JP2006501645A - プラズマ処理システムにおける改良された上部電極板のための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマ処理システム用の改良された上部電極を提供する。
【解決手段】プラズマ処理システム用の上部電極は、第１の面８２、第２の面８８、周辺エッジ９４、及び１つ以上のガス注入オリフィス１００を具備する電極板２４を具備する。第１の面８２は、電極板２４を上部アセンブリ２０に結合するように配設される。第２の面８８は、プラズマ処理システム１０内の処理空間１２に面するプラズマ面９０と、電極板２４をプラズマ処理システム１０と係合させる係合面９２とを含む。１つ以上のガス注入オリフィス１００は、第１の面８２及び第２の面８８に結合されると共に、処理ガスを処理空間１２に供給するように構成される。プラズマ面９０を含む電極板２４の複数の露出面１４０に保護バリア１５０が結合される。
【解決手段】プラズマ処理システム用の上部電極は、第１の面８２、第２の面８８、周辺エッジ９４、及び１つ以上のガス注入オリフィス１００を具備する電極板２４を具備する。第１の面８２は、電極板２４を上部アセンブリ２０に結合するように配設される。第２の面８８は、プラズマ処理システム１０内の処理空間１２に面するプラズマ面９０と、電極板２４をプラズマ処理システム１０と係合させる係合面９２とを含む。１つ以上のガス注入オリフィス１００は、第１の面８２及び第２の面８８に結合されると共に、処理ガスを処理空間１２に供給するように構成される。プラズマ面９０を含む電極板２４の複数の露出面１４０に保護バリア１５０が結合される。
Description
本発明は、プラズマ処理システム用の改良されたコンポーネントに関し、特に、処理ガスを導入するため、プラズマ処理システムにおいて使用される上部電極に関する。
本件出願は、同日に出願の同時係属米国特許出願第１０／ＸＸＸ，ＸＸＸ号明細書（発明の名称「プラズマ処理システムにおける、堆積シールドを有する改良された上部電極板のための方法及び装置」）、代理人番号２２６２７２ＵＳ６ＹＡと、同日に出願の同時係属米国特許出願第１０／ＸＸＸ，ＸＸＸ号明細書（発明の名称「プラズマ処理システムにおける、改良されたバッフル板のための方法及び装置」）、代理人番号２２６２７４ＵＳ６ＹＡと、同日に出願の同時係属米国特許出願第１０／ＸＸＸ，ＸＸＸ号明細書（発明の名称「プラズマ処理システムにおける、改良されたバッフル板のための方法及び装置」）、代理人番号２２８４１１ＵＳ６ＹＡと、同日に出願の同時係属米国特許出願第１０／ＸＸＸ，ＸＸＸ号明細書（発明の名称「プラズマ処理システムにおける、改良された堆積シールドのための方法及び装置」）、代理人番号２２６２７５ＵＳ６ＹＡと、同日に出願の同時係属米国特許出願第１０／ＸＸＸ，ＸＸＸ号明細書（発明の名称「プラズマ処理システムにおける、改良された光学窓堆積シールドのための方法及び装置」）、代理人番号２２６２７６ＵＳ６ＹＡと、同日に出願の同時係属米国特許出願第１０／ＸＸＸ，ＸＸＸ号明細書（発明の名称「プラズマ処理システムにおける、改良されたベローズシールドのための方法及び装置」）、代理人番号２２６２７７ＵＳ６ＹＡと、に関連している。これらの全ての明細書の内容全体は参考文献として本願に全体的に組み込まれる。
半導体産業における集積回路（ＩＣ）の作製では、基板から材料を除去するため並びに基板に対して材料を堆積するのに必要な表面での化学反応を、プラズマ反応室内で創出すると共に支援するため、プラズマが一般的に使用される。通常、プラズマは真空状態のプラズマ反応室内で形成され、これは、供給された処理ガスとのイオン化衝突を維持するのに十分なエネルギにまで電子を加熱することにより行われる。更に、加熱された電子は、解離衝突を維持するのに十分なエネルギを具備することができる。従って、チャンバ内で行われる特定の処理（例えば、材料を基板から除去するエッチング処理、または材料を基板に付加する堆積処理）に適した荷電種及び化学反応種の密度が発生されるように、所定の条件（例えば、チャンバ圧力、ガス流量等）における特定のガスの組み合わせが選択される。
基板表面でプラズマ処理システムの機能（即ち、材料のエッチング、材料の堆積等）を実行するため、荷電種（イオン等）及び化学反応種の密度を形成することが必要となる。しかし、処理チャンバの内部におけるその他のコンポーネント表面は、物理的及び化学的に活性なプラズマに露出され、時間の経過と共に腐食する。プラズマ処理システムにおける露出されたコンポーネントの腐食は、プラズマ処理性能を漸進的に劣化させると共に、最終的には、システムを完全に故障させる原因となる。
処理プラズマに対する露出により継続する損傷を最少にするため、処理プラズマに対する露出を維持することで知られているプラズマ処理システムのコンポーネントが、保護バリアで被覆される。例えば、アルミニウムから作製されるコンポーネントは、プラズマに対してより耐性がある酸化アルミニウムの表面層を生成するように陽極酸化されることができる。他の例では、シリコン、石英、アルミナ、カーボン、またはシリコンカーバイドから作製されるような、消耗可能または交換可能なコンポーネントが、より貴重なコンポーネント（頻繁に交換するとコストを増加させる）の表面を保護するために処理チャンバ内に挿入されることができる。更に、望ましくない汚染物質や不純物などが処理プラズマに導入され且つ場合によっては基板上に形成されるデバイスにまで導入されることを最少化することができる表面材料を選択することが望ましい。
上述の両方の場合において、保護バリアの一体性または保護バリア作製の一体性や、交換可能なコンポーネントの消耗性により、保護被覆の故障は不可避なもので、プラズマ処理システムの頻繁なメンテナンスが必要となる。この頻繁なメンテナンスは、プラズマ処理の休止時間や新しいプラズマ処理チャンバコンポーネントに関連するコストを発生させ、それが過大なものとなる可能性がある。
本発明は、プラズマ処理システム用の改良された上部電極を提供し、この上部電極の構造及び製法は、上述の欠点を有効に解決する。
本発明のある視点によれば、プラズマ処理システムの上部アセンブリに結合することができる電極板が提供される。この電極板は、電極板を上部アセンブリに結合する第１の面と、第１の面の反対側にあり、プラズマ処理システム内の処理プラズマと面するように構成されたプラズマ面及びプラズマ処理システムと係合するための係合面を具備する第２の面と、周辺エッジとを具備する。
電極板は、１つ以上のガス注入オリフィスを更に具備する。各ガス注入オリフィスは、処理ガスを受ける入口領域と、処理ガスをプラズマ処理システムに供給する出口領域とを具備し、出口領域は、注入面を具備する。
電極板は、電極板を上部アセンブリへ取り付けるため、締結具を受けるための複数の締結レセプタを更に含む。
電極板は、第１の面に結合されると共に、処理ガスを受け且つ処理ガスを１つ以上のガス注入オリフィスへ分配するように構成されたプレナム凹部（plenum cavity）を更に含む。
電極板は、電極板の第１の面に結合されると共に、電極板を上部アセンブリにシールするように構成された第１のシール部を更に含む。
電極板は、診断ポートと、電極板の第１の面に結合されると共に、上部アセンブリにより診断ポートをシールするように構成された第２のシール部とを更に具備することができる。診断ポートは、入口凹部と、内面を有する出口貫通穴とを含むことができる。
電極板は、処理プラズマに面する電極板の複数の露出面上に形成された保護バリアを更に具備する。
本発明の別の視点によれば、電極板の複数の露出面は、電極板の第２の面のプラズマ面を含むことができる。更に、露出面は、１つ以上のガス注入オリフィスの出口領域の注入面と、診断ポートの出口貫通孔の内面とを含むことができる。
本発明によれば、プラズマ処理システムの電極板を作製する方法が提供される。この方法は、電極板を作製するステップと、電極板上に表面陽極酸化層を形成するために電極板を陽極酸化するステップと、表面陽極酸化層を除去するために電極板上の露出面を機械加工するステップと、露出面上に保護バリアを形成するステップと、を具備する。本発明はまた、プレナム凹部と、第１のシール部と、第２のシール部とを除く電極板の第１の面を機械加工するステップを随意選択的に含むことができる。
本発明によれば、プラズマ処理システムの電極板を作製する別の方法が提供される。この方法は、電極板を製作するステップと、表面陽極酸化層の形成を阻止するために電極板上の露出面をマスクするステップと、電極板上に表面陽極酸化層を形成するために電極板を陽極酸化するステップと、露出面を脱マスクするステップと、露出面上に保護バリアを形成するステップと、を具備する。本発明はまた、他の非露出面（例えば、プレナム凹部と、第１のシール部と、第２のシール部とを除く電極板の第１の面）をマスクするステップを随意選択的に含むことができる。
本発明によれば、プラズマ処理システムにおける上部電極のための電極板を作製する別の方法が提供される。この方法は、電極板を製作するステップと、露出面上に保護バリアを形成するステップと、を具備する。
本発明によれば、機械加工及びマスキングを組み合わせて保護バリアを受けるための露出面を処理し、次に露出面上に保護バリアを形成する方法を含むことができる。例えば、２つの露出面が陽極酸化前にマスクされ、他の２つの表面が陽極酸化後に機械加工されることにより、保護バリアが形成される４つの露出面を生成することができる。
本発明のこれら及びその他の利点は、添付図面を参照した以下の本発明の例示的な実施形態の詳細な説明から更に明白になり、容易に認識されるであろう。
本発明の１実施形態によれば、プラズマ処理システム１は、図１に示されるように、プラズマ処理チャンバ１０、上部アセンブリ２０、電極板２４、基板３５を支持するための基板ホルダ３０、プラズマ処理チャンバ１０内に減圧雰囲気１１を与えるための真空ポンプ（図示せず）に結合されたポンプダクト４０を具備する。プラズマ処理チャンバ１０は、基板３５付近の処理空間１２内における処理プラズマの形成を容易にする。プラズマ処理システム１は、種々の基板（即ち、２００ｍｍの基板、３００ｍｍの基板、または、それより大きい基板）を処理するように構成することができる。
図示の実施形態において、上部アセンブリ２０は、カバー、ガス注入アセンブリ、及び上部電極インピーダンス整合ネットワークの少なくとも１つを具備することができる。例えば、電極板２４は、ＲＦ源に結合されると共に、プラズマ処理システム１用の上部電極に寄与することができる。別の実施形態において、上部アセンブリ２０は、カバーと電極板２４とを具備し、電極板２４は、プラズマ処理チャンバ１０の電位に等しい電位に維持される。例えば、プラズマ処理チャンバ１０と、上部アセンブリ２０と、電極板２４とは、接地電位に電気的に接続されると共に、プラズマ処理システム１用の上部電極に寄与することができる。
プラズマ処理チャンバ１０は、例えば、処理空間１２内の処理プラズマからプラズマ処理チャンバ１０を保護するための堆積シールド１４と、光学的な覗きポート１６とを更に具備することができる。光学的な覗きポート１６は、光学窓堆積シールド１８の後側に結合された光学窓１７と、光学窓１７を光学窓堆積シールド１８に結合するように構成された光学窓フランジ１９とを具備することができる。Ｏリングのようなシール部材が、光学窓フランジ１９と光学窓１７との間、光学窓１７と光学窓堆積シールド１８との間、及び光学窓堆積シールド１８とプラズマ処理チャンバ１０との間に夫々配設されることができる。光学窓堆積シールド１８は、堆積シールド１４内の開口７０を通して延在することができる。光学的な覗きポート１６により、例えば、処理空間１２内の処理プラズマからの光放出をモニタすることが可能となる。
基板ホルダ３０は、例えば、ベローズ５２により包囲された垂直移動装置５０を更に具備する。ベローズ５２は、基板ホルダ３０とプラズマ処理チャンバ１０とに結合されると共に、プラズマ処理チャンバ１０内の減圧雰囲気１１から垂直移動装置５０をシールする。更に、ベローズシールド５４が、例えば、基板ホルダ３０に結合され、ベローズ５２を処理プラズマから保護するように構成することができる。基板ホルダ３０は、例えば、更にフォーカスリング６０及びシールドリング６２の少なくとも一方に結合されることができる。更に、バッフル板６４が、基板ホルダ３０の周囲を囲んで延在することができる。
基板３５は、例えば、ロボット型の基板搬送システムによって、スロット弁（図示せず）及びチャンバ供給通路（図示せず）を通してプラズマ処理チャンバ１０に対して搬送されることができる。基板３５は、基板ホルダ３０内に配設された基板リフトピン（図示せず）により受け取られ、そこに内蔵された装置によって機械的に移動される。基板３５は、基板搬送システムから受け取られると、基板ホルダ３０の上面まで下降される。
基板３５は、例えば、静電クランプシステムを介して基板ホルダ３０に固定されることができる。更に、基板ホルダ３０は、例えば、再循環冷媒流を含む冷却システムを具備することができる。冷媒流は、基板ホルダ３０から熱を受取り、その熱を熱交換システム（図示せず）へ搬送するか、或いは、加熱のため、熱交換システムから熱を搬送する。更に、例えば、基板３５と基板ホルダ３０との間のガスギャップ熱伝導を改善するため、バックサイドガスシステムを介して基板３５の裏面に対してガスを供給することができる。このようなシステムは、上昇または下降された温度において基板の温度制御が必要とされるときに利用可能となる。別の実施形態において、抵抗加熱素子のような加熱素子や熱電ヒータ／クーラを含むことができる。
図１に示される実施形態において、基板ホルダ３０は、電極を有することができ、その電極を通ってＲＦ電力が処理空間１２内の処理プラズマに結合される。例えば、基板ホルダ３０は、ＲＦ発生器（図示せず）からインピーダンス整合ネットワーク（図示せず）を介して基板ホルダ３０へ伝送されるＲＦ電力により、ＲＦ電圧で電気的にバイアスされることができる。ＲＦバイアスは、プラズマを形成し且つ維持するために電子を加熱するように動作することができる。この構成では、システムは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）の反応室として動作することができ、チャンバと上部ガス注入電極とは、接地面として動作する。ＲＦバイアスの典型的な周波数は、１ＭＨｚ乃至１００ＭＨｚの範囲であり、望ましくは１３．５６ＭＨｚである。プラズマ処理用のＲＦシステムは、当業者によく知られている。
代わりに、処理空間１２内で形成される処理プラズマは、平行平板、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）ソース、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ソース、それらの任意の組み合わせを使用し、ＤＣ磁石システムが有る状態または無い状態で形成されることができる。代わりに、処理空間１２内の処理プラズマは、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を使用して形成されることができる。更に別の実施形態において、処理空間１２内の処理プラズマは、ヘリコン波の発射によって形成される。更に別の実施形態において、処理空間１２内の処理プラズマは、伝播する表面波から形成される。
図２（平面図）及び図３（断面図）に示される本発明の例示された実施形態を参照すると、電極板２４は、第１の面８２、第２の面８８、及び周辺エッジ９４を具備する。第１の面８２は、電極板２４を上部アセンブリ２０に結合するための結合面８２ａを有する。第２の面８８は、プラズマ処理チャンバ１０内の処理プラズマに面するように構成されたプラズマ面９０と、電極板８０をプラズマ処理チャンバ１０と係合させる係合面９２とを有する。
図４は、電極板２４の周辺エッジ９４近傍における係合面９２及びプラズマ面９０の拡大図である。
図２及び図３の参照を続けると共に、図５に示されるように、電極板２４は、更にプレナム面８２ｂと第２の面８８とに結合される１つ以上のガス注入オリフィス１００を含む。各ガス注入オリフィス１００は、処理ガスを受けるための入口領域１０２と、処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０に供給するための出口領域１０４とを具備する。出口領域１０４は、プラズマ面９０に隣接する注入面１０６を具備する。処理ガスは、酸化物エッチング用では、例えば、アルゴン、ＣＦ４、Ｏ２、またはアルゴン、Ｃ４Ｆ８、Ｏ２のようなガスの混合物を具備することができ、更に、例えば、Ｏ２／ＣＯ／Ａｒ／Ｃ４Ｆ８、Ｏ２／Ａｒ／Ｃ４Ｆ８、Ｏ２／ＣＯ／Ａｒ／Ｃ５Ｆ８、Ｏ２／ＣＯ／Ａｒ／Ｃ４Ｆ６、Ｏ２／Ａｒ／Ｃ４Ｆ６、Ｎ２／Ｈ２のような他の化学物質を具備することができる。
例えば、電極板２４内に形成されるガス注入オリフィス１００の数は、１乃至１００００の範囲とすることができる。ガス注入オリフィス１００の数は、望ましくは５０乃至５００の範囲であり、より望ましくは１００以上である。更に、例えば、ガス注入オリフィスの直径は、０．１乃至２０ｍｍの範囲とすることができる。この直径は、望ましくは０．５乃至５ｍｍの範囲であり、より望ましくは０．５乃至２ｍｍである。更に、例えば、ガス注入オリフィスの長さは、１乃至２０ｍｍの範囲とすることができる。この長さは、望ましくは２乃至１５ｍｍの範囲であり、より望ましくは３乃至１２ｍｍの範囲である。
更に、図３に示されるように、電極板２４は、第１の面８２の一部であるプレナム面８２ｂを有するプレナム凹部８４を具備する。プレナム凹部８４は、処理ガスを受取り、それを複数のガス注入オリフィス１００へ分配するように構成される。
更に、電極板２４は、電極板２４の結合面８２ａに結合され、上部アセンブリ２０によって電極板２４をシールするように構成された第１のシール部８６ａを具備することができる。第１のシール部は、例えば、Ｏリングを受けるように構成された鳩尾形の断面または長方形の断面を具備することができる。別の実施形態において、電気的結合部（図示せず）が、電極板２４と上部アセンブリ２０との間に改良された電気結合を提供するため、電極板２４の結合面８２ａと一体化されることができる。電気的結合部は、例えば、真空処理の当業者に知られている「Spirashield（市場では、Spira Manufacturing Companyから入手可能）」を具備することができる。
電極板２４は、更に、電極板２４を上部アセンブリ２０に取付けるために（ボルトのような）締結具（図示せず）を受けるため、複数の締結レセプタ１１０を含むことができる。例えば、電極板２４内に形成される締結レセプタ１１０の数は、１乃至１００の範囲とすることができる。締結レセプタ１１０の数は、望ましくは５乃至２０の範囲であり、より望ましくは８以上である。
電極板２４は、診断ポート１２０と、電極板２４の結合面８２ａに結合されると共に上部アセンブリ２０によって診断ポート１２０をシールするように構成された第２のシール部１２２とを更に具備することができる。図６に示されるように、診断ポート１２０は、入口凹部１２４と出口貫通孔１２６とを含むことができ、出口貫通孔１２６はプラズマ面９０に隣接する内面１２８を具備する。同様に、第２のシール部は、例えば、Ｏリングを受けるように構成された鳩尾形の断面または長方形の断面を具備することができる。診断ポート１２０は、診断システム（図示せず）をプラズマ処理チャンバ１０の減圧雰囲気１１と結合させるために使用されることができる。例えば、診断システムは、圧力計を具備することができる。
更に、電極板２４は、例えば、電極板２４を上部アセンブリ２０に適切に結合するための１つ以上のアライメント部１３０を具備することができる。１つ以上のアライメント部は、例えば、図２に示すように、２つのスロットを具備することができる。
図５及び図６に例示されるように、複数の露出面１４０として、電極板２４の第２の面８８のプラズマ面９０、１つ以上のガス注入オリフィス１００の注入面１０６、及び診断ポート１２０の内面１２８を含むことができる。代わりに、電極板２４の全ての表面が、露出面に含まれる可能性がある。
図２乃至図６を参照すると、電極板２４は、電極板２４の露出面１４０上に形成された保護バリア１５０を更に具備する。本発明の１実施形態において、保護バリア１５０は、Ａｌ２Ｏ３のようなアルミニウム酸化物を含む化合物を具備することができる。本発明の別の実施形態において、保護バリア１５０は、Ａｌ２Ｏ３とＹ２Ｏ３との混合物を具備する。本発明の別の実施形態において、保護バリア１５０は、ＩＩＩ族元素（周期律表の第ＩＩＩ族）及びランタノイド系元素の少なくとも一方を具備する。本発明の別の実施形態において、ＩＩＩ族元素は、イットリウム、スカンジウム、及びランタンの少なくとも１つを具備する。本発明の別の実施形態において、ランタノイド系元素は、セリウム、ジスプロシウム、及びユーロピウムの少なくとも１つを具備する。本発明の別の実施形態において、保護バリア１５０を形成する化合物は、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、Ｓｃ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｆ３、ＹＦ３、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｅｕ２Ｏ３、及びＤｙＯ３の少なくとも１つを具備する。
本発明の１実施形態において、電極板２４上に形成される保護バリア１５０は、最小の厚さを有する。この最小の厚さは、露出面１４０の少なくとも１つの面内で一定のものとして特定されることができる。別の実施形態において、この最小の厚さは、露出面１４０の面内で変化されることができる。代わりに、この最小の厚さは、露出面の第１の部分上では一定であり、露出面の第２の部分上では変化されるものであってもよい。例えば、厚さの変化は、湾曲面上、角部上、或いは穴内で発生する可能性がある。例えば、この最小の厚さは、０．５ミクロン乃至５００ミクロンの範囲とすることができる。この最小の厚さは、望ましくは１００ミクロン乃至２００ミクロンの範囲であり、より望ましくは１２０ミクロン以上である。
図７は、本発明の１実施形態に従って、図１に記載のプラズマ処理システムの電極板を作製する方法を示す。フロー図３００は、ステップ３１０で開始し、このステップで電極板を作製する（例えば、電極板は、図２乃至図６を参照にして説明した電極板の特性を有する）。電極板の作製は、機械加工、鋳造、研磨、鍛造、及び研削の少なくとも１つを具備することができる。例えば、前述の各要素は、ミルや旋盤等を含む一般的な技術を使用して、機械図面に記載される仕様に従って機械加工されることができる。例えば、ミルや旋盤を使用してコンポーネントを機械加工する技術は、機械加工の当業者によく知られている。電極板は、例えば、アルミニウムから作製されることができる。
ステップ３２０で、電極板は、表面陽極酸化層を形成するために陽極酸化される。例えば、電極板をアルミニウムから作製するとき、表面陽極酸化層は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を具備する。アルミニウムの部品を陽極酸化する方法は、表面陽極酸化の当業者によく知られている。
ステップ３３０で、表面陽極酸化層は、標準的な機械加工技術を使用して露出面から除去される。この機械加工ステップ中または別の機械加工ステップ中、他の表面（例えば、プレナム凹部、第１のシール部、及び第２のシール部を除く電極板の第１の面）もまた機械加工されることができる（例えば、機械加工された表面で良好な機械的接触または電気的接触の少なくとも一方を提供する平坦またはむき出しの面を形成するため）。
ステップ３４０で、（前述したような）保護バリア１５０が、露出面１４０上に形成される。例えば、イットリアを具備する保護バリアは、セラミックスプレーコーティングの当業者によく知られている（熱）スプレーコーティング技術を使用して形成されることができる。別の実施形態において、保護バリアの形成は、更に熱スプレーコーティングを研磨するステップを含むことができる。例えば、熱スプレーコーティングの研磨では、スプレーされた表面をサンドペーパーで研磨してもよい。
図８は、本発明の別の実施形態に従って、図１に記載のプラズマ処理システムの電極板を作製する方法を示す。フロー図４００は、ステップ４１０で開始し、このステップで電極板を機械加工する（例えば、電極板は、図２乃至図６を参照にして説明した電極板の特性を有する）。電極板の作製は、機械加工、鋳造、研磨、鍛造、及び研削の少なくとも１つを具備することができる。例えば、前述の各要素は、ミルや旋盤等を含む一般的な技術を使用して、機械図面に記載される仕様に従って機械加工されることができる。例えば、ミルや旋盤を使用してコンポーネントを機械加工する技術は、機械加工の当業者によく知られている。電極板は、例えば、アルミニウムから作製されることができる。
ステップ４２０で、露出面１４０が、そこに表面陽極酸化層が形成されることを防止するためにマスクされる。表面のマスキング及び脱マスキングは、表面コーティング及び表面陽極酸化の当業者によく知られている。このマスキングステップ中または別のマスキングステップ中、他の表面（例えば、プレナム凹部、第１のシール部、及び第２のシール部を除く電極板の第１の面）もまたマスクされることができる（例えば、機械加工された表面で良好な機械的接触または電気的接触の少なくとも一方を提供する平坦またはむき出しの面を形成するため）。
ステップ４３０で、電極板が陽極処理され、マスクされていない残りの表面に表面陽極酸化層が形成される。例えば、電極板をアルミニウムから作製するとき、表面陽極酸化層は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を具備する。アルミニウム部品を陽極酸化する方法は、表面陽極酸化の当業者によく知られている。
ステップ４４０で、露出面１４０が脱マスクされ、保護バリア１５０が露出面１４０上に形成される。例えば、イットリアを具備する保護バリアは、セラミックスプレーコーティングの当業者によく知られている（熱）スプレーコーティング技術を使用して形成されることができる。別の実施形態において、保護バリアの形成は、更に熱スプレーコーティングを研磨するステップを含むことができる。例えば、熱スプレーコーティングの研磨では、スプレーされた表面をサンドペーパーで研磨してもよい。
図９は、本発明の別の実施形態に従って、図１に記載のプラズマ処理システムの電極板を作製する方法を示す。フロー図５００は、ステップ５１０で開始し、このステップで電極板を作製する（例えば、電極板は、図２乃至図６を参照にして説明した電極板の特性を有する）。電極板の作製は、機械加工、鋳造、研磨、鍛造、及び研削の少なくとも１つを具備することができる。例えば、前述の各要素は、ミルや旋盤等を含む一般的な技術を使用して、機械図面に記載される仕様に従って機械加工されることができる。例えば、ミルや旋盤を使用してコンポーネントを機械加工する技術は、機械加工の当業者によく知られている。電極板は、例えば、アルミニウムから作製されることができる。
ステップ５２０で、（前述したような）保護バリア１５０が、電極板の露出面１４０上に形成される。例えば、イットリアを具備する保護バリアは、セラミックスプレーコーティングの当業者によく知られている（熱）スプレーコーティング技術を使用して形成されることができる。別の実施形態において、保護バリアの形成は、更に熱スプレーコーティングを研磨するステップを含むことができる。例えば、熱スプレーコーティングの研磨では、スプレーされた表面をサンドペーパーで研磨してもよい。
本発明の別の実施形態において、保護バリア１５０で保護される適切な数の表面が、マスキング及び機械加工の混合によって処理される。例えば、電極板の第２の面のプラズマ面は、そこに陽極酸化層が形成されないようにマスクされることができる。一方、複数のガス注入オリフィスの出口領域の注入面は、むき出しの露出面を与えるために陽極酸化後に機械加工される。
露出面１４０上に保護バリア１５０を形成するために必要ではないが、陽極酸化層が形成されたその他の非露出面を機械加工するか、陽極酸化を行う前に他の非露出面をマスクすることも可能である（例えば、部品間の電気的接続または機械的接続のためのむき出しの面を形成するため）。このような表面は、シール部または係合部の表面を含んでいてもよい。
本発明のある例示的な実施形態だけについて詳細に前述したが、当業者によれば、本発明の新規な教示及び利点から実質的に逸脱せずに、例示的な実施形態に対して多数の変更が可能であることが認識できるであろう。従って、このような変更の全ては、本発明の技術的範囲内に含まれることを意図している。
Claims (79)
- プラズマ処理システム用の上部電極であって、
第１の面、第２の面、周辺エッジ、及び１つ以上のガス注入オリフィスを具備する電極板と、前記第１の面は、前記電極板を上部アセンブリに結合するように配設されることと、前記第２の面は、前記プラズマ処理システム内の処理空間に面するプラズマ面と、前記電極板を前記プラズマ処理システムに係合させる係合面とを含むことと、前記１つ以上のガス注入オリフィスは、前記第１の面及び前記第２の面に結合されると共に、処理ガスを前記処理空間に供給するように構成されることと、
前記電極板の複数の露出面に結合された保護バリアと、前記露出面は前記プラズマ面を含むことと、
を具備する上部電極。 - 前記電極板は、前記第１の面に結合されると共に、前記処理ガスを受け且つ前記処理ガスを前記１つ以上のガス注入オリフィスへ分配するように構成されたプレナム凹部を更に具備する請求項１に記載の上部電極。
- 前記電極板は、前記第１の面に結合されると共に、前記電極板を前記上部アセンブリにシールするように構成された第１のシール部を更に具備する請求項１に記載の上部電極。
- 前記電極板は、診断システムを前記プラズマ処理システムに結合する診断ポートと、前記診断ポートを前記上部アセンブリにシールする第２のシール部とを更に具備する請求項１に記載の上部電極。
- 前記保護バリアは、ＩＩＩ族元素及びランタノイド系元素の少なくとも一方を含む化合物を具備する請求項１に記載の上部電極。
- 前記ＩＩＩ族元素は、イットリウム、スカンジウム、及びランタンの少なくとも１つを具備する請求項５に記載の上部電極。
- 前記ランタノイド系元素は、セリウム、ジスプロシウム、及びユーロピウムの少なくとも１つを具備する請求項５に記載の上部電極。
- 前記保護バリアは、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、Ｓｃ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｆ３、ＹＦ３、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｅｕ２Ｏ３、及びＤｙＯ３の少なくとも１つを具備する請求項１に記載の上部電極。
- 前記ガス注入オリフィスは、入口領域及び出口領域を具備し、前記出口領域は、注入面を具備する請求項１に記載の上部電極。
- 前記診断ポートは、入口凹部と出口貫通孔とを具備し、前記出口貫通孔は内面を具備する請求項４に記載の上部電極。
- 前記保護バリアは、前記ガス注入オリフィスの前記注入面に結合される請求項９に記載の上部電極。
- 前記保護バリアは、前記出口貫通孔の前記内面に結合される請求項１０に記載の上部電極。
- 前記保護バリアは、前記露出面の少なくとも１つの面内で一定である最小の厚さを具備する請求項１に記載の上部電極。
- 前記保護バリアは、０．５ミクロンから５００ミクロンの範囲で変化する厚さを具備する請求項１に記載の上部電極。
- 少なくとも１つのガス注入オリフィスは、０．１ｍｍ以上の直径を有する請求項１に記載の上部電極。
- 少なくとも１つのガス注入オリフィスは、１．０ｍｍ以上の長さを有する請求項１に記載の上部電極。
- 前記露出面は、前記１つ以上のガス注入オリフィスの前記注入面を更に含む請求項９に記載の上部電極。
- 前記露出面は、前記診断ポートの前記内面を更に含む請求項１０に記載の上部電極。
- 前記電極板は、金属を更に具備する請求項１に記載の上部電極。
- 前記金属は、アルミニウムを具備する請求項１９に記載の上部電極。
- 前記第１の面は、陽極酸化層を具備する請求項１に記載の上部電極。
- 前記プレナム凹部は、陽極酸化層を具備する請求項２に記載の上部電極。
- 前記係合面は、金属表面を具備する請求項１に記載の上部電極。
- プラズマ処理システム用の電極板を作製する方法であって、
第１の面、第２の面、周辺エッジ、及び１つ以上のガス注入オリフィスを具備する電極板を作製するステップと、前記第１の面は、前記電極板を上部アセンブリに結合するように配設されることと、前記第２の面は、前記プラズマ処理システム内の処理空間に面するプラズマ面と、前記電極板を前記プラズマ処理システムに係合させる係合面とを含むことと、前記１つ以上のガス注入オリフィスは、前記第１の面及び前記第２の面に結合されると共に、処理ガスを前記処理空間に供給するように構成されることと、
複数の露出面上に保護バリアを形成するステップと、前記露出面は前記プラズマ面を含むことと、
を具備する方法。 - 前記電極板上に表面陽極酸化層を形成するために前記電極板を陽極酸化するステップと、
前記露出面上に前記保護バリアを形成する前に、前記表面陽極酸化層を除去するために前記電極板上の前記露出面を機械加工するステップと、
を更に具備する請求項２４に記載の方法。 - 前記電極板上の前記露出面をマスクするステップと、
前記電極板上に表面陽極酸化層を形成するために前記電極板を陽極酸化するステップと、
前記露出面上に前記保護バリアを形成する前に、前記露出面を脱マスクするステップと、
を更に具備する請求項２４に記載の方法。 - 前記作製するステップは、機械加工、鋳造、研磨、鍛造、及び研削の少なくとも１つを具備する請求項２４に記載の方法。
- 前記保護バリアを形成するステップは、前記露出面の少なくとも１つの上の前記保護バリアを研磨するステップを更に具備する請求項２４に記載の方法。
- 前記電極板は、前記第１の面に結合されると共に、前記処理ガスを受け且つ前記処理ガスを前記１つ以上のガス注入オリフィスへ分配するように構成されたプレナム凹部を更に具備する請求項２４に記載の方法。
- 前記電極板は、前記第１の面に結合されると共に、前記電極板を前記上部アセンブリにシールするように構成された第１のシール部を更に具備する請求項２４に記載の方法。
- 前記電極板は、診断システムを前記プラズマ処理システムに結合する診断ポートと、前記診断ポートを前記上部アセンブリにシールする第２のシール部とを更に具備する請求項２４に記載の方法。
- 前記ガス注入オリフィスは、入口領域及び出口領域を具備し、前記出口領域は、注入面を具備する２４に記載の方法。
- 前記診断ポートは、入口凹部と出口貫通孔とを具備し、前記出口貫通孔は内面を具備する請求項２４に記載の方法。
- 前記露出面は、前記１つ以上のガス注入オリフィスの前記注入面を更に含む請求項３２に記載の方法。
- 前記露出面は、前記診断ポートの前記内面を更に含む請求項３３に記載の方法。
- 前記電極板は、金属を更に具備する請求項２４に記載の方法。
- 前記金属は、アルミニウムを具備する請求項３６に記載の方法。
- 前記保護バリアは、ＩＩＩ族元素及びランタノイド系元素の少なくとも一方を含む化合物を具備する請求項２４に記載の方法。
- 前記ＩＩＩ族元素は、イットリウム、スカンジウム、及びランタンの少なくとも１つを具備する請求項３８に記載の方法。
- 前記ランタノイド系元素は、セリウム、ジスプロシウム、及びユーロピウムの少なくとも１つを具備する請求項３８に記載の方法。
- 前記保護バリアは、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、Ｓｃ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｆ３、ＹＦ３、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｅｕ２Ｏ３、及びＤｙＯ３の少なくとも１つを具備する請求項２４に記載の方法。
- 前記保護バリアは、前記露出面の少なくとも１つの面内で一定である最小の厚さを具備する請求項２４に記載の方法。
- 前記保護バリアは、０．５ミクロンから５００ミクロンの範囲で変化する厚さを具備する請求項２４に記載の方法。
- 前記第１の面は、陽極酸化層を具備する請求項２４に記載の方法。
- 前記プレナム凹部は、陽極酸化層を具備する請求項２９に記載の方法。
- 前記係合面は、金属表面を具備する請求項２４に記載の方法。
- 少なくとも１つのガス注入オリフィスは、０．１ｍｍ以上の直径を有する請求項２４に記載の方法。
- 少なくとも１つのガス注入オリフィスは、１．０ｍｍ以上の長さを有する請求項２４に記載の方法。
- 前記作製するステップは、機械加工、鋳造、研磨、鍛造、及び研削の少なくとも１つを具備する請求項２４に記載の方法。
- 前記保護バリアを形成するステップは、前記露出面の少なくとも１つを研磨するステップを更に具備する請求項２４に記載の方法。
- 前記露出面は、前記電極板上に残る全ての表面を含む請求項２４に記載の方法。
- プラズマ処理システムの上部アセンブリに結合することができる電極板を作製する方法であって、
第１の面、第２の面、周辺エッジ、及び１つ以上のガス注入オリフィスを具備する電極板を作製するステップと、前記第１の面は、前記電極板を前記上部アセンブリに結合するように配設されることと、前記第２の面は、前記プラズマ処理システム内の処理空間に面するプラズマ面と、前記電極板を前記プラズマ処理システムに係合させる係合面とを含むことと、前記１つ以上のガス注入オリフィスは、前記第１の面及び前記第２の面に結合されると共に、処理ガスを前記処理空間に供給するように構成されることと、
前記電極板上に表面陽極酸化層を形成するために前記電極板を陽極酸化するステップと、
前記表面陽極酸化層を除去するために前記電極板上の露出面を機械加工するステップと、前記露出面は、前記電極板の前記第２の面の前記プラズマ面を含むことと、
前記露出面上に保護バリアを形成するステップと、
を具備する方法。 - 前記電極板は、前記第１の面に結合されると共に、前記処理ガスを受け且つ前記処理ガスを前記１つ以上のガス注入オリフィスへ分配するように構成されたプレナム凹部を更に具備する請求項５２に記載の方法。
- 前記電極板は、前記第１の面に結合されると共に、前記電極板を前記上部アセンブリにシールするように構成された第１のシール部を更に具備する請求項５２に記載の方法。
- 前記電極板は、診断システムを前記プラズマ処理システムに結合する診断ポートと、前記診断ポートを前記上部アセンブリにシールする第２のシール部とを更に具備する請求項５２に記載の方法。
- 前記保護バリアは、ＩＩＩ族元素及びランタノイド系元素の少なくとも一方を含む化合物を具備する請求項５２に記載の方法。
- 前記ＩＩＩ族元素は、イットリウム、スカンジウム、及びランタンの少なくとも１つを具備する請求項５６に記載の方法。
- 前記ランタノイド系元素は、セリウム、ジスプロシウム、及びユーロピウムの少なくとも１つを具備する請求項５６に記載の方法。
- 前記化合物は、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、Ｓｃ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｆ３、ＹＦ３、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｅｕ２Ｏ３、及びＤｙＯ３の少なくとも１つを具備する請求項５６に記載の方法。
- 前記作製するステップは、機械加工、鋳造、研磨、鍛造、及び研削の少なくとも１つを具備する請求項５２に記載の方法。
- 前記保護バリアを形成するステップは、前記露出面の少なくとも１つの上の前記保護バリアを研磨するステップを更に具備する請求項５２に記載の方法。
- 前記ガス注入オリフィスは、入口領域及び出口領域を具備し、前記出口領域は、注入面を具備する５２に記載の方法。
- 前記診断ポートは、入口凹部と出口貫通孔とを具備し、前記出口貫通孔は内面を具備する請求項５５に記載の方法。
- 前記露出面は、前記１つ以上のガス注入オリフィスの前記注入面を更に含む請求項６２に記載の方法。
- 前記露出面は、前記診断ポートの前記内面を更に含む請求項６３に記載の方法。
- プラズマ処理システムの上部アセンブリに結合することができる電極板を作製する方法であって、
第１の面、第２の面、周辺エッジ、及び１つ以上のガス注入オリフィスを具備する電極板を作製するステップと、前記第１の面は、前記電極板を前記上部アセンブリに結合するように配設されることと、前記第２の面は、前記プラズマ処理システム内の処理空間に面するプラズマ面と、前記電極板を前記プラズマ処理システムに係合させる係合面とを含むことと、前記１つ以上のガス注入オリフィスは、前記第１の面及び前記第２の面に結合されると共に、処理ガスを前記処理空間に供給するように構成されることと、
表面陽極酸化層の形成を阻止するために前記電極板上の露出面をマスクするステップと、前記露出面は、前記電極板の前記第２の面の前記プラズマ面を含むことと、
前記電極板上に前記表面陽極酸化層を形成するために前記電極板を陽極酸化するステップと、
前記露出面を脱マスクするステップと、
前記露出面上に保護バリアを形成するステップと、
を具備する方法。 - 前記電極板は、前記第１の面に結合されると共に、前記処理ガスを受け且つ前記処理ガスを前記１つ以上のガス注入オリフィスへ分配するように構成されたプレナム凹部を更に具備する請求項６６に記載の方法。
- 前記電極板は、前記第１の面に結合されると共に、前記電極板を前記上部アセンブリにシールするように構成された第１のシール部を更に具備する請求項６６に記載の方法。
- 前記電極板は、診断システムを前記プラズマ処理システムに結合する診断ポートと、前記診断ポートを前記上部アセンブリにシールする第２のシール部とを更に具備する請求項６６に記載の方法。
- 前記保護バリアは、ＩＩＩ族元素及びランタノイド系元素の少なくとも一方を含む化合物を具備する請求項６６に記載の方法。
- 前記ＩＩＩ族元素は、イットリウム、スカンジウム、及びランタンの少なくとも１つを具備する請求項７０に記載の方法。
- 前記ランタノイド系元素は、セリウム、ジスプロシウム、及びユーロピウムの少なくとも１つを具備する請求項７０に記載の方法。
- 前記化合物は、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、Ｓｃ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｆ３、ＹＦ３、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｅｕ２Ｏ３、及びＤｙＯ３の少なくとも１つを具備する請求項７０に記載の方法。
- 前記作製するステップは、機械加工、鋳造、研磨、鍛造、及び研削の少なくとも１つを具備する請求項６６に記載の方法。
- 前記保護バリアを形成するステップは、前記露出面の少なくとも１つの上の前記保護バリアを研磨するステップを更に具備する請求項６６に記載の方法。
- 前記ガス注入オリフィスは、入口領域及び出口領域を具備し、前記出口領域は、注入面を具備する６６に記載の方法。
- 前記診断ポートは、入口凹部と出口貫通孔とを具備し、前記出口貫通孔は内面を具備する請求項６９に記載の方法。
- 前記露出面は、前記１つ以上のガス注入オリフィスの前記注入面を更に含む請求項７６に記載の方法。
- 前記露出面は、前記診断ポートの前記内面を更に含む請求項７７に記載の方法。
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