(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体処理に用いるハロゲン含有プラズマによる侵食に耐性のあるセラミック物品を提供する。【解決手段】ハロゲン含有プラズマによる侵食に対して耐性を有するコーティングされた物品の製造方法であって、溶射、プラズマ溶射、スパッタリング、化学気相堆積、及び、焼成からなる群から選択される技術を用い、セラミックコーティングは、８０モル％〜５５モル％の範囲の濃度の酸化イットリウムと、２０モル％〜４５モル％の範囲の濃度の酸化ジルコニウムを含む。また、ハロゲン含有プラズマに耐性のあるバルクセラミック物品を製造する方法であって、グリーン体を焼結させることによってバルクセラミック物品を形成することを含み、焼結は固溶体セラミックを形成する方法であって、固溶体セラミックは、８０モル％〜５５モル％の範囲の濃度の酸化イットリウムと、２０モル％〜４５モル％の範囲の濃度の酸化ジルコニウムを含む。【選択図】図１Ａ
2019069892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハロゲン含有プラズマによる侵食に対して耐性を有するコーティングされた物品の製造方法であって、方法は、溶射、プラズマ溶射、スパッタリング、化学気相堆積、及び、焼成からなる群から選択される技術を用いて、物品の外表面に直性的にセラミックコーティングを形成することを含み、セラミックコーティングは、
８０モル％〜５５モル％の範囲の濃度の酸化イットリウムと、
２０モル％〜４５モル％の範囲の濃度の酸化ジルコニウムを含む方法。
【請求項２】
セラミックコーティングは、実質的に、
８０モル％〜５５モル％の範囲の濃度の酸化イットリウムと、
２０モル％〜４５モル％の範囲の濃度の酸化ジルコニウムからなる請求項１記載の方法。
【請求項３】
セラミックコーティングは、
７３.２モル％〜３５モル％の範囲の濃度の酸化イットリウムと、
２６.８モル％〜６５モル％の範囲の濃度の酸化ジルコニウムを含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
セラミックコーティングは、実施的に、
７３.２モル％〜３５モル％の範囲の濃度の酸化イットリウムと、
２６.８モル％〜６５モル％の範囲の濃度の酸化ジルコニウムからなる請求項１記載の方法。
【請求項５】
物品は、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、窒化アルミニウム、及び、石英からなる群から選択される材料を含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
セラミックコーティングは、酸化イットリウムと酸化ジルコニウムとを含むセラミック粉末を用いた技術を適用することによって形成される請求項１記載の方法。
【請求項７】
セラミックコーティングが焼結されたセラミックであり、セラミックコーティングの酸化イットリウムと酸化ジルコニウムは固溶体の形態である請求項１記載の方法。
【請求項８】
セラミックコーティングの曲げ強さが１２０ＭＰａ〜１４０ＭＰａであり、セラミックコーティングの破壊靭性が１．１ＭＰａ・ｍ１/２〜１．３ＭＰａ・ｍ１/２である請求項１記載の方法。
【請求項９】
セラミックコーティングの平均粒径が約２μｍ〜約８μｍの範囲であり、ハロゲン含有プラズマへの曝露中のセラミックコーティングのプラズマ侵食速度が０．２μｍ／時間未満である請求項１記載の方法。
【請求項１０】
ハロゲン含有プラズマに耐性のあるバルクセラミック物品を製造する方法であって、グリーン体を焼結させることによってバルクセラミック物品を形成することを含み、焼結は固溶体セラミックを形成する方法であって、固溶体セラミックは、
８０モル％〜５５モル％の範囲の濃度の酸化イットリウムと、
２０モル％〜４５モル％の範囲の濃度の酸化ジルコニウムを含む方法。
【請求項１１】
固溶体セラミックは、実質的に、
８０モル％〜５５モル％の範囲の濃度の酸化イットリウムと、
２０モル％〜４５モル％の範囲の濃度の酸化ジルコニウムからなる請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
固溶体セラミックは、
７３.２モル％〜３５モル％の範囲の濃度の酸化イットリウムと、
２６.８モル％〜６５モル％の範囲の濃度の酸化ジルコニウムを含む請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
固溶体セラミックは、実質的に、
７３.２モル％〜３５モル％の範囲の濃度の酸化イットリウムと、
２６.８モル％〜６５モル％の範囲の濃度の酸化ジルコニウムからなる請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
バルクセラミック物品の曲げ強さは１２０ＭＰａ〜１４０ＭＰａの範囲であり、バルクセラミック物品の破壊靭性が１．１ＭＰａ・ｍ１/２〜１．３ＭＰａ・ｍ１/２の範囲である請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
バルクセラミック物品の平均粒径が約２μｍ〜約８μｍの範囲であり、ハロゲン含有プラズマへの曝露中のバルクセラミック物品のプラズマエロージョン速度が、０．２μｍ／時間未満である請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術の説明】
【０００１】
本出願は、本出願の様々な発明者らにより出願された一連の出願に関しており、多くの
出願が、コーティングの形態での酸化イットリウム含有セラミックの使用に関するもので
あり、半導体処理用途に有用な耐プラズマ性表面を与える。これらの出願としては、２０
０２年２月１４日出願の米国特許出願第１０／０７５，９６７号で２００４年８月１７日
に米国特許第６，７７６，８７３号として発行されたサンら（Ｓｕｎ  ｅｔ  ａｌ．，）
、「半導体ＩＣ処理真空チャンバ用酸化イットリウムベースの表面コーティング（Ｙｔｔ
ｒｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ  Ｂａｓｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｆｏｒ  Ｓｅｍ
ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＩＣ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｃｈａｍｂｅｒ）
」、２００４年７月２２日出願の米国特許出願第１０／８９８，１１３号で、現在係属中
のサンら（Ｓｕｎ  ｅｔ  ａｌ．，）、「半導体装置を保護する清浄で濃密な酸化イット
リウムコーティング（Ｃｌｅａｎ  Ｄｅｎｓｅ  Ｙｔｔｉｒｕｍ  Ｏｘｉｄｅ  Ｃｏａｔ
ｉｎｇ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ）」
、２００４年８月１３日出願の米国特許出願第１０／９１８，２３２号で、現在係属中の
サンら（Ｓｕｎ  ｅｔ  ａｌ．，）、「固体酸化イットリウム含有基板から製造されたガ
ス分配パネル（Ｇａｓ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｐｌａｔｅ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ
Ｆｒｏｍ  Ａ  Ｓｏｌｉｄ  Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ−Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  Ｓ
ｕｂｓｔｒａｔｅ）」が挙げられる。上述した出願の分割及び継続出願である更なる関連
出願としては、米国特許出願第１０／８９８，１１３号の分割出願である２００６年１１
月１０日出願の米国特許第１１／５９５，４８４号で、現在係属中のワンら（Ｗａｎｇ  
ｅｔ  ａｌ．，）「第ＩＩＩ族金属を含む酸化物又はフッ化物表面から汚染物質を除去す
るのに用いるクリーニング方法（Ｃｌｅａｎｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｕｓｅｄ  Ｉｎ  Ｒ
ｅｍｏｖｉｎｇ  Ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ  Ｆｒｏｍ  Ｔｈｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｏｆ
Ａｎ  Ｏｘｉｄｅ  ｏｒ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ  Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  ａ  Ｇｒｏｕｐ
ＩＩＩ  Ｍｅｔａｌ）」及び米国特許出願第１０／９１８，２３２号の継続出願である
２００６年１１月３日出願の米国特許出願第１１／５９２，９０５号で、現在係属中のワ
ンら（Ｗａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，）「固体酸化イットリウム含有基板から汚染物質を除去
するのに用いるクリーニング方法（Ｃｌｅａｎｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｕｓｅｄ  Ｉｎ  
Ｒｅｍｏｖｉｎｇ  Ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ  Ｆｒｏｍ  Ａ  Ｓｏｌｉｄ  Ｙｔｔｒｉ
ｕｍ  Ｏｘｉｄｅ-Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」が挙げられる。これ
らの特許及び出願の対象は、参考文献として組み込まれる。
【背景】
【０００２】
１．分野
本発明は、概して、極めてプラズマに耐性のある、特に、半導体基板のエッチングに用
いる種類の腐食性プラズマに対して耐性のある特別な酸化イットリウムを含む固溶体セラ
ミックに関する。
【０００３】
２．背景技術の説明
この節では、本発明の開示された実施形態に関連する背景の対象について説明する。こ
の節に述べた背景技術は、明示か黙示のいずれでも、法律的な先行技術を構成するもので
はない。
【０００４】
耐侵食（腐食を含む）性は、腐食性環境が存在する半導体処理チャンバで用いる装置コ
ンポーネント及びライナにとって重要な特性である。腐食性プラズマ環境としては、処理
装置のクリーニングに用いるプラズマ、及び半導体基板のエッチングに用いるプラズマが
例示される。プラズマ−エンハンスド化学蒸着プロセスに用いるプラズマも腐食性の傾向
がある。このことは、高エネルギープラズマが存在し、化学反応性と結びついて、環境中
に存在するコンポーネントの表面に作用する場合に特に当てはまる。装置コンポーネント
表面又はライナ表面の化学反応性が低いことも、腐食性ガスのみが、処理装置表面と接触
する時は、重要な特性である。
【０００５】
電子デバイス及びマイクロ−エレクトロ−メカニカル構造（ＭＥＭＳ）の製造で用いら
れる処理チャンバ内に存在するプロセスチャンバ及びコンポーネント装置は、アルミニウ
ム及びアルミニウム合金から構築されていることが多い。プロセスチャンバ及びチャンバ
内に存在するコンポーネント装置の表面は、しばしば陽極酸化されて、耐食性環境からあ
る程度の保護を提供する。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り劣化して、腐食が早期に始まり、保護コーティングの寿命
を短くしてしまう。様々な組成のセラミックコーティングが、上述した酸化アルミニウム
層の代わりに用いられ、陽極酸化層の表面に用いて、下にあるアルミニウムベースの材料
の保護を改善してきた。しかしながら、保護層に現在用いられている材料は、保護層の寿
命を陽極酸化アルミニウムより長くしても、経時により劣化して、最終的には、アルミニ
ウム合金がプラズマによる攻撃に晒されたままとなる。
【０００６】
酸化イットリウムは、半導体装置の製造に用いる種類のフッ素含有プラズマに露出され
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、かなり期待されるセラミック
材料である。酸化イットリウムコーティングは、高純度アルミニウム合金プロセスチャン
バ表面の陽極酸化表面やプロセスコンポーネント表面に用いられ適用されて、良好な腐食
保護を行ってきた（例えば、上述したサンら（Ｓｕｎ  ｅｔ  ａｌ．，）による米国特許
第６，７７７，８７３号）。ある用途において、‘８７３特許は、フッ素及び酸素種を含
むプラズマに耐性のある処理チャンバコンポーネントを提供している。処理チャンバコン
ポーネントは、典型的に、アルミニウム中に存在する移動性の不純物から形成された微粒
子を慎重に制御して、特定のサイズ分布となるようにしてある高純度アルミニウム基板、
高純度アルミニウム基板表面の陽極酸化コーティング、及び陽極酸化コーティングの上に
ある酸化イットリウム含有保護コーティングを含む。保護コーティングは、約１０重量％
までの酸化アルミニウム、典型的には９９．９５重量％以上の酸化イットリウムを含む。
保護コーティングは、典型的に、スプレーコーティング、化学蒸着又は物理蒸着等の方法
を用いて適用される。
【０００７】
１９９８年８月２５日発行のオーラーインら（Ｏｅｈｒｌｅｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，）に
よる米国特許第５，７９８，０１６号には、チャンバ壁のコーティング層として、又はチ
ャンバライナのコーティング層として酸化アルミニウムを用いることが記載されている。
オーラーインら（Ｏｅｈｒｌｅｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，）の参考文献には更に次のように開
示されている。即ち、アルミニウムは数多くのプラズマと反応性があるため、「酸化アル
ミニウム又はそのコーティングをライナ又はチャンバ壁に配置する」ことが推奨されてい
る。酸化アルミニウムは、化学的に不活性な傾向があるからである。加えて、保護コーテ
ィングが、ライナ及び／又はチャンバ壁の表面に適用されてもよい。Ａｌ２Ｏ３、Ｓｃ２
Ｏ３又はＹ２Ｏ３が例示される。
【０００８】
２００１年６月１４日公開で、後に放棄されたオオツキ（Ｏｔｓｕｋｉ）の米国特許出
願公開第２００１／０００３２７１Ａ１号には、チャンバの内壁表面及び高耐食性及び絶
縁特性を必要とするチャンバ内の部材の露出面に形成されたＡｌ２Ｏ３、又はＡｌ２Ｏ３
とＹ２Ｏ３のフィルムが開示されている。チャンバのベース材料が、セラミック材料（Ａ
ｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＡｉＮ等）、アルミニウム、ステンレス鋼、その他金属又は金属合
金で、ベース材料にスプレーされたフィルムを有する処理チャンバが一例として挙げられ
る。フィルムは、Ｙ２Ｏ３等の周期表の第ＩＩＩ−Ｂ族元素の化合物でできている。フィ
ルムは、実質的に、Ａｌ２Ｏ３及びＹ２Ｏ３を含んでいてもよい。イットリウム−アルミ
ニウム−ガーネット（ＹＡＧ）のスプレーされたフィルムも言及されている。スプレーさ
れたフィルムの厚さは、５０μｍ〜３００μｍとされている。
【０００９】
他の用途では、セラミック化合物（例えば、Ａｌ２Ｏ３）及び第ＩＩＩＢ族金属の酸化
物（例えば、Ｙ２Ｏ３）を含む物質のセラミック組成が、基板が処理ガスのプラズマで処
理されるリアクタチャンバの誘電体窓に用いられてきた（２００２年３月５日発行のハン
ら（Ｈａｎ  ｅｔ  ａｌ．，）による米国特許第６，３５２，６１１号）。セラミック化
合物は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化ア
ルミニウム及びこれらの混合物から選択されるが、酸化アルミニウムはガスを放出しない
純粋な形態で利用できると言われている。第ＩＩＩＢ金属は、スカンジウム、イットリウ
ム、セリウムサブグループ及びイットリウムサブグループからなる群より選択されるが、
イットリウムが好ましく、酸化物は酸化イットリウムである。誘電体部材を形成又は製造
するのに好ましいプロセスは、セラミック化合物、第ＩＩＩＢ族金属の酸化物、好適な添
加剤及び好適なバインダー剤を含む粉末原料混合物の熱処理によるものである。
【００１０】
他の用途では、半導体処理装置コンポーネント用保護コーティングが記載されている。
保護コーティングは、アルミニウム又はアルミニウム合金を含んでいる。コーティングは
、これらに限られるものではないが、例えば、イットリウム−アルミニウム−ガーネット
（ＹＡＧ）、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｕ及びＤｙからなる群より選択される元素の酸化
物、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｕ及びＤｙからなる群より選択される元素のフッ化物及び
これらの組み合わせから選択される材料を含む（例えば、上述の２００４年７月２２日出
願の米国特許出願第１０／８９８，１１３号、サンら（Ｓｕｎ  ｅｔ  ａｌ．，）、「半
導体装置を保護する清浄で濃密な酸化イットリウムコーティング（Ｃｌｅａｎ  Ｄｅｎｓ
ｅ  Ｙｔｔｉｒｕｍ  Ｏｘｉｄｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ  Ｓｅｍｉｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ）」）。コーティングは、熱／火炎スプレー、プ
ラズマスプレー、スパッタリング又は化学蒸着（ＣＶＤ）により基板表面に適用される。
コーティングは、少なくとも約１５０〜２００℃の基板表面温度でコーティングに適用さ
れることにより圧縮状態に置かれる。
【００１１】
上述した保護コーティングの種類が、半導体及びＭＥＭＳ処理装置に用いられる種類の
プラズマソースガス分配板の露出表面を保護するのに用いられてきた。しかしながら、ガ
ス分配板の表面に存在する反応種の濃度のために、ガス分配板の寿命は、処理チャンバに
形成されるプラズマの腐食性に応じて、約８処理日〜約８０処理日に限定されてきた。ガ
ス分配板等のコンポーネントの寿命を延ばすために、上述したサンら（Ｓｕｎ  ｅｔ  ａ
ｌ．，）による米国特許出願第１０／９１８，２３２号に記載されているように、固体酸
化イットリウムを含む基板からガス分配板が製造された。固体酸化イットリウム含有基板
は、場合によって、約１０％までの酸化アルミニウムを含有する。固体酸化イットリウム
を含む基板は、典型的に、約９９．９９％の酸化イットリウムを含む。
【００１２】
装置寸法が収縮し続けるにつれて、オンウェハの検出要件がより厳しくなっている。処
理チャンバ内の装置からの微粒子発生が重要となっているためである。様々なハロゲン、
酸素及び窒素化学物質、例えば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｏ、Ｎ及び様々なその組み合わせを利
用するプラズマドライエッチングチャンバについては、例えば、装置コンポーネント及び
チャンバライナに用いる材料の選択はより重要となってきている。良好な耐プラズマ性を
備えた材料（適正な機械的、電気的及び熱特性も有する）は、パーティクル生成、金属汚
染を減じ、長いコンポーネント寿命を与えることができる。これは、低コストの製造、ウ
ェハ欠陥の減少、寿命の増大及び特別な酸化イットリウムクリーニング間隔の増大につな
がる。かかる用途に用いられてきたセラミック材料としては、Ａｌ２Ｏ３、ＡＩＮ及びＳ
ｉＣが挙げられる。しかしながら、これらのセラミック材料の耐プラズマ性は、多くの場
合、特に、フッ素プラズマソースガスが含まれる時は、適切ではない。最近、Ｙ２Ｏ３セ
ラミックの導入により、耐プラズマ性の改善がなされているが、この材料は、通常、機械
的特性が脆弱で、半導体処理コンポーネント、処理キット及びチャンバライナの一般用と
しては、用途が制限される。
【概要】
【００１３】
半導体処理条件は、半導体処理装置、例えば、処理チャンバの内部及び処理チャンバ内
のコンポーネントの表面を、処理装置表面を攻撃する、様々な化学試薬及びプラズマイオ
ンに露出する。装置表面への攻撃の影響は、装置表面の侵食と呼ばれることが多い。装置
表面について特定の材料組成を選択することにより、侵食速度を減少することができる。
保護材料は、装置表面へのコーティングとして適用してよい。ただし、これは、侵食を排
除するのに最良の解決策ではない。コーティングは、プラズマエッチング中に常に薄くな
り（侵食され）、コーティングの下にある基板が、コーティング層に浸透するプラズマに
より攻撃されるリスクが増す。コーティング層は、残留応力のために、プラズマ処理中、
剥離する恐れがある。かかる問題は、本明細書の実施形態に記載した耐食性材料のコーテ
ィングを用いることにより大幅に減じるが、多くの場合、耐食性材料から全体の装置コン
ポーネントを形成するのが有利である。しかしながら、より耐食性の材料は、より結晶性
であることが多く、耐食性の改善は、装置の機械的特性（延性）の減少という犠牲を払う
ことになる。第ＩＩＩＡ族、第ＩＩＩＢ族、第ＩＶＢ族及び第ＶＢ族元素の酸化物又はこ
れらの組み合わせから形成されたセラミック材料は、ハロゲン含有プラズマに対して耐食
性を与えることが分かっている。本発明の実施形態は、典型的に、第ＩＩＩＡ族、第ＩＩ
ＩＢ族、第ＩＶＢ族、又は第ＩＶＢ族元素、又はこれらの組み合わせを含むセラミック材
料の侵食速度を減じることに関わり、同時に、セラミック材料でできたコンポーネント部
品の許容できる機械的特性を維持又は機械的特性を改善するものである。
【００１４】
一実施形態において、単相又は２相及び３相等の多相の固溶体を含有する焼結セラミッ
クが形成される。多相セラミックは、典型的に、アルミン酸イットリウム相と、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形成された１又は２相の固溶体
相を含有する。焼結セラミックは、様々なプラズマ処理条件下で評価して、耐食性を判断
した。侵食試験した材料の機械的特性も試験した。例えば、約５０モル％〜約７５モル％
のモル濃度のＹ２Ｏ３酸化イットリウム、約１０モル％〜約３０モル％のモル濃度のＺｒ
Ｏ２酸化ジルコニウム、約１０モル％〜約３０モル％のモル濃度のＡｌ２Ｏ３酸化アルミ
ニウムの出発組成から形成されたセラミック材料は、コンポーネントに対する損傷につい
ての懸念を少なくして、固体セラミック処理コンポーネントの取扱いを可能にする高度の
機械的特性を与えながら、ハロゲン含有プラズマに対して良好な耐食性を与える。多くの
実施形態において、セラミック材料の出発組成は、約５５モル％〜約６５モル％のモル濃
度のＹ２Ｏ３、約１５モル％〜約２５モル％のモル濃度のＺｒＯ２、約１０モル％〜約２
５モル％のモル濃度のＡｌ２Ｏ３である。侵食速度が大きな懸念となる時のセラミック材
料の出発材料濃度は、約５５モル％〜約６５モル％のモル濃度のＹ２Ｏ３、約２０モル％
〜約２５モル％のモル濃度のＺｒＯ２、約１０モル％〜約１５モル％のモル濃度のＡｌ２
Ｏ３を含むものである。一実施形態において、固体装置コンポーネントを製造するには、
これらの出発材料処方を、ペレット形態に圧縮して、無圧焼結、ホットプレス焼結（ＨＰ
）又はホットプレス静水圧焼結（ＨＩＰ）から選択される方法を用いて焼結される。これ
らの焼結技術は、業界で周知である。
【００１５】
一実施形態において、上述した出発材料組成を用いて、これらに限られるものではない
が、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、アルミナ、窒化アルミニウム及び
石英をはじめとする様々な金属及びセラミック基板の表面のセラミックコーティングを、
これに限られるものではないが、プラズマスプレー等業界に周知の技術を用いて、形成す
る。典型的に、用いられるアルミニウム合金は、上述したサンら（Ｓｕｎ  ｅｔ  ａｌ．
，）の米国特許第６，７６６，８７３号に記載された種類の高純度アルミニウム合金であ
る。しかしながら、機械的特性を改善するには、可能であれば、固体セラミック装置コン
ポーネントを用いて、コーティングと下にある基材の間の界面の問題のために、適切に機
能する装置の最終的な不具合を防ぎ、コーティング層剥離による耐プラズマ性の突然の不
具合を防ぎ、侵食のためにコーティングが薄くなるにつれて、コーティング層内から、露
出する恐れのある欠陥を通したコーティング層のプラズマ浸透を防ぐことが推奨される。
【００１６】
通常のセラミック処理による圧密後、約０．１モル％〜約６５モル％の濃度の酸化ジル
コニウムで、酸化ジルコニウム粉末を酸化イットリウムに添加すると、立方イットリア結
晶構造相又は立方蛍石型結晶構造相を備えた単一の固溶体、或いは、立方イットリア結晶
構造相及び立方蛍石型結晶構造相の混合固溶体が提供される。立方イットリア結晶構造に
ついては、固溶体のセルパラメータは、イットリウム空孔の形成のために、純粋な立方酸
化イットリウム結晶構造より小さい。立方蛍石型結晶構造については、固溶体のセルパラ
メータは、酸素空孔の形成のために、純粋な立方蛍石型の構造より小さい。セルパラメー
タが小さいと、酸化イットリウム中の酸化ジルコニウムの固溶体の耐プラズマ性が改善さ
れる。例えば、ＣＦ４／ＣＨＦ３プラズマにおける純粋な固体酸化イットリウムセラミッ
クの侵食速度は、約０．３μｍ／ｈｒである。約６９モル％の酸化イットリウムと約３１
モル％の酸化ジルコニウムの固体セラミックの侵食速度（表面がμｍ（厚さの）／ｈｒで
除去される速度）は、約０．１μｍ／ｈｒであり、純粋な酸化イットリウムの侵食速度よ
り３倍遅い。この予期しなかった侵食速度の減少によって、プロセスチャンバライナ又は
プロセスチャンバ内の内部装置コンポーネントの寿命が延びて、かかる装置を交換する頻
度が減って、装置のダウンタイムが減少し、プラズマプロセス中に生成されるパーティク
ル及び金属汚染レベルが減少して、常に幾何形状を収縮しながら装置製造を行うことがで
き、処理されたウェハ当たりの処理装置の全体のコストが、平均して減少する。
【００１７】
酸化ジルコニウム含有酸化イットリウム固溶体について０．１μｍ／ｈｒの侵食速度は
、０．３μｍ／ｈｒの酸化イットリウムよりも意外に良く、ＣＦ４／ＣＨＦ３プラズマに
おける１．４４μｍ／ｈｒの固体酸化アルミニウムセラミックよりかなり良い一方、酸化
ジルコニウム含有酸化イットリウム固溶体の機械的特性は、曲げ強度及び破壊靭性が改善
されると有益であることを示している。
【００１８】
一実施形態において、酸化ジルコニウム含有酸化イットリウム固溶体の曲げ強度及び破
壊靭性は、様々な量の酸化アルミニウムを、固溶体セラミックについての処方に添加して
、追加のアルミン酸イットリウム相を形成することにより達成される。酸化物の混合物は
、典型的な含量のバインダーと組み合わせたスプレー乾燥により形成された顆粒粉末の一
方向機械的プレス又は冷間水圧プレスにより、ペレット化される。素地を、業界で一般的
に知られた技術を用いて、無圧焼結した。１０モル％〜３０モル％のアルミナを添加する
と、後述する通り、曲げ強度及び破壊靭性に関して、焼結セラミック組成の機械的特性が
大幅に改善した。機械的特性におけるこの意外な変化は、製造部品を破断のリスクを少な
くして扱うことができることを示しており、セラミック材料のプラズマ侵食速度に与える
影響を最小にして達成された。例えば、ＣＦ４及びＣＨＦ３を含有するプラズマ露光後の
６９モル％の酸化イットリウム及び３１モル％の酸化ジルコニウムを含有するセラミック
の侵食速度は、約０．１μｍ／ｈｒであった。約１４モル％の酸化アルミニウムを含有す
るセラミックについては、同じプラズマに露出した後の侵食速度も約０．１μｍ／ｈｒで
あった。約２５モル％の酸化アルミニウムを含有するセラミックについては、同じプラズ
マに露出した後の侵食速度は、約０．２μｍ／ｈｒであった。酸化アルミニウム含量、曲
げ強度の増大、侵食速度の増加の関係は、線形の関係ではない。しかしながら、当業者で
あれば、本明細書に与えた情報を考慮すれば、最小限の実験で処方を最適化することがで
きる。
【００１９】
酸化アルミニウムを、酸化イットリウム及び酸化ジルコニウムを含有する多相金属安定
組成に添加する代わりに、ＨｆＯ２、酸化ハフニウム、Ｓｃ２Ｏ３、酸化スカンジウム、
Ｎｄ２Ｏ３、酸化ネオジム、Ｎｂ２Ｏ５、酸化ニオブ、Ｓｍ２Ｏ３、酸化サマリウム、Ｙ
ｂ２Ｏ３、酸化イッテルビウム、Ｅｒ２Ｏ３、酸化エルビウム、Ｃｅ２Ｏ３（又はＣｅＯ
２）、酸化セリウム又はこれらの組み合わせを添加する。これらの変形の化合物を用いる
場合には、出発材料処方の変形化合物の濃度は、約０．１モル％〜約９０モル％、典型的
には、約１０モル％〜約３０モル％である。
【００２０】
上述した変形の酸化物のうち少なくとも１つを、固溶体を形成するのに用いたＹ２Ｏ３
及びＺｒＯ２粉末と混合した後、粉末の組み合わせを、典型的な含量のバインダーと組み
合わせたスプレー乾燥により形成された粉末の一方向機械的プレス又は冷間水圧プレスに
より、圧縮した。素地を、業界で一般的に知られた技術を用いて、無圧焼結した。焼結体
の冷却の際、単相又は２相の固溶体が形成される。この場合の固溶体は、「多元素ドープ
」固溶体である。ある固溶体は、立方イットリア結晶構造を示し、他の固溶体は、立方蛍
石型結晶構造を示す。固溶体は、優れた耐プラズマ性を有しており、典型的に、本明細書
に述べた酸化アルミニウム含有固溶体よりも良い耐食性を有している。しかしながら、イ
ットリア−ジルコニア−アルミナ系の機械的特性は、幾分良い。これら多ドープ固溶体は
全て、以前から公知の酸化イットリウム−酸化ジルコニウム固溶体に比べて、優れたプラ
ズマ耐食性及び改善された機械的特性を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】固体酸化イットリウムセラミックの焼結時の表面の１，０００倍の倍率の顕微鏡写真を示す。
【図１Ｂ】６３モル％の酸化イットリウム、２３モル％の酸化ジルコニウム及び１４モル％の酸化アルミニウムから形成された固溶体セラミック基板の焼結時の表面の１，０００倍の倍率の顕微鏡写真を示す。
【図１Ｃ】５５モル％の酸化イットリウム、２０モル％の酸化ジルコニウム及び２５モル％の酸化アルミニウムから形成された固溶体セラミック基板の焼結時の表面の１，０００倍の倍率の顕微鏡写真を示す。
【図２Ａ】半導体装置のフィーチャーを介してコンタクトの様々な層をエッチングするのに通常用いられる処理プラズマ及び時間を用いた試験エッチング後の固体酸化イットリウムセラミックの表面の顕微鏡写真を示す。倍率は、１，０００倍である。
【図２Ｂ】半導体装置のフィーチャーを介してコンタクトの様々な層をエッチングするのに通常用いられる処理プラズマ及び時間を用いた試験エッチング後の６３モル％の酸化イットリウム、２３モル％の酸化ジルコニウム及び１４モル％の酸化アルミニウムから形成された固溶体セラミックの表面の顕微鏡写真を示す。倍率は、１，０００倍である。
【図２Ｃ】半導体装置のフィーチャーを介してコンタクトの様々な層をエッチングするのに通常用いられる処理プラズマ及び時間を用いた試験エッチング後の５５モル％の酸化イットリウム、２０モル％の酸化ジルコニウム及び２５モル％の酸化アルミニウムから形成された固溶体セラミックの表面の顕微鏡写真を示す。倍率は、１，０００倍である。
【図３Ａ】図２Ａのポストエッチングセラミックの顕微鏡写真を示す。ただし、倍率は、５，０００倍である。
【図３Ｂ】図２Ｂのポストエッチングセラミックの顕微鏡写真を示す。ただし、倍率は、５，０００倍である。
【図３Ｃ】図２Ｃのポストエッチングセラミックの顕微鏡写真を示す。ただし、倍率は、５，０００倍である。
【図４Ａ】６３モル％の酸化イットリウム、２３モル％の酸化ジルコニウム及び１４モル％の酸化アルミニウムから形成された固溶体セラミックの焼結時の表面の２，０００倍の倍率の顕微鏡写真を示す。
【図４Ｂ】本明細書に記載した種類のトレンチエッチングプロセスに試験クーポンを露出した後の図４Ａに示す固溶体セラミックの表面の顕微鏡写真を示す。倍率は、２，０００倍である。
【図４Ｃ】５５モル％の酸化イットリウム、２０モル％の酸化ジルコニウム及び２５モル％の酸化アルミニウムから形成された固溶体セラミックの焼結時の表面の２，０００倍の倍率の顕微鏡写真を示す。
【図４Ｄ】本明細書に記載した種類のトレンチエッチングプロセスに試験クーポンを露出した後の図４Ｃに示す固溶体セラミックの表面の顕微鏡写真を示す。倍率は、２，０００倍である。
【図５Ａ】本明細書に記載した種類の金属エッチングプロセスに試験クーポンを露出した後の６３モル％の酸化イットリウム、２３モル％の酸化ジルコニウム及び１４モル％の酸化アルミニウムから形成された固溶体セラミックの顕微鏡写真を示す。倍率は、５，０００倍である。
【図５Ｂ】ＣＦ４／ＣＨＦ３プラズマによるエッチングに試験クーポンを露出した後の５５モル％の酸化イットリウム、２０モル％の酸化ジルコニウム及び２５モル％の酸化アルミニウムから形成された固溶体セラミックの顕微鏡写真を示す。倍率は、５，０００倍である。
【例示の実施形態の詳細な説明】
【００２２】
詳細な説明の前置として、本明細書及び添付の請求の範囲で用いる単数には、特に断り
のない限り、複数も含まれるものとする。
【００２３】
本明細書で用いる「約」という単語は、±１０％の精度を表す公称値を意味している。
【００２４】
バルク酸化イットリウムは、フッ素プラズマ及び半導体製造プロセス（エッチングプロ
セス及び化学蒸着プロセス等）に典型的に用いられるその他腐食性プラズマに露出した際
に、非常に良好な耐食性を示すことが分かっている。しかしながら、純粋な結晶酸化イッ
トリウムは、様々なエッチャントプラズマに対する非常に良好な耐食性を与えるものの、
例えば、曲げ強度や破壊靭性に関して、良好な機械的特性を与えない。半導体コンポーネ
ント部品及びライナの全体の性能及び処理能力を改善するためには、純粋な結晶酸化イッ
トリウムで利用可能なものからの機械的特性を改善する必要がある。機械的特性を改善す
るには、相溶性のある酸化物との酸化イットリウムの合金を形成する必要がある。純粋な
酸化イットリウムの非常に良好なプラズマ侵食特性を損なうことなく、機械的特性の改善
を行う必要がある。
【００２５】
酸化イットリウムと相溶性のある様々なセラミック材料のギブズの自由エネルギーを考
慮すると、イットリウム及びアルミニウム元素について、フッ化物を形成するのは酸化物
より難しいことが分かった。イットリウム酸化物及び酸化アルミニウムは、フッ素含有プ
ラズマに対して良好な耐性を示すことが予測される。フッ化ジルコニウムのギブズの自由
エネルギーは、フッ化イットリウムと同様である。更に、同種のアモルファスオキシフッ
化物やガラスセラミック複合体オキシフッ化物において、フッ化ジルコニウム含量を増や
すと、より安定とするための最終オキシフッ化物の自由エネルギーが減少する。
【実施例】
【００２６】
実施例１：侵食速度試験のためのエッチングプラズマプロセス条件
下記の表１〜３に、一連の試験クーポン材料の評価に用いたエッチングプラズマ組成物
及びエッチングプラズマプロセス条件を示してある。侵食速度試験に用いた３つの異なる
基本的な組のエッチングプラズマ条件があった。１）トレンチエッチング。エッチングプ
ラズマソースガス及びエッチングプロセス条件は、６５ｎｍの技術を超えた、即ち、６５
ｎｍより小さいトレンチフィーチャーサイズを、多層半導体基板へエッチングするのを代
表するものであった。かかる基板は、典型的に、反射防止コーティング（ＡＲＣ又はＢＡ
ＲＣ）層、有機又は無機誘電体層、金属層及びエッチングストップ層を含む。コンタクト
ビアエッチング。エッチングプラズマソースガス及びエッチングプロセス条件は、製造中
に約３０、現像したデバイス基板で４０プラスのアスペクト比を有し、６５ｎｍの技術を
超える直径を有するコンタクトビアを、埋め込みＡＲＣ（ＢＡＲＣ）層、誘電体層及びス
トップ層を含む多層半導体基板へエッチングするのを代表するものであった。３）金属エ
ッチング。エッチングプラズマソースガス及びエッチングプラズマ条件は、上を覆う窒化
チタンハードマスク及びアルミニウム層をエッチングするのを代表するものであった。エ
ッチングプラズマソースガス及びエッチングプロセス条件は６５ｎｍの技術を超えるもの
である。
【００２７】
トレンチエッチングプロセス及びコンタクトビアエッチングプロセスは、イネーブラ（
ＥＮＡＢＬＥＲ）（登録商標）処理システムで実施し、金属エッチングプロセスは、ＤＰ
Ｓ（登録商標）処理システムで実施した。これらは全て、カリフォルニア州、サンタクラ
ラのアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｓａ
ｎｔａ  Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）より入手可能である。
【００２８】
【表１】
2019069892.tif 000003
【００２９】
【表２】
2019069892.tif 000004
【００３０】
【表３】
2019069892.tif 000005
【００３１】
実施例２：酸化アルミニウムと比較した、様々なセラミック材料の比較例の相対侵食速度
酸化アルミニウムは、半導体プロセスがエッチャントプラズマを利用する時、保護層又
はライナとして用いられることが多かった。酸化アルミニウムを、ベースの比較材料とし
て用いて、トレンチエッチング（ＣＦ４／ＣＨＦ３）環境における相対的なエッチング速
度を求めた。酸化アルミニウムが相対的な侵食速度１を有するものとして、石英の相対的
な侵食速度は、酸化アルミニウムの約２．２倍であった。炭化ケイ素の相対侵食速度は、
酸化アルミニウムの約１．６倍であった。ジルコニアの相対侵食速度は、酸化アルミニウ
ムの約０．８倍であった。純粋な酸化イットリウムの相対侵食速度は、酸化アルミニウム
の約０．１９倍であった。５５モル％の酸化イットリウム、２０モル％の酸化ジルコニウ
ム及び２５モル％の酸化アルミニウムから形成された酸化イットリウム、酸化ジルコニウ
ム、酸化アルミニウムセラミック複合体の相対侵食速度は、酸化アルミニウムの約０．２
倍であった。６３モル％の酸化イットリウム、２３モル％の酸化ジルコニウム及び１４モ
ル％の酸化アルミニウムから形成された酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化アル
ミニウムセラミック複合体の相対侵食速度は、酸化アルミニウムの約０．０５倍であった
。
【００３２】
実施例３：トレンチエッチングプロセスで測定された侵食速度
上述したトレンチエッチング法を参照して、サンプル基板試験クーポン侵食速度を次の
ようにして測定した。酸化アルミニウムの侵食速度は、１．１μｍ／ｈｒであった。バル
ク酸化イットリウムの侵食速度は、０．３μｍ／ｈｒであった。５５モル％の酸化イット
リウム、２０モル％の酸化ジルコニウム及び２５モル％の酸化アルミニウムから形成され
た酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムセラミック複合体の侵食速度
は、０．１μｍ／ｈｒであった。６３モル％の酸化イットリウム、２３モル％の酸化ジル
コニウム及び１４モル％の酸化アルミニウムから形成された酸化イットリウム、酸化ジル
コニウム、酸化アルミニウムセラミック複合体の侵食速度は、０．０７μｍ／ｈｒであっ
た。
【００３３】
実施例４：ビアエッチングプロセスで測定された侵食速度
上述したビアエッチング法を参照して、サンプル基板試験クーポン侵食速度を次のよう
にして測定した。酸化アルミニウムの侵食速度は測定しなかった。バルク酸化イットリウ
ムの侵食速度は、０．１６μｍ／ｈｒであった。５５モル％の酸化イットリウム、２０モ
ル％の酸化ジルコニウム及び２５モル％の酸化アルミニウムから形成された酸化イットリ
ウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムセラミック複合体の侵食速度は、０．２１μ
ｍ／ｈｒであった。６３モル％の酸化イットリウム、２３モル％の酸化ジルコニウム及び
１４モル％の酸化アルミニウムから形成された酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸
化アルミニウムセラミック複合体の侵食速度は、０．２２μｍ／ｈｒであった。
【００３４】
実施例５：金属エッチングプロセスで測定された侵食速度
上述した金属エッチング法を参照して、サンプル基板試験クーポン侵食速度を次のよう
にして測定した。酸化アルミニウムの侵食速度は、４．１０μｍ／ｈｒであった。バルク
酸化イットリウムの侵食速度は、０．１４μｍ／ｈｒであった。５５モル％の酸化イット
リウム、２０モル％の酸化ジルコニウム及び２５モル％の酸化アルミニウムから形成され
た酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムセラミック複合体の侵食速度
は、０．１０μｍ／ｈｒであった。６３モル％の酸化イットリウム、２３モル％の酸化ジ
ルコニウム及び１４モル％の酸化アルミニウムから形成された酸化イットリウム、酸化ジ
ルコニウム、酸化アルミニウムセラミック複合体の侵食速度は、０．１８μｍ／ｈｒであ
った。
【００３５】
実施例６：ビアエッチングプロセス露出後の酸化イットリウムベースセラミックスの顕微
鏡写真
図１Ａ〜１Ｃに、本明細書に記載したビアエッチングプロセス露出前の、焼結した酸化
イットリウム含有セラミック複合体表面の顕微鏡写真を示す。酸化イットリウム含有セラ
ミック複合体は、１）酸化イットリウム−酸化ジルコニウム固溶体と、２）組成が、１０
０重量部の酸化イットリウム、２０重量部の酸化ジルコニウム及び１０重量部の酸化アル
ミニウムであった時は（この組成は、６３モル％の酸化イットリウム、２３モル％の酸化
ジルコニウム及び１４モル％の酸化アルミニウムと同じ）、アルミン酸イットリウム及び
３）固溶体が形成された組成が、１００重量部の酸化イットリウム、２０重量部の酸化ジ
ルコニウム及び２０重量部の酸化アルミニウムであった時は（この組成は、５５モル％の
酸化イットリウム、２０モル％の酸化ジルコニウム及び２５モル％の酸化アルミニウムと
同じ）、酸化イットリウム−酸化ジルコニウム−酸化アルミニウム固溶体とを含む。顕微
鏡写真は全て１，０００倍の倍率である。
【００３６】
図２Ａ〜２Ｃに、本明細書に記載したビアエッチングプロセス露出後の、焼結した酸化
イットリウム含有セラミック複合体の顕微鏡写真を示す。酸化イットリウム含有セラミッ
ク複合体は、１）酸化イットリウム−酸化ジルコニウム固溶体と、２）組成が、１００重
量部の酸化イットリウム、２０重量部の酸化ジルコニウム及び１０重量部の酸化アルミニ
ウムであった時は（この組成は、６３モル％の酸化イットリウム、２３モル％の酸化ジル
コニウム及び１４モル％の酸化アルミニウムと同じ）、又は組成が、１００重量部の酸化
イットリウム、２０重量部の酸化ジルコニウム及び２０重量部の酸化アルミニウムであっ
た時は（この組成は、５５モル％の酸化イットリウム、２０モル％の酸化ジルコニウム及
び２５モル％の酸化アルミニウムと同じ）、アルミン酸イットリウムとを含む。顕微鏡写
真は全て１，０００倍の倍率である。
【００３７】
図２Ａに示すバルク酸化イットリウムの表面粗さは、大幅に増大した。しかしながら、
全体の表面粗さは、酸化ジルコニウム及び酸化アルミニウム含有サンプルクーポンよりも
少ないようである。１０重量部の酸化アルミニウムを含有する図２Ｂに示す固溶体の表面
粗さは、２０重量部の酸化アルミニウムを含有する図２Ｃに示す固溶体の山と谷よりも平
らな山と谷に見える。しかしながら、図２Ｂに示す１０重量部の酸化アルミニウムサンプ
ルクーポンの山と谷は、図２Ｃに示す２０重量部のサンプルクーポンよりも表面に穴が多
い。
【００３８】
図３Ａ〜３Ｃは、夫々、図２Ａ〜２Ｃに対応する倍率が５，０００倍の顕微鏡写真を示
す。図３Ａに示すバルク酸化イットリウム試料クーポンの表面を見ると、表面は比較的平
滑であるが、小さな穴がいくつかあるのが分かる。図３Ｂの１００重量部の酸化イットリ
ウム、２０重量部の酸化ジルコニウム及び１０重量部の酸化アルミニウムから形成された
固溶体もまた、図２Ｂに示した粗めの表面に存在する小さな穴がいくつかある。図３Ｃの
１００重量部の酸化イットリウム、２０重量部の酸化ジルコニウム及び２０重量部の酸化
アルミニウムから形成された固溶体には、小さい穴はごく僅かしかない。
【００３９】
３つの試験クーポンについての侵食速度を見ると、ポストエッチングクーポンの倍率１
，０００倍が、クーポンの侵食速度に関して良好な表面特性を示しているようである。侵
食速度は、図２Ａに示した固体酸化イットリウムについては０．１６μｍ／ｈｒ、１０重
量部の酸化アルミニウムを含有する酸化イットリウム−酸化ジルコニウム−酸化アルミニ
ウムの固溶体については０．２２μｍ／ｈｒ、２０重量部の酸化アルミニウムを含有する
酸化イットリウム−酸化ジルコニウム−酸化アルミニウムの固溶体については０．２１μ
ｍ／ｈｒであった。
【００４０】
実施例７：トレンチエッチングプロセス露出後の酸化イットリウム含有基板の顕微鏡写真
図４Ａに、１００重量部の酸化イットリウム、２０重量部の酸化アルミニウム及び１０
重量部の酸化アルミニウム（６３モル％の酸化イットリウム、２３モル％の酸化ジルコニ
ウム及び１４モル％の酸化アルミニウム）を含有する固溶体セラミック複合体の焼結時の
表面の２，０００倍の倍率の顕微鏡写真を示す。図４Ｂに、本明細書に示した種類のトレ
ンチエッチングプロセスによりエッチングした後の図４Ａの固体セラミック複合体の表面
の顕微鏡写真を示す。顕微鏡写真は両方共、２，０００倍の倍率である。ポストエッチン
グ表面は、平坦で比較的均質のように見える。顕微鏡写真のこの組み合わせによれば、チ
ャンバライナやコンポーネント部品等の装置製造後、装置を半導体デバイス製造プロセス
に投入する前に、例示したプラズマエッチングプロセスにそれを露出することにより、部
品を「シーズニング」するのが望ましいということが示唆されている。トレンチエッチン
グプロセス露出後の１０重量部の酸化アルミニウムを含有する固溶体セラミック複合体の
侵食速度は、約０．０８μｍ／ｈｒであった。
【００４１】
図４Ｃに、１００重量部の酸化イットリウム、２０重量部の酸化アルミニウム及び２０
重量部の酸化アルミニウム（５５モル％の酸化イットリウム、２０モル％の酸化ジルコニ
ウム及び２５モル％の酸化アルミニウム）を含有する固溶体セラミック複合体の焼結時の
表面の顕微鏡写真である。図４Ｄに、本明細書に示した種類のトレンチエッチングプロセ
スによりエッチングした後の図４Ｃの固溶体セラミック複合体の表面の顕微鏡写真を示す
。顕微鏡写真は両方共、２，０００倍の倍率である。ポストエッチング表面は、平坦で比
較的均質のように見える。顕微鏡写真のこの組み合わせによれば、新たに製造した装置に
ついて、上述した同じシーズニングプロセスが示唆されている。トレンチエッチングプロ
セス露出後の２０重量部の酸化アルミニウムを含有する固溶体セラミック複合体の侵食速
度は、約０．０７μｍ／ｈｒであった。
【００４２】
実施例８：金属エッチングプロセス露出後の酸化イットリウム含有セラミック複合体の顕
微鏡写真
図５Ａに、本明細書に記載した種類の金属エッチングプロセスに試験クーポンを露出し
た後の、１００重量部の酸化イットリウム、２０重量部の酸化ジルコニウム及び１０重量
部の酸化アルミニウム（６３モル％の酸化イットリウム、２３モル％の酸化ジルコニウム
及び１４モル％の酸化アルミニウム）から形成された２相固溶体セラミック複合体の顕微
鏡写真を示す。倍率は、５，０００倍である。図５Ｂに、本明細書に示した種類の金属エ
ッチングプロセスに試験クーポンを露出した後の、１００重量部の酸化イットリウム、２
０重量部の酸化ジルコニウム及び１０重量部の酸化アルミニウム（５５モル％の酸化イッ
トリウム、２０モル％の酸化ジルコニウム及び２５モル％の酸化アルミニウム）から形成
された２相固溶体セラミック複合体の顕微鏡写真を示す。倍率は、５，０００倍である。
これら２つの顕微鏡写真を比較すると、酸化アルミニウムの含量の多い２相固溶体には、
暗い相が多いことが分かる。これは、アルミン酸イットリウムである。トレンチエッチン
グプロセス露出後の１０重量部の酸化アルミニウムを含有する２相固溶体セラミック複合
体の侵食速度は、約０．１８μｍ／ｈｒであり、一方、トレンチエッチングプロセス露出
後の２０重量部の酸化アルミニウムを含有する２相固溶体セラミック複合体の侵食速度は
、約０．１０μｍ／ｈｒであった。
【００４３】
実施例９：酸化イットリウム含有基板の相対的な物理及び機械的特性
下の表４に、バルクの純粋な酸化イットリウムセラミックと、様々な酸化イットリウム
含有固溶体セラミックについて比較した物理及び機械的特性を示す。
【００４４】
【表４】
2019069892.tif 000006
【００４５】
プラズマ侵食速度を検討すると、本明細書に記載した固溶体酸化イットリウム、酸化ジ
ルコニウム、酸化アルミニウムセラミックスの利点が明らかに分かる。装置に対する損傷
のリスクなしで、装置の取扱いを容易にする許容される機械的特性を維持しながら、この
種のセラミック材料の侵食速度を減じることができることが示された。
【００４６】
酸化イットリウム、酸化ジルコニウム及び酸化アルミニウムの組み合わせを評価したと
ころ、約５０モル％〜約７５モル％のモル濃度のＹ２Ｏ３酸化イットリウム、約１０モル
％〜約３０モル％のモル濃度のＺｒＯ２酸化ジルコニウム、約１０モル％〜約３０モル％
のモル濃度のＡｌ２Ｏ３酸化アルミニウムの出発組成から形成されたセラミック材料は、
コンポーネントに対する損傷についての懸念を少なくして、固体セラミック処理コンポー
ネントの取扱いを可能にする高度の機械的特性を与えながら、ハロゲン含有プラズマに対
して優れた耐食性を与えるということを知見した。多くの用途において、セラミック材料
の出発組成は、Ｙ２Ｏ３のモル濃度が約５５モル％〜約６５モル％、ＺｒＯ２のモル濃度
が約１０モル％〜約２５モル％、Ａｌ２Ｏ３のモル濃度が約１０モル％〜約２０モル％の
ものである。侵食速度が大きな懸念となる時のセラミック材料の出発材料濃度は、Ｙ２Ｏ
３のモル濃度が約５５モル％〜約６５モル％、ＺｒＯ２のモル濃度が約２０モル％〜約２
５モル％、Ａｌ２Ｏ３のモル濃度が約５モル％〜約１０モル％のものである。
【００４７】
上述した種類の出発材料組成物を用いて、これらに限られるものではないが、アルミニ
ウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、アルミナ、窒化アルミニウム及び石英をはじめ
とする様々な金属やセラミック基板表面に、これに限られるものではないが、プラズマス
プレー等業界に周知の技術を用いて、セラミックコーティングを形成してよい。しかしな
がら、機械的特性を改善するには、可能であれば、固体セラミック装置コンポーネントを
用いて、コーティング層剥離による耐プラズマ性の突然の不具合や、コーティングが薄く
なるものとして現れるコーティング欠陥や、コーティングに移動する、下にある基板から
の移動性の汚染物質による金属汚染の形成を防ぐことが推奨される。
【００４８】
純粋な酸化イットリウムであったものに、約０．１モル％〜約６５モル％の濃度の酸化
ジルコニウムを添加すると、立方イットリア晶系構造又は立方蛍石型結晶構造を備えた酸
化イットリウム及び酸化ジルコニウムの固溶体が提供される。セルパラメータは、それぞ
れイットリウム空孔／酸素空孔の形成のために、純粋な構造より小さい。固溶体結晶構造
のセルパラメータが小さいと、酸化イットリウム中の酸化ジルコニウムの固溶体の耐プラ
ズマ性が改善される。例えば、多層半導体基板にトレンチをエッチングするのに用いる種
類のＣＦ４／ＣＨＦ３プラズマにおける固体酸化イットリウムセラミックの侵食速度は、
約０．３μｍ／ｈｒである。約６９モル％の酸化イットリウムと約３１モル％の酸化ジル
コニウムの固溶体セラミックの侵食速度は、約０．１μｍ／ｈｒであり、固体酸化イット
リウムのエッチング速度より３倍遅い。この予期しなかったエッチング速度の減少によっ
て、プロセスチャンバライナ又はプロセスチャンバ内の内部装置コンポーネントの寿命が
延びて、かかる装置を交換する頻度が減って、装置のダウンタイムが減少し、プロセス中
に生成されるパーティクルの量が減って、製品の特性が改善され、プロセス中に生成され
る金属汚染が減じて、製品の特性が促進され、全体として、処理されたウェハ当たりの処
理装置の全体のコストが、平均して減じる。
【００４９】
酸化ジルコニウム含有酸化イットリウム固溶体について０．１μｍ／ｈｒの侵食速度は
、０．３μｍ／ｈｒの酸化イットリウムよりも意外に良く、ＣＦ４／ＣＨＦ３プラズマに
おける１．４４μｍ／ｈｒの固体酸化アルミニウムよりかなり良い一方、酸化ジルコニウ
ム含有酸化イットリウム固溶体の機械的特性は、曲げ強度及び破壊靭性が改善されると有
益であることを示している。
【００５０】
一実施形態において、酸化ジルコニウム含有酸化イットリウム固溶体の曲げ強度及び破
壊靭性は、様々な量の酸化アルミニウムを、固溶体セラミックについての処方に添加して
、追加のアルミン酸イットリウム相を形成することにより達成される。酸化物の混合物は
、典型的な含量のバインダーと組み合わせたスプレー乾燥により形成された顆粒粉末の一
方向機械的プレス又は冷間水圧プレスにより、圧縮される。素地を、業界で一般的に知ら
れた技術を用いて、無圧焼結した。１０モル％〜３０モル％のアルミナを添加すると、曲
げ強度及び破壊靭性に関して、焼結セラミック組成の機械的特性が大幅に改善した。例え
ば、ＣＦ４及びＣＨＦ３を含有するプラズマ露光後の６９モル％の酸化イットリウム及び
３１モル％の酸化ジルコニウムを含有するセラミックの侵食速度は、約０．１μｍ／ｈｒ
であった。約１４モル％の酸化アルミニウムを含有するセラミックについては、同じプラ
ズマに露出した後の侵食速度も約０．１μｍ／ｈｒであった。約２５モル％の酸化アルミ
ニウムを含有するセラミックについては、同じプラズマに露出した後の侵食速度は、約０
．２μｍ／ｈｒであった。機械的特性に関しては、例えば、約６９モル％の酸化イットリ
ウム及び約３１モル％の酸化ジルコニウムである全体の出発組成は、焼結後、上述した通
り、約１３７Ｍｐａの曲げ強度及び１．３Ｍｐａ・ｍ１／２の破壊靭性を示す。全体のセ
ラミック組成が、約６３モル％の酸化イットリウム、約２３モル％の酸化ジルコニウム及
び約１４モル％の酸化アルミニウムである時は、焼結後、曲げ強度は約２１５Ｍｐａ及び
破壊靭性は約１．６Ｍｐａ・ｍ１／２である。全体のセラミック組成が、約５５モル％の
酸化イットリウム、約２０モル％の酸化ジルコニウム及び約２５モル％の酸化アルミニウ
ムである時は、焼結後、曲げ強度は約１７２Ｍｐａ及び破壊靭性は約１．７Ｍｐａ・ｍ１
／２である。酸化アルミニウム含量、曲げ強度の増大、侵食速度の増加の関係は、線形の
関係ではない。しかしながら、当業者であれば、本明細書に与えた情報を考慮すれば、最
小限の実験で処方を最適化することができる。
【００５１】
酸化アルミニウムを、酸化イットリウム及び酸化ジルコニウムを含有する多相金属安定
組成に添加する代わりに、ＨｆＯ２、酸化ハフニウム、Ｓｃ２Ｏ３、酸化スカンジウム、
Ｎｄ２Ｏ３、酸化ネオジム、Ｎｂ２Ｏ５、酸化ニオブ、Ｓｍ２Ｏ３、酸化サマリウム、Ｙ
ｂ２Ｏ３、酸化イッテルビウム、Ｅｒ２Ｏ３、酸化エルビウム、Ｃｅ２Ｏ３（又はＣｅＯ
２）、酸化セリウム又はこれらの組み合わせを添加することができる。これらの変形の酸
化物を用いる場合には、出発材料処方の酸化物の濃度は、約０．１モル％〜約９０モル％
である。典型的に、用いる濃度は、約１０モル％〜約３０モル％である。
【００５２】
上述した変形酸化物のうち少なくとも１つを、固溶体を形成するのに用いたＹ２Ｏ３及
びＺｒＯ２粉末と混合した後、粉末の組み合わせを、典型的な含量のバインダーと組み合
わせたスプレー乾燥により形成された粉末の一方向機械的プレス又は冷間水圧プレスによ
り、圧縮した。素地を、業界で一般的に知られた技術を用いて、無圧焼結した。焼結体の
冷却の際、単相又は２相の固溶体が形成される。この場合の固溶体は、「多元素ドープ」
固溶体である。ある固溶体は、立方イットリア結晶構造を示し、他の固溶体は、立方蛍石
型結晶構造を示す。固溶体は、優れた耐プラズマ性を有しており、典型的に、本明細書に
述べた酸化アルミニウム含有固溶体よりも良い耐食性を有している。しかしながら、イッ
トリア−ジルコニア−アルミナ系の機械的特性は、幾分良い。これら多ドープ固溶体は全
て、以前から公知の酸化イットリウム−酸化ジルコニウム固溶体に比べて、優れたプラズ
マ耐食性及び改善された機械的特性を示す。
【００５３】
本明細書に記載した種類の酸化イットリウム含有基材の典型的な用途としては、これら
に限られるものではないが、プラズマ処理チャンバ内部で用いるコンポーネント、例えば
、蓋、蓋ライナ、ノズル、ガス分配板又はシャワーヘッド、静電チャックコンポーネント
、シャドウフレーム、基板保持フレーム、処理キット及びチャンバライナが挙げられる。
これらのコンポーネントは全て、プラズマ処理の当業者には周知である。
【００５４】
上述した例示の実施形態は、本発明の範囲を限定するためのものではなく、当業者であ
れば、本開示内容を考慮すれば、かかる実施形態を拡大して、請求された本発明の対象に
対応させることができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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