KR20230027034A - 프로세싱 챔버 컴포넌트들에 대한 원자 층 증착 코팅된 분말 코팅 - Google Patents

프로세싱 챔버 컴포넌트들에 대한 원자 층 증착 코팅된 분말 코팅 Download PDF

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Abstract

플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트가 제공된다. 컴포넌트 바디는 플라즈마 대면 표면 (facing surface) 을 갖는다. 코팅은 플라즈마 대면 표면 위에 있고, 코팅은 코팅을 형성하기 위해 원자 층 증착 (atomic layer deposition; ALD) 코팅된 입자들로부터 형성된 스프레이로 컴포넌트 바디의 표면을 스프레이하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성된다.

Description

챔버 컴포넌트들을 프로세싱하기 위한 원자 층 증착 코팅된 분말 코팅
본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 본 개시의 맥락을 일반적으로 제시할 목적이다. 이 배경기술 섹션에 기술된 정보, 뿐만 아니라 출원 시 종래 기술로서 달리 인증되지 않을 수도 있는 본 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
본 개시는 일반적으로 반도체 디바이스들의 제작에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 반도체 디바이스들을 제작하는 것에 사용된 플라즈마 챔버 컴포넌트들 (components) 에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 프로세싱 동안, 플라즈마 프로세싱 챔버들은 반도체 디바이스들을 프로세싱하기 위해 사용된다. 플라즈마 프로세싱 챔버들은 플라즈마들을 겪는다. 플라즈마들은 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트들의 플라즈마 대면 표면들 (facing surfaces) 을 열화시킬 (degrade) 수도 있다. 코팅들은 표면들을 보호하기 위해 플라즈마 프로세싱 챔버들의 컴포넌트들의 플라즈마 대면 표면들 위에 배치될 (place) 수도 있다.
코팅들 중 일부는 스프레이 프로세스를 사용하여 도포될 수도 있다. 대기 플라즈마 스프레이는 일반적으로 입자 용융 온도의 제어를 위해 가능한 (feasible) 한 엄격하게 (tightly) 제어된 입자 분포를 갖는 단일 화학 물질 분말 재료를 활용한다. 코팅 특성들을 제어하기 위해 용융점들 및 최적의 온도들 및 기판에 대한 입자 충돌 속도들과 같이, 상이한 재료들의 열 용량들 (heat capacities) 및 잠열들 (latent heats) 이 상이하기 때문에, 동일한 사이즈 분포 또는 상이한 사이즈 분포를 갖는 2 개의 상이한 화학 물질들의 분말들을 사용하는 것은 어렵다.
일부 코팅들은 에어로졸 증착을 사용하여 도포될 수도 있다. 일부 에어로졸 증착은 또한 단일 화학 물질 분말 전구체를 사용한다. 에어로졸 증착을 위해, 분말의 기계적 특성들은 기판에 잘 부착되는 적절한 충격파 기반 변형을 갖기 위해 중요하다. 혼합된 화학량론 또는 혼합된 화학 물질을 제공하기 위해 일부 약간 혼합된 분말들이 일부 에어로졸 증착에서 활용된다. 입자들이 용융 상태가 아니기 때문에, 상이한 타입들의 입자들 사이의 재료 확산은 불량하다.
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2020년 5월 28일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 63/031,263 호의 우선권의 이익을 주장하고, 이는 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된다.
전술한 바를 달성하기 위해 그리고 본 개시의 목적에 따라, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트 (component) 가 제공된다. 컴포넌트 바디는 플라즈마 대면 표면 (facing surface) 을 갖는다. 코팅은 플라즈마 대면 표면 위에 있고, 코팅은 코팅을 형성하기 위해 원자 층 증착 (atomic layer deposition; ALD) 코팅된 입자들로부터 형성된 스프레이로 컴포넌트 바디의 표면을 스프레이하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성된다.
또 다른 현상에서, 플라즈마 프로세싱 챔버 시스템에서 사용하기 위한 컴포넌트가 제공된다. 컴포넌트 바디는 플라즈마 대면 표면을 갖는다. 코팅은 플라즈마 대면 표면 상이고, 코팅은 금속 옥사이드, 금속 플루오라이드, 및 금속 옥시플루오라이드 중 적어도 하나를 포함하고, 그리고 코팅은 금속 옥사이드 또는 실리콘 옥사이드의 제 2 재료의 입자들과 금속 옥사이드 또는 실리콘 옥사이드의 제 1 재료의 매트릭스를 포함하고, 제 1 재료는 제 2 재료와 상이하거나 제 1 재료의 상은 제 2 재료의 상과 상이하다.
또 다른 현상에서, 컴포넌트 바디를 코팅하기 위한 방법이 제공된다. 컴포넌트 바디의 표면은 코팅을 형성하도록 ALD 코팅된 입자들로부터 형성된 스프레이로 스프레이된다.
본 개시의 이들 및 다른 특징들은 본 개시의 상세한 기술 (description) 및 이하의 도면들과 함께 아래에 보다 상세하게 기술될 것이다.
본 개시는 유사한 참조 번호들이 유사한 엘리먼트들을 참조하는 첨부된 도면들의 도면들에, 제한이 아니라 예로서 예시된다.
도 1은 일 실시 예의 고 레벨 플로우 차트이다.
도 2a 및 도 2b는 일 실시 예에 따라 프로세싱된 컴포넌트의 개략적인 단면도들이다.
도 3은 원자 층 증착 코팅된 입자의 개략적인 단면도이다.
도 4는 일 실시 예에서 사용될 수도 있는 플라즈마 프로세싱 챔버의 개략도이다.
도 5는 일 실시 예에서 사용된 코팅의 확대된 개략적인 단면도이다.
본 개시는 첨부한 도면들에 예시된 바와 같이 개시의 몇몇 바람직한 실시 예들을 참조하여 이제 상세히 기술될 것이다. 이하의 기술 (description) 에서, 본 개시의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시된다. 그러나, 본 개시가 이들 구체적인 상세들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 단계들 및/또는 구조체들은 본 개시를 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않았다.
플라즈마 프로세싱 챔버 컴포넌트들을 위해, 세라믹 알루미나 (알루미늄 옥사이드 (Al2O3)) 는 일반적인 컴포넌트 재료이다. 세라믹 알루미나는 유전체 유도 전력 윈도우들 (dielectric inductive power windows) 또는 가스 주입기들과 같은 아이템들을 위해 사용될 수도 있다. 알루미나는 어느 정도 플라즈마 에칭 내성을 갖는다. 보다 에칭-내성인 코팅들은 이러한 플라즈마 챔버 컴포넌트들에 부가적인 보호를 제공할 것이다.
알루미나와 이트리아의 혼합물 (이트륨 옥사이드 (Y2O3)) 과 같은 혼합된 재료들의 코팅들은 보호 코팅을 제공하도록 알루미나 컴포넌트 위에 증착될 수도 있다. 코팅은 에어로졸 증착 또는 열적 스프레이에 의해 도포될 수도 있다. 혼합된 조성 분말들 (일부 입자들은 이트리아, 일부 입자들은 알루미나) 은 에어로졸 증착 및 열적 스프레이 코팅 모두에서 적당히 제어된 화학량론으로 이트리아/알루미나/산소 코팅들을 생성하도록 사용되었다. 일반적으로, 이 화학량론 제어는 불량하고 종종 탄도 궤적 (ballistic trajectory) 동안 부적절한 혼합으로 인해, 뿐만 아니라 타겟 기판에 부착될 때의 불량한 혼합으로 인해 마이크로스케일 (microscale) 및 매크로스케일 (macroscale) 공간 변동을 갖는다.
원자 층 증착 (atomic layer deposition; ALD) 코팅된 나노미터 및 또 다른 재료의 입자들 위에 ALD 코팅된 일 재료의 미크론 (㎛) 사이즈의 분말들은 연료 전지들과 함께 사용되기 위해 함께 소결되도록 개발되었다. 입자들의 ALD 코팅은 이들 입자들 위에 정수의 층들을 생성하도록 ALD 코팅으로 코팅된 잘 규정된 분말 사이즈 모폴로지 (morphology) 및 분포를 갖는 입자들을 제공한다.
일 실시 예는 매우 잘 규정된 입자 화학량론을 생성하도록 스프레이 프로세스를 통해 컴포넌트의 표면에 ALD 코팅된 입자들을 도포한다. 이 프로세스는 에어로졸 증착 또는 대기 플라즈마 스프레이 (atmospheric plasma spraying; APS) 또는 현탁액 플라즈마 스프레이 (suspension plasma spraying; SPS) 와 같은 입자-기반 코팅 기법들을 통해 훨씬 보다 견고하고 (robust) 균일한 혼합-금속 옥사이드 타입 코팅을 허용한다.
입자 코어의 벌크 재료와 상이한 재료의 ALD 코팅을 사용하여, 상이한 금속 옥사이드들의 화학량론을 주의 깊게 제어할 수 있다. 부가적으로, 2 개의 재료들 사이에 밀접한 (intimate) 콘택트가 있어, APS 플룸 (plume) 의 액체 용융물뿐만 아니라 에어로졸 증착 시 기계적 충돌 모두가 마이크로스케일 및 나노스케일상에서 우수한 혼합이 있어, 이는 매우 균일한 재료들을 생성한다. 에어로졸 증착으로, 완벽한 혼합이 없을 수도 있지만, 대신 잘 규정된 상 구조 (phase structure) 가 제공된다. 예를 들어, 일 입자 쉘은 일 상 구조의 골격 (skeleton) 을 생성할 수도 있고 그리고 또 다른 상 구조의 코어는 공간의 나머지를 충진할 것이다. 일부 실시 예들에서, 에어로졸 증착 후, 포스트 어닐링 (anneal) 이 보다 큰 화학량론을 생성하도록 또는 코팅의 응력들을 변경하도록 사용될 수도 있다.
다양한 실시 예들에서, 플루오르화된 알루미늄 (Al) 또는 이트륨 (Y) ALD 코팅들은 알루미나 또는 이트리아 위에 형성될 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 이트리아 ALD 코팅이 알루미나 위에 형성될 수도 있고, 또는 알루미나 ALD 코팅이 이트리아 위에 형성될 수도 있다. 다양한 실시 예들에서, ALD 코팅들은 알루미나, 이트리아, 이트륨 플루오라이드를 포함할 수도 있다. 다른 실시 예들은 하프늄 (Hf), 에르븀 (Er), Y, 등을 포함하는 다른 희토류 산화물들 및 플루오라이드들의 ALD 코팅들을 가질 수도 있다. 다양한 실시 예들에서, 입자들은 실리콘 옥사이드, 금속 옥사이드들, 금속 플루오라이드들, 및 금속 옥시플루오라이드들 중 적어도 하나로 ALD 코팅될 수도 있다. 금속들은 란타나이드 계열일 수도 있다.
다양한 실시 예들에서, 입자들은 실리콘 또는 금속 옥사이드, 플루오라이드, 또는 옥시플루오라이드일 수도 있다. ALD 코팅들을 위해 사용된 재료들은 ALD 코팅을 위한 재료가 입자의 재료와 상이한 재료인 한, 입자들을 위한 재료들로서 대신 사용될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, ALD 코팅들을 위한 재료들은 입자를 위한 재료들과 동일할 수도 있지만 상이한 상들일 수도 있다. 예를 들어, 입자들의 재료는 입방체 (cubic) 상 구조를 가질 수도 있고 그리고 ALD 코팅들의 재료는 마름모꼴 (rhombic) 또는 감마 상 구조를 가질 수도 있다. 그 결과, ALD 코팅 및 입자들은 상이한 깁스 (Gibbs) 자유 에너지 및 상이한 열 역학을 가질 수도 있다. 상 구조는 X-선 분말 회절을 사용하여 결정될 수도 있다.
이해를 용이하게 하기 위해, 도 1은 일 실시 예에서 사용된 프로세스의 고 레벨 플로우 차트이다. 컴포넌트 바디 (body) 가 제공된다 (단계 104). 도 2a는 일 실시 예에서 사용된 컴포넌트 바디 (204) 의 일부의 개략적인 단면도이다. 이 예에서, 컴포넌트 바디 (204) 는 세라믹 알루미나 유전체 유도 전력 윈도우이다. 컴포넌트 바디 (204) 는 표면 (208) 을 갖는다. 이 실시 예에서, 표면 (208) 은 플라즈마 대면 표면 (facing surface) 이다. 플라즈마 대면 표면은 컴포넌트 바디 (204) 가 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용될 때 플라즈마에 노출될 표면 (208) 이다.
다음에, 표면 (208) 은 ALD 코팅된 입자들로부터 형성된 스프레이로 컴포넌트 바디 (204) 의 표면 (208) 을 스프레이함으로써 코팅된다. 도 3은 ALD 코팅된 입자 (300) 의 개략적인 단면도이다. ALD 코팅된 입자 (300) 는 제 1 재료의 입자 코어 (304) 및 제 2 재료의 ALD 코팅 (308) 을 포함한다. 이 실시 예에서, 제 1 재료는 제 2 재료와 상이하다. 이 실시 예에서, ALD 코팅 (308) 은 입자 코어 (304) 를 완전히 캡슐화한다 (encapsulate). 이 실시 예에서, 입자 코어 (304) 는 이트리아이고 그리고 ALD 코팅 (308) 은 알루미나이다. 입자 코어 (304) 는 길이 L을 갖는다. 입자 코어 (304) 가 구형 (spherical) 이라면, 길이 L은 입자 코어 (304) 의 직경일 것이다. 이 실시 예에서, 입자의 길이 L은 10 나노미터 (㎚) 내지 100 ㎛의 범위이다. ALD 코팅 (308) 은 두께 T를 갖는다. 이 실시 예에서, 두께 T는 0.3 Å (일 단층 (monolayer)) 내지 2000 ㎚의 범위이다. 이 실시 예에서, ALD 코팅 (308) 은 에어로졸 증착 충돌을 견디는 ALD 코팅 (308) 을 제공하기 위해 그리고 입자 코어들 (304) 주위에 목표된 매트릭스 구조를 제공하기 위해 5 내지 100 단층들 두께일 수도 있다. 에어로졸 증착 동안 ALD 코팅된 입자들 (300) 의 충돌은 ALD 코팅된 입자들 (300) 을 용융시키거나 소성 변형시킬 수도 있다. 따라서 ALD 코팅 (308) 은 제어된 방식으로 재결정화되기에 충분히 두꺼워야 할 수도 있다. 일반적으로, ALD 코팅 (308) 은 균일한 코팅 깊이를 갖는다. 그러나, 일부 변동은 ALD 반응 프로세스에 의해 도입될 수도 있다.
이 실시 예에서, 표면 (208) 을 스프레이하는 것은 ALD 코팅된 입자들 (300) 의 에어로졸 증착을 제공함으로써 달성된다. 에어로졸 증착은 고체 분말 혼합물의 유동층 (fluidized bed) 을 통해 캐리어 가스를 통과시킴으로써 달성된다. 압력 차에 의해 구동되면, 분말 혼합물 입자들은 노즐을 통해 가속화되어, 노즐의 유출구에서 에어로졸 제트 (aerosol jet) 를 형성한다. 이어서 에어로졸은 에어로졸 제트가 고속으로 표면에 충돌하는, 컴포넌트 바디 (204) 의 표면 (208) 으로 지향된다. ALD 코팅된 입자들 (300) 은 고체 나노사이즈의 단편들 (fragments) 로 분해되어, 코팅을 형성한다. 캐리어 가스 종, 가스 소비, 스탠드오프 (standoff) 거리 및 스캔 속도의 최적화는 고품질 코팅을 제공한다. 도 2b는 코팅 (212) 을 형성하는 ALD 코팅된 입자들 (300) 로부터 형성된 스프레이로 컴포넌트 바디 (204) 의 표면 (208) 을 스프레이함으로써 표면 (208) 이 코팅된 후의 컴포넌트 바디 (204) 의 개략적인 단면도이다.
컴포넌트 바디 (204) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 내에 장착된다 (단계 112). 이 예에서, 컴포넌트 바디 (204) 는 유전체 유도 전력 윈도우로서 플라즈마 프로세싱 챔버 내에 장착된다. 플라즈마 프로세싱 챔버는 기판을 프로세싱하기 위해 사용되고 (단계 116), 기판을 프로세싱하기 위해, 예컨대 기판을 에칭하기 위해 챔버 내에 플라즈마가 생성되고, 그리고 코팅 (212) 이 플라즈마에 노출된다. 코팅 (212) 은 컴포넌트 바디 (204) 의 표면 (208) 을 보호하기 위해 증가된 에칭 내성을 제공한다.
도 4는 일 실시 예에서 사용될 수도 있는 플라즈마 프로세싱 챔버 시스템 (400) 의 일 예를 개략적으로 예시한다. 플라즈마 프로세싱 챔버 시스템 (400) 은 내부에 플라즈마 프로세싱 한정 (confinement) 챔버 (404) 를 갖는 플라즈마 반응기 (402) 를 포함한다. 플라즈마 매칭 네트워크 (408) 에 의해 튜닝된 플라즈마 전력 공급부 (406) 가, 유도적으로 커플링된 전력을 제공함으로써 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (404) 에서 플라즈마 (414) 를 생성하도록 유전체 유도 전력 윈도우 (412) 근방에 위치된 변압기 커플링 플라즈마 (transformer coupled plasma; TCP) 코일 (410) 에 전력을 공급한다. 피나클 (pinnacle) (472) 이 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (404) 의 챔버 벽 (476) 으로부터 유전체 유도 전력 윈도우 (412) 로 연장하여 피나클 링을 형성한다. 피나클 (472) 은 피나클 (472) 과 챔버 벽 (476) 사이의 내각 및 피나클 (472) 과 유전체 유도 전력 윈도우 (412) 사이의 내각이 각각 90 °를 초과하고 180 ° 미만이도록, 챔버 벽 (476) 및 유전체 유도 전력 윈도우 (412) 에 대해 기울어진다 (angled). 피나클 (472) 은 도시된 바와 같이, 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (404) 의 상단 근방에 기울어진 링을 제공한다. TCP 코일 (상부 전력 소스) (410) 은 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (404) 내에 균일한 확산 프로파일을 생성하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, TCP 코일 (410) 은 플라즈마 (414) 내에 토로이달 (toroidal) 전력 분배를 생성하도록 구성될 수도 있다. 유전체 유도 전력 윈도우 (412) 는 에너지로 하여금 TCP 코일 (410) 로부터 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (404) 로 통과하게 하는 동안, 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (404) 로부터 TCP 코일 (410) 을 분리하기 위해 제공된다. 바이어스 매칭 네트워크 (418) 에 의해 튜닝된 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (416) 가 기판 (466) 상에 바이어스 전압을 설정하도록 전극 (420) 에 전력을 제공한다. 기판 (466) 은 전극 (420) 에 의해 지지된다. 제어기 (424) 는 플라즈마 전력 공급부 (406) 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (416) 를 제어한다.
플라즈마 전력 공급부 (406) 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (416) 는 예를 들어, 13.56 ㎒ (megahertz), 27 ㎒, 2 ㎒, 60 ㎒, 400 ㎑ (kilohertz), 2.54 ㎓ (gigahertz), 또는 이들의 조합들과 같은 특정한 무선 주파수들로 동작하도록 구성될 수도 있다. 플라즈마 전력 공급부 (406) 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (416) 는 목표된 프로세스 성능을 달성하기 위해 다양한 전력들을 공급하도록 적절하게 사이징될 (sized) 수도 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 플라즈마 전력 공급부 (406) 는 50 내지 5000 W의 범위의 전력을 공급할 수도 있고, 그리고 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (416) 는 20 내지 2000 V의 범위의 바이어스 전압을 공급할 수도 있다. 이에 더하여, TCP 코일 (410) 및/또는 전극 (420) 은 2 개 이상의 서브-코일들 또는 서브-전극들로 구성될 수도 있다. 서브-코일들 또는 서브-전극들은 단일 전력 공급부에 의해 전력 공급될 수도 있거나 복수의 전력 공급부들에 의해 전력 공급될 수도 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 플라즈마 프로세싱 챔버 시스템 (400) 은 가스 소스/가스 공급 메커니즘 (430) 을 더 포함한다. 가스 소스 (430) 는 가스 주입기 (440) 와 같은, 가스 유입구를 통해 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (404) 와 유체로 연통한다 (in fluid connection). 가스 주입기 (440) 는 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (404) 내의 임의의 유리한 위치에 위치될 수도 있고 그리고 가스를 주입하기 위해 임의의 형태를 취할 수도 있다. 그러나 바람직하게, 가스 유입구는 "튜닝 가능한 (tunable)" 가스 주입 프로파일을 생성하도록 구성될 수도 있다. 튜닝 가능한 가스 주입 프로파일은 플라즈마 프로세스 한정 챔버 (404) 내의 복수의 존들 (zones) 로 가스들의 각각의 플로우의 독립적인 조정을 허용한다. 보다 바람직하게, 가스 주입기는 유전체 유도 전력 윈도우 (412) 에 장착된다. 가스 주입기는 전력 윈도우 상에 장착될 수도 있거나, 전력 윈도우 내에 장착될 수도 있거나, 전력 윈도우의 일부를 형성할 수도 있다. 프로세스 가스들 및 부산물들은 압력 제어 밸브 (442) 및 펌프 (444) 를 통해 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (404) 로부터 제거된다. 압력 제어 밸브 (442) 및 펌프 (444) 는 또한 플라즈마 프로세싱 한정 챔버 (404) 내에 특정한 압력을 유지하기 위한 역할을 한다. 압력 제어 밸브 (442) 는 프로세싱 동안 1 torr 미만의 압력을 유지할 수 있다. 에지 링 (460) 이 기판 (466) 주위에 배치된다 (place). 가스 소스/가스 공급 메커니즘 (430) 은 제어기 (424) 에 의해 제어된다. CA, Fremont 소재의 Lam Research Corp.의 Kiyo가 일 실시 예를 실시하기 위해 사용될 수도 있다.
다양한 실시 예들에서, 컴포넌트는 한정 링들, 에지 링들, 정전 척, 접지 링들, 챔버 라이너들, 도어 라이너들, 피나클, 또는 다른 컴포넌트들과 같은 플라즈마 프로세싱 챔버의 다른 부품일 수도 있다. 다른 타입들의 플라즈마 프로세싱 챔버들의 다른 컴포넌트들이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 베벨 에칭 챔버 상의 플라즈마 배제 링들은 일 실시 예에서 코팅될 수도 있다. 또 다른 예에서, 플라즈마 프로세싱 챔버는 유전체 프로세싱 챔버 또는 전도체 프로세싱 챔버일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 모든 표면들이 아닌 하나 이상의 표면들이 코팅된다. 컴포넌트는 세라믹 재료, 금속, 또는 유전체 재료로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 피나클은 알루미늄일 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 컴포넌트는 사용될 수도 있는 다른 기판 프로세싱 챔버들의 일부일 수도 있다. 이러한 기판 프로세싱 챔버들은 플라즈마 프로세스들을 사용하지 않을 수도 있다.
에어로졸 증착은 나노입자들을 가진 용융되지 않은 (unmelted) 고체 재료의 고-밀도 코팅을 제공한다. 알루미나 ALD 코팅 (308) 을 갖는 이트리아 입자 코어 (304) 의 ALD 코팅된 입자들 (300) 의 에어로졸 증착에 의해 생성된 발생되는 코팅은 이트리아 입자 코어들 (304) 의 구들 (spheres) 사이에 통합된 박형 알루미나 층 매트릭스의 알루미나 골격을 발생시킨다. 코팅 (212) 의 화학량론 및 코팅 (212) 의 구조는 ALD 코팅 (308) 의 두께 T 및 입자 코어 (304) 의 길이를 제어함으로써 미세하게 튜닝될 수도 있다. 고압들, 고 관성들 (inertias), 및 고 속도들로 인해, 발생되는 구조체는 일부 재료가 혼합되고 (intermix) 고압 충돌으로 인해 일부 상 재결정을 갖는 복합체일 수도 있다.
도 5는 에어로졸 증착을 사용하여 형성된 코팅 (212) 의 확대된 개략적인 단면도이다. 코팅 (212) 은 도 3에 도시된 바와 같이, ALD 코팅 (308) 으로부터의 재료로부터 형성된 입자 코어들 (304) 및 골격 (508) 을 포함한다. 골격 (508) 은 이트리아 입자 코어들 (304) 사이의 박형 알루미나 층이다. 이 실시 예에서, 에어로졸 증착은 코팅이 골격 (508) 에 의해 둘러싸인 평탄화된 입자 코어들 (304) 에 의해 형성되도록 입자 코어들 (304) 로 하여금 평탄하게 한다.
이 실시 예는 코팅 (212) 의 특성들을 미세 튜닝할 수 있도록, 매우 제어되고 일관된 비들로 상이한 재료들의 코팅 (212) 을 제공한다. 발생되는 코팅 (212) 은 낮은 다공성 및 높은 기계적 강도를 가질 수도 있다. 이 실시 예는 제어된 고유 (intrinsic) 응력들을 위해 저온들에서 코팅하는 능력을 제공한다. 제어될 수도 있는 발생되는 특성들 중 일부는 플라즈마 에칭 내성, 열 팽창 계수, 정전 부식에 대한 내성, 화학적 상 각각의 백분율, 상 각각의 사이즈, 고유 응력들 (즉, 코팅 충돌 및 열 팽창 미스매칭의 계수로 인한 다양한 온도들에서의 응력들), 플루오르화 레벨 대 산화 레벨, 밀도, 및 코팅 (212) 의 다공성이다. 이에 더하여, 알루미나는 이트리아보다 보다 덜 취성이기 (brittle) 때문에, 증착 효율 및 전체 에어로졸 증착 코팅의 유지가 증가되고 그리고 매트릭스는 마이크로스케일에서 보다 균일하다. 일부 실시 예들에서, 진정으로 혼합된 상을 제공하고 그리고/또는 응력을 감소시키도록 포스트 어닐링 프로세스가 제공될 수도 있다.
또 다른 실시 예에서, ALD 코팅된 입자들 (300) 은 이트리아의 입자 코어 (304) 및 이트륨 플루오라이드 (YF3) 의 ALD 코팅 (308) 을 포함한다. 이 실시 예에서, ALD 코팅된 입자들 (300) 은 열적 스프레이를 사용하여 스프레이된다. 이 실시 예에서, 열적 스프레이는 대기 플라즈마 스프레이이다. 이 실시 예에서 대기 플라즈마 스프레이를 위해, 입자들은 약 10 ㎛ 직경일 수도 있고 (적어도 90 질량％의 입자들은 5 ㎛ 내지 20 ㎛ 직경의 범위 내에 있음), 또는 보다 클 수 있다 (D50은 5 ㎛ 내지 20 ㎛ 범위 내임). 발생되는 ALD 코팅 (308) 은 이트륨 옥시플루오라이드 (YOF) 를 포함할 수도 있다. 열적 스프레이를 사용하여 형성된 코팅들 (212) 은 에어로졸 증착에 의해 형성된 코팅들 (212) 보다 용융으로 인해 보다 많은 혼합을 가질 수도 있다.
대기 플라즈마 스프레이는 토치가 2 개의 전극들 사이에 전위를 인가함으로써 형성되는 열적 스프레이의 일 타입이고, 가속화된 가스의 이온화 (플라즈마) 를 초래한다. 이 타입의 토치들은 수천 ℃의 온도에 쉽게 도달할 수 있어서, 세라믹과 같은 고 용융점 재료들을 액화한다. 목표된 재료들의 ALD 코팅된 입자들 (300) 은 제트 내로 주입되고, 용융되고, 이어서 기판을 향해 가속화되어, 용융되거나 가소화된 재료가 컴포넌트의 표면을 코팅하고 냉각되어, 단단한 (solid), 컨포멀한 (conformal) 코팅을 형성한다. 이들 프로세스들은 용융된 재료 대신 기화된 재료를 사용하는 기상 증착 프로세스들과 구별된다.
코팅 (212) 을 플라즈마 스프레이하기 위한 레시피의 예는 다음과 같다. 캐리어 가스가 아크 캐비티를 통해 그리고 노즐을 통해 밖으로 푸시된다. 캐비티에서, 캐소드 및 애노드는 아크 캐비티의 부분들을 포함한다. 캐소드 및 애노드는 캐리어 가스가 이온화되어 플라즈마를 형성하기 시작할 때까지, 큰 DC 바이어스 전압으로 유지된다. 이어서 고온의, 이온화된 가스는 토치를 형성하는 노즐을 통해 밖으로 푸시된다. 노즐 근방의 챔버 내로 수십 ㎛ 사이즈의 유체화된 (fludized) ALD 코팅된 입자들 (300) 이 주입된다. 이들 ALD 코팅된 입자들 (300) 은 ALD 코팅된 입자들 (300) 의 용융 온도를 초과하도록 플라즈마 토치 내의 고온, 이온화된 가스에 의해 가열된다. 이어서 플라즈마의 제트 및 용융된 ALD 코팅된 입자들 (300) 의 제트는 컴포넌트 바디 (204) 의 표면 (208) 을 겨냥한다 (aim). ALD 코팅된 입자들 (300) 은 코팅 (212) 을 형성하도록 기판에 충돌하고, 그리고 평탄화되고 냉각된다.
대기 플라즈마 스프레이 프로세스 동안 용융될 때 ALD 코팅된 입자들 (300) 은 화학량론적 용융물을 생성하고, 여기서 상이한 재료들의 비는 정밀하게 제어되고 균일하다. 일부 실시 예들에서, 화학량론적 용융물 내 재료들의 비는 이트륨 알루미늄 가넷 (Y3Al5O12 (YAG)), 이트륨 알루미늄 모노클리닉 (Y4Al2O9 (YAM)), 또는 이트륨 알루미늄 페로브스카이트 (YAlO3 (YAP)) 중 하나 이상의 코팅 (212) 을 제공하도록 제어될 수도 있다. 다양한 실시 예들에서, 용융물은 몰 수로 4:1 내지 1:4 범위의 이트륨 대 알루미늄 비를 갖는다. 이 프로세스는 정밀한 화학량론적 제어들에서 알루미나 및 이트리아를 완전히 용융시키기 때문에, 단일 상 코팅 (212) 이 제공된다.
다양한 실시 예들은 와이어 아크 (wire arc) 스프레이, 공기 플라즈마 스프레이, 대기 플라즈마 스프레이, 현탁액 플라즈마 스프레이, 저압 플라즈마 스프레이, 초 저압 플라즈마 스프레이, 냉각 스프레이, 운동 에너지 (kinetic energy) 스프레이, 및 에어로졸 증착과 같은 열적 스프레이 프로세스들 중 적어도 하나와 같은 다양한 스프레이 프로세스들을 사용할 수도 있다. 현탁액 플라즈마 스프레이는 토치가 2 개의 전극들 사이에 전위를 인가함으로써 형성되는 열적 스프레이의 일 타입이고, 가속화된 가스의 이온화 (플라즈마) 를 초래한다. 이 타입의 토치들은 수천 ℃의 온도에 쉽게 도달할 수 있어서, 세라믹과 같은 고 용융점 재료들을 액화한다. 액체 매질 내 증착될 약 1 ㎛ 사이즈의 고체 입자들의 액체 현탁액이 토치에 피딩된다 (feed). 토치는 목표된 재료의 고체 입자들을 용융시킨다. 용융된 재료는 제트 내로 주입되고, 이어서 컴포넌트를 향해 가속화되어, 용융되거나 가소화된 재료가 컴포넌트의 표면 (208) 을 코팅하고 이어서 냉각되어, 단단한, 컨포멀한 코팅을 형성한다. 현탁액 플라즈마 스프레이는 보다 높은 밀도의 코팅 (212) 을 제공하도록 사용될 수도 있다.
다른 실시 예들에서, ALD 입자들이 3 개 이상의 상이한 재료들을 제공할 수도 있도록, 상이한 ALD 층들은 상이한 재료들로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 알루미나 입자를 갖는 ALD 입자들은 알루미나 입자를 둘러싸는 이트리아의 제 1 ALD 코팅 및 제 1 ALD 코팅을 둘러싸는 마그네슘 플루오라이드 (MgF2) 의 제 2 ALD 코팅을 가질 수도 있다.
본 개시가 몇몇의 바람직한 실시 예들의 측면에서 기술되었지만, 본 개시의 범위 내에 속하는 변경들, 치환들, 수정들 및 다양한 대체 등가물들이 있다. 또한 본 개시의 방법들 및 장치들을 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것을 주의해야 한다. 따라서 이하의 첨부된 청구항들은 본 개시의 진정한 정신 및 범위 내에 속하는 이러한 변경들, 치환들, 및 다양한 대체 등가물들을 모두 포함하는 것으로 해석되는 것이 의도된다.

Claims (18)

  1. 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트에 있어서,
    플라즈마 대면 표면 (facing surface) 을 갖는 컴포넌트 바디; 및
    상기 플라즈마 대면 표면 위의 코팅을 포함하고, 상기 코팅은 상기 코팅을 형성하기 위해 원자 층 증착 (atomic layer deposition; ALD) 코팅된 입자들로부터 형성된 스프레이를 상기 컴포넌트 바디의 표면에 스프레이하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성되는, 컴포넌트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 ALD 코팅된 입자들은 금속 옥사이드, 금속 플루오라이드, 및 금속 옥시플루오라이드 중 적어도 하나의 ALD 코팅들을 갖는, 컴포넌트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 ALD 코팅된 입자들은 금속 옥사이드, 금속 플루오라이드, 및 금속 옥시플루오라이드 중 적어도 하나의 입자 코어들을 갖는, 컴포넌트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴포넌트 바디의 상기 표면을 스프레이하는 단계는 에어로졸 증착 및 열적 스프레이 중 적어도 하나인, 컴포넌트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 ALD 코팅된 입자들은 2 ㎚ 내지 30 ㎚의 두께를 갖는 ALD 코팅들을 갖는, 컴포넌트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 ALD 코팅된 입자들의 입자들은 상기 ALD 코팅을 형성하는 재료와 상이한 재료의 입자 코어들을 포함하는, 컴포넌트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 ALD 코팅된 입자들은 상기 ALD 코팅을 형성하는 재료와 동일한 재료의 입자 코어들을 포함하고 그리고 상기 입자 코어들은 상기 ALD 코팅과 상이한 상 구조 (phase structure) 를 갖는, 컴포넌트.
  8. 플라즈마 프로세싱 챔버 시스템에서 사용하기 위한 컴포넌트에 있어서,
    플라즈마 대면 표면을 갖는 컴포넌트 바디; 및
    상기 플라즈마 대면 표면 상의 코팅을 포함하고, 상기 코팅은 금속 옥사이드, 금속 플루오라이드, 및 금속 옥시플루오라이드 중 적어도 하나를 포함하고, 그리고 상기 코팅은 금속 옥사이드 또는 실리콘 옥사이드의 제 2 재료의 입자들과 금속 옥사이드 또는 실리콘 옥사이드의 제 1 재료의 매트릭스를 포함하고, 상기 제 1 재료는 상기 제 2 재료와 상이하거나 상기 제 1 재료의 상은 상기 제 2 재료의 상과 상이한, 컴포넌트.
  9. 컴포넌트 바디를 코팅하기 위한 방법에 있어서, 코팅을 형성하기 위해 ALD 코팅된 입자들로부터 형성된 스프레이로 컴포넌트 바디의 표면을 스프레이하는 단계를 포함하는, 컴포넌트 바디 코팅 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 ALD 코팅된 입자들은 금속 옥사이드, 금속 플루오라이드, 및 금속 옥시플루오라이드 중 적어도 하나의 ALD 코팅들을 갖는, 컴포넌트 바디 코팅 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 ALD 코팅된 입자들은 금속 옥사이드, 금속 플루오라이드, 및 금속 옥시플루오라이드 중 적어도 하나의 입자 코어들을 포함하는, 컴포넌트 바디 코팅 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 컴포넌트 바디의 상기 표면을 스프레이하는 단계는 에어로졸 증착 및 열적 스프레이 중 적어도 하나인, 컴포넌트 바디 코팅 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 컴포넌트 바디의 상기 표면을 스프레이하는 단계는 현탁액 플라즈마 스프레이 및 대기 플라즈마 스프레이 중 적어도 하나인, 컴포넌트 바디 코팅 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 ALD 코팅된 입자들은 2 ㎚ 내지 30 ㎚의 두께를 갖는 ALD 코팅들을 갖는, 컴포넌트 바디 코팅 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 ALD 코팅된 입자들은 5 내지 100 개의 단층들 (monolayers) 의 두께를 갖는 ALD 코팅들을 갖는, 컴포넌트 바디 코팅 방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 ALD 코팅된 입자들의 입자 코어들은 상기 ALD 코팅을 형성하는 재료와 상이한 재료인, 컴포넌트 바디 코팅 방법.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 ALD 코팅된 입자들의 입자 코어들은 상기 ALD 코팅을 형성하는 재료와 동일한 재료이고 그리고 상기 입자 코어들은 상기 ALD 코팅과 상이한 상 구조를 갖는, 컴포넌트 바디 코팅 방법.
  18. 제 9 항에 있어서,
    상기 컴포넌트 바디는 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 사용되도록 적응되고 (adapt) 그리고 상기 컴포넌트 바디는 플라즈마 대면 표면을 갖고, 상기 코팅은 상기 플라즈마 대면 표면 위에 형성되는, 컴포넌트 바디 코팅 방법.
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