JP5215055B2 - 拡散装置支持体 - Google Patents

Description

発明の背景

（発明の分野）
本発明の実施形態は概してガス分散板又は拡散装置を支持するための装置及び方法に関する。

（関連技術の説明）
フラットパネルディスプレイの製造に使用する基板の寸法は、近年、劇的に大型化してきている。例えば、典型的には分割することでそこから複数のＴＦＴ−ＬＣＤフラットパネルディスプレイを形成する基板の寸法は約２０００ｃｍ^２であり、その寸法は約２５０００ｃｍ^２以上にまで拡大されてきている。こういった基板は典型的には拡散装置を有したプラズマチャンバ内で処理する。拡散装置は一般的には基板に面して離間関係で支持されており、１つ以上の処理ガスを基板に向かって分散させて、堆積やエッチング等の基板への処理を行う複数のガス流路を備えている。基板寸法におけるこの大型化は拡散装置の寸法の上昇をもたらしたが、これは拡散装置の寸法が基板とほぼ同じだからである。

現行の拡散装置の問題には、拡散装置が高い処理温度、重力、及びその他の力に曝されることによる、拡散装置又は関連部品の時間の経過に伴う下垂、クリープ発生、運動、及び／又は亀裂の発生が含まれる。現行の拡散装置の設計におけるこういった問題は基板の処理の均一性や性質に悪影響を与え、拡散装置及び関連部品の保守・交換コストの上昇につながる可能性がある。

従って、改善されたガス分散装置と方法が求められている。

発明の概要

ガス分散装置の実施形態は、拡散装置に連結され、かつバッキングプレート内を動くように配置された拡散装置支持部材を備えている。ガス分散装置の特定の実施形態は、更に、底部と壁部を含むチャンバ本体部を備えている。バッキングプレートはチャンバ本体部の上に配置されている。チャンバの内部容積は、チャンバ本体部とバッキングプレートによって画成されている。拡散装置はチャンバ内部容積内に配置されている。ガス分散装置のその他の実施形態は、更に、バッキングプレートと拡散装置との間に可変である間隔を備えている。

基板支持体の基板受け面上で基板を処理する方法の実施形態は、チャンバ本体部とバッキングプレートによって画成されたチャンバ内部容積内に拡散装置を設置することを含む。拡散装置支持部材は拡散装置を支持し、バッキングプレート内を動くように配置されている。特定の実施形態においては、チャンバ内部容積内に真空圧を印加し、バッキングプレートは真空圧に対応して撓む。その他の実施形態においては、拡散装置支持部材はチャンバ内部容積外部の構造体に連結されている。

詳細な説明

本発明の実施形態は、概して、堆積、エッチング、プラズマ処理、プラズマ洗浄等における基板処理、又はその他の基板処理をするための処理装置内で拡散装置を支持するための装置及び方法を提供する。図１はプラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）チャンバ等のチャンバ１００内に支持された拡散装置１１０を備えたガス分散装置の一実施形態の概略断面図である。使用に適したＰＥＣＶＤチャンバの１つはカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社、又はアプライドマテリアル社の子会社から入手可能である。その他のチャンバも本発明の装置と方法が有益であると解され、エッチングチャンバ、プラズマ処理チャンバ、プラズマ洗浄チャンバ、及びその他のチャンバが挙げられる。図１に図示のチャンバは基板を水平方向で処理するように構成されたものである。本発明の装置及び方法は垂直方向等のその他の方向で基板を処理するように構成されたチャンバにも応用できると理解される。

チャンバ１００は壁部１０２と底部１０４を有するチャンバ本体部を備えている。チャンバ１００はチャンバ１００の蓋部１２３に連結されたバッキングプレート１１２も含む。チャンバ内部容積１０６は、チャンバ本体部とバッキングプレート１１２によって画成されている。基板支持体１３０はチャンバ内部容積１０６内に配置されている。チャンバ内部容積１０６へは密閉自在なスリットバルブ１０８を通ってアクセスし、基板１４０のチャンバ１００内外への搬送を行うことができる。基板支持体１３０は基板１４０を支持するための基板受け面１３２を含み、基板支持体１３０を上昇・下降させるための昇降システム１３６に連結された軸部１３４を含む。シャドーリング（図示せず）を基板１４０の周縁部上に任意で載置してもよい。昇降ピン１３８は基板支持体１３０内を動くように配置されており、基板受け面１３２に基板１４０を近づけたり離したりする。基板支持体１３０は基板支持体１３０を所望の温度に維持するための加熱及び／又は冷却素子１３９も含んでいてもよい。基板支持体１３０は、基板支持体１３０の周縁部で高周波（ＲＦ）接地を行うための接地ストラップ１３１も含んでいてもよい。

ガス供給源１２０がバッキングプレート１１２に連結されており、１つ以上のガスをバッキングプレート１１２のガスインレット１４２を通して供給している。ガスはガスインレット１４２から、拡散装置１１０内のガス流路１１１を通って、基板１４０上方の処理領域１８０へと流れる。真空ポンプ１０９がチャンバ１００に連結され、チャンバ内部容積１０６と処理領域１８０の圧力を所望のものに制御している。

拡散装置１１０は第１又は上流サイド１１３と、第２又は下流サイド１１６を含む。ガス流路１１１のそれぞれは拡散装置１１０を貫通して形成されており、これによりガスを上流サイド１１３から下流サイド１１６へと処理領域１８０に送ることが可能となる。高周波（ＲＦ）電源１２２をバッキングプレート１１２に連結して、ＲＦ電力を拡散装置１１０に供給してもよい。蓋部１２３によって支持された状態で図示されているバッキングプレート１１２をチャンバ１００のその他の部位から絶縁体１８５で電気的に隔離してもよい。拡散装置に印加されたＲＦ電力により拡散装置１１０と基板支持体１３０との間に電場が形成され、処理領域１８０内でガスからプラズマが発生する。周波数約０．３ＭＨｚ〜約２００ＭＨｚ等の様々な周波数を使用することができ、例えば周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力が挙げられる。

誘導結合又はマイクロ波遠隔プラズマ供給源等の遠隔プラズマ供給源１２４も、ガス供給源１２０とバッキングプレート１１２に形成されたガスインレット１４２との間に連結することができる。次の基板を処理する前に洗浄ガスを遠隔プラズマ供給源１２４に供給して遠隔プラズマを発生させ、チャンバ１００内に供給し、チャンバ部品を洗浄してもよい。洗浄ガスは更にＲＦ電源１２２によって拡散装置１１０に供給されたＲＦ電流によって励起させてもよい。適切な洗浄ガスにはＮＦ_３、Ｆ_２及びＳＦ_６が含まれるが、これに限定されるものではない。

拡散装置１１０はその縁部において懸架部材１１４によってバッキングプレート１１２に連結されている。懸架部材１１４は拡散装置１１０の膨張と収縮が可能となるように可撓性であってもよい。図１に図示の実施形態において、懸架部材１１４もＲＦ電源１２２によって印加されたバッキングプレート１１２からのＲＦ電流を拡散装置１１０へと伝達する。可撓性懸架部材の例がアプライドマテリアル社の米国特許第６４７７９８０号に開示されており、本開示と矛盾しない範囲で引用により本願に全て組み込まれる。

１つ以上の拡散装置支持部材１６０がバッキングプレート１１２の各開口部１６５内を動くように配置され、かつ拡散装置１１０に連結されている。拡散装置支持部材１６０はフレーム構造体１７５に連結されている。拡散装置支持部材１６０の素材は、拡散装置１１０を支持するに十分な強度を有する、処理に対応可能ないずれの素材であってもよく、例えば金属、合金、ポリマー、セラミック、アルミニウム、チタン、及びその組み合わせが挙げられる。拡散装置支持体１６０は好ましくは拡散装置１１０の中央領域に連結されている。拡散装置支持部材１６０はバッキングプレート１１２内で動くように配置されているため、拡散装置支持部材１６０は拡散装置１１０の中央領域をバッキングプレート１１２の中央領域の位置とは関係なくいずれの所望の位置で支持することができる。

拡散装置１１０の中央領域とは本願にて拡散装置の中央から半径Ｒ内の位置として定義され、Ｒは拡散装置の対角線の２５％以下、好ましくは１５％以下、より好ましくは１０％以下である。例えば、拡散装置の寸法が長さ２．３メートル、幅２．０メートルの場合、対角線は約３．０メートルとなる。

図１に図示されるように、拡散装置支持部材１６０は連結アセンブリ１５０によってフレーム構造体１７５に連結してもよい。連結アセンブリ１５０は支持リング１４８と１つ以上の吊具１６２を備えていてもよい。吊具１６２はフレーム構造体１７５と支持リング１４８に連結されている。支持リング１４８は拡散装置支持部材１６０に連結されている。一実施形態において、支持リング１４８はセラミック又はポリマー材料等の誘電体を含み、フレーム構造体１７５を電気的に隔離している又は拡散装置支持部材１６０を通ってバッキングプレートからフレーム構造体１７５へと流れるＲＦ電流の量を低減する。別の実施形態において、支持リング１４８はスチール、アルミニウム、及びその他材料等の導電性材料を含む。

図２は図１のフレーム構造体１７５の上面等角図である。フレーム構造体１７５はバッキングプレート１１２の上方に配置され、蓋部１２３に連結されている。支持リング１４８は環状のものとして図示されているが、その他の形状を用いてもよく、多角形、楕円形、及びその他の単純又は複雑なパターン又は形状が含まれる。

図３は図１のチャンバ１００の拡散装置支持部材１６０、バッキングプレート１１２及び拡散装置１１０の拡大概略断面図であり、バッキングプレート１１２は湾曲している又は撓んでいる。真空圧を内部チャンバ容積１０６に印加すると、内部チャンバ容積１０６と大気圧との圧力差が大きいため、バッキングプレート１１２は湾曲、撓み、下垂又は沈み込みを被る。本願で用いるところの「真空圧」という用語は７６０Ｔｏｒｒ未満、好ましくは１００Ｔｏｒｒ未満、更に好ましくは１５Ｔｏｒｒ未満の圧力を意味する。例えば、基板表面積が２５０００ｃｍ^２以上の基板を処理するためのチャンバ用のバッキングプレートは、そこに印加される真空圧により数ミリ湾曲する又は撓む。相対的に、典型的なプラズマ処理では拡散装置１１０と基板支持体１３０の基板受け面１３２との間の間隔を約３０ミリ以下、又は１５ミリ以下にまで制御する必要がある場合があることから、基板受け面１３２と拡散装置との間の間隔の変動がプラズマ処理、例えばプラズマ堆積処理膜特性及び均一性に悪影響を与える可能性がある。

図３に図示されるように、バッキングプレート１１２の湾曲又は撓みは拡散装置１１０の中央領域の位置に影響を与えない。これは拡散装置１１２の中央領域がバッキングプレート１１２内を動くように配置された拡散装置支持部材１６０によって支持されているからである。拡散装置支持部材１６０はフレーム構造体１７５によって支持されている。フレーム構造体１７５はチャンバ内部容積１０６の外部に配置されている。従って、拡散装置１１２の中央領域の位置はバッキングプレート１１２の中央領域の位置に依存しない。このようにして、拡散装置１１０の湾曲、撓み、下垂、沈み、クリープ発生、運動、亀裂発生及び保守の必要性を軽減することができるが、これは拡散装置１１０の中央領域がバッキングプレート１１２の中央領域に作用する圧力とは関係のない位置で支持されているからである。内部容積内で印加された真空圧に応答したバッキングプレート１１２の運動、湾曲、又は撓みによりバッキングプレート１１２と拡散装置１１０の上部との間の間隔は変動する。拡散装置１１０の中央領域の位置は実質的に同じ位置にとどまる。このため、バッキングプレートが湾曲しても又は撓んでも、拡散装置１１０と基板受け面１３２との間の間隔はより一定に維持される。従って、プラズマ処理が改善され、チャンバ１００の保守が軽減される。

図４Ａ〜図４Ｅはバッキングプレートの開口部１６５に真空シールを施すための、拡散装置支持部材１６０と関連したシーリング装置１４７の各種実施形態を図示している。シーリング装置１４７はチャンバ内部容積１０６を外部大気環境から隔離しており、その一方で拡散装置支持部材１６０とバッキングプレート１１２の相対運動を可能としている。

図４Ａはキャップ３４７Ａとバッキングプレート１１２の上面４１２との間に挟持されたＯリング３２５Ａを備えたシーリング装置１４７Ａを図示している。キャップ３４７Ａは拡散装置支持部材１６０を納めるために形成された開口部４１７Ａを含み、ボルト、ねじ等の固締具４１０Ａによってバッキングプレート１１２の上面４１２に連結することができる。Ｏリング３２５Ａは、拡散装置支持部材１６０と滑り接触することで、開口部１６５をシールしている。

図４Ｂはキャップ３４７Ｂとバッキングプレート１１２の底面４１３との間に挟持されたＯリング３２５Ｂを備えたシーリング装置１４７Ｂを図示している。キャップ３４７Ｂは拡散装置支持部材１６０を納めるために形成された開口部４１７Ｂを含み、ボルト、ネジ等の固締具４１０Ｂによってバッキングプレート１１２の底面４１３に連結することができる。Ｏリング３２５Ｂは、拡散装置支持部材１６０と滑り接触することで、バッキングプレート１１２の開口部１６５をシールしている

図４Ｃはバッキングプレート１１２に形成されたランド部４２０に配置されたＯリング３２５Ｃを備えたシーリング装置１４７Ｃを図示している。Ｏリング３２５Ｃは拡散装置支持部材１６０と滑り接触することで、バッキングプレート１１２の開口部１６５をシールしている。

図４Ｄはシーリング装置１４７Ｄを図示しており、シーリング装置は拡散装置支持部材１６０に形成されたランド部４２１に配置されたＯリング３２５Ｄを備えている。Ｏリング３２５Ｄはバッキングプレート１１２の開口部１６５と滑り接触することでバッキングプレートの開口部１６５をシールしている。

図４Ｅは拡散装置支持部材１６０の少なくとも一部を取り巻く可撓性蛇腹部４０２を備えるシーリング装置１４７Ｅを図示している。図示されるように、可撓性蛇腹部４０２はバッキングプレート１１２と支持リング１４８に連結されている。可撓性蛇腹部４０２はバッキングプレート１１２と支持リング１４８との間の距離の変動により、膨張、収縮可能である。可撓性蛇腹部４０２はスチール又はアルミニウム、又はポリマー材料等から形成することができる。任意でカバー４０５を拡散装置支持部材１６０の周囲の少なくとも一部に配置し、支持リング１４８と拡散装置支持部材１６０との間を真空シールしてもよい。

図５は拡散装置支持部材１６０の一実施形態の断面図であり、拡散装置支持部材は拡散装置１１０に連結された嵌合機構４２５を介して拡散装置に連結されている。嵌合機構４２５は拡散装置支持部材１６０の頭部５２５を収容し、嵌り合うように構成された凹部を有する。一態様においては、嵌合機構により嵌合機構４２５と拡散装置支持部材１６０の着脱が容易となる。

図６Ａは拡散装置支持部材１６０の周囲に少なくとも部分的に配置された、フレーム構造体を拡散装置支持部材１６０から電気的に隔離する又はバッキングプレートから拡散装置支持部材を介してフレーム構造体へと流れるＲＦ電流の量を低減するための絶縁スリーブ６０２の一実施形態の断面図である。絶縁スリーブ６０２により拡散装置支持部材１６０と連結アセンブリ１５０の支持リング１４８との間が絶縁される。その他の実施形態においては（図示せず）、拡散装置支持部材を支持フレームに連結アセンブリで連結し、絶縁スリーブにより拡散装置支持部材と支持フレームとの間を絶縁してもよい。

図６Ｂは拡散装置支持部材１６０に連結された絶縁ブレーキ５６０の一実施形態の断面図である。絶縁ブレーキはフレーム構造体１７５を拡散装置支持部材１６０から電気的に隔離する又はバッキングプレート１１２から拡散装置支持部材１６０を介してフレーム構造体１７５へと流れるＲＦ電流の量を低減する。絶縁ブレーキ５６０は拡散装置支持部材１６０の端部と吊具１６２の端部を支持リング１４８を用いることなく納め、ピン、ネジ、又はボルト等の固締具５６５によってこれらを連結することができる。

図７はバッキングプレート１１２のガスインレット１４２に連結されたガスフィードスルーアセンブリ７１０の一実施形態の断面図である。ガスフィードスルーアセンブリ７１０はガスインレット１４２と流体的に連通しているインレットブロック７１５を含む。インレットブロック７１５はＲＦ電源１２２に連結されたコネクタ７４５を含む。インレットブロック７１５はアルミニウム等の導電性材料を含む。ＲＦ電源１１２によって供給されたＲＦ電流はインレットブロック７１５を通り、バッキングプレート１１２、可撓性懸架部材１１４を通って拡散装置１１０へと流れる。導管７４０によりインレットブロック７１５と遠隔プラズマ供給源インターフェース７２０との間が流体的に連通される。遠隔プラズマ供給源インタフェース７２０は遠隔プラズマ供給源１２４に連結されており、プラズマ供給源１２４はガス供給源１２０に連結されている。一実施形態において、導管７４０は好ましくは誘電体を含み、インレットブロック７１５からそこを通って流れるＲＦ電流の量を低減する。

図８はチャンバ９００の別の実施形態の概略断面図であり、拡散装置支持部材１６０は支持フレーム１７５に直接的に連結されている。ＲＦ電源１２２をバッキングプレート１１２に連結しても、或いは１つ以上の拡散装置支持部材１６０に連結してもよい。どちらの実施形態であっても、チャンバ９００はチャンバ９００の電気的に活性である部位を隔離するためのカバー１１８を含んでいてもよい。カバー１１８は蓋部１２３にまで延びるものであってもよく、接地電位であってもよい。別の実施形態において（図示せず）、絶縁スリーブは各拡散装置支持部材１６０を少なくとも部分的に取り巻き、支持フレーム１７５を拡散装置支持部材１６０から電気的に隔離している。

上記は本発明の実施形態についてのものであるが、本発明のその他又は更なる実施形態もその基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、本発明の範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。

本発明の上述した構成が詳細に理解できるように、上記で簡単に概要を述べた本発明の更に具体的な説明を、その一部が添付図面で図示されている実施形態を参照して行なう。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を図示するに過ぎず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も認め得るため、本発明の範囲を制限すると解釈されないことに留意すべきである。
チャンバ内で支持された拡散装置の一実施形態の概略断面図である。 図１のフレーム構造体の上面等角図である。 図１のチャンバの拡散装置支持部材、バッキングプレート、及び拡散装置の拡大概略断面図であり、バッキングプレートが撓んでいる。 〜 バッキングプレートの開口部に真空シールを施すための、拡散装置支持部材と関連したシーリング装置の各種実施形態を示す図である。 拡散装置に連結された嵌合機構を介して拡散装置に連結された拡散装置支持部材の一実施形態の断面図である。 拡散装置支持部材の周囲に少なくとも部分的に配置された絶縁スリーブの一実施形態の断面図である。 フレーム構造体を拡散装置支持部材から電気的に隔離する又はバッキングプレートから拡散装置支持部材を介してフレーム構造体へと流れるＲＦ電流の量を低減するための絶縁ブレーキの一実施形態の断面図である。 図１のバッキングプレートのガスインレットに連結されたガスフィードスルーアセンブリの一実施形態の断面図である。 チャンバの別の実施形態の概略断面図であり、拡散装置支持部材が支持フレームに連結されている。

円滑な理解のために、可能な限り、図に共通する同一の要素は同一の参照番号を用いて表した。一実施形態で開示された要素は、特に記載することなく別の実施形態にて有利に利用可能である。

Claims (24)

1. チャンバの内部容積内に配置された拡散装置と、
   チャンバに配置され、内部容積の一部を画成するバッキングプレートと、
   バッキングプレート内を動くように配置され、かつ拡散装置とチャンバ内部容積の外部に配置されたフレーム構造体に連結された拡散装置支持部材を備えているガス分散装置。
2. バッキングプレートと拡散装置との間の間隔が可変である請求項１記載の装置。
3. バッキングプレートが更に開口部を備え、拡散装置支持部材が開口部内を動くように配置されている請求項１記載の装置。
4. 拡散装置支持部材と関連したシーリング装置を更に備えている請求項３記載の装置。
5. シーリング装置によりバッキングプレートの開口部に真空シールが施される請求項４記載の装置。
6. シーリング装置が拡散装置支持部材と滑り接触するＯリングを備えている請求項５記載の装置。
7. シーリング装置がバッキングプレートの開口部と滑り接触するＯリングを備えている請求項５記載の装置。
8. シーリング装置が可撓性蛇腹部を備えている請求項５記載の装置。
9. 拡散装置支持部材が拡散装置の中央領域に連結されている請求項１記載の装置。
10. バッキングプレートが拡散装置の縁部に連結されている請求項１記載の装置。
11. 底部と壁部を含むチャンバ本体部と、
    チャンバ本体部の上に配置されたバッキングプレートと、
    チャンバ本体部とバッキングプレートによって画成されたチャンバ内部容積と、
    チャンバ内部容積内に配置された拡散装置と、
    バッキングプレート内を動くように配置され、かつ拡散装置とチャンバ内部容積の外部に配置されたフレーム構造体に連結された拡散装置支持部材を備えたガス分散装置。
12. 構造体が拡散装置支持部材から電気的に隔離されている請求項１１記載の装置。
13. 拡散装置支持部材とフレーム構造体を連結する連結アセンブリを更に備えている請求項１１記載の装置。
14. 連結アセンブリがフレーム構造体に連結された吊具と、吊具と拡散装置支持部材に連結された支持リングを備えている請求項１３記載の装置。
15. 支持リングが絶縁材料を含む請求項１４記載の装置。
16. 支持リングが導電性材料を含む請求項１４記載の装置。
17. 拡散装置支持部材の周囲に少なくとも部分的に配置された絶縁スリーブを更に備えている請求項１１記載の装置。
18. 吊具の周囲に少なくとも部分的に配置された絶縁スリーブを更に備えている請求項１４記載の装置。
19. フレーム構造体を電気的に隔離するための、フレーム構造体を覆うカバーを更に備えている請求項１１記載の装置。
20. チャンバの内部容積内に配置された拡散装置と、
    チャンバに配置され、内部容積の一部を画成するバッキングプレートと、
    バッキングプレート内を動くように配置され、かつ拡散装置とチャンバ内部容積の外部に配置されたフレーム構造体に連結された拡散装置支持部材と、
    バッキングプレートと拡散装置との間に可変の間隔を備えているガス分散装置。
21. 真空力をバッキングプレートに加えるための真空ポンプを更に備えている請求項２０記載の装置。
22. バッキングプレートと拡散装置との間の可変の間隔がバッキングプレートに印加された真空圧の関数である請求項２０記載の装置。
23. バッキングプレートの運動がバッキングプレートと拡散装置との間に可変の間隔を生じさせる請求項２０記載の装置。
24. バッキングプレートが拡散装置の縁部に連結されている請求項２０記載の装置。

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