KR20160114177A

KR20160114177A - 챔버 코팅들

Info

Publication number: KR20160114177A
Application number: KR1020167023877A
Authority: KR
Inventors: 렌-관 두안; 주안 카를로스 로차-알바레츠; 지안후아 조; 닝리 리우; 이홍 첸; 아비지트 바수 말릭; 수드히르 알. 콘다레카르
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2016-10-04
Also published as: WO2015116455A1; TWI668321B; US20150221480A1; TW201534751A; CN106104775A; JP2017512375A; KR102243956B1; US9384950B2; CN106104775B

Abstract

한 가지 구체예에서, 처리 챔버의 하나 이상의 표면이 Si_vY_wMg_xAl_yO_z를 포함하는 코팅을 지니는 처리 챔버가 개시되며, 상기 화학식에서 v는 약 0.0196 내지 0.2951의 범위이고, w는 약 0.0131 내지 0.1569의 범위이고, x는 약 0.0164 내지 0.0784의 범위이고, y는 약 0.0197 내지 0.1569의 범위이고, z는 약 0.5882 내지 0.6557의 범위이고, v+w+x+y+z=1이다.

Description

챔버 코팅들{CHAMBER COATINGS}

본 개시 내용의 구체예들은 일반적으로 코팅, 및 챔버 성능을 개선시키기 위해 코팅을 사용하는 방법에 관한 것이다.

반도체 제작 플랜트(semiconductor fabrication plant: FAB)들이 반도체 기판들(즉, 웨이퍼들)을 처리하는 속도는 반도체 산업에서 업체들의 실행가능성(viability) 및 수익성(profitability)을 위해 중요하다. 기판 처리 속도들, 또는 수율을 감소시키는 일반적인 문제는 그러한 처리 챔버의 전체 작동 실행 시간이 증가함에 따라서 처리 챔버 성능이 저하된다는 것이다. 심지어 단일 챔버의 처리 시간의 증가는 FAB의 작동들에 대해 예측 불가능을 부가시키는데, 이는 처리에서 병목현상(bottleneck)들을 초래할 수 있다. 챔버 세정 방법들의 개선들이 챔버 성능의 저하를 어느 정도 완화시켰지만, 그러한 개선은 현재 수율 요건들에 대해서는 충분하지 않다.

따라서, 시간에 따른 처리 챔버 성능의 저하들을 방지하는 방법이 필요하다.

본 개시 내용의 구체예들은 조성물(composition of matter), 조성물로 코팅된 처리 챔버, 및 시간에 따른 챔버 성능의 감소를 방지하는 기판을 처리하는 방법에 관한 것이다.

한 가지 구체예에서, 처리 챔버의 적어도 하나의 표면이 Si_vY_wMg_xAl_yO_z를 포함하는 코팅을 지니는 처리 챔버가 개시되고, 상기 화학식에서 v는 약 0.0196 내지 0.2951의 범위이고, w는 약 0.0131 내지 0.1569의 범위이고, x는 약 0.0164 내지 0.0784의 범위이고, y는 약 0.0197 내지 0.1569의 범위이고, z는 약 0.5882 내지 0.6557의 범위이고, v+w+x+y+z=1이다.

또 다른 구체예에서, Si_vY_wMg_xAl_yO_z를 포함하는 분자 구조를 지니는 조성물이 개시되고, 상기 화학식에서 v는 약 0.0196 내지 0.2951의 범위이고, w는 약 0.0131 내지 0.1569의 범위이고, x는 약 0.0164 내지 0.0784의 범위이고, y는 약 0.0197 내지 0.1569의 범위이고, z는 약 0.5882 내지 0.6557의 범위이고, v+w+x+y+z=1이다.

또 다른 구체예에서, 기판을 처리하는 방법이 개시된다. 이러한 방법은 처리 챔버 내부에 플라즈마 또는 라디칼들을 발생시키거나, 처리 챔버로 플라즈마 또는 라디칼들을 도입함을 포함하고, 여기서 처리 챔버는 Si_vY_wMg_xAl_yO_z로 코팅된 적어도 하나의 표면을 지니고, 상기 화학식에서 v는 약 0.0196 내지 0.2951의 범위이고, w는 약 0.0131 내지 0.1569의 범위이고, x는 약 0.0164 내지 0.0784의 범위이고, y는 약 0.0197 내지 0.1569의 범위이고, z는 약 0.5882 내지 0.6557의 범위이고, v+w+x+y+z=1이다.

본 개시 내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로 앞서 간략히 요약된 본 개시 내용의 보다 구체적인 설명이 구체예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 구체예들 중 일부는 첨부된 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시 내용의 단지 전형적인 구체예들을 도시하는 것이므로 이의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시 내용이 다른 균등하게 유효한 구체예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1은 본원에 개시된 구체예들로부터 유리할 수 있는 처리 챔버의 개략적 단면도이다.
도 2는 AsMy 코팅(즉, 알루미늄 옥사이드/규소/마그네슘/이트륨 코팅)으로 코팅된 샤워헤드(showerhead)를 지니는 처리 챔버에서 그리고 비코팅된 샤워헤드를 지니는 처리 챔버에서 탄소 필름의 식각률들을 비교하는 그래프이다.
도 3은 통상적인 처리 챔버 표면들과 알루미늄 옥사이드/규소/마그네슘/이트륨 코팅된 표면의 플라즈마 내식성을 비교하는 그래프이다.
도 4a-4f는 다양한 표면들 상의 플라즈마 분무된 AsMy 코팅들을 보여주는 SEM 이미지들이다.
도 4g-4i는 비교를 위한 플라즈마 분무된 Y₂O₃ 코팅의 SEM 이미지들이다.
도 5a-5f는 다양한 표면들 상의 AsMy 코팅들의 플라즈마 분무된 단면들을 보여주는 SEM 이미지들이다.
도 5g-5i는 비교를 위한 플라즈마 분무된 Y₂O₃ 코팅의 SEM 단면 이미지들이다.
도 6a-6i는 다양한 배율들에서 알루미늄 금속 표면들 상의 AsMy 코팅들을 보여주는 SEM 이미지들이다.
도 7a-7i는 다양한 배율들에서 알루미늄 금속 표면들 상의 AsMy 코팅들의 단면들을 보여주는 SEM 이미지들이다.
도 8은 x-선 회절(x-ray diffraction: XRD) 기술을 이용한 AsMy 코팅들의 회절 패턴들을 보여주는 그래프이다.
도 9a 및 9b는 다양한 AsMy 코팅들의 표면 거칠기를 보여주는 그래프들이다.
도 10a-10c는 다양한 AsMy 코팅들의 표면 프로파일들을 보여주는 그래프들이다.
도 11a 및 11b는 분무시의 AsMy 코팅과 비교한 열 처리에 의한 AsMy 코팅의 접착 강도 개선을 보여주는 그래프들이다.
도 12는 플라즈마 분무된 AsMy 코팅과 플라즈마 분무된 Y₂O₃ 코팅의 접착 강도 차이들을 보여주는 그래프이다.
도 13은 분무시의 AsMy 코팅과 비교한 열 처리에 의한 AsMy 코팅의 접착 강도 개선을 보여주는 그래프이다.
도 14는 NF₃ 플라즈마에 노출되는 때의 본원에 기재된 바와 같은 플라즈마 분무된 AsMy 코팅에 대한 물질들의 침식률들을 도시하는 그래프이다.
이해를 쉽게 하기 위하여, 도면들에서 공통인 동일한 구성요소들을 지정하기 위해, 가능한 경우, 동일한 참조 부호들이 사용되었다. 한 가지 구체예의 구성요소들 및/또는 공정 단계들은 추가 인용 없이 다른 구체예들에 유리하게 도입될 수 있다는 것이 고려된다.

본 개시 내용의 다양한 구체예들의 설명들이 예시의 목적들을 위해 제시되었지만, 배타적인 것으로 의도된 것이 아니다. 다수 변형들 및 변화들은 기재된 구체예들의 범위 및 사상으로부터 벗어남 없이 당업자들에게 자명할 것이다. 본원에 사용된 용어는 시장에서 발견되는 기술들에 비해 구체예들의 원리들, 실제 적용들 또는 기술적 개선들을 가장 잘 설명하기 위해, 또는 당업자가 아닌 사람들이 본원에 개시된 구체예들을 이해할 수 있게 하기 위해 선택되었다.

본 개시 내용의 구체예들은 조성물, 조성물로 코팅된 처리 챔버 부품, 및 시간에 따른 챔버 성능의 감소를 방지하는 기판을 처리하는 방법에 관한 것이다. 물질의 조성물은 Si_vY_wMg_xAl_yO_z를 포함하는 분자 구조를 지닌다. 처리 챔버는 Si_vY_wMg_xAl_yO_z를 포함하는 분자 구조를 지니는 물질의 조성물로 코팅된 적어도 하나의 표면을 포함한다. 분자 구조에서, v는 약 0.0196 내지 0.2951의 범위이고; w는 약 0.0131 내지 0.1569의 범위이고; x는 약 0.0164 내지 0.0784의 범위이고; y는 약 0.0197 내지 0.1569의 범위이고; z는 약 0.5882 내지 0.6557의 범위이고, 여기서 v+w+x+y+z=1(불순물 불포함)이다. 코팅된 표면은, 예를 들어, 챔버의 작동 동안 플라즈마, 라디칼들, 또는 이 둘 모두에 노출된 표면일 수 있다. 기판을 처리하는 방법은 처리 챔버 내부에 플라즈마 또는 라디칼들을 발생시키거나 처리 챔버로 플라즈마 또는 라디칼들을 도입함을 포함하고, 여기서 처리 챔버는 Si_vY_wMg_xAl_yO_z로 코팅된 적어도 하나의 표면을 지닌다. 코팅에서, v는 약 0.0196 내지 0.2951의 범위이고; w는 약 0.0131 내지 0.1569의 범위이고; x 는 약 0.0164 내지 0.0784의 범위이고; y는 약 0.0197 내지 0.1569의 범위이고; z는 약 0.5882 내지 0.6557의 범위이다. 코팅된 표면은, 예를 들어, 챔버의 작동 동안 플라즈마, 라디칼들, 또는 이 둘 모두에 노출된 표면일 수 있다. 처리 챔버 표면들 상의 Si_vY_wMg_xAl_yO_z 코팅들은 시간에 따른 챔버 성능의 저하를 없게 하는 것까지는 아니더라도 실질적으로 감소시킬 수 있다.

처리 챔버에서 발생된 플라즈마 및/또는 라디칼들을 직접적으로 접촉하는 처리 챔버 물질은 고품질의 박막 제조를 위해 중요하다. 일반적으로, 플라즈마 및/또는 라디칼들을 접촉하는 챔버 표면들은 실리카 또는 알루미늄으로 구성되고, 이 둘 모두는 플라즈마 처리에서 발생될 수 있는 수소 라디칼들을 소비함으로써 수소 라디칼들을 더 조금 남겨 의도된 공정을 수행한다. 이론으로 제한하려는 것은 아니지만, 통상적인 세정 공정들에서 알루미늄 표면들은 알루미늄 플루오라이드로 변형된 후, 수소 라디칼들을 수반하는 공정에서, 수소 라디칼들은 알루미늄 플루오라이드를 알루미늄 하이드라이드로 전환시키는 것으로 여겨진다. 전체 챔버 가동 시간이 증가함에 따라서, 알루미늄 플루오라이드의 표면 층은 점점 두꺼워져 처리 속도의 더욱 더 급격한 감소를 야기힌다.

알루미늄 옥사이드, 규소, 마그네슘 및 이트륨을 포함하는 분자 구조를 지니는 조성물, 이하에서, "AsMy" 코팅으로 코팅된 처리 챔버 표면들은 통상적인 표면들에 비해, 존재 시, 수소 라디칼들을 실질적으로 더 조금 소비한다. 이에 따라서, AsMy로 플라즈마 및/또는 라디칼들, 예컨대, 수소 라디칼들에 노출된 처리 챔버의 표면들을 코팅하는 것은 챔버 성능을 개선시키고, 고품질의 필름들의 형성을 가능하게 한다. 처리 챔버 표면들 상의 AsMy 코팅들은 시간에 따른 챔버 성능의 저하를 없게 하는 것까지는 아니더라도 실질적으로 감소시킬 수 있다. 추가로, AsMy로 챔버 표면들을 코팅하는 것은 처리 챔버의 내부 표면들의 플라즈마 내식성을 개선시킨다.

한 가지 구체예에서, AsMy는 다음 공정에 따라 제조된다. Al₂O₃, SiO₂, MgO, 및 Y₂O₃의 미정제 분말들은 볼 밀링(ball milling) 공정을 이용하여 함께 철저히 혼합된다. 미정제 분말들은 적어도 98%, 또는 그 초과의 순도, 예를 들어, 약 99.9%의 순도를 지닌다. 미정제 분말들의 크기는 약 10 나노미터 (nm) 내지 약 100 마이크론 (μm), 예컨대, 약 5 μm 내지 약 15 μm, 예를 들어, 약 10 μm일 수 있다. 물:분말:볼의 중량비는 약 1:1:2일 수 있다. Al₂O₃, SiO₂, MgO, 및 Y₂O₃의 혼합물들은 몰%에 관하여 다음 비율들을 지닐 수 있다: SiO₂: 10-90%; Y₂O₃: 2-50%; MgO: 5-40%; 및 Al₂O₃: 3-40%. 예를 들어, 비율들은 몰%에 관하여 SiO₂: 20-60%; Y₂O₃: 8-25%; MgO: 12-25%; 및 Al₂O₃: 10-35%일 수 있다. 특정 예에서, 혼합 비율들은 56.8 몰% SiO₂; 10.2 몰% Y₂O₃; 18 몰% MgO; 및 15.0 몰% Al₂O₃일 수 있다. 또 다른 대표적인 예에서, 혼합 비율들은 90.0 몰% SiO₂, 2.0 몰% Y₂O₃, 5.0 몰% MgO, 및 3.0 몰% Al₂O₃일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 혼합 비율들은 10% SiO₂, 50% Y₂O₃, 20% MgO, 및 20% Al₂O₃일 수 있다. 미정제 분말들이 철저히 혼합된 후, 혼합물은 약 1400℃ 내지 약 1800℃ 범위의 온도에서 약 120분 동안 용융될 수 있다. 미정제 분말들의 용융된 혼합물은 AsMy 유리를 형성시키도록 공기/물로 켄칭(quenching)될 수 있다.

AsMy 유리는 이후 소입자들로 파쇄될 수 있다. 소입자들은 약 100 nm 내지 약 10 μm 크기의 범위일 수 있다. 그 후에, 파쇄된 AsMy는 결합제와 혼합될 수 있다. 결합제는, 예를 들어, 폴리비닐 알콜(polyvinyl alcohol: PVA)일 수 있다. 결합제는 이후 용액을 제조하기 위해 탈이온수 중에 용해된다. 한 가지 예에서, 결합제 대 물의 질량비는 3:97이다. 파쇄된 AsMy 대 용액 비는 약 20:100 내지 약 45:100, 예컨대, 30:100일 수 있다. 용액과 AsMy 유리 분말들이 함께 혼합된 후, 혼합물은 과립 입자들을 생성시키기 위해 분무 건조된다. 과립 입자들은 약 20-50 μm 크기의 범위일 수 있다. 한 가지 구체예에서, D 50 입도 분포(즉, 누적 분포에서 50%에서의 입경의 중간 값)는 약 30 μm이다.

또 다른 구체예에서, AsMy는 용융 및 켄칭 공정에 따라 제조된다. Al₂O₃ SiO₂, MgO, 및 Y₂O₃의 미정제 분말들은 철저히 혼합되고, 석영 도가니에 넣어진다. 혼합된 분말들은 약 섭씨 1,500도로 가열된다. 도가니는 히터를 사용하여 가열될 수 있거나, 플라즈마가 분말들을 가열하기 위해 사용될 수 있다. 그 후에, 용융물은, 이는 조각들을 제공하기 위해 켄칭되고, 과립 입자들을 제조하기 위해 볼 밀링된다. 입자들은 이후 분무 건조된다(결합제의 존재 또는 부재하에). 한 가지 구체예에서, 과립 입자들의 D 50 입도 분포는 약 30 μm이다.

상기 구체예들에서, 실질적으로 둥근 입자들이 생성된다. 그러나, 또 다른 구체예에서, 비-대칭 또는 불규칙 입자들이 생성될 수 있다. 불규칙 입자들을 생성시키는 것은 볼 밀링 후에 입자들을 스크리닝(screening)하는 것을 제외하고 상기 공정과 유사하며, 분무 건조 공정이 생략된다. 밀링 후, 입자들이 스크리닝될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 불규칙 입자들의 D 50 입도 분포는 약 30 μm이다. 또 다른 구체예에서, 불규칙 입자들의 D 50 입도 분포는 약 45 μm이다.

입자들은 열적 분무 공정에 의해, 예컨대, 플라즈마 분무 공정에 의해 처리 챔버 부품에 적용될 수 있다. AsMy 코팅은 유리 (비정질 고체) 또는 유리-세라믹 (비정질 상 및 하나 이상의 결정질 상들을 지니는 물질)일 수 있다. 유리 AsMy 코팅을 얻기 위해, 부품 온도는 150℃ 미만일 수 있고/거나, 부품과 플라즈마 건 사이의 작업 거리는 유리-세라믹 코팅을 제조하는 경우보다 길 수 있다. 유리-세라믹 AsMy 코팅을 얻기 위해, 부품 온도는 400℃ 초과일 수 있고/거나 부품과 플라즈마 건 사이의 작업 거리는 유리 코팅을 제조하는 경우보다 짧은 거리일 수 있다.

플라즈마 분무 공정 동안, 부품 온도는 비정질 AsMy 코팅들의 경우 약 150℃ 및 세라믹 부품들 상의 유리-세라믹 코팅들의 경우 약 450℃로 유지될 수 있다. AsMy 코팅은 약 20-300 ㎛의 두께, 예컨대, 100-250 ㎛, 예를 들어, 200 ㎛의 두께를 지닐 때까지 적용될 수 있다. AsMy 코팅은 처리 챔버 부품에 직접적으로 또는 처리 챔버 부품의 표면 상에 증착되는 코팅과 같은 층으로서 적용될 수 있다.

표 1은 처리 챔버 부품을 코팅하는 열적 분무 공정을 위한 예시적인 파라미터들을 포함한다.

표 1

최종 코팅들은 다음 분자 구조 Si_vY_wMg_xAl_yO_z를 포함할 수 있고, 여기서 v는 약 0.0196 내지 약 0.2951의 범위이고, w는 약 0.0131 내지 약 0.1569의 범위이고, x는 약 0.0164 내지 약 0.0784의 범위이고, y는 약 0.0197 내지 약 0.1569의 범위이고, z는 약 0.5882 내지 약 0.6557의 범위이다. 예를 들어, v는 약 0.0393 내지 약 0.118의 범위일 수 있고; w는 약 0.0213 내지 약 0.0634의 범위일 수 있고; x는 약 0.0119 내지 약 0.0356의 범위일 수 있고; y는 약 0.0221 내지 약 0.0663의 범위일 수 있고; z는 약 0.155 내지 약 0.466의 범위일 수 있다. 예를 들어, 분자 구조는 Si₀ _. ₁₇₁Y₀ _. ₀₆₂Mg₀ _. ₀₅₄Al₀ _. ₀₉₀O₀ _.623 또는 대략 Si₀ _. ₁₇₁Y₀ _. ₀₆₂Mg₀ _. ₀₅₄Al₀ _. ₀₉₀O₀ _.623일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 분자 구조는 대략 Si₄Y₂Mg₂Al₃O₁₄일 수 있다.

AsMy로 코팅될 수 있는 표면들은 처리 챔버 부품의 어떠한 표면, 예컨대, 코팅 및/또는 아래에 있는 물질을 저하시킬 수 있는 플라즈마 및/또는 라디칼들에 노출될 수 있는 표면들을 포함한다. 라디칼들은 처리 챔버의 내부에서 발생되거나 이로 도입되는 수소 라디칼들 또는 불소 라디칼들을 포함한다. 수소 라디칼들은 플라즈마에 의해, 열선 화학적 기상 증착 장치에 의해, 또는 그 밖의 적합한 수단들에 의해 발생될 수 있다. 불소 라디칼들은 챔버 세정 공정 동안 처리 챔버에서 발생되거나, 이로 도입될 수 있다. 일부 구체예들에서, 플라즈마 분무된 AsMy 코팅들은 코팅의 특성들을 향상시키도록 열 처리될 수 있다.

본원에서 사용되는 "처리 챔버 부품"은 챔버의 벽들, 예를 들어, 샤워헤드, 배플(baffle), 브로커 플레이트(blocker plate), 및 기판 지지체와 같은 처리 챔버 내에 함유된 어떠한 부품들, 및 예를 들어, 원격 플라즈마 소스 시스템, 가스 전달 시스템, 및 진공 시스템과 같은 챔버에 커플링된 어떠한 부품들을 포함한다. AsMy 코팅으로 유리할 수 있는 대표적인 처리 표면들은 도 1과 관련하여 도시되어 있다.

도 1은 AsMy 코팅으로 유리할 수 있는 표면들을 지니는 유동가능한 화학적 기상 증착 챔버(100)의 단면도이다. 유동가능한 화학적 기상 증착 챔버가 도시되어 있지만, 본 개시 내용의 구체예들은, 예를 들어, 화학적 기상 증착 챔버들, 식각 챔버들, 물리적 기상 증착 챔버들, 및 원자층 증착 챔버들과 같은 어떠한 챔버에 적용가능하다. 챔버(100)는 챔버 몸체(101), 돔(111), 배킹 플레이트(backing plate: 121), 및 원격 플라즈마 소스 시스템(141)을 지닌다. 챔버 몸체(101)는 챔버 몸체 측벽(102)들 및 공정 공간(103)을 지닌다. 측벽(102)들은 챔버 몸체(101)의 내부 표면들을 포함한다. 공정 공간(103)은 이중 채널 샤워헤드(104) 및 측벽(102)들에 의해 결합되는 공간이다. 공정 공간(103) 내에 배치될 수 있는 기판 지지체(미도시) 위에서 기판(또한 미도시)은 처리됨에 따라 받쳐질 수 있다.

챔버 몸체(101)에는 이중 채널 샤워헤드(104)가 존재한다. 이중 채널 샤워헤드(104)는 두 세트의 화학물질들이 이중 채널 샤워헤드 내부에서 서로 상호작용하지 않으면서 공정 공간(103)으로 이동하는 것을 가능하게 하도록 구성된 두 세트의 애퍼처(aperture)들을 지닌다. 이중 채널 샤워 헤드(104)는 가스 유입구(105)를 통해 하나 이상의 가스 공급부(미도시)들에 커플링될 수 있다. 가스 유입구(105)는 이중 채널 샤워 헤드(104)의 한 세트의 애퍼처들을 통해 공정 공간(103)으로 가스들을 도입할 수 있다. 플라즈마 및 다른 반응성 화학종들은 이중 채널 샤워 헤드(104)의 두 번째 세트의 애퍼처들을 통해 공정 공간(103)에 진입할 수 있다. 용어 "가스" 및 "가스들"은 달리 언급되지 않는 한 교체가능하게 사용되며, 하나 이상의 전구체들, 반응물들, 촉매들, 캐리어, 퍼지, 세정물, 이들의 조합물뿐만 아니라 처리 챔버(100)로, 예컨대, 공정 공간(103)으로 도입되는 어떠한 다른 유체를 지칭한다.

돔(111)은 이중 채널 샤워 헤드(104) 위에 배치되며, 챔버 몸체(101)에 커플링된다. 돔(111)은, 원격 플라즈마 소스 시스템(141)으로부터 가스들 및 플라즈마, 예컨대, 수소-함유 플라즈마, 또는 불소-함유 플라즈마를 수용할 수 있는 공간을 제공한다. 돔(111)은 돔 측벽(112)들 및 배플(114)을 포함한다. 배플(114)은 이중 채널 샤워 헤드(104) 위에 배치되며, 이와 접촉되지 않는다. 배플(114)은 가스 공급 블록(113)에서 나가는 가스 및 플라즈마를 확산시킨다.

가스 공급 블록(113)은 배킹 플레이트(121)로부터 돔(111)으로 돌출될 수 있으며, 하나의 표면 상에서 원격 플라즈마 소스 시스템(141)에 그리고 또 다른 표면 상에서 배킹 플레이트(121)에 커플링된다. 배킹 플레이트(121)는 돔(111) 위에 배치되고, 이에 커플링된다. 가스 공급 블록(113)은, 가스들 및 플라즈마가 가스 공급 블록(113)을 통해 이동됨에 따라서 가스들 및 플라즈마를 접촉하는 내부 표면(115)을 지닌다.

원격 플라즈마 소스 시스템(141)은 원격 플라즈마 소스(미도시), 쵸커(choker: 148), 원격 플라즈마 도관(146), 센터링 링(centering ring: 144), 및 원격 플라즈마 소스 브래킷(142)을 포함한다. 원격 플라즈마 소스는, 처리 영역으로부터 분리된 영역, 예컨대, 공정 공간(103)에서 생성된 플라즈마인 원격 플라즈마를 발생시킨다. 원격 플라즈마 소스는 하나의 단부 상에서 쵸커(148)에 그리고 또 다른 단부 상에서 미도시된 원격 플라즈마 소스 브래킷(142)의 표면에 커플링될 수 있다. 쵸커(148)는 내부 표면(149)을 지닌다. 쵸커(148)는 원격 플라즈마 도관(146)에 커플링된다. 원격 플라즈마 도관(146)은 내부 표면(147)을 지닌다. 원격 플라즈마 도관은 원격 플라즈마 소스로부터 원격으로-형성된 플라즈마를 센터링 링(144)으로 전달한다. 원격 플라즈마 도관(146)은 센터링 링(144)에 커플링된다. 센터링 링(144)은 내부 표면(145)을 지닌다. 센터링 링(144)은 플라즈마가 돔(111)의 공간으로 전달될 수 있도록 가스 공급 블록(133)의 내부 표면에 맞춰 원격 플라즈마 도관(146)으로부터 나오는 원격으로-형성된 플라즈마를 조정한다. 센터링 링(144)은 원격 플라즈마 소스 브래킷(142)에 커플링된다. 원격 플라즈마 소스 브래킷(142)은 내부 표면(143)을 지닌다. 원격 플라즈마 소스 브래킷(142)은 원격 플라즈마 소스를 위한 구조적 지지체를 제공한다.

챔버(100)가 작동 중일 때에, 원격 플라즈마 소스로부터의 플라즈마 및 플라즈마에 의해 발생되는 라디칼들은 쵸켜(148), 원격 플라즈마 도관(146), 센터링 링(144), 원격 플라즈마 소스 브래킷(142), 및 가스 공급 블록(113)을 통해 그리고 돔(111)으로 이동하며, 여기서 이들은 이중 채널 샤워 헤드(104)를 통해 그리고 공정 공간(103)으로 이동하기 전에 배플(114)을 접촉한다. 플라즈마 및 라디칼들이 원격 플라즈마 소스로부터 공정 공간(103)으로 이동함에 따라서, 플라즈마 및 라디칼들은 쵸켜(148)의 내부 표면(149), 원격 플라즈마 도관(146)의 내부 표면(147), 센터링 링(144)의 내부 표면(145), 원격 플라즈마 소스 브래킷(142)의 내부 표면(143), 및 가스 공급 블록(133)의 내부 표면(115)을 접촉하고, 돔(111)에서 이들은 이중 채널 샤워 헤드(104)를 통해 이동하기 전에 돔 측벽(112)들, 배플(114), 및 이중 채널 샤워 헤드(104)의 상부 표면(132)뿐만 아니라 이중 채널 샤워 헤드(104)의 애퍼처들을 접촉하며, 공정 공간(103)에서 플라즈마 및 라디칼들은 챔버 몸체(101)의 측벽(102)들을 접촉할 수 있고, 이중 채널 샤워 헤드(104)의 하부 표면을 접촉할 수 있다.

처리 챔버의 내부에서 발생되거나 이로 도입되는 플라즈마 및 라디칼들을 접촉할 수 있는 모든 챔버 표면들은 AsMy 코팅으로 유리할 수 있다. 본원에 기재된 바와 같은 AsMy 코팅은, 알루미늄(Al), 세라믹들 및 흑연을 포함하지만 이로 제한되지 않는 다양한 물질들 상에서 사용될 수 있다. 도 1의 대표적인 예에서, 적어도 측벽(102)들, 상부 및 하부 표면들 뿐만 아니라 이중 채널 샤워 헤드(104)의 애퍼처들, 배플(114), 가스 공급 블록(113)의 내부 표면(115), 원격 플라즈마 소스 브래킷(142)의 내부 표면(143), 센터링 링(144)의 내부 표면(145), 원격 플라즈마 도관(146)의 내부 표면(147), 및 쵸커(148)의 내부 표면(149)은 코팅(150)으로 도시된 AsMy 코팅으로 유리할 수 있다. 상이한 처리 챔버들은 AsMy 코팅으로 유리한 상이한 표면들을 지닐 수 있다. 예를 들어, 단일 채널 샤워헤드 또는 브로커 플레이트를 지니는 챔버는 AsMy로 단일 채널 샤워헤드 및/또는 브로커 플레이트를 코팅하는 것으로 유리할 것이다. 브로커 플레이트는 가스들의 분배를 돕기 위해 가스 공급부와 가스 분배 플레이트 사이에 포함될 수 있다. 브로커 플레이트는 가스 분배 플레이트에 통과하기 전에 가스들을 분배하는 것을 돕는 복수의 이격된 구멍들을 포함할 수 있다. 추가의 대표적인 예로서, 상이한 원격 플라즈마 소스 시스템 형태를 지니는 챔버는 AsMy 코팅 (예, 코팅(150))으로 유리할 상이한 원격 플라즈마 소스 시스템 부품들을 지닐 것이다.

도 2는 처리 챔버의 단지 하나의 표면이 AsMy(예, 코팅(150))으로 코팅되는 경우에 처리 챔버 성능의 증가를 보여주는 그래프(200)이다. 원격 플라즈마 소스 및 AsMy로 코팅된 상부 표면(132)을 지니는 이중 채널 샤워 헤드(104)가 구비된 처리 챔버에서 탄소 필름의 식각률이 비코팅된 이중 채널 샤워 헤드가 구비된 챔버에서 탄소 필름의 식각률과 비교되었다. 비교는 0.5 Torr 및 1.0 Torr의 압력에서 수행되었다. 모든 경우들에서, 식각은 순수한 수소 플라즈마에서 수행되었고, 여기서 수소 가스는 1500 sccm에서 공급되었고, 온도는 300℃였다. 0.5 Torr에서, AsMy 코팅된 이중 채널 샤워 헤드를 사용한 식각률은 382 Å/분이었고, 비코팅된 이중 채널 샤워 헤드의 식각률은 115 Å/분이었다. AsMy 코팅된 이중 채널 샤워 헤드를 사용한 식각률은 비코팅된 이중 채널 샤워 헤드의 식각률보다 3배 이상 더 빨랐다. 1 Torr에서, AsMy 코팅된 이중 채널 샤워 헤드로의 식각률은 222 Å/분이었고, 비코팅된 이중 채널 샤워 헤드의 식각률은 82 Å/분이었다. AsMy 코팅된 이중 채널 샤워 헤드로의 식각률은 비코팅된 샤워헤드로의 식각률보다 거의 3배 빨랐다.

플라즈마 분무된 AsMy 코팅들은 더 평평하고, 더 적은 균열들을 지니며, 다른 플라즈마 분무된 코팅들보다 입자 오염에 대한 가능성이 더 적다. 플라즈마 분무된 AsMy 코팅들은 Y₂O₃ 플라즈마 분무된 코팅들과, 그리고 이하에서 HPM로서 지칭되는 혼합물인 Y₄Al₂O₉와 Y₂O₃-ZrO₂ 고체 용액의 혼합물을 함유하는 플라즈마 분무된 코팅들과 비교되었다. HPM, Y₂O₃, 및 AsMy의 공극률들은 각각 약 2.5%, 약 3%, 및 약 0.25-1.0%였다. HPM, Y₂O₃, 및 AsMy의 표면 거칠기는 각각 약 180 μ-인치, 약 190 μ-인치, 및 약 150 μ-인치이다. HPM, Y₂O₃, 및 AsMy의 알루미늄 기판 상의 접착 강도는 각각 29 MPa, 18 MPa, 및 30 MPa이다. HPM, Y₂O₃, 및 AsMy의 경도(비커스(Vickers))는 각각 6.6 GPa, 4.0 GPa, 및 5.1 GPa이다. 8 mil (0.008 인치)의 두께를 지니는 코팅들은 5% 염산에 노출되었고, 식각은 HPM 상에서 약 3시간 및 Y₂O₃ 상에서 약 4시간의 노출로 입증된 반면, AsMy는 8시간 초과였다. 8 mil 코팅에 대한 항복 전압은 HPM의 경우 650 볼트/mil, Y₂O₃의 경우 630 볼트/mil, 및 AsMy의 경우 520 볼트/mil이다. HPM, Y₂O₃, 및 AsMy의 열 팽창 계수(coefficient of thermal expansion: CTE)는 각각 8.5 × 10^-6/K, 7.2 × 10^-6/K, 및 6.8 × 10^-6/K이다.

도 3은 통상적인 표면들에 비해 AsMy의 더 우수한 플라즈마 내식성을 보여주는 그래프(300)이다. NH₃/NF₃로부터 발생된 불소 플라즈마에 70시간 이상 동안 노출 후 AsMy, AlN, SiC, Si, 및 석영을 함유하는 표면들의 표면 침식률들이 비교되었다. 도 3에 도시된 결과들은 AsMy 코팅된 표면의 침식률에 대해 표준화된 값들로 표시되어 있다. 석영은 AsMy의 침식률보다 20배 더 큰 침식률을 지니고; Si는 AsMy보다 8배 더 큰 침식률을 지니고; SiC는 AsMy보다 거의 5배 더 큰 침식률을 지니고; AlN은 AsMy보다 두 배 더 큰 침식률을 지녔다. NH₃/NF₃ 플라즈마에 70시간 이상 동안의 노출 후에도, AsMy 코팅된 표면들은 측정가능하지 않은 결함들 또는 침식으로 입증되었다.

도 4a-4f는 다양한 배율들(각각 200배, 1,000배 및 4,000배)에서 알루미늄 니트라이드 (AlN (도 4a-4c)) 및 알루미늄 (Al (도 4d-4f)) 금속 표면들 상의 플라즈마 분무된 AsMy 코팅들을 보여주는 SEM 이미지들이다. 비교를 위하여, 플라즈마 분무된 Y₂O₃ 코팅의 SEM 이미지들이 또한 도 4g-4i에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, AsMy 코팅들은 Y₂O₃ 코팅에 비해 더 적은 균열들을 나타낸다. 추가로, AsMy 코팅들은 Y₂O₃ 코팅보다 더 평평하고/거나 매끄럽다.

도 5a-5f는 다양한 배율들(각각 200배, 1,000배 및 4,000배)에서 AlN(도 5a-5c) 및 Al 금속(도 5d-5f) 표면들 상의 AsMy 코팅들의 플라즈마 분무된 단면들을 보여주는 SEM 이미지들이다. 비교를 위하여, 플라즈마 분무된 Y₂O₃ 코팅의 SEM 단면 이미지들이 또한 도 5g-5i에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, AsMy 코팅들은 Y₂O₃ 코팅에 비해 더 적은 공극률을 나타낸다.

도 6a-6i 및 7a-7i는 열 처리된 후 알루미늄 금속 표면들 상의 플라즈마 분무된 AsMy 코팅들의 특성들을 도시한 SEM 이미지들이다.

도 6a-6i는 다양한 배율들(각각 200배, 1,000배 및 4,000배)에서 알루미늄 금속 표면들 상의 AsMy 코팅들을 보여주는 SEM 이미지들이다. 도 6a-6c는 분무시의 AsMy 코팅을 보여주는 것이고, 도 6d-6f는 섭씨 900도에서 처리된 AsMy 코팅을 보여주는 것이고, 도 6g-6i는 섭씨 1,100도에서 처리된 AsMy 코팅을 보여주는 것이다. 도시된 바와 같이, 열 처리는 AsMy 코팅의 표면 형태를 개선시킨다.

도 7a-7i는 다양한 배율들(각각 200배, 1,000배 및 4,000배)에서 알루미늄 금속 표면들 상의 AsMy 코팅들의 단면들을 보여주는 SEM 이미지들이다. 도 7a-7c는 분무시의 AsMy 코팅을 보여주는 것이고, 도 7d-7f는 섭씨 900도에서 처리된 AsMy 코팅을 보여주는 것이고, 도 7g-7i는 섭씨 1,100도에서 처리된 AsMy 코팅을 보여주는 것이다. 도시된 바와 같이, 열 처리는 AsMy 코팅의 품질을 개선시킨다.

도 8은 x-선 회절(x-ray diffraction: XRD) 기술을 이용하여 AsMy 코팅들의 회절 패턴들을 보여주는 그래프(800)이다. 가로 좌표는 검출된 선들의 각도를 나타내고, 세로 좌표는 초당 카운트수(counts per second: CPS)를 나타낸다. 곡선(805)은 분무시의 AsMy 코팅의 회절 패턴들을 보여주는 것이다. 곡선(810)은 섭씨 900도에서 열 처리된 AsMy 코팅의 회절 패턴들을 보여주는 것이다. 곡선(815)은 섭씨 1,100도에서 열 처리된 AsMy 코팅의 회절 패턴들을 보여주는 것이다. 도시된 바와 같이, 분무시의 AsMy 코팅뿐만 아니라 섭씨 900도에서 처리된 AsMy 코팅은 비정질로 존재하는 반면, 섭씨 1,100도에서 처리된 AsMy 코팅은 일부 결정화를 포함한다. AsMy 코팅들은 통상적인 물질들에 비해 플라즈마 환경들에서 더 안정한 것으로 밝혀졌지만, 비정질 및 결정질 버젼들이 특정 플라즈마 환경들에 더 우수하게 적합할 수 있다. 예를 들어, 비정질 AsMy 코팅들(곡선(805 및 810))은 수소 플라즈마 환경들에서 사용하기에 유리할 수 있지만, 결정질 AsMy 코팅(곡선(815))은 안정성을 향상시키는 결정 구조로 인해 불소 플라즈마 환경들에서 사용하기에 유리할 수 있다.

도 9a 및 9b는 각각 다양한 AsMy 코팅들의 표면 거칠기를 보여주는 그래프들(900A 및 900B)이다. 그래프(900A)는 평균 표면 거칠기(Ra)를 보여주는 것이고, 그래프(900B)는 분무시의 AsMy 코팅, 섭씨 900도에서 처리된 AsMy 코팅, 및 섭씨 1,100도에서 처리된 AsMy 코팅의 평균 거칠기 깊이(Rz)를 보여주는 것이다. 도시된 바와 같이, AsMy 코팅의 열 처리는 표면 거칠기를 유의하게 감소시킨다(즉, 약 3배 감소).

도 10a-10c는 각각 다양한 AsMy 코팅들의 표면 프로파일들을 보여주는 그래프들(1000, 1005 및 1010)이다. 그래프(1000)는 분무시의 AsMy 코팅을 보여주는 것이다. 그래프(1005)는 섭씨 900도에서 처리된 AsMy 코팅을 보여주는 것이다. 그래프(1010)는 섭씨 1,100도에서 처리된 AsMy 코팅을 보여주는 것이다. 도시된 바와 같이, 섭시 900도에서 처리된 AsMy 코팅 및 섭씨 1,100도에서 처리된 AsMy 코팅은 분무시의 AsMy 코팅보다 유의하게 더 매끄럽다. 그래프(1005 및 1010)들에 도시된 AsMy 코팅들은 유사하지만, 섭씨 1,100도에서 처리된 AsMy 코팅은 섭씨 900도에서 처리된 AsMy 코팅에 비해 더 큰 피크들에 결합된 더 많은 작은 피크들을 지닌다. 이는 섭씨 1,100도에서 처리된 AsMy 코팅의 결정화의 영향인 것으로 여겨진다.

도 11a 및 11b는 각각 분무시의 AsMy 코팅과 비교한 열 처리에 의한 AsMy 코팅의 접착 강도 개선을 보여주는 그래프(1100 및 1105)들이다. 이러한 예에서, AsMy 코팅은 AlN 기판에 적용되었다. 코팅된 기판은 노(furnace) 중에 투입되고, 분당 섭씨 0.5도의 속도로 나타나 있는 온도들까지 가열되었다. 온도들은 그래프(1100 및 1105)들에 나타나 있는 시간들 동안 유지되었다. 그 후에, 코팅된 기판은 노 온도가 섭씨 80도 미만이 될 때 노로부터 꺼내졌다. 열 처리는 접착 강도를 유의하게 개선시키는 것으로 보여졌지만, 더 긴 처리 시간이 접착 강도를 안정화시킨다.

도 12는 플라즈마 분무된 AsMy 코팅과 플라즈마 분무된 Y₂O₃ 코팅의 접착 강도 차이들을 보여주는 그래프(1200)이다. 알 수 있는 바와 같이, 열 처리는 AsMy 코팅의 접착 강도를 개선시켰지만, Y₂O₃ 코팅의 접착 강도를 감소시켰다.

도 13은 분무시의 AsMy 코팅과 비교한 열 처리에 의한 AsMy 코팅의 접착 강도 개선을 보여주는 그래프(1300)이다. 이러한 예에서, AsMy 코팅은 Al 기판에 적용되었다. 코팅된 기판은 노 중에 투입되었고, 그래프(1300)에 나타나 있는 시간들 동안 나타나 있는 온도들로 가열되었다. 그 후에, 코팅된 기판은 노 온도가 섭씨 80도 미만이 될 때 노로부터 꺼내졌다. 열 처리는 섭씨 300도에서 접착 강도를 유의하게 그리고 2배 넘게까지 개선시키는 것으로 보여진다.

일부 구체예들에서, 본원에 기재된 바와 같은 AsMy 코팅은 광 에너지에 대해 투명할 수 있다. 한 가지 예에서, AsMy 코팅은 29.0 중량%의 Y₂O₃ 분말 (10.3 몰%); 19.3 중량%의 Al₂O₃ 분말 (15.1 몰%); 42.6 중량%의 SiO₂ (56.8 몰%); 및 9.1 중량%의 MgO (18.0 몰%)를 사용한 투명한 유리 물질로서 성형될 수 있다. AsMy 코팅의 1 밀리미터 두께의 샘플을 거치는 250 nm의 파장에서의 광의 투과율은 약 78%이다. 표 2는 순수한 Y₂O₃ 및 석영의 특성들에 대한 이러한 특정 조성의 AsMy의 특성들을 예시한 것이다.

표 2

도 14는 NF₃ 플라즈마에 노출되는 경우 본원에 기재된 바와 같은 플라즈마 분무된 AsMy 코팅에 대한 물질들의 침식률들을 도시하는 그래프(1400)이다. 각각의 Y₂O₃ 기판, AsMy 기판, 알루미나(Al₂O₃) 기판 및 석영 기판이 섭씨 400도 및 2.8 Torr의 조건들에서 플라즈마로 점화된 500 sccm의 NF₃가스에 5시간 동안 노출되었다. AsMy 코팅은, Y₂O₃ 코팅보다 약간 더 높지만, 석영 및 알루미나의 침식률보다 훨씬 더 낮은 속도로 침식되는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 순수한 결정질 이트륨 옥사이드는 다양한 에천트(etchant) 플라즈마들에 대한 우수한 내식성을 제공하지만 기판들을 가열하기 위해 적외선(IR) 또는 자외선 파장 범위들의 열 에너지를 이용한 챔버 적용에서 광학적으로 투명한 윈도우 또는 샤워헤드로서 실현가능한 상업적 옵션을 제공하지 않음을 주지해야 한다. Y₂O₃는 투명할 수 있지만, 투명한 Y₂O₃의 크기 또는 두께는 제한되므로 제한된 적용들을 지닌다. 더욱이, 투명한 Y₂O₃는 비교적 고가이다. 따라서, Y₂O₃는 일부 예들에서 처리 챔버들에 사용하기에 바람직하지 않을 수 있다.

상기 내용들은 본 개시 내용의 구체예들에 관한 것이지만, 그 밖의 그리고 추가의 구체예들이 이들의 기본적 범위로부터 벗어남 없이 고안될 수 있으며, 이들의 범위는 하기 특허청구범위에 의해 결정된다.

Claims

처리 챔버로서, 처리 챔버의 하나 이상의 표면이 Si_vY_wMg_xAl_yO_z를 포함하는 코팅을 지니고,
v가 약 0.0196 내지 0.2951의 범위이고;
w가 약 0.0131 내지 0.1569의 범위이고;
x가 약 0.0164 내지 0.0784의 범위이고;
y가 약 0.0197 내지 0.1569의 범위이고;
z가 약 0.5882 내지 0.6557의 범위이고;
v+w+x+y+z=1인, 처리 챔버.
제 1항에 있어서, 코팅이 Si₀ _. ₁₇₁Y₀ _. ₀₆₂Mg₀ _. ₀₅₄Al₀ _. ₀₉₀O₀ _. ₆₂₃를 포함하는 화학식을 지니는, 처리 챔버.
제 1항에 있어서, 코팅이 유리 또는 유리-세라믹인, 처리 챔버.
제 3항에 있어서, 코팅이 약 20 마이크론 내지 약 300 마이크론의 두께를 지니는, 처리 챔버.
제 1항에 있어서, 처리 챔버의 하나 이상의 표면이 챔버 몸체 측벽 표면들, 돔(dome) 측벽 표면들, 가스 분배 샤워헤드(gas distribution showerhead) 표면들, 배플(baffle) 표면들, 브로커 플레이트(blocker plate) 표면들, 가스 공급 블록(gas feed block) 표면들, 원격 플라즈마 소스 브래킷(remote plasma source bracket) 표면들, 센터링 링(centering ring) 표면들, 원격 플라즈마 도관 표면들, 및 쵸커(choker) 표면들로 이루어진 군으로부터 선택되는, 처리 챔버.
제 1항에 있어서, 코팅이 약 0.25% 내지 약 1.0%의 공극률을 지니는, 처리 챔버.
Si_vY_wMg_xAl_yO_z를 포함하는 분자 구조를 지니는 조성물(composition of matter)로서,
v가 약 0.0196 내지 0.2951의 범위이고;
w가 약 0.0131 내지 0.1569의 범위이고;
x가 약 0.0164 내지 0.0784의 범위이고;
y가 약 0.0197 내지 0.1569의 범위이고;
z가 약 0.5882 내지 0.6557의 범위이고;
v+w+x+y+z=1인, 조성물.
제 7항에 있어서, 결합제를 추가로 포함하는, 조성물.
제 7항에 있어서, 조성물이 유리 또는 유리-세라믹인, 조성물.
제 7항에 있어서, 화학식이 Si₀ _. ₁₇₁Y₀ _. ₀₆₂Mg₀ _. ₀₅₄Al₀ _. ₀₉₀O₀ _.623인, 조성물.
제 7항에 있어서, 조성물이 비정질인, 조성물.
제 7항에 있어서, 조성물이 결정질인, 조성물.
제 7항에 있어서, 코팅이 광 에너지에 대해 투명한, 조성물.
처리 챔버 내부에 플라즈마 또는 라디칼들을 발생시키거나 처리 챔버로 플라즈마 또는 라디칼들을 도입함을 포함하는, 기판을 처리하는 방법으로서, 처리 챔버가 Si_vY_wMg_xAl_yO_z로 코팅된 하나 이상의 표면을 지니고,
v가 약 0.0196 내지 0.2951의 범위이고;
w가 약 0.0131 내지 0.1569의 범위이고;
x가 약 0.0164 내지 0.0784의 범위이고;
y가 약 0.0197 내지 0.1569의 범위이고;
z가 약 0.5882 내지 0.6557의 범위이고;
v+w+x+y+z=1인, 기판을 처리하는 방법.
제 14항에 있어서, 코팅이 약 섭씨 900도 이상으로 열 처리되는 방법.