JP6025722B2 - 電気的な偏りを調整するためのプラズマ処理装置及びライナーアセンブリ、プラズマ処理方法 - Google Patents

Description

発明の背景

（発明の分野）
本発明は、概して、電極間に印加されるＲＦ電力によってプラズマが励起される、電子基板を製造するためのプラズマ処理装置に関する。より具体的には、本発明は、電極から流されるＲＦ電流の流れのバランスをとるために、プラズマ処理装置の内部に配置されたライナーアセンブリに関する。

（従来技術の説明）
フラットパネルディスプレイ及び集積回路などの電子デバイスは、一般的に層が基板上に堆積され、堆積された材料が所望のパターンにエッチングされる一連のプロセス工程により製造される。プロセス工程は、一般的に物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、プラズマプロセスを含む。具体的には、プラズマプロセスは、チャンバ本体と呼ばれる真空チャンバにプロセスガス混合物を供給し、その後、プラズマ状態にプロセスガスを励起するために、電気的又は電磁的な力（ＲＦパワー）を印加する必要がある。言い換えると、プロセスガスは、電極から流れるＲＦ電流によってプラズマに励起される。プラズマは、所望の堆積又はエッチングプロセスを行うイオン種にガス混合物を分解する。

一般的に、基板は、搬送チャンバからチャンバ本体に搬送機構（例えば、ロボットブレード）を介して送ることができ、処理用の各チャンバ本体の支持アセンブリ（例えば、サセプタ又はペデスタル）上に配置される。更に、チャンバ本体は、チャンバ本体の内壁を保護するためのチャンバライナーも含むことができる。図１Ａを参照のこと。図１Ａは、従来のチャンバライナーの斜視図を示している。図１Ａに示されるように、搬送チャンバから送られた基板を受け入れるために、チャンバ本体内部に配置されたチャンバライナー９０は、通常、チャンバ本体のスリットバルブトンネルに揃えて配置された基板を受け入れるための対応するスロット９０２を有する。

基板処理の際に、電極から流れたＲＦ電流は、チャンバライナーの表面上を電源へと戻る。ＲＦリターン電流は、スロット９０２によって画定されたギャップを越えて伝わらないので、ＲＦリターン電流は、スロット９０２の“周り”を伝わる。これは、スロット９０２の側縁部にＲＦ電流集中領域、及びスロットの上部及び下部に低ＲＦ電流領域を引き起こし、これによって図１Ｂに示されるように、ＲＦ電流の流れの方位的な非対称摂動を引き起こす。

図１Ｂは、図１Ａによる非対称ＲＦ電流の流れを示すために、線Ａ−Ａから線Ｂ−Ｂまで、従来のチャンバライナー９０の概略図を示す。図１Ｂに示されるように、ＲＦ電流の流れ（点線Ｉ_９０で示される）は、スロット９０２によって乱され、つまり、スロット９０２は、電磁界の方位的な非対称性につながる可能性のある高密度領域Ｉ_９２を生成し、最終的にはスロット９０２に対して不均一なエッチングレートの原因となるプラズマを生成する。

従来のチャンバライナーは均衡のとれたＲＦ電流の流れを提供することができず、不完全なプラズマプロセスにつながっていたので、プラズマプロセスにおいて電気的な偏り（スキュー）を防止することはほとんどできなかった。チャンバ内のＲＦ電流分布が対称的であることは重要であり、これによってプラズマに対して電磁界は、方位的に均一なエッチングレート又は堆積レートを提供することができる。したがって、上述の問題を防止するチャンバライナーに沿ったＲＦ電流の流れのバランスを取るためのニーズが存在している。

本発明の実施形態は、表面を流れるＲＦ電流のバランスを取るように構成されたライナーアセンブリを提供する。本発明の一実施形態によると、軸対称のＲＦ電流経路を提供するための２以上のスロットを含み、１つのスロットが基板アクセスポートであるライナーが提供される。

本発明の別の一実施形態では、装置内のＲＦ電流の流れのバランスをとるためのライナーを含むプラズマ処理装置が提供される。

本発明の一実施形態では、プラズマ処理装置は、ライナーを内部に配置したチャンバ本体を含む。ライナーは、軸対称ＲＦ電流経路を提供するための貫通形成された２以上のスロットを含む。

本発明の更なる実施形態は、以下の図面に示される以下の詳細な説明を読んだ後に、当業者に疑いなく理解されるだろう。

本発明の開示事項は、添付図面と共に以下の詳細な説明を考慮することによって容易に理解することができる。
従来のチャンバライナーの斜視図を示す。 ライナー表面の非対称ＲＦ電流分布を示すためのセクション線Ａ−Ａから線Ｂ−Ｂに沿って取られた図１Ａの従来のチャンバライナーの投影図を示している。 本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略図を示す。 本発明の一実施形態に係るチャンバライナーの斜視図を示す。 図３Ａによる実質的に対称的なＲＦ電流の流れを示すための線Ｃ−Ｃから線Ｄ−Ｄまでのチャンバライナーの投影図を示している。 一実施形態に係るプラズマ処理の一実施形態を示すフローチャートである。

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る要素を更なる説明なしに他の実施形態で有益に使用してもよいと理解される。

詳細な説明

図２は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略図を示す。プラズマ処理装置は、プラズマエッチングチャンバ、プラズマ化学蒸着チャンバ、物理蒸着チャンバ、プラズマ処理チャンバ、イオン注入チャンバ、又はその他の適当な真空処理チャンバであることができる。図２に示されるように、プラズマ処理装置１は、チャンバ蓋１０、チャンバ本体１２、及び基板支持アセンブリ１４を含む。チャンバ本体１２は、処理領域を囲むように、チャンバ蓋１０を支持する。基板支持アセンブリ１４は、蓋１０の下方のチャンバ本体１２内に配置されている。プラズマ処理装置１のすべての部品は、それぞれ以下に説明される。

一実施形態では、チャンバ蓋１０は、シャワーヘッドアセンブリ１０２、蓋板１０４、絶縁材１０６、及びスペーサ１０８を含む。蓋板１０４は、一般的にチャンバ本体１２上に位置し、通常、チャンバ本体１２の内部を露出するようにチャンバ蓋１０を開くことを可能にするヒンジ（図示せず）によってそこに結合されている。シャワーヘッドアセンブリ１０２は、通常、導電性材料で構成されており、チャンバ本体１２内に形成されるプラズマ１６を促進するための電極として機能するために、ＲＦ電源４２に結合されている。他の実施形態では、ＲＦ電源４４は、基板支持アセンブリ１４に結合することができ、これによって支持体は電極として機能する。チャンバ蓋１０は、一般的にプロセスガスを処理容積内に導入するためのガス供給源４０に接続されている。具体的には、蓋板１０４は、ガス供給源４０からプロセスガスを受け入れるための注入口１０４ａを含むことができ、その後、ガスはシャワーヘッドアセンブリ１０２を通ってチャンバ本体１２の内部に流入する。シャワーヘッドアセンブリ１０２は、基板支持アセンブリ１４上に配置された基板２への均一なプロセスガスの配送を促進する。

シャワーヘッドアセンブリ１０２は、絶縁体１０６によってチャンバ蓋１０から電気的に隔離されている。絶縁体１０６は、シャワーヘッドアセンブリ１０２を支持するための内側の出っ張り（図示せず）を含んでもよい。スペーサ１０８は、ＲＦ伝導性があり、チャンバ本体１２と蓋板１０４との間に配置され、更に後述するように、ＲＦリターンパスの一部を提供する。

チャンバ本体１２は、チャンバ側壁１２２及び底壁１２４を含む。チャンバ側壁１２２及び底壁１２４は、アルミニウムの単一ブロックから作ることができる。チャンバ本体１２のチャンバ側壁１２２及び底壁１２４は、プラズマ１６を閉じ込めるための処理容積を画定する。処理容積は、通常、チャンバ本体１２の内外への基板２の移動を促進するチャンバ側壁１２２内のスリットバルブトンネル１２２２を通してアクセスされる。実際には、スリットバルブトンネル１２２２は、チャンバ本体１２への／からの基板２の出入りを可能にするために、チャンバ側壁１２２に形成されている。

ライナーアセンブリ３は、処理容積の内部に配置されている。一実施形態では、ライナーアセンブリ３は、チャンバライナー３０と底部ライナー３２を含む。ライナーアセンブリ３は、定期的なクリーニングとメンテナンスを可能にするために取り外し可能である。ライナーアセンブリ３は、ライナーの温度を調節することができるようにクーラントを流すための流路２０２も含むことができる。チャンバライナー３０は、２以上のスロット３４を含み、一般的に円筒状であるが、代わりに他の幾何学的形状を有するチャンバ内壁形状をとってもよい。スロット３４のうちの少なくとも１つは、基板２の通路に適しており、スリットバルブトンネル１２２２と整列している。一実施形態では、スロット３４は、細長い水平の幾何学的配置を有する。チャンバライナー３０に係合した底部ライナー３２は、ボウル部とオプションで最内側の円筒部分を含み、チャンバ側壁１２２及び底壁１２４は、チャンバライナー３０及び底部ライナー３２によってプラズマ１６から遮蔽されている。実際には、ライナーアセンブリ３は、基板支持アセンブリ１４の周りに配置され、チャンバ本体１２の内部垂直面を囲む。ライナーアセンブリ３は、ライナーアセンブリ３をチャンバ側壁１２２に着脱可能に固定するための外側の出っ張り（図示せず）を更に含んでもよい。ライナーアセンブリ３は、任意のプロセス適合性材料（例えば、アルミニウム又はイットリア）で構成してもよい。

スロット３４は、軸対称ＲＦ電流経路を提供するために、チャンバライナー３０を通して対称に形成されている。上述したように、スロット３４のうちの１つは、スリットバルブトンネル１２２２と整列され、同時に他のスロット３４は、チャンバライナー３０の周りに、スリットバルブトンネル１２２２と整列したスロット３４の開口部のためにライナー３０上に存在するＲＦ電流密度及び／又は分布の変化を補償する位置に分布している。一実施形態では、スロット３４は、円形状配列に配置されており、実質的に水平方向に（すなわち、ライナーアセンブリ３の中心軸と直交する方向に）等間隔に離間させてもよい。

基板支持アセンブリ１４は、チャンバ本体１２内でプロセス中に基板２を支持する。実際には、基板支持アセンブリ１４は、少なくとも１つの埋設された発熱体（図示せず）を含むことができる。更に、基板２は、フラットパネルディスプレイ、円形ウェハ、液晶ディスプレイ、ガラスパネル基板、プラスチック基板などであることが可能であるが、これらに限定されない。基板支持アセンブリ１４は、ＲＦ電源４４に電気的に接続することもでき、これによって特定のプロセスで望まれるような基板２のバイアスを提供する。この実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ１０２（第１電極）と基板支持アセンブリ１４（第２電極）は、プロセスガスを励起してプラズマ１６にするために、処理容積に亘ってＲＦ電力を印加することができる。

本発明の一実施形態によれば、対称スロットチャンバライナー３０を図３Ａに更に示すことができる。図３Ａは、本発明の一実施形態に係るチャンバライナーの斜視図を示す。図３Ａに示されるように、チャンバライナー３０は、対称的に形成された複数のスロット３４を有しており、スロット３４のうちの１つは、基板を搬送するための大きさに作られている。他のスロット３４は、例えば、プラズマプロセスにおける電気的な偏りを調整するために設計されており、これによって例えば、ライナーを通って基板搬送に利用されるスロット３４の端部でＲＦ電流密度の集中を補償する。スロットは、対称的に間隔をあけなければならず（すなわち、ライナー３０の中心線の周りに円形状配列でなければならず）、これによって電極から流され、チャンバライナー３０を通って電源に戻るＲＦ電流に対して、軸対称及び方位対称のＲＦ電流のリターンパスを提供することに留意すべきである。

一実施形態では、複数のスロット３４は、同じ大きさである。別の一実施形態では、複数のスロット３４は、１８０度離間した２つのスロットである。別の一実施形態では、複数のスロット３４は、１２０度離間した３つのスロットである。別の一実施形態では、複数のスロット３４は、９０度離間した４つのスロットである。

図３Ｂは、ライナー３０を横切る対称的なＲＦ電流の流れを示す、線Ｃ−Ｃから線Ｄ−Ｄまで取られたチャンバライナー３０の概略投影図を示している。図３Ｂに示されるように、スロット３４は、等しいサイズであり、チャンバライナー３０を貫通して対称的に形成され、これによってＲＦ電流の流れの経路（点線Ｉ_３０で示されている）は、スロット３４によって対称的に摂動される。これは、チャンバライナー３０の周囲に均一に分布した電流密度Ｉ_３２の増加した対称的な領域をもたらす。スロット３４のパターンが対称的である限り、スロット３４は、チャンバライナー３０上に垂直方向に同じ高さで配置する必要がないことに留意すべきである。設計者は、スロット３４のパターン／位置を変更することにより、ＲＦ電流の流れＩ_３０の所望の経路を作ることができる。実際には、ＲＦ電流の流れＩ_３０の対称性は、電磁界の方位対称性を高め、これによってプラズマ処理結果の均一性を向上させることができる。また、スロット３４の位置は、ライナーアセンブリ３を介してＲＦリターン電流の流れの非対称性を作るように配置され、これによって処理装置１内の別の電気的な又はコンダクタンスの非対称性を調整し、処理チャンバ内でより均一に分布したプラズマとなる効果が得られ、これによって方位的なプラズマの偏りを実質的に排除することができることが理解される。

本発明の構成及び趣旨を明確に説明するために、本発明の一実施形態にしたがって実施されたプラズマプロセス４００の一実施形態を説明するためのフロー図を図４に提供する。プロセス４００は、貫通して形成された２以上のスロット３４を備えたライナーアセンブリ３を有するプラズマ処理装置１内に基板を搬送することによってＳ５０で始まり、スロット３４は、処理中にライナーアセンブリ３を通してＲＦ電流の流れの対称的な分布を提供するように選択される。Ｓ５２では、プロセスガスが、ガス供給源４０からチャンバ本体１２内に導入される。Ｓ５４では、電力が電極に（すなわち、シャワーヘッドアセンブリ１０２又は基板支持体１４の一方又は両方から）供給され、これによって処理装置１内のプロセスガスをプラズマ１６に励起する。Ｓ５６では、プラズマの存在下で基板が処理される。処理中に電極に電力を印加する間、上述のように、ＲＦ電流は、ライナーアセンブリ３を介して対称的に流れ、電源に戻る。ライナーアセンブリ３を介した対称的なＲＦ電流の流れは、チャンバ内のプラズマの方位的な均一性を向上させ、これによって処理結果を高める。基板のプラズマ処理は、プラズマエッチングプロセス、プラズマ化学蒸着プロセス、物理蒸着プロセス、プラズマ処理プロセス、イオン注入プロセス又は他のプラズマ援用半導体プロセスを実行することを含むことができるが、これらに限定されない。

要約すると、本発明は、ライナーアセンブリに結合されたＲＦ電流の流れのバランスをとるための対称的なスロットを備えたライナーアセンブリを提供する。更に、方位的なプラズマの偏りを調整するために、ＲＦ電流の流れの所望の経路を作るために特定のパターンでスロットを形成することもできる。

上述の例及び説明では、本発明の実施形態の構成及び趣旨が記載されている。当業者は、発明の開示内容を保持したまま、装置の多数の修正形態及び変更形態を作ることができることを容易に認めるだろう。したがって、上記の開示は、添付の特許請求の範囲の境界によってのみ限定されると解釈されるべきである。

Claims (15)

1. プラズマ処理装置内で使用するためのライナーアセンブリであって、
   プラズマ処理装置の側壁の内側に滑入するような寸法に作られた外壁を有する円筒体を含み、貫通して形成され、円形状配列に配置された等しい大きさの３以上のスロットを円筒体は有し、少なくとも１つのスロットは、基板がライナーを水平に通過できるように構成されるライナーアセンブリ。
2. ３以上のスロットは、等間隔に離間している請求項１記載のライナーアセンブリ。
3. ３以上のスロットは、同一平面上にある請求項１記載のライナーアセンブリ。
4. ３以上のスロットは、９０度間隔を空けた４つのスロットである請求項１記載のライナーアセンブリ。
5. 円筒体は、
   外壁に結合された底部と、
   底部に結合され、処理装置の基板支持体の上に滑入するような寸法に作られた内壁を更に含む請求項１記載のライナーアセンブリ。
6. 円筒体は、内部に形成されたクーラント通路を更に含む請求項１記載のライナーアセンブリ。
7. 側壁と底壁を有するチャンバ本体であって、チャンバの側壁と底壁は、プラズマを含むための処理容積を画定し、側壁は貫通して形成されたスリットバルブトンネルを有するチャンバ本体と、
   チャンバ本体上に配置された蓋アセンブリと、
   プラズマ処理装置の側壁の内側に滑入するような寸法に作られた外壁を有する円筒体を含むライナーアセンブリであって、貫通して形成され、円形状配列に配置された等しい大きさの３以上のスロットを円筒体は有し、少なくとも１つのスロットは、基板がライナーを水平に通過できるように構成され、少なくとも１つのスロットは、ライナーアセンブリを介して軸対称ＲＦ帰還電流経路を生成するように配置されるライナーアセンブリを含むプラズマ処理装置。
8. ３以上のスロットは、等間隔に離間している請求項７記載のプラズマ処理装置。
9. ３以上のスロットは、同一平面上にある請求項８記載のプラズマ処理装置。
10. ３以上のスロットは、１２０度離間している３つのスロットである請求項８記載のプラズマ処理装置。
11. ３以上のスロットは、ライナーアセンブリを貫通して形成され、９０度離間している４つのスロットである請求項８記載のプラズマ処理装置。
12. ライナーアセンブリは、
    チャンバ本体の側壁の内側に滑入するような寸法で作られた外壁と、
    外壁に結合された底部を更に含む請求項７記載のプラズマ処理装置。
13. ライナーアセンブリは、底部に結合され、基板支持体の上に滑入するような寸法で作られた内壁を更に含む請求項１２記載のプラズマ処理装置。
14. ライナーアセンブリが、内部に形成されたクーラント流路を更に含む請求項７記載のプラズマ処理装置。
15. 基板をプラズマ処理する方法であって、
    プラズマ処理装置の側壁の内側に滑入するような寸法に作られた外壁を有する円筒体を含むライナーアセンブリを有するプラズマ処理装置のチャンバ本体内に基板を搬送する工程であって、貫通して形成され、円形状配列に配置された等しい大きさの３以上のスロットを円筒体は有し、少なくとも１つのスロットは、基板がライナーを通過できるように構成され、スロットは、処理中にライナーアセンブリを通るＲＦ電流の流れの対称的な分布を提供するように選択される工程と、
    ガス供給源からチャンバ本体内に処理ガスを導入する工程と、
    電力を電極に結合して、チャンバ本体内で処理ガスをプラズマに励起する工程と、
    プラズマの存在下で基板を処理する工程を含む方法。