TWI579406B - 遮蔽框及對應之基板支座、與具有此二者的電漿輔助化學氣相沉積裝置 - Google Patents

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Description

遮蔽框及對應之基板支座、與具有此二者的電漿輔助化學氣 相沉積裝置
本發明之實施例大致上是關於使用在一電漿處理腔室中之基板支座(substrate support)。
電視、電腦顯示器(computer monitor)以及其他平板顯示器(Flat Panel Displays,FPD)典型地在大面積基板的處理腔室中被製造。為了最大化基板的有效使用，這些大面積的處理腔室被設計來處理矩形基板。由於大部分FPD的形狀為矩形，被設計來處理圓形基板(例如半導體晶圓)的處理腔室可能不是所想要的，這是因為其為了形成矩形FPD之最終形狀而必須被移除的浪費掉的基板的量。
隨著大面積處理腔室的尺寸持續增加，用一個單一的部件(piece)製造出各種的腔室元件變得困難。因此，某些腔室元件可能包括多個部件。由於熱膨漲的問題，每一個部件可能會 膨脹和收縮。故這多個部件可能被稍微分開，以在相鄰的部件之間產生間隙。若施加偏壓於這些部件上，電弧作用(arcing)可能容易地發生在腔室中。
因此，在所屬技術領域中，存在有避免在使用多部件元件的大面積處理腔室中的電弧作用之需求。
本發明之實施例大致上是關於用於電漿處理腔室中之基板支座。金屬材質的基板支座具有陶瓷插入物，以避免處理過程中基板支座與用以保護基板支座邊緣的遮蔽框之間的電弧作用。在大面積基板的處理腔室中，遮蔽框可包括多個部件。個別的部件可能被耦接在一起，但會以一間隙稍微地分隔開來，以容許熱膨脹。陶瓷插入物係位在基板支座上，使得當遮蔽框被放置在其相鄰位置時，陶瓷插入物是位在相鄰於遮蔽框間隙的位置。相鄰於間隙的陶瓷插入物避免和/或減少電弧作用，這是因為間隙是位在電絕緣材料上而不是導電材料上。
在一實施例中，係揭露一種用以配置於腔室主體中的遮蔽框。遮蔽框包括一第一部件、以一間隙與第一部件隔開的一第二部件以及耦接至第一部件和第二部件的一或多個耦接元件。
在另一實施例中，係揭露一種設備。該設備包括一腔室主體、一矩形基板支座以及一陶瓷插入物，矩形基板支座配置於腔室主體中，並具有一第一部分及一第二部分，第一部分環 繞第二部分，第一部分具有一第一厚度，第二部分具有一第二厚度，第二厚度大於第一厚度，陶瓷插入物耦接至基板支座，並具有一第一頂部表面及一第二頂部表面，第一頂部表面平行於第一部分之頂部表面，第二頂部表面平行於第二部分之頂部表面。
在另一實施例中，係揭露一種基板支座。基板支座包括一矩形基板支座主體及一陶瓷插入物，矩形基板支座主體具有一第一部分及一第二部分，第一部分環繞第二部分，第一部分具有一第一厚度，第二部分具有一第二厚度，第二厚度大於第一厚度，陶瓷插入物耦接至基板支座主體，並具有一第一頂部表面及一第二頂部表面，第一頂部表面平行於第一部分之頂部表面，第二頂部表面平行於第二部分之頂部表面。
在另一實施例中，係揭露一種電漿輔助化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)設備。該設備包括一腔室主體、一氣體分佈噴淋頭(gas distribution showerhead)、一矩形基板支座、一陶瓷插入物以及一遮蔽框，氣體分佈噴淋頭配置於腔室主體中，矩形基板支座配置於腔室主體中相對於氣體分佈噴淋頭，並具有一第一部分及一第二部分，第一部分環繞第二部分，第一部分具有一第一厚度，第二部分具有一第二厚度，第二厚度大於第一厚度，陶瓷插入物耦接至與基板支座，並具有一第一頂部表面及一第二頂部表面，第一頂部表面平行於第一部分之頂部表面，第二頂部表面平行於第二部分之頂部表面，遮蔽框配置於腔室主體中。遮蔽框包括一第一部件、以 一間隙與第一部件隔開的一第二部件以及耦接至第一部件和第二部件的一或多個耦接元件。
為了能詳細了解本發明之上述列舉特徵，將參照實施例對於簡短概括於上之本發明進行更具體的描述，其中部分實施例係繪示於所附圖式中。應該要注意的是，無論如何，所附圖式只是繪示出本發明的典型實施例，因此並非用以限定本發明之範圍，本發明容許其它相同效用的實施例。
100‧‧‧設備
102‧‧‧腔室主體
104‧‧‧開口
106‧‧‧氣體來源
108‧‧‧背板
110‧‧‧氣體分佈噴淋頭
112‧‧‧充氣室
114‧‧‧氣體通道
116‧‧‧射頻功率源
118‧‧‧基板
120‧‧‧電漿
122‧‧‧處理區域
124‧‧‧遮蔽框
124A、124B‧‧‧部件
126‧‧‧基板支座
128‧‧‧桿子
130‧‧‧射頻返回機制
132‧‧‧支架
202‧‧‧插入物
204‧‧‧耦接元件
206、316‧‧‧固定件
302、306、308‧‧‧頂部表面
304‧‧‧頂部表面
310‧‧‧第二部分
312‧‧‧圍繞層
A、B、D~F、H~J‧‧‧箭頭
C、G‧‧‧箭頭、距離
第1A圖為根據本發明一實施例的一設備之截面示意圖。
第1B圖為第1A和第1B圖的設備特寫示意圖。
第2圖為第1A和第1B圖的設備的頂部特寫示意圖。
第3A和第3B圖為根據本發明一實施例的基板支座之等角視圖。
為了幫助理解，儘可能地使用了相同的元件符號指示圖式中共有的相同組件。可以被理解的是，揭露在一實施例中的元件可以在不特別列舉的情況下有益地使用在其他實施例中。
本發明之實施例大致上是關於用於電漿處理腔室中之基板支座。金屬材質的基板支座具有陶瓷插入物，以避免處理過程中基板支座與用以保護基板支座邊緣的遮蔽框之間的電弧 作用。在大面積基板的處理腔室中，遮蔽框可包括多個部件。個別的部件可能被耦接在一起，但會以一間隙稍微地分隔開來，以容許熱膨脹。陶瓷插入物係位在基板支座上，使得當遮蔽框被放置在其相鄰位置時，陶瓷插入物是位在相鄰於遮蔽框間隙的位置。相鄰於間隙的陶瓷插入物避免和/或減少電弧作用，這是因為間隙是位在電絕緣材料上而不是導電材料上。
以下的說明將參照一PECVD腔室來進行，此PECVD腔室例如是可從位於加州聖克拉拉市之美商應用材料公司之一子公司美商業凱科技公司(AKT America,Inc)購買到的90K PECVD腔室。可以被理解的是，在這裡被討論的實施例也可以被實施在其他處理腔室中，包含其他製造商所賣的處理腔室。
第1A圖是根據本發明一實施例的設備100之截面示意圖。此設備100包括一腔室主體102，腔室主體102具有一開口104貫穿至少一面腔壁，透過開口104，基板可以進入和退出腔室主體102。一氣體分佈噴淋頭110係相對於一基板支座126配置在腔室中。基板支座126係可於桿子(stem)128上沿著垂直於氣體分佈噴淋頭110之相對背板108的表面的一方向移動，如箭頭A所示。基板支座126可包括一導電性的材料，例如鋁或陽極氧化鋁(anodized aluminum)。
如第1B圖中更進一步的細節所示，基板支座126具有一個矩形截面並具有多個不同的層體。最低的層體係當基板118進行處理時，遮蔽框124所靠置處。最高的層體是基板118 被放置的地方。較低的層體完全圍繞著較高的層體。
處理及/或清潔氣體係從一氣體來源106供應到設備100的處理區域122。氣體透過和氣體分佈噴淋頭110隔開的背板108進入腔室。氣體在離開背板108的開口時，即擴張到形成於氣體分佈噴淋頭110與背板108之間的充氣室(plenum)112內。氣體接著從充氣室112經由通過形成在氣體分佈噴淋頭110的氣體通道114前進到處理區域122內。一旦到了處理區域122之中，氣體就被點燃成為電漿。
在操作過程中，射頻功率(RF power)係從一射頻功率源116被供應到背板108上。射頻電流沿著背板108的背面傳導到支架132，支架132不只是支撐氣體分佈噴淋頭110，同時也將氣體分佈噴淋頭110電性耦接至背板108。射頻電流沿著一個導電性結構的表面傳導，因此不會進入充氣室112。射頻電流沿著氣體分佈噴淋頭110相對於背板108的表面傳導，並在處理區域122點燃處理氣體成電漿120。射頻電流試圖返回到其驅動源。
為了有一個更可預測的射頻返回路徑，一射頻返回機制130可提供電性連接於基板支座126和腔室主體102的腔壁之間。可以被理解的是，射頻返回機制130可包括令射頻電流能藉以傳導之任何適當的機制，例如一金屬帶。如第1A圖所示，射頻返回機制130可以在腔室主體中被耦接到腔壁在開口104上面的位置。然而，可以被理解的是射頻接地機制可在其他位置被 耦接到腔室主體102。
當射頻返回機制130被耦接到開口104上面的腔壁時，因為射頻電流在腔壁往上移動之前，不需要先往下傳導到桿子128再沿著腔室主體102底部流動，故射頻返回路徑縮短了。據信，由於距離較短，電弧作用能夠發生在氣體分佈噴淋頭110和遮蔽框124之間，即使遮蔽框124及氣體分佈噴淋頭110之間的距離(以箭頭B表示)是一樣的。
為了減輕電弧作用，遮蔽框124可包括一絕緣材料，例如陶瓷材料。如同前面所討論的，對於大面積處理腔室，從單一件材料來製造遮蔽框124可能會很昂貴而且製造上也有困難。因此，遮蔽框124可能包括多個部件。
第2圖為第1A和第1B圖的設備100的頂部特寫示意圖。如第2圖所示，遮蔽框具有二部件124A、124B，部件124A、124B係由耦接元件204耦接在一起。因為遮蔽框124具有多個部件124A、124B，部件124A和124B將為了熱膨脹目的被分隔開來。
耦接元件204可包括一金屬材料，例如鋁。具有高熱傳導性的鋁會膨脹與收縮，故能容許相鄰遮蔽框部件124A與124B之間的距離(以箭頭C表示)於處理過程中變化，使相鄰的部件124A和124B不會直接接觸另一方。可以預期的是，耦接元件204可包括一陶瓷材料。耦接元件204係藉由一或多個固定件(fastener)206，例如螺絲，耦接至個別的部件124A、124B。可 以被理解的是，儘管圖中繪示三個耦接元件204，可使用更多或更少的耦接元件204。耦接元件204可以沿著部件124A、124B的寬(以箭頭D表示)以相等間距隔開。
由於相鄰部件124A和124B之間的間隔，電弧作用可能發生在基板支座126。電弧作用的發生是因為在沿著基板支座126的射頻電流與在部件124A、124B邊緣的射頻電流、或來自氣體分佈噴淋頭110或甚至來自電漿120的射頻電流之間的電位差。如果具有導電性的基板支座126在相鄰的遮蔽框部件124A、124B之間的間隔處被暴露出來，電弧作用可能產生。藉由以一直接位在相鄰的部件124A、124B之間的間隔下的插入物202，取代將被暴露在相鄰遮蔽框部件124A、124B之間的間隔處之基板支座126的部分，電弧作用可以被消除或實質上地減少。插入物202可包括一電性絕緣材料，例如一陶瓷材料。為了在相鄰部件124A、124B之端部與基板支座126之導電性的部份之間提供足夠的電性絕緣，插入物202取代基板支座126的角落，且在一第一方向以如箭頭E所示之一距離、在一第二方向以如箭頭F所示之一距離延伸進入基板支座126。插入物202的功用為遮住基板支座126被暴露出而未接觸遮蔽框部件124A、124B的傳導性表面。
第3A圖和第3B圖為根據本發明一實施例的基板支座126的等角視圖示意圖。在第3A圖中，為了能看得清楚而將相鄰部件124A、124B移除。在第3B圖中，係繪示一個部件124A， 而相鄰的部件124B係以虛線表示。基板支座126具有凹處形成於其中，插入物202係配置在這些凹處中。凹處係形成在基板支座126最上方之頂部表面306以及遮蔽框部件124靠著的圍繞層的頂部表面308二者之上。插入物202被設計成符合凹處內部的尺寸，如此使得插入物202露出的表面與基板支座126露出的表面為齊平的。
如同第3A圖和第3B圖中所示，插入物202具有一頂部表面302，平行於基板支座126之一第二部分310的頂部表面306，且實質上係與基板支座126之頂部表面306是齊平的，頂部表面302具有一長度和一寬度，其中長度係大於寬度。此外，插入物202具有一頂部表面304，係與被遮蔽框124靠著的基板支座126的一第一部分(亦即圍繞層312)之頂部表面308齊平。圍繞層312具有如箭頭H所示的一厚度，而基板支座126由圍繞層312圍繞的第二部分310在圍繞層312之上再延伸了以箭頭I所示的距離。換言之，第二部分310具有大於第一部分(圍繞層312)之一第一厚度的一第二厚度。因此，基板支座126具有由箭頭H和I共同表示之一總厚度。距離C係小於頂部表面302的寬度，故在部件124A、124B與基板支座126隔開的位置處，相鄰部件124A與124B間的間隔總是會位在一電性絕緣的材料之上。整體來看，插入物202的大小係設計成，使得沒有任何一個位置是，個別部件124A、124B係：分開來的、與基板支座126分隔開來的、並相鄰於基板支座126具有導電性的部分或在基板支座126 具有導電性的部分之上。
遮蔽框124的部件124A、124B靠在基板支座126的圍繞層312之頂部表面308上面，因此其係直接電性接觸基板支座126的圍繞層312。然而，遮蔽框部件124A、124B和插入物202的頂部表面302由以箭頭G所示的距離隔開。在沒有插入物202的情況下，遮蔽框124將會以距離G與具有傳導性的基板支座126隔開，並因此在其之間能夠容易地產生電弧。係電性絕緣且直接被配置在遮蔽框124的兩相鄰部件124A、124B的間隙之下插入物202，避免或至少減少在部件124A、124B與基板支座126之間的電弧作用。
很重要的是去了解，雖然插入物202已被描述成是取代基板支座126被移除部分的部件，可以預期的是，插入物202可包括配置在基板支座126一部分上的一遮蓋物(cover)，而沒有移除基板支座126的任何部分。此外，可以預期插入物202的頂部表面304能夠延伸跨過以箭頭J所示的整個距離，且可能被任何適當的固定件316固定至基板支座126。
藉由以一電性絕緣材料取代導電性基板支座的一部分，在處理過程中基板支座與放置於其上的遮蔽框之間的電弧作用可被減少或甚至消除。因此，大面積基板係能夠在可預測的處理腔室條件下容易地處理。
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。
118‧‧‧基板
124A、124B‧‧‧部件
202‧‧‧插入物
304‧‧‧頂部表面
306、308‧‧‧頂部表面
310‧‧‧第二部分
312‧‧‧圍繞層
G‧‧‧箭頭、距離

Claims (12)

  1. 一種基板支座，包括：一矩形基板支座主體，具有一第一部分及一第二部分，該第一部分環繞該第二部分，該第一部分具有一第一厚度，該第二部分具有一第二厚度，該第二厚度大於該第一厚度；以及一陶瓷插入物，耦接至該基板支座主體，該陶瓷插入物具有一第一頂部表面及一第二頂部表面，該第一頂部表面平行於該第一部分之頂部表面，該第二頂部表面平行於該第二部分之頂部表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之基板支座，其中該基板支座包括陽極氧化鋁。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之基板支座，其中該第二頂部表面具有一長度和一寬度，其中該長度係大於該寬度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之基板支座，其中該第二頂部表面具有一長度和一寬度，其中該長度係大於該寬度。
  5. 一種電漿輔助化學氣相沉積設備，包括：一腔室主體；一氣體分佈噴淋頭，配置於該腔室主體中；一矩形基板支座，配置於該腔室主體中相對於該氣體分佈噴淋頭，該矩形基板支座具有一第一部分及一第二部分，該第一部分環繞該第二部分，該第一部分具有一第一厚度，該第二部分具有一第二厚度，該第二厚度係大於該第一厚度；一陶瓷插入物，耦接至該基板支座，該陶瓷插入物具有一第 一頂部表面及一第二頂部表面，該第一頂部表面平行於該第一部分之頂部表面，該第二頂部表面平行於該第二部分之頂部表面；以及一遮蔽框，配置於該腔室主體中，該遮蔽框包括：一第一部件；一第二部件，以一間隙與該第一部件隔開；及一或多個耦接元件，耦接至該第一部件和該第二部件。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之設備，其中該間隙位在該陶瓷插入物之上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之設備，其中該第一部件和該第二部件包括陶瓷材料。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之設備，其中該耦接元件包括一金屬材料。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之設備，其中該金屬材料包括鋁。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之設備，其中該基板支座包括陽極氧化鋁。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之設備，其中該第二頂部表面具有一長度和一寬度，其中該長度係大於該寬度。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之設備，其中該間隙之寬度係小於該第二頂部表面之該寬度。
TW102106253A 2012-03-05 2013-02-22 遮蔽框及對應之基板支座、與具有此二者的電漿輔助化學氣相沉積裝置 TWI579406B (zh)

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