JP4532479B2 - 処理部材のためのバリア層およびそれと同じものを形成する方法。 - Google Patents
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Description
本出願は、２００３年３月２１日に出願された米国仮出願シリアル番号第６０／４５８，４３９号に対し優先権を主張し、かつ関連するものである。この出願の内容は、参照してここに組み込まれる。
本発明は、処理部材のためのバリア層、およびそれと同じものを形成する方法に関する。より詳しくは、本発明は密着層、および保護層を備えている処理部材のためのバリア層、およびそれと同じものを形成する方法に関する。
半導体産業の集積回路（ＩＣ）の製造は概して、基板から材料を除去するのに、および基板に材料を堆積するのに必要なプラズマリアクタの中での表面化学の生成、およびアシストするためにプラズマを使用する。一般に、プラズマは、供給されたプロセスガスとのイオン化衝突を維持するのに十分なエネルギまで電子を加熱することによって、真空条件下のプラズマリアクタ中で形成される。さらに、加熱された電子は、解離性衝突を維持するのに十分なエネルギを有し、そしてそれゆえに、所定のコンディション（例えばチャンバ圧、ガス流量など）の下のガスの特定のセットは、チャンバ（例えば材料が基板から除去されるエッチングプロセスまたは材料が基板に加えられる堆積プロセス）の中で実行されている特定のプロセスに適している荷電種、および化学的反応種の集団を生成するように選ばれる。
荷電種（イオンなど）、および化学的反応種の集団の形成は、基板表面でのプラズマ処理システム（すなわち材料エッチング、材料堆積など）の機能を実行するために必要であるが、処理チャンバ内部の他の部品表面は、物理的に、および化学的に活性プラズマにさらされ、そしてやがて、腐食し得る。プラズマ処理システム内のさらされた部品の腐食は、プラズマ処理パーフォーマンスの段階的な低下に、そして、最後にシステムの完全故障につながり得る。
プロセスプラズマにさらすことによって被るダメージを最小化するために、処理プラズマにさらされ続けることが知られているプラズマ処理システムの部品は、保護バリアで被覆される。例えば、アルミニウムから製造された部品は、プラズマに対してより耐性を示す酸化アルミニウムの表面層を生じるように陽極酸化され得る。他の例では、消耗可能か交換可能な部品、例えばシリコン、石英、アルミナ、カーボンまたは炭化珪素から作られたものは、頻繁な置換の間、より費用がかかるより高価な部品の表面を保護するために、処理チャンバ内に挿入され得る。さらに、処理プラズマ、およびおそらく基板上に形成されるデバイスへの不必要な汚染物質、不純物などの導入を最少化する表面材料を選ぶことは、望ましい。
いずれの場合においても、保護コーティングの不可避なる不良は、保護バリアの完全性または保護バリアの製造の完全性に起因するものであり、そして、交換可能な部品の消耗品としての性質は、プラズマ処理システムの頻繁なメンテナンスを要求する。
この頻繁なメンテナンスは、プラズマ処理休止時間（ｄｏｗｎ−ｔｉｍｅ）と、新しいプラズマ処理チャンバの過剰となり得る部品とに伴う費用を発生させ得る。
バリア層、およびそれと同じものを形成する方法は、記載される。
プロセスを実行するための処理システム内で利用される処理部材上の保護バリアは、プラズマ電解酸化（ｐｌａｓｍａ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）を使用して形成された層を有する、処理部材に結合するボンディング層と、このボンディング層に結合され、プロセスにさらされるように構成された保護層とを含んでいる。
プロセスを実行するために処理システム内で利用される処理部材上に保護バリアを形成する方法は、プラズマ電解酸化することを含んでいる、ボンディング層を処理部材に形成（ａｐｐｌｙｉｎｇ）することと、保護層をボンディング層に形成することとを具備する。
プラズマ処理システム１、例えばプラズマエッチングが可能なものは、図１に記載されており、処理チャンバ１０と、上部アセンブリ２０と、上部壁２４と、基板３５を支持するための基板ホルダ３０と、処理チャンバ１０の減圧雰囲気１１を提供するための真空ポンプ（図示せず）に接続されたポンピングダクト４０とを具備する。例えば、チャンバ１０は、基板３５に隣接するプロセス空間１２内の処理プラズマの形成を容易にする。プラズマ処理システム１は、さまざまな基板（すなわち２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板、またはより大きいもの）を処理するように構成され得る。
示された実施形態において、上部アセンブリ２０は、カバーと、ガス注入アセンブリと、上部電極インピーダンスマッチングネットワークとうちの少なくとも１つを備えることができる。例えば、上部壁２４は、例として、ラジオ周波数（ＲＦ）源に接続された電極板を有する電極を含むように構成されることができ、したがって、プラズマ処理システム１の上部電極を容易にすることができる。他の代わりの実施形態において、上部アセンブリ２０は、カバーと、上部壁２４とを備え、ここで上部壁２４は、電気的ポテンシャルが処理チャンバ１０のそれと等しい電位に維持される。例えば、処理チャンバ１０と、上部アセンブリ２０と、上部壁２４とは、接地電位（ｇｒｏｕｎｄ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）に電気的に接続されることができ、そして、プラズマ処理システム１に対し、接地された壁に容易にすることができる。
処理チャンバ１０は、例えば、プロセス空間１２内の処理プラズマからプラズマ処理チャンバ１０を保護するための堆積シールド１４と、光学ビューポート１６とを更に具備することができる。光学ビューポート１６は、光学ウィンドウ堆積シールド１８の裏面に組み合わされる光学ウィンドウ１７と、光学ウィンドウ１７を光学ウィンドウ堆積シールド１８に組み合わされるように構成され得る光学ウィンドウフランジ１９とを含むことができる。例えばＯ−リングのようなシール部材は、光学ウィンドウフランジ１９と光学ウィンドウ１７との間で、光学ウィンドウ１７と光学ウィンドウ堆積シールド１８との間で、および光学ウィンドウ堆積シールド１８と処理チャンバ１０との間で提供され得る。光学ウィンドウ堆積シールド１８は、堆積シールド１４内で開口部７０を通って延伸することができる。光学ビューポート１６は、例えば、プロセス空間１２内の処理プラズマからの光学発光のモニタリングを可能とすることができる。
基板ホルダ３０は、例えば、基板ホルダ３０と処理チャンバ１０とに接続されたベローズ５２によって囲まれ、処理チャンバ１０内の減圧雰囲気１１からシールするように構成された垂直並進デバイス５０（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎａｌ ｄｅｖｉｃｅ ５０）を更に備えることができる。加えて、ベローズシールド５４は、例えば、基板ホルダ３０に接続されることができ、処理プラズマからベローズ５２を保護するように構成されることができる。あるいは、基板ホルダは、垂直並進デバイス、およびベローズを備えない。
基板ホルダ１０は、フォーカスリング６０と、そして任意に、シールドリング５６とに更に組み合わされることができる。さらにまた、バッフル板５８は、例えば、基板ホルダ３０の周辺のまわりに広がることができる。
基板３５は、例えば、ロボット基板移送システムを介して、スロットバルブ（図示せず）およびチャンバフィードスルー（図示せず）を通して処理チャンバ１０との間で移送されることができ、基板ホルダ３０内に収容された基板リフトピン（図示せず）によって受け取られて、そして、そこに収容されたデバイスによって機械的に移される。一旦、基板３５が基板移送システムから受け取られると、それは、基板ホルダ３０の上部表面へ降ろされる。
基板３５は、例えば、静電クランピングシステムを介して基板ホルダ３０に固定され得る。さらにまた、基板ホルダ３０は、例えば、基板ホルダ３０から熱を受け、そして熱交換器システム（図示せず）へ熱を移し、または加熱するときには、熱を熱交換器システムから基板ホルダ３０へ移す、再循環クーラントフロー（ｒｅ−ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｃｏｏｌａｎｔ ｆｌｏｗ）を含む冷却システムを更に含むことができる。さらに、ガスは、例えば、基板３５と基板ホルダ３０との間のガス空隙熱伝導（ｇａｓ−ｇａｐ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ）を改良するように、裏面ガスシステムを介して基板３５の裏面に分配され得る。基板の温度制御が上昇された温度、または低下された温度で必要とされるときには、このようなシステムは、利用され得る。他の実施の形態において、加熱部材、例えば抵抗加熱部材、または熱−電熱器／冷却器（ｔｈｅｒｍｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｈｅａｔｅｒｓ／ｃｏｏｌｅｒｓ）は、含まれることができる。
図１に示された実施形態において、基板ホルダ３０は、ＲＦパワーがプロセス空間１２内の処理プラズマに結合するように通過する電極（図示せず）を含むことができる。例えば、基板ホルダ３０は、ＲＦ発振器（図示せず）からインピーダンスマッチングネットワーク（図示せず）を介して基板ホルダ３０へのＲＦパワーの伝送を通して、ＲＦ電圧で電気的にバイアスを印加され得る。ＲＦバイアスは、プラズマを形成し、かつ維持するように電子を加熱するのに役に立ち得る。この構成において、システムは、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈ：ＲＩＥ）リアクタとして操作でき、チャンバ、および上部ガス注入電極は、接地面として役立つ。ＲＦバイアスに対し典型的周波数は、１ＭＨｚから１００ＭＨｚまでの範囲であり、例えば１３．５６ＭＨｚであり得る。プラズマ処理のためのＲＦシステムは、当業者にとって周知である。
あるいは、プロセス空間１２内で形成される処理プラズマは、平行平板型、容量結合型プラズマ（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ：ＣＣＰ）源、誘導結合型プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）源、変成器結合型プラズマ（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ：ＴＣＰ）源、それらのいかなる組合せ、そしてＤＣマグネットシステムのある場合と無い場合でも、それらを使用して形成されることができる。あるいは、プロセス空間１２内の処理プラズマは、電子サイクロトロン共鳴（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）を使用して形成されることができる。さらに別の実施形態では、プロセス空間１２内の処理プラズマは、ヘリコン波のラウンチング（ｌａｕｎｃｈｉｎｇ）から形成される。さらに別の実施形態では、プロセス空間１２内の処理プラズマは、表面波（ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅ）の伝搬から形成される。
まだ図１を参照して、プラズマ処理装置１は、１つ以上の処理部材を備え、それぞれは、プロセス空間１２内の処理プラズマにさらされ得るもので、それゆえに、処理中に、潜在的な腐食（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｒｏｓｉｏｎ）にさらされている。例えば、この１つ以上の処理部材は、電極板、堆積シールド、チャンバライナ（ｃｈａｍｂｅｒ ｌｉｎｅｒ）、ベローズシールド、バッフル板、光学ウィンドウ堆積シールド、シールドリング、フォーカスリングなどを含むことができる。処理プラズマにさらされた処理部材の腐食と、その後の何らかの基板のコンタミネーションとを軽減するために、処理部材は、保護バリアで被覆される。
実施形態において、図２にて示すように、処理部材１００は、プラズマによる腐食に耐性を有する保護層１２０を有する保護バリア１１０と、保護層の不良によるプロセスコンタミネーションの可能性を軽減するために処理部材１００への保護層１２０の密着性を改良するボンディング層１３０とを備えている。
保護層１２０は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、およびＹ２Ｏ３の少なくとも一方より構成され得る。本発明の他の実施形態では、保護層は、第ＩＩＩ族元素（ＩＩＩ―ｃｏｌｕｍｎ ｅｌｅｍｅｎｔ）（周期表の第ＩＩＩ族）およびランタニド元素（Ｌａｎｔｈａｎｏｎ ｅｌｅｍｅｎｔ）の少なくとも１つを含んでいる。本発明の他の実施形態では、このＩＩＩ族元素は、イットリウム（Ｙｔｔｒｉｕｍ）、スカンジウム（Ｓｃａｎｄｉｕｍ）およびランタン（Ｌａｎｔｈａｎｕｍ）の少なくとも１つを含んでいる。本発明の他の実施形態では、ランタニド元素は、セリウム（Ｃｅｒｉｕｍ）、ジスプロシウム（Ｄｙｓｐｒｏｓｉｕｍ）およびユウロピウム（Ｅｕｒｏｐｉｕｍ）の少なくとも１つを含んでいる。本発明の他の実施形態では、保護層を形成する合成物（ｃｏｍｐｏｕｎｄ）は、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、Ｓｃ２Ｏ３，Ｓｃ２Ｆ３、ＹＦ３、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｅｕ２Ｏ３およびＤｙＯ３の少なくとも１つより形成されている。
ボンディング層は、例えば、Ｋｅｒｏｎｉｔｅ（Ｋｅｒｏｎｉｔｅ社（Ｋｅｒｏｎｉｔｅ Ｌｉｍｉｔｅｄ， Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ＰＯ Ｂｏｘ ７００， Ｇｒａｎｔａ Ｐａｒｋ， Ｇｒｅａｔ Ａｂｉｎｇｔｏｎ， Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ ＣＢ１ ６ＺＹ，ＵＫ）から市販の表面コーティング処理）である。一般に、ボンディング層は、（金属）処理部材とセラミックとの間の薄い遷移層（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）と、硬度を提供する密度の高い主要層（ｐｒｉｍａｒｙ ｌａｙｅｒ）と、より柔らかくより多孔性の外層（ｏｕｔｅｒ ｌａｙｅｒ）とを含んだ三層を有することができる。概ね総ボンディング層厚の最大で１０〜２０％を備えた、より柔らかいより多孔性の外層は、保護層の形成に対しボンディング表面を提供するために、研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって除去され得る。記載されているようにボンディング層が変換層（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｌａｙｅｒ）であるので、それは、分子ボンディングによる改良された密着特性を備えている。
図３は、保護バリアを処理部材上に形成する方法を示す。この方法は、ステップ５１０から始まるフローチャート５００に示され、ここでボンディング層は、処理部材の少なくとも１つの表面に形成される。処理部材は、例えば、機械加工、研磨および研削（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）の少なくとも１つを使用して製造され得る。例えば、上で記載されている処理部材は、ミル（ｍｉｌｌ）などを含む従来の技術を用いて機械製図に記載される仕様に従って機械加工され得る。例えば、ミルを使用して部品を機械加工する技術は、このような材料を機械加工する当業者にとって周知である。処理部材は、金属、シリコンをベースとした材料、およびセラミックの少なくとも１つより形成され得る。処理部材は、例えば、アルミニウムより形成され得る。ボンディング層は、Ｋｅｒｏｎｉｔｅより形成され得る。例えば、Ｋｅｒｏｎｉｔｅ層は、処理部材をマスキングすることと、液体電解質（ｌｉｑｕｉｄ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）中のプラズマ放電によって金属的表面を硬く高密度で密着性を有したセラミックに変えるために湿式の化学電解浴（ｗｅｔ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｂａｔｈ）に処理部材を沈めることとを含むプラズマ電解酸化（ＰＥＯ）を介して形成され得る。オプションとして、ボンディング層の（第３の）より柔らかくより多孔性の層は、研磨によって除去され得る。
ステップ５２０において、保護層は、ボンディング層に形成される。例えばイットリアを含む保護層は、セラミックスプレーコーティングの当業者にとって周知である（熱（ｔｈｅｒｍａｌ））スプレーコーティング技術を使用して形成され得る。代わりの実施形態では、保護バリアを形成することは、熱スプレーコーティング（熱溶射皮膜）を研磨することを更に含むことができる。例えば、熱スプレーコーティングを研磨することは、吹き付けられた表面に研磨紙（ｓａｎｄ ｐａｐｅｒ）の適用を含むことができる。
本発明の特定の例示的実施形態だけが上で詳細に記載されたが、当業者は、本発明の新しい教示および効果から逸脱しない範囲において、具体的な例示的実施形態に基づき多くの変更態様が可能であることを容易に理解する。したがって、全てのこのような変更態様は、本発明の範囲内に含まれるものである。
本発明のこれら及び他の効果は、添付の図面と共に本発明の例示的実施形態の詳細な説明から、より明らかに、より容易に理解されることとなる。
Claims (17)
- プロセスを実行する処理システム内で利用される処理部材上の保護バリアであって、
プラズマ電解酸化を使用して形成された少なくとも遷移層および主要層を含み、前記処理部材に結合されたボンディング層と、
前記ボンディング層に結合され、前記プロセスにさらされるように構成された保護層とを具備する保護バリア。 - 前記ボンディング層は、前記主要層に提供される外層をさらに含んでいる請求項１に記載の保護バリア。
- 前記外層の少なくとも一部が研磨、研削、およびグリットブラストの少なくとも１つを使用して除去された後、前記保護層が前記ボンディング層に結合された請求項２に記載の保護バリア。
- 前記保護層は、第ＩＩＩ族元素、およびランタニド元素の少なくとも一方を含んだ合成物で形成されている請求項１に記載の保護バリア。
- 前記第ＩＩＩ族元素は、イットリウム、スカンジウム、およびランタンの少なくとも１つを含んでいる請求項４に記載の保護バリア。
- 前記ランタニド元素は、セリウム、ジスプロシウム、およびユウロピウムの少なくとも１つを含んでいる請求項４に記載の保護バリア。
- 前記保護層は、Ａｌ２Ｏ３、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、Ｓｃ２Ｏ３，Ｓｃ２Ｆ３、ＹＦ３、Ｌａ２Ｏ３，ＣｅＯ２，Ｅｕ２Ｏ３、およびＤｙＯ３の少なくとも１つで構成されている請求項１に記載の保護バリア。
- 前記処理部材は、金属、シリコンベースの材料、およびセラミックの少なくとも１つより形成されている請求項１に記載の保護バリア。
- 前記処理部材は、アルミニウムより形成されている請求項１に記載の保護バリア。
- 前記プロセスは、プラズマを備えている請求項１に記載の保護バリア。
- プロセスを実行する処理システム内で利用される処理部材上の保護バリアを形成する方法であって、
プラズマ電解酸化によって、少なくとも遷移層および主要層を備えるボンディング層を前記処理部材に形成することと、
保護層を前記ボンディング層に形成することとを含んでいる方法。 - 前記ボンディング層は、前記主要層に提供される外層をさらに含んでいる請求項１１に記載の方法。
- 前記外層は、研磨、研削、およびグリットブラストの少なくとも１つを使用して除去される請求項１２に記載の方法。
- 前記保護層は、第ＩＩＩ族元素、およびランタニド元素の少なくとも１つを含んだ合成物で形成されている請求項１１に記載の方法。
- 前記第ＩＩＩ族元素は、イットリウム、スカンジウム、およびランタンの少なくとも１つを含んでいる請求項１４に記載の方法。
- 前記ランタニド元素は、セリウム、ジスプロシウム、およびユウロピウムの少なくとも１つを含んでいる請求項１４に記載の方法。
- 前記保護層は、Ａｌ２Ｏ３、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、Ｓｃ２Ｏ３，Ｓｃ２Ｆ３、ＹＦ３、Ｌａ２Ｏ３，ＣｅＯ２，Ｅｕ２Ｏ３、およびＤｙＯ３の少なくとも１つで構成されている請求項１１に記載の方法。
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