JP2016537298A - 希土類酸化物系モノリシックチャンバ材料 - Google Patents

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Abstract

固体焼結セラミックス物品は、約３０モル％〜約６０モル％の濃度のＹ２Ｏ３と、約２０モル％〜約６０モル％の濃度のＥｒ２Ｏ３と、約０モル％〜約３０モル％の濃度のＺｒＯ２、Ｇｄ２Ｏ３、又はＳｉＯ２のうちの少なくとも１つとを含む固溶体を含むことができる。あるいはまた、固体焼結セラミックス物品は、４０〜１００モル％のＹ２Ｏ３と、０〜５０モル％のＺｒＯ２と、０〜４０モル％のＡｌ２Ｏ３とを含む固溶体を含む。

Description

本発明の実施形態は、概して、耐プラズマ性希土類酸化物材料に関し、特に、耐プラズマ性希土類酸化物材料から形成された固体焼結セラミックス物品に関する。
背景
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（例えば、プラズマエッチングプロセスやプラズマ洗浄プロセス）は、基板をエッチング又は洗浄するためにプラズマの高速流に基板を曝露させる。プラズマは非常に腐食性があり、プラズマに曝露される処理チャンバ及び他の表面を腐食する可能性がある。この腐食は、デバイスの欠陥に寄与する、処理されている基板をしばしば汚染する粒子を生成する場合がある。また、腐食は、チャンバコンポーネントからの金属原子に、処理された基板（例えば、処理されたウェハ）を汚染させる可能性がある。
デバイスの幾何学形状が縮小するにつれて、欠陥及び金属汚染への感受性は増加し、粒子汚染の要件及び金属汚染物質の要件はより厳しくなる。したがって、デバイスの幾何学的形状が縮小するにつれて、粒子欠陥及び金属汚染の許容レベルは低下する可能性がある。プラズマエッチングプロセス及び／又はプラズマ洗浄プロセスによって導入される粒子欠陥及び金属汚染を最小限にするために、プラズマに耐性のあるチャンバ材料が開発されている。このような耐プラズマ性材料の例は、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＣ、及びＹ２Ｏ３で構成されるセラミックスを含む。しかしながら、これらのセラミックス材料の耐プラズマ性は、いくつかのアプリケーションに対しては不十分である可能性がある。例えば、従来のセラミックス製造プロセスを使用して製造された耐プラズマ性セラミックス蓋及び／又はノズルは、クリティカルディメンジョンが９０ｎｍ以下である半導体デバイスのプラズマエッチングプロセスで使用された場合、粒子欠陥の許容できないレベルを生む可能性がある。
本発明は、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。
本明細書の実施形態で提供されるセラミックス材料を使用して作成された固体焼結セラミックス物品である１以上のチャンバコンポーネントを有する半導体処理チャンバの断面図である。 本発明の一実施形態に係る固体焼結セラミックス物品を形成するためのプロセスを示す。 本発明の実施形態に係る、２２００ワットのバイアス電力の下で生成されたプラズマに対する様々な固体焼結セラミックス物品の耐スパッタリング性を示す。 本発明の実施形態に係る、Ｎ２／Ｈ２化学を用いて生成されたプラズマに対する様々な固体焼結セラミックス物品の耐浸食性を示す。 本発明の実施形態に係る、ＣＨＦ４／ＣＦ４化学を用いて生成されたプラズマに対する様々な固体焼結セラミックス物品の耐浸食性を示す。 本発明の実施形態に係る、Ｎ２／Ｈ２の化学を用いて生成されたプラズマに対する様々な固体焼結セラミックス物品の耐浸食性を示す図である。 様々なバルク焼結セラミックス物品に対するエッチング前及びエッチング後の粗さを示す図である。
実施形態の詳細な説明
本発明の実施形態は、新たな焼結セラミックス材料及びこれらの新しい焼結セラミックス材料を製造する方法に向けられている。実施形態では、焼結セラミックス材料は、約３０モル％〜約６０モル％の濃度のＹ２Ｏ３と、約２０モル％〜約６０モル％の濃度のＥｒ２Ｏ３と、約０モル％〜約３０モル％の濃度のＺｒＯ２、Ｇｄ２Ｏ３、又はＳｉＯ２のうちの少なくとも１つとを含む固溶体を有することができる。他の実施形態では、焼結セラミックス材料は、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、及び／又はＡｌ２Ｏ３の混合物を含む固溶体を有することができる。新たな焼結セラミックス材料は、プラズマエッチングリアクタ用のチャンバコンポーネントを作成するために使用することができる。本明細書に記載の新たな焼結セラミックス材料で作成されたチャンバコンポーネントのプラズマエッチングリアクタ内での使用は、従来の耐プラズマ性セラミックス材料で作成されたチャンバコンポーネントの使用に比べて、ウェハ上の金属汚染及び／又は粒子欠陥を大幅に低減させることができる。特に、本明細書の実施形態に記載のセラミックス材料を使用することによって、イットリウム、アルミニウム、及び亜鉛の金属汚染を、大幅に低減することができる。処理されたウェハ上のこれらの金属汚染の低減は、半導体、ディスプレイ、太陽電池、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスなどの製造業者によって決定づけられることができる。
用語「約」及び「およそ」が本明細書で使用される場合、これは、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。
プラズマエッチングリアクタ（プラズマエッチング装置とも呼ばれる）用のチャンバコンポーネントである固体焼結セラミックス物品を参照して、実施形態が説明される。例えば、セラミックス物品は、プロセスキットリング、チャンバ蓋、ガス分配板、シャワーヘッド、静電チャック、及びリフトピンとすることができる。しかしながら、本明細書に記載の固体焼結セラミックス材料は、プラズマ環境に曝されるコンポーネントを有する他の装置（例えば、プラズマ洗浄機及びプラズマ推進システムなど）のためにも使用することができる。更に、実施形態は、固体焼結セラミックス物品を参照して説明される。しかしながら、説明される実施形態は、堆積されるセラミックスコーティング（例えば、プラズマ溶射セラミックスコーティング及びイオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）技術を使用して塗布されたセラミックスコーティング）にも適用される。したがって、固体焼結セラミックス材料の議論はまた、同じ組成の堆積されたセラミックス材料に適用されることが理解されるべきである。
プラズマエッチングプロセス及び／又はプラズマ洗浄プロセス用の処理チャンバ内で使用される場合に、低減された粒子欠陥及び金属汚染をもたらすセラミックス物品に参照して、実施形態が本明細書内に記載される。しかしながら、本明細書で説明されるセラミックス物品は、他のプロセス（例えば、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ強化物理蒸着（ＰＥＰＶＤ）、プラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）など）用のプロセスチャンバ及び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）炉、物理蒸着（ＰＶＤ）炉などの中で使用された場合もまた、低減された粒子欠陥及び金属汚染を提供することができることが理解されるべきである。
図１は、本明細書の実施形態で提供されるセラミックス材料を使用して作成された固体焼結セラミックス物品である１以上のチャンバコンポーネントを有する半導体処理チャンバ１００の断面図である。処理チャンバ１００は、内部に腐食性のプラズマ環境が提供されるプロセスに対して使用することができる。例えば、処理チャンバ１００は、プラズマエッチングリアクタ（プラズマエッチング装置としても知られている）、プラズマ洗浄装置などのためのチャンバとすることができる。固体焼結耐プラズマ性セラミックス材料で構成される、又は固体焼結耐プラズマ性セラミックス材料を含むことができるチャンバコンポーネントの例は、静電チャック（ＥＳＣ）１５０、リング（例えば、プロセスキットリング又は単一リング）、チャンバ壁、ガス分配板、シャワーヘッド、ライナー、ライナーキット、チャンバ蓋１０４、ノズル１３２などを含む。これらのチャンバコンポーネントのうちの１以上を形成するために使用される固体焼結セラミックス材料は、図２を参照して以下でより詳細に説明される。
一実施形態では、処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２と、内部容積１０６を取り囲む蓋１３０を含む。蓋１３０は、その中心に穴を有することができ、ノズル１３２は、穴に挿入することができる。いくつかの実施形態では、シャワーヘッドは、蓋１３０とノズル１３２の代わりに使用される。チャンバ本体１０２は、アルミニウム、ステンレス鋼又は他の適切な材料から製造することができる。チャンバ本体１０２は、一般的に、側壁１０８及び底部１１０を含む。蓋１３０、ノズル１３２、シャワーヘッドなどのいずれも、固体焼結セラミックス材料を含むことができる。
外側ライナー１１６は、チャンバ本体１０２を保護するために、側壁１０８に隣接して配置することができる。外側ライナー１１６は、希土類酸化物系材料から作られた耐プラズマ性層とすることができる。
排気口１２６は、チャンバ本体１０２内に形成されることができ、内部容積１０６をポンプシステム１２８に結合することができる。ポンプシステム１２８は、排気して処理チャンバ１００の内部容積１０６の圧力を調整するために使用される１以上のポンプ及びスロットルバルブを含むことができる。
蓋１３０は、チャンバ本体１０２の側壁１０８に支持させることができる。蓋１３０は、処理チャンバ１００の内部容積１０６へのアクセスを可能にするために開くことができ、閉じると同時に処理チャンバ１００に対するシールを提供することができる。ガスパネル１５８は、処理チャンバ１００に結合され、これによってノズル１３２を通して内部容積１０６に処理ガス及び／又は洗浄ガスを提供することができる。
処理チャンバ１００内で基板を処理するために使用することができる処理ガスの例は、ハロゲン含有ガス（例えば、とりわけ、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒ、ＮＦ３、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ３、Ｆ、ＮＦ３、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＢＣｌ３、及びＳｉＦ４）及び他のガス（例えば、Ｏ２、又はＮ２Ｏ）を含む。キャリアガスの例は、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、及び処理ガスに不活性な他のガス（例えば、非反応性ガス）を含む。基板支持アセンブリ１４８は、蓋１３０の下の処理チャンバ１００の内部容積１０６内に配置される。基板支持アセンブリ１４８は、処理中に基板１４４を保持する。リング１４７（例えば、単一リング）は、静電チャック１５０の一部を覆うことができ、処理中に覆われた部分をプラズマへの曝露から保護することができる。リング１４７は、本明細書に記載の固体焼結セラミックス材料のいずれかから形成することができる。
内側ライナー１１８は、基板支持アセンブリ１４８の周囲に形成することができる。内側ライナー１１８は、外側ライナー１１６を参照して説明したものなどの耐ハロゲン含有ガス性材料とすることができる。
一実施形態では、基板支持アセンブリ１４８は、台座１５２を支持する取付板１６２と、静電チャック１５０を含む。静電チャック１５０は、熱伝導性ベース１６４と、接着剤１３８（一実施形態では、シリコーン接着剤とすることができる）によって熱伝導性ベースに接合された静電パック１６６を更に含む。取付板１６２は、チャンバ本体１０２の底部１１０に結合され、ユーティリティ（例えば、流体、電力線、センサリード線など）を熱導電性ベース１６４及び静電パック１６６へルーティングするための通路を含む。
熱伝導性ベース１６４及び／又は静電パック１６６は、１以上のオプションの埋設された加熱素子１７６、埋設された熱絶縁体１７４、及び／又は導管１６８、１７０を含み、これによって基板支持アセンブリ１４８の横方向の温度プロファイルを制御することができる。導管１６８、１７０は、導管１６８、１７０を介して温度調節流体を循環させる流体源１７２に流体結合させることができる。埋設された熱絶縁体１７４は、一実施形態では、導管１６８、１７０間に配置することができる。加熱素子１７６は、ヒータ電源１７８によって調整される。導管１６８，１７０及び加熱素子１７６は、熱伝導性ベース１６４の温度を制御するために利用され、これによって静電パック１６６及び処理される基板（例えば、ウェハ）を加熱及び／又は冷却することができる。静電パック１６６及び熱伝導性ベース１６４の温度は、コントローラ１９５を使用して監視することができる複数の温度センサ１９０、１９２を使用して監視することができる。
静電パック１６６は、複数のガス通路（例えば、溝、メサ、及び静電パック１６６の上面内に形成可能な他の表面構造）を更に含むことができる。ガス通路は、静電パック１６６内に開けられた穴を介して熱伝達（又は裏面）ガス（例えばＨｅ）の供給源に流体結合させることができる。稼働時には、裏面ガスは制御された圧力でガス通路内へ供給され、これによって静電パック１６６と基板１４４との間の熱伝達を向上させることができる。
静電パック１６６は、チャッキング電源１８２によって制御された少なくとも１つのクランピング電極１８０を含む。少なくとも１つのクランピング電極１８０（又は静電パック１６６又は導電性ベース１６４内に配置された他の電極）は、処理チャンバ１００内で処理ガス及び／又は他のガスから形成されたプラズマを維持するために整合回路１８８を介して１以上のＲＦ電源１８４、１８６に更に結合させることができる。ＲＦ電源１８４、１８６は、一般的に、約５０ｋＨｚ〜約３ＧＨｚの周波数及び最大約１００００ワットの電力を有するＲＦ信号を生成することができる。
図２は、本発明の一実施形態に係る、固体焼結セラミックス物品を製造するためのプロセス２００を示すフローチャートである。ブロック２５５では、セラミックス物品を形成するために使用されるセラミックス粉末が選択される。選択されたセラミックス粉末の量もまた、選択される。
一実施形態では、選択されたセラミックス粉末は、Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、及びＹ２Ｏ３及びＥｒ２Ｏ３と相を形成する１以上の追加の希土類酸化物を含む。追加の希土類酸化物はまた、耐腐食性であり、高密度（低空孔率）を有する必要がある。使用することができる追加の希土類酸化物の例は、ＺｒＯ２及びＧｄ２Ｏ３を含む。非希土類酸化物（例えば、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２）もまた、使用することができる。一実施形態では、セラミックス粉末は、約３０モル％〜約６０モル％の濃度のＹ２Ｏ３と、約２０モル％〜約６０モル％の濃度のＥｒ２Ｏ３と、約０モル％〜約３０モル％の濃度のＺｒＯ２、Ｇｄ２Ｏ３又はＳｉＯ２のうちの少なくとも１つを含む。一実施形態では、選択されたセラミックス粉末は、約３０〜６０モル％の濃度のＹ２Ｏ３と、約２０〜５５モル％の濃度のＥｒ２Ｏ３と、最大２０モル％の濃度のＺｒＯ２、最大２０モル％の濃度のＧｄ２Ｏ３、及び最大３０モル％の濃度のＳｉＯ２のうちの１以上とを含む。
使用することができるセラミックス粉末の１つの特定の混合物（実施例１＋＋と呼ばれる）は、約４０モル％濃度のＹ２Ｏ３と、約５モル％濃度のＺｒＯ２と、約３５モル％濃度のＥｒ２Ｏ３と、約５モル％濃度のＧｄ２Ｏ３と、約１５モル％濃度のＳｉＯ２とを含む。使用することができるセラミックス粉末の別の１つの特定の混合物（実施例２＋＋と呼ばれる）は、約４５モル％濃度のＹ２Ｏ３と、約５モル％濃度のＺｒＯ２と、約３５モル％濃度のＥｒ２Ｏ３と、約１０モル％濃度のＧｄ２Ｏ３と、約５モル％濃度のＳｉＯ２とを含む。使用することができるセラミックス粉末の別の１つの特定の混合物（実施例３＋＋と呼ばれる）は、約４０モル％濃度のＹ２Ｏ３と、約５モル％濃度のＺｒＯ２と、約４０モル％濃度のＥｒ２Ｏ３と、約７モル％濃度のＧｄ２Ｏ３と、約８モル％濃度のＳｉＯ２とを含む。使用することができるセラミックス粉末の別の１つの特定の混合物（実施例４＋＋と呼ばれる）は、約３７モル％濃度のＹ２Ｏ３と、約８モル％濃度のＺｒＯ２と、約５５モル％濃度のＥｒ２Ｏ３とを含む。使用することができるセラミックス粉末の別の１つの特定の混合物（実施例５＋＋と呼ばれる）は、約４０モル％濃度のＹ２Ｏ３と、約１０モル％濃度のＺｒＯ２と、約３０モル％濃度のＥｒ２Ｏ３と、約２０モル％濃度のＧｄ２Ｏ３とを含む。
一実施形態では、選択されたセラミックス粉末は、４０〜６０モル％のＹ２Ｏ３と、３０〜５０モル％のＺｒＯ２と、１０〜２０モル％のＡｌ２Ｏ３とを含む。別の一実施形態では、選択されたセラミックス粉末は、４０〜５０モル％のＹ２Ｏ３と、２０〜４０モル％のＺｒＯ２と、２０〜４０モル％のＡｌ２Ｏ３とを含む。別の一実施形態では、選択されたセラミックス粉末は、７０〜９０モル％のＹ２Ｏ３と、０〜２０モル％のＺｒＯ２と、１０〜２０モル％のＡｌ２Ｏ３とを含む。別の一実施形態では、選択されたセラミックス粉末は、６０〜８０モル％のＹ２Ｏ３と、０〜１０モル％のＺｒＯ２と、２０〜４０モル％のＡｌ２Ｏ３とを含む。別の一実施形態では、選択されたセラミックス粉末は、４０〜６０モル％のＹ２Ｏ３と、０〜２０モル％のＺｒＯ２と、３０〜４０モル％のＡｌ２Ｏ３とを含む。別の一実施形態では、選択されたセラミックス粉末は、４０〜１００モル％のＹ２Ｏ３と、０〜６０モル％のＺｒＯ２と、０〜５モル％のＡｌ２Ｏ３とを含む。
一実施形態では、選択されたセラミックス粉末は、４０〜１００モル％のＹ２Ｏ３と、０〜６０モル％のＺｒＯ２と、０〜５モル％のＡｌ２Ｏ３とを含む。第１実施例（実施例１＋と呼ばれる）では、選択されたセラミックス粉末は、７３〜７４モル％のＹ２Ｏ３と、２６〜２７モル％のＺｒＯ２とを含む。第２実施例（実施例２＋と呼ばれる）では、選択されたセラミックス粉末は、７１〜７２モル％のＹ２Ｏ３と、２６〜２７モル％のＺｒＯ２と、１〜２モル％のＡｌ２Ｏ３とを含む。第３実施例（実施例３＋と呼ばれる）では、選択されたセラミックス粉末は、６４〜６５モル％のＹ２Ｏ３と、３５〜３６モル％のＺｒＯ２とを含む。第４実施例（実施例４＋と呼ばれる）では、選択されたセラミックス粉末は、６３〜６４モル％のＹ２Ｏ３と、３５〜３６モル％のＺｒＯ２と、１〜２モル％のＡｌ２Ｏ３とを含む。第５実施例（実施例５＋と呼ばれる）では、選択されたセラミックス粉末は、５７〜５８モル％のＹ２Ｏ３と、４２〜４３モル％のＺｒＯ２とを含む。第６実施例（実施例６＋と呼ばれる）では、選択されたセラミックス粉末は、５２〜５３モル％のＹ２Ｏ３と、４７〜４８モル％のＺｒＯ２とを含む。
上記焼結固体のいずれも、微量の他の材料（例えば、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、又は他の酸化物）を含んでいてもよい。
ブロック２６０では、選択されたセラミックス粉末が混合される。一実施形態では、選択された粉末は、スラリーを形成するために、水、バインダー、及び解膠剤と混合される。一実施形態では、セラミックス粉末は、噴霧乾燥によって粒状粉末に結合される。
ブロック２６５では、グリーン体（未焼成セラミックス物品）は、混合粉末から（例えば、選択されたセラミックス粉末の混合物から形成されたスラリーから）形成される。グリーン体は、スリップキャスティング、テープキャスティング、冷間静水圧プレス、一方向機械的プレス、射出成形、及び押出成形を含むがこれらに限定されない技術を使用して形成することができる。例えば、一実施形態では、スラリーは、噴霧乾燥され、金型に入れられ、グリーン体を形成するためにプレスされてもよい。
ブロック２７０では、グリーン体が焼結される。グリーン体を焼結する工程は、グリーン体内の成分の希土類酸化物のいずれの融点をも下回る高温にグリーン体を加熱する工程を含むことができる。例えば、グリーン体が、Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｇｄ２Ｏ３、又はＳｉＯ２を含む場合、グリーン体は、Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｇｄ２Ｏ３、又はＳｉＯ２の融点を下回る任意の点まで加熱することができる。一実施形態では、焼結は、グリーン体の形成に使用されたバインダーを燃焼除去するために、低い温度にグリーン体を加熱することによって先行される。グリーン体は、３〜３０時間（ｈｒ）の時間の間、１５００〜２１００℃で焼結することができる。
焼結プロセスは、単層の様々な構成のセラミックス材料で構成された少なくとも１つの固溶体を含む固体焼結セラミックス物品を生成する。例えば、一実施形態では、固体焼結セラミックス物品は、約３０モル％〜約６０モル％の濃度のＹ２Ｏ３と、約２０モル％〜約５０モル％の濃度のＥｒ２Ｏ３と、約０モル％〜約３０モル％の濃度のＺｒＯ２、Ｇｄ２Ｏ３、又はＳｉＯ２のうちの少なくとも１つとを含む固溶体を含むことができる。
様々な実施形態では、固体焼結セラミックス物品は、プラズマエッチングリアクタの異なるチャンバコンポーネント用に使用することができる。生産されている特定のチャンバコンポーネントに応じて、グリーン体は、異なる形状を有する可能性がある。例えば、最終的なチャンバコンポーネントが、プロセスキットリングとなる場合、グリーン体は、リングの形状にすることができる。チャンバコンポーネントが、静電チャック用の静電パックとなる場合、グリーン体は、ディスクの形状にすることができる。グリーン体はまた、生産されるチャンバコンポーネントに応じて他の形状を有していてもよい。
焼結プロセスは、一般的に、制御されない量だけセラミックス物品のサイズを変える。少なくとも部分的にこのサイズの変化に起因して、セラミックス物品は、典型的には、焼結プロセスが、ブロック２７５で完了した後、機械加工される。機械加工は、セラミックス物品の表面研削及び／又は研磨、セラミックス物品内の穴あけ、セラミックス物品の切断及び／又は成形、セラミックス物品の研削、セラミックス物品の（例えば、化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）、火炎研磨、又は他の研磨技術を使用した）研磨、セラミックス物品の（例えば、ビーズブラストを使用した）粗面化、及びセラミックス物品上へのメサの形成などを含むことができる。
セラミックス物品は、特定の用途に適した形状に機械加工することができる。機械加工前に、セラミックス物品は、特定の目的（例えば、プラズマエッチング装置内の蓋として使用される）に対して適切な大まかな形状及びサイズを有することができる。しかしながら、機械加工は、セラミックス物品の大きさ、形状、寸法、穴の大きさなどを正確に制御するために実行することができる。
生産しようとする特定のチャンバコンポーネントに応じて、追加の処理操作を更に実行してもよい。一実施形態では、追加の処理動作は、金属体に固体焼結セラミックス物品を接着する工程を含む（ブロック２８０）。固体焼結セラミックス物品が機械加工と金属体への接着の両方で作られるいくつかの例では、機械加工が最初に実行され、続いて接着を実行することができる。他の例では、固体焼結セラミックス物品は、最初に金属体に接着することができ、次いで機械加工することができる。他の実施形態では、いくつかの機械加工は、接着の前及び後の両方で実行される。また、いくつかの実施形態では、固体焼結セラミックス物品は、別のセラミックス物品に接着することができる。
第１実施例では、セラミックス物品は、シャワーヘッドに使用される。このような実施形態では、多数の孔をセラミックス物品に穿孔することができ、セラミックス物品は、アルミニウム製ガス分配プレートに接着することができる。第２の実施例では、セラミックス物品は、静電チャック用に使用される。このような実施形態では、ヘリウムピンホールが（例えば、レーザー穿孔によって）セラミックス物品に穿孔され、セラミックス物品は、アルミニウムベースプレートにシリコーン接着剤によって接着することができる。別の一例では、セラミックス物品は、セラミックス蓋である。セラミックス蓋は大きな表面積を有しているので、新たな焼結セラミックス材料から形成されたセラミックス蓋は、（例えば、真空がプラズマエッチングリアクタのプロセスチャンバに印加される場合、）処理中に亀裂又は座屈を防止するために、高い構造強度を有していてもよい。他の例では、ノズル、プロセスキットリング、又は他のチャンバコンポーネントが形成される。
図３は、本発明の実施形態に係る、２２００ワットのバイアス電力下で生成されたプラズマに対する様々な固体焼結セラミックス物品の耐スパッタリング性を示す図である。図は、７３．１３モル％のＹ２Ｏ３及び２６．８７モル％のＺｒＯ２からなる第１実施例の固体焼結セラミックス物品（実施例１＋）に対して、０．１０〜０．１５ナノメートル毎高周波時間（ｎｍ／ＲＦ時間）のスパッタリング浸食速度を示す。図は、６３．５６モル％のＹ２Ｏ３、３５．０３モル％のＺｒＯ２、及び１．４１モル％のＡｌ２Ｏ３からなる第４実施例の固体焼結セラミックス物品（実施例４＋）に対して、０．１５〜０．２０ｎｍ／ＲＦ時間のスパッタリング浸食速度を示す。図は、７１．９６モル％のＹ２Ｏ３、２６．４４モル％のＺｒＯ２、及び１．６０モル％のＡｌ２Ｏ３からなる第２実施例の固体焼結セラミックス物品（実施例２＋）に対して、０．１５〜０．２０ｎｍ／ＲＦ時間のスパッタリング浸食速度を示す。図は、６４．４６モル％のＹ２Ｏ３及び３５．５４モル％のＺｒＯ２からなる第３実施例の固体焼結セラミックス物品（実施例３＋）に対して、０．２０〜０．２５ｎｍ／ＲＦ時間のスパッタリング浸食速度を示す。図は、５２．１２モル％のＹ２Ｏ３及び４７．８８モル％のＺｒＯ２からなる第６実施例の固体焼結セラミックス物品（実施例６＋）に対して、０．２５〜０．３０ｎｍ／ＲＦ時間のスパッタリング浸食速度を示す。図は、５７．６４モル％のＹ２Ｏ３及び４２．３６モル％のＺｒＯ２からなる第５実施例の固体焼結セラミックス物品（実施例５＋）に対して、０．３０〜０．３５ｎｍ／ＲＦ時間のスパッタリング浸食速度を示す。図はまた、比較のために、Ｅｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２（ＥＡＧ）、９９．８％のＡｌ２Ｏ３、９２％のＡｌ２Ｏ３、及び、６３モル％のＹ２Ｏ３、１４モル％のＡｌ２Ｏ３、及び２３モル％のＺｒＯ２を含む比較化合物セラミックスの固体焼結セラミックスに対するスパッタリング浸食速度を示す。
図４は、本発明の実施形態に係る、Ｎ２／Ｈ２化学を用いて生成されたプラズマに対する様々な固体焼結セラミックス物品の耐食性を示す付加的な図である。図は、７３．１３モル％のＹ２Ｏ３及び２６．８７モル％のＺｒＯ２から構成される第１実施例の固体焼結セラミックス物品に対して約１０ｎｍ／ＲＦ時間の浸食速度を示す。図は、６４．４６モル％のＹ２Ｏ３及び３５．５４モル％のＺｒＯ２から構成される第３実施例の固体焼結セラミックス物品に対してちょうど１０ｎｍ／ＲＦ時間を超える浸食速度を示す。図は、６３．５６モル％のＹ２Ｏ３、３５．０３モル％のＺｒＯ２、及び１．４１モル％のＡｌ２Ｏ３から構成される第４実施例の固体焼結セラミックス物品に対してちょうど１０ｎｍ／ＲＦ時間を超える浸食速度を示す。図は、７１．９６モル％のＹ２Ｏ３、２６．４４モル％のＺｒＯ２、及び１．６０モル％のＡｌ２Ｏ３から構成される第２実施例の固体焼結セラミックス物品に対して１５ｎｍ／ＲＦ時間を下回る浸食速度を示す。図は更に、比較のために、Ｙ２Ｏ３、石英、及びＨＰＭの固体焼結セラミックスに対する浸食速度を示す。
図５は、本発明の実施形態に係る、ＣＨＦ４／ＣＦ４化学を用いて生成されたプラズマに対する様々な固体焼結セラミックス物品の耐食性を示す更に別の図である。図は、図３を参照して定義された第１実施例の固体焼結セラミックス物品（実施例１＋）、第２実施例の固体焼結セラミックス物品（実施例２＋）、第６実施例の固体焼結セラミックス物品（実施例６＋）、及び第３実施例の固体焼結セラミックス物品（実施例３＋）に対して、ちょうど０．０５ｎｍ／ＲＦ時間を上回る浸食速度を示す。図は更に、図３を参照して定義された第５実施例の固体焼結セラミックス物品（実施例５＋）及び第４実施例の固体焼結セラミックス物品（実施例４＋）に対して、ちょうど０．７５ｎｍ／ＲＦ時間を下回る浸食速度を示す。図は更に、比較のために、Ｅｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＥＡＧ、９９．８％のＡｌ２Ｏ３、９２％のＡｌ２Ｏ３、及び比較化合物セラミックスに対する浸食速度を示す。
図６Ａは、本発明の実施形態に係る、Ｎ２／Ｈ２化学を用いて生成されたプラズマに対する様々な固体焼結セラミックス物品の耐食性を示す図である。図は、イットリアに対して、実施例４＋＋のセラミックス物品に対して、及び実施例５＋＋のセラミックス物品に対して、１５ｎｍ／ＲＦ時間を下回る浸食速度を示す。図はまた、シリコンに対してちょうど２０ｎｍ／ＲＦ時間を下回る浸食速度、及び比較化合物セラミックスに対して２０ｎｍ／ＲＦ時間を上回る浸食速度を示す。実施例４＋＋のセラミックスは、約３７モル％濃度のＹ２Ｏ３と、約８モル％濃度のＺｒＯ２と、約５５モル％濃度のＥｒ２Ｏ３とを含む。実施例５＋＋のセラミックスは、約４０モル％濃度のＹ２Ｏ３と、約１０モル％濃度のＺｒＯ２と、約３０モル％濃度のＥｒ２Ｏ３と、約２０モル％濃度のＧｄ２Ｏ３とを含む。
図６Ｂは、固体焼結（バルク）イットリア、実施例４＋＋、実施例５＋＋、シリコン、及び比較化合物セラミックスに対するエッチング前及びエッチング後の粗さを示す図である。図示されるように、実施例４＋＋及び実施例５＋＋の固体焼結セラミックスは、最小の浸食速度を示し、実施例４＋＋は、最小粗さ変化を示している。
表１：平方センチメートル当たりの粒子（ｐ／ｃｍ２）内における導体蓋に対する液体粒子計数（ＬＰＣ）
表１は、比較化合物セラミックス及び第１実施例のセラミックス材料（実施例１＋）から作られた導体蓋の洗浄後に測定された粒子欠陥を示す。第１実施例のセラミックス材料は、７３．１３モル％の濃度のＹ２Ｏ３と、２６．８７モル％の濃度のＺｒＯ２で構成される。粒子汚染は、液体粒子計数（ＬＰＣ）を実施することによって測定することができる。表内の各列は、少なくとも１つの特定の大きさの粒子の数を表す。
表２Ａ：１０１０原子／ｃｍ２内の金属汚染
表２Ｂ：１０１０原子／ｃｍ２内の金属汚染
表２Ａ及び表２Ｂは、比較化合物セラミックス及び第１実施例のセラミックス材料の固体焼結セラミックス蓋を用いて処理されたウェハ上の金属汚染を示す。金属汚染は、誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰＭＳ）によって測定することができる。表内の各列は、異なる金属汚染物質を表す。本明細書の実施形態で説明された固体焼結セラミックス物品の異なる処方は、それらの固体焼結セラミックス物品の組成に応じて、異なるウェハ上の金属汚染レベルを有する。したがって、製造業者の異なるウェハ上の金属汚染物質の仕様に基づいて、対応するチャンバコンポーネントを製造するために、異なる処方を選択することができる。
表３：実施例の固体焼結セラミックス物品の機械的特性
表３は、図２を参照して定義された第１実施例（実施例１＋）の固体焼結セラミックス物品、並びに追加の実施例の固体焼結セラミックス物品の実施例１＋＋、実施例２＋＋、実施例３＋＋、実施例４＋＋の機械的特性を、比較化合物及びＹ２Ｏ３固体焼結セラミックス物品の機械的特性と比較して示す。
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、コンポーネント、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。他の例において、周知のコンポーネント又は方法は、本発明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、依然として本開示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／又は交互の方法であることができる。
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均等物の全範囲と共に参照して決定されるべきである。

Claims (15)

  1. 少なくとも１つの固溶体を含む耐プラズマ性セラミックス材料であって、少なくとも１つの固溶体は、約３０モル％〜約６０モル％の濃度のＹ２Ｏ３と、約２０モル％〜約６０モル％の濃度のＥｒ２Ｏ３と、約０モル％〜約３０モル％の濃度のＺｒＯ２、Ｇｄ２Ｏ３、又はＳｉＯ２のうちの少なくとも１つとを含む耐プラズマ性セラミックス材料を含む物品。
  2. 物品は、プラズマエッチングリアクタ用のチャンバコンポーネントを含み、チャンバコンポーネントは、静電チャック、蓋、ノズル、ガス分配板、シャワーヘッド、静電チャックコンポーネント、及び処理キットリングからなる群より選択される、請求項１記載の物品。
  3. 少なくとも１つの固溶体は、最大２０モル％の濃度のＺｒＯ２と、最大１０モル％の濃度のＧｄ２Ｏ３と、最大３０モル％の濃度のＳｉＯ２を含む、請求項１記載の物品。
  4. 物品では、固体焼結セラミックス物品である、請求項１記載の物品。
  5. 少なくとも１つの固溶体は、約４０モル％の濃度のＹ２Ｏ３と、約５モル％の濃度のＺｒＯ２と、約３５モル％の濃度のＥｒ２Ｏ３と、約５モル％の濃度のＧｄ２Ｏ３と、約１５モル％の濃度のＳｉＯ２を含む、請求項１記載の物品。
  6. 少なくとも１つの固溶体は、約４５モル％の濃度のＹ２Ｏ３と、約５モル％の濃度のＺｒＯ２と、約３５モル％の濃度のＥｒ２Ｏ３と、約１０モル％の濃度のＧｄ２Ｏ３と、約５モル％の濃度のＳｉＯ２を含む、請求項１記載の物品。
  7. 少なくとも１つの固溶体は、約４０モル％の濃度のＹ２Ｏ３と、約５モル％の濃度のＺｒＯ２と、約４０モル％の濃度のＥｒ２Ｏ３と、約７モル％の濃度のＧｄ２Ｏ３と、約８モル％の濃度のＳｉＯ２を含む、請求項１記載の物品。
  8. 少なくとも１つの固溶体は、約３７モル％の濃度のＹ２Ｏ３と、約８モル％の濃度のＺｒＯ２と、約５５モル％の濃度のＥｒ２Ｏ３を含む、請求項１記載の物品。
  9. 少なくとも１つの固溶体は、約４０モル％の濃度のＹ２Ｏ３と、約１０モル％の濃度のＺｒＯ２と、約３０モル％の濃度のＥｒ２Ｏ３と、約２０モル％の濃度のＧｄ２Ｏ３を含む、請求項１記載の物品。
  10. 固体焼結セラミックス物品の製造方法であって、
    約３０モル％〜約６０モル％の濃度のＹ２Ｏ３と、約２０モル％〜約６０モル％の濃度のＥｒ２Ｏ３と、約０モル％〜約３０モル％の濃度のＺｒＯ２、Ｇｄ２Ｏ３、又はＳｉＯ２のうちの少なくとも１つとを含む複数のセラミックス粉末の混合物を生成する工程と、
    複数のセラミックス粉末を焼結する工程とを含む方法。
  11. 混合物を焼結する工程は、３〜３０時間の間、１５００〜２１００℃の温度に混合物を加熱する工程を含む、請求項１０記載の方法。
  12. 固体焼結セラミックス物品内に１以上の構造を形成する工程を含み、１以上の構造は、穴、チャネル、又はメサのうちの少なくとも１つを含む、請求項１０記載の方法。
  13. 固体焼結セラミックス物品を金属ベースに接着する工程を含む、請求項１０記載の方法。
  14. 少なくとも１つの固溶体を含む耐プラズマ性セラミックス材料を含み、少なくとも１つの固溶体は、
    ａ）４０〜６０モル％のＹ２Ｏ３、３０〜５０モル％のＺｒＯ２、及び１０〜２０モル％のＡｌ２Ｏ３；
    ｂ）４０〜５０モル％のＹ２Ｏ３、２０〜４０モル％のＺｒＯ２、及び２０〜４０モル％のＡｌ２Ｏ３；
    ｃ）７０〜９０モル％のＹ２Ｏ３、０〜２０モル％のＺｒＯ２、及び１０〜２０モル％のＡｌ２Ｏ３；
    ｄ）６０〜８０モル％のＹ２Ｏ３、０〜１０モル％のＺｒＯ２、及び２０〜４０モル％のＡｌ２Ｏ３；
    ｅ）４０〜６０モル％のＹ２Ｏ３、０〜２０モル％のＺｒＯ２、及び３０〜４０モル％のＡｌ２Ｏ３；及び
    ｆ）４０〜１００モル％のＹ２Ｏ３、０〜６０モル％のＺｒＯ２、及び０〜５モル％のＡｌ２Ｏ３からなるリストより選択される組成を有する物品。
  15. 少なくとも１つの固溶体は、
    ａ）７３〜７４モル％のＹ２Ｏ３、及び２６〜２７モル％のＺｒＯ２；
    ｂ）６４〜６５モル％のＹ２Ｏ３、及び３５〜３６モル％のＺｒＯ２；
    ｃ）５７〜５８モル％のＹ２Ｏ３、及び４２〜４３モル％のＺｒＯ２；
    ｄ）５２〜５３モル％のＹ２Ｏ３、及び４７〜４８モル％のＺｒＯ２；
    ｅ）７１〜７２モル％のＹ２Ｏ３、２６〜２７モル％のＺｒＯ２、及び１〜２モル％のＡｌ２Ｏ３；及び
    ｆ）６３〜６４モル％のＹ２Ｏ３、３５〜３６モル％のＺｒＯ２、及び１〜２モル％のＡｌ２Ｏ３からなるリストより選択される組成を有する、請求項１４記載の物品。
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