(57)【要約】  基板支持アセンブリは、セラミックス本体と、セラミックス本体の下面に接合された熱伝導性ベースを含む。基板支持アセンブリは、セラミックス本体の上面を覆う保護層を更に含み、保護層は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、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少なくとも１つを含む。
2016502276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス本体と、
セラミックス本体の下面に接合された熱伝導性ベースと、
セラミックス本体の上面を覆う保護層を含み、保護層は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、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少なくとも１つを含む基板支持アセンブリ。
【請求項２】
保護層は、１％以下の空孔率、２０ミクロン未満の厚さ、及び１０００Ｖ／ミルより大きい絶縁破壊電圧を有するイオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）によって堆積された層である請求項１記載の基板支持アセンブリ。
【請求項３】
セラミックス本体の上面が非粗面化されている請求項２記載の基板支持アセンブリ。
【請求項４】
セラミックス本体は、複数の孔を含み、セラミックス本体の上面は、複数のメサを含み、保護層は、複数のメサを伝承し、複数の孔を塞がない請求項２記載の基板支持アセンブリ。
【請求項５】
静電パックの下面の曲率は、５０ミクロン未満である請求項２記載の基板アセンブリ。
【請求項６】
保護層は、１００〜３００ミクロンの厚さ、２〜５％の空孔率、及び最大１２００Ｖ／ミルの絶縁破壊電圧を有するプラズマコーティングによって堆積された層である請求項１記載の基板支持アセンブリ。
【請求項７】
保護層は、保護コーティングの表面上に形成された複数のメサを含み、基板支持アセンブリは、保護層及びセラミックス本体を貫通する複数の孔を含む請求項６記載の基板支持アセンブリ。
【請求項８】
セラミックス本体の上面は粗面化されている請求項６記載の基板支持アセンブリ。
【請求項９】
保護層は、界面層を介してセラミックス本体の上面に拡散接合されたバルク焼結セラミックス物品を含む請求項１記載の基板支持アセンブリ。
【請求項１０】
セラミックス本体はＡｌ２Ｏ３を含み、界面層はＹ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）を含む請求項９記載の基板支持アセンブリ。
【請求項１１】
保護層は、保護コーティングの表面上に形成された複数のメサを含み、基板支持アセンブリは、保護層及びセラミックス本体を貫通する複数の孔を含む請求項９記載の基板支持アセンブリ。
【請求項１２】
セラミックス本体を提供する工程と、
セラミックス本体の下面に熱伝導性ベースを接合する工程と、
セラミックス本体の上面上に保護層を堆積させるためにイオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）プロセス又はプラズマ溶射プロセスを実行する工程であって、保護層は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９と、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とのセラミックス化合物のうちの少なくとも１つを含む工程と、
セラミックス本体の上面又は保護層のうちの少なくとも一方の上に複数のメサを形成する工程と、
セラミックス本体又は保護層の少なくとも一方に複数の孔を形成する工程を含む方法。
【請求項１３】
ＩＡＤプロセスは、保護層を堆積させるために実行され、複数のメサは、セラミックス本体の上面上に形成され、複数の孔は、ＩＡＤプロセスを実行する前にセラミックス本体内に形成され、保護層は、複数のメサを伝承し、複数の孔を塞がず、保護層は、１％以下の空孔率、２０ミクロン未満の厚さ、及び１０００Ｖ／ミルより大きい絶縁破壊電圧を有する請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
プラズマ溶射プロセスは、保護層を堆積するために実行され、複数のメサは、保護層の上面上に形成され、複数の孔は、セラミックス本体及び保護層内に形成され、保護層は、１００〜３００ミクロンの厚さ、２〜５％の空孔率、及び最大１２００Ｖ／ミルの絶縁破壊電圧を有し、前記方法は、プラズマ溶射プロセスの前にセラミックス本体の上面を粗面化する工程を更に含む請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
アルミナを含むセラミックス本体を提供する工程と、
セラミックス本体の上面にバルク焼結セラミックス物品を塗布する工程であって、バルク焼結セラミックス物品は、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９と、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とのセラミックス化合物を含み、バルク焼結セラミックス物品は、セラミックス本体のための保護層として作用する工程と、
セラミックス本体の上面とバルク焼結セラミックス物品の間に界面層を形成するために、セラミックス本体及びバルク焼結セラミックス物品を加熱する工程であって、界面層は、セラミックス本体からの第２元素と反応したバルク焼結セラミックス物品からの第１元素を含み、これによってセラミックス本体をバルク焼結セラミックス物品に拡散接合し、界面層は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）を含む工程と、
セラミックス本体の下面に熱伝導性ベースを接合する工程を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本特許出願は、２０１２年１２月４日に出願された米国仮出願第６１／７３３，３４９号に基づく３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．第１１９（ｅ）の利益を主張し、更に、２０１３年３月１５日に出願された米国仮出願第６１／７９１，６６９号に基づく３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．第１１９条（ｅ）の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明の実施形態は、概して、基板支持アセンブリ（例えば、耐プラズマ保護層を有する静電チャック）に関する。
【背景】
【０００３】
半導体産業では、デバイスは、ますます減少したサイズの構造体を生産する多くの製造プロセスによって製造される。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を曝露させる。プラズマは、非常に腐食性がある可能性があり、処理チャンバや、プラズマに曝露される他の表面を腐食させる可能性がある。
【概要】
【０００４】
一実施形態では、基板支持アセンブリは、セラミックス本体と、セラミックス本体の下面に接合された熱伝導性ベースと、セラミックス本体の上面を覆う保護層を含み、保護層は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９と、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物である。一実施形態では、保護層は、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）又はプラズマ溶射を介してセラミックス本体の上面に堆積される。別の一実施形態では、保護層は、熱処理を介してセラミックス本体に拡散結合されたバルク焼結セラミックス体である。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
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】処理チャンバの一実施形態の断面図を示す。
【図２】基板支持アセンブリの一実施形態の分解図を示す。
【図３】基板支持アセンブリの一実施形態の側面図を示す。
【図４Ａ】基板支持体の一実施形態の分解側面図を示す。
【図４Ｂ】基板支持体の別の一実施形態の分解側面図を示す。
【図５】基板支持面のセラミックス本体の上に保護層を形成するためのプロセスの一実施形態を示す。
【図６】基板支持面のセラミックス本体の上に保護層を形成するためのプロセスの別の一実施形態を示す。
【図７】基板支持面のセラミックス本体の上に保護層を形成するためのプロセスの更に別の一実施形態を示す。
【実施形態の詳細な説明】
【０００６】
本発明の実施形態は、基板支持アセンブリのセラミックス本体の上に形成された保護層を有する基板支持アセンブリを提供する。保護層は、セラミックス本体の保護のためのプラズマ耐食性を提供することができる。保護層は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９と、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物であることができる。保護層によって提供される改善された耐食性は、基板支持アセンブリの寿命を向上させ、同時にメンテナンス及び製造コストを低減させることができる。
【０００７】
なお、実施形態は、基板支持アセンブリ（例えば、静電チャック（ＥＳＣ））を参照して本明細書内で説明されることに留意されたい。しかしながら、実施形態は、プラズマに曝露される他の構造にも適用することができることを理解すべきである。例えば、実施形態は、プラズマエッチング装置、プラズマ洗浄装置、プラズマ推進システムなどにおける、セラミックスコーティングされたリング、壁、ベース、ガス分配板、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、チャンバ壁、冷却ベースなどに適用することができる。
【０００８】
上述したチャンバ構成要素のいずれにも適用する本発明の実施形態では、保護層は、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９と、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含む複合セラミックスであることができる。保護層は、既存の材料の上に塗布する（例えば、最上部のコーティングとする）ことができる、又は単独の保護層とすることができる。特定の実施形態は、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９と、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物（本明細書内では複合セラミックスと呼ぶ）に関して論じているが、他の耐プラズマ性セラミックスを用いてもよい。このような他の耐プラズマ性セラミックスは、イットリア・アルミナ・ガーネット（ＹＡＧ）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、又は各種イットリア系固溶体を含むことができる。
【０００９】
図１は、基板支持アセンブリ１４８が内部に配置された半導体処理チャンバ１００の一実施形態の断面図である。基板支持アセンブリ１４８は、複合セラミックス又は他のセラミックスであることが可能なセラミックスの保護層１３６を有する。複合セラミックスは、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）と、Ｙ２−ＸＺｒＸＯ３の固溶体（Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体）の化合物で構成される。保護層１３６は、セラミックス粉末又はセラミックス粉末の混合物から製造された焼結体のバルクセラミックス物品であることができる。あるいはまた、保護層１３６は、セラミックス粉末の混合物をプラズマ溶射（又は熱溶射）することによって生成されたプラズマ溶射又は熱溶射層であることができる。あるいはまた、保護層１３６は、バルク複合セラミックスターゲット又は他のバルクセラミックスターゲットを用いて成膜したイオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）コーティングであることができる。
【００１０】
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）及び固溶体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、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。他の実施形態では、複合セラミックスコーティングに対して他の配合もまた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、又はそ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。
【００１１】
一実施形態では、セラミックスコーティングは、３５モル％のＹ２Ｏ３と、６５モル％のＡｌ２Ｏ３で構成されるイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）である。別の一実施形態では、セラミックスコーティングは、３０〜４０モル％のＹ２Ｏ３と、６０〜７０モル％のＡｌ２Ｏ３で構成されるＹＡＧであることができる。
【００１２】
処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２と、内部容積１０６を取り囲む蓋１０４を含む。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。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、プラズマ又はハロゲン含有ガス耐性のある材料で製造及び／又はコーティングすることができる。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。別の一実施形態では、外側ライナー１１６は、イットリア、イットリウム合金、又はその酸化物から製造されるか、それでコーティングされる。
【００１３】
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。
【００１４】
蓋１０４は、チャンバ本体１０２の側壁１０８上で支持されることができる。蓋１０４は、処理チャンバ１００の内部容積１０６にアクセス可能にするために開くことができ、閉じながら処理チャンバ１００に対して密閉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、これによって蓋１０４の一部であるガス分配アセンブリ１３０を通して内部容積１０６に処理ガス及び／又は洗浄ガスを供給することができる。処理ガスの例は、とりわけハロゲン含有ガス（例えば、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒ、ＮＦ３、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ３、Ｃｌ２及びＳｉＦ４）及び他のガス（例えば、Ｏ２又はＮ２Ｏ）を含み、処理チャンバ内で処理するために使用することができる。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。ガス分配アセンブリ１３０は、ガス分配アセンブリ１３０の下流面上に複数の開口部１３２を有し、これによって基板１４４の表面にガス流を導くことができる。更に、ガス分配アセンブリ１３０は、ガスがセラミックスガスノズルを通して供給される中央孔を有することができる。ガス分配アセンブリ１３０は、セラミックス材料（例えば、炭化ケイ素、バルクイットリウム、その酸化物）によって製造及び／又はコーティングされ、これによってハロゲン含有化学物質に対する耐性を提供し、ガス分配アセンブリ１３０が腐食するのを防止することができる。
【００１５】
基板支持アセンブリ１４８は、ガス分配アセンブリ１３０の下方の処理チャンバ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。内側ライナー１１８は、基板支持アセンブリ１４８の周縁部の上でコーティングされることができる。内側ライナー１１８は、ハロゲン含有ガスレジスト材料（例えば、外側ライナー１１６を参照して説明した材料）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と同じ材料から製造することができる。
【００１６】
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と静電パック１６６を更に含む。静電パック１６６の上面は、保護層１３６によって覆われる。一実施形態では、保護層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、保護層１３６は、熱伝導性ベース１６４及び静電パック１６６の外周部及び側部周縁部を含む静電チャック１５０の全面の上に配置される。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、センサのリード線など）を熱伝導性ベース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。
【００１７】
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内蔵加熱素子１７６、内蔵熱絶縁体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を通して温度調節流体を循環させる流体源１７２に流体結合することができる。内蔵絶縁体１７４を、一実施形態では、導管１６８、１７０の間に配置してもよい。ヒータ１７６は、ヒータ電源１７８によって調節される。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使用し、これによって静電パック１６６及び被処理基板（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。
【００１８】
静電パック１６６は、複数のガス通路（例えば、溝、メサ、及び静電パック１６６及び／又は保護層の上面に形成することができる他の表面構造）を更に含むことができる。ガス通路は、静電パック１６６内に穿孔された孔を介して熱伝達（又は裏面）ガス（例えば、Ｈｅ）の供給源に流体結合されることが可能である。動作中、裏面ガスは、ガス通路内に制御された圧力で供給され、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。
【００１９】
静電パック１６６は、チャック電源１８２によって制御された少なくとも１つのクランプ電極１８０を含む。電極１８０（又は静電パック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の整合回路１８８を介して１以上のＲＦ電源１８４、１８６に更に結合することができる。電源１８４、１８６は、一般的に、約５０ｋＨｚ〜約３ＧＨｚの周波数及び最大約１０，０００Ｗ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、基板支持アセンブリ１４８の一実施形態の分解図を示す。基板支持アセンブリ１４８は、静電チャック１５０及び台座１５２の分解図を示す。静電チャック１５０は、静電パック１６６及び静電パック１６６に取り付けられた熱伝導性ベース１６４を含む。静電パック１６６は、上に位置する基板１４４の形状及び大きさに実質的に一致することができる環状の周縁部２２２を有する円盤状の形状を有する。一実施形態では、静電パック１６６は、セラミックス材料から製造することができる。セラミックス材料の適切な例は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などを含む。
【００２１】
静電パック１６６の下に取り付けられた熱伝導性ベース１６４は、円盤状の本体部２２４と、本体部２２４から外側に延び、台座１５２上に位置する環状フランジ２２０とを有することができる。熱伝導性ベース１６４は、上にあるパック１６６の材料と実質的に一致する熱的特性を有する材料によって製造することができる。一実施形態では、熱伝導性ベース１６４は、金属（例えば、アルミニウム又はステンレス鋼）又は他の適切な材料から製造することができる。あるいはまた、熱伝導性ベース１６４は、良好な強度及び耐久性、並びに熱伝達特性を提供するセラミックスと金属材料の複合材料によって製造されてもよい。複合材料は、熱膨張不整合を低減するために上にあるパック１６６と実質的に一致した熱膨張係数を有することができる。静電パック１６６の上面２０６は、保護層１３６でコーティングすることができ、外側リング２１６、複数のメサ２０６、２１０、及びメサ間のチャネル２０８、２１２を有することができる。
【００２２】
図３は、静電チャック１５０の断面側面図を示す。図３を参照すると、熱伝導性ベース１６４は、接合材１３８により静電パック１６６に結合される。接合材１３８は、静電パック１６６と熱伝導性ベース１６４との間の熱エネルギーの交換を促進し、それらの間の熱膨張不整合を低減することができる。例示的な一実施形態では、接合材１３８は、熱伝導性ベース１６４を静電パック１６６に機械的に接合する。別の一実施形態では、接合材１３８は、アクリル系化合物及びシリコーン系化合物の少なくとも１つを有する熱伝導性ペースト又はテープであることができる。更に別の一実施形態では、接合材１３８は、金属又はセラミックスフィラーを混合又は添加したアクリル系化合物及びシリコーン系化合物の少なくとも１つを有する熱伝導性ペースト又はテープであることができる。金属フィラーは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔａ、Ｔｉのうちの少なくとも１つ又はそれらの組み合わせであることができ、セラミックスフィラーは、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、二ホウ化チタン（ＴｉＢ２）のうちの少なくとも１つ又はそれらの組み合わせであることができる。
【００２３】
石英リング１４６又は他の保護リングは、静電チャック１５０の部分を囲み、覆う。静電パック１６６は、クランプ電極１８０を含む。保護層１３６は、静電パック１６６の上面に付着する。基板１４４は、静電パック１６６上に下降され、静電力を介して所定の位置に保持される。
【００２４】
保護層１３６は、従来の大気圧プラズマ溶射、低圧プラズマ溶射（ＬＰ  ＰＳ）、真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）、浸漬コーティング、スパッタリング、熱溶射、熱間静水圧プレス、冷間静水圧プレス、ラミネート加工、圧縮成形、鋳造、成形、焼結、又は共焼結技術によってコーティングすることができる。一実施形態では、保護層は、静電パック１６６上にプラズマ溶射される。別の一実施形態では、保護層１３６は、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）を用いて静電パック１６６上に堆積される。更に別の一実施形態では、保護層１３６は、静電パック１６６の上面に拡散接合されたバルク焼結複合セラミックス物品である。
【００２５】
なお、保護層１３６を塗布するための最適なコーティング技術は、コーティングされる構造の種類に依存する可能性があることに留意すべきである。例えば、平坦な平面（例えば、静電パック１６６、シャワーヘッド、又は冷却ベース）は、上記の技術のいずれかを用いてコーティングすることができる。伝統的なＰＶＤ及びＩＡＤは、より成功している平坦な平面上へのコーティング技術の２つの例である。複雑な形状を有する部品（例えば、ライナー、シールド、プラズマスクリーン、フローイコライザ、又はチャンバ壁）は、プラズマ溶射コーティング法（例えば、ＬＰ  ＰＳ）を用いて、よりうまくコーティングすることができる。
【００２６】
複合セラミックス及びＹＡＧの両方は、基板又はウェハのプラズマ処理中に（基板と静電パックとの間の熱膨張係数の不整合のための相対運動に起因する）摩耗に抵抗する高い硬度を有する。一実施形態では、複合セラミックスは、約５ギガパスカル（ＧＰａ）〜約２０ＧＰａの間のビッカース硬さ（５Ｋｇｆ）を提供する。一実施形態では、複合セラミックスは、約９〜１０ＧＰａのビッカース硬さを提供するバルク焼結セラミックスである。別の一実施形態では、バルク焼結セラミックスは、１４〜１６ＧＰａのビッカース硬さを提供する。更に、複合セラミックスは、一実施形態では、約４．９０ｇ／ｃｍ２の密度、約２１５ＭＰａの曲げ強度、約１．６メガパスカル平方根メートル（ＭＰａ・ｍ１／２）の破壊靱性、約１９０ＧＰａのヤング率、約８．５×１０−６／Ｋ（２０〜９００℃）の熱膨張率、約３．５ワット毎ミリケルビン（Ｗ／ｍＫ）の熱伝導率、約１５．５（２０℃、１３．５６ＭＨｚで測定）の誘電率、２０×１０−４（２０℃、１３．５６ＭＨｚ）未満の誘電正接、及び室温で１０１５オームセンチメートル（Ω・ｃｍ）を超える体積抵抗率を有するバルク焼結セラミックスであることができる。
【００２７】
一実施形態では、バルク焼結ＹＡＧは、約１０ＧＰａ〜約２０ＧＰａの間（一実施形態では、１５ＧＰａの硬度）のビッカース硬さ（５Ｋｇｆ）を提供する。また、バルク焼結ＹＡＧは、一実施形態では、約４．５５グラム毎立方センチメートル（ｇ／ｃｍ３）の密度、約２８０ＭＰａの曲げ強度、約２．０ＭＰａ・ｍ１／２の破壊靭性、約２８２ＧＰａのヤング率、約８．２×１０―６／Ｋ（２０〜９００℃）の熱膨張率、約１２．９Ｗ／ｍＫの熱伝導率、及び室温で１０１４Ω・ｃｍを超える体積抵抗率を有することができる。
【００２８】
コーティング特性は、複合セラミックス及びＹＡＧの両方に対してバルクと同様であり、いくつかのコーティング特性は、バルクの特性よりも低い可能性がある。一実施形態では、ＩＡＤコーティングの硬度は、複合セラミックスに対して約４ＧＰａである。また、ＩＡＤコーティングされた複合セラミックスは、約０．１〜１．０％の非常に低い空孔率を有する高い密度を有することができる。ＩＡＤコーティングされた複合セラミックスはまた、約２５００Ｖ／ミルの絶縁破壊電圧と、約４．１×１０１６Ω・ｃｍの体積抵抗率と、約９．８３の誘電率と、約４×１０−４の損失正接と、約２０．６Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することができる。
【００２９】
一実施形態では、ＩＡＤコーティングの硬度は、ＹＡＧに対して約６ギガパスカル（ＧＰａ）である。また、ＩＡＤコーティングされたＹＡＧは、約０．１〜１．０％の非常に低い空孔率を有する高い密度を有することができる。ＩＡＤコーティングされたＹＡＧはまた、約６８００Ｖ／ミルの絶縁破壊電圧と、約１１．３×１０１６Ω・ｃｍの体積抵抗率と、約９．７６の誘電率と、約４×１０−４の損失正接と、約２０．１Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することができる。
【００３０】
一実施形態では、プラズマ溶射コーティングされたセラミックス複合材料は、約４．３ＧＰａのビッカース硬さ（５Ｋｇｆ）を有する。また、プラズマ溶射された複合セラミックスは、一実施形態では、約１．５〜５％の空孔率（一実施形態では、２．５％の空孔率）と、約８×１０−６／Ｋ（２０〜９００℃）の熱膨張率と、約１８．２Ｗ／ｍＫの熱伝導率と、室温で約１０１５Ω・ｃｍの体積抵抗率と、約１０５０Ｖ／ミルの絶縁破壊電圧と、約１６．５×１０−４の損失正接を有することができる。
【００３１】
一実施形態では、プラズマ溶射されたＹＡＧコーティングは、約４．６ＧＰａのビッカース硬さ（５Ｋｇｆ）を有する。また、プラズマ溶射されたＹＡＧコーティングは、一実施形態では、約２．５〜４％の空孔率（一実施形態では、３．５％の空孔率）と、約７．７×１０−６／Ｋ（２０〜９００℃）の熱膨張率と、約１９．６Ｗ／ｍＫの熱伝導率と、室温で約７×１０１４Ω・ｃｍの体積抵抗率と、約１１９０Ｖ／ミルの絶縁破壊電圧と、約３×１０−４の損失正接を有することができる。
【００３２】
図４Ａは、静電チャック４００の一実施形態の断面側面図を示す。静電チャック４００は、静電パックとして知られるセラミックス本体４１０を有する。セラミックス本体４１０は、内部に埋め込まれた電極４３０を含む。一実施形態では、電極４３０の上方にあるセラミックス本体の上部４３５は、２００ミクロンを超える厚さ（例えば、一実施形態では５ミル）を有する。セラミックス本体４１０の上部の厚さは、所望の誘電特性（例えば、特定の絶縁破壊電圧）を提供するように選択することができる。電極４３０の下方に位置するセラミックス本体の下部４４０は、約５ｍｍまでの厚さを有することができる。一実施形態では、セラミックス本体全体は、約５ｍｍの厚さを有する。セラミックス本体４１０の下面は、熱伝導性ベース４０５（例えば、金属ベース）に結合される。複数のメサ４１５又はディンプルが、セラミックス本体４１０の上面に形成される。メサは、いくつかの実施形態では、高さが約１０〜１５ミクロンで、直径が約２００ミクロンとすることができる。また、複数の孔４２０は、セラミックス本体４１０を貫通して穿孔される。一実施形態では、孔４２０は、約４〜７ミルの直径を有する。一実施形態では、孔は、レーザドリル加工によって形成される。孔４２０は、熱伝導性ガス（例えば、ヘリウム）をメサ間の谷又は導管へ送出することができる。ヘリウム（又は他の熱伝導性ガス）は、基板とセラミックス本体４１０との間の熱伝達を促進することができる。
【００３３】
約２０ミクロン未満の厚さを有する薄い保護層４１５は、セラミックス本体４１０の上面上に堆積される。一実施形態では、保護層は、約３〜５ミクロンの厚さを有する。保護層４１５の薄さのために、保護層４１５は、孔４２０のいずれも塞がない。更に、保護層４１５は、セラミックス本体４１０の上面の相対的な形状を維持する（例えば、メサ及びメサ間の谷の形状を伝承（テレグラフ）する）。なお、代替的な一実施形態では、孔４２０は、保護層４１５を形成した後に（例えば、レーザドリル加工を介して）穿孔されることができることに留意すべきである。
【００３４】
保護層４１５は、イオンビームアシスト蒸着（ＩＡＤ）を実行することによって堆積させることができる。あるいはまた、粒子発生源（例えば、プラズマ、反応性ガス）由来の、又は堆積材料を提供する材料源由来の、中性子原子、ラジカル、及びナノサイズの粒子を含む他の種類のエネルギー粒子を用いて堆積を支援することができる。ＩＡＤにとって、材料源は、堆積材料のフラックスを提供し、一方、エネルギーイオン源は、エネルギーイオンのフラックスを提供し、これらの両方は、ＩＡＤプロセスを通してセラミックス本体４１０に衝突する。一実施形態では、堆積材料を提供するために使用される材料源（ターゲット本体）は、バルク焼結セラミックス複合体である。別の一実施形態では、ターゲット材料は、複合セラミックスを前もって溶解させたものである。別の一実施形態では、ターゲット材料は、バルク焼結ＹＡＧである。ＩＡＤは、材料及びエネルギーイオン源を提供するために、１以上のプラズマ又はビームを利用することができる。一実施形態では、エネルギーイオンは、非反応性種（例えばＡｒ）又は反応性種（例えば、Ｏ）のうちの少なくとも１つを含む。更なる実施形態では、反応性種（例えば、ＣＯ及びハロゲン（Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒなど））もまた、最も弱く保護層４１５に接着された堆積材料を選択的に除去する傾向を更に高めるために、耐プラズマコーティングの形成中に導入することができる。例示的なＩＡＤ法は、イオン衝撃を組み込んだ堆積プロセス（例えば、イオン衝撃の存在下での蒸着（例えば、活性化反応性蒸着（ＡＲＥ））及びスパッタリング）を含む。ＩＡＤ法のいずれかを反応性ガス種（例えば、Ｏ２、Ｎ２、ハロゲンなど）の存在下で実行することができる。
【００３５】
ＩＡＤで堆積された保護層４１５は、（例えば、プラズマ溶射又はスパッタリングによる膜応力と比較して）相対的に低い膜応力を有することができる。相対的に低い膜応力によって、セラミックス本体の下面は、（直径約１２インチであることができる）セラミックス本体全面に亘って約５０ミクロン未満の曲率を有して非常に平坦とすることができる。一実施形態では、曲率は、約２０ミクロン未満である。ＩＡＤで堆積された保護層は、１％未満の空孔率を有し、いくつかの実施形態では約０．１％未満の空孔率を有することができる。したがって、ＩＡＤで堆積された保護層は、静電チャックのアプリケーションに対して性能上の利点を有することができる緻密な構造である。例えば、ＩＡＤで堆積された保護層４１５は、１０００Ｖ／ミルを超える絶縁破壊電圧を有し、いくつかの実施形態では１５００Ｖ／ミルを超える絶縁破壊電圧を有することができる。更に、ＩＡＤで堆積された保護層４１５は、セラミックス本体４１０の上面を初めに粗面化することなく、堆積することができる。セラミックス本体の粗面化は、セラミックス本体４１０の絶縁破壊電圧を低下させる可能性があるので、初めにセラミックス本体４１０を粗面化することなく保護コーティング４１５を塗布可能であることは、有益であるかもしれない。静電チャック４００は、ジョンソン・ラーベック静電チャック用途及びクーロン静電チャック用途の両方に使用することができる。
【００３６】
図４Ｂは、静電チャック４５０の一実施形態の断面側面図を示す。静電チャック４５０は、静電パックとして知られているセラミックス本体４６０を有する。一実施形態では、セラミックス本体４６０は、電極４８５と、電極４８５の上方の上部４９０と、電極の下方の下部４９５を含む。上部４９０は、２００ミクロン超（例えば、一実施形態では５ミル）の厚さを有することができる。更なる一実施形態では、セラミックス本体４６０は、約２００ミクロン〜５００ミクロンの間の厚さを有する。セラミックス本体４６０の下面は、熱伝導性ベース４５５（例えば、金属ベース）に結合される。
【００３７】
セラミックス本体４６０の上面は、保護層４６５に接合される。一実施形態では、保護層は、プラズマ溶射された複合セラミックスである。別の一実施形態では、保護層は、プラズマ溶射されたＹＡＧである。いずれの実施形態でも、セラミックス本体４６０の上面は、その上に保護コーティング４６５をプラズマ溶射する前に粗面化することができる。粗面化は、例えば、セラミックス本体４６０をビードブラストすることにより実行することができる。セラミックス本体の上面を粗面化することは、より良好な接着のためにプラズマ溶射された保護層４６５とセラミックス本体４６０との間に機械的結合を作成するために、アンカーポイントを提供する。
【００３８】
保護層４６５は、最大約２５０ミクロン以上の溶射厚さを有することができ、約５０ミクロンの最終厚さまで研削されることができる。あるいはまた、保護層は、最終厚さまでプラズマ溶射することができる。プラズマ溶射された保護層４６５は、約２〜４％の空孔率を有することができる。一実施形態では、電極及び保護層４６５の上のセラミックス本体４６０の合わせた厚さは、２５００Ｖを超える合計絶縁破壊電圧を提供するのに十分である。セラミックス本体４６０は、例えば、約１５ボルト／ミクロン（Ｖ／μｍ）の絶縁破壊電圧を有するアルミナであることが可能である。セラミックス複合プラズマ溶射保護層４６５は、一実施形態では約３０Ｖ／μｍ（又は約７５０Ｖ／ミル）の絶縁破壊電圧を有することができる。したがって、セラミックス本体４６０は、約２５０ミクロンの厚さであってもよく、保護層は、例えば、約５２５０ボルトの絶縁破壊電圧を有するように、厚さ約５０ミクロンとすることができる。
【００３９】
別の一実施形態では、保護層４６５は、セラミックス本体４６０の上面に配置されたバルク焼結複合セラミックス物品又はバルク焼結ＹＡＧ物品である。保護層４６５は、例えば、約２００ミクロンの厚さを有する薄いセラミックスウェハとして提供することができる。その後、高温処理が実行され、これによって保護層４６５とセラミックス本体４６０との間で相互拡散を促進する。熱処理は、最大約１４００〜１５００℃で最大約２４時間（例えば、一実施形態では３〜６時間）の継続時間の熱処理であることが可能である。これによって、保護層４６５とセラミックス本体４６０との間の拡散接合を引き起こすことができる。セラミックス本体がＡｌ２Ｏ３であり、保護層が化合物Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）及び固溶体Ｙ２−ＸΖｒＸＯ３（Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２固溶体）で構成されている場合、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）界面層が形成されるだろう。なお、遷移層は、非反応性及び非多孔質層であることができる。したがって、熱処理されたセラミックス物品を使用した後続の処理中に、処理ガスは、セラミックスコーティングを貫通することができるが、遷移層を貫通することはできない。したがって、遷移層は、処理ガスがセラミックス基板と反応するのを防止することができる。拡散接合によって生じる強力な接着力は、保護層４６５が確実にセラミックス本体に接着することを可能にし、プラズマ処理中に保護層４６５が、割れる、剥がれる、又は剥離するのを防止することができる。熱処理後、保護層は、最終的な厚さまで研削することができる。最終的な厚さは、一実施形態では、約２００ミクロンであることができる。
【００４０】
保護層４６５が形成され（いくつかの実施形態では、最終的な厚さまで研削され）た後、メサ４８０が、保護層４６５の上面に形成される。メサは、例えば、保護層４６５の表面をビードブラスト又は塩ブラストすることによって形成することができる。保護層４６５を形成した後、保護層３６５及び下層のセラミックス本体４６０内に孔４７５を更に穿孔することができる。図４Ｂを参照して説明した実施形態は、クーロン静電チャックの用途に使用することができる。
【００４１】
図５は、基板支持面のセラミックス本体の上に保護層を形成するためのプロセス５００の一実施形態を示す。プロセス５００のブロック５０５では、セラミックス本体が提供される。セラミックス本体は、静電チャック用の金属化セラミックスパックであってもよい。セラミックス本体は、発熱体、電極、冷却チャネル、及び／又は他の構成を含んでもよい。ブロック５１０では、セラミックス本体の下面は、熱伝導性ベースに接合される。
【００４２】
ブロック５１５では、メサが、セラミックス本体の上面に形成される。ブロック５２０では、孔が、セラミックス本体内に（例えば、レーザドリル加工により）形成される。ブロック５２５では、ＩＡＤが実行され、これによってセラミックス本体上に保護層を堆積させる。保護層は、実施形態で前述したような複合セラミックス又はＹＡＧを含むことができる。代替の一実施形態では、メサが形成された後、孔が形成された後、又は保護層が堆積された後、セラミックス本体をベースに結合することができる。
【００４３】
図６は、基板支持面のセラミックス本体の上に保護層を形成するためのプロセスの別の一実施形態を示す。プロセス６００のブロック６０５では、セラミックス本体が提供される。ブロック６１０では、セラミックス本体の下面が、熱伝導性ベースに接合される。ブロック６１２では、セラミックス本体の上面が、（例えば、ビードブラスト又は研削を介して）粗面化される。
【００４４】
ブロック６１５では、保護層が、セラミックス本体の粗面化された上面にプラズマ溶射（又は熱溶射）される。保護層は、実施形態で前述されたような複合セラミックス又はＹＡＧを含むことができる。ブロック６２０では、メサが、セラミックス本体の上面に形成される。ブロック６２５では、孔が、セラミックス本体内に（例えば、レーザドリル加工により）形成される。代替の一実施形態では、メサが形成された後、孔が形成された後、又は保護層が堆積された後、セラミックス本体をベースに結合することができる。
【００４５】
図７は、基板支持面のセラミックス本体の上に保護層を形成するためのプロセスの更に別の一実施形態を示す。プロセス７００のブロック７０５では、セラミックス本体が提供される。ブロック７１０では、バルク焼結セラミックス物品が、セラミックス本体の上面に塗布される。バルク焼結セラミックス物品は、セラミックス本体のための保護層として作用することができる。バルク焼結セラミックス物品は、実施形態で前述されたようなセラミックス化合物又はＹＡＧであることが可能である。ブロック７１５では、セラミックス本体とバルク焼結セラミックス物品は、約１４００〜１５００℃の温度に加熱され（同時焼成）、これによって界面層を形成し、拡散接合を生じさせる。ブロック７２５では、メサが、ビードブラストによってセラミックス本体の上面に形成される。ブロック７３０では、孔が、セラミックス本体内に（例えば、レーザドリル加工により）形成される。代替の一実施形態では、メサが形成される前に、孔が形成される前に、又は保護層がセラミックス本体に接合される前に、セラミックス本体をベースに結合してもよい。
【００４６】
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、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、依然として本発明の範囲内にあることが理解される。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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等価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３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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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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