TWI447259B - 背板支撐件之射頻回傳板 - Google Patents

Description

背板支撐件之射頻回傳板

本發明之實施例一般係涉及提供一射頻回傳路徑(RF return path)給使用射頻電流之設備中的背板支撐結構之方法及設備。

隨著對於大型平面顯示器及大型太陽能面板之需求增加，待處理之基板的尺寸也必須增加。舉例來說，大面積基板的表面積可超過2平方公尺。為了處理這些大面積基板，腔室尺寸也必須增加。對於電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)腔室來說，背板自然地要至少與大面積基板一般大。因此，針對處理大面積基板之PECVD設備來說，背板表面積係超過2平方公尺。隨著背板尺寸增加，若期望不同尺寸腔室之間的處理結果一致，則有時也必須增加射頻電流。

在PECVD中，製程氣體經過噴氣頭而導入製程室中，並藉由施加至噴氣頭的射頻電流而點燃成為電漿。隨著基板尺寸增加，施加至噴氣頭的射頻電流也要相應地增加。所施加的射頻電流愈大，對於技師的危險也愈高。

因此，需要對射頻電流進行控制，以確保技師仍為安全。

本發明之實施例一般包括一種用於利用射頻電流之設備中的射頻回傳板。無論背板有多大，皆需要背板支撐結構以預防背板下垂。流動跨越背板並朝向噴氣頭的射頻電流會部分轉向並往上流經支撐結構。往上流經支撐結構的射頻電流會將不期望之偏壓施加在支撐結構上，也會因此降低流至噴氣頭的射頻電流。藉由將射頻電流回傳至來源處，則可降低往上流經支撐結構的射頻電流量。射頻回傳板可以設置在腔室蓋和支撐結構之間，以將任何會往上流經支撐結構的射頻電流重新導引而往下流回至腔室蓋。

在一實施例中，該設備包括：一腔室蓋；一背板；一背板支撐結構，與該腔室蓋耦接；以及一射頻回傳板，係與一或多個緊固構件和該腔室蓋耦接。該背板支撐結構係橫跨該腔室蓋，並在該背板的一實質中央處與該背板耦接。該背板支撐結構亦利用一或多個緊固構件而與該腔室蓋耦接。

在另一實施例中，該設備包括：一腔室蓋；一支撐結構，與該腔室蓋的複數個邊緣耦接，並延伸於該腔室蓋上方；一耦接元件，由該支撐結構往下延伸，並且由上方之該支撐結構所支撐；以及一射頻回傳板，係耦接於該耦接元件與該腔室蓋之間。該支撐結構係在該腔室蓋上方之一位置處而延伸跨越該腔室蓋。

在另一實施例中，該設備包括：一射頻回傳板主體，具有穿設於其中且按照一定尺寸製作以容納一或多個第一緊固構件之一或多個通道，該一或多個第一緊固構件係將一背板固定至一背板支撐結構，該射頻回傳板主體亦具有穿設於其中且按照一定尺寸製作以容納一緊固構件之一或多個第二通道，且該緊固構件係將該射頻回傳板主體耦接至一腔室蓋。

本發明的實施例一般包括用於利用射頻電流之設備中的射頻回傳板。無論背板的尺寸有多大，背板支撐結構皆須用於預防背板之下垂(sag)，則跨越背板而朝向噴氣頭流動之射頻電流可能會部分轉向並往上流經支撐結構。往上流經支撐結構的射頻電流會將不期望之偏壓施加在支撐結構上，也會因此降低流至噴氣頭的射頻電流。藉由將射頻電流回傳至來源處，則可降低往上流經支撐結構的射頻電流量。射頻回傳板可以設置在腔室蓋和支撐結構之間，以將任何會往上流經支撐結構的射頻電流重新導引而往下流回至腔室蓋。應瞭解待處理之基板可以為任何適合之基板，例如半導體基板、平面顯示器基板、太陽能面板基板等。

「第1圖」為根據本發明之一實施例的PECVD設備之剖面示意圖。該設備包括一腔室100，而在該腔室100中，一或多個薄膜係沉積至基板120上。可使用之適合的PECVD設備係購自加州聖克拉拉之應用材料公司。下方之描述將會參照PECVD設備而進行探討，但應瞭解本發明亦可等效應用至其他製程室(包括購自其他製造商之製程室)。

腔室100一般包括界定出製程容積的壁102、底部104、噴氣頭106及基板支撐件118。可以透過狹縫閥開口108而進出製程容積，藉此可將基板120傳輸進出腔室100。基板支撐件118可耦接至致動器116，以升高及降低基板支撐件118。升舉銷122係可移動地穿設於基板支撐件118中，以移動基板而使其離開或置於基板承接表面上。基板支撐件118亦可包括加熱及/或冷卻元件124，以將基板支撐件118維持在期望溫度。基板支撐件118亦可包括射頻回傳帶(strap)126，以在基板支撐件118周圍提供射頻回傳路徑。

噴氣頭106係藉由緊固構件150而耦接至背板112。噴氣頭106可藉由一或多個緊固構件150而耦接至背板112，藉以協助預防下垂及/或控制噴氣頭106的平直度/彎曲度。在一實施例中，係使用12個緊固構件150以將噴氣頭106耦接至背板112。緊固構件150可包括螺母及螺栓組件。在一實施例中，螺母及螺栓組件可由電性絕緣材料製成。在另一實施例中，螺栓係由金屬製成並且包圍有電性絕緣材料。在又另一實施例中，噴氣頭106可設有螺紋以容設螺栓。在另一實施例中，螺母可以由電性絕緣材料形成。電性絕緣材料係協助預防緊固構件150與腔室100中存在的任何電漿產生電性耦合。

氣體源132係耦接至背板112，以將氣體通過噴氣頭106中的氣體通道而提供至基板120。真空幫浦110係耦接至腔室100，以將製程容積控制在期望壓力下。射頻功率源128係耦接至背板112及/或噴氣頭106，以提供射頻電流至噴氣頭106。射頻電流在噴氣頭106與基板支撐件118之間提供電場，藉此，可由噴氣頭106與基板支撐件118之間的氣體產生電漿。可使用各種頻率，例如約0.3MHz～約200MHz的頻率。在一實施例中，射頻電流係在13.56MHz之頻率下提供。

亦可將一遠端電漿源130(例如一感應耦合遠端電漿源130)耦接於氣體源132及背板112之間。在處理基板之間，可將一清潔氣體提供至遠端電漿源130，藉此產生遠端電漿。來自遠端電漿之自由基可以提供至腔室100以清潔腔室100組件。清潔氣體可以進一步由提供至噴氣頭106的射頻功率源128所激發。適合的清潔氣體包括但不限於為NF₃ 、F₂ 及SF₆ 。基板120的頂表面與噴氣頭106之間的間距係介於約400密爾(mil)～約1200密爾。在一實施例中，該間距係介於約400密爾～約800密爾。

背板112可以由支撐組件138所支撐。一或多個固定螺栓(anchor bolt)140可以由支撐組件138往下延伸至支撐環144。支撐環144可以藉由一或多個緊固構件142而與背板112耦接。在一實施例中，緊固構件142可以包括螺母及螺栓組件。在另一實施例中，緊固構件142可包括一與背板112之具螺紋承接表面耦接之具螺紋的螺栓。支撐環144與背板112之耦接可以在背板112的實質中央處。背板112之中央處為在缺乏支撐環144之下具有最少支撐量之處。因此，支撐背板112的中央區域可以降低及/或預防背板112之下垂。在一實施例中，支撐環144可以耦接至控制背板112形狀之致動器，藉此，可將背板112的中央相對於背板112的邊緣而上升或下降。背板112的移動可以相應於在製程過程中所獲得之計量(metric)。在一實施例中，該計量為所沉積之層厚度。在另一實施例中，該計量為所沉積之層的組成。背板112的移動可以與製程同時進行。在一實施例中，一或多個緊固構件142可以延伸穿過背板112而至噴氣頭106。

噴氣頭106可以額外利用托架134而耦接至背板112。托架134可具有一突出部(ledge)136，而噴氣頭106可座落於突出部136上。背板112可以座落在與腔室壁102耦接之突出部114上，藉以密封腔室100。腔室蓋152可與腔室壁102耦接，並藉由一區域154而與背板112間隔設置。在一實施例中，該區域154包括空氣。在另一實施例中，該區域154包括電性絕緣材料。腔室蓋152可具有一開口，藉此，一或多個緊固構件142可穿過該開口而與背板112耦接，且氣體供應導管156可 透過該開口供應製程氣體至腔室100。在一實施例中，支撐環144可設置於腔室蓋152下方，並實質置中設置於腔室蓋152的開口中。

射頻回傳板146係與支撐環144及腔室蓋152耦接。射頻回傳板146可以藉由緊固構件148而與腔室蓋152耦接。在一實施例中，緊固構件148包括一拉力螺栓(lag screw)。射頻回傳板146可以耦接於緊固構件142與支撐環144之間。射頻回傳板146針對會由緊固構件142往上移動至支撐環144的射頻電流提供至射頻功率源128之路徑。射頻回傳板146提供射頻電流往下流至腔室蓋152並接著返回射頻功率源128之路徑。

「第2圖」提供根據本發明之一實施例的腔室蓋202及支撐組件200之上視立體圖。位於腔室蓋202下方之背板中央可以由支撐結構206所支撐。支撐結構206可以藉由一或多個支柱208而與腔室蓋202耦接。支撐結構206可包括升舉板210，以允許支撐結構206的移動。所示之複數個緊固構件214係用於將環耦接至支撐結構206。一或多個緊固構件222可將環耦接至背板。射頻回傳板216可利用緊固構件218而耦接至腔室蓋202。在一實施例中，緊固構件218可包括一拉力螺栓220。在一實施例中，腔室蓋202可包括複數個部分224、226。在另一實施例中，腔室蓋202可包含單部件材料，其中央處穿設有一開口，以允許緊固構件222將環耦接至背板。

「第3圖」為根據本發明之一實施例的PECVD設備300之蓋部分的剖面視圖。設備300包括一氣體源302，用以將製程氣體導入腔室中，以在基板上沉積一層。氣體源302亦可導入一清潔氣體至遠端電漿源304，且清潔氣體會在遠端電漿源304中點燃成為電漿並輸送至腔室以清潔之。設備300可包括耦接至背板308的支撐結構310。一或多個緊固構件320可將環312耦接至背板308。環312可以與支撐結構310耦接。製程氣體通過噴氣頭314而流入與基板相遇，且噴氣頭314利用實質設置在接近背板308與噴氣頭314中央處的一或多個緊固構件而與背板308耦接。噴氣頭314可以額外利用托架316而與背板耦接。

射頻電流可以由射頻功率源306流至設備300。射頻電流可以沿著射頻扼流器322之外側而流入製程室。製程氣流係流經射頻扼流器322以到達製程室。射頻電流通過射頻扼流器322之外側。表面上看來，將氣體及射頻電流經過一共同位置耦接似乎會造成失敗，然而，射頻電流在通過導電表面時會具有「集膚效應(skin effect)」，射頻電流之移動會盡可能接近驅動其之來源。因此，射頻電流於導電元件之表面上移動，並僅穿透導電元件之某個可預先決定的深度(即，膚)。可預先決定的深度可經計算而為所施加之最大射頻電流的函數。因此，當導電元件較射頻電流穿透之預定深度還來得薄時，射頻電流會與在其中流動之氣體反應。相反的，當導電元件較射頻電流穿透之預定深度還來得厚時，射頻電流不會與在其中流動之氣體反應。

射頻電流將會朝向製程室流動。當射頻電流沿著導管(由射頻扼流器322導向背板308)之外側移動，則射頻電流在遇到背板308時會沿著背板308之上表面流動。射頻電流沿著背板308之上表面移動，且接著往下流經背板308的側面直到其遇到托架316為止。接著，射頻電流沿著托架316前進直到其遇到噴氣頭314之前側。由射頻功率源306至噴氣頭314前側之路徑係由箭頭324顯示。

在射頻電流沿著背板308之上表面前進時，射頻電流會遇到將背板308耦接至環312的緊固構件320。則射頻電流會沿著緊固構件320往上前進。射頻電流會於背板308以及任何將背板308與緊固構件320絕緣之任何絕緣材料之間緩慢行進，以到達緊固構件320。若射頻電流到達緊固構件320，則射頻電流可能會往上流經緊固構件320而至環312。沿著緊固構件320往上移動的射頻電流可能會對於維修或操作此設備300之技師造成傷害。另外，由背板308轉向之射頻電流會造成電感增加，並會使得到達噴氣頭314的射頻電流量降低。轉向遠離噴氣頭314的射頻電流量愈少，則該設備的效率愈高。

一或多個射頻回傳板318係耦接於緊固構件320與環312之間。射頻回傳板318亦與腔室蓋326耦接。射頻回傳板318可將射頻電流回傳至腔室蓋326。在一實施例中，射頻回傳板318在高於環312的位置處而耦接於緊固構件320及環312之間。在另一實施例中，射頻回傳板318在低於環312的位置處而耦接於緊固構件320及環312之間。在一實施例中，射頻回傳板318可包括銅，而緊固構件320與環312可包括具有較低導電性(electrical conductivity)的材料，例如鋁或不鏽鋼。由於銅具有較高的導電性，射頻電流會沿著射頻回傳板318而回傳至腔室蓋326，而非沿著支撐結構310往上前進。在一實施例中，射頻回傳板318具有實質為S型的剖面。亦可預期射頻回傳板318具有其他形狀。射頻電流沿著射頻回傳板318流動至腔室蓋326的頂表面，並接著返回射頻功率源306。

「第4A圖」為根據本發明之一實施例的與背板406耦接之支撐環400的上視圖。在「第4A圖」中，根據清楚解釋之目的，並未示出電性絕緣材料420、罩蓋418以及射頻回傳板416。圖中示出用於將環400耦接至支撐結構的鑽孔402，且圖中亦示出螺栓404。圖中所示出之鑽孔402為6個，但應瞭解可使用較少或較多數量的鑽孔402。另外，圖中示出將支撐環400耦接至背板406的8個螺栓404，但應瞭解可使用較少或較多數量的螺栓404。「第4B圖」為「第4A圖」之螺栓404穿過背板406及支撐環400的剖視圖。在支撐環400與背板406之間，螺栓404可藉由絕緣墊圈408而電性隔離。在一實施例中，絕緣墊圈408係鑽孔裝埋(countersunk)於背板406中。亦可使用其他絕緣材料來將螺栓與射頻電流電性隔離。圖中示出製程氣體通過背板406之通道414。螺栓404可以包設在電性絕緣材料420中，並以一罩蓋418罩住。由於螺栓404是直接螺鎖入背板406中，故其具射頻吸引性(RF hot)，因此射頻電流會沿著螺栓404流動。射頻回傳板416會將射頻電流回傳至蓋(圖中未示)。射頻回傳板416可耦接於支撐環400和電性絕緣材料420之間。在一實施例中，射頻回傳板416可耦接於螺栓404與支撐環400的底部之間。射頻回傳板416的另一端可以耦接至蓋(圖中並未示出蓋)。

藉由將射頻回傳板耦接於背板支撐結構與腔室蓋之間，則流至支撐結構的射頻電流量降低，且此對於必須操作此腔室的技師來說也較為安全。

惟本發明雖以較佳實施例說明如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內所作的更動與潤飾，仍應屬本發明的技術範疇。

100．．．腔室

102．．．壁

104．．．底部

106．．．噴氣頭

108．．．開口

110．．．幫浦

112．．．背板

114．．．突出部

116．．．致動器

118．．．支撐件

120．．．基板

122．．．升舉銷

124．．．元件

126．．．射頻回傳帶

128．．．功率源

130．．．遠端電漿源

132．．．氣體源

134．．．托架

136．．．突出部

138．．．支撐組件

140．．．固定螺栓

142．．．緊固構件

144．．．支撐環

146．．．射頻回傳板

148．．．緊固構件

150．．．緊固構件

152．．．腔室蓋

154．．．區域

156．．．導管

200．．．支撐組件

202．．．腔室蓋

206．．．支撐結構

208．．．支柱

210．．．升舉板

214．．．緊固構件

216．．．射頻回傳板

218．．．緊固構件

220．．．螺栓

222．．．緊固構件

224．．．部分

226．．．部分

300．．．設備

302．．．氣體源

304．．．遠端電漿源

306．．．射頻功率源

308．．．背板

310．．．支撐結構

312．．．環

314．．．噴氣頭

316．．．托架

318．．．射頻回傳板

320．．．緊固構件

322．．．射頻扼流器

324．．．箭頭

326．．．腔室蓋

400．．．(支撐)環

402．．．鑽孔

404．．．螺栓

406．．．背板

408．．．墊圈

414．．．通道

416．．．射頻回傳板

418．．．罩蓋

420．．．材料

為讓本發明之上述特徵更明顯易懂，可配合參考實施例說明，其部分乃繪示如附圖式。須注意的是，雖然所附圖式揭露本發明特定實施例，但其並非用以限定本發明之精神與範圍，任何熟習此技藝者，當可作各種之更動與潤飾而得等效實施例。

第1圖，繪示根據本發明之一實施例的PECVD設備之剖面視圖。

第2圖，繪示根據本發明之一實施例的腔室蓋及支撐組件的上視立體圖。

第3圖，繪示根據本發明之一實施例的PECVD設備之腔室蓋部分的剖面視圖。

第4A圖，繪示根據本發明之一實施例的支撐環之上視圖。

第4B圖，繪示第4A圖之螺栓穿過背板及支撐環的剖視圖。

為便於了解，圖式中相同的元件符號表示相同的元件。某一實施例採用的元件當不需特別詳述而可應用到其他實施例。

300．．．設備

302．．．氣體源

304．．．遠端電漿源

306．．．射頻功率源

308．．．背板

310．．．支撐結構

312．．．環

314．．．噴氣頭

316．．．托架

318．．．RF回傳板

320．．．緊固構件

322．．．RF扼流器

324．．．箭頭

326．．．腔室蓋

Claims (20)

1. 一種設備，包括：一腔室蓋；一背板；一背板支撐結構，係在該腔室蓋的一邊緣與該腔室蓋耦接，該背板支撐結構係橫跨該腔室蓋，並在該背板的一實質中央處與該背板耦接，該背板支撐結構係藉由延伸穿過該腔室蓋的一或多個第一緊固構件而與該背板耦接；以及一射頻(RF)回傳板，係與該背板支撐結構及該腔室蓋耦接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該射頻回傳板之剖面形狀為S型。
3. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該設備為一電漿輔助化學氣相沉積設備。
4. 如申請專利範圍第1項所述之設備，更包括：一支撐環，係將該背板支撐結構與該背板耦接。
5. 如申請專利範圍第4項所述之設備，其中該射頻回傳板係藉由該一或多個第一緊固構件而與該支撐環耦接， 而該射頻回傳板係藉由一或多個第二緊固構件而與該腔室蓋耦接。
6. 如申請專利範圍第5項所述之設備，其中該腔室蓋具有穿設於其實質中央處的一開口，且其中該支撐環的直徑係小於該開口的直徑。
7. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該射頻回傳板包括具有一第一導電性(electrical conductivity)之一材料，且該背板支撐結構包括具有一第二導電性之一材料，且該第二導電性小於該第一導電性。
8. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該背板支撐結構更包括一環，其中該射頻回傳板係耦接於該一或多個第一緊固構件與該環之間。
9. 如申請專利範圍第5項所述之設備，其中該射頻回傳板係耦接於該一或多個第二緊固構件與該腔室蓋之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該腔室蓋包括複數個部件(piece)。
11. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該腔室蓋具 有穿設於該腔室蓋之一實質中央處的一開口。
12. 如申請專利範圍第11項所述之設備，其中該一或多個第一緊固構件係延伸穿過該腔室蓋的該開口。
13. 一種設備，包括：一腔室蓋；一支撐結構，與該腔室蓋的複數個邊緣耦接，並延伸於該腔室蓋上方，該支撐結構係在該腔室蓋上方之一位置處而延伸跨越該腔室蓋；一耦接元件，由該支撐結構往下延伸，並且由上方之該支撐結構所支撐；以及一射頻回傳板，係耦接於該耦接元件與該腔室蓋之間。
14. 如申請專利範圍第13項所述之設備，其中該射頻回傳板包括具有一第一導電性之一材料，且該耦接元件包括具有一第二導電性之一材料，且該第二導電性小於該第一導電性。
15. 如申請專利範圍第13項所述之設備，其中該腔室蓋具有穿設於該腔室蓋之一實質中央處的一開口。
16. 如申請專利範圍第13項所述之設備，其中該射頻回 傳板之剖面形狀為S型。
17. 如申請專利範圍第13項所述之設備，其中該腔室蓋包括複數個部件(piece)，且該射頻回傳板係與該些部件之至少二者耦接。
18. 一種設備，包括：一射頻回傳板主體，具有穿設於其中且按照一定尺寸製作以容納一或多個第一緊固構件之一或多個通道，該一或多個第一緊固構件係將一背板固定至一背板支撐結構，該射頻回傳板主體亦具有穿設於其中且按照一定尺寸製作以容納一緊固構件之一或多個第二通道，且該緊固構件係將該射頻回傳板主體耦接至一腔室蓋。
19. 如申請專利範圍第18項所述之設備，其中該射頻回傳板主體之剖面形狀為S型。
20. 如申請專利範圍第18項所述之設備，其中該射頻回傳板主體包括銅。