させる。色の変化は、処理チャンバの蓋又はノズルを交換する時期であることをオペレータに知らせることができる。

後続の保護層が堆積された後、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、プロセスは、ブロック６３５に進む。ブロック６３５では、保護層の表面は、研磨される。表面は、化学機械研磨（ＣＭＰ）又は他の研磨法を用いて研磨することができる。一実施形態では、最上部の保護層の表面は、８マイクロインチ以下の表面粗さまで研磨される。別の一実施形態では、上部保護層の表面は、６マイクロインチ以下の表面まで研磨される。

プロセス６００は、新しい蓋及びノズル上で実行する、又は使用済みの蓋及びノズルを再生するために使用済みの蓋及びノズル上で実行することができる。一実施形態では、使用済みの蓋及びノズルは、プロセス６００を実行する前に研磨される。例えば、プロセス６００を実行する前に研磨することによって、以前の保護層を除去することができる。

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（厚さが〜３００ミクロンまでの）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。

Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２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（ｃｍ^３／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−６ｃｍ^３／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−９ｃｍ^３／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−９ｃｍ^３／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Ｅｒ_２Ｏ_３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１Ｅｒ_２Ｏ_３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Ｅｒ_２Ｏ_３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２Ｅｒ_２Ｏ_３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１Ｅｒ_２Ｏ_３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Ｙ_２Ｏ_３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−７ｃｍ^３／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。

一実施例のＹＦ_３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、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、ＹＦ_３薄膜保護層が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、ＹＦ_３薄膜保護層は、最低２．６Ｅ−９ｃｍ^３／ｓまでの真空を維持することができた。ＹＦ_３薄膜保護層は、３．４１１ＧＰａの硬度を有した。

表３は、一実施形態に係る、チャンバ蓋又はノズルをコーティングするための最適化されたＩＡＤ処理パラメータを示す。表３は、薄膜保護層を堆積させるために、いくつかの実施形態で使用することができる処理パラメータの範囲を更に示す。他の実施形態では、処理値の一部のより広い範囲を用いることができる。一実施形態では、ＩＡＤプロセスは、１５０〜２７０ボルト（Ｖ）の電圧、５〜７アンペア（Ａ）の電流、１００〜２７０℃の温度、０．０１〜２０オングストローム毎秒（Ａ／ｓ）の堆積速度、０〜９０度の入射角、及び１０〜３００インチ（ｉｎ．）の作動距離を用いて実行される。別の一実施形態では、ＩＡＤプロセスは、５０〜５００Ｖの電圧、１〜５０Ａの電流、２０〜５００℃の温度、０．０１〜２０Ａ／ｓの堆積速度、１０〜３００インチの作動距離、及び１０〜９０度の入射角を用いて実行される。

コーティングの堆積速度は、電子ビームによって印加される熱量を調整することによって制御することができる。イオンアシストエネルギーは、コーティングを高密度化するために、及び蓋又はノズルの表面上への材料の堆積を加速するために使用することができる。イオンアシストエネルギーは、イオン源の電圧及び／又は電流を調整することによって変更することができる。電流及び電圧は、高い及び低いコーティング密度を達成するために、コーティングの応力を操作するために、また、コーティングの結晶化度に影響を与えるために調整することができる。イオンアシストエネルギーは、５０〜５００Ｖ、及び１〜５０Ａで変化させることができる。堆積速度は、０．０１〜２０Ａ／ｓで変化させることができる。

一実施形態では、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２の固溶体とを含むセラミックス化合物で用いられる高いイオンアシストエネルギーは、アモルファスの保護層を形成し、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２の固溶体とを含むセラミックス化合物で用いられる低いイオンアシストエネルギーは、結晶性の保護層を形成する。イオンアシストエネルギーはまた、保護層の化学量論を変えるために使用することができる。例えば、金属ターゲットを使用することができ、堆積中に金属材料は、蓋又はノズルの表面で酸素イオンを組み込むことにより、金属酸化物に変わる。また、酸素銃を用いることによって、任意の金属酸化物コーティングのレベルを変更し、所望のコーティング特性を達成するように最適化することができる。例えば、ほとんどの希土類酸化物は、真空チャンバ内部で酸素を失う。チャンバ内部でより多くの酸素を流出させることによって、酸化物コーティング材料の酸素欠損を補償することができる。

コーティング温度は、ヒータ（例えば、加熱ランプ）を用いることによって、及び堆積速度を制御することによって制御することができる。高い堆積速度は、典型的には、蓋又はノズルの温度を上昇させる。堆積温度は、膜応力、結晶化度などを制御するために変化させることができる。温度は、２０℃から５００℃まで変えることができる。

作動距離は、均一性、密度及び堆積速度を変更するために調整することができる。作動距離は、１０〜３００インチまで変化させることができる。堆積角度は、電子ビーム銃又は電子ビーム炉の位置によって、又は電子ビーム銃又は電子ビーム炉に関連して蓋又はノズルの位置を変えることによって、変化させることができる。堆積角度を最適化することによって、三次元の幾何学的形状において均一なコーティングを達成することができる。堆積角度は、０〜９０度まで、一実施形態では１０〜９０度まで変化させることができる。

一実施形態では、ＩＡＤプロセスは、関連する処理パラメータの範囲のいずれかを有する他の処理パラメータと組み合わせて、約１８８Ｖの電圧を使用して実行される。一実施形態では、ＩＡＤプロセスは、関連する処理パラメータの範囲のいずれかを有する他の処理パラメータと組み合わせて、約７Ａの電流を使用して実行される。一実施形態では、ＩＡＤプロセスは、関連する処理パラメータの範囲のいずれかを有する他の処理パラメータと組み合わせて、約１５０℃の温度を使用して実行される。一実施形態では、ＩＡＤプロセスは、関連する処理パラメータの範囲のいずれかを有する他の処理パラメータと組み合わせて、１Ａ／ｓの堆積速度を使用して実行される。更なる一実施形態では、堆積した薄膜が１μｍの厚さに達するまで、２Ａ／ｓの堆積速度が使用され、その後、１Ａ／ｓの堆積速度が使用される。別の一実施形態では、０．２５〜１Ａ／ｓの堆積速度が最初に使用され、これによって基板上に適合して良好に付着するコーティングを達成する。その後、薄膜保護層の残りの部分を堆積させるために、２〜１０Ａ／ｓの堆積速度を使用し、これによってより短い時間でより厚いコーティングを達成することができる。

一実施形態では、ＩＡＤプロセスは、関連する処理パラメータの範囲のいずれかを有する他の処理パラメータと組み合わせて、約３０度の入射角を使用して実行される。一実施形態では、ＩＡＤプロセスは、関連する処理パラメータの範囲のいずれかを有する他の処理パラメータと組み合わせて、約５０インチの作動距離を使用して実行される。

図７は、本明細書に記載され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ＣＦ_４化学に曝露された種々の材料の浸食速度を示す。図示されるように、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）であり、９９．８％アルミナの浸食速度は、約１．２１μｍ／Ｒｆ時間であり、ＩＡＤ堆積されたＹＡＧの浸食速度は、約０．２８μｍ／Ｒｆ時間であり、ＩＡＤ堆積されたＥＡＧの浸食速度は、約０．２４μｍ／Ｒｆ時間であり、ＩＡＤ堆積されたＹ_２Ｏ_３の浸食速度は、約０．１８μｍ／Ｒｆ時間であり、ＩＡＤ堆積されたＥｒ_２Ｏ_３の浸食速度は、約０．１８μｍ／Ｒｆ時間であり、及び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、ＣＨ_４／Ｃｌ_２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、Ａｌ_２Ｏ_３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、Ｈ_２／ＮＦ_３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、Ａｌ_２Ｏ_３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Ｅｒ_２Ｏ_３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ＣＨ_４／Ｃｌ_２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ＣＨ_４／Ｃｌ_２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、Ｈ_２／ＮＦ_３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Ｈ_２／ＮＦ_３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１２は、本明細書に記載され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、低バイアスでＣＦ_４−ＣＨＦ_３トレンチ化学に曝露された様々な材料の浸食速度を示す。図示されるように、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）、ＩＡＤ堆積されたＥＡＧの浸食速度は、約０．１８μｍ／Ｒｆ時間、ＩＡＤ堆積されたＹＡＧの浸食速度は、約０．１５μｍ／Ｒｆ時間、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、ＩＡＤ堆積されたＹ_２Ｏ_３の浸食速度は、約０．０８μｍ／Ｒｆ時間、ＩＡＤ堆積されたセラミックス化合物の浸食速度は、約０．０７μｍ／Ｒｆ時間、バルクＹ_２Ｏ_３の浸食速度は、約０．０７μｍ／Ｒｆ時間、バルクセラミックス化合物の浸食速度は、約０．０６５μｍ／Ｒｆ時間、及びＩＡＤ堆積されたＥｒ_２Ｏ_３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ＣＦ_４−ＣＨＦ_３トレンチ化学を用い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Ｙ_２Ｏ_３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Ｙ_２Ｏ_３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Ｅｒ_２Ｏ_３の浸食速度は、約０．１８μｍ／Ｒｆ時間である。

本発明の実施形態に従って形成されたＩＡＤ堆積された薄膜保護層でコーティングされた蓋及びノズルは、表４に示される指示された仕様を満たす金属汚染の結果を有する。表は、金属汚染元素、検出限界、仕様限界、第１テスト結果、及び第２テスト結果を同定する。検出限界は、汚染の最小検出可能レベルである。仕様限界は、テストで処理された基板（例えば、ウェハ）上に見つかる平方センチメートル当たりの原子（原子／ｃｍ^２）である。示されるように、２つの異なる金属汚染テスト内で、アルミニウム及びイットリウム汚染のレベルは、１００原子／ｃｍ^２未満であり、ニッケル、鉄、クロム、銅、チタン、及びカルシウム汚染のレベルは、１０原子／ｃｍ^２未満であった。テストの各々に対して、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２の固溶体とを含むセラミックス化合物の薄膜保護層を含む蓋及びノズルが、テストプロセス中に使用された。金属汚染のレベルは、各テストプロセス後に測定された。本明細書に記載される実施形態に従って形成された他のＩＡＤ堆積された薄膜保護層を使用して、同様の汚染結果が達成可能である。

Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２の固溶体とを含むセラミックス化合物の薄膜保護層を有する蓋及びノズルを用いた処理の１００ＲＦ時間後、処理された３００ｍｍウェハ上の全体的な粒子汚染は、大きさが６５ｎｍを超える粒子が約５０、大きさが９０ｎｍを超える粒子が約４０、及び大きさが１６５ｎｍを超える粒子が約２０であると試験された。測定された粒子汚染は、３００ｍｍウェハ上の所定の大きさを超える粒子の総数である。処理の５０ＲＦ時間後、全体的な粒子汚染は、大きさが６５ｎｍを超える粒子が約４０、大きさが９０ｎｍを超える粒子が約３０、及び大きさが１６５ｎｍを超える粒子が約１８であると試験された。

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 (15)

1. 処理チャンバ用のチャンバコンポーネントであって、
   セラミックス体と、
   セラミックス体の少なくとも１つの表面上にイオンアシスト蒸着を使用して形成された保護層であって、３００μｍ未満の厚さを有し、８マイクロインチ（０．２０３μｍ）以下の平均表面粗さを有する耐プラズマ性希土類酸化物膜である保護層とを含み、
   保護層は、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２の固溶体とを含むセラミックス化合物を含んでいるチャンバコンポーネント。
2. セラミックス化合物は、４０〜１００モル％のＹ_２Ｏ_３と、０モル％超〜６０モル％のＺｒＯ_２と、０モル％超〜１０モル％のＡｌ_２Ｏ_３の組成を有している、請求項１に記載のチャンバコンポーネント。
3. セラミックス化合物は、４０〜６０モル％のＹ_２Ｏ_３と、３０〜５０モル％のＺｒＯ_２と、１０〜２０モル％のＡｌ_２Ｏ_３の組成を有している、請求項１に記載のチャンバコンポーネント。
4. セラミックス化合物は、４０〜５０モル％のＹ_２Ｏ_３と、２０〜４０モル％のＺｒＯ_２と、２０〜４０モル％のＡｌ_２Ｏ_３の組成を有している、請求項１に記載のチャンバコンポーネント。
5. セラミックス化合物は、７０〜９０モル％のＹ_２Ｏ_３と、０モル％超〜２０モル％のＺｒＯ_２と、１０〜２０モル％のＡｌ_２Ｏ_３の組成を有している、請求項１に記載のチャンバコンポーネント。
6. セラミックス化合物は、６０〜８０モル％のＹ_２Ｏ_３と、０モル％超〜１０モル％のＺｒＯ_２と、２０〜４０モル％のＡｌ_２Ｏ_３の組成を有している、請求項１に記載のチャンバコンポーネント。
7. セラミックス化合物は、４０〜６０モル％のＹ_２Ｏ_３と、０モル％超〜２０モル％のＺｒＯ_２と、３０〜４０モル％のＡｌ_２Ｏ_３の組成を有している、請求項１に記載のチャンバコンポーネント。
8. 処理チャンバ用のチャンバコンポーネントであって、
   セラミックス体と、
   セラミックス体の少なくとも１つの表面上にイオンアシスト蒸着を使用して形成された保護層であって、３００μｍ未満の厚さを有し、８マイクロインチ（０．２０３μｍ）以下の平均表面粗さを有する耐プラズマ性希土類酸化物膜である保護層とを含み、
   保護層はＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２を含んでいるチャンバコンポーネント。
9. 処理チャンバ用のチャンバコンポーネントであって、
   セラミックス体と、
   セラミックス体の少なくとも１つの表面上にイオンアシスト蒸着を使用して形成された保護層であって、３００μｍ未満の厚さを有し、８マイクロインチ（０．２０３μｍ）以下の平均表面粗さを有する耐プラズマ性希土類酸化物膜である保護層とを含み、
   保護層はＹＦ_３を含んでいるチャンバコンポーネント。
10. 処理チャンバ用のチャンバコンポーネントであって、
    セラミックス体と、
    セラミックス体の少なくとも１つの表面上にイオンアシスト蒸着を使用して形成された保護層であって、３００μｍ未満の厚さを有し、８マイクロインチ（０．２０３μｍ）以下の平均表面粗さを有する耐プラズマ性希土類酸化物膜である保護層とを含み、
    保護層は、４０〜４５モル％のＹ_２Ｏ_３と、５〜１０モル％のＺｒＯ_２と、３５〜４０モル％のＥｒ_２Ｏ_３と、５〜１０モル％のＧｄ_２Ｏ_３と、５〜１５モル％のＳｉＯ_２の組成を有しているチャンバコンポーネント。
11. 保護層の空孔率は１％未満であり、保護層は１０〜３０μｍの厚さを有するコンフォーマルな保護層である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のチャンバコンポーネント。
12. 保護層の研磨後の粗さは８マイクロインチ（０．２０３μｍ）未満であり、
    セラミックス体の少なくとも１つの表面は、８〜１６マイクロインチ（０．２０３〜０．４０６ミクロン）の粗さを有している、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のチャンバコンポーネント。
13. セラミックス体は、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、又はＹ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２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つを含むバルク焼結セラミックス体である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のチャンバコンポーネント。
14. 保護層は保護層スタックを含み、保護層スタックは、
    少なくとも１つの表面上の第１耐プラズマ性希土類酸化物膜と、
    第１耐プラズマ性希土類酸化物膜上の第２耐プラズマ性希土類酸化物膜とを含み、
    第１耐プラズマ性希土類酸化物膜は、第１耐プラズマ性希土類酸化物膜に第２耐プラズマ性希土類酸化物膜とは異なる色を持たせる着色剤を含んでいる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のチャンバコンポーネント。
15. イオンアシスト蒸着を実行して、セラミックス体の少なくとも１つの表面に保護層を堆積させる工程と、
    保護層を８マイクロインチ（０．２０３μｍ）以下の平均表面粗さまで研磨する工程とを含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のチャンバコンポーネントを製造する方法。

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