特許 7534299 プラズマ化学気相成長法のための膜応力制御

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-05

(45)【発行日】2024-08-14

(54)【発明の名称】プラズマ化学気相成長法のための膜応力制御

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/505 20060101AFI20240806BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20240806BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20240806BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240806BHJP

【ＦＩ】

C23C16/505

H05H1/46 L

H01L21/205

H01L21/31 C

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021532929

(86)(22)【出願日】2019-11-26

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-01

(86)【国際出願番号】 US2019063375

(87)【国際公開番号】W WO2020123150

(87)【国際公開日】2020-06-18

【審査請求日】2021-08-13

(31)【優先権主張番号】16/221,322

(32)【優先日】2018-12-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】カオ， シェン－テー

(72)【発明者】

【氏名】ウォン， テギョン

(72)【発明者】

【氏名】ソレンセン， カール， エー．

(72)【発明者】

【氏名】ヤーダヴ， サンジェイ ディー．

(72)【発明者】

【氏名】リ， ヤン トン

(72)【発明者】

【氏名】栗田 真一

(72)【発明者】

【氏名】チェ， スー ヤン

【審査官】宮崎 園子

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２９２１９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１４７２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５２７１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２５０１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １６／５０５

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ堆積チャンバであって、
複数の穿孔部材を有するシャワーヘッドであって、前記穿孔部材の各々が複数の支持部材のうちの隣接する支持部材により支持される、シャワーヘッド；
前記複数の穿孔部材上に配置される複数の誘電体プレートであって、
各誘電体プレートが、前記隣接する支持部材により支持され、
それぞれの穿孔部材、それぞれの誘電体プレート及び前記隣接する支持部材が、ガス容積を画定し、
前記ガス容積は、前記隣接する支持部材と流体連通し、
それぞれの誘電体プレート、バッキングプレート及び前記隣接する支持部材が、コイル容積を画定する、複数の誘電体プレート；
複数の誘導コイルであって、誘導コイルの各々が、前記コイル容積内で、各々の誘電体プレートにより支持される、複数の誘導コイル；並びに
基板支持アセンブリであって、
静電チャッキング電源に連結された静電チャックアセンブリであって、前記基板支持アセンブリの最上部の位置に配置された静電チャックアセンブリと；
前記基板支持アセンブリの最下部の位置に配置された絶縁層と；
前記静電チャックアセンブリと前記絶縁層との間に配置され、電源とローパスフィルタに連結された基板バイアスプレートであって、前記ローパスフィルタが、前記基板バイアスプレートと前記電源との間に配置される、基板バイアスプレートと
を備える基板支持アセンブリ
を備える、プラズマ堆積チャンバ。

【請求項2】

前記支持部材が、前駆体ガスを流すためにその中に形成された導管を含む、請求項１に記載のチャンバ。

【請求項3】

前記支持部材が、冷却剤を流すためにその中に形成された冷却剤チャネルをさらに含む、請求項２に記載のチャンバ。

【請求項4】

各誘電体プレートの上面が、前記コイル容積内で、前記誘導コイルの各々と接する、請求項１に記載のチャンバ。

【請求項5】

前記複数の支持部材が、前記複数の穿孔部材、誘電体プレート、及び誘導コイルの各々を隔てる格子状の構成で配置されている、請求項１に記載のチャンバ。

【請求項6】

前記複数の誘導コイルの各々が、ＲＦタイプの電源に連結されている、請求項１に記載のチャンバ。

【請求項7】

前記電源が、正又は負のいずれかの極性で、前記基板バイアスプレートに一定のＤＣバイアスを提供するように構成されているＤＣタイプの電源である、請求項１に記載のチャンバ。

【請求項8】

前記ＤＣバイアスが、５０Ｗから１０００Ｗの電力レベルで提供される、請求項７に記載のチャンバ。

【請求項9】

前記電源が、正又は負のいずれかの極性で、前記基板バイアスプレートにパルスＤＣバイアスを提供するように構成されているＤＣタイプの電源である、請求項１に記載のチャンバ。

【請求項10】

前記パルスＤＣバイアスが、５０ｋＨｚから５００ｋＨｚの周波数でパルス化される、請求項９に記載のチャンバ。

【請求項11】

前記ローパスフィルタは、前記誘導コイルに供給されるＲＦ電力が前記電源と連結するのを防止する、請求項１に記載のチャンバ。

【請求項12】

複数の穿孔部材を有するシャワーヘッドであって、前記穿孔部材の各々が、隣接する支持部材により支持される、シャワーヘッド；
複数の誘導結合器；
前記複数の穿孔部材上に配置される複数の誘電体プレートであって、
各誘電体プレートが、前記隣接する支持部材により支持され、
それぞれの穿孔部材、それぞれの誘電体プレート及び前記隣接する支持部材が、ガス容積を画定し、
前記ガス容積は、前記隣接する支持部材と流体連通し、
それぞれの誘電体プレート、バッキングプレート及び前記隣接する支持部材が、コイル容積を画定し、
各誘導結合器が、コイル容積内で、各誘電体プレートにより支持される
複数の誘電体プレート；並びに
基板支持アセンブリであって、
静電チャッキング電源に連結された静電チャックアセンブリであって、前記基板支持アセンブリの最上部の位置に配置された静電チャックアセンブリと；
前記基板支持アセンブリの最下部の位置に配置された絶縁層と；
前記静電チャックアセンブリと前記絶縁層との間に配置され、電源とローパスフィルタに連結された基板バイアスプレートであって、前記ローパスフィルタが、前記基板バイアスプレートと前記電源との間に配置される、基板バイアスプレートと
を備える基板支持アセンブリ
を備える、プラズマ堆積チャンバ。

【請求項13】

前記電源が、正又は負のいずれかの極性で、前記基板バイアスプレートに一定のＤＣバイアスを提供するように構成されているＤＣタイプの電源である、請求項１２に記載のチャンバ。

【請求項14】

前記電源が、正又は負のいずれかの極性で、前記基板バイアスプレートにパルスＤＣバイアスを提供するように構成されているＤＣタイプの電源である、請求項１２に記載のチャンバ。

【請求項15】

複数の前記隣接する支持部材の各々が、前記複数の穿孔部材を支持する境界部を含み、各境界部が、１つ又は複数の取り外し可能なストリップを含む、請求項１２に記載のチャンバ。

【請求項16】

プラズマ堆積チャンバであって、
複数の穿孔部材を有するシャワーヘッドであって、前記複数の穿孔部材の各々が複数の支持部材のうちの隣接する支持部材により支持され、前記複数の支持部材が、前記複数の穿孔部材を分離して格子状の構成にし、前記複数の支持部材が、それらの中に形成され１種類又は複数種類の前駆体ガスを流すための導管を有する、シャワーヘッド；
前記複数の穿孔部材上に配置される複数の誘電体プレートであって、
各誘電体プレートが、前記隣接する支持部材により支持され、
それぞれの穿孔部材、それぞれの誘電体プレート及び前記隣接する支持部材が、ガス容積を画定し、
前記ガス容積は、前記隣接する支持部材と流体連通し、
それぞれの誘電体プレート、バッキングプレート及び前記隣接する支持部材が、コイル容積を画定する
複数の誘電体プレート；
各誘導コイルが、前記コイル容積内で、各誘電体プレートにより支持される、複数の誘導コイル；並びに
基板支持アセンブリであって、
バイアス電源とローパスフィルタに連結された基板バイアスプレートであって、前記ローパスフィルタが、前記基板バイアスプレートと前記バイアス電源との間に配置される、基板バイアスプレート
を備える基板支持アセンブリ
を備える、プラズマ堆積チャンバ。

【請求項17】

前記バイアス電源が、正又は負のいずれかの極性で、前記基板バイアスプレートに一定のＤＣバイアスを提供するように構成されているＤＣタイプの電源である、請求項１６に記載のチャンバ。

【請求項18】

前記ＤＣバイアスが、５０Ｗから１０００Ｗの電力レベルで提供される、請求項１７に記載のチャンバ。

【請求項19】

前記バイアス電源が、正又は負のいずれかの極性で、前記基板バイアスプレートにパルスＤＣバイアスを提供するように構成されているＤＣタイプの電源である、請求項１６に記載のチャンバ。

【請求項20】

前記パルスＤＣバイアスが、５０ｋＨｚから５００ｋＨｚの周波数でパルス化される、請求項１９に記載のチャンバ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

背景
分野
本開示の実施態様は、一般に、大面積基板を処理するための方法及び装置に関する。より具体的には、本開示の実施態様は、デバイス製造のための化学蒸着システム及びその方法に関する。

【0002】

関連技術の説明
ディスプレイの製造において、多くのプロセスが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）及び／又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）基板のような基板上に薄膜を堆積させて、その上に電子デバイスを形成するために採用されている。堆積は、一般に、温度制御された基板支持体上に配置された基板を有する真空チャンバ中に前駆体ガスを導入することによって達成される。前駆体ガスは、典型的には、真空チャンバの上部付近に配置されたガス分配プレートを通して導かれる。真空チャンバ内の前駆体ガスは、チャンバに連結された１つ又は複数のＲＦ源からチャンバ内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配置された基板の表面上に材料の層を形成する。

【0003】

従来、プラズマは、容量結合電極配置を使用して大面積基板上に堆積するために、従来のチャンバ内に形成される。最近、丸い基板又はウエハ上への堆積において歴史的に利用されてきたマルチコイル誘導結合プラズマ配置（ＩＣＰ）への関心が、これらの大面積基板のための堆積プロセスに使用するために探求されてきた。大面積高密度プラズマ化学蒸着（ＨＤＰ－ＣＶＤ）で使用されるこのような誘導結合プラズマ配置では、製造された半導体デバイスの個々の膜層の固有の膜応力を調節するために、ＲＦ電力を基板の下方に印加することができる。完成したデバイスに関して膜の損傷（例えば、膜の亀裂及び剥離）を低減するために、より低い固有の膜応力が望ましい。しかしながら、従来の誘導結合構成は、基板の下方に印加されたＲＦ電力がプラズマ処理領域を貫通し、上方に配置された導電性シャワーヘッドフレームと連結することを可能にする誘電体材料を利用している。ＲＦ電力の処理領域中への貫通は、シャワーヘッドコイルの直下に堆積された膜の領域とシャワーヘッドフレームの直下に堆積された膜の領域との間の応力特性の変動を引き起こす。

【0004】

したがって、当技術分野で必要とされるのは、大面積高密度プラズマ蒸着中に膜応力を調節するための改善された方法及び装置である。

【発明の概要】

【0005】

概要
本開示の実施態様は、大面積基板を処理するための方法及び装置に関する。より具体的には、本開示の実施態様は、デバイス製造のための化学蒸着システム及びその方法に関する。

【0006】

一実施態様では、プラズマ堆積チャンバが提供される。プラズマ堆積チャンバは、シャワーヘッドと、複数の誘電体プレートと、複数の誘導コイルと、基板支持アセンブリとを含む。シャワーヘッドは、各々が複数の支持部材のうちの１つ又は複数に連結された複数の穿孔部材を含む。支持部材は、誘導コイルと穿孔部材との間に形成された容積に前駆体ガスを提供する。基板支持アセンブリは、静電チャックアセンブリと、絶縁層と、基板バイアスプレートとを含む。基板バイアスプレートは、ＤＣタイプの電源及びローパスフィルタに連結されている。

【0007】

一実施態様では、基板上に膜を堆積させるための方法が提供される。この方法は、前駆体ガスをシャワーヘッドの複数のガス容積に流すこと、ガス容積の各々への前駆体ガスの流量を変化させること、シャワーヘッドの誘導コイルにＲＦ電力を印加して、前駆体ガスにエネルギーを与えること、エネルギーを与えられた前駆体ガスを処理チャンバの処理領域中に流すこと、及び基板支持体内のバイアスプレートにＤＣバイアス電力を印加して、基板上の膜堆積を調節することを含む。

【0008】

本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明は、実施態様を参照することによって得ることができ、そのいくつかは添付の図面に示されている。しかし、添付の図面は、本開示の例示的な実施態様のみを示し、したがって、その範囲を限定するものと見なされるべきではなく、他の等しく有効な実施態様も許容され得ることに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本開示の一実施態様による処理チャンバの断面図を示す。

【図2A】図２Ａは、図１の蓋アセンブリの一部の拡大図である。

【図2B】図２Ｂは、コイルの一実施態様の上面図である。

【図3】図３は、本開示の一実施態様による、シャワーヘッドに関連して基板の重ねられたプロファイルを有するシャワーヘッドのフェースプレートの底面平面図である。

【図4】図４は、本開示の別の実施態様による、処理チャンバの断面図を示す。

【図5】図５は、図４において堆積された膜の形成において行われる操作を示すフローチャートである。

【0010】

理解を容易にするために、図面に共通する同一の要素は、可能であれば同一の参照番号を使用して示してある。さらなる説明なしに一実施態様の要素及び特徴を他の実施態様に有利に組み込んでもよいということが想定される。

【発明を実施するための形態】

【0011】

詳細な説明
本開示の実施態様は、大面積基板上に複数の層を堆積させるための方法及び装置を含む。一実施態様では、プラズマ堆積のための処理チャンバが提供される。処理チャンバは、シャワーヘッド及び基板支持アセンブリを含む。シャワーヘッドは、ＲＦ電源及び接地に連結されており、複数の穿孔ガス拡散部材を含む。複数のプラズマアプリケータがシャワーヘッド内に配置され、ここで、複数のプラズマアプリケータのうちの１つのプラズマアプリケータは、複数の穿孔ガス拡散部材のうちの１つに対応する。さらに、ＤＣバイアス電源が、基板支持アセンブリに連結されている。

【0012】

本明細書で使用される大面積基板は、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である。しかしながら、基板は特定のサイズ又は形状に限定されない。一態様では、用語「基板」とは、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又はポリマー基板などの、任意の多角形、正方形、長方形、湾曲、又は他の非円形のワークピースを指す。

【0013】

本明細書では、シャワーヘッドは、処理ゾーン内のガスに曝される大面積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複数のゾーン内のチャンバの処理容積中に、シャワーヘッドを通してガスを流すように構成される。さらに、各ゾーンは、プレナム、プレナムとチャンバの処理容積との間の１つ又は複数の穿孔部材、及びゾーン又は個々の穿孔プレートに専用のコイル又はコイルの一部で構成される。プレナムは、誘電体窓、穿孔部材、及び周囲のフレーム構造の間に形成される。各プレナムは、処理ガスがそこを通って流れ、分配されて、穿孔部材を通って処理容積中に入るガスの比較的均一な流量、又は場合によっては調整された流量をもたらすことを可能にするように構成される。プレナムは、プレナム内の処理ガスの圧力で処理ガス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。誘導結合器は、好ましくはコイルの形状で、誘電体窓の後方に配置され、誘電体窓、プレナム、及び穿孔部材を通してエネルギーを誘導結合して、処理容積内のプラズマに衝突して支持する。各ゾーンにおける処理ガスの流量は、大面積基板上で所望のプロセス結果を達成するために、均一な又は調整されたガス流をもたらすように制御される。

【0014】

本開示の実施態様は、大面積基板を含む基板上に１つ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蒸着（ＨＤＰ－ＣＶＤ）処理チャンバを含む。本明細書に開示されるように、処理チャンバは、プラズマ中で生成される前駆体ガスの励起種を送達するように適合され得る。プラズマは、真空下でエネルギーをガスに誘導結合す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態様は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．の子会社であるＡＫＴ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．から入手可能なチャンバでの使用に適合され得る。本明細書で論じる実施態様は、他の製造業者から入手可能なチャンバ内で実施することもできることを理解されたい。

【0015】

図１は、本開示の一実施態様による、例示的な処理チャンバ１００を示す断面図である。基板１０２は、チャンバ本体１０４内でペデスタル又は基板支持アセンブリ１０８の基板受容面１２０上に配置される。基板支持アセンブリ１０８は、チャンバ本体１０４を通って延在するシャフト１１０に連結されている。シャフト１１０は、基板支持アセンブリ１０８をチャンバ本体１０４内で垂直方向（Ｚ方向）に移動させるアクチュエータ１１２に連結されている。例えば、図１に示される処理チャンバ１００の基板支持アセンブリ１０８は、処理位置に示される。しかしながら、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方向に下降されてもよい。この位置において、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と基板受容面１２０との間に挿入されて、基板１０２をチャンバ本体１０４から移送する。

【0016】

処理チャンバ１００はまた、基板支持アセンブリ１０８の上方に配置された蓋アセンブリ１０６を含む。蓋アセンブリ１０６は、チャンバ本体１０４上に載るバッキングプレート１２２を含み得る。蓋アセンブリ１０６は、処理ガスをガス源からシャワーヘッドアセンブリ１２４と基板１０２との間の処理領域１２６に送達するように構成されたガス分配アセンブリ又はシャワーヘッドアセンブリ１２４を含む。シャワーヘッドアセンブリ１２４はまた、フッ素含有ガスなどの洗浄ガスを処理領域１２６に提供する洗浄ガス源に連結され得る。

【0017】

シャワーヘッドアセンブリ１２４は、プラズマ源１２８としても機能する。シャワーヘッドアセンブリ１２４は、１つ又は複数の誘導結合プラズマ生成部材、すなわちコイル１３０を含む。１つ又は複数のコイル１３０の各々は、単一のコイル１３０、２つのコイル１３０、又は共同で機能する３つ以上のコイル１３０とすることができ、以下では単にコイル１３０と記載される。１つ又は複数のコイル１３０の各々は、電源１４８及び接地１３３に連結されている。一実施態様では、電源１４８は、誘導結合高周波（ＲＦ）電源である。電源１４８は、シャワーヘッドアセンブリ１２４によるプラズマ生成のために、任意の適切な周波数及び電力レベルで電力信号を提供するように構成される。第１の電源は、コイル１３０の電気的特性を調整するための整合回路又は調整機能を含み得る。

【0018】

シャワーヘッドアセンブリ１２４は、複数のガス流ディフューザ１３４を有するフェースプレート１３２をさらに含む。ガス流ディフューザ１３４のそれぞれは、格子状の構成で配置された複数の支持部材１３６によって支持され、ガスが流れることができる複数の開口部２２０（図２Ａ）を含む。コイル１３０のそれぞれ又は１つ若しくは複数のコイル１３０の一部は、それぞれの誘電体プレート１３８上又はその上方に配置される。蓋アセンブリ１０６内の誘電体プレート１３８上に配置されたコイル１３０の例が、図２Ａにさらに明確に示されている。複数のガス容積１４０は、誘電体プレート１３８、ガス流ディフューザ１３４、及び支持部材１３６の表面によって画定される。１つ又は複数のコイル１３０の各々は、電源１４８からＲＦ信号を受け取り、ガス容積１４０内で処理ガスをプラズマへとエネルギーを与える電磁場を生成するように構成される。ガス容積１４０内のエネルギーを与えられた処理ガスは、ガス流ディフューザ１３４を通って処理領域１２６中に流入し、基板１０２に向かう。

【0019】

ガス源からの処理ガスは、支持部材１３６内の導管２００、２０５を介してガス容積１４０の各々に提供される。シャワーヘッドアセンブリ１２４に出入りするガスの容積又は流量は、シャワーヘッドアセンブリ１２４の異なるゾーンで制御される。図１に示されるように、ガス容積１４０の各々へのガス流は、流量コントローラ１４２、１４３、及び１４４などの複数の流量コントローラによって制御され得る。例えば、シャワーヘッドアセンブリ１２４の外側又は周辺ゾーンへのガスの流量は、流量コントローラ１４２、１４３によって制御され得、一方、シャワーヘッドアセンブリの内側又は中央ゾーンへのガスの流量は、流量コントローラ１４４によって制御され得る。チャンバ洗浄が実施されるとき、洗浄ガス源からのクリーニングガスは、ガス容積１４０の各々に、及び洗浄ガスがイオン、ラジカル、又はその両方にエネルギーを与えられる処理容積１４０中に流され得る。エネルギーを与えられた洗浄ガスは、チャンバ構成要素を洗浄するために、ガス流ディフューザ１３４を通って処理領域１２６中に流れ得る。

【0020】

図２Ａは、図１の蓋アセンブリ１０６の一部の拡大図である。前述のように、ガス源からの前駆体ガスは、バッキングプレート１２２に形成された第１の導管２００を通ってガス容積１４０に流れる。第１の導管２００の各々は、シャワーヘッドフレーム１３６を通して形成された第２の導管２０５に連結されている。第２の導管２０５は、開口２１０において前駆体ガスをガス容積１４０に提供する。いくつかの実施態様では、第２の導管２０５のいくつかは、２つの隣接するガス容積１４０にガスを提供し得る（第２の導管２０５の１つは、図２Ａで仮想線で示されている）。いくつかの実施態様では、第２の導管２０５は、ガス容積１４０への流量を制御するための流量制限器２１５を含み得る。流量制限器２１５のサイズは、そこを通るガスの流量を制御するために変化させることができる。例えば、流量制限器２１５の各々は、流量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。さらに、流量制限器２１５の各々は、それを通る流量を制御するために、必要に応じて、より大きなオリフィス寸法を、又は必要に応じてより小さなオリフィス寸法を提供するように変更され得る。

【0021】

図２Ａに示されるように、ガス流ディフューザ１３４は、ガス容積１４０の下端に配置され、そこを通って延在する複数の開口部２２０を含む。複数の開口部２２０の各々は、コイル１３０によってエネルギーを与えられたガスが、ガス容積１４０と処理領域１２６との間に延在する開口部２２０の直径に起因する所望の流量でプラズマとしてガス容積１４０から処理領域１２６中に流れることを可能にする。開口部２２０、並びに／又は開口部２２０の行及び列は、１つ又は複数のガス流ディフューザ１３４内の開口部２２０の各々を通るガス流を均一にするために、異なるサイズ及び／又は異なる間隔にすることができる。あるいは、開口部２２０の各々からのガス流は、所望のガス流特性に応じて、不均一であり得る。

【0022】

支持部材１３６は、ボルト又はねじなどの締結具２４０によってバッキングプレート１２２に連結されている。支持部材１３６の各々は、境界部２４５において個々のガス流ディフューザ１３４を物理的に支持し、隔てる。境界部２４５の各々は、ガス流ディフューザ１３４の周囲又は縁部を支持するレッジ又は棚であり得る。いくつかの実施態様では、境界部２４５は、取り外し可能なストリップ２５０を含む。取り外し可能なストリップ２５０は、ボルト又はねじなどの締結具（図示せず）によって支持部材１３６に締結される。境界部２４５の一部はＬ字型であり、境界部２４５の別の部分はＴ字形である。ガス容量１４０をシールするために、１つ又は複数のシール２６５が利用される。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などのエラストマー材料である。１つ又は複数のシール２６５が、支持部材１３６とガス流ディフューザ１３４との間に提供され得る。取り外し可能なストリップ２５０は、ガス流ディフューザ１３４を支持部材１３６上に支持するために利用される。取り外し可能なストリップ２５０は、必要に応じて取り外して、各ガス流ディフューザ１３４を個別に交換することができる。

【0023】

加えて、支持部材１３６の各々は、そこから延在する棚２７０（図２Ａに示す）を利用して誘電体プレート１３８を支持する。シャワーヘッドアセンブリ１２４／プラズマ源１２８の実施態様では、誘電体プレート１３８は、シャワーヘッドアセンブリ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）が小さい。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の低減された横方向表面積は、ガス容積１４０及び処理領域１２６内の真空環境とプラズマと、隣接するコイル１３０が典型的に配置される大気環境との間の物理的障壁としての誘電体材料の使用を可能にし、大気圧負荷を支持する大面積に基づいて、その中に大きな応力を加えることはない。

【0024】

シール２６５は、（大気圧又はほぼ大気圧で）容積２７５を（処理中にミリトール以下の範囲の大気圧より低い圧力にある）ガス容積１４０からシールするために使用される。境界部材２８０は、支持部材１３６から延在して示されており、締結具２８５は、誘電体プレート１３８をシール２６５及び棚２７０に対して固定する、すなわち押し込むために利用される。シール２６５はまた、ガス流ディフューザ１３４の外周と支持部材１３６との間の空間をシールするために利用され得る。

【0025】

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つ又は複数に基づいて選択される。コイル１３０は、導電性材料で作られる。バッキングプレート１２２及び支持部材１３６は、支持される構成要素の重量及び大気圧荷重を支持することができる材料で作られ、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、アルミニウム材料などの非磁性材料（例えば、非常磁性又は非強磁性材料）で作ることができる。取り外し可能なストリップ２５０はまた、アルミニウムなどの金属材料、又はセラミック材料（例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）若しくはサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３））などの非磁性材料から形成される。ガス流ディフューザ１３４は、石英、アルミナ、又は他の同様の材料などのセラミック材料で作られている。誘電体プレート１３８は、石英、アルミナ又はサファイア材料で作られている。

【0026】

いくつかの実施態様では、シャワーヘッドフレーム１３６は、その中に１つ又は複数の冷却剤チャネル２５５を含む。１つ又は複数の冷却剤チャネル２５５は、冷却剤チャネル２５５に冷却剤媒体を提供するように構成された流体源２６０に流体連結されている。

【0027】

図２Ｂは、蓋アセンブリ１０６内に見られる誘電体プレート１３８上に配置されたコイル１３０の一実施態様の上面図である。一実施態様では、図２Ｂに示されたコイル１３０の構成は、各平面コイルが隣接して配置されたコイル１３０と直列に、シャワーヘッドアセンブリ１２４を横切って所望のパターンで接続されるように、図示されたコイルの構成が誘電体プレート１３８の各々の上に個々に形成されるように使用され得る。コイル１３０は、長方形のらせん形状である導体パターン２９０を含む。しかしながら、他の形態の導体パターンも考えられる。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。シャワーヘッドアセンブリ１２４の１つ又は複数のコイル１３０の各々は、直列及び／又は並列に接続されている。

【0028】

図３は、シャワーヘッドアセンブリ１２４のフェースプレート１３２の一実施態様の底面平面図である。図３は、本開示の一実施態様による、処理チャンバ１００内での処理中のシャワーヘッドアセンブリ１２４に対する基板受容面１２０上の基板１０２の位置の重ね合わせプロファイルを含む。上述したように、シャワーヘッドアセンブリ１２４は、格子状のフレームに配置された複数の支持部材１３６によって支持され、隔てられた１つ又は複数のガス流ディフューザ１３４を含むように構成されている。ガスは、ガス容積１４０から、各ガス流ディフューザ１３４を通る複数の開口部２２０を介して、基板１０２の上方の処理領域１２６に流される。シャワーヘッドアセンブリ１２４内のコイル１３０、ガス容積１４０、及びガス流ディフューザ１３４の数は、基板１０２上への膜堆積のための全体的な面積に依存する。

【0029】

図４は、本開示の一実施態様による処理チャンバ４００を示す断面図である。上述のような処理チャンバ１００の特徴に加えて、処理チャンバ４００は、静電チャックアセンブリ１５８、基板バイアスプレート１６０、及び絶縁層１６２を有する基板支持アセンブリ１０８を含む。

【0030】

一実施態様では、静電チャックアセンブリ１５８は、基板受容面１２０が静電チャックアセンブリ１５８の上面に対応するように、基板支持アセンブリ１０８の最上部の位置に配置される。静電チャックアセンブリ１５８は、チャンバ本体１０４の外側に配置された静電チャッキング電源１５２に連結されている。静電チャッキング電源は、処理中に基板１０２の静電チャッキングに所望の電圧を提供するように構成された任意の適切な電源であり得る。さらに、静電チャックアセンブリ１５８は、特定の基板デバイスをチャックするために選択された任意の適切な配置で配置された２つ以上の電極を含み得る。例えば、静電チャックアセンブリ１５８は、長方形のらせん状に配置された２つの電極を含み得、一方の電極は他方を取り囲んでいる。別の例では、静電チャックアセンブリ１５８は、円形を形成する２つのインターリーブ電極を含み得る。静電チャックアセンブリ１５８内の各電極は、静電チャック電源１５８によって別々に電力を供給されてもよく、したがって、電極が異なる極性で充電されることを可能にする。

【0031】

絶縁層１６２は、基板支持アセンブリ１０８の最下部の位置に配置される。絶縁層１６２は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などの誘電体材料で形成され得る。絶縁層１６２は、基板バイアスプレート１６０によって形成された電界のチャンバ本体１０４への視線経路を遮蔽し、したがって、基板バイアスプレート１６０とチャンバ本体１０４との間のアーク放電の可能性を最小限に抑える。

【0032】

基板バイアスプレート１６０は、静電チャックアセンブリ１５８と絶縁層１６２との間に配置される。基板バイアスプレートはさらに、線形接続に配置された基板バイアス電源１５６とローパスフィルタ１５４に連結されている。図４に示されるように、基板バイアス電源１５６及びローパスフィルタ１５４は、チャンバ本体１０４の外側に配置され得る。基板バイアスプレート１６２及び基板バイアス電源１５６は、処理領域１２６内のプラズマから基板支持アセンブリ１０８上の基板１０２の所望の領域に向かってイオンを抽出するために、基板１０２の下方に電気バイアスを提供するように構成される。処理中に使用される場合、基板１０２の所望の領域に向かうプラズマイオンの抽出は、膜特性（例えば、膜厚及び膜応力）が制御され得るように、膜堆積を調節する。例えば、プラズマから抽出されるイオンの量（例えば、密度）は、基板表面の特定の領域に供給される基板バイアス電力を調整することによって調節され得、したがって、基板１０２上に堆積された膜の引張及び圧縮応力特性の制御を可能にする。

【0033】

基板バイアス電源１５６は、正又は負のいずれかの極性でＤＣ電圧を供給する直流（ＤＣ）タイプの電源である。一実施態様では、基板バイアス電源１５６は、一定のＤＣバイアスを供給するように構成される。別の実施態様では、基板バイアス電源１５６は、パルスＤＣバイアスを供給するように構成される。ローパスフィルタ１５４は、電源１４８からのＲＦ信号が基板支持アセンブリ１０８と連結し、基板バイアス電源１５６へ通過するのを防止するように構成され得る。

【0034】

図５は、図４の処理チャンバ４００を使用して、大面積膜堆積中に固有の膜応力を制御する方法５００を示すフローチャートである。動作５１０において、基板１０２は、基板支持アセンブリ１０８の基板受容面１２０上に移送される。基板１０２は、チャンバ本体１０４の側壁に配置された移送ポート１１４を通るロボットブレードなどの任意の適切な手段によって、処理チャンバ１００内に移送され、基板支持アセンブリ１０８上に移送され得る。次いで、基板支持アセンブリ１０８は、図１に示されるように、アクチュエータ１１２によって処理位置に調整され得る。

【0035】

動作５２０において、ガス源からの前駆体ガスは、支持部材１３６内に配置された導管２００、２０５を介してガス容積１４０に提供される。前駆体ガスの流量は、各ガス容積１４０に提供されるガスの量及び速度を制御するいくつかのフローコントローラ１４２、１４３によって制御され得る。

【0036】

動作５３０において、電源１４８は、蓋アセンブリ１０６内の誘導結合コイル１３０にＲＦ電力を供給する。ＲＦ電力は、プラズマ生成のための任意の適切な周波数又は電力レベルで供給され得る。例えば、５６ｋＷのＲＦ電源及び１３．５６ＭＨｚの信号周波数が適用され得る。別の例では、５６ｋＷの電力及び２ＭＨｚの周波数のＲＦ信号が適用され得る。コイル１３０のそれぞれは、電源１４８によって供給されるＲＦ電力を受け取り、ガス容積１４０内の前駆体ガスにエネルギーを与える電磁場を生成する。次いで、エネルギーを与えられた処理ガスは、ガス流ディフューザ１３４を通って配置された複数の開口部２２０を通って、基板１０２に向かって処理領域１２６中に流れ込む。

【0037】

動作５４０では、エネルギーを与えられたプロセスガスが処理領域１２６中に流れ込むと、ＤＣバイアスが基板バイアスプレート１６０に印加される。ＤＣバイアス電力は、基板バイアス電源１５６によって供給され、ローパスフィルタ１５４によってフィルタリングされる。ＤＣバイアス出力は、正又は負の電位でパルス状又は一定のいずれかであり得る。ＤＣバイアスの任意の適切なパルスレート又は電力レベルが、基板バイアスプレート１６０に供給され得る。例えば、約１００ｋＨｚから約４００ｋＨｚなど、約５０ｋＨｚから約５００ｋＨｚのパルスレートを有するパルスＤＣバイアスが供給され得る。例えば、約２５０ｋＨｚから約３００ｋＨｚのパルスレートを有するパルスＤＣバイアスが供給され得る。パルス状又は一定のＤＣバイアスは、約２５０Ｗから約７５０Ｗなど、約５０Ｗから約１０００Ｗの範囲内の電力レベルで提供される。例えば、ＤＣバイアス電力は、約４００Ｗから約６００Ｗの電力レベルで提供される。

【0038】

基板バイアスプレート１６０を横切るＤＣ電力の印加は、局所的な容量結合電界を生成することによって、プラズマを基板１０２に向けてバイアスし、したがって、基板表面上のイオン衝撃を増加させ、動作５５０において調節された固有膜応力を有する膜層が形成されることを可能にする。動作５４０でのＤＣ基板バイアスの使用は、マルチコイルＩＣＰシステムを利用する大面積ＨＤＰ－ＣＶＤ中の固有膜応力特性の改変を可能にする。特に、ＤＣバイアスは、堆積される膜全体にわたって減少した均一な膜応力レベルを有する大面積基板膜層の形成を可能にする。

【0039】

膜応力制御の他の方法は、基板バイアスを含まないか、又は基板表面上のイオン衝撃を調節するためにＲＦ基板バイアス電力を印加することを含む。しかしながら、マルチコイルＩＣＰシステムを有するＨＤＰチャンバ内で実施される場合、これらの方法は、堆積膜層の望ましくない膜応力特性をもたらす。例えば、基板バイアスが印加されない場合、堆積膜層は、望ましくない高い引張膜応力レベルを示す傾向がある。

【0040】

あるいは、ＲＦ基板バイアスが印加されると、堆積膜層は、不均一な膜応力レベルを示す傾向がある。特に、マルチコイルＩＣＰシステムのコイルの直下に配置された基板領域の膜応力は、ＲＦバイアス電力によって調節される傾向があり、一方、シャワーヘッド構造フレームの下方に配置された基板領域は、ほとんど影響を受けないままである。この不均一性は、ＲＦバイアス電力がプラズマを貫通し、上方に配置された接地されたシャワーヘッド構造フレームに連結する結果である。したがって、ＲＦ基板バイアスが印加される場合、膜応力は位置に依存する。

【0041】

それに比べて、ＤＣ基板バイアスを印加した場合、膜応力の調節は位置に依存しない。むしろ、ＤＣバイアス電力が上方の接地されたシャワーヘッド構造フレームに連結しないため、結果として得られる膜層は均一なフィルム応力特性を示す。したがって、プラズマシースは、ＤＣバイアス電力の影響を受け、シャワーヘッド構造フレームの下方及びマルチコイルＩＣＰシステムのコイルの下方の両方の領域は、実質的に等しく調節される。

【0042】

本開示の実施態様は、大面積基板上に膜の１つ又は複数の層を形成することができる方法及び装置を含む。プラズマの均一性並びにガス（又は前駆体）の流量は、個々のガス流ディフューザ１３４、コイル１３０、及び／又は流量コントローラ１４２、１４３及び１４４の構成の組み合わせによって制御される。膜応力均一性は、基板支持アセンブリ１０８内のバイアス基板プラットフォーム１６０へのＤＣ基板バイアスの印加によって制御される。

【0043】

一例では、プラズマ堆積チャンバが提供される。プラズマ堆積チャンバは、複数の穿孔部材を有するシャワーヘッドと、複数の穿孔部材のうちの１つ又は複数に対応する誘導結合器と、穿孔部材の各々を支持するための複数の支持部材と、基板支持アセンブリとを含む。１つ又は複数の支持部材は、誘導結合器と穿孔部材との間の容積に前駆体ガスを提供する。基板支持アセンブリは、静電チャックアセンブリと、絶縁層と、基板バイアスプレートとを含む。基板バイアスプレートは、ＤＣタイプの電源及びローパスフィルタに連結されている。

【0044】

この例では、ローパスフィルタは、任意選択で、誘導コイルに供給されるＲＦ電力がＤＣタイプの電源と連結するのを防止する。

【0045】

この例では、ＤＣタイプの電源は、任意選択で、正又は負のいずれかの極性で、バイアスプレートに一定のＤＣバイアスを提供するように構成されている。

【0046】

この例では、ＤＣタイプの電源は、任意選択で、正又は負のいずれかの極性で、バイアスプレートにパルスＤＣバイアスを提供するように構成されている。

【0047】

この例では、複数の穿孔部材及び複数の支持部材の各々は、任意選択で境界部を含み、各境界部は、１つ又は複数の取り外し可能なストリップを含む。

【0048】

上記の説明は、本開示の実施態様を対象としているが、本開示の他の及びさらなる実施態様は、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案されてもよく、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。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】