TWI389172B - 擴散器支撐件 - Google Patents

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TWI389172B
TWI389172B TW097123127A TW97123127A TWI389172B TW I389172 B TWI389172 B TW I389172B TW 097123127 A TW097123127 A TW 097123127A TW 97123127 A TW97123127 A TW 97123127A TW I389172 B TWI389172 B TW I389172B
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Robin L Tiner
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
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Description

擴散器支撐件
本發明的實施例大致係關於支撐氣體分配板或擴散器的設備和方法。
近年來，形成平板顯示器的基板尺寸顯著增大。例如，通常分割製成多個TFT-LCD平板顯示器的基板具有約2000cm2 的尺寸且已經增大到約25000cm2 或更大尺寸。這樣的基板通常在具有擴散器的電漿腔室中處理。通常一般以與基板相對並隔開的關係支撐擴散器，擴散器具有複數個適於朝基板分散一種或多種處理氣體的氣體通道，從而對基板執行處理(諸如，沉積或蝕刻)。由於擴散器的尺寸接近基板，所以基板尺寸的增加使得擴散器尺寸增加。
現有擴散器的問題包括由於擴散器暴露於高處理溫度中、地心引力和其他力量導致的下垂(sagging)、變形(creeping)、移動(movement)和/或擴散器或相關部件隨著時間的裂變(cracking)。現有擴散器設計的這些問題有害地影響基板處理均勻性和性能，還可能增加擴散器和相關部件的維修和更換費用。
因此，需要一種改進的氣體分配設備和方法。
氣體分配設備的實施例包括耦接到擴散器並通過背板 可移動地設置的擴散器支撐件。氣體分配設備的特定實施例更包括具有底部和壁的腔體。背板係設置在腔體上。腔室內部空間係由腔體和背板所界定。擴散器係設置在腔室內部空間中。氣體分配設備的其他實施例更包括背板和擴散器之間的可變間隔。
在基板支撐件的基板接收表面上的基板處理方法之實施例包括在由腔體和背板界定之腔室內部空間中提供擴散器。擴散器支撐件支撐擴散器並通過背板可移動地設置。在特定實施例中，在腔室內部空間中施加真空壓力，其中背板彎曲以回應真空壓力。在其他的實施例中，擴散器支撐件耦接到腔室內部空間外部的結構。
本發明的實施例主要提供在適於處理基板(如沉積、蝕刻、電漿處理、電漿清潔或其他基板處理)的處理設備中支撐擴散器的設備和方法。第1圖是氣體分配設備之一個實施例的示意性橫截面圖，該氣體分配設備包括在例如電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)腔室之腔室100中支撐的擴散器110。一個可使用的適當PECVD腔室可從位於美國加州聖克拉拉的應用材料公司或應用材料的分公司獲得。據瞭解，其他的腔室可受益於本設備和方法，例如蝕刻腔室、電漿處理腔室、電漿清潔腔室以及其他腔室。第1圖中所示的腔室適於在水平方向處理基板。據瞭解，本設備和方法也可應用於適合在其他方向(如垂直方向)處 理基板的腔室。
腔室100包括具有壁102和底部104的腔體。腔室100還包括耦接到腔室100的頂蓋123的背板112。腔室內部空間106係由腔體和背板112所界定。基板支撐件130設置在腔室內部空間106中。通過可密封的狹縫閥108進入腔室內部空間106，使基板140可傳送進出腔室100。基板支撐件130包括支撐基板140的基板接收表面132以及包括耦接到升降系統136以升起和降低基板支撐件130的桿(stem)134。陰影環(未示出)可隨意的置於基板140的週邊上。舉升銷138可移動地設置通過基板支撐件130以移動基板140進出基板接收表面132。基板支撐件130還可包括加熱和/或冷卻元件139以將基板支撐件130維持在預期溫度下。基板支撐件130還可包括接地帶(strap)131以提供在基板支撐件130週邊接地的射頻(RF)。
氣體源120耦接到背板112，通過背板112中的進氣口142提供一種或多種氣體。氣體經過進氣口142和擴散器110中的氣體通道111到達基板140上方的處理區180。真空泵109耦接到腔室100以控制腔室內部空間106和處理區180在預期壓力下。
擴散器110包括第一或上游側113和第二或下游側116。每個氣體通道111穿過擴散器110形成，以允許氣體從上游側113傳送到下游側116再到處理區180。射頻(RF)功率源122可耦接到背板112以給擴散器110提供射頻功率。圖中所示由頂蓋123支撐的背板112，可通過絕緣體 185與腔室100的其他部分電性隔離。施加到擴散器的射頻功率在擴散器110和基板支撐件130之間產生電場，從而可在處理區180中產生電漿。可以使用各種頻率，如約0.3MHz到約200MHz之間的頻率，如提供在13.56MHz頻率上的RF功率。
遠端電漿源124，諸如感應耦合的或微波遠端電漿源，亦可耦接在氣體源120和背板112中形成的進氣口142之間。在處理基板過程中，可對遠端電漿源124提供清潔氣體，從而產生遠端電漿並將其提供到腔室100內從而清洗腔室部件。清潔氣體可進一步被由射頻功率源122供應到擴散器110的射頻電流所激發。合適的清潔氣體包括但不限於NF3 、F2 和SF6 。
擴散器110通過懸架114在擴散器110的邊緣部分耦接到背板112。懸架114可彎曲以允許擴散器110的膨脹和收縮。在第1圖所示的實施例中，懸架114還將射頻功率源施加到背板112的射頻電流傳送到擴散器110。撓性懸架的例子公開在美國專利No.6,477,980中，授權給了應用材料有限公司，在不抵觸本公開的範圍內引入其全部內容作爲參考。
一個或多個擴散器支撐件160可移動地設置穿過背板112中的各個開口165並耦接到擴散器110。擴散器支撐件160耦接到框架結構175。擴散器支撐件160的材料可爲具有支撐擴散器160的足夠強度的任意處理相容材料，如金屬、合金、聚合物、陶瓷、鋁、鈦及其組合。擴散器支撐 件160較佳地耦接到擴散器110的中心區域。由於擴散器支撐件160可移動地設置穿過背板112，擴散器支撐件160可以在除了背板112中心區域的位置之外的任意預期位置支撐擴散器110的中心區域。
擴散器110的中心區域在此界定爲從擴散器中心半徑R範圍內的位置，其中R爲擴散器對角線的25%或更少，最好爲擴散器對角線的15%或更少，更佳爲擴散器對角線的10%或更少。例如，如果擴散器的尺寸爲2.3米長，2.0米寬，則對角線約爲3.0米。
如第1圖所示，擴散器支撐件160可通過耦接組件150耦接到框架結構175。耦接組件150可包括支撐環148和一個或多個吊桿(hanger)162。吊桿162耦接到框架結構175並耦接到支撐環148。支撐環148耦接到擴散器支撐件160。在一個實施例中，支撐環148可包括介電材料，如陶瓷或聚合物材料，以電性隔離框架結構175或降低從背板傳輸經過擴散器支撐件160到框架結構175的射頻電流量。在其他的實施例中，支撐環148可包括傳導材料，如鋼、鋁及其它材料。
第2圖是第1圖中框架結構175的俯視等角圖。框架結構175設置在背板112上並耦接到頂蓋123。雖然支撐環148示爲環形，但也可使用其他的形狀，包括多邊形、橢圓形以及其他簡單或複雜的圖案和形狀。
第3圖是第1圖中腔室100的擴散器支撐件160、背板112和擴散器110的放大示意性橫截面圖，其中背板112 是彎或曲的。當真空壓力施加於內部腔室空間106時，由於內部腔室空間106和大氣壓力之間的巨大壓差，背板112會經歷彎、曲、下垂或下彎。這裏使用的術語「真空壓力」指的是低於760托的壓力，較佳為低於100托，更佳為低於15托。例如，對於處理具有25000 cm2 或更大基板表面積之基板的腔室，由於施加到其上的真空壓力，背板會彎或曲幾毫米。相對而言，典型的電漿處理可能需要擴散器110與基板支撐件130的基板接收表面132之間的間距控制在約30毫米以內，或甚至為15毫米或更小。因此，基板接收表面132與擴散器之間的間距的變化會有害地影響電漿處理，如電漿沉積處理薄膜性能和均勻性。
如第3圖所示，背板112的彎或曲不影響擴散器110的中心區域的位置，原因在於擴散器112的中心區域由可移動地設置穿過背板112的擴散器支撐件160所支撐。擴散器支撐件160由框架結構175支撐。框架結構175設置在腔室內部空間106外面。因此，擴散器112的中心區域的位置不依賴於背板112的中心區域的位置。這樣，由於擴散器110的中心區域係支撐於與作用於背板112中心區域的壓力無關之位置中，所以減少了擴散器110的彎、曲、下垂、下彎、變形、移動、裂變和維修。由於應用到內部空間中的真空壓力而引起的背板的活動、彎或曲導致背板112與擴散器110頂部之間的間距變化。擴散器110的中心區域的位置基本不變。因此，即使背板彎或曲，也可保持擴散器110與基板接收表面132之間更一致的間距。因 此，電漿處理得到改善，腔室100需要的維修減少。
第4A-4E圖示出了與擴散器支撐件160相連之密封元件147的各種實施例，其提供背板的開口165的真空密封。密封元件147將腔室內部空間106與周圍的外部環境隔離，同時允許擴散器支撐件160和背板112的相對運動。
第4A圖示出了密封設備147A，其包括夾在蓋帽(cap)347A與背板112的頂部412之間的O形環325。蓋帽347A包括形成在其中以容納擴散器支撐件160的開口417A，並可通過緊固件410A(如螺栓，螺絲釘等)耦接到背板112的頂部412。O形環325A通過與擴散器支撐件160滑動接觸而密封開口165。
第4B圖示出了密封設備147B，其包括夾在蓋帽347B與背板112的底部413之間的O形環325B。蓋帽347B包括形成在其中以容納擴散器支撐件160的開口417B，並可通過緊固件410B(如螺栓，螺絲釘等)耦接到背板112的底部413。O形環325B通過與擴散器支撐件160滑動接觸而密封背板112中的開口165。
第4C圖示出了密封設備147C，其包括設置在背板112中形成的坐落處(land)420中的O形環325C。O形環325C通過與擴散器支撐件160滑動接觸而密封背板112中的開口165。
第4D圖示出了密封設備147D，其包括設置在擴散器支撐件160中形成的坐落處(land)421中的O形環325D。O形環325D通過與背板112的開口165滑動接觸而密封 背板中的開口165。
第4E圖示出了密封設備147E，其包括圍繞擴散器支撐件160的至少一部分的撓性波紋管(bellow)402。如圖所示，撓性波紋管402耦接到背板112並耦接到支撐環148。撓性波紋管402可根據背板112與支撐環148之間的距離變化而伸長或縮短。撓性波紋管402可由金屬(如鋼或鋁)或聚合物材料製成。選擇性頂蓋405可至少部分圍繞擴散器支撐件160設置，以提供支撐環148與擴散器支撐件160之間的真空密封。
第5圖是擴散器支撐件160的一個實施例的橫截面圖，該擴散器支撐件160通過耦接到擴散器110的配合機構425耦接至擴散器。配合機構425具有空腔，該空腔適於容納並與擴散器支撐件160的頭部525配合。在一個態樣中，配合機構爲從擴散器支撐件160附接和分離配合機構425提供方便。
第6A圖是至少部分圍繞擴散器支撐件160設置以電性隔離框架結構與擴散器支撐件160或降低從背板流經擴散器支撐件到框架結構之射頻電流量的絕緣套管602的一個實施例的橫截面圖。絕緣套管602在擴散器支撐件160與耦接組件150的支撐環148之間提供絕緣隔離。在其他的實施例中(未示出)，擴散器支撐件可耦接到具有耦接組件的支撐框架，並且絕緣套管可提供擴散器支撐件與支撐框架之間的絕緣隔離。
第6B圖是耦接到擴散器160的介電隔離塊(break) 560的一個實施例的橫截面圖。介電隔離塊電性隔離框架結構175與擴散器支撐件160，或降低從背板112流經擴散器支撐件160到框架結構175的射頻電流量。介電隔離塊560在沒有支撐環148的情況下可接收擴散器支撐件160的一端和吊架162的一端，並通過緊固件565(如插銷、螺絲釘或螺栓)耦接在一起。
第7圖是耦接到背板112的進氣口142的氣體饋通(feed-through)元件710之一個實施例的橫截面圖。氣體饋通元件710包括與進氣口142連通的進口塊(block)715。進口塊715包括耦接到射頻功率源122的連接器745。進口塊715包括導電材料，如鋁。射頻功率源112提供的射頻電流流經進口塊715、經過背板112、經過撓性懸架114到擴散器110。導管740提供進口塊715和遠端電漿源介面720之間的連通。遠端電漿源介面720耦接到遠端電漿源124，遠端電漿源124耦接到氣體源120。在一個實施例中，導管740較佳地包括介電材料，以降低流經進口塊715的射頻電流量。
第8圖是腔室900的另一個實施例的示意性橫截面圖，其中擴散器支撐件160直接耦接到支撐框架175。射頻功率源122可耦接到背板112或耦接到一個或多個擴散器支撐件160。在任一實施例中，腔室900可包括適於隔離腔室900的任何電活性部分的頂蓋118。頂蓋118可延伸到處於接地電位的頂蓋123。在另一個實施例中(未示出)，絕緣套管可至少部分地圍繞每個擴散器支撐件160， 以將支撐框架175與擴散器支撐件160電性隔離。
雖然前述針對本發明的實施例，但是在不偏離本發明基本範圍的情況下可設計出其他進一步的實施例，並且該範圍係由下面所述的申請專利範圍所界定。
100‧‧‧腔室
102‧‧‧壁
104‧‧‧底部
106‧‧‧腔室內部空間
108‧‧‧狹縫閥
109‧‧‧真空泵
110‧‧‧擴散器
111‧‧‧氣體通道
112‧‧‧背板
113‧‧‧上游側
114‧‧‧懸架
116‧‧‧下游側
118、123、405‧‧‧頂蓋
120‧‧‧氣體源
122‧‧‧功率源
124‧‧‧遠端電漿源
130‧‧‧基板支撐件
131‧‧‧接地帶
132‧‧‧基板接收表面
134‧‧‧桿
136‧‧‧升降系統
138‧‧‧舉升銷
139‧‧‧加熱與/或冷卻元件
140‧‧‧基板
142‧‧‧進氣口
144‧‧‧橋接組件
146‧‧‧第一緊固件
147A、147B、147C、147D、147E‧‧‧密封元件
148‧‧‧支撐環
150‧‧‧耦接組件
160‧‧‧擴散器支撐件
162‧‧‧吊桿
165、417A、417B‧‧‧開口
175‧‧‧框架結構
180‧‧‧處理區
185‧‧‧絕緣體
325A、325B、325C、325D‧‧‧O形環
347A、347B‧‧‧蓋帽
402‧‧‧撓性波紋管
410A、410B、565‧‧‧緊固件
412‧‧‧頂部
413‧‧‧底部
420、421‧‧‧坐落處
425‧‧‧配合機構
525‧‧‧頭部
560‧‧‧介電隔離塊
602‧‧‧絕緣套管
710‧‧‧氣體饋通元件
715‧‧‧進口塊
720‧‧‧遠端電漿源介面
745‧‧‧連接器
爲了能更詳細地理解本發明的上述特徵，將參照實施例對以上的概述進行本發明的更加明確的描述，其中部分實施例在附圖中示出。然而，應注意，附圖只描述了本發明的典型實施例，因此不應理解成限制本發明的範圍，因爲本發明可適用於其他同樣有效的實施例。
第1圖是支撐於腔室中之擴散器的一個實施例的示意性橫截面圖；第2圖是第1圖的框架結構的等角俯視圖；第3圖是第1圖中背板彎曲之腔室中的擴散器支撐件、背板和擴散器的放大示意性橫截面圖；第4A-4E圖示出了與擴散器支撐件有關且提供背板之開口真空密封的密封設備之各種實施例；第5圖是通過耦接到擴散器的配合機構而耦接到擴散器之擴散器支撐件的一個實施例的橫截面圖；第6A圖是至少部分圍繞擴散器支撐件設置之絕緣套的一個實施例的橫截面圖；第6B圖是介電隔離塊一個實施例的橫截面圖，其用於電性絕緣擴散器支撐件與框架結構或降低從背板流經擴 散器支撐件到框架結構的射頻電流量；第7圖是耦接到第1圖中之背板進氣口的氣體饋通元件之一個實施例的橫截面圖；第8圖是擴散器支撐件耦接到支撐框架之腔室的另一個實施例的示意性橫截面圖。
爲了便於理解，盡可能採用同樣的元件符號表示同樣的元件。可設想在一個實施例中公開的元件可在有益地用於其他的實施例中而不需要特定的敍述。
106‧‧‧腔室內部空間
110‧‧‧擴散器
111‧‧‧氣體通道
112‧‧‧背板
114‧‧‧懸架
120‧‧‧氣體源
122‧‧‧功率源
123‧‧‧頂蓋
124‧‧‧遠端電漿源
142‧‧‧進氣口
148‧‧‧支撐環
160‧‧‧擴散器支撐件
162‧‧‧吊桿
165‧‧‧開口
175‧‧‧框架結構
185‧‧‧絕緣體

Claims (25)

  1. 一種氣體分配設備，包括：一擴散器，設置在具有一內部空間的一腔體中；一背板，設置在該腔體中且界定該內部空間的一部分；以及一擴散器支撐件，可移動地設置穿過該背板並耦接至該擴散器且耦接至設置在該背板上以及該腔體內部空間外側的一框架結構，使得該框架結構支撐該擴散器的一中心區域之方式係與作用於該背板中心區域的壓力無關。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該背板與該擴散器之間的一間距係可變的。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該背板更包括一開口，其中該擴散器支撐件可移動地設置穿越其中。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之設備，更包括一與該擴散器支撐件相連之密封元件。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之設備，其中該密封元件為該背板中之開口提供一真空密封。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之設備，其中該密封元件包 括一與該擴散器支撐件滑動接觸之O形環。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之設備，其中該密封元件包括一與該背板之開口滑動接觸之O形環。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之設備，其中該密封元件包括一撓性波紋管(flexible bellows)。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該擴散器支撐件係耦接至該擴散器的一中心區域。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該背板係耦接至該擴散器的一邊緣部分。
  11. 一種氣體分配設備，包括：一腔體，包括一底部和數個壁；一背板，設置在該腔體上；一腔室內部空間，係由該腔體與該背板所界定；一擴散器，設置在該腔室內部空間中；以及一擴散器支撐件耦接至該擴散器，該擴散器支撐件可移動地設置穿過該背板的一中心區域並由設置在該背板上的一框架結構來支撐，該框架結構支撐該擴散器的中心區域之方式係與作用於該背板中心區域的壓力無關。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之設備，更包括一設置在該腔室內部空間外側的框架結構，其中該擴散器支撐件係耦接至該框架結構。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之設備，其中該框架結構係與該擴散器支撐件電性隔離。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之設備，更包括一耦接該擴散器支撐件與該框架結構的耦接組件。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之設備，其中該耦接組件包括一吊架與一支撐環，該吊架耦接至該框架結構，且該支撐環耦接至該吊架與該擴散器支撐件。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之設備，其中該支撐環包括一絕緣材料。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之設備，其中該支撐環包括一導電材料。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之設備，更包括一至少部分圍繞該擴散器支撐件設置的絕緣套管。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之設備，更包括一至少部分圍繞該吊架設置的絕緣套管。
  20. 如申請專利範圍第12項所述之設備，更包括一在該框架結構上提供其電性隔離的頂蓋。
  21. 一種氣體分佈設備，包括：一擴散器；一背板；複數個擴散器支撐件，可移動地設置穿過該背板中的各個開口並耦接至該擴散器及耦接至設置在該背板上的一框架結構，其中一個或多個該複數個擴散器支撐件的調整提供該背板與該擴散器之間的一可變間距。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之設備，更包括一提供一真空壓力給該背板的真空泵。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之設備，其中該背板與該擴散器之間的可變間距係施加至該背板上之真空壓力的一函數。
  24. 如申請專利範圍第21項所述之設備，其中該背板的移 動造成該背板與該擴散器之間的可變間距。
  25. 如申請專利範圍第21項所述之設備，其中該背板耦接至該擴散器的一邊緣部分。
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