CN1754978B - 等离子体处理过程中减小电弧的方法和装置 - Google Patents

等离子体处理过程中减小电弧的方法和装置 Download PDF

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Abstract

在第一方面中，提供了一种在等离子体处理过程中使用的方法。第一方法包括下述步骤：(1)将基板放置在等离子体室的基板固定器上；(2)在基板周边以下并且邻近基板周边处定位盖框架；和(3)使用盖框架减小等离子体室内的等离子体处理过程中的电弧。提供了多个其它的方面。

Description

等离子体处理过程中减小电弧的方法和装置
本申请要求2004年6月1日提交的美国专利申请序列号10/858,267的优先权，为了所有效果其在这里整个引为参考。
技术领域
本发明一般涉及平板显示器和/或半导体器件的制造，更尤其涉及在等离子体处理过程中减小电弧的方法和装置。
背景技术
图1示出了在等离子体处理过程中使用的常规的装置101。参照图1，常规的装置101包括基板固定器103，例如基座，用于支撑基板105(例如，玻璃基板，聚合体基板，半导体晶片等)。例如使用基板固定器103作为第一电极。常规的装置101包括在等离子体处理过程中用于阻止电弧(例如，在基板固定器103和第二电极(没有示出)之间)的屏蔽框架107。常规装置101的屏蔽框架107的一部分109(例如凸缘)与基板105的边缘区域交迭(例如接触)，并在等离子体处理过程，如薄膜沉积过程中减小电弧(如本领域中公知的)。屏蔽框架107的凸缘109还阻止在基板105的外边缘区域111上的膜沉积，所述外边缘区域称作膜边缘排阻区。尽管常规的屏蔽框架107在等离子体处理过程中减小了电弧，但屏蔽框架107也扰乱了包括常规装置101的处理室(没有示出)中中的处理参数(例如，气流，电场等)。因而，沉积在基板105(例如紧接屏蔽框架107的凸缘109)上的膜不是均匀的厚度。期望出现用于在等离子体处理过程中减小电弧的改善的方法和装置。
发明内容
在本发明的第一个方面中，提供了在等离子体处理过程中使用的第一个方法。该第一个方法包括下述步骤：(1)将基板放置在等离子体室的基板固定器上；(2)在基板周边以下并且邻近基板周边处定位盖框架；以及(3)使用所述盖框架减小等离子体室内的等离子体处理过程中的电弧。
在本发明的第二个方面中，提供了在等离子体处理过程中使用的第二个方法。该第二个方法包括下述步骤：(1)将基板放置在等离子体室的基板固定器上；(2)在基板周边以下并且邻近基板周边处定位盖框架；(3)邻近基板的周边定位屏蔽框架，使得屏蔽框架不会与基板接触或位于基板之上；以及(4)使用所述盖框架和屏蔽框架减小等离子体室内的等离子体处理过程中的电弧。
在本发明的第三个方面中，提供了在等离子体处理过程中使用的第三个方法。该第三个方法包括下述步骤：(1)将基板放置在等离子体室的基板固定器上；(2)邻近基板的周边定位屏蔽框架，使得屏蔽框架不会与基板接触或位于基板之上；以及(3)使用所述屏蔽框架减小等离子体室内的等离子体处理过程中的电弧。提供了多个其它的方面作为依照本发明的这些和其它方面的系统和装置。
从下面的详细描述、所附的权利要求和附图，本发明其它的特征和方面将变得更加显而易见。
附图说明
图1示出了在等离子体处理过程中使用的常规装置。
图2A示出了依照本发明实施方案，在等离子体处理过程中使用的第一个典型的装置。
图2B示出了依照本发明实施方案，在等离子体处理过程中使用的第二个典型的装置。
图3示出了依照本发明实施方案，在等离子体处理过程中使用的第三个典型的装置。
图4示出了图3中第三个典型装置中包含的盖框架的顶视图。
图5示出了图3中第三个典型装置中包含的可选择的盖框架的顶视图。
具体实施方式
本发明的方面提高了等离子体处理过程，例如等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)过程中沉积在基板(例如紧接基板的边缘区域)上的膜的均匀性。此外，将其上没有沉积膜的基板的部分，例如膜边缘排阻区最小化或消除。
图2A示出了依照本发明实施方案，在等离子体处理过程中使用的第一个典型的装置201。参照图2A，等离子体室203中包含第一个典型的装置201。第一个典型的装置201包括适于支撑基板105(例如玻璃基板，半导体基板等)基板固定器204，例如基座。基板固定器204在等离子体处理过程中用作第一电极(例如接地或接电源)。同样地，基板固定器204易受电弧影响。
第一个典型的装置201包括一盖框架205，适于减小等离子体室203内的等离子体处理过程中的电弧。例如，盖框架205可以由铝，陶瓷或其它在等离子体室203内的等离子体处理过程中保持中性或悬浮电位的材料。更具体地说，盖框架205放置在基板固定器204的表面，从而盖框架205可以接触或邻近基板固定器204的一个或多个表面，由此阻止基板固定器204的一个或多个表面接触到在等离子体处理过程中引入等离子体室内的等离子体。
如图2A中所示，可以在基板105周边以下并且邻近周边处设置盖框架205。例如，盖框架205的第一端207位于基板105之下。这样，盖框架205就确保了基板固定器204的一个或多个表面的部分不会接触到等离子体处理过程中的等离子体。在一个实施方案中，盖框架205至少5mm(优选5-10mm)的部分在基板105的边缘区域111之下(例如，以致基板105不必正好设置到基板固定器204上)。可以将盖框架205较大的或较小的部分设置在基板105之下。
盖框架205的第二端209优选至少延伸到基板固定器204的周边。已经发现这种配置提高了在等离子体处理过程中沉积在基板105上的膜的均匀性(例如，膜沉积均匀性)。例如，已经发现使用盖框架205提高了邻近和/或沿基板105边缘区域111的膜沉积均匀性。使用盖框架205还最小化或消除了在等离子体处理过程中其上没有沉积膜(例如边缘排阻区)的基板105的部分，例如边缘区域111。
当使用盖框架205时，可以从包含常规装置101的等离子体室中的等离子体处理过程中使用的处理参数的值，对等离子体室203内的至少一个处理参数进行调整或调节，如压力，电极间隔，RF功率和气流。在至少一个实施方案中，使用1-3托的压力(例如，硅烷，氢，氮，氨等的)，大约1000密耳的电极间隔，几千瓦的RF功率，和/或大约1000sccm的气流。对于压力，电极间隔，RF功率和/或气流可以使用其它的值。
因为盖框架205不在基板105上面，所以盖框架205在等离子体处理过程中不会显著扰乱处理参数。因此，与使用常规装置101的基板上沉积的膜的均匀性相比，提高了基板105上(例如紧邻和/或沿基板105的边缘区域111)沉积的膜的均匀性。按照所述，盖框架205也允许膜沉积在全部或大部分基板105上。
图2B示出了依照本发明的实施方案，在等离子体处理过程中使用的第二个典型的装置。参照图2B，第二个典型的装置210与第一个典型的装置201相似。然而，第二个典型装置210的盖框架205的第二端209不延伸到基板固定器204的周边。因此，基板固定器204的部分(例如紧邻基板固定器204的周边)没有被盖框架205盖住，易受电弧影响。第二个典型装置210包括适于在等离子体室203中的等离子体处理过程中减小电弧的屏蔽框架211。屏蔽框架211设置在盖框架205的表面上，以致屏蔽框架211位于基板固定器204的一个或多个表面上(例如不被盖框架205覆盖的基板固定器204的部分)。例如，在图2B中，屏蔽框架211的一部分213位于盖框架205上(例如，在一个实施方案中，屏蔽框架211至少5mm(优选5-10mm)的部分覆盖于盖框架205之上，尽管还可以使用其它的值)。这样，与盖框架205相似，屏蔽框架211确保了基板固定器204的一个或多个表面部分在等离子体处理过程中不接触到等离子体。
屏蔽框架211可由阳极氧化铝，陶瓷或类似物形成。屏蔽框架211优选处于中性或悬浮电位，以减小电弧。
在所示的实施方案中，屏蔽框架211的凸缘215比常规装置101的屏蔽框架107的凸缘109(图1)厚且/或坚固，从而在参考标记216所示的成形过程中不会变形。位于支撑固定器204上的屏蔽框架211的剩余部分比位于例如容纳盖框架205的基板支撑体103上的常规屏蔽框架107的对应剩余部分薄(如参考标记218所示)。在至少一个实施方案中，屏蔽框架211的凸缘215包括大约45°角A的斜面(如下面进一步描述的)。所述斜面可以有不同角度和/或形状。这种斜面可以调节在等离子体处理过程中基板105之上的一个或多个气体的流动和导入。
如图2B中所示，屏蔽框架211设置在邻近基板105的周边处，以致屏蔽框架不会接触或在基板105之上。因此，屏蔽框架211是非接触屏蔽框架。例如，在一个实施方案中，屏蔽框架211的一部分(例如，位于盖框架205之上的部分213)设置在邻近基板105的周边处，距基板105的周边至少5mm(优选5-10mm)的距离217。这种间隔减小了基板105与屏蔽框架211之间的接触可能性，这种接触可能损害(弄碎)基板105。屏蔽框架213可以与基板105相距更大或更小的距离。如图2B中所示，盖框架205优选至少覆盖屏蔽框架211和基板105之间的基板固定器204的表面。
包括屏蔽框架211的本发明的实施方案可以使用与常规装置101相似或相同的处理方法。也可以使用其它的方法。与常规装置101的屏蔽框架107形成对比，因为屏蔽框架211不接触或位于基板105上，所以屏蔽框架211不会在等离子体处理过程中扰乱处理参数。因此，与使用常规装置101沉积在基板上的膜的均匀性相比，一般提高了沉积在邻近和/或沿基板105边缘区域111的基板105上的膜的均匀性。此外，屏蔽框架211不会阻止膜沉积到基板105的边缘区域111上。
图3示出了依照本发明的实施方案，在等离子体处理过程中使用的第三个典型的装置301。第三个典型的装置301与第二个典型的装置210相似，与第二个典型的装置210形成对比，第三个典型的装置301的基板固定器303沿基板固定器303的边缘区域包括一个或多个凹槽或狭缝305(例如卵形狭缝)。例如，基板固定器303包括一个或多个紧邻基板固定器303每侧中心的凹槽或狭缝305。此外，盖框架307包括对应的凹槽或狭缝309。例如，盖框架307包括紧邻盖框架307每侧中心的凹槽或狭缝309。第三个典型的装置301包括适于耦合到基板固定器303各个凹槽或狭缝305以及盖框架307的各个凹槽或狭缝309的一个或多个栓或其它动态零件311。这样，可以引导和/或限制基板固定器303上的盖框架307的运动(例如，由于各种组件间的热膨胀和/或热错配导致的)。在一个或多个实施方案中，栓311是圆柱形的。可以使用其它形状的栓。此外，可以形成不同形状的狭缝。在一个实施方案中使用了四个栓311。可以使用其它数量的栓。
图4示出了第三个典型装置301中包含的盖框架307的顶视图。参照图4，至少盖框架307内周边的形状对应于基板105的周边，盖框架307邻近基板105定位。可以使用不同形状的盖框架。图4的盖框架307是单块盖框架(例如由阳极氧化铝或其它适宜的材料形成)。
图5示出了第三个典型装置301中包含的可选择的盖框架511的顶视图。与图4的盖框架307形成对比，该可选择的盖框架511由多块形成。例如，盖框架511包括结合在一起的四块513-519。盖框架511还包括邻近盖框架511每侧中心的凹槽或狭缝309。此外，盖框架511在盖框架511每侧中包括一个或多个附加的凹槽或狭缝521(举例来说，提供当盖框架511受热时例如可减小盖框架511转动的附加的动态零件)。附加的凹槽或狭缝521可以是与邻近盖框架511每侧中心的凹槽或狭缝309不同的形状。在至少一个实施方案中，盖框架511由陶瓷或类似的材料形成。
前面的描述仅仅公开了本发明的典型实施方案。落入本发明范围内的上述装置和方法的修改对于本领域普通技术人员来说是很显而易见的。例如，在一个或多个实施方案中，可以使用与第二个典型的装置210相似，但不包括盖框架205的装置来实现本方法。适当修改(例如形成需要的尺寸)这些实施方案的屏蔽框架(例如非接触屏蔽框架)211来实现第二个典型装置210的接触框架205的功能。在这些实施方案中的等离子体处理的典型方法中，基板放置在等离子体室的基板固定器上。邻近基板的周边定位屏蔽框架，以使屏蔽框架不会接触基板或位于基板之上。这种配置减小了在等离子体室内等离子体处理过程中的电弧，阻止了基板支撑体表面与等离子体室内等离子体处理过程中的等离子体接触，提高了沿基板边缘区域的膜沉积均匀性，和/或最小化或消除了边缘排阻。
此外，在例如第二个典型装置210的实施方案中，其中盖框架205不延伸到基板固定器204的周边，盖框架205适于耦合到包含在基板固定器中的凹槽。在一个或多个实施方案中，盖框架205由阳极氧化铝形成。阳极氧化铝盖框架可以是单块的组件，而陶瓷盖框架要求由适当扣件结合的多块组件(例如由铝栓结合的四块组件)。至少由于上述原因，阳极氧化铝盖框架比陶瓷盖框架制造成本低，并且减小了由于使用具有不同热膨胀系数的多个组件而造成的热膨胀影响。
在一个典型的实施方案中，使用本发明将使具有8mm边缘排阻的1m×1.2m玻璃基板的沉积膜的非均匀性大致低于10％。
因此，尽管是结合典型的实施方案公开本发明，但应当理解其它的实施方案可以落入本发明的精神和范围内，如下面的权利要求确定的。

Claims (32)

1.一种在等离子体处理过程中使用的方法，包括：
将基板水平放置在等离子体室的基板固定器上；
定位盖框架，与基板的下表面接触并接触且覆盖基板固定器的一部分，其中该基板固定器上被覆盖的部分同时位于基板上与该盖框架接触的部分的下方以及位于与基板周边横向邻接且位于外侧的区域的下方；
定位屏蔽框架，位于盖框架上没有被基板所覆盖的部分的上方，其中该屏蔽框架不与基板接触且在该屏蔽框架与基板周边之间存在横向的间隙；
在保持盖框架中性电位的情况下在该基板上执行等离子处理过程，该盖框架放置用于防止等离子接触所述基板固定器，避免引起电弧。
2.权利要求1的方法，其中执行等离子处理过程包括使用屏蔽框架来阻止基板固定器的表面与等离子体室内的等离子体处理过程中的等离子体接触。
3.权利要求1的方法，进一步包括调整等离子体室内的压力、电极间隔、RF功率和气流的至少其中之一。
4.一种在等离子体处理过程中使用的方法，包括：
将基板放置在等离子体室的基板固定器上；
在基板周边下方定位盖框架，该盖框架具有从基板下方的基板周边延伸的第一端和从与该基板横向分离的基板周边延伸的第二端；
定位屏蔽框架，位于盖框架的第二端的部分的上方且与基板周边相间隔，使得屏蔽框架不会与基板接触或位于基板之上；以及
使用所述盖框架和屏蔽框架防止等离子体室内的等离子体处理过程中等离子与该基板固定器相接触。
5.权利要求4的方法，其中使用盖框架和屏蔽框架包括使用盖框架和屏蔽框架来阻止基板固定器的表面与等离子体室内的等离子体处理过程中的等离子体接触，同时在盖框架和屏蔽框架上保持中性或者悬浮电位。
6.一种在等离子体处理过程中使用的方法，包括：
将基板放置在等离子体室的基板固定器上；
将盖框架定位在该基板周边的下方；
定位屏蔽框架，位于盖框架上方且与基板周边相间隔，使得屏蔽框架不会与基板接触或位于基板之上；以及
使用所述屏蔽框架防止等离子体室内的等离子体处理过程中等离子与该基板固定器相接触。
7.权利要求6的方法，其中使用屏蔽框架包括使用屏蔽框架来阻止基板固定器的表面与等离子体室内的等离子体处理过程中的等离子体接触，同时在屏蔽框架上保持中性或者悬浮电位。
8.一种在等离子体处理过程中使用的装置，包括：
适于支撑基板的基板固定器；
盖框架，与基板的下表面接触并接触且覆盖基板固定器的一部分，其中该基板固定器上被覆盖的部分同时位于基板上与该盖框架接触的部分的下方以及位于与基板周边横向邻接且位于外侧的区域的下方；
屏蔽框架，位于盖框架上没有被基板所覆盖的部分的上方，其中该屏蔽框架不与基板接触且在该屏蔽框架与基板周边之间存在横向的间隙；
该盖框架在保持中性电位的情况下在执行等离子处理过程防止等离子接触所述基板固定器，避免引起电弧。
9.权利要求8的装置，其中盖框架至少5mm适于在基板之下。
10.权利要求8的装置，其中屏蔽框架进一步适于阻止基板固定器的表面与等离子体室内的等离子体处理过程中的等离子体接触。
11.权利要求8的装置，其中盖框架至少包含阳极氧化铝和陶瓷其中之一。
12.一种在等离子体处理过程中使用的装置，包括：
盖框架，定位在基板周边下方，该盖框架具有从基板下方的基板周边延伸的第一端和从与该基板横向分离的基板周边延伸的第二端；
屏蔽框架，位于盖框架的第二端的部分的上方且与基板周边相间隔，屏蔽框架不会与基板接触或位于基板之上；以及
所述盖框架和屏蔽框架防止等离子体室内的等离子体处理过程中等离子与该基板固定器相接触。
13.权利要求12的装置，其中所述盖框架和屏蔽框架进一步适于阻止基板固定器的表面与等离子体室内的等离子体处理过程中的等离子体接触，同时在盖框架和屏蔽框架上保持中性或者悬浮电位。
14.权利要求12的装置，其中所述盖框架至少包含阳极氧化铝和陶瓷其中之一。
15.权利要求12的装置，其中盖框架至少5mm的部分适于在基板之下。
16.权利要求12的装置，其中屏蔽框架至少包含阳极氧化铝和陶瓷其中之一。
17.权利要求12的装置，其中屏蔽框架至少5mm的部分位于盖框架之上。
18.权利要求12的装置，其中屏蔽框架定位在至少距基板的周边5mm处。
19.一种在等离子体处理过程中使用的装置，包括：
适于支撑基板的基板固定器；
盖框架，定位在该基板周边的下方，与基板的下表面接触并接触且覆盖基板固定器的一部分，其中该基板固定器上被覆盖的部分同时位于基板上与该盖框架接触的部分的下方以及位于与基板周边横向邻接且位于外侧的区域的下方；
屏蔽框架，位于盖框架上方且与基板周边相间隔，屏蔽框架不会与基板接触或位于基板之上；以及
所述屏蔽框架防止等离子体室内的等离子体处理过程中等离子与该基板固定器相接触。
20.权利要求19的装置，其中所述屏蔽框架进一步适于阻止基板固定器的表面与等离子体室内的等离子体处理过程中的等离子体接触，同时在屏蔽框架上保持中性或者悬浮电位。
21.一种装置，包括：
盖框架，定位在该基板周边的下方，与基板的下表面接触并接触且覆盖基板固定器的一部分，其中该基板固定器上被覆盖的部分同时位于基板上与该盖框架接触的部分的下方以及位于与基板周边横向邻接且位于外侧的区域的下方；
屏蔽框架，位于盖框架上方且与基板周边相间隔，屏蔽框架不会与基板接触或位于基板之上。
22.权利要求21的装置，其中所述屏蔽框架防止等离子体室内的等离子体处理过程中等离子与该基板固定器相接触。
23.权利要求21的装置，其中所述屏蔽框架进一步适于阻止基板固定器的表面与等离子体室内的等离子体处理过程中的等离子体接触，同时在屏蔽框架上保持中性或者悬浮电位。
24.权利要求21的装置，其中所述屏蔽框架由阳极氧化铝制造。
25.权利要求21的装置，其中所述屏蔽框架由陶瓷制造。
26.权利要求21的装置，所述屏蔽框架包括倾斜的边缘，该倾斜的边缘适于在等离子体处理过程中调节基板之上的气体流动。
27.一种装置，包括：
盖框架，与基板的下表面接触并接触且覆盖基板固定器的一部分，其中该基板固定器上被覆盖的部分同时位于基板上与该盖框架接触的部分的下方以及位于与基板周边横向邻接且位于外侧的区域的下方。
28.权利要求27的装置，其中该盖框架在保持中性电位的情况下在执行等离子处理过程防止等离子接触所述基板固定器，避免引起电弧。
29.权利要求27的装置，其中盖框架进一步适于阻止基板固定器的表面与等离子体室内的等离子体处理过程中的等离子体接触。
30.权利要求27的装置，其中盖框架由阳极氧化铝制造。
31.权利要求27的装置，其中盖框架由陶瓷制造。
32.权利要求27的装置，其中盖框架包括适于在等离子体处理过程中阻止盖框架移动的动态零件。
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