JP2017512375A

JP2017512375A - チャンバコーティング

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Publication number: JP2017512375A
Application number: JP2016548714A
Authority: JP
Inventors: レン−コアントアン，; フアンカルロスロチャ−アルバレス，; チェンホアチョウ，; ニンリーリウ，; イーホンチェン，; アブヒジットバスマリック，; スディールアール．ゴンドハレカール，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2017-05-18
Also published as: US20150221480A1; TW201534751A; US9384950B2; KR102243956B1; WO2015116455A1; CN106104775A; CN106104775B; KR20160114177A; TWI668321B

Abstract

一実施形態では、処理チャンバの少なくとも１つの表面がＳｉｖＹｗＭｇｘＡｌｙＯｚを含むコーティングを有する、処理チャンバが開示され、ＳｉｖＹｗＭｇｘＡｌｙＯｚにおいて、ｖは約０．０１９６から０．２９５１までの範囲にわたり、ｗは約０．０１３１から０．１５６９までの範囲にわたり、ｘは約０．０１６４から０．０７８４までの範囲にわたり、ｙは約０．０１９７から０．１５６９までの範囲にわたり、ｚは約０．５８８２から０．６５５７までの範囲にわたり、ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。【選択図】図１

Description

本開示の実施形態は概して、コーティング、及び、コーティングを使用してチャンバ性能を改善する方法に関する。

半導体製造工場（ＦＡＢ）が半導体基板（すなわちウエハ）を処理する速度は、半導体業界における企業の存続可能性及び採算性にとって重要である。基板処理速度、又はスループットを低下させる一般的な問題は、処理チャンバの作動実行時間の累計が増大するにつれて、かかる処理チャンバの性能が衰えることである。たとえ単一のチャンバの処理時間の増大であっても、ＦＡＢの稼働に予想不可能性を付加し、そのことが、処理におけるボトルネックにつながりうる。チャンバ洗浄方法の改善は、チャンバ性能の劣化を幾分軽減してきたが、この改善は、現在のスループット要求に対して十分ではない。

従って、必要とされているのは、処理チャンバ性能の経時的な低下を防止するための方法である。

本開示の実施形態は、処理チャンバをコーティングする組成物と、チャンバ性能の経時的な低下を防止する、基板を処理する方法とを対象とする。

一実施形態では、処理チャンバの少なくとも１つの表面がＳｉ_ｖＹ_ｗＭｇ_ｘＡｌ_ｙＯ_ｚを含むコーティングを有する、処理チャンバが開示されており、Ｓｉ_ｖＹ_ｗＭｇ_ｘＡｌ_ｙＯ_ｚにおいて、ｖは約０．０１９６から０．２９５１までの範囲にわたり、ｗは約０．０１３１から０．１５６９までの範囲にわたり、ｘは約０．０１６４から０．０７８４までの範囲にわたり、ｙは約０．０１９７から０．１５６９までの範囲にわたり、ｚは約０．５８８２から０．６５５７までの範囲にわたり、ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。

別の実施形態では、Ｓｉ_ｖＹ_ｗＭｇ_ｘＡｌ_ｙＯ_ｚを含む分子構造を有する組成物が開示されており、Ｓｉ_ｖＹ_ｗＭｇ_ｘＡｌ_ｙＯ_ｚにおいて、ｖは約０．０１９６から０．２９５１までの範囲にわたり、ｗは約０．０１３１から０．１５６９までの範囲にわたり、ｘは約０．０１６４から０．０７８４までの範囲にわたり、ｙは約０．０１９７から０．１５６９までの範囲にわたり、ｚは約０．５８８２から０．６５５７までの範囲にわたり、ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。

別の実施形態では、基板を処理する方法が開示される。方法は、処理チャンバの内部でプラズマ又はラジカルを生成すること、或いは、処理チャンバの中にプラズマ又はラジカルを導入することを含み、その処理チャンバは、Ｓｉ_ｖＹ_ｗＭｇ_ｘＡｌ_ｙＯ_ｚでコーティングされた少なくとも１つの表面を有し、Ｓｉ_ｖＹ_ｗＭｇ_ｘＡｌ_ｙＯ_ｚにおいて、ｖは約０．０１９６から０．２９５１までの範囲にわたり、ｗは約０．０１３１から０．１５６９までの範囲にわたり、ｘは約０．０１６４から０．０７８４までの範囲にわたり、ｙは約０．０１９７から０．１５６９までの範囲にわたり、ｚは約０．５８８２から０．６５５７までの範囲にわたり、ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。

本開示の上述の特徴を詳細に理解しうるように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は付随する図面に例示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、付随する図面はこの開示の典型的な実施形態しか例示しておらず、従って、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。

本書で開示されている実施形態から恩恵を得ることができる処理チャンバの概略断面図である。ＡｓＭｙコーティング（すなわち、酸化アルミニウム／シリコン／マグネシウム／イットリウムのコーティング）でコーティングされたシャワーヘッドを有する処理チャンバにおけるカーボンフィルムのエッチング速度と、コーティングされていないシャワーヘッドを有する処理チャンバにおけるものとを比較するグラフである。酸化アルミニウム／シリコン／マグネシウム／イットリウムでコーティングされた表面と、従来型の処理チャンバ表面との耐プラズマ浸食性を比較するグラフである。図４Ａから図４Ｆは、様々な表面上の、プラズマ溶射されたＡｓＭＹコーティングを示すＳＥＭ画像であり、図４Ｇから図４Ｉは、比較のための、プラズマ溶射されたＹ_２Ｏ_３コーティングのＳＥＭ画像である。図５Ａから図５Ｆは、様々な表面上の、プラズマ溶射されたＡｓＭＹコーティングの断面を示すＳＥＭ画像であり、図５Ｇから図５Ｉは、比較のための、プラズマ溶射されたＹ_２Ｏ_３コーティングのＳＥＭ断面画像である。図６Ａから図６Ｉは、様々な倍率でアルミニウム金属表面上のＡｓＭＹコーティングを示す、ＳＥＭ画像である。図７Ａから図７Ｉは、様々な倍率でアルミニウム金属表面上のＡｓＭＹコーティングの断面を示す、ＳＥＭ画像である。Ｘ線回折（ＸＲＤ）技法を使用してＡｓＭＹコーティングの回折パターンを示すグラフである。図９Ａ及び図９Ｂは、様々なＡｓＭＹコーティングの表面粗さを示すグラフである。図１０Ａから図１０Ｃは、様々なＡｓＭＹコーティングの表面形状を示すグラフである。図１１Ａ及び図１１Ｂは、溶射されたままのＡｓＭＹコーティングと比較した、熱処理によるＡｓＭＹコーティングの接合強度の改善を示すグラフである。プラズマ溶射されたＡｓＭＹコーティングとプラズマ溶射されたＹ_２Ｏ_３コーティングとの、接合強度の相違を示すグラフである。溶射されたままのＡｓＭＹコーティングと比較した、熱処理によるＡｓＭＹコーティングの接合強度の改善を示すグラフである。ＮＦ_３プラズマに曝露された場合の、本書に記載のプラズマ溶射されたＡｓＭＹコーティングと比べての、複数の物質の浸食速度を示すグラフである。

理解を容易にするため、可能な限り、複数の図に共通する同一の要素を指し示すためには同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び／又はプロセスステップは、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれうると想定される。

本開示の様々な実施形態の説明が例示目的で提示されてきたが、それらは、網羅的であることが意図されているわけではない。当業者には、説明されている実施形態の範囲及び本質から逸脱することなく、多数の修正例及び変形例が自明となろう。本書で使用される用語は、実施形態の原理、実践的応用、又は、市場に既存の技術を凌駕する技術的改良を最もよく説明するため、或いは、本書で開示されている実施形態の他の当業者による理解を可能にするために、選択された。

本開示の実施形態は、処理チャンバの構成要素をコーティングする組成物と、チャンバ性能の経時的な低下を防止する、基板を処理する方法とを対象とする。組成物は、Ｓｉ_ｖＹ_ｗＭｇ_ｘＡｌ_ｙＯ_ｚを含む分子構造を有する。処理チャンバは、Ｓｉ_ｖＹ_ｗＭｇ_ｘＡｌ_ｙＯ_ｚを含む分子構造を有する組成物でコーティングされた、少なくとも１つの表面を備える。この分子構造において、ｖは約０．０１９６から０．２９５１までの範囲にわたり、ｗは約０．０１３１から０．１５６９までの範囲にわたり、ｘは約０．０１６４から０．０７８４までの範囲にわたり、ｙは約０．０１９７から０．１５６９までの範囲にわたり、ｚは約０．５８８２から０．６５５７までの範囲にわたり、ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である（不純物を除く）。コーティングされた表面は、チャンバの稼働中に、例えば、プラズマ、ラジカル、又はその両方に曝露される表面でありうる。基板を処理する方法は、処理チャンバの内部でプラズマ又はラジカルを生成すること、或いは、処理チャンバの中にプラズマ又はラジカルを導入することを含み、処理チャンバは、Ｓｉ_ｖＹ_ｗＭｇ_ｘＡｌ_ｙＯ_ｚでコーティングされた少なくとも１つの表面を有する。コーティングにおいて、ｖは約０．０１９６から０．２９５１までの範囲にわたり、ｗは約０．０１３１から０．１５６９までの範囲にわたり、ｘは約０．０１６４から０．０７８４までの範囲にわたり、ｙは約０．０１９７から０．１５６９までの範囲にわたり、ｚは約０．５８８２から０．６５５７までの範囲にわたる。コーティングされた表面は、チャンバの稼働中に、例えば、プラズマ、ラジカル、又はその両方に曝露される表面でありうる。処理チャンバ表面上のＳｉ_ｖＹ_ｗＭｇ_ｘＡｌ_ｙＯ_ｚコーティングは、チャンバ性能の経時的な低下を、無くさないとしても、著しく減少させうる。

処理チャンバ内で生成されるプラズマ及び／又はラジカルに直接接触する処理チャンバ材料は、高品質な薄膜の作製のために重要である。一般的に、プラズマ及び／又はラジカルに接触するチャンバ表面はシリカ又はアルミニウムで構成され、シリカとアルミニウムは両方とも、プラズマプロセスにおいて生成されうる水素ラジカルを消費し、意図されるプロセスを実施するための水素ラジカルは少ししか残らない。理論によって限定するわけではないが、従来型の洗浄プロセスでアルミニウム表面はフッ化アルミニウムに転化され、次いで、水素ラジカルに関係するプロセスにおいて、水素ラジカルがフッ化アルミニウムを水素化アルミニウムに変換させると考えられる。チャンバ稼働時間の累計が増大するにつれて、フッ化アルミニウムの表面層は厚くなり、処理速度のより劇的な低下までもがもたらされる。

酸化アルミニウム、シリコン、マグネシウム、及びイットリウムを含む分子構造を有する組成物（以下「ＡｓＭＹ」コーティング）でコーティングされた処理チャンバ表面は、従来型の表面と比較して、水素ラジカルを（消費するとしても）著しくわずかしか消費しない。そのため、プラズマ、及び／又は、水素ラジカルのようなラジカルに曝露される処理チャンバの表面をＡｓＭＹでコーティングすることで、チャンバ性能が改善され、高品質なフィルムの形成が可能になる。処理チャンバ表面上のＡｓＭＹコーティングは、チャンバ性能の経時的な低下を、無くさないとしても、著しく減少させうる。加えて、チャンバ表面をＡｓＭＹでコーティングすることで、処理チャンバの内表面の耐プラズマ浸食性が改善される。

一実施形態では、ＡｓＭＹは、以下のプロセスによって作製される。Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、及びＹ_２Ｏ_３の原料粉末を、ボールミリングプロセスを使用して十分に混ぜ合わせる。原料粉末は、低くとも９８％以上の純度、例えば約９９．９％の純度を有する。原料粉末のサイズは、約１０ナノメートル（ｎｍ）から約１００ミクロン（μｍ）まで、例としては約５μｍから約１５μｍ、例えば約１０μｍでありうる。水：粉末：ボールの重量比は約１：１：２でありうる。Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、及びＹ_２Ｏ_３の混合物は、モルパーセント単位で以下の比率を有しうる。ＳｉＯ_２：１０〜９０％、Ｙ_２Ｏ_３：２〜５０％、ＭｇＯ：５〜４０％、及び、Ａｌ_２Ｏ_３：３〜４０％。例えば、比率は、モルパーセント単位で、ＳｉＯ_２：２０〜６０％、Ｙ_２Ｏ_３：８〜２５％、ＭｇＯ：１２〜２５％、及び、Ａｌ_２Ｏ_３：１０〜３５％でありうる。特定の例においては、混合比率は、５６．８モルパーセントのＳｉＯ_２、１０．２モルパーセントのＹ_２Ｏ_３、１８モルパーセントのＭｇＯ、及び１５．０モルパーセントのＡｌ_２Ｏ_３でありうる。別の代表的な例においては、混合比率は、９０．０モルパーセントのＳｉＯ_２、２．０モルパーセントのＹ_２Ｏ_３、５．０モルパーセントのＭｇＯ、及び、３．０モルパーセントのＡｌ_２Ｏ_３でありうる。別の実施形態においては、混合比率は、１０％のＳｉＯ_２、５０％のＹ_２Ｏ_３、２０％のＭｇＯ、及び２０％のＡｌ_２Ｏ_３でありうる。原料粉末が十分に混合された後に、混合物は、約１４００℃から約１８００℃までの範囲にわたる温度で、約１２０分間溶融されうる。溶融された原料粉末の混合物は次いで、大気／水まで急冷されて、ＡｓＭＹガラスを形成しうる。

ＡｓＭＹガラスは次いで、砕かれて小粒子にされうる。小粒子のサイズは、約１００ｎｍから約１０μｍの範囲にわたりうる。砕かれたＡｓＭＹは次いで、バインダと混合されうる。バインダは、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）でありうる。バインダは次いで、脱イオン水に溶解されて溶液となる。一例では、水に対するバインダの質量比は３：９７である。溶液に対する砕かれたＡｓＭＹの比は、約２０：１００から約４５：１００、例えば３０：１００でありうる。溶液とＡｓＭＹガラス粉末が混ぜ合わされた後に、混合物は、噴霧乾燥されて顆粒状粒子を生成する。顆粒状粒子のサイズは、約２０〜５０μｍの範囲にわたりうる。一実施形態では、Ｄ５０粒度分布（すなわち、累積分布における５０％の粒子径の中央値）は約３０μｍである。

別の実施形態では、ＡｓＭＹは、溶融と急冷のプロセスによって作製される。Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、及びＹ_２Ｏ_３の原料粉末を、十分に混合し、石英るつぼの中に入れる。混合された粉末は、摂氏約１，５００度まで加熱される。るつぼがヒータを使用して加熱されうるか、又は、プラズマが粉末を加熱するために使用されうる。溶融物は次いで、急冷されて断片にされ、断片はボールミリングされて顆粒状粒子となる。粒子は次いで、（バインダを用いて、又は用いずに）噴霧乾燥される。一実施形態では、顆粒状粒子のＤ５０粒度分布は約３０μｍである。

上記の実施形態では、実質的に球形の粒子が作り出される。しかし、別の実施形態では、非対称的又は不揃いな粒子が作り出されうる。不揃いな粒子を作り出すことは、ボールミリング後の粒子の選別を除いて、上記のプロセスと同様であり、噴霧乾燥プロセスは省略される。ミリングの後に、粒子は選別されうる。一実施形態では、不揃いな粒子のＤ５０粒度分布は約３０μｍである。別の実施形態では、不揃いな粒子のＤ５０粒度分布は約４５μｍである。

粒子は、熱溶射プロセス、例えばプラズマ溶射プロセスによって、処理チャンバの構成要素に付けられうる。ＡｓＭＹコーティングは、ガラス（非晶体）又はガラスセラミック（非晶相及び一又は複数の結晶相を有する物質）でありうる。ガラスＡｓＭＹコーティングを得るためには、構成要素の温度は１５０℃を下回ってよく、かつ／又は、構成要素とプラズマガンとの間の動作距離は、ガラスセラミックコーティングを行う時よりも長くなる。ガラスセラミックＡｓＭＹコーティングを得るためには、構成要素の温度は４００°Ｃを上回ってよく、かつ／又は、構成要素とプラズマガンとの間の動作距離は、ガラスコーティングを行う時よりも短い距離になりうる。

プラズマ溶射プロセスにおいて、構成要素の温度は、セラミック構成要素上の、非晶質ＡｓＭＹコーティングのためにはおよそ１５０℃に、ガラスセラミックコーティングのためにはおよそ４５０℃に維持されうる。ＡｓＭＹコーティングは、それが約２０〜３００μｍの、例としては１００〜２５０μｍの、例えば２００μｍの厚みを有するようになるまで付けられうる。ＡｓＭＹコーティングは、処理チャンバの構成要素に直接付けられうるか、又は、処理チャンバの構成要素の表面上に堆積したコーティングのような層として付けられうる。

表１は、処理チャンバの構成要素をコーティングする熱溶射プロセスのための、例示的なパラメータを含む。

最終コーティングは、Ｓｉ_ｖＹ_ｗＭｇ_ｘＡｌ_ｙＯ_ｚという分子構造であって、ｖは約０．０１９６から約０．２９５１までの範囲にわたり、ｗは約０．０１３１から約０．１５６９までの範囲にわたり、ｘは約０．０１６４から約０．０７８４までの範囲にわたり、ｙは約０．０１９７から約０．１５６９までの範囲にわたり、ｚは約０．５８８２から約０．６５５７までの範囲にわたる、分子構造を含みうる。例えば、ｖは約０．０３９３から約０．１１８までの範囲にわたってよく、ｗは約０．０２１３から約０．０６３４までの範囲にわたってよく、ｘは約０．０１１９から約０．０３５６までの範囲にわたってよく、ｙは約０．０２２１から約０．０６６３までの範囲にわたってｙ０おく、ｚは約０．１５５から約０．４６６までの範囲にわたりうる。例えば、この分子構造は、Ｓｉ_{０．１７１}Ｙ_{０．０６２}Ｍｇ_{０．０５４}Ａｌ_{０．０９０}Ｏ_{０．６２３}、又は、およそＳｉ_{０．１７１}Ｙ_{０．０６２}Ｍｇ_{０．０５４}Ａｌ_{０．０９０}Ｏ_{０．６２３}でありうる。別の実施形態では、この分子構造は、およそＳｉ_４Ｙ_２Ｍｇ_２Ａｌ_３Ｏ_１４でありうる。

ＡｓＭＹでコーティングされうる表面は、処理チャンバの構成要素の任意の表面、例えば、コーティング及び／又はその下にある材料を劣化させうるプラズマ及び／又はラジカルに曝露されうる表面を含む。ラジカルは、処理チャンバの内部で生成されるか、又は処理チャンバの中に導入される、水素ラジカル又はフッ素ラジカルを含む。水素ラジカルは、プラズマによって、熱線化学気相堆積装置によって、又は他の好適な手段によって、生成されうる。フッ素ラジカルは、チャンバ洗浄プロセスにおいて、処理チャンバ内で生成されうるか、又は処理チャンバの中に導入されうる。いくつかの実施形態では、プラズマ溶射されたＡｓＭＹコーティングは、コーティングの特性を強化するために熱処理されうる。

本書において、「処理チャンバの構成要素（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃｈａｍｂｅｒｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）」は、チャンバの壁と、例えばシャワーヘッド、バッフル、ブロッカプレート、及び基板支持体といった処理チャンバの内部に包含される任意の構成要素と、例えば遠隔プラズマ源システム、ガス供給システム、及び真空システムといったチャンバに連結された任意の構成要素とを含む。ＡｓＭＹコーティングから恩恵を得ることができる代表的な処理表面が、図１に関連して例示されている。

図１は、ＡｓＭＹコーティングから恩恵を得ることができる表面を有する、流動性化学気相堆積チャンバ１００の断面図である。流動性化学気相堆積チャンバが例示されているが、本開示の実施形態は、例えば化学気相堆積チャンバ、エッチチャンバ、物理気層堆積チャンバ、及び原子層堆積チャンバといった、任意のチャンバに適用可能である。チャンバ１００は、チャンバ本体１０１と、ドーム１１１と、バッキング板１２１と、遠隔プラズマ源システム１４１とを有する。チャンバ本体１０１は、チャンバ本体側壁１０２とプロセス容積１０３とを有する。側壁１０２は、チャンバ本体１０１の内部表面を含む。プロセス容積１０３は、デュアルチャネルシャワーヘッド１０４及び側壁１０２によって画定された容積である。基板（図示せず）が処理される際に基板を上に載せうる基板支持体（こちらも図示せず）は、プロセス容積１０３の中に配置されうる。

チャンバ本体１０１は、デュアルチャネルシャワーヘッド１０４を有する。デュアルチャネルシャワーヘッド１０４は、２組の化学反応が、デュアルチャネルシャワーヘッドの内部で互いに影響しあうことなくプロセス容積１０３の中へと移行することを可能にするよう構成された、２組の開孔を有する。デュアルチャネルシャワーヘッド１０４は、ガス入口１０５を通じて一又は複数のガス源（図示せず）に連結されうる。ガス入口１０５は、デュアルチャネルシャワーヘッド１０４の１組の開孔を通じて、プロセス容積１０３の中へとガスを導入しうる。プラズマ及び他の反応性核種は、デュアルチャネルシャワーヘッド１０４の開孔の第２の組を通じて、プロセス容積１０３に入りうる。「ガス（ｇａｓ及びｇａｓｅｓ）」という用語は、別途明記されない限り、交換可能に使用され、一又は複数の前駆体、反応物質、触媒、キャリア、パージ、洗浄剤、それらの組み合わせ、並びに、処理チャンバ１００の中、例えばプロセス容積１０３の中へと導入される他の任意の流体を表す。

ドーム１１１は、デュアルチャネルシャワーヘッド１０４の上方に配置され、チャンバ本体１０１に連結される。ドーム１１１は、ガス、及び、遠隔プラズマ源システム１４１からの水素含有プラズマ又はフッ素含有プラズマのようなプラズマを受容しうる、容積を提供する。ドーム１１１は、ドーム側壁１１２及びバッフル１１４を含む。バッフル１１４は、デュアルチャネルシャワーヘッド１０４の上方に、それとは接触しないように配置される。バッフル１１４は、ガス供給ブロック１１３から出るガス及びプラズマを拡散させる。

ガス供給ブロック１１３は、バッキング板１２１からドーム１１１内に突出していてよく、１つの表面で遠隔プラズマ源システム１４１に、別の表面でバッキング板１２１に、連結される。バッキング板１２１は、ドーム１１１の上方に配置され、ドーム１１１に連結される。ガス供給ブロック１１３は内部表面１１５を有し、内部表面１１５は、ガス及びプラズマがガス供給ブロック１１３を通って移動する際にガス及びプラズマと接触する。

遠隔プラズマ源システム１４１は、遠隔プラズマ源（図示せず）と、チョーカー１４８と、遠隔プラズマ導管１４６と、心出しリング１４４と、遠隔プラズマ源ブラケット１４２とを含む。遠隔プラズマ源は遠隔プラズマを生成し、遠隔プラズマは、プロセス容積１０３のような処理領域とは分離した領域で作り出されたプラズマである。遠隔プラズマ源は、一方の端部でチョーカー１４８に連結し、他方の端部で遠隔プラズマ源ブラケット１４２の表面に連結してよいが、それは図示されていない。チョーカー１４８は、内部表面１４９を有する。チョーカー１４８は、遠隔プラズマ導管１４６に連結する。遠隔プラズマ導管１４６は、内部表面１４７を有する。遠隔プラズマ導管は、遠隔形成されたプラズマを、遠隔プラズマ源から心出しリング１４４へと供給する。遠隔プラズマ導管１４６は、心出しリング１４４に連結する。心出しリング１４４は、内部表面１４５を有する。心出しリング１４４は、プラズマがドーム１１１の容積に供給されうるように、遠隔プラズマ導管１４６から出てくる遠隔形成されたプラズマを、ガス供給ブロック１１３の内部表面と位置合わせする。心出しリング１４４は、遠隔プラズマ源ブラケット１４２に連結する。遠隔プラズマ源ブラケット１４２は、内部表面１４３を有する。遠隔プラズマ源ブラケット１４２は、遠隔プラズマ源のための構造支持体を提供する。

チャンバ１００の稼働中に、遠隔プラズマ源からのプラズマとプラズマによって生成されたラジカルは、チョーカー１４８、遠隔プラズマ導管１４６、心出しリング１４４、遠隔プラズマ源ブラケット１４２、及びガス供給ブロック１１３を通って、ドーム１１１の中へと移動し、そこでバッフル１１４と接触した後に、デュアルチャネルシャワーヘッド１０４を通ってプロセス容積１０３の中へと移動する。プラズマとラジカルが遠隔プラズマ源からプロセス容積１０３へと移動するにつれて、プラズマとラジカルは、チョーカー１４８の内部表面１４９、遠隔プラズマ導管１４６の内部表面１４７、心出しリング１４４の内部表面１４５、遠隔プラズマ源ブラケット１４２の内部表面１４３、及びガス供給ブロック１１３の内部表面１１５に接触して、ドーム１１１の中に入り、そこで、ドーム側壁１１２、バッフル１１４、及びデュアルチャネルシャワーヘッド１０４の上面１３２、並びにデュアルチャネルシャワーヘッド１０４の開孔に接触した後に、デュアルチャネルシャワーヘッド１０４を通ってプロセス容積１０３の中へと移動する。プロセス容積１０３の中で、プラズマとラジカルは、チャンバ本体１０１の側壁１０２に接触し、デュアルチャネルシャワーヘッド１０４の底面に接触しうる。

処理チャンバの内部で生成されるか、処理チャンバの中に導入されるプラズマ及びラジカルと接触しうる、全てのチャンバ表面は、ＡｓＭＹコーティングから恩恵を得ることができる。本書に記載のＡｓＭＹコーティングは、アルミニウム（Ａｌ）、セラミック及びグラファイトを含むがそれらだけに限定されるわけではない、多種多様な材料上に使用されうる。図１の代表的な例では、少なくとも、側壁１０２と、デュアルチャネルシャワーヘッド１０４の上面及び底面、並びに開孔と、バッフル１１４と、ガス供給ブロック１１３の内部表面１１５と、遠隔プラズマ源ブラケット１４２の内部表面１４３と、心出しリング１４４の内部表面１４５と、遠隔プラズマ導管１４６の内部表面１４７と、チョーカー１４８の内部表面１４９とが、コーティング１５０として図示されているＡｓＭＹコーティングから恩恵を得ることができる。種々の処理チャンバは、ＡｓＭＹコーティングから恩恵を得る種々の表面を有しうる。例えば、単一チャネルシャワーヘッド又はブロッカプレートを有するチャンバは、単一チャネルシャワーヘッド及び／又はブロッカプレートをＡｓＭＹでコーティングすることで、恩恵を得るだろう。ブロッカプレートは、ガスの分配を支援するために、ガス源とガス分配プレートとの間に含まれうる。ブロッカプレートは、ガス分配プレートを通過する前のガスの分配に役立つ、複数の離間した穴を含みうる。更なる代表的な例としては、異なる遠隔プラズマ源システム構成を有するチャンバは、ＡｓＭＹコーティング（例えばコーティング１５０）から恩恵を得る、種々の遠隔プラズマ源システム構成要素を有するだろう。

図２は、処理チャンバの単一の表面のみがＡｓＭＹ（例えばコーティング１５０）でコーティングされる場合の処理チャンバ性能の向上を示すグラフ２００である。遠隔プラズマ源と、ＡｓＭＹでコーティングされた上面１３２を有するデュアルチャネルシャワーヘッド１０４とが装備された処理チャンバ内での、カーボンフィルムのエッチング速度を、コーティングされていないデュアルチャネルシャワーヘッドを装備したチャンバ内でのカーボンフィルムのエッチング速度と比較した。比較は、０．５Ｔｏｒｒ及び１．０Ｔｏｒｒの圧力下で実行された。全ての事例において、エッチングは純水素プラズマ中で実行され、水素ガスは１５００ｓｃｃｍで供給され、温度は３００℃であった。０．５Ｔｏｒｒでは、ＡｓＭＹでコーティングされたデュアルチャネルシャワーヘッドを使用してのエッチング速度は３８２A／分であり、コーティングされていないデュアルチャネルシャワーヘッドのエッチング速度は１１５A／分であった。ＡｓＭＹでコーティングされたデュアルチャネルシャワーヘッドを使用してのエッチング速度は、コーティングされていないデュアルチャネルシャワーヘッドのエッチング速度の３倍を上回る速さであった。１Ｔｏｒｒでは、ＡｓＭＹでコーティングされたデュアルチャネルシャワーヘッドを用いたエッチング速度は２２２A／分であり、コーティングされていないデュアルチャネルシャワーヘッドのエッチング速度は８２A／分であった。ＡｓＭＹでコーティングされたデュアルチャネルシャワーヘッドを用いたエッチング速度は、コーティングされていないシャワーヘッドを用いたエッチング速度の３倍に迫る速さであった。

プラズマ溶射されたＡｓＭＹコーティングは、他のプラズマ溶射されたコーティングよりも、より平坦になり、亀裂が少なくなり、粒子汚染の可能性が減少する。プラズマ溶射されたＡｓＭＹコーティングを、プラズマ溶射されたＹ_２Ｏ_３コーティング、及び、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９とＹ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２の固溶体との混合物（この混合物は以下「ＨＰＭ」と称される）を含有する、プラズマ溶射されたコーティングと比較した。ＨＰＭ、Ｙ_２Ｏ_３、及びＡｓＭＹの有孔率は、それぞれ、約２．５％、約３％、及び約０．２５〜１．０％である。ＨＰＭ、Ｙ_２Ｏ_３、及びＡｓＭＹの表面粗さは、それぞれ、約１８０μインチ、約１９０μインチ、及び約１５０μインチである。ＨＰＭ、Ｙ_２Ｏ_３、及びＡｓＭｙのアルミニウム基材への接合強度は、それぞれ、２９ＭＰａ、１８ＭＰａ、及び３０ＭＰａである。ＨＰＭ、Ｙ_２Ｏ_３、及びＡｓＭｙの硬度（ビッカース硬度）は、それぞれ、６．６ＧＰａ、４．０ＧＰａ、及び５．１ＧＰａである。８ミル（０．００８インチ）の厚みを有するコーティングを、５％の塩酸に曝露した。ＨＰＭには約３時間の曝露、Ｙ_２Ｏ_３には約４時間の曝露でエッチングが明白となったが、ＡｓＭｙは８時間を超えた。８ミルのコーティングの破壊電圧は、ＨＰＭでは６５０ボルト／ミル、Ｙ_２Ｏ_３では６３０ボルト／ミル、ＡｓＭＹでは５２０ボルト／ミルである。ＨＰＭ、Ｙ_２Ｏ_３、及びＡｓＭｙの熱膨張率（ＣＴＥ）は、それぞれ、８．５×１０^−６／Ｋ、７．２×１０^−６／Ｋ、及び６．８×１０^−６／Ｋである。

図３は、従来型の表面と比較してＡｓＭＹの耐プラズマ浸食性が優位であることを示すグラフ３００である。ＮＨ_３／ＮＦ_３から生成されたフッ素プラズマに７０時間を越えて曝露された後の、ＡｓＭｙ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、及び石英を含有する表面の表面浸食速度を比較した。図３に示す結果は、ＡｓＭＹでコーティングされた表面の浸食速度に正規化された値で表されている。石英は、ＡｓＭＹの浸食速度よりも２０倍速い浸食速度を有した。Ｓｉは、ＡｓＭＹよりも８倍速い浸食速度を有した。ＳｉＣは、ＡｓＭＹの５倍に迫る速さの浸食速度を有した。ＡｌＮは、ＡｓＭＹの浸食速度の２倍を超える浸食速度を有した。ＮＨ_３／ＮＦ_３プラズマに７０時間を超えて曝露された後であっても、ＡｓＭＹでコーティングされた表面は、測定可能な不具合も浸食も示していない。

図４Ａから図４Ｆは、様々な倍率（それぞれ２００倍、１，０００倍、及び４，０００倍）で、窒化アルミニウム（ＡｌＮ（図４Ａから図４Ｃ））及びアルミニウム（Ａｌ（図４Ｄから図４Ｆ））の金属表面上のプラズマ溶射されたＡｓＭＹコーティングを示す、ＳＥＭ画像である。比較のために、プラズマ溶射されたＹ_２Ｏ_３コーティングのＳＥＭ画像も、図４Ｇから図４Ｉに示されている。図示しているように、Ｙ_２Ｏ_３コーティングと比較して、ＡｓＭＹコーティングが示している亀裂は少ない。加えて、ＡｓＭＹコーティングは、Ｙ_２Ｏ_３コーティングよりも平坦かつ／又は滑らかである。

図５Ａから図５Ｆは、様々な倍率（それぞれ２００倍、１，０００倍、及び４，０００倍）で、ＡｌＮ（図５Ａから図５Ｃ）及びＡｌ金属（図５Ｄから図５Ｆ）の表面上のプラズマ溶射されたＡｓＭＹコーティングの断面を示す、ＳＥＭ画像である。比較のために、プラズマ溶射されたＹ_２Ｏ_３コーティングのＳＥＭ断面画像も、図５Ｇから図５Ｉに示されている。図示しているように、Ｙ_２Ｏ_３コーティングと比較して、ＡｓＭＹコーティングが示している有孔率は少ない。

図６Ａから図６Ｉ、及び図７Ａから図７Ｉは、熱処理された後の、アルミニウム金属表面上のプラズマ溶射されたＡｓＭＹコーティングの特性を表示するＳＥＭ画像である。

図６Ａから図６Ｉは、様々な倍率（それぞれ２００倍、１，０００倍、及び４，０００倍）で、アルミニウム金属表面上のＡｓＭＹコーティングを示すＳＥＭ画像である。図６Ａから図６Ｃは、溶射されたままのＡｓＭＹコーティングを示し、図６Ｄから図６Ｆは、摂氏９００度で処理されたＡｓＭＹコーティングを示し、図６Ｇから図６Ｉは、摂氏１，１００度で処理されたＡｓＭＹコーティングを示している。図示しているように、熱処理は、ＡｓＭＹコーティングの表面形態を改善する。

図７Ａから図７Ｉは、様々な倍率（それぞれ２００倍、１，０００倍、及び４，０００倍）で、アルミニウム金属表面上のＡｓＭＹコーティングの断面を示すＳＥＭ画像である。図７Ａから図７Ｃは、溶射されたままのＡｓＭＹコーティングを示し、図７Ｄから図７Ｆは、摂氏９００度で処理されたＡｓＭＹコーティングを示し、図７Ｇから図７Ｉは、摂氏１，１００度で処理されたＡｓＭＹコーティングを示している。図示しているように、熱処理は、ＡｓＭＹコーティングの品質を改善する。

図８は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）技法を使用してＡｓＭＹコーティングの回折パターンを示すグラフ８００である。横座標は検出された光線の角度を表し、縦座標はカウント毎秒（ＣＰＳ）を表している。曲線８０５は、溶射されたままのＡｓＭＹコーティングの回折パターンを示している。曲線８１０は、摂氏９００度で熱処理されたＡｓＭＹコーティングの回折パターンを示している。曲線８１５は、摂氏１，１００度で熱処理されたＡｓＭＹコーティングの回折パターンを示している。図示しているように、溶射されたままのＡｓＭＹコーティング、並びに摂氏９００度で処理されたＡｓＭＹコーティングが非晶質のままである一方で、摂氏１，１００度で処理されたＡｓＭＹコーティングは、いくらかの結晶化度を含む。ＡｓＭＹコーティングは、従来型の物質と比較して、プラズマ環境においてより安定的であることが分かっているが、非晶型と結晶型とは、特定のプラズマ環境により適したものでありうる。例えば、非晶質ＡｓＭＹコーティング（曲線８０５及び曲線８１０）は、水素プラズマ環境での使用に有益でありうる一方で、結晶性ＡｓＭＹコーティング（曲線８１５）は、安定性を強化する結晶構造により、フッ素プラズマ環境での使用に有益でありうる。

図９Ａ及び図９Ｂはそれぞれ、様々なＡｓＭＹコーティングの表面粗さを示すグラフ９００Ａ及び９００Ｂである。グラフ９００Ａは、溶射されたままのＡｓＭＹコーティング、摂氏９００度で処理されたＡｓＭＹコーティング、及び摂氏１，１００度で処理されたＡｓＭＹコーティングの平均表面粗さ（Ｒａ）を示し、グラフ９００Ｂは、それらの平均粗さ深さ（Ｒｚ）を示している。図示しているように、ＡｓＭＹコーティングの熱処理は、表面粗さを著しく低下させる（すなわち、約三分の一に減少）。

図１０Ａから図１０Ｃはそれぞれ、様々なＡｓＭＹコーティングの表面形状を示す、グラフ１０００、１００５、及び１０１０である。グラフ１０００は、溶射されたままのＡｓＭＹコーティングを示している。グラフ１００５は、摂氏９００度で処理されたＡｓＭＹコーティングを示している。グラフ１０１０は、摂氏１，１００度で処理されたＡｓＭＹコーティングを示している。図示しているように、摂氏９００度で処理されたＡｓＭＹコーティング、及び摂氏１，１００度で処理されたＡｓＭＹコーティングは、溶射されたままのＡｓＭＹコーティングよりも著しく滑らかである。グラフ１００５及び１０１０に示すＡｓＭＹコーティングは類似しているが、摂氏１，１００度で処理されたＡｓＭＹコーティングは、摂氏９００度で処理されたＡｓＭＹコーティングと比較して、大きなピークに付いたより小さなピークを有している。このことは、摂氏１，１００度で処理されたＡｓＭＹコーティングの結晶化の影響であると考えられる。

図１１Ａ及び図１１Ｂはそれぞれ、溶射されたままのＡｓＭＹコーティングと比較した、熱処理によるＡｓＭＹコーティングの接合強度の改善を示す、グラフ１１００及び１１０５である。この例では、ＡｓＭＹコーティングはＡｌＮ基材に付けられた。コーティングされた基材は、炉内に入れられ、毎分摂氏０．５度の速度で、表示された温度まで加熱された。温度は、グラフ１１００及び１１０５に表示された時間にわたり保たれた。その後、コーティングされた基材は、炉の温度が摂氏８０度を下回ると炉から取り出された。熱処理は接合強度を著しく改善することが示され、処理時間が長いほど、接合強度は安定する。

図１２は、プラズマ溶射されたＡｓＭＹコーティングとプラズマ溶射されたＹ_２Ｏ_３コーティングとの、接合強度の相違を示すグラフ１２００である。視認できるように、熱処理で、ＡｓＭＹコーティングの接合強度は改善したが、Ｙ_２Ｏ_３コーティングの接合強度は低下した。

図１３は、溶射されたままのＡｓＭＹコーティングと比較した、熱処理によるＡｓＭＹコーティングの接合強度の改善を示すグラフ１３００である。この例では、ＡｓＭＹコーティングはＡｌ基材に付けられた。コーティングされた基材は、炉内に入れられ、グラフ１３００に表示された時間にわたって、表示された温度まで加熱された。その後、コーティングされた基材は、炉の温度が摂氏８０度を下回ると炉から取り出された。熱処理は、接合強度を著しく、摂氏３００度では２倍近い強度に、改善することが示されている。

いくつかの実施形態では、本書に記載のＡｓＭＹコーティングは、光エネルギーに対して透過性でありうる。一例では、ＡｓＭＹコーティングは、２９．０重量パーセントのＹ_２Ｏ_３粉末（１０．３モルパーセント）、１９．３重量パーセントのＡｌ_２Ｏ_３粉末（１５．１モルパーセント）、４２．６重量パーセントのＳｉＯ_２（５６．８モルパーセント）、及び、９．１重量パーセントのＭｇＯ（１８．０モルパーセント）を利用する、透明なガラス物質として形成されうる。２５０ｎｍの波長の光がＡｓＭＹコーティングの１ミリメートル厚サンプルを通る透過率は、約７８パーセントである。表２は、純粋なＹ_２Ｏ_３及び石英の特性と比べての、この特定の組成のＡｓＭＹの特性を示している。

図１４は、ＮＦ_３プラズマに曝露された場合の、本書に記載のプラズマ溶射されたＡｓＭＹコーティングと比べての、複数の物質の浸食速度を示すグラフ１４００である。Ｙ_２Ｏ_３基板、ＡｓＭＹ基板、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）基板、及び石英基板の各々を、摂氏４００度かつ２．８Ｔｏｒｒの条件下で燃焼してプラズマになった５００ｓｃｃｍのＮＦ_３ガスに５時間にわたり曝露した。ＡｓＭＹコーティングは、Ｙ_２Ｏ_３コーティングよりも若干早い速度で浸食されるが、石英及びアルミナの浸食速度よりもずっと遅いということが分かった。しかし、純結晶性の酸化イットリウムは、様々なエッチャントプラズマに対する良好な耐食性を示すが、赤外（ＩＲ）波長域又は紫外波長域の熱エネルギーを使用して基板を加熱するチャンバ用途における光透過性のウインドウ又はシャワーヘッドとして、現実に入手可能な選択肢にはならないことに、留意されたい。Ｙ_２Ｏ_３は透過性でありうるが、透過性Ｙ_２Ｏ_３のサイズ及び厚みは限定され、ゆえに、限定された用途しか有しない。更に、透過性Ｙ_２Ｏ_３は比較的高価である。従ってＹ_２Ｏ_３は、場合によっては、処理チャンバでの使用には望ましくないものになりうる。

上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、他の実施形態及び更なる実施形態が考案されうる。本開示の範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims

処理チャンバの少なくとも１つの表面がＳｉ_ｖＹ_ｗＭｇ_ｘＡｌ_ｙＯ_ｚを含むコーティングを有し、Ｓｉ_ｖＹ_ｗＭｇ_ｘＡｌ_ｙＯ_ｚにおいて、
ｖは約０．０１９６から０．２９５１までの範囲にわたり、
ｗは約０．０１３１から０．１５６９までの範囲にわたり、
ｘは約０．０１６４から０．０７８４までの範囲にわたり、
ｙは約０．０１９７から０．１５６９までの範囲にわたり、
ｚは約０．５８８２から０．６５５７までの範囲にわたり、
ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である、処理チャンバ。
前記コーティングは、Ｓｉ_{０．１７１}Ｙ_{０．０６２}Ｍｇ_{０．０５４}Ａｌ_{０．０９０}Ｏ_{０．６２３}を含む化学式を有する、請求項１に記載の処理チャンバ。
前記コーティングはガラス又はガラスセラミックである、請求項１に記載の処理チャンバ。
前記コーティングは約２０ミクロンから約３００ミクロンまでの厚みを有する、請求項３に記載の処理チャンバ。
前記処理チャンバの前記少なくとも１つの表面は、チャンバ本体側壁の表面、ドーム側壁の表面、ガス分配シャワーヘッドの表面、バッフルの表面、ブロッカプレートの表面、ガス供給ブロックの表面、遠隔プラズマ源ブラケットの表面、心出しリングの表面、遠隔プラズマ導管の表面、及びチョーカーの表面から成るグル―プから選択される、請求項１に記載の処理チャンバ。
前記コーティングは約０．２５％から約１．０％までの有孔率を有する、請求項１に記載の処理チャンバ。
Ｓｉ_ｖＹ_ｗＭｇ_ｘＡｌ_ｙＯ_ｚを含む分子構造を有する組成物であって、Ｓｉ_ｖＹ_ｗＭｇ_ｘＡｌ_ｙＯ_ｚにおいて、
ｖは約０．０１９６から０．２９５１までの範囲にわたり、
ｗは約０．０１３１から０．１５６９までの範囲にわたり、
ｘは約０．０１６４から０．０７８４までの範囲にわたり、
ｙは約０．０１９７から０．１５６９までの範囲にわたり、
ｚは約０．５８８２から０．６５５７までの範囲にわたり、
ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である、組成物。
更にバインダを含む、請求項７に記載の組成物。
前記組成物はガラス又はガラスセラミックである、請求項７に記載の組成物。
化学式がＳｉ_{０．１７１}Ｙ_{０．０６２}Ｍｇ_{０．０５４}Ａｌ_{０．０９０}Ｏ_{０．６２３}である、請求項７に記載の組成物。
前記組成物は非晶質である、請求項７に記載の組成物。
前記組成物は結晶性である、請求項７に記載の組成物。
コーティングは光エネルギーに対して透過性である、請求項７に記載の組成物。
基板を処理する方法であって、
処理チャンバの内部でプラズマ又はラジカルを生成すること、或いは、処理チャンバの中にプラズマ又はラジカルを導入することを含み、前記処理チャンバは、Ｓｉ_ｖＹ_ｗＭｇ_ｘＡｌ_ｙＯ_ｚでコーティングされた少なくとも１つの表面を有し、Ｓｉ_ｖＹ_ｗＭｇ_ｘＡｌ_ｙＯ_ｚにおいて、
ｖは約０．０１９６から０．２９５１までの範囲にわたり、
ｗは約０．０１３１から０．１５６９までの範囲にわたり、
ｘは約０．０１６４から０．０７８４までの範囲にわたり、
ｙは約０．０１９７から０．１５６９までの範囲にわたり、
ｚは約０．５８８２から０．６５５７までの範囲にわたり、
ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である、方法。
前記コーティングは、低くとも摂氏約９００度に熱処理される、請求項１４に記載の方法。