JP2017034257A - プラズマエッチング耐性コーティングを有するプラズマエッチングデバイス - Google Patents

プラズマエッチング耐性コーティングを有するプラズマエッチングデバイス Download PDF

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Abstract

【課題】プラズマ処理チャンバ表面を保護するための、汚染物質となる粒子を生成しないコーティング層、及びそのコーテイング層を用いた装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理チャンバの出力（ＲＦ）窓１１２は、窓本体２０４と、窓本体２０４の少なくとも１つの表面を覆うコーティング層２０８から構成されている。コーティング層２０８の材質は、オキシフッ化物中のランタニド系列またはＩＩＩ族もしくはＩＶ族元素からなり、オキシフッ化イットリウムが好ましい。
【選択図】図２

Description

本願は、半導体デバイスの製造に関する。より具体的には、本願は、半導体デバイスの製造で使用されるチャンバ表面のコーティングに関する。
半導体ウェハ処理中、半導体デバイスを処理するためにプラズマ処理チャンバが使用される。チャンバ表面を保護するためにコーティングが使用される。
上記のことを実現するために、本願の開示によれば、プラズマ処理チャンバで使用するための装置が提供される。この装置は、部品本体と、部品本体の表面の少なくとも一部を覆うコーティングであって、オキシフッ化物中のランタニド系列またはＩＩＩ族もしくはＩＶ族元素から本質的になる、厚さ３０ミクロン以下のコーティングとを備える。
別の態様では、プラズマ処理チャンバで使用するためのエッジリングを形成する方法が提供される。オキシフッ化物中のランタニド系列またはＩＩＩ族もしくはＩＶ族元素から本質的になる未加工エッジリングが形成される。未加工エッジリングは焼結される。
別の態様では、基板を処理するための装置が提供される。処理チャンバが提供される。基板を支持するための基板支持体は、処理チャンバ内にある。基板の表面の上方へ、処理チャンバ内にガスを提供するためのガス入口がある。ＲＦ電力をチャンバ内に通す窓がある。この窓は、窓本体と、窓本体の表面を覆い、主としてオキシフッ化物中のランタニド系列またはＩＩＩ族もしくはＩＶ族元素からなるコーティング層とを備え、このコーティング層は、厚さ３０ミクロン以下である。
本発明のこれらおよび他の特徴を、以下の図面と共に本発明の詳細な説明において以下でより詳細に述べる。
本願は、限定ではなく例示として添付図面の各図に示されている。図面中、同様の参照番号は同様の要素を表す。
一実施形態で使用されてよいエッチングリアクタの概略図である。
出力窓の拡大断面図である。
ガスインジェクタの拡大断面図である。
エッジリングの一部の拡大断面図である。
添付図面に示される本発明のいくつかの好ましい実施形態を参照して、本発明を詳細に述べる。以下の説明では、本発明を完全に理解できるように、いくつかの特定の詳細を記載する。しかし、これらの特定の詳細のいくつかまたは全てを伴わずに本発明を実施することができることは当業者には明らかであろう。なお、本発明を不要に曖昧にしないように、周知のプロセスステップおよび／または構造は詳細には述べていない。
理解を容易にするために、図１は、一実施形態で使用されてよいプラズマ処理チャンバ１００の一例を概略的に示す。プラズマ処理チャンバ１００は、プラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４を内部に有するプラズマリアクタ１０２を含む。マッチングネットワーク１０８によって調整されるプラズマ電源１０６が、出力窓１１２の近くに位置されたＴＣＰコイル１１０に電力を供給し、誘導結合電力を提供することによって、プラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４内にプラズマ１１４を生成する。ＴＣＰコイル（上側電極）１１０は、プラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４内部で均一な拡散プロファイルを生成するように構成されてよい。例えば、ＴＣＰコイル１１０は、プラズマ１１４内でトロイダル電力分布を生成するように構成されてよい。出力窓１１２は、ＴＣＰコイル１１０をプラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４から離隔すると共に、ＴＣＰコイル１１０からプラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４にエネルギーを通過させるように提供される。マッチングネットワーク１１８によって調整されるウェハバイアス電圧電源１１６は、電極１２０に電力を提供して、電極１２０によって支持される基板１６４でのバイアス電圧を設定する。制御装置１２４は、プラズマ電源１０６、ガス源／ガス供給メカニズム１３０、およびウェハバイアス電圧電源１１６を所定の値に設定する。
プラズマ電源１０６およびウェハバイアス電圧電源１１６は、例えば１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、２ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、４００ｋＨｚ、２．５４ＧＨｚ、またはそれらの組合せなど、特定の高周波数で動作するように構成されてよい。プラズマ電源１０６およびウェハバイアス電圧電源１１６は、所望のプロセス性能を実現するためにある範囲の電力を供給するように適切にサイズ調整されてよい。例えば、本発明の一実施形態では、プラズマ電源１０６は、５０〜５０００ワットの範囲内の電力を供給してよく、ウェハバイアス電圧電源１１６は、２０〜２０００Ｖの範囲内のバイアス電圧を供給してよい。さらに、ＴＣＰコイル１１０および／または電極１２０は、２つ以上のサブコイルまたはサブ電極から構成されてもよく、サブコイルまたはサブ電極は、単一の電源によって電力供給されても、複数の電源によって電力供給されてもよい。
図１に示されるように、プラズマ処理チャンバ１００は、ガス源／ガス供給メカニズム１３０をさらに含む。ガス源１３０は、ガスインジェクタ１４０などのガス入口を介してプラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４と流体接続している。ガスインジェクタ１４０は、プラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４内の任意の有利な位置に位置されてよく、ガスを注入するための任意の形態を取ってよい。しかし、好ましくは、ガス入口は、「調整可能な」ガス注入プロファイルを生成するように構成されてよく、これにより、プラズマプロセス閉じ込めチャンバ１０４内の複数の区域それぞれへのガスの流量の独立調節が可能になる。プロセスガスおよび副生成物は、圧力制御弁１４２およびポンプ１４４によってプラズマプロセス閉じ込めチャンバ１０４から取り出される。また、圧力制御弁１４２およびポンプ１４４は、プラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４内部で特定の圧力を維持する働きもする。圧力制御弁１４２は、処理中に１Ｔｏｒｒ未満の圧力を維持することができる。エッジリング１６０が、ウェハ１６４の周りに配置される。ガス源／ガス供給メカニズム１３０は、制御装置１２４によって制御される。Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐ．（米国カリフォルニア州フリーモント）によるＫｉｙｏが、一実施形態を実施するために使用されてよい。
図２は、出力窓１１２の拡大断面図である。出力窓１１２は、窓本体２０４と、窓本体２０４の少なくとも１つの表面を覆うコーティング層２０８とを備える。この例では、コーティング層２０８は、窓本体２０４の１つの表面上のみにある。窓本体２０４は、１つ以上の異なる材料から形成されてもよい。好ましくは、窓本体２０４はセラミックである。より好ましくは、窓本体２０４は、シリコン（Ｓｉ）、水晶、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＣ）、または炭化アルミニウム（ＡｌＣ）の少なくとも１つを含む。コーティング層２０８は、オキシフッ化物中のランタニド系列またはＩＩＩ族もしくはＩＶ族元素から本質的になる。より好ましくは、コーティング層は、オキシフッ化物中のイットリウム、ランタン、ジルコニウム、サマリウム（Ｓｍ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロジウム（Ｄｙ）、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、またはトリウム（Ｔｍ）から本質的になる。より好ましくは、コーティング層２０８は、オキシフッ化イットリウムから本質的になる。好ましくは、コーティング層２０８は、厚さ３０μｍ以下である。より好ましくは、コーティング層２０８は、厚さ５〜２０μｍである。最も好ましくは、コーティング層２０８は、厚さ１０〜１８μｍである。好ましくは、コーティング層２０８は、純度９９．７％である。好ましくは、コーティング層２０８は、有孔率１％未満の高密度である。より好ましくは、コーティング層２０８は、有孔率０．５％未満である。そのような均一であり、高密度であり、低有孔率であり、かつ薄いコーティング層を提供するために、コーティング層２０８は物理蒸着によって形成されることが好ましい。より好ましくは、物理蒸着は、電子ビーム物理蒸着である。最も好ましくは、物理蒸着は、イオンアシスト電子ビーム蒸着である。好ましくは、コーティング層は、密度が少なくとも５ｇ／ｃｍ３である。
図３は、ガスインジェクタ１４０の拡大断面図である。ガスインジェクタ１４０は、インジェクタ本体３０４と、インジェクタ本体３０４の少なくとも１つの表面を覆うコーティング層３０８とを備える。この例では、コーティング層３０８は、インジェクタ本体３０４の少なくとも２つの表面上にある。インジェクタ本体３０４は、貫通孔３１２を有し、貫通孔３１２を通ってガスが流れる。いくつかの実施形態では、コーティング層３０８が貫通孔３１２をライニングしてよい。ガスインジェクタ１４０はまた、ガスインジェクタ１４０を出力窓１１２に固定するための取付部３１６を有していてもよい。インジェクタ本体３０４は、１つ以上の異なる材料から形成されてよい。好ましくは、インジェクタ本体３０４はセラミックである。より好ましくは、インジェクタ本体３０４は、シリコン（Ｓｉ）、水晶、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＣ）、または炭化アルミニウム（ＡｌＣ）の少なくとも１つを含む。コーティング層３０８は、オキシフッ化物中のランタニド系列またはＩＩＩ族もしくはＩＶ族元素から本質的になる。より好ましくは、コーティング層３０８は、オキシフッ化イットリウムから本質的になる。好ましくは、コーティング層３０８は、厚さ３０μｍ以下である。より好ましくは、コーティング層３０８は、厚さ２〜２０μｍである。最も好ましくは、コーティング層３０８は、厚さ１０〜１８μｍである。好ましくは、コーティング層３０８は、純度９９．７％である。好ましくは、コーティング層３０８は、有孔率１％未満の高密度である。そのような均一であり、高密度であり、低有孔率であり、かつ薄いコーティング層を提供するために、コーティング層３０８は物理蒸着または化学蒸着によって形成されることが好ましい。より好ましくは、物理蒸着は、電子ビーム物理蒸着である。最も好ましくは、物理蒸着は、イオンアシスト電子ビーム蒸着である。
図４は、エッジリング１６０の一部の拡大断面図である。エッジリング１６０は、リング本体４０４を備える。エッジリング１６０を形成する方法は、オキシフッ化物中のランタニド系列またはＩＩＩ族もしくはＩＶ族元素から本質的になるセラミックから未加工エッジリングを形成する。未加工エッジリングは、セラミック粒子を融合するように焼結される。好ましくは、セラミックは、オキシフッ化イットリウムから本質的になる。リング本体の密度は、少なくとも５ｇ／ｃｍ３である。
いくつかの実施形態では、ガス源は、ハロゲン含有ガスを提供し、このガスによりハロゲン含有プラズマが生成される。意外にも、オキシフッ化物中にＩＩＩ族またはＩＶ族元素の少なくとも１つを含むコーティング層が、高いエッチング耐性を有することが判明した。有孔率を１％未満にすることでエッチング耐性が高まることが判明した。
他の実施形態では、チャンバ壁または静電チャックなどの他の構成要素が、エッチング耐性コーティング層または本体を有していてもよい。他の実施形態では、プラズマ処理チャンバは、容量結合プラズマ処理チャンバでよい。そのようなチャンバでは、閉じ込めリングおよび上側電極などの構成要素がエッチング耐性コーティング層を有していてもよい。
チャンバの一部のみが酸化イットリウムでコーティングされている場合、フッ素含有プラズマが、酸化イットリウムのコーティング層のいくらかをオキシフッ化イットリウム粒子に変換する。オキシフッ化イットリウム粒子は剥落し、汚染物質となる。意外にも、高密度および低有孔率のオキシフッ化イットリウムによるコーティングは、そのような粒子を生成せず、フッ素含有プラズマに対するエッチング耐性がより高いことが判明した。さらに、意外にも、オキシフッ化イットリウムのコーティングは、応力によって引き起こされる亀裂なしで厚さ１５〜１６μｍに堆積され得て、酸化イットリウムコーティングよりもはるかに厚いコーティング層を実現可能にし、酸化イットリウムコーティング層の２倍を超える寿命を有するコーティング層の製造を可能にすることが判明した。
いくつかの好ましい実施形態に関して本願を述べてきたが、本願の範囲内にある変形形態、並べ替え形態、修正形態、および様々な代替均等形態が存在する。本願の方法および装置を実施する多くの代替法があることにも留意されたい。したがって、以下の添付の特許請求の範囲は、本願の真の精神および範囲内に入るすべてのそのような変形形態、並べ替え形態、および様々な代替均等形態を含むものと解釈されることが意図される。

Claims (18)

  1. プラズマ処理チャンバで使用するための装置であって、
    部品本体と、
    前記部品本体の表面の少なくとも一部を覆い、主としてオキシフッ化物中のランタニド系列またはＩＩＩ族もしくはＩＶ族元素からなる、厚さ３０ミクロン以下のコーティング層と
    を備える装置。
  2. 請求項１に記載の装置であって、前記コーティング層が有孔率１％未満である装置。
  3. 請求項２に記載の装置であって、前記部品本体がセラミックから形成される装置。
  4. 請求項３に記載の装置であって、前記部品本体が、ＲＦ窓またはガスインジェクタを形成する部品本体である装置。
  5. 請求項４に記載の装置であって、前記コーティング層が電子ビーム物理蒸着によって堆積される装置。
  6. 請求項４に記載の装置であって、前記コーティング層がイオンアシスト電子ビーム蒸着によって堆積される装置。
  7. 請求項４に記載の装置であって、前記コーティング層が物理蒸着または化学蒸着によって堆積される装置。
  8. 請求項７に記載の装置であって、前記コーティング層が主としてオキシフッ化イットリウムからなる装置。
  9. 請求項８に記載の装置であって、前記コーティング層が厚さ２〜１８μｍである装置。
  10. 請求項７に記載の装置であって、前記コーティング層が、主として、オキシフッ化物中のイットリウム、ランタン、ジルコニウム、サマリウム（Ｓｍ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロジウム（Ｄｙ）、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、またはトリウム（Ｔｍ）からなる装置。
  11. 請求項２に記載の装置であって、前記コーティング層が物理蒸着または化学蒸着によって堆積される装置。
  12. 請求項２に記載の装置であって、前記コーティング層が主としてオキシフッ化イットリウムからなる装置。
  13. 請求項２に記載の装置であって、前記コーティング層が、主としてオキシフッ化物中のイットリウム、ランタン、ジルコニウム、サマリウム（Ｓｍ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロジウム（Ｄｙ）、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、またはトリウム（Ｔｍ）からなる装置。
  14. 請求項２に記載の装置であって、前記コーティング層が厚さ１５〜１６μｍである装置。
  15. プラズマ処理チャンバで使用するためのエッジリングを形成する方法であって、
    オキシフッ化物中のランタニド系列またはＩＩＩ族もしくはＩＶ族元素から本質的になる未加工エッジリングを形成するステップと、
    前記未加工エッジリングを焼結するステップと
    を含む方法。
  16. 請求項１５に記載の方法であって、前記未加工エッジリングが主としてオキシフッ化イットリウムからなる方法。
  17. 基板を処理するための装置であって、
    処理チャンバと、
    前記処理チャンバ内で前記基板を支持するための基板支持体と、
    前記基板の表面の上方へ、前記処理チャンバ内にガスを提供するためのガス入口と、
    前記処理チャンバ内にＲＦ電力を透過するための窓とを備え、前記窓が、
    窓本体と、
    前記窓本体の表面の少なくとも一部を覆い、主としてオキシフッ化物中のランタニド系列またはＩＩＩ族もしくはＩＶ族元素からなるコーティング層とを備え、前記コーティング層が厚さ３０ミクロン以下である
    装置。
  18. 請求項１７に記載の装置であって、前記コーティング層が主としてオキシフッ化イットリウムからなる装置。
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