(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体処理チャンバ用物品のためのコーティングを製造する。【解決手段】物品は、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、又はＳｉＣのうちの少なくとも１つの本体と、本体上のセラミックスコーティングを含む。セラミックスコーティングは、約５０モル％〜約７５モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、約１０モル％〜約３０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、約１０モル％〜約３０モル％の範囲内のＡｌ２Ｏ３とを含む化合物を含み、１インチ当たりのジュールの数が約３０ノジュール〜約４５ノジュールの範囲内であり、空孔率が約２．５％〜約３．２％の範囲内である。【選択図】図８
2020073725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ溶射プロセスで使用するための粉末であって、
複数のドーナツ状粒子を含み、ドーナツ状粒子の各々は、球状体の反対側にくぼみを有する球状体を有し、ドーナツ状粒子によって、粉末を用いて堆積されたセラミックスコーティングは、他の形状の粒子を有する粉末と比べて改善された表面形態及び減少した空孔率を有する粉末。
【請求項２】
大部分のドーナツ状粒子を含む請求項１記載の粉末。
【請求項３】
粉末は、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２を含む請求項１又は２記載の粉末。
【請求項４】
粉末は、約５０モル％〜約７５モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、約１０モル％〜約３０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、約１０モル％〜約３０モル％の範囲内のＡｌ２Ｏ３とを含む請求項３記載の粉末。
【請求項５】
粉末は、Ｙ２Ｏ３、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、及びＹ３Ａｌ５Ｏ１２からなる群から選択される第１の酸化物を含む請求項１又は２記載の粉末。
【請求項６】
Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２を含む請求項５記載の粉末。
【請求項７】
粉末は、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、及びＹｂ２Ｏ３のうちの１以上を更に含む請求項５又は６記載の粉末。
【請求項８】
Ｙ２Ｏ３とＺｒＯ２を含む請求項１又は２記載の粉末。
【請求項９】
イットリア含有セラミックスを含む請求項１又は２記載の粉末。
【請求項１０】
粉末は少なくとも９９．９％の純度を有する請求項８記載の粉末。
【請求項１１】
粉末は、粒子の５０％に対する粒子サイズが１５ミクロン以下となるような粒度分布を有する請求項１〜１０のいずれか１項記載の粉末。
【請求項１２】
粉末は、粒子の５０％に対する粒子サイズが２５ミクロン以下となるような粒度分布を有する請求項１〜１０のいずれか１項記載の粉末。
【請求項１３】
焼成されている請求項１〜１１のいずれか１項記載の粉末。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項記載の粉末を用いたプラズマ溶射を実行することを含む方法。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか１項記載の粉末を用いて形成されたコーティングを含むセラミックス物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、概して、セラミックスコーティングされた物品に関し、及び誘電
体のエッチング処理コンポーネントへセラミックスコーティングを施すための方法に関す
る。
【背景】
【０００２】
半導体産業では、ますます減少するサイズの構造を作る多くの製造プロセスによって、
デバイスは製造される。いくつかの製造プロセス（例えば、プラズマエッチングプロセス
やプラズマ洗浄プロセス）は、基板をエッチング又は洗浄するためにプラズマの高速流に
基板を曝露させる。プラズマは非常に腐食性があり、プラズマに曝露される処理チャンバ
及び他の表面を腐食する可能性がある。この腐食は、デバイスの欠陥に寄与する、処理さ
れている基板をしばしば汚染する粒子を生成する場合がある。
【０００３】
デバイスの幾何学形状が縮小するにつれて、欠陥への感受性は増加し、粒子汚染物質の
要件はより厳しくなる。したがって、デバイスの幾何学形状が縮小するにつれて、粒子汚
染の許容レベルは低下する可能性がある。プラズマエッチングプロセス及び／又はプラズ
マ洗浄プロセスによって導入される粒子汚染を最小限にするために、プラズマに耐性のあ
るチャンバ材料が開発されている。異なる材料は、異なる材料特性（例えば、耐プラズマ
性、剛性、曲げ強度、耐熱衝撃性など）を提供する。また、異なる材料は、異なる材料コ
ストを有する。したがって、いくつかの材料は、優れた耐プラズマ性を有し、他の材料は
、より低いコストを有し、更に他の材料は、優れた曲げ強度及び／又は耐熱衝撃性を有す
る。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本発明は、添付図面の図の中で、限定としてではなく、例として示され、同様の参照符
号は同様の要素を示す。この開示における「一」又は「１つの」実施形態への異なる参照
は、必ずしも同じ実施形態への参照ではなく、そのような参照は、少なくとも１つを意味
することに留意すべきである。
【０００５】
【図１】ライナキットの断面図を示す。
【図２】製造システムの典型的なアーキテクチャを示す。
【図３】プラズマ溶射システムの断面図を示す。
【図４】一実施形態に係る、物品にコーティングを施す方法を示す。
【図５】コーティング用粉末の形状を示す。
【図６Ａ】コーティング用粉末の粒度分布を示す。
【図６Ｂ】一実施形態に係るコーティング用粉末の粒度分布を示す。
【図７Ａ】一実施形態に係るコーティングのノジュール（小塊）数を示す。
【図７Ｂ】一実施形態に係るコーティングの表面粗さを示す。
【図７Ｃ】一実施形態に係るコーティングの断面空孔率を示す。
【図８】コーティングの塗布を示す。
【図９】一実施形態に係るコーティングを施す方法を示す。
【図１０】コーティング面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）図を示す。
【図１１】コーティングの断面のＳＥＭ図を示す。
【図１２Ａ】経時的なコーティングの粒子性能を示す。
【図１２Ｂ】一実施形態に係るコーティングの粒子性能を示す。
【詳細な説明】
【０００６】
本発明の実施形態は、Ａｌ又はＡｌ２Ｏ３又はＳｉＣの基板と、物品上のセラミックス
コーティングを含む、半導体処理チャンバ用還元プラズマ化学に曝露される物品（例えば
、プラズマスクリーン、ライナキット、シャワーヘッド、蓋、静電チャック、又は他のチ
ャンバコンポーネント）に向けられている。一実施形態では、セラミックスコーティング
は、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）の化合物と、Ｙ２−ＸＺｒＸＯ３の固溶体を含む複合セラ
ミックスであり、セラミックスコーティングは、還元性化学薬品（Ｈ２、ＣＯ、ＣＯＳ、
ＣＨ４等）に対して耐性がある。
【０００７】
物品上にセラミックスコーティングをコーティングする方法は、約９０Ａ〜約１５０Ａ
の間の範囲内のプラズマ電流を有するプラズマ溶射システムを提供する工程と、約６０ｍ
ｍ〜約１２０ｍｍの間の物品からの距離にプラズマ溶射システムのトーチスタンドオフを
位置決めする工程を含む。方法はまた、約８０Ｌ／分〜約１３０Ｌ／分の間の速度でプラ
ズマ溶射システムを介してガスを流す工程と、セラミックスコーティングで物品をプラズ
マ溶射コーティングする工程を含む。
【０００８】
導体エッチングプロセスは、ガス混合物によって導電性基板（例えば、Ｓｉウェハ）の
プラズマ援用エッチングを含む。導体エッチングでは、ウェハ上（オンウェハ）レベルの
粒子性能は、チャンバの重要なコンポーネント（特に、前面１２０、裏面１２２、及び外
径１２４を有するライナキット１００）と主に相関し、それは、図１に示されるように、
チャンバ本体１１１、上部ライナ１０１、スリットバルブドア１０３、プラズマスクリー
ン１０５（つまり、ウェハ周囲の焼き網（グリル）のような構造）、下部ライナ１０７、
及び陰極ライナ１０９を含むことができる。上部ライナ１０１、スリットバルブドア１０
３、及び下部ライナ１０７は、チャンバ本体１１１により近く、一方、プラズマスクリー
ン１０５は、ウェハ（図示せず、しかしながら動作中、位置１３０に配置される）の周囲
に配置され、陰極ライナ１０９は、ウェハの下方に位置する。
【０００９】
標準的なライナキットは、約１００〜２７０マイクロインチの表面粗さを有する８〜１
２ミルプラズマ溶射されたＹ２Ｏ３（イットリア）又は他のセラミックスでコーティング
されたＡｌ基板で構成することができる。最も典型的な半導体用途のために、ウェハ上の
粒子仕様は、９０ｎｍ以上の粒径で最大で約３０の付加物（例えば、ウェハ上にある浮遊
粒子）である。標準的なＹ２Ｏ３ライナキットは、このウェハ上の粒子仕様を満たしてい
る。
【００１０】
２８ｎｍのデバイスノードでの特定の高度なアプリケーションでは、ウェハ上の粒子仕
様は、４５ｎｍ以上のサイズで１．３付加物以下とはるかにより厳しい。更に、これらの
アプリケーションは、多くの場合、ウェハ上の粒子汚染を増大させる還元化学薬品（Ｈ２
、ＣＨ４、ＣＯ、ＣＯＳなど）を使用する可能性がある。従来のＹ２Ｏ３コーティングさ
れたライナキットを還元化学条件下で用いるチャンバテストは、高いウェハ上の粒子（例
えば、４５ｎｍ以上の粒子サイズで約５０〜１００以上の付加物）を示すが、かなりのチ
ャンバの慣らし運転（例えば、１００〜１５０の高周波のＲＦ処理時間）は、粒子欠陥レ
ベルを４５ｎｍ以上の粒子サイズで約０〜１０付加物まで減らし、これによって生産を再
開する前に、生産仕様に適合させることができる。しかしながら、長いチャンバの慣らし
運転時間は、生産性を低下させる可能性がある。テストでは、エネルギー分散型Ｘ線分光
法は、従来のＹ２Ｏ３ベースのウェハ上の粒子がライナキットから生じる可能性があるこ
とを確認している。
【００１１】
更に、Ｙ２Ｏ３コーティングは、還元化学（例えば、Ｈ２、ＣＨ４、ＣＯ、ＣＯＳ、等
）条件下での安定性が低く、重要なＹ−ＯＨを形成する。Ｙ−ＯＨ転換は、ウェハ上に見
出すことができる脱落粒子を生じる体積変化をもたらす。しかしながら、還元化学の非存
在下では、Ｙ２Ｏ３は安定であり、粒子を脱落させない。
【００１２】
本発明の実施形態は、半導体産業用途でのチャンバコンポーネントに対するウェハ上の
粒子性能を向上させるために、還元化学の使用との適合性を高めるための複合セラミック
スコーティング材料を含む。例えば、ライナキットの用途では、複合セラミックスコーテ
ィング（例えば、イットリア系複合セラミックスコーティング）は、プラズマ溶射技術を
用いて、ライナキットのプラズマに対向する面に施すことができる。他の実施形態では、
複合セラミックスコーティングは、エアロゾルデポジション法、スラリープラズマ、又は
他の適切な技術（例えば、他の熱溶射技術）を介して施すことができる。一例では、アル
ミニウムライナキット上のコーティング厚さは、最大２５ミルとすることができる。別の
一例では、コーティングの熱膨張係数（ＣＴＥ）がより良好に基板のＣＴＥに一致するＡ
ｌ２Ｏ３又は他の金属酸化物基板は、より厚いコーティングを有することができる。
【００１３】
一実施形態では、複合セラミックスコーティングは、化合物Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）
と固溶体Ｙ２−ｘＺｒｘＯ３（Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体）で構成される。更なる一実
施形態では、複合セラミックスコーティングは、６２．９３モル％のＹ２Ｏ３、２３．２
３モル％のＺｒＯ２、及び１３．９４モル％のＡｌ２Ｏ３を含む。別の一実施形態では、
複合セラミックスコーティングは、５０〜７５モル％の範囲内のＹ２Ｏ３、１０〜３０モ
ル％の範囲内のＺｒＯ２、及び１０〜３０モル％の範囲内のＡｌ２Ｏ３を含むことができ
る。他の実施形態では、他の配分もまた、複合セラミックスコーティングに対して使用す
ることができる。一実施形態では、複合セラミックスは、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ
２、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３のうちの
１以上又はそれらの組み合わせと混合することができる酸化イットリウム含有固溶体であ
る。
【００１４】
様々なコーティングのテスト中に、ウェハ上の粒子レベルが、ＣＯ及びＨ２なしで（非
還元化学条件下で）、及びＣＯ及びＨ２ありで（すなわち、還元化学条件下で）観察され
た。複合セラミックスコーティングは、特に、還元化学条件下で、テストされた他のコー
ティング及びバルク材料（例えば、バルクＹ２Ｏ３、プラズマ溶射（ＰＳ）Ｙ２Ｏ３、Ｓ
ｉＣ、柱状Ｓｉ、単結晶Ｓｉ、及びＳｉＯ２）よりも良好な耐食性を示し、テストされた
他のコーティングよりも低い浸食速度（単位ＲＦ時間当たりの浸食深さ）を示した。例え
ば、図１２Ａは、ＲＦ時間にわたって４５ｎｍ以上の粒子に対するＹ２Ｏ３コーティング
のウェハ上の粒子性能を示す。ここで、コーティングは、初期段階（例えば、２０ＲＦ時
間未満）では、ＹＯ粒子の高い数値を示し、安定した粒子数に到達するのに８０〜１００
ＲＦ時間を要した。図１２Ｂは、ＲＦ時間にわたって４５ｎｍの粒子に対する複合セラミ
ックスコーティングのウェハ上の粒子性能を示し、ここでコーティングは、慣らし運転（
シーズニング）中にＹＯ粒子の高い数値を示さず、ＹＯ粒子数は、６０ＲＦ時間で常に低
かった（すなわち、５付加物未満であった）。
【００１５】
図２は、製造システム２００の例示的なアーキテクチャを示す。製造システム２００は
、（例えば、物品（例えば、ライナキット）に複合セラミックスコーティングを施すため
の）コーティング製造システムであってもよい。一実施形態では、製造システム２００は
、機器自動化レイヤー２１５に接続された処理機器２０１を含む。処理機器２０１は、ビ
ーズブラスター２０２、１以上の湿式洗浄装置２０３、プラズマ溶射銃システム２０４及
び／又は他の機器を含むことができる。製造システム２００は、機器自動化レイヤー２１
５に接続された１以上のコンピューティングデバイス２２０を更に含むことができる。代
替の実施形態では、製造システム２００は、より多くの又はより少ない構成要素を含むこ
とができる。例えば、製造システム２００は、機器自動化レイヤー２１５又はコンピュー
ティングデバイス２２０なしで、手動操作（例えば、オフライン）の処理機器２０１を含
んでもよい。
【００１６】
ビーズブラスター２０２は、物品（例えば、ライナキット）の表面を粗面化するように
構成された機械である。ビーズブラスター２０２は、ビーズブラストキャビネット、ハン
ドヘルドビーズブラスター、又は他のタイプのビーズブラスターであってもよい。ビーズ
ブラスター２０２は、ビーズ又は粒子を基板に衝突させることによって、基板を粗面化す
ることができる。一実施形態では、ビーズブラスター２０２は、基板にセラミックスビー
ズ又は粒子を発射する。ビーズブラスター２０２によって達成された粗さは、ビーズを発
射するために使用される力、ビーズ材料、ビーズサイズ、基板からのビーズブラスターの
距離、処理時間などに基づく可能性がある。一実施形態では、ビーズブラスターは、セラ
ミックス物品を粗面化するために、ある範囲のビーズサイズを使用する。
【００１７】
代替の実施形態では、ビーズブラスター２０２ではなく他のタイプの表面粗面化装置が
使用されてもよい。例えば、電動砥粒（研磨）パッドを用いて、セラミックス基板の表面
を粗面化してもよい。サンダーは、砥粒パッドを物品の表面に押し付けながら砥粒パッド
を回転または振動させることができる。砥粒パッドにより達成される粗さは、印加された
圧力、振動又は回転速度、及び／又は砥粒パッドの粗さに依存する可能性がある。
【００１８】
湿式洗浄装置２０３は、湿式洗浄プロセスを使用して物品（例えば、ライナキット）を
洗浄する洗浄装置である。湿式洗浄装置２０３は、基板を洗浄するために基板を浸漬させ
る液体で満たされた湿式浴を含む。湿式洗浄装置２０３は、洗浄効果を向上させるために
、洗浄中に超音波を用いて湿式浴を撹拌することができる。本明細書では、これを湿式浴
の超音波処理と呼ぶ。他の実施形態では、代替のタイプの洗浄装置（例えば、乾式洗浄装
置）を用いて物品を洗浄してもよい。乾式洗浄装置は、熱を印加する、気体を印加する、
又はプラズマを印加するなどによって物品を洗浄することができる。
【００１９】
セラミックスコータ２０４は、基板の表面にセラミックスコーティングを施すように構
成された機械である。一実施形態では、セラミックスコータ２０４は、基板（例えば、ラ
イナキット）上にコーティング（例えば、複合セラミックスコーティング）をプラズマ溶
射するプラズマ溶射装置（又はプラズマ溶射システム）である。代替の実施形態では、セ
ラミックスコータ２０４は、他の熱溶射技術を適用することができる（例えば、デトネー
ション溶射、ワイヤアーク溶射、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）溶射、フレーム溶射、ウォー
ムスプレー及びコールドスプレーを使用することができる）。更に、セラミックスコータ
２０４は、他のコーティングプロセスを実行してもよい（例えば、セラミックスコーティ
ングを形成するために、エアロゾルデポジション法、電気めっき、物理蒸着（ＰＶＤ）や
化学蒸着（ＣＶＤ）を使用することができる）。
【００２０】
機器自動化レイヤー２１５は、製造機械２０１の一部又は全部をコンピューティングデ
バイス２２０と、他の製造機械と、計測ツール及び／又は他のデバイスと相互接続するこ
とができる。機器自動化レイヤー２１５は、ネットワーク（例えば、位置エリアネットワ
ーク（ＬＡＮ））、ルータ、ゲートウェイ、サーバ、データストアなどを含むことができ
る。製造機械２０１は、ＳＥＭＩ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ
Ｓｔａｎｄａｒｄ／Ｇｅｎｅｒｉｃ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｍｏｄｅｌ（ＳＥＣＳ／Ｇ
ＥＭ）インタフェースを介して、イーサネット（登録商標）インタフェースを介して、及
び／又は他のインタフェースを介して、機器自動化レイヤー２１５に接続することができ
る。一実施形態では、機器自動化レイヤー２１５は、プロセスデータ（例えば、プロセス
実行中に製造機械２０１によって収集されたデータ）をデータストア（図示せず）に保存
可能にする。代替の一実施形態では、コンピューティングデバイス２２０は、１以上の製
造機械２０１に直接接続する。
【００２１】
一実施形態では、一部又は全部の製造機械２０１は、プロセスレシピをロード、ストア
、及び実行することができるプログラマブルコントローラを含む。プログラマブルコント
ローラは、製造機械２０１の温度設定、ガス及び／又は真空の設定、時間の設定等を制御
することができる。プログラマブルコントローラは、メインメモリ（例えば、リードオン
リーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲ
ＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）など）、及び／又は二次メモ
リ（例えば、データ記憶装置（例えば、ディスクドライブ））を含むことができる。メイ
ンメモリ及び／又は二次メモリは、本明細書に記載の熱処理プロセスを実行するための命
令を記憶することができる。
【００２２】
プログラマブルコントローラはまた、メインメモリ及び／又は二次メモリに（例えば、
バスを介して）結合された処理デバイスを含み、これによって命令を実行することができ
る。処理デバイスは、汎用処理デバイス（例えば、マイクロプロセッサ、中央処理装置等
）であってもよい。処理デバイスはまた、専用処理デバイス（例えば、特定用途向け集積
回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号
プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサ等）であってもよい。一実施形態では、
プログラマブルコントローラは、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）である
。
【００２３】
一実施形態では、製造機械２０１は、製造機械に基板を粗面化させる、基板及び／又は
物品を洗浄させる、物品をコーティングさせる、及び／又は物品を加工（例えば、研削又
は研磨）させるレシピを実行するようにプログラミングされている。一実施形態では、製
造機械２０１は、以下の図を参照して説明されるように、セラミックスコーティングされ
た物品を製造するための複数工程のプロセスの操作を実行するレシピを実行するようにプ
ログラミングされている。コンピューティングデバイス２２０は、製造機械２０１にダウ
ンロードすることができる１以上のセラミックスコーティングのレシピ２２５を格納し、
これによって製造機械２０１に本開示の実施形態に係るセラミックスコーティングされた
物品を製造させることができる。
【００２４】
図３は、誘電体エッチングコンポーネント、又は腐食性のシステム内で使用される他の
物品（例えば、ライナキット）上にコーティングをプラズマ溶射するためのシステム３０
０の断面図を示す。システム３００は、熱溶射システムのタイプである。プラズマ溶射シ
ステム３００では、アーク３０２が、２つの電極、陽極３０４と陰極３１６の間に形成さ
れ、これらを通してガス３１８が流れる。プラズマ溶射システム３００内で使用するのに
適したガスの例としては、アルゴン／水素、アルゴン／ヘリウム、又はアルゴン／酸素を
含むが、これらに限定されない。ガスは、アーク３０２によって加熱されるので、ガスは
膨張し、成形ノズル３０６を通って加速され、高速プラズマ流を生成する。
【００２５】
粉末３０８は、激しい温度が粉末を融解し、物品３１０へと向かう溶融粒子３１４の流
れとして材料を推進させるプラズマスプレー又はトーチ内に注入される。物品３１０に衝
突するとすぐに、溶融した粉末は平らになり、急速に固化し、物品３１０に固着するコー
ティング３１２を形成する。コーティング３１２の厚さ、密度、及び粗さに影響を与える
パラメータは、粉末の種類、粉末の粒度分布、粉末供給速度、プラズマガス組成、ガス流
量、エネルギー入力、トーチオフセット距離、及び基板冷却を含む。
【００２６】
図４は、一実施形態に係る、コーティングされた物品を製造するためのプロセス４００
を示すフローチャートである。プロセス４００の操作は、様々な製造機械によって実行す
ることができる。プロセス４００の操作は、反応性イオンエッチング又はプラズマエッチ
ングシステム内で使用することができる上記のような任意の物品を参照して説明される。
【００２７】
ブロック４０２では、コーティングをプラズマ溶射するための粉末が、最適化される。
これは、複合セラミックスコーティング用の粉末の形状及び粒度分布の最適化を含んでも
よい。一実施形態では、コーティングの最適化は、粉末の種類（例えば、化学組成）、平
均粉末サイズ、及び粉末供給速度を決定することを含むが、これらに限定されない。粉末
の種類は、前述のように複合セラミックスコーティングを生成するように選択することが
できる。特定の組成、純度、及び粒子サイズを有する原料セラミックス粉末が、選択され
る。セラミックス粉末は、Ｙ２Ｏ３、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、又
は他のイットリア含有セラミックスで形成することができる。また、セラミックス粉末は
、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、
Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３の、又は他の酸化物のうちの１以上と組み合わせることができる
。原料セラミックス粉末は、その後混合される。一実施形態では、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３
、及びＺｒＯ２の原料セラミックス粉末が、複合セラミックスコーティング用に共に混合
される。これらの原料セラミックス粉末は、一実施形態では、９９．９％以上の純度を有
することができる。原料セラミックス粉末は、例えば、ボールミルを用いて混合すること
ができる。セラミックス粉末は、混合された後、特定の焼成時間及び温度で焼成すること
ができる。
【００２８】
図５は、一実施形態に係るーティング用に最適化された粉末粒子形状を示す。ここで、
粒子の一部は、球の反対側に深いくぼみを有する球状形状を有する。換言すれば、粒子の
大部分は、ドーナツ形状を有する。ドーナツ形状を有する粒子を有する粉末から形成され
たコーティングの評価は、他の形状の粉末粒子と比べて、改善された形態及び空孔率を示
した。例えば、ドーナツ形状を有する粒子から形成されたコーティングは、粉末の改善さ
れた融解、減少した粗さ、及び減少した空孔率のため、より少ないノジュール及びより多
いスプラットを有する傾向があり、これらのすべては、改善されたウェハ上の粒子性能に
寄与する。
【００２９】
図６Ａは、粉末がコーティングとして塗布されたときの、コーティングの表面形態及び
空孔率に基づいて評価された粉末に対する粉末粒度分布ヒストグラムを示す。図６Ａでは
、粒子の５０％に対する粒子サイズ（すなわち、粒径）（Ｄ５０）は、約２５ミクロン以
下であった。図６Ｂは、一実施形態に係る、粉末がコーティングとして塗布されたときの
、コーティングの表面形態及び空孔率に基づいて再度評価された粉末に対する最適化され
た粉末粒度分布ヒストグラムを示す。図６Ｂでは、粒子の５０％に対する粒子サイズ（Ｄ
５０）は、約１５ミクロン以下であった。図６Ａに示されるように、粒子の５０％に対す
る粒子サイズが約２５ミクロン以下である粉末から形成されたコーティングの評価は、よ
り大きな粒子サイズを有する粉末と比べて、改善された形態及び空孔率を示し、これらの
両方は、改善されたウェハ上の粒子性能をもたらした。
【００３０】
図４に戻ると、ブロック４０４で、プラズマ溶射パラメータは最適化され、これによっ
て粉末の融解を最大化し、表面ノジュールの数を減らし、スプラット面を増加させ、粗さ
を低減させ、空孔率を減少させる。一実施形態では、プラズマ溶射パラメータの最適化は
、プラズマ銃電力、及び溶射キャリアガスの組成の決定を含むが、これらに限定されない
。プラズマ溶射パラメータの最適化はまた、基板（例えば、プラズマスクリーン）の上に
コーティング（例えば、複合セラミックスコーティング）を施すための溶射コーティング
シーケンス及びプロセス条件の最適化を含むことができる。
【００３１】
例えば、表Ａは、コーティング表面形態（例えば、ノジュール対スプラット）における
コーティングパラメータを変更することの効果を評価し識別するためのコーティングプロ
セスの最適化（例えば、直交評価）を示す。
【表１】
2020073725.tif 000003
【００３２】
ここで、評価結果の例が、図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃに示される。図７Ａは、各々の
パラメータの各々のレベルに対する２００倍拡大写真（例えば、１インチのサンプルの２
００倍の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ））上のノジュール数を示している。一例では、
レベル１の一次ガス流量（８０Ｌ／分）は、レベル２の一次ガス流量（９０Ｌ／分）に対
するノジュール数（約４５）よりも多くのノジュール数（約６０）をもたらす。更に、レ
ベル２の一次ガス流量は、レベル３の一次ガス流量（１３０Ｌ／分）に対するノジュール
数（約４３）よりも多くのノジュール数をもたらす。
【００３３】
別の一例では、レベル１のトーチスタンドオフ距離（６０ｍｍ）は、レベル２のトーチ
スタンドオフ距離（８０ｍｍ）に対するノジュール数（約５８）よりも多くのノジュール
数（約３９）をもたらす。更に、レベル２のトーチスタンドオフ距離は、レベル３のトー
チスタンドオフ距離（１２０ｍｍ）に対するノジュール数（約６１）よりも多くのノジュ
ール数をもたらす。
【００３４】
図７Ｂは、各々のパラメータの各々のレベルに対する複合セラミックスコーティングの
平均表面粗さ（Ｒａ）をマイクロインチで示す。一例では、プラズマ電流レベル１（９０
Ａ）は、プラズマ電流レベル２に対する粗さ（約２５５）よりも大きな粗さ（約２６０）
をもたらす。更に、レベル２のプラズマ電流（１１０Ａ）は、プラズマ電流レベル３（１
５０Ａ）に対する粗さ（約２５０）よりも大きな粗さをもたらす。
【００３５】
図７Ｃは、各々のパラメータの各々のレベルに対する複合セラミックスコーティングの
断面空孔率を百分率として示す。一例では、レベル１の一次ガス流量（８０Ｌ／分）は、
レベル２の一次ガス流量（９０Ｌ／分）に対する空孔率（約３．４）よりも大きな空孔率
（約４．２）をもたらす。更に、レベル２の一次ガス流量は、レベル３の一次ガス流量（
１３０Ｌ／分）に対する空孔率（約２．６）よりも大きな空孔率をもたらす。
【００３６】
一実施形態では、パラメータは、融解を最大化させる、ノジュール数を低減させる（こ
れは粉末の融解の増加を示すことができる）、スプラット面を増加させる（これは粉末の
融解の増加を示すことができる）、表面粗さを低減させる、及びコーティングの空孔率を
低減させるように最適化され、これらは、粒子が剥がれる可能性がより低いので、還元化
学条件下でウェハ上の粒子総数を低減するだろう。表Ａの分析は、コーティングを最適化
することができるパラメータのレベルが、一次ガス流量の増加（例えば、約１３０Ｌ／分
）、プラズマ電流の増加（例えば、約１５０Ａ）、トーチスタンドオフ距離の減少（例え
ば、約６０ｍｍ）、及び粉末粒子径の増加（例えば、粒子の５０％に対して約２５ミクロ
ン以下の粒子径）であることを示す。
【００３７】
例えば、最適化されたプラズマ電流は、約９０Ａ〜約１５０Ａの間の範囲内とすること
ができる。更に最適化されたプラズマ電流は、約１１０Ａ〜約１５０Ａの間の範囲内とす
ることができる。別の一例では、プラズマ溶射システムのトーチスタンドオフの最適化さ
れた位置決めは、約６０ｍｍ〜約１２０ｍｍの間の物品（例えば、ライナキット又はプラ
ズマスクリーン）からの距離とすることができる。トーチスタンドオフの更なる最適化さ
れた位置決めは、約６０ｍｍ〜約９０ｍｍの間の物品からの距離とすることができる。更
に別の一例では、プラズマ溶射システムを通る最適化されたガス流は、約８０Ｌ／分〜約
１３０Ｌ／分の間の速度とすることができる。プラズマ溶射システムを通る更に最適化さ
れたガス流は、約９０Ｌ／分〜約１３０Ｌ／分の間の速度とすることができる。
【００３８】
上記の例では、更に最適化されたパラメータに従ってコーティングされた物品上のコー
ティングは、１インチ当たり約３０ノジュール〜約４５ノジュールのノジュール数、約２
２０マイクロインチ〜約２５０マイクロインチの粗さ、及び約２．５％〜約３．２％の断
面空孔率を有することができる。
【００３９】
図４に再び戻ると、ブロック４０６では、物品は、選択されたパラメータに従ってコー
ティングされる。熱溶射技術及びプラズマ溶射技術は、材料（例えば、セラミックス粉末
）を融解し、選択されたパラメータを使用して物品上に融解した材料を溶射することがで
きる。熱溶射又はプラズマ溶射されたセラミックスコーティングは、約５〜４０ミル（例
えば、一実施形態では２５ミル）の厚さを有することができる。厚さは、一例では、物品
が、少なくとも約５０００高周波時間（ＲＦ時間）の有用寿命を有することを保証するた
めに、複合セラミックスコーティングの浸食速度に応じて選択される。換言すれば、複合
セラミックスコーティングの浸食速度が、約０．００５ミル／時間であるならば、約５０
００ＲＦ時間の有用寿命のために、約２５ミルの厚さを有するセラミックスコーティング
を形成することができる。
【００４０】
プラズマ溶射プロセスは、複数の溶射パスで実行されてもよい。各パスに対して、プラ
ズマ溶射ノズルの角度を変更して、これによって溶射される面との相対角度を維持しても
よい。例えば、プラズマ溶射ノズルは、溶射される物品の表面と約４５度〜約９０度の角
度を維持するように回転させることができる。
【００４１】
一実施形態では、プラズマ溶射シーケンスは、改善されたコーティング（例えば、より
少ない空孔率、減少した表面ノジュール、及び減少した表面粗さ）を達成し、並びにコー
ティング表面上への（主に物品の裏面コーティング由来の）浮遊粒子の再堆積を低減する
ように最適化することができる。図８は、複雑な部品（例えば、プラズマスクリーン）の
ための最適化された溶射シーケンスの一例を示す。第一に、ブロック８０１に示されるよ
うに、物品８０６（例えば、部分断面図が図８に示されるプラズマスクリーン）の前面８
２０が、物品８０６を回転させながら、物品８０６を横切って水平方向８０７に溶射シス
テム８０５（例えば、プラズマ溶射システム）を移動することによって、４５度の角度で
溶射（又はコーティング）され、これによって溶射は多方向８０９となる。ここで、物品
８０６の前面８２０は、物品８０６が半導体製造用のチャンバ内に設置されたときに、プ
ラズマ溶射システムと対向する物品８０６の面である。第二に、ブロック８０２に示され
るように、物品８０６の外径８２２が、物品８０５を回転させながら、物品８０６のそば
で垂直方向８０８に溶射システム８０５を移動することによって、溶射（又はコーティン
グ）され、これによって溶射は単一方向８１０となる。第三に、ブロック８０３に示され
るように、物品８０６が反転された後、物品８０６の裏面８２４が、物品８０６を回転さ
せながら、物品８０６を横切って水平方向８０７に溶射システム８０５を移動することに
よって、４５度の角度で溶射（又はコーティング）され、これによって溶射は多方向８０
９となる。第四に、ブロック８０４で、物品８０６の外径８２２が、物品８０６を回転さ
せながら、物品８０６のそばで垂直方向８０８に溶射システム８０５を移動することによ
って、溶射（又はコーティング）され、これによって溶射は単一方向８１０となる。
【００４２】
一例では、コーティングは、最大厚さ約８ミルまで可能である。しかしながら、コーテ
ィングは、各々の面に対して単一のコーティング操作で厚く塗布されるので、適切に固着
されないコーティングが、物品の縁部に沿って堆積する可能性があり、これによってコー
ティング粒子が、製造中に剥がれてウェハ上の粒子性能を低下させる可能性がある。更に
、裏面は、（エッチング中にプラズマに面する）前面の後でコーティングされるので、裏
面のコーティング由来の循環する粒子は、物品の前面上のコーティングに緩く付着し、こ
れによってコーティング粒子が製造時に剥がれて、ウェハ上の粒子性能もまた低下させる
可能性がある。
【００４３】
図９は、一実施形態に係る物品（例えば、プラズマスクリーン）を溶射する方法９００
を示す。一実施形態に係る溶射シーケンス（例えば、継続的な改善プロセス（ＣＩＰ）＃
１）において、図８のブロック８０３に示されるように操作９０２では、物品８０６の裏
面８２４が、物品８０６を回転させながら、物品８０６を横切って物品８０６の回転軸に
垂直８０７（例えば、水平方向）に溶射システム８０５（例えば、プラズマ溶射銃）を移
動することによって、４５度の角度で溶射（又はコーティング）され、これによって溶射
は多方向８０９となる。一実施形態では、溶射システムは、静止しており、物品が移動す
る。
【００４４】
ブロック８０２に示されるように操作９０４では、物品８０６の外径８２２が、物品８
０６を回転させながら、物品８０６のそばで物品の回転軸に平行８０８（例えば、垂直方
向）に溶射銃８０５を移動することによって、溶射（又はコーティング）され、これによ
って溶射は単一方向８１０となる。一実施形態では、溶射システムは、静止しており、物
品が移動する。
【００４５】
ブロック８０１に示されるように操作９０６では、物品８０６は反転され、物品８０６
の前面８２０が、物品８０６を回転させながら、物品８０６を横切って物品８０６の回転
軸に垂直８０７（例えば、水平方向）に溶射システム８０５を移動することによって、４
５度の角度で溶射（又はコーティング）され、これによって溶射は多方向８０９となる。
一実施形態では、溶射システムは、静止しており、物品が移動する。
【００４６】
ブロック８０２に示されるように操作９０８では、物品８０６の外径が再び、物品８０
６を回転させながら、物品８０６のそばで物品の回転軸に平行８０８（例えば、垂直方向
）に溶射システム８０５を移動することによって、溶射（又はコーティング）され、これ
によって溶射は単一方向８１０となる。
【００４７】
ブロック９０９では、ブロック９０２〜９０８のシーケンスを繰り返すか否かを判断す
る。一実施形態では、シーケンスは、１回繰り返される。シーケンスが繰り返される場合
は、プロセスはブロック９０２に戻り、溶射は、物品の反転、操作９０２、操作９０４、
物品の反転、操作９０６、及び操作９０８のシーケンス内で継続する。ブロック９０２〜
９０８の操作がブロック９０９で繰り返されない場合は、溶射は、物品の反転、操作９１
０での物品の裏面のコーティング、物品の反転、及び操作９１２での物品の前面のコーテ
ィングのシーケンス内で継続する。
【００４８】
外径は、前面及び裏面よりも少ない回数溶射されるので、前面及び裏面上のコーティン
グは、外形上のコーティングよりも厚く、これによって物品の縁部では、コーティング堆
積がより少ない。更に、コーティングは複数の層で塗布されるので、物品の縁部でのコー
ティングの堆積は更にされにくい。粒子が剥がれる可能性のある物品の縁部での不適切に
付着したコーティングがより少ないので、物品の縁部における堆積の減少は、粒子性能を
向上させる。更に、（エッチング時にプラズマに面する）前面は、最後にコーティングさ
れるので、コーティング面は、剥がれて粒子性能を低下させる可能性のある不適切に付着
した他の面のコーティング由来の循環粒子を有する可能性が低い。
【００４９】
一実施形態に係る別の一溶射シーケンス（例えば、ＣＩＰ＃２）は、操作９０２、操作
９０４、操作９０６、物品８０６の反転、及び操作９０８を含む。ここで、操作９０２、
９０４、９０６、及び９０８は、繰り返されない。むしろ、溶射は、物品８０６の反転、
操作９０２、操作９０４、物品８０６の反転、及び操作９０６のシーケンス内で継続する
ことができる。次に、溶射は、物品８０６の反転、操作９０２、物品８０６の反転、及び
操作９０６のシーケンス内で継続する。物品の外径は、ＣＩＰ＃２において、ＣＩＰ＃１
よりも更に少ない回数コーティングされるので、ＣＩＰ＃２は、ＣＩＰ＃１とは異なる。
【００５０】
外径は、一実施形態では、表面と裏面よりも少ない回数溶射されるので、一実施形態で
は、前面及び裏面上のコーティングは、外径上のコーティングよりも厚くすることができ
、これによって物品の縁部でのコーティングの堆積は少ない。更に、コーティングは複数
の層で塗布されるので、物品の縁部でのコーティングの堆積はまたされにくい。物品の縁
部での堆積の減少は、粒子が剥がれる可能性のある物品の縁部での不適切に付着したコー
ティングがより少ないので、粒子性能を向上させる。更に、（エッチング時にプラズマに
面する）前面は、最後にコーティングされるので、コーティング面は、剥がれてウェハ上
の粒子性能を低下させる可能性のある不適切に付着した他の面のコーティング由来の循環
粒子を有する可能性が低い。
【００５１】
図４を再び参照すると、ブロック４０８では、プラズマコーティングの特性評価を実行
することができる。これは、表面形態、粗さ、空孔率を決定すること、表面ノジュールを
識別すること等を含むことができる。例えば、図１０は、３つの倍率１０００倍、４００
０倍、及び１００００倍でのコーティングの３例、第１プロトタイプ、ＣＩＰ＃１、及び
ＣＩＰ＃２のＳＥＭ図を示す。この例では、ＣＩＰ＃２は、より低い粗さ及びより少ない
表面ノジュールを有するより好適な表面形態を示す。また、図１１は、１インチのサンプ
ルに沿ってノジュール数が２０００倍の倍率でカウントされたコーティング例の断面のＳ
ＥＭ図を示す。この例では、ＣＩＰ＃２は、より少ない表面ノジュールを示す。
【００５２】
前述の説明は、本開示のいくつかの実施形態の良好な理解を提供するために、具体的な
システム、構成要素、方法等の例などの多数の具体的な詳細を説明している。しかしなが
ら、本開示の少なくともいくつかの実施形態は、これらの具体的な詳細なしに実施するこ
とができることが当業者には明らかであろう。他の例において、周知の構成要素又は方法
は、本発明を不必要に不明瞭にしないために、詳細には説明しないか、単純なブロック図
形式で提示されている。したがって、説明された具体的な詳細は、単なる例示である。特
定の実装では、これらの例示的な詳細とは異なる場合があるが、依然として本開示の範囲
内にあることが理解される。
【００５３】
本明細書全体を通して「１つの実施形態」又は「一実施形態」への参照は、その実施形
態に関連して記載された特定の構成、構造、又は特性が少なくとも１つの実施形態に含ま
れることを意味している。したがって、本明細書を通じて様々な場所における「１つの実
施形態では」又は「一実施形態では」という語句の出現は、必ずしも全て同じ実施形態を
指すものではない。また、用語「又は」は、排他的な「又は」ではなく包含的な「又は」
を意味することを意図している。
【００５４】
本明細書内の本方法の操作が、特定の順序で図示され説明されているが、特定の操作を
逆の順序で行うように、又は特定の操作を少なくとも部分的に他の操作と同時に実行する
ように、各方法の操作の順序を変更することができる。別の一実施形態では、異なる操作
の命令又は副操作は、断続的及び／又は交互の方法であることができる。
【００５５】
なお、上記の説明は例示であり、限定的ではないことを意図していることが理解される
べきである。上記の説明を読み理解することにより、多くの他の実施形態が当業者にとっ
て明らかとなるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を、その
ような特許請求の範囲が権利を与える均等物の全範囲と共に参照して決定されるべきであ
る。
【図１】
2020073725.tif 000004
【図２】
2020073725.tif 000005
【図３】
2020073725.tif 000006
【図４】
2020073725.tif 000007
【図５】
2020073725.tif 000008
【図６Ａ】
2020073725.tif 000009
【図６Ｂ】
2020073725.tif 000010
【図７Ａ】
2020073725.tif 000011
【図７Ｂ】
2020073725.tif 000012
【図７Ｃ】
2020073725.tif 000013
【図８】
2020073725.tif 000014
【図９】
2020073725.tif 000015
【図１０】
2020073725.tif 000016
【図１１】
2020073725.tif 000017
【図１２Ａ】
2020073725.tif 000018
【図１２Ｂ】
2020073725.tif 000019