(57)【要約】      （修正有）【課題】反応器内におけるプラズマ環境の浸食的および腐食的性質ならびにパーティクルおよび／または金属による汚染を最小限し、消耗品やその他部品を含めて、十分に高い耐浸食性および耐腐食性を有する装置部品を提供する。【解決手段】プラズマ雰囲気における耐浸食、耐腐食および／または耐腐食−浸食を与える溶射イットリア含有被膜を備える半導体処理装置の構成要素。この被膜は下地を物理的および／または化学的攻撃から保護することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理装置の構成要素であって、
表面を含む下地と、
前記表面上に配置されたイットリアから本質的に成る溶射被膜とを備え、
前記溶射被膜は、前記構成要素の最も外側の面を含むことを特徴とする半導体処理装置の構成要素。
【請求項２】
前記被膜は、前記被膜と前記下地の表面との間に他の材料の中間層が配置されることなく前記下地の表面上に直接配置されていることを特徴とする請求項１に記載の構成要素。
【請求項３】
前記下地の表面は、陽極酸化されたアルミニウム、アルミナおよび石英から成る群から選択される材料で作られることを特徴とする請求項１に記載の構成要素。
【請求項４】
チャンバ壁であることを特徴とする請求項１に記載の構成要素。
【請求項５】
チャンバ壁、チャンバライナー、ガス分配板、ガス・リング、基台、誘電窓、静電チャックおよびプラズマフォーカスリングから成る群から選択される少なくとも１つの構成要素であることを特徴とする請求項１に記載の構成要素。
【請求項６】
前記被膜は約０．００１インチから約０．１インチの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の構成要素。
【請求項７】
前記下地の表面と前記被膜の間に少なくとも１つの中間層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の構成要素。
【請求項８】
前記被膜は、被膜上のポリマー堆積物の付着性を促進するのに効果的な算術平均表面粗さ（Ｒａ）を有することを特徴とする請求項１に記載の構成要素。
【請求項９】
前記被膜は、約１２０ミクロインチから約２５０ミクロインチの算術平均表面粗さ（Ｒａ）を有することを特徴とする請求項８に記載の構成要素。
【請求項１０】
半導体処理装置のチャンバ壁であって、
表面を含む陽極酸化されたアルミニウムと、
前記表面上に直接配置されたイットリアから本質的に成る溶射被膜とを備え、
前記溶射被膜は、構成要素の最も外側の面を含むことを特徴とする半導体処理装置のチャンバ壁。
【請求項１１】
前記被膜は、ポリマー堆積物の付着性を促進する算術平均表面粗さ（Ｒａ）を有することを特徴とする請求項１０に記載のチャンバ壁。
【請求項１２】
プラズマ・エッチング反応器であって、
少なくとも１つの構成要素を備え、前記構成要素は、
表面を含む下地と、
前記表面上に配置されたイットリアから本質的に成る溶射皮膜とを備え、
前記溶射皮膜は、構成要素の最も外側の面を含むことを特徴とするプラズマ・エッチング反応器。
【請求項１３】
前記下地の表面は陽極酸化されたアルミニウムであり、前記被膜は、前記被膜と前記下地の表面との間に他の材料の中間層が配置されることなく前記下地の表面上に直接あることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ・エッチング反応器。
【請求項１４】
前記構成要素は、チャンバ壁および高周波エネルギーを誘導によって反応器内に結合するプラズマ発生源を備えるプラズマ・エッチング反応器であることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ・エッチング反応器。
【請求項１５】
前記被膜は、被膜上のポリマー堆積物の付着性を促進するのに効果的な算術平均表面粗さ（Ｒａ）を有することを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ・エッチング反応器。
【請求項１６】
半導体処理装置の構成要素の製造方法であって、
イットリアから本質的に成る皮膜を溶射によって下地の表面上に施すことを含み、前記皮膜が前記構成要素の最も外側の面を含むことを含む半導体処理装置の構成要素の製造方法。
【請求項１７】
前記被膜は前記下地の表面上に直接施されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記下地の表面は、陽極酸化されたアルミニウム、アルミナおよび石英から成る群から選択される材料で作られることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記被膜は、ポリマー堆積物の付着性を促進するのに効果的な算術平均表面粗さ（Ｒａ）を有するように形成されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
半導体基板のエッチング方法であって、
表面を有する下地と、前記表面上に配置されたイットリアから本質的に成り構成要素の最も外側の面を含む溶射被膜とを備えた少なくとも１つの構成要素を含むプラズマ・エッチング反応器のチャンバ内に半導体基板を置くことと、
前記室内に処理用ガスを導入することと、
前記処理用ガスからプラズマを発生することと、
前記半導体基板を前記プラズマでエッチングすることとを含み、
前記被膜はエッチング時に前記プラズマにさらされることを特徴とする半導体基板のエッチング方法。
【請求項２１】
前記プラズマは、高周波エネルギーを誘導によってチャンバ内に結合することによって発生されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記半導体基板は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコン、窒化珪素、酸窒化珪素、ケイ化物、二酸化珪素、低ｋ材料および高ｋ材料から成る群から選択される少なくとも１つのシリコン含有材料を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記半導体基板は、アルミニウム、アルミニウム合金、タングステン、タングステン合金、チタン、チタン合金、タンタル、タンタル合金、白金、白金合金、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、コバルトおよび／またはモリブデンのケイ化物、強誘電体材料およびＧＭＲ材料から成る群から選択される少なくとも１つの金属含有材料を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記被膜は、エッチング時に被膜上のポリマー堆積物の付着性を促進する算術平均表面粗さ（Ｒａ）を有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
プラズマ・エッチング反応器内で半導体ウェーハをエッチングする際に前記プラズマ・エッチング反応器のチャンバ内の構成要素の浸食による半導体ウェーハの汚染を低減する方法であって、
所定材料を含んで構成され表面を有する下地と、前記表面上に配置されたイットリアから本質的に成り構成要素の最も外側の面を含む溶射被膜とを備えた少なくとも１つの構成要素を含むプラズマ・エッチング反応器のチャンバ内に半導体基板を置くことと、
前記下地材料に対して浸食性がある処理用ガスを前記室内に導入することと、
前記処理用ガスからプラズマを発生することと、
前記被膜を前記プラズマにさらしながら前記半導体基板を前記プラズマでエッチングすることとを含み、
前記被膜は、エッチング時の下地材料およびイットリアによる半導体ウェーハの汚染を最小限に抑えることを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記下地はアルミニウムまたはその合金を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
イットリアによる半導体ウェーハの汚染レベルが１０１０原子／ｃｍ２未満であることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記構成要素の表面は陽極酸化されたアルミニウムであり、前記被膜は陽極酸化されたアルミニウム上に直接あることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記半導体ウェーハは少なくとも１つのシリコン含有材料を含み、前記処理用ガスはフッ素を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記シリコン含有材料は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコン、窒化珪素、酸窒化珪素、珪素化合物、二酸化珪素、低ｋ材料および高ｋ材料から成る群から選択されることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記半導体ウェーハは少なくとも１つの金属含有材料を含み、前記処理用ガスはＢＣｌ３を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記金属含有材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、タングステン、タングステン合金、チタン、チタン合金、タンタル、タンタル合金、白金、白金合金、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、コバルトおよび／またはモリブデンのケイ化物、強誘電体材料およびＧＭＲ材料から成る群から選択されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記半導体ウェーハは珪素を含み、前記処理用ガスは臭素を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
前記処理用ガスはＢＣｌ３を含み、前記被膜はエッチング時にプラズマによって浸食されないことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体物質処理装置のための構成要素に関する。この構成要素は、半導体物質処理時に半導体物質の汚染を低減することができる材料で形成されている。本発明はまた、この構成要素の製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体物質処理の分野において、基板上の物質のエッチングおよび基板上への物質の化学気相堆積（ＣＶＤ）を行うために真空処理チャンバが使用される。処理用ガスを処理チャンバに流入させ、同時に処理用ガスに高周波（ＲＦ）場を提供して処理用ガスのプラズマを発生させる。このプラズマは、ウェーハ上において選択された物質について所期のエッチングまたは堆積を行う。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）とも呼ばれる平行板の電磁結合型プラズマ（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ）（ＴＣＰ（商標））、および電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）反応器およびその部品の例が、米国特許第４３４０４６２号、第４９４８４５８号、第５２００２３２号および第５８２０７２３号に開示されている。
【０００３】
たとえば米国特許第５２６２０２９号および第５８３８５２９号に開示されているように、半導体基板の処理中に、基板は一般に基板ホルダによって真空チャンバ内に支持される。様々なガス供給システムにより処理用ガスを真空室に供給することができる。
【０００４】
プラズマチャンバ装置の他に、半導体基板の処理において使用される他の機器として、搬送機構、ライナー、昇降機構、ロード・ロック、ドア機構、ロボット・アーム、留め具などがあげられる。
【０００５】
プラズマは、エッチングにより物質を除去し、または基板上に物質を体積するために使用される。プラズマ・エッチングの条件は、プラズマにさらされた処理チャンバの表面に対してイオンによる著しい衝撃を与え得る。このイオン衝撃（ｉｏｎ  ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）は、プラズマの化学作用および／またはエッチングの副生成物と相まって、処理チャンバのプラズマにさらされた面の著しい浸食、腐食および腐食−浸食を生ずる可能性がある。結果として、表面物質は、浸食、腐食および／または腐食−浸食を含む物理的および／または化学的攻撃によって取り除かれる。この攻撃が、短い部品寿命、消耗費用の増加、パーティクル汚染、ウェーハ上における遷移金属汚染および工程のふらつき（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｄｒｉｆｔ）を含んだ問題を引き起こす。
【０００６】
これらの問題を鑑みて、プラズマ処理チャンバは、処理中のウェーハ上にプラズマを閉じ込める円板部、円環部および円筒部などの部品を備えるように設計されてきた。しかしながら、これらの部品はプラズマによる攻撃を絶えず受け、その結果、最終的には浸食されるか、ポリマーが堆積することになる。結局のところ、これらの部品はこのような磨耗をこうむるのでそれ以上使用することができない。相対的に短い寿命の部品は一般に「消耗品」と呼ばれる。消耗部品の寿命が短いと、維持費が高い。消耗品およびその他の部品の浸食はプラズマ処理チャンバ内の汚染を引き起こす。
【０００７】
このような反応器内におけるプラズマ環境の浸食的および腐食的性質ならびにパーティクルおよび／または金属による汚染を最小限にする必要性の理由から、消耗品やその他部品を含めて、十分に高い耐浸食性および耐腐食性を有する装置部品が望まれる。各部品は、プラズマ環境で耐腐食性と耐浸食性を与える材料で形成されている。たとえば、米国特許第５７９８０１６号、第５９１１８５２号、第６１２３７９１号および第６３５２６１１号を参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４３４０４６２号
【特許文献２】米国特許第４９４８４５８号
【特許文献３】米国特許第５２００２３２号
【特許文献４】米国特許第５８２０７２３号
【特許文献５】米国特許第５２６２０２９号
【特許文献６】米国特許第５８３８５２９号
【特許文献７】米国特許第５７９８０１６号
【特許文献８】米国特許第５９１１８５２号
【特許文献９】米国特許第６１２３７９１号
【特許文献１０】米国特許第６３５２６１１号
【特許文献１１】米国特許第５８２４６０５号
【特許文献１２】米国特許第６０４８７９８号
【特許文献１３】米国特許第５８６３３７６号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｐａｗｌｏｗｓｋｉ著、「Ｔｈｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｐｒａｙ  Ｃｏａｔｉｎｇ」、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ、（１９９５年）
【発明の概要】
【００１０】
本発明の他の目的は、プラズマ処理環境において物理的および／または化学的攻撃に対する耐摩耗性の向上をもたらすことができる材料で作られた半導体処理装置の構成要素（部品）を提供することにある。この構成要素は、金属およびパーティクルに関する低レベルの汚染を実現することができる。
【００１１】
本発明による半導体処理装置の構成要素の例示的実施形態は、表面を含む下地および前記表面上の溶射されたイットリウム酸化物（イットリア）含有被膜を備える。この被膜はこの構成要素の最も外側の面を含む。
【００１２】
本発明による半導体処理装置の構成要素の製造方法の例示的実施形態は、溶射によって前記構成要素の表面上にイットリア含有被膜を形成することを含む。この被膜は構成要素の最も外側の面を含む。
【００１３】
好ましい実施形態において、下地の面上に溶射されたイットリア含有被膜を直接形成することができる。
【００１４】
さらに、本発明は、上記のイットリア含有構成要素の少なくとも１つを含む半導体処理装置を提供する。
【００１５】
本発明は、添付の図面を参照し以下の詳細な説明を読めば容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のプラズマ溶射法を示す図である。
【図２】本発明の例示的実施形態によるプラズマ・エッチング装置用ガス・リングの断面図である。
【図３】本発明による構成要素の例示的実施形態を含むエッチングチャンバの図である。
【図４】本発明による構成要素の例示的実施形態を含む別のエッチングチャンバの図である。
【図５】本発明による保護被膜の例示的実施形態の図である。
【図６】本発明による保護被膜の別の例示的実施形態の図である。
【図７】本発明によるイットリア含有被膜でコーティングされた酸化物ウェーハおよびむき出しのシリコン・ウェーハの汚染レベルおよびコーティングされてない場合の汚染レベルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、半導体物質処理装置で使用するために適した構成要素（部品）を提供する。この構成要素は、処理時に半導体物質処理装置で発生するプラズマによる物理的および化学的攻撃に関して耐摩耗性をもたらすことができる。本明細書で使用されているように、「耐摩耗性」の用語には、これに限定するものではないが、浸食、腐食および／または腐食−浸食に対する耐性が含まれる。
【００１８】
この構成要素は、イットリウム酸化物（イットリア）含有被膜を備える。このイットリア含有被膜は、半導体を処理する装置内のプラズマによる化学的および／または物理的攻撃に対する耐性を外側表面に与える。
【００１９】
さらに、本発明は、プラズマ環境にある構成要素の耐摩耗性を向上するイットリア含有被膜を備える構成要素を製造する方法を提供する。
【００２０】
当業者は、様々な半導体物質を処理するのに有効な様々な処理装置にこの耐摩耗性材料を適用することができることを了解するであろう。さらに、この耐摩耗性材料は、この処理装置内の様々な構成要素に適用することができる。このような例示的な構成要素として、これに限定するものではないが、たとえば、チャンバ壁、基板サポート、シャワーヘッド、バッフル（邪魔板）、リング（円環部）、ノズル等を含むガス分配システム、留め具、発熱素子、プラズマ・スクリーン、ライナー、ロボット・アームなどの搬送モジュール部品、留め具、チャンバ内外壁など、プラズマチャンバおよび／または真空チャンバの各部品があげられる。
【００２１】
このイットリア含有材料は、本質的にイットリアから成ることが好ましい。イットリア含有材料を含む１つまたは複数の構成要素が組み込まれた装置で処理された半導体材料の汚染を最小限にするために、イットリア含有材料はできるだけ純粋にすること、たとえば、遷移金属、アルカリ金属などの汚染の可能性がある元素の含有量を最小限にすることが望ましい。たとえば、イットリア含有被膜は、１０１０原子／ｃｍ２以上の、好ましくは１０５原子／ｃｍ２以上のウェーハ上汚染を避けるために十分な純度にすることができる。イットリア含有材料は、少なくとも約９９％の高い純度を有することが好ましく、約９９．９５％から約１００％の純度がより好ましい。
【００２２】
このイットリア含有被膜は、下地（ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）との高い結合強度を提供することができる。イットリア含有被膜は、約２０００ｐｓｉから約７０００ｐｓｉの引っ張り結合強度を有することが好ましい。
【００２３】
イットリア含有被膜は、攻撃的雰囲気と下地との接触を最小限にし、それゆえ引き続いて起こる、攻撃的雰囲気による下地の腐食、浸食および／または腐食−浸食による物理的および／または化学的攻撃を最小限にするために有利な低レベルの多孔度レベル（ｐｏｒｏｓｉｔｙ  ｌｅｖｅｌ）を提供することができる。イットリア含有被膜は、多孔度が１５体積％未満であることが好ましく、約３体積％未満であることがより好ましく、約１体積％未満であることが最も好ましい。
【００２４】
さらに、イットリア含有被膜は、浸食されにくい高い硬度をもたらすことができる。セラミック材料は、約２００から約８００の硬度（ＨＶＯ３）を有することが好ましい。
【００２５】
イットリア含有被膜は、好ましくは約１０％から約１００％、より好ましくは約９５％超が立方晶である結晶構造を有する。
【００２６】
イットリア含有被膜は、純白からダークグレー／黒の範囲の色を有することができる。この被膜は、白色が好ましい。
【００２７】
イットリア含有被膜は、たとえば、プラズマエッチングチャンバなどの半導体処理装置で使用するための所望の耐摩耗性を与えることができる。特に、イットリア含有被膜は、プラズマ反応チャンバ内のイオンにより引き起こされる浸食およびそれに伴うレベルのパーティクル汚染を低減することができる表面を形成する。イットリア含有被膜は、下地をプラズマによる物理的および化学的な両方の攻撃から保護することができる。
【００２８】
この耐摩耗性被膜は、エッチング、堆積、ならびにその他の用途のための種々の異なったプラズマ雰囲気で使用することができる。代表的なエッチングの化学物質としては、これに限定するものではないがＣｌ２、ＨＣｌおよびＢＣｌ３などの塩素含有ガス、これに限定するものではないがＢｒ２およびＨＢｒなどの臭素含有ガス、これに限定するものではないがＯ２、Ｈ２ＯおよびＳＯ２などの酸素含有ガス、これに限定するものではないがＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、ＮＦ３、ＣＨ３Ｆ、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３およびＳＦ６などのフッ素含有ガス、およびこれに限定するものではないがＨｅ、ＡｒおよびＮ２などの不活性ガス等があげられる。これらのガスおよびその他のガスは、要求されるプラズマに応じて適当に組み合わせて使用されうる。エッチングの化学物質の代表的な最大流量は、Ｃｌ２；２００ｓｃｃｍ、ＨＣｌ；１００ｓｃｃｍ、ＢＣｌ３；２００ｓｃｃｍ、ＨＢｒ；２００ｓｃｃｍ、Ｏ２；２０ｓｃｃｍ、Ｈ２Ｏ；１００ｓｃｃｍ、ＳＯ２；２００ｓｃｃｍ、ＣＦ４；２００ｓｃｃｍ、ＣＨ２Ｆ２；１００ｓｃｃｍ、ＣＨ３Ｆ；１００ｓｃｃｍ、Ｃ２Ｆ６；１００ｓｃｃｍ、ＣＨＦ３；１００ｓｃｃｍ、ＳＦ６；２００ｓｃｃｍ、Ｈｅ；２００ｓｃｃｍ、Ａｒ；２００ｓｃｃｍ、およびＮ２；２００ｓｃｃｍである。種々の処理用ガスの適切な流量は、これに限定するものではないがプラズマ反応器のタイプ、電力設定、チャンバ圧力、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、および処理用ガスが使用されるエッチング・プロセスの特定の工程などの要因に基づいて選択することができる。
【００２９】
高密度プラズマ反応器用の例示的なプラズマ・エッチング反応器のエッチング動作条件は以下の通りである。基板温度は約０℃から約７０℃、チャンバ圧力は約０ｍＴｏｒｒから約１００ｍＴｏｒｒ、ガス流量は約１０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍ、およびプラズマ発生電力は０ワット超から約１５００ワット、典型的には約２００ワットから約８００ワットである。最も適切な電力は、プラズマ反応器内でエッチングされるウェーハのタイプに依存する。
【００３０】
イットリア含有被膜を備える構成要素は、半導体プラズマ・エッチング工程でシリコン含有材料および金属含有材料をエッチングする半導体処理装置のエッチングチャンバにおいて使用することができる。たとえば、このようなエッチングチャンバにおいてエッチングすることができるシリコン含有材料としては、これに限定するものではないが、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコン、窒化珪素、酸窒化珪素、ケイ化物、二酸化珪素、低ｋ材料および高ｋ材料があげられる。シリコン含有材料は、ドーピングされても、されなくてもよく、かつ／または、アニーリングされても、されなくてもよい。
【００３１】
エッチングすることができる導電性または半導電性の金属含有材料としては、これに限定するものではないが、アルミニウム、アルミニウム合金、タングステン、タングステン合金、チタン、チタン合金、タンタル、タンタル合金、白金、白金合金、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、コバルトおよび／またはモリブデンのケイ化物、ケイ化白金および酸化ルテニウムなどの強誘電体材料、窒化タンタル、ケイ化クロムおよびＮｉＦｅＣｏ合金などのＧＭＲ材料があげられる。
【００３２】
イットリア含有被膜は、溶射法によって下地上に形成することが好ましい。溶射法では、セラミック粉末が溶融され、溶射中の構成要素に向けられているガス流に混合される。溶射法の利点は、構成要素の溶射ガンに面した側だけコーティングすることができることであり、その他の面はマスキングを用いて溶射を防ぐことができる。プラズマ溶射を含め、従来の溶射法が、Ｐａｗｌｏｗｓｋｉ著、「Ｔｈｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｐｒａｙ  Ｃｏａｔｉｎｇ」、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ、１９９５年に記述されている。この記述は参照により全体が本明細書に組み込まれている。溶射イットリア含有被膜は、コーティングが可能な適当な形をしていればどんな下地にでも形成することができる。
【００３３】
特に好ましい溶射法はプラズマ溶射である。プラズマ溶射は、チャンバの入り組んだ内面およびチャンバのその他の構成要素でもコーティングすることができる。図１は代表的なプラズマ溶射プロセスを示す。通常は粉末１１２の形態のコーティング原料が、通常は外部の粉末ポート１３２を経由して高温プラズマ火炎１１４内に注入される。この粉末は急激に加熱されて高速度に加速される。高温の原料が下地表面１１６上に衝突し、急激に冷却されて被膜１１８を形成する。
【００３４】
プラズマ溶射ガン１２０は陽極１２２と陰極１２４を備えており、その両方とも水で冷却される。プラズマ・ガス１２６（たとえば、アルゴン、窒素、水素、ヘリウム）が、陰極のまわりを一般に矢印１２８で示される方向に流れ、陽極の絞りノズルを通る。このプラズマは、局部的なイオン化を引き起こし、陰極１２４と陽極１２２の間にＤＣアークのための導電性の経路を形成させる高電圧放電によって開始される。アークからの抵抗加熱によってガスのプラズマ形成が引き起こされる。このプラズマは自由プラズマ火炎または中性プラズマ火炎（すなわち、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。プラズマが安定化され溶射の準備ができると、電気アークがノズル下方に延びる。粉末１１２が急激に加熱され加速されるので、ノズル先端と下地表面の間の噴霧距離１３６は１２５から１５０ｍｍ程度になる可能性がある。プラズマ溶射被膜は、下地表面１１６に衝突する溶融されたまたは熱軟化した粒子によって生成される。
【００３５】
溶射されたイットリア含有被膜は、被膜の付着性を促進するために前もって下地表面を処理しまたは処理せずに、好ましい下地材料上に直接形成することができ、かつ／または下地上の被膜の付着性を向上するために前もって中間被膜を下地上に形成してまたは形成しないで形成することができる。たとえば、イットリア含有被膜は、下地表面を処理せずにまたは中間被膜を使用せずに陽極酸化されたアルミニウム、アルミナまたは石英の下地に直接施すことができる。好ましい実施形態においては、イットリア含有被膜は、下地を処理せずかつ／または中間被膜を形成せずに基板に対する好適な付着性を与える。したがって、イットリア含有被膜は、このような付加的な事前の工程を実施せずに下地に施すことができるので、このような付加的工程に対してもたらされるコーティング工程の費用の増加、複雑性および／または完成時間の増加を避けることができる。
【００３６】
下地上にイットリア含有被膜を形成する前に、コーティングされる下地表面を洗浄して、酸化物またはグリースなどの望ましくない表面物質を除去することが好ましい。いくつかの実施形態においては、洗浄および粒子吹き付けなどの表面処理方法を用いて化学的および物理的により活性な、被膜接合のための面を形成することができる。一方、上記ほど好ましくはないが、コーティングする前にグリットブラスチングなどの任意の適当な方法により下地の表面を粗面化することができる。下地の粗面化は被膜の接合に利用できる表面積を増加させ、このことが被膜の結合強度を増加させる。下地表面の粗い断面形状により被膜の下地への機械的固定や連結を促進することもできる。
【００３７】
アルミニウム反応器の構成要素の場合は、コーティングされる構成要素の表面をコーティング前に陽極酸化されることが好ましいが、陽極酸化された表面は粗面化しない方が好ましい。陽極化酸化された層は、追加された、すなわちコーティングによってもたらされた保護に加えて、下にあるアルミニウム材料による腐食性の攻撃に対するバリアも形成している。６０６１−Ｔ６アルミニウムなどのアルミニウム下地上に形成された陽極酸化されたアルミニウム層は任意の適切な厚さを有することができる。たとえば、陽極酸化されたアルミニウム層の厚さは、一般に約２ミルから約１０ミルの範囲にすることができる。陽極酸化されたアルミニウム層の表面は任意の適当などんな仕上げにすることもできる。たとえば、表面仕上げは約２０ミクロインチから約１００ミクロインチの表面粗さを有することができる。この陽極酸化された層は、沸騰している脱イオン水を使用するなどの任意の適当な方法で封止することができる。
【００３８】
溶射イットリア含有被膜は、混入物の被膜への付着を促進するために有効な所望の表面粗さ特性を有することができる。この混入物としては、金属エッチング工程などのプラズマ・エッチング工程時のポリマー形成種（通常は過フッ化炭化水素）の使用に起因するポリマー堆積物をあげることができる。参照により全体が本明細書に組み込まれている同時係属の米国特許出願第０９／７４９９１７号に記載されているように、このようなポリマー堆積物はエッチング工程時に室表面からはがれ落ちるかまたは剥離し、室内の基板に混入する。繰り返されるプラズマ処理サイクル中に生ずる熱サイクルがこの問題を悪化させる。
【００３９】
溶射イットリア含有被膜は、プラズマ反応器内の下地処理時に生成されたポリマー副生成物の付着性を向上するのに適した表面粗さ値（Ｒａ）を有することができる。たとえば、溶射イットリア含有被膜の算術平均表面粗さ（Ｒａ）は、約５ミクロインチから約４００ミクロインチの範囲にすることができ、約１２０ミクロインチから約２５０ミクロインチの範囲が好ましい。この範囲の表面粗さ値は、金属エッチングなどのプラズマ・エッチング工程時に反応チャンバの内部表面上へのポリマー堆積物の付着を促進する。したがって、溶射イットリア含有被膜は構成要素上のこのようなポリマー堆積物の付着性を向上することができ、これによってポリマー堆積物の汚染の発生を低減することができる。
【００４０】
しかしながら、いくつかの好ましい実施形態においては、溶射イットリア含有被膜を平滑にすることができる。たとえば、シリコンのエッチング工程においては、かなりの堆積物がチャンバ表面上に形成しやすい。このような工程に対して、被膜上への堆積物の付着を促進するために溶射イットリア含有被膜が粗い表面を有することは望ましいことではない。さらに平滑な表面は比較的洗浄が容易である。
【００４１】
いくつかの好ましい実施形態においては、イットリア含有被膜を備えた構成要素が高密度プラズマ反応器内で使用される。この種の模範的反応器は、カリフォルニア州フリーモント市のＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社から入手可能なＴＣＰ９４００（商標）プラズマ・エッチング反応器である。このＴＣＰ９４００（商標）反応器においては、処理用ガス（Ｃｌ２、ＨＢｒ、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、Ｏ２、Ｎ２、Ａｒ、ＳＦ６およびＮＦ３等）はエッチングチャンバの底部に配置されたガス・リング内に導かれ、その後、ガス孔を通って反応室内に導かれる。図２はＴＣＰ９４００（商標）エッチング反応器用ガス・リングを示している。図２に示されるように、ガス・リング４０の本体が基板サポート４４を囲んでいる。ガス・リング４０の底面は円環形のガス案内溝６０を含んでいる。前記のガス孔５０はこのガス案内溝６０内に延びている。
【００４２】
ガス・リング４０は一般にアルミニウムで構成されている。ガス・リングの上部表面はプラズマに直接さらされ、そのため浸食、腐食および／または腐食−浸食を受ける。これらの表面を保護するために、ガス・リングは一般にアルミニウム酸化物層で覆われる。たとえば、シリコンのエッチングの用途では、フッ素含有雰囲気が、陽極酸化されたアルミニウムを攻撃することによって「茶色の微粉」であるフッ化アルミニウムを生成する可能性がある。金属のエッチングの用途では、陽極酸化されたアルミニウムが三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）によるエッチングで取り去られ、構成要素の腐食を招く。さらに、陽極酸化されたアルミニウムは比較的脆く、使用中に反応器の熱サイクルを繰り返す間に割れを発生する可能性がある。陽極酸化された層内に生じた割れによって腐食性の処理用ガスが下にあるアルミニウム層を攻撃することが可能になり、部品寿命を短くし、ウェーハ、フラット・パネル表示基板などの処理された基板の金属および微粒子汚染の一因となる。
【００４３】
例示的な実施形態において、ガス・リングの露出した表面は、イットリア含有材料の被膜４２で覆うことができる。この被膜をむき出しの（本来の酸化物表面膜を備えているまたは備えていない）アルミニウム基板またはアルミニウム酸化物層（たとえば、陽極酸化された表面を有するアルミニウム）の上に形成することができる。ガス・リングをコーティングする場合、被膜が一部ガス孔内に侵入してガス・リングの内壁をコーティングし、これを保護することは許容できるが、ただし、開口部を遮ってはならない。別法として、ガス孔をコーティングしないことも可能であり、たとえば、コーティング工程時にガス孔に栓をするまたはガス孔を覆い隠すことが可能である。
【００４４】
処理中にプラズマにさらされる可能性があるこのＴＣＰ９４００（商標）反応器の他の構成要素もまたイットリア含有被膜でコーティングすることができる。これらの構成要素としては、たとえば、チャンバ壁、チャンバライナー、チャック装置および基板に対向する誘電窓がある。静電チャックなどのチャック装置の上部面上にイットリア含有被膜を設けることにより、ウェーハが存在せず、そのためチャック装置の上部面が直接プラズマにさらされる洗浄サイクル時においてチャック装置を更に保護することができる。
【００４５】
本発明によるイットリア含有被膜を備えることができる他の例示的なポリシリコン・エッチング反応器は、図３に示すように、同様にカリフォルニア州フリーモント市のＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社から入手可能なＶｅｒｓｙｓ（商標）ポリシリコン・エッチング装置または２３００（商標）エッチング装置である。この反応器は、静電チャック１５４を含む基板サポート１５２を含んでいる反応チャンバ１５０を備えており、この静電チャック１５４はその上に取り付けられた基板（図示してない）に締め付け力を与える。フォーカスリング１７０が静電チャック１５４周辺の基板サポート１５２上に取り付けられている。この基板サポート１５２は、基板ＲＦバイアスを印加するために使用することもできる。この基板はヘリウムなどの伝熱ガスを用いて背面冷却することもできる。この２３００（商標）エッチング装置において、処理用ガス（たとえば、Ｃｌ２、ＨＢｒ、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、Ｏ２、Ｎ２、Ａｒ、ＳＦ６またはＮＦ３のうちの１つまたは複数）は、チャンバ１５０の上面に配置され、ガス・フィード１５６に連結されたガス・インジェクタ１６８を経由して室１５０内に導入され。ガス・インジェクタ１６８は一般に石英またはアルミナなどのセラミック材料で作られている。図に示すように、誘導コイル１５８は適当な高周波（ＲＦ）源（図示してない）により電力を供給して高密度（たとえば、１０１１〜１０１２イオン／ｃｍ３）プラズマを供給することができる。この誘導コイル１５８は、誘電窓１６０を通して高周波（ＲＦ）エネルギーをチャンバ１５０の内部に結合する。誘電窓１６０は一般に石英またはアルミナで作られている。この誘電窓１６０は環状部材１６２上に据えられた状態で示されている。この環状部材１６２は、誘電窓１６０とチャンバ１５０の上面の間隔をあけており、「ガス分配板」と呼ばれている。チャンバのライナー１６４が基板サポート１５２を囲んでいる。このチャンバ１５０は、チャンバの内部を所期の圧力に保持するための適切な真空ポンピング装置（図示してない）も備えている。
【００４６】
図３において、環状部材１６２、誘電窓１６０、基板サポート１５２、チャンバライナー１６４、ガス・インジェクタ１６８、フォーカスリング１７０および静電チャック１５４などの選択された反応器構成要素の内面が、本発明によるイットリア含有被膜１６６でコーティングされた状態で示されている。図３に示すように、チャンバ１５０の選択された内面およびチャンバライナー１６４の下の基板サポート１５２にもイットリア含有被膜１６６を設けることができる。これらの面のいずれかまたはすべて、ならびにその他任意の反応器内面にイットリア含有被膜を設けることができる。
【００４７】
この構成要素は、高密度酸化物エッチング法で使用することができる。例示的な酸化物エッチング反応器は、カリフォルニア州フリーモント市のＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社から入手可能なＴＣＰ９１００（商標）プラズマ・エッチング反応器である。このＴＣＰ９１００（商標）反応器では、ガス分配板は、半導体ウェーハ上部の、これと平行な平面上にある反応器の上面における真空封止面でもあるＴＣＰ（商標）窓の直下に配置された円形のプレートである。このガス分配板は、ガス分配板の周辺に配置されたガス分配リングに対して封止されている。ガス分配リングは、ガス分配板、ＲＦエネルギーを反応器内に供給する平らなスパイラルコイルの形のアンテナの下にある窓の内面およびガス分配リングにより境界が定められる容積内にガス供給源からのガスを供給する。ガス分配板は、板を通って延びる所定の直径の複数の孔を含んでいる。ガス分配板全体の孔の空間的な分布は、エッチングされる層、たとえば、フォトレジスト層、二酸化ケイ素層およびウェーハ上の基層などの層のエッチングの均一性を最適化するように変えることができる。ガス分配板の断面形状を変えて反応器内プラズマへのＲＦ電力の分配を操作することができる。このガス分配板は、ガス分配板を通してＲＦ電力を反応器内に結合することを可能にする誘電材料である。さらに、破損および結果として生じるそれに関連したパーティクルの発生を避けるために、このガス分配板の材料が、酸素、ハロゲンまたはハイドロフルオロカーボンのガス・プラズマなどの環境で化学的スパッタ・エッチングに対して非常に耐性があることが望ましい。
【００４８】
図４は、前記タイプのプラズマ反応器を示している。この反応器は反応チャンバ１０を備えている。基板ホルダ１２が、基板１３に締め付け力およびＲＦバイアスを与える静電チャック３４を含んでいる。この基板はヘリウムなどの伝熱ガスを用いて背面冷却することができる。フォーカスリング１４が基板上部の領域にプラズマを閉じ込めている。高密度プラズマを供給するために適当なＲＦ源により電力を供給されるアンテナなどのチャンバ内の高密度（たとえば、１０１１〜１０１２イオン／ｃｍ３）プラズマを維持するためのエネルギー源が反応チャンバ１０の上面に配置されている。この反応チャンバは、チャンバの内部を所期の圧力（たとえば、５０ミリトル以下、一般には１〜２０ミリトル）に保持するための真空ポンピング装置を備えている。
【００４９】
実質的に平面の誘電窓２０がアンテナ１８と処理チャンバ１０の内部の間に設けられ、処理チャンバ１０の上面において真空壁を形成している。ガス分配板２２が誘電窓２０の下に設けられ、ガス供給２３から処理チャンバ１０へ送られる処理用ガスを分配する開口部を備えている。円錐状のライナーまたは円筒状のライナーなどのライナー３０がガス分配板２２から延び、基板ホルダ１２を囲んでいる。アンテナ１８には、入口および出口導管２５，２６を経由して温度制御流体を流す経路２４を設けることができる。しかしながら、アンテナ１８および／または窓２０は冷却する必要がないか、さもなければ、アンテナおよび窓の上にガスを吹き付ける、冷却流体を通過させる、または窓および／またはガス分配板と伝熱接触するなどの他の適切な方法によって冷却することができる。
【００５０】
運転時においては、半導体ウェーハなどの基板が基板ホルダ１２の上に位置し静電チャック３４によって所定箇所に保持される。しかしながら、機械的な締め付け機構などの他の締め付け手段を使用することもできる。さらに、基板とチャックとの間の熱移動を向上するためにヘリウムによる背面冷却を用いることができる。処理用ガスはその後、窓２０とガス分配板２２の間の隙間を通して処理用ガスを送ることにより真空処理チャンバ１０に供給される。好適なガス分配板の構成（すなわち、シャワーヘッド）が、参照により全体がそれぞれ本明細書組み込まれている一般に認められている米国特許第５８２４６０５号、第６０４８７９８号および第５８６３３７６号に開示されている。高密度プラズマは、適切なＲＦ電力をアンテナ１８に供給することにより基板と窓の間の空間で点火される。
【００５１】
図４において、ガス分配板２２、チャンバライナー３０、静電チャック３４およびプラズマフォーカスリング１４などの反応器構成要素のさらされる内面は、イットリア含有被膜３２でコーティングされる。しかしながら、これらの面、および／またはその他の面のうち選択された面だけをイットリア含有被膜でコーティングすることができる。
【００５２】
上記の高密度ポリシリコンおよび誘電エッチングチャンバが、各部品を組み込むことができるプラズマ・エッチング反応器の例示的実施形態に過ぎないことを当業者は了解するであろう。イットリア含有被膜を備える部品は、プラズマにより引き起こされた浸食、腐食および／または腐食−浸食およびそれに伴う汚染の低減が望まれるあらゆるエッチング反応器（たとえば、金属製エッチング反応器）または他のタイプの半導体処理装置で使用することができる。
【００５３】
イットリア含有被膜を設けることができる他の例示的部品として、これに限定するものではないがチャンバ壁、基板ホルダ、留め具などがあげられる。これらの部品は一般に金属（たとえば、アルミニウム）またはセラミック（たとえば、アルミナ）から作られ、一般にプラズマにさらされてしばしば浸食、腐食および／または腐食−浸食の兆候を示す。イットリア含有被膜で被覆することができるその他の部品はプラズマに直接さらされる必要はないが、代わりに処理されたウェーハなどから放出されるガスなどの腐食性ガスにさらされる可能性がある。したがって、半導体基板の処理において使用される他の機器にイットリア含有被膜を設けることもできる。このような機器として搬送機構、ガス供給システム、ライナー、昇降機構、ロード・ロック、ドア機構、ロボット・アーム、留め具などをあげることができる。
【００５４】
好ましい実施形態では、イットリア含有被膜が金属構成要素上に設けられている。上記のように、アルミニウムおよびアルミニウム合金を含め、陽極酸化されたまたは陽極酸化されてないアルミニウム・ベースの材料、たとえば、６０６１−Ｔ６アルミニウムは、イットリア含有被膜でコーティングすることができる。コーティングすることのできる他の例示的金属材料として、これに限定するものではないがステンレス鋼および耐熱性金属、たとえば、３０４および３０６ステンレス鋼があげられる。イットリア含有被膜は構成要素の上に耐摩耗性被膜を形成するので、下にある構成要素はプラズマへの直接的曝露から保護される。したがって金属製構成要素は、プラズマによる浸食、腐食および／または腐食−浸食の攻撃から保護することができる。その結果、合金の追加、結晶粒組織または表面状態を気にせずにアルミニウム合金などの金属製材料を使用することができる。
【００５５】
さらに、種々のセラミックまたはポリマー材料をイットリア含有被膜でコーティングすることができる。特に、反応器部構成要素は、これに限定するものではないが、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）および／または窒化ホウ素（ＢＮ）を含むセラミック材料から作ることができる。コーティングすることができるポリマー材料は、プラズマ反応器内に存在する高温条件に耐えられるものであることが好ましい。
【００５６】
必要であれば、コーティングされた構成要素の表面とイットリア含有被膜の間に１つまたは複数の中間層を設けることができる。図５は、例示的な好ましい実施形態によるコーティングされた構成要素を示す。任意選択で第１の中間被膜８０が、従来の手法によって下地７０上にコーティングされている。この任意選択の第１の中間被膜８０は下地に付着するのに十分な厚さであり、かつ任意選択の第２の中間被膜９０、またはイットリア含有被膜１００を形成する前にさらにこの第１の中間被膜を処理することを可能にするのに十分な厚さである。第１の中間被膜８０および第２の中間被膜９０は、これらの望ましい性質をもたらす任意の適切な厚さを有することができる。これらの被膜は少なくとも約０．００１インチ、好ましくは約０．００１から約０．２５インチ、より好ましくは約０．００１から約０．１５インチ、最も好ましくは約０．００１から約０．０５インチの厚さを有することができる。
【００５７】
任意選択の第１の中間被膜８０を反応器構成要素７０上に被着させた後、第１の中間被膜は任意の適切な方法を用いて粗面化するなどの処理を施し、その後任意選択の第２の中間被膜９０、またはイットリア含有被膜１００でコーティングすることができる。粗面化された第１の中間被膜８０は、その後に施される被膜に対する特に良好な結合をもたらす。第２の中間被膜９０は、第１の中間被膜８０に高い機械的圧縮強度を付与し、第２の中間被膜９０内の亀裂の生成を低減することが望ましい。
【００５８】
第２の中間被膜９０は、第１の中間被膜８０に付着するのに十分な厚さであり、かつ任意の追加の中間被膜、またはイットリア含有被膜１００を形成する前にこの第２の中間被膜を処理することを可能にするのに十分な厚さである。この第２の中間被膜９０は、粗面化するなどの処理を施すことができる。第２の中間被膜９０は、これらの望ましい性質をもたらす任意の適切な厚さ、たとえば、少なくとも約０．００１インチ、好ましくは約０．００１から約０．２５インチ、より好ましくは約０．００１から約０．１５インチ、最も好ましくは約０．００１から約０．０５インチの厚さを有することができる。
【００５９】
第１および第２の中間被膜は、半導体プラズマ処理室で使用するのに適したどのような金属、セラミックおよびポリマー材料で作ることもできる。使用することができる特に望ましい材料としては、これに限定するものではないが、高い処理温度に耐えられる耐火金属があげられる。好ましいセラミックとしては、これに限定するものではないがＡｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｂ４Ｃ、ＡｌＮ、ＴｉＯ２およびこれらの混合物があげられる。好ましいポリマーとしては、これに限定するものではないがポリテトラフルオロエチレンおよびポリイミド類などのフルオロポリマーがあげられる。
【００６０】
各中間被膜は、めっき（たとえば、無電解めっきまたは電気めっき）、スパッタリング、浸漬コーティング、化学気相堆積法、物理気相堆積法、電着堆積法、熱間静水圧圧縮成形、冷間静水圧圧縮成形、圧縮成形、鋳造、成形および焼結、および溶射（たとえば、プラズマ溶射）などの任意の適切な被着手法により施すことができる。
【００６１】
任意選択の第１の中間被膜８０および第２の中間被膜９０は、それらの所望の性質に応じてお互いに同じ組成を有することもまたは異なる組成を有することもできる。必要であれば、同一材料または異なる材料の第３、第４または第５の中間被膜などのその他の中間被膜をイットリア含有被膜と下地の間に設けることもできる。
【００６２】
図６は、イットリア含有被膜の別の模範的実施形態を示す。この実施形態において、構成要素７０の外側の面であるイットリア含有被膜１００は下地の上に直接被着される（すなわち、どのような中間層も形成されてない）。この実施形態および他の実施形態において、この被膜１００は任意の適当な厚さを有することができる。イットリア含有被膜１００は、少なくとも下にある下地を覆うのに十分な最小限の厚さを有して耐摩耗性を実現し、イットリア含有被膜がプラズマ雰囲気にさらされた場合に、下にある下地を物理的および化学的攻撃から保護する。特に、この被膜１００は、約０．００１インチから約１インチ、好ましくは約０．００１インチから約０．５インチ、より好ましくは約０．００１インチから約０．１インチ、最も好ましくは約０．０１インチから約０．１インチの範囲の厚さを有することができる。この厚さは他の実施形態で使用することもできる。イットリア含有被膜の厚さは、反応器で遭遇するプラズマ環境（たとえば、エッチング、ＣＶＤなど）に対応するように選択することができる。
【００６３】
イットリア含有被膜は反応チャンバおよび各構成要素のすべてまたは一部に設けることができる。好ましい実施形態では、被膜は、プラズマと直接接触する部分、またはライナーなどのチャンバ構成要素の後に配置される部分などの、プラズマ環境にさらされる反応チャンバの領域上に設けられる。さらに、このイットリア含有被膜は、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）をかけられる反応チャンバの領域に設けられることが好ましい。
【００６４】
イットリア含有被膜を施すことにより、利点が実現される。すなわち、イットリア含有被膜はすべてのプラズマ化学作用に対して使用することができる。この被膜は、陽極酸化されたアルミニウムに対して非常に浸食性があるフッ素含有およびＢＣｌ３含有雰囲気で使用するのに有利である。このような雰囲気でイットリア含有被膜を使用することにより、プラズマ反応チャンバ内で浸食速度の大幅な低減を達成することができる。
【００６５】
プラズマ環境中で耐浸食性の表面を形成する場合のイットリア含有被膜の有効性を実証するために試験を行った。３つの陽極酸化された６０６１−Ｔ６アルミニウムの切取り片および陽極酸化された６０６１−Ｔ６アルミニウム切取り片の表面上に溶射イットリア含有被膜を形成することによってそれぞれ作成された３つの切取り片をプラズマ反応チャンバ内のチャンバ壁に取り付けた。イットリア含有被膜はイットリアが約９９．９５重量％の組成を有する。切取り片はそれぞれ直径が１インチ、厚さが０．３７５インチである。各切取り片はチャンバ壁に取り付けられた。プラズマはＣｌ２およびＢＣｌ３を含む処理用ガスから等しい流量で発生され、チャンバの内部は６ミリトルの圧力に設定された。むき出しのシリコン・ウェーハが反応チャンバ内でエッチングされた。各切取り片は合計で約９０ＲＦ時間試験を行った。
【００６６】
試験後に、黄色の微粉が反応室に染み込んでいた。この微粉はＥＤＳ分析を用いて分析し、主にホウ素、酸素および塩素を含んでいることがわかった。
【００６７】
分析天秤を使用して各切取り片を評価して切取り片の質量損失を求め、また浸食速度の推定値についても評価して求めた。イットリア含有被膜の無い陽極酸化された６０６１−Ｔ６アルミニウムの切取り片は、損失が約１５ｍｇから２０ｍｇであることが求められた。したがって、処理用ガスはこれらのコーティングされてない切取り片に対して非常に浸食性がある。
【００６８】
これと対照的に、イットリア含有被膜を有する３つの切取り片は、被膜上への微粉の蓄積により重量が増加した。３つのコーティングされた切取り片の重量増加は約０．８ｍｇから約１．２ｍｇの範囲であった。３つのコーティングされた切取り片の重量増加速度は約０．００９ｍｇ／ＲＦ時間から約０．０１３ｍｇ／ＲＦ時間の範囲であった。
【００６９】
浸食速度の推定に関して、著しい重量損失によって証明されたように、イットリア含有被膜の無い陽極酸化された６０６１−Ｔ６アルミニウムの切取り片は著しく浸食していた。これらの切取り片は、約２０Å／ＲＦ分から２７Å／ＲＦ分の平均推定浸食速度を有することが求められた。対照的に、イットリア含有被膜を有する３つの切取り片は浸食されなかった。
【００７０】
さらに、アルミニウム構成要素はフッ素による攻撃から保護されるため、コーティングされた構成要素がプラズマ反応チャンバ内のフッ素含有処理用ガス雰囲気中で使用される場合は、イットリア含有被膜がフッ化アルミニウムの形成を最小限にすることができ、あるいは防止することさえできる。
【００７１】
本質的にイットリアから成る溶射イットリア含有被膜を備えた構成要素をプラズマ反応チャンバ内に設けることによって、プラズマ反応チャンバ内でエッチングを行うときのウェーハの汚染を低減することを実証するための試験も実施した。試験は、イットリア含有被膜で完全に内部に封入されたチャンバライナー、イットリア含有被膜でコーティングされた接地リング、イットリア含有被膜でコーティングされた接地リングねじキャップおよび反応チャンバ内の石英窓を備えた９４００ＤＦＭプラズマ反応器で実施された。
【００７２】
反応チャンバは、６％の水＋イソプロピルアルコールによる湿式清浄ふき取りを含む方法、および６個の酸化物ウェーハおよび次のプロセス・パラメータ、すなわち、チャンバ圧力１５ミリトル／上部コイル電力８００ワット／底部電極電力０ワット／ＳＦ６１００ｓｃｃｍ／Ｃｌ２２０ｓｃｃｍ／Ｏ２５０ｓｃｃｍ／Ｈｅ背面冷却圧力８トル／エッチング時間３００秒、を用いる湿式清浄回収方法により準備した。反応チャンバのコンディショニングは、１０個のむき出しのシリコン・ウェーハを使用し、以下のプロセス・パラメータで行った。すなわち、ブレークスルーエッチングは、チャンバ圧力４ミリトル／上部コイル電力６００ワット／底部電極電力６５ワット／ＨＢｒ１００ｓｃｃｍ／エッチング時間１０秒、およびメイン・エッチングは、チャンバ圧力６ミリトル／上部コイル電力３５０ワット／底部電極電力２０ワット／ＨＢｒ８０ｓｃｃｍ／エッチング時間６５秒、およびオーバー・エッチングは、室圧力８０ミリトル／上部コイル電力３５０ワット／底部電極電力７５ワット／ＨＢｒ１５０ｓｃｃｍ／Ｈｅ１５０ｓｃｃｍ／Ｏ２５ｓｃｃｍ／エッチング時間９０秒である。ウェーハごとにウェーハ無しの高圧自動洗浄法を使用した。
【００７３】
ウェーハの汚染は以下の方法で測定した。ＡｌｋÅ熱酸化物ウェーハは以下のプロセス・パラメータでエッチングした。すなわち、ブレークスルーエッチングは、チャンバ圧力４ミリトル／上部コイル電力６００ワット／底部電極電力６５ワット／ＨＢｒ１００ｓｃｃｍ／エッチング時間１０秒、およびメイン・エッチングは、チャンバ圧力６ミリトル／上部コイル電力３５０ワット／底部電極電力２０ワット／ＨＢｒ１８０ｓｃｃｍ／エッチング時間６５秒、およびオーバー・エッチングは、チャンバ圧力８０ミリトル／上部コイル電力３５０ワット／底部電極電力７５ワット／ＨＢｒ１５０ｓｃｃｍ／Ｈｅ１５０ｓｃｃｍ／Ｏ２５ｓｃｃｍ／エッチング時間９０秒である。シリコン・ウェーハは次のプロセス・パラメータ、すなわち、チャンバ圧力５ミリトル／上部コイル電力２５０ワット／底部電極電力１５０ワット／Ｃｌ２５０ｓｃｃｍ／エッチング時間１２０秒を用いてエッチングした。エッチングの後、ＩＣＰ−ＭＳを用いて熱酸化物ウェーハおよび主要シリコン・ウェーハの汚染を分析した。
【００７４】
熱酸化物ウェーハおよびむき出しのシリコン・ウェーハが反応チャンバ内に置かれ、イットリア含有被膜を備える構成要素が反応チャンバ内にある場合と無い場合について上記のプロセス・パラメータを使用してエッチングされた。反応チャンバ内にイットリア含有被膜を含まない構成要素に関する試験の間は、反応チャンバ内の構成要素のかなりの量の陽極酸化されたアルミニウムが試験中にプラズマにさらされた。エッチングに続いて、各ウェーハについてＡｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＮａおよびＹの表面濃度が１０１０原子／ｃｍ２単位で測定された。反応チャンバ内に入れられなかった制御酸化物ウェーハも分析されて、エッチングされたウェーハについて測定された汚染レベルが反応チャンバから発生したものであることが確認された。
【００７５】
図７は、ウェーハの汚染分析の結果を示す。「コーティングされた」とは、反応チャンバ内にイットリアでコーティングされた構成要素が存在していたことを意味し、「コーティングされてない」とは、イットリアでコーティングされた構成要素が存在していなかったことを意味する。同一のウェーハのタイプ、すなわち、熱酸化物ウェーハとむき出しのシリコン・ウェーハの試験結果を比較すると、試験結果では、元素ごとのベースで、イットリアでコーティングされた構成要素を含む反応チャンバの結果は、プラズマにさらされた陽極酸化されたアルミニウム表面を構成要素上に含む反応チャンバの場合よりも著しく低いことが示されている。たとえば、「コーティングされてない」むき出しのシリコン・ウェーハについて測定されたアルミニウム濃度は約８７×１０１０原子／ｃｍ２であり、一方、「コーティングされた」むき出しのシリコン・ウェーハについて測定されたアルミニウム濃度は約１２×１０１０原子／ｃｍ２であった。また、「コーティングされてない」むき出しのシリコン・ウェーハについて測定されたクロム濃度は約７×１０１０原子／ｃｍ２であり、一方、「コーティングされた」むき出しのシリコン・ウェーハについて測定されたクロム濃度は、測定装置の検出限界である約１０９原子／ｃｍ２であった。熱酸化物ウェーハの場合は、１０１０原子／ｃｍ２単位で以下の結果、Ａｌ：「コーティングされてない」２０００、「コーティングされた」４８０、Ｃｕ：「コーティングされてない」１５、「コーティングされた」４、Ｆｅ：「コーティングされてない」７２、「コーティングされた」２８０、Ｎｉ：「コーティングされてない」１０、「コーティングされた」２が得られた。試験の後で、試験中にＦｅ汚染源が存在していて、これがウェーハ中のＦｅレベルを増加させたことが確認された。
【００７６】
図７にも示すように、イットリアのレベルはテストしたウェーハすべてに対して有意でなかった。むき出しのシリコン・ウェーハの場合、測定装置の検出限界以上のイットリアは全く検出されなかった。この結果はプラズマ環境におけるイットリア含有被膜の強靭な性質を実証している。その結果、イットリア含有被膜は非常に低いレベルのウェーハ上イットリア汚染を達成することができる。
【００７７】
したがって、上記のテスト結果によれば、プラズマ環境にさらされた構成要素の浸食速度の著しい低減をイットリア含有被膜により達成することができることが実証されている。結果として、イットリア含有被膜は、イットリアならびにイットリアでコーティングされた部品を形成するその他の元素による、プラズマ・エッチング反応器内に含まれた半導体基板の汚染を最小限にすることができる。
【００７８】
イットリア含有被膜は極度に硬い、耐摩耗性の表面を提供することができる。このような被膜は処理チャンバガスと反応する物質が無くかつ化学的に不活性で、そのため微粒子汚染が少ないか全く無く、腐食が最小であるか全く無く、金属汚染が最小であるか全く無くかつ／または揮発性のエッチング生成物が最小であるか全く無いことが望ましい。それゆえ、イットリア含有被膜は、金属および微粒子の汚染のレベルを減少させ、消耗品の寿命を増加させて費用を下げ、工程のふらつきを減少させ、室部品および下地の腐食レベルを低減することができる。
【００７９】
本発明の特定の実施形態について詳細に述べたが、当業者には、添付の請求項の範囲を逸脱することなく数多の変形および変更形態が可能であり、同等のものを用いることができることが明白であろう。
【図１】
2010283361.tif 000002
【図２】
2010283361.tif 000003
【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8月4日(2010.8.4)
【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】
半導体処理装置の構成要素であって、
封止された陽極酸化表面を有するアルミニウム材料のアルミニウム下地と、
溶射被膜とを備え、前記被膜は、前記被膜と前記下地の前記封止された陽極酸化表面との間に他の材料の中間層が存在することなく前記封止された陽極酸化表面の上に配置された本質的にイットリアからなるものであり、
前記構成要素は、ガス分配板、ガス・リング、基台、静電チャックおよびプラズマフォーカスリングからなる群から選択された構成要素であることを特徴とする構成要素。
【請求項２】
前記被膜は、２０００ｐｓｉから７０００ｐｓｉの結合強度、約０．００１インチから約０．１インチの厚さを有し、かつ、前記被膜は、被膜上のポリマー堆積物の付着性を促進するのに効果的な算術平均表面粗さ（Ｒａ）を有することを特徴とする請求項１に記載の構成要素。
【請求項３】
前記被膜は、約１２０ミクロインチから約２５０ミクロインチの算術平均表面粗さ（Ｒａ）を有することを特徴とする請求項２に記載の構成要素。
【請求項４】
半導体処理装置のチャンバ壁であって、
封止された陽極酸化表面を有するアルミニウム材料の陽極酸化されたアルミニウム下地と、
前記封止された陽極酸化表面上に直接配置された本質的にイットリアからなる溶射被膜とを備え、
前記被膜は、当該チャンバ壁の最も外側の面を形成し、前記被膜は、２０００ｐｓｉから７０００ｐｓｉの結合強度、約０．００１インチから約０．１インチの厚さを有し、かつ、前記被膜は、被膜上のポリマー堆積物の付着性を促進するのに効果的な算術平均表面粗さ（Ｒａ）を有することを特徴とする半導体処理装置のチャンバ壁。
【請求項５】
プラズマ・エッチング反応器であって、
少なくとも１つの構成要素を備え、前記構成要素は、
封止された陽極酸化表面を有するアルミニウム材料のアルミニウム下地と、
溶射皮膜とを備え、前記溶射被膜は、前記溶射被膜と前記下地の前記封止された陽極酸化表面との間に他の材料の中間層が存在することなく前記封止された陽極酸化表面の上に直接配置された本質的にイットリアからなるものであり、前記皮膜は、構成要素の最も外側の面を形成し、
前記構成要素は、ガス分配板、ガス・リング、基台、静電チャックおよびプラズマフォーカスリングからなる群から選択された構成要素であることを特徴とするプラズマ・エッチング反応器。
【請求項６】
前記プラズマ・エッチング反応器は、高周波エネルギーを誘導によって前記反応器内に結合するプラズマ発生源を含むことを特徴とする請求項５に記載のプラズマ・エッチング反応器。
【請求項７】
前記被膜は、前記被膜上のポリマー堆積物の付着性を促進するのに効果的な算術平均表面粗さ（Ｒａ）を有することを特徴とする請求項５に記載のプラズマ・エッチング反応器。
【請求項８】
半導体処理装置の構成要素の製造方法であって、
本質的にイットリアからなる被膜を溶射によってアルミニウム材料のアルミニウム下地の封止された陽極酸化表面上に施すことを含み、前記被膜が前記構成要素の最も外側の面を含み、前記被膜と前記下地の前記封止された陽極酸化表面との間に他の材料の中間層が存在せず、前記構成要素は、ガス分配板、ガス・リング、基台、静電チャックおよびプラズマフォーカスリングからなる群から選択された構成要素である半導体処理装置の構成要素の製造方法。
【請求項９】
アルミニウム表面は、陽極酸化および前記封止された陽極酸化表面の形成のための封止の前にグリットブラスチングによって粗面化され、前記被膜は、ポリマー堆積物の付着性を促進するのに効果的な算術平均表面粗さ（Ｒａ）を有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
プラズマ・エッチング反応器内で半導体ウェーハをエッチングする際に前記プラズマ・エッチング反応器のチャンバ内の構成要素の浸食による半導体ウェーハの汚染を低減する方法であって、
封止された陽極酸化表面を有するアルミニウム材料のアルミニウム下地と、前記封止された陽極酸化表面上に直接配置された本質的にイットリアからなる溶射被膜とを含む少なくとも１つの構成要素であって前記皮膜が当該構成要素の最も外側の面を形成するものを備えるプラズマ・エッチング反応器のチャンバ内に半導体ウェーハを置くことと、
アルミニウムに対して浸食性がある処理用ガスを前記チャンバ内に導入することと、
前記処理用ガスからプラズマを発生することと、
前記被膜を前記プラズマにさらしながら前記半導体ウェーハを前記プラズマでエッチングすることとを含み、
前記被膜は、エッチング時のアルミニウムおよびイットリアによる前記半導体ウェーハの汚染を最小限に抑え、前記構成要素は、ガス分配板、ガス・リング、基台、静電チャックおよびプラズマフォーカスリングからなる群から選択された構成要素であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
イットリアによる半導体ウェーハの汚染レベルが１０１０原子／ｃｍ２未満であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記半導体ウェーハは少なくとも１つのシリコン含有材料を含み、前記処理用ガスはフッ素又は臭素を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記半導体ウェーハは少なくとも１つの金属含有材料を含み、前記処理用ガスはＢＣｌ３を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【外国語明細書】
2010283361000001.pdf