CN102222598A - 衬底处理装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种衬底处理装置，尤其公开了一种能够对衬底实施诸如退火、沉积和刻蚀等预定工序的衬底处理装置。该衬底处理装置包括：腔室，用于形成密封处理空间，覆盖元件，用于覆盖所述腔室的内表面的至少一部分，以及温度控制元件，安装于所述覆盖元件和所述腔室之间，以便于控制所述处理空间的温度。

Description

衬底处理装置

技术领域

本发明涉及一种衬底处理装置，尤其涉及一种能够对衬底实施诸如退火、沉积和刻蚀等预定工序的衬底处理装置。

背景技术

衬底处理装置是一种能够在处理空间-腔室的内空间处于大气压力或真空压力的状态下对衬底实施诸如预热、退火、沉积和刻蚀等预定工序的装置。

这种衬底处理装置随诸如用于液晶显示器(LCD)面板的玻璃衬底变大而变大。

对于衬底处理装置来说，维持有适宜温度的处理环境很重要，这使得衬底能够被有效处理。为了控制腔室内处理空间的温度，该腔室的壁体形成有流动路径，传热介质沿其流动。或者，该衬底处理装置在腔室的外壁上设置有诸如加热器的温度控制元件，该温度控制元件被配置为通过沿该腔室的壁体的热传导来对处理空间实施温度控制。

尽管如此，当流动路径经受腔室的壁体上的特别加工或腔室的外壁上安装有加热器时，将存在以下问题。

首先，由于处理空间的温度是通过控制该腔室的控制温度来控制的，该处理空间的温度可能受到腔室材料、腔室外部环境等因素的影响。这可能导致难以控制处理空间的温度。

特别地，当通过传统的衬底处理装置来控制腔室的温度时，腔室可能出现热变形。由于较大的腔室热变形严重，可能严重影响处理环境或缩短装置的使用寿命。

其次，当衬底处理装置较大时，将显著增加用于温度控制的整体温度控制体积。这可能增加使处理空间的温度控制稳定进行所需花费的时间。这还可能需要较高性能的温度控制元件。由此可能会增加整体的制造成本、维护成本和维修成本，并且可能会限制温度控制方法的实施。

第三，在腔室的壁体内特别加工流动路径的情况下，可能不易在腔室的壁体内形成流动路径。并且这可能会增加腔室的整体制造成本。

第四，在腔室的外壁表面上安装用于控制处理空间的温度的加热器的情况下，该处理空间的温度控制可能受到腔室材料、腔室外部环境等因素的影响。这可能增加整体的温度控制体积。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供一种能够通过在腔室的内表面上安装温度控制元件而直接对腔室内的处理空间实施温度控制的衬底处理装置。

为了实现这些以及其他优势并且根据本发明的目的，如在此具体并广泛描述地，提供一种衬底处理装置，包括：腔室，用于形成密封的处理空间；覆盖元件，用于覆盖该腔室的内表面的至少一部分；以及温度控制元件，安装于该覆盖元件和该腔室之间，以便于控制该处理空间的温度。

该温度控制元件可以通过间隔元件安装为与该腔室的内表面具有间隙。

该温度控制元件和该腔室的内表面之间的间隙可以为空的间隙，或可以由间隔元件填充。

该温度控制元件可以包括温度控制板，该温度控制板具有可供用于温度控制的传热介质沿其流动的流动路径，或可以包括平面薄膜加热器。

该温度控制元件可以包括多个温度控制组件，并且这些温度控制组件所生成的热量可以被整体控制或单独控制。

可以在该温度控制元件和腔室的内表面之间安装绝缘元件。

该衬底处理装置可以为用于在真空状态下对衬底实施真空处理的真空处理装置，或可以为传送模块，或可以为真空进样装置。

根据本发明的衬底处理装置可以具有以下优势：

首先，由于温度控制元件安装在腔室的内表面上以直接控制处理空间的温度，可以使得处理空间的温度控制变得容易。

其次，由于没有采用使用腔室热传导的传统方法，而是通过在腔室的内表面上安装温度控制元件来控制处理空间的温度，可以使腔室的热变形最小化。

第三，由于用于控制处理空间内温度的温度控制元件安装在腔室的内表面上，可以便于制造并且可以降低整体的温度控制体积，以显著节省制造成本。

第四，由于温度控制元件安装在腔室的内表面上以便直接控制处理空间内的温度，可以显著减少整体的温度控制量。这可以节省制造成本和维护/维修成本。

第五，由于显著减少了整体的温度控制量，使得处理空间内的温度环境可以快速稳定化，以提高产量。

第六，由于温度控制元件安装在腔室的内表面上，可以采用使用传热介质、薄膜加热器等的多种温度控制方法。可以减少衬底处理装置的整体尺寸和重量。可以使腔室的热变形最小化。并且，由于不需要在腔室内特别加工流动路径，可以很容易地制造腔室。

第七，由于温度控制元件和腔室之间形成有空的间隙，可以使传导至腔室外部的热量最小化。这可以防止热量损失，由此进一步减少温度控制量。此外，由于通过空的间隙使传导至腔室的热量最小化，可以防止腔室的热变形。

第八，由于温度控制元件包括多个温度控制组件，可以容易地控制处理空间的温度，并且可以显著缩短使温度环境稳定化所需花费的时间。

第十，由于减少了温度控制量，可以很容易地使用平面薄膜加热器作为温度控制元件。由于平面薄膜加热器具有较轻的重量和较薄的厚度，这可以减少衬底处理装置的整体尺寸和重量。此外，可以以较低的成本制造和维护/维修该平面薄膜加热器。

下面将结合附图进行详细说明，以使得本发明的前述和其他目的、特征以及优势更加明显。

附图说明

包含的附图被并入且构成说明书的一部分，用于进一步理解本发明，说明本发明示的实施例，并与该说明书一起用于解释本发明的原理。

附图中：

图1为根据本发明的第一实施例的衬底处理装置的剖视图；

图2为图1中‘A’部分的放大图；以及

图3与图2相对应，示出了根据本发明的第二实施例的衬底处理装置。

具体实施方式

参考附图对本发明进行详细说明。

接下来，将参考附图对根据本发明的衬底处理装置进行进一步详细说明。

根据本发明的衬底处理装置用于对衬底实施预定工序。该衬底处理装置可以包括真空进样(load lock)装置、真空处理装置、传送模块等中的所有，或可以包括其中的至少一个。

图1是根据本发明的第一实施例的衬底处理装置的剖视图，图2是图1中‘A’部分的放大图，并且图3与图2相对应，示出了根据本发明的第二实施例的衬底处理装置。

如所示出的，根据本发明的第一实施例的衬底处理装置是一种用于在诸如用于LCD面板的玻璃衬底、用于太阳能电池的基片等的衬底2上实施诸如沉积的预定工序的真空处理装置。该衬底处理装置可以被配置为通过在真空状态下形成等离子来执行真空处理。

在此，该衬底处理装置可以对诸如用于太阳能电池的基片的一个或多个衬底2实施真空处理。在同时对多个衬底2进行真空处理的情况下，可以将多个衬底2以装载在托盘上的方式进行传送。如果待处理的衬底2是用于LCD面板的玻璃衬底，其可以为矩形。

该衬底处理装置可以包括腔室10，其形成用于对衬底2进行真空处理的密封处理空间12，衬底支撑单元20，用于在其上安装衬底2，喷头30，用于向处理空间12内注入至少一种用于形成等离子体的工艺气体，等等。

该腔室10可以具有多种配置。例如，该腔室10可以包括腔体16和与该腔体16可拆卸地耦合的顶盖14。

该腔体16可以通过与设置于其上方的顶盖14相耦合的方式形成处理空间12。该腔体16的侧壁可以形成有一个或多个门18，用于将衬底2引入处理空间12内或从其内移出。该门18可以通过门阀(未示出)打开或关闭。根据将衬底2引入腔体16内的方式，该门18可以仅形成于该腔体16的一侧处，或两个彼此面对的位置处。

该顶盖14可以具有多种配置。例如，该顶盖14可以被配置为通过与设置于其下方的腔体16耦合的方式形成处理空间12。该喷头30可以耦合至该顶盖14的下侧，用于传热和导电。

该腔室10可以连接有供气管路32和排气管(未示出)，该供气管路32与一供气设备相连以便于向该处理空间12内提供工艺气体，并且该排气管与一真空泵相连以便于排除在该处理空间12内生成的气体以及便于实施压力控制。

该腔室10的内表面可以覆盖有覆盖元件50(例如，衬垫)，以便在真空处理过程中不与等离子体直接接触。

该覆盖元件50可以覆盖腔室10的内表面，由此避免该腔室10的内表面与等离子体接触。真空处理过程中可以使用任何可以防止腔室10的内表面与等离子体相接触的材料作为覆盖元件50。如果腔室10接地，可以形成覆盖元件50以满足真空处理装置的电气特性。

该覆盖元件50可以由热传导材料制成，以便通过温度控制元件60(稍后解释)传热。即，该覆盖元件50可以由诸如铝或铝合金或不锈钢(SUS)的材料制成。还可以对该覆盖元件50的暴露于处理空间12的表面做阳极氧化处理。

该覆盖元件50可以覆盖腔室10的整个内表面。尽管如此，在腔室10的内表面和衬底支撑单元20的侧表面之间安装有挡板34的情况下，该处理空间的挡板34的下部可以与等离子体隔离。相应地，可以仅将该覆盖元件50安装于挡板34的上方。该挡板34可以包括多个用于控制排气和排气量的排气孔34B。

该覆盖元件50可以整体形成为与腔室10的内表面相对应的形状。可替换地，该覆盖元件50可以包括多个用于使制造和安装便利化的元件。

该覆盖元件50可以安装为使得处理空间12内的气体无法进入覆盖元件50和腔室10的内表面之间。

用于支撑待真空处理的衬底2的衬底支撑单元20可以安装于腔体16处。可以在该衬底支撑单元20处安装诸如用于加电的电极元件的多种部件。

喷头30可以用于向处理空间12内喷洒由供气管路32提供的气体。并且，喷头30可以根据气体的种类、气体的数量和注入方法而具有不同的配置。

在该衬底处理装置中，可以对处理空间12加电以便形成等离子体。该衬底处理装置可以根据加电方式而具有不同的配置。

例如，可以对顶盖14和喷头30施加射频(RF)功率并且将安装于衬底支撑单元20内的电极元件(未示出)接地。可替换地，可以将顶盖14和喷头30接地并且对电极元件施加射频功率。仍可替换地，可以对顶盖14、喷头30和电极元件中的每一个分别施加不同频率的射频功率。

如图2和3中所示，该衬底处理装置还可以包括温度控制元件60，其被配置为控制处理空间12内的温度。该温度控制元件60可以被安装于腔室10和覆盖元件50之间。

更具体地，该温度控制元件60可以由覆盖元件50覆盖。相应地，该温度控制元件60可以在不受等离子体或真空压力影响的情况下对该处理空间12简单实施诸如直接加热或冷却的温度控制。

该温度控制元件60可以一体形成。该温度控制元件60还可以包括平面切割形式的多个组件，以便于制造和运输。

为了容易安装于腔室10内，该温度控制元件60可以依照该腔室10的内表面结构等实施为多个温度控制组件。

该多个温度控制组件可以具有相同的形状和结构。可替换地，考虑到腔室10的内部结构，为了使该腔室10的处理空间12内的温度分布一致，该温度控制组件可以具有适宜的形状和结构。

该多个温度控制组件可以安装为便于与相邻的温度控制组件相接触或分离。

该多个温度控制组件所生成的热量可以被整体控制或至少部分单独控制。

温度控制元件60可以根据温度控制方法而具有不同的配置。

如图2中所示，温度控制元件60可以通过使用诸如冷却传热介质或加热传热介质的用于温度控制的传热介质来控制生成的热量。该温度控制元件60可以包括温度控制板62，其具有供传热介质沿其流动的流动路径64。

可选择地，根据温度控制板62的材料等，该温度控制板62和覆盖元件50之间可以安装绝缘元件。该覆盖元件50可以构成该温度控制板62的至少一部分。还可以额外安装一个覆盖元件50，使得在维护和维修时可以使用新的覆盖元件替换该覆盖元件50。

可以通过腔室10的一个或多个连接孔10A将流动路径64与安装于腔室10外侧的传热介质供应单元相连接。

如果难于直接将该流动路径64与腔室10的连接孔10A相连接，可以通过连接管路72等将该流动路径64与该传热介质供应单元连接。该流动路径64可以具有多种配置。腔室10的连接孔10A可以以穿透方式形成于腔室10处。在此，该连接孔10A可以通过焊接、密封元件、螺钉等密封，以避免处理空间12的真空压力泄露。

可以通过螺钉、联结元件等将该温度控制元件60固定于腔室10的内表面上，然后将覆盖元件50安装于该温度控制元件60上方。可替换地，可以将该温度控制元件60耦合至该覆盖元件50处，然后再安装于腔室10上。可以使用多种方法将温度控制元件60安装至腔室10上。例如，如图2和3中所示，可以通过多个螺钉74将温度控制元件60与覆盖元件50一起固定安装在腔室10的内表面上。

螺钉74可以安装在温度控制元件60和覆盖元件50的孔75，76处，并且可以耦合至腔室10的内表面处。

如图2和3所示，在不需要将腔室10与覆盖元件50电连接的情况下，螺钉74可以由电导材料制成，并且腔室10和覆盖元件50可以安装为便于相互电连接。如图2和3中所示，在腔室10和覆盖元件50之间需要绝缘的情况下，可以在温度控制元件60的孔75处安装绝缘元件77。

当螺钉74由导电材料制成时，处理空间12内的等离子体可能受到影响。为避免这一问题，螺钉74暴露于处理空间12的部分可以覆有抗等离子体材料，或可以由抗等离子材料的帽元件78覆盖。

温度控制元件60可以安装为与腔室10的内表面具有间隙12A。

当温度控制元件60安装为与腔室10的内表面具有间隙12A时，可以避免该温度控制元件60和腔室10之间的直接接触。相应地，可以避免该温度控制元件60产生的热量被热传导至腔室10。这可以使由于温度控制元件60和腔室10之间的接触所产生的至腔室10的热传递所导致的热量损失最小化。由此，可以使对处理空间12进行温度控制所需的能量最小化。

可以使用多种方法使温度控制元件60安装为与腔室10的内表面具有间隙12A。

例如，可以通过在温度控制元件60和腔室10的内表面之间安装一个或多个间隔元件61的方式使温度控制元件60安装为与腔室10的内表面具有间隙12A。

该间隔元件61可以用于避免温度控制元件60和腔室10之间的热传递。相应地，该间隔元件61可以由具有低热导率的材料制成，或由具有低热导率及低电导率的材料制成。

在腔室10接地的情况下，优选地，可以对覆盖元件50施加与腔室10相同的电能。相应地，腔室10和覆盖元件50可以通过螺钉74或额外的传导工具等彼此电连接。

该间隔元件61可以被配置为完全填充温度控制元件60和腔室10内表面之间的间隙12A，或可以被配置为使其间可以形成空隙或空的间隙。

还可以在温度控制元件60和腔室10内表面之间安装绝缘元件70。该绝缘元件70可以用于实现电绝缘，或最小化传递至腔室10的热量，或用于实现电绝缘且最小化传递的热量。更具体地，由于使用绝缘元件70使得传递至腔室10外部的热量最小化，可以显著降低热量损失。

该绝缘元件70可以耦合至温度控制元件60，并且可以与腔室10的内表面以间隙12A相间隔。可替换地，该绝缘元件70可以耦合至腔室10的内表面，并且可以与该温度控制元件60以间隙12A相间隔。仍可替换地，该绝缘元件71可以安装于腔室10的内表面和温度控制元件60之间而不留间隙12A。仅通过绝缘元件70避免热量损失。

温度控制元件60可以全部安装于腔室10的内表面上。由于该温度控制元件60用于控制处理空间12内的温度，其可以仅安装于该处理空间12内的挡板34的上方。可替换地，该温度控制元件60可以安装于处理空间12内挡板34的上方，且可以部分延伸至处理空间12内挡板34下方的一小部分。

温度控制元件60可以具有多种配置。如图3中所示，该温度控制元件60可以由耦合至覆盖元件50的平面薄膜加热器65实现。

该平面薄膜加热器65可以通过生热材料，沉积在薄的薄膜上的诸如碳的高阻材料的电阻产生热量。根据其类型，该平面薄膜加热器65包括PET薄膜、聚酰亚胺(PI)薄膜、XiCA薄膜等。

平面薄膜加热器65可以为由精确印制技术制成的厚度小于1μm的薄膜。相应地，当在腔室10内安装这类薄膜状的平面薄膜加热器65时，因为其厚度很小，可能不需要较大的处理空间12。由于该平面薄膜加热器65对衬底处理装置的重量几乎没有影响，将不会增加衬底处理装置的整体重量。由于平面薄膜加热器65轻且薄，其可以使安装过程变得容易。

除非遭遇诸如切割等的物理损伤，这种平面薄膜加热器65可以半永久使用。此外，由于平面薄膜加热器65的表面温度没有超出特定温度，将不会发生过热现象，且维护和维修成本低。

可以通过插入腔室10的导线孔11A内的电线66由安装于腔室10之外的电源单元对该平面薄膜加热器65供电。腔室10的导线孔11A可以被密封。

还可以在平面薄膜加热器65和覆盖单元50之间以及平面薄膜加热器65和腔室10之间安装用于电绝缘的电绝缘元件79。如所示出的，该电绝缘元件79可以由一个能够同时实现热绝缘和电绝缘的元件实现。可替换地，该电绝缘元件79可以由多种元件组成。

仍可替换地，尽管未示出，该温度控制元件60可以由封装加热器(sheath heater)或灯式加热器(lamp heater)实现。还可以将两种或多种温度控制方式结合使用。

为了更有效地控制处理空间12的温度，可以在喷头30处或喷头30和腔室10之间安装额外的部件。还可以在衬底支撑单元20处安装用于控制处理空间12内的温度的额外的部件。

在上述优选实施例中，温度控制单元60安装于真空处理装置中。尽管如此，还可以将用于预热的温度控制元件60安装于用于装载和卸载衬底2的真空进样装置内。可替换地，当需要其他温度控制时，该温度控制元件60可以应用于所有的衬底处理装置，包括衬底传送器。

由于可以在不脱离其特征的情况下以多种方式实现这些特征，应该能理解到，除非特别说明，上面所描述的实施例不受前述说明书中任何细节的限制，而应该在所附权利要求书所限定的范围内得到广泛解释，并且因此，落入该权利要求书的边界和范围以及这些边界和范围的等同物内的所有变化和变形都因此包含于所附权利要求书内。

Claims (9)

1.一种衬底处理装置，包括：

腔室，用于形成密封处理空间；

覆盖元件，用于覆盖所述腔室的内表面的至少一部分；以及

温度控制元件，安装于所述覆盖元件和所述腔室之间，以便于控制所述处理空间的温度。

2.如权利要求1所述的衬底处理装置，其中，所述温度控制元件通过间隔元件安装为与所述腔室的所述内表面具有间隙。

3.如权利要求2所述的衬底处理装置，其中，所述温度控制元件和所述腔室的所述内表面之间的所述间隙为空的间隙，或由所述间隔元件填充。

4.如权利要求1所述的衬底处理装置，其中，所述温度控制元件包括温度控制板，所述温度控制板具有供用于温度控制的传热介质沿其流动的流动路径。

5.如权利要求1所述的衬底处理装置，其中，所述温度控制元件包括平面薄膜加热器。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的衬底处理装置，其中，所述温度控制元件包括多个温度控制组件。

7.如权利要求6所述的衬底处理装置，其中，整体控制或单独控制所述温度控制组件生成的热量。

8.如权利要求1-5中任意一项所述的衬底处理装置，其中，所述温度控制元件和所述腔室的所述内表面之间安装有绝缘元件。

9.如权利要求1-5中任意一项所述的衬底处理装置，其中，所述衬底处理装置是用于在真空状态下对衬底实施真空处理的真空处理装置，或传送单元，或真空进样装置。

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