JP2023500826A - 単結晶金属酸化物プラズマチャンバコンポーネント - Google Patents

Abstract

【課題】【解決手段】少なくとも１つのプラズマ対向表面を有するプラズマ処理チャンバのコンポーネントは、単結晶金属酸化物材料を含む。そのコンポーネントは、単結晶金属酸化物インゴットから機械加工され得る。適切な単結晶金属酸化物は、スピネル、酸化イットリウムおよびイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）を含む。単結晶金属酸化物を機械加工して、プラズマ処理チャンバのガスインジェクタを形成できる。【選択図】 図１

Description

＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２０１９年１１月５日に出願された米国仮特許出願第６２／９３０，８７２号および２０１９年１１月２２日に出願された米国仮特許出願第６２／９３９，４２２号の優先権の利益を主張する。上記の出願はここで参照により、あらゆる目的で本明細書に組み込まれる。

本開示は、半導体ウエハのプラズマ処理のためのプラズマ処理チャンバに関する。より具体的には、本開示は、半導体処理チャンバにおける単結晶金属酸化物コンポーネントに関する。

半導体デバイスを形成する際、プラズマ処理が用いられる。プラズマ処理中、プラズマによりプラズマ処理チャンバのコンポーネントが腐食する場合がある。プラズマによって腐食したプラズマ処理チャンバの部品は、汚染物質の発生源となる。そのため、そのようなプラズマ腐食に対して耐性のある材料からなるプラズマ処理チャンバコンポーネントを形成することが望ましい。

実施形態によると、プラズマ処理チャンバのコンポーネントを形成するための方法が提供される。少なくとも１つの単結晶金属酸化物インゴットが、提供される。少なくとも１つの単結晶金属酸化物インゴットを機械加工して、コンポーネントを形成する。機械加工後、コンポーネントの表面処理を行う。

別の実施形態によると、プラズマ処理チャンバのコンポーネントが提供される。コンポーネントの少なくとも１つのプラズマ対向表面は、単結晶金属酸化物材料を含む。

更に別の実施形態によると、プラズマ処理チャンバのガスインジェクタが提供される。ガスインジェクタは本体と、単結晶金属酸化物材料を含む少なくとも１つのプラズマ対向表面を備える。

限定するためではなく、例示のために示される以下の添付図面において、本開示を説明する。なお、図中の同様の参照番号は、同様の要素を指す。

図１は、実施形態の高レベルフローチャートである。

図２Ａは、実施形態により処理されるインゴットの概略断面図である。 図２Ｂは、実施形態により処理されるインゴットの概略断面図である。 図２Ｃは、実施形態により処理されるインゴットの概略断面図である。 図２Ｄは、実施形態により処理されるインゴットの概略断面図である。

図２Eは、実施形態によるプラズマ処理チャンバのガスインジェクタコンポーネントの斜視図である。 図２Fは、実施形態によるプラズマ処理チャンバのガスインジェクタコンポーネントの斜視図である。

図２Gは、別の実施形態によるプラズマ処理チャンバのガスインジェクタコンポーネントの斜視図である。 図２Hは、別の実施形態によるプラズマ処理チャンバのガスインジェクタコンポーネントの斜視図である。

図２Ｉは、実施形態によるプラズマ処理チャンバの、拡散接合されたガスインジェクタコンポーネントの側面断面図である。

図３は、実施形態によるプラズマ処理チャンバの概略図である。

本開示を、添付の図面に示されているいくつかの好ましい実施形態を参照しながら、詳細に説明する。以下の説明において、本開示を完全に理解できるように多くの具体的な詳細を記載する。しかしながら、これらの具体的な詳細の一部またはすべてがなくとも、本開示が実施され得ることが、当業者には明らかである。他の例では、本開示を不必要に曖昧にしないために、周知のプロセス工程および／または構造は、詳細には記載していない。

例えばガスインジェクタなどのプラズマ処理チャンバのコンポーネントは通常、未被覆の焼結酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）材料から形成されている。理論上は、Ａｌ₂Ｏ₃（サファイア）の単結晶は、化学腐食の影響を受けやすい結晶粒界を除去することにより、粒子生成を減少させるために使用され得る。しかし、サファイアは、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ、Ｙ₃Ａ₁₅Ｏ₁₂）およびスピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）などの他の材料と同程度の耐化学性がない。

本明細書において記載される実施形態において、単結晶金属酸化物種を、単結晶金属酸化物インゴットを成長させるために使用する。単結晶金属酸化物インゴットは、プラズマ処理チャンバのコンポーネントを形成するために切削される。「単結晶」という用語は、材料全体の結晶格子が規則的に連続し、かつ壊れておらず、原子配置が材料全体にわたって３次元のすべてにおいて繰り返されている材料を指すことが理解される。しかし、単結晶インゴットは、依然として幾分の不均一性、結晶欠陥および結晶転位を有し得ることが理解される。時には、単結晶は単結晶固体としても知られている。実施形態によると、単結晶材料は１－１－１の結晶方位を有する。インゴットの結晶方位は、種晶によって決まる。プラズマ処理チャンバのコンポーネントは、他の結晶方位を有する単結晶インゴットからも同様に形成され得ることが理解される。

プラズマ処理チャンバのコンポーネントとして、単結晶金属酸化物インゴットは光学グレードである必要はなく、ツーリンググレードのものであってよい。特定の実施形態によると、インゴットは、少なくとも９９．９％の純度を有する非ドープのＹＡＧから形成される。この実施形態では、単結晶ＹＡＧは１－１－１の結晶方位を有する立方結晶構造であり、少なくとも４．５ｇ／ｃｍ^３の密度と約８～８．５の範囲のモース硬度を有する。この実施形態によると、ＹＡＧインゴットは実質的に透明で無色である。

理想的なガスインジェクタは、高い破壊靭性および高い耐熱衝撃性をも有する、単結晶で耐化学性のある材料から形成される。スピネルは、単結晶の形態では、高い破壊靭性、高い耐熱衝撃性および高いエッチング耐性を有するため、プラズマ処理チャンバのコンポーネントとして高性能の材料である。スピネルはまた、製造性が高く、ＹＡＧやイットリウムアルミニウムモノクリニック（ＹＡＭ）などの他の材料に比べて費用効率が高いため、プラズマ処理チャンバのコンポーネントとして望ましい材料である。

実施形態によると、インゴットは単結晶スピネルから形成される。単結晶スピネルは、１－１－１、１－０－０または１－１－０の結晶方位を有する。実施形態によると、単結晶スピネルは、ドーパントを全く含有しない。

理解しやすくするために、図１は実施形態の高レベルフローチャートを示す。単結晶金属酸化物インゴットを設置する（工程１０４）。実施形態によると、チョクラルスキー結晶成長法を用いて、種晶から金属酸化物の単結晶インゴットを成長させる。チョクラルスキー法では、種晶を、この実施形態では「溶融物」、すなわち溶融金属酸化物に浸し、結晶を成長させる。結晶成長は比較的遅く、最長で数日かかる場合がある。ホウ素またはリンのドーパント原子を溶融金属酸化物に加えて、金属酸化物をドープしてもよい。なお、溶融物の組成をチョクラルスキー結晶成長プロセスの間に変更することにより、勾配組成のインゴットが得られる。例えば、結晶成長プロセスの間にドーパントを加えて、勾配様式でドープされたインゴットを成長させることが可能である。

実施形態によると、金属酸化物は、合成結晶であるＹＡＧである。別の実施形態によると、金属酸化物はスピネルである。この例では、単結晶ＹＡＧのインゴットまたはブールを、チョクラルスキー法を用いて形成する。他の結晶成長方法を用いて、単結晶金属酸化物のインゴットまたはブールを成長させ得ることが理解される。図２Ａは、金属酸化物インゴット２００の概略的側面断面図である。以下でより詳細に説明するが、金属酸化物は、スピネルまたは希土類酸化物材料などの他の単結晶金属酸化物から、形成され得る。

この実施形態では、単結晶金属酸化物インゴットを設置した後、単結晶金属酸化物インゴットをアニーリングする（工程１０８）。チョクラルスキー結晶成長法を行っている間、単結晶金属酸化物インゴットの加熱は不均一で、単結晶金属酸化物インゴットの外側部分は、単結晶金属酸化物インゴットの中心部分よりも早く冷却される場合がある。その結果、結晶構造が不均一または不規則になり得る。そのような不均一性は、ストレスを引き起こす可能性がある。アニーリングプロセスは、結晶原子または分子が、移動し、より均一または規則的になり、そのようなストレスを低減または排除するエネルギーを与える。

単結晶金属酸化物インゴットにスライシングまたはコアリングを施して、コンポーネントを形成する（工程１１２）。スライシングまたはコアリングは、ダイヤモンドエッジソーまたはコアドリルを用いて、実施し得る。実施形態によると、単結晶金属酸化物インゴットを機械加工して、プラズマ処理チャンバ用の少なくとも１つのガスインジェクタを得る。図２Ｂは、金属酸化物インゴット２００をスライシングまたはコアリングした後の、ガスインジェクタコンポーネント２０４の概略的側面断面図である。ガスインジェクタは、プラズマ処理チャンバのセンターインジェクタまたはサイドインジェクタであってもよい。ガスインジェクタの特定の実施形態によると、単結晶金属酸化物インゴットを約５０ｍｍの直径および約９０ｍｍの長さを有するように成長させる。インゴットを円筒形状に成長させて、材料の無駄を減少するのが好ましい場合があることが理解される。

他の実施形態によると、単結晶金属酸化物インゴットを機械加工して、エッジリング、シャワーヘッド、高周波（ＲＦ）エネルギーが通過し得るウィンドウまたは他のコンポーネント、クロス、スリーブ、ピン、ノズル、インジェクタ、フォーク、アーム、静電チャック（ＥＳＣ）セラミックなど、プラズマ処理チャンバの他のコンポーネントまたは他のコンポーネントの一部を形成できる。プラズマに曝露される任意の表面を有する、プラズマ処理チャンバ内のコンポーネントは、そのような表面が、プラズマ曝露による腐食によって生じる汚染物質や粒子欠陥を最小限にするために、単結晶金属酸化物により覆われていることが有益である。そのため、コンポーネントの任意のプラズマ対向表面は、表面の腐食を最小限にするため、単結晶金属酸化物材料から形成され得る。いくつかの実施形態において、コンポーネントの一部は単結晶金属酸化物材料で被覆し得る。他の実施形態では、単結晶金属酸化物層を、コンポーネントのプラズマ対向表面に接合し得る。

インゴットを、さらに機械加工して、さらにコンポーネントを形成する（工程１１６）。機械加工プロセスは、単結晶金属酸化物本体の研削を含み得る。図２Ｃは、プラズマ処理チャンバ用のガスインジェクタコンポーネント２０４をさらに形成するために、ガスインジェクタコンポーネント２０４を機械加工した後の概略的断面図である。この実施形態では、ガスインジェクタコンポーネント２０４は円筒状シャフト２０８を備え、円筒状シャフトの中心を囲むディスク形状のフランジ２１２を備える。

コンポーネントを貫通する、少なくとも１つの孔を形成する（工程１２０）。この実施形態では、ドリルを使用して、ガスインジェクタコンポーネント２０４を貫通する孔を形成する。図２Ｄは、ガスインジェクタコンポーネント２０４にドリルで、円筒状シャフト２０８の中心を貫通する孔２１６を形成した後の概略的断面図である。減法製法により、モノリシックの単結晶インゴットを切削することで、ガスインジェクタコンポーネント２０４を形成することが理解される。

コンポーネントをスライシング／コアリング、機械加工、ドリル加工により形成した後、コンポーネントの表面を処理する（工程１２４）。表面処理は、汚染物質および／または表面欠陥を除去するために、使用可能である。表面欠陥は優先的な腐食や、粒子の形成を引き起こす場合がある。汚染物質および表面欠陥は、機械加工または孔形成プロセスにより生じる場合がある。表面処理は、熱アニーリング、レーザー処理、化学処理、電子ビーム処理、研磨加工、表面プラズマ曝露、ウェットクリーニングおよび／または粒子計測のうちの１つまたは複数を含んでもよい。研磨加工の例としては、機械研磨加工が挙げられる。そのような機械研磨加工では、コンポーネントの表面を研磨剤で擦るためのパッドを使用して、欠陥のない表面形態を実現できる。表面プラズマ曝露は、コンポーネントをプラズマ処理チャンバに配置し、コンポーネントの表面をプラズマに曝露することにより達成できる。これにより、チャンバでの高価なシーズニングプロセスを最小限にする「定常状態の」表面を形成する。ウェットクリーニングの実施形態では、コンポーネントの表面を、表面の汚染を最小限にするために効果的である、酸（フッ化水素（ＨＦ）、ＨＮＯ₃、ＨＣｌ）、塩基（ＮＨ₄ＯＨ、ＫＯＨなど）および界面活性剤を含み得るウェットクリーニング剤に曝露する。実施形態では、計測ツールを用いて、表面を清浄化する。半導体分野では、計測ツールを用いて表面の汚染物質の数を計測できる。いくつかの計測ツールは、コンポーネントの表面から汚染物質を除去することにより、汚染物質の数を計測する。したがって、計測ツールを用いて、コンポーネントの表面から汚染物質を除去し得る。実施形態では、コンポーネントの表面処理（工程１２４）は、最初に機械研磨加工、次に表面プラズマ曝露、続いて粒子計測を含み得る。他の実施形態では、他の表面処理の組み合わせが使用される。

コンポーネントを、アニーリングまたはベイクプロセスに供し得る（工程１２８）。このプロセスは、閉じ込められたガスを放出させるのに役立つ場合があり、さらに表面形態を改善できる。実施形態によると、アニーリングプロセスを、１２００℃で約８時間実施する。別の実施形態では、フッ素トーチを用いて、表面処理できる。表面処理は、粒子の生成を減少させ、チャンバ内でのシーズニング時間を減少させ、表面の仕上がりを改善し得る。なお、例えばエッジリングはチャンバ内で比較的大きな表面面積を有するため、エッジリングなどのコンポーネントの表面を処理することが特に有益であり得る。

次に、コンポーネントをプラズマ処理チャンバの一部にする（工程１３２）。この例では、コンポーネントをプラズマ処理チャンバのガスインジェクタに搭載する。コンポーネントをプラズマ処理チャンバ内で使用して、複数の基板を処理する（工程１３６）。例えば、コンポーネントをプラズマ処理チャンバで使用して、連続的に１００を超える基板を処理する。

図２Eおよび２Fは、プラズマ処理チャンバのガスインジェクタ４００の別の実施形態の斜視図である。図２Eに示すように、中央流路４５０と、この中央流路４５０の周りにより小さな流路４６０がある。この実施形態では、中央流路４５０は複数のガス孔４７０につながっており、各々のより小さな流路４６０は、突出部４１０の側部ガスインジェクタ孔４８０につながっている。各々の流路４６０は、ガスインジェクタ４００内で角度を有して配向されている部分があり（ガスインジェクタの軸との角度または中央ガス流路との角度）、ガスインジェクタ孔４８０につながることが理解される。流路４６０の部分は、約１０°～７０°の範囲の角度を有してもよい。一実施形態では、一部の流路４６０の角度は約４５°である。別の実施形態によると、一部の流路４６０は異なる角度を有してもよく、例えば９０°であってもよい。図２Ｆに示すように、ガスインジェクタ４００の突出部４１０の底面にはハニカムパターンのガス孔４７０がある。上に記載したように、突出部４１０はフランジ４２０の下にあるガスインジェクタ４００の一部であり、プラズマ処理チャンバ内でプラズマに曝露される。これらの流路４５０、４６０および孔４７０、４８０は、工程１２０を参照して上で記載したように、機械加工またはドリル加工される。

図２Ｇおよび２Ｈは、プラズマ処理チャンバのガスインジェクタ５００のさらに別の実施形態の斜視図である。図２Ｇに示すように、中央流路５５０と、中央流路５５０の周りに８つのより小さな流路５６０がある。この実施形態では、中央流路５５０が複数のガス孔５７０につながっており、各々のより小さな流路５６０が、突出部５１０の側部ガスインジェクタ孔５８０につながっている。各々の流路５６０が、ガスインジェクタ５００内で角度を有して配向されている部分があり、ガスインジェクタ孔５８０につながることが理解される。一実施形態では、流路５６０の一部は約４５°の角度を有し得る。別の実施形態によると、一部の流路５６０は異なる角度を有していてもよく、例えば９０°であってもよい。図２Hに示すように、ガスインジェクタ５００の突出部５１０の底面には、６つのガス孔５７０が円形に配置されている。上に記載したように、突出部５１０はフランジ５２０の下にあるガスインジェクタ５００の一部であり、プラズマ処理チャンバ内でプラズマに曝露される。これらの流路５５０、５６０および孔５７０、５８０は、工程１２０を参照して上で記載したように、機械加工またはドリル加工される。

いくつかのガスインジェクタの実施形態を記載して示したが、ガスインジェクタは異なる形状を有してもよい。ガスインジェクタは、ガスを受け取ってプラズマ処理チャンバ内でガスを噴射してプラズマにするための、少なくとも１つのガス流路を有する。ガスインジェクタは、１つのガス流路を有する限り、任意の数の孔および流路を有し得ることが理解される。ガスインジェクタを貫通する流路は、任意の角度を有してもよい。いくつかの実施形態によると、ガスインジェクタは、側部での調整のために、側部ガス出口を備える。他の実施形態によると、ガスインジェクタは側部ガス出口を１つも備えない。いくつかの実施形態では、各々のガス流路は、独立して制御される。他の実施形態では、ガス流路はすべて一緒に制御される。

単結晶金属酸化物インゴットを成長させるための、チョクラルスキー法を上に記載した。別の実施形態によると、単結晶金属酸化物インゴットを成長させるために、他の結晶成長法が使用され得る。

いくつかの実施形態によると、単結晶金属酸化物コンポーネントは、プラズマ処理チャンバの全体（例えば、ガスインジェクタ）ではなく、一部または部品のコンポーネントである。例えば、１つの実施形態では、単結晶金属酸化物コンポーネントは、ガスインジェクタの「突出部」である。その「突出部」は、処理チャンバ内でプラズマに曝露される、ガスインジェクタの部分である。大部分の粒子の生成は、この領域で起きる。突出部は、異なる２つの材料を結合するために使用され得る、拡散接合を含む様々な接合方法を用いて、ガスインジェクタの別の部分に付着され、あるいは融着され得る。図２Ｉに示す実施形態によると、ガスインジェクタ６００の単結晶金属酸化物部分は「突出部」６１０であり、フランジ６２０の下の部分である。図２Ｉに示す実施形態では、拡散接合ラインBによって示されるように、突出部６１０は、異なる材料（例えば、多結晶材料）で形成されていてもよく、ガスインジェクタ６００の残りの部分に接合される。フランジ６２０および円筒状シャフト６３０を含む、ガスインジェクタ６００の残りの部分は、突出部６１０のみがプラズマ処理チャンバ内でプラズマに曝露される表面を有するため、この単結晶金属酸化物材料により形成されていなくてもよい。そのため、実施形態では、ガスインジェクタ６００全体をＹＡGから形成する代わりに、ガスインジェクタ６００の残りの部分を、より廉価でより費用効率の良い材料、例えばツーリンググレードのＹＡＧ、焼結ＹＡＧまたは他のセラミック（例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃））により形成してもよい。ガスインジェクタ６００は、複数のより小さな流路６６０につながる中央流路６５０を備える。

いくつかの実施形態によると、インゴットは十分な長さがなくてもよく、２つの単結晶インゴットが、プラズマ処理チャンバのコンポーネントを形成するために一緒に結合されてもよい。２つの単結晶金属酸化物インゴットを結合するため、拡散接合などの接合方法が使用可能である。上に記載したように、２つの異なる材料の結合が可能である。例えば、単結晶材料をセラミックに拡散結合できる。拡散接合は、ドープされた単結晶金属酸化物を、非ドープの単結晶金属酸化物に結合するためにも使用可能である。

拡散接合プロセスでは最初に、接合する各々の表面を一緒に超精密研磨加工することによって、汚染物質の無い非常に平坦な表面を実現する。拡散接合は、接合する２つの表面を共に接触させて固定し、その後高温と高圧に供するプロセスである。２つの部分が共に拡散接合されると、２つの部分が互いに拡散し、１つの単結晶材料となる。拡散接合プロセスは、２つの表面の原子が表面間の境界を越えて分散し、接合部を生成するために少なくとも数時間かかる場合がある。通常、接合する２つの部分を非常にゆっくりと（最大２４時間以上）、高温（少なくとも材料の融点の約３分の２）まで加熱する。高圧下、この高温で２つの部分を、拡散が起こり２つの部分が共に接合するまで、一緒に保持する。２つの部分を共に接合させた後、拡散接合部分をゆっくりと（最大約２４時間以上）室温まで冷却する。

いくつかの実施形態によると、上に記載したように、１つのインゴットが十分な大きさでない場合、２つまたはそれ以上の単結晶金属酸化物インゴットを一緒に接合して、コンポーネントを形成できる。ガスインジェクタの一実施形態では、例えば、インゴットを貫通する流路をドリル加工により形成する前に、２つまたはそれ以上のインゴットを一緒に接合する。別の実施形態によると、最初に、各々の独立したインゴットにドリル加工により流路を形成し、その後に２つのインゴットの流路を一直線になるようにしてインゴットを一緒に接合し、コンポーネントを形成する。拡散接合されたコンポーネントは、一体構造のインゴットから形成されたインゴットと同程度の強度がない場合がある。そのため、拡散接合されたコンポーネントは、機械的にドリル加工に耐えられず、亀裂が生じる場合がある。しかし、接合後にドリル加工で流路を形成することは、予めドリル加工で形成された流路を一直線にする（それが難しい場合もある）必要がない。

図３は、プラズマ処理システム３００の例を概略的に示す。一実施形態によれば、プラズマ処理システム３００は、基板３０１を処理するために用いられ得る。プラズマ処理システム３００は、チャンバ壁３６２に囲まれたプラズマ処理チャンバ３０４を備える、プラズマ反応器３０２を含む。整合ネットワーク３０８により調整されたプラズマ電源３０６は、電力ウィンドウ３１２の近くに配置されたＴＣＰコイル３１０に電力を供給し、誘導結合電力を提供することにより、プラズマ処理チャンバ３０４内でプラズマ３１４を生成する。プラズマ処理チャンバ３０４内で均一な拡散プロファイルを生成するために、ＴＣＰコイル（上部電源）３１０を構成してもよい。プラズマ３１４中でトロイダル電力分布を生成するために、例えば、ＴＣＰコイル３１０を構成してもよい。電力ウィンドウ３１２を設置して、ＴＣＰコイル３１０とプラズマ処理チャンバ３０４を分離すると同時に、ＴＣＰコイル３１０からプラズマ処理チャンバ３０４へのエネルギーの通過を可能にする。整合ネットワーク３１８により調整されたウエハバイアス電圧電源３１６が、電極３２０に電力を供給し、基板３０１のバイアス電圧を設定する。電極３２０は基板３０１のチャックを提供し、電極３２０は静電チャックとして作用する。基板温度コントローラ３６６は、ペルチェヒータ／クーラ３６８に、制御可能に接続される。コントローラ３２４は、プラズマ電源３０６、基板温度コントローラ３６６およびウエハバイアス電圧電源３１６のポイントを設定する。

プラズマ電源３０６およびウエハバイアス電圧電源３１６は、１３．５６MHｚ、２７ＭＨｚ、２ＭＨｚ、１ＭＨｚ、４００ｋＨｚまたはそれらの組み合わせなどの特定の高周波で動作するように構成されてもよい。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達成するために、ある範囲の電力を供給するために適切なサイズを有してもよい。例えば、一実施形態では、プラズマ電源３０６は５０～５０００ワットの範囲の電力を供給してもよく、ウエハバイアス電圧電源３１６は２０～２０００Ｖの範囲のバイアス電圧を供給してもよい。さらに、ＴＣＰコイル３１０および／または電極３２０は、２つまたはそれ以上のサブコイルまたはサブ電極からなっていてもよい。２つまたはそれ以上のサブコイルまたはサブ電極は、1つの電源により駆動してもよく、複数の電源により駆動してもよい。

図３に示すように、プラズマ処理システム３００はさらに、ガス源３３０を含む。ガス源３３０は、ガスまたはリモートプラズマを、単結晶金属酸化物ガス供給部２０４を介して、プラズマ反応器３０２に供給する。圧力制御弁３４２およびポンプ３４４を介して、プロセスガスおよび副生成物を、プラズマ処理チャンバ３０４から除去する。圧力制御弁３４２およびポンプ３４４はまた、プラズマ処理チャンバ３０４内で特定の圧力を維持するためにも機能する。ガス源３３０は、コントローラ３２４により制御される。実施形態を行うために、Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐ．（Ｆｒｅｍｏｎｔ、ＣＡ）製のＫｉｙｏ（登録商標）を使用できる。

プラズマ処理システム３００を使用して、複数の基板３０１を連続的にエッチングする。単結晶金属酸化物ガス供給部２０４は単結晶金属酸化物から形成されるため、単結晶金属酸化物ガス供給部２０４により生じる汚染物質および欠陥は、より少ない。その結果、単結晶金属酸化物ガス供給部２０４は、プラズマ処理による腐食に対してより耐性があり、プラズマ処理中に単結晶金属酸化物ガス供給部２０４により生じる汚染は、より少ない。

他の実施形態では、プラズマ処理システム３００の他のコンポーネントは、単結晶金属酸化物コンポーネントであってもよい。単結晶金属酸化物コンポーネントは、０．１％未満の空隙率および９９％超の純度を有する。そのような他のコンポーネントは、エッジリング、シャワーヘッド、高周波（ＲＦ）エネルギーが通過し得るウィンドウまたは他のコンポーネント、クロス、スリーブ、ピン、ノズル、インジェクタ、フォーク、アーム、静電チャック（ＥＳＣ）セラミックなどを含む。他の実施形態では、他のタイプのプラズマ処理システムを使用し得る。様々な実施形態は、プラズマ処理チャンバ用の、ガスインジェクタ等のコンポーネントを提供する。コンポーネントは、単結晶金属酸化物本体を含む。コンポーネントはまた、少なくとも１つの貫通孔を有し得る。他の実施形態では、プラズマ処理チャンバ用のコンポーネントを形成する方法が提供される。単結晶金属酸化物インゴットが、提供される。単結晶金属酸化物インゴットの機械加工により、コンポーネントを形成する。少なくとも１つの貫通孔が、コンポーネントに形成される。少なくとも１つの貫通孔は、コンポーネントの軸に対して平行であってよい（例えば、図２Ｉにおいて１点鎖線で示された回転軸）。コンポーネントを、表面処理する。他の実施形態では、他の単結晶金属酸化物を使用してもよい。例えば、コンポーネントはサファイア（単結晶酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃））、スピネル、ＹＡＧ、ＹＡＭ、イットリウムアルミニウムペロブスカイト（ＹＡＰ）またはイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）から形成してもよい。コンポーネントは、低い割合の添加物およびドーパントを有し得る、スピネル、ＹＡＧ、酸化イットリウム、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムの変種から成長させた単結晶インゴットから形成してもよい。

本開示を、いくつかの例示的な実施形態により説明してきたが、本開示の範囲内にある変更、修正、置き換え、および様々な代替の同等物が存在する。また、本開示の方法および装置を実施するための多くの代替の方法があることにも、留意されたい。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内にあるそのような変更、修正、置き換え、および様々な代替の同等物を含むと解釈されることが意図される。

Claims (26)

1. プラズマ処理チャンバのコンポーネントを形成する方法であって、
   少なくとも１つの単結晶金属酸化物インゴットを設置することと、
   前記少なくとも１つの単結晶金属酸化物インゴットを機械加工して、前記コンポーネントを形成することと、
   前記機械加工後に、前記コンポーネントの表面処理を行うことと
   を含む、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記機械加工の前に、前記少なくとも１つの単結晶金属酸化物インゴットをアニーリングすることをさらに含む、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   前記少なくとも１つの単結晶金属酸化物が、単結晶スピネルである、方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、
   前記少なくとも１つの単結晶金属酸化物が、単結晶ＹＡＧである、方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、
   前記機械加工が、前記コンポーネントに、ドリル加工により孔を形成することを含む、方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、
   前記機械加工が、前記少なくとも１つの単結晶金属酸化物インゴットをスライシングすることを含む、方法。
7. 請求項５に記載の方法であって、
   前記コンポーネントがガスインジェクタである、方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、前記機械加工の前に、第２の単結晶金属酸化物インゴットを前記少なくとも１つの単結晶金属酸化物インゴットに接合することをさらに含む、方法。
9. 請求項１に記載の方法により形成される、プラズマ処理チャンバのコンポーネント。
10. プラズマ処理チャンバのコンポーネントであって、前記コンポーネントの少なくとも１つのプラズマ対向表面が、単結晶金属酸化物材料を含む、コンポーネント。
11. 請求項１０に記載コンポーネントであって、前記コンポーネントの前記少なくとも１つのプラズマ対向表面が単結晶金属酸化物インゴットから機械加工される、コンポーネント。
12. 請求項１０に記載コンポーネントであって、前記少なくとも１つのプラズマ対向表面が、前記コンポーネントの本体に接合された前記単結晶金属酸化物材料の層を含む、コンポーネント。
13. 請求項１０に記載のコンポーネントであって、前記単結晶金属酸化物材料が、単結晶スピネルである、コンポーネント。
14. 請求項１０に記載のコンポーネントであって、前記単結晶金属酸化物材料が、単結晶ＹＡＧである、コンポーネント。
15. 請求項１０に記載のコンポーネントであって、前記コンポーネントがガスインジェクタであり、前記ガスインジェクタの突出部が前記単結晶金属酸化物を含み、前記突出部が前記プラズマ処理チャンバ内のプラズマに曝露される前記ガスインジェクタの一部である、コンポーネント。
16. 請求項１５に記載のコンポーネントであって、前記突出部が前記コンポーネントの本体に拡散接合され、前記本体が前記単一金属酸化物材料とは異なる材料から形成される、コンポーネント。
17. 請求項１６に記載のコンポーネントであって、前記本体が多結晶材料から形成される、コンポーネント。
18. プラズマ処理チャンバのガスインジェクタであって、
    本体と、
    単結晶金属酸化物材料を含む少なくとも１つのプラズマ対向表面と
    を含む、ガスインジェクタ。
19. 請求項１８に記載のガスインジェクタであって、前記単結晶金属酸化物材料が単結晶スピネルである、ガスインジェクタ。
20. 請求項１８に記載のガスインジェクタであって、前記単結晶金属酸化物材料が単結晶ＹＡＧである、ガスインジェクタ。
21. 請求項１８に記載のガスインジェクタであって、前記ガスインジェクタが単結晶金属酸化物インゴットから機械加工される、ガスインジェクタ。
22. 請求項１８に記載のガスインジェクタであって、前記単結晶金属酸化物インゴットが、機械加工される前にアニーリングされる、ガスインジェクタ。
23. 請求項１８に記載のガスインジェクタであって、前記少なくとも１つのプラズマ対向表面が、前記本体に接合された前記単結晶金属酸化物材料の層を含む、ガスインジェクタ。
24. 請求項１８に記載のガスインジェクタであって、前記本体を貫通するよう機械加工された中央流路をさらに含む、ガスインジェクタ。
25. 請求項２３に記載のガスインジェクタであって、前記本体を貫通するよう機械加工された、複数のより小さな流路をさらに含み、その複数のより小さな流路が前記中央流路を囲む、ガスインジェクタ。
26. 請求項２４に記載のガスインジェクタであって、各々の前記複数のより小さな流路は側部ガスインジェクタ孔につながっており、各々の前記複数のより小さな流路は、前記ガスインジェクタ内で角度を有して配向されている部分を有し、前記側部ガスインジェクタ孔につながっている、ガスインジェクタ。

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