KR102294960B1 - 플라즈마 내침식성 희토류 옥사이드 기반 박막 코팅 - Google Patents

플라즈마 내침식성 희토류 옥사이드 기반 박막 코팅 Download PDF

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Abstract

물품은 바디, 및 바디의 적어도 하나의 표면 상의 적어도 하나의 보호층을 포함한다. 적어도 하나의 보호층은 Y3Al5O12, Y4Al2O9, Er2O3, Gd2O3, Er3Al5O12, Gd3Al5O12 및 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드로 이루어진 군으로부터 선택된 세라믹을 포함하는 대략 20 마이크론 미만의 두께를 갖는 박막이다.

Description

플라즈마 내침식성 희토류 옥사이드 기반 박막 코팅{PLASMA EROSION RESISTANT RARE-EARTH OXIDE BASED THIN FILM COATINGS}
본 발명의 구체예들은 일반적으로 박막 플라즈마 내성 보호층을 갖는 챔버 부품들에 관한 것이다.
반도체 산업에서, 디바이스들은 점차적으로 감소되고 있는 크기를 갖는 구조를 생산하는 다수의 제작 공정들에 의해 제작된다. 일부 제작 공정들, 예를 들어 플라즈마 에치 및 플라즈마 세정 공정들은 기재를 에칭시키거나 세정하기 위해 고속 플라즈마 스트림에 기재를 노출시킨다. 플라즈마는 매우 부식성일 수 있고, 가공 챔버들 및 플라즈마에 노출되는 다른 표면들을 부식시킬 수 있다.
본 발명은 유사한 참조기호들이 유사한 구성요소들을 지시하는 첨부된 도면에서의 도들에서, 일 예로서 예시된 것으로서, 한정적인 것으로 예시된 것은 아니다. 본 명세서에서 "일 구체예"에 대한 상이한 언급들이 반드시 동일한 구체예를 언급하는 것이 아니며 이러한 언급들은 적어도 하나를 의미한다는 것이 주지되어야 한다.
도 1은 가공 챔버의 일 구체예의 단면도를 도시한 것이다.
도 2a 내지 도 5는 하나의 표면 상에 보호층 스택들을 갖는 일 예의 물품들의 측단면도들을 도시한 것이다.
도 6은 물품 위에 하나 이상의 보호층들을 형성시키는 공정의 일 구체예를 예시한 것이다.
도 7a는 이온 보조 증착(IAD)과 같은 고에너지 입자들(energetic particles)을 사용하는 다양한 증착 기술들에 적용 가능한 증착 메카니즘을 도시한 것이다.
도 7b는 IAD 증착 장비의 개략도를 도시한 것이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 구체예들에 따라 형성된 박막 보호층들에 대한 침식률들을 예시한 것이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 구체예들에 따라 형성된 박막 보호층들에 대한 거칠기 프로파일들을 예시한 것이다.
본 발명의 구체예들은 물품의 하나 이상의 표면들 상에 박막 보호층을 갖는 가공 챔버를 위한 챔버 부품과 같은 물품을 제공한다. 보호층은 대략 20 마이크론 미만의 두께를 가질 수 있고, 물품의 보호를 위한 플라즈마 내부식성을 제공할 수 있다. 보호층은 이온 보조 증착(IAD) 또는 물리적 증기 증착(PAD)을 사용하여 물품 상에 형성될 수 있다. 박막 보호층은 두꺼운 막 보호층 위에 톱 코트(top coat)로서 사용될 수 있는데, 이는 예를 들어 플라즈마 분무 기술들을 사용하여 형성될 수 있다. 일부 구체예들에서, 둘 이상의 박막 보호층들을 포함하는 박막 보호층 스택이 물품 상에 형성된다. 이러한 구체예들에서, 각 박막 보호층은 IAD 또는 PVD에 의해 형성될 수 있고, 두께가 대략 20 마이크론 이하일 수 있다. 박막 보호층은 Y3Al5O12, Y4Al2O9, Er2O3, Gd2O3, Er3Al5O12, Gd3Al5O12, 또는 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드일 수 있다. 박막 보호층에 의해 제공된 개선된 내침식성은 유지보수 및 제작 비용을 감소시키면서, 물품의 사용 수명을 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 구체예들에 따라 박막 보호층으로 코팅된 하나 이상의 챔버 부품들을 갖는 반도체 가공 챔버(100)의 단면도이다. 가공 챔버(100)는 부식성 플라즈마 환경이 제공되는 공정들을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 가공 챔버(100)는 플라즈마 에칭기 또는 플라즈마 에치 반응기, 플라즈마 세척기, 등을 위한 챔버일 수 있다. 박막 보호층을 포함할 수 있는 챔버 부품들의 예들은 기재 지지 어셈블리(148), 정전 척(ESC)(150), 고리(예를 들어, 공정 키트 고리 또는 단일 고리), 챔버 벽, 베이스, 가스 분배 플레이트, 샤워헤드, 라이너, 라이너 키트, 차폐물(shield), 플라즈마 스크린, 흐름 평형기(flow equalizer), 냉각 베이스, 챔버 뷰포트(chamber viewport), 챔버 뚜껑, 등을 포함한다. 박막 보호층은 하기에 보다 상세히 기술되는데, 이는 Y3Al5O12 (YAG), Y4Al2O9 (YAM), Er2O3, Gd2O3, Er3Al5O12 (EAG), Gd3Al5O12 (GAG) 및/또는 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드를 포함할 수 있다. 박막 보호층은 또한, Y2O3 및 Y2O3 기반 세라믹들, Er2O3 기반 세라믹들, Gd2O3 기반 세라믹들, 및 다른 희토류 옥사이드들을 포함할 수 있다.
박막 보호층은 옥사이드 기반 세라믹들, 니트라이드 기반 세라믹들 및 카바이드 기반 세라믹들을 포함하는 상이한 세라믹들 위에 적용된 IAD 또는 PVD 코팅일 수 있다. 옥사이드 기반 세라믹들의 예는 SiO2 (석영), Al2O3, Y2O3, 등을 포함한다. 카바이드 기반 세라믹들의 예는 SiC, Si-SiC, 등을 포함한다. 니트라이드 기반 세라믹들의 예는 AlN, SiN, 등을 포함한다. IAD 또는 PVD 코팅 타겟 물질은 소성된 분말들, 예비성형된 덩어리들 (예를 들어, 그린 바디 프레싱, 핫 프레싱, 등에 의해 형성됨), 소결된 바디 (예를 들어, 50 내지 100% 밀도를 가짐), 기계처리된 바디 (예를 들어, 세라믹, 금속, 또는 금속 합금일 수 있음), 또는 사전-용융물 (100% 밀도)일 수 있다. 기재는 또한 Al, Ti, 스테인레스강, 또는 양극산화 Al과 같은 금속 기재들일 수 있다.
예시된 바와 같이, 기재 지지 어셈블리(148)는 일 구체예에 따르면, 박막 보호층(136)을 갖는다. 그러나, 상기에 나열된 것과 같은 임의의 다른 챔버 부품들이 또한 박막 보호층을 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
일 구체예에서, 가공 챔버(100)는 내부 용적(106)을 둘러싸는 샤워헤드(130) 및 챔버 바디(102)를 포함한다. 샤워헤드는 샤워헤드 베이스 및 샤워헤드 가스 분배 플레이트를 포함할 수 있다. 대안적으로, 샤워헤드(130)는 일부 구체예들에서 뚜껑 및 노즐에 의해 대체될 수 있다. 챔버 바디(102)는 알루미늄, 스테인레스강 또는 다른 적합한 물질로부터 제작될 수 있다. 챔버 바디(102)는 일반적으로 측벽들(108) 및 바닥(110)을 포함한다. 임의 샤워헤드(130)(또는 뚜껑 및/또는 노즐), 측벽들(108) 및/또는 바닥(110)은 박막 보호층을 포함할 수 있다.
외부 라이너(116)는 챔버 바디(102)를 보호하기 위해 측벽들(108)에 인접하게 배치될 수 있다. 외부 라이너(116)는 박막 보호층으로 제작되고/거나 이로 코팅될 수 있다. 일 구체예에서, 외부 라이너(116)는 알루미늄 옥사이드로부터 제작된다.
배기 포트(126)는 챔버 바디(102)에서 한정될 수 있고, 내부 용적(106)을 펌프 시스템(128)에 연결시킬 수 있다. 펌프 시스템(128)은 가공 챔버(100)의 내부 용적(106)의 압력을 배기시키고 조절하기 위해 사용되는 하나 이상의 펌프들 및 쓰로틀 밸브들을 포함할 수 있다.
샤워헤드(130)는 챔버 바디(102)의 측벽(108) 상에 지지될 수 있다. 샤워헤드(130)(또는 뚜껑)는 가공 챔버(100)의 내부 용적(106)에 접근할 수 있도록 개방될 수 있고, 폐쇄되어 있는 동안 가공 챔버(100)를 위한 시일(seal)을 제공할 수 있다. 가스 판넬(158)은 공정 및/또는 세정 가스들을 샤워헤드(130) 또는 뚜껑 및 노즐을 통해 내부 용적(106)에 제공하기 위해 가공 챔버(100)에 연결될 수 있다. 샤워헤드(130)는 유전체 에치(유전체 물질의 에칭)를 위해 사용되는 가공 챔버들를 위해 사용된다. 샤워헤드(130)는 GDP(133) 전반에 걸쳐 다수의 가스 전달 홀들(132)을 갖는 가스 분배 플레이트(GDP)(133)를 포함한다. 샤워헤드(130)는 알루미늄 베이스 또는 양극 산화 알루미늄 베이스에 결합된 GDP(133)를 포함할 수 있다. GDP(133)는 Si 또는 SiC로부터 제조될 수 있거나, Y2O3, Al2O3, YAG, 등과 같은 세라믹일 수 있다.
전도체 에치(전도성 물질의 에칭)를 위해 사용되는 가공 챔버들에 대하여, 샤워헤드 보다 오히려 뚜껑이 사용될 수 있다. 뚜껑은 뚜껑의 중심 홀에 끼워지는 중심 노즐을 포함할 수 있다. 뚜껑은 세라믹, 예를 들어 Al2O3, Y2O3, YAG, 또는 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드일 수 있다. 노즐은 또한, 세라믹, 예를 들어 Y2O3, YAG, 또는 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드일 수 있다. 뚜껑, 샤워헤드 베이스(104), GDP(133) 및/또는 노즐은 박막 보호층으로 코팅될 수 있다.
가공 챔버(100)에서 기재들을 가공하기 위해 사용될 수 있는 가공 가스들의 예들은 할로겐-함유 가스들, 예를 들어 그중에서도, C2F6, SF6, SiCl4, HBr, NF3, CF4, CHF3, CH2F3, F, NF3, Cl2, CCl4, BCl3 및 SiF4, 및 다른 가스들, 예를 들어 O2, 또는 N2O를 포함한다. 운반 가스들의 예는 N2, He, Ar, 및 공정 가스들에 대해 불활성인 다른 가스들(예를 들어, 비-반응성 가스들)을 포함한다. 기재 지지 어셈블리(148)는 가공 챔버(100)의 내부 용적(106)에서 샤워헤드(130) 또는 뚜껑 아래에 배치된다. 기재 지지 어셈블리(148)는 가공 동안 기재(144)를 유지시킨다. 고리(146)(예를 들어, 단일 고리)는 정전 척(150)의 일부를 덮을 수 있고, 가공 동안 덮혀진 부분이 플라즈마에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 고리(146)는 일 구체예에서 실리콘 또는 석영일 수 있다.
내부 라이너(118)는 기재 지지 어셈블리(148)의 주변부(periphery) 상에 코팅될 수 있다. 내부 라이너(118)는 할로겐-함유 가스 내성 물질, 예를 들어, 외부 라이너(116)에 관한여 논의된 것들일 수 있다. 일 구체예에서, 내부 라이너(118)는 외부 라이너(116)와 동일한 물질들로부터 제작될 수 있다. 추가적으로, 내부 라이너(118)는 박막 보호층으로 코팅될 수 있다.
일 구체예에서, 기재 지지 어셈블리(148)는 받침대(152)를 지지하는 마운팅 플레이트(162), 및 정전 척(150)을 포함한다. 정전 척(150)은 열전도성 베이스(164) 및 일 구체예에서 실리콘 접합부일 수 있는 접합부(138)에 의해 열전도성 베이스에 결합된 정전 퍽(166)을 추가로 포함한다. 정전 퍽(166)의 상부 표면은 예시된 구체예에서 박막 보호층(136)에 의해 덮혀진다. 일 구체예에서, 박막 보호층(136)은 정전 퍽(166)의 상부 표면 상에 배치된다. 다른 구체예에서, 박막 보호층(136)은 열전도성 베이스(164) 및 정전 퍽(166)의 외부 및 측면 주변부를 포함하는 정전 척(150)의 전체 노출 표면 상에 배치된다. 마운팅 플레이트(162)는 챔버 바디(102)의 바닥(110)에 연결되고, 유틸리티들(utility)(예를 들어, 유체들, 전선들, 센서 리드들, 등)을 열전도성 베이스(164) 및 정전 퍽(166)으로 전달하기 위한 통로들을 포함한다.
열전도성 베이스(164) 및/또는 정전 퍽(166)은 기재 지지 어셈블리(148)의 측면 온도 프로파일을 제어하기 위해 하나 이상의 임의적 엠베딩된 가열 부재들(176), 엠베딩된 단열기들(174) 및/또는 도관들(168, 170)을 포함할 수 있다. 도관들(168, 170)은 도관들(168, 170)을 통해 온도 조절 유체를 순환시키는 유체 공급원(172)에 유체적으로 연결될 수 있다. 엠베딩된 단열기(174)는 일 구체예에서 도관들(168, 170) 사이에 배치될 수 있다. 가열기(176)는 가열기 전력 공급원(178)에 의해 조절된다. 도관들(168, 170) 및 가열기(176)는 열전도성 베이스(164)의 온도를 제어하기 위해 사용되어, 정전 퍽(166) 및 가공될 기재들(예를 들어, 웨이퍼)(144)을 가열시키고/거나 냉각시킬 수 있다. 정전 퍽(166) 및 열전도성 베이스(164)의 온도는 복수의 온도 센서들(190, 192)을 사용하여 모니터링될 수 있고, 이는 제어기(195)를 이용하여 모니터링될 수 있다.
정전 퍽(166)은 퍽(166) 및/또는 박막 보호층(136)의 상부 표면에 형성될 수 있는, 그루브들, 메사들 및 다른 표면 피쳐들과 같은 다수의 가스 통로들을 추가로 포함할 수 있다. 가스 통로들은 퍽(166)에 천공된 홀들을 통해 He와 같은 열전달 (또는 배면) 가스의 공급원에 유체적으로 연결될 수 있다. 작동 시에, 배면 가스는 정전 퍽(166)과 기재(144) 간의 열전달을 향상시키기 위해 가스 통로들에 조절된 압력으로 제공될 수 있다.
정전 퍽(166)은 척킹 전력원(chucking power source; 182)에 의해 제어된 적어도 하나의 클램핑 전극(180)을 포함한다. 전극(180)(또는 퍽(166) 또는 베이스(164)에 배치된 다른 전극)은 가공 챔버(100) 내에 공정 가스 및/또는 다른 가스로부터 형성된 플라즈마를 유지시키기 위해 매칭 회로(188)를 통해 하나 이상의 RF 전원(184)에 추가로 연결될 수 있다. 전원들(184, 186)은 일반적으로 약 50 kHz 내지 약 3 GHz의 주파수 및 약 10,000 와트 이하의 출력을 갖는 RF 신호를 형성시킬 수 있다.
도 2 내지 도 5는 하나 이상의 박막 보호층들에 의해 덮혀진 물품들(예를 들어, 챔버 부품들)의 측단면도들을 예시한 것이다. 도 2a를 참조로 하여, 물품(200)의 베이스 또는 바디(205)의 적어도 일부는 박막 보호층(208)에 의해 코팅된다. 물품(200)은 챔버 부품, 예를 들어 기재 지지 어셈블리, 정전 척(ESC), 고리(예를 들어, 공정 키트 고리 또는 단일 고리), 챔버벽, 베이스, 가스 분배 플레이트 또는 샤워헤드, 라이너, 라이너 키트, 차폐물, 플라즈마 스크린, 흐름 평형기, 냉각 베이스, 챔버 뷰포트, 챔버 뚜껑, 등일 수 있다. 물품(200)의 바디(205)는 금속, 세라믹, 금속-세라믹 복합물, 폴리머, 또는 폴리머-세라믹 복합물일 수 있다.
다양한 챔버 부품들은 상이한 물질들로 이루어진다. 예를 들어, 정전 척은 세라믹, 예를 들어 Al2O3 (알루미나), AlN (알루미늄 니트라이드), TiO (티탄 옥사이드), TiN (티탄 니트라이드) 또는 양극 산화 알루미늄 베이스에 결합된 SiC (실리콘 카바이드)로 이루어질 수 있다. Al2O3, AlN 및 양극 산화 알루미늄은 불량한 플라즈마 내침식성을 갖는다. 불소 화학물질 및/또는 환원 화학물질을 갖는 플라즈마 환경에 노출될 때, 정전 척의 정전 퍽은 분해된 웨이퍼 척킹, 증가된 He 누출율, 웨이퍼 전면 및 후면 입자 형성 및 약 50 무선주파수 시간(RFHr)의 가공 후에 온-웨이퍼 금속 오염을 나타낼 수 있다. 무선 주파수 시간은 가공의 시간이다.
전도체 에치 공정들을 위해 사용되는 플라즈마 에칭기를 위한 뚜껑은 Al2O3과 같은 소결된 세라믹일 수 있는데, Al2O3가 높은 휨 강도 및 높은 열전도도를 갖기 때문이다. 그러나, 불소 화학물질에 노출된 Al2O3은 AlF 입자들, 뿐만 아니라 웨이퍼 상의 알루미늄 금속 오염을 형성시킨다. 일부 챔버 뚜껑들은 입자 생성 및 금속 오염을 최소화하고 뚜껑의 수명을 지연시키기 위해 플라즈마 대향 측면 상에 두꺼운 막 보호층을 갖는다. 그러나, 대부분의 두꺼운 막 코팅 기술들은 긴 리드 시간(lead time)을 갖는다. 추가적으로, 대부분의 두꺼운 막 코팅 기술들에 대하여, 특별한 표면 제조는 코팅을 수용하기 위해 코팅될 물품(예를 들어, 뚜껑)을 제조하기 위해 수행된다. 이러한 긴 리드 시간 및 코팅 제조 단계들은 비용을 증가시키고 생산성을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 재연마(refurbishment)를 억제할 수 있다. 추가적으로, 대부분의 두꺼운 막 코팅들은 온-웨이퍼 결함 성능을 떨어뜨릴 수 있는 고유 크랙들 및 기공들을 갖는다.
공정 키트 고리 및 단일 고리는 다른 챔버 부품들을 시일링하고/거나 보호하기 위해 사용되고, 통상적으로 석영 또는 실리콘으로부터 제작된다. 이러한 고리들은 균일한 플라즈마 밀도(및 이에 따라 균일한 에칭)를 확보하기 위해 지지 기재(예를 들어, 웨이퍼) 둘레에 배치될 수 있다. 그러나, 석영 및 실리콘은 다양한 에치 화학물질들(예를 들어, 플라즈마 에치 화학물질들) 하에서 매우 높은 침식률을 갖는다. 추가적으로, 이러한 고리들은 플라즈마 화학물질들에 노출될 때 입자 오염을 야기시킬 수 있다. 공정 키트 고리 및 단일 고리는 또한 YAG 및 또는 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드와 같은 소결된 세라믹들로 이루어질 수 있다.
유전체 에치 공정들을 수행하기 위해 사용되는 에칭기(etcher)를 위한 샤워헤드는 통상적으로 SiC 면판(faceplate)에 결합된 양극 산화 알루미늄으로 제조된다. 이러한 샤워헤드가 불소를 포함한 플라즈마 화학물질에 노출될 때, AlF는 양극 산화 알루미늄 베이스와의 플라즈마 상호작용으로 인해 형성할 수 있다. 추가적으로, 양극 산화 알루미늄 베이스의 높은 침식률은 아싱(arcing)을 야기시키고, 궁극적으로 샤워헤드에 대한 세정 간의 중간 시간을 감소시킬 수 있다.
챔버 뷰포트(또는 종점 윈도우로서 공지됨)는 통상적으로 석영 또는 사파이어로 이루어진 투명한 부품이다. 다양한 광학 센서들은 뷰포트에 의해 보호될 수 있고, 뷰포트를 통해 광학 센서 판독을 수행할 수 있다. 추가적으로, 뷰포트는 사용자가 웨이퍼를 가공 동안 시각적으로 검사하거나 관찰할 수 있게 한다. 석영 및 사파이어 둘 모두는 불량한 플라즈마 내침식성을 갖는다. 플라즈마 화학물질이 뷰포트를 침식시키고 조면화시키기 때문에, 뷰포트의 광학적 성질들이 변한다. 예를 들어, 뷰포트는 흐려지게 될 수 있고/거나 뷰포트를 통과하는 광학 신호가 왜곡될 수 있다. 이는 정확한 판독들을 수집하는 광학 센서들의 능력을 손상시킬 수 있다. 그러나, 두꺼운 막 보호층들은 이러한 코팅들이 뷰포트를 가로막을 수 있기 때문에 뷰포트 상에 사용하기에 적절치 않을 수 있다.
실시예들에는 바로 위에 기술된 몇 가지 챔버 부품들을 제공하는데, 이의 성능은 본원의 구체예들에 기술된 바와 같이 박막 보호층의 사용에 의해 개선될 수 있다.
다시 도 2a를 참조로 하여, 물품(200)의 바디(205)는 도 2a에 예시된 메사(mesa)와 같은, 하나 이상의 표면 피쳐들을 포함할 수 있다. 정전 척에 대하여, 표면 피쳐들은 메사들, 시일링 밴드들, 가스 채널들, 헬륨 홀들, 등을 포함할 수 있다. 샤워헤드에 대하여, 표면 피쳐들은 결합선, 가스 분배를 위한 수 백개 또는 수 천개의 홀들, 가스 분배 홀들 둘레의 디보트(divot)들 또는 범프(bump)들, 등을 포함할 수 있다. 다른 챔버 부품들은 다른 표면 피쳐들을 가질 수 있다.
바디(205) 상에 형성된 박막 보호층(208)은 바디(205)의 표면 피쳐들에 정합할 수 있다. 도시된 바와 같이, 박막 보호층(208)은 바디(205)의 상부 표면의 상대적 형상을 유지한다(예를 들어, 메사의 형상들을 드러낸다). 추가적으로, 박막 코팅은 샤워헤드에서 홀들 또는 정전 척에서 He 홀들을 막지 않기 위하여 충분히 얇을 수 있다. 일 구체예에서, 박막 보호층(208)은 약 20 마이크론 미만의 두께를 갖는다. 추가 구체예에서, 박막 보호층은 약 0.5 마이크론 내지 약 7 마이크론의 두께를 갖는다.
박막 보호층(208)은 이온 보조 증착(IAD) 공정 또는 물리적 증기 증착(PVD) 공정을 이용하여 물품(200)의 바디(205) 상에 형성될 수 있는 증착된 세라믹 층이다. 수행될 수 있는 일 예 IAD 공정은 전자빔 이온 보조 증착(EB-IAD)이다. IAD 또는 PVD 증착된 박막 보호층(208)은 비교적 낮은 막 응력을 가질 수 있다(예를 들어, 플라즈마 분무 또는 스퍼터링에 의해 야기된 막 응력과 비교함). 비교적 낮은 막 응력은 바디(205)의 하부 표면을 12인치 직경을 갖는 바디에 대해 전체 바디에 걸쳐 약 50 마이크론 미만의 곡률을 갖는 매우 평평하게 되게 할 수 있다. IAD 또는 PVD 증착된 박막 보호층(208)은 추가적으로 일부 구체예들에서 1% 미만, 및 약 0.1% 미만인 공극률을 가질 수 있다. 이에 따라, IAD 또는 PVD 증착된 보호층은 조밀한 구조로서, 이는 챔버 부품 상에 적용하기 위해 성능 잇점들을 가질 수 있다. 추가적으로, IAD 또는 PVD 증착된 보호층(208)은 바디(205)의 상부 표면을 1차 조면화시키거나 다른 시간 소비 표면 제조 단계들을 수행하지 않으면서 증착될 수 있다. 바디를 조면화시키는 것이 바디(205)의 파괴 전압을 감소시킬 수 있기 때문에, 바디(205)를 1차 조면화시키지 않으면서 박막 보호층(208)을 적용하는 능력은 일부 적용들(예를 들어, 정전 척)에 대하여 유익할 수 있다.
박막 보호층(208)을 형성시키기 위해 사용될 수 있는 세라믹들의 예들은 Y3Al5O12, Y4Al2O9, Er2O3, Gd2O3, Er3Al5O12, Gd3Al5O12, 또는 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드(Y2O3-ZrO2 고용체)을 포함한다. 다른 Er 기반 및/또는 Gd 기반 플라즈마 내성 희토류 옥사이드들은 또한 박막 보호층(208)을 형성시키기 위해 사용될 수 있다. 일 구체예에서, 박막 보호층은 35 mol% Y2O3 및 65 mol% Al2O3로 이루어진 YAG이다. 다른 구체예에서, 세라믹 코팅은 30 내지 40 mol% Y2O3 및 60 내지 70 mol% Al2O3로 이루어진 YAG일 수 있다. 일 구체예에서, 세라믹 컴파운드는 62.93 mol% Y2O3, 23.23 mol% ZrO2 및 13.94 mol% Al2O3을 포함한다. 다른 구체예에서, 세라믹 컴파운드는 50 내지 75 mol% 범위의 Y2O3, 10 내지 30 mol% 범위의 ZrO2, 및 10 내지 30 mol% 범위의 Al2O3을 포함할 수 있다. 다른 구체예들에서, 세라믹 컴파운드를 위해 다른 분포들이 또한 사용될 수 있다. 임의의 상술된 세라믹들은 미량의 ZrO2, Al2O3, SiO2, B2O3, Er2O3, Nd2O3, Nb2O5, CeO2, Sm2O3, Yb2O3, 또는 다른 옥사이드들과 같은 다른 물질들을 포함할 수 있다.
표 1: IAD 증착된 YAG, Er2O3, EAG 및 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드에 대한 물질 성질들.
Figure 112016005930873-pct00001
표 1은 92% Al2O3 (알루미나)의 기재 및 92% Al2O3의 기재를 코팅하는 다양한 박막 보호층들에 대한 물질 성질들을 나타낸 것이다. 나타낸 바와 같이, 알루미나 기재는 363 볼트/mil (V/mil)의 파괴 전압을 갖는다. 반면, IAD 증착된 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드의 5 마이크론(㎛) 코팅은 2500 V의 파괴 전압을 갖는다(이는 알루미나에 대한 363 볼트/mil의 일반화된 수치 보다 훨씬 높은 것이다). IAD 증착된 YAG의 5 ㎛ 코팅은 6800 V의 파괴 전압을 갖는다. IAD 증착된 Er2O3의 5 ㎛ 코팅은 527 V의 파괴 전압을 갖는다. IAD 증착된 EAG의 5 ㎛ 코팅은 900 V의 파괴 전압을 갖는다.
알루미나의 체적 저항률은 실온에서 대략 0.01 x 1016 (0.01E16) Ω·cm이다. 세라믹 컴파운드 박막 보호층의 체적 저항률은 실온에서 약 4.1E16 Ω·cm이며, YAG 박막 보호층의 체적 저항률은 실온에서 약 11.3E16 Ω·cm이다.
알루미나의 유전율은 약 9.2이며, 세라믹 컴파운드 박막의 유전율은 약 9.83이며, YAG 박막의 유전율은 약 9.76이며, Er2O3 박막의 유전율은 약 9.67이며, EAG 박막의 유전율은 약 9.54이다. 알루미나의 손실 탄젠트는 약 5E-4이며, 세라믹 컴파운드 박막의 손실 탄젠트는 약 4E-4이며, YAG 박막의 손실 탄젠트는 약 4E-4이며, Er2O3 박막의 손실 탄젠트는 약 4E-4이며, EAG 박막의 손실 탄젠트는 약 4E-4이다. 알루미나의 열전도율은 약 18 W/m-K이며, 세라믹 컴파운드 박막의 열전도율은 약 19.9 W/m-K이며, YAG 박막의 열전도율은 약 20.1 W/m-K이며, Er2O3 박막의 열전도율은 약 19.4 W/m-K이며, EAG 박막의 열전도율은 약 19.2 W/m-K이다.
알루미나 기재는 일 구체예에서 대략 8 마이크로인치의 초기 거칠기(starting roughness)를 가질 수 있으며, 그러한 초기 거칠기는 모든 박막 보호층들에서 대략적으로 변하지 않을 수 있다. 피쳐 높이들, 예를 들어 내부 시일 밴드(inner seal band; ISB) 메사 높이들 및 외부 시일 밴드(outer seal band; OSB) 메사 높이들은 또한 나타낸 바와 같이, 임의의 박막 보호층들의 증착 결과로서 대략적으로 변하지 않을 수 있다. 알루미나 기재에 대한 박막 보호층들의 접착 강도는 세라믹 컴파운드 박막에 대해 28 메가 파스칼 (MPa)을 초과하고 YAG 박막에 대해 32 MPa를 초과할 수 있다. 접착 강도는 기재로부터 박막 보호층을 분리시키기 위해 사용되는 힘의 양을 측정함으로써 결정될 수 있다. 기밀성(Hermicity)은 박막 보호층을 사용하여 달성될 수 있는 시일링 용량(sealing capacity)을 측정한다. 나타낸 바와 같이, 초당 대략 1E-6의 입방 센티미터(cm3/s)의 He 누설률은 알루미나를 사용하여 달성될 수 있으며, 대략 1.2E-9의 He 누설률은 세라믹 컴파운드를 사용하여 달성될 수 있으며, 대략 4.4E-10의 He 누설률은 YAG를 사용하여 달성될 수 있으며, 대략 5.5E-9의 He 누설률은 Er2O3을 사용하여 달성될 수 있으며, 대략 9.5E-10의 He 누설률은 EAG를 사용하여 달성될 수 있다. 보다 낮은 He 누설률들은 개선된 시일을 지시하는 것이다. 각 예의 박막 보호층들은 Al2O3 기재 보다 낮은 He 누설률을 갖는다.
각 Y3Al5O12, Y4Al2O9, Er2O3, Gd2O3, Er3Al5O12, Gd3Al5O12, 및 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드는 플라즈마 가공 동안 마모에 저항할 수 있는 높은 경도를 갖는다. 나타낸 바와 같이, 알루미나는 대략 12.14 기가 파스칼 (GPa)의 비커스 경도 (5 Kgf)를 가지며, 세라믹 컴파운드는 대략 7.825 GPa의 경도를 가지며, YAG는 대략 8.5 GPa의 경도를 가지며, Er2O3은 대략 5.009 GPa의 경도를 가지며, EAG는 대략 9.057 GPa의 경도를 갖는다. 알루미나의 측정된 마모율은 무선주파수 시간 당 대략 0.2 나노미터(nm/RFhr)이며, 세라믹 컴파운드의 마모율은 약 0.14 nm/RFhr이며, Er2O3의 마모율은 약 0.113 nm/RFhr이며, EAG의 마모율은 약 0.176 nm/RFhr이다.
Y3Al5O12, Y4Al2O9, Er2O3, Gd2O3, Er3Al5O12, Gd3Al5O12, 및 세라믹 컴파운드는 상기 확인된 물질 성질들 및 특징들이 일부 구체예들에서 30% 이하로 달라질 수 있도록 개질될 수 있다는 것이 주지된다. 이에 따라, 이러한 물질 성질들에 대한 기술된 수치들은 일 예의 달성 가능한 수치들로서 이해되어야 한다. 본원에 기술된 세라믹 박막 보호층들은 제공된 수치들로 한정되는 것으로서 해석되지 않아야 한다.
도 2b는 박막 보호층(258)에 의해 코팅된 바디(255)를 갖는 물품(250)의 일 구체예의 측단면도를 예시한 것이다. 도시된 바와 같이, 바디(255)에는 피쳐들이 존재하지 않을 수 있다. 일 구체예에서, 바디(255)는 박막 보호층(258)의 증착 이전에 폴리싱된다. 바디(255)에 피쳐들을 갖기 보다는, 박막 보호층(258)에 피쳐들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 박막 보호층(258)은 마스킹되고 이후에 에칭되거나 비드 블라스팅되어 박막 보호층(258)의 마스킹되지 않은 부분들을 제거할 수 있다. 피쳐들은 또한, 기재를 마스킹하고 이후에 얇은 코팅을 적용함으로써 형성될 수 있다. 형성된 피쳐들은 메사들, 채널들, 시일 고리들, 노출된 접합선들(예를 들어, 샤워헤드의 접한선), 등을 포함할 수 있다. 추가적으로, 홀들은 예를 들어, 레이저 천공에 의해 박막 보호층에 천공될 수 있다. 피쳐들이 박막 보호층(258)에 형성되는 경우에, 박막 보호층은 바람직하게 피쳐들을 수용하기에 충분히 큰 두께를 가져야 한다. 예를 들어, 12 ㎛ 메사들이 박막 보호층에 형성되는 경우에, 박막 보호층(258)은 12 ㎛ 보다 큰 두께를 가져야 한다. 다른 구체예들에서, 일부 피쳐들은 바디(255)에 형성될 수 있으며, 다른 피쳐들은 박막 보호층(258)에 형성될 수 있다.
도 3은 두꺼운 보호층(330) 및 박막 보호층(308)을 갖는 물품(300)의 일 구체예의 측단면도를 예시한 것이다. 두꺼운 보호층은 Y3Al5O12, Y4Al2O9, Y2O3, 또는 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드일 수 있다. 다른 플라즈마 내성 세라믹들이 또한 두꺼운 보호층(330)용으로 사용될 수 있다.
두꺼운 보호층(330)은 두꺼운 막 보호층일 수 있는데, 이는 바디(305) 상에 열적으로 분사(예를 들어, 플라즈마 분사)될 수 있다. 바디(305)의 상부 표면은 그 위에 두꺼운 막 보호층을 플라즈마 분사하기 전에 조면화될 수 있다. 조면화(roughening)는 예를 들어, 바디(305)를 비드 블라스팅함으로써 수행될 수 있다. 바디의 상부 표면을 조면화하는 것은 보다 양호한 접착을 위해 플라즈마 분사된 두꺼운 막 보호층과 바디(305) 간의 기계적 결합을 형성시키기 위하여 고정 포인트(anchor point)들을 제공한다. 두꺼운 막 보호층은 최대 약 200 마이크론 또는 보다 두꺼운 분사시 두께(as sprayed thickness)를 가질 수 있고, 일부 구체예들에서 대략 50 마이크론의 최종 두께로 그라인딩될 수 있다. 플라즈마 분사된 두꺼운 막 보호층은 약 2 내지 4%의 공극율을 가질 수 있다.
대안적으로, 두꺼운 보호층(330)은 바디(305)에 결합된 벌크 소결된 세라믹일 수 있다. 두꺼운 보호층(330)은 예를 들어, 대략 200 마이크론의 두께를 갖는 얇은 세라믹 웨이퍼로서 제공될 수 있다.
박막 보호층(308)은 IAD 또는 PVD를 이용하여 두꺼운 보호층(330) 위에 적용될 수 있다. 박막 보호층(308)은 톱 코트로서 작용할 수 있고, 내침식성 배리어로서 작용하고 두꺼운 보호층(330)의 노출된 표면을 시일링할 수 있다(예를 들어, 두꺼운 보호층(330)에서 고유의 표면 크랙들 및 기공들을 시일링할 수 있다).
도 4는 물품(400)의 바디(405) 위에 증착된 박막 보호층 스택(406)을 갖는 물품(400)의 일 구체예의 측단면도를 예시한 것이다. 박막 보호층 스택(406)에서 각 박막 보호층(408, 410)은 Y3Al5O12 (YAG), Y4Al2O9, Er2O3, Gd2O3, Er3Al5O12, Gd3Al5O12, 및 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드 중 하나일 수 있다. 일 구체예에서, 동일한 세라믹 물질은 두 개의 인접한 박막 보호층들용으로 사용되지 않는다. 그러나, 다른 구체예에서, 인접한 층들은 동일한 세라믹으로 이루어질 수 있다.
도 5는 물품(500)의 바디(505) 위에 증착된 박막 보호층 스택(506)을 갖는 물품(500)의 다른 구체예의 측단면도를 예시한 것이다. 물품(500)은 박막 보호층 스택(506)이 4개의 박막 보호층들(508, 510, 515, 518)을 갖는 것을 제외하고 물품(400)과 유사하다.
박막 보호층 스택들(예를 들어, 예시된 바와 같음)은 임의 수의 박막 보호층들을 가질 수 있다. 스택에서 박막 보호층들은 모두 동일한 두께를 가질 수 있거나, 이러한 것들은 다양한 두께를 가질 수 있다. 각 박막 보호층들은 대략 20 마이크론 미만, 및 일부 구체예에서 대략 10 마이크론 미만의 두께를 가질 수 있다. 일 예에서, 제1 층(408)은 3 마이크론의 두께를 가질 수 있으며, 제2 층(410)은 3 마이크론의 두께를 가질 수 있다. 다른 예에서, 제1 층(508)은 2 마이크론의 두께를 갖는 YAG 층일 수 있으며, 제2 층(510)은 1 마이크론의 두께를 갖는 컴파운드 세라믹 층일 수 있으며, 제3 층(515)은 1 마이크론의 두께를 갖는 YAG 층일 수 있으며, 제4 층(518)은 1 마이크론의 두께를 갖는 컴파운드 세라믹 층일 수 있다.
세라믹 층들의 수 및 사용하기 위한 세라믹 층들의 조성의 선택은 요망되는 적용 및/또는 코팅될 물품의 타입을 기초로 할 수 있다. IAD 및 PVD에 의해 형성된 EAG 및 YAG 박막 보호층들은 통상적으로 비정질 구조를 갖는다. 반면, IAD 및 PVD 증착된 컴파운드 세라믹 및 Er2O3 층들은 통상적으로 결정상 또는 나노-결정상 구조를 갖는다. 결정상 및 나노-결정상 세라믹 층들은 일반적으로 비정질 세라믹 층들 보다 큰 내침식성을 나타낼 수 있다. 그러나, 일부 경우들에서, 결정상 구조 또는 나노-결정상 구조를 갖는 박막 세라믹 층들은 우발적인 수직 크랙들(대략 막 두께의 방향으로 그리고 대략 코팅된 표면에 대해 수직으로 진행하는 크랙들)을 나타낼 수 있다. 이러한 수직 크랙들은 격자 불일치에 의해 야기될 수 있고 플라즈마 화학물질에 대한 공격 포인트들일 수 있다. 물품이 가열되고 냉각될 때마다, 박막 보호층과 이로 코팅되는 기재 간의 열팽창계수들의 불일치는 박막 보호층 상에 응력을 야기시킨다. 이러한 응력은 수직 크랙들에 집중될 수 있다. 이는 결국 박막 보호층이 이러한 것이 코팅되는 기재로부터 박리되게 할 수 있다. 반면, 수직 크랙들이 존재하지 않는 경우에, 응력은 박막을 가로질러 대략 균일하게 분포된다. 이에 따라, 일 구체예에서, 박막 보호층 스택(406)에서 제1 층(408)은 비정질 세라믹, 예를 들어 YAG 또는 EAG이며, 박막 보호층 스택(406)에서 제2 층(410)은 결정상 또는 나노-결정상 세라믹, 예를 들어 세라믹 컴파운드 또는 Er2O3이다. 이러한 구체예에서, 제2 층(410)은 제1 층(408)과 비교하여 보다 큰 플라즈마 내성을 제공할 수 있다. 바디(405) 바로 위 보다는, 제1 층(408) 위에 제2 층(410)을 형성시킴으로써, 제1 층(408)은 후속 층 상에 격자 불일치를 최소화하기 위한 버퍼(buffer)로서 작용한다. 이에 따라, 제2 층(410)의 수명이 증가될 수 있다.
다른 예에서, 바디, Y3Al5O12 (YAG), Y4Al2O9, Er2O3, Gd2O3, Er3Al5O12, Gd3Al5O12, 및 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드 각각은 상이한 열팽창계수를 가질 수 있다. 두 개의 인접한 물질들 간의 열팽창계수의 불일치가 클수록, 이러한 물질들 중 하나가 결국 크랙, 박리 또는 그밖에 다른 물질에 대한 이의 결합을 손실시킬 가능성이 더욱 커진다. 보호층 스택들(406, 506)은 인접한 층들 간의(또는 층과 바디(405, 505) 간의) 열팽창계수의 불일치를 최소화하는 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 바디(505)는 알루미나일 수 있으며, EAG는 알루미나와 가장 가깝고 이후에 YAG에 대한 열팽창계수, 이후에 컴파운드 세라믹에 대한 열팽창계수를 따르는 열팽창계수를 가질 수 있다. 이에 따라, 일 구체예에서, 제1 층(508)은 EAG일 수 있으며, 제2 층(510)은 YAG일 수 있으며, 제3 층(515)은 컴파운드 세라믹일 수 있다.
다른 예에서, 보호층 스택(506)에서의 층들은 두 개의 상이한 세라믹들의 교대하는 층들일 수 있다. 예를 들어, 제1 층(508) 및 제3 층(515)은 YAG일 수 있으며, 제2 층(510) 및 제4 층(518)은 컴파운드 세라믹일 수 있다. 이러한 교대하는 층들은 교대하는 층들에서 사용되는 하나의 물질이 비정질이며 교대하는 층들에서 사용되는 다른 물질이 결정상 또는 나노-결정상인 경우들에서 상술된 것과 유사한 장점들을 제공할 수 있다.
일부 구체예들에서, 박막 보호층 스택들(406, 506)에서 층들 중 하나 이상은 열처리를 사용하여 형성된 전이 층들이다. 바디(405, 505)가 세라믹 바디인 경우에, 고온 열처리는 박막 보호층과 바디 간의 상호확산을 촉진시키기 위해 수행될 수 있다. 추가적으로, 열처리는 인접한 박막 보호층들 간 또는 두꺼운 보호층과 박막 보호층 간의 상호확산을 촉진시키기 위해 수행될 수 있다. 특히, 전이 층은 비-다공성 층일 수 있다. 전이 층은 두 개의 세라믹들 간의 확산 접합으로서 작용할 수 있고, 인접한 세라믹들 간의 개선된 접착성을 제공할 수 있다. 이는 플라즈마 가공 동안 크래킹, 박리, 또는 스트립핑으로부터 보호층을 보호하는데 도움을 줄 수 있다.
열처리는 최대 약 1400 내지 1600℃에서 최대 약 24시간(예를 들어, 일 구체예에서 3 내지 6시간)의 시간 동안의 열처리일 수 있다. 이는 제1 박막 보호층과 인접한 세라믹 바디, 두꺼운 보호층 또는 제2 박막 보호층 중 하나 이상 사이에 상호확산 층을 형성할 수 있다. 세라믹 바디가 Al2O3이며, 보호층이 컴파운드 세라믹 Y4Al2O9 (YAM) 및 고용체 Y2- xZrxO3 (Y2O3-ZrO2 고용체)로 이루어진 경우에, Y3Al5O12 (YAG) 계면층이 형성될 것이다. 유사하게, 열처리는 Er2O3과 Al2O3 사이에 EAG의 전이 층을 형성시킬 것이다. 열처리는 또한, Y2O3과 Al2O3 사이에 YAG의 전이 층을 형성시킬 것이다. 열처리는 또한, Gd2O3과 Al2O3 사이에 GAG를 형성시킬 수 있다. Al2O3 위의 이트리아 안정화된 지르코니아(YSZ)의 열처리는 Y4Al2O9 (YAM) 및 고용체 Y2- xZrxO3의 컴파운드 세라믹의 전이 층을 형성시킬 수 있다. 다른 전이 층들이 다른 인접한 세라믹들 사이에 형성될 수 있다.
도 6은 챔버 부품과 같은 물품의 바디 위에 박막 보호층을 형성시키기 위한 공정(600)의 일 구체예를 예시한 것이다. 공정(600)의 블록(605)에서, 물품이 제공된다. 블록(610)에서, 물품 상에 두꺼운 막 보호층을 증착시키는 지의 여부가 결정된다. 두꺼운 막 보호층이 형성되어야 하는 경우에, 방법은 블록(615)로 진행한다. 그렇지 않으면, 방법은 블록(620)으로 계속된다.
블록(615)에서, 열 분사 공정(예를 들어, 플라즈마 분산 공정)은 물품 상에 두꺼운 막 보호층을 증착시키기 위해 수행된다. 열 분사 공정을 수행하기 전에, 물품의 바디는 일부 구체예들에서 조면화될 수 있다. 두꺼운 막 보호층은 임의 플라즈마 내성 세라믹일 수 있다. 두꺼운 막 보호층들의 일부 예들은 Y3Al6O12, Y4Al2O9, Y2O3, YSZ, 또는 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드를 포함한다. 두꺼운 막 보호층이 형성된 후에, 일부 적용들에 대하여, 표면 피쳐들이 두꺼운 막 보호층의 표면 상에 형성된다. 예를 들어, 물품이 ESC인 경우에, 메사들 및 He 홀들이 형성될 수 있다. 대안적인 구체예에서, 플라즈마 내성 세라믹 디스크 또는 다른 세라믹 구조물은 두꺼운 막 보호층을 분사시키기 보다는 물품의 바디에 접합될 수 있다.
블록(620)에서, IAD 또는 PVD는 물품의 바디 상에 박막 보호층을 증착시키기 위해 수행된다. 두꺼운 막 보호층이 블록(615)에서 형성되는 경우에, 박막 보호층은 두꺼운 막 보호층 위에 톱 코트로서 형성될 수 있다. 박막 보호층은 Y3Al6O12, Y4Al2O9, Er2O3, Gd2O3, Er3Al6O12, Gd3Al6O12, 또는 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체의 세라믹 컴파운드일 수 있다. 박막 보호층의 증착율은 초당 약 1 내지 8 옹스트롱일 수 있고, 증착 파라미터들을 조정함으로써 달라질 수 있다. 박막 보호층들은 매우 정합(conforming)할 수 있고, 두께에 있어서 균일할 수 있고, 이러한 층들이 증착되는 바디/기재에 대한 양호한 접착성을 가질 수 있다.
블록(625)에서, 임의 추가 박막 보호층들을 증착시킬 지의 여부가 결정된다. 추가 박막 보호층이 증착되어야 하는 경우에, 공정은 블록(630)으로 계속된다. 블록(630)에서, 다른 박막 보호층은 제1 박막 보호층 위에 형성된다. 다른 박막 보호층은 제1 박막 보호층의 세라믹과는 다른 세라믹으로 이루어질 수 있다. 일 구체예에서, 다른 박막 보호층은 Y3Al6O12, Y4Al2O9, Er2O3, Gd2O3, Er3Al6O12, Gd3Al6O12, 또는 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체의 세라믹 컴파운드 중 하나이다. 방법은 이후에 블록(625)로 되돌아간다. 블록(625)에서, 추가 박막 보호층들이 적용되지 않는 경우에, 공정은 종결된다. 임의 박막 보호층들이 증착된 후에, 표면 피쳐들은 박막 보호층에서 형성될 수 있다.
도 7a는 이온 보조 증착(IAD)과 같은 고에너지 입자들을 사용하는 다양한 증착 기술들에 적용 가능한 증착 메카니즘을 도시한 것이다. 예시적인 IAD 방법들은 이온 충격(ion bombardment), 예를 들어 증발(예를 들어, 활성화된 반응성 증발(activated reactive evaporation; ARE)) 및 본원에 기술된 바와 같이 플라즈마 내성 코팅들을 형성시키기 위해 이온 충격의 존재 하에 스퍼터링을 도입하는 증착 공정들을 포함한다. 임의 IAD 방법들은 반응성 가스 종들, 예를 들어 O2, N2, 할로겐들, 등의 존재 하에 수행될 수 있다.
나타낸 바와 같이, 박막 보호층(715)은 이온들과 같은 고에너지 입자들(703)의 존재 하에 증착 물질들(702)의 축적에 의해 형성된다. 증착 물질들(702)은 원자들, 이온들, 라디칼들, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 고에너지 입자들(503)은 층들이 형성됨에 따라 박막 보호층(715)에 영향을 미치고 치밀해질 수 있다.
일 구체예에서, IAD는 본원의 다른 곳에서 이전에 기술된 바와 같이, 박막 보호층(715)을 형성시키기 위해 사용된다. 도 7b는 IAD 증착 장비의 개략도를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 물질 공급원(750)은 증착 물질(702)의 플럭스를 제공하며, 고에너지 입자 공급원(755)은 고에너지 입자들(703)의 플럭스를 제공하며, 이들 둘 모두는 IAD 공정 전반에 걸쳐 물질 공급원(750)에 영향을 미친다. 고에너지 입자 공급원(55)은 산소 또는 다른 이온 공급원일 수 있다. 고에너지 입자 공급원(755)은 또한, 다른 타입들의 고에너지 입자들, 예를 들어 입자 발생 공급원들로부터 비롯된(예를 들어, 플라즈마, 반응성 가스들, 또는 증착 물질들을 제공하는 물질 공급원으로부터 비롯된) 불활성 라디칼들, 뉴트론 원자들, 및 나노 크기의 입자들을 제공할 수 있다. 증착 물질들(702)을 제공하기 위해 사용되는 물질 공급원(예를 들어, 타겟 바디)(750)은 박막 보호층(715)을 이루는 동일한 세라믹에 해당하는 벌크 소결된 세라믹일 수 있다. 예를 들어, 물질 공급원은 벌크 소결된 세라믹 컴파운드 바디, 또는 벌크 소결된 YAG, Er2O3, Gd2O3, Er3Al5O12, 또는 Gd3Al5O12일 수 있다. IAD는 물질 및 고에너지 이온 공급원들을 제공하기 위해 하나 이상의 플라즈마들 또는 빔들을 사용할 수 있다. 반응성 종들이 또한, 플라즈마 내성 코팅의 증착 동안 제공될수 있다. 일 구체예에서, 고에너지 입자들(703)은 적어도 하나의 비-반응성 종들(예를 들어, Ar) 또는 반응성 종들(예를 들어, O)을 포함한다. 추가 구체예들에서, 반응성 종들, 예를 들어 CO 및 할로겐들(Cl, F, Br, 등)은 또한, 박막 보호층(715)에 가장 약하게 결합된 증착된 물질을 선택적으로 제거하는 경향을 추가로 증가시키기 위해 플라즈마 내성 코팅의 형성 동안 도입될 수 있다.
IAD 공정들과 관련하여, 고에너지 입자들(703)은 다른 증착 파라미터들과는 독립적으로 고에너지 이온(또는 다른 입자) 공급원(755)에 의해 조절될 수 있다. 고에너지 이온 플럭스의 에너지(예를 들어, 속도), 밀도 및 입사각에 따라, 박막 보호층의 조성, 구조, 결정상 배향 및 입자 크기가 조정될 수 있다. 조정될 수 있는 추가 파라미터들은 증착 동안 물품의 온도, 뿐만 아니라 증착 시간이다. 이온 에너지는 크게 저에너지 이온 어시스트(low energy ion assist) 및 고에너지 이온 어시스트(high energy ion assist)로 분류될 수 있다. 이온들은 저에너지 이온 어시스테 보다 고에너지 이온 어시스트에서 더욱 높은 속도로 발사된다. 일반적으로, 고에너지 이온 어시스트에서 우수한 성능이 나타났다. 증착 동안 기재(물품) 온도는 크게 저온(일 구체예에서 통상적인 실온인 대략 120 내지 150℃) 및 고온(일 구체예에서, 대략 270℃)로 나누어질 수 있다.
표 2: IAD를 사용하여 형성된 일 예의 박막 보호층들
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표 2는 다양한 증착 파라미터들을 갖는 IAD를 사용하여 형성된 여러 일 예의 박막 보호층들을 나타낸 것이다. 5개의 상이한 예들은 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체의 세라믹 컴파운드로부터 형성된 박막 보호층들에 대해 나타낸 것이다. 제1 예 컴파운드 세라믹 박막 보호층은 5 마이크론의 두께를 가지고, 저에너지 이온 어시스트, 270℃의 증착 온도, 및 초당 2 옹스트롱(Å/s)의 증착률로 IAD를 이용하여 형성되었다. X-선 회절에서는 제1 예의 컴파운드 세라믹 박막 보호층이 결정상 구조를 가짐을 나타내었다. 제1 예의 컴파운드 세라믹 박막 보호층은 또한 4.11 GPa의 경도를 가지며, 시각적 검사에서는 하부 기재에 대한 양호한 정합성(conformance), 뿐만 아니라 일부 수직 크랙들 및 일부 스파이크들을 나타내었다.
제2 예의 컴파운드 세라믹 박막 보호층은 6 마이크론의 두께를 가지고, 저에너지 이온 어시스트, 270℃의 증착 온도, 및 제1의 2 마이크론에 대해 1Å/s의 증착률 및 후속 4 마이크론에 대해 2Å/s의 증착률로 IAD를 이용하여 형성되었다. X-선 회절에서는 제2 예의 컴파운드 세라믹 박막 보호층이 나노-결정상 구조(여기서 일부는 결정상이며 일부는 비정질임)를 가짐을 나타내었다. 시일로서 사용될 때, 제2 예의 컴파운드 세라믹 박막 보호층은 5E-6 cm3/s까지 진공을 유지시킬 수 있었다. 제2 예의 컴파운드 세라믹 박막 보호층의 시각적 검사는 양호한 정합성 및 제1 예의 컴파운드 세라믹 박막 보호층 보다 적은 수직 크랙들을 나타내었다.
제3 예의 컴파운드 세라믹 박막 보호층은 5 마이크론의 두께를 가지고, 저에너지 이온 어시스트, 270℃의 증착 온도 및 1Å/s의 증착률로 IAD를 이용하여 형성되었다. X-선 회절에서는 제3 예의 컴파운드 세라믹 박막 보호층이 나노-결정상 구조를 가짐을 나타내었다. 시일로서 사용될 때, 제3 예의 컴파운드 세라믹 박막 보호층은 6.3E-6 cm3/s까지 진공을 유지시킬 수 있었다. 제3 예의 세라믹 박막 보호층의 시각적 검사는 양호한 정합성 및 제1 예의 컴파운드 세라믹 박막 보호층 보다 적은 수직 크랙들을 나타내었다.
제4 예의 컴파운드 세라믹 박막 보호층은 5 마이크론의 두께를 가지고, 고에너지 이온 어시스트, 270℃의 증착 온도, 및 제1 마이크론에 대해 1Å/s의 증착률 및 후속 4 마이크론에 대해 2Å/s의 증착률로 IAD를 이용하여 형성되었다. X-선 회절에서는 제3 예의 컴파운드 세라믹 박막 보호층이 대략 비정질 구조를 가짐을 나타내었다. 시일로서 사용될 때, 제3 예의 컴파운드 세라믹 박막 보호층은 1.2E-9 cm3/s까지 진공을 유지시킬 수 있었다. 제4 예의 컴파운드 세라믹 박막 보호층의 시각적 검사는 양호한 정합성, 매끄러운 표면 및 매우 적은 수직 크랙들을 나타내었다. 추가적으로, 제4 예의 컴파운드 세라믹 박막 보호층은 7.825 GPa의 경도를 갖는다.
제5 예의 컴파운드 박막 보호층은 실온(대략 120 내지 150℃)에서의 증착 온도를 갖는 것을 제외하고, 제4 예의 컴파운드 박막 보호층과 동일한 파라미터들을 이용하여 형성되었다. 제5 예의 컴파운드 박막 보호층은 제4 예의 컴파운드 박막 보호층과 유사한 성질들을 나타내었다.
제1 예의 YAG 박막 보호층은 5 마이크론의 두께를 가지고, 저에너지 이온 어시스트, 270℃의 증착온도, 및 2.5Å/s의 증착률로 IAD를 이용하여 형성되었다. X-선 회절에서는 제1 YAG 세라믹 박막 보호층이 비정질 구조를 가짐을 나타내었다. 제1 YAG 박막 보호층은 또한, 5.7 GPa의 경도를 가지며, 시각적 검사는 양호한 정합성, 최소 크래킹 및 매끄러운 표면을 나타내었다.
제2 예의 YAG 박막 보호층은 5 마이크론의 두께를 가지고, 고에너지 이온 어시스트, 270℃의 증착온도, 및 제1 마이크론에 대해 1Å/s의 증착률 및 후속 4 마이크론에 대해 2Å/s의 증착률로 IAD를 이용하여 형성되었다. X-선 회절에서는 제2 YAG 박막 보호층이 비정질 구조를 가짐을 나타내었다. 제2 YAG 박막 보호층은 또한 8.5 GPa의 경도를 가지며, 시각적 검사는 양호한 정합성, 제1 YAG 박막에 비해 감소된 크래킹, 및 매끄러운 표면을 나타내었다.
교대하는 컴파운드 세라믹 및 YAG 층들을 갖는 일 예의 박막 보호층 스택은 5 마이크론의 두께를 가지고, 저에너지 이온 어시스트, 270℃의 증착온도, 및 2Å/s의 증착률로 IAD를 이용하여 형성되었다. X-선 회절에서는 교대하는 층들이 비정질(YAG 층들에 대해) 및 결정상 또는 나노-결정상(컴파운드 세라믹 층들에 대해)임을 나타내었다. 시각적 검사는 컴파운드 세라믹 층들에 대해 감소된 수직 크랙들을 나타내었다.
제1 예의 Er2O3 박막 보호층은 5 마이크론의 두께를 가지고, 저에너지 이온 어시스트, 270℃의 증착온도, 및 2Å/s의 증착률로 IAD를 이용하여 형성되었다. X-선 회절에서는 제1 Er2O3 세라믹 박막 보호층이 결정상 구조를 가짐을 나타내었다. 시각적 검사는 양호한 정합성 및 수직 크래킹을 나타내었다.
제2 예의 Er2O3 박막 보호층은 5 마이크론의 두께를 가지고, 고에너지 이온 어시스트, 270℃의 증착 온도, 및 제1 마이크론에 대해 1Å/s의 증착률 및 후속 4 마이크론에 대해 2Å/s의 증착률로 IAD를 이용하여 형성되었다. X-선 회절에서는 제2 Er2O3 세라믹 박막 보호층이 결정상 구조를 가짐을 나타내었다. 시각적 검사는 양호한 정합성 및 제1 Er2O3 세라믹 박막 보호층에 비해 적은 수직 크래킹을 나타내었다.
제1 예의 EAG 박막 보호층은 7.5 마이크론의 두께를 가지고, 고에너지 이온 어시스트, 270℃의 증착 온도, 및 제1 마이크론에 대해 1Å/s의 증착률 및 후속 마이크론에 대해 2Å/s으로 IAD를 이용하여 형성되었다. X-선 회절에서는 제1 EAG 세라믹 박막 보호층이 비정질 구조를 가짐을 나타내었고, 층은 8.485 GPa의 경도를 갖는다. 시각적 검사는 양호한 정합성 및 최소 크래킹을 나타내었다.
제2 예의 EAG 박막 보호층은 7.5 마이크론의 두께를 가지고, 고에너지 이온 어시스트, 270℃의 증착 온도, 및 제1 마이크론에 대해 1Å/s의 증착률 및 후속 마이크론에 대해 2Å/s으로 IAD를 이용하여 형성되었다. X-선 회절에서는 제2 EAG 세라믹 박막 보호층이 비정질 구조를 가짐을 나타내었고, 층은 9.057 GPa의 경도를 가졌다. 시각적 검사는 양호한 정합성 및 제1 EAG 세라믹 박막 보호층에 비해 적은 크래킹을 나타내었다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 구체예들에 따라 형성된 박막 보호층들에 대한 침식률들을 예시한 것이다. 도 8은 CH4/Cl2 플라즈마 화학물질에 노출될 때 박막 보호층들의 침식률들을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, IAD 증착된 박막 보호층들은 Al2O3와 비교하여 훨씬 개선된 내침식성을 나타낸다. 예를 들어, 92% 순도를 갖는 알루미나는 무선주파수 시간 당 대략 18 나노미터(nm/RFHr)의 침식률을 나타내었으며, 99.8% 순도를 갖는 알루미나는 약 56 nm/RFHr의 침식률을 나타내었다. 반면, IAD 증착된 컴파운드 세라믹 박막 보호층은 약 3 nm/RFHr의 침식률을 나타내었으며, IAD 증착된 YAG 박막 보호층은 약 1 nm/RFHr의 침식률을 나타내었다.
도 9는 H2/NF3 플라즈마 화학에 노출될 때 박막 보호층들의 침식률들을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, IAD 증착된 박막 보호층들은 Al2O3과 비교하여 훨씬 개선된 내침식성을 나타낸다. 예를 들어, 92% 순도를 갖는 알루미나는 대략 190 nm/RFHr의 침식률을 나타내며, 99.8% 순도를 갖는 알루미나는 약 165 nm/RFHr의 침식률을 나타내었다. 반면, IAD 증착된 YAG 박막 보호층은 약 52 nm/RFHr의 침식률을 나타내었다. 유사하게, 저에너지 이온들로 IAD를 이용하여 증착된 컴파운드 세라믹 박막 보호층은 약 45 nm/RFHr의 침식률을 나타내었으며, 고에너지 이온들로 IAD를 이용하여 증착된 컴파운드 세라믹 박막 보호층은 약 35 nm/RFHr의 침식률을 나타내었다. 높은 증착 온도(예를 들어, 대략 270℃)와 함께 IAD를 이용하여 증착된 EAG 박막 보호층은 약 약 95 nm/RFHr의 침식률을 나타내었으며, 낮은 증착 온도(예를 들어, 대략 120 내지 150℃)와 함께 IAD를 이용하여 증착된 EAG 박막 보호층은 약 70 nm/RFHr의 침식률을 나타내었다. 고에너지 이온들과 함께 IAD를 이용하여 증착된 Er2O3 박막 보호층은 약 35 nm/RFHr의 침식률을 나타내었다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 구체예들에 따라 형성된 박막 보호층들에 대한 거칠기 프로파일들을 예시한 것이다. 도 10은 100 RFHr 동안 CH4/Cl2 플라즈마 화학물질에 노출시키기 전 및 후에 도 8의 박막 보호층들의 표면 거칠기 프로파일들을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, IAD 증착된 박막 보호층들은 100 RFHr 동안 CH4/Cl2 플라즈마 화학물질에 노출된 후 표면 거칠기에서의 최소 변화를 나타낸다.
도 11은 35 RFHr 동안 H2/NF3 플라즈마 화학물질에 노출되기 전 및 후에 도 9의 박막 보호층들의 표면 거칠기 프로파일들을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, IAD 증착된 박막 보호층들은 35 RFHr 동안 H2/NF3 플라즈마 화학물질에 노출 후에 표면 거칠기의 최소 변화를 나타낸다.
상기 설명은 본 발명의 여러 구체예들의 양호한 이해를 제공하기 위하여 특정 시스템들, 부품들, 방법들의 예들, 등과 같은 다수의 특정 세부사항들을 기술한다. 그러나, 당업자에게 본 발명의 적어도 일부 구체예들이 이러한 특정 세부사항들 없이 실행될 수 있다는 것이 명백하게 될 것이다. 다른 경우들에서, 널리 공지된 부품들 또는 방법들은 상세히 기술되지 않거나 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 방지하기 위하여 단순한 블록 다아이그램 포맷으로 제시된다. 이에 따라, 기술된 특정 세부사항들은 단지 예시적인 것이다. 특정 실행들은 이러한 예시적인 세부사항들로부터 다양해질 수 있고, 또한 본 발명의 범위에 있는 것으로 고려될 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 구체예" 또는 "일 구체예"에 대한 언급은, 구체예와 관련하여 기술된 특정 특성, 구조, 또는 특징이 적어도 하나의 구체예에 포함된다는 것을 의미한다. 이에 따라, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치에서 구 "하나의 구체예에서" 또는 "일 구체예에서"의 출현은 반드시 모두 동일한 구체예를 언급하는 것은 아니다. 또한, 용어 "또는"은 배타적인 "또는"이기 보다는 포괄적인 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 용어 "약" 또는 "대략"이 본원에서 사용될 때, 이는 제시된 공칭 수치가 ±30% 내에서 정확함을 의미하기 위해 의도된다.
본원의 방법들의 작동들이 실제 순서로 도시되고 기술되어 있지만, 이러한 방법의 작동들의 순서는 특정 작동들이 역순으로 수행될 수 있거나 특정 작동들이 적어도 일부, 다른 작동들과 동시에 수행될 수 있도록 변경될 수 있다. 다른 구체예에서, 별도의 작동들의 명령 또는 하위-작동은 간헐적 및/또는 교차 방식으로 이루어질 수 있다.
상기 설명이 예시적인 것으로 의도되고 한정적인 것으로 의도되지 않는 것으로 이해될 것이다. 다수의 다른 구체예들은 상기 설명을 읽고 이해할 때에 당업자에게 명백하게 될 것이다. 이에 따라, 본 발명의 범위는 청구항들이 권리를 갖는 균등물들의 전체 범위와 함께, 첨부된 청구항들에 관하여 결정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 바디(body); 및
    바디의 하나 이상의 표면 상의 제1 보호층을 포함하는 물품으로서,
    제1 보호층이
    11.3E16 Ω·cm±30% 까지의 체적 저항률, 9.76±30% 까지의 유전율, 20.1 W/mK±10% 까지의 열전도율, 4.4E-10cm3/s±30%까지의 He 누설률, 및 8.5 GPa±30%까지의 경도를 갖는 Y3Al5O12,
    5 GPa±30%까지의 경도를 갖는 Er2O3,
    9 GPa±30%까지의 경도를 갖는 Er3Al5O12, 및
    4.1E16 Ω·cm±30% 까지의 체적 저항률, 9.83±30% 까지의 유전율, 19.9 W/mK±30% 까지의 열전도율, 1.2E-9cm3/s±30%까지의 He 누설률, 및 7.825 GPa±30%까지의 경도를 갖는 Y4Al2O9와 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드(ceramic compound)로 이루어진 군으로부터 선택된 제1 세라믹을 포함하는 20 마이크론±30%까지 미만의 두께를 갖는 박막인 물품.
  2. 제1항에 있어서, 제1 보호층이 Er2O3을 포함하며, 제1 보호층이 4.1E16 Ω·cm±30% 까지의 체적 저항률, 9.83±30% 까지의 유전율, 19.9 W/mK±30% 까지의 열전도율, 및 1.2E-9cm3/s±30%까지의 He 누설률을 갖는 물품.
  3. 제1항에 있어서, 제1 보호층이 Er3Al5O12를 포함하며, 제1 보호층이 9.54±30% 까지의 유전율, 19.2 W/mK±30% 까지의 열전도율, 및 9.5E-10cm3/s±30%까지의 He 누설률을 갖는 물품.
  4. 제1항에 있어서,
    바디의 하나 이상의 표면 상의 보호층 스택(protective layer stack)을 추가로 포함하며,
    보호층 스택이 적어도 제1 보호층 및 제1 보호층을 덮는 제2 보호층을 포함하며,
    제2 보호층이 20 마이크론±30%까지 미만의 두께를 가지고, 제1 세라믹과는 다른 제2 세라믹을 포함하며,
    제2 세라믹이 Y3Al5O12, Y4Al2O9, Er2O3, Gd2O3, Er3Al5O12, Gd3Al5O12, 및 Y4Al2O9와 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드로 이루어진 군으로부터 선택되는 물품.
  5. 제4항에 있어서,
    보호층 스택에서의 제1 보호층이 비정질 구조를 가지고 Y3Al5O12, Er3Al5O12, 또는 Gd3Al5O12를 포함하며;
    보호층 스택에서의 제2 보호층이 결정상 또는 나노-결정상 구조를 가지고 Er2O3, Gd2O3, 또는 Y4Al2O9와 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드를 포함하는 물품.
  6. 제1 열팽창계수의 수치를 가지는 바디(body),
    바디의 하나 이상의 표면 상의 보호층 스택(protective layer stack)을 포함하며,
    보호층 스택이 적어도 제1 보호층 및 제1 보호층을 덮는 제2 보호층을 포함하며,
    제1 보호층이 제2 열팽창계수의 수치를 가지며 Y3Al5O12, Y4Al2O9, Er2O3, Gd2O3, Er3Al5O12, Gd3Al5O12, 및 Y4Al2O9와 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드로 이루어진 군으로부터 선택된 제1 세라믹을 포함하는 20 마이크론±30%까지 미만의 두께를 갖는 박막이고,
    제2 보호층이 제3 열팽창계수의 수치를 가지며 20 마이크론±30%까지 미만의 두께를 가지고, 제1 세라믹과는 다른 제2 세라믹을 포함하며, 제2 세라믹이 Y3Al5O12, Y4Al2O9, Er2O3, Gd2O3, Er3Al5O12, Gd3Al5O12, 및 Y4Al2O9와 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    제2 열팽창계수의 수치가 제1 열팽창계수의 수치와 제3 열팽창계수의 수치의 사이에 있는 물품.
  7. 제1항에 있어서,
    바디의 하나 이상의 표면 상의 제2 보호층을 추가로 포함하며,
    제2 보호층이 Y3Al5O12, Y4Al2O9, Y2O3, 및 Y4Al2O9와 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드로 이루어진 군으로부터 선택된 제2 세라믹을 포함하는 100 마이크론±30%까지 초과의 두께를 갖는 두꺼운 막이며,
    제1 보호층이 제2 보호층을 덮는 물품.
  8. 물품을 제공하고;
    이온 보조 증착 (ion assisted deposition; IAD) 또는 물리적 증기 증착 (physical vapor deposition; PVD) 중 하나 이상을 수행하여 물품의 하나 이상의 표면 상에 제1 보호층을 증착시키는 것을 포함하며,
    제1 보호층이
    11.3E16 Ω·cm±30% 까지의 체적 저항률, 9.76±30% 까지의 유전율, 20.1 W/mK±10% 까지의 열전도율, 4.4E-10cm3/s±30%까지의 He 누설률, 및 8.5 GPa±30%까지의 경도를 갖는 Y3Al5O12,
    5 GPa±30%까지의 경도를 갖는 Er2O3,
    9 GPa±30%까지의 경도를 갖는 Er3Al5O12, 및
    4.1E16 Ω·cm±30% 까지의 체적 저항률, 9.83±30% 까지의 유전율, 19.9 W/mK±30% 까지의 열전도율, 1.2E-9cm3/s±30%까지의 He 누설률, 및 7.825 GPa±30%까지의 경도를 갖는 Y4Al2O9와 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드(ceramic compound)로 이루어진 군으로부터 선택된 제1 세라믹을 포함하는 20 마이크론±30%까지 미만의 두께를 갖는 박막인, 물품을 제조하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 제1 보호층이 Er2O3을 포함하며, 제1 보호층이 4.1E16 Ω·cm±30% 까지의 체적 저항률, 9.83±30% 까지의 유전율, 19.9 W/mK±30% 까지의 열전도율, 및 1.2E-9cm3/s±30%까지의 He 누설률을 갖는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 제1 보호층이 Er3Al5O12를 포함하며, 제1 보호층이 9.54±30% 까지의 유전율, 19.2 W/mK±30% 까지의 열전도율, 및 9.5E-10cm3/s±30%까지의 He 누설률을 갖는 방법.
  11. 제8항에 있어서, IAD 또는 PVD 중 하나 이상을 수행하여 제1 보호층 상에 제2 보호층을 증착시키는 것을 추가로 포함하며,
    제2 보호층이 20 마이크론±30%까지 미만의 두께를 가지고 제1 세라믹과는 다른 제2 세라믹을 포함하며,
    제2 세라믹이 Y3Al5O12, Y4Al2O9, Er2O3, Gd2O3, Er3Al5O12, Gd3Al5O12, 및 Y4Al2O9와 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    보호층 스택에서의 제1 보호층이 비정질 구조를 가지고 Y3Al5O12, Er3Al5O12, 또는 Gd3Al5O12를 포함하며;
    보호층 스택에서의 제2 보호층이 결정상 또는 나노-결정상 구조를 가지고 Er2O3, Gd2O3, 또는 Y4Al2O9와 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드를 포함하는 방법.
  13. 이온 보조 증착(IAD) 또는 물리적 증기 증착(PVD) 중 하나 이상을 수행하여 물품의 하나 이상의 표면 상에 제1 보호층을 증착시키는 것,
    IAD 또는 PVD 중 하나 이상을 수행하여 제1 보호층 상에 제2 보호층을 증착시키는 것을 포함하며,
    제1 보호층이 Y3Al5O12, Y4Al2O9, Er2O3, Gd2O3, Er3Al5O12, Gd3Al5O12, 및 Y4Al2O9와 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드로 이루어진 군으로부터 선택된 제1 세라믹을 포함하는 20 마이크론±30%까지 미만의 두께를 갖는 박막이고,
    제2 보호층이 20 마이크론±30%까지 미만의 두께를 가지고 제1 세라믹과는 다른 제2 세라믹을 포함하며,
    제2 세라믹이 Y3Al5O12, Y4Al2O9, Er2O3, Gd2O3, Er3Al5O12, Gd3Al5O12, 및 Y4Al2O9와 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    물품이 제1 열팽창계수의 수치를 가지며, 제1 보호층이 제2 열팽창계수의 수치를 가지며, 제2 보호층이 제3 열팽창계수의 수치를 가지며, 제2 열팽창계수의 수치가 제1 열팽창계수의 수치와 제3 열팽창계수의 수치 사이에 있는 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    물품 상에 제1 보호층을 증착시키기 전에, 열 분무 공정(thermal spraying process)을 수행하여 바디의 하나 이상의 표면 상에 제2 보호층을 증착시키는 것을 추가로 포함하며,
    제2 보호층이 Y3Al5O12, Y4Al2O9, Y2O3, 및 Y4Al2O9와 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 컴파운드로 이루어진 군으로부터 선택된 제2 세라믹을 포함하는 100 마이크론±30%까지 초과의 두께를 갖는 두꺼운 막이며,
    제1 보호층이 제2 보호층을 덮는 방법.
  15. 제8항에 있어서,
    물품을 마스킹(masking)하고, 하나 이상의 박막 증착을 수행하거나, IAD 또는 PVD 중 하나 이상을 수행 후 마스킹되지 않은 특정 구역들을 에칭시킴으로써 제1 박막 보호층에 피쳐(feature)들을 형성시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
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