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JP2007516921A - 半導体材料処理装置におけるイットリアでコーティングされたセラミック部品及びその部品を製造する方法 - Google Patents

半導体材料処理装置におけるイットリアでコーティングされたセラミック部品及びその部品を製造する方法 Download PDF

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Abstract

【解決手段】半導体材料処理装置におけるイットリアでコーティングされたセラミック部品は、基板と、その基板の上に少なくとも１つのイットリア含有コーティングとを含む。その部品は、セラミック材料の素地となり得るセラミック基板に第１イットリア含有コーティングを適用して製造される。そのコーティングされた素地は、焼結される。第１イットリア含有コーティングは、焼結により付着したイットリアのパーティクルを除去するように処理される。別の実施形態では、第２イットリア含有コーティングは、第１イットリア含有コーティングの上にサーマルスプレーされ、そのパーティクルを覆う。

Description

バックグラウンド
半導体材料処理の分野では、真空処理チャンバーを含む半導体材料処理装置は、例えば基板の様々な材料をエッチングしたり、化学気相成長(ＣＶＤ)させたり、レジスト剥離したりするのに利用される。そのようなプロセスは、プロセスガスを真空チェンバに供給して高周波フィールドをガスに印加してプラズマを作り出すことを含む。そのような処理チャンバーの中のプロセスガスとプラズマとの腐食性、およびチャンバーで処理される基板のパーティクル及び／又は金属による汚染を最小にしたいという要求のために、その装置のプラズマにさらされる部品は、そのようなガス及びプラズマに耐浸食性と耐腐食性があることが望ましい。
概要
半導体処理装置においてイットリアでコーティングされたセラミック部品が供給される。イットリアでコーティングされたセラミック部品の好適な実施形態は、セラミック材料の素地からなる基板；その基板の少なくとも１表面にサーマルスプレーされたイットリア含有コーティングを備える。
その基板は、様々なセラミック材料を備えてもよい。好適な実施形態では、基板はアルミナを備える。イットリア含有コーティングは、本質的にイットリアから構成されていてもよいし、さらに１個以上の化合物を含んでいても良い。
例えば、その部品は、半導体材料処理装置の誘電体窓、チャンバー壁、チャンバーライナー、基板支持体、バッフルガス供給プレート、プラズマ閉込めリング、ノズル、ファスナ、発熱体、プラズマフォーカスリング、チャック、またはプラズマスクリーンであってもよい。
半導体材料処理装置においてイットリアでコーティングされたセラミック部品の別の好適な実施形態は、セラミック材料を含む基板；サーマルスプレーされた最初のイットリア含有コーティング；セラミック材料とイットリアとの多相酸化物を基板と最初のイットリア含有コーティングとの界面に備える結合層を備える。結合層は、基板と一緒に焼結されて形成され、サーマルスプレーされて最初のコーティングを施される。別の好適な実施形態では、イットリアコーティングがコーティングされた露出している表面は、プラズマ調整処理によって処理され、一緒に焼結された後に露出している表面に付着するパーティクルを減少させる。さらに別の好適な実施形態では、サーマルスプレーされた第２のイットリア含有コーティングが、第２のイットリア含有コーティングの上で焼結され、イットリアのパーティクルを覆うようになる。
イットリアでコーティングされたセラミック部品の好適な実施形態では、第２のイットリア含有コーティングは、表面への付着性を高めるのに有効な表面粗度を有しても良い。
半導体処理装置におけるイットリアでコーティングされたセラミック部品の製造方法の好適な実施形態は、イットリア含有コーティングを、セラミック材料の素地である基板の少なくとも１表面にサーマルスプレーすることを含む。
半導体材料処理装置におけるイットリアでコーティングされたセラミック部品を作る方法の別の好適な実施形態は、基板とサーマルスプレーされたイットリア含有コーティングとを一緒に焼結させて、セラミック材料とイットリアとの多相酸化物を基板とイットリア含有コーティングとの界面に含む結合層を形成する。
半導体材料処理装置におけるイットリアでコーティングされたセラミック部品を作る方法の別の好適な実施形態は、一緒に焼結した後に、第２のイットリア含有コーティングをイットリア含有コーティングの上にサーマルスプレーすることを含む。
半導体材料処理装置におけるイットリアでコーティングされたセラミック部品を作る方法の別の好適な実施形態は、一緒に焼結した後に、イットリア含有コーティングの露出している表面をプラズマ調整処理で処理して、露出している表面を付着したイットリアのパーティクルを減少させる。
詳細な説明
半導体材料処理装置におけるイットリウム酸化物(イットリア)でコーティングされたセラミック部品が供給される。セラミック部品のイットリア含有コーティングは、基板を処理する間に半導体材料処理装置のプラズマ処理チャンバーに存在している有害ガス及びプラズマによる物理的及び／又は化学的な衝撃に関して耐摩耗性を有する。ここで、用語「耐摩耗性を有する」は、プロセスガス、プラズマ又はプラズマ副生成物によりもたらされる浸食、腐食及び／又は腐食浸食を含むが、それらに制限されない。
イットリアでコーティングされたセラミック部品の好適な実施形態は、部品の外側表面を形成し、半導体材料を処理する装置において有害ガスによる物理的及び／又は化学的な衝撃に耐性のある少なくとも１つのイットリア含有コーティングを備える。そのような装置は、半導体基板の製造で使用されるエッチング、成膜(例えば、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤなど)、レジスト剥離処理に使用可能である。半導体基板は、例えば、半導体ウエハと、フラットパネルディスプレイ基板などである。
イットリアでコーティングされたセラミック部品は、半導体材料処理装置でプラズマ及び／又は有害ガスに露出される様々な部品であってもよい。そのような部品の例には、（例えば、プラズマエッチング装置の）プラズマ及び／又は真空チャンバーの部品、例えば、誘電体窓、チャンバー壁、チャンバーライナー、基板支持体、バッフル、ガス供給プレート、ガス供給リング、チャッキングメカニズム(例えば、静電気のチャック）、フォーカスリング、ノズル、ファスナ、発熱体、プラズマスクリーンなどを含んでもよいが、それらに限定されない。
図１に示されるように、イットリアコーティング部品６５の好適な実施形態は、セラミック材料と、サーマルスプレーされたイットリア含有コーティング８０とを少なくとも基板の表面７２に含む基板７０を備える。基板７０のセラミック材料は、例えば、化学量論な及び非化学量論なアルミナ（Ａｌ２０３）、石英、酸化ジルコニウム、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ほう素（Ｂ４Ｃ）、窒化ほう素（ＢＮ）、窒化アルミニウム、又はそれらの混合物を含んでもよい。好適な実施形態では、セラミック材料はアルミナである。
イットリアでコーティングされたセラミック部品６５の基板７０は、例えば、セラミック材料のスラリーを準備して、締固め技術やスリップキャスティングなどによりスラリーから必要な形で素地を形成することによって製造することができる。また、スラリーの中にバインダー及び他の適当な添加物を含ませてもよい。圧粉体は、好ましくは、必要な部品の形で形成される。好適な実施形態では、イットリア含有コーティング８０は、１以上の素地の表面上にサーマルスプレーされる。すなわち、セラミック材料を部分的又は完全に焼結させずに部分的又は完全に機械的な強度を補強する。
別の好適な実施形態は、イットリア含有コーティング８０を１以上の基板表面にサーマルスプレーする前に、基板７０を部分的に焼結させることを含む。例えば、基板は、およそ８００Ｃからおよそ１６００Ｃの温度で部分的に焼結することができる。焼結時間は、部品の大きさ及び形状を含む要素によって変わり、要求される焼結密度レベルによって変わる。要求される焼結密度レベルは、例えば、完全な密度の約６０%〜約８０%の焼結密度である。例えば、焼結時間は、基板にイットリア含有コーティングをサーマルスプレーする前に部品における部分的な機械的強度を達成するために、約１時間〜数日の範囲で変わる。基板を緻密化して形成するのに使用することができる一例となるセラミックの処理技法の詳細は、例えば、「Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ, Ｖｏｌｕｍｅ ４, Ｓｅｃｔｉｏｎｓ ３ ａｎｄ ４ ｐｐ.１２３-３０４ (ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ, １９９１)」に示されており、ここでその全体が参照されて用いられても良い。
基板７０に適用されたイットリア含有コーティング８０は、下記に示すように最初に適用されたイットリア含有コーティング８０の上に適用することができる１つ以上の追加的なイットリア含有コーティングと同様に、サーマルスプレーによって形成されることが好ましい。また、部品のイットリア含有コーティングは、ランタン、Ｃｅ、Ｐｒ、ネオジウム、Ｐｍ、Ｓｍ、ユーロピウム、ガドリニウム、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのうちの少なくとも１つの酸化物、炭化物、窒化物、ほう化物及び／又は炭窒化物などの様々な化合物を含んでも良い。イットリアでコーティングされたセラミック部品を１つ以上含むプラズマ処理装置で処理された基板の汚染を最小にするために、イットリア含有コーティングは高純度であることが好ましい。例えば、イットリア含有コーティングは、潜在的に半導体ウエハなどの基板を汚染する可能性がある要素の含有量が最小量であることが好ましい。そのような要素は、遷移金属、アルカリ金属などを含んでいる。好適な実施形態では、イットリア含有コーティングは、１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２（あるいは、それ以上）のオンウエハ汚染を避けるために十分純粋であるか、好ましくは１０５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２（あるいは、それ以上）である。好ましくは、イットリア含有材料は、約９９%の純度を有し、より好ましくは約９９.９５%〜約１００%の純度を有する。
基板７０と、その基板に適用されるイットリア含有コーティング８０とは、基板７０とイットリア含有コーティング８０との界面に結合層７４を形成し基板を完全に焼結させるのに有効な条件の下で、一緒に焼結されることが好ましい。結合層７４は、適用されたイットリア含有コーティング８０の基板７０へのボンディング強度を高める。一緒に焼結する工程は、およそ８００Ｃ〜およそ１５００Ｃの温度で約７日間までの期間で行われることが好ましい。一緒に焼結する工程は、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気中で行われても良い。基板７０とイットリア含有コーティング８０との間で形成された結合層７４の組成と構造とは、基板のセラミック材料に依存している。例えば、基板がアルミナである実施形態では、結合層は、３Ｙ２０３- ５Ａ１２０３及び／又はＹ２０３-Ａ１２０３などのようなイットリア及びアルミナを含む多相酸化物構造を含んでも良い。基板が酸化ジルコニウムである実施形態では、結合層は、例えばＹ２Ｚｒ２０７を含んでも良い。
一緒に焼結する工程により、実質的にミクロ破壊が少ないイットリア含有コーティング８０の表面仕上をすることができる。そのミクロ破壊は、プラズマ処理の間にプラズマ処理装置で部品が遭遇する熱サイクル疲労によりパーティクルを発生させることがある。
しかしながら、基板７０に適用された焼結された状態のイットリア含有コーティング８０が、このコーティングの外側の表面８２に付着したイットリアのパーティクルを含むことが分かる。これらのイットリアのパーティクルは、プラズマ処理の間にプラズマへさらされることによって実質的に剥離し、その結果、基板を汚染することがある。好適な実施形態では、一緒に焼結された部品の基板７０上で形成されたイットリア含有コーティング８０の露出している表面８２は、露出している表面に付着したイットリアの付着パーティクルを減少させるように、プラズマ調整処理によって処理される。露出している表面８２からそのような付着したイットリアのパーティクルを取り除くための適切なプラズマ調整処理は、同時係属中のＵ. Ｓ. Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ. ０９／６０７,９２２に示されており、ここでその全体が参照されて用いられても良い。そのプラズマ調整は、半導体材料処理装置のプラズマ処理チャンバーに部品６５を設置し、チャンバーの中にある部品６５でどんな生産ウェハを処理する前でもイットリアのパーティクルを露出されたイットリア含有表面８２から除去するように部品をプラズマ調整することにより行われても良い。
イットリアでコーティングされたセラミック部品１６５の別の好適な実施形態は、図２に示される。この実施形態では、イットリア含有基板７０の露出された表面８２上のイットリアのパーティクルは、少なくとも１つの追加的なイットリア含有コーティング９０を基板７０の上にあるイットリア含有コーティング８０にサーマルスプレーすることにより被覆される。外側のイットリア含有コーティング９０は、下層であるイットリア含有コーティング８０の露出している表面８２上のイットリアのパーティクルを覆うのに十分な厚みを有し、部品１６５がプラズマチャンバーに設置されるとき、イットリアのパーティクルがプラズマにさらされないようにする。
プラズマ溶射は、追加的な上層であるイットリア含有コーティング(例えば、コーティング９０)だけでなく、基板７０上のイットリア含有コーティング８０に適用するのに好適な溶射技術である。プラズマ溶射技術は、例えば、「Ｌ. Ｐａｗｌｏｗｓｋｉ, Ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｐｒａｙ Ｃｏａｔｉｎｇｓ (Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ & Ｓｏｎｓ, １９９６)」に示されており、ここでその全体が参照されて用いられても良い。
サーマルスプレーされたイットリア含有コーティングは、スプレーされた状態で、およそ０.００１インチからおよそ１インチの厚みを有し、好ましくはおよそ０.００１からおよそ０.５インチの厚みを有し、より好ましくはおよそ０.００１インチからおよそ０.０１までの厚みを有する。イットリア含有コーティングの厚みは、遭遇する(例えば、エッチング、成膜、またはレジスト剥離などの)プラズマ環境に耐えられる値が選択されてもよい。
サーマルスプレーされたイットリア含有コーティング８０は、直接に基板７０上に、予め基板表面７２を粗くして、あるいは、予め基板表面７２を粗くせずに、コーティングの接着性を促進するための中間コーティングなしで、形成されてもよい。好適な実施形態では、イットリア含有コーティング８０は、予め基板及び／又は成形中間層を粗くせずに、基板７０に対する適切な密着性を確保する。その結果、追加的な工程を省くことができる。イットリア含有コーティング８０は、下層の基板７０に対する高い接着強度を有する。好ましくは、イットリア含有コーティングは、およそ２００ｋｓｉからおよそ４００ｋｓｉの張力の接着強度がある。
サーマルスプレーされたイットリア含有コーティングは、所望の表面粗度特性で形成することができ、滑らかな粗度から粗い粗度に及ぶ表面粗度を有する。粗いイットリア含有表面は、金属エッチングなどのプラズマエッチング処理の間に高分子成形種(例えば、フルオロカーボン)を使用することで発生する高分子成膜物などの成膜の接着性を改良するのに有効である場合がある。同時係属中ののＵ. Ｓ. Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ. ０９／７４９,９１７（ここでその全体が参照されて用いられても良い）に示されるように、そのような高分子成膜物は、エッチングプロセスの間にチャンバーの表面から剥離して、チャンバー中の基板を汚染することがある。繰り返されるプラズマ処理サイクルの間に起こる熱サイクルは、この問題を悪化させることがある。
サーマルスプレーされたイットリア含有コーティングは、算術平均表面粗度(Ｒａ)として、およそ５からおよそ５００マイクロインチの範囲の値を有しても良く、好ましくはおよそ１２０からおよそ２５０マイクロインチの範囲の値を有しても良い。この好適な範囲における表面粗度値は、プラズマエッチング処理の間に反応チャンバーの内部の表面に成膜される高分子類の接着性を高めるような値であってもよい。これにより、高分子成膜物による処理基板の汚染の発生を減少させることができる。
イットリア含有コーティングは、低い多孔性レベルを有していても良い。その低い多孔性レベルにより、侵食性雰囲気が下層の基板に接触することを少なくできるので、そのような侵食性雰囲気によりその基板が物理的及び／又は化学的に腐食、浸食及び／又は腐食−浸食されることもすくなくできる。好ましくは、イットリア含有コーティングは、体積で２０%以下の多孔度を有していてもよく、より好ましくは体積で５%以下の多孔度を有していても良い。
さらに、イットリア含有コーティングは、浸食に耐えるのに十分な硬度を有していても良い。
イットリア含有コーティングは、好ましくはおよそ１０%からおよそ１０%からおよそ１００%の立方体の結晶構造を有し、さらに好ましくはおよそ９５%から１００%の立方体の結晶構造を有する。
イットリア含有コーティングは、例えばプラズマエッチングチャンバーなどの半導体処理装置で使用されるのに望ましい耐磨耗特性をもたらす。特に、イットリア含有コーティングは、プラズマ反応装置チャンバーにおけるイオンに誘発された浸食及びパーティクル汚染レベルを減少させることができる表面をもたらす。また、イットリア含有コーティングは、プラズマによる物理的な衝撃と化学な衝撃との両方に対して下層の基板を保護することができる。
イットリアでコーティングされたセラミック部品は、エッチング、成膜、レジスト剥離および他の用途など様々なプラズマ雰囲気で使用することができる。典型的なエッチング化学物質は、例えば、Ｃ１２、ＨＣ１およびＢＣ１３を含むがそれに限定されない塩素含有ガス；Ｂｒ２およびＨＢｒを含むがそれに限定されない臭素含有ガス；０２、Ｈ２０及びＳ０２を含むがそれに限定されない酸素含有ガス；ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、ＮＦ３、ＣＨ３Ｆ、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、およびＳＦ６を含むがそれに限定されないふっ素含有ガス；ヘリウム、アルゴンおよびＮ２を含むがそれに限定されない他の不活性ガスを含んでも良い。これら及び他のガスは、要求されるプラズマによって、どんな適当な組合せでも使用されてもよい。様々なプロセスガスの適切な流量は、複数の因子に基づいて選択される。その因子は、プラズマ反応装置のタイプ、パワー設定、チャンバー圧、プラズマ解離速度、エッチング化学物質、エッチングされる材料、およびプロセスガスが使用されるエッチング工程の特定のステップを含むが、それらに限定されない。
イットリアでコーティングされたセラミック部品は、半導体プラズマエッチング処理においてシリコン含有材料と金属含有材料とをエッチングするために半導体処理設備のエッチングチャンバーで使用することができる。例えば、そのようなエッチングチャンバーでエッチング可能なシリコン含有材料は、単結晶シリコン、多結晶質シリコン、アモルファスシリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリサイド、二酸化シリコン、低誘電率材料、および高誘電率材料を含むが、それらに限定されない。
シリコン含有材料は、ドーピングされてもよいし、ドーピングされなくても良いし、及び／又は、アニールされてもよいし、アニールされなくても良い。
また、歪層Ｓｉを使用することができる。
エッチングされる伝導性又は半導体性の金属含有材料は、アルミニウム、アルミ合金、銅、銅合金、タングステン、タングステン合金、チタニウム、チタン合金、タンタル、タンタル合金、プラチナ、合金類(ルテニウム、ルテニウム合金、クロム、クロム合金、鉄、鉄合金)、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、モリブデン、モリブデン合金、チタン、タングステン、クロム、コバルト及び／又はモリブデンのシリサイド、プラチナシリコン、ルテニウム酸化物などの強誘電材料、窒化タンタル、クロムシリサイドおよびニッケル鉄コバルト合金類などのＧＭＲ材料を含むが、それらに限定されない。
イットリアでコーティングされたセラミック部品は、例えば、ポリシリコンの高密度プラズマリアクタにおけるリアクターの部品として使用することができる。このタイプの一例となるリアクタは、カリフォルニア州フレモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから利用可能なＴＣＰ９４００プラズマエッチングリアクタである。このリアクタでは、プロセスガス(例えば、Ｃ１２、ＨＢｒ、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、０２、Ｎ２、アルゴン、ＳＦ６及びＮＦ３)が、エッチングチャンバーの底部に位置したガスリングへ供給されて、ブローホールを介してリアクタチャンバーの中へと流れる。図３は、ＴＣＰ９４００ポリシリコンエッチングリアクタのためのガスリングの横断面図を示す。図３に示されるように、ガスリング４０の本体は、基板支持体４４を囲んでいる。ガスリング４０の底部の表面は、リング形をしているガス誘導トレンチ６０を含んでいる。ブローホール５０は、ガス誘導トレンチ６０へと延びいてる。高密度プラズマは、コイルから誘電性シールドを経由してチャンバー内部へと向かう誘導結合ＲＦエネルギーにより作り出される。
ガスリング４０は、アルミニウムで通常構成される。ガスリングの上面は、直接にプラズマにさらされ、その結果、浸食を受ける。これらの表面を保護するために、ガスリングは、露出しているイットリア含有コーティング４２を含むイットリアでコーティングされたセラミック部品であってもよい。また、処理の間にプラズマにさらされるようなポリシリコンエッチングリアクタの他の部品は、イットリアでコーティングされたセラミック部品であってもよい。これらの部品は、チャンバー壁、チャンバーライナー、チャッキングデバイスおよび誘電体窓を含んでいる。
別の一例となるポリシリコンエッチングリアクタは、Ｖｅｒｓｙｓ（登録商標） Ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ Ｅｔｃｈｅｒか２３００（登録商標）エッチャーである。これも、カリフォルニア州フレモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから利用可能である。図４は、静電チャック１５４を有する基板支持体１５２を含む２３００（登録商標）ポリシリコンエッチングリアクタの横断面図を示す。その静電チャック１５４は、据付けられたときに基盤に対する型締力をクランプ力を発生させる。プラズマフォーカスリング１７０は、静電チャック１５４の周りに基板支持体１５２の上に据付けられている。基板支持体１５２は、また、基板にＲＦバイアスを印加するのに使用されてもよい。基板は、熱伝達ガスを使用して逆冷却されてもよい。２３００（登録商標）エッチャーでは、プロセスガス(例えば、Ｃ１２、ＨＢｒ、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、０２、Ｎ２、アルゴン、ＳＦ６、およびＮＦ３)が、ガス送り１５６に接続されたガス噴射器１６８を介してチャンバー１５０に導入される。ガス噴射器１６８は、石英やセラミック材料（例えば、アルミナ）で通常作られている。示されるように、誘導コイル１５８は、密度プラズマを提供するのに適したＲＦソースによりパワーを供給されてもよい。誘導コイル１５８は、誘電体窓１６０を経由してチャンバー１５０の内部へ至るＲＦエネルギーを容量結合する。誘電体窓１６０は、石英かアルミナで通常作られている。誘電体窓１６０は、チャンバー１５０の上部と誘電体窓１６０との間に空間を形成し、ガス供給プレートと呼ばれる環状部材１６２に据付けられている。チャンバーライナー１６４は、基板支持体１５２を囲んでいる。チャンバー１５０は、また、チャンバーの内部を所望の圧力に維持するのに適した真空ポンプ装置を含んでもよい。
図３に示される一例となる実施形態では、特定のリアクターの部品は、イットリアでコーティングされたセラミック部品であってもよく、露出されたイットリア含有コーティング１６６を有していても良い。その特定のリアクター部品は、環状部材１６２、誘電体窓１６０、基板支持体１５２、チャンバーライナー１６４、ガス噴射器１６８、フォーカスリング１７０及び／又は静電チャック１５４などである。チャンバーライナー１６４の下方のチャンバー１５０と基板支持体１５２との壁は、また、図４に示されるように、イットリアでコーティングされたセラミック部品であってもよい。これらの部品のいずれも又は全ては、いかなる他のプラズマにさらされる部品と同様に、イットリアでコーティングされたセラミック部品であってもよい。
リアクターの部品は、また、高密度の酸化物エッチングプロセスで使用することができる。一例となる酸化物のエッチングリアクタは、カリフォルニア州フレモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから利用可能なＴＣＰ９１００ＴＭプラズマエッチングリアクタである。ＴＣＰ９１００ＴＭリアクタでは、ガス供給プレートは、また、処理される基板の上方でかつ平行に延びた平面においてリアクタの上部の真空シーリング面であるＴＣＰＴＭウィンドウの直下に位置する円板である。ガス供給リングは、ガス供給プレート、ＲＦエネルギーをリアクタに供給する平坦ならせんコイル形のアンテナの下方にあるウィンドウの内側の表面、及びガス供給リングによって定義される空間に、ソースからガスを供給する。ガス供給プレートは、プレートを通って延びたホールを含んでいる。ガス供給板材料は、このＲＦパワーによりガス供給プレートを経由してリアクタと容量結合するように、誘電性を有する。さらに、ガス供給プレートの材料は、故障と故障に伴うパーティクル発生とを避けるために、酸素プラズマやハイドロフルオロカーボンガスプラズマなどのプラズマ環境における化学スパッタエッチングに対して大きな耐性があることが望ましい。
図５は、このタイプのプラズマ反応装置を例示する。リアクタは、基板１３に対するクランプ力をもたらし、基板にＲＦバイアスを印加する静電チャック３４を有する基板ホルダー１２を含むプラズマチャンバー１０を備える。基板は、熱伝達ガスを使用して逆冷却されてもよい。フォーカスリング１４は、基板上方の領域にプラズマを閉じ込める。
高密度プラズマを提供するのに適したＲＦソースによってパワーが供給されるアンテナ１８などのように、チャンバーの中において高い密度(例えば、１０１１-１０１２ イオン／立方センチメートル)のプラズマを維持するためのエネルギのソースは、プラズマチャンバー１０の上部に配置される。チャンバーは、所望の圧力(例えば、５０ｍＴｏｒｒの下で、通常１-２０ｍＴｏｒｒ)でチャンバー内部を維持するのに適した真空ポンプ装置を含んでいる。
実質的に平面状の誘電体窓２０は、アンテナ１８とプラズマ処理チャンバー１０の内部との間に設けられ、処理チャンバー１０の上部で真空壁を形成している。ガス供給プレート２２は、ウィンドウ２０の下方において、ガス供給２３からチャンバー１０までプロセスガスを供給するための開口部を含んでいる。円錐状又は筒状のライナー３０は、ガス供給プレートから基板ホルダー１２を囲むように延びている。アンテナ１８には、熱伝達流体が入口および出口導管２５、２６を介して循環するチャンネル２４がさらに形成されていても良い。
運転中に、シリコンウェハなどの半導体基板は、基板ホールダ１２の上に置かれて、静電チャック３４によって保持される。プロセスガスは、真空処理チャンバー１０に供給される。そして、高密度プラズマは、基板とウィンドウ２０との間の空間においてＲＦパワーをアンテナ１８に供給することによって作り出される。
図５に示される装置において、ガス供給プレート２２、チャンバーライナー３０、静電チャック３４、およびフォーカスリング１４などの様々なリアクターの部品は、露出しているイットリア含有コーティング３２を有するイットリアでコーティングされたセラミック部品であってもよい。
上記の高密度ポリシリコン及び誘電性エッチングチャンバーは、イットリアでコーティングされたセラミック部品が組み込まれたプラズマエッチングリアクタの一例にすぎない。その部品は、どんなエッチングリアクタ(例えば、金属エッチングリアクタ)、またはプラズマによる浸食が問題となる他のタイプの半導体現像処理装置でも使用することができる。
他のイットリアでコーティングされたセラミック部品は、プラズマに通常さらされているチャンバー壁、基板ホルダー、ファスナなどであってもよい。他の部品は、直接プラズマにさらされないかもしれないが、処理されたウェハから放出されるガスなどの有害ガスにさらされる。また、半導体基板の処理で使用される他の設備はイットリアでコーティングされたセラミック部品であってもよい。そのような設備は、輸送機構、ガス供給系、ライナー、リフトメカニズム、ロードロック、ドアメカニズム、ロボットアーム、ファスナなどを含んでもよい。
本発明をその特定の実施形態に関して詳細に説明してきたが、追加されたクレームの範囲から逸脱しない範囲で、実施形態の偏向及び修正が可能であることや、均等物への置換が可能であることは、当業者にとって明らかである。
図１は、基板とその上のイットリア含有コーティングとを含むイットリアでコーティングされたセラミック部品の好適な実施形態を示す。 図２は、基板、その上の第１のイットリア含有コーティング、その上の第２のイットリア含有コーティングを含むイットリアでコーティングされたセラミック部品の別の好適な実施形態を示す。 図３は、ポリシリコンエッチング装置のためのガスリング装置の実施形態の横断面図である。 図４は、部品イットリアでコーティングされたセラミック部品の実施形態を含むポリシリコンエッチングチャンバーを示す。 図５は、イットリアでコーティングされたセラミック部品の実施形態を含む高密度プラズマ酸化物のエッチングチャンバーを示す。

Claims (30)

  1. 半導体材料処理装置におけるイットリアでコーティングされたセラミック部品であって、
    セラミック材料の素地を含む基板と、
    前記基板の少なくとも１表面にサーマルスプレーされたイットリア含有コーティングと、
    を備えたことを特徴とするセラミック部品。
  2. 前記セラミック部品は、
    誘電体窓、チャンバー壁、チャンバーライナー、基板支持体、バッフル、ガス供給プレート、プラズマ閉込めリング、ノズル、ファスナ、発熱体、プラズマフォーカスリング、チャック及びプラズマスクリーンから構成されるグループから選択され、ならびに／あるいは
    前記半導体材料処理装置は、プラズマエッチング装置を含む
    ことを特徴とする請求項１に記載のセラミック部品。
  3. 前記セラミック材料は、
    アルミナ、石英、酸化ジルコニウム、炭化シリコン、窒化シリコン、炭化ほう素、窒化ほう素、窒化アルミニウム、及びそれらの混合物から構成されるグループから選択される
    ことを特徴とする請求項１に記載のセラミック部品。
  4. 前記イットリア含有コーティングは、
    イットリア及び／又は
    プラズマエッチング装置を含む半導体材料処理装置
    から実質的に構成される
    ことを特徴とする請求項１に記載のセラミック部品。
  5. 前記イットリア含有コーティングは、
    ランタン、Ｃｅ、Ｐｒ、ネオジウム、Ｐｍ、Ｓｍ、ユーロピウム、ガドリニウム、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから構成されるグループうちの少なくとも１つの酸化物、炭化物、窒化物、ほう化物及び／又は炭窒化物を含む
    ことを特徴とする請求項１に記載のセラミック部品。
  6. 前記イットリア含有コーティングは、
    前記基板の外側表面の全体に対して適用される
    ことを特徴とする請求項１に記載のセラミック部品。
  7. 半導体材料処理装置におけるイットリアでコーティングされたセラミック部品であって、
    セラミック材料を含む基板と、
    前記基板の少なくとも１表面にサーマルスプレーされた第１イットリア含有コーティングと、
    前記セラミック材料とイットリアとを含む多相酸化物を前記基板と前記第１イットリア含有コーティングとの界面に具備し、前記基板と前記第１イットリア含有コーティングとを一緒に焼結する工程により形成された結合層と、
    を備え、
    （ｉ）前記第１イットリア含有コーティングは、
    プラズマ調整処理によって処理され、一緒に焼結された後に露出している表面に付着するパーティクルを減少させる露出している表面を含み、あるいは、
    （ｉｉ）前記セラミック部品は、
    焼結された前記第１イットリア含有コーティングの上に形成されて前記露出している表面に付着したイットリアのパーティクルを覆うサーマルスプレーされた状態の第２イットリア含有コーティングをさらに備えた
    ことを特徴とするセラミック部品。
  8. （ｉ）前記第１イットリア含有コーティングは、約２０％以下の多孔性を有し、９５％から１００％の立方体の結晶構造を有し、約２００ｋｓｉから約４００ｋｓｉの張力の接着強度を有し、ならびに、
    （ｉｉ）前記第１イットリア含有コーティング及び前記第２イットリア含有コーティングは、約２０％以下の多孔性を有し、９５％から１００％の立方体の結晶構造を有し、約２００ｋｓｉから約４００ｋｓｉの張力の接着強度を有する
    ことを特徴とする請求項７に記載のセラミック部品。
  9. 前記セラミック部品は、
    誘電体窓、チャンバー壁、チャンバーライナー、基板支持体、バッフル、ガス供給プレート、プラズマ閉込めリング、ノズル、ファスナ、発熱体、プラズマフォーカスリング、チャック及びプラズマスクリーンから構成されるグループから選択され、ならびに／あるいは
    前記半導体材料処理装置は、プラズマエッチング装置を含む
    ことを特徴とする請求項７に記載のセラミック部品。
  10. 前記基板は、
    アルミナ、石英、酸化ジルコニウム、炭化シリコン、窒化シリコン、炭化ほう素、窒化ほう素、窒化アルミニウム、及びそれらの混合物から構成されるグループから選択されるセラミック材料を含む
    ことを特徴とする請求項７に記載のセラミック部品。
  11. 前記セラミック部品は、前記第２イットリア含有コーティングを備え、
    前記第１イットリア含有コーティング及び前記第２イットリア含有コーティングは、
    ランタン、Ｃｅ、Ｐｒ、ネオジウム、Ｐｍ、Ｓｍ、ユーロピウム、ガドリニウム、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから構成されるグループうちの少なくとも１つの酸化物、炭化物、窒化物、ほう化物及び／又は炭窒化物を含む
    ことを特徴とする請求項７に記載のセラミック部品。
  12. 前記セラミック部品は、前記第２イットリア含有コーティングを備え、
    前記第１イットリア含有コーティング及び前記第２イットリア含有コーティングは、前記基板の外側表面の全体に配置される
    ことを特徴とする請求項７に記載のセラミック部品。
  13. 前記セラミック部品は、前記第２イットリア含有コーティングを備え、
    前記第１イットリア含有コーティング及び前記第２イットリア含有コーティングは、実質的にイットリアで構成される
    ことを特徴とする請求項７に記載のセラミック部品。
  14. 前記セラミック部品は、前記第２イットリア含有コーティングを備え、
    前記第２イットリア含有コーティングは、付着する高分子パーティクルの付着性を高めるのに有効な粗度を有する露出している表面を含む
    ことを特徴とする請求項７に記載のセラミック部品。
  15. 前記基板は、実質的にアルミナから構成され、
    前記第１イットリア含有コーティングは、実質的にイットリアから構成され、
    前記結合層は、実質的にイットリウム・アルミニウム・ガーネットから構成され、
    前記セラミック部品は、実質的にイットリアから構成される第２イットリア含有コーティングを備えた
    ことを特徴とする請求項７に記載のセラミック部品。
  16. 請求項７に記載の少なくとも１つのセラミック部品を備えた
    ことを特徴とする半導体材料処理装置。
  17. 半導体材料処理装置における半導体材料の処理方法であって、
    請求項７に記載の少なくとも１つのセラミック部品を具備した半導体材料処理装置のプラズマチャンバーにおいて、半導体材料をプラズマで処理する処理工程を備えた
    ことを特徴とする半導体材料の処理方法。
  18. 前記処理工程は、ポリシリコン半導体材料を前記プラズマチャンバーでプラズマエッチングする工程を含む
    ことを特徴とする請求項１７に記載の半導体材料の処理方法。
  19. 半導体材料処理装置におけるイットリアでコーティングされたセラミック部品の製造方法であって、
    第１イットリア含有コーティングを少なくとも基板の１表面にサーマルスプレーする第１サーマルスプレー工程を備え、
    前記基板は、セラミック材料の素地を含む
    ことを特徴とする製造方法。
  20. 前記基板と、サーマルスプレーされた状態の第１イットリア含有コーティングとを一緒に焼結し、前記セラミック材料とイットリアとを含む多相酸化物を前記基板と前記第１イットリア含有コーティングとの界面に具備する結合層を形成する焼結工程をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項１９に記載の製造方法。
  21. 前記焼結工程の後に、前記第１イットリア含有コーティングの上に第２イットリア含有コーティングをサーマルスプレーする第２サーマルスプレー工程をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項２０に記載の製造方法。
  22. 前記焼結工程の後に、プラズマ調整処理によって前記第１イットリア含有コーティングの露出している表面を処理して、一緒に焼結された後に露出している表面に付着するイットリアのパーティクルを減少させるプラズマ調整処理工程をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項２０に記載の製造方法。
  23. 前記セラミック材料は、アルミナであり、
    前記第１イットリア含有コーティング及び前記第２イットリア含有コーティングは、実質的にイットリアから構成された
    ことを特徴とする請求項２１に記載の製造方法。。
  24. 前記基板及び前記第１イットリア含有コーティングは、約８００℃〜およそ１５００℃の温度で約７日間までの期間で一緒に焼結される
    ことを特徴とする請求項２０に記載の製造方法。
  25. 前記セラミック部品は、
    誘電体窓、チャンバー壁、チャンバーライナー、基板支持体、バッフル、ガス供給プレート、プラズマ閉込めリング、ノズル、ファスナ、発熱体、プラズマフォーカスリング、チャック及びプラズマスクリーンから構成されるグループから選択され、ならびに／あるいは
    前記半導体材料処理装置は、プラズマエッチング装置を含む
    ことを特徴とする請求項１９に記載の製造方法。
  26. 前記基板は、
    アルミナ、石英、酸化ジルコニウム、炭化シリコン、窒化シリコン、炭化ほう素、窒化ほう素、窒化アルミニウム、及びそれらの混合物から構成されるグループから選択されるセラミック材料を含む
    ことを特徴とする請求項１９に記載の製造方法。
  27. 前記第１イットリア含有コーティング及び前記第２イットリア含有コーティングは、
    ランタン、Ｃｅ、Ｐｒ、ネオジウム、Ｐｍ、Ｓｍ、ユーロピウム、ガドリニウム、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕから構成されるグループうちの少なくとも１つの酸化物、炭化物、窒化物、ほう化物及び／又は炭窒化物を含む
    ことを特徴とする請求項２１に記載の製造方法。
  28. 前記第１イットリア含有コーティング及び前記第２イットリア含有コーティングは、前記基板の外側表面の全体にサーマルスプレーされている
    ことを特徴とする請求項２１に記載の製造方法。
  29. 前記第２イットリア含有コーティングは、付着する高分子パーティクルの形態におけるプラズマ副生成物の付着性を高めるのに有効な粗度を有する露出している表面を含む
    ことを特徴とする請求項２１に記載の製造方法。
  30. 半導体材料処理チャンバーにおけるイットリアでコーティングされたセラミック部品の製造方法であって、
    セラミック材料を含む基板を部分的に焼結する工程と、
    前記基板の少なくとも１表面に第１イットリア含有コーティングをサーマルスプレーする工程と、
    前記基板と、サーマルスプレーされた状態の前記第１イットリア含有コーティングとを一緒に焼結し、前記セラミック材料とイットリアとを含む多相酸化物を前記基板と前記第１イットリア含有コーティングとの界面に具備する結合層を形成する工程と、
    （ｉ）前記第１イットリア含有コーティングの露出された表面をプラズマ調整処理によって処理して、一緒に焼結された後に前記露出している表面に付着するパーティクルを減少させる工程、あるいは、
    （ｉｉ）焼結された前記第１イットリア含有コーティングの上に第２イットリア含有コーティングをサーマルスプレーして、一緒に焼結された後に前記露出している表面に付着したイットリアのパーティクルを覆う工程と、
    を備えたことを特徴とする製造方法。
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