JP6727338B2 - 非シャドウフレーム式プラズマ処理チャンバ - Google Patents

Description

［０００１］本書に記載の実施形態は概して、基板支持アセンブリに関する。

［０００２］フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）は一般に、コンピュータ及びＴＶモニタ等のアクティブマトリクスディスプレイ、携帯型情報端末（ＰＤＡ）、及び携帯電話だけでなく、太陽電池等にも使用されている。フラットパネルディスプレイの製造において基板に薄膜を堆積させるために、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）が用いられうる。ＰＥＣＶＤは概して、真空処理チャンバ内のプラズマの中に前駆体ガスを注入し、励起した前駆体ガスから基板に膜を堆積させることによって完了されうる。

［０００３］従来のＰＥＣＶＤシステムは、処理中に基板を保持するためにシャドウフレームを使用する。シャドウフレームは、基板のエッジ周囲の膜厚の均一性を低下させる傾向がある。それと同時に、シャドウフレームが使用されない場合、支持プレート上でプラズマアーク放電が発生する場合がある。
したがって、基板支持アセンブリを改善する必要がある。

［０００５］本書に記載の実施形態は概して、基板支持アセンブリに関する。基板支持アセンブリは、現場外で堆積されたセラミック層を有する支持プレートを含む。支持プレートは上面を有する。上面は、大面積基板を支持するように構成された基板受容エリアと、基板受容エリアの外側に位置する外側エリアとを含む。セラミック層は少なくとも外側エリアに堆積される。

［０００６］本書の別の実施形態では、処理チャンバが開示されている。処理チャンバは、チャンバ本体と基板支持アセンブリとを含む。チャンバ本体は、チャンバ本体において処理領域を画定する上壁と、側壁と、底壁とを含む。基板支持アセンブリは処理領域内に配置されている。基板支持アセンブリは、現場外で堆積されたセラミック層を有する支持プレートを含む。支持プレートは上面を有する。上面は、大面積基板を支持するように構成された基板受容エリアと、基板受容エリアの外側に位置する外側エリアとを含む。セラミック層は少なくとも外側エリアに配置される。

［０００７］本書の別の実施形態では、プラズマ強化化学気相堆積チャンバにおいて基板を処理する方法が開示されている。本方法は、堆積チャンバに配置された支持プレートの上面に大面積基板を位置づけすることであって、上面は、基板受容エリアと、基板受容エリアの外側であり且つ現場外で堆積されたセラミック層を有する外側エリアとを有する、大面積基板を位置づけすることを含む。本方法はさらに、基板に材料の層を堆積させるために、プラズマ強化化学気相堆積処理を実施することを含む。

［０００８］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、上記に要約した本開示を、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、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のみを示すものであり、したがって、実施形態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。

一実施形態に係る、上に配置された基板支持アセンブリを有する処理チャンバを示す断面図である。 一実施形態に係る、図１の基板支持アセンブリの一部を示す断面図である。 一実施形態に係る、図２の基板支持アセンブリを示す上面図である。

［００１２］明確にするために、必要に応じて、図面間で共通の同一の要素を指し示すのに同一の参照番号が使用されている。更に、一実施形態の要素を、本書に記載の他の実施形態において用いるために有利に適合させることができる。

［００１３］図１に、一実施形態に係る、上に堆積されたセラミック層２００を有する基板支持アセンブリ１１８を有する処理チャンバ１００の断面図を示す。処理チャンバ１００は、側壁１０４を有するチャンバ本体１０２と、処理容積１１０を画定する底部１０６とを含みうる。処理容積１１０は、側壁１０４を通って形成されている開口部１０９を通してアクセスされる。

［００１４］シャワーヘッド１０８は処理容積１１０に配置されている。シャワーヘッド１０８は、バッキング板１１２に連結されうる。例えば、シャワーヘッド１０８は、バッキング板１１２の端部において懸架装置１１４によってバッキング板１１２に連結されうる。弛みを防ぎやすくするために、一または複数の連結支持体１１６を使用して、シャワーヘッド１０８をバッキング板１１２に連結させうる。

［００１５］基板支持アセンブリ１１８は、処理容積１１０にも配置される。基板支持アセンブリ１１８は、支持プレート１２０、セラミック層２００、及び支持プレート１２０に連結されたステム１２２を含む。支持プレート１２０は、処理中に基板１０１を支持するように構成されている。一実施形態では、支持プレート１２０は、例えばアルミニウム等の金属から形成されうる。支持プレート１２０の一部又は全てが陽極酸化される。セラミック層２００（図２〜３に詳細に説明する）は、処理チャンバ１００における設置及び使用前に支持プレート１２０に堆積される。言い換えれば、セラミック層２００は、処理チャンバ１００の現場外で堆積されるということである。セラミック層２００は、処理中に支持プレート１２０のプラズマアーク放電を防止するように構成される。現場外で堆積されたセラミック層２００の更なる詳細を、図２〜３を参照しながら以下に更に記載する。

［００１６］続けて図１を参照する。支持プレート１２０は、温度制御要素１２４を含む。温度制御要素１２４は、所望の温度で基板支持アセンブリ１１８を維持するように構成される。温度制御要素１２４は、ステム１２２を通って上方向に走り、支持プレート１２０の全面積全体に延在する。

［００１７］支持プレート１２０を持ち上げて、また下ろすために、ステム１２２にリフトシステム１２６が連結されうる。リフトピン１２８は、ロボットが基板１０１を移送しやすくするために支持プレート１２０から間隔を置いて基板１０１が配置されるように、支持プレート１２０を通して移動可能に配置される。基板支持アセンブリ１１８はまた、基板支持アセンブリ１１８の端部にＲＦリターン路を配設するためのＲＦリターンストラップ（ＲＦ ｒｅｔｕｒｎ ｓｔｒａｐ）１３０も含みうる。

［００１８］バッキング板１１２のガス排気口１３４を通して処理ガスを供給するために、ガス源１３２がバッキング板１１２に連結されうる。処理ガスは、ガス排気口１３４からシャワーヘッド１０８のガス通路１３６を通って流れる。処理容積１１０内の圧力を制御するために、真空ポンプ１１１がチャンバ１００に連結されうる。シャワーヘッド１０８にＲＦ電力を供給するために、ＲＦ電源１３８がバッキング板１１２及び／又はシャワーヘッド１０８に連結されうる。ＲＦ電力によりシャワーヘッド１０８と基板支持アセンブリ１１８との間に電場が発生し、これによりシャワーヘッド１０８と基板支持アセンブリ１１８との間でガスからプラズマが生成されうる。

［００１９］例えば誘導結合遠隔プラズマ源などの遠隔プラズマ源１４０も、ガス源１３２とバッキング板１１２との間に連結されうる。基板処理の合間にチャンバの構成要素を洗浄するために、遠隔プラズマが生成されて処理容積１１０の中に送られるように、遠隔プラズマ源１４０に洗浄ガス（ｃｌｅａｎｉｎｇ ｇａｓ）が供給されうる。ＲＦ電源１３８からシャワーヘッド１０８に供給された電力によって、洗浄ガスが更に処理容積１１０内にある間に励起されうる。適切な洗浄ガスは非限定的に、ＮＦ_３、Ｆ_２、及びＳＦ_６を含む。

［００２０］従来のＰＥＣＶＤシステムは、処理ガス又はプラズマが基板のエッジ又は裏側に到達するのを防ぐことにより、支持プレートの表面のプラズマアーク放電を防止し、基板の最遠端部と裏側への堆積を防止するために、基板の周囲に位置づけされたシャドウフレームを用いる。堆積に利用可能な面積を広げるために、本書ではシャドウフレームは用いられない。シャドウフレームが不在であることで、現場外で堆積されたセラミック層２００は、アーク放電及びプラズマの衝突から支持プレート１２０の上面の露出した部分を保護する。

［００２１］図２及び図３に、支持プレート１２０の、少なくとも上面が陽極酸化された層２３０に配置された現場外で堆積されたセラミック層２００を示す、一実施形態に係る基板支持アセンブリ１１８を示す。セラミック層２００は、支持プレート１２０のプラズマアーク放電を防止する絶縁された表面を提供するように構成される。支持プレート１２０は概して、上面２０２を含む。上面２０２は、基板受容面２４４と外側エリア２０６とを含む。基板受容面２４４は、基板１０１を受容するように構成される。外側エリア２０６は、基板受容面２４４の外である。一般に、外側エリア２０６は基板１０１とは接していない。

［００２２］セラミック層２００は、上面に選択的に堆積された第１の部分２４０と、支持プレート１２０の側面に堆積された第２の部分２０３とを含む。セラミック層２００は、少なくとも外側エリア２０６に形成され、部分的に基板受容面２４４上に形成されうる。一実施形態では、セラミック層２００によって覆われた上面２０２の表面積は、外側エリア２０６の表面積よりも大きい。セラミック層２００が部分的に基板受容面２４４上に堆積されると、セラミック層２００は基板１０１の下に部分的に延びて重複エリア２５０ができる。一実施形態では、セラミック層２００は、基板受容面２４４上に少なくとも５ｍｍ延びていてよい。別の実施形態では、セラミック層２００は、上面２０２の全面に延びていてよい。

［００２３］一般に、基板受容面２４４はｌ×ｗの寸法を有していてよく、ｌはｗ以下であってよい。セラミック層２００の内側エッジ２０８は、幅方向において支持プレート１２０の中心Ｃから少なくともＤ_ｗの距離に配置され、長さ方向において中心Ｃから少なくともＤ_ｌの距離に配置されうる。長方形の外周に沿った全ての点が長方形の中心から等距離のところにないため、Ｄ_ｗ及びＤ_ｌは、基板受容面２４４の長さの中間点２２０と基板受容面の幅の中間点２２２に対して計算される。一般に、基板受容面２４４の寸法は、処理される基板の寸法である。

［００２４］例えば、Ｄ_ｌは下記式：

によって表すことができ、上記式においてｌは基板受容面２４４の長さをｍｍで表したものである。

［００２５］例えば、Ｄ_ｗは下記式：

によって表すことができ、上記式においてｗは基板受容面２４４の長さをｍｍで表したものである。

［００２６］例えば、４００ｍｍ×５００（ｌ×ｗ）ｍｍの寸法を有する基板があるとすると、セラミック層の内側エッジ２０８は、ｌ方向において

のところに配置される。セラミック層の内側エッジ２０８は、ｗ方向において

のところに配置される。

［００２７］例えば、１８７０ｍｍ×２２００（ｌ×ｗ）ｍｍの寸法を有する基板があるとすると、セラミック層の内側エッジ２０８は、ｌ方向において支持プレート１２０の中心から

のところに配置される。セラミック層の内側エッジ２０８は、ｗ方向において支持プレート１２０の中心から

のところに配置される。

［００２８］例えば、２８８０ｍｍ×３１３０（ｌ×ｗ）ｍｍの寸法を有する基板があるとすると、セラミック層の内側エッジ２０８は、ｌ方向において支持プレート１２０の中心から

のところに配置される。セラミック層２００の内側エッジ２０８は、ｗ方向において支持プレート１２０の中心から

のところに配置される。

［００２９］一実施形態では、セラミック層２００は、アーク式溶射堆積技法を使用して、現場外で支持プレート１２０に堆積されうる。別の実施形態では、セラミック層２００は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）スパッタリング技法を使用して、現場外で支持プレート１２０に堆積されうる。

［００３０］上面２０２は、複数のポア２１０から形成された約８０〜２３０マイクロインチの初期表面粗さを有する陽極酸化された層２３０を含みうる。陽極酸化された層２３０は、現場外で支持プレート１２０にセラミック層２００が堆積される前にビードブラスト処理されうる。陽極酸化された層２３０の表面粗さは、ビードブラスト処理後に約８０〜２００マイクロインチまで下がる。支持プレート１２０が現場外でコーティングされた場合、セラミック層２００もポア２１０の中に堆積されうる。一実施形態では、上に堆積されたセラミック層を有する支持プレート１２０の結果的な表面粗さは、約２〜１０ミクロンである。別の実施形態では、セラミック層２００は約３％と１０％との間の多孔性を有する。別の実施形態では、セラミック層２００は約５％と２０％との間の均一性を有する。

［００３１］セラミック層２００は、基板１０１のエッジにおけるプラズマ密度を低下させずに、セラミック層２００により支持プレート１２０のプラズマアーク放電が防止されるような厚さを有しうる。例えば、１０〜１５ミクロンの厚さを有するセラミック層２００は支持プレート１２０のプラズマアーク放電を防止するのに十分であるが、基板１０１のエッジにおけるプラズマ密度の低下を招くほど厚すぎることはない。

［００３２］別の実施形態では、セラミック層２００は、セラミック層２００が少なくとも５００Ｖの破壊電圧を有するような厚さを有する。例えば、セラミック層２００は、セラミック層２００が１０００〜２０００Ｖの破壊電圧を有するような厚さを有する。別の実施例では、セラミック層２００は、セラミック層２００が約１０^３Ｈｚの周波数において約３〜約１０の誘電率を有するような厚さを有する。別の実施形態では、セラミック層２００は、約１０^４〜１０^６Ｈｚの周波数において約５〜約４０の誘電率を有する。

［００３３］セラミック層２００は、絶縁材料から形成されうる。一実施形態では、セラミック層２００は、ＳｉＯ_２から形成されうる。別の実施形態では、セラミック層２００は、Ａｌ_２Ｏ_３から形成されうる。一般に、セラミック層２００は１つの材料でできており、セラミック層２００がフッ素ガスを使用する高温の洗浄処理に耐えうるような厚さを有しうる。例えば、セラミック層２００は、１０００〜２０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）の剥離強度を有しうる。別の実施例では、セラミック層２００は、約５００のビーカース硬さ（ＨＶ）〜約１０００ＨＶの硬度を有しうる。

［００３４］工程において、堆積チャンバに配置された支持プレートの上面に大面積基板が位置づけされる。支持プレートは、基板受容エリアと、基板受容エリアの外側の外側エリアとを有する。外側エリアは、現場外で堆積されたセラミック層を有する。基板に材料の層を堆積させるために、基板にプラズマ強化化学気相堆積処理が実施される。

［００３５］上述したように、プラズマ処理中は、セラミック層２００により支持プレート１２０のプラズマアーク放電が防止される。セラミック層２００は、プラズマアーク放電を防止する一方で、基板の堆積均一性を向上させる。したがって、セラミック層２００により、シャドウフレームを使用しない代替処理が可能となり、これにより、デバイス製造に利用可能な基板の面積が有益に拡大する。

［００３６］これまでの記述は特定の実施形態を対象としたものであるが、その基本的な範囲から逸脱しなければ他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、その範囲は、下記の特許請求の範囲によって定められる。

Claims (13)

1. 基板支持アセンブリであって、
   基板を支持するように構成された基板受容エリアを含み且つ前記基板受容エリアの外側に位置する外側エリアを含む上面を有する支持プレートと、
   前記支持プレートの前記上面の前記外側エリアに堆積され、さらに前記基板受容エリアの外縁に沿った該基板受容エリアの一部エリアのみに堆積された、現場外で堆積されたセラミック層と
   を備える、基板支持アセンブリ。
2. 前記一部エリアは、前記基板受容エリアの前記外縁から、該基板受容エリア上に少なくとも５ｍｍ延びている、請求項１に記載の基板支持アセンブリ。
3. 前記セラミック層は、該セラミック層が５００〜２０００Ｖの破壊電圧を有するような厚さを有する、請求項１または２に記載の基板支持アセンブリ。
4. 前記セラミック層が前記支持プレートの一側面を覆っている、請求項１から３のいずれか一項に記載の基板支持アセンブリ。
5. 前記支持プレートの表面の少なくとも一部は陽極酸化され、前記セラミック層は陽極酸化された前記上面の粗面化された部分の少なくとも一部を覆っている、請求項１から４のいずれか一項に記載の基板支持アセンブリ。
6. 前記セラミック層はアーク溶射で堆積されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の基板支持アセンブリ。
7. 処理チャンバであって、
   チャンバ本体において処理領域を画定する上壁と、側壁と、底壁とを含むチャンバ本体と、
   前記処理領域内に配置された基板支持アセンブリであって、
   基板を支持するように構成された基板受容エリアを含み且つ前記基板受容エリアの外側に位置する外側エリアを含む上面を有する支持プレートと、
   前記支持プレートの前記上面の前記外側エリアに堆積され、さらに前記基板受容エリアの外縁に沿った該基板受容エリアの一部エリアのみに堆積された、現場外で堆積されたセラミック層と
   を備える基板支持アセンブリと
   を備える処理チャンバ。
8. 前記セラミック層は、該セラミック層が５００〜２０００Ｖの破壊電圧を有するような厚さを有する、請求項７に記載の処理チャンバ。
9. 前記セラミック層が前記支持プレートの一側面を覆っている、請求項７または８に記載の処理チャンバ。
10. 前記一部エリアは、前記基板受容エリアの前記外縁から、該基板受容エリア上に少なくとも５ｍｍ延びている、請求項７から９のいずれか一項に記載の処理チャンバ。
11. 前記支持プレートの表面の少なくとも一部は陽極酸化され、前記セラミック層は陽極酸化された前記上面の粗面化された部分の少なくとも一部を覆っている、請求項７から１０のいずれか一項に記載の処理チャンバ。
12. 前記セラミック層はアーク溶射で堆積されている、請求項７から１１のいずれか一項に記載の処理チャンバ。
13. 基板を処理する方法であって、
    基板受容エリアと、前記基板受容エリアの外側に位置する外側エリアと、前記外側エリアに堆積され、さらに前記基板受容エリアの外縁に沿った該基板受容エリアの一部エリアのみに堆積された、現場外で堆積されたセラミック層とを有する支持プレートの、前記基板受容エリアに前記基板を位置づけすることと、
    前記基板に材料の層を堆積させるために、プラズマ強化化学気相堆積処理を実施することと
    を含む方法。

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