(57)【要約】      （修正有）【課題】スパッタチャンバの内壁から付着膜が落下し、粉塵が生じるのを低減できる防着板およびその製造方法の提供。【解決手段】防着板デバイス１０の製造方法は、ステンレス鋼である硬質遮蔽材料２０を基板とし、その上に粗面化されたアルミニウム又は銅を含有する層３０をツインワイヤアーク溶射法で形成し、さらにその上にプラズマ溶射法で第１の厚さを有するシリコン層４０と、スパッタ法で第２の厚さを有するシリコン層５０を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質遮蔽材料と、
アルミニウム又は銅を含有する層と、
第１の厚さを有するシリコン層と、を備える、デバイス。
【請求項２】
第２の厚さを有するシリコン層をさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記硬質遮蔽材料は、金属である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記硬質遮蔽材料は、元素周期表の１〜１３族の元素である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記硬質遮蔽材料は、鋼鉄又はアルミニウムである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記硬質遮蔽材料は、約１ｍｍ〜約５ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記アルミニウム又は銅を含有する層は、粗面化されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記アルミニウム又は銅を含有する層は、約０．００１ｍｍ〜約５ｍｍの厚さを有することができる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記シリコン層は、約０．０５ｍｍ〜約２ｍｍの第１の厚さで存在する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記シリコン層は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍの第２の厚さで存在する、請求項２に記載のデバイス。
【請求項１１】
硬質遮蔽材料を供するステップと、
ツインワイヤアーク溶射法を用いて前記硬質遮蔽材料の上に層を適用するステップと、
前記ツインワイヤアーク溶射法を用いて適用された前記層の上に、プラズマ溶射法を用いて第１の厚さを有するシリコン層を適用するステップと、を有する、デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記硬質遮蔽材料は、鋼鉄又はアルミニウムである、請求項１１に記載のデバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記ツインワイヤアーク溶射法を用いて適用される前記層は、アルミニウムの層である、請求項１１に記載のデバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記ツインワイヤアーク溶射法を用いて適用される前記層は、銅の層である、請求項１１に記載のデバイスの製造方法。
【請求項１５】
プラズマ溶射法を用いてシリコン層を適用するステップの後、スパッタ法で第２の厚さを有するシリコン層を適用するステップをさらに有する、請求項１１に記載のデバイスの製造方法。
【請求項１６】
前記第１の厚さを有する適用されたシリコン層は、前記デバイスの応力特性を変える、請求項１１に記載のデバイスの製造方法。
【請求項１７】
前記第１の厚さを有する適用されたシリコン層は、前記デバイスの耐久性を向上させる、請求項１１に記載のデバイスの製造方法。
【請求項１８】
前記ツインアーク溶射法は、金属、合金、金属化合物及びセラミックからなる群から選択される少なくとも１種の出発材料を反応チャンバに供することを含む、請求項１１に記載のデバイスの製造方法。
【請求項１９】
前記ツインワイヤアーク溶射法は、２本のワイヤと前記反応チャンバ内に制御可能に供給される作業ガスとを有するツインワイヤアークノズルを操作して、２本のワイヤの２つの収束先端部間にアークを形成し、所定の方向に移動する液滴の流れを提供するために前記少なくとも１種の出発材料を前記先端部で加熱及び溶融するステップをさらに有する、請求項１８に記載のデバイスの製造方法。
【請求項２０】
前記ツインワイヤアーク溶射法は、前記アークに隣接して、かつ前記反応チャンバの内側に気化ゾーンを生成するための高エネルギー源を操作するステップをさらに有し、前記液滴が、気化して蒸気種を形成する、請求項１９に記載のデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２０１８年１月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／６１９，０５２号についての優先権を主張するものであり、その開示が参照によって本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一般に、硬質遮蔽材料；アルミニウム又は銅を含有する層；及び第１の厚さを有するシリコン層；を備えたデバイスに関する。デバイスは、第２の厚さを有するシリコン層もまた備えうる。デバイスを製造する方法もまた開示される。デバイスは、少量の欠陥しか含んでおらず、そして向上した耐久性を有することができる。
【背景技術】
【０００３】
過剰のコーティング材料は、スパッタコーティングチャンバの壁に付着することがある。スパッタチャンバの壁上におけるコーティングが、破砕し、粉々になり、そして粉塵を発生させる可能性がある。スパッタコーティングチャンバの使用の各サイクルによって、コーティングチャンバ内に堆積したコーティングに見られる欠陥の数及び種類が増加する。欠陥の数が増加すると歩留まりが低くなり、それによりコーティングチャンバを介した処理量が少なくなり、そして能力が低下することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一態様では、硬質遮蔽材料と、アルミニウム又は銅を含有する層と、シリコン層とを備えたデバイスが開示される。
【０００５】
別の態様では、硬質遮蔽材料を供するステップ；ツインワイヤアーク溶射法を用いて硬質遮蔽材料の上に層を適用するステップ；及びツインワイヤアーク溶射法を用いて適用された層の上に、プラズマ溶射法を用いて第１の厚さを有するシリコン層を適用するステップを有するデバイスの製造方法を開示する。
【０００６】
種々の実施形態のさらなる特徴及び利点は、部分的には以下の説明に記載され、また部分的にはその説明から明らかになり、又は、種々の実施形態の実施によって習得することができる。種々の実施形態の目的及び他の利点は、本明細書の説明中で特に指摘された要素及び組み合わせを用いることによって、実現され、かつ達成されうる。
【０００７】
そのいくつかの態様及び実施形態における本開示は、詳細な説明及び添付の図面からより十分に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一態様に係るデバイスの断面図である。
【図２】図２Ａは、本発明の一態様に係るデバイスの画像である。図２Ｂは、本発明の一態様に係るデバイスの画像である。
【図３】図３Ａは、本発明の一態様に係るデバイスの画像である。図３Ｂは、本発明の一態様に係るデバイスの画像である。
【図４】図４Ａは、本発明の一態様に係るデバイスの画像である。図４Ｂは、本発明の一態様に係るデバイスの画像である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書及び図面を通して、同一の参照番号は同一の要素を識別するものである。
【００１０】
前述した一般的な説明及び以下の詳細な説明は両方とも例示的かつ便宜上の説明的なものにすぎず、本教示の種々の実施形態に関する説明を提供する意図であることが理解されるべきである。各図に示される層／構成要素は特定の図に関して説明されることもあるが、特定の層／構成要素の説明は他の図における同等の層／構成要素にも適用可能であることが理解されるべきである。
【００１１】
その広範かつ多様な実施形態において、本明細書に開示されている態様は、硬質遮蔽材料２０；アルミニウム又は銅を含有する層３０；及び第１の厚さを有するシリコン層４０を含むデバイス１０である。図１に示すように、前記デバイスは、硬質遮蔽材料２０；アルミニウム又は銅を含有する層３０；第１の厚さを有するシリコン層４０；及び第２の厚さを有するシリコン層５０を含むことができる。図２Ａ〜図４Ｂは、図１に示すデバイスの画像である。
【００１２】
硬質遮蔽材料２０２は、任意の適切な基板材料でありうる。一態様では、硬質遮蔽材料２０は金属でありうる。本明細書で使用される場合、用語「金属」は、２〜１３族の元素を指し、元素周期表の１４族及び１５族の選択された元素も加えて包含される。したがって、用語「金属」は、以下の元素を広く表わす：
【００１３】
第２族又はＩＩＡ族：ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）及びラジウム（Ｒａ）。
【００１４】
第３〜１２族：スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、テクネチウム（Ｔｃ）、レニウム（Ｒｅ）、鉄（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、及び水銀（Ｈｇ）を含む遷移金属（ＩＩＩＢ族、ＩＶＢ族、ＶＢ族、ＶＩＢ族、ＶＩＩＢ族、ＶＩＩＩ族、ＩＢ族、及びＩＩＢ族）。
【００１５】
第１３族又はＩＩＩＡ族：ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、及びタリウム（ＴＩ）。
【００１６】
ランタノイド：ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）。
【００１７】
第１４族又はＩＶＡ族：ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、及び鉛（Ｐｂ）。
【００１８】
１５族又はＶＡ族：アンチモン（Ｓｂ）及びビスマス（Ｂｉ）。
【００１９】
一態様では、硬質遮蔽材料２０は、ステンレス鋼などの鋼鉄、又はアルミニウムでありうる。硬質遮蔽材料２０は、約１ｍｍ〜約５ｍｍの範囲の厚さを有することができ、例えば約２ｍｍ〜約４ｍｍ、そしてさらなる例として約３ｍｍの厚さを有することができる。開示された範囲内の任意の厚さも同様に使用できると考えられる。
【００２０】
開示されたデバイス１０では、アルミニウム又は銅を含有する層３０を硬質遮蔽材料２０の上に適用することができる。層３０は、アルミニウムの粗面化層又は銅の粗面化層などの粗面化された金属でありうる。一態様では、この層３０は、ツインワイヤアーク溶射法を用いて適用することができる。ツインワイヤアーク溶射法は、以下のような種々のステップを含みうる：
（Ａ）金属、金属合金、金属化合物、及びセラミックからなる群から選択される少なくとも１つの出発材料を反応チャンバに供するステップ；（Ｂ）２本のワイヤとチャンバ内に制御可能に供給される作業ガスとを有するツインワイヤアークノズルを操作して、２本のワイヤの２つの収束先端部間にアークを形成し、所定の方向に移動する液滴の流れを提供するために出発材料を先端部で加熱及び溶融するステップ；及び（Ｃ）アークに隣接して、かつチャンバの内側に気化ゾーンを生成するために高エネルギー源を操作するステップ、ここで液滴が気化して蒸気種を形成するなど。２本のワイヤの先端部を高い送給速度で連続的に溶融（及び一部気化）しながら、ワイヤをチャンバ内に連続的に供給することで、中断することなく連続的、かつ高い処理速度で蒸気材料を生成することができる。蒸気材料は、基板などの硬質遮蔽材料に衝突し、かつ堆積して、薄膜又はコーティングを形成しうる。前記蒸気材料が凝縮して、アルミニウム又は銅のコーティングなどのコーティングを形成するように、基板表面付近の温度を調節することができる。
【００２１】
作業ガスを、例えば、水素、酸素、炭素、窒素、塩素、フッ素、ホウ素、及び硫黄から選択して、それぞれ金属水素化物、酸化物、炭化物、窒化物、塩化物、フッ化物、ホウ化物、及び硫化物、ならびにそれらの組み合わせを形成することができる。
【００２２】
出発材料は、ワイヤ中に２種の異なる材料を含みうる。２種の異なる材料は、２本のワイヤが異なる材料組成を有するように２本のワイヤを構成することができる。
【００２３】
「＋」及び「−」の電圧又はパルス電源を導電性ブロックを介して供給される２つの各導電性ジャケットと物理的に接触するように、２本の金属ワイヤを、動力ローラにより駆動することができる。前記電圧の極性は、例えば「＋」及び「−」の代わりに「−」及び「＋」のように逆にしてもよい。電圧はＤＣ又はパルス電源から供給されうる。２本のワイヤの下端部は、約３０〜６０°の角度で互いに接近することができる。ワイヤの２つの端部は、短時間互いに接触させることができる。このような「短絡」接触が、高い電流密度に起因して超高温状態を生み出し、イオン化されたアークの形成をもたらしうる。電流が絶えず供給され、一定レベルのガス圧が維持され、そして前記ワイヤが一定又は脈動速度で送給されると、安定したアークを維持することができる。ガス源（例えば、圧縮空気ボトル）からガス通路を通って導入される圧縮空気の流れはまた、液体の流れを気化ゾーンに向かって下方へ送ることに役立ちうる。
【００２４】
アルミニウム又は銅を含有する層３０は、硬質遮蔽材料２０の上に、約０．００１ｍｍ〜約５ｍｍの厚さ、例えば約０．０５ｍｍ〜約４ｍｍの厚さ、さらに別の例として約０．１ｍｍ〜約３ｍｍの厚さで適用することができる。一態様では、ツインワイヤアーク溶射法を用いて、層２０が約０．１ｍｍの厚さを達成するよう適用されうる。
【００２５】
開示されたデバイス１０において、第１の厚さを有するシリコン層４０は、アルミニウム又は銅を含有する層３０上に適用することができる。シリコン層４０はプラズマ溶射法を用いて適用することができる。当該プラズマ溶射法は、ＤＣ電気アークを使用して、高温（１５００℃）のイオン化プラズマガスの流れを生成することができる。シリコンなどの材料は、不活性ガスの流れの中でプラズマジェット中に送られ、そこでそれが加熱され、硬質遮蔽材料の上に適用されたアルミニウム又は銅の露出層などの基板の方へ推進される。プラズマ溶射ガンは、銅アノード及びタングステンカソードを含むことができ、それらは両方とも水冷することができる。アルゴン、窒素、水素、及びヘリウムなどのプラズマガスは、圧縮ノズルとして成形されることがあるカソードの周り及びアノードを通って流れうる。
【００２６】
第１の厚さを有するシリコン層４０は、約０．０５ｍｍ〜約２ｍｍの第１の厚さ、例えば約０．０８ｍｍ〜約１．５ｍｍの第１の厚さ、及びさらに別の例として約０．１ｍｍ〜約１ｍｍの第１の厚さで存在しうる。
【００２７】
応力及びそれから生じる欠陥は、互いに異種材料の存在により生じうる。例えば、プラズマ溶射法により適用された第１の厚さを有する隣接するシリコン層４０内で、アルミニウム又は銅を含有する層３０が応力及び欠陥を生じさせることがある。しかし、シリコン層４０の第１の厚さにより、これらの欠陥を低減又は最小化することができる。例えば、欠陥は、アルミニウム又は銅を含有する層からシリコン層４０内への２０ｎｍ以内にのみ存在し得うる。したがって、欠陥はシリコン層４０全体には広がらないだろう。
【００２８】
さらに、第１の厚さを有するシリコン層４０は、第２の厚さを有し、かつスパッタ堆積法によって適用されるシリコン層５０と同様の特性を有することができる。
【００２９】
デバイス１０は、プラズマ溶射法によって適用された第１の厚さを有するシリコン層４０上に、スパッタ堆積法によって適用された第２の厚さを有するシリコン層５０をさらに備えることができる。シリコン層５０は、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍの第２厚さ、例えば約３０ｎｍ〜約８０ｎｍの第２の厚さ、さらなる例として約４５ｎｍ〜約６０ｎｍの第２の厚さで存在することができる。
【００３０】
デバイス１０の製造方法は、硬質遮蔽材料２０を供するステップ；ツインワイヤアーク溶射法を用いて硬質遮蔽材料２０の上に層３０を適用するステップ；及びツインワイヤアーク溶射法を用いて適用された層３０の上に、プラズマ溶射法を用いて第１の厚さを有するシリコン層４０を適用するステップを有することができる。
【００３１】
上述のように、硬質遮蔽材料２０は任意の基板材料でありうる。一態様では、硬質遮蔽材料２０は鋼鉄又はアルミニウムである。硬質遮蔽材料２０は、約３ｍｍの厚さでありうる。
【００３２】
一態様では、ツインワイヤアーク溶射法を用いて適用される層３０は、アルミニウムの層である。他の態様では、ツインワイヤアーク溶射法を用いて適用される層３０は銅の層である。ツインワイヤアーク溶射を用いて適用される層３０は、約１ｍｍの厚さを有することができる。
【００３３】
プラズマ溶射法を用いて塗着された第１の厚さを有するシリコン層４０は、堆積されるシリコンのより厚い層を可能にする。このシリコン層４０は、異種材料の存在に起因して生じる欠陥のリスクを回避及び／又は最小化するために十分な厚みの層で適用されうる。さらに、このより厚いシリコン層４０は異なるプロセスステップで適用されるため、それによって、より少ない材料を用いて第２の厚さを有するシリコン層５０、すなわち、それはより薄い層である、のスパッタ堆積が可能になる。材料の使用が少量であると、シリコンがスパッタコーティングチャンバの壁上に形成され、壁から落下し、そしてデバイス１０上に粉塵を生ずる可能性を低減しうるであろう。
【００３４】
デバイス１０の製造方法は、プラズマ溶射法を用いて第１の厚さを有するシリコン層４０を適用した後、スパッタ法で第２の厚さを有するシリコン層５０を適用するステップをさらに有する。スパッタ法で適用されるシリコン層５０は、約５０ｎｍの厚さで存在することができる。
【００３５】
異なる厚さのシリコン層４０、５０を適用するための２つの別々のプロセスの使用は、結果として生じるデバイス１０における欠陥を減少させ、歩留まりを向上させ、処理量を向上させ、そして能力を向上させることができる。さらに、適用されたシリコン層はデバイスの応力特性を変化させることができる。さらに、適用されたシリコン層はデバイスの耐久性を向上させることができる。
【実施例】
【００３６】
実施例１
デバイス１０を以下のように製造した：厚さ３ｍｍのステンレス鋼である硬質遮蔽材料２０を、基板として使用した。ツインワイヤアーク溶射法を用いて、ステンレス鋼シート２０上にアルミニウムの層３０を適用した。アルミニウムの層３０は０．１ｍｍの厚さであった。プラズマ溶射法を用いて、第１の厚さを有するシリコン層４０をアルミニウム層３０上に適用した。シリコン層４０は０．１ｍｍの厚さであった。第２の厚さを有するシリコン層５０が、第１の厚さを有するプラズマ溶射シリコン層４０上にスパッタ堆積された。スパッタ堆積シリコン層５０は５０ｎｍの厚さであった。図２Ａ〜図４Ｂは、本方法に従って製造されたデバイスの画像である。
【００３７】
上述の説明から、当業者は、本教示が種々の形態で実施され得ることを理解することができる。したがって、これらの教示は、特定の実施形態及びその実施例に関連して説明しているが、本教示の真の範囲はそれらに限定されるべきではない。本明細書の教示の範囲から逸脱することなく、様々な変更及び修正を加えてもよい。
【００３８】
この範囲の開示は広く解釈されるべきである。本開示は、本明細書に開示されているデバイス、活動及び機械的動作を達成するための均等物、手段、システム及び方法を開示することを意図している。開示された各デバイス、物品、方法、手段、機械的要素又は機構について、本開示はまたその開示にも包含され、本明細書内に開示された多くの態様、機構及びデバイス（装置）を実施するための均等物、手段、システム及び方法を教示する。さらに、本開示はコーティング（被膜）及びその多くの態様、特徴及び要素に関する。そのようなデバイスは、その使用及び動作において動的であり得るが、本開示は、当該デバイス及び／又は製品の均等物、手段、システム及びその使用方法、並びに、本明細書に開示した説明及び作用・機能の精神と一致する多くのその態様を包含する。本出願の特許請求の範囲も同様に広く解釈されるべきである。
【００３９】
本明細書中の本発明の多くの実施形態における説明は、本質的に単なる例示に過ぎず、そのため、本発明の要旨から逸脱しない変形は、本発明の範囲内にあることを意図している。そのような変形は、本発明の精神及び範囲からの逸脱であるとみなすべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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