TW201841228A - 處理腔室、處理套件與使用其之處理基板的方法 - Google Patents

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Abstract

一種用於均化電漿耦合的方法和設備。不連續標記，也稱為高爾夫球座斑（mura），藉由設置在朝向基板支撐件中心的開口中的升舉銷偏壓或接地而消除或最小化。為了防止偏壓或接地的升舉銷與基板支撐件之間的短路，升舉銷與基板支撐件電性絕緣。升舉銷的電性絕緣包括用電性絕緣材料塗覆升舉銷或用電性絕緣材料襯里相應的基板支撐件開口。

Description

均化電漿耦合設計在游離基座的應用
本揭露的實施例是有關於一種用於平面顯示器製造中的基板支撐件，且特別是有關於一種使用於真空室中的基板升舉銷，真空室用於在平面介質上沉積材料，平面介質例如是在平面顯示器、光伏裝置或其他應用中的太陽能電池的製造中的矩形、撓性的玻璃片、塑料片或其它材料片。
電子元件，例如薄膜電晶體（thin film transistor, TFT）、光伏（photovoltaic, PV）裝置或太陽能電池以及其他電子裝置，多年來已經在薄介質上製造。在大表面積（例如2平方公尺或更大）的基板上製造電子裝置，可以產生更大尺寸的最終產品和/或降低每個裝置（例如像素、TFT、光伏或太陽能電池等）的製造成本。
電漿增強化學氣相沉積（Plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD）是將各種材料沉積在基板上以形成膜的一個處理方法。通常，在PECVD處理方法的過程中，基板由真空沉積處理腔室中的基板支撐件支撐，並且基板在處理期間加熱到攝氏幾百度。將沉積氣體注入處理腔室中，由沉積氣體形成電漿，並且在基板表面上且/或與基板表面發生化學反應，導致基板上沉積特定的膜。PECVD處理方法用於製造液晶顯示器、平面顯示器、薄膜電晶體以及其他半導體元件。
在PECVD處理期間，電漿分佈會影響沉積的膜在厚度和膜性質二者上的品質。通常如果基板表面上方的電漿分佈不均勻，則所沉積的膜的品質將不均勻。非均勻電漿分佈的一個來源是由於與設置在基板支撐件的基板升舉銷之上的電漿非均等的能量耦合。傳統上係使用升舉銷將基板從基板支撐件的基板容置表面升起，基板支撐件藉由用於將基板傳送到PECVD腔室和從PECVD腔室傳送基板離開的機械手臂操作器提供通路至基板的背面。通常，用於大面積基板的處理方案使用一種升舉銷結構，具有設置在基板支撐件的邊緣周圍的多個升舉銷（邊緣升舉銷）以及朝向基板支撐件的中心設置的一個或多個升舉銷（內升舉銷）。內升舉銷對於大面積基板處理是必需的，因為在基板從基板支撐件升舉時，大面積基板的重量會造成基板中間下垂，且基板支撐件在沒有內升舉銷的情況下將會阻止機器手臂操作器的進入。不幸的是，在升舉銷上方和/或靠近升舉銷的區域中，常常會發現不連續標記（在沉積膜的外觀中可見的裂痕，也稱為高爾夫球座斑（mura））在處理過的基板上。
傳統上，不需要大表面積的顯示螢幕（例如用於PDA或電腦螢幕的顯示螢幕），係從大面積基板以設計成避免消費者可能看到之不連續標記的樣式來切割。然而，大面積基板中的不連續標記仍然是不希望有的，因為不連續標記會導致基板表面積的浪費，並因此增加了製造成本。此外，設計用於避免基板中心的不連續標記的處理方法需要額外的圖案化步驟和程序，這增加了整體製造時間。在需要大連續基板面積的應用中，例如大螢幕電視產品，這種不連續標記是無法避免的。
因此，本領域需要用於大面積基板的均化電漿分佈之改良的設備和方法，並且實質上消除或最小化基板表面中和/或基板表面上的可見不連續標記。
本文描述的實施例是有關於用於大面積基板處理的一個或多個升舉銷的偏壓或接地，以消除或最小化基板中出現的不連續標記，以免在升舉銷上方形成不均勻的電漿分佈。
在一實施例中，提供一種處理腔室。處理腔室包括定義處理空間的一腔室主體和設置在處理空間內的一基板支撐件，其中基板支撐件具有多個貫穿形成的開口。處理腔室還包括一個或多個第一升舉銷設置以分別穿過多個開口中的一個或多個第一開口以及一個或多個第二升舉銷設置以分別穿過多個開口中的一個或多個第二開口，其中一個或多個第二升舉銷與基板支撐件電性絕緣。
在另一實施例中，提供一種處理套件。處理套件包括一個或多個升舉銷。該一個或多個升舉銷各自包括連接到頭部的一細長軸，頭部具有一頂面、多個側面和一底面，以及一塗層，該塗層為設置在細長軸上、頭部的側面和頭部的底面上的非導電性材料。
在另一實施例中，提供一種處理基板的方法。該方法包括將一基板定位在一基板支撐件上，其中基板支撐件設置在一處理腔室的一處理空間中，將一偏壓電位施加到可移動地設置穿過基板支撐件的一個或多個升舉銷，使一處理氣體流入處理空間，激發並維持處理氣體的電漿，使基板暴露於電漿中，並在基板上沉積一材料層。
為了能夠詳細理解本揭露的上述特徵的內容，可以藉由參考實施例得知在上發明內容中本揭露的更具體描述，其中一些描述在所附圖式中。然而，需注意的是，所附圖式僅示意地表示本揭露的典型實施例，因此不應被認為是對申請專利範圍的限制，因為本揭露可以允許其他等效實施例。
為了便於理解，在可能的情況下使用相同的元件符號來指示圖中共有的相同元件。可預期的是，在一實施例中揭露的元件可以有利地用於其他實施例而無需特別描述。
本文所述的實施例整體上是有關於一種均化基板支撐件上方的電漿分佈的方法以及設備，以消除或最小化在一材料層形成到一大面積基板上的電漿增強化學氣相沉積（PECVD）期間所形成的不連續標記。不連續標記，對應於基板支撐件中的升舉銷結構，可以藉由偏壓或藉由使所要的升舉銷接地而被消除或最小化。為了防止偏壓或接地的升舉銷與基板支撐件之間的短路，升舉銷與基板支撐件電性絕緣。在一實施例中，一個或多個偏壓或接地的升舉銷藉由設置在一個或多個升舉銷的表面上的一電性絕緣材料與基板支撐件電性絕緣。在另一實施例中，一個或多個升舉銷藉由設置在穿過基板支撐件形成的一個或多個相對應開口的壁上的一電性絕緣材料與基板支撐件電性絕緣。
第1圖是PECVD處理腔室100的剖面示意圖。處理腔室100通常包括定義一處理空間105的一個或多個腔室壁102、一腔室基座104和通常稱為噴頭的一氣體分配組件106。氣體分配組件106藉由一個或多個緊固機構150連接至一背板112，以防止氣體分配組件106的下垂和/或控制氣流分配組件106的平直度及曲率。氣體源132流體連通至背板112，以藉由穿過氣體分配組件106形成的多個第一開口107向處理空間105提供處理氣體。處理空間105具有設置在其中的一基板支撐件118，流體連通到排氣裝置110，排氣裝置110例如一個或多個專用真空泵，可將處理空間105保持在低於大氣壓的條件下並且從處理空間105中排出處理氣體和其他氣體。一射頻電源128藉由一匹配網絡190電性耦接到背板112和/或藉由匹配網絡190連接到氣體分配組件。在基板處理期間，由射頻電源128提供的射頻功率用於藉由與射頻電源128耦接的電容性能量激發與維持來自處理氣體的一處理電漿。在一些實施例中，遠端電漿源130，例如電感性耦接遠端電漿源130，連接在氣體源132和背板112之間。在處理基板與處理基板之間，可以向遠端電漿源130提供一清潔氣體，並且在其中產生一遠端電漿。然後，來自遠端電漿的自由基（radicals）流入處理空間105中以清潔處理空間105中的表面。
本文中的氣體分配組件106還藉由噴頭懸架134（例如撓性金屬裙（flexible metal skirt））連接到背板112。通常，噴頭懸架134包括一唇緣136，氣體分配組件106的至少一部分位於唇緣136上。在一些實施例中，背板112承靠在腔室壁102的凸緣114的上表面上，以將處理空間105從大氣條件下密封。
基板支撐件118設置在密封地延伸穿過腔室基座104的一軸117上。軸117連接到一致動器116，致動器116用於升高和降低軸117，因此基板支撐件118設置在軸117上，以利於處理基板120並將基板120傳送至處理空間105和從處理空間105移出基板120。基板120藉由一個或多個腔室壁102中的一個中的一第二開口108裝載至處理空間105中，而在基板處理期間第二開口108通常係以門或閥（圖未繪示）密封。多個升舉銷（例如升舉銷122A、122B）設置在腔室基座104上方但可接合，多個升舉銷可移動地穿過基板支撐件118設置，以利於將基板120傳送到基板支撐件118的基板容置表面和從基板支撐件118的基板容置表面移開。當基板支撐件118處於一下降位置時，多個升舉銷122A、122B接觸腔室基座104並移動以在基板支撐件118上方延伸，並將基板120從基板容置表面抬起，使得基板120能夠藉由機器人操作器（圖未繪示）取出。當基板支撐件118處於一升起位置和/或處理位置時，多個升舉銷122A、122B的頂部與基板支撐件118的基板容置表面齊平或低於基板容置表面，並且基板120承靠在基板容置表面上。在一些實施例中，基板支撐件118還包括加熱和/或冷卻元件124以將基板支撐件118以及設置在基板支撐件118上的基板120保持在期望的溫度。通常，基板支撐件118電性耦接到一個或多個射頻（RF）返回帶126，以在基板支撐件118的外圍提供射頻返回路徑。
在此，多個升舉銷122A、122B包括一個或多個邊緣升舉銷122A，用於在基板傳送期間對基板120之邊緣和角落進行支撐，以及一個或多個內升舉銷122B，用於對基板120的中心進行支撐，其中中心支撐包括沿著朝向基板支撐件118的中心的方向從邊緣升舉銷122A的位置徑向向內的位置。通常，多個升舉銷122A、122B中的每一個包括一細長軸304（參見第3A圖至第3C圖）以及一頭部310（參見第3A圖至第3C圖），頭部310具有用於接觸基板120的一頂表面312（見第3A圖至第3C圖）、側面314（參見第3A圖至第3C圖）以及一底表面316（參見第3A圖至第3C圖）。
在一實施例中，一個或多個內升舉銷122B電性耦接到一偏壓電壓源185，例如是射頻電源。提供給一個或多個內升舉銷122B的偏壓電位提供均化的電容性能量，此電容性能量與在其上方形成的電漿耦合，通過基板支撐件118的表面和穿設在基板支撐件118中的一個或多個內升舉銷122B。均化的電漿能量耦合提供均勻的電漿分佈，與鄰近於內升舉銷122B的基板表面相比，實質上消除或最小化在基板上的一個或多個內升舉銷122B上方區域的膜沉積的不連續性，這消除和/或最小化在沉積膜中的不連續標記，例如第2A圖中描述的不連續標記208。
在另一實施例中，一個或多個內升舉銷122B連接至地表188，並且接地的一個或多個內升舉銷122B各自與基板支撐件118電性絕緣。
第2A圖繪示根據先前技術設置在具有升舉銷122構造的一基板支撐件118上的一基板120。如圖所示，多個不期望的不連續標記208（也稱為高爾夫球座斑（mura））形成於沉積在基板120上和/或膜上，並且分別在多個升舉銷122中的每一個附近和/或上方的相對應之多個區域中。出現在一個或多個升舉銷122設置的區域的基板120的周邊內側中的不連續標記208因為變色斑點，通常對肉眼是可見的。據信這些缺陷是由於這些支撐區域上的不連續電漿耦合造成的薄膜不均勻性（film heterogeneity）引起的。如第2A圖所示，在PECVD處理之後，在升舉銷122上方的基板120的表面中和/或上面的不連續標記208是可見的。為了避免最終產品中的不連續標記208，最終產品尺寸不期望地受到了限制，此限制係為了避免由基板支撐件118內部的升舉銷122引起的不連續標記208所必需的切割線210所導致者。
第2B圖繪示位在根據本文所揭露的實施例的一具有升舉銷122構造的基板支撐件118上的一基板120。在一實施例中，基板120設置在基板支撐件118上，並且一個或多個內升舉銷122B從基板120的邊緣向內設置。一個或多個內升舉銷122B耦接到一實施例中的一個偏壓電壓源185，或在另一實施例中連接到地表188。一個或多個內升舉銷122B與基板支撐件118電性絕緣。在一實施例中，偏壓電位被施加到一個或多個內升舉銷122B，以均化與橫越基板支撐件118和一個或多個內升舉銷122B，並在多個內升舉銷122B上方形成的電漿耦合的電容性能量，並且在基板120的整個表面上提供均勻的電漿分佈。
第3A圖是邊緣升舉銷122A、基板支撐件118以及基板120的一部分的放大示意圖。邊緣升舉銷122A可移動地設置在基板支撐件118內。在一實施例中，邊緣升舉銷122A包括金屬或金屬合金、陶瓷材料或任何能夠承受高溫並且不會對製程的化學物質產生反應的材料。在一些實施例中，在基板支撐件118中提供凹陷間隙315，以利於當頭部310暴露於升高的處理溫度時，有助於頭部310的任何熱膨脹。
第3B圖是一實施例的內升舉銷122B、基板支撐件118以及基板120的一部分的放大示意圖。在本實施例中，一個或多個內升舉銷122B具有一細長軸304和一頭部310，頭部310具有一頂表面312、側面314以及一底表面316。細長軸304和一個或多個內升舉銷122B的頭部310由導電金屬製成，例如是鋁或陽極氧化鋁（anodized aluminum）。細長軸304以及頭部310的側面314和底表面316具有設置在其上的一電性絕緣材料，例如是絕緣塗層318，使得一個或多個內升舉銷122B於基板支撐件118處於如第1圖所示的升起（即處理）位置時，與基板支撐件118電性絕緣。絕緣塗層318可由任何不導電的材料製成，能夠承受高溫並且不會對製程之化學物質產生反應，絕緣塗層318的材料例如是陶瓷材料（例如氧化鋁（Al2 O3 ）、氮化鋁（AlN）、氧化釔（Y2 O3 ）或其組合）以及一些聚合物等。在一些實施例中，當升舉銷122B暴露於升高的處理溫度時，可以在基板支撐件118中提供一凹陷間隙315，以有助於頭部310和/或絕緣材料的任何熱膨脹。
第3C圖是另一實施例的一內升舉銷122B、基板支撐件118以及基板120的一部分的放大示意圖。在本實施例中，一個或多個內升舉銷122B各自具有一細長軸304和一頭部310。一個或多個內升舉銷122B的細長軸304和頭部310由導電金屬製成，例如是鋁或陽極氧化鋁。
基板支撐件118中的開口由界定開口的一開口壁320界定。如第1圖所示，開口壁320具有一襯墊322，使得當基板支撐件處於升起位置時，一個或多個內升舉銷122B與基板支撐件118電性絕緣。此處的襯墊322由任何不導電的材料製成，能夠承受高溫並且不會與製程的化學物質產生反應，襯墊322的材料例如是陶瓷材料（例如Al2 O3 、AlN、Y2 O3 或其組合）以及一些聚合物等。在一實施例中，當升舉銷122B暴露於升高的處理溫度時，在基板支撐件118中提供一凹陷間隙315，以有助於頭部310和/或襯墊322的任何熱膨脹。
第4圖是根據一實施例的在基板處理期間偏壓一個或多個升舉銷的方法的流程圖。在步驟401中，方法400包括將一基板放置在一基板支撐件上，基板支撐件設置在一處理腔室的一處理空間中，例如第1圖中的處理腔室。在步驟402中，方法400包括將一偏壓電位施加到可移動地設置穿過基板支撐件的一個或多個升舉銷。在一些實施例中，一個或多個升舉銷從基板支撐件的邊緣朝向基板支撐件內部的方向向內設置。在步驟403中，方法400包括使一種或多種處理氣體流入處理空間中。在步驟404中，方法400包括激發並維持處理氣體的電漿。在步驟405以及步驟406中，方法400包括將基板暴露於電漿並在基板上沉積一材料層。
本文描述的設備和方法提供在使用電漿增強CVD處理方法時，藉由均化與電漿之電容性能量耦合而消除和/或最小化在沉積的材料層上和/或在材料層中的不連續標記（也稱為高爾夫球座斑（mura）），上述電漿橫越基板支撐件的表面，包括穿過設置在基板支撐件中的升舉銷的表面。為了防止偏壓或接地的升舉銷與基板支撐件之間的短路，本文所述的偏壓或接地的升舉銷與基板支撐件係電性絕緣。在一些實施例中，升舉銷藉由設置在升舉銷上的電性絕緣材料的一塗層與基板支撐件電性絕緣。在其他實施例中，藉由形成在基板支撐件中的開口的一電性絕緣材料的襯墊，升舉銷與基板支撐件電性絕緣。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以定義本發明。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。
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧腔室壁
104‧‧‧腔室基座
105‧‧‧處理空間
106‧‧‧氣體分配組件
107‧‧‧第一開口
108‧‧‧第二開口
110‧‧‧排氣裝置
112‧‧‧背板
114‧‧‧凸緣
116‧‧‧致動器
117‧‧‧軸
118‧‧‧基板支撐件
120‧‧‧基板
122A‧‧‧邊緣升舉銷
122B‧‧‧內升舉銷
124‧‧‧冷卻元件
126‧‧‧射頻返回帶
128‧‧‧射頻電源
130‧‧‧遠端電漿源
132‧‧‧氣體源
134‧‧‧噴頭懸架
136‧‧‧唇緣
150‧‧‧緊固機構
185‧‧‧偏壓電壓源
188‧‧‧地表
190‧‧‧匹配網絡
208‧‧‧不連續標記
304‧‧‧細長軸
310‧‧‧頭部
312‧‧‧頂表面
314‧‧‧側面
315‧‧‧凹陷間隙
316‧‧‧底表面
318‧‧‧絕緣塗層
320‧‧‧開口壁
322‧‧‧襯墊
401~406‧‧‧各個步驟
第1圖是根據一實施例的PECVD腔室的剖面示意圖。 第2A圖是根據先前技術的一種具有一升舉銷結構的基板支撐件的平面示意圖。 第2B圖是根據本文描述的實施例的一種具有一升舉銷結構的基板支撐件的平面示意圖。 第3A圖至第3C圖是根據本文描述的實施例中第1圖的基板支撐件的部分特寫視圖。 第4圖是根據一實施例的在基板處理期間偏壓一個或多個升舉銷的方法的流程圖。

Claims (20)

  1. 一種處理腔室，包括： 一腔室主體，用以定義一處理空間； 一基板支撐件，設置在該處理空間內，其中該基板支撐件具有穿過該基板支撐件而形成的複數個開口； 一個或多個第一升舉銷，分別設置穿過該些開口中的一個或多個第一開口；以及 一個或多個第二升舉銷，分別設置穿過該些開口中的一個或多個第二開口，其中該一個或多個第二升舉銷與該基板支撐件電性絕緣。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的處理腔室，其中該一個或多個第二升舉銷電性耦接到一偏壓電壓源。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的處理腔室，其中該一個或多個第二升舉銷由一導電金屬製成。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的處理腔室，其中該導電金屬為鋁。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的處理腔室，其中該一個或多個第二升舉銷更包括設置在該導電金屬上的一非導電性材料。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的處理腔室，其中該非導電性材料為陶瓷。
  7. 如申請專利範圍第3項所述的處理腔室，其中界定該一個或多個第二開口的壁上襯有一非導電性材料。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的處理腔室，其中該一個或多個第二升舉銷以朝向該基板支撐件的內部的方向從一個或多個第一升舉銷向內設置。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的處理腔室，其中該非導電性材料為陶瓷。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的處理腔室，其中該一個或多個第二升舉銷係電性耦接到地表。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的處理腔室，更包括面向該基板支撐件的一氣體分配組件。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的處理腔室，其中該氣體分配組件係電性耦接到一射頻電源。
  13. 一種處理套件，包括： 一個或多個升舉銷，每個升舉銷包括： 一細長軸，與一頭部耦接，該頭部具有一頂表面、複數個側面以及一底表面，其中該細長軸與該頭部由一導電金屬製成；以及 一非導電性材料，設置於該細長軸、該頭部的該些側面和該頭部的該底表面上。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的處理套件，其中該導電金屬為鋁。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的處理套件，其中該非導電性材料為陶瓷。
  16. 一種處理基板的方法，包括： 將一基板定位在一基板支撐件上，其中該基板支撐件設置在一處理腔室的一處理空間中； 向可移動地設置穿過該基板支撐件的一個或多個升舉銷施加一偏壓電位； 使一處理氣體流入該處理空間中； 激發並維持該處理氣體的電漿； 將該基板暴露於該電漿；以及 在該基板上沉積一材料層。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該一個或多個升舉銷從該基板支撐件的邊緣朝向該基板支撐件中心的方向向內設置。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的方法，其中該一個或多個升舉銷各自包括： 一細長軸，與一頭部耦接，該頭部具有一頂表面、複數個側面以及一底表面，其中該細長軸與該頭部由一導電金屬製成；以及 一非導電性材料，設置於該細長軸、該頭部的該些側面和該頭部的該底表面上。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的方法，其中該導電金屬為鋁。
  20. 如申請專利範圍第18項所述的方法，其中該非導電性材料為陶瓷。
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