(57)【要約】  超高密度かつ超平滑なセラミックスコーティングを製造するための方法が、本明細書中に開示される。本方法は、プラズマ溶射装置の中にセラミックス粒子のスラリーを供給する工程を含む。プラズマ溶射装置は、基板に向かう粒子の流れを生成し、接触した際に、基板上にセラミックスコーティングを形成する。
2017515001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ溶射装置内へスラリーを供給する工程であって、スラリーは、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌａ２Ｏ３、ＹＡＧ、ＹＦ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｒ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、ＥｒＡｌＯ３、Ｇｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＧｄＡｌＯ３、Ｎｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｎｄ４Ａｌ２Ｏ９、又はＮｄＡｌＯ３のうちの少なくとも１つを含むセラミックス粒子を含む工程と、
プラズマ溶射装置によって基板に向けられたセラミックス粒子の流れを生成する工程であって、セラミックス粒子の流れは、基板と接触した際に、基板上にセラミックスコーティングを形成する工程とを含む方法。
【請求項２】
セラミックスコーティングは、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物を含み、セラミックスコーティングは、
Ｙ２Ｏ３が５０〜７５モル％、ＺｒＯ２が１０〜３０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が１０〜３０モル％；
Ｙ２Ｏ３が４０〜１００モル％、ＺｒＯ２が０〜６０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が０〜１０モル％；
Ｙ２Ｏ３が４０〜６０モル％、ＺｒＯ２が３０〜５０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が１０〜２０モル％；
Ｙ２Ｏ３が４０〜５０モル％、ＺｒＯ２が２０〜４０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が２０〜４０モル％；
Ｙ２Ｏ３が７０〜９０モル％、ＺｒＯ２が０〜２０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が１０〜２０モル％； 
Ｙ２Ｏ３が６０〜８０モル％、ＺｒＯ２が０〜１０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が２０〜４０モル％； 
Ｙ２Ｏ３が４０〜６０モル％、ＺｒＯ２が０〜２０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が３０〜４０モル％； 
Ｙ２Ｏ３が３０〜６０モル％、ＺｒＯ２が０〜２０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が３０〜６０モル％；及び
Ｙ２Ｏ３が２０〜４０モル％、ＺｒＯ２が２０〜８０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が０〜６０モル％からなるリストから選択される組成を有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
セラミックスコーティングは、３０〜６０モル％のＹ２Ｏ３と、０．２０モル％のＺｒＯ２と、２０〜５０モル％のＥｒ２Ｏ３と、０〜１０モル％のＧｄ２Ｏ３と、０〜３０モル％のＳｉＯ２を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
セラミックスコーティングは、３０〜４５モル％のＹ２Ｏ３と、５．１５モル％のＺｒＯ２と、２５〜６０モル％のＥｒ２Ｏ３と、０〜２５モル％のＧｄ２Ｏ３を含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
セラミックス粒子の流れは、プラズマ溶射装置を介してスラリーを通過させる際に、スラリーから溶媒を蒸発させることによって生成され、溶媒は、エタノール、メタノール、脱イオン水、又はアセトニトリルのうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
セラミックスコーティングを形成した後、最大で約１２時間の持続時間、最大で約２０００℃の温度までセラミックスコーティングを加熱する工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
セラミックス粒子の大きさは、最大１５マイクロメートルであり、スラリーのｐＨは、５〜１２の間である、請求項１記載の方法。
【請求項８】
セラミックスコーティングの厚さは、最大約５００マイクロメートルであり、セラミックスコーティングの表面粗さは、１００μｉｎ未満であり、セラミックスコーティングの空孔率は、約０．８％未満である、請求項１記載の方法。
【請求項９】
基板は、蓋、ノズル、静電チャック、シャワーヘッド、ライナーキット、又はリングを含む群から選択されたチャンバコンポーネントである、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
基板は、基板上に配置された追加のセラミックスコーティングを含み、セラミックスコーティングが、追加のセラミックスコーティングの上に形成され、追加のセラミックスコーティングの第１空孔率は、０．８％よりも大きく、セラミックスコーティングの第２空孔率は、０．８％以下であり、追加のセラミックスコーティングの第１表面粗さは、１００μｉｎよりも大きく、セラミックスコーティングの第２表面粗さは、１００μｉｎ以下である、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
本体と、本体上のセラミックスコーティングとを含む物品であって、セラミックスコーティングは、
Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌａ２Ｏ３、ＹＡＧ、ＹＦ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｒ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、ＥｒＡｌＯ３、Ｇｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＧｄＡｌＯ３、Ｎｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｎｄ４Ａｌ２Ｏ９、又はＮｄＡｌＯ３のうちの少なくとも１つを含むセラミックス粒子を含むスラリーをプラズマ溶射装置内へ供給する工程と、
プラズマ溶射装置によって本体に向けられたセラミックス粒子の流れを生成する工程であって、セラミックス粒子の流れは、本体と接触した際に、本体上にセラミックスコーティングを形成する工程とを含む方法を用いて製造された物品。
【請求項１２】
セラミックスコーティングの厚さは、最大約５００マイクロメートルであり、セラミックスコーティングの表面粗さは、１００μｉｎ未満であり、セラミックスコーティングの空孔率は、約０．８％未満である、請求項１１記載の物品。
【請求項１３】
本体は、本体上に配置された追加のセラミックスコーティングを含み、前記セラミックスコーティングは、追加のセラミックスコーティング上に形成される、請求項１１記載の物品。
【請求項１４】
追加のセラミックスコーティングの第１空孔率は、０．８％よりも大きく、セラミックスコーティングの第２空孔率は、０．８％以下であり、
追加のセラミックスコーティングの第１表面粗さは、１００μｉｎよりも大きく、セラミックスコーティングの第２表面粗さは、１００μｉｎ以下である、請求項１３記載の物品。
【請求項１５】
セラミックスコーティングは、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物を含み、セラミックスコーティングは、
Ｙ２Ｏ３が５０〜７５モル％、ＺｒＯ２が１０〜３０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が１０〜３０モル％；
Ｙ２Ｏ３が４０〜１００モル％、ＺｒＯ２が０〜６０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が０〜１０モル％；
Ｙ２Ｏ３が４０〜６０モル％、ＺｒＯ２が３０〜５０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が１０〜２０モル％；
Ｙ２Ｏ３が４０〜５０モル％、ＺｒＯ２が２０〜４０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が２０〜４０モル％；
Ｙ２Ｏ３が７０〜９０モル％、ＺｒＯ２が０〜２０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が１０〜２０モル％； 
Ｙ２Ｏ３が６０〜８０モル％、ＺｒＯ２が０〜１０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が２０〜４０モル％； 
Ｙ２Ｏ３が４０〜６０モル％、ＺｒＯ２が０〜２０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が３０〜４０モル％； 
Ｙ２Ｏ３が３０〜６０モル％、ＺｒＯ２が０〜２０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が３０〜６０モル％；及び
Ｙ２Ｏ３が２０〜４０モル％、ＺｒＯ２が２０〜８０モル％、及びＡｌ２Ｏ３が０〜６０モル％からなるリストから選択される組成を有する、請求項１１記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概して、コーティングに関する。
【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及び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支持体（例えば、ウェハ処理中に基板支持体の縁部及びチャンバ洗浄中に基板支持体全体）を曝露させる。プラズマは、非常に浸食性がある可能性があり、処理チャンバ及びプラズマに曝露される他の表面を浸食する可能性がある。
【０００３】
プラズマ溶射コーティングは、ウェハ上の欠陥性能並びコンポーネントの寿命を高めるために、処理条件からチャンバコンポーネントを保護するために利用される。しかしながら、典型的なチャンバコンポーネントのコーティングは、それらの性能を損なう固有の多孔性、亀裂（クラック）、及び粗い表面仕上げを有する可能性がある。
【概要】
【０００４】
本開示のいくつかの態様の基本的理解を提供するために、以下は、本開示の簡単な概要となっている。この概要は、本開示の詳細な要旨ではない。それは、本開示の主要な又は重要な要素を特定すること、又は本開示の特定の実施形態の範囲又は特許請求の範囲を説明することのいずれも意図していない。その唯一の目的は、後で提示されるより詳細な説明の前置きとして、簡略化した形で、本開示のいくつかの概念を提示することである。
【０００５】
本開示の特定の実施形態は、半導体処理チャンバのための強化された欠陥性能を有する超高密度かつ超平滑なコーティングの生産に関する。一態様では、方法は、基板を提供する工程と、基板に向かう粒子の流れを生成するために、プラズマプルーム中にセラミックス粒子のスラリーを供給する工程を含む。粒子の流れは、接触時に基板上にセラミックスコーティングを形成する。
【０００６】
別の一態様では、方法は、第１セラミックスコーティングを有する基板を提供する工程と、基板に向かう粒子の流れを生成するために、プラズマプルーム中にセラミックス粒子のスラリーを供給する工程を含む。粒子の流れは、接触時に第１セラミックスコーティング上に第２セラミックスコーティングを形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本明細書中で開示される実施形態は、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】一実施形態に係る処理チャンバの断面図を示す。
【図２】一実施形態に係るプラズマ溶射装置の断面図を示す。
【図３Ａ】〜
【図３Ｂ】一実施形態に係る、それぞれ１つ及び２つのコーティングを有する例示的なチャンバコンポーネントの断面図を示す。
【図４Ａ】プラズマ溶射コーティングの顕微鏡写真である。
【図４Ｂ】プラズマ溶射コーティングの別の顕微鏡写真である。
【図５Ａ】一実施形態に係るスラリープラズマ溶射コーティングの顕微鏡写真である。
【図５Ｂ】一実施形態に係るスラリープラズマ溶射コーティングの別の顕微鏡写真である。
【図６】一実施形態に係るコーティングを製造するためのプロセスを示すフロー図である。
【図７】一実施形態に係る多層コーティングを製造するためのプロセスを示すフロー図である。
【実施形態の詳細な説明】
【０００８】
本発明の実施形態は、基板（例えば、半導体処理チャンバ用のチャンバコンポーネント）を提供する。セラミックスコーティングは、スラリープラズマ溶射堆積を用いて基板上に形成することができる。セラミックスコーティングは、保護コーティングとして機能することができる。いくつかの実施形態では、２以上のスラリープラズマ溶射セラミックスコーティングで構成されたコーティングスタックを、基板上に堆積させることができる。このような実施形態では、各セラミックスコーティングは、厚さを約１０マイクロメートル〜約５００マイクロメートルの間とすることができる。各セラミックスコーティングは、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２（ＧＡＧ）、ＹＦ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｒ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２（ＥＡＧ）、ＥｒＡｌＯ３、Ｇｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＧｄＡｌＯ３、Ｎｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｎｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＮｄＡｌＯ３、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物のうちの１以上の組成を有することができる。開示されたセラミックスコーティングのうちの１以上によって提供される改善された耐食性は、メンテナンス及び製造コストを低減しつつ、チャンバコンポーネントの耐用年数を向上させることができる。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態に係るコーティング層で被覆された１以上のチャンバコンポーネントを有する半導体処理チャンバ１００の断面図である。処理チャンバ１００は、内部に腐食性のプラズマ環境が提供されるプロセスのために使用することができる。例えば、処理チャンバ１００は、プラズマエッチング装置又はプラズマエッチングリアクタ、プラズマ洗浄機などのためのチャンバとすることができる。コーティング層を含むことができるチャンバコンポーネントの例は、基板支持アセンブリ１４８、静電チャック（ＥＳＣ）１５０、リング（例えば、プロセスキットリング又は単一リング）、チャンバ壁、ベース、ガス分配プレート、シャワーヘッド、ライナー、ライナーキット、シールド、プラズマスクリーン、フローイコライザ、冷却ベース、チャンバビューポート、チャンバ蓋などを含む。以下でより詳細に説明されるコーティング層は、１以上のＹ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌａ２Ｏ３、ＹＡＧ、ＹＦ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｒ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、ＥｒＡｌＯ３、Ｇｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＧｄＡｌＯ３、Ｎｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｎｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＮｄＡｌＯ３、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とのセラミックス化合物を含むことができる。図示されるように、基板支持アセンブリ１４８は、一実施形態に係るセラミックスコーティング層１３６を有する。しかしながら、他のチャンバコンポーネント（例えば、上に列挙したもの）のいずれも、コーティング層を含んでもよいことが理解されるべきである。
【００１０】
一実施形態では、処理チャンバ１００は、内部容積１０６を囲むチャンバ本体１０２及びシャワーヘッド１３０を含む。あるいはまた、いくつかの実施形態では、シャワーヘッド１３０は、蓋及びノズルで置き換えられてもよい。チャンバ本体１０２は、アルミニウム、ステンレス鋼、又は他の適切な材料から製造することができる。チャンバ本体１０２は、一般的に、側壁１０８及び底部１１０を含む。シャワーヘッド１３０（又は蓋及び／又はノズル）、側壁１０８、及び／又は底部１１０のうちの１以上は、コーティング層を含むことができる。
【００１１】
外側ライナー１１６は、チャンバ本体１０２を保護するために、側壁１０８に隣接して配置することができる。外側ライナー１１６は、コーティング層で製造及び／又は被覆することができる。一実施形態では、外側ライナー１１６は、酸化アルミニウムから製造される。
【００１２】
排気口１２６は、チャンバ本体１０２内に画定されることができ、内部容積１０６をポンプシステム１２８に結合することができる。ポンプシステム１２８は、排気して処理チャンバ１００の内部容積１０６の圧力を調整するために使用される１以上のポンプ及びスロットルバルブを含むことができる。
【００１３】
シャワーヘッド１３０は、チャンバ本体１０２の側壁１０８に支持させることができる。シャワーヘッド１３０（又は蓋）は、処理チャンバ１００の内部容積１０６へのアクセスを可能にするために開くことができ、閉じると同時に処理チャンバ１００に対するシールを提供することができる。ガスパネル１５８は、処理チャンバ１００に結合され、これによってシャワーヘッド１３０又は蓋及びノズルを通して内部容積１０６に処理ガス及び／又は洗浄ガスを提供することができる。シャワーヘッド１３０は、誘電体エッチング（誘電体材料のエッチング）のために使用される処理チャンバのために使用することができる。シャワーヘッド１３０は、ガス分配プレート（ＧＤＰ）１３３を含み、ガス分配プレート（ＧＤＰ）１３３は、ＧＤＰ１３３を貫通する複数のガス送出孔１３２を有する。シャワーヘッド１３０は、アルミニウムベース又は陽極酸化アルミニウムベース１０４に結合されたＧＤＰ１３３を含むことができる。ＧＤＰ１３３は、Ｓｉ又はＳｉＣから作ることができる、又はセラミックス（例えば、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＹＡＧ等）とすることができる。
【００１４】
導体エッチング（導電性材料のエッチング）のために使用される処理チャンバの場合、シャワーヘッドではなく、蓋を使用することができる。蓋は、蓋の中心孔に嵌合する中央ノズルを含むことができる。蓋は、セラミックス（例えば、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＡＧ、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物）とすることができる。ノズルもまた、セラミックス（例えば、Ｙ２Ｏ３、ＹＡＧ、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物）とすることができる。蓋、シャワーヘッドベース１０４、ＧＤＰ１３３、及び／又はノズルはそれぞれ、セラミックスコーティングでコーティングすることができる。
【００１５】
処理チャンバ１００内で基板を処理するために使用することができる処理ガスの例は、ハロゲン含有ガス（例えば、とりわけ、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒ、ＮＦ３、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ３、Ｆ、ＮＦ３、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＢＣｌ３、及びＳｉＦ４）及び他のガス（例えば、Ｏ２、又はＮ２Ｏ）を含む。キャリアガスの例は、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、及び処理ガスに不活性な他のガス（例えば、非反応性ガス）を含む。基板支持アセンブリ１４８は、シャワーヘッド１３０又は蓋の下の処理チャンバ１００の内部容積１０６内に配置される。基板支持アセンブリ１４８は、処理中に基板１４４を保持する。リング１４６（例えば、単一リング）は、静電チャック１５０の一部を覆うことができ、処理中に覆われた部分をプラズマへの曝露から保護することができる。リング１４６は、一実施形態では、シリコン又は石英とすることができる。
【００１６】
内側ライナー１１８は、基板支持アセンブリ１４８の周縁部上で被覆されてもよい。内側ライナー１１８は、耐ハロゲン含有ガス材料（例えば、外側ライナー１１６を参照して説明したもの）とすることができる。一実施形態では、内側ライナー１１８は、外側ライナー１１６と同一の材料から製造することができる。また、内側ライナー１１８は、セラミックスコーティングで被覆することができる。
【００１７】
一実施形態では、基板支持アセンブリ１４８は、台座１５２を支持する取付板１６２と、静電チャック１５０を含む。静電チャック１５０は、熱伝導性ベース１６４と、接着剤１３８（一実施形態では、シリコーン接着剤とすることができる）によって熱伝導性ベースに接合された静電パック１６６を更に含む。静電パック１６６の上面は、図示の実施形態では、セラミックスコーティング層１３６で覆われている。一実施形態では、セラミックスコーティング層１３６は、静電パック１６６の上面上に配置される。別の一実施形態では、セラミックスコーティング層１３６は、熱伝導性ベース１６４及び静電パック１６６の外側周縁部を含む静電チャック１５０の全露出面上に配置される。取付板１６２は、チャンバ本体１０２の底部１１０に結合され、ユーティリティ（例えば、流体、電力線、センサリード線など）を熱導電性ベース１６４及び静電パック１６６へルーティングするための通路を含む。
【００１８】
熱伝導性ベース１６４及び／又は静電パック１６６は、１以上のオプションの埋設された加熱素子１７６、埋設された熱絶縁体１７４、及び／又は導管１６８、１７０を含み、これによって支持アセンブリ１４８の横方向の温度プロファイルを制御することができる。導管１６８、１７０は、導管１６８、１７０を介して温度調節流体を循環させる流体源１７２に流体結合させることができる。埋設された熱絶縁体１７４は、一実施形態では、導管１６８、１７０間に配置することができる。ヒータ１７６は、ヒータ電源１７８によって調整される。導管１６８，１７０及びヒータ１７６は、熱伝導性ベース１６４の温度を制御するために利用され、これによって静電パック１６６及び処理される基板（例えば、ウェハ）を加熱及び／又は冷却することができる。静電パック１６６及び熱伝導性ベース１６４の温度は、コントローラ１９５を使用して監視することができる複数の温度センサ１９０、１９２を使用して監視することができる。
【００１９】
静電パック１６６は、複数のガス通路（例えば、溝、メサ、及びパック１６６及び／又はセラミックスコーティング層１３６の上面内に形成可能な他の表面構造）を更に含むことができる。ガス通路は、パック１６６内に開けられた穴を介して熱伝達（又は裏面）ガス（例えばＨｅ）の供給源に流体結合させることができる。稼働時には、裏面ガスは制御された圧力でガス通路内へ供給され、これによって静電パック１６６と基板１４４との間の熱伝達を向上させることができる。静電パック１６６は、チャッキング電源１８２によって制御された少なくとも１つのクランピング電極１８０を含む。電極１８０（又はパック１６６又はベース１６４内に配置された他の電極）は、処理チャンバ１００内で処理ガス及び／又は他のガスから形成されたプラズマを維持するために整合回路１８８を介して１以上のＲＦ電源１８４、１８６に更に結合させることができる。電源１８４、１８６は、一般的に、約５０ｋＨｚ〜約３ＧＨｚの周波数及び最大約１００００ワットの電力を有するＲＦ信号を生成することができる。
【００２０】
図２は、一実施形態に係るプラズマ溶射装置２００の断面図を示す。プラズマ溶射装置２００は、セラミックス材料の「スラリープラズマ溶射」（「ＳＰＳ」）堆積を実行するために使用される溶射システムの一種である。標準的なプラズマ溶射技術とは異なり、ＳＰＳ堆積は、基板上にセラミックスコーティングを堆積するために、粒子の溶液ベースの分布（スラリー）を利用する。ＳＰＳは、大気プラズマ溶射、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）、ウォームスプレー、真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）、低圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）を用いて、スラリーを溶射（噴霧）することによって実行することができる。
【００２１】
プラズマ溶射装置２００は、ノズル陽極２０６及び陰極２０４を囲む筐体２０２を含むことができる。筐体２０２は、プラズマ溶射装置２００を介して、ノズル陽極２０６と陰極２０４の間にガス流２０８を許容する。外部電源は、ノズル陽極２０６と陰極２０４との間に電圧電位を印加するために使用することができる。電圧電位は、プラズマガスを生成するために、ガス流２０８を点火するノズル陽極２０６と陰極２０４の間にアークを生成する。点火したプラズマガス流２０８は、ノズル陽極２０６から基板２２０へと向かう高速プラズマプルーム２１４を生成する。ノズル陽極２０６の末端と基板２２０の間の距離（すなわち、銃距離）は、約５０ｍｍ〜約５００ｍｍとすることができる。
【００２２】
プラズマ溶射装置２００は、チャンバ又は大気ブース内に配置することができる。いくつかの実施形態では、ガス流２０８は、アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、及びそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されないガス又はガス混合物とすることができる。ガス流２０８の流量は、約５０Ｌ／分〜約４００Ｌ／分の間とすることができる。ノズル陽極２０６と陰極２０４との間に印加される電圧電位は、ＡＣ波形、ＤＣ波形、又はそれらの組み合わせとすることができ、約４０Ｖ〜約５００Ｖの間とすることができる。印加される電位は、一般的に、３０ｋＷ以上の銃電力と、最大１０００Ａ又はそれ以上の銃電流を提供することができる。
【００２３】
プラズマ溶射装置２００は、例えば、５ｍＬ／分〜約１００ｍＬ／分の流速で、プラズマプルーム２１４中にスラリーを送出させるために、１以上の流体ライン２１２を備えることができる。いくつかの実施形態では、いくつかの流体ライン２１２を、一方の側に又はプラズマプルーム２１４の周りに対称的に配置することができる。いくつかの実施形態では、図２に示されるように、流体ライン２１２は、プラズマプルーム２１４の方向に対して垂直な様式で配置させることができる。他の実施形態では、流体ライン２１２は、異なる角度（例えば、４５°）でプラズマプルーム中にスラリーを送出させるように調整することができる、又はプラズマプルーム２１４中にスラリーを内部注入するために、筐体２０２の少なくとも部分的内部に配置することができる。いくつかの実施形態では、それぞれの流体ライン２１２は、別のスラリーを提供することができ、これによって基板２２０全域に亘って得られるコーティングの組成を変化させることができる。
【００２４】
スラリー供給機システムは、流体ライン２１２にスラリーを送出させるために利用することができる。いくつかの実施形態では、スラリー供給機システムは、コーティング中に一定の流量を維持する流量制御装置を含む。流体ライン２１２は、例えば、脱イオン水を使用して、コーティングプロセスの前後に洗浄することができる。いくつかの実施形態では、プラズマ溶射装置２００に供給されたスラリーを含むスラリー容器は、スラリーを均一に維持し、沈降防止のため、コーティングプロセスの過程で機械的に撹拌される。
【００２５】
いくつかの実施形態では、スラリーは、溶媒中のセラミックス粒子のスラリーである。溶媒としては、エタノール、メタノール、アセトニトリル、脱イオン水、又はそれらの組み合わせを含む低分子量の極性溶媒を含むことができるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、スラリーのｐＨは、スラリーの安定性を促進するために、約５〜１２の間とすることができる。いくつかの実施形態では、約１０重量％〜約５０重量％のスラリー中の粒子濃度が使用され、これによって流動性を最大化しながら、低粘度を維持することができる。いくつかの実施形態では、質量平均粒子径であるスラリー中の粒子の質量中位径（Ｄ５０）は、約１０ナノメートル〜１０マイクロメートルの間とすることができる。いくつかの実施形態では、スラリーは、均一に粒子を分散するのに役立つ分散剤を含んでもよい。典型的な分散剤は、低分子量ポリマー（例えば、ポリアクリル酸、アンモニウムポリメタクリレート、オメガ−３脂肪酸（例えば、エイコサペンタエン酸及びドコサヘキサエン酸）、及びポリエチレングリコール）を含むことができる。いくつかの実施形態では、粒子は、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌａ２Ｏ３、ＹＡＧ、ＹＦ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｒ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、ＥｒＡｌＯ３、Ｇｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＧｄＡｌＯ３、Ｎｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｎｄ４Ａｌ２Ｏ９、又はＮｄＡｌＯ３のうちの１以上を含む組成物を有することができる。
【００２６】
プラズマプルーム２１４は、約３０００℃〜約１００００℃の間の温度に到達する可能性がある。スラリー（又は複数のスラリー）が経験する激しい温度は、プラズマプルーム２１４中に注入されたときに、すぐにスラリーの溶剤を蒸発させることができ、基板２２０に向かって推進される粒子流２１６を生成するセラミックス粒子を溶融することができる。基板２２０に衝突するとすぐに、溶融粒子は基板上で平らになり、急速に固化し、セラミックスコーティング２１８を形成する。セラミックス粒子が基板２２０に到達する前に、溶媒は完全に蒸発させることができる。
【００２７】
セラミックスコーティングの厚さ、密度、及び粗さに影響を与えることができるパラメータは、スラリー条件、粒子サイズ分布、スラリー供給速度、プラズマガス組成、ガス流量、エネルギー入力、溶射距離、及び基板冷却を含む。
【００２８】
図３Ａ及び図３Ｂは、一実施形態に係る、それぞれ１つ及び２つのコーティングを有する例示的なチャンバコンポーネントの断面図を示す。図３Ａを参照すると、物品３００のベース又は本体３０２の少なくとも一部は、セラミックスコーティング３０４によってコーティングされている。物品３００（図２に関連して説明された基板２２０と同じとすることができる「基板」とも一般的に呼ばれる）は、チャンバコンポーネント（例えば、基板支持アセンブリ、静電チャック（ＥＳＣ）、リング（例えば、プロセスキットリング又は単一リング）、チャンバライナ、シャワーヘッドベース、ガス分配プレート、ライナー、ライナーキット、シールド、プラズマスクリーン、フローイコライザ、冷却ベース、チャンバビューポート、チャンバ蓋など）とすることができる。物品３００の本体３０２は、金属、セラミックス、金属−セラミックス複合材料、ポリマー、又はポリマー−セラミックス複合材料とすることができる。
【００２９】
種々のチャンバコンポーネントは、異なる材料から構成される。例えば、静電チャックは、陽極酸化アルミニウムベースに結合されたセラミックス（例えば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＴｉＯ（酸化チタン）、ＴｉＮ（窒化チタン）、又はＳｉＣ（炭化ケイ素））で構成することができる。Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、及び陽極酸化アルミニウムは、悪いプラズマ耐食性を有する。フッ素化学及び／又は還元化学を有するプラズマ環境に曝露されたときに、静電チャックの静電パックは、処理の約５０高周波時間（ＲＦ時間）後、劣化したウェハチャッキング、増加したヘリウム漏れ速度、ウェハ正面側及び裏面側での粒子の生産、及びウェハ上の金属汚染を示す可能性がある。高周波時間は、処理の１時間である。
【００３０】
Ａｌ２Ｏ３は、高い曲げ強度及び高い熱伝導率を有するので、導体のエッチングプロセスに使用されるプラズマエッチング装置用の蓋は、Ａｌ２Ｏ３などの焼結セラミックスとすることができる。しかしながら、フッ素化学に曝露されたＡｌ２Ｏ３は、ウェハ上にＡｌＦ粒子並びにアルミニウム金属汚染を形成する。いくつかのチャンバ蓋は、プラズマ対向面上に厚膜保護層を有し、これによって粒子生成及び金属汚染を最小限にし、蓋の寿命を延長する。しかしながら、大部分の厚膜コーティング技術は、ウェハ上の欠陥性能を低下させる可能性のある固有の亀裂及び細孔を有する。
【００３１】
プロセスキットリング及び単一リングは、他のチャンバコンポーネントを封止及び／又は保護するために使用され、通常は、石英又はシリコンから製造される。これらのリングは、均一なプラズマ密度（及び均一なエッチング）を確保するために、支持されている基板（例えば、ウェハ）の周りに配置することができる。しかしながら、石英及びシリコンは、様々なエッチング化学（例えば、プラズマエッチング化学）の下で非常に高い浸食速度を有する。また、このようなリングは、プラズマ化学に曝露される場合、粒子汚染を引き起こす可能性がある。プロセスキットリング及び単一リングはまた、焼結セラミックス（例えば、ＹＡＧ及び／又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とから構成されるセラミックス化合物）からなることができる。
【００３２】
誘電体エッチングプロセスを実行するために使用されるエッチング装置のためのシャワーヘッドは、通常、ＳｉＣフェースプレートに結合された陽極酸化アルミニウムで作られている。このようなシャワーヘッドは、フッ素を含むプラズマ化学に曝されたとき、陽極酸化アルミニウムベースとのプラズマ相互作用に起因してＡｌＦが形成される可能性がある。また、陽極酸化アルミニウムベースの高い浸食速度は、アーク放電をもたらし、最終的にはシャワーヘッドのためのクリーニングの間の平均時間を減少させる可能性がある。
【００３３】
チャンバのビューポート（エンドポイントウィンドウとしても知られている）は、通常、石英又はサファイア製の透明なコンポーネントである。様々な光センサは、ビューポートによって保護可能であり、ビューポートを介して光センサの読み取りを行うことができる。また、ビューポートは、処理中にユーザがウェハを視覚的に検査又は眺めることを可能にすることができる。石英及びサファイアの両方は、悪いプラズマ耐食性を有している。プラズマ化学は、ビューポートを浸食し荒らすので、ビューポートの光学特性は変化する。例えば、ビューポートは曇る可能性がある、及び／又はビューポートを通過した光信号は、歪む可能性がある。これは、正確な測定値を収集するための光学センサの能力を損なう可能性がある。しかしながら、厚膜保護層は、これらのコーティングが、ビューポートを閉塞する可能性があるため、ビューポート上での使用には不適切となる可能性がある。
【００３４】
上で提供された例は、本明細書の実施形態に記載の薄膜保護層を使用することによって性能を改善することができるわずか数個のチャンバコンポーネントを記載している。
【００３５】
再び図３Ａを参照すると、物品３００の本体３０２は、１以上の表面構造を含むことができる。静電チャックに対しては、表面構造は、メサ、シーリングバンド、ガスチャネル、ヘリウム孔などを含むことができる。シャワーヘッドの場合は、表面構造は、接合ライン、数百又は数千のガス分配用の孔、ガス分配孔の周囲のディボット又はバンプなどを含むことができる。他のチャンバコンポーネントは、他の表面構造を有していてもよい。
【００３６】
本体３０２上に形成されたセラミックスコーティング３０４は、本体３０２の表面構造に倣うことができる。図示のように、セラミックスコーティング３０４は、本体３０２の上面の相対形状を維持する（例えば、メサの形状を伝える）。また、セラミックスコーティングは、静電チャック内のシャワーヘッド又はヘリウム孔の孔を塞がないように十分に薄くすることができる。一実施形態では、セラミックスコーティング３０４は、約２０マイクロメートル以下の厚さを有する。更なる一実施形態では、セラミックスコーティング３０４は、約１０マイクロメートル〜約５００マイクロメートルの間の厚さを有する。セラミックスコーティング３０４は、図２に関して説明したプラズマ溶射装置２００を用いて本体３０２上に堆積させることができる。
【００３７】
図３Ｂを参照すると、物品３５０のベース又は本体３５２の少なくとも一部は、２つのコーティング（第１コーティング３５４と、第１コーティング３５４の上に堆積された第２コーティング３５６）でコーティングされる。いくつかの実施形態では、第１コーティング３５４は、標準的な堆積技術（例えば、粉末のドライプラズマ溶射、熱蒸着、スパッタリングなど）を用いて実行されるコーティングとすることができる。第１コーティング３５４は、セラミックスコーティングとすることができるが、高い表面粗さ並びに表面欠陥（例えば、亀裂及び細孔）を有するかもしれない。したがって、第２コーティング３５６は、第１コーティング３５４の上に堆積させることができる。第２コーティングは、例えば、図２に関して説明したプラズマ溶射装置２００を用いてＳＰＳ堆積されたセラミックスコーティングとすることができる。いくつかの実施形態では、第１及び第２コーティングは両方とも、異なる組成を有するＳＰＳ堆積されたセラミックスコーティングとすることができる。
【００３８】
第１及び第２コーティング３５４、３５６は、単なる例示であり、コーティングスタック内の任意の適切な数のコーティングが、本体３５２上に堆積され、コーティングスタックを形成することができる。コーティングスタック内の１以上のコーティングは、セラミックスコーティング（例えば、ＳＰＳ堆積セラミックスコーティング）とすることができる。コーティングスタック内のコーティングは、全て同じ厚さを有することができ、又はそれらは、様々な厚さを有することができる。コーティングスタック内のコーティングのそれぞれは、約２０マイクロメートル未満、いくつかの実施形態では、約１０マイクロメートルの厚さを有することができる。一例では、図３Ｂに示されるような二層積層においては、第１コーティング３５４は、約１０マイクロメートルの厚さを有し、第２コーティング３５６は、約１０マイクロメートルの厚さを有することができる。別の一例では、第１コーティング３５６は、約１０マイクロメートルの厚さを有するＹＡＧ層とすることができ、第２コーティング３５６は、約５００マイクロメートルの厚さを有するＳＰＳ堆積セラミックスコーティングとすることができる。
【００３９】
物品が加熱され、冷却されるたびに、セラミックスコーティングとそれが覆う基板との間の熱膨張係数の不整合は、セラミックスコーティングに応力を引き起こす。このような応力は、垂直亀裂に集中する可能性がある。これは、セラミックスコーティングを、それが覆っている基板から最終的に剥離させる可能性がある。対照的に、垂直亀裂がない場合は、応力は、薄膜全域に亘ってほぼ均等に分散されている。したがって、一実施形態では、第１コーティング３５４は、アモルファスセラミックス（例えば、ＹＡＧ又はＥＡＧ）であり、第２コーティング３５６は、結晶性又はナノ結晶性セラミックス（例えば、セラミックス化合物又はＥｒ２Ｏ３）であり、その中で、１以上のコーティングがＳＰＳ堆積されたコーティングである。このような実施形態では、第２コーティング３５６は、第１コーティング３５４と比べて、より高い耐プラズマ性を提供することができる。本体３５２上に直接ではなく第１コーティング３５４上に第２コーティング３５６を形成することにより、第１コーティング３５４は、後続のコーティングの格子不整合を最小限に抑えるためのバッファとして作用する。したがって、第２コーティング３５６の寿命を増加させることができる。
【００４０】
別の一例では、本体、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物のそれぞれは、異なる熱膨張係数を有することができる。２つの隣接する材料間の熱膨張係数の不整合が大きければ大きいほど、これらの材料のうちの一方が最終的に、割れ、剥がれ、又はそうでなければ他方の材料へのその結合を失う可能性も大きくなる。第１及び第２コーティング３５４、３５６は、隣接するコーティング間（又は第１コーティング３５４と本体３５２との間）の熱膨張係数の不整合を最小限にするように形成することができる。例えば、本体３５２は、アルミナとすることができ、ＥＡＧは、アルミナの熱膨張係数に最も近い熱膨張係数を有し、ＹＡＧの熱膨張係数が続き、追加の化合物セラミックスコーティングの熱膨張係数が続くことができる。したがって、一実施形態では、第１コーティング３５４は、ＥＡＧとすることができ、第２コーティング３５６は、ＹＡＧとすることができ、追加のコーティングは、化合物セラミックスとすることができる。
【００４１】
別の一例では、コーティングスタック内のコーティングは、２つの異なるセラミックスの交互層とすることができる。例えば、第１及び第３コーティングはＹＡＧとすることができ、第２及び第４コーティングは、化合物セラミックスとすることができる。このような交互コーティングは、交互コーティング内で使用される一方の材料がアモルファスであり、交互コーティング内で使用される他方の材料が結晶性又はナノ結晶性である場合に、上記のものと同様の利点を提供することができる。
【００４２】
いくつかの実施形態では、コーティングスタック内の１以上は、熱処理を用いて形成された遷移層である。本体３５２がセラミックス体の場合、高温の熱処理が、セラミックスコーティング（例えば、セラミックスコーティング３５４）と本体３５２との間の相互拡散を促進するために実行することができる。また、熱処理は、隣接するコーティング間又は厚いコーティングと薄いコーティングとの間の相互拡散を促進するために実行することができる。遷移層は、非多孔質層とすることができ、２つのセラミックス間の拡散接合として作用することができ、隣接するセラミックスコーティング間の改良された接着性を提供することができる。これは、プラズマ処理中にセラミックスコーティングが割れたり、剥がれたり、又は剥離するのを防止するのに役立つ可能性がある。
【００４３】
熱処理は、最大１〜１２時間の継続時間の間、０．５〜５℃／分のランプ（上昇）速度で、最大約１２００〜２０００℃での加熱処理とすることができる。クールダウン（冷却）は、０．５〜５℃／分の速度で制御することができ、又は、周囲条件下での自然冷却とすることができる。これは、第１セラミックスコーティングと、隣接したセラミックス体又は第２セラミックスコーティングのうちの１以上との間に相互拡散層を作る可能性がある。例えば、セラミックス体がＡｌ２Ｏ３であり、セラミックスコーティングが化合物セラミックスのＹ４Ａｌ２Ｏ９及び固溶体Ｙ２―ＸＺｒＸＯ３（Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２固溶体）である場合、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２界面層が形成される。同様に、熱処理は、Ｅｒ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の間にＥＡＧの遷移層を形成させるだろう。熱処理はまた、Ｙ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の間にＹＡＧの遷移層を形成させるだろう。熱処理はまた、Ｇｄ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の間にＧＡＧを形成させる可能性がある。Ａｌ２Ｏ３上でのイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の熱処理は、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９と固溶体Ｙ２−ＸＺｒＸＯ３の化合物セラミックスの遷移層を形成する可能性がある。他の遷移層が、隣接する他のセラミックスコーティン間に形成されてもよい。
【００４４】
本明細書に記載の実施形態に係るセラミックス粒子のスラリーを使用してＳＰＳ堆積を実行することによって、セラミックスコーティング組成物の例は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＹＡＧ、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体（Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２固溶体）とからなるセラミックス化合物、又は以前に特定された他のセラミックス材料のいずれかを含むことができる。他のＥｒ系及び／又はＧｄ系の耐プラズマ性希土類酸化物もまた、セラミックスコーティング（例えば、コーティング２１８、３０４、３５４、及び／又は３５６）を形成するために使用することができる。
【００４５】
ＳＰＳ堆積セラミックスコーティングはまた、上記セラミックスのいずれかによって形成された固溶体に基づくことが可能である。Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とからなるセラミックス化合物を参照すると、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。別の一実施形態では、セラミックス化合物は、３０〜６０モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、０〜２０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、３０〜６０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、２０〜４０モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、２０〜８０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、０〜６０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。
【００４６】
一実施形態では、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、及びＳｉＯ２の組み合わせを含む代替セラミックス化合物が、セラミックスコーティングのために使用される。一実施形態では、代替のセラミックス化合物は、４０〜４５モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、０〜１０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、３５〜４０モル％の範囲内のＥｒ２Ｏ３と、５〜１０モル％の範囲内のＧｄ２Ｏ３と、５〜１５モル％の範囲内のＳｉＯ２を含むことができる。別の一実施形態では、代替のセラミックス化合物は、３０〜６０モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、０〜２０モル％の範囲内のＺｒＯ２と、２０〜５０モル％の範囲内のＥｒ２Ｏ３と、０〜１０モル％の範囲内のＧｄ２Ｏ３と、０〜３０モル％の範囲内のＳｉＯ２を含むことができる。別の一実施形態では、代替のセラミックス化合物は、３０〜４５モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、５〜１５モル％の範囲内のＺｒＯ２と、２５〜６０モル％の範囲内のＥｒ２Ｏ３と、０〜２５モル％の範囲内のＧｄ２Ｏ３を含むことができる。第１実施例では、代替のセラミックス化合物は、４０モル％のＹ２Ｏ３と、５モル％のＺｒＯ２と、３５モル％のＥｒ２Ｏ３と、５モル％のＧｄ２Ｏ３と、１５モル％のＳｉＯ２を含む。第２実施例では、代替のセラミックス化合物は、４５モル％のＹ２Ｏ３と、５モル％のＺｒＯ２と、３５モル％のＥｒ２Ｏ３と、１０モル％のＧｄ２Ｏ３と、５モル％のＳｉＯ２を含む。第３実施例では、代替のセラミックス化合物は、４０モル％のＹ２Ｏ３と、５モル％のＺｒＯ２と、４０モル％のＥｒ２Ｏ３と、７モル％のＧｄ２Ｏ３と、８モル％のＳｉＯ２を含む。一実施形態では、セラミックスコーティングは、７０〜７５モル％の範囲内のＹ２Ｏ３と、２５〜３０モル％の範囲内のＺｒＯ２を含む。更なる一実施形態では、セラミックスコーティングは、７３．１３モル％のＹ２Ｏ３と、２６．８７モル％のＺｒＯ２を含むＹＺ２０と呼ばれる材料である。更なる一実施形態では、セラミックスコーティングは、３７モル％のＹ２Ｏ３と、８モル％のＺｒＯ２と、５５モル％のＥｒ２Ｏ３を含むＹＥＺ０８と呼ばれる材料である。更なる一実施形態では、セラミックスコーティングは、４０モル％のＹ２Ｏ３と、１０モル％のＺｒＯ２と、３０モル％のＥｒ２Ｏ３と、２０モル％のＧｄ２Ｏ３を含むＹＥＺＧ１０と呼ばれる材料である。
【００４７】
上記セラミックスコーティングのいずれも、微量の他の材料（例えば、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、又は他の酸化物）を含んでいてもよい。一実施形態では、同一のセラミックス材料は、２つの隣接するセラミックスコーティングに対して使用されない。しかしながら、別の一実施形態では、隣接するコーティングは、同一のセラミックスで構成されてもよい。
【００４８】
乾燥粉末による従来のプラズマ溶射堆積とスラリーのスラリープラズマ溶射堆積を用いたセラミックスコーティングの準備（調整）の違いをそれぞれ実証するために、ここで図４及び図５が参照される。
【００４９】
図４Ａ及び図４Ｂは、Ｙ２Ｏ３の乾燥粉末をプラズマ溶射すること（「ドライプラズマ溶射」）により準備されたプラズマ溶射コーティングの顕微鏡写真であり、異なる倍率で同じＹ２Ｏ３コーティングを示す。図５Ａ及び図５Ｂは、一実施形態に係るＹ２Ｏ３のスラリーをプラズマ溶射することにより準備されたスラリープラズマ溶射コーティングの顕微鏡写真であり、異なる倍率で同じＹ２Ｏ３コーティングを示す。表１は、表面粗さ、空孔率、及び耐食性（例えば、ＨＣｌバブル時間）の点で、図４Ａ及び図４Ｂのドライプラズマ溶射コーティングに対して、図５Ａ及び図５ＢのＳＰＳ堆積コーティングの改善された特性を示す。
【表１】
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【００５０】
図４Ａ及び図４Ｂのドライプラズマ溶射コーティングは、非常に多孔質であり、下地の基板を露出させる欠陥を含むが、一方、図５Ａ及び図５Ｂの溶媒溶射コーティングは、より多孔性ではなく、最小限の欠陥を有する。いくつかの実施形態では、ＳＰＳ蒸着コーティング（例えば、図５Ａ及び図５Ｂのもの）は、ドライプラズマ溶射コーティング（例えば、図４Ａ及び図４Ｂのもの）を有する基板上に堆積させ、これによって欠陥をマスクし、最終的により平滑なセラミックスコーティングを提供することができる。
【００５１】
図６は、一実施形態に係るコーティングを製造するためのプロセス６００を示すフロー図である。ブロック６０２では、基板が提供される。いくつかの実施形態では、基板は、ウェハ（例えば、シリコンウェハ）である。いくつかの実施形態では、基板は、図１に関して説明したように、適切なチャンバコンポーネントとすることができる。例えば、基板は、蓋、ノズル、静電チャック（例えば、ＥＳＣ１５０）、シャワーヘッド（例えば、シャワーヘッド１３０）、ライナー（例えば、外側ライナー１１６又は内側ライナー１１８）又はライナーキット、又はリング（例えば、リング１４６）のうちのいずれかとすることができるが、これらに限定されない。
【００５２】
ブロック６０４では、セラミックス粒子のスラリーは、プラズマ溶射装置内に供給される。スラリーは、適切な流体ライン（例えば、１以上の流体ライン２１２）を用いてプラズマ溶射装置（例えば、プラズマ溶射装置２００）内に供給することができる。スラリーは、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、ＹＦ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｒ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、ＥｒＡｌＯ３、Ｇｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＧｄＡｌＯ３、Ｎｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｎｄ４Ａｌ２Ｏ９、又はＮｄＡｌＯ３のうちの１以上の組成を有するセラミックス粒子を含有することができる。粒子のうちのＤ５０は、約１０ナノメートル〜１０マイクロメートルの間とすることができる。スラリーは、溶媒（例えば、エタノール、メタノール、脱イオン水、アセトニトリル、又はそれらの組合せ）を含むことができ、スラリーのｐＨは、５〜１２の間とすることができる。スラリー中の粒子濃度は、約１０重量％〜約５０重量％とすることができる。
【００５３】
ブロック６０６では、プラズマ溶射装置は、基板上にセラミックスコーティングを形成するために、基板に向かうセラミックス粒子の流れを生成する。スラリーは、プラズマ溶射装置によって生成されるプラズマプルーム（例えば、プラズマプルーム２１４）に入ると、溶媒が蒸発し、粒子の流れ（例えば、粒子の流れ２１６）は、基板（例えば、基板２２０）に向かって推進される。基板の表面上に衝突した溶融セラミックス粒子は、基板上にセラミックスコーティングを形成する。結果として得られるセラミックスコーティングの組成は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２（ＧＡＧ）、ＹＦ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｒ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２（ＥＡＧ）、ＥｒＡｌＯ３、Ｇｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＧｄＡｌＯ３、Ｎｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｎｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＮｄＡｌＯ３、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物のうちの１以上とすることができる。
【００５４】
いくつかの実施形態では、ＳＰＳ堆積を実行する前に、マスクが基板上に配置されていてもよい。例えば、マスクは、セラミックス粒子が基板の特定の領域に衝突するのを選択的に遮断する基板からの短い距離（例えば１〜１０ｍｍ）に配置することができる。別の一例として、マスクは、基板上にセラミックス材料からなる構造を残すために、後で剥離することができるフォトレジスト層とすることができる。マスキングは、マクロスケール及びマイクロスケールのセラミックス構造を基板上に堆積可能にすることができる。例えば、基板のマスキングは、ＥＳＣ表面上にメサを形成するために使用することができる。
【００５５】
ブロック６０８では、セラミックス粒子の流れが、セラミックスコーティングを形成しながら、基板が冷却される。例えば、熱い粒子の流れが基板に衝突するとき、基板と冷却流体との間の熱交換を誘導するために、冷却流体ライン（例えば、水路）を、基板の下又は基板に隣接して通すことができる。基板の冷却は、いくつかの実施形態では、セラミックスコーティングの形成を促進することができる。他の実施形態では、ブロック６０８は、完全に省略することができる。
【００５６】
ブロック６１０では、セラミックスコーティングは、約１時間〜約１２時間の間、約１２００℃〜約２０００℃の間の温度まで加熱される。いくつかの実施形態では、プラズマ溶射が完了した後、ブロック６１０が実行される。基板は、（例えば、基板に隣接して位置する熱素子による加熱によって）プラズマ溶射チャンバ内で、又は別個の加熱チャンバ内で加熱することができる。セラミックスコーティングの加熱は、セラミックスコーティングの空孔率及び表面粗さを低減させるのを助長することができる。いくつかの実施形態では、ブロック６１０は、完全に省略することができる。
【００５７】
図７は、一実施形態に係る多層コーティングを製造するためのプロセス７００を示すフロー図である。ブロック７０２では、基板上に配置された第１セラミックスコーティングを有する基板が提供される。第１セラミックスコーティングは、スラリープラズマ溶射セラミックスコーティングとすることができる、又は別の堆積技術を用いて堆積されたものでもよい。いくつかの実施形態では、基板は、図１に関して説明したように適切なチャンバコンポーネントであってもよい。例えば、基板は、蓋、ノズル、静電チャック（例えば、ＥＳＣ１５０）、シャワーヘッド（例えば、シャワーヘッド１３０）、ライナー（例えば、外側ライナー１１６又は内側ライナー１１８）又はライナーキット、又はリング（例えば、リング１４６）のうちのいずれかとすることができるが、これらに限定されない。
【００５８】
ブロック７０４では、セラミックス粒子のスラリーが、プラズマ溶射装置中に供給される。ブロック７０４は、図６に関して説明したブロック６０４と同じ又は同様とすることができる。
【００５９】
ブロック７０６では、プラズマ溶射装置は、第１セラミックスコーティング上に第２セラミックスコーティングを形成するために、基板へ向かうセラミックス粒子の流れを生成する。ブロック７０６は、図６に関して説明したブロック６０６と同じ又は同様とすることができ、スラリーは、本明細書に記載の任意の適切なスラリーとすることができる。いくつかの実施形態では、第１セラミックスコーティングの第１空孔率は、０．５％よりも大きく、第２セラミックスコーティングの第２空孔率は、０．５％以下である。いくつかの実施形態では、第１セラミックスコーティングの第１表面粗さは、１００μｉｎ以上であり、第２セラミックスコーティングの第２表面粗さは、１００μｉｎ以下である。いくつかの実施形態では、（図６のブロック６０６に関して説明したように、）第１セラミックスコーティング上にセラミックスの構造を選択的にパターニングするためにマスキングを使用してもよい。
【００６０】
いくつかの実施形態では、第１及び第２セラミックスコーティングは、同じ組成を有する。いくつかの実施形態では、第１及び第２セラミックスコーティングは、異なる組成を有する。いくつかの実施形態では、多層コーティングスタックを生成するために、ブロック７０４及び７０６は、所望の回数行ってもよい。
【００６１】
ブロック７０８では、セラミックス粒子の流れが第２セラミックスコーティングを形成しながら、基板が冷却される。図６に関して説明したように、ブロック７０８は、ブロック６０８と実質的に同様の方法で実行してもよい。いくつかの実施形態では、ブロック７０８は、完全に省略することができる。
【００６２】
ブロック７１０では、セラミックスコーティングは、約１時間〜約１２時間の間、約１２００℃〜約２０００℃の間の温度に加熱される。図６に関して説明したように、ブロック７１０は、ブロック６１０と実質的に同様の方法で実行してもよい。いくつかの実施形態では、ブロック７１０は、完全に省略することができる。
【００６３】
前述の説明は、本発明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、本発明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。他の例では、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、依然として本発明の範囲内にあることが理解される。
【００６４】
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」又は「およそ」は、本明細書で使用される場合、これは、提示された公称値が±１０％以内で正確であることを意味することを意図している。
【００６５】
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／又は交互の方法とすることができる。
【００６６】
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】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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