JP3210277U - 非一様なガス流クリアランスを備えた基板支持アセンブリ - Google Patents
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Abstract
【課題】基板支持アセンブリとプラズマ処理チャンバの側壁との間に流れる非一様なガス流を提供するプラズマ処理チャンバ内で使用するための基板支持アセンブリを提供する。【解決手段】基板支持アセンブリ222は、基板支持体294の少なくとも第1の側面と、基板支持体294の第1の側面に形成されたコーナー領域291及び中央領域256とを画定する基板支持体294を含み、コーナー領域291は、中央領域256の中央幅よりも小さいコーナー幅を有し、両幅は、中心軸と基板支持体294の第1の側面との間に画定される。【選択図】図2B
Description
(考案の分野)
本明細書に開示される実施形態は、概して、処理チャンバ内で基板上に膜を製造するための装置に関し、より詳細には、プラズマ処理用途のための非一様なガス流を提供するために処理チャンバ内で使用される基板支持アセンブリに関する。
本明細書に開示される実施形態は、概して、処理チャンバ内で基板上に膜を製造するための装置に関し、より詳細には、プラズマ処理用途のための非一様なガス流を提供するために処理チャンバ内で使用される基板支持アセンブリに関する。
(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、一般的に、アクティブマトリックスディスプレイ(例えば、コンピュータ、テレビ、及び他のモニター)用に使用される。プラズマ強化化学蒸着(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用の透明基板)上に薄膜を堆積させるために用いられる。PECVDは、一般的に、基板を含む真空チャンバ内に、前駆体ガス又はガス混合物を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位置する分配プレートを通って下方に導かれる。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以上の電源から処理チャンバ内の電極に電力(例えば、高周波(RF)電力)を印加することにより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、基板の表面上に、材料の層を形成するように反応する。層は、例えば、パッシベーション層、ゲート絶縁膜、バッファ層、及び/又はエッチストップ層とすることができる。層は、より大きな構造(例えば、ディスプレイ装置内で使用さ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)など)の一部であってもよい。
液晶ディスプレイ又はフラットパネルは、一般的に、アクティブマトリックスディスプレイ(例えば、コンピュータ、テレビ、及び他のモニター)用に使用される。プラズマ強化化学蒸着(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用の透明基板)上に薄膜を堆積させるために用いられる。PECVDは、一般的に、基板を含む真空チャンバ内に、前駆体ガス又はガス混合物を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位置する分配プレートを通って下方に導かれる。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以上の電源から処理チャンバ内の電極に電力(例えば、高周波(RF)電力)を印加することにより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、基板の表面上に、材料の層を形成するように反応する。層は、例えば、パッシベーション層、ゲート絶縁膜、バッファ層、及び/又はエッチストップ層とすることができる。層は、より大きな構造(例えば、ディスプレイ装置内で使用さ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)など)の一部であってもよい。
PECVD技術により処理されたフラットパネルは、典型的には大型である。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。堆積処理の間、プラズマが生成され、活性イオンを形成し、これによって基板上に材料層を堆積させる。プラズマは、容量結合電力、誘導結合電力、又はマイクロ波電力を利用して処理チャンバ内で容易に点火し、プラズマを形成するガスを励起させることができる。しかしながら、処理チャンバ内で生成されるプラズマならびにガス流の分布は、しばしば基板の全表面にわたって均一に分布されないことがある。例えば、プラズマ又は前駆体ガスの流れは、必ずしも基板のエッジまで延在するとは限らず、その結果、エッジから中心までの処理速度が異なる。基板表面全域にわたる異なる位置での非一様なプラズマ又はガス流の分布は、基板上に配置されたターゲット処理材料の非対称又は非一様な処理プロファイルをもたらす可能性があり、これは堆積均一性及び欠陥率に影響を及ぼす可能性がある。このように、基板表面全域にわたる非一様なプラズマ又はガス流の分布は、最終的に、欠陥(例えば、基板上に形成された結果として生じる材料層の形状変形、非一様又は不規則な形状プロファイル)をもたらすことがある。更に、基板表面全域にわたる非一様なプラズマ又はガス流の分布は、洗浄の均一性及び効率にも影響を及ぼす可能性があり、洗浄プロセス中に、膜の堆積物の除去に影響を与え、剥離又は過洗浄を引き起こし、チャンバ部品を腐食する可能性がある。
したがって、プラズマ処理中における基板表面全域にわたる制御可能なプラズマ又はガス流分布制御のための改良された装置が必要とされている。
本明細書に記載の実施形態は、概して、基板支持アセンブリとプラズマ処理チャンバの側壁との間に制御可能な非一様なガス流を提供するプラズマ処理チャンバ内で使用するための基板支持アセンブリに関する。一実施形態では、基板支持アセンブリは、基板支持体の少なくとも第1の側面と、基板支持体の第1の側面に形成されたコーナー領域及び中央領域とを画定する基板支持体を含み、コーナー領域は、中央領域の中央幅よりも小さいコーナー幅を有し、両幅は、中心軸と基板支持体の第1の側面との間に画定される。
別の一実施形態では、処理チャンバは、チャンバ本体内に処理領域を画定する、頂壁と、側壁と、底壁とを含むチャンバ本体と、処理領域内に配置された基板支持アセンブリであって、基板支持アセンブリと側壁との間を通過するより多くの流れを、中央領域よりもコーナー領域に又はコーナー領域よりも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アセンブリと、基板支持アセンブリの下に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とを含む。
更に別の一実施形態では、処理チャンバ内の非一様なガス流を制御する方法は、基板支持アセンブリと処理チャンバの側壁との間に画定されたコーナーギャップ及び中央ギャップを通して堆積ガス流を処理チャンバ内に画定される処理領域内へ向ける工程を含み、ガス流は、コーナーギャップを通って流れる第1の流速を有し、中央ギャップを通る第2の流速よりも大きい。
本考案の上述した構成を詳細に理解することができるように、上記に簡単に要約した本考案のより具体的な説明を、実施形態を参照して行う。実施形態のいくつかは添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は本考案の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがってこの範囲を制限されていると解釈されるべきではなく、本考案は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
一実施形態に係る処理チャンバの断面図を示す。
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処理チャンバ内で利用される基板支持アセンブリの異なる例の上面図を示す。
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図2A〜図2Cの基板支持アセンブリの異なる例を利用した圧力プロファイルマップを示す。
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図2A〜図2Cの基板支持アセンブリの異なる例を利用したガス流速マップを示す。
図2B又は図2Cの基板支持アセンブリの上面図を示す。
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処理チャンバ内に配置された基板支持アセンブリの別の一例を示す。
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。一実施形態の要素及び構成を更なる説明なしに他の実施形態に有益に組み込んでもよいと理解される。
本開示は、概して、処理チャンバ内に配置されたときに、エッジ領域に沿って、及び基板の上面全域にわたってガス流路を変更するように構成された様々な外周の幾何学的形状を有する基板支持アセンブリに関する。基板支持アセンブリの外周の幾何学的形状は、ガス流路、ガス流量、ガス流速、及び基板支持アセンブリとチャンバ壁との間を通過する処理ガス速度を制御するように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プロセス、エッチングプロセス又は洗浄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、又は洗浄プロファイルを効率的に制御することができる。
本明細書内の実施形態は、大面積基板を処理するように構成されたPECVDシステム(例えば、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(Applied Materials Inc.)の一部門であるAKTアメリカ社(AKT America, Inc.)から入手できるPECVDシステム)を参照して以下に例示的に説明される。しかしながら、開示される基板支持アセンブリは、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)において有用性を有することが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処理チャンバを使用して実施され得ることが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。この装置は、内部で1以上の膜を基板140上に堆積させることができる真空処理チャンバ100を含む。真空処理チャンバ100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)を処理するために使用することができる。
処理チャンバ100は、一般的に、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(又はサセプタ)アセンブリ130が、処理容積106内に配置される。基板支持アセンブリ130は、基板140を支持するための基板受け面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、基板支持アセンブリ130が下降位置にあるときに基板140をチャンバ100の内外に搬送することができる。1以上のステム134が昇降システム136に結合され、基板支持アセンブリ130を上昇及び下降させることができる。図1に示されるように、基板は、基板140をチャンバ100の内外に搬送可能な下降位置にある。基板140は、処理のために、処理位置(図示せず)まで上昇させることができる。基板受け面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、基板支持アセンブリ130が処理位置に持ち上げられたときに約400ミル〜約1200ミルの間とすることができる。一実施形態では、間隔は、約400ミル〜約800ミルの間とすることができる。
リフトピン138は、基板支持アセンブリ130を貫通して移動自在に配置され、基板受け面132から基板140まで間隔をあけ、基板のロボット搬送を促進する。基板支持アセンブリ130はまた、加熱及び/又は冷却要素139を含み、基板支持アセンブリ130を所望の温度に維持することができる。基板支持アセンブリ130はまた、RFリターンストラップ131を含み、基板支持アセンブリ130の周囲にRF戻り経路を提供することができる。
シャワーヘッド110は、その周囲でサスペンション114によってバッキングプレート112に結合させることができる。シャワーヘッド110はまた、1以上のカップリング支持体160によってバッキングプレート112に結合され、シャワーヘッド110の垂下を防止する及び/又は真直度/曲率を制御するのを助長することができる。
ガス源120がバッキングプレート112に結合され、これによってバッキングプレート112内のガス出口142を通して、シャワーヘッド110内のガス通路111を通して、基板受け面132上に配置された基板140に処理ガスを供給することができる。真空ポンプ109は、チャンバ100に結合され、処理容積106内の圧力を制御することができる。RF電源122は、バッキングプレート112及び/又はシャワーヘッド110に結合されて、シャワーヘッド110にRF電力を提供する。RF電力は、シャワーヘッド110と基板支持アセンブリ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と基板支持アセンブリ130との間に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の間の周波数)を使用することができる。一実施形態では、RF電源は、13.56MHzの周波数で提供される。
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)もまた、ガス源120とバッキングプレート112との間に結合させることができる。基板を処理する間に、洗浄ガスがリモートプラズマ源124に供給され、これによってリモートプラズマが生成され、処理容積106内に提供され、チャンバ部品を洗浄することができる。洗浄ガスは、RF電源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、更に励起されてもよい。適切な洗浄ガスは、NF3、F2、及びSF6を含むが、これらに限定されない。
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から離間させることができる。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することができる。他の実施形態では、フレーム133は、基板140の上に配置されるように構成することができる。フレーム133は、シャドーフレーム、非接触フレーム(例えば、基板支持アセンブリ130上に配置されたときに基板と接触していないフレーム)、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とすることができる。
図1に示される実施形態では、基板支持アセンブリ130が下げられ、基板支持アセンブリ130上に載置されるか、基板支持アセンブリ130から取り外される基板140に対してクリアランスを提供するとき、フレーム133は、フレーム支持体162上に載ることができる。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。他の一実施形態では、フレーム支持体162は、導電性材料、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のエッジ部における堆積、及び基板140によって覆われていない基板支持アセンブリ130の領域上の堆積を低減することができる。基板支持アセンブリ130が処理位置まで上昇すると、フレーム133は、基板140及び/又は基板支持アセンブリ130に係合し、フレーム支持体162から離れて持ち上げられることができる。
洗浄処理の間に、フレーム133はフレーム支持体162上に載せることができる。基板受け面132は、洗浄中にフレーム133をフレーム支持体162から離れて持ち上げることなく、フレーム133に接触するレベル(高さ)まで上昇させることもできる。
基板支持アセンブリ130は、基板支持アセンブリ130の周囲を画定する外側プロファイルを有する。基板支持アセンブリ130と処理チャンバ100の側壁との間の開口領域の量は、基板支持アセンブリ130及びその上に配置された基板140によって通過するガスの量を制御する。したがって、基板支持アセンブリ130の1つの領域に近接して、他の領域よりも多くの開口領域を優先的に有することによって、基板支持アセンブリ130及び基板140の1つの領域によって流れるガスの量を他の領域に対して制御することができる。例えば、基板支持アセンブリ130の中央領域に近接する開口領域は、基板支持アセンブリ130のコーナー領域に近接する開口領域とは異なり、したがって、より多くの開口領域を有する領域を通してより多くの流れを優先的に向けることができる。1つの領域により多くの流れを優先的に向けることを利用することによって、基板全域にわたってより一様な流れを生成するための他のコンダクタンスの非対称性を補償する、又は基板の1つの領域の上に他の領域よりも多くのガスを流すことができる。一例では、基板支持アセンブリ130の中央領域にコーナー領域よりも優先的に流れを向けることができる。別の一例では、基板支持アセンブリ130のコーナー領域に中央領域よりも優先的に流れを向けることができる。別の一例では、基板支持アセンブリ130の一側面に他の側面よりも優先的に流れを向けることができる。基板支持アセンブリ130の一側面の開口領域は、以下で更に説明されるように、基板支持アセンブリ130のプロファイルの幾何学的形状(例えば、基板支持アセンブリ130の周囲の曲率)を選択して、基板支持アセンブリ130のプロファイルと処理チャンバ100の側壁との間のギャップ全域にわたる幅を制御することによって選択することができる。
図2Aは、処理チャンバ(例えば、図1に示された処理チャンバ100)内で利用することができる基板支持アセンブリ130の上面図を示す。この実施形態では、フレーム133は図示/提示されていないことに留意されたい。基板支持アセンブリ130は、固体(ソリッド)の支持体202を含む。固体の支持体202は、処理中に基板140が載置される実質的に正方形/長方形の形状である。
基板140は、基板支持アセンブリ130の側壁252から離れた所定の距離250を有するエッジ209を有する。図2Aに示される実施形態では、ギャップ225が基板支持アセンブリ130と処理チャンバ100の側壁102の内壁251との間に画定される。対照的に、図2B及び図2Cに示される例では、基板支持アセンブリ222、224は、処理チャンバ100の側壁102の内壁251にぶつかって接触して配置され、それらの間には実質的にギャップは形成されない。
図2Aに示される例では、基板支持アセンブリ130の側壁252は、処理チャンバ100の側壁102の内壁251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、これは基板支持アセンブリ130の4つの壁216、252と処理チャンバ100の側壁102との間にギャップ225を画定する。基板支持アセンブリ130の中央領域253と処理チャンバ100の側壁102との間のギャップ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よりも大きい。基板支持アセンブリ130の中央領域253の外壁252、216が実質的に真っ直ぐに構成されているので、基板支持アセンブリ130の外壁252、216の4つの壁と処理チャンバ100の側壁102との間の幅215、208は、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との間の幅215、208はそれぞれ、実質的に同じにすることができる。更に、基板支持アセンブリ130の外壁216、252が実質的に真っ直ぐに構成されているので、処理チャンバ100の側壁102に沿って基板支持アセンブリ130の第1のコーナー217から第2のコーナー219までに画定される第1の幅207及び第2の幅210は、基板支持アセンブリ130の中央領域253に画定される幅208、215と実質的に同じである。
本明細書に記載されているような用語又はフレーズ「コーナー」又は「コーナー領域」は、基板支持アセンブリの交差する辺(側面)によって部分的に境界付けられ、かつそれらの交点から離れた方向に辺の各々の長さの約4分の1未満延在する領域を表すことに留意されたい。本明細書に記載されているような用語又はフレーズ「中心」又は「中央領域」は、辺の中心点を含み、2つの隣接するコーナー領域によって境界付けられた辺の一部(例えば、基板支持アセンブリの辺の全長の約3分の1から2分の1)を表す。
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)で利用することができる基板支持アセンブリ222の別の一例を示す。図2Aに示される基板支持アセンブリ130と同様に、図2Bの基板支持アセンブリ222は、基板140がその中に配置されることができるように寸法決めされた固体の基板支持体294を含む。
基板支持アセンブリ222は、固体の基板支持体294の外周を画定する外壁296を更に含む。一例では、固体の基板支持体294の外壁296は、非直線とすることができる。例えば、外壁296は、処理チャンバ100の側壁102に非常に接近している(例えば、10mm未満の幅264の)中央領域256によって画定される曲率(例えば、湾曲)を有することができる。中央領域256は、第1の曲率を有する第1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からより遠くに配置され、こうしてコーナー領域291と処理チャンバ100の側壁102との間にコーナーギャップ289を形成する。第2の曲率を有する第2面269は、基板支持アセンブリ222の外壁296のコーナー領域291に形成することができる。湾曲した第2面269は、第1面254の曲率よりも大きい曲率(すなわち、より小さな半径)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の第1面254は、最小からゼロまでの曲率を有するように(例えば、中央領域256全域にわたって実質的に直線的に)構成し、基板支持アセンブリ222を処理チャンバ100の側壁102と、それらの間に最小のギャップを形成してぴったり合わせるのを容易にすることができる。
中央領域256に対する基板支持アセンブリ222のコーナー領域291の更なる間隔は、基板のエッジよりも基板のコーナーにより多くの処理ガスを優先的に向けると考えられている。基板支持アセンブリ222と側壁102との間に画定されるコーナーギャップ289を通過する追加のガス流は、中央ギャップ(図2Bには図示せず)と比べて、基板140の表面全域にわたって流れるガス流路を変更することができる。外壁296の幾何学的形状は、側壁102と基板支持アセンブリ222の中央及びコーナー領域256、291との間に形成される中央ギャップ及びコーナーギャップ289の幅264、263及び寸法に影響を及ぼし、これにより基板支持アセンブリ222と側壁102との間を通過するガスの制御可能な狭められた流れを提供することができる。中央ギャップに対してコーナーギャップ289を通って流れるガスの流れの差は、基板140の上面全域にわたって処理ガスの流れの勾配を作ることができると考えられており、これは、特定の堆積プロセスに対して有益である可能性がある。中央領域256内に形成された中央ギャップに対してコーナー領域291に形成されたより大きなコーナーギャップ289を利用することにより、コーナーギャップ289を通る流れを増大させることができる。従って、外壁296の幾何学的形状は、中央ギャップに対するコーナーギャップ289の大きさ/寸法を制御するように選択することができ、こうしてコーナーガス流が中央ガス流に対して制御可能となる。処理チャンバ100の側壁102によって基板支持アセンブリ222の中央及びコーナー領域256、291に形成されたギャップの非一様な寸法は、基板表面全域にわたるガス流分布を効率的に変更することができる。狭められた流れの異なるコンダクタンスは、基板の異なる領域に到達する異なる量の処理ガスをもたらすので、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。基板支持アセンブリ222による堆積中に提供される同流量制御は、洗浄プロセス中に処理チャンバ100の異なる領域にわたって洗浄効率を制御することも可能にする。
中央ギャップに対するコーナーギャップ289の所定の大きさ/寸法比を有することにより、膜特性/洗浄の均一性を調整することができることが発見された。図2Cに更に示されるように、基板支持アセンブリ224の中央領域283の外壁285として形成された比較的直線状の面279によって、中央ギャップ287は、側壁102と基板支持アセンブリ224との間に画定されることができる。比較的湾曲した面282が、基板支持アセンブリ224の外壁285のコーナー領域281に形成されてもよい。中央ギャップ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、中央領域283とコーナー領域281)で異なる曲率を有するので、基板支持アセンブリ224と側壁102との間に画定される中央ギャップ287及びコーナーギャップ280は、異なる幅を有し、したがってコーナー領域283、281においてより大きなガス流を可能にする。その結果、より高いコーナーガス流が、基板140の上面全域にわたるガス流路/ガス流プロファイルを変更し、堆積/洗浄特性を変化させる。
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、図2A〜図2Cとそれぞれ異なる構成を有する基板支持アセンブリ130、222、224を利用して基板表面の上方で検出されたガス流速プロファイルマップ400、402、404を示す。(40mmより大きい均一な幅208、215、207、210を有する中央及びエッジギャップを有する)比較的直線状の外壁252を有する基板支持アセンブリ130によって図3Aに示されるように、マップ302に示されるような圧力プロファイルは、中央領域308、309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し、コーナー領域313では特に低い圧力を有する(例えば、中央高圧・エッジ低圧の)場合がある。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計算される圧力のばらつき(変動))を約0.1〜0.2トールに制御して、中央高圧・コーナー低圧プロファイルを維持することができる。
更に、図4A〜図4Cに示されるガス流速マップは、基板表面全域にわたるガス流速のばらつきがまた、基板支持アセンブリ130、222、224の異なる構成と相関していることを示している。実質的に比較的直線状の外壁252を有する基板支持アセンブリ130を利用する図4Aに示されたガス流速マップ400では、ガス流速は、中央領域406では比較的低く、一方、コーナー領域418及びエッジ領域416では比較的高い。特に、エッジ領域416におけるガス流速は、コーナー領域418におけるガス流速よりも約15%〜約20%更に高い。図4Aに示される例では、ガス流速は、中央の低速から徐々に高いエッジ速度まで上昇する勾配プロファイルを有する(例えば、中央領域406で最も低い速度で、領域410、412、414で徐々に高い速度となり、そしてコーナー領域418で更により高い速度となり、エッジ領域416で最高速度となる)。
図2Bに示される基板支持アセンブリ222を有する図3B及び図4Bに示される別の一例では、圧力プロファイルマップ304及びガス流速プロファイルマップ402は、比較的高いコーナー流を有する(例えば、側壁102に対して基板支持アセンブリ222の中央領域256に形成された10mm未満の最小ギャップ幅264を有する)基板支持アセンブリ222が、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流速を有することができることを示している。同様に、圧力は、中央領域316、317からコーナー領域318、320へと徐々に減少する。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計算された圧力ばらつき)は、中央高圧からコーナー低圧まで約0.1〜0.2トールとすることができる。
更に、図2Bの基板支持アセンブリ222によって形成されたコーナーギャップ289によってコーナー流が強化されるので、中央領域315の圧力は、強化されたコーナー流なしの図2Aの基板支持アセンブリ130を利用した図3Aの中央領域308の圧力よりも高い。一例では、図3Bの中央領域315の圧力は、約1.46〜1.48トールとすることができ、一方、図3Aの中央領域308の圧力は、約1.41〜1.42トールとすることができ、これは強化されたコーナー流無しのプロセスよりも約3〜5%高い圧力である。
対照的に、図4Bに示されるように、最も低いガス流速は、中央領域420内に見出され、その後、中央領域422、424、426からエッジ領域428へと徐々に増加し、コーナー領域430で最も高いガス流速を有する。上述したように、コーナーギャップ289を有する基板支持アセンブリ222は、コーナーガス流を増大させるので、コーナー領域430でガス流速は最も高く、一方、中央領域420でガス流速は最も低い。図4Bのガス流速マップ402を(例えば、増大させたコーナー流なしの基板支持アセンブリ130を用いた)図4Aのマップ400と比較すると、基板支持アセンブリ222からの増大したコーナー流を有するコーナー領域430でのガス流速は、約8〜9m/s(メートル毎秒)の速度を有することができ、一方、増大したコーナー流なしのコーナー領域418のガス流速は、約6〜6.5m/sとすることができ、これは約20%低いガス流速である。したがって、基板支持アセンブリ222を利用することによって、基板表面全域にわたる圧力プロファイル及びガス流速プロファイルを調整して、堆積プロセス中の堆積の均一性及びプロファイル制御を効率的に改善する、及び/又はチャンバ洗浄プロセス中の洗浄効率を高めることができる。
更に、増大したコーナーガス流なし又はありのマップ302、304、400、402とは対照的に、図2Cの基板支持アセンブリ244は、図3C及び図4Cのマップ306、404に示されるように、中間の圧力勾配及びガス流速勾配を提供する。図2Cの基板支持アセンブリ244はまた、(基板支持アセンブリ130からギャップ225によって画定される40mmよりも大きい幅208と比較して)10mm未満の減少した幅205を有する中央ギャップ287を提供するので、狭められたガス流は、コーナーギャップ280を通って流れるだけでなく、中央ギャップ287を通って流れることができる。したがって、図2Aの基板支持アセンブリ130によってコーナー領域219を通って優先的に導かれる流れの程度は、図2Bの基板支持アセンブリ222によってコーナーギャップ289を通るガスの流れほど顕著ではないかもしれない。したがって、基板支持アセンブリと処理チャンバの側壁との間の中央領域に形成されるギャップのサイズ/寸法を調整することによって、基板の中央エッジに対してコーナーに優先的に向けられるガス流の量を調整し、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洗浄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、少量のガス流を依然として通過可能にする中央ギャップ287を有する(例えば、図2Aの40mmを超える幅208と比較して、10mm〜40mmの減少した中央ギャップ幅205を有する)基板支持アセンブリ224において、中央領域322に最も高い圧力が見られ、コーナー領域328に最も低い圧力が見られることを示している。圧力は、中央領域322、324、326からコーナー領域328へと徐々に減少する。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での最低圧力を引くことによって計算された圧力ばらつき)は、高圧中心からエッジ/コーナーの低圧コーナーまで約0.1〜0.2トールとなるかもしれない。
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1.42トールであり、これは図3Aの中央領域308の圧力と同様である。
対照的に、図4Cのガス流速マップ404によれば、図4Cに示されるように、最も低いガス流速が中央領域432に見られ、中央領域434、436、438、440から、同様に中央領域440及びコーナー領域442の両方での最も高いガス流速まで徐々に増加する。図2Cの基板支持アセンブリ224によって生じるコーナーガス流は、図2Bの基板支持アセンブリ222によって生じるコーナーガス流ほど大きくはないので、コーナー領域442及び中央領域440で生成されるガス流速は、(例えば、約6〜6.5m/sの狭い範囲で)同様になる傾向があり、こうして基板140の周辺領域107の周りでより均一なガス流速を提供する。したがって、均一なガス流速が基板の中央領域とエッジ領域の両方で所望される実施形態では、10mm〜約40mmの間の低減されたギャップ幅205を有する図2Cの基板支持アセンブリ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一例では、図2Bの基板支持アセンブリ222を利用して、基板のエッジに対してコーナーに優先してガス流を増大させることができ、これは基板のコーナーで窒化ケイ素の堆積を高める。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))の堆積プロセスが実行される別の一例では、図2Cの基板支持アセンブリ224を利用して、基板のエッジ領域及びコーナー領域の両方でより均一なガス流速を提供することができる。
図5は、図2Bの基板支持アセンブリ222の上面図を示す。上述したように、基板支持アセンブリ222は、基板支持体294を画定する外壁252を有する。基板支持アセンブリ222のコーナー領域291は、第2の曲率を有する第2面269を有する。中央領域256は、必要に応じて直線状又は非直線状のプロファイルを有することができる第1面254を有する。図5に示される実施形態では、中央領域256内の第1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面254は、第1の曲率で湾曲していてもよい。このような状況では、第1面254の半径によって画定される第1の曲率は、第2面269によって画定される第2の曲率より小さい。一例では、第2の曲率は、第1の曲率よりも約30%〜約90%大きい。
基板支持体294は、基板支持アセンブリ222の中心555を通る中心軸512(水平方向から見た場合)から中央領域256内の外壁252までの中央幅502を有し、同時に、中心軸512からコーナー領域291内の外壁252までのコーナー幅504を有する。同様に、基板支持アセンブリ222はまた、鉛直方向から見たときに中心555を通過する中心軸514によって同様に構成することができる。一例では、コーナー幅504は、基板支持体294の中央幅502よりも約30%〜約90%短い。更に、中央領域256からコーナー領域291までの基板支持体294の一側面に対する全幅偏差506(すなわち、幅502、504の差)は、基板支持アセンブリ222の一側面に沿って約5mm〜約60mmの間にある。一実施形態では、基板支持アセンブリ222は矩形である。
同様に構成された図2Cの基板支持アセンブリ224は、コーナー領域281に形成された曲面282よりも曲率が小さい中央領域283に形成された比較的直線状の面279を有する。しかしながら、図2Cの基板支持アセンブリ224は、処理チャンバ100内に配置されたときに側壁102と基板支持アセンブリ224との間に(約10mm〜約40mmの間の)ギャップ287を依然として維持するように構成されているので、コーナー領域281と中央領域283との間の基板支持体294の幅の偏差は、図2Bの基板支持アセンブリ222のものほど大きくなくてもよい。例えば、中央領域283からコーナー領域281までの図2Cの基板支持アセンブリ224の一側面に沿った全幅偏差213は、約5mm〜約40mmの間にある。図2Cの基板支持アセンブリ224の中央領域283は、コーナー領域281の幅よりも約35%〜約85%大きい幅を有することができる。
上記の概念と同様に、増大されたコーナー流はまた、基板支持体(例えば、図6A〜図6Bに示される基板支持アセンブリ600)内、又は処理チャンバ100の側壁102内に更に形成された異なる外周の幾何学的形状を利用することによって達成することができる。基板支持アセンブリ600は、異なる外周の幾何学的形状を有するが上記の基板支持アセンブリ130と同様に、基板支持アセンブリ600内に形成された所望の曲率を有する4つの側面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。側面601の適切な曲率を選択することによって、基板支持アセンブリ600の外周と処理チャンバの側壁102との間のギャップは変えることができ、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において、又はコーナー領域604に対して中央領域602において、より多くの流れが生じる。図6A〜図6Bに示される例では、基板140は、基板支持アセンブリ600上に配置される。各側面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、(例えば、基板支持アセンブリ600の中心軸512から基板支持アセンブリ600の側面601までの)幅610を有し、中央領域602の幅608よりも短い。したがって、側面601は、中央領域602に対してコーナー領域604において基板140の側壁605により近い。増大されたコーナー流は、コーナー領域604の幅610を、中央領域602の幅608よりも約30%〜約90%小さく制御することによって得ることができる。
別の一例では、基板支持アセンブリ600は、矩形の幾何学的形状を有する図1に示された基板支持アセンブリ130のものと同様の矩形形状の基板支持体650を有し、取り外し可能なスカート652を基板支持体650に取り付けることができる。基板支持体650に一旦取り付けられた取り外し可能なスカート652の外側プロファイルは、基板支持アセンブリ600の側面601の非矩形のプロファイルを生成し、基板支持アセンブリ600の特定の領域の周りに他の領域よりも多くのガスを優先的に流れさせる。取り外し可能なスカート652は、適切な固定具654によって基板支持体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、(例えば、非対称な幾何学的形状、曲率、開口などを含む)異なる幾何学的形状を有するように構成することができ、これによって多くのガス流が、基板140の異なる周辺領域107を優先的に通過するように制御する。図1に示されるように、ポンピングポート105を処理チャンバ100の特定の側面に配置することができるので、基板支持アセンブリ600の側面601の周りのガス流のコンダクタンスは非一様となり、その結果、基板140の周辺領域107の異なる側面に沿って非対称なガス流速又はガス流プロファイルをもたらすことが可能となる。取り外し可能なスカート652を利用することによって、基板支持アセンブリ600の側面601の外周プロファイルは変えることができ、基板140の周辺領域107に隣接するガス流路又はガス流を制御する。例えば、スカート652の形状は、基板支持アセンブリ600の反対の側面に対してポンピングポート105に近接する処理チャンバ100の壁とより小さいギャップ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600及び基板140の周辺領域107の周囲のガス流が実質的に一様になる。更に、取り外し可能なスカート652は、オプションで特定の側面601(例えば、基板支持アセンブリ600の4つすべてではない側面601)だけに配置して、必要に応じて非対称ガス流を得る、又は処理チャンバ内の他の非対称性によって失われたガス流の非対称性を補正することができる。
図6Bは、切断線A−Aに沿った基板支持アセンブリ600の断面図を示す。中央領域602は、基板140の側壁605から測定して所定の幅608をもたらす湾曲した幾何学的形状を有する。上述したように、コーナー領域604に画定される幅610は、図6Bに示される幅608よりも小さい。増大されたコーナー流はまた、必要に応じて基板140に異なるガス流の速度/圧力を発生させることができるように、処理チャンバ100の側壁102の幾何学的形状を変更して、処理チャンバ100の側壁102を湾曲させることによって得ることもできることに留意されたい。
要約すると、本明細書で開示される実施形態は、基板表面全域にわたって提供される、ガス流路(すなわち、基板エッジに対して基板のコーナーに送出されるガスの比率)、速度、及び処理圧力を変更又は調整するために利用することができる異なる外周の幾何学的形状を有する基板支持アセンブリに関する。このようにすることによって、異なる処理要件又は状況に対して一様又は非一様なガス流路が選択され、基板表面全域にわたって所望のガス分布を得ることができ、堆積又は洗浄の効率を改善する。
上記は本考案の実施形態を対象としているが、本考案の他の及び更なる実施形態は本考案の基本的範囲を逸脱することなく創作することができる。
Claims (16)
- 基板受け面と、
基板受け面を囲み、基板支持アセンブリの周辺部を画定する複数の側面とを含み、コーナー領域と中央領域が側面上に画定され、コーナー領域は、中央領域の中央幅よりも小さいコーナー幅を有し、前記両幅は、中心軸と基板支持アセンブリの前記側面のうちの1つとの間に画定される基板支持アセンブリ。 - 中心幅とコーナー幅との間の差は約5mm〜約60mmである、請求項1記載の基板支持アセンブリ。
- 中心幅は、コーナー幅よりも約30%〜約90%大きい、請求項1記載の基板支持アセンブリ。
- 4つの側面を有する矩形の基板支持体と、
矩形の基板支持体の側面のうちの1つに取り付けられた取り外し可能なスカートを含み、取り外し可能なスカートは、コーナー領域と中央領域との間の境界を画定する、請求項1記載の基板支持アセンブリ。 - 周辺部は、基板支持アセンブリの1つの領域に他の領域よりも流れを優先的に向ける幾何学的形状を有する、請求項1記載の基板支持アセンブリ。
- コーナー領域内の周辺部の一部は湾曲を有し、中央領域内の周辺部の一部は実質的に直線状である、請求項1記載の基板支持アセンブリ。
- 中心軸は、基板支持アセンブリの中心を通過する、請求項1記載の基板支持アセンブリ。
- チャンバ本体内に処理領域を画定する、頂壁と、側壁と、底壁とを含むチャンバ本体と、
処理領域内に配置された基板支持アセンブリであって、基板支持アセンブリと側壁との間を通過するより多くの流れを、中央領域よりもコーナー領域に又はコーナー領域よりも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アセンブリとを含む処理チャンバ。 - 基板支持アセンブリ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たギャップは、基板支持アセンブリのコーナー領域に対して基板支持アセンブリ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。
- コーナー領域は、基板支持アセンブリの第1の側面に形成され、コーナー領域は、中央領域の中心幅よりも小さいコーナー幅を有し、前記両幅は、基板支持アセンブリの中心軸と基板支持アセンブリの外側プロファイルとの間に画定される、請求項8記載の処理チャンバ。
- 中心幅とコーナー幅との間の差は約5mm〜約60mmである、請求項10記載の処理チャンバ。
- ギャップは、基板支持アセンブリのコーナー領域とチャンバ本体の側壁との間に画定された第1の幅と、基板支持アセンブリの中央領域とチャンバ本体の側壁との間に画定された第2の幅を有し、第1の幅は第2の幅よりも大きく、前記両幅は、基板支持アセンブリ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、請求項9記載の処理チャンバ。
- 基板支持アセンブリの外側プロファイルの中央領域は、側壁に近接している、請求項12記載の処理チャンバ。
- 中央領域は、外壁の実質的に直線状の面を含み、コーナー領域は、曲面を有する、請求項12記載の処理チャンバ。
- ギャップは、コーナー領域よりも中央領域において狭い、請求項9記載の処理チャンバ。
- 基板支持アセンブリは、
4つの側面を有する矩形の基板支持体と、
矩形の基板支持体の少なくとも1つの側面に取り付けられた取り外し可能なスカートとを含む、請求項9記載の処理チャンバ。
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