CN104080947A - 分段式天线组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于等离子体增强式化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)装置的分段式天线组件。于一实施例中，所述装置包括具有上表面及下表面的处理室体、天线以及电介质层。天线包括第一段、第二段以及第三段。第二段电耦接于第一段，并延伸通过处理室体的内部空间。第三段电耦接于第二段。电介质层设置于所述第二段的外径的周围。

Description

分段式天线组件
技术领域
本发明的实施例一般地关于一种用于等离子体增强式化学气相沉积(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)装置的天线。
背景技术
化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)是一工艺，通过这个工艺，化学前驱物(precursors)被引入处理室中，进行化学反应以形成预定的化合物或材料，并将化合物或材料沉积于处理室中的基板上。等离子体增强式化学气相沉积(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition,PECVD)是一种通过激发处理室中的等离子体以增强前驱物间的反应的工艺。
PECVD工艺可用于处理大面积基板，例如，平板显示器或太阳能面板。PECVD也工艺也可用于沉积层，例如用于晶体管的硅基薄膜。一般来说，当基板尺寸增大，则处理室中的部件尺寸也必须增大。然而就大面积基板来说，维护及保养处理室中用以激发等离子体的射频(radio frequency,RF)硬件是相当麻烦的。举例来说，在传统的系统中，等离子体源通常包括跨越处理室高度的微波天线。此外，这种天线会和多个内部及外部处理室部件形成连接。由于取出并替换例如是天线的RF硬件部件时可能需要拆解多个处理室部件，如此将延长停工期并降低产量。例如，在传统系统中，移除并替换天线需将所述天线从微波发射组件中拆下，这是一个必需拆解多个RF部件的过程。因此，存在有以简单又有效率的方式来拆下及维护RF硬件部件的需求。
发明内容
本发明一般地关于一种用于等离子体增强式化学气相沉积(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition,PECVD)装置的分段式天线。在一方面，装置包括具有上表面及下表面的处理室体、天线以及电介质层。天线包括第一段、第二段以及第三段。第二段电耦接于第一段，并延伸通过处理室体的内部空间。第三段电耦接于第二段。电介质层设置于所述第二段的外径的周围。
在另一方面，装置包括具有上表面及下表面的处理室体、天线、电介质层、第一微波发射组件以及第二微波发射组件。天线包括第一段、第二段以及第三段。第二段电耦接于第一段，并延伸通过处理室体的内部空间。第三段电耦接于第二段。电介质层设置于所述第二段的外径的周围。第一微波发射组件设置于处理室体的上表面上，并电耦接于天线的所述第一段。第二微波发射组件设置于所述处理室体的下表面，并电耦接于天线的第三段。
在另一方面，装置包括具有上表面及下表面的处理室体、天线以及电介质层。天线包括第一段、第二段以及第三段。第二段电耦接于第一段，并延伸通过处理室体的内部空间。第三段电耦接于第二段。电介质层设置于所述第二段的外径的周围。其中天线包括适用于传输冷却流体的中空导电管，这个中空导电管的外径约0.3英寸至0.5英寸，且电介质层包括氧化铝。
在另一方面，装置包括具有上表面及下表面的处理室体、天线、电介质层、第一耦接体以及第二耦接体。天线包括第一段、第二段以及第三段。第二段电耦接于第一段，并延伸通过处理室体的内部空间。第三段电耦接于第二段。电介质层设置于第二段的外径的周围。第一耦接体将第二段连接至第一段。第二耦接体将第二段连接至第三段，其中第一及第二耦接体包括螺纹及垫圈连接。
在另一方面，天线组件包括第一中空管、电介质层、第一耦接体以及第二耦接体。第一中空管为导电的。电介质层设置于第一中空管的周围。第一耦接体位于第一中空管的第一端上，用以形成与第二中空管的电连接及流体连接。第二耦接体位于第一中空管的第二端，用以形成与第三中空管的电连接及流体连接。
在另一方面，天线组件包括第一中空管、电介质层、第一耦接体以及第二耦接体。第一中空管为导电的。电介质层设置于第一中空管的周围。第一耦接体位于第一中空管的第一端，用以形成与第二中空管的电连接及流体连接。第二耦接体位于第一中空管的第二端，用以形成与第三中空管的电连接及流体连接。其中第一耦接体包括第一螺纹面，第一螺纹面用以将第一耦接体耦接至第二中空管，而第二耦接体包括第二螺纹面，第二螺纹面用以将第二耦接体耦接至第三中空管。
在又一方面，天线组件包括第一中空管、电介质层、第一耦接体以及第二耦接体。第一中空管为导电的。电介质层设置于第一中空管的周围。第一耦接体位于第一中空管的第一端，用以形成与第二中空管的电连接及流体连接。第二耦接体位于第一中空管的第二端，用以形成与第三中空管的电连接及流体连接。其中第一中空管以及电介质层用以在处理室中产生等离子体。
附图说明
为了能具体理解本发明的上述特征，通过参考实施例可对以上简述的发明有更具体的描述，其中有一些在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出本发明的典型实施例，并由此不能理解为本发明范围的限制，因为本发明可接纳其他等效实施例。
图1图示依照一实施例的垂直线性CVD系统100的示意图。
图2A图示依照一实施例的双处理室110A,110B的正视图。
图2B图示依照一实施例的双处理室110A,110B的透视图。
图2C图示依照一实施例的双处理室110A,110B的正视图。
图2D图示依照一实施例的双处理室110A,110B的俯视图。
图3A和图3B图示依照一实施例的双处理室300的剖面图。
图4A图示依照一实施例的天线310的部分剖面图。
图4B图示依照一实施例的天线310的部分剖面图。
图4C图示依照本一实施例的天线310的部分剖面图。
具体实施方式
本发明大致提供一种用于等离子体增强式化学气相沉积(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition,PECVD)装置的分段式天线组件。天线分段化容许在不需移除整座天线的情况下，对天线的多个部分进行维护或替换。若环绕于天线的电介质层发生破损，则相关的天线段可从处理室中移除，而不需完整拆解微波发射组件或其它处理室部件。分段化天线的其它优点包括降低处理室在其中操作的设备的净高(ceilingheight)需求，以及具有在不需打开处理室以移除整座天线的情况下，将天线中多个需要被维护或更替的部分独自地从微波发射组件中移除的能力。通过使天线段可独自地被移除，与维护天线相关联的劳动力及材料成本可大幅降低，且可缩短维护天线的时间，降低处理室的停工期并增加产量。
虽然没有限制所述的实施例可被实施于其中的特定装置，然而将实施例实施于垂直CVD处理室中特别有利，这种垂直CVD处理室例如可由位于加州圣塔克拉拉的应用材料公司(Applied Materials,Inc.)取得。可以了解的是，实施例也可实施于其他系统，包括其他制造商所出售的其他系统。
图1图示根据一实施例的垂直线性CVD系统100。此系统100较佳地包括两个独立的处理线114A及处理线114B，这些处理线114A,114B通过共同系统控制平台112耦接在一起，以形成双处理线配置/布局。共同电源(例如是交流电源)、共同及/或共用的泵抽及排气部件(pumping and exhaust components)、以及共同气体面板可用于双处理线114A,114B。也可想到的是，系统也可配置成采用单处理线或大于两条处理线。
每一条处理线114A,114B各包括一基板堆迭模块102A,102B。多个新基板(即尚未经系统100处理的基板)取自这些基板堆迭模块102A,102B，而处理后的基板存放于基板堆迭模块102A,102B当中。大气机械手臂104A,104B自基板堆迭模块102A,102B中获取基板，并将基板放置入双基板装载站106A,106B当中。接着，新基板被移至双基板装料锁定室108A,108B，并进一步送入双基板处理室110A,110B。每一块经处理的基板经由基板装料锁定室108A,108B其中的一者送返至双基板装载站106A,106B其中的一者，而大气机械手臂104A,104B其中的一者再从双基板装载站106A,106B中获取经处理的基板，并将其送返至基板堆迭模块102A,102B其中之一。
图2A图示根据一实施例的双处理室110A,110B的正视图。双处理室110A,110B包括多个天线210，这些天线210在每一处理室110A,110B的中间以线性排列的方式设置。这些天线210从处理室的顶部垂直地延伸至处理室的底部。每一天线210具有对应的微波功率头(microwave power head)212，微波功率头212位于与天线210耦接的处理室的顶部及底部两者。
图2B图示根据一实施例的双处理室110A,110B的透视图。每一双处理室110A,110B包括遮蔽框204、多个天线210以及多个微波功率头212。如图2B所示，这些微波功率头212交错排列。这种交错排列是因为空间限制的关系。通过每一功率头212，功率可分别地被施加至每一天线210的端点。另外，这些天线210可操作于介于300MHz至300GHz的范围的频率。
图2C图示根据一实施例的双处理室110A,110B的正视图。每一双处理室110A,110B包括遮蔽框204、多个天线210、多个微波功率头212以及多个气体导入管214。这些气体导入管214配置于相邻的天线210之间，并使处理气体得以被导入。处理气体例如为硅前驱物或氮前驱物。气体导入管214从处理室的底部垂直地延伸至处理室的顶部，并与天线210平行。
图2D图示根据一实施例的双处理室110A,110B的俯视图。图2D呈现了天线210、气体导入管214、遮蔽框204以及压板(platens)208于处理室110A,110B中的布局。天线210位于处理室110A,110B的中央，压板208及遮蔽框204则配置于天线210的相对侧上，而气体导入管214配置于天线210与遮蔽框204之间。位于置于中央的天线210的每一侧的气体导入管214的数量相等。每一气体导入管214的直径介于约0.25英寸与约0.625英寸之间。每一处理室110A,110B可处理两块基板，这两块基板分别位于天线210的两侧。通过压板208以及遮蔽框204，基板被维系在处理室110A,110B中。虽然未图示于第2A至2D图，处理室110A,110B可通过位于基板载体后方的抽气口而被排空。
第3A及3B图为根据实施例的双处理室300的剖面图。双处理室300包括多个遮蔽框304、多个压板308、多个天线310、多个气体导入管314以及多个微波发射组件330。每一天线310包括第一段311、第二段312、第三段313以及电介质层322。每一第一段311、第二段312及第三段313各包括一中空圆柱形电性导电体，冷却流体可流经此导电体。天线310的第一及第三段311,313电耦接及流体(fluidly)耦接至第二段312的端点。电介质层322置于第二段312的周围，并通过多个间隔物420耦接至第二段312。这些间隔物420被设置成使流体可流过形成于第二段312的外径与电介质层322的内径之间的通道。每一微波发射组件330包括微波功率头332、馈通口326以及端盖320。
这些天线310的每一天线从处理室的顶部342垂直地延伸至处理室的底部344。每一天线310的第一段311延伸穿过耦接于处理室的顶部342的微波发射组件330。每一天线310的第三段313则延伸穿过耦接于处理室的底部344的微波发射组件330。天线310的第二段312垂直地延伸于每一微波发射组件330的每一馈通口326之间。微波发射组件330的端盖320可于馈通口326和围绕于天线310的第二段312配置的电介质层322之间形成一真空密封(vacuum seal)。微波发射组件330可包括一同轴波导，同轴波导耦合并传送微波发射组件330所产生的微波能量至天线310。
第一段311可在处理室300内部的一位置连接至第二段312，以使第一及第二段311,312可在不需移除对应的微波发射组件330的情况下彼此分离。此外，第二段312可在处理室内部的一位置连接至第三段313，以使第二和第三段312,313可在不需移除对应的微波发射组件330的情况下彼此分离。在一实施例中，第一及第二段311,312间的耦接处，与第二及第三段312,313间的耦接处，系处于等离子体未产生的位置。通过在等离子体产生区的外部形成天线段311,312,313间的连接，可避免像是电弧(arcing)以及等离子体的不均匀性(poor plasma uniformity)等不良效应。
分段式天线310允许天线的多个部分可在不需移除整座天线310的情况下被维护或替换。通过将天线310分段化，可增加天线的可制造性(manufacturability)，并降低与天线制造相关的成本。万一电介质层322发生破损，第二段312可自处理室中移除，而不需将第一及第三段311,313与微波发射组件330分离。
在产生等离子体期间，天线310将产生热。若未将热从系统中去除，则可能造成双处理室300中部件的损害。为了冷却天线310，天线310可包括一中空导电管，冷却流体可流过中空导管。举例来说，天线310可包括一硬抽屉(hard drawn)式中空铜管，其具有约为0.25英寸至1英寸的外径，例如外径可约为0.3英寸至0.5英寸。接头(fitting)316与第一及第三段311,313每一者的一端流体连接。操作中，液体储备池可被放置成流体连接至一或多个接头316，进而使一流体，例如是水，可流经并冷却天线310。为帮助冷却流体流经天线310，一流体密封件(fluid tight seal)可形成于每个天线段311,312,313之间。上述的密封件可由一形成于两天线段之间的螺纹及垫圈密封件(threading and gasket seal)所实现。而本领域具有通常知识者所知的其它用以形成天线段311,312,313之间的流体密封件也在本发明的范畴之内。
此外，流体可流经于电介质层322及天线310的外径之间，以冷却天线310的第一、第二、及/或第三段311,312,313。冷却流体可为惰性气体，例如为氮气。而介于微波发射组件330的每一端盖320与电介质层322之间的真空密封件的形成允许冷却流体流经电介质层322及天线310之间，而不影响处理室300的真空条件。
第二段312的替换可通过将冷却流体自天线310排除来实现。每一端盖320可包括弹性垫圈，这个弹性垫圈可使真空密封件形成于端盖320及电介质层322之间，而不会对电介质层322造成损坏或裂缝。因此，双处理室300的侧边可能被打开，而介于端盖320及电介质层322间的密封件可能断裂。端盖320可从馈通口326移除，例如，通过拧开端盖320以将其自馈通口326移除。接着，第二段312的端部可与第一段311及第三段313分离。将第一段311及第三段313与第二段312的端部分离的操作可包括旋开耦接体412(显示于图4A)，耦接体412在第一段311及第二段312之间，以及第三段313及第二段312之间，形成电连接及/或流体连接。于是，第二段312可在不需移除第一或第三段311,313的情况下被移除及替换。这种配置降低了对双处理室300在其中操作的设备的净高需求。也就是说，替换非分段式天线可能要将所述天线自处理室顶部342移除，且可能需要8至10米的净高。
当天线310的第一段311及第三段313耦接于微波发射组件330时，这些天线段311,313可具有旋转的能力。让第一及第三段311,313可以旋转可有利于第二段312与第一及第三段311,313的耦接。在此配置下，第二段312可被插入于第一及第三段311,313之间，而第一及第三段311,313可分别地被旋转以形成与第二段312的螺纹连接。
分段式天线310的其他有利的方面包括将第一及第三段311,313与第二段312分离的能力，例如，使得微波发射组件330可被维护。第一及第三段311,313的移除及替换可在不需打开或破坏双处理室300真空条件的情况下完成，也不需将端盖320从电介质层322及/或馈通口326上拆解下来。通过允许多个天线段可各自地被移除，将可大幅降低与天线维护相关联的劳动力及材料成本。此外，维护天线的时间也会因此缩短，进而降低处理室的停工时间以及相关的操作成本。
在操作天线310期间，射频信号自微波发射组件330发送，并经由第一及第三段311,313传输至第二段312。接着，环绕于第二段312的外径的电介质层322，帮助双处理室300中等离子体的形成。电介质层322可延伸至第二段312的端点，或者，电介质层322可比第二段312短，让第二段312的端点暴露在外以连接至第一及第三段311,313。在另一实施例中，电介质层322可环绕于第一、第二及/或第三段311,312,313的外径。电介质层322可包括陶瓷材料，例如氧化铝。电介质层322可为管体，以环绕天线310的外径配置，使得电介质层322的内径大于天线310的外径。在这种架构下，多个间隔物420可设置于天线310的外径与电介质层322的内径之间，以将天线310置于电介质层322的中央。这些间隔物420可具有一惰性材料及/或电性绝缘材料，例如是聚四氟乙烯(PTFE)。在一例示性的实施例中，电介质层322的外径可约为32毫米至38毫米(例如为35毫米)，电介质层322的内径约为25毫米至30毫米。
天线310的第一及第三段311,313的长度可比第二段312的长度短。其中，第二段312延伸穿过双处理室300的内部空间。此外，这些天线段的长度可依照使用这些天线段所在的处理室尺寸而决定。举例来说，对于一特定的处理室尺寸，第一及第三段311,313的长度约为1至2米，而第二段312的长度约为3至5米。例如第二段312的长度可约为3至3.5米。然而，对于使用于较小处理室的第二段312而言，其长度约为1至3米。例如第二段312的长度可约为2米。于其他实施例中，每一天线段311,312,313可具有相同的长度，或者，第一及第三段311,313的长度可比第二段312的长度来的长。
包括多于三个天线段(例如具有四个或更多个天线段)的天线310也在本申请的范围之内。举例来说，天线310延伸穿过处理室300内部空间的部分，可具有多于一个的天线段。举例来说，万一电介质层322出现裂隙时，这种配置可降低替换天线段的成本。在另一实施例中，天线310延伸至处理室300外部的多个部分可包括多于一个天线段。在其他实施例中，天线310可被分段，使得双处理室300中的每一个部件可在不需拆解其它处理室部件的情况下，分别地被维护或替换。
图4A图示乃根据一实施例的天线310的部分剖面图。天线310具有第一段311，第二段312以及电介质层322。第一段311包括耦接体412，此耦接体412具有第一螺纹面414以及垫圈416。第二段312包括暴露端410，此暴露端410具有第二螺纹面418。多个间隔物420置于第二段312的外径及电介质层322的内径之间。
通过将第一螺纹面414耦接至第二螺纹面418，第一及第二段311,312之间可建立一电连接及/或流体连接。当耦接第一段311与第二段312时，垫圈416可顶住第二段312的端点，进而增强天线段间的不透水密封。垫圈416可包括一O型环，此O型环由压缩成不透水密封件的材料所组成，且可承受等离子体产生过程中所产生的高温。
在其他实施例中，第一及/或第三段311,313可通过各种配置的螺纹面耦接至第二段312。举例来说，第一或第三段311,313可包括一形成于其内径上的螺纹面，而第二段312可包括一形成于其外径上的螺纹面，使得第二段312可插入第一或第三段311,313，并旋转以耦接这些螺纹面。或者，这些螺纹面可形成于第一及第三段311,313的外径上以及第二段312的内径上。这种配置可包括垫圈或迫紧式接头(compressionfittings)的使用，以确保不透水密封。或者，这种配置可不包括垫圈或迫紧式接头。
每一间隔物420可环绕于天线310的整个周围设置，或者，多个间隔物420可被设置在环绕天线310周围的各种位置，以容许流体在天线310及电介质层322之间流动。举例来说，两个间隔物420可设置在天线310外径的两侧，或者，三个或三个以上的间隔物420可等间距地环绕于天线310的外径被隔开，以形成天线310外径与电介质层322内径之间的流体通道。这个流体通道可沿着电介质层322的长度作延伸。
图4B是根据一实施例的天线310的部分剖面图。天线310包括第一段311、第二段312以及电介质层322。第一段311包括第一螺纹面424。第二段312包括暴露端410，暴露端410具有第二螺纹面418及垫圈426。多个间隔物420置于第二段312外径与电介质层322内径之间。
图4C图示根据一实施例的天线310的部分剖面图。天线310包括第一段311、第二段312以及电介质层322。第一段311包括第一锥形面434及垫圈436。第二段312包括暴露端410，此暴露端410具有第二锥形面438。多个间隔物420配置于第二段312外径与电介质层322内径之间。
在此实施例中，第一及第二段311,312可通过扩口式管接头(flare fittings)来耦接，例如37°扩口式管接头(ISO8434-2；SAE J514)。在这个实施例中，第一锥形面434可被设置成和第二锥形面438接触。接着，耦接体432可被旋至第二段312的暴露端410上，以形成第一段311与第二段312之间的螺纹连接433。当螺纹连接433形成，耦接体432将垫圈436压入第一段311的锥形端(flared end)，以形成耦接体432、垫圈436以及第一段311的锥形端之间的密封。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中一般技术人人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与修改。因此，本发明的保护范围为以之前的权利要求所界定为准。

Claims (15)

1.一种装置，包括：
处理室体，所述处理室体具有上表面及下表面；
天线，所述天线包括：
第一段；
第二段，所述第二段电耦接于所述第一段，并延伸通过所述处理室体的内部空间；以及
第三段，所述第三段电耦接于所述第二段；以及
电介质层，所述电介质层设置于所述第二段的外径的周围。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一段延伸通过所述处理室体的所述上表面，且所述第三段延伸通过所述处理室体的所述下表面。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述天线包括中空导电管，所述中空导电管适用于传输冷却流体。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述中空导电管包括中空铜管。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电介质层设置于所述第二段的所述外径的周围，且多个间隔物耦接于所述天线的外径以及所述电介质层的内径之间。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述些间隔物用以在所述天线的外径与所述电介质层的内径之间形成流体通道，所述流体通道沿着所述电介质层的长度作延伸。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，更包括：
第一耦接体，所述第一耦接体将所述第二段连接至所述第一段；以及
第二耦接体，所述第二耦接体将所述第二段连接至所述第三段。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一段及所述第三段的长度至少为0.5米，所述第二段的长度至少为2米。
9.一种天线组件，包括：
第一中空管，所述第一中空管是导电的；
电介质层，所述电介质层设置于所述第一中空管的周围；
第一耦接体，所述第一耦接体位于所述第一中空管的第一端，所述第一耦接体用以形成与第二中空管的电连接及流体连接；以及
第二耦接体，所述第二耦接体位于所述第一中空管的第二端，所述第二耦接体用以形成与第三中空管的电连接及流体连接。
10.如权利要求9所述的天线组件，其特征在于，所述第一耦接体包括第一螺纹面，所述第一螺纹面用以将所述第一耦接体耦接至所述第二中空管，而所述第二耦接体包括第二螺纹面，所述第二螺纹面用以将所述第二耦接体耦接至所述第三中空管。
11.如权利要求9所述的天线组件，其特征在于，所述第一中空管包括中空铜管。
12.如权利要求9所述的天线组件，其特征在于，更包括多个间隔物，所述间隔物设置于所述第一中空管与所述电介质层之间。
13.如权利要求12所述的天线组件，其特征在于，所述间隔物用以在所述第一中空管的外径与所述电介质层的内径之间形成流体通道，且所述流体通道沿着所述电介质层的长度作延伸。
14.如权利要求9所述的天线组件，其特征在于，所述第一中空管与所述电介质层用以在处理室中产生等离子体。
15.一种装置，包括：
处理室体，所述处理室体具有上表面及下表面；
天线，所述天线包括：
第一段；
第二段，所述第二段电耦接于所述第一段，并延伸通过所述处理室体的内部空间；以及
第三段，所述第三段电耦接于所述第二段；以及
电介质层，所述电介质层设置于所述第二段的外径的周围，其中所述第一段延伸通过所述处理室体的所述上表面，所述第三段延伸通过所述处理室体的所述下表面，且所述天线包括中空导电管，所述中空导电管适用于传输冷却流体。
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