CN1907897A - 衬底支撑的加热和冷却 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了衬底支撑组件和用于控制处理室内的衬底温度的方法。该衬底支撑组件包括导热主体，其包含不锈钢材料；衬底支撑表面，其在导热主体的表面上并适用于在其上支撑大面积衬底；一个或多个加热元件，其嵌入在导热主体内；冷却板，其定位在导热主体之下；基体支撑结构，其包含不锈钢材料，定位在冷却板之下并适用于在结构上支撑导热主体；和一个或多个冷却通道，其适用于由基体支撑结构支撑并定位在冷却板与基体支撑结构之间。还提供了包含本发明的衬底支撑组件的处理室。
Description
技术领域
本发明的实施例一般地提供了一种在平板衬底处理中使用的衬底支撑。
背景技术
液晶显示器或平板显示器(FPD)通常用于诸如计算机和电视监视器、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、以及太阳能电池等的有源阵列显示器。通常，平板显示器包括将一层液晶材料夹在其间的两个玻璃板。玻璃板中的至少一个包括布置于其上的至少一个导电膜，该导电膜耦合到电源。从电源供应到导电膜的电能改变液晶材料的取向，而在平板显示器上产生诸如文字或图像之类的图案。通常，用于平板制造的衬底在尺寸上较大，通常超过550mm×650mm，并预计在表面积上会达到并超过4平方米。因此，用于处理大面积衬底的衬底支撑成比例地较大以容纳大表面积的衬底。
经常用于制造平板显示器的制造工艺包括化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)。其中，用于将薄膜沉积在衬底上的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)通常通过将前驱气体引入到真空处理室以被激励(例如，激发)成为等离子体来实现。图1是处理室2的示意性剖视图，该处理室2具有布置在其中的温度受控衬底支撑或基座22以支撑衬底。通过处理室2的顶部附近的气体入口14、挡流板44和面板52流动到气体歧管16中的反应前驱气体被激发以在衬底的表面上形成材料的层。布置在侧壁中的开口10允许自动机械(未示出)通过与多个衬底支撑销24协作将衬底递送到处理室2并从处理室2取回衬底。衬底支撑销24由衬底销板42可以移动地支撑并能够穿过基座22并向上移动以接收将通过自动机械递送或取回的衬底。被轴20和提升机构支撑的基座22曾经由单个矩形的铝板制成，并通常被嵌入式加热器32加热，加热器32具有热电耦并由电源26供能。
通常，处理室2的基座22可以从室温被加热到约500℃或更低的高温，且基座22在没有足够支撑的情况下可能变形或“下垂”。由基座支撑的衬底易于与基座共形，于是也变形。结果，在气体歧管16与衬底之间的竖直间距在衬底的中部和周界之间不同，导致较大程度的变形或下沉，并因此导致在其周界附近产生更大的距离。竖直间距上的差(即，衬底变形距离)较大地降低了沉积在大面积衬底上的沉积膜的均匀度。
物理气相沉积(PVD)或溅射是在真空处理室中进行的等离子体处理，在该真空处理室处，相对于室主体或接地的溅射屏蔽负偏压的靶被暴露于气体混合物的等离子体。靶被气体混合物的离子轰击导致靶材料的原子的发射。所发射的原子积累成为衬底上的沉积膜的层，该衬底布置在PVD室内的衬底支撑上。
用于平板制造的PVD处理通常以比CVD处理低约200℃的更低的温度范围操作。于是，对于用于PVD室的衬底支撑，除了加热之外，还需要冷却。尤其在PVD室内触发等离子体之后，来自等离子体的能量还产生了导向到衬底和衬底支撑的热。因此，存在这样的问题，对于PVD室内的衬底支撑上布置的处理衬底，有暂时的温度升高或峰值(例如，从150℃升高约30-50℃)。为了维持正被处理的衬底上恒定的温度，需要控制这种剧烈的温度变化。此外，在溅射之后和在室部件维护期间，也需要对PVD室的衬底支撑进行冷却。但是，对于这种大面积衬底，大部分PVD衬底支撑内的冷却设计的性能不是非常好，并存在这样的问题，即存在太多局部冷却，其还导致在大面积衬底之上局部温度变化。结果，已经观察到膜厚度上的变化，该变化经常表现为薄膜厚度上的斑点，这对下一代的平板或太阳能电池器件是不利的。
因此，需要一种改进的方法和设备，以将衬底支撑的温度一直控制到需要的范围。
发明内容
提供了处理室、衬底支撑组件和用于控制处理室内的衬底温度的方法的实施例。在本发明的一个实施例中，衬底支撑组件包括导热主体，其包含不锈钢材料；衬底支撑表面，其在所述导热主体的表面上并适用于在其上支撑所述大面积衬底；一个或多个加热元件，其嵌入在所述导热主体内；冷却板，其定位在所述导热主体之下；基体支撑结构，其包含不锈钢材料，定位在所述冷却板之下并适用于在结构上支撑所述导热主体；和一个或多个冷却通道，其适用于由所述基体支撑结构支撑并定位在所述冷却板与所述基体支撑结构之间。在另一个实施例中，提供了一种处理室，包括室主体、靶组件和用于支撑大面积衬底的衬底支撑组件。
在另一个实施例中，一种用于保持处理室内大面积衬底的温度的方法包括将所述大面积衬底定位在所述处理室的衬底支撑组件的衬底支撑表面上。所述衬底支撑组件包括导热主体；衬底支撑表面，其在所述导热主体的表面上；一个或多个加热元件；冷却板，其定位在所述导热主体之下；基体支撑结构，其定位在所述冷却板之下并适用于在结构上支撑所述导热主体；和一个或多个冷却通道，其适用于由所述基体支撑结构支撑并定位在所述冷却板与所述基体支撑结构之间。该方法还包括通过使所述一个或多个加热元件加热来升高所述大面积衬底的温度；通过使冷却流体在所述一个或多个冷却通道内流动来降低所述大面积衬底的温度；和通过控制所述冷却流体在所述一个或多个冷却通道内的流率来保持所述大面积衬底的温度。
附图说明
因此可以详细理解本发明的上述特征的方式，即以上总结的本发明的更具体描述可以参考实施例来进行，附图中图示了实施例中的一些。但是，应该注意，附图仅图示了本发明的典型实施例，并因而不能认为是对本发明范围的限制，这是因为本发明可以包括其他等同效果的实施例。为帮助理解，在可能处使用相同的标号来表示对附图通用的相同元件。
图1描述了在CVD处理室中的衬底支撑的示意性剖视图。
图2描述了具有本发明的衬底支撑组件的处理室的一个实施例的示意性剖视图。
图3是根据本发明一个实施例的处理室的分解立体图。
图4是根据本发明一个实施例的室主体的剖视图。
图5是根据本发明另一个实施例的衬底支撑组件的分解立体图。
图6是根据本发明实施例的衬底支撑组件的俯视图和对应的剖视图。
图7A是根据本发明一个实施例的基座的俯视图。
图7B是根据本发明一个实施例具有附装到其的冷却通道的冷却板的俯视图。
图7C是根据本发明一个实施例的支撑板的俯视图。
图7D是根据本发明的一个实施例的衬底支撑组件的另一个视图。
图8是用于控制处理室内衬底的温度的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种衬底支撑组件和用于对大面积衬底控制处理室内的衬底温度的方法。图2和3图示了根据本发明一个或多个实施例的示例性处理室100。以下将参考用于沉积大面积衬底的物理气相沉积处理室(例如，可从Applied Materials，Inc.，Santa Clara，California的分公司AKT获取的物理沉积处理室)解释性地描述本发明。但是，应该理解，本发明可以应用于其他系统构造，例如物理气相沉积系统、离子注入系统、刻蚀系统、化学气相沉积系统和需要衬底处理室内控制衬底支撑上的温度的任何其他系统。
处理室100包括界定了处理空间160的盖组件106、衬底支撑组件104和室主体102。室主体102通常包括室侧壁152和室底154。盖组件106通常包括靶164和耦合到其的接地屏蔽组件111。可选地，盖组件106还可以包括磁控管组件166，其在处理期间增强靶材料的消耗。磁控管组件的示例包括线形磁控管、蛇形磁控管、螺旋磁控管、双指形磁控管、矩形螺旋磁控管等。
靶164提供了在PVD处理期间可以沉积到衬底112的表面上的材料源。靶164或靶板可以由将成为沉积物质的材料制成，或其可以包含沉积物质的涂层。为帮助溅射，诸如电源184之类的高压电源连接到靶164并连接到衬底支撑组件104。
靶164通常包括周边部分163和中心部分165。周边部分163布置在室的室侧壁152之上。靶164的中心部分165可以在向着衬底支撑组件104的方向上突出或延伸。也可以考虑利用其他靶构造。例如，靶164可以包括具有衬背板，其具有接合或附装到其的所期望材料的中心部分。靶材料还可以包括材料的相邻的块或片段，其一起形成靶。
在将材料沉积在衬底112上的溅射处理期间，靶164和衬底支撑组件104由电源184互相偏压。诸如惰性气体和其他气体(例如，氩和氮)之类的处理气体从气体源182通过通常形成在处理室100的室侧壁152中的一个或多个孔(未示出)供应到处理空间160。处理气体被激发为等离子体，且等离子内的离子被向着靶164加速以使得将靶材料从靶164驱出成为微粒。被驱出的材料或微粒通过所施加的偏压而被向着衬底112吸引，而将材料的膜沉积到衬底112上。
接地屏蔽组件111包括接地框架108、接地屏蔽110，或任何室屏蔽构件、靶屏蔽构件、暗区屏蔽(dark space shield)、暗区屏蔽框架等。接地屏蔽110围绕靶164的中心部分165以在处理空间160内界定处理区域，并通过接地框架108耦合到靶164的周边部分163。接地框架108将接地屏蔽110与靶164电绝缘，同时提供对处理室100的室主体102的接地路径(通常通过室侧壁152)。接地屏蔽110将等离子体限制在由接地屏蔽110所限制的区域内，以确保仅从靶164的中心部分165驱出靶源材料。接地屏蔽110还可以帮助使所驱出的靶源材料主要沉积在衬底112上。这最大化了靶材料的使用效率并保护室主体102的其他区域免遭沉积或来自所驱出物质或来自等离子体的轰击，从而延长了室寿命并减小和降低了为清洁或维护室所需的停机时间和成本。接地屏蔽110可以由一个或多个工作片段和/或一个或多个角片形成，并使用本领域公知的接合处理，例如焊接、胶粘、高压压制等将许多这些片接合在一起。
衬底支撑组件104通常布置在室主体102的室底154上。衬底支撑组件104可以包括诸如基座222之类的板状主体，其在处理室100内的衬底处理期间可导热地支撑其上的衬底112，并对其上的衬底112提供温度控制。可以使用诸如不锈钢、铝等的合适金属或金属合金材料来制造基座222的主体。基座222可以由耐热的金属材料制成，例如具有较小热膨胀系数(例如低于铝)的材料。在一个实施例中，基座222由不锈钢材料制成。但是，也可以使用其他合适的材料。
轴187延伸通过室主体102的室底154并将衬底支撑组件104耦合到提升机构188。提升机构188构造为在下衬底装载/卸载位置和上衬底处理位置之间移动衬底支撑组件104。图2中衬底支撑组件104被绘制在中间位置上。波纹管186通常布置在衬底支撑组件104与室底154之间并提供其两者之间的柔性密封，从而维持处理容积160的真空完整性。
图4是根据本发明一个或多个方面的室主体102的剖视图。室主体102通常由金属或金属合金材料制成，例如整块的铝或焊接的不锈钢板。室主体102、室侧壁152和/或室底154通常包括多个孔，例如访问端口154和泵吸端口157。泵吸端口157耦合到诸如低温泵、干燥泵(drypump)、低真空泵、涡轮泵、和低温泵等的泵吸设备(未示出)，其抽吸并控制处理空间160内的压力。泵吸设备能够将处理室100的压力维持到高真空水平。例如，处理室100的压力水平可以维持到大约1Torr或更低，例如约10-3Torr或更低、约10-5Torr至约10-7Torr、或者约10-7Torr或更低。
访问端口156是可通过例如缝式阀、闸门阀或其他真空可密封组件密封的，并可以耦合到群集衬底处理系统的传输室以对衬底112(例如，平板显示器衬底或半导体晶片)提供出入处理室110的出口和入口。其他孔也可以可选地形成在室主体102的室侧壁152和/或室底154上。
根据本发明的一个或多个实施例，室主体102的室底154还可以包括多个衬底支撑销202以支撑通过访问端口156传输出入处理室100的衬底112。衬底支撑销202能够穿过基座222中的多个衬底支撑销孔204，以在基座222向下移动到下衬底装载/卸载位置时接收基座222上方的衬底112。衬底支撑销222帮助了由传输自动机械或其他传输机构对布置在处理室100外部并通过访问端口156进入的衬底112的放置或移除。当附装到室底154上时，衬底支撑销202通常包括长度“L”。在一个实施例中，为了提供用于由传输自动机械对衬底112进行装载和卸载的空间，长度“L”大于室底154和访问端口156之间的高度“H”。
衬底支撑销202可以由例如铝、不锈钢等的金属或金属合金材料制成。可替换地，衬底支撑销202可以由诸如陶瓷材料、阳极氧化铝氧化物材料等的绝缘材料制成。在一个实施例中，衬底支撑销202由不锈钢材料制成。衬底支撑销202可以使用装配、焊接和/或其他本领域公知的对准机构附装或接合到室底154。例如，衬底支撑销202可以通过阳或阴螺纹对准件附装到室底154并紧固到室底154的主体上的多个孔，从而将衬底112保持在基座222上方的水平位置处。可替换地，衬底支撑销202可以由可移动的支撑销板支撑，以向上和向下移动来将衬底112接收在其上。也可以使用用于衬底支撑销202的其他构造和定位。
如图4所示，为了支撑衬底112，衬底支撑销202可能需要定位在室底154的周边部分处从而在衬底112的周边附近。但是，当非常大尺寸的衬底布置在衬底支撑销202和/或基座222上时，可能发生衬底的变形或下沉(即，当布置衬底平板时在竖直位置上的改变)。于是，本发明提供了在室底154的内部附近间隔定位的额外的衬底支撑销202。此外，优化衬底支撑销202和基座222上衬底支撑销孔204的数量和位置使得在不影响衬底支撑组件104的其他部件的情况下减少变形或下沉。在一个实施例中，为了最小化衬底112的变形和下沉，衬底支撑销202被构造为沿着室底154的边缘等间距地定位并沿着室底154的两条中线B-B和C-C等间距地分布。图4图示了将衬底支撑销202定位在各个位置处的一个示例。
如图2-4所示，遮蔽框架158和室屏蔽162可以布置在室主体102内。遮蔽框架158通常构造为将沉积限定到衬底112的通过遮蔽框架158的中心所暴露的部分。为了围绕衬底112的周边部分，遮蔽框架158可以由一件形成，或可以是接合在一起的两个或更多个工件。
当衬底支撑组件104移动到上衬底处理位置时，布置在衬底支撑组件104上的衬底112的外边缘与遮蔽框架158配合并将遮蔽框架158从室屏蔽162提升。当衬底支撑组件104移动到下衬底装载/卸载位置上时，衬底支撑组件104定位在室屏蔽162和访问端口156的下方。然后可以使用传输自动机械通过室侧壁152上的访问端口156将衬底112从处理室100移除或放入到处理室100中，此时，衬底112可以由衬底支撑销202暂时地支撑。
在一个实施例中，本发明的处理室100的衬底支撑组件104适于处理矩形衬底。用于平板显示器的矩形衬底的表面积通常较大，例如，是约一平方米或更大的矩形，例如至少是约370mm乘约470mm的矩形。对于平板显示器应用，衬底112可以包括在可见光频谱上基本光学透明的材料，例如玻璃或透明塑料。但是，本发明同样可应用于任何类型和尺寸的衬底处理。本发明的衬底可以是用于平板显示器制造的圆形、方形、矩形或多边形。此外，本发明可以应用于用于制造诸如平板显示器(FPD)、柔性显示器、有机发光二极管(OLED)显示器、柔性有机发光二极管(FOLED)显示器、聚合物发光二极管(PLED)显示器、液晶显示器(LCD)、有机薄膜晶体管、有源矩阵、无源矩阵、顶发射器件、底发射器件、太阳能电池、太阳能面板等的任何器件的衬底，并可以应用于任何硅晶片、玻璃衬底、金属衬底、塑料膜(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等)、环氧塑料膜等中的任一个。
室主体102和处理室100的相关部件的尺寸不受限制，并通常成比例地大于将在处理室100中处理的衬底112的尺寸和尺度。例如，当处理具有约370mm到约2160mm宽度和约470mm到约2460的长度的大面积方形衬底时，室主体102可以包括约570mm到约2360mm的宽度和约570mm到约2660mm的长度。作为另一个示例，当处理约1950mm×2250mm尺寸的衬底时，室主体102可以具有约2700mm×3000mm的横截面尺度。
参考图2，包括控制器190以连接并控制处理室100的各个部件。控制器190通常包括中央处理单元(CPU)194、辅助电路196和存储器192。CPU 194可以是能用于控制各种室、装置和室周边设备的工业设定的任何形式的计算机处理器之一。耦合到CPU 194的存储器192、任何软件或任何计算机可读介质可以是一个或多个容易获取的存储设备，例如用于当地或远程存储的随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘、CD、软盘、或任何其他形式的数字存储器。辅助电路196耦合到CPU 194用于以常规方式支持CPU 194。这些电路包括缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统等。
在2005年5月16日由Golubovsky递交的题为“Ground Shield for aPVD Chamber”的共同待决的美国专利申请序列号No.11/131,009(代理案号：AMAT/9566)；由Hosokawa等人递交的题为“Integrated PVDSystem Using Designated PVD Chambers”的专利申请(代理案号：AMAT/10169)；和由Inagawa等人递交的题为“Reinforced ChamberBottom”的专利申请(代理案号：AMAT/10234)中描述了适于从本发明获益的PVD室。
根据本发明的一个或多个方面，图5图示了衬底支撑组件104的立体分解图，而图6图示了衬底支撑组件104俯视图和通过图5的截面A-A的剖视图。本发明的衬底支撑组件104可以包括基座222、冷却板230、一个或多个冷却通道232和基座基体支撑结构234。
本发明的基座222包括耦合到加热电源124的一个或多个电极和/或加热元件132以将衬底支撑组件104和定位在其上的衬底112可控地加热到约60℃或更高(例如在约100℃到约200℃之间)的预定温度。例如，一个或多个加热元件132可以由被绝缘材料围绕的耐热线圈的通路或管路制成，其中附装到一个或多个加热元件132的每个端部导体引线靠近基座222的中心，以通过轴187进出，并且一个或多个加热元件132连接到加热电源124以调节对基座222的加热。在一个实施例中，一个或多个加热元件132嵌入在基座222内。一个或多个加热元件132的每个在构造上相同而仅在长度以及基座222内的位置上不同，使得一个或多个加热元件132被嵌入分布在基座222的整个大尺度上。如图5和6所示，一个或多个冷却通道232、处理室100的冷却源定位在处理室100的一个或多个加热元件132(其嵌入在基座222中)和加热源下方并与一个或多个加热元件132和加热源分离，以帮助衬底温度控制而不互相干扰。
图7A图示了一个或多个加热元件132的一个示例性构造。例如，加热元件132A和132B可以通过轴187进入基座222，以一个或多个内加热回路410的形式绕基座222的中心区域形成回路，并通过轴187延伸出去，而加热元件132C和132D可以以一个或多个外加热回路420的形式绕基座222的周界形成回路。在基座222内的一个或多个加热元件132(例如，加热元件132A-132D)的路径提供了沿着基座222的内外区域延伸的双重并在某种程度上基本平行的回路。此双重回路图案提供了在基座222之上基本轴向对称的温度分布，同时补偿了在衬底112的外边缘处的热损失。
加热元件132A-132D的内加热回路410和外加热回路420提供了均匀的衬底温度控制，且加热元件132A-132D的每个可以运行在不同的受控温度下。例如，外加热回路420可以运行在较高的温度下以补偿基座222的外边缘处的热损失。此外，一个或多个热电偶(未示出)可以用在衬底支撑组件104内。在一个实施例，两个热电偶嵌入在基座222中，例如一个用于中心区域而一个用于基座222的外周界。但是，也可以使用其他的加热器线路或通道构造。例如，加热元件132也可以定位在基座222的背侧或通过夹板夹紧到基座222上。
本发明的基座222包括用于与衬底支撑销202对准的衬底支撑销孔204，并还可以包括用于将衬底支撑组件104与遮蔽框架158对准的附加对准机构，例如一个或多个对准销224。对准销224可以由诸如陶瓷材料、阳极氧化铝氧化物材料、工程塑料等的绝缘材料制成，以将被加热的基座222与遮蔽框架158、室侧壁152和其他室部件隔离。
根据本发明的一个或多个实施例，冷却板230定位在基座222之下。冷却板230包括如图5所示的面对基座222的前侧表面550和如图7B所示的面对基座基体支撑结构234的背侧表面560。大体上，冷却板230提供了用于一个或多个冷却通道232的结构支撑，且一个或多个冷却通道232可以定位到冷却板230的前侧表面550或背侧表面560。在本发明的一个实施例中，一个或多个冷却通道232定位到冷却板230的背侧表面560并定位在冷却板230与基座基体支撑结构234之间。在另一个实施例中，可以通过冷却板230的前侧表面550和/或冷却板230的厚度来控制基座222与冷却板230之间的热传递。
例如，通过将前侧表面550构造在不同的竖直位置上，冷却板230可以布置在基座222下方的小间隙(距离)“D”处。距离“D”可以在约1mm至约25mm之间的范围内。此外，冷却板230可以具有约1mm至约25mm的厚度。作为另一个示例，冷却板230的前侧表面550可以包括表面精整或可以通过在具体位置上的表面粗糙材料570而粗糙化以进一步对加热和冷却温度控制提供可调的热辐射系数。表面粗糙材料570可以是与冷却板230相同或不同的材料，例如不锈钢、铝、阳极氧化铝氧化物等，并可以通过诸如焊接、喷砂等接合技术来应用。光滑精整的表面可以提供更强的热传递(更高的加热和冷却效率)，而粗糙表面和较弱的热传递可以避免对基座222的过度冷却。表面粗糙材料570可以具有在约330至约2000微英寸之间的表面粗糙度。由Le等人在2005年6月27日递交的题为“Process Kit Design to Reduce Particle Generation”的共同待决的专利申请号11/167,377(代理案号：AMAT/10172)中描述了表面粗糙化的一个示例，其与本发明一致范围的内容通过引用被包含于此。结果，可以控制基座222与冷却板230之间的接触阻力、热辐射系数和热传递并因而可以控制本发明的衬底支撑组件104的加热和冷却效率。
图7B根据本发明的一个或多个方面图示了具有附装到其的一个或多个冷却通道232的冷却板230的背侧表面560。可替换地，一个或多个冷却通道232可以附装到冷却板的前侧表面550。多个附装机构502可以用于将一个或多个冷却通道232紧固到冷却板230。一个或多个冷却通道232的直径不受限制而可以是任何合适的直径，例如在约1mm至约15mm之间，比如约9mm。此外，一个或多个冷却通道232可以由提供导热性的金属或金属合金材料制成。在一个实施例中，一个或多个冷却通道232由不锈钢材料制成。但是，也可以使用其他合适的材料或构造。
冷却流体可以从处理室100的轴187通过入流通道530和出流通道540引入和引出。此外，一个或多个冷却通道232可以构造成一个或多个回路结构，包括较短的内冷却回路510和较长的外冷却回路520。在一个实施例中，一个或多个冷却通道232适用于沿着两个相对边缘的周边定位，例如图7B所示的外冷却回路520。来自两个相对边缘的外冷却回路520通过内冷却回路510连接。
在另一个实施例中，外冷却回路520间隔在加热元件132A-132D的内加热回路410与外加热回路420之间。此外，如图7D更清楚示出的，相对于由加热元件132A-132D的内加热回路410围绕的区域，内冷却回路510适用于通过冷却板230的靠近轴187的中心区域形成回路，在该处可能在基座222中表现较高的温度，而因此可以需要更多的冷却通道分布。总体而言，内冷却回路510和外冷却回路520可以互相平行。此外，内冷却回路510和外冷却回路520的相邻回路可以以相反的流动方向形成回路。
在另一个实施例中，冷却通道232的内冷却回路510和外冷却回路520适于避免与一个或多个衬底支撑销202干涉并被构造为与一个或多个衬底支撑销孔(包括基座222上的衬底支撑销孔204和冷却板230上的一个或多个衬底支撑销孔244等)间隔开。这些衬底支撑销孔被构造用于使衬底支撑销202穿过。
一个或多个冷却通道232适用于使诸如水、冷却剂、空气、气态材料和其他合适的冷却气体或液体材料之类的冷却流体在其中流动。合适的气态材料可以包括清洁的干燥空气、压缩空气、过滤空气、氮气、氢气、惰性气体(例如氩气、氦气等)和其他气体。例如，温度为约30℃或更低(例如从约20℃到约25℃)的冷却水可以用于提供温度冷却控制。在一个或多个冷却通道232内的流动冷却水是容易、方便并有利的，这是因为水是良好的冷却剂，其具有较高的热容量(Cp，瓦每千克每℃)以吸收热量。
此外，在一个或多个冷却通道232内流动的冷却流体可以在当衬底112被一个或多个加热元件132加热的衬底处理期间和/或在室空闲时间或室维护期间以受控的流率运行以控制冷却效率。例如，冷却水的约1加仑每分钟(gpm)(例如在约1gpm到约2gpm之间)的流率可以用于流动到一个或多个冷却通道232中。结果，提供了对衬底支撑组件的足够的温度控制以在衬底处理期间将衬底112维持在约80℃至约200℃之间的均匀温度而不会有温度波动或暂时的温度峰值。
在一个实施例中，一个或多个冷却通道232被构造为维持温度控制并补偿衬底处理期间可能发生的温度波动，例如当在处理室100内产生RF等离子体时的温度增大或峰值。在另一个实施例中，在本发明的衬底支撑组件104内，设置一个或多个冷却通道232以通过以较高的流率将冷却流体供应到冷却通道232，来在室维护期间迅速地降低处理室100内的温度。
根据本发明的一个或多个方面，图7C图示了基座基体支撑结构234的一个示例性结构，图7D示出了本发明的衬底支撑组件104的俯视图，其关键部件互相叠置。大体上，基座基体支撑结构234提供了对基座222和其上的衬底112的结构支撑以防止它们由于重力和高温而变形，从而确保基座222与衬底112之间的相对均匀接触。
基座基体支撑结构234可以包括主体301、一个或多个细长形的基体支撑梁315、多个横向支撑梁317、或多个交叉支撑梁319，它们适于支撑基座222和一个或多个冷却通道232。在一个方面，优选的是基体支撑梁315、横向支撑梁317和交叉支撑梁319由具有足够强度和刚度的材料制成以在处理温度和压力条件下支撑衬底支撑组件104的重量并保持衬底支撑组件104的形状。在一个实施例中，基座基体支撑结构234的部件由不锈钢制成，并通过焊接、喷砂和本领域公知的其他接合技术制成。
应该理解，一个或多个冷却通道232和/或冷却板230可以搁置在基座基体支撑结构234上。另外，基座基体支撑结构234可以包括多个槽311以用于将一个或多个冷却通道232搁置为使得一个或多个冷却通道232在处理期间不会相对于彼此移动。此外，虽然图7C中示出了两个基体支撑梁315和四个分离的横向支撑梁317，应该理解，可以使用任何数量的支撑梁。
在另一个方面，提供细长形基体支撑梁315、横向支撑梁317和交叉支撑梁319的厚度加强(其如图6所示，在主体301上突出了高度515)，用于为基座基体支撑结构234获得足够的机械强度和结构刚度。优选地，基体支撑梁315、横向支撑梁317和交叉支撑梁319的高度在从约0.4mm到约3.5mm的范围内。
在一个实施例中，细长形的基体支撑梁315沿着两个相对边缘的周界定位并被构造为与一个或多个冷却通道232的外冷却回路520对准并支撑一个或多个冷却通道232的外冷却回路520，而横向支撑梁317和交叉支撑梁319间隔在细长形的基体支撑梁315之间，并定位为支撑一个或多个冷却通道232的内冷却回路510。
在另一个实施例中，细长形的基体支撑梁315、横向支撑梁317和交叉支撑梁319适于避免与一个或多个衬底支撑销202干涉，并构造为与主体301上的一个或多个衬底支撑销孔254间隔开，一个或多个衬底支撑销孔254构造为使得衬底支撑销202穿过基座基体支撑结构234的主体301。
因此，本发明的衬底支撑组件104提供了简单设计，其使基座222、冷却板230和一个或多个冷却通道232一起作用以控制大面积衬底的温度而不使用静电卡盘。将任何的压力、气体或流体施加到衬底的背侧以真空卡吸大面积玻璃衬底可以容易导致玻璃破裂。
图8是用于控制处理室内的衬底温度的一个示例性方法800的流程图。在操作时，在步骤810，衬底定位在处理室内的衬底支撑组件的基座上。在衬底处理之前和/或衬底处理期间，在步骤820通过使定位在基座内的一个或多个加热元件加热来升高衬底温度。在步骤830，通过将冷却流体流动到一个或多个冷却通道(例如一个或多个冷却通道232)来降低衬底温度。在一个实施例中，一个或多个冷却通道与加热元件空间地间隔开。在另一个实施例中，冷却通道定位在冷却板和基座基体支撑结构之间并定位在其中具有一个或多个加热元件的基座下方。
在步骤840，在等离子体溅射之前和之后可以将衬底的温度维持为恒定的温度范围。在一个实施例中，衬底的温度可以维持到在衬底的整个表面之上为约200℃或更低的恒定处理温度，例如在约100℃和约150℃之间。在另一个实施例中，衬底112的温度被保持恒定，其具有约+/-10℃的正常温度波动，例如约+/-5℃的正常温度波动。
例如，在衬底处理期间控制冷却通道内的冷却流体的流率，并将衬底的温度维持恒定，使得无论是否使用等离子体以将靶材料溅射到衬底上都不会具有任何温度峰值或波动，这是因为由等离子体的能量产生的热通过使用冷却通道而被冷却掉，因而不能影响衬底的表面或基座的温度。在操作时，诸如冷水或任何冷却剂之类的冷却流体流动到冷却通道(例如，冷却通道232)中，并调节冷却流体的流率以维持衬底112上的恒定温度。
可替换地，通过调节嵌入在衬底支撑组件的基座中的一个或多个加热元件的加热效率并通过将流动到一个或多个冷却通道中的冷却流体保持在恒定的流率，可以恒定地维持衬底的温度。例如，通过精细调节用于加热元件的加热电源的功率水平，不论是否产生等离子体或由等离子体的能量产生的任何附加的热，衬底的温度都可以维持到在衬底整个表面之上约100℃到约150℃的恒定处理温度以防止衬底的表面上任何温度峰值或波动。在操作时，可以通过调节提供到一个或多个加热元件的各个功率水平来调节一个或多个加热元件的加热效率。结果，为调节加热效率，可以需要一个控制回路来用于控制器190内的软件设计。如果需要，可以采用用于调节加热和冷却效率两者的两个或更多控制回路。
此外，与将加热元件和冷却元件构造在一个主体中相比，间隔开的分离的冷却源和分离的加热源的使用是有利的。例如，用于加热源和冷却源、加热元件、和/或冷却通道的每个部件可以容易并分离地制造。此外，可以容易地根据需要更换每个加热或冷却部件(例如，基座222、冷却板230、或冷却通道232)。因此，本发明提供了灵活并可靠的衬底支撑组件并能够得到用于衬底支撑组件的加热和/或冷却的各种可调温度控制机构。
虽然已经示出并详细描述了结合本发明教导的几个优选实施例，但是本领域的技术人员可以容易地设计出仍然结合本发明教导的许多其他变化实施例。虽然前文针对本发明的实施例，但是可以设计出本发明的其他和进一步的实施例而不偏离其基本范围，而本发明的基本范围由所附权利要求确定。
本发明要求于2005年8月2日提交的美国临时专利申请序号60/705,031(AMAT/10232L)和于2005年8月24日提交的美国实用发明专利申请(utility patent application)序号11/213,348(AMAT/10232)的优先权。
Claims (23)
1.一种衬底支撑组件，其适用于支撑处理室内的大面积衬底，所述衬底支撑组件包括：
导热主体，其包含不锈钢材料；
衬底支撑表面，其在所述导热主体的表面上并适用于在其上支撑所述大面积衬底；
一个或多个加热元件，其嵌入在所述导热主体内；
冷却板，其定位在所述导热主体之下；
基体支撑结构，其包含不锈钢材料，定位在所述冷却板之下并适用于在结构上支撑所述导热主体；和
一个或多个冷却通道，其适用于由所述基体支撑结构支撑并定位在所述冷却板与所述基体支撑结构之间。
2.如权利要求1所述的衬底支撑组件，其中所述一个或多个冷却通道包含不锈钢材料。
3.如权利要求1所述的衬底支撑组件，其中所述冷却板包含不锈钢材料。
4.如权利要求1所述的衬底支撑组件，其中所述一个或多个冷却通道附装到所述冷却板。
5.如权利要求1所述的衬底支撑组件，其中所述一个或多个冷却通道包括一个或多个内冷却回路和一个或多个外冷却回路。
6.如权利要求5所述的衬底支撑组件，其中所述一个或多个冷却通道的相邻的冷却回路包含以相反流动方向流动的冷却流体。
7.如权利要求5所述的衬底支撑组件，其中所述一个或多个外冷却回路沿着所述衬底支撑表面的两个相对的边缘的周界定位，并通过所述一个或多个内冷却回路连接。
8.如权利要求5所述的衬底支撑组件，其中所述一个或多个加热元件包括一个或多个内加热回路和一个或多个外加热回路，且所述一个或多个冷却通道的所述一个或多个外冷却回路间隔在所述一个或多个加热元件的所述一个或多个内加热回路和所述一个或多个外加热回路之间。
9.如权利要求1所述的衬底支撑组件，其中所述一个或多个冷却通道包含以约20℃至约25℃之间的温度在其中流动的冷却流体。
10.如权利要求1所述的衬底支撑组件，其中所述基体支撑结构包括主体和一个或多个支撑梁。
11.如权利要求10所述的衬底支撑组件，其中所述一个或多个支撑梁包括构造为将所述一个或多个冷却通道支撑在其上的一个或多个槽。
12.如权利要求1所述的衬底支撑组件，其中所述基体支撑结构包括一个或多个细长形的基体支撑梁，所述一个或多个细长形的基体支撑梁定位为沿着所述衬底支撑表面的两个相对边缘的周界支撑所述一个或多个冷却通道和所述导热主体。
13.如权利要求1所述的衬底支撑组件，其中所述导热主体、所述冷却板和所述基体支撑结构还包括构造用于使多个衬底支撑销穿过的多个衬底支撑销孔。
14.如权利要求1所述的衬底支撑组件，其中所述一个或多个冷却通道构造为与所述多个衬底支撑销孔间隔开。
15.如权利要求1所述的衬底支撑组件，其中所述衬底支撑表面适用于在形状上是矩形的，以支撑约一平方米或更大的大面积矩形衬底。
16.如权利要求1所述的衬底支撑组件，其中所述冷却板的面对所述导热主体的前侧表面还包含表面粗糙材料。
17.一种处理室，用于在其中处理大面积衬底，所述处理室包括：
衬底支撑组件，其适用于支撑所述大面积衬底，所述衬底支撑组件包括：
导热主体，其包含不锈钢材料；
衬底支撑表面，其在所述导热主体的表面上并适用于在其上支撑所述大面积衬底；
一个或多个加热元件，其嵌入在所述导热主体内；
冷却板，其定位在所述导热主体之下；
基体支撑结构，其包含不锈钢材料，定位在所述冷却板之下并适用于在结构上支撑所述导热主体；和
一个或多个冷却通道，其定位在所述冷却板与所述基体支撑结构之间；
室主体，其具有室侧壁和室底；和
靶组件，其定位在所述衬底支撑组件上方。
18.如权利要求17所述的处理室，其中所述一个或多个冷却通道包含不锈钢材料并适用于由所述基体支撑结构支撑。
19.如权利要求17所述的处理室，其中所述衬底支撑表面被构造为支撑一个或多个大面积矩形衬底，以用于制造从以下设备组成的组中选择的设备：平板显示器、有机发光二极管显示器、柔性有机发光二极管显示器、聚合物发光二极管显示器、液晶显示器、有机薄膜晶体管、有源矩阵、无源矩阵、顶发射器件、底发射器件、太阳能电池、太阳能面板，及其组合。
20.如权利要求17所述的处理室，还包括多个衬底支撑销，所述多个衬底支撑销定位在所述室底上并适用于在其上支撑所述大面积衬底
21.一种用于保持处理室内大面积衬底的温度的方法，包括：
将所述大面积衬底定位在所述处理室的衬底支撑组件的衬底支撑表面上，所述衬底支撑组件包括：
导热主体，其具有位于所述导热主体的表面上并适用于在其上支撑所述大面积衬底的衬底支撑表面；
一个或多个加热元件，其嵌入在所述导热主体内；
冷却板，其包含不锈钢材料并定位在所述导热主体之下；
基体支撑结构，其包含不锈钢材料，定位在所述冷却板之下并适用于在结构上支撑所述导热主体；和
一个或多个冷却通道，其定位在所述冷却板与所述基体支撑结构之间；
通过使所述一个或多个加热元件加热来升高所述大面积衬底的温度；
通过使冷却流体在所述一个或多个冷却通道内流动来降低所述大面积衬底的温度；并且
通过调节所述冷却流体在所述一个或多个冷却通道内的流率和所述一个或多个加热元件的加热功率来保持所述大面积衬底的温度。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述冷却通道包含不锈钢材料。
23.如权利要求21所述的方法，还包括调整所述冷却板在所述导热主体之下的距离以控制所述导热主体与所述冷却板之间的热传递。
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