(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体材料から作られ、シャドーフレームの矩形状本体の１以上のコーナーの上面に結合されるように構成され、矩形状本体の内側エッジと外側エッジによって境界づけられた領域内に配置されるＬ字型本体であって、Ｌ字型本体は、処理チャンバ内の基板のコーナーにおけるプラズマ分布を変えるように更に構成され、Ｌ字型本体は、
内側コーナー及び外側コーナーを有する端部を有する第１脚部と、
内側コーナー及び外側コーナーを有する端部を有する第２脚部とを含み、第１脚部及び第２脚部は、Ｌ字型本体の内側コーナー及び外側コーナーで接触するＬ字型本体を含む処理チャンバ用コーナースポイラー。
【請求項２】
誘電体材料は、実質的に酸化アルミニウムからなる、請求項１記載のコーナースポイラー。
【請求項３】
誘電体材料は、実質的にポリテトラフルオロエチレンからなる、請求項１記載のコーナースポイラー。
【請求項４】
貫通する矩形状開口部、内側エッジ、及び外側エッジを有する矩形状本体と、
矩形状本体の１以上のコーナーの上面に結合され、矩形状本体の内側エッジと外側エッジによって境界づけられた領域内に配置される１以上のコーナースポイラーであって、１以上のコーナースポイラーは、
誘電体材料から作られ、処理チャンバ内の基板のコーナーにおけるプラズマ分布を変えるように構成されたＬ字型本体を含む１以上のコーナースポイラーとを含む処理チャンバ用シャドーフレーム。
【請求項５】
Ｌ字型本体は、
内側コーナー及び外側コーナーを有する端部を有する第１脚部と、
内側コーナー及び外側コーナーを有する端部を有する第２脚部とを含み、第１脚部及び第２脚部は、Ｌ字型本体の内側コーナー及び外側コーナーで接触し、第１脚部の端部の内側コーナーと外側コーナーとの間の距離は、約３５ｍｍ〜５５ｍｍであり、第２脚部の端部の内側コーナーと外側コーナーとの間の距離は、約３５ｍｍ〜５５ｍｍである、請求項４記載のシャドーフレーム。
【請求項６】
誘電体材料は、実質的にポリテトラフルオロエチレンからなる、請求項４記載のシャドーフレーム。
【請求項７】
１以上のコーナースポイラーは、約３ｍｍ〜約９ｍｍの間の均一な厚さを有する、請求項４記載のシャドーフレーム。
【請求項８】
処理チャンバであって、
処理チャンバ内に配置され、基板を支持するように構成された基板受け面を有する基板支持体と、
基板の周辺部の上に配置され、矩形開口部が貫通した矩形状本体を有するシャドーフレームと、
矩形状本体の１以上のコーナーの上面に結合され、シャドーフレームの内側エッジ及び外側エッジによって境界づけられた領域内に配置された１以上のコーナースポイラーであって、各々のコーナースポイラーは、
誘電体材料から作られ、処理チャンバ内の基板のコーナーにおけるプラズマ分布を変えるように更に構成されたＬ字型本体であって、Ｌ字型本体は、
内側コーナー及び外側コーナーを有する端部を有する第１脚部と、
内側コーナー及び外側コーナーを有する端部を有する第２脚部とを含み、第１脚部及び第２脚部は、Ｌ字型本体の内側コーナー及び外側コーナーで接触し、第１脚部の端部の内側コーナーと外側コーナーとの間の距離は、約３５ｍｍ〜５５ｍｍであり、第２脚部の端部の内側コーナーと外側コーナーとの間の距離は、約３５ｍｍ〜５５ｍｍであるＬ字型本体を含む１以上のコーナースポイラーを含む処理チャンバ。
【請求項９】
誘電体材料は、実質的に酸化アルミニウム又はポリテトラフルオロエチレンからなる、請求項８記載の処理チャンバ。
【請求項１０】
１以上のコーナースポイラーは、約３ｍｍ〜約９ｍｍの間の均一な厚さを有する、請求項８記載の処理チャンバ。
【請求項１１】
シャドーフレームは、酸化アルミニウム又はポリテトラフルオロエチレンを含む、請求項８記載の処理チャンバ。
【請求項１２】
ディフューザーは、第１厚さを有する中央領域と、第２厚さを有する周辺領域とを含み、第１厚さは第２厚さよりも小さい、請求項８記載の処理チャンバ。
【請求項１３】
ディフューザーと基板との間の距離は、約４００ｍｍ〜約１２００ｍｍの間である、請求項８記載の処理チャンバ。
【発明の詳細な説明】
【開示の背景】
【０００１】
（分野）
開示の実施形態は、概して、プロファイル均一性を改善するためのコーナースポイラー及び処理チャンバ内にガスを分配するための方法に関する。
【０００２】
（背景技術の説明）
液晶ディスプレイ又はフラットパネルは、一般的に、アクティブマトリックスディスプレイ（例えば、コンピュータ及びテレビのモニター）用に使用される。プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）は、一般的に、基板（例えば、フラットパネルディスプレイ又は半導体ウェハ用の透明基板）上に薄膜を堆積させるために用いられる。ＰＥＣＶＤは、一般的に、基板を含む真空チャンバ内に、前駆体ガス又はガス混合物（例えば、シラン（ＳｉＨ４）及び窒素（Ｎ２））を導入することによって達成される。前駆体ガス又はガス混合物は、典型的には、チャンバの上部近くに位置する分配プレートを通って下方に導かれる。チャンバ内の前駆体ガス又はガス混合物は、チャンバに結合された１以上のＲＦ源からチャンバに高周波（ＲＦ）電力を印加することによりプラズマにエネルギー化（例えば、励起）される。励起されたガス又はガス混合物は、温度制御された基板支持体上に配置された基板の表面上に、材料（例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ））の層を形成するように反応する。シリコン窒化物層は、次世代の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）及びアクティブマトリクス有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）内の低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）膜スタック用に、パッシベーション層、ゲート絶縁膜、及び／又はバッファ層を形成する。しかしながら、ＴＦＴ及びＡＭＯＬＥＤは、フラットパネルディスプレイを形成するための２つのタイプのデバイスである。
【０００３】
ＰＥＣＶＤ技術により処理されたフラットパネルは、典型的には大型であり、多くの場合、４平方メートルを超える。基板の大きさがフラットパネルディスプレイ業界で成長し続けるにつれて、大面積ＰＥＣＶＤのための膜厚及び膜の均一性の制御が問題となる。また、基板は矩形であるので、基板のエッジ（例えば、基板の辺及びコーナー）は、基板の他の部分で認められる条件とは異なる可能性のある条件が認められる。例えば、中央に位置するプラズマは、基板のコーナーにおける堆積速度を増加させ、その結果「コーナーピーク」をもたらす。コーナーピークは、処理パラメータ（例えば、膜厚）に悪影響を与え、エッジエクスクルージョンの範囲を増大させる。全体の膜厚は、フラットパネルのドレイン電流及び閾値電圧に影響を与える。
【０００４】
堆積速度を制御するための従来の技術は、ガス分配プレートを通るガスの流れを調節すること、及びプラズマ分布のインピーダンスに影響を与えるためにチャンバコンポーネントの材料を変更することを含む。しかしながら、従来の技術では、多くの場合、費用がかかり、より大きな（例えば、基板のコーナーから３００ｍｍを超える）範囲での膜の均一性プロファイルを変えることができるだけである。
【０００５】
したがって、基板内の（特に、基板のコーナー領域における）堆積速度及び膜厚均一性を改善する必要がある。
【概要】
【０００６】
本開示は、概して、ガスの流れを変化させることにより、基板のコーナー領域及び／又はエッジ領域における高い堆積速度を減少させるように設計されたコーナースポイラーに関する。
【０００７】
一実施形態では、処理チャンバ用コーナースポイラーが提供される。コーナースポイラーは、誘電体材料から作られたＬ字型本体を含む。Ｌ字型本体は、処理チャンバ内の基板のコーナーにおけるプラズマ分布を変えるように構成される。Ｌ字型本体は、第１及び第２脚部を含み、第１及び第２脚部は、Ｌ字型本体の内側コーナーで接触する。第１又は第２脚部の長さは、第１又は第２脚部と内側コーナーとの間に画定される距離の２倍である。
【０００８】
別の一実施形態では、処理チャンバ用シャドーフレームが提供される。シャドーフレームは、矩形状開口部が貫通する矩形状本体を含む。シャドーフレームはまた、矩形状本体のコーナーで矩形状本体に結合された１以上のコーナースポイラーを含む。１以上のコーナースポイラーは、誘電体材料から作られたＬ字型本体を含む。Ｌ字型本体は、処理チャンバ内の基板のコーナーにおけるプラズマ分布を変えるように構成される。
【０００９】
更に別の一実施形態では、処理チャンバ内にガスを分配するための方法が提供される。本方法は、処理チャンバ内の基板のコーナーでプラズマ分布を減少させるためにスポイラーを使用することを含む。本方法はまた、スポイラーの下に配置された電界を減少させることを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示の上述した構成を詳細に理解することができるように、上記に簡単に要約した本開示のより具体的な説明を、実施形態を参照して行う。実施形態のいくつかは添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は本開示の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがってこの範囲を制限していると解釈されるべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
【図１】ＰＥＣＶＤチャンバの一実施形態の概略断面図である。
【図２】図１の基板を囲むシャドーフレームの一部に配置されたコーナースポイラーの一実施形態の平面図である。
【図３】図１の基板を囲むシャドーフレームの一部に配置されたコーナースポイラーの一実施形態の分解図である。
【図４】図１の基板を囲むシャドーフレームの一部に配置されたコーナースポイラーの一実施形態の拡大図である。
【００１１】
理解を促進するために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用している。一実施形態の要素及び構成を更なる説明なしに他の実施形態に有益に組み込んでもよいと理解される。
【詳細な説明】
【００１２】
本開示は、概して、ガスの流れを変化させることにより、基板のコーナー領域及び／又はエッジ領域における高い堆積速度を減少させるように設計されたコーナースポイラーに関する。本明細書に記載の実施形態によると、コーナースポイラーは、ガスの流れを調整し、コーナースポイラーの下に形成された電界を減少させることによって、不均一な堆積速度を減少させる。コーナースポイラーの材質、大きさ、形状、及び他の構成は、処理要件及び関連する堆積速度に基づいて変化させることができる。
【００１３】
本明細書内の実施形態は、大面積基板を処理するように構成されたＰＥＣＶＤシステム（例えば、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（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．）の一部門であるＡＫＴから入手できるＰＥＣＶＤシステム）を参照して以下に例示的に説明される。しかしながら、本開示は、他のシステム構成（例えば、エッチングシステム、他の化学気相堆積システム、及び円形基板を処理するように構成されたこれらのシステムを含む、処理チャンバ内でガスを分配することが望まれる任意の他のシステム）において有用であることが理解されるべきである。
【００１４】
図１は、電子デバイス（例えば、ＴＦＴ及びＡＭＯＬＥＤ）を形成するためのＰＥＣＶＤチャンバ１００の一実施形態の概略断面図である。なお、図１は、基板上の電子デバイスに用いることができる単なる例示的な装置であることに留意すべきである。１つの適切なＰＥＣＶＤチャンバは、カリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社から入手可能である。他の製造業者からのものを含む他の堆積チャンバが、本開示を実施するために利用可能であることが理解される。
【００１５】
チャンバ１００は、一般的に、処理容積１０６を画定する、壁１０２、底部１０４、及びガス分配プレート又はディフューザー１１０、及び基板支持体１３０を含む。処理容積１０６は、壁１０２を貫通して形成された密閉可能なスリットバルブ１０８を通してアクセスされ、これによって基板１０５は、チャンバ１００の内外に搬送されることが可能である。一実施形態では、基板１０５は、１８５０ｍｍ×１５００ｍｍである。基板支持体１３０は、基板１０５を支持するための基板受け面１３２と、基板支持体１３０を昇降させるためのリフトシステム１３６に結合されたステム１３４を含む。シャドーフレーム１３３は、処理中に基板１０５の周縁部上に配置することができる。シャドーフレーム１３３は、処理中に基板１０５によって覆われていない基板支持体１３０の表面に発生する不要な堆積を防止又は低減するように構成される。一実施形態では、シャドーフレーム１３３は、概して矩形であり、基板１０５に外接するために矩形の開口部が貫通する。リフトピン１３８は、基板受け面１３２に、及び基板受け面１３２から、基板１０５を移動するために基板支持体１３０を通して移動自在に配置され、これによって基板搬送を促進する。基板支持体１３０はまた、基板支持体１３０及びその上に位置する基板１０５を所望の温度に維持するために、加熱及び／又は冷却要素１３９を含むことができる。基板支持体１３０はまた、基板支持体１３０の周囲にＲＦ接地を提供するために、接地ストラップ１３１を含んでもよい。
【００１６】
ディフューザー１１０は、その周囲でサスペンション１１４によってバッキングプレート１１２に結合されている。ディフューザー１１０はまた、ディフューザー１１０の垂下を防止する及び／又は真直度／曲率を制御するのを助長するために、１以上の中央支持体１１６によってバッキングプレート１１２に結合されてもよい。ガス源１２０がバッキングプレート１１２に結合され、これによってディフューザー１１０内に形成された複数のガス流路１１１へ、及び基板受け面１３２へ、バッキングプレート１１２を介して１以上のガスを提供する。適切なガスは、ケイ素含有ガス（例えば、シラン（ＳｉＨ４））及び窒素含有ガス（例えば、窒素（Ｎ２）及び／又はアンモニア（ＮＨ３））を含むことができるが、これらに限定されない。真空ポンプ１０９がチャンバ１００に結合され、これによって処理容積１０６内の圧力を制御する。ＲＦ電源１２２がバッキングプレート１１２及び／又はディフューザー１１０に結合され、これによってディフューザー１１０と基板支持体１３０との間に電界を発生させるためにディフューザー１１０にＲＦ電力を供給し、これによってディフューザー１１０と基板支持体１３０との間に存在するガスからプラズマを形成することができる。種々のＲＦ周波数（例えば、約０．３ＭＨｚ〜約２００ＭＨｚの間の周波数）を使用することができる。一実施形態では、ＲＦ電源１２２は、１３．５６ＭＨｚの周波数でディフューザー１１０に電力を供給する。
【００１７】
リモートプラズマ源１２４（例えば、誘導結合リモートプラズマ源）もまた、ガス源１２０とバッキングプレート１１２との間に結合させることができる。基板を処理する間に、洗浄ガスがリモートプラズマ源１２４に供給され、リモートプラズマを形成するために励起させることができ、これから解離された洗浄ガス種が生成され、チャンバコンポーネントを洗浄するために供給される。洗浄ガスは、ディフューザー１１０を通って流れるように供給されるＲＦ電源１２２によって更に励起させることができ、これによって解離された洗浄ガス種の再結合を減少させる。適切な洗浄ガスは、ＮＦ３、Ｆ２、及びＳＦ６を含むが、これらに限定されない。
【００１８】
一実施形態では、加熱及び／又は冷却要素１３９が使用され、これによって堆積時に基板支持体１３０及びその上の基板１０５の温度を約４００℃未満に維持することができる。一実施形態では、加熱及び／又は冷却要素１３９は、基板温度を１００℃未満（例えば、２０℃〜約９０℃の間）に制御するために使用することができる。
【００１９】
基板受け面１３２上に配置された基板１０５の上面とディフューザー１１０の底面１４０との間の堆積中の間隔は、約４００ｍｍ〜約１２００ｍｍの間（例えば、約４００ｍｍ〜約８００ｍｍの間（例えば、約４００ｍｍ〜約６００ｍｍの間（例えば、約５００ｍｍ）））とすることができる。一実施形態では、シャドーフレーム１３３の上面とディフューザー１１０との間の間隔は、約２７５ｍｍ〜約４７５ｍｍの間（例えば、約３７５ｍｍ）である。一実施形態では、図１の断面図に示されるように、ディフューザー１１０の底面１４０は、その中央領域が周辺領域よりも薄い凹状の湾曲を含むことができる。
【００２０】
チャンバ１００は、ＴＦＴ及びＡＭＯＬＥＤ内でパッシベーション層、ゲート絶縁膜、又はバッファ層として広く使用されるＰＥＣＶＤプロセスによって、シラン（ＳｉＨ４）ガス及び１以上の窒素含有ガス（例えば、窒素（Ｎ２）及びアンモニア（ＮＨ３））を用いて、窒化物（例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ））を堆積させるために使用することができる。シリコン窒化膜の均一性（すなわち、厚さ）は、最終的なデバイス性能（例えば、閾値電圧及びドレイン電流の均一性）に大きな影響を与える。一実施形態では、基板の表面全域に亘って約５％以下の膜均一性並びに最小限のエッジエクスクルージョンが望まれる。この目標に向かって多くの進歩がなされてきたが、この均一性が達成されていない基板１０５の領域が存在する。例えば、基板のエッジ（例えば、基板のコーナー領域及び辺）は、他の領域よりも大きい、これらの領域での膜厚をもたらす、より高い堆積速度が認められる。理論に束縛されることを望むものではないが、エッジ領域におけるより高い堆積速度の原因は、これらの領域に隣接する電磁界の変動及び／又はガスの分布に起因する。これらの影響を克服し、基板１０５上に形成される膜の不均一性を最小限にするために、本発明のスポイラーが開発され、テストされた。
【００２１】
図２は、シャドーフレーム１３３の上面に結合された１以上のコーナースポイラー２００の一実施形態の平面図である。コーナースポイラー２００は、基板１０５上に堆積されるガス流を局所的に変え、基板１０５のコーナー領域での不均一なプラズマ分布を「スポイル（役に立たなく）」するように構成される。コーナースポイラー２００は、基板１０５の広い範囲の均一性プロファイルに影響を与えることなく、基板１０５のコーナーでの高い堆積速度（すなわち、コーナーピーク）を減少させる。
【００２２】
図２に示される実施形態では、基板１０５及びシャドーフレーム１３３は、矩形の形状を有し、コーナースポイラー２００は、Ｌ字型本体を有する。しかしながら、コーナースポイラー２００は、異なる形状の基板及び異なる処理要件を考慮して代替の形状を有してもよいことが理解される。一実施形態では、コーナースポイラー２００は、非金属又はガラス材料から製造される。例えば、コーナースポイラー２００は、誘電体材料（例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）又はテフロン（商標名）（ポリテトラフルオロエチレン））から製造される。別の一実施形態では、コーナースポイラー２００は、シャドーフレーム１３３と同じ材料（例えば、酸化アルミニウム）から製造される。当業者が理解するように、コーナースポイラー２００の材料は、処理要件に基づいて選択することができる。
【００２３】
図３は、シャドーフレーム１３３の上面に結合された１以上のコーナースポイラー２００の一実施形態の分解図である。コーナースポイラー２００は、シャドーフレーム１３３に結合することができる。シャドーフレームは、基板１０５の周辺エッジに結合される。基板１０５は、基板支持体１３０上に配置される基板受け面１３２上に配置される。基板支持体１３０は、リフトシステム１３６に結合することができるステム１３４によって支持される。
【００２４】
一実施形態では、コーナースポイラー２００は、シャドーフレーム１３３の外側コーナー２０３と内側コーナー２０２との間のシャドーフレーム１３３の表面に、１以上のネジ、テフロン（商標名）テープ、又はコーナースポイラー２００を結合するための任意の他の適切な手段によって結合することができる。有利には、コーナースポイラー２００は、既存のＰＥＣＶＤハードウェアにレトロフィットされ、メンテナンス又は交換のために容易に除去することができる。別の一実施形態では、シャドーフレーム１３３は、シャドーフレーム１３３本体と統合された一体構造としてコーナースポイラー２００を含むように、ダイカスト又は鋳造される。
【００２５】
図４は、コーナースポイラー２００の一実施形態の拡大図である。Ｌ字型コーナースポイラー２００は、第１脚部２０４及び第２脚部２０６を含む。第１及び第２脚部２０４、２０６は、９０°の角度とすることができる角度を形成するように、内側コーナー２０８で接触する。一実施形態では、脚部２０４、２０６の第１端部２０９と内側コーナー２０８との間の水平方向又は垂直方向の距離（すなわち、幅）は、「Ａ」として定義される。脚部２０４、２０６の長さ又は高さは、「Ｂ」として定義され、これは距離Ａの約２倍である。一実施形態では、Ａは、約３５ｍｍ〜約５５ｍｍの間（例えば、４５ｍｍ）であり、Ｂは、約７０ｍｍ〜約１１０ｍｍの間（例えば、９０ｍｍ）である。一実施形態では、コーナースポイラー２００の均一な厚さは、約３ｍｍ〜約９ｍｍの間（例えば、約６ｍｍ）である。当業者が理解するように、コーナースポイラー２００の上記の測定結果はまた、コーナースポイラー２００をその上に有するシャドーフレーム１３３と、ディフューザー１１０との間の距離に基づいて選択されてもよい。一実施形態では、コーナースポイラー２００は、基板支持体１３０の上方、約０ｍｍ〜約１２ｍｍの間（例えば、約３ｍｍ以下、又は約６ｍｍ、又は約９ｍｍ）にある。
【００２６】
一実施形態では、第１及び第２脚部２０４、２０６の内側２１０と、シャドーフレーム１３３の内側エッジ２１２との間の距離は、「Ｘ」として定義される。当業者が理解するように、距離Ｘは、（１）局所的なガス流が、基板１０５上に堆積する前に、どのくらい変化するか、（２）基板１０５のコーナー領域で、プラズマ分布がどのくらい「スポイル（役に立たなく）」されるかを支配する。一実施形態では、距離Ｘは、基板１０５上に形成される膜の材料に基づいて選択される。例えば、窒化物が基板１０５上に形成されている場合、Ｘは、約２ｍｍ〜約１５ｍｍの間（例えば、１０ｍｍ）である。このように、コーナースポイラー２００は、Ｌ字型本体を有することに限定されるものではなく、むしろ、コーナースポイラー２００は、シャドーフレーム１３３とコーナースポイラー２００の内面との間の距離Ｘを形成するための任意の適切な形状を有することができる。
【００２７】
有利には、本明細書に記載されているようなコーナースポイラー２００の実施形態は、基板のコーナー領域及び／又はエッジ領域においてガス流量を減少させ、高い堆積速度を補償する。コーナースポイラー２００は、プラズマの局所インピーダンスを変化させ、同時に、シャドーフレーム１３３上に配置されたコーナースポイラー２００の上面（すなわち、高さ）の下でそれを押すことによって、プラズマで生成された電界の強度を低下させる。これにより、全体的な膜厚の均一性が、特に、３０ｍｍ以下のエッジエクスクルージョンのコーナー領域において、改善される。
【００２８】
基板１０５と同様の基板のコーナー領域がテストされ、本発明のコーナースポイラー２００は、基板のコーナーで膜の完全性を維持しながら、堆積速度の約３％（絶対値）の低下を示した。また、その結果として、基板全体に亘る対角線の均一性は、１５ｍｍのエッジエクスクルージョンで５．６％から、１５ｍｍのエッジエクスクルージョンで３．５％へ、２０ｍｍのエッジエクスクルージョンで４．７％から、２０ｍｍのエッジエクスクルージョンで３．４％へと改善した。また、コーナースポイラーの高さの下方の空間内の平均電界は、コーナースポイラーまで５０ｍｍの範囲内で約５０％減少した。
【００２９】
上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他の及び更なる実施形態は本開示の基本的範囲を逸脱することなく創作することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図１】
0006514706.tif 000002
【図２】
0006514706.tif 000003
【図３】
0006514706.tif 000004
【図４】
0006514706.tif 000005