JP5427367B2 - 矩形サセプタの非対称な接地 - Google Patents

Description

発明の分野

本発明は、概して、材料のプラズマ処理に関する。特に、本発明は、大きな矩形サセプタへの電気的接続に関する。

シリコンウェハに集積回路を製造するために開発された製造技術の多くは、ガラス及びその他材料のラージフラットパネルにディスプレイ及びその他回路を製造するのに適合されてきた。フラットパネルは、コンピュータ又はテレビジョンディスプレイへと形成される。最近になって、薄膜太陽電池の製造用に同種の装置を用いることが着目されている。フラットパネル製造装置は、パネルのサイズと矩形の形状によって、ウェハ製造装置からは長いこと区別されてきた。初期のフラットパネルの中には、一辺のサイズが約５００ｍｍであったが、大きなパネルとなる傾向が続いている。最近の装置の中には、現世代の３００ｍｍの円形ウェハに対して、２２００ｍｍ×２５００ｍｍのパネルを処理するものがある。パネルの合計面積が５５，０００ｃｍ^２であるため、この世代の装置は、５５Ｋと呼ばれている。これより大きなパネルも考えられている。

パネルディスプレイを製造するのに用いる重要な技術の１つは、プラズマエンハンスド化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）であり、これを用いて、典型的には、アモルファス水素化シリコンの半導体層及び典型的にはアモルファス水素化窒化シリコンの絶縁層を堆積する。アモルファスシリコンは、トランジスタや太陽電池に必要なｐ−ｎ接合を形成するために、導電型でドープされてもよい。このプロセスを用いて、酸化シリコン及びその他材料の層を堆積してもよい。これらの層、特に、シリコンと窒化シリコン層の品質及び均一性は、商業運転に重要である。

発明の概要

化学蒸着プロセスにおいて、フィルムでコートされる基板をサポートするサセプタを、その周囲、例えば、真空チャンバの壁に非対称に接地する。接地は、ＲＦコンダクタンスやサセプタ周囲の分布に差のある複数の電気ストラップにより成される。

本発明は、ラージサイズ、例えば、１ｍを超える矩形サセプタに特に有用であり、比較的高周波数、例えば、１３．５６ＭＨｚ以上で、対向する励起電極にＲＦ電力が供給される。

接地ストラップの形状は異なっていてもよく、ストラップが、サセプタ周囲に等間隔で接続されていても、異なるＲＦコンダクタンスが得られる。サセプタ周囲に等しく分配された接地点を、接地ストラップにより部分的にのみ存在させてもよい。

接地の非対称性を選択して、基板全体の堆積レートの均一性を改善してもよい。非対称性はまた、例えば、アモルファスＳｉＮ：Ｈにおけるシリコン−水素結合の濃度、応力、ウェットエッチングレート等の他のフィルム品質及びその均一性も改善する。ある設計ルールに従って、低堆積レートを示す側部の反対側に、高めのストラップコンダクタンスを付与する。

好ましい実施形態の詳細な説明

プラズマエンハンスド化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）の典型的な堆積チャンバは、コートされるパネルをサポートする接地されたサセプタ近傍にシャワーヘッド電極を含む。シリコンを堆積するシラン（ＳｉＨ_４）や水素（Ｈ_２）等のプロセスガスを、広いシャワーヘッドにおいて、多数のアパーチャを通して供給し、ＣＶＤ前駆体ガスを、パネルの上の処理空間に分配する。窒化シリコンを堆積する前駆体ガスの変形例の混合物は、シランとアンモニア（ＮＨ_３）と窒素（Ｎ_２）である。例えば、１３．５６ＭＨｚで動作するＲＦ電源を、シャワーヘッド電極に接続して、処理ガスを、プラズマへ励起し、シリコンの基板への化学蒸着を促す。接地されたサセプタは、ＲＦバイアスシャワーヘッド電極に対して対向電極として作用する。サセプタは、ステムを通して、リフト機構に接続されていて、外部ロボットが、パネルをサセプタに移し、パネルをシャワーヘッド近くまで持ち上げるようにしてもよい。

サセプタの接地は、その接続部周囲のステムを、外部のリフト機構に対して接地することで最も容易に成される。しかしながら、ロー（Ｌａｗ）らは、米国特許第６，０２４，０４４号において、サセプタ周囲の複数の接地パスにより、フィルム品質が改善されることを認識している。

周囲接地の必要性に係る正確な理論は複雑であり、極最近明らかになったものである。より基本的なレベルでは、周囲接地は、金属サセプタにおける表皮効果により必要とされる。周知の表皮効果によれば、高周波放射場は、高導電性金属へは短距離しか透過できない。これに対し、電場は、金属への深さｔの指数関数ｅ^−ｔ／δに従って低下する。δは表皮深さであり、非磁性材料においては、次式により計算される。

式中、ρは金属の抵抗率、μは透過定数、ｃは光の速度、ｆは電磁放射線の周波数である。２．８×１０^−６オーム−ｃｍ及び１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数のアルミニウムの抵抗率については、表皮深さは約３１ミクロンであり、典型的なサセプタの厚さより遥かに短い。堆積レートの増大により、これより高いＲＦ周波数も想定されるが、表皮深さは、これに応じて減じ、関連した接地効果は強まる。堆積不均一性は、パネルが大きいほど悪くなることを見出した。

金属表皮深さの影響を、図１の概略図のプラズマ処理チャンバに示す。真空チャンバ１０は電気的に接地されていて、図示しない基板をサポートするサセプタ１２を囲んでいる。サセプタ１２は、外部垂直リフト機構１６に接続されたステム１４を通して、真空チャンバ１０に電気的に接地されている。サセプタ１２の大きなサイズと重量を考慮すると、同期して動作する多数のステムが、サセプタ１２の背面に分配される。ガスソース２０は、プロセスガスを、多数の分配ガス穴２６を含むガス分配板又はシャワーヘッド２４の背面で、マニホルド２２に供給し、プロセスガスを、シャワーヘッド２４とサセプタ１２の間の処理空間に均一に分配する。図面では、処理空間の高さを誇張してあるが、典型的には、幅より遥かに狭い。シャワーヘッド２４は、導電性で、電極として作用し、真空チャンバ１０からは電気的に絶縁されている。ＲＦ電源２８がシャワーヘッド２４に接続されていて、シャワーヘッド２４とサセプタ１２の間で、処理ガスをＲＦプラズマ３０へ励起する。

ＲＦプラズマ３０の生成においては、多数のＲＦ電子が、典型的にはアルミニウムでできた金属サセプタ１２に対して接地される。しかしながら、表皮効果のために、ＲＦ電子は、比較的厚いサセプタ１２を直接通して浸透できず、薄い表面層を、遠回りの経路３２に沿って、サセプタ１２の周囲３４へ流れ、その側部を下がり、内側にステム１４に向って戻る。ＲＦ接地電流が流れる表面層のこの厚さは、凡そ、表皮深さ、即ち、アルミニウムの３１マイクロメートルである。長く薄い遠回りの経路３２だと、数多くの問題を生じる可能性がある。経路３２が、ＲＦ波長に匹敵すると、定常波が生じる恐れがある。接地された真空チャンバ１０と、サセプタ１２の周囲３４及び下部の間に容量結合がある。容量結合は、その点から接地するのに大きなインピーダンスがあると、サセプタ周囲３４に特に深刻な問題を示す。プラズマ放電は、周囲３４とチャンバ壁の間で生じ、サセプタ１０とシャワーヘッド２４の間のプラズマ３０から電力を奪うからである。更に、長い経路３２は、接地パスにインダクタンスを導入する。

最近の理論は、プラズマ３０を通る放射伝導に重きがおかれており、プラズマ中の低い波速のために、更に大きな表皮効果を示す。この分野の論文としては、リーバーマン（Ｌｉｅｂｅｒｍａｎ）ら、「ラージエリア高周波容量放電における定常波と表皮効果」、プラズマソースサイエンス・アンド・テクノロジー、第１１巻、２８３〜２９３頁（２００２年）及びシャベール（Ｃｈａｂｅｒｔ）ら、「誘導加熱と高周波容量放電におけるＥ〜Ｈ遷移」、同上、第１５巻、Ｓ１３０〜Ｓ１３６頁（２００６年）が挙げられる。

ブロニガン（Ｂｌｏｎｉｇａｎ）らは、本明細書に参考文献として組み込まれる米国特許第７，０８３，７０２号に、益々大きくなるサセプタのための大きい多数の周囲接地経路が求められていることを記載している。５５Ｋ ＰＥＣＶＤチャンバは、サセプタ周囲に均一に分配され、真空チャンバの下部に柔軟に接続された合計で５０以上の接地ストラップを含む。しかしながら、均一性とフィルム品質の問題が尚あり、対処される必要がある。

図２の断面図に示されたラージＰＥＣＶＤリアクタ４０の一例は、下壁４８と一体化された対向する４４、４６側壁のある真空チャンバ４２を含む。真空チャンバ４２は、金属、典型的にはアルミニウムで、電気的に接地されている。１つの側壁４４に形成された装填ポート５０は、中央の移動チャンバに接続されていて、ロボットが、移動ブレード上で、パネルを真空チャンバ４２に移動できるようになっている。図示しないスリットバルブが、プラズマ処理中、装填ポート５０を選択的にシールする。ビューポート５２が、反対の側壁４６に形成され、ウィンドウ５４でシールされて、パネルの装填と処理を見られるようになっている。ウィンドウガラスは、典型的に、金属チャンバ壁とは対照的に、誘電体である。他の２つの図示しないチャンバ側壁には、真空チャンバ４２内の電気的な状態に大きな影響を及ぼすような大きなアパーチャはない。リッドアセンブリ５６が、真空チャンバ４２にサポートされ、シールされているが、チャンバ保守のために、真空チャンバ４２から持ち上げることはできる。リッドアセンブリ５６もまた、典型的に、電気的に接地されている。真空ポンプ５７は、その下部で、真空チャンバ４２の内部に接続されていて、チャンバ内部を低トル範囲までポンピングする。

ガス分配板又はシャワーヘッド５８は、ハンガー６０により、リッドアセンブリ５６にサポートされている。ガスソース６２は、処理ガスを、シャワーヘッド５８とリッドアセンブリ５６の上部の間に形成されたマニホルド６４に供給する。多数のガス穴６６が、シャワーヘッド５８の広い面積に形成されており、処理ガスを真空チャンバ４２内の処理領域６８に均一に注入する。シャワーヘッド５８の少なくとも前部は、金属、典型的にはアルミニウムでできており、リッドアセンブリ５６と真空チャンバ４２からは電気的に絶縁されていて、ＲＦ電源７０により電気的にバイアスがかかっている。サセプタ７２は、処理中、パネル７４又はその他基板を、処理領域６８をまたいでシャワーヘッド５８に対向するようにサポートする。サセプタ７２は、矩形パネルをサポートするため、サセプタも典型的に矩形である。サセプタ７２にサポートされたシャドウリング７５は、堆積中、パネル７４の周囲に張り出し、ある構成で用いると、パネル７４がサセプタ７２に近接して並置されるのを確実なものとする。ブロニガン（Ｂｌｏｎｉｇａｎ）らは、サセプタ７２の構造とコンポーネントについて更に詳細を記している。サセプタ７２は、べローズ７８により真空チャンバ４２の下壁４８にシールされた中央ステム７６に装着されていて、モータ駆動ワームドライブ等のリフト機構８０が、装填位置と処理位置の間で、ステム７６と取り付けられたサセプタ７２を垂直に動かすことができるようになっている。下部装填位置だと、リフトピン８２は、サセプタ７２の表面より上に突出していて、装填ポート５０を通して挿入されたロボットブレードを行き来して移動するパネル７４を保持している。リフト機構８０は、サセプタ７２を持ち上げて、パネル７４をリフトピン８２から、その上部サポート表面へ持ち上げ、サセプタ７２を、パネル７４がシャワーヘッド５８と近接して対向する処理位置まで、更に上げる。

サセプタ７２は、ＲＦバイアスのかかったシャワーヘッド５８に対して、接地電極として作用する金属層を有する。その結果、ＲＦ電源７０が、シャワーヘッド５８に電気的にバイアスをかけると、２つの電極５８、７２間の処理領域６８において処理ガスを励起する。これによって、パネル７４の所望の層の化学蒸着に係る化学反応が活性化する。表層効果及びその他関連のＲＦ効果を乗り越えるために、多数の接地ストラップ８６が、サセプタ７２の周囲と、ＲＦ電源７０に対して、大きなＲＦリターンパスとして作用する接地された真空チャンバ４２の下壁４８の間に接続されている。接地ストラップ８６は、その２つの位置間で、サセプタ７２の垂直運動に対応するように可撓性であることが必要とされる。ステム７６もまた接地されているが、その接地は、厳密に制御された温度まで電気的に加熱されるサセプタ７２に埋め込まれた熱電対まで、そこを通過する電気信号リードの電気的なシールドにとって主にプラスとなるものと考えられる。接地ストラップ８６は、ＲＦ電子を、チャンバ下壁４８まで直接短絡し、それによって、接地パスが非常に短くなり、電子をサセプタ７２から離れるように動かす。

標準接地ストラップ８８が、平らな、設置していない状態にある図３の平面図に示す。幅Ｗは、例えば、約１０ｍｍであり、厚さは、約０．５ｍｍであって、アルミニウム等の軟質金属で構成されているため、可撓性で、その厚さに対して横方向に曲げると、大きな復元力は出さない。ストラップの厚さは、ストラップ幅Ｗの１０％未満であるが、スキン深さよりかなり大きいのであれば、ストラップ８８のＲＦコンダクタンスに対しては比較的影響が少ない。ストラップ８８の長さＬは、サセプタ７２の最大分離、チャンバ下壁プラス端部装着部の長さと湾曲を考慮して選択され、例えば、約４００ｍｍである。その長さの大半について、標準接地ストラップ８８はパターン化されていないストラップである。しかしながら、各端部には、２つの装着耳９０が形成されており、それらの間に、取り付けるのに用いるねじのシャンクを密嵌合する幅を有する端部スロット９２がある。

図４の平面図に示す通り、サセプタ７２の上部表面には、サポートされるパネルと同じサイズの略矩形の台座９６が形成されている。凹リッジ９８が台座９６を囲み、処理中、パネルの周辺に張り出すシャドウリングのベースをサポートしている。略矩形のリセス１００が、リッジ９８に形成されており、サセプタ７２周囲で略等間隔である。それらは、図５の部分断面図に示す通り、各接地ストラップ８８を装着するのに用いられる、各リセス１００下の２つの通し穴１０６を通過する２つのねじ１０４の頭１０２に対応する深さを有している。ねじ１０４は、成形したクランプ１１０及びストラップ端部スロット９２の領域で、ねじ穴１０８にねじ留めされて、耳９０と、ストラップ８８の上端が固定される。成形したクランプ１１０は、下方に傾斜した上側を備えた尖った端部１１２を有していて、ストラップ８８がサポートから離れると曲がるようになっている。同様に、ねじ穴１１４も、真空チャンバ４２の下壁４８に機械加工されている。上方へ傾斜した側を有する尖った端部１１８を備えた第２の成形したクランプ１１６が、ストラップ端部スロット９２及び第２のクランプ１１６の通し穴を通過する２つのねじ１１９により固定され、チャンバ下壁４８のねじ穴１１４にねじ留めされて、その間の接地ストラップ８８の下端を固定している。

接地ストラップは、サセプタの周囲と接地されたチャンバ本体の間で電気的に接続されている。サセプタの周囲には、サセプタの外側側部と、側部から離れた上下表面の最外部分を含めるものとされる。その距離は、サセプタの側部から中心までの距離の１０％又は２０％以内である。接地ストラップを、チャンバ下壁４８ではなく、接地チャンバ側壁４４、４６に接続することも可能である。

接地ストラップ８８を、リッジ９８又はサセプタ７２の周囲の下に実質的に配置して、台座９６及びサポートされたパネル７４の下には実質的に配置せずに、即ち、矩形サセプタ７２の関連した端部に平行な方向に曲がるようにすると有利であることが分かった。ストラップ８６が、サセプタ７２の中間に向って曲がって描かれた図２のものとは異なるこの横に向いた配向だと、リフトピン８２との干渉がなくなって、サセプタ７２の下部から接地電流を離しておくことができる。

しかしながら、それでも５０のストラップが、均一性の問題を解決していないようである。特に、典型的に、装填ポート５０（以降、スリットバルブ又はＳ／Ｖと呼ぶ）とウィンドウポート５０（以降、ウィンドウ又はＷと呼ぶ）の間の中心線に沿った堆積分布は、窒化シリコンの堆積レートについて図６に示した非対称パターンで変化する。標準接地ストラップを用いた堆積レートは、中心近くで最大強度を示し、ウィンドウとスリットバルブに向って非対称に減少する。概して、データによれば、スリットバルブに近くなればなるほど、堆積が増えている。チェ（Ｃｈｏｉ）らによる２００６年３月２３日出願の米国特許出願第１１／３８９，６０３号で、現在は、米国特許出願公開第２００７／０２２１１２８号として公開されたものには、同様の堆積不均一性が開示されているが、均一性を改善するために異なるアプローチを採用している。

非対称の接地構成だと、堆積分布に影響し、非対称の堆積分布を減じることができることがわかった。本発明の理論のこうした理解にとらわれるものではないが、装填ポートと関連のスリットバルブは、電磁場へ大きな非対称性を与えて、非対称な電磁場を補正するために、非対称な接地を必要とする。ビューポートそのものが、更に非対称性を与えるものとは考えられないが、本発明が適用されるチャンバを説明する参照点として用いている。

本発明の一実施形態は、図４のリセス１００の等間隔により示される、接地ストラップの対称配置に適用することができる。しかしながら、異なるタイプの接地ストラップによって、サセプタの異なる部分を接地に接続して、非対称な接地がなされている。

図７の平面図に示す広い接地ストラップ１２０は、図３の標準接地ストラップ８８の幅よりかなり広い幅Ｗを有している。例えば、その幅Ｗは５０ｍｍで、標準接地ストラップ８８の幅より４倍以上大きい。ただし、長さＬは同じであってよい。前述の端部スロット９２と略同じ幅の端部スロット１２４の各側には、図３の耳９０よりも広い耳１２２が配置されている。その結果、広い接地ストラップ１２０は、図５の同じクランプ機構によりクランプされた端部を有しており、サセプタ７２又はクランプハードウェアを修正することなく、標準対称接地ストラップ８８に替えてもよい。広い接地ストラップ１２０は、幅の増大に比例して、ＲＦ周波数でも電気伝導度が増大するものと考えられる。広い接地ストラップ１２０は、全体の機能上の特徴が多くの点で同様であっても、異なるサイズの外形を満たすために、標準接地ストラップ８８とは異なる形状を有している。

広い接地ストラップ１２０は、標準接地ストラップ８８と同じ厚さ及び同じ材料でできていると都合が良い。しかしながら、幅が広くなると、可撓性が減じたり、接地ストラップのコンダクタンスを幾分下げる必要がある。従って、図８及び９の平面図に示すアパーチャのある接地ストラップ１２６、１２８は、標準又は広い接地ストラップ８８、１２０と同じ外側形状を有しているが、夫々、中央長手方向軸に沿って中心に位置するスリットアパーチャ１３０又はダイヤモンドアパーチャ１３２を有している。アパーチャ１３０、１３２の幅は、幅５０ｍｍについては３０ｍｍである。アパーチャ１３０、１３２はよって、ストラップ１２６、１２８の中央で、機械強度が減じるため、ストラップ可撓性が増大する。或いは、ネックのある接地ストラップ１３４は、一方の側が平坦で、他端にリセス１３６がカットされていて、５０ｍｍ幅のストラップについて３０ｍｍの幅を有するネック１３８が形成される。ネックのあるストラップ１３４はまた可撓性の増大も示す。ネックのあるその他の形態及び中央で断面の減じたその他の形状のストラップも設計者には明白である。アパーチャとネックは、ストラップのコンダクタンスに影響するが、アパーチャとリセスが、軸長さの比較的小さな中央部分に限定されていると、ストラップのコンダクタンスは大幅に減少せず、少なくとも中央部分は、サセプタの垂直の運動に対応して容易に曲がる。アパーチャとネックのある接地ストラップ１２６、１２８、１３０、１３２は、標準接地ストラップ８８の同じ外形を満たすものであってもなくてもよいが、幾何学的特徴が導入されているため、異なる形状を有している。

図１１の平面図に示すオフセットの広い接地ストラップ１４０は、狭い耳１４２と広い耳１４４、その間に端部スロット１４６を有している。前の実施形態の端部スロット１２４は、中央長手方向軸と対称に示されているが、端部スロット１４６は、ストラップ１４０の中央長手方向軸１４８からオフセットである。狭い耳１４２の幅は、取り付け用ねじ１０２、１１９と、サセプタ７２のリッジ９８の外側周囲の間の距離に略対応している。狭い耳１４２の幅が、図３の標準接地ストラップ８８の対称耳９０と同じであると、同じクランプハードウェアで、広い非対称の接地ストラップを、狭い対称の接地ストラップに替えることができ有利である。この設計だと、ストラップ１４０がサセプタ７２の隣に装着される側に応じて、２つの異なる配向でサセプタ７２に装着でき有利である。一方の配向では、装着ストラップ１４０が、サセプタ７２の端部からほとんど完全に内側にある。他方の配向だと、装着ストラップ１４０の大部分が、サセプタ７２の端部から外側に延在している。

接地又は電気ストラップの形態は、図示されたものに限定されない。ブロニガン（Ｂｌｏｎｉｇａｎ）らは、前述の特許において、より剛性な部分をつなぐ、限定された数の可撓性継ぎ手を有する広いカーテンストラップを開示している。ストラップの平坦な形状は必要とされないが、可撓性が促される。網状ストラップが可能であるが、真空ポンピングには問題が生じる。

堆積均一性は、サセプタ周囲の異なる位置に、異なる形状の接地ストラップを装着することにより改善できることを見出した。標準又は従来の構成では、接地ストラップは全て図３の狭い接地ストラップ８８である。様々な非対称構成が試されてきた。図１２の概略平面図においてＷ−ＩＮと記された構成では、図１１の５０ｍｍ幅のオフセットの接地ストラップ１４０が、ビューポート５２とウィンドウ５４近傍のサセプタ７２の全てに沿って、内側領域１５０により概して示される通りに、装着されている。更に、サセプタ７２の内側に広い側があるようにして装着されている。Ｗ−ＩＮ構成では、標準１０ｍｍ幅の接地ストラップ８８が、サセプタ７２の残りの３つの側部に装着されている。これに関連するが、区別される、図１３の概略平面図においてＷ−ＯＵＴと記された構成では、５０ｍｍ幅のオフセット接地ストラップ１４０が、ウィンドウ５４とビューポート５２近傍のサセプタ７２の全ての側部に沿って、外側領域１５２により概して示される通りに、装着されている。しかしながら、Ｗ−ＩＮ構成とは異なり、サセプタ７２の外側に広い側が装着されていて、サセプタ周囲から部分的に張り出している。これにも、標準１０ｍｍ幅の接地ストラップ８８が、残りの３つの側部に装着されている。ビューポート５２の概して小さなサイズを考慮に入れると、この構成の主な効果は、装填ポート５０に対向する側部に追加の接地がなされることと考えられる。図示した構成は両方共、追加の接地が、ウィンドウ側の一部に沿ってのみ延在するように修正することができる。

図１４の概略平面図のＳ−１／２と記された他の構成では、５０ｍｍ幅のオフセットの接地ストラップ１４０が、スリットバルブ及び装填ポート５０近傍のサセプタ７２の全ての側部に沿って、スリットバルブに近いサセプタ７２の直角をなす側部１６０、１６２の半分に沿った側部領域１５６、１５８により概して示される通りに、装着されている。本実施形態において、接地ストラップ１４０は全て、サセプタ７２の外側の広い側部に装着されている。標準１０ｍｍ幅の接地ストラップ８８が、サセプタ７２の残りの側部に装着されている。図示したＳ−１／２構成は、様々に修正することができ、例えば、追加の接地は、直角をなす側部１６０、１６２の半分より短く、又は長く延在させることができる。更に複雑な修正によれば、直角をなす側部１６０、１６２にある追加の接地は均一でなく、ウィンドウ側近傍の大きな追加の接地から、スリットバルブ側に向って追加の接地がなくなるまで、徐々に減る。非対称な接地の更に他の構成も可能である。

３つの接地構成を、水素化窒化シリコンのフィルムを堆積するための同じチャンバ条件で用いてきた。堆積したフィルムの厚さは、パネルのウィンドウとスリットバルブ側の間の中央線で測定した。堆積レートの分布を、図１５のグラフに示す。全て１０ｍｍ幅の接地ストラップを用いた標準構成ＳＴＤは、中心近傍で堆積レートの最少を示し、側部に向って増大している。広い接地ストラップがウィンドウ側に配置されているＷ−ＯＵＴ構成は、概して高いが、やや平坦な堆積レートを示しており、スリットバルブ側の堆積がやや高い。広い接地ストラップが、スリットバルブ側近傍の台座の半分に配置されたＳ−１／２構成は、ウィンドウ側の堆積レートにおいて、１つの狭いピークと、広い谷を示し、ウィンドウ側で、狭い谷と広いピークを示している。Ｓ−１／２構成の結果の非対称性は、予測していたものとは逆である。

追加の非対称の接地能力は、概して、堆積を増加させているようである。この結果を説明する１つの手段は、有効接地コンダクタンスを計算するのに用いる全ての接地ストラップの幅を合計することである。５０の１０ｍｍ幅の標準ストラップは合計５００ｍｍの幅である。Ｗ−ＯＵＴ構成が、３８の１０ｍｍ幅の標準ストラップと１２の５０ｍｍ−標準ストラップを有している場合には、合計９８０ｍｍの幅で、ＳＴＤ構成の２倍のコンダクタンスを生成する。Ｓ−１／２構成は、合計１５００ｍｍの幅について、等数の標準の広いストラップを有しており、ＳＴＤ構成の３倍のコンダクタンスを生成する。

Ｓ−１／２構成における非対称な接地は、堆積非対称性を大幅に増大するが、実験によれば、堆積非対称性は制御できることが示されている。しかしながら、実験は、接地非対称性の極端な場合に基づくものであった。接地の量をより精密に調整すると、標準構成により生成される堆積非対称性を補正しながら、得られる堆積非対称性が減じるはずである。

実験は、一方の側での追加の接地は、他方の側での堆積レートを増大する、という結論を支持するものである。

商業生産については、堆積レート及びその均一性が、考慮すべき唯一の事項ではない。フィルム品質及びその均一性もまた考慮しなければならない。図１６、１７及び１８は、３つの説明した構成により成長した水素化窒化シリコンフィルムについてのフィルム品質の３つの測定結果である。ボックスには、パネルの中央、４つの側部及び２つの隅部で測定した、シリコン−水素結合の割合、応力、ウェットエッチングレートの測定値が含まれている。最大値は、ＳＴＤ接地ストラップ構成についてであり、中間値は、Ｗ−ＯＵＴ構成についてであり、最低値は、Ｓ−１／２構成についてである。水素化シリコンの水素の割合を図１６に示す。通常、水素割合は低いのが望ましい。フィルム中の応力を図１７に示す。通常、圧縮でも引張でも応力は低いのが望ましい。ウェットエッチングレート（ＷＥＲ）を図１８に示す。通常、高ウェットエッチングレートは、品質の低いフィルム品質を示すため、低いＷＥＲが望ましい。

異なるプロセスの結果は、図１５〜１８のものとは明らかに違う結果を示している。例えば、ＳｉＮ：ＨのＰＥＣＶＤ条件の異なる設定だと、標準、Ｗ−ＯＵＴ及びＳ−１／２接地構成について、図１９のグラフに示す堆積分布となる。これらの結果によれば、チャンバの片側の追加の接地によって、その側の堆積レートが低下するが、反対側では増加するということがより明らかに示されている。

上記の結果より、Ｓ−１／２接地構成が、最も有望と考えられる。当該のプロセスについて、最良の接地構成を確立するために、研究は続いている。しかしながら、重要なのは、接地非対称性が、チャンバ非対称性により与えられた堆積非対称性を補って、少なくとも部分的に補正できることが分かったことである。

より複雑な分布での、より詳細な実験によれば、更に改善が示されている。標準の均一な分布の接地ストラップを、図２０の平面図に示す。１本斜線のボックスは、夫々、２０ｍｍ幅の接地ストラップ１７０、より具体的には、サセプタ７２でのその接地点を表している。２つの対向する側部には、１２の接地ストラップ１７０があり、２つの対向する直角をなす側部の他の組には、１４の接地ストラップ１７０がある。これは、サセプタ１７０のやや正方形ではない形状を反映している。このように、合計で、５２の接地ストラップ１７０がある。図示する通り、接地ストラップ１７０の接地点は、各側部に沿って均一に分配されているが、各隅部からオフセットである。このオフセットが、変形Ｓ形状におけるいくつかの接地点に延在する可撓性の接地ストラップの大きな曲がりを吸収する。金属真空チャンバの床の接地点が、サセプタ７２の対応の接地点からオフセットであってもよい。また、可撓性接地ストラップによって、チャンバ接地点を、金属真空チャンバの下部側壁に配置することができる。

接地ストラップの非対称Ｓ−１／２分布を、図２１の平面図に示す。２本斜線のボックスは、スリットバルブに対向するサセプタの側部及びスリットバルブ近傍のサセプタ壁と直角をなす対向する側部の半分にある、５０ｍｍ幅の接地ストラップ１７２を示している。５０ｍｍ幅の接地ストラップは、図１１の接地ストラップ１４０の非対称形状であってもよく、その幅側が、サセプタ７２の側部から張り出しているのが好ましい。一方、２０ｍｍ幅の接地ストラップ１７０は、スリットバルブに対向するサセプタ７２の側部及びスリットバルブから離れたサセプタ７２と直角をなす対向する側部の半分に残る。

接地ストラップの更に非対称性のＳ−１／２＋分布を、図２２の平面図に示す。空のボックスは、夫々、均一に分配された接地点で接地ストラップがない、即ち、ゼロ接地ストラップ１７４を表している。Ｓ−１／２分配に比べ、半分又は約半分の２０ｍｍ接地ストラップが、スリットバルブに対向するサセプタの側部及びスリットバルブから離れた直角をなす対向する側部の部分から除去され、２０ｍｍ接地ストラップ１７０の半分のみが残っているが、スリットバルブ近傍の接地点には、５０ｍｍ接地ストラップ１７２が完全に存在したままである。

３つの異なる接地構成を、水素化シリコンのプロセスよりも高い電力を用いるＰＥＣＶＤプロセスでＳｉＮｘを堆積するための同じプロセスレシピを用いて試験した。３つの接地構成のためのパネル全体の堆積レートの分布を、図２３のグラフに示す。均一な接地の図２０の標準（ＳＴＤ）構成は、スリットバルブの側部で、強いが、広い堆積ピークを示す。図２１の非対称Ｓ−１／２構成は、パネルの中央に延びる広い堆積ピークと、スリットバルブと反対のウィンドウ近傍に大きな谷を示す。図２２の更に非対称なＳ−１／２＋構成は、より均一な堆積分布を示す。接地構成の更なる最適化が可能である。

フィルム特性の分配も重要である。図２４のマップは、図２０〜２２の３つの接地構成について、パネルの１２の位置での１分当たりのオングストローム（０．１ｎｍ）の単位でのウェットエッチングレートの値を示す。各ボックスは、ＳＴＤ、Ｓ−１／２及びＳ−１／２＋接地構成について、上から下に、その点での値を含んでいる。その結果によれば、接地構成が、ウェットエッチングレートに影響せず、ウェットエッチングレートは、パネル上で二次元パターンで変わるという以上のことは何も示していない。同様のデータは、シート抵抗、応力、Ｓｉ−Ｈ及びＮ−Ｈ原子結合の濃度を測定するフーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）のフィルム特性について得ることができる。かかる詳細なデータによって、ＣＶＤ装置の特定の用途について、最適化された接地構成を選択することができる。

本発明は、２つの各ゾーン内で均一に分配された等間隔の接地の２つのタイプに限定されるものではない。接地ストラップの３つ以上の異なるタイプを用いてよく、異なる接地ストラップを３つ以上のゾーン内で分配してよい。異なる電気ストラップを等間隔の接地位置の異なる１つに配置する、記載した実施形態以外の異なるやり方で、接地非対称性を実現してもよい。サセプタ周囲の接地位置の分配を変える、即ち、等間隔の同一の接地ストラップの標準構成から、接地ストラップの数を増減しても、同様の結果が得られる。即ち、接地ストラップ間の分布及び間隔を変えると、所望の接地非対称性が得られる。不均一な分配においては、接地ストラップは同じタイプであっても異なるタイプであってもよい。

本発明は、スリットバルブと、場合によっては、対向するウィンドウにより与えられる不均一性に限定されない。ウィンドウの比較的小さなサイズを考慮して、スリットバルブのみに関連した装填ポートによって、補正を必要とする観察された不均一性を生じることができる。更に、ビューポート又はその他非対称なチャンバ構造は、スリットバルブ壁に直角をなす壁に配置してよい。台座に直交する中央ラインに対して非対称性の接地が恐らく必要とされる。

非対称な接地を用いて、ウィンドウとスリットバルブ以外のチャンバ非対称性を補正してもよい。例えば、他のタイプの不連続性が、金属チャンバ壁、特に、誘電体部材に形成される。正方形でないサセプタでも、チャンバ内に非対称性を与える。また、接地は、サセプタの中心からの距離を考慮して、サセプタの矩形側部に沿って変えてもよい。

本発明は、面取りが、サセプタの側部の長さ、又はかかる小さなサイズの他の小さな正方形でないフィーチャーの１０％未満に制限される、大きな矩形サセプタに最も有用である。しかしながら、３００ｍｍ以上のウェハに用いる丸いサセプタには、非対称な周囲接地を使用すると有利である。かかるチャンバは、典型的に、略管状の壁の片側にウェハポートとスリットバルブも有しているからである。

接地ストラップの可撓性は、サセプタの垂直の運動を吸収する。サセプタが動かない場合には、ストラップは可撓性である必要はない。接地の非対称性の必要な程度は、堆積の非対称性又は補正のその他影響に応じて異なる。記載した実施形態では、ウィンドウとスリットバルブに近接する全ての側部の４倍及び直角をなす壁の半分、接地コンダクタンスが変わる。必要とされる非対称性は少ない。ある定義によれば、１つのサセプタの端部の少なくとも半分が、他の同じサイズのサセプタの端部の少なくとも５０％、又は少なくとも１００％異なる合計接地コンダクタンスを有している。

本発明を、サセプタとシャワーヘッドの両方が、接地に平行に水平に延在するプラズマチャンバについて説明してきたが、同様の非対称な接地を、サセプタとシャワーヘッドが垂直に並んだ、又は水平から少なくとも大きく傾いたプラズマチャンバに適用してもよい。その結果、サセプタは、パネルを完全にはサポートしないが、近接して並置され、電気的に結合されて、その電位を決めるように設計されている。更に、かかる垂直配置でリフト機構は、パネルを厳密にリフトするのではなく、実質的に水平に対向電極を行き来して動く。また、かかる垂直構成だと、構造上の非対称は、その下端でパネルを部分的にサポートする構造から生じる。

本発明を、ゼロ電位で本体に接続された接地ストラップに関して説明してきたが、非対称の電気ストラップを、固定非ゼロ電位又は異なる電位に接続してもよい。特に、本発明は、典型的に、シャワーヘッドが接地されていて、サセプタがＲＦ電力印加されたプラズマエッチングチャンバに適用して、多数の電気ストラップが、サセプタ周囲を、ＲＦ電源に接続するようにしてもよい。

本発明によって、安価で製造の容易な接地ストラップに簡単な修正を行うことで、均一性及びフィルム品質を改善することができる。更に、チャンバ接地の修正を現場で行って、異なるプロセス用にカスタマイズすることができる。

サセプタを１点で接地する影響を示す、化学蒸着に用いるプラズマ処理チャンバの概略断面図である。 複数の周辺接地点を示す、化学蒸着に用いるプラズマ処理チャンバの断面図である。 標準接地ストラップの平面図である。 複数の周辺接地点を示すサセプタの平面図である。 サセプタの周囲を下部チャンバ壁に接続する１つの接地ストラップを示す部分断面図である。 対称周囲接地を用いる堆積レートの分布を示すグラフである。 〜 本発明に有用な接地ストラップの異なる形状及びサイズの平面図である。 〜 矩形サセプタを非対称に接地する実施形態の概略平面図である。 サセプタの従来の対称接地、並びにサセプタの非対称な接地の図１３及び１４の２つの実施形態の堆積分布を示すグラフである。 〜 図１２〜１４の３つの接地構成について、夫々、水素化窒化シリコンにおけるシリコン−水素結合の割合、応力、ウェットエッチングレートのパネル周囲の分布を示すマップである。 同じ接地構成であるが、異なる堆積プロセスの堆積分布を示す図１５と同様のグラフである。 矩形サセプタを対称に接地するのを示す平面図である。 〜 矩形サセプタを非対称に接地する２つの実施形態を示す平面図である。 図２０〜２２の３つの接地構成についての堆積分布を示すグラフである。 図２０〜２２の３つの接地構成について、設定したエッチングレートのパネル周囲の分布を示すマップである。

Claims (21)

1. プラズマ処理チャンバであって、
   側壁と後壁とを有する電気的に接地されたチャンバと、
   前記チャンバ内の第１の電極と、
   少なくとも１３ＭＨｚの周波数で動作し、前記第１の電極に接続されたＲＦ電源と、
   前記チャンバ内で、前記第１の電極に対向して、処理される矩形の基板に対して並置されるよう構成された第２の電極と、
   前記第２の電極の周囲を前記接地されたチャンバへ電気的に接続し、前記周囲で前記接地されたチャンバに非対称な接地コンダクタンスを生成する複数の電気接地ストラップとを含むプラズマ処理チャンバ。
2. 前記第２の電極に接続され、前記第２の電極を、前記第１の電極に向けて、且つ前記第１の電極から離れるように動かす運動機構を含む請求項１記載のチャンバ。
3. 前記電気ストラップが可撓性であり、前記第２の電極の動きに応じて曲がる請求項２記載のチャンバ。
4. 前記第２の電極の前記周囲に接続された前記電気ストラップが、複数の形状を有する請求項１記載のチャンバ。
5. 前記第２の電極が矩形で、少なくとも１ｍの側部を有している請求項１記載のチャンバ。
6. 前記第１の電極がその中に延在し、ガスソースに接続可能な複数のガス分配アパーチャを含む請求項１記載のチャンバ。
7. プラズマ処理チャンバであって、
   側壁と後壁とを有するチャンバと、
   前記チャンバ内の第１の電極と、
   前記チャンバ内で、前記第１の電極に対向して、処理される矩形の基板に対して並置されるよう構成された第２の電極と、
   前記第２の電極の周囲を所定の電位で前記チャンバへ接続する複数の形状の複数の電気ストラップと、
   前記第２の電極に接続され、前記第２の電極を、前記第１の電極に向けて、且つ前記第１の電極から離れるように動かす、リフト機構とを含み、前記電気ストラップが、可撓性であり、前記第２の電極の動きに応じて曲がるプラズマ処理チャンバ。
8. 前記電気ストラップが、前記第２の電極の周囲に均一に分配されている請求項７記載のチャンバ。
9. 前記複数の形状が、複数の幅のストラップを含む請求項７記載のチャンバ。
10. プラズマエンハンスドＣＶＤチャンバであって、
    電気的に接地された壁を含む真空チャンバと、
    前記真空チャンバ内に配置され、貫通した複数のガス分配穴を有するシャワーヘッド電極と、
    前記シャワーヘッド電極に接続され、少なくとも１３ＭＨｚの周波数で動作するＲＦ電源と、
    前記チャンバ内に配置され、処理される矩形のパネルに対して並置されるよう構成された矩形サセプタと、
    前記サセプタを、前記シャワーヘッド電極に向けて、且つ前記シャワーヘッド電極から離れるように動かす、運動機構と、
    前記サセプタの周囲と、前記電気的に接地された壁の間に接続され、前記サセプタと前記壁の間に、前記周囲で異なる非対称コンダクタンスを生成する複数の可撓性接地ストラップとを含むプラズマエンハンスドＣＶＤチャンバ。
11. 前記複数のストラップの異なるものが、異なる形状で形成されている請求項１０記載のＣＶＤチャンバ。
12. 前記接地された壁が、前記シャワーヘッドの反対の前記サセプタの側部の前記真空チャンバの後壁である請求項１０記載のＣＶＤチャンバ。
13. プラズマエンハンスドＣＶＤプロセスであって、
    電気的に接地された壁を含む真空チャンバと、
    前記真空チャンバ内に配置され、複数のガス分配穴が貫通するシャワーヘッド電極と、
    前記シャワーヘッド電極に接続されたＲＦ電源と、
    前記チャンバ内に配置され、処理される矩形のパネルに対して並置されるよう構成された矩形サセプタとを含むプラズマチャンバを提供する工程と、
    前記サセプタの周囲と前記接地された壁の間で、複数の電気ストラップを接続して、前記周囲で異なる非対称のコンダクタンスを生成する工程と、
    前記サセプタを、前記シャワーヘッド電極に向けて、且つ前記シャワーヘッド電極から離れるように動かして、前記電気ストラップを曲げる工程と、
    化学蒸着のための前駆体ガスを、前記シャワーヘッド電極を通して、前記真空チャンバへ入れる工程と、
    前記前駆体ガスを、前記ＲＦ電源からのＲＦ電力により、プラズマへ励起して、前記前駆体ガスから前記パネルへ材料を化学蒸着する工程とを含むプロセス。
14. 前記複数のストラップの異なるものが、異なる形状を有する請求項１３記載のプロセス。
15. 前記非対称コンダクタンスを選択して、堆積の均一性を改善するよう変化させる請求項１３記載のプロセス。
16. 前記電気ストラップは前記第２の電極に固定される請求項１記載のチャンバ。
17. 前記第２の電極にねじ止めされ、前記電気ストラップを捕捉するねじを含む請求項１記載のチャンバ。
18. 前記電気ストラップは前記第２の電極に固定される請求項７記載のチャンバ。
19. 前記第２の電極のねじ穴にねじ止めされ、前記電気ストラップを捕捉する部材を含む請求項７記載のチャンバ。
20. 前記接続する工程は、電気ストラップをサセプタに固定する請求項１３記載のプロセス。
21. 前記接続する工程は、前記サセプタのねじ穴に部材をねじ入れし、これによって前記電気ストラップを捕捉することを含む請求項１３記載のプロセス。

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