CN113811978B - 用于平板显示器的大面积高密度等离子体处理腔室 - Google Patents

用于平板显示器的大面积高密度等离子体处理腔室 Download PDF

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Abstract

本文描述的实施方式提供一种用于独立地控制在腔室的内部容积内的等离子体密度和气体分配的腔室的盖组件。所述盖组件包括等离子体生成系统和气体分配组件。所述等离子体生成系统包括多个介电板，所述介电板具有相对于真空压力取向的底表面和可操作以相对于大气压力取向的顶表面。一个或多个线圈定位在所述多个介电板上或上方。所述气体分配组件包括第一扩散器和第二扩散器。所述第一扩散器包括与所述第二扩散器的多个第二通道相交的多个第一通道。

Description

用于平板显示器的大面积高密度等离子体处理腔室
背景
领域
本公开内容的实施方式总体涉及工艺腔室，诸如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室之类。更具体地，本公开内容的实施方式涉及用于工艺腔室的盖组件。
相关技术的描述
在太阳能面板或平板显示器的制造中，采用许多工艺来在基板(诸如半导体基板、太阳能面板基板和液晶显示器(LCD)和/或有机发光二极管(OLED)基板)上沉积薄膜，以在基板上形成电子器件。沉积一般通过将前驱物气体引入到具有设置在温度受控的基板支撑件上的基板的腔室中而完成。前驱物气体典型地被引导通过位于腔室的顶部附近的气体分配板。通过将射频(RF)功率从耦接到腔室的一个或多个RF源施加到设置在腔室中的导电喷头，可将腔室中的前驱物气体激励(例如，激发)成等离子体。被激发的气体反应以在定位在温度受控的基板支撑件上的基板的表面上形成材料层。
现在，用于形成电子器件的基板的表面积的大小通常超过1平方米。难以实现跨这些基板的膜厚度均匀性。随着基板大小的增加，膜厚度均匀性变得更困难。传统上，等离子体在常规腔室中形成，以用于使气体原子离子化并且形成沉积气体的自由基，这对于使用电容耦合电极布置在这种大小的基板上沉积膜层是有用的。近来，人们专注于研究过去用于在圆形基板或晶片上的沉积的电感耦合等离子体布置以用于这些大基板的沉积工艺。然而，电感耦合利用介电材料作为结构支撑部件。这些介电材料不具有承受因大气压力的存在而对在介电材料的大气侧上的腔室的大面积结构部分的一侧产生的结构载荷和在介电材料的另一侧上的真空压力条件的结构强度，如在这些大基板的常规腔室中所使用的。因此，电感耦合等离子体系统一直在对大面积基板等离子体工艺进行开发。然而，工艺均匀性(例如，跨大基板的沉积厚度均匀性)并不理想。
因此，本领域中需要一种用于在大面积基板上使用的腔室盖组件，所述盖组件被配置为提高跨基板沉积表面的膜厚度均匀性。
概述
在一个实施方式中，提供一种用于盖组件的板。所述板包括等离子体生成系统和气体分配组件。所述等离子体产生系统具有平行地设置在所述板中的一个或多个腔。所述腔中的每一者包括用于多个介电板的凹槽(recess)。所述介电板中的每一者具有底表面和顶表面，所述底表面能够操作以相对于第一压力取向，所述顶表面能够操作以与所述底表面相对并且相对于不同于所述第一压力的第二压力取向。一个或多个线圈定位在所述多个介电板上或在所述多个介电板上方。所述气体分配组件包括第一扩散器。所述第一扩散器包括设置在所述板中的一个或多个第一扩散器入口和与所述第一扩散器入口中的至少一个第一扩散器入口流体连通的多个第一通道。所述多个第一通道中的每个第一通道设置在所述板中并且与所述凹槽中的一个凹槽相邻。
在另一个实施方式中，提供一种用于盖组件的板。所述板包括等离子体生成系统和气体分配组件。所述等离子体生成系统具有平行地设置在所述板中的一个或多个腔。所述腔中的每一者包括用于多个介电板的凹槽。一个或多个线圈定位在所述多个介电板上或在所述多个介电板上方。所述气体分配组件包括第一扩散器和第二扩散器。所述第一扩散器包括设置在所述板中并且与多个第一通道流体连通的一个或多个第一扩散器入口。所述第二扩散器包括设置在所述板中并且与多个第二通道流体连通的一个或多个第二扩散器入口。所述第二通道中的每一者与所述第一通道中的每一者相交。所述介电板中的每一者与相邻的第一通道相邻地设置并且与所述第二通道中的至少一个第二通道相邻地设置。
在又一个实施方式中，提供一种腔室。所述腔室包括腔室主体、设置在所述腔室主体中的基板支撑件和与所述基板支撑件相对地定位的盖组件板。所述盖组件板和所述基板支撑件限定所述腔室主体中的处理区域。所述盖组件板包括等离子体生成系统和气体分配组件。所述等离子体生成系统具有平行地设置在所述盖组件板中的一个或多个腔。所述腔中的每一者包括用于多个介电板的凹槽。所述介电板中的每一者具有定位在所述处理区域中的底表面和定位在所述处理区域外的顶表面。一个或多个线圈定位在所述多个介电板上或在所述多个介电板上方。所述气体分配组件包括第一扩散器。所述第一扩散器包括设置在所述盖组件板中的一个或多个第一扩散器入口和与至少一个所述第一扩散器入口流体连通的多个第一通道。所述多个第一通道中的每个第一通道设置在所述盖组件板中并且与所述凹槽中的一个凹槽相邻。
附图简要说明
为了可详细地理解本公开内容的上述特征，可参考实施方式来得到以上简要概述的本公开内容的更特别的描述，在附图中图示实施方式中的一些。然而，需注意，附图仅图示示例性实施方式，并且因此不应被视为对本公开内容的范围的限制，并且可允许其他等效实施方式。
图1是根据一个实施方式的腔室的示意性截面图。
图2是根据一个实施方式的板的示意性截面图。
图3A是根据一个实施方式的板的示意性透视图。
图3B是根据一个实施方式的板的反面透视图(negative perspective view)。
图4是根据一个实施方式的板的示意性仰视图。
为了促成理解，已经尽可能地使用相同的参考数字来标示各图共有的相同元素。设想的是，一个实施方式的元素和特征可有益地结合在其他实施方式中，而无需进一步陈述。
具体说明
本文描述的实施方式提供一种用于独立地控制在腔室的内部容积内的等离子体密度和气体分配的腔室的盖组件。所述盖组件包括等离子体生成系统和气体分配组件。所述等离子体生成系统包括多个介电板，所述介电板具有相对于真空压力取向的底表面和能够操作以相对于大气压力取向的顶表面。一个或多个线圈定位在所述多个介电板上或所述多个介电板上方。所述气体分配组件包括第一扩散器和第二扩散器。所述第一扩散器包括与所述第二扩散器的多个第二通道相交的多个第一通道。
图1是可受益于本文描述的实施方式的腔室100(诸如PECVD腔室)的示意性截面图。合适的腔室可从位于加利福尼亚州圣克拉拉(Santa Clara,Calif.)的应用材料公司(Applied Materials,Inc.)获得。应当理解，下面描述的系统是示例性腔室，并且其他腔室(包括来自其他制造商的腔室)可一起使用或修改来实现本公开内容的方面。腔室100包括腔室主体、盖组件106和基板支撑组件108。盖组件106设置在腔室主体104的上端处。
基板支撑组件108至少部分地设置在腔室主体104的内部容积内。基板支撑组件108包括基板支撑件110和轴112。基板支撑件110具有用于支撑基板102的支撑表面118。在可与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，基板102是大面积基板，诸如具有典型地约1平方米或更大的表面积的基板。然而，基板102不限于任何特定大小或形状。一方面，术语“基板”表示任何多边形、正方形、矩形、弯曲(curved)或其他非圆形工件，例如用于制造平板显示器的玻璃或聚合物基板。
基板支撑件110典型地包括加热元件(未示出)。基板支撑件110通过轴112可移动地设置在腔室主体104的内部容积内，轴112延伸穿过腔室主体104，其中轴112连接到基板支撑驱动系统114。基板支撑驱动系统114在升高的处理位置(如图所示)和降低的位置之间移动基板支撑件110，这有助于基板通过穿过腔室主体104形成的开口116传送进出腔室主体104的内部容积。在可与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，基板支撑驱动系统114旋转轴112和基板支撑件110。
盖组件106包括设置在腔室主体104的上端处的板122。板122包括气体分配组件124和等离子体生成系统126。气体分配组件124包括设置在板122中的第一扩散器128的一个或多个第一扩散器入口130。在可与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，板122包括含铝材料。在可与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，气体分配组件124包括一个或多个第二扩散器入口(图3A和图3B中所示)，该一个或多个第二扩散器入口耦接到设置在板122中的第二扩散器136。一个或多个第一扩散器入口130能够耦接到第一气体源134。一个或多个第一扩散器入口130中的每一者与第一扩散器128的第一通道(图3B中所示)流体连通。一个或多个第二扩散器入口(图3A和图3B中所示)能够耦接到第二气体源138。一个或多个第二扩散器入口(图3A和图3B中所示)与第二扩散器136的第二通道(图3B中所示)流体连通。
第一扩散器128将一种或多种第一气体从第一气体源134输送到在板122的底表面160与基板支撑件110之间的处理区域120。一种或多种第一气体通过第一扩散器128的每个第一通道(图3B中所示)的多个第一孔(图4中所示)被提供到处理区域120。流量控制器141(诸如质量流量控制(MFC)装置之类)设置在一个或多个第一扩散器入口130中的每一者与第一气体源134之间，以控制第一气体从第一气体源134到每个第一通道(图3B中所示)的流率，并且由此提供对处理区域120中的第一气流的独立控制。一种或多种第二气体通过第二扩散器136的每个第二通道(图3B中所示)的多个第二孔(图4中所示)被提供给处理区域120。流量控制器141设置在一个或多个第二扩散器入口(图3A和图3B中所示)中的每一者与第二气体源138之间，以控制第二气体从第二气体源138到每个第二通道(图3B中所示)的流率，并且由此提供对处理区域120中的第二气流的独立控制。泵155与处理区域120流体连通。泵155能够操作以控制处理区域120内的压力并且从处理区域120排放气体和副产物。
等离子体生成系统126包括平行地设置在板122中的一个或多个腔140。一个或多个腔140中的每一者包括用于多个介电板150的凹槽(图2至图4中所示)。一个或多个腔140中的每一者包括定位在多个介电板150上或在多个介电板150上方的一个或多个线圈142。多个介电板150提供具有承受在一个或多个腔140中大气压力的存在和在腔室主体104的内部容积内真空压力的存在所产生的结构载荷的结构强度的物理阻挡物。多个介电板150中的每一者包括底表面151和与底表面151相对地取向的顶表面153。底表面151相对于(即，朝向)处理区域120取向，使得介电板150中的每一者的底表面151暴露于处理区域120内的第一压力，诸如真空压力之类。顶表面153与处理区域120相对地(即，向离开处理区域120的方向)取向，使得介电板150中的每一者的顶表面153暴露于在处理区域120外的第二压力，诸如大气压力之类。在可与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，第一压力和第二压力不同。
在可与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，介电板包括氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、石英、二氧化锆(ZrO2)、氮化锆(ZrN)、和玻璃材料中的至少一种。每个线圈142具有连接到电源152的电输入端子144和连接到接地154的电输出端子146。在可与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，每个线圈142通过匹配盒(match box)148连接到电源152，该匹配盒具有用于调整线圈142的电特性(诸如阻抗)的匹配电路。每个线圈142被配置为产生电磁场，该电磁场将更多的第一气体和第二气体中的一者中的至少一种激励成电感耦合等离子体。一个或多个腔140中的每一者的每个线圈142与相应电源152的独立连接允许对提供给每个线圈142的功率水平和频率的独立控制。对提供给每个线圈142的功率水平和频率的独立控制允许在对应于每个线圈142的工艺区156a、156b、156c、156d(统称为工艺区156)中独立地控制电感耦合等离子体的密度。控制器158耦接到腔室100并且被配置为在处理期间控制腔室100的多个方面。
图2是板122的示意性截面图。图2示出气体分配组件124的第一扩散器128的一个或多个第一扩散器入口130，和一个或多个腔140、每个线圈142、每个电输入端子144、每个电输出端子146和用于等离子体生成系统126的多个介电板150的凹槽201。在可与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，盖组件106包括热交换系统，该热交换系统包括能够耦接到热交换器(未示出)的多个流体通道(图3B中所示)。热交换器(诸如冷却器之类)经由多个流体通道的流体入口202和流体出口204(图3B中所示)与每个流体通道流体连通，使得板122维持在预定温度。每个线圈142具有一匝或多匝。
图3A是没有多个介电板150和每个线圈142的板122的示意性透视图。图3B是没有多个介电板150和每个线圈142的板122的反面透视图。板122包括多个第一通道302。多个第一通道302中的每个第一通道与凹槽201中的一者相邻地设置。凹槽201中的每一者在设置在板122中的两个相邻的第一通道302之间。第一通道302中的每一者与一个或多个第一扩散器入口130中的至少一个第一扩散器入口流体连通。在可与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，板122包括设置在板122中的多个第二通道304。多个第二通道304中的每个第二通道设置在一个或多个腔140的两个相邻腔140之间。第二通道304中的每一者与形成在板122中的一个或多个第二扩散器入口306中的至少第二扩散器入口流体连通。在可与本文描述的其他实施方式结合的另一个实施方式中，板122包括能够耦接到热交换器(未示出)的热交换系统的多个流体通道308。热交换器(诸如冷却器)经由流体入口202和流体出口204与多个流体通道308流体连通。多个流体通道308与一个或多个腔140和凹槽201的外部凹槽相邻地设置。
图4是板122的示意仰视图。如图4中所示，第一通道302中的每一者和第二通道304中的每一者相交。在可与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，第一通道302中的每一者与第二通道304中的每一者正交。介电板150中的每一者与相邻的第一通道302相邻地设置并且与第二通道304中的至少一者相邻地设置。多个第一通道302中的每个第一通道包括延伸穿过板122的多个第一孔402。流量控制器141控制来自第一气体源134的第一气体通过多个第一孔402的流率。第一气体的流率的控制提供对处理区域120的对应于多个第一通道302中的每个第一通道的第一区406a、406b、406c、406d、406e、406f、406g、406h、406i(统称为第一区406)中的第一气流的独立控制。在可与本文描述的其他实施方式结合的具有第二扩散器136的实施方式中，多个第二通道304中的每个第二通道包括延伸穿过板122的多个第二孔404。流量控制器141控制来自第二气体源138的第二气体通过多个第二孔404的流率。对第二气体的流率的控制提供对处理区域120的对应于多个第二通道304中的每个第二通道的第二区408a、408b、408c(统称为第二区408)中的第二气流的独立控制。
概括地讲，提供用于独立地控制在腔室的内部容积内的等离子体密度和气体分配的腔室盖组件。对提供给每个线圈的功率水平和频率的独立控制允许在对应于每个线圈的处理区中独立地控制电感耦合等离子体的密度。第一气体的流率的控制提供对处理区域的对应于多个第一通道中的每个第一通道的第一区中的第一气流的独立控制。第二气体的流率的控制提供对处理区域的对应于多个第二通道中的每个第二通道的第二区中的第二气流的独立控制。在一些实施方式中，可能期望跨处理区域的均匀气流。然而，在其他实施方式中，跨处理区域的气流可能不均匀。由于腔室的某种物理结构和/或几何形状，可能期望不均匀气流。
尽管前述内容针对本公开内容的实施方式，但是在不脱离本公开内容的基本范围的情况下可设想本公开内容的其他和进一步实施方式，并且本公开内容的范围由所附权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种用于盖组件的板，所述板包括：
等离子体生成系统，所述等离子体生成系统包括平行地设置在所述板中的两个或更多个腔，所述两个或更多个腔中的每个腔包括：
多个凹槽，所述多个凹槽中的每个凹槽具有多个介电板中的介电板，所述介电板设置在所述凹槽中，所述多个介电板中的每一者具有：
底表面，所述底表面能够操作以相对于第一压力取向；和
顶表面，所述顶表面能够操作以与所述底表面相对并且相对于第二压力取向，所述第二压力与所述第一压力不同；和
一个或多个线圈，所述一个或多个线圈在相应腔中定位在所述多个介电板上或在所述多个介电板上方；和
气体分配组件，所述气体分配组件包括：
第一扩散器，所述第一扩散器包括：
一个或多个第一扩散器入口，所述一个或多个第一扩散器入口设置在所述板中；和
多个第一通道，所述多个第一通道与所述第一扩散器入口中的至少一个第一扩散器入口流体连通，所述多个第一通道中的每个第一通道设置在所述板中并且与所述多个凹槽中的至少一个凹槽相邻；和
第二扩散器，所述第二扩散器包括：
一个或多个第二扩散器入口，所述一个或多个第二扩散器入口设置在所述板中并且与多个第二通道流体连通，所述第二通道中的每一者与所述第一通道中的每一者相交；并且
所述介电板中的每一者与相邻的第一通道相邻地设置并且与所述第二通道中的至少一个第二通道相邻地设置。
2.如权利要求1所述的板，其中所述两个或更多个腔中的每个腔的每个线圈被配置为连接到独立电源。
3.如权利要求2所述的板，其中每个线圈被配置为通过匹配电路连接到所述独立电源。
4.如权利要求1所述的板，其中每个线圈具有一匝或多匝。
5.如权利要求1所述的板，其中所述板包括含铝材料。
6.如权利要求1所述的板，其中所述多个介电板包括氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、石英、二氧化锆(ZrO2)、氮化锆(ZrN)和玻璃材料中的至少一种。
7.如权利要求1所述的板，其中所述多个第二通道中的每个第二通道在所述板中设置在相邻腔之间。
8.如权利要求1所述的板，其中所述板进一步包括：
流体入口和流体出口，所述流体入口和所述流体出口设置在所述板中，所述流体入口和所述流体出口能够耦接到热交换器；和
多个流体通道，所述多个流体通道与所述流体入口和所述流体出口流体连通，所述多个流体通道中的至少一者在所述板中设置在相邻腔之间。
9.如权利要求1所述的板，其中流量控制器能够耦接到所述第一扩散器入口中的每一者，并且其中所述流量控制器能够耦接到所述第二扩散器入口中的每一者。
10.一种用于盖组件的板，所述板包括：
等离子体生成系统，所述等离子体生成系统包括平行地设置在所述板中的两个或更多个腔，所述两个或更多个腔中的每个腔包括：
多个凹槽，所述多个凹槽中的每个凹槽具有多个介电板中的介电板，所述介电板设置在所述凹槽中；和
一个或多个线圈，所述一个或多个线圈在相应腔中定位在所述多个介电板上或所述多个介电板上方；和
气体分配组件，所述气体分配组件包括：
第一扩散器，所述第一扩散器包括设置在所述板中并且与多个第一通道流体连通的一个或多个第一扩散器入口；
第二扩散器，所述第二扩散器包括设置在所述板中并且与多个第二通道流体连通的一个或多个第二扩散器入口；其中：
所述第二通道中的每一者与所述第一通道中的每一者相交；并且
所述介电板中的每一者与相邻的第一通道相邻地设置并且与所述第二通道中的至少一个第二通道相邻地设置。
11.如权利要求10所述的板，其中流量控制器能够耦接到所述第一扩散器入口中的每一者，并且其中所述流量控制器能够耦接到所述第二扩散器入口中的每一者。
12.一种腔室，包括：
腔室主体；
基板支撑件，所述基板支撑件设置在所述腔室主体中；和
盖组件板，所述盖组件板与所述基板支撑件相对地定位，所述盖组件板和所述基板支撑件限定所述腔室主体中的处理区域，所述盖组件板包括：
等离子体生成系统，所述等离子体生成系统包括平行地设置在所述盖组件板中的两个或更多个腔，所述两个或更多个腔中的每个腔包括：
多个凹槽，所述多个凹槽中的每个凹槽具有多个介电板中的介电板，所述介电板设置在所述凹槽中，所述多个介电板具有：
底表面，所述底表面定位在所述处理区域中；和
顶表面，所述顶表面定位在所述处理区域外；和
一个或多个线圈，所述一个或多个线圈在相应腔中定位在所述多个介电板上或在所述多个介电板上方；和
气体分配组件，所述气体分配组件包括：
第一扩散器，所述第一扩散器包括：
一个或多个第一扩散器入口，所述一个或多个第一扩散器入口设置在所述盖组件板中；和
多个第一通道，所述多个第一通道与所述第一扩散器入口中的至少一个第一扩散器入口流体连通，所述多个第一通道中的每个第一通道设置在所述盖组件板中并且与所述多个凹槽中的至少一个凹槽相邻；和
第二扩散器，所述第二扩散器包括：
一个或多个第二扩散器入口，所述一个或多个第二扩散器入口设置在所述板中并且与多个第二通道流体连通，所述第二通道中的每一者与所述第一通道中的每一者相交；并且
所述介电板中的每一者与相邻的第一通道相邻地设置并且与所述第二通道中的至少一个第二通道相邻地设置。
13.如权利要求12所述的腔室，其中所述两个或更多个腔中的每个腔的每个线圈被配置为连接到独立电源。
14.如权利要求13所述的腔室，其中每个线圈被配置为通过匹配电路连接到所述独立电源。
15.如权利要求12所述的腔室，其中所述多个介电板包括氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、石英、二氧化锆(ZrO2)、氮化锆(ZrN)和玻璃材料中的至少一种。
16.如权利要求12所述的腔室，其中每个线圈具有一匝或多匝。
17.如权利要求12所述的腔室，其中所述盖组件板包括含铝材料。
18.如权利要求12所述的腔室，其中所述气体分配组件进一步包括第二扩散器，所述第二扩散器包括：
一个或多个第二扩散器入口，所述一个或多个第二扩散器入口设置在所述盖组件板中；和
多个第二通道，所述多个第二通道与所述第二扩散器入口中的至少一个第二扩散器入口流体连通，所述多个第二通道中的每个第二通道在所述盖组件板中设置在相邻腔之间。
19.如权利要求12所述的腔室，其中所述盖组件板进一步具有：
流体入口和流体出口，所述流体入口和所述流体出口设置在所述盖组件板中，所述流体入口和所述流体出口能够耦接到热交换器；和
多个流体通道，所述多个流体通道与所述流体入口和所述流体出口流体连通，所述多个流体通道中的至少一者在所述盖组件板中设置在相邻腔之间。
20.如权利要求12所述的腔室，其中流量控制器能够耦接到所述第一扩散器入口中的每一者。
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