KR20230028803A - 이트륨 산화물 기반 코팅 및 벌크 조성물들 - Google Patents

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크리스토퍼 로랑 뷰드리
바히드 피루즈도르
조셉 프레드릭 소머즈
트레버 에드워드 윌란테위츠
현-호 도
조셉 프레드릭 벤케
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

가혹한 화학적 환경(이를테면, 수소 기반 및/또는 할로겐 기반 화학물질들)에 대한 코팅 조성물 또는 벌크 조성물의 노출 시에, 그리고/또는 고에너지 플라즈마에 대한 코팅 조성물 또는 벌크 조성물의 노출 시에 향상된 내침식성 및 내부식성을 제공하는 플라즈마 저항성 보호 코팅이 본원에서 설명된다. 또한, 전자 빔 이온 보조 증착, 물리 기상 증착, 또는 플라즈마 스프레이를 사용하여 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 물품을 코팅하는 방법이 본원에서 설명된다. 또한, 웨이퍼를 프로세싱하는 방법이 본원에서 설명되며, 방법은 감소된 수의 이트륨 기반 입자들을 나타낸다.

Description

이트륨 산화물 기반 코팅 및 벌크 조성물들
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 반도체 프로세싱 애플리케이션들에서 향상된 결함 성능을 위한 이트륨 산화물 기반 보호 코팅 및 벌크 조성물들에 관한 것이다.
[0002] 반도체 업계에서, 점점 감소되는 크기의 구조들을 생성하는 다수의 제조 프로세스들에 의해 디바이스들이 제작된다. 디바이스 기하학적 구조들이 축소됨에 따라, 프로세스 균일성 및 반복성을 제어하는 것이 훨씬 더 어려워진다.
[0003] 기존 제조 프로세스들은, 반도체 프로세싱 챔버 컴포넌트들의 무결성에 해로울 수 있고 프로세스 균일성 및 반복성을 제어하는 난제에 추가로 기여할 수 있는 고에너지 공격성 플라즈마 및/또는 부식성 환경에 반도체 프로세싱 챔버 컴포넌트들(프로세스 챔버 컴포넌트들로도 지칭됨)을 노출시킨다.
[0004] 따라서, 특정 반도체 프로세싱 챔버 컴포넌트들(예컨대, 라이너들, 도어들, 덮개들 등)은 이트륨 기반 보호 코팅들로 코팅되거나 또는 이트륨 기반 벌크 조성물로 제조된다. 이트리아(Y2O3)는 공격적인 플라즈마 환경에서 그의 우수한 침식 및/또는 스퍼터링 저항성으로 인해 에칭 챔버 컴포넌트들에서 일반적으로 사용된다.
[0005] 고에너지 공격성 플라즈마로부터 발생하는 스퍼터링에 대한 물리적 저항 및 부식성 환경들로부터 발생하는 부식에 대한 내화학성 둘 모두를 제공하는 보호 코팅 및 벌크 조성물들에 도달하는 것이 유리할 것이다.
[0006] 특정 실시예들에서, 본 개시내용은 단일 상 벌크 결정질 이트륨 알루미늄 가넷(yttrium aluminum garnet; YAG)으로 구성된 세라믹 바디에 관한 것이다. 단일 상 벌크 결정질 YAG는 약 35 몰% 내지 40 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물 및 60 몰% 내지 65 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물을 포함한다. 단일 상 벌크 결정질 YAG는 약 98% 이상의 밀도 및 약 10 GPa 초과의 경도를 갖는다.
[0007] 특정 실시예들에서, 본 개시내용은 챔버 컴포넌트를 코팅하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 플라즈마 저항성 보호 코팅을 증착하기 위해, 전자 빔 이온 보조 증착(electron beam ion assisted deposition; e-빔 IAD)을 수행하는 단계를 포함한다. 플라즈마 저항성 보호 코팅은, 약 35 몰% 내지 약 95 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물과 약 5 몰% 내지 약 65 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물의 단일 상 비정질 블렌드를 포함한다. 플라즈마 저항성 보호 코팅은 본질적으로 0%(예컨대, 0.1% 미만)의 다공성 및 약 25 MPa 초과의 접착 강도를 갖는다.
[0008] 특정 실시예들에서, 본 개시내용은 챔버 컴포넌트를 코팅하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은, 챔버 컴포넌트 상에 플라즈마 저항성 보호 코팅을 증착하기 위해, 플라즈마 스프레이(plasma spray) 또는 물리 기상 증착(physical vapor deposition; PVD)을 수행하는 단계를 포함한다. 플라즈마 저항성 보호 코팅은, 약 35 몰% 내지 약 95 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물과 약 5 몰% 내지 약 65 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물의 블렌드를 포함한다. 플라즈마 저항성 보호 코팅은 적어도 약 90% 비정질이다. 부식성 화학물질에 대한 노출 시에 플라즈마 저항성 보호 코팅으로부터 방출된 이트륨 기반 입자들의 평균 총 수는 500 무선주파수 시간당 3 미만이다.
[0009] 본 개시내용은, 유사한 참조부호들이 유사한 엘리먼트들을 표시하는 첨부 도면들의 도들에서 제한적인 것이 아니라 예로서 예시된다. 본 개시내용에서 "실시예" 또는 "일 실시예"에 대한 상이한 참조들은 반드시 동일한 실시예를 참조하는 것은 아니며, 그러한 참조들은 적어도 하나를 의미한다는 것이 유의되어야 한다.
[0010] 도 1은 프로세싱 챔버의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
[0011] 도 2는 알루미나 및 이트리아의 상 다이아그램(phase diagram)을 예시한다.
[0012] 도 3은 하나 이상의 보호 코팅들에 의해 덮히는 물품들(예컨대, 덮개들)의 측단면도들을 예시한다.
[0013] 도 4a는 실시예들에 따라, 보호 코팅 또는 벌크 조성물을 갖는 챔버 덮개의 사시도를 예시한다.
[0014] 도 4b는 실시예들에 따라, 보호 코팅 또는 벌크 조성물을 갖는 챔버 덮개의 측단면도를 예시한다.
[0015] 도 5A1, 도 5A2, 도 5B1 및 도 5B2는 가속된 화학적 응력 테스트를 받은 다양한 벌크 조성물의 내화학성을 예시한다.
[0016] 도 6a는 이온 보조 증착(IAD)과 같은 에너제틱(energetic) 입자들을 활용하는 다양한 증착 기법들에 적용 가능한 증착 메커니즘을 도시한다.
[0017] 도 6b는 IAD 증착 장치의 개략도를 도시한다.
[0018] 도 7A1, 도 7A2, 도 7B1, 도 7B2, 도 7C1, 도 7C2, 도 7D1, 및 도 7D2는 가속된 화학적 응력 테스트를 받을 때 IAD에 의해 증착되는 다양한 플라즈마 저항성 보호 코팅의 내화학성을 예시한다.
[0019] 도 8은 실시예에 따른, 플라즈마 저항성 보호 코팅을 증착하는 데 활용될 수 있는 물리 기상 증착 기법의 개략도를 예시한다.
[0020] 도 9는 실시예에 따른, 플라즈마 저항성 보호 코팅을 증착하는 데 활용될 수 있는 플라즈마 스프레이 증착 기법의 개략도를 도시한다.
[0021] 도 10A1, 도 10A2, 도 10B1, 도 10B2, 도 10C1, 도 10C2, 도 10D1, 및 도 10D2는 가속된 화학적 응력 테스트를 받을 때 플라즈마 스프레이에 의해 증착되는 다양한 플라즈마 저항성 보호 코팅들의 내화학성을 예시한다.
[0022] 도 11은 실시예들에 따른 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 챔버 컴포넌트를 코팅하기 위한 방법을 예시한다.
[0023] 도 12는 실시예에 따른, 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 코팅되거나 또는 벌크 조성물을 갖는 적어도 하나의 챔버 컴포넌트를 포함하는 프로세싱 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법을 도시한다.
[0024] 도 13a는 공격적인 화학물질을 실행하는 770 RFhr 챔버 마라톤(marathon) 동안 실시예들에 따라 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 코팅된 덮개로부터의 총 이트륨 기반 입자들을 도시한다.
[0025] 도 13b는, 공격적인 화학물질을 실행하는 460 RFhr 챔버 마라톤 동안 실시예들에 따라 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 코팅된 노즐로부터의 총 이트륨 기반 입자들을 도시한다.
[0026] 도 13c는 Y2O3-ZrO2 고용체로 코팅된 노즐 및 덮개의 키트와 비교하여, 공격적인 화학물질에서의 프로세싱 동안 실시예들에 따라 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 코팅된 노즐 및 덮개의 키트로부터의 총 이트륨 기반 입자들을 도시한다.
[0027] 도 14는, 다양한 비교 이트륨 기반 조성물들로 코팅된 덮개, 노즐, 및 라이너의 키트와 비교하여, 공격적인 화학물질에서의 프로세싱 동안, 실시예들에 따라 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 코팅된 덮개, 노즐, 및 라이너의 키트로부터의 총 이트륨 기반 입자들을 도시한다.
[0028] 도 15는 비교 벌크 YAG 조성물(벌크 YAG), 필드 보조 소결(Field Assisted Sintering; FAS)을 통해 제조된 실시예에 따른 제1 최적화된 벌크 YAG 조성물(벌크 YAG1(최적화)), 및 열간 이소택틱 프레싱(Hot Isotactic Pressing; HIP)에 따라 제조된 실시예에 따른 제2 최적화된 벌크 YAG 조성물(벌크 YAG2(최적화))의 정규화된 침식 레이트(nm/RFhr)를 도시한다.
[0029] 반도체 제조 프로세스들은 반도체 프로세스 챔버 컴포넌트들을 고에너지 공격성 플라즈마 환경들 및 부식성 환경들에 노출시킨다. 이러한 공격적인 환경들로부터 프로세스 챔버 컴포넌트들을 보호하기 위해, 챔버 컴포넌트들은 보호 코팅들로 코팅되거나, 또는 그러한 공격적인 플라즈마 환경들 및 부식성 환경들에 저항성인 벌크 조성물들로 제조된다.
[0030] 이트리아(Y2O3)는 그의 양호한 내침식성으로 인해 챔버 컴포넌트들(예컨대, 에칭 챔버 컴포넌트들)의 코팅에서 일반적으로 사용된다. 그의 양호한 내침식성에도 불구하고, 이트리아는 공격적인 에칭 화학물질들에서 화학적으로 안정적이지 않다. 불소, 염소 및 브롬화물과 같은 라디칼들은 이트리아를 화학적으로 쉽게 공격하여, 이트륨 기반 입자들의 형성에 기여한다. 이트륨 기반 입자들은 에칭 애플리케이션들의 결함들에 기여한다. 따라서 다양한 산업들(예컨대, 로직 산업)에서 제품 웨이퍼들의 이트륨 기반 결함들에 대해 엄격한 규격들을 세팅하기 시작하였다.
[0031] 이러한 엄격한 규격들을 충족시키기 위해, 고에너지 공격성 플라즈마로 인해 발생하는 스퍼터링에 대한 물리적 저항 및 공격적인 화학적 환경들에 의한 화학적 공격들로 인해 발생하는 내화학성 둘 모두를 제공하는 보호 코팅 조성물들 및 벌크 조성물들을 식별하는 것이 유익하다.
[0032] 본 개시내용에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅 조성물 및 벌크 조성물들은 순수 이트리아(Y2O3) 및 다른 이트륨 기반 재료들에 비해 개선된 화학적 안정성을 가지면서, 순수 알루미나(Al2O3)에 비해 고에너지 공격성 플라즈마에 대한 물리적 저항을 또한 유지하는 것으로 식별되었다.
[0033] 특정 실시예들에서, 본원에서 설명되는 보호 코팅은, 알루미늄 산화물과 이트륨 산화물의 실질적 비정질(즉, 적어도 약 90% 비정질) 블렌드를 포함하는 내부식성 및 내침식성 코팅이다. 특정 실시예들에서, 보호 코팅은 완전히 비정질이다(즉, 100% 비정질). 보호 코팅의 실질적 비정질 성질로 인해, (예컨대, 혹독한 화학적 환경들에 대한) 최적의 내화학성 및 (예컨대, 가혹한 플라즈마 환경들에 대한) 물리적 저항을 달성하기 위해, 알루미나 및 이트리아의 양들을 조정하는 데 더 많은 유연성이 있을 수 있는데, 그 이유는 조성들이 도 2에 도시된 알루미나-이트리아 상 다이어그램에 도시된 상들 또는 결정질 조성의 결합 어레인지먼트(arrangement)들로 제한되지 않기 때문이다.
[0034] 제한하는 것으로 해석되는 것은 아니지만, 더 많은 알루미늄 기반 컴포넌트를 코팅에 도입하는 것은 코팅을 가혹한 화학적 환경들(예컨대, 산성 환경들, 수소 기반 환경들, 및 할로겐 기반 환경들)에 대해 더 내화학성이 있게 하며, 코팅 내의 이트륨 기반 성분은 고에너지 플라즈마 환경에 대한 물리적 저항을 코팅에 제공하는 것으로 여겨진다.
[0035] 일 실시예에서, 본원에 설명된 보호 코팅은, 이트륨 알루미늄 가넷(YAG)의 화학적 조성을 가질 수 있거나, 또는 (조성 내의 이트륨, 알루미늄, 및 산소의 양의 관점에서) YAG의 화학적 조성에 근접할 수 있지만, 다른 이트륨 기반 코팅들과 비교하여 그리고/또는 본 개시내용과 상이하게 제조 및/또는 증착된 다른 YAG 코팅들과 비교하여, 향상된 플라즈마 저항성 및/또는 공격적인 화학적 환경(예컨대, 공격적인 할로겐 및/또는 수소 산성 환경들)에서 향상된 내화학성을 제공하는 화학적 특성들(예컨대, 화학적 저항률) 및 기계적 특성들(예컨대, 밀도, 다공성, 경도, 항복 전압, 거칠기, 기밀성, 접착 강도, 결정화도(crystallinity)/비정질 성질 등)을 가질 수 있다.
[0036] 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅들은 이온 보조 증착, 물리 기상 증착, 또는 플라즈마 스프레이에 의해 증착될 수 있다. 증착 기법은, 특정 특성들, 이를테면, 몇몇을 예로 들면, 고밀도, 매우 낮은 내부 및/또는 표면 다공성(또는 다공성 없음), 비정질 함량, 접착 강도, 거칠기, 항복 전압, 기밀성, 경도, 굽힘 강도, 화학적 안정성, 및 물리적 안정성을 갖는 플라지마 저항성 보호 코팅들을 달성하기 위해 선택 및 최적화될 수 있다.
[0037] 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅들은 임의의 수의 챔버 컴포넌트들 상에 코팅될 수 있고, 덮개 및/또는 노즐 및/또는 라이너를 코팅하는 데 특히 적합할 수 있다. 본원에서 설명된 플라즈마 저항성 보호 코팅들로 코팅된 적어도 하나의 챔버 컴포넌트를 갖는 프로세싱 챔버에서 웨이퍼들을 프로세싱하는 것은, 프로세싱 동안 생성된 이트륨 기반 입자들의 수를 상당히 감소시키고, 이트륨 기반 입자들의 존재로 인한 웨이퍼 결함성을 감소시키고, 이트륨 기반 입자 형성 및 그와 관련된 결함과 관련하여 복수의 프로세스에 걸쳐 가변성을 감소시키고, 신뢰성을 증가시키고, 정확도를 증가시키고, 재현성을 증가시키고, 예측성을 증가시키고, 수율을 증가시키고, 처리량을 증가시키고, 비용을 감소시킨다.
[0038] 특정 실시예들에서, 본 개시내용은, 순수한 이트리아(Y2O3) 및 다른 이트륨 기반 재료들과 비교하여 개선된 화학적 안정성을 갖는 한편, 순수한 알루미나(Al2O3)와 비교하여 고에너지 공격성 플라즈마에 대한 물리적 저항을 또한 유지하는 플라즈마 저항성 벌크 조성물들에 관한 것이다.
[0039] 특정 실시예들에서, 임의의 챔버 컴포넌트, 그리고 특히 덮개들 및/또는 노즐들 및/또는 라이너들은, 단일 상 벌크 결정질 이트륨 알루미늄 가넷(YAG)으로 구성된 세라믹 바디를 포함하며, 단일 상 벌크 결정질 YAG는 35 몰% 내지 40 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물 및 60 몰% 내지 65 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물을 포함하며, 단일 상 벌크 결정질 YAG는 약 98 몰% 이상의 밀도 및 약 10 GPa 초과의 경도를 갖는다. 실시예들에서 개시된 단일 상 벌크 결정질 YAG는 특히 효과적인 것으로 나타났으며, 특히, 벌크 YAG 세라믹들의 다른 예들보다도 화학적 저항률 및/또는 플라즈마 내침식성이 더 효과적인 것으로 나타났다. 실시예들에서, 벌크 세라믹 바디는 완전히 결정질이다. 벌크 조성물은 고온 이소택틱 프레싱(HIP)을 포함하는 2-단계 소결 프로세스의 결과일 수 있다. 프로세스는 소정의 특성들, 이를테면, 몇몇을 예로 들면, 고밀도, 매우 낮은 다공성(또는 본질적으로 다공성이 없음), 경도, 화학적 안정성, 및 물리적 안정성을 갖는 벌크 조성물들에 대해 최적화될 수 있다.
[0040] 본원에서 설명된 벌크 조성물들로 제조된 적어도 하나의 챔버 컴포넌트를 갖는 프로세싱 챔버에서 웨이퍼들을 프로세싱하는 것은, 다른 벌크 YAG 세라믹들과 비교하여도, 프로세싱 동안 생성된 이트륨 기반 입자들의 수를 상당히 감소시키고, 이트륨 기반 입자들의 존재로 인한 웨이퍼 결함성을 감소시키고, 이트륨 기반 입자 형성 및 그와 관련된 결함과 관련하여 복수의 프로세스에 걸쳐 가변성을 감소시키고, 신뢰성을 증가시키고, 정확도를 증가시키고, 재현성을 증가시키고, 예측성을 증가시키고, 수율을 증가시키고, 처리량을 증가시키고, 비용을 감소시킨다.
[0041] 도 1은 본 개시내용의 실시예들에 따라 플라즈마 저항성 보호 코팅 조성물로 코팅되거나 본 개시내용의 실시예들에 따라 벌크 조성물로 제조된 하나 이상의 챔버 컴포넌트들을 갖는 반도체 프로세싱 챔버(100)의 단면도이다. 프로세싱 챔버(100)는 공격적인 플라즈마 환경 및/또는 공격적인 화학적 환경이 제공되는 프로세스들에 대해 사용될 수 있다. 예컨대, 프로세싱 챔버(100)는 플라즈마 에칭 반응기(플라즈마 에칭기라고 또한 알려져 있음), 플라즈마 세정기 등을 위한 챔버일 수 있다.
[0042] 플라즈마 저항성 보호 코팅을 포함할 수 있는 챔버 컴포넌트들의 예들은, 기판 지지 조립체(148), 정전 척(electrostatic chuck; ESC)(150), 링(예컨대, 프로세스 키트 링 또는 단일 링), 챔버 벽, 베이스(base), 가스 분배 플레이트, 샤워헤드, 라이너, 라이너 키트, 실드, 플라즈마 스크린, 유동 등화기(flow equalizer), 냉각 베이스, 챔버 뷰포트, 챔버 덮개(130), 노즐 등을 포함한다. 이러한 챔버 컴포넌트들 중 임의의 챔버 컴포넌트는 또한, 본원에 설명된 실시예들에 따라 플라즈마 저항성이 있고 내화학성이 있는 벌크 조성물로 제조될 수 있다. 일 특정 실시예에서, 챔버 덮개(130) 및/또는 라이너(116 또는 118) 및/또는 노즐(132)은 독립적으로, 본원에서 설명되는 실시예들에 따라 플라즈마 저항성 및 내화학성인 벌크 재료로 제조되거나 또는 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 코팅된다.
[0043] 특정 실시예들에서, 아래에서 더 상세히 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅은, 약 35 몰% 내지 약 95 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물과 약 5 몰% 내지 약 65 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물의 블렌드이다. 플라즈마 저항성 보호 코팅은 이온 보조 증착(IAD), 이를테면 전자 빔 이온 보조 증착(e-빔 IAD), 물리 기상 증착(PVD), 및 플라즈마 스프레이에 의해 증착될 수 있다. 증착 기법에 따라, 플라즈마 저항성 보호 코팅은 적어도 약 90% 비정질, 적어도 약 92% 비정질, 적어도 약 94% 비정질, 적어도 약 96% 비정질, 적어도 약 98% 비정질, 또는 단일 상 100% 비정질이다.
[0044] 특정 실시예들에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅은 35 몰% 내지 40 몰%의 몰 농도의 이트륨 산화물 및 60 몰% 내지 65 몰%의 몰 농도의 알루미늄 산화물을 포함한다. 특정 실시예들에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅은 37 몰% 내지 38 몰%의 몰 농도의 이트륨 산화물 및 62 몰% 내지 63 몰%의 몰 농도의 알루미늄 산화물을 포함한다. 특정 실시예들에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅 내의 이트륨 산화물 및 알루미늄 산화물의 몰 농도는 합계가 100 몰%가 된다.
[0045] 특정 실시예들에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅은 약 35 몰%, 약 35.5 몰%, 약 36 몰%, 약 36.5 몰%, 약 37 몰%, 또는 약 37.5 몰% 중 임의의 몰% 내지 약 38 몰%, 약 38.5 몰%, 약 39 몰%, 약 39.5 몰%, 약 40 몰%, 약 45 몰%, 약 50 몰%, 약 55 몰%, 약 60 몰%, 약 65 몰%, 약 70 몰%, 약 75 몰%, 약 80 몰%, 약 85 몰%, 약 90 몰%, 또는 약 95 몰% 중 임의의 몰%의 범위 또는 그 안의 임의의 단일 값 또는 그 안의 임의의 하위-범위의 몰 농도의 이트륨 산화물을 포함한다.
[0046] 특정 실시예들에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅은, 약 5 몰%, 약 10 몰%, 약 15 몰%, 약 20 몰%, 약 25 몰%, 약 30 몰%, 약 35 몰%, 약 40 몰%, 약 45 몰%, 약 50 몰%, 약 55 몰%, 약 60 몰%, 약 60.5 몰%, 약 61 몰%, 약 61.5 몰%, 또는 약 62 몰% 중 임의의 몰% 내지 약 62.5 몰%, 약 63 몰%, 약 63.5 몰%, 약 64 몰%, 약 64.5 몰%, 또는 약 65 몰% 중 임의의 몰%의 범위, 또는 그 안의 임의의 단일 값 또는 그 안의 임의의 하위-범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물을 포함한다.
[0047] 특정 실시예들에서, 본원에서 설명된 플라즈마 저항성 보호 코팅은 알루미늄 산화물과 이트륨 산화물의 단일 상 비정질 블렌드로 구성되거나 또는 이들을 필수적 요소로 하여 구성되며, 알루미늄 산화물은 약 5 몰% 내지 약 65 몰%, 60 몰% 내지 65 몰%, 또는 62 몰% 내지 63 몰% 범위의 몰 농도로 플라즈마 저항성 보호 코팅에 존재하고, 이트륨 산화물은 약 35 몰% 내지 약 95 몰%, 35 몰% 내지 40 몰%, 또는 37 몰% 내지 38 몰% 범위의 몰 농도로 플라즈마 저항성 보호 코팅에 존재한다.
[0048] 특정 실시예들에서, 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅은 알루미늄 산화물과 이트륨 산화물의 적어도 약 90% 비정질 블렌드로 구성되거나 또는 이들을 필수적 요소로 하여 구성되며, 알루미늄 산화물은 약 5 몰% 내지 약 65 몰%, 60 몰% 내지 65 몰%, 또는 62 몰% 내지 63 몰% 범위의 몰 농도로 플라즈마 저항성 보호 코팅에 존재하고, 이트륨 산화물은 약 35 몰% 내지 약 95 몰%, 35 몰% 내지 40 몰%, 또는 37 몰% 내지 38 몰% 범위의 몰 농도로 플라즈마 저항성 보호 코팅에 존재한다.
[0049] 특정 실시예들에서, 아래에서 더 상세히 설명되는 벌크 조성물은, 35 몰% 내지 40 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물 및 60 몰% 내지 65 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물을 포함하는 단일 상 벌크 결정질 이트륨 알루미늄 가넷(YAG)으로 구성된다. 특정 실시예들에서, 벌크 조성물은 고밀도이며, 약 98% 이상, 약 98.5% 이상, 약 99% 이상, 약 99.5% 이상, 또는 약 100%(예컨대, 약 0%의 다공성)의 밀도를 갖는다. 특정 실시예들에서, 벌크 조성물은 약 10 GPa 이상, 약 11 GPa 이상, 약 12 GPa 이상, 또는 약 13 GPa 이상의 경도를 갖는다. 특정 실시예들에서, 본원에 설명된 벌크 조성물의 특정 특성들 및 특징들(이를테면, 제한들 없이, 밀도, 경도 등)은 특정 실시예들에서, 최대 30%(예를 들어, 10 GPa ± 30%는 7 GPa 내지 13 GPa의 범위일 것임), 최대 25%(예컨대, 10 GPa ± 25%는 7.5 GPa 내지 12.5 GPa의 범위일 것임), 최대 20%(예컨대, 10 GPa ± 20%는 8 GPa 내지 12 GPa의 범위일 것임), 최대 15%(예컨대, 10 GPa ± 15%는 8.5 GPa 내지 11.5 GPa의 범위일 것임), 최대 10%(예컨대, 10 GPa ± 10%는 9 GPa 내지 11 GPa의 범위일 것임), 또는 최대 5%(예컨대, 10 GPa ± 5%는 9.5 GPa 내지 10.5 GPa의 범위일 것임) 변화하도록 수정될 수 있다. 따라서, 이들 재료 특성들에 대한 설명된 값들은 예시적인 달성 가능한 값들로서 이해되어야 한다.
[0050] 특정 실시예들에서, 단일 상 벌크 결정질 조성물은 고온 이소택틱 프레싱(HIP)을 포함하는 2-단계 소결 프로세스의 결과이다. 특정 실시예들에서, 소결 프로세스는 미가공 세라믹 분말들을 임의 형태(세라믹 프로세싱과 유사하게)로 압축하고, 이들을 시트로 압축하고, 그리고 완전한 고밀화를 촉진시키기 위해 세라믹들을 소성하는 것을 포함한다. 소결 프로세스는 최적화된 조건들 및 벌크 조성물 특성들, 이를테면, 몇몇을 예로 들면, 제한 없이, 고수율, 고밀도, 개선된 경도, 개선된 폴리싱, 표면 거칠기, 개선된 화학적 안정성, 개선된 물리적 안정성, 정밀하고 정확한 조성을 달성하도록 제어될 수 있다.
[0051] 특정 실시예들에서, 벌크 조성물은, 약 35 몰%, 약 35.5 몰%, 약 36 몰%, 약 36.5 몰%, 약 37 몰% 또는 약 37.5 몰% 중 임의의 몰% 내지 약 38 몰%, 약 38.5 몰%, 약 39 몰%, 약 39.5 몰%, 또는 약 40 몰% 중 임의의 몰%의 범위, 또는 그 안의 임의의 단일 값, 또는 그 안의 임의의 하위-범위의 몰 농도의 이트륨 산화물을 포함하는 단일 상 벌크 결정질 이트륨 알루미늄 가넷(YAG)으로 구성된다.
[0052] 특정 실시예들에서, 벌크 조성물은 약 60 몰%, 약 60.5 몰%, 약 61 몰%, 약 61.5 몰% 또는 약 62 몰% 중 임의의 몰% 내지 약 62.5 몰%, 약 63 몰%, 약 63.5 몰%, 약 64 몰%, 약 64.5 몰%, 또는 약 65 몰%의 범위 중 임의의 몰%, 또는 그 안의 임의의 단일 값 또는 그 안의 임의의 하위-범위의 몰 농도로 알루미늄 산화물을 포함하는 단일 상 벌크 결정질 YAG로 구성된다.
[0053] 특정 실시예들에서, 본원에 설명된 벌크 조성물은, 약 60 몰%, 약 60.5 몰%, 약 61 몰%, 약 61.5 몰%, 또는 약 62 몰% 중 임의의 몰% 내지 약 62.5 몰%, 약 63 몰%, 약 63.5 몰%, 약 64 몰%, 약 64.5 몰%, 또는 약 65 몰% 중 임의의 몰%의 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물 및 약 35 몰%, 약 35.5 몰%, 약 36 몰%, 약 36.5 몰%, 약 37 몰%, 또는 약 37.5 몰% 중 임의의 몰% 내지 약 38 몰%, 약 38.5 몰%, 약 39 몰%, 약 39.5 몰%, 또는 약 40 몰% 중 임의의 몰%의 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물로 구성되거나 또는 이들을 필수적 요소로 하여 구성되는 단일 상 벌크 결정질 YAG로 구성된다.
[0054] 특정 실시예들에서, 설명된 벌크 조성물은 X-선 회절(XRD)에 의해 측정된 경우, 약 90% 초과의 결정질, 약 92% 초과의 결정질, 약 94% 초과의 결정질, 약 96% 초과의 결정질, 약 98% 초과의 결정질, 약 99% 초과의 결정질, 또는 약 100% 결정질이다.
[0055] 알루미나 및 이트리아의 결정질 조성물들은 도 2에 도시된 알루미나-이트리아 상 다이어그램에 도시된 실선들을 따른다. 따라서, 약 2177 K 미만의 온도에서, 결정질 이트륨 알루미늄 가닛(YAG)의 벌크 조성물은, 도 2의 실선 A에 대응하는 알루미나 및 이트리아 양들(약 37-38 몰% 이트리아 및 약 62-63 몰% 알루미나)로 제한될 것이다. 유사하게, 약 2181 K 미만의 온도에서, 결정질 이트륨 알루미늄 페로브스카이트(YAP)의 벌크 조성물은, 도 2의 실선 B에 대응하는 알루미나 및 이트리아 양들(약 50 몰%의 이트리아 및 약 50 몰%의 알루미나)로 제한될 것이다. 약 2223 K 미만의 온도에서, 결정질 이트륨 알루미늄 단사정계(YAM)의 벌크 조성물은, 도 2의 실선 C에 대응하는 알루미나 및 이트리아 양들(약 65 몰% 이트리아 및 약 35 몰% 알루미나)로 제한될 것이다. 부가적인 알루미나 또는 이트리아가 실선들(A, B, 또는 C) 중 임의의 실선에 대응하는 벌크 조성물에 첨가되는 경우, 2개의 결정질 상들의 혼합물이 형성된다. 예컨대, 실선 A로부터 그리고 약 2084 K의 온도 아래에서, 더 많은 알루미나를 부가하는 것은 결정질 YAG와 결정질 알루미나의 혼합물(영역 R1)을 초래하는 반면, 더 많은 이트리아를 부가하는 것은 결정질 YAG와 결정질 YAP의 혼합물(영역 R2)을 초래한다. 유사하게, 실선 B로부터 그리고 약 2177 K의 온도 아래에서, 더 많은 알루미나를 부가하는 것은 결정질 YAG와 결정질 YAP의 혼합물(영역 R2)을 초래하는 반면, 더 많은 이트리아를 부가하는 것은 결정질 YAM과 결정질 YAP의 혼합물(영역 R3)을 초래한다 실선(C)로부터 그리고 약 2181 K의 온도 아래에서, 더 많은 알루미나를 첨가하는 것은 결정질 YAM과 결정질 YAP의 혼합물(영역 R3)을 초래하는 반면, 더 많은 이트리아를 부가하는 것은 결정질 YAM과 입방정 이트륨 알루미늄(Cub2)의 혼합물(구역 R4)을 초래한다.
[0056] 특정 실시예들에서, 본원에 설명된 벌크 조성물들은, 도 5A1, 도 5A2, 도 5B1, 및 도 5B2에 예시된 바와 같이, 다른 이트륨 기반 벌크 조성물들과 비교하여, 부식성 화학물질(예컨대, 수소 기반 화학물질, 할로겐 기반 화학물질, 또는 이들의 혼합물)에 대해 더 큰 내화학성을 제공한다. 특정 실시예들에서, 실시예들에서 개시된 단일 상 벌크 결정질 YAG는 벌크 YAG 세라믹들의 다른 예들과 비교하여 부식성 화학물질(예컨대, 수소 기반 화학물질, 할로겐 화학물질, 또는 이들의 혼합물)에 대해 더 큰 내화학성을 제공하는 것으로 나타났다.
[0057] 도 5A1 및 도 5A2는 농축된 할로겐 기반 산(예컨대, HCl, HF, HBr)에서 60분 동안의 공격적 산 침지로의 노출 전(도 5A1) 및 노출 후(도 5A2)의 비교 벌크 YAG를 도시한다. 가속된 내화학성 테스트 후에 벌크 YAG에서 중간 화학적 손상이 관찰된다. 예컨대, 도 5A2에서, 비교 벌크 YAG의 약 10%가 공격받았다. 다시 말해서, 도 5A2에서, 스크래치들을 제외하면, 화학적 공격을 표시하는 외관의 일반적인 변화가 있다. 도 5B1 및 도 5B2는 실시예에 따른, 농축된 할로겐 기반 산(예컨대, HCl, HF, HBr)에서 60분 동안의 공격적 산 침지로의 노출 전(도 5B1) 및 노출 후(도 5B2)의 벌크 YAG를 도시한다. 가속된 내화학성 테스트 후에 벌크 YAG에서는 어떠한 손상도 관찰되지 않는다. 도 5A1 및 도 5A2에 도시된 비교 벌크 YAG는 약 92-98%의 밀도 및 약 9.3 GPa의 경도를 가졌다.
[0058] 도 5B1 및 도 5B2에 도시된 본 발명의 벌크 YAG는 (예컨대, 고온 등방성 소결 프로세스를 포함하는) 2 단계 소결 프로세스를 사용하여 제조되었고, 약 98% 이상의 밀도 및 약 13 GPa의 경도를 가졌다(즉, 도 5A1 및 5A2의 기준선 비교 YAG과 비교하여 경도에서 약 33% 개선). 도 5B1 및 도 5B2에 도시된 본 발명의 벌크 YAG는 증가된 수율을 가졌고, (비교 벌크 YAG의 약 94%와 비교하여) 약 10% 이하의 바닥 표면 거칠기를 가졌고, (비교 벌크 YAG의 약 98%와 비교하여) 약 15% 이하의 측면 거칠기를 가졌고, (비교 벌크 YAG의 50 μin와 비교하여) 50 μin 미만의 개선된 거칠기에 의해 입증되는 개선된 홀 품질을 나타냈으며, 비교 벌크 YAG와 비교하여 상당히 감소된 다공성을 가졌다. 이러한 특성들(예컨대, 표면 거칠기 및 개선된 홀 품질)은 프로파일로메트리(profilometry)를 사용하여 측정되었다. 또한, 본 발명의 벌크 YAG가 TiOx 에칭 환경에서 100 무선주파수 시간의 프로세싱을 거치게 되면, 이트륨 기반 입자들이 전혀 관찰되지 않았으며, 이는 부품 관련 입자들의 감소에 향상된 성능을 나타냈다.
[0059] 특정 실시예들에서, 본원에 설명된 플라즈마 저항성 보호 코팅 조성물들은, X-선 회절(XRD)에 의해 측정된 경우, 약 90% 초과의 비정질, 약 92% 초과의 비정질, 약 94% 초과의 비정질, 약 96% 초과의 비정질, 약 98% 초과의 비정질, 약 99% 초과의 비정질, 또는 약 100% 비정질이다. 특정 실시예들에서, 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅은 내부에 결정질 영역들을 갖지 않는다. 따라서, 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅들은, 도 2에 도시된 알루미나-이트리아 상 다이어그램에 도시된 실선들 및 조성 혼합물들로 제한되지 않으면서, 더 많은 양의 알루미늄 산화물 및/또는 더 많은 양의 이트륨 산화물을 포함하는 유연성을 제공한다.
[0060] 예컨대, 알루미늄 산화물은 가혹한 화학적 환경들(이를테면, 산성 환경, 수소 기반 환경들, 및 할로겐 기반 환경들)에 대해 더 큰 화학적 안정성을 제공하는 것으로 여겨짐으로써, 가혹한 화학적 환경들에서 개선된 화학적 안정성을 갖는 코팅 조성물을 형성하기 위해 더 많은 알루미늄 산화물이 첨가될 수 있다. 다른 한편으로, 이트륨 산화물은 고에너지 플라즈마에 대해 더 큰 물리적 안정성을 제공하는 것으로 여겨짐으로써, 고에너지 플라즈마에서 개선된 물리적 안정성을 갖는 코팅 조성물을 형성하기 위해 더 많은 이트륨 산화물이 첨가될 수 있다. 코팅 조성물들의 비정질 성질로 인해, 실질적으로 단일 비정질 상을 유지하면서, 보호 코팅 내의 알루미나 및 이트리아의 양을 조정하는 것이 가능하다. 이는, (도 2의 알루미나-이트리아 상 다이아그램으로 제한되는 결정질 조성들에서의 결합 링크들과 대조적으로) 원자들 사이의 결합 링크들이 변화될 수 있고 변화하는 코팅들의 비정질 성질로 인해 가능한 것으로 여겨진다.
[0061] 즉, 특정 실시예들에서, 실선 A에 대응하는, 알루미나와 이트리아의 조성을 갖는 비정질 보호 코팅에 알루미나를 부가하는 것은, 결정질 벌크 조성물에서와 같이 YAG 및 알루미나의 2개의 결정질 상들의 혼합물보다는, 구역(R1)의 조성들 중 임의의 조성에 대응하는 이트리아와 알루미나의 단일 상 비정질 블렌드(62 또는 63 몰% 초과의 알루미나 내지 100 몰%의 알루미나 및 0 몰% 초과의 이트리아 내지 37 또는 38 몰%의 이트리아의 범위)를 포함할 것이다. 특정 실시예들에서, 영역(R1)의 조성을 갖는, 이트리아와 알루미나의 단일 상 비정질 블렌드는 균질하거나 또는 실질적으로 균질할 수 있다.
[0062] 유사하게, 실선 B에 대응하는, 알루미나와 이트리아의 조성을 갖는 비정질 보호 코팅에 알루미나를 부가하는 것은, 결정질 벌크 조성물에서와 같이 YAG 및 YAP의 2개의 결정질 상들의 혼합물보다는, 구역(R2)의 조성들 중 임의의 조성에 대응하는 이트리아와 알루미나의 단일 상 비정질 블렌드(50 몰% 초과의 알루미나 내지 62 또는 63 몰% 미만의 알루미나 및 37 또는 38 몰%의 이트리아 내지 50 몰% 미만의 이트리아의 범위)를 포함할 것이다. 특정 실시예들에서, 영역(R2)의 조성을 갖는, 이트리아와 알루미나의 단일 상 비정질 블렌드는 균질하거나 또는 실질적으로 균질할 수 있다.
[0063] 마찬가지로, 실선 C에 대응하는, 알루미나와 이트리아의 조성을 갖는 비정질 보호 코팅에 알루미나를 부가하는 것은, 결정질 벌크 조성물에서와 같이 YAM 및 YAP의 2개의 결정질 상들의 혼합물보다는, 구역 R3의 조성들 중 임의의 조성에 대응하는 이트리아와 알루미나의 단일 상 비정질 블렌드(35 몰% 초과의 알루미나 내지 50 몰% 미만의 알루미나 및 50 몰% 초과의 이트리아 내지 65 몰% 미만의 이트리아의 범위)를 포함할 것이다. 특정 실시예들에서, 영역 R3의 조성을 갖는, 이트리아와 알루미나의 단일 상 비정질 블렌드는 균질하거나 또는 실질적으로 균질할 수 있다.
[0064] 특정 실시예들에서, 실선 C에 대응하는, 알루미나와 이트리아의 조성을 갖는 비정질 보호 코팅에 이트리아를 부가하는 것은, 결정질 벌크 조성물에서와 같이 YAM 및 Cub2의 2개의 결정질 상들의 혼합물보다는, 구역 R4의 조성들 중 임의의 조성에 대응하는 이트리아와 알루미나의 단일 상 비정질 블렌드(0 몰% 초과의 알루미나 내지 35 몰% 미만의 알루미나 및 65 몰% 초과의 이트리아 내지 100 몰% 미만의 이트리아의 범위)를 포함할 것이다. 특정 실시예들에서, 영역 R4의 조성을 갖는, 이트리아와 알루미나의 단일 상 비정질 블렌드는 균질하거나 또는 실질적으로 균질할 수 있다.
[0065] 일 실시예에서, 본원에 설명된 보호 코팅은, 이트륨 알루미늄 가넷(YAG)의 화학적 조성을 가질 수 있거나, 또는 (조성물 중 이트륨, 알루미늄, 및 산소의 양의 관점에서) YAG의 화학적 조성에 근접할 수 있지만, 다른 이트륨 기반 코팅들과 비교하여 그리고/또는 본 개시내용과 상이하게 제조 및/또는 증착된 다른 YAG 코팅들과 비교하여, 향상된 플라즈마 저항성 및/또는 공격적인 화학적 환경(예컨대, 공격적인 할로겐 및/또는 수소 산성 환경들)에서 향상된 내화학성을 제공하는 화학적 특성들(예컨대, 화학적 저항률) 및/또는 기계적 특성들(예컨대, 밀도, 다공성, 경도, 항복 전압, 거칠기, 기밀성, 접착 강도, 결정화도/비정질 성질 등)을 가질 수 있다.
[0066] 특정 실시예들에서, 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅들은, 아래 도 7 및 도 10과 관련하여 상세히 설명되는 바와 같이, 동일한 프로세스를 사용하여 제조된, 다른 이트륨 기반 코팅 조성물들과 비교하여 더 큰 내화학성을 제공한다.
[0067] 플라즈마 저항성 보호 코팅은 e-빔 IAD 증착 코팅, PVD 증착 코팅, 또는 산화물 기반 세라믹들, 질화물 기반 세라믹들 및/또는 탄화물 기반 세라믹들을 포함하는 상이한 세라믹들 위에 적용된 플라즈마 스프레이 증착 코팅일 수 있다. 산화물 기반 세라믹들의 예들은 SiO2(석영), Al2O3, Y2O3 등을 포함한다. 탄화물 기반 세라믹들의 예들은 SiC, Si-SiC 등을 포함한다. 질화물 기반 세라믹의 예들은 AlN, SiN 등을 포함한다. e-빔 IAD 코팅 플러그 재료는 하소된 분말들, 미리 형성된 덩어리(preformed lump)들(예컨대, 생소지 프레싱(green body pressing), 고온 프레싱(hot pressing) 등에 의해 형성됨), 소결된 바디(예컨대, 50-100% 밀도를 가짐) 또는 기계 가공된(machined) 바디(예컨대, 세라믹, 금속 또는 금속 합금일 수 있음)일 수 있다.
[0068] 도 1로 돌아가서, 예시된 바와 같이, 덮개(130), 노즐(132), 및 라이너(116) 각각은 일 실시예에 따라 각각 플라즈마 저항성 보호 코팅(133, 134, 및 136)을 갖는다. 특정 실시예들에서, 노즐(132)은 본원에서 설명된 벌크 조성물들 중 임의의 조성물로 제조된다. 특정 실시예들에서, 노즐은 1) 약 35 몰%, 약 35.5 몰%, 약 36 몰%, 약 36.5 몰%, 약 37 몰%, 또는 약 37.5 몰% 중 임의의 몰% 내지 약 38 몰%, 약 38.5 몰%, 약 39 몰%, 약 39.5 몰%, 또는 약 40 몰% 중 임의의 몰%의 범위, 또는 그 안의 임의의 단일 값 또는 그 안의 임의의 하위-범위의 몰 농도의 이트륨 산화물; 및 2) 약 60 몰%, 약 60.5 몰%, 약 61 몰%, 약 61.5 몰%, 또는 약 62 몰% 중 임의의 몰% 내지 약 62.5 몰%, 약 63 몰% 범위, 약 63.5 몰%, 약 64 몰%, 약 64.5 몰%, 또는 약 65 몰% 중 임의의 몰%의 범위, 또는 그 안의 임의의 단일 값 또는 그 안의 임의의 하위-범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물을 포함하는 단일 상 벌크 결정질 이트륨 알루미늄 가넷(YAG)으로 구성된 벌크 조성물로 제조되거나 또는 이로만(즉, 노즐의 100%) 제조된다.
[0069] 특정 실시예들에서, 위에 나열된 컴포넌트들과 같은 다른 챔버 컴포넌트들 중 임의의 컴포넌트가 또한 플라즈마 저항성 보호 코팅을 포함할 수 있고 그리고/또는 본원에서 설명된 벌크 조성물들 중 임의의 벌크 조성물로 제조될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
[0070] 일 실시예에서, 프로세싱 챔버(100)는 내부 볼륨(106)을 밀폐하는 챔버 바디(102) 및 덮개(130)를 포함한다. 챔버 바디(102)는 알루미늄, 스테인리스 강, 또는 다른 적합한 재료로 제작될 수 있다. 챔버 바디(102)는 일반적으로, 측벽들(108) 및 바닥(110)을 포함한다. 특정 실시예들에서, 덮개(130), 측벽들(108) 및/또는 바닥(110) 중 임의의 것은 플라즈마 저항성 보호 코팅을 포함할 수 있다.
[0071] 외측 라이너(116)가 챔버 바디(102)를 보호하기 위해 측벽들(108)에 인접하게 배치될 수 있다. 외측 라이너(116)는 플라즈마 저항성 보호 코팅(136)으로 제조 및/또는 코팅될 수 있다. 일 실시예에서, 외측 라이너(116)는 알루미늄 산화물로 제조된다.
[0072] 배기 포트(126)가 챔버 바디(102)에 정의될 수 있고, 펌프 시스템(128)에 내부 볼륨(106)을 커플링할 수 있다. 펌프 시스템(128)은 하나 이상의 펌프들 및 스로틀 밸브들을 포함할 수 있으며, 그 하나 이상의 펌프들 및 스로틀 밸브들은 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(106)을 진공배기시키기 위해 그리고 그 내부 볼륨(106)의 압력을 조절하기 위해 활용된다.
[0073] 덮개(130)는 챔버 바디(102)의 측벽(108) 상에 지지될 수 있다. 덮개(130)는 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(106)으로의 액세스를 가능하게 하기 위해 개방될 수 있으며, 폐쇄된 동안 프로세싱 챔버(100)에 대해 밀봉을 제공할 수 있다. 가스 패널(158)이 노즐(132)을 통해 내부 볼륨(106)에 프로세스 및/또는 세정 가스들을 제공하기 위해 프로세싱 챔버(100)에 커플링될 수 있다. 덮개(130)는 세라믹 이를테면, Al2O3, Y2O3, YAG, SiO2, AlN, SiN, SiC, Si-SiC 또는 Y4Al2O9 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹 화합물일 수 있다. 일 실시예에서, 덮개(130)는 본원에서 설명된 벌크 조성물들 중 임의의 벌크 조성물로 제조될 수 있다. 노즐(132)은 또한 덮개에 대해 언급된 그러한 세라믹들 중 임의의 것과 같은 세라믹일 수 있다. 일 실시예에서, 노즐(132)는 본원에서 설명된 벌크 조성물들 중 임의의 벌크 조성물로 제조될 수 있다. 덮개(130) 및/또는 노즐(132)은 각각 플라즈마 저항성 보호 코팅(133, 134)으로 코팅될 수 있다.
[0074] 프로세싱 챔버(100)에서 기판들을 프로세싱하기 위해 사용될 수 있는 프로세싱 가스들의 예들은, 할로겐-함유 가스들, 수소-함유 가스들, 이를테면, 특히 C2F6, SF6, SiCl4, HBr, Br, NF3, CF4, CHF3, CH2F3, F, NF3, Cl2, CCl4, BCl3, SiF4, H2, Cl2, HCl, HF와 같은 할로겐-함유 가스들 및 O2 또는 N2O와 같은 다른 가스들을 포함한다. 캐리어 가스들의 예들은, N2, He, Ar, 및 프로세스 가스들에 대해 불활성적인 다른 가스들(예컨대, 비-반응성 가스들)을 포함한다. 기판 지지 조립체(148)가 덮개(130) 아래에 있는 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(106)에 배치된다. 기판 지지 조립체(148)는 프로세싱 동안 기판(144)을 홀딩한다. 링(146)(예컨대, 단일 링)은 정전 척(150)의 일부를 덮을 수 있고, 프로세싱 동안 플라즈마에 대한 노출로부터, 덮히는 부분을 보호할 수 있다. 링(146)은 일 실시예에서 실리콘 또는 석영일 수 있다.
[0075] 내측 라이너(118)가 기판 지지 조립체(148)의 주변부 상에 코팅될 수 있다. 내측 라이너(118)는, 외측 라이너(116)를 참조하여 논의된 것들과 같은 할로겐-함유 가스 레지스트 재료일 수 있다. 일 실시예에서, 내측 라이너(118)는 외측 라이너(116)와 동일한 재료들로 제조될 수 있다. 부가적으로, 특정 실시예들에서, 내측 라이너(118)는 본원에서 설명된 벌크 조성물들 중 임의의 벌크 조성물로 제조될 수 있거나 또는 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 코팅될 수 있다.
[0076] 일 실시예에서, 기판 지지 조립체(148)는 탑재 플레이트(162), 지지 페데스탈(152), 및 정전 척(150)을 포함한다. 정전 척(150)은 열 전도성 베이스(164), 및 일 실시예에서 실리콘 본드일 수 있는 본드(138)에 의해 열 전도성 베이스에 본딩된 정전 퍽(electrostatic puck)(166)을 더 포함한다. 탑재 플레이트(162)는, 챔버 바디(102)의 바닥(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(route)하기 위한 통로들을 포함한다.
[0077] 열 전도성 베이스(164) 및/또는 정전 퍽(166)은, 지지 조립체(148)의 측방향 온도 프로파일을 제어하기 위해, 하나 이상의 선택적인 매립된 가열 엘리먼트들(176), 매립된 열 격리기(thermal isolator)들(174), 및/또는 도관(conduit)들(168, 170)을 포함할 수 있다. 도관들(168, 170)은, 도관들(168, 170)을 통해 온도 조절 유체를 순환시키는 유체 소스(172)에 유체적으로 커플링될 수 있다. 매립된 격리기(174)는 일 실시예에서, 도관들(168, 170) 간에 배치될 수 있다. 히터(176)는 히터 전원(178)에 의해 조절된다. 도관들(168, 170) 및 히터(176)는 열 전도성 베이스(164)의 온도를 제어하여, 정전 퍽(166) 및 프로세싱되는 기판(예컨대, 웨이퍼)(144)을 가열 및/또는 냉각하는 데 활용될 수 있다. 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.
[0078] 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, 퍽(166)에 드릴링된(drilled) 홀(hole)들을 통해 He와 같은 열 전달(또는 후방 측(backside)) 가스의 소스에 유체적으로 커플링될 수 있다. 동작 시, 후방 측 가스가 제어된 압력으로 가스 통로들 내에 제공되어, 정전 퍽(166)과 기판(144) 간의 열 전달을 향상시킬 수 있다.
[0079] 정전 퍽(166)은, 척킹 전원(182)에 의해 제어되는 적어도 하나의 클램핑 전극(180)을 포함한다. 전극(180)(또는 퍽(166) 또는 베이스(164)에 배치된 다른 전극)은 추가로, 프로세싱 챔버(100) 내에서 프로세스 및/또는 다른 가스들로부터 형성된 플라즈마를 유지하기 위해, 매칭 회로(188)를 통해 하나 이상의 RF 전원들(184, 186)에 커플링될 수 있다. RF 전원들(184, 186)은 일반적으로, 최대 약 10,000 와트의 전력 및 약 50 kHz 내지 약 3 GHz의 주파수를 갖는 RF 신호를 생성할 수 있다. 특정 실시예들에서, 본원에서 설명되는 벌크 조성물들 및/또는 본원에서 설명되는 코팅 조성물들은, 예컨대 최대 약 10,000 와트의 전력에 대해, 노출될 때, 고에너지 플라즈마 저항성을 갖는다.
[0080] 도 3은 하나 이상의 플라즈마 저항성 보호 코팅들(예컨대, 챔버 컴포넌트들, 이를테면, 덮개들 및/또는 도어들 및/또는 라이너들 및/또는 노즐들)에 의해 덮힐 수 있는 물품의 측단면도를 예시한다.
[0081] 도 3을 참조하면, 챔버 컴포넌트(300)의 바디(305)는 제1 플라즈마 저항성 보호 코팅(308) 및 제2 플라즈마 저항성 보호 코팅(310)을 갖는 코팅 스택(306)을 포함한다. 대안적으로, 물품(300)은 바디(305) 상에 단일 플라즈마 저항성 보호 코팅(308)만을 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 바디(305)는 본원에 설명된 벌크 조성물들 중 임의의 벌크 조성물로 제조된다. 바디(305)가 본원에서 설명되는 벌크 조성물들 중 임의의 벌크 조성물로 제조되는 실시예들에서, 바디(305)는 하나 이상의 플라즈마 저항성 보호 코팅들(308, 310)로 추가로 코팅될 수 있거나 또는 코팅되지 않을 수 있다.
[0082] 특정 실시예들에서, 프로세싱 챔버 내의 다양한 챔버 컴포넌트는 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 코팅될 수 있고 그리고/또는 덮개, 덮개 라이너, 노즐, 기판 지지 조립체, 가스 분배 플레이트, 샤워헤드, 정전 척, 섀도우 프레임(shadow frame), 기판 홀딩 프레임(substrate holding frame), 프로세싱 키트 링(processing kit ring), 단일 링, 챔버 벽, 베이스, 라이너 키트, 차폐부, 플라즈마 스크린, 유동 등화기, 냉각 베이스, 챔버 뷰포트, 또는 챔버 라이너를 포함하나, 이로 제한되지 않는 본원에서 설명되는 벌크 조성물들 중 임의의 벌크 조성물로 제조될 수 있다.
[0083] 일 실시예에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅들(308, 310)은 최대 약 300 ㎛의 두께를 갖는다. 추가 실시예에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅들은 약 20 미크론 미만의 두께, 이를테면, 약 0.5 미크론 내지 약 12 미크론의 두께, 약 2 미크론 내지 약 12 미크론의 두께, 약 2 미크론 내지 약 10 미크론의 두께, 및 약 3 미크론 내지 약 7 미크론의 두께, 약 4 미크론 내지 약 6 미크론의 두께, 또는 그 안의 임의의 하위-범위 또는 그 안의 단일 두께 값의 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅 스택의 총 두께는 300 ㎛ 이하이다.
[0084] 특정 실시예들에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅은 하부 표면에 완전한 코팅 커버리지(coating coverage)를 제공하고, 두께가 균일하다. 코팅의 상이한 섹션들에 걸친 코팅의 균일한 두께는 코팅의 또 다른 섹션과 비교하여(또는 코팅의 상이한 섹션들로부터의 복수의 두께들로부터 유도된 표준 편차에 기초하여) 코팅의 하나의 섹션에서 약 15% 이하, 약 10% 이하, 또는 약 5% 이하인 두께의 변화에 의해 입증될 수 있다.
[0085] 특정 실시예들에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅(들)(예컨대, 308 및/또는 310)은, 도 6a-6b에 대해 더 상세히 설명되는 바와 같이, 전자 빔 이온 보조 증착(EB-IAD) 프로세스를 사용하여 물품(300)의 바디(305) 상에 증착된다. EB-IAD 증착된 플라즈마 저항성 보호 코팅(들)은 (예컨대, 플라즈마 스프레잉(plasma spraying) 또는 스퍼터링(sputtering)에 의해 야기된 막 응력과 비교하여) 비교적 낮은 막 응력을 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 비교적 낮은 막 응력은 바디(305)의 하부 표면이 12 인치 직경을 갖는 바디에 대해 전체 바디에 걸쳐 약 50 미크론 미만의 곡률로 매우 평평하게 될 수 있다. 특정 실시예들에서, 12" 웨이퍼에 대한 곡률 측정치는 낮은 곡률의 낮은 응력을 간접적으로 나타낸다. 특정 실시예들에서, EB-IAD 증착 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 코팅된 덮개의 덮개 굽힘 강도는 약 412 MPa이다. 특정 실시예들에서, 덮개 굽힘 강도는 휨 굽힘 테스트(bend flexural testing)를 이용하여 시험될 수 있다.
[0086] 특정 실시예들에서, 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅들은 어떠한 갭들, 핀 홀들, 또는 코팅되지 않은 영역들도 나타내지 않는다. EB-IAD 증착된 플라즈마 저항성 보호 코팅(들)은, 단면 모폴로지를 통해 분석되는 바와 같이, 실시예들에서 본질적으로 0%의 다공성을 갖는다(즉, 다공성 없음). 이러한 낮은 다공성은 챔버 컴포넌트가 프로세싱 동안 효과적인 진공 밀봉을 제공하는 것을 가능하게 할 수 있다. 기밀성은 플라즈마 저항성 보호 코팅을 사용하여 달성될 수 있는 밀봉 용량을 측정한다. 실시예에 따른, 5 마이크로미터 두께의 EB-IAD 증착된 플라즈마 저항성 보호 코팅을 사용하여, 대략 3E-9(㎤/s) 미만, 2E-9(㎤/s) 미만, 또는 1E-9(㎤/s) 미만의 He 누설 레이트가 달성될 수 있다. 비교하면, 약 1E-6 ㎤/s(cubic centimeters per second)의 He 누설 레이트가 알루미나를 사용하여 달성될 수 있다. 더 낮은 He 누설 레이트들은 개선된 밀봉을 표시한다. 기밀성은 헬륨 테스트 스탠드의 O-링 위에 코팅된 쿠폰을 배치하고, 게이지 <E-9 torr/s (또는 <1.3E-9 ㎤/s)가 도달할 때까지 압력을 펌핑 다운하고, O-링 주위로 헬륨 소스를 천천히 이동시킴으로써 약 30 sccm의 헬륨 유량을 사용하여 O-링 주위에 헬륨을 적용하고, 누설 레이트를 측정함으로써 측정될 수 있다.
[0087] 특정 실시예들에서, EB-IAD 증착된 플라즈마 저항성 보호 코팅은 조밀한 구조를 가지며, 이는 예컨대 챔버 덮개 상에 적용하기 위한 성능 이점들을 가질 수 있다. 부가적으로, EB-IAD 증착된 플라즈마 저항성 보호 코팅은 낮은 균열 밀도 및 바디(305)에 대한 높은 접착력을 가질 수 있으며, 이는 코팅 내의 균열들(수직 및 수평 둘 모두), 코팅의 박리, 코팅에 의한 이트륨 기반 입자 생성, 및 웨이퍼 상의 이트륨 기반 입자 결함들을 감소시키는 데 유익할 수 있다. 특정 실시예들에서, 알루미늄 기판에 대한 5 마이크로미터 두께의 EB-IAD 증착된 플라즈마 저항성 보호 코팅의 접착 강도는 약 25 MPa 초과, 약 26 MPa 초과, 약 27 MPa 초과, 또는 약 28 MPa 초과일 수 있다. 특정 실시예들에서, 접착 강도는 ASTM 633C 또는 JIS H8666에 따른 인장 테스트를 통해 측정될 수 있다.
[0088] 특정 실시예들에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅의 거칠기는 코팅되고 있는 하부 기판의 시작 거칠기로부터 대략적으로 변하지 않을 수 있다. 예컨대, 특정 실시예들에서, 기판의 시작 거칠기는 약 8-16 마이크로-인치일 수 있고, 코팅의 거칠기는 대략적으로 변하지 않을 수 있다. 특정 실시예들에서, 하부 기판의 시작 거칠기는 약 8 마이크로-인치 미만, 예컨대 약 4 내지 약 8 마이크로-인치일 수 있고, 플라즈마 저항성 보호 코팅의 거칠기는 대략적으로 변하지 않을 수 있다. 플라즈마 저항성 보호 코팅은 약 8 마이크로-인치 이하 또는 약 6 마이크로-인치 이하의 표면 거칠기를 가질 수 있다.
[0089] 특정 실시예들에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅은 플라즈마 프로세싱 동안의 마모에 저항할 수 있는 높은 경도를 갖는다. 실시예에 따르면, 5 마이크로미터 두께의 EB-IAD 증착된 플라즈마 저항성 보호 코팅은 약 ≥ 7 GPa, 예컨대 약 8 GPa의 경도를 갖는다. 코팅의 경도는 ASTM E2546-07에 따라 나노-인덴테이션(nano-indentation)에 의해 결정된다.
[0090] 실시예에 따르면, 5 마이크로미터 두께의 EB-IAD 증착된 플라즈마 저항성 보호 코팅은 2,500 V/mil 코팅보다 큰 항복 전압을 갖는다. 항복 전압은 JIS C 2110에 따라 결정된다.
[0091] 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅들은 미량 금속들, 이를테면, Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni, K, Mo, Na, Ti, Zn 중 하나 이상을 가질 수 있다. 미량 금속 레벨들은 2 ㎛의 깊이에서 레이저 어블레이션 유도 결합 플라즈마 질량분광학(Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry; LA ICPMS)을 사용하여 결정된다. 특정 실시예들에서, 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅들은, 플라즈마 저항성 보호 코팅의 원자%를 기준으로 또는 wt%를 기준으로, 약 99.5% 이상, 약 99.6% 이상, 약 99.7% 이상, 약 99.8% 이상, 또는 약 99.9% 이상의 순도를 갖는다.
[0092] EB-IAD 플라즈마 저항성 보호 코팅들을 갖는 챔버 컴포넌트들은 광범위한 온도들을 적용하는 애플리케이션들에서 사용될 수 있다. 예컨대, 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅들은 약 80℃ 내지 약 120℃ 범위의 동작 온도들에서 안정적일 수 있다.
[0093] (EB-IAD, PVD, 플라즈마 스프레이에 의해 증착되든, 또는 본원에서 고려되는 임의의 다른 증착 방법에 의해 증착되든) 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅의 조성물은, 위에서 식별된 재료 특성들 및 특징들이 일부 실시예들에서는 최대 10%, 또는 다른 실시예들에서는 최대 30% 변화될 수 있도록 수정될 수 있음을 유의하라. 따라서, 특정 실시예들에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅 특성들에 대한 설명된 값들은 예시적인 달성 가능한 값들로서 이해되어야 한다. 특정 실시예들에서, 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅들은 제공된 값들로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다.
[0094] 특정 실시예들에서, 도 8과 관련하여 더 상세히 설명되는 바와 같이 물리 기상 증착(PVD), 도 9와 관련하여 더 상세 설명되는 바와 같이 플라즈마 스프레이, e-빔이 없는 이온 보조 증착(ion assisted deposition; IDP) 프로세스, 또는 임의의 다른 적합한 증착 프로세스를 사용하여 물품(300)의 바디(305) 상에 플라즈마 저항성 보호 코팅(들)(예컨대, 308 및/또는 310)이 증착된다.
[0095] 이전에 언급된 바와 같이, 프로세싱 챔버 내의 다양한 챔버 컴포넌트들은 본원에서 설명된 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 코팅될 수 있고(IAD, 플라즈마 스프레이 또는 PVD에 의해 증착됨), 그리고/또는 본원에서 설명된 벌크 조성물들 중 임의의 벌크 조성물로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 본원에서 설명되는 벌크 조성물들로 제조되고 그리고/또는 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅들로 코팅되는 챔버 컴포넌트들은, 덮개(예컨대, 130), 노즐(예컨대, 132), 및/또는 라이너(예컨대, 116 및/또는 118) 중 하나 이상을 포함한다. 일 실시예에서, 챔버 컴포넌트는, 본원에서 설명되는 벌크 조성물로 제조될 수 있고 그리고/또는 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 코팅될 수 있는 덮개이다. 일 실시예에서, 챔버 컴포넌트는, 본원에서 설명되는 벌크 조성물로 제조될 수 있고 그리고/또는 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 코팅될 수 있는 노즐이다. 일 실시예에서, 챔버 컴포넌트는, 본원에서 설명되는 벌크 조성물로 제조될 수 있고 그리고/또는 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 코팅될 수 있는 라이너이다. 일 실시예에서, 챔버 컴포넌트는, 덮개, 노즐, 및 라이너 중 2개 이상을 포함하는 키트이며, 이들 각각은, 본원에서 설명되는 벌크 조성물로 제조될 수 있고 그리고/또는 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 코팅될 수 있다.
[0096] 도 4a는 예시적인 일 실시예에 따른, 플라즈마 저항성 보호 코팅(510)을 갖는 챔버 덮개(505)(도 1의 챔버 덮개(130)와 유사함)의 사시도를 예시한다. 도 4b는, 예시적인 일 실시예에 따른, 플라즈마 저항성 보호 코팅(510)(도 1의 코팅(133)과 유사함)을 갖는 챔버 덮개(505)의 측단면도를 예시한다. 챔버 덮개(505)는, 덮개의 중심에 또는 덮개 상의 다른 곳에 있을 수 있는 홀(520)을 포함한다. 덮개(505)는 또한, 덮개가 닫히는 동안 챔버의 벽들과 접촉할 립(515)을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅(510)은 립(515)을 덮지 않는다. 플라즈마 저항성 보호 코팅이 립(515)을 덮지 않는 것을 보장하기 위해, 증착 동안 립(515)을 덮는 하드 또는 소프트 마스크가 사용될 수 있다. 이어서, 마스크는 증착 후에 제거될 수 있다. 대안적으로, 보호 층(510)은 덮개의 전체 표면을 코팅할 수 있다. 따라서, 보호 층(510)은 프로세싱 동안 챔버의 측벽들 상에 놓일 수 있다.
[0097] 도 4b에 도시된 바와 같이, 플라즈마 저항성 보호 코팅(510)은 홀(520)의 내부를 코팅하는 측벽 부분(530)을 가질 수 있다. 보호 층(510)의 측벽 부분(530)은 덮개(505)의 표면 근처에서 더 두꺼울 수 있고, 홀(520) 내로 더 깊게 점점 더 얇아질 수 있다. 이러한 실시예들에서, 측벽 부분(530)은 홀(520)의 측벽들 전체를 코팅하지 않을 수 있다.
[0098] 도 6a는 IAD(ion assisted deposition)과 같은 에너제틱 입자들을 활용하는 다양한 증착 기법들에 적용 가능한 증착 메커니즘을 도시한다. 예시적인 IAD 방법들은 본원에서 설명된 바와 같은 플라즈마 저항성 보호 코팅들을 형성하도록 이온 타격(bombardment), 이를테면, 증발(예컨대, ARE(activated reactive evaporation)) 및 이온 타격의 존재 하의 스퍼터링을 통합하는 증착 프로세스들을 포함한다. 실시예들에서 수행되는 하나의 특정 유형의 IAD는 e-빔 IAD(electron beam IAD)이다. IAD 방법들 중 임의의 것은 O2, N2, 할로겐(예컨대, 불소), 아르곤 등과 같은 반응성 가스 종의 존재 하에 수행될 수 있다. 반응성 종은 증착 전 및/또는 증착 동안 표면 유기 오염물들을 태울 수 있다. 부가적으로, 세라믹 타깃 증착 대 금속 타깃 증착을 위한 IAD 증착 프로세스는 실시예들에서 O2 이온들의 부분 압력에 의해 제어될 수 있다. 대안적으로, 세라믹 타깃은 산소가 없거나 산소가 감소된 상태에서 사용될 수 있다. 특정 실시예들에서, IAD 증착은 산소 및/또는 아르곤의 존재 하에 수행된다. 특정 실시예들에서, IAD 증착은 코팅에 통합된 불소로 코팅을 증착하기 위해, 불소의 존재 하에 수행된다. 내부에 통합된 불소로의 코팅은 유사한 환경들을 포함하는 웨이퍼 프로세스들(예컨대, 불소 환경으로의 프로세싱)과 상호작용할 가능성이 적은 것으로 여겨진다.
[0099] 도시된 바와 같이, 플라즈마 저항성 보호 코팅(615)(도 1의 코팅(133, 134, 136), 도 3의 코팅(308 및/또는 310), 도 4a 및 도 4b의 코팅(510)과 유사함)은 이온들과 같은 에너제틱 입자들(603)의 존재 하에 증착 재료들(602)의 축적에 의해 물품(610) 상에 또는 다수의 물품들(610A, 610B)(이를테면, 덮개 및/또는 노즐 및/또는 라이너를 포함하여 이전에 설명된 챔버 컴포넌트들 중 임의의 챔버 컴포넌트) 상에 형성된다. 증착 재료(602)는 원자들, 이온들, 라디칼들 등을 포함할 수 있다. 에너제틱 입자들(603)은 플라즈마 저항성 보호 코팅(615)이 형성될 때 보호 코팅(615)과 충돌하여 소형화(compact)할 수 있다.
[00100] 일 실시예에서, EB-IAD는 플라즈마 저항성 보호 코팅(615)을 형성하기 위해 사용된다. 도 6b는 IAD 증착 장치의 개략도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 재료 소스(650)는 증착 재료들(602)의 플럭스(flux)를 제공하는 반면, 에너제틱 입자 소스(655)는 에너제틱 입자들(603)의 플럭스를 제공하며, 이들 둘 모두는 IAD 프로세스 전반에 걸쳐 물품(610, 610A, 610B)에 충돌한다. 에너제틱 입자 소스(655)는 산소 또는 다른 이온 소스일 수 있다. 에너제틱 입자 소스(655)는 또한 입자 생성 소스들(예컨대, 플라즈마, 반응성 가스들, 또는 증착 재료들을 제공하는 재료 소스)로부터 나오는 다른 유형들의 에너제틱 입자들 이를테면, 라디칼들, 중성자들, 원자들 및 나노 크기 입자들을 제공할 수 있다.
[00101] 증착 재료들(602)을 제공하는 데 사용되는 재료 소스(예컨대, 타깃 바디 또는 플러그 재료)(650)는 플라즈마 저항성 보호 코팅(615)을 구성할 동일한 세라믹에 대응하는 벌크 소결 세라믹일 수 있다. 재료 소스는 벌크 소결 YAG, 벌크 소결 Y2O3 및/또는 벌크 소결 Al2O3, 및/또는 다른 언급된 세라믹들과 같은 벌크 소결 세라믹 화합물 바디일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 벌크 소결 Y2O3 타깃의 제1 재료 소스 및 벌크 소결 Al2O3 타깃의 제2 재료 소스와 같은, 다수의 재료 소스들이 사용된다. 분말들, 하소된 분말들, 미리 형성된 재료(예컨대, 생소지 프레싱 또는 고온 프레싱에 의해 형성됨), 또는 기계 가공된 바디(예컨대, 융합된 재료)와 같은 다른 타깃 재료들이 또한 사용될 수 있다. 상이한 유형들의 재료 소스들(650) 모두는 증착 동안 용융 재료 소스들로 용융된다. 그러나 상이한 유형들의 출발 재료는 용융되는 데 상이한 양의 시간이 걸린다. 융합된 재료들 및/또는 기계 가공된 바디들이 가장 빨리 용융될 수 있다. 미리 형성된 재료는 융합된 재료들보다 느리게 용융되고, 하소된 분말들은 미리 형성된 재료들보다 느리게 용융되고, 표준 분말들은 하소된 분말들보다 훨씬 느리게 용융된다.
[00102] 일부 실시예들에서, 재료 소스는 금속 재료(예컨대, Y 및 Al의 혼합물, 또는 Y 하나 및 Al 하나인 2개의 상이한 타깃들)이다. 이러한 재료 소스는 산화물 코팅을 형성하기 위해 산소 이온들에 의해 타격될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 산소 가스(및/또는 산소 플라즈마)는 Y 및 Al의 스퍼터링되거나 증발된 금속들이 산소와 상호작용하여 산화물 코팅을 형성하게 하기 위해 IAD 프로세스 동안 증착 챔버 내로 유동될 수 있다.
[00103] IAD는 재료 및 에너제틱 이온 소스들을 제공하기 위해 하나 이상의 플라즈마들 또는 빔들(예컨대, 전자 빔들)을 활용할 수 있다. 플라즈마 저항성 코팅의 증착 동안, 반응성 종이 또한 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 에너제틱 입자들(603)은 비-반응성 종(예컨대, Ar) 또는 반응성 종(예컨대, O) 중 적어도 하나를 포함한다. 추가 실시예들에서, CO 및 할로겐들(Cl, F, Br 등)과 같은 반응성 종이 또한 플라즈마 저항성 보호 코팅의 형성 동안 도입되어 플라즈마 저항성 보호 코팅(615)에 가장 약하게 본딩된 증착된 재료를 선택적으로 제거하는 경향을 추가로 증가시킬 수 있다.
[00104] IAD 프로세스들을 통해, 에너제틱 입자들(603)은 다른 증착 파라미터들과 관계없이 에너제틱 이온(또는 다른 입자) 소스(655)에 의해 제어될 수 있다. 에너제틱 이온 플럭스의 에너지(예컨대, 속도), 밀도 및 입사 각도에 따라, 플라즈마 저항성 보호 코팅의 조성, 구조, 결정 배향, 입자 크기 및 비정질 성질이 조작될 수 있다.
[00105] 조정될 수 있는 부가적인 파라미터들은 증착 동안의 물품의 온도뿐만 아니라 증착의 지속기간이다. 일 실시예에서, IAD 증착 챔버(및 챔버 덮개)는 증착 전에 70℃ 이상의 시작 온도로 가열된다. 일 실시예에서, 시작 온도는 50℃ 내지 250℃이다. 일 실시예에서, 시작 온도는 50℃ 내지 100℃이다. 그 후, 챔버 및 덮개의 온도는 증착 동안 시작 온도로 유지될 수 있다. 일 실시예에서, IAD 챔버는 가열을 수행하는 가열 램프들을 포함한다. 대안적인 실시예에서, IAD 챔버 및 덮개는 가열되지 않는다. 챔버가 가열되지 않는 경우, IAD 프로세스의 결과로서 온도가 자연적으로 약 70℃까지 증가한다. 증착 동안 더 높은 온도는 플라즈마 저항성 보호 코팅의 밀도를 증가시킬 수 있지만, 플라즈마 저항성 보호 코팅의 기계적 응력을 또한 증가시킬 수 있다. 코팅 동안 낮은 온도를 유지하기 위해 활성 냉각이 챔버에 추가될 수 있다. 낮은 온도는 일 실시예에서 70℃ 이하 내지 0℃ 아래까지 임의의 온도에서 유지될 수 있다.
[00106] 조정할 수 있는 부가적인 파라미터들은 작동 거리(670) 및 입사 각도(672)이다. 작동 거리(670)는 재료 소스(650)와 물품(610A, 610B) 사이의 거리이다. 일 실시예에서, 작동 거리는 0.2 내지 2.0미터이고, 일 특정 실시예들에서 작동 거리는 1.0미터이다. 작동 거리를 감소시키는 것은 증착 레이트를 증가시키고 이온 에너지의 효율성을 증가시킨다. 그러나 특정 지점 아래로 작동 거리를 감소시키는 것은 보호 층의 균일성을 감소시킬 수 있다. 입사 각도는 증착 재료들(602)이 물품들(610A, 610B)에 부딪히는 각도이다. 일 실시예에서 입사 각도는 10-90도이다.
[00107] IAD 코팅들은 약 0.1 μin(micro-inches) 내지 약 180 μin의 거칠기로 광범위한 표면 조건들 위에 적용될 수 있다. 그러나 더 매끄러운 표면은 균일한 코팅 커버리지를 용이하게 한다. 코팅 두께는 최대 약 300 ㎛(micron)일 수 있다. 생산 시에, Nd2O3, Sm2O3, Er2O3 등과 같은 희토류 산화물 기반 착색제를 코팅 층 스택의 바닥에 의도적으로 첨가함으로써 컴포넌트들 상의 코팅 두께가 평가될 수 있다. 두께는 또한 엘립소메트리(ellipsometry)를 사용하여 정확하게 측정될 수 있다.
[00108] 본원에서 설명된 실시예들에서, IAD 코팅들은 비정질이다. 비정질 코팅들은 결정질 코팅들과 비교하여 보다 컨포멀(conformal)하고 격자 미스매치 유도성 에피택셜 균열(lattice mismatch induced epitaxial crack)들을 감소시킨다. 일 실시예에서, 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅은 100% 비정질이고 결정화도가 0이다. 특정 실시예들에서, 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅은 컨포멀하고 낮은 필름 응력을 갖는다.
[00109] 더 두꺼운 코팅들뿐만 아니라 계층화된 아키텍처들을 생성하기 위해 다수의 전자 빔(e-beam) 건들을 사용한 다수의 타깃들의 공동-증착이 달성될 수 있다. 예컨대, 동일한 재료 유형을 가진 두 개의 타깃들이 동시에 사용될 수 있다. 각각의 타깃은 상이한 전자 빔 건에 의해 타격될 수 있다. 이는 증착 레이트 및 보호 층의 두께를 증가시킬 수 있다. 다른 예에서, 2개의 타깃들은 상이한 세라믹 재료들일 수 있다. 예컨대, Al 또는 Al2O3의 하나의 타깃 및 Y 또는 Y2O3의 다른 타깃이 사용될 수 있다. 제1 전자 빔 건은 제1 보호 층을 증착하도록 제1 타깃을 타격할 수 있고, 제2 전자 빔 건은 후속적으로 제1 보호 층과 상이한 재료 조성을 갖는 제2 보호 층을 형성하도록 제2 타깃을 타격할 수 있다.
[00110] 일 실시예에서, 단일 타깃 재료(플러그 재료로서 또한 지칭됨) 및 단일 전자 빔 건이 본원에서 설명된 플라즈마 저항성 보호 코팅에 도달하기 위해 사용될 수 있다.
[00111] 일 실시예에서, 다수의 챔버 컴포넌트들(예컨대, 다수의 덮개들 또는 다수의 라이너들 또는 다수의 노즐들)은 IAD 챔버에서 병렬로 프로세싱된다. 각각의 챔버 컴포넌트는 상이한 픽스처(fixture)에 의해 지지될 수 있다. 대안적으로, 단일 픽스처는 다수의 챔버 컴포넌트들을 홀딩하도록 구성될 수 있다. 픽스처들은 증착 동안 지지된 챔버 컴포넌트들을 이동시킬 수 있다.
[00112] 일 실시예에서, 챔버 컴포넌트를 홀딩하기 위한 픽스처는 금속 컴포넌트들 이를테면, 냉간 압연된 강철 또는 세라믹들 이를테면, Al2O3, Y2O3 등으로 설계될 수 있다. 픽스처는 재료 소스 및 전자 빔 건 위 또는 아래에서 챔버 컴포넌트를 지지하는 데 사용될 수 있다. 픽스처는 코팅 동안뿐만 아니라 더 안전하고 쉬운 취급을 위해 챔버 컴포넌트를 척킹하는 척킹 능력을 가질 수 있다. 또한, 픽스처는 챔버 컴포넌트를 배향하거나 정렬하기 위한 특징을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 픽스처는 소스 재료에 대한 지지된 챔버 컴포넌트의 배향을 변경하기 위해 하나 이상의 축들을 중심으로 회전 및/또는 재포지셔닝될 수 있다. 픽스처는 또한 증착 전 및/또는 증착 동안 작동 거리 및/또는 입사 각도를 변경하기 위해 재포지셔닝될 수 있다. 픽스처는 코팅 동안 챔버 컴포넌트의 온도를 제어하기 위해 냉각 또는 가열 채널들을 가질 수 있다. IAD는 가시선 프로세스(line of sight process)이기 때문에 챔버 컴포넌트를 재포지셔닝하고 회전하는 능력은 홀들과 같은 3D 표면들의 최대 코팅 커버리지를 가능하게 할 수 있다.
[00113] 특정 실시예들에서, 본원에서 설명되는 IAD 증착 플라즈마 저항성 보호 코팅은, 다른 이트륨 기반 코팅 조성물들과 비교하여 그리고/또는 동일한 화학적 조성을 갖지만, 기계적 특성들(예컨대, 밀도, 다공성, 경도, 항복 전압, 거칠기, 기밀성, 접착 강도, 결정화도/비정질 성질 등) 및/또는 화학적 특성들(예컨대, 화학적 저항률)이 다를 수 있는 다른 코팅들과 비교하여 부식성 화학물질(예컨대, 수소 기반 화학물질, 할로겐 기반 화학물질, 또는 이들의 혼합물)에 대한 더 큰 내화학성을 제공한다. 예컨대, 일 실시예에서, IAD 증착 플라즈마 저항성 보호 코팅은, 다른 이트륨 기반 코팅 조성물들과 비교하여 그리고/또는 본 개시내용과 상이하게 제조 및/또는 증착된 다른 YAG 코팅들과 비교하여 화학적 환경(예컨대, 공격적인 할로겐 및/또는 수소 산성 환경들)에서의 향상된 내화학성 및/또는 향상된 플라즈마 저항성을 제공하는, (알루미늄, 이트륨, 및 산소의 양의 측면에서) YAG의 화학적 조성에 대응하거나 YAG의 화학적 조성에 근접하는 화학적 조성을 갖는다.
[00114] 다른 이트륨 기반 코팅들과 비교하여 본원에서 설명되는 IAD 증착 플라즈마 저항성 보호 코팅의 향상된 내화학성이 도 7A1, 도 7A2, 도 7B1, 도 7B2, 도 7C1, 도 7C2, 도 7D1 및 도 7D2에 예시된다. 도 7A1 및 도 7A2는 농축된 할로겐 기반 산(예컨대, HCl, HF, HBr)에서의 60분 동안의 공격적인 산 침지로의 노출 전(도 7A1) 및 노출 후(도 7A2)의 이트리아(Y2O3) IAD 증착된 코팅을 도시한다. 도 7A2에 따라, 이트리아 IAD 증착된 코팅은 가속된 내화학성 테스트 후에 없어졌다(즉, 도 7A2는 코팅의 100%가 공격받았음을 도시한다). 도 7B1 및 도 7B2는, 농축된 할로겐 기반 산(예컨대, HCl, HF, HBr)에서의 60분 동안 공격적인 산 침지로의 노출 전(도 7B1) 및 노출 후(도 7B2) Y4Al2O9를 포함하는 세라믹 화합물 및 Y2O3-ZrO2의 고용체로 구성된 IAD 증착된 코팅을 도시한다. 도 7B2에 따라, Y4Al2O9를 포함하는 세라믹 화합물 및 Y2O3-ZrO2의 고용체로 구성된 IAD 증착된 코팅은 가속된 내화학성 테스트 후에 거의 없어졌다(즉, 도 7B2는 코팅의 70%가 공격받은 것으로 도시한다). 도 7C1 및 도 7C2는, 농축된 할로겐 기반 산(예컨대, HCl, HF, HBr)에서의 60분 동안 공격적인 산 침지로의 노출 전(도 7C1) 및 노출 후(도 7C2) Y2O3-ZrO2 고용체로 구성된 IAD 증착된 코팅을 도시한다. 도 7C2에 따라, Y2O3-ZrO2 고용체로 구성된 IAD 증착된 코팅은 가속된 내화학성 테스트 후에 없어졌다(즉, 도 7C2는 코팅의 100%가 공격받은 것으로 도시한다).
[00115] 도 7D1 및 도 7D2는, 농축된 할로겐 기반 산(예컨대, HCl, HF, HBr)에서의 60분 동안의 공격적인 산 침지로의 노출 전(도 7D1) 및 노출 후(도 7D2), 실시예에 따른, IAD 증착된 단일 상 비정질 YAG 코팅(즉, 도 2에 도시된 알루미나-이트리아 상 다이아그램 상의 YAG에 대응하는 이트리아 및 알루미나의 조성을 갖는 이트리아와 알루미나의 비정질 단일 상 블렌드)을 도시한다. 가속된 내화학성 테스트 후에 IAD 증착된 단일 상 비정질 YAG 코팅에서 어떠한 손상도 관찰되지 않았다(즉, 도 7D2는 코팅의 0%가 공격된 것을 도시한다).
[00116] 도 7A1 내지 도 7D2는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, IAD에 의해 증착된 플라즈마 저항성 보호 코팅들이 다른 이트륨 기반 IAD 증착된 코팅들과 비교하여 가혹한 화학적 환경들(예컨대, 가혹한 산성 환경들뿐만 아니라 할로겐 및/또는 수소 기반 환경들)에 대해 개선된 내화학성을 나타내는 것을 예시한다. 그러한 내화학성은 또한, 연장된 프로세싱 지속기간에 걸쳐 감소된 수의 이트륨 기반 입자들에 그리고 대응적으로 감소된 웨이퍼 결함에 기여한다.
[00117] 제한하는 것으로 해석되지 않으면서, 특정 실시예들에서, IAD 증착된 플라즈마 저항성 코팅 조성물 내의 알루미늄/알루미나 농도가 증가함에 따라, (산 응력 테스트에 기초하여 결정된 바와 같이) 코팅의 내화학성이 개선되었음을 도 7A1 내지 도 7D2로부터 알 수 있다.
[00118] 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅들은 물리 기상 증착(PVD) 프로세스를 사용하여 증착될 수 있다. PVD 프로세스들은 수 나노미터 내지 수 마이크로미터 범위의 두께들을 갖는 박막들을 증착하는 데 사용될 수 있다. 다양한 PVD 프로세스들은 3개의 기본 특징들: 다양한 PVD 프로세스들은 공통적으로 3개의 기본 특징들: (1) 고온 또는 기체 플라즈마의 도움으로 고체 소스로부터 재료를 증발시키는 것; (2) 기화된 재료를 진공 상태에서 물품의 표면으로 운송하는 것; 및 (3) 기화된 재료를 물품 상에 응축시켜 얇은 필름 층을 생성하는 것을 공유한다. 예시적인 PVD 반응기가 도 8에 도시된다.
[00119] 도 8은 다양한 PVD 기법들 및 반응기들에 적용 가능한 증착 메커니즘을 도시한다. PVD 반응기 챔버(800)는 물품(820)에 인접한 플레이트(810) 및 타깃(830)에 인접한 플레이트(815)를 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 복수의 타깃들(예컨대, 2개의 타깃들)이 사용될 수 있다. 반응기 챔버(800)로부터 공기가 제거되어, 진공이 생성될 수 있다. 이어서, 가스(이를테면, 아르곤 가스 또는 산소 가스)가 반응기 챔버 내로 도입될 수 있고, 전압이 플레이트들에 인가될 수 있고, 전자들 및 양의 이온들(이를테면, 아르곤 이온들 또는 산소 이온들)을 포함하는 플라즈마(840)가 생성될 수 있다. 이온들(840)은 양의 이온들일 수 있고, 음으로 대전된 플레이트(815)로 끌어당겨질 수 있으며, 이온들(840)은 하나 이상의 타깃(들)(830)에 충돌하고 타깃으로부터 원자들(835)을 방출할 수 있다. 방출된 원자들(835)은 이송되어 물품(820) 상에 코팅(825)으로서 증착될 수 있다. 코팅은 단일 층 아키텍처(architecture)를 가질 수 있거나 또는 다층 아키텍처(예컨대, 층들(825 및 845))를 포함할 수 있다.
[00120] 도 8의 물품(820)은 기판 지지 조립체, 정전 척(ESC), 링(예컨대, 프로세스 키트 링 또는 단일 링), 챔버 벽, 베이스, 가스 분배 플레이트, 가스 라인들, 샤워헤드, 노즐, 덮개, 라이너, 라이너 키트, 차폐부, 플라즈마 스크린, 유동 등화기, 냉각 베이스, 챔버 뷰포트, 챔버 덮개 등을 포함하나 이로 제한되지 않는 다양한 반도체 프로세스 챔버 컴포넌트들을 나타낼 수 있다.
[00121] 도 8의 코팅(825)(그리고 선택적으로 (845))은 본원에서 설명된 플라즈마 저항성 보호 코팅들 중 임의의 코팅을 나타낼 수 있다. 코팅(825)(그리고 선택적으로, (845))은 이전에 설명된 코팅들과 동일한 알루미늄/알루미나, 이트리아/이트륨, 및 산소의 조성을 가질 수 있다. 유사하게, 플라즈마 저항성 보호 코팅(825)(그리고 선택적으로 (845))은, 제한들 없이, 비정질 백분율, 다공성, 밀도, 접착 강도, 거칠기, 내화학성, 물리적 저항, 경도, 순도, 항복 전압, 굽힘 강도, 기밀성, 안정성 등과 같은 앞서 설명된 특성들 중 임의의 특성을 가질 수 있다.
[00122] 더욱이, 플라즈마 저항성 보호 코팅(825)(그리고 선택적으로 (845))은, 연장된 프로세싱 지속기간에 걸쳐 공격적인 화학적 환경 및/또는 공격적인 플라즈마 환경에 대한 노출 시에, (웨이퍼당 이트륨 기반 입자 결함들에 기초하여 추정된 바와 같이) 감소된 결함을 나타낼 수 있다.
[00123] 본원에서 설명되는 플라즈마 저항성 보호 코팅들은 플라즈마 스프레이 프로세스를 사용하여 증착될 수 있으며, 그 예가 도 9에 도시된다. 도 9는 실시예에 따른 플라즈마 스프레이 디바이스(900)의 단면도를 도시한다. 플라즈마 스프레이 디바이스(900)는, 세라믹 재료들의 "슬러리 플라즈마 스프레이"(slurry plasma spray; "SPS") 증착을 수행하는 데 사용되는 열 스프레이 시스템 타입이다. 아래의 설명이 SPS 기법과 관련하여 설명될 것이지만, 건조 분말 혼합물을 사용하는 다른 표준 플라즈마 스프레이 기법들이 또한, 본원에서 설명되는 코팅들을 증착하는 데 활용될 수 있다.
[00124] SPS 증착은 기판 상에 세라믹 코팅을 증착하기 위해, 입자들(슬러리)의 용액-기반 분포를 활용한다. SPS는 대기압 플라즈마 스프레이(atmospheric pressure plasma spray; APPS), 고속 산소-연료(high velocity oxy-fuel; HVOF), 웜 스프레잉(warm spraying), 진공 플라즈마 스프레잉(vacuum plasma spraying; VPS), 및 저압 플라즈마 스프레잉(low pressure plasma spraying; LPPS)을 사용하여 슬러리를 스프레잉함으로써 수행될 수 있다.
[00125] 플라즈마 스프레이 디바이스(900)는 노즐 애노드(906) 및 캐소드(904)를 에워싸는 케이싱(902)을 포함할 수 있다. 케이싱(902)은 플라즈마 스프레이 디바이스(900)를 통한 그리고 노즐 애노드(906)와 캐소드(904) 사이의 가스 흐름(908)을 허용한다. 외부 전력 소스가 노즐 애노드(906)와 캐소드(904) 사이에 전압 전위를 인가하기 위해 사용될 수 있다. 전압 전위는 노즐 애노드(906)와 캐소드(904) 사이에 아크(arc)를 생성하며, 아크는 플라즈마 가스를 생성하기 위해, 가스 흐름(908)을 점화시킨다. 점화된 플라즈마 가스 흐름(908)은 노즐 애노드(906)로부터 기판(920) 쪽으로 지향되는 고속 플라즈마 플룸(plume)(914)을 생성한다.
[00126] 플라즈마 스프레이 디바이스(900)는 챔버 또는 대기 부스(atmospheric booth)에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 흐름(908)은 아르곤, 산소, 질소, 수소, 헬륨, 및 이들의 조합들을 포함하는(그러나 이에 제한되지 않음) 가스 또는 가스 혼합물일 수 있다. 특정 구체예들에서, 불소와 같은 다른 가스들이 일부 불소를 불소 프로세싱 환경에서 마모에 더 강하도록 코팅에 포함시키기 위해 도입될 수 있다.
[00127] 플라즈마 스프레이 디바이스(900)는 플라즈마 플룸(914) 내로 슬러리를 전달하기 위한 하나 이상의 유체 라인들(912)을 구비할 수 있다. 일부 실시예들에서, 여러 유체 라인들(912)이 일 측에 배열될 수 있거나 또는 플라즈마 플룸(914) 주위에 대칭적으로 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유체 라인들(912)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 플라즈마 플룸(914) 방향에 수직 방식으로 배열될 수 있다. 다른 실시예들에서, 유체 라인들(912)은 슬러리를 플라즈마 플룸으로 상이한 각도(예컨대, 45°)로 전달하도록 조정될 수 있거나, 또는 슬러리를 플라즈마 플룸(914) 내로 내부적으로 주입하도록 케이싱(902)의 내부에 적어도 부분적으로 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 유체 라인(912)은 상이한 슬러리를 제공할 수 있으며, 이는 기판(920)에 걸쳐 결과적인 코팅의 조성을 변화시키는 데 활용될 수 있다.
[00128] 슬러리 피더 시스템(slurry feeder system)이 슬러리를 유체 라인들(912)에 전달하기 위해 활용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 슬러리 피더 시스템은 코팅 동안 일정한 유량을 유지하는 유량 제어기를 포함한다. 유체 라인들(912)은, 예컨대 탈이온수를 사용하여, 코팅 프로세스 전에 그리고 후에 세정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 스프레이 디바이스(900)에 공급되는 슬러리를 포함하는 슬러리 콘테이너는, 슬러리를 균일하게 유지하고 침강을 방지하는 코팅 프로세스의 과정 동안 기계적으로 교반된다.
[00129] 대안적으로, 표준 분말 기반 플라즈마 스프레이 기법들에서, 하나 이상의 상이한 분말들로 채워진 하나 이상의 분말 컨테이너들을 포함하는 분말 전달 시스템이 플라즈마 플룸(914)(도시되지 않음) 내로 분말을 전달하기 위해 사용될 수 있다.
[00130] 플라즈마 플룸(914)은 매우 높은 온도들(예컨대, 약 3000℃ 내지 약 10000℃)에 도달할 수 있다. 플라즈마 플룸(914)에 주입될 때 슬러리(또는 슬러리들)가 겪는 극심한 온도는 슬러리 용매가 신속하게 증발하게 할 수 있고 세라믹 입자들을 용융시켜, 기판(920) 쪽으로 추진되는 입자 스트림(916)을 생성할 수 있다. 표준 분말 기반 플라즈마 스프레이 기법에서, 플라즈마 플룸(914)의 극심한 온도는 또한 그에 전달된 분말을 용융시키고, 용융된 입자들을 기판(920) 쪽으로 추진시킨다. 기판(920)과의 충돌 시에, 용융된 입자들은 평탄화될 수 있고, 기판 상에서 급속하게 응고되어, 세라믹 코팅(918)을 형성할 수 있다. 용매는 세라믹 입자들이 기판(920)에 도달하기 전에 완전히 증발될 수 있다.
[00131] 특정 실시예들에서, 플라즈마 스프레이 증착을 사용하여 증착된 플라즈마 저항성 보호 코팅들은 e-빔 IAD에 의해 증착된 코팅들의 다공성보다 더 큰 다공성을 가질 수 있다. 예컨대, 특정 실시예들에서, 플라즈마 분무 증착된 플라즈마 저항성 보호 코팅들은, 최대 약 10%, 최대 약 8%, 최대 약 6%, 최대 약 4%, 최대 약 3%, 최대 약 2%, 최대 약 1%, 또는 최대 약 0.5%의 다공성을 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 다공성은 다공성의 백분율 면적을 계산하기 위해 소프트웨어를 이용하여 1000x 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 이미지를 통해 측정된다.
[00132] 세라믹 코팅의 두께, 밀도 및 거칠기에 영향을 미칠 수 있는 파라미터들은 슬러리 조건들, 입자 크기 분포, 슬러리 공급 레이트, 플라즈마 가스 조성, 가스 유량, 에너지 입력, 스프레이 거리, 및 기판 냉각을 포함한다.
[00133] 도 9의 물품(920)은 기판 지지 조립체, 정전 척(ESC), 링(예컨대, 프로세스 키트 링 또는 단일 링), 챔버 벽, 베이스, 가스 분배 플레이트, 가스 라인들, 샤워헤드, 노즐, 덮개, 라이너, 라이너 키트, 차폐부, 플라즈마 스크린, 유동 등화기, 냉각 베이스, 챔버 뷰포트, 챔버 덮개 등을 포함하나 이로 제한되지 않는 다양한 반도체 프로세스 챔버 컴포넌트들을 나타낼 수 있다.
[00134] 도 9의 코팅(918)은 본원에서 설명된 플라즈마 저항성 보호 코팅들 중 임의의 코팅을 나타낼 수 있다. 코팅(918)은 이전에 설명된 코팅들과 동일한 조성의 알루미늄/알루미나, 이트리아/이트륨 및 산소를 가질 수 있다. 유사하게, 플라즈마 저항성 보호 코팅(918)은 앞서 설명된 특성들 중 임의의 특성, 이를테면 제한들 없이, 비정질 백분율(예컨대, 약 80%, 약 85%, 약 90%, 약 95% 또는 약 98% 비정질 중 임의의 것보다 큼), 다공성(예컨대, 약 2%, 약 1.5%, 약 1%, 약 0.5%, 또는 약 0.1% 중 임의의 것보다 낮음), 밀도, 접착 강도(예컨대, 약 18 MPa, 약 20 MPa, 약 23 MPa, 약 25 MPa, 약 28 MPa, 또는 약 30 MPa 중 임의의 것보다 큼), 내화학성, 물리적 저항, 경도(예컨대, 약 6 GPa, 약 7 GPa, 약 8 GPa, 약 9 GPa, 또는 약 10 GPa 중 임의의 것보다 큼), 순도, 항복 전압(약 800 V/Mil, 약 1000 V/Mil, 약 1250 V/Mil, 약 1500 V/Mil 또는 약 2000 V/Mil 중 임의의 것보다 큼), 거칠기, 굽힘 강도, 기밀성, 안정성 등을 가질 수 있다. 게다가, 코팅(918)은 연장된 프로세싱 지속기간에 걸쳐 공격적인 화학적 환경 및/또는 공격적인 플라즈마 환경에 대한 노출 시에, (웨이퍼당 이트륨 기반 입자 결함들에 기초하여 추정된 바와 같이) 감소된 결함을 나타낼 수 있다.
[00135] 특정 실시예들에서, 본원에서 설명되는 바와 같이, 플라즈마 스프레이에 의해 증착되는 플라즈마 저항성 보호 코팅은, 다른 이트륨 기반 코팅 조성물들과 비교하여 그리고/또는 동일한 화학적 조성을 갖지만, 기계적 특성들(예컨대, 밀도, 다공성, 경도, 항복 전압, 거칠기, 기밀성, 접착 강도, 결정화도/비정질 성질 등) 및/또는 화학적 특성들(예컨대, 화학적 저항률)이 다를 수 있는 다른 코팅들과 비교하여 부식성 화학물질(예컨대, 수소 기반 화학물질, 할로겐 기반 화학물질, 또는 이들의 혼합물)에 대한 더 큰 내화학성을 제공한다. 예컨대, 일 실시예에서, 플라즈마 스프레이 증착된 플라즈마 저항성 보호 코팅은 다른 이트륨 기반 코팅 조성물들과 비교하여 그리고/또는 본 개시내용과 상이하게 제조 및/또는 증착된 다른 YAG 코팅들과 비교하여 화학적 환경(예컨대, 공격적인 할로겐 및/또는 수소 산성 환경들)에서의 향상된 내화학성 및/또는 향상된 플라즈마 저항성을 제공하는, (알루미늄, 이트륨, 및 산소의 양의 측면에서) YAG의 화학적 조성에 대응하거나 YAG의 화학적 조성에 근접하는 화학적 조성을 갖는다.
[00136] 플라즈마 스프레이에 의해 증착되는 다른 이트륨 기반 코팅 조성물들과 비교하여, 본원에서 설명되는 플라즈마 스프레잉된 플라즈마 저항성 보호 코팅들의 향상된 내화학성이 도 10A1, 도 10A2, 도 10B1, 도 10B2, 도 10C1, 도 10C2, 도 10D1 및 도 10D2에 예시된다. 도 10A1 및 도 10A2는 농축된 할로겐 기반 산(예컨대, HCl, HF, HBr)에서의 60분 동안의 공격적인 산 침지로의 노출 전(도 10A1) 및 노출 후(도 10A2)의 플라즈마 스프레이에 의해 증착된 이트리아(Y2O3) 코팅을 도시한다. 도 10A2에 따라, 플라즈마 스프레잉된 이트리아 코팅은 가속된 내화학성 테스트 후에 (조사된 코팅 영역의 25% 초과에서) 큰 손상을 나타냈다(예컨대, 도 10A2는 조사된 코팅 영역의 약 50%가 공격받은 것을 예시한다). 도 10B1 및 도 10B2는, 농축된 할로겐 기반 산(예컨대, HCl, HF, HBr)에서의 60분 동안 공격적인 산 침지로의 노출 전(도 10B1) 및 노출 후(도 10B2) Y4Al2O9를 포함하는 세라믹 화합물 및 Y2O3-ZrO2의 고용체로 구성된 플라즈마 스프레이에 의해 증착된 코팅을 도시한다. 도 10B2에 따라, Y4Al2O9를 포함하는 세라믹 화합물 및 Y2O3-ZrO2의 고용체로 구성된 플라즈마 스프레잉된 코팅은 가속된 내화학성 테스트 후에 (조사된 코팅 영역의 15%에서) 국부화된 중간 손상을 나타냈다. 도 10C1 및 도 10C2는, 농축된 할로겐 기반 산(예컨대, HCl, HF, HBr)에서의 60분 동안 공격적인 산 침지로의 노출 전(도 10C1) 및 노출 후(도 10C2)의 플라즈마 스프레이에 의해 증착된 Y2O3-ZrO2 고용체로 구성된 코팅을 도시한다. 도 10C2에 따라, Y2O3-ZrO2 고용체로 구성된 플라즈마 스프레잉된 코팅은 가속된 내화학성 테스트 후에 (조사된 코팅 영역의 30%에서) 국부화된 중간 내지 큰 손상을 나타냈다.
[00137] 도 10D1 및 도 10D2는, 실시예에 따라, 농축된 할로겐 기반 산(예컨대, HCl, HF, HBr)에서의 60분 동안 공격적인 산 침지로의 노출 전(도 10D1) 및 노출 후(도 10D2)의 플라즈마 스프레잉된 실질적으로 비정질인 YAG 코팅(즉, 도 2에 도시된 알루미나-이트리아 상 다이아그램 상의 YAG에 대응하는 이트리아 및 알루미나의 조성을 갖는 적어도 90% 비정질 이트리아와 알루미나의 블렌드)을 도시한다. 가속된 내화학성 테스트 후에, 플라즈마 스프레잉된 실질적으로 비정질인 YAG 코팅에서 국부화된 사소한 손상 및 실질적으로 어떠한 손상(조사된 코팅 영역의 약 0%-3%에서)도 관찰되지 않았다.
[00138] 도 10A1 내지 도 10D2는 본원에서 설명되는 실시예들에 따라 플라즈마 스프레이에 의해 증착된 플라즈마 저항성 보호 코팅들이 다른 이트륨기반 플라즈마 스프레잉된 코팅들과 비교하여 가혹한 화학적 환경들(예컨대, 가혹한 산성 환경들 뿐만 아니라 할로겐 및/또는 수소 기반 환경들)에 대해 개선된 내화학성을 나타내는 것을 예시한다. 그러한 내화학성은 또한, 연장된 프로세싱 지속기간에 걸쳐 감소된 수의 이트륨 기반 입자들에 그리고 대응적으로 감소된 웨이퍼 결함에 기여한다.
[00139] 제한하는 것으로 해석되지 않으면서, 특정 실시예들에서, 플라즈마 스프레잉된 코팅 조성물 내의 알루미늄/알루미나 농도가 증가함에 따라, (산 응력 테스트에 기초하여 결정된 바와 같이) 코팅의 내화학성이 개선되었음을 도 10A1 내지 도 10D2로부터 알 수 있다.
[00140] 도 11는 일 실시예에 따른 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 챔버 컴포넌트와 같은 물품을 코팅하기 위한 방법(1100)의 일 실시예를 예시한다. 프로세스(1100)의 블록(1110)에서, 챔버 컴포넌트와 같은 물품이 제공된다. 챔버 컴포넌트(예컨대, 덮개 또는 노즐 또는 라이너)는 앞서 설명된 벌크 조성물중 임의의 벌크 조성물을 갖는 벌크 소결 세라믹 바디를 가질 수 있다. 대안적으로, 벌크 소결 세라믹 바디는 Al2O3, Y2O3, SiO2, 또는 Y2O3-ZrO2의 고용체와 Y4Al2O9를 포함하는 세라믹 화합물일 수 있다.
[00141] 블록(1120)에서, 챔버 컴포넌트의 적어도 하나의 표면 상에 본원에서 설명된 내부식성 및 내침식성 플라즈마 저항성 보호 코팅을 증착하기 위해, IAD(ion assisted deposition) 프로세스(이를테면 EB-IAD) 또는 플라즈마 스프레이 또는 PVD가 수행된다. 일 실시예에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅을 증착하기 위해, EB-IAD(electron beam ion assisted deposition process)가 수행된다. 일 실시예에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅을 증착하기 위해, 플라즈마 스프레이가 수행된다. 일 실시예에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅을 증착하기 위해, PVD가 수행된다.
[00142] 특정 실시예들에서, 내침식성 및 내부식성 플라즈마 저항성 보호 코팅은 EB-IAD에 의해 증착될 수 있고, 약 35 몰% 내지 약 95 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물과 약 5 몰% 내지 약 65 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물의 단일 상 비정질 블렌드를 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅은 35 몰% 내지 40 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물 및 60 몰% 내지 65 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물을 포함한다. 특정 실시예들에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅은 37 몰% 내지 38 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물 및 62 몰% 내지 63 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물을 포함한다.
[00143] EB-IAD 증착 프로세스는, 본원에서 설명된 조성들 중 임의의 조성을 갖고 그리고 본원에서 설명된 특성들 중 임의의 특성, 몇몇을 예로 들면, 이를테면, 제한들 없이, 0% 다공성, 100% 비정질, 약 25 MPa 초과의 접착 강도, 약 6 μin 미만의 거칠기, 약 2,500 V/mil 초과의 항복 전압, 약 3E-9 미만의 기밀성, 약 8 GPa의 경도, 약 400 MPa 초과의 굽힘 강도, 약 80℃ 내지 약 120℃ 범위의 온도들에서의 안정성, 화학적 안정성 또는 물리적 안정성을 갖는, 플라즈마 저항성 코팅을 달성하도록 최적화될 수 있다.
[00144] 특정 실시예들에서, 내침식성 및 내부식성 플라즈마 저항성 보호 코팅은 플라즈마 스프레이 또는 물리 기상 증착에 의해 증착될 수 있으며, 약 35 몰% 내지 약 95 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물 및 약 5 몰% 내지 약 65 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물의 실질적으로 비정질(예컨대 약 90% 초과의 비정질) 블렌드를 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅은 35 몰% 내지 40 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물 및 60 몰% 내지 65 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물을 포함한다. 특정 실시예들에서, 플라즈마 저항성 보호 코팅은 37 몰% 내지 약 38 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물 및 62 몰% 내지 63 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물을 포함한다.
[00145] 물리 기상 증착 또는 플라즈마 스프레이 증착 프로세스들은, 본원에서 설명된 조성들 중 임의의 조성을 갖고, 본원에서 설명된 특성들 중 임의의 특성, 몇몇을 예로 들면, 이를테면, 제한들 없이, 90% 초과의 비정질, 화학적 안정성 또는 물리적 안정성을 갖는 플라즈마 저항성 코팅을 달성하도록 최적화될 수 있다.
[00146] 도 12는 본원에서 설명된 벌크 조성물들 중 임의의 벌크 조성물로 제조된 그리고/또는 본원에서 설명된 플라즈마 저항성 보호 코팅들 중 임의의 코팅으로 코팅된 적어도 하나의 챔버 컴포넌트를 포함하는 프로세싱 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법(1200)을 예시한다. 방법(1200)은 본원에서 설명된 벌크 조성물들 중 임의의 벌크 조성물로 제조된 그리고/또는 본원에서 설명된 플라즈마 저항성 보호 코팅들 중 임의의 코팅으로 코팅된 적어도 하나의 챔버 컴포넌트(예컨대, 덮개, 라이너, 도어, 노즐 등)를 포함하는 프로세싱 챔버 내로 웨이퍼를 이송하는 단계(1210)를 포함한다. 방법(1200)은 가혹한 화학적 환경 및/또는 고에너지 플라즈마 환경에서 프로세싱 챔버의 웨이퍼를 프로세싱하는 단계(1220)를 더 포함한다. 프로세싱 환경은, 특히, 할로겐-함유 가스들 및 수소-함유 가스들, 이를테면, C2F6, SF6, SiCl4, Br, HBr, NF3, CF4, CHF3, CH2F3, F, NF3, Cl2, CCl4, BCl3, SiF4, H2, Cl2, HCl, HF 및 다른 가스들, 이를테면 O2 또는 N2O를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 웨이퍼는 Cl2에서 프로세싱될 수 있다. 일 실시예에서, 웨이퍼는 H2에서 프로세싱될 수 있다. 일 실시예에서, 웨이퍼는 HBr에서 프로세싱될 수 있다. 방법(1200)은 프로세싱된 웨이퍼를 프로세싱 챔버 외부로 이송하는 단계(1230)를 더 포함한다.
[00147] 실시예에 따라 본원에서 설명된 벌크 조성물들 중 임의의 벌크 조성물로 제조된 및/또는 플라즈마 저항성 보호 코팅으로 코팅된 적어도 하나의 챔버 컴포넌트를 갖는 프로세싱 챔버들에서 본원에서 설명된 방법들에 따라 프로세싱된 웨이퍼들은 도 13a-도 13c 및 도 14에서 예시된 바와 같이, 그 프로세싱된 웨이퍼들 상에서 더 적은 수의 이트륨 기반 입자 결함들을 나타낸다. 부식성 화학물질에 대한 노출 시에, 플라즈마 저항성 보호 코팅들 중 임의의 코팅으로부터 그리고/또는 본원에서 설명된 벌크 조성물들 중 임의의 벌크 조성물로부터 방출된 이트륨 기반 입자들의 평균 총 수는 500 RFhr(radiofrequency hour)당 약 3 미만, 500 RFhr당 약 2 미만, 500 RFhr당 약 1 미만, 또는 500 RFhr당 0이다.
[00148] 도 13a는 실시예에 따른, 벌크 YAG로 제조된 덮개에 의해, 가혹한 화학적 환경(가혹한 Cl2, H2, 및 불소 기반 화학물질의 실행) 및 고에너지 플라즈마 하에서 연장된 프로세싱 지속기간 후에, 생성된 이트륨 기반 입자들의 수를 도시한다. 실시예들에 따라 플라즈마 스프레이, PVD 및 IAD에 의해 증착된 YAG 코팅으로 코팅된 덮개들에 대해 유사한 결과들이 관찰되었다. 도 13a에 도시된 바와 같이, 약 770 RFhr(radiofrequency hour)의 연장된 프로세싱 지속기간 후에, 이트륨 기반 입자들의 수는 0이었다. 다시 말해서, 덮개는 100% 제로(zero) 이트륨 기반 입자들로 770 RFhr를 통과하였다. 특정 실시예들에서, 본원에 설명된 벌크 조성물들 및/또는 본원에 설명된 코팅 조성물들은, 약 200 RFhr 내지 약 300 RFhr, 또는 약 400 RFhr 중 임의의 것 내지 약 500 RFhr, 약 600 RFhr, 약 700 RFhr, 또는 약 800 RFhr 중 임의의 것의 범위, 또는 그 안의 임의의 하위-범위 또는 단일 값 의 연장된 프로세싱 지속기간 동안에 최대 약 10,000 와트의 전력에 노출되었을 때 고에너지 플라즈마 저항을 갖는다.
[00149] 도 13b는 실시예에 따른, 벌크 YAG로 제조된 노즐에 의해, 가혹한 화학적 환경(가혹한 Cl2, H2, 및 불소 기반 화학물질의 실행) 및 고에너지 플라즈마 하에서 연장된 프로세싱 지속기간 후에, 생성된 이트륨 기반 입자들의 수를 도시한다. 실시예들에 따라 플라즈마 스프레이, PVD 및 IAD에 의해 증착된 YAG 코팅으로 코팅된 노즐들에 대해 유사한 결과들이 관찰되었다. 도 13b에 도시된 바와 같이, 약 460 RFhr의 연장된 프로세싱 지속기간 후에, 이트륨 기반 입자들의 수는 2였다. 다시 말하면, 노즐은 95% 초과의 제로 이트륨 기반 입자들로 460 RFhr를 통과하였다.
[00150] 도 13c는 실시예에 따른 노즐 및 덮개의 키트(예컨대, 각각의 컴포넌트는 실시예에 따라 벌크 YAG로 제조되었으며, 실시예들에 따라 플라즈마 스프레이, PVD 및 IAD에 의해 증착된 YAG 코팅으로 코팅된 컴포넌트들에 대해 유사한 결과들이 관찰되었음) 및 비교 노즐 및 비교 덮개의 비교 키트(예컨대, 각각의 컴포넌트는 Y2O3-ZrO2 고용체로 구성된 벌크 세라믹으로 제조되고 그리고/또는 플라즈마 스프레이, PVD 또는 IAD에 의해 증착된 Y2O3-ZrO2 고용체로 구성된 코팅으로 코팅됨)에 의해, 가혹한 화학적 환경 및 고에너지 플라즈마 하에서 연장된 프로세싱 지속기간 후에, 생성된 이트륨 기반 입자들의 수에 대한 성능의 비교를 도시한다.
[00151] 도 13c에 따라, 비교 키트(비교 노즐 및 비교 덮개를 갖는)는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 덮개 및 노즐의 키트와 비교하여 연장된 프로세싱(예컨대 약 500 RFhr) 동안 평균적으로 대해 더 많은 이트륨 기반 입자들이 생성되는 결과를 낳았다. 예컨대, 비교 키트를 이용한 연장된 프로세싱 동안 생성된 이트륨 기반 입자들의 평균 수는 약 1 내지 약 3개의 이트륨 기반 입자들(또는 표준 편차를 포함하는 경우 0 내지 약 6개의 이트륨 기반 입자들)의 범위였다. 비교하면, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 키트를 이용한 연장된 프로세싱 동안 생성된 이트륨 기반 입자들의 평균 수는 0이었다.
[00152] 또한, 도 13c에 따라, (비교 노즐 및 비교 덮개를 갖는) 비교 키트는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 덮개 및 노즐의 키트와 비교하여, 프로세싱 기회들에 걸쳐 더 큰 변동을 나타냈다. 예컨대, 비교 키트를 이용한 프로세싱 동안 생성된 이트륨 기반 입자들의 수는 복수의 프로세싱 기회들에 걸쳐 0 내지 8에서 변화되었다. "프로세싱 기회들"은 상이한 기회들(예컨대, 상이한 시간들)로 수행되는 (유사한 환경을 사용하는) 프로세스들을 지칭한다. 비교하면, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 키트를 이용한 프로세싱 동안 생성되는 이트륨 기반 입자들의 수는 복수의 프로세싱 기회들에 걸쳐 실질적으로 변동이 없었다.
[00153] 따라서, 특정 실시예들에서, 본원에 설명된 실시예들에 따른 키트들을 이용하여 웨이퍼들을 프로세싱하는 것은, 생성되는 이트륨 기반 입자들의 수를 감소시키고, 웨이퍼 결함을 감소시키고, 정확도를 증가시키고, 예측성을 증가시키고, 수율을 증가시키고, 처리량을 증가시키고, 비용을 감소시킨다.
[00154] 도 14에 따라, 3개의 비교 키트들(비교 노즐들, 비교 덮개들, 및 비교 라이너들을 가짐)은, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 코팅들 및/또는 벌크 조성물들을 갖는 덮개, 노즐, 및 라이너의 키트와 비교하여, 연장된 프로세싱(예컨대, 500 RFhr) 동안 평균적으로 더 많은 이트륨 기반 입자들이 생성되는 결과를 낳았다. 예컨대, Y4Al2O9를 포함하는 세라믹 화합물 및 Y2O3-ZrO2의 고용체로 구성된 벌크 세라믹들로 만들어진 또는 코팅된 챔버 컴포넌트들을 포함하는 비교 키트(도 14에서 K1로 지정됨)를 이용한 연장된 프로세싱 동안 생성된 이트륨 기반 입자들의 평균 수는, 약 1 내지 약 2.5개의 이트륨 기반 입자들(또는 표준 편차를 포함하여 0 내지 약 5개의 이트륨 기반 입자들)의 범위였다. Y2O3-ZrO2 고용체로 구성된 벌크 세라믹들로 코팅 또는 제조된 챔버 컴포넌트들을 포함하는 비교 키트(도 14에서 K2로 지정됨)를 이용한 연장된 프로세싱 동안 생성된 이트륨 기반 입자들의 평균 수는 0 내지 약 1개의 이트륨 기반 입자들(또는 표준 편차를 포함하여 0 내지 약 2개의 이트륨 기반 입자들)의 범위였다. 도 14에서 K3으로 지정된 키트(Y2O3-ZrO2 고용체 코팅 또는 벌크 조성물로 구성된 비교 노즐, Y4Al2O9를 포함하는 세라믹 화합물 및 Y2O3-ZrO2 고용체 코팅 또는 벌크 조성물로 구성된 비교 라이너, 및 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 덮개)를 이용한 연장된 프로세싱 동안 생성된 이트륨 기반 입자들의 평균 수는 0 내지 1개 미만의 이트륨 기반 입자들의 범위였다. 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 노즐, 라이너, 및 덮개를 포함하는 키트(도 14에서 K4로 지정됨)를 이용한 프로세싱 동안에 생성된 이트륨 기반 입자들의 평균 수는 0이었다.
[00155] 게다가, 도 14에 따라, a) Y2O3-ZrO2 고용체 및 b) Y2O3-ZrO2의 고용체 및 Y4Al2O9를 포함하는 세라믹 화합물로 구성된 비교 키트들은 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 적어도 하나의 컴포넌트를 포함한 키트와 비교하여 프로세싱 기회들에 걸쳐 더 큰 변동을 나타냈다. 예컨대, Y4Al2O9를 포함하는 세라믹 화합물 및 Y2O3-ZrO2의 고용체를 포함하는 세라믹으로 코팅되거나 또는 이로 제조된 챔버 컴포넌트들을 포함하는 비교 키트를 이용한 프로세싱 동안 생성된 이트륨 기반 입자들의 수는 복수의 프로세싱 기회들에 걸쳐 0 내지 5에서 변화되었다. Y2O3-ZrO2 고용체로 구성된 세라믹으로 코팅되거나 또는 제조된 챔버 컴포넌트들을 포함하는 비교 키트를 이용한 프로세싱 동안에 생성된 이트륨 기반 입자들의 수는 복수의 프로세싱 기회들에 걸쳐 0 내지 3에서 변화되었다. 비교하여, Y2O3-ZrO2 고용체로 구성된 노즐, Y4Al2O9를 포함하는 세라믹 화합물 및 Y2O3-ZrO2의 고용체로 구성된 라이너, 및 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 덮개를 포함하는 키트를 이용한 프로세싱 동안 생성된 이트륨 기반 입자들의 수는 복수의 프로세싱 기회들에 걸쳐 훨씬 더 적은, 생성된 이트륨 기반 입자들을 가졌다. 게다가, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 노즐, 덮개, 및 라이너를 포함하는 키트는 복수의 프로세싱 기회들에 걸쳐 실질적으로 변동이 없었다.
[00156] 도 15는 비교 벌크 YAG 조성물(벌크 YAG), 필드 보조 소결(Field Assisted Sintering; FAS)을 통해 제조된 실시예에 따른 제1 최적화된 벌크 YAG 조성물(벌크 YAG1(최적화)), 및 열간 이소택틱 프레싱(HIP)에 따라 제조된 실시예에 따른 제2 최적화된 벌크 YAG 조성물(벌크 YAG2(최적화))의 정규화된 침식 레이트(nm/RFhr)를 도시한다. 벌크 조성물들을 150 V 바이어스로 50℃에서 Cl2-CH4-HBr에 노출시킨 후에 침식 레이트들이 평가되었다. 도 15에 도시된 결과들은 또한 아래의 표에 요약되어 있다. 이들 결과들로부터 알 수 있는 바와 같이, 본원에 설명된 실시예들에 따른 벌크 조성물들은 본 개시내용과 상이하게 제조된 다른 벌크 YAG 조성물들과 비교하여 향상된 내침식성을 나타낸다.
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[00157] 이전의 설명은 본 개시내용의 몇몇 실시예들의 양호한 이해를 제공하기 위해 특정 시스템들, 컴포넌트들, 방법들 등의 예들과 같은 다수의 특정 세부사항들을 기재한다. 그러나, 본 개시내용의 적어도 일부 실시예들이 이러한 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예시들에서, 잘-알려진 컴포넌트들 또는 방법들은 본 개시내용을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 상세히 설명되지 않거나 간단한 블록 다이어그램 포맷으로 제시된다. 따라서, 기재된 특정 세부사항들은 단지 예시일 뿐이다. 특정한 구현들은 이러한 예시적인 세부사항들과 다를 수 있으며, 여전히 본 개시내용의 범위 내에 있는 것으로 고려된다.
[00158] 본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 참조는, 실시예와 관련하여 설명된 특정한 피처, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 장소들에서의 어구 "일 실시예" 또는 "실시예"의 출현들 모두는 반드시 동일한 실시예를 지칭할 필요는 없다. 부가적으로, 용어 "또는"은 배타적인 "또는" 보다는 포괄적인 "또는"을 의미하도록 의도된다. 용어 "약" 또는 "대략"이 본원에서 사용될 때, 이는 제시된 공칭 값이 ±30% 내에서 정확하다는 것을 의미하도록 의도된다.
[00159] 본원의 방법들의 동작들이 특정한 순서로 도시되고 설명되지만, 각각의 방법의 동작들의 순서는, 특정한 동작들이 역순으로 수행될 수 있도록 또는 특정한 동작이 다른 동작들과 적어도 부분적으로 동시에 수행될 수 있도록 변경될 수 있다. 다른 실시예에서, 별개의 동작들의 명령들 또는 하위-동작들은 간헐적이고 그리고/또는 교번적인 방식으로 이루어질 수 있다.
[00160] 위의 설명은 제한이 아니라 예시적인 것으로 의도된다는 것을 이해한다. 위의 설명을 판독 및 이해할 시에, 많은 다른 실시예들이 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시내용의 범위는, 첨부된 청구항들 및 그러한 청구항들이 권리를 가지는 등가물들의 전체 범위를 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (20)

  1. 프로세스 챔버 컴포넌트로서,
    상기 프로세스 챔버 컴포넌트의 세라믹 바디(ceramic body) ― 상기 세라믹 바디는 결정질 이트륨 알루미늄 가넷(yttrium aluminum garnet; YAG)을 포함하는 적어도 외부 대면 표면을 가짐 ―를 포함하고,
    상기 결정질 YAG는 35 몰% 내지 40 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물 및 60 몰% 내지 65 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물을 포함하며,
    상기 결정질 YAG는 약 98% 이상의 밀도 및 약 10 GPa 초과의 경도를 갖는, 프로세스 챔버 컴포넌트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결정질 YAG가 0.1% 미만의 다공성을 갖는, 프로세스 챔버 컴포넌트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 결정질 YAG가 약 12 GPa 초과의 경도를 갖는, 프로세스 챔버 컴포넌트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 바디가 상기 결정질 YAG로 구성되고, 상기 결정질 YAG는 단일 상 벌크 결정질 YAG인, 프로세스 챔버 컴포넌트.
  5. 제1항에 있어서, 부식성 화학물질에 대한 노출 시에 상기 결정질 YAG로부터 방출된 이트륨 기반 입자들의 평균 총 수가 500 무선주파수 시간당 3 미만인, 프로세스 챔버 컴포넌트.
  6. 제5항에 있어서, 상기 부식성 화학물질이 수소 기반 화학물질, 할로겐 기반 화학물질, 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 프로세스 챔버 컴포넌트.
  7. 제6항에 있어서, 상기 부식성 화학물질이 HF, HBr, HCl, Cl2, 또는 H2 중 하나 이상을 포함하는, 프로세스 챔버 컴포넌트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 프로세스 챔버 컴포넌트가 덮개(lid), 노즐(nozzle), 또는 라이너(liner) 중 적어도 하나를 포함하는, 프로세스 챔버 컴포넌트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 결정질 YAG가 열간 이소택틱 프레싱(hot isotactic pressing; HIP)을 포함하는 2-단계 소결 프로세스의 결과인, 프로세스 챔버 컴포넌트.
  10. 프로세스 챔버 컴포넌트를 코팅하는 방법으로서,
    프로세스 챔버 컴포넌트의 적어도 일부 상에 플라즈마 저항성 보호 코팅을 증착하기 위해, 전자 빔 이온 보조 증착(electron beam ion assisted deposition; e-빔 IAD)을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 플라즈마 저항성 보호 코팅은, 약 35 몰% 내지 약 95 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물과 약 5 몰% 내지 약 65 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물의 단일 상 비정질 블렌드를 포함하며,
    상기 플라즈마 저항성 보호 코팅은 0%의 다공성 및 약 25 MPa 초과의 접착 강도를 갖는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 플라즈마 저항성 보호 코팅이 약 35 몰% 내지 약 40 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물과 약 60 몰% 내지 약 65 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물의 단일 상 비정질 블렌드를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 플라즈마 저항성 보호 코팅이 37 몰% 내지 38 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물과 62 몰% 내지 63 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물의 단일 상 비정질 블렌드를 포함하는, 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 플라즈마 저항성 보호 코팅이, 5 ㎛의 두께에서, 약 6 μin 미만의 거칠기, 약 2,500 V/mil 초과의 항복 전압, 약 3E-9 미만의 기밀성, 약 8 GPa의 경도, 약 400 MPa 초과의 굽힘 강도, 또는 약 80℃ 내지 약 120℃ 범위의 온도들에서의 안정성 중 하나 이상을 갖는, 방법.
  14. 제10항에 있어서, 부식성 화학물질에 대한 노출 시에 상기 플라즈마 저항성 보호 코팅으로부터 방출된 이트륨 기반 입자들의 평균 총 수가 500 무선주파수 시간당 3 미만인, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 부식성 화학물질이 수소 기반 화학물질, 할로겐 기반 화학물질, 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 부식성 화학물질이 HF, HBr, HCl, Cl2, 또는 H2 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  17. 프로세스 챔버 컴포넌트를 코팅하는 방법으로서,
    프로세스 챔버 컴포넌트 상에 플라즈마 저항성 보호 코팅을 증착하기 위해, 플라즈마 스프레이 또는 물리 기상 증착(PVD)을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 플라즈마 저항성 보호 코팅은 약 35 몰% 내지 약 95 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물과 약 5 몰% 내지 약 65 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물의 블렌드를 포함하며,
    상기 플라즈마 저항성 보호 코팅은 적어도 약 90% 비정질이며,
    부식성 화학물질에 대한 노출 시에 상기 플라즈마 저항성 보호 코팅으로부터 방출된 이트륨 기반 입자들의 평균 총 수가 500 무선주파수 시간당 3 미만인, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 플라즈마 저항성 보호 코팅이, 35 몰% 내지 40 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물과 60 몰% 내지 65 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물의 블렌드를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 플라즈마 저항성 보호 코팅이 37 몰% 내지 38 몰% 범위의 몰 농도의 이트륨 산화물과 62 몰% 내지 63 몰% 범위의 몰 농도의 알루미늄 산화물의 블렌드를 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 부식성 화학물질이 수소 기반 화학물질, 할로겐 기반 화학물질, 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI802264B (zh) * 2022-02-11 2023-05-11 翔名科技股份有限公司 抗電漿腐蝕薄膜結構與其製造方法
CN114883169A (zh) * 2022-05-12 2022-08-09 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 电极固定组件与干法刻蚀设备

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6884514B2 (en) * 2002-01-11 2005-04-26 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Method for forming ceramic layer having garnet crystal structure phase and article made thereby
US20060110609A1 (en) * 2004-11-19 2006-05-25 Eaton Harry E Protective coatings
US20100048378A1 (en) * 2007-04-24 2010-02-25 Nanocerox, Inc. Sintered polycrystalline yttrium aluminum garnet and use thereof in optical devices
WO2013065666A1 (ja) * 2011-10-31 2013-05-10 京セラ株式会社 ガスノズル、これを用いたプラズマ装置およびガスノズルの製造方法
US9916998B2 (en) * 2012-12-04 2018-03-13 Applied Materials, Inc. Substrate support assembly having a plasma resistant protective layer
US9711334B2 (en) * 2013-07-19 2017-07-18 Applied Materials, Inc. Ion assisted deposition for rare-earth oxide based thin film coatings on process rings
US9869013B2 (en) * 2014-04-25 2018-01-16 Applied Materials, Inc. Ion assisted deposition top coat of rare-earth oxide
US9687953B2 (en) * 2014-06-27 2017-06-27 Applied Materials, Inc. Chamber components with polished internal apertures
US10186400B2 (en) * 2017-01-20 2019-01-22 Applied Materials, Inc. Multi-layer plasma resistant coating by atomic layer deposition
US10755900B2 (en) * 2017-05-10 2020-08-25 Applied Materials, Inc. Multi-layer plasma erosion protection for chamber components
US11434143B2 (en) * 2018-03-30 2022-09-06 Jx Nippon Mining & Metals Corporation Polycrystalline YAG sintered body and production method thereof

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