KR102422725B1 - 플라즈마 환경들 내의 챔버 컴포넌트들을 위한 Y2O3-ZrO2 부식 저항성 재료 - Google Patents

플라즈마 환경들 내의 챔버 컴포넌트들을 위한 Y2O3-ZrO2 부식 저항성 재료 Download PDF

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Abstract

프로세싱 챔버를 위한 챔버 컴포넌트는 Y2O3-ZrO2의 하나 이상의 상으로 본질적으로 구성된 소결된 세라믹 재료로 구성된 세라믹 바디를 포함한다. 세라믹 재료는 55-65 mol% Y2O3 및 35-45 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다.

Description

플라즈마 환경들 내의 챔버 컴포넌트들을 위한 Y2O3-ZrO2 부식 저항성 재료{Y2O3-ZrO2 EROSION RESISTANT MATERIAL FOR CHAMBER COMPONENTS IN PLASMA ENVIRONMENTS}
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, Y2O3와 ZrO2로 구성된 부식 저항성 세라믹 재료에 관한 것으로, 특히, 그러한 부식 저항성 세라믹 재료로 제조된 챔버 컴포넌트들에 관한 것이다.
반도체 업계에서, 점점 감소되는 사이즈의 구조물들을 생성하는 다수의 제조 프로세스들에 의해 디바이스들이 제작된다. 일부 제조 프로세스들, 이를테면 플라즈마 에칭 및 플라즈마 세정 프로세스들은 기판을 에칭 또는 세정하기 위해 플라즈마의 고속 스트림에 기판을 노출시킨다. 플라즈마는 고도로 부식성일 수 있고, 그리고 프로세싱 챔버들, 및 플라즈마에 노출되는 다른 표면들을 부식시킬 수 있다.
일 실시예에서, 프로세싱 챔버를 위한(예컨대, 반도체 프로세싱 챔버를 위한) 챔버 컴포넌트는 Y2O3-ZrO2로 본질적으로 구성된 소결된 세라믹 재료로 구성된 세라믹 바디(ceramic body)를 포함하며, 여기서, 세라믹 재료는 55 내지 65 mol% Y2O3와 35-45 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다.
일 실시예에서, 프로세싱 챔버를 위한 챔버 컴포넌트는 바디, 및 바디 상의 세라믹 코팅을 포함한다. 바디는 소결된 세라믹 재료 또는 금속 중 적어도 하나를 포함한다. 세라믹 코팅은 Y2O3-ZrO2의 하나 이상의 상(phase)으로 본질적으로 구성되며, 여기서, 세라믹 코팅은 55 내지 65 mol% Y2O3와 35-45 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다.
일 실시예에서, 프로세싱 챔버를 위한 챔버 컴포넌트를 제조하는 방법이 수행될 수 있다. 방법은 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된 Y2O3-ZrO2 분말을 형성하기 위해, Y2O3 분말과 ZrO2 분말을 혼합하는 단계를 포함한다. 방법은 그린 바디(green body)를 형성하기 위해, Y2O3-ZrO2 분말을 사용하여 냉각 등방압 가압(cold isostatic pressing)을 수행하는 단계를 더 포함한다. 방법은 챔버 컴포넌트의 대략적인 형상으로 그린 바디를 형성하는 단계를 더 포함한다. 방법은 그린 바디 내의 유기 결합제를 소실(burn off)시키기 위해, 그린 바디에 대해 제1 열 처리를 수행하는 단계를 더 포함한다. 방법은, 그린 바디를 소결시키고 Y2O3-ZrO2의 하나 이상의 상으로 본질적으로 구성된 소결된 세라믹 바디를 생성하기 위해, 약 1750 내지 1900 ℃의 온도로 그린 바디에 대해 제2 열 처리를 후속적으로 수행하는 단계를 더 포함하며, 여기서, 소결된 세라믹 바디는 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다. 방법은 소결된 세라믹 바디를 머시닝하는 단계를 더 포함한다. 방법은 소결된 세라믹 바디로부터 미량 금속(trace metal)을 제거하기 위해, 소결된 세라믹 바디에 대해 정제 프로세스를 수행하는 단계를 더 포함한다.
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.
도 1은 프로세싱 챔버의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 2는 정전 척 조립체의 일 실시예를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 실시예들에 따른 가열기 기판 조립체를 예시한다.
도 4a 및 도 4b는 각각, 실시예들에 따른 프로세스 키트 링의 상면도 및 저면도를 예시한다.
도 5a 및 도 5b는 각각, 실시예들에 따른 프로세싱 챔버를 위한 덮개의 상면도 및 저면도를 예시한다.
도 6a 및 도 6b는 각각, 실시예들에 따른 프로세싱 챔버를 위한 노즐의 상면도 및 저면도를 예시한다.
도 7a 및 도 7b는 각각, 실시예들에 따른 프로세싱 챔버를 위한 GDP의 상면도 및 저면도를 예시한다.
도 8은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 고체 소결된 세라믹 물건(ceramic article)을 제조하기 위한 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
본 개시내용의 실시예들은, 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2를 포함하는 Y2O3-ZrO2로 구성된, 프로세싱 챔버를 위한 다양한 챔버 컴포넌트들을 제공한다. 챔버 컴포넌트들은, 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2를 포함하는 Y2O3-ZrO2로 구성된 고체 소결된 세라믹 바디들일 수 있거나 또는 그 세라믹 바디들을 포함할 수 있다. 개시되는 고체 소결된 세라믹 바디들의 사용으로부터 이익을 얻을 수 있는 챔버 컴포넌트들의 예들은, 노즐들, 가스 전달 플레이트들, 챔버 도어들, 링들, 덮개들, 정전 척들, 가열기 기판 지지부들 등을 포함한다. 챔버 컴포넌트들을 형성하기 위한, 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2를 포함하는 Y2O3-ZrO2의 사용은 다른 세라믹 재료들로 구성된 챔버 컴포넌트들에 비하여 이점들을 제공하며, 그 이점들은 일부 애플리케이션들에서 대략 70% Y2O3와 대략 30 mol% ZrO2로 구성된 챔버 컴포넌트들에 비한 이점들을 포함한다. 그러한 이점들은 증가된 경도, 증가된 인장 강도, 및/또는 증가된 마모 저항을 포함한다.
"열 처리"라는 용어는, 이를테면 퍼니스(furnace)에 의해, 세라믹 물건에 고온(elevated temperature)을 가하는 것을 의미하는 것으로 본원에서 사용된다. "플라즈마 저항성 재료"는 플라즈마 프로세싱 조건들에 대한 노출로 인한 부식 및 침식에 저항적인 재료를 지칭한다. 플라즈마 프로세싱 조건들은 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 N2O로부터 생성되는 플라즈마를 포함한다. 플라즈마에 대한 재료의 저항은, 코팅된 컴포넌트들의 동작 및 플라즈마에 대한 노출의 지속기간 전체에 걸친 "에칭 레이트(ER)"(이는 Å/min(Angstrom/min)의 단위들을 가질 수 있음)를 통해 측정된다. 플라즈마 저항은 또한, nm/RFHr(nanometer/radio frequency hour)의 단위들을 갖는 부식 레이트를 통해 측정될 수 있으며, 여기서, 1 RFHr은 플라즈마 프로세싱 조건들에서의 1시간의 프로세싱을 나타낸다. 측정들은 상이한 프로세싱 시간들 후에 행해질 수 있다. 예컨대, 측정들은 프로세싱 전, 50 프로세싱 시간 후, 150 프로세싱 시간 후, 200 프로세싱 시간 후 등에 행해질 수 있다. 약 100 nm/RFHr 미만의 부식 레이트는 플라즈마 저항성 코팅 재료에 대해 전형적이다. 단일 플라즈마 저항성 재료는 다수의 상이한 플라즈마 저항 또는 부식 레이트 값들을 가질 수 있다. 예컨대, 플라즈마 저항성 재료는 제1 타입의 플라즈마와 연관된 제1 플라즈마 저항 또는 부식 레이트, 및 제2 타입의 플라즈마와 연관된 제2 플라즈마 저항 또는 부식 레이트를 가질 수 있다.
"약" 및 "대략"이라는 용어들이 본원에서 사용되는 경우, 이들은 제공된 공칭 값이 ±10% 내에서 정확하다는 것을 의미하도록 의도된다. 실시예들에서, 공칭 값은 또한, +/-2% 이내까지 정확할 수 있다. 일부 실시예들은 반도체 제조를 위한 플라즈마 에칭기들에 설치된 챔버 컴포넌트들 및 다른 물건들을 참조하여 본원에서 설명된다. 그러나, 그러한 플라즈마 에칭기들이 또한, MEMS(micro-electro-mechanical systems) 디바이스들을 제조하는 데 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 부가적으로, 본원에서 설명되는 물건들은 플라즈마 또는 다른 부식성 환경들에 노출되는 다른 구조물들일 수 있다. 본원에서 논의되는 물건들은 반도체 프로세싱 챔버들과 같은 프로세싱 챔버들을 위한 챔버 컴포넌트들일 수 있다.
실시예들은 벌크(bulk) 소결된 세라믹 바디들로 형성된 챔버 컴포넌트들을 참조하여 본원에서 논의되며, 그러한 벌크 소결된 세라믹 바디들에 대한 특성들이 제공된다. 그러나, 일부 실시예들에서, 챔버 컴포넌트들은 Y2O3-ZrO2의 하나 이상의 상으로 구성된 설명된 세라믹 재료와 상이한 금속들 및/또는 세라믹들로 구성될 수 있고, 그리고 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2를 갖는 Y2O3-ZrO2로 구성된 세라믹 재료로 구성된 코팅을 가질 수 있다는 것이 유의되어야 한다. 코팅은 졸-겔 코팅 기법, 열 스프레이 코팅 기법, 이를테면 플라즈마 스프레잉, 이온 보조 증착(IAD) 기법, 물리 기상 증착(PVD) 기법, 화학 기상 증착(CVD) 기법, 및/또는 원자 층 증착(ALD) 기법을 통해 형성될 수 있다. 따라서, Y2O3-ZrO2로 구성된 고체 세라믹 물건들인 것으로서 본원에서 논의되는 챔버 컴포넌트들은 대안적으로, Y2O3-ZrO2로 구성된 세라믹 재료의 코팅에 의해 코팅된, Al2O3, AlN, Y2O3, 또는 다른 재료들일 수 있다. IAD, PVD, CVD, 및/또는 ALD를 통해 형성된 코팅들의 경우, 코팅 특성들은 Y2O3-ZrO2의 하나 이상의 상으로 구성된 세라믹 재료에 대한 벌크 소결된 세라믹 특성들과 유사할 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 실시예들에 따른, Y2O3-ZrO2의 하나 이상의 상으로 본질적으로 구성된 플라즈마 저항성 세라믹 재료를 포함하는 하나 이상의 챔버 컴포넌트들을 갖는 프로세싱 챔버(100)(예컨대, 반도체 프로세싱 챔버)의 단면도이며, 여기서, 세라믹 재료는 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다. 추가적인 실시예에서, 세라믹 재료는 56 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 44 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다. 추가적인 실시예에서, 세라믹 재료는 57 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 43 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다. 추가적인 실시예에서, 세라믹 재료는 58 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 42 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다. 추가적인 실시예에서, 세라믹 재료는 59 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 41 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다. 추가적인 실시예에서, 세라믹 재료는 60 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 40 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다. 추가적인 실시예에서, 세라믹 재료는 55 내지 64 mol% Y2O3와 36 내지 45 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다. 추가적인 실시예에서, 세라믹 재료는 55 내지 63 mol% Y2O3와 37 내지 45 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다. 추가적인 실시예에서, 세라믹 재료는 55 내지 62 mol% Y2O3와 38 내지 45 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다. 추가적인 실시예에서, 세라믹 재료는 55 내지 61 mol% Y2O3와 39 내지 45 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다. 추가적인 실시예에서, 세라믹 재료는 55 내지 60 mol% Y2O3와 40 내지 45 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다. 추가적인 실시예에서, 세라믹 재료는 56 내지 64 mol% Y2O3와 36 내지 44 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다. 추가적인 실시예에서, 세라믹 재료는 57 내지 63 mol% Y2O3와 37 내지 43 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다. 추가적인 실시예에서, 세라믹 재료는 58 내지 62 mol% Y2O3와 36 내지 42 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다. 추가적인 실시예에서, 세라믹 재료는 59 내지 61 mol% Y2O3와 39 내지 41 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다. 추가적인 실시예에서, 세라믹 재료는 약 60 mol% Y2O3와 약 40 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된다. Y2O3-ZrO2의 세라믹 재료로 구성된 소결된 세라믹 바디는 약 0.1%의 다공도를 가질 수 있으며, 여기서, 다공도는 세공-용적 분율이다.
프로세싱 챔버(100)는 부식성 플라즈마 환경이 제공되는 프로세스들에 대해 사용될 수 있다. 예컨대, 프로세싱 챔버(100)는 플라즈마 에칭 반응기(플라즈마 에칭기라고 또한 알려져 있음), 플라즈마 세정기 등을 위한 챔버일 수 있다. Y2O3-ZrO2로 본질적으로 구성된 세라믹 재료를 포함할 수 있거나 또는 그 세라믹 재료로 형성될 수 있는 챔버 컴포넌트들의 예들은, 덮개(132), 노즐(152), 챔버 도어(150), 정전 척(ESC)(148)의 퍽(153), 링(예컨대, 프로세스 키트 링 또는 단일 링)(134), 가스 분배 플레이트(미도시), 가열기 기판 지지부(미도시) 등이다. 이들 챔버 컴포넌트들 각각은, 하나 이상의 이유들로 인해, Y2O3-ZrO2로 본질적으로 구성된 세라믹 재료의 사용으로부터 이익을 얻을 수 있다. 예컨대, 55 내지 60 mol% Y2O3와 40 내지 45 mol% ZrO2, 56 내지 64 mol% Y2O3와 36 내지 44 mol% ZrO2, 57 내지 63 mol% Y2O3와 37 내지 43 mol% ZrO2, 58 내지 62 mol% Y2O3와 36 내지 42 mol% ZrO2, 59 내지 61 mol% Y2O3와 39 내지 41 mol% ZrO2, 또는 약 60 mol% Y2O3와 약 40 mol% ZrO2를 포함하는 Y2O3-ZrO2의 세라믹 재료는, 다른 세라믹 재료들(65 mol% 초과의 Y2O3와 35 mol% 미만의 ZrO2를 포함하는 Y2O3-ZrO2, 뿐만 아니라 55 mol% 미만의 Y2O3와 45 mol% 초과의 ZrO2를 포함하는 Y2O3-ZrO2를 포함함)과 비교하여, 경도, 부식 저항, 절연 파괴 저항, 및/또는 인장 강도의 최적의 또는 거의 최적의 조합을 가질 수 있다.
아래의 표 1은 다양한 농도들로 Y2O3와 ZrO2의 혼합물들을 포함하는 다양한 벌크 소결된 세라믹 재료들의 특성들을 제공한다. 표에서, 샘플 A는 100 mol% Y2O3를 포함하고, 샘플 B는 73.2 mol% Y2O3와 26.8 mol% ZrO2를 포함하고, 샘플 C는 64.5 mol% Y2O3와 35.5 mol% ZrO2를 포함하고, 샘플 D는 60.3 mol% Y2O3와 39.7 mol% ZrO2를 포함하며, 샘플 E는 57.7 mol% Y2O3와 42.3 mol% ZrO2를 포함한다. 도시된 바와 같이, 일부 애플리케이션들에 대한 최적의 특성들은 60.3 mol% Y2O3와 39.7 mol% ZrO2를 사용하여 달성된다. 예컨대, 60.3 mol% Y2O3와 39.7 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된 세라믹 재료는, 테스트된 조성들 중 최고의 평균 굽힘 강도, 최고의 비커(Viker) 경도, 및 최고의 파괴 인성을 나타내는 한편, 또한, 높은 탄성 계수, 밀도, 절연 파괴 저항(약 500 내지 600 V/mil), 및 플라즈마 부식 저항을 나타낸다. 59 내지 61 mol% Y2O3와 39 내지 41 mol% ZrO2, 58 내지 62 mol% Y2O3와 36 내지 42 mol% ZrO2, 57 내지 63 mol% Y2O3와 37 내지 43 mol% ZrO2 등을 사용하여 유사한 바람직한 특성들이 또한 달성되며, 세라믹 재료의 특성들의 조합은, 세라믹 재료가 60.3 mol% Y2O3와 39.7 mol% ZrO2로부터 더 많이 벗어날수록, 애플리케이션들에 대해 덜 바람직하게 된다. 열 충격 저항 계수(R’)는 다음의 공식을 사용하여 컴퓨팅된다:
Figure 112019031457284-pat00001
Figure 112019031457284-pat00002
일 실시예에서, 프로세싱 챔버(100)는 챔버 바디(102) 및 덮개(132)를 포함하며, 그 챔버 바디(102)와 덮개(132)는 내부 볼륨(106)을 밀폐한다. 덮개(132)는 덮개(132)의 대략 중앙에 관통 홀을 포함할 수 있으며, 그 관통 홀은 노즐(152)을 수용한다. 챔버 바디(102)는 알루미늄, 스텐인리스 강, 또는 다른 적합한 재료로 제작될 수 있다. 챔버 바디(102)는 일반적으로, 측벽들(108) 및 바닥부(110)를 포함한다.
외측 라이너(116)가 챔버 바디(102)를 보호하기 위해 측벽들(108)에 인접하게 배치될 수 있다. 외측 라이너(116)는 할로겐-함유 가스 저항 재료, 이를테면 Al2O3 또는 Y2O3일 수 있다.
배기 포트(126)가 챔버 바디(102)에 정의될 수 있고, 펌프 시스템(128)에 내부 볼륨(106)을 커플링시킬 수 있다. 펌프 시스템(128)은 하나 이상의 펌프들 및 스로틀 밸브들을 포함할 수 있으며, 그 하나 이상의 펌프들 및 스로틀 밸브들은 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(106)을 진공배기시키기 위해 그리고 그 내부 볼륨(106)의 압력을 조절하기 위해 활용된다.
덮개(132)는 챔버 바디(102)의 측벽들(108) 및/또는 챔버 바디의 상단 부분 상에 지지될 수 있다. 덮개(132)는 프로세싱 챔버(100)를 위한 밀봉을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 덮개(132)는 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(106)으로의 접근을 가능하게 하도록 개방될 수 있다. 가스 패널(158)이 노즐(152) 내의 가스 전달 홀들을 통해 내부 볼륨(106)에 프로세스 및/또는 세정 가스들을 제공하기 위해 프로세싱 챔버(100)에 커플링될 수 있다. 프로세싱 챔버(100)에서 기판들을 프로세싱하기 위해 사용될 수 있는 프로세싱 가스들의 예들은, 할로겐-함유 가스들, 이를테면, 특히 C2F6, SF6, SiCl4, HBr, NF3, CF4, CHF3, CH2F3, F, Cl2, CCl4, BCl3, 및 SiF4, 및 다른 가스들, 이를테면 O2 또는 N2O를 포함한다. 캐리어 가스들의 예들은, N2, He, Ar, 및 프로세스 가스들에 대해 비활성적인 다른 가스들(예컨대, 비-반응성 가스들)을 포함한다.
기판 지지 조립체, 이를테면 정전 척(148) 또는 가열기 기판 지지부(미도시)가 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(106)에서 덮개(132) 및 노즐(152) 아래에 배치된다. 정전 척(148)은 프로세싱 동안 기판(144)(예컨대, 반도체 웨이퍼)을 홀딩한다. 정전 척(148)은 프로세싱 동안 기판(144)을 고정시킬 수 있고, 그리고 열 전도성(예컨대, 금속) 베이스(154)(열 전도성 플레이트라고 또한 지칭됨)에 접합된 정전 퍽(153), 및/또는 하나 이상의 부가적인 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 열 전도성 베이스(154)는 Al로 구성될 수 있다. 실시예들에서, 열 전도성 베이스(154)의 외측 벽은 양극산화 층(156)(예컨대, Al2O3 양극산화 층)을 포함한다. 실시예들에서, 링(134), 이를테면 프로세스 키트 링이 정전 척 상에서 정전 퍽(153)의 외측 둘레에 배치될 수 있다.
챔버 바디(102)는 챔버 바디(102)의 측벽에 공동을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 공동은 챔버 도어(150)에 의해 덮일 수 있다. 내부 바디(106)는 프로세싱 및/또는 세정 동안 플라즈마로 채워질 수 있다. 공동은, 플라즈마를 가속시키기 위해 챔버 바디(102)에 생성되는 무선 주파수(RF) 필드에서 불-균일성을 야기할 수 있다. 불-균일성은 공동에서 플라즈마 세기의 증가 및 아킹을 야기할 수 있다. 챔버 도어(150)는 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2를 갖는 Y2O3-ZrO2로 본질적으로 구성된 세라믹 재료로 구성될 수 있으며, 그 세라믹 재료는 내부 볼륨(106) 내의 플라즈마에 대한 높은 저항을 제공하고, 또한 높은 절연 파괴 저항을 갖는다. 높은 절연 파괴 저항은 RF 필드 내의 임의의 불-균일성을 제거할 수 있거나 또는 감소시킬 수 있고, 아킹을 제거 및/또는 억제할 수 있다. 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2를 갖는 Y2O3-ZrO2로 본질적으로 구성된 세라믹 재료는 또한, 높은 굽힘 강도를 가지며, 이는 챔버 도어(150)의 파손을 완화하거나 또는 챔버 도어(150)가 파손되지 않게 한다. 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2를 갖는 Y2O3-ZrO2로 본질적으로 구성된 세라믹 재료는 또한, 높은 경도를 가지며, 이는 챔버 도어(150) 상의 마모를 감소시킨다. 일 실시예에서, 챔버 도어(150)는 세라믹 바디에 부착된 금속 컴포넌트를 포함하는 곡선형 플립 업 도어(curved flip up door)이며, 여기서, 금속 컴포넌트는 힌지 메커니즘을 포함하고 그리고/또는 힌지 메커니즘에 부착된다. 일 실시예에서, 챔버 도어는 약 0.5 내지 1.5 인치의 두께, 약 3 내지 6 인치(예컨대, 약 4 내지 5 인치)의 제1 치수(예컨대, 길이), 및 약 8 내지 16 인치(예컨대, 약 10 내지 14 인치)의 제2 치수(예컨대, 높이)를 갖는다.
도 2는 정전 척(148)의 일 실시예의 분해도를 도시한다. 정전 척(148)은 열 전도성 베이스(154)에 접합된 정전 퍽(153)을 포함한다. 정전 퍽(153)은 정전 퍽(153) 상에 포지셔닝되는 기판(144)의 형상 및 사이즈와 실질적으로 일치할 수 있는 환상 주변부를 갖는 디스크-형 형상을 갖는다. 정전 퍽(153)은 하나 이상의 매립된 가열 엘리먼트들 및/또는 하나 이상의 매립된 척킹 전극들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가열 엘리먼트들은 지지된 기판들을 최대 약 350 ℃의 온도들까지 가열하도록 구성될 수 있다. 정전 퍽(153)은 부가적으로, 정전 퍽(153)의 표면 상의 메사들, 및 지지된 기판의 배면과 정전 퍽의 표면 사이에 열 전도 가스(예컨대, He)를 전달하기 위한 하나 이상의 가스 전달 홀들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 정전 퍽(153)은 Y2O3-ZrO2로 본질적으로 구성된 세라믹 재료로 제작된 소결된 세라믹 바디일 수 있다. 일부 실시예들에서, 정전 퍽(153)은 0.04 내지 0.25 인치의 두께 및 7.85 내지 12.90 인치의 직경을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 정전 퍽(153)은, AlN 또는 Al2O3로 본질적으로 구성된 제2 세라믹 바디에 접합된, 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2를 갖는 Y2O3-ZrO2로 본질적으로 구성된 세라믹 재료로 형성된 제1 세라믹 바디를 포함한다. 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2를 갖는(예컨대, 약 60 mol% Y2O3와 약 40 mol% ZrO2를 갖는) Y2O3-ZrO2로 본질적으로 구성된 세라믹 재료의 사용은, 정전 퍽(153)에 대해 절연 파괴 저항, 플라즈마 부식 저항, 및 경도의 최적의 또는 거의 최적의 조합을 제공한다. 절연 파괴 저항 및 저항률은 쿨롱 및 존슨-라벡(Johnsen-Rahbek; JR) 정전 척들 둘 모두에 대해, 정전 퍽(153)의 유용한 특성들일 수 있다. 부가적으로, 부식 저항은 입자 오염을 최소화하기 위해 그리고 ESC(148)의 수명을 최대화하기 위해 높아야 한다. 더욱이, 정전 퍽(153)은 사용 동안 다수의 기판들과 물리적으로 접촉하며, 이는 정전 퍽(153) 상의 마모를 야기한다. 9.4 GPa의 높은 경도는 기판 또는 웨이퍼의 프로세싱 동안 (예컨대, 지지된 기판과 정전 퍽(153) 사이의 열 팽창 계수 불일치로 인한 상대적인 모션으로 인한) 마모에 저항한다. 약 55 내지 65 mol% Y2O3와 약 35 내지 45 mol% ZrO2를 갖는 Y2O3-ZrO2로 본질적으로 구성된 세라믹 재료의 높은 경도는 그러한 마모를 최소화한다.
정전 퍽(153) 아래에 부착된 열 전도성 베이스(154)는 디스크-형 바디를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 열 전도성 베이스(154)는 위에 놓인 정전 퍽(153)의 열 특성들과 실질적으로 일치하는 열 특성들을 갖는 재료로 제작될 수 있다. 일 실시예에서, 열 전도성 베이스(154)는 금속, 이를테면 알루미늄 또는 스테인리스 강, 또는 다른 적합한 재료들로 제작될 수 있다. 대안적으로, 열 전도성 베이스(154)는 양호한 강도 및 내구성 뿐만 아니라 열 전달 특성들을 제공하는 세라믹과 금속 재료의 복합물로 제작될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복합 재료는 열 팽창 불일치를 감소시키기 위해, 위에 놓인 정전 퍽(153)과 실질적으로 일치되는 열 팽창 계수를 가질 수 있다.
실시예들에서, 열 전도성 베이스(154)는 실리콘(silicone) 접합에 의해 정전 퍽(153)에 접합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 정전 퍽(153)은 AlN 또는 Al2O3의 제1 세라믹 바디로 형성된다. AlN은 존슨-라벡 정전 척들에 대해 사용될 수 있으며, Al2O3는 쿨롱 정전 척들에 대해 사용될 수 있다. 제1 세라믹 바디는 그 제1 세라믹 바디에 매립된, 하나 이상의 척킹 전극들 및/또는 하나 이상의 가열 전극들을 포함할 수 있다. 약 55 내지 65 mol% Y2O3와 약 35 내지 45 mol% ZrO2를 갖는 Y2O3-ZrO2로 형성된 제2 세라믹 바디(예컨대, 얇은 웨이퍼)가 확산 접합에 의해 제1 세라믹 바디에 접합될 수 있다. 확산 접합은 최대 약 300 PSI(pounds per square inch)의 압력 및 약 120 내지 130 ℃의 온도를 사용하여 수행될 수 있다.
(AlN 또는 Al2O3의) 제1 세라믹 바디와 (약 55 내지 65 mol% Y2O3와 약 35 내지 45 mol% ZrO2를 갖는 Y2O3-ZrO2로 형성된) 제2 세라믹 바디 사이의 확산 접합의 경우, 제1 세라믹 바디와 제2 세라믹 바디 사이에 계면 층이 형성될 수 있다. 계면 층은 Y, Zr, Al, 및 O로 구성될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 실시예들에 따른 가열기 조립체(305)를 예시한다. 일부 실시예들에서, 가열기 조립체(305)는 ESC(148)에 대한 대안적인 기판 지지 조립체로서 사용될 수 있다. 가열기 조립체(305)는 하나 이상의 매립된 가열 엘리먼트들(미도시)을 갖는 평탄한 세라믹 가열기 플레이트(310)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 세라믹 가열기 플레이트(310)는 0.3 내지 0.9 인치의 두께 및 7.9 내지 14.8 인치의 직경을 가질 수 있다. 실시예들에서, 세라믹 가열기 플레이트(310)는 세라믹 가열기 플레이트(310)의 상부 표면 상에 하나 이상의 메사들을 포함할 수 있다. 세라믹 가열기 플레이트(310)는 프로세싱 동안 기판을 지지할 수 있고, 그리고 최대 약 650 ℃의 온도들까지 기판을 가열하도록 구성될 수 있다.
세라믹 가열기 플레이트(310)는 깔때기 형상 바디(320)에 접합될 수 있으며, 그 깔때기 형상 바디(320)는 깔때기 형상 바디(320)의 하단보다 깔때기 형상 바디(320)의 상단에서 더 큰 내측 직경 및 외측 직경을 갖는다. 실시예들에서, 세라믹 가열기 플레이트(310)와 깔때기 형상 바디(320) 사이의 접합은, 최대 약 800 PSI(예컨대, 300 내지 800 PSI)의 압력 및 1000 ℃ 초과(예컨대, 최대 1800 ℃)의 온도로, 확산 접합에 의해 생성될 수 있다. 실시예들에서, 깔때기 형상 바디(320)는 AlN으로 구성될 수 있고, 그리고 세라믹 가열기 플레이트(310)와 그 세라믹 가열기 플레이트(310)를 포함하는 챔버의 다른 컴포넌트들 사이의 열 전달을 최소화하도록 중공형일 수 있다. AlN 깔때기 형상 바디(320)는 열 전도율을 제어하기 위해 하나 이상의 도펀트들을 포함할 수 있다. 그러한 도펀트들의 예들은 사마륨, 이트륨, 및 마그네슘을 포함한다.
세라믹 가열기 플레이트(310)와 깔때기 형상 바디(320) 사이의 확산 접합의 경우, 세라믹 가열기 플레이트(310)와 깔때기 형상 바디 사이에 계면 층이 형성될 수 있다. 계면 층은 Y, Zr, Al, 및 O로 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 세라믹 가열기 플레이트(310)는 부가적인 세라믹 가열기 플레이트(315)에 커플링된다. 부가적인 세라믹 가열기 플레이트(315)는 AlN으로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 세라믹 가열기 플레이트(310)는 가열 엘리먼트들을 포함하지 않으며, 대신, 부가적인 세라믹 가열기 플레이트(315)에 가열 엘리먼트들이 포함된다. 세라믹 가열기 플레이트(310)는, 예컨대, 볼트들에 의해 또는 확산 접합에 의해, 부가적인 세라믹 가열기 플레이트(315)에 커플링될 수 있다.
실시예들에서, 확산 접합은 최대 약 800 PSI(예컨대, 300 내지 800 PSI)의 압력 및 1000 ℃ 초과(예컨대, 최대 1800 ℃)의 온도로 확산 접합을 사용하여 생성될 수 있다. 부가적인 세라믹 가열기 플레이트(315)는 깔때기 형상 바디(320)에 접합될 수 있으며, 그 깔때기 형상 바디(320)는 깔때기 형상 바디(320)의 하단보다 깔때기 형상 바디(320)의 상단에서 더 큰 내측 직경 및 외측 직경을 갖는다. 실시예들에서, 부가적인 세라믹 가열기 플레이트(315)와 깔때기 형상 바디(320) 사이의 접합은, 최대 약 800 PSI(예컨대, 300 내지 800 PSI)의 압력 및 1000 ℃ 초과(예컨대, 최대 1800 ℃)의 온도로, 확산 접합에 의해 생성될 수 있다. 세라믹 가열기 플레이트(310)와 부가적인 세라믹 가열기 플레이트(315) 사이의 확산 접합의 경우, 세라믹 가열기 플레이트(310)와 부가적인 세라믹 가열기 플레이트(315) 사이에 계면 층이 형성될 수 있다. 계면 층은 Y, Zr, Al, 및 O로 구성될 수 있다.
세라믹 가열기(310)는 높은 온도(예컨대, 최대 약 650 ℃)로 불소-계 플라즈마에 노출될 수 있다. 불소가 세라믹 가열기(310)의 표면 상에 형성될 수 있고, 세라믹 가열기(310) 내의 임의의 미량 금속들, 이를테면 Al과 반응할 수 있다(예컨대, 그에 따라 AlF3를 형성할 수 있음). AlF3는 낮은 증기압을 갖고, 그에 따라, 최대 약 650 ℃의 온도들로 기화 또는 승화될 수 있다. 이어서, AlF3는 챔버 내의 다른 챔버 컴포넌트들 상에 응축되어, 프로세싱되는 기판들의 입자 오염을 초래할 수 있다. 따라서, 실시예들에서, 챔버 컴포넌트들 상의 불화물 축적을 방지하기 위해, 매우 순수하고 Al 또는 미량 금속들이 없는 Y2O3-ZrO2의 세라믹 재료가 사용된다. 세라믹 가열기(310)가 (정전 척(148)과 유사하게) 기판들을 지지하므로, 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2를 갖는 Y2O3-ZrO2의 세라믹 재료에 대한 조성이 최적이거나 또는 거의 최적인데, 이는 그 조성이 최고의 경도, 굽힘 강도 및 파괴 인성, 및 높은 플라즈마 부식 저항을 제공하기 때문이다.
도 4a 내지 도 4b는 각각, 실시예들에 따른 프로세스 키트 링(405)의 상면도 및 저면도를 예시한다. 실시예들에서, 프로세스 키트 링(405)은 링(134)에 대응할 수 있다. 실시예들에서, 프로세스 키트 링(405)은 약 0.5 내지 1.5 인치의 두께, 약 11 내지 15 인치(예컨대, 약 11.8 내지 14 인치)의 내측 직경(ID) 치수, 및 약 12 내지 16 인치의 외측 직경(OD) 치수를 가질 수 있다. 실시예들에서, 프로세스 키트 링(405)의 상단의 외측 에지는 둥글 수 있다. 실시예들에서, 링의 폭(ID와 OD 사이의 차이)은 약 1 내지 2.5 인치일 수 있다. 프로세스 키트 링(405)은 지지된 기판과 접촉할 수 있고, 그에 따라, 그러한 접촉에 의해 마모될 수 있다. 부가적으로, 프로세스 키트 링(405)은 비교적 큰 직경을 갖고, 비교적 얇으며, 비교적 작은 폭을 갖는다. 이들 인자들은 핸들링 및/또는 사용 동안 프로세스 키트 링(405)이 파손되게 할 수 있다. 더욱이, 프로세스 키트 링(405)은 프로세싱 동안 플라즈마에 노출될 수 있다. 따라서, 프로세스 키트 링(405)은, 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2를 갖는 Y2O3-ZrO2의 세라믹 재료(예컨대, 약 60 mol% Y2O3와 약 40 mol% ZrO2를 포함하는 Y2O3-ZrO2의 세라믹 재료들)에 의해 나타나는 플라즈마 저항, 경도, 굽힘 강도, 및 파괴 인성의 조합으로부터 이익을 얻는다.
도 5a 및 도 5b는 각각, 실시예들에 따른 프로세싱 챔버를 위한 덮개(505)의 상면도 및 저면도를 예시한다. 실시예들에서, 덮개(505)는 덮개(132)에 대응할 수 있다. 실시예들에서, 덮개(505)는 약 1 내지 2 인치의 두께 및 약 19 내지 23 인치의 직경을 가질 수 있다. 덮개(505)는 상이한 열 팽창 계수를 가질 수 있는 다른 챔버 컴포넌트들과 접촉할 수 있고, 그에 따라, 그러한 접촉에 의해 마모될 수 있다. 부가적으로, 덮개(505)는 비교적 큰 직경을 갖고, 비교적 얇다. 이들 인자들은 핸들링 및/또는 사용 동안 덮개(505)가 파손되게 할 수 있다. 더욱이, 덮개(505)는 프로세싱 동안 플라즈마에 노출될 수 있다. 따라서, 덮개(505)는, 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2를 갖는 Y2O3-ZrO2의 세라믹 재료(예컨대, 약 60 mol% Y2O3와 약 40 mol% ZrO2를 포함하는 Y2O3-ZrO2의 세라믹 재료들)에 의해 나타나는 플라즈마 저항, 경도, 굽힘 강도, 및 파괴 인성의 조합으로부터 이익을 얻는다.
도 6a 및 도 6b는 각각, 실시예들에 따른 프로세싱 챔버를 위한 노즐(605)의 상면도 및 저면도를 예시한다. 실시예들에서, 노즐(605)은 노즐(152)에 대응할 수 있다. 노즐(605)은 다수의 가스 전달 홀들을 포함할 수 있다. 노즐(605)은 덮개(505)의 중앙에 있거나 또는 중앙 근처에 있는 홀 내에 피팅될 수 있다.
일부 실시예들에서, 챔버는 덮개 및 노즐 대신 가스 전달 플레이트(GDP)를 포함할 수 있다. 도 7a 및 도 7b는 각각, 실시예들에 따른 프로세싱 챔버를 위한 GDP(705)의 상면도 및 저면도를 예시한다. GDP(705)는 다수(예컨대, 수 천개)의 가스 전달 홀들을 포함할 수 있다. 실시예들에서, GDP(705)는 약 1 mm(예컨대, 0.04) 내지 약 1 인치의 두께 및 약 18 내지 22 인치의 직경을 가질 수 있다. 일 실시예에서, GDP(705)는 약 1 내지 6 mm의 두께를 갖는다. GDP(705)는 하중 지탱(load bearing) 컴포넌트일 수 있고, 비교적 큰 직경을 가질 수 있으며, 비교적 얇을 수 있다. 이들 인자들은 핸들링 및/또는 사용 동안 GDP(705)가 파손되게 할 수 있다. 더욱이, GDP(705)는 프로세싱 동안 플라즈마에 노출될 수 있다. 따라서, GDP(705)는, 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2를 갖는 Y2O3-ZrO2의 세라믹 재료(예컨대, 약 60 mol% Y2O3와 약 40 mol% ZrO2를 포함하는 Y2O3-ZrO2의 세라믹 재료들)에 의해 나타나는 플라즈마 저항, 경도, 굽힘 강도, 및 파괴 인성의 조합으로부터 이익을 얻는다. 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2를 갖는 Y2O3-ZrO2의 세라믹 재료(예컨대, 약 60 mol% Y2O3와 약 40 mol% ZrO2를 포함하는 Y2O3-ZrO2의 세라믹 재료들)의 유익한 절연 파괴 저항은 또한, GDP(705)에 대해 사용되는 경우, 아킹을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, GDP(705)는 부가적인 기계적 강도를 위해 배킹 플레이트(예컨대, 금속 배킹 플레이트, 이를테면 Al 배킹 플레이트)에 연결된다. GDP(705)는 배킹 플레이트에 기계적으로 클램핑될 수 있거나, 또는 (예컨대, 확산 접합에 의해) 배킹 플레이트에 접합될 수 있다.
도 8은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 고체 소결된 세라믹 물건을 제조하기 위한 프로세스(800)를 도시하는 흐름도이다. 블록(855)에서, 세라믹 물건을 형성하기 위해 사용될 Y2O3 및 ZrO2의 세라믹 분말들이 선택된다. 선택된 세라믹 분말들의 양들이 또한 선택된다. 실시예들에서, Y2O3의 세라믹 분말은 적어도 99.99%의 순도를 가질 수 있으며, ZrO2의 세라믹 분말은 적어도 99.8%의 순도를 가질 수 있다.
블록(858)에서, 선택된 분말들에 대해 정제 프로세스가 수행될 수 있다.
블록(860)에서, 선택된 세라믹 분말들이 혼합된다. 일 실시예에서, 선택된 세라믹 분말들은 물, 결합제, 및 해교제와 혼합되어 슬러리를 형성한다. 일 실시예에서, 세라믹 분말들은 밀링 프로세스, 이를테면 볼 밀링(ball milling)을 사용하여 혼합된다. 혼합은 목표 입자 사이즈 및 목표 사이즈 분포를 갖는 응집체들로 세라믹 입자들이 응집되게 할 수 있다. 특히, 실시예들에서, 세라믹 분말들의 혼합물은 임의의 부가된 소결제들을 포함하지 않는다. 일 실시예에서, 세라믹 분말들은 스프레이 건조에 의해 과립 분말로 결합된다. 스프레이 건조 프로세스는 응집체들 내의 액체 또는 용제를 휘발시킬 수 있다.
블록(865)에서, 혼합된 분말들로부터(예컨대, 선택된 세라믹 분말들의 혼합물로부터 형성된 슬러리로부터) 그린 바디(소결되지 않은 세라믹 물건)가 형성된다. 그린 바디는, 슬립 캐스팅(slip casting), 테이프 캐스팅(tape casting), 냉간 등방압 가압, 단방향 기계 가압(unidirectional mechanical pressing), 사출 성형, 및 압출을 포함하는(그러나 이에 제한되지는 않음) 기법들을 사용하여 형성될 수 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 슬러리가 스프레이 건조되고, 몰드 내에 배치되고, 가압되어 그린 바디가 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 그린 바디는 냉간 등방압 가압에 의해 형성된다. 그린 바디는 제조될 챔버 컴포넌트의 대략적인 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 블록(866)에서, 그린 바디에 대해 그린 머시닝(green machining)이 수행될 수 있다. 그린 머시닝은, 예컨대, 그린 바디에 홀들을 드릴링하는 것을 포함할 수 있다.
블록(868)에서, 그린 바디 내의 유기 결합제를 소실시키기 위해, 그린 바디에 대해 제1 열 처리가 수행된다. 일 실시예에서, 제1 열 처리는, 약 1 내지 2주의 지속기간 동안, 약 950 ℃의 고열에 그린 바디를 노출시킴으로써 수행된다.
블록(870)에서, 그린 바디를 소결시키고, 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된(예컨대, 약 60 mol% Y2O3와 약 40 mol% ZrO2로 본질적으로 구성된) 소결된 세라믹 바디를 생성하기 위해, 그린 바디에 대해 제2 열 처리가 수행된다. 그린 바디를 소결시키는 것은 Y2O3 및 ZrO2의 용융점 미만의 높은 온도까지 그린 바디를 가열하는 것을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 제2 열 처리 프로세스는, 약 3 내지 30 시간의 지속기간 동안, 약 1750 내지 1900 ℃의 온도로 수행될 수 있다. 실시예들에서, 소결은 공기, 산소, 및/또는 수소의 존재 시에 (예컨대, 그린 바디를 가열하고 있는 퍼니스 내로 이들 가스들 중 임의의 가스를 유동시킴으로써) 수행될 수 있다. 소결 프로세스는 그린 바디를 고밀화하고, 그리고 적어도 하나의 Y2O3-ZrO2 상(예컨대, Y2O3-ZrO2 고용체)을 포함하고 약 0.1%의 다공도를 갖는 고체 소결된 세라믹 물건을 생성한다. 실시예들에서, 소결 프로세스는 상압 소결(pressureless sintering) 프로세스일 수 있다.
다양한 실시예들에서, 고체 소결된 세라믹 물건은 플라즈마 에칭 반응기 또는 다른 챔버의 상이한 챔버 컴포넌트들에 대해 사용될 수 있다. 생성되는 특정 챔버 컴포넌트에 따라, 그린 바디는 상이한 형상들을 가질 수 있다. 예컨대, 궁극적인 챔버 컴포넌트가 프로세스 키트 링이 될 것인 경우, 그린 바디는 링의 형상으로 이루어질 수 있다. 챔버 컴포넌트가 정전 척을 위한 정전 퍽이 될 것인 경우, 그린 바디는 디스크의 형상으로 이루어질 수 있다. 그린 바디는 또한, 생성될 챔버 컴포넌트에 따라 다른 형상들을 가질 수 있다.
소결 프로세스는 전형적으로, 세라믹 물건의 사이즈를 비제어 양(uncontrolled amount)만큼 변화시킨다. 적어도 부분적으로 이러한 사이즈 변화로 인해, 블록(875)에서, 세라믹 물건은 전형적으로, 소결 프로세스가 완료된 후에 머시닝된다. 머시닝은 세라믹 물건을 표면 그라인딩 및/또는 연마하는 것, 세라믹 물건에 홀들을 드릴링하는 것, 세라믹 물건을 커팅 및/또는 형상화하는 것, 세라믹 물건을 그라인딩하는 것, (예컨대, 화학 기계적 평탄화(CMP), 불꽃 연마, 또는 다른 연마 기법들을 사용하여) 세라믹 물건을 연마하는 것, (예컨대, 비드 블라스팅에 의해) 세라믹 물건을 조면화하는 것, 세라믹 물건 상에 메사들을 형성하는 것 등을 포함할 수 있다.
소결 후, 소결된 세라믹 바디는 컬러 불-균일성들을 가질 수 있다. 컬러 불-균일성들은 소결된 세라믹 바디로부터 형성된 챔버 컴포넌트들이 소비자들에 의해 반품되게 하는 결함들일 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 블록(880)에서, 소결된 세라믹 바디의 컬러를 균일화하기 위해, 소결된 세라믹 바디에 대해 제3 열 처리가 수행된다. 실시예들에서, 소결된 세라믹 바디는 제3 열 처리 후에 균일한 백색 컬러를 갖는다. 제3 열 처리는 2 내지 12 시간의 지속기간 동안 약 1000 내지 1400 ℃의 온도로 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 블록(866) 및/또는 블록(875)의 머시닝 프로세스들은 소결된 세라믹 바디가 대략적으로 목표 형상 및 피처(feature)들을 갖게 하는 대략적인 머시닝(rough machining) 프로세스들이다. 일 실시예에서, 블록(885)에서, 고체 소결된 세라믹 바디는 부가적인 머시닝 프로세스를 사용하여 다시 머시닝된다. 부가적인 머시닝 프로세스는 소결된 세라믹 바디가 목표 형상, 조도, 및/또는 피처들을 갖게 하는 미세 머시닝(fine machining) 프로세스일 수 있다. 세라믹 물건은 특정 애플리케이션에 적절한 구성으로 머시닝될 수 있다. 머시닝 전에, 세라믹 물건은 특정 목적(예컨대, 플라즈마 에칭기 내의 덮개로서 사용될 목적)에 적절한 대략적인 형상 및 사이즈를 가질 수 있다. 그러나, 챔버 컴포넌트의 사이즈, 형상, 치수들, 홀 사이즈들 등을 정밀하게 제어하기 위해, 머시닝이 수행될 수 있다.
블록(866), 블록(875), 및/또는 블록(885)의 머시닝 프로세스들은 소결된 세라믹 물건에 미량 금속 불순물들을 도입할 수 있다. 부가적으로, 소결된 세라믹 물건은 원래의 세라믹 분말들 및/또는 다른 제조 단계들에 의해 도입된 매우 적은 양의 미량 금속 불순물들을 포함할 수 있다. 불소계 플라즈마들에 노출될 챔버 컴포넌트들의 경우, 매우 적은 양의 금속 불순물들로도 프로세싱되는 기판들에 유해할 수 있다. 따라서, 블록(890)에서, 소결된 세라믹 바디에 대해 최종 정제 프로세스가 수행될 수 있다. 정제 후에, 세라믹 바디에 100 ppm(parts per million) 이상의 값으로 금속 오염물들이 존재하지 않도록, 금속 오염물들이 제거될 수 있다. 따라서, 정제 프로세스 후의 세라믹 바디의 전체 순도는 99.9%일 수 있다. 일 실시예에서, 최종 정제 프로세스는 습식 세정 프로세스 및/또는 건식 세정 프로세스를 포함한다. 실시예들에서, 최종 정제 프로세스는 소결된 세라믹 바디의 표면으로부터 미량 금속 오염물들을 제거할 수 있다. 다른 실시예들에서, 최종 정제 프로세스는 세라믹 바디의 표면 뿐만 아니라 세라믹 바디의 내부로부터 미량 금속 오염물들을 제거할 수 있다.
아래의 표 2는 방법(800)에 따라 제조된 세라믹 바디들에 대한 금속 불순물들을 제공한다. 금속 불순물들은 GDMS 분석에 의해 측정되었으며, 중량(wt.) ppm(parts per million)으로 환산하여 표현된다.
Figure 112019031457284-pat00003
생성될 특정 챔버 컴포넌트에 따라, 부가적인 프로세싱 동작들이 부가적으로 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 부가적인 프로세싱 동작들은 고체 소결된 세라믹 바디를 금속 바디 또는 다른 바디에 접합하는 것(블록(895))을 포함한다. 고체 소결된 세라믹 바디가 머시닝되고 금속 바디에 접합되는 일부 경우들에서, 머시닝이 먼저 수행된 후 접합이 수행될 수 있다. 다른 경우들에서, 고체 소결된 세라믹 물건이 먼저 금속 바디에 접합될 수 있고, 그 후에, 머시닝될 수 있다. 다른 실시예들에서, 일부 머시닝이 접합 전과 후 둘 모두에 수행된다. 부가적으로, 일부 실시예들에서, 고체 소결된 세라믹 물건은 다른 세라믹 물건에 접합될 수 있다.
제1 예에서, 세라믹 물건은 샤워헤드 또는 GDP에 대해 사용될 것이다. 그러한 실시예에서, 다수의 홀들이 세라믹 물건 내에 드릴링될 수 있고, 세라믹 물건은 알루미늄 가스 분배 플레이트에 접합될 수 있다. 제2 예에서, 세라믹 물건은 정전 척에 대해 사용된다. 그러한 실시예에서, 헬륨 핀 홀들이 (예컨대, 레이저 드릴링에 의해) 세라믹 물건 내에 드릴링되고, 세라믹 물건은 실리콘 접합 또는 확산 접합에 의해 알루미늄 베이스 플레이트에 접합될 수 있다. 다른 예에서, 세라믹 물건은 세라믹 덮개이다. 세라믹 덮개가 넓은 표면적을 갖기 때문에, 새로운 소결된 세라믹 재료로 형성된 세라믹 덮개는 프로세싱 동안(예컨대, 플라즈마 에칭 반응기의 프로세스 챔버에 진공이 가해지는 경우) 균열 또는 좌굴(buckling)을 방지하기 위해 높은 구조적 강도를 가질 수 있다. 다른 예들에서, 노즐, 프로세스 키트 링, 또는 다른 챔버 컴포넌트가 형성된다.
이전의 설명은 본 개시내용의 여러 실시예들의 양호한 이해를 제공하기 위해, 다수의 특정 세부사항들, 이를테면, 특정 시스템들, 컴포넌트들, 방법들 등의 예들을 제시한다. 그러나, 본 개시내용의 적어도 일부의 실시예들이 이들 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 다른 경우들에서, 본 개시내용을 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 것이다. 특정 구현들은 이들 예시적인 세부사항들로부터 변화될 수 있고, 여전히, 본 개시내용의 범위 내에 있는 것으로 고려될 수 있다.
"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 개소들에서의 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 문구들의 출현들이 모두 반드시 동일한 실시예를 참조하는 것은 아니다. 부가하여, "또는"이라는 용어는 배타적 "또는"보다는 포괄적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다.
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 서브-동작들 또는 명령들은 간헐적 및/또는 교번적 방식으로 이루어질 수 있다.
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, 본 개시내용의 범위는, 첨부된 청구항들에 의해 권리가 부여되는 균등물들의 전체 범위와 함께, 첨부된 청구항들에 관하여 결정되어야 한다.

Claims (19)

  1. Y2O3-ZrO2의 하나 이상의 상(phase)을 필수적 요소로 하여 구성되는(consisting essentially of) 소결된 세라믹 재료로 구성된 세라믹 바디(ceramic body)를 포함하며,
    상기 소결된 세라믹 재료는 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2를 필수적 요소로 하여 구성되고,
    상기 소결된 세라믹 재료는 99.9% 초과의 순도를 갖는,
    프로세싱 챔버를 위한 챔버 컴포넌트.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 소결된 세라믹 재료는 57 내지 63 mol% Y2O3와 37 내지 43 mol%의 ZrO2 를 필수적 요소로 하여 구성되는,
    프로세싱 챔버를 위한 챔버 컴포넌트.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 소결된 세라믹 재료는 58 내지 62 mol% Y2O3와 38 내지 42 mol% ZrO2를 필수적 요소로 하여 구성되는,
    프로세싱 챔버를 위한 챔버 컴포넌트.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버 컴포넌트는 상기 세라믹 바디로 구성된 노즐이고, 상기 노즐은 복수의 관통 가스 전달 홀들을 포함하는,
    프로세싱 챔버를 위한 챔버 컴포넌트.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버 컴포넌트는 상기 프로세싱 챔버로의 곡선형 도어(curved door)이고, 상기 세라믹 바디는 약 0.5 내지 1.5 인치의 두께, 약 3 내지 6 인치의 길이, 및 약 10 내지 14 인치의 높이를 가지는,
    프로세싱 챔버를 위한 챔버 컴포넌트.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버 컴포넌트는 상기 세라믹 바디로 구성된 덮개이고, 상기 세라믹 바디는 약 1 내지 2 인치의 두께 및 약 19 내지 23 인치의 직경을 가지는,
    프로세싱 챔버를 위한 챔버 컴포넌트.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버 컴포넌트는 정전 척이고, 상기 세라믹 바디는 상기 정전 척에 대한 퍽(puck)이며,
    상기 챔버 컴포넌트는:
    상기 세라믹 바디의 하부 표면에 접합된 열 전도성 베이스를 더 포함하고,
    상기 열 전도성 베이스는 Al를 필수적 요소로 하여 구성되고, 상기 열 전도성 베이스의 측벽은 Al2O3의 양극산화 층을 포함하는,
    프로세싱 챔버를 위한 챔버 컴포넌트.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버 컴포넌트는 웨이퍼를 지지하고 가열하도록 구성된 가열기이고, 상기 세라믹 바디는 평탄한 세라믹 가열기 플레이트이며,
    상기 챔버 컴포넌트는:
    상기 평탄한 세라믹 가열기 플레이트에 접합된 깔때기(funnel) 형상 샤프트를 더 포함하는,
    프로세싱 챔버를 위한 챔버 컴포넌트.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버 컴포넌트는, 약 1 인치의 두께 및 약 20 내지 22 인치의 직경을 갖는 하중 지탱 가스 전달 플레이트(load bearing gas delivery plate)를 포함하는,
    프로세싱 챔버를 위한 챔버 컴포넌트.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버 컴포넌트는, 약 1 내지 2.5 인치의 두께, 약 11 내지 15 인치의 내측 치수 직경, 및 약 12 내지 16 인치의 외측 치수 직경을 갖는 링인,
    프로세싱 챔버를 위한 챔버 컴포넌트.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 소결된 세라믹 재료는 추가로, 약 9.1 내지 9.4 GPa의 비커 경도(Vicker Hardness)를 갖는,
    프로세싱 챔버를 위한 챔버 컴포넌트.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 소결된 세라믹 재료는 추가로, 약 9.4 내지 9.6의 열 팽창 계수를 갖는,
    프로세싱 챔버를 위한 챔버 컴포넌트.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 소결된 세라믹 재료는 추가로, 약 500 내지 600 V/mil의 절연 파괴 저항을 갖는,
    프로세싱 챔버를 위한 챔버 컴포넌트.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 소결된 세라믹 재료는 추가로, 약 139.4 내지 150 MPa의 평균 굽힘 강도를 갖는,
    프로세싱 챔버를 위한 챔버 컴포넌트.
  15. 퍽(puck); 및
    상기 퍽의 하부 표면에 접합된 열 전도성 베이스를 포함하고,
    상기 퍽은, Y2O3-ZrO2의 하나 이상의 상을 필수적 요소로 하여 구성된 소결된 세라믹 재료로 구성된 세라믹 바디이고, 상기 소결된 세라믹 재료는 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2를 필수적 요소로 하여 구성되며,
    상기 열 전도성 베이스는 Al를 필수적 요소로 하여 구성되고, 상기 열 전도성 베이스의 측벽은 Al2O3의 양극산화 층을 포함하는,
    프로세싱 챔버를 위한 정전 척.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 소결된 세라믹 재료는:
    약 9.1 내지 9.4 GPa의 비커 경도; 또는
    약 9.4 내지 9.6의 열 팽창 계수; 또는
    약 500 내지 600 V/mil의 절연 파괴 저항; 또는
    약 139.4 내지 150 MPa의 평균 굽힘 강도를 갖는,
    프로세싱 챔버를 위한 정전 척.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 소결된 세라믹 재료는 a) 57 내지 63 mol% Y2O3와 37 내지 43 mol% ZrO2 또는 b) 58 내지 62 mol% Y2O3와 38 내지 42 mol% ZrO2를 필수적 요소로 하여 구성되는,
    프로세싱 챔버를 위한 정전 척.
  18. 웨이퍼를 지지하고 가열하도록 구성된, 프로세싱 챔버를 위한 가열기로서,
    평탄한 세라믹 가열기 플레이트; 및
    상기 평탄한 세라믹 가열기 플레이트에 접합된 깔때기 형상 샤프트를 포함하고,
    상기 평탄한 세라믹 가열기 플레이트는, Y2O3-ZrO2의 하나 이상의 상(phase)을 필수적 요소로 하여 구성된 소결된 세라믹 재료로 구성된 세라믹 바디이고,
    상기 소결된 세라믹 재료는 55 내지 65 mol% Y2O3와 35 내지 45 mol% ZrO2를 필수적 요소로 하여 구성되는,
    프로세싱 챔버를 위한 가열기.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 소결된 세라믹 재료는:
    약 9.1 내지 9.4 GPa의 비커 경도; 또는
    약 9.4 내지 9.6의 열 팽창 계수; 또는
    약 500 내지 600 V/mil의 절연 파괴 저항; 또는
    약 139.4 내지 150 MPa의 평균 굽힘 강도를 갖는,
    프로세싱 챔버를 위한 가열기.
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