CN105940341B - 用于改进分布均匀性的拐角式扰流件 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种拐角式扰流件，所述拐角式扰流件被设计成通过改变气体流动来使基板拐角区域上的较高沉积速率降低。在一个实施方式中，一种用于处理腔室的拐角式扰流件包括电介质材料制成的L形主体，其中所述L形主体被配置成改变在处理腔室中的基板的拐角处的等离子体分布。所述L形主体包括第一支脚和第二支脚，其中所述第一支脚与所述第二支脚在所述L形主体的内侧拐角和外侧拐角处相交。所述第一支脚或所述第二支脚的长度是所述第一支脚或所述第二支脚与所述内侧拐角之间界定的距离的两倍。在另一实施方式中，一种用于沉积腔室的遮蔽框架包括：矩形主体，所述矩形主体具有贯穿其的矩形开口；以及一或多个拐角式扰流件，所述一或多个拐角式扰流件在所述矩形主体的拐角处耦接到所述矩形主体。
Description
背景
技术领域
本公开的实施方式总体涉及一种用于改进分布均匀性的拐角式扰流件，以及用于在处理腔室中分布气体的方法。
背景技术
液晶显示器或平板显示器通常用于有源矩阵显示器，诸如计算机和电视监视器。一般采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在基板(诸如用于平板显示器或半导体晶片的透光基板)上沉积薄膜。一般通过将前驱气体或气体混合物(例如，硅烷(SiH4)和氮气(N2))引入包含基板的真空腔室中实现PECVD。前驱气体或气体混合物通常向下引导通过位于腔室顶部附近的分布板。通过从耦接到腔室的一或多个RF源将射频(RF)功率施加至腔室，腔室中的前驱气体或气体混合物被激发(例如，激励)成等离子体。被激励的气体或气体混合物发生反应，以便在定位于温度受控的基板支撑件上的基板的表面上形成材料(例如，氮化硅(SiNx))的层。氮化硅层形成用于下一代薄膜晶体管(TFT)和有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)中的低温多晶硅(LTPS)膜堆叠的钝化层、栅极绝缘体和/或缓冲层。TFT和AMOLED是用于形成平板显示器的两种类型器件。
通过PECVD技术处理的平板通常较的，常常超过4平方米。由于在平板显示器工业中，基板尺寸持续增长，对大面积PECVD的膜厚度和膜均匀性控制成为问题。另外，由于基板是矩形的，基板边缘(诸如基板的各侧和拐角)经历可能与基板其他部分处经历的条件不同的条件。例如，定位在中心的等离子体提高基板拐角处的沉积速率，从而导致“拐角峰值”。拐角峰值不利影响处理参数(诸如膜厚)并且增加边缘排除范围。总膜厚度影响平板的漏极电流和阈值电压。
用于控制沉积速率的常规技术包括调制通过气体分布板的气动并且改变腔室部件材料，以便影响等离子体分布阻抗。然而，常规技术通常昂贵，而且仅能够改变在较大范围上(例如，相距基板拐角大于300mm)的膜均匀性分布。
因此，需要改进在基板中、特别是在基板拐角区域处的沉积速率和膜厚度均匀性。
发明内容
本公开总体涉及一种拐角式扰流件，所述拐角式扰流件被设计成通过改变气体流动来使基板拐角区域和/或边缘区域上的较高沉积速率降低。
在一个实施方式中，提供一种用于处理腔室的拐角式扰流件。所述拐角式扰流件包括电介质材料制造的L形主体。所述L形主体被配置成改变在所述处理腔室中的基板的拐角处的等离子体分布。所述L形主体包括第一支脚和第二支脚，其中所述第一支脚和所述第二支脚在所述L形主体的内侧拐角处相交。所述第一支脚或所述第二支脚的长度是在所述第一支脚或所述第二支脚与所述内侧拐角之间界定的距离的两倍。
在另一实施方式中，提供一种用于处理腔室的遮蔽框架。所述遮蔽框架包括矩形主体，所述矩形主体具有贯穿其的矩形开口。所述遮蔽框架还包括一或多个拐角式扰流件，所述一或多个拐角式扰流件在所述矩形主体的多个拐角处耦接到所述矩形主体。所述一或多个拐角式扰流件包括电介质材料制造的L形主体。所述L形主体被配置成改变在所述处理腔室中的基板的拐角处的等离子体分布。
在又一实施方式中，提供一种用于在处理腔室中分布气体的方法。所述方法包括使用扰流件来减少在所述处理腔室中的基板的拐角处的等离子体分布。所述方法还包括减小设置在所述扰流件下方的电场。
附图说明
因此，为了能够详细理解本公开的上述特征结构所用方式，上文所简要概述的本公开的更具体的描述可以参考实施方式进行。然而，应当注意，附图仅仅示出本公开的典型实施方式，并且因此不应视为限制本公开的范围，因为本公开可允许其他等效实施方式。
图1是PECVD腔室的一个实施方式的示意性截面图。
图2是设置在遮蔽框架的包围图1的基板的一部分上的拐角式扰流件的一个实施方式的平面图。
图3是设置在遮蔽框架的包围图1的基板的一部分上的拐角式扰流件的一个实施方式的分解图。
图4是设置在遮蔽框架的包围图1的基板的一部分上的拐角式扰流件的一个实施方式的特写图。
为了促进理解，已尽可能使用相同元件符号指定各图所共有的相同元件。应预见到，一个实施方式的要素和特征可有利地并入其他实施方式，而无需进一步叙述。
具体实施方式
本公开总体涉及一种拐角式扰流件，所述拐角式扰流件被设计成通过改变气体流动来使基板拐角区域和/或边缘区域上的较高沉积速率降低。根据本文所述实施方式，通过调整气流并且减小形成在拐角式扰流件下方的电场，拐角式扰流件减小不均匀的沉积速率。拐角式扰流件的材料、尺寸、形状和其他特征可基于处理要求和相关联的沉积速率而变化。
以下参考配置为处理大面积基板的PECVD系统(诸如可从加利福尼亚州圣克拉拉市应用材料(Applied Materials,Inc.,Santa Clara,California)的子公司AKT获得的PECVD系统)说明性地描述本文中的实施方式。然而，应当理解，本公开可用于其他系统配置，诸如蚀刻系统、其他化学气相沉积系统以及期望在处理腔室内分布气体的任何其他系统，包括配置成处理圆形基板的那些系统。
图1是用于形成电子器件(诸如TFT和AMOLED)的PECVD腔室100的一个实施方式的示意性截面图。注意的是，图1仅为示例性设备，这个示例性设备可用于基板上的电子器件。一种合适PECVD腔室可从位于加利福尼亚州圣克拉拉市应用材料公司获得。应预见到，其他沉积腔室(包括来自其他制造商的那些)可用于实践本公开。
腔室100一般包括壁102、底部104和气体分布板或扩散器110以及基板支撑件130，它们限定工艺容积106。工艺容积106通过贯穿墙102而形成的可密封狭缝阀108进出，使得基板105可传送到处理腔室100中或传送到处理腔室100外。在一个实施方式中，基板105为1850mm x 1500mm。基板支撑件130包括用于支撑基板105的基板接收表面132和杆134，所述基板接收表面132，且所述杆134耦接到升降系统136以升起和降低基板支撑件130。遮蔽框架133可在处理期间放在基板105周边上方。遮蔽框架133被配置成防止或减少在处理期间不想要的沉积发生在基板支撑件130的不被基板105覆盖的表面上。在一个实施方式中，遮蔽框架133一般是矩形的，并且具有贯穿其的矩形开口用以外接(circumscribe)基板105。升降杆138可移动地设置成贯穿基板支撑件130以将基板105移动至基板接收表面132和将基板105从基板接收表面132移走，以便进行基板传送。基板支撑件130还可包括加热和/或冷却元件139，以将基板支撑件130和位于其上的基板105维持处于期望温度。基板支撑件130还可包括接地条带131，以便在基板支撑件130周边提供RF接地。
扩散器110是通过悬架114在其外围耦接到背板112。扩散器110也可通过一或多个中心支撑件116来耦接到背板112，以有助于防止下垂(sag)和/或控制扩散器110的直度/曲率。气源120被耦接到背板112，以便通过背板112将一或多种气体提供到多个气体通道111并提供到基板接收表面132，所述多个气体通道111形成在扩散器110中。合适气体可以包括但不限于：含硅气体(例如，硅烷(SiH4))以及含氮气体(例如，氮气(N2)和/或氨气(NH3))。真空泵109被耦接到处理腔室100以控制在工艺容积106内的压力。RF功率源122被耦接到背板112和/或扩散器110，以便将RF功率提供到扩散器110，从而在扩散器110与基板支撑件130之间产生电场，使得可从存在于扩散器110与基板支撑件130之间的气体形成等离子体。可以使用多种RF频率，诸如在约0.3MHz与约200MHz之间的频率。在一个实施方式中，RF功率源122以13.56MHz的频率向扩散器110提供功率。
远程等离子体源124(诸如电感耦合的远程等离子体源)也可耦接在气源120与背板112之间。在处理基板过程间，清洁气体可提供到远程等离子体源124，并且被激励以形成远程等离子体，解离(dissociated)清洁气体物质可从远程等离子体生成并提供以清洁腔室部件。清洁气体可进一步由RF功率源122来激励并提供以流过扩散器110，从而减少解离清洁气体物质的再结合。合适清洁气体包括但不限于NF3、F2和SF6。
在一个实施方式中，在低于约400摄氏度或更低温度的沉积期间，可利用加热和/或冷却元件139来维持基板支撑件130和位于其上的基板105的温度。在一个实施方式中，加热和/或冷却元件139可用于将基板温度控制到小于约100摄氏度，诸如20摄氏度与约90摄氏度之间。
沉积期间，在设置在基板接收表面132上的基板105的顶表面与扩散器110的底表面140之间的间距可以在约400mm与约1200mm之间，例如在约400mm与约800mm之间，例如在约400mm至约600mm之间，例如约500mm。在一个实施方式中，遮蔽框架133的顶表面与扩散器110之间的间距在约275mm与约475mm之间，例如，约375mm。在一个实施方式中，扩散器110的底表面140可包括凹曲率，其中中心区域比其周边区域更薄，如在图1的截面图中所示。
腔室100可用于通过PECVD工艺使用硅烷(SiH4)气体以及一种或多种含氮气体(例如，氮气(N2)和氨气(NH3))来沉积氮化物(例如，氮化硅(SiNx))，氮化物广泛用作TFT和AMOLED中的钝化层、栅极绝缘体膜或缓冲层。氮化硅膜的均匀性(即，厚度)在最终器件性能(诸如，阈值电压和漏极电流均匀性)上具有显著影响。在一个实施方式中，期望跨基板的表面的约5％或更小的膜均匀性以及最小边缘排除。虽然已朝这些目标做出许多努力，但是存在基板105的未实现均匀性的多个区域。例如，基板边缘(诸如基板的拐角区域和侧面)经历较高沉积速率，这导致这些区域处的膜厚度大于其他区域。尽管不希望受限于理论，边缘区域中的较高沉积速率的原因归咎于邻近这些区域的电磁场变化和/或气体分布。一种发明性扰流件已开发并测试用以克服这些影响并减少形成在基板105上的膜的不均匀性。
图2是耦接到遮蔽框架133的顶表面的一或多个拐角式扰流件200的一个实施方式的平面图。拐角式扰流件200被配置成局部改变所沉积在基板105上的气流，并且“扰动(spoil)”在基板105的拐角区域处的非均匀的等离子体分布。在不影响基板105的大范围均匀性分布的情况下，拐角式扰流件200降低在基板105的拐角处的较高沉积速率，即，拐角峰值。
在图2所示实施方式中，基板105和遮蔽框架133具有矩形形状，并且拐角式扰流件200具有L形主体。然而，应预见到，拐角式扰流件200可以具有替代形状，以考虑到不同形状基板和不同处理要求。在一个实施方式中，拐角式扰流件200是由非金属或玻璃材料制成。例如，拐角式扰流件200是由电介质材料(诸如氧化铝(Al2O3)或特氟龙((聚四氟乙烯)制成。在另一实施方式中，拐角式扰流件200是由与遮蔽框架133相同的材料(例如氧化铝)制成。本领域的技术人员将认识到，用于拐角式扰流件200的材料可基于处理要求来选择。
图3是耦接到遮蔽框架133的顶表面的一或多个拐角式扰流件200的一个实施方式的分解图。拐角式扰流件200可耦接到遮蔽框架133。遮蔽框架被耦接到基板105周边边缘。基板105设置在基板接收表面132上，所述基板接收表面设置在基板支撑件130上。基板支撑件130由可耦接到升降系统136的杆134支撑。
在一个实施方式中，拐角式扰流件200可通过一或多个螺丝、
胶带或用于耦接拐角式扰流件200的任何其他合适手段耦接到遮蔽框架133的介于遮蔽框架133的外侧拐角203与内侧拐角202之间的表面。有利地，拐角式扰流件200可改进为适于现有PECVD硬件，并且容易移除以维修或替换。在另一实施方式中，遮蔽框架133模铸或模制成包括拐角式扰流件200作为单一结构、与遮蔽框架133主体成整体。
图4是拐角式扰流件200的一个实施方式的特写图。L形拐角式扰流件200包括第一支脚204和第二支脚206。第一支脚204和第二支脚206在内侧拐角208处相交形成角度，所述角度可为90度。在一个实施方式中，支脚204、206的第一端部209与内侧拐角208之间的水平或竖直距离(即，宽度)被定义为“A”。支脚204、206的长度或高度被定义为“B”，其大约为距离A的两倍。在一个实施方式中，A在约35mm至约55mm之间，例如是45mm，并且B在约70mm至约110mm之间，例如90mm。在一个实施方式中，拐角式扰流件200的均匀厚度在约3mm至约9mm之间，例如约6mm。本领域的技术人员将认识到，拐角式扰流件200的上述度量还可基于具有拐角式扰流件200在其上的遮蔽框架133与扩散器110之间的距离进行选择。在一个实施方式中，拐角式扰流件200高于基板支撑件130在约0mm与约12mm之间，例如约3mm或更小，或约6mm，或约9mm。
在一个实施方式中，第一支脚204和第二支脚206的内侧210与遮蔽框架133的内侧边缘212之间的距离被定义为“X”。如本领域的技术人员将认识到，距离X决定：(1)在局部气流沉积在基板105上前，局部气流的变化量；以及(2)在基板105的拐角区域处对等离子体分布造成“扰动”的程度。在一个实施方式中，基于形成在基板105上的膜的材料选择距离X。例如，在氮化物形成在基板105上的情况中，X在约2mm至约15mm之间，例如10mm。如此，拐角式扰流件200并不限于具有L形主体，相反，拐角式扰流件200可以具有任何适合形状，以供在遮蔽框架133与拐角式扰流件200的内侧表面之间形成距离X。
有利地，如本文所述的拐角式扰流件200的实施方式减少气流并且补偿在基板拐角区域和/或边缘区域上的较高沉积速率。拐角式扰流件200改变等离子体局部阻抗，同时通过将其推到设置在遮蔽框架133上的拐角式扰流件200的顶表面(即，高度)下方来降低等离子体产生的电场的强度。由此，改进总体膜厚度均匀性，尤其在30mm或更小的边缘排除的拐角区域处。
测试类似于基板105的基板的拐角区域，并且本发明的拐角式扰流件200示出约3％(绝对值)的沉积速率降低，同时维持在基板的拐角区域处的膜完整性。此外，因此，整个基板的对角均匀性(diagonal uniformity)在15mm边缘排除下从5.6％改进至3.5％，并且在20mm边缘排除下从4.7％改进至3.4％。另外，拐角式扰流件高度下方的空间中的平均电场在相距拐角式扰流件50mm的范围内减少约50％。
尽管上述内容针对本公开的实施方式，但也可在不脱离本公开的基本范围的情况下设计本公开的其他和进一步实施方式，并且本公开的范围是由随附权利要求书来确定。
Claims (11)
1.一种用于处理腔室的遮蔽框架，所述遮蔽框架包括：
矩形主体，所述矩形主体具有贯穿其的矩形开口以及内侧边缘和外侧边缘；以及
一或多个拐角式扰流件，所述一或多个拐角式扰流件在所述矩形主体的一或多个拐角处耦接到所述矩形主体的顶表面并且设置在由所述矩形主体的所述内侧边缘和所述外侧边缘界定的区域内，其中所述一或多个拐角式扰流件包括：
电介质材料制成的L形主体，其中所述L形主体被配置成改变在所述处理腔室中的基板的拐角处的等离子体分布，并且其中所述L形主体包括：
第一支脚，所述第一支脚具有包括内侧拐角和外侧拐角的端部；以及
第二支脚，所述第二支脚具有包括内侧拐角和外侧拐角的端部，其中所述第一支脚与所述第二支脚在所述L形主体的内侧拐角和外侧拐角相交。
2.根据权利要求1所述的遮蔽框架，其特征在于，所述电介质材料为氧化铝或聚四氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的遮蔽框架，其特征在于，所述一或多个拐角式扰流件具有3mm与9mm之间的均匀厚度。
4.根据权利要求1所述的遮蔽框架，其特征在于，所述第一支脚和所述第二支脚的内侧边缘与所述矩形主体的所述内侧边缘之间的水平距离在2mm与15mm之间。
5.一种处理腔室，所述处理腔室包括：
基板支撑件，所述基板支撑件设置在所述处理腔室中，所述基板支撑件具有被配置为支撑基板的基板接收表面；
遮蔽框架，所述遮蔽框架设置在所述基板的周边上方，所述遮蔽框架具有矩形主体，所述矩形主体具有贯穿其的矩形开口以及内侧边缘和外侧边缘；以及
一或多个拐角式扰流件，所述一或多个拐角式扰流件在所述矩形主体的一或多个拐角处耦接到所述矩形主体的顶表面并且设置在由所述矩形主体的所述内侧边缘和所述外侧边缘界定的区域内，每个拐角式扰流件包括：
电介质材料制成的L形主体，其中所述L形主体被进一步配置成改变在所述处理腔室中的基板的拐角处的等离子体分布，并且其中所述L形主体包括：
第一支脚，所述第一支脚具有包括内侧拐角和外侧拐角的端部；以及
第二支脚，所述第二支脚具有包括内侧拐角和外侧拐角的端部，其中所述第一支脚与所述第二支脚在所述L形主体的内侧拐角和外侧拐角处相交，并且其中从所述第一支脚的端部至所述L形主体的所述外侧拐角的距离是从所述第一支脚的端部至所述L形主体的所述内侧拐角的距离的两倍，并且从所述第二支脚的端部至所述L形主体的所述外侧拐角的距离是从所述第二支脚的端部至所述L形主体的所述内侧拐角的距离的大约两倍。
6.根据权利要求5所述的处理腔室，其特征在于，所述电介质材料为氧化铝或聚四氟乙烯。
7.根据权利要求5所述的处理腔室，其特征在于，所述一或多个拐角式扰流件具有3mm与9mm之间的均匀厚度。
8.根据权利要求5所述的处理腔室，其特征在于，所述第一支脚和所述第二支脚的内侧边缘与所述矩形主体的所述内侧边缘之间的水平距离在2mm与15mm之间。
9.根据权利要求8所述的处理腔室，其特征在于，所述遮蔽框架包括氧化铝或聚四氟乙烯。
10.根据权利要求5所述的处理腔室，进一步包括扩散器，其中所述扩散器包括具有第一厚度的中心区域和具有第二厚度的周边区域，其中所述第一厚度小于所述第二厚度。
11.根据权利要求5所述的处理腔室，进一步包括扩散器，其中所述扩散器与所述基板之间的距离在400mm与1200mm之间。
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