(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大面積基板のためのプラズマ処理チャンバであって、
複数のガス通路を有する拡散板と、
基板サポートと、
内壁とを含み、
前記拡散板と前記基板サポートと前記内壁は処理キャビティを画定し、プラズマは薄膜の堆積の際に処理キャビティ内で発生され、
前記プラズマ処理チャンバは、処理キャビティ内の少なくとも１つの領域で実質的にプラズマに影響を与える少なくとも１つの磁場生成フィーチャーを含み、
薄膜の所望のフィルム均一性を得るため、前記拡散板は、前記処理キャビティ内の前記少なくとも１つの領域におけるプラズマ密度を変更するように非対称に用いられ、前記拡散板は、前記少なくとも１つの磁場生成フィーチャーへ向って延在する非対称延在部を含むプラズマ処理チャンバ。
【請求項２】
前記少なくとも１つの磁場生成フィーチャーが、スリットバルブ開口部、ビューウィンドウ及び両者の組み合わせからなる群より選択される請求項１記載のプラズマ処理チャンバ。
【請求項３】
前記ガス通路のコンダクタンスプロフィールは、非対称に構成して、前記少なくとも１つの領域に対して処理流体の流れを増大することにより、所望のフィルム均一性が得られる請求項１記載のプラズマ処理チャンバ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの磁場生成フィーチャーが、スリットバルブ開口部であり、
前記薄膜がＳｉＮフィルムであり、
前記複数のガス通路が中空カソードキャビティを含み、
前記処理キャビティ内の前記少なくとも１つの領域に対応する前記中空カソードキャビティの表面積、体積又は密度を減じることにより、所望のフィルム均一性が得られる請求項１記載のプラズマ処理チャンバ。
【請求項５】
大面積基板に薄膜を堆積する方法であって、
基板を、処理チャンバの処理キャビティ内に搭載された基板サポートに配置する工程を含み、
前記チャンバは、
少なくとも１つの磁場生成フィーチャーと、
前記処理キャビティの少なくとも１つの領域であって、プラズマが、少なくとも１つの磁場生成フィーチャーに実質的に影響される領域と、
複数のガス通路を有する拡散板とを含み、
前記方法は、処理流体を、前記拡散板を通して、前記基板サポートにサポートされた前記基板に向って流す工程を含み、前記処理キャビティ内の前記少なくとも１つの領域におけるプラズマ密度を変更することにより、所望のフィルム均一性が得られるように、前記拡散板が適合されており、前記拡散板は、前記少なくとも１つの磁場生成フィーチャーへ向って非対称に延在し、
前記方法は、前記拡散板と前記基板サポートの間にプラズマを生成する工程を含む方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの磁場生成フィーチャーが、スリットバルブ開口部、ビューウィンドウ及び両者の組み合わせからなる群より選択される請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記ガス通路のコンダクタンスプロフィールを非対称として、前記チャンバにおける少なくとも１つの領域に対する処理流体の流れを増大することにより、所望のフィルム均一性が得られる請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つの磁場生成フィーチャーが、スリットバルブ開口部であり、
前記薄膜がＳｉＮフィルムであり、
前記複数のガス通路が中空カソードキャビティを含み、
前記処理キャビティ内の前記少なくとも１つの領域に対応する前記中空カソードキャビティの表面積、体積又は密度を減じることにより、所望のフィルム均一性が得られる請求項５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
（発明の分野）
本発明の実施形態は、概して、大面積基板に薄膜を堆積することに関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
液晶ディスプレイ又はフラットパネルは、一般的に、コンピュータ及びテレビモニター等のアクティブマトリックスディスプレイに用いられている。プラズマエンハンスド化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）は、通常、フラットパネルディスプレイや半導体ウェハ用の透明基板等の基板に薄膜を堆積するのに用いられている。ＰＥＣＶＤは、通常、前駆体ガス又はガス混合物を、基板を含む真空チャンバに導入することにより行われる。前駆体ガス又はガス混合物は、典型的に、チャンバ上部近くにある分配板を通して下方に指向される。無線周波数（ＲＦ）電力を、チャンバに結合された1つ以上のＲＦ源から、チャンバに印加することにより、チャンバの前駆体ガス又はガス混合物は、プラズマへと活性化（例えば、励起）される。励起したガス又はガス混合物は反応して、温度制御された基板サポート上に配置された基板表面に材料層を形成する。反応中に生成された揮発性副生成物は、排気システムを通して、チャンバからポンピングされる。
【０００３】
ＰＥＣＶＤ技術により処理されたフラットパネルは、典型的に大きく、１ｍｘ１ｍを超えることが多い。５平方メートルに達し、これを超える大面積基板が、近い将来見込まれている。処理中に、フラットパネルに均一な処理ガスフローを提供するのに利用されるガス分配板又は拡散板も、特に、２００ｍｍや３００ｍｍの半導体ウェハ処理に利用されるガス分配板に比べると、比較的サイズが大きい。本明細書で用いる「基板サイズ」及び「拡散板サイズ」とは、基板又は拡散板の公称表面積又はフットプリントのことあって、湿潤表面積、即ち、全側部と表面を併合した全表面積ではない。例えば、１，０００ｍｍｘ１，０００ｍｍの拡散板の公称サイズは、１，０００，０００ｍｍ２であって、これより遥かに大きい、上下表面、側部及び拡散器の表面に機械加工された全てのフィーチャーを含む湿潤表面積ではない。
【０００４】
基板サイズが成長し続けるにつれ、特に、基板サイズが、少なくとも約１３００ｍｍｘ約１５００ｍｍ（または約２．０ｍ２）であると、大面積プラズマエンハンスド化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）については、フィルム厚さ均一性及びフィルム特性均一性に問題が多くなってくる。本明細書で用いる「大面積」は、基板を指す場合、約２．０ｍ２を超えるサイズの基板と定義される。大面積基板について大きなフィルム不均一性の一例は、プラズマ処理チャンバにおけるプラズマ処理中に生じる。典型的なプラズマ処理チャンバのスリットバルブ開口部に近接した大面積基板の領域においては、フィルム厚さ及びフィルム応力均一性は、常に満足行かないものであることが分かっている。このことは、Ｓｉ：Ｎｘ：Ｈフィルムとも業界では呼ばれるＳｉＮフィルムを少なくとも約２．０ｍ２で基板に堆積する場合に、特に当てはまる。ＳｉＮフィルムは、電子デバイスの製造の一部として、ゲート誘電体層又はパッシベーション層に用いられる。基板サイズが増えるにつれ、チャンバスリットバルブ開口部近くの領域の堆積したフィルムの不均一性もまた増えることも分かっている。処理パラメータを調整して、最高品質のフィルムを得るときはとりわけである。フィルム厚さとフィルム堆積速度について、不均一性は、次のように定義される。％不均一性＝（最大値−最低値）／（最大値＋最低値）ｘ１００。電子デバイス製造を可能とするのに所望の不均一性が必要なフィルム特性としては、厚さ、フィルム応力、Ｓｉ−Ｈ結合濃度度及び電気抵抗が挙げられる。
【０００５】
図１Ａに、１５００ｍｍｘ１８００ｍｍの矩形基板、以降、基板１と称す、に堆積したＳｉＮフィルムのフィルム厚さ不均一性の３次元マップを示す。図１Ａ、１Ｂの等高線間隔は、２００Åである。ＳｉＮフィルムについては、通常、低いＳｉ−Ｈ結合濃度及び高い圧縮フィルム応力が望ましい。圧縮フィルム応力は、負の値により表示される。これらのフィルムの両特性を、基板１の３つの位置（Ａ、Ｂ及びＣ）で測定した。結果を以下の表１に示す。位置Ａ、Ｂ及びＣは、図１Ａ、１Ｂ及び２に示す。位置Ａは、プラズマ処理チャンバのスリットバルブ開口部に最も近い基板１の端部に対応している。位置Ｂは、基板１の中心に対応している。位置Ｃは、スリットバルブ開口部から最も遠い基板１の端部に対応している。基板１に堆積したフィルムの堆積速度は、２０８０Å／分であった。基板１のフィルム厚さ不均一性は、４．３％であり、図１Ａを参照すると、堆積したフィルムは、強い不均一性の傾向は示していない。しかしながら、表１を参照すると、圧縮フィルム応力は、位置Ａで比較的低く、位置Ｂ及びＣでは、フィルム応力は悪くなる、即ち、伸張性となる。更に、このフィルムのＳｉ−Ｈ含量は、１２．２％、１５．８％及び１５．１％と比較的高い。まとめると、堆積したフィルムは均一であるが、理想的なフィルム特性には至っていない。
【０００６】
【表１】
0005506379.tif 000002
【０００７】
図１Ｂに、第２の１５００ｍｍｘ１８００ｍｍの矩形基板、以降、基板２と称す、に堆積した第２のＳｉＮフィルムのフィルム厚さ不均一性の３次元マップを示す。基板１に堆積したフィルムよりも高品質のフィルムとする、即ち、高圧縮フィルム応力及び低Ｓｉ−Ｈ含量とするため、第２のフィルムについての処理パラメータ、例えば、処理ガス流量、プラズマ電力及び基板温度を最適化した。両フィルム特性もまた、基板２の位置Ａ、Ｂ及びＣで測定した。結果を表１に示す。基板２は、基板１と同じプラズマ処理チャンバで処理した。基板１に堆積したフィルムの堆積速度は、２０３５Å／分であり、第１のフィルムの堆積速度と実質的に同じであった。表１を参照すると、基板２のフィルム特性は、基板１に比べて実質的に改善されている。基板２のフィルム応力は、高圧縮（約−５及び−６Ｅ９ダイン／ｃｍ２）であり、Ｓｉ−Ｈ含量は、基板２の略半分である。反対に、基板２のフィルム厚さ均一性は、はるかに悪く、１１．０％であった。図１Ｂを参照すると、堆積したフィルムは、スリットバルブ開口部近くで大きな厚さ不均一性を明らかに示している。更に、表１を参照すると、Ｓｉ−Ｈ含量及びフィルム応力はまた、位置Ａ、即ち、スリットバルブ開口部近くでも影響されている。従って、このような大きなチャンバにおいてＳｉＮフィルム特性を改善するには、フィルム特性とフィルム厚さ均一性の間に直接トレードオフがある。
【０００８】
約１３００ｍｍｘ１５００ｍｍより小さな基板では、ＳｉＮフィルム厚さ均一性及びフィルム特性均一性に与えるスリットバルブ開口部の影響は、処理パラメータを最適化してより良い均一性を与えることにより、実質的に検出できなくなるか、或いは排除できる。基板サイズが、約２．０ｍ２よりも大きくなると、ＳｉＮフィルムについての処理パラメータ最適化による均一性制御は、不可能ではないにしても、ますます問題になる。
【０００９】
従って、堆積したフィルムの品質に影響を与えることなく、プラズマエンハンスド化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）システムにおいて、大面積基板に堆積したフィルムの均一性を改善する改善された方法及び装置が必要とされている。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の実施形態は、概して、大面積基板に堆積したフィルム、特に、ＰＥＣＶＤシステムにおいて堆積したフィルムの均一性を改善する方法及び装置を提供する。
【００１１】
一実施形態において、プラズマ処理チャンバは、基板に対して非対称に構成されており、チャンバにおけるプラズマ密度不均一性を補正する。一態様において、拡散板は、基板の領域近傍で広げて、処理ガスのその領域への流れを増大して、プラズマ電力密度を減少する。他の態様において、拡散板を非対称コンダクタンスプロフィールで構成して、基板の領域への処理ガスの流れを増大する。他の態様において、拡散器の中空カソードキャビティを修正して、チャンバの領域におけるプラズマ密度を減少する。他の態様において、チャンバの磁場生成フィーチャー、例えば、スリットバルブ開口部を、チャンバの処理キャビティから離すように、プラズマ処理チャンバの下部領域を構成する。
【００１２】
他の実施形態において、プラズマ処理チャンバは、チャンバ内の磁場生成フィーチャーを通る電流の流れを減じる中性電流バイパス経路を作成するように適合されている。一態様において、中性電流バイパス経路は、基板処理中に、磁場生成フィーチャーを、チャンバの内壁に実質的に平行且つ面一である導電性シャッターでカバーすることにより作成される。他の態様において、中性電流バイパス経路は、チャンバの内壁に実質的に平行且つ面一である真空気密スリットバルブドアである。
【００１３】
他の実施形態において、均一なフィルムを、プラズマ処理チャンバにおいて、大面積基板に堆積する方法が提供される。中性電流バイパス経路を作成することにより、処理中、チャンバは電気的に対称となる。中性電流バイパス経路は、チャンバの磁場生成フィーチャー、例えば、スリットバルブ開口部又はその他チャンバ壁貫通部を通る中性電流の流れを大幅に減じる。一態様において、中性電流バイパス経路は、チャンバの内壁と実質的に平行且つ面一である導電性シャッターである。他の態様において、中性電流バイパス経路は、チャンバの内壁と実質的に平行且つ面一である真空気密スリットバルブドアである。
【詳細な説明】
【００１４】
本発明は、大面積基板に堆積したフィルム、特に、ＰＥＣＶＤシステムにおいて堆積したフィルムの均一性を改善する方法及び装置を提供する。
【００１５】
一実施形態において、プラズマ処理チャンバは、処理中、基板に対して非対称に構成されており、チャンバ内のプラズマ密度不均一性を補正する。他の実施形態において、プラズマ処理チャンバは、チャンバ内の磁場生成フィーチャーを通る電流の流れを減じる中性電流バイパス経路を作成するように適合されている。他の実施形態によれば、プラズマ処理チャンバにおいて、大面積基板に均一なフィルムを堆積する方法が提供される。中性電流バイパス経路を作成することにより、処理中、チャンバは電気的に対称となる。中性電流バイパス経路は、チャンバの磁場生成フィーチャー、例えば、スリットバルブ開口部やその他チャンバ壁貫通部を通る中性電流の流れを大幅に減じる。
【００１６】
上述した通り、大面積基板に均一なＳｉＮフィルムを堆積することは、チャンバのスリットバルブ開口部近傍の基板領域において変動が大きくなるため、ますます問題になっている。電子デバイスの製造に望ましいとされる、堆積速度を早くし、圧縮フィルム応力を増大し、フィルムのＳｉ−Ｈ含量を減らす堆積処理パラメータ設定により、均一性の問題は悪化する。更に、基板サイズ及び／又はプラズマ電力を増大するとまた、不均一性の影響が促進されることが分かっている。従って、フィルム品質を損なうことなく、均一性を改善する手段を決めることは、ＳｉＮフィルムの堆積にとって、そして、恐らく他のＰＥＣＶＤ堆積フィルムにとっても極めて有利である。
【００１７】
図２は、本発明による利点が得られるように適合されたプラズマエンハンスド化学蒸着システム２００の一実施形態の概略断面部分図である。ＰＥＣＶＤシステム２００は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社の子会社ＡＫＴより入手可能である。ＰＥＣＶＤシステム２００は、通常、ガス源２０４と搬送チャンバ２０３に結合した少なくとも１つの処理チャンバ２０２を含む。典型的に、処理チャンバ２０２は、搬送チャンバ２０３に直接取り付けられていて、スリットバルブ開口部２９０を介して、搬送チャンバ２０３と流体連通している。処理チャンバ２０２は、壁２０６と、チャンバ床２０８と、真空領域２０７Ａ、２０７Ｂ、２０７Ｃを実質的に画定する蓋アセンブリ２１０とを有している。真空領域２０７Ａ、２０７Ｂ、２０７Ｃは、下部チャンバ２０９、処理キャビティ２１２、ポンピングプレナム２１４及び処理ガスプレナム２６４を含む。下部チャンバ２０９は、チャンバ床２０８、基板サポートアセンブリ２３８の下表面２３８ａ及び壁２０６の内側表面２０６ａにより画定される。処理キャビティ２１２は、ガス分配板アセンブリ２１８、基板サポートアセンブリ２３８及びポンピングプレナム２１４により画定される。処理キャビティ２１２は、典型的に、壁２０６のスリットバルブ開口部２９０を通してアクセスされ、ＰＥＣＶＤシステム２００の搬送チャンバ２０３より、処理チャンバ２０２へ基板を出し入れすることができる。典型的に、スリットバルブドア２９２を用いて、処理チャンバ２０２を、スリットバルブ開口部２９０外の環境から、真空気密シールにより、分離する。壁２０６とチャンバ床２０８は、アルミニウム又は処理と適合性のあるその他材料の単体ブロックから製造してよい。壁２０６は、蓋アセンブリ２１０をサポートする。蓋アセンブリ２１０は、ポンピングプレナム２１４を含んでおり、処理キャビティ２１２を、排気ポート（図示せず）結合し、処理ガス及び処理副生成物を、処理キャビティ２１２から除去する。或いは、排気ポートは、処理チャンバ２０２のチャンバ床２０８に配置してもよい。この場合は、ポンピングプレナム２１４は、処理キャビティ２１２に必要ない。
【００１８】
蓋アセンブリ２１０は、典型的に、入口ポート２８０を含み、ガス源２０４により供給された処理ガスが、そこを通して、処理チャンバ２０２に導入される。入口ポート２８０はまた、クリーニング源２８２にも結合されている。クリーニング源２８２は、典型的に、クリーニング剤、例えば、溶解フッ素等を提供して、処理チャンバ２０２にこれが導入されて、堆積副生成物及びガス分配板アセンブリ２１８を含む処理チャンバハードウェアからのフィルムが除去される。
【００１９】
ガス分配板アセンブリ２１８は、蓋アセンブリ２１０の内側２２０に結合されている。ガス分配板アセンブリ２１８の形状は、典型的に、ガラス基板２４０の周囲に実質的に沿うように構成されていて、例えば、大面積フラットパネル基板については多角形、ウェハについては円形である。ガス分配板アセンブリ２１８は、穿孔領域２１６を含み、ガス源２０４から供給された処理及びその他ガスが、そこを通して、処理キャビティ２１２に分配される。ガス分配板アセンブリ２１８の穿孔領域２１６は、ガス分配板アセンブリ２１８を通過して、処理チャンバ２０２へのガスの均一な分配を行う。本発明により利点が得られるように適合されたガス分配板は、同一人に共通して譲渡されるケラーらによる２００１年８月８日出願の米国特許出願第０９／９２２，２１９号、イムらによる２００２年５月６日出願の米国特許出願第１０／１４０，３２４号、ブロニガンらによる２００３年１月７日出願の第１０／３３７，４８３号、ホワイトらによる２００２年１１月１２日発行の米国特許第６，４７７，９８０号、チェらによる２００３年４月１６日出願の米国特許出願第１０／４１７，５９２号及びチェらによる２００４年４月１２日出願の米国特許出願第１０／８２３，３４７号に記載されている。これらは引用により全内容が本明細書に組み込まれる。
【００２０】
ガス分配板アセンブリ２１８は、典型的に、ハンガー板２６０から吊られた拡散板（又は分配板）２５８を含む。或いは、拡散板２５８及びハンガー板２６０は、単一の一体化部材を含んでいてもよい。複数のガス通路２６２が、拡散板２５８を通して形成されていて、所定の分配のガスを、ガス分配板アセンブリ２１８に通過させて、処理キャビティ２１２へ送る。処理ガスプレナム２６４が、ハンガー板２６０、拡散板２５８及び蓋アセンブリ２１０の内側表面２２０間に形成されている。処理ガスプレナム２６４によって、蓋アセンブリ２１０にガスが流れ、拡散板２５８の幅を横断して均一に分配される。そして、ガスが中心の穿孔領域２１６上に均一に提供され、ガス通路２６２に均一に分配されて流れる。
【００２１】
業界で標準的な技法では、拡散板２５８は、図３Ａに示す通り、ガラス基板２４０の周囲に沿うばかりでなく、ガラス基板２４０と線対称に並んでもいる。大面積基板よりも小さな基板を処理する時は、基板端部近くのフィルム不均一性が最低となる。図３Ａに、基板２４０と線対称に並んだ拡散板２５８の概略平面図を示す。拡散板２５８は、典型的に、基板２４０に比べ大きいサイズで、拡散板２５８は、基板２４０の全ての側から張り出している。業界では、拡散板２５８を、基板２４０と線対称に位置合わせするのが標準的な技法である。従って、張り出し部３０１は、張り出し部３０２と実質的に等しく、張り出し部３０３は、張り出し部３０４と実質的に等しい。対照的に、本発明の態様では、図３Ｂ及び３Ｃに関連して後述してある通り、拡散器が、基板に対して非対称に構成されたプラズマ処理チャンバが意図されている。
【００２２】
基板サポートアセンブリ２３８は温度制御されていてもよく、処理チャンバ２０２の中心に配置されている。基板サポートアセンブリ２３８は、処理中、ガラス基板２４０をサポートする。一実施形態において、基板サポートアセンブリ２３８は、アルミニウム本体２２４を含んでおり、少なくとも１つの埋め込みヒーター２３２を封入している。基板サポートアセンブリ２３８に配置された、抵抗素子等のヒーター２３２は、任意の電源２７４に結合していて、基板サポートアセンブリ２３８及びその上に配置されたガラス基板２４０を、所定の温度まで制御可能に加熱する。典型的に、ＣＶＤ処理において、ヒーター２３８は、堆積されている材料の堆積処理パラメータに応じて、約１５０℃〜少なくとも約４６０℃の均一な温度にガラス基板２４０を維持する。
【００２３】
通常、基板サポートアセンブリ２３８は、下側２２６と上側２３４とを有する。上側２３４は、ガラス基板２４０をサポートしている。下側２２６は、それに結合したステム２４２を有する。ステム２４２は、基板サポートアセンブリ２３８を、リフトシステム（図示せず）に結合させる。これは、基板サポートアセンブリ２３８を、上処理位置（図示）と下位置の間で動かして、基板の処理チャンバ２０２への出し入れが促される。ステム２４２は、更に、ＰＥＣＶＤシステム２００の基板サポートアセンブリ２３８と他のコンポーネント間の熱電対リードのための管となる。
【００２４】
べローズ２４６が、処理チャンバ２０２の基板サポートアセンブリ２３８（又はステム２４２）とチャンバ床２０８の間に結合されている。ベローズ２４６は、サポートアセンブリ２３８の垂直の動きを促しながら、処理キャビティ２１２と処理チャンバ２０２外の雰囲気の間に真空シールを与える。
【００２５】
基板サポートアセンブリ２３８は、通常、接地されていて、電源２２２により、ガス分配板アセンブリ２１８、或いはチャンバの蓋アセンブリ内又は近傍に配置されたその他電極に供給される高周波（ＲＦ）電力が、処理キャビティ２１２に、即ち、基板サポートアセンブリ２３８と分配板アセンブリ２１８の間に存在するガスを励起する。電源２２２からのＲＦ電力は、通常、化学蒸着処理を行うのに、基板のサイズと釣り合いをとって選択される。大きな基板は、ＰＥＣＶＤ処理に大きなＲＦ電力を必要とし、ガス分配板アセンブリ２１８に流れる高電圧電流や、処理キャビティ２１２から接地又は中性に戻って流れる低電圧電流を含む大きな電流となり、プラズマ生成の電気回路が完成する。
【００２６】
例示のＰＥＣＶＤ処理では、１８７０ｍｍｘ２２００ｍｍの基板が、処理チャンバ２０２から搬送チャンバ２０３に、基板取扱ロボット（図示せず）により、搬送されて、基板サポートアセンブリ２３８に配置される。処理ガスは、ガス源２０４からガスプレナム２６４に導入され、処理キャビティ２１２に流れる。この例では、約１０００〜９０００ｓｃｃｍのＳｉＨ４、１０，０００〜５０，０００ｓｃｃｍのＮＨ３及び２０，０００〜１２０，０００ｓｃｃｍのＮ２を用いている。プラズマを処理キャビティ２１２で作成し、ＳｉＮフィルムの堆積を基板で行う。電極間隔、即ち、ＰＥＣＶＤチャンバにおけるガス分配板と基板サポート間の距離は、フィルム堆積中、約０．４００インチ〜約１．２０インチである。フィルム堆積中の他の処理条件は、５〜３０ｋＷのＲＦプラズマ電力、チャンバ圧力０．７〜２．５トル及び基板温度１００〜４００℃である。
【００２７】
図２及び２Ａを参照すると、中性電流リターン経路２９３Ａ、２９３Ｂは、壁２０６を通って流れる中性電流を示しており、大きな磁場を生成するフィーチャーはない。中性電流、即ち、処理キャビティ２１２から接地に戻って流れて、電気回路を完成する電流は、チャンバ床２０８に沿って壁２０６を流れ落ちて、ステム２４２を通して、且つ／又は搬送チャンバ２０３を通して、接地経路２９５を介して、接地又は中性に戻る。反対に、中性電流リターン経路２９４Ａ、２９４Ｂは、壁２０６を流れる中性電流を示しており、大電流がそこを通った時に磁場を生成するフィーチャーを有している。この場合の磁場生成フィーチャーは、スリットバルブ開口部２９０である。中性電流リターン経路２９４Ａ、２９４Ｂに沿って、中性電流は、壁２０６を流れ落ちて、上部表面２９０ａに沿って、スリットバルブ開口部２９０のスリットバルブドア２９２及び／又は側壁２９０ｂを通る。明瞭にするために、スリットバルブ開口部２９０の側壁２９０ｂは、図２Ａのみに示してある。図２Ａは、搬送チャンバ２０３から見たスリットバルブ開口部２９０及びスリットバルブドア２９２を示す。
【００２８】
大面積基板用ＰＥＣＶＤに関連した大電力、例えば、１０〜２０ｋＷだと、中性電流リターン経路２９４Ａ、２９４Ｂを介して流れる電流は、チャンバ２０２の処理キャビティ２１２にプラズマを実質的に生じることのできる強度の磁場を生成するものと考えられる。本明細書で用いる「プラズマを実質的に生じる」とは、磁場を参照する時、処理結果、例えば、フィルム均一性減少における測定可能、再現可能且つ予測可能な変化を起こすのに十分に、プラズマを集中又は変更するものと定義される。アースをはじめとする処理結果に理論的に影響する数多くの外部磁場の源、近接する基板処理設備を行き来する電流により生成されるもの等がある。しかしながら、これらの源のいずれも、中性電流リターン経路に関連した磁場の場合と類似した、大面積基板のフィルム均一性に「実質的に影響」しないことが分かっている。
【００２９】
３枚の基板に堆積したＳｉＮフィルムの比較を、表２にまとめてある。２２００ｍｍｘ１８７０ｍｍについて、フィルム均一性とフィルム品質間のトレードオフが示されている。３枚の基板（基板４、５、６）のフィルム応力、Ｓｉ−Ｈ含量及び厚さ不均一性が比較されている。３枚の基板は、同じＰＥＣＶＤチャンバにおいて、同じ堆積速度で処理されたが、処理パラメータは、各基板について変え、夫々、やや異なるフィルムを堆積した。基板４は、このサイズの基板について、比較的均一なフィルム、即ち、不均一性が８．４％を堆積したが、Ｓｉ−Ｈ濃度及び圧縮フィルム応力は比較的乏しかった。反対に、基板６は、厚さ不均一性の乏しい、即ち、３１％の低Ｓｉ−Ｈ、高圧縮応力フィルムしか堆積できない。表１と２を比べると、不均一性の問題はまた、基板サイズが増大すると悪化することも分かる。
【００３０】
【表２】
0005506379.tif 000003
【００３１】
ＲＦプラズマ電力の増大により、同様の傾向が示されている。例えば、ＳｉＮフィルムを、２２００ｍｍｘ１８７０ｍｍの基板に堆積すると、ＲＦプラズマ電力が、１８ｋＷ〜１９ｋＷまで僅かに増大した時、厚さ不均一性が１０．８％〜１４．０％まで大幅に増大する。これは、ＲＦプラズマ電力が、局所不均一性の根本的原因に密接に関係していることを示唆している。
【００３２】
経験的な証拠及び数多くのトラブルシューティング試験に基づくと、大面積基板用ＰＥＣＶＤチャンバの処理キャビティにおけるプラズマ密度の不均一性は、処理中チャンバ内又は近傍で生成される望ましくない磁場により低下するものと考えられる。これらの磁場は、スリットバルブ開口部の上部及び側壁に沿ったもの等、チャンバ表面に沿った中性電流リターン経路により生成され、チャンバの電気的対称性を妨害する。
【００３３】
大面積基板ＰＥＣＶＤチャンバのスリットバルブ開口部中及び周囲のプラズマの存在の証拠は知られており、後述する数多くの試験が実施されて、かかる望ましくないプラズマ及びＳｉＮフィルムの不均一性が排除されている。加えて、不均一性の影響は、ＰＥＣＶＤ  ＳｉＮフィルムでは現在観察可能であるが、アモルファスフィルムでは不可能である。業界では、ＳｉＮフィルムの不均一性は、通常、アモルファスケイ素フィルムよりもプラズマ密度の変動に対して、より感受性があることが分かっている。これは、処理キャビティにおけるプラズマ密度不均一性における変動が、スリットバルブ開口部近傍で生じるＳｉＮフィルム不均一性の原因であることを示している。更に、ＲＦ電力のフィルム均一性が高感度であることは、強い電流、例えば、基板処理中に生成した中性電流が、スリットバルブ開口部付近のプラズマ密度の増大の原因となっていることを暗示している。従って、最もありそうなメカニズムは、中性電流による磁場生成である。
【００３４】
試験１：図２を参照すると、ある実験において、接地カーテン２８０を、基板サポートアセンブリ２３８周囲の下部チャンバ２０９内側に接地して、プラズマシールドとして作用させ、プラズマが処理キャビティ２１２から「漏れる」のを防ぐ。これは、ＳｉＮフィルム不均一性を改善しなかった。処理キャビティ２１２からのプラズマの「漏れ」が問題ではないことを示している。接地カーテン２８０は、スリットバルブ開口部においてプラズマを生成する表面電流に影響しないことに着目することが重要である。
【００３５】
試験２：処理キャビティ２１２からのガスの非対称ポンピングを用いて、スリットバルブ開口部２９０に最も近い処理キャビティ２１２の領域の処理ガス密度を局所的に増大させた。処理ガス密度を増大すると、電力密度、即ち、処理ガスフローの単位当たりに生成される電力の量が減少する。これは、スリットバルブ開口部２９０に最も近い処理キャビティ２１２の領域に存在する望ましくない高いプラズマ密度を補正するためであった。ポンピングプレナム２１４を通る処理キャビティ２１２からの処理ガスの対称ポンピングを変更すると、処理キャビティ２１２の処理ガス密度の均一性は大幅に変わらず、ＳｉＮフィルム不均一性には影響しなかった。
【００３６】
試験３：処理キャビティ２１２のプラズマ密度を局所的に変えることにより、プラズマ密度不均一性を補正する他の試みとして、拡散板２５８とのＲＦ電力接続を移動した。ＳｉＮフィルム不均一性に改善は観察されなかった。従って、このやり方は、処理キャビティ２１２のプラズマ密度不均一性に殆ど、又は全く影響しなかった。
【００３７】
試験４：処理キャビティ２１２のプラズマ密度を局所的に減じる他の試みとして、処理ガスプレナム２６４への処理ガスフローを移動した。ＳｉＮフィルム不均一性に大幅な改善は見られなかった。処理ガスフローの変更は、処理キャビティ２１２に入るガスフローを均一にするように設計された拡散板２５８の上流で行ったため、プラズマ密度に大幅な変化は果たされなかった。処理キャビティ２１２のプラズマ密度を大幅に変更するには、処理ガス不均一性を、より積極的に変えなければならない。
【００３８】
試験５：更に他の試験において、処理チャンバ２０２を搬送チャンバ２０３から電気的に分離して、中性電流リターン経路２９４Ａ、２９４Ｂに沿って流れる中性電流により生成された磁場を排除した。ＳｉＮフィルム不均一性に改善は観察されなかった。従って、中性電流リターン経路２９４Ａ、２９４Ｂを、接地経路２９５から分離しても、中性電流リターン経路２９４Ａ、２９４Ｂに沿った中性電流フローは変わらず、最終行先が変わるだけである。
【００３９】
上記の観察及び試験は、２つの重要な事実を浮き彫りにしている。第１に、プラズマ、従って、磁場が、スリットバルブ開口部に生成されることである。スリットバルブ開口部の表面に沿って流れる中性電流によってこれが生じる。第２に、望ましくない磁場から生じた局所的に高いプラズマ密度を補正するために、局所的なプラズマ状態に対する比較的積極的な変更を行わなければならないことである。
【００４０】
上述した通り、ＰＥＣＶＤチャンバの処理キャビティ近くに望ましくない磁場があると、プラズマ電力密度が増大し、フィルム不均一性となる。本発明の一実施形態は、ＰＥＣＶＤ処理チャンバの処理キャビティにおける高プラズマ密度の領域を、非対称拡散板構成で補正することを意図するものである。
【００４１】
一態様において、拡散板は、基板と線対称に並んではおらず、基板に対して非対称に延在することにより、基板上に所望のフィルム均一性を得ている。図３Ｂに、基板２４０に対して領域３２０において距離３２１非対称に延在する拡散板２５８の概略平面図を示す。この例では、拡散板２５８が、領域３２０以外は、基板２４０と線対称に並んでいる。図３Ａに示すように、張り出し部３０１は、張り出し部３０２と実質的に等しく、張り出し部３０３は、張り出し部３０４と実質的に等しい。拡散板２５８を延在することにより、非常に高速の処理ガスフローが、望ましくない磁場に晒される処理キャビティの領域に導入される。上述した通り、高速処理ガスフローによって、プラズマ電力密度が下がり、局所的に高いプラズマ電力密度により生じるフィルム不均一性が減少又は排除される。この態様の他の例において、拡散板２５８を、基板２４０の他の領域に対して延在させて、スリットバルブ開口部、例えば、ビューウィンドウ貫通部等に加えて、ＰＥＣＶＤチャンバのフィーチャーを通る中性電流により生成される望ましくない磁場を補正してもよい。図３Ｃに、拡散板２５８の概略平面図を示す。これは、基板２４０に対して、領域３２０において距離３２１、領域３２２において距離３２３非対称に延在している。領域３２０は、ＰＥＣＶＤチャンバのスリットバルブ開口部で生成された望ましくない磁場に晒された処理キャビティの領域に対応している。領域３２２は、ＰＥＣＶＤチャンバのビューウィンドウ開口部で生成された望ましくない磁場に晒された処理キャビティの領域に対応している。領域３２２は、ビューウィンドウで生成された実質的に弱い磁場により、これに比例して、領域３２０より小さい。
【００４２】
距離３２１と３２３の大きさは、反作用が意図される望ましくない磁場の強度に比例する。例えば、ＳｉＮを２２００ｍｍｘ１８７０ｍｍ、約１５ｋＷ〜約２０ｋＷのＲＦ電力を用いて堆積するように設計されたＰＥＣＶＤチャンバについては、拡散板は、約４５０ｍｍ〜約６００ｍｍの距離３２１、又は、拡散器の特性長の約３０％〜約４０％延在させなければならない。異なる形状の拡散板について距離３２１を決めるためには、特性長は、「相当半径」と考える。円形拡散板については、相当半径は、拡散板の半径に等しい。四角形又は矩形拡散板については、相当半径は、対角線の半分である。
【００４３】
他の態様において、拡散板には、非対称コンダクタンスプロフィールのガス通路があり、ＰＥＣＶＤチャンバの領域に対して、処理流体のフローを増大して、堆積したフィルム不均一性を改善する。本明細書で用いる「コンダクタンスプロフィール」という用語は、拡散板のガス通路の場所の関数として、拡散板のガス通路のコンダクタンスのことを指す。図４Ａ〜Ｃに、図３Ａに示す拡散板２５８のガス通路の列４０１に沿って配置されたガス通路の３つの可能なコンダクタンスプロフィールを示す。図４Ａ〜Ｃの横座標は、線４０１に沿った位置を表し、縦座標は、ガス通路コンダクタンスを表す。最適な均一性のために、拡散板のガス通路のコンダクタンスプロフィールは、図４Ａ及び４Ｂに示した通り、軸対称でなければならないことが業界では知られている。線４０１に沿ったガス通路のコンダクタンスは、図４Ｂに示す通り、拡散板２５８の長さに沿って必ずしも一定である必要はないが、拡散板２５８の一端のガス通路のコンダクタンスは、拡散板の他端のガス通路のコンダクタンスと対称である。しかしながら、大面積基板へ堆積する、特に、ＳｉＮを大面積基板に堆積するには、対称コンダクタンスプロフィールだと、フィルム不均一性にとって有利ではない。
【００４４】
スリットバルブ開口部に近接する処理キャビティの領域に存在する増大したプラズマ密度を補正するために、この態様では、図４Ｃに示すような非対称コンダクタンスプロフィールを意図している。乏しいフィルム均一性に対応する拡散板の領域では、拡散器のガス通路のコンダクタンスが増大した。処理ガス流量が多いと、処理キャビティのプラズマ電力密度が局所的に減少して、フィルム均一性が改善される。堆積したフィルムの均一性は、堆積速度、プラズマ電力、拡散板と基板サポートの間の間隔、基板サポート温度、処理ガス流量、基板サイズ及び望ましくない磁場の大きさをはじめとする数多くの処理パラメータに非常に依存している。このため、拡散板コンダクタンスプロフィールの修正は、修正されている特定の処理に強く依存する。第１段階の見積もりとしては、ガス通路のコンダクタンスは、基板のある領域のフィルム厚さ変動に比例して増大する。例えば、堆積したフィルムの領域が繰り返し５％厚くなる場合、その領域のガス通路コンダクタンスが約５％増大するというのが、最初の見積もりとして良い。当業者であれば、本明細書の開示内容を読めば、局所フィルム厚さ不均一性が、本明細書に記載した局所フィルム厚さ不均一性と違っていても、等価のガス通路コンダクタンスを計算することができる。
【００４５】
堆積したフィルムの不均一性を補正するための非対称拡散板を用いる更に他の態様において、拡散板表面の中空カソードキャビティのサイズ、形状又は発生の頻度を変える。非対称中空カソードキャビティの変動を用いて、ＰＥＣＶＤ処理チャンバの処理キャビティにおける高プラズマ密度の領域を補正する。
【００４６】
ＰＥＣＶＤチャンバにおいて、約１，２００，０００ｍｍより厚く基板に堆積したＳｉＮフィルムについては、拡散板の中空カソードキャビティを変えることにより、例えば、中空カソード勾配又はＨＣＧを用いることにより、フィルム厚さ及びフィルムの適切な均一性を変えることができることが分かっている。ＨＣＧ方法について、図７Ａ、８及び８Ａ、前に引用した米国特許出願第１０／８８９，６８３号「ガス拡散器孔設計によるプラズマ不均一性の制御」により、後述する。再び、図２を参照すると、ＨＣＧにより構成した拡散板２５８は、処理体積２１２のプラズマ分布を変えることにより、堆積したＳｉＮフィルムの厚さの均一性及びフィルム特性を変えることができる。これは、ＰＥＣＶＤによるフィルムの堆積が、活性プラズマの源に実質的に依存しているからである。従って、非対称コンダクタンスプロフィールのように、ＨＣＧにおける不均一性変動を用いて、望ましくない磁場のために、処理体積２１２に既に存在する不均一性プラズマ分布を補正する。これが、基板２４０のフィルム均一性を改善する。
【００４７】
濃い化学反応性プラズマを、図７Ａについて本明細書に記載した、中空カソード効果により、ＰＥＣＶＤシステム２００の処理体積２１２に生成することができる。負に帯電したＲＦ電極６０１の中空カソード放電のＲＦ生成における駆動力は、ＲＦ電極６０１の空間帯電シース６０２ａ又は６０２ｂ間の、自己バイアス電圧として知られている周波数変調ＤＣ電圧Ｖｓである。図７Ａに、ＲＦ中空カソード、及び夫々対向するシース６０２ａと６０２ｂの反発する電界６０３ａと６０３ｂの間の電子「ｅ」の振動運動を示す。壁シース６０２ａ及び６０２ｂの厚さは、厚さ「δ」に等しい。電子「ｅ」は、カソード壁から放出される。この場合は、処理体積２１２に近いガス通路２６２の壁である電極６０１である。ガス通路２６２及び処理体積２１２を図２及び８に示す。再び、図７Ａを参照すると、電子「ｅ」は、壁シース６０２ａを横断する電界６０３ａにより加速される。電子「ｅ」は、対向する壁シース６０２ａと６０２ｂの反発する電界のために、電極６０１の壁間の内側空間を横断して、経路６０５に沿って振動する。電子「ｅ」は、処理ガスとの衝突によりエネルギーを失って、より多くのイオンを形成する。形成されたイオンを、カソード壁６０１に対して加速すると、二次電子の放出を促して、更にイオンが作成される。全体として、カソード壁間のキャビティが、電子放出及びガスのイオン化を促進する。ガス入口直径がガス出口直径より小さくなるように、拡散板に形成されたガス通路の時等、カソード壁の円錐台形のフィーチャーは、円筒壁よりも効率的にガスをイオン化する。円錐台形のカソードキャビティの一例を、図８により、以下に詳述する。電位Ｅｚは、ガス入口とガス出口間のイオン化効率の差により形成される。
【００４８】
拡散板２５８について、中空カソードキャビティは、ガス通路２６２の下流端部に位置していて、処理体積２１２近くにある。ガス通路２６２のカソードキャビティの壁の設計及び中空カソードキャビティの配列又は密度を変えることによって、ガスイオン化を修正して、プラズマ密度、従って、堆積したＳｉＮフィルムのフィルム厚さ及び特性均一性を制御できることが分かっている。このことを証明する方法及び結果は、前に引用した米国特許出願第１０／８８９，６８３号「ガス拡散器孔設計によるプラズマ不均一性の制御」に記載されている。処理体積２１２に近い中空カソードキャビティの一例は、図８の第２のボア８１２である。中空カソードの効果は、処理体積２１２に対向する第２のボア８１２の円錐台形領域で主に生じる。図８の設計は、単に一例として用いる。本発明は、他のタイプの中空カソードキャビティ設計に適用できる。中空カソードキャビティ、即ち、第２のボア８１２の体積及び／又は表面積を変えることにより、プラズマイオン化速度を変えることができる。
【００４９】
図８は、本発明による利点が得られるように適合された例示の拡散板２５８の部分断面図であり、請求された発明に矛盾しない限りは、その全内容が参考文献として組み込まれる２００３年４月１６日出願の同一出願人による米国特許出願第１０／４１７，５９２号「大面積プラズマエンハンスド化学蒸着用ガス分配板アセンブリ」に記載されている。拡散板２５８は、蓋アセンブリ２１０に対向する第１又は上流側８０２と、サポートアセンブリ２３８に向いた対向する第２又は下流側８０４とを有する。各ガス通路２６２は、第１のボア８１０により画定され、これは、オリフィス孔８１４により、第２のボア８１２に結合されていて、組み合わせて、ガス分配板２５８を通る流体経路を形成する。第１のボア８１０は、ガス分配板２５８の上流側８０２から下部８１８まで第１の深さ８３０延在している。
【００５０】
図８の設計を一例として用いて、第２のボア（又は中空カソードキャビティ）８１２の体積は、図８Ａに示すように、直径「Ｄ」（又は図８の開口部直径８３６）、深さ「ｄ」（又は、図８の長さ８３２）及び広がり角「α」（又は図８の広がり角８１６）を変えることにより変更することができる。直径、深さ及び／又は広がり角を変更するとまた、ボア８１２の表面積も変わる。拡散板の特定の領域において、ボア深さ、直径、広がり角又はこれらの３つのパラメータの組み合わせを減少すると、プラズマ密度を局所的に減じて、中性電流及びその他源により生じた望ましくない磁場の影響を補正することができる。これを示す方法及び結果は、前に引用した米国特許出願第１０／８８９，６８３号「ガス拡散器孔設計によるプラズマ不均一性の制御」に記載されている。このようにして、基板処理中に、望ましくない磁場が存在する時、ＳｉＮフィルムの不均一性を減じることができる。
【００５１】
従って、拡散板構成を変えることを含む本発明の異なる態様としては、拡散板を非対称に延在する、拡散板のコンダクタンスプロフィールを変える、中空カソード又は中空カソード勾配を変えることが含まれる。非対称拡散板構成の利点としては、堆積したフィルムのための処理ウィンドウを大きく広げることができ、即ち、より堅牢な堆積処理ができ、拡散板を正確に調整して、極めて均一なフィルムを与えることができることである。
【００５２】
他の実施形態では、チャンバを電気的に対称に構成し、且つ／又は、処理中の処理キャビティ近くの望ましくない磁場の大きさを減じることにより、望ましくない磁場により生じるフィルム不均一性の問題の補正が意図される。
【００５３】
一態様において、導電性シャッターが、基板を基板サポートに配置した後、プラズマを作成する前に、中性電流バイパス経路を作成する。中性電流バイパス経路は、磁場生成フィーチャー、例えば、スリットバルブ開口部を通る中性電流を大幅に減少する。図５に、ＰＥＣＶＤ処理チャンバ、処理チャンバ５０２の概略断面図を示す。導電性シャッター５５０が、スリットバルブ開口部２９０を横断する中性電流バイパス経路５５１を作成する。基板２４０を処理チャンバ５０２に配置した後、基板処理前に、導電性シャッター５５０が、図５に示す位置に配置される。導電性シャッター５５０をスリットバルブ開口部２９に配置し、位置５５０ａ、５５０ｂでソリッドな電気的接触を構築することにより、中性電流バイパス経路５５１が作成される。この態様において、導電性シャッター５５０が、スリットバルブ開口部２９０を横断する真空気密シールを形成する必要は必ずしもない。その代わりに、追加の中性電流経路、即ち、中性電流リターン経路２９４Ａ、２９４Ｂに沿う代わりに、中性電流が流れる中性電流バイパス経路５５１を提供することにより、スリットバルブ開口部２９０から生成された磁場を減少する（図２に図示）。中性電流リターン経路２９４Ａ、２９４Ｂに比べて、中性電流バイパス経路５５１を介して接地に流れる電流の分布は、互いに対して、各電流経路の抵抗に逆比例する。従って、中性電流バイパス経路５５１の抵抗は、中性電流リターン経路２９４Ａ、２９４Ｂより大幅に少なく、中性電流の大半は、中性電流バイパス５５１に沿って流れて、スリットバルブ開口部２９０により生成される磁場は大幅に減少する。中性電流バイパス経路５５１は、壁２０６の内側表面２０６ａと実質的に平行且つ面一であるのが好ましいことに着目することが重要である。これによって、電流が中性電流リターン経路５５１を流れて、中性電流リターン経路２９３Ａ、２９３Ｂを流れる電流と実質的に整合する。これが、チャンバの電気的対称性を維持し、望ましくない磁場の生成を排除する。スリットバルブ開口部やビューウィンドウ等のチャンバのフィーチャーによって、中性電流を迂回して、望ましくない磁場が生成されるのを防ぐ。
【００５４】
或いは、複数の導電性シャッターを用いて、チャンバの複数の磁場生成フィーチャー周囲に中性電流バイパス経路を作成してもよい。例えば、スリットバルブ開口部２９０に加えて、チャンバの他のフィーチャー、例えば、図５に示すビューウィンドウ５５５等で、望ましくない磁場を生成する中性電流を迂回してもよい。磁場を生成する大面積基板ＰＥＣＶＤチャンバの大半の他のフィーチャーに比べ、スリットバルブ開口部２９０は、通常、非常に大きく、間違いなく、フィルム不均一性に最も寄与するものである。しかしながら、基板サイズが大きくなると、他の中性電流迂回フィーチャーも、フィルム均一性に影響し始め、中性電流バイパス経路を作成するために導電性シャッターを必要とする。追加の導電性シャッター５５２の一例を図５に示す。追加の導電性シャッター５５２は、ビューウィンドウ５５５の上に配置された後、基板処理の前で、示されている。追加の導電性シャッター５５２をウィンドウ５５５上に配置し、位置５５２ａ及び５５２ｂとの正常な電気的接触を構築することにより、中性電流バイパス経路５５３が作成される。上述した通り、中性電流バイパス経路５５３の存在によって、ビューウィンドウ５５５により生成された望ましくない磁場を減少する。
【００５５】
一態様において、導電性シャッター５５０はまた、スリットバルブドアとしても機能して、下部チャンバ２０９とスリットバルブ開口部２９０の間に真空気密シールを作成する。これが、処理チャンバ５０２と搬送チャンバ２０３を分離して、スリットバルブドア２９２の必要性が排除される。中性電流バイパス経路５５１の抵抗を不当に増大しない真空気密シールを作成するために、導電性シャッター５５０は、金属含浸、エラストマーＯ−リング等の導電性エラストマー接触表面を含む。
【００５６】
中性電流バイパス経路を作成する１つの利点は、フィルム不均一性の根本的な原因、即ち、チャンバの磁場生成フィーチャーを通る中性電流に直接対処して、処理パラメータの変更や他の処理調整を必要としない、ということである。
【００５７】
フィルム特性及び厚さ不均一性データを表３にまとめてある。図５について上述したように、処理中、スリットバルブ開口部をカバーする導電性シャッターの有利な影響が示されている。１３００ｍｍｘ１５００ｍｍの３枚の基板Ａ、Ｂ、Ｃについてのデータが表３にある。図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃは、基板Ａ、Ｂ、Ｃの夫々の各対角線に沿って測定したフィルム厚さデータのグラフである。即ち、各図には、２つのデータセットが含まれ、各対角線について１つである。図６Ａ〜６Ｃについて、横座標は、基板の対角線に沿った厚さ測定位置、即ち、０ｍｍ〜１５００ｍｍを表す。図６Ａ〜６Ｃの縦座標は、各基板に堆積したＳｉＮフィルムの、１分当たりのオングストロームでの等価堆積速度を表す。
【００５８】
【表３】
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【００５９】
夫々を比較すると、基板Ａ、Ｂ、Ｃの処理パラメータは、ＲＦ電力を除いて、この試験では一定に保たれた。基板ＡとＢは１０ｋＷで処理され、基板Ｃは１４ｋＷで処理された。処理ガスフロー、チャンバ圧力、拡散板対基板のサポート間隔、基板温度及び堆積時間をはじめとする他の全てのパラメータは一定に保たれた。更に、基板Ａ〜Ｃの処理に、同じチャンバを用いた。基板Ａは、導電性シャッターを用いずにチャンバで処理された。基板Ｂ及びＣは、スリットバルブ開口部に導電性シャッターを用いてチャンバで処理された。しかしながら、導電性シャッターとチャンバの内側表面の間の電気的接触は僅かであることに着目することが重要である。試験のために、シャッターは、スリットバルブ開口部上にアルミニウム板を備えていた。シャッターは、チャンバの内側表面に留める等、固定されていなかった。導電性シャッターを、より堅牢に取付ける、即ち、チャンバの内側表面へのより実質的な電気的結合を行った取付けをすると、フィルム不均一性がさらに改善されるものと考えられる。
【００６０】
表３を参照すると、３枚の基板のフィルム品質は全て満足いくものであり、Ｓｉ−Ｈ含量は低く、圧縮フィルム応力は高い。それでも、基板Ａの厚さ不均一性は僅かで、１０．５％である。図６Ａを参照すると、各厚さプロフィールについてのデータセットは、スリットバルブ開口部に生成された望ましくない磁性に関連して、厚さに非対称の隆起６０１を示している。導電性シャッターを用いて処理された基板Ｂについての厚さ不均一性は、かなり良く、７．８％である。導電性シャッターの堅牢性を更に試験するために、基板Ｃを、基板Ｂと同一の条件、ただし、１４ｋＷとかなり高いＲＦ電力で処理した。表３及び図６Ｃを参照すると、基板Ｃのフィルム不均一性は、ＲＦ電力を４ｋＷ増大したにも関わらず、基板Ｂよりも良い。これは、導電性シャッターにより作成された中性電流バイパス経路によって、スリットバルブ開口部の厚さ均一性に与える顕著な影響が排除されたことを示している。表２で上述した通り、大きな基板、例えば、２２００ｍｍｘ１８７０ｍｍでは、厚さ不均一性は、ＲＦ電力に強く依存している。一例において、厚さ不均一性は、ＲＦプラズマ電力が、１８ｋＷから１９ｋＷまで、僅か１ｋＷ増大した時に、ＳｉＮフィルムで、１０．８％から１４．０％に増大した。対照的に、基板ＢとＣ間でＲＦ電力が４ｋＷ増大しても、フィルム均一性の低下はなかった。更に、２２００ｍｍｘ１８７０ｍｍの基板を処理するように設計されたチャンバの周囲は、基板Ａ〜Ｃを処理するチャンバの１．５〜２倍である。従って、小さなチャンバにおいてＲＦ電力が増大すると、大きなチャンバにおいてＲＦ電力を同じだけ増大することにより生成される中性電流密度の増大に比べて、中性電力密度はこれに比例して大きな増大となる。即ち、基板６Ａ〜Ｃを処理するのに用いるチャンバ、即ち、小さなチャンバのＲＦ電力が４ｋＷ増大すると、２２００ｍｍｘ１８７０ｍｍの基板を処理するために設計されたチャンバのＲＦ電力の６ｋＷ〜８ｋＷに等しい中性電力密度における変化となる。従って、基板ＢとＣ間でＲＦ電力が大きく増大すると、フィルム不均一性において大きな差となる。これは当てはまらなかったが、導電性シャッターを介した中性電流のバイパス経路の存在により、明らかに、この問題は排除されている。
【００６１】
表３及び図６Ａ〜６Ｃに示したデータに関して、スリットバルブ開口部に関連したフィルム不均一性の問題は、このサイズの基板で僅かに顕著であることに着目することが重要である。表２について上述したように、大きな基板、即ち、約２２００ｍｍｘ１８７０ｍｍについては、スリットバルブ開口部近傍の不均一性は非常に大きく、即ち、約３０％である。従って、導電性シャッターのフィルム均一性の利点は、これらの大きな基板だと非常に大きいと考えられる。
【００６２】
他の実施形態において、下部チャンバを延在させて、処理キャビティからスリットバルブ開口部を離す。図７に、ＰＥＣＶＤ処理チャンバ、処理チャンバ７０２の概略断面図を示す。下部チャンバ２０９は、基板サポートアセンブリ２３８から距離７０３離れている。処理キャビティ２１２をスリットバルブ開口部２９０から離すことにより、中に生成された望ましくない磁場の影響が減少又は排除される。距離７０３は、拡散板２５８の特性長の少なくとも約４０％であるのが好ましい。
【００６３】
本発明の開示を組み込んだいくつかの好ましい実施形態を示し、詳細に説明してきたが、当業者であれば、これらの開示を組み込んだ他の多くの異なる実施形態を容易に創作することができる。
【００６４】
上記は本発明の実施形態に係るものであるが、本発明の他の更なる実施形態が、その基本的範囲を逸脱することなしに創作でき、その範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
本発明の上述の構成が詳細に理解できるように、上に簡単にまとめた本発明について、添付図面に示した実施形態を参照して、より具体的に説明する。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を示すに過ぎず、その範囲を限定するとは解釈されず、本発明はその他の等しく有効な実施形態も含み得ることに留意すべきである。
【図１Ａ】１５００ｍｍｘ１８００ｍｍの矩形基板に堆積したＳｉＮフィルムのフィルム厚さ均一性の３次元マップを示す。
【図１Ｂ】第２の１５００ｍｍｘ１８００ｍｍの矩形基板に堆積した第２のＳｉＮフィルムのフィルム厚さ不均一性の３次元マップを示す。
【図２】本発明による利点が得られるように適合されたプラズマエンハンスド化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）システム及びチャンバの一実施形態の概略断面部分図である。
【図２Ａ】搬送チャンバから見たスリットバルブ開口部及びスリットバルブドアを示す図である。
【図３Ａ】基板と線対称に並んだ拡散板の概略平面図を示す。
【図３Ｂ】基板に対して非対称に延在する拡散板の概略平面図を示す。
【図３Ｃ】基板に対して２つの領域において非対称に延在する拡散板の概略平面図を示す。
【図４Ａ】〜
【図４Ｃ】拡散板のガス通路の列に沿って配置されたガス通路の３つの可能なコンダクタンスプロフィールを示す図である。
【図５】ＰＥＣＶＤ処理チャンバの概略断面図であり、導電性シャッターが、スリットバルブ開口部を横断して、中性電流経路を作成している。
【図６Ａ】〜
【図６Ｃ】３枚の基板の各斜線に沿って測定したフィルム厚さデータのグラフである。
【図７】ＰＥＣＶＤ処理チャンバの概略断面図であり、下部チャンバは、基板サポートアセンブリからある距離延在している。
【図７Ａ】ＲＦ中空カソードと、反発する電界間の電子の振動による動きの概略を示す図である（先行技術）。
【図８】本発明による利点が得られるように適合された例示の拡散板の部分断面図である。
【図８Ａ】ガス通路の下流端に延在するボアの直径「Ｄ」、深さ「ｄ」及び広がり角「α」を示す図である。
【００６６】
理解を促すために、可能な場合は、図面で共通の同一の要素を示すのに、同一の参照番号を用いてある。
【図１Ａ】
0005506379.tif 000005
【図１Ｂ】
0005506379.tif 000006
【図２】
0005506379.tif 000007
【図２Ａ】
0005506379.tif 000008
【図３Ａ】
0005506379.tif 000009
【図３Ｂ】
0005506379.tif 000010
【図３Ｃ】
0005506379.tif 000011
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図８】
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【図８Ａ】
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