特表 2023-551725 静電チャック用の改善されたプラズマ耐性コーティング

(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】2023-12-12

(54)【発明の名称】静電チャック用の改善されたプラズマ耐性コーティング

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20231205BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20231205BHJP

   C23C 28/00 20060101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101G

C23C14/06 A

C23C28/00 B

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023533721

(86)(22)【出願日】2021-12-02

(85)【翻訳文提出日】2023-06-20

(86)【国際出願番号】 EP2021084017

(87)【国際公開番号】W WO2022117746

(87)【国際公開日】2022-06-09

(31)【優先権主張番号】63/120,497

(32)【優先日】2020-12-02

(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】598051691

【氏名又は名称】エリコン・サーフェス・ソリューションズ・アクチェンゲゼルシャフト，プフェフィコーン

【氏名又は名称原語表記】ＯＥＲＬＩＫＯＮ ＳＵＲＦＡＣＥ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ ＡＧ， ＰＦＡＥＦＦＩＫＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】カーク，マシュー・ポール

【テーマコード（参考）】

4K029

4K044

5F004

【Ｆターム（参考）】

4K029AA07

4K029AA24

4K029BA03

4K029BA17

4K029BA41

4K029BA43

4K029BA55

4K029BA58

4K029BB02

4K029BC01

4K029BD01

4K029BD03

4K029CA06

4K029CA13

4K029DA04

4K029DC03

4K029DC39

4K029EA01

4K029FA04

4K029FA05

4K029JA03

4K044AA11

4K044AB02

4K044BA10

4K044BA12

4K044BA18

4K044BB03

4K044BC02

4K044CA04

4K044CA12

4K044CA13

4K044CA71

5F004AA16

5F004BB22

5F004BB29

(57)【要約】

半導体構成要素を製造するためのプラズマ・エッチング・チャンバ内で使用されるデバイスを生産する方法であって、デバイスの基板を形成する本体を提供するステップと、第１のコーティングを本体の表面に適用するステップであって、第１のコーティングが、金属コート体を形成するために、金属及び／又は金属合金薄膜コーティング層を含む、ステップと、第２のコーティングを金属コート体上に適用するステップであって、第２のコーティングがセラミックコーティング層を含み、第２のコーティングが第１のコーティングと少なくとも部分的に重なる、ステップと、を含む方法。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体構成要素を製造するためのプラズマ・エッチング・チャンバ内で使用されるデバイスを生産する方法であって、
前記デバイスの基板を形成する本体を提供するステップと、
第１のコーティングを前記本体の表面に適用するステップであって、前記第１のコーティングが、金属コート体を形成するために、金属及び／又は金属合金薄膜コーティング層を含む、ステップと、
第２のコーティングを前記金属コート体上に適用するステップであって、前記第２のコーティングがセラミックコーティング層を含み、前記第２のコーティングが前記第１のコーティングと少なくとも部分的に重なる、ステップと、を含む方法。

【請求項2】

前記方法が、前記本体を製造するステップを含み、前記製造が、好ましくは前記本体の前記表面を研磨及び洗浄することによって、前記本体をアンコーティングすることを含み、特に前記表面を洗浄及び／又は活性化するためにプラズマ法及び／又はイオン衝撃が使用される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記製造が、前記本体をアルカリ性又は酸化性物質で処理して、前記本体の前記表面から既存のコーティングを溶解させることを含む、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

金属構成要素及びセラミック構成要素を含む介在コーティングが前記第１のコーティングと前記第２のコーティングとの間に適用されて、前記介在コーティングが、好ましくは、前記第１のコーティングとの界面においてより多い量の前記金属化合物から開始して、前記第２のコーティングとの界面においてより少ない量の前記金属化合物で終了する、前記金属構成要素の勾配を前記介在コーティング内で生成するために、前記金属構成要素の添加を連続的に減少させながら、前記セラミック構成要素を形成する反応性ガスの制御されたフィードを使用することによって適用され、特に、前記セラミック構成要素を形成する前記反応性ガスのフィード及び／又は前記金属化合物の添加が、少なくとも部分的に段階的に及び／又は少なくとも部分的に連続的に変量される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記方法が、前記デバイスをマイクロ及び／又はナノ構造化するステップであって、マイクロ及び／又はナノ構造化によって導入される前記構造が、好ましくは、特に前記デバイスの前記本体に導入される格子構造の形態で作られる、ステップを含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

真空コーティング法が使用されて前記第１のコーティング及び／又は前記第２のコーティング及び／又は前記介在コーティングが適用され、好ましくはＣＶＤ又はＰＶＤ技術、特にマグネトロンスパッタリング技術が使用される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記第１のコーティングとして、純金属層及び／又は純金属合金が前記本体の前記表面に適用され、前記金属層及び／又は前記金属合金が、以下の金属：Ａｌ、Ｖ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｙ、Ｅｒ、Ｓｃ、Ｃｅ、Ｌａの金属のうちの少なくとも１つを含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

純セラミック層が前記第２のコーティングとして前記本体の前記表面に適用され、前記セラミック層が、好ましくは以下の：酸化物、窒化物、酸窒化物、ケイ酸塩、フッ化物、炭化物、酸フッ化物のうちの少なくとも１つを含み、特に前記セラミックを形成するための前記反応性ガスが、ゆっくりと供給され、ランピングされる、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

好ましくは先行する請求項のいずれか１項に記載の方法によって生産される、半導体構成要素を製造するためのプラズマ・エッチング・チャンバ内で使用されるデバイスであって、
前記デバイスの前記基板を形成する本体と、
前記本体の前記表面に適用されている第１のコーティングであって、金属及び／又は金属合金薄膜コーティング層を含む第１のコーティングと、
前記金属コート体上の第２のコーティングであって、前記第２のコーティングがセラミックコーティング層を含み、前記第２のコーティングが前記第１のコーティングと少なくとも部分的に重なる、第２のコーティングと、を備える、デバイス。

【請求項10】

前記デバイスが介在コーティングをさらに備え、前記介在コーティングが好ましくは前記層内に不均一に分布された金属構成要素及びセラミック構成要素を備える、請求項９に記載のデバイス。

【請求項11】

前記介在コーティング内の前記金属部分が、前記介在コーティングと前記第１のコーティングとの間の界面から開始して、前記介在コーティングと前記第２のコーティングとの間の界面まで連続的に減少し、同時に、前記層内の前記セラミック部分が、前記介在コーティングと前記第１のコーティングとの間の界面から開始して、前記介在コーティングと前記第２のコーティングとの間の界面まで連続的に増加して、前記金属構成要素と前記セラミック構成要素の互いに対する比が、好ましくは、少なくとも部分的に段階的に及び／又は少なくとも連続的に変化する、請求項１０に記載のデバイス。

【請求項12】

前記第２のコーティング及び与えられた場合には前記介在コーティングが細孔を含み、前記細孔が好ましくは細孔入口及び細孔出口で異なる細孔直径を有し、前記第２のコーティングに隣接する前記細孔入口における前記細孔の直径が、前記第１のコーティングに隣接する前記細孔出口での直径より特に小さい、請求項９～１１のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項13】

前記デバイスが、マイクロ及び／又はナノ構造化部品を備え、前記マイクロ及び／又はナノ構造化部品が、好ましくは、特に前記デバイスの前記本体に導入されるグリッド構造の形態で作られている、請求項９～１２のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項14】

前記グリッド構造が、突起及び２つの隣り合う突起の間に配置された開口を含み、前記開口が、好ましくは、前記第２のコーティングに隣接する２つの隣り合う突起の間に配置された狭窄部を含み、前記開口の直径が、特に、前記狭窄部から前記開口内の前記グリッドの底部まで連続的に増大する、請求項１３に記載のデバイス。

【請求項15】

前記セラミック最上層が、前記本体の表面上に部分的に適用され、前記セラミック最上層が、好ましくは、前記開口内の前記グリッドの底部まで延在せず、前記グリッドの底部が、金属コーティングでのみコーティングされている、請求項１３又は１４に記載のデバイス。

【請求項16】

前記第１のコーティングが、好ましくは以下の金属：Ａｌ、Ｖ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｙ、Ｅｒ、Ｓｃ、Ｃｅ、Ｌａのうちの少なくとも１つを含む、純金属及び／又は金属合金薄膜である、請求項９～１５のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項17】

前記第２のコーティングが、好ましくは以下の：酸化物、窒化物、酸窒化物、ケイ酸塩、フッ化物、炭化物、酸フッ化物のうちの少なくとも１つを含む、純セラミック層である、請求項９～１６のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項18】

前記マイクロ及び／又はナノ構造化部品が周期的グリッド構造の形態で設計され、隣接する２つの突起間の距離が、好ましくは少なくとも幅２００ｎｍ、特に少なくとも幅４００ｎｍである、請求項９～１７のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項19】

前記デバイスが、その表面に沿って不均一にコーティングされ、前記第１及び／又は第２のコーティング及び／又は前記介在コーティングの層厚が、前記表面のいくつかの点において、他の点におけるよりも薄い、請求項９～１８のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項20】

前記デバイスが、静電チャック又はハード・シャドウ・マスキング・デバイスである、請求項９～１９のいずれか１項に記載のデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体構成要素を製造するためのプラズマ・エッチング・チャンバ内で使用されるデバイスの生産方法に、並びに好ましくはそのような方法によって製造される、半導体構成要素を製造するためのプラズマ・エッチング・チャンバ内で使用されるデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体技術では、静電チャックのようなデバイスが一般に使用される。静電チャック（Ｅチャック）は、半導体デバイス製造に一般に使用されるセラミック相コーティング（酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物、酸窒化物など）を含む層系でコーティングされることが多い。そのようなＥチャックは半導体エッチチャンバで使用され、エッチングプラズマが照射されるＥチャックを保護するために、イオン衝撃及びハロゲンガスによるエッチングに耐性のコーティングによってそれらをコーティングする必要がある。

【0003】

到達技術水準
プラズマ耐性Ｅチャックを構築するための現在の到達技術水準は、例えばシリコンウェハが加工中に載置される最小接触面積（ＭＣＡ）メサ構造を製作する方法である。このメサＭＣＡ構造の製作は、メサを所望の高さに残すのに十分な量の材料を除去するために、ポジ型ハードマスク（それはそのパターンをＭＣＡ構造の「高い」点に変換する）及びサブトラクティブ・アブレーション・プロセス（しばしばブラスト操作）が利用される。このプロセスは、微粒子汚染に関してある欠点を有し、半導体ダイの歩留まり損失を生じる。他の欠点としては、いくらかの生産使用後にＥチャックを改修及び修復する能力が制限されていることが挙げられる。到達技術水準の改修は、ある量のベースセラミック材料を除去する研削／研磨ステップ及び前述のＭＣＡパターンの再製作を含む。ベースセラミックの誘電特性の重要性のために、厚さの変化は、Ｅチャックの静電性能に悪影響を有する場合があり、性能劣化のために改修できる回数を制限する。

【0004】

しかし、新しい方法論によれば、ＭＣＡパターンは、前述の問題を回避する薄膜堆積によるアディティブプロセスにおいて逆マスクを用いて製作される。

【0005】

そのような薄膜堆積コーティングは、典型的には、ＰＶＤ及びスプレー技術を含む様々な方法によって適用される酸化物、酸窒化物及び酸フッ化物からなる。これらのコーティングは低いエッチング速度を有するが、それらは使用又は場合によっては機械的摩耗により薄くなり、ある時点で交換する必要がある。（例えば引っかきにより）取り扱い中に損傷が発生した場合、コーティングの交換も必要となり得る。これが動機付けられるのは、典型的な構成要素のコストによって、及び場合によってはコーティングが薄くなりすぎる場合に（すなわち、静電チャック、Ｅチャックの機能のために）、誘電特性を維持する必要性によってである。したがって、改修が容易なエッチング耐性コーティングに対する必要性がある。

【0006】

グリットブラスティング又はラッピングなどの方法によるコーティングの機械的除去は、場合によっては実用的ではなく、又はそれらが適用されるたびに構成要素を損傷するという欠点を有する。これはとりわけ、上述のようなＥチャック上のメサ構造のようなパターン化表面に当てはまる。したがって、化学的又は電気化学的方法によってコンフォーマルな方式でコーティングを選択的に除去することが非常に有利であろう。しかし、これらの方法は、残念ながら、ほとんどの化学物質に対して設計上不活性であるエッチング耐性コーティングにとってあまり効率的ではない。エッチング耐性コーティングが同様の化学的性質（すなわち、ＥチャックのＡｌ_２Ｏ_３／ＡｌＯＮ表面上のＡｌ_２Ｏ_３／ＡｌＯＮコーティング）の基板上に適用される場合、この難題はさらに大きい。

【0007】

米国特許第１０４９７５９８Ｂ２号は、セラミック構造要素と、セラミック構造要素上に配置された少なくとも１つの電極と、少なくとも１つの電極上に配置された表面誘電体層とを備える静電チャックを開示している。表面誘電体層は、少なくとも１つの電極上に直接配置された５ミクロン未満の厚さの非晶質アルミナの絶縁層と、酸窒化アルミニウムを含む少なくとも１つの誘電体層と少なくとも１つの酸化ケイ素及び酸窒化ケイ素を含む少なくとも１つの誘電体層とを含む、絶縁体の上に配置された誘電体層のスタックとを含む。

【0008】

米国特許第９７６１４１７Ｂ２号は、保護するために基板上に直接重なり、約１ミクロン～約１０ミクロンの厚さを有するＡｌＯＮのプラズマ耐性層と、ＡｌＯＮ層に隣接して重なり、また約１ミクロン～約１０ミクロンの厚さであるイットリアコーティングの最外プラズマ耐性層とで作られた２層コーティングを開示している。保護用のプラズマ耐性層は、半導体製造系内の構成要素である基板上に直接堆積され、石英、アルミナ、アルミニウム、鋼、金属又は合金とすることができる。ＡｌＯＮ層とイットリア層の両方を基板上に堆積させて、パルス反応性物理蒸着による半導体製造中のプラズマ照射からそれを保護する。

【0009】

米国特許第１００２０２１８Ｂ２号は、埋め込み電極を含むＡｌＮ又はＡｌ_２Ｏ_３で作られたセラミック体と、セラミック体の表面に直接堆積された第１のセラミックコーティングと、第１のセラミックコーティング上の第２のセラミックコーティングであって、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ａｌ_５Ｏ_１２（ＹＡＧ）及びＡｌＯＮからなる群からの材料を含み、約５～３０μｍの厚さを有する第２のセラミックコーティングと、約０．５～２．０ｍｍの直径及び約２～２０ミクロンの厚さを有する、第２のセラミックコーティング上の複数の楕円形メサとを含む、静電チャックを開示している。

【0010】

米国特許第８２０６８２９Ｂ２号は、プラズマ耐性コーティング、及び静電チャックなどのプラズマチャンバ構成要素上にそのようなコーティングを形成する方法であって、プラズマ耐性コーティングが、基板に対して非ネイティブであり、イットリウム、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）又はランタノイド、例えばエルビウム（Ｅｒ）の酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物又はハロゲン化物の少なくとも１つを含むように形成された結晶性セラミックを含み、多孔度が１％を下回る、方法を開示している。プラズマ耐性コーティングは、基板とプラズマ耐性コーティングとの間に配置された介在層を介して基板の少なくとも一部の上に堆積され、介在層は、プラズマ耐性コーティング中の主構成成分以外の元素の酸化物、窒化物又は炭化物を含む。

【0011】

米国特許第９６３３８８４Ｂ２号は、プラズマ強化物理蒸着によって堆積されたＹ_２Ｏ_３／Ａｌ_２Ｏ_３又はＹＦ_３／Ａｌ_２Ｏ_３の混合物からなるプラズマ加工チャンバ用の静電チャックアセンブリを被覆するプラズマ耐性コーティングを開示している。著者らは、保護するためのＥチャックと、Ｙ_２Ｏ_３及びＡｌ_２Ｏ_３の少なくとも１つを含み、標準プラズマ溶射を使用して形成されたプラズマ耐性コーティングとの間に設けられたアンダーコート層も開示している。

【0012】

米国特許第７７３２０５６Ｂ２号明細書は、アルミニウム構成要素の表面を陽極酸化して、陽極酸化された酸化アルミニウム層と、陽極酸化された酸化アルミニウム層上に直接堆積された酸化アルミニウムを含むスパッタ層とを形成することを含む、アルミニウム構成要素の表面にプラズマ耐性コーティングを提供する方法を開示している。

【0013】

米国特許出願公開第２０１９００６７０６９Ａ１号は、セラミックベースの電極と、表面層とを備える静電チャックであって、表面層が複数の突起を備え、突起が、その形態が柱状又は粒状である組成物を含む、静電チャックを開示している。突起を形成する材料は、物理的に堆積された酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）で完全に作ることができ、又はアルミナのような下にあるセラミックの上にある酸窒化アルミニウムのコーティングであり得る。突起に使用できる材料の他の例としては、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）又は酸窒化アルミニウムを挙げることができる。

【0014】

上記のすべての特許は、ベースセラミックの表面上への機能性セラミック薄膜の直接堆積に基づく解決策を開示している。したがって、Ｅチャックの信頼性及び性能は、セラミック層の弾性に本質的に関連して、ベースセラミック構成要素に良好に接着する。しかし、セラミックコーティングは、それらの脆性機械的挙動のために、機械的誘導中に容易に割れやすいことが周知である。弱く不安定なコーティングの完全性は、早期のコーティング破壊及び壊滅的な膜の層間剥離さえも生じ、Ｅチャックの寿命及び性能を妨げる可能性がある。

【0015】

米国特許第７０７７９１８号は、セラミック又は金属ワークピースからコーティングを剥離する方法を記載している。剥離を容易にするために、少なくとも第１のクロム及び含アルミニウムコートがワークピース上に直接適用される。このコート上には、その大きな細孔構造で知られているＡｌＣｒの窒化物で作られた機能性層が堆積される。次いで、過マンガン酸塩溶液を用いて剥離を行う。この溶液はＡｌＣｒの窒化物を攻撃しないが、その大きな細孔を介してＡｌＣｒ層が予想通りに攻撃される。しかし、プラズマ・エッチング・プロセスと比較してより微細な細孔及びより良好な保護を有するセラミック層を使用することにより、セラミック層の下に位置する金属層を壊すことは予想されない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

本発明の目的
本発明の目的は、先行技術に関連する１以上の困難を緩和又は克服することである。特に、本発明の目的は、プラズマ・エッチング・プロセスにおいて高い表面抵抗を有し、必要に応じて容易かつ迅速に表面更新することができ、コーティング材料の選択に関して大きな柔軟性を与える、デバイスの生産方法及びデバイスを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0017】

本発明の説明
これらの問題を克服するために、半導体構成要素を製造するためのプラズマ・エッチング・チャンバ内で使用されるデバイスを生産する方法が発明されている。

【0018】

したがって、本発明の第１の態様では、半導体構成要素を製造するためのプラズマ・エッチング・チャンバ内で使用されるデバイスを生産する方法であって、
デバイスの基板を形成する本体を提供するステップと、
第１のコーティングを本体の表面に適用するステップであって、第１のコーティングが、金属コート体を形成するために、金属及び／又は金属合金薄膜コーティング層を含む、ステップと、
第２のコーティングを金属コート体上に適用するステップであって、第２のコーティングがセラミックコーティング層を含み、第２のコーティングが第１のコーティングと少なくとも部分的に重なる、ステップと、を含む方法。

【0019】

これにより、デバイスは、好ましくは静電チャックとして設計され得る。さらに、第１及び／又は第２のコーティングは、デバイスの本体の表面に少なくとも部分的に適用され得る。第２のコーティングが第１のコーティングと少なくとも部分的に重なるという用語は、好ましくは、第２のコーティングが、第１のコーティングと第２のコーティングとの間の直接的な連結並びに間接的な連結を含む第１のコーティング上に少なくとも部分的に適用され得るという点で理解され得る。

【0020】

第１の態様の別の例では、方法は、本体を製造することを含み得て、製造は、好ましくは本体の表面を研磨及び洗浄することによって、本体をアンコーティングすることを含み得て、特に、表面を洗浄及び／又は活性化するためにプラズマ法及び／又はイオン衝撃が使用され得る。代替的又は累積的に、製造は、本体をアルカリ性又は酸化性物質で処理して、本体の表面から既存のコーティングを溶解させることを含み得る。

【0021】

第１の態様の別の例では、金属構成要素及びセラミック構成要素を含む介在コーティングが第１のコーティングと第２のコーティングとの間に適用され得て、介在コーティングは、好ましくは、第１のコーティングとの界面においてより多い量の金属化合物から開始して、第２のコーティングとの界面においてより少ない量の金属化合物で終了する、金属構成要素の勾配を介在コーティング内で生成するために、金属構成要素の添加を連続的に減少させながら、セラミック構成要素を形成する反応性ガスの制御されたフィードを使用することによって適用され得て、特に、セラミック構成要素を形成する反応性ガスのフィード及び／又は金属化合物の添加は、少なくとも部分的に段階的に及び／又は少なくとも部分的に連続的に変量され得る。言い換えれば、原子組成は、第１の層との界面付近の少なくともほぼ金属性から、第２のコーティングとの界面付近の少なくともほぼセラミックまで、深さとともに変化し得て、このような変化は、少なくとも部分的に段階的で、及び／又は少なくとも部分的に連続的であり得て、それにより勾配が形成される。

【0022】

したがって、本発明では、本発明の問題を解決するために、専用のベース又は介在層を使用する特別なコーティングアーキテクチャが提案される。この中間層の性質は、湿式化学法による効率的な脱コーティングを可能にするように選択される。湿式化学法の例は、すなわちアルカリ溶液又は酸化溶液を含み得る。溶液は中間層を溶解又は酸化し、エッチング耐性層の「リフトオフ」、すなわち除去をもたらす。

【0023】

中間層は、構成要素の表面へのエッチング耐性層の接着を促進する機能も有する。
したがって、本明細書では、Ｅチャック用の異なる基板材料に対する真空蒸着セラミックコーティングの接着強度を高める方法も開示される。これらの材料は、アルミニウム、ステンレス鋼、並びにＡｌ_２Ｏ_３、石英、Ａｌ_２Ｏ_３／ＡｌＯＮ及びＡＬＮなどの様々な種類のセラミックを含み得る。本発明によれば、これは薄い純金属層を堆積し、続いての純金属相からセラミック相コーティングへの漸進的遷移によって行われ得る。接着性の向上による最上機能性層は、攻撃的な用途のためのより堅牢な表面を提供することができ、次いでそのような中間層構造を有さない、より弱い結合の均質膜を提供することができる。

【0024】

本発明の目的は、それによって基材への均質セラミック膜の改修の際の不十分な接着及び容易な脱コーティングの問題を解決することである。接着強度を改善し、機能性エッチング耐性コーティングの脱コーティングを容易にするために、均質セラミック層が堆積される前の金属薄膜層又は層系の使用が提案される。

【0025】

好ましい実施形態によれば、金属ベースコーティングからセラミックベースコーティングへの漸進的遷移が実現され得る。堆積方法に応じて、プロセス安定性及び再現性もまた、金属ベースコーティングからセラミックベースコーティングへのこの漸進的遷移によって改善される。プロセス条件の急激な変化の代わりに、低速の遷移を用いて、コーティングがより構造的に堅牢かつ再現性にされ得る。

【0026】

驚くべきことに、Ｅチャックに使用されるような非常に緻密なセラミック層であっても、介在金属層によって剥離方法が容易になることが分かった。１つの考えられる説明は、セラミック層が、プラズマが進入できないほど十分に小さいが、剥離溶液が下にある金属ベースコーティングに進入してこれを攻撃するのに十分に大きい細孔を含み得ることであり得る。

【0027】

この説明に基づいて、本発明の好ましい実施形態によれば、デバイスの本体上の金属コーティングへの剥離剤の接触をさらに改善するために、エッチングチャンバ内で使用されるデバイスを形成する本体は、マイクロ構造化及び／又はナノ構造化され得る。これはアンコートされた本体を構造化することによって行われ得る。次いで、薄膜コーティングの上層は、ある範囲まで又はある量までのみ、構造の下部エリアと接触する。

【0028】

他方で、溶媒剤が本体の溝に容易に進入し得る場合、それによって金属コーティングを効果的に溶解させ、その結果、リフトオフ効果が起こり、セラミック層も除去される。

【0029】

これに基づいて、第１の態様のさらなる例では、方法は、デバイスをマイクロ及び／又はナノ構造化するステップであって、マイクロ及び／又はナノ構造化によって導入される構造が、好ましくは、特にデバイスの本体に導入され得る格子構造の形態で作られる、ステップを含み得る。

【0030】

ちょうど説明したように（及び上掲の例に限定されない）、この接着層構造を使用することにより、構成要素レベルの改修のためのコーティング除去の容易さがより容易にされる。化学的剥離法を使用して、金属ベース層の化学的攻撃によりセラミックコーティングをかなり容易に除去することができる。これはセラミック膜のアンダーカットによって簡単に作用し、基板表面からの膜脱離をもたらす。金属層を有さない均質セラミックコーティングの場合、化学物質が攻撃するそのような層はない。したがって、これらのタイプのコーティングの剥離ははるかに困難である。

【0031】

この改善された剥離が適用され得る１つの特定のエリアは、堆積されたセラミックコーティングをハード・シャドウ・マスキングから除去することである。例えば、このマスキングが静電チャック上にフィーチャを堆積させるために使用されている場合、マスキングは定期的に洗浄する必要がある。マスクのこの日常的剥離は、コーティング中の粒子につながる可能性がある、厚いコーティングの蓄積からの考えられるフレーキングを防止するために必要である。マスキングがＡｌ_２Ｏ_３のようなセラミック材料である場合、金属層の使用によって、マスクの剥離がより効率的かつ反復可能となる。

【0032】

正確で目標とする層の蓄積を確実にするために、真空コーティング法を使用して第１のコーティング及び／又は第２のコーティング及び／又は介在コーティングが適用され得て、好ましくはＣＶＤ又はＰＶＤ技術、特にマグネトロンスパッタリング技術が使用され得る。

【0033】

層の蓄積に関して、第１のコーティングとして、純金属層及び／又は純金属合金を本体の表面に適用され得て、金属層及び／又は金属合金は、以下の金属：Ａｌ、Ｖ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｙ、Ｅｒ、Ｓｃ、Ｃｅ、Ｌａのうちの少なくとも１つを含み得る。

【0034】

さらに、第２のコーティングとしての層の蓄積に関して、純セラミック層が本体の表面に適用され得て、セラミック層は、好ましくは以下の：酸化物、窒化物、酸窒化物、ケイ酸塩、フッ化物、炭化物、酸フッ化物のうちの少なくとも１つを含み得て、特にセラミックを形成するための反応性ガスは、ゆっくりと供給され、ランピングされ得る。

【0035】

本発明の第２の態様では、好ましくは先行する請求項のいずれか１項に記載の方法によって生産される、半導体構成要素を製造するためのプラズマ・エッチング・チャンバ内で使用されるデバイスであって、デバイスの基板を形成する本体と、本体の表面に適用されている第１のコーティングであって、金属及び／又は金属合金薄膜コーティング層を含む第１のコーティングと、金属コート体上の第２のコーティングであって、第２のコーティングがセラミックコーティング層を含み、第１のコーティングと少なくとも部分的に重なる、第２のコーティングとを含む、デバイスが開示される。デバイスの基板を形成する本体は、アルミニウム、ステンレス鋼、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、石英、Ａｌ_２Ｏ_３／ＡｌＯＮ若しくはＡＬＮのような様々な種類のセラミックを含み得る。

【0036】

第２の態様の別の例では、デバイスは、第１のコーティングと第２のコーティングとの間に位置する介在コーティングをさらに含み得て、介在コーティングは、好ましくは層内に不均一に分布され得る金属構成要素及びセラミック構成要素を含む。

【0037】

介在コーティングに関して、介在コーティング内の金属部分は、介在コーティングと第１のコーティングとの間の界面から開始して、介在コーティングと第２のコーティングとの間の界面まで連続的に減少し得て、同時に、層内のセラミック部分は、介在コーティングと第１のコーティングとの間の界面から開始して、介在コーティングと第２のコーティングとの間の界面まで連続的に増加し得て、金属構成要素とセラミック構成要素の比は、好ましくは、少なくとも部分的に段階的に及び／又は少なくとも連続的に変化し得る。

【0038】

容易かつ迅速に表面更新される能力と組み合わされたプラズマ・エッチング・プロセスにおける高い表面抵抗を保証するために、第２のコーティング及び与えられた場合には介在コーティングは細孔を含み得て、細孔は好ましくは細孔入口及び細孔出口で異なる細孔直径を有し得て、第２のコーティングに隣接する細孔入口における細孔の直径は、第１のコーティングに隣接する細孔出口での直径より特に小さくてもよい。

【0039】

特に、デバイスの細孔を含むコーティングは、プラズマ・エッチング・プロセスにおけるプラズマが第２のコーティングに進入できないように設計され得るが、コーティングは、特に、剥離剤がコーティングに進入できるようにするのに、及び第１のコーティングを溶解できるようにするのに細孔が十分な大きさであるように設計され得る。

【0040】

第２の態様のさらなる例では、デバイスは、マイクロ及び／又はナノ構造化部品を含み得て、マイクロ及び／又はナノ構造化部品は、好ましくは、特にデバイスの本体に導入されるグリッド構造の形態であり得る。

【0041】

マイクロ及び／又はナノ構造化部品に関して、グリッド構造は、突起及び２つの隣り合う突起の間に配置された開口を含み得て、開口は、好ましくは、第２のコーティングに隣接する２つの隣り合う突起の間に配置された狭窄部を含み得て、開口の直径は、特に、狭窄部から開口内のグリッドの底部まで連続的に増大し得る。

【0042】

これにより、セラミック最上層は、好ましくは、開口内のグリッドの底部まで延在し得ず、グリッドの底部は、金属コーティングでのみコーティングされ得る。

【0043】

層の蓄積に関して、第１のコーティングは、好ましくは以下の金属：Ａｌ、Ｖ、Ｔｉ、Ｈｆ Ｙ、Ｅｒ、Ｓｃ、Ｃｅ、Ｌａのうちの少なくとも１つを含む、純金属及び／又は金属合金薄膜であり得る。

【0044】

層の蓄積に関して、第２のコーティングは、好ましくは以下の：酸化物、窒化物、酸窒化物、ケイ酸塩、フッ化物、炭化物、酸フッ化物のうちの少なくとも１つを含む、純セラミック層であり得る。

【0045】

これにより、マイクロ及び／又はナノ構造化部品は、周期的グリッド構造の形態で設計され得て、２つの隣接する突起間の距離は、好ましくは少なくとも幅２００ｎｍ、特に少なくとも幅４００ｎｍであり得る。特に好ましい実施形態によれば、２つの隣接する突起間の距離は、幅５００ｎｍ超でもあり得る。

【0046】

第２の態様の別の例では、デバイスは、その表面に沿って不均一にコーティングされ得て、第１及び／又は第２のコーティング及び／又は介在コーティングの層厚は、表面のいくつかの点において、他の点におけるよりも薄くてもよい。

【0047】

好ましくは、グリッド構造を有するデバイスの一実施形態では、コーティング（第１及び／又は第２のコーティング及び／又は介在コーティング）は、その表面に沿って不均一に分布し得て、コーティング（第１及び／又は第２のコーティング及び／又は介在コーティング）は、好ましくは、突起のグリッドの上側で開口内の底部の領域のコーティングよりも厚い。

【0048】

好ましい実施形態によれば、デバイスは、静電チャック又はハード・シャドウ・マスキング・デバイスであり得る。

【0049】

本発明は、静電チャックで使用することができるが、本発明の概念は、半導体加工産業内及びまた他の産業内の両方でより広い適用性を有することを意図している。

【0050】

金属接着促進層、続いて均質セラミック層への遷移層を利用すると、最良の接着結果が得られることが見出された。この層構造は、必要に応じてコーティングの化学的剥離の容易さも改善する。

【0051】

次に本発明を、実施例に基づいて、図面を用いてより詳細に説明する。
図面の説明

【図面の簡単な説明】

【0052】

【図1】現在の到達技術水準の解決策の断面図である。 （１）基板 （２）セラミックベース単層

【図2】本発明の一実施形態の断面図を示し、フィルムスタックを生成するために作った層を示す。 （１）基板 （２）純金属層 （３）遷移層（純金属からセラミックへ） （４）セラミックベース層

【図3】基板上に直接コーティングされたＡＬＯＮ単層コーティングのスクラッチ試験を示す。基板材料はＡｌ_２Ｏ_３であり、コーティング厚は約２１μｍである。試験で明らかになったように、Ｌｃ_２破壊は３４Ｎ負荷で検出される。

【図4】本発明の一実施形態による、純アルミニウム接着層を有するコーティング及びＡＬＯＮ機能性層に対する遷移のスクラッチ試験を示す。基板材料はＡｌ_２Ｏ_３であり、コーティング厚は約２３μｍである。試験で明らかになったように、Ｌｃ_２破壊は５０Ｎ負荷で検出される。

【図5】デバイスの本体に導入されたコーティングされた周期的矩形格子構造の一例を示す。

【図6】剥離前のＡｌ_２Ｏ_３基板上に直接コーティングされたＡｌＯＮ膜を有するサンプルを示す。

【図7】剥離後の図６によるＡｌＯＮ膜を有するサンプルを示す。

【図8】剥離前に基板上に直接コーティングされた金属中間層上にコーティングされたＡｌＯＮ膜を有するサンプルを示す。

【図9】剥離後の図８による金属中間層上にコーティングされたＡｌＯＮ膜を有するサンプルを示す。

【発明を実施するための形態】

【0053】

本発明の解決の詳細な説明
セラミックコーティングのための改善された接着層構造を生成するために、真空蒸着源を使用して、純金属層をＥチャックの清浄な基板表面上に堆積させる。コーティングは、酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物、酸フッ化物並びにＡｌ、Ｖ Ｔｉ Ｚｒ、Ｈｆ Ｙ、Ｅｒ、Ｓｃ、Ｃｅ、Ｌａ及びＡｌＯＮなどの材料のクラスを含むことができるが、これらに限定されない。基板表面は、金属の堆積前にプラズマ洗浄又はイオン衝撃によって洗浄又は活性化することができる。ある厚さの純金属層が堆積された後、反応性ガス（例えばＯ_２及び／又はＮ_２及び／又はフッ素含有ガス）がゆっくりと導入され、完全に化学量論的なセラミックコーティングが実現されるまで数分間の期間にわたってランピングさせる。この時点で、堆積は、機能性層が堆積されるしばらくの間継続させておく。

【0054】

より詳細な例を以下に示す。
実施例
この実施例の場合、ＡＬＯＮ（酸窒化アルミニウム）コーティングをマグネトロン反応性スパッタリングを使用して堆積させた。金属ベース接着層及び遷移は、機能性ＡＬＯＮが堆積される前に生成された。以下のステップを行って、このフィルムを生成した：
１．Ｅチャックの研磨（４μｍ Ｒａ）酸化アルミニウム表面を溶媒洗浄し、Ｅチャックをステンレス鋼蒸着系内の２軸回転遊星系に装填した。

【0055】

２．チャンバを低１０Ｅ－０５ｍｂａｒ範囲まで排気した。
３．ＤＣフィラメント放電及びパルスＤＣ基板バイアスを使用して、基板のアルゴン・プラズマ・エッチングを７分間行った。

【0056】

４．次いで、動作圧力を４．５Ｅ^－３ｍｂａｒに調整し、アルゴン流を１８０ｓｃｃｍに調節するとともに、ターボポンプ速度を調節した。

【0057】

５．次いで、パルスＤＣ電力を、５０％電力設定で開始し、次いで１分間で６ｋＷまでランピングさせて、平衡化直径８インチ円形平面アルミニウムターゲット（純度９９％）に供給した。

【0058】

６．純アルミニウム接着層を形成するために、６ｋＷでのスパッタリングを１０分間の継続時間にわたって続けた。

【0059】

７．次に、スパッタリングターゲットの動作カソード電圧は、純金属モードで約５６５Ｖであることを確認した。

【0060】

８．次いで、反応性ガスＯ_２及びＮ_２の閉ループ制御を使用し、放電電圧調節デバイスによる反応プロセスの制御を使用して、純アルミニウムから酸窒化アルミニウムへの遷移を生成した。このデバイスのソフトウェア制御によって、ユーザが反応性ガスのマスター／スレーブ制御を利用しながらランピング機能をプログラミングできるようになる。この場合、Ｎ_２チャネルはマスターであり、Ｏ_２はスレーブである。ＯのＮに対する比は、３．５：６．５とした。次いで、カソード電圧が５６５Ｖ（純金属膜）から４００Ｖ（完全酸窒化膜）の最終設定点まで着実に低下するように、反応性ガスを２０分間にわたってこの設定比にてゆっくりとランピングさせる。この時点で、Ｏ／Ｎ比はなお固定され、堆積の継続時間中にスパッタリングカソード上の４００Ｖ動作設定点を維持するために、調節デバイスにより、ガス流のわずかな調整が達成される。

【0061】

９．次いで、コーティングの機能性最上層が所望の厚さに達するまで、条件を一定に保持する。

【0062】

得られたコーティングは、厚さ約８ミクロンの純アルミニウム層、厚さ約８ミクロンの遷移勾配層、及び約２１ミクロンの機能性最上層からなっていた。半径２００μの円錐形ダイヤモンド・チップ・スクラッチ試験機を使用して、２つのコーティング間で接着強度を比較した。Ｌｃ２接着破壊が達成されるまで、長さ３ｍｍのスクラッチを２Ｎ荷重増分で行った（図３、図４）。接着層のない同じ条件下で堆積された単層ＡＬＯＮコーティングと比較して、この中間層構造の使用により接着値が実質的に改善された。

【0063】

純金属層は、基板材料に対する上層の結合を改善する。金属からセラミック層への遷移は、金属層と上機能性層との間の良好な結合を提供する。遷移層は、より軟質の純金属層とより硬質の機能性層との間にある硬度及びヤング率を有する介在層として作用する。この構造は、機能性層上で生じ得る任意の力又は応力により良好に耐えることができるより堅牢なコーティングを提供する。

【0064】

図５は、デバイスの本体１０１に導入されたコーティングされた周期的矩形格子構造の一例を示す。図５から分かるように、構造化本体１０１は、周期的矩形格子構造（格子周期５００ｎｍ、充填率０．５）を備える。本体は、金属コーティング１０３でコーティングされている。ａｕｆシャドウイングが影響を及ぼすため、格子の上部のコーティング厚さは、溝のエリアの金属コーティングと比較してより厚い。図５が示すように、格子の開口部は、コーティングのために狭くなっている。これは、セラミックオーバーコート１０５（×エリアとして図５に示す）が溝の底に到達していないという効果を有する。事実上、図５においてｈ_ｍとして表す深さ領域には、金属コーティングのみが存在する。溝への開口部は「ｄ」まで狭められる。これにより、エッチングプラズマの溝への進入が防止され、セラミックコーティング１０５はデバイスを完全に保護する。追加の効果として、構造化により、構造化本体１０１に対するコーティングの接着性が向上する。

【0065】

コーティングの化学的除去もまた、先行技術に含まれる均質型セラミックフィルムと比較して容易である。これは主に、剥離化学物質がコーティングを介して金属接着層を攻撃し、したがってコーティングの脱離を生じる能力のためである。

【0066】

金属中間層の適用時の剥離のプラスの効果を実証するために、２つのＡｌ_２Ｏ_３基板を円形状ＡｌＯＮセラミック膜でコーティングした。一方の基板上に厚いＡｌＯＮセラミック膜をセラミック基材Ａｌ_２Ｏ_３上に直接堆積させたのに対し、他方の試料上には、金属層を最初に試料上に堆積させ、続いて遷移勾配層を堆積させ、前述のように、最後に厚いセラミックＡｌＯＮ膜を堆積させた。

【0067】

コーティングの堆積後、１０％ＮａＯＨアルカリ溶液を用いてセラミック膜の剥離を室温にて９０分間試みた。図６は、剥離前の基板上にＡｌＯＮ膜が直接適用されたサンプルを示し、図７は、剥離後のサンプルを示す。図７から分かるように、円形セラミック膜は攻撃されるが、完全には除去されない。図８は、金属中間層上にＡｌＯＮ膜がコーティングされたサンプルを示し、図９は、剥離後のサンプルを示す。分かるように、円形セラミック膜は完全に除去されている。非常に興味深いことに、剥離後の新たにアンコートされたＡｌ_２Ｏ_３基板の表面に損傷（孔食、亀裂）は認められなかった。

【0068】

他の溶液を剥離に使用することができる。例えば、ＫＯＨ溶液も良好に作用することが予想される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【国際調査報告】