KR20230037037A - 플루오린화 이트륨 옥시드 및 금속 옥시드를 함유하는 코팅, 및 코팅의 제조 및 사용 방법 - Google Patents

플루오린화 이트륨 옥시드 및 금속 옥시드를 함유하는 코팅, 및 코팅의 제조 및 사용 방법 Download PDF

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카를로 발트프리드
스티븐 롱고
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엔테그리스, 아이엔씨.
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Abstract

플루오린화 이트륨 옥시드 및 금속 옥시드를 함유하는 코팅; 이러한 코팅의 제조 방법; 플루오린화 이트륨 옥시드와 금속 옥시드의 조합을 함유하는 코팅을 포함하는 기판, 표면, 장비, 및 장비의 구성요소; 및 코팅 및 코팅된 기판의 제조 및 사용 방법이 기술된다.

Description

플루오린화 이트륨 옥시드 및 금속 옥시드를 함유하는 코팅, 및 코팅의 제조 및 사용 방법
본 설명은 보호 코팅을 포함하여, 플루오린화 이트륨 옥시드 (예를 들어, 이트륨 플루오라이드, 이트륨 옥시플루오라이드, 또는 그의 조합)와 지르코늄 옥시드와 같은 (그러나 이에 제한되지 않는) 금속 옥시드의 조합을 함유하는 코팅; 이러한 코팅의 제조 방법; 플루오린화 이트륨 옥시드와 금속 옥시드의 조합을 함유하는 코팅을 포함하는 기판, 표면, 장비, 및 장비의 구성요소; 및 기판의 제조 및 사용 방법에 관한 것이다.
반도체 및 마이크로전자 디바이스 제조 방법은 특히 플라즈마, 산, 가속화된 이온, 에칭제 (예를 들어, 할로겐 및 할로겐화 재료), 부식성 재료, 세정제와 같은 고 반응성 공정 재료를 수반하는 다양한 처리 단계를 필요로 한다.
예시 공정은 특히 이온 주입 공정 (예를 들어, "도핑" 공정), 플라즈마 또는 할로겐 재료를 사용할 수 있는 에칭 공정, 세정 공정, 침착 단계를 포함하며, 이들 각각은 "공정 챔버" 내에서 반응성, 부식성, 또는 고 에너지 공정 재료의 사용을 포함할 수 있다. 이러한 유형의 공정 각각은 공작물 (예를 들어, "기판") 및 공정 재료를 함유하는 공정 챔버의 내부에서 수행된다. 공정 챔버는 또한 공정 챔버 및 공정 챔버 내부의 항목 또는 챔버와 관련된 항목을 정의하고 작동에 필요한 다양한 구조물 및 구성요소 (때때로 본원에서 "공정 챔버 구성요소" 또는 간단히 "공정 툴 구성요소"로 지칭됨)를 포함한다. 이러한 공정 챔버 구성요소는 챔버 벽, 유동 도관 (예를 들어, 유동 라인, 유동 헤드, 배관, 튜브 등), 패스너, 트레이, 지지체, 및 공작물을 지지하거나 또는 공정 챔버 내에서 사용하기 위한 반응성 공정 재료를 전달하거나, 함유하거나, 또는 그렇지 않으면 접촉하는데 사용되는 다른 구조물 및 디바이스를 포함할 수 있다.
공정 챔버의 일부로서 사용하기 위해, 공정 툴 구성요소는 공정 챔버 내에서 사용될 반응성 공정 재료에 대해 저항성이 있어야 한다. 공정 챔버 구성요소는, 특히 수행 중인 공정에 통합될 수 있고 잠재적으로 처리 중인 공작물을 오염시킬 수 있는 파편 또는 미립자를 생성할 방식으로, 공정 재료와의 접촉에 의해 열화 또는 손상되어서는 안된다.
반도체 및 마이크로전자 디바이스를 제조하기 위한 반도체 처리 장비에 사용되는 공정 챔버 구성요소는 흔히 금속 (예를 들어, 스테인레스강, 임의적으로 애노다이징 처리될 수 있는 알루미늄 합금, 텅스텐), 광물, 또는 세라믹 재료 등과 같은 고체 재료 ("기판" 또는 "기재")로 이루어진다. 기판은 통상 기판 재료보다 반응성 공정 재료에 대해 더 저항성이 있는 보호 층으로 코팅된다. 과거에, 이러한 보호 코팅은 일반적으로 다양한 유용한 방법에 의해, 일반적으로는 애노다이징 (예를 들어, 애노다이징 처리된 알루미늄을 생성하기 위해), 분무 코팅, 또는 침착 방법, 예컨대 물리적 증기 침착 (PVD), 화학적 증기 침착 (CVD), 원자 층 침착 (ALD), 또는 이들 중 하나의 변형 또는 파생물의 공정에 의해 기판 표면 상에 배치되었다.
요약
본 설명은 플루오린화 이트륨 옥시드 (예를 들어, 이트륨 플루오라이드, 이트륨 옥시플루오라이드, 또는 둘 다)와 금속 옥시드를 모두 조합으로 함유하도록 제조될 수 있는 침착된 코팅에 관한 것이다. 코팅은 보호 코팅, 특히 반도체 또는 마이크로전자 디바이스를 처리하는 방법에 사용되는 반응성 화학물질 (공정 재료)에 대해 내화학성인 보호 코팅으로서 사용될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "플루오린화 이트륨 옥시드"는 플루오린화 단계를 거쳤던 이트륨 옥시드를 지칭한다. 용어는 이트륨 플루오라이드 (YF3) 및 이트륨 옥시플루오라이드 (YOF)로 공지된 화합물을 포함한다. 용어 "플루오린화 이트륨 옥시드"는 때때로 화학 분야에서 화학식 YOF를 갖는 화합물 이트륨 옥시플루오라이드를 지칭하는데 사용될 수 있다. 그러나 본 설명의 목적을 위해, 용어 "이트륨 옥시플루오라이드"는 화합물 YOF를 지칭할 것이고, "플루오린화 이트륨 옥시드"는 이트륨 옥시드를 플루오린화함으로써 유도된 화합물을 지칭할 것이며, 이트륨 플루오라이드 (YF3) 및 이트륨 옥시플루오라이드 (YOF)를 둘 다 포함할 것이다.
또한 본 설명에 따르면, 코팅은 원자 층 침착 기술을 사용하여 비-플루오린화 이트륨 옥시드 전구체 코팅을 표면 상에 배치한 다음, 플루오로-어닐링 단계에 의해 전구체를 플루오린화하여 플루오린화 이트륨 옥시드를 생성하는 단계가 이어지는 방법에 의해 제조될 수 있다. 전구체 코팅은 이트륨 옥시드 및 금속 옥시드를 함유한다. 플루오로-어닐링 단계는 이트륨 옥시드의 상당한 부분을, 이트륨 플루오라이드, 이트륨 옥시플루오라이드, 또는 이들의 조합을 의미하는 플루오린화 이트륨 옥시드로 전환시켜, 금속 옥시드 (이것은 플루오린화되지 않은 것) 및 플루오린화 이트륨 옥시드의 조합을 함유하는 생성된 코팅, 즉, "플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅"을 형성한다.
원자 층 침착에 의해, 기술된 바와 같은 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅을 형성하는 방법은 다량의 플루오린화 이트륨 옥시드 및 금속 옥시드를 함유하는 코팅을 생성하는데 특히 효과적인 것으로 확인되었다. 기술된 바와 같은 방법은 이트륨 옥시드를 침착시키는 다른 기술 (예를 들어, 화학적 증기 침착, 물리적 증기 침착, 또는 이들의 변형)에 이어 플루오로-어닐링 단계를 수반하는 대안적인 침착 방법에 비해, 바람직한 금속 옥시드로서 지르코늄 옥시드와 함께 고농도의 플루오린화 이트륨 옥시드 및 금속 옥시드를 함유하는 코팅을 형성하는데 특히 효과적인 것으로 나타났다. 본 설명의 방법은 또한 비-이트륨 금속 옥시드가 지르코늄 옥시드인 경우 특히 효과적이며, 이는 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 표면 아래에서 이트륨 옥시드의 플루오린화를 허용하는데 특히 효과적인 것으로 확인되었다.
기술된 바와 같은 코팅은 단일 원자 층 침착 코팅으로 플루오린화 이트륨 옥시드 및 금속 옥시드 재료의 특성 및 효과의 유용한 조합을 나타낼 수 있다. 이트륨 플루오라이드 및 이트륨 옥시플루오라이드가 모두 높은 수준의 플루오린을 함유하고 플루오린을 함유하는 반응성 공정 재료에 대해 높은 수준의 화학적 불활성을 제공하기 때문에 플루오린화 이트륨 옥시드는 보호 코팅 재료로서 효과적이다. 이트륨 플루오라이드 및 이트륨 옥시플루오라이드가 반드시 다른 반응성 공정 재료에 대해 동일한 높은 수준의 내화학성을 나타내지는 않는다. 종종, 반응성 공정 재료는 둘 이상의 상이한 반응성 화학물질의 조합, 예컨대 플루오린과 또 다른 반응성 화학물질의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플루오린과의 조합으로 사용될 수 있는 다른 공정 재료에 대한 저항성을 개선하기 위해, 비-이트륨 금속 옥시드를 코팅에 포함시킬 수 있다. 이러한 금속 옥시드의 한 예는 지르코늄 옥시드이지만, 다른 금속 옥시드가 또한 플루오린화 이트륨 옥시드에 상보적인 내화학성을 제공할 수 있다.
도 1은 기술된 바와 같은 코팅된 기판의 예를 보여준다.
도 2a, 2b, 및 2c는 다양한 유형의 다중층 코팅을 갖는, 기술된 바와 같은 코팅된 기판의 예를 보여준다.
도 3은 설명의 방법의 단계들의 예를 보여준다.
도 4는 기술된 바와 같은 코팅의 조성의 데이터 표이다.
모든 도면은 개략적이며 일정한 비율인 것은 아니다.
상세한 설명
다음 설명은 침착된 코팅, 예를 들어, 플루오린화 이트륨 옥시드 및 금속 옥시드 (이트륨 옥시드와 상이함)를 모두 조합으로 함유하는 "막" (때때로 본원에서, 편의상, "플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅" 또는 "플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 막"으로 지칭됨)에 관한 것이다. "플루오린화 이트륨 옥시드"는 이트륨 옥시드, 이트륨 옥시플루오라이드, 및 이들의 조합을 지칭한다.
설명은 또한 기판 상의 보호 코팅으로서 사용되는 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅, 및 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅을 포함하는 기판, 공정 장비, 및 공정 장비의 구성요소에 관한 것이다. 예시 용도에서, 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅은 반도체 또는 마이크로전자 디바이스를 처리하는 방법에 사용되는 반응성 화학물질 (공정 재료)에 대해 내화학성인 보호 코팅으로서 수행할 수 있다.
설명은 또한 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 제조 방법에 관한 것이다. 코팅은 원자 층 침착 기술을 사용하여 표면 상에 비-플루오린화 이트륨 옥시드 전구체 코팅을 배치한 다음, 플루오로-어닐링 단계에 의해 전구체를 플루오린화하는 단계가 이어지는 방법에 의해 제조될 수 있다. 전구체 코팅은 이트륨 옥시드 및 금속 옥시드를 함유하고, 플루오로-어닐링 단계는 이트륨 옥시드의 상당한 부분을 플루오린화 이트륨 옥시드로 전환시켜, 얻어지는 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅을 형성한다.
플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅을 포함하는 기판의 표면은 임의적으로 고도의 3-차원 표면, 예를 들어 높은 종횡비를 나타내는 적어도 하나의 구조를 갖는 표면일 수 있다. 표면은 예컨대 반도체 또는 마이크로전자 디바이스 처리를 위한, 화학적 처리 또는 제조 장치의 구성요소로서 사용되는 것일 수 있다.
기술된 코팅은 반응성 공정 재료, 특히 (그러나 이뿐만 아니라): 반도체 및 마이크로전자 처리 방법에 사용되는 에칭 기술에 사용되는 공정 재료; 및 반도체 및 마이크로전자 처리 방법에 사용되는 장치 ("툴")의 공정 챔버를 세정하는 방법 및 단계에 사용되는 공정 재료에 대해 저항성이 있다. 이러한 방법에 사용되는 구체적인 반응성 공정 재료는 플루오린, 염소, 플루오린-, 또는 염소-함유 재료와 같은 할로겐 및 할로겐-함유 재료, 및 플루오린과 염소의 조합과 같은 혼합 할로겐 (즉, 둘 이상의 상이한 할로겐의 조합)을 포함한다. 반응성 공정 재료는 액체 또는 증기 (플라즈마 포함)의 형태일 수 있다.
본 설명에 따르면, 플루오린화 이트륨 옥시드 및 이트륨 옥시드 이외의 금속 옥시드의 조합을 함유하는 코팅은 플루오린화 이트륨 옥시드 및 또 다른 금속 옥시드 둘 다의 조합을 함유하는 코팅으로 인해, 보호성, 내화학성 (불활성) 코팅으로서 유용하거나 또는 특히 효과적인 것으로 확인되었다 (예를 들어, 유리하게 예상되었다). (본원에서 사용된 바와 같이, 달리 언급되지 않는 한, 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅 또는 그의 전구체 또는 유도체의 일부로서 용어 "금속 옥시드"는 비-이트륨 금속 옥시드를 지칭한다.)
이러한 코팅은 단일 원자 층 침착 코팅으로 플루오린화 이트륨 옥시드 및 금속 옥시드 재료의 특성 및 효과의 유용한 조합을 제공할 수 있다. 플루오린화 이트륨 옥시드가 높은 수준의 플루오린을 함유하고 플루오린을 함유하는 반응성 공정 재료에 대해 높은 수준의 화학적 불활성을 제공하기 때문에 플루오린화 이트륨 옥시드는 보호 코팅 재료로서 효과적이다. 그러나 플루오린화 이트륨 옥시드가 반드시 염소를 함유하는 반응성 공정 재료와 같은 다른 반응성 공정 재료에 대해 동일한 높은 수준의 내화학성을 나타내지는 않는다. 염소를 함유하는 반응성 공정 재료에 대한 저항성을 개선하기 위해, 지르코늄 옥시드와 같은 비-이트륨 금속 옥시드를 코팅에 포함시킨다. 지르코늄 옥시드는 염소를 함유하는 반응성 공정 재료에 대한 내화학성을 향상시켰고, 플루오린화 이트륨 옥시드 및 지르코늄 옥시드를 둘 다 함유하는 코팅은 플루오린-함유 및 염소-함유 공정 재료 둘 다에 대해 유용한 또는 유리한 내화학성을 나타내는 코팅으로서 효과적이다.
기술된 바와 같은 코팅은 바람직하게는 보호 (예를 들어, 화학적 불활성, 비-반응성) 코팅을 포함할 수 있는 임의의 표면 또는 기판 상에 포함될 수 있다. 코팅은 고체 연속 형태로 또는 대안적으로는 패턴화 형태로 기판의 표면에 적용된 코팅으로 "코팅된 물품" (예컨대 코팅된 공정 툴 구성요소)을 형성하기 위해 기판 상에 형성될 수 있다. 코팅된 물품의 예는 반도체 재료, 마이크로전자 디바이스 등을 제조하는데 사용되는 공정 챔버의 다양한 구성요소 ("공정 툴 구성요소") 중 임의의 것과 같은 항목을 포함한다. 할라이드와 같은 공정 재료에 대해 저항성이 있기 때문에, 코팅은 이들 및 다른 공정 재료를 함유할 공정 챔버의 공정 툴 구성요소의 표면에 사용될 수 있고, 표면에서 발생하는 열화 및 입자 또는 파편 형성이 감소된다.
기술된 바와 같은 원자 층 침착 코팅은 이트륨 옥시드 및 금속 옥시드를 함유하는 "전구체" 코팅, 뿐만 아니라 플루오린화 이트륨 옥시드 및 금속 옥시드를 함유하는 플루오린화 코팅을 포함한다. 편의상, 이들 두 유형의 코팅은 때때로 일괄적으로 "이트륨-금속 옥시드" 코팅으로 지칭된다. 코팅은 (전구체 코팅으로서) 이트륨 옥시드와 금속 옥시드의 조합, 또는 (플루오로-어닐링 단계 후) 플루오린화 이트륨 옥시드와 금속 옥시드의 조합을 포함하며, 전구체를 생성하기 위해 원자 층 침착 기술에 의해 일련의 단계에 이어, 플루오린화 이트륨 옥시드를 생성하기 위해 플루오로-어닐링 단계로 두 재료가 적용된다.
코팅은 다수의 침착 단계에 의해 재료를 적용하는 원자 층 침착 기술에 의해 제조되기 때문에, 코팅은 "다중층" 코팅으로 지칭될 수 있다. 각 개별 침착 단계 동안 적용되는 침착된 재료의 양에 따라, 생성된 코팅은 배율 기술을 사용하여 검출가능한 층상 구조를 나타낼 수 있다. 각 침착 단계 동안 적용되는 충분한 양의 재료로, 각각 적용된 재료의 양은 (배율을 사용하여) 별도의 재료의 층으로서 식별될 수 있다.
다른 예에서 (일련의 원자 층 침착 단계에 의해 제조되기 때문에 여전히 "다중층" 코팅으로 간주됨) 각 개별 침착 단계로 침착된 재료의 양은 생성된 코팅 구조에서 뚜렷한 (검출가능한) 층을 형성하기에 충분한 양보다 적다. 예를 들어, 코팅은 재료가 침착된 표면의 거칠기보다 작은 두께로 별도의 양의 재료 (기술된 바와 같음)를 침착시키는 원자 층 침착 단계에 의해 침착될 수 있다. 연속하여 침착되는 경우, 상이한 침착된 재료의 침착된 양은 뚜렷한 "층"을 형성하는데 실패하지만, 대신 별개의 층을 형성하지 않고, 예를 들어, 1 내지 5개 원자 두께의 두께를 갖는 단층조차 형성하지 않고 상이한 침착된 재료로 만든 "복합체" 재료를 형성한다. 이 방법에 의해, 생성된 코팅은 뚜렷한 층을 나타내지 않고, (전구체 코팅으로서) 금속 옥시드 및 이트륨 옥시드 또는 (플루오로-어닐링 단계 후) 금속 옥시드와 플루오린화 이트륨 옥시드의 조합을 포함하는 적어도 2개의 화학적으로 구별되는 재료를 함유한다.
따라서, 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "다중층"은 (예를 들어, 광학 또는 전자 배율 기술을 사용하여) 다수의 식별가능한 층을 갖는 원자 층 침착 코팅을 지칭하고, 또한 다수의 식별가능한 "층"을 생성하지 않고 기술된 바와 같은 "복합체" 구조를 생성하는 두께로 일련의 침착 단계에 의해 침착되는 재료를 포함하는 원자 층 침착 코팅을 지칭한다.
일반적으로, 비제한적인 예로서, 이트륨-금속 옥시드 코팅의 층으로서 식별가능하든 또는 않든, 침착된 그대로의 단일 "층"의 두께는 1 나노미터 미만 내지 몇몇 또는 수 나노미터, 예를 들어, 약 0.1, 0.5, 1, 2, 5, 또는 10 나노미터, 최대 수십 또는 수백 나노미터, 예를 들어, 최대 50, 100, 500, 600, 800, 또는 900 나노미터 (0.9 마이크로미터) 또는 그 초과의 범위일 수 있다. 다중층 (복합체 포함) 이트륨-금속 옥시드 코팅의 총 두께는 1, 5, 또는 10 나노미터, 최대 100, 500, 또는 1000 나노미터 (1 마이크로미터) 범위일 수 있다.
특정 예시 다중층 코팅은 2개 이상, 예를 들어, 2, 3, 5, 또는 최대 10, 20, 30, 50, 100, 500, 또는 1000개의 별개의 식별가능한 (배율에 의해) 층으로 이루어진 코팅을 포함하며, 상이한 층은 (이트륨 옥시드 이외의) 금속 옥시드를 포함하는 재료, 및 이트륨 옥시드 (전구체로서) 또는 플루오린화 이트륨 옥시드-함유 재료 (상이한 플루오린화 이트륨 옥시드 재료의 조합을 포함함) (플루오로-어닐링 단계 후)인 이트륨-함유 층으로 이루어진다. 상이한 층은 각각 (이트륨 옥시드 이외의) 금속 옥시드인 하나의 재료, 또는 이트륨 옥시드 (전구체로서) 또는 플루오린화 이트륨 옥시드 (플루오로-어닐링 단계 후)인 이트륨-함유 층으로 이루어질 수 있다.
임의적으로, 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅 또는 그의 전구체는 또한 제2 유형의 금속 옥시드와 같은 하나 이상의 추가의 재료의 층을 포함할 수 있다. 각각의 층은 코팅 영역에 걸쳐 연속적일 수 있고, 인지가능한 (측정가능한, 식별가능한) 두께를 나타낼 수 있고, 전체적으로 또는 실질적으로 상대적으로 높은 수준의 순도, 예를 들어, 적어도 90, 95, 98, 또는 99 중량 퍼센트의 본원에 기술된 바와 같은 단일 금속 옥시드 또는 이트륨-함유 재료를 갖는 단일 재료 (금속 옥시드, 이트륨 옥시드, 이트륨 옥시플루오라이드, 이트륨 플루오라이드 등)로 이루어질 수 있다. (단, 이트륨 플루오라이드를 함유하는 층이 일정량의 전환되지 않은 이트륨 옥시드 또는 플루오린화 이트륨 옥시드와의 조합으로 이트륨 플루오라이드를 함유할 수 있다는 점에 주목한다).
코팅의 개별 층의 두께는 동일하거나, 대략 동일하거나, 또는 상이할 수 있다. 예시 코팅은 동일한 두께를 나타내는 개별 침착된 층, 예컨대 다른 층을 포함하지 않고, 2개의 반복 층 A (예를 들어, 플루오린화 이트륨 옥시드 또는 이트륨 옥시드) 및 B (지르코늄 옥시드와 같은 비-이트륨 옥시드 금속 옥시드)를 포함할 수 있고, 2개의 상이한 재료 각각은 동일한 두께의 층으로 형성되며, 예컨대: 총 2 내지 100개의 전체 층 또는 10 내지 200개의 층 또는 20 내지 1000개의 층의 경우 각각의 층은 1 나노미터의 두께 (A = 1 나노미터, B = 1 나노미터) x N 반복 (N은 1 내지 50 또는 5 내지 100 또는 10 내지 500일 수 있음)을 갖는다.
상이한 예시 코팅은 2개의 상이한 재료의 침착된 층을 포함할 수 있고, 이때 상이한 재료의 층은 상이한 두께를 갖지만 동일한 재료의 층은 동일한 두께를 갖는다. 예시 코팅은 2개의 반복 층: A (예를 들어, 플루오린화 이트륨 옥시드 또는 이트륨 옥시드) 및 B (지르코늄 옥시드와 같은 비-이트륨 옥시드 금속 옥시드)를 포함할 수 있다. A 층 각각은 모두 동일한 두께를 가질 수 있고, 이는 1 나노미터 내지 50 나노미터 범위일 수 있다. B 층 각각은 모두 동일한 두께를 가질 수 있지만, 그 두께는 A 층의 두께와 상이할 수 있다. B 층의 두께는 0.1, 0.5, 또는 1, 최대 50 나노미터 범위일 수 있다. 코팅은 각 재료의 총 N개 층, 예를 들어, (A = 5 나노미터, B = 10 내지 50 나노미터, 예를 들어, 40 나노미터) x N 반복을 가질 수 있고; N은, 예를 들어 최대 1000 나노미터의 총 두께를 생성하기 위해 1 또는 2 또는 5, 최대 10, 20, 30, 100, 200 등 또는 그 초과일 수 있다.
또 다른 예로서, 다중층 코팅은 제1 두께의 층 A (예를 들어, 플루오린화 이트륨 옥시드 또는 이트륨 옥시드)의 제1 (단일) 층, 및 다른 층이 없는, A 및 B (지르코늄 옥시드와 같은 비-이트륨 옥시드 금속 옥시드)의 다수의 (N) 반복 층을 함유할 수 있다. 제1 층 (A1)은 기술된 바와 같은 임의의 두께를 가질 수 있다. 다수의 반복 층 (A2) 및 B는 또한 임의의 유용한 두께를 가질 수 있고, 예컨대 A1은 A2와 상이한 두께를 갖고, 예를 들어, A1은 A2보다 두껍다.
하나 더 예로서, 다중층 코팅은 다수의, 임의적으로 반복되는 A 및 B 층의 쌍을 함유할 수 있다; (A는 플루오린화 이트륨 옥시드 또는 이트륨 옥시드이고 B는 지르코늄 옥시드와 같은 비-이트륨 옥시드 금속 옥시드이다). 코팅은 반복될 수 있는 A 및 B 층의 제1 쌍, A1/B1을 함유할 수 있고, 이때 A1 및 B1은 각각 제1 두께를 갖는다. 코팅은 반복될 수 있는 A 및 B 층의 제2 쌍, A2/B2를 함유할 수 있고, 이때 A2 및 B2는 각각 제2 두께를 갖는다. 코팅은 반복될 수 있는 A 및 B 층의 제3 쌍, A3/B3을 함유할 수 있고, 이때 A3 및 B3은 각각 제3 두께를 갖는다.
도 1을 참조하면, 층 A (예를 들어, 플루오린화 이트륨 옥시드 또는 이트륨 옥시드) 및 층 B (지르코늄 옥시드와 같은 비-이트륨 옥시드 금속 옥시드) 각각의 적어도 하나를 포함하는, 고형체 (예를 들어, 기판)(102) 및 코팅(104)으로 이루어진 본 발명의 공정 챔버 구성요소(100) (또는 또 다른 유형의 코팅된 디바이스, 코팅된 물품, 코팅된 기판 등)의 예가 도시되어 있다. 일부 실시양태에서, 코팅(104)은 본원에 기술된 바와 같은 A 및 B의 다수의 교번 층을 포함할 수 있다. 코팅(104)은 층 A 및 층 B의 교번 층으로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 코팅(104)은 코팅(104)의 일부로서 임의적인 추가된 층 또는 재료와 함께, 하나 이상의 층 A 및 하나 이상의 층 B를 포함하는 다수의 층을 함유할 수 있다. 공정 챔버 구성요소(100)는 코팅(104) 및 고형체(102)로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있고, 또는 대안적으로는 공정 챔버 구성요소(100)의 일부로서 하나 이상의 임의적인 재료, 층, 또는 코팅을 함유할 수 있다.
도 2a는 고형체(102) 및 재료의 2개의 층: 재료 A (예를 들어, 플루오린화 이트륨 옥시드 또는 이트륨 옥시드)의 하나의 층(124) 및 재료 B (지르코늄 옥시드와 같은 비-이트륨 옥시드 금속 옥시드)의 하나의 층(128)으로 이루어진 다중층 코팅(104) (즉, "이중-층" 코팅)을 포함하는 본 발명의 공정 챔버 구성요소(101)의 특정 예를 나타낸다. 도시된 다중층 코팅(104)은 두 유형의 도시된 층으로만 이루어진 것으로 나타나 있다. 각각의 층(124, 128)은 바람직하게는 적어도 90, 95, 98, 또는 99 중량 퍼센트의 재료 A 또는 재료 B의 순도와 같은 고순도를 가질 수 있다. 각각의 층은 고형체(102)의 표면에 걸쳐 연속적일 수 있고, 1 나노미터 미만, 예를 들어, 약 1, 2, 5, 또는 10 나노미터, 최대 50, 100, 200, 500, 800, 또는 900 나노미터 (0.9 마이크로미터) 또는 그 초과 범위의 두께를 가질 수 있다. 관련된 예에서, 상이한 금속 옥시드와 같은 또 다른 상이한 재료는 다중층 코팅(104)의 일부로서 포함될 수 있다. 즉, 도시되지는 않았지만, 상이한 유형의 재료 (예를 들어, 금속 옥시드 또는 그 이외)의 추가의 층은 배제되지 않고 존재할 수 있지만 다중층 코팅(104) 또는 공정 챔버 구성요소(101)의 일부로서 필요하지 않거나 또는 바람직하지 않을 수 있다.
도 2b는 고형체(102)와 다수의 (예를 들어, 수십, 수백, 또는 수천 개의) 개별 층으로 형성되는, 기술된 바와 같은 재료로 이루어진 다중층 코팅(104)으로 이루어진 상이한 본 발명의 공정 챔버 구성요소(101)의 예를 도시한다. 각각의 층(134)은 이트륨 옥시드 (침착된 그대로) 또는 플루오린화 이트륨 옥시드 (플루오로-어닐링 단계 후)로 이루어질 수 있다. 각각의 층(138)은 지르코늄 옥시드와 같은 금속 옥시드로 이루어질 수 있다. 각각의 층은 바람직하게는 적어도 90, 95, 98, 또는 99 중량 퍼센트의 재료 A 또는 재료 B의 순도와 같은 고순도를 가질 수 있다. 각각의 층은 고형체(102)의 표면에 걸쳐 연속적일 수 있고 1 나노미터 미만, 예를 들어, 약 0.1, 0.5, 1, 2, 5, 또는 10 나노미터, 최대 10, 15, 또는 20 나노미터 범위의 두께를 가질 수 있다. 상이한 재료의 다른 층은 코팅(104) 또는 공정 챔버(101)로부터 반드시 배제되는 것은 아니며, 도시되지는 않았지만 존재할 수 있다.
수십, 수백, 또는 수천 개의 층을 함유하는, 도 2b의 다중층 코팅(104)은 "라미네이트" 코팅으로 지칭될 수 있다. 라미네이트 코팅은 단일 침착된 재료로 이루어진 개별 층 각각을 순차적으로 형성할 일련의 기체상 전구체 재료에 표면을 노출시킴으로써 일련의 원자 층 침착 단계에 의해 고형체(102)의 표면에 적용될 수 있다. 침착된 재료의 각 연속 양은 "층"인 것으로 간주된다. 예를 들어, 일련의 원자 층 침착 단계가 수행될 수 있으며, 각 단계는 단일 침착된 층을 형성하기 위해 단일 전구체 재료를 사용한다. 생성된 라미네이트 코팅은 침착된 재료의 식별가능한 층들이 침착되는 다단계 공정으로 인해 별개의 "층"을 포함한다.
라미네이트는 상이한 침착된 재료의 별개의 "층"이 공지된 기술의 사용에 의해 식별하기가 어려울 수 있음에도 불구하고, 각 원자 층 침착 단계에 의해 생성된 것인 상이한 층들로 이루어진 것으로 간주된다. 일부 라미네이트 코팅에서, 별개의 층은 터널링 전자 현미경을 사용하여 검출가능할 수 있다. 각각의 층은 "단층"을 구성하는 것으로 간주될 수 있는데 그 용어는 화학 침착 기술에 사용되는 바와 같고, 이는 침착된 재료가 기판 또는 이전 ALD 층 상의 반응 부위를 포화시키도록 기판의 표면 상에 또는 이전 ALD 층에 침착되었던 침착된 재료의 양을 지칭한다. 단층은 단지 적은 수의 원자의 두께, 즉, 표면에서 제한된 수의 반응 부위와 결합하여 약 2, 3, 또는 5개 원자 이하의 두께를 갖는 단층을 생성함으로써 표면을 덮는 원자 또는 분자의 단일 층의 두께를 갖는다.
도 2c는 금속 옥시드 및 이트륨 옥시드 (침착된 그대로) 또는 플루오린화 이트륨 옥시드 (플루오로-어닐링 단계 후)로 이루어진 복합체(144) 형태의 고형체(102) 및 코팅(104)으로 이루어진 또 다른 본 발명의 공정 챔버 구성요소(101)의 예를 보여준다. 복합체는 또한 일련의 원자 층 침착 단계에 의해 "라미네이트" 코팅과 마찬가지로 원자 층 침착에 의해 형성될 수 있지만, 일련의 각 단계 동안 침착되는 각 재료의 양은 침착된 장벽 재료의 균일하게-침착된 검출가능한 층을 생성하지 않을 양이다. 복합체(144)는 바람직하게는 예컨대 적어도 90, 95, 98, 또는 99 중량 퍼센트의 금속 옥시드 및 이트륨 옥시드 (전구체로서) 또는 플루오린화 이트륨 옥시드 (플루오로-어닐링 단계 후)를 함유함으로써 고순도를 가질 수 있다. 복합체(144)의 두께는 10 내지 1000 나노미터 범위의 두께와 같은 임의의 유용한 두께일 수 있다.
현재-바람직한 코팅의 예는 2개의 (임의적으로 단지 2개의) 상이한 재료, 즉, 금속 옥시드 (바람직하게는 지르코늄 옥시드) 및 이트륨 옥시드 (침착된 그대로) 또는 플루오린화 이트륨 옥시드 (플루오로-어닐링 단계 후)로 이루어진다. 코팅은 단지 2개의 층을 가질 수 있고 (즉, 이중-층 코팅), 다수이지만 단지 몇 개 내지 여러 개의 층 (예를 들어, 3 내지 10개)을 가질 수 있거나, 또는 기술된 바와 같은 2개의 침착된 재료의 라미네이트 또는 복합체일 수 있다. 단지 총 2개의 층, 금속 옥시드로 이루어진 하나의 층 및 이트륨 옥시드 (침착된 그대로, 전구체로서) 또는 플루오린화 이트륨 옥시드 (플루오로-어닐링 단계 후)의 하나의 층을 함유하는 이트륨-금속 옥시드 코팅의 경우, 각각의 층은 (예를 들어) 약 50 나노미터, 예를 들어, 40 내지 60 나노미터일 수 있다. 3 내지 10개의 층을 함유하는 이트륨-금속 옥시드 코팅의 경우, 각각의 층은 (예를 들어) 1, 5, 또는 10 내지 20 내지 40 나노미터, 예를 들어, 10 내지 30 나노미터일 수 있다. 이들 또는 라미네이트 또는 복합체 코팅은 50 내지 150 나노미터, 예를 들어, 80 내지 120 나노미터의 총 두께를 가질 수 있다.
기술된 바와 같은 코팅은 전구체 코팅으로서 이트륨 옥시드 및 금속 옥시드를 함유하는 코팅을 초기에 침착시킨 다음, 침착된 코팅의 이트륨 옥시드의 적어도 일부분을 플루오린화 이트륨 옥시드, 예를 들어, 이트륨 플루오라이드, 이트륨 옥시플루오라이드, 또는 그의 조합으로 전환시키는 단계에 의해 형성될 수 있다. 침착된 이트륨 옥시드, 뿐만 아니라 이트륨 옥시드 및 금속 옥시드를 함유하는 코팅은 때때로 본원에서 "전구체" 재료 또는 코팅으로 지칭될 수 있다. 이트륨 옥시드 (Y2O3, 별칭, "이트리아")는 대략 2:3 (이트륨:산소)의 상대적인 양 (원자)으로 이트륨 및 산소를 함유하고 이들로부터 제조된다. 전구체 코팅은 2개의 층 (금속 옥시드 및 이트륨 옥시드 각각의 층), 이트륨 옥시드 및 금속 옥시드 둘 다의 몇 개 내지 여러 개의 층을 함유할 수 있거나, 또는 대안적으로-침착된 이트륨 옥시드 및 금속 옥시드로 이루어진 라미네이트 또는 복합체일 수 있다. 원자 층 침착에 의해 이트륨 옥시드를 형성하는 방법은 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 공보 2018/0202047을 참조한다.
이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅을 침착시킨 후, 침착된 코팅은 침착된 코팅의 이트륨 옥시드의 총량의 적어도 일부분을, 이트륨 플루오라이드, 이트륨 옥시플루오라이드, 또는 둘 다일 수 있는 플루오린화 이트륨 옥시드로 전환시키는 플루오린 어닐링 단계 ("플루오로-어닐링" 단계)에 의해 처리된다.
이트륨 플루오라이드는 이트륨 및 플루오린으로 이루어진 무기 재료이며, YF3의 화학 구성, 또는 대략 그렇게 갖는다. 이트륨 옥시플루오라이드는 YOF의 화학 구성을 갖는, 이트륨, 플루오린, 및 산소로 이루어진 무기 재료이다.
플루오로-어닐링 단계는 이트륨 플루오라이드, 이트륨 옥시플루오라이드, 또는 둘 다를 생성하는데 효과적인 온도에서 그리고 시간 동안 수행된다. 특정 예시 실시양태에서, 방법은 이트륨 옥시드를 완전히 이트륨 플루오라이드로 전환시키지 않고 상당한 양 또는 다량의 이트륨 옥시플루오라이드를 생성한다. 예를 들어, 이트륨 옥시드의 적어도 50, 70, 80, 또는 90 퍼센트 (원자)가 이트륨 옥시플루오라이드 (YOF)로 전환될 수 있지만, 이트륨 플루오라이드 (YF3)로 완전히 플루오린화될 수 없다.
다른 예에서, 방법은 이트륨 옥시드를 단지 플루오린화하여 이트륨 옥시플루오라이드 (YOF)를 형성하는 것이 아니라 다량의 완전히 플루오린화된 이트륨 플루오라이드를 생성한다. 플루오로-어닐링 단계의 온도 및 시간의 양은, 특히 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 표면 부분에서 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 이트륨 옥시드의 적어도 상당한 부분을 이트륨 플루오라이드 (YF3)로 전환시키기에 이들 예시 방법에 따라 충분하다. 유용하거나 또는 바람직한 방법에 따르면, 표면과 적어도 1, 5, 또는 10 나노미터의 깊이 사이의 코팅의 두께의 일부분을 포함하여, 적어도 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 외부 일부분, 예를 들어, 코팅의 "표면 부분"에 존재하는 이트륨 옥시드는 적은 양의 산소가 있게 또는 실질적으로 산소 없이, 예를 들어, 20 또는 10 원자 퍼센트 미만의 산소, 5, 또는 3 원자 퍼센트 미만의 산소가 있게 YF3으로 전환된다.
바람직한 코팅은 대부분 이트륨 및 플루오린 원자를 함유하는, 즉, 이트륨 플루오라이드 또는 YF3의 형태로 이트륨 부분 (예를 들어, 층)을 함유할 수 있다. 코팅의 이트륨 플루오라이드는 또한 일정량의 산소 및 이트륨, 플루오린, 및 산소의 다양한 원소 조합, 예컨대 이트륨 옥시플루오라이드 (YOF)를 함유할 수 있다. 그러나, 기술된 바와 같은 특정 바람직한 예시 코팅은 대부분 이트륨 플루오라이드 (YF3)의 형태로 이트륨을 함유할 수 있으며, 이트륨 옥시플루오라이드 (YOF)로 지칭될 조성물에 존재할 산소의 양 미만인 산소의 양 (농도), 예를 들어, 코팅은 이트륨 플루오라이드, 이트륨 옥시드, 및 이트륨 옥시플루오라이드의 총량을 기준으로 적어도 80 퍼센트 (예를 들어, 적어도 85, 90, 또는 95 퍼센트) (원자) 이트륨 플루오라이드를 함유할 수 있다.
기술된 바와 같은 코팅은 전구체 코팅의 이트륨 옥시드를 플루오린화 이트륨 옥시드로 전환시킴으로써 제조되고, 이트륨 옥시드를 이트륨 플루오라이드로 전환시키는 방법은 코팅의 표면에서 표면 아래의 위치로의 플루오린의 통과 (예를 들어, 확산)를 필요로 하기 때문에, 코팅은 잠재적으로 두께 (깊이) 방향으로 불균일할 플루오린 및 산소의 농도를 포함할 수 있으며, 즉, 코팅, 또는 그의 플루오린화 이트륨 옥시드 부분 (예를 들어, 층)은 침착된 코팅의 두께 (깊이)를 따라 측정가능한 양이 달라질 플루오린 및 산소의 농도를 함유할 수 있다.
코팅의 구체적 예에서, 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅은 이트륨 옥시드에서 이트륨 플루오라이드로 실질적으로 전환된 (플루오린화된) 부분 (이트륨 플루오라이드 부분으로 지칭됨)을 함유한다. 이트륨 플루오라이드 부분은 이트륨 플루오라이드의 하나 또는 다수의 층일 수 있거나, 또는 라미네이트 또는 복합체 구조의 일부인 이트륨 플루오라이드 재료일 수 있다. 이트륨 플루오라이드 부분은 바람직하게는 실질적으로 이트륨, 플루오린, 산소, 임의적이지만 상대적으로 적은 양의 탄소 ("C") (예를 들어, 최대 4 또는 5 원자 퍼센트 탄소), 및 미량 또는 미미한 양 이하의 다른 재료만 함유할 수 있다. 기술된 바와 같은 코팅의 이트륨 플루오라이드 부분은 Y, F, O, 및 C (예를 들어, 최대 4 또는 5 원자 퍼센트 탄소)로 이루어질 수 있거나, 또는 Y, F, O, 및 C로 본질적으로 이루어질 수 있고, 예를 들어, Y, F, O, 및 C (예를 들어, 5 또는 4 퍼센트 (원자) 이하의 탄소) 및 1, 0.5, 0.1, 0.05, 또는 0.01 원자 퍼센트 이하의 Y, F, O, 및 C와 다른 임의의 재료를 함유할 수 있다. 바람직한 이트륨 플루오라이드 부분은 또한 20 퍼센트 이하 (예를 들어, 10 또는 5 퍼센트 이하)의 산소 (원자 퍼센트)를 함유할 수 있다.
다른 기준에 의해, 예시 코팅은 코팅의 표면 아래로 적어도 5, 10, 30, 50, 또는 60 나노미터의 깊이까지, 이트륨 플루오라이드, 이트륨 옥시드, 및 이트륨 옥시플루오라이드의 총 (원자) 양을 기준으로 적어도 70, 80, 또는 90 퍼센트의 이트륨 플루오라이드를 함유할 수 있다. 다른 바람직한 코팅은 코팅의 표면 아래로 적어도 100, 200, 또는 300 나노미터의 깊이까지, 이트륨 옥시드, 이트륨 플루오라이드, 및 플루오린화 이트륨 옥시드의 총 (원자) 양을 기준으로 적어도 80 퍼센트의 이트륨 플루오라이드를 함유할 수 있다.
코팅의 상이한 두께 위치에서 다양한 조성에 기초하여, 코팅의 상이한 부분은 x-선 광전자 분광분석법 또는 "XPS" 기술에 의해 식별되고 설명될 수 있다. 이들 정량적 분광 기술은 코팅의 두께 (깊이)에 걸쳐, 재료의 표면 및 표면 아래에서 침착된 코팅 또는 코팅의 층의 조성 분석을 가능하게 한다. XPS 프로파일링 분석은 재료의 두께를 따라 상이한 위치에서 침착된 재료의 원소 조성을 식별할 수 있다.
본 발명의 코팅을 또한 x-선 회절에 의해 분석하여 코팅의 층 또는 일부분이 Y, F, 및 O의 다른 가능한 화학량론적 조합과는 대조적으로, 상당한 또는 고농도의 플루오린화 이트륨 옥시드, 예를 들어, YF3을 함유한다는 것을 보여줄 수 있다. X-선 회절 방법 (XRD)은 침착된 막의 재료를 포함하여, 재료의 원자 및 분자 구조를 평가하기 위한 공지된 분석 기술이다. 예를 들어, X-선 회절은, 예를 들어, 원자 층 침착에 의해 제조된, 본원에 기술된 유형의 침착된 막의 구조 및 화학량론 특징을 평가하는데 유용하다.
도 4를 참조하면, 이것은 예시 전구체 코팅 ("침착된 그대로") 및 플루오로-어닐링 단계 후의 동일한 코팅 (플루오린화된 경우 "F")의 화학 구성에 관한 예시 데이터를 보여주는 표이다. 데이터는 EDAX로 또한 지칭되는, 에너지-분산형 x-선 분광법에 의해 생성된다.
데이터는 5keV EDAX에 의해 결정된 바와 같은, 세 가지 예시 코팅의 화학 구성을 나타낸다. 이트리아-지르코니아 다중층 코팅은: (a) Zr-Y-Comp = 이트리아와 지르코니아의 복합체, (b) Zr-Y-ML = 지르코니아와 이트리아의 20개 교번 층으로 이루어진 다중층, (c) Y-Zr-DL = 모두 Si 기판에 침착된, 하단에 지르코니아 그리고 상단에 이트리아가 있는 이중층이다.
표는 침착된 그대로의 코팅 스택 (플루오린화 전), 및 다시 플루오로-어닐링 공정 후에 대한 Si, Zr, Y, O 및 F의 프로빙된 원소에 대해 측정된 원자 % 값을 비교한 것이다. EDAX 원자 % 값은 보정되고 절대적인 것이 아니며, 오히려 침착된 그대로와 플루오로 어닐링 조건 후 간의 상대적인 비교의 역할을 한다는 점에 주목해야 한다. 표는 침착된 그대로의 이트리아 (Y2O3)가 플루오로-어닐링 공정의 결과로서 높은 정도로 YF3으로 전환된 것을 나타낸다. Y2O3, YF3 및 ZrO2를 형성하기 위한 at%의 배분을 고려하면, 표의 결과는 대부분의 Y2O3이 YF3으로 전환되는 반면, ZrO2는 플루오라이드로 변하지 않는다는 것을 나타낸다. 지르코니아에 대한 독립적인 연구는 지르코니아가 지르코늄-플루오라이드 또는 지르코늄-옥시플루오라이드로 전환되지 않는다는 것을 보여주었다.
5keV EDAX 측정은 150nm 내지 200nm의 프로빙 깊이를 갖지만, 표면에 더 가까운 부피로부터 비-선형 (더 높은) 신호 기여도를 갖는다는 점에 주목한다. 각 조건에 있어서 코팅 막 두께는 EDAX 측정이 기판 (Si)으로부터 작은 퍼센트의 신호를 포착하기에 충분히 작다. 산소 at%는 전형적인 표면 옥시드 형성으로 인해 불균형적으로 더 높다.
300℃ 미만의 온도에서 수행되는 플루오로-어닐링 단계에 의해 이트륨 옥시드를 이트륨 옥시플루오라이드 (YOF)로 전환시키는 방법은 이전에 기술되었다. 미국 특허 공보 2018/0202047을 참조한다. 현재-기술된 방법은 이제 적어도 기술된 바와 같은 침착된 코팅의 표면 부분에서, 이트륨 옥시드를 성공적으로 전환시켜, 적은 양의 산소가 있게, 실질적으로 산소 없이, 또는 적은 양의 이트륨 옥시플루오라이드 (YOF)가 있게 또는 실질적으로 이트륨 옥시플루오라이드 (YOF) 없이, 고 농축된 양의 이트륨 플루오라이드 (YF3)를 함유하는 방식으로, 300℃를 초과하는 온도에서 수행되는 플루오로-어닐링 단계의 구체적 특징을 포함한다.
원자 층 침착에 의해 기술된 바와 같은 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅을 형성하는 방법은 다량의 이트륨 플루오라이드 및 금속 옥시드를 함유하는 코팅을 생성하는데 특히 효과적인 것으로 확인되었다. 기술된 바와 같은 방법은 이트륨 옥시드를 침착시키는 다른 기술 (예를 들어, 화학적 증기 침착, 물리적 증기 침착, 또는 이들의 변형)에 이어 플루오로-어닐링 단계를 수반하는 대안적인 침착 방법과 비교하여, 바람직한 금속 옥시드로서 지르코늄 옥시드와 함께 고농도의 이트륨 플루오라이드 및 금속 옥시드를 함유하는 코팅을 형성하는데 특히 효과적인 것으로 나타났다. 본 설명의 방법은 또한 비-이트륨 금속 옥시드가 지르코늄 옥시드인 경우 특히 효과적이며, 이는 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 표면 아래에서 이트륨 옥시드의 플루오린화를 가능하게 하는데 특히 효과적인 것으로 확인되었다.
침착 기술과 관련하여, 원자 층 침착은 다른 침착 기술에 비해, 플루오로-어닐링 단계에 의해 이트륨 플루오라이드를 형성하는 유효성을 향상시켰다. 기술된 바와 같은 이트륨 플루오라이드 코팅 (즉, 이트륨 플루오라이드로 전환된 고도의 이트륨 옥시드를 함유하는 코팅)은 상대적으로 고온의 플루오로-어닐링 단계, 예를 들어, 적어도 300℃의 온도에서 수행되는 플루오로-어닐링 단계의 사용에 의해 침착된 이트륨 옥시드 박막을 이트륨 플루오라이드로 전환시킴으로써 제조될 수 있다. 상대적으로 고온에서, 이트륨 옥시드를 이트륨 플루오라이드로 전환시키려고 시도하는 비슷한 플루오로-어닐링 기술은 상이한 침착 기술, 예컨대 물리적 증기 침착 ("PVD") 또는 화학적 증기 침착 ("CVD")에 의해 침착되는 이트륨 옥시드에 대해 수행되는 경우 덜 효과적일 수 있다.
이러한 특정 단계는 또한 비슷한 침착 및 플루오로-어닐링 단계에 의해, 다른 금속으로부터 다른 유형의 금속 플루오라이드를 형성하는 방법과 비교하여, 금속 플루오라이드 재료로서 이트륨 플루오라이드를 형성하는데 더 효과적인 것으로 결정되었다. 기술된 바와 같은 고온 플루오로-어닐링 단계는 원자 층 침착 기술에 의해 침착된 금속 옥시드의 경우에도, 다른 금속 옥시드를 금속 플루오라이드로 전환시키는데 덜 효과적이었다. 특히, 금속 옥시드가 원자 층 침착 기술에 의해 침착된 경우에도, 플루오로-어닐링 단계는 상대적으로 고온에서 지르코늄 옥시드, 티타늄 옥시드, 또는 알루미늄 옥시드와 같은 금속 옥시드 재료를 플루오린화 옥시드 재료 (지르코늄 플루오라이드, 티타늄 플루오라이드, 또는 알루미늄 플루오라이드)로 전환시키는데 덜 효과적인 것으로 밝혀졌다.
유용하고 바람직한 플루오로-어닐링 기술은 분자 플루오린 공급원 증기의 플루오린이 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 이트륨 옥시드와 반응하게 하는 온도에서 분자 플루오린 공급원 증기에 원자 층 침착에 의해 표면에 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 표면을 노출시켜, 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 표면 및 그 아래에서, 바람직하게는 이트륨 플루오라이드로의 높은 전환율로 코팅의 이트륨 옥시드를 플루오린화 이트륨 옥시드로 전환시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 분자 플루오린 공급원이 이트륨-옥시드-금속 옥시드 코팅의 표면 아래로 침투하도록 허용하기 위해, 코팅의 금속 옥시드는 분자 플루오린 공급원 증기와 반응하지 않아야 한다. 예를 들어, 바람직한 금속 옥시드는 플루오로-어닐링 단계 동안 분자 플루오린 공급원 증기에 의해 분해 (예를 들어, "에칭")되지 않을 것이다. 또한 바람직하게는, 분자 플루오린 공급원 증기는 플루오로-어닐링 단계 동안 금속 옥시드의 플루오린화를 일으키지 않을 것이다. 본 설명 및 발명은 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 비-이트륨 옥시드 금속 옥시드로서 임의의 특정 금속 옥시드의 사용에 제한되지 않지만, 지르코늄 옥시드는 플루오로-어닐링 단계 동안, 분자 플루오린 공급원 증기에 의한 분해에 대해 저항성이 있고 또한 분자 플루오린 공급원 증기에 의한 플루오린화에 대해 저항성이 있는 효과적인 또는 바람직한 특성을 나타내는 것으로 확인된 금속 옥시드이다.
본원에서 사용된 바와 같이, "분자 플루오린 공급원 증기"는 플라즈마로 간주되지 않는 증기 (기체상) 형태인 비-플라즈마 (즉, 분자) 플루오린-함유 화학 분자이다. "플라즈마"는 공작물을 처리하는데 이온을 사용하기 위해, 플라즈마 전구체 화합물을 이온으로 분해하기 위한 목적으로 (예를 들어, 무선 주파수 전원으로부터의) 에너지에 의도적으로 노출된 하나 이상의 플라즈마 전구체 화합물에서 유래된 고밀도의 이온성 단편을 함유하는 비-고체, 증기 상 조성물이다. 플라즈마와 대조적으로, 유용하거나 또는 바람직한 분자 플루오린 공급원 증기는 1 x 10E-5 원자 퍼센트 미만의 이온화된 물질, 예컨대 1 x 10E-6 원자 퍼센트 미만의 이온성 종을 함유할 수 있다.
분자 플루오린 공급원 증기는 임의의 방법에 의해 또는 임의의 유용하고 효과적인 공급원 또는 위치로부터 기술된 바와 같은 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅을 형성하기 위해, 플루오로-어닐링 단계에 사용하기 위한 공정 챔버에 제공될 수 있다. 유용하거나 또는 바람직한 방법에서, 분자 플루오린 공급원 증기는 플루오로-어닐링 단계 동안을 의미하는 계내에서, 그리고 플루오로-어닐링 단계에 사용되는 공정 챔버 내에서 생성될 수 있다. 분자 플루오린 공급원 증기는 비-기체상 플루오린 공급원의 분자가 기체상, 즉, 분자 증기가 되도록 하기 위해 비-기체상 플루오린 공급원을 가열함으로써 비-기체상 플루오린 공급원으로부터 계내에서 생성될 수 있다. 비-기체상 플루오린 공급원은 액체 또는 고체 플루오린-함유 물질일 수 있고, 가열 단계는 액체 또는 고체 플루오린 공급원의 분자의 상당한 분해 또는 이온화를 일으키지 않으면서 분자의 기체상 형태를 생성한다. 분자의 유용하거나 또는 바람직한 기체상 형태는 적어도 99.9999 원자 퍼센트 분자, 즉, 액체 또는 고체 플루오린-함유 물질의 화학적으로-변하지 않은 분자일 수 있다. 기체상 형태의 분자는 1 x 10E-5 원자 퍼센트 미만의 이온화된 또는 분해된 물질, 예컨대 1 x 10E-6 원자 퍼센트 미만의 이온성 종을 함유할 수 있다.
분자 플루오린 공급원 증기를 생성하는 가열 단계는 다양한 반도체 처리 단계에 사용되는, 플라즈마를 생성하는 단계와 구별된다. 일반적으로, 플라즈마-생성 단계는 플라즈마 공급원을 이온화하고 플라즈마 공급원의 분자를 화학적으로 분해하여 분자의 이온성 단편을 생성하기 위해, 일반적으로 기체상 화학 물질인 플라즈마 공급원에 하나 이상의 에너지 형태를 적용하는 것을 포함한다. 에너지는 열 에너지 (승온), RF (무선 주파수 에너지)와 같은 전자기 복사 (무선 주파수 전원에 의해 생성됨), 또는 이들의 조합일 수 있다.
구체적인 비교로서, 분자 플루오린 공급원 증기를 생성하는데 사용되는 본 설명의 가열 단계는 반도체 처리 툴의 공정 챔버를 플라즈마 에칭, 플라즈마 세정, 또는 "시즈닝(seasoning)"하는 단계를 위해 반도체 처리 툴에 사용하기 위한 플루오린-함유 플라즈마의 생성 단계와 상이하다. 현재-기술된 가열 단계와 상이한 플라즈마-생성 단계의 예는 미국 특허 번호 5,756,222에 기술되어 있고, 이는 플라즈마 에칭 또는 플라즈마 세정 공정을 위해 설계된 반응 챔버에서 생성된 플루오린-함유 플라즈마를 기술한다. 플라즈마는 RF 전력에 플루오린 전구체를 노출시킴으로써 제조된다.
플루오로-어닐링 단계는 기판이 원자 층 침착에 의해 표면 위에 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅을 포함하는 표면을 갖는 것인, 제거가능하고, 일시적인, 비작동 방식으로 공정 챔버의 내부에 기판을 위치시키는 것; 공정 챔버로 분자 플루오린 공급원 증기를 분배하거나, 또는 공정 챔버 내에서, 비-기체상 플루오린 공급원의 분자가 기체상, 즉, 증기가 되게 하기 위해 비-기체상 플루오린 공급원을 가열함으로써 공정 챔버 내에서 분자 플루오린 공급원 증기를 생성하는 것; 및 분자 플루오린 공급원 증기의 플루오린과 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 이트륨 옥시드 사이의 반응을 일으켜 이트륨 옥시드의 적어도 일부분을 플루오린화 이트륨 옥시드, 바람직하게는 이트륨 플루오라이드로 전환시키기 위해 공정 챔버, 기판, 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 침착된 코팅, 분자 플루오린 공급원 증기, 또는 그의 조합의 온도를 상승시키는 것에 의해 승온에서, 공정 챔버에서 수행될 수 있다.
플루오로-어닐링 단계 동안, 공정 챔버는 분자 플루오린 공급원 증기, 임의적으로 비-증기 플루오린 공급원, 및 원자 층 침착 기술에 의해 표면에 침착되는 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 박막을 갖는 하나 이상의 기판을 포함하는 처리 재료를 함유할 수 있다. 챔버의 내부 공간 및 분위기는 배기되거나 또는 감압에 있을 필요가 없고, 일정량의 대기를 함유할 수 있다. 공기 또는 산소를 없애거나 또는 플루오로-어닐링 단계를 위해 공정 챔버에 불활성 기체 (퍼기 가스, 예를 들어, N2)를 도입할 필요는 없다. 공정 챔버는 공기 및 분자 플루오린 공급원 증기 외에 임의의 다른 추가의 기체상 또는 액체 처리 재료를 함유할 필요가 없고 배제할 수 있으며, 예를 들어, 불활성 기체 또는 기체상 공-반응물과 같은 다른 기체상 재료를 배제할 수 있고, 이것은 때때로 다른 반도체 처리 단계의 기체상 분위기에서 사용될 수 있다.
공정 챔버는 반도체 처리 툴의 일부가 아니며 반도체 디바이스, 마이크로전자 디바이스, 또는 그의 전구체와 같은, 달리 처리되고 있는 임의의 다른 공작물을 함유할 필요가 없고 바람직하게는 함유하지 않는다. 공정 챔버는 또한 무선 주파수 전원 또는 전위 (전압)를 구성요소 또는 공작물에 적용하기 위한 수단과 같은, 플라즈마를 생성하기 위한 수단의 사용을 필요로 하지 않고 수반하지 않는다.
유용한 공정 챔버는 바람직하게는 챔버 내의 온도를 제어하기 위한 온도 제어; 압력 제어, 필터 등과 같은, 챔버 내부 환경의 조성 및 순도를 제어하기 위한 수단; 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 이트륨 옥시드를 플루오린화 이트륨 옥시드, 바람직하게는 이트륨 플루오라이드로 전환시키는데 유용한 기간 동안 챔버 내에서, 각각 표면에서 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅을 갖는, 하나 또는 다수의 기판을 일시적으로 함유하고 지지하기 위한 구성요소; 및 공정 챔버 내에서 분자 플루오린 공급원 양 및 농도를 공급 및 제어하는 것을 포함하는, 공정 챔버 내의 분위기의 조성을 제어하기 위한 구성요소를 포함할 수 있다.
특정 유용하거나 또는 바람직한 예시 플루오로-어닐링 방법에 따르면, 분자 플루오린 공급원 증기는 플루오린화 또는 퍼플루오린화 알칸 또는 알켄과 같은 기체상 플루오린화 또는 퍼플루오린화 유기 화합물일 수 있으며, 이들 중 임의의 것은 직선형 또는 분지형일 수 있다. 예는 특히, 실질적으로 비-이온성이고 플라즈마를 분해 또는 형성하기 위해 (열 이외의 에너지를 첨가함으로써) 처리되지 않은 것을 의미하는, 각각 분자 형태의 CF4, C2F4, C3F6, C4F8, CHF3, C2H2F2, C2F6, HF, CH3F를 포함한다.
다른 유용하거나 또는 바람직한 예시 방법에 따르면, 분자 플루오린 공급원 증기는 플라즈마를 형성하기 위해 에너지로 처리되지 않은 기체상 플루오린화 중합체일 수 있다. 기체상 플루오린화 중합체는, 예를 들어 공정 챔버에서 그리고 플루오로-어닐링 단계에 의해 플루오린화 이트륨 옥시드로 전환되기를 원하는, 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 존재하에 비-기체상 플루오린화 중합체를 가열함으로써 비-기체상 (예를 들어, 액체 또는 고체) 플루오린화 중합체로부터 유도될 수 있다.
플루오린화 중합체는 기판의 표면에 존재하는 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅으로부터 이트륨 플루오라이드를 형성하기 위한 기술된 바와 같은 방법에 따라 효과적일 임의의 플루오린화 중합체일 수 있다. 유용한 플루오린화 중합체의 예는 중합된 플루오로올레핀 단량체 및 임의적인 비-플루오린화 공-단량체를 포함하는 단독중합체 및 공중합체를 포함한다. 중합체는 플루오린화 (즉, 부분적으로 플루오린화), 퍼플루오린화될 수 있거나, 또는 염소와 같은 비-플루오린 할로겐 원자를 포함할 수 있다. 분자 플루오린 공급원은 실온에서 액체 또는 고체일 수 있지만, 기술된 바와 같은 방법에 따라 사용되는 공정 챔버의 온도에서 증기가 될 것이다.
구체적 플루오로중합체의 비-제한적인 예는 C1-C10 퍼플루오로알킬 기를 갖는 중합된 퍼플루오로알킬에틸렌; 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE); 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로(알킬 비닐 에테르) 공중합체 (PFA); 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체 (FEP); 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로(알킬 비닐 에테르)/헥사플루오로프로필렌 공중합체 (EPA); 폴리헥사플루오로프로필렌; 에틸렌/테트라플루오로에틸렌 공중합체 (ETFE); 폴리 트리플루오로에틸렌; 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF); 폴리비닐 플루오라이드 (PVF); 폴리클로로트리플루오로에틸렌 (PCTFE); 에틸렌/클로로트리플루오로에틸렌 공중합체 (ECTFE); 또는 그의 조합을 포함한다.
기술된 바와 같은 플루오로-어닐링 단계는 플루오린 공급원 증기로부터의 플루오린이 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 이트륨 옥시드와 반응하게 하여 (예를 들어, 본원에 기술된 바와 같은 농도 및 깊이에서) 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 플루오린의 적어도 일부분을 플루오린화 이트륨 옥시드, 바람직하게는 이트륨 플루오라이드로 전환시키는데 효과적인 임의의 온도에서 수행될 수 있다. 상대적으로 높은 승온은 일반적으로 플루오린 공급원 증기가 이트륨 옥시드와 반응하게 하여 이트륨 옥시드를 이트륨 옥시플루오라이드 (YOF) 대신 고농도의 이트륨 플루오라이드 (YF3)로 전환시키는데 유용하거나 또는 바람직하다. 그러나, 다른 조건이 필요에 따라, 상대적으로 더 낮은 농도의 이트륨 플루오라이드 및 상대적으로 더 고농도의 이트륨 옥시플루오라이드 (YOF)를 갖는 코팅을 생성하는데 유용할 수 있다.
플루오로-어닐링 단계의 예시 온도는 적어도 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 표면 부분에서 고농도의 YF3을 생성하기 위해, 적어도 300 또는 350℃ 이상, 예를 들어, 300 내지 500℃, 예컨대 350 또는 400 내지 425 또는 450℃의 범위일 수 있다.
공정 챔버는 임의의 유용한 압력에서 작동될 수 있으며, 예시 압력은 대략 대기압 (760 Torr), 예를 들어, 100 내지 1500 Torr, 예컨대 250 또는 500 내지 1000 또는 1250 Torr이다. 이트륨 옥시드를 플루오린화 이트륨 옥시드, 예를 들어, 이트륨 플루오라이드로 전환하기 위한 공정 챔버 내의 분위기는 분자 플루오린 공급원 증기와의 조합으로, 공기인 부분을 포함할 수 있다.
플루오로-어닐링 단계에 의해 플루오린화 이트륨 옥시드를 형성하는데 사용되는 시간의 양은 플루오로-어닐링 단계의 온도, 공정 챔버 내의 분자 플루오린 공급원 증기의 유형 및 양 (농도), 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 두께 및 조성, 및 플루오로-어닐링 단계에 의해 달성되는 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 플루오린화의 원하는 양 (예를 들어, 깊이)과 같은 인자에 기초할 수 있다. 플루오로-어닐링 단계에 유용하거나 또는 바람직한 시간의 예시 양은 1 내지 48 시간, 예를 들어, 2 내지 24 시간, 또는 3 내지 12 시간의 범위일 수 있다. 플루오로-어닐링 단계를 수행하기 위한 유용한 시간의 기간은 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 이트륨 옥시드의 원하는 양 (예를 들어, 깊이 및 양 (농도)의 측면에서)을 이트륨 옥시플루오라이드 또는 이트륨 플루오라이드로 전환시키는 시간의 기간일 수 있다. 플루오린화의 깊이는 플루오로-어닐링 단계 동안 시간 경과에 따라 증가할 것이고, 분자 플루오린 공급원 증기에 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅의 지속적인 노출이 있다.
도 3을 참조하면, 기술된 바와 같은 방법의 예시 단계 및 기술된 바와 같은 예시 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅이 도시되어 있다. 방법(10)에 따르면, 기판(20)이 제공되고, 단계 (i)에서, 이트륨 옥시드-금속 옥시드 층(22(a))이 원자 층 침착에 의해 기판(20)의 표면에 적용된다. 단계 (ii)에서, 침착된 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅 박막(22(a))을 갖는 기판(20)에 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅(22(a))의 이트륨 옥시드의 적어도 일부분을 플루오린화 이트륨 옥시드로 전환시켜, 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅(24(b))을 생성하는 플루오로-어닐링 단계를 실시한다.
고농도의 이트륨 플루오라이드 (YF3)와 같은 플루오린화 이트륨 옥시드를 함유하는 적어도 일부분을 포함하는, 기술된 바와 같은 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅은 보호 코팅으로서 효과적일 수 있다. 보호 코팅은 다양한 공정 재료에 대해, 특히 (그러나 이뿐만 아니라) 특정 예시 공정이 본원에 기술되어 있는, 미래에 알려지거나 또는 개발되는 제조 공정을 수행하기 위해 작동 동안 다양한 유형의 공정 챔버에 존재할 수 있는 할라이드에 대해 내화학성이다.
플루오린화 이트륨 옥시드 화합물, 특히 이트륨 플루오라이드는 플루오린 원자에 대해 화학적 불활성을 제공하기 위해 상대적으로 고농도의 플루오린을 함유할 수 있다. 또한, 비-이트륨 옥시드 금속 옥시드의 존재는 염소와 같은 비-플루오린 할라이드에 대한 내화학성을 증가시킬 것이다. 따라서, 현재-기술된 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅에 의해 달성된 내화학성의 수준은 이전의 보호 재료에 의해 달성된 내화학성 수준과 비교하여 매우 유용할 수 있거나 또는 상대적으로 개선된 것일 수 있다.
유용하고 바람직한 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅은 또한 반도체 처리 툴에서 고온 (예를 들어, 350 내지 500℃ 범위)에서 사용하는 동안을 포함하여, 장기간에 걸쳐 온도 저항성이 있을 수 있다. 보다 일반적으로, 유용하거나 또는 바람직한 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅은 최대 200, 300, 400, 450, 또는 500℃ 또는 그 초과의 온도에서 장기간 동안 분해에 대해 저항성이 있을 수 있다.
보호 코팅으로서 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅을 포함하는 장비, 디바이스, 또는 물품은 기판의 표면 상에 형성된 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅을 포함하는 기판을 포함할 수 있다. 유리하게는, 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅이 각각 기체-상 침착을 수반하는 2개의 특정 처리 단계, 즉, 이트륨 옥시드-함유 전구체 코팅의 원자 층 침착, 및 침착된 이트륨 옥시드-함유 전구체의 플루오로-어닐링의 사용에 의해 제조될 수 있기 때문에, 생성되는 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅은 고도로 3차원이거나 또는 높은 종횡비를 갖는 기판 표면에 효과적으로 그리고 균일하게 적용될 수 있다. 유용한 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅은 상대적으로 높은 종횡비, 예를 들어, 최대 10:1, 20:1, 50:1, 100:1 이상, 또는 그 초과의 종횡비를 갖는 구조와 같은 채널, 그루브, 또는 개구를 포함하는 3차원 표면에 적용될 수 있다.
기술된 바와 같은 보호 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅이 적용될 수 있는 기판의 예는 반도체 재료, 마이크로전자 디바이스 등을 제조하는데 사용되는 공정 챔버의 다양한 구성요소 ("공정 챔버 구성요소")와 같은 항목을 포함한다. 플루오린 및 염소와 같은 상이한 할라이드의 조합을 포함하여, 할라이드와 같은 공정 재료에 대해 저항성이 있는 경우, 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅은 작동 동안 이들 및 다른 공정 재료의 존재하에 공정 챔버의 구성요소를 보호하는데 사용될 수 있다.
바람직한 보호 코팅은 균열, 열하, 핀홀, 및 다른 물리적 결함과 같은 결함을 소량 포함하도록 제조될 수 있다. 핀홀, 균열, 및 열하와 같은 결함은, 임의적으로 광학 현미경 또는 주사 전자 현미경을 사용한 배율의 사용과 함께, 육안 검사에 의해, 또는 다른 적합한 검사 방법에 의해 식별될 수 있다. 바람직한 코팅은 또한, 특히 다른 방법에 의해, 예컨대 물리적 증기 침착에 적용된 코팅과 비교했을 때, 코팅의 표면에 걸쳐 높은 수준의 코팅 두께 균일성을 나타내도록 적용될 수 있다. 예를 들어, 높은 수준의 균일성은 1, 5, 또는 10 제곱 센티미터의 영역에 걸쳐 두께가 2 마이크로미터 미만이고, 그 영역에 걸쳐 두께가 20, 10, 또는 5 퍼센트 초과만큼 달라지지 않는 코팅을 지칭할 수 있다.
기술된 바와 같은 보호 코팅은 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅이 효과적으로 적용될 수 있는 임의의 표면 또는 기판에 형성될 수 있고 유용할 수 있다. 특정 실시양태에서, 기판은 진공 호환성 기판 재료로 제조될 수 있고 고 반응성이거나, 부식성이거나, 또는 그렇지 않으면 공정 챔버의 내부 구성요소를 포함하여, 다른 재료를 공격적으로 분해하거나 또는 반응할 수 있는 하나 이상의 상이한 공정 재료의 사용에 의해 기판, 재료, 또는 디바이스를 처리하는데 사용되는 공정 챔버의 구성요소의 형태일 수 있다. 이러한 맥락에서, 기술된 바와 같은 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅은 유리하게는 본원에서 "진공 호환성 기판"으로 지칭되고, 할라이드 또는 할라이드의 조합을 포함하는 공정 재료에 의한 처리에 의해 마이크로전자 디바이스, 반도체 장비 및 디바이스, 그의 전구체 등을 처리하는데 사용되는 공정 챔버의 구성요소 (본원에서 "공정 챔버 구성요소" 또는 "공정 툴 구성요소")로서 기능하도록 형성된 기판에 적용될 수 있다.
공정 챔버는, 예를 들어, 마이크로전자 또는 반도체 디바이스를 제조하는 단계 동안 마이크로전자 디바이스 기판 또는 반도체 디바이스 기판을 처리하는데 사용되는, 액체, 기체, 또는 플라즈마의 형태일 수 있는 고 부식성 또는 반응성 공정 재료를 함유하는데 유용하다. 반응성 공정 재료의 특정 예는 브로민 플라즈마, 염소 플라즈마, 및 플루오린 플라즈마, 예를 들어, NF3, CF4, C2F6, C3F8, C4F8, F2, Cl2, HCl, HF, CHF3, CH2F2, SF6, BCl3, CCl4, 또는 HBr로부터 유도된 플라즈마를 포함한다.
공정 챔버는 공정 챔버에 존재할 공정 재료에 의해 과도하게 분해되지 않으면서, 공정 챔버로, 밖으로, 그리고 내에 공작물을 수송, 유지, 고정, 지지, 또는 이동하는데 유용한 공정 챔버 구성요소 및 표면을 포함해야 한다. 공정 챔버는 또한 공정 챔버의 내부로 그리고 내부로부터 반응성 공정 재료 (예를 들어, 플라즈마)를 유동, 전달, 및 제거하는데 효과적인 구조의 시스템을 포함해야 한다.
공정 챔버 구성요소의 예는 편평한 평면의, 본질적으로 2차원 표면을 포함하는, 임의의 형상의 물품, 뿐만 아니라 보다 복잡한 형상을 갖는 것들을 포함한다. 유리하게는, 본 방법 및 박막은 3차원 형태인 물리적 형상 또는 형태, 예컨대 높은 종횡비를 갖는 것으로 간주되는 그러한 특징을 포함하는, 개구, 애퍼처, 채널, 터널, 나사식 스크류, 나사식 너트, 다공성 멤브레인, 필터, 3차원 네트워크, 홀, 채널, 확장된 표면 등을 포함하는 형태를 갖는 기판과 함께 사용될 수 있다. 보다 구체적인 예시 구조는 유동 헤드 (샤워 헤드), 쉴드, 트레이, 지지체, 노즐, 밸브, 도관, 기판을 취급 또는 유지하기 위한 스테이지, 웨이퍼 핸들링 고정구, 챔버 라이너, 세라믹 웨이퍼 캐리어, 웨이퍼 홀더, 서셉터, 스핀들, 척, 링, 배플, 및 다양한 유형의 패스너 (스크류, 너트, 볼트, 클램프, 리벳 등)를 포함한다.
기술된 바와 같은 원자 층 침착 기술 및 플루오로-어닐링 기술은 적어도 10:1, 20:1, 50:1, 100:1 이상의 종횡비를 갖는 표면을 포함하여, 이러한 3차원 표면 상에 균일하고 고품질의 침착된 박막을 제공하는데 효과적인 기체-상 침착 기술이다.
플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅이 형성될 수 있는 공정 챔버 구성요소의 기판은 때때로 "진공-호환성" 기판 재료로 지칭되는 재료를 포함하여, 다양한 상이한 고체 재료로부터 제조될 수 있다. 일반적으로, 예는 보호 코팅으로 코팅될 수 있고 공정 챔버에 사용될 수 있는 세라믹 재료, 금속, 및 금속 합금을 포함할 수 있다. 진공-호환성 기판으로서 유용할 수 있는 세라믹 재료의 예는 알루미나, 탄화규소, 실리콘, 산화규소, 및 질화알루미늄을 포함한다. 금속 및 금속 합금의 예는 니켈, 니켈 합금, 스테인레스강, 및 알루미늄을 포함한다. 진공-호환성 기판은 또한 석영, 사파이어, 실리카, 용융 실리카, 용융 석영, 실리콘, 애노다이징 처리된 알루미늄, 지르코늄 옥시드, 유리, 뿐만 아니라, 예를 들어, 폴리에테르 에테르 케톤 (PEEK) 및 폴리이미드로서 반도체 산업에 사용되는 특정 플라스틱과 같은 플라스틱일 수 있다.
본 설명이 기술된 바와 같은 보호 코팅을 위한 유용한 기판으로서 공정 챔버 및 공정 챔버 구성요소 (예를 들어, 에칭 챔버 구성요소)를 종종 언급하지만, 기술된 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅은 이러한 항목과 함께 사용하는 것으로 제한되지 않는다. 고 반응성 화학 물질에 대해 높은 수준의 저항성을 갖는 보호 코팅으로부터 이점을 얻을 다양한 다른 세라믹, 광물, 금속, 및 금속 합금 물품 및 기판은 또한 본원에 기술된 바와 같이, 그의 표면에 플루오린화 이트륨 옥시드-금속 옥시드 코팅을 배치하도록 처리될 수 있다.
측면 1. 코팅된 기판으로서, 기판, 및 기판의 표면 상의 코팅을 포함하며, 상기 코팅이 플루오린화 이트륨 옥시드, 및 지르코늄 옥시드를 포함하는 것인, 코팅된 기판.
측면 2. 플루오린화 이트륨 옥시드가 이트륨 옥시플루오라이드 (YOF), 이트륨 플루오라이드 (YF3), 및 그의 조합으로부터 선택되는 것인, 측면 1의 코팅된 기판.
측면 3. 코팅이 적어도 하나의 이트륨 플루오라이드 층 및 적어도 하나의 지르코늄 옥시드 층을 포함하는 다수의 층을 포함하는 것인, 측면 2의 코팅된 기판.
측면 4. 코팅이 총 3 내지 10개의 이트륨 플루오라이드 및 지르코늄 옥시드 층을 포함하는 것인, 측면 3의 코팅된 기판.
측면 5. 각각의 층이 2 내지 50 나노미터 범위의 두께를 갖는 것인, 측면 4의 코팅된 기판.
측면 6. 코팅이 총 5 내지 1000개의 이트륨 플루오라이드 및 지르코늄 옥시드 층을 포함하는 것인, 측면 3의 코팅된 기판.
측면 7. 각각의 층이 0.1 내지 10 나노미터 범위의 두께를 갖는 것인, 측면 6의 코팅된 기판.
측면 8. 코팅이 이트륨 플루오라이드 및 지르코늄 옥시드를 포함하는 복합체인, 측면 1의 코팅된 기판.
측면 9. 코팅이 이트륨 플루오라이드, 이트륨 옥시드, 및 이트륨 옥시플루오라이드의 총량을 기준으로 20 원자 퍼센트 미만의 이트륨 옥시드를 함유하는 것인, 측면 1 내지 7 중 어느 하나의 코팅된 기판.
측면 10. 코팅이 원자 층 침착 코팅인, 측면 1 내지 9 중 어느 하나의 코팅된 기판.
측면 11. 코팅이 플루오로-어닐링된 코팅인, 측면 10의 코팅된 기판.
측면 12. 기판이 적어도 10:1의 종횡비를 갖는 3-차원 구조를 포함하는 것인, 측면 1 내지 11 중 어느 하나의 코팅된 기판.
측면 13. 기판이 마이크로전자 디바이스 또는 반도체 제조 시스템의 공정 툴 구성요소인, 측면 1 내지 12 중 어느 하나의 코팅된 기판.
측면 14. 기판이 플라즈마 에칭 챔버의 벽 표면, 웨이퍼 서셉터, 척, 샤워헤드, 라이너, 링, 노즐, 배플, 패스너, 웨이퍼 지지체, 웨이퍼 수송 구조물, 또는 이들 중 임의의 하나의 일부분 또는 구성요소를 포함하는 것인, 측면 1 내지 13 중 어느 하나의 코팅된 기판.
측면 15. 기판이 나사식 스크류, 나사식 너트, 다공성 멤브레인, 필터, 3차원 네트워크, 홀, 및 채널로부터 선택되는 3차원 특징부를 포함하는 것인, 측면 1 내지 13 중 어느 하나의 코팅된 기판.
측면 16. 기판이 알루미늄, 스테인레스강, 니켈, 석영, 유리, 또는 세라믹을 포함하는 것인, 측면 1 내지 15 중 어느 하나의 코팅된 기판.
측면 17. 플루오린화 이트륨 옥시드 및 지르코늄 옥시드를 함유하는 코팅의 제조 방법이며, 원자 층 침착에 의해 표면 상에 코팅을 침착시키는 단계로서, 코팅이 이트륨 옥시드 및 지르코늄 옥시드를 포함하는 것인 단계, 및 코팅을 분자 플루오린 공급원 증기 및 승온에 노출시켜 코팅의 이트륨 옥시드를 플루오린화 이트륨 옥시드로 전환시키는 단계를 포함하는 방법.
측면 18. 플루오린화 이트륨 옥시드가 이트륨 옥시플루오라이드 (YOF), 이트륨 플루오라이드 (YF3), 및 그의 조합으로부터 선택되는 것인, 측면 17의 방법.
측면 19. 코팅이 적어도 하나의 이트륨 플루오라이드 층 및 적어도 하나의 지르코늄 옥시드 층을 포함하는 다수의 층을 포함하는 것인, 측면 18의 방법.
측면 20. 코팅이 총 3 내지 10개의 이트륨 플루오라이드 및 지르코늄 옥시드 층을 포함하는 것인, 측면 19의 방법.
측면 21. 각각의 층이 2 내지 50 나노미터 범위의 두께를 갖는 것인, 측면 20의 방법.
측면 22. 코팅이 총 5 내지 1000개의 이트륨 플루오라이드 및 지르코늄 옥시드 층을 포함하는 것인, 측면 19의 방법.
측면 23. 각각의 층이 0.1 내지 10 나노미터 범위의 두께를 갖는 것인, 측면 22의 방법.
측면 24. 코팅이 이트륨 플루오라이드 및 지르코늄 옥시드를 포함하는 복합체인, 측면 18의 방법.
측면 25. 이트륨 옥시드를 플루오린 및 승온에 노출시키는 것이 코팅의 이트륨 옥시드의 적어도 80 퍼센트를 이트륨 플루오라이드로 전환시키는 것인, 측면 17 내지 24 중 어느 하나의 방법.
측면 26. 이트륨 옥시드를 적어도 300℃의 온도에서 분자 플루오린 공급원 증기에 노출시켜 이트륨 옥시드를 이트륨 플루오라이드로 전환시키는 것을 추가로 포함하는, 측면 17 내지 25 중 어느 하나의 방법.
측면 27. 분자 플루오린 공급원 증기가 플루오린화 중합체를 가열함으로써 유도된 것인, 측면 26의 방법.
측면 28. 플루오린화 중합체가 중합된 플루오로올레핀 단량체를 포함하는 단독중합체 또는 공중합체인, 측면 27의 방법.
측면 29. 플루오린화 중합체가 C1-C10 퍼플루오로알킬 기를 갖는 중합된 퍼플루오로알킬에틸렌; 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE); 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로(알킬 비닐 에테르) 공중합체 (PFA); 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체 (FEP); 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로(알킬 비닐 에테르)/헥사플루오로프로필렌 공중합체 (EPA); 폴리헥사플루오로프로필렌; 에틸렌/테트라플루오로에틸렌 공중합체 (ETFE); 폴리 트리플루오로에틸렌; 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF); 폴리비닐 플루오라이드 (PVF); 폴리클로로트리플루오로에틸렌 (PCTFE); 에틸렌/클로로트리플루오로에틸렌 공중합체 (ECTFE); 또는 그의 조합을 포함하는 것인, 측면 27의 방법.
측면 30. 분자 플루오린 공급원 증기가 CF4, C2F4, C3F6, C4F8, CHF3, C2H2F2, C2F6, HF, CH3F, 또는 그의 조합을 포함하는 것인, 측면 27의 방법.
측면 31. 코팅된 기판으로서, 기판, 및 기판의 표면 상의 코팅을 포함하며, 코팅은 플루오린화 이트륨 옥시드, 및 이트륨 옥시드와 상이한 금속 옥시드를 포함하는 것인, 코팅된 기판.
측면 32. 플루오린화 이트륨 옥시드가 이트륨 옥시플루오라이드 (YOF), 이트륨 플루오라이드 (YF3), 및 그의 조합으로부터 선택되는 것인, 측면 31의 코팅된 기판.
측면 33. 코팅이 적어도 하나의 이트륨 플루오라이드 층 및 적어도 하나의 금속 옥시드 층을 포함하는 다수의 층을 포함하는 것인, 측면 32의 코팅된 기판.
측면 34. 코팅이 이트륨 플루오라이드 및 이트륨 옥시드와 상이한 금속 옥시드를 포함하는 복합체인, 측면 32의 코팅된 기판.
측면 35. 코팅이 원자 층 침착 코팅인, 측면 30 내지 34 중 어느 하나의 코팅된 기판.
측면 36. 코팅이 플루오로-어닐링된 코팅인, 측면 35의 코팅된 기판.
측면 37. 기판이 마이크로전자 디바이스 또는 반도체 제조 시스템의 공정 툴 구성요소인, 측면 30 내지 36 중 어느 하나의 코팅된 기판.
측면 38. 플루오린화 이트륨 및 이트륨 옥시드와 상이한 금속 옥시드를 함유하는 코팅의 제조 방법이며, 원자 층 침착에 의해 표면 상에 코팅을 침착시키는 단계로서, 코팅이 이트륨 옥시드 및 이트륨 옥시드와 상이한 금속 옥시드를 포함하는 것인 단계, 및 코팅을 분자 플루오린 공급원 증기 및 승온에 노출시켜 코팅의 이트륨 옥시드를 플루오린화 이트륨 옥시드로 전환시키는 단계를 포함하는 방법.
측면 39. 코팅이 적어도 하나의 이트륨 플루오라이드 층 및 적어도 하나의 금속 옥시드 층을 포함하는 다수의 층을 포함하는 것인, 측면 38의 방법.
측면 40. 코팅이 총 3 내지 10개의 이트륨 플루오라이드 및 금속 옥시드 층을 포함하는 것인, 측면 39의 방법.
측면 41. 각각의 층이 2 내지 50 나노미터 범위의 두께를 갖는 것인, 측면 40의 방법.
측면 42. 코팅이 총 5 내지 1000개의 이트륨 플루오라이드 및 금속 옥시드 층을 포함하는 것인, 측면 41의 방법.
측면 43. 각각의 층이 0.1 내지 10 나노미터 범위의 두께를 갖는 것인, 측면 42의 방법.
측면 44. 코팅이 이트륨 플루오라이드 및 금속 옥시드를 포함하는 복합체인, 측면 38의 방법.

Claims (19)

  1. 코팅된 기판이며,
    기판, 및
    기판의 표면 상의 코팅
    을 포함하고, 코팅은
    플루오린화 이트륨 옥시드, 및
    지르코늄 옥시드
    를 포함하는 것인
    코팅된 기판.
  2. 제1항에 있어서, 플루오린화 이트륨 옥시드가 이트륨 옥시플루오라이드 (YOF), 이트륨 플루오라이드 (YF3), 및 그의 조합으로부터 선택된 것인 코팅된 기판.
  3. 제2항에 있어서, 코팅이, 적어도 하나의 이트륨 플루오라이드 층 및 적어도 하나의 지르코늄 옥시드 층을 포함하는 다수의 층을 포함하는 것인 코팅된 기판.
  4. 제3항에 있어서, 코팅이 총 3 내지 10개의 이트륨 플루오라이드 및 지르코늄 옥시드 층을 포함하는 것인 코팅된 기판.
  5. 제4항에 있어서, 각각의 층이 2 내지 50 나노미터 범위의 두께를 갖는 것인 코팅된 기판.
  6. 제3항에 있어서, 코팅이 총 5 내지 1000개의 이트륨 플루오라이드 및 지르코늄 옥시드 층을 포함하는 것인 코팅된 기판.
  7. 제6항에 있어서, 각각의 층이 0.1 내지 10 나노미터 범위의 두께를 갖는 것인 코팅된 기판.
  8. 제1항에 있어서, 기판이 플라즈마 에칭 챔버의 벽 표면, 웨이퍼 서셉터, 척, 샤워헤드, 라이너, 링, 노즐, 배플, 패스너, 웨이퍼 지지체, 웨이퍼 수송 구조물, 나사식 스크류, 나사식 너트, 다공성 멤브레인, 필터, 3차원 네트워크, 홀, 및 채널 또는 이들 중 임의의 하나의 일부분 또는 구성요소를 포함하는 것인 코팅된 기판.
  9. 제1항에 있어서, 기판이 알루미늄, 스테인레스강, 니켈, 석영, 유리, 또는 세라믹을 포함하는 것인 코팅된 기판.
  10. 플루오린화 이트륨 옥시드 및 지르코늄 옥시드를 함유하는 코팅의 제조 방법이며,
    원자 층 침착에 의해 표면 상에 코팅을 침착시키는 단계로서, 코팅이 이트륨 옥시드 및 지르코늄 옥시드를 포함하는 것인 단계, 및
    코팅을 분자 플루오린 공급원 증기 및 승온에 노출시켜 코팅의 이트륨 옥시드를 플루오린화 이트륨 옥시드로 전환시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 플루오린화 이트륨 옥시드가 이트륨 옥시플루오라이드 (YOF), 이트륨 플루오라이드 (YF3), 및 그의 조합으로부터 선택된 것인 방법.
  12. 제10항에 있어서, 코팅이 적어도 하나의 이트륨 플루오라이드 층 및 적어도 하나의 지르코늄 옥시드 층을 포함하는 다수의 층을 포함하는 것인 방법.
  13. 제10항에 있어서, 각각의 층이 2 내지 50 나노미터 범위의 두께를 갖는 것인 방법.
  14. 제10항에 있어서, 각각의 층이 0.1 내지 10 나노미터 범위의 두께를 갖는 것인 방법.
  15. 제10항에 있어서, 이트륨 옥시드를 플루오린 및 승온에 노출시키는 것이 코팅의 이트륨 옥시드의 적어도 80 퍼센트를 이트륨 플루오라이드로 전환시키는 것인 방법.
  16. 제15항에 있어서, 이트륨 옥시드를 적어도 300℃의 온도에서 분자 플루오린 공급원 증기에 노출시켜 이트륨 옥시드를 이트륨 플루오라이드로 전환시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 분자 플루오린 공급원 증기가 플루오린화 중합체를 가열함으로써 유도된 것인 방법.
  18. 제16항에 있어서, 플루오린화 중합체가 C1-C10 퍼플루오로알킬 기를 갖는 중합된 퍼플루오로알킬에틸렌; 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE); 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로(알킬 비닐 에테르) 공중합체 (PFA); 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체 (FEP); 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로(알킬 비닐 에테르)/헥사플루오로프로필렌 공중합체 (EPA); 폴리헥사플루오로프로필렌; 에틸렌/테트라플루오로에틸렌 공중합체 (ETFE); 폴리 트리플루오로에틸렌; 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF); 폴리비닐 플루오라이드 (PVF); 폴리클로로트리플루오로에틸렌 (PCTFE); 에틸렌/클로로트리플루오로에틸렌 공중합체 (ECTFE); 또는 그의 조합을 포함하는 것인 방법.
  19. 제16항에 있어서, 분자 플루오린 공급원 증기가 CF4, C2F4, C3F6, C4F8, CHF3, C2H2F2, C2F6, HF, CH3F, 또는 그의 조합을 포함하는 것인 방법.
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