JP2022508209A - 粒子発生を低減するためのガスディフューザー取付板 - Google Patents

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Abstract

本開示の実施形態は、概して、真空チャンバのためのガスディフューザーアセンブリのための装置及び方法を提供し、ガスディフューザーアセンブリは、取付板を備え、取付板は、ハブ、ハブから径方向に延在する複数の湾曲したスポーク、ハブと湾曲したスポークの各々との間に連結されたガセット部であって、ガセット部の各々が、軸方向に配置された凸曲線を有する、ガセット部、及び湾曲したスポークに連結された1つ又は複数の取付孔を備えている。【選択図】図2

Description

[0001]本開示の実施形態は、概して、プラズマチャンバ内で利用されるガス又はプラズマディフューザーのための取付板に関する。
[0002]プラズマ化学気相堆積(PECVD)は、処理ガスを、バッキング板を介して処理チャンバ内に導入し、ディフューザーを介して、次いで、ガス分配シャワーヘッドへと導入する堆積方法である。処理ガスが点火されてプラズマとなるように、シャワーヘッドは電気的にバイアスされる。シャワーヘッドに対向して配置されるペデスタルは、電気的に接地され、アノード、及び基板支持体として機能する。処理ガスのプラズマは、基板上に1つ又は複数の膜を形成する。
[0003]内部チャンバの構成要素の周期的なチャンバ洗浄は、洗浄ガスラジカルのプラズマを、処理ガスと同じ流路に沿って且つ当該流路を通して流すことによって行われる。例えば、洗浄ガスは、処理チャンバ外で点火されてプラズマとなり、バッキング板、ディフューザー、及びシャワーヘッドを通って流れる。洗浄ガスラジカルのプラズマは、典型的に、約400℃以上であり、流路の一部を膨張させる。洗浄後、ガス流路の部分が徐々に冷却される。この熱サイクルは、製造期間中に複数回繰り返される。
[0004]しかしながら、熱サイクルは、ガス流路の部分を種々の率で膨張又は収縮させる。隣接する部品間の膨張差により、これらの部分が互いに擦れ合うことになり、粒子が生成される。次いで、これらの粒子は、流路内に取り込まれ、チャンバを汚染する。流路内に残っている粒子が処理ガス流に取り込まれることがあり、これによって堆積処理中に基板が汚染される。基板の粒子汚染は、歩留まりを減少させる。
[0005]したがって、処理チャンバ内のガスディフューザーを支持する取付板のための装置及び方法が必要とされている。
[0006]本開示の実施形態は、概して、真空チャンバのためのガスディフューザーアセンブリのための装置及び方法を提供し、ガスディフューザーアセンブリは、取付板を備え、取付板は、ハブ、ハブから径方向に延在する複数の湾曲したスポーク、ハブと湾曲したスポークの各々との間に連結されたガセット部であって、ガセット部の各々が、軸方向に配置された凸曲線を有する、ガセット部、及び湾曲したスポークに連結された1つ又は複数の取付孔を備えている。
[0007]別の実施形態では、取付板を含む、真空チャンバのためのガスディフューザーアセンブリが説明されており、取付板は、ハブ、ハブから径方向に延在する複数のスポーク、ハブとスポークの各々との間に連結されたガセット部であって、ガセット部の各々が、軸方向に配置された凸曲線を有する、ガセット部、湾曲したスポークに連結された1つ又は複数の取付孔、及びハブ内に形成されたねじ孔を備えている。
[0008]別の実施形態では、取付板を含む、真空チャンバのためのガスディフューザーアセンブリが説明されており、単一のファスナによってガスデフレクタが取付板に連結される。取付板は、ハブ、ハブから径方向に延在する複数の湾曲したスポーク、及び湾曲したスポークに連結された1つ又は複数の取付孔を備えている。
[0009]本開示の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明は、実施形態を参照することによって、得ることができる。そのうちの幾つかの実施形態は添付の図面で例示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容し得ることから、添付の図面は、この開示の典型的な実施形態のみを例示しており、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
チャンバの一実施形態の概略側面断面図である。 本開示の一実施形態に係る、ガスディフューザー支持アセンブリを有するチャンバの部分的概略断面図である。 図2の線3A-3Aに沿ったディフューザーアセンブリの一部の底面平面図である。 図3Aの取付板の側断面立面図である。 図1の取付板として利用され得る取付板の別の実施形態の底面平面図である。 図4Aの取付板の側断面立面図である。 図1の取付板として利用され得る取付板の別の実施形態の底面平面図である。 図5Aの取付板の側断面立面図である。 図1の取付板として利用され得る取付板の別の実施形態の底面平面図である。 図6Aの取付板の側断面立面図である。 図1の取付板として利用され得る取付板の別の実施形態の底面平面図である。 図7Aの取付板の側断面立面図である。
[0022]理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。さらに、一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくても、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ている。
[0023]本開示の実施形態は、概して、処理チャンバ内でガスディフューザーを支持するための装置及び方法を提供する。本開示は、以下では、カリフォルニア州サンタクララのApplied Materials, Incの子会社であるAKT America, Inc.から入手可能なプラズマ化学気相堆積(PECVD)装置に関連して説明される。本開示は、他の製造業者から入手可能な堆積チャンバ及びPECVD装置を含む、他の堆積チャンバにも応用可能であることを理解されたい。
[0024]図1は、チャンバ100の一実施形態の概略側面断面図である。チャンバ100は、ガラス、ポリマー、又は他の適切な基板で作製された大面積基板105上に回路を製造するためのPECVDプロセスに適している。チャンバ100は、液晶ディスプレイ(LCD)又はフラットパネルディスプレイ、太陽電池アレイ用の光起電デバイス、又は他の構造体の製造に使用するための構造体及びデバイスを大面積基板105上に形成するように構成される。構造体は、複数のバックチャネルエッチング反転スタガード型(back channel etch inverted staggered)(ボトムゲート)薄膜トランジスタであり得、これには、複数の連続的な堆積及びマスキング工程が含まれ得る。他の構造体には、光起電セル用のダイオードを形成するためのp-n接合点が含まれ得る。
[0025]チャンバ100は、チャンバ側壁110、底部115、及び処理中に大面積基板105を支持する基板支持体120(例えば、ペデスタル)を含む。ガス分配シャワーヘッド145が、基板支持体120及び大面積基板105に対向して位置付けされる。チャンバ100は、スリットバルブ開口部などのポート125を有しており、ポート125は、選択的に開閉することによって、チャンバ100への大面積基板105の出し入れを容易にする。チャンバ100は、リッド構造体130、バッキング板140、及びガス分配シャワーヘッド145をさらに含む。リッド構造体130は、リッド板135を含む。一実施形態では、リッド構造体130は、バッキング板140及びガス分配シャワーヘッド145を支持する。一実施形態では、バッキング板140の内部表面146とチャンバ側壁110の内部表面147が、可変圧力領域148の境界を定める。一態様では、チャンバ100は、可変圧力領域148の境界を定めるチャンバ側壁110、底部115、及びバッキング板140を含む本体を備えている。バッキング板140は、バッキング板140とリッド構造体130とが互いに接触し得る界面で、適切なOリングによって周囲が密封される。チャンバ100に連結された真空ポンプによって負圧が加えられるとき、Oリングは、可変圧力領域148を密封するとともに、電気絶縁を容易にする。
[0026]一実施形態では、ガス分配シャワーヘッド145は、1つ又は複数の中央支持部材150によって、バッキング板140の中央領域で支持される。1つ又は複数の中心支持部材150は、ガス分配シャワーヘッド145の中央領域におけるガス分配シャワーヘッド145の支持を容易にし、ガス分配シャワーヘッド145の水平プロファイルを制御し、ガス分配シャワーヘッド145が、熱、重力、及び真空のうちの1つ又はそれらの組合せによって垂れ下がったり、撓んだりする傾向を軽減する。ガス分配シャワーヘッド145は、可撓性サスペンション155によって、その周囲が支持され得る。可撓性サスペンション155は、ガス分配シャワーヘッド145をその縁部で支持し、ガス分配シャワーヘッド145の横方向の膨張及び収縮を可能にするように適合される。
[0027]チャンバ100は、ガス源及びプラズマ源165に連結されたガス注入口160に連結されている。プラズマ源165は、直流電源又は高周波(RF)電源であってもよい。RF電源が、チャンバ100に誘導結合又は容量結合されてもよい。ガス注入口160は、ガス源からボア162を通して処理ガスをガスディフューザーアセンブリ164に送る。ガスディフューザーアセンブリ164は、穿孔されたガスデフレクタ166及び取付板168を含む。取付板168は、複数のファスナ169によってバッキング板140に連結されている。ガスデフレクタ166は、取付板168の中央に固定されている。ガスデフレクタ166は、ボア162から取付板168へと通過するガスを受け入れる。
[0028]バッキング板140、ガスデフレクタ166、及び取付板168の全てが、アルミニウムのような金属材料を含み得る。
[0029]ガスは、ボア162を通って取付板168へと流れ、ガスデフレクタ166によって、バッキング板140とガス分配シャワーヘッド145との間に画定された中間領域170に広がる。動作の一例では、チャンバ100の内部が真空ポンプによって適切な圧力までポンプダウンされている間、ガス源から処理ガスが供給される。1つ又は複数の処理ガスが、ガス注入口160を通って、取付板168及びガスデフレクタ166へと流れ、バッキング板140とガス分配シャワーヘッド145との間に画定された中間領域170へと流れる。次いで、1つ又は複数の処理ガスは、中間領域170から、ガス分配シャワーヘッド145を貫通して形成された複数の開口又はガス通路175を通り、ガス分配シャワーヘッド145の下方と基板支持体120の上方の領域に画定された処理領域180へと流れる。
[0030]基板支持体120をガス分配シャワーヘッド145に向けて動かすことにより、大面積基板105が、移送位置から処理領域180へと持ち上げられる。処理領域180の高さは、ガス分配シャワーヘッド145の下面と基板支持体120の基板受容面190との間の間隔に基づいて、処理パラメータとして変動し得る。基板支持体120は、一体型ヒータ(例えば、基板支持体120に連結されるか、又はその内部に配置される加熱コイル又は抵抗ヒータ)によって加熱され得る。
[0031]チャンバ100に連結されたプラズマ源165によって、プラズマが処理領域180内に形成され得る。プラズマ励起ガスが、その上に堆積され、構造体が大面積基板105上に形成される。一実施形態では、基板支持体120は、処理領域180内のプラズマ形成を容易にするために接地電位にある。さらに、プラズマは、熱誘導プラズマなどの他の手段によってチャンバ100内に形成され得る。本実施形態では、プラズマ源165がガス注入口160に連結されているように示されているが、プラズマ源165は、ガス分配シャワーヘッド145又はチャンバ100の他の部分に連結されてもよい。
[0032]基板105を処理した後、基板105がチャンバ100から搬出され、洗浄処理が行われる。フッ素含有ガスのような洗浄ガスが、洗浄ガス源184から供給される。洗浄ガスは、遠隔プラズマチャンバ186内で点火されてプラズマになる。洗浄ガスのプラズマは、ガス注入口160のボア162を通り、取付板168を通って流れる。取付板168において、プラズマがガスデフレクタ166によって広がる次いで、チャンバの内部表面を洗浄するために、プラズマが、ガス分配シャワーヘッド145のガス通路175を通って流れる。
[0033]従来のガス拡散装置では、デフレクタ用の取付板として、取付板140の下面にボルト止め又は他の方法締着された別個の部品が含まれる。しかしながら、高温プラズマが、バッキング140と取付板との間の差動膨張、及び/又は取付板自体の本体内の差動膨張を引き起こす。チャンバ100の継続的な熱サイクルによって、従来のガス拡散装置の一部は、バッキング板140、特に従来の取付板に対して擦れ合うことになり、粒子が発生する。例えば、従来の取付板の取付点が膨張してバッキング板と擦れ合い、粒子が発生する。さらに、従来のガス拡散装置をバッキング板140に連結するために利用されるファスナは、陽極酸化コーティングを含む。陽極酸化コーティングは、差動膨張によって摩耗する可能性があり、摩耗がより多くの粒子を発生させる。粒子がチャンバ100内のガス流に取り込まれ、粒子の一部が基板を汚染することが分かっている。
[0034]図2は、本開示の一実施形態に係る、ガスディフューザーアセンブリ164を有するチャンバ100の部分的概略断面図である。ガスディフューザーアセンブリ164は、バッキング板140に連結された取付板168、及び取付板168に連結されたガスデフレクタ166を備えている。
[0035]図3Aは、図2の線3A-3Aに沿ったガスディフューザーアセンブリ164の一部の底面平面図である。図3Bは、図3Aの取付板168の側面立面図である。
[0036]図2、図3A、及び図3Bに示されるように、取付板168は、複数の開口205A~205D(図2に205として示される)を含む。それぞれの開口205A~205Dは、スポーク210によって分離されている。それぞれのスポーク210は、ハブ215においてバッキング板140の幾何学的中心に接合されている。
[0037]図示の実施形態では、それぞれのスポーク210は、その周囲で円形取付構造体300に接合されている。取付構造体300は、複数の円弧セグメント305を含む。複数の円弧セグメント305は、それぞれ取付孔310を含む。各取付孔310は、ファスナ169(図2に図示)のうちの1つを受け入れる。
[0038]それぞれのスポーク210は、交差構造220を含む。それぞれの開口205A~205Dは、スポーク210によって分離された四分円として設けられている。それぞれの開口205A~205Dは、ガス流又は導電率を最大化するように寸法設定されている。開口205A~205Dの開口面積は、本明細書に記載された交差構造220を利用して、従来のガス拡散装置より約50%以上拡大される。一実施形態では、開口205A~205Dの開口面積は、約7平方インチである。
[0039]図3Aに示すように、スポーク210は、ハブ215から径方向に、第1端又は近位端312、及び第2端又は遠位端315を有する。各スポーク210の遠位端315は、径方向において鈍角部分320及び鋭角部分325を含む。幾つかの実施形態では、各スポーク210の近位端312は、径方向において鋭角部分330及び鈍角部分335を含む。遠位本体340は、スポーク210の鈍角部分320及び鋭角部分325によって形成される。幾つかの実施形態(図4A、図5A、図6A、及び図7Aに図示)では、取付孔310は、遠位本体340において形成される。
[0040]図3Bを参照すると、取付板168は、軸方向342における第1の厚さ又は第1の高さ345を含む。第1の高さ345は、ハブ215を含む。取付板168は、第1の高さ345よりも短い、軸方向342における第2の厚さ又は第2の高さ350を含む。第2の高さ350は、取付孔310を含む。取付板168は、第2の高さ350よりも短い、軸方向342における第3の厚さ又は第3の高さ355を含む。第3の高さ355は、各スポーク210の主要部分の厚さを含む。
[0041]幾つかの実施形態では、取付板168のハブ215は、平坦な表面360を含む。図3Bに示す取付板168は、ハブ215とスポーク210との間に配置されたガセット部365をさらに含む。各ガセット部365は、第1の高さ345と第3の高さ355との間の厚さ又は高さを有する。図示の実施形態では、ガセット部365は、スポーク210からハブ215へと移行する、軸方向342における凸曲線370を含む。
[0042]再び図2を参照すると、取付板168は、複数のファスナ169によって取付板140に連結されている。ガスデフレクタ166は、単一のファスナ225によって取付板168に連結されている。ファスナ225は、肩付きねじのようなボルト又はねじである。ファスナ225は、ハブ215に形成されたねじ孔275(図3Aに仮想線で図示)に連結する。さらに、ファスナ225は、ガスデフレクタ166の上面235とバッキング板140及び/又は取付板168の下面240との間に間隙230を維持する。
[0043]動作時、図1のガス源からのガス、又は図1の遠隔プラズマチャンバ186からの洗浄ガスのプラズマが、ボア162を通って流れる。この流れは、取付板168の開口部205A~205Dを通るコンダクタンス経路に沿って、バッキング板140とガス分配シャワーヘッド145との間に画定された中間領域170内へと流れる。コンダクタンス経路は、複数の流路を含んでおり、それには、例えば、ガスデフレクタ166の周囲の側方流路245や、ガスデフレクタ166内に形成された複数の貫通孔255を通る下向き流路250が含まれる。コンダクタンス経路は、ガス分配シャワーヘッド145を通って形成されたガス通路175を通る流路260を介して、処理領域180へと続く。
[0044]スポーク210は、交差構造220内で90度間隔で配置される。一実施形態では、スポーク210は、長さ又は径方向に沿って湾曲している。この湾曲構成及びスポーク210の厚さ(第3の高さ355)が、温度変動中の柔軟性をもたらし、これにより、ファスナ169から離れた領域で取付板168が膨張及び収縮することが可能になる。これにより、バッキング板140と取付板168との間の擦れ合いによる接触が防止され、粒子の発生が最小限となる。
[0045]一実施形態では、間隙230(バッキング板140とガスデフレクタ166との間)は、約0.15インチから約0.5インチである。一実施形態では、間隙230は、約0.25インチである。
[0046]一実施形態では、貫通孔255は、ガスデフレクタ166の主表面全体に均等に分布される。一実施形態では、各貫通孔255は、約0.05インチから約0.2インチの間の直径を有する。一実施形態では、各貫通孔255は、約0.1インチの直径を有する。
[0047]図2に示すように、ガスデフレクタ166は、ボア162からの垂直方向下向きのガス又はプラズマ流265の大部分を実質的に遮断し、実質的に水平な側方流路245を生成する。側方流路245は、バッキング板140及びガス分配シャワーヘッド145に対して実質的に平行である。垂直方向下向きのガス又はプラズマ流265の少量部分が、ガスデフレクタ166内の複数の貫通孔255を通り、下向き流路250を生成する。下向き流路250は、バッキング板140及び/又はチャンバ100の縦軸270に対して略平行である。
[0048]図4Aは、図1の取付板168として利用され得る、取付板400の別の実施形態の底面平面図である。図4Bは、図4Aの取付板400の側面立面図である。
[0049]取付板400は、以下の例外を除いて、取付板168と同様である。取付板400は、図3Aに示すような円形取付構造体300を含まない。代わりに、取付孔310が、遠位本体340においてスポーク210の端部に位置付けされる。さらに、ガセット部365は、スポーク210からハブ215に移行する傾斜平面405を含む。
[0050]図5Aは、図1の取付板168として利用され得る、取付板500の別の実施形態の底面平面図である。図5Bは、図5Aの取付板500の側面立面図である。
[0051]取付板500は、以下の例外を除いて、取付板400と同様である。取付板500のハブ215は、曲面505(図5Bに図示)を含む。取付板500は、曲面505の半径に実質的に類似した半径を有する凸状湾曲部510を有するガセット部365をさらに含む。凸状湾曲部分510は、凸状湾曲部分510の径方向外側にある凹状部分515によってスポーク210に連結されている。
[0052]図6Aは、図1の取付板168として利用され得る、取付板600の別の実施形態の底面平面図である。図6Bは、図6Aの取付板600の側面立面図である。
[0053]取付板600は、以下の例外を除いて、取付板500と同様である。取付板500は、曲面505の半径に実質的に類似した半径を有する凸状湾曲部分510を有するガセット部365を含む。凸状湾曲部分510は、凸状湾曲部分510の半径方向外側にある傾斜面605によってスポーク210に連結されている。
[0054]図7Aは、図1の取付板168として利用され得る、取付板700の別の実施形態の底面平面図である。図7Bは、図7Aの取付板700の側面立面図である。
[0055]取付板700は、以下の例外を除いて、図4A-4Bの取付板600又は取付板400と同様である。取付板500は、角度付けられた平面405を有するガセット部365を含むが、ハブ215の端に角度付けられた外周領域705をさらに含む。
[0056]本明細書に記載されたガスディフューザーアセンブリ164は、粒子形成を実質的になくすとともに、従来のガス拡散装置で生じた他の問題を実質的に解消する。部品間の擦れ合いを生じさせ得る応力は、従来のガス拡散装置と比較して、本明細書に記載されたガスディフューザーアセンブリ164において著しく低減される。例えば、本明細書に記載された取付板の最大側方変形は、10%超減少する。本明細書に記載された取付板を使用すると、最大垂直変形は98%超減少する。本明細書に記載されるように、本明細書に記載された取付板を使用すると、最大ミーゼス応力(Von-Mises stress)が約80%減少する。反力(バッキング板140と従来のガス拡散装置との間の摩擦を示す)は、本明細書に記載された取付板を使用すると、99%減少する。反モーメント(reaction moment)(従来のガス拡散装置の取り付けハードウェア間の擦れ合いを示す)は、本明細書に記載された取付板を使用すると、98%減少する。
[0057]以上の記述は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態及び追加の実施形態を考案してもよい。本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

  1. 真空チャンバのためのガスディフューザーアセンブリであって、
    取付板であって、
    ハブと、
    前記ハブから径方向に延在する複数の湾曲したスポークと、
    前記ハブと前記湾曲したスポークの各々との間に連結されたガセット部であって、当該ガセット部の各々が、軸方向に配置された凸曲線を有する、ガセット部と、
    前記湾曲したスポークに隣接して位置付けされた1つ又は複数の取付孔と
    を備えた取付板
    を備えているガスディフューザーアセンブリ。
  2. 前記取付孔の各々が、前記湾曲したスポーク間で円形取付構造体に形成されている、請求項1に記載のガスディフューザーアセンブリ。
  3. 前記1つ又は複数の取付孔のうちの1つが、前記湾曲したスポークの各々の遠位端において位置付けされている、請求項1に記載のガスディフューザーアセンブリ。
  4. 前記湾曲したスポークの各々が、遠位本体を含む、請求項1に記載のガスディフューザーアセンブリ。
  5. 前記湾曲したスポークの各々が、前記遠位本体において鋭角部分及び鈍角部分を含む、請求項4に記載のガスディフューザーアセンブリ。
  6. 前記湾曲したスポークの各々が、鋭角部分及び鈍角部分を含む、請求項1に記載のガスディフューザーアセンブリ。
  7. 前記ハブが、平坦な表面を含む、請求項1に記載のガスディフューザーアセンブリ。
  8. 前記ハブが、曲面を含む、請求項1に記載のガスディフューザーアセンブリ。
  9. ガセット部が、前記ハブと前記湾曲したスポークの各々との間に位置付けされている、請求項1に記載のガスディフューザーアセンブリ。
  10. 真空チャンバのためのガスディフューザーアセンブリであって、
    取付板であって、
    ハブと、
    前記ハブから径方向に延在する複数のスポークと、
    前記ハブと前記スポークの各々との間に連結されたガセット部であって、当該ガセット部の各々が、軸方向に配置された凸曲線を有する、ガセット部と、
    前記スポークに隣接して位置付けされた1つ又は複数の取付孔と、
    前記ハブ内に形成されたねじ孔と
    を備えた取付板
    を備えているガスディフューザーアセンブリ。
  11. 前記取付孔の各々が、前記スポーク間で円形取付構造体に形成されている、請求項10に記載のガスディフューザーアセンブリ。
  12. 前記1つ又は複数の取付孔のうちの1つが、前記スポークの各々の遠位端において位置付けされている、請求項10に記載のガスディフューザーアセンブリ。
  13. 前記スポークの各々が、遠位本体を含む、請求項10に記載のガスディフューザーアセンブリ。
  14. 前記スポークの各々が、前記遠位本体において鋭角部分及び鈍角部分を含む、請求項13に記載のガスディフューザーアセンブリ。
  15. 前記スポークの各々が、鋭角部分及び鈍角部分を含む、請求項10に記載のガスディフューザーアセンブリ。
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