JP2014042060A - 基板を処理する方法及び装置及びそれらのためのセラミック組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】処理気体のプラズマの中で基板が処理される反応室の誘電体窓及び処理キットのための、高対腐食性を有し汚染の無いセラミック組成物を提供する。処理気体のプラズマを含む室内で基板を処理（例えば、エッチング）する方法も提供する。
【解決手段】このセラミック組成物は、セラミック化合物（例えば、Ａｌ₂Ｏ₃）と３Ｂ族金属酸化物（例えば、Ｙ₂Ｏ₃）を含む。この方法は、セラミック組成物から形成された誘電体窓を介して処理パワーを送ることを含む。
【選択図】図１

Description

発明の背景
１．発明の属する技術分野
本発明は、処理気体のプラズマを含んだ室内で基板を処理（例えば、エッチング、化学又は物理蒸着等）する方法又は装置のためのセラミック組成物に関する。より詳細には、本発明は、処理気体の高密度プラズマを含んだ反応室内で半導体基板をエッチングするために処理パワーが通過する誘電体窓及び処理キットを製造するために使用することのできるセラミック組成物を提供する。このセラミック組成物は、半導体基板のエッチングの間に高い腐食抵抗性を有し、反応室内で腐食性材料が形成されるのを防止する。

２．従来の技術
半導体産業は、熱化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ補助エッチング、及びスパッタリングによる堆積トポグラフイ修正などのさまざまに異なる処理に使用できる高いスループットの単一基板処理反応装置に依存している。いくつかの処理装置は、誘電体部材（すなわち、誘電体窓）を有し、そこを通じてウエハ基板を処理するために反応室内に処理気体からのプラズマを維持することを助けるための処理パワーを送る。

ウエハ基板を処理するのを助けるための補助として、処理キットが反応室内に時々使用される。処理キットは典型的には、処理中にウエハ基板を一般的に静止した位置に保持するためにペデスタル集合体により支持される捕獲リングを含む。また、処理キットは典型的には、ウエハ基板の処理最適化のためにウエハ基板上にプラズマ処理気体を閉じ込めることを助けるための捕獲リングにより動作中に支持される収束リングも含む。

誘電体部材（例えば、誘電体窓）及び処理キットは一般的に、重量で９９．５％又はより高い酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を含んだ高パリテイ・アルミナ・セラミックなどのセラミック材料から構成される。高密度ハロゲン含有プラズマがウエハ基板のエッチング中にアルミナ誘電体部材及びアルミナ処理キットに接触する時、アルミナの腐食が生じ、パターン化されたウエハ基板を損傷する大きな粒子や汚染合成物の形成を引き起こす。

従って、誘電部材や処理キットが製造できる改良されたセラミック組成物が必要とされていて、そして発明された。食刻気体の高密度プラズマ内でウエハ基板をエッチングする間、全て腐食に対して高い抵抗性を有する誘電体部材（すなわち、誘電体窓）及び処理キットがさらに必要とされていて、そして発明された。

発明の概要
本発明は、処理する（例えば、エッチング、化学又は物理蒸着等）ためのプラズマ反応装置（例えば、誘導的結合ＲＦプラズマ反応装置）を広く提供することにより、その所望の目的を達成する。プラズマ反応装置は、室壁と室壁により支持された誘電体部材（すなわち、誘電体窓）とを含む。誘電体部材はセラミック化合物とメンデレーエフの周期表の３Ｂ族金属の酸化物とを含んだセラミック組成物を含む。ペデスタル集合体が反応室内で基板を支持するために反応室内に配置される。処理気体導入集合体が反応室内に処理気体を導入するために反応室に係合される。プラズマ反応装置はさらに、反応室の近くに配置されて反応室内で処理気体からのプラズマを維持することを補助するために処理室内にパワーを送信するために処理パワー源に接続された処理パワー送信部材を含む。もしプラズマ反応装置が誘導的結合ＲＦプラズマ反応装置であれば、ペデスタル集合体はバイアスＲＦ源に結合されて、そして処理パワー送信部材は誘導的結合ＲＦ源に接続されたコイル誘導回路である。

処理キットは、基板の処理を補助するために反応室内に置かれる。処理キットはペデスタル集合体により支持されていて、そして両方ともセラミック化合物と３Ｂ族金属の酸化物を含んだセラミック組成物を含む捕獲リング部材及び収束リング部材を含む。

本発明のセラミック組成物のためのセラミック化合物は好ましくは、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、及びそれらの混合物からなるグループから選ばれる。より好ましくは、セラミック化合物は、特に相対的に高価でなく且つ容易に入手可能なため酸化アルミニウムである。酸化アルミニウムは、「ガスを放出」せず又は処理操作中に基板上にスパッターされるようような汚染物質を含まない十分に純粋なものであり、そして予期される特定のエッチング工程にさらされる時に化学的に安定である。セラミック化合物を形成するのに使用される他の材料は、限定する意図ではなく例示として、アルミニウム、マグネシウム、タンタルの酸化物又はフッ化物である。酸化アルミニウム又は金属酸化物セラミックは単一結晶酸化物、多結晶酸化物、又はアモルファス酸化物である。

本発明の３Ｂ族金属酸化物を形成するための３Ｂ族金属は好ましくは、スカンジウム、イットリウム、セリウム・サブグループ、及びイットリウム・サブグループからなるグループから選ばれた金属である。より好ましくは、３Ｂ族金属はイットリウムである。従って、３Ｂ族金属の酸化物は好ましくは酸化イットリウムである。

セラミック化合物及び３Ｂ金属酸化物は、いかなる適当な割合でもっても結合できる。好ましくは、セラミック組成物は約３０重量パーセント乃至約９５重量パーセントのセラミック化合物と約５重量パーセント乃至約７０重量パーセントの３Ｂ族金属酸化物を含むようなものである。より好ましくは、セラミック組成物はセラミック化合物の大部分と３Ｂ金属酸化物の小部分を含む。代替的には、セラミック組成物は約３０重量パーセント乃至約９５重量パーセントのセラミック化合物と約５重量パーセント乃至約７０重量パーセントの３Ｂ族金属酸化物と小さな割合の結合剤又は小さな割合の結合剤及び／又は添加剤を含むようなものである。誘電体部材（すなわち、誘電体窓）又は処理キットをセラミック組成物から製造又は形成する好ましい工程は、セラミック化合物、３Ｂ族金属酸化物、適当な添加剤、及び適当な結合剤を含む粉末原料混合物を熱的に処理することである。

本発明は、プラズマ処理気体を含んだ室内で少なくとも１つの基板を処理するために、以下のステップ含む方法を広く提供することにより所望の目的を達成する。
（ａ）室壁を有し少なくとも１つの基板と少なくとも１つの基板を処理するためのプラズマ処理気体を含んだ室を提供し，セラミック化合物（例えば、Ａｌ₂Ｏ₃）と３Ｂ族金属酸化物（例えば、Ｙ₂Ｏ₃）とを含んだセラミック組成物を有しそして室壁に係合した誘電体部材を含み、そして
（ｂ）プラズマ処理気体内の少なくとも１つの基板を処理するためにステップ（ａ）の室内に誘電体部材を介して処理パワーを供給する。

本発明はさらに、以下のステップを含んだ基板上の金属層をエッチングする方法を広く提供することにより、その所望の目的を達成する。
（ａ）金属層を支持する基板を提供し、
（ｂ）室壁と、アルミナなどのセラミック化合物と酸化イットリウムなどの３Ｂ金属酸化物とを含んだセラミック組成物を含みそして室壁により支持された誘電体部材とを含む室内に、基板を配置し、
（ｃ）ステップ（ｂ）の室内に処理気体を導入し、そして
（ｄ）基板上の金属層を処理気体の高密度プラズマ内でエッチングするために誘電体部材を介してステップ（ｂ）の室内に処理パワーを導入する。

従って、本発明の１つの目的は、基板を処理するためのプラズマ反応装置を提供することである。

本発明の別の目的は、プラズマ処理気体を含んだ室内において基板を処理するための方法を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、誘電体窓及び処理キットを形成する又は製造するために好ましくは使用されるセラミック組成物を提供することである。

これらの目的と以降の詳細な説明が進むにつれて当業者に明かとなる付随の目的及び特徴が、新規な装置と方法により達成される。これらの好ましい実施の形態が例示の目的のために添付図面を参照して説明する。

内部に置かれたペデスタル集合体と、本発明のセラミック組成物を含みそしてウエハ基板をその上に保持するためにペデスタル集合体と係合したウエハ捕獲リングと、本発明のセラミック組成物を含みそしてウエハ基板上に処理気体のプラズマを集中させるのを補助するためにペデスタル集合体により支持可能な収束リングと、を含んだ処理室の部分的な側面図。 本発明のセラミック組成物を含んだ収束リングの上平面図。 図２中の収束リングの底平面図。 図２中の４−４線の平面で切断して矢印の方向に見た垂直断面図。 本発明のセラミック成分を含んだウエハ捕獲リングの上平面図。 図５中のウエハ捕獲リングの底平面図。 図５中の７−７線の平面で切断して矢印の方向に見た垂直断面図。 本発明のセラミック組成物を含んだドーム形状の誘電体天井を有する誘導的に結合されたＲＦプラズマ反応装置の単純化された断面図。

本発明の好適な実施の形態
図面を参照すると、本発明の同様な部分が同様な符号で示されている。概略的に処理室が１０で示されていて、室壁１１と、処理室１０内で処理される間、基板又は半導体ウエハ１３などの基板を支持するために一般に１２として示されるベデスタル集合体と、を有する。図１には処理キットが一般に１４として示され、そしてウエハ基板１３の処理を補助するためにペデスタル集合体１２により支持されている。処理キット１４は、ウエハ基板１３を処理されている間に静止状態に保つためにペデスタル集合体１２に接続されたウエハ捕獲リング１６を含む。処理キット１４はまた、ウエハ基板１３上に集中された及び／又は位置する処理気体の高密度プラズマ９４を維持するのを助けるための収束リング１８も含む。ウエハ捕獲リング１６及び収束リング１８はそれぞれリング開口１６ａ及び１８ａを有する（図２−７参照）。

ウエハ基板１３は、処理室１０内で集積回路（ＩＣ）金属相互接続装置のパターン化のためのプラズマ・エッチングなどの、どんなプラズマ処理工程により処理されてもよい。本発明の範囲の中に含まれる他の形式の基板の処理としては、化学蒸着、物理蒸着、等が含まれる。プラズマ処理の間、処理パワー（例えば、ＲＦパワー、マグネトロン・パワー、マイクロ波パワー、等）が、セラミック・ドーム等の不導電性材料の誘電体窓を含む、誘電部材２０を通じて送られて、処理気体の高密度プラズマ９４と結合する。もし、プラズマ処理がプラズマ・エッチングであるならば、金属（例えば、白金、銅、アルミニウム、チタニウム、ルテニウム、イリジウム等）の金属エッチングは基板で支持されながら行なわれる。

誘電体部材２０及び処理キット１４は、セラミック材料から製造される。ウエハ基板１３が処理される時、セラミック誘電体部材２０及びセラミック処理キット１４が腐食されて、汚染粒子の発生を引き起こす。誘電部材２０及び処理キット１４の腐食は、ウエハ基板１３がエッチャント気体の高密度プラズマ内のエッチングにより処理される時、特にエッチャント気体がＣｌ₂及びＢＣｌ₃などのハロゲン含有エッチャント気体の時、特に深刻となる。高密度プラズマは、約１０⁹／ｃｍ³よりも高い、好ましくは約１０¹¹／ｃｍ³よりも高い、イオン密度を有するエッチャント気体のプラズマとして定義される。高密度プラズマの源は、電子サイクロトロン共振（ＥＣＲ）、ヘリコン共振又は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）タイプ源などのどんな適当な高密度源であってよい。

もし、誘電体部材２０と処理キット１４が本発明のセラミック組成物から製造されると、誘電体部材２０及び処理キット１４はウエハ基板１３の処理の際、特に、高密度プラズマ中のプラズマ・エッチングによる、本質的に腐食されないことが発見された。従って、誘電体部材２０（すなわち、誘電体窓）はウエハ捕獲リング１６及び収束リング１８を含む処理キットと同様に、セラミック化合物及びバン・ノストランド・レインホルド社発行のジースナー・ジー・ホウレイにより改定された第１０版簡約化学辞典の７８９頁に示されるようなメンデレーエフの周期表の３Ｂ族金属酸化物を含んだ本発明のセラミック組成物を含む。

セラミック組成物のためのセラミック化合物は、典型的に電気的に絶縁性で、そして結晶性が材料とその処理に依存して、アモルフアス、ガラス状、微小結晶、及び単結晶と変化する化合物である。セラミック組成物は好ましくは、本質的に非浸透性の材料である。それは良好な電気絶縁体であり、それは相対的に純粋な形（約９９重量％又はそれ以上）から作られているため、プラズマ環境内において低程度の化学的反応性を有する。特に処理気体の高密度プラズマ（例えば、高密度プラズマ９４）内で基板をエッチングする際に処理パワーが誘電体部材２０を通じて送信される時、セラミック化合物は、３Ｂ族金属酸化物と結合して高耐腐食性セラミック構造を形成する適当なセラミック化合物であってよい。セラミック化合物は好ましくは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、炭化ホウ素（Ｂ₄Ｃ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、及びこれらの混合物をからなるグループから選択される。特に、酸化アルミニウムは相対的に安価であり、そして容易に入手可能であるから、セラミック化合物は酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を含む。

酸化アルミニウムは十分に純粋であって、「ガス放出」することなく、そして処理操作中に基板上にスパッターされる汚染物質を含まない。そして、意図される特定のエッチング処理にさらされる時に化学的に安定でなければならない。酸化アルミニウムが本発明の好適な実施の形態において好適なセラミック化合物であるが、本発明の範囲の中には、例えば、アルミニウム、マグネシウム、及びタンタルの酸化物やフッ化物など、同様の効果を与えることのできる他の絶縁性材料を含む。これらのいくつかは、結晶質又は多結晶質絶縁性材料である。あるものはガラス状セラミックとして製造できる。従って、酸化アルミニウム又は他の酸化金属セラミックは単結晶酸化物、多結晶酸化物、又はアモルフアス酸化物である。これらの材料は全て電気的に絶縁性であり、そして一般にプラズマ・エッチング環境下で健全であって高密度プラズマ９４の存在下で好ましくない粒子を発生しない。他の材料も代替的に使用することができる。

３Ｂ金属は好ましくは、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、セリウム・サブグループ、イットリウム・サブグループ、及びこれらの混合物からなるグループから選ばれた金属である。セリウム・サブグループは、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、及びサマリウム（Ｓｍ）を含む。イットリウム・サブグループは、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）を含む。本発明の好適な実施の形態において、３Ｂ族金属はイットリウム（Ｙ）である。従って、３Ｂ族金属の酸化物は好ましくは酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）である。

誘電部材２０及び処理キット１４は、いかなる適当なセラミック製造工程により製造できる。例えば、ＡＳＭインターナショナル（ｃ）１９９１によるエンジニアリング材料ハンドブックのタイトル「セラミック及びガラス」の４巻に記載されているような工程である。好ましくは、誘電部材２０、ウエハ捕獲リング１６、及び収束リング１８は以下のステップで製造される。（ｉ）粉末形式のセラミック化合物と、適当な添加剤と一緒の粉末形式の３Ｂ族金属酸化物と、適当な結合剤を混合して、粉末原料混合物を作成し、（ｉｉ）粉末原料混合物を成形して成形粉末原料混合物を作成し、（ｉｉｉ）成形粉末原料混合物を熱処理して（すなわち、燒結して）、粗いセラミック製品（すなわち、粗い誘電体部材２０又は粗い処理キット１４）を作成し、そして（ｉｖ）粗いセラミック製品を仕上げして仕上げされたセラミック製品を作成する（すなわち、仕上げされた誘電部材２０又は仕上げされた処理キット１４）。

その後に成形される粉末原料混合物は、セラミック化合物、３Ｂ金属酸化物、適当な添加剤、及び適当な結合剤をいかなる適当な割合でも含む。好ましくは、粉末原料混合物は、約１０重量％から約８５重量％のセラミック化合物、約３重量％から６０重量％の３Ｂ族金属酸化物、約０．１重量％から約６重量％の適当な添加剤、及び約５重量％から約３５重量％の適当な結合剤を含む。より好ましくは、粉末原料混合物は、約２０重量％から約７５重量％のセラミック化合物、約５重量％から５５重量％の３Ｂ族金属酸化物、約０．５重量％から約５重量％の適当な添加剤、及び約１０重量％から約３０重量％の適当な結合剤を含む。最も好ましくは、粉末原料混合物は、約２５重量％から約７０重量％のセラミック化合物、約１０重量％から５０重量％の３Ｂ族金属酸化物、約０．５重量％から約４．５重量％の適当な添加剤、及び約１２重量％から約２８重量％の適当な結合剤を含む。

適当な添加剤は、熱処理又は燒結処理と干渉するような残留物、又は灰、又は他の化学汚染を残さず、また誘電体部材２０及び処理キット１４の最終的に所望な性質に悪影響を与えない適当な添加剤である。添加剤は典型的に一時的なものであるが、添加剤の一部は通常最終セラミック製品の化学的組成の永久的な部分である。適当な添加剤は、前記のエンジニアリング材料ハンドブックに開示されたいずれの添加剤又はそれらの適当な混合物である。たとえば、例示目的のみとして、溶剤、分散剤、燒結補助剤、ドーパント、防腐剤、界面活性剤、及びこれらの混合物から成るグループから選ばれたいかなる適当な添加剤である。溶剤は水、有機分極溶剤（例えば、脂肪酸、アミン、アルコール、アルデヒド、エステル、エーテル、ケトン等）、及び有機非分極溶剤（例えば、ベンゼン、トルエン等）である。分散剤は、有機高分子及び解膠剤（例えば、非有機高分子電解質）を含み、そして粉末原料材料が再結合又は凝集しないことを保証する。燒結補助剤は典型的に１つ又は複数の酸化物の組合せであり、結晶粒の成長を制御して緻密化を増強するために主として添加される。結晶粒の成長と緻密化は、酸化化合物添加剤、より典型的には表面エネルギーを後で変える表面化学と相互作用する主要酸化物（すなわち、セラミック化合物）とは異なる原子価を有する金属酸化物であるドーパントにもより影響を受ける。防腐剤は微生物活動が保存期間に結合剤の性質を劣化させないことを保証するために添加されてもよい。界面活性剤は、分散された相と溶剤間の接触面の性質を修正して、そして溶剤による粉末固体の有効全体濡れを可能にする湿潤剤として、泡タイプの孔を最小にするための反泡剤として、溶剤と粉末原料材料組成物のレオロジー性質を変化させるためのレオロジー変化剤として、そして柔軟剤及び／又は潤滑剤としての機能を果たす。

適当な結合剤は、熱処理の際に成形粉末原材料混合物を形成し取扱うことを容易にするために、成形粉末原材料混合物に適当な弾性性質と十分な強度を与えることができる適当な結合剤であればどんなものでもよい。結合剤は典型的に一時的であるが、結合剤の一部は通常最終セラミック製品の永久的な部分である。適当な結合剤は上記のエンジニアリング材料ハンドブックに開示されたどんな結合剤又はそれらの適当な混合物であってよい。例えば、コロイド状タイプ結合剤（例えば、セルロース、粘土）など、炭水化物由来有機結合剤（例えば、メチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、天然ゴム等）など、非炭水化物由来有機物（例えば、ポリビニール・アルコール、アクリル樹脂等）などの水溶性のシステムに対する結合剤、ポリビニール・ブチラール及びポリメタクリル酸メチルなどの非水溶性（有機溶剤）システムに対する結合剤、そして前記の結合剤のいずれかの適当な混合物のいずれから選ばれた適当な結合剤である。

粉末原材料混合物が作成された後に、成形粉末原材料混合物が成形される。成形は例えば粉末原材料混合物を最高程度の粒子充填と高い均質性を達成するためにポーラス形状に圧縮することを含むいずれかの適当な処理（例えば、キャステイング、押出し成形、乾式プレス等）により達成できる。本発明の好適な実施の形態では、成形粉末原材料混合物は時々ダスト・プレス、ダイ・プレス又は単軸圧縮と呼ばれる乾式プレスにより製造され。粉末原材料混合物の乾式圧縮はダイ空洞内の粉末原材料混合物を単軸方向に作用する加えられた圧力を使用して所定の形状に固めることを含む。本発明では、所定の形状は好ましくは誘電体部材２０（すなわち、誘電体窓）の形状又はウエハ捕獲リング１６及び収束リング１８の形状である。

乾式プレスは当業者には良く知られており、そして上記のエンジニアリング材料ハンドブックに完全に記載されている。乾式プレスは概略的に、ダイ空洞内に粉末原材料混合物を充填し、圧縮され又は成形された粉末原材料混合物を製造するためにダイ空洞内の粉末原材料混合物をプレス又は圧縮し、そしてその後に成形粉末原材料混合物を排出することを含む。

成形粉末原材料混合物はどんな適当な方法により熱的に処理できる。好ましくは、緩んでしまう成形粉末原材料混合物を一緒に保持するのに必要な吸着力を発生するための粒子間結合を与える燒結により。燒結は高温度により刺激された原子移動の結果であり、高温に加熱された時に成形粉末原材料混合物の粒子を互いに結合させる。本発明の成形原材料混合物の燒結は、いずれの適当な炉（例えば、燃焼又は電気）においていずれの適当な温度、圧力、加熱及び冷却速度、及び炉雰囲気構成で実行できる。適当な温度、圧力、加熱及び冷却速度、及び適当な雰囲気構成は当業者に良く知られている。成形粉末原材料混合物は、ランタンクロム（ＬａＣｒ₂Ｏ₄）又は安定化ジルコニアなどのセラミック酸化物加熱エレメント、そして炉雰囲気構成として空気を有する電気加熱炉において燒結してもよい。

成形原材料混合物が熱的に処理された後、粗いセラミック製品（すなわち、粗い誘電体部材２０又は粗い処理キット１４）が製造される。粗いセラミック製品は好ましくは、研磨、ラップ仕上げ、ポリッシングなどにより最終的に形成される。もし、粗いセラミック製品が誘電体ドームの形状の粗いセラミック製品であれば、それは好ましくは研磨により最終的に形成される。もし、粗いセラミック製品が粗い捕獲リング１６又は粗い収束リング１８であれば、好ましくは最終的にラップ仕上げ又はポリッシングにより形成される。研磨はダイヤモンド研磨材が研磨ホイールに固定されてさまざまな外形の製品表面（例えば、ドーム形状誘電体部材２０の内側表面と外側表面）に対して当てる、研磨材により機械加工方法を使用する。ラップ仕上げは、低圧、低速度操作で緩い又は結合した研磨剤が高い幾何学的正確性を達成し、小さな形状誤差を修正し、表面仕上げを改善し、又は結合表面間の緊密な適合を与える、自由な研磨剤による機械加工方法である。ポリッシングも自由な研磨剤による機械加工方法であり、細かい粒子大きさで且つ予め選ばれた硬さの緩い研磨剤が表面仕上げを改善するために使用される。粗いセラミック製品を成形するための研磨、ラップ仕上げ、及びポリッシング方法は当業者には良く知られていて、前記のエンジニアリング材料ハンドブックに記載されている。

完成誘電部材２０及び処理キット１４のセラミック組成物は、約３０重量％乃至約９５重量％のセラミック化合物、約５重量％乃至約７０重量％の３Ｂ族金属酸化物、そして熱的処理の際に典型的になくなるために約１５重量％より少ない（例えば、約０．５重量％乃至約１５重量％）適当な添加剤と適当な結合剤の組合せを含む。より好ましくは、完成誘電部材２０及び処理キット１４のセラミック組成物は、約４０重量％乃至約８５重量％のセラミック化合物、約１５重量％乃至約６０重量％の３Ｂ族金属酸化物、そして約１０重量％より少ない（例えば、約０．５重量％乃至約１５重量％）適当な添加剤と適当な結合剤の組合せを含む。最も好ましくは、完成誘電部材２０及び処理キット１４のセラミック組成物は、約５０重量％乃至約７５重量％のセラミック化合物、約３０重量％乃至約４５重量％の３Ｂ族金属酸化物、そして熱的処理の際に典型的になくなるために約５重量％より少ない（例えば、約０．５重量％乃至約５重量％）適当な添加剤と適当な結合剤の組合せを含む。従って、セラミック組成物はセラミック化合物の主要な割合と３Ｂ族金属酸化物の小さな割合を含む。セラミック化合物がＡｌ₂Ｏ₃であり、３Ｂ族金属がＹ₂Ｏ₃である時、好ましいセラミック組成物は約６０重量％乃至約６５重量％のＡｌ₂Ｏ₃、約３５重量％乃至約４０重量％のＹ₂Ｏ₃、そして約２．５重量％より少ない（例えば、約０．５重量％乃至約２．５重量％）添加剤と結合剤の組合せを含む。

本発明のセラミック組成物は、電子サイクロトロン共振（ＥＣＲ）源反応装置、ヘリコン源反応装置、らせん共振反応装置、又は誘導結合プラズマ反応装置などの処理装置の潜在的な腐食部分を製造するのに使用できる。好ましくは、本発明のセラミック組成物は、誘導プラズマ源を発生する誘導結合プラズマ反応装置の誘電体窓（すなわち、以下に「６２」で識別されるドーム形状誘電体部材２０）に使用される。誘導結合プラズマ反応装置は関連した切離されたプラズマ源食刻室内で誘導的にプラズマを結合して、ウエハ基板１３へのイオン流量及びイオン加速エネルギーを分離又は切離す。

誘導結合プラズマ反応装置は現在、例えば金属エッチング、誘電体エッチング、化学蒸着、及び物理蒸着などを含む半導体基板（例えば、ウエハ基板１３）をさまざまに処理するために使用されている。食刻処理において、誘導結合プラズマの１つの長所は、最小のプラズマＤ．Ｃ．バイアスで持って大きな食刻速度を可能にする高密度プラズマ・イオン密度が提供され、これにより装置の損傷を減少するためにプラズマＤ．Ｃ．バイアスのさらなる制御を可能にすることである。この目的のため、誘導コイルに加えられたソース・パワーとウエハ・ペデスタルに加えられたＤ．Ｃ．バイアス・パワーは別途に制御されるＲＦ供給である。バイアス及びソース・パワー供給を分離することは、周知の技術により、イオン・エネルギーとイオン密度を独立に制御することを容易にする。誘導源内のプラズマはＲＦパワーを非共振誘導コイル又は平面コイルに加えることにより発生される。非共振誘導コイルへＲＦパワーを加えると、誘電体ディスチャージ室を通過する誘導ＲＦ電界により誘電体ディスチャージ室内の処理気体のブレークダウンを生ずる。従って、コイル誘導体は処理気体のプラズマを発生させ維持するＲＦパワーを供給する。

本発明のセラミック粗製物を含む好適な誘導結合プラズマ反応装置は、カリフォルニア９５０５４−３２９９、サンタ・クララ、ボウアーズ、アベニュー３０５０、アプライド・マテリアル社の有する商標ＤＰＳの名前で販売されている切離しプラズマ源食刻室内のプラズマと誘導的に結合するものである。ＤＰＳ（商標）ブランドの食刻室は、イオン加速エネルギーから基板ウエハー１３へのイオン流束を分離又は切り離す。誘導結合プラズマ反応装置のＤＰＳ（商標）ブランドの食刻室は、１９９５年２月１５日に出願され本譲受人に譲渡された同時係属中の米国特許出願シリアル番号０８／３８９，８８９号、発明の名称「ハイブリッド導体と多径ドーム天井を持ったＲＦプラズマ反応室」に開示されている。図８を参照すると、同時係属出願シリアル番号０８／３８９，８８９号の誘導結合プラズマ反応装置が好適な実施の形態が示されている。誘導結合ＲＦプラズマ反応装置が一般に９０として示されていて、一般に９２として示される反応室を有する。この中で、中性粒子（ｎ）、正粒子（＋）、負粒子（−）の高密度プラズマが示されてる。反応室９２は、接地された導電性円筒形側壁６０及び本発明のセラミック粗製物を含む誘電体窓６２を含む。誘導結合ＲＦプラズマ反応装置９０はさらに、反応室９２中央で（半導体）ウエハ１１０を支持するためのウエハ・ペデスタル６４と、ウエハ１１０の上表面又はウエハ・ペデスタル６４近くから始まりそこから反応室９２の上方向に延びる反応室９２の上部分を囲む円筒形誘導コイル６８と、室９２の内部にエッチング気体を供給するためのエッチング気体源７２及び気体入口７４と、室９２内の圧力を制御するポンプ７６とを含む。コイル誘導体６８は、プラズマ源パワー供給又は従来のアクティブＲＦ整合ネットワーク８０を介してＲＦ発生器７８によりエネルギーを与えられる。コイル誘導体６８の上の巻線は「ホット」となり、下の巻線は接地される。ウエハ・ペデスタル６４は、ＲＦパワー供給又は発生器８４に接続された内部導電性部分８２と、外部接地導体８６（内部導電性部分８２からは絶縁されている）とを含む。このようにして、ＲＦ発生器７８によりコイル誘導体６８に与えられるプラズマ源パワー及び発生器８４によりウエハ・ペデスタル６４に与えられたＤＣバイアスＲＦパワーは、別途に制御されるＲＦ供給である。バイアスと源パワー供給を分離すると、周知の技術により、イオン密度とイオン・エネルギーを独立に制御することが容易になる。誘導結合プラズマとして高密度プラズマ９４を発生するために、コイル誘導体６８は反応室９２の近くにあり、そしてＲＦ源パワー供給又はＲＦ発生器７８に接続されている。コイル誘導体６８は、高密度プラズマ９４の高イオン密度を発生し維持するＲＦパワーを供給する。コイル誘導体６８の幾何学的形状は、反応室９２内の高密度プラズマ９４のプラズマ・イオン密度の空間分布の大部分を決定できる。

ウエハ１１０を横断する高密度プラズマ９４のプラズマ密度空間分布の均一性は、多径ドーム内の誘電体窓６２の形状により又は誘電体窓６２の多径のそれぞれを調節することにより改善される（相対的に円錐又は半球状天井）。誘電体窓６２の多径ドーム形状は、誘電体窓６２の中心部分回りの誘電体窓６２の曲率を幾分平にし、誘電体窓６２の周辺部分はより急な曲率を有する。

本発明が特定の実施の形態を参照して説明されたが、さまざまな変形や修正が前述の開示について意図される。そして、説明した本発明の精神と範囲を逸脱することなく、ある例においては、本発明のある特徴を使用して他の特徴の対応した使用をしないことも理解できる。従って、本発明の本質的な精神と範囲を逸脱することなく、特定の状況又は材料に適応するためのさまざまな修正が本発明の教示についてできる。本発明は、本発明を実施するための考えられる最良の形態として開示された特定の実施の形態に限定する意図はない。本発明は特許請求の範囲の記載に含まれる全ての実施の形態およびその均等物を含む。

Claims (34)

1. 室壁を有する反応室を含む基板を処理するためのプラズマ反応装置において、
   前記室壁に支持されて、セラミック化合物と３Ｂ属金属酸化物を含むセラミック組成物を有する誘電体窓と、
   前記反応室内で基板を支持するために前記反応室内に配置されたペデスタル集合体と、
   処理パワー源と、
   前記反応室内に処理気体を導入するために前記反応室と係合した処理気体導入集合体と、
   前記反応室近傍に配置され、反応室内に反応気体からのプラズマを維持することを助けるために反応室内にパワーを送るため前記処理パワー源に接続された処理パワー送信部材と、
   を含むプラズマ反応装置。
2. 前記ペデスタル集合体により支持されたウエハ捕獲リング部材をさらに含み、前記ウエハ捕獲リング部材は前記セラミック化合物と前記３Ｂ金属酸化物とを含んだ前記セラミック組成物を含む請求項１に記載のプラズマ反応装置。
3. 前記セラミック組成物は、大きい割合の前記セラミック化合物と小さい割合の前記３Ｂ属金属酸化物とを含む請求項１に記載のプラズマ反応装置。
4. 前記セラミック化合物は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、及びそれらの混合物からなるグループから選ばれている請求項１に記載のプラズマ反応装置。
5. 前記セラミック組成物は、約３０重量％乃至約９５重量％の前記セラミック化合物と、約５重量％乃至約７０重量％の前記３Ｂ属金属酸化物とを含む請求項１に記載のプラズマ反応装置。
6. 前記セラミック化合物が本質的に酸化アルミニウムからなり、前記３Ｂ属金属酸化物が本質的に酸化イットリウムからなる請求項１に記載のプラズマ反応装置。
7. 前記反応室内に配置されウエハ捕獲リング部材と切離し可能に係合する収束リング部材をさらに含み、前記収束リング部材は前記セラミック化合物と前記３Ｂ属金属酸化物とを含んだ前記セラミック組成物を含む請求項２に記載のプラズマ反応装置。
8. 前記セラミック化合物は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、及びそれらの混合物からなるグループから選ばれている請求項３に記載のプラズマ反応装置。
9. 前記セラミック化合物が本質的に酸化アルミニウムからなり、前記３Ｂ属金属酸化物が本質的に酸化イットリウムからなる請求項３に記載のプラズマ反応装置。
10. 前記セラミック化合物が本質的に酸化アルミニウムからなり、前記３Ｂ属金属酸化物が本質的に酸化イットリウムからなる請求項５に記載のプラズマ反応装置。
11. 前記誘電体窓は、大きい割合の前記セラミック化合物と小さい割合の前記３Ｂ属金属酸化物とを含む請求項７に記載のプラズマ反応装置。
12. 前記セラミック化合物は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、及びそれらの混合物からなるグループから選ばれている請求項１１に記載のプラズマ反応装置。
13. 半導体ウエハを処理するための誘導結合ＲＦプラズマにおいて、
    室壁、及び前記室壁により支持され第１セラミック化合物と第１の３Ｂ属金属酸化物とを含んだ第１セラミック組成物を含んだドーム形状天井を有する反応室と、
    前記反応室内で半導体ウエハを支持するために前記反応室内に配置されたウエハ・ペデスタル集合体と、
    誘導結合ＲＦパワー源と、
    前記反応室内に処理気体を導入するために前記反応室と係合した手段と、
    前記反応室近傍に配置され、そして前記誘導結合ＲＦパワー源に接続されたコイル誘導体と、
    前記ウエハ・ペデスタル集合体に接続されたバイアスＲＦ源と、
    を含む誘導結合ＲＦプラズマ。
14. 前記反応室内に配された処理気体の高密度プラズマをさらに含む請求項１３に記載の誘導結合ＲＦプラズマ反応装置。
15. 前記ウエハ・ペデスタル集合体により支持されたウエハ捕獲リング部材をさらに含み、前記ウエハ捕獲リング部材が第２セラミック化合物及び第２の３Ｂ属金属酸化物を含んだ第２セラミック組成物を含む請求項１３に記載の誘導結合ＲＦプラズマ反応装置。
16. 前記第１セラミック組成物が、大きい割合の前記第１セラミック化合物及び小さな割合の前記第１の３Ｂ属金属酸化物を含む請求項１３に記載の誘導結合ＲＦプラズマ反応装置。
17. 前記第１セラミック化合物は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、及びそれらの混合物からなるグループから選ばれている請求項１３に記載の誘導結合ＲＦプラズマ反応装置。
18. 前記第１セラミック化合物が本質的に酸化アルミニウムからなり、前記第１の３Ｂ属金属酸化物が本質的に酸化イットリウムからなる請求項１３に記載の誘導結合ＲＦプラズマ反応装置。
19. 前記ドーム形状天井を介して送るＲＦ処理パワーをさらに含む請求項１４に記載の誘導結合ＲＦプラズマ反応装置。
20. 前記反応室内に配置され、そしてウエハ捕獲リング部材に切離し可能に係合した収束リング部材をさらに含み、前記収束リング部材は第３セラミック化合物及び第３の３Ｂ属金属酸化物を含む第３セラミック組成物を含む請求項１５に記載の誘導結合ＲＦプラズマ反応装置。
21. 前記第１セラミック組成物が、大きい割合の前記第１セラミック化合物及び小さな割合の前記第１の３Ｂ属金属酸化物を含む請求項２０に記載の誘導結合ＲＦプラズマ反応装置。
22. 前記第２セラミック化合物は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、及びそれらの混合物からなるグループから選ばれている請求項２０に記載の誘導結合ＲＦプラズマ反応装置。
23. 前記第２セラミック化合物が本質的に酸化アルミニウムからなり、前記第２の３Ｂ属金属酸化物が本質的に酸化イットリウムからなる請求項２０に記載の誘導結合ＲＦプラズマ反応装置。
24. 半導体基板を処理するための処理キットであって、セラミック化合物及び３Ｂ属金属酸化物を含むセラミック組成物を含んだ第１リング部材を含む処理キット。
25. 前記第１リング部材に切離し可能に係合し、前記セラミック化合物及び前記３Ｂ属金属酸化物を含む前記セラミック組成物を含んだ第２リング部材をさらに含む請求項２４に記載の処理キット。
26. 前記セラミック化合物が本質的に酸化アルミニウムからなり、前記３Ｂ属金属酸化物が本質的に酸化イットリウムからなる請求項２５に記載の処理キット。
27. 処理気体の高密度プラズマ内で基板を処理する間に高い耐腐食性を有する誘電体部材であって、セラミック化合物と３Ｂ属金属酸化物とを含むセラミック組成物を有する誘電体部材。
28. 前記セラミック組成物を介して送られる処理パワーをさらに含む請求項２７に記載の誘電体部材。
29. 前記セラミック化合物が本質的に酸化アルミニウムからなり、前記３Ｂ属金属酸化物が本質的に酸化イットリウムからなる請求項２７に記載の誘電体部材。
30. プラズマ処理気体を含む室内で少なくとも１つの基板を処理するための方法であって、
    （ａ）室壁を有し少なくとも１つの基板と少なくとも１つの基板を処理するためのプラズマ処理気体を含んだ室を提供し，セラミック化合物と３Ｂ族金属酸化物とを含んだセラミック組成物を有しそして前記室壁に係合した誘電体部材を含み、
    （ｂ）プラズマ処理気体内で少なくとも１つの基板を処理するためにステップ（ａ）の室内に誘電体部材を介して処理パワーを供給する
    各ステップを含む方法。
31. 基板上の金属層をエッチングする方法であって、
    （ａ）金属層を支持する基板を提供し、
    （ｂ）室壁、及びセラミック化合物と３Ｂ金属酸化物を含んだセラミック組成物を含みそして室壁により支持された誘電体部材を含む室内に、前記基板を配置し、
    （ｃ）ステップ（ｂ）の室内に処理気体を導入し、
    （ｄ）基板上の前記金属層を処理気体の高密度プラズマ内でエッチングするために誘電体部材を介してステップ（ｂ）の室内に処理パワーを導入する
    各ステップを含む方法。
32. セラミック化合物と、３Ｂ属金属酸化物と、結合剤と、を含んだセラミック組成物。
33. 約３０重量％乃至約９５重量％の前記セラミック化合物と、約５重量％乃至約７０重量％の前記３Ｂ属金属酸化物と、小さい割合の前記結合剤を含む請求項３２に記載のセラミック組成物。
34. 小さい割合の添加剤をさらに含む請求項３３に記載の有機組成物。

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