(57)【要約】      （修正有）【課題】石英フィーチャの劣化により、石英表面が落下して電子機器が製造されうる石英表面の下に位置する基板に干渉する可能性を克服できる不安定なマイクロフィーチャの生成を抑制する保護皮膜を備える石英部品を提供する。【解決手段】石英構造体は、酸化イットリウムを含む保護層を備える。石英構造体の製作方法は、石英構造体を受け取ることと、酸化イットリウムを含む保護層で石英構造体を皮膜して、プラズマリアクタで用いられるべき部品を形成することと、を含む。石英部品は、プラズマリアクタにおいて窓またはインジェクタを形成するのに適した大きさおよび形状を有する。保護層は、石英構造体の大きさまたは形状を実質的に変化させない。石英部品は、動作中にプラズマがその部品に接触または近接するだろう位置でプラズマリアクタに取り付けられてよい。【選択図】図７Ａ
2019153789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英部品であって、
ａ）プラズマリアクタの部品としての使用に適した大きさおよび形状を有する石英構造体と、
ｂ）取り付けられたときに動作中に前記プラズマリアクタ内で生成されるプラズマに曝露される前記石英構造体の少なくとも一面上に配置された酸化イットリウムを含む保護層と、を備え、
前記保護層は、前記石英構造体の前記大きさまたは形状を実質的に変化させない、石英部品。
【請求項２】
請求項１に記載の石英部品であって、
前記石英部品は、前記プラズマリアクタの外部に位置するプラズマ源と前記プラズマリアクタの内部領域との間で窓として機能する大きさおよび形状を有する、石英部品。
【請求項３】
請求項１に記載の石英部品であって、
前記石英部品は、無線周波数源またはマイクロ波源からの無線周波電力またはマイクロ波電力が通って前記プラズマリアクタの内部領域に入ることを可能にする位置で、前記プラズマリアクタに配置されるように構成された石英窓である、石英部品。
【請求項４】
請求項３に記載の石英部品であって、
前記石英窓は、約１ｃｍから３ｃｍの間の厚さを有する、石英部品。
【請求項５】
請求項３ないし４に記載の石英部品であって、
前記石英窓は、実質的に平坦であり、約４０ｃｍから１００ｃｍの間の直径または長さを有する、石英部品。
【請求項６】
請求項１に記載の石英部品であって、
前記石英部品は、ガスを前記プラズマリアクタの内部領域に導入するため、および／または、前記ガスを前記プラズマリアクタの前記内部領域から除去するための１つ以上の流路を備える石英インジェクタである、石英部品。
【請求項７】
請求項１に記載の石英部品であって、
前記石英部品は、中空ドームである、石英部品。
【請求項８】
請求項１ないし７に記載の石英部品であって、
前記保護層は、約１０ｎｍから１０μｍの間の厚さを有し、前記厚さは、前記石英部品の表面にわたる平均的な厚さである、石英部品。
【請求項９】
請求項１ないし８に記載の石英部品であって、
前記石英部品は、約０．０１μｍから２μｍの間の面粗度Ｒaを有し、前記面粗度は、前記石英部品の表面にわたる平均的な面粗度である、石英部品。
【請求項１０】
請求項１ないし９に記載の石英部品であって、
前記保護層は、平均して約１％未満の気孔率を有する、石英部品。
【請求項１１】
請求項１ないし１０に記載の石英部品であって、
前記保護層は、平均して約１０ｎｍから１００ｎｍの間の最大断面寸法を有する酸化イットリウム結晶子を含む、石英部品。
【請求項１２】
請求項１ないし１１に記載の石英部品であって、
前記保護層は、少なくとも約９０質量％の酸化イットリウムを含む、石英部品。
【請求項１３】
請求項１ないし１１に記載の石英部品であって、
前記保護層は、少なくとも約９９質量％の酸化イットリウムを含む、石英部品。
【請求項１４】
プラズマリアクタであって、
プラズマ処理動作中に基板を保持するように構成された基板支持体と、
動作中にプラズマが形成される前記プラズマリアクタの内部領域に電力を提供するように構成されたプラズマ源と、
石英部品であって、
ａ）前記プラズマリアクタの部品としての使用に適した大きさおよび形状を有する石英構造体と、
ｂ）取り付けられたときに前記プラズマリアクタ内で生成される前記プラズマに曝露される前記石英構造体の少なくとも一面上に配置された酸化イットリウムを含み、前記石英構造体の前記大きさまたは前記形状を実質的に変化させない保護層と、を備える石英部品と、
前記プラズマ源に無線周波電力またはマイクロ波電力を前記プラズマリアクタの前記内部領域に提供させるためのプログラム命令を含むコントローラと、
を備える、プラズマリアクタ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプラズマリアクタであって、
前記プラズマリアクタ内の前記石英部品は、動作中に前記プラズマが前記石英部品に接触または近接するだろう位置に配置される、プラズマリアクタ。
【請求項１６】
請求項１４ないし１５に記載のプラズマリアクタであって、
前記プラズマは、水素含有プラズマである、プラズマリアクタ。
【請求項１７】
請求項１４ないし１６に記載のプラズマリアクタであって、
前記プラズマリアクタは、エッチングツール、アッシングツール、および／または、堆積ツールである、プラズマリアクタ。
【請求項１８】
請求項１４ないし１７に記載のプラズマリアクタであって、
前記プラズマ源は、コイルを含む、プラズマリアクタ。
【請求項１９】
請求項１４ないし１７に記載のプラズマリアクタであって、
前記プラズマ源は、無線周波数発生器を含む、プラズマリアクタ。
【請求項２０】
請求項１４ないし１７に記載のプラズマリアクタであって、
前記プラズマ源は、マイクロ波発生器を含む、プラズマリアクタ。
【請求項２１】
請求項１４ないし２０に記載のプラズマリアクタであって、
前記石英部品は、前記プラズマ源と前記プラズマリアクタの前記内部領域との間で窓として機能する大きさおよび形状を有する、プラズマリアクタ。
【請求項２２】
請求項１４ないし２０に記載のプラズマリアクタであって、
前記石英部品は、無線周波数源またはマイクロ波源からの前記無線周波電力または前記マイクロ波電力が通って前記プラズマリアクタの前記内部領域に入ることを可能にする位置で、前記プラズマリアクタに配置されるように構成された石英窓である、プラズマリアクタ。
【請求項２３】
請求項２２に記載のプラズマリアクタであって、
前記石英窓は、約１ｃｍから３ｃｍの間の厚さを有する、プラズマリアクタ。
【請求項２４】
請求項２２ないし２３に記載のプラズマリアクタであって、
前記石英窓は、実質的に平坦であり、約４０ｃｍから１００ｃｍの間の直径または長さを有する、プラズマリアクタ。
【請求項２５】
請求項１４ないし２０に記載のプラズマリアクタであって、
前記石英部品は、ガスを前記プラズマリアクタの前記内部領域に導入するため、および／または、前記ガスを前記プラズマリアクタの前記内部領域から除去するための１つ以上の流路を備える石英インジェクタである、プラズマリアクタ。
【請求項２６】
請求項１４ないし２０に記載のプラズマリアクタであって、
前記石英部品は、中空ドームである、プラズマリアクタ。
【請求項２７】
請求項１４ないし２６に記載のプラズマリアクタであって、
前記保護層は、約１０ｎｍから１０μｍの間の厚さを有し、前記厚さは、前記石英部品の表面にわたる平均的な厚さである、プラズマリアクタ。
【請求項２８】
請求項１４ないし２７に記載のプラズマリアクタであって、
前記石英部品は、約０．０１μｍから２μｍの間の面粗度Ｒaを有し、前記面粗度は、前記石英部品の表面にわたる平均的な面粗度である、プラズマリアクタ。
【請求項２９】
請求項１４ないし２８に記載のプラズマリアクタであって、
前記保護層は、平均して約１％未満の気孔率を有する、プラズマリアクタ。
【請求項３０】
請求項１４ないし２９に記載のプラズマリアクタであって、
前記保護層は、平均して約１０ｎｍから１００ｎｍの間の最大断面寸法を有する酸化イットリウム結晶子を含む、プラズマリアクタ。
【請求項３１】
請求項１４ないし３０に記載のプラズマリアクタであって、
前記保護層は、少なくとも約９０質量％の酸化イットリウムを含む、プラズマリアクタ。
【請求項３２】
請求項１４ないし３０に記載のプラズマリアクタであって、
前記保護層は、少なくとも約９９質量％の酸化イットリウムを含む、プラズマリアクタ。
【請求項３３】
方法であって、
（ａ）石英構造体を受け取ることと、
（ｂ）酸化イットリウムを含む保護層で前記石英構造体を皮膜して、プラズマリアクタ用の石英部品を形成することと、を含み、
前記石英部品は、前記プラズマリアクタで用いられるべき部品を形成するのに適した大きさおよび形状を有する、方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の方法であって、
前記保護層は、前記石英構造体の前記大きさまたは前記形状を実質的に変化させない、方法。
【請求項３５】
請求項３３ないし３４に記載の方法であって、さらに、
動作中にプラズマが前記石英部品に接触または近接するだろう位置で、前記石英部品を前記プラズマリアクタに取り付けることを含む、方法。
【請求項３６】
請求項３３ないし３５に記載の方法であって、
前記プラズマリアクタは、エッチングツール、アッシングツール、および／または、堆積ツールである、方法。
【請求項３７】
請求項３３ないし３６に記載の方法であって、
前記石英部品は、前記プラズマリアクタの外部に位置するプラズマ源と前記プラズマリアクタの内部領域との間で窓として機能する大きさおよび形状を有する、方法。
【請求項３８】
請求項３３ないし３７に記載の方法であって、
酸化イットリウムを含む保護層で前記石英構造体を皮膜することは、前記保護層を原子層堆積によって堆積させることを含む、方法。
【請求項３９】
請求項３３ないし３８に記載の方法であって、さらに、
前記保護層を粗面化することを含む、方法。
【請求項４０】
請求項３９に記載の方法であって、
前記保護層を粗面化することは、前記保護層を脱イオン水に曝すことを含む、方法。
【請求項４１】
請求項４０に記載の方法であって、
前記脱イオン水は、約５０℃から１００℃の間の温度を有する、方法。
【請求項４２】
請求項３３ないし４１に記載の方法であって、
前記プラズマリアクタで用いられるべき前記部品は、窓またはインジェクタである、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
リアクタでのプラズマベースのエッチング動作において使用するために構成された石英部品は、リアクタ内に含まれたプラズマ（例えば、特に水素含有プラズマ）に曝露されると、エッチングされる、あるいは劣化する可能性がある。従来、損傷した石英部品は、必要に応じて新しい部品と交換される。しかし、ある特定の状況では、石英フィーチャの劣化は、石英表面が落下して電子機器が製造されうる石英表面の下に位置する基板に干渉する可能性を克服できる不安定なマイクロフィーチャを生成しうる。
【０００２】
本明細書に含まれる背景技術および文脈の説明は、本開示の内容を一般的に提示する目的のみで提供される。本開示のほとんどは、発明者の発明を提示しており、単に、そのような発明が背景技術欄に説明されている、または本明細書の他の文脈に示されているからといって、先行技術とは認められない。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の一態様は、プラズマリアクタの部品として使用するのに適した大きさおよび形状を有する石英部品、ならびに、取り付けられたときにプラズマリアクタの内部領域に面する、石英構造体の少なくとも１つの表面に配置された酸化イットリウムを含む保護層に関する。保護層は、石英構造体の大きさまたは形状を実質的に変化させない。
【０００４】
いくつかの実施形態では、石英部品は、プラズマリアクタの外部に位置するプラズマ源とプラズマリアクタの内部領域との間で窓として機能する大きさおよび形状を有する。
【０００５】
本明細書では、プラズマリアクタの部品として使用するのに適した大きさおよび形状を有する石英構造体を有する石英部品が記載される。酸化イットリウムを含む保護層は、取り付けられたときに動作中のプラズマリアクタで生成されたプラズマに曝露される石英構造体の少なくとも１つの表面上に配置される。保護層は、石英構造体の大きさまたは形状を実質的に変化させない。
【０００６】
いくつかの実施形態では、石英部品は、プラズマリアクタの外部に位置するプラズマ源とプラズマリアクタの内部領域との間で窓として機能する大きさおよび形状を有する。
【０００７】
いくつかの実施形態では、石英部品は、無線周波数源またはマイクロ波源からの無線周波数電力またはマイクロ波電力が通ってプラズマリアクタの内部領域に入ることを可能にする位置でプラズマリアクタに配置されるように構成された石英窓である。
【０００８】
いくつかの実施形態では、石英窓は、約１ｃｍから３ｃｍの間の厚さを有する。
【０００９】
いくつかの実施形態では、石英窓は、実質的に平坦であり、約４０ｃｍから約１００ｃｍの間の直径または長さを有する。
【００１０】
いくつかの実施形態では、石英部品は、ガスをプラズマリアクタの内部領域に導入するため、および／または、ガスをプラズマリアクタの内部領域から除去するための１つ以上の流路を備える石英インジェクタである。
【００１１】
いくつかの実施形態では、石英部品は、中空ドームである。
【００１２】
いくつかの実施形態では、保護層は、約１０ｎｍから約１０μｍの間の厚さを有する。その厚さは、石英部品の表面全体の平均的な厚さであってよい。
【００１３】
いくつかの実施形態では、石英部品は、約０．０１μｍから約２μｍの表面粗度Ｒaを有する。その表面粗度は、石英部品の表面全体の平均的な表面粗度であってよい。
【００１４】
いくつかの実施形態では、保護層は、平均して約１％未満の気孔率を有する。
【００１５】
いくつかの実施形態では、保護層は、平均して約１０ｎｍから約１００ｎｍの間の最大断面寸法を有する酸化イットリウム結晶子を含む。
【００１６】
いくつかの実施形態では、保護層は、少なくとも約９０質量％の酸化イットリウムを含む。
【００１７】
いくつかの実施形態では、保護層は、少なくとも９９質量％の酸化イットリウムを含む。
【００１８】
本明細書には、プラズマ処理動作中に基板を保持するように構成された基板支持体を有するプラズマリアクタが記載される。プラズマ源は、動作中にプラズマが形成されるプラズマリアクタの内部領域に電力を供給するように構成される。プラズマリアクタは、（ａ）プラズマリアクタの部品として使用するのに適した大きさおよび形状を有する石英構造体と、（ｂ）取り付けられたときにプラズマリアクタで生成されたプラズマに曝露される石英構造体の少なくとも１つの表面上に配置される酸化イットリウムを含む保護層と、を備える石英部品を有する。保護層は、石英構造体の大きさまたは形状を実質的に変化させない。プラズマリアクタは、さらに、プラズマ源に無線周波数電力またはマイクロ波電力をプラズマリアクタの内部領域に提供させるためのプラグラム命令を含む制御装置を備える。
【００１９】
いくつかの実施形態では、プラズマリアクタ内の石英部品は、動作中にプラズマが石英部品に接触または近接するだろう位置に配置される。
【００２０】
いくつかの実施形態では、プラズマは、水素含有プラズマである。
【００２１】
いくつかの実施形態では、プラズマリアクタは、エッチングツール、アッシングツール、および／または、堆積ツールである。
【００２２】
いくつかの実施形態では、プラズマ源は、コイルを備える。
【００２３】
いくつかの実施形態では、プラズマ源は、無線周波数発生器を備える。
【００２４】
いくつかの実施形態では、プラズマ源は、マイクロ波発生器を備える。
【００２５】
いくつかの実施形態では、石英部品は、プラズマ源とプラズマリアクタの内部領域との間で窓として機能する大きさおよび形状を有する。
【００２６】
いくつかの実施形態では、石英部品は、無線周波数源またはマイクロ波源からの無線周波数電力またはマイクロ波電力が通ってプラズマリアクタの内部領域に入ることを可能にする位置でプラズマリアクタに配置されるように構成された石英窓である。
【００２７】
いくつかの実施形態では、石英窓は、約１ｃｍから３ｃｍの間の厚さを有する。
【００２８】
いくつかの実施形態では、石英窓は、実質的に平坦であり、約４０ｃｍから約１００ｃｍの間の直径または長さを有する。
【００２９】
いくつかの実施形態では、石英部品は、ガスをプラズマリアクタの内部領域に導入するため、および／または、ガスをプラズマリアクタの内部領域から除去するための１つ以上の流路を備える石英インジェクタである。
【００３０】
いくつかの実施形態では、石英部品は、中空ドームである。
【００３１】
いくつかの実施形態では、保護層は、約１０ｎｍから約１０μｍの間の厚さを有する。その厚さは、石英部品の表面全体の平均的な厚さであってよい。
【００３２】
いくつかの実施形態では、石英部品は、約０．０１μｍから約２μｍの間の表面粗度Ｒaを有し、その表面粗度は、石英部品の表面全体の平均的な表面粗度である。
【００３３】
いくつかの実施形態では、保護層は、平均して約１％未満の気孔率を有する。
【００３４】
いくつかの実施形態では、保護層は、平均して約１０ｎｍから約１００ｎｍの間の最大断面寸法を有する酸化イットリウム結晶子を含む。
【００３５】
いくつかの実施形態では、保護層は、少なくとも約９０質量％の酸化イットリウムを含む。
【００３６】
いくつかの実施形態では、保護層は、少なくとも約９９質量％の酸化イットリウムを含む。
【００３７】
本明細書に記載されるのは、（ａ）石英構造体を受け取ることと、（ｂ）酸化イットリウムを含む保護層で石英構造体を皮膜して、プラズマリアクタ用の石英部品を形成することと、を含む方法である。石英部品は、プラズマリアクタで用いられる部品を形成するのに適した大きさおよび形状を有する。
【００３８】
いくつかの実施形態では、保護層は、石英構造体の大きさまたは形状を実質的に変化させない。
【００３９】
いくつかの実施形態では、この方法は、さらに、動作中にプラズマが石英部品に接触または近接するだろう位置でプラズマリアクタに石英部品を取り付けることを含む。
【００４０】
いくつかの実施形態では、プラズマリアクタは、エッチングツール、アッシングツール、および／または、堆積ツールである。
【００４１】
いくつかの実施形態では、石英部品は、プラズマリアクタの外部に位置するプラズマ源とプラズマリアクタの内部領域との間で窓として機能する大きさおよび形状を有する。
【００４２】
いくつかの実施形態では、石英部品は、無線周波数源またはマイクロ波源からの無線周波数電力またはマイクロ波電力が通ってプラズマリアクタの内部に入ることを可能にする位置でプラズマリアクタに配置されるように構成された石英窓である。
【００４３】
いくつかの実施形態では、石英窓は、約４０ｃｍから約１００ｃｍの間の厚さを有する。
【００４４】
いくつかの実施形態では、石英部品は、ガスをプラズマリアクタの内部に導入するため、および／または、ガスをプラズマリアクタの内部から除去するための１つ以上の流路を備える石英インジェクタである。
【００４５】
いくつかの実施形態では、保護層は、約１０ｎｍから約１０μｍの間の厚さを有し、その厚さは、取り付けられたときにプラズマリアクタの内部領域に面する石英部品の表面全体の平均的な厚さである。
【００４６】
いくつかの実施形態では、石英部品は、約０．０１μｍから約５μｍの間の表面粗度Ｒaを有し、その表面粗度は、取り付けられたときにプラズマリアクタの内部領域に面する石英部品の表面全体の平均的な表面粗度である。
【００４７】
いくつかの実施形態では、保護層は、平均して約１％未満の気孔率を有する。
【００４８】
いくつかの実施形態では、保護層は、平均して約１０ｎｍから約１００ｎｍの間の最大断面寸法を有する酸化イットリウム結晶子を含む。
【００４９】
いくつかの実施形態では、保護層は、少なくとも約９０質量％の酸化イットリウムを含む。
【００５０】
いくつかの実施形態では、保護層は、少なくとも約９９質量％の酸化イットリウムを含む。
【００５１】
いくつかの実施形態では、酸化イットリウムを含む保護層で石英構造体を皮膜することは、原子層堆積で保護層を堆積させることを含む。
【００５２】
いくつかの実施形態では、この方法は、さらに、保護層を粗面化することを含み、それには保護層を脱イオン水に曝すことを含んでよい。脱イオン水は、約５０℃から約１００℃の間の温度を有する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
以下に、多数の例示的な実施形態が付随の図面を参照により詳細に説明される。その他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、請求項から明らかになるだろう。以下の図の相対寸法は、変倍後の図面であることを明示されない限り、縮尺に合わせて描かれなくてよいことに注意されたい。
【００５４】
【図１】水素含有プラズマへの曝露中に石英部品上に形成されたマイクロフィーチャを表す顕微鏡写真。
【００５５】
【図２】リモートプラズマリアクタの概略図。
【００５６】
【図３】プラズマリアクタのマイクロ波プラズマ源の概略図。
【００５７】
【図４】ＴＣＰプラズマリアクタの概略図。
【００５８】
【図５Ａ】プラズマリアクタにガスを供給するための石英インジェクタの斜視図。
【図５Ｂ】プラズマリアクタにガスを供給するための石英インジェクタの断面図。
【００５９】
【図６Ａ】石英窓などの保護層を備えた単純な石英部品の概略図。
【００６０】
【図６Ｂ】酸化イットリウムを含む保護層が配置されている石英層の顕微鏡写真。
【００６１】
【図７Ａ】堆積した保護層の表面をテクスチャ加工する選択肢を含む、石英部品上に保護層を形成するためのプロセスのフローチャート。
【図７Ｂ】堆積した保護層の表面をテクスチャ加工する選択肢を含む、石英部品上に保護層を形成するためのプロセスのフローチャート。
【００６２】
【図８】酸化イットリウム保護層のテクスチャ加工された表面の顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
本開示は、一般に、例えば酸化イットリウムを含む保護層で皮膜された石英構造体を有する石英部品に関する。石英部品は、プラズマリアクタで用いられてよい。石英部品は、プラズマリアクタにおいて、窓、ポート、または他の部品を形成するのに適した大きさおよび形状を有することが多い。石英部品は、石英構造体を保護層で皮膜することによって製作されてよい。皮膜プロセスは、原子層堆積（ＡＬＤ）または化学気相堆積（ＣＶＤ）（プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）を含む）などの制御可能なプロセスによって、酸化イットリウムなどの皮膜材料を堆積させることを含んでよい。特定の実施形態では、少なくとも石英部品がプラズマリアクタの一部として機能する範囲で、石英部品と石英構造体とが実質的に同じ大きさおよび形状を有するように、保護層は石英部品に対して薄い。いくつかの実施形態では、本開示は、石英部品を含むプラズマリアクタなどの装置またはシステムに関する。本開示は、また、プラズマリアクタなどの装置またはシステムに石英部品を取り付ける、あるいは提供することによって、装置またはシステムを製作する方法にも関する。
【００６４】
石英部品は、リアクタのプラズマ（特に、水素ベースのプラズマ）によって、時にエッチングされ、あるいは侵食される。プラズマに曝露されたときの石英部品の侵食は、様々な悪影響を引き起こしうる。しかし、場合によっては、特に、石英部品がプラズマリアクタの消耗部品だと考えれば、単なる石英の除去は、比較的些細な問題である。そのような場合、一定量の石英が除去された後に、部品は単に新しいものと置き換えられ、装置は引き続きプラズマベースの反応のために用いられる。
【００６５】
しかし、本発明によって、場合によっては、侵食は、石英部品（例えば、窓）から脱落して、電子デバイスが製造されている基板上に落ちる可能性がある不安定なマイクロフィーチャを生成することが判明した。その場合、マイクロフィーチャ、特に、そのようなマイクロフィーチャから生成された粒子は、電子デバイスを破壊する可能性がある。石英部品上のマイクロフィーチャを損傷する例は、図１の顕微鏡写真に示される。
【００６６】
不安定なマイクロフィーチャは、広範囲の大きさを有しうるが、おおよそ円筒形状と仮定して、最大約１０μｍの直径で約１μｍから５０μｍの長さの範囲であることが多い。それらは、製作された電子デバイス上に欠陥を生じさせるのに十分な大きさである。プラズマエッチングが、石英を窓の表面全体で一様に除去するだけでマイクロフィーチャを生成しない場合は、石英のプラズマエッチングは、それほど重大な問題ではないだろう。
【００６７】
しかし、石英部品によっては、不安定なマイクロフィーチャの形成の可能性に関わらず、石英のわずかな侵食が問題を引き起こす。例えば、以下に説明する高耐性流路を備えた石英インジェクタについては、流路内の微量の石英の除去でさえも、流れの流体力学が大きく変わり、プラズマリアクタで実行されるプロセスに悪影響を及ぼしうる。影響を受けやすい流路を備えた石英インジェクタの例は、図５Ａおよび図５Ｂに示される。
【００６８】
不安定なマイクロフィーチャは、動作温度が低い（例えば、約２０℃から２００℃）石英表面の領域において、時としてより簡単にまたはより目立つように形成される。高温に曝された領域には、非常に少ないマイクロフィーチャしか生成されない。理論にとらわれたくないが、そのような現象は、水素プラズマとシリカ（石英）との反応によって生成されたシラン（ＳｉＨ4）が、高温によって再びシリカを形成するように分解されるために起こりうるとされている。低温では、シランが漏れ出て、それと一緒に石英からケイ素を取り去り、シリカがマイクロフィーチャに残されるため、そのような分解は起こらないだろう。
【００６９】
定義：
本明細書で用いられる用語「半導体ウエハ」は、半導体材料（例えば、シリコン）で作られるウエハ、ならびに、一般に半導体として認識されない材料（例えば、誘電体および／または導電体）で作られるウエハ、の両方を指すが、通常、その上に提供された半導体材料を有するウエハを指す。シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウエハがその一例である。本開示で説明された装置および方法は、直径が２００ｍｍ、３００ｍｍ、および４５０ｍｍの半導体ウエハを含む、様々な大きさの半導体ウエハの処理に用いられてよい。
【００７０】
本説明では、用語「プラズマリアクタ」は、半製品の半導体デバイス、ディスプレイ、または他の電子デバイスなどの基板の処理の間にプラズマを用いるリアクタを指す。プラズマリアクタは、基板上に材料を堆積させるリアクタ（「堆積リアクタ」）、基板から材料をエッチングするリアクタ（「エッチング装置」または「エッチングリアクタ」）、フォトレジストまたは他の材料をアッシングするリアクタ（「アッシャ」）などであってよい。堆積リアクタの例は、プラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）リアクタ、および、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）リアクタを含む。エッチングチャンバの例は、プラズマアシストプロセスにおいて導電体および／または誘電体をエッチングするための様々なエッチングツールを含む。プラズマ（特に、水素プラズマ）に曝露されうる石英窓を用いるラムリサーチ株式会社の半導体デバイス製作ツールの例は、ＫＩＹＯ（商標登録）、ＧＡＭＭＡ（商標登録）、およびＳＴＲＩＫＥＲ（商標登録）である。
【００７１】
「プラズマ源」は、プラズマリアクタ内でプラズマを生成するための電力源である。通常、本開示の文脈では、プラズマ源は、プラズマリアクタの外部に位置し、石英窓は、プラズマ源とプラズマリアクタの内部との間に位置する。プラズマリアクタの内部は、プラズマが形成される場所であり、ウエハまたは他の試料が設置される場所である。プラズマ源は、多くの特定の周波数または周波数範囲の電力を提供してよい。特定の実施形態では、プラズマ源は、電磁スペクトルの無線周波数部分で電力を供給する。特定の実施形態では、プラズマ源は、電磁スペクトルのマイクロ波周波数部分で電力を供給する。プラズマ源は、プラズマリアクタ内部でプラズマを形成するための電力を生成するために動作中に通電される板、コイル、または他の構造体を含んでよい。プラズマ源の例は、以下に提示するいくつかの例で示される。
【００７２】
いくつかの実施形態では、プラズマリアクタは、マルチステーション型半導体処理システムの一部である。そのような実施形態では、各プロセスチャンバは、基板支持体、ならびに、任意で、１つ以上のチャンバ窓、および／または、プラズマ源を含んでよい。
【００７３】
「石英部品」は、プラズマリアクタの石英含有部品である。石英は、連続構造のケイ素酸素四面体のケイ素原子および酸素原子を含む二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の形態であり、各酸素原子は、２つの四面体間で共有される。石英部品の例は、石英窓および石英インジェクタを含む。石英窓は、リアクタ内部の外に位置する無線周波数源からリアクタ内部に無線周波数電力を伝えるのに用いられてよい。リアクタ内部は、基板が設置されてプラズマで促進される反応によって処理される場所である。石英インジェクタは、１つ以上のガスをプラズマリアクタ内部に対して供給および除去するための１つ以上の流路を備える石英要素である。特定の実施形態では、石英インジェクタは、ポートの構造に加工された特に複雑な流路を有してよい。
【００７４】
「不安定なマイクロフィーチャ」は、プラズマ（特に、水素含有プラズマ）に接触する石英表面上に形成しうる小さなフィーチャである。特定の実施形態では、不安定な石英円筒形マイクロフィーチャは、約数マイクロメートルから数十マイクロメートルまでの間の大きさ（断面および／または長さ）であり、プラズマリアクタの通常の動作中に石英表面から容易に除去されうる。例えば、単純な振動または他の弱い機械力でマイクロフィーチャを除去できる。
【００７５】
「保護層」は、石英部品上に形成される層である。保護層は、プラズマ、または他の侵食環境（物理的もしくは化学的侵食環境など）に曝露されたときに、石英部品からの石英の除去を低減させうる。一例では、保護層は、酸化イットリウム層である、または酸化イットリウム層を含む。保護層は、石英部品上に保護層を堆積させる皮膜装置で形成されてよい。皮膜装置は、ＡＬＤ、ＣＶＤ、スパッタリング、または、保護層を石英部品上に形成する他の化学的プロセスもしくは物理的プロセスなど、様々な周知の堆積プロセスを用いてよい。
【００７６】
石英部品上の保護層の特定機能：
様々な実施形態では、保護層は、石英部品の上に提供される。保護層は、プラズマへの曝露、特に、水素含有プラズマまたは他の侵食環境への曝露によって、不安定なマイクロフィーチャの形成を防止または低減してよい。さらに、またはそれに代えて、保護層は、プラズマへの曝露、特に、水素含有プラズマまたは他の侵食環境への曝露によって、石英の侵食を防止または低減してよい。結果として、不安定なマイクロフィーチャは、石英部品の表面から剥がれ落ちず、製作された電子デバイスの品質を低下させない。場合によっては、石英部品は、劣化するとしてもよりゆっくりと劣化するため、頻繁に交換される必要がない。さらに、石英インジェクタなど、厳しい許容差を備えたフィーチャを有する石英部品の場合は、フィーチャの特性はプラズマへの曝露中は保護されるため、少なくとも保護層なしの石英部品の場合よりも長い動作期間中、石英部品の機能は意図されたままである。特定の実施形態では、保護層は酸化イットリウムである。
【００７７】
石英部品を有する装置：
先に説明および論述されたように、保護層は石英部品の上に提供され、石英部品は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）と呼ばれることもある変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ）装置などのプラズマリアクタに挿入されてよい、あるいはプラズマリアクタと統合されてよい。
【００７８】
図２は、本明細書の特定の実施形態を実行するのに適したＩＣＰエッチング装置２００の断面図を概略的に示す。その例は、カリフォルニア州フレモント所在のラムリサーチ株式会社によって製造されたＫＩＹＯ（商標登録）リアクタである。誘導結合プラズマ装置２００は、チャンバ壁および窓２１１によって構造的に規定されたプロセスチャンバ２０１を備える。チャンバ壁２０１は、ステンレス鋼またはアルミニウムから製作されてよい。窓２１１は、本明細書で説明する石英部品であってよい。例えば、特定の実施形態では、窓２１１の少なくとも内側面は、本明細書で述べる保護層を含んでよい。保護層は、窓２１１がマイクロフィーチャを形成すること、あるいは侵食環境に曝露されたときに劣化することを防止してよい。装置の他の部品は、本明細書に述べる保護層を備えた石英部品であってよい。
【００７９】
任意の内側プラズマグリッド２４０は、処理チャンバ２０１全体を上部サブチャンバ２０２と下部サブチャンバ２０３とに分ける。特定の実施形態では、プラズマグリッド２４０は存在しない。チャック２１７は、装置底部付近の下部サブチャンバ２０３内に位置する。チャック２１７は、エッチングプロセスおよび／または堆積プロセスが施される半導体ウエハ２１９を受け取って保持するように構成される。チャック２１７は、存在するときは、ウエハ２１９を支持するための静電チャックでありうる。いくつかの実施形態では、エッジリング（図示せず）は、チャック２１７に存在するときは、チャック２１７を取り囲み、ウエハ２１９の上面と略平面である上面を有する。チャック２１７は、ウエハ２１９をチャックおよびデチャックするための静電電極を備えてもよい。この目的のために、フィルタおよびＤＣクランプ電源（図２には図示せず）が提供されてよい。ウエハ２１９をチャック２１７から持ち上げるための他の制御システムが提供されてよい。
【００８０】
チャック２１７は、ＲＦ電源２２３を用いて帯電されうる。ＲＦ電源２２３は、接続部２２７を介して整合回路２２１に接続される。バイアス電力は、基板をバイアスするためにチャック２１７に供給されてよい。様々な実施形態では、バイアス電力は、０Ｖ（無バイアス）から約２０００Ｖの間、０Ｖから約１８００Ｖの間、０Ｖから約１４００Ｖの間、または約４００Ｖから約１４００Ｖの間の値に設定されてよい。整合回路２２１は、接続部２２４を介してチャック２１７に接続される。このようにして、ＲＦ電源２２３は、チャック２１７に接続される。
【００８１】
本明細書に開示のチャック２１７は、基板を処理してタンタルをエッチングするために、約−２００℃から約６００℃、または約−２０℃から約２４０℃の範囲の温度で動作してよく、チャック２１７は、約０℃未満の温度に設定されてよい。温度は、プロセス動作、特定のレシピ、および使用ツールに応じるだろう。
【００８２】
プラズマ生成要素（まとめて、プラズマ源）は、窓２１１上方に位置するコイル２３３を含む。いくつかの実施形態では、コイルは用いられない。コイル２３３は、導電材料から製作され、少なくとも１つの完全な巻きを含む。図２に示されるコイル２３３の例は、３巻を含む。コイル２３３の断面は記号によって示され、「Ｘ」を有するコイルは、ページに回転して延びるが、「●」を有するコイルは、ページから回転して延出する。プラズマ生成要素は、ＲＦ電力をコイル２３３に供給するように構成されたＲＦ電源２４１も含む。一般に、ＲＦ電源２４１は、接続部２４４を介して整合回路２３９に接続される。整合回路２３９は、接続部２４３を介してコイル２３３に接続される。このようにして、ＲＦ電源２４１は、コイル２３３に接続される。ＲＦ電源２４１は、改質動作中に約１％から約２０％の間のデューティサイクルを用いて約１０Ｈｚから約２００Ｈｚの間の周波数でパルス化する、および／または、約１％から約２０％の間のデューティサイクルを用いて約１０Ｈｚから約２００Ｈｚの間の周波数でパルス化するように構成されてよい。任意のファラデーシールド２４９は、コイル２３３と窓２１１との間に設置される。ファラデーシールド２４９は、コイル２３３に対して離間して維持される。ファラデーシールド２４９は、窓２１１の真上に配置される。コイル２３３、ファラデーシールド２４９、および窓２１１は、互いに実質的に平行になるようにそれぞれ構成される。ファラデーシールド２４９は、金属または他の種が処理チャンバ２０１の窓２１１に堆積するのを防止してよい。
【００８３】
プロセスガス（塩素、アルゴン、酸素など）は、上部チャンバ２０２に位置する１つ以上のメインガス流入口２６０を通じて、および／または、１つ以上のサイドガス流入口２７０を通じて、処理チャンバ２０１に流入されてよい。真空ポンプ（例えば、一段式または二段式の機械式ドライポンプ、および／または、ターボ分子ポンプ２４０）は、プロセスガスを処理チャンバ２０１から排出するのに用いられ、処理チャンバ２０１内の特定の圧力または圧力範囲を維持するのに用いられてよい。例えば、ポンプは、パージ動作中に処理チャンバ２０１を排気するのに用いられてよい。真空ポンプによって提供された真空環境の適用を選択的に制御するために、真空ポンプを処理チャンバ２０１に流体的に接続するのにバルブ制御された導管が用いられてよい。これは、プラズマ処理動作中に、スロットルバルブ（図示せず）または振り子バルブ（図示せず）などの閉ループ制御による流れ制限デバイスを採用することで実行されてよい。同様に、容量結合プラズマ処理チャンバへの真空ポンプおよびバルブ制御された流体接続部が用いられてもよい。
【００８４】
装置の動作中に、１つ以上のプロセスガスは、ガス流入口２６０および／または２７０を通じて供給されてよい。特定の実施形態では、プロセスガスは、メインガス流入口２６０のみを通じて、または、サイドガス流入口２７０のみを通じて供給されてよい。場合によっては、図に示されるガス流入口は、より複雑なガス流入口（例えば、１つ以上のシャワーヘッド）に置き換えられてよい。ファラデーシールド２４９および／または任意のグリッド２４０は、処理チャンバ２０１へのプロセスガスの供給を可能にする内部流路および孔を備えてよい。ファラデーシールド２４９および任意のグリッド２４０のいずれかまたは両方は、プロセスガスの供給のためのシャワーヘッドとして機能してよい。いくつかの実施形態では、液体気化供給システムは、液体反応物または前駆体が蒸発すると蒸発した反応物または前駆体がガス流入口２６０および／または２７０を通じて処理チャンバ２０１に導入されるように、処理チャンバ２０１の上流に設置されてよい。液体前駆体の例は、ＳｉＣｌ4およびケイ素アミドを含む。
【００８５】
無線周波数電力は、コイル２３３を通じてＲＦ電流を流すためにＲＦ電源２４１からコイル２３３に供給される。コイル２３３を通じて流れるＲＦ電流は、コイル２３３の周りに電磁場を生成する。電磁場は、上部サブチャンバ２０２で誘導電流を生成する。様々な生成イオンおよびラジカルのウエハ２１９との物理的および化学的相互作用は、ウエハ２１９のフィーチャを選択的にエッチングしてよい、および／または、ウエハ２１９上に層を堆積させてよい。
【００８６】
処理チャンバ２０１は、クリーンルームまたは製作設備に設置されるときは、設備（図示せず）に結合されてよい。設備は、プロセスガス、真空、温度制御、および環境微粒子制御を提供する配管を含む。これらの設備は、目的の製作設備に設置されるときは、処理チャンバ２０１に結合される。また、処理チャンバ２０１は、通常のオートメーションを用いてロボットに半導体ウエハを処理チャンバ２０１に搬入出させる搬送チャンバに結合されてよい。
【００８７】
いくつかの実施形態では、システムコントローラ２３０（１つ以上のフィジカルまたはロジックコントローラを含みうる）は、処理チャンバの動作の一部または全てを制御する。システムコントローラ２３０は、１つ以上のメモリデバイスおよび１つ以上のプロセッサを含んでよい。いくつかの実施形態では、開示の実施形態が実施されるときは、装置は、流量および持続期間を制御するための切替システムを含む。いくつかの実施形態では、装置は、約２００ｍｓまで、または約７４０ｍｓまでの切替時間を有してよい。切替時間は、フローケミストリ、選択するレシピ、リアクタアーキテクチャ、および他の要素に応じてよい。
【００８８】
いくつかの実施形態では、コントローラ２３０は、上述の例の一部でありうるシステムの一部である。そのようなシステムは、処理ツール、チャンバ、処理用プラットフォーム、および／または、特定の処理部品（ウエハ基板支持体、ガス流システムなど）を含む半導体処理装置を含みうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後に、その動作を制御するための電子機器と統合されてよい。電子機器は、システムの様々な部品またはサブパーツを制御しうる「コントローラ」と呼ばれてよい。コントローラ２３０は、処理パラメータおよび／またはシステムの種類に応じて、プロセスガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、無線周波数（ＲＦ）発生器の設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置動作設定、ツールもしくは他の搬送ツール、および／または、特定のシステムに接続もしくはインタフェースされたロードロックへのウエハ搬入出を含む、本明細書に開示のあらゆるプロセスを制御するようにプログラムされてよい。
【００８９】
特定の実施形態では、窓２１１などの石英窓は、平均して約４０ｃｍから９０ｃｍの間の長さ（長方形の場合）または直径（円形の場合）を有する。特定の実施形態では、石英窓は、平均して約２０ｍｍから６０ｍｍの間の厚さ（内面から外面）を有する。これらの値は、３００ｍｍの直径のウエハを処理するのに適してよい。２００ｍｍのウエハについては、直径を１．５分の１に縮小することが適切だろう。４５０ｍｍのウエハについては、直径を１．５倍に拡大することが適切だろう。特定の実施形態では、石英窓は、実質的に平坦形状を有する。
【００９０】
いくつかの実施形態では、石英部品は、プロセスガスをプラズマリアクタに流入出させるように構成されたポートである。石英インジェクタは、リアクタ内でプラズマまたは他の侵食環境と接触するポートの少なくとも一部の上に、本明細書に記載の保護層を有する。特定の実施形態では、ポートは、図２の窓２１１のように、石英窓の中央または中央付近に取り付けられる。例えば、ガス流入口２６０は、保護層を備えた石英インジェクタであってよい。
【００９１】
いくつかの実施形態では、石英部品は石英管である。一例では、石英管は、プラズマの提供に適したマイクロ波プラズマ源に用いられる。図３に表すように、マイクロ波プラズマ源の部分３０１は、石英管３０２、ならびに、冷却流体入口３０４および出口３０８を有するコイル状冷却管３０５を備える。この図には、マイクロ波生成器（マグネトロンなど）、マイクロ波放射を生成器から石英管３０２に伝える導波管、および、石英管３０２を取り囲む任意のマイクロ波キャビティは示されていない。本文脈では、石英管３０２は、時としてプラズマ放電管と呼ばれる。動作中に、プロセスガスは、ガス（例えば、水素含有ガス）が軸３１２に沿った方向に進むマイクロ波との相互作用によってプラズマに励起される石英管３０２に流入する。結果として生じたプラズマは、基板を処理するためにリアクタで用いられる。マイクロ波プラズマ源の例は、その全てが本明細書に参照として援用される米国特許出願公開第２０１５／０３１８１４８Ａ１号に記載される。
【００９２】
いくつかの実施形態では、石英部品は、石英ドームである。一例では、石英ドームは、リモートプラズマを生成するのに適したプラズマリアクタ４００で用いられる。図４を参照されたい。図の実施形態では、リアクタ４００は、石英窓４０２が一般にドーム型である、間接式または「リモート」式のプラズマツールである。ドームに巻きつけられているのは、ドーム型の石英窓４０２内の特定の領域でプラズマを生成するために活性化または給電されうる導電性誘導コイル４１０である。図４の実施形態におおむね沿う市販ツールは、ラムリサーチ株式会社によって提供されるＧＡＭＭＡ（商標登録）である。
【００９３】
特定の実施形態では、リアクタ４００は、その全てが本明細書に参照として援用される、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ、Ｖｏｌ．３０、Ｎｏ．３、２０１２年５月／６月のＴｈｅｄｊｏｉｓｗｏｒｏらによる「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ−ｐｌａｓｍａ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ  ｗｉｔｈ  ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ，  ｓｉｌｉｃｏｎ，  ａｎｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ  ｓｕｒｆａｃｅ」にも図示および説明され、（１）プラズマ源４０８、（２）シャワーヘッド４１２、および（３）リアクションチャンバ４２４の３つの主部品を備える。プラズマ源４０８は、無線周波数（ＲＦ）電源から給電される誘導コイル４１０に取り囲まれたドーム型石英窓４０２と総称されてよい。特定の実施形態では、水素（Ｈ2）ガス（例えば、純度約９９．９９９５％）は、指定の入口を通ってプラズマ源４０８に導入される。次に誘導コイル４１０は、ドーム型石英窓４０２内部で水素由来のプラズマを生成するために通電されてよい。
【００９４】
プラズマ内で生成された活性種は、石英窓４０２からシャワーヘッド４１２を通ってウエハ４２６の表面４１４に流されてよい。ウエハ４２６は、プラテン４１６の上に配置される。特定の実施形態では、シャワーヘッド４１２は、孔を備えた金属板として構成されてよい。シャワーヘッド４１２は、（ａ）ウエハ４２６がドーム型石英窓４０２の内部に含まれたプラズマに直接曝露されるのを防ぎ、（ｂ）ウエハ表面４１４を衝撃から保護する全てのイオンおよび電子の再結合を誘導する。さらに、シャワーヘッド４１２は、帯電種（例えば、イオン、電子）をプラズマから奪うために接地されてよい。従って、シャワーヘッド４１２は、Ｈラジカルなどの主に中性種をシャワーヘッド４１２の孔を通ってウエハ表面４１４に到達させるリモートプラズマまたは下流プラズマ処理条件を作り出してよい。
【００９５】
シャワーヘッド４１２は、プラズマからの活性種を比較的広域に分配するため、ウエハ表面４１４全体にわたる均一なガス分配を補ってよい。ウエハ４２６は、リアクションチャンバ４２４内に含まれて、ウエハ４２６の温度を変化させる加熱素子を備えるように構成されうるプラテン４１６の上に載る。プラテン４１６の温度は、プラテン４１６に取り付けられた熱電対および温度コントローラによって制御されてよい。
【００９６】
通常の動作条件下では、プラテン４１６は、まず、所望の温度設定点に近づくために加熱されてよい。次に、水素ガスがリアクタ４００に導入され、リアクションチャンバ４２４の圧力は、例えば、真空ポンプを動作させることによって所望の圧力に達するように低下されてよい。次に、ＲＦ電力が活性化されて、水素由来のプラズマが生成され、ウエハ４２６のエッチングまたはウエハ４２６上への堆積が開始してよい。
【００９７】
特定の実施形態では、石英ドームは、平均して約１５ｃｍから３０ｃｍの間の高さ（中空領域の開口部からドームの先端までの軸方向距離）を有する。特定の実施形態では、石英ドームは、平均して約２０ｃｍから４５ｃｍの間の構造体の底部または開口部の直径を有する。特定の実施形態では、石英ドームは、平均して約５ｍｍから１５ｍｍの間の厚さ（内面から外面）を有する。
【００９８】
図５Ａ〜５Ｂには、石英インジェクタの例が示されており、図５Ａは斜視図、図５Ｂは断面図を示す。図示されるように、石英インジェクタ５００は、プラズマリアクタに設置されたときにリアクタ内部に及ぶ底部５０８を備える。また、インジェクタ５００は、ガス入口５０２および５０４、ならびに、ガス出口５１４および５１６を備える。インジェクタ５００は、入念に加工された流路５１０（中央流路）および流路５１２（円周流路）も備える。それらの流路は共に、正確に制御されたガス流を提供する。あいにく、いずれかの流路、その入口、またはその出口が少しでも変更されると、流れるガスの性質は、意図する流れから大きく外れる可能性がある。
【００９９】
特定の実施形態では、石英インジェクタは、平均して約５ｃｍから１０ｃｍの間の、一般に流路方向の長さを有する。特定の実施形態では、石英インジェクタは、平均して約２ｃｍから４ｃｍの間の、一般に流路に垂直方向の直径または最大横寸法を有する。特定の実施形態では、石英インジェクタの流路は、平均して約５ｍｍから１５ｍｍの間の、一般に流れ方向に垂直方向の直径または最大横寸法を有する。
【０１００】
上記の説明は、プラズマリアクタ、特に半導体ウエハを処理するためのリアクタに設置された石英部品に重点を置いているが、開示の実施形態は、プラズマリアクタ、ならびに、科学的研究のため、およびプラズマとの反応を必ずしも含まない他の目的のためのプラズマチャンバなどの他の装置で用いられる、取り外された石英部品を含む。プラズマ装置の一部または全ての部品は、その石英部品よりも長い寿命を示す可能性がある。その場合、石英部品は、プラズマリアクタまたは他の装置を改造または改装するのに用いられてよい。つまり、石英部品は、交換可能部品または予備部品として用いられてよい。場合によっては、石英部品は、プラズマ装置の改造または改装のためのキットの一部として、他の消耗部品（基板台座および／またはシャワーヘッドなど）と併せて提供されてよい。
【０１０１】
保護層：
上述のように、プラズマ（水素由来のプラズマ、または、水素ベースのプラズマ）処理中の石英表面の侵食に関連した様々な挑戦に取り組むために、保護層または保護膜が石英構造体の表面に提供される。石英部品は、単独でまたは主に石英である石英構造体、および、プラズマリアクタの動作中に石英部品の消費速度または劣化速度を低下させる、石英構造体上に配置された保護膜を含む。結果として、マイクロフィーチャは、リアクションチャンバ内での処理中にプラズマに曝露された石英部品の表面に形成しにくい、および、最終的にその表面から脱落しにくい。
【０１０２】
図６Ａは、規定の厚さ６０６Ａを有する保護層６０４Ａによって皮膜された石英構造体６０２Ａを含む石英部品６００Ａの概略図を提供する。保護層６０４Ａの厚さ６０６Ａは、石英構造体６０２Ａの厚さ６０８Ａに対して誇張されている。当業者は、そのような誇張が例示のためであり、石英構造体６０２Ａに対する保護層６０４Ａの他の適した配向、相対厚さ、または構成が、石英部品６００Ａ上へのマイクロフィーチャの形成防止における保護層６０４Ａの目的から逸脱することなく存在しうることを理解するだろう。
【０１０３】
図６Ｂは、酸化イットリウム保護層６０２Ｂによって皮膜された石英構造体６０４Ｂを有する石英部品の断面６００Ｂの顕微鏡写真を示す。図６Ｂに示されるように、酸化イットリウム保護層６０２Ｂは、石英構造体６０４Ｂを共形状に皮膜する。図６Ｂでは、顕微鏡写真６０６Ｂは、石英部品の上面を示し、特に、共形状に塗布された酸化イットリウム保護層を示す。特定の実施形態では、保護層は、石英構造体の凹凸（保護層の厚さ規模）面を共形状に皮膜する。図６Ｂに示されるように、保護層６０２Ｂは、石英構造体６０４Ｂの表面上のくぼみまたは凹みの輪郭に沿う。
【０１０４】
特定の実施形態では、保護層は、酸化イットリウム（例えば、Ｙ2Ｏ3）を含む。酸化イットリウムに関する有益な性質の例は、（１）水素（Ｈ2）ベースのプラズマによって生成された、または水素（Ｈ2）ベースプラズマに関連するＨラジカルなどのエネルギ種または反応種による侵食に対する安定性と、（２）低ＲＦ損失の低熱膨張、低熱機械的応力、および様々な大きさの部品への適応の自由度を含む（が限定されない）所望の無線周波数（ＲＦ）結合材またはマイクロ波（ＭＷ）結合材として、多くの石英の利点を保護することと、（３）プラズマベースのエッチングに一般的に用いられる多くのプロセスガスとの互換性と、（４）例えば図６Ｂの顕微鏡写真に示される、共形状の均一で緻密な皮膜として存在する能力とを含む。
【０１０５】
特定の実施形態では、保護層は、少なくとも酸化イットリウム約９０質量％、または、少なくとも酸化イットリウム約９９質量％を含む。存在しうる微量元素は、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウムなどを含む。特定の実施形態では、保護層は、酸化イットリウム以外の材料から作られる。そのような他の材料の例は、希土類元素の酸化物およびフッ化物（例えば、ＹＯｘＦｙ酸化フッ化物（Ｘ＝０〜１．５、ｙ＝０〜３））を含む。
【０１０６】
特定の実施形態では、保護層は、酸化イットリウムまたは他の材料の複数線状層を含んでよく、各々次の線状層は、元々のまたは最初の酸化イットリウム層より少ないまたは低い密度を有する。後に堆積する線状層も、原層より高いレベルの多孔性を示してもよい。
【０１０７】
石英構造体への用途に適した酸化イットリウム保護層は、少なくとも約９５％、または、約９８％から１００％の間の多孔性を有してよい。保護層の材料は、非結晶質、結晶質、微結晶質などであってよい、または、そのような形態のうちの２つ以上の組み合わせであってよい。特定の実施形態では、保護層は、約１０ｎｍから１００ｎｍの間（例えば、約３０ｎｍから７０ｎｍの間）の平均直径（または、他の最大寸法）を有する結晶子を含む。場合によっては、酸化イットリウム保護層は、立方体（４４０）および細長い（例えば、長さ約５０ｎｍで幅約３０ｎｍ）結晶子を備えた多結晶質である。特定の実施形態では、保護層は、約１００ｎｍから５０μｍの間（例えば、約０．５μｍから３０μｍの間）の厚さを有する。特定の実施形態では、保護層は、約０．０３μｍから０．３μｍの間の表面粗度（Ｒa）を有する。
【０１０８】
石英部品上に保護層を形成する方法：
上述のように、石英部品は、石英構造体を保護層で皮膜することによって製作されてよい。皮膜プロセスは、原子層堆積（ＡＬＤ）または化学気相堆積（ＣＶＤ）（プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）を含む）などの制御可能なプロセスによって、酸化イットリウムなどの皮膜材料を堆積させることを含んでよい。
【０１０９】
図７Ａには、石英構造体上への酸化イットリウムを含む皮膜材料の堆積を説明する例示的なプロセスフロー７００Ａが示される。プロセスフロー７００Ａは、「開始」動作７０２Ａで始まり、プラズマリアクタでの使用に適した大きさおよび形状を有する石英構造体がそこに受け取られる動作７０４Ａにつながる。そのような石英構造体の適した例は、図２、図３Ａ〜３Ｃ、図４、図５Ａ、および図５Ｂに示される、石英インジェクタおよび他の石英部品を含んでよい。次に、動作７０６Ａでは、プラズマリアクタ内部に含まれた石英構造体は、プラズマリアクタ用の石英部品を形成するために、本明細書でさらに説明されるＡＬＤによって酸化イットリウムを含む保護層で皮膜される。保護層は、石英構造体の大きさまたは形状を実質的に変化させない。動作７０６Ａが完了すると、プロセスフロー７００Ａは、動作７０８Ａに示されるように終了する。当業者は、動作７０２Ａ〜７０８Ａが例であって限定する意図がないこと、および、石英部品製作の範囲および精神から逸脱することなく、プロセスフロー７００Ａに示すその他の適した変形例が存在しうることを理解するだろう。
【０１１０】
特定の実施形態では、堆積プロセスは、連続的な自己限定的反応を用いて材料の薄膜を堆積させる技術であるＡＬＤである。ＡＬＤプロセスは、表面媒介堆積反応を用いて、１回の完全サイクルによってそれぞれが形成される層ごとに膜を堆積する。ＡＬＤサイクルは、次の動作：（ｉ）前駆体の供給／吸着、（ｉｉ）リアクションチャンバからの前駆体のパージ、（ｉｉｉ）第２の反応剤の供給、および、必要に応じてリアクションチャンバ内のプラズマ点火、ならびに（ｉｖ）リアクションチャンバからの副生成物のパージ、を含んでよい。基板表面上に膜を形成するための第２の反応剤と吸着した前駆体との間の反応は、膜組成物、および、不均一性、応力、ウェットエッチング速度、ドライエッチング速度、電気的特性（例えば、耐電圧および漏れ電流）などの特性に影響を及ぼす。
【０１１１】
ＡＬＤプロセスの一例では、界面活性剤群を含む石英表面は、石英構造体を収容するチャンバに提供されるドーズ量で、イットリウム含有前駆体などの第１の前駆体の気相分配に曝される。この第１の前駆体の分子（第１の前駆体の化学吸着種および／または物理吸着分子を含む）は、表面に吸着する。化合物が本明細書に記載のように基板表面に吸着されるときは、吸着層は、化合物だけでなくその誘導体も含んでよいことを理解されたい。例えば、イットリウム含有前駆体の吸着層は、イットリウム含有前駆体だけでなくその誘導体を含んでよい。第１の前駆体ドーズ後に、チャンバは次に排気されて、主に吸着種または吸着種のみが残るように、気相のままの第１の前駆体のほとんどまたは全てが除去される。いくつかの実施形態では、チャンバは、完全に排気されなくてよい。例えば、反応が実質的に起こらないほど気相の第１の前駆体の分圧が十分に低くなるように、リアクションチャンバは排気されてよい。酸素含有ガスなどの第２の反応剤は、これらの分子のいくつかが表面に吸着した第１の前駆体と反応するようにチャンバに導入される。いくつかのプロセスでは、第２の反応剤は、吸着した第１の前駆体に接触するとすぐに反応する。他の実施形態では、第２の反応剤は、活性剤が施された（例えば、プラズマ、紫外線、および／または熱エネルギとの接触）後にのみ反応する。チャンバは、次に、非結合の第２の反応剤の分子を除去するために再び排気されてよい。上述のように、いくつかの実施形態では、チャンバは、完全に排気されなくてもよい。通常、膜を所望の厚さに形成するために数回のＡＬＤサイクルが連続して実行される。
【０１１２】
いくつかの実施形態では、ＡＬＤ法はプラズマの活性化を含む。本明細書で説明されるように、本明細書に記載のＡＬＤ法および装置は、共形膜堆積（ＣＦＤ）法であってよく、一般に、それらの全てが本明細書に参照として援用される、２０１１年４月１１日出願の「ＰＬＡＳＭＡ  ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」と題した米国特許出願第１３／０８４，３９９号（現在の米国特許第８，７２８，９５６号）、および、２０１１年４月１１日出願の「ＳＩＬＩＣＯＮ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＦＩＬＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ」と題した米国特許出願第１３／０８４，３０５号に記載される。
【０１１３】
特定の実施形態では、酸化イットリウム保護層を合成するのに用いられる前駆体は、トリス（メチルシクロペンタジエニル）イットリウムを含むが、他の適した前駆体も用いられて、約２００℃から４５０℃で行われる周期的なＡＬＤプロセスによって露出した石英表面上に形成されてよい。
【０１１４】
酸化イットリウム保護層の形成における使用に適したＡＬＤ前駆体は、１つ以上の次の特性を含む：制御可能な揮発性（例えば、前駆体種の効率的な移送について、例えば、最大適用熱源温度で約０．１Ｔｏｒｒ蒸気圧のラフリミット）、自己分解のないこと（例えば、自己限定的な膜成長機構の破壊を防止するため）、侵食性反応および安全な反応（例えば、表面反応の迅速な完了を提供することで、短いサイクルタイムに貢献し、より高い膜純度を提供し、不完全な気相反応に関連することが多い複雑化を回避するため）、膜成長を防止する競争反応経路がないことを確かにするため、膜または基板材料をエッチングしないこと、膜に対する溶解（例えば、自己限定的な膜成長機構を破壊するもの）がないこと、膜の腐食を避けるため、および、副生成物の再吸着によって引き起こされる膜成長率の低下を避けるために副生成物が未反応なこと、ならびに、各プロセスに固有の公差および性能期待値を満たすのに十分な純度。
【０１１５】
酸化イットリウム保護層を形成するためにトリス（メチルシクロペンタジエニル）イットリウムが前駆体として構想されているが、必要に応じて前駆体リガンドを除去するのに用いられる水（Ｈ2Ｏ）と併せて、トリス（シクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）やトリス（ブチルシクロペンタジエニル）イットリウムなどの他のシクロペンタジエニル前駆体が用いられてよい。特定の実施形態では、イットリウム（ＩＩＩ）トリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）、イットリウム（ＩＩＩ）ヘキサフルオロアセチルアセトナート無水物、およびイットリウム（ＩＩＩ）アセチルアセトネート水和物などのβ-ジケトネートは、水と併せて上述のシクロペンタジエニルの代替物として用いられてよい。
【０１１６】
石英表面上に１ミクロンの厚さの酸化イットリウム層を形成するための一般的な合成法は、実質的に次のように進められてよい：（１）末端水酸基（−ＯＨ）の石英開始面が提供される、（２）イットリウム含有（例えば、Ｙ（Ｌ）3）種が開始面に噴射されて、イットリウム含有単分子層を形成するために末端水酸基と反応させる、（３）任意でパージする、（４）酸化イットリウム層を残してイットリウム含有前駆体リガンドを除去するために水（Ｈ2Ｏ）が噴射される。ステップ（１）〜（４）は、酸化イットリウム層を所望の厚さに形成するため、必要に応じて繰り返される。特定の実施形態では、１ミクロンの厚さの酸化イットリウム膜を堆積させるのに約８，０００サイクルが実行される。
【０１１７】
特定の実施形態では、窓、ドーム、および／または、ポートなどの１つ以上の石英部品を保持するのに十分な大きさのホットウォールＡＬＤリアクタにおいて、１００ｎｍ〜５，０００ｎｍの厚さの酸化イットリウム皮膜が堆積されうる。イットリウム前駆体および水は、順にリアクションチャンバに導入されうる。特定の実施形態では、ポンプ機能は、前駆体スイッチ（例えば、リアクションチャンバへの前駆体供給を担う）と統合されて、前駆体の排気を助けてよい、および、前駆体がクロストークするのを防いでよい（すなわち、ＡＬＤサイクルで用いられるガスは、不要な形でまたは未熟に相互作用しない、および、潜在的に分解しない）。クロストークは、よりＣＶＤに似た堆積を引き起こしうる。
【０１１８】
酸化イットリウム保護層の形成を担う自己限定的なＡＬＤプロセスは、約１５０℃〜５００℃の温度で実行されてよい。特定の厚さにＡＬＤ皮膜された後は、ＡＬＤ皮膜石英部品は、多くの異なる用途のために様々なリアクションチャンバで用いられうる。
【０１１９】
特定の実施形態では、石英上に形成された保護層の表面は、さらに、テクスチャ加工される、または粗面化される。石英部品製作プロセス７００Ａを踏まえ、さらなる製作プロセス７００Ｂは、図７Ｂに示され、本明細書においてさらに説明される追加動作（すなわち、粗面化プロセスを実行するための動作７０８Ｂ）を含む。粗面化プロセスは、動作７０６Ｂの完了後に、酸化イットリウムを含む保護層を水と接触させることを含む。図のように、プロセスフロー７００Ｂは、動作７１０Ｂで終了する。動作７０２Ｂ〜動作７０６Ｂは、プロセスフロー７００Ａの対応する動作７０２Ａ〜動作７０６Ａについて前述したのと実質的に同様の方法で実施されてよいため、ここでは詳細に説明しない。
【０１２０】
プロセスフロー７００Ｂに示すように、いくつかの実施形態では、テクスチャリングプロセスは、皮膜石英部品をテクスチャリング溶液に浸漬することを含む。通常、溶液は、特定の組成を有する。適した溶液の例は、酸含有溶液および水（例えば、脱イオン（ＤＩ）水）を含む。浸漬の温度および時間は、適切な度合いまたは質感を可能にするように選択されてよい。特定の実施形態では、脱イオン水溶液の温度は、約５０℃から１００℃の間（例えば、約８０℃）である。特定の実施形態では、石英部品とテクスチャリング溶液との間の接触期間は、約４時間から１９時間の間である。
【０１２１】
酸化イットリウム保護層の粗面化プロセスの実施に関連する例示的な利点は、リアクタプレコートのより良い付着、および、早期に剥がれ落ちる可能性がある反応（例えば、エッチングプロセス）副生成物のより良い付着を含む。さらに、十分に付着していない場合は、リアクタプレコートも早期に剥がれ落ちる可能性がある。
【０１２２】
特定の実施形態では、ＡＬＤによって形成された酸化イットリウム層の粗さは、脱イオン水の温度および浸漬時間を調整することによって、Ｒa＝０．０３μｍから０．３μｍに調整されうる。
【０１２３】
結論：
前述の発明を実施するための形態では、開示の実施形態の十分な理解を提供するために、多くの特定の実施形態が記載された。しかし、当業者には明らかなように、開示の実施形態は、これらの特定の詳細なしに、または、代替の要素もしくはプロセスを用いることによって、実施されてよいだろう。他の例では、開示の実施形態の態様を不必要に曖昧にしないように、周知のプロセス、手段、および部品は、詳細には説明されていない。特定されない限り、数値範囲の端点は、記載値の約±５％のばらつきを含む。
【０１２４】
前述の実施形態は、明確な理解のためにある程度詳細に説明されてきたが、付随の特許請求の範囲内で一定の変更および修正が行われてよいことは明らかだろう。本実施形態のプロセス、システム、および装置を実行する多くの代替の方法があることに注意されたい。従って、本実施形態は、限定的ではなく例示的と考えられ、本明細書に記載の詳細に限定されない。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【外国語明細書】
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