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JP2022553646A - Inorganic coating of plasma chamber components - Google Patents

Inorganic coating of plasma chamber components Download PDF

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JP2022553646A JP2022521215A JP2022521215A JP2022553646A JP 2022553646 A JP2022553646 A JP 2022553646A JP 2022521215 A JP2022521215 A JP 2022521215A JP 2022521215 A JP2022521215 A JP 2022521215A JP 2022553646 A JP2022553646 A JP 2022553646A
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Abstract

【課題】【解決手段】プラズマ処理チャンバで使用するためのコンポーネントを提供する。コンポーネント本体は、導電性材料で作製される。コンポーネント本体の表面上に、第1のセラミック材料からなる第1のセラミックコーティングがあり、第1のセラミックコーティングは、コンポーネント本体に隣接する第1の側面およびコンポーネント本体から離れた第2の側面を有し、第1のセラミック材料は誘電体材料である。第1のセラミックコーティングの第2の側面に第2のセラミック材料からなる第2のセラミックコーティングがあり、第1のセラミックコーティングと第2のセラミックコーティングの間に間隙があり、その間隙は、ポリマー材料またはガスの少なくとも1つで充填されており、第2のセラミック材料は、誘電体材料である。【選択図】 図2DA component for use in a plasma processing chamber is provided. The component body is made of an electrically conductive material. A first ceramic coating of a first ceramic material is on the surface of the component body, the first ceramic coating having a first side adjacent to the component body and a second side remote from the component body. and the first ceramic material is a dielectric material. A second ceramic coating of a second ceramic material on a second side of the first ceramic coating with a gap between the first ceramic coating and the second ceramic coating, the gap comprising a polymer material or gas, and the second ceramic material is a dielectric material. [Selection drawing] Fig. 2D

Description

<関連出願の相互参照>
本出願は、2019年10月10日に出願された、米国特許出願第62/913,619号の優先権の利益を主張し、上記の出願は参照により、あらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
<Cross reference to related applications>
This application claims the benefit of priority from U.S. Patent Application No. 62/913,619, filed October 10, 2019, which application is incorporated herein by reference for all purposes. .

本開示は、半導体デバイスの製造に関する。より具体的には、本開示は、半導体デバイスの製造において使用されるチャンバ表面のコーティングに関する。 The present disclosure relates to the manufacture of semiconductor devices. More specifically, the present disclosure relates to coating chamber surfaces used in the manufacture of semiconductor devices.

ここで提供される背景の説明は、本開示の内容を概ね提示することを目的とする。この背景技術のセクションにおける記載のすべて、および記載された説明において存在し得る態様は、明示または暗示を問わず、本出願に関する先行技術として認められない。 The background discussion provided herein is for the purpose of generally presenting the content of the present disclosure. All statements made in this background section, and any aspects that may be present in the statements made, are not admitted as prior art with respect to this application, whether express or implied.

半導体ウエハを処理する際には、プラズマ処理チャンバを使用して半導体デバイスを処理する。チャンバ表面を保護するために、コーティングが使用される。 In processing semiconductor wafers, plasma processing chambers are used to process semiconductor devices. A coating is used to protect the chamber surfaces.

半導体デバイスの形成においては、プラズマ処理チャンバを用いて基板を処理する。一部のプラズマ処理チャンバは、プラズマ処理チャンバ内のライナ等にアルミニウム合金の部品を有する。このようなコンポーネントは、プラズマの維持に有用な電気的・熱的特性を提供するためにアルミニウムであってもよい。アルミニウムはまた、重量、コストの削減を可能にする。このようなアルミニウム部品は、プラズマ処理中に使用されるプラズマによって腐食する場合がある。アルミニウムのコンポーネントを保護するために、コーティングが使用され得る。 In the formation of semiconductor devices, plasma processing chambers are used to process substrates. Some plasma processing chambers have aluminum alloy components, such as liners within the plasma processing chamber. Such components may be aluminum to provide electrical and thermal properties useful for plasma maintenance. Aluminum also allows weight and cost savings. Such aluminum parts may be corroded by the plasma used during plasma processing. A coating may be used to protect the aluminum components.

プラズマ腐食から保護するために、プラズマ処理チャンバのコンポーネントの上に、セラミックコーティングが形成される。このようなコーティングは、熱膨張率の不整合およびフッ素プラズマへの曝露によるフッ素化のためにストレスに曝され、その結果、部品の故障または部品からの汚染物質の生成をもたらす可能性がある。一般に、アルミニウムESC体の熱膨張率(CTE)は、セラミック保護コーティングの熱膨張率よりも大きい。ESC体と保護コーティングのCTEの違いにより、保護コーティングに亀裂が生じる場合がある。 Ceramic coatings are formed over plasma processing chamber components to protect against plasma corrosion. Such coatings are subject to stress due to thermal expansion mismatch and fluorination due to exposure to fluorine plasma, which can result in component failure or contaminant generation from the component. Generally, the coefficient of thermal expansion (CTE) of an aluminum ESC body is higher than that of a ceramic protective coating. CTE differences between the ESC body and the protective coating may cause the protective coating to crack.

前述の課題を解決するため、また本開示の目的に従って、プラズマ処理チャンバで使用するためのコンポーネントが提供される。コンポーネント本体は、導電性材料で作製される。コンポーネント本体の表面上に、第1のセラミック材料からなる第1のセラミックコーティングがあり、第1のセラミックコーティングは、コンポーネント本体に隣接する第1の側面と、コンポーネント本体から離れた第2の側面を有し、第1のセラミック材料は誘電体材料である。第2のセラミック材料からなる第2のセラミックコーティングが、第1のセラミックコーティングの第2の側面にあり、第1のセラミックコーティングと第2のセラミックコーティングの間に間隙があり、その間隙はポリマー材料またはガスの少なくとも1つで充填されており、第2のセラミック材料は誘電体材料である。 To solve the aforementioned problems, and in accordance with the objectives of the present disclosure, a component is provided for use in a plasma processing chamber. The component body is made of an electrically conductive material. A first ceramic coating of a first ceramic material is on the surface of the component body, the first ceramic coating defining a first side adjacent to the component body and a second side remote from the component body. and the first ceramic material is a dielectric material. A second ceramic coating of a second ceramic material is on the second side of the first ceramic coating with a gap between the first ceramic coating and the second ceramic coating, the gap being the polymeric material. or gas, and the second ceramic material is a dielectric material.

別の態様において、プラズマ処理チャンバで使用するためのコンポーネント本体をコーティングする方法が提供される。第1のセラミックコーティングが、コンポーネント本体の表面上に形成され、第1のセラミックコーティングはコンポーネント本体に隣接する第1の側面と、コンポーネント本体から離れた第2の側面を有し、コンポーネント本体は導電性材料からなり、第1のセラミックコーティングは誘電体材料からなる。第1のセラミックコーティングの第2の側面にポリマー層が形成され、ポリマー層は、第1のセラミックコーティングの第2の側面に隣接する第1の側面と、第1のセラミックコーティングから離れた第2の側面を有する。ポリマー層の第2の側面に、第2のセラミックコーティングが形成され、第2のセラミックコーティングは、誘電体材料からなる。 In another aspect, a method of coating a component body for use in a plasma processing chamber is provided. A first ceramic coating is formed on a surface of the component body, the first ceramic coating having a first side adjacent to the component body and a second side remote from the component body, the component body of a dielectric material and the first ceramic coating is of a dielectric material. A polymer layer is formed on a second side of the first ceramic coating, the polymer layer having a first side adjacent to the second side of the first ceramic coating and a second side remote from the first ceramic coating. has an aspect of A second ceramic coating is formed on the second side of the polymer layer, the second ceramic coating comprising a dielectric material.

別の態様において、プラズマ処理チャンバで使用するためのコンポーネント本体をコーティングする方法が提供される。コンポーネント本体の表面にセラミックコーティングが形成され、コンポーネント本体は導電性材料からなり、セラミックコーティングは誘電体材料からなる。イオン交換プロセスにより、セラミックコーティング中に圧縮層が形成される。 In another aspect, a method of coating a component body for use in a plasma processing chamber is provided. A ceramic coating is formed on the surface of the component body, the component body being of an electrically conductive material and the ceramic coating being of a dielectric material. The ion exchange process forms a compressive layer in the ceramic coating.

別の態様において、プラズマ処理チャンバで使用するためのコンポーネントが提供される。コンポーネント本体は、導電性材料で作製されている。コンポーネントの表面上に、ダイヤモンドライクカーボンコーティングがある。ダイヤモンドライクカーボンコーティングの上に、セラミックコーティングがある。 In another aspect, a component is provided for use in a plasma processing chamber. The component body is made of an electrically conductive material. There is a diamond-like carbon coating on the surface of the component. On top of the diamond-like carbon coating is a ceramic coating.

別の態様において、プラズマ処理チャンバで使用するためのコンポーネント本体をコーティングする方法が提供される。ダイヤモンドライクカーボンコーティングがコンポーネント本体の表面上に形成され、コンポーネント本体は、導電性材料からなる。セラミックコーティングが、ダイヤモンドライクカーボンコーティングの上に堆積される。 In another aspect, a method of coating a component body for use in a plasma processing chamber is provided. A diamond-like carbon coating is formed on the surface of the component body, and the component body is made of a conductive material. A ceramic coating is deposited over the diamond-like carbon coating.

別の態様において、プラズマ処理チャンバで使用するためのコンポーネント本体をコーティングする方法が提供される。300℃未満の温度で、金属酸化物化学気相堆積またはプラズマ励起気相堆積の少なくとも1つを行うことにより、コンポーネント本体の上に金属酸化物コーティングが堆積される。 In another aspect, a method of coating a component body for use in a plasma processing chamber is provided. A metal oxide coating is deposited on the component body by performing at least one of metal oxide chemical vapor deposition or plasma enhanced vapor deposition at a temperature less than 300°C.

本開示のこれらおよび他の特徴を、以下の本開示の詳細な説明および以下の図面と合わせて、より詳細に説明する。 These and other features of the present disclosure are described in greater detail in conjunction with the detailed description of the disclosure below and the following drawings.

限定するためではなく、例示のために示される以下の添付図面において、本開示を説明する。なお、図中の同様の参照番号は、同様の要素を指す。 The present disclosure is illustrated in the following accompanying drawings, which are presented for purposes of illustration and not limitation. Similar reference numbers in the figures refer to similar elements.

図1は、実施形態の高レベルのフローチャートである。FIG. 1 is a high-level flow chart of an embodiment.

図2Aは、図1に示す実施形態により処理される基板の概略図である。FIG. 2A is a schematic illustration of a substrate processed according to the embodiment shown in FIG. 図2Bは、図1に示す実施形態により処理される基板の概略図である。FIG. 2B is a schematic illustration of a substrate processed according to the embodiment shown in FIG. 図2Cは、図1に示す実施形態により処理される基板の概略図である。FIG. 2C is a schematic illustration of a substrate processed according to the embodiment shown in FIG. 図2Dは、図1に示す実施形態により処理される基板の概略図である。FIG. 2D is a schematic illustration of a substrate processed according to the embodiment shown in FIG.

図3は、実施形態において使用され得るプラズマ処理システムの概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a plasma processing system that may be used in embodiments.

図4は、別の実施形態の高レベルのフローチャートである。FIG. 4 is a high level flowchart of another embodiment.

図5Aは、図4に示す実施形態により処理される基板の概略図である。FIG. 5A is a schematic illustration of a substrate processed by the embodiment shown in FIG. 図5Bは、図4に示す実施形態により処理される基板の概略図である。FIG. 5B is a schematic illustration of a substrate processed according to the embodiment shown in FIG.

図6は、別の実施形態の高レベルのフローチャートである。FIG. 6 is a high level flowchart of another embodiment.

図7Aは、図6に示す実施形態に従って処理される基板の概略図である。FIG. 7A is a schematic illustration of a substrate processed according to the embodiment shown in FIG. 図7Bは、図6に示す実施形態に従って処理される基板の概略図である。FIG. 7B is a schematic illustration of a substrate processed according to the embodiment shown in FIG.

図8は、別の実施形態の高レベルのフローチャートである。FIG. 8 is a high level flowchart of another embodiment.

図9は、図8に示す実施形態に従って処理される基板の概略図である。FIG. 9 is a schematic illustration of a substrate processed according to the embodiment shown in FIG.

本開示を、添付の図面に示されているいくつかの好ましい実施形態を参照しながら、詳細に説明する。以下の説明において、本開示を完全に理解できるように多くの具体的な詳細を記載する。しかしながら、これらの具体的な詳細の一部またはすべてがなくとも、本開示が実施され得ることが、当業者には明らかである。他の例では、本開示を不必要に曖昧にしないために、周知のプロセス工程および/または構造は、詳細には記載されていない。 The present disclosure will be described in detail with reference to some preferred embodiments illustrated in the accompanying drawings. In the following description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present disclosure. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present disclosure may be practiced without some or all of these specific details. In other instances, well-known process steps and/or structures have not been described in detail so as not to unnecessarily obscure the present disclosure.

プラズマ処理チャンバ内の静電チャック(ESC)において、プラズマ条件によってESCの腐食が引き起こされる。ESCの表面に、保護コーティングを施すことができる。通常、セラミック保護コーティングよりもアルミニウムESC体の方が、熱膨張率(CTE)が大きい。ESC体と保護コーティングのCTEの違いにより、保護コーティングに亀裂が生じる場合がある。 In an electrostatic chuck (ESC) in a plasma processing chamber, plasma conditions cause erosion of the ESC. A protective coating can be applied to the surface of the ESC. Aluminum ESC bodies typically have a higher coefficient of thermal expansion (CTE) than ceramic protective coatings. CTE differences between the ESC body and the protective coating may cause the protective coating to crack.

改善された保護コーティングを提供するための、いくつかの実施形態が提供される。実施形態を理解しやすくするために、図1はコンポーネント本体をコーティングする実施形態で使用されるプロセスの高レベルのフローチャートを示す。コンポーネント本体を設置する(工程104)。この例では、コンポーネント本体は、表面が陽極酸化処理されたアルミニウムなど、導電性の材料で作製されている。セラミック材料からなる第1のセラミックコーティングを、コンポーネント本体の表面に施す(工程108)。図2Aは、表面に第1のセラミックコーティング208を有するコンポーネント本体204の部分概略断面図である。この実施形態では、第1のセラミックコーティング208が、溶射堆積により堆積される。他の実施形態では、第1のセラミックコーティングはプラズマ気相堆積(PVD)、化学気相堆積(CVD)またはエアロゾル堆積により、堆積され得る。この実施形態では、セラミック材料は、イットリアである。コンポーネント本体204は、第1のセラミックコーティング208の第1の側面にある。 Several embodiments are provided for providing improved protective coatings. To facilitate understanding of the embodiments, FIG. 1 shows a high-level flow chart of the process used in the component body coating embodiments. A component body is installed (step 104). In this example, the component body is made of a conductive material, such as aluminum with an anodized surface. A first ceramic coating of ceramic material is applied to the surface of the component body (step 108). FIG. 2A is a partial schematic cross-sectional view of a component body 204 having a first ceramic coating 208 on its surface. In this embodiment, the first ceramic coating 208 is deposited by thermal spray deposition. In other embodiments, the first ceramic coating can be deposited by plasma vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD) or aerosol deposition. In this embodiment, the ceramic material is yttria. A component body 204 is on a first side of a first ceramic coating 208 .

溶射は、プラズマ溶射、アーク溶射、フレーム/燃焼溶射およびサスペンション溶射などの様々なコーティングプロセスの説明に使用される、一般的な用語である。すべての溶射はエネルギーを使用して固体を加熱し、溶融または可塑化状態にする。溶融または可塑化材料は、基板の表面をコーティングするために、基板に向かって加速され、その後冷却される。これらのプロセスは、溶融材料の代わりに気化された材料を使用する気相堆積プロセスとは異なっている。この実施形態では、セラミックコーティングの厚さは25~500ミクロンである。第1のセラミックコーティングは、0.5%~20%の範囲の空隙率を有する。本明細書および特許請求の範囲では、空隙率は、標準試験法ASTM E2109-01(2014)に従って測定される。 Thermal spraying is a generic term used to describe various coating processes such as plasma spraying, arc spraying, flame/combustion spraying and suspension spraying. All thermal spraying uses energy to heat a solid into a molten or plasticized state. The molten or plasticized material is accelerated toward the substrate and then cooled to coat the surface of the substrate. These processes differ from vapor deposition processes that use vaporized material instead of molten material. In this embodiment, the ceramic coating has a thickness of 25-500 microns. The first ceramic coating has a porosity ranging from 0.5% to 20%. As used herein and in the claims, porosity is measured according to standard test method ASTM E2109-01 (2014).

ポリマー材料からなるポリマー層が、第1のセラミックコーティング208の上に堆積される。ポリマーは、原子層堆積(ALD)、化学気相堆積(CVD),プラズマ気相堆積(PVD)、プラズマ励起気相堆積(PEVD)、スピンオンプロセス、または他のポリマー堆積方法のうち少なくとも1つにより堆積され得る。図2Bは、ポリマー層212が堆積された後の、第1のセラミックコーティング208を有するコンポーネント本体204の部分概略断面図である。この実施形態では、ポリマー層212がパリレンから形成されている。この実施形態では、ポリマー層212は25~500ミクロンの厚さを有する。 A polymer layer of polymer material is deposited over the first ceramic coating 208 . The polymer is deposited by at least one of atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), plasma vapor deposition (PVD), plasma enhanced vapor deposition (PEVD), spin-on processes, or other polymer deposition methods. can be deposited. FIG. 2B is a partial schematic cross-sectional view of component body 204 having first ceramic coating 208 after polymer layer 212 has been deposited. In this embodiment, polymer layer 212 is formed from parylene. In this embodiment, polymer layer 212 has a thickness of 25-500 microns.

セラミック材料からなる第2のセラミックコーティングを、ポリマー層212の上に堆積する(工程116)。この実施形態では、第2のセラミックコーティングは、化学気相堆積(CVD)により堆積される。他の実施形態では、第2のセラミックコーティングは、プラズマ気相堆積(PVD)またはエアロゾル堆積により、堆積され得る。この実施形態では、セラミック材料はイットリアである。この実施形態では、第2のセラミックコーティングの厚さは25~500ミクロンである。第2のセラミックコーティングは、0.5%未満の空隙率を有する。 A second ceramic coating of ceramic material is deposited over polymer layer 212 (step 116). In this embodiment, the second ceramic coating is deposited by chemical vapor deposition (CVD). In other embodiments, the second ceramic coating can be deposited by plasma vapor deposition (PVD) or aerosol deposition. In this embodiment, the ceramic material is yttria. In this embodiment, the thickness of the second ceramic coating is 25-500 microns. The second ceramic coating has a porosity of less than 0.5%.

図2Cは、第2のセラミックコーティング216を堆積した(工程116)後の、コンポーネント本体204の部分概略断面図である。この例では、第2のセラミックコーティング216がポリマー層212を囲み、第1のセラミックコーティング208まで延びている。 FIG. 2C is a partial schematic cross-sectional view of component body 204 after depositing second ceramic coating 216 (step 116). In this example, a second ceramic coating 216 surrounds polymer layer 212 and extends to first ceramic coating 208 .

ポリマー層212を除去する(工程120)。この実施形態では、酸素を含む燃焼ガスが提供される。燃焼ガスはプラズマに変換される。プラズマが燃焼してポリマー層212を除去し、空隙が残される。図2Dは、ポリマー層212が燃焼した(工程120)後、間隙220が残されたコンポーネント本体204の部分概略断面図である。他の実施形態では、ポリマー層212は融解する。 Polymer layer 212 is removed (step 120). In this embodiment, a combustion gas containing oxygen is provided. Combustion gases are converted to plasma. The plasma burns away and removes the polymer layer 212, leaving voids. FIG. 2D is a partial schematic cross-sectional view of component body 204 with gap 220 left after polymer layer 212 is burned (step 120). In other embodiments, polymer layer 212 melts.

コンポーネントを、プラズマ処理チャンバの一部として実装する(工程124)。この実施形態では、コンポーネントは静電チャック(ESC)である。図3は、基板をプラズマ処理するためのプラズマ処理チャンバ300の概略図であり、実施形態においてコンポーネントが設置され得る。1つまたは複数の実施形態において、プラズマ処理チャンバ300は、チャンバ壁350により囲まれたプラズマ処理チャンバ304内に、ガス入口を備えたガス分配プレート306とESCコンポーネント316を含む。プラズマ処理チャンバ304内で、ESCコンポーネント316の上面に、基板307が配置される。ESCコンポーネント316は、ESC電源348からのバイアスを供給し得る。ガス源310は、ガス分配プレート306を介してプラズマ処理チャンバ304に接続される。ESC温度コントローラ351がESCコンポーネント316に接続され、ESCコンポーネント316の温度制御を行う。高周波(RF)電源330が、ESCコンポーネント316および上部電極にRF電力を提供する。この実施形態では、上部電極はガス分配プレート306である。好ましい実施形態では、400キロヘルツ(kHz)、13.56メガヘルツ(MHz)、1MHz、2MHz、60MHzおよび/または任意選択で27MHzの電源が、RF電源330およびESC電源348を構成する。コントローラ335がRF電源330、ESC電源348、排気ポンプ320およびガス源310に、制御可能に接続される。高流量ライナ360は、プラズマ処理チャンバ304内のライナであり、溝362を有する構造であり、ガス源からのガスを閉じ込める。溝362は、ガス源310から排気ポンプ320にガスを通過させるように制御されたガス流量を維持する。このようなプラズマ処理チャンバの一例としては、Lam Research Corporation(Fremont、CA)製のFlex(登録商標)エッチングシステムがある。様々な実施形態において、処理チャンバはCCP(容量結合プラズマ)反応器またはICP(誘導結合プラズマ)反応器であってもよい。 The component is mounted as part of a plasma processing chamber (step 124). In this embodiment, the component is an electrostatic chuck (ESC). FIG. 3 is a schematic diagram of a plasma processing chamber 300 for plasma processing a substrate, in which components may be installed in embodiments. In one or more embodiments, plasma processing chamber 300 includes gas distribution plate 306 with gas inlets and ESC component 316 within plasma processing chamber 304 surrounded by chamber wall 350 . A substrate 307 is placed on top of the ESC component 316 in the plasma processing chamber 304 . ESC component 316 may provide bias from ESC power supply 348 . Gas source 310 is connected to plasma processing chamber 304 through gas distribution plate 306 . An ESC temperature controller 351 is connected to the ESC component 316 and provides temperature control of the ESC component 316 . A radio frequency (RF) power supply 330 provides RF power to the ESC component 316 and the upper electrode. In this embodiment, the top electrode is gas distribution plate 306 . In a preferred embodiment, 400 kilohertz (kHz), 13.56 megahertz (MHz), 1 MHz, 2 MHz, 60 MHz and/or optionally 27 MHz power supplies comprise RF power supply 330 and ESC power supply 348 . A controller 335 is controllably connected to RF power supply 330 , ESC power supply 348 , exhaust pump 320 and gas source 310 . High flow liner 360 is the liner in plasma processing chamber 304 and is a structure having grooves 362 to confine gas from the gas source. Groove 362 maintains a controlled gas flow rate to pass gas from gas source 310 to exhaust pump 320 . One example of such a plasma processing chamber is the Flex(R) etch system manufactured by Lam Research Corporation (Fremont, Calif.). In various embodiments, the processing chamber may be a CCP (capacitively coupled plasma) reactor or an ICP (inductively coupled plasma) reactor.

プラズマ処理チャンバ304は、ESCコンポーネント316を用いて基板307をプラズマ処理する(工程128)。プラズマ処理は、エッチング、堆積、不動態化または別のプラズマ処理の1つまたは複数であってよい。プラズマ処理は、非プラズマ処理と組み合わせて行ってもよい。このような処理では、ESCコンポーネント316をハロゲンおよび/または酸素を含むプラズマに曝露してもよい。 Plasma processing chamber 304 plasma processes substrate 307 with ESC component 316 (step 128). The plasma treatment may be one or more of etching, deposition, passivation or another plasma treatment. Plasma treatment may be performed in combination with non-plasma treatment. Such processing may expose the ESC component 316 to a halogen- and/or oxygen-containing plasma.

プラズマ処理チャンバ304の様々なコンポーネントには、溶射またはプラズマ噴霧プロセスにより堆積された酸化アルミニウムや酸化イットリウムなどの誘電体材料でコーティングされた、導電性の金属母材を使用する。このようなコンポーネントは、ESCのピナクル(登録商標)およびライナ、ならびにガス分配プレート306などを含む。 Various components of the plasma processing chamber 304 use a conductive metal matrix coated with a dielectric material such as aluminum oxide or yttrium oxide deposited by a thermal spray or plasma atomization process. Such components include the ESC's Pinnacle® and liner, gas distribution plate 306, and the like.

誘電体コーティングに欠陥がないことは、電気的スタンドオフおよび耐薬品性の両方を維持するために、きわめて重要である。誘電体セラミックコーティングが厚くなると、亀裂がより生じやすくなる。誘電体セラミックコーティングが薄くなると、プラズマ処理チャンバ304が使用する電圧によって生じる損傷を防ぐための十分な絶縁性を提供できない。第1のセラミックコーティング208と第2のセラミックコーティング216の2つの薄いセラミックコーティングを使用することにより、より厚いセラミックコーティングと比較して、亀裂を低減できる。さらに、間隙220によって第1のセラミックコーティング208および第2のセラミックコーティング216は、より高い絶縁耐力が与えられ、スタンドオフ電圧を増加させ、電気的損傷を低減させる。 A defect-free dielectric coating is critical to maintaining both electrical standoff and chemical resistance. The thicker the dielectric ceramic coating, the more prone it is to crack. As dielectric ceramic coatings become thinner, they may not provide sufficient insulation to prevent damage caused by the voltages that plasma processing chamber 304 uses. By using two thin ceramic coatings, first ceramic coating 208 and second ceramic coating 216, cracking can be reduced compared to thicker ceramic coatings. In addition, gap 220 provides first ceramic coating 208 and second ceramic coating 216 with higher dielectric strength, increasing standoff voltage and reducing electrical damage.

他の実施形態では、ポリマー層212を除去した後、壁、プラグ、またはピラーを用いて、第1のセラミックコーティング208と第2のセラミックコーティング216を分離できる。他の実施形態では、他の方法を用いて、支持体を設置することにより間隙220を作成できる。例えば、ポリマー層がリングをポリマーで充填する前に、第1のセラミックコーティング上にリングを配置してもよい。間隙220を、エアーギャップとして作用するように空気で充填してもよい。 In other embodiments, walls, plugs, or pillars can be used to separate the first ceramic coating 208 and the second ceramic coating 216 after the polymer layer 212 is removed. In other embodiments, other methods can be used to create the gap 220 by placing supports. For example, the ring may be placed over the first ceramic coating before the polymer layer fills the ring with polymer. Gap 220 may be filled with air to act as an air gap.

他の実施形態では、ポリマー層212は、燃えてなくならない。ポリマー層212は、第1のセラミックコーティング208および第2のセラミックコーティング216よりも高い絶縁耐力を有する。しかし、ポリマー層212はプラズマにより急速に腐食する。そのため、第2のセラミックコーティング216がポリマー層を覆い、プラズマから保護する。このような実施形態は、向上したスタンドオフ電圧と向上した断熱性を提供し得る。 In other embodiments, polymer layer 212 does not burn out. Polymer layer 212 has a higher dielectric strength than first ceramic coating 208 and second ceramic coating 216 . However, the polymer layer 212 is rapidly corroded by the plasma. As such, a second ceramic coating 216 covers the polymer layer and protects it from the plasma. Such embodiments may provide improved standoff voltage and improved thermal insulation.

様々な実施形態において、第1のセラミックコーティング208と第2のセラミックコーティング216は、アルミナ、イットリア、ジルコニア、安定化ジルコニア、イットリウム・アルミニウム混合物(イットリウムアルミニウムガーネットなど)または酸化マグネシウムアルミニウム(MgAl24)スピネルから形成されてもよい。他の実施形態では、第1のセラミックコーティング208と第2のセラミックコーティング216は、酸化エルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化セリウム、酸化ガドリニウム、および酸化イッテルビウムなどの希土類材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、第1のセラミックコーティング208は、第2のセラミックコーティング216と同じ材料からなる。第1のセラミックコーティング208と第2のセラミックコーティング216が同じ材料からなる場合、第1のセラミックコーティング208と第2のセラミックコーティングは、同じCTEを有する。 In various embodiments, the first ceramic coating 208 and the second ceramic coating 216 are made of alumina, yttria, zirconia, stabilized zirconia, yttrium aluminum mixtures (such as yttrium aluminum garnet) or magnesium aluminum oxide ( MgAl2O4 ). ) may be formed from spinel. In other embodiments, first ceramic coating 208 and second ceramic coating 216 may be formed from rare earth materials such as erbium oxide, dysprosium oxide, cerium oxide, gadolinium oxide, and ytterbium oxide. In some embodiments, first ceramic coating 208 is of the same material as second ceramic coating 216 . If the first ceramic coating 208 and the second ceramic coating 216 consist of the same material, the first ceramic coating 208 and the second ceramic coating have the same CTE.

図4は、別の実施形態の高レベルのフローチャートである。コンポーネント本体を設置する(工程404)。コンポーネント本体は、導電性材料から作製される。セラミックコーティングは、コンポーネント本体の表面に堆積される(工程408)。図5Aは、セラミックコーティング508がコンポーネント本体504の表面に堆積された(工程408)後の、コンポーネント本体504の概略断面図である。この実施形態では、コンポーネント本体は、表面が陽極酸化処理されたアルミニウムである。この例では、溶射プロセスを用いて、アルミナのセラミックコーティングが堆積される。 FIG. 4 is a high level flowchart of another embodiment. A component body is installed (step 404). The component body is made from an electrically conductive material. A ceramic coating is deposited on the surface of the component body (step 408). FIG. 5A is a schematic cross-sectional view of component body 504 after ceramic coating 508 has been deposited on the surface of component body 504 (step 408). In this embodiment, the component body is aluminum with an anodized surface. In this example, a thermal spray process is used to deposit a ceramic coating of alumina.

イオン交換プロセスにより、セラミックコーティング508中に、圧縮層が形成される(工程412)。この例では、セラミックコーティング508に真空イオン衝撃を与えることにより、イオン交換が行われる。イオン衝撃は、イオンのプラズマにバイアスを与えることにより、行われてもよい。バイアスはイオンを加速させ、セラミックコーティング508中にイオンを注入する。図5Bは、セラミックコーティング508中に圧縮層512が形成された(工程412)後のコンポーネント本体504の概略断面図である。イオンはより多くの空間を取り込み、圧縮を引き起こす。コンポーネントを、プラズマ処理チャンバ300の一部として実装する(工程416)。コンポーネントを、プラズマ処理チャンバ300内で使用する(工程420)。セラミックコーティング508は、圧縮層512により硬化し、取り扱いおよび温度サイクリング中にストレスにより生じる亀裂に対して、より耐性を有し得ることが見出された。したがって、圧縮層512は高温によって引き起こされる亀裂の防止に役立つ。 The ion exchange process forms a compressive layer in the ceramic coating 508 (step 412). In this example, ion exchange is accomplished by subjecting the ceramic coating 508 to vacuum ion bombardment. Ion bombardment may be performed by biasing the plasma of ions. The bias accelerates the ions and implants them into the ceramic coating 508 . FIG. 5B is a schematic cross-sectional view of component body 504 after compressive layer 512 has been formed in ceramic coating 508 (step 412). Ions take up more space, causing compression. The component is installed as part of plasma processing chamber 300 (step 416). The component is used in plasma processing chamber 300 (step 420). It has been found that the ceramic coating 508 hardens with the compressive layer 512 and can be more resistant to stress-induced cracking during handling and temperature cycling. Compressive layer 512 thus helps prevent cracking caused by high temperatures.

他の実施形態では、イオン交換を行うために、槽を使用してもよい。イオン交換を促進するために、特定の温度を超える槽温度を使用してもよい。イオン交換槽は、セラミックコーティング508の融点未満の温度の、溶融塩槽であってもよい。セラミックコーティング508のアルカリイオンを、圧縮応力を引き起こす槽からの、より大量のイオンと交換してもよい。他の実施形態では、圧縮層512を形成するために、拡散工程を使用してもよい。 In other embodiments, a bath may be used to perform ion exchange. Bath temperatures above a certain temperature may be used to facilitate ion exchange. The ion exchange bath may be a molten salt bath at a temperature below the melting point of ceramic coating 508 . Alkaline ions in the ceramic coating 508 may be exchanged for larger amounts of ions from the bath causing compressive stress. In other embodiments, a diffusion process may be used to form compressive layer 512 .

図6は、別の実施形態の高レベルのフローチャートである。コンポーネント本体を設置する(工程604)。この実施形態では、コンポーネント本体は、アルミニウムなどの導電性材料からなる。ダイヤモンドライクコーティングが、コンポーネント本体の表面に形成される(工程608)。ダイヤモンドライクコーティングを堆積するプロセスの一例では、熱と圧力の組み合わせを用いて、sp2結合により結合している炭素を、十分に圧縮してsp3炭素結合を生成する。この実施形態では、ダイヤモンドライクコーティングは、非晶質炭素材料であり、ダイヤモンドの一部の特性を示す。ダイヤモンドライクカーボンという用語は、当技術分野で公知である。図7Aは、コンポーネント本体704の表面にダイヤモンドライクカーボン層708が堆積された後の、コンポーネント本体704の概略部分断面図である。 FIG. 6 is a high level flowchart of another embodiment. A component body is installed (step 604). In this embodiment, the component body is made of a conductive material such as aluminum. A diamond-like coating is formed on the surface of the component body (step 608). In one example of a process for depositing a diamond-like coating, a combination of heat and pressure is used to compress the sp 2 -bonded carbon sufficiently to create sp 3 carbon bonds. In this embodiment, the diamond-like coating is an amorphous carbon material and exhibits some properties of diamond. The term diamond-like carbon is known in the art. FIG. 7A is a schematic partial cross-sectional view of component body 704 after a diamond-like carbon layer 708 has been deposited on the surface of component body 704 .

セラミックコーティングが、ダイヤモンドライクカーボン層708の上に形成される(工程612)。実施形態では、セラミックコーティングが、原子層堆積または化学気相堆積により形成される。図7Bは、セラミックコーティング712がダイヤモンドライクカーボン層708の上に形成された後の、コンポーネント本体704の概略断面図である。コンポーネントを、プラズマ処理チャンバ300に実装する(工程616)。コンポーネントは、プラズマ処理チャンバ内で使用される(工程624)。 A ceramic coating is formed over the diamond-like carbon layer 708 (step 612). In embodiments, the ceramic coating is formed by atomic layer deposition or chemical vapor deposition. FIG. 7B is a schematic cross-sectional view of component body 704 after ceramic coating 712 has been formed over diamond-like carbon layer 708 . The component is mounted in plasma processing chamber 300 (step 616). The component is used in a plasma processing chamber (step 624).

ダイヤモンドライクカーボン層708は、高い絶縁耐力および高い物理的強度を有する。しかし、ダイヤモンドライクカーボン層708は、酸素またはハロゲンを含有するプラズマにより腐食する。そのため、ダイヤモンドライクカーボン層708を、酸素またはハロゲンを含有するプラズマによる腐食から保護するために、セラミックコーティング712が設けられる。セラミックコーティング712は、薄くてもよい。より非多孔質のセラミックコーティング712が望ましい。原子層堆積または化学気相堆積により形成されるセラミックコーティングは、そのような特性を有する。この実施形態では、第2のセラミックコーティングの厚さは、100ナノメートル~500ミクロンである。第2のセラミックコーティングは、0.5%未満の空隙率を有する。 Diamond-like carbon layer 708 has high dielectric strength and high physical strength. However, diamond-like carbon layer 708 is corroded by plasma containing oxygen or halogen. Therefore, a ceramic coating 712 is provided to protect the diamond-like carbon layer 708 from attack by oxygen- or halogen-containing plasmas. Ceramic coating 712 may be thin. A more non-porous ceramic coating 712 is desirable. Ceramic coatings formed by atomic layer deposition or chemical vapor deposition have such properties. In this embodiment, the thickness of the second ceramic coating is between 100 nanometers and 500 microns. The second ceramic coating has a porosity of less than 0.5%.

図8は、別の実施形態の高レベルのフローチャートである。コンポーネント本体を設置する(工程804)。この例では、コンポーネント本体はアルミニウムである。金属酸化物コーティングが、コンポーネント本体の表面に堆積される(工程808)。この例では、金属酸化物コーティングは酸化アルミニウム(Al23)である。コンポーネント本体を酸化させる代わりに、金属酸化物が、低温での金属酸化物化学気相堆積(MOCVD)またはプラズマ励起気相堆積(PECVD)により堆積される。この実施形態では、金属酸化物の形成は、300℃未満の温度で行われる。他の実施形態では、金属酸化物の形成は200℃未満の温度で行われる。他の実施形態では、金属酸化物の形成は100℃未満の温度で行われる。図9は、金属酸化物コーティング908を有するコンポーネント本体904の概略断面図である。コンポーネントは、プラズマ処理チャンバ300内に実装される(工程812)。コンポーネントは、プラズマ処理チャンバ300内で使用される(工程816)。 FIG. 8 is a high level flowchart of another embodiment. A component body is installed (step 804). In this example, the component body is aluminum. A metal oxide coating is deposited on the surface of the component body (step 808). In this example, the metal oxide coating is aluminum oxide ( Al2O3 ). Instead of oxidizing the component body, the metal oxide is deposited by metal oxide chemical vapor deposition (MOCVD) or plasma enhanced vapor deposition (PECVD) at low temperature. In this embodiment, metal oxide formation is performed at a temperature of less than 300°C. In other embodiments, metal oxide formation is performed at a temperature below 200°C. In other embodiments, metal oxide formation is performed at a temperature below 100°C. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of component body 904 having metal oxide coating 908 . The components are mounted in plasma processing chamber 300 (step 812). The component is used in plasma processing chamber 300 (step 816).

本開示を、いくつかの好ましい実施形態により説明してきたが、本開示の範囲内にある変更、置き換え、修正、および様々な代替の同等物が存在する。また、本開示の方法および装置を実施するための多くの代替の方法があることにも、留意されたい。そのため、以下の添付の特許請求の範囲は、本開示の真の精神および範囲内にあるそのような変更、置き換え、および様々な代替の同等物を含むと解釈されることが意図される。 Although this disclosure has been described in terms of several preferred embodiments, there are alterations, substitutions, modifications and various alternative equivalents that fall within the scope of this disclosure. Also note that there are many alternative ways to implement the disclosed method and apparatus. It is therefore intended that the following appended claims be construed to include such modifications, replacements and various alternative equivalents that fall within the true spirit and scope of this disclosure.

Claims (18)

プラズマ処理チャンバで使用するためのコンポーネントであって、
導電性材料からなるコンポーネント本体と、
前記コンポーネント本体の表面上の、第1のセラミック材料からなる第1のセラミックコーティングであって、前記第1のセラミック材料が、前記コンポーネント本体に隣接する第1の側面と、前記コンポーネント本体から離れた第2の側面を有し、前記第1のセラミック材料は誘電体材料である、第1のセラミックコーティングと、
前記第1のセラミックコーティングの前記第2の側面の、第2のセラミック材料からなる第2のセラミックコーティングであって、前記第1のセラミックコーティングと前記第2のセラミックコーティングの間に間隙があり、前記間隙がポリマー材料またはガスの少なくとも1つにより充填されており、前記第2のセラミック材料が誘電体材料である、第2のセラミックコーティングと
を備える、コンポーネント。
A component for use in a plasma processing chamber comprising:
a component body made of a conductive material;
A first ceramic coating of a first ceramic material on a surface of the component body, the first ceramic material having a first side adjacent to the component body and spaced from the component body. a first ceramic coating having a second side, wherein the first ceramic material is a dielectric material;
a second ceramic coating of a second ceramic material on the second side of the first ceramic coating, wherein there is a gap between the first ceramic coating and the second ceramic coating; a second ceramic coating, wherein the gap is filled with at least one of a polymeric material or a gas, and wherein the second ceramic material is a dielectric material.
請求項1に記載のコンポーネントであって、
前記第1のセラミックコーティングおよび前記第2のセラミックコーティングが、アルミナ、イットリア、ジルコニア、安定化ジルコニア、イットリウム・アルミニウム混合物、酸化エルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化セリウム、酸化ガドリニウム、酸化マグネシウムアルミニウムスピネル、および酸化イッテルビウムのうちの少なくとも1つを含む、コンポーネント。
A component according to claim 1, comprising:
The first ceramic coating and the second ceramic coating include alumina, yttria, zirconia, stabilized zirconia, yttrium-aluminum mixture, erbium oxide, dysprosium oxide, cerium oxide, gadolinium oxide, magnesium oxide aluminum spinel, and ytterbium oxide. A component comprising at least one of
請求項1に記載のコンポーネントであって、
前記第1のセラミックコーティングと前記第2のセラミックコーティングの間の前記間隙を維持するために、前記第1のセラミックコーティングと前記第2のセラミックコーティングの間に、少なくとも1つの支持体をさらに備える、コンポーネント。
A component according to claim 1, comprising:
further comprising at least one support between the first ceramic coating and the second ceramic coating to maintain the gap between the first ceramic coating and the second ceramic coating; component.
請求項1に記載のコンポーネントであって、
前記第1のセラミック材料は前記第2のセラミック材料と同じである、コンポーネント。
A component according to claim 1, comprising:
The component, wherein the first ceramic material is the same as the second ceramic material.
プラズマ処理チャンバで使用するためのコンポーネント本体をコーティングする方法であって、
第1のセラミックコーティングを前記コンポーネント本体の表面に形成することであって、前記第1のセラミックコーティングは、前記コンポーネント本体に隣接する第1の側面と、前記コンポーネント本体から離れた第2の側面を有しており、前記コンポーネント本体を導電性材料とするとともに、前記第1のセラミックコーティングを誘電体材料とすることと、
前記第1のセラミックコーティングの前記第2の側面に隣接する第1の側面と前記第1のセラミックコーティングから離れた第2の側面を有するポリマー層を、前記第1のセラミックコーティングの前記第2の側面に形成することと、
前記ポリマー層の前記第2の側面に、誘電体材料からなる第2のセラミックコーティングを形成することと
を含む、方法。
A method of coating a component body for use in a plasma processing chamber, comprising:
forming a first ceramic coating on a surface of the component body, the first ceramic coating defining a first side adjacent to the component body and a second side remote from the component body; wherein the component body is a conductive material and the first ceramic coating is a dielectric material;
a polymer layer having a first side adjacent to the second side of the first ceramic coating and a second side remote from the first ceramic coating; forming on the sides;
forming a second ceramic coating of a dielectric material on the second side of the polymer layer.
請求項5に記載の方法であって、
前記第2のセラミックコーティングの形成後に、前記ポリマー層を除去することをさらに含む、方法。
6. The method of claim 5, wherein
The method further comprising removing the polymer layer after forming the second ceramic coating.
請求項5に記載の方法であって、
前記第1のセラミックコーティングは第1のセラミック材料からなり、前記第2のセラミックコーティングは第2のセラミック材料からなるとともに、前記第1のセラミック材料は前記第2のセラミック材料と同じである、方法。
6. The method of claim 5, wherein
The first ceramic coating consists of a first ceramic material, the second ceramic coating consists of a second ceramic material, and the first ceramic material is the same as the second ceramic material. .
プラズマ処理チャンバで使用するためのコンポーネント本体をコーティングする方法であって、
導電性材料からなる前記コンポーネント本体の表面に、誘電体材料からなるセラミックコーティングを形成することと、
イオン交換プロセスにより、前記セラミックコーティング中に圧縮層を形成することと
を含む、方法。
A method of coating a component body for use in a plasma processing chamber, comprising:
forming a ceramic coating of a dielectric material on the surface of the component body of an electrically conductive material;
forming a compressive layer in said ceramic coating by an ion exchange process.
請求項8に記載の方法であって、
前記圧縮層の前記形成は、前記セラミックコーティングに真空イオン衝撃を与えることを含む、方法。
9. The method of claim 8, wherein
The method, wherein said forming of said compressive layer comprises subjecting said ceramic coating to vacuum ion bombardment.
請求項8に記載の方法であって、
前記圧縮層の前記形成は、前記セラミックコーティングを、イオン交換を引き起こすために十分な温度の槽の中に前記セラミックコーティングを浸漬すること、または前記セラミックコーティング中にイオンを注入する拡散工程を含む、方法。
9. The method of claim 8, wherein
said forming of said compressive layer comprises immersing said ceramic coating in a bath at a temperature sufficient to cause ion exchange or a diffusion step to implant ions into said ceramic coating; Method.
請求項8に記載の方法により作製される、コンポーネント。 A component made by the method of claim 8 . プラズマ処理チャンバで使用するためのコンポーネントであって、
導電性材料を含むコンポーネント本体と、
前記コンポーネント本体の表面上にダイヤモンドライクカーボンコーティングと、
前記ダイヤモンドライクカーボンコーティングの上にセラミックコーティングと
を備える、コンポーネント。
A component for use in a plasma processing chamber comprising:
a component body comprising an electrically conductive material;
a diamond-like carbon coating on the surface of the component body;
A component comprising: a ceramic coating over the diamond-like carbon coating;
請求項12に記載のコンポーネントであって、
前記セラミックコーティングが、原子層堆積または化学気相堆積の少なくとも1つにより形成される誘電体コーティングである、コンポーネント。
13. The component of claim 12, comprising:
The component, wherein the ceramic coating is a dielectric coating formed by at least one of atomic layer deposition or chemical vapor deposition.
プラズマ処理チャンバで使用するためのコンポーネント本体をコーティングする方法であって、
導電性材料を含む前記コンポーネント本体の表面にダイヤモンドライクカーボンコーティングを形成することと、
前記ダイヤモンドライクカーボンコーティングの上にセラミックコーティングを堆積することと
を含む、方法。
A method of coating a component body for use in a plasma processing chamber, comprising:
forming a diamond-like carbon coating on a surface of the component body containing a conductive material;
depositing a ceramic coating over the diamond-like carbon coating.
請求項14に記載の方法であって、
前記セラミックコーティングの前記堆積は、原子層堆積または化学気相堆積の少なくとも1つを含む、方法。
15. The method of claim 14, wherein
The method, wherein said depositing said ceramic coating comprises at least one of atomic layer deposition or chemical vapor deposition.
プラズマ処理チャンバで使用するためのコンポーネント本体をコーティングする方法であって、
300℃未満の温度で、金属酸化物化学気相堆積またはプラズマ励起気相堆積の少なくとも1つを行うことにより、前記コンポーネント本体の上に金属酸化物コーティングを堆積することを含む、方法。
A method of coating a component body for use in a plasma processing chamber, comprising:
A method comprising depositing a metal oxide coating on said component body by performing at least one of metal oxide chemical vapor deposition or plasma enhanced vapor deposition at a temperature of less than 300°C.
請求項16に記載の方法であって、
前記コンポーネント本体はアルミニウムを含み、かつ導電性を有する、方法。
17. The method of claim 16, wherein
The method of claim 1, wherein the component body comprises aluminum and is electrically conductive.
請求項16に記載の方法により作製される、コンポーネント。 A component made by the method of claim 16.
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