(57)【要約】プラズマチャンバ等の半導体処理装置における耐食性の構成部品は、この構成部品の最も外側の表面として酸化セリウムを含有するセラミック材料を備える。この酸化セリウムを含有するセラミック材料は、その唯一最大の成分として１つ又は複数のセリウム酸化物を有する。この構成部品は、全体が酸化セリウムを含有するセラミック材料で作られてもよいし、或いは、酸化セリウムを含有するセラミックがアルミニウム若しくはアルミニウム合金、セラミック材料、ステンレス鋼又は超硬合金（refractory metal）として提供されてもよい。酸化セリウムを含有するセラミック層は、プラズマ溶射等の技術による被膜として提供されうる。１つ又は複数の中間層が、構成部品と酸化セリウムを含有するセラミック被膜との間に提供されうる。酸化セリウムを含有するセラミック被膜の付着を促進するために、構成部品表面又は中間層表面は、酸化セリウムを含有するセラミック被膜を成膜する前に表面を荒くする処理を受けてもよい。
2004525517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理装置の構成部品の表面を被覆する処理であって、
半導体処理装置の構成部品の表面上に、酸化セリウムを含むセラミック層を成膜する工程を含み、該酸化セリウムを含むセラミック層は、その唯一最大の成分として１つ又は複数のセリウム酸化物を有し、該酸化セリウムを含むセラミック層は、該構成部品の最も外側の表面を形成することを特徴とする処理。
【請求項２】
前記酸化セリウムは、酸化セリウム（III）及び／又は酸化セリウム（IＶ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の処理。
【請求項３】
前記セラミック層は、スパッタリング、スパッタ成膜、浸漬コーティング、化学気相成長、電子ビーム蒸発及び凝縮、物理気相成長、熱間静水圧圧縮成形、コールドアイソスタティック成形、圧縮成形、キャスティング、圧縮及びシンタリング、プラズマ溶射並びに溶射で構成されるグループから選択される技術によって適用されることを特徴とする請求項１に記載の処理。
【請求項４】
前記構成部品は、プラズマチャンバ壁、チャンバライナー、ガス供給板、ガスリング、ペデスタル、誘電ウィンドウ、静電チャック及びフォーカスリングで構成されるグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の処理。
【請求項５】
前記セラミック層は、約０．００１〜約０．０５０インチの範囲の厚さに成膜されることを特徴とする請求項１に記載の処理。
【請求項６】
前記構成部品の前記表面上に中間層を成膜する工程と、該中間層の上に前記セラミック層を成膜する工程と、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の処理。
【請求項７】
前記セラミック層を成膜する前に、前記表面を、表面を荒くする処理にかける工程を更に含み、前記セラミック層は、該荒くされた表面上に成膜されていることを特徴とする請求項１に記載の処理。
【請求項８】
前記表面は、アルミニウムであり、前記処理は、前記セラミック層を成膜する前に前記荒くされた表面を陽極酸化する工程を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の処理。
【請求項９】
前記セラミック層を成膜する前に、前記陽極酸化された表面を、表面を荒くする処理にかける工程を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の処理。
【請求項１０】
前記表面は、金属表面であることを特徴とする請求項１に記載の処理。
【請求項１１】
半導体処理装置の構成部品であって、
前記構成部品の最も外側の表面を形成する酸化セリウムを含有するセラミック材料を備え、該酸化セリウムを含有するセラミック材料は、その唯一最大の成分として１つ又は複数のセリウム酸化物を有することを特徴とする構成部品。
【請求項１２】
前記酸化セリウムを含有するセラミック材料は、基板上にセラミック層を含むことを特徴とする請求項１１に記載の構成部品。
【請求項１３】
前記基板は、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１２に記載の構成部品。
【請求項１４】
前記アルミニウム基板は、陽極酸化された表面を有し、前記セラミック層は前記陽極酸化された表面上に成膜されることを特徴とする請求項１３に記載の構成部品。
【請求項１５】
前記セラミック層は、約０．００１〜０，０５０インチの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項１２に記載の構成部品。
【請求項１６】
前記構成部品は、プラズマ環境に晒される部分と、プラズマ環境に伴うバイアス電圧に晒される部分と、を含むことを特徴とする請求項１１に記載の構成部品。
【請求項１７】
前記構成部品は、前記酸化セリウムを含有するセラミック材料で実質的に構成されたバルク部分を含むことを特徴とする請求項１１に記載の構成部品。
【請求項１８】
前記構成部品は、プラズマチャンバ壁、チャンバライナ、ガス供給板、ガスリング、ペデスタル、誘電体ウィンドウ、静電チャック及びフォーカスリングで構成されるグループから選択されることを特徴とする請求項１１に記載の構成部品。
【請求項１９】
前記酸化セリウムは、酸化セリウム（III）及び／又は酸化セリウム（IＶ）を含むことを特徴とする請求項１１に記載の構成部品。
【請求項２０】
請求項１１に記載の構成部品を含むプラズマチャンバで半導体基板を処理する方法であって、
前記方法は、前記半導体基板の露出面をプラズマに接触させる工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
酸化セリウムを含有するセラミック材料で構成された半導体処理装置の構成部品の製造方法であって、
酸化セリウムを含有するセラミック材料を含むスラリーを準備する工程と、
前記スラリーから圧粉体を所望の形状に形成する工程と、
前記圧粉体を焼結して酸化セリウムを含有するセラミック構成部品を形成する工程と、
を含み、前記酸化セリウムを含有するセラミック構成部品は、その唯一最大の成分として１つ又は複数のセリウム酸化物を有することを特徴とする。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法によって製造された半導体処理装置の構成部品。
【請求項２３】
前記酸化セリウムは、酸化セリウム（III）及び／又は酸化セリウム（IＶ）を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、一般的には半導体ウエハの製造に関し、特に、処理中にパーティクル及び金属汚染を減少させる内部表面を有する高密度プラズマエッチングチャンバに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術の説明
半導体処理の分野では、エッチング又は成膜ガスを真空チャンバに供給し、ＲＦ電界をガスに印加してガスをプラズマ状態に活性化することによる、基板上の材料のエッチング及び化学気相成長法（ＣＶＤ）用の真空処理チャンバが一般的に用いられている。平行平板の例としては、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）とも呼ばれる変圧器結合プラズマ（ＴＣＰTM）、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）反応室及びそれらの構成部品が、本願と同じ出願人による米国特許第4,340,462号、同4,948,458号、同5,200,232号及び同5,820,723号に開示されている。このような反応室内のプラズマ環境の腐食性及びパーティクル及び／又は重金属汚染を最小化するための条件のため、このような装置の構成部品は、高い耐食性を示すことが強く望まれる。
【０００３】
半導体基板の処理中では、基板は機械的クランプや静電クランプ（ＥＳＣ）等の基板ホルダによって、典型的には真空チャンバ内の所定の位置に保持される。このようなクランプシステム及びその構成部品の例は、本願と同じ出願人による米国特許第5,262,029号及び同5,838,529号に見出される。処理ガスは、ガス供給板等の様々な方法でチャンバに供給されうる。誘導結合プラズマ反応室及びその構成部品のための温度調節されたガス供給板の例は、本願と同じ出願人による米国特許第5,863,376号に見出される。プラズマチャンバ装置に加えて、半導体基板の処理に用いられる他の装置としては、搬送機構、ガス供給システム、ライナー、リフト機構、ロードロック、ドア機構、ロボットアーム、ファスナー等が含まれる。このような装置の様々な構成部品は、半導体処理に関係する腐食性の条件下にさらされる。さらに、シリコンウエハ等の半導体基板及びフラットパネルディスプレイで用いられるガラス基板等の誘電体材料の処理に対する高純度化の要求から見れば、このような環境では、より改善された耐食性を有する構成部品が強く望まれる。
【０００４】
アルミニウム及びアルミ合金は、プラズマ反応室の壁、電極、基板支持体、ファスナー及び他の構成部品に典型的に用いられる。このような金属の構成部品の腐食を防止するため、様々な被膜を用いてアルミニウム表面を被覆するために、様々な技術が提案されている。例えば、米国特許第5,641,375号は、プラズマ侵食及び壁の磨耗を低減させるために陽極酸化されたアルミニウムチャンバ壁を開示している。'３７５特許は、最終的には、陽極酸化された層がスパッタされるか或いはエッチングされて取り除かれ、チャンバを取り替える必要があることを示している。米国特許第5,895,586号は、アルミニウム材料上にＡｌ２Ｏ３、ＡｌＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＡｌＮ等の耐食性の膜を形成するための技術が特開６２-１０３３７９号公報に見い出されることを示している。米国特許第5,680,013号は、エッチングチャンバの金属表面上にＡｌ２Ｏ３をフレーム溶射するための技術が米国特許第4,491,496号に開示されていることを示している。'０１３特許は、腐食性の環境において、アルミニウムと酸化アルミニウム等のセラミック被膜との間の熱膨張係数の差が熱サイクルによって被膜に亀裂を発生させ、その結果として被膜を劣化させてしまうことを示している。米国特許第5,879,523号は、熱的に溶射されたＡｌ２Ｏ３の被膜が、その間に随意的にＮｉＡｌＸがボンドコーティング（bond coating）されたステンレス鋼又はアルミニウム等の金属に適用されるスパッタリングチャンバを開示している。米国特許第5,522,932号は、その間に随意的なニッケル被膜を含んだ、基板のプラズマ処理に用いられる装置の金属構成部品用のロジウム被膜を開示している。
【０００５】
チャンバ壁、ライナ、リングその他のプラズマチャンバの部品のための材料も提案されている。例えば、米国特許第5,366,585号、同5,788,799号、同5,798,016号、同5,851,299号及び同5,885,356号を参照されたい。
【０００６】
集積回路デバイスが、その物理サイズ及び動作電圧の両方において縮小し続けるにつれて、それに関連した製造歩留まりは、更にパーティクル及び金属汚染の影響を受けやすくなる。その結果、更に小さな物理サイズを持つ集積回路デバイスを作製するには、従来許容されたよりも少ないパーティクル及び金属の汚染レベルが要求される。
【０００７】
上記の点に鑑みて、処理すべきウエハ表面の耐食性が更に強く、汚染（例えば、パーティクル及び金属不純物）の最小化を助ける内部の、プラズマ露出面を有する高密度プラズマ処理チャンバが必要とされる。
【発明の開示】
【０００８】
発明の概要
本発明の第１の実施の形態では、半導体処理装置の構成部品を製造する処理が提供される。前記処理は、酸化セリウムを含有するセラミック層が前記構成部品の最も外側の表面を形成するように、前記構成部品の表面上に酸化セリウムを含有するセラミック層を提供する工程を含む。前記酸化セリウムを含むセラミック層は、その唯一最大の成分として１つ又は複数のセリウム酸化物を有する
本発明の第２の実施の形態では、酸化セリウムを含有するセラミック材料から半導体処理装置の構成部品を製造する処理が提供される。前記処理は、酸化セリウムを含むスラリーを準備する工程と、前記スラリーから圧粉体を所望の形状に形成する工程と、前記圧粉体を焼結して酸化セリウムを含有するセラミック構成部品を形成する工程と、を含む。前記酸化セリウムを含有するセラミック構成部品は、その唯一最大の成分として１つ又は複数のセリウム酸化物を有する。
【０００９】
本発明の第３の実施の形態では、半導体処理装置の構成部品が提供され、前記構成部品は、該構成部品の最も外側の表面を形成する酸化セリウムを含有するセラミック材料を含む。上記の少なくとも１つの構成部品を含むプラズマチャンバも提供される。
【００１０】
本発明の第４の実施の形態では、上記のプラズマチャンバ内で半導体基板を処理する方法が提供される。本発明に係る前記方法では、基板がプラズマチャンバ内部に搬送され、基板の露出面がプラズマで処理される。本発明の更に好適な実施の形態では、前記方法は、前記基板を反応室内の基板支持体上に配置する工程と、プロセスガスを前記反応室内に導入する工程と、ＲＦエネルギを前記プロセスガスに印加して、前記基板の露出面近傍にプラズマを生成する工程と、プラズマを用いて前記露出した基板表面にエッチング又はその他の処理を施す工程と、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る好適な実施の形態の説明
本発明は、プラズマ処理反応室チャンバの部分等の半導体処理装置の構成部品の表面に耐食性をもたらすのに効果的な方法を提供する。このような構成部品は、チャンバ壁、基板支持体、ガス供給システム（シャワーヘッド、バッフル、リング、ノズル等を含む）ファスナー、発熱体、プラズマスクリーン、ライナー、搬送モジュール構成部品、例えば、ロボットアーム、ファスナー、チャンバの内壁及び外壁等の部品等、などを含む。本発明では、構成部品自体は、酸化セリウムを含有するセラミック材料で作られるか、又は、構成部品のプラズマ露出面が酸化セリウムを含有するセラミック材料で被覆される（coated）か若しくは覆われる（covered）。
【００１２】
本発明では、酸化セリウムを含有するセラミック材料（cerium oxide containing ceramic material）は、１つ又は複数のセリウム酸化物（cerium oxides）を含む。本発明によれば、セリウム酸化物又は酸化物は、セラミック材料の唯一最大の成分を構成する。酸化セリウムは、酸化セリウム（III）（Ce(III) oxide）又は酸化セリウム（IＶ）（Ce(IV) oxide）であってもよい。本発明に係る酸化セリウムを含有するセラミック材料は、IIA族、IIIA族、IVA族、VA族、VIA族、VIIA族、VIIIA族、IB族、IIB族、IIIB族、IVB族及びVB族の元素のアルミナ（alumina）、ジルコニア（zirconia）、イットリア（yttria）及びその他の酸化物（other oxides）、窒化物（nitrides）、ホウ化物（borides）、フッ化物（fluorides）並びに炭化物（carbides）を含んでもよい。本発明に係るセラミック材料は、アクチニド系列（actinide series）（例えば、原子番号５８〜７１を持つ元素）の任意の元素のいずれの酸化物（oxide）、窒化物（nitride）、ホウ化物（boride）、フッ化物（fluoride）又は炭化物（carbides）を含んでもよい。このグループで特に好適な材料は、ホウ化セリウム（cerium boride）及び窒化セリウム（cerium nitride）である。
【００１３】
本発明に係る１つ又は複数の構成部品を組み込んだ装置で処理される基板の汚染を最小化するためには、酸化セリウムを含有するセラミック材料ができる限り純度が高いのが望ましく、例えば、遷移金属、アルカリ金属等の元素の含有量を最小限に含むことが望ましい。例えば、酸化セリウムを含有するセラミック材料は、１０１０atoms/cm2又はそれ以上、好適には１０５atoms/cm2又はそれ以上のウエハ上汚染（on-wafer contamination）を避けるのに十分に純度が高く作られうる。
【００１４】
本発明者らは、酸化セリウムをベースにしたセラミック材料がプラズマエッチングチャンバ等の半導体処理装置で使用に対し、望ましい特性を持つことを見出した。特に、酸化セリウムを含有するセラミックは、プラズマ反応チャンバ内のパーティクル汚染のレベルを減少させることができる耐食性の表面を提供する。酸化セリウムを含有するセラミックは、プラズマによる物理的な攻撃（例えば、イオンスパッタに起因する侵食）及び化学的な攻撃の両方に耐性のあるプラズマ露出面も提供しうる。
【００１５】
本発明の好適な実施の形態では、酸化セリウムセラミック材料は、被覆として提供される。酸化セリウム被膜は、従来から知られている方法によって適用されうる。酸化セリウム被膜を適用する方法は、例えば、米国特許第4,421,799号、同4,593,007号、同5,334,462号、同5,362,335号、同5,627,124号、同5,668,072号、同5,721,057号、同5,834,070号、同6,007,880号、特許公開番号GB2236750A及びWO94/29237に開示されている。
【００１６】
好適な被覆方法は、溶射（thermal spraying）（例えば、プラズマ溶射（plasma spraying））であり、この方法では、セラミック粉末が溶かされて、スピレーコートされている（spray coated）構成部品に向けられたガスの流れ（gas stream）の中に入れられる。溶射技術の利点は、構成部品が溶射ガン（thermal spray gun）に面する側面上にだけ被覆されることであり、他の領域を守るためにマスキング（masking）が用いられることが可能であることである。従来の溶射技術は、プラズマ溶射も含めて、The Science and Engineering of Thermal Spray Coating by Pawlowski(John Wiley, 1995) に示されており、その内容は参照により本願に組み込まれる
特に望ましい溶射方法は、プラズマ溶射処理である。プラズマ溶射処理によって、チャンバの複雑な内部表面（intricate interior surfaces）又はその他のチャンバ構成部品が被覆されうる。図１は、典型的なプラズマ溶射処理を示す図である。通常は粉末１１２の形態である被覆材料は、急激に加熱された高温プラズマ炎（plasma flame）１１４に注入されて、高速に加速される。この高温の材料は、基板表面１１６上にぶつかって、急速に冷却して被膜１１８を形成する。
【００１７】
プラズマ溶射銃１２０は、銅のアノード１２２及びタングステンのカソード１２４を典型的には備え、これらは共に水冷されうる。プラズマガス１２６（例えば、アルゴン、窒素、水素、ヘリウム等）は、一般的に矢印１２８で示される方向でカソードの周囲及び圧縮ノズルとして形成されたアノード１３０を通って流れる。プラズマは、カソード１２４とアノード１３０との間に、局所的な電離と直流アーク用の導電経路とを形成する高電圧放電によって発生する。アークからの抵抗加熱（resistance heating）によって、ガスが非常に高温に達して、解離及び電離してプラズマを形成する。プラズマは、自由プラズマ炎又は中性プラズマ炎（free or neutral plasma flame）（電流を運ばないプラズマ）としてアノードノズル１３０から出て行く。プラズマが安定化して溶射の準備ができると、電気アーク（electric arc）がノズルの下に延びる。粉末１１２は、通常はアノードノズル出口１３４の近傍に配置された外部粉末ポート１３２を介してプラズマ炎中に送り込まれる。粉末１１２は、溶射距離１３６（ノズル先端と基板表面との間の距離）がおよそ１２５〜１５０ｍｍ程度であるように、急激に加熱及び加速される。プラズマ溶射された被膜は、このようにして溶解した又は熱で柔らなくなったパーティクルが基板上に衝突する（impact）処理によって作られる。
【００１８】
本発明では、洗浄、グリットブラスト又はビードブラスト（grit or beadblasting）等の表面準備技術（surface preparation techniques）が、結合に対してより化学的・物理的に活性な表面を提供するために用いられ得る。被覆の前に、グリットブラストによって、結合に利用可能な表面積が増大し、その結果、被膜の結合力が高まる。アルミナチャンバの構成部品については、被膜される表面が汚染のないアルミニウム酸化物媒体によって好適にはグリットブラストされる。粗くされた面は、次に、空気又はCO2を用いて表面をブラストする、及び／又は、酸性溶液を用いて表面を洗浄する等の任意の適当な技術によって、疎結合のパーティクルを取除くために洗浄されうる。粗面のプロファイルは、基板を覆う被膜の機械的なキーイング（keying）又はインターロッキング（interlocking）の促進にも役立ちうる。アルミニウム反応室構成部品については、酸化セリウム被膜を適用する前に、構成部品表面を荒くして、荒くした構成部品表面を陽極酸化して、再度陽極酸化された表面を荒くすることが特に望ましい。
【００１９】
本発明に係る酸化セリウムを含有するセラミック被膜は、プラズマ溶射処理を用いて適用されるのが望ましいが、セラミック材料の使用に適した他の被膜方法が用いられてもよい。例えば、本発明に係る酸化セリウムを含有するセラミック被膜は、スパッタリング（sputtering）、スパッタ成膜（sputterdeposition）、浸漬被膜（immersion coating）、 化学気相成長法（chemical vapor deposition）、蒸着（evaporation）及び凝縮（condensation）（電子ビーム蒸着及び凝縮を含む）、物理的気相成長法（physical vapor deposition）、熱間等静圧圧縮成形（hot isostatic pressing）、コールドアイソスタティック成形（cold isostatic pressing）、成形（casting）、圧密成形（compacting）及びシンタリング（sintering）、プラズマ溶射（plasmaspraying）並びに溶射（thermal spraying）によって適用されうる。
【００２０】
本発明の好適な実施の形態では、酸化セリウムを含有するセラミック構成部品は、ポリシリコン高密度プラズマ反応室内で反応室構成部品として用いられる。このタイプの例示的な反応室は、カリフォルニア州フレモントにあるラムリサーチコーポレーションから入手できるＴＣＰTM９４００プラズマエッチング反応室である。ＴＣＰ９４００TM反応室では、処理ガス（例えば、Cl2、HBr、CF4、CH2F2、O2、N2、Ar、SF6及びNF3）がエッチングチャンバの底部の上に配置されたガスリング（gas ring）に伝えられ、ガス孔（gashole）を通して反応チャンバに案内される。図２は、本発明に係るＴＣＰ９４００TMポリシリコンエッチング反応室用のガスリングの断面図である。図２に示すように、ガスリング４０の本体は、基板支持体４４を取り囲む。ガスリング４０の下面は、リング状のガスガイディングトレンチ（ring-shaped gas-guiding trench）６０を含む。上述のガス孔５０は、ガスガイディングトレンチ６０まで延びる。
【００２１】
ガスリングは、典型的にはアルミニウムで構成される。ガスリングの上面は、プラズマに直接晒されるため、侵食を受けやすい。これらの表面を保護するために、ガスリングは、ガスリング表面を陽極化成することによって典型的には形成される酸化アルミニウム層で典型的には覆われる。しかしながら、陽極化成された被膜は、比較的もろく、使用中に反応室の熱サイクルが繰り返される間にひびが入りやすい。陽極化成された層で形成されるひびによって、腐食性の処理ガスが下にあるアルミニウム層を攻撃し、部品の寿命を減らし、ウエハ、フラットパネルディスプレイ基板等の処理基板の金属及びパーティくる汚染に寄与しうる。
【００２２】
本発明によれば、ガスリングの露出面は、酸化セリウムを含むセラミック材料の被膜４２で覆われうる。酸化セリウムセラミックは、ベア（bare）（自然酸化膜の有無にかかわらず）のアルミニウム層の上又は酸化アルミニウム層（例えば、陽極酸化された表面を持つアルミニウム）の上に被覆されうる。ガスリングを被覆するときは、被膜は、特にガス孔の中を通って、その内壁を被覆し保護することができる。しかしながら、被膜材料は開口部を遮断するような方法で適用されるべきではない。したがって、ガス孔は、被覆処理中に塞がれてマスクされうる。
【００２３】
処理中にプラズマに晒されうるＴＣＰTM９４００ポリシリコンエッチング反応室の他の構成部品は、本発明に係る酸化セリウムを含有するセラミック材料でも被覆されうる。これらの構成部品は、チャンバ壁、チャンバライナ、チャッキング装置（chucking devices）及び基板の反対側の誘電ウィンドウを含む。静電チャック等のチャッキング装置の上面の上に酸化セリウムを含有するセラミック材料を被覆することによって、ウエハが存在しないため、チャックの上面が直接プラズマに晒されるクリーニングサイクル（cleaning cycles）中に、チャックに付加的な保護（additional protection）を与える。
【００２４】
他の例示的なポリシリコンエッチング反応室は、カリフォルニア州フレモントにあるラムリサーチコーポレーションからもまた入手できるVersysTMポリシリコンエッチャー又は２３００TMエッチャーである。図３は、本発明に係る２３００TMポリシリコンエッチング反応室の断面図である。この反応室は、その上に載せられる基板（不図示）にクランピング力（clamping force）を提供する静電チャック１５４を含む基板支持体１５２を有する反応室チャンバ１５０で構成される。フォーカスリング１７０は、図示のとおり静電チャック１５４の周りの基板支持体１５２の上に載せられる。基板支持体１５２は、ＲＦバイアスを基板に印加するためにも用いられうる。基板は、ヘリウム等の熱伝導ガスを用いて裏面冷却され（back-cooled）てもよい。２３００TMエッチャーでは、処理ガス（例えば、Cl2、HBr、CF4、CH2F2、O2、N2、Ar、SF6及びNF3）がチャンバ１５０の上部の上に配置されたガスインジェクタ（gas injector）１６８を介してチャンバ１５０に導入される。ガスインジェクタ１６８は、ガス供給部１５６（gas feed）に接続される。ガスインジェクタ１６８は、クウォーツ（quartz）又はアルミナ（alumina）等のセラミック材料で典型的には作られる。図に示すように、誘電コイル１５８は、高密度（例えば、1011-1012ions/cm3）プラズマを提供する適当なＲＦ源（RF source）（不図示）によってパワーが与えられうる。誘電コイル１５８は、誘電ウィンドウ１６０を通してＲＦエネルギをチャンバ１５０の内部に結合する。誘電ウィンドウ１６０は、典型的にはクウォーツ（quartz）又はアルミナ（alumina）によって作られる。環状部材（annular member）１６２は、チャンバ１５０の上部から誘電ウィンドウ１６０を間隔を空けて配置するものであり、“ガス供給板”と称する。チャンバライナ１６４は、基板支持体１５２を取り囲む。チャンバ１５０は、所望の圧力にチャンバ内部を保つために適当な真空ポンプ装置（不図示）をも含む。
【００２５】
図３では、環状部材（annular member）１６２、誘電ウィンドウ１６０、基板支持体１５２、チャンバライナ１６４、ガスインジェクタ１６８、フォーカスリング１７０及び静電チャック１５４等の反応室構成部品の内部表面が、図に示すように酸化セリウムを含有するセラミック材料の被膜１６６で被覆される。チャンバライナ１６４の下のチャンバ１５０の内面と基板支持体１５２も、図３に示すように酸化セリウムを含有するセラミック材料の被膜１６６が設けられうる。他のどの内部反応室表面（internal reactor surface）はもちろん、これらの表面のいずれも或いは全ては、本発明に係る酸化セリウムを含有するセラミック被膜を備えうる。更に、これらの構成部品のいずれも或いは全ては、本発明に係る酸化セリウムを含有するセラミック材料のモノリシック本体（monolithic bodies）から製造されうる。
【００２６】
本発明の反応室構成部品は、高密度酸化物エッチング処理にも用いられうる。例示的な酸化物エッチング反応室は、カリフォルニア州フレモントにあるラムリサーチコーポレーションから入手可能なＴＣＰ９１００TMプラズマエッチング反応室である。ＴＣＰ９１００TM反応室では、ガス供給板は、半導体ウエハの上方かつ平行な面内における反応室上部での真空シール面（vasuum sealing surface）でもあるＴＣＰTMウィンドウの真下に位置した円板である。ガス供給板は、ガス供給板の周辺に配置されたガス供給リングに対してＯリングを用いてシールされる。ガス供給リングは、供給源からガス供給板、反応室にＲＦエネルギを供給する平面スパイラルコイルの形をしたアンテナの下にあるウィンドウの内面、及びガス供給リングによって定められた容積にガスを供給する。ガス供給板は、板を通って延びる特定の直径の孔の列（array of holes）を含む。ガス供給板を通る孔の空間分布は、ウエハ上のフォトレジスト層、SiO2層及び下層材料等のエッチングされる層のエッチング均一性を最適化するために変更されうる。ガス供給板の断面形状は、反応室内のプラズマへのＲＦ電力の分布を操作するために変更され得る。ガス供給板の材料は、ガス供給板を通して反応室内へＲＦ電力をカップリング（coupling）できる誘電体である。更に、ガス供給板の材料は、破壊やその結果として生まれるパーティクルの発生を防止するために、酸素（oxygen）又はヒドロフルオロカーボンガスプラズマ（hydro-fluorocarbon）ガスプラズマ等の環境で、化学的なスパッタエッチングに強い耐性があるのが望ましい。
【００２７】
図４は、前述のタイプのプラズマ反応室を示す図である。反応室は、基板へのＲＦバイアスに加えて、クランピング力（clamping force）を基板１３に与える静電チャック３４を含む基板ホルダ１２を含む真空処理チャンバ１０を備える。基板は、ヘリウム等の熱伝導ガスを用いて裏面冷却されうる。フォーカスリング１４は、基板の上方の領域にプラズマを閉じ込める外部リング１４ａ及び内部リング１４ｂを備える。高密度プラズマを提供するために適当なＲＦ源によってパワーが供給されるアンテナ１８等のチャンバ内で高密度（例えば、1011-1012ions/cm3）プラズマを維持するためのエネルギ源は、反応室チャンバ１０の上部に配置される。チャンバは、所望の圧力（例えば、50mTorr以下、典型的には1-20mTorr）にチャンバ内部を維持するために、適当な真空ポンプ装置を含む。
【００２８】
厚さが均一で実質的に平面な誘電体ウィンドウ２０は、アンテナ１８と処理チャンバ１０内部との間に提供され、処理チャンバ１０の上部に真空壁（vacuum wall）を形成する。ガス供給板２２は、ウィンドウ２０の下に設けられ、ガス供給部２３からの処理ガスを処理チャンバ１０に供給するための円形の孔等の開口部を含む。円錐上のライナ３０は、ガス供給板から延びて、基板ホルダ１２を取り囲む。アンテナ１８は、入口導管（inlet condutis）２５及び出口導管（outlet conduits）２６を介して、温度調節流体（temperature control fluid）が通過するチャネル２４を備えうる。しかしながら、アンテナ１８及び／又はウィンドウ２０は、アンテナ及びウィンドウの上に空気を吹き付けたり、冷却媒体を通したり、ウィンドウ及び／又はガス供給板と熱伝導接触させたりする等の他の技術によって冷却されてもよい。
【００２９】
動作中は、シリコンウエハ等の半導体基板は、基板ホルダ１２上に配置され、静電チャック３４によって所定位置に保持される。しかしながら、機械的クランピング機構等の他のクランピング手段が用いられてもよい。更に、基板とチャックとの間の熱伝導を改善するためにヘリウム裏面冷却（helium back-cooled）が用いられてもよい。処理ガスは、その後、ウィンドウ２０とガス供給板２２との間のギャップを通して処理ガスを通過させることによって、真空処理チャンバ１０に供給される。適当なガス供給板機構（例えば、シャワーヘッド）は、本願と同じ出願人による米国特許第5,824,605号、同6,048,798号及び同5,863,376号に開示されている。高密度プラズマは、アンテナ１８に適当なＲＦ電力を供給することによって基板とウィンドウとの間の空間に発生（ignite）されうる。
【００３０】
図４では、ガス供給板２２、チャンバライナ３０、静電チャック３４及びフォーカスリング１４等の反応室構成部品の内面は、図に示すように酸化セリウム材料の被膜３２で被覆される。しかしながら、これらの表面のいずれも或いは全ては、本発明に係る酸化セリウム被膜を備えうる。
【００３１】
上記の高密度ポリシリコン及び誘電体エッチングチャンバは、本発明に係る構成部品を組み込むことができるプラズマエッチング反応室を例示的に示したに過ぎない。本発明に係る酸化セリウムを含有するセラミック構成部品は、いずれのエッチング反応室（例えば、金属エッチング反応室）又はプラズマ侵食が問題となるその他のタイプの半導体処理装置に用いられうる。
【００３２】
酸化セリウム被膜を備えうる他の構成部品は、チャンバ壁（陽極酸化された表面又は陽極酸化されていない表面を有するアルミニウムで典型的には作られる）、基板ホルダ、ファスナー（fastener）等を含む。これらの部分は、典型的には金属（例えば、アルミニウム）又はセラミック（例えば、アルミナ）で作られる。これらのプラズマ反応室構成部品は、典型的にはプラズマに晒され、しばしば侵食のあとを見せる。本発明に基づいて被覆されうる他の部分は、プラズマに直接されされることはないであろうが、その代わりに処理ウエハ等から発せられるガス等の腐食性ガスに晒される。したがって、半導体基板の処理に用いられる他の装置も本発明に係る酸化セリウムを含有するセラミック表面を備えうる。このような装置は、搬送機構、ガス供給システム、ライナ、リフト機構、ロードロック、ドア機構、ロボットアーム、ファスナー（fasteners）等を含みうる。
【００３３】
本発明に係る酸化セリウムを含有するセラミック材料で被覆されうる金属及び／又は合金の例は、“ＨＡＹＮＥＳ ２４２”“Ａｌ−６０６１”、“ＳＳ ３０４”、“ＳＳ ３１６”等のアルミニウム、ステンレス鋼、超硬金属（refractory metal）を含む。酸化セリウムを含有するセラミック材料は、構成部品上に耐食性被膜を形成するため、下にある構成部品は、もほやプラズマに直接されされず、合金添加物（alloying addition）、グレイン構造又は表面状態にかかわらずアルミニウム合金が用いられうる。更に、様々なセラミック又はポリマー材料も、本発明に係る酸化セリウムを含有するセラミック材料で被覆されうる。特に、反応室構成部品は、アルミナ（Al2O3）、シリコンカーバイド（SiC）、窒化シリコン（Si3N4）、炭化ホウ素（B4C）及び／又は窒化ホウ素（BN）等のセラミック材料で作られうる。
【００３４】
望ましくは、材料の１つ又は複数の中間層が、酸化セリウムを含有するセラミック材料と構成部品の表面との間に設けられうる。図５は、本発明の好適な実施の形態に係る被覆された構成部品を示す図である。図５に示すように、第１の中間被膜８０は、従来技術によって反応室構成部品７０上に随意的に被覆される。随意的な第１の被膜８０は、基板に付着して、更に随意的な第２の中間被膜９０又は以下に示す酸化セリウム被膜を形成する前に処理可能なように十分に厚い。第１の中間被膜８０は、少なくとも約０．００１インチの厚さ、好適には約０．００１〜約０．２５インチ、より好適には０．００１〜０．１５インチの間、最適には０．００１インチ〜０．０５インチ等の任意の適当な厚さを持つことができる。
【００３５】
随意的な第１の中間被膜８０を反応室構成部品７０上に成膜した後に、プレーティング（plating）は、任意の適当な技術によってブラストされるか（blasted）又は粗くされ、次に、第２の随意的な被膜９０又は酸化セリウムを含有するセラミック被膜１００で被覆される。粗くされた層８０によって、特に優れた結合が得られる。好適には、第２の中間被膜９０は、被膜８０に高い機械的圧縮強度（mechanical compression strength）を与え、被膜９０中の割れ目（fissures）の形成を最小限にする。
【００３６】
随意的な第２の中間被膜９０は、第１の中間被膜８０に付着し、任意の付加的な中間被膜又は以下に示す外側の酸化セリウムを含有するセラミック被膜１００を形成する前に、更に処理可能なように十分に厚い。第２の中間被膜９０は、少なくとも約０．００１インチの厚さ、好適には約０．００１〜約０．２５インチ、より好適には０．００１〜０．１５インチの間、最適には０．００１インチ〜０．０５インチの間等の任意の適当な厚さを持つことができる。
【００３７】
第１、第２の中間被膜は、従来のプラズマ処理チャンバで用いられる任意の１つ又は複数の材料で作られてもよい。このような材料の例としては、金属、セラミック及びポリマーが含まれる。特に望ましい金属としては超硬金属（refractory metals）が含まれる。特に望ましいセラミックとしては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＢＣ、ＡｌＮ、ＴｉＯ２等が含まれる。特に望ましいポリマーとしては、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）及びポリイミド（polyimide）等のフルオロポリマー（fluoropolymer）を含む。１つ又は複数の中間被膜は、プレイティング（plating）（例えば、無電解プレイティング（electroless plating）又は電解プレイティング（electroplating））、スパッタリング（sputtering）、浸漬被膜（immersion coating）、 化学気相成長法（chemical vapordeposition）、物理的気相成長法（physicalvapor deposition）、電気泳動成膜（electrophoretic deposition）、熱間等静圧圧縮成形（hot isostatic pressing）、コールドアイソスタティック成形（cold isostatic pressing）、成形（casting）、圧密成形（compacting）及びシンタリング（sintering）並びに溶射（thermal spraying）（例えば、プラズマ溶射（plasma spraying））によって適用されうる。
【００３８】
第１及び第２の中間層８０及び９０は、所望の特性に依存してこれらの被膜が同じであるか又は異なるように、上記材料の任意の１つであってよいと考えられる。同じ材料又は異なる材料の第３、第４又は第５の中間被膜等の付加的な中間被膜が被膜と基板との間に用いられてもよい。
【００３９】
図６は、耐食性被膜の第２の実施の形態を詳細に示す図である。酸化セリウムを含有するセラミック層１００は、反応室構成部品７０上に、約０．００１インチ〜約１．０インチ、好適には０．００１〜０．５インチ、最適には０．００１インチ〜０．０５インチの範囲の厚さ等の適当な厚さに成膜されうる。セラミック層の厚さは、反応室（例えば、エッチング、CVD等）で生じるプラズマ環境に適合するように選択され得る。
【００４０】
溶射が酸化セリウムを含有するセラミック表面を有する構成部品を提供する好適な方法であるが、他の被膜方法が用いられてもよい。例えば、酸化セリウムを含有する被膜は、スパッタリング（sputtering）、浸漬被膜（immersion coating）、 化学気相成長法（chemical vapor deposition）、物理的気相成長法（physical vapor deposition）、熱間等静圧圧縮成形（hot isostatic pressing）、コールドアイソスタティック成形（cold isostatic pressing）、圧縮成形（compression molding）、成形（casting）、圧密成形（compacting）及びシンタリング（sintering）等の他の成膜技術によっても適用されうる。
【００４１】
酸化セリウムを含有するセラミック材料は、反応室構成部品の露出面を覆うように構成された成形ライナ（preformed liners）の形でも提供されうる。これらのライナは、接着（adhesive bonding）又は機械的な留め具（mechanicalfasteners）の使用を含む周知の方法によって取り付けられうる。留め具（fasteners）が用いられると、プラズマに晒されるならば、留め具自体も、耐食性材料で作られなければならない。更に、酸化セリウムを含有するセラミックライナは、下にある反応室構成部品とインターロックする（interlock）ように設計されうる。
【００４２】
さらにもう一つの実施の形態では、半導体処理装置の構成部品は、酸化セリウムを含有するセラミック材料からもモノリシック本体（monolithic bodies）として製造される。焼結した（sintered）酸化セリウムセラミックス（cerium oxide ceramics）のモノリシック本体は、例えば、米国特許第2,434,236号及び同4,465,778号に開示されている。
【００４３】
酸化セリウムを含有するセラミック材料からモノリシック本体を製造する方法は、酸化セリウムを含有するスラリーを準備する工程と、圧粉体を所望の形状に形成する工程と、前記圧粉体を焼結する工程とを含みうる。この圧粉体は、プラズマに晒されるいかなる反応室構成部品の形でも形成されうる。このような構成部品は、チャンバ壁、基板支持体、ガス供給システムであって、シャワーヘッド、バッフル、リング、ノズル等を含むガス供給システム、ファスナー、発熱体、プラズマスクリーン、ライナー、搬送モジュール構成部品、例えば、ロボットアーム、ファスナー、チャンバの内壁及び外壁等の部品等、などを含む。このような構成部品の具体例は、図７に示される反応室構成部品１１０である。図７は、酸化セリウムを含有するセラミック材料から製造されたモノリシック本体として構成された反応室構成部品１１０の詳細な断面図である。セラミック処理技術の詳細は、Introduction to Ceramics, 2nd Edition, by W.D.Kingery,H.K.Bowen, and D.R.Uhlmann (J. Wiley ＆ Sons, 1976)に示されており、その内容は参照により本願に組み込まれる
酸化セリウムを含有するセラミック材料は、反応室チャンバ及び構成部品の全部又は一部の上に提供されうる。好適な実施の形態では、コーティング又はカバリング（coating or covering）がプラズマに直接接触する部分又はチャンバ構成部品の後ろの部分（例えば、ライナ）等のプラズマ環境に晒されうる領域の上に提供される。更に、酸化セリウム層は、比較的高い電圧（すなわち、比較的高いスパッタイオンエネルギ）を受ける領域に適用されるのが望ましい。
【００４４】
本発明に基づいて、酸化セリウムを含有するセラミック構成部品をコーティング（coating）又はカバリング（covering）として適用するか、或いは、モノリシック酸化セリウムを含有するセラミック構成部品を構成するかのいずれかによって、幾つかの利点が得られる。すなわち、本発明に係る酸化セリウムを含有するセラミックスを用いることによって、より低い侵食速度（erosion rate）が実現されうる。結果として、本発明に係る酸化セリウムを含有するセラミック構成部品又は被膜は、金属及びパーティクル汚染のレベルを減少させ、消耗品の寿命を増加させることによってコストを更に低下させ、プロセスドリフト（process drifts）を抑え、チャンバの部品及び基板の腐食のレベルを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
図面の簡単な説明
本発明は、添付図面を参照して更に詳細に説明され、同様の構成部品には同様の参照番号が付される。
【図１】図１は、従来のプラズマ溶射処理を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係るポリシリコンエッチング装置用のガスリング装置の断面図である。
【図３】図３は、本発明に係る構成部品を含むポリシリコンエッチングチャンバを示す図である。
【図４】図４は、本発明に係る構成部品を含む高密度酸化物エッチングチャンバを示す図である。
【図５】図５は、本発明に係る耐食性被膜の一実施形態を詳細に示す図である。
【図６】図６は、本発明に係る耐食性被膜の他の実施形態を詳細に示す図である。
【図７】図７は、本発明に係る耐食性被膜の更なる実施形態を詳細に示す図である。
【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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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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