JP2019094566A

JP2019094566A - フッ素プラズマに対する保護に適した保護コーティングを有するチャンバ構成要素

Info

Publication number: JP2019094566A
Application number: JP2018238045A
Authority: JP
Inventors: ソンティーグエン; T Nguyen Son; マイケルフォン; Fong Michael
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2019-06-20
Also published as: US20170204516A1; KR102177738B1; TWI617694B; TW201447022A; CN105190847A; WO2014137532A1; US10633738B2; JP2016520707A; KR20150127145A

Abstract

【課題】チャンバ構成要素を、腐食性環境内で腐食または劣化から保護する保護コーティングを備えた、プラズマ処理チャンバで用いる装置の提供。【解決手段】窒化アルミニウムを含む表面を含むチャンバ構成要素の表面上に、マグネシウム含有前駆体、ランタン含有前駆体及び酸素前駆体、フッ素前駆体を供給し、ＣＶＤプロセスを実施して酸化マグネシウム、酸化ランタン、またはフッ化ランタンを含むコーティングを備えた装置。【選択図】図３

Description

本明細書に記載する実施形態は、下にあるチャンバ構成要素（すなわち、上にコーティングを堆積させている物体）または構成要素部分を腐食性環境内で腐食または劣化から保護する、保護コーティングに関する。

半導体チャンバ構成要素処理システムでは、処理チャンバの内部がしばしば、さまざまな腐食性環境または反応性環境に晒される。こうした反応性環境は、Ｃｌ₂などの安定した腐食性ガス、またはプロセス反応から発生するラジカルもしくは副生成物を含む他の反応性化学種のいずれかから生じ得る。エッチングや化学気相堆積（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などのプラズマ処理応用例では、反応性化学種はまた、それ自体は腐食性または反応性であることもそうでないこともある、他の分子の解離を通じて発生する。プロセス性能、および処理チャンバまたはチャンバ内の構成要素の耐久性を確保するために、保護および耐食の措置が必要とされている。
チャンバまたはチャンバ内の構成要素の腐食を低減させると、チャンバ内の望ましくない粒子の存在も低減する。例えば、ニッケルめっきした構成要素がしばしば、Ｃｌ₂による腐食を防止するために処理チャンバ内で使用される。とりわけＮＦ₃やＣＨＦ₃などのフッ素含有ガスは、原子状フッ素（Ｆ）を生じさせ、これは高反応性である。高温ＣＶＤプロセスではしばしば、フッ素ベースの洗浄ガスなどの元素から攻撃を受けやすいＡｌＮヒータを使用する。例えば、ＡｌＮ製のセラミックヒータは、ある特定のチャンバ構成要素処理システム内で洗浄ガスとしてしばしば使用されるＮＦ₃により攻撃される。ＡｌＮヒータは一般に高価であり、したがって、ヒータ表面の有効寿命を延ばし、チャンバ内の望ましくない粒子の存在を低減することが望ましい。

したがって、フッ素などの元素に対する耐性が改善されたセラミックヒータなどの半導体処理構成要素が、当技術分野で必要とされている。

本明細書に記載する実施形態は一般に、半導体チャンバ構成要素のための保護コーティングに関する。より詳細には、本明細書に記載する実施形態は、フッ素プラズマに対する耐性を高めるのに適した、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）ヒータの保護コーティングに関する。
一実施形態では、半導体処理チャンバで用いるチャンバ構成要素が提供される。チャンバ構成要素は、窒化アルミニウムからなる表面を有する。表面はコーティングを有し、コーティングは、フッ化マグネシウムまたはフッ化ランタンのいずれかを含む。
別の実施形態では、半導体処理チャンバで用いるチャンバ構成要素上にコーティングを形成する方法が提供される。方法は、チャンバ構成要素の表面上にコーティングを堆積させることを含む。コーティングは、酸化マグネシウム、酸化ランタン、またはフッ化ランタンのうちの少なくとも１つを含む。コーティングは、フッ素含有プラズマに晒してもよい。
本発明の上で列挙した特徴を詳細に理解することができるように、上で簡潔に要約した本発明のより詳細な説明を、添付の図面にそのいくつかが示されている実施形態を参照して行うことができる。しかし、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示すにすぎず、したがって、本発明の範囲を限定するものとは、本発明が他の等しく効果的な実施形態を許容できるので、見なすべきでないことに留意されたい。

全体的に腐食性または反応性の環境に晒される、従来型の処理チャンバの部分断面図である。保護コーティングを有した状態で腐食性環境に晒されている処理チャンバ構成要素の部分断面図である。プラズマ処理チャンバ内で保護コーティングを配設した、処理チャンバ構成要素を有する、本発明のいくつかの実施形態を示す図である。チャンバ構成要素上に保護コーティングを形成するための方法ステップを示す図である。

理解しやすくする目的で、これらの図に共通の同一要素を示すために、可能な限り同一の参照番号が使用されている。ある実施形態の要素および特徴を、さらに列挙しなくても他の実施形態に有利に組み込めることが企図されている。
本明細書に記載する実施形態は、下にあるチャンバ構成要素（すなわち、上にコーティングを堆積させている物体）または構成要素部分を腐食性環境内で腐食または劣化から保護する、保護コーティングに関する。
図１Ａ〜Ｂは、チャンバ構成要素に対するコーティングの保護効果を概略的に示す。図１Ａは、全体的に腐食性または反応性の環境１１０に晒される、従来型の処理チャンバ構成要素１００の部分断面図を示す。例えば、チャンバ構成要素１００は、周囲環境１１０に含まれる化学種による攻撃を受けることがあり、その結果、穴１０２または他の欠陥１０４が、チャンバ構成要素１００の表面１０１上に形成されるおそれがある。反応性環境１１０に応じて、チャンバ構成要素１００の劣化は、化学的攻撃によって引き起こされることも、物理的攻撃によって引き起こされることもあり、必ずしも図１Ａに示すような容易に目に見える欠陥をもたらすとは限らない可能性がある。例えば、チャンバ構成要素１００の化学的特性または物理的特性が、環境１１０に含まれるフッ素（Ｆ）などの化学種、または他の反応性化学種（全体的に「Ｘ」と表記される）と、チャンバ構成要素１００との間の化学反応によって変更されることも、高エネルギー化学種（すなわち＋イオンおよび−イオン）の物理的衝撃によって変更されることもある。

図１Ｂは、チャンバ構成要素１９０上にコーティング１５０が形成された後に腐食性環境１１０に晒されている、チャンバ構成要素１９０の断面図を示す。本発明のコーティング１５０は、反応性環境または腐食性環境１１０による攻撃に耐性があり、下にあるチャンバ構成要素１９０の劣化を低減させる、または回避することができる。チャンバ構成要素１９０は、ペデスタル、サセプタ、リフトピン、ライナ、ヒータ、静電チャック、シールド、エッジリング、シャワーヘッド、ドーム、チャンバ本体、または他のチャンバ構成要素であってよい。
一実施形態では、コーティング１５０は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）または酸化ランタン（Ｌａ₂Ｏ₃）のいずれかを含む。別の実施形態では、コーティングは、フッ化ランタン（ＬａＦ₃）を含む。コーティング１５０を使用して、プラズマ環境に晒されることのあるチャンバ構成要素１９０の内部表面をコーティングすることができる。例えば、コーティング１５０を、ＣＶＤチャンバ内で使用されるセラミックヒータなどの、アルミニウム（Ａｌ）チャンバ構成要素または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）チャンバ構成要素に施すことができる。ＡｌおよびＡｌＮは典型的に、高温ＣＶＤプロセス環境に繰り返し晒されると、経時的に腐食および劣化する。コーティング１５０は、ヒータ表面が腐食性環境１１０に晒されたときにその腐食を防止する。腐食性環境１１０の例には、４００℃を上回る温度でフッ素含有プラズマが存在する状態があり得る。

ＭｇＯ、Ｌａ₂Ｏ₃、またはＬａＦ₃のいずれかからなるコーティング１５０は、チャンバ構成要素上にさまざまなプロセスによって形成することができる。コーティングプロセスには一般に、例えば、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、ハイブリッドＣＶＤ、原子層堆積（ＡＬＤ）、電子ビーム蒸着、またはチャンバ構成要素上にコーティングを堆積させるのに適した他のプロセスなどの、高温蒸発およびスパッタリングがある。しかし、コーティングプロセスを特定することは、望ましい腐食防止特性を有する高品質のコーティングをプロセスがもたらす限り、本明細書に記載する実施形態の実施にとって決定的に重要ではない。
一実施形態では、コーティングプロセスをＣＶＤプロセスによって実施して、チャンバまたはチャンバ構成要素部分をコーティングすることができる。ＣＶＤ堆積は、有利には、チャンバまたはチャンバ構成要素部分が、ＣＶＤ堆積プロセスが共形性である結果として非平面トポグラフィを呈する場合に、実施することができる。ＣＶＤ堆積は、実質的に平面の表面上に堆積させるのにも適している。ＣＶＤコーティングプロセスを用いる一実施形態では、ＭｇＯを含むコーティング１５０をチャンバ構成要素１９０上に、マグネシウム含有前駆体および酸素含有前駆体を供給することによって形成することができる。ＣＶＤコーティングプロセスを用いる一実施形態では、Ｌａ₂Ｏ₃を含むコーティング１５０をチャンバ構成要素１９０上に、ランタン含有前駆体および酸素含有前駆体を供給することによって形成することができる。

ＣＶＤコーティングプロセスを用いる一実施形態では、ＬａＦ₃を含むコーティング１５０をチャンバ構成要素１９０上に、ランタン含有前駆体およびフッ素含有前駆体を供給することによって形成することができる。上記の実施形態すべてにおいて、前駆体は、所望のコーティングをもたらすのに適したどんな前駆体でもよい。さらに、不活性ガスなどのキャリアガスを、堆積前駆体ガスと一緒に供給することもできる。
図２は、コーティング１５０がチャンバ構成要素１９０上に形成される、本発明のいくつかの実施形態を示す。図示の実施形態では、保護コーティング１５０は、基板支持体２１０の形をとるチャンバ構成要素１９０上に配設される。より詳細には、基板支持体２１０は、ＡｌＮ製であり、かつ埋込み型ヒータを有する、セラミック本体を備えることができる。基板支持体２１０をＣＶＤチャンバなどのプラズマ処理チャンバ２５０で使用して、チャンバ構成要素を高い処理温度まで加熱することができる。基板支持体２１０のどんな露出表面も、プロセスガスに含まれる成分や、ＮＦ₃などのチャンバ洗浄ガスを含有するプラズマなどの腐食性環境１１０に晒されるとすぐに、攻撃を受ける。
酸化物（すなわちＳｉＯ₂）堆積用に構成されたＣＶＤチャンバでは、チャンバ２５０の内側で、チャンバ構成要素の表面上と、チャンバ２５０の内部表面２５２、および基板支持体２１０などの他のチャンバ構成要素上の両方に、酸化物が堆積する。効率的なプロセスおよびチャンバ動作を維持するために、内部チャンバ表面２５２およびチャンバ構成要素から酸化物堆積物を除去しなければならない。酸化物除去は典型的に、ＮＦ₃などのフッ素含有ガスを使用して酸化物堆積物をエッチング除去する、洗浄ステップによって達成される。

いくつかの実施形態では、フッ素がチャンバ２５０に遠隔プラズマ源（ＲＰＳ：ｒｅｍｏｔｅｐｌａｓｍａｓｏｕｒｃｅ）によって供給される。ＲＰＳは、前駆体ガスからプラズマを形成し、それにより、前駆体ガスの解離が生じて洗浄ラジカルを形成する。一実施形態では、洗浄ラジカルは、ＮＦ₃やＣ_xＦ_yなどの前駆体ガスから得られたＦ原子またはＦ＋イオンである。あるいは、前駆体ガスは、どんな液体でも、ガスでも、固体でもよく、それを反応させて洗浄ラジカルを形成することができる。ＲＰＳ洗浄を、当技術分野で一般に知られている条件下で実施して、ＣＶＤ処理チャンバ２５０を洗浄することができる。そのような洗浄プロセスは一般に、約４００℃を上回る温度でフッ素プラズマを使用する。

フッ素プラズマがチャンバ２５０を洗浄するとき、フッ素原子またはフッ素ラジカルが、チャンバ２５０内に存在する他の化合物と反応する。一実施形態では、フッ素プラズマが、基板支持体２１０の表面上にコーティングされたＭｇＯまたはＬａ₂Ｏ₃と反応する。それらの化学的性質の結果として、フッ素原子が、マグネシウムまたはランタンと結合し、コーティング１５０内にもともと存在する酸素と置換する。したがって、基板支持体２１０上のコーティング１５０は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）またはフッ化ランタン（ＬａＦ₃）のいずれかに変化する。基板支持体２１０がもともとＬａＦ₃でコーティングされていた一実施形態では、ＬａＦ₃が保護コーティングとして働き、ＬａＦ₃は一般に、フッ素プラズマ中で不活性かつ非反応性であり、したがって、ＡｌＮヒータを腐食性洗浄環境１１０から保護する。
図３は、チャンバ構成要素上に保護コーティングを形成するための方法ステップを示す。方法３００は、ステップ３１０でチャンバ構成要素を提供することから始まる。一実施形態では、チャンバ構成要素は、ＡｌＮを含むセラミックヒータである。ステップ３２０で、コーティングプロセスを実施して、チャンバ構成要素の表面上にコーティングを配設する。コーティングは、上で論じたように、ＭｇＯ、Ｌａ₂Ｏ₃、またはＬａＦ₃のいずれかでも、それらの任意の組合せでもよい。一実施形態では、ＣＶＤプロセスなどの堆積プロセスを使用して、ＡｌＮヒータをコーティングすることができる。

次いで、ステップ３３０で、コーティングをフッ素含有プラズマに晒してもよい。フッ素含有プラズマは、先に堆積させたＭｇＯコーティングまたはＬａ₂Ｏ₃コーティングと反応して、フッ化マグネシウムコーティングまたはフッ化ランタンコーティングを形成する。フッ素含有プラズマは、約４００℃を上回る温度で実施されるチャンバ洗浄プロセスの一部であってよい。一例示的実施形態では、フッ化マグネシウムまたはフッ化ランタンの耐食保護コーティングが、ＡｌＮヒータの表面上に配設される。
フッ化マグネシウムコーティングおよびフッ化ランタンコーティングは、ＣＶＤチャンバ処理環境内の反応性化学種による（化学的または物理的）攻撃に耐性がある。したがって、フッ化マグネシウムまたはフッ化ランタンは、フッ素含有プラズマの存在下でＡｌＮヒータの劣化および腐食を大幅に低減させる、改善された保護を可能にしている。さらに、この保護コーティングは、４００℃を上回る処理環境において効果的である。

高温条件下のＣＶＤチャンバで使用する、開示された特定の実施形態は、単に例示を意図したものである。本明細書に記載する実施形態は一般に、エッチングプロセス、プラズマプロセス、または反応性プロセスにおいて通常遭遇するような、他の腐食性環境に適用可能である。

上述の内容は、本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の更なる実施形態を、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。

Claims

プラズマ処理チャンバで用いる装置であって、
セラミック材料を含む表面を有する、チャンバ構成要素と、
前記チャンバ構成要素の前記表面上に配設された、酸化マグネシウム、酸化ランタン、またはフッ化ランタンを含むコーティングと
を備える装置。
前記セラミック表面が窒化アルミニウムを含む、請求項１に記載の装置。
前記コーティングが、フッ素含有プラズマに晒すとそれに反応して、フッ化マグネシウムまたはフッ化ランタンを形成する、請求項１に記載の装置。
前記チャンバ構成要素が、ペデスタル、サセプタ、リフトピン、ライナ、ヒータ、静電チャック、シールド、エッジリング、シャワーヘッド、ドーム、およびチャンバ本体からなる群から選択される、請求項１に記載の装置。
プラズマ処理チャンバで用いるチャンバ構成要素上にコーティングを形成する方法であって、
プラズマ処理チャンバ構成要素の表面上に、酸化マグネシウム、酸化ランタン、またはフッ化ランタンのうちの少なくとも１つを含むコーティングを堆積させるステップ
を含む方法。
前記コーティングをフッ素含有プラズマに晒すステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
前記コーティングをフッ素含有プラズマに前記晒すステップが、約４００℃を上回る温度で実施される、請求項５に記載の方法。
前記チャンバ構成要素が窒化アルミニウムを含む、請求項５に記載の方法。
前記コーティングを前記堆積させるステップが、マグネシウム含有前駆体および酸素含有前駆体を供給するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
前記コーティングを前記堆積させるステップが、ランタン含有前駆体および酸素含有前駆体を供給するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
前記コーティングを前記堆積させるステップが、ランタン含有前駆体およびフッ素含有前駆体を供給するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
前記堆積させるステップが、
ＣＶＤプロセスを実施して前記コーティングを堆積させるステップ
をさらに含む、請求項５に記載の方法。
前記コーティングをフッ素含有プラズマに晒すステップが、前記フッ素含有プラズマを遠隔プラズマ源内で発生させるステップを含む、請求項６に記載の方法。
前記コーティングの少なくとも一部を、フッ素含有プラズマに晒すことによってフッ化マグネシウムに変換するステップ
をさらに含む、請求項５に記載の方法。
前記コーティングの少なくとも一部を、フッ素含有プラズマに晒すことによってフッ化ランタンに変換するステップ
をさらに含む、請求項５に記載の方法。