KR102554832B1 - 챔버 컴포넌트들을 위한 부식 제어 - Google Patents

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Abstract

본원에 설명되는 구현들은, 고온들에서 사용되는 부식성 세정 가스들로부터 챔버 컴포넌트들을 보호한다. 일 실시예에서, 챔버 컴포넌트는 적어도, 튜브형 아코디언 구조에 의해 최하부 장착 플랜지에 커플링되는 최상부 장착 플랜지를 포함하는 벨로우즈를 포함한다. 적어도 튜브형 아코디언 구조의 외부 표면 상에 코팅이 배치된다. 코팅은, 폴리테트라플루오로에틸렌, 파릴렌 C, 파릴렌 D, 다이아몬드형 탄소(DLC), 이트리아 안정화 지르코니아, 니켈 알루미나, 또는 알루미늄 실리콘 마그네슘 이트륨 산소 화합물 중 적어도 하나를 포함한다. 일 실시예에서, 챔버 컴포넌트는 내부 벨로우즈들을 갖는 밸브이다.

Description

챔버 컴포넌트들을 위한 부식 제어
[0001] 본원에 설명되는 구현들은 일반적으로 반도체 제조에 관한 것으로, 더 상세하게는, 진공 프로세싱 장비를 부식으로부터 보호하기 위한 챔버 컴포넌트들에 관한 것이다.
[0002] 반도체 디바이스들의 제조 동안, 기판은 최종 용도(end use)에 적절한 재료 층들 및 피쳐(feature)들을 형성하는 목적을 위해 다양한 프로세싱 챔버들에서 많은 동작들을 겪을 수 있다. 예컨대, 기판은, 다른 동작들 중에서도, 몇몇 증착들, 어닐링(annealing) 및 에칭 동작들을 겪을 수 있다. 프로세스 챔버들은, 다른 화합물들 중에서도, 알루미늄 함유 화합물들, 강철 함유 화합물들, 니켈 함유 화합물들로 형성되는 다양한 컴포넌트들로 형성된다. 이들 화합물들은 부가적으로, 다른 재료들 중에서도, 크롬, 티타늄, 및 몰리브덴을 함유할 수 있다.
[0003] 디바이스 소형화는 기판의 필름 층에 형성되는 디바이스 패턴들에 대한 작은 치수들을 더 중요하게 만들었다. 기판에서 임계 치수들을 달성하는 것은, 양호한 품질의 필름 층, 및 기판 내의 기저(underlying) 필름 층들에 대해 양호한 접착을 갖는 것으로 시작된다. 양호한 품질의 필름을 달성하기 위해, 프로세싱 장비는, 프로세싱 장비에서 프로세싱되는 기판들 상에 프로세싱 챔버 환경 오염이 형성되거나 그러한 오염이 기판들 상에 영향을 주는 것을 최소화한다.
[0004] 플라즈마를 형성할 때, 프로세스 가스들의 완전한 분리(disassociation)는 기판 상에 증착되는 필름들의 품질을 향상시킨다. 높은 온도들을 사용하는 것은, 프로세스 가스들의 더 완전한 분리를 제공하고, 또한, 기판 상의 고품질 필름의 강한 접착을 제공한다. 그러나, 프로세싱 챔버의 계속되는 동작 동안, 챔버 내의 부식제(corrosive agent)들이 챔버 컴포넌트들을 공격하고, 프로세스들의 챔버의 내부 볼륨(volume) 내의 크롬, 티타늄, 및 몰리브덴의 농도를 증가시키는 잔류 입자들을 생성한다. 시간의 경과에 따라, 프로세싱 챔버의 내부 볼륨 내의 잔류 입자들의 농도는 상승하는 경향을 보인다. 증착 환경 내의 부유(stray) 재료들은 결국, 기판들 상에 증착되는 필름들에 들어가고, 바람직하지 않게, 프로세스 오염 및 프로세스 왜곡(skew)에 기여한다. 프로세스 오염 및 프로세스 왜곡을 방지하지 위해, 프로세스 챔버 환경은 모니터링 및 주기적인 세정을 요구할 수 있다.
[0005] 따라서, 챔버 컴포넌트들을 부식으로부터 보호할 필요성이 존재한다.
[0006] 본원에 설명되는 구현들은, 고온들에서 사용되는 부식성 세정 가스들로부터 챔버 컴포넌트들을 보호한다. 일 실시예에서, 튜브형 아코디언 구조(tubular accordion structure)에 의해 최하부 장착 플랜지(flange)에 커플링되는 최상부 장착 플랜지를 포함하는 벨로우즈(bellows) 형태의 챔버 컴포넌트가 제공된다. 적어도 튜브형 아코디언 구조의 외부 표면 상에 코팅이 배치된다. 코팅은, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 파릴렌 C, 파릴렌 D, 다이아몬드형(diamond-like) 탄소, 이트리아 안정화 지르코니아, 알루미나, 또는 알루미늄 실리콘 마그네슘 이트륨 산소 화합물 중 적어도 하나를 포함한다.
[0007] 다른 예에서, 밸브 시트(valve seat)를 갖는 하우징(housing), 하우징에 커플링된 액추에이터(actuator), 하우징의 내부 작업 볼륨 내로 연장되는 스템(stem), 및 스템을 둘러싸는 벨로우즈를 포함하는 밸브 조립체가 제공된다. 스템은 액추에이터에 커플링된다. 벨로우즈는, 하우징의 내부 작업 볼륨으로부터 스템을 격리시킨다. 벨로우즈는, 하우징의 내부 작업 볼륨에 노출되는 코팅을 갖는다.
[0008] 또 다른 예에서, 적어도 약 0.75 인치의 직경을 갖는 원통형 내부 벽을 갖는 튜브형 바디를 포함하는, 실드 형태의 챔버 컴포넌트가 제공된다. 튜브형 바디는 최상부 단부 및 최하부 단부를 갖는다. 최상부 단부에서의 원통형 내부 벽은, 프로세싱 챔버의 기판 지지부에 맞물리도록 구성되는 제1 맞물림 피쳐를 갖는다.
상기 튜브형 아코디언 구조는, 스테인리스 강 또는 니켈-크롬 합금 중 적어도 하나로 제조될 수 있다.
상기 코팅은, 다이아몬드형 탄소 재료의 경우 약 0.5 미크론 내지 약 5 미크론의 두께를 가질 수 있다.
상기 코팅은 복수의 층들을 포함할 수 있다.
상기 복수의 층들은, 적어도 2개의 상이한 재료들로 제조될 수 있다.
상기 복수의 층들 중 적어도 2개의 층 사이에 배치되는 결합(bonding) 층을 더 포함할 수 있다.
상기 결합 층은, 크롬 또는 티타늄 또는 니켈 또는 이들의 합금들 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 코팅의 상기 복수의 층들의 각각의 층은, 약 0.25 미크론 내지 약 3 미크론의 두께를 가질 수 있다.
상기 튜브형 아코디언 구조는, 적어도 0.70 인치 내지 약 2.9 인치의 내부 직경, 및 약 1.2 인치 내지 약 3.6 인치의 축방향 모션 범위를 가질 수 있다.
[0009] 본 발명의 상기 인용된 특징들이 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략하게 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 구현들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이러한 구현들 중 일부가 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 하지만, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 통상적인 구현들만을 예시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 구현들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0010] 도 1은, 플라즈마 프로세싱 챔버의 개략적인 측단면도이다.
[0011] 도 2는, 부식 보호 코팅이 있는 벨로우즈를 갖는 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 기판 지지 조립체의 측면도를 예시한다.
[0012] 도 3은, 부식 보호를 위한 가요성(flexible) 실드를 갖는 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 기판 지지 조립체의 다른 측면도를 예시한다.
[0013] 도 4는, 부식 보호를 위한 열 배리어들을 갖는 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 기판 지지 조립체의 다른 측면도를 예시한다.
[0014] 도 5는, 벨로우즈를 세정하고 벨로우즈에 보호 코팅을 적용하는 데 사용되는 벨로우즈 홀딩 디바이스의 측면도를 예시한다.
[0015] 도 6은, 부식 보호를 갖는 밸브 조립체의 단면도를 예시한다.
[0016] 이해를 촉진시키기 위해, 도면들에 대해 공통적인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해 가능한 경우 동일한 도면부호들이 사용되었다. 일 구현에 개시된 엘리먼트들은, 특정 언급없이 다른 구현들에 유리하게 사용될 수 있음이 고려된다.
[0017] 부식에 저항성이 있는 챔버 컴포넌트들이 개시된다. 일 실시예에서, 기판 지지부의 벨로우즈에는, 높은 온도들에서 기판 지지 표면들을 부식성 가스들로부터 보호하는 데 적절한 코팅이 제공된다. 코팅은 적어도 하나의 플라즈마 분무(spray) 코팅, 3D 인쇄, 커버 플레이트, 또는 다른 코팅의 형태일 수 있으며, 이는, 기판 지지부의 벨로우즈를 보호하고 그리고 챔버 컴포넌트들에 대한 프로세싱 및/또는 세정 가스들에 의한 공격으로부터 초래되는 챔버 환경 내의 원하지 않는 부산물들의 형성을 상당히 완화시킨다. 다른 실시예들에서, 다른 챔버 컴포넌트를 부식으로부터 보호하기 위해 실드들이 이용된다.
[0018] 도 1은, 챔버 바디(102) 내에서의 프로세싱 동안 기판을 지지하기 위한 기판 지지 조립체(144)를 갖는 예시적인 프로세싱 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 기판 지지 조립체(144)는 일반적으로, 샤프트(136)에 커플링되는 기판 지지부(120)를 포함한다. 기판 지지 조립체(144)는, 상승된 포지션과 하강된 포지션 사이에서 수직으로 이동가능할 수 있다. 벨로우즈(186)는 챔버 바디(102) 내부에 배치되고, 기판 지지 조립체(144)와 챔버 바디(102) 사이에 커플링된다. 벨로우즈(186)는, 프로세싱 챔버(100) 내로의 누설을 방지하기 위한 진공 밀봉(seal)을 제공하면서, 기판 지지 조립체(144)가 챔버 바디(102) 내에서 수직으로 이동하는 것을 허용한다. 기판 지지부(120)의 샤프트(136)는 벨로우즈(186) 내에 배치되고, 그에 따라, 챔버 바디(102)의 내부로부터 격리되며, 이는, 프로세싱 동안 샤프트(136)를 부식으로부터 보호한다. 일 구현에서, 프로세싱 챔버(100)는 증착 챔버로서 구성된다. 도 1에 예시된 프로세싱 챔버(100)에서 도시되지만, 기판 지지부(120)는 다른 프로세싱 챔버들, 예컨대, 부식성 프로세싱 가스들 및/또는 세정 가스들에 영향을 받는 다른 프로세싱 챔버들 중에서도, 플라즈마 처리 챔버들, 물리 기상 증착 챔버들, 에칭 챔버들, 화학 기상 증착 챔버들, 및 이온 주입 챔버들에서 활용될 수 있다.
[0019] 프로세싱 챔버(100)는 접지된 챔버 바디(102)를 포함한다. 챔버 바디(102)는, 내부 챔버 볼륨(128)을 둘러싸는, 벽들(103), 최하부(106), 및 리드(108)를 포함한다. 챔버 바디(102)는 접지(126)에 커플링된다. 프로세싱 챔버(100)의 벽들(103)을 보호하기 위해, 내부 챔버 볼륨(128)에 보호 라이너(164)가 배치된다. 보호 라이너(164) 및 벽들(103)은 개구(118)를 가지며, 개구(118)를 통해, 기판(도시되지 않음)은 내부 챔버 볼륨(128) 안팎으로 로봇식으로 이송될 수 있다.
[0020] 챔버 바디(102)의 벽들(103) 또는 최하부(106) 중 하나에 펌핑 포트(178)가 형성된다. 펌핑 포트(178)는, 내부 챔버 볼륨(128)을 펌프 밸브 조립체(170A)에 유체적으로(fluidly) 연결한다. 펌프 밸브 조립체(170A)는 펌핑 시스템(도시되지 않음)에 연결된다. 펌핑 시스템은, 내부 챔버 볼륨(128)으로부터 프로세싱 부산물들 및 부식성 가스들을 제거하면서, 프로세싱 챔버(100)의 내부 챔버 볼륨(128) 내의 진공 환경을 유지하기 위해 활용된다. 펌핑 시스템 및 챔버 열 설계는, 열 버짓(thermal budget) 요구들에 적합한 온도들, 예컨대 약 섭씨 -25 도 내지 약 섭씨 +500 도에서, 높은 베이스 진공(약 1xE-8 Torr 또는 그 미만) 및 낮은 상승률(rate-of-rise)(약 1,000 mTorr/min)을 가능하게 한다. 펌핑 디바이스는, 10 mT 내지 30 mT의 진공 압력을 가능하게 한다.
[0021] 펌프 밸브 조립체(170A)는, 펌핑 포트(178)를 통해 펌핑 시스템으로의 유체 유동을 제어하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 프로세싱 챔버(100)가 동작 중일 때, 펌프 밸브 조립체(170A)는, 펌핑 시스템에 의해, 프로세싱 챔버(100)의 내부 챔버 볼륨(128)이 펌핑 포트(178)를 통해 진공배기(evacuate)되는 것을 허용하기 위해, 개방 상태에 있을 수 있다. 프로세싱 챔버(100)가 서비스를 위해 배기되거나 유휴상태에 있을 때, 펌프 밸브 조립체(170A)는, 프로세싱 챔버(100)의 내부 챔버 볼륨(128)을 펌핑 시스템으로부터 격리시키기 위해 폐쇄 상태에 있을 수 있다. 일 실시예에서, 펌프 밸브 조립체(170A)는, 펌핑 포트(178)를 통해 내부 챔버 볼륨(128)을 빠져나가는 부식성 가스들로 인한 손상으로부터 펌프 밸브 조립체(170A)를 보호하기 위한 부식 보호를 갖는다.
[0022] 가스 밸브 조립체(170B)를 통해 가스 소스(160)가 프로세싱 챔버(100)에 커플링된다. 가스 소스(160)는, 가스 밸브 조립체(170B)를 통해, 그리고 챔버 바디(105) 또는 리드(108)를 통해 형성되는 유입구(inlet)(161)를 통해 내부 챔버 볼륨(128) 내로 프로세스 가스들을 제공한다. 가스 밸브 조립체(170B)는, 유입구(161)를 통한 내부 챔버 볼륨(128) 내로의 유체 유동을 제어하도록 구성될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 프로세스 가스들은, 할로겐-함유 가스들, 이를테면 불소 가스 및/또는 염소(Cl) 가스를 포함할 수 있다. 대안적으로, 프로세스 가스들은, 예컨대, 탄소(C), 실리콘(Si), 산소(O), 질소(N), 이들의 조합들 또는 다른 적절한 가스들을 포함하는 가스들과 같은 증착 가스들을 포함할 수 있다. 가스 소스(160)는 또한, 프로세싱 챔버(100)의 내부 챔버 볼륨(128)에 존재하거나 그에 노출된 컴포넌트들을 세정하는 데 활용되는 세정 가스들을 제공한다. 가스 소스(160)에 의해 제공될 수 있는 세정 가스들의 예들은, 할로겐-함유 가스들, 이를테면 불소 가스, 불소-함유 가스, 염소 가스, 및/또는 염소-함유 가스를 포함한다.
[0023] 펌프 밸브 조립체(170B)는, 유입구(161)를 통한 프로세싱 챔버(100)의 내부 챔버 볼륨(128) 내로의 유체 유동 가스 소스(160)를 제어하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 프로세싱 챔버(100)가 동작 중일 때, 펌프 밸브 조립체(170B)는, 가스 소스(160)로부터의 프로세스 가스들이 유입구(161)를 통해 프로세싱 챔버(100)의 내부 챔버 볼륨(128) 내로 제공되는 것을 허용하기 위해 개방 상태에 있을 수 있다. 프로세싱 챔버(100)가 서비스를 위해 배기되거나 유휴상태에 있을 때, 펌프 밸브 조립체(170B)는, 프로세싱 챔버(100)의 내부 챔버 볼륨(128)을 가스 소스(160)로부터 격리시키기 위해 폐쇄 상태에 있을 수 있다. 일 실시예에서, 펌프 밸브 조립체(170B)는, 유입구(161)를 통해 내부 챔버 볼륨(128) 내로 유동되는 가스들로부터의 손상으로부터 펌프 밸브 조립체(170B)를 보호하기 위한 부식 보호를 갖는다.
[0024] 펌프 밸브 조립체(170A) 및 가스 밸브 조립체(170B) 둘 모두는, 부식제들에 노출될 수 있고, 부식제들로 인한 손상을 완화시키기 위한 제어들을 가질 수 있다. 펌프 밸브 조립체(170A) 및 가스 밸브 조립체(170B)는, 역학 또는 동작이 유사할 수 있고 그리고 침식 제어로부터 유사하게 이익을 얻을 수 있다. 도 6에 예시된 밸브 조립체(170)는, 펌프 밸브 조립체(170A) 및 가스 밸브 조립체(170B) 둘 모두에 대해 일반적일 수 있다. 밸브 조립체(170) 상에서의 부식 제어들은 도 6과 관련하여 아래에 논의된다.
[0025] 프로세싱 챔버(100)의 리드(108)에 샤워헤드(showerhead)(184)가 커플링될 수 있다. 샤워헤드(184)는, 유입구(161)를 통해 내부 챔버 볼륨(128) 내로 들어오는 프로세스 가스들을 분배하기 위한 복수의 가스 전달 홀(hole)들(158)을 갖는다. 샤워헤드(184)는 매치(match) 회로(141)를 통해 RF 전력 소스(142)에 연결될 수 있다. RF 전력 소스(142)에 의해 샤워헤드(184)로 제공되는 RF 전력은, 내부 챔버 볼륨(128) 내에서 샤워헤드(184)와 기판 지지 조립체(144) 간에 플라즈마를 유지하기 위해, 샤워헤드(184)를 빠져나가는 프로세스 가스들을 에너자이징(energize)한다.
[0026] 기판 지지 조립체(144)는 내부 챔버 볼륨(128)에 배치된다. 기판 지지 조립체(144)는, 샤프트(136)에 커플링되는 기판 지지부(120)를 포함한다. 기판 지지부(120)는, 프로세싱 동안 기판 지지부(120) 위에 기판을 홀딩한다. 기판 지지부(120)는, 유전체 바디(154)를 포함할 수 있다. 유전체 바디(154)는, 스테인리스 강 또는 니켈 크롬 합금, 이를테면 INCONEL® 625로 형성될 수 있다. 유전체 바디(154)는, 세라믹 재료, 알루미늄 질화물, 이트리아 알루미나 가닛, 또는 크롬, 몰리브덴, 티타늄, 또는 다른 금속을 갖는 다른 적절한 합금으로 형성될 수 있다. 유전체 바디(154)는 선택적으로, 유전체 재료로 코팅된 알루미늄 코어를 가질 수 있다.
[0027] 기판 지지부(120)의 유전체 바디(154) 내에 캐소드 전극(122)이 매립(embed)된다. 캐소드 전극은 통합 매치 회로(137)를 통해 RF 전력 소스(138)에 연결된다. 캐소드 전극(122)은, 기판 지지부(120) 상에 배치된 기판 아래로부터 플라즈마로, 전력을 용량성으로 커플링시킨다. 일 실시예에서, RF 전력 소스(138)는, 약 200 와트 내지 약 1000 와트의 RF 전력을 캐소드 전극(122)에 제공한다. RF 전력 소스(138)는 또한, 기판을 척킹(chucking) 및 디-척킹(de-chucking)하기 위해 캐소드 전극(122)에 DC 전류를 유도함으로써 캐소드 전극(122)의 동작을 제어하기 위한 시스템 제어기(도시되지 않음)에 커플링될 수 있다.
[0028] 기판 지지부(120)는, 유전체 바디(154)에 매립된 하나 또는 그 초과의 저항성 가열기들(124)을 포함할 수 있다. 저항성 가열기들(124)은 RF 필터(148)를 통해 가열기 전력 소스(174)에 커플링된다. 저항성 가열기들(124)은, 기판 지지부(120), 및 기판 지지부(120) 상에 배치되는 기판의 온도를 기판 프로세싱을 수행하기 위한 온도로 상승시키기 위해 제공될 수 있다.
[0029] 기판 지지 조립체(144)의 샤프트(136)는, 기판 지지부(120)의 바디(154)에 커플링되는 최상부 단부(146)를 포함한다. 샤프트(136)는, 프로세싱 챔버(100)의 최하부(106)에서 플랜지(188)를 통해 배치될 수 있다. 샤프트(136)는, 크롬, 티타늄, 몰리브덴, 또는 다른 금속을 함유하는 합금으로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 샤프트(136)는 스테인리스 강으로 형성된다. 다른 실시예에서, 샤프트(136)는 INCONEL® 625로 형성된다.
[0030] 샤프트(136)의 최하부 부분(147)에 또는 그 주위에 열 격리기(182)가 커플링된다. 열 격리기(182)는, 기판 지지부(120)로부터의 열이 샤프트(136)를 통해 프로세싱 챔버(100) 외부의 컴포넌트들을 향해 아래로 전도되는 것을 방지하기 위해 냉각 채널들(134)을 가질 수 있다. 부가적으로, 플랜지(188)는, 프로세싱 챔버(100)의 외부로 열이 전도되는 것을 방지하기 위해, 플랜지(188)에 매립된 열 전도성 재료를 가질 수 있다. 외부 환경으로부터의 기판 지지부(120)의 열 격리는, 기판 지지 조립체(144)의 더 양호한 온도 제어를 허용한다. 저항성 가열기들(124) 및 캐소드 전극(122)으로 전도체들을 라우팅(route)하고 그리고 기판이 지지되는 기판 지지부(120)의 최상부로 후면측 가스를 라우팅하기 위해, 열 격리기(182)를 통해 통로들이 형성될 수 있다.
[0031] 기판 지지 조립체(144)는 챔버 바디(102)에 이동가능하게 커플링될 수 있다. 기판 지지 조립체(144)는, (프로세싱을 위해 샤워헤드(184)에 더 가까운) 상부 포지션 및 (기판 이송을 가능하게 하도록 개구(118)와 정렬된 또는 그 아래의) 하부 포지션 사이에서 이동가능할 수 있다. 벨로우즈(186)는, 기판 지지부(120)와 챔버 바디(102) 사이에 가요성 밀봉을 제공할 수 있다. 벨로우즈(186)는 바디(196)를 가질 수 있다. 바디(196)는, 원통형 형상의 튜브형 아코디언 구조를 가질 수 있다. 바디(196)는 외부 표면(198)을 가질 수 있다. 외부 표면(198)은 내부 챔버 볼륨(128)에 노출될 수 있다. 바디(196)의 최상부(192)는, 기판 지지부(120)의 아래측과 접촉할 수 있다. 바디(196)의 최하부(194)는, 챔버 바디(102)와 접촉할 수 있다. 최상부(192) 및 최하부(194)는, 진공 밀봉을 형성하여 프로세스 가스들이 내부 챔버 볼륨(128)으로부터 챔버 바디(102)를 벗어나는 누설을 방지할 수 있다. 벨로우즈(186)는, 샤프트(136)와 같은 챔버 컴포넌트들을 내부 챔버 볼륨(128)의 부식성 플라즈마 및/또는 열로부터 실딩(shield)할 수 있다. 벨로우즈(186)는 또한, 열 격리기(182), 플랜지(188) 또는 기판 지지 조립체(144)의 몇몇 다른 부분들을 챔버 환경으로부터 보호할 수 있다. 벨로우즈(186)의 바디(196)는, 티타늄, 몰리브덴, 및/또는 크롬을 함유하는 재료들, 이를테면 스테인리스 강, 니켈-크롬 합금들, 예컨대 Inconel 625, 또는 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 벨로우즈(186)는 스테인리스 강으로 형성된다. 다른 실시예에서, 벨로우즈(186)는, 몰리브덴 및 니오븀을 함유하는 니켈-크롬 합금, 이를테면 Inconel 625로 형성된다.
[0032] 하나 또는 그 초과의 챔버 컴포넌트들은, 프로세싱 챔버(100)의 내부 챔버 볼륨(128) 내의 부식성 환경으로부터 컴포넌트를 보호하는 데 활용되는 코팅(180)을 갖는다. 예컨대, 코팅(180)은 기판 지지부(120) 상에 배치될 수 있다. 코팅(180)은 다층화될 수 있으며, 박막(thin film), 도금(plating), 분무 코팅, 또는 기판 지지부(120)의 외부 상에 직접 배치되는 다른 재료 코팅의 형태일 수 있다. 코팅(180)은 부가적으로 또는 대안적으로, 벨로우즈(186)의 외부 표면(198)과 같은 다른 챔버 컴포넌트들 상에 형성될 수 있다. 코팅(180)은 일체식(monolithic)일 수 있고, 컨포멀(conformal)하게 증착될 수 있는 재료들, 이를테면, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 파릴렌 C, 파릴렌 D, 다이아몬드형 탄소, 또는 세라믹, 이를테면 이트리아 안정화 지르코니아 또는 알루미나, 또는 알루미늄 실리콘 마그네슘 이트륨 산소 화합물의 선택적 코팅들, 또는 기판 지지 조립체(144)를 프로세싱 챔버(100)의 부식성 가스들로부터 보호하기에 적절한 다른 재료를 포함할 수 있다. 대안적으로, 코팅(180)은 다수의 층들을 가질 수 있다. 코팅(180)의 다수의 층들은, 전술된 적절한 코팅 재료들 중 하나 또는 그 초과로 형성될 수 있다. 예컨대, 다수의 층들은, 결합(bond) 층 및 보호 층과 같은 2개 또는 그 초과의 층들을 포함할 수 있다. 결합 층은, 챔버 컴포넌트에 대한 접착을 촉진시키는 데 있어 챔버 컴포넌트에 적합할 수 있는 한편, 보호 층은, 다른 챔버 위해요인들 중에서도 부식성 챔버 환경 또는 높은 온도들로부터의 상기 챔버 컴포넌트의 절연을 제공할 수 있다. 결합 층은, 접착을 개선하기 위해, 챔버 컴포넌트와 보호 층 간의 열 팽창 계수 미스매치(mismatch)를 감소시킨다. 열 팽창 계수 미스매치는, 기저 챔버 컴포넌트와 결합 층 사이에서 더 낮으며, 따라서, 결합 층은 기저 챔버 컴포넌트에 대한 양호한 접착을 촉진시킨다. 결합 층은, 챔버 내부에 노출된 보호 층으로서, 챔버 컴포넌트 상의 보호 층의 형성을 허용한다. 보호 층은, 챔버 컴포넌트를 보호하기 위해 양호한 기계적 속성들 및 내부식성을 갖도록 구성된다.
[0033] 양호한 기계적 및 화학적 속성들을 갖는 결합 층으로서, 최대 10 미크론 두께의 Ni 코팅이 적용될 수 있다. 예컨대, DLC 보호 층은 Ni, Cr, Ti, NiCrAl, CrNiCoAl, MoCrNiAl, 또는 다른 적절한 합금들을 갖는 결합 층을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 결합 층들은 xCrAl 또는 xTi 합금 재료를 가질 수 있으며, 여기서, x는, DLC 보호 코팅들을 위해, 코발트, 니켈, 또는 코발트와 니켈의 조합이다. DLC 보호 코팅 층은 결합 층에 비례하는 두께를 가질 수 있다. DLC 층 두께 대 결합 층 두께는 약 1/3 : 2/3 또는 약 50 : 50까지의 범위일 수 있다. 예컨대, DLC 층의 두께는, 약 5 미크론 미만, 이를테면 약 2 미크론 내지 약 3 미크론일 수 있다. 그러한 예에서, Ni 결합 층은 약 12 미크론 미만의 두께를 가질 수 있다. 다중층은, 개선된 기계적 속성들, 개선된 마모 속성들, 및 양호한 접착을 갖는다. 부가적으로, 층은 마모 지표(indicator)로서 사용될 수 있다. 층은, 분광계, 광도계, 또는 층이 세정 또는 교체될 필요가 있을 수 있는 때를 검출하기 위한 다른 계기(instrument)로 측정될 수 있다.
[0034] 코팅(180)은, 플라즈마 분무, 딥핑(dipping), 정전 분말 코팅됨으로써 적용될 수 있거나, 다른 적절한 방법으로 챔버 컴포넌트들에 적용될 수 있다. 대안적으로, 코팅(180)은, 챔버 컴포넌트들을 3D 인쇄하는 동안 증착될 수 있다. 예컨대, 챔버 컴포넌트는, 코팅(180)이 되는 최종 층에 대해 직접 금속 레이저 소결(sintering) 프로세스를 사용하여 완전히 인쇄될 수 있다. 코팅(180)은 약 0.5 미크론 내지 약 50 미크론, 이를테면 약 8 미크론의 두께를 가질 수 있다. 코팅 재료는, 코팅 층 기저의 베이스 재료, 즉, 기판 지지부(120), 벨로우즈(186), 및/또는 다른 챔버 컴포넌트에 대한 접착 강도를 개선하기 위해, 약 섭씨 650 도 내지 약 섭씨 1,100 도의 온도에서 추가적으로 열 처리될 수 있다. 열 처리는, 챔버 컴포넌트의 베이스 재료에 대한 코팅 재료의 양호한 접착을 보장하기 위해, 최대 10 시간 동안 지속될 수 있다.
[0035] 일 실시예에서, 프로세싱 챔버(100)의 내부 챔버 볼륨(128)을 세정하기 위한 플라즈마를 형성하기 위해, 삼플루오르화질소 세정 가스가 프로세싱 챔버(100) 내로 유입된다. 기판 지지부(120)의 최상부 표면의 온도는, 약 섭씨 400 도를 초과하는 온도에서 유지된다. 크롬, 티타늄, 몰리브덴, 및/또는 다른 부산물들은, 특히 약 섭씨 400 도보다 높은 온도들에 노출될 때, 부식성 프로세싱 가스들의 존재 시에 챔버 컴포넌트들로부터 프로세싱 챔버(100)의 내부 챔버 볼륨(128)에 형성될 수 있다. 코팅(180)은, 부식성 프로세싱 가스들과 반응하여 내부 프로세싱 볼륨(128)에서 프로세싱되는 기판들에 악영향을 미칠 수 있는 크롬, 티타늄, 및/또는 몰리브덴 오염을 내부 챔버 볼륨(128)에 형성하는 것으로부터 챔버 컴포넌트들을 보호한다.
[0036] 기판 지지부(120) 및/또는 벨로우즈(186)와 같은 챔버 컴포넌트들을 프로세싱 챔버(100)의 부식성 프로세싱 가스들로부터 보호하는 상이한 솔루션들이 본원에서 제공된다. 도 2에 제1 예가 도시된다. 도 2는, 벨로우즈(186)의 부식, 및 프로세싱 챔버(100)의 내부 챔버 볼륨(128), 즉 프로세싱 환경 내로의 오염의 유입을 방지하기 위한, 벨로우즈(186)에 대한 부식 보호를 갖는 기판 지지 조립체(144)의 측면도를 예시한다. 부식 보호는, 실드(210), 열 브레이크(break)들(228, 288), 및/또는 냉각 채널들(320, 380)(도 4에 도시됨) 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다.
[0037] 실드(210)는, 기판 지지 조립체(144)의 다른 컴포넌트들의 벨로우즈(186)를 플라즈마 부식 또는 높은 온도들로부터 보호할 수 있다. 실드(210)는 중공(hollow) 원통형 형상을 가질 수 있다. 실드(210)는 내부 직경(212) 및 외부 표면(214)을 갖는다. 내부 직경(212)은, 내부에 기판 지지부(120)를 수용하기에 적절한 개구를 형성하도록 사이징(size)될 수 있다. 실드(210)는 고정 단부(218)에서 기판 지지부(120)에 부착될 수 있다. 실드(210)는 또한, 챔버 바디 또는 플랜지(188)와 접촉하지 않는 자유 단부(216)를 가질 수 있다. 실드(210)는, 기판 지지부(120)의 이동에 따라 위 및 아래로 이동할 수 있다. 실드(210)는, 알루미늄, 스테인리스 강, 니켈, Inconel 625, 이트리아, 또는 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 실드(210)는, 외부 표면(214)에 적용된 코팅(220)을 갖는다. 코팅(180)은, 외부 표면(214)에서의 또는 그 근처의 결합 층, 및 결합 층 상에 배치되는 보호 층과 같은, 다중층 코팅일 수 있다. 결합 층은, 약 0.5 미크론 두께 내지 약 5 미크론 두께, 이를테면 약 1.5 미크론 두께일 수 있다. 보호 층은, 약 2 미크론 두께 내지 약 20 미크론 두께, 이를테면 약 2.5 미크론 두께일 수 있다. 코팅(180)은, 실드(210)를 챔버 프로세싱 환경에 대한 오염에 기여할 수 있는 플라즈마 부식으로부터 보호할 수 있고 그리고/또는 높은 챔버 온도들에 대하여 보호할 수 있다.
[0038] 코팅은, 챔버 컴포넌트들 중 하나 또는 그 초과 상에 배치될 수 있다. 기판 지지부(120)는 코팅(220)을 가질 수 있다. 벨로우즈(186)는 코팅(224)을 가질 수 있다. 플랜지(188)의 하나 또는 그 초과의 부분들은 또한 코팅(226)을 가질 수 있다. 코팅들(220, 224, 226)은, 위에 설명된 코팅(180)과 실질적으로 유사할 수 있다. 개개의 코팅들(220, 224, 226)은, 국부적 온도들, 부식제들에 대한 노출, 기저 재료, 탄성 요건들, 가요성 요건들, 또는 다른 요인들과 같은 이유들에 의존하여, 각각의 챔버 컴포넌트들 상에서 상이한 재료들 또는 두께들로 형성될 수 있다. 예컨대, 기판 지지부(120) 상의 코팅(220)은 벨로우즈(186) 상에 형성된 코팅(224)보다 두껍게 형성될 수 있는데, 이는, 벨로우즈(186)의 반복된 팽창 및 수축 모션으로 인해, 코팅(224)이 더 가요성일 필요가 있기 때문이다.
[0039] 일부 실시예들에서, 벨로우즈(186)는, 코팅(224)에 의해 부식성 프로세싱 가스들 및 높은 온도들로부터 보호된다. 다른 실시예들에서, 벨로우즈(186)는, 코팅(224), 실드(210), 또는 열 브레이크들(228, 288) 중 하나 또는 그 초과에 의해 부식성 프로세싱 가스들 및 높은 온도들로부터 보호된다. 코팅(224)에 의해 제공되는 보호는, 크롬, 티타늄, 및/또는 몰리브덴 입자들과 같은 오염이 프로세싱 챔버의 내부 볼륨에 축적되어 그 내부 볼륨에서 기판들 상에 증착되는 필름들을 오염시키는 것을 방지한다. 다음의 논의는 기판 지지 조립체(144) 및 벨로우즈(186)를 중심으로 할 것이다. 그러나, 코팅들에 의해 기판 지지 조립체(144) 및 벨로우즈(186)에 제공되는 보호는 부식에 영향을 받는 다른 프로세싱 챔버 컴포넌트들에 활용될 수 있음이 인식되어야 한다.
[0040] 제1 실시예에서, 기판 지지부(120), 플랜지(188), 및 벨로우즈(186)를 보호하기 위해 코팅(180) 및 실드(210)가 사용된다. 기판 지지부(120) 및 벨로우즈(186)는 니켈-크롬 합금으로 형성될 수 있다. 실드(210)는 알루미늄, 이를테면 6061-T6으로 형성될 수 있다. 코팅(180)은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 또는 파릴렌 C 또는 D 재료로 형성될 수 있다. 코팅(180)은 약 0.5 미크론 내지 약 50.0 미크론, 이를테면 약 5 미크론일 수 있다. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 또는 파릴렌 C 또는 D 재료는, 다수의 층들을 형성하기 위해 화학 기상 증착될 수 있고, 선택적으로는, 그들 사이에 배치되는 결합 층을 가질 수 있다. 코팅(180)은 매우 얇고 컨포멀한 최상부 층일 수 있는데, 예컨대, 물리 기상 증착 및/또는 화학 기상 증착을 사용하여 증착될 수 있다. 코팅(180)은 기판 지지부(120) 및 벨로우즈(186) 상에 형성된다. 기판 지지부(120) 상의 코팅(180)은 연속적일 수 있고, 일체형 단일 코팅으로서 벨로우즈(186)까지 연장되어 이를 커버할 수 있다. 예컨대, 기판 지지부(120) 및 벨로우즈(186)는 함께 조립될 수 있고, 코팅(180), 즉 코팅(220, 224)은, 단일 애플리케이션에서 기판 지지부(120) 및 벨로우즈(186) 상에 플라즈마 분무된다. 대안적으로, 기판 지지부(120) 상의 코팅(220) 및 벨로우즈(186) 상의 코팅(224)은, 코팅들(220, 224)이 기판 지지부(120) 및 벨로우즈(186)에 걸쳐 연속적이지 않도록, 별개로 형성될 수 있다. 예컨대, 기판 지지부(120)에 대한 벨로우즈(186)의 조립 이전에, 일 동작 동안 기판 지지부(120) 상에 코팅(220)이 형성될 수 있고 그리고 별개의 동작에서 벨로우즈(186) 상에 코팅(224)이 형성된다.
[0041] 제2 실시예에서, 벨로우즈(186) 상의 코팅(224)은 다이아몬드형 탄소 또는 세라믹 재료, 이를테면 이트리아 안정화 지르코니아 또는 알루미나 또는 AsMy로 형성된다. 코팅(224)은, 약 0.5 미크론 내지 약 50.0 미크론, 이를테면 DLC의 경우 약 5 미크론 그리고 세라믹의 경우 약 25 미크론의 두께를 가질 수 있다. 다이아몬드형 탄소 또는 세라믹 재료는, 사이에 결합 층을 갖는 다중층들로 화학 기상 증착될 수 있다. 매우 얇고 컨포멀한 최상부 층은, 임의의 포어(pour)들을 커버하기 위해 물리 기상 증착 또는 화학 기상 증착을 사용하여 증착될 수 있다. 기판 지지부(120)의 코팅(220)은, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 또는 파릴렌 C 또는 D, 다이아몬드형 탄소 또는 세라믹 재료 또는 금속, 이를테면 니켈 코팅으로 형성될 수 있다. 코팅(220)은 약 0.5 미크론 내지 약 50.0 미크론, 이를테면 약 12 미크론의 두께를 가질 수 있다. 코팅(220)은, 사이의 결합 층 및 얇은 컨포멀한 최상부 층을 갖는 다중층들로 플라즈마 분무될 수 있다. 벨로우즈(186)는, 니켈-크롬 합금으로 형성되고, 코팅(224) 및 실드(210)에 의해 부식성 프로세싱 가스들 및 높은 온도들로부터 보호된다.
[0042] 제3 실시예에서, 벨로우즈(186)는, Inconel 625로 형성되고, 가요성 실드(310)에 의해 부식성 프로세싱 가스들 및 높은 온도들로부터 보호된다. 도 3은, 플라즈마 프로세싱 챔버(100)에서 사용하기 위한 다른 기판 지지 조립체(300)의 측면도를 예시한다. 기판 지지 조립체(300)는, 벨로우즈(186)의 부식 보호를 위한 가요성 실드(310)를 갖는다. 가요성 실드(310)는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 다른 적절한 재료로 제조될 수 있다. 가요성 실드(310)는, 일 단부에서 스냅 밀봉(snap seal)(312)을 그리고 제2 단부에서 제2 스냅 밀봉(314)을 가질 수 있다. 기판 지지부(120)는, 스냅 밀봉(312)과 인터페이싱하기 위한 피쳐(322)를 가질 수 있다. 부가적으로, 제2 스냅 밀봉(314)과 인터페이싱하기 위해 플랜지(188) 상에 제2 피쳐(384)가 배치될 수 있다. 스냅 밀봉들(312, 314) 및 피쳐들(322, 384)은, 수형/암형 인터페이스, 볼 및 소켓, 또는 컴포넌트들에 밀봉식으로 결합하기 위한 다른 2개 부분 체결 시스템의 형태일 수 있다. 스냅 밀봉들(312, 314)은, 부식성 재료가 벨로우즈(186)의 공간에 들어가는 것을 방지하기 위해, 피쳐들(322, 384)에 대해 피팅된 가요성 래버린스 밀봉(fitted flexible labyrinth seal)을 생성한다. 유리하게, 가요성 실드(310)는 설치가 용이하며, 벨로우즈(186)의 수명 주기를 연장시키면서 벨로우즈(186)의 부식을 완화시킴으로써 오염을 방지한다.
[0043] 도 4는, 플라즈마 프로세싱 챔버(100)에서 사용하기 위한 다른 기판 지지 조립체(400)의 다른 측면도를 예시한다. 기판 지지 조립체(400)는, 벨로우즈(186) 및 플랜지(188)의 온도를 감소시키기 위해 열 배리어들을 갖는다. 열 배리어는, 열 브레이크들(228, 288) 및/또는 냉각 채널들(320, 380)로 이루어질 수 있다. 플랜지(188) 및 벨로우즈(186)는, 섭씨 300 도를 초과하는 온도들과 같은 높은 프로세싱 온도들로 인해 프로세싱 동안 가열된다. 열 브레이크들(228, 288)은, 기판 지지 조립체(400)를 통한 열 전도 경로를 차단(interrupt)한다. 열 브레이크들(228, 288)은, 기판 지지체(120) 및 플랜지(188)에 3D 인쇄되거나, 샌드위치(sandwich)되거나, 또는 코팅되는 낮은 열 전도성 재료로 제조될 수 있다. 예컨대, 벨로우즈(186)에서 더 낮은 온도를 유지하기 위해, 높은 열 전도성 그래핀(graphene) 또는 금속 포일(foil)들이 기판 지지부(120) 및 플랜지(188)의 다수의 층들에 캐스팅(cast)되거나, 3D 인쇄되거나, 또는 결합될 수 있다. 열 브레이크들(228, 288)은 다수의 층들로 이루어질 수 있고, 약 1 미크론 내지 약 30 미크론, 이를테면 약 15 미크론의 총 두께를 가질 수 있다. 냉각 채널들(320, 380)은, 기판 지지부(120) 또는 플랜지(188)를 제조할 때 3D 인쇄될 수 있다. 냉각 채널들(320, 380)은, 금속 오염을 감소시키기 위해 벨로우즈(186)를 원하는 온도에서 유지시키는 데 사용될 수 있다. 챔버 컴포넌트들의 금속 3D 인쇄 동안, 높은 열 전도성 나노 또는 마이크로 그래핀 포일들을 삽입하기 위해 Z축 성장이 일시정지(pause)될 수 있다.
[0044] 제4 실시예에서, 벨로우즈(186)는 니켈-크롬 합금으로 형성되며, 열 브레이크들(228, 288)에 의해 높은 프로세스 온도들로부터 보호된다. 열 브레이크들(228, 288) 중 하나 또는 그 초과는, 그래핀으로 형성되며, 예컨대 약 0.5 미크론 내지 약 750 미크론의 두께를 가질 수 있다. 실드(210)가 또한 벨로우즈(186)를 보호할 수 있다. 실드(210)는 알루미늄, 이를테면 6061-T6 알루미늄으로 형성될 수 있다. 제5 실시예에서, 벨로우즈(186)는 니켈-크롬 합금으로 형성되며, 기판 지지부에 그래핀 또는 금속 포일들로 형성된 열 브레이크들(228)의 2개 또는 그 초과의 층들, 플랜지(188)에 그래핀 또는 금속 포일들로 형성된 열 브레이크들(228)의 2개 또는 그 초과의 층들, 및 실드(210)에 의해 보호된다. 제6 실시예에서, 벨로우즈(186)는 니켈-크롬 합금으로 형성되며, 기판 지지부에 형성된 열 브레이크들(228) 및 냉각 채널들(320)의 2개 또는 그 초과의 층들, 플랜지(188)에 형성된 열 브레이크들(228) 및 냉각 채널들(380)의 2개 또는 그 초과의 층들, 및 실드(210)에 의해 높은 프로세스 온도들로부터 보호된다.
[0045] 도 5는, 벨로우즈(186)를 세정하고 벨로우즈(186)에 보호 코팅(180)을 적용하는 데 사용되는 벨로우즈 홀딩 디바이스(500)의 측면도를 예시한다. 벨로우즈 홀딩 디바이스(500)는 회전가능할 수 있고, 벨로우즈(186)에 플라즈마 분무 코팅들 및/또는 CVD를 적용하고 그리고/또는 벨로우즈(186)를 세정하기 위한 제제들을 적용하는 챔버들에서 사용될 수 있다. 벨로우즈 홀딩 디바이스(500)는 벨로우즈(186)의 표면 준비, 이를테면, 벨로우즈 상에 결합 층 및 보호 층과 같은 균일한 다층화된 코팅을 형성하기 이전의 세정, 탈지(degreasing)에 적합할 수 있다.
[0046] 벨로우즈 홀딩 디바이스(500)는, 브래킷(bracket)(502)에 부착된 프레임(586)으로 이루어질 수 있다. 프레임(586)은, 벨로우즈(186) 내부에 배치되고 그리고 세정 및/또는 보호 코팅(180)을 적용하는 동안 벨로우즈(186)를 홀딩하도록 구성된다. 프레임(586)은 최상부 단부(508) 및 최하부 단부(512)를 갖는다. 벨로우즈(186)는, 최상부 단부(508)에서 프레임(586) 위아래로(on and off) 이송가능하다. 프레임(586)의 최하부 단부(512)는 브래킷(502)에 부착된다.
[0047] 브래킷(502)은, 플레이트(510), 지주(struts)(504), 및 지지부(520)를 갖는다. 플레이트(510)는, 벨로우즈(186)를 홀딩하는 프레임(586)의 최하부 단부(512)에 부착될 수 있다. 플레이트(510)는, 지주(504)에 의해 지지부(520)에 부착된다. 일 실시예에서, 플레이트(510) 또는 지지부(520)는 서로에 대해 지주(504)를 따라 이동가능하다. 플레이트(510)의 이동은, 프레임 상에 배치된 벨로우즈(186)를 완전히 연장시키기 위해 프레임(586)의 길이에 영향을 줄 수 있다. 이러한 방식으로, 벨로우즈(186)는, 프로세싱을 위한 편평한 원통형 표면을 제공할 것이다. 다른 실시예에서, 플레이트(510) 및 지지부(520)는 서로에 대해 고정된다. 지지부(520)는 선택적으로, 벨로우즈 홀딩 디바이스(500)가 그에 부착된 벨로우즈(186)를 갖고 그리고 프로세싱을 겪고 있는 동안, 벨로우즈 홀딩 디바이스(500)를 스피닝(spin)시키기 위한 모터 또는 로터리(rotary) 디바이스를 수용하기 위해, 키형(keyed) 홀과 같은 부착부(590)를 가질 수 있다. 로터리 어레인지먼트는, 코팅(180) 두께의 균일성을 제어하기 위해 시계 방향 또는 반시계 방향 중 어느 하나로 벨로우즈 홀딩 디바이스(500)를 회전시킬 수 있다. 유리하게, 코팅(180)에 대한 마모가 더 예측가능할 수 있고, 벨로우즈(186)는, 프로세싱 챔버에서 기판들을 프로세싱 하는 동안 벨로우즈(186)의 부식이 프로세싱 챔버의 내부 볼륨을 오염시키기 전에 서비스될 수 있다.
[0048] 도 6은, 부식 보호를 갖는 밸브 조립체(170)의 단면도를 예시한다. 도 1에 예시된 프로세싱 챔버(100)에서 도시되지만, 밸브 조립체(170)는 다른 프로세싱 챔버들, 예컨대, 부식성 프로세싱 및/또는 세정 유체들에 영향을 받는 다른 프로세싱 챔버들 중에서도, 플라즈마 처리 챔버들, 물리 기상 증착 챔버들, 에칭 챔버들, 화학 기상 증착 챔버들, 및 이온 주입 챔버들에서 활용될 수 있다. 부가적으로, 도 6에 도시된 밸브 조립체(170)가 글로브(globe) 밸브를 갖지만, 밸브 조립체(170)에 대해 개시된 부식 제어는 다른 타입들의 밸브 조립체들, 이를테면 버터플라이(butterfly) 밸브들, 볼 밸브들, 다이어프램(diaphragm) 밸브들, 게이트 밸브들, 및 부식제들이 통과하기에 적절한 다른 밸브 조립체들에 동일하게 적용가능하다는 것이 인식되어야 한다.
[0049] 밸브 조립체(170)는 하우징(610)을 갖는다. 하우징(610)은 스테인리스 강, 이를테면 304 SST, INCONEL® 625, Haynes 242, 또는 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다. 하우징(610)은, 하우징(610)에 형성된 유입구(612) 및 배출구(614)를 갖는다. 하우징(610)은 부가적으로, 내부 작업 볼륨(602)을 갖는다. 밸브 조립체(170)가 개방 상태에 있을 때, 유체는, 유입구(612)로부터 내부 작업 볼륨(602) 내로 유동하고 배출구(614)로부터 하우징(610)을 빠져나갈 수 있다.
[0050] 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 하우징(610)은 밸브 바디 코팅(650)을 가질 수 있다. 밸브 바디 코팅(650)은, 하우징(610)의 내부 작업 볼륨(602)을 부식제들, 이를테면 세정 가스들, 프로세싱 가스들 등으로부터 보호할 수 있다.
[0051] 유입구(612)는 유체 기밀 밀봉을 제공하기 위한 플랜지(616)를 가질 수 있다. 플랜지(616)는, 하우징(610)을 프로세싱 챔버(100) 또는 그의 컴포넌트들, 이를테면 펌핑 포트(178)에 유체적으로 커플링시키기 위한 밀봉을 제공할 수 있다. 플랜지(616)는 스테인리스 강, 이를테면 304 SST, INCONEL® 625, Haynes 242, 또는 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다. 플랜지(616)는 플랜지 코팅(656)을 가질 수 있다. 플랜지 코팅(656)은, 유입구(612)에 들어가는 부식제들로부터 플랜지(616)를 보호하도록 구성된다. 일 실시예에서, 유입구(612)에서의 플랜지(616)는 챔버 바디(102)의 펌핑 포트(178)에 유체적으로 부착된다. 다른 실시예에서, 유입구(612)에서의 플랜지(616)는 가스 소스(160)에 유체적으로 부착된다.
[0052] 배출구(614)가 또한 플랜지(617)를 가질 수 있다. 플랜지(617)는, 밀봉을 제공하여 하우징(610)을 프로세싱 챔버(100) 또는 그의 컴포넌트들에 유체적으로 부착할 수 있다. 플랜지(617)는 스테인리스 강, 이를테면 304 SST, INCONEL® 625, Haynes 242, 또는 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다. 플랜지(617)는 플랜지 코팅(657)을 가질 수 있다. 플랜지 코팅(657)은, 배출구(614)를 통해 빠져나가는 부식제들로부터 플랜지(617)를 보호하도록 구성된다. 일 실시예에서, 배출구(614)는, 챔버 바디(102) 또는 그에 부착된 배관(plumbing), 이를테면 내부 챔버 볼륨(128)으로의 유입구(161)에 유체적으로 부착된다. 다른 실시예에서, 배출구(614)는 진공에 유체적으로 커플링된다.
[0053] 하우징(610)은 보닛(bonnet)(618)을 가질 수 있다. 보닛(618)은 체결구들, 접착제들, 용접, 또는 다른 적절한 수단에 의해 하우징(610)에 부착될 수 있다. 일 실시예에서, 보닛(618)은 스크류 타입 체결구들로 하우징(610)에 부착된다. 보닛(618)은, 내부 작업 볼륨(602)의 유체들이 보닛(618)에서 또는 그로부터 하우징(610)을 빠져나가지 않도록, 하우징(610)과 밀봉을 형성한다. 보닛(618)은 하우징(610)과 유사한 재료로 제조될 수 있다. 예컨대, 보닛(618)은 스테인리스 강, 이를테면 304 SST, INCONEL® 625, Haynes 242, 또는 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다.
[0054] 보닛(618)의 중심 부분을 통해 중심 개구(635)가 배치될 수 있다. 중심 개구(635)는, 그를 통해 스템(622)을 수용 및 지지하도록 구성될 수 있다. 스템(622)은 중심 개구(635)를 통해 이동가능할 수 있다. 스템(622)은, 보닛(618)을 통해 하우징(610)의 내부 작업 볼륨(602) 내로 연장될 수 있다. 스템(622)은 스테인리스 강, 이를테면 304 SST, INCONEL® 625, Haynes 242, 또는 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다.
[0055] 스템(622)의 일 단부에 액추에이터(620)가 부착될 수 있다. 액추에이터(620)는, 노브(knob) 및 스크류, 솔레노이드, 공압 또는 유압 실린더, 모터, 또는 스템(622)을 선형으로 변위시키는 데 적절한 다른 액추에이터일 수 있다. 하우징(610)의 내부 작업 볼륨(602)에 배치되는 스템(622)의 다른 단부에 밸브 플러그(632)가 부착될 수 있다. 밸브 플러그(632)는 스테인리스 강, 이를테면 304 SST, INCONEL® 625, Haynes 242, 또는 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다. 액추에이터(620)는 스템(622)에 대해, 그리고 그에 따라, 부착된 밸브 플러그(632)에 대해, 선형 이동을 제공할 수 있다. 예컨대, 액추에이터(620)는, 밸브 플러그(632)를, 점선(672)에 의해 도시된 상승된 포지션으로 상향 이동시킬 수 있다. 다른 예에서, 액추에이터(620)는, 밸브 플러그(632)를, 점선(674)에 의해 도시된 하강된 포지션으로 하향 이동시킬 수 있다. 밸브 플러그(632)는, 하강된 포지션에 있을 때, 하우징(610)의 밸브 시트와 접촉할 수 있다. 밸브 플러그(632)는, 밸브 플러그(632)가 하강된 포지션에 있는 경우, 하우징(610)의 밸브 시트와 접촉할 때 유체 기밀 폐쇄를 형성하기 위한 밀봉부(634)를 가질 수 있다. 따라서, 유입구(612) 내로 유동하는 유체는, 밸브 플러그(632)가 밸브 시트에 접촉하는(against) 하강된 포지션에 있을 때, 내부 작업 볼륨(602)을 통해 배출구(614) 밖으로 유동하지 않는다. 마찬가지로, 유입구(612) 내로 유동하는 유체는, 밸브 플러그(632)가 밸브 시트로부터 이격된 상승된 포지션에 있을 때, 내부 작업 볼륨(602)을 통해 배출구(614) 밖으로 유동할 수 있다.
[0056] 밸브 플러그(632)는 시트 코팅(652)을 가질 수 있다. 시트 코팅(652)은, 하우징(610)의 내부 작업 볼륨(602) 내의 부식제들로부터 밸브 플러그(632)를 보호하도록 구성된다.
[0057] 벨로우즈(642)는, 하우징(610)의 내부 작업 볼륨(602)에 배치될 수 있다. 벨로우즈(642)는, 아코디언 형상을 가질 수 있고 그리고 내부 벨로우즈 영역(644)을 가질 수 있다. 예컨대, 벨로우즈(642)의 단면은, 내부 벨로우즈 영역(644)을 둘러싸는, 원통형 또는 다각형일 수 있다. 벨로우즈(642)의 일 단부는 밸브 플러그(632)에 밀봉식으로 부착될 수 있다. 벨로우즈(642)의 다른 단부는 하우징(610) 또는 보닛(618) 중 어느 하나에 밀봉식으로 부착될 수 있다. 따라서, 내부 작업 볼륨(602) 내의 유체들이 벨로우즈(642) 내부에 정의된 내부 벨로우즈 영역(644)에 들어가는 것을 방지하고 그리고 유체가 보닛(618)의 중심 개구(635)를 통해 빠져나가는 것을 방지하기 위해, 밸브 플러그(632)와 보닛(618) 간에 밀봉이 생성될 수 있다. 벨로우즈(642)는 스테인리스 강, 이를테면 304 SST, INCONEL® 625, Haynes 242, 또는 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다. 벨로우즈(642)는 벨로우즈 코팅(654)을 가질 수 있다. 벨로우즈 코팅(654)은, 하우징(610)의 내부 작업 볼륨(602)에 배치되는 유체들에 노출될 수 있다. 벨로우즈 코팅(654)은, 하우징(610)의 내부 작업 볼륨(602) 내의 부식제들로부터 벨로우즈(642)를 보호하도록 구성된다.
[0058] 챔버 컴포넌트들은, 다양한 코팅들, 이를테면 밸브 바디 코팅(650), 시트 코팅(652), 벨로우즈 코팅(654), 및 플랜지 코팅들(656, 657)에 의해, 부식제들, 이를테면 불소 또는 염소와 반응하여 프로세싱 챔버의 내부 볼륨에서 크롬, 티타늄, 및/또는 몰리브덴과 같은 오염을 형성하는 것으로부터 보호될 수 있다. 코팅들(650, 652, 654, 656, 657)은 일체식일 수 있고, 컨포멀하게 증착될 수 있는 재료들을 포함할 수 있다. 코팅들은 부가적으로 또는 대안적으로, 리프트 핀(lift pin) 벨로우즈(도시되지 않음)의 외부 표면(198)과 같은 다른 챔버 컴포넌트들 상에 형성될 수 있다. 코팅들(650, 652, 654, 656, 657)은, 탄소-함유 재료, 이를테면 파릴렌(폴리파락실릴렌), 예컨대 파릴렌 D 또는 파릴렌 C(염소화 선형 폴리파락실릴렌), 파릴렌 N(선형 폴리파락실릴렌), 및 파릴렌 X(가교 폴리파락실릴렌)일 수 있다. 사용될 수 있는 다른 탄소-함유 재료들은, PEEK(폴리에테르 에테르 케톤류) 및 비정질 탄소 재료들, 이를테면 다이아몬드형 탄소(DLC; diamond-like carbon)를 포함한다. DLC는 약 0.5 미크론 내지 약 50.0 미크론, 이를테면 약 5 미크론의 두께를 가질 수 있다. 코팅들(650, 652, 654, 656, 657)은 대안적으로, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)와 같은 재료 또는 세라믹, 이를테면 이트리아 안정화 지르코니아 또는 알루미나, 또는 알루미늄 실리콘 마그네슘 이트륨 산소 화합물의 선택적 코팅들, 또는 프로세싱 챔버(100) 내의 부식성 유체들에 대하여 보호하는 데 적절한 다른 재료일 수 있다. 세라믹들은 약 0.5 미크론 내지 약 50.0 미크론, 이를테면 약 25 미크론의 두께를 가질 수 있다. 코팅들은 또한 니켈로 형성될 수 있다. 니켈은 약 0.5 미크론 내지 약 50.0 미크론, 이를테면 약 10 미크론의 두께를 가질 수 있다.
[0059] 선택적으로, 코팅들(650, 652, 654, 656, 657)은 다수의 층들을 가질 수 있다. 코팅들(650, 652, 654, 656, 657)의 다수의 층들은, 전술된 적절한 코팅 재료들 중 하나 또는 그 초과로 형성될 수 있다. 예컨대, 다수의 층들은, 결합 층 및 보호 층과 같은 2개 또는 그 초과의 층들을 포함할 수 있다. 결합 층은, 챔버 컴포넌트에 대한 접착을 촉진시키는 데 있어 챔버 컴포넌트에 적합할 수 있는 한편, 보호 층은, 다른 챔버 위해요인들 중에서도 부식성 챔버 환경 또는 높은 온도들로부터의 상기 챔버 컴포넌트의 절연을 제공할 수 있다.
[0060] 제1 실시예에서, 밸브 조립체(170)는 그를 통해 유동하는 부식제들로부터 보호된다. 밸브 조립체(170)의 하우징(610)은 304 SST로 형성된다. 하우징(610)의 내부 작업 볼륨(602)은, 니켈의 형태인 밸브 바디 코팅(650)으로 커버된다. 니켈 코팅은 두께가 약 10 미크론일 수 있다.
[0061] 밸브 조립체(170)는, INCONEL® 625로 형성된 유입구(612) 및 배출구(614)에서 플랜지들(616, 617)을 갖는다. 밸브 플러그(632)가 또한 INCONEL® 625로 형성된다. 벨로우즈(642)는 HAYNES® 242 합금으로 형성된다. 벨로우즈(642)는, 스템(622) 및 액추에이터(620)를, 하우징(610)의 내부 작업 볼륨(602)에 존재하는 유체들에 노출되는 것으로부터 보호한다.
[0062] 제2 실시예에서, 밸브 조립체(170)는 그를 통해 유동하는 부식제들로부터 보호된다. 밸브 조립체(170)의 하우징(610)은 304 SST로 형성된다. 하우징(610)의 내부 작업 볼륨(602)은, 니켈의 형태인 밸브 바디 코팅(650)으로 커버된다. 니켈 코팅은 두께가 약 10 미크론일 수 있다. 밸브 조립체(170)는, INCONEL® 625로 형성된 유입구(612) 및 배출구(614)에서 플랜지들(616, 617)을 갖는다. 플랜지들(616, 617)의 플랜지 코팅들(656, 657)은 니켈로 형성될 수 있다. 니켈 코팅은 두께가 약 10 미크론일 수 있다. 밸브 플러그(632)가 또한 INCONEL® 625로 형성된다. 밸브 플러그(632)의 시트 코팅(652)은 니켈로 형성된다. 니켈 코팅은 두께가 약 10 미크론일 수 있다. 벨로우즈(642)는 HAYNES® 242 합금으로 형성된다. 벨로우즈(642)는, 밸브 플러그(632)를 액추에이터(620)에 부착하는 스템(622)을 부식제들로부터 보호한다.
[0063] 제3 실시예에서, 밸브 조립체(170)는 그를 통해 유동하는 부식제들로부터 보호된다. 밸브 조립체(170)의 하우징(610)은 304 SST로 형성된다. 하우징(610)의 내부 작업 볼륨(602)은 밸브 바디 코팅(650)으로 커버된다. 밸브 바디 코팅(650)은, 약 10 미크론의 두께를 갖는 니켈일 수 있다. 밸브 조립체(170)는, SST로 형성된 유입구(612) 및 배출구(614)에서 플랜지들(616, 617)을 갖는다. 플랜지들(616, 617)의 플랜지 코팅들(656, 657)은 니켈로 형성될 수 있다. 니켈 코팅은 두께가 약 10 미크론일 수 있다. 밸브 플러그(632)는 SST로 형성된다. 밸브 플러그(632)의 시트 코팅(652)은 니켈로 형성될 수 있다. 니켈 코팅은 두께가 약 10 미크론일 수 있다. 벨로우즈(642)가 또한 SST로 형성된다. 벨로우즈(642)의 벨로우즈 코팅(654)은 니켈로 형성될 수 있다. 니켈 코팅은 두께가 약 10 미크론일 수 있다. 벨로우즈(642) 및 벨로우즈 코팅(654)은, 밸브 플러그(632)를 액추에이터(620)에 부착하는 스템(622)을 부식제들로부터 보호한다.
[0064] 제4 실시예에서, 밸브 조립체(170)는 그를 통해 유동하는 부식제들로부터 보호된다. 밸브 조립체(170)의 하우징(610)은 304 SST로 형성된다. 하우징(610)의 내부 작업 볼륨(602)은, 다이아몬드형 코팅(DLC)의 형태인 밸브 바디 코팅(650)으로 커버된다. DLC는 두께가 약 10 미크론일 수 있다. 밸브 조립체(170)는, SST로 형성된 유입구(612) 및 배출구(614)에서 플랜지들(616, 617)을 갖는다. 플랜지들(616, 617)의 플랜지 코팅들(656, 657)은 DLC로 형성될 수 있다. DLC는 약 10 미크론일 수 있다. 밸브 플러그(632)는 SST로 형성된다. 밸브 플러그(632)의 시트 코팅(652)은 DLC로 형성될 수 있다. DLC 코팅은 두께가 약 10 미크론일 수 있다. 벨로우즈(642)가 또한 SST로 형성된다. 벨로우즈(642)는, 벨로우즈 코팅(654)을 형성하기 위해 약 10 미크론 두께의 DLC로 커버된다. 벨로우즈(642) 및 벨로우즈 코팅(654)은, 밸브 플러그(632)를 액추에이터(620)에 부착하는 스템(622)을 부식제들로부터 보호한다.
[0065] 또 다른 실시예들에서, 위에 설명된 방법 및 장치는, 높은 온도들, 즉 섭씨 200 도보다 높은, 이를테면 섭씨 300 도에서의 탄소 필름 증착에 관련된다. 필름들의 증착 이후 그리고 염소 불소 또는 염소 함유 가스들 및 높은 챔버 온도들을 사용하는 챔버 세정 프로세스 동안, SST 및 니켈-크롬 합금 챔버 컴포넌트들은, 코팅에 의해, 부식성 불소 또는 염소와 반응하는 것 및 챔버 컴포넌트들을 열화시키는 것뿐만 아니라 크롬, 티타늄, 및/또는 몰리브덴과 같은 잠재적 오염을 형성하는 것으로부터 보호된다. 예컨대, 벨로우즈, 기판 지지부, 샤프트, 밸브 조립체, 또는 다른 챔버 컴포넌트들은 SST 또는 INCONEL® 625로 형성될 수 있고, 추가로, 위에 설명된 코팅들에 의해, 부식성 프로세싱 가스들 및 높은 온도들로부터 보호될 수 있다. 코팅의 사용은 유리하게, 부식제들에 의한 챔버 컴포넌트들의 공격에 기인하여 프로세싱 챔버의 내부 볼륨으로 들어오는 Cr, Ti, 및 Mo의 양 및 오염을 감소시킨다. 부가적으로, 챔버 컴포넌트들에 대한 예방적 유지보수 수명 주기가 연장된다.
[0066] 전술한 내용은 본 발명의 구현들에 관한 것이지만, 본 발명의 기본 범위를 벗어남이 없이 본 발명의 다른 구현들 및 추가적인 양상들이 고안될 수 있고, 본 발명의 범위는 하기 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (19)

  1. 벨로우즈(bellows)로서,
    최상부 장착 플랜지(flange);
    최하부 장착 플랜지;
    장착 플랜지들을 커플링시키는 튜브형 아코디언(tubular accordion) 구조;
    적어도 상기 튜브형 아코디언 구조의 외부 처리 표면 상에 배치되는 결합 층 － 상기 결합 층은 크롬, 또는 티타늄, 또는 니켈, 또는 이들의 합금들 중 적어도 하나로부터 형성됨 －;
    상기 결합 층 상에 배치되는 코팅을 포함하며,
    상기 코팅은, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 파릴렌 C, 파릴렌 D, 다이아몬드형(diamond-like) 탄소, 이트리아 안정화 지르코니아, 알루미나, 니켈, 또는 알루미늄 실리콘 마그네슘 이트륨 산소 화합물 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는, 벨로우즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 튜브형 아코디언 구조는, 스테인리스 강 또는 니켈-크롬 합금 중 적어도 하나로 제조되는, 벨로우즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅은, 다이아몬드형 탄소 재료를 포함하고, 0.5 미크론 내지 5 미크론의 두께를 가지는, 벨로우즈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코팅은 복수의 층들을 포함하는, 벨로우즈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 층들은, 적어도 2개의 상이한 재료들로 제조되는, 벨로우즈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 층들 중 적어도 2개의 층 사이에 배치되는 제2 결합 층을 더 포함하는, 벨로우즈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 결합 층은, 크롬 또는 티타늄 또는 니켈 또는 이들의 합금들 중 적어도 하나로 형성되는, 벨로우즈.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 코팅의 상기 복수의 층들의 각각의 층은, 0.25 미크론 내지 3 미크론의 두께를 갖는, 벨로우즈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 튜브형 아코디언 구조는, 적어도 0.70 인치 내지 2.9 인치의 내부 직경, 및 1.2 인치 내지 3.6 인치의 축방향 모션 범위를 갖는, 벨로우즈.
  10. 밸브 조립체로서,
    밸브 시트(seat)와 내부 작업 볼륨을 갖는 하우징;
    상기 하우징에 커플링되는 액추에이터(actuator);
    상기 하우징의 상기 내부 작업 볼륨 내로 연장되는 스템(stem) ― 상기 스템은 상기 액추에이터에 커플링됨 ―;
    상기 하우징의 상기 내부 작업 볼륨에서 상기 스템에 커플링되는 밸브 플러그 ― 상기 밸브 플러그는, 상기 액추에이터에 의해, 상기 밸브 시트에 접촉하는(against) 포지션과 상기 밸브 시트로부터 이격된 포지션 사이에서 이동가능함 ―;
    상기 스템을 둘러싸고 그리고 상기 스템을 상기 하우징의 상기 내부 작업 볼륨으로부터 격리시키는 벨로우즈 － 상기 벨로우즈는, 상기 하우징의 상기 내부 작업 볼륨에 노출되는 코팅을 가짐 －; 및
    상기 코팅과 상기 벨로우즈 사이에 배치된 결합 층 － 상기 결합 층은 크롬, 또는 티타늄, 또는 니켈, 또는 이들의 합금들 중 적어도 하나로부터 형성됨 －을 포함하는, 밸브 조립체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 코팅은, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 파릴렌 C, 파릴렌 D, 다이아몬드형 탄소, 이트리아 안정화 지르코니아, 알루미나, 니켈, 또는 알루미늄 실리콘 마그네슘 이트륨 산소 화합물 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는, 밸브 조립체.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 벨로우즈는, 스테인리스 강 또는 니켈-크롬 합금 중 적어도 하나로 제조되는, 밸브 조립체.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 코팅은, 0.5 미크론 내지 5 미크론의 두께를 갖는 다이아몬드형 탄소 재료를 포함하는, 밸브 조립체.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 코팅은, 적어도 2개의 상이한 재료들의 복수의 층들을 포함하는, 밸브 조립체.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 내부 작업 볼륨에 노출되는 상기 벨로우즈 상의 상기 코팅은, 니켈을 포함하여 이루어진 금속을 포함하는, 밸브 조립체.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 코팅은, 복수의 층들 각각의 사이에 별도의 결합 층을 갖는 복수의 층들을 포함하는, 밸브 조립체.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 내부 작업 볼륨에 노출되는 상기 하우징의 내부 표면은 밸브 바디 코팅을 포함하는, 밸브 조립체
  18. 제10항에 있어서,
    튜브형 바디는, 니켈을 포함하여 이루어진 금속 코팅을 더 포함하는, 밸브 조립체.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 하우징 및 상기 밸브 플러그는, 니켈을 포함하여 이루어진 금속 코팅을 더 포함하는, 밸브 조립체.
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