(57)【要約】  改良された耐プラズマ性を有する充填ポリマー組成物が開示される。組成物はポリマーマトリックス中に分散された粒子フィラーを含む。粒子フィラーは、Ｎｂ２Ｏ５、ＹＦ３、ＡｌＮ、ＳｉＣ又はＳｉ３Ｎ４、及び希土類酸化物であることが可能である。一実施形態では、組成物は、静電チャック用接着剤、シャワーヘッド用接着剤、ライナー用接着剤、シール材、Ｏリング、又はプラスチック部品として利用される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーマトリックスと、
前記ポリマーマトリックス中に分散する粒子フィラーとを含み、
前記粒子フィラーは、Ｎｂ２Ｏ５、ＹＦ３、ＡｌＮ、Ａｌ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、希土類酸化物、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される組成物。
【請求項２】
前記粒子フィラーは、Ｙ２Ｏ３である請求項１記載の組成物。
【請求項３】
前記粒子フィラーは、１０ミクロン未満の平均粒径を有する請求項１記載の組成物。
【請求項４】
組成物は、体積で５０％〜７５％の粒子フィラーを含む請求項１記載の組成物。
【請求項５】
前記ポリマーマトリックスは、フッ化炭素ベース、ポリイミドベース、エーテルケトンベース、及びシリコンベースから成る群から選択される請求項１記載の組成物。
【請求項６】
Ｏリングの形態をした請求項１記載の組成物。
【請求項７】
接着剤の形態をした請求項１記載の組成物。
【請求項８】
前記接着剤は、静電チャック、シャワーヘッド、及びチャンバライナーから成る群から選択される要素に接着される請求項７記載の組成物。
【請求項９】
陰極絶縁体の形態をした請求項１記載の組成物。
【請求項１０】
プラズマをストライクするステップと、
チャンバ部品を前記プラズマに曝露するステップとを含み、
前記チャンバ部品は、ポリマーマトリックス及び前記ポリマーマトリックス中に分散する粒子フィラーを含み、前記粒子フィラーは、Ｎｂ２Ｏ５、ＹＦ３、ＡｌＮ、Ａｌ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、希土類酸化物、及びそれらの組み合わせから成る群から選択されるエッチングチャンバを運転する方法。
【請求項１１】
前記プラズマは、Ｏ２及びＳｉＣｌ４から成る群から選択される洗浄用化学薬品を含む請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記プラズマは、ＨＢｒ、Ｃｌ２、ＣＦ４、及びＯ２から成る群から選択される導電面エッチング用化学薬品を含む請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記プラズマは、ＣＦ４及びＣＨＦ３から成る群から選択される誘電体基板エッチング用化学薬品を含む請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記充填ポリマーマトリックスは、Ｏリング、接着剤、及び陰極絶縁体から成る群から選択される請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
前記プラズマは、ＡｌＦ汚染を前記エッチングチャンバから除去する請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
（関連出願）
本特許出願は、２００８年１２月１０日に出願された米国仮特許出願第６１／１２１，４９０号の優先権の利益を主張する２００９年１２月７日に出願された米国特許出願第１２／６３２，７１２号に関連し、及びその優先権の利益をここに主張する。
【０００２】
（分野）
本発明の実施形態は、充填ポリマー材料の分野に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、エッチングチャンバ部品内で使用される充填ポリマー組成物に関する。
【０００３】
（背景情報）
エッチングチャンバ部品内で使用されるポリマー材料は、基板のエッチングプロセス及びチャンバ洗浄プロセスの両方の間、エッチングチャンバ内でプラズマに曝露される。例えば、チャンバ部品上に形成されるプラズマエッチング残留物及び副生成物は、慢性的な問題を引き起こす可能性があるので、エッチングチャンバは定期的に洗浄し、これによってプロセスのドリフト及び粒子の発生を防ぐ。その結果、ポリマー材料はそれら自体、粒子の付加源となる可能性があり、それらはまた、様々なエッチングプラズマ又は洗浄プラズマによって浸食されるため、定期的に交換しなければならない。
【概要】
【０００４】
本発明の実施形態は、ポリマーマトリックス中に分散した粒子フィラー（充填材）を含む充填ポリマー組成物を開示する。粒子フィラーは、Ｎｂ２Ｏ５、ＹＦ３、ＡｌＮ、Ａｌ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、希土類酸化物、及びそれらの組み合わせが可能である。充填ポリマー組成物は、様々なプラズマに曝露される任意のチャンバ又はサービス環境で使用され、これによってサービス寿命を延ばし、アプリケーション温度を改善し、プロセスの均一性を促進し、形成される粒子量を減らし、及び金属汚染を減少させることができる。一実施形態では、充填ポリマー組成物は、静電チャック用接着剤、シャワーヘッド用接着剤、ライナー用接着剤、シール材、Ｏリング、又はプラスチック部品として利用される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】〜
【図１Ｂ】エッチングチャンバの等角概略図である。
【図１Ｃ】シャワーヘッド裏面及びＯリングの上から見た概略図及び拡大等角概略図を含む。
【図１Ｄ】静電チャック裏面を上から見た概略図である。
【図２Ａ】〜
【図２Ｂ】ＣＨ４／ＣＨＦ３プラズマに５ＲＦ時間曝露された接着剤の浸食面の表面形態を示す。
【図３Ａ】〜
【図３Ｂ】ＨＢｒ／Ｃｌ２／ＣＦ４／Ｏ２プラズマに６．５ＲＦ時間曝露された接着剤の浸食面の表面形態を示す。
【図４Ａ】〜
【図４Ｂ】ＳｉＣｌ４プラズマに１２ＲＦ時間曝露された接着剤の浸食面の表面形態を示す。
【詳細な説明】
【０００６】
本発明の実施形態は、充填ポリマー組成物及びプラズマチャンバ部品内における充填ポリマー組成物のアプリケーションを開示する。
【０００７】
本明細書内に記載される様々な実施形態は、図面を参照して説明される。以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細（例えば、特定の構成、組成、プロセス等）が説明されている。しかしながら、ある実施形態は、これらの特定の詳細の１以上無しに、又は他の既知の方法及び構成と組み合わせて実施することができる。他の例では、既知のプロセス及び製造技術は、本発明を不必要に曖昧にしないために、特に詳細には説明されていない。本明細書を通じて「一実施形態」又は「実施形態」と言及する場合、実施形態に関連して説明される特定の特徴、形態、構成、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。このように、本明細書を通じて様々な場所における「一実施形態」又は「実施形態」というフレーズの出現は、必ずしも発明の同じ実施形態を言及していない。更に、特定の特徴、形態、構成、又は特性は、１以上の実施形態において任意の適当な方法で組み合わせることができる。
【０００８】
本発明の実施形態は、ポリマーマトリックス中に分散した粒子フィラーを含む充填ポリマー組成物を開示する。一実施形態では、粒子フィラーは、１０ｎｍ〜１０ｕｍの平均粒径を有し、希土類酸化物、Ｎｂ２Ｏ５、ＹＦ３、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、及びそれらの組み合わせが可能である。別の一実施形態では、粒子フィラーは、金属（同じ平均粒径のＡｌ粉末など）が可能である。粒子フィラーは、ポリマーマトリックスとしっかりと結合され、これによって優れた耐プラズマ性、材料の構造安定性（低ガス放出）、高温アプリケーション、改良された熱特性（熱伝導率及び熱膨張）、高度な機械的性質（伸び、弾性率、ラップシェア、引張強さ）、及び非常に減少した粒子生成の可能性を含む改良された特性を持つ組成物を提供する。充填ポリマー組成物は、様々なプラズマに曝露される任意のチャンバ又はサービス環境で使用され、これによってサービス寿命を延ばし、アプリケーション温度を改善し、プロセスの均一性を促進し、形成される粒子量を減らし、及び金属汚染を減少させることができる。一実施形態では、充填ポリマー組成物は、静電チャック用接着剤、シャワーヘッド用接着剤、ライナー用接着剤、シール材、Ｏリング、又はプラスチック部品として利用される。
【０００９】
本明細書内で使用されるとき、用語「希土類酸化物」は、原子番号５７から７１に亘るランタニド系列と呼ばれる元素周期表の希土類元素の酸化物と、ランタニド系列の元素に類似の特性を共有するので、更にイットリウム＃３９及びスカンジウム＃２１の元素を意味する。例えば、粒子フィラーは、例えば、Ｙ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、及びＹｂ２Ｏ３であるが、これらに限定されない希土類酸化物が可能である。
【００１０】
ポリマーマトリックスは、様々な材料が可能である。例えば、ポリマーマトリックスは、フッ化炭素ベース、ポリイミドベース、エーテルケトンベース、及び部分的に及び完全にフッ化シリコンを含むシリコンベースが可能である。一実施形態では、ポリマーマトリックスは、パーフロロエラストマー、熱硬化性シリコーン、熱可塑性アクリル、又はポリ（エチルエチルケトン）（ＰＥＥＫ）である。
【００１１】
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の一実施形態によるエッチングチャンバの概略図である。例えば、図１Ａに示されるチャンバは、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（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．）から入手可能なＣＥＮＴＵＲＡ  ＥＮＡＢＬＥＲ  ＥＴＣＨ．（商標名）チャンバが可能である。例えば、図１Ｂに示されるチャンバは、アプライドマテリアルズから入手可能なＰＲＯＤＵＣＥＲ  ＥＴＣＨ．（商標名）チャンバが可能である。図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、エッチングチャンバ１００は、プラズマ発生装置（図示せず）からプラズマ又はエネルギーを、プロセスガス源からガスコンジット（図示せず）を介してガスを供給するように構成されたチャンバ蓋を含むことができる。ガスシャワーヘッド１０２は、本発明の実施形態に係る充填ポリマー組成物を含む接着剤を用いてチャンバ蓋に接合可能である。チャンバのベースは、電源（図示せず）に接続される静電チャック１０４を含む。静電チャック１０４は、充填ポリマー組成物を含む接着剤を用いてサポートに接合できる。同様に、チャンバライナー１０６は、本発明の実施形態に係る充填ポリマー組成物を含む接着剤を用いてチャンバに接合できる。
【００１２】
充填ポリマー組成物が、例えば、静電チャック、シャワーヘッド、及び／又はライナー用の接着剤として利用される一実施形態では、充填ポリマー組成物の材料特性を調整し、これによって金属とセラミックスとの間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の不一致を最小化することが好ましいかもしれない。一実施形態では、より高い引張伸び％、より高い引張強さ、及びより低いヤング率が、静電チャックの接合アプリケーションに対しては望ましい。例えば、充填ポリマー組成物は１９０％を超える引張伸び％、２．２ＭＰａを超える引張強さ、及び２．０ＭＰａを下回るヤング率を示すことができる。一実施形態では、充填ポリマー組成物は、１０５％を超える引張伸び％、及び３．８ＭＰａを下回るヤング率を示すことができる。
【００１３】
充填ポリマー組成物は、接着用途に限定されない。一実施形態では、充填ポリマー組成物は、シール（Ｏリングなど）であることができる。図１Ｃは、シャワーヘッド裏面及びＯリングの上から見た概略図及び拡大等角概略図を含む。一実施形態では、充填ポリマー組成物は、シャワーヘッド１０２上に配置されたＯリング１０８である。
【００１４】
一実施形態では、充填ポリマー組成物は、インサートプラスチック部品（陰極絶縁体など）が可能である。図１Ｄは、静電チャック裏面を上から見た概略図である。一実施形態では、充填ポリマー組成物は、静電チャック１０４上に配置された陰極絶縁体１１０である。このような実施形態では、引張伸び％は必要な特性ではなく、その代わりに引張強さが陰極絶縁体又は類似の高機能プラスチックアプリケーション用にはより重要である。
【００１５】
充填ポリマー組成物は、多様で重要なエッチングチャンバ部品に実装され、これによってサービス寿命を延ばし、アプリケーション温度を改善し、プロセスの均一性を促進し、形成される粒子量を減らし、及び金属汚染を削減させることができる。更に、充填ポリマー組成物は、優れた耐プラズマ特性及び調整可能な材料特性が要求されるプラズマチャンバに限定されない他のサービス環境に適用することができる。
【００１６】
充填ポリマー組成物は、用途に応じて多くの既知の技術を利用して作成できる。一実施形態では、充填ポリマー組成物は、溶解したポリマー組成物を含む溶液に粒子フィラーを加えることにより調製することができる。粒子フィラーは、技術的に知られているように、分散剤を用いて溶液中に均一に分散され、キャスティングされ、硬化され、及び硬化後の焼成を行うことができる。別の一実施形態では、粒子状ポリマー及び粒子フィラーは、技術的に知られているように攪拌又はボールミルによって共に物理的に混合することができる。
【００１７】
一態様では、本発明の実施形態は、必要な材料特性を得るために粒子フィラーの粒径を変えることができる充填ポリマー組成物を開示する。一実施形態では、粒子フィラーは、１０ｎｍ〜１０ｕｍの平均粒径を有する。一実施形態では、粒子フィラーは、粒子自体が汚染物質にならないほど十分小さな粒径を有する。例えば、粒子フィラーは、１ｕｍ未満の粒径を有することが可能である。約１０ｎｍを下回る粒子は、均一に分散させることが困難であることが判明している。充填ポリマー組成物の熱伝導率を別の材料にマッチングさせることが望まれるとき、大きな粒子は有益である。しかしながら、約１０ｕｍを超えると、粒子フィラーは物理的障壁として機能し、これによって充填ポリマー組成物の硬化後の焼成中にガス抜きが可能となる。その結果、粒子フィラーが１０ｕｍを超える粒径を有する場合、充填ポリマー組成物はその後、運転中にプラズマチャンバ内へガス抜きをしてもよい。
【００１８】
一態様では、本発明の実施形態は、必要な材料特性を得るために粒子フィラーの体積％を変えることができる充填ポリマー組成物を開示する。一実施形態では、充填ポリマー組成物は、体積で５０％〜７５％の粒子フィラーを含む。粒子フィラーの体積密度を維持することは、充填ポリマー組成物が、例えば、シャワーヘッド、静電チャック及び／又はライナー用接着剤のような、しかしながらこれらに限定されないかなりのプラズマエッチングに曝露されるアプリケーションに対して特に有益である。特定の体積構成は、全充填ポリマー組成物の特性エッチングレートを変える相乗効果を得る。充填ポリマー組成物が体積で５０％〜７５％の粒子フィラーを含む場合、ポリマーマトリックス及び粒子フィラーは、特定のプラズマ化学薬品に対して異なる特性エッチングレートを個別に有している間、全充填ポリマー組成物のエッチングレートは向上する。これは、粒子が互いに接触するように粒子の体積密度を制御することによって達成され、プラズマプロセス（プラズマエッチング又はクリーニングプロセスなど）に曝露されると、更に結合又は融合できる。
【００１９】
本発明の実施形態に係る充填ポリマー組成物を含むプラズマチャンバ部品は、表面浸食及び表面形態によって測定可能な耐プラズマ性の増加を示すことができる。表Ｉは、熱硬化性シリコーン、及びＡｌメッシュ及びＴｉＢ２フィラーを充填した熱可塑性アクリルポリマーのベースポリマー組成物と比較した、本発明に係る接着用途用充填ポリマー組成物の正規化された表面浸食データを含む。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１に示されるように、接着剤が、熱硬化性シリコーンマトリックス中に埋め込まれた平均粒径３８０ｎｍのＹ２Ｏ３フィラー粒子を体積で５０％〜７５％含む充填ポリマー組成物を含む一実施形態は、３つのプラズマ条件に対して最も低い正規化された表面浸食を示す。例えば、ＣＨ４／ＣＨＦ３プラズマに５ＲＦ時間曝露されるとき、熱硬化性シリコーンは２倍、ＴｉＢ２充填熱可塑性アクリルを含むＡｌメッシュは２０倍の表面浸食量を経験する。フッ素系化学薬品（ＣＦ４／ＣＨＦ３など）は、誘電体基板のエッチングにしばしば利用されるエッチング用化学薬品である。ＨＢｒ／Ｃｌ２／ＣＦ４／Ｏ２化学薬品は、導電性基板のエッチングにしばしば利用されるエッチング用化学薬品である。Ｏ２及びＳｉＣｌ４化学薬品は、エッチングチャンバの洗浄用化学薬品である。特にＳｉＣｌ４は、誘電及び導電面のエッチング中に形成されるＡｌＦ汚染をチャンバ部品から除去するエッチングチャンバ洗浄用化学薬品として使用される。
【００２２】
図２Ａ〜図２Ｂは、５ＲＦ時間ＣＨ４／ＣＨＦ３プラズマに曝露された接着剤の浸食面の表面形態を示す。図２Ａに示されるように、熱硬化性シリコーンポリマーマトリックスは、粗い表面形態を有する浸食面をもたらす。図２Ｂは、熱硬化性シリコーンポリマーマトリックス及びＹ２Ｏ３粒子フィラーを含む本発明の実施形態に係る充填ポリマー組成物である。図２Ｂに示されるように、表面形態は、金属汚染及び粒子数を減少させるフッ素プラズマエッチング後に主に改善される。
【００２３】
図３Ａ〜図３Ｂは、ＨＢｒ／Ｃｌ２／ＣＦ４／Ｏ２プラズマに６．５ＲＦ時間曝露された接着剤の浸食面の表面形態を示す。図３Ａに示されるように、熱硬化性シリコーンポリマーマトリックスは、粗い表面形態を有する浸食面をもたらす。図３Ｂは、熱硬化性シリコーンポリマーマトリックス及びＹ２Ｏ３粒子フィラーを含む本発明の実施形態に係る充填ポリマー組成物である。図３Ｂに示されるように、Ｙ２Ｏ３粒子だけが表面上に残され、熱硬化性シリコーンポリマーマトリックスはエッチングされた。これはＹ２Ｏ３粒子充填剤が耐プラズマ性の向上に大きな役割を果たしたことを意味する。
【００２４】
図４Ａ〜図４Ｂは、ＳｉＣｌ４プラズマに１２ＲＦ時間曝露された接着剤の浸食面の表面形態を示す。熱硬化性シリコーンポリマーマトリックスが、図４Ａに示される。図４Ｂは、熱硬化性シリコーンポリマーマトリックス及びＹ２Ｏ３粒子フィラーを含む本発明の実施形態に係る充填ポリマー組成物である。図４Ｂに示されるように、Ｙ２Ｏ３粒子フィラーが露出され、表面の熱硬化性シリコーンポリマーマトリックスの大部分はエッチングされた。これはＹ２Ｏ３粒子充填剤が耐プラズマ性の向上に大きな役割を果たしたことを意味する。
【００２５】
別の一実施形態では、本発明の充填ポリマー組成物は、Ｏリングとしてプラズマチャンバ内に実装される。例えば、充填ポリマー組成物は、体積で約１５％のＹ２Ｏ３粒子フィラーをパーフロロエラストマーポリマーマトリックス中に含むことができ、ＣＦ４プラズマに曝露されるとき、非充填パーフロロエラストマーポリマーマトリックスに比べて約４倍少ない浸食を示し、Ｏ２プラズマに曝露されるとき、約７倍少ない浸食を示し、ＣＦ４／Ｏ２のプラズマに曝露されるとき、約５倍少ない浸食を示しの未満の浸食を示す。改良された耐プラズマ性は、寿命を向上させ、汚染及び粒子の発生を低減する。
【００２６】
別の一実施形態では、本発明の充填ポリマー組成物は、高機能プラスチックとしてプラズマチャンバ内（陰極絶縁体など）に実装される。例えば、充填ポリマー組成物は、ＰＥＥＫポリマーマトリックス内にＹ２Ｏ３粒子フィラーを含む。このようなアプリケーションでは、粒子フィラーは、非充填ＰＥＥＫによる陰極絶縁体に比べて、引張強さ、引張弾性率、曲げ弾性率、及び表面抵抗率を向上させる。更に、Ｏ２プラズマに１４ＲＦ時間曝露されたとき、表面浸食は、非充填ＰＥＥＫ組成物に比べて１００倍以上向上する。
【００２７】
上述の明細書内では、本発明の様々な実施形態が記載されてきた。しかしながら、添付の特許請求の範囲に記載された本発明のより広い主旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更がなされることができることは明らかであろう。したがって、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく、例示的な意味としてみなされるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
2012511834.tif 000006
【図１Ｄ】
2012511834.tif 000007
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2012511834.tif 000011
【図４Ａ】
2012511834.tif 000012
【図４Ｂ】
2012511834.tif 000013
【国際調査報告】
2012511834.tif 000014
2012511834.tif 000015
2012511834.tif 000016
2012511834.tif 000017
2012511834.tif 000018
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