(57)【要約】   半導体処理チャンバ用の物品のためのコーティングを製造するために、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、又はＳｉＣの少なくとも１つの本体を含む物品が提供され、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２の化合物を含むセラミックスコーティングが物品上にコーティングされる。セラミックスコーティングは、約１００Ａ〜約１０００Ａの値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６０ｍｍ〜約２５０ｍｍの間の本体からのトーチスタンドオフ距離にプラズマ溶射システムのトーチを位置決めする工程と、約３０Ｌ／分〜約４００Ｌ／分の間の速度でプラズマ溶射システムを通して第１ガスを流す工程と、セラミックスコーティングを形成するために本体をプラズマ溶射コーティングする工程であって、コーティングのスプラットはアモルファスでありパンケーキ形状を有する工程を含む方法によって本体に塗布される。
2017515985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｙ２Ｏ３、ＹＳＺ、又はＳｉＣのうちの少なくとも１つを含む本体と、
本体の少なくとも１つの表面上のプラズマ溶射セラミックスコーティングであって、セラミックスコーティングは、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２を含む化合物を含み、複数の重なったパンケーキ形状のスプラットを更に含み、セラミックスコーティングは、アモルファス相を有するプラズマ溶射セラミックスコーティングとを含む物品。
【請求項２】
セラミックスコーティングは、約５３モル％のＹ２Ｏ３と、約１０モル％のＺｒＯ２と、約３７モル％のＡｌ２Ｏ３とを含む、請求項１記載の物品。
【請求項３】
セラミックスコーティングは、
５０〜７５モル％のＹ２Ｏ３、１０〜３０モル％のＺｒＯ２、及び１０〜３０モル％のＡｌ２Ｏ３；
４０〜１００モル％のＹ２Ｏ３、０〜６０モル％のＺｒＯ２、及び０〜１０モル％のＡｌ２Ｏ３；
４０〜６０モル％のＹ２Ｏ３、３０〜５０モル％のＺｒＯ２、及び１０〜２０モル％のＡｌ２Ｏ３；
４０〜５０モル％のＹ２Ｏ３、２０〜４０モル％のＺｒＯ２、及び２０〜４０モル％のＡｌ２Ｏ３；
７０〜９０モル％のＹ２Ｏ３、０〜２０モル％のＺｒＯ２、及び１０〜２０モル％のＡｌ２Ｏ３；
６０〜８０モル％のＹ２Ｏ３、０〜１０モル％のＺｒＯ２、及び２０〜４０モル％のＡｌ２Ｏ３；
４０〜６０モル％のＹ２Ｏ３、０〜２０モル％のＺｒＯ２、及び３０〜４０モル％のＡｌ２Ｏ３；
３０〜６０モル％のＹ２Ｏ３、０〜２０モル％のＺｒＯ２、及び３０〜６０モル％のＡｌ２Ｏ３；及び
２０〜４０モル％のＹ２Ｏ３、２０〜８０モル％のＺｒＯ２、及び０〜６０モル％のＡｌ２Ｏ３からなるリストから選択される組成を有する、請求項１記載の物品。
【請求項４】
セラミックスコーティングは、内部圧縮応力を有する、請求項１記載の物品。
【請求項５】
物品は、前面、裏面、上部ライナー、スリットバルブドア、プラズマスクリーン、下部ライナー、及びカソードライナーを含むライナーキットを含む、請求項１記載の物品。
【請求項６】
パンケーキ形状のスプラットの大部分は亀裂を欠いている、請求項１記載の物品。
【請求項７】
セラミックスコーティングは、２〜１５ミルの厚さと、プラズマ環境内での処理の少なくとも５０００時間の寿命とを有する、請求項１記載の物品。
【請求項８】
プラズマ溶射システム用にプラズマ電流を約１００Ａ〜約１０００Ａの値に設定する工程と、
約６０ｍｍ〜約２５０ｍｍの間の本体からのトーチスタンドオフ距離にプラズマ溶射システムのトーチを位置決めする工程と、
約３０Ｌ／分〜約４００Ｌ／分の間の速度でプラズマ溶射システムを通して第１ガスを流す工程と、
内部圧縮応力及びアモルファス相を有するセラミックスコーティングを本体上に形成するためにプラズマ溶射コーティングを実行する工程を含み、セラミックスコーティングは、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２の化合物を含み、セラミックスコーティングのスプラットは、パンケーキ形状を有する方法。
【請求項９】
セラミックスコーティングは、約５３モル％のＹ２Ｏ３と、約１０モル％のＺｒＯ２と、約３７モル％のＡｌ２Ｏ３とを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１０】
セラミックスコーティングは、
５０〜７５モル％のＹ２Ｏ３、１０〜３０モル％のＺｒＯ２、及び１０〜３０モル％のＡｌ２Ｏ３；
４０〜１００モル％のＹ２Ｏ３、０〜６０モル％のＺｒＯ２、及び０〜１０モル％のＡｌ２Ｏ３；
４０〜６０モル％のＹ２Ｏ３、３０〜５０モル％のＺｒＯ２、及び１０〜２０モル％のＡｌ２Ｏ３；
４０〜５０モル％のＹ２Ｏ３、２０〜４０モル％のＺｒＯ２、及び２０〜４０モル％のＡｌ２Ｏ３；
７０〜９０モル％のＹ２Ｏ３、０〜２０モル％のＺｒＯ２、及び１０〜２０モル％のＡｌ２Ｏ３；
６０〜８０モル％のＹ２Ｏ３、０〜１０モル％のＺｒＯ２、及び２０〜４０モル％のＡｌ２Ｏ３；
４０〜６０モル％のＹ２Ｏ３、０〜２０モル％のＺｒＯ２、及び３０〜４０モル％のＡｌ２Ｏ３；
３０〜６０モル％のＹ２Ｏ３、０〜２０モル％のＺｒＯ２、及び３０〜６０モル％のＡｌ２Ｏ３；及び
２０〜４０モル％のＹ２Ｏ３、２０〜８０モル％のＺｒＯ２、及び０〜６０モル％のＡｌ２Ｏ３からなるリストから選択される組成を有する、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
プラズマ電流は、約４５０Ａ〜約８００Ａの間の範囲内にあり、プラズマ溶射システムのトーチスタンドオフ距離は、約６０ｍｍ〜約２００ｍｍの間にある、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
第１ガスは、一次ガス及び二次ガスを含むガス混合物のうちの一次ガスであり、ガス混合物は、アルゴンと水素の混合物、アルゴンとヘリウムの混合物、窒素と水素の混合物、窒素とヘリウムの混合物、及びアルゴンと酸素の混合物からなるリストから選択される、請求項１８記載の方法。
【請求項１３】
二次ガスは、約３Ｌ／分〜約１００Ｌ／分の間の速度でプラズマ溶射システムを通って流れる、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
スプラットは、相変化を受けずにアモルファス相内で固化する、請求項８記載の方法。
【請求項１５】
プラズマ溶射コーティングを実行するプラズマ溶射システムは、約６ｍｍのノズル直径を有する、請求項８記載の方法。
【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（例えば、プラズマ環境に曝露される）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、処理されている基板（例えば、半導体ウェハ）をしばしば汚染する粒子を生成する場合がある。これらのウェハ上の粒子は、デバイス欠陥に寄与する可能性がある。
【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。
【概要】
【０００４】
一実施形態では、物品は、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｙ２Ｏ３、ＹＳＺ、又はＳｉＣのうちの少なくとも１つを含む本体を含む。物品は、本体の少なくとも１つの表面上のプラズマ溶射セラミックスコーティングであって、セラミックスコーティングは、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２を含む化合物を含むセラミックスコーティングを更に含む。セラミックスコーティングは、重なったパンケーキ形状のスプラットを更に含み、アモルファス相を有する。
【０００５】
一実施形態では、物品をコーティングする方法は、プラズマ溶射システムのプラズマ電流を約１００Ａ〜約１０００Ａの値に設定する工程を含む。本方法は、約６０ｍｍ〜約２５０ｍｍの間の本体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更に含む。本方法は、約３０Ｌ／分〜約４００Ｌ／分の間の速度でプラズマ溶射システムを通して第１ガスを流す工程を更に含む。本方法は、内部圧縮応力及びアモルファス相を有するセラミックスコーティングを本体上に形成するためにプラズマ溶射コーティングを実行する工程を含み、セラミックスコーティングは、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２の化合物を含み、コーティングのスプラットは、パンケーキ形状を有する。
【０００６】
一実施形態では、物品は、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｙ２Ｏ３、ＹＳＺ、又はＳｉＣのうちの少なくとも１つを含む本体をプラズマ溶射システム内に配置する（例えば、プラズマ溶射システムのノズル又は銃の前に物品を配置する）工程と、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９と、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含む化合物からなるセラミックスコーティングで本体の少なくとも１つの表面をコーティングするために、プラズマ溶射システムによってプラズマ溶射プロセスを実行する工程によって製造される。プラズマ溶射システムは、パンケーキ形状のスプラットの重複で構成されるセラミックスコーティングを堆積させる。また、セラミックスコーティングは、相変化を受けることなく、直接アモルファス相に形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
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。
【図１】一実施形態に係る、ライナーキットの断面図を示す。
【図２】一実施形態に係る、製造システムの例示的なアーキテクチャを示す。
【図３】一実施形態に係る、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塗布する方法を示す。
【図５】実施形態に係る、スプラット面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。
【図６】実施形態に係る、経時的なコーティングの曲率を示す。
【詳細な説明】
【０００８】
本発明の実施形態は、半導体処理チャンバ内で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、ライナーキット、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）及び物品上のセラミックスコーティングを対象としている。セラミックスコーティングで物品をコーティングする方法は、約１００Ａ〜約１０００Ａ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５０ｍｍ〜約２５０ｍｍ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。本方法はまた、約３０Ｌ／分〜約４００Ｌ／分の間の速度でプラズマ溶射システムを通してプラズマガス（プラズマを生成するために使用されるガス）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。セラミックスコーティングは、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２の化合物を含み、物品上のコーティングのスプラットは、パンケーキ形状を有する。一実施形態では、化合物は、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９と、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物である。提供されたセラミックス及び提供されたプラズマ溶射設定を使用して、プラズマ溶射プロセスを実行することによって、パンケーキ形状のスプラットが作成される。これらのパンケーキ形状のスプラットは、内蔵された（内部）圧縮応力を有する緻密で滑らかな表面をコーティングに持たせる。セラミックスコーティングは、約２ミル〜約１５ミルの範囲内の厚さを有することができる。
【０００９】
一実施形態では、セラミックスコーティングは、約５３モル％のＹ２Ｏ３と、約１０モル％のＺｒＯ２と、約３７モル％のＡｌ２Ｏ３とを含む。プラズマ電流は、約５４０Ａ〜約５６０Ａの間の範囲とすることができ、プラズマ溶射システムのトーチスタンドオフは、約９０ｍｍ〜約１１０ｍｍの間の本体からの距離に位置決めすることができる。一実施形態では、プラズマ電流は約５５０Ａであり、本体からの距離は約１００ｍｍである。プラズマガスは、３０Ｌ／分〜約４００Ｌ／分の速度でプラズマ溶射システムを通って流れることができる。実施形態では、トーチのノズルは、約６ｍｍの直径を有する開口部を有することができ、トーチは、約７００ｍ／秒のラスター速度を有することができ、粉末の供給速度は、約２０ｇ／ｍとすることができる。
【００１０】
半導体チャンバコンポーネント（例えば、蓋、ライナー、及び処理キット）は、耐食性プラズマ溶射コーティングでコーティングすることができる。プラズマ溶射コーティングは、高い（例えば、約３％を超える）空孔率及びウェハ上の粒子の許容できないほどの高い数を引き起こす表面亀裂につながる内蔵された引張応力を有する可能性がある。更に、コーティング内の固有の多孔性に起因して、湿式洗浄中の化学攻撃が、コーティングの損傷及び／又は剥離をもたらす可能性がある。
【００１１】
実施形態に係るコーティングは、内蔵された（内部）圧縮応力を有する緻密で滑らかな表面を提供することができ、これはコーティング内の固有の多孔性及び亀裂を減少させ、ウェハ上の欠陥性能を向上させることができる。更に、実施形態に係るコーティングの耐食性は、標準的なコーティングよりも優れている可能性があり、これはコーティングを有するコンポーネントの有効寿命を増加させることができる。例えば、実施形態係るコーティングを有するセラミックス基板で形成された蓋は、低減された空孔率及び亀裂を有することができ、強化されたウェハ上の性能につながる。別の一例では、実施形態に係るコーティングを有する金属基板から形成されたライナーは、堅牢な湿式洗浄中に化学的攻撃に起因する損傷に対してより耐性をもつことができる。更に別の一例では、実施形態に係る、処理中にウェハを取り囲み、一般的に高い腐食速度を有する処理キットリングは、ウェハ上の粒子性能を向上させる、より少ない又は全く亀裂の無い滑らかなコーティングを有することができる。
【００１２】
実施形態によれば、コーティングは、プラズマ溶射によって形成され、溶射中のコーティング相及び応力を制御することにより、滑らかで緻密とすることができる。プラズマ溶射用粉末はまた、結晶相ではなく、アモルファス相となるように、溶射中に圧縮応力を有するように配合することができる。粉末材料は、コーティング堆積中に容易に完全に溶融するように配合することができる。粉末のスプラットは、コーティングプロセス条件に加えて粉末配合を制御することによって、亀裂の無い又はほとんど亀裂の無いパンケーキ形状に最適化することができる。本明細書で使用されるとき、パンケーキ形状という用語は、厚さよりも数桁大きい直径（又は長さ及び幅）を有する、概して円形、楕円形又は長楕円形を指す。
【００１３】
一実施形態では、コーティングは、主にアモルファス相とすることができ、溶射中に圧縮発展性応力を生じさせる可能性がある。コーティング堆積中、完全に溶融した粒子は、相変化せずにアモルファス相に固化することができる。固化時の相変化を回避することは、コーティングの体積変化に起因する亀裂の形成の発生率を減少させることができる。コーティングのスプラット内の亀裂は、ウェハ上の粒子の数の増加を含む悪いコーティング性能につながる可能性がある。
【００１４】
実施形態によれば、基板材料は、金属、金属酸化物、窒化物、炭化物、及びこれらの合金（例えば、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｙ２Ｏ３、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ））などを含むことができる。
【００１５】
導体エッチングプロセスは、ガス混合物による導電性基板（例えば、Ｓｉウェハ）のプラズマ支援エッチングを含むことができる。図１に示されるように、導体エッチングにおいて、オンウェハレベルの粒子性能は、チャンバコンポーネント（例えば、ライナーキット１００）に主に相関している。ライナーキット１００は、前面１２０、裏面１２２、及び外径１２４を有し、これはチャンバ本体１１１、上部ライナー１０１、スリットバルブドア１０３、プラズマスクリーン（すなわち、ウェハの周りのグリル状の構造）、下部ライナー１０７、及びカソードライナー１０９を含むことができる。上部ライナー１０１、スリットバルブドア１０３、及び下部ライナー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、ウェハの周囲に位置し（図示されないが、動作中に位置１３０に位置する）、カソードライナー１０９は、ウェハの下にある。
【００１６】
標準的なライナーキットは、約１００〜２７０μｉｎの表面粗さを有する８〜１２ミルのプラズマ溶射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に対して、ウェハ上の粒子の仕様は、９０ｎｍ以上の粒子サイズで約３０の付加物（例えば、ウェハ上に位置する３０の浮遊粒子）の最大値である。標準的なＹ２Ｏ３ライナーキットは、このウェハ上の粒子仕様を満たしている。
【００１７】
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に対しては、ウェハ上の粒子仕様は、４５ｎｍ以上のサイズで１．３以下の付加物とはるかに厳しい。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（Ｈ２、ＣＨ４、ＣＯ、ＣＯＳ、等）を使用する可能性がある。還元化学下での従来のＹ２Ｏ３コーティングされたライナーキットを用いたチャンバ試験は、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。いくつかの例では、かなりのチャンバの慣らし運転（シーズニング）（例えば、１００〜１５０高周波ＲＦ時間の処理）は、生産する前に、生産仕様に適合する４５ｎｍ以上の粒子サイズで約０〜１０の付加物まで粒子欠陥レベルを低減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、生産性を低減させる可能性がある。試験では、エネルギー分散型Ｘ線分光法は、従来のＹ２Ｏ３系のウェハ上の粒子がライナーキットに由来することを認めている。更に、Ｙ２Ｏ３コーティングは、還元化学（例えば、Ｈ２、ＣＨ４、ＣＯ、ＣＯＳ、等）下ではあまり安定ではなく、かなりのＹ−ＯＨを形成する。Ｙ−ＯＨの転換は、ウェハ上の脱落粒子をもたらす体積変化を引き起こす。
【００１８】
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のためのウェハ上の粒子性能を向上させるために、複合セラミックスコーティング材料を含む。例えば、ライナーキットの用途では、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、ライナーキットのプラズマ対向面に塗布することができる。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、スラリープラズマ、又は他の適切な技術（例えば、他の溶射技術）を介して塗布することができる。一例では、アルミニウムライナーキット上のコーティング厚さは、最大１５ミルとすることができる。別の一例では、Ａｌ２Ｏ３又は他の金属酸化物基板は、コーティングの熱膨張係数（ＣＴＥ）を基板のＣＴＥにより良好に一致させる場合、より厚いコーティングを有することができる。
【００１９】
一実施形態では、複合セラミックスコーティングは、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２の化合物で構成される。例えば、一実施形態では、複合セラミックスコーティングは、約５３モル％のＹ２Ｏ３と、約１０モル％のＺｒＯ２と、約３７モル％のＡｌ２Ｏ３とを含む。別の一実施形態では、複合セラミックスコーティングは、２０〜９０モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、０〜８０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、１０〜７０モル％の範囲内のＡｌ２Ｏ３と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のために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、ＨｆＯ２、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、又はこれらの組み合わせのうちの１以上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。一実施形態では、化合物は、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９と、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物である。
【００２０】
複合セラミックスコーティングは、前述した特性を有するスプラットを生成する粉末混合物及びプラズマ溶射パラメータを使用して作成することができる。これらのスプラットは、複合セラミックスコーティングは、内蔵圧縮応力を持たせる。内蔵圧縮応力は、堆積プロセス中にセラミックスコーティングに一体化された内部圧縮応力である。
【００２１】
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２１５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コンポーネント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。
【００２２】
ビーズブラスター２０２は、物品（例えば、ライナキット）の表面を粗面化又は平滑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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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）。
【００２６】
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／ＧＥＭ）インターフェースを介して、イーサネット（登録商標）インターフェースを介して、及び／又は他のインターフェースを介して、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。
【００２７】
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（ＤＲＡＭ）、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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３００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、これらを通してプラズマガス３１８がガス送出チューブ３０２を介して流れる。プラズマガス３１８は、２以上のガスの混合物とすることができる。プラズマ溶射システム３００内で使用するのに適したガス混合物の例としては、アルゴン／水素、アルゴン／ヘリウム、窒素／水素、窒素／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。第１ガス（スラッシュの前のガス）が一次ガスを表し、第２ガス（スラッシュの後のガス）が二次ガスを表す。一次ガスのガス流量は、二次ガスのガス流量と異なっていてもよい。一実施形態では、一次ガスのガス流量は、約３０Ｌ／分と約４００Ｌ／分の間である。一実施形態では、二次ガスのガス流量は、約３Ｌ／分〜約１００Ｌ／分の間である。
【００３１】
プラズマガスは、アーク３０６によってイオン化及び加熱されるので、ガスは膨張し、成形ノズル３２０を通って加速され、高速プラズマ流を生成する。
【００３２】
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（例えば、粉末推進ガスによって）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、プラズマガス流量、エネルギー入力、トーチオフセット距離、及び基板冷却などを含む。図４を参照して説明したように。これらのパラメータは、実施形態に従って、内蔵した圧縮応力を有する高密度プラズマ溶射コーティングを形成するために最適化される。
【００３３】
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。
【００３４】
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組成、粉末の形状及び粉末の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、前述のような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を選択することができる。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、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、又は他の酸化物及び／又はガラス粉末のうちの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。一実施形態では、粉末の配合は、およそ５３モル％のＹ２Ｏ３と３７モル％のＡｌ２Ｏ３と１０モル％のＺｒＯ２である。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。
【００３５】
一実施形態では、セラミックス化合物は、６２．９３モル比（モル％）のＹ２Ｏ３と、２３．２３モル％のＺｒＯ２と、１３．９４モル％のＡｌ２Ｏ３を含む。別の一実施形態では、セラミックス化合物は、５０〜７５モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、１０〜３０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、１０〜３０モル％の範囲内のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。別の一実施形態では、セラミックス化合物は、４０〜１００モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、０〜６０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、０〜１０モル％の範囲内のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。別の一実施形態では、セラミックス化合物は、４０〜６０モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、３０〜５０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、１０〜２０モル％の範囲内のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。別の一実施形態では、セラミックス化合物は、４０〜５０モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、２０〜４０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、２０〜４０モル％の範囲内のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。別の一実施形態では、セラミックス化合物は、７０〜９０モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、０〜２０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、１０〜２０モル％の範囲内のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。別の一実施形態では、セラミックス化合物は、６０〜８０モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、０〜１０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、２０〜４０モル％の範囲内のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。別の一実施形態では、セラミックス化合物は、４０〜６０モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、０〜２０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、３０〜４０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、セラミックス化合物のために使用することができる。
【００３６】
一実施形態では、粉末は、プラズマ溶射中にアモルファス相を維持するために最適化される。一例では、アモルファス相は、粉末配合を制御することによって制御することができる。特殊配合した粉末は、相変化せずにアモルファス相に直接固化することができる。
【００３７】
ブロック４０４では、プラズマ溶射パラメータが最適化され、これによって粉末の溶融を最大化し、表面小塊の数を減らし、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。また、プラズマ溶射パラメータは最適化され、これによって粉末粒子を完全に溶融させ、これらの完全に溶融した粒子を、相変化を受けることなく、アモルファス相に固化させる。実施形態では、プラズマ溶射パラメータは最適化され、これによってプラズマ溶射中の材料のパンケーキ形状のスプラットを生成する。パンケーキ形状のスプラットは、互いの上に堆積し、セラミックスコーティングを形成するパンケーキ形状のスプラットの多くの層を構築する。一実施形態では、プラズマ溶射パラメータを最適化することは、プラズマ銃電力及び溶射キャリアガスの組成を決定することを含むが、これらに限定されない。プラズマ溶射パラメータを最適化することはまた、基板（例えば、プラズマスクリーン）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）を塗布するための特定の溶射コーティングシーケンス及びプロセス条件を決定することを含むことができる。
【００３８】
例えば、表Ａは、プラズマ溶射中にパンケーキ形状のスプラットを達成するための実施例のコーティングプロセスパラメータを示す。
【表Ａ】
2017515985.tif 000003
【００３９】
一実施形態では、パラメータは最適化され、これによって融解を最大化させ、（粉末の融解の増加を示すことができる）小塊の数を減少させ、（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、表面粗さを減少させ、コーティングの空孔率を減少させ、これらは、粒子が追い出される可能性が低いため、ウェハ上の粒子数を減少させる。また、パラメータは最適化され、これによって相変化を受けることなく、溶融した粒子をアモルファス相に固化させる。
【００４０】
例えば、最適化されたプラズマ電流は、約４００Ａ〜約１０００Ａの間の範囲内とすることができる。更なる最適化されたプラズマ電流は、約５００Ａ〜約８００Ａ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５０ｍｍ〜約２５０ｍｍの間の物品（例えば、ライナー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７０ｍｍ〜約２００ｍｍ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４０Ｌ／分〜約４００Ｌ／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なる最適化されたガス流は、約５０Ｌ／分〜約３００Ｌ／分の間の速度とすることができる。
【００４１】
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）を溶融し、選択したパラメータを使用して物品上に溶融した材料を噴霧することができる。セラミックス粉末は、堆積中に完全に溶融することができ、ターゲット本体によって衝撃を与えることができ、これによってターゲット本体上に比較的大きなパンケーキ形状のスプラットを形成する。熱溶射又はプラズマ溶射セラミックスコーティングは、多くの重なったパンケーキ形状のスプラットの積み重ねで構成することができる。概念的には、セラミックスコーティングは、単一コーティングを形成するパンケーキ形状のスプラットを重ね合わせた多くの層で構成される。熱溶射又はプラズマ溶射セラミックスコーティングは、約２〜１５ミルの厚さを有することができる。厚さは、一例では、物品がプラズマ環境への曝露の少なくとも約５０００高周波時間（ＲＦ時間）の寿命を有することを確実にするために、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、ここでＲＦ時間は、コンポーネントが処理に使用される時間数の尺度である。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／時間ならば、約２５００ＲＦ時間の有用な寿命のために、約１２．５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。
【００４２】
プラズマ溶射プロセスは、複数の溶射パスで実行することができる。各パスに対して、プラズマ溶射ノズルの角度は、溶射されている面に対してある相対角度を維持するように変えることができる。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。
【００４３】
一実施形態では、プラズマ溶射シーケンスは最適化され、これによって改善されたコーティング（例えば、より少ない空孔率、減少した表面小塊、大きなパンケーキ形状のスプラット、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（ほとんどの場合、物品の裏面コーティング由来の）浮遊粒子の再付着を低減させることができる。
【００４４】
ブロック４０８では、プラズマコーティングの特徴付けを実行することができる。これは、など、表面形態の決定、粗さ、空孔率、表面小塊の識別などを含むことができる。
【００４５】
図５は、スプラット面の例示的走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）図を示す。図５０１は、２０ミクロンスケールを有する３０００倍の拡大写真（例えば、１インチのサンプルの３０００倍の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ））上のコーティングのスプラットを示す。図５０２は、５０ミクロンスケールを有する１０００倍の拡大写真（例えば、１インチのサンプルの１０００倍の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ））上のコーティングのスプラットを示す。図５０３は、コーティングのために亀裂の無いパンケーキ形状のスプラットを形成するために粉末配合及びプラズマ溶射が最適化された一実施形態に係る、１００ミクロンスケールを有する５００倍の拡大写真（例えば、１インチのサンプルの５００倍の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ））上のコーティングのスプラットを示す。図５０４は、２０ミクロンスケールを有する３０００倍の拡大写真（例えば、１インチのサンプルの３０００倍の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ））上のコーティングのスプラットを示す。図５０５は、５０ミクロンスケールを有する１０００倍の拡大写真（例えば、１インチのサンプルの１０００倍の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ））上のコーティングのスプラットを示す。図５０６は、１００ミクロンスケールを有する５００倍の拡大写真（例えば、１インチのサンプルの５００倍の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ））上のコーティングのスプラットを示し、ここでコーティングのために亀裂の無いパンケーキ形状のスプラットを形成するために粉末配合及びプラズマ溶射が最適化されていない。
【００４６】
図５に示されるように、パンケーキ形状のスプラットを有するように最適化されたコーティングの図５０１、５０２、及び５０３は、コーティングの図５０４、５０５、及び５０６と比較して、より少ない亀裂又は全く亀裂が無いことを示している。例えば、パンケーキ形状のスプラットは、ほぼ丸と平面である円盤状の形状を有することができる。図５０１、５０２、及び５０３のスプラットは、滑らかな、亀裂のない、丸いエッジと、図５０４、５０５、及び５０６のスプラットよりも円盤状の外観を有する。パンケーキ形状のスプラットを形成するために最適化された粉末及び溶射によって形成されたコーティングの評価は、他の形状のスプラットを有するコーティングに比べて改善された形態と空孔率を示した。例えば、実施形態に係るコーティングは、粉末の改良された溶融、減少した粗さ、及び減少した空孔率に起因して、より少ない小塊及びより多くのスプラットを有する傾向があり、これらの全ては、ウェハ上の粒子性能に寄与する。
【００４７】
図６は、溶射中のコーティングのインサイチューの曲率変化を示し、ここでグラフ６０１は、比較コーティングを示し、グラフ６０２は、一実施形態に係るコーティングを示す。曲率変化は、溶射中のコーティングの応力レベルの指標である。グラフ６０１は、引張応力を示すことができ、概してより多くの立方晶相でできたコーティングの結果である可能性のある正の曲率変化を示す。グラフ６０２は、圧縮応力を示すことができ、概してより多くのアモルファス相でできたコーティングの結果である可能性のある負の曲率変化を示す。
【００４８】
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、コンポーネント、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、周知のコンポーネント又は方法は、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。
【００４９】
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。用語「約」及び「およそ」は、±１０％以内の値を指す。
【００５０】
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。
【００５１】
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】
2017515985.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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