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JP2019501291A - 溝付き中空カソードを有するガスディフューザー - Google Patents

溝付き中空カソードを有するガスディフューザー Download PDF

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Abstract

一実施形態では、堆積チャンバ用のディフューザーは、エッジ領域と中心領域とを有するプレートと、プレートの上流側と下流側との間に形成された上流ボア及び上流ボアに流体連結されたオリフィス孔を含む複数のガス通路と、ガス通路を囲む複数の溝とを含み、溝の深さはプレートのエッジ領域から中心領域に向かって変化する。
【選択図】図１Ａ

Description

［０００１］本開示の実施形態は概して、高周波電極として用いられうるガス分配プレート又はディフューザー、及び処理チャンバ内でガスを分配し、プラズマを形成するための方法に関する。
［０００２］コンピュータのモニタ、モバイル機器のスクリーン及びＴＶスクリーン等のアクティブマトリクスディスプレイには一般に、液晶ディスプレイ又はフラットパネルスクリーンが使用される。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）及びアクティブマトリクス有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）はしかしながら、フラットパネルスクリーンを形成するための２種類のデバイスである。プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）は概して、フラットパネルスクリーン用の例えば透明なガラス又はプラスチックの基板等の基板上に薄膜を堆積させるのに用いられる。ＰＥＣＶＤは概して、基板を収容した真空チャンバ内へ前駆体ガス又は混合ガス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通常、チャンバ内に位置づけされたガスディフューザーを通って下の方へ方向づけされる。チャンバ内の前駆体ガス又はガス混合物は、チャンバに連結された一または複数のＲＦ源からガスディフューザーへ高周波（ＲＦ）電力を印加することによって通電され（例：励起され）、プラズマが形成される。励起されたガス又はガス混合物は反応し、温度制御された基板支持体上に位置づけされた基板の表面上に材料の層が形成される。
［０００３］ＰＥＣＶＤ技法によって処理されたフラットパネルスクリーン用の基板は通常大きく、しばしば４平方メートルの表面積を超え、ガスディフューザーも基板の表面積と同様のサイズである。従来のガスディフューザーは、基板上に前駆体ガス又はガス混合物を分配するために形成された数千もの貫通孔を有するプレートを含む。各孔は通常、時間のかかる複数回の穿孔又はミリング工程によって形成される。ガスディフューザーはまた、前駆体ガス又はガス混合物のプラズマの形成において電極としても機能しうる。しかしながら、大きい表面積の基板全体のプラズマ密度の制御は困難である。
［０００４］したがって、ガスディフューザーを改善する必要がある。
［０００５］本開示は概して、プラズマによる基板上への膜のほぼ均一な堆積を確保するように構成された高周波（ＲＦ）電極として用いられうるガス分配プレートに関する。一実施形態では、堆積チャンバ用のディフューザーが提供される。ディフューザーは、エッジ領域と中心領域とを有するプレートと、プレートの上流側と下流側との間に形成された上流ボア及び上流ボアに流体連結されたオリフィス孔を含む複数のガス通路と、ガス通路を囲む複数の溝とを含み、溝の深さはプレートのエッジ領域から中心領域に向かって変化する。
［０００６］別の実施形態では、堆積チャンバ用のディフューザーが提供される。ディフューザーは、エッジ領域と中心領域とを有するプレートと、プレートの上流側と下流側との間に形成された上流ボア及び上流ボアに流体連結されたオリフィス孔とを含む複数のガス通路と、ガス通路を囲む複数の中空カソードキャビティとを含み、各中空カソードキャビティは溝を含み、溝の深さはプレートの中心領域からエッジ領域に向かって増加する。
［０００７］別の実施形態では、堆積チャンバ用のディフューザーが提供される。ディフューザーは、エッジ領域と中心領域とを有するプレートと、プレートの上流側と下流側との間に形成された上流ボア及び上流ボアに流体連結されたオリフィス孔とを含む複数のガス通路と、プレートの下流側に溝パターンに形成され、ガス通路を囲む複数の中空カソードキャビティとを含み、溝パターンは、プレートの中心領域からエッジ領域に向かって増加する深さを有する複数の溝を含む。
［０００８］別の実施形態では、堆積チャンバ用の電極が提供される。電極は、エッジ領域と中心領域とを有するプレートと、プレートの上流側と下流側との間に形成された上流ボア及び上流ボアに流体連結されたオリフィス孔とを含む複数のガス通路と、プレートの下流側に溝パターンに形成され、ガス通路を囲む複数の中空カソードキャビティとを含み、溝パターンは、プレートの中心領域からエッジ領域に向かって変化するサイズを有する複数の溝を含む。
［０００９］別の実施形態では、基板支持体上の基板を処理する方法が提供される。本方法は、ディフューザーを通して堆積ガスを送ることを含む。ディフューザーは、エッジ領域と中心領域とを有するプレートと、プレートの上流側と下流側との間に形成された上流ボア及び上流ボアに流体連結されたオリフィス孔とを含む複数のガス通路と、ガス通路を囲む複数の中空カソードキャビティとを含み、各中空カソードキャビティは溝を含み、溝のサイズはプレートの中心領域からエッジ領域に向かって増加する。本方法は更に、ディフューザーと基板支持体との間で堆積ガスを分離させることと、分離したガスから基板の上に膜を形成することとを含む。
［００１０］本開示の上述の特徴を詳細に理解しうるように、上記に簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、付随する図面に例示されている。しかし、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、付随する図面はこの開示の典型的な実施形態のみを例示するものであり、したがって、実施形態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。
堆積チャンバの一実施形態の概略断面図である。 溝パターンの一実施形態を有する図１Ａのディフューザーの拡大断面図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの断面図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 溝パターンの別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザーとして使用可能なディフューザーの図である。 本書に記載されるディフューザーのうちのいずれか１つに形成されうる様々な溝形状の側面断面図である。
［００２１］理解を助けるため、可能な場合は図面に共通の同一要素を記号表示するのに同一の参照番号が使われている。追加の記載なしに他の実施形態に一実施形態の要素及び特徴を有益に組み込むことは可能であると考えられる。
［００２２］本開示の実施形態は概して、基板上へのほぼ均一な堆積を確保するように構成されたガスディフューザーに関する。ガスディフューザーは、その隅の領域におけるプラズマの非均一性を補うことができる。ガスディフューザーは、ガスディフューザーの表面積全体のプラズマ形成を制御することができるようにプラズマのパラメータを調整するために、本書に記載の実施形態に従って変更可能である。
［００２３］本書の実施形態を、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ズ社の一部門であるＡＫＴから入手可能なＰＥＣＶＤシステム等の大面積基板を処理するように構成されたＰＥＣＶＤシステムを参照しながら以下に例示的に説明する。しかしながら本開示は、エッチングシステム、他の化学気相堆積システム、物理的気相堆積システム、及び円形基板を処理するように構成されたシステムを含む、処理チャンバ内でガスを分配することが好ましい他のいかなるシステム等の他のシステム構成の実用性を有することを理解すべきである。
［００２４］図１Ａは、ＰＥＣＶＤプロセスによってフラットパネルディスプレイを形成するための、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）及びアクティブマトリクス有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）等の電子デバイスを形成するための真空チャンバ１００の一実施形態の概略断面図である。図１Ａが、基板上に電子デバイスを形成するのに使用可能な単なる例示的な装置であることに留意されたい。ＰＥＣＶＤプロセス用のある好適なチャンバは、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から入手可能である。他の製造者からのものを含む他の堆積チャンバも、本開示の実施形態を実行するのに用いることができると考えられる。
［００２５］真空チャンバ１００は概して、合わせてプロセス領域１１０を画定する壁１０２と、底部１０４と、バッキング板１０６とを含む。基板１０５を真空チャンバ１００内外へ移送することができるように、壁１０２を通じて密閉可能なスリットバルブ１０９が形成されている。プロセス領域１１０内に位置づけされているのは、ガス分配プレート又はディフューザー（拡散器）１０８に対向する基板支持体１１２である。ディフューザー１０８は、真空チャンバ１００内の堆積プロセス中は電極として機能する。基板支持体１１２は、基板１０５を支持するための基板受容面１１４を含み、ステム１１６は、基板支持体１１２を上げ下げするリフトシステム１１８に連結されている。シャドウフレーム１２０は、処理中に基板１０５周辺の上に配置されうる。リフトピン１２２は、基板移送プロセスにおいて基板受容面１１４の方へ、また基板受容面１１４から離れるように基板１０５を移動させるために、基板支持体１１２を通って移動可能に配置される。基板支持体１１２はまた、加熱及び冷却要素１２４の上に位置づけされた基板支持体１１２と基板１０５とを所望の温度に維持する加熱及び／又は冷却要素１２４も含みうる。基板支持体１１２はまた、基板支持体１１２周辺にＲＦ接地を提供する接地ストラップ１２６も含みうる。
［００２６］ディフューザー１０８は、懸架装置１２８によってディフューザー１０８周辺においてバッキング板１０６に連結される。ディフューザー１０８はまた、たるみを防止しやすくする、及び／又はディフューザー１０８の真直度を制御しやすくために、一または複数の支持部材１３０によってバッキング板１０６にも連結されうる。ガス源１３２は、バッキング板１０６とディフューザー１０８の第１の主要面１３８との間に形成された空間１３６に流体を提供するバッキング板１０６を通して配置されたプロセス流体ポート１３４に連結される。流体は、空間１３６を通過してディフューザー１０８内に形成された複数のガス通路１４０へ、また薄膜が基板１０５上に形成されるプロセス領域１１０へ流れる。プロセス流体ポート１３４からの流体は、例えばイオン状態及び／又は分離状態等、一または複数の分子状態のガス、あるいは一または複数の励起状態のガスであってよい。
［００２７］プロセス領域１１０内の圧力を制御するために、真空ポンプ１４２が真空チャンバ１００に連結されている。高周波（ＲＦ）電力をディフューザー１０８へ供給するために、バッキング板１０６及び／又はディフューザー１０８にＲＦ電源１４４が連結されている。ＲＦ電力は、ディフューザー１０８と基板支持体１１２との間に存在するガスからプラズマが形成されうるようにディフューザー１０８と基板支持体１１２との間に電場を生成するために用いられる。ある実施形態では、プラズマを使用して、ディフューザー１０８と基板支持体１１２との間のガスの励起を維持しうる。例えば約０．３ＭＨｚと約２００ＭＨｚとの間の周波数等の様々なＲＦ周波数が使用されうる。一実施形態では、ＲＦ電源１４４は、１３．５６ＭＨｚの周波数でディフューザー１０８に電力を供給する。
［００２８］例えば誘導結合された遠隔プラズマ源等の遠隔プラズマ源１４６はまた、ガス源１３２とバッキング板１０６との間にも連結されうる。ガスはプロセス領域１１０に入る前に励起されてプラズマが形成され、上述した流れと同様の方法でディフューザー１０８を通って流れうる。ある実施形態では、遠隔プラズマ源１４６を処理基板間に用いることができる。例えば、洗浄ガスが遠隔プラズマ源１４６へ供給され、励起されて遠隔プラズマを形成し、ここから分離された洗浄ガス核種が生成され、チャンバの構成要素を洗浄するために供給されうる。洗浄ガスは、維持される、あるいはＲＦ電源１４４によって更に励起され、分離された洗浄ガス核種の再結合が低減されうる。好適な洗浄ガスには、非限定的に三フッ化窒素（ＮＦ３）、フッ化物（Ｆ２）及び六フッ化硫黄（ＳＦ６）が含まれる。
［００２９］一実施形態では、加熱及び／又は冷却要素１２４を用いて、堆積中の基板支持体１１２とその上の基板１０５の温度を約摂氏４００度以下に維持しうる。一実施形態では、加熱及び／又は冷却要素１２４を使用して、基板温度を例えば摂氏約２０度と摂氏約９０度の間等の摂氏約１００度未満に制御することができる。堆積中の基板受容面１１４上に配置された基板１０５の上面とディフューザー１０８の第２の主要面１５０との間の間隔は、例えば４００ミルと約８００ミルとの間等、４００ミル（０．００１インチ）と約１２００ミルとの間であってよい。
［００３０］従来のディフューザーでは、その中に形成された開口部（例：ガス通路１４０）の数は、数千から最大数万にも及びうる。開口部は通常、複数の穿孔工程によって形成され、これは各開口部の孔のサイズが多様でありうるからである。例えば、各開口部は３つ以上の半径を含んでいてよく、これには各開口部を形成するために３つ以上の穿孔サイズが必要とされる。自動化された機械工程においても、穿孔プロセスはかなり時間がかかるものである。多くの従来のディフューザーは、例えば凹凸面等の非平面の一または複数の主要面を有し、これは、少なくともディフューザーの基板に面する側のプラズマ密度を変化させるのに用いられうる。非平面の面を形成するために、追加の機械加工時間とコストが発生する。
［００３１］本書に記載されるディフューザー１０８により、ガス分配及び／又はプラズマパラメータは維持又は強化されつつも、従来のディフューザーと比べてかなりの機械加工時間が削減される。図１Ａに示す実施形態では、第１の主要面１３８と第２の主要面１５０はほぼ平行である。加えて、ガス通路１４０は、第２の主要面１５０において開いている複数の溝１５２を含む。ガス通路１４０は中空カソードキャビティを含んでいてよく、溝１５２を使用して、第２の主要面１５０と基板１０５との間に中空カソード効果がもたらされうる。溝１５２は、第２の主要面１５０の長さ及び／又は幅にわたって異なるサイズ（例：寸法及び／深さ）を含む。溝１５２のサイズは、第２の主要面１５０にわたって半径方向、方位方向及び／又は斜め方向に沿っても変化しうる。例えば、溝１５２のサイズは、第２の主要面１５０の中心からエッジに向かって増加しうる。加えて、ガス通路１４０の他の部分のサイズ（例：寸法（半径）及び／又は深さ）は第１の主要面１３８全体で変化しうる。
［００３２］図１Ｂは、溝パターン１５５の一実施形態を有する、図１Ａのディフューザー１０８の拡大断面図である。ディフューザー１０８は、金属材料、例えばアルミニウム又は他の導電性材料等から製作されたプレート１７０を含む。プレート１７０の厚さは約０．８インチから約３．０インチ、例えば約０．８インチから約２．０インチであってよい。プレート１７０は、第１の主要面１３８（例：上流側）及び第２の主要面１５０（例：下流側）、及びエッジ１５６及び中心領域１５７を含む。ある実施形態では、プレート１７０は長方形であり、４つのエッジ１５６を含む。
［００３３］この溝パターン１５５の実施形態によれば、各ガス通路１４０は第２のボア又はオリフィス孔１６５によって溝１５２に連結された上流ボア１６０によって画定され、これらは結合してディフューザー１０８のプレート１７０を通る流体管路を形成する。上流ボア１６０はディフューザー１０８の第１の主要面１３８（例：上流側）から底部１７４までの深さ１７２だけ延びている。上流ボア１６０の底部１７４は、流体が上流ボア１６０からオリフィス孔１６５内へ流れるときの流量制限を最低限に抑えるために、四角形、テーパ形状、斜面、チャンファー、又は丸形であってよい。上流ボア１６０は一般に、約０．０９３から約０．１７４インチの半径、一実施形態では約０．１５６インチの半径を有する。半径は、全てのガス通路１４０間で同じであってよい、又は異なっていてよい。ガス通路１４０間のピッチ１７６は約０．３インチであってよい。ピッチ１７６は、全てのガス通路１４０間で同じであってよい、又は異なっていてよい。ある実施形態では、ピッチ１７６は、Ｘ方向、Ｙ方向、及び斜めのうちの１つ、あるいは任意の組み合わせにおいてほぼ等しくてよい。
［００３４］オリフィス孔１６５は一般に、上流ボア１６０の底部１７４と溝１５２の底部１７８とを連結させる。オリフィス孔１６５は、約０．０１インチから約０．３インチ、例えば約０．０１インチから約０．１インチの半径を含み得、約０．０２インチから約１．０インチ、例えば約０．０２インチから約０．５インチの長さ１８０（又は第２の深さ）を含みうる。オリフィス孔１６５はチョーク孔であってよく、オリフィス孔１６５の長さ１８０と半径（又は他の幾何学的属性）は、ディフューザー１０８とバッキング板１０６（図１Ａに示す）との間の空間１３６の背圧の主要源であり、これにより、ディフューザー１０８の第１の主要面１３８全体のガスの均一な分配が促進される。オリフィス孔１６５は通常、複数のガス通路１４０のうちで均一に構成されているが、オリフィス孔１６５の制限は、別のエリア又は領域に対してより多くのガスがディフューザー１０８のあるエリア又は領域に流れやすくなるように、ガス通路１４０内で異なる構成であってよい。例えば、オリフィス孔１６５は、より多くのガスがディフューザー１０８のエッジを通って流れ、基板１０５の周辺エリアの一部の堆積速度が上がるように、ディフューザー１０８のこれらのガス通路１４０の真空チャンバ１００の壁１０２（図１Ａに示す）に近づくほど大きい半径及び／又は短い長さ１８０を有しうる。ある実施形態では、上流ボア１６０の深さ１７２は第１の主要面１３８全体で変化するが、オリフィス孔１６５の長さ１８０はほぼ等しい。しかしながら、他の実施形態では、上流ボア１６０の深さ１７２はほぼ等しいが、オリフィス孔１６５の長さ１８０が変化しうる。ある実施形態では、上流ボア１６０の深さ１７２は、ディフューザー１０８の中心領域１５７からディフューザー１０８のエッジ１５６に向かって縮少している。
［００３５］各溝１５２は、ディフューザー１０８のオリフィス孔１６５から第２の主要面１５０（例：下流側）まで延びる２つの対向する側壁１８２を有する。側壁１８２は、オリフィス孔１６５によって形成された開口部で、又は溝１５２の底部１７８で合流しうる。底部１７８は、上流ボア１６０の底部１７４と同様に平坦、テーパ形状又は丸形であってよい。各溝１５２は、側壁１８２間に約１０度から約５０度、約１８度から約２５度等の例えば約２２度の角度αを含みうる。溝１５２は、ディフューザー１０８内の約０．１０インチから約２．０インチの深さ１８４に形成されうる。深さは１つの溝１５２内であるいはそれに沿って変化しうる、あるいは溝間で変化しうる。一実施形態では、深さ１８４は約０．１インチから約１．０インチであってよい。溝１５２の少なくとも一部の最大寸法又は長さ１８６は、約０．３インチ以下であってよい。ある実施形態では、各溝１５２は同じ角度αを含むが、長さ１８６及び／又は深さ１８４はディフューザー１０８の第２の主要面１５０全体で変化する。加えて、又は代替的に、溝１５２の底部１７８の幅は、１つの溝１５２内であるいはそれに沿って変化しうる、又は溝間で変化しうる。
［００３６］一実施形態では、各溝１５２の側壁１８２間の空間は、中空カソードキャビティ（空洞部）１９０を含む。例えば、オリフィス孔１６５はディフューザー１０８の第１の主要面１３８上に背圧を生成する。背圧のおかげで、プロセスガスがガス通路１４０を通過する前に、ディフューザー１０８の第１の主要面１３８上に均一に分配されうる。中空カソードキャビティ１９０の空間により、ガス通路１４０の特に各溝１５２の側壁１８２内でプラズマを発生させることが可能になる。加えて、プラズマは、第２の主要面１５０に、またプロセス量１１０（図１Ａに示す）にだけでなく、中空カソードキャビティ１９０内にも発生しうる。中空カソードキャビティ１９０の空間を変化させることにより、中空カソードキャビティが存在しない状況とは反対にプラズマ分配をよりうまく制御することが可能になる。更に、中空カソードキャビティ１９０に近い場所に形成されたプラズマは、中空カソードキャビティが存在しない場所と比べて高密度でありうる。第２の主要面１５０の中空カソードキャビティ１９０の少なくとも一部は、オリフィス孔１６５よりも大きい長さ１８６又は深さ１８４を有しうる。上流ボア１６０は、プラズマ暗空間よりも小さい幅又は半径を有するため、プラズマは中空カソードキャビティ１９０の上には形成されない。中空カソードキャビティ１９０の空間（例：長さ１８６及び深さ１８４）は、ディフューザー１０８の第２の主要面１５０全体で変化しうる。例えば、長さ１８６及び深さ１８４のいずれかあるいは両方が増加すると、プラズマ密度が増加する。一実施形態では、中空カソードキャビティ１９０の空間は、ディフューザー１０８の中心領域１５７からディフューザー１０８のエッジ１５６に向かって増加し、これによりディフューザー１０８の中心領域１５７のプラズマ密度と比べてディフューザー１０８のエッジ１５６のプラズマ密度はより高くなりうる。中空カソードキャビティ１９０の長さ１８６及び／又は深さ１８４は、ディフューザー１０８の製造中に変化させることができ、プラズマパラメータが局所的に改善される及び／又は安定化され、ディフューザー１０８全体に中空カソードの勾配が付与される。長さ１８６、幅、及び／又は深さ１８４の変化により、定在波効果及び電極のエッジ効果を補う又は低減させることができ、基板上へのより均一な膜の堆積が得られる。中空カソードの勾配は中心からエッジに向かって、エッジから中心に向かって、中心から隅に向かって、半径方向、又は斜め方向であってよい。
［００３７］図２は、溝パターン２０２の別の実施形態を有する、図１Ａのディフューザー１０８として使用されうるディフューザー２００の断面図である。溝パターン２０２は、ディフューザー１０８の溝パターン１５５とは、溝１５２がガス通路１４０からオフセットしているところが異なる。したがって、ガス通路１４０は上流ボア１６０を含み、対応するオリフィス孔１６５はプレート１７０を通る流路を提供する。加えて、上流ボア１６０の深さ１７２、及びオリフィス孔１６５の長さ１８０はほぼ等しい。この実施形態では、中空カソードキャビティ１９０は、溝１５２のサイズに基づいてプラズマ密度を局所的に高めうる。
［００３８］図３Ａ〜３Ｃは、図１Ａのディフューザー１０８として使用されうる溝パターン３０２の別の実施形態を有する、ディフューザー３００の様々な図である。図３Ａは、ディフューザー３００の底部平面図である。図３Ｂは、図３Ａのディフューザー３００の部分側面断面図である。図３Ｃは、図３Ａのディフューザー３００の部分等角断面図である。
［００３９］ディフューザー３００の上に図示した溝パターン３０２は斜めのパターンであってよく、溝１５２の少なくとも一部は他の溝１５２と交差する。一実施形態において（図１Ｂに示し説明した溝パターン１５５と同様に）、交点３０５は溝１５２が接続するところで形成され、オリフィス孔１６５は交点３０５の一部に形成されうる。しかしながら、他の実施形態では、図２に示し説明した溝パターン２０２は、ディフューザー３００の溝パターン３０２に置き換え可能である。オリフィス孔１６５は、図示したように、Ｘ方向、Ｙ方向及び斜めの１つあるいは全てに整列している、あるいは一または複数の方向にオフセットされうる。図３Ｂには示していないが、溝１５２の深さ及び／又は幅、及びオリフィス孔１６５と上流ボア１６０の寸法は、図１Ｂ及び図２にそれぞれ示し説明したディフューザー１０８及び２００の実施形態と同様に、ディフューザー３００の長さ全体で変化させることができる。
［００４０］ある実施形態では、隣接するオリフィス孔１６５間のピッチ（３１０Ａ、３１０Ｂ、及び３１０Ｃとして示す）は、ディフューザー３００の第２の主要面１５０全体で異なっていてよい、あるいはほぼ等しくてよい。一実施形態では、ピッチ３１０Ａ（斜め方向）及びピッチ３１０Ｂ（Ｘ方向）はほぼ等しくてよいが、ピッチ３１０Ｃ（Ｙ方向）はピッチ３１０Ａと３１０Ｂよりもわずかに小さい。ある実施形態では、オリフィス孔１６５の密度は、少なくとも半径方向においてディフューザー７００の第２の主要面１５０全体でほぼ等しい。ほぼ等しいとはこの場合、＋／−０．０３インチ以内として定義されうる。加えて、又は代わりに、交互の（Ｘ方向の）オリフィス孔１６５のピッチ３１０Ｄは、ピッチ３１０Ａ，３１０Ｂ及び３１０Ｃのいずれよりも大きくてよい。ある実施形態では、ピッチ３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃ及び３１０Ｄは、ディフューザー３００の第２の主要面１５０全体で一定のままである。
［００４１］図４Ａ〜４Ｃは、図１Ａのディフューザー１０８として使用されうる溝パターン４０２の別の実施形態を有する、ディフューザー４００の様々な図である。図４Ａは、ディフューザー４００の底部平面図である。図４Ｂは、図４Ａのディフューザー４００の部分側面断面図である。図４Ｃは、図４Ａのディフューザー４００の部分等角断面図である。
［００４２］ディフューザー４００上に図示した溝パターン４０２は、溝１５２がほぼ平行であるが少なくとも一方向にオフセットしていてよい線形パターンでありうる。一実施形態では（図１Ｂに図示し説明した溝パターン１５５と同様に）、オリフィス孔１６５は溝１５２の底部１７８に形成されうる。しかしながら、他の実施形態では、ディフューザー４００の溝パターン４０２が図２に図示し説明した溝パターン２０２に置き換えられうる。オリフィス孔１６５は、図示したように、Ｘ方向、Ｙ方向及び斜めのうちの一方向又は全方向に整列していてよい、あるいは一または複数の方向にオフセットしていてよい。図示していないが、オリフィス孔１６５間のピッチは、図３Ａのピッチ３１０Ａ，３１０Ｂ、３１０Ｃ及び３１０Ｄと同様に、ディフューザー４００の第２の主要面１５０全体で同じであってよい、又は異なっていてよい。ある実施形態では、オリフィス孔１６５の密度は、ディフューザー４００の第２の主要面１５０全体で少なくとも半径方向においてほぼ等しい。加えて、図４Ｂには図示していないが、溝１５２の深さ及び／又は幅、及びオリフィス孔１６５と上流ボア１６０の寸法は、それぞれ図１Ｂ及び図２に示し説明したディフューザー１０８及び２００の実施形態と同様に、ディフューザー４００の長さ全体で変化しうる。
［００４３］図５Ａ〜５Ｃは、図１Ａのディフューザー１０８として使用されうる溝パターン５０２の別の実施形態を有するディフューザー５００の様々な図である。図５Ａは、ディフューザー５００の底部平面図である。図５Ｂは、図５Ａのディフューザー５００の部分側面断面図である。図５Ｃは、図５Ａのディフューザー５００の部分等角断面図である。
［００４４］ディフューザー５００上に図示した溝パターン５０２は、溝１５２が交差する交点３０５を形成する２つの直交方向に溝１５２がほぼ平行であってよいアレイ又はアレイのようなパターンでありうる。オリフィス孔１６５は、一実施形態において（図１Ｂに図示し説明した溝パターン１５５と同様に）、溝１５２の底部１７８の交点３０５に形成されうる。しかしながら、他の実施形態では、ディフューザー５００の溝パターン５０２が図２に図示し説明した溝パターン２０２に置き換えられうる。オリフィス孔１６５は、図示したように、Ｘ方向、Ｙ方向及び斜めのうちの一方向又は全方向に整列していてよい、あるいは一または複数の方向にオフセットしていてよい。図示していないが、オリフィス孔１６５間のピッチは、図３Ａのピッチ３１０Ａ，３１０Ｂ、３１０Ｃ及び３１０Ｄと同様に、ディフューザー５００の第２の主要面１５０全体で同じであってよい、又は異なっていてよい。ある実施形態では、オリフィス孔１６５の密度は、ディフューザー５００の第２の主要面１５０全体で少なくとも半径方向においてほぼ等しい。加えて、図５Ｂには図示していないが、溝１５２の深さ及び／又は幅、及びオリフィス孔１６５と上流ボア１６０の寸法は、それぞれ図１Ｂ及び図２に示し説明したディフューザー１０８及び２００の実施形態と同様に、ディフューザー５００の長さ全体で変化しうる。
［００４５］図６Ａ〜６Ｃは、図１Ａのディフューザー１０８として使用されうる溝パターン６０２の別の実施形態を有するディフューザー６００の様々な図である。図６Ａは、ディフューザー６００の底部平面図である。図６Ｂは、図６Ａのディフューザー６００の部分側面断面図である。図６Ｃは、図６Ａのディフューザー６００の部分等角断面図である。
［００４６］ディフューザー６００上に図示した溝パターン６０２は、溝１５２がほぼ平行であるが少なくとも一方向にオフセットしていてよいオフセットアレイ又はオフセットアレイのようなパターンでありうる。オリフィス孔１６５は、一実施形態において（図１Ｂに図示し説明したパターン１５５と同様に）、溝１５２の底部１７８の交点３０５に形成されうる。しかしながら、他の実施形態では、ディフューザー６００の溝パターン６０２が図２に図示し説明した溝パターン２０２に置き換えられうる。オリフィス孔１６５は、図示したように、Ｘ方向、Ｙ方向及び斜めのうちの一方向又は全方向に整列していてよい、あるいは一または複数の方向にオフセットしていてよい。図示していないが、オリフィス孔１６５間のピッチは、図３Ａのピッチ３１０Ａ，３１０Ｂ、３１０Ｃ及び３１０Ｄと同様に、ディフューザー６００の第２の主要面１５０全体で同じであってよい、又は異なっていてよい。ある実施形態では、オリフィス孔１６５の密度は、ディフューザー６００の第２の主要面１５０全体で少なくとも半径方向にほぼ等しい。加えて、図６Ｂには図示していないが、溝１５２の深さ及び／又は幅、及びオリフィス孔１６５と上流ボア１６０の寸法は、それぞれ図１Ｂ及び図２に示し説明したディフューザー１０８及び２００の実施形態と同様に、ディフューザー６００の長さ全体で変化しうる。
［００４７］図７Ａ〜７Ｃは、図１Ａのディフューザー１０８として使用されうる溝パターン７０２の別の実施形態を有するディフューザー７００の様々な図である。図７Ａは、ディフューザー７００の底部平面図である。図７Ｂは、図７Ａのディフューザー７００の部分側面断面図である。図７Ｃは、図７Ａのディフューザー７００の部分等角断面図である。
［００４８］ディフューザー７００上に図示した溝パターン７０２は、溝１５２がほぼ円であってよい円形又は同心リングパターンでありうる。オリフィス孔１６５は、一実施形態において（図１Ｂに図示し説明した溝パターン１５５と同様に）、溝１５２の底部１７８に形成されうる。しかしながら、他の実施形態では、ディフューザー７００の溝パターン７０２が図２に図示し説明した溝パターン２０２に置き換えられうる。オリフィス孔１６５は、図示したように、中心ガス通路７０５から半径方向に直線的に整列していてよい、あるいは半径方向にオフセットしていてよい。オリフィス孔１６５のピッチ７１０Ａ及び７１０Ｂは、ディフューザー７００の第２の主要面１５０全体で同じであってよい、又は異なっていてよい。ある実施形態では、オリフィス孔１６５の密度は、ディフューザー７００の第２の主要面１５０全体で少なくとも半径方向においてほぼ等しい。図７Ｂには図示していないが、溝１５２の深さ及び／又は幅、及びオリフィス孔１６５と上流ボア１６０の寸法は、それぞれ図１Ｂ及び図２に示し説明したディフューザー１０８及び２００の実施形態と同様に、ディフューザー７００の長さ全体で変化しうる。ディフューザー７００はほぼ円形の溝パターン７０２を有するが、溝パターンは同心円状でありうる長円形の溝であってもよい。一例では、代替的な溝パターンは、同心円状でありうる楕円形の溝であってよい。
［００４９］図８Ａ〜８Ｃは、図１Ａのディフューザー１０８として使用されうる溝パターン８０２の別の実施形態を有するディフューザー８００の様々な図である。図８Ａは、ディフューザー８００の底部平面図である。図８Ｂは、図８Ａのディフューザー８００の部分側面断面図である。図８Ｃは、図８Ａのディフューザー８００の部分等角断面図である。
［００５０］ディフューザー８００上に図示した溝パターン８０２は、溝１５２の一部がほぼ平行であってよい長方形パターンでありうる。ある実施形態では、中心溝８０５が溝パターン８０２に含まれうる。オリフィス孔１６５は、一実施形態において（図１Ｂに図示し説明した溝パターン１５５と同様に）、溝１５２の底部１７８に形成されうる。しかしながら、他の実施形態では、ディフューザー８００の溝パターン８０２が図２に図示し説明した溝パターン２０２に置き換えられうる。オリフィス孔１６５は、中心ガス通路７０５から半径方向に直線的に整列していてよい、あるいは半径方向にオフセットしていてよい。オリフィス孔１６５はまた、Ｘ方向、Ｙ方向及び斜めのうちの一方向又は全方向に整列していてよい、あるいは一または複数の方向にオフセットしていてよい。図示していないが、オリフィス孔１６５間のピッチは、図７Ａのピッチ７１０Ａ及び７１０Ｂと同様に、ディフューザー７００の第２の主要面１５０全体で同じであってよい、又は異なっていてよい。加えて、図７Ｂには図示していないが、溝１５２の深さ及び／又は幅、及びオリフィス孔１６５と上流ボア１６０の寸法は、それぞれ図１Ｂ及び図２に示し説明したディフューザー１０８及び２００の実施形態と同様に、ディフューザー７００の長さ全体で変化しうる。図示していないが、代替的な溝パターンは、円形又は長円形の溝と混ざった長方形の溝であってよい。一例では、溝パターンは、同心円状の「レーストラック」のようなパターンの溝に似た、それぞれの半円形又はアーチ形の溝によって各端部で接続された複数の平行する溝を含んでいてよい。別の例では、溝パターンは、各々が同心円状の「フットボール」形のパターンの溝に似た同心円状の弓形の溝を含みうる。
［００５１］図示していないが、第２の主要面１５０に形成された複数の半径方向に配向された溝を有する溝パターンを有するディフューザーが考えられる。溝パターンは、一態様において車輪のスポークに似ていてよい。半径方向に配向された溝は、例えばプレート１７０の幾何学的中心等の第２の主要面１５０上の共通点から延びていてよい。ある実施形態では、半径方向に配向された溝は、プレート１７０の中心からエッジに向かって変化する深さ及び／又は幅を有する。他の実施形態では、半径方向に配向された溝は、プレート１７０の中心からエッジに向かって増加する深さ及び／又は幅を有する。
［００５２］ディフューザー上の溝パターンの他の例には、Ｘ／Ｙパターン、斜めパターン、半径方向パターン、長方形パターン、円形又は長円形パターン、螺旋パターン、又はこれらの組み合わせが含まれる。本書に開示される様々な溝パターンのうちでも、溝パターンのうちのいずれか１つあるいは組み合わせには交差している溝又は交差していない（分離した）溝、又はこれらの組み合わせが含まれうる。本書に開示される様々な溝パターンのうちでも、溝パターンのうちのいずれか１つあるいは組み合わせには一又は複数の溝が含まれていてよく、一または複数の溝の深さが変化する、一または複数の溝の幅が変化する、一または複数の溝のピッチが変化する、あるいはこれらが組み合わされる。
［００５３］図９は、本書に記載されるように、ディフューザー１０８、２００、３００、４００、５００、６００、７００及び８００のうちのいずれか１つにおいて形成されうるさまざまな溝形状の側面断面図である。
［００５４］溝形状９００には、半径９１０によって接続された底部１７８と角度のついた側壁１８２とが含まれる。
［００５５］溝形状９１５には、本書に記載の溝１５２の実施形態と同様に、底部１７８と角度のついた側壁１８２とが含まれる。
［００５６］溝形状９２０には、延在する四角形の壁９２５によって接続された底部１７８と角度のついた側壁１８２とが含まれる。延在する四角形の壁９２５は、底部１７８に対してほぼ直角であってよい、及び／又はエッジ１５６の平面に対してほぼ平行であってよい。延在する四角形の壁９２５は、溝形状９００に図示される四角形の壁９０２よりも大きい長さを有しうる。
［００５７］溝形状９３０には、テーパ形状の壁９３５と中心の四角形の壁９４０とによって接続された底部１７８と角度のついた側壁１８２とが含まれる。中心の四角形の壁９４０は、底部１７８の平面に対してほぼ直角であってよい、及び／又はエッジ１５６の平面に対してほぼ平行であってよい。テーパ形状の壁９３５は、角度のついた側壁１８２とほぼ同じ角度で、あるいは異なる角度で形成されうる。
［００５８］図９に示すように、溝形状９００、９０５、９１５、９２０及び９３０は、適切に成形されたエンドミルによって形成されうる。図示していない他の形状は、エンドミル又は他の切断ツールの形状又は形に基づいて形成されうる。
［００５９］本書に記載される例えばディフューザー１０８、２００、３００、４００、５００、６００、７００及び８００等のディフューザーの製造は、数千もの孔を形成するための１つの穿孔工程がミルプロセスによって置き換えられるため、低コストで実施されうる。ミルプロセスは、穿孔工程と比べて短い時間で実施することができ、ツールの破損も少ない。
［００６０］固体プレートから開始し、自動ミル又は穿孔機械に、プレートの第１の側面（例：第１の主要面１３８）にオリフィス孔１６５を形成するための、オリフィス孔を穿孔するようにプログラミングされた所望のサイズの穿孔ビット（又は機械の能力に応じて複数の穿孔ビット）が配設されうる。例えば、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機は、プレートの第１の側面、又はプレート全体に所定のピッチでオリフィス孔１６５を穿孔するようにプログラミングされうる。
［００６１］次に、第１の側面に上流ボア１６０を形成するために、自動機械に特定のサイズの第２の穿孔ビット（又は機械の能力に応じて複数の穿孔ビット）が配設されうる。約０．０９３インチから約０．２５インチの半径を有する上流ボアを形成するための穿孔ビットが使用されうる。一例では、約０．１インチの半径を有する上流ボア１６０を形成するときに、０．１インチの穿孔ビットが使用され、機械は、各ガス通路１４０に所望の深さの孔を穿孔するようにプログラミングされうる。上流ボア１６０の深さ１７２（図１Ｂ及び図２に示す）は、本書に記載されるように、同じであってよい、あるいは異なっていてよい。
［００６２］各上流ボア１６０が形成された後に、第２の側面（例：第２の主要面１５０）をミル加工して溝１５２を形成するために、プレートがひっくり返されうる。第２の側面に溝１５２を形成するために、所望のサイズ及び／又は形状のエンドミル（又は機械の能力に応じて複数のエンドミル）が自動機械に配設されうる。図１Ｂと図２に記載されるように、角度αを有する溝１５２を形成するためのエンドミルが使用されうる。機械は、溝１５２の深さ１８４（図１Ｂ及び図２に示す）を変化させるようにプログラミングされうる。溝１５２の深さ１８４を変化させることで、オリフィス孔１６５の長さ１８０（図１Ｂ及び図２に示す）も変化しうる。
［００６３］本書に記載の溝１５２を有するディフューザー１０８、２００、３００、４００、５００、６００、７００及び８００の実施形態により、ガス流が増加し、基板の隅の領域及び／又はエッジ領域上の低い堆積速度を補うことができる。溝１５２を中空カソードキャビティ１９０として用いることで、第２の主要面１５０の局所的、又は全体的なプラズマ形成を増進、あるいは安定化させ、定在波効果を補う、及び／又は電極のエッジ効果を最小限に抑えることができる。したがって、全体的な膜厚の均一性が改善される。ディフューザー１０８、２００、３００、４００、５００、６００、７００及び８００は、本書に記載の実施形態にしたがって製造されうる、あるいは、本書に記載の溝１５２を組込プロセスにおいて既存のディフューザーに加えることができる。
［００６４］以上の記述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から逸脱せずに本開示の他の実施形態及び更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. 堆積チャンバ用のディフューザーであって、
    エッジ領域と中心領域とを有するプレートと、
    前記プレートの上流側と下流側との間に形成された上流ボア及び前記上流ボアに流体連結されたオリフィス孔を含む複数のガス通路と、
    前記ガス通路を囲む複数の溝と
    を含み、前記溝の深さは前記プレートの前記エッジ領域から前記中心領域に向かって変化する、ディフューザー。
  2. 前記溝の深さは、前記プレートの前記中心領域から前記エッジ領域に向かって増加する、請求項１に記載のディフューザー。
  3. 前記溝の幅は、前記プレートの前記エッジ領域から前記中心領域に向かって変化する、請求項１に記載のディフューザー。
  4. 前記オリフィス孔の一部は、前記複数の溝のうちの一または複数の溝に流体連結されている、請求項１に記載のディフューザー。
  5. 前記複数のガス通路は、前記プレートの前記下流側に溝パターンを含む、請求項１に記載のディフューザー。
  6. 前記溝パターンは、前記オリフィス孔に流体連結された溝を含む、請求項５に記載のディフューザー。
  7. 堆積チャンバ用のディフューザーであって、
    エッジ領域と中心領域とを有するプレートと、
    前記プレートの上流側と下流側との間に形成された上流ボア及び前記上流ボアに流体連結されたオリフィス孔とを含む複数のガス通路と、
    前記ガス通路を囲む複数の中空カソードキャビティと
    を含み、前記中空カソードキャビティは各々、溝を含み、前記溝の幅は前記プレートの前記中心領域から前記エッジ領域に向かって増加する、ディフューザー。
  8. 前記溝の深さは、前記プレートの前記エッジ領域から前記中心領域に向かって変化する、請求項７に記載のディフューザー。
  9. 前記オリフィス孔の一部は、一または複数の溝に流体連結されている、請求項７に記載のディフューザー。
  10. 前記複数のガス通路は、前記プレートの前記下流側に溝パターンを含む、請求項７に記載のディフューザー。
  11. 前記溝パターンは、前記オリフィス孔に流体連結された溝を含む、請求項１０に記載のディフューザー。
  12. 前記溝パターンは、少なくとも部分的に交差する斜めに配向された溝を含む、請求項１０に記載のディフューザー。
  13. 前記溝パターンは、ほぼ同心円状の溝の長円形又は円形パターンを含む、請求項１０に記載のディフューザー。
  14. 前記溝パターンは長方形パターンを含む、請求項１０に記載のディフューザー。
  15. 堆積チャンバ用の電極であって、
    エッジ領域と中心領域とを有するプレートと、
    前記プレートの上流側と下流側との間に形成された上流ボア及び前記上流ボアに流体連結されたオリフィス孔とを含む複数のガス通路と、
    前記プレートの下流側に溝パターンに形成され、前記ガス通路を囲む複数の中空カソードキャビティと
    を含み、前記溝パターンは、前記プレートの前記中心領域から前記エッジ領域に向かって変化するサイズを有する複数の溝を含む、ディフューザー。
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