JP2009035821A5

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Publication number: JP2009035821A5
Application number: JP2008186918A
Authority: JP
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2028-07-18

Description

（発明の分野）
本発明の実施形態は、概して、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）システム用の拡散プレートに関する。

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は、基板全体における膜の均一性の助けとなる可能性がある。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。

本発明は、概して、ＰＥＣＶＤチャンバ用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。処理チャンバ内で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することができる。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。

一実施形態において、ガス分配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。

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であって、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する工程と、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。

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る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。

図１は、本発明の一実施形態に係る処理チャンバ１００の概略断面図である。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により境界付けることができる。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ることができる。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ることができる。

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、ガスを導入することができる。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内で均一に分配することができる。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することができる。

図２Ａは、本発明の一実施形態に係る、スリットバルブ２０２と関連する拡散プレート２００の概略上面図である。図２Ｂは図２ＡのＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。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が存在可能である。

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とを備えることができる。頂部孔２１０ａ〜２１０ｃは拡散プレート２００の上流側２０４と結合することができる一方、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と結合することができる。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の間において結合することができる。

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することができる。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。

拡散プレートを通って流れるガスがその内部を流れることができ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可能なように機能する。絞り部２１２ａ〜２１２ｃの狭まったチャネルはガスを後退させ、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ガス通路２０８ａ〜２０８ｃ内を通って流れることができる。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することができる。別の一実施形態において、絞り部２１２ａ〜２１２ｃは、様々な高さ及び／又は幅を有することができる。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することができる。

ガス通路２０８ａ〜２０８ｃは、中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃも備える。中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃは、円錐形若しくは円筒形、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可能な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自体の内部で点火できる。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／又は強度に影響を与える可能性があるためである。

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てもよい。また、拡がり角度α_１〜α_３は、中空カソードキャビティ２１４ａ〜２１４ｃに関して同一か及び／又は異なっていてもよい。拡がり角度α_１〜α_３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、それ故基板上への堆積均一性に影響を与える可能性があることが見出されている。

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、基板の残りの領域と比較して多い堆積量を有する場合があ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する場合があるが、基板の他の領域と比較すると多い堆積量を有する場合があることも見出されている。

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／又は容積を調整することができる。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が存在してもよいことを理解すべきである。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を有することができる。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を有することができる。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を有することができる。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っていてもよい。

驚くべきことに、大面積基板の角部もまた、プラズマ処理中、スリットバルブと比較して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る可能性がある。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を、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することができる。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することができることを理解すべきである。図３Ａ〜図３Ｆは、本発明の別の実施形態に係る中空カソードキャビティを有するガス通路の概略断面図である。

図４は、本発明の一実施形態に係る拡散プレート４００の概略断面図である。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全体に亘って異なることができる。スリットバルブに最も近い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／又は容積を有することができる。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／又は容積を有することができる。中空カソードキャビティ４０６同士は、下流面の起伏形状に起因して異なっていてもよい。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、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てもよい。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してもよい。

拡散プレート構造においてスリットバルブに対する補償を施すことにより、基板上に均一な膜を堆積することができる。

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、上記に簡単に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ている。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。

本発明の一実施形態に係る処理チャンバの概略断面図である。本発明の一実施形態に係る、スリットバルブに関連した拡散プレートの概略上面図である。図２ＡのＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。〜本発明の別の実施形態に係る中空カソードキャビティを有するガス通路の概略断面図である。本発明の別の実施形態に係る拡散プレートの概略断面図である。

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してもよいと理解される。

Claims

ガス分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であって、各ガス通路は絞り部及び中空カソードキャビティを有しており、ガス通路の絞り部は同一であ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し、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ガス分散プレートアセンブリ。
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。
下流側が凹状の部分を含む請求項１記載のアセンブリ。
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のうちの１つ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であって、各ガス通路は絞り部及び中空カソードキャビティを有しており、ガス通路の絞り部は同一であ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し、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プラズマ処理チャンバ。
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４記載のチャンバ。
下流側は凹状の部分を含む請求項４記載のチャンバ。
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であって、前記拡散プレートは貫通して配置された複数のガス通路を有し、各ガス通路は絞り部及び中空カソードキャビティを有しており、ガス通路の絞り部は同一であり、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し、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工程と、
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。
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均一な厚さの膜を堆積させることを含む請求項７記載の方法。
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７記載の方法。
拡散プレートは凹状の部分を含む請求項７記載の方法。