JP7550859B2 - High Density Plasma Chemical Vapor Deposition Chamber - Google Patents
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Description
[0001]本開示の実施形態は、概して、大面積基板を処理するための装置に関するものである。より具体的には、本開示の実施形態は、デバイス製造のための化学気相堆積システムに関するものである。 [0001] Embodiments of the present disclosure generally relate to apparatus for processing large area substrates. More specifically, embodiments of the present disclosure relate to chemical vapor deposition systems for device manufacturing.
[0002]ソーラーパネル又はフラットパネルディスプレイの製造において、半導体基板、ソーラーパネル基板、及び液晶ディスプレイ(LCD)及び/又は有機発光ダイオード(OLED)基板等の基板に薄膜を堆積させ、その上に電子デバイスを形成する多くのプロセスが採用される。堆積は、概して、温度制御された基板支持体に配置された基板を有する真空チャンバに前駆体ガスを導入することによって実現される。前駆体ガスは、通常、真空チャンバの上部付近に位置するガス分配プレートを通して方向づけられる。真空チャンバの前駆体ガスは、チャンバに結合された1又は複数のRF源からチャンバに配置された導電性シャワーヘッドに高周波(RF)電力を印加することによって、プラズマに通電(例えば、励起)され得る。励起されたガスは反応して、温度制御された基板支持体上に位置決めされた基板の表面に材料の層を形成する。 [0002] In the manufacture of solar panels or flat panel displays, many processes are employed to deposit thin films onto substrates, such as semiconductor substrates, solar panel substrates, and liquid crystal display (LCD) and/or organic light emitting diode (OLED) substrates, to form electronic devices thereon. Deposition is generally accomplished by introducing precursor gases into a vacuum chamber having a substrate disposed on a temperature-controlled substrate support. The precursor gases are typically directed through a gas distribution plate located near the top of the vacuum chamber. The precursor gases in the vacuum chamber may be energized (e.g., excited) into a plasma by applying radio frequency (RF) power from one or more RF sources coupled to the chamber to a conductive showerhead disposed in the chamber. The excited gases react to form a layer of material on a surface of a substrate positioned on a temperature-controlled substrate support.
[0003]電子デバイスを形成するための基板のサイズは、現在、表面積で1平方メートルを超えることが日常的になっている。このような基板全体の膜厚の均一性を達成することは困難である。膜厚の均一性は、基板サイズが大きくなるにつれて更に困難となる。従来、プラズマは、ガス原子をイオン化し、ラジカルを形成するための従来のチャンバで形成され、堆積ガスのラジカルは、容量結合電極構成を使用して、このサイズの基板への膜層の堆積に有用である。最近では、丸い基板やウェハへの堆積に利用されてきた誘導結合プラズマ構成を、このような大きい基板への堆積プロセスに利用することが検討されている。しかしながら、誘導結合は、構造支持部品として誘電体材料を利用し、これらの材料は、大気側のチャンバの大面積構造部分の片側に対する大気圧の存在によって生じる構造負荷に耐え、このような大きい基板に対して従来のチャンバで使用される、その他の側の真空圧力条件に耐える構造的強度を有していない。そのため、大面積基板プラズマプロセスのための誘導結合プラズマシステムが開発されつつある。しかし、プロセスの均一性、例えば、大面積基板全体での堆積厚さの均一性は、望ましくない。 [0003] The size of substrates for forming electronic devices is now routinely greater than one square meter in surface area. Achieving uniformity of film thickness across such substrates is difficult. Film thickness uniformity becomes even more difficult as substrate size increases. Conventionally, plasma is formed in conventional chambers to ionize gas atoms and form radicals, and the radicals of the deposition gas are useful for deposition of film layers on substrates of this size using a capacitively coupled electrode configuration. Recently, inductively coupled plasma configurations that have been used for deposition on round substrates and wafers have been considered for use in deposition processes on such large substrates. However, inductive coupling utilizes dielectric materials as structural support components, and these materials do not have the structural strength to withstand the structural loads caused by the presence of atmospheric pressure on one side of the large area structure of the chamber on the atmospheric side and the vacuum pressure conditions on the other side used in conventional chambers for such large substrates. Therefore, inductively coupled plasma systems for large area substrate plasma processing are being developed. However, process uniformity, e.g., uniformity of deposition thickness across the large area substrate, is not desirable.
[0004]したがって、基板の堆積表面全体の膜厚均一性を改善するように構成された、大面積基板に使用するための誘導結合プラズマ源が必要である。 [0004] Thus, there is a need for an inductively coupled plasma source for use on large area substrates that is configured to improve film thickness uniformity across the deposition surface of the substrate.
[0005]本開示の実施形態は、大面積基板に膜の1又は複数の層を形成することができる、シャワーヘッド、及びシャワーヘッドを有するプラズマ堆積チャンバのための方法及び装置を含む。 [0005] Embodiments of the present disclosure include methods and apparatus for a showerhead and a plasma deposition chamber having a showerhead that can form one or more layers of a film on a large area substrate.
[0006]一実施形態では、複数の支持部材のうちの1又は複数に各々結合された複数の有孔タイルと、シャワーヘッド内の複数の誘導結合器とを含み、複数の誘導結合器のうちの1つの誘導結合器は複数の有孔タイルのうちの1つに対応し、支持部材は、誘導結合器と有孔タイルとの間に形成される領域に前駆体ガスを供給する、プラズマ堆積チャンバ用シャワーヘッドが提供される。 [0006] In one embodiment, a showerhead for a plasma deposition chamber is provided that includes a plurality of perforated tiles each coupled to one or more of a plurality of support members and a plurality of inductive couplers in the showerhead, where one of the plurality of inductive couplers corresponds to one of the plurality of perforated tiles, and the support members deliver precursor gas to a region formed between the inductive coupler and the perforated tile.
[0007]別の実施形態では、複数の有孔タイルを有するシャワーヘッドと、複数の有孔タイルの1又は複数に対応する誘導結合器と、各有孔タイルを支持するための複数の支持部材とを含み、支持部材の1又は複数が誘導結合器と有孔タイルとの間に形成される領域に前駆体ガスを供給する、プラズマ堆積チャンバが提供される。 [0007] In another embodiment, a plasma deposition chamber is provided that includes a showerhead having a plurality of perforated tiles, an inductive coupler corresponding to one or more of the plurality of perforated tiles, and a plurality of support members for supporting each of the perforated tiles, wherein the one or more of the support members deliver a precursor gas to a region formed between the inductive coupler and the perforated tile.
[0008]別の実施形態では、複数の支持部材のうちの1又は複数に各々結合された複数の有孔タイルを有するシャワーヘッドと、複数の誘電体プレートであって、複数の誘電体プレートのうちの1つは複数の有孔タイルのうちの1つに対応する、複数の誘電体プレートと、複数の誘導結合器であって、複数の誘導結合器のうちの1つの誘導結合器は複数の誘電体プレートのうちの1つに対応し、支持部材は、誘導結合器と有孔タイルとの間に形成される領域に前駆体ガスを供給する、複数の誘導結合器とを含む、プラズマ堆積チャンバが提供される。 [0008] In another embodiment, a plasma deposition chamber is provided that includes a showerhead having a plurality of perforated tiles each coupled to one or more of a plurality of support members, a plurality of dielectric plates, one of the plurality of dielectric plates corresponding to one of the plurality of perforated tiles, and a plurality of inductive couplers, one of the plurality of inductive couplers corresponding to one of the plurality of dielectric plates, the support member delivering a precursor gas to a region formed between the inductive coupler and the perforated tile.
[0009]別の実施形態では、シャワーヘッドの複数のガス領域に前駆体ガスを流すことであって、ガス領域は各々、有孔タイルと、それぞれのガス領域と電気的に連絡する誘導結合器とを含む、シャワーヘッドの複数のガス領域に前駆体ガスを流すことと、各ガス領域内への前駆体ガスの流れを変化させることとを含む、基板に膜を堆積させる方法が開示されている。 [0009] In another embodiment, a method of depositing a film on a substrate is disclosed that includes flowing precursor gases through multiple gas regions of a showerhead, each gas region including a perforated tile and an inductive coupler in electrical communication with the respective gas region, and varying the flow of precursor gas into each gas region.
[0010]上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている実施形態を参照しながら、上記に要約した本開示をより具体的に説明する。しかし、添付の図面は本開示の典型的な実施形態を単に示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定するものと見なすべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることに留意されたい。 [0010] In order that the above-mentioned features of the present disclosure may be understood in detail, the above-summarized disclosure will be more particularly described with reference to embodiments, some of which are illustrated in the accompanying drawings. It should be noted, however, that the accompanying drawings merely illustrate exemplary embodiments of the present disclosure and therefore should not be considered as limiting the scope of the present disclosure, which may admit of other equally effective embodiments.
[0021]理解を容易にするために、可能な限り、図面に共通の同一要素を示すのに同一の参照番号を使用している。一実施形態に開示される要素は、さらなる詳述なしに他の実施形態に有益に利用され得ると考えられる。 [0021] To facilitate understanding, wherever possible, the same reference numbers have been used to designate identical elements common to the figures. It is believed that elements disclosed in one embodiment may be beneficially utilized in other embodiments without further recitation.
[0022]本開示の実施形態は、大面積基板に複数の層を堆積させるように動作可能な処理システムを含む。本明細書で使用する大面積基板は、典型的には約1平方メートル以上の表面積を有する基板等、大きい表面積を有する主要な側面を有する基板である。しかし、基板は、いかなる特定のサイズ又は形状にも限定されない。一態様において、用語「基板」は、例えばフラットパネルディスプレイの製造に使用されるガラス基板又はポリマー基板等、任意の多角形、正方形、長方形、曲線、又はその他の非円形のワークピースを意味する。 [0022] Embodiments of the present disclosure include a processing system operable to deposit multiple layers on a large area substrate. As used herein, a large area substrate is a substrate having a major side with a large surface area, such as a substrate having a surface area of about one square meter or more. However, the substrate is not limited to any particular size or shape. In one aspect, the term "substrate" refers to any polygonal, square, rectangular, curved, or other non-circular workpiece, such as, for example, a glass or polymer substrate used in the manufacture of flat panel displays.
[0023]本書では、シャワーヘッドは、処理ゾーン内のガスに暴露される基板の表面の処理の均一性を改善するために、独立して制御される多数のゾーンのチャンバの処理領域内に、シャワーヘッドを通してガスを流すように構成される。更に、各ゾーンは、プレナムと、プレナムとチャンバの処理領域との間の1又は複数の有孔プレートと、ゾーン又は個々の有孔プレート専用のコイル又はコイルの一部とを備えて構成される。プレナムは、誘電体窓、有孔プレート、及び周囲の構造の間に形成される。各プレナムは、処理ガス(複数可)をそこに流入させて分配し、有孔プレートを通して処理領域の中に比較的均一な流量、又は場合によっては調整された流量をもたらすように構成される。幾つかの実施形態におけるプレナムは、プレナム内の処理ガスの圧力で処理ガス(複数可)から形成されるプラズマの暗黒空間の厚さの2倍未満の厚さを有する。幾つかの実施形態においてコイルの形状をした誘導結合器は、誘電体窓の背後に位置決めされ、誘電体窓、プレナム、及び有孔プレートを通してエネルギーを誘導結合し、処理領域内のプラズマに衝突し、それを支持する。加えて、隣接する有孔プレート間の領域では、追加のプロセスガス流が供給される。各ゾーン及び有孔プレート間の領域を通るプロセスガス(複数可)の流れは、基板上で所望のプロセス結果を得るために、均一又は調整されたガス流になるように制御される。 [0023] In this document, the showerhead is configured to flow gas through the showerhead into the processing region of the chamber in multiple zones that are independently controlled to improve processing uniformity of the surface of the substrate exposed to the gas in the processing zone. Each zone is further configured with a plenum, one or more perforated plates between the plenum and the processing region of the chamber, and a coil or a portion of a coil dedicated to the zone or individual perforated plate. The plenum is formed between the dielectric window, the perforated plate, and the surrounding structure. Each plenum is configured to flow and distribute the processing gas(es) therein to provide a relatively uniform or possibly regulated flow rate through the perforated plate into the processing region. The plenum in some embodiments has a thickness less than twice the thickness of the dark space of the plasma formed from the processing gas(es) at the pressure of the processing gas in the plenum. In some embodiments, an inductive coupler in the form of a coil is positioned behind the dielectric window and inductively couples energy through the dielectric window, the plenum, and the perforated plate to impinge and support the plasma in the processing region. In addition, additional process gas flows are provided in the regions between adjacent perforated plates. The flow of the process gas(es) through each zone and the regions between the perforated plates is controlled to provide a uniform or regulated gas flow to obtain the desired process result on the substrate.
[0024]本開示の実施形態は、基板に1又は複数の層又は膜を形成するように動作可能な高密度プラズマ化学気相堆積(HDP CVD)処理チャンバを含む。本明細書に開示される処理チャンバは、プラズマ内で生成される前駆体ガスのエネルギー供給された種を送達するように適合される。プラズマは、真空下でエネルギーをガスに誘導結合させることによって生成され得る。本明細書に開示される実施形態は、カリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社の子会社であるAKT America社から入手可能なチャンバでの使用に適合され得る。本明細書に記載の実施形態は、他の製造業者から入手可能なチャンバでも同様に実施され得ることを理解されたい。 [0024] Embodiments of the present disclosure include a high density plasma chemical vapor deposition (HDP CVD) processing chamber operable to form one or more layers or films on a substrate. The processing chambers disclosed herein are adapted to deliver energized species of a precursor gas that are generated in a plasma. The plasma may be generated by inductively coupling energy to a gas under vacuum. The embodiments disclosed herein may be adapted for use in chambers available from AKT America, Inc., a subsidiary of Applied Materials, Inc., Santa Clara, Calif. It is understood that the embodiments described herein may be implemented in chambers available from other manufacturers as well.
[0025]図1は、本開示の一実施形態に係る、例示的な処理チャンバ100を示す断面側面図である。例示的な基板102が、チャンバ本体104内に示されている。処理チャンバ100は、リッドアセンブリ106と、ペデスタル又は基板支持アセンブリ108も含む。リッドアセンブリ106は、チャンバ本体104の上端に配置され、基板支持アセンブリ108は、チャンバ本体104内に少なくとも部分的に配置される。基板支持アセンブリ108は、シャフト110に結合されている。シャフト110は、チャンバ本体104内で基板支持アセンブリ108を垂直(Z方向)に移動させるドライバ112に結合されている。図1に示す処理チャンバ100の基板支持アセンブリ108は、処理位置にある。しかし、基板支持アセンブリ108は、移送ポート114に隣接する位置までZ方向に下降し得る。下降すると、基板支持アセンブリ108に移動可能に配置されているリフトピン116が、チャンバ本体104の底部118に接触する。リフトピン116が底部118に接触すると、リフトピン116は、もはや基板支持アセンブリ108と共に下方に移動することができず、基板支持アセンブリ108の基板受け面120がそこから下方に移動すると、基板102を相対的に固定位置に維持する。その後、エンドエフェクタ又はロボットブレード(図示せず)が移送ポート114を通して、基板102と基板受け面120との間に挿入され、基板102をチャンバ本体104の外に移送する。
[0025] FIG. 1 is a cross-sectional side view of an
[0026]リッドアセンブリ106は、チャンバ本体104上に静止するバッキングプレート122を含み得る。リッドアセンブリ106は、ガス分配アセンブリ又はシャワーヘッド124も含む。シャワーヘッド124は、ガス源からシャワーヘッド124と基板102との間の処理領域126にプロセスガスを送達する。シャワーヘッド124は、フッ素含有ガス等の洗浄ガスを処理領域126に供給する洗浄ガス源にも結合されている。
[0026] The
[0027]シャワーヘッド124は、プラズマ源128としても機能する。プラズマ源128として機能するために、シャワーヘッド124は、1又は複数の誘導結合プラズマ生成部品、又はコイル130を含む。1又は複数のコイル130は各々、単一のコイル130、2つのコイル130、又は3つ以上のコイル130であってよく、以下では単にコイル130と記載する。1又は複数のコイル130は各々、電源とグラウンド133にわたって結合される。シャワーヘッド124は、複数の離散的な有孔タイル134を含む面板132も含む。電源は、コイル130の電気的特性を調整するための整合回路又は同調機能を含む。
[0027] The
[0028]有孔タイル134は各々、複数の支持部材136によって支持されている。1又は複数のコイル130の各々又は1又は複数のコイル130の一部は、それぞれの誘電体プレート138上又はその上方に位置決めされる。リッドアセンブリ106内の誘電体プレート138の上方に配置されるコイル130の一例は、図2Aにより明確に示されている。複数のガス領域140は、誘電体プレート138、有孔タイル134、及び支持部材136の表面によって画定される。1又は複数のコイル130は各々、ガスがガス領域140に流入し、隣接する有孔タイルを通ってその下方のチャンバ領域に流入すると、ガス領域140の下方の処理領域126内のプラズマ内に、プロセスガスにエネルギー供給する電磁場を生成するように構成され、ガス源からのプロセスガスは、支持部材136の導管を介して各ガス領域140に供給される。シャワーヘッドに入るガス(複数可)及び出るガス(複数可)の体積又は流量は、シャワーヘッド124の異なるゾーンで制御される。処理ガスのゾーン制御は、図1に示すマスフローコントローラ142、143及び144等の複数のフローコントローラによって提供される。例えば、シャワーヘッド124の周辺ゾーン又は外側ゾーンへのガスの流量は、フローコントローラ142、143によって制御され、シャワーヘッド124の中央ゾーンへのガスの流量は、フローコントローラ144によって制御される。チャンバの洗浄が必要な場合、洗浄ガス源からの洗浄ガスは、各ガス領域140に流され、その後、処理領域140に流入し、その中で洗浄ガスは、イオン、ラジカル、又はその両方に励起される。励起された洗浄ガスは、チャンバ部品を洗浄するために、有孔タイル134を通って処理領域126に流入する。
[0028] Each of the
[0029]図2Aは、図1のリッドアセンブリ106の一部の拡大図である。上記で説明したように、ガス源からの前駆体ガスは、バッキングプレート122を貫通して形成された入り口200を通ってガス領域140に供給される。入り口200は各々、支持部材136に形成されたそれぞれの導管205に結合される。導管205は、出口開口部210でガス領域140に前駆体ガスを供給する。導管205の幾つかは、2つの隣接するガス領域140にガスを供給する(導管205の1つを、図2Aに点線で示す)。代表的なガス領域140へのガスの流れは、図4により明確に示されている。
[0029] Figure 2A is an enlarged view of a portion of the
[0030]導管205は、ガス領域140への流れを制御するための流量制限装置215を含む。流量制限装置215のサイズは、そこを通るガス流を制御するために変化可能である。例えば、流量制限装置215は各々、流れを制御するために利用される特定のサイズ(例えば、直径)のオリフィスを含む。更に、流量制限装置215の各寸法は、必要に応じて、そこを通る流れを制御するために、より大きいオリフィスサイズ、又はより小さいオリフィスサイズを提供するように変更され得る。
[0030] The
[0031]図2Aに示すように、有孔タイル134は、そこを通って延びる複数の開口部218を含む。開口部218は各々、カバープレート222に形成された開口部220に整列(同心円)する。複数の開口部218及び開口部220は各々、ガス領域140とカバープレート222との間に延びる開口部218の直径に起因して、ガス領域140から処理領域126に所望の流量でガスが流入することを可能にする。開口部218及び/又は220、並びに/又は開口部218及び/又は220の行及び列は、各有孔タイル134及び各カバープレート222を通るガス流を均等にするために異なるサイズにすることができる、及び/又は異なる間隔にすることができる。あるいは、各開口部218及び/又は220からのガス流は、所望のガス流特性に応じて、非均一であってよい。
2A, the
[0032]カバープレート222は各々、有孔タイル134の側面を囲む取付け部分225を含む。各取付け部分225は、ガスが導管205から二次プレナム235に流入し、次いで処理領域126に流入することを可能にする複数の開口部230を含む。
[0032] The
[0033]支持部材136は、ボルト又はネジ等の締結具240によってバッキングプレート122に結合される。支持部材136は各々、カバープレート222の界面部分245で有孔タイル134を支持する。界面部分245は各々、有孔タイル134の周囲の一部又はエッジを支持するレッジ又は棚であってよい。界面部分245は、ボルト又はネジ等の締結具250によって支持部材136に締結される。界面部分245の一部は、二次プレナム235を含む。界面部分245は各々、有孔タイル134の周囲又はエッジも支持する。ガス領域140を密封するために、1又は複数のシール265が用いられる。例えば、シール265は、Oリングシール又はポリテトラフルオロエチレン(PTFE)ジョイントシーラント材料等のエラストマー材料である。1又は複数のシール265は、支持部材136と、有孔タイル134と、カバープレート222の取付け部分225との間に設けられ得る。カバープレート222は、必要に応じて、1又は複数の有孔タイル134を交換するために取り外し可能である。
[0033] The
[0034]加えて、支持部材136は各々、そこから延びる棚270を利用して誘電体プレート138を支持する(図2Aに示す)。シャワーヘッド124/プラズマ源128の実施形態では、誘電体プレート138は、シャワーヘッド124/プラズマ源128全体の表面積と比較して、横方向表面積(X-Y平面)がより小さくなっている。誘電体プレート138を支持するために、棚270が利用される。複数の誘電体プレート138の横方向表面積が減少していることで、大気圧負荷を支持する大面積に基づいてそこに大きな応力が課されることなく、ガス領域140及び処理領域126内の真空環境及びプラズマと、隣接コイル130が通常位置決めされる大気環境との間の物理的バリアとして、誘電体材料を使用することが可能になる。
[0034] Additionally, each of the
[0035]シール265を使用して、領域275(大気圧又は準大気圧にある)がガス領域140(処理中にミリトル以下の範囲の準大気圧にある)から密閉される。インターフェース部材280は、支持部材136から延びて図示されており、締結具285を使用して、誘電体プレート138がシール265及び棚270に対して固定される、すなわち、押し付けられる。シール265を使用して、有孔タイル134の外周と支持部材136との間の空間も密封され得る。
[0035]
[0036]シャワーヘッド124/プラズマ源128の材料は、電気的特性、強度、及び化学的安定性のうちの1又は複数に基づいて選択される。コイル130は、導電性材料でできている。バッキングプレート122及び支持部材136は、支持される部品の重量及び大気圧負荷を支持することができる材料でできており、金属又は他の同様の材料を含み得る。バッキングプレート122及び支持部材136は、非磁性材料(例えば、非常磁性又は非強磁性材料)、例えば、アルミニウム材料でできていてよい。カバープレート222も、アルミニウム等の金属材料等の非磁性材料で形成されている。有孔タイル134は、石英、アルミナ等のセラミック材料又は他の同様の材料でできている。誘電体プレート138は、石英、アルミナ又はサファイアの材料でできている。
[0036] The
[0037]図2Bは、リッドアセンブリ106にある誘電体プレート138に位置決めされたコイル130の一実施形態の上面図である。一実施形態では、図2Bに示すコイル130の構成を使用して、例示したコイル構成が各誘電体プレート138の上に個別に形成されることにより、各平面状コイルが、隣接して位置決めされたコイル130とシャワーヘッド124全体で所望のパターンで直列接続されるようにすることができる。コイル130は、矩形の螺旋形状である導体パターン290を含む。電気的接続は、電気入力端子295A及び電気出力端子295Bを含む。シャワーヘッド124の1又は複数のコイル130は各々、直列及び/又は並列に接続される。
2B is a top view of one embodiment of a
[0038]図3Aは、シャワーヘッド124の面板132の一実施形態の底面図である。上述したように、シャワーヘッド124は、各ゾーンへのガス流が独立して制御された1又は複数のゾーンを含むように構成される。例えば、面板132は、中央ゾーン300A、中間ゾーン300B1及び300B2、並びに外側ゾーン300C1及び300C2を含む。
3A is a bottom view of one embodiment of
[0039]シャワーヘッド124は、中央ゾーン300A、中間ゾーン300B1及び300B2、並びに外側ゾーン300C1及び300C2の各々へのガス流を制御するガス分配マニホールド305を含む。ゾーンへのガス流は、図1に示すフローコントローラ142、143、及び144である複数のフローコントローラ310によって制御される。フローコントローラ310は各々、ニードルバルブ又はマスフローコントローラであってよい。フローコントローラ310は、ガス流を開始又は停止するためのダイヤフラムバルブも含み得る。
[0039] The
[0040]図3Bは、シャワーヘッド124の面板132の別の実施形態の部分底面図である。この実施形態では、有孔タイル134は、カバープレート222によって支持されている。締結具250を使用して、有孔カバープレート222が支持部材136に固定され、これらはこの図ではカバープレート222の背後にあるため図示されていない。
3B is a partial bottom view of another embodiment of the
[0041]図4は、シャワーヘッド124内に形成されたガス領域140内へのガス流注入パターンを例示するシャワーヘッド124の別の実施形態を示す概略底面図である。シャワーヘッド124の側面には、基板の長さ400及び幅405が示されている。ガス領域140への前駆体流は、矢印410で示すように一方向に供給することができ、又は矢印415で示すように双方向に供給することができる。前駆体流制御は、フローコントローラ142、143及び144(図1に示す)によって提供され得る。更に、エッジゾーン420、コーナーゾーン425、及び中央ゾーン430等のガス流ゾーンは、フローコントローラ142、143、及び144(図1に示す)によって提供され得る。ガス領域140及び/又はゾーンの各々への前駆体の流量は、開口部220、開口部230及び流量制限装置215(全て図2Aに示す)の1つ又は組み合わせのサイズを変えることによって調整され得る。
4 is a schematic bottom view of another embodiment of a
[0042]各ガス領域140への流量は、同じであってよい、又は異なっていてよい。ガス領域140への流量は、図1に示すマスフローコントローラ142、143及び144によって制御され得る。ガス領域140への流量は、更に、上述したように、流量制限装置215のサイズ設定によって制御され得る。処理領域126への流量は、カバープレート222の開口部230のサイズと同様に、有孔タイル134の開口部220のサイズによって制御され得る。処理領域126に十分なガス流を供給するために、必要に応じて、ガス領域140への双方向流又は一方向流が用いられる。
[0042] The flow rates to each
[0043]ガス流を制御する方法は、1)マスフローコントローラ142、143、144からの異なる流量を用いたマルチゾーン(中央/エッジ/コーナー/その他いずれかのゾーン)制御、2)異なるオリフィスサイズ(流量制限装置215のサイズ)による流量制御、3)ガス領域140内への流れ方向制御(一方向又は双方向)、及び4)有孔タイル134の開口部220のサイズ、有孔タイル134の開口部220の数及び/又は有孔タイル134の開口部220の場所による流量制御を含む。本明細書に記載のシャワーヘッド124によって供給されるガスの質量流量により、非均一性の割合(NU%)が約280%(例えば、57%の非均一性(従来技術)から約15%の非均一性に)向上する。
[0043] Methods for controlling gas flow include: 1) multi-zone (center/edge/corner/any other zone) control using different flow rates from
[0044]図5は、図1に示す断面線から見た支持フレーム500の底面断面図である。支持フレーム500は、複数の支持部材136で構成される。図5における支持フレーム500は、導管205の断面に沿って切断されており、流量制限装置215の様々な直径(オリフィスサイズ)を明らかにする。一実施形態では、各流量制限装置215の様々なオリフィスは、所望のガス流特性に基づいて変更又は構成され得る。
[0044] FIG. 5 is a bottom cross-sectional view of a
[0045]この実施形態における流量制限装置215は各々、第1の直径部分505、第2の直径部分510、及び第3の直径部分515を含む。第1の直径部分505、第2の直径部分510、及び第3の直径部分515の各直径は、異なる又は同じである。各直径は、シャワーヘッド124の所望の流れ特性に基づいて選択され得る。一実施形態では、ここでの第1の直径部分505は最小の直径を有し、ここでの第3の直径部分515は最大の直径を有し、第2の直径部分510は、第1の直径部分505と第3の直径部分515との間の直径を有する。図示の実施形態では、第1の直径部分505を有する複数の流量制限装置215は支持フレーム500の中央部分に示され、第3の直径部分515を有する複数の流量制限装置215は支持フレーム500の外側の部分に示されている。
[0045] Each of the
[0046]更に、第2の直径部分510を有する複数の流量制限装置215が、中央部分と外側部分との間の中間ゾーンに示されている。他の実施形態では、第1の直径部分505、第2の直径部分510、及び第3の直径部分515を有する流量制限装置215の位置は、図5に示すように、支持フレーム500の部分において逆であってよい。あるいは、第1の直径部分505、第2の直径部分510、及び第3の直径部分515を有する流量制限装置215は、ガス領域140を通じた所望の特性及び制御に応じて、支持フレーム500の様々な部分に位置していてよい。幾つかの実施形態では、シャワーヘッド124全体での均一なガス流が望ましい場合がある。しかしながら、他の実施形態では、シャワーヘッド124の各ガス領域140へのガス流は均一でない場合がある。不均一なガス流は、処理チャンバ100の幾つかの物理的構造(複数可)及び/又は形状寸法に起因し得る。例えば、シャワーヘッド124の他の部分におけるガス流と比較して、移送ポート114(図1に示す)に隣接するシャワーヘッド124の部分においてより多くのガス流を有することが望ましい場合がある。
[0046] Additionally,
[0047]図6は、本明細書に記載のシャワーヘッド124と共に使用され得る入り口200の一実施形態の概略断面図である。入り口200は、図2Aで説明したような流量制限装置215を含む導管205を含む。幾つかの実施形態では、流量制限装置215の出口開口部210の直径600は、約1.4ミリメートル(mm)から約1.6mmの第1のサイズ605Aを含む。他の実施形態では、流量制限装置215の出口開口部210の直径600は、約1.9mmから約2.1mmの第2のサイズ605Bを含む。出口開口部210の直径600は、シャワーヘッド124の寸法(例えば、長さ/幅)にわたって変化する。例えば、第1のサイズ605Aを有する流量制限装置215は、上記の図3Aに記載したように、中央ゾーン300Aで用いられ得る。第2のサイズ605Bを有する流量制限装置215は、上記図3Aで説明したように、中央ゾーン300A以外のシャワーヘッド124のゾーン(例えば、中間ゾーン300B1及び300B2、並びに外側ゾーン300C1及び300C2)で用いられ得る。更に、流量制限装置215は、シャワーヘッド124内で異なっていてよい長さ610を含む。幾つかの実施形態では、長さ610は、約11mmから約12mmであり得る第1の長さ615Aを含む。他の実施形態では、流量制限装置215の長さ610は、約22mmから約24mmの第2の長さ615Bを含む。第1の長さ615Aを有する流量制限装置215は、上記の図3Aで説明したように、中央ゾーン300Aで用いられ得る。第2の長さ615Bを有する流量制限装置215は、上記の図3Aに記載したような中央ゾーン300A以外のシャワーヘッド124のゾーン(例えば、中間ゾーン300B1及び300B2、並びに外側ゾーン300C1及び300C2)で用いられ得る。なお、上記のような「サイズ」及び/又は「長さ」に関連する「約」という用語は、±0.01mmである。
[0047] Figure 6 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of an
[0048]図7A及び7Bは、本明細書に記載のシャワーヘッド124と共に用いられ得る有孔タイル134の1つの実施形態の様々な図である。図7Aは、カバープレート222(図2Aに示す)に面する有孔タイル134の第1の面700の底面図である。図7Bは、有孔タイル134に形成された開口部218のうちの1つの概略断面図である。
7A and 7B are various views of one embodiment of a
[0049]有孔タイル134は、アルミナ(Al2O3)等のセラミック材料でできた本体705を含む。本体705は、第1の面700と、第1の面700と反対側の第2の面710(図7Bに示す)とを含む。第1の面700及び第2の面710は、概ね平行である。少なくとも第2の面710は、約0.005インチ以下の平坦度(形状寸法表示及び公差表示(GD&T)により定義される工学的公差による)を有する。本体705の周縁部720は、第1の面700と第2の面710との間に形成された複数の開口部218を含む。
[0049] The
[0050]第1の面700は、第1の面700と本体705の周縁部720との間を接合する凹面715を含む。凹面715は、遷移領域725を含む。遷移領域725は、第1の面700のエッジから始まり、本体705の周縁部720まで延びる鋭角の肩部又は斜面であってよい。遷移領域725は、丸い角部730を含む。本体705の周縁部720は、正方形の角部735を含む。
[0050] The
[0051]複数の開口部218のうちの1つが、図7Bに示されている。開口部218は、第2の面710に形成された入り口孔又は第1の孔740を含む。開口部218はまた、第1の面700に形成された出口孔又は第2の孔745も含む。第1の孔740と第2の孔745は、段付き孔750によって流体的に接続されている。第1の孔740及び第2の孔745は各々、フレア状の側壁755を含む。フレア状の側壁755は、約90度(例えば、面700及び710の平面から約45度)の角度αを含み得る。
[0051] One of the plurality of
[0052]段付き孔750は、第1のオリフィス760及び第2のオリフィス765を含む。第1のオリフィス760は、直径770を含み、第2のオリフィス765は、直径775を含む。直径775は、直径770よりも大きい。第1のオリフィス760と第2のオリフィス765との間に、フレア部780が設けられる。フレア部780は、約90度の角度αを含む。直径770は、約0.017インチから約0.018インチであってよい。
[0052] The stepped bore 750 includes a
[0053]本開示の実施形態は、大面積基板に膜の1又は複数の層を形成することができる、シャワーヘッド及びシャワーヘッドを有するプラズマ堆積チャンバのための方法及び装置を含む。プラズマ均一性だけでなくガス(又は前駆体)流は、個々の有孔タイル134、有孔タイル134の特定のもの専用のコイル130、及び/又はフローコントローラ142、143、144の構成の組み合わせ、並びに流量制限装置215のサイズ及び/又は位置の変化により制御される。
[0053] Embodiments of the present disclosure include methods and apparatus for showerheads and plasma deposition chambers having showerheads that can form one or more layers of a film on a large area substrate. Gas (or precursor) flow as well as plasma uniformity is controlled by a combination of configurations of individual
[0054]上記は本開示の実施形態を対象としているが、以下の特許請求の範囲によって決定されるその基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他のさらなる実施形態を考案することが可能である。 [0054] While the foregoing is directed to embodiments of the present disclosure, other and further embodiments of the present disclosure may be devised without departing from the basic scope thereof, as determined by the following claims.
Claims (11)
内部領域の周囲に配置されたチャンバ本体と、
内部領域内の基板支持体と、
複数の支持部材と、複数の支持部材のうちの1又は複数に各々結合された複数の有孔タイルとを有し、基板支持体の上方に配置されたシャワーヘッドと、
前記複数の有孔タイルの上方に隔離して配置される、複数の誘電体プレートと、
前記複数の誘電体プレートの各々の上に配置される複数の誘導結合器と、を備え、
前記複数の支持部材の各々は、前記誘電体プレートのうちの1つと前記有孔タイルのうちの1つとの間に形成される領域に前駆体ガスを供給するように構成された導管を含み、前記導管は各々、流量制限装置を含み、
複数の支持部材は、第1の支持部材と第2の支持部材とを含み、
第1の支持部材内の導管の流量制限装置は第1の直径を有し、
第2の支持部材内の導管の流量制限装置は、第1の直径とは異なる第2の直径を有する、
プラズマ堆積チャンバ。 1. A plasma deposition chamber comprising:
a chamber body disposed about an interior region;
a substrate support within the interior region;
a showerhead disposed above the substrate support , the showerhead having a plurality of support members and a plurality of perforated tiles each coupled to one or more of the plurality of support members ;
a plurality of dielectric plates spaced apart above the plurality of perforated tiles ;
a plurality of inductive couplers disposed on each of the plurality of dielectric plates;
each of the plurality of support members includes a conduit configured to supply a precursor gas to a region formed between one of the dielectric plates and one of the perforated tiles, each of the conduits including a flow restrictor;
The plurality of support members includes a first support member and a second support member;
a flow restrictor for the conduit within the first support member having a first diameter;
the flow restrictor of the conduit within the second support member has a second diameter different from the first diameter;
Plasma deposition chamber.
第1の支持部材及び第2の支持部材を含む複数の支持部材であって、各支持部材は、1以上の第1の支持面及び1以上の第2の支持面を含む支持部材であって、複数の第1の支持面は、複数の第2の支持面と隔離して配置される、支持部材と、
複数の有孔タイルと複数の誘電体プレートとを含む複数のガス供給アセンブリであって、前記複数のガス供給アセンブリは各々、
前記複数の第1の支持面のうちの第1の支持面に配置された有孔タイルと、
前記複数の第2の支持面のうちの第2の支持面に配置された誘電体プレートと
を含み、前記誘電体プレートの面と前記有孔タイルの面との間にガス領域が画定される、複数のガス供給アセンブリと、
各導管が、前記複数のガス供給アセンブリのガス領域の1つに前駆体ガスを供給するように構成された、第1の支持部材における第1の導管および第2の支持部材における第2の導管を含む複数の導管であって、前記導管は各々、流量制限装置を含み、
第1の導管の流量制限装置は第1の長さを有し、
第2の導管の流量制限装置は、第1の長さとは異なる第2の長さを有する、
複数の導管と、
前記シャワーヘッド内の前記複数のガス供給アセンブリの各々の上に配置されたコイルと
を備える、シャワーヘッド。 1. A showerhead for a plasma deposition chamber, comprising:
a plurality of support members including a first support member and a second support member , each support member including one or more first support surfaces and one or more second support surfaces, the plurality of first support surfaces being spaced apart from the plurality of second support surfaces;
A plurality of gas distribution assemblies including a plurality of perforated tiles and a plurality of dielectric plates, each of the plurality of gas distribution assemblies comprising:
a perforated tile disposed on a first support surface of the plurality of first support surfaces;
a plurality of gas supply assemblies including a dielectric plate disposed on a second support surface of the plurality of second support surfaces, a gas region being defined between a surface of the dielectric plate and a surface of the perforated tile;
a plurality of conduits including a first conduit in a first support member and a second conduit in a second support member , each conduit configured to supply a precursor gas to one of the gas regions of the plurality of gas supply assemblies, each of the conduits including a flow restrictor;
the flow restrictor of the first conduit has a first length;
the flow restrictor of the second conduit has a second length different from the first length;
A plurality of conduits;
a coil disposed on each of the plurality of gas delivery assemblies in the showerhead.
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