JP7244623B2 - 粒子生成を低減するためのガスディフューザー支持構造 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、概して、プラズマチャンバ用の支持構造を備えたガス又はプラズマディフューザーに関する。

プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）は、処理ガスが、バッキング板を介し、ディフューザーを介し、次いでガス分配シャワーヘッドへと、処理チャンバ内に導入される堆積方法である。シャワーヘッドは電気的にバイアスされて、処理ガスを点火し、プラズマ化する。シャワーヘッドの反対側に位置するペデスタルは、電気的に接地されており、アノード、並びに基板支持体として機能する。処理ガスのプラズマは、基板上の１つ以上の膜上に形成される。

内部チャンバ構成要素の定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、処理チャンバの外側で点火されてプラズマとなり、バッキング板を通り、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、通常、摂氏約４００度、又はそれ以上であり、流路の一部を膨張させる。洗浄後、ガス経路の一部は徐々に冷える。この熱サイクルは、製造期間中に複数回繰り返される。

しかしながら、熱サイクルは、ガス経路の一部をさまざまな速度で膨張又は収縮させる。隣接する部品間の差動膨張によって、部品が互いに擦れ合い、粒子が生成される。次に、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。流路に残っている粒子は、処理ガス流内に取り込まれ、堆積プロセス中に基板を汚染する可能性がある。基板の粒子汚染は収量を減少させる。

したがって、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が必要とされている。

本開示の実施形態は、概して、減圧チャンバ用のガスディフューザー支持構造のための装置及び方法を提供する。一実施形態では、ガスディフューザー支持構造は、そこを通じて中央ボアが形成されたバッキング板、中央ボア内に形成された一体化したクロス構造、及び単一の締め具によってクロス構造に結合されたガス偏向器を備えている。

別の実施形態では、そこを通じて中央ボアが形成されたバッキング板、及び中央ボア内に形成された一体化したクロス構造を備えた、減圧チャンバのためのガスディフューザー支持構造が開示され、該クロス構造は、複数の開口部を分離する複数のスポークを備えている。

別の実施形態では、そこを通じて中央ボアが形成されたバッキング板、中央ボア内に形成された一体化したクロス構造であって、複数の開口部を分離する複数のスポークを備えたクロス構造、及び単一の締め具によってクロス構造に結合されたガス偏向器を備えた、減圧チャンバのためのガスディフューザー支持構造が開示される。

本開示の上記の特徴を詳細に理解できるように、その一部が添付の図面に示されている実施形態を参照することにより、上に簡単に要約されている本開示のより詳細な説明を得ることができる。本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、添付の図面が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的な側面断面図 本開示の一実施形態による、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概略的な部分断面図 図２Ａの線２Ｂ－２Ｂに沿ったガスディフューザー支持アセンブリの一部の部分断面図

理解を容易にするため、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が用いられる。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記載がなくとも、他の実施形態に有益に組み込むことができることが企図されている。

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、米国カリフォルニア州サンタクララ所在の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）装置に関連して以下に説明される。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装置を含めた、他の堆積チャンバにも適用可能であるものと理解されたい。

図１は、チャンバ１００の一実施形態の概略的な側面断面図である。チャンバ１００は、ガラス、ポリマー、又は他の適切な基板で作られた大面積基板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力デバイス、若しくは他の構造の製造に使用するために、大面積基板１０５上に構造及びデバイスを形成するように構成される。構造は、複数の連続した堆積及びマスキング工程を含みうる、複数のバックチャネルエッチ型の逆スタッガード（ボトムゲート）薄膜トランジスタでありうる。他の構造には、太陽電池用のダイオードを形成するためのｐ－ｎ接合が含まれうる。

チャンバ１００は、チャンバ側壁１１０、底部１１５、処理中に大面積基板１０５を支持するペデスタルなどの基板支持体１２０を備えている。ガス分配シャワーヘッド１４５は、基板支持体１２０及び大面積基板１０５の反対側に配置されている。チャンバ１００はまた、スリットバルブ開口部などのポート１２５を有しており、これは、選択的に開閉することにより、チャンバ１００内外への大面積基板１０５の移送を容易にする。チャンバ１００はまた、リッド構造１３０、バッキング板１４０、及びガス分配シャワーヘッド１４５も備えている。一実施形態では、リッド構造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の内面１４６及びチャンバ側壁１１０の内面１４７は、可変圧力領域１４８に隣接している。一態様では、チャンバ１００は、可変圧力領域１４８を境界付ける、チャンバ側壁１１０、底部１１５、及びバッキング板１４０を備えた本体を含む。バッキング板１４０は、該バッキング板１４０とリッド構造１３０とが互いに接触しうる界面において、適切なＯリングによってその周囲が密閉されている。Ｏリングは、チャンバ１００に結合された減圧ポンプによって負圧が提供されると、電気絶縁を促進し、かつ、可変圧力領域１４８を密閉する。

一実施形態では、ガス分配シャワーヘッド１４５は、１つ以上の中央支持部材１５０によって、その中央領域がバッキング板１４０で支持されている。１つ以上の中央支持部材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の支持を容易にして、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、熱、重力、及び減圧のうちの１つ又は組合せに起因してガス分配シャワーヘッド１４５が垂れ下がる又はたるむ傾向を緩和する。ガス分配シャワーヘッド１４５はまた、その周囲において、可撓性サスペンション１５５によっても支持されうる。可撓性サスペンション１５５は、ガス分配シャワーヘッド１４５をその縁部から支持し、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ている。

チャンバ１００は、ガス源及びプラズマ源１６５に結合されたガス入り口１６０に結合されている。プラズマ源１６５は、直流電源又は無線周波数（ＲＦ）電源でありうる。ＲＦ電源は、チャンバ１００に誘導結合又は容量結合されうる。ガス入り口１６０は、ガス源からボア１６２を通ってガスディフューザーアセンブリ１６４に処理を送給する。ガスディフューザーアセンブリ１６４は、有孔ガス偏向器１６６を含む。ガス偏向器１６６は、バッキング板１４０の中心に固定されている。ガス偏向器１６６は、ガスバッフル１６８からボア１６２を通過するガスを受け取る。ガスバッフル１６８は、バッキング板１４０と一体化している。ガス偏向器１６６は、ガスバッフル１６８の中心に固定されている。

ガスは、ボア１６２を通ってガスバッフル１６８へと流れ、ガス偏向器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との間に画成された中間領域１７０内へと拡散される。動作の一例では、チャンバ１００の内部が減圧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に、ガス源から処理ガスが送給される。１つ以上の処理ガスは、ガス入り口１６０を通ってガスバッフル１６８へと流れ、バッキング板１４０とガス分配シャワーヘッド１４５との間に画成された中間領域１７０内へと流れる。次に、１つ以上の処理ガスは、中間領域１７０から、ガス分配シャワーヘッド１４５を通じて形成された複数の開口部又はガス通路１７５を通って、ガス分配シャワーヘッド１４５の下及び基板支持体１２０の上の領域に画成された処理領域１８０へと流れる。

大面積基板１０５は、基板支持体１２０をガス分配シャワーヘッド１４５に向かって移動させることによって、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、プロセスパラメータとして変更することができる。基板支持体１２０は、該基板支持体１２０に結合された又は基板支持体１２０内に配置された加熱コイル又は抵抗性ヒータなどの一体型ヒータによって加熱することができる。

プラズマは、チャンバ１００に結合されたプラズマ源１６５によって処理領域１８０内に形成されうる。プラズマ励起ガスは、その上に堆積されて、大面積基板１０５上に構造を形成する。一実施形態では、基板支持体１２０は、処理領域１８０におけるプラズマ形成を容易にするために接地電位にある。プラズマはまた、熱的に誘発されたプラズマなどの他の手段によってチャンバ１００内に形成することもできる。この実施形態では、プラズマ源１６５はガス入り口１６０に結合されて示されているが、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の他の部分に結合することもできる。

基板１０５の処理後、該基板１０５はチャンバ１００から移送され、洗浄プロセスが行なわれる。フッ素含有ガスなどの洗浄ガスが、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となる。洗浄ガスのプラズマは、ガス入り口１６０のボア１６２を通り、かつプラズマをガス偏向器１６６によって拡散するガスバッフル１６８を通って、流れる。次に、プラズマは、チャンバの内面を洗浄するために、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。

従来のガス拡散装置は、バッキング板１４０の下面にボルト又は他の方法で固定された別個の部品、及び／又はガス入り口１６０に少なくとも部分的に取り付けられた装置を含む。しかしながら、高温プラズマは、バッキング板１４０と従来のガス拡散装置との間に差動膨張を生じさせる。チャンバ１００の継続的な熱サイクルは、従来のガス拡散装置の部品をバッキング板１４０に擦りつけ、粒子を生じさせる。加えて、従来のガス拡散装置をバッキング板１４０に結合するために利用される締め具には、陽極酸化コーティングが含まれており、これが差動膨張に起因して摩耗し、さらに多くの粒子を生成する可能性がある。粒子はチャンバ１００内のガス流に取り込まれ、該粒子の一部が基板を汚染することがわかっている。

図２Ａは、本開示の一実施形態によるガスディフューザー支持アセンブリ２００を有するチャンバ１００の概略的な部分断面図である。ガスディフューザー支持アセンブリ２００は、バッキング板１４０に一体的に形成されたガスバッフル１６８と、それに結合されたガス偏向器１６６とを含む。図２Ｂは、図２Ａの線２Ｂ－２Ｂに沿ったガスディフューザー支持アセンブリ２００の一部の部分断面図である。

図２Ｂに示されるように、ガスバッフル１６８は、複数の開口部２０５Ａ～２０５Ｄを含む。開口部２０５Ａ～２０５Ｄの各々は、スポーク２１０によって分離されている。スポーク２１０の各々は、ハブ２１５でバッキング板１４０の幾何中心に結合されている。バッキング板１４０の材料から形成されたスポーク２１０の各々は、クロス構造２２０を含む。開口部２０５Ａ～２０５Ｄはそれぞれ、スポーク２１０によって分離された象限に設けられている。開口部２０５Ａ～２０５Ｄの各々は、ガスの流れ又はコンダクタンスを最大化するようにサイズ調整される。開口部２０５Ａ～２０５Ｄの開口面積は、本明細書に記載されるクロス構造２２０を使用すると、従来のガス拡散装置より約５０％増加する。一実施形態では、開口部２０５Ａ～２０５Ｄの開口面積は、約７平方インチである。

一実施形態では、スポーク２１０は、クロス構造２２０内に９０度の間隔で配置される。一実施形態では、スポーク２１０は、長さ方向に沿って略直線状になっている。

図２Ａに示されるように、ガス偏向器１６６は、単一の締め具２２５によってバッキング板１４０に結合されている。締め具２２５は、肩付きねじなどのボルト又はねじである。締め具２２５は、ハブ２１５に形成されたねじ穴２７５に結合する（図２Ｂに想像線で示されている）。締め具２２５はまた、ガス偏向器１６６の上面２３５とバッキング板１４０の下面２４０との間の間隙２３０を維持している。

動作中、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は、ボア１６２を通って流れる。流れは、ガスバッフル１６８の開口部２０５Ａ～２０５Ｄを通って、バッキング板１４０とガス分配シャワーヘッド１４５との間に画成された中間領域１７０内へとコンダクタンス経路に沿って供給される。コンダクタンス経路は、ガス偏向器１６６の周りの横方向の流路２４５及びガス偏向器１６６に形成された複数の貫通孔２５５を通る下向きの流路２５０などの複数の流路を含む。コンダクタンス経路は、ガス分配シャワーヘッド１４５を通じ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へと続いている。

一実施形態では、間隙２３０（バッキング板１４０とガス偏向器１６６の間）は、約０．１５インチから約０．５インチの間である。一実施形態では、間隙２３０は約０．２５インチである。

一実施形態では、貫通孔２５５は、ガス偏向器１６６の主面全体に均一に分布している。一実施形態では、貫通孔２５５の各々は、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。

図２Ａに示されるように、ガス偏向器１６６は、ボア１６２からの垂直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、バッキング板１４０及びガス分配シャワーヘッド１４５に略平行である、略水平の横方向流路２４５を生成する。垂直下向きのガス又はプラズマ流２６５のごく一部は、ガス偏向器１６６内の複数の貫通孔２５５を通過し、バッキング板１４０及び／又はチャンバ１００の縦軸２７０に概ね平行な下向きの流路２５０を生成する。

本明細書に記載されるガスディフューザー支持アセンブリ２００は、粒子形成、並びに従来のガス拡散装置を用いたときに経験する他の問題を実質的に排除する。部品間の摩擦を引き起こしうる応力は、従来のガス拡散装置と比較して、本明細書に記載されるガスディフューザー支持アセンブリ２００では著しく低減される。例えば、最大横方向変形は、本明細書に記載されるガスディフューザー支持アセンブリ２００を使用すると、１０％を超えて減少する。最大垂直方向変形は、本明細書に記載されるガスディフューザー支持アセンブリ２００を使用すると、９９％を超えて減少する。最大ミーゼス応力は、本明細書に記載されるガスディフューザー支持アセンブリ２００を使用すると、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るガスディフューザー支持アセンブリ２００を使用すると、９９％を超えて減少する。反作用モーメント（従来のガス拡散装置の取り付けハードウェア間の摩擦を示唆する）は、本明細書に記載されるガスディフューザー支持アセンブリ２００を使用すると、９８％を超えて減少する。

以上の説明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を逸脱することなく、本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. 減圧チャンバのためのガスディフューザー支持構造であって、
   材料から形成されたバッキング板；
   前記バッキング板内に形成された中央ボア；
   前記バッキング板の材料で形成され、前記中央ボアの底に位置するクロス構造；及び
   前記クロス構造内に形成されたねじ穴と結合する単一の締め具によって前記クロス構造に結合されたガス偏向器
   を備えた、ガスディフューザー支持構造。
2. 前記クロス構造が複数のスポークを備えている、請求項１に記載のガスディフューザー支持構造。
3. 前記複数のスポーク間に開口部が形成されている、請求項２に記載のガスディフューザー支持構造。
4. 前記開口部が約７平方インチの開口面積を含む、請求項３に記載のガスディフューザー支持構造。
5. 前記複数のスポークの各々がハブで交差している、請求項２に記載のガスディフューザー支持構造。
6. 前記ハブが、前記バッキング板の幾何中心に配置されている、請求項５に記載のガスディフューザー支持構造。
7. 前記単一の締め具が前記ハブのところで前記ねじ穴に結合されている、請求項５に記載のガスディフューザー支持構造。
8. 前記ねじ穴は前記ハブに設けられ、前記複数のスポークは前記ねじ穴を中心に９０度の角度の間隔で配置されている、請求項５に記載のガスディフューザー支持構造。
9. 減圧チャンバのためのガスディフューザー支持構造であって、
   中央ボアが内部に形成されたバッキング板；及び
   前記中央ボアの底内に形成された一体化したクロス構造であって、複数の開口部を分離する複数のスポークを備えた、クロス構造
   を備え、
   ねじ穴が、前記クロス構造内で、前記複数のスポークの各々の交点に形成される、
   ガスディフューザー支持構造。
10. 前記複数のスポークは前記ねじ穴を中心に９０度の角度の間隔で配置されている、請求項９に記載のガスディフューザー支持構造。
11. 前記複数の開口部が、約７平方インチの開口面積を含む、請求項９に記載のガスディフューザー支持構造。
12. 前記複数のスポークの各々がハブで交差しており、前記ねじ穴が前記ハブに形成される、請求項９に記載のガスディフューザー支持構造。
13. 前記ハブが、前記バッキング板の幾何中心に配置されている、請求項１２に記載のガスディフューザー支持構造。
14. 前記ねじ穴に設けられた単一の締め具によって前記クロス構造に結合されたガス偏向器
    をさらに備えている、請求項９に記載のガスディフューザー支持構造。
15. 前記単一の締め具が、前記バッキング板の幾何中心で前記クロス構造に結合されている、請求項１４に記載のガスディフューザー支持構造。

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