JP2022522752A - プラズマ処理チャンバ用アルミニウム構成部品のための積層エアロゾル堆積被膜 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プラズマ処理チャンバでの使用に適合する装置が提供される。少なくとも１つの面を有するアルミニウム本体が提供される。酸化アルミニウム含有エアロゾル堆積被膜は、アルミニウム本体の少なくとも１つの面に配置される。イットリウム含有エアロゾル堆積被膜は、酸化アルミニウム含有エアロゾル堆積被膜に配置される。【選択図】図２Ｃ
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［関連出願の相互参照］
本願は、全ての目的のために参照により本明細書に援用される、２０１９年３月５日出願の米国出願第６２／８１４，０２２号の優先権の利益を主張する。
本願は、全ての目的のために参照により本明細書に援用される、２０１９年３月５日出願の米国出願第６２／８１４，０２２号の優先権の利益を主張する。
本開示は一般に、半導体デバイスの製造に関する。特に本開示は、半導体デバイスの製造に用いられるプラズマチャンバ構成部品に関する。
半導体ウエハ処理の間、プラズマ処理チャンバは、半導体デバイスを処理するために用いられる。プラズマ処理チャンバのアルミニウム構成部品は、プラズマに曝される。プラズマは、構成部品を劣化させる可能性がある。
本開示の目的に従って前記を実現するため、プラズマ処理チャンバでの使用に適合する装置が提供される。少なくとも１つの面を有するアルミニウム本体が提供される。アルミニウム本体の少なくとも１つの面に、酸化アルミニウム含有エアロゾル堆積被膜が堆積される。酸化アルミニウム含有エアロゾル堆積被膜には、イットリウム含有エアロゾル堆積被膜が堆積される。
別の実施形態では、プラズマ処理チャンバ構成部品を被覆するための方法が提供される。酸化アルミニウム含有被膜は、プラズマ処理チャンバ構成部品の少なくとも１つの面にエアロゾル堆積される。イットリウム含有被膜は、酸化アルミニウム含有被膜にエアロゾル堆積される。
本開示のこれらおよび他の特徴は、次の図と併せて、以下の本開示の発明を実施するための形態でより詳細に説明される。
本開示は、限定のためでなく例示のために示され、添付の図面の図では、類似の参照番号は類似の要素を意味する。
ここで本開示は、添付の図面に示されるように、そのいくつかの好ましい実施形態を参照して詳細に説明される。以下の説明では、本開示の十分な理解を提供するために、いくつかの特定の詳細が記載される。しかし当業者には、本開示がこれらの特定の詳細の一部または全てなしで実施されてよいことは明らかだろう。他の例では、本開示を必要以上に分かりにくくしないように、周知のプロセス工程および／または構成は詳細には説明されていない。
プラズマ処理チャンバでは、被覆構成部品が用いられる。裸アルミニウムは研磨されやすいため、裸アルミニウムは被覆構成部品を提供するための一般的な部材である。裸アルミニウムをプラズマから保護するために、裸アルミニウムは十分に被覆されなければならない。
理解を容易にするため、図１は、実施形態で用いられるプロセスの高レベルフローチャートである。構成部品本体が提供される（工程１０４）。図２Ａは、構成部品本体２０４の略断面図である。構成部品本体２０４は、アルミニウム本体である。この例では、アルミニウム本体は、少なくとも９５重量％の純アルミニウムである。例えば、アルミニウム本体は、Ａｌ６０６１からなる。一般にアルミニウム本体は、純アルミニウムまたはアルミニウム合金のいずれかである。一般にアルミニウム合金は、少なくとも９５重量％の純アルミニウムである。
構成部品本体２０４が提供された後に、構成部品本体２０４の少なくとも１つの面は研磨される（工程１０８）。この例では、構成部品本体２０４の上面が研磨される。構成部品本体２０４は少なくとも９５％の純アルミニウムであるため、表面は研磨するには十分に柔らかい。研磨は、１６Ｒａ（マイクロインチ）（０．０００４０６４ミリメートル）未満の表面粗さを提供する。他の実施形態では、研磨は１０Ｒａ（０．０００２５４ミリメートル）未満の表面粗さを提供する。他の実施形態では、研磨は５Ｒａ（０．０００１２７ミリメートル）未満の表面粗さを提供する。
構成部品２０４が研磨された（工程１０８）後に、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）エアロゾル堆積被膜は、構成部品本体２０４の研磨された少なくとも１つの面に堆積される（工程１１２）。エアロゾル堆積は、固体セラミック粒子の流動層を通じてキャリアガスを流すことによって実現される。圧力差に駆動されて、固体セラミック粒子はノズルを通って加速され、その出口でエアロゾルジェットを形成する。次にエアロゾルジェットは、構成部品本体２０４の研磨された少なくとも１つの面に向けられ、高速で表面に衝突する。固体粒子は固体ナノサイズ片に砕け、被膜を形成する。キャリアガス種、ガス消費量、スタンドオフ距離、および走査速度の最適化は、高品質の被膜を提供する。図２Ｂは、酸化アルミニウムエアロゾル堆積被膜２０８が構成部品本体２０４の研磨された少なくとも１つの面に堆積された後の、構成部品本体２０４の一部の略断面図である。
酸化アルミニウムエアロゾル堆積被膜が堆積された（工程１１２）後に、酸化アルミニウムエアロゾル堆積被膜２０８にイットリウム含有エアロゾル堆積被膜が堆積される（工程１１６）。この例では、イットリウム含有エアロゾル堆積被膜は、イットリア（Ｙ2Ｏ3）を含む。他の実施形態では、イットリウム含有エアロゾル堆積被膜は、オキシフッ化イットリウム（ＹＯＦ）、酸化イットリウムアルミニウム、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、およびフッ化イットリウム（ＩＩＩ）（ＹＦ3）の少なくとも１つを含む。酸化イットリウムアルミニウムは一般に、イットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12（ＹＡＧ））、単斜晶イットリウムアルミニウム（Ｙ4Ａｌ2Ｏ9（ＹＡＭ））、およびイットリウムアルミニウムペロブスカイト（ＹＡｌＯ3（ＹＡＰ））などの多くの材料を表す。図２Ｃは、イットリウム含有エアロゾル堆積被膜２１２が酸化アルミニウムエアロゾル堆積被膜２０８に堆積された後の、構成部品本体２０４の一部の略断面図である。
イットリウム含有エアロゾル堆積被膜２１２が堆積された（工程１１６）後に保護被膜の形成は完了し、構成部品本体２０４はプラズマ処理チャンバに取り付けられる（工程１２０）。プラズマ処理チャンバは、基板を処理するために用いられ（工程１２４）、プラズマは、基板のエッチングなど基板を処理するためにチャンバ内で生成される。イットリウム含有エアロゾル堆積被膜２１２は、プラズマに曝露される。
構成部品本体２０４を被覆する様々な態様は、よりエッチング耐性のある被膜を提供する。サブミクロンの固体セラミック粉末の基板とのエネルギ衝突に依存するエアロゾル堆積プロセスは、９５重量％よりも大きい密度のバルクセラミックを有する被膜をもたらす。エアロゾル堆積プロセスは通常、複数のパスを提供し、第１のパスは、密着のために被膜を基板に固定するために用いられる。後続のパスは、被膜の厚みを堆積するために用いられる。
溶射イットリアは、比較的高い多孔性を有する。理論に束縛されるものではないが、イットリアのエアロゾル堆積は、溶射イットリアよりもずっと低い多孔性の被膜を提供するとされる。エアロゾル堆積被膜の密度は、基板の硬度に依存する。イットリアのエアロゾル堆積がアルミニウムに直接堆積される場合、所望の密着性を得るために、第１の被膜は柔らかいアルミニウム構成部品本体２０４の表面に浸透できるとされる。しかし、後続の被覆パスでは、イットリアアンカ層および柔らかいアルミニウム構成部品本体２０４の低硬度により、イットリアエアロゾル堆積粉末の破砕および衝突は有効でないかもしれない。柔らかいアルミニウム本体は、衝突エネルギを低減する。
上記の実施形態では、酸化アルミニウムエアロゾル堆積被膜２０８は、アルミニウム構成部品本体２０４に堆積される。酸化アルミニウムアエロゾル堆積被膜２０８は、イットリアエアロゾル堆積被膜よりも硬いアンカ層を形成する。酸化アルミニウムは、２０８５のビッカース硬さを有する。イットリアは、７００のビッカース硬さを有する。酸化アルミニウムは高硬度であるため、酸化アルミニウムエアロゾル堆積被膜２０８は、構成部品本体２０４の表面深くに入り込み、より強い結合で高度に連結した境界面を形成する。アンカ層は、続くイットリアエアロゾル堆積のための強固な基礎も提供し、より効率的な破砕および塑性変形を提供する。酸化アルミニウムエアロゾル堆積被膜２０８は、イットリウム含有エアロゾル被膜２１２よりも優れた耐薬品性を有する。より具体的には、向上した耐薬品性は、湿式化学物質に対する優れた拡散バリアを提供する。優れた拡散バリアは次に、構成部品本体２０４が湿式洗浄プロセスに曝されたときに向上した部品寿命を提供する。
続くイットリアエアロゾル堆積は、イットリウム含有エアロゾル堆積が裸アルミニウムに堆積された場合よりも高密度のイットリウム含有エアロゾル堆積被膜２１２をもたらす。
様々な実施形態では、イットリウム含有エアロゾル堆積被膜２１２は、１～２０ミクロンの厚さを有する。他の実施形態では、イットリウム含有エアロゾル堆積被膜２１２は、１～１０ミクロンの厚さを有する。様々な実施形態では、酸化アルミニウムエアロゾル堆積被膜２０８は、１～２０ミクロンの厚さを有する。他の実施形態では、酸化アルミニウムエアロゾル堆積被膜２０８は、１～１０ミクロンの厚さを有する。一般に、酸化アルミニウムエアロゾル堆積被膜とは、酸化アルミニウム含有エアロゾル堆積被膜である。しかし、酸化アルミニウム含有エアロゾル堆積被膜は、他の材料または不純物をさらに含んでよい。
図３は、プラズマ処理チャンバ３００の例を概略的に表す。プラズマ処理チャンバ３００は、実施形態において用いられてよい。プラズマ処理チャンバ３００は、内部にプラズマ処理用閉じ込めチャンバ３０４を有するプラズマリアクタ３０２を備える。整合ネットワーク３０８によって調整されるプラズマ電源３０６は、誘導結合電力を提供することにより電力窓３１２の近くに位置するトランス結合プラズマ（ＴＣＰ）コイル３１０に電力を供給して、プラズマ処理用閉じ込めチャンバ３０４内でプラズマ３１４が生成される。ピナクル３７２（「ピナクル」は登録商標）は、プラズマ処理用閉じ込めチャンバ３０４のチャンバ壁３７６から電力窓３１２に伸びて、ピナクルリングを形成する。ピナクル３７２とチャンバ壁３７６との間の内角、および、ピナクル３７２と電力窓３１２との間の内角が各々９０°よりも大きく、１８０°よりも小さくなるように、ピナクル３７２はチャンバ壁３７６および電力窓３１２に対して角度が付けられている。図のように、ピナクル３７２は、プラズマ処理用閉じ込めチャンバ３０４の上部付近に角度の付いたリングを提供する。ＴＣＰコイル（上部電源）３１０は、プラズマ処理用閉じ込めチャンバ３０４において均一な拡散プロファイルを形成するように構成されてよい。例えば、ＴＣＰコイル３１０は、プラズマ３１４においてトロイダル電力分配を生成するように構成されてよい。電力窓３１２は、エネルギがＴＣＰコイル３１０からプラズマ処理用閉じ込めチャンバ３０４に流れることを可能にしながら、プラズマ処理用閉じ込めチャンバ３０４からＴＣＰコイル３１０を分離するように設けられる。整合ネットワーク３１８によって調整されるウエハバイアス電圧電源３１６は、基板３６６上のバイアス電圧を設定するために電極３２０に電力を提供する。基板３６６は、電極３２０に支持される。コントローラ３２４は、プラズマ電源３０６およびウエハバイアス電圧電源３１６のための地点を設定する。
プラズマ電源３０６およびウエハバイアス電圧電源３１６は、特定の無線周波数（例えば、１３．５６メガヘルツ（ＭＨｚ）、２７ＭＨｚ、２ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、４００キロヘルツ（ｋＨｚ）、２．５４ギガヘルツ（ＧＨｚ）、またはこれらの組み合わせ）で動作するように構成されてよい。プラズマ電源３０６およびウエハバイアス電圧電源３１６は、所望のプロセス性能を実現するために、一定範囲の電力を供給するように適宜サイズ決めされてよい。例えば一実施形態では、プラズマ電源３０６は５０～５０００ワットの電力を供給してよく、ウエハバイアス電圧電源３１６は２０～２０００ボルト（Ｖ）のバイアス電圧を供給してよい。また、ＴＣＰコイル３１０および／または電極３２０は、２つ以上のサブコイルまたはサブ電極で構成されてよい。サブコイルまたはサブ電極は、単一電源または複数電源によって給電されてよい。
図３に示されるように、プラズマ処理チャンバ３００はさらに、ガス源／ガス供給機構３３０を備える。ガス源３３０は、ガス注入器３４０などのガス入口を通じてプラズマ処理用閉じ込めチャンバ３０４と流体接続している。ガス注入器３４０は、プラズマ処理用閉じ込めチャンバ３０４内の任意の好都合な位置に設置されてよく、ガスを注入するための任意の形態を取ってよい。しかしガス入口は、「調整可能な」ガス注入プロファイルを形成するように構成されうることが好ましい。調整可能なガス注入プロファイルは、プラズマ処理用閉じ込めチャンバ３０４の複数ゾーンへのそれぞれのガス流を独立して調節できるようにする。ガス注入器は、電力窓３１２に取り付けられることがより好ましい。ガス注入器の電力窓３１２への取り付けは、ガス注入器が電力窓上に取り付けられうる、電力窓内に取り付けられうる、または電力窓の一部を形成しうることを意味する。ガス源／ガス供給機構３３０は、コントローラ３２４によって制御される。圧力制御弁３４２およびポンプ３４４は、プラズマ処理用閉じ込めチャンバ３０４と流体接続されている。処理ガスおよび副生成物は、圧力制御弁３４２およびポンプ３４４によってプラズマ処理用閉じ込めチャンバ３０４から除去される。ガス圧力制御弁３４２およびポンプ３４４は、プラズマ処理用閉じ込めチャンバ３０４内部を特定の圧力に維持するようにも機能する。圧力制御弁３４２は処理の間、１トル未満の圧力を維持できる。基板３６６の周囲にはエッジリング３６０が設置される。実施形態を実行するために、カリフォルニア州フレモントのラム・リサーチ・コーポレーションによるＫｉｙｏが用いられてよい。
様々な実施形態では、この構成部品は、閉じ込めリング、エッジリング３６０、ピナクル３７２、静電チャック、電極３２０、接地リング、チャンバライナ、ドアライナ、または他の構成部品など、プラズマ処理用閉じ込めチャンバ３０４の異なる部品であってよい。他の種類のプラズマ処理チャンバの他の構成部品が用いられてよい。例えば、ベベルエッチングチャンバのプラズマ排除リングが実施形態において被覆されてよい。別の例では、プラズマ処理チャンバは、誘電性処理チャンバまたは導電性処理チャンバであってよい。いくつかの実施形態では、１つ以上の面だが全てではない面が被覆される。
本開示はいくつかの好ましい実施形態の点から説明されたが、本開示の範囲に該当する変更、並べ替え、修正、および様々な代替同等物がある。本開示の方法および装置を実行する多くの別の方法があることにも注意されたい。そのため、以下の添付の特許請求の範囲は、本開示の真の精神および範囲に該当する、全てのかかる変更、並べ替え、および様々な代替同等物を含むと解釈されることが意図される。
Claims (23)
- プラズマ処理チャンバでの使用に適合する装置であって、
少なくとも１つの面を有するアルミニウム本体と、
前記アルミニウム本体の前記少なくとも１つの面に堆積された酸化アルミニウム含有エアロゾル堆積被膜と、
前記酸化アルミニウム含有エアロゾル堆積被膜に堆積されたイットリウム含有エアロゾル堆積被膜と、
を備える、装置。 - 請求項１に記載の装置であって、
前記イットリウム含有エアロゾル堆積被膜は、イットリアを含む、装置。 - 請求項１に記載の装置であって、
前記イットリウム含有エアロゾル堆積被膜は、１～２０ミクロンの範囲の厚さを有する、装置。 - 請求項３に記載の装置であって、
前記酸化アルミニウム含有エアロゾル堆積被膜は、１～２０ミクロンの範囲の厚さを有する、装置。 - 請求項１に記載の装置であって、
前記イットリウム含有エアロゾル堆積被膜は、イットリア、オキシフッ化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウム、イットリア安定化ジルコニア、およびフッ化イットリウム（ＩＩＩ）のうちの１つ以上を含む、装置。 - 請求項１に記載の装置であって、
前記装置は、閉じ込めリング、エッジリング、ピナクル、静電チャック、電極、接地リング、チャンバライナ、およびドアライナのうちの少なくとも１つである、装置。 - 請求項１に記載の装置であって、
前記アルミニウム本体の前記少なくとも１つの面は、１６Ｒａ（マイクロインチ）（０．０００４０６４ミリメートル）未満の表面粗さを有する、装置。 - 請求項１に記載の装置であって、
前記アルミニウム本体は、少なくとも９５重量％の純アルミニウムである、装置。 - 請求項１に記載の装置であって、
前記酸化アルミニウム含有エアロゾル堆積被膜は、酸化アルミニウムアエロゾル堆積被膜である、装置。 - 請求項１に記載の装置であって、
前記酸化アルミニウム含有エアロゾル堆積被膜は、前記イットリウム含有エアロゾル堆積被膜のための密着性を提供するためにアンカ層として機能する、装置。 - 請求項１に記載の装置であって、
前記酸化アルミニウム含有エアロゾル堆積被膜は、湿式化学物質から保護する拡散バリアとして機能する、装置。 - プラズマ処理チャンバ構成部品本体を被覆するための方法であって、
前記プラズマ処理チャンバ構成部品本体の少なくとも１つの面に酸化アルミニウム含有被膜をエアロゾル堆積する工程と、
前記酸化アルミニウム含有被膜にイットリウム含有被膜をエアロゾル堆積する工程と、
を含む、方法。 - 請求項１２に記載の方法であって、さらに、
前記酸化アルミニウム含有被膜をエアロゾル堆積する前に、前記プラズマ処理チャンバ構成部品本体の前記少なくとも１つの面を研磨する工程を含む、方法。 - 請求項１２に記載の方法であって、
前記イットリウム含有被膜は、イットリアを含む、方法。 - 請求項１２に記載の方法であって、
前記イットリウム含有被膜は、１～２０ミクロンの範囲の厚さを有する、方法。 - 請求項１５に記載の方法であって、
前記酸化アルミニウム含有被膜は、１～２０ミクロンの範囲の厚さを有する、方法。 - 請求項１２に記載の方法であって、
前記イットリウム含有被膜は、イットリア、オキシフッ化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウム、イットリア安定化ジルコニア、およびフッ化イットリウム（ＩＩＩ）のうちの１つ以上を含む、方法。 - 請求項１２に記載の方法であって、
前記プラズマ処理チャンバ構成部品本体は、閉じ込めリング、エッジリング、ピナクル、静電チャック、電極、接地リング、チャンバライナ、およびドアライナのうちの少なくとも１つである、方法。 - 請求項１２に記載の方法であって、さらに、
前記酸化アルミニウム含有被膜をエアロゾル堆積する前に、１６Ｒａ（マイクロインチ）未満の表面粗さを有するように前記プラズマ処理チャンバ構成部品本体の前記少なくとも１つの面を研磨する工程を含む、方法。 - 請求項１２に記載の方法であって、
前記プラズマ処理チャンバ構成部品本体は、少なくとも９５重量％の純アルミニウムである、方法。 - 請求項１２に記載の方法であって、
酸化アルミニウム含有被膜をエアロゾル堆積する前記工程は、酸化アルミニウム被膜を堆積する、方法。 - 請求項１２に記載の方法であって、
前記酸化アルミニウム含有被膜は、前記イットリウム含有エアロゾル堆積被膜のための密着性を提供するためにアンカ層として機能する、方法。 - 請求項１２に記載の方法であって、
前記酸化アルミニウム含有被膜は、湿式化学物質から保護する拡散バリアとして機能する、方法。
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