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 - Google Patents
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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:chemical vapor deposition)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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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:remote plasma source)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CxFy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。
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。
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 (15)
- 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。
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