(57)【要約】【解決手段】プラズマ処理チャンバの構成要素をコーティングするための方法が提供されている。電解酸化コーティングが、構成要素の表面の上に形成され、電解酸化コーティングは複数のポアを有し、電解酸化コーティングは厚さを有し、複数のポアの内の少なくとも一部は、電解酸化コーティングの厚さを通して伸びている。原子層蒸着物が、電解酸化コーティング上に蒸着される。原子層蒸着は複数回のサイクルを備え、各サイクルは、第１反応物質を流し込み、第１反応物質は、電解酸化コーティングのポア内に第１反応層を形成し、第１反応層は、電解酸化コーティングの厚さを通して伸びており、第１反応物質の流し込みを停止し、第２反応物質を流し込み、第２反応物質は、第１反応層と反応し、第２反応物質の流し込みを停止することを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理チャンバの構成要素をコーティングするための方法であって、
前記構成要素の表面の上に電解酸化コーティングを形成し、前記電解酸化コーティングは複数のポアを有し、前記電解酸化コーティングは厚さを有し、前記複数のポアの内の少なくとも一部は、前記電解酸化コーティングの前記厚さを通して伸びており、
原子層蒸着処理を用いて、前記電解酸化コーティング上に原子層蒸着物を蒸着させ、前記原子層蒸着処理は複数回のサイクルを備え、各サイクルは、
第１反応物質を流し込み、前記第１反応物質は、前記電解酸化コーティングの前記ポア内に第１反応層を形成し、前記第１反応層は、前記電解酸化コーティングの前記厚さを通して伸びており、
前記第１反応物質の前記流し込みを停止し、
第２反応物質を流し込み、前記第２反応物質は、前記第１反応層と反応し、
前記第２反応物質の前記流し込みを停止することを含むこと、
を備える、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記電解酸化コーティングは、アルミニウム、チタン、または、マグネシウム、の内の少なくとも１つの酸化物またはフッ素化酸化物を含む、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記構成要素は、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、または、セラミック、の内の少なくとも１つを含む、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記電解酸化コーティングは、２５μｍよりも厚い、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記電解酸化コーティングの有孔率が、２％より大きい、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記原子層蒸着物は、セリア、ジルコニア、酸化ランタン、イットリア、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化アルミニウム、または、ヨウ化イットリウム、の内の１つを含む、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記原子層蒸着物は、アルミナを含む、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記第１反応物質は、トリメチルアルミニウムであり、前記第２反応物質は、水蒸気またはオゾンを含む、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、前記電解酸化コーティング上に原子層蒸着物を蒸着させることは、プラズマを利用しない処理である、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、さらに、前記電解酸化コーティングを形成した後で、前記原子層蒸着物を蒸着させる前に、表面処理を施すことを備える、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記表面処理を施すことは、前記電解酸化コーティングをオゾンの流れに暴露させること、または、熱および不活性ガスでパージすることを備える、方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、前記原子層蒸着物は、アルミナ、イットリア、セリア、ジルコニア、または、酸化ランタン、の内の少なくとも２つの交互層を含む、方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、前記原子層蒸着処理の各サイクルは、単層を蒸着させる、方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、前記第１反応物質は、金属リガンドを備えた有機分子を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記第２反応物質は、水蒸気またはオゾンを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、前記構成要素は、静電チャックを含む、方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法であって、さらに、前記原子層蒸着物を研磨することを備える、方法。
【請求項１８】
半導体処理チャンバでの利用に適合されている構成要素であって、
構成要素本体と、
前記構成要素本体の表面上の電解酸化コーティングと、前記電解酸化コーティングは複数のポアを有し、前記電解酸化コーティングは厚さを有し、前記複数のポアの内の少なくとも一部は、前記電解酸化コーティングの前記厚さを通して伸びており、
前記電解酸化コーティングの前記複数のポアを充填する原子層蒸着物と、
を備える、構成要素。
【請求項１９】
請求項１８に記載の構成要素であって、前記電解酸化コーティングは、アルミニウム、チタン、または、マグネシウム、の内の少なくとも１つの酸化物またはフッ素化酸化物を含む、構成要素。
【請求項２０】
請求項１８に記載の構成要素であって、前記構成要素本体は、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、または、セラミック、の内の少なくとも１つを含む、構成要素。
【請求項２１】
請求項１８に記載の構成要素であって、前記電解酸化コーティングは、２５μｍよりも厚い、構成要素。
【請求項２２】
請求項１８に記載の構成要素であって、前記電解酸化コーティングの有孔率が、２％より大きい、構成要素。
【請求項２３】
請求項１８に記載の構成要素であって、前記原子層蒸着物は、セリア、ジルコニア、酸化ランタン、イットリア、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化アルミニウム、または、ヨウ化イットリウム、の内の１つを含む、構成要素。
【請求項２４】
プラズマ処理チャンバの構成要素をコーティングするための方法であって、
前記構成要素の表面の上にセラミックコーティングを形成し、前記セラミックコーティングは複数のポアを有し、前記セラミックコーティングは厚さを有し、前記複数のポアの内の少なくとも一部は、前記セラミックコーティングの前記厚さを通して伸びており、
原子層蒸着処理を用いて、前記セラミックコーティング上に原子層蒸着物を蒸着させ、前記原子層蒸着処理は複数回のサイクルを備え、各サイクルは、
第１反応ガスを流し込み、前記第１反応ガスは、前記セラミックコーティングの前記ポア内に第１反応層を形成し、前記第１反応層は、前記セラミックコーティングの前記厚さを通して伸びており、
前記第１反応ガスの前記流し込みを停止し、
第２反応ガスを流し込み、前記第２反応ガスは、前記第１反応層と反応し、
前記第２反応ガスの前記流し込みを停止することを含み、
前記原子層蒸着物の一部を研磨除去すること、
を備える、方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法であって、前記セラミックは、イットリア、セリア、ジルコニア、フッ素化イットリア、窒化アルミニウム、アルミナ、または、酸化ランタン、の内の少なくとも１つを含む、方法。
【請求項２６】
請求項２４に記載の方法であって、前記構成要素は、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、または、セラミック、の内の少なくとも１つを含む、方法。
【請求項２７】
請求項２４に記載の方法であって、前記セラミックコーティングは、２５μｍよりも厚い、方法。
【請求項２８】
請求項２４に記載の方法であって、前記セラミックコーティングの有孔率が、２％より大きい、方法。
【請求項２９】
請求項２４に記載の方法であって、前記原子層蒸着物は、セリア、ジルコニア、酸化ランタン、イットリア、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化アルミニウム、または、ヨウ化イットリウム、の内の１つの蒸着物を形成する、方法。
【請求項３０】
請求項２４に記載の方法であって、前記セラミックコーティングを蒸着させることは、プラズマ電解酸化、陽極酸化、または、セラミック溶射、の内の少なくとも１つを含む、方法。
【請求項３１】
半導体処理チャンバでの利用に適合された構成要素であって、
構成要素本体と、
前記構成要素本体の表面上のセラミックコーティングと、前記セラミックコーティングは複数のポアを有し、前記セラミックコーティングは厚さを有し、前記複数のポアの内の少なくとも一部は、前記セラミックコーティングの前記厚さを通して伸びており、
前記セラミックコーティングの前記複数のポアを充填する原子層蒸着物と、
前記原子層蒸着物の研磨表面と、
を備える、構成要素。
【請求項３２】
請求項３１に記載の構成要素であって、前記セラミックは、イットリア、セリア、ジルコニア、フッ素化イットリア、窒化アルミニウム、アルミナ、または、酸化ランタン、の内の少なくとも１つを含む、構成要素。
【請求項３３】
請求項３１に記載の構成要素であって、前記構成要素本体は、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、または、セラミック、の内の少なくとも１つを含む、構成要素。
【請求項３４】
請求項３１に記載の構成要素であって、前記セラミックコーティングは、２５μｍよりも厚い、構成要素。
【請求項３５】
請求項３１に記載の構成要素であって、前記セラミックコーティングの有孔率が、２％より大きい、構成要素。
【請求項３６】
請求項３１に記載の構成要素であって、前記原子層蒸着物は、セリア、ジルコニア、酸化ランタン、イットリア、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化アルミニウム、または、ヨウ化イットリウム、の内の１つを含む、構成要素。
【請求項３７】
プラズマ処理チャンバの構成要素をコーティングするための方法であって、
前記構成要素の表面の上に電解酸化コーティングを形成し、
前記電解酸化コーティングの上に溶射コーティングを蒸着させること、
を備える、方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の方法であって、前記電解酸化コーティングは、アルミニウム、チタン、または、マグネシウム、の内の少なくとも１つの酸化物またはフッ素化酸化物を含む、方法。
【請求項３９】
請求項３７に記載の方法であって、前記構成要素は、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、または、セラミック、の内の少なくとも１つを含む、方法。
【請求項４０】
請求項３７に記載の方法であって、前記溶射コーティングは、イットリア、セリア、ジルコニア、フッ素化イットリア、窒化アルミニウム、アルミナ、または、酸化ランタン、の内の少なくとも１つを含む、方法。
【請求項４１】
半導体処理チャンバでの利用に適合された構成要素であって、
構成要素本体と、
前記構成要素本体の表面上の電解酸化コーティングと、
前記電解酸化コーティング上の溶射コーティングと、
を備える、構成要素。
【請求項４２】
請求項４１に記載の構成要素であって、前記電解酸化コーティングは、アルミニウム、チタン、または、マグネシウム、の内の少なくとも１つの酸化物またはフッ素化酸化物を含む、構成要素。
【請求項４３】
請求項４１に記載の構成要素であって、前記構成要素本体は、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、または、セラミック、の内の少なくとも１つを含む、構成要素。
【請求項４４】
請求項４１に記載の構成要素であって、前記溶射コーティングは、イットリア、セリア、ジルコニア、フッ素化イットリア、窒化アルミニウム、アルミナ、または、酸化ランタン、の内の少なくとも１つを含む、構成要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本願は、２０１８年７月２６日出願の米国特許出願第６２／７０３，６９８号に基づく優先権の利益を主張し、その出願は、参照によってすべての目的に対して本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、半導体デバイスの製造に関し、特に、半導体デバイスの製造で用いられるプラズマチャンバ構成要素に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体ウエハ処理中、プラズマ処理チャンバが、半導体デバイスを処理するために用いられる。プラズマ処理チャンバの構成要素は、プラズマおよびアーク放電に曝される。プラズマおよびアーク放電は、構成要素を劣化させうる。
【発明の概要】
【０００４】
上記を達成するために、本開示の目的に従って、プラズマ処理チャンバの構成要素をコーティングするための方法が提供されている。構成要素の表面の上に電解酸化コーティングが形成され、電解酸化コーティングは複数のポア（細孔）を有し、電解酸化コーティングは厚さを有し、複数のポアの内の少なくとも一部は、電解酸化コーティングの厚さを通して伸びている。原子層蒸着処理を用いて、原子層蒸着物が電解酸化コーティング上に蒸着される。原子層蒸着処理は複数回のサイクルを備え、各サイクルは、第１反応物質を流し込み、第１反応物質は、電解酸化コーティングのポア内に第１反応層を形成し、第１反応層は、電解酸化コーティングの厚さを通して伸びており、第１反応物質の流し込みを停止し、第２反応物質を流し込み、第２反応物質は、第１反応層と反応し、第２反応物質の流し込みを停止することを含む。
【０００５】
別の態様において、半導体処理チャンバでの利用に適合された構成要素が提供されている。電解酸化コーティングが、構成要素本体の表面上にあり、電解酸化コーティングは複数のポアを有し、電解酸化コーティングは厚さを有し、複数のポアの内の少なくとも一部は、電解酸化コーティングの厚さを通して伸びている。原子層蒸着物が、電解酸化コーティングの複数のポアを充填する。
【０００６】
別の態様において、プラズマ処理チャンバの構成要素をコーティングするための方法が提供されている。構成要素の表面の上にセラミックコーティングが形成され、セラミックコーティングは複数のポアを有し、セラミックコーティングは厚さを有し、複数のポアの内の少なくとも一部は、セラミックコーティングの厚さを通して伸びている。原子層蒸着処理を用いて、原子層蒸着物がセラミックコーティング上に蒸着され、原子層蒸着処理は複数回のサイクルを備え、各サイクルは、第１反応ガスを流し込み、第１反応ガスは、セラミックコーティングのポア内に第１反応層を形成し、第１反応層は、セラミックコーティングの厚さを通して伸びており、第１反応ガスの流し込みを停止し、第２反応ガスを流し込み、第２反応ガスは、第１反応層と反応し、第２反応ガスの流し込みを停止することを含み。原子層蒸着物の一部が、研磨除去される。
【０００７】
別の態様において、半導体処理チャンバでの利用に適合された構成要素が提供されている。セラミックコーティングが、構成要素本体の表面の上にあり、セラミックコーティングは複数のポアを有し、セラミックコーティングは厚さを有し、複数のポアの内の少なくとも一部は、セラミックコーティングの厚さを通して伸びている。原子層蒸着物が、セラミックコーティングの複数のポアを充填する。原子層蒸着物の表面が研磨されている。
【０００８】
別の態様において、プラズマ処理チャンバの構成要素をコーティングするための方法が提供されている。電解酸化コーティングが、構成要素の表面の上に形成される。溶射コーティングが、電解酸化コーティングの上に蒸着される。
【０００９】
別の態様において、半導体処理チャンバでの利用に適合された構成要素が提供されている。電解酸化コーティングが、構成要素本体の表面の上にある。溶射コーティングが、電解酸化コーティングの上にある。
【００１０】
添付の図面を参照しつつ行う詳細な説明において、本開示の上述の特徴およびその他の特徴を詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
添付の図面では、限定ではなく例示を目的として本開示を図示する。なお、これらの添付図面においては、同様の構成要素には同様の符号が付されている。
【００１２】
【図１】一実施形態のハイレベルフローチャート。
【００１３】
【図２Ａ】一実施形態に従って処理されている構成要素を示す概略図。
【図２Ｂ】一実施形態に従って処理されている構成要素を示す概略図。
【図２Ｃ】一実施形態に従って処理されている構成要素を示す概略図。
【００１４】
【図３】一実施形態で利用できるエッチングリアクタを示す概略図。
【００１５】
【図４】別の実施形態のハイレベルフローチャート。
【００１６】
【図５Ａ】一実施形態に従って処理されている構成要素を示す概略図。
【図５Ｂ】一実施形態に従って処理されている構成要素を示す概略図。
【図５Ｃ】一実施形態に従って処理されている構成要素を示す概略図。
【００１７】
【図６】別の実施形態のハイレベルフローチャート。
【００１８】
【図７Ａ】一実施形態に従って処理されている構成要素を示す概略図。
【図７Ｂ】一実施形態に従って処理されている構成要素を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、添付図面に例示されたいくつかの実施形態を参照しつつ、本開示の詳細な説明を行う。以下の説明では、本開示の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本開示は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施することが可能である。また、本開示が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知の処理工程および／または構造については、詳細な説明を省略した。
【００２０】
理解を促すために、図１は、一実施形態で利用される処理のハイレベルフローチャートを示す。一実施形態例において、電解酸化コーティングが、構成要素の表面上に形成される（工程１０４）。電解酸化は、プラズマ電解酸化（ＰＥＯ）および電解プラズマ酸化（ＥＰＯ）もしくはマイクロアーク酸化（ＭＡＯ）としても知られている。電解酸化は、金属上に酸化物コーティングを生成する方法である。電解酸化は、陽極酸化よりも高い電位のＡＣ電圧を用いて、放電を引き起こし、ＰＥＯ／ＥＰＯの場合には、電解酸化コーティングの厚さを通して伸びる相互接続および表面接続されたポアを有する結晶金属酸化物層の電解酸化コーティングを提供するプラズマ放電を引き起こす。
【００２１】
図２Ａは、電解酸化コーティング２０８を備える構成要素本体２０４を示す概略断面図である。電解酸化コーティング２０８は、複数のポア２１２を有し、ここで、ポア２１２の一部は、開口部を形成している。開口部は、電解酸化コーティング２０８の厚さを通して構成要素本体２０４の表面まで伸びている。ポア２１２は、本実施形態の働きをより良く説明するために、縮尺通りに描かれておらず、幅を拡大して図示されている。さらに、ポア２１２は、さらに不規則で曲がりくねっている場合もある。概略図は、本実施形態の働きのより良い理解を促すためのものである。本実施形態において、構成要素本体２０４は、アルミニウムで形成されている。別の実施形態において、構成要素本体２０４は、陽極酸化アルミニウムまたはセラミック体で形成される。この実施形態において、電解酸化コーティング２０８は、アルミナを含む。別の実施形態において、電解酸化コーティング２０８は、アルミニウム、チタン、または、マグネシウム、の内の少なくとも１つの酸化物またはフッ素化酸化物を含む。
【００２２】
構成要素本体２０４が、セラミックである、および／または、単に金属ではない場合、金属層が、構成要素本体２０４の表面上に蒸着されてよい。金属層は、物理蒸着、金属イオンを含む溶液からの電気化学蒸着、または、構成要素本体２０４の表面上へ直接的に金属の３Ｄプリントすることによって蒸着されてよい。電解酸化は、蒸着された金属層に対して実行される。
【００２３】
アルミニウム構成要素本体２０４のためのプラズマ電解処理において、少なくとも２００ボルトの高電圧が印加される。高電圧は、アルミニウム酸化物膜の絶縁破壊電位を超えて、放電および局所プラズマを引き起こす。高バイアス、放電、および、プラズマは、局所的な高温を引き起こす。これらの条件は、結果として得られる金属酸化物の焼結、融解、および、高密度化をもたらしうる。一実施形態において、電解酸化コーティング２０８の厚さは、２５μｍより大きい。
【００２４】
表面処理が、電解酸化コーティング２０８に施される（工程１０６）。この例では、表面処理は、１５０℃〜３２０℃の範囲の温度のオゾン流に電解酸化コーティング２０８を暴露させることによって施される。この表面処理は、或る程度の洗浄を提供し、次のＡＬＤ処理に向けて表面を準備する。炭化水素、水、または、その他の汚染物質が表面にないこと、そして、表面が、金属前駆体との反応物質を吸収するために活性酸素ラジカルを有することが重要である。代替実施形態において、表面処理では、炭化水素を焼き切ると共に表面からに水を排除するために、不活性ガスの複数回のパージサイクルを高温で提供する。
【００２５】
次いで、原子層蒸着（ＡＬＤ）処理が提供される（工程１０８）。原子層蒸着処理（工程１０８）は、複数回のサイクルを含む。この例において、各サイクルは、第１反応物質を供給する工程（工程１１２）と、第１反応物質をパージする工程（工程１１４）と、第２反応物質を供給する工程（工程１１６）と、第２反応物質をパージする工程（工程１１８）と、を備える。この実施形態において、構成要素本体２０４は、電解酸化コーティング２０８内のポア２１２の表面を被覆するための酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）ＡＬＤ膜の蒸着に向けて約１５０℃〜３２０℃の間の温度に維持される。
【００２６】
この実施形態において、第１反応物質を供給する工程（工程１１２）は、５００〜２００ｓｃｃｍのトリメチルアルミニウム（Ａｌ２（ＣＨ３）６）を供給する工程を含む。トリメチルアルミニウムの量は、リアクタのサイズと、リアクタ内に同時に配置される構成要素２０４の数とによって変化する。第１反応物質は、ポア２１２の表面を含む電解酸化コーティング２０８の表面上に、第１反応層すなわちアルミニウム含有層を形成する。第１反応物質の流れは、１０〜３０秒後に停止される。１０〜３０秒は、通常、構成要素本体２０４の表面上に吸収アルミニウム（Ａｌ）およびメチルラジカル（ＣＨ３）の単層を形成するのに十分である。
【００２７】
第１反応物質をパージする工程（工程１１４）は、窒素を流し込む工程を含む。窒素の流れは、リアクタ内に残った第１反応物質と置き換わる。
【００２８】
この実施形態において、第２反応物質を供給する工程（工程１１６）は、水蒸気の流れを供給する工程を含む。水蒸気は、第１反応層内のアルミニウムを加水分解することによって第１反応層と反応する。第２反応物質の流れは、１０〜３０秒後に停止される。
【００２９】
第２反応物質をパージする工程（工程１１８）は、窒素を流し込む工程を含む。窒素の流れは、リアクタ内に残った第２反応物質と置き換わる。
【００３０】
第１および第２反応物質の各々は、ハーフサイクルとして定義されるサイクルで構成要素本体２０４の表面上に吸収されて反応する。吸収は、１つの原子層に限定される。これら２つの反応物質は、約１Åの厚さのＡＬＤ膜（例えば、Ａｌ２Ｏ３）の薄層を形成する。処理は、所望の膜厚が達成されるまで繰り返される。図２Ｂは、原子層蒸着処理（工程１０８）の複数回のサイクル後に構成要素本体２０４の表面上に電解酸化コーティング２０８を備えた構成要素本体２０４を示す概略断面図である。原子層蒸着物２１６が蒸着されている。この例において、複数回のサイクル後、ＡＬＤ２１６は、それらの幅により、２つのポア２１２ａ、２１２ｂを部分的にしか満たすことができない。第３ポア２１２ｃは、より細いため、ＡＬＤ２１６によって完全に充填されている。ＡＬＤ２１６は、電解酸化コーティング２０８の厚さを通して構成要素本体２０４まで伸びている。ＡＬＤ２１６は、構成要素本体２０４の表面が露出されないように、構成要素本体２０４の露出部分を被覆する。ＡＬＤ処理は、ポア２１２すべてが完全に充填されるまで継続および反復される（工程１０８）。図２Ｃは、ポア２１２がＡＬＤ２１６によって完全に充填された後の電解酸化コーティング２０８を備えた構成要素本体２０４を示す概略断面図である。
【００３１】
構成要素本体２０４は、プラズマ処理チャンバ内に取り付けられる（工程１２０）。プラズマ処理チャンバは、基板を処理するために用いられる（工程１２４）。プラズマが、基板を処理するためにチャンバ内で生成される。かかる処理は、基板をエッチングする処理であってよい。基板を処理する工程（工程１２４）は、構成要素本体２０４をプラズマに暴露させる。
【００３２】
図３は、取り付けられた構成要素本体２０４を備えるプラズマ処理チャンバ３００を示す概略図である。プラズマ処理チャンバ３００は、閉じ込めリング３０２と、上側電極３０４と、下側電極３０８と、ガス源３１０と、ライナ３６２と、排気ポンプ３２０と、を備える。この例において、構成要素本体２０４は、ライナ３６２である。プラズマ処理チャンバ３００内で、ウエハ３６６が、下側電極３０８の上に配置されている。エッジリング３１２が、ウエハ３６６を取り囲んでいる。下側電極３０８は、ウエハ３６６を保持するのに適切な基板チャック機構（例えば、静電チャック、機械的クランプなど）を備える。リアクタ上部３２８には、下側電極３０８のちょうど反対側に配置された上側電極３０４が組み込まれている。上側電極３０４、下側電極３０８、および、閉じ込めリング３０２は、閉じ込めプラズマ空間３４０を規定する。
【００３３】
ガスが、ガス源３１０によってガス流入口３４３を通して閉じ込めプラズマ空間３４０へ供給される。ガスは、排気ポンプ３２０によって閉じ込めプラズマ空間３４０から閉じ込めリング３０２および排気ポートを通して排気される。高周波（ＲＦ）電源３４８が、下側電極３０８へ電気接続されている。
【００３４】
チャンバ壁３５２が、構成要素本体２０４、閉じ込めリング３０２、上側電極３０４、および、下側電極３０８を取り囲んでいる。構成要素本体２０４は、閉じ込めリング３０２を通るガスまたはプラズマがチャンバ壁３５２と接触するのを防ぐのに役立つ。コントローラ３３５が、ＲＦ電源３４８、排気ポンプ３２０、および、ガス源３１０へ制御可能に接続されている。プラズマ処理チャンバ３００は、ＣＣＰ（容量結合プラズマ）リアクタまたはＩＣＰ（誘導結合プラズマ）リアクタであってよい。表面波、マイクロ波、または、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）のような他のプラズマ源が用いられてもよい。
【００３５】
次世代の誘電体メモリツールは、以前のツールよりも高いＲＦ電力で動作する。かかる次世代誘電体メモリツールは、下側電極３０８に用いられる静電チャック（ＥＳＣ）ベースプレートと、チャンバ上の様々なエッジハードウェア（エッジリング３１２、接地リング、および、結合リングなど）との間でアーク障害を示した。アーク障害は、次世代ツールのすべての障害の５０％超の原因になっている。かかる障害を防ぐために、ベースプレートまたはその他の部品のスタンドオフ電圧を上げなければならない。
【００３６】
理論に縛られることなく、プラズマ処理中に、電解酸化コーティング２０８のポア２１２内の化学吸着物質が導電経路を提供すると考えられる。導電経路は、アーク放電を促進しうる。ポア２１２を原子層蒸着物２１６で充填することが、かかるアーク放電を防ぎ、絶縁破壊性能の向上につながる。ＡＬＤ材料は、高抵抗で非導電性であることが好ましい。さらに、ポア２１２を原子層蒸着物２１６で充填することは、透過を防ぐようにポア２１２を閉じるため、プラズマのラジカルが構成要素本体２０４に到達するのを防ぐ。
【００３７】
結果として得られる電解酸化コーティング２０８は、化学的劣化およびアーク放電に耐性がある。いくつかの実施形態において、ＡＬＤ処理（工程１０８）は、電解酸化コーティング２０８がアーク放電に耐える能力を単位厚さ当たり最大２００％まで向上させる。実験データによると、５０μｍの厚さまでＰＥＯを用いて蒸着された電解酸化コーティング２０８が、ＡＬＤ２１６なしで約１．７ｋＶ（キロボルト）のスタンドオフ電圧を有することがわかった。同じ電解酸化コーティング２０８が、ＡＬＤ２１６の追加後には、約３．０〜４．０ｋＶのスタンドオフ電圧を有する。したがって、ＡＬＤ２１６の追加は、絶縁耐力を約２倍に高める。結果として、かかる構成要素２０４を備えたプラズマ処理チャンバ３００には欠陥が少なくなる。さらに、かかるシステムの故障率は低下するため、構成要素本体２０４の交換の間隔が長くなる。
【００３８】
様々な実施形態において、ＡＬＤ処理（工程１０８）は、セリア、ジルコニア、酸化ランタン、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化アルミニウム（Ａｌ２Ｃ３）、または、ヨウ化イットリウム（Ｙ２Ｉ３）などの金属含有材料の誘電体原子層蒸着物２１６を形成するために用いられてよい。いくつかの実施形態において、これらの膜組成の組み合わせが用いられてもよく、例えば、プラズマ処理チャンバ３００内での電解酸化コーティング２０８のフッ素腐食耐性を強化するために、Ｙ２Ｏ３が、Ａｌ２Ｏ３と共に挿入されてよい。Ｙ２Ｏ３は、水蒸気と共にイットリウム前駆体（例えば、イットリウムシクロメタペンタジエン３）を用いて生成される。  様々な実施形態において、金属含有材料の誘電体層は、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、または、金属ヨウ化物である。別の実施形態において、上記の材料のフッ素化物（ＡｌＦ３、ＡｌＯＦ、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、または、酸化フッ素イットリウム（ＹＯＦ）など）が形成されてもよい。いくつかの実施形態において、第１反応物質はトリメチルアルミニウムであってよく、第２反応物質は水蒸気である。様々な実施形態において、ＡＬＤ処理（工程１０８）は、異なる材料の交互層を提供してもよい。例えば、アルミナおよびイットリアの交互層が、一実施形態において提供されてよい。様々な実施形態において、第１パージ（工程１１４）および／または第２パージ（工程１１８）は、用いられなくてもよい。
【００３９】
電解酸化コーティング２０８は、９８％より小さい密度を有してよく、その結果、ポア２１２は、体積で電解酸化コーティング２０８の２％より多くを占め、２％を超える有孔率を提供する。好ましくは、電解酸化コーティング２０８は、２５μｍ以上５００μｍ未満の厚さを有する。別の例示的実施形態において、厚さは、５０μｍ〜４００μｍの間である。別の例示的実施形態において、電解酸化コーティング２０８は、２００μｍ以上の厚さを有する。別の例示的実施形態において、電解酸化コーティング２０８は、３００μｍ以上の厚さを有する。ＰＥＯによって形成される電解酸化コーティング２０８について、有孔率は２０％より大きい場合がある。
【００４０】
様々な実施形態において、構成要素本体２０４は、閉じ込めリング、エッジリング３１２、静電チャック、接地リング、チャンバライナ、ドアライナ、または、その他の構成要素２０４など、プラズマ処理チャンバの他の部品であってもよい。プラズマ処理チャンバ３００は、誘電体処理チャンバまたは導電体処理チャンバであってよい。いくつかの実施形態において、１または複数の全部ではない表面がコーティングされる。様々な実施形態が、平面、丸みのある角（ｃｏｒｎｅｒｅｄ  ｒａｄｉｉ）、高アスペクト比のホール、および、ヘリウムチャネルを可能にする電解酸化コーティング２０８を提供する。いくつかの実施形態において、構成要素本体２０４は、アルミニウムで形成された部品であってよい。他の実施形態において、構成要素本体２０４は、表面コーティングを有するアルミニウム部品であってもよい。表面コーティングは、アルミニウムと電解酸化コーティング２０８との間の温度の不整合を低減しうる。
【００４１】
構成要素本体２０４が、プラズマ処理チャンバ３００内に取り付けられる（工程１２０）前、または、プラズマ処理チャンバ３００内で利用される（工程１２４）前に、さらなる処理が構成要素本体２０４に対して実行されてもよい。例えば、第２コーティングが、電解酸化コーティング２０８上に噴霧されてよい。第２コーティングは、ポアを有しうる。しかしながら、第２コーティングと構成要素本体２０４との間の電解酸化コーティング２０８が、ＡＬＤ２１６で充填されたポア２１２を有するので、アーク放電および化学的劣化が防止される。
【００４２】
一実施形態において、構成要素本体２０４は、アルミニウムであり、電解酸化コーティング２０８は、０．０００５インチ（０．００１２７ｍｍ）〜０．００５インチ（０．０１２７ｍｍ）の厚さの電解酸化コーティング２０８を提供することによって形成される。別の実施形態において、電解酸化コーティング２０８は、０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）〜０．０４０インチ（１．０１６ｍｍ）の厚さを有する。様々な実施形態において、ポア２１２は、１ミクロン未満の幅を有する。いくつかの実施形態において、原子層蒸着のためのアルミニウム含有反応物質を用いて、１０００：１より大きいガス透過が、３００℃より高い温度で提供される。これは、ガスがポア２１２を通して移動できる距離とポア２１２の幅との比が１０００：１より大きいことを意味する。
【００４３】
様々な実施形態において、第１反応物質は、一方の末端で金属リガンドに結合している有機分子であってよく、第２反応物質は、酸化剤（水蒸気またはオゾンなど）であってよい。有機分子は、構成要素本体２０４を形成する材料の融点未満の温度で反応性がある。例えば、有機分子は、５０℃未満の温度で分解し、または、吸収される。
【００４４】
様々な実施形態が、滑らかな表面を提供する。結果として得られた表面は、機械加工されてもよい。ＡＬＤ処理は、非常に遅い処理であるが、高品質の層を提供する。様々な実施形態で、純粋なＡＬＤ処理のみによって形成されたコーティングよりも多孔質すなわち低品質の電解酸化コーティング２０８を形成する高速な方法を用いることにより、純粋なＡＬＤ処理のみを用いるよりも高速に層を提供できる。ＡＬＤ処理を用いて、ポア２１２は充填され、品質が改善される（工程１０８）。結果として、純粋なＡＬＤ処理のみを用いて形成される層に近い有孔率を持つ層が、純粋なＡＬＤ処理のみを用いるよりも高速に蒸着される。電解酸化コーティング２０８と類似した特性または同じ特性を持つ材料でポア２１２が充填されるので、電解酸化コーティング２０８と、ＡＬＤ処理（工程１０８）によって蒸着されるポア２１２の充填材料との間に、熱膨張の不整合がない。電解酸化コーティング２０８およびＡＬＤ２１６は、ポリマを持たない保護層を形成する。ポリマは、プラズマ内で比較的容易に劣化する。結果として得られる層は、より腐食耐性が高い。様々な実施形態において、ポア２１２がＡＬＤ２１６で充填されると、ＡＬＤ２１６は電解酸化コーティング２０８の厚さを通して伸び、その結果、構成要素本体２０４は露出されない。様々な実施形態において、ＡＬＤ２１６は、構成要素本体２０４が露出されないように、ポア２１２の上部を覆う（キャップする）。
【００４５】
例示的実施形態において、ＡＬＤ２１６は、最小限のポケットでポア２１２を充填する。かかる実施形態において、構成要素本体２０４は露出されない。他の実施形態において、ＡＬＤ２１６は、ポケットを有しうる。かかる実施形態において、ＡＬＤ２１６は、構成要素本体２０４まで伸びて構成要素本体２０４を被覆し、その結果、構成要素本体２０４は露出されない。
【００４６】
上記の例および他の実施形態において、ＡＬＤ処理（工程１０８）は、プラズマを利用しない処理である。他の実施形態において、ＡＬＤ処理（工程１０８）は、水蒸気の代わりにオゾンを用いる。様々な実施形態が、表面処理工程（工程１０６）なしで実行されてよい。
【００４７】
理解を促すために、図４は、別の実施形態で利用される処理のハイレベルフローチャートを示す。一実施形態例において、セラミックコーティングが、構成要素の表面上に形成される（工程４０４）。この例において、セラミックコーティングは、プラズマ溶射を用いて蒸着される（工程４０４）。図５Ａは、セラミックコーティング５０８を備える構成要素本体５０４を示す概略断面図である。セラミックコーティング５０８は、構成要素本体５０４の表面上にプラズマ溶射されている。セラミックコーティング５０８は、複数のポア５１２を有し、ここで、ポア５１２の一部は、開口部を形成している。開口部は、セラミックコーティング５０８の厚さを通して構成要素本体５０４の表面まで伸びている。ポア５１２は、本実施形態の働きをより良く説明するために、縮尺通りに描かれておらず、幅を拡大して図示されている。さらに、ポア５１２は、さらに不規則で曲がりくねっている場合もある。概略図は、本実施形態の働きのより良い理解を促すためのものである。本実施形態において、構成要素本体５０４は、陽極酸化アルミニウムで形成されている。別の実施形態において、構成要素本体５０４は、アルミニウムまたはセラミック体で形成されている。本実施形態において、セラミックコーティング５０８は、アルミナを含む。他の実施形態において、セラミックコーティング５０８は、アルミナ、酸化イットリウム（イットリア）、炭化アルミニウム、ヨウ化イットリウムセリア、ジルコニア、フッ素化イットリア、窒化アルミニウム、または、酸化ランタン、の内の少なくとも１つを含む。様々な実施形態において、セラミックコーティング５０８は、プラズマ電解酸化（ＰＥＯ）、陽極酸化、または、セラミック溶射、の内の１または複数によって塗布される。
【００４８】
プラズマ溶射は、溶射の一種である。プラズマ溶射のために、トーチが、２つの電極の間に電位を印加することによって形成され、加速されたガス（プラズマ）の電離を引き起こす。このタイプのトーチは、数千℃の温度まですぐに到達して、セラミックなどの高融点材料を融解させることができる。所望の材料の粒子がジェット内に投入される。粒子は融解されて、融解または可塑化された材料が構成要素本体５０４の表面をコーティングするように基板に向かって加速される。材料は冷えて、中実で共形のセラミックコーティング５０８を形成する。プラズマ溶射処理は、蒸着処理とは異なる。蒸着処理は、プラズマ溶射処理によって用いられる融解した材料を噴霧する代わりに、蒸発した材料を用いる。
【００４９】
この実施形態において、セラミックコーティング５０８の厚さは、２５μｍより大きい。セラミックコーティング５０８をプラズマ溶射するためのレシピの一例において、搬送ガスが、アーチ空洞を通してノズルから押し出される。空洞内で、カソードおよびアノードが、アーク空洞の一部を含む。カソードおよびアノードは、搬送ガスが電離し始めてプラズマを形成するまで、大きい直流（ＤＣ）バイアス電圧に維持される。次いで、熱い電離ガスは、ノズルから押し出されて、トーチを形成する。チャンバ内へ、ノズルの近くに、数十マイクロメートルのサイズの流動セラミック粒子が注入される。これらの粒子はセラミックの融点を超える温度まで、プラズマトーチ内の熱い電離ガスによって加熱される。次いで、プラズマおよび融解セラミックのジェットは、構成要素本体５０４に向けられる。粒子は、構成要素本体５０４に衝突し、平らになって冷えることで、セラミックコーティング５０８を形成する。
【００５０】
表面処理が、セラミックコーティング５０８に施される（工程４０６）。この例では、表面処理は、１５０℃〜３２０℃の範囲の温度のオゾン流にセラミックコーティング５０８を暴露させることによって施される。この表面処理は、或る程度の洗浄を提供し、次のＡＬＤ処理に向けて表面を準備する。炭化水素またはその他の汚染物質が表面にないこと、そして、表面が、金属前駆体との第１反応物質を吸収するために活性酸素ラジカルを有することが重要である。
【００５１】
次いで、原子層蒸着（ＡＬＤ）処理が提供される（工程４０８）。原子層蒸着処理（工程４０８）は、複数回のサイクルを含む。この例において、各サイクルは、第１反応物質を供給する工程（工程４１２）と、第１反応物質をパージする工程（工程４１４）と、第２反応物質を供給する工程（工程４１６）と、第２反応物質をパージする工程（工程４１８）と、を備える。この実施形態において、構成要素本体５０４は、セラミックコーティング５０８内のポア５１２の表面を被覆するための酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）ＡＬＤ膜の蒸着に向けて約１５０℃〜３２０℃の間の温度に維持される。この実施形態において、第１反応物質を供給する工程（工程４１２）は、５００〜２００ｓｃｃｍのトリメチルアルミニウム（Ａｌ２（ＣＨ３）６）を供給する工程を含む。トリメチルアルミニウムの量は、リアクタのサイズと、リアクタ内に同時に配置される構成要素本体５０４の数とによって変化する。第１反応物質は、ポア５１２の表面を含むセラミックコーティング５０８の表面上に、第１反応層すなわちアルミニウム含有層を形成する。第１反応物質の流れは、１０〜３０秒後に停止される。１０〜３０秒は、通常、構成要素本体５０４の表面上に吸収アルミニウム（Ａｌ）およびメチルラジカル（ＣＨ３）の単層を形成するのに十分である。
【００５２】
第１反応物質をパージする工程（工程４１４）は、窒素を流し込む工程を含む。この実施形態において、第２反応物質を供給する工程（工程４１６）は、水蒸気の流れを供給する工程を含む。水蒸気は、第１反応層内のアルミニウムを加水分解することによって第１反応層と反応する。第２反応物質の流れは、１０〜３０秒後に停止される。第２反応物質をパージする工程（工程４１８）は、窒素を流し込む工程を含む。これらの反応物質の各々は、ハーフサイクルとして定義されるサイクルで構成要素本体５０４の表面上に吸収されて反応する。吸収は、１つの原子層に限定される。これら２つの反応物質は、ＡＬＤ膜の薄層（例えば、Ａｌ２Ｏ３では、約１Åの厚さ）を形成する。ＡＬＤ処理は、ポア５１２すべてが完全に充填されるまで継続される（工程４０８）。図５Ｂは、ポア５１２がＡＬＤ５１６によって完全に充填された後のセラミックコーティング５０８を備えた構成要素本体５０４を示す概略断面図である。
【００５３】
次いで、表面は研磨される（工程４２０）。この例において、研磨処理は、ポア５１２を充填していないＡＬＤ５１６の部分を除去し、さらに、滑らかな研磨ＡＬＤ表面を提供するために、構成要素本体５０４の表面を研磨してもよい。
【００５４】
構成要素本体５０４は、プラズマ処理チャンバ内に取り付けられる（工程４２４）。プラズマ処理チャンバは、基板を処理するために用いられる（工程４２８）。プラズマが、ウエハ３６６を処理するためにチャンバ内で生成される。かかる処理は、ウエハ３６６上のスタックをエッチングする処理であってよい。ウエハ３６６の処理（工程４２８）は、構成要素本体５０４をプラズマに暴露させる。
【００５５】
この実施形態において、ＡＬＤ５１６および構成要素本体５０４の研磨は、滑らかな仕上げ面を提供する。実験によると、プラズマ溶射では、ＡＬＤ５１６なしのコーティングが、約２０ボルト／ミクロンの絶縁耐力を有することがわかった。同じコーティングが、ＡＬＤ５１６の追加後には、約４０ボルト／ミクロン以上の絶縁耐力を有する。したがって、ＡＬＤ５１６の追加は、絶縁耐力を約４倍に高める。
【００５６】
図６は、別の実施形態で利用される処理のハイレベルフローチャートを示す。一実施形態例において、電解酸化コーティングが、構成要素の表面上に形成される（工程６０４）。図７Ａは、電解酸化コーティング７０８を備える構成要素本体７０４を示す概略断面図である。電解酸化コーティング７０８は、複数のポア７１２を有し、ここで、ポア７１２の一部は、開口部を形成している。開口部は、電解酸化コーティング７０８の厚さを通して構成要素本体７０４の表面まで伸びている。ポア７１２は、本実施形態の働きをより良く説明するために、縮尺通りに描かれておらず、幅を拡大して図示されている。さらに、ポア７１２は、さらに不規則で曲がりくねっている場合もある。概略図は、本実施形態の働きのより良い理解を促すためのものである。本実施形態において、構成要素本体７０４は、アルミニウムで形成されている。この実施形態において、電解酸化コーティング７０８は、アルミニウム、チタン、または、マグネシウム、の内の少なくとも１つの酸化物またはフッ素化酸化物を含む。
【００５７】
溶射コートが、電解酸化コーティング７０８の上に蒸着される（工程６１２）。図７Ｂは、溶射コーティング７１６が電解酸化コーティング７０８上に蒸着された後の電解酸化コーティング７０８を備えた構成要素本体７０４を示す概略断面図である。溶射コーティング７１６は、電解酸化コーティング７０８内のポア７１２を部分的に充填しうる。溶射コーティング７１６は、電解酸化コーティング７０８内のポア７１２を被覆する。溶射コーティング７１６は、ポア７２０を有する。一般に、溶射コーティング７１６のポア７２０は、電解酸化コーティング７０８のポア７１２と整列していない。しかしながら、溶射コーティング７１６のポア７２０の一部は、電解酸化コーティング７０８のポア７１２の一部と整列しうる。プラズマ溶射コーティングは、基板を保護するために密度が高く、高い絶縁破壊電圧を得るために厚くなければならない。かかる組みあわせは、温度サイクリング中に亀裂を生じやすい。その代わりに、プラズマ溶射コーティングがＰＥＯ上に塗布された場合、ＰＥＯは温度サイクリング中にはるかに安定であるため、その上に比較的低密度の溶射コートを塗布することで、より高い累積破壊電圧を達成することができる。結果として得られるコーティングには、亀裂が入りにくくなる。
【００５８】
以上、いくつかの実施形態を参照しつつ本開示について説明したが、本開示の範囲内で、様々な代替物、置換物、変形物、および、等価物が存在する。また、本開示の方法および装置を実施する他の態様が数多く存在することにも注意されたい。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨および範囲内に含まれる代替物、置換物、および等価物の全てを網羅するものとして解釈される。
【図１】
2021531410.tif 000003
【図２Ａ】
2021531410.tif 000004
【図２Ｂ】
2021531410.tif 000005
【図２Ｃ】
2021531410.tif 000006
【図３】
2021531410.tif 000007
【図４】
2021531410.tif 000008
【図５Ａ】
2021531410.tif 000009
【図５Ｂ】
2021531410.tif 000010
【図５Ｃ】
2021531410.tif 000011
【図６】
2021531410.tif 000012
【図７Ａ】
2021531410.tif 000013
【図７Ｂ】
2021531410.tif 000014
【国際調査報告】
2021531410.tif 000015
2021531410.tif 000016