(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-08-18
(54)【発明の名称】プラズマ処理チャンバ構成部品のためのシーラント被膜
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20220810BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 101G
H01L21/302 101B
H01L21/302 101C
H01L21/302 101D
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021573368
(86)(22)【出願日】2020-06-10
(85)【翻訳文提出日】2022-02-10
(86)【国際出願番号】 US2020036995
(87)【国際公開番号】W WO2020252020
(87)【国際公開日】2020-12-17
(31)【優先権主張番号】62/860,540
(32)【優先日】2019-06-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】592010081
【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】110000028
【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ハイネ・ベンジャミン・フィリップ
(72)【発明者】
【氏名】アーリック・ダレル
(72)【発明者】
【氏名】コーシー・ロビン
(72)【発明者】
【氏名】ミトロヴィッチ・スロボダン
(72)【発明者】
【氏名】ドーアティー・ジョン
【テーマコード（参考）】
5F004
【Ｆターム（参考）】
5F004AA16
5F004BA04
5F004BB13
5F004BB18
5F004BB21
5F004BB22
5F004BB29
5F004BB30
5F004BC08
(57)【要約】
【課題】
【解決手段】プラズマ処理チャンバで用いるための構成部品が提供される。金属含有部品本体が提供される。シーラント被膜は、金属含有部品本体の表面上にあり、シリコーンシーラント、有機シーラント、およびエポキシシーラントのうちの少なくとも１つを含む。シーラント被膜は被覆されず、プラズマ処理チャンバ内でプラズマに直接曝される。
【選択図】図１
【解決手段】プラズマ処理チャンバで用いるための構成部品が提供される。金属含有部品本体が提供される。シーラント被膜は、金属含有部品本体の表面上にあり、シリコーンシーラント、有機シーラント、およびエポキシシーラントのうちの少なくとも１つを含む。シーラント被膜は被覆されず、プラズマ処理チャンバ内でプラズマに直接曝される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマ処理チャンバで用いるための構成部品であって、金属含有部品本体と、
前記金属含有部品本体の表面上のシーラント被膜であって、前記シーラント被膜は、シリコーン系シーラント、有機シーラント、およびエポキシシーラントのうちの少なくとも１つを含み、被覆されず、前記プラズマ処理チャンバにおいてプラズマに直接曝される、シーラント被膜と、
を備える、構成部品。
【請求項2】
請求項１に記載の構成部品であって、前記シーラント被膜は、フッ素化ポリマ、パーフルオロポリマ、シリコーン、エポキシ、およびポリ（ｐ－キシリレン）ポリマのうちの少なくとも１つの有機被膜である、構成部品。
【請求項3】
請求項１に記載の構成部品であって、前記シーラント被膜は、パリレン、ＰＣＴ Ｓ－Ｓｅａｌｅｒ、Ｌｏｃｔｉｔｅ ＰＣ７３１９、Ｘｙｌａｎ２６３０、およびディヒトールＷＦ４９のうちの少なくとも１つである、構成部品。
【請求項4】
請求項１に記載の構成部品であって、前記金属含有部品本体は、基板支持体を形成する、構成部品。
【請求項5】
請求項１に記載の構成部品であって、さらに、前記金属含有部品本体の表面上にセラミック被膜を備え、前記シーラント被膜は、前記セラミック被膜に含浸される、構成部品。
【請求項6】
請求項５に記載の構成部品であって、前記シーラント被膜は、フッ素化ポリマ、パーフルオロポリマ、およびポリ（ｐ－キシリレン）ポリマのうちの少なくとも１つの有機被膜である、構成部品。
【請求項7】
請求項５に記載の構成部品であって、前記シーラント被膜は、パリレン、ＰＣＴ Ｓ－Ｓｅａｌｅｒ、Ｌｏｃｔｉｔｅ ＰＣ７３１９、Ｘｙｌａｎ２６３０、およびディヒトールＷＦ４９のうちの少なくとも１つである、構成部品。
【請求項8】
請求項５に記載の構成部品であって、前記金属含有部品本体は、基板支持体を形成する、構成部品。
【請求項9】
プラズマ処理チャンバの構成部品を形成するための方法であって、金属含有部品本体を提供する工程と、
前記金属含有部品本体の表面上にシーラントを塗布する工程と、
を含む、方法。
【請求項10】
請求項９に記載の方法であって、前記シーラントは、パリレン、ＰＣＴ Ｓ－Ｓｅａｌｅｒ、Ｌｏｃｔｉｔｅ ＰＣ７３１９、Ｘｙｌａｎ２６３０、およびディヒトールＷＦ４９のうちの少なくとも１つである、方法。
【請求項11】
請求項９に記載の方法であって、前記シーラントはパリレンであり、前記パリレンを塗布する工程は、
前記パリレンを蒸発させる工程と、
前記金属含有部品本体上で前記パリレンを凝縮させる工程と、
を含む、方法。
【請求項12】
請求項９に記載の方法であって、前記シーラントは、フッ素化ポリマ、パーフルオロポリマ、シリコーン、エポキシ、およびポリ（ｐ－キシリレン）ポリマのうちの少なくとも１つの有機シーラントである、方法。
【請求項13】
請求項９に記載の方法であって、さらに、プラズマ処理チャンバ内に前記金属含有部品本体を設置する工程と、
前記プラズマ処理チャンバ内で基板をプラズマ処理する工程であって、前記シーラントは、前記プラズマ処理の間、プラズマに曝される、工程と、
を含む、方法。
【請求項14】
請求項９に記載の方法であって、前記金属含有部品本体は、基板支持体を形成する、方法。
【請求項15】
請求項９に記載の方法であって、さらに、前記金属含有部品本体の表面上にセラミック被膜を堆積する工程であって、前記シーラントは、前記セラミック被膜に含浸される、工程を含む、方法。
【請求項16】
請求項１５に記載の方法であって、前記シーラントは、フッ素化ポリマ、パーフルオロポリマ、およびポリ（ｐ－キシリレン）ポリマのうちの少なくとも１つである、方法。
【請求項17】
請求項１５に記載の方法であって、前記シーラントは、パリレン、ＰＣＴ Ｓ－Ｓｅａｌｅｒ、Ｌｏｃｔｉｔｅ ＰＣ７３１９、Ｘｙｌａｎ２６３０、およびディヒトールＷＦ４９のうちの少なくとも１つである、方法。
【請求項18】
請求項１５に記載の方法であって、前記金属含有部品本体は、基板支持体を形成する、方法。
【請求項19】
請求項９に記載の方法であって、さらに、前記シーラントを硬化させる工程を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
［関連出願の相互参照］
本願は、全ての目的のために参照により本明細書に援用される、２０１９年６月１２日出願の米国出願第６２／８６０，５４０号の優先権の利益を主張する。
本願は、全ての目的のために参照により本明細書に援用される、２０１９年６月１２日出願の米国出願第６２／８６０，５４０号の優先権の利益を主張する。
【0002】
本開示は、半導体デバイスの製造に関する。本開示は特に、半導体デバイスの製造で用いられるプラズマチャンバ構成部品に関する。
【0003】
半導体ウエハ処理の間、プラズマ処理チャンバは、半導体デバイスを処理するために用いられる。プラズマ処理チャンバの構成部品は、プラズマに曝され、劣化する可能性がある。
【発明の概要】
【0004】
本開示の目的により前記を実現するため、プラズマ処理チャンバで用いられる構成部品が提供される。金属含有部品本体が提供される。金属含有部品本体の表面上にはシーラント被膜があり、シーラント被膜は、シリコーンシーラント、有機シーラント、およびエポキシシーラントのうちの少なくとも１つを含む。シーラント被膜は被覆されず、プラズマ処理チャンバ内でプラズマに直接曝される。
【0005】
別の実施形態では、プラズマ処理チャンバの構成部品を形成するための方法が提供される。金属含有部品本体が提供される。金属含有部品本体の表面上にシーラントが塗布される。
【0006】
本開示のこれらの特徴および他の特徴は、次の図と共に、以下の本開示の発明を実施するための形態においてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【0007】
本開示は、添付の図面の図において限定のためでなく例示の目的で示され、同じ参照番号は、同じ要素を意味する。
【0008】
【図1】実施形態の高レベルフローチャート。
【0009】
【0010】
【図3】実施形態で用いられうるプラズマリアクタの概略図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
ここで本開示は、添付の図面に示されたように、そのいくつかの好ましい実施形態を参照して詳細に説明される。以下の説明では、本開示の十分な理解を提供するために、いくつかの特定の詳細が記載される。しかし、当業者には、本開示がこれらの特定の詳細の一部または全てなしに実施されてよいことが明らかだろう。他の例では、本開示を必要以上に分かりにくくしないように、周知のプロセス工程および／または構造は詳細には説明されていない。
【0012】
アーキングへの耐性を提供する材料は通常、金属酸化物である。金属酸化物は通常、脆弱で割れやすく、比較的低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。広範囲にわたる温度のサイクルにより誘発された割れは、絶縁破壊をもたらし、部品を故障させるだろう。
【0013】
現在の静電チャック（ＥＳＣ）ベースプレート上の保護被膜は、陽極酸化、セラミック塗布被膜、または陽極酸化上への塗布被膜を含む。いくつかの製品では、アルミニウムベースプレートの表面で直接成長した窒化アルミニウム被膜が用いられる。データは、陽極酸化がアルミニウム平坦面上にあるときは、０．００２インチ（０．００５０８センチメートル）の厚さの被膜において約２キロボルト（ｋＶ）で、コーナ半径において６００ボルト（Ｖ）で崩壊することを示している。塗布被膜は、表面に直角に塗布される場合は、平坦面において１０ｋＶまで耐えるが、コーナ半径においては約４～５ｋＶまでしか持ちこたえないだろう。被膜をより厚くすることで崩壊をさらに改善しようとする試みは、基板のＣＴＥと被膜材料のＣＴＥとの間の不均衡により熱サイクルに反応して割れを引き起こすため、既存の技術はこれらの値でその限界に達する。
【0014】
ＥＳＣの金属部分は、チャンバ本体よりも大きい電圧に曝されうる。よって、ＥＳＣの金属部分を化学劣化および絶縁破壊から保護することが望ましいだろう。
【0015】
図１は、理解しやすくするための、実施形態で用いられるプロセスの高レベルフローチャートである。金属含有部品本体が提供される（工程１０４）。図２Ａは、構成部品２００の金属含有部品本体２０４の一部の略断面図である。この例では、構成部品２００は静電チャック（ＥＳＣ）である。この実施形態では、金属含有部品本体２０４はアルミニウムである。部品本体２０４は、表面２０６を有する。この実施形態では、表面２０６は、プラズマ対向面、またはプラズマによって形成されたラジカルに曝される面、またはプラズマ処理中に静電荷に曝される面である。
【0016】
金属含有部品本体２０４の表面２０６にセラミック被膜が堆積される（工程１０８）。図２Ｂは、金属含有部品本体２０４の表面２０６にセラミック被膜２０８が堆積された後の金属含有部品本体２０４の略断面図である。この実施形態では、セラミック被膜２０８は、プラズマ溶射によって堆積したアルミナである。この実施形態では、プラズマ溶射はセラミック被膜２０８に穴２１０を生じさせる。
【0017】
プラズマ溶射は溶射の一種であり、２つの電極間に電位を印加することによりトーチが形成されて、加速ガス（プラズマ）のイオン化を引き起こす。この種のトーチは容易に数千℃の温度に達し、セラミックなどの高融点材料を溶かすことができる。融解材料または可塑化材料が構成部品の表面を被覆し、冷却して固形の共形被膜を形成するように、所望の材料の粒子がノズルに注入され、融解され、そして基板に向けて加速される。プラズマ溶射は、セラミック被膜２０８を堆積するために用いられることが好ましい。これらのプロセスは、融解材料ではなく蒸発材料を用いる蒸着プロセスとは異なる。この実施形態では、セラミック被膜２０８の厚さは、３０μｍから７５０μｍである。他の実施形態では、セラミック被膜２０８は、３００μｍから６００μｍの厚さを有する。他の実施形態では、セラミック被膜２０８は、３０μｍから２００μｍの厚さを有するプラズマ電解酸化セラミック被膜である。セラミック被膜２０８をプラズマ溶射するためのレシピの例は、次の通りである。キャリアガスがアークキャビティに押し込まれ、ノズルを通って押し出される。キャビティでは、陰極および陽極はアークキャビティの一部を含む。陰極および陽極は、キャリアガスがイオン化してプラズマを形成するまで、高いＤＣバイアス電圧で維持される。高温のイオン化ガスが次にノズルを通って押し出され、トーチを形成する。ノズル付近で数十マイクロメートルの大きさの流動セラミック粒子がチャンバに注入される。これらの粒子は、セラミックの融解温度を超えるように、プラズマトーチ中の高温イオン化ガスによって加熱される。プラズマおよび融解セラミックのノズルは、次に基板に向けられる。粒子は基板に衝突し、平坦化および冷却して、セラミック被膜を形成する。
【0018】
セラミック被膜２０８にシーラント被膜が形成される（工程１１２）。この例では、シーラントは、オハイオ州ウエストレイクのＨｅｎｋｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されたＬｏｃｔｉｔｅ（登録商標） ＰＣ７３１９（商標）（Ｌｏｃｔｉｔｅ（登録商標） Ｎｏｒｄｂａｋ（登録商標） Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｃｏａｔｉｎｇ（商標）としても知られている）である。Ｌｏｃｔｉｔｅ ＰＣ７３１９は、エポキシである。Ｌｏｃｔｉｔｅ ＰＣ７３１９は、２０００ボルトよりも高い破壊電圧を提供する。一般にシーラントは、フッ素化ポリマ、パーフルオロポリマ、シリコーン、エポキシシーラント、およびパリレンのうちの少なくとも１つを含む有機シーラントである。シーラントは、刷毛塗り法、吹付塗布、または浸漬によって塗布されてよい。この実施形態では、シーラントは含浸法によって塗布される。シーラントは、セラミック被膜２０８に注がれ、浸漬し、またはこすりつけられて、シーラントがセラミック被膜２０８の穴２１０にしみ込むようにする。シーラントは、次に硬化される（工程１１６）。シーラントの硬化は、シーラント被膜を形成するためにシーラントを乾燥する、加熱する、または重合させることにより実現されてよい。
【0019】
図２Ｃは、金属含有部品本体２０４の表面上のセラミック被膜２０８にシーラント被膜２１２が形成された後の金属含有部品本体２０４の略断面図である。この実施形態では、シーラントは穴を塞ぐが、セラミック被膜２０８の上に連続表面を形成しない。いくつかの実施形態では、５０ミクロン未満の厚さの上面層が形成される。
【0020】
プラズマ処理チャンバに構成部品が取り付けられる（工程１２０）。プラズマ処理チャンバが基板を処理するために用いられる（工程１２４）。プラズマは、基板のエッチングなどの基板処理のためにチャンバ内で生成され、未保護のシーラント被膜２１２はプラズマに曝される。
【0021】
図３は、構成部品が取り付けられたプラズマ処理チャンバ３００の概略図である。プラズマ処理チャンバ３００は、閉じ込めリング３０２、上部電極３０４、静電チャック（ＥＳＣ）の形での下部電極３０８、ガス源３１０、ライナ３６２、および排気ポンプ３２０を備える。この例では、構成部品はＥＳＣである。プラズマ処理チャンバ３００において、ウエハ３６６は下部電極３０８の上に設置されている。下部電極３０８は、ウエハ３６６を保持するのに適した基板チャッキング機構（例えば、静電クランプ、機械式クランプなど）を組み込んでいる。リアクタ上面３２８は、下部電極３０８の直対向に配置された上部電極３０４を組み込んでいる。上部電極３０４、下部電極３０８、および閉じ込めリング３０２は、限定プラズマ空間３４０を規定する。
【0022】
ガスは、ガス入口３４３を通じてガス源３１０から限定プラズマ空間３４０に供給され、閉じ込めリング３０２および排気ポートを通じて排気ポンプ３２０によって限定プラズマ空間３４０から排出される。排気ポンプ３２０は、ガスを排出するのに役立つ上に、圧力を調整するのにも役立つ。高周波（ＲＦ）源３４８は、下部電極３０８に電気接続されている。
【0023】
チャンバ壁３５２は、ライナ３６２、閉じ込めリング３０２、上部電極３０４、および下部電極３０８を取り囲む。ライナ３６２は、閉じ込めリング３０２を通るガスまたはプラズマがチャンバ壁３５２に接触することを防ぐのに役立つ。異なる組み合わせの電極へのＲＦ電力の接続が可能である。好ましい実施形態では、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、および２ＭＨｚの電力源は、下部電極３０８に接続するＲＦ源３４８を構成し、上部電極３０４は接地されている。制御装置３３５は、ＲＦ源３４８、排気ポンプ３２０、およびガス源３１０に制御可能に接続されている。プラズマ処理チャンバ３００は、ＣＣＰ（容量結合プラズマ）リアクタもしくはＩＣＰ（誘導結合プラズマ）リアクタであってよい、または、表面波、マイクロ波などの他のソースを用いてよい、または、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）が用いられてよい。
【0024】
結果として生じた被膜は、化学劣化およびアーキングに耐性がある。その結果、かかる構成部品を備えたプラズマ処理チャンバは、欠陥をより少なくすると同時に、かかるシステムの不良率を低減し、様々な部品の交換までの時間を長くするだろう。
【0025】
他の実施形態では、シーラントは、フッ素化ポリマ、パーフルオロポリマ、シリコーン、エポキシ、およびパリレンのうちの少なくとも１つを含む有機被膜であってよい。実施形態では、シーラントは、イリノイ州モリスのＭｉｃｒｏ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されたＸｙｌａｎ（登録商標）１６２０である。Ｘｙｌａｎ１６２０は、０．０２もの低い摩擦係数を有するフッ素ポリマ被膜を提供する。別の実施形態では、シーラントは、イスラエル、ハイファ湾のＰｒｏｔｅｃｔｉｖｅ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙによって先に製造されたＰＣＴ Ｓ－Ｓｅａｌｅｒである。ＰＣＴ Ｓ－Ｓｅａｌｅｒは、有機セラミック自己平坦化シーラである。ＰＣＴ Ｓ－Ｓｅａｌｅｒは、０．１２の摩擦係数を有する。ＰＣＴ Ｓ－Ｓｅａｌｅｒは、５０００ボルトよりも高い破壊電圧を提供することが分かっている。別の実施形態では、シーラントは、ドイツのＤｉａｍａｎｔによって製造されたディヒトールＷＦ４９である。ディヒトールＷＦ４９は、２０００ボルトよりも高い破壊電圧を提供することが分かっている。別の実施形態では、シーラントはパリレンである。パリレンは、ポリ（ｐ－キシリレン）ポリマから形成されている。パリレンは、ガスが分解された後にセラミック被膜２０８の上で凝縮する熱処理を用いて堆積される。様々な実施形態では、シーラントは、約－６０℃から３００℃の範囲の温度で用いられてよい。
【0026】
様々な実施形態では、構成部品は、プラズマ処理チャンバの他の部品（閉じ込めリング、エッジリング、接地リング、チャンバライナ、ドアライナ、または他の部品など）であってよい。プラズマ処理チャンバは、誘電性処理チャンバまたは伝導性処理チャンバであってよい。いくつかの実施形態では、被覆される表面は１つ以上だが全てではない。プラズマ処理チャンバは、エッチング、堆積、または他の基板処理のために用いられてよい。上記の実施形態では、基板支持体はＥＳＣによって提供されたが、他の実施形態では、被膜は、静電チャッキングなしの台座または基板支持体などの他の基板支持体に用いられてよい。
【0027】
他の実施形態では、シーラント被膜２１２は、セラミック被膜２０８なしで直接、金属含有部品本体２０４の上に堆積される。様々な実施形態では、金属含有部品本体２０４は、アルミニウム、または炭化シリコン粒子（ＡｌＳｉＣ）を有するアルミニウム基であってよい。アルミニウム部品本体２０４は、アルミニウム６０６１などのアルミニウム系合金を含む。金属含有部品本体２０４はさらに、炭化ホウ素または窒化ホウ素から成る充填材などの充填材を含んでよい。
【0028】
本開示は、いくつかの好ましい実施形態の観点から説明されたが、本開示の範囲に該当する変更、並べ替え、修正、および様々な代替同等物がある。本開示の方法および装置を実施する多くの別の方法があることにも注意されたい。よって、次の添付の特許請求の範囲は、本開示の真の精神および範囲に該当する全てのかかる変更、並べ替え、および様々な代替同等物を含むと解釈されることを意図している。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【国際調査報告】