(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマの均一な分配により、大型基板全体における膜の均一性が補助され得る拡散プレートアセンブリ、プラズマ処理チャンバ及びプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】拡散プレート２００は、複数の中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃを備え、処理チャンバ内のスリットバルブに最も近接して存在する拡散プレート２００の端部は、スリットバルブに対する近接さを補償するように調整された形状及び／又は寸法を有する中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃを有し、スリットバルブに最も近接する中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃの形状及び／又は寸法を調整することにより、拡散プレート２００は処理チャンバ全体に亘る均一なプラズマ分配を得る。【選択図】図２Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス拡散プレートアセンブリであって、
上流側と、下流側と、処理チャンバ内でスリットバルブに隣接して配置される第１の端部と、中心部と、第２の端部を有する拡散プレート要素と、
上流側と下流側間を通過する複数のガス通路とを備え、前記複数のガス通路は、
拡散プレート要素の第１の端部に隣接して配置される第１の中空カソードキャビティを有する第１のガス通路と、
拡散プレート要素の中心部に隣接して配置される第２の中空カソードキャビティを有する第２のガス通路と、
前記第２の端部に隣接して配置される第３の中空カソードキャビティを有する第３のガス通路とを含み、前記第１の中空カソードキャビティと、第２の中空カソードキャビティと、第３の中空カソードキャビティは異なる容積を有するガス拡散プレートアセンブリ。
【請求項２】
前記第３の中空カソードキャビティの容積は、第１の中空カソードキャビティの容積及び第２の中空カソードキャビティの容積よりも大きい請求項１記載のアセンブリ。
【請求項３】
各ガス通路が、
実質的に均一な背圧を促進するに十分な長さ及び直径を有し、中空カソードキャビティと結合するオリフィス開口を備え、各オリフィス開口は実質的に同一の長さ及び直径を有する請求項１記載のアセンブリ。
【請求項４】
拡散プレート要素は第４の中空カソードキャビティを有する少なくとも１つの角部を備え、前記第４の中空カソードキャビティの容積は第３の中空カソードキャビティの容積よりも小さい請求項１記載のアセンブリ。
【請求項５】
下流側が実質的に凹状の部分を含む請求項１記載のアセンブリ。
【請求項６】
プラズマ処理チャンバであって、
複数の壁を有するチャンバ本体と、
前記複数の壁の少なくとも１つの壁内に配置される１つ又は複数のスリットバルブと、
拡散プレートとを備え、前記拡散プレートは、
上流側と、下流側と、前記１つ又は複数のスリットバルブに隣接して配置された第１の端部と、中心部と、第２の端部を有する拡散プレート要素と、
前記上流側と下流側間を通過する複数のガス通路とを有し、前記複数のガス通路は、
前記拡散プレート要素の第１の端部に隣接して配置される第１の中空カソードキャビティを有する第１のガス通路と、
前記拡散プレート要素の中心部に隣接して配置される第２の中空カソードキャビティを有する第２のガス通路と、
前記第２の端部に隣接して配置される第３の中空カソードキャビティを有する第３のガス通路とを含み、前記第１の中空カソードキャビティと、第２の中空カソードキャビティと、第３の中空カソードキャビティは異なる容積を有するプラズマ処理チャンバ。
【請求項７】
各ガス通路は、実質的に均一な背圧を促進するに十分な長さ及び直径を有し、かつ中空カソードキャビティと結合するオリフィス開口を備え、各オリフィス開口は実質的に同一の長さ及び直径を有する請求項６記載のチャンバ。
【請求項８】
前記第３の中空カソードキャビティの容積は、第１の中空カソードキャビティの容積及び第２の中空カソードキャビティの容積よりも大きい請求項６記載のチャンバ。
【請求項９】
拡散プレート要素は第４の中空カソードキャビティを有する少なくとも１つの角部を備え、前記第４の中空カソードキャビティの容積は第３の中空カソードキャビティの容積よりも小さい請求項６記載のチャンバ。
【請求項１０】
下流側は実質的に凹状の部分を含む請求項６記載のチャンバ。
【請求項１１】
プラズマ処理方法であって、
拡散プレートを通して処理ガスを流す工程を含み、前記拡散プレートは拡散プレートを貫通して配置され、スリットバルブに隣接して配置された第１のガス通路が、拡散プレートの中心部に隣接して配置された第２のガス通路と、拡散プレートの端部に隣接して配置された第３のガス通路の両方と異なるように構成されている複数のガス通路を有し、
前記拡散プレートをバイアスする工程と、
前記ガス通路内でプラズマを点火する工程とを含むプラズマ処理方法。
【請求項１２】
拡散プレートの反対側に配置された基板をプラズマ処理する工程を含み、前記プラズマを点火する工程は、
前記第１のガス通路内でプラズマを点火する工程と、
前記第２のガス通路内でプラズマを点火する工程と、
前記第３のガス通路内でプラズマを点火する工程とを含み、前記方法はプラズマ増強化学気相堆積を含み、前記プラズマ処理は基板上に実質的に均一な厚さの膜を堆積させることを含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
拡散プレートに渡って非対称の中空カソードプラズマ傾斜を形成する工程を含む請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
拡散プレートは実質的に凹状の部分を含む請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
各ガス通路が、
上流側全体における均一なガス分配を促進するに十分な長さ及び直径を有するオリフィス孔と、
前記オリフィス孔及び下流側と結合する中空カソードキャビティとを備え、前記オリフィス孔同士は実質的に同一である請求項１１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、一般に、チャンバのスリットバルブにより生じるプラズマ非均一性を補償するように設計された化学気相堆積（ＣＶＤ）システムのための拡散プレートに関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
プラズマ増強化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）は、半導体基板上に膜を堆積させるために、長い間使用されてきた堆積方法である。ＰＥＣＶＤは、最近、例えばソーラーパネル基板、フラットパネルディスプレイ基板及び大面積薄膜トランジスタ基板等の大面積基板上に、膜を堆積させる際に使用されている。基板の寸法が拡大する一方、市場原理によりフラットパネルディスプレイのコスト下落が継続している。フラットパネルディスプレイ加工において、１平方メートルを超える大きい基板寸法は、珍しいものではない。
【０００３】
ガス拡散プレートは、処理チャンバ全体に亘り堆積プラズマの均一な分配を確実にするように使用され得る。プラズマの均一な分配により、基板全体における膜の均一性が補助され得る。しかしながら、基板の寸法が増大するにつれて、処理チャンバ内でプラズマを均一に分配することが難題となり得る。従って、当技術分野では、改良されたガス拡散プレートが必要とされている。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、一般に、ＰＥＣＶＤチャンバのための拡散プレートを含む。拡散プレートは、複数の中空カソードキャビティを備える。処理チャンバ内のスリットバルブに最も近接して存在する拡散プレートの端部は、スリットバルブに対する近接さを補償するように調整された形状及び／又は寸法を有する中空カソードキャビティを有し得る。スリットバルブに最も近接する中空カソードキャビティの形状及び／又は寸法を調整することにより、拡散プレートは処理チャンバ全体に亘る均一なプラズマ分配が可能となり、それ故ＰＥＣＶＤ処理中の基板上の均一な膜厚が可能となり得る。
【０００５】
一実施形態において、ガス拡散プレートアセンブリを開示する。該アセンブリは、上流側と、下流側と、処理チャンバ内でスリットバルブに隣接して配置されるべき第１の端部と、中心部と、第２の端部を有する拡散プレート要素と、上流側と下流側間を通過する複数のガス通路とを備える。前記複数のガス通路は、拡散プレート要素の第１の端部に隣接して配置された第１の中空カソードキャビティを有する第１のガス通路と、拡散プレート要素の中心部に隣接して配置された第２の中空カソードキャビティを有する第２のガス通路と、前記第２の端部に隣接して配置された第３の中空カソードキャビティを有する第３のガス通路とを含み、前記第１の中空カソードキャビティと、第２の中空カソードキャビティと、第３の中空カソードキャビティは異なる容積を有する。
【０００６】
別の一実施形態において、プラズマ処理チャンバを開示する。該チャンバは、複数の壁を有するチャンバ本体と、前記複数の壁の少なくとも１つの壁内に配置された１つ又は複数のスリットバルブと、拡散プレートとを備える。前記拡散プレートは、上流側と、下流側と、前記１つ又は複数のスリットバルブに隣接して配置された第１の端部と、中心部と、第２の端部を有する拡散プレート要素と、前記上流側と下流側間を通過する複数のガス通路とを有する。前記複数のガス通路は、前記拡散プレート要素の第１の端部に隣接して配置された第１の中空カソードキャビティを有する第１のガス通路と、前記拡散プレート要素の中心部に隣接して配置された第２の中空カソードキャビティを有する第２のガス通路と、前記第２の端部に隣接して配置された第３の中空カソードキャビティを有する第３のガス通路とを含み、前記第１の中空カソードキャビティと、第２の中空カソードキャビティと、第３の中空カソードキャビティは異なる容積を有する。
【０００７】
別の一実施形態において、プラズマ処理方法を開示する。該方法は、拡散プレートを通して処理ガスを流す工程を含み、前記拡散プレートは拡散プレートを貫通して配置され、スリットバルブに隣接して配置された第１のガス通路が、拡散プレートの中心部に隣接して配置された第２のガス通路と、拡散プレートの端部に隣接して配置された第３のガス通路の両方と異なるように構成されている複数のガス通路を有し、前記拡散プレートをバイアスする工程と、前記ガス通路内でプラズマを点火する工程とを含む。
【詳細な説明】
【０００８】
本発明は、一般に、ＰＥＣＶＤチャンバのための拡散プレートを含む。拡散プレートは、複数の中空カソードキャビティを備える。処理チャンバ内のスリットバルブに最も近接して存在する拡散プレートの端部は、スリットバルブに対する近接さを補償するように調整された形状及び／又は寸法を有する中空カソードキャビティを有し得る。スリットバルブに最も近接する中空カソードキャビティの形状及び／又は寸法を調整することにより、拡散プレートは処理チャンバ全体に亘る均一なプラズマ分配が可能となり、それ故ＰＥＣＶＤ処理中の基板上の均一な膜厚が可能となり得る。
【０００９】
本発明を、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., Santa Clara, CA）の一事業部であるＡＫＴ社から入手可能なＰＥＣＶＤシステムのような大面積基板の処理用に構成されたＰＥＣＶＤシステムを参照して、以下に具体的に説明する。しかしながら、本発明は他のシステムの構造、例えば小基板又は円形基板の処理に使用されるものにも有用であと理解すべきである。本発明は、他の製造業者により製造された処理システムにも有用である。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態による処理チャンバ１００の略断面図である。処理チャンバ１００は、蓋１０２及び壁１０８を有するチャンバ本体を備えている。少なくとも１つの壁１０８内に１つ又は複数のスリットバルブ１２２が存在して、基板１０６の処理空間１１６への挿入と、基板１０６の処理空間１１６からの除去とを可能にしている。処理空間１１６は、スリットバルブ１２２、チャンバ壁１０８、基板１０６、及び拡散プレート１１０により境界付けられ得る。一実施形態において、拡散プレート１１０は、電源によりバイアスされ得る。基板１０６はサセプタ１０４上に配置されてもよく、該サセプタは必要に応じて上方及び下方に移動して、基板１０６を上昇及び下降させ得る。
【００１１】
プレナム１４４と称される拡散プレート１１０と蓋１０２間の領域に、ガスを導入し得る。ガスは、拡散プレートの上流側１１８から下流側１２０へ延びるガス通路１１２の存在により、プレナム１１４内で均一に分配され得る。以下に説明するように、ガス通路は、プレナム内にて実質的に均一なガス圧を形成するように設計され得る。
【００１２】
図２Ａは、本発明の一実施形態による、スリットバルブ２０２との関連での拡散プレート２００の略頂面図である。図２Ｂは図２ＡのＡ−Ａ線に沿った略断面図である。拡散プレート２００は、処理中にプレナムに隣接する上流側２０４と、処理空間に隣接する下流側２０６とを備える。拡散プレート２００内には、上流側２０４と下流側２０６間に延びる複数のガス通路２０８ａ〜２０８ｃが存在し得る。
【００１３】
各ガス通路２０８ａ〜２０８ｃは、頂部孔２１０ａ〜２１０ｃと、絞り部２１２ａ〜２１２ｃと、中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃとを有し得る。頂部孔２１０ａ〜２１０ｃは拡散プレート２００の上流側２０４と結合し得る一方、中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃは拡散プレート２００の下流側２０６と結合し得る。絞り部２１２ａ〜２１２ｃは、中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃと頂部孔２１０ａ〜２１０ｃの間において結合し得る。
【００１４】
ガス通路２０８ａ〜２０８ｃは、上流側２０４から拡散プレート２００内に孔を穿孔し、下流側２０６から拡散プレート２００内に別の孔を穿孔して、２つの孔を互いに結合させることにより形成され得る。２つの孔が出会う位置に、拡散プレート２００の絞り部２１２ａ〜２１２ｃが形成される。
【００１５】
拡散プレートを通って流れるガスがその内部を流れ得るチャネルを狭めることによって、絞り部２１２ａ〜２１２ｃはプレナム内に分配されるガスが拡散プレート２００の上流側２０４全体に亘り均一に分配されるように機能する。絞り部２１２ａ〜２１２ｃの狭まったチャネルはガスを停滞させ、該ガスを拡散プレート２００の上流側２０４全体に拡げ、それにより等量のガスが各通路２０８ａ〜２０８ｃ内を通って流れ得る。一実施形態において、絞り部２１２ａ〜２１２ｃは全て、同一の高さ及び幅を有し得る。別の一実施形態において、絞り部２１２ａ〜２１２ｃは、様々な高さ及び／又は幅を有し得る。また、絞り部２１２ａ〜２１２ｃは、拡散プレート２００の上流側２０４から同一の又は異なる距離にて離間され得る。
【００１６】
ガス通路２０８ａ〜２０８ｃは、中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃも有し得る。中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃは、円筒形若しくは円錐形、又はその両方の組み合わせであってもよい。中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃは、該中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃ内でプラズマを点火し得る寸法に形成されている。即ち、プラズマは、処理空間内ではなく、拡散プレート２００自体の内部で点火され得る。プラズマを中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃ内で点火することによりプラズマの形状を制御することができ、これは中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃの形状及び／又は寸法が、チャンバ内のプラズマの形状及び／又は強度に影響し得るためである。
【００１７】
各中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃは、異なる表面積及び容積を有し得る。また、拡がり角度α１〜α３は、中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃに関して同一か及び／又は異なり得る。拡がり角度α１〜α３は、絞り部２１２ａ〜２１２ｃから延びる中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃの壁の角度である。驚くべきことに、スリットバルブ２０２はプラズマの均一性に影響し、それ故基板上の堆積均一性に影響し得ることが見出されている。
【００１８】
ガス通路２０８ａ〜２０８ｃが拡散プレート２００全体にて実質的に同一である条件下では、基板の中心部領域は、基板の他の領域と比較して多い堆積量を有し得ることが見出されている。スリットバルブ２０２に隣接する基板領域は、基板中心部の堆積量と比較して少ない堆積量を有し得るが、基板の他の領域と比較すると多い堆積量を有し得ることも見出されている。
【００１９】
この不均一な堆積量を補償するために、中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃの表面積及び／又は容積を調整し得る。３つのガス通路２０８ａ〜２０８ｃを有する拡散プレートを参照するが、より多数のガス通路２０８ａ〜２０８ｃが存在し得ることを理解されたい。基板中心部に対応するガス通路２０８ｂは、より小さい表面積及び／又は容積を有する中空カソードキャビティ２１４ｂを備え得る。堆積量がより少ない基板端部に対応するガス通路２０８ｃは、基板中心部に対応するガス通路２０８ｂの中空カソードキャビティ２１４ｂと比較して大きい表面積及び／又は容積を有する中空カソードキャビティ２１４ｃを備え得る。同様に、スリットバルブ２０２に隣接したガス通路２０８ａは、基板中心部に対応するガス通路２０８ｂの中空カソードキャビティ２１４ｂと比較して大きいが、基板端部に対応する中空カソードキャビティ２１４ｃと比較して小さい表面積及び／又は容積を有する中空カソードキャビティ２１４ａを備え得る。中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃが異なる一方、絞り部２１２ａ〜２１２ｃは実質的に同一か又は異なり得る。
【００２０】
驚くべきことに、大面積基板の角部は、プラズマ処理中、スリットバルブと同様の効果を生成することが見出されている。従って、実質的に同一のガス通路を有する拡散プレートを使用すると、基板角部の近傍に生じる堆積量は、基板端部の堆積量よりも多いが、基板中心部の近傍に生じる堆積量よりも少なくなり得る。角部−中心部−端部における堆積の不均一性を補償するために、中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃは、スリットバルブ−中心部−端部の堆積不均一性に関連して上記に説明した配置と実質的に同一に配置され得る。拡散プレートは、スリットバルブ補償と角部補償の両方を有し得ることを理解されたい。図３Ａ〜図３Ｆは、本発明の別の実施形態による中空カソードキャビティを有するガス通路の略断面図である。
【００２１】
図４は、本発明の別の実施形態による拡散プレート４００の略断面図である。上流面４０８と下流面４１０間に延びる各ガス通路の頂部孔４０２及び絞り部４０４は、実質的に同一である。しかしながら、中空カソードキャビティ４０６は、拡散プレート４００全体に亘って異なり得る。スリットバルブに最も近接する中空カソードキャビティ４０６は、拡散プレート端部に対応する中空カソードキャビティ４０６と比較して小さい表面積及び／又は容積を有し得る。スリットバルブに対応する中空カソードキャビティ４０６は、拡散プレート中心部に対応する中空カソードキャビティ４０６の表面積及び／又は容積よりも大きい表面積及び／又は容積を有し得る。中空カソードキャビティ４０６同士は、下流面の起伏形状を原因として異なり得る。下流面４１０は、下流面４１０の中心部からずれた位置に凹部４１４を有してもよく、該凹部は、端部４１６とスリットバルブ近傍の他の一部分４１２の方向に向かって、なだらかに傾斜している。下流面４１０は、拡散プレート４００内に頂部孔４０２及び中空カソードキャビティ４０６を穿孔した後、拡散プレート４００の下流側４１０を機械加工して形成されてもよい。
【００２２】
拡散プレート構造においてスリットバルブに関する補償を施すことにより、基板上に均一な膜が堆積され得る。
【００２３】
上記の説明は本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに本発明の他の及び更なる実施形態を創作することができ、本発明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】
【００２４】
上記に列挙した本発明の構成を詳細に理解できるように、上記に短く要約した本発明のより詳細な説明は、実施形態を参照して得ることができ、該実施形態のいくつかは添付図面に示される。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態のみを示すものであり、本発明は同等に有効な他の実施形態を含み得るため、本発明の範囲を限定するものと解釈されないことに留意すべきである。
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態による処理チャンバの略断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による、スリットバルブに関連した拡散プレートの略上面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＡ−Ａ線に沿った略断面図である。
【図３Ａ】〜
【図３Ｆ】本発明の別の実施形態による中空カソードキャビティを有するガス通路の略断面図である。
【図４】本発明の別の実施形態による拡散プレートの略断面図である。
【００２６】
理解を容易にするため、図面で共通する同一要素を示す場合には、可能な限り同一の参照番号が用いられた。一実施形態で開示された要素は、特に引用されなくても、他の実施形態で有用に利用可能である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４】
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【外国語明細書】
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