JP7368398B2 - プラズマ耐食性希土類酸化物系薄膜コーティング - Google Patents
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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。
～
１つの面上に保護層スタックを有する実施例の物品の断面側面図を示す。
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。
高エネルギー粒子を利用した様々な堆積技術（例えば、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ））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。
～
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。
～
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。
本発明の実施形態は、物品の１以上の表面上に薄膜保護層を有する処理チャンバ用の物品（例えば、チャンバコンポーネント）を提供する。保護層は、約２０ミクロン以下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）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、例えば、プラズマ溶射技術を用いて形成可能な厚膜保護層上にトップコートとして使用することができる。いくつかの実施形態では、２以上の薄膜保護層を含む薄膜保護層スタックが、物品上に形成される。このような実施形態では、各薄膜保護層は、ＩＡＤ又はＰＶＤにより形成することができ、厚さが約２０ミクロン以下とすることができる。薄膜保護層は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、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。メンテナンス及び製造コストを低減しつつ、薄膜保護層によって提供される改善された耐食性は、物品の耐用年数を向上させることができる。
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装置又はプラズマエッチングリアクタ、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、チャンバ蓋などを含む。以下でより詳細に説明される薄膜保護層は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２（ＥＡＧ）、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２（ＧＡＧ）、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を含むことができる。薄膜保護層は、Ｙ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３系セラミックス、Ｅｒ２Ｏ３系セラミックス、Ｇｄ２Ｏ３系セラミックス、及び他の希土類酸化物もまた含むことができる。
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、又は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又はＰＶＤ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は、ＳｉＣ、Ｓｉ－ＳｉＣなどを含む。窒化物系セラミックスは、ＡｌＮ、ＳｉＮなどを含む。ＩＡＤ又はＰＶＤコーティングターゲット材料は、か焼粉末、（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）予め形成された塊、（例えば、５０～１００％の密度を有する）焼結体、機械加工体（例えば、セラミックス、金属、又は金属合金が可能）、又はプレメルト（１００％の密度）とすることができる。基板はまた、金属基板（例えば、Ａｌ、Ｔｉ、ステンレス鋼、又は陽極酸化Ａｌ）とすることもできる。
図示されるように、基板支持アセンブリ１４８は、一実施形態に係る薄膜保護層１３６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、薄膜保護層を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及びシャワーヘッド１３０を含む。シャワーヘッドは、シャワーヘッドベース及びシャワーヘッドガス分配プレートを含むことができる。あるいはまた、シャワーヘッド１３０は、いくつかの実施形態では、蓋及びノズルで置き換えてもよい。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。シャワーヘッド１３０（又は蓋及び／又はノズル）、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内に画定されることができ、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。
シャワーヘッド１３０は、チャンバ本体１０２の側壁１０８に支持されることができる。シャワーヘッド１３０（又は蓋）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／又は洗浄ガスを提供することができる。シャワーヘッド１３０は、誘電体エッチング（誘電体材料のエッチング）のために使用される処理チャンバ用に使用される。シャワーヘッド１３０は、ＧＤＰ１３３を貫通して複数のガス送出孔１３２を有するガス分配プレート（ＧＤＰ）１３３を含む。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結合されたＧＤＰ１３３を含むことができる。ＧＤＰ１３３は、Ｓｉ又はＳｉＣから作ることができ、又はセラミックス（例えば、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＹＡＧなど）とすることができる。
導体エッチング（導電性材料のエッチング）のため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、蓋を使用することができる。蓋は、蓋の中心孔に嵌合する中央ノズルを含むことができる。蓋は、セラミックス（例えば、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＡＧ、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。ノズルもまた、セラミックス（例えば、Ｙ２Ｏ３、ＹＡＧ、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。蓋、シャワーヘッドベース１０４、ＧＤＰ１３３、及び／又はノズルは、薄膜保護層で被覆することができる。
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、シャワーヘッド１３０又は蓋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。静電パック１６６の上面は、図示の実施形態では、薄膜保護層１３６によって覆われている。一実施形態では、薄膜保護層１３６は、静電パック１６６の上面上に配置される。別の一実施形態では、薄膜保護層１３６は、熱伝導性ベース１６４及び静電パック１６６の外側及び側部周縁部を含む静電チャック１５０の全露出面上に配置される。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及び／又は薄膜保護層１３６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～図５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２Ａを参照すると、物品２００のベース又は本体２０５の少なくとも一部は、薄膜保護層２０８によって覆われている。物品２００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、ガス分配プレート又はシャワーヘッド、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、チャンバ蓋など）とすることができる。物品２００の本体２０５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。
種々の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、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）、又は陽極酸化アルミニウムベースに結合された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、悪いプラズマ腐食性を有する。フッ素化学（化学物質）及び／又は還元化学を伴う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、約５０高周波時間（ＲＦ時間）の処理の後、ウェハチャッキングの劣化、Ｈｅ漏れ速度の増加、ウェハ正面側及び裏面側の粒子の生産、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、高い曲げ強度及び高い熱伝導率を有するので、導体エッチングプロセスに使用さ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、フッ素化学に曝露されたＡｌ２Ｏ３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。いくつかのチャンバ蓋は、プラズマに面する側に厚膜保護層を有し、これによって粒子生成及び金属汚染を最小限にし、蓋の寿命を延ばす。しかしながら、ほとんどの厚膜コーティング技術は、長いリードタイムを有する。また、ほとんどの厚膜コーティング技術において、コーティングを受け取るようにコーティングされる物品（例えば、蓋）を準備するために特別な表面の準備が実行される。このような長いリードタイム及びコーティングの準備工程は、コストを増加させ、生産性を低下させ、並びに改修（再生）を抑制する可能性がある。また、ほとんどの厚膜コーティングは、ウェハ上の欠陥の特性を低下させる可能性のある固有の亀裂及び孔を有する。
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シール及び／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、支持される基板（例えば、ウェハ）の周りに配置され、これによって均一なプラズマ密度（したがって、均一なエッチング）を確保することができる。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、プラズマ化学に曝露されたとき、このようなリングは、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接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たとき、陽極酸化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が形成される可能性がある。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間の平均時間を減少させる可能性がある。
（終点窓としても知られている）チャンバのビューポートは、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。様々な光学センサを、ビューポートによって保護することができ、ビューポートを通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する又は見ることを可能にすることができる。石英及びサファイアの両方共、悪いプラズマ耐食性を有する。プラズマ化学は、ビューポートを浸食し、荒らすので、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ことがあり、及び／又はビューポートを通過した光信号は、ゆがむことがある。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、これらのコーティングが、ビューポートを閉塞する可能性があるので、ビューポート上での使用に不適切であるかもしれない。
上記に提供される例は、本明細書の実施形態に記載されるような薄膜保護層を使用することによって性能が改善可能なわずか数個のチャンバコンポーネントを記載している。
再び図２Ａを参照すると、物品２００の本体２０５は、１以上の表面構造（例えば、図２Ａに図示されるメサ）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、ヘリウム孔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、接合ライン、ガス分配用の数百又は数千個の孔、ガス分配孔の周囲のディボット又はバンプ等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２０５上に形成される薄膜保護層２０８は、本体２０５の表面構造に倣うことができる。図示のように、薄膜保護層２０８は、本体２０５の上面の相対的な形状を維持する（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薄くすることができる。一実施形態では、薄膜保護層２０８は、約２０ミクロン未満の厚さを有する。更なる実施形態では、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２０８は、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）又は物理蒸着（ＰＶＤ）プロセスを用いて、物品２００の本体２０５上に形成可能な堆積されたセラミックス層である。実施可能な一例のＩＡＤプロセスは、電子ビームイオンアシスト蒸着（ＥＢ－ＩＡＤ）である。ＩＡＤ又はＰＶＤ堆積された薄膜保護層２０８は、（例えば、プラズマ溶射やスパッタリングによって引き起こされ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、本体２０５の下面を、直径１２インチの本体に対して本体全域に亘って約５０ミクロン未満の曲率で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２０８は、１％未満の空孔率、いくつかの実施形態では約０．１％未満の空孔率を更に有することができる。したがって、ＩＡＤ又はＰＶＤ堆積された薄膜保護層は、チャンバコンポーネントへ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又はＰＶＤ堆積された保護層２０８は、最初に第１本体２０５の上面を粗面化する、又は他の時間のかかる表面準備工程を行うことなく、堆積させることができる。本体を粗面化することは、本体２０５の絶縁破壊電圧を低下させる可能性があるので、最初に本体２０５を粗面化することなく、薄膜保護層２０８を塗布できることは、いくつかの用途に対して（例えば、静電チャックに対して）有益となる可能性がある。
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、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、又は、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３－ＺｒＯ２の固溶体（Ｙ２Ｏ３－ＺｒＯ２固溶体）とを含むセラミックス化合物を含む。他のＥｒ系及び／又はＧｄ系の耐プラズマ性の希土類酸化物もまた、薄膜保護層２０８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、薄膜保護層は、３５モル％のＹ２Ｏ３と、６５モル％のＡｌ２Ｏ３で構成されるＹＡＧである。別の一実施形態では、セラミックスコーティングは、３０～４０モル％のＹ２Ｏ３と、６０～７０モル％のＡｌ２Ｏ３で構成されるＹＡＧとすることができる。一実施形態では、セラミックス化合物は、６２．９３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。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。上述のセラミックスのいずれも、他の材料（例えば、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、又は他の酸化物）の微量を含んでいてもよい。
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薄膜保護層に対する材料特性を示す。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）２５００Ｖ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、６８００Ｖ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。
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。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、Ｅｒ２Ｏ３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。構造の高さ（例えば、内側シールバンド（ＩＳＢ）のメサの高さ及び外側シールバンド（ＯＳＢ）のメサの高さ）もまた、図示されるように、薄膜保護層のいずれの堆積結果として、ほぼ変わらなくすることができる。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、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、Ａｌ２Ｏ３基板よりも低い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、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されるべきである。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２Ｂは、薄膜保護層２５８によって被覆された本体２５５を有する物品２５０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２５５は、構造を欠くことができる。一実施形態では、本体２５５は、薄膜保護層２５８の堆積前に研磨される。本体２５５内に構造を有するのではなく、構造を薄膜保護層２５８内に形成することができる。例えば、薄膜保護層２５８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２５８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、基板をマスクした後、薄い被膜を塗布することにより形成することもできる。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）露出した接合ラインなどを含むことができる。また、穴を薄膜保護層内に（例えば、レーザ穿孔によって）穿孔することができる。構造が、薄膜保護層２５８内に形成される場合、薄膜保護層は、好ましくは、構造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ならば、薄膜保護層２５８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２５５内に形成することができ、他の構造は、薄膜保護層２５８内に形成することができる。
図３は、厚い保護層３３０及び薄膜保護層３０８を有する物品３００の一実施形態の断面側面図を示す。厚い保護層は、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３３０用に使用することができる。
厚い保護層３３０は、本体３０５の上に熱溶射（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３０５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することができる。粗面化は、例えば、本体３０５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３０５との間の機械的結合を作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可能である。プラズマ溶射された厚膜保護層は、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３３０は、本体３０５に接合されたバルク焼結セラミックスとすることができる。厚い保護層３３０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スェハとして提供可能である。
薄膜保護層３０８は、ＩＡＤ又はＰＶＤを使用して、厚い保護層３３０上に塗布することができる。薄膜保護層３０８は、トップコートの役割を果たすことができ、耐食性バリアの役割を果たし、厚い保護層３３０の露出面をシールする（例えば、厚い保護層３３０内の固有の表面亀裂（クラック）及び孔をシールする）ことができる。
図４は、物品４００の本体４０５上に堆積された薄膜保護層スタック４０６を有する物品４００の一実施形態の断面側面図を示す。薄膜保護層スタック４０６内の各薄膜保護層４０８、４１０は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、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、２つの隣接する薄膜保護層に対しては使用されない。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５は、物品５００の本体５０５上に薄膜保護層スタック５０６が堆積された物品５００の別の一実施形態の断面側面図を示す。物品５００は、薄膜保護層スタック５０６が４つの薄膜保護層５０８、５１０、５１５、５１８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、約２０ミクロン未満、いくつかの実施形態では、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４０８は、３ミクロンの厚さを有し、第２層４１０は、３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５０８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５１０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５１５は、１ミクロンの厚さを有するＹＡＧ層とすることができ、第４層５１８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と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Ｅｒ２Ｏ３）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、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、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、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４０６、５０６は、隣接する層間（又は層と本体４０５、５０５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５０５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５０８は、ＥＡＧとすることができ、第２層５１０は、ＹＡＧとすることができ、第３層５１５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５０６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５０８と第３層５１５は、ＹＡＧとすることができ、第２層５１０と第４層５１８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４０６、５０６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４０５、５０５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。
図６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、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決定がなされる。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に続く。
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）が実行され、これによって物品上に厚膜保護層を堆積させる。溶射プロセスを実行する前に、いくつかの実施形態では、物品の本体は、粗面化させることができる。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の例は、Ｙ３Ａｌ６Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、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。厚膜保護層を形成した後、いくつかの用途のために、表面構造が、厚膜保護層の表面上に形成される。例えば、物品がＥＳＣである場合、メサとＨｅ穴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ることができる。
ブロック６２０では、ＩＡＤ又はＰＶＤが実行され、これによって物品の本体上に薄膜保護層を堆積させる。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。薄膜保護層は、Ｙ３Ａｌ６Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、又は、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３－ＺｒＯ２の固溶体とのセラミックス化合物とすることができる。薄膜保護層の堆積速度は、毎秒約１～８オングストロームとすることができ、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。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。
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。一実施形態では、他の薄膜保護層は、Ｙ３Ａｌ６Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ６Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ６Ｏ１２、又は、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３－ＺｒＯ２の固溶体とのセラミックス化合物のうちの１つである。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、表面構造が、その薄膜保護層内に形成されてもよい。
図７Ａ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。ＩＡＤ法のいずれも、反応性ガス種（例えば、Ｏ２、Ｎ２、ハロゲン等）の存在下で実施することができる。
図示されるように、薄膜保護層７１５は、イオンなどの高エネルギー粒子７０３の存在下で堆積材料７０２の蓄積によって形成される。堆積材料７０２は、原子、イオン、ラジカル、又はそれらの混合物を含む。高エネルギー粒子７０３は、薄膜保護層７１５が形成されるとき、薄膜保護層７１５に衝突し、圧縮することができる。
一実施形態では、先に本明細書の他の箇所で説明したように、薄膜保護層７１５を形成するために、ＩＡＤが利用される。図７Ｂは、ＩＡＤ堆積装置の概略図を示す。図示されるように、材料源７５０は、堆積材料７０２のフラックスを提供し、一方、高エネルギー粒子源７５５は、高エネルギー粒子７０３のフラックスを提供し、これらの両方とも、ＩＡＤプロセスを通して材料源７５０に衝突する。高エネルギー粒子源７５５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７５５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７０２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）７５０は、薄膜保護層７１５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、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、又はＧｄ３Ａｌ５Ｏ１２とすることができる。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７０３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７１５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７０３は、高エネルギーイオン（又は他の粒子）源７５５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、薄膜保護層の組成物、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。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。概して、高エネルギーイオンアシストを用いた場合に、より優れた性能が示されている。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。
表２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。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、５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、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、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－６ｃｍ３／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、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、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℃）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、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、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、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、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、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。
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。
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 (17)
- 本体と、
本体の少なくとも１つの面上の第１保護層であって、１％以下の空孔率を有する薄膜であり、
Ｈ２／ＮＦ３プラズマ化学に曝露されたときに５２ｎｍ／ＲＦ時間±３０％以下の摩耗速度を有するＹ３Ａｌ５Ｏ１２、
Ｈ２／ＮＦ３プラズマ化学に曝露されたときに３５ｎｍ／ＲＦ時間±３０％以下の摩耗速度を有するＥｒ２Ｏ３、
Ｈ２／ＮＦ３プラズマ化学に曝露されたときに７０ｎｍ／ＲＦ時間±３０％以下の摩耗速度を有するＥｒ３Ａｌ５Ｏ１２、
Ｈ２／ＮＦ３プラズマ化学に曝露されたときに３５ｎｍ／ＲＦ時間±３０％以下の摩耗速度を有するＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３－ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物、からなる群から選択される第１セラミックスを含む第１保護層とを含み、
第１保護層は、第１保護層が形成された本体の少なくとも１つの面上に存在していなかった複数の表面構造を形成し、複数の表面構造は少なくとも、メサ、溝又はシールリングの１つを含む物品。 - 本体と、
本体の少なくとも１つの面上の第１保護層であって、１％以下の空孔率を有する薄膜であり、アモルファス構造を有し、Ｈ２／ＮＦ３プラズマ化学に曝露されたときに５２ｎｍ／ＲＦ時間±３０％以下の摩耗速度を有するＹ３Ａｌ５Ｏ１２である第１セラミックスを含む第１保護層とを含む物品。 - 本体と、
本体の少なくとも１つの面上の第１保護層であって、１％以下の空孔率を有する薄膜であり、アモルファス構造を有し、Ｈ２／ＮＦ３プラズマ化学に曝露されたときに７０ｎｍ／ＲＦ時間±３０％以下の摩耗速度を有するＥｒ３Ａｌ５Ｏ１２である第１セラミックスを含む第１保護層とを含む物品。 - 本体と、
本体の少なくとも１つの面上の第１保護層であって、１％以下の空孔率を有する薄膜であり、アモルファス構造を有し、Ｈ２／ＮＦ３プラズマ化学に曝露されたときに３５ｎｍ／ＲＦ時間±３０％以下の摩耗速度を有するＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３－ＺｒＯ２の固溶体を含むセラミックス化合物である第１セラミックスを含む第１保護層とを含む物品。 - 本体と、
本体の少なくとも１つの面上の第１保護層であって、１％以下の空孔率を有する薄膜であり、結晶又はナノ結晶構造を有し、Ｈ２／ＮＦ３プラズマ化学に曝露されたときに３５ｎｍ／ＲＦ時間±３０％以下の摩耗速度を有するＥｒ２Ｏ３である第１セラミックスを含む第１保護層とを含む物品。 - 本体と、
本体の少なくとも１つの面上の第１保護層であって、１％以下の空孔率を有する薄膜であり、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３－ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物である第１セラミックスを含み、第１セラミックスは、Ｈ２／ＮＦ３プラズマ化学に曝露されたときに３５ｎｍ／ＲＦ時間±３０％以下の摩耗速度を有し、ＣＨ４／Ｃｌ２プラズマ化学に曝露されたときに３ｎｍ／ＲＦ時間±３０％以下の摩耗速度を有する第１保護層とを含む物品。 - 本体と、
本体の少なくとも１つの面上の第１保護層であって、１％以下の空孔率を有する薄膜であり、
Ｈ２／ＮＦ３プラズマ化学に曝露されたときに５２ｎｍ／ＲＦ時間±３０％以下の摩耗速度を有するＹ３Ａｌ５Ｏ１２、
Ｈ２／ＮＦ３プラズマ化学に曝露されたときに３５ｎｍ／ＲＦ時間±３０％以下の摩耗速度を有するＥｒ２Ｏ３、
Ｈ２／ＮＦ３プラズマ化学に曝露されたときに７０ｎｍ／ＲＦ時間±３０％以下の摩耗速度を有するＥｒ３Ａｌ５Ｏ１２、
Ｈ２／ＮＦ３プラズマ化学に曝露されたときに３５ｎｍ／ＲＦ時間±３０％以下の摩耗速度を有するＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３－ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物、からなる群から選択される第１セラミックスを含む第１保護層とを含む物品であって、
物品は、石英又はサファイアのビューポートであり、ビューポート及び第１保護層はビューポートを介して伝送される光信号に透明である物品。 - 本体と、
本体の少なくとも１つの面上の第１保護層であって、１％以下の空孔率を有する薄膜であり、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３－ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物である第１セラミックスを含み、第１セラミックスはＨ２／ＮＦ３プラズマ化学に曝露されたときに３５ｎｍ／ＲＦ時間±３０％以下の摩耗速度を有する第１保護層とを含む物品であって、
第１セラミックスは、７．８ＧＰａ±３０％の硬度、９．８３±３０％の誘電率、４．１Ｅ１６Ωｍ±３０％の体積抵抗率と、１９．９Ｗ／ｍＫ±３０％の熱伝導率、又は１．２Ｅ－９ｃｍ３／ｓ±３０％のヘルミシティの少なくとも１つを有する物品。 - 本体と、
本体の少なくとも１つの面上の第１保護層であって、１％以下の空孔率を有する薄膜であり、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２である第１セラミックスを含み、第１セラミックスはＨ２／ＮＦ３プラズマ化学に曝露されたときに７０ｎｍ／ＲＦ時間±３０％以下の摩耗速度を有する第１保護層をと含む物品であって、
第１セラミックスは、９ＧＰａ±３０％の硬度、９．５４±３０％の誘電率、１９．２Ｗ／ｍＫ±３０％の熱伝導率、又は９．５Ｅ－１０ｃｍ３／ｓ±３０％のヘルミシティの少なくとも１つを有する物品。 - 物品は、チャンバ蓋、ノズル、シャワーヘッドベース、シャワーヘッド、ガス分配プレート（ＧＤＰ）、チャンバビューポート、プロセスキットリング、シールド、プラズマスクリーン、フローイコライザ、チャンバ壁及びライナキットからなる群から選択されるチャンバコンポーネントである、請求項１～９のいずれか１項記載の物品。
- 本体は、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ａｌ、陽極酸化Ａｌ、チタン、ステンレス鋼、石英、サファイア、Ｓｉ又はＳｉＣの少なくとも１つを含む、請求項１～９のいずれか１項記載の物品。
- 本体の少なくとも１つの面上の保護層スタックであって、少なくとも第１保護層と、第１保護層の少なくとも一部を覆う第２保護層とを含む薄膜であり、第２保護層は、第１セラミックスとは異なる第２セラミックスを含み、第２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から選択される保護層スタックを含む、請求項１～９のいずれか１項記載の物品。
- 第１保護層はコンフォーマルであり、第２保護層はコンフォーマルである請求項１２記載の物品。
- 第１セラミックスは、１１．３Ｅ１６Ωｍ±３０％の体積抵抗率、９．７６±３０％の誘電率、２０．１Ｗ／ｍＫ±３０％の熱伝導率、８．５ＧＰａ±３０％の硬度、又は４．４Ｅ－１0ｃｍ３／ｓ±３０％のヘルミシティの少なくとも１つを有するＹ３Ａｌ５Ｏ１２である、請求項１又は２項記載の物品。
- 第１セラミックスは、９．６７±３０％の誘電率、１９．４Ｗ／ｍＫ±３０％の熱伝導率、又は５．５Ｅ－９ｃｍ３／ｓ±３０％のヘルミシティの少なくとも１つを有するＥｒ２Ｏ３である、請求項１又は５記載の物品。
- 第１保護層は、約２０ミクロンより小さな厚さを有する、請求項１～９のいずれか１項記載の物品。
- 本体は第１熱膨張係数値を有し、第１保護層は第２熱膨張係数値を有し、第２保護層は第３熱膨張係数値を有し、第２熱膨張係数値は、第１熱膨張係数値と第３熱膨張係数値との間にある、請求項１２記載の物品。
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