ガスディフューザのホールデザインによるプラズマ均一性制御
【課題】膜厚及び膜特性の均一性を改善するガスディフューザを提供する。
【解決手段】ガス分散プレートは、ディフューザプレートの上流側と下流側との間の複数のガス流路とを含み、ガス流路は、上流面に第１の径を有し、第１の径よりも大きい第２の径を下流面に有する。プラズマのイオン化を強めるために、下流側に第２の径を有する中空カソードキャビティを含む。下流端部まで伸びるガス流路の中空カソードキャビティ（円錐体形状の孔）の深さ、径、表面積及び密度はディフューザプレートの中心部から縁部に向かって徐々に増加させて、基板全域での膜厚及び特性の均一性を改善することができる。
【解決手段】ガス分散プレートは、ディフューザプレートの上流側と下流側との間の複数のガス流路とを含み、ガス流路は、上流面に第１の径を有し、第１の径よりも大きい第２の径を下流面に有する。プラズマのイオン化を強めるために、下流側に第２の径を有する中空カソードキャビティを含む。下流端部まで伸びるガス流路の中空カソードキャビティ（円錐体形状の孔）の深さ、径、表面積及び密度はディフューザプレートの中心部から縁部に向かって徐々に増加させて、基板全域での膜厚及び特性の均一性を改善することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般に、ガス分散プレートアセンブリ及び処理チャンバ内にガスを分散させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術の説明
[0002]液晶ディスプレイあるいはフラットパネルは、一般に、コンピュータやテレビジョンモニタ等のアクティブマトリックスディスプレイに用いられている。プラズマＣＶＤ（ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＥＣＶＤ）は、一般に、フラットパネルディスプレイまたは半導体ウェーハのための透明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、通常、前駆物質ガスまたはガス混合物を、基板を含む真空チャンバ内に導入することによって実現される。該前駆物質ガスまたはガス混合物は、一般に、該チャンバの上部近傍に配置された分散プレートを通して下方に向けられる。該チャンバ内の該前駆物質ガスまたはガス混合物は、該チャンバに結合された１つまたはそれ以上の高周波電源から該チャンバに高周波（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＲＦ）電力を印加することにより、エネルギーを与えられて（例えば、励起されて）プラズマにされる。該励起されたガスまたはガス混合物は、反応して、温度制御された基板支持体上に配置されている基板の表面に材料層を形成する。該反応中に生成された揮発性副生成物は、該チャンバから排気装置を介して排出される。
【０００３】
[0003]ＰＥＣＶＤ技術によって処理されたフラットパネルは、一般的には大きく、通常３７０ｍｍ×４７０ｍｍを超える。４平方メートル近い及び４平方メートルを超える大面積基板は、近い将来構想される。フラットパネル上に均一なプロセスガスフローを供給するのに用いられるガス分散プレート（またはガスディフューザプレート）は、特に、２００ｍｍ及び３００ｍｍの半導体ウェーハ処理に用いられるガス分散プレートと比較して、サイズが比較的大きい。
【０００４】
[0004]ＴＦＴ−ＬＣＤ業界において、基板のサイズが大きくなると、ＰＥＣＶＤの場合に、膜厚及び膜の均一特性制御が問題になる。ＴＦＴは、フラットパネルディスプレイの一種である。例えば、基板の中心部と縁部との間の膜歪みのような堆積速度および／または膜特性の違いが重要になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0005]従って膜の堆積厚及び膜特性の均一性を改善する改良されたガス分散プレートアセンブリに対する要望がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0006]ガスを処理チャンバ内に分散させるガス分散プレートの実施形態が提供される。一実施形態においては、プラズマ処理チャンバのためのガス分散プレートアセンブリは、上流側及び下流側を有するディフューザプレートと、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通り、かつ該下流側に中空カソードキャビティを備える内側及び外側ガス流路とを備え、該内側ガス流路の中空カソードキャビティ容積密度は、該外側ガス流路の中空カソードキャビティ容積密度よりも小さい。
【０００７】
[0007]他の実施形態においては、プラズマ処理チャンバのためのガス分散プレートアセンブリは、上流側及び下流側を有するディフューザプレートと、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通り、かつ該下流側に中空カソードキャビティを備える内側及び外側ガス流路とを備え、該内側ガス流路の中空カソードキャビティの表面積密度は、該外側ガス流路の中空カソードキャビティの表面積密度よりも小さい。
【０００８】
[0008]別の実施形態においては、プラズマ処理チャンバのためのガス分散プレートアセンブリは、上流側及び下流側を有するディフューザプレートと、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通る複数のガス流路とを備え、中空カソードキャビティの密度が、該ディフューザプレートの中心から縁部に向かって徐々に増加する。
【０００９】
[0009]他の実施形態においては、プラズマ処理チャンバは、上流側及び下流側を有するディフューザプレートと、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通り、かつ該下流側に中空カソードキャビティを備える内側及び外側ガス流路であって、該内側ガス流路の中空カソードキャビティ容積密度が、該外側ガス流路の中空カソードキャビティ容積密度よりも小さい、内側及び外側ガス流路と、該ディフューザプレートの下流側近傍の基板支持体とを備える。
【００１０】
[0010]別の実施形態においては、プラズマ処理チャンバは、上流側及び下流側を有するディフューザプレートと、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通り、かつ該下流側に中空カソードキャビティを備える内側及び外側ガス流路であって、該内側ガス流路の中空カソードキャビティの表面積密度が、該外側ガス流路の中空カソードキャビティの表面積密度よりも小さい、内側及び外側ガス流路と、該ディフューザプレートの下流側近傍の基板支持体とを備える。
【００１１】
[0011]他の実施形態においては、プラズマ処理チャンバは、上流側及び下流側を有するディフューザプレートと、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通る複数のガス流路であって、中空カソードキャビティの密度が、該ディフューザプレートの中心から縁部に向かって徐々に増加する、複数のガス流路と、該ディフューザプレートの下流側近傍の基板支持体とを備える。
【００１２】
[0012]別の実施形態においては、プラズマ処理チャンバのためのガス分散プレートアセンブリは、上流側及び下流側を有し、かつ多数の同心ゾーンに分割されているディフューザプレートと、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通る複数のガス流路とを備え、各ゾーンにおけるガス流路は同一であり、中空カソードキャビティの密度、容積または表面積は、該ディフューザプレートの中心から縁部に向かって徐々に増加する。
【００１３】
[0013]他の実施形態においては、プラズマ処理チャンバのためのガスディフューザプレートを形成する方法は、上流側及び下流側と、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通る複数のガス流路とを有するようにガスディフューザプレートを形成するステップと、該ディフューザプレートを湾曲させて、下流側に向けて滑らかな凸状に形成するステップと、該凸状面を適合させて下流側面を平坦化するステップとを含む。
【００１４】
[0014]別の実施形態においては、プラズマ処理チャンバのためのガスディフューザプレートを形成する方法は、上流側及び下流側と、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通る複数のガス流路とを有するようにガスディフューザを適合させることであって、該ディフューザプレートの中空カソードキャビティの密度、容積または表面積が、該ディフューザプレートの中心から縁部に向かって徐々に増加するステップを含む。
【００１５】
[0015]他の実施形態においては、基板上に薄膜を堆積する方法は、プロセスチャンバ内の基板に、上流側及び下流側を有するガスディフューザプレートと、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通り、かつ該下流側に中空カソードキャビティを備える内側及び外側ガス流路であって、該内側ガス流路の中空カソードキャビティの容積密度、または該中空カソードキャビティの表面積密度、あるいは、該中空カソードキャビティ密度が、該外側ガス流路の同じパラメータよりも小さい、内側及び外側ガス流路とを配置するステップと、ディフューザプレートを介して、基板支持体上に支持された基板の方へプロセスガスを流すステップと、該ディフューザプレートと該基板との間にプラズマを生成するステップと、該プロセスチャンバ内の基板上に薄膜を堆積するステップとを含む。
【００１６】
[0016]別の実施形態においては、ディフューザプレートは、上面及び底面を有するボディと、該底面の上面と底面の間の複数のガス流路と、外側領域及び内側領域とを備え、該外側領域の上部と底部の間の該ボディが、該内側領域の上部と底部の間の該ボディよりも厚い。
【００１７】
[0017]他の実施形態においては、プラズマ処理チャンバのためのガスディフューザプレートを形成する方法は、上流側及び下流側と、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通る複数のガス流路とを有するようにガスディフューザプレートを形成するステップと、該下流面を適合させて、該下流面を凸状に形成するステップとを含む。
【００１８】
[0018]また別の実施形態においては、プラズマ処理チャンバのためのガスディフューザプレートを形成する方法は、上流側及び下流側を有するディフューザプレートを湾曲させて、該下流面を凹状に、かつ上流面を凸状に形成するステップと、中空カソードキャビティを、仮想の平坦下流面から同じ深さに形成することにより、該ディフューザプレートの上流と下流の間を通過する複数のガス流路を形成するステップと、該中空カソードキャビティに接続される同じサイズのオリフィス穴を有するように、全てのガス流路を形成するステップとを含む。
【００１９】
[0019]本発明の教示は、添付図面と共に、以下の詳細な説明を考究することにより、容易に理解することができる。
【００２０】
[0059]理解を容易にするために、可能な場合、図面に共通する同一の構成要素を表わすために、同一の参照符号を用いている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】底部ゲート薄膜トランジスタの断面該略図を示す。
【図２】本発明のガス分散プレートアセンブリの一実施形態を有する例示的な処理チャンバの概略断面図である。
【図３】ガスディフューザプレートの断面該略図である。
【図４Ａ】ディフューザプレートによって、プロセスチャンバ内の基板上に薄膜を堆積するプロセスフローを示す。
【図４Ｂ】均等なディフューザホール径及び深さを有するディフューザプレートを用いた堆積から集めた、１５００ｍｍ×１８００ｍｍの基板に対する堆積速度測定値を示す。
【図５】ポンピングチャネルを閉じた状態の側部に近い基板の２辺（５０１及び５０２）と、基板上の５つの測定場所とを示す。
【図６Ａ】中空カソード効果の概念を示す（従来技術）。
【図６Ｂ】中空カソードキャビティのデザインを示す。
【図６Ｃ】中空カソードキャビティのデザインを示す。
【図６Ｄ】中空カソードキャビティのデザインを示す。
【図６Ｅ】中空カソードキャビティのデザインを示す。
【図６Ｆ】中空カソードキャビティのデザインを示す。
【図６Ｇ】中空カソードキャビティのデザインを示す。
【図７Ａ】ガス流路の下流端部に拡がる孔の径「Ｄ」、深さ「ｄ」及びフレア角度「α」の定義を示す。
【図７Ｂ】ガス流路の寸法を示す。
【図７Ｃ】ガス流路の寸法を示す。
【図７Ｄ】ガス流路の寸法を示す。
【図７Ｅ】ディフューザプレート全域のガス流路の配置を示す。
【図８】図７Ｅに示すようなディフューザプレート全域のガス流路の配置を有するディフューザプレートを用いた堆積から集めた、１５００ｍｍ×１８００ｍｍの基板に対する堆積速度測定値を示す。
【図９Ａ】ディフューザプレート形成のプロセスフローを示す。
【図９Ｂ】湾曲したディフューザプレートを示す。
【図９Ｃ】すでに湾曲され、下流側に面している側が平坦に加工されているディフューザプレートを示す。
【図９Ｄ】１５００ｍｍ×１８５０ｍｍの基板を処理するのに使用されるディフューザプレートのガス流路の下流端部に拡がるディフューザ穴の深さの分布を示す。
【図９Ｅ】１５００ｍｍ×１８５０ｍｍの基板に対する堆積速度の測定値を示す。
【図９Ｆ】１８７０ｍｍ×２２００ｍｍの基板を処理するのに使用されるディフューザプレートのガス流路の下流端部に拡がるディフューザ穴の深さの分布を示す。
【図９Ｇ】１８７０ｍｍ×２２００ｍｍの基板に対する堆積速度の測定値を示す。
【図１０Ａ】熱プロセスによってディフューザプレートを湾曲させるプロセスフローを示す。
【図１０Ｂ】ディフューザプレートを湾曲させるのに用いることができる熱環境中の支持体上のディフューザプレートを示す。
【図１０Ｃ】熱環境中の支持体上の凸状ディフューザプレートを示す。
【図１１Ａ】真空プロセスによってディフューザプレートを湾曲させるプロセスフローを示す。
【図１１Ｂ】真空アセンブリ上のディフューザプレートを示す。
【図１１Ｃ】真空アセンブリ上の凸状ディフューザプレートを示す。
【図１２Ａ】ディフューザプレートの下流側に拡がる孔の異なる径及び深さを有するディフューザプレートを形成するプロセスフローを示す。
【図１２Ｂ】ディフューザプレートの下流側に拡がる孔の異なる径及び深さを有するディフューザプレートの断面を示す。
【図１２Ｃ】ディフューザプレートの中心から縁部に、実質的に等しいディフューザ穴を有するディフューザプレートを示す。
【図１２Ｄ】底面が凹状に加工された後の図１２Ｃのディフューザプレートを示す。
【図１２Ｅ】底面が実質的に平坦に引き上げられた後の図１２Ｄのディフューザプレートを示す。
【図１２Ｆ】凹状（底面）形状に湾曲されていない、ディフューザ穴がないディフューザプレートを示す。
【図１２Ｇ】ディフューザ穴を有する図１２Ｆのディフューザプレートを示す。
【図１２Ｈ】その底面が実質的に平坦に引き上げられた後の図１２Ｇのディフューザプレートを示す。
【図１２Ｉ】多数のゾーンにディフューザ穴を有するディフューザプレートを示す。
【図１２Ｊ】混成中空カソードキャビティ径を有し、内側領域中空カソードキャビティ容積および／または表面積密度が、外側領域中空カソードキャビティ容積および／または表面積密度よりも大きいディフューザプレートを示す。
【図１２Ｋ】ほとんどの中空カソードキャビティが同じで、ディフューザプレートの縁部近くにより大きな中空カソードキャビティが少し存在するディフューザプレートを示す。
【図１３】異なるディフューザ穴密度を有するディフューザプレートの下流側の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
[0060]本発明は、一般に、処理チャンバ内にガス供給を実行できるガス分散アセンブリを提供する。以下、本発明を、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事業部であるＡＫＴから入手可能なプラズマＣＶＤ装置等の、大面積基板を処理するように構成されたＰＥＣＶＤ装置に関して具体的に説明する。しかし、本発明が、エッチ装置、他の化学気相堆積装置および、丸い基板を処理するように構成された装置を含む、ガスをプロセスチャンバ内に分散させることが必要な他の装置等のその他の装置構成において有用性を有することを理解すべきである。
【００２３】
[0061]図１は、薄膜トランジスタ構造の断面該略図を示す。共通ＴＦＴ構造は、図１に示すバックチャネルエッチ（ｂａｃｋ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｔｃｈ；ＢＣＥ）インバーテッドスタガ（またはボトムゲート）ＴＦＴ構造である。ＢＣＥプロセスは、ゲート絶縁膜（ＳｉＮ）や真性及びｎ＋ドープアモルファスシリコン膜を同じＰＥＣＶＤポンプダウン動作で堆積することができるため、好ましい。ここで示したＢＣＥプロセスは、５つのみのパターニングマスクを必要とする。基板１０１は、例えば、ガラスや透明プラスチック等の、可視スペクトルにおいて本質的に光学的に透明な材料を含んでもよい。該基板は、異なる形状または寸法からなっていてもよい。一般に、ＴＦＴ用途の場合、該基板は、約５００ｍｍ２以上の表面積を有するガラス基板である。ゲート電極層１０２は、基板１０１上に形成されている。ゲート電極層１０２は、ＴＦＴ内の荷電キャリアの動きを制御する導電層を備える。ゲート電極層１０２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）またはそれらを組み合わせたもの等の金属を含んでもよい。ゲート電極層１０２は、従来の堆積、リソグラフィ及びエッチング技術を用いて形成してもよい。基板１０１とゲート電極層１０２との間には、例えば、本発明に記載したＰＥＣＶＤ装置の実施形態を用いて形成することもできる、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）または窒化シリコン（ＳｉＮ）等の任意の絶縁材料があってもよい。ゲート電極層１０２は、該ゲート電極を画成する従来の技術を用いて、蝕刻技術でパターン化される。
【００２４】
[0062]ゲート絶縁層１０３は、ゲート電極層１０２上に形成されている。ゲート絶縁層１０３は、本発明に記載したＰＥＣＶＤ装置の実施形態を用いて堆積したシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）または窒化シリコン膜（ＳｉＮ）であってもよい。ゲート絶縁層１０３は、約１００Å〜約６０００Åの厚さに形成することができる。
【００２５】
[0063]バルク半導体層１０４は、ゲート絶縁層１０３上に形成されている。バルク半導体層１０４は、本発明に記載したＰＥＣＶＤ装置の実施形態または他の公知の従来の方法を用いて堆積することができる、多結晶シリコン（ポリシリコン）あるいはアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）を含んでもよい。バルク半導体層１０４は、約１００Å〜約３０００Åの厚さに堆積することができる。ドープされた半導体層１０５は、半導体層１０４の上部に形成されている。ドープされた半導体層１０５は、本発明に記載したＰＥＣＶＤ装置の実施形態または他の公知の従来の方法を用いて堆積することができる、ｎ型（ｎ+）またはｐ型（ｐ+）多結晶シリコン（ポリシリコン）あるいはアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）を含んでもよい。ドープされた半導体層１０５は、約１００Å〜約３０００Åの厚さに堆積することができる。ドープされた半導体層１０５の実施例は、ｎ+のドープされたα−Ｓｉ膜である。バルク半導体層１０４及びドープされた半導体層１０５は、蓄積キャパシタ絶縁体としても作用する、ゲート絶縁膜上にそれら２つの膜のメサを画成する従来の技術を用いて、蝕刻的にパターン化される。ドープされた半導体層１０５は、バルク半導体層１０４の一部に直接接触して、半導体接合を形成する。
【００２６】
[0064]そして、導電層１０６は、露出面上に堆積される。導電層１０６は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）またはそれらを組み合わせたもの等の金属を含んでもよい。導電層１０６は、従来の堆積技術を用いて形成することができる。導電層１０６及びドープされた半導体層１０５は、ＴＦＴのソース及びドレインを画成するために、蝕刻的にパターン化することができる。その後、パッシベーション層１０７を堆積してもよい。パッシベーション層１０７は、露出面を絶縁被覆する。パッシベーション層１０７は、一般に絶縁体であり、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）または窒化シリコン（ＳｉＮ）を含んでもよい。パッシベーション層１０７は、例えば、ＰＥＣＶＤまたは他の公知の従来の方法を用いて形成することができる。パッシベーション層１０７は、約１０００Å〜約５０００Åの厚さに堆積することができる。パッシベーション層１０７は、該パッシベーション層にコンタクトホールを開けるための従来技術を用いて、蝕刻的にパターン化されてエッチングされる。
【００２７】
[0065]透明導体層１０８が堆積されて、導電層１０６と接触するようにパターン化される。透明導体層１０８は、可視スペクトルにおいて本質的に光学的に透明で、かつ導電性の材料を含む。透明導体層１０８は、例えば、インジウムスズ酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ；ＩＴＯ）または酸化亜鉛を含んでもよい。透明導電層１０８のパターニングは、従来のリソグラフィ技術及びエッチング技術によって実施される。
【００２８】
[0066]液晶ディスプレイ（またはフラットパネル）に用いるドープされたまたは無ドープ（真性）アモルファスシリコン（α−Ｓｉ）膜、二酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）及び窒化シリコン膜（ＳｉＮ）は、全て、本発明に記載したＰＥＣＶＤの実施形態を用いて堆積することができる。本願明細書に記載したＴＦＴ構造は、単に実施例として用いられる。本発明は、適用可能ないかなるデバイスの製造にも適用される。
【００２９】
[0067]図２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ズ社の一事業部であるＡＫＴから入手可能なプラズマＣＶＤ装置２００の一実施形態の概略断面図である。装置２００は、一般に、ガスソース２０４に結合された処理チャンバ２０２を含む。処理チャンバ２０２は、プロセス容積２１２を一部画成する壁部２０６及び底部２０８を有する。プロセス容積２１２は、通常、基板２４０の処理チャンバ２０２内への移動及び該基板の該チャンバ外への移動を容易にする、壁部２０６のポート（図示せず）を介してアクセスされる。壁部２０６及び底部２０８は、一般に、アルミニウムからなる一体ブロックまたは処理と適合性のある他の材質で形成される。壁部２０６は、プロセス容積２１２を（図示しない様々なポンピング要素を含む）排気ポートに結合するポンピングプレナム２１４を含むふたアセンブリ２１０を支持する。
【００３０】
[0068]温度制御された基板支持体アセンブリ２３８は、処理チャンバ２０２内の中央に配置されている。支持体アセンブリ２３８は、処理中に、ガラス基板２４０を支持する。一実施形態においては、基板支持体アセンブリ２３８は、少なくとも１つの埋込み型ヒータ２３２を含むアルミニウムボディ２２４を備える。支持体アセンブリ２３８内に配置された、抵抗体等のヒータ２３２は、任意の電源２７４に結合され、かつ支持体アセンブリ２３８及び該アセンブリ上に配置されたガラス基板２４０を、所定の温度まで制御可能に加熱する。一般に、ＣＶＤプロセスにおいては、ヒータ２３２は、堆積する材料の堆積処理パラメータにより、約１５０℃〜少なくとも約４６０℃の均一な温度にガラス基板２４０を維持する。
【００３１】
[0069]一般に、支持体アセンブリ２３８は、下方側２２６と上方側２３４とを有する。上方側２３４は、ガラス基板２４０を支持する。下方側２２６は、該下方側に結合されたステム２４２を有する。ステム２４２は、支持体アセンブリ２３８を、処理チャンバ２０２への基板移送及び該処理チャンバからの基板移送を容易にする、（図示したような）上昇位置と低下位置との間で支持体アセンブリ２３８を動かすリフト装置（図示せず）に結合する。また、ステム２４２は、支持体アセンブリ２３８と、装置２００の他の構成要素との間の電気的及び熱結合リードのための導管を形成する。
【００３２】
[0070]べローズ２４６は、支持体アセンブリ２３８（またはステム２４２）と、処理チャンバ２０２の底部２０８との間に結合されている。べローズ２４６は、チャンバ容積２１２と、処理チャンバ２０２の外部の大気との間に真空シールを形成するとともに、支持体アセンブリ２３８の垂直動を容易にする。
【００３３】
[0071]支持体アセンブリ２３８は、一般に、電源２２２によって、蓋アセンブリ２１０と基板支持体アセンブリ２３８との間に配置されたガス分散プレートアセンブリ２１８（または上記チャンバの蓋アセンブリ内または近傍に配置された他の電極）に供給される高周波電力が、支持体アセンブリ２３８と分散プレートアセンブリ２１８との間のプロセス容積２１２内にあるガスを励起させるように接地される。電源２２２からの高周波電力は、通常、化学気相成長プロセスを駆動するために、上記基板のサイズに見合って選択される。
【００３４】
[0072]また、支持体アセンブリ２３８は、境界保護フレーム２４８を支持する。一般に、保護フレーム２４８は、基板が支持体アセンブリ２３８に付着しないように、ガラス基板２４０の縁部及び支持体アセンブリ２３８における堆積を防ぐ。支持体アセンブリ２３８は、複数のリフトピン２５０を収容する、該アセンブリを貫通して配置された複数の孔２２８を有する。リフトピン２５０は、通常、セラミックまたは陽極酸化したアルミニウムから構成される。リフトピン２５０は、支持面２３０から突出するように、任意のリフトプレート２５４によって、支持体アセンブリ２３８に対して動かし、それにより、支持体アセンブリ２３８に対して離間して上記基板を配置してもよい。
【００３５】
[0073]蓋アセンブリ２１０は、プロセス容積２１２に対する上方境界を形成する。蓋アセンブリ２１０は、一般に、処理チャンバ２０２をメンテナンスするために取り除いたり開いたりすることができる。一実施形態において、蓋アセンブリ２１０は、アルミニウム（Ａｌ）で形成されている。蓋アセンブリ２１０は、該アセンブリ内に形成され、外部のポンピング装置（図示せず）に結合されているポンピングプレナム２１４を含む。ポンピングプレナム２１４は、プロセス容積２１２から及び処理チャンバ２０２の外へ、ガス及び処理副生成物を一様に流すのに用いられる。
【００３６】
[0074]蓋アセンブリ２１０は、通常、ガスソース２０４によって供給されるプロセスガスが、それを通って処理チャンバ２０２内に導入されるエントリポート２８０を含む。また、エントリポート２８０は、クリーニングソース２８２に結合されている。クリーニングソース２８２は、一般に、処理チャンバ２０２内に導入されて、堆積副生成物及び膜を、ガス分散プレートアセンブリ２１８を含む処理チャンバハードウェアから除去する、解離フッ素等のクリーニング薬剤を供給する。
【００３７】
[0075]ガス分散プレートアセンブリ２１８は、蓋アセンブリ２１０の内側２２０に結合されている。ガス分散プレートアセンブリ２１８は、一般に、例えば、大面積フラットパネル基板の場合には多角形で、ウェーハの場合には円形のように、ガラス基板２４０の輪郭に実質的に追従するように構成されている。ガス分散プレートアセンブリ２１８は、ガスソース２０４から供給されるプロセスガスや他のガスが、それを通ってプロセス容積２１２内に供給される穿孔領域２１６を含む。ガス分散プレートアセンブリ２１８の穿孔領域２１６は、ガスのガス分散プレートアセンブリ２１８を介した処理チャンバ２０２内への一様な分散を実行できるように構成されている。本発明によって恩恵を受けるように適合しているガス分散プレートは、２００１年８月８日に出願された、Ｋｅｌｌｅｒ等による共同で譲渡された米国特許出願第０９／９２２，２１９号明細書、２００２年５月６日に出願された、Ｙｉｍ等による米国特許出願第１０／１４０，３２４号明細書、２００３年１月７日に出願された、Ｂｌｏｎｉｇａｎ等による同第１０／３３７，４８３号明細書、２００２年１１月１２日にＷｈｉｔｅ等に対して発行された米国特許第６，４７７，９８０号明細書、２００３年４月１６日に出願されたＣｈｏｉ等による米国特許出願第１０／４１７，５９２号明細書、および２００４年４月１２日に出願されたＣｈｏｉ等による米国特許出願第１０／８２３，３４７号明細書に記載されており、これら全体を本願明細書に組み入れる。
【００３８】
[0076]ガス分散プレートアセンブリ２１８は、一般に、ハンガープレート２６０から吊り下げられたディフューザプレート（または分散プレート）２５８を含む。ディフューザプレート２５８及びハンガープレート２６０は、代替的に、単一の一体部材を備えてもよい。複数のガス流路２６２は、ガス分散プレートアセンブリ２１８を介したプロセス容積２１２内へのガスの所定の分散を可能にするように、ディフューザプレート２５８を貫通して形成されている。ハンガープレート２６０は、ディフューザプレート２５８と、蓋アセンブリ２１０の内面２２０とを離間関係で維持し、それによって、それらの間にプレナム２６４を画成する。プレナム２６４は、ガスが、中央の穿孔領域２１６上に一様に供給されて、均一な配分でガス流路２６２を流れるように、蓋アセンブリ２１０を介して流れるガスをディフューザプレート２５８の全幅にわたって一様に分散させる。
【００３９】
[0077]ディフューザプレート２５８は、通常、ステンレス鋼、アルミニウム（Ａｌ）、陽極酸化したアルミニウム、ニッケル（Ｎｉ）または高周波導電性材料によって形成される。ディフューザプレート２５８は、鋳造、ろう付け、鍛造、熱平衡圧着または焼結することができる。ディフューザプレート２５８は、基板処理に有害な影響を及ぼさないように、開口２６６全域にわたって十分な平坦性を維持する厚さで構成されている。ディフューザプレート２５８の厚さは、約０．８インチ〜約２．０インチである。ディフューザプレート２５８は、半導体ウェーハの製造の場合には円形に、フラットパネルディスプレイの製造の場合には、長方形等の多角形とすることができる。
【００４０】
[0078]図３は、２００３年４月１６日に出願された、「大面積プラズマＣＶＤのためのガス分散プレートアセンブリ」というタイトルの共同で譲渡された米国特許出願第１０／４１７，５９２号明細書に記載されている例示的なディフューザプレート２５８の部分断面図である。ディフューザプレート２５８は、蓋アセンブリ２１０に面した第１のまたは上流側３０２と、支持体アセンブリ２３８に面した対向する第２のまたは下流側とを含む。各ガス流路２６２は、組合わせて分散プレート２５８を貫通する流体経路を形成する第２の孔３１２に、オリフィス穴３１４によって結合された第１の孔３１０によって画成されている。第１の孔３１０は、第１の深さ３３０だけガス分散プレート２５８の上流側３０２から底部３１８まで及んでいる。第１の孔３１０の底部３１８は、ガスが、該第１の孔からオリフィス穴３１４内に流れたときの流れの限定を最少化するために、先細りにする、傾斜させる、面取りする、または丸みをつけてもよい。第１の孔３１０は、通常、約０．０９３〜約０．２１８インチの径を有し、一実施形態においては、約０．１５６インチである。
【００４１】
[0079]第２の孔３１２は、ディフューザプレート２５８に形成され、下流側（または端部）３０４から、約０．１０〜約２．０インチの深さ３３２まで及んでいる。好ましくは、深さ３３２は、約０．１インチ〜約１．０インチである。第２の孔３１２の径３３６は、通常、約０．１インチ〜約１．０インチであり、約１０°〜約５０°の角度３１６でじょうご状に開いていてもよい。好ましくは、径３３６は、約０．１インチ〜約０．５インチであり、フレア角度３１６は、２０°〜約４０°である。第２の孔３１２の表面は、約０．０５（インチ）２〜約１０（インチ）２であり、好ましくは約０．０５（インチ）２〜約５（インチ）２である。第２の孔３１２の径は、下流面３０４と相交わる径を指す。１５００ｍｍ×１８５０ｍｍの基板を処理するのに用いられるディフューザプレートの実施例は、０．２５０インチの径で、および約２２°のフレア角度３１６で第２の孔３１２を有する。隣接する第２の孔３１２の縁３８２の間の距離３８０は、約０インチ〜約０．６インチであり、好ましくは、約０インチ〜約０．４インチである。第１の孔３１０の径は、限定するものではないが、一般に、第２の孔３１２の径に少なくとも等しいか、またはより小さい。第２の孔３１２の底部３２０は、オリフィス穴３１４から出て第２の孔３１２に流れるガスの圧力損を最少化するために、先細りにする、傾斜させる、面取りする、または丸みをつけてもよい。また、オリフィス穴３１４の下流側３０４への近接は、第２の孔３１２および上記基板に面する下流側３０４の露出した表面積を最少化するように作用するため、チャンバクリーニング中に供給されるフッ素にさらされるディフューザプレート２５８の下流側面積が低減され、それにより、堆積した膜のフッ素汚染の発生が低減される。
【００４２】
[0080]オリフィス穴３１４は、一般に、第１の孔３１０の底部３１８と、第２の孔３１２の底部３２０とを結合する。オリフィス穴３１４は、一般に、約０．０１インチ〜約０．３インチ、好ましくは、約０．０１インチ〜約０．１インチの径を有し、かつ典型的には、約０．０２インチ〜約１．０インチ、好ましくは、約０．０２インチ〜約０．５インチの長さ３３４を有する。オリフィス穴３１４の長さ３３４及び径（または他の幾何学的属性）は、ガス分散プレート２５８の上流側３０２の全域のガスの一様な分散を促進する、プレナム２６４内の背圧の主要な源である。オリフィス穴３１４は、通常、複数のガス流路２６２の間に均等に形成されているが、オリフィス穴３１４を介した制限は、ガス分散プレート２５８の１つの領域を流れるガス流量を他の領域に対してより多く促進するために、ガス流路２６２の中で異ならせて形成してもよい。例えば、オリフィス穴３１４は、より多くのガスが穿孔領域２１６の縁部を流れて、ガラス基板の周囲における堆積速度を増加させるように、処理チャンバ２０２の壁部２０６の近くで、ガス分散プレート２５８のガス流路２６２のより大きな径および／またはより短い長さ３３４を有してもよい。上記ディフューザプレートの厚さは、約０．８インチ〜約３．０インチ、好ましくは、約０．８インチ〜約２．０インチである。
【００４３】
[0081]ＴＦＴ−ＬＣＤ業界においては、基板のサイズが増加し続けているため、特に、基板サイズが、少なくとも１０００ｍｍ×１２００ｍｍ程度（または約１，２００，０００ｍｍ２の場合、大面積ＰＥＣＶＤの場合の厚さ及び特性の均一性は、より問題になる。注目すべき均一性問題の実例は、高堆積速度の窒化シリコン膜の場合の、大口径基板の中央領域における高速の堆積速度及びより圧縮性の膜を含む。該基板全域での厚さ均一性は、縁部領域よりも中心領域がより厚い膜を有する「ドーム形状」を呈する。該縁部領域におけるより小さな圧縮性膜は、より高いＳｉ−Ｈ含有量を有する。ＴＦＴ−ＬＣＤに対する製造要求は、例えば、１５原子％以下の低Ｓｉ−Ｈ含有量、例えば、１５００Å／分の高堆積速度、および、例えば、１５％以下の基板全面における低い厚さ不均一性を含む。Ｓｉ−Ｈ含有量は、フーリエ変換赤外線（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａ−Ｒｅｄ；ＦＴＩＲ）測定によって計算される。より大きな基板は、悪い「ドーム形状」問題を有する。該問題は、全ての要求を満たすように、プロセス方法の変更によって排除することができない。そのため、該問題は、ガスおよび／またはプラズマの分散を変更することによって扱う必要がある。
【００４４】
[0082]プロセスチャンバ内で、薄膜を堆積するプロセスを図４Ａに示す。該プロセスは、ステップ４０１において、基板を、ディフューザプレートを有するプロセスチャンバ内に配置することによってスタートする。次に、ステップ４０２において、ディフューザプレートを介して、プロセスガスを、基板支持体上に支持された基板に向かって流す。次いで、ステップ４０３において、該ディフューザプレートと該基板支持体との間にプラズマを生成する。ステップ４０４において、上記プロセスチャンバ内の基板上に薄膜を堆積させる。図４Ｂは、ガラス基板上の窒化シリコン膜の厚さ特性を示す。該基板のサイズは、１５００ｍｍ×１８００ｍｍである。上記ディフューザプレートは、図３に示すデザインを有するディフューザ穴を有する。第１の孔３１０の径は、０．１５６インチである。第１の孔３１０の長さ３３０は、１．０４９インチである。第２の孔３１２の径３３６は、０．２５０インチである。第２の孔３１２のフレア角度３１６は２２°である。第２の孔３１２の長さ３３２は、０．２４３インチである。オリフィス穴３１４の径は０．０１６インチであり、オリフィス穴３１４の長さ３３４は、０．０４６インチである。ＳｉＮ膜は、１．５Ｔｏｒｒ及び１５０００Ｗ電源の下で、２８００ｓｃｃｍのＳｉＨ４、９６００ｓｃｃｍのＮＨ３及び２８０００ｓｃｃｍのＮ２を用いて堆積される。上記ディフューザプレートと上記支持体アセンブリとの間の間隔は、１．０５インチである。プロセス温度は、約３５５℃に維持される。堆積速度は、２４４４Å／分になるように平均化され、厚さ均一性（１５ｍｍの縁部を除く）は、２５．１％であり、これは、製造仕様（＜１５％）よりも高い。上記厚さ特性は、中心厚さ特性、または「ドーム形状」特性を示す。表１は、上記膜のために上記ガラス基板上に配置されたウェーハから測定した膜特性を示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
[0083]縁部I及び縁部IIは、１８００ｍｍの幅を有する基板の２つの端部を示す。屈折率（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ；ＲＩ）、膜歪み、Ｓｉ−Ｈ濃度データ及びウェットエッチレート（ｗｅｔ ｅｔｃｈ ｒａｔｅ；ＷＥＲ）データは、上記縁部領域と比較して、より圧縮性の上記中心領域近傍の膜を示す。該基板縁部におけるＳｉ−Ｈ濃度は、１５％の製造限界に近づいている。ウェットエッチレートは、サンプルをＢＯＥ（ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ ｅｔｃｈ）６：１溶液に浸漬することによって測定される。
【００４７】
[0084]上記中心と縁部の不均一性問題の原因に対する１つのセオリーは、有効に除去することができない、ディフューザプレートと基板との間の、および上記基板の中心領域における過剰な残留ガスであり、これは、高堆積速度や該基板の中心領域におけるより圧縮性の膜を生じる可能性がある。このセオリーが有効であるかを確かめるために、簡単な検査が考えられている。図５に示すように、ＰＥＣＶＤプロセスチャンバ内の基板の左側５０１及び側部５０２において、（図２に示す）ポンピングチャネル２１４を遮断するために、熱抵抗性テープが使用される。他の２辺近傍のポンピングチャネル２１４は、開いたままである。これにより、非対称性のガスポンピング状態が生成された。「ドーム形状」問題の原因が、上記基板の縁部において除去することができない過剰な残留ガスによるものである場合、上記熱抵抗性テープを、該基板の２つの縁部近傍に使用すると、上記均一性問題を悪化させ、該基板全域で均一性を悪くする。しかし、２つのポンピングチャネルを遮断した状態で行った堆積と、全てのポンピングチャネルを開いた状態での堆積の堆積結果を比較すると、わずかな変化が見られる（表２参照）。ここで使用したディフューザプレートは、図４Ｂ及び表１で使用したものと同じデザイン及び寸法を有する。表２におけるＳｉＮ膜は、１．５Ｔｏｒｒおよび１１０００Ｗ電源の下で、３３００ｓｃｃｍのＳｉＨ４、２８００ｓｃｃｍのＮＨ３及び１８０００ｓｃｃｍのＮ２を用いて堆積される。該ディフューザプレートと上記支持体アセンブリとの間の間隔は、０．６インチである。プロセス温度は、約３５５℃に維持される。膜厚及び特性は、（図５に示すように）上記基板上の場所１、２、３、４及び５で測定される。表２に示すＳｉＨ含有量は、原子％で測定される。
【００４８】
【表２】
【００４９】
[0085]表２の結果は、２つのポンピングチャネルを遮断して行った堆積と、全てのポンピングチャネルを開いた状態で行った堆積とのわずかな違いを示している。また、場所１と場所５で集めた測定値の間には、わずかな差があり、これは、残留ガスが上記問題の原因である場合に異なる。したがって、有効に除去されない、ディフューザと基板の間の、および上記基板の中心領域の過剰な残留ガスのセオリーは、除外される。
【００５０】
[0086]上記中心と縁部の不均一性に対する他の考えられる原因は、プラズマの不均一性である。ＰＥＣＶＤによる膜の堆積は、アクティブプラズマのソースに実質的に依存する。高密度の化学反応プラズマは、中空カソード効果によって生成することができる。中空カソード放電の高周波生成における駆動力は、高周波電極における空間荷電シースの両端における周波数変調された直流電圧Ｖｓ（自己バイアス電圧）である。ＲＦ中空カソードと、対向するシースの反発する電界Ｅｓの間の電極の振動とを図６Ａに示す。プロセス容積２１２に近い反応性ガス流路の壁部とすることができる該カソードの壁部から放射された電子は、壁部シース「δ」にわたる電界Ｅｓによって加速される。該電子は、対向する壁部シースの反発する電界により、上記電極の壁部の間の内部空間全域で振動する。該電子は、ガスとの衝突によってエネルギーを失い、イオンを生成する。生成されたイオンは、上記カソード壁に対して加速することができ、それによって追加のイオンを生成することができる二次電子の放射が強まる。全体的にみて、該カソード壁の間のキャビティは、電子の放射及びガスのイオン化を強める。ガスアウトレット径よりも小さなガスインレット径を有するじょうご状に開いた円錐体状のカソード壁は、円筒形の壁部よりも、ガスをイオン化する際により有効である。電位Ｅｚは、該ガスインレットとガスアウトレットのイオン化効率の差により生じる。
【００５１】
[0087]上記基板と対向し、プロセス容積２１２に近い上記ガスディフューザ穴（または流路）の下流端部にある、上記中空カソードキャビティの壁部、および該中空カソードキャビティの配置（または密度）のデザインを変えることにより、ガスのイオン化を変更して膜厚及び特性の均一性を制御することができる。プロセス容積２１２に近い該中空カソードキャビティの壁部の実施例は、図３の第２の孔３１２である。中空カソード効果は、主に、プロセス容積２１２に面するじょうご状に開いた円錐体３１２内で生じる。図３のデザインは、単に実施例として用いられる。本発明は、他のタイプの中空カソードキャビティデザインにも適用することができる。中空カソードキャビティデザインの他の実施例は、限定するものではないが、図６Ｂ〜図６Ｇに示すデザインを含む。上記中空カソードキャビティの容積および／または表面積を変えることにより、プラズマのイオン化速度を変えることができる。
【００５２】
[0088]図３のデザインを実施例として用いると、径「Ｄ」（または図３の径３３６）、深さ「ｄ」（または図３の長さ３３２）及びフレア角度「α」（または図３のフレア角度３１６）を変えることにより、図７Ａに示すように、第２の孔（または中空カソードキャビティ）の容積を変えることができる。上記径、深さおよび／またはフレア角度を変えると、孔３１２の表面積も変わる可能性がある。上記基板の中心は、より高い堆積速度を有し、かつより圧縮性であるため、より高いプラズマ密度がありそうな原因である。上記ディフューザプレートの縁部から中心部まで、該孔の深さ、径、フレア角度またはこれら３つのパラメータの組み合わせを低減することにより、プラズマ密度を、該基板の中心領域において低減して、膜厚及び膜特性の不均一性を改善することができる。また、上記円錐体（または孔）の深さ、円錐体の径、フレア角度を低減しても、孔３１２の表面積が減る。図７Ｂ、図７Ｃ及び図７Ｄは、図７Ｅに示すディフューザプレートに設けられる３つのディフューザ流路（またはディフューザ穴）のデザインを示す。図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄのデザインは、同じ円錐体（または孔）径を有するが、該円錐体（または孔）の深さ及び円錐体（孔）の総表面積は、図７Ｂの場合が最も大きく、図７Ｄの場合が最も小さい。該円錐体のフレア角度は、最終的な円錐体の径に合うように変化している。図７Ｂの場合の円錐体の深さは、０．７インチである。図７Ｃの場合の円錐体の深さは０．５インチであり、図７Ｄの場合の円錐体の深さは０．３２５インチである。図７Ｅの最も小さい長方形７１０は、５００ｍｍ×６００ｍｍであり、上記ディフューザ穴は、０．３２５インチの円錐体深さと、０．３０２インチの円錐体径と、４５°のフレア角度とを有する（図７Ｄ参照）。図７Ｅの中間の長方形は、１０００ｍｍ×１２００ｍｍである。該中間の長方形と上記最も小さい長方形の間の領域７２０内のディフューザ穴は、０．５インチの円錐体深さと、０．３０２インチの円錐体径と、３０°のフレア角度とを有する（図７Ｃ参照）。図における最も大きな長方形は、１５００ｍｍ×１８００ｍｍである。該最も大きな長方形と上記中間の長方形の間の領域７３０内のディフューザ穴は、０．７インチの円錐体深さと、０．３０２インチの円錐体径と、２２°のフレア角度とを有する（図７Ｂ参照）。図７Ｂ、図７Ｃ及び７Ｄの場合、上記オリフィス穴の径は、全て０．０３インチであり、孔の深さは、全て０．２インチである。上記３つのディフューザプレートの厚さは、全て１．４４インチである。図７Ｂ、７Ｃ及び７Ｄ第１の孔３１０の径は、全て０．１５６インチであり、深さは、それぞれ、０．５４インチ（図７Ｂ）、０．７４インチ（図７Ｃ）及び０．９１５インチ（図７Ｃ）である。
【００５３】
[0089]図８は、上記基板全域での堆積速度を示す。領域Ｉは、「深さ０．３２５インチ」未満の円錐体に対応し、領域ＩＩ及びＩＩＩは、それぞれ「深さ０．５インチ」（領域ＩＩ）及び「深さ０．７インチ」（領域ＩＩＩ）に対応する。表３は、上記基板全域の膜厚及び特性の測定値を示す。表３のＳｉＮ膜は、１．３Ｔｏｒｒ及び１１０００Ｗ電源の下で、３３００ｓｃｃｍのＳｉＨ４、２８００ｓｃｃｍのＮＨ３及び１８０００ｓｃｃｍのＮ２を用いて堆積される。上記ディフューザプレートと上記支持体アセンブリとの間の間隔は、０．６インチである。プロセス温度は、約３５５℃に維持される。場所１、２、３、４及び５は、図４に示す場所と同じである。
【００５４】
【表３】
【００５５】
[0090]上記結果は、上記円錐体の深さ及び円錐体の表面積を低減すると、堆積速度が低減されることを示している。また、該結果は、中空カソードキャビティの容積および／または表面積を低減すると、堆積速度が低減されることを示している。プラズマ堆積速度の低減は、プラズマイオン化速度の低減を反映する。領域Ｉから領域ＩＩ、領域ＩＩＩへの円錐体深さ及び円錐体の総表面積の変化は滑らかではないため、上記基板全域での堆積速度は、３つの領域を示す。上記基板上の領域Ｉ、ＩＩ及びＩＩＩは、ディフューザ穴領域７１０、７２０及び７３０に一致する。このことは、中空カソードキャビティのデザインを変えると、プラズマイオン化速度や該変化を滑らかかつ緩やかにするという重要性を変化させることができることを示している。
【００５６】
[0091]上記ディフューザプレートの内側領域から該ディフューザプレートの外側領域へ中空カソードキャビティを緩やかに変えてプラズマ均一性を改善するのには、多くの方法がある。１つの方法は、まず、上記ディフューザプレート全域に同一のガス拡散流路を有する該ディフューザプレートを所定の曲率まで曲げた後、該湾曲を機械加工して該表面を平坦のままにすることである。図９Ａは、この概念のプロセスの流れを示す。該プロセスは、ステップ９０１において、該ディフューザプレートを湾曲させて凸状にすることによってスタートし、続いて、ステップ９０２において、該凸状のディフューザプレートの湾曲を機械加工して該ディフューザプレート表面を平坦にする。図９Ｂは、縁部（及び外側領域）に例示的なディフューザ穴（またはガス流路）９１１を、中心（及び内側領域）に例示的なディフューザ穴９１２をディフューザ穴として有する凸状のディフューザプレートの概略図を示す。ディフューザ穴９１１及び９１２は、上記湾曲プロセスの前には同一であり、図３及び図７Ａに示すようなディフューザ穴の図を単純化している。しかし、本発明は、どのようなディフューザ穴のデザインにも用いることができる。図３のデザインは、単に実施例として用いる。ディフューザプレートの下流面３０４は、プロセス容積２１２に面している。面９１３と（点線で示す）平坦面９１４との間の緩やかに変化する距離は湾曲を示す。縁部のディフューザ円錐体９１５と中心部のディフューザ円錐体９１６は、上記湾曲プロセスの前は、サイズ及び形状が同じである。図９Ｃは、湾曲が機械加工された後のディフューザプレートの概略図を示す。プロセス容積２１２に面する面は、平坦面９１４に機械加工され、中心部の円錐体９１８は、縁部の円錐体９１７よりもかなり短くする。該円錐体のサイズ（容積および／または表面積）の変化は、上記ディフューザプレートを湾曲させた後、該湾曲を機械加工することによって生じるため、該円錐体のサイズ（容積および／または表面積）の中心部から縁部への変化は緩やかである。中心部の円錐体９１８は、縁部の円錐体９１７よりも小さい径「Ｄ」及び深さ「ｄ」を有する。円錐体の径「Ｄ」及び円錐体の深さ「ｄ」の定義は、図７Ａを見れば分かる。
【００５７】
[0092]図９Ｄは、１５００ｍｍ×１８５０ｍｍの基板を処理するのに用いられる例示的なディフューザプレートの下流側まで伸びる孔３１２（または円錐体）の深さ「ｄ」を示す。該ディフューザプレートは、図７Ａに示すデザインを有するディフューザ穴を有する。第１の孔３１０の径は、０．１５６インチである。第１の孔３１０の長さ３３０は、１．０４９インチである。第２の孔３１２の径３３６は、０．２５０インチである。第２の孔３１２のフレア角度は、２２°である。第２の孔（bore）３１２の長さ３３２は、０．２４３インチである。オリフィス穴（hole）３１４の径は０．０１６インチであり、オリフィス穴３１４の長さは０．０４６インチである。図９Ｄにおいて、該第２の孔の深さの測定は、上記ディフューザプレートの中心から該ディフューザプレートの縁部までの孔の深さ３３２（または図７Ａの「ｄ」）の緩やかな増加を示している。上記湾曲及び機械加工プロセスにより、孔３１２の径３３６（または図７Ａの「Ｄ」）も該ディフューザプレートの中心から該ディフューザプレートの縁部まで緩やかに増加する。
【００５８】
[0093]図９Ｅは、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄに記載したデザインを有するディフューザプレートの下で、ＳｉＮ膜によって堆積された基板全域の厚さ分布を示す。該基板のサイズは、１５００ｍｍ×１８５０ｍｍであり、これは、図４Ｂ及び表１における基板のサイズ（１５００ｍｍ×１８００ｍｍ）よりもわずかに大きい。一般的に、該ディフューザプレートのサイズは、該基板のサイズに合わせてデザインされる。１５００ｍｍ×１８５０ｍｍの基板を処理するのに用いられるディフューザプレートは、約１５３０ｍｍ×１８６０ｍｍであり、これは、１５００ｍｍ×１８００ｍｍの基板を処理するのに用いられるディフューザプレート（約１５３０ｍｍ×１８２９ｍｍのディフューザプレート）よりもわずかに大きい。厚さの均一性は、５．０％に改善され、これは、図４Ｂの膜の場合の２５．１％よりもかなり小さい。表４は、上記基板全域の膜特性分布を示す。該ディフューザプレートは、図７Ａに示すデザインを有するディフューザ穴を有する。第１の孔３１０の径は、０．１５６インチである。第１の孔３１０の長さ３３０は、１．０４９インチである。第２の孔３１２の径３３６は、０．２５０インチである。第１の孔３１２のフレア角度は、２２°である。第２の孔３１２の長さ３３２は、０．２４３インチである。オリフィス穴３１４の径は０．０１６インチであり、オリフィス穴３１４の長さ３３４は０．０４６インチである。図９Ｅ及び表４におけるＳｉＮ膜は、１．５Ｔｏｒｒ及び１５０００Ｗ電源の下で、２８００ｓｃｃｍのＳｉＨ４、９６００ｓｃｃｍのＮＨ３及び２８０００ｓｃｃｍのＮ２を用いて堆積される。上記ディフューザプレートと上記支持体アセンブリとの間の間隔は、１．０５インチである。プロセス温度は、約３５５℃に維持される。縁部Ｉ及び縁部ＩＩは、表１の測定値に示すように、上記基板の２つの端部を示す。表４の膜厚及び特性データは、表１のデータと比較して、中心部から縁部へのかなり小さな変化を示している。
【００５９】
【表４】
【００６０】
[0094]表４のデータと、上記ディフューザプレート全域に同じ孔３１２の径及び深さを有するディフューザプレートを用いた堆積から集められた表１のデータとを比較すると、厚さ、歪み、Ｓｉ−Ｈ含有量及びウェットエッチレート（ＷＥＲ）の変化は、上記ディフューザプレートの中心部から縁部へ緩やかに増加する孔３１２の径及び深さを有するディフューザプレートを用いた堆積から集められた表４のデータの場合よりも、全てかなり小さい。この結果は、中心部から縁部へ該ディフューザプレートの下流側へ伸びる該孔の径及び深さを緩やかに増加させることにより、厚さの均一性及び膜特性を大幅に改善することができることを示している。これらの表におけるウェットエッチレートは、サンプルをＢＯＥ６：１溶液に浸漬することによって測定される。
【００６１】
[0095]図９Ｆは、１８７０ｍｍ×２２００ｍｍの基板を処理するのに用いられる例示的なディフューザプレート全域の孔３１２の深さ「ｄ」の測定値を示す。曲線９６０は、該ディフューザプレートの理想の孔の深さの分布の実施例を示す。図９Ｆにおける上記孔の深さの測定値は、該ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部までの孔の深さの緩やかな増加を示している。また、下流の孔の径も、該ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部まで緩やかに増加する。
【００６２】
[0096]図９Ｇは、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｆに記載したものと同様のデザインを有するディフューザプレートの下で、ＳｉＮ膜によって堆積された基板全域の厚さ分布を示す。該基板のサイズは、１８７０ｍｍ×２２００ｍｍである。表５は、該基板全域の膜特性分布を示す。該ディフューザプレートは、図７Ａに示すデザインを有するディフューザ穴を有する。第１の孔３１０の径は、０．１５６インチである。第１の孔３１０の長さ３３０は、０．９１５インチである。第２の孔３１２の径３３６は、０．３０２インチである。第２の孔３１２のフレア角度３１６は２２°である。第２の孔３１２の長さ３３２は、０．３７７インチである。オリフィス穴３１４の径は０．０１８インチであり、オリフィス穴３１４の長さ３３４は、０．０４６インチである。表５におけるＳｉＮ膜は、１．５Ｔｏｒｒ及び１９０００Ｗ電源の下で、５５５０ｓｃｃｍのＳｉＨ４、２４７００ｓｃｃｍのＮＨ３及び６１７００ｓｃｃｍのＮ２を用いて堆積される。上記ディフューザプレートと上記支持体アセンブリとの間の間隔は、１．０インチである。プロセス温度は、約３５０℃に維持される。縁部Ｉ及び縁部ＩＩは、表１の測定値に示すように、上記基板の２つの端部を示す。表５の膜厚及び特性データは、表１のデータと比較して、中心部から縁部へのかなり小さな変化を示している。膜の均一性は９．９％であり、これは、図４Ｂにおける膜の場合の２５．１％よりもかなりよい。図４Ｂ及び表１に示すデータは、図９Ｇ及び表５のデータの場合の基板（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）と比較してより小さい基板（１５００ｍｍ×１８００ｍｍ）に対する膜厚及び特性のデータである。厚さ及び特性の均一性は、より大きな基板の場合、悪くなると予想される。９．９％の均一性及び新たなデザインによる表５における改善された膜特性データは、該ディフューザプレートの下流側まで伸びるディフューザ穴の緩やかに増加する径及び深さを有する該新たなデザインが、プラズマ均一性及びプロセス均一性を大幅に改善することを示している。
【００６３】
【表５】
【００６４】
[0097]ここで説明した例示的なディフューザプレートは長方形であるが、本発明は、他の形状及びサイズのディフューザプレートにも適用できる。注意すべき一つのことは、上記凸状の下流面は、全面にわたって完全に平坦に機械加工する必要はないということである。上記孔の径及び深さが、該ディフューザプレートの中心部から縁部へ緩やかに増加する限り、該ディフューザプレートの縁部は、平坦化しないままとすることができる。
【００６５】
[0098]また、上記ディフューザプレートの湾曲を形成する多くの方法がある。一つの方法は、該ディフューザプレートの縁部のみを支持することにより一定期間、例えば、アルミニウムの場合４００℃以上の、該ディフューザプレートが柔らかくなる温度で、該ディフューザプレートを熱処理することである。該金属性ディフューザプレートが、高温処理下で柔らかくなると、重力が、該ディフューザプレートを下に引っ張り、該ディフューザプレートが湾曲する。図１０Ａは、このような熱処理のプロセスの流れ１０００を示す。まず、ステップ１００１において、すでにディフューザ穴を有するディフューザプレートを、熱制御することができる環境１００５またはチャンバ内に配置し、ディフューザプレート１０１０を、該ディフューザプレートの縁部のみを支持する支持体１０２０上に配置する（図１０Ｂ）。下に向いている該ディフューザプレートは、該ディフューザプレートの下流面３０４である。次に、ステップ１００２において、上記環境の温度を上げ、該ディフューザプレートを、熱条件で、該ディフューザプレートが柔らかくなる温度で処理する。一つの実施形態は、一定の処理温度に達した後、該熱環境を一定の処理温度（等温）に保つことである。該ディフューザプレートの湾曲が所望の湾曲に達した後、ステップ１００３において、該熱処理プロセスを停止する。上記熱環境において、任意のディフューザ支持体１０３０を、ディフューザプレート１０１０の下で、支持体１０２０の支持体高さ１０２５よりも低い支持体高さ１０３５で、かつ支持体１０２０の支持体間隔１０２７よりも短い支持体間隔１０３７で配置することができることに注意する。任意の支持体１０３０は、上記ディフューザ湾曲を決めるのを補助することができ、かつ４００℃以上の温度（熱調整温度と同じ温度）に耐えることができる弾性材料で形成することができ、該ディフューザプレートの表面にダメージを与えない。図１０Ｃは、上記湾曲プロセス後、ディフューザプレート支持体１０２０及び１０３０上に載っている湾曲したディフューザプレート１０１０を示す。
【００６６】
[0099]湾曲を形成する他の方法は、真空を利用して、該ディフューザプレートを凸状形状に滑らかに湾曲させることである。図１１Ａは、真空プロセスによるそのような湾曲のプロセスの流れ１１００を示す。まず、ステップ１１０１において、すでにディフューザ穴及び下に向く下流側３０４を有するディフューザプレートを、真空アセンブリ１１０５上に配置し、カバーを有するディフューザプレートの上流端部３０２をシールする。該ディフューザプレートの上流端部をカバー（またはシール）するのに使用する材料は、真空下で、その完全性を保つのに十分強固でなければならない。上記真空アセンブリは、ディフューザプレートホルダ１１２０によって、該ディフューザプレートをその縁部で支持するのみである（図１１Ｂ参照）。真空アセンブリ１１０５は、該ディフューザプレートの上流端部がカバーされたときに、該ディフューザプレートと真空アセンブリ１１０５との間のボリューム１１１５内で真空を引くポンプチャネル１１５０を有するように構成されている。図１１Ｂ及び図１１Ｃのポンピングチャネル１１５０は、単に該コンセプトを説明するのに用いられる。真空アセンブリ１１０５の異なる場所には、１つ以上のポンピングチャネルを設けることができる。その後、ステップ１１０２において、上記ディフューザプレートとディフューザホルダとの間のボリューム１１１５で真空を引く。該ディフューザプレートの湾曲が所望の湾曲に達したら、ステップ１１０３において、真空プロセスを停止し、周囲環境１１４０に等しい、該ディフューザプレートと真空アセンブリとの間のボリューム１１１５の圧力を元に戻す。上記真空アセンブリにおいて、任意のディフューザ支持体１０３０を、ディフューザプレート１１１０の下で、ディフューザプレート支持体１１２０の支持体高さ１１２５よりも低い支持体高さ１１３５で、かつ支持体１１２０の支持体間隔１１２７よりも短い支持体間隔１１３７で配置することができることに注意する。該任意の支持体は、上記ディフューザ湾曲を決めるのを補助することができ、該ディフューザプレートの表面にダメージを与えない、ゴム等の材料で形成することができる。図１１Ｃは、上記湾曲プロセス後、ディフューザプレート支持体１１２０及び１１３０上に載っている湾曲したディフューザプレート１１１０を示す。
【００６７】
[0100]下流の円錐体（図３の符号３１２）の深さ、円錐体の径、円錐体のフレア角度またはそれら３つのパラメータの組み合わせを変える他の方法は、上記ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部まで、円錐体の深さ、円錐体の径または円錐体のフレア角度を変えて、該ディフューザ穴を穿孔することである。該穿孔は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）マシニングによって実現できる。図１２Ａは、このようなプロセス１２００のプロセスの流れを示す。プロセス１２００は、ステップ１２３０において、該ディフューザプレートの中心部から縁部まで、孔の深さおよび／または孔の径を徐々に増加させながら、ディフューザプレートの下流側まで伸びる孔を形成することによってスタートする。上記フレア角度も、該ディフューザプレートの中心部から縁部に向かって変えることができる。次に、ステップ１２４０において、該プロセスは、該ディフューザプレートのガス流路の残りの部分を形成することによって完了する。上記下流側の円錐体は、ドリル工具を使用して形成することができる。同じフレア角度を有するドリル工具を、該ディフューザプレートの全域で使用する場合、上記円錐体のフレア角度は一定となり、円錐体の深さ及び円錐体の径は変化する。円錐体の径は、該フレア角度及び円錐体の深さによって決まる。重要なことは、該円錐体の深さを滑らかかつ徐々に変えて、上記基板全域で、円滑な堆積厚及び膜特性変化を確実にすることである。図１２Ｂは、種々の円錐体深さ及び円錐体径の実施例を示す。ディフューザ穴１２０１は、上記ディフューザプレートの中心近くにあり、最少の円錐体深さ１２１１及び円錐体径１２２１を有する。ディフューザ穴１２０２は、該ディフューザプレートの中心部と縁部との間にあり、中間の円錐体深さ１２１２及び円錐体径１２２２を有する。ディフューザ穴１２０３は、上記ディフューザプレートの縁部近くにあり、最大の円錐体深さ１２１３及び円錐体径１２２３を有する。全てのディフューザ穴の円錐体のフレア角度は、図１２Ｂのデザインの場合、同じである。しかし、該円錐体の径、円錐体の深さ及びフレア角度を変えることにより、上記ディフューザプレートの全域で該円錐体のデザインを変えることによって、堆積均一性を最適化することが可能である。円錐体の深さ、円錐体の径及び円錐体のフレア角度を変えることは、上記中空カソード効果にも影響を及ぼす該円錐体の総表面積に影響を及ぼす。より小さな円錐体表面積は、プラズマイオン化効率を低くする。
【００６８】
[0101]上記下流の孔（図３の符号３１２）の深さ（「ｄ」）及び孔の径（「Ｄ」）を変えるまた別の方法は、該ディフューザプレートの全域に同一のディフューザ穴を穿孔することである（図１２を参照のこと）。図１２Ｃにおいて、上記ディフューザプレートの縁部（外側領域）のガスディフューザ穴１２５１は、該ディフューザプレートの中心部（内側領域）のガスディフューザ穴１２５２と同一である。また、下流の孔１２５５は、下流の孔１２５６と同一である。ガスディフューザプレートの下流面１２５４は、最初は平坦である。その後、該ディフューザプレートの下流側を機械加工して、縁部より薄い中心部を有する凹状に形成する。該機械加工は、該機械加工プロセスを繰り返し可能にするコンピュータ数値制御機械加工または他の種類の制御機械加工によって実現することができる。下流面１２５４を凹状形状（面１２５９）に機械加工した後、上記ディフューザプレートの中心部（内側領域）の下流孔１２５８は、該ディフューザプレートの縁部（外側領域）の下流孔１２５７よりも小さい径（「Ｄ」）及び小さい長さ（「ｄ」）を有する。該ディフューザプレートは、図１２Ｄのようにそのままにすることができ、あるいは、下流面１２５９は、図１２Ｅに示すように、引っ張って平坦に、または所望の膜を実現するプロセスチャンバに用いられる他の湾曲（図示せず）にすることができる。
【００６９】
[0102]上記下流の孔（図３の符号３１２）の深さ（「ｄ」）及び孔の径（「Ｄ」）を変えるまた他の方法は、どのディフューザ穴も凸状にすることなく、該ディフューザプレートを湾曲させることである（図１２Ｆ参照）。図１２Ｆにおいて、下流面は、面１２６９である。同じ種類のドリルを使用して、仮想平坦面１２６４から同じ深さに下流孔を穿孔する（１２Ｇ参照）。上記ディフューザプレートの中心部の下流孔１２６８は、仮想面１２６４から下流孔１２６７と同じ深さに穿孔されるが、下流孔１２６８の径及び長さは、下流孔１２６７の径及び長さよりも小さい。オリフィス穴１２６５、上流孔１２６３及び接続底部を含む該ディフューザ穴の残りは、該ディフューザ穴を完成させるように機械加工される。全てのオリフィス穴及び上流孔は、必要ではないが、同一の径を有するべきである。該オリフィス穴の径及び長さは、（図１２Ｇに示すように）該ディフューザプレートの全域で同じに保つべきである。該オリフィス穴は、背圧を制御する。該オリフィス穴の径及び長さを、該ディフューザプレートの全域で同じに保つことにより、ガスフローに影響を及ぼす該背圧を、該ディフューザプレートの全域で同じに保つことができる。該ディフューザプレートは、図１２Ｇのようにそのままにすることができ、あるいは、下流面１２６９は、図１２Ｈに示すように、引っ張って平坦に、または所望の膜を実現するプロセスチャンバに用いられる他の湾曲（図示せず）にすることができる。
【００７０】
[0103]上記中空カソードキャビティの径および／または長さの変化が円滑かつ緩やかである限り、該変化は、上記ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部に向かって完全に連続的である必要はない。これは、領域間の該変化が十分小さい限りは、同軸パターンに配置された多数の均一なゾーンによって実現することができる。しかし、該ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部までは、中空カソードキャビティのサイズ（容積および／または表面積）は、全般的に増加する必要がある。図１２Ｉは、該ディフューザプレートの（下流側からみた）底部の概略プロットを示す。該ディフューザプレートは、Ｎ個の同心ゾーンに分割される。同心ゾーンは、内側及び外側の境界の間の領域として定義され、両領域とも、該ディフューザプレートの全体形状として同じ幾何学形状を有する。各ゾーン内において、該ディフューザ穴は同一である。ゾーン１からゾーンＮまで、上記中空カソードキャビティは、サイズ（容積および／または表面積）が徐々に増加する。この増加は、中空カソードキャビティの径、長さ、フレア角度、またはそれらのパラメータの組み合わせの増加によって実現することができる。
【００７１】
[0104]上記ディフューザプレートの中心部から縁部までの中空カソードキャビティの径および／または長さの増加は、該中空カソードキャビティの下流のディフューザプレートの表面積ごとの中空カソードキャビティのサイズ（容積および／または表面積）が全体的に増加する限り、全てのディフューザ穴に適用すべきではない。例えば、いくつかのディフューザ穴は、該ディフューザプレートの全域で同じに保つことができ、残りのディフューザプレートは、徐々に増加するサイズ（容積および／または表面積）の上記中空カソードキャビティを有する。別の実施例においては、該ディフューザ穴は、図１２Ｊに示すように、徐々に増加するサイズ（容積および／または表面積）の中空カソードキャビティを有し、該ディフューザプレートの縁部に、いくつかの小さな中空カソードキャビティがある。また別の実施形態においては、図１２Ｋに示すように、ほとんどの中空カソードキャビティが、該ディフューザプレートの全域で均一であり、該ディフューザプレートの縁部の方に、より大きな中空カソードキャビティが少し存在する。
【００７２】
[0105]上記中空カソードキャビティの容積密度は、該中空カソードキャビティの下流のディフューザプレート表面積毎の該中空カソードキャビティの容積として定義することができる。同様に、該中空カソードキャビティの中空カソードキャビティ表面積密度は、該中空カソードキャビティの下流のディフューザプレート表面積毎の該中空カソードキャビティの全表面積として定義することができる。上記の結果は、プラズマ及びプロセスの均一性を、該ディフューザプレートの内側領域から外側領域への、または該ディフューザプレートの中心部から縁部への、該中空カソードキャビティの容積密度あるいは該中空カソードキャビティの表面積密度のいずれかの緩やかな増加によって改善することができることを示している。
【００７３】
[0106]膜の堆積厚及び特性の均一性を変える他の方法は、上記ディフューザプレートの全域のディフューザ穴密度を変えると共に、該ディフューザ穴を同一に保つことである。該ディフューザ穴の密度は、下流側３０４と交わる孔３１２の孔の総面積を、測定領域における該ディフューザプレートの下流側３０４の総面積で割ることによって算出される。ディフューザ穴の密度は、約１０％〜約１００％まで、好ましくは、３０％〜約１００％まで変化させることができる。「ドーム形状」問題を低減するため、該ディフューザ穴密度は、上記内側領域におけるプラズマ密度を低減するために、上記外側領域と比べて、該内側領域において低くするべきである。該内側領域から外側領域への密度の変化は、均一かつ円滑な堆積及び膜特性プロファイルを確実にするために、緩やかかつ滑らかにすべきである。図１３は、上記中心部（領域Ａ）における低いディフューザ穴密度から上記縁部（領域Ｂ）における高いディフューザ穴密度への緩やかな変化を示す。該中心領域におけるディフューザ穴の低い密度は、該中心領域におけるプラズマ密度を低減し、かつ「ドーム形状」問題を低減する。図１３における該ディフューザ穴の配置は、単に、中心部から縁部に向かってディフューザ穴の密度が増加することを説明するために用いられる。本発明は、どのようなディフューザ穴の配置及びパターンにも適用できる。該密度の変化というコンセプトは、該ディフューザ穴のデザインの変形とも組み合わせて、中心部から縁部への均一性を改善することができる。プラズマの均一性を実現するために、上記ガス流路の密度を変える場合、上記下流端部における上記中空カソードキャビティの間隔は、０．６インチを超えることが可能である。
【００７４】
[0107]上記ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部への中空カソードキャビティのサイズ（容積および／または表面積）の緩やかな増加という本発明のコンセプトは、該ディフューザ穴の密度変化を伴うまたは伴わない、該中空カソードキャビティのサイズ（容積および／または表面積）と形状の変化のうちの一方と、一つのディフューザプレートの湾曲方法と、適用可能な一つの中空カソードキャビティの機械加工方法との組み合わせによって実現することができる。例えば、該ディフューザプレートの中心部から縁部へのディフューザ穴の増加する密度というコンセプトは、該ディフューザプレートの中心部から縁部への該中空カソードキャビティ（または下流の孔）の径を増加させることを利用することができる。該ディフューザプレートは、平坦に保つことができ、また該ディフューザ穴は、ＣＮＣ方法で穿孔される。上記組み合わせは多数ある。そのため、上記コンセプトは、膜厚及び特性の均一性の要求を満たすことが可能である。
【００７５】
[0108]ここまで、ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部へ向かって、中空カソードキャビティの径及び長さを増加させて、基板全域でのプラズマの均一性を改善する本発明の様々な実施形態を主に説明した。該ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部へ向かって、中空カソードキャビティの径及び長さを減らすことを要求する状況がある。例えば、上記電源は、上記基板の中心部近傍でより低くする可能性があり、上記中空カソードキャビティは、該低い電源を補正するために、より大きくする必要がある。したがって、本発明のコンセプトは、ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部へ向かって、中空カソードキャビティのサイズ（容積および／または表面積）を減らすことに適用できる。
【００７６】
[0109]本発明のコンセプトは、任意の中空カソードキャビティデザインを含むどのようなデザインのガスディフューザ穴、およびどのような形状／サイズのガスディフューザプレートにも適用できる。本発明のコンセプトは、中空カソードキャビティの多数のデザインを含む、ガスディフューザ穴の多数のデザインを利用するディフューザプレートに適用できる。本発明のコンセプトは、例えば、鋳造、ろう付け、鍛造、熱平衡圧着または焼結等のどのような方法によっても、任意の湾曲からなるディフューザプレート、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）またはそれらを組み合わせたあらゆる物質からなるディフューザプレートにも適用できる。また、本発明のコンセプトは、一緒に圧着または付着される材料からなる多数の層で形成されたディフューザプレートにも適用できる。また、本発明のコンセプトは、クラスタシステム、独立型システム、インラインシステムあるいは適用可能などのようなシステムにも設けることができるチャンバに用いることができる。
【００７７】
[0110]本発明の教示を含むいくつかの好適な実施形態を詳細に示しかつ説明してきたが、当業者は、該教示を含む他の多くの変形実施例を容易に案出することができる。
【符号の説明】
【００７８】
２００…プラズマＣＶＤ装置、２０２…処理チャンバ、２１０…蓋アセンブリ、２１６…穿孔領域、２１８…ガス分散プレートアセンブリ、２３８…支持体アセンブリ、２４０…ガラス基板、２５８…ディフューザプレート、２６２…ガス流路、３１０…第１の孔、３１２…第２の孔。
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般に、ガス分散プレートアセンブリ及び処理チャンバ内にガスを分散させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術の説明
[0002]液晶ディスプレイあるいはフラットパネルは、一般に、コンピュータやテレビジョンモニタ等のアクティブマトリックスディスプレイに用いられている。プラズマＣＶＤ（ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＥＣＶＤ）は、一般に、フラットパネルディスプレイまたは半導体ウェーハのための透明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、通常、前駆物質ガスまたはガス混合物を、基板を含む真空チャンバ内に導入することによって実現される。該前駆物質ガスまたはガス混合物は、一般に、該チャンバの上部近傍に配置された分散プレートを通して下方に向けられる。該チャンバ内の該前駆物質ガスまたはガス混合物は、該チャンバに結合された１つまたはそれ以上の高周波電源から該チャンバに高周波（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＲＦ）電力を印加することにより、エネルギーを与えられて（例えば、励起されて）プラズマにされる。該励起されたガスまたはガス混合物は、反応して、温度制御された基板支持体上に配置されている基板の表面に材料層を形成する。該反応中に生成された揮発性副生成物は、該チャンバから排気装置を介して排出される。
【０００３】
[0003]ＰＥＣＶＤ技術によって処理されたフラットパネルは、一般的には大きく、通常３７０ｍｍ×４７０ｍｍを超える。４平方メートル近い及び４平方メートルを超える大面積基板は、近い将来構想される。フラットパネル上に均一なプロセスガスフローを供給するのに用いられるガス分散プレート（またはガスディフューザプレート）は、特に、２００ｍｍ及び３００ｍｍの半導体ウェーハ処理に用いられるガス分散プレートと比較して、サイズが比較的大きい。
【０００４】
[0004]ＴＦＴ−ＬＣＤ業界において、基板のサイズが大きくなると、ＰＥＣＶＤの場合に、膜厚及び膜の均一特性制御が問題になる。ＴＦＴは、フラットパネルディスプレイの一種である。例えば、基板の中心部と縁部との間の膜歪みのような堆積速度および／または膜特性の違いが重要になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0005]従って膜の堆積厚及び膜特性の均一性を改善する改良されたガス分散プレートアセンブリに対する要望がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0006]ガスを処理チャンバ内に分散させるガス分散プレートの実施形態が提供される。一実施形態においては、プラズマ処理チャンバのためのガス分散プレートアセンブリは、上流側及び下流側を有するディフューザプレートと、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通り、かつ該下流側に中空カソードキャビティを備える内側及び外側ガス流路とを備え、該内側ガス流路の中空カソードキャビティ容積密度は、該外側ガス流路の中空カソードキャビティ容積密度よりも小さい。
【０００７】
[0007]他の実施形態においては、プラズマ処理チャンバのためのガス分散プレートアセンブリは、上流側及び下流側を有するディフューザプレートと、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通り、かつ該下流側に中空カソードキャビティを備える内側及び外側ガス流路とを備え、該内側ガス流路の中空カソードキャビティの表面積密度は、該外側ガス流路の中空カソードキャビティの表面積密度よりも小さい。
【０００８】
[0008]別の実施形態においては、プラズマ処理チャンバのためのガス分散プレートアセンブリは、上流側及び下流側を有するディフューザプレートと、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通る複数のガス流路とを備え、中空カソードキャビティの密度が、該ディフューザプレートの中心から縁部に向かって徐々に増加する。
【０００９】
[0009]他の実施形態においては、プラズマ処理チャンバは、上流側及び下流側を有するディフューザプレートと、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通り、かつ該下流側に中空カソードキャビティを備える内側及び外側ガス流路であって、該内側ガス流路の中空カソードキャビティ容積密度が、該外側ガス流路の中空カソードキャビティ容積密度よりも小さい、内側及び外側ガス流路と、該ディフューザプレートの下流側近傍の基板支持体とを備える。
【００１０】
[0010]別の実施形態においては、プラズマ処理チャンバは、上流側及び下流側を有するディフューザプレートと、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通り、かつ該下流側に中空カソードキャビティを備える内側及び外側ガス流路であって、該内側ガス流路の中空カソードキャビティの表面積密度が、該外側ガス流路の中空カソードキャビティの表面積密度よりも小さい、内側及び外側ガス流路と、該ディフューザプレートの下流側近傍の基板支持体とを備える。
【００１１】
[0011]他の実施形態においては、プラズマ処理チャンバは、上流側及び下流側を有するディフューザプレートと、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通る複数のガス流路であって、中空カソードキャビティの密度が、該ディフューザプレートの中心から縁部に向かって徐々に増加する、複数のガス流路と、該ディフューザプレートの下流側近傍の基板支持体とを備える。
【００１２】
[0012]別の実施形態においては、プラズマ処理チャンバのためのガス分散プレートアセンブリは、上流側及び下流側を有し、かつ多数の同心ゾーンに分割されているディフューザプレートと、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通る複数のガス流路とを備え、各ゾーンにおけるガス流路は同一であり、中空カソードキャビティの密度、容積または表面積は、該ディフューザプレートの中心から縁部に向かって徐々に増加する。
【００１３】
[0013]他の実施形態においては、プラズマ処理チャンバのためのガスディフューザプレートを形成する方法は、上流側及び下流側と、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通る複数のガス流路とを有するようにガスディフューザプレートを形成するステップと、該ディフューザプレートを湾曲させて、下流側に向けて滑らかな凸状に形成するステップと、該凸状面を適合させて下流側面を平坦化するステップとを含む。
【００１４】
[0014]別の実施形態においては、プラズマ処理チャンバのためのガスディフューザプレートを形成する方法は、上流側及び下流側と、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通る複数のガス流路とを有するようにガスディフューザを適合させることであって、該ディフューザプレートの中空カソードキャビティの密度、容積または表面積が、該ディフューザプレートの中心から縁部に向かって徐々に増加するステップを含む。
【００１５】
[0015]他の実施形態においては、基板上に薄膜を堆積する方法は、プロセスチャンバ内の基板に、上流側及び下流側を有するガスディフューザプレートと、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通り、かつ該下流側に中空カソードキャビティを備える内側及び外側ガス流路であって、該内側ガス流路の中空カソードキャビティの容積密度、または該中空カソードキャビティの表面積密度、あるいは、該中空カソードキャビティ密度が、該外側ガス流路の同じパラメータよりも小さい、内側及び外側ガス流路とを配置するステップと、ディフューザプレートを介して、基板支持体上に支持された基板の方へプロセスガスを流すステップと、該ディフューザプレートと該基板との間にプラズマを生成するステップと、該プロセスチャンバ内の基板上に薄膜を堆積するステップとを含む。
【００１６】
[0016]別の実施形態においては、ディフューザプレートは、上面及び底面を有するボディと、該底面の上面と底面の間の複数のガス流路と、外側領域及び内側領域とを備え、該外側領域の上部と底部の間の該ボディが、該内側領域の上部と底部の間の該ボディよりも厚い。
【００１７】
[0017]他の実施形態においては、プラズマ処理チャンバのためのガスディフューザプレートを形成する方法は、上流側及び下流側と、該ディフューザプレートの上流側と下流側の間を通る複数のガス流路とを有するようにガスディフューザプレートを形成するステップと、該下流面を適合させて、該下流面を凸状に形成するステップとを含む。
【００１８】
[0018]また別の実施形態においては、プラズマ処理チャンバのためのガスディフューザプレートを形成する方法は、上流側及び下流側を有するディフューザプレートを湾曲させて、該下流面を凹状に、かつ上流面を凸状に形成するステップと、中空カソードキャビティを、仮想の平坦下流面から同じ深さに形成することにより、該ディフューザプレートの上流と下流の間を通過する複数のガス流路を形成するステップと、該中空カソードキャビティに接続される同じサイズのオリフィス穴を有するように、全てのガス流路を形成するステップとを含む。
【００１９】
[0019]本発明の教示は、添付図面と共に、以下の詳細な説明を考究することにより、容易に理解することができる。
【００２０】
[0059]理解を容易にするために、可能な場合、図面に共通する同一の構成要素を表わすために、同一の参照符号を用いている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】底部ゲート薄膜トランジスタの断面該略図を示す。
【図２】本発明のガス分散プレートアセンブリの一実施形態を有する例示的な処理チャンバの概略断面図である。
【図３】ガスディフューザプレートの断面該略図である。
【図４Ａ】ディフューザプレートによって、プロセスチャンバ内の基板上に薄膜を堆積するプロセスフローを示す。
【図４Ｂ】均等なディフューザホール径及び深さを有するディフューザプレートを用いた堆積から集めた、１５００ｍｍ×１８００ｍｍの基板に対する堆積速度測定値を示す。
【図５】ポンピングチャネルを閉じた状態の側部に近い基板の２辺（５０１及び５０２）と、基板上の５つの測定場所とを示す。
【図６Ａ】中空カソード効果の概念を示す（従来技術）。
【図６Ｂ】中空カソードキャビティのデザインを示す。
【図６Ｃ】中空カソードキャビティのデザインを示す。
【図６Ｄ】中空カソードキャビティのデザインを示す。
【図６Ｅ】中空カソードキャビティのデザインを示す。
【図６Ｆ】中空カソードキャビティのデザインを示す。
【図６Ｇ】中空カソードキャビティのデザインを示す。
【図７Ａ】ガス流路の下流端部に拡がる孔の径「Ｄ」、深さ「ｄ」及びフレア角度「α」の定義を示す。
【図７Ｂ】ガス流路の寸法を示す。
【図７Ｃ】ガス流路の寸法を示す。
【図７Ｄ】ガス流路の寸法を示す。
【図７Ｅ】ディフューザプレート全域のガス流路の配置を示す。
【図８】図７Ｅに示すようなディフューザプレート全域のガス流路の配置を有するディフューザプレートを用いた堆積から集めた、１５００ｍｍ×１８００ｍｍの基板に対する堆積速度測定値を示す。
【図９Ａ】ディフューザプレート形成のプロセスフローを示す。
【図９Ｂ】湾曲したディフューザプレートを示す。
【図９Ｃ】すでに湾曲され、下流側に面している側が平坦に加工されているディフューザプレートを示す。
【図９Ｄ】１５００ｍｍ×１８５０ｍｍの基板を処理するのに使用されるディフューザプレートのガス流路の下流端部に拡がるディフューザ穴の深さの分布を示す。
【図９Ｅ】１５００ｍｍ×１８５０ｍｍの基板に対する堆積速度の測定値を示す。
【図９Ｆ】１８７０ｍｍ×２２００ｍｍの基板を処理するのに使用されるディフューザプレートのガス流路の下流端部に拡がるディフューザ穴の深さの分布を示す。
【図９Ｇ】１８７０ｍｍ×２２００ｍｍの基板に対する堆積速度の測定値を示す。
【図１０Ａ】熱プロセスによってディフューザプレートを湾曲させるプロセスフローを示す。
【図１０Ｂ】ディフューザプレートを湾曲させるのに用いることができる熱環境中の支持体上のディフューザプレートを示す。
【図１０Ｃ】熱環境中の支持体上の凸状ディフューザプレートを示す。
【図１１Ａ】真空プロセスによってディフューザプレートを湾曲させるプロセスフローを示す。
【図１１Ｂ】真空アセンブリ上のディフューザプレートを示す。
【図１１Ｃ】真空アセンブリ上の凸状ディフューザプレートを示す。
【図１２Ａ】ディフューザプレートの下流側に拡がる孔の異なる径及び深さを有するディフューザプレートを形成するプロセスフローを示す。
【図１２Ｂ】ディフューザプレートの下流側に拡がる孔の異なる径及び深さを有するディフューザプレートの断面を示す。
【図１２Ｃ】ディフューザプレートの中心から縁部に、実質的に等しいディフューザ穴を有するディフューザプレートを示す。
【図１２Ｄ】底面が凹状に加工された後の図１２Ｃのディフューザプレートを示す。
【図１２Ｅ】底面が実質的に平坦に引き上げられた後の図１２Ｄのディフューザプレートを示す。
【図１２Ｆ】凹状（底面）形状に湾曲されていない、ディフューザ穴がないディフューザプレートを示す。
【図１２Ｇ】ディフューザ穴を有する図１２Ｆのディフューザプレートを示す。
【図１２Ｈ】その底面が実質的に平坦に引き上げられた後の図１２Ｇのディフューザプレートを示す。
【図１２Ｉ】多数のゾーンにディフューザ穴を有するディフューザプレートを示す。
【図１２Ｊ】混成中空カソードキャビティ径を有し、内側領域中空カソードキャビティ容積および／または表面積密度が、外側領域中空カソードキャビティ容積および／または表面積密度よりも大きいディフューザプレートを示す。
【図１２Ｋ】ほとんどの中空カソードキャビティが同じで、ディフューザプレートの縁部近くにより大きな中空カソードキャビティが少し存在するディフューザプレートを示す。
【図１３】異なるディフューザ穴密度を有するディフューザプレートの下流側の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
[0060]本発明は、一般に、処理チャンバ内にガス供給を実行できるガス分散アセンブリを提供する。以下、本発明を、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事業部であるＡＫＴから入手可能なプラズマＣＶＤ装置等の、大面積基板を処理するように構成されたＰＥＣＶＤ装置に関して具体的に説明する。しかし、本発明が、エッチ装置、他の化学気相堆積装置および、丸い基板を処理するように構成された装置を含む、ガスをプロセスチャンバ内に分散させることが必要な他の装置等のその他の装置構成において有用性を有することを理解すべきである。
【００２３】
[0061]図１は、薄膜トランジスタ構造の断面該略図を示す。共通ＴＦＴ構造は、図１に示すバックチャネルエッチ（ｂａｃｋ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｔｃｈ；ＢＣＥ）インバーテッドスタガ（またはボトムゲート）ＴＦＴ構造である。ＢＣＥプロセスは、ゲート絶縁膜（ＳｉＮ）や真性及びｎ＋ドープアモルファスシリコン膜を同じＰＥＣＶＤポンプダウン動作で堆積することができるため、好ましい。ここで示したＢＣＥプロセスは、５つのみのパターニングマスクを必要とする。基板１０１は、例えば、ガラスや透明プラスチック等の、可視スペクトルにおいて本質的に光学的に透明な材料を含んでもよい。該基板は、異なる形状または寸法からなっていてもよい。一般に、ＴＦＴ用途の場合、該基板は、約５００ｍｍ２以上の表面積を有するガラス基板である。ゲート電極層１０２は、基板１０１上に形成されている。ゲート電極層１０２は、ＴＦＴ内の荷電キャリアの動きを制御する導電層を備える。ゲート電極層１０２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）またはそれらを組み合わせたもの等の金属を含んでもよい。ゲート電極層１０２は、従来の堆積、リソグラフィ及びエッチング技術を用いて形成してもよい。基板１０１とゲート電極層１０２との間には、例えば、本発明に記載したＰＥＣＶＤ装置の実施形態を用いて形成することもできる、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）または窒化シリコン（ＳｉＮ）等の任意の絶縁材料があってもよい。ゲート電極層１０２は、該ゲート電極を画成する従来の技術を用いて、蝕刻技術でパターン化される。
【００２４】
[0062]ゲート絶縁層１０３は、ゲート電極層１０２上に形成されている。ゲート絶縁層１０３は、本発明に記載したＰＥＣＶＤ装置の実施形態を用いて堆積したシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）または窒化シリコン膜（ＳｉＮ）であってもよい。ゲート絶縁層１０３は、約１００Å〜約６０００Åの厚さに形成することができる。
【００２５】
[0063]バルク半導体層１０４は、ゲート絶縁層１０３上に形成されている。バルク半導体層１０４は、本発明に記載したＰＥＣＶＤ装置の実施形態または他の公知の従来の方法を用いて堆積することができる、多結晶シリコン（ポリシリコン）あるいはアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）を含んでもよい。バルク半導体層１０４は、約１００Å〜約３０００Åの厚さに堆積することができる。ドープされた半導体層１０５は、半導体層１０４の上部に形成されている。ドープされた半導体層１０５は、本発明に記載したＰＥＣＶＤ装置の実施形態または他の公知の従来の方法を用いて堆積することができる、ｎ型（ｎ+）またはｐ型（ｐ+）多結晶シリコン（ポリシリコン）あるいはアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）を含んでもよい。ドープされた半導体層１０５は、約１００Å〜約３０００Åの厚さに堆積することができる。ドープされた半導体層１０５の実施例は、ｎ+のドープされたα−Ｓｉ膜である。バルク半導体層１０４及びドープされた半導体層１０５は、蓄積キャパシタ絶縁体としても作用する、ゲート絶縁膜上にそれら２つの膜のメサを画成する従来の技術を用いて、蝕刻的にパターン化される。ドープされた半導体層１０５は、バルク半導体層１０４の一部に直接接触して、半導体接合を形成する。
【００２６】
[0064]そして、導電層１０６は、露出面上に堆積される。導電層１０６は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）またはそれらを組み合わせたもの等の金属を含んでもよい。導電層１０６は、従来の堆積技術を用いて形成することができる。導電層１０６及びドープされた半導体層１０５は、ＴＦＴのソース及びドレインを画成するために、蝕刻的にパターン化することができる。その後、パッシベーション層１０７を堆積してもよい。パッシベーション層１０７は、露出面を絶縁被覆する。パッシベーション層１０７は、一般に絶縁体であり、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）または窒化シリコン（ＳｉＮ）を含んでもよい。パッシベーション層１０７は、例えば、ＰＥＣＶＤまたは他の公知の従来の方法を用いて形成することができる。パッシベーション層１０７は、約１０００Å〜約５０００Åの厚さに堆積することができる。パッシベーション層１０７は、該パッシベーション層にコンタクトホールを開けるための従来技術を用いて、蝕刻的にパターン化されてエッチングされる。
【００２７】
[0065]透明導体層１０８が堆積されて、導電層１０６と接触するようにパターン化される。透明導体層１０８は、可視スペクトルにおいて本質的に光学的に透明で、かつ導電性の材料を含む。透明導体層１０８は、例えば、インジウムスズ酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ；ＩＴＯ）または酸化亜鉛を含んでもよい。透明導電層１０８のパターニングは、従来のリソグラフィ技術及びエッチング技術によって実施される。
【００２８】
[0066]液晶ディスプレイ（またはフラットパネル）に用いるドープされたまたは無ドープ（真性）アモルファスシリコン（α−Ｓｉ）膜、二酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）及び窒化シリコン膜（ＳｉＮ）は、全て、本発明に記載したＰＥＣＶＤの実施形態を用いて堆積することができる。本願明細書に記載したＴＦＴ構造は、単に実施例として用いられる。本発明は、適用可能ないかなるデバイスの製造にも適用される。
【００２９】
[0067]図２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ズ社の一事業部であるＡＫＴから入手可能なプラズマＣＶＤ装置２００の一実施形態の概略断面図である。装置２００は、一般に、ガスソース２０４に結合された処理チャンバ２０２を含む。処理チャンバ２０２は、プロセス容積２１２を一部画成する壁部２０６及び底部２０８を有する。プロセス容積２１２は、通常、基板２４０の処理チャンバ２０２内への移動及び該基板の該チャンバ外への移動を容易にする、壁部２０６のポート（図示せず）を介してアクセスされる。壁部２０６及び底部２０８は、一般に、アルミニウムからなる一体ブロックまたは処理と適合性のある他の材質で形成される。壁部２０６は、プロセス容積２１２を（図示しない様々なポンピング要素を含む）排気ポートに結合するポンピングプレナム２１４を含むふたアセンブリ２１０を支持する。
【００３０】
[0068]温度制御された基板支持体アセンブリ２３８は、処理チャンバ２０２内の中央に配置されている。支持体アセンブリ２３８は、処理中に、ガラス基板２４０を支持する。一実施形態においては、基板支持体アセンブリ２３８は、少なくとも１つの埋込み型ヒータ２３２を含むアルミニウムボディ２２４を備える。支持体アセンブリ２３８内に配置された、抵抗体等のヒータ２３２は、任意の電源２７４に結合され、かつ支持体アセンブリ２３８及び該アセンブリ上に配置されたガラス基板２４０を、所定の温度まで制御可能に加熱する。一般に、ＣＶＤプロセスにおいては、ヒータ２３２は、堆積する材料の堆積処理パラメータにより、約１５０℃〜少なくとも約４６０℃の均一な温度にガラス基板２４０を維持する。
【００３１】
[0069]一般に、支持体アセンブリ２３８は、下方側２２６と上方側２３４とを有する。上方側２３４は、ガラス基板２４０を支持する。下方側２２６は、該下方側に結合されたステム２４２を有する。ステム２４２は、支持体アセンブリ２３８を、処理チャンバ２０２への基板移送及び該処理チャンバからの基板移送を容易にする、（図示したような）上昇位置と低下位置との間で支持体アセンブリ２３８を動かすリフト装置（図示せず）に結合する。また、ステム２４２は、支持体アセンブリ２３８と、装置２００の他の構成要素との間の電気的及び熱結合リードのための導管を形成する。
【００３２】
[0070]べローズ２４６は、支持体アセンブリ２３８（またはステム２４２）と、処理チャンバ２０２の底部２０８との間に結合されている。べローズ２４６は、チャンバ容積２１２と、処理チャンバ２０２の外部の大気との間に真空シールを形成するとともに、支持体アセンブリ２３８の垂直動を容易にする。
【００３３】
[0071]支持体アセンブリ２３８は、一般に、電源２２２によって、蓋アセンブリ２１０と基板支持体アセンブリ２３８との間に配置されたガス分散プレートアセンブリ２１８（または上記チャンバの蓋アセンブリ内または近傍に配置された他の電極）に供給される高周波電力が、支持体アセンブリ２３８と分散プレートアセンブリ２１８との間のプロセス容積２１２内にあるガスを励起させるように接地される。電源２２２からの高周波電力は、通常、化学気相成長プロセスを駆動するために、上記基板のサイズに見合って選択される。
【００３４】
[0072]また、支持体アセンブリ２３８は、境界保護フレーム２４８を支持する。一般に、保護フレーム２４８は、基板が支持体アセンブリ２３８に付着しないように、ガラス基板２４０の縁部及び支持体アセンブリ２３８における堆積を防ぐ。支持体アセンブリ２３８は、複数のリフトピン２５０を収容する、該アセンブリを貫通して配置された複数の孔２２８を有する。リフトピン２５０は、通常、セラミックまたは陽極酸化したアルミニウムから構成される。リフトピン２５０は、支持面２３０から突出するように、任意のリフトプレート２５４によって、支持体アセンブリ２３８に対して動かし、それにより、支持体アセンブリ２３８に対して離間して上記基板を配置してもよい。
【００３５】
[0073]蓋アセンブリ２１０は、プロセス容積２１２に対する上方境界を形成する。蓋アセンブリ２１０は、一般に、処理チャンバ２０２をメンテナンスするために取り除いたり開いたりすることができる。一実施形態において、蓋アセンブリ２１０は、アルミニウム（Ａｌ）で形成されている。蓋アセンブリ２１０は、該アセンブリ内に形成され、外部のポンピング装置（図示せず）に結合されているポンピングプレナム２１４を含む。ポンピングプレナム２１４は、プロセス容積２１２から及び処理チャンバ２０２の外へ、ガス及び処理副生成物を一様に流すのに用いられる。
【００３６】
[0074]蓋アセンブリ２１０は、通常、ガスソース２０４によって供給されるプロセスガスが、それを通って処理チャンバ２０２内に導入されるエントリポート２８０を含む。また、エントリポート２８０は、クリーニングソース２８２に結合されている。クリーニングソース２８２は、一般に、処理チャンバ２０２内に導入されて、堆積副生成物及び膜を、ガス分散プレートアセンブリ２１８を含む処理チャンバハードウェアから除去する、解離フッ素等のクリーニング薬剤を供給する。
【００３７】
[0075]ガス分散プレートアセンブリ２１８は、蓋アセンブリ２１０の内側２２０に結合されている。ガス分散プレートアセンブリ２１８は、一般に、例えば、大面積フラットパネル基板の場合には多角形で、ウェーハの場合には円形のように、ガラス基板２４０の輪郭に実質的に追従するように構成されている。ガス分散プレートアセンブリ２１８は、ガスソース２０４から供給されるプロセスガスや他のガスが、それを通ってプロセス容積２１２内に供給される穿孔領域２１６を含む。ガス分散プレートアセンブリ２１８の穿孔領域２１６は、ガスのガス分散プレートアセンブリ２１８を介した処理チャンバ２０２内への一様な分散を実行できるように構成されている。本発明によって恩恵を受けるように適合しているガス分散プレートは、２００１年８月８日に出願された、Ｋｅｌｌｅｒ等による共同で譲渡された米国特許出願第０９／９２２，２１９号明細書、２００２年５月６日に出願された、Ｙｉｍ等による米国特許出願第１０／１４０，３２４号明細書、２００３年１月７日に出願された、Ｂｌｏｎｉｇａｎ等による同第１０／３３７，４８３号明細書、２００２年１１月１２日にＷｈｉｔｅ等に対して発行された米国特許第６，４７７，９８０号明細書、２００３年４月１６日に出願されたＣｈｏｉ等による米国特許出願第１０／４１７，５９２号明細書、および２００４年４月１２日に出願されたＣｈｏｉ等による米国特許出願第１０／８２３，３４７号明細書に記載されており、これら全体を本願明細書に組み入れる。
【００３８】
[0076]ガス分散プレートアセンブリ２１８は、一般に、ハンガープレート２６０から吊り下げられたディフューザプレート（または分散プレート）２５８を含む。ディフューザプレート２５８及びハンガープレート２６０は、代替的に、単一の一体部材を備えてもよい。複数のガス流路２６２は、ガス分散プレートアセンブリ２１８を介したプロセス容積２１２内へのガスの所定の分散を可能にするように、ディフューザプレート２５８を貫通して形成されている。ハンガープレート２６０は、ディフューザプレート２５８と、蓋アセンブリ２１０の内面２２０とを離間関係で維持し、それによって、それらの間にプレナム２６４を画成する。プレナム２６４は、ガスが、中央の穿孔領域２１６上に一様に供給されて、均一な配分でガス流路２６２を流れるように、蓋アセンブリ２１０を介して流れるガスをディフューザプレート２５８の全幅にわたって一様に分散させる。
【００３９】
[0077]ディフューザプレート２５８は、通常、ステンレス鋼、アルミニウム（Ａｌ）、陽極酸化したアルミニウム、ニッケル（Ｎｉ）または高周波導電性材料によって形成される。ディフューザプレート２５８は、鋳造、ろう付け、鍛造、熱平衡圧着または焼結することができる。ディフューザプレート２５８は、基板処理に有害な影響を及ぼさないように、開口２６６全域にわたって十分な平坦性を維持する厚さで構成されている。ディフューザプレート２５８の厚さは、約０．８インチ〜約２．０インチである。ディフューザプレート２５８は、半導体ウェーハの製造の場合には円形に、フラットパネルディスプレイの製造の場合には、長方形等の多角形とすることができる。
【００４０】
[0078]図３は、２００３年４月１６日に出願された、「大面積プラズマＣＶＤのためのガス分散プレートアセンブリ」というタイトルの共同で譲渡された米国特許出願第１０／４１７，５９２号明細書に記載されている例示的なディフューザプレート２５８の部分断面図である。ディフューザプレート２５８は、蓋アセンブリ２１０に面した第１のまたは上流側３０２と、支持体アセンブリ２３８に面した対向する第２のまたは下流側とを含む。各ガス流路２６２は、組合わせて分散プレート２５８を貫通する流体経路を形成する第２の孔３１２に、オリフィス穴３１４によって結合された第１の孔３１０によって画成されている。第１の孔３１０は、第１の深さ３３０だけガス分散プレート２５８の上流側３０２から底部３１８まで及んでいる。第１の孔３１０の底部３１８は、ガスが、該第１の孔からオリフィス穴３１４内に流れたときの流れの限定を最少化するために、先細りにする、傾斜させる、面取りする、または丸みをつけてもよい。第１の孔３１０は、通常、約０．０９３〜約０．２１８インチの径を有し、一実施形態においては、約０．１５６インチである。
【００４１】
[0079]第２の孔３１２は、ディフューザプレート２５８に形成され、下流側（または端部）３０４から、約０．１０〜約２．０インチの深さ３３２まで及んでいる。好ましくは、深さ３３２は、約０．１インチ〜約１．０インチである。第２の孔３１２の径３３６は、通常、約０．１インチ〜約１．０インチであり、約１０°〜約５０°の角度３１６でじょうご状に開いていてもよい。好ましくは、径３３６は、約０．１インチ〜約０．５インチであり、フレア角度３１６は、２０°〜約４０°である。第２の孔３１２の表面は、約０．０５（インチ）２〜約１０（インチ）２であり、好ましくは約０．０５（インチ）２〜約５（インチ）２である。第２の孔３１２の径は、下流面３０４と相交わる径を指す。１５００ｍｍ×１８５０ｍｍの基板を処理するのに用いられるディフューザプレートの実施例は、０．２５０インチの径で、および約２２°のフレア角度３１６で第２の孔３１２を有する。隣接する第２の孔３１２の縁３８２の間の距離３８０は、約０インチ〜約０．６インチであり、好ましくは、約０インチ〜約０．４インチである。第１の孔３１０の径は、限定するものではないが、一般に、第２の孔３１２の径に少なくとも等しいか、またはより小さい。第２の孔３１２の底部３２０は、オリフィス穴３１４から出て第２の孔３１２に流れるガスの圧力損を最少化するために、先細りにする、傾斜させる、面取りする、または丸みをつけてもよい。また、オリフィス穴３１４の下流側３０４への近接は、第２の孔３１２および上記基板に面する下流側３０４の露出した表面積を最少化するように作用するため、チャンバクリーニング中に供給されるフッ素にさらされるディフューザプレート２５８の下流側面積が低減され、それにより、堆積した膜のフッ素汚染の発生が低減される。
【００４２】
[0080]オリフィス穴３１４は、一般に、第１の孔３１０の底部３１８と、第２の孔３１２の底部３２０とを結合する。オリフィス穴３１４は、一般に、約０．０１インチ〜約０．３インチ、好ましくは、約０．０１インチ〜約０．１インチの径を有し、かつ典型的には、約０．０２インチ〜約１．０インチ、好ましくは、約０．０２インチ〜約０．５インチの長さ３３４を有する。オリフィス穴３１４の長さ３３４及び径（または他の幾何学的属性）は、ガス分散プレート２５８の上流側３０２の全域のガスの一様な分散を促進する、プレナム２６４内の背圧の主要な源である。オリフィス穴３１４は、通常、複数のガス流路２６２の間に均等に形成されているが、オリフィス穴３１４を介した制限は、ガス分散プレート２５８の１つの領域を流れるガス流量を他の領域に対してより多く促進するために、ガス流路２６２の中で異ならせて形成してもよい。例えば、オリフィス穴３１４は、より多くのガスが穿孔領域２１６の縁部を流れて、ガラス基板の周囲における堆積速度を増加させるように、処理チャンバ２０２の壁部２０６の近くで、ガス分散プレート２５８のガス流路２６２のより大きな径および／またはより短い長さ３３４を有してもよい。上記ディフューザプレートの厚さは、約０．８インチ〜約３．０インチ、好ましくは、約０．８インチ〜約２．０インチである。
【００４３】
[0081]ＴＦＴ−ＬＣＤ業界においては、基板のサイズが増加し続けているため、特に、基板サイズが、少なくとも１０００ｍｍ×１２００ｍｍ程度（または約１，２００，０００ｍｍ２の場合、大面積ＰＥＣＶＤの場合の厚さ及び特性の均一性は、より問題になる。注目すべき均一性問題の実例は、高堆積速度の窒化シリコン膜の場合の、大口径基板の中央領域における高速の堆積速度及びより圧縮性の膜を含む。該基板全域での厚さ均一性は、縁部領域よりも中心領域がより厚い膜を有する「ドーム形状」を呈する。該縁部領域におけるより小さな圧縮性膜は、より高いＳｉ−Ｈ含有量を有する。ＴＦＴ−ＬＣＤに対する製造要求は、例えば、１５原子％以下の低Ｓｉ−Ｈ含有量、例えば、１５００Å／分の高堆積速度、および、例えば、１５％以下の基板全面における低い厚さ不均一性を含む。Ｓｉ−Ｈ含有量は、フーリエ変換赤外線（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａ−Ｒｅｄ；ＦＴＩＲ）測定によって計算される。より大きな基板は、悪い「ドーム形状」問題を有する。該問題は、全ての要求を満たすように、プロセス方法の変更によって排除することができない。そのため、該問題は、ガスおよび／またはプラズマの分散を変更することによって扱う必要がある。
【００４４】
[0082]プロセスチャンバ内で、薄膜を堆積するプロセスを図４Ａに示す。該プロセスは、ステップ４０１において、基板を、ディフューザプレートを有するプロセスチャンバ内に配置することによってスタートする。次に、ステップ４０２において、ディフューザプレートを介して、プロセスガスを、基板支持体上に支持された基板に向かって流す。次いで、ステップ４０３において、該ディフューザプレートと該基板支持体との間にプラズマを生成する。ステップ４０４において、上記プロセスチャンバ内の基板上に薄膜を堆積させる。図４Ｂは、ガラス基板上の窒化シリコン膜の厚さ特性を示す。該基板のサイズは、１５００ｍｍ×１８００ｍｍである。上記ディフューザプレートは、図３に示すデザインを有するディフューザ穴を有する。第１の孔３１０の径は、０．１５６インチである。第１の孔３１０の長さ３３０は、１．０４９インチである。第２の孔３１２の径３３６は、０．２５０インチである。第２の孔３１２のフレア角度３１６は２２°である。第２の孔３１２の長さ３３２は、０．２４３インチである。オリフィス穴３１４の径は０．０１６インチであり、オリフィス穴３１４の長さ３３４は、０．０４６インチである。ＳｉＮ膜は、１．５Ｔｏｒｒ及び１５０００Ｗ電源の下で、２８００ｓｃｃｍのＳｉＨ４、９６００ｓｃｃｍのＮＨ３及び２８０００ｓｃｃｍのＮ２を用いて堆積される。上記ディフューザプレートと上記支持体アセンブリとの間の間隔は、１．０５インチである。プロセス温度は、約３５５℃に維持される。堆積速度は、２４４４Å／分になるように平均化され、厚さ均一性（１５ｍｍの縁部を除く）は、２５．１％であり、これは、製造仕様（＜１５％）よりも高い。上記厚さ特性は、中心厚さ特性、または「ドーム形状」特性を示す。表１は、上記膜のために上記ガラス基板上に配置されたウェーハから測定した膜特性を示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
[0083]縁部I及び縁部IIは、１８００ｍｍの幅を有する基板の２つの端部を示す。屈折率（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ；ＲＩ）、膜歪み、Ｓｉ−Ｈ濃度データ及びウェットエッチレート（ｗｅｔ ｅｔｃｈ ｒａｔｅ；ＷＥＲ）データは、上記縁部領域と比較して、より圧縮性の上記中心領域近傍の膜を示す。該基板縁部におけるＳｉ−Ｈ濃度は、１５％の製造限界に近づいている。ウェットエッチレートは、サンプルをＢＯＥ（ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ ｅｔｃｈ）６：１溶液に浸漬することによって測定される。
【００４７】
[0084]上記中心と縁部の不均一性問題の原因に対する１つのセオリーは、有効に除去することができない、ディフューザプレートと基板との間の、および上記基板の中心領域における過剰な残留ガスであり、これは、高堆積速度や該基板の中心領域におけるより圧縮性の膜を生じる可能性がある。このセオリーが有効であるかを確かめるために、簡単な検査が考えられている。図５に示すように、ＰＥＣＶＤプロセスチャンバ内の基板の左側５０１及び側部５０２において、（図２に示す）ポンピングチャネル２１４を遮断するために、熱抵抗性テープが使用される。他の２辺近傍のポンピングチャネル２１４は、開いたままである。これにより、非対称性のガスポンピング状態が生成された。「ドーム形状」問題の原因が、上記基板の縁部において除去することができない過剰な残留ガスによるものである場合、上記熱抵抗性テープを、該基板の２つの縁部近傍に使用すると、上記均一性問題を悪化させ、該基板全域で均一性を悪くする。しかし、２つのポンピングチャネルを遮断した状態で行った堆積と、全てのポンピングチャネルを開いた状態での堆積の堆積結果を比較すると、わずかな変化が見られる（表２参照）。ここで使用したディフューザプレートは、図４Ｂ及び表１で使用したものと同じデザイン及び寸法を有する。表２におけるＳｉＮ膜は、１．５Ｔｏｒｒおよび１１０００Ｗ電源の下で、３３００ｓｃｃｍのＳｉＨ４、２８００ｓｃｃｍのＮＨ３及び１８０００ｓｃｃｍのＮ２を用いて堆積される。該ディフューザプレートと上記支持体アセンブリとの間の間隔は、０．６インチである。プロセス温度は、約３５５℃に維持される。膜厚及び特性は、（図５に示すように）上記基板上の場所１、２、３、４及び５で測定される。表２に示すＳｉＨ含有量は、原子％で測定される。
【００４８】
【表２】
【００４９】
[0085]表２の結果は、２つのポンピングチャネルを遮断して行った堆積と、全てのポンピングチャネルを開いた状態で行った堆積とのわずかな違いを示している。また、場所１と場所５で集めた測定値の間には、わずかな差があり、これは、残留ガスが上記問題の原因である場合に異なる。したがって、有効に除去されない、ディフューザと基板の間の、および上記基板の中心領域の過剰な残留ガスのセオリーは、除外される。
【００５０】
[0086]上記中心と縁部の不均一性に対する他の考えられる原因は、プラズマの不均一性である。ＰＥＣＶＤによる膜の堆積は、アクティブプラズマのソースに実質的に依存する。高密度の化学反応プラズマは、中空カソード効果によって生成することができる。中空カソード放電の高周波生成における駆動力は、高周波電極における空間荷電シースの両端における周波数変調された直流電圧Ｖｓ（自己バイアス電圧）である。ＲＦ中空カソードと、対向するシースの反発する電界Ｅｓの間の電極の振動とを図６Ａに示す。プロセス容積２１２に近い反応性ガス流路の壁部とすることができる該カソードの壁部から放射された電子は、壁部シース「δ」にわたる電界Ｅｓによって加速される。該電子は、対向する壁部シースの反発する電界により、上記電極の壁部の間の内部空間全域で振動する。該電子は、ガスとの衝突によってエネルギーを失い、イオンを生成する。生成されたイオンは、上記カソード壁に対して加速することができ、それによって追加のイオンを生成することができる二次電子の放射が強まる。全体的にみて、該カソード壁の間のキャビティは、電子の放射及びガスのイオン化を強める。ガスアウトレット径よりも小さなガスインレット径を有するじょうご状に開いた円錐体状のカソード壁は、円筒形の壁部よりも、ガスをイオン化する際により有効である。電位Ｅｚは、該ガスインレットとガスアウトレットのイオン化効率の差により生じる。
【００５１】
[0087]上記基板と対向し、プロセス容積２１２に近い上記ガスディフューザ穴（または流路）の下流端部にある、上記中空カソードキャビティの壁部、および該中空カソードキャビティの配置（または密度）のデザインを変えることにより、ガスのイオン化を変更して膜厚及び特性の均一性を制御することができる。プロセス容積２１２に近い該中空カソードキャビティの壁部の実施例は、図３の第２の孔３１２である。中空カソード効果は、主に、プロセス容積２１２に面するじょうご状に開いた円錐体３１２内で生じる。図３のデザインは、単に実施例として用いられる。本発明は、他のタイプの中空カソードキャビティデザインにも適用することができる。中空カソードキャビティデザインの他の実施例は、限定するものではないが、図６Ｂ〜図６Ｇに示すデザインを含む。上記中空カソードキャビティの容積および／または表面積を変えることにより、プラズマのイオン化速度を変えることができる。
【００５２】
[0088]図３のデザインを実施例として用いると、径「Ｄ」（または図３の径３３６）、深さ「ｄ」（または図３の長さ３３２）及びフレア角度「α」（または図３のフレア角度３１６）を変えることにより、図７Ａに示すように、第２の孔（または中空カソードキャビティ）の容積を変えることができる。上記径、深さおよび／またはフレア角度を変えると、孔３１２の表面積も変わる可能性がある。上記基板の中心は、より高い堆積速度を有し、かつより圧縮性であるため、より高いプラズマ密度がありそうな原因である。上記ディフューザプレートの縁部から中心部まで、該孔の深さ、径、フレア角度またはこれら３つのパラメータの組み合わせを低減することにより、プラズマ密度を、該基板の中心領域において低減して、膜厚及び膜特性の不均一性を改善することができる。また、上記円錐体（または孔）の深さ、円錐体の径、フレア角度を低減しても、孔３１２の表面積が減る。図７Ｂ、図７Ｃ及び図７Ｄは、図７Ｅに示すディフューザプレートに設けられる３つのディフューザ流路（またはディフューザ穴）のデザインを示す。図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄのデザインは、同じ円錐体（または孔）径を有するが、該円錐体（または孔）の深さ及び円錐体（孔）の総表面積は、図７Ｂの場合が最も大きく、図７Ｄの場合が最も小さい。該円錐体のフレア角度は、最終的な円錐体の径に合うように変化している。図７Ｂの場合の円錐体の深さは、０．７インチである。図７Ｃの場合の円錐体の深さは０．５インチであり、図７Ｄの場合の円錐体の深さは０．３２５インチである。図７Ｅの最も小さい長方形７１０は、５００ｍｍ×６００ｍｍであり、上記ディフューザ穴は、０．３２５インチの円錐体深さと、０．３０２インチの円錐体径と、４５°のフレア角度とを有する（図７Ｄ参照）。図７Ｅの中間の長方形は、１０００ｍｍ×１２００ｍｍである。該中間の長方形と上記最も小さい長方形の間の領域７２０内のディフューザ穴は、０．５インチの円錐体深さと、０．３０２インチの円錐体径と、３０°のフレア角度とを有する（図７Ｃ参照）。図における最も大きな長方形は、１５００ｍｍ×１８００ｍｍである。該最も大きな長方形と上記中間の長方形の間の領域７３０内のディフューザ穴は、０．７インチの円錐体深さと、０．３０２インチの円錐体径と、２２°のフレア角度とを有する（図７Ｂ参照）。図７Ｂ、図７Ｃ及び７Ｄの場合、上記オリフィス穴の径は、全て０．０３インチであり、孔の深さは、全て０．２インチである。上記３つのディフューザプレートの厚さは、全て１．４４インチである。図７Ｂ、７Ｃ及び７Ｄ第１の孔３１０の径は、全て０．１５６インチであり、深さは、それぞれ、０．５４インチ（図７Ｂ）、０．７４インチ（図７Ｃ）及び０．９１５インチ（図７Ｃ）である。
【００５３】
[0089]図８は、上記基板全域での堆積速度を示す。領域Ｉは、「深さ０．３２５インチ」未満の円錐体に対応し、領域ＩＩ及びＩＩＩは、それぞれ「深さ０．５インチ」（領域ＩＩ）及び「深さ０．７インチ」（領域ＩＩＩ）に対応する。表３は、上記基板全域の膜厚及び特性の測定値を示す。表３のＳｉＮ膜は、１．３Ｔｏｒｒ及び１１０００Ｗ電源の下で、３３００ｓｃｃｍのＳｉＨ４、２８００ｓｃｃｍのＮＨ３及び１８０００ｓｃｃｍのＮ２を用いて堆積される。上記ディフューザプレートと上記支持体アセンブリとの間の間隔は、０．６インチである。プロセス温度は、約３５５℃に維持される。場所１、２、３、４及び５は、図４に示す場所と同じである。
【００５４】
【表３】
【００５５】
[0090]上記結果は、上記円錐体の深さ及び円錐体の表面積を低減すると、堆積速度が低減されることを示している。また、該結果は、中空カソードキャビティの容積および／または表面積を低減すると、堆積速度が低減されることを示している。プラズマ堆積速度の低減は、プラズマイオン化速度の低減を反映する。領域Ｉから領域ＩＩ、領域ＩＩＩへの円錐体深さ及び円錐体の総表面積の変化は滑らかではないため、上記基板全域での堆積速度は、３つの領域を示す。上記基板上の領域Ｉ、ＩＩ及びＩＩＩは、ディフューザ穴領域７１０、７２０及び７３０に一致する。このことは、中空カソードキャビティのデザインを変えると、プラズマイオン化速度や該変化を滑らかかつ緩やかにするという重要性を変化させることができることを示している。
【００５６】
[0091]上記ディフューザプレートの内側領域から該ディフューザプレートの外側領域へ中空カソードキャビティを緩やかに変えてプラズマ均一性を改善するのには、多くの方法がある。１つの方法は、まず、上記ディフューザプレート全域に同一のガス拡散流路を有する該ディフューザプレートを所定の曲率まで曲げた後、該湾曲を機械加工して該表面を平坦のままにすることである。図９Ａは、この概念のプロセスの流れを示す。該プロセスは、ステップ９０１において、該ディフューザプレートを湾曲させて凸状にすることによってスタートし、続いて、ステップ９０２において、該凸状のディフューザプレートの湾曲を機械加工して該ディフューザプレート表面を平坦にする。図９Ｂは、縁部（及び外側領域）に例示的なディフューザ穴（またはガス流路）９１１を、中心（及び内側領域）に例示的なディフューザ穴９１２をディフューザ穴として有する凸状のディフューザプレートの概略図を示す。ディフューザ穴９１１及び９１２は、上記湾曲プロセスの前には同一であり、図３及び図７Ａに示すようなディフューザ穴の図を単純化している。しかし、本発明は、どのようなディフューザ穴のデザインにも用いることができる。図３のデザインは、単に実施例として用いる。ディフューザプレートの下流面３０４は、プロセス容積２１２に面している。面９１３と（点線で示す）平坦面９１４との間の緩やかに変化する距離は湾曲を示す。縁部のディフューザ円錐体９１５と中心部のディフューザ円錐体９１６は、上記湾曲プロセスの前は、サイズ及び形状が同じである。図９Ｃは、湾曲が機械加工された後のディフューザプレートの概略図を示す。プロセス容積２１２に面する面は、平坦面９１４に機械加工され、中心部の円錐体９１８は、縁部の円錐体９１７よりもかなり短くする。該円錐体のサイズ（容積および／または表面積）の変化は、上記ディフューザプレートを湾曲させた後、該湾曲を機械加工することによって生じるため、該円錐体のサイズ（容積および／または表面積）の中心部から縁部への変化は緩やかである。中心部の円錐体９１８は、縁部の円錐体９１７よりも小さい径「Ｄ」及び深さ「ｄ」を有する。円錐体の径「Ｄ」及び円錐体の深さ「ｄ」の定義は、図７Ａを見れば分かる。
【００５７】
[0092]図９Ｄは、１５００ｍｍ×１８５０ｍｍの基板を処理するのに用いられる例示的なディフューザプレートの下流側まで伸びる孔３１２（または円錐体）の深さ「ｄ」を示す。該ディフューザプレートは、図７Ａに示すデザインを有するディフューザ穴を有する。第１の孔３１０の径は、０．１５６インチである。第１の孔３１０の長さ３３０は、１．０４９インチである。第２の孔３１２の径３３６は、０．２５０インチである。第２の孔３１２のフレア角度は、２２°である。第２の孔（bore）３１２の長さ３３２は、０．２４３インチである。オリフィス穴（hole）３１４の径は０．０１６インチであり、オリフィス穴３１４の長さは０．０４６インチである。図９Ｄにおいて、該第２の孔の深さの測定は、上記ディフューザプレートの中心から該ディフューザプレートの縁部までの孔の深さ３３２（または図７Ａの「ｄ」）の緩やかな増加を示している。上記湾曲及び機械加工プロセスにより、孔３１２の径３３６（または図７Ａの「Ｄ」）も該ディフューザプレートの中心から該ディフューザプレートの縁部まで緩やかに増加する。
【００５８】
[0093]図９Ｅは、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄに記載したデザインを有するディフューザプレートの下で、ＳｉＮ膜によって堆積された基板全域の厚さ分布を示す。該基板のサイズは、１５００ｍｍ×１８５０ｍｍであり、これは、図４Ｂ及び表１における基板のサイズ（１５００ｍｍ×１８００ｍｍ）よりもわずかに大きい。一般的に、該ディフューザプレートのサイズは、該基板のサイズに合わせてデザインされる。１５００ｍｍ×１８５０ｍｍの基板を処理するのに用いられるディフューザプレートは、約１５３０ｍｍ×１８６０ｍｍであり、これは、１５００ｍｍ×１８００ｍｍの基板を処理するのに用いられるディフューザプレート（約１５３０ｍｍ×１８２９ｍｍのディフューザプレート）よりもわずかに大きい。厚さの均一性は、５．０％に改善され、これは、図４Ｂの膜の場合の２５．１％よりもかなり小さい。表４は、上記基板全域の膜特性分布を示す。該ディフューザプレートは、図７Ａに示すデザインを有するディフューザ穴を有する。第１の孔３１０の径は、０．１５６インチである。第１の孔３１０の長さ３３０は、１．０４９インチである。第２の孔３１２の径３３６は、０．２５０インチである。第１の孔３１２のフレア角度は、２２°である。第２の孔３１２の長さ３３２は、０．２４３インチである。オリフィス穴３１４の径は０．０１６インチであり、オリフィス穴３１４の長さ３３４は０．０４６インチである。図９Ｅ及び表４におけるＳｉＮ膜は、１．５Ｔｏｒｒ及び１５０００Ｗ電源の下で、２８００ｓｃｃｍのＳｉＨ４、９６００ｓｃｃｍのＮＨ３及び２８０００ｓｃｃｍのＮ２を用いて堆積される。上記ディフューザプレートと上記支持体アセンブリとの間の間隔は、１．０５インチである。プロセス温度は、約３５５℃に維持される。縁部Ｉ及び縁部ＩＩは、表１の測定値に示すように、上記基板の２つの端部を示す。表４の膜厚及び特性データは、表１のデータと比較して、中心部から縁部へのかなり小さな変化を示している。
【００５９】
【表４】
【００６０】
[0094]表４のデータと、上記ディフューザプレート全域に同じ孔３１２の径及び深さを有するディフューザプレートを用いた堆積から集められた表１のデータとを比較すると、厚さ、歪み、Ｓｉ−Ｈ含有量及びウェットエッチレート（ＷＥＲ）の変化は、上記ディフューザプレートの中心部から縁部へ緩やかに増加する孔３１２の径及び深さを有するディフューザプレートを用いた堆積から集められた表４のデータの場合よりも、全てかなり小さい。この結果は、中心部から縁部へ該ディフューザプレートの下流側へ伸びる該孔の径及び深さを緩やかに増加させることにより、厚さの均一性及び膜特性を大幅に改善することができることを示している。これらの表におけるウェットエッチレートは、サンプルをＢＯＥ６：１溶液に浸漬することによって測定される。
【００６１】
[0095]図９Ｆは、１８７０ｍｍ×２２００ｍｍの基板を処理するのに用いられる例示的なディフューザプレート全域の孔３１２の深さ「ｄ」の測定値を示す。曲線９６０は、該ディフューザプレートの理想の孔の深さの分布の実施例を示す。図９Ｆにおける上記孔の深さの測定値は、該ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部までの孔の深さの緩やかな増加を示している。また、下流の孔の径も、該ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部まで緩やかに増加する。
【００６２】
[0096]図９Ｇは、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｆに記載したものと同様のデザインを有するディフューザプレートの下で、ＳｉＮ膜によって堆積された基板全域の厚さ分布を示す。該基板のサイズは、１８７０ｍｍ×２２００ｍｍである。表５は、該基板全域の膜特性分布を示す。該ディフューザプレートは、図７Ａに示すデザインを有するディフューザ穴を有する。第１の孔３１０の径は、０．１５６インチである。第１の孔３１０の長さ３３０は、０．９１５インチである。第２の孔３１２の径３３６は、０．３０２インチである。第２の孔３１２のフレア角度３１６は２２°である。第２の孔３１２の長さ３３２は、０．３７７インチである。オリフィス穴３１４の径は０．０１８インチであり、オリフィス穴３１４の長さ３３４は、０．０４６インチである。表５におけるＳｉＮ膜は、１．５Ｔｏｒｒ及び１９０００Ｗ電源の下で、５５５０ｓｃｃｍのＳｉＨ４、２４７００ｓｃｃｍのＮＨ３及び６１７００ｓｃｃｍのＮ２を用いて堆積される。上記ディフューザプレートと上記支持体アセンブリとの間の間隔は、１．０インチである。プロセス温度は、約３５０℃に維持される。縁部Ｉ及び縁部ＩＩは、表１の測定値に示すように、上記基板の２つの端部を示す。表５の膜厚及び特性データは、表１のデータと比較して、中心部から縁部へのかなり小さな変化を示している。膜の均一性は９．９％であり、これは、図４Ｂにおける膜の場合の２５．１％よりもかなりよい。図４Ｂ及び表１に示すデータは、図９Ｇ及び表５のデータの場合の基板（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）と比較してより小さい基板（１５００ｍｍ×１８００ｍｍ）に対する膜厚及び特性のデータである。厚さ及び特性の均一性は、より大きな基板の場合、悪くなると予想される。９．９％の均一性及び新たなデザインによる表５における改善された膜特性データは、該ディフューザプレートの下流側まで伸びるディフューザ穴の緩やかに増加する径及び深さを有する該新たなデザインが、プラズマ均一性及びプロセス均一性を大幅に改善することを示している。
【００６３】
【表５】
【００６４】
[0097]ここで説明した例示的なディフューザプレートは長方形であるが、本発明は、他の形状及びサイズのディフューザプレートにも適用できる。注意すべき一つのことは、上記凸状の下流面は、全面にわたって完全に平坦に機械加工する必要はないということである。上記孔の径及び深さが、該ディフューザプレートの中心部から縁部へ緩やかに増加する限り、該ディフューザプレートの縁部は、平坦化しないままとすることができる。
【００６５】
[0098]また、上記ディフューザプレートの湾曲を形成する多くの方法がある。一つの方法は、該ディフューザプレートの縁部のみを支持することにより一定期間、例えば、アルミニウムの場合４００℃以上の、該ディフューザプレートが柔らかくなる温度で、該ディフューザプレートを熱処理することである。該金属性ディフューザプレートが、高温処理下で柔らかくなると、重力が、該ディフューザプレートを下に引っ張り、該ディフューザプレートが湾曲する。図１０Ａは、このような熱処理のプロセスの流れ１０００を示す。まず、ステップ１００１において、すでにディフューザ穴を有するディフューザプレートを、熱制御することができる環境１００５またはチャンバ内に配置し、ディフューザプレート１０１０を、該ディフューザプレートの縁部のみを支持する支持体１０２０上に配置する（図１０Ｂ）。下に向いている該ディフューザプレートは、該ディフューザプレートの下流面３０４である。次に、ステップ１００２において、上記環境の温度を上げ、該ディフューザプレートを、熱条件で、該ディフューザプレートが柔らかくなる温度で処理する。一つの実施形態は、一定の処理温度に達した後、該熱環境を一定の処理温度（等温）に保つことである。該ディフューザプレートの湾曲が所望の湾曲に達した後、ステップ１００３において、該熱処理プロセスを停止する。上記熱環境において、任意のディフューザ支持体１０３０を、ディフューザプレート１０１０の下で、支持体１０２０の支持体高さ１０２５よりも低い支持体高さ１０３５で、かつ支持体１０２０の支持体間隔１０２７よりも短い支持体間隔１０３７で配置することができることに注意する。任意の支持体１０３０は、上記ディフューザ湾曲を決めるのを補助することができ、かつ４００℃以上の温度（熱調整温度と同じ温度）に耐えることができる弾性材料で形成することができ、該ディフューザプレートの表面にダメージを与えない。図１０Ｃは、上記湾曲プロセス後、ディフューザプレート支持体１０２０及び１０３０上に載っている湾曲したディフューザプレート１０１０を示す。
【００６６】
[0099]湾曲を形成する他の方法は、真空を利用して、該ディフューザプレートを凸状形状に滑らかに湾曲させることである。図１１Ａは、真空プロセスによるそのような湾曲のプロセスの流れ１１００を示す。まず、ステップ１１０１において、すでにディフューザ穴及び下に向く下流側３０４を有するディフューザプレートを、真空アセンブリ１１０５上に配置し、カバーを有するディフューザプレートの上流端部３０２をシールする。該ディフューザプレートの上流端部をカバー（またはシール）するのに使用する材料は、真空下で、その完全性を保つのに十分強固でなければならない。上記真空アセンブリは、ディフューザプレートホルダ１１２０によって、該ディフューザプレートをその縁部で支持するのみである（図１１Ｂ参照）。真空アセンブリ１１０５は、該ディフューザプレートの上流端部がカバーされたときに、該ディフューザプレートと真空アセンブリ１１０５との間のボリューム１１１５内で真空を引くポンプチャネル１１５０を有するように構成されている。図１１Ｂ及び図１１Ｃのポンピングチャネル１１５０は、単に該コンセプトを説明するのに用いられる。真空アセンブリ１１０５の異なる場所には、１つ以上のポンピングチャネルを設けることができる。その後、ステップ１１０２において、上記ディフューザプレートとディフューザホルダとの間のボリューム１１１５で真空を引く。該ディフューザプレートの湾曲が所望の湾曲に達したら、ステップ１１０３において、真空プロセスを停止し、周囲環境１１４０に等しい、該ディフューザプレートと真空アセンブリとの間のボリューム１１１５の圧力を元に戻す。上記真空アセンブリにおいて、任意のディフューザ支持体１０３０を、ディフューザプレート１１１０の下で、ディフューザプレート支持体１１２０の支持体高さ１１２５よりも低い支持体高さ１１３５で、かつ支持体１１２０の支持体間隔１１２７よりも短い支持体間隔１１３７で配置することができることに注意する。該任意の支持体は、上記ディフューザ湾曲を決めるのを補助することができ、該ディフューザプレートの表面にダメージを与えない、ゴム等の材料で形成することができる。図１１Ｃは、上記湾曲プロセス後、ディフューザプレート支持体１１２０及び１１３０上に載っている湾曲したディフューザプレート１１１０を示す。
【００６７】
[0100]下流の円錐体（図３の符号３１２）の深さ、円錐体の径、円錐体のフレア角度またはそれら３つのパラメータの組み合わせを変える他の方法は、上記ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部まで、円錐体の深さ、円錐体の径または円錐体のフレア角度を変えて、該ディフューザ穴を穿孔することである。該穿孔は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）マシニングによって実現できる。図１２Ａは、このようなプロセス１２００のプロセスの流れを示す。プロセス１２００は、ステップ１２３０において、該ディフューザプレートの中心部から縁部まで、孔の深さおよび／または孔の径を徐々に増加させながら、ディフューザプレートの下流側まで伸びる孔を形成することによってスタートする。上記フレア角度も、該ディフューザプレートの中心部から縁部に向かって変えることができる。次に、ステップ１２４０において、該プロセスは、該ディフューザプレートのガス流路の残りの部分を形成することによって完了する。上記下流側の円錐体は、ドリル工具を使用して形成することができる。同じフレア角度を有するドリル工具を、該ディフューザプレートの全域で使用する場合、上記円錐体のフレア角度は一定となり、円錐体の深さ及び円錐体の径は変化する。円錐体の径は、該フレア角度及び円錐体の深さによって決まる。重要なことは、該円錐体の深さを滑らかかつ徐々に変えて、上記基板全域で、円滑な堆積厚及び膜特性変化を確実にすることである。図１２Ｂは、種々の円錐体深さ及び円錐体径の実施例を示す。ディフューザ穴１２０１は、上記ディフューザプレートの中心近くにあり、最少の円錐体深さ１２１１及び円錐体径１２２１を有する。ディフューザ穴１２０２は、該ディフューザプレートの中心部と縁部との間にあり、中間の円錐体深さ１２１２及び円錐体径１２２２を有する。ディフューザ穴１２０３は、上記ディフューザプレートの縁部近くにあり、最大の円錐体深さ１２１３及び円錐体径１２２３を有する。全てのディフューザ穴の円錐体のフレア角度は、図１２Ｂのデザインの場合、同じである。しかし、該円錐体の径、円錐体の深さ及びフレア角度を変えることにより、上記ディフューザプレートの全域で該円錐体のデザインを変えることによって、堆積均一性を最適化することが可能である。円錐体の深さ、円錐体の径及び円錐体のフレア角度を変えることは、上記中空カソード効果にも影響を及ぼす該円錐体の総表面積に影響を及ぼす。より小さな円錐体表面積は、プラズマイオン化効率を低くする。
【００６８】
[0101]上記下流の孔（図３の符号３１２）の深さ（「ｄ」）及び孔の径（「Ｄ」）を変えるまた別の方法は、該ディフューザプレートの全域に同一のディフューザ穴を穿孔することである（図１２を参照のこと）。図１２Ｃにおいて、上記ディフューザプレートの縁部（外側領域）のガスディフューザ穴１２５１は、該ディフューザプレートの中心部（内側領域）のガスディフューザ穴１２５２と同一である。また、下流の孔１２５５は、下流の孔１２５６と同一である。ガスディフューザプレートの下流面１２５４は、最初は平坦である。その後、該ディフューザプレートの下流側を機械加工して、縁部より薄い中心部を有する凹状に形成する。該機械加工は、該機械加工プロセスを繰り返し可能にするコンピュータ数値制御機械加工または他の種類の制御機械加工によって実現することができる。下流面１２５４を凹状形状（面１２５９）に機械加工した後、上記ディフューザプレートの中心部（内側領域）の下流孔１２５８は、該ディフューザプレートの縁部（外側領域）の下流孔１２５７よりも小さい径（「Ｄ」）及び小さい長さ（「ｄ」）を有する。該ディフューザプレートは、図１２Ｄのようにそのままにすることができ、あるいは、下流面１２５９は、図１２Ｅに示すように、引っ張って平坦に、または所望の膜を実現するプロセスチャンバに用いられる他の湾曲（図示せず）にすることができる。
【００６９】
[0102]上記下流の孔（図３の符号３１２）の深さ（「ｄ」）及び孔の径（「Ｄ」）を変えるまた他の方法は、どのディフューザ穴も凸状にすることなく、該ディフューザプレートを湾曲させることである（図１２Ｆ参照）。図１２Ｆにおいて、下流面は、面１２６９である。同じ種類のドリルを使用して、仮想平坦面１２６４から同じ深さに下流孔を穿孔する（１２Ｇ参照）。上記ディフューザプレートの中心部の下流孔１２６８は、仮想面１２６４から下流孔１２６７と同じ深さに穿孔されるが、下流孔１２６８の径及び長さは、下流孔１２６７の径及び長さよりも小さい。オリフィス穴１２６５、上流孔１２６３及び接続底部を含む該ディフューザ穴の残りは、該ディフューザ穴を完成させるように機械加工される。全てのオリフィス穴及び上流孔は、必要ではないが、同一の径を有するべきである。該オリフィス穴の径及び長さは、（図１２Ｇに示すように）該ディフューザプレートの全域で同じに保つべきである。該オリフィス穴は、背圧を制御する。該オリフィス穴の径及び長さを、該ディフューザプレートの全域で同じに保つことにより、ガスフローに影響を及ぼす該背圧を、該ディフューザプレートの全域で同じに保つことができる。該ディフューザプレートは、図１２Ｇのようにそのままにすることができ、あるいは、下流面１２６９は、図１２Ｈに示すように、引っ張って平坦に、または所望の膜を実現するプロセスチャンバに用いられる他の湾曲（図示せず）にすることができる。
【００７０】
[0103]上記中空カソードキャビティの径および／または長さの変化が円滑かつ緩やかである限り、該変化は、上記ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部に向かって完全に連続的である必要はない。これは、領域間の該変化が十分小さい限りは、同軸パターンに配置された多数の均一なゾーンによって実現することができる。しかし、該ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部までは、中空カソードキャビティのサイズ（容積および／または表面積）は、全般的に増加する必要がある。図１２Ｉは、該ディフューザプレートの（下流側からみた）底部の概略プロットを示す。該ディフューザプレートは、Ｎ個の同心ゾーンに分割される。同心ゾーンは、内側及び外側の境界の間の領域として定義され、両領域とも、該ディフューザプレートの全体形状として同じ幾何学形状を有する。各ゾーン内において、該ディフューザ穴は同一である。ゾーン１からゾーンＮまで、上記中空カソードキャビティは、サイズ（容積および／または表面積）が徐々に増加する。この増加は、中空カソードキャビティの径、長さ、フレア角度、またはそれらのパラメータの組み合わせの増加によって実現することができる。
【００７１】
[0104]上記ディフューザプレートの中心部から縁部までの中空カソードキャビティの径および／または長さの増加は、該中空カソードキャビティの下流のディフューザプレートの表面積ごとの中空カソードキャビティのサイズ（容積および／または表面積）が全体的に増加する限り、全てのディフューザ穴に適用すべきではない。例えば、いくつかのディフューザ穴は、該ディフューザプレートの全域で同じに保つことができ、残りのディフューザプレートは、徐々に増加するサイズ（容積および／または表面積）の上記中空カソードキャビティを有する。別の実施例においては、該ディフューザ穴は、図１２Ｊに示すように、徐々に増加するサイズ（容積および／または表面積）の中空カソードキャビティを有し、該ディフューザプレートの縁部に、いくつかの小さな中空カソードキャビティがある。また別の実施形態においては、図１２Ｋに示すように、ほとんどの中空カソードキャビティが、該ディフューザプレートの全域で均一であり、該ディフューザプレートの縁部の方に、より大きな中空カソードキャビティが少し存在する。
【００７２】
[0105]上記中空カソードキャビティの容積密度は、該中空カソードキャビティの下流のディフューザプレート表面積毎の該中空カソードキャビティの容積として定義することができる。同様に、該中空カソードキャビティの中空カソードキャビティ表面積密度は、該中空カソードキャビティの下流のディフューザプレート表面積毎の該中空カソードキャビティの全表面積として定義することができる。上記の結果は、プラズマ及びプロセスの均一性を、該ディフューザプレートの内側領域から外側領域への、または該ディフューザプレートの中心部から縁部への、該中空カソードキャビティの容積密度あるいは該中空カソードキャビティの表面積密度のいずれかの緩やかな増加によって改善することができることを示している。
【００７３】
[0106]膜の堆積厚及び特性の均一性を変える他の方法は、上記ディフューザプレートの全域のディフューザ穴密度を変えると共に、該ディフューザ穴を同一に保つことである。該ディフューザ穴の密度は、下流側３０４と交わる孔３１２の孔の総面積を、測定領域における該ディフューザプレートの下流側３０４の総面積で割ることによって算出される。ディフューザ穴の密度は、約１０％〜約１００％まで、好ましくは、３０％〜約１００％まで変化させることができる。「ドーム形状」問題を低減するため、該ディフューザ穴密度は、上記内側領域におけるプラズマ密度を低減するために、上記外側領域と比べて、該内側領域において低くするべきである。該内側領域から外側領域への密度の変化は、均一かつ円滑な堆積及び膜特性プロファイルを確実にするために、緩やかかつ滑らかにすべきである。図１３は、上記中心部（領域Ａ）における低いディフューザ穴密度から上記縁部（領域Ｂ）における高いディフューザ穴密度への緩やかな変化を示す。該中心領域におけるディフューザ穴の低い密度は、該中心領域におけるプラズマ密度を低減し、かつ「ドーム形状」問題を低減する。図１３における該ディフューザ穴の配置は、単に、中心部から縁部に向かってディフューザ穴の密度が増加することを説明するために用いられる。本発明は、どのようなディフューザ穴の配置及びパターンにも適用できる。該密度の変化というコンセプトは、該ディフューザ穴のデザインの変形とも組み合わせて、中心部から縁部への均一性を改善することができる。プラズマの均一性を実現するために、上記ガス流路の密度を変える場合、上記下流端部における上記中空カソードキャビティの間隔は、０．６インチを超えることが可能である。
【００７４】
[0107]上記ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部への中空カソードキャビティのサイズ（容積および／または表面積）の緩やかな増加という本発明のコンセプトは、該ディフューザ穴の密度変化を伴うまたは伴わない、該中空カソードキャビティのサイズ（容積および／または表面積）と形状の変化のうちの一方と、一つのディフューザプレートの湾曲方法と、適用可能な一つの中空カソードキャビティの機械加工方法との組み合わせによって実現することができる。例えば、該ディフューザプレートの中心部から縁部へのディフューザ穴の増加する密度というコンセプトは、該ディフューザプレートの中心部から縁部への該中空カソードキャビティ（または下流の孔）の径を増加させることを利用することができる。該ディフューザプレートは、平坦に保つことができ、また該ディフューザ穴は、ＣＮＣ方法で穿孔される。上記組み合わせは多数ある。そのため、上記コンセプトは、膜厚及び特性の均一性の要求を満たすことが可能である。
【００７５】
[0108]ここまで、ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部へ向かって、中空カソードキャビティの径及び長さを増加させて、基板全域でのプラズマの均一性を改善する本発明の様々な実施形態を主に説明した。該ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部へ向かって、中空カソードキャビティの径及び長さを減らすことを要求する状況がある。例えば、上記電源は、上記基板の中心部近傍でより低くする可能性があり、上記中空カソードキャビティは、該低い電源を補正するために、より大きくする必要がある。したがって、本発明のコンセプトは、ディフューザプレートの中心部から該ディフューザプレートの縁部へ向かって、中空カソードキャビティのサイズ（容積および／または表面積）を減らすことに適用できる。
【００７６】
[0109]本発明のコンセプトは、任意の中空カソードキャビティデザインを含むどのようなデザインのガスディフューザ穴、およびどのような形状／サイズのガスディフューザプレートにも適用できる。本発明のコンセプトは、中空カソードキャビティの多数のデザインを含む、ガスディフューザ穴の多数のデザインを利用するディフューザプレートに適用できる。本発明のコンセプトは、例えば、鋳造、ろう付け、鍛造、熱平衡圧着または焼結等のどのような方法によっても、任意の湾曲からなるディフューザプレート、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）またはそれらを組み合わせたあらゆる物質からなるディフューザプレートにも適用できる。また、本発明のコンセプトは、一緒に圧着または付着される材料からなる多数の層で形成されたディフューザプレートにも適用できる。また、本発明のコンセプトは、クラスタシステム、独立型システム、インラインシステムあるいは適用可能などのようなシステムにも設けることができるチャンバに用いることができる。
【００７７】
[0110]本発明の教示を含むいくつかの好適な実施形態を詳細に示しかつ説明してきたが、当業者は、該教示を含む他の多くの変形実施例を容易に案出することができる。
【符号の説明】
【００７８】
２００…プラズマＣＶＤ装置、２０２…処理チャンバ、２１０…蓋アセンブリ、２１６…穿孔領域、２１８…ガス分散プレートアセンブリ、２３８…支持体アセンブリ、２４０…ガラス基板、２５８…ディフューザプレート、２６２…ガス流路、３１０…第１の孔、３１２…第２の孔。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ本体と、
前記チャンバ本体内に配置された基板支持体と、
前記チャンバ本体内に配置され、前記基板支持体に対向するガス分散プレートと、
を備え、
前記ガス分散プレートが、前記基板支持体に面した凹状の下流面と、前記下流面に対向する上流面とを有し、前記ガス分散プレートが、前記上流面と前記下流面との間に延びる複数のガス流路を有し、各ガス流路が、前記上流面に第１の径を有し、前記第１の径よりも大きい第２の径を前記下流面に有し、前記第１の径が全ガス流路について実質的に同一であり、前記ガス流路の前記第２の径が、前記ガス分散プレートの中心部から前記ガス分散プレートの縁部に向かって徐々に増加している、装置。
【請求項２】
各ガス流路が、
オリフィス穴と、
前記上流面から前記オリフィス穴に延びる第１の孔であって、前記オリフィス穴との界面に、先細り、傾斜、面取り、または丸みをつけられた底部を有する、前記第１の孔と、
前記オリフィス穴から前記下流面に延びると共に、先細り、傾斜、面取り、または丸みをつけられ、前記オリフィス穴に結合された面を有する、中空カソードキャビティと、
を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記オリフィス穴が、前記ガス分散プレートにわたって一様に形成されている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
各ガス流路が、実質的に同一のフレア角度を有する円錐体形状の部分を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記フレア角度が、１０°〜５０°である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ガス流路が、複数の同心ゾーン状に配置され、個々のゾーン内の前記ガス流路が、実質的に同一である、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
チャンバ本体と、
前記チャンバ本体内に配置された基板支持体と、
前記チャンバ本体内に配置され、前記基板支持体に対向するガス分散プレートと、
を備え、
前記ガス分散プレートが、前記基板支持体に面した凹状の下流面と、前記下流面に対向する上流面とを有し、前記ガス分散プレートが、前記上流面と前記下流面との間に延びる複数のガス流路を有し、各ガス流路が、表面積を有する円錐体形状の部分を有し、前記ガス流路の前記円錐体形状の部分の前記表面積が、前記ガス分散プレートの中心部から前記ガス分散プレートの縁部に向かって増加している、装置。
【請求項８】
各ガス流路が、前記上流面に第１の径を有し、前記第１の径が全ガス流路について実質的に同一である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記ガス流路が、複数の同心ゾーン状に配置され、個々のゾーン内の前記ガス流路が、実質的に同一である、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
チャンバ本体と、
前記チャンバ本体内に配置された基板支持体と、
前記チャンバ本体内に配置され、前記基板支持体に対向するガス分散プレートと、
を備え、
前記ガス分散プレートが、前記基板支持体に面した凹状の下流面と、前記下流面に対向する上流面とを有し、前記ガス分散プレートが、前記上流面と前記下流面との間に延びる複数のガス流路を有し、各ガス流路が、前記上流面に第１の径を有し、前記下流面と交わる中空カソードキャビティ部分を有し、前記中空カソードキャビティ部分が、前記ガス分散プレートの中心部から前記ガス分散プレートの縁部に向かって徐々に増加する表面積を有する、装置。
【請求項１１】
前記第１の径が全ガス流路について実質的に同一である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
各ガス流路が、
前記中空カソードキャビティ部分に結合されたオリフィス穴と、
前記上流面から前記オリフィス穴に延びる第１の孔であって、前記オリフィス穴との界面に、先細り、傾斜、面取り、または丸みをつけられた底部を有する、前記第１の孔と、
を有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記オリフィス穴が、前記ガス分散プレートにわたって一様に形成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
各中空カソードキャビティ部分が、実質的に同一のフレア角度を有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記フレア角度が、１０°〜５０°である、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記ガス流路が、複数の同心ゾーン状に配置され、個々のゾーン内の前記ガス流路が、実質的に同一である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１】
チャンバ本体と、
前記チャンバ本体内に配置された基板支持体と、
前記チャンバ本体内に配置され、前記基板支持体に対向するガス分散プレートと、
を備え、
前記ガス分散プレートが、前記基板支持体に面した凹状の下流面と、前記下流面に対向する上流面とを有し、前記ガス分散プレートが、前記上流面と前記下流面との間に延びる複数のガス流路を有し、各ガス流路が、前記上流面に第１の径を有し、前記第１の径よりも大きい第２の径を前記下流面に有し、前記第１の径が全ガス流路について実質的に同一であり、前記ガス流路の前記第２の径が、前記ガス分散プレートの中心部から前記ガス分散プレートの縁部に向かって徐々に増加している、装置。
【請求項２】
各ガス流路が、
オリフィス穴と、
前記上流面から前記オリフィス穴に延びる第１の孔であって、前記オリフィス穴との界面に、先細り、傾斜、面取り、または丸みをつけられた底部を有する、前記第１の孔と、
前記オリフィス穴から前記下流面に延びると共に、先細り、傾斜、面取り、または丸みをつけられ、前記オリフィス穴に結合された面を有する、中空カソードキャビティと、
を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記オリフィス穴が、前記ガス分散プレートにわたって一様に形成されている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
各ガス流路が、実質的に同一のフレア角度を有する円錐体形状の部分を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記フレア角度が、１０°〜５０°である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ガス流路が、複数の同心ゾーン状に配置され、個々のゾーン内の前記ガス流路が、実質的に同一である、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
チャンバ本体と、
前記チャンバ本体内に配置された基板支持体と、
前記チャンバ本体内に配置され、前記基板支持体に対向するガス分散プレートと、
を備え、
前記ガス分散プレートが、前記基板支持体に面した凹状の下流面と、前記下流面に対向する上流面とを有し、前記ガス分散プレートが、前記上流面と前記下流面との間に延びる複数のガス流路を有し、各ガス流路が、表面積を有する円錐体形状の部分を有し、前記ガス流路の前記円錐体形状の部分の前記表面積が、前記ガス分散プレートの中心部から前記ガス分散プレートの縁部に向かって増加している、装置。
【請求項８】
各ガス流路が、前記上流面に第１の径を有し、前記第１の径が全ガス流路について実質的に同一である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記ガス流路が、複数の同心ゾーン状に配置され、個々のゾーン内の前記ガス流路が、実質的に同一である、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
チャンバ本体と、
前記チャンバ本体内に配置された基板支持体と、
前記チャンバ本体内に配置され、前記基板支持体に対向するガス分散プレートと、
を備え、
前記ガス分散プレートが、前記基板支持体に面した凹状の下流面と、前記下流面に対向する上流面とを有し、前記ガス分散プレートが、前記上流面と前記下流面との間に延びる複数のガス流路を有し、各ガス流路が、前記上流面に第１の径を有し、前記下流面と交わる中空カソードキャビティ部分を有し、前記中空カソードキャビティ部分が、前記ガス分散プレートの中心部から前記ガス分散プレートの縁部に向かって徐々に増加する表面積を有する、装置。
【請求項１１】
前記第１の径が全ガス流路について実質的に同一である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
各ガス流路が、
前記中空カソードキャビティ部分に結合されたオリフィス穴と、
前記上流面から前記オリフィス穴に延びる第１の孔であって、前記オリフィス穴との界面に、先細り、傾斜、面取り、または丸みをつけられた底部を有する、前記第１の孔と、
を有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記オリフィス穴が、前記ガス分散プレートにわたって一様に形成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
各中空カソードキャビティ部分が、実質的に同一のフレア角度を有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記フレア角度が、１０°〜５０°である、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記ガス流路が、複数の同心ゾーン状に配置され、個々のゾーン内の前記ガス流路が、実質的に同一である、請求項１０に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図９Ｆ】
【図９Ｇ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１２Ｆ】
【図１２Ｇ】
【図１２Ｈ】
【図１２Ｉ】
【図１２Ｊ】
【図１２Ｋ】
【図１３】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図９Ｆ】
【図９Ｇ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１２Ｆ】
【図１２Ｇ】
【図１２Ｈ】
【図１２Ｉ】
【図１２Ｊ】
【図１２Ｋ】
【図１３】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【公開番号】特開２０１０−５０４６６（Ｐ２０１０−５０４６６Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００９−２１２１２３（Ｐ２００９−２１２１２３）
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【分割の表示】特願２００４−３５３１７５（Ｐ２００４−３５３１７５）の分割
【原出願日】平成１６年１２月６日（２００４．１２．６）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１２１２３（Ｐ２００９−２１２１２３）
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【分割の表示】特願２００４−３５３１７５（Ｐ２００４−３５３１７５）の分割
【原出願日】平成１６年１２月６日（２００４．１２．６）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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