(57)【要約】化学的プロセス、サーマルプロセス、またはレーザ・マイクロマシンニング・プロセスによって、セラミック表面に機械的インターロックを形成することによってセラミック表面を粗くする方法が開示される。また、化学的エッチングまたはレーザ・マイクロマシンニングによってセラミック表面に形成された機械的インターロックを有する少なくとも１つのセラミック表面を有する、半導体処理チャンバにおいて使用される要素（特に、ＰＶＤチャンバにおいて使用される堆積リング）が開示されている。化学的エッチングによって粗くされタセラミック表面は、従来のブリット・ブラスティング技術を用いて粗くされタセラミック表面より脆くなく、また損傷されない。本発明の方法は、上層の儀性層（例えば、アルミニウム）に良好な接着性を与える粗くされタセラミック表面を生じる。
2005532242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック表面を粗くする方法であって、化学的エッチャントを用いてマスクを通してセラミック表面をパターンエッチングすることによって、前記セラミック表面に機械的インターロックを形成するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記セラミックは、アルミナ、クオーツ、窒化アルミニウム、炭化シリコン、窒化シリコン、炭化ホウ素、及びそれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載方法。
【請求項３】
前記機械的インターロックは、約３０μｍ〜約３００μｍの範囲内の直径を有することを特徴とする請求項１に記載方法。
【請求項４】
前記機械的インターロックは、約１μｍ〜約４０μｍの範囲内の深さを有することを特徴とする請求項１に記載方法。
【請求項５】
前記機械的インターロックは、約５：１〜約５０：１の範囲内の直径と深さの比を有することを特徴とする請求項１に記載方法。
【請求項６】
隣接する機械的インターロック間の間隔は、約２００μｍ〜約７００μｍの範囲内あることを特徴とする請求項１に記載方法。
【請求項７】
前記機械的インターロックは、アンダーカットされていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記セラミック表面は、前記セラミック表面上にパターン化されたマスクを形成することによってパターンエッチングされるステップと、その後、Ｈ2ＳＯ4、Ｈ3ＰＯ4、ＨＦ、Ｋ2Ｓ2Ｏ4、Ｖ2Ｏ5、Ｎa2Ｂ4Ｏ7、ＫＯＨ及びこれらの組合せからなるグルームから選択された酸の溶液に前記マスクされたセラミック表面を浸漬するステップとを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
セラミック表面を粗くする方法であって、サーマルエッチングプロセスを用いて、セラミック表面に機械的インターロックを形成するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記セラミックは、アルミナ、クオーツ、窒化アルミニウム、炭化シリコン、窒化シリコン、炭化ホウ素、及びそれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項９に記載方法。
【請求項１１】
前記セラミック表面は、前記セラミックの燒結温度より低い温度へ前記セラミック表面を曝すことによって熱的にエッチングされることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記セラミック表面は、前記セラミックの燒結温度より低い約２００℃〜約５００℃の範囲内の温度に前記セラミック表面を曝すことによって熱的にエッチングされることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記セラミック表面は、前記セラミックの燒結温度より低い約２００℃〜約５００℃の範囲内の温度に約２０分〜約６時間の範囲の間曝らされることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記セラミック表面はアルミナを有し、前記アルミナは、前記アルミナを約１２５０℃〜約１５００℃の範囲内の温度に約３０分〜約４.５時間の間曝らさすことによって熱的にエッチングされることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
セラミック表面を粗くする方法であって、パターン化されたビームを生成するための光学素子を有するレーザシステムを用いて、セラミック表面に機械的インターロックを形成するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記セラミックは、アルミナ、クオーツ、窒化アルミニウム、炭化シリコン、窒化シリコン、炭化ホウ素、及びそれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１６に記載方法。
【請求項１７】
前記機械的インターロックは、約３０μｍ〜約１００μｍの範囲内の直径を有することを特徴とする請求項１６に記載方法。
【請求項１８】
前記機械的インターロックは、約１０μｍ〜約５０μｍの範囲内の深さを有することを特徴とする請求項１６に記載方法。
【請求項１９】
前記機械的インターロックは、約２：１〜約３：１の範囲内の直径と深さの比を有することを特徴とする請求項１に記載方法。
【請求項２０】
前記機械的インターロックは、アンダーカットされていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記レーザシステムは、高電力ＵＶパルス化レーザシステムであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
半導体処理チャンバ内で使用する要素であって、前記要素は、セラミック表面に形成された機械的インターロックを有する少なくとも１つのセラミック表面を有することを特徴とする要素。
【請求項２３】
前記セラミックは、アルミナ、クオーツ、窒化アルミニウム、炭化シリコン、窒化シリコン、炭化ホウ素、及びこれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項２２に記載の要素。
【請求項２４】
前記機械的インターロックは、化学的エッチングプロセス、サーマルエッチングプロセス及びレーザ・マイクロマシンニング・プロセスから成るグループから選択されたプロセスによって、少なくとも１つのセラミック表面に形成されることを特徴とする請求項２２に記載の要素。
【請求項２５】
前記機械的インターロックは、アンダーカットされていることを特徴とする請求項２２に記載の要素。
【請求項２６】
犠牲物質層が前記セラミック表面上にあることを特徴とする請求項２２に記載の要素。
【請求項２７】
前記犠牲物質は、アルミニウムであることを特徴とする請求項２６に記載の要素。
【請求項２８】
前記アルミニウムの層は、約７６μｍ〜約１.５ｍｍの範囲内の厚さを有することを特徴とする請求項２７に記載の要素。
【請求項２９】
前記要素は、前記セラミック表面と前記犠牲物質層の間にボンド被膜層を有することを特徴とする請求項２６に記載の要素
【請求項３０】
前記ボンド被膜層は、前記セラミックの熱膨張係数より約２０％高くなくまたは約２０％低くない熱膨張係数を有する物質を有することを特徴とする請求項２９に記載の要素。
【請求項３１】
前記セラミックは、アルミナを有し、前記ボンド被膜層は、タンタル、レニウム、モリブデン、クロム、チタン、プラチナ、ニッケル、マンガン、及びこれらの組合せからなるグループから選択された物質を有することを特徴とする請求項２９に記載の要素。
【請求項３２】
前記ボンド被膜層は、タンタルを有し、前記タンタル層は、約７.６μｍ〜約３８μｍの範囲内の厚さを有することを特徴とする請求項３１に記載の要素。
【請求項３３】
物理気相堆積チャンバ内で使用する堆積リングであって、前記堆積リングは、セラミック表面に形成された機械的インターロックを有する少なくとも１つのセラミック表面を有することを特徴とする堆積リング。
【請求項３４】
前記セラミックは、アルミナ、クオーツ、窒化アルミニウム、炭化シリコン、窒化シリコン、炭化ホウ素、及びこれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項３３に記載の堆積リング。
【請求項３５】
前記機械的インターロックは、化学的エッチングプロセス、サーマルエッチングプロセス及びレーザ・マイクロマシンニング・プロセスから成るグループから選択されたプロセスによって、少なくとも１つのセラミック表面に形成されることを特徴とする請求項３３に記載の堆積リング。
【請求項３６】
前記機械的インターロックは、アンダーカットされていることを特徴とする請求項３３に記載の堆積リング。
【請求項３７】
犠牲物質の層が前記セラミック表面上にあることを特徴とする請求項３３に記載の堆積リング。
【請求項３８】
前記犠牲物質は、アルミニウムであることを特徴とする請求項３７に記載の堆積リング。
【請求項３９】
前記アルミニウムの層は、約７６μｍ〜約１.５ｍｍの範囲内の厚さを有することを特徴とする請求項３８に記載の堆積リング。
【請求項４０】
前記要素は、前記セラミック表面と前記犠牲物質層の間にボンド被膜層を有することを特徴とする請求項３７に記載の堆積リング。
【請求項４１】
前記ボンド被膜層は、前記セラミックの熱膨張係数より約２０％高くなくまたは約２０％低くない熱膨張係数を有する物質を有することを特徴とする請求項４０に記載の堆積リング。
【請求項４２】
前記セラミックは、アルミナを有し、前記ボンド被膜層は、タンタル、レニウム、モリブデン、クロム、チタン、プラチナ、ニッケル、マンガン、及びこれらの組合せからなるグループから選択された物質を有することを特徴とする請求項４０に記載の堆積リング。
【請求項４３】
前記ボンド被膜層は、タンタルを有し、前記タンタル層は、約７.６μｍ〜約３８μｍの範囲内の厚さを有することを特徴とする請求項４２に記載の堆積リング。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、セラミック上に設けられる物質の接着性を増進するために、セラミック表面を粗くする方法に関する。又、本発明は、粗くされたセラミック表面を含む半導体処理装置に用いられる要素(コンポーネント)に関する。
【０００２】
（背景技術）
半導体デバイスの製造において、物理気相堆積(ＰＶＤ)は、基板上に物質の層を堆積するためにしばしば用いられるプロセスである。図１は、ＰＶＤプロセスチャンバ１００の概略断面図を示す。ＰＶＤプロセス中に、静電チャック１０６の頂部に置かれた半導体基板１０４(代表的には、シリコンウエハ)の表面にターゲット１０２から物質(例えば、同またはタンタル)をスパッタリングするために、プラズマ(例えば、アルゴンプラズマ)が用いられる。チャックを材料の堆積から保護するために、堆積リング１０８が半導体基板１０４の外側エッジを越えて広がるチャック１０６の露出した上面上に配置される。堆積リング１０８は、一般にセラミック物質、例えば酸化アルミニウムから出来ており、この堆積リング１０８のリニアな熱膨張は、静電チャック１０６の酸化アルミニウム表面と同じである。カバー・リング１１０は、堆積リングの外側のエッジを囲んでいる。カバー・リング１１０は、一般に金属、例えばチタンから出来ている。
【０００３】
銅のメタライゼーションプロセス中に、続く銅の堆積を容易にするために、タンタルの層がウエッティング(wetting)層として基板１０４上にしばしば堆積される。タンタルの堆積中に(及びタンタルのターゲットがチャンバにある場合、チャンバのウォームアップ動作中にも)タンタルは堆積リング１０８ばかりでなく、基板１０４上にスッパタリングされる。堆積リング１０８のセラミック表面は、堆積するタンタルが堆積リング１０８の表面に付着し、剥がれ落ちてチャンバ汚染しないように、粗くされる。堆積リングのセラミック表面の粗面化は、一般にシリコンカーバイドの粒子を用いてグリットブラスト仕上げ(grit blasting)によって行なわれる。
【０００４】
ある点において、堆積の量が大きくなるのでタンタルのブリッジが堆積リング１０８に近接する表面を横切り、金属のカバーリング１１０と半導体基板１０２間に電気的な通路を形成する前に、タンタルの付着は、堆積リング１０８から除かれなければらない。しかし、タンタルは、化学的エッチャントに対して高い耐性を有し、従来の手段によっては容易に除去されない。
【０００５】
図２(Ａ)を参照すると、タンタルの除去を提供する１つの方法は、アルミニウム２０４の犠牲層を有するセラミック堆積リング２０２の粗面２０３をコーティングするステップを含む。図２(Ｂ)は、タンタルの層２０６がこの犠牲アルミニウム層２０４上に付着し始めるセラミック堆積リング２０２の表面を示す。アルミニウム層２０４は、上層の堆積したタンタル２０６をアルミニウムと一緒にして、(例えば、酸浴内に浸けることによって)容易に溶解することが出来ない。しかし、タンタルの層２０６は半導体処理動作中に付着するにしたがって、それは下層の犠牲アルミニウム層２０４上に堆積し、アルミニウム層２０４が図２(Ｃ)に示されるように、セラミックの堆積リング２０２の表面から分離するようになる。これは、通常タンタル２６とアルミニウム２０４の二重の層の剥がれ落ちを生じる。
【０００６】
この欠陥の原因は現在よく理解されていないけれども、初期の観察は、この欠陥が犠牲アルミニウム層２０４とセラミックの堆積リング２０２間の境界面２０３近くで起き、アルミニウム層内の深くで起きないことを示している。従って、セラミックの表面特性は、この観察された欠陥に寄与する主な要因であると考えられている。
【０００７】
下層のセラミック表面２０３へのアルミニウムの付着性は、(凝集強さに影響する)セラミックマトリックスの引張強さ及び（表面の接着性に影響する)セラミックの表面形態によって主に決定される。ダイヤモンド工具の研削仕上げによるセラミック表面２０３の粗面化は、セラミック表面の最初の数ミクロンにおいてマイクロクラック２０５を生じることが知られており、それによりセラミックマトリックスの引張強さを減少し、セラミックの脆性を増加し、上層の犠牲アルミニウム層２０４がセラミック堆積リング２０２の表面上にストレスを生じさせるときに、セラミック物質を凝集破壊させる。粗粒子が詰まり、セラミック表面内に入り込むようになるに従って、シリコンカーバイドのグリットブラスト仕上げがダイアモンド工具の研削としてセラミックに同様な効果を与えることが期待される。従って、タンタル層２０６とアルミニウム層２０４がセラミック２０２から分離するに従って、それらの引張によって与えられた引張力のためにセラミック堆積リング２０４内に生じたストレスは、図３(Ｃ)に示されるように、マイクロクラッキング２０５の深さおよび大きさをさらに増大することが期待される。
【０００８】
（発明の概要）
セラミック堆積リング２０２の表面への犠牲アルミニウム相２０４の接着性を向上する一方で、セラミック表面のクラッキングを開始し、またはその量を増加する損傷を最小にする、セラミック表面を粗くする方法の必要性がる。脆い物質の表面または外層における鋭い凹角のコーナがストレス状態の下でクラックの開始の場所であることが確立されている。
【０００９】
我々は、機械的なインターロックが化学的エッチング、サーマル（熱）エッチングによって、又はレーザ・マイクロマシンニング・プロセス(a laser micromachining process:レーザによる微細な機械加工プロセス)を用いて、セラミック表面(例えば、酸化アルミニウム表面)に形成されるセラミック表面を粗くする方法を発見した。本発明の方法は、良好な密着性を上層の儀性層(例えばアルミニウム)に与えるが、一方セラミック表面へのマイクロクラッキング及び他の損傷を最小にする、効果的に粗くされたセラミック表面を生じる。セラミック及び上層の、代表的には金属の犠牲層間に実質的に化学的なボンディングがないので、本発明の方法は、セラミック表面と犠牲層との間のコンタクト面積を大きくし、犠牲層をセラミック表面へ機械的にロックすることによって機能する。
【００１０】
セラミック表面における機械的なインターロックは、一般的に、１)化学的エッチャントまたは２)サーマルエッチングプロセスを用いて、または３)パターン化したビームを生成する光学を含むレーザシステムを用いて、マスクをとおしてセラミック表面をパターンエッチングすることによって形成されるが、これに限定されない。セラミック表面上に設けられる物質層の密着性を向上することが必要な場合、セラミック表面に形成された機械的インターロックを有するセラミック表面は、半導体処理装置内の多くのいろいろな応用のために用いることができる。堆積リングの上面が化学的エッチング、サーマルエッチングまたはレーザの微細加工によって堆積リングに形成される機械的なインターロックを有する場合、本発明の特定の応用は、物理気相堆積チャンバ内で使用するための堆積リングである。
【００１１】
（好適な実施例の詳細な説明）
化学エッチング、サーマルエッチングによってまたはレーザ・マイクロマシンニング・プロセスを用いてセラミック表面に機械的なインターロックを形成することによってセラミック表面を粗くする方法が本明細書に開示される。この方法は、半導体処理チャンバにおいて使用するための下にあるセラミック表面への上層の密着性を向上するのに応用可能である。本発明の概要を示すために、物理気相堆積(ＰＶＤ)チャンバを用いて本発明を説明する。セラミック表面は、化学的なエッチング、サーマルエッチングまたはレーザのマイクロマシンニングによってセラミック表面に形成された機械的なインターロックを有する。
【００１２】
詳細な説明の導入部として、本明細書及び請求項において用いられる単数は、特に断らない限り複数を含むことに留意されたい。
【００１３】
（実施例１）
Ｉ．セラミック表面を粗くする方法
本発明は、セラミック表面に機械的なインターロックを形成することによってセラミック表面を粗くする方法である。セラミックは、粗くされたセラミック表面の特定の目的の用途に依存して、従来知られている全てのセラミック材料であることができる。半導体処理チャンバ内で使用するために、好適なセラミック材料は、アルミナ、クォーツ、あるみな／クオーツ混合物(例えば、mullite:ムライト)、窒化アルミニウム、炭化シリコン、窒化シリコン、及び炭化ホウ素を含むが、これに限定されない。
【００１４】
セラミック表面における機械的なインターロックの形成は、化学的エッチングプロセス、サーマルエッチングプロセス、またはレーザ・マイクロマシンニング・プロセスのいずれかを用いて行なうことができる。
【００１５】
図３(Ａ)〜図３(Ｃ)は、化学的エッチングプロセスを用いてセラミック表面に機械的なインターロックを形成するための本発明の特定の実施例を示す。プロセスの第１のステップは、図３(Ａ)に示されるように、セラミック表面３０２上へのパターン化したマスク３０４の形成である。パターン化したマスク３０４はいろいろな形状をとることができる。いろいろな代替手段は、セラミック表面３０２へ接着性の結合またはクランプされるコンフォーマルなエラストマーのマスク；セラミック表面３０２へ近接適合している固い金属マスク；または金属の除去プロセス、例えばエッチングによって開口を有してパタン化されている薄い金属コーティングを含む。マスク３０４の開口は、例えば、プラズマ・エッチング・プロセス、レーザ・マイクロマシンニング・プロセス、従来のマシンニング(機械加工)、またはホトエングレイビング(photoengraving:写真凸版)を用いて形成することができるが、これに限定されない。
【００１６】
図３(Ｂ)を参照すると、セラミック層３０２は、セラミック表面に機械的なインターロック３０５を作るためにパターンエッチングされる。もし、化学的エッチングプロセスが用いられて、セラミック表面３０２に機械的インターロックを形成する場合、好適なエッチング化学処理は、エッチングされている特定のセラミックの化学的特性ばかりでなく、用いられる特定のマスクにも依存する。化学的エッチャントは、一般に、酸性または塩基性溶液、例えば、１００％Ｈ2ＳＯ4(約２３０℃において)、８５％Ｈ3ＰＯ4(約３５０℃〜４２０℃において)、１：１Ｈ2ＳＯ4／Ｈ3ＰＯ4（約２７０℃〜３００℃において）、１０％ＨＦ（約２０℃において）、溶融Ｋ2Ｓ2Ｏ4（約６５０℃において）、溶融Ｖ2Ｏ5（約９００℃において）、溶融Ｎa2Ｂ4Ｏ7（約８５０℃〜９００℃において）または非水ＫＯＨ（約３３５℃において）である。化学的エッチャントは、一般に図３（Ｂ）に示されるように、アンダーカットのエッチングプロフィールを得るように選ばれる。
【００１７】
セラミックがエッチング溶液に浸漬される時間の長さは、特定のセラミック、エッチャント溶液の形式と濃度、及びインターロックの所望のサイズに依存する。もし、セラミックがアルミナで、エッチャント溶液が１：１Ｈ2ＳＯ4／Ｈ3ＰＯ4であるなら、約２７０ど〜約３００℃の温度で、約１０分から約６０分の範囲内の浸漬時間が望ましいプロフィールと大きさを有するインターロックを備えるであろう。
【００１８】
機械的インターロック３０５の大きさは、インターロックを形成するために用いられるプロセスに依存する。このプロセスは、所望される表面積の大きさを与えるように設計される。ウエットな化学的エッチングプロセスがアルミナに機械的なインターロックを形成するために用いられる場合、生成されるインターロック３０５は、一般に約３０μｍ〜約３００μｍ、より一般的には約３０μｍ〜約２００μｍの直径を有する。約５０μｍ〜約１００μｍの範囲の直径を有するインターロックが特によい結果をもたらす。インターロック３０５の深さＢは、約１μｍ〜約４０μｍの範囲であり、直径と深さの比（Ａ：Ｂ）は、一般に約５：１〜約５０：１の範囲内である。ウエットな化学的エッチングプロセスが機械的インターロックを形成するために用いられた場合、隣接するインターロック間の間隔は、一般に約２００μｍ〜約７００μｍ、より一般的には約２００μｍ〜約５００μｍの範囲内である。
【００１９】
インターロック３０５は、図３（Ｂ）に示されるように、アンダーカットプロフィールを有するように形成されるのが好ましい。このアンダーカットプロフィールは、セラミック表面３０２と実質的に堆積された犠牲物質層との間に改善されたインタロックと接着性を与える。アンダーカットの程度は、犠牲物質層が冷却し、室温でその大きさを縮めた後に、犠牲物質層上に機械的なロックを生成するのに十分であるべきである。図３（Ｃ）を参照すると、化学的エッチングプロセスがインターロックを形成するために用いられた場合、インターロック３０５壁３０６とセラミックの表面３０７間に形成された角度θは、一般的には約４５°〜約８７°の範囲内である。アンダーカットの形状と、隣接するアンダーカット間のセラミック表面上の間隔は、引張荷重がセラミック表面と犠牲物質層との間の境界面に課せられたとき、周囲のセラミック構造内に形成された合成ストレスが実質的に圧縮したものであるべきである。
【００２０】
図３（Ｃ）を参照すると、セラミックのパターンエッチングが所望のエッチング深さまで行なわれた後に、パターン化されたマスク３０４は除去される。パターン化されたマスク３０４の除去は、使用された特定のマスクに依存して、従来の技術を用いて行なうことができる。
【００２１】
本発明の特定の実施例によると、高い溶融温度を有する金属（例えば銅またはニッケル）の層が約１０μｍから約５０μｍまでセラミック表面上にスパッタ堆積される。金属コーティングをとおして一般に部分的にセラミックまで孔を開けるために、電子ビームが用いられる。マスクパターンプロセス中に、セラミックのクラッキングを避けるために過剰のエネルギーを使用しないように注意しなければならない。例として、セラミック表面は、８５０℃〜９００℃の温度で約１０分から約６０分間溶融されたソジウムテトラボレート（Ｎa2Ｂ4Ｏ7）に浸漬することによって金属マスク層を通してパターンエッチングされる。その後、銅のマスク層は酸浴にセラミック表面を浸漬することによって剥がされる。例えば、銅のマスク層は、室温で約１分から約５分間ＨＣlの浴槽にセラミック表面をつけることによって剥がされる。その後、セラミック表面は脱イオン水で洗うことによってきれいにされる。
【００２２】
他の実施例では、約２５μm〜約２５０μｍの厚さを有する、高溶融温度を有する金属（例えば、銅またはニッケル）のシートがマスクされ、エッチングされて、多くの小さな開口を形成する。その後、この金属シートはセラミック表面に合うように形成される。金属シートは約２５μｍから約１２５μｍの厚さを有する中間遷移のろう付け物質の層によって、遷移物質が金属シートの孔を満たさないように被覆される。好適な中間遷移のろう付け物質は、Claes I. Helgessonによる"Ceramic to Metal Bonding" (Boston Technical Publishers:Cambridge, MA(1968), p. 11)に記載された種類のモリブデン、マンガン、モリブデンオキサイド、及び銅の混合物を含む。その後、被覆された金属シートは、セラミック表面につけられ、加熱ろう付けされる。例として、セラミック表面は、８５０℃〜９００℃の温度で約１０分〜約６０分間溶融されたソジウムテトラボレート（Ｎa2Ｂ4Ｏ7）に浸けることによって金属マスク層を通してパターンエッチングされる。銅のマスク層は、酸浴にセラミック表面を浸けることによって剥がされる。例えば、銅のマスク層は、室温で約１分〜約５分間ＨＣlの浴槽にセラミック表面を浸けることによって剥がすことができる。その後、セラミック表面は脱イオン水で洗うことによってきれいにされる。
【００２３】
第３の実施例では、高い溶融温度を有する金属（例えば、銅またはニッケル）の層が約５０μｍ〜約２５０μｍの厚さまでセラミック表面上にスパッタ堆積される。細かいスパイラルまたは同心円状の溝のパターンが金属層まで、そして部分的にセラミック表面まで機械加工される。例として、セラミック表面は、８５０℃〜９００℃の温度で約１０分〜約６０分間溶融されたソジウムテトラボレート（Ｎa2Ｂ4Ｏ7）に浸けることによって金属マスク層を通してパターンエッチングされる。銅のマスク層は、酸浴にセラミック表面を浸けることによって剥がされる。例えば、銅のマスク層は、室温で約１分〜約５分間ＨＣlの浴槽にセラミック表面を浸けることによって剥がすことができる。その後、セラミック表面は脱イオン水で洗うことによってきれいにされる。
【００２４】
他の実施例では、高い溶融温度を有する金属（例えば、銅またはニッケル）の層が約２μｍ〜約１０μｍの厚さまでセラミック表面上にスパッタ堆積される。細かいスパイラルまたは同心円状の溝のパターンは、電極が金属コーティングの輪郭に従ことができる電極運動の制御システムを有する電気的な放電加工（electric discharge machining: ＥＤＭ）を用いて金属層へ加工される。例として、セラミック表面は、８５０℃〜９００℃の温度で約１０分〜約６０分間溶融されたソジウムテトラボレート（Ｎa2Ｂ4Ｏ7）に浸けることによって金属マスク層を通してパターンエッチングされる。銅のマスク層は、酸浴にセラミック表面を浸けることによって剥がされる。例えば、銅のマスク層は、室温で約１分〜約５分間ＨＣlの浴槽にセラミック表面を浸けることによって剥がすことができる。その後、セラミック表面は脱イオン水で洗うことによってきれいにされる。
【００２５】
マスク金属及び化学的エッチングは、金属層が必要なマスク機能を果たすことができる特定の化学的エッチャントによるエッチングに十分耐えるように、金属が選択されるならば、上述した金属マスク／化学的エッチングプロセスは、銅以外のマスク金属及びソジウムテトラボレート以外の化学的エッチングで行なうことができる。如何なる場合でも、マスク金属は、セラミック表面から完全に除去することができなければならないか、またはテックスチャ化されたセラミック表面の特別な目的の使用に適合しなければならない。例えば、半導体処理チャンバに残留する銅はチャンバないで行なわれる半導体の製造プロセスに望ましくない影響を与えるので、半導体処理チャンバ内で使用するための要素の製造において、銅のマスクの使用は望ましくない幾つかの例の１つである。
【００２６】
本発明の他の実施例において、セラミック表面に機械的インターロックを形成するために、サーマルエッチングプロセスが使用される。サーマルエッチングプロセスは、多結晶セラミック、例えばアルミナ、炭化シリコン、及び窒化アルミニウム（例示であって、これに限定されない）の表面をテックスチャ化するために用いられることができる。サーマルエッチング中に、セラミックの表面における結合剤（いろいろな結合剤の例として、シリカ、酸化カルシウム、及び酸化マグネシウムが含まれる）の一部が部分的に除去され、セラミックの列理構造(grain structure)を露出する。結合剤は、一般にセラミックより高い蒸気圧を有し、セラミックがセラミックの燒結温度より僅かに低い温度に曝されたとき、セラミック表面の結合剤が揮発してセラミック表面を残すようにする。サーマルエッチングは、セラミック表面を燒結温度より低い約２００℃〜約５００℃の温度に約２０分〜６時間の間、曝すことによって一般に行われる。例えば、アルミニウムのサーマルエッチングは、一般に約１２５０℃〜約１５００℃の範囲内の温度に約３０分から約４．５時間行なわれる。時間の長さは、割れ目が結晶粒子間に作られるけれども、アルミニウムの結晶がセラミック構造の表面に結合されたままであるように、実験的に決められる。
【００２７】
セラミックのマイクロクラッキングを避けつつ、コンタクト領域を大きくするために、除去された結合剤の量は、エッチングされている特定のセラミックの平均粒サイズの約５０％以下である必要がある。例えば、セラミックがアルミナである場合、約６μｍ〜約１０μｍの平均粒サイズで、結合剤は約２μｍ〜約５μｍ以下の深さまで除去される。図４を参照すると、サーマルエッチングは、セラミック表面４００の粒子の境界相に溝４０２の形状を生じる。形成されたパターンは、エッチングされている特別なセラミックの列理構造の人為構造である。セラミックにおける溝または窪み間の間隔はセラミックの粒子サイズにほぼ等しい。
【００２８】
サーマルエッチング後に、セラミック表面は超音波クリーニングされて、ゆるく結合されたセラミック粒子を除去する。超音波クリーニングは、約２０℃〜約８０℃の温度で約１０分〜約１時間脱イオン水の超音波浴槽にセラミック表面を浸けることによって行なわれる。
【００２９】
クリーニング後に、セラミック表面は、後でサーマルスプレーコーティングが行われるべき表面部分を覆うためにマスクされる。セラミック表面のマスクされない部分は、所望の表面仕上げを行なうために、再び研磨されるか、ラップ仕上げされる。
【００３０】
本発明の第３の実施例において、パターン化されたビームを生成するための光学素子を含むレーザシステムがセラミック表面に機械的インターロックを形成するために用いられる。このレーザは、好ましくは、高電力の、ＵＶパルスレーザシステムであり、セラミック表面に著しい熱または損傷を与えることなく、所望の深さの正確な孔をあけることができる。本発明に使用するのに適したレーザシステムはエクシマーレーザシステム(excimer laser system)（例えば、Lambda Physik U.S.A, Inc. Fort Lauderdale, FLから利用可能なModel No. LPX210i）及びダイオードポンプされた固体レーザシステム（例えば、Lambda Physikから利用可能なModel No. PG355-10-F10）を含むが、これに限定されない。
【００３１】
レーザ・マイクロマシンニング・プロセス（レーザによる微細機械加工プロセス）は、一般に高電力の、ＵＶパルスレーザビームの適用を含む。レーザビームは孔が形成されるべきワークピース上の点に焦点が結ばれる。ワークピースの焦点が結ばれた領域における物質は、十分な高温により液相及び気相に転移される。パルスごとに液相及び気相における物質が除去されて、所望の孔が形成される。１０〜３０ナノ秒のパルス化されたレーザ動作中に、固相から液相、その後気相への物質の転移は急速であるので、熱がワークピースの本体へ移行する時間は殆どない。このように、高電力の、ＵＶパルスレーザビームの使用は、レーザ・マイクロマシンニング・プロセス中に熱によって影響を受けるワークピース上の領域の大きさを実質的に最小にし、これによってマイクロクラッキングを最小にする。４００ｎｍより長い波長及び／または長いパルス時間を伴うレーザビームの使用は、ワークピースへの著しい熱伝導を導き、好ましくない表面形態を生じ、潜在的にマイクロクラッキングを生じる。
【００３２】
レーザ・マイクロマシンニング・プロセスが機械的インターロックを形成するために用いられると、インターロックは、一般に約３０μｍ〜約１００μｍの直径、及び約１０μｍ〜約５０μｍの深さを有するように形成される。レーザによる微細加工されたインターロックの直径と深さの比は、一般に約２：１〜約３：１の範囲内である。隣接するインターロック間の間隔は、一般に約２００μｍ〜約７００μｍの範囲内である。
【００３３】
レーザであけられたキャビティは、一般にセラミック表面に９０°以外の角度でカットされる。レーザ・マイクロマシンニング・プロセスがインターロックを形成するために用いられるた場合、キャビティの壁とセラミックの表面との間の角度は、一般に約３０°〜約８７°、より一般的には約６０°〜約８０°の範囲内である。図５は、レーザ・マイクロマシンニングによって生成することができる構造５００を示す概略断面図である。図５には、中間において互いに交叉して９０°の角度に配列された４つのキャビティから成るマルチローブされたキャビティ５０１の２つのローブ５０３、５０４が示され、各々のキャビティは、１つのアンダーカット壁を有している。４つのローブ化されたキャビティ５０１の壁の殆どはアンダーカットされている。
【００３４】
セラミック表面に（化学的エッチング、サーマルエッチング、またはレーザ・マイクロマシンニング・プロセスをのいずれかを用いることによって）機械的インターロックを形成した後、セラミック表面は、ガス抜きプロセスのために任意に焼きつけられ、続いてさらに表面ストレスを緩和するためにアニールされる。アニーリングは、一般に約１２０℃〜約３００℃の温度範囲で約１時間〜約４時間セラミックを加熱することによって行なわれる。特定のセラミック物質のためのアニーリング温度は、一般に従来知られている。
【００３５】
図６を参照すると、セラミック表面に機械的インターロック６０５を形成した後、一般に犠牲物質層６０８がセラミック表面６０２上に堆積される。この犠牲物質層６０８は、インターロックが形成されるプロセスに依存する使用される特定の犠牲物質及び機械的インターロックのサイズに依存して、この分野で知られた従来技術を用いて堆積される。犠牲物質がアルミニウムであり、インターロックが化学的ウエットエッチングプロセスを用いて形成されるならば、アルミニウムは、例えば、サーマルスプレー（アルミニウムのアークスプレー）を用いて形成される。しかし、インターロックの直径が約３０μｍまたはそれ以下であるならば（例えば、インターロックがプラズマエッチングによって、またはレーザ・マイクロマシンニングによって形成されたならば）、それはサーマルスプレーによるインターロックをアルミニウムで充填することは困難かも知れない。したがって、小さなインタロックサイズに対して、犠牲物質（例えば、アルミニウム）は、一般にスパッタリングか蒸着のいずれかによって堆積されることができる。代わりに、犠牲物質は、ＰＶＤまたはＣＶＤ（すなわち、化学的気相堆積）で堆積されたアルミニウムのシード層上に電気メッキによって堆積することができる。
【００３６】
犠牲物質相６０８の堆積された厚さは、使用された特定の犠牲物質に依存する。例えば、もし、犠牲物質がアルミニウムであれば、犠牲物質層６０８は、一般に０.００３"（約７６μｍ）〜約０.０６０"（約１.５ｍｍ）の範囲の厚さに堆積されるであろう。
【００３７】
図７は、ボンドの被覆層７０７が犠牲物質層７０８の堆積前にセラミック表面７０２の上面に堆積される、本発明の他の実施例を示す。ボンド被膜層７０７の目的は、セラミック表面７０２への犠牲物質層７０８の接着性を更に向上することである。
【００３８】
ボンド層７０７は、一般にセラミック７０２のＣＴＥより２０％より低くなく、または２０％より高くない熱膨張係数を有する物質を有する。例えば、アルミナは、アルミナの組成及び純度に依存して、約７×１０-6／℃〜８.４×１０-6／℃（一般的には、約７.８×１０-6／℃）の範囲内のＣＴＥを有する。アルミナと共に使用される好適なボンド被膜層物質は、タンタル（ＣＴＥ＝６.５×１０-6／℃）、レニウム（ＣＴＥ＝８.３×１０-6／℃）、クロム（ＣＴＥ＝６.２×１０-6／℃）、チタン（ＣＴＥ＝８.５×１０-6／℃）、プラチナ（ＣＴＥ＝８.８×１０-6／℃）、及びそれらの組み合わせを含む。モリブデン（ＣＴＥ＝４.９×１０-6／℃）、ニッケル（ＣＴＥ＝１２.７×１０-6／℃）、及びマンガン（ＣＴＥ＝２１.２×１０-6／℃）が所望の公称ＣＴＥを得るために、上記した他のボンド被膜層物質のいずれかと組み合わせて、または互いに組み合わせて使用することができる。例えば、モリブデンとマンガンの混合物は所望の公称ＣＴＥを有するように作ることができる。
【００３９】
ボンド被膜物質がセラミック物質のＣＴＥより低いＣＴＥを有するならば、セラミック表面７０２とボンド被膜層７０７は適切にインターロックするであろう。冷却中にセラミックの温度が減少するに従って、セラミックとボンド被膜層との間の結合は強固になる。従って、ボンド被膜層７０７とセラミック表面７０２間でできるだけ最も強固な結合を得るために、ボンド被膜物質はできるだけ高いセラミック表面温度でセラミック表面上に堆積される必要がある。例えば、セラミックがアルミナであり、ボンド被膜物質がタンタルである場合、セラミック表面は約１０００℃程度の高さで加熱されなけはならない。
【００４０】
ボンド被膜物質がセラミック物質のＣＴＥより高いＣＴＥを有するならば、セラミック表面７０２とボンド被膜層７０７がインターロックされたままであることを確かにするために、大きなアンダーカットが必要とされる。
【００４１】
セラミックがサーマルエッチングプロセスを用いてテックスチャ化されたなら、ボンド被膜物質は適切な熱膨張係数及び熱特性を有するように選択される必要があり、その結果ボンド被膜物質はセラミックにクラッキングを起こさないであろう。特に、ボンド被膜物質は、それが続くアルミニウム・アーク・スプレー中に達する温度と関連したストレスｖｓ温度曲線において高いストレスの媒介領域を有しないように選択される必要がある。アルミニウム・アーク・スプレーは、（アルミニウム・アーク・スプレー・プロセス中に又はその後に）ボンド被膜がアルミニウム・アーク・スプレーがセラミックにひびを入れる点へ広がるようにする。
【００４２】
ボンド被膜層７０７は、特定のボンド被膜物質に依存して、従来知られている標準の技術を用いて堆積することができる。例えば、ボンド被膜層７０７がタンタルであるなら、タンタルは、一般に物理気相堆積（すなわち、スッパタ堆積）によって堆積される。このボンド被膜層７０７は、約０.０００"（約７．６μｍ）〜約０.００１５"（約３８μｍ）の範囲の厚さを有するように堆積される。
【００４３】
上層にある犠牲物質７０８のボンド被膜層７０７への接着性を増すために、ボンド被膜層７０７の上面７０９は、犠牲物質層７０８の堆積前に、好ましくは約５０μインチＲａ〜約４００μインチＲａの表面粗さに粗くされる。ボンド被膜層表面７０９の粗さは、いろいろな熱スプレーパラメータ、例えばガス圧、ガス及びバウダーの供給速度、電圧、電流、スプレーノズルの運動と方向、機械的表面の粗さ、ガスの化学作用、及びパウダー成分の調節によって影響される。
【００４４】
図６及び図７に示された構造は、半導体処理チャンバないの要素（例えば堆積リング）の表面として用いることができる。堆積されたタンタルの量が許容できないレベルになると、要素は半導体処理チャンバから取り出され、上層のタンタル堆積物を有する犠牲物質層は、用いられた犠牲物質に依存して、従来の技術を用いて除去することができる。例えば、犠牲物質がアルミニウムであるなら、アルミニウム及び上層のタンタル堆積物は、酸性溶液、例えば３７％ＨＣｌ、９３％Ｈ2ＳＯ4、８５％Ｈ3ＰＯ4、７０％ＨＮＯ3、４９％ＨＦ、３０％Ｈ2Ｏ2またはこれらの混合物にチャンバ要素の表面を浸けることによって除去することができる。浸漬時間は、アルミニウム層３０６の厚さに依存する。しかし、約０.００６"（約１５０μｍ）〜約０.０１５（約３８０μｍ）の範囲内の厚さを有するアルミニウム層に対して、全体のアルミニウム層及び上層のタンタル堆積物を除去するのに約５分から約２０分の浸漬時間で十分である。
【００４５】
チャンバ要素がセラミック表面７０２及び犠牲物質層７０８間に任意のボンド被膜層７０７を有すならば、このボンド被膜層７０７は、セラミック表面７０２から容易に除去できる（すなわち、犠牲物質層７０８の除去と同時に除去されることができる）か、除去できないが、半導体処理チャンバで行なわれる半導体製造プロセスに適合しているかのいずれかの物質を有している。アルミナのＣＴＥよりやや低いＣＴＥを有するタンタルは、ボンド被膜層７０７として使用するのに優れた物質である。タンタルは化学エッチャントに非常に耐性がある（本発明の背景で説明された）ので、タンタルのボンド被膜層７０７は、一般に犠牲物質層７０８及び上層のタンタル堆積物の除去中に除去されない。
【００４６】
犠牲物質層及びタンタル堆積物の除去の後、セラミック表面またはボンド被膜層は、前述したのように犠牲物質層と共に再び被覆される。
【００４７】
グリットブラストされた表面より粗くないけれども、我々は、本発明の化学的エッチング、サーマルエッチング、またはレーザマイクロマシンニング法は、従来のグリットブラスト技術を用いて粗くされるセラミック表面より脆くなく、損傷も少ないことを発見した。さらに、本発明の方法によって粗くされたセラミック表面は、グリットブラスとされたセラミック表面に得られる以上の上層のアルミニウム儀性層の良好な接着性を得る。セラミック表面へのアルミニウム被覆の接着性は、セラミックへのアルミニウムの機械的接着性（化学的ボンディング以外）に本質的に頼っているので、本発明は、セラミック表面及びアルミニウム間の接触領域（面積）を拡大することによって、及びアルミニウムをセラミック表面に機械的にロッキングすることによって基本的な問題を解決している。
【００４８】
上述した好適な実施例は本発明の範囲を限定するものではない。本発明の開示に照らして、当業者は、本発明の請求項の主題に対応するようにこれらの実施例を拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】物理気相堆積（ＰＶＤ）処理チャンバ１００の断面図を示す。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、従来技術による、犠牲アルミニウム層２０４の表面上にタンタル層２０６の堆積、及びセラミック表面のマイクロクラッキング２０５を増加する粗くされたセラミック表面２０２からのタンタル層２０６とアルミニウム層２０４の分離を示す。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、化学的なエッチングプロセスを用いて、セラミック表面に機械的インターロックを形成するための、本発明の代表的な方法を示す概略断面図である。
【００５０】
【図４】サーマルエッチングプロセスを用いてセラミック表面４０１に形成された溝を示す構造物４００の概略断面図である。
【図５】４つのキャビティを有するレーザによりあけたキャビティ５０１の４つのローブの２つ５０２、５０４を示す構造物５００の概略断面図である。４つの分離したキャビティの各々は、セラミック表面に９０°以外の角度でカットされた１つの壁を有する。４つのキャビティは、互いに９０°の角度で配列され、単一の、４つのローブのあるキャビティを作るために中間部で交叉している。
【００５１】
【図６】セラミック表面６０２上に堆積された犠牲物質の層６０８を有し、機械的インターロック６０５を満たしている構造物６００の概略断面図である。
【図７】セラミック表面７０２上に堆積されたボンド被膜層７０７を有し、機械的インターロックを満たしている構造物７００の概略断面図である。犠牲物質の層７０８は、ボンド被膜層７０７上に堆積されている。
【図１】
2005532242.tif 000003
【図２】
2005532242.tif 000004
【図３Ａ】
2005532242.tif 000005
【図３Ｂ】
2005532242.tif 000006
【図３Ｃ】
2005532242.tif 000007
【図４】
2005532242.tif 000008
【図５】
2005532242.tif 000009
【図６】
2005532242.tif 000010
【図７】
2005532242.tif 000011
【国際調査報告】
2005532242.tif 000012
2005532242.tif 000013
2005532242.tif 000014
2005532242.tif 000015