TW201540863A - 氣體限制組件及應用其之處理腔室 - Google Patents

氣體限制組件及應用其之處理腔室 Download PDF

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Abstract

本揭露係有關於一種氣體限制組件，藉由限制接近基板之邊緣區域的氣流及改變區域氣流分佈，氣體限制組件係設計以減少不均勻沉積率。氣體限制組件之材料、尺寸、形狀及其他特性可基於處理需求及相關之沉積率來變化。於一實施例中，一種用於一處理腔室的氣體限制組件包括一氣體限制器，配置以減少基板之邊緣區域上之氣流且補償高沉積率。氣體限制組件亦包括一覆蓋件，設置於氣體限制器之下方。此覆蓋件係配置以避免一基板支撐件暴露於電漿。

Description

用於排除遮蔽框架之氣體限制組件
本揭露之數個實施例是有關於一種用於改善分佈均 勻性之氣體限制組件，以及用於在一處理腔室中分佈氣體之方法。
液晶顯示器或平板顯示器通常使用於主動矩陣顯示 器，例如是電腦或電視螢幕。電漿增強化學氣相沉積(Plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)一般係應用於沉積薄膜於基板上，基板例如是用於平板顯示器或半導體晶圓之透明基板。PECVD一般係藉由引進前驅氣體(precursor gas)或混合氣體(gas mixture)至包含基板的真空腔室中來達成，前驅氣體或混合氣體例如是矽烷(silane(SiH4))以及氮(nitrogen(N2))。前驅氣體或混合氣體一般係向下導引通過一分佈板，此分佈板係位於靠近腔室之頂部的位置。藉由從耦合於腔室之一或多個射頻(radio frequency，RF)源供應RF電力至腔室，在腔室中之前驅氣體或混合氣體係活化(energized)(例如是激化(excited))成電漿。激化之氣體或混合氣體係反應而形成一材料層於基板的一表面上，此材料 層例如是氮化矽(silicon nitride(SiNx)，此基板係擺置於溫度控制基板支撐件上。氮化矽層係形成鈍化層(passivation layers)、閘極絕緣體、緩衝層、及/或蝕刻終止層，用於下一代之薄膜電晶體(thin film transistors，TFT)以及主動矩陣有機發光二極體(active matrix organic light emitting diodes，AMOLED)中之低溫多晶矽(low temperature poly silicon，LTPS)膜堆疊。TFT和AMOLED係用於形成平板顯示器之兩種形式的裝置。
藉由PECVD技術處理之平板顯示器一般係大的， 時常超過4平方公尺。由於在平板顯示器工業中之基板的尺寸係持續地增加，用於大面積PECVD之膜厚及膜均勻性控制變成一議題。遮蔽框架一般係使用於PECVD中，以保護基板支撐件避免電漿。然而，因為遮蔽框架係覆蓋基板之最外部邊緣，遮蔽框架：(1)增加3mm至5mm之邊緣排除(edge exclusion，EE)；以及(2)負面影響接近基板之周圍/邊緣區域的膜沉積。改善邊緣均勻性之一種方式係排除遮蔽框架。然而，排除遮蔽框架仍讓基板支撐表面之周圍區域係暴露於電漿，因基板與未覆蓋之基板支撐表面之間的偏移，在基板之邊緣區域係可能導致較高之沉積率。 此外，如果基板支撐表面係暴露於電漿，電漿電弧及不均勻沉積可能產生。
因此，改善在基板中之沉積率及膜分佈均勻性係有 需求的。
本揭露大體上係有關於一種氣體限制組件，藉由限 制接近基板之邊緣區域的氣流及改變區域氣流分佈，氣體限制組件係設計以減少在基板之邊緣區域上之高沉積率。氣體限制組件之材料、尺寸、形狀及其他特性可基於處理需求及相關之沉積率來變化。
於一實施例中，一種用於一處理腔室的氣體限制組件包括一氣體限制器，配置以減少基板之邊緣區域上之氣流且補償高沉積率。氣體限制組件亦包括一覆蓋件，設置於氣體限制器之下方。此覆蓋件係配置以避免一基板支撐件暴露於電漿。為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧牆
104‧‧‧底部
106‧‧‧製程空間
108‧‧‧可密封流量閥
109‧‧‧真空幫浦
110‧‧‧擴散器
111‧‧‧氣體通道
112‧‧‧背板
114‧‧‧懸架
116‧‧‧中央支撐件
120‧‧‧氣源
122‧‧‧射頻電源
124‧‧‧遠端電漿源
129‧‧‧氣體限制組件
130‧‧‧基板支撐件
131‧‧‧底件
132‧‧‧基板接收表面
133‧‧‧覆蓋件
134‧‧‧軸部
135‧‧‧氣體限制器
136‧‧‧升舉系統
137‧‧‧縫隙
138‧‧‧升舉銷
139‧‧‧加熱及/或冷卻元件
140‧‧‧基板
142‧‧‧接地片
150‧‧‧下表面
200‧‧‧陶瓷板
202‧‧‧定位銷
204‧‧‧螺絲
206‧‧‧交會處
310‧‧‧遮蔽框架
X‧‧‧距離
為了可詳細地了解本揭露上述之特性，簡要摘錄於上之本揭露更特有的說明可參照實施例，部分之實施例係繪示於所附之圖式中。然而，值得注意的是，由於本揭露可承認其他等效實施例，所附之圖式僅繪示本揭露之特定實施例，而非用以作為其範圍上之限制。
第1圖繪示具有氣體限制組件之PECVD腔室之一實施例的剖面圖。
第2圖繪示圍繞第1圖之基板支撐件之氣體限制組件的一實施例的平面圖。
第3圖繪示傳統之遮蔽框架組件之一實施例的剖面側視圖。
第4圖繪示氣體限制組件的一實施例的剖面側視圖。
第5圖繪示氣體限制組件的一實施例的等角視圖。
為了有利於了解，相同之參考編號係在可能的情況 下使用來標示出在數個圖式之共通的相同之元件。可理解的是，一實施例之數個元件及特性可在無需其他引述之下，有利地合併於其他實施例中。
本揭露大體上係有關於一種氣體限制組件，氣體限 制組件係設計以藉由重新分佈氣流來減少在基板之邊緣區域上之高沉積率。根據此處所述實施例，藉由限制接近基板之邊緣區域的氣流及改變區域氣流分佈，氣體限制組件係減少不均勻沉積率。氣體限制組件之材料、尺寸、形狀及其他特性可基於處理需求及相關之沉積率來變化。
此處之實施例係參照PECVD系統說明性描述於 下，PECVD系統係配置以處理大面積基板，例如是取自AKT之PECVD系統，AKT係為位於加州聖塔克拉拉之應用材料公司(Applied Materials,Inc.,Santa Clara,California)之子公司。然而，應理解的是，本揭露於其他系統配置中具有利用性，例如是蝕刻系統、其他化學氣相沉積系統及任何其他需要於處理腔室中分佈氣體之系統，包括配置以處理圓基板之系統。
第1圖繪示用於形成電子裝置之PECVD腔室100 之一實施例的剖面圖，電子裝置例如是TFT及AMOLED。值得注意的是，第1圖僅為一範例性設備，此範例性設備可用於在基板上形成電子裝置。一種合適之PECVD腔室係自位於加州聖塔克拉拉之應用材料公司取得。可理解的是，包括來自其他製造商之其他沉積腔室可用以實現本揭露。
腔室100一般係包括數個牆102、底部104、及氣體 分佈板或擴散器110、及基板支撐件130，牆102、底部104、擴散器110、及基板支撐件130定義一製程空間(process volume)106。製程空間106係藉由貫穿牆102而形成的可密封流量閥(sealable slit valve)108來具有通道，使得基板140可傳送至腔室100內或傳送至腔室100外。於一實施例中，基板140係為1850mm x 1500mm。基板支撐件130包括基板接收表面132及軸部134，基板接收表面132用以支撐基板140，且軸部134耦接於升舉系統136，以升起及降低基板支撐件130。
氣體限制組件129係圍繞於基板支撐件130之周圍 地設置。氣體限制組件129係配置以減少在基板140之邊緣區域上的高沉積率。於一實施例中，氣體限制組件129包括底件131、覆蓋件133、及氣體限制器135。底件131係配置以支撐氣體限制器135，且覆蓋件133係配置以在基板140係於處理期間設置於基板支撐件130上時覆蓋基板支撐件130，也就是避免基板支撐件130暴露於電漿。於一實施例中，在處理溫度例如是攝氏400度期間，覆蓋件133與基板140重疊10mm或5mm。甚至如果 基板140係未對準於基板支撐件130，覆蓋件133係有利地保護基板支撐件130來避免電漿。氣體限制組件129之細節將於下方說明。
升舉銷138係可移動地設置穿過基板支撐件130， 以移動基板140至基板接收表面132和從基板接收表面132移動基板140而有利於傳送基板。基板支撐件130可亦包括加熱及/或冷卻元件139，以保持基板支撐件130及位於其上之基板140於所需之溫度。基板支撐件130可亦包括接地片142，以於基板支撐件130之周圍提供RF接地。
擴散器110藉由懸架114在其周圍耦接於背板112。 擴散器110可亦藉由一或數個中央支撐件116耦接於背板112，以有助於避免下垂(sag)及/或控制擴散器110之平直度(straightness)/曲率。氣源120耦接於背板112，以經由背板112提供一或多種氣體至數個氣體通道111且提供至基板接收表面132，此些氣體通道111形成於擴散器110中。合適的氣體可包括例如是矽烷(SiH4)的含矽氣體、例如是氮(nitrogen(N2))、氧化氮(N2O)及/或氨(NH3)之含氮氣體、例如是氧(O2)之含氧氣體及氬(Ar)，但不限於此些氣體。真空幫浦109耦接於腔室100，以控制製程空間106中的壓力。射頻(RF)電源122耦接於背板112及/或擴散器110，以提供RF電力至擴散器110來在擴散器110及基板支撐件130之間產生電場，使得電漿可自存在於擴散器110及基板支撐件130之間的氣體產生。多種RF頻率可使用，例如是 約0.3MHz與約200MHz之間的頻率。於一實施例中，RF電源122係提供13.56MHz之頻率的電力至擴散器110。
遠端電漿源124可亦耦接於氣源120與背板112之 間，遠端電漿源124例如是感應式耦合之遠端電漿源。在處理基板期間，清潔氣體可提供到遠端電漿源124且激化以形成遠程電漿並提供以清潔腔室元件，解離(dissociated)之清潔氣體物質係自遠程電漿產生。清潔氣體可進一步藉由RF電源122激化且流經擴散器110，以減少已解離之清潔氣體物質再結合。合適之清潔氣體包括NF3、F2、與SF6，但不限於此些氣體。
於一實施例中，在低於約攝氏400度或更低溫度之 沉積期間，加熱及/或冷卻元件139可用以維持基板支撐件130及於其上之基板140的溫度。於一實施例中，加熱及/或冷卻元件139可用以控制基板溫度到少於約攝氏100度，例如是約攝氏20度及約攝氏90度之間。
於沉積期間，在設置於基板接收表面132上之基板 140之上表面和擴散器110之下表面150之間的空間可為約400mm及約1200mm之間，例如是約400mm與約800mm之間，例如是約400mm至約600mm之間，例如是約500mm。於一實施例中，擴散器110之下表面150可包括凹形曲度，其中中央區域係較其之周圍區域薄。
藉由PECVD製程，腔室100可用於沉積非晶矽 (aSi)、例如是氮化矽(SiNx)之氮化物、及/或例如是氧化矽(SiOx) 之氧化物，非晶矽、氮化物、及氧化物係廣泛地使用做為TFT及AMOLED中之鈍化層、閘絕緣膜、緩衝層或蝕刻終止層。沉積之非晶矽、氮化或氧化層之均勻性(也就是厚度)對最終裝置的表現具有重要的影響，例如是臨界電壓及汲極電流均勻性。於一實施例中，基板之整個表面以及在10mm EE(取代傳統之15mm EE)係需要約5%或更少之膜均勻性。當朝向此目標係已有許多進展時，在基板140之數個區域無法達到此均勻性。舉例來說，基板之邊緣係具有較高或較低之沉積率，而導致此些區域之膜厚係大於或少於其他區域。雖然不希望受限於理論，相反於電漿驅動製程(plasma-driven processes)，在邊緣區域中有較高的沉積率的原因係歸咎於氣流驅動製程(gas flow driven processes)之故。一種有創造性之氣體限制組件係已經開發且測試，以克服此些作用且減少在基板140之邊緣區域上之膜的不均勻性。
第2圖繪示圍繞基板支撐件130(氣體限制器底件 131及氣體限制器135係基於清楚說明之故而移除)之氣體限制組件129之覆蓋件133的一實施例的平面圖。請參照第1及2圖，氣體限制組件129係配置以限制氣流且改變被沉積於基板140之邊緣區域上之氣流的區域分佈。於一實施例中，在不影響基板140之大範圍均勻性分佈的情況下，氣體限制組件129減少在基板140之邊緣的高沉積率。
第3圖繪示遮蔽框架組件之一實施例的剖面側視 圖。遮蔽框架310與基板140之周圍邊緣重疊，基板140係設置 於基板支撐件130上。在PECVD處理期間，遮蔽框架310提供保護基板支撐件130避免電漿之優點。然而，遮蔽框架310之缺點包括它覆蓋基板140之周圍邊緣，因而增加邊緣排除且避免或限制膜沉積於基板140之周圍區域中，導致邊緣均勻性之減少。 移除遮蔽框架310係因為過量之電漿沉積於基板140之周圍邊緣上，亦導致在周圍之不均勻沉積，以及可能之電漿電弧。
第4圖繪示氣體限制組件129之一實施例的剖面側 視圖，其提出許多於第3圖中所示之遮蔽框架以及移除遮蔽框架所關注之部分。氣體限制器135係設置於底件131上，底件131係依序地設置於基板支撐件130上。覆蓋件133係設置於基板支撐件130上且避免於基板支撐件130上之沉積。氣體限制器135係設置於覆蓋件133和底件131上，且係圍繞於基板140之周圍地設置。第5圖繪示氣體限制組件129之一實施例的等角視圖。 氣體限制器135係圍繞地定位基板140之周圍。在氣體限制器135和基板140之間有一縫隙137。由基板支撐件130支撐之覆蓋件133係設置於縫隙137之下方且保護基板支撐件130避免沉積。
氣體限制組件129係以非金屬或玻璃製成。舉例來 說，氣體限制組件129可由例如是氧化鋁(Al2O3)之陶瓷製成。底件131係設置於基板支撐件130上，且於一實施例中，底件131係包括一或多個陶瓷按鍵(未繪示)，設置於底件131之一側上，且配置以面對基板支撐件130的基板接收表面132。陶瓷按鍵可減少熱及物理接觸基板支撐件130。氣體限制器135係經由設置 於基板支撐件130上之底件131耦接於基板支撐件130。於一實施例中，底件131包括一或多個定位銷202，用以與氣體限制器132對準。
覆蓋件133係在底件131與氣體限制器135之間耦 接於基板支撐件130。覆蓋件133係配置，使得基板支撐件130係在處理期間不暴露於電漿，甚至是在如果基板140在基板支撐件130上係偏移時。於一實施例中，覆蓋件133包括一或多個陶瓷板200，連結於一或多個交會處(intersections)或接合處(seams)206。陶瓷板200係位於基板支撐件130之上部外周圍，且設置於基板140之外周圍下(如第1圖中所示)。一或多個狹縫式之定位銷202及固定式之螺絲204係使用而使此些陶瓷板200彼此連結，以形成覆蓋件133。由於例如是鋁之基板支撐件130材料之熱膨脹和陶瓷板200之熱膨脹的差異，狹縫式之定位銷202及固定式之螺絲204係避免此些覆蓋件陶瓷板200在接合處206開放。用於定位銷202之孔的中心和用於固定式之螺絲204之孔的中心之間的距離係定義為X。在仍避免此些陶瓷板200在接合處206形成實質上之縫隙，距離X可選擇，以讓基板支撐件130在熱膨脹時係多於陶瓷板200。甚至在例如是攝氏400度之處理溫度的熱膨脹時，此係有利地避免基板支撐件130暴露於電漿。
請再參照第1圖，氣體限制器135具有約1mm至 約9mm之間的厚度，例如是約3mm或6mm，且具有約25mm至約75mm之間的寬度，例如是約50mm。縫隙137可形成於基 板140之邊緣和氣體限制器135之間。於一實施例中，縫隙137係約1mm至約5mm之間，例如是約2mm(或在攝氏400度係約5mm至約6mm)。此技術領域中具有通常知識者可理解，基於流動之氣體與所需補償之氣體流速，可選擇上述之氣體限制組件129，且特別是氣體限制器135與縫隙137之材料及尺寸。
此處所述之氣體限制組件129之實施例係有利於減 少氣流且補償在基板之邊緣區域上的高沉積率。藉由推動氣體回到氣體限制器135之一高度的下方且向上移動氣體，氣體限制組件129係改變在氣體限制器135之下方的區域氣流。因此，此區域氣體分佈係減少且區域電漿密度及沉積率係亦接續地減少。藉此，整個膜厚均勻性係改善，且特別是在50mm之邊緣區域或較少EE處。
雖然本揭露係說明有關於一種氣體限制組件，然而 其他屏障配置可擴展至處理腔室設備係可預期的。舉例來說，增加或減少遮蔽框架之厚度或導入厚度梯度(thickness gradient)至一存在之遮蔽框架來補償使用遮蔽框架之效用係可應用。
類似於基板140的基板之整體均勻性係進行測試且 創造性之氣體限制組件係顯示下述有利之結果：(1)對於非晶矽沉積來說，具有約6mm之厚度的氣體限制器係改善正規化之DR範圍從6.8%至4.5%，在邊緣之10mm至50mm之範圍中具有2.3%之潛在均勻性(potential uniformity)，且在10mm EE之整體均勻性係從6.0%改善至3.8%；(2)對於高DR氮化矽來說，具有 約6mm之厚度的氣體限制器係改善正規化之DR範圍從9.5%至4.1%，具有2.1%之潛在均勻性，且在10mm EE之整體均勻性係從4.3%改善至3.6%；(3)對於高DR氧化矽來說，具有約6mm之厚度的氣體限制器係改善正規化之DR範圍從8.5%至2.5%，具有1.3%之潛在均勻性，且整體均勻性係從6.2%改善至4.8%；(4)對於低DR氮化矽來說，具有約3mm之厚度的氣體限制器係改善正規化之DR範圍從14.4%至9.7%，具有4.8%之潛在均勻性，且整體均勻性係從12.9%改善至7.7%；以及(5)對於低DR氧化矽來說，具有約6mm之厚度的氣體限制器係改善正規化之DR範圍從6.3%至1.1%，具有0.6%之潛在均勻性，且整體均勻性係從7.4%改善至6.8%。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
129‧‧‧氣體限制組件
130‧‧‧基板支撐件
131‧‧‧底件
133‧‧‧覆蓋件
135‧‧‧氣體限制器
140‧‧‧基板

Claims (20)

  1. 一種氣體限制組件，用於一處理腔室，該氣體限制組件包括：一氣體限制器，圍繞於一基板地設置；以及一覆蓋件，設置於該氣體限制器之下方，且位於該氣體限制器以及一位置之間，該基板係設置於該位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之氣體限制組件，更包括一底件，設置於該氣體限制器之下方。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之氣體限制組件，其中該底件包括一或多個陶瓷按鍵，定位以面對一基板支撐件，該基板支撐件設置於該基板之下方。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之氣體限制組件，其中該底件包括一或多個定位銷，配置以對準該底件於該氣體限制器。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之氣體限制組件，其中該底件包括氧化鋁。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之氣體限制組件，其中該氣體限制器具有一內邊緣且該基板具有一外邊緣，以及該內邊緣至該外邊緣之距離係為1mm及5mm之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之氣體限制組件，其中該氣體限制器具有約1mm及約9mm之間的一厚度。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之氣體限制組件，其中該覆蓋件係定位以與該基板重疊約5mm及約10mm之間的一距離。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之氣體限制組件，其中該覆蓋件包括一或多個陶瓷板，連結於一或多個交會處，其中該些陶瓷板包括一或多個銷或螺絲，配置以於該一或多個交會處連結該一或多個陶瓷板。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之氣體限制組件，其中該氣體限制器與該覆蓋件包括氧化鋁。
  11. 一種處理腔室，包括：一擴散器；一基板支撐件，定位以支撐一基板大約地相對於該擴散器；以及一氣體限制組件，包括：一氣體限制器，圍繞於該基板地設置；及一覆蓋件，設置於該氣體限制器之下方以及該基板支撐件之上方。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之處理腔室，其中該氣體限制器與該覆蓋件包括氧化鋁。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之處理腔室，其中該氣體限制器具有一內邊緣且該基板具有一外邊緣，以及該內邊緣至該外邊緣之距離係為1mm及5mm之間。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之處理腔室，其中該氣體限制器具有約1mm及約9mm之間的一厚度。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之處理腔室，其中該覆蓋件 係定位以與該基板重疊約5mm及約10mm之間的一距離。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之處理腔室，其中該覆蓋件包括一或多個陶瓷板，連結於一或多個交會處，其中該些陶瓷板包括一或多個銷或螺絲，配置以於該一或多個交會處連結該一或多個陶瓷板。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之處理腔室，更包括一底件，設置於該氣體限制器之下方。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之處理腔室，其中該底件包括一或多個陶瓷按鍵，定位以面對一基板支撐件，該基板支撐件設置於該基板之下方。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之處理腔室，其中該底件包括一或多個定位銷，配置以對準該底件於該氣體限制器。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之處理腔室，該底件包括一氧化鋁。
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