KR102592883B1 - 원자 층 증착에 의한 다공성 바디의 내플라즈마성 코팅 - Google Patents

원자 층 증착에 의한 다공성 바디의 내플라즈마성 코팅 Download PDF

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라진더 딘드사
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Abstract

원자 층 증착(ALD) 프로세스를 사용하여 내플라즈마성 코팅이 다공성 챔버 컴포넌트의 표면 상에 그리고 다공성 챔버 컴포넌트 내의 기공 벽들 상에 증착되는, 물품들, 시스템들 및 방법들이 본원에서 설명된다. 다공성 챔버 컴포넌트는 다공성 바디를 포함할 수 있고, 다공성 바디는 내부에 복수의 기공들을 포함하고, 복수의 기공들 각각은 기공 벽들을 포함한다. 다공성 바디는 가스에 대해 투과성이다. 내플라즈마성 코팅은 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함할 수 있고, 대략 5nm 내지 대략 3 μm의 두께를 가질 수 있고, 기공 벽들을 침식으로부터 보호할 수 있다. 내플라즈마성 코팅을 갖는 다공성 바디는 가스에 대해 투과성을 유지한다.

Description

원자 층 증착에 의한 다공성 바디의 내플라즈마성 코팅{PLASMA RESISTANT COATING OF POROUS BODY BY ATOMIC LAYER DEPOSITION}
[0001] 본 개시내용의 실시예들은, 내플라즈마성 코팅(plasma resistant coating)으로 챔버 컴포넌트들을 코팅하는, 물품(article)들, 코팅된 챔버 컴포넌트들 및 방법들에 관한 것이다. 내플라즈마성 코팅은 다공성 컴포넌트(이 다공성 컴포넌트는 내부에 기공 벽들을 포함함)의 모든 표면들을 코팅하는 고순도 산화물 층을 포함할 수 있다. 선택적으로, 내플라즈마성 코팅은 희토류 금속-함유 산화물 층 및/또는 알루미늄 산화물 층을 포함할 수 있다. 코팅은 원자 층 증착과 같은 비-가시선 기법(non-line of sight technique)을 사용하여 형성된다.
[0002] 다양한 제조 프로세스들은 반도체 프로세스 챔버 컴포넌트들을 고온들, 고에너지 플라즈마, 부식성 가스들의 혼합물, 높은 응력, 및 이들의 조합들에 노출시킨다. 이러한 극단적인 컨디션들은 챔버 컴포넌트들을 침식 및/또는 부식시켜서, 결함들에 대한 챔버 컴포넌트들의 취약성을 증가시킬 수 있다. 이러한 극단적인 환경들에서 이들 결함들을 감소시키고 컴포넌트들의 내침식성 및/또는 내부식성을 개선하는 것이 바람직하다.
[0003] 보호 코팅들은 통상적으로, 열 스프레이, 스퍼터링, 이온 보조 증착(IAD; ion assisted deposition), 플라즈마 스프레이 또는 증발 기법들과 같은 다양한 방법들에 의해 챔버 컴포넌트들 상에 증착된다. 이들 기법들은 일반적으로, 이러한 챔버 컴포넌트들 내의 기공들의 기공 벽들 상에 코팅들을 증착할 수 없다.
[0004] 본원에서 설명되는 일부 실시예들은 코팅된 다공성 물품(예컨대, 정전 척(electrostatic chuck)으로부터의 다공성 플러그)을 수반한다. 물품은 다공성 바디를 포함하고, 다공성 바디는 내부에 복수의 기공들을 포함하고, 복수의 기공들 각각은 기공 벽들을 포함한다. 다공성 바디는 가스에 대해 투과성이다. 물품은, 다공성 바디의 표면 상에 그리고 다공성 바디 내의 복수의 기공들의 기공 벽들 상에 내플라즈마성 코팅을 더 포함한다. 내플라즈마성 코팅은 대략 5 nm 내지 대략 3 μm의 두께를 가질 수 있다. 내플라즈마성 코팅은 기공 벽들을 침식으로부터 보호한다. 내플라즈마성 코팅을 갖는 다공성 바디는 가스에 대한 투과성을 유지한다.
[0005] 일부 실시예들에서, 방법은, 복수의 기공들을 포함하는 다공성 챔버 컴포넌트 상에 내플라즈마성 코팅을 증착하기 위해 원자 층 증착을 수행하는 단계를 포함하고, 복수의 기공들 각각은 기공 벽들을 포함한다. 다공성 바디는 가스에 대해 투과성이다. 원자 층 증착을 수행하는 단계는 다공성 챔버 컴포넌트의 표면 상에 내플라즈마성 코팅을 증착하는 단계 및 다공성 챔버 컴포넌트 내의 복수의 기공들의 기공 벽들 상에 내플라즈마성 코팅을 증착하는 단계를 포함한다. 내플라즈마성 코팅은 대략 5 nm 내지 대략 3 μm의 두께를 가질 수 있고, 내플라즈마성 코팅은 기공 벽들을 침식으로부터 보호하고, 내플라즈마성 코팅을 갖는 다공성 챔버 컴포넌트는, 원자 층 증착을 수행한 후에, 가스에 대한 투과성을 유지한다.
[0006] 일부 실시예들에서, 방법은 복수의 다공성 세라믹 플러그들을 함께 증착 챔버 내로 로딩하는 단계를 포함한다. 복수의 다공성 세라믹 플러그들의 다공성 세라믹 플러그는 가스에 대해 투과성이고, 복수의 기공들을 포함하며, 복수의 기공들 각각은 기공 벽들을 포함한다. 방법은, 복수의 다공성 세라믹 플러그들 상에 알루미늄 산화물 코팅을 동시에 증착하기 위해 원자 층 증착을 수행하는 단계를 더 포함한다. 복수의 다공성 세라믹 플러그들의 다공성 세라믹 플러그에 대해 원자 층 증착을 수행하는 단계는, 다공성 세라믹 플러그의 표면 상에 알루미늄 산화물 코팅을 증착하는 단계 및 다공성 세라믹 플러그 내의 복수의 기공들의 기공 벽들 상에 알루미늄 산화물 코팅을 증착하는 단계를 포함한다. 알루미늄 산화물 코팅은 대략 5 nm 내지 대략 3 μm의 두께를 가질 수 있다. 알루미늄 산화물 코팅은 기공 벽들을 침식으로부터 보호하며, 내플라즈마성 코팅을 갖는 다공성 세라믹 플러그는, 원자 층 증착을 수행한 후에 가스에 대한 투과성을 유지한다.
[0006] 본 개시내용은, 동일한 참조번호들이 유사한 엘리먼트들을 표시하는 첨부 도면들의 도면들에서, 제한으로서가 아니라 예로서 예시된다. 본 개시내용에서 "실시예" 또는 "일 실시예"에 대한 상이한 참조들이 반드시 동일한 실시예에 대한 것은 아니며, 그러한 참조들은 적어도 하나를 의미한다는 것이 주목되어야 한다.
[0007] 도 1은 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다.
[0008] 도 2a는 본원에서 설명되는 바와 같은 원자 층 증착 기법에 따른 증착 프로세스의 일 실시예를 도시한다.
[0009] 도 2b는 본원에서 설명되는 바와 같은 원자 층 증착 기법에 따른 증착 프로세스의 다른 실시예를 도시한다.
[0010] 도 2c는 본원에서 설명되는 바와 같은 원자 층 증착 기법에 따른 증착 프로세스의 또 다른 실시예를 도시한다.
[0011] 도 2d는 본원에서 설명되는 바와 같은 원자 층 증착 기법에 따른 증착 프로세스의 또 다른 실시예를 도시한다.
[0012] 도 3a는 본원에서 설명되는 바와 같이 원자 층 증착을 사용하여 내플라즈마성 코팅을 생성하기 위한 방법을 예시한다.
[0013] 도 3b는 본원에서 설명되는 바와 같이 원자 층 증착을 사용하여 내플라즈마성 코팅을 생성하기 위한 방법을 예시한다.
[0014] 도 4a는 실시예들에 따른, 정전 척 챔버 컴포넌트를 위한 플러그를 도시한다.
[0015] 도 4b는 정전 척을 위한 플러그 내의 기공들의 확대도를 도시하며, 각각의 기공의 내부 표면은 본원에서 설명되는 바와 같이 내플라즈마성 코팅으로 코팅된다.
[0016] 도 4c는 본원에서 설명되는 실시예들에 따라 코팅된 다수의 다공성 세라믹 플러그들을 포함하는 기판 지지 어셈블리를 도시한다.
[0017] 도 5a는 본원에서 설명되는 실시예들에 따라 코팅된 다공성 플러그의 모폴로지를 도시하는, 최상부에서 아래로 본 이미지이다.
[0018] 도 5b는 본원에서 설명되는 실시예들에 따라 코팅된 다공성 플러그의 단면도이다.
[0019] 도 6은 세라믹의 새로운 그리고 사용된 다공성 플러그들에 대한 에너지 분산형 x-선 미시분석(energy dispersive x-ray microanalysis)의 결과들을 도시하는 차트이다.
[0020] 본원에서 설명되는 실시예들은, 내플라즈마성 코팅이 물품들의 다공성 세라믹 바디 내의 기공들의 기공 벽들 상에 증착되는, 물품들, 코팅된 챔버 컴포넌트들 및 방법들을 커버한다. 내플라즈마성 코팅은 고순도 금속 산화물 층(예컨대, 고순도 알루미늄 산화물) 또는 희토류 금속-함유 산화물 층(예컨대, 이트륨-함유 산화물 층)일 수 있다. 내플라즈마성 코팅은 부가적으로, 하나 또는 그 초과의 금속 산화물 층뿐만 아니라 하나 또는 그 초과의 희토류 금속-함유 산화물 층을 포함하는 다층 코팅일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 내플라즈마성이라는 용어는 적어도 하나의 타입의 가스의 플라즈마뿐만 아니라 적어도 하나의 타입의 가스의 케미스트리 및 라디칼들에 대한 내성을 의미한다. 물품은 다공성 세라믹 재료일 수 있다. 증착 프로세스는 원자 층 증착(ALD; atomic layer deposition) 프로세스와 같은 비-가시선 프로세스이다.
[0021] 일부 실시예들에서, 내플라즈마성 코팅의 두께는 대략 5 nm 내지 대략 300 nm일 수 있다. 내플라즈마성 코팅은 챔버 컴포넌트의 표면뿐만 아니라 챔버 컴포넌트 내의 기공들의 기공 벽들을 실질적으로 균일한 두께로 컨포멀하게(conformally) 커버할 수 있다. 일 실시예에서, 내플라즈마성 코팅은, +/- 20% 미만의 두께 변동, 또는 +/- 10% 미만의 두께 변동, 또는 +/- 5% 미만의 두께 변동, 또는 더 낮은 두께 변동을 갖는 균일한 두께로 코팅되는 하부 표면(코팅되는 기공 벽들을 포함함)의 컨포멀한 커버리지(conformal coverage)를 갖는다.
[0022] 본원에서 설명되는 실시예들은, 정전 척을 위한 다공성 세라믹 플러그와 같은 다공성 세라믹 바디 내의 기공 벽들이 내플라즈마성 코팅들로 효과적으로 코팅되게 할 수 있다. 다공성 세라믹 바디는 하나 또는 그 초과의 가스들에 대해 투과성일 수 있다. 기공 벽들 상의 내플라즈마성 코팅들은 다공성 세라믹 바디를 플러깅하지 않으면서 하나 또는 그 초과의 가스들에 의한 침식으로부터 기공 벽들을 보호할 수 있다. 그러므로, 다공성 세라믹 바디는 내플라즈마성 코팅에 의해 코팅된 후에 하나 또는 그 초과의 가스들에 대한 투과성을 유지할 수 있다. 내플라즈마성 코팅은 또한, 대략 0%의 다공성(porosity)으로 조밀하다(예컨대, 실시예들에서 내플라즈마성 코팅은 무-다공성(porosity-free)일 수 있음). 내플라즈마성 코팅들은, CCl4/CHF3 플라즈마 식각 케미스트리들, HCl3Si 식각 케미스트리들 및 NF3 식각 케미스트리들과 같은 플라즈마 식각 케미스트리들로부터의 부식 및 침식에 내성을 가질 수 있다.
[0023] ALD는 물품의 표면과의 화학 반응들을 통해 재료의 제어된 자기-제한적 증착(controlled self-limiting deposition)을 가능하게 할 수 있다. ALD는 컨포멀한 프로세스일뿐만 아니라, 또한 균일한 프로세스이다. 높은 종횡비의 피처들(예컨대, 대략 3:1 내지 300:1)을 포함한, 물품의 모든 노출된 측들은, 동일한 또는 거의 동일한 양의 증착되는 재료를 가질 것이다. 본원에서 기술되는 바와 같이, 다공성 세라믹 바디 내의 기공들의 내벽들은 또한, 다공성 세라믹 바디를 플러깅하지 않으면서 또는 다공성 세라믹 바디의 투과성(permeability)을 감소시키지 않으면서, ALD 프로세스를 사용하여 코팅된다. ALD 프로세스의 통상의 반응 사이클은, 전구체(즉, 단일 케미컬 A)가 ALD 챔버 내로 플러드되고(flooded) 그리고 (물품 내의 기공 벽들의 표면들을 포함하여) 물품의 표면들 상에 흡착되는 것으로 시작된다. 이어서, 과량의 전구체는, 반응물(즉, 단일 케미컬 R)이 ALD 챔버 내로 도입되고 그리고 후속적으로 플러시 아웃되기(flushed out) 전에 ALD 챔버로부터 플러시 아웃된다. ALD의 경우, 재료의 최종 두께는 이어지는 반응 사이클들의 수에 의존하는데, 왜냐하면, 각각의 반응 사이클이 일 원자 층 또는 일 원자 층의 프랙션(fraction)일 수 있는 소정의 두께의 층을 성장시킬 것이기 때문이다.
[0024] 플라즈마 스프레이 코팅 및 이온 보조 증착과 같은, 높은 종횡비의 피처들(예컨대, 기공들)을 갖는 다공성 컴포넌트들 상에 코팅들을 증착하는 데 통상적으로 사용되는 다른 기법들과 달리, ALD 기법은 이러한 피처들 내에(즉, 다공성 컴포넌트들 내의 기공들의 기공 벽들 상에) 재료의 층을 증착할 수 있다. 부가적으로, ALD 기법은 무-다공성인(즉, 핀-홀이 없는) 비교적 얇은(즉, 1 μm 또는 그 미만) 코팅들을 생성하며, 이는 증착 동안의 균열 형성을 제거할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "무-다공성"이라는 용어는, TEM(transmission electron microscopy)에 의해 측정되는 바와 같은, 코팅들의 전체 깊이를 따라 어떤 기공들, 핀-홀들, 보이드들, 또는 균열들도 없음을 의미한다. TEM은 포커싱된 이온 빔 밀링에 의해 준비된 100 nm 두께의 TEM 라멜라(lamella)를 사용하여 수행될 수 있으며, TEM은 명시야, 암시야, 또는 고분해능 모드에서 200kV로 동작된다. 이에 반해, 종래의 e-빔 IAD 또는 플라즈마 스프레이 기법들을 이용 시에, 다공성 컴포넌트 내의 기공들의 기공 벽들은 코팅되지 않는다. 대신에, 다공성 컴포넌트의 표면은, 기공들을 커버하고 플러깅하고 그리고 다공성 컴포넌트의 투과성을 감소시키거나 제거하는 방식으로 코팅된다.
[0025] 정전 척(ESC; electrostatic chuck)들을 위한 플러그들과 같은 다공성 프로세스 챔버 컴포넌트들은, 컴포넌트들의 성능에 영향을 미치지 않으면서, 가혹한 식각 환경들에서 컴포넌트들을 보호하기 위해 이들 내플라즈마성 코팅들을 갖는 것으로부터 이익을 얻을 것이다. 종래의 증착 방법들은 또한, 플러그들의 다공성을 감소시키고 그에 따라 플러그들의 성능에 영향을 미치는 코팅들을 초래할 수 있다. 플러그들은 적어도 일부 가스들에 대해 투과성이며, 가스 입자들을 필터링하거나 또는 ESC의 공동 내로의 라디칼 침투를 차단하고 그리고 ESC에서의 2 차 플라즈마 라이트 업(light up)을 방지하도록 설계된다. 따라서, 일부 실시예들의 목표는 플러그들의 다공성 및/또는 투과성을 유지하는 것이다. 본원에서 설명되는 실시예들은, 위에서 언급된 다공성 챔버 컴포넌트들과 같은 다공성 세라믹 물품들의 내측 기공 벽들이, 물품들의 다공성 또는 투과성에 영향을 미치지 않으면서 물품들을 보호하는 내플라즈마성 코팅들로 코팅되게 할 수 있다.
[0026] 도 1은 실시예들에 따라 내플라즈마성 코팅으로 코팅되는 하나 또는 그 초과의 챔버 컴포넌트들을 갖는 반도체 프로세싱 챔버(100)의 단면도이다. 프로세싱 챔버(100)는, 플라즈마 프로세싱 컨디션들을 갖는 부식성 플라즈마 환경이 제공되는 프로세스들을 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 프로세싱 챔버(100)는 플라즈마 식각기(plasma etcher) 또는 플라즈마 식각 반응기, 플라즈마 세정기, 플라즈마 강화 CVD 또는 ALD 반응기들 등을 위한 챔버일 수 있다. 내플라즈마성 코팅을 포함할 수 있는 챔버 컴포넌트의 예는 정전 척(ESC; electrostatic chuck)(150)의 다공성 세라믹 플러그를 포함한다. 아래에서 더 상세하게 설명되는 내플라즈마성 코팅은 ALD에 의해 적용된다. ALD는 높은 종횡비들을 갖는 피처들 및 복잡한 형상들을 갖는 다공성 컴포넌트들을 포함하는 모든 타입들의 컴포넌트들에 대해 무-다공성인, 실질적으로 균일한 두께의 컨포멀한 코팅의 적용을 가능하게 할 수 있다.
[0027] 내플라즈마성 코팅은 알루미늄-함유 전구체와 같은 금속 산화물 층을 위한 전구체로 ALD를 사용하여 성장 또는 증착될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 내플라즈마성 코팅은, 희토류 금속-함유 산화물 층을 형성하기 위해, 희토류 금속-함유 산화물의 증착을 위한, 또는 하나 또는 그 초과의 추가의 산화물들과 조합하여 희토류 금속-함유 산화물의 공동-증착을 위한 하나 또는 그 초과의 전구체들로 ALD를 사용하여 성장 또는 증착될 수 있다. 일 실시예에서, 희토류 금속-함유 산화물 층은 다결정질 구조를 갖는다. 대안적으로, 희토류 금속-함유 산화물 층은 비정질 구조를 가질 수 있다. 희토류 금속-함유 산화물은 이트륨, 탄탈룸, 지르코늄 및/또는 에르븀을 포함할 수 있다. 예컨대, 희토류 금속-함유 산화물은 이트리아(Y2O3), 에르븀 산화물(Er2O3), 지르코늄 산화물(ZrO2), 탄탈룸 산화물(Ta2O5) 등일 수 있다. 실시예들에서, 희토류 금속-함유 산화물은 다결정질 이트리아이다. 다른 실시예들에서, 희토류 금속-함유 산화물은 비정질 이트리아이다. 희토류 금속-함유 산화물은 또한, 이트륨, 지르코늄 및/또는 에르븀과 같은 하나 또는 그 초과의 희토류 원소들과 혼합된 알루미늄을 포함할 수 있다. 희토류 금속-함유 산화물 층을 형성하기 위해 희토류 금속-함유 산화물과 공동-증착될 수 있는 추가의 산화물(또는 산화물들)은 지르코늄 산화물(ZrO2), 알루미늄 산화물(Al2O3), 에르븀 산화물(Er2O3), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다층 내플라즈마성 코팅을 위한 이트륨-함유 산화물 층은 예컨대, YxZryOz, YaZrxAlyOz, YxAlyOz, 또는 YxEryOz일 수 있다. 이트륨-함유 산화물은 공간군 Ia-3(206)을 갖는 입방 구조(cubic structure)를 갖는 이트리에이트(yttriaite)를 갖는 이트리아(Y2O3)일 수 있다.
[0028] 일 실시예에서, 희토류 금속-함유 산화물 층은 Y2O3, Er2O3, Y3Al5O12(YAG), Er3Al5O12(EAG), 또는 Y4Al2O9(YAM) 중 하나이다. 희토류 금속-함유 산화물 층은 또한, YAlO3(YAP), Er4Al2O9(EAM), ErAlO3(EAP), Y2O3-ZrO2의 고용체, 및/또는 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 화합물일 수 있다.
[0029] Y2O3-ZrO2의 고용체를 참조하면, 희토류 금속-함유 산화물 층은 10-90 몰 비율(mol%)의 농도의 Y2O3 및 10-90 mol%의 농도의 ZrO2를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, Y2O3-ZrO2의 고용체는 10-20 mol% Y2O3 및 80-90 mol% ZrO2를 포함할 수 있고, 20-30 mol% Y2O3 및 70-80 mol% ZrO2를 포함할 수 있고, 30-40 mol% Y2O3 및 60-70 mol% ZrO2를 포함할 수 있고, 40-50 mol% Y2O3 및 50-60 mol% ZrO2를 포함할 수 있고, 60-70 mol% Y2O3 및 30-40 mol% ZrO2를 포함할 수 있고, 70-80 mol% Y2O3 및 20-30 mol% ZrO2를 포함할 수 있고, 80-90 mol% Y2O3 및 10-20 mol% ZrO2를 포함할 수 있는 등등이다.
[0030] Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 화합물을 참조하면, 일 실시예에서, 세라믹 화합물은 62.93 몰 비율(mol%) Y2O3, 23.23 mol% ZrO2 및 13.94 mol% Al2O3를 포함한다. 다른 실시예에서, 세라믹 화합물은 50-75 mol%의 범위의 Y2O3, 10-30 mol%의 범위의 ZrO2 및 10-30 mol%의 범위의 Al2O3를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 세라믹 화합물은 40-100 mol%의 범위의 Y2O3, 0.1-60 mol%의 범위의 ZrO2 및 0.1-10 mol%의 범위의 Al2O3를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 세라믹 화합물은 40-60 mol%의 범위의 Y2O3, 30-50 mol%의 범위의 ZrO2 및 10-20 mol%의 범위의 Al2O3를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 세라믹 화합물은 40-50 mol%의 범위의 Y2O3, 20-40 mol%의 범위의 ZrO2 및 20-40 mol%의 범위의 Al2O3를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 세라믹 화합물은 70-90 mol%의 범위의 Y2O3, 0.1-20 mol%의 범위의 ZrO2 및 10-20 mol%의 범위의 Al2O3를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 세라믹 화합물은 60-80 mol%의 범위의 Y2O3, 0.1-10 mol%의 범위의 ZrO2 및 20-40 mol%의 범위의 Al2O3를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 세라믹 화합물은 40-60 mol%의 범위의 Y2O3, 0.1-20 mol%의 범위의 ZrO2 및 30-40 mol%의 범위의 Al2O3를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 세라믹 화합물을 위해 다른 분포들이 또한 사용될 수 있다.
[0031] 일 실시예에서, 희토류 금속-함유 산화물 층을 위해, Y2O3, ZrO2, Er2O3, Gd2O3 및 SiO2의 조합을 포함하는 대안적인 세라믹 화합물이 사용된다. 일 실시예에서, 대안적인 세라믹 화합물은 40-45 mol%의 범위의 Y2O3, 0-10 mol%의 범위의 ZrO2, 35-40 mol%의 범위의 Er2O3, 5-10 mol%의 범위의 Gd2O3 및 5-15 mol%의 범위의 SiO2를 포함할 수 있다. 제1 예에서, 대안적인 세라믹 화합물은 40 mol% Y2O3, 5 mol% ZrO2, 35 mol% Er2O3, 5 mol% Gd2O3 및 15 mol% SiO2를 포함한다. 제2 예에서, 대안적인 세라믹 화합물은 45 mol% Y2O3, 5 mol% ZrO2, 35 mol% Er2O3, 10 mol% Gd2O3 및 5 mol% SiO2를 포함한다. 제3 예에서, 대안적인 세라믹 화합물은 40 mol% Y2O3, 5 mol% ZrO2, 40 mol% Er2O3, 7 mol% Gd2O3 및 8 mol% SiO2를 포함한다.
[0032] 위에서 언급된 희토류 금속-함유 산화물 층들 중 임의의 희토류 금속-함유 산화물 층은 ZrO2, Al2O3, SiO2, B2O3, Er2O3, Nd2O3, Nb2O5, CeO2, Sm2O3, Yb2O3, 또는 다른 산화물들과 같은 소량의 다른 재료들을 포함할 수 있다.
[0033] 금속 산화물 층은, 단독으로 사용될 때, 적어도 일부 플라즈마들에 대한 플라즈마 부식으로부터 컴포넌트를 보호하는 고순도 알루미늄 산화물 또는 유사한 재료를 포함할 수 있다. 이는 또한, 챔버 컴포넌트에 대한 희토류 금속-함유 산화물 층(사용되는 경우)의 접착력(adhesion)을 개선하고 그리고 실시예들에서 최대 대략 350℃의 온도들에서 또는 대략 200℃ 또는 대략 200℃ 내지 대략 350℃에서 내플라즈마성 코팅의 균열 및 박리에 대한 내열성을 제공한다.
[0034] 일 실시예에서, 프로세싱 챔버(100)는, 내부 볼륨(106)을 인클로징(enclose)하는 샤워헤드(130) 및 챔버 바디(102)를 포함한다. 샤워헤드(130)는 샤워헤드 베이스 및 샤워헤드 가스 분배 플레이트를 포함할 수 있다. 대안적으로, 샤워헤드(130)는, 일부 실시예들에서는 덮개(lid) 및 노즐로 대체되거나 또는 다른 실시예들에서는 다수의 파이(pie) 형상 샤워헤드 구획들 및 플라즈마 생성 유닛들로 대체될 수 있다. 챔버 바디(102)는, 알루미늄, 스테인리스 강 또는 다른 적절한 재료로 제조될 수 있다. 챔버 바디(102)는 일반적으로, 측벽들(108) 및 최하부(110)를 포함한다.
[0035] 외부 라이너(liner)(116)가 측벽들(108) 근처에 배치되어 챔버 바디(102)를 보호할 수 있다. 외부 라이너(116)는 이중층 코팅(bi-layer coating)으로 제조 및/또는 코팅될 수 있다. 일 실시예에서, 외부 라이너(116)는 알루미늄 산화물로 제조된다.
[0036] 배기 포트(126)가 챔버 바디(102)에 정의될 수 있고, 내부 볼륨(106)을 펌프 시스템(128)에 커플링시킬 수 있다. 펌프 시스템(128)은, 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(106)의 압력을 진공배기(evacuate) 및 조정하는 데 활용되는 하나 또는 그 초과의 펌프들 및 스로틀 밸브(throttle valve)들을 포함할 수 있다.
[0037] 샤워헤드(130)는, 챔버 바디(102)의 측벽(108) 상에 지지될 수 있다. 샤워헤드(130)(또는 덮개)는 개방되어 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(106)에 대한 액세스를 가능하게 할 수 있고, 폐쇄된 동안에는 프로세싱 챔버(100)에 대한 시일(seal)을 제공할 수 있다. 샤워헤드(130) 또는 덮개 및 노즐을 통해 내부 볼륨(106)에 프로세스 및/또는 세정 가스들을 제공하기 위해, 가스 패널(158)이 프로세싱 챔버(100)에 커플링될 수 있다. 샤워헤드(130)는 유전체 식각(유전체 재료들의 식각)을 위해 사용되는 프로세싱 챔버들을 위해 사용될 수 있다. 샤워헤드(130)는 가스 분배 플레이트(GDP; gas distribution plate)(133) 전체에 걸쳐 다수의 가스 전달 홀들(132)을 갖는 GDP(133)를 포함한다. 샤워헤드(130)는 알루미늄 베이스 또는 양극산화처리된 알루미늄 베이스에 본딩된 GDP(133)를 포함할 수 있다. GDP(133)는 Si 또는 SiC로 제조될 수 있거나, 또는 Y2O3, Al2O3, Y3Al5O12(YAG) 등과 같은 세라믹일 수 있다.
[0038] 전도체 식각(전도성 재료들의 식각)을 위해 사용되는 프로세싱 챔버들의 경우, 샤워헤드보다는 덮개가 사용될 수 있다. 덮개는 덮개의 중심 홀에 피팅되는 중심 노즐을 포함할 수 있다. 덮개는 Al2O3, Y2O3, YAG와 같은 세라믹, 또는 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 화합물일 수 있다. 노즐은 또한, Y2O3, YAG와 같은 세라믹, 또는 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 화합물일 수 있다.
[0039] 프로세싱 챔버(100) 내의 기판들을 프로세싱하는 데 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 불활성인 다른 가스들(예컨대, 비-반응성 가스들)을 포함한다. 기판 지지 어셈블리(148)는, 샤워헤드(130) 또는 덮개의 아래에서 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(106) 내에 배치된다. 기판 지지 어셈블리(148)는 프로세싱 동안 기판(144)을 홀딩한다. 링(146)(예컨대, 단일 링)은 정전 척(150)의 부분을 커버할 수 있고, 커버된 부분을 프로세싱 동안 플라즈마에 대한 노출로부터 보호할 수 있다. 일 실시예에서, 링(146)은 실리콘 또는 석영일 수 있다.
[0040] 기판 지지 어셈블리(148)의 주변부(periphery) 상에 내부 라이너(118)가 코팅될 수 있다. 내부 라이너(118)는, 외부 라이너(116)를 참조하여 논의된 것들과 같은 할로겐-함유 가스 레지스트 재료일 수 있다. 일 실시예에서, 내부 라이너(118)는 외부 라이너(116)와 동일한 재료들로 제조될 수 있다.
[0041] 일 실시예에서, 기판 지지 어셈블리(148)는, 페디스털(152)을 지지하는 장착 플레이트(162), 및 정전 척(150)을 포함한다. 정전 척(150)은 열 전도성 베이스(164), 및 본드(138)에 의해 열 전도성 베이스에 본딩된 정전 퍽(electrostatic puck)(166)을 더 포함하며, 본드(138)는 일 실시예에서 실리콘 본드일 수 있다. 예시된 실시예에서, 정전 퍽(166)의 상부 표면은 내플라즈마성 코팅(136)에 의해 커버될 수 있다. 내플라즈마성 코팅(136)은, 열 전도성 베이스(164) 및 정전 퍽(166)의 외부 및 측부 주변을 포함한, 정전 척(150)의 전체 노출된 표면 상에 배치될 수 있을 뿐만 아니라, 정전 척의 큰 종횡비들을 갖는 홀들 또는 임의의 다른 기하학적으로 복잡한 부분들에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 내플라즈마성 코팅은, 정전 퍽(166)의 하나 또는 그 초과의 홀들 내로 삽입되는 세라믹 플러그들(도시되지 않음) 내의 기공들의 기공 벽들을 코팅한다. 세라믹 플러그들은 도 4a-4c와 관련하여 아래에서 더 상세하게 설명된다. 장착 플레이트(162)는, 챔버 바디(102)의 최하부(110)에 커플링되고, 열 전도성 베이스(164) 및 정전 퍽(166)에 유틸리티(utility)들(예컨대, 유체들, 전력 라인들, 센서 리드(sensor lead)들 등)을 라우팅(routing)하기 위한 통로들을 포함한다.
[0042] 열 전도성 베이스(164) 및/또는 정전 퍽(166)은, 기판 지지 어셈블리(148)의 측방향 온도 프로파일을 제어하기 위해, 하나 또는 그 초과의 선택적 매립형 가열 엘리먼트들(176), 매립형 열 격리기(thermal isolator)들(174), 및/또는 도관들(168, 170)을 포함할 수 있다. 도관들(168, 170)은, 도관들(168, 170)을 통해 온도 조절 유체를 순환시키는 유체 소스(172)에 유동적으로(fluidly) 커플링될 수 있다. 일 실시예에서, 매립형 격리기(174)는 도관들(168, 170) 간에 배치될 수 있다. 가열기(176)는 가열기 전력원(178)에 의해 조절된다. 도관들(168, 170) 및 가열기(176)는 열 전도성 베이스(164)의 온도를 제어하는 데 활용될 수 있다. 도관들 및 가열기는 프로세싱되는 기판(예컨대, 웨이퍼)(144) 및 정전 퍽(166)을 가열 및/또는 냉각시킨다. 정전 퍽(166) 및 열 전도성 베이스(164)의 온도는, 제어기(195)를 사용하여 모니터링될 수 있는 복수의 온도 센서들(190, 192)을 사용하여 모니터링될 수 있다.
[0043] 정전 퍽(166)은, 다수의 가스 통로들, 이를테면, 퍽(166)의 상부 표면에 형성될 수 있는 홈(groove)들, 메사(mesa)들 및 다른 표면 피처들을 더 포함할 수 있다. 가스 통로들은, 정전 퍽(166)에 드릴링된 He 비아 홀(He via hole)들과 같은 열 전달(또는 배면(backside)) 가스의 소스에 유동적으로 커플링될 수 있다. 동작 시에, 배면 가스가, 제어된 압력으로 가스 통로들 내에 제공되어, 정전 퍽(166)과 기판(144) 간의 열 전달을 향상시킬 수 있다. He 비아 홀들은 He에 대해 투과성인 다공성 세라믹 플러그들에 의해 플러깅될 수 있다. 다공성 세라믹 플러그들은 또한, 반도체 프로세싱 챔버(100)를 세정하는 데 사용되는 부식성 가스들 및 플라즈마들에 대해 적어도 부분적으로 투과성일 수 있다. 다공성 세라믹 플러그들은 부식성 가스들의 가스 입자들을 필터링하고 그리고 이러한 부식성 가스들이 기판 지지 어셈블리 내로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 다공성 세라믹 플러그들은 부가적으로, 2 차 플라즈마가 정전 퍽(166)의 He 비아들 내에 형성되는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 다공성 세라믹 플러그들은 반복되는 세정 사이클들 후에 침식될 수 있다. 부가적으로, 다공성 세라믹 플러그들의 케미스트리는 다공성 세라믹 플러그가 불소에 노출됨에 따라 변화될 수 있다(예컨대, 다공성 세라믹 플러그는 Si를 잃고 불소를 얻을 수 있음). 따라서, 다공성 세라믹 플러그들은 다공성 세라믹 플러그들의 수명을 연장하기 위해, 본원의 실시예들에 따라 코팅될 수 있다.
[0044] 정전 퍽(166)은, 척킹 전력원(182)에 의해 제어되는 적어도 하나의 클램핑 전극(180)을 포함한다. 클램핑 전극(180)(또는 정전 퍽(166) 또는 베이스(164)에 배치된 다른 전극)은 추가로, 프로세싱 챔버(100) 내의 프로세스 및/또는 다른 가스들로부터 형성되는 플라즈마를 유지하기 위해 매칭 회로(188)를 통해 하나 또는 그 초과의 RF 전력원들(184, 186)에 커플링될 수 있다. RF 전력원들(184, 186)은 일반적으로, 대략 50 kHz 내지 대략 3 GHz의 주파수 및 최대 대략 10,000 와트의 전력을 갖는 RF 신호를 생성할 수 있다.
[0045] 도 2a는 (물품 내의 기공 벽들 상에 내플라즈마성 코팅을 성장시키거나 증착하는 것을 포함하여) 물품 상에 내플라즈마성 코팅을 성장시키거나 증착하기 위한, ALD 기법에 따른 증착 프로세스의 일 실시예를 도시한다. 도 2b는 (물품 내의 기공 벽들 상에 다층 내플라즈마성 코팅을 성장시키거나 증착하는 것을 포함하여) 물품 상에 다층 내플라즈마성 코팅을 성장시키거나 증착하기 위한, ALD 기법에 따른 증착 프로세스의 일 실시예를 도시한다. 도 2c는 본원에서 설명되는 바와 같은 원자 층 증착 기법에 따른 증착 프로세스의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 2d는 본원에서 설명되는 바와 같은 원자 층 증착 기법에 따른 증착 프로세스의 또 다른 실시예를 도시한다.
[0046] 다양한 타입들의 ALD 프로세스들이 존재하며, 특정 타입은 코팅될 표면, 코팅 재료, 이 표면과 코팅 재료 간의 화학적 상호작용 등과 같은 몇몇 팩터들에 기반하여 선택될 수 있다. 다양한 ALD 프로세스들에 대한 일반적 원리는, 코팅될 표면을, 자기-제한적 방식(self-limiting manner)으로 한 번에 하나씩, 표면과 화학적으로 반응하는 가스상 화학 전구체들의 펄스들에 반복적으로 노출시킴으로써, 박막 층을 성장시키는 것을 포함한다.
[0047] 도 2a-2d는 표면을 갖는 물품(210)을 예시한다. 물품(210)은 정전 척 또는 기판 지지 어셈블리를 위한 다공성 세라믹 플러그를 포함하는(그러나 이에 제한되지 않음) 다양한 다공성 프로세스 챔버 컴포넌트들(예컨대, 반도체 프로세스 챔버 컴포넌트들)을 나타낼 수 있다. 물품(210)은 세라믹, 금속-세라믹 복합물들(이를테면, AlO/SiO, AlO/MgO/SiO, SiC, SiN, AlN/SiO 등), 금속(이를테면, 알루미늄, 스테인리스 강), 폴리머, 폴리머 세라믹 복합물, 마일라(mylar), 폴리에스테르, 또는 다른 적절한 재료들로 제조될 수 있으며, AlN, Si, SiC, Al2O3, SiO2 등과 같은 재료들을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 물품(210)은, 제1 산화물의 소결된 입자들 및 제1 산화물의 소결된 입자들에 대한 결합제로서의 역할을 하는 제2 산화물을 포함하는 2상 재료로 구성된 세라믹 다공성 플러그이다. 2상 재료는 다공성 매트릭스에 배열될 수 있다. 예컨대, 제1 산화물은 Al2O3 또는 AlN일 수 있고, 제2 산화물은 SiO2일 수 있다. 이들 재료들에 대한 난제는, SiO2 함유 상(phase)은 불소화 케미스트리에 대한 내성이 거의 없으며, 매우 고속으로 식각 제거되어, 다공성 매트릭스의 파괴 및 미립자(particulate)들의 생성을 초래하는 것이다.
[0048] ALD의 경우, 표면 상으로의 전구체의 흡착 또는 흡착된 전구체와의 반응물의 반응은 "하프-반응(half-reaction)"으로 지칭될 수 있다. 제1 하프 반응 동안, 전구체가 표면 상에 완전히 흡착되게 하기에 충분한 시간 기간 동안, 전구체가 (물품(210) 내의 기공 벽들의 표면들 상에 펄스되는 것을 포함하여) 물품(210)의 표면 상에 펄스된다. 흡착은 자기-제한적(self-limiting)인데, 왜냐하면, 전구체가 표면 상의 유한한 수의 이용가능한 사이트들 상에 흡착되어, 표면 상에 균일한 연속적인 흡착 층을 형성할 것이기 때문이다. 전구체로 이미 흡착된 임의의 사이트들은, 흡착된 사이트들이, 균일한 연속적 코팅 상에 새로운 이용가능한 사이트들을 형성할 처리를 겪지 않는 한 그리고/또는 겪을 때까지, 동일한 전구체로 추가의 흡착을 위해서는 이용가능하지 않게 될 것이다. 예시적 처리들은 플라즈마 처리, 균일한 연속적인 흡착 층을 라디칼들에 노출시키는 것에 의한 처리, 또는 표면에 흡착된 가장 최근의 균일한 연속적인 층과 반응할 수 있는 상이한 전구체의 도입일 수 있다.
[0049] 일부 구현들에서, 2개 또는 그 초과의 전구체들이 함께 주입되어 물품의 표면 상에 흡착된다. 과량의 전구체들은, 산소-함유 반응물이 주입되어 흡착질(adsorbate)들과 반응하여 (예컨대, YAG, Y2O3-ZrO2의 상(phase) 등의) 고체 단일상 또는 다상 층을 형성할 때까지, 펌핑 아웃된다. 이 프레시 층(fresh layer)은 다음 사이클에서 전구체들을 흡착할 준비가 되어 있다.
[0050] 도 2a에서, 물품(210)의 표면이 제1 전구체(260)로 완전히 흡착되어 흡착 층(214)을 형성할 때까지의 제1 지속기간 동안, 물품(210)은 제1 전구체(260)에 도입될 수 있다. 후속적으로, 물품(210)은 제1 반응물(265)에 도입되어 흡착 층(214)과 반응하여 (예컨대, 층(216)이 완전히 성장 또는 증착되도록, ― 여기서 '성장되는' 및 '증착되는'이라는 용어는 본원에서 상호교환가능하게 사용될 수 있음 ―) 고체 층(216)을 성장시킬 수 있다. 제1 전구체(260)는 고순도 금속 산화물, 예컨대 고순도 알루미늄 산화물에 대한 전구체일 수 있다. 층(216)이 산화물인 경우, 제1 반응물(265)은, 산소, 수증기, 오존, 순수한 산소, 산소 라디칼들, 또는 다른 산소 소스일 수 있다. 따라서, ALD는 층(216)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 층(216)은 내플라즈마성 코팅일 수 있거나, 또는 다층 내플라즈마성 코팅의 하나의 층일 수 있다.
[0051] 층(216)이 고순도 알루미나(HP-Al2O3) 층인 예에서, 물품(210)(예컨대, ESC를 위한 다공성 세라믹 플러그)은 (기공들 내부를 포함한) 물품의 표면들 상의 모든 반응성 사이트들이 소비될 때까지의 제1 지속기간 동안, 제1 전구체(260)(예컨대, 트리메틸 알루미늄(TMA))에 도입될 수 있다. 나머지 제1 전구체(260)는 플러시 제거되고(flushed away), 이어서, H2O의 제1 반응물(265)은 제2 하프 사이클을 시작하기 위해 반응기에 주입된다. HP-Al2O3의 층(216)은, H2O 분자들이, 제1 하프 반응에 의해 생성된 Al 함유 흡착 층과 반응한 후에 형성된다.
[0052] 층(216)은 균일하고, 연속적이고 그리고 컨포멀할 수 있다. 층(216)은 무-다공성일 수 있거나(예컨대, 제로의 다공성을 가짐) 또는 실시예들에서 거의 제로의 다공성(예컨대, 0% 내지 0.01%의 다공성)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 단일 ALD 증착 사이클 후에, 층(216)은 일 원자 층 미만 내지 수개의 원자들의 두께를 가질 수 있다. 일부 금속유기 전구체 분자들은 크다. 반응물(265)과의 반응 후에, 큰 유기 리간드들이 없어지고, 훨씬 더 작은 금속 원자들이 남을 수 있다. 하나의 전체 ALD 사이클(예컨대, 전구체들(260)의 도입에 이은 반응물들(265)의 도입을 포함함)은 단일 원자 층 미만을 유발할 수 있다. 예컨대, TMA 및 H2O에 의해 성장된 Al2O3 단층은 통상적으로, 대략 0.9 A/cycle 내지 대략 1.3 A/cycle의 성장률을 갖는 한편, Al2O3 격자 상수는 (삼방 구조(trigonal structure)의 경우) a=4.7A 및 c=13A이다.
[0053] 더 두꺼운 층(216)을 증착하기 위해 다수의 전체 ALD 증착 사이클들이 구현될 수 있으며, (예컨대, 전구체(260)를 도입하는 것, 플러싱하는 것, 반응물(265)을 도입하는 것, 및 다시 플러싱하는 것을 포함하는) 각각의 전체 사이클은 일 원자 내지 수개의 원자들의 추가의 프랙션만큼의 두께를 부가한다. 도시된 바와 같이, 층(216)을 성장시키기 위해 최대 n회의 전체 사이클들이 수행될 수 있으며, 여기서 n은 1보다 큰 정수 값이다. 실시예들에서, 층(216)은 대략 5 nm 내지 대략 3 μm의 두께를 가질 수 있다. 추가의 실시예들에서, 층(216)은 대략 5 nm 내지 대략 300 nm의 두께를 가질 수 있다. 층(216)은 실시예들에서 대략 10 nm 내지 대략 150 nm의 두께를 가질 수 있거나 또는 다른 실시예들에서 대략 50 nm 내지 대략 100 nm의 두께를 가질 수 있다.
[0054] 층(216)은 견고한 내플라즈마성 및 기계적 특성들을 제공한다. 층(216)은 컴포넌트를 부식으로부터 보호하고, 유전체 세기를 향상시키고, (예컨대, 다공성 세라믹 또는 Al6061, Al6063으로 형성된) 컴포넌트에 대한 희토류 금속-함유 산화물 층의 더 양호한 접착력을 제공할 수 있으며, 최대 대략 200℃, 또는 최대 대략 250℃, 또는 대략 200℃ 내지 대략 250℃의 온도들에서 내플라즈마성 코팅의 균열을 방지할 수 있다. 추가의 실시예들에서, 층(216)은 최대 대략 350℃의 온도들에서 내플라즈마성 코팅의 균열을 방지할 수 있다. 증착을 위해 ALD가 사용되기 때문에, 샤워헤드의 가스 전달 홀들 또는 다공성 재료의 기공들과 같은 높은 종횡비의 피처들의 내부 표면들이 코팅될 수 있고, 그에 따라 컴포넌트 전체가 부식성 환경에 대한 노출로부터 보호될 수 있다.
[0055] 층(216)은, 실시예들에서 대략 89.99% 내지 대략 99.99%의 순도를 갖는 HP-Al2O3일 수 있다. 고순도 Al2O3는, ESC 플러그들에 사용되는 통상의 세라믹 재료들보다 플라즈마 부식에 대해 훨씬 더 내성이 있다. 더욱이, HP-Al2O3는, 공통 엘리먼트들(예컨대, 알루미늄 및 산소) 때문에, 세라믹 및 알루미늄계 컴포넌트들에 대한 양호한 접착력을 갖는다. 유사하게, HP-Al2O3는, 또한 공통 엘리먼트들(즉, 산화물들) 때문에, 희토류 금속-함유 산화물들에 대한 양호한 접착력을 갖는다. 이들 개선된 계면들은 균열들을 일으키기 쉬운 계면 결함들을 감소시킨다.
[0056] 도 2b는 도 2a를 참조하여 설명된 바와 같은 층(216)의 증착을 포함하는 증착 프로세스(201)를 설명한다. 그러나, 도 2b의 증착 프로세스(201)는 다층 내플라즈마성 코팅을 형성하기 위한 추가의 층(220)의 증착을 더 포함한다. 따라서, 층(216)이 완료된 후에, 층(216)을 갖는 물품(210)은 선택적으로, 층(216)이 하나 또는 그 초과의 추가의 전구체들(270)로 완전히 흡착되어 흡착 층(218)을 형성할 때까지의 제2 지속기간 동안, 추가의 하나 또는 그 초과의 전구체들(270)에 도입될 수 있다. 후속적으로, 물품(210)은, (예컨대, 제2 층(220)이 완전히 성장 또는 증착되도록) 간략성을 위해 제2 층(220)으로 또한 지칭되는 고체 희토류 금속-함유 산화물 층(220)을 성장시키기 위해 흡착 층(218)과 반응하도록 반응물(275)에 도입될 수 있다. 이 실시예에서, 층(216)은 비정질 금속 산화물(예컨대, 비정질 HP-Al2O3)일 수 있다. 따라서, 제2 층(220)은 ALD를 사용하여 층(216) 위에 완전히 성장 또는 증착된다. 예에서, 전구체(270)는 제1 하프 사이클에서 사용되는 이트륨 함유 전구체일 수 있고, 반응물(275)은 제2 하프 사이클에서 사용되는 H2O일 수 있다.
[0057] 제2 층(220)은 선택적인 이트륨-함유 산화물 층 또는 다른 희토류 금속-함유 산화물 층을 형성할 수 있으며, 이는 균일하고, 연속적이고 그리고 컨포멀할 수 있다. 제2 층(220)은 실시예들에서 1% 미만의, 그리고 다른 실시예들에서 0.1% 미만의 매우 낮은 다공성, 그리고 실시예들에서 대략 0%의 또는 또 다른 실시예들에서 무-다공성을 가질 수 있다. 제2 층(220)은 단일 전체 ALD 증착 사이클 후에 일 원자 미만 내지 수개의 원자들(예컨대, 2-3개의 원자들)의 두께를 가질 수 있다. 더 두꺼운 제2 층(220)을 증착하기 위해 다수의 ALD 증착 스테이지들이 구현될 수 있으며, 각각의 스테이지는 일 원자 내지 수개의 원자들의 추가의 프랙션만큼의 두께를 추가한다. 도시된 바와 같이, 전체 증착 사이클은, 제2 층(220)이 타겟 두께를 갖게 하기 위해 m회 반복될 수 있으며, 여기서 m은 1보다 큰 정수 값이다. 실시예들에서, 제2 층(220)은 대략 5 nm 내지 대략 3 μm의 두께를 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 제2 층(220)은 대략 5 nm 내지 대략 300 nm의 두께를 가질 수 있다. 제2 층(220)은 실시예들에서 대략 10 nm 내지 대략 20 nm의 두께를 가질 수 있거나 또는 일부 실시예들에서 대략 50 nm 내지 대략 60 nm의 두께를 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 제2 층(220)은 대략 90 nm 내지 대략 110 nm의 두께를 가질 수 있다.
[0058] 제2 층(220) 두께 대 층(216) 두께의 비율은 200:1 내지 1:200일 수 있다. 제2 층(220) 두께 대 층(216) 두께의 더 높은 비율(예컨대, 200:1, 100:1, 50:1, 20:1, 10:1, 5:1, 2:1 등)은 더 양호한 내부식성 및 내침식성을 제공하는 반면, 제2 층(220) 두께 대 층(216) 두께의 더 낮은 비율(예컨대, 1:2, 1:5, 1:10, 1:20, 1:50, 1:100, 1:200)은 더 양호한 내열성(예컨대, 열 사이클링에 의해 야기되는 균열 및/또는 박리에 대한 개선된 내성)을 제공한다.
[0059] 제2 층(220)은 위에서 언급된 희토류 금속-함유 산화물 층들 중 임의의 희토류 금속-함유 산화물 층일 수 있다. 예컨대, 제2 층(220)은 Y2O3 단독이거나 또는 하나 또는 그 초과의 다른 희토류 금속 산화물들과의 조합일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 층(220)은 ALD에 의해 공동-증착된 적어도 2개의 희토류 금속-함유 산화물 전구체들의 혼합물(예컨대, Y2O3, Er2O3, Al2O3 및 ZrO2 중 하나 또는 그 초과의 조합들)로부터 형성된 단일상 재료이다. 예컨대, 제2 층(220)은, YxZryOz, YxEryOz, Y3Al5O12(YAG), Y4Al2O9(YAM), Y2O3 안정화된 ZrO2(YSZ), 또는 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 화합물 중 하나일 수 있다. 일 실시예에서, 층(216)은 비정질 HP-Al2O3이고, 제2 층(220)은 다결정질 또는 비정질 이트륨-함유 산화물 화합물(예컨대, Y2O3, YxAlyOz, YxZryOz, YxEryOz) 단독이거나 또는 하나 또는 그 초과의 다른 희토류 금속-함유 산화물 재료와 단일상(single phase)으로 존재한다. 따라서, 층(216)은 이트륨-함유 산화물 층의 증착 이전에 증착되는 응력 제거 층(stress relief layer)일 수 있다.
[0060] 일부 실시예들에서, 제2 층(220)은 Er2O3, Y2O3, Al2O3, 또는 ZrO2를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 층(220)은 ErxAlyOz(예컨대, Er3Al5O12), ErxZryOz, EraZrxAlyOz, YxEryOz, 또는 EraYxZryOz(예컨대, Y2O3, ZrO2 및 Er2O3의 단일상 고용체) 중 적어도 하나의 다중-성분 재료이다. 제2 층(220)은 또한, Y3Al5O12(YAG), Y4Al2O9(YAM), Y2O3 안정화된 ZrO2(YSZ), 또는 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 화합물 중 하나일 수 있다. 일 실시예에서, 제2 층(220)은 에르븀 함유 화합물(예컨대, Er2O3, ErxAlyOz, ErxZryOz, EraZrxAlyOz, YxEryOz, 또는 EraYxZryOz)이다.
[0061] 도 2c-2d를 참조하면, 일부 실시예들에서, 내플라즈마성 코팅은 2개 초과의 층들을 포함한다. 구체적으로, 내플라즈마성 코팅은 산화물 층과 희토류 금속-함유 산화물 층의 교번적인 층들의 시퀀스를 포함할 수 있거나, 또는 층(216), 및 희토류 금속-함유 산화물 층에 대한 교번적인 층들의 시퀀스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 희토류 금속-함유 산화물 층은 교번적인 서브-층들의 층이다. 예컨대, 희토류 금속-함유 산화물 층은 Y2O3와 Al2O3의 교번적인 서브층들의 시리즈, Y2O3와 ZrO2의 교번적인 서브층들의 시리즈, Y2O3와 Al2O3와 ZrO2의 교번적인 서브층들의 시리즈 등일 수 있다.
[0062] 도 2c를 참조하면, 층(216)을 갖는 물품(210)이 증착 챔버 내로 삽입될 수 있다. 층(216)은 도 2a 또는 도 2b를 참조하여 기술된 바와 같이 형성될 수 있다. 대안적으로, 상부에 형성된 층을 갖지 않는 물품(210)이 제공될 수 있다. 층(216) 또는 물품(210)이 하나 또는 그 초과의 추가의 전구체들(280)로 완전히 흡착되어 흡착 층(222)을 형성할 때까지의 지속기간 동안, 물품(210)이 하나 또는 그 초과의 전구체들(280)에 도입될 수 있다. 후속적으로, 물품(210)은 고체 금속 산화물 층(224)을 성장시키기 위해 흡착 층(222)과 반응하도록 반응물(282)에 도입될 수 있다. 따라서, 금속 산화물 층(224)은 ALD를 사용하여 층(216) 위에 완전히 성장 또는 증착된다. 예에서, 전구체(280)는 제1 하프 사이클에서 사용되는 이트륨 함유 전구체일 수 있고, 반응물(282)은 제2 하프 사이클에서 사용되는 H2O일 수 있다. 금속 산화물 층(224)은 Y2O3, ZrO2, Al2O3, Er2O3, Ta2O5, 또는 다른 산화물 중 첫 번째의 것일 수 있다.
[0063] 금속 산화물 층(224)의 표면이 하나 또는 그 초과의 전구체들(284)로 완전히 흡착되어 흡착 층(226)을 형성할 때까지의 지속기간 동안, 층(216) 및/또는 금속 산화물 층(224)을 갖는 물품(210)이 하나 또는 그 초과의 전구체들(284)에 도입될 수 있다. 후속적으로, 물품(210)은 추가의 고체 금속 산화물 층(228)을 성장시키기 위해 흡착 층(226)과 반응하도록 반응물(286)에 도입될 수 있다. 따라서, 추가의 금속 산화물 층(228)은 ALD를 사용하여 금속 산화물 층(224) 위에 완전히 성장 또는 증착된다. 예에서, 전구체(284)는 제1 하프 사이클에서 사용되는 지르코늄 함유 전구체일 수 있고, 반응물(286)은 제2 하프 사이클에서 사용되는 H2O일 수 있다. 금속 산화물 층(224)은 Y2O3, ZrO2, Al2O3, Er2O3, Ta2O5, 또는 다른 산화물 중 두 번째의 것일 수 있다.
[0064] 도시된 바와 같이, 교번적인 층들의 스택(237)을 형성하기 위해 금속 산화물(224) 및 제2 금속 산화물(228)의 증착은 n회 반복될 수 있으며, 여기서 n은 2보다 큰 정수 값이다. N은 타겟팅된 두께 및 특성들에 기반하여 선택된 유한한 수의 층들을 나타낼 수 있다. 교번적인 층들의 스택(237)은 다수의 교번적인 서브-층들을 포함하는 희토류 금속-함유 산화물 층으로서 간주될 수 있다. 따라서, 전구체들(280), 반응물들(284), 전구체들(284) 및 반응물들(286)은 순차적으로 반복적으로 도입되어, 추가의 교번적인 층들(230, 232, 234, 236 등)을 성장 또는 증착시킬 수 있다. 층들(224, 224, 230, 232, 234, 236 등) 각각은 단일 원자 층 미만 내지 수개의 원자 층들의 두께를 갖는 매우 얇은 층들일 수 있다. 예컨대, TMA 및 H2O에 의해 성장된 Al2O3 단층은 통상적으로, 대략 0.9 내지 대략 1.3 A/cycle의 성장률을 갖는 한편, Al2O3 격자 상수는 (삼방 구조의 경우) a=4.7A 및 c=13A이다.
[0065] 위에서 설명된 교번적인 층들(224-236)은 1:1 비율을 가지며, 여기서 제2 금속 산화물의 각각의 단일 층에 대한 제1 금속 산화물의 단일 층이 존재한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 상이한 타입들의 금속 산화물 층들 간에 2:1, 3:1, 4:1 등과 같은 다른 비율들이 존재할 수 있다. 예컨대, 2개의 Y2O3 층들은 실시예에서 모든 각각의 ZrO2 층에 대해 증착될 수 있다. 부가적으로, 교번적인 층들(224-236)의 스택(237)은 2개의 타입들의 금속 산화물 층들의 교번적인 시리즈로서 설명되었다. 그러나, 다른 실시예들에서, 2개 초과의 타입들의 금속 산화물 층들이 교번적인 스택(237)에 증착될 수 있다. 예컨대, 스택(237)은 3개의 상이한 교번적인 층들(예컨대, Y2O3의 제1 층, Al2O3의 제1 층, ZrO2의 제1 층, Y2O3의 제2 층, Al2O3의 제2 층, ZrO2의 제2 층 등)을 포함할 수 있다.
[0066] 교번적인 층들의 스택(237)이 형성된 후에, 상이한 재료들의 교번적인 층들이 서로 내로 확산되어 단일상 또는 다상들을 갖는 복합 산화물을 형성하게 하기 위해 어닐 프로세스가 수행될 수 있다. 어닐링 프로세스 후에, 교번적인 층들의 스택(237)은 따라서, 단일 희토류 금속-함유 산화물 층(238)이 될 수 있다. 예컨대, 스택의 층들이 Y2O3, Al2O3, 및 ZrO2인 경우, 결과적인 희토류 금속-함유 산화물 층(238)은 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 화합물일 수 있다. 스택의 층들이 Y2O3 및 ZrO2인 경우, Y2O3-ZrO2의 고용체가 형성될 수 있다.
[0067] 도 2d를 참조하면, 층(216)을 갖는 물품(210)이 증착 챔버 내로 삽입될 수 있다. 대안적으로, 이러한 층(216)을 갖지 않는 물품(210)이 증착 챔버 내로 삽입될 수 있다. 층(216)은 도 2a 또는 도 2b를 참조하여 기술된 바와 같이 형성될 수 있다. 층(216) 또는 물품(210)이 하나 또는 그 초과의 전구체들(290)로 완전히 흡착되어 흡착 층(240)을 형성할 때까지의 지속기간 동안, 물품(210)이 하나 또는 그 초과의 전구체들(290)에 도입될 수 있다. 후속적으로, 물품(210)은 고체 희토류 산화물 층(242)을 성장시키기 위해 흡착 층(240)과 반응하도록 반응물(292)에 도입될 수 있다. 실시예들에서, 전구체들(290) 및 반응물(292)은 전구체들(270) 및 반응물(275)에 대응할 수 있다. 따라서, 희토류 산화물 층(242)은 ALD를 사용하여 층(216) 위에 완전히 성장 또는 증착된다. 전구체들(290) 및 이어서 반응물(292)을 도입하는 프로세스는, 희토류 산화물 층(242)이 타겟 두께를 갖게 하기 위해 n회 반복될 수 있으며, 여기서 n은 1보다 큰 정수이다.
[0068] 희토류 산화물 층(242)의 표면이 하나 또는 그 초과의 전구체들(294)로 완전히 흡착되어 흡착 층(244)을 형성할 때까지의 지속기간 동안, 층(216) 및/또는 희토류 산화물 층(242)을 갖는 물품(210)이 하나 또는 그 초과의 전구체들(294)에 도입될 수 있다. 후속적으로, 물품(210)은 배리어 층(246)을 성장시키기 위해 흡착 층(244)과 반응하도록 반응물(296)에 도입될 수 있다. 실시예들에서, 전구체들(294) 및 반응물들(296)은 전구체들(260) 및 반응물들(265)에 대응할 수 있다. 따라서, 배리어 층(244)은 표면 층(216)과 동일한 재료 조성을 가질 수 있다. 배리어 층(246)은 ALD를 사용하여 희토류 산화물 층(242) 위에 완전히 성장 또는 증착된다. 전구체들(294)들 그리고 이어서 반응물(296)을 도입하는 프로세스는, 희토류 산화물 층들에서의 결정 성장을 방지할 수 있는 얇은 배리어 층(246)을 형성하기 위해 1회 또는 2회 수행될 수 있다.
[0069] 도시된 바와 같이, 교번적인 층들의 스택(248)을 형성하기 위해 희토류 산화물(242) 및 배리어 층(228)의 증착은 m회 반복될 수 있으며, 여기서 m은 1보다 큰 정수 값이다. N은 타겟팅된 두께 및 특성들에 기반하여 선택된 유한한 수의 층들을 나타낼 수 있다. 교번적인 층들의 스택(248)은 다수의 교번적인 서브-층들을 포함하는 희토류 금속-함유 산화물 층으로서 간주될 수 있다.
[0070] 도 2d에 도시된 최종 구조는, 고순도 금속 산화물 층(216)(예컨대, 비정질 금속 산화물)의 표면, 및 희토류 금속-함유 산화물(242) 및 제2 산화물 또는 다른 세라믹(228)의 교번적인 층들의 스택(248)을 포함하는 내플라즈마성 코팅으로 코팅된 물품(210)의 측단면도이다.
[0071] 일부 실시예들에서, 제2 산화물 또는 다른 세라믹은 표면 층(예컨대, Al2O3)을 형성하는 데 사용된 산화물과 동일한 산화물일 수 있다. 대안적으로, 제2 산화물 또는 세라믹은 표면 층을 형성하는 데 사용된 산화물과 상이한 산화물일 수 있다.
[0072] 희토류 금속-함유 산화물의 각각의 층은 대략 5-10 옹스트롬의 두께를 가질 수 있고, ALD 프로세스의 대략 5 내지 대략 10 사이클들을 수행함으로써 형성될 수 있으며, 여기서 각각의 사이클은 희토류 금속-함유 산화물의 나노층(또는 나노층보다 약간 미만 또는 초과)을 형성한다. 일 실시예에서, 희토류 금속-함유 산화물의 각각의 층은 대략 6 내지 대략 8 ALD 사이클들을 사용하여 형성된다. 제2 산화물 또는 다른 세라믹의 각각의 층은 단일 ALD 사이클(또는 수개의 ALD 사이클들)로부터 형성될 수 있으며, 일 원자 미만 내지 수개의 원자들의 두께를 가질 수 있다. 희토류 금속-함유 산화물의 층들 각각은 대략 5-100 옹스트롬의 두께를 가질 수 있고, 제2 산화물의 층들 각각은 실시예들에서 대략 1-20 옹스트롬의 두께를 그리고 다른 실시예들에서 1-4 옹스트롬의 두께를 가질 수 있다. 희토류 금속-함유 산화물(242) 및 제2 산화물 또는 다른 세라믹(228)의 교번적인 층들의 스택(248)은 대략 5 nm 내지 대략 3 μm의 총 두께를 가질 수 있다. 희토류 금속-함유 산화물의 층들(242) 간의 제2 산화물 또는 다른 세라믹(246)의 얇은 층들은 희토류 금속-함유 산화물 층들에서의 결정 형성을 방지할 수 있다. 이는 비정질 이트리아 층이 성장되게 할 수 있다.
[0073] 도 2a-2d를 참조하여 설명된 실시예들에서, 표면 반응들(예컨대, 하프-반응들)은 순차적으로 행해지며, 실시예들에서 다양한 전구체들 및 반응물들은 접촉하지 않는다. 새로운 전구체 또는 반응물의 도입 이전에, ALD 프로세스가 발생하는 챔버는 임의의 반응하지 않은 전구체들 및/또는 표면-전구체 반응 부산물들을 제거하기 위해 불활성 캐리어 가스(이를테면, 질소 또는 공기)로 퍼지될 수 있다. 전구체들은 각각의 층에 대해 상이할 수 있고, 이트륨-함유 산화물 층 또는 다른 희토류 금속-함유 산화물 층을 위한 제2 전구체는 단일상 재료 층을 형성하기 위해 이들 화합물들의 공동-증착을 가능하게 하기 위한 2개의 희토류 금속-함유 산화물 전구체들의 혼합물일 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 2개의 전구체들이 사용되고, 다른 실시예들에서는 적어도 3개의 전구체들이 사용되고, 또 다른 실시예들에서는 적어도 4개의 전구체들이 사용된다.
[0074] ALD 프로세스들은 프로세스의 타입에 따라 다양한 온도들에서 수행될 수 있다. 특정 ALD 프로세스에 대한 최적의 온도 범위는 "ALD 온도 윈도우"로 지칭된다. ALD 온도 윈도우 미만의 온도들은 불충분한 성장률들 및 비-ALD 타입 증착을 초래할 수 있다. ALD 온도 윈도우 초과의 온도들은 화학 기상 증착(CVD; chemical vapor deposition) 메커니즘을 통해 발생하는 반응들을 초래할 수 있다. ALD 온도 윈도우는 대략 100℃ 내지 대략 400℃의 범위일 수 있다. 일부 실시예들에서, ALD 온도 윈도우는 대략 120℃ 내지 대략 300℃이다. 일부 ALD 프로세스들은 또한, 대략 20℃ 내지 대략 400℃의 온도들에서 수행될 수 있다.
[0075] ALD 프로세스는, 복잡한 기하학적 형상들을 갖는 표면들 및 물품들, 높은 종횡비들을 갖는 홀들(예컨대, 기공들) 및 3 차원 구조들 상에 균일한 두께를 갖는 컨포멀한 내플라즈마성 코팅을 가능하게 할 수 있다. 표면에 대한 각각의 전구체의 충분한 노출 시간은, 전구체가 분산되어, 그것의 3 차원의 복잡한 피처들 모두를 포함한, 표면들 그 전체와 완전히 반응하게 할 수 있다. 높은 종횡비의 구조들에서 컨포멀한 ALD를 획득하기 위해 활용되는 노출 시간은 종횡비의 제곱에 비례하며, 모델링 기법들을 사용하여 예측될 수 있다. 부가적으로, ALD 기법은, 소스 재료들(이를테면, 파우더 피드스톡 및 소결된 타겟들)의 길고 어려운 제조를 필요로 하지 않으면서, 특정 조성 또는 제형(formulation)의 재료 합성의 요구 시에 인-시튜로 가능하게 할 수 있기 때문에, 다른 일반적으로 사용되는 코팅 기법들보다 유리하다. 일부 실시예들에서, ALD는 대략 3:1 내지 300:1의 물품 종횡비들을 코팅하는 데 사용된다.
[0076] 본원에서 설명된 ALD 기법들을 이용 시에, YxAlyOz(예컨대, Y3Al5O12), YxZryOz, 및 YaZrxAlyOz, YxEryOz, YxEryFz, 또는 YwErxOyFz와 같은 다중-성분 필름들은, 예컨대, 위에서 그리고 아래의 예들에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 희토류 금속-함유 산화물들을 단독으로 또는 하나 또는 그 초과의 다른 산화물들과 조합하여 성장시키는 데 사용되는 전구체들의 적절한 혼합물들에 의해, 성장, 증착 또는 공동-증착될 수 있다.
[0077] 도 3a는 실시예들에 따라 다공성 프로세스 챔버 컴포넌트(예컨대, ESC를 위한 플러그)와 같은 다공성 물품 내의 기공 벽들 상에 내플라즈마성 코팅을 형성하기 위한 방법(300)을 예시한다. 방법(300)은 본원에서 설명된 임의의 물품들을 코팅하는 데 사용될 수 있다. 방법은 선택적으로, 내플라즈마성 코팅에 대한 조성을 선택함으로써 시작될 수 있다. 조성 선택 및 형성 방법은 동일한 엔티티에 의해 또는 다수의 엔티티들에 의해 수행될 수 있다.
[0078] 방법은 선택적으로, 블록(305)에서, 물품을 산성 용액으로 세정하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 물품은 산성 용액의 배쓰(bath)에 배쓰된다(bathed). 실시예들에서, 산성 용액은 불화수소산(HF; hydrofluoric acid) 용액, 염산(HCl; hydrochloric acid) 용액, 질산(HNO3) 용액, 또는 이들의 조합일 수 있다. 산성 용액은 물품으로부터 표면 오염물들을 제거할 수 있고 그리고/또는 물품의 표면으로부터 산화물을 제거할 수 있다. 산성 용액으로 물품을 세정하는 것은 ALD를 사용하여 증착되는 코팅의 품질을 개선할 수 있다. 일 실시예에서, 대략 0.1 vol% 내지 대략 5.0 vol% HF를 함유하는 산성 용액이, 석영으로 제조된 챔버 컴포넌트들을 세정하는 데 사용된다. 일 실시예에서, 대략 0.1 vol% 내지 대략 20 vol% HCl를 함유하는 산성 용액이, Al2O3로 제조된 물품들을 세정하는 데 사용된다. 일 실시예에서, 대략 5 내지 대략 15 vol% HNO3를 함유하는 산성 용액이, 알루미늄 및 다른 금속들로 제조된 물품들을 세정하는 데 사용된다.
[0079] 블록(310)에서, 물품은 ALD 증착 챔버 내로 로딩된다. 블록(320)에서, 방법은 ALD를 사용하여 물품의 표면 상에 내플라즈마성 코팅을 증착하는 단계를 포함한다. 내플라즈마성 코팅은 부가적으로, 물품 내의 기공들의 기공 벽들 상에 증착된다. 일 실시예에서, 블록(325)에서, ALD는 Al2O3 층과 같은 금속 산화물 층을 증착하기 위해 수행된다. 일 실시예에서, 블록(330)에서, ALD는 선택적으로, 희토류 금속-함유 산화물 층을 단독으로 또는 하나 또는 그 초과의 다른 산화물들과 함께 증착 또는 공동-증착하기 위해 수행된다. ALD는 실시예들에서 수행되는 바와 같이 매우 컨포멀한 프로세스이며, 이는 내플라즈마성 코팅의 표면 거칠기가 코팅되는 물품의 하부 표면의 표면 거칠기와 매칭되게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 내플라즈마성 코팅은 대략 5 nm 내지 대략 3 μm의 총 두께를 가질 수 있다. 내플라즈마성 코팅은, 실시예들에서 대략 0%의 다공성을 가질 수 있거나, 또는 실시예들에서 무-다공성일 수 있으며, 대략 +/-5% 또는 그 미만, +/-10% 또는 그 미만, 또는 +/-20% 또는 그 미만의 두께 변동을 가질 수 있다.
[0080] 일 실시예에서, 블록(335)에서, 희토류 금속 함유 산화물 및 추가의 산화물의 교번적인 층들의 스택을 증착하기 위해 ALD가 수행된다. 추가의 산화물은 본원에서 설명된 산화물들 중 임의의 산화물일 수 있다. 대안적으로, 단일 층이 형성될 수 있다.
[0081] 일부 경우들에서, 다공성 물품의 다공성 및/또는 투과성을 감소시키는 것이 유리할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기공들의 기공 벽들 상의 내플라즈마성 코팅의 두께는 다공성 재료의 다공성 및 투과성에 영향을 미칠 수 있다. 코팅 두께를 다공성 감소 및/또는 투과성 감소에 맵핑하는 특성화가 수행될 수 있다. 이어서, 특성화는 다공성 물품의 초기 다공성 및/또는 초기 투과성을 타겟 다공성 및/또는 투과성으로 감소시키는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 제1 코팅 두께는 다공성을 60%로부터 50%로 감소시킬 수 있고, 제2 코팅 두께는 다공성을 60%로부터 40%로 감소시킬 수 있다. 시작 및 타겟 다공성(또는 시작 및 타겟 투과성)이 결정될 수 있다. 이어서, 시작 다공성(또는 시작 투과성)을 타겟 다공성(또는 타겟 투과성)으로 감소시킬 코팅 두께가 결정될 수 있다. 이어서, 내플라즈마성 코팅은 다공성 및/또는 투과성이 타겟 다공성 및/또는 타겟 투과성을 달성하게 하기 위한 타겟 두께로 증착될 수 있다.
[0082] 이트륨-함유 산화물 층은 이트륨-함유 산화물을 포함하며, 하나 또는 그 초과의 추가의 희토류 금속 산화물들을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 이트륨-함유 산화물들은 일반적으로 높은 안정성, 높은 경도 및 우수한 내침식성 특성들을 갖기 때문에, 이트륨을 포함하는 희토류 금속-함유 산화물 재료들은 내플라즈마성 코팅을 형성하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, Y2O3는 가장 안정적인 산화물들 중 하나이고, -1816.65 kJ/mol의 표준 생성 깁스 자유 에너지(standard Gibbs free energy of formation)(
Figure 112018012692171-pat00001
)를 가지며, 이는, 대부분의 프로세스 케미컬들과의 Y2O3의 반응들이 표준 컨디션들 하에서 열역학적으로 바람직하지 않다는 것을 표시한다. 본원의 실시예들에 따라 증착된 Y2O3를 갖는 희토류 금속-함유 산화물 층 및 제1 금속 산화물 층을 포함하는 내플라즈마성 코팅들은 또한, 200 와트 및 500℃의 바이어스에서 직접적인 NF3 플라즈마 케미스트리에 노출될 때, 대략 0 μm/hr의 침식률과 같은 낮은 침식률을, 많은 플라즈마 및 케미스트리 환경들에 대해 가질 수 있다. 예컨대, 200 와트 및 500℃에서의 직접적인 NF3 플라즈마의 1시간 테스트는 어떤 측정가능한 침식도 야기하지 않았다. 내플라즈마성 코팅이 형성될 수 있는 이트륨-함유 산화물 화합물들의 예들은 Y2O3, YxAlyOz(예컨대, Y3Al5O12), YxZryOz, YaZrxAlyOz, 또는 YxEryOz를 포함한다. 내플라즈마성 코팅에서의 이트륨 함량은 대략 0.1 at.% 내지 거의 100 at.%의 범위일 수 있다. 이트륨-함유 산화물들의 경우, 이트륨 함량은 대략 0.1 at.% 내지 거의 100 at.%의 범위일 수 있고, 산소 함량은 대략 0.1 at.% 내지 거의 100 at.%의 범위일 수 있다.
[0083] 내플라즈마성 코팅이 형성될 수 있는 에르븀-함유 산화물 화합물들의 예들은 Er2O3, ErxAlyOz(예컨대, Er3Al5O12), ErxZryOz, EraZrxAlyOz, YxEryOz, 및 EraYxZryOz(예컨대, Y2O3, ZrO2 및 Er2O3의 단일상 고용체)를 포함한다. 내플라즈마성 코팅에서의 에르븀 함량은 대략 0.1 at.% 내지 거의 100 at.%의 범위일 수 있다. 에르븀-함유 산화물들의 경우, 에르븀 함량은 대략 0.1 at.% 내지 거의 100 at.%의 범위일 수 있고, 산소 함량은 대략 0.1 at.% 내지 거의 100 at.%의 범위일 수 있다.
[0084] 유리하게, Y2O3와 Er2O3은 혼화성(miscible)이다. Y2O3와 Er2O3의 임의의 조합에 대해 단일상 고용체가 형성될 수 있다. 예컨대, 단지 0 mol% 초과의 Er2O3와 단지 100 mol% 미만의 Y2O3의 혼합물이 조합되고 공동-증착되어 단일상 고용체인 내플라즈마성 코팅을 형성할 수 있다. 부가적으로, 단지 0 mol% 초과의 E2O3와 단지 100 mol% 미만의 Y2O3의 혼합물이 조합되어 단일상 고용체인 내플라즈마성 코팅을 형성할 수 있다. YxEryOz의 내플라즈마성 코팅들은 0 mol% 초과 내지 100 mol% 미만의 Y2O3 및 0 mol% 초과 내지 100 mol% 미만의 Er2O3를 함유할 수 있다. 일부 주목할 만한 예들은, 90-99 mol% Y2O3 및 1-10 mol% Er2O3, 80-89 mol% Y2O3 및 11-20 mol% Er2O3, 70-79 mol% Y2O3 및 21-30 mol% Er2O3, 60-69 mol% Y2O3 및 31-40 mol% Er2O3, 50-59 mol% Y2O3 및 41-50 mol% Er2O3, 40-49 mol% Y2O3 및 51-60 mol% Er2O3, 30-39 mol% Y2O3 및 61-70 mol% Er2O3, 20-29 mol% Y2O3 및 71-80 mol% Er2O3, 10-19 mol% Y2O3 및 81-90 mol% Er2O3, 및 1-10 mol% Y2O3 및 90-99 mol% Er2O3를 포함한다. YxEryOz의 단일상 고용체는 대략 2330℃ 미만의 온도들에서 단사정계 입방 상태(monoclinic cubic state)를 가질 수 있다.
[0085] 유리하게, ZrO2는 Y2O3 및 Er2O3와 조합되어 ZrO2, Y2O3 및 Er2O3의 혼합물을 함유하는 단일상 고용체(예컨대, EraYxZryOz)를 형성할 수 있다. YaErxZryOz의 고용체는 입방(cubic), 육방(hexagonal), 정방(tetragonal) 및/또는 입방 형석(cubic fluorite) 구조를 가질 수 있다. YaErxZryOz의 고용체는 0 mol% 초과 내지 60 mol%의 ZrO2, 0 mol% 초과 내지 99 mol%의 Er2O3, 및 0 mol% 초과 내지 99 mol% Y2O3을 함유할 수 있다. 사용될 수 있는 ZrO2의 일부 주목할 만한 양들은 2 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 15 mol%, 20 mol%, 30 mol%, 50 mol% 및 60 mol%를 포함한다. 사용될 수 있는 Er2O3 및/또는 Y2O3의 일부 주목할 만한 양들은 10 mol%, 20 mol%, 30 mol%, 40 mol%, 50 mol%, 60 mol%, 70 mol%, 80 mol%, 및 90 mol%를 포함한다.
[0086] YaZrxAlyOz의 내플라즈마성 코팅들은 0% 초과 내지 60 mol%의 ZrO2, 0 mol% 초과 내지 99 mol%의 Y2O3, 및 0 mol% 초과 내지 60 mol%의 Al2O3를 함유할 수 있다. 사용될 수 있는 ZrO2의 일부 주목할 만한 양들은 2 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 15 mol%, 20 mol%, 30 mol%, 50 mol% 및 60 mol%를 포함한다. 사용될 수 있는 Y2O3의 일부 주목할 만한 양들은 10 mol%, 20 mol%, 30 mol%, 40 mol%, 50 mol%, 60 mol%, 70 mol%, 80 mol%, 및 90 mol%를 포함한다. 사용될 수 있는 Al2O3의 일부 주목할 만한 양들은 2 mol%, 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, 30 mol%, 40 mol%, 50 mol% 및 60 mol%를 포함한다. 일 예에서, YaZrxAlyOz의 내플라즈마성 코팅은 42 mol% Y2O3, 40 mol% ZrO2 및 18 mol% Al2O3를 함유하며, 라멜라 구조(lamellar structure)를 갖는다. 다른 예에서, YaZrxAlyOz의 내플라즈마성 코팅은 63 mol% Y2O3, 10 mol% ZrO2 및 27 mol% Al2O3를 함유하며, 라멜라 구조를 갖는다.
[0087] 실시예들에서, Y2O3, YxAlyOz(예컨대, Y3Al5O12), YxZryOz, YaZrxAlyOz, 또는 YxEryOz의 희토류 금속-함유 산화물 층 및 표면 층을 포함하는 내플라즈마성 코팅은 낮은 탈가스 레이트(outgassing rate), 대략 1000 V/μm 정도의 유전체 파괴 전압, 대략 1E-8 Torr/s 미만의 헤르미티시티(누설률), 대략 600 내지 대략 950 또는 대략 685의 비커스 경도, 스크래치 테스트에 의해 측정된 바와 같은 대략 75 mN 내지 대략 100 mN 또는 대략 85 mN의 접착력 및 실온에서 x-선 회절에 의해 측정된 바와 같은 대략 -1000 내지 -2000 MPa(예컨대, 대략 -1140 MPa)의 필름 응력을 갖는다.
[0088] 일부 실시예들에서, 내플라즈마성 코팅은, ALD를 위한 디에틸알루미늄 에톡시드, 트리스(에틸메틸아미도)알루미늄, 알루미늄 2차-부톡사이드, 알루미늄 트리브로마이드, 알루미늄 트리클로라이드, 트리에틸알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리메틸알루미늄, 또는 트리스(디에틸아미도)알루미늄으로부터 선택된 알루미늄 산화물 전구체로 형성될 수 있다.
[0089] 일부 실시예들에서, 내플라즈마성 코팅은 이트리아이거나 또는 이트리아를 포함하며, 희토류 금속-함유 산화물 층을 형성하는 데 사용되는 이트륨 산화물 전구체는 ALD를 위한 트리스(N,N-비스(트리메틸실릴)아미드)이트륨(III) 또는 이트륨(III)부톡사이드로부터 선택되거나 또는 이를 포함할 수 있다.
[0090] 일부 실시예들에서, 내플라즈마성 코팅은 지르코늄 산화물을 포함한다. 내플라즈마성 코팅이 지르코늄 산화물을 포함할 때, 지르코늄 산화물 전구체는 ALD를 위한 지르코늄(IV) 브로마이드, 지르코늄(IV) 클로라이드, 지르코늄(IV) 3차-부톡사이드, 테트라키스(디에틸아미도)지르코늄(IV), 테트라키스(디메틸아미도)지르코늄(IV), 또는 테트라키스(에틸메틸아미도)지르코늄(IV)을 포함할 수 있다. 이들 지르코늄 산화물 전구체들 중 하나 또는 그 초과는 이트륨 산화물 전구체와 공동-증착될 수 있다.
[0091] 일부 실시예들에서, 내플라즈마성 코팅은 에르븀 산화물을 더 포함할 수 있다. 에르븀 산화물 전구체는 ALD를 위한 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)으로부터 선택될 수 있다.
[0092] 도 3b는 실시예에 따라 다공성 세라믹 물품(예컨대, ESC를 위한 다공성 세라믹 플러그) 상에 내플라즈마성 코팅을 형성하기 위한 방법(350)을 예시한다. 방법은 선택적으로, 내플라즈마성 코팅을 위한 조성들을 선택함으로써 시작될 수 있다. 조성 선택 및 형성 방법은 동일한 엔티티에 의해 또는 다수의 엔티티들에 의해 수행될 수 있다.
[0093] 방법(350)의 블록(352)에서, 물품의(예컨대, 다공성 ESC 플러그의) 표면은 산성 용액을 사용하여 세정된다. 산성 용액은 방법(300)의 블록(305)을 참조하여 위에서 설명된 산성 용액들 중 임의의 산성 용액일 수 있다. 이어서, 물품은 ALD 증착 챔버 내로 로딩될 수 있다.
[0094] 블록(355)에 따르면, 방법은 ALD를 통해 물품의 표면들 상에 (물품 내의 기공들의 기공 벽들 상에 비정질 HP-Al2O3의 제1 층을 증착하는 것을 포함하여) 비정질 HP-Al2O3의 제1 층을 증착하는 단계를 포함한다. 비정질 HP-Al2O3는 대략 5 nm 내지 대략 300 nm의 두께를 가질 수 있다. 블록(360)에 따르면, 방법은, 이트륨-함유 산화물 전구체와 다른 산화물 전구체의 혼합물을 ALD를 통해 비정질 HP-Al2O3 표면 층 상에 공동-증착(즉, 하나의 단계에서)함으로써, 제2 층을 형성하는 단계를 더 포함한다. 제2 층은, 예컨대 Al2O3 또는 Er2O3 또는 ZrO2와 단일상(single phase)으로 Y2O3를 포함할 수 있다. 대안적으로, 제2 층은 다상들(multiple phases), 이를테면, Y4Al2O9의 상(phase) 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함한 다른 상을 포함할 수 있다.
[0095] 위에서 논의된 바와 같이, 희토류 금속-함유 산화물 층은 다수의 상이한 산화물들의 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 희토류 금속-함유 산화물 층을 형성하기 위해, 위에서 언급된 이트리아 전구체들, 에르븀 산화물 전구체들, 알루미나 전구체들 및/또는 지르코늄 산화물 전구체들의 임의의 조합이 함께 ALD 증착 챔버 내로 도입되어, 다양한 산화물들을 공동-증착하고 그리고 단일상 또는 다상들을 갖는 층을 형성할 수 있다. ALD 증착 또는 공동-증착은 오존, 물, O-라디칼들, 또는 산소 도너들로서의 기능을 할 수 있는 다른 전구체들이 존재할 때 수행될 수 있다.
[0096] 블록(370)에서, (예컨대, 다층 스택이 형성될 경우) 추가의 층들이 추가될 것인지의 여부에 대한 결정이 이루어질 수 있다. 추가의 층들이 추가될 경우, 방법은 블록(355)으로 리턴할 수 있고, Al2O3의 추가의 층이 형성될 수 있다. 그렇지 않으면, 방법은 블록(375)으로 진행할 수 있다.
[0097] 블록(375)에서, 물품(예컨대, 챔버 컴포넌트) 및 챔버 컴포넌트 상의 내플라즈마성 코팅의 층들 모두가 가열된다. 가열은 어닐링 프로세스, 열 사이클링 프로세스를 통해 그리고/또는 반도체 프로세싱 동안의 제조 단계를 통해 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 열 사이클링 프로세스는 품질 제어를 위해 균열들을 검출하기 위해 제조 후 검사로서 쿠폰(coupon)들에 대해 수행되며, 여기서 쿠폰들은 프로세싱 동안 부분이 경험할 수 있는 최고 온도로 사이클링된다. 열 사이클링 온도는, 부분이 사용될 특정 애플리케이션 또는 애플리케이션들에 의존한다. 예컨대, (도 4a-4c에 도시된) 세라믹 ESC 플러그의 경우, 쿠폰들은 실온과 250℃ 간에 사이클링될 수 있다. 온도는, 물품, 표면, 및 필름 층들의 구성의 재료에 기반하여, 그들의 무결성을 유지하고 그리고 이들 컴포넌트들 중 임의의 컴포넌트 또는 모든 컴포넌트들을 변형, 분해, 또는 용융하는 것을 억제하도록 선택될 수 있다.
[0098] 도 4a-4c는 실시예에 따라 ESC를 위한 코팅된 다공성 세라믹 플러그(405)를 도시한다. 도 4a는 ESC를 위한 다공성 세라믹 플러그(405)를 예시한다. 다공성 세라믹 플러그(405)는 AlO/SiO, AlO/MgO/SiO, SiC, SiN, AlN/SiO 등과 같은 세라믹 재료로 제조될 수 있다. 세라믹 플러그(405)는 단지, 본원의 실시예들에서 기술된 바와 같은 내플라즈마성 코팅의 사용에 의해 성능이 개선될 수 있는 예시적 다공성 세라믹 챔버 컴포넌트이다. 본원에서 개시된 내플라즈마성 코팅으로 코팅될 때, 다른 다공성 세라믹 챔버 컴포넌트들의 성능이 또한 개선될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본원에서 도시된 바와 같은 플러그(405)는, 복잡한 기하학적 구조를 갖는 표면 및 높은 종횡비들을 갖는 홀들(즉, 기공들)을 갖는 반도체 프로세스 챔버 컴포넌트의 예시로서 선택되었다. 세라믹 플러그(405)는 불소와 같은 부식성 케미스트리들에 노출될 수 있고, 내플라즈마성 코팅으로 코팅되지 않았을 경우, 플러그와의 플라즈마 상호작용으로 인해 침식된다.
[0099] 세라믹 플러그(405)는 복수의 기공들을 가지며, 복수의 기공들 중 하나(408)가 도 4b에 도시된다. 세라믹 플러그(405)는, 대략 5% 내지 대략 60%의 다공성을 가질 수 있다. 기공들(408)(및/또는 기공들에 의해 형성된, 세라믹 플러그(405)를 통한 채널들)은 길이 대 직경의 비율(L:D)로서 정의된 높은 종횡비를 가질 수 있으며, 여기서 높은 종횡비는 대략 3:1 내지 대략 300:1, 또는 대략 50:1 내지 대략 100:1의 범위일 수 있다. 기공(408)의 표면(415)은, 본원에서 전술된 내플라즈마성 코팅들 중 임의의 내플라즈마성 코팅에 대응할 수 있는 내플라즈마성 코팅(420)을 갖는다. 내플라즈마성 코팅(420)은 기공(408)의 표면(415) 상에 HP-Al2O3 재료 등을 포함할 수 있으며, 이는 실시예들에서 비정질일 수 있다. 일부 실시예들에서, HP-Al2O3 층의 순도는 대략 89.99% 내지 대략 99.99%일 수 있다. 단일-층 코팅(420)은 기공(408)을 통한 유동 경로(412)에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않으며, 그에 따라, 심지어 단일-층 코팅(420)으로도, 기공(408)은 자신의 정상 동작 동안 He 가스에 대해 투과성이다. 내플라즈마성 코팅(420)은 ALD 기법을 사용하여 세라믹 플러그(405)의 외부 표면들 상에 뿐만 아니라 세라믹 플러그(405) 내의 기공들(408)의 기공 벽들(415) 상에 성장 또는 증착된다.
[00100] ALD 기법은, 기공들의 복잡한 기하학적 구조 및 큰 종횡비들에도 불구하고, 기공(408)의 기공 벽들(415) 상에 비교적 균일한 두께 및 제로 다공성(즉, 무-다공성)의 컨포멀한 코팅을 가능하게 한다. 내플라즈마성 코팅(420)은 플라즈마 상호작용들을 감소시키고 그리고 플러그의 성능에 영향을 미치지 않으면서 플러그의 내구성을 개선할 수 있다. ALD로 증착된 내플라즈마성 코팅(420)은, 기공(408)의 그리고 세라믹 플러그(405)의 외부 표면들의 상대적 형상 및 기하학적 구성을, 그것의 기능성을 방해하지 않게, 유지한다. 유사하게, 다른 다공성 세라믹 챔버 컴포넌트들에 적용될 때, 내플라즈마성 코팅은 컴포넌트의 기능성을 방해하지 않게, 컴포넌트의 표면들 및 기공 벽들의 형상 및 기하학적 구성을 유지할 수 있다. 코팅은 또한, 내플라즈마성을 제공하고 다공성 물품들의 내부에 대한 내침식성 및/또는 내부식성을 개선할 수 있다.
[00101] 플라즈마에 대한 내플라즈마성 코팅(420)의 내성은 "식각률"(ER; etch rate)을 통해 측정되며, 이는, 코팅된 컴포넌트들의 동작 및 플라즈마에 대한 노출의 지속기간 전체에 걸쳐 micron/hour(μm/hr)의 단위들을 가질 수 있다. 측정들은 상이한 프로세싱 시간들 후에 수행될 수 있다. 예컨대, 측정들은 프로세싱 전에, 또는 대략 50 프로세싱 시간들, 또는 대략 150 프로세싱 시간들, 또는 대략 200 프로세싱 시간들 등에서 수행될 수 있다. ESC 플러그 또는 임의의 다른 프로세스 챔버 컴포넌트 상에 성장 또는 증착되는 내플라즈마성 코팅의 조성의 변동들은 다수의 상이한 내플라즈마성들 또는 침식률 값들을 유발할 수 있다. 부가적으로, 다양한 플라즈마들에 노출되는, 단일 조성을 갖는 내플라즈마성 코팅(420)은 다수의 상이한 내플라즈마성들 또는 침식률 값들을 가질 수 있다. 예컨대, 내플라즈마성 재료는 제1 타입의 플라즈마와 연관된 제1 내플라즈마성 또는 침식률 및 제2 타입의 플라즈마와 연관된 제2 내플라즈마성 또는 침식률을 가질 수 있다.
[00102] 일부 실시예들에서, 내플라즈마성 코팅(420)은 제1 층 및 선택적으로 제1 층의 최상부 상의 제2 희토류 금속-함유 산화물 층을 포함할 수 있다(도시되지 않음). 제1 층은 HP-Al2O3를 포함할 수 있고, 희토류 금속-함유 산화물 층이 존재할 때, 제1 층은 비정질 HP-Al2O3 층을 포함할 수 있다. 희토류 금속-함유 산화물 층은 이트륨 산화물을 단독으로 또는 추가의 희토류 금속 산화물(예컨대, 에르븀 산화물, 지르코늄 산화물 등)과 함께 포함할 수 있다. 희토류 금속-함유 산화물 층은 본원에서 전술된 것들과 같은 임의의 희토류 금속-함유 산화물 재료를 가질 수 있다. 각각의 층은 ALD 프로세스를 사용하여 코팅될 수 있다. ALD 프로세스는, 기공(408)의 높은 종횡비에도 불구하고 그리고 기공 벽들이 세라믹 플러그(405)의 내부에 있음에도 불구하고 각각의 기공(408)의 기공 벽들 전체에 걸쳐 무-다공성인 균일한 두께의 컨포멀한 코팅 층들을 성장시킬 수 있으면서, 최종 다중-성분 코팅이 또한, 세라믹 플러그의 기공들을 플러깅하지 않게 충분히 얇을 수 있도록 보장할 수 있다.
[00103] 도 4c는 본원에서 설명되는 실시예들에 따라 내플라즈마성 코팅으로 코팅된 다수의 다공성 세라믹 플러그들(405, 435)을 포함하는 기판 지지 어셈블리(422)를 예시한다. 기판 지지 어셈블리(422)는, 장착 플레이트(465), 절연 플레이트(460), 설비 플레이트(458), 및 열 전도성 베이스(455)와 실리콘 본드와 같은 본드(450)에 의해 열 전도성 베이스(455)에 본딩된 정전 퍽(430)으로 구성된 정전 척을 포함한다. o-링(445)은 본드(450)를 보호하기 위해 열 전도성 베이스(455) 및 정전 퍽(430)의 주변부에서 본드(450) 둘레에 배치될 수 있다. 절연 플레이트(460)는 예컨대, 렉소라이트(rexolite) 또는 다른 플라스틱일 수 있으며, 접지된 하드웨어 아래로부터의(예컨대, 장착 플레이트(465)로부터의) 전기 절연을 제공할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(422)는 정전 퍽(430), 본드(450), 열 전도성 베이스(455), 설비 플레이트(458), 절연 플레이트(460) 및/또는 장착 플레이트(465)를 관통하는 하나 또는 그 초과의 홀들을 포함할 수 있다. 하나의 또는 다수의 다공성 세라믹 플러그들(435, 405)은, 부식성 가스들 및 플라즈마가 관통 홀에 진입하는 것을 방지하기 위해, 홀들 내로 삽입될 수 있다. 내플라즈마성 코팅은, 하나 또는 그 초과의 홀들 내로 삽입되는 세라믹 플러그들(405, 435) 내의 기공들의 기공 벽들을 코팅한다. 장착 플레이트(465)는 열 전도성 베이스(460) 및 정전 퍽(430)에 유틸리티들(예컨대, 유체들, 전력 라인들, 센서 리드들 등)을 라우팅하기 위한 통로들을 포함한다.
[00104] 정전 퍽(430)은, 다수의 가스 통로들, 이를테면, 정전 퍽(430)의 상부 표면에 형성될 수 있는 홈들, 메사들 및 다른 표면 피처들을 더 포함할 수 있다. 가스 통로들은, 위에서 언급된 홀들을 통해 He와 같은 열 전달(또는 배면) 가스의 소스에 유동적으로 커플링될 수 있다. 동작 시에, 배면 가스가, 제어된 압력으로 가스 통로들 내에 제공되어, 정전 퍽(430)과 지지된 기판 간의 열 전달을 향상시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 홀들은 He에 대해 투과성인 다공성 세라믹 플러그들(405, 435)에 의해 플러깅되는 He 비아 홀들일 수 있다. 다공성 세라믹 플러그들은 또한, 반도체 프로세싱 챔버(430)를 세정하는 데 사용되는 부식성 가스들 및 플라즈마들에 대해 적어도 부분적으로 투과성일 수 있다. 다공성 세라믹 플러그들은 부식성 가스들의 가스 입자들을 필터링하고 그리고 이러한 부식성 가스들이 기판 지지 어셈블리 내로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 다공성 세라믹 플러그들(405, 435)은 부가적으로, 2 차 플라즈마가 기판 지지 어셈블리(422)의 홀들 내에 형성되는 것을 방지할 수 있다.
[00105] 정전 퍽(430)은 적어도 하나의 클램핑 전극(440)을 포함한다. 클램핑 전극(440)(또는 정전 퍽(430)에 배치된 다른 전극)은 추가로, 프로세싱 챔버 내의 프로세스 및/또는 다른 가스들로부터 형성되는 플라즈마를 유지하기 위해 매칭 회로를 통해 하나 또는 그 초과의 RF 전력원들에 커플링될 수 있다. 다공성 세라믹 플러그들(405, 435) 상의 내플라즈마성 코팅들은 프로세싱 동안의 플라즈마에 대한 내부식성을 제공한다.
[00106] 다음의 예들은 본원에서 설명되는 실시예들의 이해를 돕기 위해 기술되며, 본원에서 설명되고 청구되는 실시예들을 특정하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 당업자들의 이해의 범위 내에 있을 현재 알려진 또는 나중에 개발되는 모든 등가물들의 치환을 포함한 이러한 변동들, 및 제형의 변화들 또는 실험 설계의 사소한 변화들은 본원에 포함된 실시예들의 범위 내에 있는 것으로 간주되어야 한다. 이들 예들은 위에서 설명된 방법(300) 또는 방법(350)을 수행함으로써 달성될 수 있다.
예 1 - 다공성 세라믹 기판 상에 HP-Al2O3 표면 층을 형성
[00107] 도 5a는 본원에서 설명되는 실시예들에 따라 코팅된 다공성 플러그의 모폴로지를 도시하는, 최상부에서 아래로 본 이미지이다. 도 5b는 TEM(transmission electron microscopy)을 사용하여 이미징된, 본원에서 설명된 실시예들에 따라 코팅된 다공성 플러그의 단면도이다. 비정질 알루미늄 산화물(Al2O3) 코팅의 내플라즈마성 코팅(520)은 알루미나 및 실리콘 이산화물로 이루어진 다공성 플러그(515) 상에 증착되었다. Al2O3의 내플라즈마성 코팅(520)은 원자 층 증착을 사용하여 다공성 플러그(515) 상에 증착되었고, 대략 40 nm의 두께를 갖는다. 내플라즈마성 코팅을 위한 전구체는 1 또는 수 mtorr 내지 1 또는 수 torr의 스케일의 압력 및 대략 100-250℃의 온도에서 기판 상에 도입되었다. 도시된 바와 같이, 코팅(520)은 다공성 플러그(515)의 기공들을 차단하지 않는다.
[00108] 도 6은 새로운 다공성 플러그(505), 제1 사용된 다공성 플러그(510) 및 제2 사용된 다공성 플러그들(515)에 대한 에너지 분산형 x-선 미시분석의 결과들을 도시한다. 그 결과들은, 새로운 다공성 플러그들과 비교하여, 실리콘(Si)의 상당한 손실 및 높은 불소(F) 함량을 보인다. 이러한 실리콘의 손실 및 불소의 첨가는, 본원에서 설명되는 바와 같이, 다공성 플러그 내의 기공들의 기공 벽들 상에 내플라즈마성 코팅을 적용함으로써 완화된다.
[00109] 이전의 설명은, 본 발명의 몇몇 실시예들의 양호한 이해를 제공하기 위해, 특정한 시스템들, 컴포넌트들, 방법들 등의 예들과 같은 다수의 특정한 세부사항들을 기술한다. 그러나, 본 발명의 적어도 일부 실시예들이, 이들 특정한 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우들에서, 본 발명을 불필요하게 불명료하게 하는 것을 회피하기 위해, 잘-알려진 컴포넌트들 또는 방법들은 상세히 설명되지 않거나 또는 간단한 블록 다이어그램 포맷으로 표현된다. 따라서, 기술된 특정한 세부사항들은 단지 예시적일 뿐이다. 특정한 구현들은 이들 예시적인 세부사항들로부터 변화할 수 있고, 여전히 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려될 수 있다.
[00110] 본 명세서 전체에 걸친, "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 언급은, 실시예와 관련하여 설명된 특정한 피처, 구조, 또는 특징이 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 위치들에서의 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"라는 구문의 출현들이 모두 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 게다가, "또는"이라는 용어는, 배타적인 "또는"이 아니라 포괄적인 "또는"을 의미하도록 의도된다. "대략" 또는 "대략적으로"라는 용어가 본원에서 사용되는 경우, 이는 제시되는 공칭 값이 ±10% 내에서 정확함을 의미하도록 의도된다.
[00111] 본원의 방법들의 동작들이 특정 순서로 도시되고 설명되지만, 각각의 방법의 동작들의 순서는, 특정한 동작들이 역순으로 수행될 수 있도록, 또는 특정한 동작이 적어도 부분적으로, 다른 동작들과 동시에 수행될 수 있도록 변경될 수 있다. 다른 실시예에서, 별개의 동작들의 하위-동작들 또는 명령들은 간헐적인 및/또는 교번적인 방식으로 이루어질 수 있다.
[00112] 위의 설명은 예시적인 것이지 제한적이지 않은 것으로 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 상기 설명을 읽고 이해할 시에, 다수의 다른 실시예들이 당업자들에게 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 부여되는 등가물들의 최대 범위와 함께, 그러한 청구항들을 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (24)

  1. 다공성 바디 ― 상기 다공성 바디는 내부에 복수의 기공(pore)들을 포함하고, 상기 복수의 기공들 각각은 기공 벽들을 포함하고, 상기 다공성 바디는 가스에 대해 투과성임 ―; 및
    상기 다공성 바디의 표면 상의 그리고 상기 다공성 바디 내의 복수의 기공들의 기공 벽들 상의 내플라즈마성 코팅(plasma resistant coating)을 포함하는 물품(article)으로서,
    상기 내플라즈마성 코팅은 5 nm 내지 3 μm의 두께를 갖고, 고순도 Al2O3 층 및 상기 고순도 Al2O3 층 상의 Y2O3-ZrO2의 고용체로 이루어지며, 상기 내플라즈마성 코팅은 상기 기공 벽들을 불소 플라즈마에 의한 침식으로부터 보호하고, 상기 내플라즈마성 코팅을 갖는 상기 다공성 바디는 가스에 대한 투과성을 유지하며, 상기 내플라즈마성 코팅은 무 다공성(porosity free)을 갖고 +/- 20% 미만의 두께 변동을 갖는 균일한 두께를 갖고,
    상기 물품은 반도체 프로세싱 챔버를 위한 컴포넌트인,
    물품.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 Y2O3-ZrO2의 고용체는 10 내지 90 mol%의 Y2O3와 10 내지 90 mol%의 ZrO2의 혼합물로 이루어진,
    물품.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 Y2O3-ZrO2의 고용체는 40 내지 80 mol%의 Y2O3와 20 내지 60 mol%의 ZrO2의 혼합물로 이루어진,
    물품.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 Y2O3-ZrO2의 고용체는 60 내지 70 mol%의 Y2O3와 30 내지 40 mol%의 ZrO2의 혼합물로 이루어진,
    물품.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 물품은 정전 척(electrostatic chuck)을 위한 세라믹 플러그인,
    물품.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 Y2O3-ZrO2의 고용체에 인접한 고순도 금속 산화물 층을 추가로 포함하는,
    물품.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 다공성 바디는 5% 내지 60%의 다공성을 갖는,
    물품.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 물품은 제1 타입의 층과 제2 타입의 층의 교번(alternating)하는 층들의 스택을 포함하고,
    상기 제1 타입의 층은 1 옹스트롬 내지 20 옹스트롬의 두께를 갖는 고순도 금속 산화물을 포함하고;
    상기 제2 타입의 층은 Y2O3-ZrO2의 고용체로 이루어지고 5 옹스트롬 내지 100 옹스트롬의 두께를 갖는,
    물품.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 다공성 바디는 제1 산화물의 소결된 입자들 및 상기 제1 산화물의 소결된 입자들에 대한 결합제로서의 역할을 하는 제2 산화물을 포함하는 2상 재료(two phase material)로 이루어지고, 상기 제1 산화물은 알루미늄 산화물 및 알루미늄 질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 상기 제2 산화물은 실리콘 이산화물인,
    물품.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 다공성 바디는 a) 알루미늄 산화물과 실리콘 이산화물의 혼합물, b) 알루미늄 산화물, 마그네슘 산화물 및 실리콘 이산화물의 혼합물, c) 실리콘 탄화물, d) 실리콘 질화물 및 e) 알루미늄 질화물과 실리콘 이산화물의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
    물품.
  11. 원자 층 증착을 수행하여 고순도 Al2O3 층 및 상기 고순도 Al2O3 층 상의 Y2O3-ZrO2의 고용체로 이루어진 내플라즈마성 코팅을 증착하는 단계를 포함하는 방법으로서,
    상기 내플라즈마성 코팅은 복수의 기공들을 포함하는 다공성 챔버 컴포넌트 상에 증착되고, 상기 복수의 기공들 각각은 기공 벽들을 포함하고, 상기 다공성 챔버 컴포넌트는 가스에 대해 투과성이고,
    상기 원자 층 증착을 수행하는 단계는,
    상기 다공성 챔버 컴포넌트의 표면 상에 상기 내플라즈마성 코팅을 증착하는 단계; 및
    상기 다공성 챔버 컴포넌트 내의 복수의 기공들의 기공 벽들 상에 상기 내플라즈마성 코팅을 증착하는 단계를 포함하고,
    상기 내플라즈마성 코팅은 5 nm 내지 3 μm의 두께를 갖고, 상기 내플라즈마성 코팅은 상기 기공 벽들을 불소 플라즈마에 의한 침식으로부터 보호하고, 상기 내플라즈마성 코팅을 갖는 상기 다공성 챔버 컴포넌트는, 상기 원자 층 증착을 수행한 후에 가스에 대한 투과성을 유지하고, 상기 내플라즈마성 코팅은 무 다공성이고 균일한 두께를 갖고,
    상기 다공성 챔버 컴포넌트는 반도체 프로세싱 챔버를 위한 컴포넌트인,
    방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    내플라즈마성 코팅을 증착하는 단계는,
    증착 사이클을 수행하는 단계 ― 상기 증착 사이클을 수행하는 단계는, 이트륨-함유 전구체가 상기 기공 벽들 상에 흡착되게 하기 위해, 상기 챔버 컴포넌트를 함유하는 증착 챔버 내로 상기 이트륨-함유 전구체를 주입하는 단계를 포함함 -;
    산소-함유 반응물이 상기 이트륨-함유 전구체와 반응하고 Y2O3의 제1 층을 형성하게 하기 위해, 상기 산소-함유 반응물을 상기 증착 챔버 내로 주입하는 단계;
    지르코늄-함유 전구체가 상기 제1 층의 표면 상에 흡착되게 하기 위해, 상기 지르코늄-함유 전구체를 상기 증착 챔버 내로 주입하는 단계;
    산소-함유 반응물 또는 대안적인 산소-함유 반응물이 상기 지르코늄-함유 전구체와 반응하고 ZrO2의 제2 층을 형성하게 하기 위해, 상기 산소-함유 반응물 또는 대안적인 산소-함유 반응물을 상기 증착 챔버 내로 주입하는 단계; 및
    타겟 두께가 달성될 때까지 상기 증착 사이클을 1회 또는 그 초과의 횟수들로 반복하는 단계에 의해,
    Y2O3와 ZrO2의 증착을 교번하여 Y2O3-ZrO2의 고용체를 형성하는 단계를 포함하는,
    방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 Y2O3의 제1 층 및 상기 ZrO2의 제2 층이 상호확산하고(interdiffuse) Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 단일상을 형성하게 하기 위해, 상기 내플라즈마성 코팅을 어닐링하는 단계를 추가로 포함하는,
    방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 다공성 챔버 컴포넌트는 제1 산화물의 소결된 입자들 및 상기 제1 산화물의 소결된 입자들에 대한 결합제로서 작용하는 제2 산화물을 포함하는 2상 재료로 이루어지고, 상기 제1 산화물은 알루미늄 산화물 및 알루미늄 질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 상기 제2 산화물은 실리콘 이산화물인,
    방법.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 다공성 챔버 컴포넌트는 정전 척을 위한 플러그인,
    방법.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 다공성 챔버 컴포넌트의 초기 다공성 또는 초기 투과성 중 적어도 하나를 결정하는 단계;
    상기 다공성 챔버 컴포넌트를 위한 타겟 다공성 또는 타겟 투과성 중 적어도 하나를 결정하는 단계; 및
    상기 초기 다공성의 상기 타겟 다공성으로의 감소 또는 상기 초기 투과성의 상기 타겟 투과성으로의 감소 중 적어도 하나를 하게 할 상기 내플라즈마성 코팅의 타겟 두께를 결정하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 내플라즈마성 코팅은 상기 타겟 두께를 갖는,
    방법.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 Y2O3-ZrO2의 고용체는 10 내지 90 mol%의 Y2O3와 10 내지 90 mol%의 ZrO2의 혼합물을 포함하는,
    방법.
  18. 제11 항에 있어서,
    상기 Y2O3-ZrO2의 고용체는 40 내지 80 mol%의 Y2O3와 20 내지 60 mol%의 ZrO2의 혼합물을 포함하는,
    방법.
  19. 제11 항에 있어서,
    상기 Y2O3-ZrO2의 고용체는 60 내지 70 mol%의 Y2O3와 30 내지 40 mol%의 ZrO2의 혼합물을 포함하는,
    방법.
  20. 제11 항에 있어서,
    상기 내플라즈마성 코팅을 증착하는 단계는,
    증착 사이클을 수행하는 단계 ― 상기 증착 사이클을 수행하는 단계는, Y2O3를 위한 제1 전구체 및 ZrO2를 위한 제2 전구체가 상기 기공 벽들 상에 흡착하게 하기 위해, 상기 제1 전구체와 상기 제2 전구체의 혼합물을 상기 다공성 챔버 컴포넌트를 함유하는 증착 챔버 내로 공동-주입하는 단계를 포함함 -;
    산소-함유 반응물이 상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체와 반응하고 Y2O3-ZrO2의 고용체를 형성하기 위해 상기 산소-함유 반응물을 상기 증착 챔버 내로 주입하는 단계; 및
    타겟 두께가 달성될 때까지 상기 증착 사이클을 1회 또는 그 초과의 횟수들로 반복하는 단계에 의해,
    Y2O3 및 ZrO2를 공동-증착하여 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 상을 형성하는 단계를 포함하는,
    방법.
  21. 제1 항에 있어서,
    상기 다공성 바디는 알루미늄 산화물, 마그네슘 산화물 및 실리콘 이산화물의 혼합물로 이루어진,
    물품.
  22. 제1 항에 있어서,
    상기 내플라즈마성 코팅은 최대 350℃의 온도에서 균열 및 박리에 대한 내열성을 포함하는,
    물품.
  23. 제1 항에 있어서,
    상기 고순도 Al2O3은 89.99% 내지 99.99%의 순도를 갖는,
    물품.
  24. 제11 항에 있어서,
    상기 고순도 Al2O3은 89.99% 내지 99.99%의 순도를 갖는,
    방법.
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