JP2018530154A - 改良されたクリーニングのための不均一なガスフロークリアランスを備えたフレーム - Google Patents

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Abstract

本明細書に記載される実施形態は、一般に、フレームとプラズマ処理チャンバの側壁の間で不均一なガスフローを提供するプラズマ処理チャンバで用いられるフレームに関する。一実施形態において、フレームは、内壁と外壁とを有するフレーム本体であって、内壁と外壁はフレーム本体を画成するフレーム本体と、フレーム本体内に形成され、内壁によって画成された中央開口部と、フレーム本体の第１の側部に形成されたコーナー領域と中央領域を含む。コーナー領域は、中央領域の中央幅より小さいコーナー幅を有し、幅は内壁と外壁の間に規定される。

Description

発明の背景
（発明の分野）
本明細書に開示される実施形態は、一般に、処理チャンバ内で基板上に膜を製造するための装置に係り、より詳細には、プラズマ処理用途で不均一なガスフローを提供するために処理チャンバ内で使用されるフレームに関する。
（関連技術の説明）
液晶ディスプレイ又はフラットパネルは、アクティブマトリクスディスプレイ（例えば、コンピュータ、テレビ及びその他のモニタ等）に一般に使用されている。プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）は、基板（例えば、半導体ウェハ又はフラットパネルディスプレイのための透明基板等）上に薄膜を堆積させるために使用される。ＰＥＣＶＤは、一般に、前駆体ガス又はガス混合物を基板を含む真空チャンバに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、処理チャンバの上部近くに配置された分配プレートを介して下方に向けられる。処理チャンバ内の前駆体ガス又はガス混合物は、電極に結合された１以上の電源から電力（例えば、高周波（ＲＦ）電力）を処理チャンバ内の電極に印加することによって、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、反応して基板の表面上に材料の層を形成する。この層は、例えば、パッシベーション層、ゲート絶縁体、バッファ層、及び／又はエッチングストップ層であるかもしれない。この層はより大きな構造の一部（例えば、ディスプレイデバイスで用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）又はアクティブマトリクス有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ））であってもよい。
典型的には、ＰＥＣＶＤ技術によって処理されるフラットパネルは大きい。例えば、フラットパネルは４平方メートルを超えることがある。処理中、ガラス基板の縁部及び裏面並びにチャンバ内要素は、堆積から保護されなければならない。典型的には、堆積マスキングデバイス（例えば、シャドウフレーム）が基板の周縁部に配置され、処理ガス又はプラズマが基板の端部及び裏面に到達するのを防止し、処理中に基板を支持部材上に保持する。シャドウフレームは、処理チャンバ内で支持部材の上方に配置され、支持部材が上昇した処理位置に移動すると、シャドウフレームが持ち上げられて基板の端部に接触する。その結果、シャドウフレームは、基板の上面の周縁部の数ミリメートルを覆い、これによって、基板上の端部及び裏面の堆積を防止する。
シャドウフレームを使用する利点を考慮しつつも、いくつかの欠点がある。例えば、堆積プロセスの間、処理チャンバ内に供給される処理ガスは、処理領域に流入するだけでなく、他の領域（例えば、基板端部、チャンバ壁及びシャドウフレームに近い領域）を通って流れるかもしれず、その結果、堆積プロセスの間に望ましくないガス分布プロファイルを生じさせ、堆積の均一性及び欠陥率に影響を与えるかもしれない。更に、標準的なシャドウフレームによって引き起こされるフローパターンは、クリーニングの均一性及び効率に影響を及ぼすかもしれず、除去膜堆積物と衝突し、クリーニングプロセス中にチャンバ要素の剥離又は過洗浄及び侵食を生じさせる可能性がある。
従って、処理チャンバ内で使用するための改良されたフレーム構造が必要とされている。
概要
本明細書に記載される実施形態は、一般に、フレームとプラズマ処理チャンバの側壁の間で不均一なガスフローを提供するプラズマ処理チャンバで用いられるフレームに関する。一実施形態において、フレームは、内壁と外壁とを有するフレーム本体であって、内壁と外壁はフレーム本体を画成するフレーム本体と、フレーム本体内に形成され、内壁によって画成された中央開口部と、フレーム本体の第１の側部に形成されたコーナー領域と中央領域を備える。コーナー領域は、中央領域の中央幅より小さいコーナー幅を有し、幅は内壁と外壁の間に規定される。
他の実施形態において、処理チャンバは、内部に処理領域を画定する上壁と、側壁と、底壁を含むチャンバ本体と、処理領域内に配置される基板支持体と、基板支持体を取り囲むフレームを備え、フレームの外壁とチャンバ本体の内壁の間の間隙は、外壁の中央領域の近傍でより狭い。
更に他の実施形態において、処理チャンバ内で不均一なガスフローを制御する方法は、フレームと処理チャンバの間に画定されたコーナー間隙及び中央間隙から処理チャンバ内に画成された処理領域内にガスフローを向ける工程を有し、ガスフローは、中央間隙を介した第２のフローレートより大きなコーナー間隙を介して流れる第１のフローレートを有する。
本発明の上述した構成が詳細に理解されるように、上記で簡単に要約された本発明のより具体的な説明が実施形態を参照して行われる。実施形態の幾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図示するものであり、本発明は他の等しく効果的な実施形態を含み得るので、本発明の範囲を限縮すると解釈されるべきでないことに留意すべきである。
一実施形態に係るフレームが配置された処理チャンバの断面図である。 〜 処理チャンバで使用されるフレームの異なる例の上面図を示す。 〜 処理チャンバで使用される基板支持アセンブリの上に又は近接して配置されたフレームの異なる例の断面図である。 〜 図２Ａ〜図２Ｃのフレームの異なる例を使用した圧力プロファイルマップを示す。 〜 図２Ａ〜図２Ｃのフレームの異なる例を使用したガスフロー速度マップを示す。 図２Ｂのフレームの上面図を示す。 フレームの他の例の上面図を示す。 〜 処理チャンバ内に配置された基板支持体の他の例を示す。
理解を容易にするために、図面に共通する同一の要素を示すために、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は、更なる説明なしに他の実施形態に有益に組み込むことができると考えられる。
詳細な説明
本開示は、一般に、処理チャンバ内に配置されたとき、エッジ領域に沿って、及び、基板の上面に亘ってガスフロー経路を変更するように構成された様々な外周形状を有するフレームに関する。フレームの外周形状は、フレームとチャンバ壁との間を通過するガスフロー経路、ガスフローレート、ガスフロー速度及びプロセスガス速度を制御するよう選択することができ、これによって、処理チャンバ内で実行される堆積、エッチング又はクリーニングプロセスから生じる堆積プロファイル、エッチングプロファイル又はクリーニングプロファイルを効率的に制御することができる。
本明細書の実施形態は、カリフォルニア州サンタクララに位置するアプライドマテリアルズ社の一部門であるＡＫＴアメリカ社から入手可能なＰＥＣＶＤシステム等の大面積基板を処理するように構成されたＰＥＣＶＤシステムを参照して例示的に説明される。しかしながら、開示されたフレームは、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他のプラズマ処理システム）においても有用性を有すると理解されるべきである。更に、本明細書で開示される実施形態は、他の製造業者によって提供されるプロセスチャンバを使用して実施され得ると理解されるべきである。
図１は、一実施形態に係るＰＥＣＶＤ装置の断面図である。装置は、１以上の膜が基板１４０上に堆積され得る真空処理チャンバ１００を含む。この装置は、１以上の基板（例えば、とりわけ、半導体基板、フラットパネルディスプレイ基板及びソーラーパネル基板等）を処理するために使用され得る。
処理チャンバ１００は、一般に、処理容積１０６を画定する側壁１０２、底部１０４、及びシャワーヘッド１１０を含む。基板支持体（又はサセプタ）１３０は、処理容積１０６内に配置される。基板支持体１３０は、基板１４０を支持するための基板受容表面１３２を含む。処理容積１０６は側壁１０２を貫通して形成された開口部１０８を介してアクセスされ、これによって、基板支持体１３０が下降位置にあるときに基板１４０がチャンバ１００の内外に移送され得る。１以上のステム１３４をリフトシステム１３６に結合してもよく、これによって、基板支持体１３０を昇降させる。図１に示されるように、基板１４０は、基板１４０をチャンバ１００内外に搬送させることができる下降位置にある。基板１４０は、処理のために、図示されていない処理位置まで上昇させることができる。基板受容表面１３２上に配置された基板１４０の上面とシャワーヘッド１１０との間の間隔は、基板支持体１３０が処理位置まで上昇したときに約４００ｍｉｌ〜約１,２００ｍｉｌの間であってもよい。一実施形態では、この間隔は約４００ｍｉｌ〜約８００ｍｉｌの間であってもよい。
リフトピン１３８は基板支持体１３０を貫通して移動可能に配置され、基板１４０を基板受容表面１３２から離間させ、基板のロボット搬送を容易にする。また、基板支持体１３０は、基板支持体１３０を所望の温度に維持するための加熱及び/又は冷却素子１３９を含むことができる。また、基板支持体１３０は、基板支持体１３０の周縁部にＲＦリターン経路を提供するためのＲＦリターンストラップ１３１を含むことができる。
シャワーヘッド１１０は、その周縁部でサスペンション１１４によってバッキングプレート１１２に結合されることができる。また、シャワーヘッド１１０は、１以上のカップリングサポート１６０によってバッキングプレート１１２に結合されることができ、サグを防止し、及び／又は、シャワーヘッド１１０の真直度／曲率を制御する。
ガス源１２０をバッキングプレート１１２に結合することができ、処理ガスをバッキングプレート１１２のガス出口１４２及びシャワーヘッド１１０のガス通路１１１を介して基板受容表面１３２上に配置された基板１４０に供給する。処理容積１０６内の圧力を制御するために、真空ポンプ１０９をチャンバ１００に結合することができる。ＲＦ電源１２２をバッキングプレート１１２及び／又はシャワーヘッド１１０に結合し、シャワーヘッド１１０にＲＦ電力を提供することができる。ＲＦ電源はシャワーヘッド１１０と基板支持体１３０との間に電界を生成し、これによって、シャワーヘッド１１０と基板支持体１３０の間でガスからプラズマを生成することができる。種々の周波数（例えば、約０．３ＭＨｚ〜約２００ＭＨｚの間）を用いることができる。一実施形態では、ＲＦ電源は、１３．５６ＭＨｚの周波数で提供される。
また、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）をガス源１２０とバッキングプレート１１２との間に結合することができる。基板処理の間に、クリーニングガスをリモートプラズマ源１２４に提供することができ、これによって、チャンバ要素をクリーニングするために、遠隔プラズマが生成され処理容積１０６内に供給される。クリーニングガスは、ＲＦ電力源１２２からシャワーヘッド１１０に印加される電力によって、処理容積１０６にある間に、更に励起されることができる。適切なクリーニングガスは、ＮＦ３、Ｆ２、ＳＦ６を含むが、これに限定されない。
フレーム１３３は基板１４０の周辺領域に隣接して配置され、基板１４０と接触するか、又は基板１４０から離間されることができる。いくつかの実施形態では、フレーム１３３は、基板１４０の下に配置されるように構成され得る。いくつかの実施形態では、フレーム１３３は、基板１４０の上方に配置されるように構成され得る。フレーム１３３は、シャドウフレーム、非接触フレーム（例えば、基板が基板支持体１３０上に配置されたときに基板と接触しない）、フローティングフレーム、リムーバブルフレーム、閉じ込めリング、フロー制御構造、又は基板１４０の周辺に隣接して配置可能な他の適切な構造であってもよい。
図１に示される実施形態において、基板支持体１３０が下降すると、フレーム１３３はフレーム支持体１６２上に載置されることができ、これによって、基板支持体１３０に配置される、又は、基板支持体１３０から除去される基板１４０のための間隙が提供される。一実施形態では、フレーム支持体１６２は、チャンバ側壁１０２と同じ材料を含むことができる。別の実施形態では、フレーム支持体１６２は、伝導性材料、誘電体材料、ステンレス鋼又はアルミニウムを含むことができる。フレーム１３３は、基板１４０の縁部及び基板１４０によって覆われていない基板支持部１３０の領域において堆積を減少させることができる。基板支持部１３０が処理位置まで上昇すると、フレーム１３３は基板１４０及び／又は基板支持体１３０に係合し、フレーム支持体１６２から持ち上げられる。
クリーニングプロセスの間、フレーム１３３はフレーム支持体１６２上に載置されることができる。また、基板受容表面１３２は、クリーニング中にフレーム１３３をフレーム支持体１６２から持ち上げることなく、フレーム１３３に接触するレベルに上昇させられることができる。
基板支持体１３０は、外形プロファイルを有する。いくつかの実施形態では、フレーム１３３又はその一部は、基板支持体１３０に装着された場合、基板支持体１３０の周縁部を超えて延在することができ、基板支持体１３０の周縁部の外側プロファイルを画定する。基板支持体１３０と処理チャンバ１００の側壁との間の開放領域の量は、基板支持体１３０及びその上に位置する基板１４０を通過するガスの量を制御する。従って、他の領域に比べ、基板支持体１３０の１の領域に近接したより多くの開口領域を優先的に有することによって、他と比べ、基板支持体１３０及び基板１４０の１の領域に流れるガスの量を制御することができる。例えば、基板支持体１３０の中央領域に近接する開放領域は、基板支持体１３０のコーナー領域に近接する開放領域と異なることができ、従って、より大きい開放領域を有する領域を介してより多くのフローを優先的に向けることができる。優先的に１つの領域により多くのフローを向けることは、他のコンダクタンスの非対称性を補償するため利用することができ、これによって、基板に亘ってより均一なフローを形成することができ、又は、基板の１の領域に他の領域と比べてより多くのガスが流れるようにすることができる。一例では、フローは、コーナー領域と比較して基板支持体１３０の中央領域に優先的に向けられてもよい。別の例では、フローは、中央領域と比較して基板支持体１３０のコーナー領域に優先的に向けられてもよい。別の例では、フローは、他の側部と比較して基板支持体１３０の１の側部に優先的に向けられてもよい。基板支持体１３０の１の側部における開口領域は、基板支持体１３０のプロファイル形状を選択することにより選択されることができ、これによって、基板支持体１３０のプロファイルと処理チャンバ１００の側壁との間の間隙の幅（例えば、基板支持体１３０及び／又はフレーム１３３の外周部の曲率）を制御し、及び／又は、後述のように、フレーム１３０に形成された孔部の直径及び／又は数の選択によって選択されることができる。
図２Ａは、処理チャンバ（例えば、図１に示される処理チャンバ１００）内で利用され得るフレーム１３３の上面図を示す。フレーム１３３はフレーム本体２０２を含む。フレーム本体２０２は、内壁２５０と、フレーム本体２０２を実質的に正方形／長方形の形状に画定する外壁２５２とを含む。
フレーム本体２０２の内壁２５０は、基板１４０の周縁領域１０７を僅かに覆う中央開口部２５１を画定する。内壁２５０、従って中央開口部２５１も、四辺形を有する。フレーム本体２０２の内壁２５０は、基板１４０の端部領域２０９に近接するような（例えば、接触する、又は、内部で所定の距離だけ離間する）サイズに形成されてもよい。
一例では、フレーム１３３は、図２ＡＡの円形１５５内に示される断面図のように、基板１４０の周辺領域１０７（例えば、エッジ領域２０９）の上方に（例えば、非接触で）配置されてもよい。基板１４０の上方に（例えば、非接触で）配置されるフレーム１３３は、フレーム１３３と基板１４０の間に間隙１５８を形成することができ、ガスはそこを通って流れる。代替的に、フレーム１３３は、図２ＡＢの円形１５６によって示されるように、基板１４０の周辺領域１０７（例えば、エッジ領域２０９）と接触して配置されてもよく、その間に隙間はない。更に別の例では、フレーム１３３は、図２ＡＣに示される円形１５７によって示されるように、底部コーナー１６１が基板１４０の上部コーナー１５８と接触するように、基板１４０の真上に位置してもよく、その間に隙間はない。基板１４０とフレーム１３３の間の相対的な位置関係は、必要に応じてどのような配置であってもよいことに留意すべきである。図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示される実施形態では、フレーム１３３、２２２、２２４は、図２ＡＡ及び２ＡＢの例で示されるように、基板１４０の点線で示されるように、基板１４０と接触して又は基板１４０と接触しない状態で、基板１４０の上方に配置される。
図２Ａに示される例を再び参照すると、フレーム１３３の外壁２５２は、処理チャンバ１００の側壁１０２と離間した関係にある実質的に真っ直ぐなプロファイルを有し、フレーム１３３の４つの側部と処理チャンバ１００の側壁１０２の間に間隙２２５を画成する。フレーム１３３の中央領域２５３と処理チャンバ１００の側壁１０２の間の間隙２２５は所定の幅２１５、２０８を有することができ、いくつかの実施形態では、約４０ｍｍより大きい。フレーム１３３の中央領域２５３の外壁２５２、２１６は実質的に真っ直ぐに構成されているので、フレーム１３３の外壁２５２、２１６の４つの側部と処理チャンバ１００の側壁１０２との間の幅２１５、２０８を等しくすることができる。例えば、外壁２１６及び／又は外壁２５２と処理チャンバ１００の側壁１０２の間の幅２１５、２０８は、それぞれ実質的に同じであってもよい。更に、フレーム１３３の外壁２１６、２５２は実質的に真っ直ぐに構成されているので、フレーム１３３の第１のコーナー２１７から処理チャンバ１００の側壁１０２に沿った第２のコーナー２１９までの第１の幅２０７及び第２の幅２１０は、フレーム１３３の中央領域２５３に画定された幅２０８、２０５と実質的に同じである。
本明細書で説明される用語「コーナー」又は「コーナー領域」は、フレームの注目した辺であって、辺の交差点から離れる方向に各々の辺の長さの約４分の１未満で延びる辺によって部分的に境界付けられる領域を表すことに留意すべきである。本明細書で説明される用語「中央」又は「中央領域」は、辺の中央点を含む辺の一部であって、２つの隣接するコーナー領域によって境界付けられる部分を表す（例えば、フレームの辺の全長の約３分の１から半分）。
図２Ｂは、処理チャンバ（例えば、図１に示される処理チャンバ１００）内で利用することができるフレーム２２２の別の例を示す。図２Ａに示されるフレーム１３３と同様に、図２Ｂのフレーム２２２は、フレーム２２２の内壁２９７によって画定された中央開口部２９９を有するフレーム本体２９４を含む。基板１４０の点線で示されるように、開口部２９９は、基板１４０が、フレーム２２２の内壁２９７によってわずかに重なり合って配置されることを可能にするサイズである。
更に、フレーム２２２は、フレーム本体２９４の外周を画定する内壁２９７に対向する外壁２９６を含む。一例では、フレーム２２２の外壁２９６は、非直線状であってもよい。例えば、外壁２９６は、処理チャンバ１００の側壁１０２に接近している（例えば、１０ｍｍ未満の幅２６４）中央領域２５６によって画定される湾曲（例えば、弓形）を有してもよい。中央領域２５６は、第１の曲率を有する第１の表面２５４を画定することができる。
外壁２９６のコーナー領域２９１は、中央領域２５６に対して、処理チャンバ１００の側壁１０２からより遠くに位置し、従って、コーナー領域２９１と処理チャンバ１００の側壁１０２の間でコーナー間隙２８９を形成する。第２の曲率を有する第２の表面２６９は、フレーム２２２の外壁２９６のコーナー領域２９１に形成されてもよい。湾曲した第２の表面２６９は、第１の表面２５４の曲率より大きな曲率（即ち、半径）を有するように構成される。いくつかの例では、中央領域２５６内の第１の表面２５４は、最小からゼロまでの曲率を有する（例えば、中央領域２５６に亘って実質的に直線形となる）ように構成することができ、間に形成された最小の間隙を介してフレーム２２２と処理チャンバ１００の側壁１０２の整合を容易にする。
中央領域２５６に対するフレーム２２２のコーナー領域２９１の更なる間隔は、基板のエッジに対して、基板のコーナー部に優先的により多くの処理ガスを向けると考えられる。フレーム２２２と側壁１０２の間に画定されたコーナー間隙２８９を通過する追加的なガスフローは、コーナー間隙に対して（図２Ｂにおいて図示せず）、基板１４０の表面に亘って流れるガスフロー経路を変化させることができる。外壁２５４の幾何学的形状は、幅２６４、２６３及びコーナー間隙２８９の寸法、並びに、側壁１０２とフレーム２２２のコーナー領域２５６、２９１の間に形成された中央間隙に影響を与えることができ、従って、フレーム２２２と側壁１０２の間を流れるガスの制御可能なチョークされたフローを提供する。中央間隙に対する、コーナー間隙２８９を介して流れるガスのフローの差は、基板１４０の上面に亘る処理ガスのフロー勾配を形成することができ、これは一定の堆積プロセスにとって有益であり得ると考えられる。中央領域２５６に形成された中央間隙に対し、コーナー領域２９１に形成されたより大きなコーナー間隙２８９を利用することによって、コーナー間隙２８９を介するフローを増加させることができる。従って、外壁２９６の幾何学的形状は、中央間隙に対し、コーナー間隙２８９のサイズ／寸法を制御するように選択することができ、従って、中央ガスフローに対し、コーナーガスフローを制御することが可能になる。フレーム２２２の中央及びコーナー領域２５６、２９１と処理チャンバ１００の側壁に形成された間隙の不均一な寸法は、基板表面に亘るガスフロー分布を効率的に変えることができる。チョークされたフローの異なるコンダクタンスにより、基板の異なる領域に到達する処理ガスの量が異なるという結果を生じるので、基板１４０の表面上に堆積される膜プロファイル、膜特性及び膜厚を制御することができる。フレーム２２２による堆積の間に提供される同じフロー制御は、クリーニングプロセス中に処理チャンバ１００の異なる領域に亘ってクリーニング効率を制御することも可能にする。
中央間隙に対し、コーナー間隙２８９の所定のサイズ／寸法比を有することにより、膜の特性／クリーニングの均一性を調整できることが発見されている。図２Ｃに更に示されるように、中央間隙２８７は、側壁１０２と、フレーム２２４の中央領域２８３内に外壁２８５として形成された比較的直線状の表面２７９を備えたフレームの間に画定することができる。比較的湾曲した表面２８２が、フレーム２２４の外壁２８５のコーナー領域２８１に形成されてもよい。中央間隙２８７は、約１０ｍｍ〜約４０ｍｍの間の幅２０５を有することができる。外壁２８５の幾何学的形状は、異なる領域（例えば、中央及びコーナー領域２８３、２８１）において異なる曲率を有するので、中央間隙２８７とフレーム２２４と側壁１０２との間に画定されるコーナー間隙２８０は異なる幅を有し、従って、コーナー領域２８３、２８１でより大きなガスフローを得ることができる。その結果、より高いコーナーガスフローは基板１４０の上面に亘ってガスフロー経路／プロファイルを変化させ、堆積／クリーニング特性を変化させる。
同様に、中央開口部２３８は、フレーム２２４の内壁２９７によって画定される。中央開口部２３８は、基板１４０がその中に位置決めされ、フレーム２２４の内壁２９７に僅かに重なり合うことを可能にする。
図３Ａ〜図３Ｃは圧力プロファイルマップ３０２、３０４、３０６を示し、図４Ａ〜図４Ｃは、各々図２Ａ〜図２Ｃと異なる構成のフレーム１３３、２２２、２２４を利用して基板表面上で検出されたガスフロー速度プロファイルマップ４００、４０２、４０４を示す。比較的直線状の外壁２５２（４０ｍｍより大きい均一幅２０８、２１５、２０７、２１０を有する中央及びエッジ間隙を有する）を有するフレーム１３３について図３Ａに示されるように、マップ３０２に示される圧力プロファイルは、中央領域３０８、３０９内で比較的高い圧力を有し、エッジ領域３１０、３１１、３１２で比較的低い圧力を有することができ、特に、コーナー３１３で圧力が低い（例えば、中央の高圧力とエッジの低圧力）。この例では、圧力勾配（例えば、中央領域３０８の最高圧力からコーナー領域３１３の最低圧力を引いて算出される圧力変動）を約０．１〜０．２Ｔｏｒｒに制御することができ、コーナーの低圧に対する、中央の高圧プロファイルを維持する。
更に、図４Ａ〜図４Ｃに示されるガスフロー速度マップにおいて、基板表面に亘るガスフロー速度の変化も、フレーム１３３、２２２、２２４の異なる構成に相関していることが示されている。実質的に比較的直線的な外壁２５２を有するフレーム１３３を利用した図４Ａに示されるガスフロー速度マップ４００において、ガスフロー速度は中央領域４０６では比較的低く、コーナー領域４１８とエッジ領域４１６では比較的高い。特に、エッジ領域４１６におけるガスフロー速度は、コーナー領域４１８におけるガスフロー速度よりも約１５％〜約２０％高い。図４Ａに示される例では、ガスフロー速度は、中央の低速度から高いエッジ速度まで徐々に上昇する勾配プロファイルを有する（例えば、中央領域４０６の速度が最も低く、領域４１０、４１２、４１４で徐々に速度が高くなり、コーナー領域４１８で速度がより高くなり、エッジ領域４１６での最高速度になる）。
図２Ｂに示されるフレーム２２２を備えた図３Ｂ及び図４Ｂに示される別の例では、圧力プロファイルマップ３０４及びガスフロー速度プロファイルマップ４０２は、比較的高いコーナーフローを有するフレーム２２２（例えば、側壁１０２に対してフレーム２２２の中央領域２５６に形成された１０ｍｍより小さい最小間隙幅２６４）は、中央領域３１５において最も高い圧力を有し、コーナー領域３２０において最も低いガスフロー速度を有することができる。同様に、圧力は中央領域３１６、３１７からコーナー領域３１８、３２０まで徐々に低下する。圧力勾配（例えば、中央領域３１５の最高圧力からコーナー領域３２０の最低圧力を引いて算出される圧力変動）は、中央高圧力からコーナー低圧力まで約０．１〜０．２Ｔｏｒｒであるかもしれない。
更に、コーナーフローは図２Ｂのフレーム２２２によって形成されたコーナー間隙２８９によって強化されるので、中央領域３１５の圧力は、強化されたコーナーフローのない図２Ａのフレーム１３３を用いた図３Ａの中央領域の３０８の圧力より高い。一例では、図３Ｂの中央領域３１５の圧力は約１．４６〜１．４８Ｔｏｒｒであってもよく、図３Ａの中央領域３０８の圧力は約１．４１〜１．４２Ｔｏｒｒであるかもしれず、強化されたコーナーフローがないプロセスより約３％〜５％高い。
対照的に、図４Ｂに示されるように、最も低いガスフロー速度は中央領域４２０に見出され、次いで、中央領域４２２、４２４、４２６からエッジ領域４２８まで徐々に増加し、コーナー４３０で最も高いガスフロー速度が見出される。上述したように、コーナー間隙２８９を有するフレーム２２２は強化されたコーナーガスフローを有しているので、コーナー４３０で最も高いガスフロー速度を有し、中央領域４２０で最も低いガスフロー速度を有する。図４Ｂのガスフロー速度マップ４０２を、（例えば、強化されたコーナーフローを有していないフレーム１３３を利用した）図４Ａのマップと比較すると、フレーム２２２からの強化されたコーナーフローを有するコーナー領域４３０におけるガスフロー速度は約８〜９ｍ／ｓ（メートル毎秒）であり、強化されたコーナーフローのないコーナー領域４１８におけるガスフロー速度は約６〜６．５ｍ／ｓであるかもしれず、これは約２０％低いガスフロー速度である。従って、フレーム２２２を利用することによって、基板表面に亘る圧力プロファイル及びガスフロー速度プロファイルを調整することができ、堆積プロセス中の堆積均一性及びプロファイル制御を効率的に向上させ、及び／又は、チャンバクリーニングプロセス中のクリーニング効率を高める。
更に、強化されたコーナーガスフローを有さないか又は有するマップ３０２、３０４、４００、４０２と対照的に、図２Ｃのフレーム２４４は、図３Ｃ及び図４Ｃのマップ３０６、４０４に示されるように、中間的な圧力勾配及びガスフロー速度勾配を提供する。また、図２Ｃのフレーム２４４は、（フレーム１３３からの隙間２２５によって画定される４０ｍｍより大きな幅２０８と比較して）１０ｍｍより小さい減少された幅２０５を有する中央間隙２８７を提供するので、チョークされたガスフローは、コーナー間隙２８０を介して流れないだけでなく、中央間隙２８７を介して流れないかもしれない。従って、図２Ａのフレーム１３３によってコーナー領域２１９を介して優先的に向けられるフローの程度は、図２Ｂのフレーム２２２によってコーナー間隙２８９を介するガスフローほど顕著でないかもしれない。従って、フレームと処理チャンバの側壁との間の中央領域に形成される間隙のサイズ／寸法を調整することによって、基板の中間エッジに対し、コーナーに優先的に向けられるガスフローの量を調整することができ、これによって、必要に応じて異なる堆積プロファイル及びクリーニング効率を得ることができる。
図３Ｃの圧力プロファイルマップ３０６は、中央間隙２８７を有するフレーム２２４であって、依然として少量のガスフローの通過を許容するフレーム（例えば、図２Ａの４０ｍｍより大きな幅２０８と比較して、１０ｍｍ〜４０ｍｍの減少された中央間隙幅２０５を有する）によれば、中央領域３２２で最も高い圧力が見出され、コーナー領域３２８で最も低い圧力が見出される。圧力は、中央領域３２２、３２４、３２６からコーナー領域まで序々に低下する。圧力勾配（例えば、中央領域３２２の最高圧力からコーナー領域３２８の最低圧力を引いて算出される圧力変動）は、高圧中央からエッジ／コーナー低圧まで約０．１〜０．２Ｔｏｒｒであり得る。
図３Ｃの圧力プロファイルマップ３０６は、図３Ａの圧力プロファイルマップ３０２と比較的類似している。領域３２２の圧力は約１．４２Ｔｏｒｒであり、図３Ａの中央領域３０８の圧力と同様である。
対照的に、図４Ｃのガスフロー速度マップ４０４によれば、図４Ｃに示されるように、最も低いガスフロー速度は中央領域４３２に見出され、中央領域４３４、４３６、４３８、４４０からエッジ領域４４０及びコーナー領域４４２の両方で同様な最も高いガスフロー速度まで徐々に増加する。図２Ｃのフレーム２２４によって生じるコーナーガスフローは、図２Ｂのフレーム２２２によって生じるコーナーガスフローほど大きくないので、コーナー領域４４２及びエッジ領域４４０で生成されるガスフロー速度は同様となる傾向があり、例えば約６〜６．５ｍ／ｓの狭い範囲であり、従って、基板１４０の周縁領域１０７の周りでより均一なガスフロー速度を提供する。従って、基板の中央領域及びエッジ領域の両方で均一なガスフロー速度が要望される実施形態においては、１０ｍｍ〜約４０ｍｍの減少された間隙寸法２０５を備えた図２Ｃのフレーム２２４が望ましいかもしれない。
窒化ケイ素が基板上に堆積される例では、図２Ｂのフレーム２２２を利用して、基板の端部に対して、コーナーに優先してガスフローを増強することができ、これによって、基板のコーナーでの窒化ケイ素の堆積を強化する。酸化ケイ素又はポリシリコン（例えば、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ））堆積プロセスが実行される別の例では、図２Ｃのフレーム２２４を利用することができ、これによって、基板のエッジ及びコーナー領域の両方においてより均一なガスフロー速度を提供する。
図５Ａは、図２Ｂのフレーム２２２の平面図を示す。上述のように、フレーム２２２は、フレーム本体２９４を画定する外壁２５２と、内壁２９７とを有する。内壁２９７は、長方形又は正方形のような実質的に四辺形の開口部を画定する。フレーム２２２のコーナー領域２９１は、第２の曲率を有する第２の面２６９を有する。中央領域２５６は、必要に応じて線形又は非線形のプロファイルを有することができる第１の表面２５４を有する。図５に示される実施形態において、中央領域２５６内の第１の表面２５４は実質的に直線状の構成である。いくつかの例では、第１の表面２５４は、第１の曲率で湾曲してもよい。このような場合、第１の表面２５４の半径によって定義される第１の曲率は、第２の表面２６９によって規定される第２の曲率の半径より小さい。一例では、第２の曲率は、第１の曲率より約３０％〜約９０％大きい。
フレーム本体２９４は、中央領域２５６において約５ｍｍ〜約１０００ｍｍの中央本体幅５０２と、コーナー領域２９１において約１０ｍｍ〜約１５００ｍｍのコーナー本体幅５０４を有する。一例では、コーナー本体幅５０４は、フレーム本体２９４の中央本体幅５０２より約３０％〜約９０％短い。更に、中央領域２５６からコーナー領域２９１までのフレーム本体２９４の１つの側部についての総幅偏差（幅５０２、５０４の間の差）は、フレーム２２２の１つの側部に沿って約５ｍｍ〜約６０ｍｍである。一実施形態では、フレーム２２２は矩形である。
同様に構成すると、図２Ｃのフレーム２２４は、コーナー領域２８１に形成された曲面２８２よりも小さい曲率を備えた中央領域２８３に形成された比較的直線状の表面２７９を有する。しかしながら、図２Ｃのフレーム２２４が、処理チャンバ１００内に配置されると、側壁１０２とフレーム２２４の間に間隙２８７（約１０ｍｍ〜約４０ｍｍの間）を依然として維持するので、コーナー領域２８１と中央領域２８３の間のフレーム本体２９４の幅の変動は、図２Ｂのフレーム２２２ほど大きくないかもしれない。例えば、中央領域２８３からコーナー領域２８１までの図２Ｃのフレーム２２４の１の側部だけの総幅偏差は、約５ｍｍ〜約４０ｍｍである。図２Ｃのフレーム２２４の中央領域２８３は、コーナー領域２８１の幅よりも約３５％及び約８５％大きい幅を有することができる。
図５Ｂは、フレーム５１０の異なる領域の周りにフロー勾配を生成するため、フレーム５１０に形成された異なるサイズの孔部５２２、５１８を有するフレーム５１０の別の例を示す。例えば、フレーム５１０は、フレーム５１０のコーナー領域５１４及び中央領域５１２に各々形成された孔部５１８、５２２を有することができる。フレーム５１０の異なる領域で異なるフローレートを有するようにするために、孔部５２２、５１８によって提供される開口面積の量は変更されてもよい。開口面積は、孔部５２２、５１８の数及び／又はサイズを選択することにより変更することができる。一例では、フレーム５１０のコーナー領域５１４に位置する孔部５１８は、フレーム５１０の中央領域５１２に位置する孔部５２２の直径５１６より大きい直径５２０を有することができ、これによって、中央領域５１２に対してコーナー領域５１４でのフローがより大きくなる。コーナー領域５１４に位置する孔部５１８の直径５２０は、中央領域５１２に位置する孔部５２２の直径５１６より、約３０％〜約９０％大きい。他の実施形態では、孔部５２２、５１８の数及び任意で直径も、また、中央領域５１２に対してコーナー領域５１４において３０％〜９０％大きなフローを有するように選択されることができる。選択的に、孔部５２２、５１８の開口面積は、中央領域５１２に対してコーナー領域５１４において３０％及び約９０％小さなフローを有するように選択されることができる。
上記の概念と同様に、強化されたコーナーフローは、基板支持体に形成される異なる他の外周の幾何学的形状（例えば、図６Ａ〜図６Ｂに示される基板支持体６００、又は、処理チャンバ１００の側壁１０２）を用いることによっても達成することができる。（上述の基板支持体１３０と同様ではあるが、異なる外周の幾何学的形状を有している）基板支持体６００は、基板支持体６００に形成された所望の曲率を有する４つの側部６０１を有する実質的に四辺形の構成を有することができる。側部６０１の適切な曲率を選択することにより、基板支持体６００の周囲と処理チャンバの側壁１０２の間の間隙を変更することができ、これによって、選択された曲率に応じて、中央領域６０２に対してコーナー領域６０４に、又は、コーナー領域６０４に対して中央領域６０２により多くのフローを生じさせることができる。図６Ａ〜図６Ｂに示される例では、基板１４０は基板支持体６００上に配置される。各々の側部６０１は中央領域６０２とコーナー領域６０４を有する。コーナー領域６０４は、中央領域６０２の幅６０８より短い幅６１０（例えば、基板１４０の側壁６０５から基板支持体６００の側部６０１まで）を有する。強化されたコーナーフローは、コーナー領域６０４の幅６１０を中央領域６０２の幅６０８より約３０％及び約９０％小さくすることによって得られる。
別の例では、基板支持体６００は、従来の基板支持体（例えば、図１に示されるような矩形の幾何学的形状を備えた基板支持体１３０）であって、矩形のフレーム本体６５０とフレーム本体６５０に取り付けられた取り外し可能なスカート６５２を有するものであってもよい。取り外し可能なスカート６５２は、適切なファスナー６５４によってフレーム本体６５０に取り付けることができる。取り外し可能なスカート６５２は、異なる幾何学的形状構造（例えば、非対称形状、湾曲部、孔部等を含む）を有するように構成することができ、これによって、基板１４０の異なる周縁領域１０７でより多くのガスフローを好ましく制御する。図１に示されるように、ポンピングポート１０９を処理チャンバ１００の特定の側部に配置することができるので、処理チャンバ１００の異なる位置（例えば、側部）での異なるポンピング効率は、基板１４０の周縁領域１０７の異なる側部で非対称なガスフロー速度又はガスフロープロファイルをもたらすことができる。取り外し可能なスカート６５２を利用することにより、基板支持体６０１の外周プロファイルを変化させることができ、これによって、基板１４０の周縁領域１０７に隣接するガスフロー経路又はガスフローを制御することができる。例えば、スカート６５２の形状は、ポンピングポート１０６に近接する処理チャンバ１００との間で、基板支持体６０１の対向側部に対してより小さい間隙を有するように選択することができ、これによって、基板支持体６０１の周縁領域１０７と基板１４０の周りのガスのフローを実質的に均一にすることができる。更に、必要な場合、取り外し可能なスカート６５２は、追加的に、基板支持体６０１の特定の側部（例えば、基板支持体の４側部の全てではなく）で使用されてもよく、これによって、必要な場合、不均一なガスフローが得られる。
図６ＢはＡ−Ａ線に沿って切断された基板支持部６００の断面図を示す。湾曲した幾何学的形状を有する中央領域６０２は、基板１４０の側壁６０５から離間した所定の幅６０８を有する。上述のように、コーナー領域６０４に画成された幅６１０は図６Ｂに示される幅６０８より小さい。処理チャンバ１００の側壁１０２の幾何学的形状を変更することによって強化されたコーナーフローを得ることができ、処理チャンバ１００の側壁１０２を、必要に応じて異なるガスフロー速度／圧力を基板１４０に生成することができるような方法で湾曲させることができる。
要約すると、本明細書に開示された実施形態は、基板表面全体に亘って供給されるガスフロー経路（即ち、基板端部に対する基板のコーナーに供給されるガスの比）、速度及びプロセス圧力を変更又は調整するために利用され得る異なる外周の幾何学的形状を備えたフレームに関する。これによって、異なるプロセス要件又は状況に対して均一又は不均一なガスフロー経路を選択することができ、基板表面に亘って所望のガス分布を得ることができ、堆積又はクリーニングの効率を改善することができる。
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施形態は、その基本的な範囲から逸脱することなく創作することができる。

Claims (16)

  1. フレームであって、
    内壁と外壁とを有するフレーム本体と、
    フレーム本体内に形成され、内壁によって画成された中央開口部と、
    フレーム本体の第１の側部に形成されたコーナー領域と中央領域を備え、
    コーナー領域は、中央領域の中央幅より小さいコーナー幅を有し、幅は内壁と外壁の間に規定されるフレーム。
  2. 中央幅とコーナー幅との間の差が約５ｍｍ〜約６０ｍｍである請求項１記載のフレーム。
  3. 中央幅は、コーナー幅よりも約３０％〜約９０％大きい請求項１記載のフレーム。
  4. フレーム本体は伝導性材料から製造される請求項１記載のフレーム。
  5. 中央開口部は四辺形状を有する請求項１記載のフレーム。
  6. 記外壁は、フレーム上を通過するより多くのフローを優先的にコーナー領域又は中央領域に向ける幾何学的形状を有する請求項１記載のフレーム。
  7. コーナー領域内の外壁の一部は湾曲部を有し、中央領域内の外壁の一部は実質的に直線状である請求項１に記載のフレーム。
  8. 処理チャンバであって、
    内部に処理領域を画定する上壁と、側壁と、底壁を含むチャンバ本体と、
    処理領域内に配置される基板支持体であって、基板支持体と側壁の間を通過するより多くのフローを、中央領域に対しコーナー領域に、又は、コーナー領域に対し中央領域に優先的に向けるように選択された外側プロファイルを有する基板支持体と、
    基板支持体の下方のチャンバ本体の底壁を貫通して配置されたポンピングポートを含む処理チャンバ。
  9. 基板支持体の外側プロファイルとチャンバ本体の側壁との間に画定される間隙は、基板支持体のコーナー領域に対して基板支持体の中央領域の近くで異なる請求項８記載の処理チャンバ。
  10. 前記基板支持体は、
    基板支持体上に配置され、基板支持体上に画定される基板支持面を取り囲むフレームを含み、外側プロファイルは基板支持体又はフレームの一方によって画定される請求項８記載の処理チャンバ。
  11. フレームは、
    フレームの第１の側部に形成されたコーナー領域を備え、コーナー領域は中央領域の中央幅より小さなコーナー幅を有し、幅は内壁と外壁の間で規定される請求項１０記載の処理チャンバ。
  12. 中央幅とコーナー幅の差は、約５ｍｍ〜約６０ｍｍである請求項１１記載の処理チャンバ。
  13. 間隙は、フレームのコーナー領域と側壁の間で規定される第１の幅と、フレームの中央領域と側壁の間で規定される第２の幅を有し、第１の幅は第２の幅より大きく、幅は内壁と外壁との間で規定される請求項１０記載の処理チャンバ。
  14. 間隙は、コーナー領域に対して中央領域において狭い請求項１０記載の処理チャンバ。
  15. 処理チャンバ内で不均一なガスフローを制御する方法であって、
    フレームと処理チャンバの間に画定されたコーナー間隙及び中央間隙を介して堆積ガスフローを処理チャンバ内に画定された処理領域内に向ける工程を含み、
    ガスフローは、中央間隙を介した第２のフローレートより大きなコーナー間隙を介して流れる第１のフローレートを有する方法。
  16. コーナー間隙は中央間隙より大きな幅を有する、請求項１５記載の方法。
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