JP2023550319A - 流路を備えるセラミック部品 - Google Patents

Abstract

【課題】【解決手段】プラズマ処理チャンバの構成部品を形成するための方法が提供される。内部型が設けられる。内部型の周囲に外部型が設けられる。外部型はセラミック粉末で満たされ、セラミック粉末は内部型を取り囲む。セラミック粉末は焼結されて、固体部品が形成される。固体部品は、外部型から取り除かれる。【選択図】図１

Description

＜関連出願の相互参照＞
本願は、２０２０年１１月１１日出願の米国出願第６３／１１５，４６３号、２０２１年１月２７日出願の米国出願第６３／１４２，３４６号、および２０２１年９月２２日出願の米国出願第６３／２４７，１８７号の優先権の利益を主張し、これらの出願は、全ての目的のために本明細書において参照により援用される。

本明細書に記載の背景技術は、本開示の内容を一般的に提示するためである。本背景技術欄、および出願時の先行技術に該当しない説明の態様において記載される情報は、本開示に対する先行技術として明示的にも黙示的にも認められない。

本開示は、プラズマ処理チャンバにおいて使用するための部品に関する。具体的には、本開示は、プラズマ処理チャンバにおいてプラズマに曝される部品に関する。より具体的には、本開示は、プラズマ処理チャンバに電力を伝達するために用いる電力窓に関する。

電力窓などのプラズマ処理チャンバのいくつかの構成部品は、冷却を必要とする。冷却は、電力窓の裏側に冷却ガスを吹き付けることによって提供されてよい。そのような冷却方法は、能力が限られる。不十分な冷却は、不均一な加熱をもたらすだろう。不均一な加熱は、ウエハ全体またはウエハごとにおける不均一な処理をもたらすだろう。

電力窓などのプラズマ処理チャンバのいくつかの構成部品は、プラズマに曝される。プラズマは、電力窓の劣化を引き起こしうる。電力窓の劣化は汚染を引き起こし、それが半導体デバイスの欠陥をもたらしうる。電力窓には、耐プラズマ溶射被膜、物理蒸着（ＰＶＤ）被膜、化学蒸着（ＣＶＤ）被膜、または原子層堆積（ＡＬＤ）被膜が塗布されてよい。かかる被膜は、汚染源および浸食源となりうる終端点を有する。かかる被膜が厚すぎると、被膜はより多くの割れを被る。

前記を達成するため、本開示の目的に従って、プラズマ処理チャンバの構成部品を形成するための方法が提供される。内部型が設けられる。内部型の周囲に外部型が設けられる。外部型はセラミック粉末で満たされ、セラミック粉末は内部型を取り囲む。セラミック粉末は、固体部品を形成するために焼結される。固体部品は、外部型から取り除かれる。

別の実施形態では、プラズマ処理チャンバで用いるための構成部品が提供される。放電プラズマ焼結セラミック部品本体は、プラズマ対向面を有する。セラミック部品本体には、少なくとも１つの中空構造体が組み込まれる。

別の実施形態では、ウエハを処理するための装置が提供される。処理チャンバは、内部および外部を有する。基板支持体は、処理チャンバの内部で基板を支持する。ガス入口は、処理チャンバにガスを提供する。コイルは、処理チャンバの外部にある。電力窓は、コイルと処理チャンバの内部との間にある。電力窓は、プラズマ対向面と、中を通って延びる少なくとも１つの蛇行熱流路とを含む、放電プラズマ焼結セラミック部品本体を備える。熱制御装置は、少なくとも１つの蛇行熱流路と流体連通し、少なくとも１つの蛇行熱流路を通って流体を流すように構成されている。

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発明を実施するための形態においてより詳しく説明される。

本開示は、添付の図面の図において限定ではなく例示のために示され、同じ参照番号は同様の要素を意味する。

一実施形態で用いられうるプロセスの高レベルフローチャート。

一実施形態で用いられる内部型の上面図。

一実施形態で用いられる外部型の上面図。

一実施形態で用いられる外部型の側面図。

外部型内の内部型の上面図。

ベース領域粉末で満たされた外部型の上面図。

図２Ｅに示された外部型の切断線２Ｆ－２Ｆに沿った断面図。

保護領域粉末で満たされた外部型の上面図。

図２Ｇに示された外部型の切断線２Ｈ－２Ｈに沿った断面図。

プレス機内のパルス粉末源を備える外部型の断面図。

外部型から取り除かれた個体部品の上面図。

図２Ｊに示された固体部品の切断線２Ｋ－２Ｋに沿った断面図。

内部型が空の蛇行流路を残して溶解された後の固体部品の上面図。

図２Ｌに示された固体部品の切断線２Ｍ－２Ｍに沿った断面図。

一実施形態で用いられるプラズマ処理チャンバの概略図。

一実施形態で用いられる外部型を満たす工程のより詳細なフローチャート。

本開示は、添付の図面に示されたいくつかのその好ましい実施形態を参照して、ここで詳しく説明される。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が明らかだろう。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。

電力窓などのプラズマ処理チャンバのいくつかの構成部品は、半導体デバイスを処理するために用いられるプラズマに曝される。電力窓は、プラズマ処理チャンバの内部をその外部から分離する。コイルは、電力窓の外側に設置される。電力は、コイルから電力窓を通り、プラズマ処理チャンバの内部に伝達される。電力窓は、アルミナ、セラミックとも呼ばれる酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）で作られてよい。酸化アルミニウムセラミックは、十分な機械的強度、熱均一性、低損失のＲＦ（高周波）伝達、低コスト、高い直流（ＤＣ）電気抵抗を有し、加工しやすい。アルミナ酸化物セラミックは、フッ素プラズマに曝されるとフッ素化して、粒子汚染物質を発生させる。イットリア（Ｙ₂Ｏ₃）セラミックは、電力窓のプラズマ対向面に溶射されて、電力窓をより高いエッチング耐性にする保護被膜を提供する。かかる溶射被膜は有限厚を有するため、被膜寿命は限定される。加えて、熱被膜は終端を有する。かかる終端は、さらなる粒子汚染物質源になる可能性がある。さらに、イットリア被膜はフッ素化問題を有するだろう。

電力窓などのプラズマ処理チャンバのいくつかの構成部品は、冷却を必要とする。電力窓を通じて伝達される電力からの熱、およびプラズマ処理チャンバ内のプラズマからの熱は、電力窓の温度を上昇させる。電力窓の温度の上昇は、電力窓の劣化をもたらす可能性がある。冷却は、電力窓の劣化を低減するために、電力窓の裏側に冷却ガスを吹き付けることによって提供されてよい。かかる冷却方法は、能力が限られる。かかる電力窓を通じて流体冷媒を流すことで、熱伝達が増加してよい。しかし、金属冷却管は、電力窓を通る誘導電力の伝達を妨げる可能性がある。一実施形態は、電力窓などのプラズマ処理部品に加熱流路および／または冷却流路などの蛇行熱流路を提供する。冷却流路は、ウエハ全体の処理均一性を向上させるために、熱均一性を増加させるのに用いられてよい。

実施形態は、半導体処理チャンバ用により高い耐食性の誘電体部品を提供する。いくつかの実施形態では、終端を排除するために、溶射の代わりに保護層が積層される。

理解しやすくするため、図１は、プラズマ処理チャンバ用の構成部品を製作および使用する方法の実施形態を示す高レベルフローチャートである。内部型が設けられる（工程１０４）。図２Ａは、実施形態で設けられた内部型２０４の上面図である。この実施形態では、内部型２０４は中空管または中空パイプである。例えば、内部型２０４はセラミック製または金属製の中空管（例えば、チタン管）であってよい。この実施形態では、内部型２０４は蛇行している。本明細書および特許請求の範囲において、内部型２０４の蛇行形状は、内部型が１８０°よりも大きい湾曲部（巻き）を有する、または少なくとも４の屈曲部（曲がり）を有することを意味する。

内部型の設置（工程１０４）に加えて、外部型が設けられる（工程１０８）。図２Ｂは、外部型２０８の一部の上面図である。この例では、外部型２０８は、外側リング２１２および下パンチ２１６を備える。この実施形態では、外側リング２１２および下パンチ２１６は黒鉛を含む。図２Ｃは、外部型２０８の側面図であり、外側リング２１２および下パンチ２１６の側面図を示す。

内部型２０４は、外部型２０８の内部に設置される（工程１１２）。図２Ｄは、外部型２０８の内側の内部型２０４の上面図である。この例では、内部型２０４は、外部型２０８の側面と２つの地点でのみ接している。

外部型２０８は、内部型２０４を取り囲む焼結粉末で満たされる（工程１１６）。図４は、実施形態で用いられる外部型２０８を充填する工程を示すより詳しいフローチャートである。外部型２０８は、ベース領域粉末で満たされる（工程４０８）。この実施形態では、ベース領域粉末は、金属酸化物粉末を含む第１の誘電材料である。この例では、金属酸化物粉末は、酸化アルミニウムとジルコニアとの混合物を含む。他の実施形態では、窓本体の誘電体粉末は、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムを含んでよい。図２Ｅは、ベース領域粉末２２０で満たされた外部型２０８の上面図である。図２Ｆは、図２Ｅで示されたベース領域粉末２２０で満たされた外部型２０８の、切断線２Ｆ－２Ｆに沿った断面図である。内部型２０４の一部の断面が示されている。

保護領域粉末は、外部型２０８内に設置されて（工程４１２）、外部型２０８内に保護領域粉末の層が設けられる。この実施形態では、保護領域粉末は、混合金属酸化物、混合金属オキシフッ化物、および金属フッ化物の少なくとも１つを含む第２の誘電材料であり、第１の誘電材料は第２の誘電材料とは異なる。この例では、保護領域粉末は、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウムアルミニウム、酸化マグネシウムアルミニウム、フッ化マグネシウム、およびオキシフッ化イットリウムアルミニウムの少なくとも１つを含む。この実施形態では、保護領域粉末は、約０．１ｍｍ～１０ｍｍの厚さを有する層を形成する。他の実施形態では、保護領域粉末は、約０．５ｍｍ～５ｍｍの厚さを有する層を形成する。図２Ｇは、保護領域粉末２２４が外部型２０８に設置された後の外部型２０８の上面図である。図２Ｈは、図２Ｇに示された、ベース領域粉末２２０および保護領域粉末２２４で満たされた外部型２０８の、切断線２Ｈ－２Ｈに沿った断面図である。

ベース領域粉末２２０および保護領域粉末２２４を含む焼結粉末は、次に放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）を用いて焼結されて、固体部品が形成される（工程１２０）。この実施形態では、図２Ｉに示されるように、焼結粉末の上方に上パンチ２２６が設置される。パルス粉末源２２８は、下パンチ２１６と上パンチ２２６との間に電気接続される。この実施形態では、外部型２０８は、下プレス機２３２と上プレス機２３６との間に設置される。

従来の焼結プロセスと比べて、ＳＰＳプロセス（パルス電流焼結（ＰＥＣＳ）、電場支援焼結（ＦＡＳＴ）、またはプラズマ圧力圧縮（Ｐ２Ｃ）とも呼ばれる）は、圧力と、高強度で低電圧（例えば、５～１２Ｖ）のパルス電流との同時使用を含んで、処理時間／加熱時間を劇的に低減し（例えば、数時間の代わりに５～１０分間（分））、高密度部品を生成する。一実施形態では、パルスＤＣ電流は、パルス電力源２２８によって下パンチ２１６および上パンチ２２６を通じて焼結粉末に伝達されるが、圧力（例えば、１０メガパスカル（ＭＰａ）～５００ＭＰａ以上）は、下プレス機２３２および上プレス機２３６から下パンチ２１６および上パンチ２２６を通じて一軸機械力下の焼結粉末に軸方向に同時に印加される。「一軸力」とは、本明細書において１つの軸、または一軸圧縮を生じさせる方向に沿って印加された力を意味するように定義される。外部型２０８は一般に、プロセスの少なくとも一部の間、真空下に置かれる。パルス電流パターン（オン：オフ）（通常、ミリ秒）は、焼結粉末を１０００℃以下～２５００℃の温度まで加熱するために、高加熱速度（１０００℃／分以上）および急速冷却／急冷速度（２００℃／分以上）を可能にする。

ＳＰＳプロセスの一実施形態では、例示目的のみであれば、焼結粉末の組成物の焼結は、同時にパルス電流を受けながら真空下（６＜Ｐ（パスカル（Ｐａ））＜１４）で行われる。ＳＰＳ熱処理は、（１）３分（分）～１０分の間に実施される脱ガス処理であって、焼結粉末が、限定負荷荷重（例えば、１０ＭＰａ～２０ＭＰａ）下で３分、および最大４０ＭＰａ～１００ＭＰａの増加負荷荷重下で２分曝されることが好ましい、脱ガス処理、ならびに、（２）４０ＭＰａ～１００ＭＰａの負荷荷重下で１００℃分^-1で１０００℃～１５００℃まで加熱し、最大温度で５分間浸漬し、室温まで冷却して実施されてよい。他の実施形態では、温度範囲は１１００℃～１３００℃である。組成物の構成割合、粒子径、圧力、温度、処理期間、および電流パルスシーケンスを含む、１つ以上のＳＰＳプロセスパラメータは、ＳＰＳプロセスを最適化するために必要に応じて変更されてよいことが認識される。

焼結プロセスによって形成された固体部品は、外部型２０８から取り除かれる（工程１２４）。図２Ｊは、固体部品２４０の上面図である。図２Ｋは、図２Ｊに示された固体部品２４０の切断線２Ｋ－２Ｋに沿った断面図である。固体部品２４０は、ベース領域粉末から形成されたベース領域２４４、保護領域粉末から形成された保護領域２４８、ならびに、ベース領域粉末および保護領域粉末の両方の混合物から形成された遷移領域２５２を含む部品本体を備える。ベース領域２４４付近では、遷移領域２５２は保護領域粉末が少量のほぼ全てがベース領域粉末であり、保護領域粉末の割合は、遷移領域２５２がベース領域粉末が少量でほぼ全てが保護領域粉末になるまで、遷移領域２５２は保護領域２４８に近付くにつれて増加する勾配を提供してよい。遷移領域によって提供される勾配は、ベース領域２４４と保護領域２４８との間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の遷移を提供し、ＣＴＥの不一致による割れを低減する。加えて遷移領域は、ベース領域２４４と保護領域２４８との間に付着性を増加させる粗い界面を形成し、剥離、スポーリング、およびフレーキングを低減する。固体部品２４０は、ほぼ１００％に達する高密度化（例えば、９９％以上の相対密度、好ましくは９９．５％～１００％の相対密度）を特徴とし、等方性特性は粒子間の拡散を低減し、粒子成長を最小限にするまたは防ぐ。いくつかの実施形態では、平均粒径は１０ミクロン（μｍ）未満である。いくつかの実施形態では、平均粒径は５ミクロン未満である。いくつかの実施形態では、少なくとも９９．５％の密度を有することで、０．５％未満の気孔率がもたらされる。気孔率は、全体積で割った孔体積で定義される。密度が高く粒径が小さいことで、より高強度の部品がもたらされる。内部型２０４は、固体部品２４０内に留まる。

内部型２０４が取り除かれる（工程１２８）。内部型２０４は、溶解によって除去されてよい。内部型２０４は、化学反応または熱反応によって溶解されてよい。内部型２０４がチタン管であるこの実施形態では、内部型は化学的に溶解される。チタン管を溶解するために、内部型２０４に温塩酸溶液が流されてよい。内部型２０４は、外部型２０８と２カ所で接触しているため、内部型２０４が外部型２０８に接触するところでは、チタン管に塩酸溶液を導入するための第１の位置、および、チタン管から使用済み溶液を排出するための第２の位置が設けられる。図２Ｌは、内部型が溶解されて空の蛇行流路２４６が残された後の固体部品２４０の上面図である。図２Ｍは、図２Ｌに示された固体部品２４０の切断線２Ｍ－２Ｍに沿った断面図である。固体部品２４０は、放電プラズマ焼結セラミック部品本体を形成する。蛇行流路壁は、放電プラズマ焼結セラミック部品本体の表面である。

他の実施形態では、内部型２０４は、鉄、ジルコニウム、タングステン、またはシリコンで作られてよい。内部型２０４がタンクステン管である場合は、化学溶解には過酸化水素が用いられてよい。鉄およびジルコニウムを化学溶解するには塩酸（ＨＣＬ）が用いられてよい。シリコンを化学溶解するにはアルカリ性水溶液が用いられてよい。この実施形態では、内部型２０４はチタン管であるため、内部型２０４は焼結温度で融解しない金属材料であり、酸化アルミニウムの熱膨張係数（ＣＴＥ）に最も近いＣＴＥを有する。内部型２０４のＣＴＥが固体部品２４０のＣＴＥに近付くほど、少ない応力が広い温度範囲にわたって提供される。固体本体２０４のＣＴＥよりも低いＣＴＥの内部型２０４を有することで、内部型２０４のＣＴＥが固体部品２４０のＣＴＥよりも大きいときよりも少ない応力が提供される。

他の実施形態では、内部型２０４は、熱溶解によって除去されてよい。内部型の異なる熱溶解方法は、内部型２０４を融解することによる。例えば、内部型２０４が、スズ、黒鉛、ろう、または熱可塑性ポリマである場合は、内部型２０４を融解するのに十分な熱が提供されてよい。溶融材料は、排水または蒸発されてよい。別の実施形態では、内部型２０４は、熱溶解のために熱を用いて熱的に蒸発または焼却される黒鉛であってよい。他の実施形態では、内部型２０４は溶解されない代わりに、冷媒を流すための流路壁として用いられる。

固体部品２４０は、さらに処理（例えば、研削、加工、化学洗浄、物理洗浄、アニール、または同様の処理）されて、特にプラズマ処理チャンバで用いるための構成部品になるように構成されてよい。実施形態では、構成部品の形状および／または寸法を制御するために、誘電体部品が研削される。実施形態で用いられうる研削機の例は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）研削盤である。

いくつかの実施形態では、さらなる処理は、内部機械応力を緩和するために用いられる熱アニールをさらに含んでよい。アニールプロセスは、焼結後に実施される。いくつかの実施形態では、複数のアニールプロセスが提供されてよい。例えば、第１のアニールプロセスは研磨前に提供されてよく、第２のアニールプロセスは研磨後に提供されてよい。実施形態では、熱アニールプロセスは、３時間以上の期間に大気雰囲気において６００℃よりも高い温度に誘電体部品を加熱するために用いられる。いくつかの実施形態では、アニール中に酸素または窒素が豊富な環境が提供される。異なるガスは、誘電体窓の色に影響を与える可能性がある。様々な実施形態では、アニールは、３時間～７２時間の期間に８００℃～１４００℃の温度で行われる。

次に、さらなる処理は、保護領域２４８の表面にラッピングプロセスを施すことをさらに含んでよい。ラッピングプロセスは、保護領域２４８の表面の一部を除去して、さらなる損傷深さを引き起こすことなく損傷深さを低減するために、誘電体部品の表面に研磨用組成物を付ける。ラッピングは、損傷深さを増加させることなく表面粗さを低減するために、より微細な材料を用いて研磨プロセスによって形成されたピークを除去する、研磨よりも低速なプロセスである。ラッピングプロセスは、構成部品と、摩擦を提供するプレートまたはパッドとの間に微細ダイヤモンド粒子を用いてよい。

ラッピングが完了した後に、保護領域２４８の表面は研磨される。研磨は、保護領域２４８の表面を滑らかにする。研磨は、ラッピングよりも低速な材料除去プロセスである。研磨の目的は、材料を除去することではなく、表面粗さを低減することである。実施形態では、ラッピング後に残る凹凸を除去するために、より微細なグリットパッドが用いられる。研磨は、凸凹の数を減らすことによって表面粗さを低減する。いくつかの実施形態では、真空に曝される保護領域２４８の部分にのみラッピングおよび研磨が施される必要がある。

固体部品２４０は、プラズマ処理チャンバの構成部品として取り付けられる（工程１３２）。理解を容易にするために、図３は、実施形態で用いられうるプラズマ処理チャンバシステム３００の例を概略的に示す。プラズマ処理チャンバシステム３００は、内部にプラズマ処理チャンバ３０４を有するプラズマリアクタ３０２を備える。プラズマ電源３０６は、電力整合ネットワーク３０８によって調整され、固体部品２４０で形成された誘電体誘導電力窓付近に位置するトランス結合プラズマ（ＴＣＰ）コイル３１０に電力を供給する。ＴＣＰコイル３１０は、固形部品２４０を通じてプラズマリアクタ３０２に誘導結合電力を提供することで、プラズマ処理チャンバ３０４内にプラズマ３１４を発生させる。ピナクル３７２は、プラズマ処理チャンバ３０４のチャンバ壁３７６から誘電体誘導電力窓に延びて、ピナクルリングを形成する。ピナクル３７２は、チャンバ壁３７６および誘電体誘導電力窓に対して角度が付いている。例えば、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と誘電体誘導電力窓との間の内角は各々、９０°よりも大きく１８０°よりも小さくてよい。ピナクル３７２は、図のようにプラズマ処理チャンバ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、プラズマ処理チャンバ３０４内で均等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内で環状配電を生成するように構成されてよい。誘電体誘導電力窓は、エネルギがＴＣＰコイル３１０からプラズマ処理チャンバ３０４に通過できるようにしながら、プラズマ処理チャンバ３０４からＴＣＰコイル３１０を分離するように設けられる。ウエハバイアス電圧電源３１６は、バイアス整合ネットワーク３１８によって調整され、処理ウエハ３６６が基板支持体３６４に設置されたときにバイアス電圧を設定するために基板支持体３６４に電力を提供する。制御装置３２４は、プラズマ電源３０６およびウエハバイアス電圧電源３１６を制御する。

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。加えて、ＴＣＰコイル３１０および／または基板支持体３６４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、１つの電源または複数の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システム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などのガス入口を介してプラズマ処理チャンバ３０４と流体接続している。ガス注入器３４０は、ガスがガス注入器３４０を通ってプラズマ処理チャンバ３０４に流れることができるように、少なくとも１つのボアホール３４１を有する。ガス注入器３４０は、プラズマ処理チャンバ３０４内の任意の有益な地点に設置され、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、プラズマ処理チャンバ３０４内の複数の領域へのそれぞれのガス流を独立して調節できる。具体的には、ガス注入器は、誘電体誘導電力窓３１２に取り付けられる。ガス注入器は、電力窓の上に、もしくはその内部に取り付けられてよい、または、その一部を形成してよい。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チャンバ３０４から除去される。圧力制御弁３４２およびポンプ３４４は、プラズマ処理チャンバ３０４内で特定の圧力を維持するようにも機能する。圧力制御弁３４２は、処理の間に１Ｔｏｒｒ未満の圧力を維持できる。エッジリング３６０は、基板支持体３６４の上部の周囲に設置される。ガス源／ガス供給機構３３０は、制御装置３２４によって制御される。実施形態を実施するために、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 ＳｔｒａｔａまたはＶｅｃｔｏｒが用いられてよい。この実施形態では、固体部品２４０は蛇行流路２４６を有する。熱制御装置３８０は、蛇行流路２４６と流体接続し、蛇行流路２４６を通じて流体を流すように構成されている。熱制御装置３８０は、蛇行流路２４６を通る流体を提供する。この実施形態では、熱制御装置３８０は、固体部品２４０を冷却するために蛇行流路２４６を通じて液冷媒を流す。別の実施形態では、熱制御装置３８０は、固体部品２４０を加熱するために用いられてよい。

プラズマ処理チャンバは、ウエハをプラズマ処理するために用いられる（工程１３６）。プラズマ処理チャンバによって実施されるプラズマ処理は、エッチング、堆積、パッシベーション、または別のプラズマ処理の１つ以上のプロセスを含んでよい。プラズマ処理は、非プラズマ処理と併せて実施されてもよい。固体部品２４０を通じて誘導電力を伝送することは、固体部品の加熱を引き起こす可能性がある。固体部品２４０は、劣化を防ぐために冷却される。固体部品２４０の裏側に冷却ガスを提供することは、不十分な冷却をもたらす可能性がある。蛇行流路を通じて液体を流すことは、固体部品２４０全体により均一な温度を提供することでプロセス均一性を向上させるのに役立つ。保護領域２４８は、固体部品２４０をプラズマ浸食から保護する。

保護領域２４８は、ベース領域２４４よりも耐プラズマ浸食性が高い。例えば、プラズマ３１４がフッ素含有プラズマである場合は、保護領域２４８はセラミック含有酸化マグネシウムアルミニウム製であり、ベース領域はセラミック含有ジルコニア強化アルミナ製であってよい。酸化マグネシウムアルミニウムは、ジルコニア強化アルミナよりもフッ素含有プラズマによる浸食に耐性がある。結果として、保護領域２４８は、フッ素含有プラズマ３１４によって生じた固体部品２４０から形成された汚染物質を低減でき、固体部品２４０の浸食を低減する。様々な実施形態では、保護領域２４８は、混合金属酸化物、混合金属オキシフッ化物、および金属フッ化物の少なくとも１つから作られてよい。様々な実施形態では、混合金属酸化物、混合金属オキシフッ化物、および金属フッ化物は、酸化イットリウムアルミニウム、酸化マグネシウムアルミニウム、フッ化マグネシウム、およびオキシフッ化イットリウムアルミニウムの少なくとも１つを含んでよい。

ベース領域２４４にジルコニア強化アルミナセラミックを用いることは、機械的強度の向上、熱均一性、低損失のＲＦ（無線周波数）伝達、および高いＤＣ電気抵抗をもたらす。ジルコニア強化アルミナのＤＣ電気抵抗は、１０⁶オームよりも大きい。加えて、ジルコニア強化アルミナセラミックは加工しやすい。また、ジルコニア強化アルミナセラミックは低コストである。固体部品２４０のほとんどが優れた機械的強度を有し、薄い厚みの固体部品２４０のみが耐プラズマ浸食性の向上を必要とするため、ベース領域２４４の厚さは、保護領域２４８よりも数倍厚い。この実施形態では、保護領域２４８は０．１ｍｍ～１０ｍｍの厚さを有する。他の実施形態では、保護領域２４８は約０．５ｍｍ～５ｍｍの厚さを有する。固体部品２４０は、約１０ｍｍ～１００ｍｍの厚さを有してよい。いくつかの実施形態では、誘電体部品２４０は、約２０ｍｍ～５０ｍｍの厚さを有する。遷移領域２５２は、約１μｍ～４０μｍの厚さを有してよい。放電プラズマ焼結プロセスは、他の焼結プロセスよりもずっと高速なため、放電プラズマ焼結プロセスの遷移領域２５２が、より長期間にわたって加熱する他の焼結プロセスよりも厚さが薄くなるように、異なる材料の相互拡散は少ない。加えて遷移領域２５２は、溶射プロセスによって生じる遷移領域よりもずっと薄いだろう。溶射プロセスは、遷移領域がＳＰＳプロセスによって生じる遷移領域よりもずっと薄くなるように、ほとんど拡散がない。いくつかの他の焼結プロセスは、熱膨張係数の不一致による割れを引き起こす。いくつかの実施形態では、固体部品２４０の９０％以上がベース領域２４４で形成される。様々な実施形態では、ベース領域２４４は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、イットリウム安定化ジルコニア、およびジルコニウム強化アルミナの少なくとも１つで作られる。

他の実施形態では、固体部品２４０は、プラズマ処理チャンバシステム３００の他の部分を形成してよい。例えば、固体部品２４０はプラズマ処理チャンバの壁であってよい。具体的には、固体部品２４０は、誘電電力がプラズマ処理チャンバシステム３００の外側から固体部品２４０を通じてプラズマ処理チャンバシステム３００に入るプラズマ処理チャンバシステム３００の壁であってよい。

他の実施形態では、構成部品は、ベベルプラズマ処理チャンバなどの他の種類のプラズマ処理チャンバの一部であってよい。様々な実施形態において提供されうるプラズマ処理チャンバの構成部品の例は、プラズマ処理チャンバの電力窓、壁、ピナクルなどのライナ、シャワーヘッド、ガス注入器、およびエッジリングである。様々な実施形態では、電力窓は平坦もしくはドーム型であってよい、または、他の形状を有してよい。

内部型２０４を化学反応させる他の実施形態では、内部型２０４は、ベース粉末および酸粉末を含む鋳造用粉末から形成される。内部型を化学反応させるために、内部型に水が提供される。水は酸粉末にベース粉末を中和させ、内部型２０４を溶解する。

様々な実施形態は、流路間に６ｍｍよりも大きい厚さの壁を提供してよい。現在の技術を用いて、仮に３Ｄプリントを用いて６ｍｍよりも大きい厚さの壁を有する同様の部品が形成された場合、かかる部品には割れが生じるだろう。加えて、かかる３Ｄプリント部品は、他の有害な特性を有するだろう。そのため３Ｄプリント部品は、熱流路間に６ｍｍよりも厚い壁を有すべきでない。

他の実施形態では、プラズマ溶射、溶射、または他の堆積もしくは形成プロセスを用いて、固体部品２４０のプラズマ対向面に耐プラズマ被膜が形成されてよい。成形および／またはＳＰＳプロセスは、固体部品２４０のさらなる処理が必要ないように構成されてよいことが認識される。いくつかの実施形態では、耐プラズマ被膜は設けられない。

いくつかの実施形態では、保護領域粉末２２４は、ベース領域粉末２２０より前に型に設置されてよい。ベース領域粉末２２０の厚層を加えながら保護領域粉末２２４の均一で薄い層を提供することは難しいだろう。

様々な実施形態では、２つの異なる手法の少なくともいずれかで三元系セラミックが形成されてよい。いくつかの実施形態では、三元系セラミック粉末が用いられてよい。他の実施形態では、２つの二元系セラミック粉末が用いられてよい。例えば、酸化マグネシウムアルミニウム保護領域２４８を形成するために、保護領域粉末は、酸化マグネシウムおよび酸化アルミニウムの２つの二元系セラミック粉末を含んでよい。焼結の間、反応焼結プロセスが行われて、２つの二元系セラミック粉末に酸化マグネシクムアルミニウムの三元系セラミックを形成させる。別の実施形態では、保護領域粉末は酸化マグネシウムアルミニウム粉末の三元系セラミック粉末である。酸化マグネシウムアルミニウム粉末は焼結されて、酸化マグネシウムアルミニウム部品が形成される。別の実施形態では、酸化マグネシウムアルミニウム粉末はフッ素ガスの存在下で焼結されて、オキシフッ化マグネシウムアルミニウムセラミック部品が形成される。

異なるベース領域粉末２２０および保護領域粉末２２４を同時焼結することで、異なるベース領域２４４および保護領域２４８が積層として形成される。これらの積層は、分離および終端を防ぐボンディングを有する。低気孔率の固体部品２４０は、浸食をさらに低減する。

様々な実施形態では、保護領域は約５ｍｍの厚さを有してよい。いくつかの実施形態では、１０，０００ＲＦ時間の使用で４ｍｍ未満の保護領域が浸食される。かかる実施形態は、固体部品２４０の変更の必要なしに約１０，０００ＲＦ時間にわたる固体部品２４０の使用を可能にする。１０，０００ＲＦ時間持ちこたえる部品を有することで、メンテナンス費用、汚染、プロセスドリフト、およびダウンタイムが低減される。

いくつかの実施形態では、ジルコニウム強化アルミナのベース領域２４４は、酸化イットリウムアルミニウムの保護領域２４８と共に用いられる。ジルコニウム強化アルミナおよび酸化イットリウムアルミニウムは、割れを低減するほど十分に近い熱膨張係数を有する。

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、置き換え、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施する多くの他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、置き換え、および様々な代替同等物を含むと解釈されることを意図する。本明細書で用いられる「Ａ、Ｂ、またはＣ」という表現は、非排他的論理「ＯＲ」を用いる論理（「Ａ ＯＲ Ｂ ＯＲ Ｃ」）を意味すると解釈されるべきであり、「ＡまたはＢまたはＣのうちの１つのみ」を意味すると解釈されるべきでない。プロセス内の各工程は最適な工程であってよく、必須ではない。異なる実施形態は、１つ以上の工程を取り除いてよい、または、異なる順序で工程を提供してよい。加えて、様々な実施形態は、異なる工程を連続的ではなく同時に提供してよい。

Claims (20)

1. プラズマ処理チャンバの構成要素を形成するための方法であって、
   内部型を設ける工程と、
   前記内部型の周囲に外部型を設ける工程と、
   前記外部型をセラミック粉末で満たす工程であって、前記セラミック粉末は前記内部型を取り囲む、工程と、
   前記セラミック粉末を焼結して固体部品を形成する工程と、
   前記固体部品を前記外部型から取り除く工程と、
   を含む、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記セラミック粉末を焼結する工程は、放電プラズマ焼結である、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   前記セラミック粉末は、金属酸化物である、方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、
   前記内部型は、前記外部型と接触している、方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
   溶解、融解、化学反応、蒸発、熱反応、またはこれらの組み合わせを含むプロセスによって前記内部型を除去する工程を含む、方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、
   前記内部型は、少なくとも１つの中空管を備え、さらに、
   前記内部型を除去する工程であって、前記少なくとも１つの中空管を通じて流体を流す工程を含み、前記流体は、前記少なくとも１つの中空管を化学的に溶解する、工程を含む、方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、
   前記内部型を取り囲むセラミック粉末で前記外部型を満たす前記工程は、
   型にベース領域粉末を提供する工程であって、前記ベース領域粉末は、第１の誘電材料を含み、前記内部型を取り囲む、工程と、
   前記型に保護領域粉末の層を提供する工程であって、前記保護領域粉末は、前記第１の誘電材料とは異なる第２の誘電材料を含み、前記セラミック粉末を焼結する前記工程は、前記ベース領域粉末および前記保護領域粉末を同時焼結する、工程と、
   を含む、方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、
   前記第２の誘電材料は、酸化イットリウムアルミニウム、酸化マグネシウムアルミニウム、イットリア、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、およびオキシフッ化イットリウムアルミニウムの少なくとも１つを含み、前記第１の誘電材料は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、イットリウム安定化ジルコニア、およびジルコニウム強化アルミナの少なくとも１つを含む、方法。
9. プラズマ処理チャンバで用いるための構成部品であって、
   プラズマ対向面を有する放電プラズマ焼結セラミック部品本体と、
   前記セラミック部品本体に埋め込まれた少なくとも１つの中空構造体と、
   を備える、構成部品。
10. 請求項９に記載の構成部品であって、
    前記中空構造体は、前記セラミック部品本体を通って延びる蛇行熱流路を備える、構成部品。
11. 請求項１０に記載の構成部品であって、
    前記蛇行熱流路間の壁は、６ｍｍよりも大きい厚さを有する、構成部品。
12. 請求項９に記載の構成部品であって、
    前記少なくとも１つの中空構造体の壁は、前記放電プラズマ焼結セラミック部品本体で形成される、構成部品。
13. 請求項９に記載の構成部品であって、
    前記セラミック部品本体は、電力窓、ライナ、シャワーヘッド、およびエッジリングの少なくとも１つにおいて形成される、構成部品。
14. 請求項９に記載の構成部品であって、
    前記セラミック部品本体は、
    第１の誘電材料を含むベース領域と、
    前記ベース領域の第１の側の保護領域であって、前記保護領域は、混合金属酸化物および混合金属オキシフッ化物および金属フッ化物の少なくとも１つの第２の誘電材料を含み、前記第１の誘電材料は、前記第２の誘電材料とは異なる、保護領域と、
    前記保護領域と前記ベース領域との間の遷移領域であって、約１μｍ～４０μｍの厚さを有し、前記第１の誘電材料および前記第２の誘電材料を含む、遷移領域と、
    を備える、構成部品。
15. ウエハを処理するための装置であって、
    内側および外側を有する処理チャンバと、
    前記処理チャンバの内側で基板を支持するための基板支持体と、
    前記処理チャンバにガスを提供するためのガス入口と、
    前記処理チャンバの外側のコイルと、
    前記コイルと前記処理チャンバの前記内側との間の電力窓であって、
    プラズマ対向面を有する放電プラズマ焼結セラミック部品本体と、
    前記セラミック部品本体を通って延びる少なくとも１つの蛇行熱流路と、を含む電力窓と、
    前記少なくとも１つの蛇行熱流路と流体接続する熱制御装置であって、前記少なくとも１つの蛇行熱流路を通じて流体を流すように構成された熱制御装置と、
    を備える、装置。
16. 請求項１５に記載の装置であって、
    前記少なくとも１つの蛇行熱流路の壁は、前記セラミック部品本体で形成される、装置。
17. 請求項１５に記載の装置であって、
    前記放電プラズマ焼結セラミック部品本体は、
    第１の誘電材料を含むベース領域と、
    前記ベース領域の第１の側の保護領域であって、前記保護領域は、混合金属酸化物および混合金属オキシフッ化物および金属フッ化物の少なくとも１つの第２の誘電材料を含み、前記第１の誘電材料は、前記第２の誘電材料とは異なる、保護領域と、
    前記保護領域と前記ベース領域との間の遷移領域であって、約１μｍ～４０μｍの厚さを有し、前記第１の誘電材料および前記第２の誘電材料を含む、遷移領域と、
    を備える、装置。
18. プラズマ処理チャンバで用いるための電力窓であって、
    少なくとも９９．５％の密度および１０ミクロン未満の平均粒径を有する、プラズマ対向面を含む放電プラズマ焼結セラミック部品本体と、
    前記セラミック部品本体内の蛇行流路と、
    を備える、電力窓。
19. 請求項１８に記載の電力窓であって、
    前記蛇行流路は、蛇行流路壁によって規定され、前記蛇行流路壁は、前記放電プラズマ焼結セラミック部品本体の表面である、電力窓。
20. 請求項１８に記載の電力窓であって、
    前記放電プラズマ焼結セラミック部品本体は、
    第１の誘電材料を含むベース領域と、
    前記ベース領域の第１の側の保護領域であって、前記保護領域は、混合金属酸化物および混合金属オキシフッ化物および金属フッ化物の少なくとも１つの第２の誘電材料を含み、前記第１の誘電材料は、前記第２の誘電材料とは異なる、保護領域と、
    前記保護領域と前記ベース領域との間の遷移領域であって、約１μｍ～４０μｍの厚さを有し、前記第１の誘電材料および前記第２の誘電材料を含む、遷移領域と、
    を備える、電力窓。

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