KR20240046578A - 처리된 세라믹 챔버 부품들 (parts) - Google Patents
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Abstract
반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 세라믹 컴포넌트를 처리하기 위한 방법에 있어서, 세라믹 컴포넌트는 제 1 유전체 세라믹 재료를 포함하는 염기성 존, 제 2 유전체 세라믹 재료를 포함하는 보호 존, 및 보호 존과 염기성 존 사이의 전이 존을 포함하는 세라믹 라미네이트 (ceramic laminate) 를 포함하고, 전이 존은 제 1 유전체 세라믹 재료 및 제 2 유전체 세라믹 재료를 포함하고, UV 광에 대한 세라믹 컴포넌트의 노출은 세라믹 컴포넌트의 적어도 제 1 부분의 광학 특성을 변화시키는, 방법이 제공된다. 세라믹 컴포넌트의 열 처리는 퍼니스 (furnace) 에서 2 시간 내지 20 시간의 기간 동안 400 ℃ 내지 1000 ℃의 온도로 세라믹 컴포넌트를 가열함으로써 제공되고, 열 처리는 세라믹 컴포넌트의 제 1 부분의 광학 특성을 변화시킨다.
Description
본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 본 개시의 맥락을 일반적으로 제시할 목적이다. 이 배경기술 섹션에 기술된 정보, 뿐만 아니라 출원 시 종래 기술로서 달리 인증되지 않을 수도 있는 본 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
본 개시는 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 부품들 (parts) 에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시는 플라즈마 프로세싱 챔버 내로 전력을 전달하기 위한 사용을 위한 유전체 윈도우에 관한 것이다.
유전체 윈도우들과 같은 반도체 프로세싱 챔버들의 일부 컴포넌트들은 플라즈마들에 노출된다. 플라즈마는 유전체 윈도우에 열화 및 시각적인 색 (color) 변화들을 유발할 수도 있다. 윈도우 상의 챔버 부산물들의 축적 및 유전체의 열화는 반도체 디바이스들의 고장을 유발할 수 있는 오염물들을 생성할 수도 있다. 이에 더하여, 신규 (new) 부품들은 반도체 디바이스들의 고장을 유발할 수 있는 제작으로부터의 오염물들을 가질 수도 있다. 라미네이트된 (laminate) 세라믹 부품들에 대해, 부품 상의 오염물들은 부품의 제작 또는 부품의 사용 동안 유발될 수도 있다. 이에 더하여, 부품의 제작 또는 부품의 사용은 부품의 색을 변화하게 할 수도 있고, 이는 결함과 반드시 상관되지 않을 수도 있지만 오히려 챔버 매칭을 위한 부품 품질 보증 (quality assurance) 에 관한 고객 인식 우려 (customer perception concerns) 를 높일 수도 있다. 색 변화는 불균일할 수도 있다. 라미네이트된 세라믹 부품들은 폭이 5 ㎛ 미만인 피트들 (pits) 을 가질 수도 있다. 폭이 5 ㎛ 미만인 피트들로부터 잔해 (debris) 를 제거하는 것은 어려울 수도 있다.
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2021년 8월 19일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 63/234,999 호의 우선권의 이익을 주장하고, 이는 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된다.
전술한 바를 달성하기 위해 그리고 본 개시의 목적에 따라, 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 세라믹 컴포넌트를 처리하기 위한 방법에 있어서,
세라믹 컴포넌트는, 1) 제 1 유전체 세라믹 재료를 포함하는 염기성 존, 2) 염기성 존의 제 1 측면 상의 보호 존으로서, 보호 존은 제 2 유전체 세라믹 재료를 포함하고, 제 1 유전체 세라믹 재료는 제 2 유전체 세라믹 재료와 상이한, 보호 존, 및3) 보호 존과 염기성 존 사이의 전이 존으로서, 전이 존은 제 1 유전체 세라믹 재료 및 제 2 유전체 세라믹 재료를 포함하는, 전이 존을 포함하는, 세라믹 라미네이트 (ceramic laminate) 를 포함하고, UV 광에 대한 세라믹 컴포넌트의 노출은 세라믹 컴포넌트의 적어도 제 1 부분의 광학 특성을 제 1 광학 상태로부터 제 2 광학 상태로 변화시키는, 방법이 제공된다. 세라믹 컴포넌트의 열 처리는 2 시간 내지 20 시간의 기간 동안 400 ℃ 내지 1000 ℃의 온도로 퍼니스 (furnace) 에서 세라믹 컴포넌트를 가열함으로써 제공되고, 열 처리는 세라믹 컴포넌트의 제 1 부분의 광학 특성을 제 2 광학 상태로부터 제 3 광학 상태로 변화시키고, 제 3 광학 상태는 제 2 광학 상태보다 제 1 광학 상태에 더 가깝다.
또 다른 현상에서, 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 세라믹 컴포넌트에 있어서, 세라믹 컴포넌트는 평균 15 ％ 미만이 잔해 (debris) 로 충진된 5 ㎛ 미만의 직경들을 갖는 복수의 피트들을 갖는 프로세스 대면 표면을 갖는다.
또 다른 현상에서, 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 세라믹 컴포넌트를 처리하기 위한 방법에 있어서, 세라믹 컴포넌트는, 1) 제 1 유전체 세라믹 재료를 포함하는 염기성 존, 2) 염기성 존의 제 1 측면 상의 보호 존으로서, 보호 존은 제 2 유전체 세라믹 재료를 포함하고, 제 1 유전체 세라믹 재료는 제 2 유전체 세라믹 재료와 상이한, 보호 존, 및 3) 보호 존과 염기성 존 사이의 전이 존으로서, 전이 존은 제 1 유전체 세라믹 재료 및 제 2 유전체 세라믹 재료를 포함하는, 전이 존을 포함하는 세라믹 라미네이트를 포함하는, 방법이 제공된다. 세라믹 컴포넌트의 열 처리는 2 시간 내지 20 시간의 기간 동안 400 ℃ 내지 1000 ℃의 온도로 퍼니스에서 세라믹 컴포넌트를 가열함으로써 제공된다.
본 개시의 이들 및 다른 특징들은 본 개시의 상세한 기술 (description) 및 이하의 도면들과 함께 아래에 더 상세하게 기술될 것이다.
본 개시는 유사한 참조 번호들이 유사한 엘리먼트들을 참조하는 첨부된 도면들 (drawings) 의 도면들 (figures) 에, 제한이 아니라 예로서 예시된다.
도 1은 일 실시 예에서 사용될 수도 있는 프로세스의 고 레벨 플로우 차트이다.
도 2는 소결 프로세스에 의해 형성된 컴포넌트의 개략적인 단면도이다.
도 3은 일 실시 예에서 사용되는 반도체 프로세싱 챔버의 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 나노텍스처링 (nanotexturing) 전 및 나노텍스처링 후의 컴포넌트의 평면도들의 사진들이다.
도 5a 및 도 5b는 처리 전 및 처리 후 컴포넌트의 표면의 부분의 사진들이다.
도 6a 및 도 6b는 처리 전 및 처리 후 컴포넌트의 표면의 또 다른 부분의 사진들이다.
도 1은 일 실시 예에서 사용될 수도 있는 프로세스의 고 레벨 플로우 차트이다.
도 2는 소결 프로세스에 의해 형성된 컴포넌트의 개략적인 단면도이다.
도 3은 일 실시 예에서 사용되는 반도체 프로세싱 챔버의 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 나노텍스처링 (nanotexturing) 전 및 나노텍스처링 후의 컴포넌트의 평면도들의 사진들이다.
도 5a 및 도 5b는 처리 전 및 처리 후 컴포넌트의 표면의 부분의 사진들이다.
도 6a 및 도 6b는 처리 전 및 처리 후 컴포넌트의 표면의 또 다른 부분의 사진들이다.
본 개시는 첨부한 도면들에 예시된 바와 같이 개시의 몇몇 바람직한 실시 예들을 참조하여 이제 상세히 기술될 것이다. 이하의 기술 (description) 에서, 본 개시의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시된다. 그러나, 본 개시가 이들 구체적인 상세들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 다른 예들에서, 잘 공지된 프로세스 단계들 및/또는 구조체들은 본 개시를 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않았다.
유전체 윈도우들과 같은, 반도체 프로세싱 챔버들의 일부 컴포넌트들은 반도체 디바이스들을 프로세싱하도록 사용된 플라즈마에 노출된다. 유전체 윈도우들은 반도체 프로세싱 챔버의 외부로부터 반도체 프로세싱 챔버의 내부를 분리한다. 코일은 유전체 윈도우 외부에 배치된다 (place). 전력은 코일로부터 유전체 윈도우를 통해 반도체 프로세싱 챔버 내부로 송신된다. 유전체 윈도우들은 또한 알루미나, 세라믹으로 지칭되는 알루미늄 옥사이드 (Al2O3) 로 이루어질 수도 있다. 알루미늄 옥사이드 세라믹은 충분한 기계적 강도, 열적 균일도, 저 손실 무선 주파수 (radio frequency; RF) 송신, 저 비용, 고 직류 (direct current; DC) 전기 저항 (resistance) 을 갖고, 그리고 머시닝하기 (machine) 쉽다. 불소 플라즈마에 노출될 때 알루미나 옥사이드 세라믹은 플루오르화되어 (fluorinate) 입자 (particle) 오염물들을 생성한다. 이트리아 (Y2O3) 세라믹은 유전체 윈도우를 더 에칭 내성 (resistant) 이 있게 만드는 보호 코팅을 제공하도록 유전체 윈도우의 플라즈마 대면 표면 상에 열적 스프레이될 수도 있다. 이러한 열적 스프레이 코팅은 유한한 (finite) 두께를 갖고 그리고 따라서 코팅 수명은 제한된다. 이에 더하여, 열적 코팅들은 종단부 (termination) 를 갖는다. 이러한 종단부들은 입자 오염물들의 부가적인 원천일 수도 있다. 이에 더하여, 이트리아 코팅들은 플루오르화 문제들을 가질 수도 있다.
스파크 플라즈마 소결 (spark plasma sintering; SPS) 프로세스를 사용하여 형성된 세라믹 부품들 (parts) 은 고 밀도, 저 다공성 및 작은 그레인 (grain) 사이즈를 갖는다는 것을 알게 되었다. 고 밀도 및 작은 그레인 사이즈는 더 고 강도 부품을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, SPS 프로세스에 의해 형성된 세라믹 부품은 그레인들 사이의 감소된 확산 및 최소화되거나 방지된 그레인 성장을 갖는 등방성 특성들을 갖는 거의 100 ％ (예를 들어, 99 ％ 이상의 상대 밀도, 및 바람직하게 99.5 ％ 내지 100 ％의 상대 밀도) 에 도달하는 고 치밀화 (densification) 정도를 특징으로 할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 평균 그레인 사이즈는 10 ㎛ (microns) 미만이다. 일부 실시 예들에서, 평균 그레인 사이즈는 5 ㎛ 미만이다. 일부 실시 예들에서, 적어도 99.5 ％의 밀도를 갖는 것은 0.5 ％ 미만의 다공성을 발생시키고, 다공성은 총 체적으로 나눈 기공들의 체적으로 규정된다. 일부 실시 예들에서, 적어도 99 ％의 밀도를 갖는 것은 1 ％ 미만의 다공성을 발생시킨다. 이들 타입들의 세라믹 부품의 표면과 관련하여, "표면 피트들 (pits)"이 존재할 가능성이 있다. 세라믹 치밀화/다공성 레벨은 "표면 피트들"의 발생 레이트 및 사이즈/직경에 상관될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 더 고 밀도, 더 저 다공성 및 더 작은 그레인들을 갖는 세라믹은 직경이 5 ㎛ 미만인 "표면 피트들"을 가질 수 있다. "표면 피트들"의 사이즈/직경이 축소됨에 따라, 일반적으로 접근/세정하기 어려워진다. "표면 피트들" 내부에 트랩된 (trap) 모든 잠재적인 잔해 (debris) 는 떨어지는 (fall-on) 입자(들)가 되거나 플라즈마 챔버에서 부품 사용 동안 오염 위험으로 간주된다. 따라서 "표면 피트들"을 세정하는 능력은 더 고 치밀화, 더 저 다공성, 및 더 작은 그레인 사이즈를 달성하기 때문에 플라즈마 챔버에서 세라믹 부품 성능에 마찬가지로 중요하다.
세라믹 부품은 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트가 되도록 세라믹 부품을 특징적으로 맞추기 (adapt) 위해 더 프로세싱 (예를 들어, 폴리싱 및 머시닝) 될 수도 있다. 소결, 폴리싱, 및 머시닝은 오염물들로 하여금 세라믹 부품의 표면 상에 증착되게 한다. 오염물들이 제거되지 않으면, 오염물들은 컴포넌트를 사용하여 제작된 디바이스들에서 결함들을 유발할 수도 있다.
이에 더하여, 특정한 라미네이트된 세라믹들은 컴포넌트의 제작 또는 사용 동안 플라즈마 또는 UV 광의 다른 소스를 겪을 (subject) 때 광학 특성들을 변화시킨다. 광학 특성들의 변화의 일 타입은 부품의 색 (color) 의 변화 또는 변색 (discoloration) 이다. 이러한 변색은 관심이 끌리지 (appealing) 않고 그리고 또한 오염물의 존재를 나타낼 수도 있다. 일 실시 예는 일 실시 예에 의해 처리된 컴포넌트의 광학 특성이 UV 광에 노출된 후 광학 특성보다 원래의 광학 특성에 더 가깝도록, 광학 특성의 변화를 제거하거나 감소시킨다. 이에 더하여, 일 실시 예에 의한 광학 특성의 변화는 컴포넌트가 특정한 라미네이트된 세라믹으로 이루어지고 따라서 컴포넌트를 형성하는 재료를 식별하도록 사용될 수도 있다는 지표로서 사용될 수도 있다.
일 실시 예는 더 적은 결함들을 유발하는 반도체 프로세싱 챔버를 위한 컴포넌트를 제공하도록 세라믹 컴포넌트들을 컨디셔닝하는 방법을 제공한다. 일 실시 예는 더 적은 결함들을 유발하는 반도체 프로세싱 챔버를 위한 클린 (clean) 세라믹 컴포넌트이다. 일 실시 예에서, 컴포넌트는 반도체 프로세싱 챔버에서 사용되지 않고 처리된 신규 (new) 컴포넌트이다. 일 실시 예에서, 컴포넌트는 반도체 프로세싱 챔버에서 사용되고 재컨디셔닝된 (recondition) 중고 (used) 컴포넌트일 수도 있다.
이해를 용이하게 하기 위해, 도 1은 일 실시 예의 고 레벨 플로우 차트이다. 이 예에서, 컴포넌트는 중고 컴포넌트이다. 이 컴포넌트의 사용은 컴포넌트로 하여금 색을 변화시키게 하고 그리고 컴포넌트 상에 오염물들을 증착시킨다.
컴포넌트는 오염 제거된다 (decontaminate) (단계 104). 일 실시 예에서, 오염 제거 프로세스는 탈이온수 (deionized water; DIW) 린싱 및 이어서 건조 프로세스에 의해 달성될 수도 있다. 다양한 실시 예들에서, 오염 제거 프로세스는 용매, 세제, 산화제, 염기 및 산 중 하나 이상을 순차적으로 또는 동시에 제공함으로써 제공될 수도 있다. 용매들의 예들은 이소프로판올 알코올 (isopropanol alcohol; IPA), 아세톤, 및/또는 물이다. 산화제의 일 예는 과산화수소이다. 염기들의 예들은 암모늄 하이드록사이드, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 (TMAH), 테트라에틸암모늄 하이드록사이드 (TEAH), 및 포타슘 하이드록사이드 (KOH) 이다. 산들의 예들은 질산 (HNO3), 플루오르화 수소 (HF), 염화수소 (HCl), 황산 (H2SO4), 및 인산 (H3PO4) 이다. 오염 제거 프로세스는 열 처리에 의해 제거되지 않고 또한 열 처리 후에 제거하기 더 어려울 수도 있는 오염물들을 제거한다. 이러한 오염물들은 그리스 (grease), 커팅, 그라인딩 및 폴리싱 윤활제들, 고체 폴리싱 매체 슬러리 스와프 (solid polish media slurry swarf), 무기 화합물들, 핸들링 및 제작 프로세스로부터의 금속성, 이온성, 및 분자 오염물 및/또는 단지 일부 예들로서 다양한 금속 옥사이드들, 금속 옥시플루오라이드들, 옥시나이트라이드들, 및 플루오로카본 기반 폴리머들을 포함할 수 있지만 이로 제한되지 않는 비휘발성 금속성 화합물 및 폴리머성 화합물과 같은 플라즈마 챔버 증착 부산물들 중 하나 이상이다.
컴포넌트가 신규 부품인 일부 실시 예들에서, 컴포넌트 오염 제거 (단계 104) 는 블라스팅 (blasting) 프로세스를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 블라스팅 프로세스는 또한 드라이아이스로 공지된 고체 이산화탄소 (CO2) 입자들을 블라스팅한다. 일부 실시 예들에서, 컴포넌트는 대략 25 내지 대략 70 psi로 적어도 컴포넌트의 프로세스 대면 표면을 향해 추진되는 (propel) 고체 CO2 드라이아이스에 의해 블라스팅된다. 일부 실시 예들에서, 신규 컴포넌트의 오염 제거 프로세스는 배스 (bath) 내 습식 세정을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 초음파 및/또는 메가소닉 (megasonic) 에너지가 습식 세정을 통해 인가된다. 일부 실시 예들에서, 신규 부품의 오염 제거는 피트들로부터 잔해를 제거할 것이고, 여기서 잔해는 신규 부품의 제작 및/또는 머시닝에 의해 유발된다. 열 처리 전에 잔해의 제거는 잔해가 열 처리에 의해 소성되기 (bake) 전에 잔해가 제거되게 한다.
이어서 컴포넌트는 고온 퍼니스에서 열 처리 (단계 108) 를 겪는다. 이 실시 예에서, 컴포넌트는 퍼니스에 배치된다. 일 실시 예에서, 퍼니스는 20 내지 30 시간의 기간에 걸쳐 컴포넌트의 온도를 약 800 ℃의 온도로 선형으로 램핑한다 (ramp). 컴포넌트는 약 8 시간 동안 약 800 ℃의 온도로 유지된다. 컴포넌트의 온도는 20 내지 30 시간의 기간에 걸쳐 선형으로 냉각된다. 일부 실시 예들에서, 열 처리는 산소의 존재 하에, 예컨대 컴포넌트를 공기 또는 포화 산소에 노출시킴으로써 제공된다. 다른 실시 예들에서, 컴포넌트는 진공으로 유지되거나 불활성 가스, 예컨대 희가스들 (noble gases) 또는 질소에 유지될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 열 처리는 환원 또는 형성 가스 (forming gas) 의 존재 시 제공될 수도 있다. 형성 가스는 때때로 해리된 암모니아 분위기로 지칭되는 수소와 질소의 혼합물이다.
열 처리 (단계 108) 가 완료된 후, 컴포넌트는 퍼니스로부터 제거되고 퍼니스 후 (post furnace) 처리 (단계 112) 를 겪는다. 일 실시 예에서, 퍼니스 후 처리는 탈이온수 린싱 및 화학적 세정제 중 하나 이상을 포함한다.
또 다른 실시 예에서, 퍼니스 후 처리는 나노텍스처링된 (nanotexture) 표면을 제공하도록 부품의 표면 마감을 변경하는 단계를 포함한다. 나노텍스처링된 표면은 나노-사이즈의 구조체들을 갖는 표면이다. 이러한 나노-사이즈의 구조체들은 0.1 내지 100 ㎚ 깊이일 것이다. 나노텍스처링은 ASME B46.1에 기술된 바와 같이, 약 5 ㎚ 내지 254 ㎚ RA의 표면 거칠기를 제공한다. 이 부가적인 표면 처리는 플라즈마 챔버 시즈닝 (seasoning) 및 매칭 성능을 개선하고 그리고/또는 충족시키기 위해 플라즈마 챔버 사용 전에 신규 부품의 표면 모폴로지 (morphology) 및/또는 사전-컨디셔닝 표면들을 수정하도록 요구될 수도 있다. 이러한 프로세싱은 또한 필요하다면 더 우수한 챔버 부산물 접착을 촉진하도록 사용될 수도 있다. 하나 이상의 가열된 화학적 소킹 (soak) 단계들은 단독으로 또는 표면 보조된 그릿 블라스팅 (surface assisted grit blasting) 단계에 이어서 화학적 소킹 단계와 조합하여 부품 상의 표면 나노-거칠기를 변화시키도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 물리적 비드 (bead) 또는 그릿 마이크로-블라스팅에 이어서 습식 화학적 에칭이 사용될 수 있고, 이에 따라 에칭은 느슨한 표면 입자들, 블라스팅 매체, 및/또는 손상 깊이 내 크랙들과 같은 남겨진 표면 결함들을 연속적으로 제거한다. 대안적으로, 화학적 소킹 단계는 또한 소결된 벌크 재료 내에 존재할 수도 있는 임의의 잠재적인 도메인 경계들에서 임의의 바람직하지 않은 상 도메인들 (phase domains) 또는 원치 않은 부산물들을 선택적으로 에칭하고, 강조하고, 그리고/또는 제거하도록 사용될 수 있다. 벌크 라미네이트 막 층을 타깃팅하는 가열된 화학적 소킹들의 일부 예들은 단지 일부 예들로서 H3PO4, H2SO4, HCl, 크롬산, 및/또는 HF와 같은 무기산들의 사용을 포함할 수 있다. 다른 대안들은 예를 들어 KOH와 같은 가열된 염기성 용액을 포함할 수 있다. 이러한 나노텍스처링은 라미네이트된 세라믹 재료의 실시 예들에 고유하다. 이러한 나노텍스처링은 다른 세라믹 재료들에서 가능하지 않을 수도 있다. 도 4a는 나노텍스처링 프로세스 전 컴포넌트 (240) 표면의 부분의 확대된 사진이다. 도 4b는 나노텍스처링 프로세스 후 컴포넌트 (240) 의 표면의 부분의 확대된 사진이다. 나노텍스처링 프로세스는 나노텍스처링된 피처들 (404) 의 수를 증가시킨다는 것을 알 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 표면 나노텍스처링은 또한 플라즈마 대면인 재료에서 목표된 표면 특성들을 달성하는 라미네이트 막 층 내에 나노-엔지니어링된 표면 모폴로지를 패터닝하기 위해 상향식 (top down) 또는 하향식 (bottom up) 나노-리소그래피 (nano-lithographic) 템플릿 보조 기법들의 사용을 통해 달성될 수 있다.
퍼니스 후 처리 (단계 112) 후, 블라스팅 프로세스 (단계 116)가 제공된다. 이 실시 예에서, 블라스팅 프로세스는 또한 드라이아이스로 공지된 고체 이산화탄소 (CO2) 입자들을 블라스팅한다. 이 실시 예에서, 컴포넌트는 대략 25 내지 대략 70 psi로 적어도 컴포넌트의 프로세스 대면 표면을 향해 추진되는 고체 CO2 드라이아이스에 의해 블라스팅된다. 부가적으로, CO2 드라이아이스 블라스팅 압력의 예들은 대략 20 psi, 대략 25 psi, 대략 30 psi, 대략 35 psi, 대략 40 psi, 대략 50 psi, 대략 60 psi, 대략 70 psi, 및 본 명세서에 개시된 값들의 조합들로부터 형성된 모든 다른 범위들을 포함한다. 드라이아이스 부스러기들 (shavings) 은 대략 0.5 lbs/min, 대략 1 lbs/min, 대략 1.25 lbs/min, 대략 1.5 lbs/min, 대략 1.75 lbs/min, 대략 2 lbs/min, 대략 2.5 lbs/min, 대략 2.75 lbs/min, 대략 3 lbs/min, 최대 4 lbs/min 및 전술한 압력들 및 피딩 레이트들 (feed rates) 의 조합들로부터 형성된 모든 다른 범위들의 레이트들로 피딩되는 일련의 회전 블레이드들을 갖춘 (equip) 호퍼 (hopper) 를 통과한 펠릿들 (pellets) 또는 고 순도 고체 블록들로부터 생성된다. 일 실시 예에서, 드라이아이스 블라스팅 단계는 얕은 여입사각 (shallow glancing) 으로부터 작업 표면과 직교하는 임의의 범위들의 각도에서 대략 1 내지 12 인치 떨어진 범위의 거리로부터 작업 표면 상으로 1 내지 1.5 인치 스와스 (swath) 스프레이 패턴 내에서 서브마이크론 분쇄된 아이스 (shaved ice) 입자들의 스트림을 충돌시키는 (impinge) 팬 (fan) 형상의 디스펜싱 노즐 (dispense nozzle) 을 사용하여 대략 30 초 내지 대략 60 분 동안 계속된다. 또 다른 실시 예에서, 표면의 CO2 드라이아이스 블라스팅은 대략 8 분 내지 대략 30 분 동안 계속된다. 또 다른 실시 예에서, 부품의 CO2 드라이아이스 블라스팅은 대략 18 분 내지 대략 45 분 동안 계속된다. 부가적으로, CO2 드라이아이스 블라스팅 지속 기간의 예들은 대략 2 분, 대략 4 분, 대략 6 분, 대략 8 분, 대략 10 분, 대략 15 분, 대략 30 분, 대략 60 분 및 언급된 바와 같이 스프레이 시간들, 작업 거리들, 및 스프레이 각도들의 조합들로부터 형성된 모든 범위들을 포함한다.
드라이아이스 입자들은 잔해를 제거하는 동안 프로세싱 대면 표면의 형상을 변화시키지 않는 비-연마성 블라스팅 입자들을 제공한다. 드라이아이스 입자들을 사용한 블라스팅은 피트들의 형상을 변화시키지 않고 5 ㎛ 미만의 직경들을 갖는 피트들로부터 잔해를 제거할 수 있다는 것을 알게 되었다. 주변의 폴리싱된 벌크 표면들에 대한 손상 또한 방지된다. 다른 실시 예들에서, 스크럽 패드들 또는 스펀지들과 같은 컨포멀한 (conformal) 매체에 결합된 다른 손상시키지 않는 연마성 입자들이 대량의 (heavy) 벌크 표면 오염물을 제거하도록 사용될 수 있다. 이들 재료들은 통상적으로 표면 손상을 방지하기 위해 소결된 벌크 금속 옥사이드 재료의 경도에 가깝거나 더 작은 경도를 가질 것이고 그리고 Al2O3 기반 패드들 및/또는 다양한 스펀지 타입들의 사용을 통해 적용될 수 있는 다양한 임베딩된 (imbed) 입자 사이즈/그릿들을 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 폴리비닐 아세테이트 (PVA), 폴리프로필렌, 나일론, 또는 폴리에스테르 기반 고 밀도의 걸림이 없는 (snag-free) 특수 세정 와이퍼들의 사용과 같은 더 부드러운 비-연마성 매체가 사용될 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 다양한 다이아몬드 그릿들과 같은 더 연마성의 더 단단한 타입 입자들이 또한 없애기 힘든 더 잘 부착된 잔해를 제거하고 그리고 표면을 다시 개량하고 폴리싱하는 모두를 하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 타깃팅 노즐을 사용하는 하이드로제트 워시 (hydrojet wash) 는 잔해를 제거하기 위해 블라스팅 대신 또는 블라스팅과 조합하여 사용될 수도 있다.
블라스팅 (116) 이 완료된 후, 정밀 습식 세정 (단계 120) 이 제공된다. 일 실시 예에서, 컴포넌트는 하나 이상의 습식 세정 배스들 내에 배치된다. 또 다른 실시 예에서, 부품을 세정하기 위해 사용된 다양한 화학 물질들이 초음파 또는 메가소닉 에너지를 담을 수도 있는 배스 내에 부품들을 배치하기 전에 순차적인 와이핑 (wipe) 및 린싱 시퀀스들을 통해 부품의 표면에 도포되도록 컴포넌트는 먼저 세정된다. 메가소닉 또는 초음파 에너지는 습식 세정을 향상시키기 위해 에너지를 제공하도록 가열 없이 또는 가열과 조합하여 사용될 수도 있다. 실시 예들에서 사용될 수도 있는 메가소닉 또는 초음파 에너지의 예들, 메가소닉 또는 초음파 에너지는 40 ㎑ (kilohertz), 78 ㎑, 100 ㎑, 130 ㎑, 170 ㎑, 200 ㎑, 220 ㎑, 270 ㎑, 430 ㎑의 주파수를 가질 수도 있고, 그리고 메가헤르츠 (megahertz) 영역의 주파수들을 포함할 수도 있다. 다양한 실시 예들에서, 하나 이상의 습식 세정 배스들이 순차적으로 제공될 수도 있다. 습식 세정 배스는 용매, 세제, 산화제, 염기, 산 중 하나 이상, 또는 탈이온수만을 가질 수도 있다. 용매들의 예들은 이소프로판올 알코올 (IPA), 아세톤, 및/또는 물이다. 산화제의 일 예는 과산화수소이다. 염기들의 예들은 암모늄 하이드록사이드, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 (TMAH), 테트라에틸암모늄 하이드록사이드 (TEAH), 및 포타슘 하이드록사이드 (KOH) 이다. 산들의 예들은 질산 (HNO3), 플루오르화 수소 (HF), 염화수소 (HCl), 황산 (H2SO4), 및 인산 (H3PO4) 이다. 정밀 습식 세정은 이전 단계들을 통해 부품 상에 남아 있을 수도 있거나 임의의 중간 이전 단계에서 직면하게 (encounter) 되는 부품 핸들링 및/또는 환경들로부터 잠재적으로 픽업될 (pick up) 모든 남은 잔여 유기 화합물들, 무기 화합물들, 이온성 및/또는 분자 오염물을 제거한다.
일 실시 예에서, 컴포넌트는 반도체 프로세싱 챔버를 위한 유전체 윈도우이다. 이 실시 예에서, 컴포넌트는 라미네이트된 세라믹 컴포넌트이다. 일 실시 예에서, 컴포넌트는 염기성 존 분말로 몰드를 충진함으로써 이루어진다. 이 실시 예에서, 염기성 존 분말은 금속 옥사이드 분말을 포함하는 제 1 유전체 세라믹 재료이다. 이 실시 예에서, 금속 옥사이드 분말은 알루미늄 옥사이드와 지르코니아 분말의 혼합물이다. 이 예에서, 금속 옥사이드 분말은 알루미늄 옥사이드와 지르코니아의 혼합물을 포함한다. 다른 실시 예들에서, 윈도우 바디 유전체 분말은 알루미늄 나이트라이드 및 알루미늄 옥사이드를 포함할 수도 있다.
보호 존 분말은 윈도우 바디 유전체 분말로 충진된 몰드 내에 배치되어, 몰드 내에 보호 존 분말의 층을 제공한다. 이 실시 예에서, 보호 존 분말은 혼합된 금속 옥사이드 및 혼합된 금속 옥시플루오라이드 및 금속 플루오라이드 중 적어도 하나를 포함하는 제 2 유전체 세라믹 재료이고, 제 1 유전체 세라믹 재료는 제 2 유전체 세라믹 재료와 상이하다. 이 예에서, 보호 존 분말은 알루미늄 옥사이드, 이트륨 옥사이드, 지르코늄 옥사이드, 및 마그네슘 옥사이드, 이트륨 알루미늄 옥사이드, 마그네슘 알루미늄 옥사이드, 마그네슘 플루오라이드, 및 이트륨 알루미늄 옥시플루오라이드 중 적어도 하나를 포함한다. 이 실시 예에서, 보호 존 분말은 약 0.1 ㎜ 내지 10 ㎜의 두께를 갖는 층을 형성한다. 다른 실시 예들에서, 보호 존 분말은 약 0.5 ㎜ 내지 5 ㎜의 두께를 갖는 층을 형성한다.
이 실시 예에서, 염기성 존 분말 및 보호 존 분말은 유전체 컴포넌트를 형성하도록 함께 공-소결된다 (co-sinter). 다양한 실시 예들은 다양한 소결 프로세스들을 사용할 수도 있다. 이 실시 예에서, 소결 프로세스는 스파크 플라즈마 소결 (SPS) 프로세스이다. 이 실시 예에서, 상부 펀치는 염기성 존 분말 및 보호 존 분말 위에 배치된다. 전력 소스는 하부 펀치와 상부 펀치 사이에 전기적으로 접속된다. 전력 소스는 펄싱된 전력 소스 또는 연속적인 전력 소스일 수도 있다. 이 실시 예에서, 몰드는 하부 프레스와 상부 프레스 사이에 배치된다.
다른 소결 프로세스들과 비교하여, SPS 프로세스 (또한 펄싱된 전류 소결 (pulsed electric current sintering; PECS), 필드-보조 소결 (Field-Assisted Sintering Technology; FAST) 또는 플라즈마 압력 압축 (Plasma Pressure Compaction; P2C) 으로 지칭됨) 는 프로세싱/가열 시간들 (예를 들어, 수 시간 대신 5 내지 10 분 (min)) 을 극적으로 감소시키고 고 밀도 컴포넌트들을 수득하기 위한 압력 및 고 강도, 저 전압 (예를 들어 5 내지 12 V), 전류의 동시 사용을 수반한다. 이 실시 예에서, 전류는 펄싱된 DC 전류이다. 일 실시 예에서, 펄싱된 DC 전류는 전력 소스에 의해 하부 펀치 및 상부 펀치를 통해 염기성 존 분말 및 보호 존 분말로 송신되는 한편, 압력 (예를 들어, 10 ㎫ (megapascals) 내지 최대 500 ㎫ 이상) 은 하부 프레스 및 상부 프레스로부터 하부 펀치 및 상부 펀치를 통해 염기성 존 분말 및 보호 존 분말로 단일-축 기계적 힘 (mono-axial mechanical force) 하에서 염기성 존 분말 및 보호 존 분말에 동시에 축방향으로 인가된다. 본 명세서에서 "단일-축 힘"은 단일-축 압축을 생성하는 단일 축 또는 방향을 따라 인가된 힘을 의미하도록 규정된다. 몰드는 일반적으로 프로세스의 적어도 일부 동안 진공 하에 배치된다. 통상적으로 밀리초 단위의 펄싱된 전류 패턴들 (ON:OFF) 은, 소결 분말을 1000 ℃ 미만으로부터 2500 ℃까지의 범위의 온도들로 가열하기 위해 고 가열 레이트들 (최대 1000 ℃ 이상) 및 급속 냉각/??칭 (quench) 레이트들 (최대 200 ℃ 이상) 을 가능하게 한다.
단지 예시적인 목적들을 위해 제공된, SPS 프로세스의 일 실시 예에서, 소결 분말의 조성물의 소결은 동시에 펄싱된 전류를 겪는 동안 진공 하에서 수행된다 (6 < P (㎩ (Pascals)) < 14). SPS 열적 처리는 다음과 같이 구현될 수도 있다: 1) 3 분 내지 10 분의 기간 동안, 그리고 바람직하게 염기성 존 분말 및 보호 존 분말이 3 분 동안 인가된 부하 (예를 들어, 10 ㎫ 내지 20 ㎫) 및 2 분 동안 최대 40 ㎫ 내지 100 ㎫까지 상승하는 부하를 겪는 수행된 탈기 (degas) 처리, 및 2) 40 ㎫ 내지 100 ㎫의 인가된 부하 하에서 1000 ℃ 내지 1500 ℃까지 100 ℃로 가열 및 최대 온도에서 5 분의 소킹 시간 및 이어서 실온까지 냉각. 다른 실시 예들에서, 온도 범위는 1100 ℃ 내지 1300 ℃이다. 조성 구성 성분 (constituent) 비들 및 미립자 (particulate) 사이즈, 압력들, 온도들, 처리 기간들, 및 전류 펄스 시퀀스들을 포함하는 SPS 프로세스 파라미터들 중 하나 이상은 SPS 프로세스를 최적화하기 위해 적절하게 가변될 수도 있다는 것이 인식된다.
도 2는 컴포넌트가 일 실시 예에 의해 처리되는, 소결 프로세스에 의해 형성된 컴포넌트 (240) 의 개략적인 단면도이다. 컴포넌트 (240) 는 염기성 존 분말로부터 형성된 염기성 존 (244), 보호 존 분말로부터 형성된 보호 존 (248), 및 염기성 존 분말과 보호 존 분말 둘 모두의 혼합물로부터 형성된 전이 존 (252) 을 포함하는 컴포넌트 바디를 포함한다. 전이 존 (252) 은, 염기성 존 (244) 근방에서 전이 존 (252) 이 약간의 보호 존 분말을 갖는 거의 다 염기성 존 분말인, 그리고 전이 존 (252) 이 약간의 염기성 존 분말을 갖는 거의 다 보호 존 분말일 때까지 보호 존 분말의 백분율이 보호 존 (248) 에 더 가까울수록 증가하는, 경사 (gradient) 를 제공할 수도 있다. 전이 존 (252) 에 의해 제공된 경사는 염기성 존 (244) 과 보호 존 (248) 사이에 열 팽창 계수 (coefficient of thermal expansion; CTE) 의 전이를 제공하여, CTE 미스매칭으로 인한 크랙킹 (cracking) 을 감소시킨다. 이에 더하여, 전이 존 (252) 은 염기성 존 (244) 과 보호 존 (248) 사이의 접착을 증가시키는 거친 계면을 형성하여, 박리 (delamination), 스폴링 (spalling), 및 플레이킹 (flaking) 을 감소시킨다.
컴포넌트 (240) 는 그레인들 사이의 확산을 감소시키고 그리고 그레인 성장을 최소화하거나 방지하는 등방성 특성들을 갖는 거의 100 ％ (예를 들어, 99 ％ 이상의 상대 밀도, 바람직하게 99.5 ％ 내지 100 ％의 상대 밀도) 에 도달하는 고 치밀화를 특징으로 한다. 일부 실시 예들에서, 평균 그레인 사이즈는 10 ㎛ 미만이다. 일부 실시 예들에서, 평균 그레인 사이즈는 5 ㎛ 미만이다. 일부 실시 예들에서, 적어도 99.5 ％의 밀도를 갖는 것은 0.5 ％ 미만의 다공성을 발생시키고, 다공성은 총 체적으로 나눈 기공들의 체적으로 규정된다. 일부 실시 예들에서, 적어도 99 ％의 밀도를 갖는 것은 1 ％ 미만의 다공성을 발생시킨다. 고 밀도 및 저 그레인 사이즈는 더 고 강도의 부품을 발생시킨다.
컴포넌트 (240) 는 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트가 되도록 컴포넌트 (240) 를 특징적으로 맞추기 위해 더 프로세싱(예를 들어, 폴리싱, 머시닝, 또는 유사한 프로세스) 될 수도 있다. 컴포넌트 (240) 의 표면은 직경이 5 ㎛ 미만인 복수의 피트들을 갖는다는 것을 알게 되었다. 컴포넌트 (240) 의 제작 후 그리고 컴포넌트 (240) 의 표면의 머시닝 및 폴리싱 후, 표면의 직경이 5 ㎛ 미만인 복수의 피트들은 평균 75 ％보다 더 크게 잔해로 충진된다. 일 실시 예에서, 컴포넌트가 소결되고, 머시닝되고, 폴리싱된 후, 도 1에 도시된 처리가 제공될 수도 있다. 처리 후, 직경이 5 ㎛ 미만인 복수의 피트들은 평균 15 ％ 미만이 잔해로 충진된다는 것을 알게 되었다.
컴포넌트 (240) 는 반도체 프로세싱 챔버의 컴포넌트로서 장착된다. 이해를 용이하게 하기 위해, 도 3은 일 실시 예에서 사용될 수도 있는 반도체 프로세싱 챔버 시스템 (300) 의 일 예를 개략적으로 예시한다. 반도체 프로세싱 챔버 시스템 (300) 은 내부에 프로세싱 챔버 (304) 를 갖는 반응기 (302) 를 포함한다. 전력 매칭 네트워크 (308) 에 의해 튜닝된 (tune), 플라즈마 전력 공급부 (306) 는 컴포넌트 (240) 에 의해 형성된 유도 유전체 윈도우 근방에 위치된 변압기 커플링 플라즈마 (transformer coupled plasma; TCP) 코일 (310) 에 전력을 공급한다. TCP 코일 (310) 은 컴포넌트 (240) 를 통해 반응기 (302) 내로 유도 커플링된 (inductively coupled) 전력을 제공함으로써 반도체 프로세싱 챔버 (304) 내에 플라즈마 (314) 를 생성한다. 피나클 (pinnacle) (372) 이 프로세싱 챔버 (304) 의 챔버 벽 (376) 으로부터 유도 유전체 윈도우로 연장하여 피나클 링을 형성한다. 피나클 (372) 은 챔버 벽 (376) 및 유도 유전체 윈도우에 대해 기울어진다 (angle). 예를 들어, 피나클 (372) 과 챔버 벽 (376) 사이의 내부 각도 및 피나클 (372) 과 유도 유전체 윈도우 사이의 내부 각도는 각각 90 °보다 더 크고 180 °보다 더 작을 수도 있다. 피나클 (372) 은 도시된 바와 같이, 반도체 프로세싱 챔버 (304) 의 상단 근방에 기울어진 링을 제공한다. TCP 코일 (상부 전력 소스) (310) 은 반도체 프로세싱 챔버 (304) 내에 균일한 확산 프로파일을 생성하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, TCP 코일 (310) 은 플라즈마 (314) 에 토로이달 (toroidal) 전력 분포를 생성하도록 구성될 수도 있다. 유도 유전체 윈도우는 에너지로 하여금 TCP 코일 (310) 로부터 반도체 프로세싱 챔버 (304) 로 통과하게 하는 동안 반도체 프로세싱 챔버 (304) 로부터 TCP 코일 (310) 을 분리하도록 제공된다. 바이어스 매칭 네트워크 (318) 에 의해 튜닝된 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (316) 는 프로세스 웨이퍼 (366) 가 기판 지지부 (364) 상에 배치될 때 바이어스 전압을 설정하도록 기판 지지부 (364) 에 전력을 제공한다. 제어기 (324) 는 플라즈마 전력 공급부 (306) 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (316) 를 제어한다.
플라즈마 전력 공급부 (306) 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (316) 는 예를 들어, 13.56 ㎒, 27 ㎒, 2 ㎒, 60 ㎒, 400 ㎑, 2.54 ㎓ (gigahertz), 또는 이들의 조합들과 같은 특정한 무선 주파수들로 동작하도록 구성될 수도 있다. 플라즈마 전력 공급부 (306) 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (316) 는 목표된 프로세스 성능을 달성하기 위해 다양한 전력들을 공급하도록 적절하게 사이징될 (size) 수도 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 플라즈마 전력 공급부 (306) 는 50 내지 5000 W 범위의 전력을 공급할 수도 있고, 그리고 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (316) 는 20 내지 2000 V 범위의 바이어스 전압을 공급할 수도 있다. 이에 더하여, TCP 코일 (310) 및/또는 기판 지지부 (364) 는 2 개 이상의 서브-코일들 또는 서브-전극들로 구성될 수도 있다. 서브-코일들 또는 서브-전극들은 단일 전력 공급부에 의해 전력 공급되거나 복수의 전력 공급부들에 의해 전력 공급될 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 반도체 프로세싱 챔버 시스템 (300) 은 가스 소스/가스 공급 메커니즘 (330) 을 더 포함한다. 가스 소스 (330) 는 가스 주입기 (340) 와 같은, 가스 유입구를 통해 반도체 프로세싱 챔버 (304) 와 유체로 연통한다 (in fluid connection). 가스 주입기 (340) 는 가스로 하여금 가스 주입기 (340) 를 통해 반도체 프로세싱 챔버 (304) 내로 통과하게 하는 적어도 하나의 보어 홀 (borehole) (341) 을 갖는다. 가스 주입기 (340) 는 반도체 프로세싱 챔버 (304) 내의 임의의 유리한 위치에 위치될 수도 있고 그리고 가스를 주입하기 위해 임의의 형태를 취할 수도 있다. 그러나 바람직하게, 가스 유입구는 "튜닝 가능한 (tunable)" 가스 주입 프로파일을 생성하도록 구성될 수도 있다. 튜닝 가능한 가스 주입 프로파일은 반도체 프로세싱 챔버 (304) 내의 복수의 존들로 가스들의 각각의 플로우의 독립적인 조정을 허용한다. 더 바람직하게, 가스 주입기는 컴포넌트 (240) 에 장착된다. 가스 주입기는 유전체 윈도우 상에 장착될 수도 있거나, 유전체 윈도우 내에 장착될 수도 있거나, 유전체 윈도우의 일부를 형성할 수도 있다. 프로세스 가스들 및 부산물들은 압력 제어 밸브 (342) 및 펌프 (344) 를 통해 반도체 프로세싱 챔버 (304) 로부터 제거된다. 압력 제어 밸브 (342) 및 펌프 (344) 는 또한 반도체 프로세싱 챔버 (304) 내에 특정한 압력을 유지하기 위한 역할을 한다 (serve). 압력 제어 밸브 (342) 는 프로세싱 동안 1 Torr 미만의 압력을 유지할 수 있다. 에지 링 (360) 이 기판 지지부 (364) 의 상단 부분 둘레에 배치된다. 가스 소스/가스 공급 메커니즘 (330) 은 제어기 (324) 에 의해 제어된다. CA, Fremont 소재의 Lam Research Corp.®의 Kiyo®, Strata®, 또는 Vector®가 일 실시 예를 실시하기 위해 사용될 수도 있다.
반도체 프로세싱 챔버는 복수의 웨이퍼들을 프로세싱하도록 사용된다. 프로세싱 챔버에 의해 수행된 프로세싱은 에칭, 증착, 패시베이팅 (passivate), 또는 또 다른 반도체 프로세스 중 하나 이상의 프로세스들을 포함할 수도 있다. 반도체 프로세싱은 플라즈마 프로세싱 및 비-플라즈마 프로세싱 중 적어도 하나일 수도 있다. 도 2에 도시된 보호 존 (248) 은 도 3에 도시된 플라즈마 (314) 를 대면한다.
복수의 웨이퍼들이 프로세싱된 후 컴포넌트 (240) 는 컴포넌트 (240) 를 재컨디셔닝하도록 도 1에 도시된 처리를 위해 반도체 프로세싱 챔버 (304) 로부터 제거된다. 재컨디셔닝은 특정한 수의 웨이퍼들이 프로세싱된 후 컴포넌트에 의해 유발된 결함들의 증가 또는 프로세스 드리프트의 결과로서 요구될 수도 있다. 도 5a는 컴포넌트 (240) 가 복수의 웨이퍼들을 프로세싱하기 위해 반도체 프로세싱 챔버 (304) 내에서 사용된 후의 컴포넌트 (240) 의 평면도의 사진이다. 컴포넌트 (240) 의 표면의 영역 (504) 은 반도체 프로세싱에 의해 변색되었다. 도 6a는 컴포넌트 (240) 의 확대된 표면의 부분의 사진이다. 컴포넌트의 표면은 직경이 5 ㎛ 미만인 복수의 피트들 (604) 을 갖는다. 이에 더하여, 직경이 5 ㎛ 미만인 복수의 피트들 (604) 은 평균 75 ％보다 더 크게 잔해 (608) 에 의해 충진된다는 것을 알게 되었다.
컴포넌트 (240) 는 도 1에 도시된 프로세스를 사용하여 처리된다. 일 실시 예에서, 컴포넌트는 먼저 순차적인 와이핑 단계에 이어서 탈이온수 (DIW) 린싱 단계를 사용하여 오염 제거된다. 더 구체적으로 이는 IPA의 사용, 이어서 탈이온수 린싱, 이어서 탈이온수와 HF/H2O2의 혼합 산 혼합물을 사용하는 와이핑, 이어서 또 다른 탈이온수 린싱을 포함할 수 있다. 이어서 컴포넌트는 퍼니스가 20 내지 30 시간의 기간에 걸쳐 컴포넌트의 온도를 약 800 ℃의 온도로 선형으로 램핑하는 고온 퍼니스에서 열 처리 (단계 108) 를 겪는다. 컴포넌트는 약 8 시간 동안 약 800 ℃의 온도로 유지된다. 컴포넌트의 온도는 20 내지 30 시간의 기간에 걸쳐 선형으로 냉각된다. 열 처리 (단계 108) 가 완료된 후, 컴포넌트는 퍼니스로부터 제거되고 그리고 IPA의 사용, 이어서 탈이온수 린싱, 이어서 탈이온수와 HF/H2O2의 산 혼합물을 사용하는 와이핑, 이어서 또 다른 탈이온수 린싱, 이어서 암모늄 하이드록사이드 및 과산화수소 (NH4OH/H2O2) 와 탈이온수의 염기성 혼합물을 사용하는 와이핑, 이어서 또 다른 린싱을 포함할 수 있는 화학적 세정 시퀀스 및 탈이온수 린싱 중 하나 이상을 포함하는 퍼니스 후 처리를 겪는다. 퍼니스 후 처리 (단계 112) 및 오염 제거 (단계 104) 후, 또한 드라이아이스로 공지된 고체 이산화탄소 (CO2) 입자들의 블라스팅 프로세스가 이어진다. 고체 CO2 드라이아이스는 대략 30 초 내지 대략 60 분 동안 대략 0.5 내지 4 lbs/min의 피딩 레이트들로 대략 25 내지 대략 70 psi로 컴포넌트의 프로세스 대면 표면을 향해 추진된다.
블라스팅 (116) 이 완료된 후, 정밀 습식 세정 (단계 120) 이 이어진다. 다음에 기술된 부품을 세정하기 위해 사용된 다양한 화학 물질들이 초음파 또는 메가소닉 에너지를 담을 수도 있는 배스 내에 부품들을 배치하기 전에 순차적인 와이핑 및 린싱 시퀀스들을 통해 부품의 표면에 도포되도록 컴포넌트는 먼저 세정된다. 습식 세정 와이핑 시퀀스는 최종 초음파 단계들 전에 용매 단계, 이어서 세제 소킹 단계, 이어서 화학적 산화제 소킹 단계, 이어서 화학적 염기 와이핑 단계, 이어서 화학적 산 와이핑 단계 중 하나 이상을 가질 수도 있다. 탈이온화된 린싱 단계들은 전술한 개별 단계들 각각을 따를 수 있다. 용매의 예는 이소프로판올 알코올 (IPA) 및 아세톤일 수 있다. 산화제의 일 예는 과산화수소일 수 있다. 염기의 예는 암모늄 하이드록사이드 및 과산화수소 혼합물을 포함할 수 있다. 산의 일 예는 질산 (HNO3) 혼합물, 및/또는 플루오르화 수소 (HF) 와 과산화수소 혼합물일 수 있다.
메가소닉 또는 초음파 에너지는 습식 세정 단계들 중 임의의 단계를 향상시키기 위해 부가적인 에너지를 제공하도록 가열 없이 또는 가열과 조합하여 화학적 세정 후에 사용될 수도 있다. 메가소닉 또는 초음파 에너지는 40 ㎑, 78 ㎑, 100 ㎑, 130 ㎑, 170 ㎑, 200 ㎑, 220 ㎑, 270 ㎑, 430 ㎑의 주파수들 또는 이들의 조합들 중 임의의 것을 가질 수도 있고, 그리고 메가헤르츠 영역의 주파수들을 포함할 수도 있다. 다양한 경우들에서, 하나 이상의 습식 세정 배스들은 블로우 건조 (blow dry) 및 부품의 최종 소성 직전에 정밀 세정의 최종 스테이지들에서 순차적으로 요구될 수도 있다.
도 5b는 처리가 제공된 후 컴포넌트 (240) 의 평면도의 사진이다. 컴포넌트 (240) 의 표면의 영역 (504) 은 더 이상 변색되지 않는다. 이에 더하여, 컴포넌트 (240) 의 색 (coloring) 은 플라즈마 대면 표면에 걸쳐 더 균일하다.
중고 (used) 컴포넌트 (240) 를 재컨디셔닝하기 위해, 도 1에 도시된 처리가 제공될 수도 있다. 처리 후, 직경이 5 ㎛ 미만인 복수의 피트들은 평균 15 ％ 미만이 잔해로 충진된다는 것을 알게 되었다. 도 6b는 처리가 제공된 후 컴포넌트 (240) 의 표면의 부분의 확대된 사진이다. 처리 후, 직경이 5 ㎛ 미만인 복수의 피트들 (604) 은 평균 15 ％ 미만이 잔해 (608) 에 의해 충진된다는 것을 알게 되었다.
다른 실시 예들에서, 컴포넌트 (240) 는 반도체 프로세싱 챔버 시스템 (300) 의 다른 부품들을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 컴포넌트 (240) 는 반도체 프로세싱 챔버의 벽들일 수도 있다. 더 구체적으로, 컴포넌트 (240) 는, 유도 전력이 반도체 프로세싱 챔버 시스템 (300) 의 외부로부터 반도체 프로세싱 챔버 시스템 (300) 내로 컴포넌트 (240) 를 통과하는 반도체 프로세싱 챔버 시스템 (300) 의 벽들일 수도 있다.
다른 실시 예들에서, 컴포넌트 (240) 는 베벨 플라즈마 프로세싱 챔버들 또는 유사한 디바이스들과 같은 다른 타입들의 반도체 프로세싱 챔버들의 부품들일 수도 있다. 다양한 실시 예들에서 제공될 수도 있는 반도체 프로세싱 챔버들의 컴포넌트들의 예들은 유전체 윈도우들, 벽들, 피나클과 같은 라이너들, 샤워헤드들, 가스 주입기들, 및 플라즈마 프로세싱 챔버들의 에지 링들이다. 다양한 실시 예들에서, 유전체 윈도우들은 편평하거나, 돔 (dome) 형상일 수도 있거나, 다른 형상들을 가질 수도 있다. 가스 보어들이 컴포넌트를 통과하면, 저 다공성은 가스 보어들을 통과하는 가스들로부터 컴포넌트를 보호하는 것을 돕는다.
상이한 염기성 존 분말 (220) 및 보호 존 분말 (224) 을 공-소성함으로써 (co-fire) 상이한 염기성 존 (244) 및 보호 존 (248) 은 세라믹 라미네이트 컴포넌트를 형성하기 위해 함께 라미네이트된 층들로서 형성된다. 이들 라미네이트된 층들은 분리 및 종단을 방지하는 본딩 (bonding) 을 갖는다. 컴포넌트 (240) 의 저 다공성은 부식을 더 감소시킨다.
다양한 실시 예들에서, 보호 존은 약 5 ㎜의 두께를 가질 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 10,000 RF 시간들의 사용으로 4 ㎜ 미만의 보호 존이 부식된다. 이러한 실시 예는 유전체 컴포넌트 (240) 의 변화를 필요로 하지 않고 약 10,000 RF 시간들 동안 유전체 컴포넌트 (240) 의 사용을 허용한다. 10,000 RF 시간들 동안 지속되는 부품을 사용하면 유지 보수 비용들과 다운타임 (downtime) 이 감소한다.
일부 실시 예들에서, 지르코늄 강화된 (zirconium toughened) 알루미나의 염기성 존 (244) 이 이트륨 알루미늄 옥사이드의 보호 존 (248) 과 함께 사용된다. 지르코늄 강화된 알루미나 및 이트륨 알루미늄 옥사이드는 크랙킹을 감소시키기에 충분히 가까운 CTE를 갖는다. 일부 실시 예들에서, 제작 동안 UV 광에 노출되거나 사용 동안 UV 광에 노출된 신규 컴포넌트는 제 1 광학 상태로부터 제 2 광학 상태로 컴포넌트의 일부의 변화를 가질 것이다. 광학 특성의 변화는 색의 변화 (변색) 일 수 있다. 그 결과, 컴포넌트는 균일한 색이 아닐 수도 있다. 일 실시 예에 의해 제공된 처리는 컴포넌트의 일부의 광학 특성을 제 2 광학 상태로부터 제 3 광학 상태로 변화시킨다. 제 3 광학 상태는 제 2 광학 상태보다 제 1 광학 상태에 더 가깝다. 그 결과, 컴포넌트의 색은 처리 전 컴포넌트의 색보다 더 균일할 수도 있다. 처리에 의해 광학 특성을 복원하는 능력은 또한 컴포넌트가 지르코늄 강화 알루미나 및 이트륨 알루미늄 옥사이드의 세라믹 라미네이트임을 나타내도록 사용될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 열 처리는 2 시간 내지 20 시간의 기간 동안 400 ℃ 내지 1000 ℃의 소킹 온도로 컴포넌트의 온도를 램핑한다. 램핑은 컴포넌트의 손상을 방지하기에 충분히 느려야 한다. 소킹 온도는 더 균일한 광학 특성을 제공하기 위해 컴포넌트의 일부의 광학 특성들을 변화시키기에 충분히 높아야 한다. 소킹 온도는 컴포넌트의 손상을 방지하기에 충분히 낮아야 한다.
이 개시가 몇몇 바람직한 실시 예들의 측면에서 기술되었지만, 본 개시의 범위 내에 속하는 변경들, 치환들, 및 다양한 대체 등가물들이 있다. 또한 본 개시의 방법들 및 장치들을 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것을 주의해야 한다. 따라서 이하의 첨부된 청구항들은 본 개시의 진정한 정신 및 범위 내에 속하는 이러한 변경들, 치환들, 방법들 및 다양한 대체 등가물들을 모두 포함하는 것으로 해석되는 것이 의도된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 구 "A, B, 또는 C"는 비-배타적인 논리적 "OR"을 사용하여 논리적 ("A OR B OR C") 를 의미하도록 해석되어야 하고, 'A 또는 B 또는 C 중 하나만'을 의미하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 프로세스 내의 단계 각각은 선택 가능한 (optional) 단계일 수도 있고 필수는 아니다. 상이한 실시 예들은 제거되거나 추가된 하나 이상의 단계들을 가질 수도 있거나 상이한 순서로 단계들을 제공할 수도 있다. 이에 더하여, 다양한 실시 예들은 상이한 단계들을 순차적으로 대신 동시에 제공할 수도 있다.
Claims (21)
- 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 세라믹 컴포넌트를 처리하기 위한 방법에 있어서,
세라믹 컴포넌트는, 1) 제 1 유전체 세라믹 재료를 포함하는 염기성 존, 2) 상기 염기성 존의 제 1 측면 상의 보호 존으로서, 상기 보호 존은 제 2 유전체 세라믹 재료를 포함하고, 상기 제 1 유전체 세라믹 재료는 상기 제 2 유전체 세라믹 재료와 상이한, 상기 보호 존, 및3) 상기 보호 존과 상기 염기성 존 사이의 전이 존으로서, 상기 전이 존은 상기 제 1 유전체 세라믹 재료 및 상기 제 2 유전체 세라믹 재료를 포함하는, 상기 전이 존을 포함하는, 세라믹 라미네이트 (ceramic laminate) 를 포함하고, UV 광에 대한 상기 세라믹 컴포넌트의 노출은 상기 세라믹 컴포넌트의 적어도 제 1 부분의 광학 특성을 제 1 광학 상태로부터 제 2 광학 상태로 변화시키고, 방법은,
퍼니스 (furnace) 에서 2 시간 내지 20 시간의 기간 동안 400 ℃ 내지 1000 ℃의 온도로 상기 세라믹 컴포넌트를 가열함으로써 상기 세라믹 컴포넌트의 열 처리를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 열 처리는 상기 세라믹 컴포넌트의 상기 제 1 부분의 상기 광학 특성을 상기 제 2 광학 상태로부터 제 3 광학 상태로 변화시키고, 상기 제 3 광학 상태는 상기 제 2 광학 상태보다 상기 제 1 광학 상태에 더 가까운, 세라믹 컴포넌트 처리 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 처리를 제공하는 단계 후 입자들 (particles) 로 상기 세라믹 컴포넌트의 표면을 블라스팅하는 (blast) 단계를 더 포함하는, 세라믹 컴포넌트 처리 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 입자들은 고체 CO2 입자들인, 세라믹 컴포넌트 처리 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 세라믹 컴포넌트의 상기 표면은 직경이 5 ㎛ 미만인 복수의 피트들 (pits) 을 갖고 그리고 상기 5 ㎛ 미만 직경들을 갖는 복수의 피트들은 상기 열 처리 전 평균 75 ％보다 더 크게 잔해 (debris) 로 충진되고 그리고 상기 5 ㎛ 미만 직경들을 갖는 복수의 피트들은 상기 세라믹 컴포넌트의 상기 표면을 블라스팅하는 단계 후 평균 15 ％ 미만이 잔해로 충진되는, 세라믹 컴포넌트 처리 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 세라믹 컴포넌트의 상기 표면을 블라스팅하는 단계 후에 습식 세정을 제공하는 단계를 더 포함하는, 세라믹 컴포넌트 처리 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 열 처리를 제공하는 단계 전에 오염 제거 (decontamination) 프로세스를 제공하는 단계를 더 포함하는, 세라믹 컴포넌트 처리 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 열 처리를 제공하는 단계 후 그리고 상기 세라믹 컴포넌트의 상기 표면을 블라스팅하는 단계 전에 퍼니스 후 (post furnace) 처리를 더 포함하는, 세라믹 컴포넌트 처리 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 세라믹 컴포넌트가 제 1 유전체 세라믹 재료를 포함하는 염기성 존 및 제 2 유전체 세라믹 재료를 포함하는 보호 존을 포함하는 세라믹 라미네이트를 포함한다는 것을 검증하기 위해 상기 광학 특성의 변화들을 사용하는 단계를 더 포함하는, 세라믹 컴포넌트 처리 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 보호 존의 표면을 나노텍스처링하는 (nanotexturing) 단계를 더 포함하는, 세라믹 컴포넌트 처리 방법. - 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 세라믹 컴포넌트에 있어서,
세라믹 컴포넌트는 평균 15 ％ 미만이 잔해로 충진된 5 ㎛ 미만의 직경들을 갖는 복수의 피트들을 갖는 프로세스 대면 표면을 갖는, 세라믹 컴포넌트. - 제 10 항에 있어서,
상기 세라믹 컴포넌트는 세라믹 라미네이트이고, 상기 세라믹 라미네이트는,
제 1 유전체 세라믹 재료를 포함하는 염기성 존;
상기 염기성 존의 제 1 측면 상의 보호 존으로서, 상기 보호 존은 제 2 유전체 세라믹 재료를 포함하고, 상기 제 1 유전체 세라믹 재료는 상기 제 2 유전체 세라믹 재료와 상이하고, 그리고 상기 프로세스 대면 표면은 상기 보호 존의 표면인, 상기 보호 존; 및
상기 보호 존과 상기 염기성 존 사이의 전이 존으로서, 상기 전이 존은 상기 제 1 유전체 세라믹 재료 및 상기 제 2 유전체 세라믹 재료를 포함하는, 상기 전이 존을 포함하는, 세라믹 컴포넌트. - 제 11 항에 있어서,
약 5 ㎚ 내지 254 ㎚ RA의 표면 거칠기를 갖는 상기 보호 존의 나노텍스처링된 표면을 더 포함하는, 세라믹 컴포넌트. - 제 11 항에 있어서,
상기 보호 존, 상기 염기성 존, 및 상기 전이 존은 1 체적％ 미만의 다공성을 갖는, 세라믹 컴포넌트. - 제 11 항에 있어서,
상기 보호 존의 상기 표면은 상기 세라믹 컴포넌트의 제 1 부분의 광학 특성을 제 1 광학 상태로부터 상기 제 1 광학 상태와 상이한 제 2 광학 상태로 변화시키기 위한 열 처리를 포함하는 단계들에 의해 제공된 균일한 광학 특성을 갖고, 그리고 상기 세라믹 컴포넌트의 상기 제 1 부분의 상기 광학 특성에 대한 상기 변화는 전체 세라믹 컴포넌트의 더 균일한 광학 특성을 제공하는, 세라믹 컴포넌트. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 광학 상태는 제 1 색 (color) 이고, 그리고 상기 제 2 광학 상태는 상기 제 1 색와 상이한 제 2 색인, 세라믹 컴포넌트. - 제 10 항에 있어서,
상기 세라믹 컴포넌트는 신규 (new) 컴포넌트인, 세라믹 컴포넌트. - 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 세라믹 컴포넌트를 처리하기 위한 방법에 있어서,
세라믹 컴포넌트는, 1) 제 1 유전체 세라믹 재료를 포함하는 염기성 존, 2) 상기 염기성 존의 제 1 측면 상의 보호 존으로서, 상기 보호 존은 제 2 유전체 세라믹 재료를 포함하고, 상기 제 1 유전체 세라믹 재료는 상기 제 2 유전체 세라믹 재료와 상이한, 상기 보호 존, 및3) 상기 보호 존과 상기 염기성 존 사이의 전이 존으로서, 상기 전이 존은 상기 제 1 유전체 세라믹 재료 및 상기 제 2 유전체 세라믹 재료를 포함하는 세라믹 라미네이트를 포함하고, 방법은,
퍼니스에서 2 시간 내지 20 시간의 기간 동안 400 ℃ 내지 1000 ℃의 온도로 상기 세라믹 컴포넌트를 가열함으로써 상기 세라믹 컴포넌트의 열 처리를 제공하는 단계를 포함하는, 세라믹 컴포넌트 처리 방법. - 제 17 항에 있어서,
입자들로 상기 세라믹 컴포넌트의 표면을 블라스팅하는 단계를 더 포함하는, 세라믹 컴포넌트 처리 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 입자들은 고체 CO2 입자들인, 세라믹 컴포넌트 처리 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 세라믹 컴포넌트의 상기 표면은 직경이 5 ㎛ 미만인 복수의 피트들을 갖고 그리고 상기 5 ㎛ 미만 직경들을 갖는 복수의 피트들은 상기 열 처리 전 평균 75 ％보다 더 크게 잔해로 충진되고 그리고 상기 5 ㎛ 미만 직경들을 갖는 복수의 피트들은 상기 세라믹 컴포넌트의 상기 표면을 블라스팅하는 단계 후 평균 15 ％ 미만이 잔해로 충진되는, 세라믹 컴포넌트 처리 방법. - 제 17 항에 있어서,
습식 세정을 제공하는 단계를 더 포함하는, 세라믹 컴포넌트 처리 방법.
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