JP2016514213A - 基板上の高純度アルミニウムトップコート - Google Patents
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Abstract
処理チャンバ用のチャンバコンポーネントを製造するために、アルミニウムコーティングが、不純物を含む物品上に形成され、アルミニウムコーティングは、実質的に不純物を含まない。
Description
本開示の実施形態は、概して、アルミニウムコーティングされた物品及び基板にアルミニウムコーティングを塗布するためのプロセスに関する。
半導体産業では、ますます減少するサイズの構造を作る多くの製造プロセスによって、デバイスは製造される。いくつかの製造プロセスは、粒子を生成する可能性があり、これはしばしば、処理される基板を汚染し、デバイスの欠陥に寄与する。デバイスの幾何学形状が縮小するにつれて、欠陥への感受性は増加し、粒子汚染物質の要件はより厳しくなる。したがって、デバイスの幾何学形状が縮小するにつれて、粒子汚染の許容レベルは低下する可能性がある。
一実施形態では、アルミニウムコーティングが、物品上に形成され、アルミニウムコーティングは、陽極酸化層を形成するために陽極酸化される。陽極酸化層は、アルミニウムコーティングの厚さの４０％〜６０％の範囲内の厚さを有することができる。陽極酸化層はまた、アルミニウムコーティングの厚さの最大２〜３倍の厚さを有することができる。
一実施形態では、アルミニウムは、高純度アルミニウムである。アルミニウムコーティングは、約０．８ミル〜約４ミルの範囲内の厚さを有することができる。陽極酸化層は、約０．４〜約４ミクロンの範囲内の厚さを有することができる。一実施形態では、陽極酸化層の表面粗さは、約４０マイクロインチである。
一実施形態では、物品は、アルミニウム、銅、マグネシウム、アルミニウム合金（例えば、Ａｌ６０６１）、又はセラミックス材料のうちの少なくとも１つを含むことができる。
一実施形態では、アルミニウムコーティングは、電気メッキすることによって形成される。陽極酸化層の約半分は、陽極酸化中にアルミニウムコーティングの転換から形成することができる。
本開示は、添付図面の図の中で、限定としてではなく、例として示され、同様の参照符号は同様の要素を示す。この開示における「一」又は「１つの」実施形態への異なる参照は、必ずしも同じ実施形態への参照ではなく、そのような参照は、少なくとも１つを意味することに留意すべきである。
本発明の一実施形態に係る、製造システムの例示的な基本設計概念を示す。
本発明の一実施形態に係る、アルミニウムで導電性物品を電気メッキするためのプロセスを示す。
本発明の一実施形態に係る、アルミニウムコーティングされた導電性物品を陽極酸化するためのプロセスを示す。
本発明の一実施形態に係る、アルミニウムコーティングされた導電性物品を製造するためのプロセスを示す。
導電性物品上のアルミニウムコーティングの一実施形態の断面図を示す。
導電性物品上のアルミニウムコーティング及び陽極酸化層の一実施形態の断面図を示す。
本開示の実施形態は、アルミニウムコーティングを有する物品（例えば、半導体製造で使用するための物品）をコーティングするためのプロセス、及びそのようなコーティングプロセスを用いて作成された物品に向けられている。一実施形態では、物品は、コーティングされ、その後、コーティングの少なくとも一部が陽極酸化される。例えば、物品は、処理機器（例えば、エッチング装置、洗浄装置、加熱炉等）用のチャンバの、シャワーヘッド、カソードスリーブ、スリーブライナドア、カソードベース、チャンバライナ、静電チャックベース等とすることができる。一実施形態では、チャンバは、プラズマエッチング装置又はプラズマ洗浄装置用である。一実施形態では、これらの物品は、アルミニウム合金（例えば、Ａｌ６０６１）、他の合金、金属、金属酸化物、セラミックス、又は他の任意の適切な材料で形成することができる。物品は、導電性物品（例えば、アルミニウム合金）、又は、非導電性又は絶縁性の物品（例えば、セラミックス）とすることができる。
陽極酸化用のパラメータは、物品からの粒子汚染を低減するように最適化することができる。アルミニウムコーティングされた物品の性能特性は、比較的長い寿命、及び低いオンウェハ粒子及び金属汚染を含むことができる。
アルミニウムコーティングされた導電性物品を参照した本明細書に記載される実施形態は、プラズマリッチのプロセスのための処理チャンバ内で使用される場合、粒子汚染及びオンウェハの金属汚染を減少させることができる。しかしながら、本明細書で議論されるアルミニウムコーティングされた物品は、他のプロセス（例えば、非プラズマエッチング装置、非プラズマ洗浄装置、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバ、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバ等）用の処理チャンバ内で使用される場合もまた、粒子汚染の低減を提供することができることを理解すべきである。
用語「約」又は「およそ」は、本明細書で使用される場合、これらは、提示された公称値が±１０％以内で正確であることを意味することを意図している。本明細書に記載される物品は、プラズマに曝露される他の構造物であってもよい。
図１は、製造システム１００の例示的な基本設計概念を示す。製造システム１００は、半導体製造に使用するための物品を製造するためのシステムとすることができる。一実施形態では、製造システム１００は、機器自動化層１１５に接続された処理機器１０１を含む。処理機器１０１は、１以上の湿式洗浄装置１０３、アルミニウムコーティング装置１０４及び／又は陽極酸化装置１０５を含むことができる。製造システム１００は、機器自動化層１１５に接続された１以上のコンピューティングデバイス１２０を更に含むことができる。代替実施形態では、製造システム１００は、より多く又はより少ないコンポーネントを含むことができる。例えば、製造システム１００は、機器自動化層１１５又はコンピューティングデバイス１２０無しに、手動操作（例えば、オフライン）の処理機器１０１を含んでもよい。
湿式洗浄装置１０３は、湿式洗浄プロセスを使用して物品（例えば、導電性物品）を洗浄する洗浄装置である。湿式洗浄装置１０３は、基板を洗浄するために基板が内部に浸漬される、液体で満たされた湿式浴を含む。湿式洗浄装置１０３は、洗浄効率を向上させるために、洗浄中に超音波を用いて湿式浴を撹拌することができる。これを、本明細書内では、湿式浴の超音波処理と呼ぶ。
一実施形態では、湿式洗浄装置１０３は、脱イオン（ＤＩ）水浴を用いて物品を洗浄する第１湿式洗浄装置と、アセトン浴を用いて物品を洗浄する第２湿式洗浄装置を含む。両方の湿式洗浄装置１０３は、洗浄プロセス中に浴槽を超音波処理することができる。湿式洗浄装置１０３は、処理中に、複数の段階で物品を洗浄することができる。例えば、湿式洗浄装置１０３は、基板が粗面化された後、アルミニウムコーティングが基板に塗布された後、物品が処理内で使用された後等に、物品を洗浄することができる。
他の実施形態では、物品を洗浄するために、代替タイプの洗浄装置（例えば、乾式洗浄装置）を使用することができる。乾式洗浄装置は、熱を印加する、ガスを印加する、プラズマを印加する等によって、物品を洗浄することができる。
アルミニウムコーティング装置１０４は、物品の表面にアルミニウムコーティングを塗布するように構成されたシステムである。一実施形態では、アルミニウムコーティング装置１０４は、以下でより詳細に説明される、アルミニウムを含む電気メッキ浴中に物品が浸漬される場合に、物品に電流を印加することによって物品（例えば、導電性物品）上にアルミニウムをメッキする電気メッキシステムである。ここで、導電性物品は、浴中に浸漬されるため、物品の表面は、均一にコーティングすることができる。代替実施形態では、アルミニウムコーティング装置１０４は、アルミニウムコーティングを塗布するための他の技術（例えば、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、ツインワイヤアーク溶射、イオン蒸着、スパッタリング、及びコールドスプレー）を使用することができる。
一実施形態では、陽極酸化装置１０５は、アルミニウムコーティング上に陽極酸化層を形成するように構成されたシステムである。例えば、物品（例えば、導電性物品）は、（例えば、硫酸又はシュウ酸を含む）陽極酸化浴に浸漬され、物品がアノードとなるように、電流が物品に印加される。その後、陽極酸化層が、物品上のアルミニウムコーティング上に形成され、これは、以下でより詳細に説明される。
機器自動化レイヤー１１５は、製造機械１０１の一部又は全部をコンピューティングデバイス１２０と、他の製造機械と、計測ツール及び／又は他のデバイスと相互接続することができる。機器自動化レイヤー１１５は、ネットワーク（例えば、ロケーションエリアネットワーク（ＬＡＮ））、ルータ、ゲートウェイ、サーバ、データストアなどを含むことができる。製造機械１０１は、ＳＥＭＩ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｔａｎｄａｒｄ／Ｇｅｎｅｒｉｃ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍｏｄｅｌ（ＳＥＣＳ／ＧＥＭ）インタフェースを介して、イーサネット（登録商標）インタフェースを介して、及び／又は他のインタフェースを介して、機器自動化レイヤー１１５に接続することができる。一実施形態では、機器自動化レイヤー１１５は、プロセスデータ（例えば、プロセス実行中に製造機械１０１によって収集されたデータ）をデータストア（図示せず）に保存可能にする。代替の一実施形態では、コンピューティングデバイス１２０は、１以上の製造機械１０１に直接接続する。
一実施形態では、一部又は全部の製造機械１０１は、プロセスレシピをロード、ストア、及び実行することができるプログラマブルコントローラを含む。プログラマブルコントローラは、製造機械１０１の温度設定、ガス及び／又は真空の設定、時間の設定等を制御することができる。プログラマブルコントローラは、メインメモリ（例えば、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）など）、及び／又は二次メモリ（例えば、データ記憶装置（例えば、ディスクドライブ））を含むことができる。メインメモリ及び／又は二次メモリは、本明細書に記載の熱処理プロセスを実行するための命令を記憶することができる。
プログラマブルコントローラはまた、メインメモリ及び／又は二次メモリに（例えば、バスを介して）結合された処理デバイスを含み、これによって命令を実行することができる。処理デバイスは、汎用処理デバイス（例えば、マイクロプロセッサ、中央処理装置等）であってもよい。処理デバイスはまた、専用処理デバイス（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサ等）であってもよい。一実施形態では、プログラマブルコントローラは、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）である。
図２は、本発明の一実施形態に係る、アルミニウムを有する物品（例えば、導電性物品）を電気メッキするためのプロセスを示す。電気メッキは、純度９９．９９を有するアルミニウム層を生成することができる。電気メッキは、電極（例えば、物品２０３）上に金属コーティングを形成するための溶解した金属カチオンを減少させるために電流を用いるプロセスである。物品２０３は、カソードであり、アルミニウム本体２０５（例えば、高純度アルミニウム）は、アノードである。両方のコンポーネントは、１以上の溶解した金属塩並びに電気の流れを可能にする他のイオンを含む電解液を含むアルミニウムメッキ浴２０１中に浸漬される。電流供給装置２０７（例えば、電池又は他の電源）は、物品２０３に直流を供給し、金属原子が溶液中に溶解するように、アルミニウム本体２０５の金属原子を酸化する。電解液中に溶解した金属イオンは、溶液と物品２０３の間の界面で低減され、これによって物品２０３上にメッキし、アルミニウムメッキ層を形成する。アルミニウムメッキは、典型的には滑らかである。例えば、アルミニウムメッキは、約２０マイクロインチ〜約２００マイクロインチの表面粗さ（Ｒａ）を有することができる。
一実施形態では、アルミニウムメッキ層の厚さは、コスト削減と陽極酸化のための十分な厚さの両方に対して最適化される。陽極酸化層の厚さの半分は、アルミニウムメッキ層の厚さの消費に基づくことができる。一実施形態では、陽極酸化層は、アルミニウム層のすべてを消費する。こうして、アルミニウム層の厚さは、陽極酸化層の目標厚さの半分とすることができる。別の一実施形態では、アルミニウムメッキ層は、陽極酸化層の所望の厚さの２倍の厚さを有するように形成することができる。アルミニウムメッキ層の他の厚さもまた使用することができる。一実施形態では、アルミニウムメッキ層は、５ミルの厚さを有する。一実施形態では、アルミニウムメッキ層は、約０．８ミル〜約４ミルの範囲内の厚さを有する。なお、電気メッキ以外のアルミニウムコーティングプロセスもまた、他の実施形態において使用することができることに留意すべきである。
図３は、一実施形態に係る、アルミニウムコーティングされた物品３０３を陽極酸化するためのプロセスを示す。なお、いくつかの実施形態では、陽極酸化は実行されないことに留意すべきである。例えば、物品３０３は、図２の物品２０３とすることができる。陽極酸化は、物品３０３の表面の微細組織を変える。陽極酸化プロセスに先立ち、物品３０３は、硝酸浴中で洗浄される、又は酸の混合物中で磨かれる（すなわち、陽極酸化の前に、化学処理（例えば、脱酸素）を受ける）ことができる。
物品３０３は、カソード本体３０５と共に、酸性溶液を含む陽極酸化浴３０１内に浸漬される。使用することができるカソード本体の例は、アルミニウム合金（例えば、Ａｌ６０６１及びＡｌ３００３）及び炭素体を含む。陽極酸化層は、物品がアノード（正電極）である場合、電流供給装置３０７（例えば、電池又は他の電源）を介して、電解液を通して電流を流すことによって物品３０３上に成長する。電流は、カソード本体（例えば、負電極）で水素を放出し、物品３０３の表面で酸素を放出し、これによって酸化アルミニウムを形成する。一実施形態では、種々の溶液を用いて陽極酸化を可能にする電圧は、一実施形態では、１〜３００Ｖの範囲にあり、又は別の一実施形態では、１５〜２１Ｖにあることが可能である。陽極酸化電流は、陽極酸化されるアルミニウム本体３０５の面積によって異なり、３０〜３００アンペア／メートル２（２．８〜２８アンペア／ｆｔ２）の範囲とすることができる。
酸性溶液は、物品の表面（例えば、アルミニウムコーティング）を溶解（すなわち、消費又は転換）し、これによって柱状ナノ細孔のコーティングを形成し、陽極酸化層は、ナノ細孔のこのコーティングから成長し続ける。柱状ナノ細孔は、直径が１０〜１５０ｎｍとすることができる。酸性溶液は、シュウ酸、硫酸、又はシュウ酸と硫酸の組み合わせとすることができる。シュウ酸に対して、陽極酸化層の成長に対する物品の消費比率は、約１：１である。硫酸に対して、陽極酸化層の成長に対する物品の消費比率は、約２：１である。電解質濃度、酸性度、溶液温度、及び電流は、一貫した酸化アルミニウム陽極酸化層を形成するように制御される。一実施形態では、陽極酸化層は、最大４ミルの厚さを有することができる。一実施形態では、陽極酸化層は、０．４ミルの最小厚さを有する。一実施形態では、陽極酸化層は、アルミニウムコーティングの厚さの４０％〜６０％の間の範囲内の厚さを有する。一実施形態では、陽極酸化層は、アルミニウムコーティングの厚さの３０％〜７０％の間の範囲内の厚さを有するが、陽極酸化層は、アルミニウムコーティングの他の割合の厚さを有することができる。一実施形態では、アルミニウム層のすべてが陽極酸化される。したがって、陽極酸化層は、（シュウ酸を使用して実行された陽極酸化に対して）アルミニウムコーティングの厚さの２倍、又は（硫酸を使用して実行された陽極酸化に対して）アルミニウムコーティングの厚さの約１．５倍の厚さを有することができる。
一例では、陽極酸化を行うためにシュウ酸が使用される場合、アルミニウムコーティングは、最初４ミルの厚さであり、得られた陽極酸化層は、４ミルの厚さとすることができ、陽極酸化後に得られたアルミニウムコーティングは、２ミルの厚さとすることができる。別の一例では、陽極酸化を行うために硫酸が使用される場合、アルミニウムコーティングは、最初４ミルの厚さであり、得られた陽極酸化層は、３ミルの厚さとすることができ、陽極酸化後に得られたアルミニウムコーティングは、２ミルの厚さとすることができる。一実施形態では、陽極酸化のために硫酸が使用される場合、より厚いアルミニウムコーティングが使用される。
一実施形態では、電流密度は、陽極酸化層の非常に緻密なバリア層部分を成長させるために、最初は高く、その後、電流密度は、陽極酸化層の多孔質柱状層部分を成長させるために低減される。陽極酸化層を形成するためにシュウ酸が使用される一実施形態では、空孔率は、約４０％〜約５０％の範囲内にあり、孔は、約２０ｎｍ〜約３０ｎｍの範囲内の直径を有する。陽極酸化層を形成するために硫酸が使用される一実施形態では、空孔率は、最大約７０％とすることができる。
一実施形態では、陽極酸化層の表面粗さ（Ｒａ）は、約４０マイクロインチであり、これは物品の粗さと同様である。一実施形態では、表面粗さは、硫酸で陽極酸化した後、２０〜３０％増加する。
一実施形態では、アルミニウムコーティングは、約１００％陽極酸化される。一実施形態では、アルミニウムコーティングは、陽極酸化されない。
表Ａは、Ａｌ６０６１物品、陽極酸化されたＡｌ６０６１物品、Ａｌ６０６１物品上にアルミニウムメッキ層を含むアルミニウムコーティング、及びＡｌ６０６１物品上にアルミニウムメッキ層を含む陽極酸化されたアルミニウムコーティング内における金属不純物を検出するために使用されたレーザアブレーション誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰＭＳ）の結果を示す。この例では、アルミニウムメッキ層は、電気メッキを介して塗布され、陽極酸化は、シュウ酸浴中で起こる。Ａｌ６０６１物品上の陽極酸化されたアルミニウムメッキ層は、最低レベルの不純物を示している。
図４は、本開示の実施形態に係る、アルミニウムコーティングされた物品を製造するための方法４００を示すフローチャートである。図１に記載されるように、プロセス４００の操作は、様々な製造機械によって実行することができる。プロセス４００は、アルミニウムを任意の物品にコーティングするために適用することができる。
ブロック４０１では、物品（例えば、少なくとも導電性部分を有する物品）が提供される。例えば、物品は、アルミニウム合金（例えばＡｌ６０６１）、他の合金、金属、金属酸化物、又はセラミックスから形成された導電性物品とすることができる。物品は、処理チャンバ内で使用するための、シャワーヘッド、カソードスリーブ、スリーブライナドア、カソードベース、チャンバライナ、静電チャックベース等とすることができる。
ブロック４０３では、物品が、一実施形態に係るコーティング用に準備される。物品の表面は、表面を粗面化、平滑化、又は洗浄することによって変質させることができる。
ブロック４０５では、物品は、アルミニウムでコーティング（例えば、メッキ）される。例えば、図２を関連して同様に説明したように、物品は、アルミニウムで電気メッキすることができる。他の例では、コーティングは、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、ツインワイヤアーク溶射、イオン蒸着、スパッタリング、及びコールドスプレーによって塗布することができる。
一実施形態によれば、ブロック４０７では、アルミニウムコーティングを有する物品は、洗浄される。例えば、物品は、表面酸化を除去するために物品を硝酸中へ浸漬することによって洗浄することができる。
一実施形態によれば、ブロック４０９では、アルミニウムコーティングを有する物品は、陽極酸化される。例えば、物品は、図３を関連して同様に説明したように、シュウ酸又は硫酸の浴中で陽極酸化することができる。
図５は、電気メッキを介して塗布されたアルミニウムコーティング５０３を有するＡｌ６０６１物品５０１の断面視の、５０ミクロンスケールが図示される約１０００倍の倍率での走査型電子顕微鏡写真５００を示す。アルミニウムメッキ層の厚さは、約７０ミクロンである。
図６は、電気メッキを介して塗布されたアルミニウムコーティング６０３と、シュウ酸浴中で形成された陽極酸化層６０５を有するＡｌ６０６１物品６０１の断面視の、２０ミクロンスケールが図示される約８００倍の倍率での走査型電子顕微鏡写真６００を示す。アルミニウムメッキ層の厚さは、約５５ミクロンであり、陽極酸化層の厚さは、約２５ミクロンである。
前述の説明は、本開示のいくつかの実施形態の良好な理解を提供するために、具体的なシステム、構成要素、方法等の例などの多数の具体的な詳細を説明している。しかしながら、本開示の少なくともいくつかの実施形態は、これらの具体的な詳細なしに実施することができることが当業者には明らかであろう。他の例では、周知の構成要素又は方法は、本開示を不必要に不明瞭にしないために、詳細には説明しないか、単純なブロック図形式で提示されている。したがって、説明された具体的な詳細は、単なる例示である。特定の実装では、これらの例示的な詳細とは異なる場合があるが、依然として本発明の範囲内にあることが理解される。
本明細書全体を通して「１つの実施形態」又は「一実施形態」への参照は、その実施形態に関連して記載された特定の構成、構造、又は特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味している。したがって、本明細書を通じて様々な場所における「１つの実施形態では」又は「一実施形態では」という語句の出現は、必ずしも全て同じ実施形態を指すものではない。また、用語「又は」は、排他的な「又は」ではなく包含的な「又は」を意味することを意図している。
本明細書内の本方法の操作が、特定の順序で図示され説明されているが、特定の操作を逆の順序で行うように、又は特定の操作を少なくとも部分的に他の操作と同時に実行するように、各方法の操作の順序を変更することができる。別の一実施形態では、異なる操作の命令又は副操作は、断続的及び／又は交互の方法とすることができる。
なお、上記の説明は例示であり、限定的ではないことを意図していることが理解されるべきである。上記の説明を読み理解することにより、多くの他の実施形態が当業者にとって明らかとなるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を、そのような特許請求の範囲が権利を与える等価物の全範囲と共に参照して決定されるべきである。
Claims (15)
- 処理チャンバ用チャンバコンポーネントの製造方法であって、
不純物を含む物品上に、実質的に不純物を含まないアルミニウムコーティングを形成する工程を含む方法。 - アルミニウムコーティングは、約０．８ミル〜約５ミルの範囲内の厚さを有する請求項１記載の方法。
- アルミニウムコーティングを陽極酸化し、これによって陽極酸化層を形成する工程を含む請求項１記載の方法。
- 陽極酸化層は、アルミニウムコーティングの厚さの約３０％〜約７０％の範囲内の厚さを有する請求項３記載の方法。
- 陽極酸化層の表面粗さは、約４０マイクロインチである請求項３記載の方法。
- 物品は、アルミニウム、銅、又はマグネシウムのうちの少なくとも１つの合金を含む請求項１記載の方法。
- アルミニウムコーティングを形成する工程は、電気メッキを実行する工程を含む請求項１記載の方法。
- 処理チャンバ用のチャンバコンポーネントであって、
不純物を含む物品と、
物品上のアルミニウムコーティングであって、実質的に不純物を含まないアルミニウムコーティングを含むチャンバコンポーネント。 - アルミニウムコーティングは、約０．８ミル〜約５ミルの範囲内の厚さを有する請求項８記載のチャンバコンポーネント。
- アルミニウムコーティングは、約０．４ミル〜約４ミルの範囲内の厚さを有する請求項８記載のチャンバコンポーネント。
- 陽極酸化層の表面粗さは、約４０マイクロインチである請求項８記載のチャンバコンポーネント。
- 陽極酸化層の約半分が、陽極酸化中にアルミニウムコーティングの転換から形成される請求項１０記載のチャンバコンポーネント。
- 物品は、アルミニウム、銅、又はマグネシウムのうちの少なくとも１つの合金を含む請求項８記載のチャンバコンポーネント。
- 物品は、セラミックス材料を含む請求項８記載のチャンバコンポーネント。
- アルミニウムコーティングは、物品上に電気メッキされる請求項８記載のチャンバコンポーネント。
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