CN101191203A - 等离子体反应器基板安装表面毛化 - Google Patents

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Abstract

本发明一般提供用于在等离子体反应器中为大面积基板提供必要电容去耦的装置和方法。本发明的一个实施例提供用于在等离子体反应器中使用的基板支架，该基板支架包括电导体，该电导体包括具有用于接触大面积基板的背面的多个突起区域的顶面，该多个突起区域占据小于大约50％的顶面表面积。

Description

等离子体反应器基板安装表面毛化
技术领域
本发明的实施例一般涉及一种用于加工大面积基板的装置和方法。更特别地，本发明的实施例涉及一种用于在半导体加工中支撑大面积基板的基板支架和一种制备这种支架的方法。
背景技术
用于加工大面积基板的设备已经成为包括液晶显示器(LCD)和等离子体显示面板(PDP)、有机发光显示器(OLED)和太阳能电池板的平板显示器的制备中的重要投资。用于制造LCD、PDP、OLED或太阳能电池板的大面积基板可以是玻璃或聚合物工件。
大面积基板通常经历多个顺序工艺以在其上产生器件、导体和绝缘体。一般在配置为执行生产工艺的单一步骤的工艺室内执行这些工艺中的每一个。为了有效完成整个顺序工艺，通常使用多个工艺室。常用于加工大面积基板的一个制造工艺是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。
PECVD一般用于在诸如平板基板或半导体基板上沉积薄膜。通常在以几英寸的距离分开放置的平行电极之间的真空室中执行PECVD，平行电极之间通常具有用于过程优化的可变间隙。在放置于真空室中的温度受控基板支架上放置将要进行处理的基板。在某些情况中，基板支架可以是其中一个电极。将前体气体引入到真空室中，通常通过位于真空室顶部的分配盘引导。然后通过施加耦合到电极的RF功率将真空室中的前体气体激励或激发成等离子体。受激气体反应以在放置于基板支架上的基板表面上形成材料层。通常，PECVD室中的基板支架或基板支架组件配置为用于支撑并加热基板及作为激发前体气体的电极。
一般地，大面积基板，例如用于平板制备的那些基板，经常超过550mm×650mm，表面积预想达到并超过4平方米。相应地，用于处理大面积基板的基板支架成比例地扩大以容纳基板的大表面积。通常通过铸造制备用于高温使用的基板支架，并在铝体中封装一个或多个加热元件和热电偶。由于基板支架的尺寸，通常在基板支架中设置一个或多个加固件以增强高运行温度(即超过350摄氏度并接近500摄氏度以使某些薄膜中的氢含量最小化)下的基板支架硬度和性能。然后使铝基板支架阳极化以提供保护涂层。
虽然以这种方式配置的基板支架已经显示出良好的处理性能，但已经观察到两个问题。第一个问题是非均匀沉积。已经观察到薄膜厚度中小的局部变化，经常以具有较薄薄膜厚度的点的形式出现，其可能危害在大面积基板上形成的器件的后续产生。可以认为，基板的厚度和平坦度以及光滑平板支架表面的变化，通常大约50微英寸，在整个玻璃基板表面的某些位置产生局部电容变化，由此产生局部等离子体非均匀性，其导致沉积变化，例如薄沉积薄膜厚度的点。
第二个问题是由摩擦起电过程或将两种材料彼此接触然后再彼此分开的过程而产生的静电荷所引发。其结果是，静电可能在基板和基板支架之间积累，使得在过程完成时难以将基板从基板支架分开。
工业已知的额外问题是静电放电(ESD)金属线引弧问题。当基板尺寸增加时，ESD金属线变得更长且更大。可以认为，在等离子体沉积期间ESD金属线中的感应电流变得大到足以损害基板。该ESD金属线引弧问题已经成为主要复发问题。
因此，需要一种可以提供将要处理的基板从基板支架的必要电容去耦和为提供良好薄膜沉积性能的充分耦合的基板支架。
发明内容
本发明一般涉及用于为等离子体反应器中的大面积基板提供必要电容去耦的装置和方法。
本发明的一个实施例提供用于在等离子体反应器中使用的基板支架，其包括用于作为等离子体反应器的电极的电导体，其中电导体具有用于支撑大面积基板并为大面积基板提供热能的顶面，顶面具有用于接触大面积基板的背面的多个突起区域，多个突起区域占据小于大约50％的顶面表面积。
本发明的另一实施例提供用于处理大面积基板的基板支架，其包括用于支撑大面积基板并为大面积基板提供电容去耦的电导体，其中电导体具有均匀分布在顶面上并与顶面上的多个降低区域连续连接的多个突起区域，多个突起区域用于充分接触大面积基板的背面，且多个突起区域占据小于大约50％的顶面表面积，以及在电导体中封装的加热元件。
本发明的另一实施例提供用于在等离子体室中处理大面积基板的方法，其包括提供具有电导体的基板支架，其中电导体具有用于支撑大面积基板并为大面积基板提供热能的顶面，顶面具有用于接触大面积基板的背面的多个突起区域且多个突起区域占据小于大约50％的顶面表面积，将大面积基板放置在基板支架的顶面上，将前体气体引入到等离子体室，通过在电导体和平行电导体的电极之间施加RF功率产生前体气体的等离子体。
附图说明
为了可以详细理解本发明上述特征的方式，参考实施例，给出了上述概述的本发明的更加明确的描述，在附图中描述了某些实施例。然而，需要指出的是，附图仅描述了本发明的典型实施例，由于本发明允许其它等效实施例，不能认为附图限制了本发明的范围。
图1示意性描述根据本发明一个实施例的等离子体增强化学气相沉积室的横截面视图；
图2示意性描述等离子体增强化学气相沉积室中的基板支架的部分透视图；
图3是根据本发明一个实施例的基板和基板支架顶面之间的界面的示意放大视图；
图4示意性描述根据本发明一个实施例的基板支架顶面的一个实施例；
图5A-D示意性描述制备本发明的基板支架顶面的顺序过程；
图6A-B示意性描述制备本发明的基板支架顶面的另一过程。
为了便于理解，已经尽可能地使用相同附图标记以表示附图中共有的相同元件。然而，需要指出的是，附图仅描述了本发明的典型实施例，由于本发明允许其它等效实施例，因此不能认为附图限制了本发明范围。
具体实施方式
本发明涉及为将要处理的基板提供必要电容去耦的基板支架和制备该基板支架的方法。特别地，本发明的基板支架减少基板和基板支架之间的静电并使通常与受损基板一起出现的等离子体团最小化。虽然不希望受理论限制，可以认为，在大面积基板上的金属线之上的强等离子体加热大面积基板，在大面积基板中引起不均匀热应力。大面积基板中的热应力可能积累到足够大以致使大面积基板破裂。一旦不导电大面积基板破裂，将使导电基板支架暴露于等离子体，发生电弧或等离子体团。本发明的基板支架减少静电，最小化等离子体团，并提供良好薄膜沉积性能。
图1示意性描述根据本发明一个实施例的等离子体增强化学气相沉积系统100的横截面视图。等离子体增强化学气相沉积系统100用于在大面积基板上形成结构和器件，例如，用于在液晶显示器(LCD)和等离子体显示器面板(PDP)、有机发光显示器(OLED)和太阳能电池板的制备中使用的大面积基板。将要处理的大面积基板可以是玻璃基板或聚合物基板。
系统100一般包括与气体源104连接的室102。室102包括限定处理空间112的室壁106、室底部108和罩组件110。通常通过在室壁106中形成的舱门(未示出)进入处理空间112，舱门便于大面积基板140(此后称为基板140)进出室102的通过。基板140可以是玻璃或聚合物工件。在一个实施例中，基板140具有大于大约0.25平方米的设计表面积。通常室壁106和室底部108由整块铝或其它兼容的可用于等离子体处理的材料制成。室壁106和室底部108通常是电接地的。室底部108具有连接到不同泵部件(未示出)的排气口114，以便于控制处理空间112内的压力并在处理期间排出气体和副产品。
在图1示出的实施例中，室体102具有连接到其上的气体源104和功率源122。将功率源122连接到气体分配盘118以提供激励工艺气体并在处理期间维持从在气体分配盘118下面的处理空间112中的工艺气体形成的等离子体的电偏压。
罩组件110由室壁106支撑并可以被移除以维护室102。罩组件110一般由铝组成。将气体分配盘118连接到罩组件110的内侧120。气体分配盘118通常由铝制成。气体分配盘118的中心部分包括穿孔区域，通过该区域将从气体源104提供的工艺气体和其它气体输送到处理空间112。气体分配盘118的穿孔区域构造为提供通过气体分配盘118流入到室102的气体的均匀分布。可以从在这里作为参考文献的于2005年7月1日提交的名为“Plasma UniformityControl by Gas Diffuser Curvature(通过气体扩散器曲率实现的等离子体均匀性控制)”的美国专利申请序号No.11/173,210(代理人案号No.9230 P2)和于2005年7月25日提交的名为“Diffuser Gravity Support(扩散器重力支架)”的美国专利申请序号No.11/188,822(代理人案号No.9338)中查到气体分配盘118的详细描述。
将基板支架组件138设置在室102内的中心位置。基板支架组件138用于在处理期间支撑基板140。基板支架组件138一般包括由通过室底部108延伸的轴142支撑的电导体124。
一般将基板支架组件138接地，以便由功率源122提供给气体分配盘118(或放置在室的罩组件内或附近其的其它电极)的RF功率可以激发设置在支架组件138和气体分配盘118之间的处理空间112中的气体。一般选择来自功率源122的RF功率与基板的尺寸相称，以驱动化学气相沉积工艺。在一个实施例中，通过连接在导体124周界和接地室底部108之间的一个或多个RF接地回路构件184将导体124接地。可以从在这里作为参考文献的于2004年8月16日提交的名为“Method and Apparatus for Dechucking a Substrate(用于移出基板的方法和装置)”的美国专利申请序号No.10/919,457(代理人案号No.9181)中查到RF接地回路构件184的详细描述。
在一个实施例中，可以用电绝缘涂层覆盖导体124的至少一部分，以改进沉积均匀性而不需要支架组件138的昂贵时效或等离子体处理。导体124可以由金属或其它类似导电材料制成。涂层可以是诸如氧化物、氮化硅、二氧化硅、氧化铝、五氧化二钽、碳化硅、聚酰亚胺、等等的绝缘材料，可以通过不同沉积或涂覆工艺施加涂层，所述工艺包括，但不限制在，火焰喷涂、等离子体喷涂、高能涂覆、化学气相沉积、喷涂、粘性膜、喷溅涂覆和封装。可以从在这里作为参考文献的于2003年5月9日提交的名为“Anodized Substrate Support(阳极化基板支架)”的美国专利申请序号No.10/435,182(代理人案号No.8178)和于2005年7月15日提交的名为“Reduced Electrostatic Charge byRoughening the Susceptor(通过粗化底座降低静电荷)”的美国专利申请序号No.11/182,168(代理人案号No.8178 P1)中查到涂层的详细描述。
在一个实施例中，导体124封装至少一个嵌入加热元件132。一般在导体124中临近加热元件132至少嵌入第一加固件116。可以在导体124中加热元件132相对第一加固件116的一侧设置第二加固件166。加固件116和166可以由金属、陶瓷或其它加固材料构成。在一个实施例中，加固件116和166由氧化铝纤维构成。可选地，加固件116和166可以由氧化铝纤维结合氧化铝颗粒、碳化硅纤维、氧化硅纤维或相似材料构成。加固件116和166可以包括松散材料或可以具有诸如平板的预制形状。可选地，加固件116和166可以包括其它形状和几何结构。一般地，加固件116和166具有使得铝在下面描述的铸造工艺期间注入构件116、166的少许孔隙。
将设置在支架组件138中的诸如电极的加热元件132连接到功率源130，加热元件132可以将支架组件138和放置在其上的基板140可控加热到预期温度。典型地，加热元件132将基板140保持在大约150摄氏度到至少大约460摄氏度之间的均匀温度。加热元件132一般与导体124电绝缘。
导体124具有下侧面126和用于支撑基板140并为基板140提供热能的顶面134。可以粗化顶面134，以便可以在顶面134和基板140之间形成空隙凹坑205(如图3所示)。空隙凹坑205减少导体124和基板140之间的电容耦合。在一个实施例中，顶面134可以是用于在处理期间与基板140部分接触的非平坦表面。
下侧面126具有连接到其上的杆端盖144。杆端盖144一般是耦接到支架组件138的提供用于将轴142连接到其上的安装表面的铝环。
轴142从杆端盖144延伸并将支架组件138连接到在高位置(如图所示)和低位置之间移动支架组件138的提升系统(未示出)。波纹管146在处理空间112和室102外部的大气之间提供真空密封，同时便于支架组件138的移动。
支架组件138额外支撑外接阴影框架148。一般地，阴影框架148防止在基板140和支架组件138的边缘处沉积，以便基板不与支架组件138粘结。
支架组件138具有穿过其形成的接收多个升降杆(1ift pin)150的多个孔128。升降杆150通常由陶瓷或阳极化铝构成。一般地，升降杆150具有当升降杆150在正常位置(即相对支架组件138缩回)时与支架组件138的顶面134基本齐平的或从顶面134略微凹进的第一末端160。一般将第一末端160展开或者扩大，以防止升降杆150通过孔128下降。另外，升降杆150具有延伸到支架组件138的下侧面126之外的第二末端164。升降杆150与室底部108接触并从支架组件138的顶面134移开，由此将基板140放置在与支架组件138空间分离的位置。
在一个实施例中，使用不同长度的升降杆150，以便它们与室底部108接触并在不同时间开动。例如，沿基板140的外边缘隔开的升降杆150，连同从基板140的外边缘向基板140的中心向内排列的相对较短的升降杆150，使基板140能够相对其中心首先被从其外边缘提升。在另一实施例中，可以协同放置在外部升降杆150之下的突起或高台182使用均匀长度的升降杆150，以便与内部升降杆150相比先开动外部升降杆150并将基板140从顶面134移开更大距离。可选地，室底部108可以包括放置在内部升降杆150之下的槽或沟，以便与外部升降杆150相比后开动内部升降杆150并移开较短距离。在这里作为参考文献的美国专利No.6,676,761中描述了可以适于从本发明受益的具有配置为从边缘到中心方式将基板从基板支架提升的升降杆的系统的实施例。
图2示意性描述等离子体增强化学气相沉积系统100中的基板支架组件138的部分透视图。基板支架组件138的导体124具有毛化顶面134。在一个实施例中，顶面134包括用于接触在其上支撑的基板140的多个突起区域201和多个降低区域202。在一个实施例中，突起区域201和相邻降低区域202以基本连续方式(进一步结合图3描述)连接，以防止毛化顶面134刮擦基板140。通过突起区域201将放置在导体124上的基板140从降低区域202分开。突起区域201仅占据整个顶面134的有限百分数，以便为基板140提供从导体124的足够电容去耦，由此避免金属线电弧和非预期静电。在一个实施例中，突起区域201占据小于大约50％的整个顶面134的表面积。
图3是基板140和导体124的顶面134之间的界面的示意放大视图。接近突起区域201的区域相对光滑，以便顶面134不刮擦基板140。在一个实施例中，顶面134是基本连续的，其中降低区域202光滑连接到相邻突起区域201。在一个实施例中，降低区域202的最低点和突起区域201的最高点之间的距离D1在大约0.001英寸到大约0.002英寸之间。相邻突起区域201之间的距离在大约0.5mm到大约3mm之间。优选地，相邻突起区域201之间的距离在大约1mm到大约2mm之间。
突起区域201可以在整个顶面134均匀分布。在一个实施例中，突起区域201可以是在顶面134上形成的岛状物阵列。在一个实施例中，突起区域201可以是密堆六角排列的多个岛状物，如图4所示。参考图4，导体124的顶面134的一个实施例可以具有在其上形成的圆形岛状物203阵列。每个岛状物203可以具有用于作为基板接触区域的平坦区域204。在一个实施例中，平坦区域204可以具有小于0.5mm的直径。每个岛状物203可以具有用于避免刮擦基板的光滑表面。
需要指出的是，可以将能够提供光滑接触表面和足够电容去耦的其它合适图案应用到顶面134。
导体124的顶面134可以由不同方式制备，诸如例如，化学蚀刻、电解抛光、毛化、研磨、喷磨及滚花。
图5A-D示意性描述用于通过化学蚀刻制备基板支架组件138中的导体124的顶面134的顺序过程。
图5A描述将一层光刻胶210涂覆到导体124上。然后由通过掩模将光刻胶210曝露于UV光在光刻胶210中形成图案211。
图5B描述在已经显影光刻胶210之后的具有光刻胶210的导体124。
然后将具有构图的光刻胶210的导体124浸入到化学蚀刻溶液中，以在导体124的曝光部分上形成多个降低区域212，如图5C所示。
图5D描述在已经去除光刻胶210之后的导体124。多个岛状物213保持从多个降低区域212突起的状态。在一个实施例中，每个岛状物213可以具有接触区域214，其是导体124的蚀刻溶液没有接触的原始顶面的一部分。接触区域214构造为在处理期间接触基板。由于每个岛状物213上的接触区域214可以保存导体124的原始顶面的特征，诸如平坦度和粗糙度，基板可以由每个接触区域214以与由导体124的非蚀刻顶面提供的相同方式均匀支撑。
图6A-B示意性描述用于通过电解抛光制备基板支架组件138中的导体124的顶面134的电解抛光方法。在电解抛光槽222内以平行方式临近导体124放置阴极220。阴极220具有在压花表面221上形成的阴极图案。在导体124和阴极220之间施加功率源224，以便为电解抛光反应提供电能。图6B描述了由于电化学反应中电场在突出表面处具有比凹入表面处更高的强度已经在导体124上形成了阴极图案221的互补图案223。
在一个实施例中，在形成非平坦表面之后可以将诸如阳极化层的绝缘涂层施加到顶面134，以改进发射率。在一个实施例中，绝缘涂层的表面光洁度在大约80到200微英寸之间。
虽然在水平定向基板的等离子体反应器中描述了本发明，其也可以应用到具有垂直或倾斜基板取向的反应器。
虽然前面描述针对本发明的实施例，可以不偏离本发明基本范围设计本发明的其它和额外实施例，因此本发明的范围由附属权利要求确定。

Claims (20)

1.一种用于在等离子体反应器中使用的基板支架，包括：
构造作为等离子体反应器的电极的电导体，其中所述电导体具有构造为用于支撑大面积基板并为该大面积基板提供热能的顶面，所述顶面具有用于接触该大面积基板的背面的多个突起区域，并且所述多个突起区域占据小于大约50％的顶面表面积。
2.根据权利要求1所述的基板支架，其特征在于，多个突起区域足够光滑以便大面积基板的背面不遭受来自刮擦的损伤。
3.根据权利要求1所述的基板支架，其特征在于，多个突起区域的高度在大约0.001英寸到大约0.002英寸之间。
4.根据权利要求1所述的基板支架，其特征在于，多个突起区域是在整个顶面均匀分布的突起岛状物阵列。
5.根据权利要求4所述的基板支架，其特征在于，相邻突起岛状物之间的距离在大约0.5mm到大约3mm之间。
6.根据权利要求4所述的基板支架，其特征在于，相邻突起岛状物之间的距离在大约1mm到大约2mm之间。
7.根据权利要求4所述的基板支架，其特征在于，多个突起岛状物的每一个具有直径小于0.5mm的圆形接触区域。
8.根据权利要求1所述的基板支架，其特征在于，多个突起区域由化学蚀刻形成。
9.根据权利要求1所述的基板支架，其特征在于，还包括封装在电导体中的加热元件。
10.根据权利要求1所述的基板支架，其特征在于，还包括覆盖电导体的顶面的绝缘涂层。
11.根据权利要求1所述的基板支架，其特征在于，电导体由铝制成。
12.一种用于处理大面积基板的基板支架，包括：
构造为用于支撑大面积基板并为大面积基板提供电容去耦的电导体，其中该电导体具有在顶面上均匀分布并与顶面上的多个降低区域连续连接的多个突起区域，该多个突起区域构造为充分接触大面积基板的背面，且该多个突起区域占据顶面的小于大约50％的全部表面积。
13.根据权利要求12所述的基板支架，其特征在于，还包括一个或多个加固件。
14.根据权利要求12所述的基板支架，其特征在于，还包括覆盖顶面的绝缘涂层。
15.根据权利要求12所述的基板支架，其特征在于，所述多个突起区域和多个降低区域由化学蚀刻、电解抛光、研磨、毛化和滚花中的一种形成。
16.根据权利要求12所述的基板支架，其特征在于，所述多个突起区域相对所述多个降低区域的高度在大约0.001英寸到大约0.002英寸之间。
17.根据权利要求12所述的基板支架，其特征在于，所述多个突起区域的每一个具有直径小于0.5mm的圆形形状。
18.一种用于在等离子体室中处理大面积基板的方法，包括：
提供具有电导体的基板支架，其中该电导体具有用于支撑大面积基板并为大面积基板提供热能的顶面，该顶面具有用于接触大面积基板的背面的多个突起区域，该多个突起区域占据小于大约50％的顶面表面积；
将大面积基板放置在该基板支架的顶面；
将前体气体引入到等离子体室中；
通过在该电导体和平行该电导体的电极之间施加RF功率而产生该前体气体的等离子体。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括使用嵌入到所述电导体中的加热元件加热大面积基板。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，提供基板支架包括蚀刻所述电导体的顶面以产生多个突起区域。
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