KR20200030629A - 고온 가열기들을 위한 원자 층 증착 코팅들 - Google Patents

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데이비드 펜윅
제니퍼 와이. 선
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 개시내용의 실시예들은 물건들, 코팅된 챔버 컴포넌트들, 및 저 휘발성 코팅으로 챔버 컴포넌트들을 코팅하는 방법들에 관한 것이다. 저 휘발성 코팅은 컴포넌트(예컨대, 고온 가열기)의 모든 표면들을 코팅하는 희토류 금속-함유 층을 포함할 수 있다.

Description

고온 가열기들을 위한 원자 층 증착 코팅들
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 물건(article)들, 코팅된 챔버 컴포넌트들, 및 저 휘발성 코팅으로 챔버 컴포넌트들을 코팅하는 방법들에 관한 것이다. 저 휘발성 코팅은 컴포넌트(예컨대, 고온 가열기)의 모든 표면들을 코팅하는 희토류 금속-함유 층을 포함할 수 있다.
[0002] 다양한 반도체 제조 프로세스들은 고온들, 고 에너지 플라즈마, 부식성 가스들의 혼합물, 고 응력, 및 이들의 조합들을 사용한다. 이러한 극한 조건들은 챔버 내의 컴포넌트들의 재료들과 플라즈마 또는 부식성 가스들 사이의 반응을 초래하여 높은 증기 압력 가스들이 형성되게 할 수 있다. 이러한 가스들은 쉽게 승화되어, 챔버 내의 다른 컴포넌트들 상에 증착될 수 있다. 후속 프로세스 단계 동안, 증착된 재료는 입자들로서 다른 컴포넌트들로부터 방출될 수 있고, 웨이퍼 상으로 떨어져서 결함들을 야기할 수 있다. 반응물들의 승화 및/또는 챔버 내의 컴포넌트들 상의 반응물들의 증착을 제한하기 위해, 반응성 재료들 상의 저 휘발성 코팅을 이용하여 이들 결함들을 감소시키는 것이 바람직하다.
[0003] 보호 코팅들은 전형적으로, 다양한 방법들, 이를테면 열 스프레이, 스퍼터링, 플라즈마 스프레이, 또는 증발 기법들에 의해 챔버 컴포넌트들 상에 증착된다. 이들 기법들은 일반적으로, ALD 코팅들의 낮은 결함 밀도로, 컴포넌트의 복잡한 지형 피처들 상에 등각의 균일한 코팅들을 증착할 수 없다. 부가적으로, 이들 기법들은 일반적으로, 가열기의 성능에 현저한 영향을 미치지 않으면서 가열기 컴포넌트들을 코팅하는 데 적합하지 않은데, 이는 더 얇고 더 낮은 결함 밀도의 ALD 막들에 의해 제공되는 가열기에 대한 보호와 동일한 레벨의 가열기에 대한 보호를 달성하기 위해, 비교적 두꺼운 코팅들이 요구될 것이기 때문이다.
[0004] 본원의 실시예들에서 물건이 설명되며, 그 물건은, 약 50 W/mK 내지 약 300 W/mK의 열 전도도를 갖는 가열기 재료를 포함하는 컴포넌트; 및 가열기 재료의 표면 상의 저 휘발성 코팅을 포함하며, 저 휘발성 코팅은 약 5 nm 내지 약 5 μm의 두께를 갖고, 여기서, 저 휘발성 코팅은 희토류 금속을 포함하고, 저 휘발성 코팅을 갖는 가열기 재료는 저 휘발성 코팅을 갖지 않은 가열기 재료의 열 전도도를 갖거나, 또는 저 휘발성 코팅을 갖지 않은 가열기 재료의 열 전도도의 약 ±5% 내의 조정된 열 전도도를 갖는다.
[0005] 본원의 추가적인 실시예들에서 방법이 설명되며, 그 방법은, 약 50 W/mK 내지 약 300 W/mK의 열 전도도를 갖는 가열기 재료를 포함하는 컴포넌트 상에 저 휘발성 코팅을 증착하기 위해 원자 층 증착(ALD)을 수행하는 단계를 포함하며, 여기서, 저 휘발성 코팅은 약 5 nm 내지 약 5 μm의 두께를 갖고, 저 휘발성 코팅은 플라즈마와 반응하여, 플라즈마와 가열기 재료의 반응에 의해 형성되는 반응물들보다 더 낮은 증기 압력을 갖는 반응물들을 형성하고, 저 휘발성 코팅을 갖는 가열기 재료는 저 휘발성 코팅을 갖지 않은 가열기 재료의 열 전도도를 갖거나, 또는 저 휘발성 코팅을 갖지 않은 가열기 재료의 열 전도도의 약 ±5% 내의 조정된 열 전도도를 갖는다.
[0006] 본 개시내용은, 유사한 참조부호들이 유사한 엘리먼트들을 표시하는 첨부 도면들의 도들에서 제한적인 것이 아니라 예로서 예시된다. 본 개시내용에서 "실시예" 또는 "일 실시예"에 대한 상이한 참조들은 반드시 동일한 실시예를 참조하는 것은 아니며, 그러한 참조들은 적어도 하나를 의미한다는 것이 유의되어야 한다.
[0007] 도 1은 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다.
[0008] 도 2는 실시예들에 따른, 저 휘발성 코팅을 갖는 컴포넌트들을 갖는 가열기 조립체를 도시한다.
[0009] 도 3a는 본원에서 설명되는 바와 같은, 원자 층 증착 기법에 따른 증착 프로세스의 일 실시예를 도시한다.
[0010] 도 3b는 본원에서 설명되는 바와 같은, 원자 층 증착 기법에 따른 증착 프로세스의 다른 실시예를 도시한다.
[0011] 도 3c는 본원에서 설명되는 바와 같은, 원자 층 증착 기법에 따른 증착 프로세스의 다른 실시예를 도시한다.
[0012] 도 4a는 본원에서 설명되는 바와 같은, 원자 층 증착을 사용하여 플라즈마 내성 코팅을 생성하기 위한 방법을 예시한다.
[0013] 도 4b는 본원에서 설명되는 바와 같은, 원자 층 증착을 사용하여 플라즈마 내성 코팅을 생성하기 위한 방법을 예시한다.
[0014] 본원에서 설명되는 실시예들은 물건들, 코팅된 챔버 컴포넌트들, 및 방법들을 커버하며, 여기서, 가열기 재료들의 열 전도도 및 열 용량 특성들 또는 다른 재료 특성들에 실질적으로 영향을 미치지 않으면서 가열기(예컨대, 알루미늄 질화물 가열기) 상에 저 휘발성 코팅이 증착된다. 코팅은, 챔버에서 반응성 플라즈마와 반응하여 낮은 증기 압력을 갖는(예컨대, 그리고/또는 높은 용융점을 가질 수 있는) 반응물을 형성하는 재료로 형성될 수 있으며, 그 반응물은 현저하게 승화되지 않거나, 또는 챔버 내의 컴포넌트들 상에 증착되지 않는다. 저 휘발성 코팅은 희토류 금속-함유 층(예컨대, 이트륨-함유 산화물 층 또는 이트륨-함유 플루오라이드 층)일 수 있다. 저 휘발성 코팅은 대안적으로, 금속 산화물 또는 질화물과 희토류 금속-함유 재료의 교번적인 얇은 층들을 갖는 하나 이상의 스택 층 및 하나 이상의 접착 층을 포함하는 다층 코팅일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "저 휘발성 코팅"이라는 용어는, 고온에서 플라즈마에 노출될 때, 플라즈마와 반응하여 낮은 증기 압력 금속 가스(예컨대, 금속 플루오라이드들)를 형성하게 될 코팅을 의미한다. 실시예들에서, 더 낮은 증기 압력 금속 가스의 증기 압력은, 동일한 환경에서(예컨대, 동일한 조건들 하에서 그리고 동일한 측정 방법을 사용하여), 코팅되지 않은 가열기의 재료와 플라즈마가 반응할 때 형성되는 가스들의 증기 압력보다 적어도 10배만큼 더 낮을 것이다. 물건은 알루미늄 질화물 재료를 포함할 수 있다. 증착 프로세스는 비-가시선(non-line of sight) 프로세스, 이를테면 원자 층 증착(ALD) 프로세스일 수 있다.
[0015] 특정 실시예들에서, 저 휘발성 코팅의 두께는 약 5 nm 내지 약 10 μm, 또는 약 25 nm 내지 약 5 μm, 또는 약 50 nm 내지 약 500 nm, 또는 약 75 nm 내지 약 200 nm일 수 있다. 일부 실시예들에서, 저 휘발성 코팅의 두께는 약 50 nm, 또는 약 75 nm, 또는 약 100 nm, 또는 약 125 nm, 또는 약 150 nm일 수 있다. 저 휘발성 코팅은 실질적으로 균일한 두께로 가열기의 표면을 등각적으로 덮을 수 있다. 일 실시예에서, 코팅된 가열기 재료의 열 전도도는 저 휘발성 코팅을 갖지 않은 가열기 재료의 열 전도도의 ±5% 이내이다. 일 실시예에서, 코팅된 가열기 재료의 열 전도도는 저 휘발성 코팅을 갖지 않은 가열기 재료의 열 전도도와 동일하다. 일 실시예에서, 저 휘발성 코팅을 갖는 가열기 재료의 열 용량은 저 휘발성 코팅을 갖지 않은 가열기 재료의 열 용량의 ±5% 이내이다. 일 실시예에서, 저 휘발성 코팅은, ±20% 미만의 두께 변동, 또는 ±10% 미만의 두께 변동, 또는 ±5% 미만의 두께 변동, 또는 더 낮은 두께 변동을 갖는 균일한 두께로 코팅된 아래 놓인 표면의 등각 커버리지를 갖는다.
[0016] 본원에서 설명되는 실시예들은 플라즈마에 노출될 때의 가열기 재료들의 휘발성 및 반응성 특성들을 개선한다. 특정 컴포넌트들, 예컨대 고온 가열기(즉, 약 650 ℃에 도달할 수 있는 가열기)는 이들의 유리한 열 전도도 및 열 용량 특성들을 위해 선택된 재료들을 함유할 수 있다. 그러한 재료들(예컨대, 알루미늄 질화물)은 특정 플라즈마들(예컨대, 질소 트리플루오라이드 플라즈마)의 존재 시에 휘발성일 수 있으며, 여기서, 재료들은 플라즈마와 반응하여 높은 증기 압력을 갖는 화합물을 형성한다. 그러한 화합물들은 승화될 수 있고, 다른 챔버 컴포넌트들 상에 증착될 수 있으며, 후속 프로세스 단계 동안 (입자들로서) 박편화되어, 웨이퍼 상에 입자 결함들을 초래할 수 있다. 예컨대, 세정 단계 동안 프로세스 챔버에서 AlN이 불소 플라즈마들(예컨대, NF3)과 반응하여 AlF3를 형성할 수 있다. AlF3는 높은 증기 압력을 갖고, 그에 따라, 이 반응물은 승화되어 챔버 내의 다른 컴포넌트들 상에 증착된다. 후속 프로세스 단계 동안, 증착된 AlF3는 다른 챔버 컴포넌트들로부터 박편화, 박리, 또는 다른 방식으로 분리되고, 입자들로 챔버 내의 웨이퍼를 오염시킨다. AlF3 승화는 낮은 챔버 압력들 하에서 300 ℃의 온도로 발생할 수 있지만, 이는 600 ℃를 초과하는 온도들에서 더 심하다. MgF2/YF3 플라즈마 스프레이 코팅들로 AlN 가열기 재료들을 코팅하는 것은 불소 플라즈마 내성을 가질 수 있지만, 그러한 코팅들은 웨이퍼 프로세싱 동안 매우 빠르게 마모된다. 본원에서 설명되는 바와 같은 저 휘발성 코팅으로 AlN 가열기 재료들을 코팅하는 것은 (예컨대, 약 650 ℃의 고온들에서) 가열기 재료들을 보호할 수 있고, 그리고 비교적 낮은 증기 압력을 갖는(예컨대, 또한 높은 용융점을 가질 수 있는) 반응물 생성물들, 예컨대 금속 플루오라이드들(MFx)을 생성할 수 있으며, 이는 이러한 승화 및 증착을 억제한다.
[0017] 그러나, 저 휘발성 코팅은 가열기 재료들의 가열 특성들(예컨대, 열 전도도, 열 용량, 온도)에 상당한 영향을 미치지 않아서 컴포넌트의 성능이 유지되도록 해야 한다. 본원의 실시예들에 따르면, 코팅된 가열기 재료들은 코팅을 갖지 않은 가열기 재료들의 열 전도도 또는 열 용량의 각각 ±5% 이내의 열 전도도 또는 열 용량을 갖는다. 부가적으로, 접착 및 스택 층들을 증착하기 위한 코팅 기법은 비-가시선 프로세스일 수 있으며, 비-가시선 프로세스는 컴포넌트들의 3-차원 기하형상 내로 침투할 수 있고, 모든 노출된 내부 및 외부 표면들을 덮을 수 있다.
[0018] 가열기는 알루미늄 질화물(AlN) 재료, 또는 유사한 화학적 내성, 및 기계적, 열적 및 전기적 특성들을 갖는 다른 적합한 재료로 형성될 수 있다. 가열기 재료에는 전기를 공급하기 위해 와이어들(예컨대, 텅스텐 와이어들)이 내부에 매립되어 있을 수 있다. 실시예들에서, 가열기 재료는 AlN 세라믹, 실리콘 탄화물(SiC) 세라믹, 알루미늄 산화물(Al2O3) 세라믹, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 상이한 가열기 재료들은 상이한 반응 특성들을 가질 수 있고, 그에 따라, 하나의 조성은, 고온들, 낮은 진공 압력들, 및 공격적인 케미스트리(chemistry)들에 노출될 때, 다른 조성보다 더 높은 증기 압력을 갖는 반응물을 형성할 수 있다. 예컨대, AlN 재료 세라믹을 갖는 전형적인 고온 가열기가 고온(예컨대, 최대 약 650 ℃) 및 진공 조건들(예컨대, 약 50 mTorr 내지 약 200 mTorr) 하에서 질소 트리플루오라이드(NF3) 플라즈마에 노출될 때, 반응은 약 log(p/kpa) = 11.70 - 14950(T/K)의 증기 압력을 갖는 알루미늄 트리플루오라이드(AlF3)를 생성한다. 따라서, AlF3는 승화될 수 있고, 챔버 내의 다른 컴포넌트들 상에 증착될 수 있다. 후속 프로세스 단계 동안, 증착된 재료는 다른 챔버 컴포넌트들로부터 박리 또는 박편화 또는 다른 방식으로 분리될 수 있고, 챔버 내의 웨이퍼 상에 입자들로서 증착되어 결함들을 초래할 수 있다. AlN 세라믹 가열기 재료 상의 저 휘발성 코팅(예컨대, 희토류 금속-함유 층)은 비교적 더 낮은 증기 압력을 갖는 반응물 생성물들(예컨대, 이트륨 플루오라이드 또는 YF3)을 생성할 수 있고, 그에 따라, 반응물들은, 승화되거나 또는 다른 챔버 컴포넌트들 상에 증착되는 것이 억제된다. 저 휘발성 코팅은 또한, 약 0%의 다공도로 밀도가 높을 수 있다(예컨대, 실시예들에서, 저 휘발성 코팅은 무-다공도(porosity-free)일 수 있음). 저 휘발성 코팅들은 또한, 플라즈마 에칭 케미스트리들, 이를테면 CCl4/CHF3 플라즈마 에칭 케미스트리들, HCl3Si 에칭 케미스트리들, 및 NF3 에칭 케미스트리들로부터의 침식 및 부식에 대한 내성을 가질 수 있다.
[0019] ALD는 물건의 표면과의 화학 반응들을 통해 재료의 제어되는 자기-제한적 증착을 가능하게 한다. 등각 프로세스인 것 이외에도, ALD는 또한 균일한 프로세스이고, 예컨대 약 3 nm 이상의 두께를 갖는 매우 얇은 막들을 형성할 수 있다. 물건의 모든 노출된 표면들에는 동일한 또는 대략 동일한 양의 재료가 증착될 것이다. 본원에서 제시되는 바와 같이, 가열기는 코팅되지 않은 가열기와 동일하거나 또는 실질적으로 동일한 열 전도도 및 가열 용량을 가질 수 있다. ALD 프로세스의 전형적인 반응 사이클은, 전구체(즉, 단일 화학물 A)가 ALD 챔버 내로 플러딩(flood)되어 물건의 표면(물건 내의 세공 벽들의 표면들을 포함함)들 상에 흡착되는 것으로 시작된다. 이어서, 반응물(즉, 단일 화학물 R)이 ALD 챔버 내에 도입되고 이어서 밖으로 플러싱(flush)되기 전에, 과도한 전구체가 ALD 챔버 밖으로 플러싱된다. ALD의 경우, 재료의 최종 두께는 실행되는 반응 사이클들의 수에 따라 좌우되는데, 이는 각각의 반응 사이클이, 하나의 원자 층, 또는 원자 층의 프랙션(fraction)일 수 있는 특정 두께의 층을 성장시킬 것이기 때문이다.
[0020] ALD 기법은 비교적 낮은 온도(예컨대, 약 25 ℃ 내지 약 350 ℃)로 재료의 얇은 층을 증착할 수 있고, 그에 따라, ALD 기법은 컴포넌트의 어떠한 재료들도 손상 또는 변형시키지 않는다. 부가적으로, ALD 기법은 또한, 컴포넌트의 복잡한 피처들(예컨대, 고 종횡비 피처들) 내에 재료의 층을 증착할 수 있다. 게다가, ALD 기법은 일반적으로, 무-다공도(즉, 핀-홀이 없음)인 비교적 얇은(즉, 1 μm 이하) 코팅들을 생성하며, 이는 증착 동안의 균열 형성을 제거할 수 있다.
[0021] 다양한 프로세스 챔버 컴포넌트들, 이를테면 고온 가열기들, 또는 AlN과 유사한 특성들을 갖는 재료들로 형성된 다른 컴포넌트들은, 컴포넌트들의 성능에 영향을 미치지 않으면서 가혹한 플라즈마 환경들에서 컴포넌트들을 보호하기 위한 저 휘발성 코팅들을 갖는 것으로부터 이익을 얻을 것이다. 종래의 가시선 증착 방법들은, 가열기에 대한 주어진 레벨의 보호를 달성하기 위해, ALD에 의해 증착되는 코팅들보다 더 두꺼운 코팅들을 요구할 것이다. 더 두꺼운 코팅들은 잠재적으로, 컴포넌트들의 열 특성들(예컨대, 열 전도도, 열 용량, 온도)에 영향을 미칠 수 있고, 그에 따라, 이들의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 본원의 일부 실시예들의 달성은, 가열기 재료들의 열 특성들에 실질적으로 영향을 미치지 않으면서(예컨대, 전혀 변화시키지 않거나 또는 ±5% 이내로 변화시키면서), 고온 가열기의 가열기 재료들에 저 휘발성 코팅을 적용하는 것이다. 예컨대 약 50 nm 내지 약 150 nm 또는 약 100 nm의 두께로, 컴포넌트, 이를테면 고온 가열기에, 예컨대 희토류 금속-함유 코팅을 적용하는 것은, 플라즈마 세정 동안 다른 챔버 컴포넌트들 상의 증착들을 실질적으로 감소시킬 수 있고, 그에 따라, 입자 결함들을 감소시킬 수 있다.
[0022] 도 1은 실시예들에 따른, 플라즈마 내성 코팅으로 코팅된 하나 이상의 챔버 컴포넌트들을 갖는 반도체 프로세싱 챔버(100)의 단면도이다. 챔버의 기본 재료들은, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 및 스테인리스 강(SST) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 프로세싱 챔버(100)는 플라즈마 프로세싱 조건들을 갖는 부식성 플라즈마 환경이 제공되는 프로세스들을 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 프로세싱 챔버(100)는, 플라즈마 에칭기 또는 플라즈마 에칭 반응기, 플라즈마 세정기, 플라즈마 강화 CVD 또는 ALD 반응기들 등을 위한 챔버일 수 있다. 저 휘발성 코팅을 포함할 수 있는 챔버 컴포넌트의 예는 고온 가열기이다. 아래에서 더 상세히 설명되는 저 휘발성 코팅은 ALD에 의해 적용된다. ALD는 고 종횡비들을 갖는 복잡한 형상들 및 피처들을 갖는 모든 타입들의 컴포넌트들 상에 무-다공도인 실질적으로 균일한 두께의 등각 코팅을 적용할 수 있게 한다.
[0023] 희토류 금속을 포함하는 저 휘발성 코팅은 희토류 금속-함유 전구체, 및 산소, 불소 또는 질소로 구성되거나 또는 산소, 불소 또는 질소를 함유하는 반응물과 함께 ALD를 사용하여 성장 또는 증착될 수 있다. 희토류 금속-함유 전구체는 이트륨, 에르븀, 란타늄, 루테튬, 스칸듐, 가돌리늄, 사마륨, 또는 디스프로슘을 함유할 수 있다. 저 휘발성 코팅은 부가적으로 또는 대안적으로, 증착될 아래 놓인 컴포넌트 재료와 동일하거나 또는 유사한 재료를 갖는 접착 층의 증착을 위한 전구체와 함께 ALD를 사용하여 성장 또는 증착될 수 있다. 예컨대, 알루미늄-함유 전구체 및 질소 함유 반응물이 AlN을 형성하는 데 사용될 수 있거나, 또는 알루미늄-함유 전구체 및 산소-함유 반응물이 알루미늄 산화물(Al2O3)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 위에서 제시된 바와 같은 희토류 금속을 함유하는 하나 이상의 전구체들과 함께 ALD를 사용하여 접착 층의 최상부 상에 스택 또는 내마모성 층이 성장 또는 증착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 내마모성 층은 스퍼터링, 이온 보조 증착, 플라즈마 스프레이 코팅, 또는 화학 기상 증착을 사용하여 증착될 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 스택 층은, 희토류 금속-함유 재료와 다른 산화물 또는 질화물 재료, 이를테면 Al2O3 또는 AlN의 교번적인 얇은 층들을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 희토류 금속-함유 층은 다결정질 구조를 갖는다. 대안적으로, 희토류 금속-함유 층은 비정질 구조를 가질 수 있다. 희토류 금속-함유 층은 이트륨, 에르븀, 란타늄, 루테튬, 스칸듐, 가돌리늄, 사마륨, 및/또는 디스프로슘을 포함할 수 있다. 예컨대, 희토류 금속-함유 층은 이트리아(Y2O3), 이트륨 플루오라이드(YF3), 이트륨 옥시플루오라이드(YxOyFz 또는 YOF), 에르븀 산화물(Er2O3), 에르븀 플루오라이드(EF3), 에르븀 옥시플루오라이드(ExOyFz), 디스프로슘 산화물(Dy2O3), 디스프로슘 플루오라이드(DyF3), 디스프로슘 옥시플루오라이드(DyxOyFz), 가돌리늄 산화물(Gd2O3), 가돌리늄 플루오라이드(GdF3), 가돌리늄 옥시플루오라이드(GdxOyFz), 스칸듐 산화물(Sc2O3), 스칸듐 플루오라이드(ScF3), 스칸듐 옥시플루오라이드(ScxOyFz) 등을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 희토류 금속 층은 다결정질 Y2O3, YF3, 또는 YxOyFz이다. x, y, 및 z의 값들은 분수 값(fractional value)들 또는 전체 값(whole value)들(예컨대, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 등)일 수 있다. 다른 실시예들에서, 희토류 금속 층은 비정질 Y2O3, YF3, 또는 YxOyFz이다. 실시예에서, 희토류 금속-함유 재료는 다른 재료와 함께 공동-증착될 수 있다. 예컨대, 희토류 금속-함유 산화물이 하나 이상의 다른 희토류 화합물들, 이를테면 Y2O3, 가돌리늄 산화물(Gd2O3), 및/또는 에르븀(예컨대, Er2O3)과 혼합될 수 있다. 저 휘발성 코팅을 위한 이트륨-함유 산화물은, 예컨대, YxDyyOz, YxGdyOz, 또는 YxEryOz일 수 있다. 이트륨-함유 산화물은 공간 그룹 Ia-3 (206)를 갖는 입방 구조를 갖는 Y2O3일 수 있다.
[0024] 일 실시예에서, 희토류 금속-함유 층은, Y2O3, Y3Al5O12(YAG), Y4Al2O9(YAM), YF3, YOF, Er2O3, Er3Al5O12(EAG), EF3, EOF, La2O3, Lu2O3, Sc2O3, ScF3, ScOF, Gd2O3, Sm2O3, 또는 Dy2O3 중 하나이다. 희토류 금속-함유 층은 또한, YAlO3(YAP), Er4Al2O9(EAM), ErAlO3(EAP), 또는 란타늄, 루테튬, 스칸듐, 가돌리늄, 사마륨 또는 디스프로슘의 다른 3원 변형물들일 수 있다. 전술된 희토류 금속-함유 재료들 중 임의의 것은 미량의 다른 재료들, 이를테면, ZrO2, Al2O3, SiO2, B2O3, Er2O3, Nd2O3, Nb2O5, CeO2, Sm2O3, Yb2O3, 또는 다른 산화물들을 포함할 수 있다.
[0025] 일 실시예에서, 프로세싱 챔버(100)는 내부 볼륨(106)을 밀폐하는 샤워헤드(130) 및 챔버 바디(102)를 포함한다. 샤워헤드(130)는 샤워헤드 베이스 및 샤워헤드 가스 분배 플레이트를 포함할 수 있다. 대안적으로, 샤워헤드(130)는, 일부 실시예들에서, 덮개와 노즐로 대체될 수 있거나, 또는 다른 실시예들에서, 다수의 파이 형상 샤워헤드 컴파트먼트(compartment)들과 플라즈마 생성 유닛들로 대체될 수 있다. 챔버 바디(102)는 알루미늄, 스텐인리스 강, 또는 다른 적합한 재료, 이를테면 티타늄(Ti)으로 제작될 수 있다. 챔버 바디(102)는 일반적으로, 측벽들(108) 및 최하부(110)를 포함한다. 외측 라이너(116)가 챔버 바디(102)를 보호하기 위해 측벽들(108)에 인접하게 배치될 수 있다.
[0026] 배기 포트(126)가 챔버 바디(102)에 정의될 수 있고, 펌프 시스템(128)에 내부 볼륨(106)을 커플링시킬 수 있다. 펌프 시스템(128)은 하나 이상의 펌프들 및 스로틀 밸브들을 포함할 수 있으며, 그 하나 이상의 펌프들 및 스로틀 밸브들은 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(106)을 진공배기시키기 위해 그리고 그 내부 볼륨(106)의 압력을 조절하기 위해 활용된다.
[0027] 샤워헤드(130)는 챔버 바디(102)의 측벽(108) 상에 지지될 수 있다. 샤워헤드(130)(또는 덮개)는 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(106)으로의 접근을 가능하게 하기 위해 개방될 수 있으며, 폐쇄된 동안 프로세싱 챔버(100)에 대해 밀봉을 제공할 수 있다. 가스 패널(158)이 샤워헤드(130) 또는 덮개와 노즐을 통해 내부 볼륨(106)에 프로세스 및/또는 세정 가스들을 제공하기 위해 프로세싱 챔버(100)에 커플링될 수 있다. 샤워헤드(130)는 유전체 에칭(유전체 재료들의 에칭)을 위해 사용되는 프로세싱 챔버들을 위해 사용될 수 있다. 샤워헤드(130)는 가스 분배 플레이트(GDP)를 포함할 수 있고, GDP 전체에 걸쳐 다수의 가스 전달 홀들(132)을 가질 수 있다. 샤워헤드(130)는, 알루미늄 베이스 또는 양극산화 알루미늄 베이스에 접합된 GDP를 포함할 수 있다. GDP는 Si 또는 SiC로 제조될 수 있거나, 또는 세라믹, 이를테면 Y2O3, Al2O3, Y3Al5O12(YAG) 등일 수 있다.
[0028] 전도체 에칭(전도성 재료들의 에칭)을 위해 사용되는 프로세싱 챔버들의 경우, 샤워헤드보다는 덮개가 사용될 수 있다. 덮개는 덮개의 중앙 홀 내에 피팅되는 중앙 노즐을 포함할 수 있다. 덮개는 세라믹, 이를테면 Al2O3, Y2O3, YAG, 또는 Y2O3-ZrO2의 고용체 및 Y4Al2O9을 포함하는 세라믹 화합물일 수 있다. 노즐이 또한, 세라믹, 이를테면 Y2O3, YAG, 또는 Y2O3-ZrO2의 고용체 및 Y4Al2O9을 포함하는 세라믹 화합물일 수 있다.
[0029] 프로세싱 챔버(100)에서 기판들을 프로세싱하기 위해 사용될 수 있는 프로세싱 가스들의 예들은, 할로겐-함유 가스들, 이를테면, 특히 C2F6, SF6, SiCl4, HBr, NF3, CF4, CHF3, CH2F3, F, NF3, Cl2, CCl4, BCl3 및 SiF4, 및 다른 가스들, 이를테면 O2 또는 N2O를 포함한다. 캐리어 가스들의 예들은, N2, He, Ar, 및 프로세스 가스들에 대해 불활성적인 다른 가스들(예컨대, 비-반응성 가스들)을 포함한다.
[0030] 가열기 조립체(148)가 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(106)에서 샤워헤드(130) 또는 덮개 아래에 배치된다. 가열기 조립체(148)는 프로세싱 동안 기판(144)을 홀딩하는 지지부(150)를 포함한다. 지지부(150)는 플랜지(154)를 통해 챔버 바디(102)에 커플링된 샤프트(152)의 단부에 부착된다. 지지부(150), 샤프트(152), 및 플랜지(154)는 AlN, 예컨대 AlN 세라믹을 함유하는 가열기 재료로 구성될 수 있다. 지지부(150)는 메사(mesa)들(156)(예컨대, 딤플(dimple)들 또는 범프(bump)들)을 더 포함할 수 있다. 지지부는 부가적으로, 지지부(150)의 가열기 재료 내에 매립된 와이어들, 예컨대 텅스텐 와이어들(미도시)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 지지부(150)는 AlN 세라믹 층들 사이에 개재된 금속성 가열기 및 센서 층들을 포함할 수 있다. 그러한 조립체는, 모놀리식(monolithic) 조립체를 생성하기 위해, 고온 퍼니스에서 소결될 수 있다. 층들은, 가열기 회로들, 센서 엘리먼트들, 접지 평면들, 라디오 주파수 그리드들, 및 금속성 및 세라믹 유동 채널들의 조합을 포함할 수 있다. 가열기 조립체(148)는 진공 조건들(예컨대, 약 1 mTorr 내지 약 5 Torr) 하에서 최대 약 650 ℃의 가열기 온도를 제공할 수 있다. 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 저 휘발성 코팅(160)은 지지부(150), 또는 챔버(100) 내의 (지지부(150), 샤프트(152), 및 플랜지(154)를 포함하는) 가열기 조립체(148)의 모든 표면들 상에 증착될 수 있다.
[0031] 도 2는 실시예들에 따른 가열기 조립체(200)의 코팅된 컴포넌트들을 도시한다. 가열기 조립체(200)는 내부 샤프트(210)의 단부에 부착된 지지부(205)를 포함한다. 내부 샤프트(210)는 프로세싱 챔버(미도시)의 내부 볼륨 내에 위치된다. 내부 샤프트는 플랜지(220)를 통해 외부 샤프트(215)에 부착된다. 지지부(205)는 지지부(205)의 가열기 재료 내에 매립된 전기 컴포넌트들(미도시)에 연결된 메사들(206)을 포함한다. 프로세싱 챔버 내에서 부식성 가스들 및 플라즈마들에 노출될 수 있는 모든 표면들은 본원에서 설명되는 실시예들에 따라 저 휘발성 코팅(225)으로 코팅된다.
[0032] 저 휘발성 코팅(225)은 지지부(205)의 표면, 및/또는 프로세싱 챔버 내에서 부식성 가스들 또는 플라즈마에 노출될 수 있는 가열기 조립체의 모든 표면들 상의 하나 이상의 토류 금속 함유 산화물 재료를 포함할 수 있다. 저 휘발성 코팅은, 일반적으로 가열기의 성능에 영향을 거의 또는 전혀 미치지 않거나 또는 지지부(205)의 가열기 재료의 열 특성들에 영향을 거의 또는 전혀 미치지 않는 단일-층 코팅일 수 있다. 단일-층 저 휘발성 코팅은 약 5 nm 내지 약 10 μm, 또는 약 25 nm 내지 약 5 μm, 또는 약 50 nm 내지 약 500 nm, 또는 약 75 nm 내지 약 200 nm의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 단일-층 저 휘발성 코팅의 두께는 약 50 nm, 또는 약 75 nm, 또는 약 100 nm, 또는 약 125 nm, 또는 약 150 nm일 수 있다.
[0033] ALD 기법은 챔버 컴포넌트들의 표면들 및 복잡한 기하형상들을 갖는 피처들 상의 비교적 균일한 두께 및 제로(zero) 다공도(즉, 무-다공도)의 등각 코팅을 가능하게 한다. 저 휘발성 코팅은, 컴포넌트의 성능에 영향을 미치지 않으면서 플라즈마 상호작용들을 감소시키고 그 컴포넌트의 내구성을 개선하기 위해, 플라즈마 내성을 가질 수 있다. ALD를 이용하여 증착된 얇은 저 휘발성 코팅은, 컴포넌트의 기능성을 방해하지 않도록, 그 컴포넌트의 전기 특성들 및 상대적 형상 및 기하학적 구성을 유지할 수 있다. 코팅은 또한, 컴포넌트의 재료들의 휘발성을 감소시킬 수 있고, 컴포넌트의 아래 놓인 재료들보다 더 낮은 증기 압력을 갖는 반응물들을 형성할 수 있다.
[0034] 플라즈마에 대한 저 휘발성 코팅의 내성은, 코팅된 컴포넌트들의 동작 및 플라즈마에 대한 노출의 지속기간 전체에 걸친 "에칭 레이트(ER)"(이는 미크론/시간(μm/hr) 또는 옹스트롬/시간(Å/hr)의 단위들을 가질 수 있음)를 통해 측정될 수 있다. 측정들은 상이한 프로세싱 시간들 후에 행해질 수 있다. 예컨대, 측정들은 프로세싱 전, 또는 약 50 프로세싱 시간, 또는 약 150 프로세싱 시간, 또는 약 200 프로세싱 시간 등에 행해질 수 있다. 가열기 지지부 및/또는 다른 컴포넌트들 상에 성장 또는 증착되는 저 휘발성 코팅의 조성의 변동들은 다수의 상이한 플라즈마 내성들 또는 침식 레이트 값들을 발생시킬 수 있다. 부가적으로, 다양한 플라즈마들에 노출되는, 단일 조성을 갖는 저 휘발성 코팅은 다수의 상이한 플라즈마 내성들 또는 침식 레이트 값들을 가질 수 있다. 예컨대, 플라즈마 내성 재료는 제1 타입의 플라즈마와 연관된 제1 플라즈마 내성 또는 침식 레이트, 및 제2 타입의 플라즈마와 연관된 제2 플라즈마 내성 또는 침식 레이트를 가질 수 있다.
[0035] 일부 실시예들에서, 저 휘발성 코팅은 접착 층, 및 접착 층의 최상부 상의 제2 희토류 금속-함유 산화물 층을 포함할 수 있다. 접착 층의 두께는 약 1 nm 내지 약 50 nm, 또는 약 2 nm 내지 약 25 nm, 또는 약 5 nm 내지 약 10 nm일 수 있다. 특정 실시예들에서, 접착 층의 두께는 약 1 nm, 또는 약 5 nm, 또는 약 10 nm, 또는 약 15 nm이다. 희토류 금속-함유 층의 두께는 약 5 nm 내지 약 10 μm, 또는 약 25 nm 내지 약 5 μm, 또는 약 50 nm 내지 약 500 nm, 또는 약 75 nm 내지 약 200 nm일 수 있다. 일부 실시예들에서, 단일-층 저 휘발성 코팅의 두께는 약 50 nm, 또는 약 75 nm, 또는 약 100 nm, 또는 약 125 nm, 또는 약 150 nm일 수 있다. 특정 실시예들에서, 접착 층 및 희토류 금속-함유 층을 포함하는 저 휘발성 코팅의 총 두께는 약 50 nm, 또는 약 75 nm, 또는 약 100 nm, 또는 약 125 nm, 또는 약 150 nm일 수 있다.
[0036] 일부 실시예들에서, 제2 희토류 금속-함유 산화물 층은, 희토류 금속-함유 재료와, 응력 완화 층으로서 기능할 수 있는 다른 금속 질화물(예컨대, AlN-함유 층)의 교번적인 얇은 층들을 갖는 스택 층일 수 있다. 실시예들에서, 스택 내의 희토류 금속-함유 층의 두께는 약 5 ALD 사이클들(예컨대, 약 0.9 Å/사이클 및 2개의 반-반응들) 내지 약 500 nm, 또는 약 6 ALD 사이클들 내지 약 250 nm, 또는 약 7 ALD 사이클들 내지 약 100 nm, 또는 약 8 ALD 사이클들 내지 약 50 nm이다. 일부 실시예들에서, 스택 내의 희토류 금속-함유 층의 두께는 약 5 내지 약 15 ALD 사이클들, 또는 약 6 내지 약 14 ALD 사이클들, 또는 약 7 내지 약 13 ALD 사이클들, 또는 약 8 내지 약 10 ALD 사이클들이다. 스택 내의 금속 질화물의 두께는 약 1 내지 약 10 ALD 사이클들, 또는 약 2 ALD 사이클들, 또는 약 5 ALD 사이클들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착 층 및 스택 층을 포함하는 저 휘발성 코팅의 총 두께는 약 50 nm 내지 약 5 μm, 또는 약 75 nm 내지 약 1 μm, 또는 약 100 nm 내지 약 500 nm일 수 있다. 특정 실시예들에서, 접착 층 및 희토류 금속-함유 층을 포함하는 저 휘발성 코팅의 총 두께는 약 50 nm, 또는 약 75 nm, 또는 약 100 nm, 또는 약 125 nm, 또는 약 150 nm일 수 있다.
[0037] 접착 층은 AlN을 포함할 수 있으며, 희토류 금속-함유 층은, 단독으로 또는 부가적인 희토류 금속 재료(예컨대, 에르븀 산화물, 란타늄 산화물 등)와 함께, 이트륨 산화물, 이트륨 플루오라이드, 또는 이트륨 옥시플루오라이드를 포함할 수 있다. 희토류 금속-함유 층은 본원의 위에서 설명된 것들과 같은 임의의 희토류 금속-함유 재료를 포함할 수 있다. 각각의 층은 ALD 프로세스를 사용하여 코팅될 수 있다. ALD 프로세스는, 얇고 무-다공도이고 컴포넌트의 전기 특성들에 실질적으로 영향을 미치지 않는, 균일한 두께의 등각 코팅 층들을 성장시킬 수 있다.
[0038] 도 3a는 물건(예컨대, 가열기 지지부 또는 전체 가열기 조립체) 상에 저 휘발성 코팅을 성장 또는 증착하기 위한 ALD 기법에 따른 증착 프로세스의 일 실시예를 도시한다. 도 3b는 물건 상에 다층 플라즈마 내성 코팅을 성장 또는 증착하기 위한 ALD 기법에 따른 증착 프로세스의 일 실시예를 도시한다. 도 3c는 본원에서 설명되는 바와 같은 ALD 기법에 따른 증착 프로세스의 다른 실시예를 도시한다.
[0039] 다양한 타입들의 ALD 프로세스들이 존재하며, 여러 인자들, 이를테면, 코팅될 표면, 코팅 재료, 표면과 코팅 재료 사이의 화학 상호작용 등에 기초하여 특정 타입이 선택될 수 있다. 다양한 ALD 프로세스들에 대한 일반적인 원리는, 자기-제한적 방식으로, 한 번에 하나씩, 표면과 화학적으로 반응하는 가스성 화학 전구체들의 펄스들에, 코팅될 표면을 반복적으로 노출시킴으로써, 박막 층을 성장시키는 것을 포함한다.
[0040] 도 3a 내지 도 3c는 표면을 갖는 물건(310)을 예시한다. 물건(310)은, 고온 가열기 지지부, 및/또는 프로세싱 챔버 내의 가열기 조립체의 모든 표면들을 포함하는(그러나 이에 제한되지는 않음) 반도체 프로세스 챔버 컴포넌트들의 다양한 절연체 재료들을 표현할 수 있다. 물건(310)은, AlN, 유전체 재료, 이를테면 세라믹, 금속-세라믹 복합물(예컨대, Al2O3/SiO2, Al2O3/MgO/SiO2, SiC, Si3N4, AlN/SiO2 등), 금속(이를테면, 알루미늄, 스테인리스 강) 또는 다른 적합한 재료들을 포함하는 재료로 제조될 수 있고, 그리고 AlN, Si, SiC, Al2O3, SiO2 등과 같은 재료들을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 물건(310)은, 약 50 W/mK 내지 약 300 W/mK, 또는 약 100 W/mK 내지 약 250 W/mK, 약 150 W/mK 내지 약 200 W/mK, 또는 약 180 W/mK의 열 전도도를 갖는 가열기 재료로 구성된 고온 가열기이다. 가열기 재료는 또한, 25 ℃에서의 약 0.15
Figure pct00001
내지 25 ℃에서의 약 0.30
Figure pct00002
, 또는 25 ℃에서의 약 0.20
Figure pct00003
내지 25 ℃에서의 약 0.25
Figure pct00004
, 또는 25 ℃에서의 약 0.25
Figure pct00005
의 비열 용량을 가질 수 있다. 가열기 재료는 또한, 약 4.6 내지 약 5.7
Figure pct00006
의 선형 열 팽창 계수를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 물건(310)은 AlN 세라믹 재료로 제작된 반도체 프로세스 챔버를 위한 고온 가열기이다.
[0041] ALD에 대해, 표면 상으로의 전구체의 흡착, 또는 흡착된 전구체와 반응물의 반응은 "반-반응"이라고 지칭될 수 있다. 제1 반-반응 동안, 전구체가 물건(310)의 표면 상으로, 표면 상에 전구체가 완전히 흡착될 수 있게 하기에 충분한 시간 기간 동안, 펄싱된다. 흡착은 자기-제한적인데, 이는 전구체가 표면 상의 유한한 수의 이용가능한 부위들 상에 흡착되어, 표면 상에 균일한 연속 흡착 층을 형성할 것이기 때문이다. 전구체가 이미 흡착된 임의의 부위들은, 균일한 연속 코팅 상에 새로운 이용가능 부위들을 형성하게 될 처리가 흡착된 부위들에 수행되지 않는 한 그리고/또는 흡착된 부위들에 수행될 때까지, 동일한 전구체를 이용한 추가적인 흡착에 대해 이용가능하지 않게 될 것이다. 예시적인 처리들은, 플라즈마 처리, 균일한 연속 흡착 층을 라디칼들에 노출시키는 것에 의한 처리, 또는 표면에 흡착된 가장 최근의 균일한 연속 층과 반응할 수 있는 상이한 전구체의 도입일 수 있다.
[0042] 일부 실시예들에서, 2개 이상의 전구체들이 함께 주입되고, 물건의 표면 상에 흡착된다. 산소-함유 반응물이 흡착물들과 반응하여 (예컨대, Y2O3-Al2O3의) 컴포넌트 층을 형성하기 위해 주입될 때까지, 과도한 전구체들이 밖으로 펌핑된다. 이러한 프레시(fresh) 층은 다음 사이클에서 전구체들을 흡착할 준비가 되어 있다.
[0043] 도 3a에서, 물건(310)은, 흡착 층(314)을 형성하기 위해 물건(310)의 표면에 제1 전구체(360)가 완전히 흡착될 때까지 제1 지속기간 동안, 제1 전구체(360)에 도입될 수 있다. 이어서, 물건(310)은, 솔리드(solid) 층(316)을 성장시키기 위해(예컨대, 층(316)이 완전히 성장 또는 증착되도록(여기서, 성장 및 증착이라는 용어들은 본원에서 상호 교환가능하게 사용될 수 있음)) 흡착 층(314)과 반응하기 위한 제1 반응물(365)에 도입될 수 있다. 단일 층 저 휘발성 코팅의 경우, 제1 전구체(360)는, Y2O3, YF3, 또는 YxOyFz와 같은 희토류 금속-함유 재료를 위한 전구체일 수 있다. 접착 층이 사용될 때, 제1 전구체(360)는 Al을 함유하는 전구체일 수 있다. 제1 반응물(365)은, 층(316)이 산화물인 경우, 산소, 수증기, 오존, 산소 라디칼들, 또는 다른 산소 소스일 수 있다. 층(316)이 AlN을 함유하는 경우, 제1 반응물(365)은, 예컨대, NH3 질소 라디칼들 또는 다른 질소 소스일 수 있다. 따라서, ALD는 층(316)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 층(316)은 단일-층 저 휘발성 코팅일 수 있거나, 또는 다층 저 휘발성 코팅의 하나의 층(즉, 접착 층)일 수 있다.
[0044] 층(316)이 AlN 접착 층인 예에서, 물건(310)(예컨대, 고온 가열기의 표면)은, 물건의 표면들 상의 모든 반응성 부위들이 소모될 때까지 제1 지속기간 동안, 제1 전구체(360)(예컨대, 트리메틸알루미늄 또는 TMA 전구체)에 도입될 수 있다. 잔여 제1 전구체(360)는 플러싱되어 제거되고, 이어서, 제2 반 사이클을 시작하기 위해 NH3의 제1 반응물(365)이 반응기 내에 주입된다. 제1 반-반응에 의해 생성된 Al 함유 흡착 층과 NH3 분자들이 반응한 후에, AlN의 층(316)이 형성된다.
[0045] 층(316)은 균일하고, 연속적이고, 등각적일 수 있다. 층(316)은 무-다공도일 수 있거나(예컨대, 제로의 다공도를 가질 수 있음), 또는 실시예들에서 대략 제로의 다공도(예컨대, 0% 내지 0.01%의 다공도)를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 단일 ALD 증착 사이클 후에, 층(316)은 하나의 원자 층보다 더 얇은 두께 내지 수 개의 원자들의 두께를 가질 수 있다. 일부 유기금속 전구체 분자들은 크다. 반응물(365)과의 반응 후에, 큰 유기 리간드들은 없어지고, 훨씬 더 작은 금속 원자들이 남게 될 수 있다. 하나의 완전 ALD 사이클(예컨대, 전구체들(360)의 도입 후의 반응물들(365)의 도입을 포함함)은 단일 단위 셀보다 더 얇은 평균 두께를 갖는 층이 형성되게 할 수 있다. 예컨대, TMA 및 NH3에 의해 성장된 AlN 단분자층은 전형적으로, 약 1.0 A/사이클의 성장 레이트를 갖는 한편, AlN 격자 상수들은 a=3.111 A 및 c=4.981 A(육방 구조의 경우)이다.
[0046] 더 두꺼운 층(316)을 증착하기 위해, 다수의 완전 ALD 증착 사이클들이 구현될 수 있으며, 각각의 완전 사이클(예컨대, 전구체(360)의 도입, 플러싱, 반응물(365)의 도입, 및 다시 플러싱을 포함함)은 부가적인 원자 프랙션 내지 수 개의 원자들씩 두께에 부가한다. 도시된 바와 같이, 층(316)을 성장시키기 위해, 최대 n 완전 사이클들이 수행될 수 있으며, 여기서, n은 1 초과의 정수 값이다. 실시예들에서, 층(316)은 약 5 nm 내지 약 10 μm, 또는 약 25 nm 내지 약 5 μm, 또는 약 50 nm 내지 약 500 nm, 또는 약 75 nm 내지 약 200 nm의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 저 휘발성 코팅의 두께는 약 50 nm, 또는 약 75 nm, 또는 약 100 nm, 또는 약 125 nm, 또는 약 150 nm일 수 있다. 층(316)이 접착 층인 경우, 접착 층의 두께는 약 1 nm 내지 약 50 nm, 또는 약 2 nm 내지 약 25 nm, 또는 약 5 nm 내지 약 10 nm일 수 있다. 특정 실시예들에서, 접착 층의 두께는 약 1 nm, 또는 약 5 nm, 또는 약 10 nm, 또는 약 15 nm이다.
[0047] 층(316)이 하나 이상의 희토류 금속-함유 재료들을 포함하는 저 휘발성 코팅일 때, 층(316)은, 가열기의 열 및 전기 특성들에 상당한 영향을 미치지 않으면서, 견고한 플라즈마 내성 및 기계적 특성들을 제공한다. 층(316)은 침식으로부터 컴포넌트를 보호할 수 있고, 유전 강도를 향상시키거나 또는 유지할 수 있고, 그리고 최대 약 500 ℃, 또는 최대 약 550 ℃, 또는 약 500 ℃ 내지 약 550 ℃의 온도들에서 균열에 대한 내성을 가질 수 있다. 층(316)이 접착 층일 때, 층(316)은 컴포넌트에 대한 희토류 금속-함유 층(또는 스택 층)의 접착을 개선할 수 있고, 그리고 최대 약 650 ℃의 온도들에서 저 휘발성 코팅의 균열을 방지할 수 있다.
[0048] 도 3b는 도 3a를 참조하여 설명된 바와 같은, 접착 층으로서의 층(316)의 증착을 포함하는 증착 프로세스(301)를 설명한다. 그러나, 도 3b의 증착 프로세스(301)는, 다층 플라즈마 내성 코팅을 형성하기 위한, 부가적인 층(320)의 증착을 더 포함한다. 따라서, 층(316)이 완성된 후에, 층(316)을 갖는 물건(310)은, 흡착 층(318)을 형성하기 위해 층(316)에 하나 이상의 부가적인 전구체들(370)이 완전히 흡착될 때까지 제2 지속기간 동안, 부가적인 하나 이상의 전구체들(370)에 도입될 수 있다. 이어서, 물건(310)은, 솔리드 희토류 금속-함유 산화물 층(320)(간략화를 위해 제2 층(320)이라고 또한 지칭됨)을 성장시키기 위해(예컨대, 제2 층(320)이 완전히 성장 또는 증착되도록) 흡착 층(318)과 반응하기 위한 반응물(375)에 도입될 수 있다. 이 실시예에서, 층(316)은 AlN을 함유하는 접착 층일 수 있다. 따라서, ALD를 사용하여, 제2 층(320)이 층(316) 위에 완전히 성장 또는 증착된다. 예에서, 전구체(370)는 제1 반 사이클에서 사용되는 이트륨 함유 전구체일 수 있으며, 반응물(375)은 제2 반 사이클에서 사용되는 H2O일 수 있다.
[0049] 제2 층(320)은, 균일하고 연속적이고 등각적일 수 있는, 이트륨-함유 산화물 층 또는 다른 희토류 금속-함유 산화물 층을 형성할 수 있다. 제2 층(320)은, 실시예들에서는 1% 미만, 그리고 추가적인 실시예들에서는 0.1% 미만, 그리고 실시예들에서는 약 0%의 매우 낮은 다공도를 가질 수 있거나, 또는 더 추가적인 실시예들에서는 무-다공도를 가질 수 있다. 단일 완전 ALD 증착 사이클 후에, 제2 층(220)은 원자보다 더 얇은 두께 내지 수 개의 원자들(예컨대, 2개 내지 3개의 원자들)의 두께를 가질 수 있다. 더 두꺼운 제2 층(320)을 증착하기 위해, 다수의 ALD 증착 스테이지들이 구현될 수 있으며, 각각의 스테이지는 부가적인 원자 프랙션 내지 수 개의 원자들씩 두께에 부가한다. 도시된 바와 같이, 제2 층(320)이 목표 두께를 갖게 하기 위해, 완전 증착 사이클이 m회 반복될 수 있으며, 여기서, m은 1 초과의 정수 값이다. 실시예들에서, 제2 층(320)은 약 5 ALD 사이클들(예컨대, 약 0.9 Å/사이클 및 2개의 반-반응들) 내지 약 5 μm의 두께를 가질 수 있다. 제2 층(320)이 스택 층의 제1 층인 경우, 제2 층(320)은 약 5 ALD 사이클들 내지 약 500 nm, 또는 약 6 ALD 사이클들 내지 약 250 nm, 또는 약 7 ALD 사이클들 내지 약 100 nm, 또는 약 8 ALD 사이클들 내지 약 50 nm의 두께를 가질 수 있다. 실시예들에서, 스택의 제2 층(320)의 두께는 약 5 내지 약 15 ALD 사이클들, 또는 약 6 내지 약 14 ALD 사이클들, 또는 약 7 내지 약 13 ALD 사이클들, 또는 약 8 내지 약 10 ALD 사이클들이다.
[0050] 제2 층(320) 두께 대 층(316) 두께의 비율은 200:1 내지 1:200일 수 있다. 제2 층(320) 두께 대 층(316) 두께의 더 높은 비율(예컨대, 200:1, 100:1, 50:1, 20:1, 10:1, 5:1, 2:1 등)은 더 양호한 부식 및 침식 내성을 제공하는 한편, 제2 층(320) 두께 내지 층(316) 두께의 더 낮은 비율(예컨대, 1:2, 1:5, 1:10, 1:20, 1:50, 1:100, 1:200)은 더 양호한 열 내성(예컨대, 열 사이클링에 의해 야기되는 균일 및/또는 박리에 대한 개선된 내성)을 제공한다.
[0051] 제2 층(320)은 전술된 희토류 금속-함유 산화물 층들 중 임의의 것일 수 있다. 예컨대, 제2 층(320)은, 단독으로 또는 하나 이상의 다른 희토류 금속 재료들과 조합되어, Y2O3, YF3 또는 YxOyFz일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 층(320)은 ALD에 의해 공동-증착된 적어도 2개의 희토류 금속-함유 전구체들의 혼합물(예컨대, Y2O3, Er2O3 및 Al2O3 중 하나 이상의 조합들)로 형성된 단일 상 재료이다. 예컨대, 제2 층(320)은 YxEryOz 또는 YxAlyOz 중 하나일 수 있다. 일 실시예에서, 층(316)은 비정질 AlN이며, 제2 층(320)은, 단독으로 또는 하나 이상의 다른 희토류 금속-함유 재료와 단일 상으로, 다결정질 또는 비정질 이트륨-함유 산화물 화합물(예컨대, Y2O3, YxAlyOz, YxEryOz)이다. 층(316)은 접착을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이트륨-함유 산화물 층의 증착 전에 증착되는 응력 완화 층으로서 기능할 수 있다.
[0052] 일부 실시예들에서, 제2 층(320)은 Er2O3, Y2O3, 또는 Al2O3를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 층(320)은, ErxAlyOz(예컨대, Er3Al5O12), YxAlyOz, YxEryOz, 또는 EraYxAlyOz(예컨대, Y2O3, Al2O3 및 Er2O3의 단일 상 고용체) 중 적어도 하나의 다-성분 재료이다.
[0053] 도 3c를 참조하면, 일부 실시예들에서, 다층 저 휘발성 코팅은 2개 초과의 층들을 포함한다. 구체적으로, 저 휘발성 코팅은 AlN 층과 희토류 금속-함유 산화물 층의 교번 층들의 시퀀스를 포함하는 스택 층을 포함할 수 있거나, 또는 층(316), 및 희토류 금속-함유 산화물 층에 대한 교번 층들의 시퀀스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 희토류 금속-함유 산화물 층은 교번 하위-층들의 층이다. 예컨대, 희토류 금속-함유 산화물 층은 Y2O3와 AlN의 일련의 교번 하위-층들, 또는 Y2O3와 Al2O3의 일련의 교번 하위-층들일 수 있다.
[0054] 도 3c를 참조하면, 층(316)을 갖는 물건(310)이 증착 챔버 내에 삽입될 수 있다. 층(316)은 도 3a 또는 도 3b를 참조하여 제시된 바와 같이 형성되었을 수 있다. 물건(310)은, 층(322)을 형성하기 위해 층(316)에 하나 이상의 전구체들(380)이 완전히 흡착될 때까지 일정 지속기간 동안, 하나 이상의 희토류 금속-함유 재료들을 함유하는 하나 이상의 전구체들(380)에 도입될 수 있다. 이어서, 물건(310)은, 층(324)을 성장시키기 위해 층(322)과 반응하기 위한 반응물(382)에 도입될 수 있다. 따라서, ALD를 사용하여, 희토류 금속-함유 층(324)이 층(316) 위에 완전히 성장 또는 증착된다. 예에서, 전구체(380)는 제1 반 사이클에서 사용되는 이트륨 함유 전구체일 수 있으며, 반응물(382)은 제2 반 사이클에서 사용되는 H2O일 수 있다. 희토류 금속-함유 층(324)은, Y2O3, Er2O3 또는 다른 산화물 중 첫번째 것일 수 있다.
[0055] 층(316) 및 금속 산화물 층(324)을 갖는 물건(310)은, 층(326)을 형성하기 위해 AlN 층(324)에 하나 이상의 전구체들(384)이 완전히 흡착될 때까지 일정 지속기간 동안, 하나 이상의 전구체들(384)에 도입될 수 있다. 이어서, 물건(310)은, 부가적인 AlN 층(328)을 성장시키기 위해 층(326)과 반응하기 위한 반응물(386)에 도입될 수 있다. 따라서, ALD를 사용하여, 부가적인 AlN 층(328)이 희토류 금속-함유 층(324) 위에 완전히 성장 또는 증착된다. 예에서, 전구체(384)는 제1 반 사이클에서 사용되는 AlN 함유 전구체일 수 있으며, 반응물(386)은 제2 반 사이클에서 사용되는 NH3일 수 있다.
[0056] 도시된 바와 같이, 희토류 금속-함유 층(324) 및 알루미늄 산화물 층(328)의 증착은 교번 층들의 스택(337)을 형성하기 위해 n회 반복될 수 있으며, 여기서, n은 2 초과의 정수 값이다. N은 목표 두께 및 특성들에 기초하여 선택되는 층들의 유한한 수를 표현할 수 있다. 교번 층들의 스택(337)은 다수의 교번 하위-층들을 포함하는 희토류 금속-함유 산화물 층으로서 고려될 수 있다. 따라서, 전구체들(380), 반응물들(382), 전구체들(384), 및 반응물들(386)은, 부가적인 교번 층들(330, 332, 334, 336 등)을 성장 또는 증착하기 위해, 반복적으로 순차 도입될 수 있다. 층들(324, 328, 330, 332, 334, 336 등) 각각은 단일 원자 층보다 더 얇은 평균 두께 내지 수 개의 원자 층들의 평균 두께를 갖는 매우 얇은 층들일 수 있다.
[0057] 위에서 설명된 교번 층들(324 내지 336)은 1:1 비율을 가지며, 여기서, AlN의 각각의 단일 층에 대해 제1 금속 산화물의 단일 층이 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 상이한 타입들의 층들 사이에 다른 비율들, 이를테면 2:1, 3:1, 4:1 등이 있을 수 있다. 예컨대, 실시예에서, 모든 각각의 AlN 층에 대해 2개의 Y2O3 층들이 증착될 수 있다. 부가적으로, 교번 층들(324 내지 336)의 스택(337)은 교번적인 일련의 2개의 타입들의 금속 층들로서 설명되었다. 그러나, 다른 실시예들에서, 교번 스택(337)에서 2개 초과의 타입들의 금속 층들이 증착될 수 있다. 예컨대, 스택(337)은 3개의 상이한 교번 층들(예컨대, Y2O3의 제1 층, AlN의 제1 층, Al2O3의 제1 층, Y2O3의 제2 층, AlN의 제2 층, Al2O3의 제2 층 등)을 포함할 수 있다.
[0058] 교번 층들의 스택(337)이 형성된 후에, 상이한 재료들의 교번 층들이 서로 내에 확산하여 단일 상 또는 다수의 상들을 갖는 복합 산화물을 형성하게 하도록, 어닐링 프로세스가 수행될 수 있다. 그에 따라, 어닐링 프로세스 후에, 교번 층들의 스택(337)은 단일 희토류 금속-함유 산화물 층(338)이 될 수 있다. 예컨대, 스택 내의 층들이 Y2O3 및 Al2O3인 경우, 결과적인 희토류 금속-함유 산화물 층(338)은 Y3Al5O12(YAG) 상으로 구성될 수 있다.
[0059] 희토류 금속-함유 재료의 각각의 층은 약 5 내지 10 옹스트롬의 두께를 가질 수 있고, 그리고 ALD 프로세스의 약 1 내지 약 10 사이클들을 수행함으로써 형성될 수 있으며, 여기서, 각각의 사이클은 희토류 금속-함유 재료의 나노층(또는 나노층보다 약간 더 얇거나 또는 두꺼운 층)을 형성한다. 일 실시예에서, 희토류 금속-함유 산화물의 각각의 층은 약 6 내지 약 8 ALD 사이클들을 사용하여 형성된다. 각각의 AlN 층은 약 1 내지 약 2 ALD 사이클들(또는 수 ALD 사이클들)로부터 형성될 수 있고, 그리고 원자보다 더 얇은 두께 내지 수 개의 원자들의 두께를 가질 수 있다. 희토류 금속-함유 재료의 층들은 각각 약 5 내지 100 옹스트롬의 두께를 가질 수 있고, 그리고 제2 산화물의 층들은 각각, 실시예들에서는 약 1 내지 20 옹스트롬의 두께, 및 추가적인 실시예들에서는 1 내지 4 옹스트롬의 두께를 가질 수 있다. 희토류 금속-함유 재료와 AlN의 교번 층들의 스택(337)은 약 5 nm 내지 약 3 μm의 총 두께를 가질 수 있다. 희토류 금속-함유 재료의 층들 사이의 AlN의 얇은 층들은 희토류 금속-함유 층들에서의 결정 형성을 방지할 수 있다. 이는 비정질 이트리아 층이 성장될 수 있게 할 수 있다.
[0060] 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명된 실시예들에서, 표면 반응들(예컨대, 반-반응들)은 순차적으로 이루어질 수 있으며, 실시예들에서, 다양한 전구체들 및 반응물들은 접촉하지 않는다. 새로운 전구체 또는 반응물의 도입 전에, ALD 프로세스가 이루어지는 챔버는, 임의의 미반응 전구체 및/또는 표면-전구체 반응 부산물들을 제거하기 위해, 불활성 캐리어 가스(이를테면, 질소 또는 공기)로 퍼징될 수 있다. 전구체들은 각각의 층에 대해 상이할 것이며, 이트륨-함유 산화물 층 또는 다른 희토류 금속-함유 산화물 층에 대한 제2 전구체는 2개의 희토류 금속-함유 전구체들의 혼합물일 수 있고, 그에 따라, 단일 상 재료 층을 형성하기 위한 이들 화합물들의 공동-증착이 가능하게 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 2개의 전구체들이 사용되고, 다른 실시예들에서는, 적어도 3개의 전구체들이 사용되며, 더 추가적인 실시예들에서는, 적어도 4개의 전구체들이 사용된다.
[0061] ALD 프로세스들은 프로세스의 타입에 따라 다양한 온도들로 실시될 수 있다. 특정 ALD 프로세스에 대한 최적의 온도 범위는 "ALD 온도 윈도우(ALD temperature window)"라고 지칭된다. ALD 온도 윈도우 미만의 온도들은 불량한 성장 레이트들 및 비-ALD 타입 증착을 초래할 수 있다. ALD 온도 윈도우를 초과하는 온도들은 화학 기상 증착(CVD) 메커니즘을 통해 반응들이 이루어지게 할 수 있다. ALD 온도 윈도우는 약 100 ℃ 내지 약 650 ℃의 범위일 수 있다. 일부 실시예들에서, ALD 온도 윈도우는 약 20 ℃ 내지 약 200 ℃, 또는 약 25 ℃ 내지 약 150 ℃, 또는 약 100 ℃ 내지 약 120 ℃, 또는 약 20 ℃ 내지 125 ℃이다.
[0062] ALD 프로세스는, 복잡한 기하학적 형상들, 고 종횡비들을 갖는 홀들(예컨대, 세공들), 및 3-차원 구조들을 갖는 표면들 및 물건들 상에 균일한 두께를 갖는 등각 저 휘발성 코팅을 가능하게 한다. 표면에 대한 각각의 전구체의 충분한 노출 시간은, 전구체가 분산될 수 있게 하여, 표면의 모든 3-차원의 복잡한 피처들을 포함하는 표면들 전체와 완전히 반응할 수 있게 한다. 고 종횡비 구조들 내의 등각 ALD를 획득하기 위해 활용되는 노출 시간은 종횡비의 제곱에 비례하고, 모델링 기법들을 사용하여 예측될 수 있다. 부가적으로, ALD 기법은 다른 일반적으로 사용되는 코팅 기법들에 비해 유리한데, 이는 ALD 기법이, 소스 재료들(이를테면, 분말 공급원료(feedstock) 및 소결된 타겟들)의 오래 걸리고 어려운 제작 없이, 특정 조성 또는 제제의 인-시튜 온 디멘드(in-situ on demand) 재료 합성을 가능하게 하기 때문이다. 일부 실시예들에서, ALD는 약 3:1 내지 300:1의 종횡비들을 갖는 물건들을 코팅하기 위해 사용된다.
[0063] 본원에서 설명되는 ALD 기법들을 이용하여, 예컨대, 위에서 설명되고 아래의 예들에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 단독으로 또는 하나 이상의 다른 산화물들과 조합하여 희토류 금속-함유 산화물들을 성장시키기 위해 사용되는 전구체들의 적절한 혼합물들에 의해, 다-성분 막들, 이를테면 YxAlyOz(예컨대, Y3Al5O12), YxEryOz, YxEryFz, 또는 YwErxOyFz가 성장, 증착, 또는 공동-증착될 수 있다.
[0064] 일부 실시예들에서, 하나 이상의 희토류 금속-함유 재료들을 함유하는 내마모성 층이 스택 층 위에 증착될 수 있다. 내마모성 층은 약 5 nm 내지 약 1000 nm, 또는 약 100 nm 내지 약 500 nm의 두께를 가질 수 있다.
[0065] 도 4a는 실시예들에 따른, 프로세스 챔버 컴포넌트(예컨대, 고온 가열기의 표면 또는 모든 표면들) 상에 저 휘발성 코팅을 형성하기 위한 방법(400)을 예시한다. 방법(400)은 본원에서 설명되는 임의의 물건들을 코팅하기 위해 사용될 수 있다. 방법은 선택적으로, 저 휘발성 코팅을 위한 조성을 선택하는 것으로 시작될 수 있다. 조성 선택 및 형성 방법은 동일한 엔티티 또는 다수의 엔티티들에 의해 수행될 수 있다.
[0066] 방법은 선택적으로, 블록(405)에서, 산성 용액으로 물건을 세정하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 물건은 산성 용액의 배스(bath)에 배싱된다. 실시예들에서, 산성 용액은 플루오르화 수소산(HF) 용액, 염화 수소산(HCl) 용액, 질산(HNO3) 용액, 또는 이들의 조합일 수 있다. 산성 용액은 물건으로부터 표면 오염물들을 제거할 수 있고, 그리고/또는 물건의 표면으로부터 산화물을 제거할 수 있다. 산성 용액으로 물건을 세정하는 것은 ALD를 사용하여 증착되는 코팅의 품질을 개선할 수 있다. 일 실시예에서, 석영으로 제조된 챔버 컴포넌트들을 세정하기 위해, 약 0.1 vol% 내지 약 5.0 vol% HF를 함유하는 산성 용액이 사용된다. 일 실시예에서, Al2O3로 제조된 물건들을 세정하기 위해, 약 0.1 vol% 내지 약 20 vol% HCl을 함유하는 산성 용액이 사용된다. 일 실시예에서, 알루미늄 및 다른 금속들로 제조된 물건들을 세정하기 위해, 약 5 내지 약 15 vol% HNO3를 함유하는 산성 용액이 사용된다.
[0067] 블록(410)에서, ALD 증착 챔버 내에 물건이 로딩된다. 블록(420)에서, 방법은 ALD를 사용하여 물건의 표면 상에 저 휘발성 코팅을 증착하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 선택적으로, 블록(425)에서, 접착 층, 이를테면 AlN 층을 증착하기 위해 ALD가 수행된다. 일 실시예에서, 블록(430)에서, 단독으로 또는 하나 이상의 다른 산화물들과 함께, 희토류 금속-함유 산화물 층을 증착 또는 공동-증착하기 위해 ALD가 수행된다. ALD는 실시예들에서 수행되는 바와 같이 매우 등각적인 프로세스이며, 이는 저 휘발성 코팅의 표면 거칠기가, 코팅되는 물건의 아래 놓인 표면의 표면 거칠기와 일치되게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 저 휘발성 코팅은 약 5 nm 내지 약 3 μm의 총 두께를 가질 수 있다. 저 휘발성 코팅은, 실시예들에서 약 0%의 다공도를 가질 수 있거나, 또는 실시예들에서 무-다공도일 수 있으며, 약 ±5% 이하, ±10% 이하, 또는 ±20% 이하의 두께 변동을 가질 수 있다. 저 휘발성 코팅을 갖는 물건의 유전 상수는 코팅을 갖지 않은 물건의 유전 상수와 동일할 수 있거나 또는 실질적으로 동일(예컨대, ±5% 이내)할 수 있다. 부가적으로, 물건이 고온 가열기인 경우, 가열기의 최대 온도, 열 전도도, 및 비열 용량은, 코팅을 갖지 않은 가열기의 최대 온도, 열 전도도, 및 비열 용량과 동일할 수 있거나 또는 실질적으로 동일(예컨대, ±5% 이내)할 수 있다.
[0068] 일 실시예에서, 선택적으로, 블록(435)에서, 희토류 금속 함유 산화물과 AlN의 교번 층들의 스택을 증착하기 위해 ALD가 수행된다. 추가적인 실시예에서, 선택적으로, 블록(440)에서, 스택 상에 내마모성 층을 증착하기 위해 ALD가 수행된다.
[0069] 이트륨-함유 산화물 층은 이트륨-함유 산화물을 포함하고, 하나 이상의 부가적인 희토류 금속 재료들을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 저 휘발성 코팅을 형성하기 위해, 이트륨을 포함하는 희토류 금속-함유 재료들이 사용될 수 있는데, 이는 이트륨-함유 산화물들이 일반적으로, 고 안정성, 고 경도, 우수한 침식 내성 특성들을 갖고, 불소 플라즈마들(예컨대, NF3)과의 비교적 낮은 증기 압력 반응물들을 형성하기 때문이다. 예컨대, Y2O3는 가장 안정적인 산화물들 중 하나이고, 그리고 -1816.65 kJ/mol의 표준 형성 깁스 자유 에너지(standard Gibbs free energy of formation)(
Figure pct00007
)를 가지며, 이는 대부분의 프로세스 화학물들과 Y2O3의 반응들이 표준 조건들 하에서 열역학적으로 불리함을 나타낸다. 본원의 실시예들에 따라 증착된, Y2O3를 갖는 희토류 금속-함유 산화물 층 및 AlN 접착 층을 포함하는 저 휘발성 코팅들은 또한, 다수의 플라즈마 및 케미스트리 환경들에 대해 낮은 침식 레이트를 가질 수 있는데, 이를테면, 500 ℃ 및 200 와트의 바이어스에서 다이렉트 NF3 플라즈마 케미스트리에 노출될 때, 약 0 μm/hr의 침식 레이트를 가질 수 있다. 플라즈마 내성 코팅을 형성할 수 있는 이트륨-함유 산화물 화합물들의 예들은 Y2O3, YxAlyOz(예컨대, Y3Al5O12), 또는 YxEryOz를 포함한다. 플라즈마 내성 코팅 내의 이트륨 함유량은 약 0.1 at.% 내지 대략 100 at.%의 범위일 수 있다. 이트륨-함유 산화물들의 경우, 이트륨 함유량은 약 0.1 at.% 내지 대략 100 at.%의 범위일 수 있고, 산소 함유량은 약 0.1 at.% 내지 대략 100 at.%의 범위일 수 있다.
[0070] 플라즈마 내성 코팅을 형성할 수 있는 에르븀-함유 산화물 화합물들의 예들은 Er2O3, ErxAlyOz(예컨대, Er3Al5O12), 및 YxEryOz를 포함한다. 플라즈마 내성 코팅 내의 에르븀 함유량은 약 0.1 at.% 내지 대략 100 at.%의 범위일 수 있다. 에르븀-함유 산화물들의 경우, 에르븀 함유량은 약 0.1 at.% 내지 대략 100 at.%의 범위일 수 있고, 산소 함유량은 약 0.1 at.% 내지 대략 100 at.%의 범위일 수 있다.
[0071] 실시예들에서, Y2O3, YxAlyOz(예컨대, Y3Al5O12) 또는 YxEryOz의 희토류 금속-함유 산화물 층 및 접착 층을 포함하는 저 휘발성 코팅은, 낮은 탈기 레이트, 대략적으로 약 1000 V/μm의 유전 파괴 전압, 약 1E-8 Torr/s 미만의 허미티시티(hermiticity)(누설 레이트), 약 600 내지 약 950 또는 약 685의 비커스 경도(Vickers hardness), 스크래치 테스트에 의해 측정된 약 75 mN 내지 약 100 mN 또는 약 85 mN의 접착력, 및 실온에서의 x-선 회절에 의해 측정된 약 -1000 내지 -2000 MPa(예컨대, 약 -1140 MPa)의 막 응력을 갖는다.
[0072] 일부 실시예들에서, 저 휘발성 코팅의 접착 층은, 알루미늄-함유 전구체, 이를테면 트리메틸알루미늄, 및 질소-함유 반응물, 이를테면 암모니아(NH3), 플라즈마 활성화 암모니아, 히드라진(N2H4), 질소 가스(N2), 플라즈마-활성화 질소 가스 및 일산화 질소(NO)로부터, ALD에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 저 휘발성 코팅의 희토류 금속-함유 층은 이트리아이거나 또는 이트리아를 포함하고, ALD를 통해 희토류 금속-함유 산화물 층을 형성하는 데 사용되는 이트륨 전구체는 트리스(N,N-비스(트리메틸실릴)아미드)이트륨(III) 또는 이트륨(III) 부톡시드로부터 선택될 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있으며, 반응물은 O2, H2O, 또는 O3로부터 선택될 수 있다.
[0073] 일부 실시예들에서, 저 휘발성 코팅은 에르븀 산화물을 더 포함할 수 있다. ALD에 대해, 에르븀 전구체는 트리스-메틸시클로펜타디에닐 에르븀(III)(Er(MeCp)3), 에르븀 보란아미드(Er(BA)3), Er(TMHD)3, 에르븀(III)트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트), 또는 트리스(부틸시클로펜타디에닐)에르븀(III)으로부터 선택될 수 있으며, 반응물은 O2, H2O, 또는 O3로부터 선택될 수 있다.
[0074] 도 4b는 실시예에 따른, 물건(예컨대, 고온 가열기) 상에 저 휘발성 코팅을 형성하기 위한 방법(450)을 예시한다. 방법은 선택적으로, 저 휘발성 코팅을 위한 조성들을 선택하는 것으로 시작될 수 있다. 조성 선택 및 형성 방법은 동일한 엔티티 또는 다수의 엔티티들에 의해 수행될 수 있다.
[0075] 방법(450)의 블록(452)에서, 산성 용액을 사용하여 물건의 표면이 세정된다. 산성 용액은 방법(400)의 블록(405)을 참조하여 위에서 설명된 산성 용액들 중 임의의 것일 수 있다. 이어서, 물건은 ALD 증착 챔버 내에 로딩될 수 있다.
[0076] 블록(455)에 따라, 방법은 ALD를 통해 물건의 적어도 하나의 표면 상에 비정질 AlN의 제1 층을 증착하는 단계를 포함한다. 비정질 AlN은 약 5 nm 내지 약 300 nm의 두께를 가질 수 있다. 블록(460)에 따라, 방법은 ALD를 통해 AlN 접착 층 상에 이트륨-함유 산화물 전구체와 다른 산화물 전구체의 혼합물을 공동-증착함으로써(즉, 하나의 단계로) 제2 층을 형성하는 단계를 더 포함한다. 제2 층은, 예컨대, Al2O3 또는 Er2O3와 단일 상으로 Y2O3를 포함할 수 있다. 대안적으로, 제2 층은 다수의 상들, 이를테면 Y2O3 및 Er2O3의 상을 포함할 수 있다.
[0077] 위에서 논의된 바와 같이, 희토류 금속-함유 산화물 층은 다수의 상이한 산화물들의 혼합물을 포함할 수 있다. 그러한 희토류 금속-함유 산화물 층을 형성하기 위해, 적절한 반응물들과 함께, 전술된 이트리아 전구체들, 에르븀 산화물 전구체들, 및 알루미나 전구체들의 임의의 조합이 ALD 증착 챔버 내에 함께 도입되어, 다양한 산화물들이 공동-증착될 수 있고, 단일 상 또는 다수의 상들을 갖는 층이 형성될 수 있다.
[0078] 블록(470)에서, 부가적인 층들이 부가될 것인지(예컨대, 다층 스택이 형성될 것인지) 여부에 대해 결정이 이루어질 수 있다. 부가적인 층들이 부가될 것인 경우, 방법은 블록(455)으로 리턴할 수 있고, AlN의 부가적인 층이 형성될 수 있다. 그렇지 않으면, 방법은 블록(475)으로 진행할 수 있다.
[0079] 블록(475)에서, 물건(예컨대, 절연체 플레이트, 세라믹 정전 퍽, ESC 조립체 등) 및 챔버 컴포넌트 상의 저 휘발성 코팅의 양 층들이 가열된다. 가열은 어닐링 프로세스, 열 사이클링 프로세스, 및/또는 반도체 프로세싱 동안의 제조 단계를 통해 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 열 사이클링 프로세스는 품질 제어를 위해 균열들을 검출하기 위한 제조 후의 검사로서 쿠폰(coupon)들에 대해 수행되며, 여기서, 쿠폰들은 프로세싱 동안 부품이 거칠 수 있는 최고의 온도로 사이클링된다. 열 사이클링 온도는 특정 애플리케이션, 또는 부품이 사용될 애플리케이션들에 따라 좌우된다. 온도는 물건, 표면, 및 막 층들의 구성의 재료에 기반하여 선택될 수 있고, 그에 따라, 이들의 무결성이 유지될 수 있고, 이들 컴포넌트들 중 임의의 것 또는 전부의 변형, 분해, 용융이 억제될 수 있다.
[0080] 방법들(400 및 450)은 단일 컴포넌트, 또는 다수의 컴포넌트들의 배치(batch)에 대해 수행될 수 있다. 다수의 컴포넌트들은 동일한 타입의 컴포넌트일 수 있거나, 또는 상이한 타입들의 컴포넌트들일 수 있다. 방법들(400 및 450)은 또한, 조립된 고온 가열기 조립체들(또는 이들의 부분들)에 대해 수행될 수 있다.
[0081] 다음의 예들은 본원에서 설명되는 실시예들의 이해를 돕기 위해 설명되며, 본원에서 설명 및 청구되는 실시예들을 구체적으로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 당업자의 이해 범위 내에 있을, 현재 알려져 있거나 또는 향후 개발되는 모든 등가물들의 치환, 및 형식의 변화들 또는 실험 설계의 사소한 변화들을 포함하는 그러한 변형들은, 본원에 포함된 실시예들의 범위 내에 속하는 것으로 고려될 것이다. 이들 예들은 위에서 설명된 방법(400) 또는 방법(450)을 수행함으로써 달성될 수 있다.
예들
예 1 - ALD를 사용하는 유리 및 실리콘 기판들 상의 란타늄 산화물의 증착
[0082] 원자 층 증착을 사용하여 유리 및 실리콘 기판들 상에 란타늄 산화물 층이 증착되었다. 전구체들로서 란타늄 실릴아미드, La[N(SiMe3)2]3 및 물이 사용되었고, 증착은 150 ℃ 내지 250 ℃의 온도 범위로 발생하였다. 굴절률 및 성장 레이트에 대한 전구체 증발 온도, 펄스 시간들의 영향이 조사되었다. 결과적인 La2O3 막들은 현저한 양들의 수소 및 실리콘을 함유하였고, 주변 공기에 저장되어 있는 동안 화학적으로 불안정적이었다. La2O3 막들은, La[N(SiMe3)2]3, Al(CH3)3, 및 H2O로부터의 225 ℃에서의 LaAlO3의 화학량론에 근접한 화학량론으로 달성되었다. 란타늄 β-디케토네이트 전구체, La(thd)3가 레퍼런스 전구체로서 사용되었다.
예 2 - AlN 기판들 상에 ALD에 의해 증착된 이트륨 산화물 코팅들
[0083] 본원에서 설명되는 방법들에 따라 원자 층 증착에 의해 AlN 세라믹 기판 상에 이트륨 산화물 코팅이 증착되었다. 이트륨 산화물 코팅은 약 2 μm의 두께를 가졌다. 투과 전자 현미경 및 전자 회절에 의해 확인된 바와 같이, 이트륨 산화물 코팅은 다결정질 구조를 가졌다. 이트륨 산화물 코팅과 AlN 기판 사이에 반응된 층이 형성되었다.
예 3 - 알루미늄 질화물 세라믹 기판 상의 이트륨 플루오라이드 코팅
[0084] 본원에서 설명되는 방법들에 따라 원자 층 증착에 의해 알루미늄 질화물 세라믹 기판 상에 이트륨 플루오라이드 코팅이 증착되었다. 이트륨 플루오라이드 코팅은 약 160 nm의 두께를 가졌다. 투과 전자 현미경 및 전자 회절에 의해 확인된 바와 같이, 이트륨 플루오라이드 코팅은 다결정질 구조를 가졌다. 이트륨 산화물 코팅과 알루미늄 질화물 기판 사이에 반응된 층이 형성되었다.
예 4 - 예측 예 - 가열기 상의 저 휘발성 코팅의 증착
[0085] 실시예들에 따르면, 본원에서 설명되는 바와 같은 저 휘발성 코팅들은 AlN 기판(예컨대, 가열기 재료)의 전체 표면 위에 ALD에 의해 증착될 수 있는 배리어 층을 포함할 수 있다. 배리어 층은 희토류 금속 함유 산화물 최상부 층 및 응력 관리 층을 포함할 수 있다. 희토류 금속 함유 산화물 최상부 층은 약 50 nm 내지 약 5 μm, 또는 약 75 nm 내지 약 3 μm, 또는 약 100 nm 내지 약 2 μm의 두께를 가질 수 있다. 실시예들에서, 최상부 층은 희토류 금속 함유 산화물, 예컨대, Y2O3, La2O3, Er2O3, Lu2O3, Sc2O3, Gd2O3, Sm2O3, Dy2O3, 이들의 3원 변형물들, 및 이들의 조합들일 수 있다.
[0086] 위에서 논의된 바와 같이, 배리어 층은 또한, 최상부 층 아래에 놓인 응력 관리 층을 포함할 수 있다. 응력 관리 층은 AlN 기판의 표면 상에 ALD에 의해 증착된 AlN 접착 층(약 10 nm)을 포함할 수 있다. 약 5 내지 약 15 또는 약 8 내지 약 10 증착 사이클들을 사용하여 ALD에 의해 희토류 금속 함유 산화물 층이 접착 층 위에 증착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 응력 관리 층은 희토류 금속 함유 산화물 층의 최상부 상의 약 2 내지 약 4 사이클들의 AlN을 포함할 수 있다.
[0087] 배리어 층은 AlN에 대한 열 팽창 계수(CTE)(즉, 약 4.6
Figure pct00008
내지 약 5.7
Figure pct00009
)와 유사한 열 팽창 계수(CTE)를 가질 수 있다. 실시예들에서, 배리어 층 재료에 대한 열 팽창 계수는 약 3.0
Figure pct00010
내지 약 20.0
Figure pct00011
, 또는 약 5.0
Figure pct00012
내지 약 15.0
Figure pct00013
, 또는 약 5.0
Figure pct00014
, 또는 약 10.0
Figure pct00015
, 또는 약 14.0
Figure pct00016
일 수 있다. 실시예들에서, 배리어 층 재료의 CTE는 AlN 가열기 재료의 CTE의 +/-20%, 또는 +/-10%, 또는 +/-5%, 또는 +/-2% 이내일 수 있다. 배리어 층은 불소에 대한 내성을 가질 수 있고, 금속 오염에 거의 또는 전혀 기여하지 않을 수 있다. 배리어 층이 불소 플라즈마와 반응하는 범위까지, 결과적인 금속 플루오라이드 가스들(MFx)은 낮은 증기 압력을 가질 수 있다.
[0088] 배리어 층 위에 내마모성 층이 증착될 수 있다. 내마모성 층은 약 100 nm 내지 약 5 μm, 또는 약 250 nm 내지 약 2 μm, 또는 약 500 nm 내지 약 1 μm의 두께를 가질 수 있다. 실시예들에 따르면, 내마모성 층은 희토류 금속 함유 층, 예컨대, Y2O3, Er3Al5O12(EAG), Er2O3, La2O3, 및 이들의 조합들일 수 있다.
[0089] 내마모성 층은 불소에 대한 내성을 가질 수 있고, 그리고 내마모성 층이 불소 플라즈마와 반응하는 범위까지, 결과적인 금속 플루오라이드 가스들(MFx)은 낮은 증기 압력을 가질 수 있다. 실시예들에 따르면, 내마모성 층은 아래 놓인 AlN 기판의 경도(즉, 약 10.4 GPa)와 유사한 경도를 가질 수 있다. 예컨대, 내마모성 층의 경도는 약 5.0 GPa 내지 약 15 GPa, 또는 약 7.5 GPa 내지 약 14 GPa, 또는 약 10 GPa 내지 약 13.8 GPa일 수 있다. 내마모성 층은 AlN에 대한 CTE(즉, 약 4.6
Figure pct00017
내지 약 5.7
Figure pct00018
) 및/또는 배리어 층의 CTE와 유사한 CTE를 가질 수 있다. 실시예들에서, 내마모성 층에 대한 열 팽창 계수는 약 3.0
Figure pct00019
내지 약 20.0
Figure pct00020
, 또는 약 5.0
Figure pct00021
내지 약 15.0
Figure pct00022
, 또는 약 5.0
Figure pct00023
, 또는 약 10.0
Figure pct00024
, 또는 약 14.0
Figure pct00025
일 수 있다.
[0090] 실시예들에 따르면, 배리어 층 및 내마모성 층은, ALD 이외의 방법들, 예컨대, 화학 기상 증착(CVD), 전자 빔 이온 보조 증착(IAD), 이온 도금, 스퍼터링, 및 플라즈마 강화 CVD(PECVD)에 의해 증착될 수 있다.
예 5 - 예측 예 - AlN 가열기 상의 다층 Y 2 O 3 /AlN 코팅
[0091] 본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 나노라미네이트된 희토류 산화물(REO) 및 알루미늄 질화물 층들로 형성된 저 휘발성 코팅들이 AlN 기판들 상에 증착될 수 있다. 약 1 nm 내지 약 10 nm의 두께를 갖는 AlN 접착 층이 먼저, AlN 기판 상에 증착될 수 있다. AlN 접착 층과 AlN 가열기 재료 사이의 계면은 AlON일 수 있다. 그 후, 약 8 nm 내지 약 10 nm의 희토류 산화물(REO)과 약 2 nm AlN의 교번 층들의 스택(내마모성 층이라고 또한 지칭됨)이 증착되어 100 nm REO/AlN 교번 층이 형성(build up)될 수 있다. 예컨대, 약 8 내지 10 증착 사이클들의 Y2O3와 2 증착 사이클들의 AlN의 교번 층들이 ALD에 의해 증착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스택의 최상부 층은 REO, 예컨대, Y2O3, Er2O3, Gd2O3, 또는 이들의 조합이다.
[0092] 실시예들에서, 교번 층들의 스택 상에 플라즈마 내성 층이 증착될 수 있다. 플라즈마 내성 층은 Y2O3, Er2O3, Gd2O3, 및 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 플라즈마 내성 층은 약 100 nm 내지 약 5 μm, 또는 약 250 nm 내지 약 2.5 μm, 또는 약 500 nm 내지 약 1 μm의 두께를 가질 수 있다. 실시예들에서, 가열기 기판은 16 μin의 Ra를 갖는 메사(딤플)를 포함할 수 있으며, 가열기 최상부 표면은 40 μin의 Ra(비드 블라스트)를 가질 수 있다.
[0093] AlN 가열기 상의 다층 REO/AlN 코팅의 열 응력 모델링이 수행되었으며, 여기서, 희토류 금속 함유 산화물 층들은 Y2O3 및 Er2O3를 포함한다. 표 1은 결과들을 제공한다.
Figure pct00026
예 6 - AlN 기판 상의 Y 2 O 3 코팅의 열 응력 분석
[0094] ALD에 의해 AlN 기판들 상에 이트륨 산화물 코팅들이 증착되었다. 샘플들 중 하나는 500 nm의 두께를 갖는 Y2O3 코팅을 가졌고, 다른 샘플은 5 μm의 두께를 갖는 Y2O3 코팅을 가졌다. AlN 기판들의 두께는 5 mm이었다. 샘플들은 650 ℃의 온도까지 프로세스 챔버에서 가열되었다. 결과들은 표 2에 제시된다.
Figure pct00027
[0095] 코팅 층 내의 응력들은 압축 지배적이었는데, 이는 코팅의 CTE가 AlN 기판의 CTE보다 더 높기 때문이다. 에지 효과들을 제외하고, Y2O3 코팅의 2개의 두께들 사이에 열 응력 결과들의 상당한 차이는 없었다.
[0096] AlN 질화물 기판들 상의 500 nm 및 5 μm 두께의 Y2O3 코팅들의 특성들의 모델링에서 특정 가정들이 이루어질 수 있다: 1) 코팅 층은 기판의 최상부 면 상에서만 모델링될 수 있음; 2) 모든 부품들의 재료 특성들은 모든 온도들에서 동일한 것으로 가정되고; 온도 종속적 특성들이 적용되지 않음; 3) 기판 및 코팅 층들의 반경을 따르는 온도는 어떠한 기울기도 없이 동일한 것으로 가정됨 - 온도 균일성은 모델링되지 않음; 및 4) 기판과 코팅 층들의 계면에서 완벽하게 접합된 접촉이 적용됨.
[0097] 기판 및 Y2O3 및 AlN 층들의 재료 특성들은 표 3에 제시되었다.
Figure pct00028
[0098] 열 응력 특성들 및 재료 특성들에 기반하여, CTE들의 불일치 및 2개의 층들(즉, 100 nm의 Y2O3 및 5 mm AlN 기판)을 갖는 코팅 층 내의 이론적 응력 값은 -308.6 MPa(즉, 압축 응력)이며, 이는 Microsoft Excel의 CAE 툴에 의해 계산된다.
예 7 - 다양한 기법들에 의해 증착된 에르븀 산화물 코팅들
[0099] 라디오 주파수(RF) 스퍼터링, 전자 빔 증발, 금속-유기 화학 기상 증착(MOCVD), 및 원자 층 증착(ALD)을 사용하여 기판들 상에 에르븀 산화물이 증착되었다. Si(100) 및 소다-석회 유리 기판들 상의 Er2O3 박막들의 원자 층 증착을 위한 전구체들로서 유기금속 트리스(메틸시클로펜타디에닐)에르븀 및 물이 사용되었다. 증착은 175 ℃ 내지 450 ℃의 범위의 온도로 발생하였다. ALD 성장-타입 메커니즘이 250 ℃ 및 300 ℃의 비교적 낮은 증착 온도들에서 확인되었으며, 여기서, 고 성장 레이트(즉, 1.5 Å/사이클)가 달성되었다. 증착된 Er2O3 막들은 평활하였고 매우 균일하였으며, 낮은 농도들의 탄소 및 수소 불순물들만을 함유하였다. 막들은 입방 상 지배적인 (111) 배향을 갖는 결정질이었다. Er2O3/네이티브 SiO2-절연체 스택의 유효 유전율은 약 10이었다.
예 8 - ALD에 의한 AlN 증착
[00100] 트리메틸알루미늄 및 암모니아 전구체들을 사용하여 플라즈마 강화 원자 층 증착에 의해 AlN 박막이 성장되었다. 방법은 프로세스의 각각의 사이클당 원자들의 하나의 층 증착 및 거의 제로의 두께 변동으로 결정질 박막 AlN을 제공하기 위해 개발되었다. 성장 레이트는 약 1 Å/사이클로 포화되었고, 두께는 반응 사이클들의 수에 비례하였다. 성장된 AlN의 바람직한 결정 배향, 핵형성의 균일성, 및 표면 거칠기가 조사되었다. 막들의 결정도 및 특성들을 분석하기 위해, X-선 회절(XRD), 원자 포커스 마이크로스코피(AFM), 및 주사 전자 마이크로스코피(SEM)가 수행되었다.
[00101] 이전의 설명은 본 발명의 여러 실시예들의 양호한 이해를 제공하기 위해, 다수의 특정 세부사항들, 이를테면, 특정 시스템들, 컴포넌트들, 방법들 등의 예들을 제시한다. 그러나, 본 발명의 적어도 일부 실시예들이 이들 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 다른 경우들에서, 본 발명을 불필요하게 불명료히 하는 것을 방지하기 위해, 잘-알려져 있는 컴포넌트들 또는 방법들은 상세히 설명되지 않거나, 또는 간단한 블록도 형식으로 제공된다. 따라서, 제시된 특정 세부사항들은 단지 예시적인 것일 뿐이다. 특정 구현들은 이들 예시적인 세부사항들로부터 변화될 수 있고, 여전히, 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려될 수 있다.
[00102] "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 본 명세서 전체에 걸친 참조는, 실시예에 관하여 설명되는 특정 특징, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸친 다양한 위치들에서의 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 문구의 출현들이 모두, 반드시 동일한 실시예를 참조하는 것은 아니다. 부가하여, "또는"이라는 용어는 배타적 "또는"보다는 포괄적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. "약" 또는 "대략"이라는 용어가 본원에서 사용되는 경우, 이는 제공된 공칭 값이 ±10% 내에서 정확하다는 것을 의미하는 것으로 의도된다.
[00103] 본원의 방법들의 동작들이 특정 순서로 도시 및 설명되지만, 특정 동작들이 역순으로 수행될 수 있거나 또는 특정 동작이 다른 동작들과 적어도 부분적으로 동시에 수행될 수 있도록, 각각의 방법의 동작들의 순서가 변경될 수 있다. 다른 실시예에서, 별개의 동작들의 하위-동작들 또는 명령들은 간헐적 및/또는 교번적 방식으로 이루어질 수 있다.
[00104] 위의 설명은 예시적인 것으로 의도되고, 제한적인 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 다수의 다른 실시예들은 위의 설명을 읽고 이해할 시에 당업자에게 자명하게 될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는, 첨부된 청구항들에 의해 권리가 부여되는 균등물들의 전체 범위와 함께, 첨부된 청구항들에 관하여 결정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 약 50 W/mK 내지 약 300 W/mK의 열 전도도를 갖는 가열기 재료를 포함하는 컴포넌트; 및
    상기 가열기 재료의 표면 상의 저 휘발성 코팅
    을 포함하며,
    상기 저 휘발성 코팅은 약 5 nm 내지 약 5 μm의 두께를 갖고,
    상기 저 휘발성 코팅은 희토류 금속-함유 재료를 포함하고,
    상기 저 휘발성 코팅을 갖는 상기 가열기 재료는 상기 저 휘발성 코팅을 갖지 않은 상기 가열기 재료의 열 전도도를 갖거나, 또는 상기 저 휘발성 코팅을 갖지 않은 상기 가열기 재료의 열 전도도의 약 ±5% 내의 조정된 열 전도도를 갖는,
    물건.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 저 휘발성 코팅을 갖는 상기 가열기 재료는 상기 저 휘발성 코팅을 갖지 않은 상기 가열기 재료의 비열 용량을 갖거나, 또는 상기 저 휘발성 코팅을 갖지 않은 상기 가열기 재료의 비열 용량의 약 ±5% 내의 조정된 비열 용량을 갖는,
    물건.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 희토류 금속-함유 재료는, Y2O3, Y3Al5O12(YAG), Y4Al2O9(YAM), YF3, YOF, Er2O3, Er3Al5O12(EAG), EF3, EOF, La2O3, Lu2O3, Sc2O3, ScF3, ScOF, Gd2O3, Sm2O3, 또는 Dy2O3로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
    물건.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 저 휘발성 코팅은 약 75 nm 내지 약 200 nm의 두께를 갖는,
    물건.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 저 휘발성 코팅은,
    접착 층; 및
    희토류 금속-함유 층
    을 포함하며,
    상기 희토류 금속-함유 층은, Y2O3, Y3Al5O12(YAG), Y4Al2O9(YAM), YF3, YOF, Er2O3, Er3Al5O12(EAG), EF3, EOF, La2O3, Lu2O3, Sc2O3, ScF3, ScOF, Gd2O3, Sm2O3, 또는 Dy2O3로 구성된 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
    물건.
  6. 약 50 W/mK 내지 약 300 W/mK의 열 전도도를 갖는 가열기 재료를 포함하는 컴포넌트 상에 저 휘발성 코팅을 증착하기 위해 원자 층 증착(ALD)을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 저 휘발성 코팅은 약 5 nm 내지 약 5 μm의 두께를 갖고,
    상기 저 휘발성 코팅은 플라즈마와 반응하여, 상기 플라즈마와 상기 가열기 재료의 반응에 의해 형성되는 반응물들보다 더 낮은 증기 압력을 갖는 반응물들을 형성하고,
    상기 저 휘발성 코팅을 갖는 상기 가열기 재료는 상기 저 휘발성 코팅을 갖지 않은 상기 가열기 재료의 열 전도도를 갖거나, 또는 상기 저 휘발성 코팅을 갖지 않은 상기 가열기 재료의 열 전도도의 약 ±5% 내의 조정된 열 전도도를 갖는,
    방법.
  7. 제1 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 고온 가열기인,
    물건 또는 방법.
  8. 제1 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 가열기 재료는 알루미늄 질화물을 포함하는,
    물건 또는 방법.
  9. 제1 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 저 휘발성 코팅은,
    접착 층; 및
    알루미늄 질화물과 희토류 금속-함유 재료의 교번 층들을 포함하는 스택 층
    을 포함하며,
    상기 희토류 금속-함유 재료는, Y2O3, Y3Al5O12(YAG), Y4Al2O9(YAM), YF3, YOF, Er2O3, Er3Al5O12(EAG), EF3, EOF, La2O3, Lu2O3, Sc2O3, ScF3, ScOF, Gd2O3, Sm2O3, 또는 Dy2O3로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
    물건 또는 방법.
  10. 제1 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 열 전도도는 약 150 W/mK 내지 약 200 W/mK인,
    물건 또는 방법.
  11. 제1 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 가열기 재료는 25 ℃에서의 약 0.15
    Figure pct00029
    내지 25 ℃에서의 약 0.30
    Figure pct00030
    의 비열 용량을 갖는,
    물건 또는 방법.
  12. 제6 항에 있어서,
    상기 저 휘발성 코팅을 갖는 상기 가열기 재료는 상기 저 휘발성 코팅을 갖지 않은 상기 가열기 재료의 비열 용량을 갖거나, 또는 상기 저 휘발성 코팅을 갖지 않은 상기 가열기 재료의 비열 용량의 약 ±5% 내의 조정된 비열 용량을 갖는,
    방법.
  13. 제6 항에 있어서,
    희토류 금속-함유 재료는, Y2O3, Y3Al5O12(YAG), Y4Al2O9(YAM), YF3, YOF, Er2O3, Er3Al5O12(EAG), EF3, EOF, La2O3, Lu2O3, Sc2O3, ScF3, ScOF, Gd2O3, Sm2O3, 또는 Dy2O3로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
    방법.
  14. 제6 항에 있어서,
    상기 저 휘발성 코팅은 약 75 nm 내지 약 200 nm의 두께를 갖는,
    방법.
  15. 제6 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 고온 가열기이며,
    상기 저 휘발성 코팅은 상기 고온 가열기의 노출된 부분들을 덮는,
    방법.
KR1020207007235A 2017-08-14 2018-08-14 고온 가열기들을 위한 원자 층 증착 코팅들 KR20200030629A (ko)

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