JP4611610B2 - 半導体処理装置のフラーレンでコーティングされた要素 - Google Patents
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Description
【０００１】
発 明 の 背 景
発明の技術分野
本発明は、半導体処理装置とそのような装置要素の耐侵食性を改善する方法に関するものである。
【０００２】
関連技術の説明
半導体処理の分野では、真空処理チャンバが一般に用いられて、エッチング或いは成膜ガスを真空チャンバに供給し、そのガスに電場をかけて、そのガスをプラズマ状態へと活性化するこよにより、基板上にエッチングや物質の化学気相蒸着（ＣＶＤ）を行なったりする。平行平板、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）とも呼ばれる変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ（登録商標））と、電子サイクロトン共鳴（ＥＣＲ）反応室とその構成要素の例は、特許権者が共通の米国特許第４，３４０，５６２号、第４，９４８，４５８号、第５，２００，２３２号、及び第５，８２０，７２３号に開示されている。そのような反応室におけるプラズマ環境の侵食性と、パーティクルと重金属との少なくともいずれかの汚染を最小にする要求のために、そのような機器の構成要素が高い耐侵食性を示すことが非常に望ましい。
【０００３】
半導体基板を処理する間、その基板は通常、真空チャンバ内の空間に、機械的なクランプと静電的なクランプ（ＥＳＣ）のような基板ホルダにより保持される。そのようなクランピングシステムとその構成要素の例は、特許権者が共通の米国特許第５，２６２，０２９号と第５，８３８，５２９号に見出すことができる。プロセスガスはそのチャンバに、ガスノズル、ガスリング、ガス分配板などによるような種々の方法で供給される。誘電結合プラズマ反応室とその構成要素のための温度制御されたガス分配板の例は、特許権者が共通の米国特許第５，８６３，３７６号に見出すことができる。プラズマチャンバ装置に加えて、半導体基板を処理するのに用いられる他の機器には、移送機構、ガス供給システム、ライナー、持ち上げ機構、負荷固定、ドア機構、ロボティックアーム、ファスナーなどが含まれる。そのような機器の構成要素は、半導体処理に関連した種々の侵食条件に従う。さらに、シリコンウェファーのような半導体基板、フラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板のような誘電物質を処理するための高純度の要求という観点からすれば、耐侵食性が改善された構成要素は、そのような環境では非常に望まれるものである。
【０００４】
アルミニウムやアルミニウム合金は、プラズマ反応室の壁、電極、基板サポート、ファスナー、及び他の構成要素に共通に用いられる。そのような金属要素の侵食を防止するために、種々のコーティングでアルミニウム表面をコーティングする種々の技術が提案されている。例えば、米国特許第５，６４１，３７５号は、アルミニウムチャンバの壁は、その壁のプラズマ腐食と摩滅を少なくするために陽極酸化されることを開示している。‘３７５号特許は実際には陽極酸化層はスパッタされるか、或いはエッチングオフされるかしており、そのチャンバは交換されねばならないことを述べている。米国特許第５，８９５，５８６号は、アルミニウム物質上に酸化アルミニウム（Al2O3）、炭化アルミニウム（AlC）、窒化チタニウム（TiN）、炭化チタニウム（TiC）、窒化アルミニウム（AlN）などの耐腐食性薄膜を形成する技術が特開昭６２−１０３３７９号公報に見出されることを述べている。
【０００５】
米国特許第５，６８０，０１３号は、エッチングチャンバの金属表面上に酸化アルミニウム（Al2O3）をフレームスプレイする技術が米国特許第４，４９１，４９６号に開示されていることを述べている。‘０１３号特許は、アルミニウムと酸化アルミニウムのようなセラミックコーティングとの間の熱膨張係数の違いが、侵食環境における熱循環とコーティングの実際の欠陥のために、コーティングのクラックを起こすことにつながることを述べている。チャンバ壁を保護するために、米国特許第５，３６６，５８５号、第５，７９８，０１６号、及び第５，８８５，３５６号は、ライナー構成を提案している。例えば、‘０１６号特許では、アルミニウムをプラズマから保護するために、機械加工のし易さのために好ましく、酸化アルミニウム、酸化スカンジウム（Sc2O3）、或いは酸化イットリウム（Y2O3）のコーティングをしたアルミニウムをもちい、アルミニウムをコーティングするのに好ましい酸化アルミニウム（Al2O3）をもちいた、セラミックとアルミニウムとスティールと石英との内の少なくともいずれかのライナーを開示している。‘５８５号特許では、少なくとも０．００５インチの厚さがあり、固体のアルミナより加工されたフリースタンディングな（free standing）セラミックライナーを開示している。また、‘５８５号特許では、基板となるアルミニウムを消耗せずに成膜されるセラミック層の使用はフレームスプレイされた、或いはプラズマスプレイされた酸化アルミニウムにより備えられることを述べている。‘３５６号特許では、ウェファー台のためのアルミナのセラミック層と窒化アルミニウムのセラミックシールドとを開示している。米国特許第５，８８５，３５６号はＣＶＤチャンバにおいて用いられるセラミックライナー物質を開示している。
【０００６】
種々のコーティングが、半導体処理装置の金属要素のために提案されている。例えば、米国特許第５，８７９，５２３号はスパッタリングチャンバを開示しており、そこでは熱的にスプレイされた酸化アルミニウム（Al2O3）のコーティングがステンレスティールや、間に随意的なニッケルアルミニウム（NiAlx）ボンドコーティングをもったアルミニウムのような金属に適用される。米国特許第５，５２２，９３２号及び第５，８９１，５３号は、間に随意的なニッケルコーティングがある基板のプラズマ処理に用いられる装置の金属要素のロジウムコーティングを開示している。米国特許第５，６８０，０１３号は、プラズマ処理チャンバにおける金属表面に対するボンドされないセラミックによる保護を開示しており、その好適なセラミック物質は、酸化アルミニウム、フッ化マグネシウム、及び酸化マグネシウムを含むあまり好ましくはない物質を含んだ焼結窒化アルミニウム（AlN）である。米国特許第５，９０４，７７８号は、チャンバ壁、チャンバのルーフ、あるいはウェファーの周りのカラー（collar）として用いられるフリースタンディングの炭化シリコン上へのSiC ＣＶＤコーティングを開示している。
【０００７】
シャワーヘッド（showerhead）ガス分配システムのようなプラズマ反応室の構成要素に関して、種々の提案がそのシャワーヘッドの物質に関してなされている。例えば、特許権者が共通の米国特許第５，５６９，３５６号は、シリコン、黒鉛、或いはシリコンカーバイドのシャワーヘッドを開示している。米国特許第５，４９４，７１３号は、アルミニウム電極上にアルマイト膜と、酸化シリコン或いは窒化シリコンのようなシリコンコーティング膜をアルマイト膜上に成膜することを開示している。‘７１３号特許は、シリコンコーティング膜の厚さが１０μｍ以下、好適には約５μｍであるべきことを述べている。なぜなら、アルミニウムコーティング膜、アルマイトコーティング膜、そしてシリコンコーティング膜は、異なる線膨張係数をもち、シリコンのコーティング膜の厚さがあまりにも厚いとクラックが容易に生成されてしまうからである。しかしながら、５μｍ未満の厚さではアルミニウム基板の保護が不十分であるので、あまりよくないことが述べられている。米国特許第４，５３４，５１６号はステンレススティール、アルミニウム、銅などの上方からのシャワーヘッドの電極を開示している。米国特許第４，６１２，０７７号は、マグネシウムのシャワーヘッド電極を開示している。米国特許第５，８８８，９０７号は、アモルファスカーボン、炭化シリコン（SiC）、或いはアルミニウム（Al）のシャワーヘッド電極を開示している。米国特許第５，００６，２２０号と第５，０２２，９７９号は、完全に炭化シリコン（SiC）でできているか、或いはＣＶＤにより成膜された炭化シリコン（SiC）でコーティングされたカーボンのベースでできているシャワーヘッド電極を開示し、高純度の炭化シリコン（SiC）の表面層を提供している。
【０００８】
半導体処理装置の構成要素についての高純度かつ耐侵食性についての必要性の観点からすると、そのような構成要素に用いられる物質かコーティングの少なくともいずれかについての改善が、この技術分野では必要である。その上、チャンバ物質に関して、プラズマ反応チャンバのサービス寿命を伸ばし、従って、その装置のダウン時間を削減できる何らかの物質があれば半導体ウェファーを処理するコストを削減する上で有益である。
【０００９】
上述の記載は、エッチング或いは成膜ガスを真空チャンバに供給し、そのガスにＲＦ場をかけてそのガスをプラズマ状態に活性化することにより、基板上の物質のエッチングとＣＶＤを行なうために用いられる真空処理チャンバの一般的な動作を要約している。背景としてこのことがあれば、本発明の理解に重要な、２番目の関連のない技術分野は、フラーレンに関連した研究の分野である。しばしば、バッキィボール（buckyball）或いはバックミンスターフラーレンとして言及されるフラーレンは、純粋の炭素分子のクラスであり、その炭素原子は閉じた殻を形成する。最も一般的に議論されるフラーレンはＣ60とＣ70である。Ｃ60フラーレン分子は、６０個の炭素原子から成りなっており、それらが互いに接合してサッカーボールのような構造に対称的に配列された２０個の六角形と１２個の５角形の面をもつかご状の構造を形成する。Ｃ60分子は、面心（face-centerd）立方体構造をもつ閉じて詰まった（close-packed）固体分子の物質を形成する。Ｃ70の構造は、２５個の六角形をもったもので、その結果はラグビーボールがしのばれるような形となる。
【００１０】
１９８５年のフラーレンの発見以来、研究者たちはその性質を調べその分子利用を開発してきた。この点については、フラーレンを含む膜やコーティングの利用を詳細に説明した数多くの特許がある。例えば、米国特許第５，２７１，８９０号、第５，３１０，６９９号、第５，３５６，８７２号、第５，３６８，８９０号、第５，３７４，４６３号、第５，３８０，５９５号、第５，３８０，７０３号、第５，３９５，４９６号、第５，８７６，７９０号、及び第５，５５８，９０３号を参照されたい。
【００１１】
発 明 の 要 約
本発明の第１の側面からすれば、半導体処理装置の構成要素の表面にフラーレンを含む耐腐食性のあるコーティングを提供するプロセスが備えられる。そのプロセスは、処理装置の要素の表面にフラーレンを含むコーティングを成膜して、耐腐食外表面を形成することを含む。耐腐食表面は、プラズマチャンバガスの侵食効果から基板となる物質を保護する表面コーティングを意味し、一方、そのプラズマチャンバガスによるコーティングの腐食に抵抗する。コーティングされる処理装置の構成要素の基板となる表面は、金属、セラミック、或いはポリマ物質を有することができる。事実、１つ以上の中間的な金属、セラミック、或いはポリマコーティングが、半導体処理装置の表面とフラーレンを含むコーティングとの間に用いられても良い。コーティングされても良い金属表面は、陽極酸化された、或いは陽極酸化されていないアルミニウム、ステンレススティール、モリブデン或いは他の金属或いはプラズマチャンバに用いられる合金のような高融点金属を含む。コーティングされても良いセラミック表面は、アルミナ、炭化シリコン（SiC）、窒化アルミニウム（AlN）、窒化シリコン（Si3N4）、炭化ホウ素（BC）或いはプラズマと両立できる他のセラミック物質を含む。コーティングされても良い重合体の表面はテフロン（登録商標：Teflon）のようなフッ化ポリマー、ベスペル（登録商標：Vespel）のようなポリイミド、そして、最大温度２００℃のプラズマチャンバで有用な他の重合体物質を含む。
【００１２】
本発明の第２の側面からすれば、金属要素が備えられる。その金属要素は、（ａ）金属表面と、（ｂ）その金属表面上の随意的な第１の中間的コーティングと、（ｃ）第１の中間的コーティング或いは金属表面上の随意的な第２の中間的コーティングと、（ｄ）耐侵食性外表面を備える、前記要素上のフラーレンを含むコーティングを含む。第１及び第２の中間的なコーティングの各々は、金属、その合金、セラミック、或いはそのような物質の重合体、混合物、或いは合成物でも良い。
【００１３】
本発明の第２の側面からすれば、フラーレンを含む物質からできている半導体処理装置の構成要素が備えられる。その要素は、そのような装置に採用される何らかの１つ以上のコーティングを含んでも良い。
【００１４】
本発明の目的と利点とは、添付図面に関連した好適な実施形態の次の詳細な記述から明らかになるであろう。
【００１５】
発明の好適な実施形態の詳細な説明
本発明は、耐腐食性のコーティングを利用することにより、プラズマ処理反応チャンバの一部のような半導体処理装置の構成要素の金属、セラミック、及びポリマ表面に耐侵食性を与える効率的な方法を提供している。そのような構成要素には、チャンバ壁と、基板サポートと、シャワーヘッドとバッフルとリングとノズルなどを含むガス分配システム、ファスナー、加熱要素、プラズマスクリーン、ライナー、ロボットアームやファスナーやチャンバ内壁と外壁などのような移送モジュール要素が含まれる。
【００１６】
本発明は、金属表面、セラミック表面、或いはポリマ表面をもつ何らかのタイプの構成要素に適用可能であるが、図示を簡単にするために、ここでその全体が参照によって組み込まれる米国特許第５，８２０，７２３号に記載されている装置を参照して本発明をより詳細に説明する。
【００１７】
図１は、基板６０に静電クランプ力を与えるとともにその基板にＲＦバイアスを与える基板ホルダ７０を含む一方、その基板がヘリウム（Ｈｅ）により背面から冷却される真空処理反応チャンバ１０を図示したものである。フォーカスリング７２はプラズマをその基板上方の領域に閉じ込める。適当なＲＦ源により電力供給されるアンテナ４０のような、チャンバ内に高密度（例えば、１０11〜１０12イオン／ｃｍ3）のプラズマを維持し、高密度プラズマを備えるエネルギー源が、反応チャンバ１０の上部に置かれる。そのチャンバは、チャンバをそのチャンバ底部の中央に位置した真空ポート２０を通して排気することにより、チャンバ内部３０を所望の圧力（例えば、５０ｍTorr未満、典型的には１〜２０ｍTorr）に維持する適当な真空ポンプ装置を含む。
【００１８】
アンテナ４０と処理チャンバ１０の内部との間に設けられた均一な厚さの実質的に平板の誘電ウィンドウ５０は、処理チャンバ１０の上部に真空の壁を形成する。ガス分配板５２がウィンドウ２０の下側に設けられ、それは円形の孔のような開口部を含んでおり、その開口部によりガス供給部からチャンバ１０へと処理ガスを分配する。円錐形ライナー５４がガス分配板から伸びており、基板ホルダー７０を取り囲んでいる。
【００１９】
その動作では、シリコンウェファー６０のような半導体基板が基板ホルダ７０上に置かれ、それは典型的には静電クランプ７４により正しい場所に保持される一方、ヘリウム（Ｈｅ）による背面冷却が採用される。その後、処理ガスが、ウィンドウ５０とガス分配板５２との間のギャップを通って真空処理チャンバ１０に供給される。適切なガス分配板の構成（即ち、シャワーヘッド）は特許権者が共通の米国特許出願シリアル番号第０８／５０９，０８０号、第０８／６５８，２５８号、及び第０８／６５８，２５９号に開示されており、それらの開示はここで参照によって組み込まれる。例えば、図１におけるウィンドウとガス分配板の構成とは平面的で均一の厚さであるが、非平面的か非均一な厚さであるかの少なくともいずれかの形状をもつものが、そのウィンドウとガス分配板との少なくともいずれかに用いられても良い。高密度プラズマは、基板とウィンドウとの間の空間において、適当なＲＦ電力をアンテナ４０に供給することにより高熱にされる。
【００２０】
陽極酸化された、或いは陽極酸化されていないアルミニウム壁のようなチャンバ壁２８と、基板ホルダ７０やファスナー５６やライナー５４などのような金属、セラミック、或いはポリマの構成要素はプラズマに露出しており、侵食の兆候を示すが、これらが本発明に従うコーティングの候補であり、このコーティングによりそれらをプラズマチャンバの動作中にマスクする必要を回避している。コーティングされても良い金属と合金との内の少なくともいずれかの例には、陽極酸化された、或いは陽極酸化されていないアルミニウムとその合金、ステンレススティール、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）やそれらの合金のような高融点金属、銅とその合金などが含まれる。コーティングされても良いセラミック表面の例には、アルミナ、炭化シリコン（SiC）、窒化アルミニウム（AlN）、窒化ケイ素（Si3N4）、及び炭化ホウ素（ＢＣ）が含まれる。コーティングされても良い商用的に利用可能なポリマ物質の例には、テフロン（登録商標：Teflon）のようなフッ化ポリマー、ベスペル（登録商標：Vespel）のようなポリイミド、そして、最大温度２００℃のプラズマチャンバで有用な他の重合体物質が含まれる。好適な実施形態では、コーティングされる構成要素は、陽極酸化された、或いは陽極酸化されていないアルミニウム壁２９をもつチャンバ壁２８である。本発明に従うコーティングにより、その成分、グレイン（grain）構造、或いは、表面状態に関して考慮せずとも（従って、高純度のアルミニウムに加えて、より経済的なアルミニウム合金の使用が可能になる）、アルミニウム合金の使用が可能になる。次の検討では、コーティングされる構成要素の例は、図２に示されているように、第１の随意的な中間的コーティング８０と第２の随意的な中間的コーティング９０とフラーレンを含むコーティング１００とを有するアルミニウムチャンバ壁２８である。
【００２１】
コーティングされる物質の良い接着性を保証するために、アルミニウム基板２８の表面は、コーティングに先だって、酸化物やグリースなどの表面物質を除去するために完全に洗浄されることが好ましい。加えて、基板表面をざらざらにし、その基板表面を陽極酸化し、そして再び、何らかの所望のコーティングを印加するのに先だって、陽極酸化された基板表面をざらざらにすることが特に望ましい。
【００２２】
本発明によれば、第１の中間的コーティング８０は従来の技術により随意的にアルミニウム側壁２８にコーティングされる。その随意的な第１の中間的コーティング８０は、その基板に付着し、さらに、そのコーティングが第２の随意的な中間的なコーティング９０或いは以下に説明するフラーレンを含むコーティング１００を形成するのに先だって処理可能であるに十分に厚い。第１の中間的なコーティング８０は、少なくとも約０．００１インチ、好ましくは約０．００１インチ〜約０．２５インチ、より好ましくは０．００１インチから０．１インチの間、そして、最も好ましくは０．００１インチから０．０５インチの厚さであるような何らかの厚さをもっている。
【００２３】
随意的な第１の中間的なコーティング８０をアルミニウム基板２８上に成膜した後、めっきが何らかの適当な技術により噴射されて、表面が粗くされ、それから第２の中間的なコーティング９０或いはフラーレンを含むコーティング１００でさらにオーバコーティングされる。表面が粗くされた層８０は特に優れた接着性を示す。望ましくは、第２の中間的なコーティング９０は高い機械的な圧縮強度をそのコーティング８０に加え、コーティング９０における割れ目の形成を最小化すると良い。
【００２４】
第２の中間的コーティング９０は、第１の中間的コーティング８０に付着し、さらに、そのコーティングが何らかの付加的な中間的コーティング或いは以下に説明するフラーレンを含む外面のコーティング１００を形成するのに先だって処理可能であるに十分に厚い。第２の中間的なコーティング９０は、少なくとも約０．００１インチ、好ましくは約０．００１インチ〜約０．２５インチ、より好ましくは０．００１インチから０．１インチの間、そして、最も好ましくは０．００１から０．０５インチの厚さであるような何らかの厚さをもっている。
【００２５】
第１及び第２の中間的なコーティングは、従来のプラズマ処理チャンバに採用されている何らかの１つ以上の物質でできていても良い。そのような物質の例には、金属、セラミック、及びポリマが含まれる。特に望ましい金属には、何らかの１つ以上の高融点金属、そのような金属を含む合成物或いは合金が含まれる。特に、望ましいセラミックには、酸化アルミニウム（Al2O3）、炭化ケイ素（SiC）、窒化ケイ素（Si3N4）、炭化ホウ素（ＢＣ）、窒化アルミニウム（AlN）、酸化チタニウム（TiO2）などが含まれる。特に、望ましいポリマには、テフロン（登録商標：Teflon）のようなフッ化ポリマー、ベスペル（登録商標：Vespel）のようなポリイミド、そして、最大温度２００℃のプラズマチャンバで有用な他の重合体物質が含まれる。中間層のために考えられる具体的な物質には、フラーレン（fullerene）を含む物質、ダイヤモンドやダイヤモンドのような物質のような硬質炭素を含む他の物質、例えばハフニウムとタンタルとチタニウムとシリコンとの内少なくともいずれかの炭化物とホウ化物と窒化物と炭窒化物との内少なくともいずれか、炭化ホウ素、窒化ホウ素、炭窒化ホウ素、ジルコニウム、イットリウム、或いは上述の物質のいずれかの混合物が含まれる。
【００２６】
随意的である第１及び第２の中間層８０と９０は、そのコーティングが所望の性質に依存して同じ或いは異なるように上述の物質のいずれかで良い。また、同じ或いは異なる物質の第３の、第４の、或いは第５の中間的なコーティングのような付加的な中間的なコーティングが採用されても良いことが予期される。
【００２７】
フラーレンを含むコーティング１００は随意的な第２の中間的なコーティング９０上に、或いは、随意的な第１の中間的なコーティング８０上に、或いは直接アルミニウム基板２８上に成膜される。フラーレンを含むコーティングの厚さは、望ましくは少なくとも約０．００１インチ、好ましくは約０．００１インチ〜約０．２５インチ、より好ましくは約０．００１〜約０．２インチ、そして、最も好ましくは約０．００１から約０．１インチである。フラーレンを含むコーティング１００の厚さは、反応室において遭遇するプラズマ環境（例えば、エッチング、ＣＶＤなど）と両立できるように選択される。フラーレンを含むコーティング層は、前に検討したように、反応チャンバとその構成要素の全て或いはその一部にコーティングされる。
【００２８】
フラーレンを含むコーティングは、ここでは、しばしばバッキィボール（buckyball）或いはバックミンスターフラーレンとして言及されるドープされた或いはドープされない炭素フラーレンから形成されるコーティング含有物（containing）或いはコーティングのことを意味する。最も一般的に議論されるフラーレンはＣ60とＣ70である。Ｃ60フラーレン分子は、６０個の炭素原子を含み、それらが互いに接合してサッカーボールのような構造に対称的に配列された２０個の六角形と１２個の５角形の面をもつかご状の構造を形成する。Ｃ60分子は、面心（face-centerd）立方体構造をもつ閉じて詰まった（close-packed）固体分子の物質を形成する。Ｃ70の構造は、２５個の六角形をもったもので、その結果はラグビーボールがしのばれるような形となる。
【００２９】
好適なコーティングは、純粋なＣ60或いはＣ70、その混合物、Ｃ76とＣ78とＣ84とＣ92などのようなより大きなフラーレンの内のいずれか１つ以上、或いはＣ60とＣ70と大きなフラーレンのいずれか１つ以上のものの混合物を含む。また、それらのフラーレンのいずれか１つ以上は、フラーレンを含むコーティングから除かれることも考えられる。
【００３０】
また、本発明の中にあると考えられるものには、所謂ドープされたフラーレンがある。これらの分子には、１つ以上のアルカリ性金属或いはハロゲン原子のようなドーピング物質を含むフラーレンを含んでいる。ドーピング密度は重量でフラーレンコーティングの１％以下であることが望ましく、重量でフラーレンコーティングの約１００ｐｐｍ（parts per million）から１％の間であることがより望ましく、重量でフラーレンコーティングの約０．００１から０．１％の間であることがさらに望ましい。
【００３１】
或いは、本発明のフラーレンを含むコーティングは、硬い耐侵食性表面を形成する上記定義したフラーレンの内のいずれかと他の物質或いは化合物との合成物でも良い。その合成物は、フラーレンを含む物質の連続的なマトリクス相をもつことが望ましい。その合成物は、最大で全合成物の約５０％以上の量の保護物質を含む。より望ましくは、本発明の合成物は、その合成物に基づいて、重量で約１〜４０％、より好ましくは重量で約１〜２０％、そして、さらにもっと好ましくは重量で約１〜１０％の付加的な物質を含む。ある例では、特に、コストが重要な場合、フラーレンのパーセンテージ（％）はとても低く、例えば、コーティングの重量で、２０、１０、５、１％未満である。
【００３２】
プラズマ処理チャンバに採用されている何らかの１つ以上の物質をそのような物質は含んでも良い。そのような物質の例には、何らかの１つ以上の高融点金属、そのような金属を含む合成物或いは合金が含まれる。特に、望ましいセラミックには、酸化アルミニウム（Al2O3）、炭化ケイ素（SiC）、窒化ケイ素（Si3N4）、炭化ホウ素（ＢＣ）、窒化アルミニウム（AlN）、酸化チタニウム（TiO2）などが含まれる。特に、望ましいポリマには、テフロン（登録商標：Teflon）のようなフッ化ポリマー、ベスペル（登録商標：Vespel）のようなポリイミド、そして、最大温度２００℃のプラズマチャンバで有用な他の重合体物質が含まれる。最も望まれる物質にはフラーレンのみ、或いは、例えばハフニウムとタンタルとチタニウムとシリコンとの内少なくともいずれかの炭化物とホウ化物と窒化物と炭窒化物との内少なくともいずれか、炭化ホウ素、窒化ホウ素、炭窒化ホウ素、ジルコニウム、イットリウム、或いは上述の物質のいずれかの混合物との化合物が含まれると信じられている。
【００３３】
本発明のフラーレンを含むコーティング１００は、化学気相蒸着、サーマルスプレイ、プラズマスプレイ、昇華、レーザ蒸着、スパッタリング、スパッタ成膜、イオンビームコーティング、スプレイコーティング、浸せきコーティング、蒸着、ロールオンコーティング、ブラッシュコーティングなどの何らかの公知のコーティング技術により所望の表面に成膜される。また、他の物質の中間層をもつ、或いはもたない１つの或いは多数のフラーレンを含むコーティングが、このような公知の技術を用いて所望の表面に成膜されることが考えられる。
【００３４】
本発明の別の側面からすれば、フラーレンを含む物質でできている半導体処理装置の構成要素が備えられる。その要素は、そのような装置に従来から採用されている１つ以上のコーティングを含んでも良い。
【００３５】
本発明のフラーレンを含むコーティング或いは構成要素を用いることにより、非常に硬い耐腐食性の表面を得ることが好適になる。そのようなコーティング或いは構成要素は、処理チャンバで逆効果を及ぼすように反応する物質がないか、処理生成物や反応室の装置に悪い影響を及ぼすパーティクル汚染が低いか全くないか基板となる物質の侵食がほどんどないか全くないか金属汚染がほどんどないか全くないか揮発性のエッチ生成物がほどんどないか全くないかの少なくともいずれかであるように化学的に不活性であることの内、少なくともいずれかであることが望まれる。フラーレンは炭素を基本としたものであるので、それはプラズマ処理の間に揮発化し、例えば、シリコンウェファーのような処理生成物を汚染することなくチャンバから除去される。
【００３６】
好ましくは、フラーレンを含むコーティング或いは構成要素は、反応チャンバにおいて処理される半導体基板の金属汚染を最小化するために、プラズマとの直接接触する部分、或いは、ライナーなどのようにチャンバ構成要素の後ろの部分のようなプラズマ環境に露出しても良いし、或いは露出しなくても良い領域に置かれ、或いは用いられる。特に好ましくは、例えば、周期表において、元素番号２１〜２９（スカンジウムから銅）、３９〜４７（イッテルビウムから銀）、５７〜７９（ランタンから金）、及び、８９（アクチニウム）以上の全ての既知の元素のいずれか１つ以上の遷移金属ダストを制限したり排除する。これにより、本発明の１つの利点によれば、不満足なエッチングや成膜されたフィルム上の望まれない小さな孔の形成が、侵食或いは腐食によるそのようなダストの発生を抑止することで削減される。
【００３７】
本発明を特定の実施形態を参照して詳細に説明したが、添付の請求の範囲を逸脱することなく、種々の変更と変形がなされ、そして、同等物が採用されることは当業者には明白なことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従った耐侵食コーティングによりコーティングされた構成要素をもつプラズマ反応チャンバの断面図である。
【図２】 図１のＡ部の耐侵食性コーティングを詳細に示す詳細図である。
発 明 の 背 景
発明の技術分野
本発明は、半導体処理装置とそのような装置要素の耐侵食性を改善する方法に関するものである。
【０００２】
関連技術の説明
半導体処理の分野では、真空処理チャンバが一般に用いられて、エッチング或いは成膜ガスを真空チャンバに供給し、そのガスに電場をかけて、そのガスをプラズマ状態へと活性化するこよにより、基板上にエッチングや物質の化学気相蒸着（ＣＶＤ）を行なったりする。平行平板、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）とも呼ばれる変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ（登録商標））と、電子サイクロトン共鳴（ＥＣＲ）反応室とその構成要素の例は、特許権者が共通の米国特許第４，３４０，５６２号、第４，９４８，４５８号、第５，２００，２３２号、及び第５，８２０，７２３号に開示されている。そのような反応室におけるプラズマ環境の侵食性と、パーティクルと重金属との少なくともいずれかの汚染を最小にする要求のために、そのような機器の構成要素が高い耐侵食性を示すことが非常に望ましい。
【０００３】
半導体基板を処理する間、その基板は通常、真空チャンバ内の空間に、機械的なクランプと静電的なクランプ（ＥＳＣ）のような基板ホルダにより保持される。そのようなクランピングシステムとその構成要素の例は、特許権者が共通の米国特許第５，２６２，０２９号と第５，８３８，５２９号に見出すことができる。プロセスガスはそのチャンバに、ガスノズル、ガスリング、ガス分配板などによるような種々の方法で供給される。誘電結合プラズマ反応室とその構成要素のための温度制御されたガス分配板の例は、特許権者が共通の米国特許第５，８６３，３７６号に見出すことができる。プラズマチャンバ装置に加えて、半導体基板を処理するのに用いられる他の機器には、移送機構、ガス供給システム、ライナー、持ち上げ機構、負荷固定、ドア機構、ロボティックアーム、ファスナーなどが含まれる。そのような機器の構成要素は、半導体処理に関連した種々の侵食条件に従う。さらに、シリコンウェファーのような半導体基板、フラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板のような誘電物質を処理するための高純度の要求という観点からすれば、耐侵食性が改善された構成要素は、そのような環境では非常に望まれるものである。
【０００４】
アルミニウムやアルミニウム合金は、プラズマ反応室の壁、電極、基板サポート、ファスナー、及び他の構成要素に共通に用いられる。そのような金属要素の侵食を防止するために、種々のコーティングでアルミニウム表面をコーティングする種々の技術が提案されている。例えば、米国特許第５，６４１，３７５号は、アルミニウムチャンバの壁は、その壁のプラズマ腐食と摩滅を少なくするために陽極酸化されることを開示している。‘３７５号特許は実際には陽極酸化層はスパッタされるか、或いはエッチングオフされるかしており、そのチャンバは交換されねばならないことを述べている。米国特許第５，８９５，５８６号は、アルミニウム物質上に酸化アルミニウム（Al2O3）、炭化アルミニウム（AlC）、窒化チタニウム（TiN）、炭化チタニウム（TiC）、窒化アルミニウム（AlN）などの耐腐食性薄膜を形成する技術が特開昭６２−１０３３７９号公報に見出されることを述べている。
【０００５】
米国特許第５，６８０，０１３号は、エッチングチャンバの金属表面上に酸化アルミニウム（Al2O3）をフレームスプレイする技術が米国特許第４，４９１，４９６号に開示されていることを述べている。‘０１３号特許は、アルミニウムと酸化アルミニウムのようなセラミックコーティングとの間の熱膨張係数の違いが、侵食環境における熱循環とコーティングの実際の欠陥のために、コーティングのクラックを起こすことにつながることを述べている。チャンバ壁を保護するために、米国特許第５，３６６，５８５号、第５，７９８，０１６号、及び第５，８８５，３５６号は、ライナー構成を提案している。例えば、‘０１６号特許では、アルミニウムをプラズマから保護するために、機械加工のし易さのために好ましく、酸化アルミニウム、酸化スカンジウム（Sc2O3）、或いは酸化イットリウム（Y2O3）のコーティングをしたアルミニウムをもちい、アルミニウムをコーティングするのに好ましい酸化アルミニウム（Al2O3）をもちいた、セラミックとアルミニウムとスティールと石英との内の少なくともいずれかのライナーを開示している。‘５８５号特許では、少なくとも０．００５インチの厚さがあり、固体のアルミナより加工されたフリースタンディングな（free standing）セラミックライナーを開示している。また、‘５８５号特許では、基板となるアルミニウムを消耗せずに成膜されるセラミック層の使用はフレームスプレイされた、或いはプラズマスプレイされた酸化アルミニウムにより備えられることを述べている。‘３５６号特許では、ウェファー台のためのアルミナのセラミック層と窒化アルミニウムのセラミックシールドとを開示している。米国特許第５，８８５，３５６号はＣＶＤチャンバにおいて用いられるセラミックライナー物質を開示している。
【０００６】
種々のコーティングが、半導体処理装置の金属要素のために提案されている。例えば、米国特許第５，８７９，５２３号はスパッタリングチャンバを開示しており、そこでは熱的にスプレイされた酸化アルミニウム（Al2O3）のコーティングがステンレスティールや、間に随意的なニッケルアルミニウム（NiAlx）ボンドコーティングをもったアルミニウムのような金属に適用される。米国特許第５，５２２，９３２号及び第５，８９１，５３号は、間に随意的なニッケルコーティングがある基板のプラズマ処理に用いられる装置の金属要素のロジウムコーティングを開示している。米国特許第５，６８０，０１３号は、プラズマ処理チャンバにおける金属表面に対するボンドされないセラミックによる保護を開示しており、その好適なセラミック物質は、酸化アルミニウム、フッ化マグネシウム、及び酸化マグネシウムを含むあまり好ましくはない物質を含んだ焼結窒化アルミニウム（AlN）である。米国特許第５，９０４，７７８号は、チャンバ壁、チャンバのルーフ、あるいはウェファーの周りのカラー（collar）として用いられるフリースタンディングの炭化シリコン上へのSiC ＣＶＤコーティングを開示している。
【０００７】
シャワーヘッド（showerhead）ガス分配システムのようなプラズマ反応室の構成要素に関して、種々の提案がそのシャワーヘッドの物質に関してなされている。例えば、特許権者が共通の米国特許第５，５６９，３５６号は、シリコン、黒鉛、或いはシリコンカーバイドのシャワーヘッドを開示している。米国特許第５，４９４，７１３号は、アルミニウム電極上にアルマイト膜と、酸化シリコン或いは窒化シリコンのようなシリコンコーティング膜をアルマイト膜上に成膜することを開示している。‘７１３号特許は、シリコンコーティング膜の厚さが１０μｍ以下、好適には約５μｍであるべきことを述べている。なぜなら、アルミニウムコーティング膜、アルマイトコーティング膜、そしてシリコンコーティング膜は、異なる線膨張係数をもち、シリコンのコーティング膜の厚さがあまりにも厚いとクラックが容易に生成されてしまうからである。しかしながら、５μｍ未満の厚さではアルミニウム基板の保護が不十分であるので、あまりよくないことが述べられている。米国特許第４，５３４，５１６号はステンレススティール、アルミニウム、銅などの上方からのシャワーヘッドの電極を開示している。米国特許第４，６１２，０７７号は、マグネシウムのシャワーヘッド電極を開示している。米国特許第５，８８８，９０７号は、アモルファスカーボン、炭化シリコン（SiC）、或いはアルミニウム（Al）のシャワーヘッド電極を開示している。米国特許第５，００６，２２０号と第５，０２２，９７９号は、完全に炭化シリコン（SiC）でできているか、或いはＣＶＤにより成膜された炭化シリコン（SiC）でコーティングされたカーボンのベースでできているシャワーヘッド電極を開示し、高純度の炭化シリコン（SiC）の表面層を提供している。
【０００８】
半導体処理装置の構成要素についての高純度かつ耐侵食性についての必要性の観点からすると、そのような構成要素に用いられる物質かコーティングの少なくともいずれかについての改善が、この技術分野では必要である。その上、チャンバ物質に関して、プラズマ反応チャンバのサービス寿命を伸ばし、従って、その装置のダウン時間を削減できる何らかの物質があれば半導体ウェファーを処理するコストを削減する上で有益である。
【０００９】
上述の記載は、エッチング或いは成膜ガスを真空チャンバに供給し、そのガスにＲＦ場をかけてそのガスをプラズマ状態に活性化することにより、基板上の物質のエッチングとＣＶＤを行なうために用いられる真空処理チャンバの一般的な動作を要約している。背景としてこのことがあれば、本発明の理解に重要な、２番目の関連のない技術分野は、フラーレンに関連した研究の分野である。しばしば、バッキィボール（buckyball）或いはバックミンスターフラーレンとして言及されるフラーレンは、純粋の炭素分子のクラスであり、その炭素原子は閉じた殻を形成する。最も一般的に議論されるフラーレンはＣ60とＣ70である。Ｃ60フラーレン分子は、６０個の炭素原子から成りなっており、それらが互いに接合してサッカーボールのような構造に対称的に配列された２０個の六角形と１２個の５角形の面をもつかご状の構造を形成する。Ｃ60分子は、面心（face-centerd）立方体構造をもつ閉じて詰まった（close-packed）固体分子の物質を形成する。Ｃ70の構造は、２５個の六角形をもったもので、その結果はラグビーボールがしのばれるような形となる。
【００１０】
１９８５年のフラーレンの発見以来、研究者たちはその性質を調べその分子利用を開発してきた。この点については、フラーレンを含む膜やコーティングの利用を詳細に説明した数多くの特許がある。例えば、米国特許第５，２７１，８９０号、第５，３１０，６９９号、第５，３５６，８７２号、第５，３６８，８９０号、第５，３７４，４６３号、第５，３８０，５９５号、第５，３８０，７０３号、第５，３９５，４９６号、第５，８７６，７９０号、及び第５，５５８，９０３号を参照されたい。
【００１１】
発 明 の 要 約
本発明の第１の側面からすれば、半導体処理装置の構成要素の表面にフラーレンを含む耐腐食性のあるコーティングを提供するプロセスが備えられる。そのプロセスは、処理装置の要素の表面にフラーレンを含むコーティングを成膜して、耐腐食外表面を形成することを含む。耐腐食表面は、プラズマチャンバガスの侵食効果から基板となる物質を保護する表面コーティングを意味し、一方、そのプラズマチャンバガスによるコーティングの腐食に抵抗する。コーティングされる処理装置の構成要素の基板となる表面は、金属、セラミック、或いはポリマ物質を有することができる。事実、１つ以上の中間的な金属、セラミック、或いはポリマコーティングが、半導体処理装置の表面とフラーレンを含むコーティングとの間に用いられても良い。コーティングされても良い金属表面は、陽極酸化された、或いは陽極酸化されていないアルミニウム、ステンレススティール、モリブデン或いは他の金属或いはプラズマチャンバに用いられる合金のような高融点金属を含む。コーティングされても良いセラミック表面は、アルミナ、炭化シリコン（SiC）、窒化アルミニウム（AlN）、窒化シリコン（Si3N4）、炭化ホウ素（BC）或いはプラズマと両立できる他のセラミック物質を含む。コーティングされても良い重合体の表面はテフロン（登録商標：Teflon）のようなフッ化ポリマー、ベスペル（登録商標：Vespel）のようなポリイミド、そして、最大温度２００℃のプラズマチャンバで有用な他の重合体物質を含む。
【００１２】
本発明の第２の側面からすれば、金属要素が備えられる。その金属要素は、（ａ）金属表面と、（ｂ）その金属表面上の随意的な第１の中間的コーティングと、（ｃ）第１の中間的コーティング或いは金属表面上の随意的な第２の中間的コーティングと、（ｄ）耐侵食性外表面を備える、前記要素上のフラーレンを含むコーティングを含む。第１及び第２の中間的なコーティングの各々は、金属、その合金、セラミック、或いはそのような物質の重合体、混合物、或いは合成物でも良い。
【００１３】
本発明の第２の側面からすれば、フラーレンを含む物質からできている半導体処理装置の構成要素が備えられる。その要素は、そのような装置に採用される何らかの１つ以上のコーティングを含んでも良い。
【００１４】
本発明の目的と利点とは、添付図面に関連した好適な実施形態の次の詳細な記述から明らかになるであろう。
【００１５】
発明の好適な実施形態の詳細な説明
本発明は、耐腐食性のコーティングを利用することにより、プラズマ処理反応チャンバの一部のような半導体処理装置の構成要素の金属、セラミック、及びポリマ表面に耐侵食性を与える効率的な方法を提供している。そのような構成要素には、チャンバ壁と、基板サポートと、シャワーヘッドとバッフルとリングとノズルなどを含むガス分配システム、ファスナー、加熱要素、プラズマスクリーン、ライナー、ロボットアームやファスナーやチャンバ内壁と外壁などのような移送モジュール要素が含まれる。
【００１６】
本発明は、金属表面、セラミック表面、或いはポリマ表面をもつ何らかのタイプの構成要素に適用可能であるが、図示を簡単にするために、ここでその全体が参照によって組み込まれる米国特許第５，８２０，７２３号に記載されている装置を参照して本発明をより詳細に説明する。
【００１７】
図１は、基板６０に静電クランプ力を与えるとともにその基板にＲＦバイアスを与える基板ホルダ７０を含む一方、その基板がヘリウム（Ｈｅ）により背面から冷却される真空処理反応チャンバ１０を図示したものである。フォーカスリング７２はプラズマをその基板上方の領域に閉じ込める。適当なＲＦ源により電力供給されるアンテナ４０のような、チャンバ内に高密度（例えば、１０11〜１０12イオン／ｃｍ3）のプラズマを維持し、高密度プラズマを備えるエネルギー源が、反応チャンバ１０の上部に置かれる。そのチャンバは、チャンバをそのチャンバ底部の中央に位置した真空ポート２０を通して排気することにより、チャンバ内部３０を所望の圧力（例えば、５０ｍTorr未満、典型的には１〜２０ｍTorr）に維持する適当な真空ポンプ装置を含む。
【００１８】
アンテナ４０と処理チャンバ１０の内部との間に設けられた均一な厚さの実質的に平板の誘電ウィンドウ５０は、処理チャンバ１０の上部に真空の壁を形成する。ガス分配板５２がウィンドウ２０の下側に設けられ、それは円形の孔のような開口部を含んでおり、その開口部によりガス供給部からチャンバ１０へと処理ガスを分配する。円錐形ライナー５４がガス分配板から伸びており、基板ホルダー７０を取り囲んでいる。
【００１９】
その動作では、シリコンウェファー６０のような半導体基板が基板ホルダ７０上に置かれ、それは典型的には静電クランプ７４により正しい場所に保持される一方、ヘリウム（Ｈｅ）による背面冷却が採用される。その後、処理ガスが、ウィンドウ５０とガス分配板５２との間のギャップを通って真空処理チャンバ１０に供給される。適切なガス分配板の構成（即ち、シャワーヘッド）は特許権者が共通の米国特許出願シリアル番号第０８／５０９，０８０号、第０８／６５８，２５８号、及び第０８／６５８，２５９号に開示されており、それらの開示はここで参照によって組み込まれる。例えば、図１におけるウィンドウとガス分配板の構成とは平面的で均一の厚さであるが、非平面的か非均一な厚さであるかの少なくともいずれかの形状をもつものが、そのウィンドウとガス分配板との少なくともいずれかに用いられても良い。高密度プラズマは、基板とウィンドウとの間の空間において、適当なＲＦ電力をアンテナ４０に供給することにより高熱にされる。
【００２０】
陽極酸化された、或いは陽極酸化されていないアルミニウム壁のようなチャンバ壁２８と、基板ホルダ７０やファスナー５６やライナー５４などのような金属、セラミック、或いはポリマの構成要素はプラズマに露出しており、侵食の兆候を示すが、これらが本発明に従うコーティングの候補であり、このコーティングによりそれらをプラズマチャンバの動作中にマスクする必要を回避している。コーティングされても良い金属と合金との内の少なくともいずれかの例には、陽極酸化された、或いは陽極酸化されていないアルミニウムとその合金、ステンレススティール、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）やそれらの合金のような高融点金属、銅とその合金などが含まれる。コーティングされても良いセラミック表面の例には、アルミナ、炭化シリコン（SiC）、窒化アルミニウム（AlN）、窒化ケイ素（Si3N4）、及び炭化ホウ素（ＢＣ）が含まれる。コーティングされても良い商用的に利用可能なポリマ物質の例には、テフロン（登録商標：Teflon）のようなフッ化ポリマー、ベスペル（登録商標：Vespel）のようなポリイミド、そして、最大温度２００℃のプラズマチャンバで有用な他の重合体物質が含まれる。好適な実施形態では、コーティングされる構成要素は、陽極酸化された、或いは陽極酸化されていないアルミニウム壁２９をもつチャンバ壁２８である。本発明に従うコーティングにより、その成分、グレイン（grain）構造、或いは、表面状態に関して考慮せずとも（従って、高純度のアルミニウムに加えて、より経済的なアルミニウム合金の使用が可能になる）、アルミニウム合金の使用が可能になる。次の検討では、コーティングされる構成要素の例は、図２に示されているように、第１の随意的な中間的コーティング８０と第２の随意的な中間的コーティング９０とフラーレンを含むコーティング１００とを有するアルミニウムチャンバ壁２８である。
【００２１】
コーティングされる物質の良い接着性を保証するために、アルミニウム基板２８の表面は、コーティングに先だって、酸化物やグリースなどの表面物質を除去するために完全に洗浄されることが好ましい。加えて、基板表面をざらざらにし、その基板表面を陽極酸化し、そして再び、何らかの所望のコーティングを印加するのに先だって、陽極酸化された基板表面をざらざらにすることが特に望ましい。
【００２２】
本発明によれば、第１の中間的コーティング８０は従来の技術により随意的にアルミニウム側壁２８にコーティングされる。その随意的な第１の中間的コーティング８０は、その基板に付着し、さらに、そのコーティングが第２の随意的な中間的なコーティング９０或いは以下に説明するフラーレンを含むコーティング１００を形成するのに先だって処理可能であるに十分に厚い。第１の中間的なコーティング８０は、少なくとも約０．００１インチ、好ましくは約０．００１インチ〜約０．２５インチ、より好ましくは０．００１インチから０．１インチの間、そして、最も好ましくは０．００１インチから０．０５インチの厚さであるような何らかの厚さをもっている。
【００２３】
随意的な第１の中間的なコーティング８０をアルミニウム基板２８上に成膜した後、めっきが何らかの適当な技術により噴射されて、表面が粗くされ、それから第２の中間的なコーティング９０或いはフラーレンを含むコーティング１００でさらにオーバコーティングされる。表面が粗くされた層８０は特に優れた接着性を示す。望ましくは、第２の中間的なコーティング９０は高い機械的な圧縮強度をそのコーティング８０に加え、コーティング９０における割れ目の形成を最小化すると良い。
【００２４】
第２の中間的コーティング９０は、第１の中間的コーティング８０に付着し、さらに、そのコーティングが何らかの付加的な中間的コーティング或いは以下に説明するフラーレンを含む外面のコーティング１００を形成するのに先だって処理可能であるに十分に厚い。第２の中間的なコーティング９０は、少なくとも約０．００１インチ、好ましくは約０．００１インチ〜約０．２５インチ、より好ましくは０．００１インチから０．１インチの間、そして、最も好ましくは０．００１から０．０５インチの厚さであるような何らかの厚さをもっている。
【００２５】
第１及び第２の中間的なコーティングは、従来のプラズマ処理チャンバに採用されている何らかの１つ以上の物質でできていても良い。そのような物質の例には、金属、セラミック、及びポリマが含まれる。特に望ましい金属には、何らかの１つ以上の高融点金属、そのような金属を含む合成物或いは合金が含まれる。特に、望ましいセラミックには、酸化アルミニウム（Al2O3）、炭化ケイ素（SiC）、窒化ケイ素（Si3N4）、炭化ホウ素（ＢＣ）、窒化アルミニウム（AlN）、酸化チタニウム（TiO2）などが含まれる。特に、望ましいポリマには、テフロン（登録商標：Teflon）のようなフッ化ポリマー、ベスペル（登録商標：Vespel）のようなポリイミド、そして、最大温度２００℃のプラズマチャンバで有用な他の重合体物質が含まれる。中間層のために考えられる具体的な物質には、フラーレン（fullerene）を含む物質、ダイヤモンドやダイヤモンドのような物質のような硬質炭素を含む他の物質、例えばハフニウムとタンタルとチタニウムとシリコンとの内少なくともいずれかの炭化物とホウ化物と窒化物と炭窒化物との内少なくともいずれか、炭化ホウ素、窒化ホウ素、炭窒化ホウ素、ジルコニウム、イットリウム、或いは上述の物質のいずれかの混合物が含まれる。
【００２６】
随意的である第１及び第２の中間層８０と９０は、そのコーティングが所望の性質に依存して同じ或いは異なるように上述の物質のいずれかで良い。また、同じ或いは異なる物質の第３の、第４の、或いは第５の中間的なコーティングのような付加的な中間的なコーティングが採用されても良いことが予期される。
【００２７】
フラーレンを含むコーティング１００は随意的な第２の中間的なコーティング９０上に、或いは、随意的な第１の中間的なコーティング８０上に、或いは直接アルミニウム基板２８上に成膜される。フラーレンを含むコーティングの厚さは、望ましくは少なくとも約０．００１インチ、好ましくは約０．００１インチ〜約０．２５インチ、より好ましくは約０．００１〜約０．２インチ、そして、最も好ましくは約０．００１から約０．１インチである。フラーレンを含むコーティング１００の厚さは、反応室において遭遇するプラズマ環境（例えば、エッチング、ＣＶＤなど）と両立できるように選択される。フラーレンを含むコーティング層は、前に検討したように、反応チャンバとその構成要素の全て或いはその一部にコーティングされる。
【００２８】
フラーレンを含むコーティングは、ここでは、しばしばバッキィボール（buckyball）或いはバックミンスターフラーレンとして言及されるドープされた或いはドープされない炭素フラーレンから形成されるコーティング含有物（containing）或いはコーティングのことを意味する。最も一般的に議論されるフラーレンはＣ60とＣ70である。Ｃ60フラーレン分子は、６０個の炭素原子を含み、それらが互いに接合してサッカーボールのような構造に対称的に配列された２０個の六角形と１２個の５角形の面をもつかご状の構造を形成する。Ｃ60分子は、面心（face-centerd）立方体構造をもつ閉じて詰まった（close-packed）固体分子の物質を形成する。Ｃ70の構造は、２５個の六角形をもったもので、その結果はラグビーボールがしのばれるような形となる。
【００２９】
好適なコーティングは、純粋なＣ60或いはＣ70、その混合物、Ｃ76とＣ78とＣ84とＣ92などのようなより大きなフラーレンの内のいずれか１つ以上、或いはＣ60とＣ70と大きなフラーレンのいずれか１つ以上のものの混合物を含む。また、それらのフラーレンのいずれか１つ以上は、フラーレンを含むコーティングから除かれることも考えられる。
【００３０】
また、本発明の中にあると考えられるものには、所謂ドープされたフラーレンがある。これらの分子には、１つ以上のアルカリ性金属或いはハロゲン原子のようなドーピング物質を含むフラーレンを含んでいる。ドーピング密度は重量でフラーレンコーティングの１％以下であることが望ましく、重量でフラーレンコーティングの約１００ｐｐｍ（parts per million）から１％の間であることがより望ましく、重量でフラーレンコーティングの約０．００１から０．１％の間であることがさらに望ましい。
【００３１】
或いは、本発明のフラーレンを含むコーティングは、硬い耐侵食性表面を形成する上記定義したフラーレンの内のいずれかと他の物質或いは化合物との合成物でも良い。その合成物は、フラーレンを含む物質の連続的なマトリクス相をもつことが望ましい。その合成物は、最大で全合成物の約５０％以上の量の保護物質を含む。より望ましくは、本発明の合成物は、その合成物に基づいて、重量で約１〜４０％、より好ましくは重量で約１〜２０％、そして、さらにもっと好ましくは重量で約１〜１０％の付加的な物質を含む。ある例では、特に、コストが重要な場合、フラーレンのパーセンテージ（％）はとても低く、例えば、コーティングの重量で、２０、１０、５、１％未満である。
【００３２】
プラズマ処理チャンバに採用されている何らかの１つ以上の物質をそのような物質は含んでも良い。そのような物質の例には、何らかの１つ以上の高融点金属、そのような金属を含む合成物或いは合金が含まれる。特に、望ましいセラミックには、酸化アルミニウム（Al2O3）、炭化ケイ素（SiC）、窒化ケイ素（Si3N4）、炭化ホウ素（ＢＣ）、窒化アルミニウム（AlN）、酸化チタニウム（TiO2）などが含まれる。特に、望ましいポリマには、テフロン（登録商標：Teflon）のようなフッ化ポリマー、ベスペル（登録商標：Vespel）のようなポリイミド、そして、最大温度２００℃のプラズマチャンバで有用な他の重合体物質が含まれる。最も望まれる物質にはフラーレンのみ、或いは、例えばハフニウムとタンタルとチタニウムとシリコンとの内少なくともいずれかの炭化物とホウ化物と窒化物と炭窒化物との内少なくともいずれか、炭化ホウ素、窒化ホウ素、炭窒化ホウ素、ジルコニウム、イットリウム、或いは上述の物質のいずれかの混合物との化合物が含まれると信じられている。
【００３３】
本発明のフラーレンを含むコーティング１００は、化学気相蒸着、サーマルスプレイ、プラズマスプレイ、昇華、レーザ蒸着、スパッタリング、スパッタ成膜、イオンビームコーティング、スプレイコーティング、浸せきコーティング、蒸着、ロールオンコーティング、ブラッシュコーティングなどの何らかの公知のコーティング技術により所望の表面に成膜される。また、他の物質の中間層をもつ、或いはもたない１つの或いは多数のフラーレンを含むコーティングが、このような公知の技術を用いて所望の表面に成膜されることが考えられる。
【００３４】
本発明の別の側面からすれば、フラーレンを含む物質でできている半導体処理装置の構成要素が備えられる。その要素は、そのような装置に従来から採用されている１つ以上のコーティングを含んでも良い。
【００３５】
本発明のフラーレンを含むコーティング或いは構成要素を用いることにより、非常に硬い耐腐食性の表面を得ることが好適になる。そのようなコーティング或いは構成要素は、処理チャンバで逆効果を及ぼすように反応する物質がないか、処理生成物や反応室の装置に悪い影響を及ぼすパーティクル汚染が低いか全くないか基板となる物質の侵食がほどんどないか全くないか金属汚染がほどんどないか全くないか揮発性のエッチ生成物がほどんどないか全くないかの少なくともいずれかであるように化学的に不活性であることの内、少なくともいずれかであることが望まれる。フラーレンは炭素を基本としたものであるので、それはプラズマ処理の間に揮発化し、例えば、シリコンウェファーのような処理生成物を汚染することなくチャンバから除去される。
【００３６】
好ましくは、フラーレンを含むコーティング或いは構成要素は、反応チャンバにおいて処理される半導体基板の金属汚染を最小化するために、プラズマとの直接接触する部分、或いは、ライナーなどのようにチャンバ構成要素の後ろの部分のようなプラズマ環境に露出しても良いし、或いは露出しなくても良い領域に置かれ、或いは用いられる。特に好ましくは、例えば、周期表において、元素番号２１〜２９（スカンジウムから銅）、３９〜４７（イッテルビウムから銀）、５７〜７９（ランタンから金）、及び、８９（アクチニウム）以上の全ての既知の元素のいずれか１つ以上の遷移金属ダストを制限したり排除する。これにより、本発明の１つの利点によれば、不満足なエッチングや成膜されたフィルム上の望まれない小さな孔の形成が、侵食或いは腐食によるそのようなダストの発生を抑止することで削減される。
【００３７】
本発明を特定の実施形態を参照して詳細に説明したが、添付の請求の範囲を逸脱することなく、種々の変更と変形がなされ、そして、同等物が採用されることは当業者には明白なことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従った耐侵食コーティングによりコーティングされた構成要素をもつプラズマ反応チャンバの断面図である。
【図２】 図１のＡ部の耐侵食性コーティングを詳細に示す詳細図である。
Claims (27)
- 半導体処理装置の要素の表面をコーティングするプロセスであって、
前記プロセスは、前記要素のプラズマに曝される表面の上にフラーレンを含むコーティングを成膜し、前記要素の耐腐食外表面を形成することを含み、
前記コーティングは、すべてフラーレンから構成されているか、又は、前記コーティングは、フラーレンを含む物質の連続的なマトリックス相を有する複合物であることを特徴とするプロセス。 - 前記半導体処理装置の要素の表面は、金属、セラミック、或いはポリマ表面であることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
- 前記要素の上に第１の中間的なコーティングを成膜することをさらに含み、前記フラーレンを含むコーティングは前記第１の中間的なコーティングの上に成膜されることを特徴とする請求項２に記載のプロセス。
- 前記第１の中間的なコーティングは、金属、セラミック、或いはポリマコーティングを有することを特徴とする請求項３に記載のプロセス。
- 前記要素は、プラズマエッチングチャンバのチャンバ壁を有することを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
- さらに前記要素上に粗表面を形成し、
前記フラーレンを含むコーティングは前記粗表面に成膜されることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。 - 前記フラーレンを含むコーティングに存在するフラーレンは、Ｃ60フラーレン、Ｃ70フラーレン、或いはその混合物であることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
- 前記フラーレンのコーティングは、０．０２５から１．２７ｍｍの範囲の厚さに成膜されることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
- 前記フラーレンを含むコーティングに存在するフラーレンは、ドープされたフラーレンであることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
- 前記フラーレンを含むコーティングは、化学気相蒸着、プラズマスプレイコーティング、昇華、レーザ蒸着、スパッタリング、イオンビームコーティング、スプレイコーティング、浸せきコーティング、蒸発コーティング、ロールオンコーティング、或いはブラッシュコーティングにより成膜されることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
- １つ以上の付加的なフラーレンを含むコーティングは、前記要素に適用されることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
- 半導体処理装置の要素であって、
表面と、
前記要素のプラズマに曝される前記表面の上の、フラーレンを含むコーティングと、を有し、
前記フラーレンを含むコーティングは、前記要素の耐腐食外表面を形成し、
前記コーティングは、完全にフラーレンから構成されているか、又は、前記コーティングは、フラーレンを含む物質の連続的なマトリックス相を有する複合物であることを特徴とする半導体処理装置の要素。 - 前記表面は、金属、セラミック、或いはポリマ表面であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体処理装置の要素。
- 前記要素の前記表面の上に第１の中間的なコーティングをさらに含み、
前記フラーレンを含むコーティングは前記第１の中間的なコーティングの上に位置することを特徴とする請求項１２に記載の半導体処理装置の要素。 - 前記第１の中間的なコーティングは、金属、セラミック、或いはポリマコーティングであることを特徴とする請求項１４に記載の半導体処理装置の要素。
- 前記要素は、プラズマエッチングチャンバのチャンバ壁を有することを特徴とする請求項１２に記載の半導体処理装置の要素。
- 前記フラーレンを含むコーティングに存在するフラーレンは、Ｃ60フラーレン、Ｃ70フラーレン、或いはその混合物であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体処理装置の要素。
- 前記フラーレンを含むコーティングは、０．０２５から１．２７ｍｍの範囲の厚さをもつことを特徴とする請求項１２に記載の半導体処理装置の要素。
- 前記フラーレンを含むコーティングに存在するフラーレンは、ドープされたフラーレンであることを特徴とする請求項１２に記載の半導体処理装置の要素。
- １つ以上の付加的なフラーレンを含むコーティングをさらに有することを特徴とする請求項１２に記載の半導体処理装置の要素。
- 請求項１２に記載の前記要素を含む半導体処理のためのプラズマ反応室。
- 前記要素の表面は、セラミック表面であることを特徴とする請求項２１に記載のプラズマ反応室。
- 前記フラーレンを含むコーティングは、前記要素の表面と接触していることを特徴とする請求項２２に記載のプラズマ反応室。
- 前記フラーレンを含むコーティングは、前記要素の表面と接触していることを特徴とする請求項２１に記載のプラズマ反応室。
- 前記フラーレンを含むコーティングは、完全にフラーレンから成り立っていることを特徴とする請求項２４に記載のプラズマ反応室。
- 前記フラーレンを含むコーティングは、少なくとも１つのフラーレンと、カーバイド、ホウ化物、窒化物、及び炭窒化物からなる族から選択された少なくとも１つの物質とを有する合成物であることを特徴とする請求項２１に記載のプラズマ反応室。
- 前記フラーレンを含むコーティングは、完全にフラーレンと前記少なくとも１つの物質とからなることを特徴とする請求項２６に記載のプラズマ反応室。
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