(57)【要約】      （修正有）【課題】ハロゲン含有プラズマへのエロージョン耐性を示し、被膜表面上でのプラズマアーク放電の可能性を低下させる被膜の提供。【解決手段】約５５〜８０モル％の濃度の酸化イットリウムと、約５〜２５モル％の濃度の酸化ジルコニウムと、約５〜２５モル％の濃度の酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化スカンジウム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される少なくとも1つの他の酸化物とから成る群から選択されるを含む少なくとも３つの前駆体酸化物から形成されるスパッタリングターゲットからスパッタ堆積され、前記前駆体材料酸化物の総モル％は１００モル％を超えず、純粋なＹ２Ｏ３と同等又はそれよりも低いフッ素含有プラズマ内でのエロージョン耐性を示す。【選択図】図２
2014159637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理装置内で使用される物品の表面上に皮膜を塗布し、これによってハロゲン含有プラズマへのエロージョン耐性を示し、前記皮膜表面上でのプラズマアーク放電の可能性を低下させる皮膜を提供する方法であって、
前記皮膜は、
約５５モル％〜約８０モル％の範囲の濃度の酸化イットリウムと、
約５モル％〜約２５モル％の範囲の濃度の酸化ジルコニウムと、
約５モル％〜約２５モル％の範囲の濃度の酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化スカンジウム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される少なくとも１つの他の酸化物とから成る群から選択されるを含む少なくとも３つの前駆体酸化物から形成されるスパッタリングターゲットからスパッタ堆積され、前記前駆体材料酸化物の総モル％は１００モル％を超えず、
純粋なＹ２Ｏ３と同等又はそれよりも低いフッ素含有プラズマ内でのエロージョン耐性を示すスパッタ堆積された皮膜を提供し、
１０００Ｖで測定された電気抵抗率が、約１００℃の温度で約１０１５Ω・ｃｍ以下、約２００℃で１０１３Ω・ｃｍ以下を示すスパッタ堆積された皮膜を提供する方法。
【請求項２】
前記スパッタリングターゲットは、約４５モル％〜約８０モル％の範囲で存在する酸化イットリウムと、約５モル％〜約２５モル％の範囲で存在する酸化ジルコニウムと、約５モル％〜約２５モル％の範囲で存在する酸化ニオブを含む前駆体酸化物から形成され、前記前駆体材料酸化物の総モル％は１００モル％を超えない請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記スパッタリングターゲットは、約５５モル％〜約８０モル％の範囲で存在する酸化イットリウムと、約５モル％〜約２５モル％の範囲で存在する酸化ジルコニウムと、約５モル％〜約２５モル％の範囲で存在する酸化ネオジムを含む前駆体酸化物から形成され、前記前駆体材料酸化物の総モル％は１００モル％を超えない請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記スパッタリングターゲットは、約５５モル％〜約８０モル％の範囲で存在する酸化イットリウムと、約５モル％〜約２５モル％の範囲で存在する酸化ジルコニウムと、約５モル％〜約２５モル％の範囲で存在する酸化スカンジウムを含む前駆体酸化物から形成され、前記前駆体材料酸化物の総モル％は１００モル％を超えない請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記スパッタリングターゲットは、約５５モル％〜約８０モル％の範囲で存在する酸化イットリウムと、約５モル％〜約２５モル％の範囲で存在する酸化ジルコニウムと、約５モル％〜約２５モル％の範囲で存在する酸化ハフニウムを含む前駆体酸化物から形成され、前記前駆体材料酸化物の総モル％は１００モル％を超えない請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記スパッタリングターゲットは、約５５モル％〜約８０モル％の範囲で存在する酸化イットリウムと、約５モル％〜約２５モル％の範囲で存在する酸化ジルコニウムと、約５モル％〜約２５モル％の範囲で存在する酸化アルミニウムを含む前駆体酸化物から形成され、前記前駆体材料酸化物の総モル％は１００モル％を超えない請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記スパッタリングターゲットは、約６０モル％〜約６５モル％の範囲で存在する酸化イットリウムと、約２０モル％〜約２５モル％の範囲で存在する酸化ジルコニウムと、約１０モル％〜約１５モル％の範囲で存在する酸化アルミニウムを含む前駆体酸化物から形成される請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記スパッタリングターゲットは、ｃ−Ｙ２Ｏ３が溶媒、Ｚｒ２Ｏ３が溶質である立方晶イットリア型結晶構造を有する約６０モル％の固溶体と、ＺｒＯ２が溶媒、Ｙ２Ｏ３が溶質であるホタル石タイプの結晶構造を有する約２モル％の固溶体と、約３８モル％のＹＡＭ（Ｙ４Ａｌ２Ｏ９）化合物とを含有するセラミックス材料を含む請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、２００４年７月２２日に出願された現在係属中のジェニファー・Ｙ・サン（Ｊ
ｅｎｎｉｆｅｒ  Ｙ．Ｓｕｎ）らによる出願第１０／８９８１１３号「Ｃｌｅａｎ  Ｄｅ
ｎｓｅ  Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ  Ｓｅｍ
ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ」及び２００７年４月２７日に出願された現
在係属中のジェニファー・Ｙ・サンらによる出願番号第１１／７９６２１０号「Ｍｅｔｈ
ｏｄ  ｏｆ  Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  Ｔｈｅ  Ｅｒｏｓｉｏｎ  Ｒａｔｅ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｅｘｐｏｓｅｄ  Ｔｏ
Ｈａｌｏｇｅｎ−Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｐｌａｓｍａｓ」の一部継続出願である。本
願は、本願と共通する発明者要件を有する一連の出願にも関連する。以下に記載の追加の
関連出願は全て、半導体処理装置において有用なプラズマ耐性表面を提供する酸化イット
リウム含有セラミックの使用に関する。追加の関連出願には、２００７年４月２７日に出
願された現在係属中のサンらによる第１１／７９６２１１号「Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ａ
ｐｐａｒａｔｕｓ  Ｗｈｉｃｈ  Ｒｅｄｕｃｅ  Ｔｈｅ  Ｅｒｏｓｉｏｎ  Ｒａｔｅ  Ｏ
ｆ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ  Ｅｘｐｏｓｅｄ  Ｔｏ  Ｈａｌｏｇｅｎ−Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ
Ｐｌａｓｍａｓ」、２００４年８月１３日に出願された現在係属中のサンらによる米国
特許出願第１０／９１８２３２号「Ｇａｓ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｐｌａｔｅ  Ｆ
ａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｆｒｏｍ  Ａ  Ｓｏｌｉｄ  Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ−Ｃｏｍ
ｐｒｉｓｉｎｇ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」及び２００２年２月１４日に出願されたサンらに
よる米国特許出願第１０／０７５９６７号「Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ  Ｂａｓｅｄ  
Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｆｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＩＣ  Ｐｒｏ
ｃｅｓｓｉｎｇ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｃｈａｍｂｅｒｓ」（２００４年８月１７日に米国特許
第６７７６８７３号として発行）が含まれる。上記の出願の分割及び継続出願である追加
の関連出願には、２００６年１１月１０日に出願された現在係属中であり米国特許出願第
１０／８９８１１３号の分割出願であるワン（Ｗａｎｇ）らによる米国特許出願第１１／
５９５４８４号「Ｃｌｅａｎｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｕｓｅｄ  Ｉｎ  Ｒｅｍｏｖｉｎｇ
Ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ  Ｆｒｏｍ  Ｔｈｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｏｆ  Ａｎ  Ｏｘｉ
ｄｅ  ｏｒ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ  Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  ａ  Ｇｒｏｕｐ  ＩＩＩ  Ｍｅ
ｔａｌ」及び２００６年１１月３日に出願された現在係属中であり且つ米国特許出願第１
０／９１８２３２号の分割出願であるワンらによる米国特許出願第１１／５９２９０５号
「Ｃｌｅａｎｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｕｓｅｄ  Ｉｎ  Ｒｅｍｏｖｉｎｇ  Ｃｏｎｔａｍ
ｉｎａｎｔｓ  Ｆｒｏｍ  Ａ  Ｓｏｌｉｄ  Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ−Ｃｏｎｔａｉ
ｎｉｎｇ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」が含まれる。これらの特許及び出願全ての主題は、参照
により本願に組み込まれる。
【背景】
【０００２】
１．分野
本発明の実施形態は、半導体処理装置内に存在する類のプラズマへの耐性が高い、主に
固溶体セラミックを含む特殊酸化イットリウム含有セラミックの溶射被覆方法に関する。
【０００３】
２．背景技術
この項では、本発明の開示の実施形態に関連した背景の主題について説明する。この項
で論じる背景技術が法的に従来技術を構成すると表明又は含意する意図はない。
【０００４】
コロージョン耐性（エロージョンを含む）は、腐食性の環境が存在する半導体処理チャ
ンバにおいて使用される装置部品及びライナにとって欠くことのできない特性である。腐
食性のプラズマは、プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）及び物理気相蒸着（ＰＶＤ）を
含む大多数の半導体処理環境に存在しているが、最も腐食性が高いプラズマ環境は、処理
装置の清浄化に使用されるもの及び半導体基板のエッチングに使用されるものである。こ
れは高エネルギーのプラズマが存在し、この高エネルギーのプラズマが、その環境内の部
品の表面に作用する化学反応性を併せ持つ場合に特に当てはまる。装置の部品表面又は処
理チャンバライナ表面への化学反応性の低さは、例えプラズマが存在していなくても、腐
食性ガスが処理装置表面と接触する場合の重要な特性である。
【０００５】
電子デバイス及び微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）の作製に使用される処理チャンバ
内に存在する処理チャンバライナ及び部品装置は、アルミニウム及びアルミニウム合金か
ら構成されることが多い。処理チャンバ及び部品装置（チャンバ内に存在）の表面を陽極
酸化させることにより、腐食性の環境からある程度保護することが多い。しかしながら、
陽極酸化層の完全性はアルミニウム又はアルミニウム合金中の不純物によって劣化する場
合があり、コロージョンが早期に始まり、保護皮膜の寿命は短くなる。酸化アルミニウム
のプラズマ耐性は、その他のセラミック材料と比較すると確実なものではない。このため
、様々な組成のセラミック皮膜が、上記の酸化アルミニウム層の代わりに使用されており
、場合によっては、陽極酸化層の表面上に使用することにより、その下のアルミニウム系
材料をより高く保護する。
【０００６】
酸化イットリウムは、半導体デバイスの作製に使用される類のハロゲン含有プラズマに
曝露されるアルミニウム及びアルミニウム合金表面の保護において極めて将来性があると
判明している材料である。酸化イットリウム皮膜を使用し高純度アルミニウム合金処理チ
ャンバ表面又は処理部品表面の陽極酸化表面上に適用することにより、コロージョンから
高く保護している（例えば、上記のサンらによる米国特許第６７７７８７３号）。
【０００７】
高いコロージョン耐性及び絶縁性を必要とするチャンバの内壁表面及びチャンバ内の部
材の露出面上にはＡｌ２Ｏ３の又はＡｌ２Ｏ３とＹ２Ｏ３との膜が形成される。模範的な
応用例において、チャンバの母材はセラミック材料（Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＡＩＮ等）
、アルミニウム、ステンレススチール、その他の金属又は金属合金であり、母材上に溶射
膜を有する。この膜は、周期表のＩＩＩ−Ｂ元素の化合物（Ｙ２Ｏ３等）から形成するこ
とができる。この膜は、実質的にＡｌ２Ｏ３及びＹ２Ｏ３から成る複合酸化物を含む。イ
ットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）の溶射膜を使用することもできる。溶
射皮膜の典型的な厚さは約５０μｍ〜３００μｍである。
【発明の概要】
【０００８】
ハロゲン含有プラズマを使用する半導体処理条件下でコロージョンに耐える特殊焼結セ
ラミック材料が開発された。この特殊材料は、半導体処理装置でこれまで使用されていた
焼結セラミック材料より改善されたプラズマ耐性と目的に沿った機械的性質を有するよう
に改質されている。この焼結セラミック材料の電気的特性は、材料の電気抵抗特性（プラ
ズマ処理チャンバにおいて影響がある）が重要なチャンバ部品の要件を満たすように調節
されている。これらの電気抵抗特性要件は、以前は低プラズマ耐性を示す材料によってし
か満たされないものであった。本発明の特殊材料（様々な組み合わせのプラズマ耐性、機
械的性質及び電気抵抗特性が得られる）は、これまで使用されていた半導体処理装置の材
料に十分類似している。類似した電気的特性の１つの利点は、半導体デバイスの作製にお
いて現在使用されているプロセスレシピ又は一般的な処理条件を変更する必要がないこと
である。
【０００９】
本発明の焼結セラミック材料は、酸化イットリウム系固溶体を含む。一実施形態におい
て、この酸化イットリウム含有焼結セラミック材料の電気抵抗率は変化させられる。ある
例示的な実施形態の技法においては、その他の酸化物を酸化イットリウムに添加し、その
混合物を焼結する。このその他の酸化物の正イオンは、Ｙ空格子点を形成して電気抵抗率
の低下をもたらす、Ｙ３＋イオンとは異なる価数を有する。このようなその他の酸化物の
例には、例えばであって限定するものではないが、ＣｅＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｈｆ
Ｏ２及びＮｂ２Ｏ５が含まれる。別の例示的な実施形態の技法においては、その他の酸化
物を酸化イットリウムに添加し、その混合物を焼結する。このその他の酸化物の正イオン
はＹ３＋イオンと同じ価数を示すが、Ｙ３＋イオンとは著しく異なるイオン半径を有する
。前駆体混合物を還元雰囲気中で焼結するとＯ空格子点が生じ、電気抵抗率も低下する。
Ｙ３＋イオンと同じ価数を示すが著しく異なるイオン半径を有する酸化物の例には、例え
ばであって限定するものではないが、Ｎｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３
、Ｅｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３及びＤｙ２Ｏ３が含まれる。
【００１０】
イットリウム含有焼結セラミックに典型的なものより低い抵抗率を必要とする半導体処
理チャンバの主要な部品の１つが静電チャックである。静電チャックの設計者は、静電チ
ャックでのプラズマアーク放電の可能性を低下させるためには、静電チャックの誘電体表
面の抵抗率を半導体処理条件下で約１０９〜１０１１Ω・ｃｍの範囲内におさめることを
推奨している。この抵抗率の範囲は、約１０−９〜１０−７Ｓ／ｍの範囲内の導電率に相
当する。これは、例えば１０−１３Ｓ／ｍの導電率を示すバルクＳｉ３Ｎ４よりもかなり
低い抵抗率である。プラズマアーク放電が問題となり得るその他のコロージョン耐性表面
（昇降ピン等）の場合でも、静電チャックに要求される抵抗率の範囲内の抵抗率が有用で
ある。処理チャンバライナ等のコロージョン耐性表面の場合、抵抗率はより高く、約１０
１４Ω・ｃｍにもなる又はそれを超える場合もあるが、依然として許容範囲にある。
【００１１】
少なくとも１種の固溶体が、電気的に改質されたコロージョン耐性材料として有用な焼
結セラミック材料の大半のモル％を占める。固溶体を形成するのに２種類の酸化物を使用
する場合、これらの酸化物は典型的には、別の酸化物と組み合わせた酸化イットリウムを
含み、この別の酸化物は典型的には酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化ハフニウム、
酸化ニオブ及びこれらの組み合わせから成る群から選択される。酸化スカンジウム、酸化
ネオジム、酸化サマリウム、酸化イッテルビウム、酸化エルビウム及び及び酸化セリウム
（及びその他のランタニド系元素酸化物）等のその他の酸化物の使用も、場合によっては
許容可能と見なされる。
【００１２】
３種類以上の酸化物を使用して１種以上の固溶体を形成する場合、これらの酸化物は典
型的には酸化イットリウム、酸化ジルコニウム及び少なくとも１種のその他の酸化物を含
み、この酸化物は典型的には酸化ハフニウム、酸化スカンジウム、酸化ネオジム、酸化ニ
オブ、酸化サマリウム、酸化イッテルビウム、酸化エルビウム、酸化セリウム及びこれら
の組み合わせから成る群から選択される。その他のランタニド系元素の使用も特定の場合
に可能である。焼結セラミックが複数の固溶体相を含む場合、典型的には２つ又は３つの
相がある。少なくとも１つの固溶体相に加えて、化合物又は元素金属であるその他の相が
焼結セラミック内に存在し得る。
【００１３】
例えばであって限定するものではないが、２種類の前駆体酸化物を使用する焼結セラミ
ックに関して、約４０モル％〜１００モル％未満の範囲で酸化イットリウムが存在し且つ
０モル％より多い〜約６０モル％の範囲で酸化ジルコニウムが存在する固溶体を含む焼結
セラミックからは、室温で約１０７〜約１０１５Ω・ｃｍの範囲の抵抗率を有する焼結酸
化物が得られることが実験により確認された。同じ範囲の抵抗率が、酸化イットリウムが
０モル％より多く１００モル％未満の範囲で存在し且つ酸化セリウムが０モル％より多く
最高１０モル％未満の範囲で存在する前駆体酸化物の組み合わせから得られることが予測
される。約１０９〜約１０１１Ω・ｃｍの範囲の抵抗率もまた、酸化イットリウムが０モ
ル％より多く１００モル％未満の範囲で存在し且つ酸化ハフニウムが０モル％より多く最
高１００モル％未満の範囲で存在する前駆体酸化物の組み合わせから得られることが予測
される。約１０９〜約１０１Ω・ｃｍの範囲の抵抗率を示す焼結セラミックもまた、酸化
イットリウムが約４８モル％〜１００モル％未満の範囲で存在し且つ酸化ニオブが０％よ
り多く最高約５２モル％の範囲で存在する前駆体酸化物の組み合わせから得られることが
予測される。
【００１４】
例えばであって限定するものではないが、３種類以上の前駆体酸化物を使用する焼結セ
ラミックの場合、一実施形態において、焼結セラミックは、この焼結セラミックが固溶体
を含み且つ焼結セラミック材料が酸化物（酸化イットリウムが約４０モル％〜１００モル
％未満の範囲で存在し、酸化ジルコニウムが０モル％より多い〜約５０モル％の範囲で存
在し、酸化スカンジウムが約０モル％より多く最高１００モル％未満の範囲で存在する）
から形成される場合、約１０７〜約１０１５Ω・ｃｍの範囲の抵抗率を示す。
【００１５】
別の実施形態において、焼結セラミックは、この焼結セラミックが固溶体を含み且つ焼
結セラミック材料が酸化物（酸化イットリウムが約４０モル％〜１０モル％未満の範囲で
存在し、酸化ジルコニウムが０モル％より多い〜約５０モル％の範囲で存在し、酸化ハフ
ニウムが約０モル％より多く最高１００モル％未満で存在する場合）から形成される場合
、約１０７〜約１０１５Ω・ｃｍの範囲の電気抵抗率を示す。
【００１６】
更に別の実施形態において、焼結セラミックは、この焼結セラミックが固溶体を含み且
つ焼結セラミック材料が酸化物（酸化イットリウムが約４０モル％〜１００モル％未満の
範囲で存在し、酸化ジルコニウムが０モル％より多い〜約４５モル％の範囲で存在し、酸
化ニオブが約０モル％より多く最高８０モル％の範囲で存在する場合）から形成される場
合、約１０７〜約１０１５Ω・ｃｍの範囲の電気抵抗率を示す。
【００１７】
一実施形態において、焼結セラミック材料は３つの相を含み、これらの相にはＹ２Ｏ３
−ＺｒＯ２−Ｎｂ２Ｏ５を含む第１相固溶体（焼結セラミック材料の約６０モル％〜約９
０モル％を構成する）と、焼結セラミック材料の約５モル％〜約３０モル％を構成するＹ
３ＮｂＯ７の第２相と元素形態のＮｂの第３相（焼結セラミック材料の約１モル％〜約１
０モル％を構成する）が含まれる。
【００１８】
３つの相を含む焼結セラミック材料の別の実施形態において、酸化イットリウムは約６
０モル％〜約７５モル％の範囲で存在し、酸化ジルコニウムは約１５モル％〜約２５モル
％の範囲で存在し、酸化ニオブは約５モル％〜約１５モル％の範囲で存在する。
【００１９】
上記の類のＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＭｘＯｙ材料から形成される焼結セラミック試験片に
おいて、Ｍがスカンジウム、ハフニウム、ニオブ又はネオジムである実施形態において、
エロージョン速度は、ＣＦ４／ＣＨＦ３プラズマへの７６時間に亘る曝露後、０．１６μ
ｍ／時間以下であると実証された。同様のエロージョン速度が、Ｍがセリウム、サマリウ
ム、エルビウム又はその他のランタニド系元素である場合に予測される。プラズマは、ア
プライドマテリアルズ社から入手可能なトレンチエッチプラズマ処理チャンバ（Ｔｒｅｎ
ｃｈ  Ｅｔｃｈ  ｐｌａｓｍａ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｃｈａｍｂｅｒ）用のイネーブ
ラ（Ｅｎａｂｌｅｒ）内で生成された。プラズマ源電力は最高２０００Ｗであり、処理チ
ャンバ圧力は１０〜５００ｍＴｏｒｒであり、基板温度は４０℃であった。０．１６μｍ
／時間以下のこのエロージョン速度は、純粋なＹ２Ｏ３のエロージョン速度と同等である
。従って、焼結セラミックのエロージョン速度は、低抵抗率の焼結セラミックを得るため
の焼結セラミックの改質による影響を受けていない。
【００２０】
上記の焼結セラミック材料は、下層となる構造体の表面上に適用することができる。焼
結セラミック材料の形成に使用する酸化物の混合物は互いに反応して、溶射工程中に上記
の固溶体及びいずれの化合物を生成する。溶射工程により形成される焼結セラミックの最
終相組成は、バルク焼結工程により形成されるセラミックのものと同じである。
【００２１】
半導体処理装置は多数の異なる基板から形成されるが、半導体産業においてはアルミニ
ウムが、この材料について長い間観察されてきた性能特性から好まれている。２０００シ
リーズ又は５０００〜７０００シリーズのアルミニウム合金を処理チャンバ及び処理部品
の作製において基板として使用することが可能である。ここでアルミニウム合金は上記の
類のプラズマ耐性皮膜により保護される。被覆されたアルミニウム合金はその寿命を通し
て優れたプラズマコロージョン耐性を有し、その寿命は、本発明の皮膜で保護していない
アルミニウム合金の寿命の少なくとも２倍、最長で４倍に延びる。
【００２２】
上記の長い寿命を通してのコロージョン耐性を付与するために、皮膜を圧縮状態で配置
するのが役立つ。これは、皮膜の適用中の堆積条件を制御することにより達成される。十
分に圧縮して皮膜を配置することは、アルミニウム合金基板中の移動性の不純物が基板か
ら皮膜中に移動して皮膜に欠陥を生じさせ、皮膜の外面と接触している反応種が皮膜に穴
を開けてしまうのを防止するのに役立つ。圧縮下で皮膜を配置することにより、皮膜の密
度も上昇する。皮膜の密度が上昇することで腐食性のプラズマからの保護もより良好とな
り、また溶射膜により保護された基板の機械加工性も改善される。多孔率は、皮膜の密度
の指標である。つまり、皮膜の多孔率が低ければ低いほど、皮膜の密度は高い。多孔率は
、皮膜の総体積における空間の割合として表される。本発明の方法に従って適用される酸
化イットリウム皮膜は約１．４％の多孔率を有する。対照的に、従来法を使用して堆積さ
れた酸化イットリウム皮膜は、典型的には約３％〜約５％の範囲内の多孔率を有する。
【００２３】
適用皮膜／膜を圧縮して配置するためには、アルミニウム合金の上面を皮膜／膜の適用
中に少なくとも呼び深さにまで加熱することが必要であり、そうすると基板と皮膜との間
の界面を冷却した際に、収縮するアルミニウム合金により皮膜が圧縮して配置される。ア
ルミニウム合金の上面は少なくとも２５０ミル（０．２５インチ）の深さ及び少なくとも
約１５０〜２００℃にまで予備加熱されるべきである。基板を予備加熱する温度の上限は
基板の組成に依存しており、基板は、基板のガラス転移温度より低い温度にまで加熱され
るべきである。
【００２４】
膜／皮膜は、熱／火炎溶射、プラズマ放電溶射に加えたその他の方法を使用して適用し
てもよい。例えば、焼結バルクセラミックのターゲットをスパッタする形態の物理気相蒸
着（ＰＶＤ）及び化学気相蒸着（ＣＶＤ）も採用することができる。得られる皮膜の構造
は各ケースによって若干異なるが、当業者ならすぐさま調節して皮膜を所望の性能特性に
することが可能である。皮膜をスパッタリング又はＣＶＤにより適用する場合、適用速度
はずっと遅くなるため、皮膜を酸化アルミニウムの下層と組み合わせて使用するのが有利
である。プラズマ溶射被覆及び熱溶射被覆により、アルミニウム合金上への直接の適用で
もアルミニウム合金上の酸化アルミニウム層上への適用でも素晴らしい皮膜が得られた。
【００２５】
上述したように、プラズマ又は熱／火炎溶射皮膜は、裸のアルミニウム合金表面上に適
用してもよい。典型的には、アルミニウム合金は、アルミニウム表面の空気への曝露に起
因する天然の酸化アルミニウムの極めて薄い膜をその表面上に有している。熱／火炎溶射
又はプラズマ溶射皮膜を裸のアルミニウム合金表面又は天然の酸化物しか有していない表
面に適用するのが有利であるが、これは保護皮膜との間により良好な結合が得られるから
である。
【００２６】
被覆済みの部品を塩素種に曝露されるプラズマ処理チャンバ内で使用する場合、下層の
アルミニウム合金を腐食性の塩素プラズマからより良好に保護するために、プラズマ溶射
又は熱／火炎溶射皮膜を、アルミニウム合金表面上に意図的に形成された酸化アルミニウ
ム膜上に適用すべきである。この場合、酸化アルミニウム膜の厚さは約０．５ミル〜約４
ミルの範囲内であり、酸化アルミニウム膜の温度は、酸化イットリウム含有保護皮膜の適
用時に少なくとも約１５０〜２００℃であるべきである。保護皮膜適用時の酸化アルミニ
ウム膜の温度は、酸化アルミニウムのガラス転移温度を超えてはならない。
【００２７】
典型的には、アルミニウム合金表面を、表面の陽極酸化及び被覆前に予備的に粗面化す
る。アルミニウム合金表面は、例えばであって限定するものではないが、ビードブラスト
法、より典型的には電気化学エッチング等の技法を使用して予備的に粗面化することがで
きる。
【００２８】
改善された機械的強度を付与し且つより低い電気抵抗率をもたらし得る酸化イットリウ
ム含有保護皮膜の適用厚さは、アルミニウム合金部品又は構造体が使用中に曝露される環
境に左右される。部品又は構造体が曝露される温度が低い場合、プラズマ溶射又は熱／火
炎溶射皮膜の厚さを、膨張係数の問題を引き起こすことなく上げることが可能である。例
えば、部品又は構造体が約１５℃〜約１２０℃の熱サイクルに曝露され、保護皮膜が２０
００シリーズ又は５０００〜７０００シリーズからのアルミニウム合金（その表面上に天
然の酸化物を有する）上に熱／火炎溶射又はプラズマ溶射される場合、タイプＡセラミッ
ク材料又はタイプＢセラミック材料の酸化イットリウム含有皮膜の厚さは、約１２ミル〜
約２０ミルとなる。約１５ミルの厚さを有する皮膜は、素晴らしい結果をもたらす。厚さ
約１０ミルの薄い皮膜は、下層となる酸化アルミニウム皮膜と組み合わせて使用すること
ができる。
【００２９】
プラズマ溶射又は熱／火炎溶射で適用されたプラズマ耐性皮膜により素晴らしい結果が
得られるが、プラズマ耐性皮膜の性能を更に改良するためには、基板への適用後に皮膜を
清浄化するのが有利である。清浄化処理により、半導体処理中に問題を起こす可能性のあ
る微量の金属不純物が除去される。また、被覆済みの表面に隣接した製品（特のその製品
が半導体デバイスの場合）の処理中に汚染粒子になりやすい皮膜の表面から取れた粒子が
除去される。
【００３０】
清浄化処理により、保護皮膜の性能に影響を与えたり下層のアルミニウム合金表面に悪
影響を及ぼすことなく、望ましくない汚染物質及び堆積処理副生成物が除去される。皮膜
を清浄化している間、アルミニウム合金表面を保護するために、まず最初に皮膜に、接触
してもアルミニウム合金に悪影響を与えない不活性溶媒を含浸させる。典型的には、被覆
済みの基板を脱イオン水の超音波浴に周波数約４０ｋＨｚ（例えばであって限定するもの
ではない）で約５分〜約３０分に亘って浸漬する。引き続いて、化学的に活性な溶媒を適
用することにより、保護皮膜から汚染物質を除去する。典型的には、被覆済み基板の表面
を、希釈酸性溶液で濡らした柔らかいワイパーで約３分間〜約１５分間に亘って拭う。希
釈酸性溶液は典型的には約０．１〜約５容量％のＨＦ（より典型的には、約１〜約５容量
％）、約１〜約１５容量％のＨＮＯ３（より典型的には、約５〜約１５容量％）、約８０
〜約９９容量％の脱イオン水を含む。拭った後、次に部品を脱イオン水ですすぎ、次に脱
イオン水の超音波浴に周波数約４０ｋＨｚ（例えばであって限定するものではない）で約
３０分〜約２時間（典型的には、約４０分〜約１時間）に亘って浸漬する。
【００３１】
皮膜表面から不純物及び汚染物質を除去することに加え、希釈ＨＦ溶液での被覆済み部
品の拭き取り工程により、皮膜表面がフッ素化される。皮膜表面のフッ素化により、反応
性プラズマに不活性な堅牢で安定した皮膜が得られる。皮膜表面のフッ素化は、被覆済み
表面をプラズマ含有フッ素種に曝露することによっても得ることが可能である。
【００３２】
上述したように、本願で詳細に説明した特殊セラミック材料は、基板表面上での火炎／
熱溶射又はプラズマ溶射中に焼結される間に形成される。当該分野で既知のその他の適用
技法に加え、焼結した材料のターゲットからのスパッタリング又は基板表面への化学気相
蒸着等を使用して、様々な基板の表面にセラミック皮膜を形成することができる。このよ
うな基板には金属及びセラミック基板が含まれ、例えばアルミニウム、アルミニウム合金
、ステンレススチール、アルミナ、窒化アルミニウム及び石英が含まれるがこれらに限定
はされない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
上記の実施形態についての理解を支援するために、上記の具体的な実施形態を添付の図
面を参照しながらより詳細に説明する。しかしながら、添付の図面は典型的な実施形態の
一部しか図示しておらず、従って本願に記載の発明の範囲を限定するものとは解釈されな
いことに留意すべきである。本発明は、その他の同等に効果的な実施形態を含む。
【００３４】
【図１】様々な材料についての温度の関数としての電気抵抗率を示すグラフ１００であり、印加電圧は空気環境において１０００Ｖであった。
【図２】Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２−Ａｌ２Ｏ３の相図２００である。この相図は、その他の組成の中でもとりわけこの相図で領域Ａとして識別された特殊材料の組成を参考までに示す。タイプＡセラミック材料は、ハロゲンプラズマによるエロージョンに対して素晴らしい耐性を示すセラミック組成物である。
【図３】Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２−Ｎｂ２Ｏ５の相図３００である。この相図は、その他の組成の中でもとりわけこの相図で領域Ｂとして識別された特殊材料の組成を参考までに示す。タイプＢセラミック材料は、ハロゲンプラズマによるエロージョンに耐性を示すだけでなく、例えばタイプＡセラミック材料よりも制御された低い電気抵抗率も示すセラミック組成物である。
【図４】様々な材料についての印加電圧の関数としての電気抵抗率を示すグラフ４００であり、測定は、空気環境において室温（約２７℃）で行われた。
【図５】ＣＦ４及びＣＨＦ３ソースガスから発生したプラズマに曝露された様々な焼結セラミック材料についての、純粋な酸化イットリウムのエロージョン速度に対して正規化された模範的な平均エロージョン速度を示す棒グラフ５００である。
【図６】本願に記載の類の特殊酸化イットリウム含有皮膜の適用に有用なプラズマ溶射システムの１つのタイプの断面図６００である。
【例示的実施形態の詳細な説明】
【００３５】
詳細な説明の序文として、本明細書及び添付の請求項において、明確に指示がない限り
、単数形の冠詞には複数の指示対象が含まれることに留意すべきである。
【００３６】
本願において「約」という単語を使用する場合、これは記載の公称値が±１０％以内で
正確であることを意味すると意図している。
【００３７】
ここではハロゲン含有プラズマを使用する半導体デバイス処理条件下においてコロージ
ョン耐性を示すように開発された特殊セラミック材料について説明する。特定の実施形態
において、この特殊材料は、プラズマエロージョン耐性を付与するようにこれまでに開発
された同様のセラミック材料より低い電気抵抗率を有するように改質されている。低電気
抵抗率は、半導体処理チャンバ内の様々な部品でのプラズマアーク放電の可能性を低下さ
せるのに役立つ（例えばであって限定するものではないが、静電チャックの表面又は基板
昇降ピンでよく起こり、プラズマアーク放電がもっと問題となる）。今までは部品又は少
なくとも部品の表面を窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムから作製し、電気的特性を
付与する場合はドープを施していた。この材料により所望の電気的特性は得られたが、コ
ロージョン／エロージョン速度は比較的早く、特定の部品の有効寿命を制限し、また部品
の修理及び交換により長い休止時間を必要としていた。
【００３８】
更に、プラズマ処理半導体装置内の処理チャンバライナ及び機能部品として使用される
様々な材料の電気的特性は、プラズマの挙動に影響を与える。プラズマの挙動における変
化はプラズマ処理特性に影響を与え、その影響が大きい場合、その他の処理変数を変更し
てプラズマ挙動における変化を調整する必要がある。デバイス作製のための処理変数を再
設定するより、許容可能な電気的特性を有するエロージョン耐性セラミック材料を開発す
るほうが実際的である。許容可能なプラズマコロージョン／エロージョン特性を示すセラ
ミック材料の一部だけを改質して、プラズマと接触する部品に有用な所望の範囲内で電気
抵抗特性を制御することが可能である。本明細書を読んだ当業者なら、比較的自信をもっ
てセラミック材料を生成するための酸化物の組み合わせを選択することができるであろう
。
【００３９】
利便性により、所望の電気的特性を有する許容可能なハロゲンプラズマコロージョン／
エロージョン耐性セラミック材料の開発は、焼結セラミックの使用により行われた。焼結
セラミックは、当該分野で周知の技法により製造された。その他の実施形態において、同
じ一般組成を有する許容可能なハロゲンプラズマコロージョン／エロージョンセラミック
材料は、下層材料（アルミニウム又はアルミニウム合金等）上に皮膜として、例えば熱／
火炎溶射又はプラズマ溶射を利用して適用される。別の実施形態においては、焼結セラミ
ック材料を使用して、下層材料上への物理気相蒸着によるセラミック材料の適用に使用で
きるターゲットを作製する（特に、処理チャンバライナ等の保護セラミック材料の適用対
象である装置が大きい場合）。
【００４０】
上述したように、本発明の焼結セラミック材料は酸化イットリウムを含む。イットリウ
ム含有焼結セラミック材料の抵抗率は変化させられ得る。一例示的な技法においては、少
なくとも１種のその他の酸化物を酸化イットリウムに添加して、混合物を焼結する。この
少なくとも１種のその他の酸化物の正イオンは、Ｙ３＋イオンとは異なる価数を有してお
り、Ｙ空格子点を形成し、電気抵抗率の低下につながる。このような酸化物の例にはＣｅ
Ｏ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２及びＮｂ２Ｏ５が含まれるが、これらは例であって
限定はされない。別の例示的な技法においては、少なくとも１種のその他の酸化物を酸化
イットリウムに添加し、混合物を還元雰囲気中で焼結するが、この少なくとも１種のその
他の酸化物の正イオンは、Ｙ３＋イオンと同じ価数を示すものの、Ｙ３＋イオンとは著し
く異なるイオン半径を有する。この結果、Ｏ空格子点が生じ、電気抵抗率も抵抗する。Ｙ
３＋イオンと同じ価数を示すが著しく異なるイオン半径を有する酸化物の例には、例えば
であって限定するものではないが、Ｎｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、
Ｅｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３が含まれる。
【００４１】
半導体処理装置は多数の異なる基板から形成することができるが、半導体産業において
はアルミニウムが、この材料について長い間観察されてきた性能特性から好まれている。
２０００シリーズ又は５０００〜７０００シリーズのアルミニウム合金を処理チャンバ及
び処理部品の作製における基板として使用することが可能である。ここでアルミニウム合
金は、酸化イットリウムの結晶質固溶体を使用するタイプＡセラミック材料又はタイプＢ
セラミック材料として上述した類のプラズマ耐性皮膜により保護される。被覆されたアル
ミニウム合金はその寿命を通して優れたプラズマコロージョン耐性を有し、その寿命は、
本発明の皮膜で保護していないアルミニウム合金の寿命の少なくとも２倍、最長で４倍に
延びる。
【００４２】
上記の長い寿命を通してのコロージョン耐性を付与するために、皮膜を圧縮状態で配置
するのが役立つ。十分に圧縮して皮膜を配置することは、アルミニウム合金基板中の移動
性の不純物が基板から皮膜中に移動して皮膜に欠陥を生じさせるのを防止するのに役立つ
。圧縮下で皮膜を配置することにより、皮膜の密度も上昇する。多孔率は、皮膜の密度の
指標である。つまり、皮膜の多孔率が低ければ低いほど、皮膜の密度は高い。多孔率は、
皮膜の総体積における空間の割合として表される。本発明の方法に従って適用される酸化
イットリウム皮膜は約１．４％の多孔率を有する。対照的に、従来法を使用して堆積され
た酸化イットリウム皮膜は、典型的には約３％〜約５％の範囲内の多孔率を有する。適用
皮膜／膜を圧縮して配置するためには、アルミニウム合金基板の上面を皮膜／膜の適用中
に少なくとも呼び深さにまで加熱することが必要であり、そうすると基板と皮膜との間の
界面を冷却した際に、収縮するアルミニウム合金により皮膜が圧縮して配置される。アル
ミニウム合金の上面は少なくとも２５０ミル（０．２５インチ）の深さ及び少なくとも約
１５０〜２００℃にまで予備加熱されるべきである。基板を予備加熱する温度の上限は基
板の組成に依存しており、基板は、基板のガラス転移温度より低い温度にまで加熱される
べきである。
【００４３】
被覆済みの部品を塩素種に曝露されるプラズマ処理チャンバ内で使用する場合、下層の
アルミニウム合金を腐食性の塩素プラズマからより良好に保護するために、プラズマ溶射
又は熱／火炎溶射皮膜を、アルミニウム合金表面上に意図的に形成された酸化アルミニウ
ム膜上に適用すべきである。この場合、酸化アルミニウム膜の厚さは約０．５ミル〜約４
ミルの範囲内であり、酸化アルミニウム膜の温度は、酸化イットリウム含有保護皮膜の適
用時に少なくとも約１５０〜２００℃であるべきである。保護皮膜適用時の酸化アルミニ
ウム膜の温度は、酸化アルミニウムのガラス転移温度を超えてはならない。
【００４４】
典型的には、アルミニウム合金表面を、表面の陽極酸化及び被覆前に予備的に粗面化す
る。アルミニウム合金表面は、例えばであって限定するものではないが、ビードブラスト
法、より典型的には電気化学エッチング等の技法を使用して予備的に粗面化することがで
きる。
【００４５】
結晶質固溶体を使用する酸化イットリウム含有保護皮膜の適用厚さは、アルミニウム合
金部品又は構造体が使用中に曝露される環境に左右される。部品又は構造体が曝露される
温度が低い場合、プラズマ溶射又は熱／火炎溶射皮膜の厚さを、膨張係数の問題を引き起
こすことなく上げることが可能である。例えば、部品又は構造体が約１５℃〜約１２０℃
の熱サイクルに曝露され、保護皮膜が２０００シリーズ又は５０００〜７０００シリーズ
からのアルミニウム合金（その表面上に天然の酸化物を有する）上に熱／火炎溶射又はプ
ラズマ溶射される場合、酸化イットリウム含有皮膜の厚さは、約１２ミル〜約２０ミルと
なる。約１５ミルの厚さを有する皮膜は、素晴らしい結果をもたらす。厚さ約１０ミルの
薄い皮膜は、下層となる酸化アルミニウム皮膜と組み合わせて使用することができる。
【００４６】
熱／火炎溶射又はプラズマ溶射を使用する場合、プラズマ耐性保護皮膜の性能を更に改
良するためには、基板への適用後に皮膜を清浄化するのが有利である。清浄化処理により
、半導体処理中に問題を起こす可能性のある微量の金属不純物が除去される。また、被覆
済みの表面に隣接した製品（特のその製品が半導体デバイスの場合）の処理中に汚染粒子
になりやすい皮膜の表面から取れた粒子が除去される。
【００４７】
清浄化処理により、保護皮膜の性能に影響を与えたり下層のアルミニウム合金表面に悪
影響を及ぼすことなく、望ましくない汚染物質及び堆積処理副生成物が除去される。皮膜
を清浄化している間、アルミニウム合金表面を保護するために、まず最初に皮膜に、接触
してもアルミニウム合金に悪影響を与えない不活性溶媒を含浸させる。典型的には、被覆
済みの基板を脱イオン水の超音波浴に周波数約４０ｋＨｚ（例えばであって限定するもの
ではない）で約５分〜約３０分に亘って浸漬する。引き続いて、化学的に活性な溶媒を適
用することにより、保護皮膜から汚染物質を除去する。典型的には、被覆済み基板の表面
を、希釈酸性溶液で濡らした柔らかいワイパーで約３分間〜約１５分間に亘って拭う。希
釈酸性溶液は典型的には約０．１〜約５容量％のＨＦ（より典型的には、約１〜約５容量
％）、約１〜約１５容量％のＨＮＯ３（より典型的には、約５〜約１５容量％）、約８０
〜約９９容量％の脱イオン水を含む。拭った後、次に部品を脱イオン水ですすぎ、次に脱
イオン水の超音波浴に周波数約４０ｋＨｚ（例えばであって限定するものではない）で約
３０分〜約２時間（典型的には、約４０分〜約１時間）に亘って浸漬する。
【００４８】
皮膜表面から不純物及び汚染物質を除去することに加え、希釈ＨＦ溶液での被覆済み部
品の拭き取り工程により、皮膜表面がフッ素化される。皮膜表面のフッ素化により、反応
性プラズマに不活性な堅牢で安定した皮膜が得られる。皮膜表面のフッ素化は、被覆済み
表面をプラズマ含有フッ素種（約１ｘ１０９ｅ−／ｃｍ３の範囲の密度を有するＣＦ４プ
ラズマ又はＣＨＦ３／ＣＦ４プラズマ）に少なくとも部分的にフッ素化された被覆表面を
得るのに十分な条件下及び時間に亘って曝露することによっても得ることが可能である。
【００４９】
本願で詳細に説明した特殊セラミック材料は、基板表面上で火炎／熱溶射又はプラズマ
溶射中に焼結された。しかしながら、上述したように、特殊セラミック材料を使用したそ
の他の皮膜適用方法も考えられる。例えば、皮膜を、当該分野で周知の技法を使用して、
焼結セラミック材料のターゲットからスパッタしてもよい。加えて、本願に記載の特殊な
組成を有する皮膜を、化学気相蒸着（ＣＶＤ）を使用して適用してもよい。皮膜は様々な
基板に適用することができ、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、
ステンレススチール、アルミナ、窒化アルミニウム及び石英が含まれる。これらの被覆技
法は例えばであって限定するものではない。
【００５０】
典型的には、機械的性質を改善する溶射被覆セラミック材料は、主に少なくとも１種の
固溶体相、より典型的には２種類の固溶体相を含み、化合物及び／又は元素相との組み合
わせとして存在してもよい。例えば、多相セラミックは、典型的に、酸化イットリウム、
酸化ジルコニウム及び／又は希土類酸化物から成る１種以上の固溶体相を、イットリウム
−アルミニウム化合物と組み合わせて含有する。Ｙ２Ｏ３（酸化イットリウム）のモル濃
度が約５０モル％〜約７５モル％であり、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）のモル濃度が約
１０モル％〜約３０モル％であり、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）のモル濃度が約１０
モル％〜約３０モル％である開始組成物から成るセラミック材料により、ハロゲン含有プ
ラズマへの優れたエロージョン耐性が得られる一方で進化した機械的性質が付与され、部
品の損傷をあまり心配せずに固体セラミック処理部品を取り扱うことができるようになる
。酸化アルミニウムに代わる、機械的性質の改善に役立つその他の酸化物には、ＨｆＯ２
（酸化ハフニウム）、Ｓｃ２Ｏ３（酸化スカンジウム）、Ｎｄ２Ｏ３（酸化ネオジム）、
Ｎｂ２Ｏ３（酸化ニオブ）、Ｓｍ２Ｏ３（酸化サマリウム）、Ｙｂ２Ｏ３（酸化イッテル
ビウム）、Ｅｒ２Ｏ３（酸化エルビウム）、Ｃｅ２Ｏ３（又はＣｅＯ２）（酸化セリウム
）又はこれらの組み合わせが含まれる。
【００５１】
一般的な参考として、複合材料は、物理的又は化学的な特性が著しく異なる、最終構造
体内において巨視的なレベルではっきりと分離したままの２種類以上の構成材料から成る
。構成材料はマトリックス及び補強剤から成る。マトリックス材料は補強材料に対しての
相対位置を維持することにより少なくとも１種の補強材料を取り巻き及び支持する。しか
しながら、構成材料は著しく異なる特性を有するため、完成した構造体において巨視的な
レベルではっきりと分離したままである。この類の材料は、本願で記載するような熱／火
炎溶射又はプラズマ溶射によって形成される類のセラミック材料とは異なる。
【００５２】
改善された機械的強度を示す溶射被覆された特殊酸化イットリウム含有材料に加え、低
電気抵抗率を提供する同様のセラミック材料を同様に溶射被覆してもよい。低電気抵抗率
は、半導体処理チャンバ内の様々な部品でのプラズマアーク放電の可能性を低下させるの
に役立つ（例えばであって限定するものではないが、静電チャックの表面又は基板昇降ピ
ンでよく起こる）。今までは部品又は少なくとも部品の表面を窒化アルミニウムから作製
し、電気的特性を付与する場合はドープを施していた。この材料により所望の電気的特性
は得られたが、窒化アルミニウムのコロージョン／エロージョン速度は比較的早く、特定
の部品の有効寿命を制限し、また部品の修理及び交換により長い休止時間を必要としてい
た。
【００５３】
上述したように、本発明の焼結セラミック材料は酸化イットリウムを含む。このイット
リウム含有焼結セラミック材料の電気抵抗率は変化させてもよい。ある例示的な技法にお
いては、少なくとも１種のその他の酸化物を酸化イットリウムに添加し、その混合物を焼
結する。その少なくとも１種のその他の酸化物の正イオンは、Ｙ３＋イオンとは異なる価
数を有し、Ｙ空格子点を形成して電気抵抗率の低下をもたらす。このような酸化物の例に
は、例えばであって限定するものではないが、ＣｅＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２
及びＮｂ２Ｏ５が含まれる。別の例示的な技法においては、少なくとも１種のその他の酸
化物を酸化イットリウムに添加し、その混合物を還元雰囲気中で焼結する。この少なくと
も１種のその他の酸化物の正イオンはＹ３＋イオンと同じ価数を示すが、Ｙ３＋イオンと
は著しく異なるイオン半径を有する。これによりＯ空格子点が生じ、電気抵抗率も低下す
る。Ｙ３＋イオンと同じ価数を示すが著しく異なるイオン半径を有する酸化物の例には、
例えばであって限定するものではないが、Ｎｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙｂ２
Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３及びＤｙ２Ｏ３が含まれる。
【００５４】
ここに至るまで多数の例示的な焼結セラミック材料について調査してきた。以下の表は
、生成して評価した焼結セラミック材料の一部を示す。これらの材料の評価については後
に説明する。
【実施例】
【００５５】
【表１】
2014159637.tif 000003
【００５６】
実施例１
図１は、本発明の例示的な実施形態に従って生成されたタイプＡ及びタイプＢ材料を含
む様々なセラミック材料の電気抵抗率を示すグラフ１００である。抵抗率は、軸１０２の
温度の関数として軸１０４に示される。抵抗率は、ＡＳＴＭ  Ｄ１８２９−６６又はＪＩ
Ｓ  Ｃ２１４１に準拠した標準試験条件を採用して空気環境内で１０００Ｖで測定された。
【００５７】
図１に図示の曲線１０６は、表において試料４として記載のＮｂ２Ｏ５含有焼結セラミ
ック材料を表す。Ｎｂ２Ｏ５を含む焼結セラミック材料に関して、許容可能な電気抵抗率
値は、図３の相図によって示されるように、追加の組成についても同様に得られることが
予測される。焼結セラミック材料は３種類の相を含み、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２−Ｎｂ２Ｏ５
を含む第１相固溶体（焼結セラミック材料の約６０モル％から約９０モル％を構成する）
と、焼結セラミック材料の約５モル％から約３０モル％を構成するＹ３ＮｂＯ７の第２相
と元素形態のＮｂの第３相（焼結セラミック材料の約１モル％から約１０モル％を構成す
る）が含まれる。この材料は、アーク放電を防止するのに抵抗率を低くする必要がある際
に特に有用である。抵抗率は、室温で約１０１１Ω・ｃｍ未満であり、２００℃で約１０
８Ω・ｃｍであり、典型的な半導体処理条件下において１０９Ω・ｃｍの範囲の抵抗率を
示す。
【００５８】
図１に図示のＮｂ２Ｏ５含有焼結セラミック材料の一実施形態は、Ｎｂ２Ｏ５−ＺｒＯ
２−Ｙ２Ｏ３として言及される。図３を参照すると、相図のある領域がＢと分類されてい
る。この表示は、焼結セラミック材料の固溶体組成物が、Ｙ２Ｏ３を濃度約５５モル％〜
約８０モル％、ＺｒＯ２を濃度約５モル％〜約２５モル％、Ｎｂ２Ｏ５、ＨｆＯ２、Ｎｄ
２Ｏ３又はＳｃ２Ｏ３等の添加物を濃度約５モル％〜約２５モル％で含むことを示してい
る。
【００５９】
実施例２
図１の曲線１０８は、本発明に従って生成されたＨｆＯ２含有焼結セラミック材料を表
し、表においては試料１として記載されている。このセラミック材料は、Ｎｂ２Ｏ５含有
材料より高い抵抗率を示すが、静電チャック又は基板昇降ピンよりアーク放電が問題とな
らない半導体処理装置部品の作製に有用である。
【００６０】
実施例３
図１の曲線１１０は、本発明に従って生成されたＳｃ２Ｏ３含有焼結セラミック材料を
表し、表においては試料２として記載されている。ここでもまた、この材料は抵抗率要件
が１０１１Ω・ｃｍである用途において使用され得る。
【００６１】
実施例４（比較例）
図１の曲線１１２は、図２の相図に図示されるＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２−Ａｌ２Ｏ３材料を
表す。この材料は制御された抵抗率のセラミック材料に関してのみ比較例として説明され
る。この焼結セラミック材料は、Ｙ２Ｏ３及びＺｒＯ２から成る固溶体及びＹ２Ｏ３及び
Ａｌ２Ｏ３酸化物から成る化合物を含む。典型的な焼結セラミック材料は、濃度約６０モ
ル％〜約６５モル％のＹ２Ｏ３、濃度約２０モル％〜約２５モル％のＺｒＯ２、濃度約１
０モル％〜約１５モル％のＡｌ２Ｏ３から生成される。図２の相図において領域Ａとして
図示され、また図１においてＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２−Ａｌ２Ｏ３についてのグラフによって
表される焼結セラミック材料の一実施形態は、立方晶イットリアタイプの結晶構造を有す
る約６０モル％の固溶体（ここでｃ−Ｙ２Ｏ３は溶媒であり、Ｚｒ２Ｏ３は溶質である）
と、ホタル石タイプの結晶構造を有する約２モル％の固溶体（ここでＺｒＯ２は溶媒であ
り、Ｙ２Ｏ３は溶質である）と、約３８モル％のＹＡＭ（Ｙ４Ａｌ２Ｏ９）化合物を含有
する。
【００６２】
実施例５（比較例）
図１の曲線１１４は、表において試料３として記載のＮｄ２Ｏ３含有焼結セラミック材
料を表す。この材料は、放電を防止するのに必要な要件を満たしておらず、本発明を構成
する独自のセラミック材料の一部ではない比較例であると見なされる。
【００６３】
実施例６（比較例）
図１の曲線１１６は、純粋なＹ２Ｏ３の焼結セラミックについて観察された電気抵抗特
性を表す。この材料もまた比較例であり、ベースラインとして有用であるが、これは多数
の半導体装置部品が純粋なＹ２Ｏ３から作製されているからである。純粋なＹ２Ｏ３の抵
抗率と比較すると、本発明によって達成される電気抵抗率における極めて著しい改善がわ
かる。
【００６４】
図１では曲線１２０（この曲線は静電チャックの作製に一般的に使用される類のドープ
窒化アルミニウムを表す）及び曲線１２２（同じく低電気抵抗率を必要とする静電チャッ
ク及びその他の半導体処理装置の作製に使用される第２のドープ窒化アルミニウムを表す
）も図示されている。
【００６５】
実施例７
図４は、多数の焼結セラミック試験試料についての、抵抗率試験中に印加された電圧の
関数としての電気抵抗率を示すグラス４００である。抵抗率は軸４０４に、電圧は軸４０
２に示される。試験温度は室温（約２７℃）である。このグラフの目的は、抵抗率が低下
するように制御された本発明のコロージョン耐性セラミックの実施形態と、現行のドープ
窒化アルミニウムセラミックとの間における抵抗率の違いを示すことである。ドープ窒化
アルミニウムセラミックは若干低い抵抗率を有するが、そのコロージョン速度は、抵抗率
が低下するよう改質された酸化イットリウム含有セラミックのコロージョン速度より少な
くとも２倍速い。
【００６６】
特に、図４の曲線４２２は、静電チャックの作製に現在使用されている類のドープ窒化
アルミニウムセラミックを表す。曲線４２０は、静電チャック及びその他の低抵抗率の部
品の作製に使用される別のドープ窒化アルミニウムセラミックを表す。
【００６７】
図４の曲線４０６は、表においては試料４と記載のＮｂ２Ｏ５含有焼結セラミック材料
を表す。抵抗率が低下するように改質されたこの酸化イットリウム含有材料は、ＡＩＮ−
１として識別されたドープ窒化アルミニウムの抵抗率に極めて近い抵抗率を示す。しかし
ながら依然として、ドープ窒化アルミニウムのコロージョン速度は、図５の棒グラフ５０
０により表されるように、曲線４０６で表される酸化イットリウム含有材料のコロージョ
ン速度より１０倍も速い。
【００６８】
図４の曲線４０８は、表において試料１として記載のＨｆＯ２含有焼結セラミック材料
を表す。このセラミック材料は、Ｎｂ２Ｏ５含有材料より高い抵抗率を示し、室温におい
ては、プラズマアーク放電がより起こりやすい部品に関して推奨される範囲を超えた抵抗
率を示す。しかしながら、一部の半導体処理において存在する温度である２００℃におい
て、抵抗率は、図１の曲線１０８で示されるように、許容範囲内におさまる。
【００６９】
図４の曲線４１０は、表において試料２として記載のＳｃ２Ｏ３含有セラミック材料を
表す。ここでもまた、この材料は、抵抗率要件が１０１１Ω・ｃｍである用途において、
処理温度が２００℃の場合に使用することができる。
【００７０】
（イットリア含有固溶体を含有する制御された電気抵抗率のセラミックに対する）比較
を目的として、図４の曲線４１２は、図２に示すＹ２Ｏ３、ＺｒＯ２及びＡｌ２Ｏ３を含
むセラミックタイプＡの材料を表す。図１に示されるこのようなタイプＡ材料の一実施形
態は、約６０モル％の立方晶イットリアタイプ構造体（ｃ−Ｙ２Ｏ３を溶媒、Ｚｒ２Ｏ３
を溶質とする）、約２モル％のホタル石タイプ構造固溶体（ＺｒＯ２を溶媒、Ｙ２Ｏ３を
溶質とする）、約３８モル％のＹＡＭ（Ｙ４Ａｌ２Ｏ９）化合物を含有する。タイプＡの
ＨＰＭ材料は許容可能なコロージョン耐性及び賞賛に値する機械的性質を示すが、電気抵
抗率は所望の範囲の最高１０１１Ω・ｃｍより著しく高い。図１の曲線１１２によって表
されるように、２００℃でもこの通りである。この材料は、電気抵抗率を変えたコロージ
ョン耐性セラミックについての実施形態には含まれない。
【００７１】
比較を目的として、図４の曲線４１４は、表において試料３として記載のＮｄ２Ｏ３含
有焼結セラミック材料を示す。この材料は、放電を防止するのに必要な要件を満たしてお
らず、本発明を構成する独自のセラミック材料の一部ではない比較例であると見なされる。
【００７２】
比較を目的として、図４の曲線４１６は、純粋なＹ２Ｏ３の焼結セラミックについて観
察された電気抵抗特性を表す。この材料もまた比較例であり、ベースラインとして有用で
あるが、これは多数の半導体装置部品が純粋なＹ２Ｏ３から作製されているからである。
純粋なＹ２Ｏ３の抵抗率と比較すると、本発明によって達成される電気抵抗率における極
めて著しい改善がわかる。
【００７３】
実施例８
図５は、プラズマに曝露された様々な焼結セラミック材料についての、Ｙ２Ｏ３のエロ
ージョン速度に正規化された平均エロージョン速度を示す棒グラフ５００である。プラズ
マはＣＦ４及びＣＨＦ３ソースガスから発生させた。プラズマ処理チャンバはアプライド
マテリアルズ社から入手可能なトレンチエッチのためのイネーブラであった。プラズマ源
電力は最高２０００Ｗ、処理チャンバ圧力は１０〜５００ｍＴｏｒｒ、基板温度は約４０
℃、時間は７６時間であった。軸５０２は、エロージョン耐性について試験した様々な材
料を示す。Ｙ２Ｏ３−１０ＺｒＯ２と識別された試験片は、１００重量部のＹ２Ｏ３を１
０重量部のＺｒＯ２と共に焼結することにより形成された焼結固溶体セラミック試験片を
表す。Ｎｂ２Ｏ５又はＨｆＯ２又はＮｄ２Ｏ３又はＳｃ２Ｏ３を含有すると識別された試
験片は、これらの材料のそれぞれを含有すると記載された表の組成物を表す。軸５０４に
示されるエロージョン速度を比較すると、抵抗率を変化させた酸化イットリウム含有焼結
セラミック材料のエロージョン速度は、基本的に純粋な酸化イットリウムのエロージョン
速度と同じであることを示す。更に、抵抗率を変化させた酸化イットリウム含有焼結セラ
ミックのエロージョン速度は、実質的にＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＺｒＯ２、石英、Ｗ／Ｚｒ
Ｃ、Ｂ４Ｃ、ＳｉＣ、半導体処理チャンバライナ用及び半導体処理装置内部部品用のハロ
ゲンプラズマコロージョン耐性材料を得るのに使用されてきたその他のセラミック材料の
エロージョン速度よりも良好である。
【００７４】
上記の実施例をもたらした実験中に得られた結果及びその他の参考資料からのデータに
基づいて、プラズマ漏れ電流における紫外線の作用を見積もるための計算が行われた。（
半導体処理において使用される類の）プラズマ環境における紫外線は、電気抵抗率を変化
させた酸化イットリウム含有焼結セラミック材料の漏れ電流に影響しない。
【００７５】
１９３ｎｍの紫外線（一部の半導体処理操作で採用される）がＮｂ２Ｏ５タイプＢ焼結
セラミック材料及びＨｆＯ２タイプＢ焼結セラミック材料における漏れ電流に与える影響
についての研究は、これらの材料の電気的性能は、このような紫外線照射により影響され
ないことを示した。
【００７６】
プラズマと接触する半導体処理装置として有用なセラミック含有物には、例えばであっ
て限定するものではないが、蓋、ライナ、ノズル、ガス分散プレート、シャワーヘッド、
静電チャック部品、シャドーフレーム、基板保持フレーム、処理キット、チャンバライナ
が含まれる。
【００７７】
図６は、本発明の皮膜を適用する際に有用な、あるタイプのプラズマ溶射システム（ツ
インアノードアルファトーチ６３８）の概略断面図６００である。図６に図示のこの特定
の装置は、エアロプラズマＫ．Ｋ．（日本、東京）から入手可能なＡＰＳ７０００シリー
ズのエアロプラズマ溶射システムである。装置６００は、以下の部品：第１ＤＣ主電極６
０２、第１補助電極６０４、第１アルゴン源６０６、第１空気源６０８、溶射材料粉末源
６１０、カソードトーチ６１２、アクセレレータノズル６１４、プラズマアーク６１６、
第２ＤＣ主電極６１８、第２補助電極６２０、デュアルアノードトーチ６２２Ａ及び６２
２Ｂ、第２アルゴン源６２６、第２空気源（プラズマトリミング）６２８Ａ及び６２８Ｂ
、第３アルゴン源６３６、プラズマジェット６３２、溶融粉末源６３４、溶射する母材源
６２４を含む。
【００７８】
ツインアノードαトーチ６３８は２つのアノードトーチから成るため、各アノードトー
チは熱負荷の半分を担う。ツインアノードトーチα６３８を使用して、高電圧を比較的低
い電流で得ることが可能なため、各トーチの熱負荷は低くなる。トーチの各ノズル及び電
極ロッドは別々に水冷され、アーク開始点及び終了点は不活性ガスにより保護されるため
、２００時間以上に亘る安定した運転が確保され、消耗部品の寿命は伸び、メンテナンス
のコストが低下する。
【００７９】
高温の安定したアークが、カソードトーチ６１２とアノードトーチ６２２との間に形成
され、溶射材料をアーク内に直接供給することが可能である。溶射材料は高温のアーク柱
により完全に溶融する。アーク開始点及び終了点は不活性ガスにより保護されるため、空
気又は酸素を、アクセレレータノズル６１４を通して導入されるプラズマガスに使用する
ことが可能である。
【００８０】
プラズマトリミング機能６２８をツインアノードαに使用する。プラズマトリミングに
より溶射材料の溶融に貢献しないプラズマジェットの熱をトリムし、基板材料及び膜への
熱負荷を軽減し、短距離での溶射を可能にする。
【００８１】
当業者なら、本発明の方法を同様のタイプの溶射被覆装置に適合させることができる。
上記の例示的な実施形態は本発明の範囲を限定することを意図しておらず、当業者なら、
本開示を考慮して、このような実施形態を発展させて以下の本発明の特許請求の範囲の主
題に対応させることが可能である。
【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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