TWI496239B - 基板支撐框架及包含該框架之基板處理設備 - Google Patents

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Description

基板支撐框架及包含該框架之基板處理設備 【交叉參考之相關申請案】
本案對申請於2008年7月2日的韓國專利申請案第2008-0064016號主張優先權，該韓國專利申請案在此併入作為參考，如同將其完整描述於本說明書中。
本發明係關於基板處理設備，尤關於支撐基板用之基板支撐框架，以及包括該框架之基板處理設備及使用該框架來承載及卸載基板的方法。
因應化石燃料的耗盡及防止環境污染，焦點已聚集在如太陽能的潔淨能源。特別是，用以將太陽能轉換成電能的太陽能電池已迅速發展。
在太陽能電池中，其可以是矽晶圓或玻璃基板上之PN(正負型)接合二極體或PIN(正型-本質-負型)二極體的非結晶矽薄膜，受太陽能激發的少數載子會擴散穿過PN接合面，且電動勢會由PN接合二極體的兩端之壓差產生。
用以形成抗反射層及P(正型)與N(負型)半導體層之一者或P(正型)、I(本質)及N(負型)非結晶矽薄膜之一者的製程，以及用以蝕刻該等層或薄膜而形成預先決定之圖形的製程，皆為形成太陽能電池所需。
圖1繪示用以將薄膜沉積在基板上之傳統基板處理設備。近來，太陽能電池的基板尺寸已逐漸增大來改善產率。用以在太陽能電池之大尺寸基板上沉積薄膜用的基板處理設備具有如圖1所示之元件。
在圖1中，基板處理設備10包括腔室11、基座12、上電極15、氣體分配板14、氣體供應管16及排氣孔18。基座12係設置於由腔室11所定義的內部空間，且基板S承載在基座12上。此外，基座12作為上電極15的對應電極。上電極15係設置於基座12的上方，並連接至RF(無線射頻)電源17。氣體分配板14係設置於基座12與上電極15之間，並具有複數個注入孔。氣體分配板14可與上電極15結合而固定於腔室11。用以將來源材料供應進入氣體分配板14的氣體供應管16貫穿上電極15的一部分，且腔室11中的剩餘氣體經由設置於腔室11之底部部分的排氣孔18而排出。
依從基座12之中心部分下向延伸之基座支撐部12a的運動，基座12可上、下移動。
升降銷13貫穿基座12，並用以將基板S承載至基座12上或將基板從該處卸載。基座12往下移動，俾使升降銷13從基座12凸出，而基板S輸送進入腔室11。接著，基板S係置於升降銷13上，且基座12往上移動，將基板S承載在基座12上。
相反地，在完成一處理後，基座12往下移動，以使升降銷13將基板S從基座12上推。因此，基板S從基座12卸載。
然而，傳統基板處理設備具有某些缺點。一般而言，升降銷由陶瓷材料形成。升降銷在承載及卸載基板期間作為基板的支撐部。當升降銷支撐基板並相對於基板而傾斜時，升降銷受到基板的承載而會發生如升降銷的斷裂。
特別是，太陽能的基板厚於半導體的基板。一般而言，因為太陽能基板具有數釐米以上的厚度，其具有相對較大的重量。當升降銷所支撐的基板具有相對較大的重量時，升降銷的斷裂會較頻繁發生。因升降銷斷裂之故，設備需離線以便更換或修復升降銷，產量便會下降。
升降銷斷裂的問題並不限於用以處理太陽能基板的設備。升降銷斷裂會發生在用以處理用於其他目的之基板的設備。
據此，本發明係基板支撐框架及包括該框架之基板處理設備，其消除了因相關技藝之限制及缺點所產生的一或更多個問題。
本發明之其他特徵及優點可於下述說明，且部分地由以下說明而能更加了解，或能由實施本發明而獲知。本發明之目的及其他優點將會從以下說明之清楚揭露及其申請專利範圍與隨附圖式中得知並達成。
如在此廣泛敘述及所提及之實施例，為了達成本發明此等及其他優點，並依據其目的，用以將基板承載至腔室之基座上或將其從該處卸載的基板支撐框架，其中基板支撐框架設置於基座上方，該框架包括：一本體，支撐該基板之一邊緣部分；一第一開口部，穿過該本體之一中心部分，並對應到該基座之一中心部分；複數個第一凸出部分，從該本體之一側延伸至該第一開口部；及複數個第一凹陷部分，其各者對應到該等凸出部分之相鄰二者之間的一空間，其中，該等第一凸出部分之各者對應到該基座上之一第二凹陷部分，且該等第一凹陷部分之各者對應到該基座上之一第二凸出部分。
在另一實施態樣中，基板處理設備包括：一腔室，具有一內部空間；一基板支撐框架，包括：一本體；一第一開口部，穿過該本體；複數個第一凸出部分，從該本體之一側延伸至該第一開口部；及複數個第一凹陷部分，其各者對應到該等凸出部分之相鄰二者之間的一空間；及一基座，係位於該腔室之內部空間，並能上、下移動，該基座係位於該基板支撐框架之下方，並包括複數個第二凸出部分及複數個第二凹陷部分，該等第二凸出部分對應到該等第一凹陷部分，而該等第二凹陷部分對應到該等第一凸出部分，其中，該等第二凹陷部分之各者對應到該等第二凸出部分之相鄰二者之間的一空間。
應了解到，前述一般性的說明及以下詳細說明係例示性、解釋性質的，其欲提供本所請發明之更詳細說明。
茲參照較佳實施例而詳述本發明，較佳實施例之範例係繪示於隨附圖式中。
圖2係根據本發明之實施例而繪示基板處理設備的橫剖面圖，而圖3係根據本發明之實施例而繪示基板支撐框架的立體圖。圖4係根據本發明之實施例而繪示基板支撐框架的平面圖，而圖5係根據本發明之實施例而繪示基板支撐框架的立體圖。
基板處理設備100包括腔室110、基座120、上電極160、氣體分配板150、氣體供應管170及排氣孔112。基座120係設置於由腔室110所定義的內部空間中，而基板S係承載在基座120上。此外，基座120作為上電極160的對應電極。上電極160係設置於基座120上方，並連接至RF(無線射頻)電源180。氣體分配板150係設置於基座120與上電極160之間，並具有複數個注入孔152。氣體分配板150可與上電極160結合而固定到腔室110。將來源材料供應進入氣體分配板150的氣體供應管170貫穿上電極160的一部分，而腔室110中的所剩氣體係經由設置於腔室110之底部表面的排氣孔112排出。
此外，基板處理設備100包括位於基座120上或其上方的基板支撐框架130。升降銷13(圖1)在承載及卸載期間支撐基板，而在本發明中，基板支撐框架130支撐基板S。另一方面，基板處理設備100不僅可包括基板支撐框架130，更可包括升降銷，以在承載及卸載基板S期間支撐基板S。
參考圖2及圖3，基板支撐框架130包括本體131，以及第一及第二開口部135及136。基板S的邊緣部分係由本體131所支撐。第一開口部135係形成在本體131的前側表面上，而第二開口部136係形成在本體131的側表面。本體131具有對應到基板S的形狀。當基板S為晶圓時，本體131具有圓形形狀。當基板S為玻璃基板時，本體131具有矩形形狀。圖3繪示本體131具有矩形形狀。當基座120往上移動時，基座120的上表面穿過第一開口部135而接觸基板S的底部表面，以將基板S上推。據此，第一開口部135的形狀係取決於基座120之上表面的形狀。基板S由機器人運送穿過第二開口部136而接觸本體，並由本體支撐。在圖3中，使機器人輸入/輸出的第二開口部136係形成在本體131之側表面的整個區域上。或者，在圖5中，開口部135被本體131包圍。亦即，本體131包括四個側壁，而沒有第二開口部136(圖3)。側壁上形成有溝槽138。基板由機器人200經過溝槽138而輸送進入開口部135。溝槽138的數量係取決於機器人200的機械臂210數量。在承載及卸載期間，機器人200必須稍微地向上或向下移動。據此，溝槽138的深度係取決於機器人200的運動。
基板支撐框架130係位於使第二開口部136對應到位於腔室110之側壁的基板進/出埠(未繪示)的位置。本體131可具有邊緣部分132，該邊緣部分從本體之上表面凹陷，以有效地支撐基板S。亦即，邊緣部分132的上表面具有比本體131較低的高度。本體131的上表面延伸並傾斜至邊緣部分132。在此情況下，基板不接觸本體131的上表面，而接觸邊緣部分132的上表面。當本體131具有平坦的上表面而不具有邊緣部分132時，基板S會從本體131分離或搖動。因為基板S接觸本體131的邊緣部分132且受其支撐，可避免前述問題。此外，基板支撐框架130具有支腳133，該支腳從基板支撐框架130之底部表面凸出，並接觸基座120的一部分。支腳133可以是跟著本體131而連續延伸的。另一方面，複數個支腳133可彼此隔開而形成。亦可省略支腳133。
基板支撐框架130可由陽極處理鋁(Al)形成，且其具有數個優點。鋁具有對處理氣體的化學容受性。此外，基板支撐框架130與作為上電極160之對應電極的基座電性隔離，以防止電漿密度呈不均勻狀態。
框架支撐部140係形成在腔室110的內側壁。框架支撐部140作為基板支撐框架130的支撐部。據此，只要框架支撐部140支撐基板支撐框架130，且不阻礙基座120的運動，並不限制框架支撐部140的形狀或數量。如圖4所示，基板支撐框架130的各側形成有一個框架支撐部140。或者，框架支撐部可以形成在基板支撐框架的相對二側。在此情況下，二個框架支撐部可形成在基板支撐框架之相對二側之各者。
參考圖4，圖4繪示設置在基板支撐框架之邊緣部分上的基板，基板S與基板支撐框架130的邊緣部分132接觸了寬度W。寬度W可以是約3釐米(mm)至約10mm。當寬度太狹窄時，基板S可能會有不穩定的位置。相反而言，當寬度太寬時，因為基板支撐框架130與基座120(圖2)之間的溫度差異，便會發生如在邊緣部分之非均勻塗佈厚度的問題。其係因加熱器(未繪示)設置於基座120以加熱基板S之故。
在圖4中，邊緣部分132之上表面與本體131之上表面之間的一個部分為對該兩表面呈傾斜狀。將基板S對準到基板支撐框架130上具有其優點。另一方面，邊緣部分132之上表面與本體131之下表面之間的一個部分為對該兩表面呈垂直狀。避免薄膜形成在基板S的側表面有其優點。
當基座120往上移動時，基座120的上表面穿過第一開口部135而接觸基板S的底部表面，以將基板S上推到處理位置。因為基板S的背側表面應該與基座120的上表面完整接觸，進而執行期望的處理，基座120的上表面便具有不平均的形狀。基座120的中心部分接觸基板S的底部部分，基座120的第一外部部分122接觸邊緣部分132的底部表面，且基座120的第二外部部分124接觸支腳133的底部表面。
基座120可包括強化部分126。強化部分126可由陶瓷材料形成。當基座120接觸基板支撐框架130的支腳133時，基座120的一部分或支腳133的陽極處理膜可能會損耗，使基板支撐框架130與基座120之間電性隔離受到破壞。具有抗磨耗屬性的材料(如陶瓷)的強化部分126能避免此問題。強化部分126係設置於基座120中或基座120上。在任何情況下，當支腳133接觸強化部分126時，基座120應該接觸基板S。
當強化部分126不從第二外部部分124的上表面凸出時，支腳133的厚度係等於第一及第二外部部分122及124之間的高度差。另一方面，當強化部分126從第二外部部分124的上表面凸出時，支腳133與強化部分126的厚度總和係等於第一及第二外部部分122及124之間的高度差。若未形成支腳133，基座120便不具有第二外部部分124。
在此，基板的承載及卸載處理以圖2至圖5來說明。在基板S未輸入進入腔室110之前，基板支撐框架130係設置於基座120上方，並由位於腔室110側壁的框架支撐部140所支撐。基板S藉由機器人(未繪示)穿過基板進/出埠(未繪示)而輸送進入腔室110，並穿過基板支撐框架130的第二開口部136而置在基板支撐框架130的第一開口部135上方。接著，機器人(未繪示)往下移動，使基板S置於基板支撐框架130的邊緣部分132上。當機器人(未繪示)消失之後，腔室110的內部空間藉由真空泵(未繪示)透過排氣孔112而形成真空。基座120往上移動到處理位置。亦即，基座120的中心部分穿過基板支撐框架130的第一開口部135而接觸基板S的底部表面，並將基板S連同基板支撐框架130上推。此稱作承載處理。當基板S置於處理位置時，將來源材料經由氣體分配板150噴塗在基板S上，而上電極160從RF電源180取得電力。因此，作為活化自由基與離子之混合物的電漿便可產生，使薄膜沉積到基板S上。
在薄膜形成製程完成之後，基座120往下移動。當基座120移動時，基板支撐框架130的本體131會由框架支撐部140所懸掛，以使基板支撐框架130及基板S從基座120分離。
即使基板S因靜電而緊密黏合在基座120上，當基板從基座120分離時，因為基板S有足夠厚度，基板S不會受損。[0044]當基座120往下移動到初始位置時，機器人(未繪示)便進入腔室而到達基板S下方。接著，基板S被機器人(未繪示)上推而與基板支撐框架130分離，並從腔室110輸出。此稱作卸載處理。
在圖2至圖5所示之基板支撐框架及基板處理設備中，基板S與基板支撐框架130的邊緣部分132接觸了W寬度，該寬度係在約3mm至約10mm之內，基板S的邊緣並不直接接觸基座120。從基座120到基板S邊緣的熱傳導會傳遞經過基板支撐框架130，致使在接觸基板支撐框架130的基板S邊緣與接觸基座120的基板S中心具有溫度差。此溫度差可以是在約攝氏5至10度之內，使沉積率亦具有差異。因此，基板S上之薄膜的均勻性便會劣化。
為了解決這些問題，圖6至圖8D說明基板支撐框架及基板處理設備。圖6係根據本發明之實施例而繪示基板支撐框架及框架支撐部的立體圖，而圖7係根據本發明之實施例而繪示基板支撐框架的平面圖。圖8A至圖8D分別根據本發明之實施例而繪示基板支撐框架之凸起部分的平面圖。其差異僅在於基板支撐框架之第一凸出部分及第一凹陷部分與基座之第二凸出部分與第二凹陷部分之間。
基板支撐框架230包括本體231，以及第一及第二開口部235及236。基板S的邊緣部分係由本體131所支撐。第一開口部235係形成在本體231的前側表面上，而第二開口部236係形成在本體231的側表面。本體231具有與基板S相對應的形狀。當基板S為晶圓時，本體231具有圓形形狀。當基板S為玻璃基板時，本體231具有矩形形狀。圖6繪示本體231具有矩形形狀。複數個第一凸出部分262a係形成在本體131的側表面上。在相鄰之第一凸出部分262a之間的空間係定義為第一凹陷部分264a。亦即，在本體231的側表面上，第一凸出部分262a及第一凹陷部分264a係交替形成。第二開口部236係形成於本體231的一側表面，而第一凸出部分262a及凹陷部分264a係形成於本體231的其他側表面。傾斜側部分254係設置於本體231的上表面與本體231的其他側表面之間。第一凸出部分262a從傾斜側部分254延伸。因傾斜側部分254之故，能夠有效防止基板S在處理期間的運動。各第一凸出部分262a之距離本體231側表面的寬度可以是在約3至10mm的範圍之內。各第一凸出部分262a之延著本體231側表面的長度可以是在約5至20mm的範圍之內。
基座220包括中心部分221、第一外部部分222及第二外部部分224。第一外部部分222係位於中心部分221與第二外部部分224之間。基座220具有階梯形狀。中心部分221係對應到基板支撐框架230的第一開口部235，並由第一開口部曝露出，而本體231係對應到基座220的第一及第二外部部分222及224。基座220的中心部分221包括第二凸出部分262b及第二凹陷部分264b。第二凸出部分262b係對應到第一凹陷部分264a，而第二凹陷部分264b係對應到第一凸出部分262a。亦即，第一凸出部分262a具有與第二凹陷部分264b相同的形狀，而第二凸出部分262b具有與第一凹陷部分264a相同的形狀。此外，第一凸出部分262a可以具有與第二凸出部分262b相同的形狀。據此，當基板支撐框架230係直接設置在基座220上時，第一凸出部分262a及第二凸出部分262b會分別插入第二凹陷部分264b及第一凹陷部分264a之中，以獲得一平坦頂部表面。第一凸出部分262a的厚度可等於第二凹陷部分264b的深度，而第二凸出部分262b的厚度可等於第一凹陷部分264a的深度。舉例而言，第一凸出部分262a的厚度可等於第二凸出部分262b的厚度。第一凸出部分262a的底部表面接觸基座220的第一外部部分222。
當置有基板S的基板支撐框架230往下移動而被設置在基座220上時，以使基板S的溫度差異最小化的方式，基板S的邊緣接觸基板支撐框架230的第一凸出部分262a及基座220的第二凸出部分262b。因此，能改進基板S上之薄膜的均勻性。
雖未繪示，基板支撐框架的第一凹陷部分可延伸至本體231側表面的一部分，且基座的第二凸出部分亦可延伸而具有與第一凹陷部分相同的尺寸。在此情況下，基板S的溫度差異能更進一步最小化。
參考圖7，框架支撐部240係形成在腔室110(圖2)的內側壁。框架支撐部240作為基板支撐框架230的支撐部。如圖7所示，一個框架支撐部240形成在基板支撐框架230的各側。或者，框架支撐部可形成在基板支撐框架的相對二側。在此情況下，二個框架支撐部可形成在基板支撐框架之相對二側的各者。
參考圖8A至圖8D，其繪示基板支撐框架的數個第一凸出部分，第一凸出部分262a及第二凸出部分262b具有矩形、梯形、三角形、半圓形等的其中一形狀。
本技術領域中具有通常知識者將了解到：在不背離本發明之精神與範疇的情況下，可將具有邊緣框架的設備進行各式修改及變化。因此，若對本發明之修改與變化落入隨附申請專利範圍及其均等物的範圍中，本發明欲涵蓋該修改與變化。
10．．．基板處理設備
11．．．腔室
12．．．基座
12a．．．基座支撐部
13．．．升降銷
14．．．氣體分配板
15．．．上電極
16．．．氣體供應管
17．．．電源
18．．．排氣孔
100．．．基板處理設備
110．．．腔室
120．．．基座
112．．．排氣孔
122．．．第一外部部分
124．．．第二外部部分
126．．．強化部分
130．．．基板支撐框架
131．．．本體
132．．．邊緣部分
133．．．支腳
135．．．第一開口部
136．．．第二開口部
138．．．溝槽
140．．．框架支撐部
150．．．氣體分配板
152．．．注入孔
160．．．上電極
170．．．氣體供應管
180．．．電源
200．．．機器人
210．．．機械臂
220．．．基座
221．．．中心部分
222．．．第一外部部分
224．．．第二外部部分
230．．．基板支撐框架
231．．．本體
235．．．第一開口部
236．．．第二開口部
240．．．框架支撐部
254．．．傾斜側部分
262a．．．第一凸出部分
262b．．．第二凸出部分
264a．．．第一凹陷部分
264b．．．第二凹陷部分
S．．．基板
W．．．寬度
本圖式為本發明提供更詳細之說明，在併入本說明書之後，成為本說明書之一部分，其並繪示本發明之實施例，連同發明說明而可解釋本發明之要旨。
圖1係傳統基板處理設備的橫剖面圖。
圖2係根據本發明之實施例之基板處理設備的橫剖面圖。
圖3係根據本發明之實施例之基板支撐框架的立體圖。
圖4係根據本發明之實施例之基板支撐框架的平面圖。
圖5係根據本發明之實施例之基板支撐框架的立體圖。
圖6係根據本發明之實施例之基板支撐框架及框架支撐部的立體圖。
圖7係根據本發明之實施例之基板支撐框架的平面圖。
圖8A至圖8D係分別為根據本發明之實施例之基板支撐框架之凸出部分的平面圖。
200．．．機器人
220．．．基座
221．．．中心部分
222．．．第一外部部分
224．．．第二外部部分
230．．．基板支撐框架
231．．．本體
235．．．第一開口部
236．．．第二開口部
254．．．傾斜側部分
262a．．．第一凸出部分
262b．．．第二凸出部分
264a．．．第一凹陷部分
264b．．．第二凹陷部分
S．．．基板

Claims (13)

  1. 一種基板支撐框架，用以將一基板承載至一腔室中之一基座上，或將其從該處卸載，其中，該基板支撐框架係設置於該基座上方，該基板支撐框架包含：一本體，支撐該基板之一邊緣部分；一第一開口部，穿過該本體之一中心部分，並對應到該基座之一中心部分；複數個第一凸出部分，從該本體之一側延伸至該第一開口部；及複數個第一凹陷部分，其各者對應到該等凸出部分之相鄰二者之間的一空間，其中，該等第一凸出部分之各者對應到該基座上之一第二凹陷部分，且該等第一凹陷部分之各者對應到該基座上之一第二凸出部分，且其中該本體包括從該本體凸出而進入該第一開口部之一傾斜側部分，且該等第一凸出部分從該傾斜側部分延伸。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板支撐框架，更包含對應到該本體之一側的一第二開口部，其中，該基板係設置於該本體上，並穿過該第二開口部，以重疊該基座之中心部分。
  3. 如申請專利範圍第2項之基板支撐框架，其中，該第二開口部包括至少一溝槽，該至少一溝槽係位於該本體之一側壁。
  4. 如申請專利範圍第1項之基板支撐框架，其中，該等第一及第二凸出部分之各者具有矩形、梯形、三角形及半圓形之其中一形狀。
  5. 一種基板處理設備，包含：一腔室，具有一內部空間； 一基板支撐框架，包括：一本體；一第一開口部，穿過該本體；複數個第一凸出部分，從該本體之一側延伸至該第一開口部；及複數個第一凹陷部分，其各者對應到該等凸出部分之相鄰二者之間的一空間，該本體包括從該本體凸出而進入該第一開口部之一傾斜側部分；及一基座，係位於該腔室之內部空間，並能上、下移動，該基座係位於該基板支撐框架之下方，並包括複數個第二凸出部分及複數個第二凹陷部分，該等第二凸出部分對應到該等第一凹陷部分，而該等第二凹陷部分對應到該等第一凸出部分，其中，該等第二凹陷部分之各者對應到該等第二凸出部分之相鄰二者之間的一空間，其中該等第一凸出部分從該傾斜側部分延伸。
  6. 如申請專利範圍第5項之基板處理設備，其中，該等第一凸出部分的一厚度係等於該等第二凹陷部分的一深度，且該等第二凸出部分的一厚度係等於該等第一凹陷部分的一深度。
  7. 如申請專利範圍第6項之基板處理設備，其中，該等第一凸出部分的該厚度係等於該等第二凸出部分的該厚度。
  8. 如申請專利範圍第5項之基板處理設備，其中，該基板支撐框架更包括一第二開口部，該第二開口部係位於該本體之一側，且其中，一基板經過該第二開口部而被傳輸到該基板支撐框架上。
  9. 如申請專利範圍第5項之基板處理設備，其中，該基座包括：一中心部分，對應到該基板支撐框架之第一開口部；一第一外部部分，圍繞該基座之中心部分，且其距離該基座之一底部表面的高度係小於該基座之中心部分之高度，其中，該等第一凸出部分之一底部表面接觸該基座之第一外部部分。
  10. 如申請專利範圍第9項之基板處理設備，其中，基板支撐框架更包括一支腳，該支腳從該本體延伸進入該基座，且該基座更包括一第二外部部分，以使該第一外部部分設置於該基座之中心部分與該第二外部部分之間，其中，當該基座往上移動時，該支腳接觸該第二外部部分。
  11. 如申請專利範圍第10項之基板處理設備，更包含一對應圖形部，該對應圖形部接觸該第二外部部分，並對應到該支腳，以使該基座與包括該支腳之該基板支撐框架電性隔離。
  12. 如申請專利範圍第5項之基板處理設備，更包含一框架支撐部，該框架支撐部係位於該腔室之一內側壁，以將該基板支撐框架支撐在該基座上方。
  13. 如申請專利範圍第5項之基板處理設備，其中，該第一凸出部分具有與該第二凸出部分相同的形狀。
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