(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置内のチャンバ用のシャドウフレームシステムであって、
桟を備えた長方形のフレームであって、前記フレーム及び前記桟は、前記フレームの下部に配置された担体に密に接触するように構成され、前記担体の金属製連接結合区域を覆うように更に構成されている平坦な係合面を有する、フレームと、
前記フレームの下部に配置され、かつ、前記フレームに対して前記担体を支持するように構成されたサセプタであって、前記フレームの係合面の下部に位置する開口を含む、サセプタと、
係合面を含む支持エレメントであって、前記開口を通って突出し、かつ、前記支持エレメントの係合面で前記担体の下部面に接触するように構成されている、支持エレメントとを備えたシャドウフレームシステム。
【請求項２】
前記フレーム及び前記桟に沿う縁が、材料の層流が担体上へ許容されるように構成された台形の形状をしている、請求項１に記載のシャドウフレームシステム。
【請求項３】
前記フレームが陽極酸化されたアルミニウムで構築されており、かつ、前記桟が薄いガラス様材料で構築されている、請求項１又は２に記載のシャドウフレームシステム。
【請求項４】
前記開口が前記サセプタのほぼ周辺に配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシャドウフレームシステム。
【請求項５】
ＰＥＣＶＤプロセスチャンバのためのシャドウフレームシステムであって、
陽極酸化された長方形のアルミニウム製のフレームであって、該フレームの中央区域に向かって２ｃｍ伸張する、４つの水平なへりを形成する縁を有する、フレームと、
薄いガラス様の桟であって、２ｃｍの幅及び１ｍｍ未満の厚さを有し、少なくとも２つの前記縁の間に配置されており、前記桟の係合面は前記へりの係合面と平坦になるように構成されている、桟とを備え、
前記桟及び前記へりの係合面が、前記フレームの下部に配置された担体上の金属製連接結合区域を覆う構成になっている、シャドウフレームシステム。
【請求項６】
前記フレームの下部に配置され、かつ、前記担体を支持するように構成されたサセプタであって、前記フレームの下部に配列した複数の開口を含む、サセプタと、
前記複数の開口の各々の間に伸張する支持エレメントであって、前記担体が前記ＰＥＣＶＤプロセスチャンバ内に置かれると、最初に前記担体と係合する構成をしているＴ形状の支持エレメントとを更に備えた、請求項５に記載のシャドウフレームシステム。
【請求項７】
前記桟が、前記フレームの間に創出された開放区域を、少なくとも４つの開放領域であってその中で材料が前記担体上に堆積される領域に区画する、請求項５又は６に記載のシャドウフレームシステム。
【請求項８】
前記担体が、大型パネル活性マトリクス液晶ディスプレイを支持するように構成されたガラス物質である、請求項５〜７のうちいずれか一項に記載のシャドウフレームシステム。
【請求項９】
前記担体が、その上部に構築された複数の太陽電池を支持するように構成された、請求項５〜７のうちいずれか一項に記載のシャドウフレームシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景
本出願は、米国特許出願番号１０／１３６，２４９、出願日２００２年４月２５日、発明の名称「半導体装置用桟付きシャドウフレーム」を基礎とする優先権を主張しており、その全体を、引用によりここに取り込む。
【０００２】
１  発明の分野
本発明は、半導体プロセッシング装置の分野に関し、更に詳細には大型の基板または担体を覆って半導体を製造する際に使用するシャドウフレームのシステムに関する。
【０００３】
２  背景情報
大型パネルディスプレイ、例えば薄膜法（以後、「ＴＦＴ」）で製造したディスプレイは、使用者への情報提供用ディスプレイ装置として広汎な電子的用途に使用されている。このようなディスプレイには、例えば活性マトリックス型液晶ディスプレイ（以後、「ＡＭＬＣＤ」）があり、約５５０×６５０センチのガラス基板上（または基板を支持する担体上）に製造されることが多い。このディスプレイには赤、青、緑の電子セルが配列されており、これらのセルは制御ラインの一以上のグリッドを介して駆動されるというのが典型的な使用環境である。
【０００４】
制御ラインは制御電子素子で駆動されるが、これらの素子は基板上面の一以上の接触領域（金属化領域）で基板に取付けられている。一般にこの接触領域にはＳｉＮ、ａ−Ｓｉ、ｎ＋Ｓｉ、Ｓｉフィルム等の半導体材料は存在せず、これら材料は半導体プロセッシング段階のセルを形成した時点で既に除去されている。
【０００５】
制御用電子素子が制御ラインを駆動すると、次に制御ラインがシグナルをセルに送る。シグナルがセルのトランジスタラインを電気的にチャージすると、色彩のある光線が放出される。数個のセルが結合すると識別可能な映像を表示するスペクトルの色が創出される。
【０００６】
シャドウフレームは、大型パネルディスプレイを造る半導体装置（すなわち、基板上に半導体材料を堆積し、エッチングしてＴＦＴセルを造る装置）にしばしば採用される。知られたシステムでは、シャドウフレームは長方形の枠またはへりであり、それらが基板の外周を覆い、かつ中央の堆積区域の中に約３ないし５ミリメートル延伸する。シャドウフレームは、基板位置の固定に役立ち、また時には基板の湾曲および基板の縁と背面への材料の堆積を防止する。
【０００７】
半導体装置には、シャドウフレームを含むのも含まないのもある。例えば、アプライドマテリアルズの一員ＡＫＴ社は、目下大型パネルディスプレイ製造装置（例えばＡＫＴ１６００、３５００、４３００および５５００のシステム）を出荷しているが、これらには上記した如きシャドウフレームがプラズマ強化型化学気相堆積（以後、「ＰＥＣＶＤ」）プロセスチャンバ内に含まれている。
【０００８】
発明の概要
半導体加工用シャドウフレームには長方形のフレームがあり、フレームには四つの縁があり、縁は上面と係合底面のあるへりを形成しており、またフレームの少なくとも二つの縁の間には桟が設置され、桟には上面と係合底面があり、桟の係合底面はへりの係合底面と共平面になるように構成される。ここで、一以上の係合面は、フレームの下に位置する基板上の金属製連接結合区域を覆うように構成されている。
【０００９】
好ましい実施例によれば、請求項１のシャドウフレームでは、桟がサファイア等の薄いガラス様材料で造られ、他方フレームはアルミニウムで造られて、その外面が陽極酸化されている。他の実施例によれば、桟の縁とへりには傾斜が付けられており、これにより材料は、滑らかな層流としてフレームの下に位置する基板を覆う。
【００１０】
別の実施例では、シャドウフレームは、プラズマ強化型化学気相堆積チャンバのための総合的なフレーミングシステムの構成部分であり、そのシステムには更にサセプタがあり、これはフレームの下に位置し基板を支持するようにフレームの反対側に配置されている。サセプタには開口があり、この開口はフレームの係合面の下に位置する。また、支持エレメントには係合面があり、支持エレメントは開口を突き抜け、支持エレメントの係合面で基板底面に接触するように配置されている。
【００１１】
各種の実施例を以下の詳細な説明で説明するが、これら実施例は詳細な説明に添付された特許請求の範囲の記載により規定される。
【００１２】
好ましい実施例の詳細な説明
シャドウフレーミングシステムを開示してある。このシステムの一態様によれば、改良シャドウフレームには長方形の周辺があり、これにより広い開放区域が得られ、また一以上の桟が開放区域を横断して開放区域を複数の小開放領域に分割する。各小開放領域は半導体材料が堆積して個別にディスプレイが造られるように配置されている。
【００１３】
一実施例によれば、周辺は陽極酸化したアルミニウムで造られ、桟はサファイア等の薄く固いガラス様材料で造られている。シャドウフレームの平面は基板の平面に密着するように構成されている。本発明のある態様によれば、桟は、制御回路がディスプレイに接続されることになる金属製連接結合区域を覆うように配置される。
【００１４】
一実施例によれば、シャドウフレーミングシステムには、更にサセプタが含まれる。サセプタはシャドウフレームの下に配置され、基板（または基板を支持する担体）を支持するように造られ、基板をシャドウフレームの係合面に密着対向させている。サセプタには複数の開口があり、開口を通して支持エレメントが伸びることができる。開口は、フレームの重要な開放区域の下には存在しないように配置されている。
【００１５】
サセプタが係合していない状態では、サセプタの係合面は支持エレメントの係合面の下に位置する。基板が半導体加工装置のプロセスチャンバ内に移動すると、基板は、ロボットにより支持エレメントの係合面の上部に置かれる。次にサセプタの係合面が支持エレメントの係合面と共平面になるまでサセプタは上方向に移動する。この位置から基板は、基板の上面がシャドウフレームの係合面に密着係合するまで更に上方に押し出される。サセプタが上方に移動を続けると支持エレメントも上方移動し、結果的には、サセプタと支持構造の係合面は持続的に基板の底面に整列する。
【００１６】
シャドウフレーミングシステムの各種実施態様を以下に添付図面を参照して更に詳細に開示する。図面のごとき実施例は、本明細書に記載の方法とシステムの実施例を図解することを目的としており、実施例はこれらだけではない。更に、留意すべきは、図示の実施例は実測すべきではなく、クレームで具体的に言及しない限り寸法は限定的なものではない。
【００１７】
先ず図１に関し、これは改良したシャドウフレームシステムの実施例で、代表的なチャンバ１０の中に示してある。（留意すべきは、チャンバの全ての部品または要素が示されているわけではなく、開示を概念的に理解するのに必要なものだけを描写している）。システムにはシャドウフレーム１４とサセプタ１８が含まれている。本発明の態様によれば、シャドウフレーム１４には縁（またはへり）３０が重なっている直角部があり、直角部で縁（またはへり）３０が重なっており、これらはフレーム１４の内側／中央区域の中に約２センチ（２ないし５ミリではなく）伸びているのが好ましい。重なり合う縁３０の端部分の断面は好ましくは傾斜しており、図２（以下に説明）に示してある。
【００１８】
向かい合う縁３０の間には１以上の桟３４がある。桟３４によって複数の開放領域１６が決定される。この領域の中に、半導体材料を基板の上に堆積することができる。図１に示されていないが、縁３０と桟３４の底面は好ましくは共平面になり、従ってそれらは基板２６の上面に対する平らな係合面として作用し、基板の上面はサセプタ１８によってフレーム１４に押し付けられる。
【００１９】
一実施例によれば、桟３４は縁３０と同様に傾斜を付けることができる。この目的は、縁３０の場合と同様に、シャワーヘッド（図２）から、フレーム１４を覆い、そして基板２６の上面へと材料が均一に流れるのを可能にする区域が、基板２６の上面の上方に存在する構成を得ることである。
【００２０】
一実施例によれば、桟は、好ましくは幅が約２センチ、厚さが約１ミリ未満、更に好ましくは幅が２．０センチ未満、厚さが０．７ミリ未満である。発明者の実験によれば、桟３４が薄いほど装置の機能は良くなることが判っている。更に、フレーム１４の主部分、例えば縁３０の材料には陽極酸化アルミニウムが容認可能であり、これに対し桟３４にはセラミックまたはガラス様材料が容認可能であることが判っている。しかし、桟３４は、一般に強靭でありかつＰＥＣＶＤプロセスチャンバで知られている環境条件に抵抗可能であるべきである。容認可能でこの選択条件に合致する材料の一つはサファイアである。
【００２１】
桟３４と縁３０とは各種の連結手段により物理的に結合することができる。例えば、縁３０の窪みの中に桟３４の末端を横たえることができ、また桟３４の末端自体に窪み部分を付けてフレームの係合面上に共面接合を形成させることができる。チャンバの環境条件に抵抗しかつガス流を混乱させない固定、繋留または結合のメカニズムによって、桟３４を縁３０に確実に結合することができる。同様に、桟３４の重量が、桟３４の物理的な構造によって安全に支え得る重量を超える場合には、支持構造（図示していない）を桟３４の上に加えて強靭性を増加することができる。
【００２２】
一実施例によれば、フレーム１４はプロセスチャンバ１０内の決められた位置に確実に固定され、他方、サセプタ１８と他の基板係合構成部材はフレーム１４に対して移動する。
【００２３】
サセプタ１８に関し、これは典型的には抵抗加熱板であり、この上に基板が支持される。一実施例によれば、サセプタには複数の開口３８がある。各開口３８を抜けて支持エレメント２２（またはリフトピン）、すなわちゴルフのティーに似た支持エレメント２２が伸び出ている。支持エレメントには平坦な上面（または「係合面」という）があり、係合面の下に支持棒がある。
【００２４】
ロボットにより基板２６がチャンバ１０の中に設置されると、サセプタ１８は係合を離れたあるいは最低の位置に来る。しかし、支持エレメント２２は開口３８を抜けて屹立している。ロボットによる配置機構（図示していない）により基板は支持エレメント２２の係合面を覆って設置される。（この設置は、典型的には基板２６が真空ロボット末端効果器（これも図示していない）からサセプタ１８に運送されると起こる）。一旦基板２６が定位置にくると、サセプタ１８は、サセプタ１８の上面（または係合面）が基板２６の底面に密着するまで上方向に力を受ける。この時点で支持エレメント２２とサセプタ１８の係合面は共平面となる。
【００２５】
実験結果によると、支持エレメント２２の直上にある基板２６上の区域において、トランジスターの問題点（例えば、ＳｉＮ、ａ−Ｓｉおよびｎ＋Ｓｉフィルムでの非均一状態）が確認された。この非均一状態が原因となって、奏効区域（effected areas）におけるＴＦＴの開始電圧が不整合になる。しかし、支持エレメント２２を桟３４と縁３０の下の区域に配置することにより、これらの問題点は解消された。好ましくは、そして最終品の品質が最高となるように、仮にあるとしても、非均一性が有意ではない区域に、支持エレメント２２を同様に配置すべきである。例えば、支持エレメント22と開口３８は基板２６のカットラインに沿って配置することができる。
【００２６】
フレーム１４の各種構成、すなわち桟１４の位置に適応するために、支持エレメント２２をサセプタ１８の中央区域に置かずに、サセプタ１８の周辺区域に設置することも好ましい。そのような実施例では、基板２６の重量で生ずる新たな撓みを調整するためにその周辺支持エレメント２２を延長するのが望ましいであろう。
【００２７】
更に、基板２６とサセプタ１８の間の静電気を減少することができるパワーリフトステップを改修することができる。同様に基板２６の輸送高度を調整することができる。パワーリフトステップの一実施例は、ロバートロバートソン等の発明になり、本出願と共に譲渡された米国特許5,380,566号、1995年1月10日発行、名称「堆積処理中におけるサセプタへの本体の付着を制限する方法」に開示されている。米国特許5,380,566号は、引用によりその全部を本明細書に取り込む。
【００２８】
サセプタ１８に戻ると、これは、基板２６の上面が桟３４と縁３０の下面（係合面）に密着するまで、基板２６を上方に押し上げ続ける。この時点で、基板２６は、重力によりシャドウフレーム１４とサセプタ１８の間に納まる。一旦所定の位置に収まると、ＰＥＣＶＤプロセスが始まり、材料（例えば、ゲート用窒化シリコンと非晶質シリコンのフィルム）が基板２６の上に堆積する。
【００２９】
堆積プロセスが完了すると、サセプタ１８は降下して非係合状態となり、基板２６は、チャンバ１０の中に置かれたと同様な手法のプロセスでチャンバ１０から取り出される。ディスプレイの製造が完了後に基板２６は基板２６上のカットラインに沿って裁断される。これらカットラインは桟３４が基板２６の上面を覆っている領域の真下にあるのが好ましい。
【００３０】
次ぎに図２に関し、これはＰＥＣＶＤプロセスチャンバ１０と付属物の断面図である。再度留意すべきことは、図は実測されるべきではなく、別々の構成要素であることを強調するために多少の編集的変更を加えてある。例えば、フレーム１４の係合面、すなわち縁３０と桟３４は基板２６の上面に密着するようには示されていない、これらの成分をしっかり描き出すためである。勿論、サセプタ１８が基板２６をフレーム１４の係合面に押し当てる前は、図２に示される状景になる可能性はある。
【００３１】
遠隔のプラズマ源４４とガス供給源はチャンバ４８内で合体し、ここから材料がシャワーヘッド４０を介してプロセスチャンバ１０に流れる。材料はシャワーヘッド４０を抜けると、最初にフレーム１４の桟３４と縁３０の上面に遭遇する。この角度から見ると、桟３４と縁３０の端にある斜面３２が最も良く見える。
【００３２】
次に、材料流は、フレーム１４の桟３４と縁３０の間に造られている開放領域１６を抜けて基板２６の露出された上面、ならびに桟３４と縁３０の露出された上面（非係合面）に堆積する。
【００３３】
プロセスが続くにつれ、材料は基板２６上に積り電子回路を形成する。しかし、材料は、フレーム１４の係合面に緊密に対向している基板２６の部分には堆積しない。本発明の態様によれば、桟３４と縁３０の係合面は金属製連接結合区域を覆っており、その場所には制御回路が取付けられることになる。
【００３４】
この堆積の特徴、すなわち金属製連接結合区域を防護する特徴には利点がいくつかある。第一に、ゲート用金属およびソース／ドレイン用金属の金属接触区域は保護層で覆われていない。そこで、リトグラフおよびエッチングによって保護層をパターン化している金属に結合することにより、ディスプレイの周辺で金属連結パッドに直接に結合接触させることができる。第二に、半導体製造プロセスに係わる段階数が減る。例えば、バックチャンネルTFTを製造する典型的なプロセスに関係する光リトグラフ用マスクは４ないし６個である。これらマスクにはゲート金属用マスク、活性層用マスク、コンタクトマスク、ソース／ドレインコンダクター用マスク、保護用マスクが挙げられる。保護化のマスク段階が製造プロセスから省略可能である点で本発明システムには改良が見られる。これにより、今度は、段階数が減れば欠陥も少なくなるのでプロセスの収率は向上し、光リトグラフ印刷具の必要数が減り、生産プロセスの生産時間が減少（または処理能力が上昇）することになる。
【００３５】
チャンバ１０の説明を完了するために、基板２６は、フレーム１４とサセプタ１８の係合面の間に保持される。サセプタ１８は、抵抗加熱され、シャフト５２に連結し、このシャフトは垂直方向に移動して、サセプタ１８を電気的に接地する。
【００３６】
フレーム１４の桟３４と縁３０の上には材料が積み上がる。この積み上がりが半導体のプロセス段階を妨害したり段階に不純物を持ち込んだりするのを防止するために、プロセスチャンバ１０、すなわちフレーム１４の非係合面を清浄にして，材料の積み上がりを防止することが推奨される。このような清浄化は、積み上がりが２ないし３μｍの厚さに達する毎に行うのが望ましい。半導体プロセスは様々だが、典型的には、これは３ないし１０回の堆積の間に起きるので，加工プロセスをモニタリングする制御用ソフトウエアにより設定できる。
【００３７】
チャンバを清浄にするには、我々は、NF3の遠隔プラズマ放電で生じる活性フッ素原子を、シャワーヘッド４０を介して強引に通すことを推奨した。フッ素原子は堆積材料と反応し、真空ポンプでチャンバ１０の外に汲み出し得る。
【００３８】
図１および２には、１以上の桟がある改良シャドウフレームの典型的な実施例が描かれている。我々は、当業者であれば上記説明に従って、あるいは本発明を採用できる特殊な用途に従って、接続や微細な寸法を改良することはできるとの理解の下に、改良シャドウフレームの概観図を単に示している。
【００３９】
以上、AMLCDの製造に使用されるPECVDプロセスチャンバを引例にしてシャドウフレーミングシステムを説明した。しかしこれは、クレーム中で別に具体的限定がない限り、特許請求の範囲を他のプロセスまたは用途に適用することを制限してはならない。
【００４０】
例えば、上記システムと方法は、半導体加工装置をもって太陽電池を製造することにも同様に良好に適用することができる。そのようなシステムでは太陽電池を基板（または基板を支える担体）上に製造し、プロセッシング後担体から基板を２５ないし５０個のウエハに分割する。上記シャドウフレーミングシステムでは、桟が各ウエハを縁取るように構成し、ウエハを例えば非晶質シリコンフィルムの堆積から防護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】改良したシャドウフレームシステムの斜視図である。
【図２】  PBCVDプロセスチャンバの側面図である。
【図１】
0004596747.tif 000002
【図２】
0004596747.tif 000003