(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体膜のプレクリーンおよびエッチング装置のためのコーティングおよびコーティングを形成する方法を提供する。【解決手段】半導体膜プレクリーン装置１００は、ウェーハホルダーまたはサセプター１２０、反応チャンバー１１０、ガス搬送経路１６０、ガス分配装置１４０、ガスマニホールド１５０、またはリモートプラズマユニット１７０のうちの少なくとも一つが、第一の層および第二の層のコーティングを含む。第一の層または第二の層のコーティングのうちの少なくとも一つが、原子層堆積（ＡＬＤ）により形成され、第一の層および前記第二の層のコーティングが異なる材料を含む。【選択図】図１
2020068382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体膜プレクリーン／エッチング装置であって、
反応チャンバーと、
半導体ウェーハを保持するように構成される前記反応チャンバー内のウェーハホルダーと、
前記反応チャンバーへのガス供給および少なくとも二つのガスの均一混合を確実に行うように構成されるガス搬送経路と、
前記半導体ウェーハ全体にガスを分散させるためのガス分配装置と、
ウェーハエッジへの水素ラジカルの供給を支援するガスマニホールドと、
第一のガス源によって供給される第一のガスをラジカルガスに変換するリモートプラズマユニットと、を備え、
前記ウェーハホルダー、前記反応チャンバー、前記ガス搬送経路、前記ガス分配装置、前記ガスマニホールド、または前記リモートプラズマユニットのうちの少なくとも一つが、第一の層および第二の層のコーティングを含み、
前記コーティングの前記第一の層または前記第二の層のうちの少なくとも一つが、原子層堆積（ＡＬＤ）により形成され、
前記第一の層および前記第二の層が異なる材料を含む、装置。
【請求項２】
前記第一の層が前記ガス分配装置上にあり、前記第一の層の厚さが１〜１０，０００ｎｍ、１０〜２，５００ｎｍ、または１００〜５００ｎｍの範囲である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第二の層が前記ガス分配装置上にあり、前記第二の層の厚さが１〜１０，０００ｎｍ、１０〜２，５００ｎｍ、または１００〜５００ｎｍの範囲である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第一の層が前記リモートプラズマユニット上にあり、前記第一の層の厚さが１〜５０，０００ｎｍ、１０〜２５，０００ｎｍ、または１００〜１０，０００ｎｍの範囲である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第二の層が前記リモートプラズマユニット上にあり、前記第二の層の厚さが１〜５０，０００ｎｍ、１０〜２５，０００ｎｍ、または１００〜１０，０００ｎｍの範囲である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第一の層が、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、酸化フッ化イットリウム（ＹＯｘＦｙ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、または酸化セリウム（ＣｅＯ２）のうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第二の層が、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、酸化フッ化イットリウム（ＹＯｘＦｙ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、または酸化セリウム（ＣｅＯ２）のうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第一の層および前記第二の層の両方が、ＡＬＤにより形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第一の層がＡＬＤにより形成され、前記第二の層が陽極酸化、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ蒸着（ＰＶＤ）、プラズマス溶射コーティング、またはプラズマ電解酸化（ＰＥＯ）のうちの少なくとも一つによって形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第一の層と前記第二の層が、前記ウェーハホルダー、前記反応チャンバー、前記ガス搬送経路、前記ガス分配装置、前記ガスマニホールド、または前記リモートプラズマユニットのうちの少なくとも一つの上に複合コーティングを形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記複合コーティングの形成が、前記ウェーハホルダー、前記反応チャンバー、前記ガス搬送経路、前記ガス分配装置、前記ガスマニホールド、または前記リモートプラズマユニットのうちの少なくとも一つの上で数回繰り返される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
半導体膜プレクリーン／エッチング装置のためのコーティングを形成する方法であって、
コーティングされる第一の表面を準備することと、
前記第一の表面をクリーニングすることと、
原子層堆積（ＡＬＤ）技術により、前記第一の表面上に第一のコーティング層を堆積させることと、
前記第一のコーティング層上に第二のコーティング層を堆積させて多層コーティングを形成することと、
前記第一のコーティング層を形成し、前記第二のコーティング層を形成する工程を必要に応じて繰り返すことと、
前記複合コーティングにコーティング後処理を実行することと、を含み
前記第一のコーティング層が、前記第二のコーティング層とは異なる材料を含み、
前記半導体膜堆積装置が、ウェーハホルダー、反応チャンバー、ガス搬送経路、ガス分配装置、ガスマニホールド、およびリモートプラズマユニット、を備え
前記複合コーティングが、前記ウェーハホルダー、前記反応チャンバー、前記ガス搬送経路、前記ガス分配装置、前記ガスマニホールド、または前記リモートプラズマユニットのうちの少なくとも一つの上に堆積される、方法。
【請求項１３】
前記第二の層を堆積させることが、陽極酸化、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ蒸着（ＰＶＤ）、プラズマス溶射コーティング、またはプラズマ電解酸化（ＰＥＯ）のうちの少なくとも一つによって実行される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第一のコーティング層が、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、酸化フッ化イットリウム（ＹＯｘＦｙ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、または酸化セリウム（ＣｅＯ２）のうちの少なくとも一つを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第二のコーティング層が、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、酸化フッ化イットリウム（ＹＯｘＦｙ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、または酸化セリウム（ＣｅＯ２）のうちの少なくとも一つを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記第一のコーティング層が前記ガス分配装置上にあり、前記第一のコーティング層の厚さが１〜１０，０００ｎｍ、１０〜２，５００ｎｍ、または１００〜５００ｎｍの範囲である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記第二のコーティング層が前記ガス分配装置上にあり、前記第二のコーティング層の厚さが１〜１０，０００ｎｍ、１０〜２，５００ｎｍ、または１００〜５００ｎｍの範囲である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記第一のコーティング層が前記リモートプラズマユニット上にあり、前記第一のコーティング層の厚さが１〜５０，０００ｎｍ、１０〜２５，０００ｎｍ、または１００〜１０，０００ｎｍの範囲である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記第二のコーティング層が前記リモートプラズマユニット上にあり、前記第二のコーティング層の厚さが１〜５０，０００ｎｍ、１０〜２５，０００ｎｍ、または１００〜１０，０００ｎｍの範囲である、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概ね、半導体ウェーハ上でプレクリーンまたはエッチングプロセスを実行するための装置、および関連する方法に関する。より具体的には、本開示は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスにより形成される装置内の部品のコーティングに関する。コーティングは、リモートプラズマユニットによって形成される水素ラジカルとフッ素ラジカルを一台の装置で、または二台の装置で別々にウェーハ表面に効果的に供給し、重要な構成要素上の高アスペクト比の形体を覆い、メタルフリーおよびパーティクルフリーの性能を備えた高温条件で作動することができるという利点を提供する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハ上に形成される膜に悪影響を及ぼす可能性のある粒子の生成を避けるために、半導体膜製造装置内の部品にコーティングが用いられている。これらのコーティングは、特に、プレクリーンまたはエッチングプロセスを行なう可能性のある装置で見受けられる。コーティングとしては、金属およびセラミック、例えば、ニッケル、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、または酸化カルシウムを挙げることができる。プレクリーンまたはエッチングのプロセスは、コーティングの下の部品と反応する可能性のある化学物質またはプラズマを含む場合がある。したがって、コーティングは部品の保護バリアとして機能する。
【０００３】
しかし、これらの従来のコーティングにはいくつかの問題がある。第一に、水素ラジカルは、フッ素ラジカル環境における保護バリアとして一般的に使用される一部のコーティング、例えばニッケルで非常に高速の再結合を示す。ウェーハに供給される水素ラジカルの量が限られているため、この装置では炭素除去機能を実現できない。
【０００４】
第二に、従来のコーティングでは、酸化物除去と炭素除去の両方に、一つの装置でそれぞれ反応性ＦとＨとを用いて対応することが大きな課題である。ある化学プロセスと他の化学プロセスとの間で、フッ素、水素、およびコーティング材料が反応して粒子を生成する場合がある。この問題を抑制するには、シーズニング工程またはダミーウェーハが必要になる場合があるが、スループットが低下する。
【０００５】
第三に、特定のコーティングは、温度が１５０℃を超える環境に耐えられない場合がある。多くのプレクリーン／エッチングプロセスは１５０℃の温度を超える可能性があるため、これらのコーティングは、プロセス中のコーティングの物理的および化学的分解により、高温での使用に有害であることが分かる場合がある。例えば、プラズマ溶射Ｙ２Ｏ３コーティングは、約１５０℃に加熱すると割れ、粒子の生成の原因となる。アルミニウム金属の問題は、１５０℃を超える反応性フッ素および反応性水素化学環境で陽極酸化、ＰＥＯ、およびＡＬＤ  Ａｌ２Ｏ３コーティングを施したウェーハで発生する。
【０００６】
第四に、高アスペクト比の形体を有する部品にコーティングを均一に行うことは困難である可能性がある。例えば、プラズマ溶射プロセスにより施されるコーティングは、シャワーヘッドおよびガス分配トンネルの高アスペクトの穴を覆うことができない可能性がある。覆われていない基材は、半導体ウェーハ上に形成される膜に悪影響を与える可能性のある粒子の生成をもたらす場合がある。
【０００７】
結果として、反応性フッ素と反応性水素種の両方を供給する装置では、より高い温度と厳しい化学環境に耐えながら、水素ラジカルをウェーハに効率的に供給することができるその場外またはその場コーティングが望まれる。また、コーティングは均一な厚さで施され、より高い温度と過酷な化学環境に曝される場合に、金属／粒子を生成しないことが望まれる。
【発明の概要】
【０００８】
この発明の概要は、概念の選択を簡略化した形で紹介するように提供する。これらの概念について、以下の本開示の発明を実施するための形態において、更に詳細に記載する。本発明の概要は、請求項に記載する主題の重要な特徴も、本質的な特徴も特定することを意図しておらず、請求項に記載する主題の範囲を限定するように使用されることも意図していない。
【０００９】
少なくとも一つの実施形態によれば、半導体膜プレクリーン／エッチング装置は：反応チャンバーと、半導体ウェーハを保持するように構成される反応チャンバー内のウェーハホルダーと、反応チャンバーへのガス供給および少なくとも二つのガスの均一混合を確実に行うように構成されるガス搬送経路と、半導体ウェーハ全体にガスを分散させるためのガス分配装置と、ウェーハエッジへの水素ラジカルの供給を支援するガスマニホールドと、第一のガス源によって供給される第一のガスをラジカルガスに変換するリモートプラズマユニットと、を備え、ウェーハホルダー、反応チャンバー、ガス搬送経路、ガス分配装置、ガスマニホールド、またはリモートプラズマユニットのうちの少なくとも一つは、第一の層および第二の層のコーティングを備え、コーティングの第一の層または第二の層のうちの少なくとも一つは、原子層堆積（ＡＬＤ）により形成され、第一の層および第二の層は異なる材料を含む。
【００１０】
少なくとも一つの実施形態によれば、半導体膜プレクリーン／エッチング装置用のコーティングを形成する方法は、コーティングされる第一の表面を準備することと、第一の表面をクリーニングすることと、原子層堆積（ＡＬＤ）技術により、第一の表面に第一のコーティング層を堆積させることと、第一のコーティング層上に第二のコーティング層を堆積させて多層コーティングを形成することと、第一のコーティング層を形成し、第二のコーティング層を形成する工程を必要に応じて繰り返すことと、複合コーティングにコーティング後処理を実行することと、を含み第一のコーティング層は、第二のコーティング層とは異なる材料を含み、半導体膜堆積装置は、ウェーハホルダー、反応チャンバー、ガス搬送経路、ガス分配装置、ガスマニホールド、およびリモートプラズマユニット、を備え複合コーティングは、反応チャンバー、ガス搬送経路、ガス分配装置、ガスマニホールド、またはリモートプラズマユニットのうちの少なくとも一つの上に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本明細書で開示される本発明のこれらおよび他の特徴、態様、ならびに利点は、ある特定の実施形態の図面を参照して以下に記載され、これは例示することを意図しており、本発明を限定することを意図してはいない。
【００１２】
【図１】図１は、本発明の少なくとも一つの実施形態による、その場外コーティングを備える半導体膜プレクリーン装置の断面図である。
【００１３】
【図２】図２は、本発明の少なくとも一つの実施形態による、その場コーティングを備える半導体膜プレクリーン装置の断面図である。
【００１４】
【図３】図３Ａおよび３Ｂは、本発明の少なくとも一つの実施形態による、囲み空間、リモートプラズマユニットを備えた部品の例の断面図である。
【００１５】
【図４】図４Ａおよび４Ｂは、本発明の少なくとも一つの実施形態による、高アスペクト比の形体、ガス分配システム、またはシャワーヘッドを備える部品の断面図である。
【００１６】
【図５】図５は、本発明の少なくとも一つの実施形態による、コーティング配列を備える部品の断面図である。
【００１７】
【図６】図６は、本発明の少なくとも一つの実施形態による、コーティング配列を備える部品の断面図である。
【００１８】
【図７】図７は、本発明の少なくとも一つの実施形態による、コーティング配列を備える部品の断面図である。
【００１９】
【図８】図８は、本発明の少なくとも一つの実施形態による、その場コーティング方法を例示するフローチャートである。
【００２０】
当然のことながら、図内の要素は、単純化および明瞭化のために例示されており、必ずしも実寸に比例して描かれていない。例えば、図内の要素のうちの幾つかの寸法は、本開示の例示された実施形態の理解の向上を助けるために他の要素に対して相対的に誇張されている場合がある。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
いくつかの実施形態および実施例を以下に開示するが、本発明が、具体的に開示する本発明の実施形態および／または用途、ならびにその明白な変更および均等物を超えて拡大することは、当業者により理解されるであろう。それゆえ、開示する本発明の範囲は、以下に記載し具体的に開示する実施形態によって限定されるべきでないことが意図される。
【００２２】
本明細書に示される図は、何らかの特定の材料、構造またはデバイスの実際の図であることを意味せず、本開示の実施形態について記載するために使用される、単に理想化された表現にすぎない。
【００２３】
本明細書で使用する用語「原子層堆積」（ＡＬＤ）は、堆積サイクル、好ましくは複数の連続堆積サイクルがプロセスチャンバー内で行われる蒸着プロセスを指すことができる。典型的には、各サイクルの間、前駆体は、堆積表面（例えば、基材の表面または以前に堆積させた下地の表面、例えば、以前のＡＬＤサイクルを用いて堆積させた材料等）に化学吸着され、追加の前駆体と容易には反応しない単分子層またはサブ単分子層を形成する（即ち、自己制御反応）。その後、必要に応じて、化学吸着した前駆体を堆積表面上で所望の材料に変換するのに使用するために、反応物質（例えば、別の前駆体または反応ガス）をその後プロセスチャンバー内に導入することができる。典型的には、この反応物質は前駆体と更に反応することができる。更に、各サイクル中にパージ工程を利用して、化学吸着された前駆体の変換後に、過剰な前駆体をプロセスチャンバーから除去する、ならびに／または過剰の反応物質および／もしくは反応副生成物をプロセスチャンバーから除去することができる。更に、本明細書で使用される「原子層堆積」という用語は、関連する用語、例えば、「化学蒸着原子層堆積」、「原子層エピタキシー」（ＡＬＥ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、ガス源ＭＢＥ、または有機金属ＭＢＥ、ならびに前駆体組成物、反応性ガス、およびパージ（例えば、不活性キャリア）ガスの交互パルスで実行される場合の化学ビームエピタキシー等、により示されるプロセスを含むことも意味する。
【００２４】
本明細書で使用する用語「化学気相堆積」（ＣＶＤ）は、基材を一つまたは複数の揮発性前駆体に曝し、その前駆体が基材表面上で反応および／または分解して所望の堆積物を生成する、任意のプロセスを指すことができる。
【００２５】
図１は本発明の少なくとも一つの実施形態による、その場外コーティングを備える半導体膜プレクリーン装置１００を例示する。半導体膜プレクリーン装置１００は、反応チャンバーハウジング１１０と、半導体ウェーハ１３０を保持するように構成されるウェーハホルダーまたはサセプター１２０と、ガス分配装置１４０と、ガスマニホールド１５０と、ガス搬送経路１６０と、リモートプラズマユニット１７０と、第一のガス源１８０と、第二のガス源１９０Ａと、第三のガス源１９０Ｂと、第四のガス源１９０Ｃと、を備える。
【００２６】
リモートプラズマユニット１７０は、第一のガス源１８０によって供給されるガスをラジカルガスに変換する。ラジカルガスの例としては、半導体ウェーハ１３０から膜、例えば酸化シリコン（ＳｉＯｘ）または酸化シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅＯｘ）を除去するために使用されるフッ素ラジカルガスを挙げることができる。酸化シリコンまたは酸化シリコンゲルマニウムなどの膜を除去するために、第二のガス源１９０Ａは希釈ガスまたは反応ガスを第一のガス源１８０からのガスとともに半導体ウェーハ１３０へ供給してもよい。第三のガス源１９０Ｂは、リモートプラズマユニット１７０によって活性化されるガスを供給して、炭素除去プロセス中に水素ラジカルガスを形成することができる。第四のガス源１９０Ｃは、リモートプラズマユニット１７０の点火を支援する不活性ガスを供給し、およびウェーハ１３０にラジカルを供給することができる。ガス搬送経路１６０は、第一のガス源１８０および第二のガス源１９０Ａからのガスの均一な混合物を反応チャンバー１１０に確実に供給する。ガス分配システムまたはシャワーヘッド１４０は、半導体ウェーハ１３０の表面全体にガスを均一に分配する。ガスマニホ−ルド１５０は、第三のガス源１９０Ｂから生成されるラジカルガスをウェーハエッジに効率的に供給し、炭素除去の均一性を改善するのを支援することができる。
【００２７】
図２は本発明の実施形態による、その場コーティングを備える半導体膜プレクリーン装置２００を例示する。半導体膜プレクリーン装置２００は、反応チャンバーハウジング１１０と、半導体ウェーハ１３０を保持するように構成されるウェーハホルダーまたはサセプター１２０と、ガス分配装置１４０と、ガスマニホールド１５０と、ガス搬送経路１６０と、リモートプラズマユニット１７０と、第一のガス源１８０と、第二のガス源１９０Ａと、第三のガス源１９０Ｂと、第四のガス源１９０Ｃと、複数の前駆体源１９５Ａ〜１９５Ｄと、第五のガス源１９５Ｅと、を備える。
【００２８】
その場外コーティング装置１００と同様に、その場コーティング装置２００は、その場コーティング機能を可能にするために前駆体およびパージガス源を追加してもよい。ＡＬＤ堆積アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）およびＡＬＤ堆積酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）による複合コーティングまたは二重層コーティングの例を挙げると、その場コーティング装置２００は、その場ＡＬＤ堆積アルミナコーティング用トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）源１９５Ａおよび水（Ｈ２Ｏ）源１９５Ｂを備えることができる。（参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，３５１，６５８号に記載されるように）その場ＡＬＤ堆積酸化イットリウムの場合、その場コーティング装置２００は、イットリウムガス源１９５Ｃ（例えば、Ｙ（ｔｈｄ）、ＣＰ３Ｙ、または（ＣｐＣＨ３）３Ｙ）および酸素ガス源１９５Ｄ（例えば、酸素、オゾン、オゾンおよび酸素の混合物、またはＨ２Ｏ）を含むことができる。更に、化学吸着された前駆体の変換後、過剰な前駆体または前駆体副生成物を除去するために、パージガス源１９５Ｅは前駆体ガス源（１９５Ａ−１９５Ｄ）の上流から連結してもよい。
【００２９】
いくつかのタイプの部品構造はコーティング方法の点から有益な場合がある。構造の一つのタイプは、囲み空間のある部品、例えばラジカルガスが最初に生成されるリモートプラズマユニットである。プラズマ衝撃および腐食性薬品環境のため、リモートプラズマユニットはコーティングを必要とする場合がある。しかし、一般的なコーティング方法では問題が発生するか、または実行不可能である。例えば、一般的なＲＰＵコーティング、例えば陽極酸化やＰＥＯで生成される粒子は、炭素除去プロセスと酸化物除去プロセスの間を移動できる。プラズマ溶射は、密閉された空間および小さなガスの入口／出口が原因でコーティングすることができない。図３Ａおよび３Ｂは、代表的なリモートプラズマユニット３００を示す。リモートプラズマユニット３００は、本体３１０、ガス入口３２０、ＲＦ発生器３３０、ガス出口３４０、およびコーティング３５０を備える。コーティング３５０は、本体３１０の内壁を覆う。リモートプラズマユニット３００の他の部分は、コーティング３５０で覆われていてもよい。コーティング３５０は、セラミックコーティング、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、酸化フッ化イットリウム（ＹＯｘＦｙ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。
【００３０】
ガス分配システムまたはシャワーヘッド１４０、ガス供給経路１３５、およびガスマニホールド１９０は、リモートプラズマユニット１６０によって生成されるラジカルガスに曝されるため、コーティングされてもよい部品である。図４Ａは本発明の少なくとも一つの実施形態による、高アスペクト比の穴を備える別のタイプの部品、例えばガス分配システムまたはシャワーヘッド１４０を例示する。ガス分配システムまたはシャワーヘッド１４０は、シャワーヘッド本体４１０および複数の穴４２０を備える。ガスは、複数の穴４２０を通って半導体ウェーハ１３０上に流れる。複数の穴４２０は、高アスペクト比の形体であってもよく、また、異なる形状、例えばベベルおよび曲線であってもよい。形体は、シャワーヘッド本体４１０のバルクから粒子を生成することができる大面積の表面をもたらす場合がある。
【００３１】
図４Ｂは、粒子の形成を防止するコーティングを組み込んだガス分配システムまたはシャワーヘッド１４０を例示する。複数のコーティング４３０が複数の穴４２０に施される。複数のコーティング４３０は、セラミックコーティング、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化フッ化イットリウム（ＹＯｘＦｙ）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、または上記の任意の組み合わせを含むことができる。複数のコーティング４３０はまた、シャワーヘッド本体４１０の他の部分を覆うことができる。図４Ａおよび図４Ｂは、部品のコーティングの一つの形状を例示しているが、コーティングも適用できるより複雑な内部構造であってもよい。これは、ガス搬送経路１３５と、形状内に穴と屈曲部を有してもよいガスマニホールド１５０とを備えることができる。
【００３２】
部品のコーティングは、好ましくは複合コーティングであってもよい。図５は、一つのコーティング配列５００を例示する。コーティング配列５００は、コーティングされる部品５１０を備える。部品５１０は、アルミニウム合金、鋳鉄、ステンレス鋼、ハステロイ、インコネル、ニッケル合金、セラミック、セラミックコーティング、または金属コーティングのうちの少なくとも一つを含む材料で作られてもよい。部品５１０は、第一のコーティング５２０の層でコーティングされ、その後に第二のコーティング５３０の層が続き、第一のコーティング５２０の層と第二のコーティング５３０の層が繰り返される。第一のコーティング５２０または第二のコーティング５３０のうちの少なくとも一方または両方は、原子層堆積（ＡＬＤ）技術によって施されてもよい。ＡＬＤ技術を使用する利点には、等方性の微細構造を生成しながら、十分に緻密な被膜の形成が含まれる。一つのコーティングのみがＡＬＤによって行われる場合、他のコーティングは陽極酸化、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ蒸着（ＰＶＤ）、プラズマス溶射コーティング、またはプラズマ電解酸化（ＰＥＯ）によって行われてもよい。層の繰り返しは、所望に応じてまたは必要に応じて行われてもよい。
【００３３】
第一のコーティング５２０は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、酸化フッ化イットリウム（ＹＯｘＦｙ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、または酸化セリウム（ＣｅＯ２）のうちの一つを含むことができる。第二のコーティング５３０は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、酸化フッ化イットリウム（ＹＯｘＦｙ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、または酸化セリウム（ＣｅＯ２）のうちの一つを含むことができる。第一のコーティング４２０および第二のコーティング５３０は、理想的には同じ材料を含まない。
【００３４】
図６は、本発明の少なくとも一つの実施形態による、コーティング配列６００を例示する。コーティング配列６００は、コーティングされる部品６１０を備える。部品６１０は、アルミニウム合金、鋳鉄、ステンレス鋼、ハステロイ、インコネル、ニッケル合金、セラミック、セラミックコーティング、または金属コーティングのうちの少なくとも一つを含む材料で作られてもよい。部品６１０は、第一のコーティング６２０の層でコーティングされ、その後に第二のコーティング６３０の層が続く。第一のコーティング６２０または第二のコーティング６３０のうちの少なくとも一方または両方は、原子層堆積（ＡＬＤ）技術によって施されてもよい。一つのコーティングのみがＡＬＤによって行われる場合、他のコーティングは陽極酸化、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ蒸着（ＰＶＤ）、プラズマス溶射コーティング、またはプラズマ電解酸化（ＰＥＯ）によって行われてもよい。コーティングは、異なるＡＬＤコーティング（例えば、酸化イットリウムおよび酸化アルミニウム）の三層以上に拡張されることができ、または一層のコーティング（例えば、酸化イットリウム）のみを備えることもできる。層の繰り返しは、所望に応じてまたは必要に応じて行われてもよい。
【００３５】
第一のコーティング６２０は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、酸化フッ化イットリウム（ＹＯｘＦｙ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、または酸化セリウム（ＣｅＯ２）のうちの一つを含むことができる。第二のコーティング６３０は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化フッ化イットリウム（ＹＯｘＦｙ）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、または酸化セリウム（ＣｅＯ２）のうちの一つを含むことができる。第一のコーティング６２０および第二のコーティング６３０は、理想的には同じ材料を含まない。
【００３６】
図７は、本発明の少なくとも一つの実施形態による、コーティング配列７００を例示する。コーティング配列７００は、コーティングされる部品７１０を備える。部品７１０は、アルミニウム合金、鋳鉄、ステンレス鋼、ハステロイ、インコネル、ニッケル合金、セラミック、セラミックコーティング、または金属コーティングのうちの少なくとも一つを含む材料で作られてもよい。部品７１０は、第一のコーティング７２０の層でコーティングされ、その後に第二のコーティング７３０の層、および第三のコーティング７４０の層が続く。第一のコーティング７２０、第二のコーティング７３０、および第三のコーティング７４０の層のうちの少なくとも一つまたは全ては、原子層堆積（ＡＬＤ）技術によって施されてもよい。一つのコーティングのみがＡＬＤによって行われる場合、他のコーティングは陽極酸化、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ蒸着（ＰＶＤ）、プラズマス溶射コーティング、またはプラズマ電解酸化（ＰＥＯ）によって行われてもよい。コーティングは、異なるＡＬＤコーティングの三層以上に拡張されることができ、または一層のコーティングのみを備えることもできる。層の繰り返しは、必要に応じて行われてもよい。
【００３７】
第一のコーティング７２０は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、酸化フッ化イットリウム（ＹＯｘＦｙ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、または酸化セリウム（ＣｅＯ２）のうちの一つを含むことができる。第二のコーティング７３０は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化フッ化イットリウム（ＹＯｘＦｙ）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、または酸化セリウム（ＣｅＯ２）のうちの一つを含むことができる。第三のコーティング７４０は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化フッ化イットリウム（ＹＯｘＦｙ）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、または酸化セリウム（ＣｅＯ２）のうちの一つを含むことができる。第一のコーティング７２０、第二のコーティング７３０、および第三のコーティング７４０は、理想的には同じ材料、例えば酸化イットリウム、酸化ハフニウム、および酸化アルミニウムを含まない。
【００３８】
部品のコーティングには、いくつかの工程が必要になる場合がある。図８は、コーティングを実行する方法８００を例示する。方法８００は、表面準備工程８１０、クリーニング工程８２０、コーティング工程８３０、および、コーティング後処理工程８４０、を含む。基材準備工程８１０は、最適化されたコーティングを確実にするための工程を含むことができ、コーティング上に応力を生じさせる可能性のある鋭いエッジを除去すること、ギャップの公差を小さくすること、およびＡＬＤコーティング中に前駆体が閉じ込められることにより生じる局所的な不均一なコーティング欠陥またはニュートンリングを低減するために小さい穴の設計を最適化すること、を含む。コーティングの密着性を高め、良好なコーティング品質を確保するために、テクスチャリング、研磨、および／または電解研磨によって部品を処理することができる。
【００３９】
クリーニング工程８２０は、コーティングされる部品に依存する場合がある。クリーニング工程８２０は、部品から表面の炭素、粒子、および過剰な金属を除去することができる。クリーニング工程８２０は、アルカリ、酸、電解洗浄、および／またはオゾン処理工程等を含むことができる。クリーニング工程８２０を実行することにより、コーティングの均一性および表面被覆率が最適化されることができる。
【００４０】
コーティング工程８３０は、ＡＬＤ技術により少なくとも一つのコーティング層を形成することを含むことができる。ＡＬＤ技術は、その場またはその場外の方法で実行されることができる。例示的な方法は、（参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，３５１，６５８号に記載のように）ＡＬＤプロセスにより酸化アルミニウムの第一の層および酸化イットリウムの第二の層を形成することであることができる。ガス分配装置またはシャワーヘッド上の酸化アルミニウムの厚さは、１〜１０，０００ｎｍ、１０〜２，５００ｎｍ、または１００〜５００ｎｍの範囲とすることができる。酸化イットリウムがガス分配装置またはシャワーヘッドのコーティングとして堆積される場合、酸化イットリウムの厚さは、１〜１０，０００ｎｍ、１０〜２，５００ｎｍ、または１００〜５００ｎｍの範囲とすることができる。リモートプラズマユニット上の酸化アルミニウムの厚さは、１〜５０，０００ｎｍ、１０〜２５，０００ｎｍ、または１００〜１０，０００ｎｍの範囲とすることができる。酸化イットリウムがリモートプラズマユニット上に堆積される場合、酸化イットリウムの厚さは、１〜５０，０００ｎｍ、１０〜２５，０００ｎｍ、または１００〜１０，０００ｎｍの範囲とすることができる。
【００４１】
上記の方法で形成されるコーティングは、１５０℃を超える温度で実行するプロセスに信頼を持って使用されることができる。更に、酸化アルミニウム層は、酸化イットリウムと比較して、コーティングされる部品の界面のコーティング品質を向上させる可能性がある。そして、酸化アルミニウム層は、熱膨張による酸化イットリウム層の応力を低減し、それにより、酸化イットリウムの割れの可能性を低減させることができる。酸化アルミニウム層はまた、表面への金属、例えばマグネシウムやナトリウムの移動を妨げるのに効率的である可能性がある。
【００４２】
コーティング後処理工程８４０は、コーティングの品質または特性を改善することを含むことができる。例として、フッ素または塩素を含む環境によりよく対応するために、コーティングの表面をフッ素化または塩素化することが挙げられる。加えて、コーティング後処理ステップ８４０は、内部応力および欠陥を除去するために表面をアニールすることを含むことができる。更に、特定の温度まで加熱することにより、二成分または三成分のセラミックを実現できる。例えば、Ａｌ２Ｏ３とＹ２Ｏ３の複合コーティングは、特定の比率のＡｌ２Ｏ３とＹ２Ｏ３を用いる高温処理後に、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）またはイットリウムアルミニウムモノクリニック（ＹＡＭ）に変換することができる。
【００４３】
示され説明された特定の実施形態は、本発明およびその最良の形態の例示であり、別途態様および実施形態の範囲をいかなるやり方でも限定することを意図しない。実際、簡潔さのために、従来の製造、関連、調製、およびシステムの他の機能的態様を詳細には説明していない場合がある。さらに、様々な図に示される接続線は、様々な要素間の例示的な機能的関係および／または物理的連結を表すことを意図する。多くの代替的もしくは追加の機能的関係、もしくは物理的接続が実際のシステムに存在してもよく、および／または幾つかの実施形態では存在しなくてもよい。
【００４４】
本明細書に記載される構成および／または方法は本質的に例示的であり、これらの特定の実施形態または実施例は、数多くの変形が可能であるので、限定的な意味で考えられるべきではないことが理解されるべきである。本明細書に記載される特定のルーチンまたは方法は、任意の数の加工方策のうちの一つまたは複数を表す場合がある。それ故に、例示された様々な動作は、例示される逐次で実施されてもよく、他の逐次で実施されてもよく、または場合によっては省略されてもよい。
【００４５】
本開示の主題は、本明細書で開示される様々なプロセス、システム、および構成、ならびに他の特徴、機能、動作および／または特性の、全ての新規かつ自明でない組合せおよび部分的組合せ、ならびにその任意のおよび全ての均等物を含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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