KR102381299B1 - 나노파우더들, 나노세라믹 재료들, 및 이들을 제조 및 사용하는 방법들 - Google Patents

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Abstract

나노파우더들은 박막 코팅을 갖는 코어 입자를 갖는 나노입자들을 함유한다. 코어 입자들 및 박막 코팅들은, 독립적으로, 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드, 또는 이들의 조합들 중 적어도 하나로부터 형성된다. 박막 코팅은 ALD(atomic layer deposition)와 같은 비-가시선(non-line of sight) 기법을 사용하여 형성될 수 있다. 나노파우더들로 형성되는 나노세라믹 재료들, 및 나노파우더들을 제조 및 사용하는 방법들이 본원에서 또한 개시된다.

Description

나노파우더들, 나노세라믹 재료들, 및 이들을 제조 및 사용하는 방법들
[0001] 본원의 실시예들은 나노파우더(nanopowder)들, 나노세라믹 재료들, 및 이들을 제조 및 사용하는 방법들에 관한 것이다. 나노파우더들은 박막 코팅을 갖는 코어 입자(core particle)를 갖는 나노입자들을 함유한다. 코어 입자들 및 박막 코팅들은, 독립적으로, 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드, 또는 이들의 조합들 중 적어도 하나로부터 형성된다. 박막 코팅은 ALD(atomic layer deposition)와 같은 비-가시선(non-line of sight) 기법을 사용하여 형성될 수 있다.
[0002] 다양한 반도체 제조 프로세스들은 높은 온도들, 고 에너지 플라즈마, 부식성 가스들의 혼합물, 고 응력, 및 이들의 조합들을 사용한다. 이들 극한 조건들은 프로세싱 챔버 내부의 컴포넌트들을 플라즈마 조사에 노출시키며, 이는 프로세스 드리프트(process drift) 및 입자 생성을 초래한다. 예컨대, 건식 에칭 및 세정 프로세스들에 사용되는 불소-계 플라즈마는 컴포넌트의 표면의 플루오르화를 야기할 수 있다. 챔버 내의 컴포넌트들은 일반적으로 알루미나를 함유하며, 이는 나노미터 스케일 디바이스 제작에 대해 심각한 침식 및 입자 생성 문제들을 갖는다.
[0003] 보호 코팅들이 전형적으로, 다양한 방법들, 이를테면 열 스프레이, 스퍼터링, 플라즈마 스프레이, 또는 증발 기법들에 의해 챔버 컴포넌트들 상에 증착된다. 그러나, 그러한 코팅들은 반도체 프로세싱에 대해 부적절한 기계적 특성들(예컨대, 굽힘 강도 및 파괴 인성)을 가질 수 있다. 그러한 코팅들은 통상적으로 미정질 구조를 갖는다.
[0004] 본원의 실시예들에서 나노파우더가 설명되며, 나노파우더는 복수의 나노입자들을 포함하고, 복수의 나노입자들의 적어도 일부는, 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 제1 재료를 포함하는 코어 입자; 및 코어 입자 위의 박막 코팅을 포함하고, 박막 코팅은, 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 제2 재료를 포함한다.
[0005] 본원의 추가적인 실시예들에서 방법이 설명되며, 방법은, 복수의 나노입자들을 형성하기 위해 원자 층 증착을 수행하는 단계를 포함하며, 원자 층 증착을 수행하는 단계는 코어 입자들 위에 박막 코팅을 형성하는 단계를 포함하고, 여기서, 코어 입자들은, 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 제1 재료를 포함하고, 그리고 박막 코팅은, 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 제2 재료를 포함한다.
[0006] 본원의 추가적인 실시예들에서, 나노세라믹 컴포넌트를 형성하는 방법이 설명되며, 방법은, (a) 복수의 나노입자들로 몰드를 충전하는 단계 ― 상기 복수의 나노입자들의 적어도 일부는, 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 제1 재료를 포함하는 코어 입자; 및 코어 위의 박막 코팅 ― 박막 코팅은, 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 제2 재료를 포함함 ― 을 포함함 ―; 및 (b) 나노세라믹 컴포넌트를 형성하기 위해, 복수의 나노입자들을 소결하는 단계를 포함한다.
[0010] 본 개시내용은, 유사한 참조부호들이 유사한 엘리먼트들을 표시하는 첨부 도면들의 도들에서 제한적인 것이 아니라 예로서 예시된다. 본 개시내용에서 "실시예" 또는 "일 실시예"에 대한 상이한 참조들은 반드시 동일한 실시예를 참조하는 것은 아니며, 그러한 참조들은 적어도 하나를 의미한다는 것이 유의되어야 한다.
[0011] 도 1은 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 원자 층 증착 프로세스 동안 형성된 나노파우더를 도시한다.
[0012] 도 2는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 원자 층 증착 프로세스 동안 형성된 나노파우더를 도시한다.
[0013] 도 3a는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 원자 층 증착을 사용하여 나노파우더를 제조하기 위한 방법을 예시한다.
[0014] 도 3b는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 나노파우더를 사용하는 방법들을 예시한다.
[0015] 도 4는 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다.
[0016] 본원에서 설명되는 실시예들은 나노파우더들, 나노세라믹 재료들, 및 이들을 제조 및 사용하는 방법들에 관한 것이며, 여기서, 나노파우더들은 나노입자들을 포함하고, 나노입자들의 적어도 일부는 각각, 박막으로 코팅된 코어 입자를 갖는다. 코어 입자 및 박막 코팅은, 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 또는 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드 중 적어도 하나로부터 독립적으로 선택되는 상이한 재료들로 구성된다.
[0017] 도 1은 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 복수의 나노입자들(105)을 포함하는 나노파우더(100)의 표현이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 나노입자들의 적어도 일부는 각각, 코어 입자(110), 및 코어 입자 상의 박막 코팅(115)을 포함한다. 특정 실시예들에서, 나노입자들(105)의 코어 입자들(110)은, 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드, 또는 이들의 조합들로부터 선택되는 제1 재료를 함유하는 파우더로 형성된다. 특정 실시예들에서, 코어 입자들(110)의 사이즈는 약 5 nm 내지 약 100 nm, 또는 약 10 nm 내지 약 90 nm, 또는 약 20 nm 내지 약 80 nm, 또는 약 30 nm 내지 약 70 nm이다. 일부 실시예들에서, 코어 입자들의 사이즈는 약 5 nm, 또는 약 10 nm, 또는 약 20 nm, 또는 약 30 nm, 또는 약 100 nm 미만이다.
[0018] 본원에서 나노입자들을 참조하여 실시예들이 설명됨을 유의한다. 그러나, 실시예들이 또한, 약 1 내지 100 미크론 스케일의 사이즈들을 갖는 마이크로입자들에 대해 적용된다는 것이 이해되어야 한다.
[0019] 특정 실시예들에서, 코어 입자들(110) 상의 박막 코팅들(115)은, 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드, 또는 이들의 조합들로부터 선택되는 제2 재료로 형성된다. 박막 코팅(115)의 제2 재료는 코어 입자들(110)의 제1 재료와 상이하다. 특정 실시예들에서, 박막 코팅(115)의 두께는 약 1 nm 내지 약 500 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 250 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 100 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 50 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 25 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 10 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 5 nm, 또는 약 30 nm 내지 약 40 nm, 또는 약 3 nm 내지 약 5 nm일 수 있다. 일부 실시예들에서, 박막 코팅의 두께는 약 1 nm, 또는 약 3 nm, 또는 약 4 nm, 또는 약 5 nm, 또는 약 10 nm, 또는 약 25 nm, 또는 약 50 nm, 또는 약 100 nm일 수 있다. 실시예들에서, 박막 코팅(115)은 약 1 g/cm3 내지 약 20 g/cm3, 또는 약 2 g/cm3 내지 약 15 g/cm3, 또는 약 3 g/cm3 내지 약 10 g/cm3, 또는 약 4 g/cm3 내지 약 7 g/cm3의 밀도를 갖는다. 일부 실시예들에서, 박막 코팅(115)의 밀도는 약 1 g/cm3, 또는 약 2 g/cm3, 또는 약 3 g/cm3, 또는 약 4 g/cm3, 또는 약 5 g/cm3, 또는 약 6 g/cm3, 또는 약 7 g/cm3이다. 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 나노파우더(100) 내의 나노입자들(105)은 약 5 nm 내지 약 600 nm, 또는 약 10 nm 내지 약 300 nm, 또는 약 25 nm 내지 약 250 nm, 또는 약 50 nm 내지 약 100 nm이다.
[0020] 도 1에 도시된 바와 같이, 나노파우더(100) 내의 나노입자들(105)의 적어도 일부는 박막 코팅(115)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 나노입자들의 적어도 일부는 박막 코팅으로 완전히 코팅된다(120). 일부 실시예들에서, 나노입자들의 적어도 일부는 박막 코팅으로 부분적으로 코팅될 수 있다(125). 특정 실시예들에서, 나노파우더(100) 내의 나노입자들(105)의 적어도 약 5%, 또는 약 10%, 또는 약 25%, 또는 약 50%, 또는 약 75%, 또는 약 90%, 또는 약 95%는 적어도 부분적으로 코팅된다. 특정 실시예들에서, 나노파우더(100) 내의 나노입자들(105)의 적어도 약 5%, 또는 약 10%, 또는 약 25%, 또는 약 50%, 또는 약 75%, 또는 약 90%, 또는 약 95%는 박막 코팅으로 완전히 코팅된다.
[0021] 코어 입자들(110)의 제1 재료 및 박막 코팅들(115)의 제2 재료는 독립적으로, 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드, 및 이들의 조합들로부터 선택된다. 제1 재료 및 제2 재료는 공통 원소들을 함유할 수 있지만, 제1 재료는 제2 재료와 상이하다. 제1 재료 및/또는 제2 재료 내의 희토류 금속은, 이트륨, 에르븀, 란타늄, 루테튬, 스칸듐, 가돌리늄, 사마륨, 및/또는 디스프로슘으로부터 선택될 수 있다. 희토류 금속 함유 산화물들의 예들은 이트리아(Y2O3), 에르븀 산화물(Er2O3), 디스프로슘 산화물(Dy2O3), 가돌리늄 산화물(Gd2O3), 스칸듐 산화물(Sc2O3), 이들의 조합들 등을 포함한다(그러나 이에 제한되지는 않음). 희토류 금속 함유 플루오라이드들의 예들은 이트륨 플루오라이드(YF3), 에르븀 플루오라이드(ErF3), 디스프로슘 플루오라이드(DyF3), 가돌리늄 플루오라이드(GdF3), 스칸듐 플루오라이드(ScF3), 이들의 조합들 등을 포함한다(그러나 이에 제한되지는 않음). 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드들의 예들은 이트륨 옥시플루오라이드(YxOyFz 또는 YOF), 에르븀 옥시플루오라이드(ErxOyFz), 디스프로슘 플루오라이드(DyF3), 디스프로슘 옥시플루오라이드(DyxOyFz), 가돌리늄 옥시플루오라이드(GdxOyFz), 스칸듐 옥시플루오라이드(ScxOyFz), 이들의 조합들 등을 포함한다(그러나 이에 제한되지는 않음).
[0022] 특정 실시예들에서, 코어 입자들(110) 및/또는 박막 코팅들(115)은, Y2O3, Y3Al5O12(YAG), Y4Al2O9(YAM), YF3, YOF, Er2O3, Er3Al5O12(EAG), ErF3, EOF, La2O3, Lu2O3, Sc2O3, ScF3, ScOF, Gd2O3, Sm2O3, 또는 Dy2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 코어 입자들(110) 및/또는 박막 코팅들(115)은 또한, YAlO3(YAP), Er4Al2O9(EAM), ErAlO3(EAP), 또는 란타늄, 루테튬, 스칸듐, 가돌리늄, 사마륨 또는 디스프로슘의 다른 삼원 변형물(ternary variant)들일 수 있다. 전술된 희토류 금속-함유 재료들 중 임의의 것은 미량의 다른 재료들, 이를테면, ZrO2, Al2O3, SiO2, B2O3, Er2O3, Nd2O3, Nb2O5, CeO2, Sm2O3, Yb2O3, 및/또는 다른 산화물들을 포함할 수 있다.
[0023] 일부 실시예들에서, 복수의 나노입자들(105)을 함유하는 나노파우더(100)는 약 40 mol% 내지 약 90 mol%, 또는 약 50 mol% 내지 약 80 mol%, 또는 약 60 mol% 내지 약 70 mol% 이트륨 산화물, 및 약 10 mol% 내지 약 60 mol%, 또는 약 20 mol% 내지 약 50 mol%, 또는 약 30 mol% 내지 약 40 mol% 지르코늄 산화물을 함유한다. 특정 실시예들에서, 복수의 나노입자들(105)을 함유하는 나노파우더(100)는 약 60 mol% 내지 약 70 mol% 이트륨 산화물, 및 약 30 mol% 내지 약 40 mol% 지르코늄 산화물을 함유한다. 일부 실시예들에서, 코어 입자들(110)은 지르코늄 산화물이고, 박막 코팅들(115)은 이트륨 산화물이다. 일부 실시예들에서, 코어 입자들(110)은 이트륨 산화물이고, 박막 코팅들(115)은 지르코늄 산화물이다. 일부 실시예들에서, 코어 내의 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드 또는 이들의 조합 대 박막 코팅 내의 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드 또는 이들의 조합의 비율은, 약 1:100 내지 약 100:1, 또는 약 1:75 내지 약 75:1, 또는 약 1:50 내지 약 50:1, 또는 약 1:35 내지 약 35:1, 또는 약 1:20 내지 약 20:1, 또는 약 1:15 내지 약 15:1, 또는 약 1:10 내지 약 10:1, 또는 약 1:5 내지 약 5:1, 또는 약 1:100 내지 약 35:1일 수 있다.
[0024] 코어 입자가 ZrO2로 형성되고 약 100 nm의 사이즈를 갖고, 박막 코팅이 다양한 두께로 Y2O3로 형성되는 특정 실시예들에서, 각각의 컴포넌트의 농도들(Mole % 단위)은 표 1에 도시된 바와 같을 수 있다. 유사하게, 표 1은 코어 입자가 Y2O3로 형성되고 약 100 nm의 사이즈를 갖고, 박막 코팅이 다양한 두께로 ZrO2로 형성되는 경우의 각각의 컴포넌트의 농도들을 도시한다.
Figure 112020052333721-pct00001
Figure 112020052333721-pct00002
[0025] 표 1을 참조하면, 특정 실시예들에서, 약 60 Mole % 대 약 70 Mole %의 Y2O3(박막 코팅) 대 ZrO2(코어 입자)의 비율을 갖는 조성을 달성하기 위해, Y2O3 박막 코팅(즉, "셸(shell)")의 두께는 약 30 nm 내지 약 40 nm의 범위이어야 한다. 마찬가지로, 약 100 nm의 Y2O3 코어 입자의 경우, 특정 실시예들에서, 약 60 Mole % 대 약 70 Mole %의 Y2O3(코어 입자) 대 ZrO2(박막 코팅)의 비율을 갖는 조성을 달성하기 위해, ZrO2 박막 코팅의 두께는 약 3 nm 내지 약 5 nm의 범위이다.
[0026] 도 2는 본원에서 설명되는 적어도 하나의 실시예에 따른 나노파우더(200) 내의 나노입자들(205)을 도시한다. 나노입자들(205)의 적어도 일부는 구의 대향 면들에 깊은 오목부(indention)들(210)을 갖는 구형 형상을 가질 수 있다. 다시 말하면, 일부 나노입자들(205)은 도넛 형상(215)을 가질 수 있다. 임의의 특정 이론에 구속되는 것은 아니지만, 일부 실시예들에서, 도넛 형상(215)을 갖는 나노입자들(205)을 갖는 나노파우더(200)로 형성된 나노코팅들은, 다른 형상들의 나노입자들로 형성된 나노코팅들과 비교할 때, 개선된 모폴로지(morphology) 및 다공도를 가질 수 있는 것으로 여겨진다. 예컨대, 도넛 형상(215)을 갖는 나노입자들(205)로 형성된 나노코팅들은, 나노파우더의 개선된 용융, 감소된 거칠기, 및 감소된 다공도(이들 모두는 개선된 웨이퍼-상 입자 성능에 기여함)로 인해, 더 적은 노듈(nodule)들 및 스플랫(splat)들을 가질 수 있다.
[0027] 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 복수의 나노입자들을 갖는 나노파우더들은 ALD(atomic layer deposition)를 사용하여 형성될 수 있다. ALD는 기판(예컨대, 코어 입자들의 시재료)의 표면과의 화학 반응들을 통한 재료의 제어되는 자기-제한적인 증착을 가능하게 한다. 등각 프로세스인 것 이외에도, ALD는 또한 균일한 프로세스이고, 예컨대 약 1 nm 이상의 두께를 갖는 매우 얇은 막들을 형성할 수 있다. 코어 입자들의 모든 노출된 표면들에는 동일한 또는 대략 동일한 양의 재료가 증착될 것이다. ALD 프로세스의 전형적인 반응 사이클은, 전구체(즉, 단일 화학물 A)가 ALD 챔버 내로 플러딩(flood)되어 코어 입자들의 노출된 표면들 상에 흡착되는 것으로 시작된다. 이어서, 반응물(즉, 단일 화학물 R)이 ALD 챔버 내에 도입되고 이어서 밖으로 플러싱(flush)되기 전에, 과도한 전구체가 ALD 챔버 밖으로 플러싱된다. ALD의 경우, 재료의 최종 두께는 실행되는 반응 사이클들의 수에 따라 좌우되는데, 이는 각각의 반응 사이클이, 하나의 원자 층, 또는 원자 층의 프랙션(fraction)일 수 있는 특정 두께의 층을 성장시킬 것이기 때문이다. ALD 기법은 비교적 낮은 온도(예컨대, 약 25 ℃ 내지 약 350 ℃)로 재료의 얇은 층을 증착할 수 있고, 그에 따라, ALD 기법은 시재료를 손상시키지 않는다.
[0028] ALD는 본원에서 설명되는 바와 같은 희토류 금속-함유 나노파우더들을 형성하는 데 특히 유용하다. 종래의 가시선 증착 방법들은 ALD에 의해 증착되는 코팅들보다 더 두꺼운 코팅들을 코어 입자들 위에 생성할 것이다. 실제로, 그러한 종래의 방법들은 응집을 야기하여 미크론 사이즈 입자들을 초래할 수 있다. 그러한 입자들은 나노스케일 디바이스 제작에서 사용하기에는 너무 크다. 따라서, 본원의 일부 실시예들의 달성은, 프로세싱 챔버 내의 가혹한 플라즈마 및 반응물 조건들에 내성이 있는 복수의 나노입자들을 포함하는 나노파우더를 생성하기 위해, 코어 입자들에 박막 코팅을 적용하는 것이다. 그러한 나노파우더들은, 예컨대, 플라즈마 스프레이 프로세스들을 위한 베이스 재료로서 이온 보조 증착 스퍼터링 디바이스들을 위한 타겟들을 형성하기 위해, 또는 나노세라믹 컴포넌트들을 형성하기 위해(예컨대, 컴포넌트에 대한 몰드를 나노파우더로 충전하고 나노파우더를 소결하여 나노세라믹 컴포넌트를 형성함) 사용될 수 있다.
[0027] 본원에서 설명되는 코어 입자들 상의 박막 코팅들은, 산소 및/또는 불소로 구성되거나 또는 산소 및/또는 불소를 함유하는 하나 이상의 반응물들 및 희토류 금속-함유 전구체를 이용하는 ALD를 사용하여 형성될 수 있다. 금속 산화물 층을 형성하기 위한 적합한 산소-반응물들은 산소, 수증기, 오존, 순수 산소, 산소 라디칼들, 또는 다른 산소 소스일 수 있다. 금속 플루오라이드 층을 형성하기 위한 적합한 플루오라이드-반응물들은, 예컨대, 플루오라이드(예컨대, TiF4, HF) 또는 다른 불소 소스일 수 있다.
[0029] 희토류 금속-함유 전구체는 이트륨, 에르븀, 란타늄, 루테튬, 스칸듐, 가돌리늄, 사마륨, 또는 디스프로슘을 포함할 수 있다(그러나 이에 제한되지는 않음). 적합한 이트륨 전구체들의 예들은 트리스(N,N-비스(트리메틸실릴)아미드)이트륨(III) 또는 이트륨(III)부톡시드를 포함하며(그러나 이에 제한되지는 않음), 대응하는 반응물은 O2, H2O, 또는 O3일 수 있다. 적합한 에르븀 전구체들의 예들은 트리스-메틸시클로펜타디에닐 에르븀(III)(Er(MeCp)3), 에르븀 보란아미드(Er(BA)3), Er(TMHD)3, 에르븀(III)트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트), 또는 트리스(부틸시클로펜타디에닐)에르븀(III)을 포함하며(그러나 이에 제한되지는 않음), 대응하는 반응물은 O2, H2O, 또는 O3일 수 있다.
[0030] 다양한 타입들의 ALD 프로세스들이 존재하며, 여러 인자들, 이를테면, 코팅될 기판, 코팅 재료, 표면과 코팅 재료 사이의 화학 상호작용 등에 기초하여 특정 타입이 선택될 수 있다. 다양한 ALD 프로세스들에 대한 일반적인 원리는, 자기-제한적 방식으로, 한 번에 하나씩, 표면과 화학적으로 반응하는 가스성 화학 전구체들의 펄스들에, 코팅될 표면을 반복적으로 노출시킴으로써, 박막 층을 성장시키는 것을 포함한다.
[0031] 예시적인 실시예에서, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드 박막 코팅을 형성하기 위한 제1 프로세스는 코어 입자 상에 제1 희토류 산화물 층을 형성하기 위해 x회의 ALD(atomic layer deposition) 사이클들을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 프로세스는 제1 희토류 산화물 박막 층 상에 제1 희토류 플루오라이드 박막 층을 형성하기 위해 y회의 ALD 사이클들을 수행하는 것을 더 포함할 수 있다. 제1 희토류 산화물 층 및 제1 희토류 플루오라이드 층은 동일한 희토류 금속을 포함할 수 있다. 프로세스는, 제1 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드 박막 코팅을 형성하기 위해, 인-시튜로, 제1 희토류 플루오라이드 층으로부터 제1 희토류 금속-함유 산화물 층 내로 불소를 확산시키는 것, 또는 제1 희토류 금속-함유 산화물 층으로부터 제1 희토류 금속-함유 플루오라이드 층 내로 산소를 확산시키는 것 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 제1 희토류 옥시플루오라이드 박막 코팅은 x 및 y에 기초하는 산소 대 불소 몰비를 가질 수 있다.
[0032] 예시적인 실시예에서, 코어 입자 상에 희토류 옥시플루오라이드 박막 코팅을 형성하기 위한 제2 프로세스는 코어 입자의 표면 상에 제1 희토류 옥시플루오라이드 층을 형성하기 위해 ALD 사이클을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 제1 희토류 옥시플루오라이드 층은 타겟 산소 대 불소 몰비를 가질 수 있다. ALD 사이클은, 코어 입자들을 포함하는 증착 챔버 내에 희토류 금속-함유 전구체를 주입함으로써, 코어 입자의 표면 상에 희토류 금속의 제1 흡착 층을 형성하는 것을 포함할 수 있다. ALD 사이클은, 증착 챔버 내에 제1 도즈 레이트(dose rate)로 적어도 하나의 산소-함유 반응물 및 제2 도즈 레이트로 적어도 하나의 불소 함유 반응물을 공동-주입함으로써, 적어도 하나의 산소-함유 반응물 및 하나의 불소-함유 반응물을 제1 흡착 층과 반응시키는 것을 더 포함할 수 있다.
[0033] 예시적인 실시예에서, 코어 입자 상에 희토류 옥시플루오라이드 박막 코팅을 형성하기 위한 제3 프로세스는 코어 입자의 표면 상에 제1 희토류 금속-함유 산화물 층을 형성하기 위해 z회의 ALD 사이클들을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 프로세스는 불소 함유 종에 코어 입자를 노출시키는 것을 더 포함할 수 있다. 프로세스는 제1 희토류 금속-함유 산화물 층을 제1 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드 박막 코팅으로 변환시키는 것을 더 포함할 수 있다. 프로세스는 부가적인 희토류 산화물 층을 형성하기 위해 적어도 하나의 부가적인 ALD 사이클을 수행하는 것을 더 포함할 수 있다. 프로세스는 불소 함유 종에 코어 입자를 노출시키는 것을 더 포함할 수 있다. 프로세스는 부가적인 희토류 금속-함유 산화물 층을 부가적인 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드 박막 코팅으로 변환시키는 것을 더 포함할 수 있다.
[0034] 이들 프로세스들은, 타겟 두께가 도달될 때까지, 추가적인 희토류 옥시플루오라이드 층들을 형성하기 위해 반복될 수 있다.
[0035] 도 3a는 실시예들에 따른, 복수의 나노입자들을 포함하는 나노파우더를 제조하기 위한 방법(300)을 예시한다. 블록(304)에서, 방법(300)은 선택적으로, 당업자에게 알려져 있는, 입자 사이즈 분포를 제어하기 위한 리버스 스트라이크 공동-침전(reverse strike co-precipitation) 프로세스를 사용하여 시재료를 형성하거나, 또는 코어 입자들을 위한 시재료를 선택하는 단계에 의해 시작될 수 있다. 시재료를 선택 또는 형성하는 것은 ALD에 의해 나노파우더를 형성하는 동일한 엔티티 또는 상이한 엔티티에 의해 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 시재료 내의 코어 입자들은 순수 이트륨 산화물, 순수 지르코늄 산화물, 또는 약 60 mol% 내지 약 70 mol% 이트륨 산화물과 약 30 mol% 내지 약 40 mol% 지르코늄 산화물의 이트륨 산화물과 지르코늄 산화물의 복합물일 수 있다.
[0036] 블록(305)에서, 코어 입자들을 함유하는 시재료는 ALD 증착 챔버 내에 로딩된다. 예컨대, 코어 입자들은 당업자에게 알려져 있는 다양한 방법들을 사용하여 반응 챔버 내에 도입되는 파우더의 형태일 수 있다.
[0037] 블록(310)에서, 방법(300)은 ALD를 사용하여 코어 입자들의 적어도 일부 상에 박막 코팅을 증착하는 단계를 포함한다. 실시예들에서, 표면 반응들(예컨대, 반-반응들)은 순차적으로 수행되고, 전구체들 및 반응물들은 접촉하지 않는다. 전구체 또는 반응물의 도입 전에, ALD 프로세스가 이루어지는 챔버는, 임의의 미반응 전구체 및/또는 표면-전구체 반응 부산물들을 제거하기 위해, 불활성 캐리어 가스(이를테면, 질소 또는 공기)로 퍼징될 수 있다. ALD 프로세스들은 프로세스의 타입에 따라 다양한 온도들로 실시될 수 있다. 특정 ALD 프로세스에 대한 최적의 온도 범위는 "ALD 온도 윈도우(ALD temperature window)"로 지칭된다. ALD 온도 윈도우 미만의 온도들은 불량한 성장 레이트들 및 비-ALD 타입 증착을 초래할 수 있다. ALD 온도 윈도우를 초과하는 온도들은 화학 기상 증착(CVD) 메커니즘을 통해 반응들이 이루어지게 할 수 있다. ALD 온도 윈도우는 약 100 ℃ 내지 약 650 ℃의 범위일 수 있다. 일부 실시예들에서, ALD 온도 윈도우는 약 20 ℃ 내지 약 200 ℃, 또는 약 25 ℃ 내지 약 150 ℃, 또는 약 100 ℃ 내지 약 120 ℃, 또는 약 20 ℃ 내지 125 ℃이다.
[0038] ALD 프로세스는 코어 입자들 상에 균일한 두께를 갖는 등각 박막 코팅을 제공할 수 있다. 코어 입자들의 표면들에 대한 전구체의 충분한 노출 시간은 전구체가 분산되어 코어 입자들과 완전히 반응할 수 있게 한다. 부가적으로, ALD 기법은 다른 일반적으로 사용되는 코팅 기법들에 비해 유리한데, 이는 ALD 기법이, 소스 재료들(이를테면, 분말 공급원료(feedstock) 및 소결된 타겟들)의 오래 걸리고 어려운 제작 없이, 특정 조성 또는 제제의 인-시튜 온 디멘드(in-situ , on demand) 재료 합성을 가능하게 하기 때문이다.
[0039] 박막 코팅은 약 1 nm 내지 약 500 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 250 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 100 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 50 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 25 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 10 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 5 nm의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 박막 코팅의 두께는 약 1 nm, 또는 약 5 nm, 또는 약 25 nm, 또는 약 50 nm, 또는 약 100 nm일 수 있다. 일부 실시예들에서, 코어 내의 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드 또는 이들의 조합 대 박막 코팅 내의 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드 또는 이들의 조합의 비율은, 약 1:100 내지 약 100:1, 또는 약 1:75 내지 약 75:1, 또는 약 1:50 내지 약 50:1, 또는 약 1:35 내지 약 35:1, 또는 약 1:20 내지 약 20:1, 또는 약 1:15 내지 약 15:1, 또는 약 1:10 내지 약 10:1, 또는 약 1:5 내지 약 5:1, 또는 약 1:100 내지 약 35:1일 수 있다. 일부 실시예들에서, 나노파우더 내의 코어 입자들의 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 80%, 또는 적어도 약 70%, 또는 적어도 약 60%, 또는 적어도 약 50%, 또는 적어도 약 40%, 또는 적어도 약 30%, 또는 적어도 약 20%, 또는 적어도 약 10%, 또는 적어도 약 5%, 또는 적어도 약 1%가 박막으로 코팅된다. 개별 나노입자들에 대해, 박막 코팅은 전체 코어 입자를 덮을 수 있거나, 또는 코어 입자의 일부(예컨대, 약 90%, 또는 약 80%, 또는 약 70%, 또는 약 60%, 또는 약 50%, 또는 약 40%, 또는 약 30%, 또는 약 20%, 또는 약 10%, 또는 약 5%, 또는 약 1%)만을 덮을 수 있다.
[0040] 블록(315)에서, 복수의 나노입자들을 함유하는 결과적인 나노파우더가 수집된다. 나노파우더 내의 나노입자들은 약 5 nm 내지 약 600 nm, 또는 약 10 nm 내지 약 300 nm, 또는 약 25 nm 내지 약 250 nm, 또는 약 50 nm 내지 약 100 nm일 수 있다. 나노 입자들은 구형일 수 있고 모든 면들에서 둥글 수 있거나, 또는 일부 실시예들에서, 위에서 설명된 바와 같이 도넛 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 코어 입자 내의 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드 또는 이들의 조합 대 박막 코팅 내의 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드 또는 이들의 조합의 중량비는, 약 1:100 내지 약 100:1, 또는 약 1:75 내지 약 75:1, 또는 약 1:50 내지 약 50:1, 또는 약 1:35 내지 약 35:1, 또는 약 1:20 내지 약 20:1, 또는 약 1:15 내지 약 15:1, 또는 약 1:10 내지 약 10:1, 또는 약 1:5 내지 약 5:1, 또는 약 1:100 내지 약 35:1이다.
[0041] 도 3b는 방법(300)에서 형성된 나노파우더를 사용하는 방법들(301)을 예시한다. 블록(315)에서 ALD 챔버로부터 수집된 나노파우더는 다양한 상이한 방식들로 사용될 수 있다. 일 예에서, 블록(320)에서, 나노파우더는 IAD(ion assisted deposition) 프로세스를 위한 스퍼터링 타겟을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 나노파우더는 IAD 프로세스를 사용하여 물품 상에 보호 코팅을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 재료 소스는, 증착 재료의 플럭스를 제공하는, 나노파우더로 형성된 타겟일 것인 한편, 에너제틱(energetic) 입자 소스는 에너제틱 입자들(즉, 타겟으로부터의 나노입자들)의 플럭스를 제공하며, 이들 둘 모두는 IAD 프로세스 전체에 걸쳐 물품에 충돌된다. 증착 재료들을 제공하기 위해 사용되는 타겟은 본원에서 설명되는 바와 같은 나노파우더들로 형성된 벌크 소결 세라믹일 수 있다. 실시예들은 증착 재료 및 에너제틱 이온 소스들을 제공하기 위해 하나 이상의 플라즈마들 또는 빔들을 활용할 수 있다. 보호 코팅의 증착 동안, 반응성 종이 또한 제공될 수 있다. IAD 프로세스들에서, 에너제틱 입자들은 다른 증착 파라미터들과 관계없이 에너제틱 이온(또는 다른 입자) 소스에 의해 제어될 수 있다. 에너제틱 이온 플럭스의 에너지(예컨대, 속도), 밀도, 및 입사각에 따라, 물품 상의 보호 코팅의 조성, 구조, 결정 배향, 및 그레인 사이즈가 조작될 수 있다. 조정될 수 있는 부가적인 파라미터들은 증착 동안의 물품의 온도 뿐만 아니라 증착의 지속기간이다. 이온 에너지는 저 에너지 이온 보조 및 고 에너지 이온 보조로 대략적으로 분류될 수 있다. 이온들은 저 에너지 이온 보조보다 고 에너지 이온 보조에 의해 더 빠른 속도로 투사된다.
[0042] 다른 예에서, 블록(325)에서, 나노파우더는 물품 상에 플라즈마 스프레잉될 수 있다. 예컨대, 나노파우더는, 챔버 벽들, 샤워헤드들, 노즐들, 플라즈마 생성 유닛들(예컨대, 하우징들을 갖는 라디오주파수 전극들), 확산기들, 및 가스 라인들을 포함하는(그러나 이에 제한되지는 않음) 물품들 상에 플라즈마 스프레잉될 수 있다. 물품은 코팅을 형성하기 위해 물품 상에 나노파우더를 플라즈마 스프레잉하기 전에 조화(roughen)될 수 있다. 조화는, 예컨대, 물품을 비드 블라스팅함으로써 수행될 수 있다. 물품의 조화는, 더 양호한 접착을 위해, 플라즈마 스프레잉된 나노파우더와 물품의 표면들 사이에 기계적 접합을 생성하기 위한 앵커 포인트(anchor point)들을 제공한다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 스프레잉된 나노파우더로 형성된 결과적인 코팅은 최대 약 200 미크론 이상의 스프레잉 직후 두께를 가질 수 있고, 약 50 미크론의 최종 두께에 이르기까지 연마될 수 있다. 플라즈마 스프레잉된 나노파우더 코팅은 약 2% 내지 약 4%의 다공도를 가질 수 있다.
[0043] 다른 예에서, 블록(330)에서, 컴포넌트에 대한 몰드가 나노파우더로 충전될 수 있고, 이어서, (예컨대, 소결을 통해) 나노세라믹 컴포넌트로 형성될 수 있다.
[0044] 블록(335)에서, 복수의 나노입자들을 함유하는 나노파우더가 소결되어 나노세라믹 재료가 형성될 수 있다. 소결은 열, 압력, 및/또는 에너지를 사용하여 파우더들로부터 벌크 재료들을 형성하는 방법이다. 일부 실시예들에서, 복수의 나노입자들은 약 2730 ℉ 내지 약 3275 ℉의 온도 및/또는 약 25 MPa 내지 약 1 GPa의 압력을 가함으로써 소결된다. 파우더들은 수 나노미터 내지 수 마이크로미터의 범위의 다양한 사이즈들로 입자들을 갖는 다양한 재료들(예컨대, 금속들, 세라믹들 등)일 수 있다. 파우더들은 단일 상일 수 있거나, 또는 2개 이상의 컴포넌트들로 더 복합적일 수 있다.
[0045] 소결 기법들의 예들은 프레셔리스(pressureless) 소결, 스파크 플라즈마(spark plasma) 소결, 및 고압 소결을 포함한다(그러나 이에 제한되지는 않음). 실시예들에서, 나노파우더는 SPS(Spark Plasma Sintering) 프로세스를 사용하여 소결된다. SPS는 온-및-오프 DC(direct current) 펄싱 동안 방전에 의해 파우더 재료들 사이의 가스에서 순간적으로 생성되는 고온 플라즈마(즉, 스파크 플라즈마)를 사용하는 압력 보조 고속 소결 방법이다. DC 전류는, 스파크 플라즈마, 스파크 충격 압력, 줄 가열(Joule heating), 및 전기장 확산 효과를 포함하는 여러 효과들을 생성할 수 있다. 이들 효과들을 통해, SPS는, 급속 가열, 압력, 및 파우더 표면 세정의 조합된 효과들을 통해, 거의-이론적인 밀도까지 파우더들을 신속하게 압밀(consolidate)할 수 있다.
[0046] 다른 실시예들에서, 나노파우더는 EPAS(Enhanced Pressure Assisted Sintereing) 프로세스를 사용하여 소결된다. EPAS는 압력-보조 소결 접근법을 활용하지만, 소결 동안 그리고 나노파우더 프로세싱의 모든 단계들에서 엄격한 환경 제어를 포함하며, 그에 따라, 나노입자 표면들이 흡착물들, 첨가제들, 또는 소결 조제들 없이 깨끗하게 된다. 깨끗한 나노입자 표면들은 본질적으로 높은 잠재 상태(potential state)에 있으며, 여기서, 표면의 에너지가 최대화되고, 고밀화에 수반되는 확산 메커니즘들이 향상된다. 압력 효과들(증가된 고밀화 레이트 등)과 고 활성 나노입자 표면들의 결합은 제어되는 결정립 조대화(coarsening)로 높은 고밀화 레이트들을 촉진한다. 이는, 이전에 획득되지 않은 구조들, 조성들, 및 특성들을 갖는 재료들, 서브미크론 또는 나노-스케일들의 재료들, 및 고유한/특이한 조성들/성능을 갖는 복합물들의 생성을 가능하게 한다. EPAS는 나노파우더의 결정 사이즈가 유지되도록 결정립 조대화 메커니즘들을 효과적으로 지연시키는 데 사용될 수 있다.
[0047] 소결은 나노파우더를 나노세라믹 재료로 변환시킨다. 나노세라믹 재료는, 예컨대, Y3Al5O12(YAG), Y4Al2O9(YAM), YAlO3(YAP), Y2O3-ZrO2 고용체, Er3Al5O12(EAG), Er4Al2O9(EAM), 및 ErAlO3(EAP)로부터 선택되는 화합물을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 결과적인 나노세라믹 재료는 반도체 제조 프로세스들 동안 사용되는 불소 및 수소 플라즈마들에 내성이 있을 수 있다. 나노세라믹 재료는 약 1 kg/cm3 내지 약 10 kg/cm3, 또는 약 2 kg/cm3 내지 약 8 kg/cm3, 또는 약 3 kg/cm3 내지 약 6 kg/cm3, 또는 약 5 kg/cm3 내지 약 6 kg/cm3, 또는 약 3 kg/cm3, 또는 약 4 kg/cm3, 또는 약 5 kg/cm3, 또는 약 5.25 kg/cm3, 또는 약 6 kg/cm3의 밀도를 가질 수 있다. 결과적인 나노세라믹 재료의 굽힘 강도는 약 170 MPA 내지 약 250 MPA, 또는 약 190 MPA 내지 약 230 MPA, 또는 약 200 MPA 내지 약 225 MPA일 수 있다. 결과적인 나노세라믹 재료의 탄성 계수는 약 100 GPA 내지 약 300 GPA, 또는 약 150 GPA 내지 약 275 GPA, 또는 약 195 GPA 내지 약 250 GPA일 수 있다. 결과적인 나노세라믹 재료의 비커스 경도(Vickers hardness)는 약 1 GPA 내지 약 50 GPA, 또는 약 5 GPA 내지 약 25 GPA, 또는 약 9 GPA 내지 약 20 GPA, 또는 약 9.4 GPA 내지 약 18 GPA일 수 있다. 결과적인 나노세라믹 재료의 파괴 인성은 약 0.1 Mpam1/2 내지 약 5.0 Mpam1/2, 또는 약 0.5 Mpam1/2 내지 약 4.0 Mpam1/2, 또는 약 1.1 Mpam1/2 내지 약 3.0 Mpam1/2일 수 있다. 결과적인 나노세라믹 재료의 열 팽창 계수(RT-800C)는 약 1.0 x 106 내지 약 15 x 106, 또는 약 5.0 x 106 내지 약 10 x 106, 또는 약 8.3 x 106 내지 약 9.5 x 106일 수 있다. 결과적인 나노세라믹 재료의 체적 저항률은 약 1.0 x 1016 Ohm-cm 내지 약 10 x 1016 Ohm-cm, 또는 약 2.0 x 1016 Ohm-cm 내지 약 8.0 x 1016 Ohm-cm, 또는 약 4.0 x 1016 Ohm-cm 내지 약 6.0 x 1016 Ohm-cm일 수 있다. 결과적인 나노세라믹 재료의 13.56 MHz에서의 유전 상수는 약 5 내지 약 25, 또는 약 10 내지 약 20, 또는 약 15 내지 약 16.5일 수 있다. 13.56 MHz에서의 유전 손실 탄젠트는 약 10 x 104 미만일 수 있다. 결과적인 나노세라믹 재료의 열 전도율은 약 1.0 W/mK 내지 약 15 W/mK, 또는 약 2.5 W/mK 내지 약 10.0 W/mK, 또는 약 3.6 W/mK 내지 약 5.0 W/mK일 수 있다.
[0048] 도 4는 실시예들에 따른, 나노파우더로 코팅 또는 형성된 하나 이상의 챔버 컴포넌트들을 갖는 반도체 프로세싱 챔버(400)의 단면도이다. 챔버의 기본 재료들은, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 및 스테인리스 강(SST) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 프로세싱 챔버(400)는 플라즈마 프로세싱 조건들을 갖는 부식성 플라즈마 환경이 제공되는 프로세스들을 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 프로세싱 챔버(400)는, 플라즈마 에칭기 또는 플라즈마 에칭 반응기, 플라즈마 세정기, 플라즈마 강화 CVD 또는 ALD 반응기들 등을 위한 챔버일 수 있다. 본원에서 설명되는 나노파우더로부터 몰딩될 수 있거나 또는 나노세라믹 코팅을 가질 수 있는 챔버 컴포넌트들의 예들은 샤워헤드, 가스 분배 플레이트, 챔버 덮개, 및/또는 노즐을 포함한다(그러나 이에 제한되지는 않음). 나노결정질 구조를 갖는 나노세라믹 재료들은, 본 기술 분야에 사전에 알려져 있는 미정질 재료들에서 드러나지 않은 특성들 및 약 100 nm 미만의 그레인 사이즈를 갖는 벌크 재료들을 제공할 수 있다.
[0049] 일 실시예에서, 프로세싱 챔버(400)는 내부 볼륨(406)을 밀폐하는 샤워헤드(430) 및 챔버 바디(402)를 포함한다. 샤워헤드(430)는 샤워헤드 베이스 및 샤워헤드 가스 분배 플레이트를 포함할 수 있다. 대안적으로, 샤워헤드(430)는, 일부 실시예들에서, 덮개와 노즐로 대체될 수 있거나, 또는 다른 실시예들에서, 다수의 파이 형상 샤워헤드 컴파트먼트(compartment)들과 플라즈마 생성 유닛들로 대체될 수 있다. 챔버 바디(402)는 알루미늄, 스테인리스 강, 또는 다른 적합한 재료, 이를테면 티타늄(Ti)으로 제작될 수 있다. 챔버 바디(402)는 일반적으로, 측벽들(408) 및 최하부(410)를 포함한다. 외측 라이너(416)가 챔버 바디(402)를 보호하기 위해 측벽들(408)에 인접하게 배치될 수 있다.
[0050] 배기 포트(426)가 챔버 바디(402)에 정의될 수 있고, 펌프 시스템(428)에 내부 볼륨(406)을 커플링시킬 수 있다. 펌프 시스템(428)은 하나 이상의 펌프들 및 스로틀 밸브들을 포함할 수 있으며, 그 하나 이상의 펌프들 및 스로틀 밸브들은 프로세싱 챔버(400)의 내부 볼륨(406)을 진공배기시키기 위해 그리고 그 내부 볼륨(406)의 압력을 조절하기 위해 활용된다.
[0051] 샤워헤드(430)는 챔버 바디(402)의 측벽(408) 상에 지지될 수 있다. 샤워헤드(430)(또는 덮개)는 프로세싱 챔버(400)의 내부 볼륨(406)으로의 접근을 가능하게 하기 위해 개방될 수 있으며, 폐쇄된 동안 프로세싱 챔버(400)에 대해 밀봉을 제공할 수 있다. 가스 패널(458)이 샤워헤드(430) 또는 덮개와 노즐을 통해 내부 볼륨(406)에 프로세스 및/또는 세정 가스들을 제공하기 위해 프로세싱 챔버(400)에 커플링될 수 있다. 샤워헤드(430)는 유전체 에칭(유전체 재료들의 에칭)을 위해 사용되는 프로세싱 챔버들을 위해 사용될 수 있다. 샤워헤드(430)는 가스 분배 플레이트(GDP)를 포함할 수 있고, GDP 전체에 걸쳐 다수의 가스 전달 홀들(432)을 가질 수 있다. 샤워헤드(430)는, 알루미늄 베이스 또는 양극산화 알루미늄 베이스에 접합된 GDP를 포함할 수 있다. GDP는 Si 또는 SiC로 제조될 수 있거나, 또는 세라믹, 이를테면 Y2O3, Al2O3, Y3Al5O12(YAG) 등일 수 있다.
[0052] 전도체 에칭(전도성 재료들의 에칭)을 위해 사용되는 프로세싱 챔버들의 경우, 샤워헤드보다는 덮개가 사용될 수 있다. 덮개는 덮개의 중앙 홀 내에 피팅되는 중앙 노즐을 포함할 수 있다. 덮개는 세라믹, 이를테면 Al2O3, Y2O3, YAG, 또는 Y2O3-ZrO2의 고용체 및 Y4Al2O9을 포함하는 세라믹 화합물일 수 있다. 노즐이 또한, 세라믹, 이를테면 Y2O3, YAG, 또는 Y2O3-ZrO2의 고용체 및 Y4Al2O9을 포함하는 세라믹 화합물일 수 있다.
[0053] 프로세싱 챔버(400)에서 기판들을 프로세싱하기 위해 사용될 수 있는 프로세싱 가스들의 예들은, 할로겐-함유 가스들, 이를테면, 특히 C2F6, SF6, SiCl4, HBr, NF3, CF4, CHF3, CH2F3, F, NF3, Cl2, CCl4, BCl3 및 SiF4, 및 다른 가스들, 이를테면 O2 또는 N2O를 포함한다. 캐리어 가스들의 예들은, N2, He, Ar, 및 프로세스 가스들에 대해 불활성적인 다른 가스들(예컨대, 비-반응성 가스들)을 포함한다.
[0054] 가열기 조립체(448)가 프로세싱 챔버(400)의 내부 볼륨(406)에서 샤워헤드(430) 또는 덮개 아래에 배치된다. 가열기 조립체(448)는 프로세싱 동안 기판(444)을 홀딩하는 지지부(450)를 포함한다. 지지부(450)는 플랜지(454)를 통해 챔버 바디(402)에 커플링된 샤프트(452)의 단부에 부착된다. 지지부(450), 샤프트(452), 및 플랜지(454)는 AlN, 예컨대 AlN 세라믹을 함유하는 가열기 재료로 구성될 수 있다. 지지부(450)는 메사(mesa)들(456)(예컨대, 딤플(dimple)들 또는 범프(bump)들)을 더 포함할 수 있다. 지지부는 부가적으로, 지지부(450)의 가열기 재료 내에 매립된 와이어들, 예컨대 텅스텐 와이어들(미도시)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 지지부(450)는 AlN 세라믹 층들 사이에 개재된 금속성 가열기 및 센서 층들을 포함할 수 있다. 그러한 조립체는, 모놀리식(monolithic) 조립체를 생성하기 위해, 고온 퍼니스에서 소결될 수 있다. 층들은, 가열기 회로들, 센서 엘리먼트들, 접지 평면들, 라디오 주파수 그리드들, 및 금속성 및 세라믹 유동 채널들의 조합을 포함할 수 있다. 가열기 조립체(448)는 진공 조건들(예컨대, 약 1 mTorr 내지 약 5 Torr) 하에서 최대 약 650 ℃의 가열기 온도를 제공할 수 있다. 본원에서 설명되는 실시예들에 따라 나노파우더로 형성된 나노세라믹 코팅(460)은 지지부(450), 또는 챔버(400) 내의 (지지부(450), 샤프트(452), 및 플랜지(454)를 포함하는) 가열기 조립체(448)의 모든 표면들 상에 증착될 수 있다.
[0055] 나노파우더들, 나노세라믹 재료들, 및 이들을 제조 및 사용하는 방법들의 이점들은 당업자에게 자명할 것이다. 부가적으로, 본원에서 형성 및 설명되는 나노재료들이, 알려져 있는 마이크로-그레인 재료들과 비교할 때, 개선된 기계적 특성들, 이를테면 굽힘 강도 및 파괴 인성을 가질 수 있음을 유의해야 한다. 게다가, 본원에서 형성 및 설명되는 바와 같은 (예컨대, 100 nm 미만의 그레인 사이즈를 갖는) 벌크 나노재료들은 이들의 미정질 대응물(counterpart)들에 비해 유리한 특성들을 가질 수 있다. 본원에서 형성 및 설명되는 나노재료들은, 그레인 성장이 제한되거나 또는 폭발적인 그레인 성장이 없는 나노결정질 구조를 유지하면서, 밀도가 높은 나노복합물들을 형성할 수 있다.
[0056] 이전의 설명은 본원에서 설명되는 여러 실시예들의 양호한 이해를 제공하기 위해, 다수의 특정 세부사항들, 이를테면, 특정 시스템들, 컴포넌트들, 방법들 등의 예들을 제시한다. 그러나, 본원에서 설명되는 적어도 일부 실시예들이 이들 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 다른 경우들에서, 본 발명을 불필요하게 불명료히 하는 것을 방지하기 위해, 잘-알려져 있는 컴포넌트들 또는 방법들은 상세히 설명되지 않거나, 또는 간단한 블록도 형식으로 제공된다. 따라서, 제시된 특정 세부사항들은 단지 예시적인 것일 뿐이다. 특정 구현들은 이들 예시적인 세부사항들로부터 변화될 수 있고, 여전히, 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려될 수 있다.
[0057] "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 본 명세서 전체에 걸친 참조는, 실시예에 관하여 설명되는 특정 특징, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸친 다양한 위치들에서의 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 문구의 출현들이 모두, 반드시 동일한 실시예를 참조하는 것은 아니다. 부가하여, "또는"이라는 용어는 배타적 "또는"보다는 포괄적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. "약" 또는 "대략"이라는 용어가 본원에서 사용되는 경우, 이는 제시된 공칭 값이 ±10% 내에서 정확하다는 것을 의미하는 것으로 의도된다. "적어도 약"이라는 용어가 본원에서 사용될 때, 이는 제시된 공칭 값이 -10% 이상 내에서 정확하다는 것을 의미하는 것으로 의도된다. 유사하게, "약 미만"이라는 용어가 본원에서 사용될 때, 이는 제시된 공칭 값이 -10% 이하 내에서 정확하다는 것을 의미하는 것으로 의도된다.
[0058] 본원의 방법들의 동작들이 특정 순서로 도시 및 설명되지만, 특정 동작들이 역순으로 수행될 수 있거나 또는 특정 동작이 다른 동작들과 적어도 부분적으로 동시에 수행될 수 있도록, 각각의 방법의 동작들의 순서가 변경될 수 있다. 다른 실시예에서, 별개의 동작들의 하위-동작들 또는 명령들은 간헐적 및/또는 교번적 방식으로 이루어질 수 있다.
[0059] 위의 설명은 예시적인 것으로 의도되고, 제한적인 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 다수의 다른 실시예들은 위의 설명을 읽고 이해할 시에 당업자에게 자명하게 될 것이다. 따라서,범위는, 첨부된 청구항들에 의해 권리가 부여되는 균등물들의 전체 범위와 함께, 첨부된 청구항들에 관하여 결정되어야 한다.

Claims (19)

  1. 나노파우더로서,
    상기 나노파우더는 복수의 나노입자들을 포함하고,
    상기 복수의 나노입자들의 적어도 일부는,
    희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 제1 재료를 포함하는 코어 입자(core particle); 및
    상기 코어 입자 위의 박막 코팅
    을 포함하며,
    상기 박막 코팅은, 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 제2 재료를 포함하는,
    나노파우더.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 박막 코팅은 1 g/cm3 내지 10 g/cm3의 밀도를 갖는,
    나노파우더.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 박막 코팅은 1 nm 내지 500 nm의 두께를 갖는,
    나노파우더.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 코어 입자들의 사이즈는 5 nm 내지 100 nm인,
    나노파우더.
  5. 복수의 나노입자들을 형성하기 위해 원자 층 증착을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 원자 층 증착을 수행하는 단계는 코어 입자들 위에 박막 코팅을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 코어 입자들은, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 제1 재료를 포함하고, 그리고
    상기 박막 코팅은, 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 제2 재료를 포함하는,
    방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 재료는, 이트륨 플루오라이드(YF3), 이트륨 옥시플루오라이드(YxOyFz), 에르븀 플루오라이드(ErF3), 에르븀 옥시플루오라이드(ErxOyFz), 디스프로슘 플루오라이드(DyF3), 디스프로슘 옥시플루오라이드(DyxOyFz), 가돌리늄 플루오라이드(GdF3), 가돌리늄 옥시플루오라이드(GdxOyFz), 스칸듐 플루오라이드(ScF3), 스칸듐 옥시플루오라이드(ScxOyFz), 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되고,
    상기 제2 재료는, 이트리아(Y2O3), 이트륨 플루오라이드(YF3), 이트륨 옥시플루오라이드(YxOyFz), 에르븀 산화물(Er2O3), 에르븀 플루오라이드(ErF3), 에르븀 옥시플루오라이드(ErxOyFz), 디스프로슘 산화물(Dy2O3), 디스프로슘 플루오라이드(DyF3), 디스프로슘 옥시플루오라이드(DyxOyFz), 가돌리늄 산화물(Gd2O3), 가돌리늄 플루오라이드(GdF3), 가돌리늄 옥시플루오라이드(GdxOyFz), 스칸듐 산화물(Sc2O3), 스칸듐 플루오라이드(ScF3), 스칸듐 옥시플루오라이드(ScxOyFz), 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
    방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 복수의 나노입자들은 60 mol% 내지 70 mol%의 이트륨 산화물, 및 30 mol% 내지 40 mol%의 지르코늄 산화물을 포함하는,
    방법.
  8. 제5 항에 있어서,
    (a) 상기 코어 입자들은 이트륨 산화물을 포함하고, 상기 박막 코팅은 지르코늄 산화물을 포함하거나, 또는 (b) 상기 코어 입자들은 지르코늄 산화물을 포함하고, 상기 박막 코팅은 이트륨 산화물을 포함하는,
    방법.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 복수의 나노입자들은 대향 면들에 오목부(indentation)들을 갖는 구형 형태를 포함하는 도넛-형상을 갖는,
    방법.
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 수행하는 단계는, (a) 지르코늄 산화물 나노입자들 위에 박막 코팅을 형성하기 위해, 이트륨 산화물을 포함하는 전구체를 원자 층 증착 챔버 내로 도입하는 단계, 또는 (b) 이트륨 산화물 나노입자들 위에 박막 코팅을 형성하기 위해, 지르코늄 산화물을 포함하는 전구체를 원자 층 증착 챔버 내로 도입하는 단계를 포함하는,
    방법.
  11. 제5 항에 있어서,
    상기 복수의 나노입자들을 포함하는 나노파우더를 사용하여, 이온 보조 증착 스퍼터링 디바이스를 위한 타겟을 형성하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  12. 제5 항에 있어서,
    상기 복수의 나노입자들을 물품 상에 플라즈마 스프레잉하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  13. 제5 항에 있어서,
    2730 ℉ 내지 3275 ℉의 온도 또는 25 MPa 내지 1 Gpa의 압력 중 적어도 하나를 가함으로써, 상기 복수의 나노입자들을 소결하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  14. 제5 항에 있어서,
    상기 복수의 나노입자들의 나노세라믹 재료는, Y3Al5O12(YAG), Y4Al2O9(YAM), YAlO3(YAP), Y2O3-ZrO2 고용체, Er3Al5O12(EAG), Er4Al2O9(EAM), 및 ErAlO3(EAP)로 구성된 그룹으로부터 선택되는 화합물을 포함하는,
    방법.
  15. 나노세라믹 컴포넌트를 형성하는 방법으로서,
    (a) 복수의 나노입자들로 몰드를 충전하는 단계 ― 상기 복수의 나노입자들의 적어도 일부는,
    희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 제1 재료를 포함하는 코어 입자; 및
    상기 코어 위의 박막 코팅 ― 상기 박막 코팅은, 희토류 금속-함유 산화물, 희토류 금속-함유 플루오라이드, 희토류 금속-함유 옥시플루오라이드, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 제2 재료를 포함함 ―
    을 포함함 ―; 및
    (b) 상기 나노세라믹 컴포넌트를 형성하기 위해, 상기 복수의 나노입자들을 소결하는 단계
    를 포함하는,
    나노세라믹 컴포넌트를 형성하는 방법.
  16. 제1 항의 나노파우더를 포함하는 물품으로서,
    상기 제1 재료는, 이트륨 플루오라이드(YF3), 이트륨 옥시플루오라이드(YxOyFz), 에르븀 플루오라이드(ErF3), 에르븀 옥시플루오라이드(ErxOyFz), 디스프로슘 플루오라이드(DyF3), 디스프로슘 옥시플루오라이드(DyxOyFz), 가돌리늄 플루오라이드(GdF3), 가돌리늄 옥시플루오라이드(GdxOyFz), 스칸듐 플루오라이드(ScF3), 스칸듐 옥시플루오라이드(ScxOyFz), 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되고,
    상기 제2 재료는, 이트리아(Y2O3), 이트륨 플루오라이드(YF3), 이트륨 옥시플루오라이드(YxOyFz), 에르븀 산화물(Er2O3), 에르븀 플루오라이드(ErF3), 에르븀 옥시플루오라이드(ErxOyFz), 디스프로슘 산화물(Dy2O3), 디스프로슘 플루오라이드(DyF3), 디스프로슘 옥시플루오라이드(DyxOyFz), 가돌리늄 산화물(Gd2O3), 가돌리늄 플루오라이드(GdF3), 가돌리늄 옥시플루오라이드(GdxOyFz), 스칸듐 산화물(Sc2O3), 스칸듐 플루오라이드(ScF3), 스칸듐 옥시플루오라이드(ScxOyFz), 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
    물품.
  17. 제1 항의 나노파우더를 포함하는 물품으로서,
    상기 복수의 나노입자들은 60 mol% 내지 70 mol%의 이트륨 산화물, 및 30 mol% 내지 40 mol%의 지르코늄 산화물을 포함하는,
    물품.
  18. 제1 항의 나노파우더를 포함하는 물품으로서,
    (a) 상기 코어 입자들은 이트륨 산화물을 포함하고, 상기 박막 코팅은 지르코늄 산화물을 포함하거나, 또는 (b) 상기 코어 입자들은 지르코늄 산화물을 포함하고, 상기 박막 코팅은 이트륨 산화물을 포함하는,
    물품.
  19. 제1 항의 나노파우더를 포함하는 물품으로서,
    상기 복수의 나노입자들은 대향 면들에 오목부들을 갖는 구형 형태를 포함하는 도넛-형상을 갖는,
    물품.
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