(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマに露出した半導体処理装置の構成部品の耐用年数を延ばすためのセラミック材料を提供する。【解決手段】半導体処理装置の構成部品は、侵食、腐食及び／又は腐食−侵食に耐性のあるセラミック材料で少なくとも部分的に形成される。例示的なセラミック材料は、ハフニウム、ストロンチウム、ランタン酸化物及び／又はジスプロシウムの酸化物、窒化物、ホウ化物、カーバイド及び／又はフッ化物の少なくとも１つを含みうる。セラミック材料は、基板を覆う被膜として塗布されて複合構成部品を形成するか又はモノリシック本体として形成されうる。被膜は、物理的及び／又は化学的攻撃から基板を保護することができる。【選択図】図２
2010153881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともセラミック材料を含む部分を有する半導体処理装置の構成部品であって、
前記部分は、前記構成部品の最表面を構成し、
前記セラミック材料は、前記セラミック材料の被膜のうち最も大きい成分として、ハフニウム窒化物、ハフニウムホウ化物、ハフニウムカーバイド、ハフニウムフッ化物、ストロンチウム酸化物、ストロンチウム窒化物、ストロンチウムホウ化物、ストロンチウムカーバイド、ストロンチウムフッ化物、ランタン酸化物、ランタン窒化物、ランタンホウ化物、ランタンカーバイド、ランタンフッ化物、ジスプロシウム酸化物、ジスプロシウム窒化物、ジスプロシウムホウ化物、ジスプロシウムカーバイド及びジスプロシウムフッ化物で構成されるグループから選択される材料を含むことを特徴とする構成部品。
【請求項２】
前記セラミック材料は、その最も大きい成分として、ストロンチウム酸化物、ランタン酸化物及びジスプロシウム酸化物の１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の構成部品。
【請求項３】
前記構成部品は基板を含み、前記セラミック材料は、前記基板を覆う被膜であることを特徴とする請求項１に記載の構成部品。
【請求項４】
前記被膜は、約0.001インチ〜約0.050の厚さを有することを特徴とする請求項３に記載の構成部品。
【請求項５】
前記被膜は、前記セラミック材料で本質的に構成されることを特徴とする請求項３に記載の構成部品。
【請求項６】
前記基板上に少なくとも１つの中間層を更に有し、
前記被膜は、前記少なくとも１つの中間層を覆うことを特徴とする請求項３に記載の構成部品。
【請求項７】
前記セラミック材料は、(i)周期律表のIIA族、IIIA族、IVA族、VA族、VIA族、VIIA族、VIIIA族、IB族、IIB族、IIIB族、IVB族及びVB族の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイド、並びに(ii)周期律表のアクチニド系列の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイドで構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の構成部品。
【請求項８】
チャンバ壁、チャンバライナー、ガス分配プレート、ガスリング、ペデスタル、誘電体窓、静電チャック及びプラズマフォーカスリングで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に記載の構成部品。
【請求項９】
請求項１に記載された少なくとも１つの構成部品を備えるプラズマエッチング反応室。
【請求項１０】
請求項１に記載の半導体処理装置の構成部品の製造プロセスであって、
前記セラミック材料を基板を覆う被膜として塗布する工程を含み、
前記被膜は、前記構成部品の最表面を構成することを特徴とする製造プロセス。
【請求項１１】
前記セラミック材料は、その最も大きい成分として、ストロンチウム酸化物、ジスプロシウム酸化物及びランタン酸化物の１つを含むことを特徴とする請求項１０に記載の製造プロセス。
【請求項１２】
前記基板上の前記セラミック材料の付着力を高めるために、前記基板の表面を粗くする工程と、前記荒くされた表面上に前記セラミック材料を塗布する工程と、を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の製造プロセス。
【請求項１３】
前記被膜は、前記セラミック材料で本質的に構成されることを特徴とする請求項１０に記載の製造プロセス。
【請求項１４】
前記基板上に少なくとも１つの中間層を塗布する工程と、
前記少なくとも１つの中間層上に前記被膜を塗布する工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の製造プロセス。
【請求項１５】
前記基板上の少なくとも１つの中間層の付着力を高めるために、前記少なくとも１つの中間層を塗布する工程の前に前記基板を処理する工程、及び、
前記少なくとも１つの中間層上の前記セラミック材料の付着力を高めるために、前記セラミック材料を塗布する工程の前に前記少なくとも１つの中間層を処理する工程、
のうち少なくとも１つの工程を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の製造プロセス。
【請求項１６】
前記セラミック材料は、前記基板上に溶射によって塗布されることを特徴とする請求項１０に記載の製造プロセス。
【請求項１７】
前記セラミック材料は、(i)周期律表のIIA族、IIIA族、IVA族、VA族、VIA族、VIIA族、VIIIA族、IB族、IIB族、IIIB族、IVB族及びVB族の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイド、並びに(ii)周期律表のアクチニド系列の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイドで構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の製造プロセス。
【請求項１８】
請求項１に記載された半導体処理装置の構成部品の製造プロセスであって、
前記セラミック材料で本質的に構成されるモノリシック部品として前記構成部品を形成する工程を含むことを特徴とする製造プロセス。
【請求項１９】
半導体処理装置の構成部品であって、
（ａ）その最も大きい成分として、ハフニウム酸化物、ハフニウム窒化物、ハフニウムホウ化物、ハフニウムカーバイド及びハフニウムフッ化物の１つを含むセラミック材料で全体が構成されたモノリシック部品、又は、
（ｂ）金属を含む基板又は高分子基板と、前記基板を覆う前記セラミック材料の被膜と、を含む複合部品であって、前記被膜は、前記構成部品の最表面を形成する複合部品、
を備えることを特徴とする構成部品。
【請求項２０】
前記セラミック材料は、ハフニウム酸化物で本質的に構成されることを特徴とする請求項１９に記載の構成部品。
【請求項２１】
前記セラミック材料は、(i)周期律表のIIA族、IIIA族、IVA族、VA族、VIA族、VIIA族、VIIIA族、IB族、IIB族、IIIB族、IVB族及びVB族の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイド、並びに(ii)周期律表のアクチニド系列の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイドで構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の構成部品。
【請求項２２】
前記複合部品は、
前記基板上の少なくとも１つの中間層と、
前記少なくとも１つの中間層上の前記セラミック材料被膜と、
を更に有することを特徴とする請求項１９に記載の構成部品。
【請求項２３】
チャンバ壁、チャンバライナー、ガス分配プレート、ガスリング、ペデスタル、誘電体窓、静電チャック及びプラズマフォーカスリングで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１９に記載の構成部品。
【請求項２４】
前記モノリシック部品及び前記被膜は、前記セラミック材料で本質的に構成されることを特徴とする請求項１９に記載の構成部品。
【請求項２５】
請求項１９に記載された少なくとも１つの構成部品を備えることを特徴とする半導体処理装置。
【請求項２６】
請求項１９に記載された半導体処理装置の構成部品の製造プロセスであって、
（ａ）前記モノリシック部品全体を前記セラミック材料で形成する工程、又は、（ｂ）前記被膜が前記複合部品の最表面を形成するように前記基板を覆う前記セラミック材料の被膜を塗布する工程を含むことを特徴とする製造プロセス。
【請求項２７】
前記被膜は、約0.001インチ〜約0.050インチの厚さを有することを特徴とする請求項２６に記載の製造プロセス。
【請求項２８】
前記基板上に少なくとも１つの中間層を塗布する工程と、
前記少なくとも１つの中間層上に前記被膜を塗布する工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項２６に記載の製造プロセス。
【請求項２９】
前記基板は、金属基板であり、
前記製造プロセスは、
前記基板上の前記少なくとも１つの中間層の付着力を高めるために、前記少なくとも１つの中間層を塗布する工程の前に前記基板を処理する工程、及び、前記少なくとも１つの中間層上の前記セラミック材料の付着力を高めるために、前記セラミック材料を塗布する工程の前に前記少なくとも１つの中間層を処理する工程の少なくとも１つの工程を更に含むことを特徴とする請求項２８に記載の製造プロセス。
【請求項３０】
前記基板は、金属基板であり、
前記被膜は、前記基板上に溶射によって塗布されることを特徴とする請求項２６に記載の製造プロセス。
【請求項３１】
前記セラミック材料は、(i)周期律表のIIA族、IIIA族、IVA族、VA族、VIA族、VIIA族、VIIIA族、IB族、IIB族、IIIB族、IVB族及びVB族の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイド、並びに(ii)周期律表のアクチニド系列の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイドで構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を更に含むことを特徴とする請求項２６に記載の製造プロセス。
【請求項３２】
請求項２６に記載された製造プロセスであって、前記構成部品は、チャンバ壁、チャンバライナー、ガス分配プレート、ガスリング、ペデスタル、誘電体窓、静電チャック及びプラズマフォーカスリングで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２６に記載の製造プロセス。
【請求項３３】
請求項２６に記載された製造プロセスによって製造されたプラズマ反応室の構成部品。
【請求項３４】
半導体処理装置の構成部品の製造プロセスであって、
その最も大きい成分として、ハフニウム酸化物、ハフニウム窒化物、ハフニウムホウ化物、ハフニウムカーバイド、ハフニウムフッ化物、ストロンチウム酸化物、ストロンチウム窒化物、ストロンチウムホウ化物、ストロンチウムカーバイド、ストロンチウムフッ化物、ランタン酸化物、ランタン窒化物、ランタンホウ化物、ランタンカーバイド、ランタンフッ化物、ジスプロシウム酸化物、ジスプロシウム窒化物、ジスプロシウムホウ化物、ジスプロシウムカーバイド及びジスプロシウムフッ化物で構成されるグループから選択される少なくとも１つのセラミック材料を含むスラリーを準備する工程と、
前記スラリーから圧粉体を形成する工程と、
前記圧粉体を焼結して前記構成部品を形成する工程と、
を含むことを特徴とする製造プロセス。
【請求項３５】
前記スラリーは、その最も大きい成分として、ハフニウム酸化物、ストロンチウム酸化物、ランタン酸化物及びジスプロシウム酸化物の１つを含むことを特徴とする請求項３４に記載の製造プロセス。
【請求項３６】
前記構成部品は、少なくとも１つのセラミック材料で本質的に構成されることを特徴とする請求項３４に記載の製造プロセス。
【請求項３７】
前記構成部品は、その最も大きい成分として、ハフニウム酸化物を含むことを特徴とする請求項３４に記載の製造プロセス。
【請求項３８】
前記セラミック材料は、(i)周期律表のIIA族、IIIA族、IVA族、VA族、VIA族、VIIA族、VIIIA族、IB族、IIB族、IIIB族、IVB族及びVB族の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイド、並びに(ii)周期律表のアクチニド系列の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイドで構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を更に含むことを特徴とする請求項３４に記載の製造プロセス。
【請求項３９】
前記構成部品は、チャンバ壁、チャンバライナー、ガス分配プレート、ガスリング、ペデスタル、誘電体窓、静電チャック及びプラズマフォーカスリングで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３４に記載の製造プロセス。
【請求項４０】
請求項３４に記載の製造プロセスによって製造されたプラズマエッチング反応室の構成部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体材料処理装置用の構成部品に関する。この構成部品は、半導体材料処理中の汚染を低減することができる材料で作られる。本発明はまた、この構成部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料処理の分野では、基板上の材料のエッチング及び化学気相成長（ＣＶＤ）のために、真空処理チャンバが一般的に用いられている。処理ガスが処理チャンバ内に流される一方で、高周波（ＲＦ）電界が処理ガスに印加されて、処理ガスのプラズマを生成する。プラズマは、ウェハ上で選択された材料に望ましいエッチング又は成膜を行う。平行平板の例としては、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）とも呼ばれる変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ（登録商標））、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）反応器及びそれらの構成部品が、本願と同じ出願人による米国特許第4,340,462号、同4,948,458号、同5,200,232号及び同5,820,723号に開示されている。
【０００３】
半導体基板の処理中では、基板は、基板ホルダによって、典型的には真空チャンバ内の所定の位置に保持され、例えば、米国特許第5,262,029号及び同5,838,529号に開示されている。処理ガスは、様々なガス供給システムによってチャンバに供給されうる。
【０００４】
プラズマチャンバ装置に加えて、半導体基板の処理に用いられる他の装置としては、搬送機構、ライナー、リフト機構、ロードロック、ドア機構、ロボットアーム、留め具等が含まれる。
【０００５】
プラズマは、基板上の材料をエッチングによって取り除いたり、基板上に材料を成膜したりするために用いられる。プラズマエッチング条件は、プラズマに露出した処理チャンバの表面に大きなイオン衝撃（ion bombardment）を作り出す。このイオン衝撃は、プラズマ化学物質及び／又はエッチング副生成物を同時に発生し、処理チャンバのプラズマ露出面にかなりの侵食（erosion）、腐食（corrosion）及び腐食−侵食（corrosion-erosion）を発生させうる。その結果、表面材料は、侵食、腐食及び／又は腐食−侵食を含む物理的及び／又は化学的攻撃によって取り除かれる。この攻撃は、部品寿命の縮小、消耗品コスト、パーティクル汚染、ウェハ上の遷移金属（transition metal）汚染及びプロセスドリフトの増大を含む諸問題を引き起こす。
【０００６】
これらの問題を考慮して、プラズマ処理チャンバは、処理ウェハ上のプラズマを閉じ込めるディスク（disks）、リング（rings）及びシリンダ（cylinders）等の部品を含むように設計されている。しかしながら、これらの部品は、プラズマによって連続的に攻撃され、その結果、最終的には侵食されるか又はポリマー堆積物を堆積する。最終的には、これらの部品は、もはや使用できない程度に摩耗する。比較的短寿命であるこれらの部品は、通常は「消耗品」と呼ばれる。消費可能な部品の寿命が短かければ、所有コストは高くなる。消耗品及び他の部品の侵食によって、プラズマ処理チャンバ内に汚染が生じる。
【０００７】
このような反応室内のプラズマ環境の侵食性及び腐食性、及び、パーティクル及び／又は金属汚染を最小化させる必要のために、このような装置の構成部品は、消耗品及び他の部品を含めて、適度に高い侵食性と腐食性とを持つことが望ましい。周知の部品は、アルミニウムベースの（aluminum-based）材料で形成されている。しかしながら、プラズマによる高いイオン衝撃は、これらの材料を侵食及び腐食し、望ましくないレベルの汚染（例えば、パーティクル汚染及び金属不純物汚染)を生み出す。
【０００８】
半導体材料を処理するための高純度な要求を考慮すれば、これらの処理中に伴う半導体材料の汚染を最小限にするために、侵食、腐食及び／又は侵食−腐食を含む、物理的・化学的侵食に一層の耐性がある材料で構成される半導体処理装置の構成部品が必要である。装置の構成部品の耐用年数を増加させ、その結果、装置の休止時間を低減することができる材料によれば、半導体材料の処理コストの低減をもたらすことができるだろう。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、プラズマ処理環境下で侵食、腐食及び／又は腐食−侵食に対するより一層の摩耗耐性を与えるセラミック材料で構成される半導体処理装置の構成部品を提供することによって、他の要求はもちろん、上述の要求を満足させることができる。本構成部品によって、金属及びパーティクルに関する汚染を低減することができる。
【００１０】
本発明の例示的な実施の形態によれば、セラミック材料は、半導体材料処理装置内で利用される構成部品での基板表面上の被膜として適用されうる。例えば、この構成部品は、プラズマ処理チャンバ内で用いることができる。被膜された構成部品は、処理中にプラズマに露出されたときの侵食、腐食及び／又は腐食−侵食に対してより一層の耐性を与えることができる。
【００１１】
本発明の他の例示的な実施の形態によれば、そのような構成部品は、保護材料で全体が形成されたバルク部品（bulk parts）であってもよい。すなわち、これらの構成部品は、モノリシック（monolithic）であってもよい。
【００１２】
本発明に係る半導体処理装置の構成部品を製造するプロセスの例示的な実施の形態は、セラミック材料からそのような装置の構成部品の一部分を少なくとも形成する工程を含む。この部分は、構成部品の最表面を構成する。セラミック材料は、(ii)ストロンチウム、ランタン及びジスプロシウムの(i)酸化物、窒化物、ホウ化物及び／又はカーバイドの少なくとも１つ、及び／又はハフニウムの窒化物、ホウ化物カーバイド及び／又はフッ化物の少なくとも１つを含む。好適には、セラミック材料は、セラミック材料被膜の最も大きい成分として、ストロンチウム酸化物、ジスプロシウム酸化物及びランタン酸化物の１つを含むことが望ましい。セラミック材料は、被膜として用いられてもよいし、モノリシック体に形成されてもよい。
【００１３】
本発明の別の例示的な実施の形態は、半導体処理装置の構成部品の金属を含む表面又は高分子表面を覆うセラミック材料の被膜を塗布する工程を含む。セラミック材料は、セラミック材料被膜の最も大きい成分として、ハフニウム酸化物、ハフニウム窒化物、ハフニウムホウ化物、ハフニウムカーバイド又はハフニウムフッ化物を含む。
【００１４】
本発明に係る方法の他の例示的な実施の形態は、半導体処理装置の構成部品をモノリシック体の形で形成する工程を含む。構成部品は、その最も大きい成分として、ハフニウム酸化物、ハフニウム窒化物、ハフニウムホウ化物、ハフニウムカーバイド又はハフニウムフッ化物を含む。
【００１５】
本発明に係る半導体処理装置の構成部品を製造するプロセスの例示的な実施の形態は、その最も大きい成分として、(ii)ストロンチウム、ランタン及びジスプロシウムの(i)酸化物、窒化物、ホウ化物、カーバイド及び／又はフッ化物の少なくとも１つ、及び／又はハフニウムの窒化物、ホウ化物、カーバイド及び／又はフッ化物の少なくとも１つを有するスラリーを準備する工程と、スラリーから圧粉体を所望の形状で形成する工程と、圧粉体を焼結して構成部品を形成する工程と、を含む。セラミック材料は、好適には、その最大の成分として、ハフニウム酸化物、ストロンチウム酸化物、ジスプロシウム酸化物及びランタン酸化物の少なくとも１つを含む。これらの処理は、モノリシックな構成部品を形成するために使用することができる。
【００１６】
本発明に係る半導体処理装置の構成部品の例示的な実施の形態は、少なくともセラミック材料を含む部分を備える。部分は、構成部品の最表面を構成する。セラミック材料は、その最も大きい成分として、(ii)ストロンチウム、ランタン及びジスプロシウムの(i)酸化物、窒化物、ホウ化物、カーバイド及び／又はフッ化物の少なくとも１つ、及び／又はハフニウムの窒化物、ホウ化物、カーバイド及び／又はフッ化物の少なくとも１つを含む。
【００１７】
本発明に係る半導体処理装置の構成部品の別の例示的な実施の形態は、金属を含む表面又は高分子表面（polymer surface）を有する基板と、前記基板の上のセラミック材料の被膜と、を備え、前記セラミック材料は、セラミック材料被膜の最も大きい成分として、ハフニウム酸化物、ハフニウム窒化物、ハフニウムホウ化物、ハフニウムカーバイド又はハフニウムフッ化物を含む。
【００１８】
本発明に係る半導体処理装置の構成部品の別の例示的な実施の形態は、モノリシックな本体を備え、その最も大きい成分として、ハフニウム酸化物、ハフニウム窒化物、ハフニウムホウ化物、ハフニウムカーバイド又はハフニウムフッ化物を含む。
【００１９】
本発明はまた、摩耗耐性を与えるために、上述の構成部品の少なくとも１つを含む半導体処理装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、従来のプラズマ溶射処理を示す図である。
【図２】図２は、本発明の例示的な実施の形態に係るプラズマエッチング装置用のガスリングの断面図を示す。
【図３】図３は、本発明に係る構成部品の例示的な実施の形態を含むエッチングチャンバを示す図である。
【図４】図４は、本発明に係る構成部品の例示的な実施の形態を含む別のエッチングチャンバを示す図である。
【図５】図５は、本発明に係る保護セラミック被膜の例示的な実施の形態を示す図である。
【図６】図６は、本発明に係る保護セラミック被膜の別の例示的な実施の形態を示す図である。
【図７】図７は、本発明に係るモノリシックな構成部品の例示的な実施の形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、添付図面と関連して以下の詳細な説明に更に容易に理解されるだろう。
【００２２】
本発明は、半導体材料処理装置で発生するプラズマによる物理的・化学的な攻撃に対して摩耗耐性を持つ構成部品を提供する。本書で用いられるように、「摩耗耐性」という用語は、本発明はこれに限定されないが、侵食、腐食及び／又は腐食−侵食を含む。構成部品は、摩耗耐性があるセラミック材料で構成される。
【００２３】
いくつかの例示的な実施の形態では、構成部品は、基板上に形成された侵食耐性があるセラミック材料で構成される被膜を含む。例えば、構成部品は、基板と、基板上に形成された侵食耐性がある１つ以上のセラミック被膜と、を含むことができる。被膜は、侵食耐性があり、非金属材料であり、また、腐食及び／又は腐食−侵食に耐性がある。
【００２４】
本発明の他の例示的な実施の形態では、構成部品は、摩耗耐性があるセラミック材料で本質的に構成されうる。例えば、構成部品は、半導体材料処理装置のバルク部分（bulk parts）であってもよい。
【００２５】
本発明によれば、摩耗耐性があるセラミック材料で構成される構成部品は、半導体処理装置の構成部品となりうる。
【００２６】
本発明はまた、摩耗耐性がある材料で少なくとも部分的に構成される１つ以上の構成部品を含む半導体処理装置を提供する。
【００２７】
さらに、本発明は、構成部品の少なくとも一部を摩耗耐性がある材料で製造する方法を提供する。
【００２８】
上述のように、本発明は、任意の適当なタイプの構成部品に適用可能である。本発明は、半導体材料処理装置の構成部品の表面に効果的な摩耗耐性を与える。当業者であれば、本発明に係る摩耗耐性がある材料は、異なる半導体材料を処理するために有用な異なる処理装置に適用されうることが分かるだろう。さらに、摩耗耐性がある材料は、処理装置内の異なる構成部品に適用されうる。このような例示的な構成部品としては、本発明はこれに限定されないが、例えば、チャンバ壁（chamber walls）、基板支持体（substrate supports）、シャワーヘッド（showerheads）、バッフル（baffles）、リング（rings）、ノズル（nozzles）等を含むガス供給システム（gas distribution systems）、留め具（fasteners）、発熱体（heating elements）、プラズマスクリーン（plasma screens）、ライナー（liners）、ロボットアーム（robotic arms）等の搬送モジュール構成部品（transport module components）、留め具（fasteners）、チャンバの内壁と外壁（inner and outer chamber walls）等のプラズマ及び／又は真空チャンバの部品を含む。
【００２９】
本発明によれば、摩耗耐性がある材料は、ハフニウム（hafnium）、ストロンチウム（strontium）、ジスプロシウム（dysprosium）及びランタン（lanthanum）の少なくとも１つを含むことができる。これらの元素（elements）は、比較的大きい分子量（molecular mass）を持ち、典型的なエッチング化学物質に対して比較的不活性であり、プラズマ環境下で低い侵食率を与えると考えられる。好適には、摩耗耐性がある材料は、セラミック材料の最も大きい成分として、ハフニウム酸化物（hafnium oxide）、ストロンチウム酸化物（strontium oxide）、ジスプロシウム酸化物（dysprosium oxide）又はランタン酸化物（lanthanum oxide）の１つを含む。セラミック材料の例示的な実施の形態は、これらの酸化物のうち任意の１つ以上を含むことができる。セラミック材料に含むことができる他の成分は、以下詳細に説明される。
【００３０】
本発明に係るハフニウムを含有するセラミック材料は、好適には、その最も大きい成分として、ハフニウム酸化物（hafnia）を含む。いくつかの実施の形態では、ハフニウムを含むセラミック材料は、本質的にハフニウム酸化物を含むことができる。ハフニウムを含むセラミック材料はまた、本発明はこれに限定されないが、酸化物の他に、ハフニウムホウ化物（hafnium boride）、ハフニウムフッ化物（hafnium fluoride）、ハフニウム窒化物（hafnium nitride）及び／又はハフニウムカーバイド（hafnium carbide）又はこれらの混合物の少なくとも１つを含んだ、他のハフニウム含有セラミック材料を含むことができる。
【００３１】
本発明によれば、ハフニウムを含むセラミック材料は、上述のハフニウム酸化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイド材料の他に又はこれに加えて、他のセラミック材料を含むことができる。これらの他のセラミック材料は、本発明はこれに限定されないが、周期律表のIIA族、IIIA族、IVA族、VA族、VIA族、VIIA族、VIIIA族、IB族、IIB族、IIIB族、IVB族及びVB族から選択される元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及び／又は（and/or）カーバイドの少なくとも１つ、及び／又は（and/or）アクチニド系列の任意の元素（すなわち、原子番号５８〜７１を持つ元素）の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物又はカーバイドを１つ以上含む。例えば、ハフニウムを含むセラミック材料（そして、後述するようにストロンチウムを含む材料、ジスプロシウムを含む材料及びランタンを含む材料も）イットリウム酸化物（yttrium oxide：イットリア)、ジルコニウム酸化物（zirconium oxide：ジルコニア)、酸化アルミニウム（aluminum oxide：アルミナ)及び／又はセリウム酸化物（cerium oxide：セリア)と混ぜることができる。
【００３２】
本発明に係るストロンチウムを含むセラミック材料は、好適には、その最も大きい成分として、ストロンチウム酸化物（strontium oxide：ストロンチア）を含む。いくつかの実施の形態では、ストロンチウムを含むセラミック材料は、ストロンチウム酸化物で本質的に構成されうる。また、ストロンチウムを含むセラミック材料は、本発明はこれに限定されないが、酸化物の他に、ストロンチウムホウ化物（strontium boride）、ストロンチウムフッ化物（strontium fluoride）、ストロンチウム窒化物（strontium nitride）、ストロンチウムカーバイド（strontium carbide）又はこれらの混合物のうち少なくとも１つを含んだ、他のストロンチウム含有セラミック材料を有することもできる。
【００３３】
本発明によれば、ストロンチウムを含むセラミック材料は、上述のストロンチウム酸化物、ホウ化物、フッ化物、カーバイド材料の他に又はこれに加えて、他のセラミック材料を含むことができる。これらの他のセラミック材料は、本発明はこれに限定されないが、周期律表のIIA族、IIIA族、IVA族、VA族、VIA族、VIIA族、VIIIA族、IB族、IIB族、IIIB族、IVB族及びVB族から選択される元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイドの１つ以上、及び／又は上述したアクチニド系列の任意の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイドの１つ以上を含むことができる。
【００３４】
本発明に係るジスプロシウムを含むセラミック材料は、好適には、その最も大きい成分として、ジスプロシウム酸化物（dysprosium oxide：dysprosia）を含む。いくつかの実施の形態では、ジスプロシウムを含むセラミック材料は、ジスプロシウム酸化物で本質的に構成されうる。ジスプロシウムを含むセラミック材料はまた、本発明はこれに限定されないが、酸化物の他に、ジスプロシウムホウ化物（dysprosium boride）、ジスプロシウムフッ化物（dysprosium fluoride）、ジスプロシウム窒化物（dysprosium nitride）、ジスプロシウムカーバイド（dysprosium carbide）又はこれらの混合物の少なくとも１つを含んだ、他のジスプロシウム含有セラミック材料を有することができる。
【００３５】
本発明によれば、ジスプロシウムを含むセラミック材料は、上述のジスプロシウム酸化物、ホウ化物、フッ化物、カーバイド材料の他に又はこれに加えて、他のセラミック材料を含むことができる。これらの他のセラミック材料は、本発明はこれに限定されないが、周期律表のIIA族、IIIA族、IVA族、VA族、VIA族、VIIA族、VIIIA族、IB族、IIB族、IIIB族、IVB族及びVB族から選択される元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイド少なくとも１つ、及び／又は上述のアクチニド系列の任意の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイドの１つ以上を含むことができる。
【００３６】
本発明に係るランタンを含むセラミック材料は、その最も大きい成分として、好適には、ランタン酸化物（lanthanum oxide：lanthana)を含む。いくつかの実施の形態では、ランタンを含むセラミック材料は、ランタン酸化物で本質的に構成されうる。ランタンを含むセラミック材料はまた、本発明はこれに限定されないが、酸化物の他に、ランタンホウ化物（lanthanum boride）、ランタンフッ化物（lanthanum fluoride）、ランタン窒化物（lanthanum nitride）及び／又はランタンカーバイド（lanthanum carbide）又はこれらの混合物の少なくとも１つを含んだ、他のランタン含有セラミック材料を有することができる。
【００３７】
本発明によれば、ランタンを含むセラミック材料は、上述のランタン酸化物、ホウ化物、フッ化物、カーバイド材料の他に又はこれらに加えて、他のセラミック材料を含むことができる。これらの他のセラミック材料は、本発明はこれに限定されないが、周期律表のIIA族、IIIA族、IVA族、VA族、VIA族、VIIA族、VIIIA族、IB族、IIB族、IIIB族、IVB族及びVB族から選択される元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイドの少なくとも１つ、及び／又は上述したアクチニド系列の任意の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイドの少なくとも１つを含むことができる。
【００３８】
本発明によれば、セラミック材料は、上述のハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及びランタンを含む材料の混合物を含むことができる。さらに、セラミック材料は、本発明はこれに限定されないが、IIA族、IIIA族、IVA族、VA族、VIA族、VIIA族、VIIIA族、IB族、IIB族、IIIB族、IVB族及びVB族から選択される元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイドの１つ以上、及び／又は、上述のように、アクチニド系列の任意の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイドの１つ以上を含むことができる。
【００３９】
本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを１つ以上含む構成部品を組み込んだ装置で処理される電子材料の汚染を最小化させるために、例えば、遷移金属（transition metals）、例えば、アルカリ金属等の元素を潜在的に最小量だけ含むように、セラミック材料の純度が出来るだけ高いことが望ましい。例えば、ハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及びランタンを含むセラミック材料は、ウェハ上の汚染が1010atoms/cm2よりも高い、好適には、1015atoms/cm2よりも高くなることを避けるために、十分な純度でありうる。好適には、これらのセラミック材料は、少なくとも約99%の純度があり、より好適には、約99.99%〜約100%であることが望ましい。
【００４０】
さらに、本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及びランタンを含むセラミック材料は、滑らかな表面仕上げ（surface finish）を有する。好適には、被膜として適用されたか又はモノリシックな構成部品に形成されたこれらの材料は、約5〜約400μインチ、より好適には、約200μ未満の表面ラフネス(RA)を持つ。
【００４１】
本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及びランタンを含むセラミック材料はまた、高いボンディング強度を下に横たわる基板に提供することができる。好適には、被膜として適用されたこれらの材料は、約2000psi〜約7000psiの引張りボンディング強度（tensile bond strength）を持つ。
【００４２】
また、本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及びランタンを含むセラミック材料は、攻撃的な雰囲気（aggressive atmospheres）（例えば、HClを含む雰囲気）と下に横たわる基板との接触、その結果、この攻撃的な雰囲気に起因する基板の腐食、侵食及び／又は腐食−侵食を最小化するのに有利である。好適には、セラミック材料は、体積あたり15%未満の多孔度、より好適には、体積あたり３%未満の多孔度を持つことが望ましい。
【００４３】
さらに、本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及びランタンを含むセラミック材料は、侵食に耐えるために高い硬度を提供することができる。好適には、セラミック材料は、約200〜約800の硬度(HVO3)がある。
【００４４】
上述のセラミック材料は、例えば、プラズマエッチングチャンバ等の半導体処理装置で用いるために望ましい摩耗耐性特性を提供することができる。特に、ハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及びランタンを含むセラミック材料は、プラズマ反応室チャンバ内のイオンに起因する侵食及びこれに関連するパーティクル汚染のレベルを低減可能な表面を提供することができる。ハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及びランタンを含むセラミック材料はまた、プラズマによる物理的・化学的攻撃の両方に対して、下に横たわる基板を保護することができる。
【００４５】
本発明に係る摩耗耐性があるセラミック材料は、他の用途に加えて、エッチング及び成膜に用いられる様々な異なるプラズマ雰囲気下で使用することができる。例えば、典型的なエッチング化学物質は、本発明はこれに限定されないが、例えば、Cl2、HCl、BCl3を含む塩素含有ガスを含み、本発明はこれに限定されないが、臭素及びHBrを含む臭素含有ガスを含み、本発明はこれに限定されないが、O2、H2O及びSO2を含む酸素含有ガスを含み、本発明はこれに限定されないが、CF4、CH2F2、NF3、CH3F、CHF3及びSF6を含むフッ素含有ガスを含み、本発明はこれに限定されないが、He、Ar及びN2を含む不活性ガス及び他のガスを含む。これらのガス及び他のガスは、所望のプラズマに応じて、任意の適切な組合せで使用されうる。例示的なプラズマ反応室のエッチング動作条件は、以下の通りである。すなわち、温度は、約25℃〜約90℃；圧力は、約0mTorr〜約100mTorr；ガス流量は、約10sccm〜約1000sccm；プラズマパワーは、約0Watts〜約1500Wattsである。
【００４６】
本発明の例示的な好適な実施の形態では、ハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及びランタンを含むセラミック材料は、被膜として基板上に提供される。これらの被膜は、従来の方法によって塗布され（applied）うる。好適な被膜方法は、溶射(例えば、プラズマ溶射)である。この方法では、セラミック粉末は、スプレー被覆される構成部品に向けられたガス流内で溶かされ、取り入れられる（incorporated）。溶射技術の利点は、構成部品が溶射ガン（thermal spray gun）に面する側だけに被覆され、他の領域を保護するためマスキングを使用することができる点である。プラズマ溶射を含む従来の溶射技術は、The Science and Engineering of Thermal Spray Coating by Pawlowski (John Wiley、1995)に説明されており、参照によりその全体が本書に組み込まれる。
【００４７】
特に好適な溶射方法は、プラズマ溶射である。プラズマ溶射は、チャンバ及び他のチャンバ構成部品の複雑な内面を被膜することにも使用されうる。図１は、典型的なプラズマ溶射処理を示す図である。通常は粉末１２２形態である被膜材料は、外部粉末ポート132を介して、通常は高温プラズマ炎114に注入される。粉末は、急速に加熱され、高速に加速される。基板表面116上の高温材料は、急速に冷えて被膜118を形成する。
【００４８】
プラズマ溶射ガン120は、陽極122及び陰極124を備え、その両方が水で冷却される。プラズマガス126(例えば、アルゴン、窒素、水素、ヘリウム)は、一般的に、矢印128で示される方向に、陽極の締め付けノズル（constricting nozzle）を通って流れる。プラズマは、高電圧放電によって開始され、これによって陰極124と陽極122との間に直流アーク（DC arc）のための局所的なイオン化と導電経路（conductive path）とを形成する。アークからの抵抗加熱によって、ガスはプラズマを形成する。プラズマは、自由な（free）又は中性のプラズマ炎(電流を運ばないプラズマ)として、陽極ノズル部から出て行く。プラズマが溶射の準備ができている状態で安定化しているときに、電気的なアークがノズルの下側に延びる。粉末112は急速に加熱され、加速されるので、ノズル先端と基板表面との間の溶射距離136は、125〜150mmのオーダーになりうる。プラズマ溶射された被膜は、溶融状態であるか又は熱で柔らかくなったパーティクルが基板表面116上に衝突することによって作り出される。
【００４９】
本発明によれば、クリーニング（cleaning）やパーティクルブラスティング（particle blasting）等の表面処理技術を用いて、ボンディングに対してより化学的・物理的に活性な表面を提供することができる。被膜工程の前に、基板の表面は、好適には、酸化物又はグリース（grease）等の望ましくない表面物質を取り除くために、徹底的にクリーニングされることが望ましい。表面はまた、被膜工程の前に、グリットブラスティング（grit blasting）等の任意の適当な方法によって粗くすることができる。この粗くする工程は、ボンディングに利用可能な表面積を増加させ、被膜のボンディング強度を増加させる。荒い表面プロファイルはまた、基板に付着する被膜の機械的なキーイング（keying）又はインターロッキング（interlocking）を高めることができる。
【００５０】
アルミニウム反応室の構成部品に対しては、被膜工程の前に、陽極処理を施された表面を粗くすることなく、被膜される構成部品表面に陽極処理を施すことが望ましい。陽極処理を施された層は、下に横たわるアルミニウムの腐食性の攻撃に対し、被膜に与えられる保護に加えて、追加のバリアを提供する。アルミニウム基板上に形成された陽極処理を施された6061-T6アルミニウム等のアルミニウム層は、任意の適当な厚さを持つことができる。例えば、厚さは、典型的には、約2ミル〜約10ミルとなりうる。陽極処理を施された表面は、任意の適当な仕上げ（finish）を持つことができる。例えば、表面仕上げは、約20μインチ〜約100μインチのRA値を持つことができる。陽極処理を施された層は、例えば、沸騰した脱イオン水（deionized water）を用いること等、任意の適当な技術を用いてシールされうる。
【００５１】
本発明に係るハフニウム酸化物、ストロンチウム酸化物、ジスプロシウム酸化物及び／又はランタン酸化物を含むセラミック材料を含は、好適には、プラズマ溶射処理を用いて塗布される。しかしながら、セラミック材料と共に使用するのに適した任意の他の被膜方法が用いられてもよい。例えば、ハフニウム酸化物、ストロンチウム酸化物、ジスプロシウム酸化物及び／又はランタン酸化物を含むセラミック被膜はまた、スパッタリング（sputtering）、スパッタ成膜、浸せき被膜（immersion coating）、化学気相成長（chemical vapor deposition）、蒸着（evaporation）、凝縮(電子ビーム蒸着及び凝縮を含む)、物理気相成長（physical vapor deposition）、熱間等静圧圧縮成形（hot isostatic pressing）、常温静水圧圧縮成形（cold isostatic pressing）、圧縮成形（compression molding）、キャスティング（casting）、圧縮（compacting）、焼結（sintering）及び溶射（thermal spraying）を適用することができる。
【００５２】
本発明のいくつかの好適な実施の形態では、ハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミックの構成部品は、高密度プラズマ反応室で使用される。このタイプの例示的な反応室は、カリフォルニア州フレモントのLam Research Corporationで入手可能なTCP 9400(登録商標)プラズマエッチング反応室である。TCP 9400(登録商標)反応室では、処理ガス(Cl2、HBr、CF4、CH2F2、O2、N2、Ar、SF6及びNF3等)がエッチングチャンバの底に位置するガスリングに伝えられ、その後ガスホールを通して反応室チャンバ内に導かれる。図２は、TCP 9400(登録商標) エッチング反応室用のガスリングを示す図である図２に示すように、ガスリング40の本体は、基板支持体44を取り囲む。ガスリング40の底面は、リング状のガス誘導トレンチ60を含む。上述のガスホール50は、ガス誘導トレンチ60内に延びる。
【００５３】
ガスリング40は、典型的には、アルミニウムで構成される。ガスリングの上面は、直接プラズマに露出され、その結果、侵食、腐食及び腐食−侵食を受けやすい。これらの表面を保護するために、ガスリングは、典型的には、酸化アルミニウム層で覆われる。しかしながら、この層は、比較的もろく、使用中に反応室の熱サイクルの繰り返しの間に割れることがある。陽極処理を施された層に形成された亀裂によって、腐食性の処理ガスが下に横たわるアルミニウム層を攻撃し、部品製品寿命を低下させて、ウェハ、フラットパネルディスプレイ基板等の処理基板の金属及びパーティクルの汚染の原因となる。
【００５４】
本発明の例示的な実施の形態によれば、ガスリングの露出表面は、ハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料の被膜42で覆われうる。セラミック材料は、むき出しの(自然酸化膜（native oxide）の表面層の有無にかかわらず）アルミニウム層又は酸化アルミニウム層（例えば、陽極処理を施された表面を持つアルミニウム）の上に被膜されうる。ガスリングを被膜するときに、被膜は、ガスホール内に部分的に入り込りみ、開口部を塞ぐことなく、その内壁を被膜し、保護することができる。例えば、ガスホールは、被膜処理中に塞がれるか又はマスクをされてもよい。
【００５５】
処理中にプラズマに露出されるTCP 9400(登録商標) エッチング反応室の他の構成部品はまた、本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料で被膜されてもよい。これらの構成部品は、例えば、チャンバ壁、チャンバライナー、チャック装置（chucking devices）及び基板の反対側の誘電体窓を含む。本発明に係る被膜を静電チャック等のチャック装置の上面に設けることによって、ウェハが存在せず、チャックの上面がプラズマに直接露出するクリーニングサイクル中に、チャックに付加的な保護を与えることができる。
【００５６】
図３に示すように、本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料を備えた、別の例示的なポリシリコンエッチング反応室もカリフォルニア州フレモントのLam Research Corporationから入手可能なVersys(登録商標)Polysilicon Etcher又は2300(登録商標)エッチャーである。反応室は、クランピング力をその上に配置された基板（不図示）に与える静電チャック154を含んだ基板支持体152を有するチャンバ150を備える。フォーカスリング170は、静電チャック154の周りの基板支持体152の上に取り付けられる。基板支持体152はまた、基板にＲＦバイアスを印加するために使用されうる。基板はまた、ヘリウム等の熱伝達ガスを用いて裏面冷却されうる。2300(登録商標)エッチャーでは、処理ガス(例えば、Cl2、HBr、CF4、CH2F2、O2、N2、Ar、SF6又はNF3)は、チャンバ150の上側に配置され、ガス供給装置156に接続されたガス噴射器168を通して、チャンバ150内に導入される。ガス噴射器168は、典型的には、クォーツ又はアルミナ等のセラミック材料で作られる。図示されるように、誘電コイル158は、適当なＲＦ源（不図示）によってパワーが与えられ、高密度（例えば、1011-1012イオン/cm3）プラズマを提供することができる。誘電コイル158は、誘電体窓160を通してチャンバ150の内部にＲＦエネルギを結合する。誘電体窓160は、典型的には、クォーツ又はアルミナで作られる。誘電体窓160は、環状部材162の上に搭載されていることが示される。環状部材162は、チャンバ150の上部から誘電体窓160に一定の間隔を保ち、「ガス分配プレート」と呼ばれる。チャンバライナー164は、基板支持体152を取り囲む。チャンバ150はまた、所望の圧力でチャンバ内部を維持するために、適当な真空ポンプ装置（不図示）を含んでもよい。
【００５７】
図3では、環状部材162、誘電体窓160、基板支持体152、チャンバライナー164、ガス噴射器168、フォーカスリング170及び静電チャック154等の反応室構成部品の選択された内部表面が、本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料の被膜166で被膜された状態で示される。図３に示すように、チャンバライナー164の下のチャンバ150及び基板支持体152の選択された内面はまた、本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料の被膜166を備えることができる。任意の他の反応室の内部表面はもちろん、これらの表面の任意の部分又は全部は、本発明に係る被膜を備えることができる。後述するように、これらの構成部品の任意の部分又は全部は、本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料のモノリシックな本体から製造されてもよい。
【００５８】
本発明によれば、構成部品は、高密度の酸化物エッチング処理中に使用されうる。例示的な酸化物エッチング反応室は、カリフォルニア州フレモントのLam Research Corporationから入手可能なTCP 9100(登録商標)プラズマエッチング反応室である。TCP 9100(登録商標)反応室では、ガス分配プレートはまた、TCP(登録商標)ウィンドウの直下に位置する円形板であり、半導体ウェハ上に平行に位置する面内の反応室上部の真空シーリング面（vacuum sealing surface）でもある。ガス分配プレートは、ガス分配プレートの周辺部に位置するガス分配リングにシールされる。ガス分配リングは、ガス分配プレート、平面スパイラルコイル(spiral coil)の形で、ＲＦエネルギを反応室内に供給するアンテナの下に横たわるウィンドウの内面及びガス分配リングによって定められる容積に、供給源からのガスを供給する。ガス分配プレートは、プレートを通って延びる特定の直径の孔を含む。ガス分配プレートを通る孔の空間的な分布は、例えば、フォトレジスト層、二酸化シリコン層及びウェハ上の積層材料等のエッチング層のエッチング均一性を最適化するために様々なものが用いられうる。ガス分配プレートの横断面の形状は、反応室内のプラズマへのＲＦパワーの分布を操作するために、様々なものが用いられうる。ガス分配プレートは、ガス分配プレートを通して、反応室にＲＦパワーを結合することを可能にする誘電材料である。さらに、ガス分配プレートの材料は、破壊及びその結果生じるパーティクルの発生を避けるために、酸素又はハイドロフルオロカーボンガスプラズマ等の環境において、化学スパッタエッチングに高い耐性を有することが望ましい。
【００５９】
図４は、上述のタイプのプラズマ反応室を示す図である。反応室は。反応室チャンバ10を備える。基板ホルダ12は、クランピング力及びＲＦバイアスを基板13に与える静電チャック34を含む。基板は、ヘリウム等の熱伝達ガスを用いて裏面冷却されうる。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。適当なＲＦ源によってパワーが与えられて高密度プラズマを提供するアンテナ１８等のチャンバ内に高密度（例えば、1011-1012イオン/cm3）プラズマを維持するためのエネルギー源は、反応室チャンバ10の上部に配置される。反応室チャンバは、所望の圧力（例えば、50mTorr よりも低く、典型的には1-20mTorr)にチャンバの内部を維持するための真空ポンプ装置を含む。
【００６０】
実質的に平面の誘電体窓20は、アンテナ18と処理チャンバ10内部との間に提供され、処理チャンバ10の上部で真空壁（vacuum wall）を形成する。ガス分配プレート22は、ウィンドウ20の下に設けられ、ガス供給部23からチャンバ10に処理ガスを供給するための開口部を含む。円錐のライナー30は、ガス分配プレート22から延びて、基板ホルダ12を取り囲む。アンテナ18は、チャンネル24を備えることができ、入口及び出口導管25、26を介して温度制御流体がこの中を通過する。しかしながら、アンテナ18及び／又はウィンドウ20は、冷却する必要はないか、或いは、アンテナ及びウィンドウの上にガスを吹き付けたり、冷却流体をウィンドウ及び／又はガス分配プレート等を通して流すか又は熱伝達接触させたりする等の他の適当な技術によって冷却されてもよい。
【００６１】
動作中には、半導体ウェハ等の基板は、基板ホルダ12上に置かれ、静電チャック34によって所定の位置に保持される。しかしながら、機械的なクランプ機構等の他のクランプ手段が用いられてもよい。さらに、基板とチャックとの間の熱伝導を改善するためにヘリウム裏面冷却(back-cooling)を用いてもよい。そして、処理ガスは、ウィンドウ20とガス分配プレート22との間に処理ガスを通すことによって、真空処理チャンバ10に供給される。適当なガス分配プレート(すなわち、シャワーヘッド)装置は、本願と同じ出願人による米国特許第5,824,605号、同6,048,798号及び同5,863,376に開示されており、これらの説明は、参照によって各々の全体が本書に組み込まれる。高密度プラズマは、適当なＲＦパワーをアンテナ18に供給することによって、基板とウィンドウとの間の空間で点火する。
【００６２】
図４では、ガス分配プレート22、チャンバライナー30、静電チャック34及びフォーカスリング14等の反応室構成部品の内部表面は、ハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含む本発明に係るセラミック材料の被膜32で被覆される。しかしながら、これらの表面及び／又は他の表面のうち選択されたものだけが、本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料で被覆されうる。
【００６３】
当業者であれば、上述の高密度ポリシリコン及び誘電体のエッチングチャンバは、本発明に係る構成部品を組み込むことができるプラズマエッチング反応室の例示的な実施の形態に過ぎないことを理解できるだろう。本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料を有する構成部品は、プラズマに起因する侵食、腐食及び／又は腐食−侵食及びこれに関連する汚染の低減が望まれる任意のエッチング反応器（金属エッチング反応室）又は他のタイプの半導体処理装置で使用されうる。
【００６４】
例えば、本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料の被膜を備えることができる他の構成部品は、本発明はこれに限定されないが、チャンバ壁、基板ホルダ、留め具等を含む。これらの部品は、典型的には、金属(例えば、アルミニウム)又はセラミック(例えば、アルミナ)から作られる。これらの金属プラズマ反応室の構成部品は、典型的には、プラズマに露出され、しばしば侵食、腐食及び／又は腐食−侵食の兆候を示す。本発明によって被膜されうる他の部品は、直接プラズマに露出される必要はないが、その代わりに処理ウェハ等から放出されるガス等の有害ガスに露出されるかもしれない。したがって、半導体基板の処理中に使用される他の装置はまた、本発明に係るハフニウム及び／又はストロンチウム及び／又はジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料の表面及び被膜を備えてもよい。このような装置としては、搬送機構、ガス分配システム、ライナー、リフト機構、ロードロック、ドア機構、ロボットアーム、留め具等を含むことができる。
【００６５】
本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料で被膜することができる金属材料の例としては、例えば、6061-T6アルミニウム、304、316ステンレス鋼等のアルミニウム、アルミ合金、ステンレス、耐熱金属（refractory metals）を含む。 ハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料は、構成部品上に摩耗耐性のある被膜を形成するため、下に横たわる構成部品は、プラズマに直接露出されることを防止する。従って、金属基板は、プラズマによる侵食、腐食及び／又は腐食−侵食の攻撃に対して保護されうる。その結果、アルミ合金等の金属材料は、合金の付加（alloying additions）、結晶粒構造（grain structure）又は表面状態（surface conditions）に無関係に使用することができる。
【００６６】
さらに、様々なセラミック又は高分子材料はまた、本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料で被膜されうる。特に、反応室の構成部品は、本発明はこれに限定されないが、アルミナ(Al2O3)、炭化シリコン(SiC)、窒化シリコン(Si3N4)、ホウ素カーバイド(B4C)及び／又は窒化ホウ素(BN)を含むセラミック材料か作製されうる。被膜することができる高分子材料は、好適には、プラズマ反応室で存在する高温条件に耐えうるものであることが望ましい。
【００６７】
好適には、材料の１つ以上の中間層は、被膜される基板の表面とハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料被膜との間に提供されうる。図5は、本発明の例示的な好適な実施の形態に係る被膜された構成部品を示す図である。第1の中間被膜80は、従来の技術によって基板70上に随意的に被膜される。随意的な第1の中間被膜80は、基板に付着して、随意的な第2の中間被膜90又はハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料被膜100の形成前に処理できるのに十分に厚い。第1の中間被膜80及び第2の中間被膜90は、これらの所望の特性を与える任意の適当な厚さを持つことができる。これらの被膜は、少なくとも約0.001インチ、好適には約0.001〜約0.25インチ、より好適には約0.001〜約0.15インチ、最も好適には、約0.001インチ〜約0.05インチの厚さを持つことができる。
【００６８】
随意的な第1の中間被膜80を反応室の構成部品70に成膜した後に、第1の中間被膜は、任意の適当な技術も用いて粗くすること等によって処理され、随意的な第2の中間被膜90又はハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料の被膜100で被覆されうる。粗くされた第1の中間被膜80は、続いて塗布される被膜に対し特に優れた接合を提供する。好ましくは、第2の中間被膜90は、高い機械的な圧縮強度を第1の中間被膜80に与え、第2の中間被膜90中の亀裂の形成を低減する。
【００６９】
随意的な第２の中間被膜90は、第1の中間被膜80に付着して、任意の付加的な中間被膜又はハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料の外側被膜100の形成前に処理できるのに十分に厚い。第2の中間被膜90はまた、粗くすること等によって処理されうる。第2の中間被膜90は、少なくとも約0.001インチ、好適には約0.001〜約0.25インチ、より好適には約0.001〜約0.15インチ、最も好適には、約0.001インチ〜約0.05インチの厚さ等の、これらの所望の特性を与える任意の適当な厚さを持つことができる。
【００７０】
第1、第2の中間被膜は、半導体プラズマ処理チャンバでの使用に適した、任意の金属、セラミック及び高分子材料で作ることができ、使用される特に望ましい金属としては、本発明はこれに限定されないが、高温処理に耐えることができる耐熱金属（refractory metals）を含む。好適なセラミックは、本発明はこれに限定されないが、Al2O3、SiC、Si3N4、ＢＣ、AlN、TiO2及びこれらの混合物を含む。好適な高分子は、本発明はこれに限定されないが、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）及びポリイミド（polyimides）等のフルオロポリマー（fluoropolymers）を含む。
【００７１】
中間被膜は、メッキ(例えば、無電解メッキ又は電気メッキ)、スパッタリング（sputtering）、浸せき被膜（immersion coating）、化学気相成長（chemical vapor deposition）、物理気相成長（physical vapor deposition）、電気泳動成膜（electrophoretic deposition）、熱間等静圧圧縮成形（hot isostatic pressing）、常温静水圧圧縮成形（cold isostatic pressing）、圧縮成形（compression molding）、キャスティング（casting）、圧縮（compacting）、焼結（sintering）及び溶射（thermal spraying）（例えば、プラズマ溶射（plasma spraying））等の任意の適当な成膜技術によって適用されうる。
【００７２】
随意的な第1の中間被膜80及び第2の中間被膜90は、それらの所望の特性に応じて、互いに同一又は異なる構成を持つことができる。付加的な中間被膜、例えば、同一又は異なる材料の第３、第４、第５の中間被膜はまた、必要に応じて被膜と基板との間に提供されうる。
【００７３】
図６は、本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料被膜の別の例示的な実施の形態を示す図である。被膜100は、構成部品70の外側表面である基板上に直接成膜されうる。被膜は、所望のレベルの摩耗耐性を構成部品に与える任意の適当な厚さを持つことができる。特に、被膜100は、約0.001インチ〜約1インチ、好適には約0.001〜約0.5インチ、最も好適には、約0.001インチ〜約0.05インチの範囲の厚さを持つことができる。セラミック層の厚さは、反応室(例えば、エッチング、CVD等)で遭遇するプラズマ環境に適合する（compatible）ように選択されうる。
【００７４】
上述のように、溶射は、本発明に係る被膜表面を持つ構成部品を提供する好適な方法である。しかしながら、例えば、スパッタリング（sputtering）、浸せき被膜（immersion coating）、化学気相成長（chemical vapor deposition）、物理気相成長（physical vapor deposition）、熱間等静圧圧縮成形（hot isostatic pressing）、常温静水圧圧縮成形（cold isostatic pressing）、圧縮成形（compression molding）、キャスティング（casting）、圧縮（compaction）、焼結（sintering）技術等の他の成膜技術を含めて、他の被膜方法を使用することもできる。
【００７５】
上述のように、半導体処理装置の構成部品はまた、ハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料からモノリシックな本体として製造されてもよい。これらのモノリシックな本体は、他の構成部品用に分離された本体又は被層（coverings）であってもよい。例えば、本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料は、反応室の構成部品の露出表面を覆うために組み立てられるライナー等の被層（coverings）を形成することができる。これらの被層（coverings）は、例えば、付着性のボンディング又は機械的な留め具を含んだ、任意の適当な留め具技術（fastening technique）によって、反応室チャンバ内の表面に取り付けることができる。留め具が使用されるとき、留め具自体はまた、プラズマに露出されるのであれば、好適には、それらの寿命を延ばすために侵食耐性のある材料で作られるべきである。さらに、ハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料は、被層を含んだ、下に横たわる反応室の構成部品と連結して組み立てられてもよい。モノリシックな被層は、例えば、壁及び他の表面上等の任意の適当な基板を覆って提供されうる。
【００７６】
ハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック材料からモノリシックな本体を製造する例示的な方法は、例えば、ハフニウム酸化物、ストロンチウム酸化物、ジスプロシウム酸化物及び／又はランタン酸化物を含むスラリーを準備する工程と、スラリーから所望の形状と大きさで圧粉体を形成する工程と、圧粉体を焼結させて、焼結された本体を形成する工程と、を含んでもよい。圧粉体は、任意の所望のプラズマ反応室の構成部品の形で形成することができる。セラミック処理技術の詳細は、Introduction to Ceramics、2Edition、by W. D. Kingery、H. K. Bowen、and D. R. Uhlnann (J. Wiley & Sons、1976)に述べられている。この説明は、参照によって各々の全体が本書に組み込まれる。
【００７７】
モノリシックな構成部品は、好適には、プラズマ反応室のプラズマに露出した構成部品である。適当な構成部品としては、例えば、チャンバ壁、基板支持体、シャワーヘッド、バッフル、リング、ノズル等のガス供給システム、留め具、発熱体、プラズマスクリーン、ライナー、ロボットアーム等の搬送モジュール構成部品、留め具、チャンバの内壁と外壁等のプラズマ及び／又は真空チャンバの部品を含む。そのような構成部品の特定の例は、図７で示される反応室の構成部品110である。反応室構成部品110は、ハフニウム酸化物、ストロンチウム酸化物、ジスプロシウム酸化物及び／又はランタン酸化物を含むセラミック材料から製造されたモノリシックな本体である。
【００７８】
ハフニウム酸化物、ストロンチウム酸化物、ジスプロシウム酸化物及び／又はランタンを含むセラミック材料は、反応室チャンバ及び構成部品の全部又は一部の上に提供されうる。好適な実施の形態では、被膜又はモノリシックな本体は、プラズマに直接接触する部分、或いは、チャンバの構成部品（例えば、ライナー）の後ろに位置する部品等のプラズマ環境に露出される反応室チャンバ領域に提供される。さらに、ハフニウム酸化物、ストロンチウム酸化物、ジスプロシウム酸化物及び／又はランタンを含む被膜又はモノリシックな本体は、比較的高いバイアス電圧(すなわち、比較的高いスパッタイオンエネルギー）を受ける反応室チャンバ領域に提供されることが望ましい。
【００７９】
ハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック被膜又は被層を適用すること、或いは、本発明に従ってモノリシックなハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミックの構成部品を組み立てることによって、これらの利点は実現される。すなわち、低い侵食率がプラズマ反応室内で達成されうる。その結果、本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック被膜、被層及び構成部品によって、金属及びパーティクル汚染のレベルが減少し、消耗品の寿命が延ぶることによってコストが低減し、プロセスドリフト（process drifts）が減少し、チャンバ部品及び基板の腐食レベルを低減することができる。
【００８０】
本発明に係るハフニウム、ストロンチウム、ジスプロシウム及び／又はランタンを含むセラミック被膜及び構成部品は、非常に硬く、摩耗耐性がある表面を提供することができる。そのような被膜又は構成部品としては、好適には、パーティクル汚染が低いか又は全くなく、腐食がほとんどないか又は全くなく、金属汚染がほとんどないか又は全くなく、及び／又は揮発性のエッチング生成物（etch products）がほとんどないか又は全くないように、処理チャンバガスと反応する材料を含まず、化学的に不活性であることが望ましい。
【００８１】
本発明は、特定の実施の形態を参照して詳細に説明したが、当業者であれば、様々な変形と修正がなされうること、及び特許請求の範囲から逸脱しない限り均等物に用いられうることを理解できるであろう。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成22年1月27日(2010.1.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともセラミック材料を含む部分を有する半導体基板処理装置の構成部品であって、
前記部分は、前記装置においてプラズマ又は真空環境にさらされる前記構成部品の最表面を構成し、
前記セラミック材料は、前記セラミック材料のうち最も大きい成分として、ストロンチウム酸化物、ストロンチウム窒化物、ストロンチウムホウ化物、ストロンチウムカーバイド、ストロンチウムフッ化物、ランタン酸化物、ランタン窒化物、ランタンホウ化物、ランタンカーバイド、ランタンフッ化物、ジスプロシウム酸化物、ジスプロシウム窒化物、ジスプロシウムホウ化物、ジスプロシウムカーバイド及びジスプロシウムフッ化物で構成されるグループから選択される材料を含むことを特徴とする構成部品。
【請求項２】
前記セラミック材料は、その最も大きい成分としてストロンチウムカーバイドを含むことを特徴とする請求項１に記載の構成部品。
【請求項３】
前記構成部品は基板を含み、前記セラミック材料は、前記基板を覆う被膜であることを特徴とする請求項１に記載の構成部品。
【請求項４】
前記被膜は、約0.0254ミリメートル〜約1.27ミリメートルの厚さを有することを特徴とする請求項３に記載の構成部品。
【請求項５】
前記被膜は、前記セラミック材料で本質的に構成されることを特徴とする請求項３に記載の構成部品。
【請求項６】
前記基板上に少なくとも１つの中間層を更に有し、
前記被膜は、前記少なくとも１つの中間層を覆うことを特徴とする請求項３に記載の構成部品。
【請求項７】
前記セラミック材料は、(i)周期律表のIIA族、IIIA族、IVA族、VA族、VIA族、VIIA族、VIIIA族、IB族、IIB族、IIIB族、IVB族及びVB族の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイド、並びに(ii)周期律表のアクチニド系列の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイドで構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の構成部品。
【請求項８】
チャンバ壁、チャンバライナー、ガス分配プレート、ガスリング、ペデスタル、誘電体窓、静電チャック及びプラズマフォーカスリングで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に記載の構成部品。
【請求項９】
請求項１に記載された少なくとも１つの構成部品を備えるプラズマエッチング反応室。
【請求項１０】
請求項１に記載の半導体基板処理装置の構成部品の製造プロセスであって、
前記セラミック材料を基板を覆う被膜として塗布する工程を含み、
前記被膜は、前記構成部品の最表面を構成することを特徴とする製造プロセス。
【請求項１１】
前記セラミック材料は、その最も大きい成分としてストロンチウムカーバイドを含むことを特徴とする請求項１０に記載の製造プロセス。
【請求項１２】
前記基板上の前記セラミック材料の付着力を高めるために、前記基板の表面を粗くする工程と、前記荒くされた表面上に前記セラミック材料を塗布する工程と、を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の製造プロセス。
【請求項１３】
前記被膜は、前記セラミック材料で本質的に構成されることを特徴とする請求項１０に記載の製造プロセス。
【請求項１４】
前記基板上に少なくとも１つの中間層を塗布する工程と、
前記少なくとも１つの中間層上に前記被膜を塗布する工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の製造プロセス。
【請求項１５】
前記基板上の少なくとも１つの中間層の付着力を高めるために、前記少なくとも１つの中間層を塗布する工程の前に前記基板を処理する工程、及び、
前記少なくとも１つの中間層上の前記セラミック材料の付着力を高めるために、前記セラミック材料を塗布する工程の前に前記少なくとも１つの中間層を処理する工程、
のうち少なくとも１つの工程を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の製造プロセス。
【請求項１６】
前記セラミック材料は、前記基板上に溶射によって塗布されることを特徴とする請求項１０に記載の製造プロセス。
【請求項１７】
前記セラミック材料は、(i)周期律表のIIA族、IIIA族、IVA族、VA族、VIA族、VIIA族、VIIIA族、IB族、IIB族、IIIB族、IVB族及びVB族の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイド、並びに(ii)周期律表のアクチニド系列の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイドで構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の製造プロセス。
【請求項１８】
請求項１に記載された半導体基板処理装置の構成部品の製造プロセスであって、
前記セラミック材料で本質的に構成されるモノリシック部品として前記構成部品を形成する工程を含むことを特徴とする製造プロセス。
【請求項１９】
半導体基板処理装置の構成部品の製造プロセスであって、
その最も大きい成分として、ストロンチウム酸化物、ストロンチウム窒化物、ストロンチウムホウ化物、ストロンチウムカーバイド、ストロンチウムフッ化物、ランタン酸化物、ランタン窒化物、ランタンホウ化物、ランタンカーバイド、ランタンフッ化物、ジスプロシウム酸化物、ジスプロシウム窒化物、ジスプロシウムホウ化物、ジスプロシウムカーバイド及びジスプロシウムフッ化物で構成されるグループから選択される少なくとも１つのセラミック材料を含むスラリーを準備する工程と、
前記スラリーから圧粉体を形成する工程と、
前記圧粉体を焼結して前記構成部品を形成する工程と、
を含むことを特徴とする製造プロセス。
【請求項２０】
前記セラミック材料は、(i)周期律表のIIA族、IIIA族、IVA族、VA族、VIA族、VIIA族、VIIIA族、IB族、IIB族、IIIB族、IVB族及びVB族の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイド、並びに(ii)周期律表のアクチニド系列の元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、フッ化物及びカーバイドで構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の製造プロセス。
【請求項２１】
前記構成部品は、チャンバ壁、チャンバライナー、ガス分配プレート、ガスリング、ペデスタル、誘電体窓、静電チャック及びプラズマフォーカスリングで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１９に記載の製造プロセス。
【請求項２２】
請求項１９に記載の製造プロセスによって製造されたプラズマエッチング反応室の構成部品。
【外国語明細書】
2010153881000001.pdf
2010153881000002.pdf
2010153881000003.pdf
2010153881000004.pdf