JP2006513323A - 調整可能なガス分配プレートアセンブリ - Google Patents

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Abstract

ガス分配プレートアセンブリと処理チャンバ内でガスを分配するための方法とが提供される。一実施形態では、ガス分配プレートアセンブリは、拡散プレートに結合された調整プレートを含む。調整プレートは、このプレートを貫通して形成されて、拡散プレートを貫通して形成された複数の開口と一線に整列する複数のオリフィス孔を有し、それらの開口の各々は調整プレートの孔よりも大きな断面積を有する。各開口は、ガス分配プレートアセンブリを貫通するガス通路を画成するためにそれぞれの孔と一線に整列させられる。調整プレートは、ガス分配プレートアセンブリを通るガス流れ特性を変えるために交換調整プレートに置き換えることができる。

Description

開示の背景
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般に、ガス分配プレートアセンブリと処理チャンバ内にガスを分配するための方法とに関する。
従来技術の説明
[0002]液晶表示装置またはフラットパネルは、コンピュータおよびテレビモニタのようなアクティブマトリックスディスプレイのために広く使用される。一般にフラットパネルは、２枚のガラス板の間に挟まれた液晶材料の層を有する２枚のガラス板を備える。これらのガラス板のうちの少なくとも１つは、その上に配置されて電源に結合された少なくとも１つの導電性フィルムを含む。電源から導電性フィルムに供給される電力は、結晶材料の配向を変化させて、表示装置上に見られるテキストまたは図形のようなパターンを作成する。フラットパネルを生産するために頻繁に使用される１つの製造プロセスは、プラズマ増強型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）である。
[0003]プラズマ増強型化学気相堆積は、一般に、フラットパネルまたは半導体ウェーハのような基板に薄膜を堆積するために用いられる。プラズマ増強型化学気相堆積は、一般に、フラットパネルを収容する真空チャンバに前駆ガスを導入することによって遂行される。前駆ガスは典型的には、チャンバの最上部付近に置かれる分配プレートを通して方向付けられる。チャンバ内の前駆ガスは、チャンバに結合された１つ以上のＲＦ源からチャンバにＲＦ電力を印加することによってプラズマに活性化（例えば励起）される。励起されたガスは、温度制御された基板支持体上に位置するフラットパネルの表面に材料の層を形成するように反応する。フラットパネルが低温ポリシリコンの層を受ける用途では、基板支持体は摂氏４００度を超えて加熱される可能性がある。反応時に作り出される揮発性副生物は、チャンバから排出システムを通してポンプ排出される。
[0004]ＰＥＣＶＤ法によって処理されるフラットパネルは典型的には、大形で、しばしば３６０ｍｍ×４６０ｍｍを超え、そのサイズは１平方メートルに及ぶ。フラットパネル上に均一なプロセスガスの流れを供給するために利用されるガス分配パネルは、特に２００ｍｍ、３００ｍｍの半導体ウェーハ処理のために利用されるガス分配プレートと比較して、サイズにおいて比例的に大形である。
[0005]フラットパネル処理のために利用される大形のガス分配プレートには、ガス分配プレートを製造するためにコストがかかるという多くの製造上の問題がある。例えばガス分配プレートを貫通して形成されるガス流孔は、ガス分配プレートの厚さに対して直径が小さく、その結果、孔形成時に頻繁にドリル刃先の破損が生じる。破損したドリル刃先の除去には時間がかかり、ガス分配プレート全体が廃棄される結果となる可能性がある。加えて、ガス分配プレートを貫通して形成されるガス流孔の数は、サイズにおいてフラットパネルに比例するので、各プレートに形成される多数の孔は不都合にも、プレート製造時の障害の高い確率に寄与する。更にドリル刃先破損を最小にするために孔の数を増やすことは、製造時間が長くなり、それによって製造コストを上昇させる。
[0006]材料およびガス分配プレート製造には、コストがかかるので、効率的にまたコスト効率よく製造できる構成で、ガス分配プレートを開発することは有利である。更に、次世代のガス分配プレートのサイズは１．４４平方メートルを超えるフラットパネルを処理することに適応するために増加するので、前述の問題は解決がますます重要になる。
[0007]したがって、ガス分配プレートの改良が必要である。
発明の概要
[0008]ガス分配プレートアセンブリおよび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。一実施形態では、ガス分配プレートアセンブリは、拡散プレートに結合された調整プレートを含む。調整プレートは、拡散プレートを貫通して形成された複数の開口と一線に整列した調整プレートを貫通して形成された複数のオリフィス孔を有しており、それらの開口の各々は調整プレートの孔より大きな断面積を有する。各開口は、ガス分配プレートアセンブリを貫通するガス通路を画成するためにそれぞれの孔と一線に整列される。調整プレートは、ガス分配プレートアセンブリを通るガス流れ特性を変えるために交換調整プレートに置き換えることができる。
詳細な説明
[0009]本発明の教示は、添付の図面と関連して、以下の詳細な説明を考慮することによって容易に理解され得る。
[0021]本発明は、一般に、ガス分配プレートアセンブリおよび処理チャンバ内でのガス送達を調整するための方法を提供する。本発明は、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一部門であるＡＫＴから入手可能なプラズマ増強型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）システムのような大面積基板を処理するように構成されたプラズマ増強型化学気相堆積システムを参照しながら以下に例示的に説明される。しかしながら本発明がエッチングシステム、その他の化学気相堆積システムおよび丸い基板を処理するため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所望される他の任意のシステムのような他のシステム構成でも有用性を有することは理解されるべきである。
[0022]図１は、プラズマ増強型化学気相堆積システム１００の一実施形態の断面図である。システム１００は、一般に、ガス源１０４に結合された処理チャンバ１０２を含む。処理チャンバ１０２は、処理ボリューム１１２を部分的に画成する壁１０６および底部１０８を有する。処理ボリューム１１２は典型的には、処理チャンバ１０２への基板１４０の出し入れの動きを容易にする、壁１０６のポート（図示せず）を通してアクセスされる。壁１０６と底部１０８は典型的には、アルミニウムまたは処理に適合する他の材料の単一ブロックから製造される。壁１０６は、処理ボリューム１１２を排出ポート（図示されていない種々のポンピングコンポーネントを含む）に結合する強制換気１１４を含有する蓋アセンブリ１１０を支持する。
[0023]温度制御される基板支持体アセンブリ１３８は、処理チャンバ１０２内の中心に配置される。支持体アセンブリ１３８は、処理時に基板を支持する。一実施形態では、基板支持体アセンブリ１３８は、少なくとも１つの埋め込みヒータ１３２を包み込んだアルミニウムボディ１２４を備える。
[0024]支持体アセンブリ１３８内に配置された抵抗性要素のようなヒータ１３２は、電源１３０に結合されており、支持体アセンブリ１３８およびその上に配置された基板１４０を予め決められた温度にまで制御可能に加熱する。典型的にはＣＶＤプロセスでヒータ１３２は、基板１４０上に堆積される材料に関する堆積処理パラメータに依存して、摂氏約１５０度から少なくとも約４６０度の間の均一な温度に基板１４０を維持する。
[0025]一般に支持体アセンブリ１３８は、下面１２６および上面１３４を有する。上面１３４は、基板１４０を支持する。下面１２６は、それに結合されたステム（心棒）１４２を有する。ステム１４２は、上昇した処理位置（図示せず）と処理チャンバからの基板の出し入れ転送を容易にする下降した位置との間で支持体アセンブリ１３８を動かすリフトシステム（図示せず）に支持体アセンブリ１３８を結合する。ステム１４２は更に、支持体アセンブリ１３８とシステム１００の他のコンポーネントとの間の電気と熱電対のリード線のための導管を与える。
[0026]支持体アセンブリ１３８（またはステム１４２）と処理チャンバ１０２の底部１０８との間にはベローズ１４６が結合される。ベローズ１４６は、支持体アセンブリ１３８の垂直方向の動きを容易にしながらチャンバボリューム１１２と処理チャンバ１０２の外の大気との間に真空シールを与える。
[0027]支持体アセンブリ１３８は、一般に、蓋アセンブリ１１０と基板支持体アセンブリ１３８との間に位置するガス分配プレートアセンブリ１１８（またはチャンバの蓋アセンブリの内部または付近に位置する他の電極）に電源１２２によって供給されるＲＦ電力が支持体アセンブリ１３８と分配プレートアセンブリ１１８との間の処理ボリューム１１２内に存在するガスを励起できるように、接地される。電源１２２からのＲＦ電力は、一般に、化学気相堆積プロセスを駆動するために基板のサイズに釣り合うように選択される。
[0028]加えて、支持体アセンブリ１３８は、外接シャドウフレーム１４８を支持する。一般にシャドウフレーム１４８は、基板が支持体アセンブリ１３８に付着しないように、基板１４０と支持体アセンブリ１３８のエッジにおける堆積を防止する。
[0029]支持体アセンブリ１３８は、それを貫通して配置された複数のリフトピン１５０を受け入れる複数の孔１２８を有する。リフトピン１５０は典型的には、セラミックまたは陽極処理されたアルミニウムから構成される。一般にリフトピン１５０は、リフトピン１５０が正常位置にあるとき（すなわち支持体アセンブリ１３８に対して引っ込んでいるとき）支持体アセンブリ１３８の上面１３４と実質的に同じ高さにあるか、僅かに凹んでいる第１の端部を有する。第１の端部は典型的には、リフトピン１５０が孔１２８から抜け落ちるのを防止するためにフレアになっている。加えて、リフトピン１５０は、支持体アセンブリ１３８の下面１２６を越えて延びる第２の端部を有する。リフトピン１５０は、支持面１３０から突き出るようにリフトプレート１５４によって支持体アセンブリ１３８に関して駆動され、それによって基板を支持体アセンブリ１３８から間隔をおいて設置する。
[0030]リフトプレート１５４は、基板支持体アセンブリ１３８の下面１２６と処理チャンバ１０２の底部１０８との間に配置される。リフトプレート１５４は、ステム１４２の一部分を取り囲むカラー１５６によってアクチュエータ（図示せず）に接続される。ベローズ１４６は、処理チャンバ１０２の外部環境からの処理ボリューム１１２の隔離を維持しながら、ステム１４２とカラー１５６とが独立に動くことを可能にする上部１６８および下部１７０を含む。一般にリフトプレート１５４は、支持体アセンブリ１３８とリフトプレート１５４とが互いに近づくにつれて、リフトピン１５０が上面１３４から延びるように駆動される。
[0031]蓋アセンブリ１１０は、処理ボリューム１１２に上部境界を与える。蓋アセンブリ１１０は典型的には、処理チャンバ１０２を保守サービスするために取り外され、または開放され得る。一実施形態では、蓋アセンブリ１１０は、アルミニウムから製造される。
[0032]蓋アセンブリ１１０は、そこに形成され、外部ポンピングシステム（図示せず）に結合された強制換気１１４を含む。ポンピングプレナム１１４は、ガスおよび処理副生物を処理ボリューム１１２から均一に方向付けして処理チャンバから排出するために利用される。
[0033]蓋アセンブリ１１０は典型的には、ガス源１０４によって供給されるプロセスガスが処理チャンバ１０２に導入される入口ポート１８０を含む。入口ポート１８０はまた、洗浄源１８２に結合される。洗浄源１８２は典型的には、ガス分配プレートアセンブリ１１８を含む処理チャンバハードウエアから堆積副生物およびフィルムを除去するために処理チャンバ１０２に導入される解離フッ素のような洗浄剤を供給する。
[0034]ガス分配プレートアセンブリ１１８は、蓋アセンブリ１１０の内面１２０に結合される。ガス分配プレートアセンブリ１１８は典型的には、基板１４０のプロファイル、例えば大面積基板に関して多角形、ウェーハに関して円形のプロファイルに実質的に従うように構成される。ガス分配プレートアセンブリ１１８は、ガス源１０４から供給されるプロセスガスその他のガスが処理ボリューム１１２にそれを通して送り込まれる穴明き領域１１６を含む。ガス分配プレートアセンブリ１１８の穴明き領域１１６は、ガス分配プレートアセンブリ１１８を通り抜けて処理チャンバ内に入るガスの均一な分布を与えるように構成される。本発明から利益を受けるように適応し得る１つのガス分配プレートは、Ｋｅｌｌｅｒらによって２００１年８月８日に出願された米国特許出願第０９／９２２，２１９号に記載されており、その全体を参照として本明細書中に組み入れる。
[0035]図２Ａは、ガス分配プレートアセンブリ１１８の一実施形態の分解図を示す。ガス分配プレートアセンブリ１１８は典型的には、互いに結合され、間に調整プレート２０２を挟んでいる拡散プレート２０４および裏打ちプレート２０６を含む。調整プレート２０２と裏打ちプレート２０６は、代替として単一部材（図２Ｂに示すような）を備えることができる。
[0036]ガス分配プレートアセンブリ１１８を通り抜けて処理ボリューム１１２に入るガスの所定の分布を可能にするために調整プレート２０２および拡散プレート２０４を貫通して複数のガス通路２５０（別々のプレート２０２、２０４を通る点線によって示される）が形成される。
[0037]裏打ちプレート２０６は典型的には、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケルまたはその他のＲＦ導電性材料から製造される。裏打ちプレート２０６は、裏打ちプレート２０６を通ってガス通路２５０へガス流が妨害されることなく流れるのを容易にするためにガス通路と一線に整列する複数の開口２１８を含む。あるいは、裏打ちプレート２０６は、調整プレート２０２および拡散プレート２０４を貫通して延びる穴明き領域１１６を露出するフレームとして構成されてもよい。裏打ちプレート２０６は、一般に、調整プレート２０２を蓋アセンブリ１１０またはチャンバ壁１０６に結合するための取付け面を提供する。図２Ａ、２Ｂに示す実施形態では、裏打ちプレート２０６は、膨張ブラケット２１６によって蓋アセンブリ１１０に結合される。
[0038]図３は、図２Ａの拡散センブリ１１８と膨張ブラケット２１６の断面図である。膨張ブラケット２１６は典型的には、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケルまたはその他のＲＦ導電性材料から製造される。膨張ブラケット２１６は、調整プレート２０２および蓋アセンブリ１１０の内面１２０をそれらの間にプレナム３０８を画成する間隔をあけて維持する。プレナム３０８は、ガスが中心の穴明き領域１１６上に均一に供給されるように、蓋アセンブリ１１０を通って流れるガスが調整プレート２０２の全幅に亘って均一に分布することを可能にする。
[0039]膨張ブラケット２１６と調整プレート２０２は、ガス分配プレートアセンブリ１１８を通るガス流の均一性に影響を及ぼすように、ねじれ、ひずみ、またはプレート２０２、２０４に不利に応力をかけることなく調整プレート２０２（および拡散プレート２０４）の熱的膨張および収縮を容易にするように結合される。
[0040]一実施形態では、膨張ブラケット２１６は、主要ボディ３６２から外側に延びる第１のフランジ３６０および第１のフランジ３６０の反対方向に内側に延びる第２のフランジ３６４を含む多角形のフレームである。あるいは、膨張ブラケット２１６は、フランジ付き円筒であってもよい。第１のフランジ３６０は、各々が蓋アセンブリ１１０に形成されたねじ孔３６８と一線に整列した複数の取付け孔３６６を含む。ベント付き固定具３７０はそれぞれ、膨張ブラケット２１６を蓋アセンブリ１１０に固定するために、取付け孔３６６を通されて、ねじ孔３６８にねじ込まれる。
[0041]第２のフランジ３６４は、それに形成され、それぞれドエルピン（位置合わせピン）３７４を保有する複数の孔３７６を含む。ドエルピン３７４（図３に１個が示されている）は、第１のフランジ３６２と蓋アセンブリ１１０の内面１２０とに向かって第２のフランジ３６４から上方に延びる。裏打ちプレート２０６（または調整プレート２０２）を貫通して形成されたスロット３７２は、ピン３７４をそれぞれ受け入れるように適合されている。図４に示す膨張ブラケット２１６の部分断面上面図に描かれているように、裏打ちプレート２１６のスロット３７２は、蓋アセンブリ１１０／膨張ブラケット２１６と分配プレートアセンブリ１１８との間の熱膨張の差を補正するように、分配プレートアセンブリ１１８がドエルピン３７４に関して動くことを可能にするために、ドエルピン３７４に関して十分に大きい。図４に示すように、スロット３７２は、典型的には、二つの軸におけるプレートアセンブリ１１８の膨張に適応するために直交する方向の各辺に沿って方向付けされる。あるいは、スロット３７２は、円形ガス分配プレートのために放射状に構成されることもあり得る。このようにして、分配プレートアセンブリ１１８は加熱および冷却するので、分配プレートアセンブリ１１８は、蓋アセンブリ１１０に関して動くことが自由であり、それによって分配プレートアセンブリ１１８をひずませ、さもなければ分配プレートアセンブリ１１８を通って流れるガスのパターンを変えさせる可能性のあるねじれまたはその他の応力がない状態に留まる。
[0042]図３に戻ると、調整プレート２０２は典型的には、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケルまたは他のＲＦ導電性材料から製造される。調整プレート２０２は典型的には、拡散プレート２０４の厚さの約１／１０である。調整プレート２０２は、各々がそれぞれガス通路２５０ののうちの１つの通路の第１の部分を備える複数のオリフィス孔３５２を含む。調整プレート２０２を貫通して形成されたガス通路２５０の第１の部分３５２は典型的には、ガス通路２５０の第２の部分を備える拡散プレート２０４を貫通して形成された開口３５４と比較して、流れに対する低い抵抗を有する。オリフィス孔３５２は典型的には、ガス分配プレート１１６を通過するガスに流量制限を与え、それによってプレート１１６の全幅に亘って所定のパターンにガスを分配するように構成される。第１の部分３５２を通る流量抵抗は、調整プレート２０２の孔直径と厚さとの組合せを選択することによって、所定の圧力低下を有するように構成され得る。第１の部分３５２の流量抵抗はまた、孔の中の表面テクスチャを利用することによって、あるいは孔のエッジを面取りまたは丸み付けすることによって、あるいは他の方法によって設定されてもよい。
[0043]典型的にはオリフィス孔３５２は、約０．２ｍｍ〜約１０．０ｍｍの間の直径を有する。オリフィス孔３５２は、穴明き領域１１６の幅に亘って均一な断面積を有することができ、あるいはオリフィス孔３５２のあるものは、以下更に論じられる図７Ａ〜図７Ｂを参照しながら説明されるように、他のものとは異なるように構成され得る。図３に示す実施形態ではガス通路２５０は、同じ断面積をもって均一に構成される。調整プレート２０２は従来のガス分配プレートと比較して比較的薄いので、オリフィス孔は容易に製造され、デバリングされ、洗浄され、また好都合にも粒子、チップからの可能性のある特定の汚染、あるいは従来のガス分配プレートに形成された細長い孔にしばしばトラップされる他の汚染を最小にしながら、調整プレート２０２が効率的にまたコスト効率よくに製造されることを可能にしている。
[0044]一実施形態では、調整プレート２０２と裏打ちプレート２０６は、陽極処理されていないアルミニウムから製造される。洗浄剤からのフッ素は、陽極処理層を汚染することが見出されており、これは堆積時に解放されて汚染物として堆積膜内に捕捉され得る。調整プレート２０２と裏打ちプレート２０６は蓋アセンブリ１１０のポート１８０を通って処理チャンバ１０２内に入る洗浄剤に直接曝されるので、蓋アセンブリ１１０と向かい合っている調整プレート２０２と裏打ちプレート２０６の表面からの陽極処理の除去は好都合にも、基板１４０に堆積した膜内に存在するフッ素の量を減少させることが見出されている。更に調整プレート２０２に形成された小直径、高アスペクト比のオリフィス孔３５２は陽極処理の一部である多くのバスを受けないので、オリフィス孔３５２は、後で処理時に基板を汚染し、あるいは１つ以上の孔を乾燥した残留物で詰まらせて、不均一な堆積という結果を招く可能性のある、このような小さくて高アスペクト比の孔から除去するのが困難であるバス残留物のない状態に留まる。
[0045]拡散プレート２０４は典型的には、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケルまたは他のＲＦ導電性材料から製造される。拡散プレート２０４は、一般に、厚さが約０．８５５インチから少なくとも約１．８インチであり、ガス分配アセンブリ１１８の剛性の大半を与える。
[0046]拡散プレート２０４は、ガス通路２５０を形成するためにオリフィス孔３５２と一線に整列した複数の開口３５４を含む。拡散プレート２０４に形成された開口３５４は典型的には、オリフィス孔３５２と比較して実質的に流量制限を与えない。図３に示す実施形態では、従来のガス分配プレートのような単一のプレートを貫通する完全なオリフィス孔によって形成されない開口３５４は、従来の設計に対してガス分配プレートアセンブリ１１８の実質的な製造コストの削減に寄与する。
[0047]一実施形態では、拡散プレート２０４は、陽極処理されたアルミニウムから製造される。基板支持体アセンブリ１３８と向かい合っている拡散プレート２０４の陽極処理された表面は、処理時にプラズマに曝される。拡散プレート２０４を陽極処理されたアルミニウムから製造することは、処理の安定性と堆積の均一性とに寄与することが実証されている。したがって拡散プレート２０４が陽極処理されていて、調整プレート２０２が陽極処理されていない一実施形態では、ガス分配プレートアセンブリ１１８は、陽極処理された表面または陽極酸化の処理が堆積時の汚染に寄与する陽極酸化を除去しながら、陽極処理が処理を高めるこれらのプレートだけを陽極処理することによってコスト効率よく製造することができる。
[0048]図５は、ガス通路２５０の一実施形態を形成するオリフィス孔３５２と開口３５４との位置合わせを示すプレートアセンブリ１１８の一実施形態の断面図である。オリフィス孔３５２は、内腔５０２およびフレア形端部５０４を含む。内腔５０２は、一般に、調整プレート２０２の第１の側部５０６からフレア形端部５０４に延びる。フレア形端部５０４は、一般に、調整プレート２０２の第２の側部５０８の表面で終端するまで断面積が増加する。フレア形端部５０４は、オリフィス孔３５２と開口３５４との間の僅かな位置合わせ不良を補正する。
[0049]更にフレア形端部５０４と内腔５０２との間の相対的長さは、オリフィス孔３５２の流量制限属性を変えるように選択されてもよい。例えばフレア形端部５０４は、調整プレート２０２内に更に延び、それによって内腔５０２の比較長さを減少させ、オリフィス孔３５２の流量抵抗を減少させる。別の例ではフレア形端部５０４を画成するフレアの角度を、オリフィス孔３５２の全抵抗へのその寄与を減少させるように増加することができる。オリフィス孔３５２の流量制限属性は、他の流量制限属性の中でも、孔の断面プロファイル（軸方向および／または横方向の）と内腔内部の平滑さ／粗さと内腔との相対的長さ（同じプレート内のフレア形断面に対する、またはプレートの厚さに依存する）を含む他の方法で影響される可能性がある。
[0050]開口３５４は、内腔５１０およびフレア形端部５１２を含む。内腔５１０は、一般に、拡散プレート２０４の第１の側部５１４からフレア形端部５１２まで延びる。フレア形端部５１２は、一般に、拡散プレート２０４の第２の側部５１６の表面で終端するまで断面積が増加する。開口３５４は、ある幾つかの堆積プロセスを高める他の構成を代替として有することができる。例えば内腔５１０を拡散プレート２０４の第２の側部５１６まで完全に延ばすことは、ある幾つかの堆積プロセス時にガスを分配するために有利であることが実証されている。本発明から利益を受けるように適応し得る同様なガス通路構成を有する１つの拡散プレートアセンブリは、その全体を参照として本明細書中に組み入れる、２００２年５月６日に出願された米国特許出願通番第１０／１４０，３２４号に記載されている。
[0051]オリフィス孔３５２と開口３５４は、調整プレート２０２の第２の側部５０８と拡散プレート２０４の第１の側部５１４とのそれぞれの表面に破断したエッジ５１８、５２０を有する。破断エッジ５１８、５２０は半径部または面取りされた面である可能性があり、調整プレート２０２と拡散プレート２０４との間のガス通路２５０をガスが流れるときの乱流の誘因を最小にするように構成される。孔３５２と開口３５４は、代替の構成を、例えば真っ直ぐな内腔または複雑なプロファイルを有することができる。
[0052]図３に戻ると、ガス通路２５０を構成するオリフィス孔３５２と開口３５４との間の位置整合を維持するために調整プレート２０２と拡散プレート２０４との間には複数の位置決め要素３４６が配置される。一実施形態では、これらの位置決め要素は、調整プレート２０２と拡散プレート２０４と裏打ちプレート２０６との間に配置された複数の位置決めピン３４４（そのうちの１つが示されている）である。図３に示す実施形態では位置決めピン３４４は、裏打ちプレート２０６に圧入された嵌合ブシュ３４２に係合するために拡散プレート２０４から延びている。ブシュ３４２の各々の外面３４０は調整プレート２０２を裏打ちプレート２０６に位置決めする。ピン３４４は、ガス通路２５０を構成するオリフィス孔３５２と開口３５４との位置整合と、調整プレート２０２と拡散プレート２０４との間の所定の方位とが保証されるように位置付けられてもよい。調整プレート２０２と拡散プレート２０４は、固定具、リベット、ねじ、ろう付け、溶接、接着剤、クランプなどを含むあらゆる方法で互いに固定され得る。
[0053]図６は、裏打ちプレート２０６および調整プレート２０２を一定間隔で拡散プレート２０４に固定するために一実施形態で利用される代表的な破断性（ｂｒｅａｋａｗａｙ）固定具システム６００を示す調整プレート２０２と拡散プレート２０４との分解部分断面図である。破断性固定具システム６００の各々は典型的には、固定具６０２および嵌合ナット６０４を含んでおり、これらは典型的にはアルミニウムまたは他の適切な材料から製造される。処理に対する固定具材料の影響を最小にするためにアルミニウム固定具を使用することが有利である用途では、破断性固定具システム６００は、従来のアルミニウム固定具が焼き付いてコンポーネントの除去と再ねじ切りを必要とする場合に、調整プレート２０２と拡散プレート２０４とが分離されることを可能にする。
[0054]固定具６０２は、ヘッド６０６およびシャンク６０８およびねじ部６１０を有する。ヘッド６０６は典型的には、裏打ちプレート２０６の上面６１４に（裏打ちプレート２０６を組み入れていない実施形態ではオリフィスプレート２０２に）形成された対の内腔６１２に配置される。固定具６０４のシャンク６０８を受け入れるために対の内腔６１２と同心円的に裏打ちプレート２０６を貫通して孔６１６が形成される。シャンク６０８は、孔６１６と同心円的に整列する調整プレート２０２を貫通して形成された孔６１８を通り抜ける。シャンク６０８は典型的には、固定具６０２が所定の量を超えるトルクを受けたときにせん断するように適合されたくびれ部分６２０を含む。
[0055]ナット６０４は、典型的に、拡散プレート２０４の第２の側部４１６に形成されたスロット６２２に配置される。スロット６２２は、プレート２０２、２０４、２０６が互いに相対して位置付けられたときに孔６１６、６１８と同心円的に整列するように適合された拡散プレート２０４を貫通して形成された孔６２４と連通している。シャンク６０８は、ねじ部分６１０をスロット６２２内に露出するために孔６１６、６１８、６２４を貫通する。スロット６２０に配置されたナット６０２は、固定具６０２のねじ部分６１０に嵌合される。スロット６２０は、固定具６０２がプレート２０２、２０４、２０６を互いに推し進めるように締め付けられるときにナット６０４が同調回転するのを防止するように構成される。
[0056]破断性固定具システム６００は、多くの利点を有する。先ず、使用された拡散プレート２０４は、汚れたり、詰まったり、破損したりしたときに、あるいは特定の堆積プロセスに適した開口３５４の異なる構成を与えるために、新しい拡散プレート２０４に交換することができる。拡散プレート２０４だけを交換することは、ガス分配プレート１１６全体を交換することに比べて実質的にコストが削減できる。加えて、調整プレート２０２は、ガス通路２５０の第１の部分を構成するオリフィス孔３５２を通る、異なる流れ特性を有する交換調整プレートに交換されてもよい。例えばオリフィス孔３５２の断面積は、カバープレート間で異なることが可能であり、それによってガス分配プレートアセンブリ１１８を通る流れ特性を変え、好都合にも処理制御が実現される、または同じ処理チャンバ１０２内で異なる堆積プロセスを容易にする別の属性を与えることができる。
[0057]図７Ａ〜図７Ｂは、拡散プレート７０４に結合された、図７Ａに示す第１の調整プレート７０２Ａおよび図７Ｂに示す交換調整プレート７０２Ｂを有するガス分配プレートアセンブリ７００の断面図を示す。第１の調整プレート７０２Ａは膨張ブラケット２１６によって蓋アセンブリ１１０に結合されて示されているが、分配プレートアセンブリ７００の第１の調整プレート７０２Ａは蓋１１０に直接結合される可能性もある。
[0058]一実施形態では、調整プレート７０２Ａは、第１の厚さを有しており、このプレートを貫通して形成されたガス通路７１０の一部分を形成する第１の直径を有する複数のオリフィス孔７０６を含む。このプレートの厚さと孔直径の組合せは、所定の堆積プロセスの性能を高めるためにガス分配プレートアセンブリ７００のガス通路７１０を通る流体の流れを調整するように選択され得る所定の流量抵抗を各オリフィス孔に与える。
[0059]調整プレート７０２Ｂは、第２の厚さを有しており、このプレートを貫通して形成されたプレートアセンブリ７００のガス通路７１０の一部分を形成する第２の直径を有する複数のオリフィス孔７０８を含む。この調整プレート７０２Ｂの厚さは、調整プレート７０２Ａの厚さとは異なる（すなわちより厚いか薄い）。オリフィス孔７０８の第２の直径は、一実施形態では、オリフィス孔７０６の第１の直径と同じである。したがってプレート７０２Ａ、７０２Ｂ間のプレート厚さの差は、ガス通路の流量抵抗を変化させ、それによってガス分配プレートアセンブリ７００全体を変える必要なしにその後の堆積プロセスを最適化するように、ガス分配プレートアセンブリ７００の流れ特性が調整されることを可能にする。
[0060]図８Ａ〜図８Ｂは、調整プレートおよび拡散プレート８０４を有するガス分配プレートアセンブリ８００の別の実施形態を示す。ガス分配プレートアセンブリ８００の流れ特性は、拡散プレート８０４に結合された調整プレートを第１の調整プレート８０２Ａから同じ厚さの第２の調整プレート８０２Ｂに切り替えることによって調整することができる。調整プレート８０２Ａは、第１の直径のオリフィス孔６０６を有する。調整プレート８０２Ｂは、第１の直径とは異なる第２の直径のオリフィス孔６０８を有する。したがってプレート８０２Ａ、８０２Ｂ間のオリフィス孔直径の差は、流量抵抗を変化させ、ガス分配プレートアセンブリ８００の流れ特性が好都合にも処理の変化に適するように調整されることを可能にする。場合により、プレート８０２Ａ、８０２Ｂの厚さも、より大きな範囲の流れ制御を与えるように調整してもよい。
[0061]図９は、ガス分配プレートアセンブリ９００の別の実施形態を示す。ガス分配プレートアセンブリ９００は、ガス通路９１０１・・・９１０ｉを有する、拡散プレート９０４に結合された調整プレート９０２を含む。ここでｉは最も外側のガス通路を表す正の整数である。拡散プレート９０４は、前述の拡散プレート２０４に類似している。調整プレート９０２は、各々がガス通路９１０１・・・９１０ｉの一部分を形成する複数のオリフィス孔９０６１・・・９０６ｉを有する。オリフィス孔９０６１〜９０６ｉのうちの少なくとも二つのオリフィス孔の直径は、ガス分配プレートアセンブリ９００を通るプロセスガスの所定の不均一な流れ分布を与えるように異なっている。例えばオリフィス孔９０６ｉ−１の直径はオリフィス孔９０６ｉの直径より大きい可能性があり、ガス分配プレートアセンブリ９００の下方に位置する基板のエッジにおけるガス流が減少する。あるいは、オリフィス孔９０６ｉ−１の直径はオリフィス孔９０６ｉの直径より小さい可能性があり、基板のエッジにおけるガス流が増加する。オリフィス孔９０６１〜９０６ｉのうちの幾つかは等しい直径を有する可能性がある。
[0062]調整プレート９０２の流れ特性は、前述のように、第１の調整プレートを、異なる流れ属性を有する第２の調整プレートに交換することによって調整することができることが考えられる。例えば第２の調整プレートのオリフィス孔は、第１の調整プレートと比較してオリフィス孔間で断面積の異なる分布を有する可能性がある。あるいは、調整プレート間の厚さを変えてもよく、またはガス分配プレートアセンブリ８００を通る所望の流量抵抗を与える変化の他の組合せがあってもよい。
[0063]したがって、製造が経済的であるガス分配プレートアセンブリが提供されている。更にこのガス分配プレートアセンブリは、処理時に放出される得る可能な粒子の生成および製造時の汚染を最小にするように構成される。更に、提供されるガス分配プレートアセンブリは好都合にも、ガス流れ特性がアセンブリの１枚のプレートを交換することによって調整されることを可能にする。更に、従来のガス分配プレートに使用される固定具を共通的に損なう溝堀りと焼き付きの問題を克服するガス分配プレートアセンブリのプレートを結合するためのシステムと方法が提供されている。
[0064]本発明の教示を組み入れたいくつかの好ましい実施形態が示され、詳細に説明されたが、当業者は、これらの教示をなお組み入れた多くの他の種々の実施形態を直ちに考案することが可能である。
本発明のガス分配プレートアセンブリを有する処理チャンバの一実施形態の概略断面図である。 図１に示すガス分配プレートアセンブリの分解斜視図である。 ガス分配プレートアセンブリの別の実施形態の部分斜視断面図である。 図２Ａに示すガス分配プレートアセンブリの断面図である。 図２Ａに示すガス分配プレートアセンブリの部分上面図である。 図３のガス分配プレートアセンブリを貫通して形成されたガス通路の部分断面図である。 破断性固定システムを示す図２Ａのガス分配プレートアセンブリの分解部分断面図である。 交換調整プレートの一実施形態を有するガス分配プレートアセンブリの平面図である。 交換調整プレートの一実施形態を有するガス分配プレートアセンブリの平面図である。 交換調整プレートの別の実施形態を有するガス分配プレートアセンブリの平面図である。 交換調整プレートの別の実施形態を有するガス分配プレートアセンブリの平面図である。 ガス分配プレートアセンブリの別の実施形態を示す図である。
理解を容易にするために各図に共通である同じ要素を表すために、可能な場合には、同じ数字が使用されている。
符号の説明
１００…プラズマ増強型化学気相堆積システム、１０２…処理チャンバ、１０４…ガス源、１０６壁、１０８…底部、１１０…蓋アセンブリ、１１２…処理ボリューム、１１４…ポンピングプレナム、１１６…ガス分配プレート（穴明き領域）、１１８…ガス分配プレートアセンブリ、１２２…電源、１２４…アルミニウムボディ、１２６…下面、１２８…孔、１３０…電源、１３２…ヒータ、１３４…上面、１３８…基板支持体アセンブリ、１４０…基板、１４２…ステム、１４６…ベローズ、１４８…シャドウフレーム、１５０…リフトピン、１５４…リフトプレート、１５６…カラー、１６８…上部、１７０…下部、１８０…入口ポート、１８２…洗浄源、２０２…調整プレート、２０４…拡散プレート、２０６…裏打ちプレート、２１６…膨張ブラケット、２５０…ガス通路、３０８…プレナム、３５２…オリフィス孔、３４４…位置決めピン、３４６…位置決め要素、３５４…開口、３６０…第１のフランジ、３６２…主要ボディ、３６４…第２のフランジ、３６６…取付け孔、３６８…ねじ孔、３７０…固定具、３７４…ドエルピン、５０２…内腔、５０４…フレア形端部、５０６…第１の側部、５０８…第２の側部、５１０…内腔、５１２…フレア形端部、５１４…第１の側部、５１６…第２の側部、５１８、５２０…破断面、６００…破断性固定具システム、６０２…固定具、６０４…嵌合ナット、６０６…ヘッド、６０８…シャンク、６１０…ねじ部、６１２…対の内腔、６１４…上面、６２２…スロット、６２４…孔、７００…ガス分配プレートアセンブリ、７０２Ａ…第１の調整プレート、７０２Ｂ…第２の調整プレート、７０４…拡散プレート、７０６、７０８…オリフィス孔、７１０…ガス通路、８００…ガス分配プレートアセンブリ、８０２Ａ…第１の調整プレート、８０２Ｂ…第２の調整プレート、８０４…拡散プレート、９００…ガス分配プレートアセンブリ、９０２…調整プレート、９０４…拡散プレート、９０６１・・・９０６ｉ…オリフィス孔、９１０１・・・９１０ｉ…ガス通路

Claims (43)

  1. 処理チャンバのためのガス分配プレートアセンブリであって、
    調整プレートを貫通して形成された複数のオリフィス孔を有する調整プレートと、
    前記調整プレートに相対して配置された拡散プレートであって、このプレートを貫通して形成された複数の開口を有し、各開口が前記調整プレートのそれぞれのオリフィス孔と一線に整列させられて前記ガス分配プレートアセンブリを通るガス通路を画成しており、前記開口が前記調整プレートのオリフィス孔より大きな断面積を有する拡散プレートと、
    を備えるガス分配プレートアセンブリ。
  2. 前記調整プレートが前記拡散プレートより薄い、請求項１に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  3. 前記調整プレートと前記拡散プレートがアルミニウムから構成される、請求項１に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  4. 前記拡散プレートから離れて向かいあっている前記調整プレートの表面が陽極処理されていないアルミニウムであり、
    前記調整プレートから離れて向かいあっている前記拡散プレートの表面が陽極処理されている、請求項１に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  5. 前記調整プレートが少なくとも１つの固定具によって前記拡散プレートに結合される、請求項１に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  6. 前記固定具が、
    アルミニウムの固定具と、
    アルミニウムのナットと、を更に備える、請求項７に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  7. 前記アルミニウムの固定具が、所定の量を超える応力を受けたときにせん断するように適合されたたくびれ領域を更に備える、請求項６に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  8. 前記オリフィス孔の少なくとも１つが、
    前記拡散プレートに相対して配置された前記調整プレートの第１の側部を出るフレア部分に結合された内腔を更に備える、請求項１に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  9. 前記開口の少なくとも１つが前記調整プレートから離れて向かいあっている、前記拡散プレートの第１の側部を出るフレア部分に結合された内腔を更に備える、請求項１に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  10. 前記ガス通路開口の少なくとも１つが、
    前記拡散プレートに相対して配置されたオリフィス孔の半径部または面取りエッジと、
    前記調整プレートに相対して配置された開口の半径部または面取りエッジと、
    を更に備える、請求項１に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  11. 前記拡散プレートに対向する前記調整プレートに結合された裏打ちプレートを更に備える、請求項１に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  12. 前記裏打ちプレートを取り囲み、また熱膨張の違いに適応するようにこのプレートに結合された膨張ブラケットを更に備える、請求項１１に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  13. 前記膨張ブラケットがフランジから延びていて、前記裏打ちプレートに形成されたスロットと嵌合するように適合された複数のピンを有するフランジを更に備える、請求項１２に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  14. 前記拡散プレートが多角形である、請求項１に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  15. 前記拡散プレートが円板である、請求項１に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  16. 前記調整プレートを貫通して形成された前記オリフィス孔の少なくとも１つが前記オリフィス孔の他の１つとは異なる流量制限属性を有する、請求項１に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  17. 前記複数のオリフィス孔が、
    第１のセットのオリフィス孔と、
    前記第１のセットのオリフィス孔の内側に配置され、前記第１のセットのオリフィス孔とは異なる流量制限属性を有する少なくとも第２のセットの前記オリフィス孔と、
    を更に備える、請求項１に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  18. 前記流量制限属性が、断面積と、孔断面プロファイルと、内腔平滑度と、内腔深さと、前記オリフィス孔の同心円的フレア断面の長さおよび角度と、オリフィス孔面取りの量と、からなるオリフィス孔属性のグループから選択される、請求項１に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  19. 陽極処理のない第１の表面および第２の表面を有する第１のプレートと、
    前記第１のプレートに結合されており、前記第１のプレートの第２の側部に相対して配置された第１の側部および陽極処理された第２の側部を有する第２のプレートと、
    各々が前記第１のプレートを貫通して形成された第１の部分および前記第２のプレートを貫通して形成された第２の部分を有する複数のガス通路と、
    を備えるガス分配プレートアセンブリ。
  20. 前記第２のプレートが前記第１のプレートより厚い、請求項１９に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  21. 前記第１のプレートおよび前記第２のプレートを貫通して配置されたアルミニウムの固定具であって、予め決められた量を超える応力を受けたときにせん断するように適合されたたくびれ領域を有するアルミニウムの固定具と、
    この固定具に嵌合させられるアルミニウムのナットと、
    を更に備える、請求項１９に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  22. 前記第２のプレートが前記ナットを受けるように適合されたスロットを更に備える、請求項２１に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  23. 前記複数のガス通路が、
    前記調整プレートを貫通して形成され、前記拡散プレートに相対して配置された前記調整プレートの１つの側部を出るフレア部分を有する少なくとも第１の内腔を更に備える、請求項１９に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  24. 前記複数のガス通路が、
    前記第１のプレートを貫通して形成され、前記第２のプレートに相対して配置された前記第１のプレートの１つの側部を出るフレア部分を有する少なくとも第１の内腔と、
    前記第１のプレートを貫通して形成され、前記第１の内腔の内側に配置され、前記第１の内腔とは異なる流量制限属性を有する少なくとも第２の内腔と、を更に備える、請求項１９に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  25. 処理システムであって、
    壁および底部を有する処理チャンバと、
    前記壁上に配置され、前記処理チャンバ内に画成されたプロセス（処理）ボリュームの境界を定める蓋アセンブリと、
    前記処理ボリューム内に配置された基板支持体と、
    前記蓋アセンブリとは間隔をおいて配置された第１の表面および第２の表面を有する調整プレートと、
    前記調整プレートより厚くて、かつこの調整プレートに結合されており、前記調整プレートの第２の側部に相対して配置された第１の側部および第２の側部を有する拡散プレートと、
    各々が前記調整プレートを貫通して形成された第１の部分および前記拡散プレートを貫通して形成された第２の部分を有する複数のガス通路であって、前記ガス通路の前記第１の部分が前記第２の部分よりも流体の流れに対してより抑制的であるガス通路と、
    を備える処理システム。
  26. 前記拡散プレートの第２の側部が陽極処理されており、前記蓋アセンブリと向かい合っている前記調整プレートの第１の表面が陽極処理されていない、請求項２５に記載の処理システム。
  27. 前記拡散プレートが複数の破断性固定具によって前記調整プレートに結合される、請求項２５に記載の処理システム。
  28. 前記ガス通路の各々が、
    第１のセットのガス通路と、
    前記第１のセットのガス通路の内側に配置され、前記第１のセットのガス通路とは異なる流量制限属性を有する少なくとも第２のセットのガス通路と、
    を更に備える、請求項２５に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  29. 壁および底部を有する処理チャンバと、
    前記壁上に配置され、前記処理チャンバ内に画成された処理ボリュームの境界を定める蓋アセンブリと、
    前記処理ボリューム内に配置された基板支持体と、
    前記蓋アセンブリとは間隔をおいて配置された第１の陽極処理されていない表面および第２の表面を有する調整プレートと、
    前記調整プレートの第２の側部に相対して配置された第１の側部および第２の陽極処理された面を有する拡散プレートと、
    前記調整プレートおよび前記拡散プレートを貫通する複数のガス通路と、
    を備える処理システム。
  30. 前記ガス通路の各々が、
    前記調整プレートを貫通して形成されたオリフィス孔と、
    前記拡散プレートを貫通して形成された開口と、
    を更に備え、
    前記オリフィス孔が前記開口より抑制的である、請求項２９に記載のシステム。
  31. 前記調整プレートを取り囲み、また熱膨張の違いに適応するようにこの調整プレートに結合された膨張ブラケットを更に備える、請求項２９に記載の処理システム。
  32. 前記膨張ブラケットが、フランジから延びて前記調整プレートに形成されたスロットと嵌合するように適合された複数のピンを有するフランジを更に備える、請求項３１に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  33. 前記拡散プレートが複数の破断性固定具によって前記調整プレートに結合される、請求項２９に記載の処理システム。
  34. 前記ガス通路の各々が、
    第１のセットのガス通路と、
    前記第１のセットのガス通路の内側に配置されて、前記第１のセットのガス通路とは異なる流量制限属性を有する少なくとも第２のセットのガス通路と、を更に備える、請求項２５に記載のガス分配プレートアセンブリ。
  35. 第１の調整プレートおよび拡散プレートを備えるガス分配プレートを貫通して形成されたガス通路を通して処理チャンバ内にガスを分配するための方法であり、前記ガス通路が前記第１の調整プレートを貫通して形成された第１の部分および前記拡散プレートを貫通して形成された隣接する第２の部分を有する方法であって、
    前記ガス分配プレートを貫通して形成された前記複数のガス通路を通して予め決められた流れ分布にプロセスガスを流すステップと、
    前記予め決められた流れ分布を変えるために前記ガス分配プレートの少なくとも１つの流量制限属性を変更するステップと、を含む方法。
  36. 前記ガス分配プレートの少なくとも１つの流量制限属性を変更する前記ステップが前記第１の調整プレートを第２の調整プレートに交換する工程を更に含んでおり、
    前記第２の調整プレートが、前記第１の調整プレートを貫通して形成された前記ガス通路の第１の部分とは異なる、前記第２の調整プレートを貫通して形成された前記ガス通路の第１の部分を有する、請求項３５に記載の方法。
  37. 少なくとも１つの流量制限属性を変更する前記ステップが、
    前記第１の調整プレートと比較して、前記第２の調整プレートの外側領域における流量抵抗に関して、前記第２の調整プレートの中心における流量抵抗を増加させる工程を更に含む、請求項３６に記載の方法。
  38. 少なくとも１つの流量制限属性を変更する前記ステップが、
    前記第１の調整プレートと比較して、前記第２の調整プレートの外側領域における流量抵抗に関して、前記第２の調整プレートの中心における流量抵抗を減少させる工程を更に含む、請求項３６に記載の方法。
  39. 少なくとも１つの流量制限属性を変更する前記ステップが、
    前記第１の調整プレートと比較して、前記第２の調整プレートの流量抵抗を増加または減少させる工程を更に含む、請求項３６に記載の方法。
  40. 前記第１の調整プレートを前記第２の調整プレートに交換する前記ステップが、
    前記第１の調整プレートを前記拡散プレートに結合する少なくとも１つの固定具を所定の位置でせん断する工程を更に含む、請求項３５に記載の方法。
  41. 第１の調整プレートおよび拡散プレートを備えるガス分配プレートを貫通して形成されたガス通路を通して処理チャンバ内にガスを分配するための方法であり、前記ガス通路が前記第１の調整プレートを貫通して形成された第１の部分および前記拡散プレートを貫通して形成された隣接する第２の部分を有する方法であって、
    前記ガス分配プレートを貫通して形成された前記複数のガス通路を通して予め決められた流れ分布にプロセスガスを流すステップと、
    前記予め決められた流れ分布を変えるために前記ガス分配プレートの少なくとも１つの流量制限属性を変更するステップと、を含む方法。
  42. 少なくとも１つの流量制限属性を変更する前記ステップが、
    前記調整プレートを交換する工程を含む、請求項４１に記載の方法。
  43. 変更する前記ステップが、
    前記調整プレートを前記拡散プレートに結合する固定具をせん断する工程を更に含む、請求項４２に記載の方法。
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