TWI658164B - 薄膜封裝處理系統和處理套組 - Google Patents

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TWI658164B
TWI658164B TW106142418A TW106142418A TWI658164B TW I658164 B TWI658164 B TW I658164B TW 106142418 A TW106142418 A TW 106142418A TW 106142418 A TW106142418 A TW 106142418A TW I658164 B TWI658164 B TW I658164B
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栗田真一
斯里坎斯 羅傑拉
蘇哈斯 伯斯基
芮祥新
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美商應用材料股份有限公司
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Abstract

本揭露關於一種薄膜封裝之方法和裝置。於一實施例中，用於一原子層沉積腔室之一處理套組包括一介電質窗、一密封框架和一遮罩框架連接密封框架，其中遮罩框架具有一氣體入口通道和一氣體出口通道於內並形成於遮罩框架之相對側。

Description

薄膜封裝處理系統和處理套組
本揭露之實施例大致上是有關於一種用於處理大面積基板的裝置。本揭露之實施例，特別是，有關於用於元件製作的一種原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)系統以及用於該系統之一噴頭之原位置處(在機)的清潔方法。
有機發光二極體(OLED)用於製造，以顯示資訊。的電視螢幕、電腦螢幕、手機、其他手持設備等。一典型的OLED可包括位於兩個電極之間的有機材料層，所述有機材料層係沉積在基板上以形成一矩陣顯示面板其具有可單獨給予電壓的畫素。OLED通常放置在兩個玻璃面板之間，且玻璃面板的邊緣被密封以將OLED封裝在其中。
OLED工業以及利用基板處理技術的其他工業必須將對濕度敏感的元件封裝，以保護它們免受環境濕氣的影響。已經有一種薄的共形材料層提出以作為降低穿過封裝層的水蒸氣傳遞速率(WVTR)的手段。目前，商業上有很多方法正在進行。而使用一原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)製程來覆蓋一 濕度敏感的元件是被考慮的，其用來決定這些塗層的共形特性是否可以提供比起其他塗層更有效的一濕氣阻擋層。
ALD是基於原子層磊晶(Atomic Layer Epitaxy，ALE)，並採用化學吸附技術在連續循環中將前驅物分子傳送至一基板表面。循環中係將基板表面暴露於第一前驅物，然後暴露於第二前驅物。選擇性地，可於引入該些前驅物之間引入一淨化氣體(purge gas)。第一和第二前驅物反應以在基板表面上形成作為一膜的一產物化合物。重複此循環以形成有所需厚度的層。
執行ALD的一種方法是透過前驅氣體的時間分離(TS)脈衝。此方法與其他方法相比具有幾個優點，然而TS-ALD的一個缺點是暴露於前驅物的每個表面(例如，腔室的內部)將被沉積塗佈。如果這些沉積物沒有被周期性地去除，它們將傾向剝落且最終會剝落，導致微粒落在基板上，這降低了沉積層的濕氣阻擋性能。如果沒有有效的方法以在原位置處的(在機的)從腔室表面清理不需要的沉積物，那麼這些腔室表面必須“離線”清潔。如果必須開啟腔室來完成清潔之移除和更換腔室表面，那麼腔室內必須打破真空(例如腔室會達到大氣壓力)，並且這種真空破壞將導致腔室停機時間(down-time)過長。
因此，一個可以允許腔室之主要部件進行移除和清潔的處理腔室是有需要的，這將在最短的停機時間累積無關的沉積物。
本揭露是有關於一種於一元件例如一OLED上的薄膜封裝(thin film encapsulation，TFE)之方法和裝置。
於一實施例中，係揭露一種處理套組(process kit)，用於一原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)腔室，且處理套組包括一介電質窗(dielectric window)、一密封框架(sealing frame)和一遮罩框架(mask frame)連接密封框架，其中遮罩框架具有一氣體入口通道(gas inlet channel)和一氣體出口通道(gas outlet channel)於內並形成於遮罩框架之相對側。
於另一實施例中，係揭露一種處理套組，用於一原子層沉積腔室，處理套組包括一介電質窗；一密封框架；一遮罩框架連接密封框架，其中遮罩框架具有一氣體入口通道和一氣體出口通道於內並形成於遮罩框架之相對側；和一遮罩片耦接至遮罩框架。
於另一實施例中，係揭露一種用於執行ALD之處理系統。處理系統大致上包括一腔室主體(chamber body)、一基座主體(susceptor body)、複數個支撐構件(support members)設置於基座主體之周圍、至少一製程氣體入口(process gas inlet)、至少一泵送埠(pumping port)；和一處理套組(process kit)。處理套組大致上包括一介電質窗、一密封框架和一遮罩框架連接密封框架，其中遮罩框架具有一氣體入口通道和一氣體出口通道於內並形成於遮罩框架之相對側。
於另一實施例中，係揭露一種用於執行ALD之方法。此方法大致上包括設置一基板和一處理套組於一ALD處理腔室內，其中處理套組包括一窗、與此窗平行設置之一遮罩和連 接窗與遮罩之一框架。框架具有至少一入口通道和至少一出口通道。此方法更包括透過入口通道將製程氣體流入一空間內，以及將過量的氣體透過出口通道而泵送至處理套組之外。
100‧‧‧處理系統
102‧‧‧基板
104‧‧‧裝載鎖定腔室
106‧‧‧傳送腔室
108‧‧‧傳送機械
110‧‧‧第一CVD處理腔室
112‧‧‧第二CVD處理腔室
114‧‧‧第三CVD處理腔室
116、200、300、600‧‧‧ALD處理腔室
118‧‧‧遮罩腔室
121、123、125、127、129、214‧‧‧流量閥開口
120、122、124、126、128‧‧‧流量閥
130‧‧‧門
131‧‧‧門道
202、400、605、900‧‧‧處理套組
204‧‧‧腔室主體
206‧‧‧蓋組件
208‧‧‧基座或基板支撐組件
210‧‧‧製程氣體入口
212、922‧‧‧泵送埠
216、218‧‧‧孔
220‧‧‧真空系統
222‧‧‧真空泵
224、226‧‧‧閥
228、230、440‧‧‧空間
232、908‧‧‧遮罩框架
234‧‧‧介電質窗
235‧‧‧密封框架
236‧‧‧射頻(RF)陰極
238‧‧‧支撐構件
239‧‧‧舉升銷
241‧‧‧遮罩片
242、942‧‧‧氣體入口
244、944‧‧‧氣體出口
248‧‧‧入口氣體通道
250‧‧‧出口氣體通道
252‧‧‧可壓縮密封件
405‧‧‧環形密封件
415‧‧‧入口歧管
420‧‧‧出口歧管
425‧‧‧通道
430‧‧‧入口孔口
435‧‧‧出口孔口
445、470‧‧‧上表面
450、1080、1180‧‧‧下表面
455‧‧‧可壓縮部分
460‧‧‧安裝部分
465‧‧‧鍵槽
610‧‧‧基座主體
902‧‧‧擴散器
904‧‧‧排氣歧管
906‧‧‧蓋
910、912、1006、1106‧‧‧凹部
946、948‧‧‧槽口
920‧‧‧入口埠
1002、1102‧‧‧上部構件
1004、1104‧‧‧下部構件
1008、1108‧‧‧密封件
1040、1042、1140、1142‧‧‧高度
1070、1072、1170、1172‧‧‧徑向距離
1060‧‧‧外表面
1190‧‧‧埠
為了可詳細地了解本揭露上述之特性，簡要摘錄於上之本揭露更特有的說明可參照實施例，部分之實施例係繪示於所附之圖式中。然而，值得注意的是，由於本揭露可承認其他等效實施例，所附之圖式僅繪示本揭露之特定實施例，而非用以作為其範圍上之限制。
第1圖係繪示根據本揭露實施例之一示例之處理系統的剖面上視圖。
第2圖是根據一示例之ALD處理腔室的局部剖面側視圖。
第3A-3C圖是另一實施例之一ALD處理腔室的多種視圖。
第4A圖是另一實施例之一處理套組的等視軸分解圖。
第4B圖係為沿著第4A圖之剖面線4B-4B的處理套組之剖面示意圖。
第4C和4D圖係為第4B圖之處理套組的相對端之局部放大示意圖。
第5A和5B圖分別為部分之入口歧管和出口歧管的等視軸剖面圖。
第6A圖繪示了一處理腔室中於一處理位置之一處理套組和一基板。
第6B圖繪示了在處理腔室中位於一傳送位置的基板。
第6C圖繪示了自處理腔室傳送出去之基板和位於一傳送位置的處理套組。
第7圖繪示根據本揭露實施例之一製程順序。
第8圖是一實施例之一遮罩對準系統的等視軸圖。
第9A圖為根據一實施例之一處理套組的等視軸分解圖。
第9B圖係為根據一實施例之一處理套組的平面示意圖。
第10A圖係為根據一實施例之一處理套組的一部件之等視軸圖。
第10B圖係為第10A圖之一處理套組的部件之剖面示意圖。
第11A圖是根據一實施例之一處理套組的一部件的等視軸圖。
第11B圖係為第11A圖之一處理套組的部件之剖面示意圖。
為了有利於了解，相同之參考編號係在可能的情況下使用來標示出在數個圖式之共通的相同之元件。可理解的是，一實施例之數個元件及特性可在無需其他引述之下，有利地合併於其他實施例中。
本揭露之實施例包括一種處理系統，其可操作用以沈積多個膜層於一基板上，此些膜層可作為基板上之一有機發光二極體層(OLED layer)上方的一封裝層(encapsulation layer)。此系統包括複數個處理腔室(processing chambers)，其各個處理腔室可操作用以沈積一或多層的此些膜層。此處理系統更包括至少一個傳送腔室(transfer chamber)和至少一個裝載鎖定腔室(load lock chamber)。此至少一個傳送腔室可以在此些處理腔室之間傳送基板而無須破壞處理系統的真空狀態。此至少一個裝載鎖定腔室可以從處理系統裝載和移除基板而無須破壞處理系統的真空狀態。此處理系統更包括一遮罩腔室(mask chamber)，其可以裝載和移除用於處理腔室的遮罩而無須破壞處理系統的真空狀態。
本揭露之實施例包括化學氣相沉積處理腔室(CVD processing chambers)，其可操作用以對準與一基板相關之一遮罩、放置此遮罩於此基板上方以及進行CVD以沈積一封裝層於此基板上之一OLED層的上方。此於CVD處理腔室進行的CVD製程可以是電漿輔助(或增強)化學氣相沉積(PECVD)，但此敘述之實施例可能可以使用其他型態的處理腔室，而不限於使用PECVD處理腔室。而在CVD處理腔室中沈積的封裝層可能包括氮化矽(SiN)，但此敘述之實施例可用於其他型態的處理腔室且不限於使用於SiN CVD處理腔室。
本揭露之實施例包括一原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)處理腔室，其可操作用以對準與一基板相關之一遮罩、放置此遮罩於此基板上方以及進行ALD以沈積一封裝層於此基板上之一OLED層的上方。在ALD處理腔室中進行的ALD製程可以是(time-separated ALD，TS-ALD)，但此敘述之實施例可用於其他型態的處理腔室且不限於使用於TS-ALD處理腔室。而在ALD處理腔室中沈積的封裝層可能包括氧化鋁(Al2O3)，但此敘述之實施例可用於其他型態的處理腔室且不限於使用於氧化鋁ALD處理腔室。
此敘述之實施例可使用於其他態樣的沈積製程，而不限於使用於封裝基板上之OLED。此敘述之實施例可使用各種型態、形狀和尺寸的遮罩和基板。
基板並不限定於任何特殊的尺寸或形狀。於一方面，“基板”一詞舉例而言係指任何的多邊形、方形、矩形、彎曲的或其他非圓形的工件，例如用於製造平面顯示器的玻璃或聚合物之基板。
在以下敘述中，“氣體”或“多種氣體”(“gas”、“gases”)之詞語係可互換地使用，除非有指明，可指一或多個前驅物、反應物、催化劑、載流氣體(carrier gases)、淨化氣體(purge gases)、清潔氣體(cleaning gases)、流出物(effluent)、前述之組合以及任何其他流體。
第1圖係繪示根據本揭露之一實施例之一處理系統100的剖面上視圖。示例之一基板102係鄰近於處理系統100。處理系統100包括一裝載鎖定腔室(load lock chamber)104、一傳送腔室(transfer chamber)106、在傳送腔室106內之一傳送(e.g.，工具和材料搬運)機械108、一第一CVD處理腔室(first CVD processing chamber)110、一第二CVD處理腔室(second CVD processing chamber)112、一第三CVD處理腔室(third CVD processing chamber)114、一ALD處理腔室116和一遮罩腔室118。第一CVD處理腔室110、第二CVD處理腔室112、ALD處理腔室116和各腔室相關之設備係較佳地以一或多種與製程相容之材料所製得，例如鋁、陽極處理鋁、鍍鎳鋁、碳鋼，不銹鋼、石英以及它們的組合和合金。第一CVD處理腔室110、第二CVD處理腔室112、第三CVD 處理腔室114和ALD處理腔室116可能是圓形的、矩形的或其他形狀，根據需塗佈之基板的形狀和其他製程需求而定。
傳送腔室106包括流量閥開口(slit valve openings)214、123、125、127、129於鄰近裝載鎖定腔室104、第一CVD處理腔室110、第二CVD處理腔室112、第三CVD處理腔室114、ALD處理腔室116和遮罩腔室118之側壁。傳送機械108係設置和建構成能夠通過流量閥開口121、123、125、127、129中的每一個而插入一或多個工具(例如基板處理葉片)並進入相鄰的腔室。亦即，傳送機械可以經由傳送腔室106之與各其他腔室相鄰的壁上的流量閥開口121、123、125、127、129而將工具伸進裝載鎖定腔室104、第一CVD處理腔室110、第二CVD處理腔室112、第三CVD處理腔室114、ALD處理腔室116和遮罩腔室118裡面。流量閥開口121、123、125、127、129係選擇性地以流量閥(slit valves)120、122、124、126、128開啟和關閉，當基板、遮罩、工具或其他物件要從相鄰腔室其中之一個中置入或移除時，可允許其進入相鄰腔室的內部。
傳送腔室106、裝載鎖定腔室104、第一CVD處理腔室110、第二CVD處理腔室112、ALD處理腔室116和遮罩腔室118包括一個或多個與真空系統(未繪示)(例如一真空泵)流體連通的孔(apertures)(未繪示)。這些孔為各個腔室內的氣體提供一出口。在一些實施例中，這些腔室各自連接到一個分離且獨立的真空系統。在其他實施例中，其中一些腔室係共享一真空系統，而其餘腔室則具有分離且獨立的真空系統。真空系統可包括真空泵(未繪示)和節流閥(未繪示)，以調節通過各個腔室的氣體流量。
遮罩、遮罩片和放置在第一CVD處理腔室110、第二CVD處理腔室112與ALD處理腔室116裡之基板以外的其他物件，係可稱為一”處理套組”(process kit)。處理套組的物件可以從處理腔室中被疑除以清洗或置換。傳送腔室106、遮罩腔室118、第一CVD處理腔室110、第二CVD處理腔室112和ALD處理腔室116的尺寸和形狀被設計為允許遮罩、遮罩片和其他處理套組之物件可在它們之間進行傳送。亦即，傳送腔室106、遮罩腔室118、第一CVD處理腔室110、第二CVD處理腔室112和ALD處理腔室116的尺寸和形狀係被設計成使得任何處理套組之物件可以完全地包含在它們之中，且透過與流量閥開口121、123、125、127、129對應的流量閥120、122、124、126、128都可以關閉流量閥開口121、123、125、127、129的任何一個。因此，可以在不破壞處理系統的真空的情況下而移除處理套組之物件並且進行更換，因為遮罩腔室118可作用如一氣閘(airlock)，允許處理套組之物件從處理系統移除而不破壞除遮罩腔室之外的任何腔室中的真空。此外，傳送腔室106與遮罩腔室118之間的流量閥開口129，傳送腔室106與CVD處理腔室110、112之間的流量閥開口123、125，以及傳送腔室106和ALD處理腔室116之間的流量閥開口127，其尺寸和形狀都被設定為允許處理套組之物件在傳送腔室106與遮罩腔室118、CVD處理腔室110、112和ALD處理腔室116之間進行傳送。
遮罩腔室118在遮罩腔室118與傳送腔室106的流量閥開口129相對的一側上具有一門(door)130和一門道(doorway)131。門道的尺寸和形狀被設計為允許遮罩和其他處理 工具被傳送進入和傳出。當門130關閉時，門130能夠在門道131上形成一氣密密封。遮罩腔室118的尺寸和形狀被設計為允許任何處理套組之物件可以完全地被容納在遮罩腔室118內，同時門130關閉且通向傳送腔室106的流量閥128也關閉。亦即，遮罩腔室118的尺寸和形狀被設計為使得處理套組之任何物件可以從傳送腔室106移動至遮罩腔室118中，並且流量閥128可以關閉而不用開啟遮罩腔室118的門130。
為了簡化和易於描述，以下係描述在處理系統100中執行的一示例之塗佈製程(coating process)。此示例之塗佈製程係由一程序控制器(process controller)所控制，此程序控制器可以是位於第三CVD處理腔室114處的一電腦或電腦系統。
請參照第1圖，此示例之一基板之製程係選擇性地由傳送機械108從遮罩腔室118取回遮罩並將遮罩放置在ALD處理腔室116中而開始。將一遮罩放置在ALD處理腔室116中這是選擇性的，因為從較早的處理過程中可能有一遮罩留在ALD處理腔室116中，並且相同的遮罩可以於處理多個基板時使用。類似地，傳送機械108可以選擇性地從遮罩腔室118取回其他遮罩並且將這些遮罩放置在第一CVD處理腔室110和第二CVD處理腔室112中。在將遮罩放置在第一和第二CVD處理腔室110、112內以及ALD處理腔室116內，腔室之間的適當的流量閥122、124、126、128可能開啟或關閉。
接著，傳送機械108從裝載鎖定腔室104中取出一基板並將此基板放置在第一CVD處理腔室110中。程序控制器控制處理腔室的閥，致動器和其他部件以執行CVD處理。程序控制器 可使流量閥122關閉，從而將第一CVD處理腔室110與傳送腔室106隔離。程序控制器亦可使基板支撐構件或基座定位用於CVD處理的基板。如果遮罩沒有被傳送機械放置到正確的處理位置，則程序控制器可以啟動一個或多個致動器來定位遮罩。另外地或附加地，基座可能可以定位製程所需之遮罩。遮罩係用於遮蔽基板的某些區域以避免在基板的這些區域上發生沈積。
程序控制器現可啟動閥以開始令前驅物和其他氣體流入第一CVD處理腔室110。例如，前驅氣體可以包括矽烷(SiH4)。程序控制器控制加熱器、電漿放電部件以及氣體動，以進行CVD製程，並在基板上沉積材料層。於一實施例中，沉積層例如可以是氮化矽(SiN)，但是本揭露之實施例並不限於此材料。如上所述，本揭露之實施例也可以用於執行PECVD。在示例之基板製程中，CVD製程係繼續進行直到沉積層達到所需厚度為止。在一示例性之實施例中，所需的厚度是5,000埃至10,000埃(500至1,000nm)。
當第一CVD處理腔室110中的CVD製程完成，程序控制器致使第一CVD處理腔室110的真空水平與傳送腔室106的真空水平匹配，然後控制基座以將基板下降至一傳送位置。程序控制器並致使第一CVD處理腔室110和傳送腔室106之間的流量閥122開啟，然後命令傳送機械108從第一CVD處理腔室110取回基板。然後，程序控制器關閉第一CVD處理腔室110與傳送腔室106之間的流量閥122。
接著，程序控制器使傳送腔室106與ALD處理腔室116之間的流量閥126打開。傳送機械108將基板放置在ALD處理腔 室116中，並且程序控制器使傳送腔室106與ALD處理腔室116之間的流量閥126關閉。程序控制器並致使基板支撐構件或基座來定位基板以進行ALD處理。如果遮罩沒有被傳送機械放置到正確的處理位置，則程序控制器可以啟動一或多個致動器來定位遮罩。另外地或附加地，基座可能可以定位製程所需之遮罩。遮罩係用於遮蔽基板的某些區域以避免在基板的這些區域上發生沈積。
程序控制器現在可以開啟閥以開始令前驅物和其他氣體流入ALD處理腔室116。使用的特定氣體或多種氣體係根據要執行的製程而定。氣體可以包括三甲基鋁(trimethylaluminium，(CH3)3Al(TMA))、氮氣和氧氣；然而，氣體並不限於此，可以包括一種或多種前驅物、還原劑、催化劑、載體、淨化氣體(purge gases)、清潔氣體(cleaning gases)或前述任何混合物或其組合。氣體可以從ALD處理腔室之一側導入並流過基板。根據處理系統的需求，程序控制器可以控制閥門，致使在任何特定時刻只有一種氣體被導入到ALD處理腔室中。在其他實施例中，可使用一前驅物例如四(乙基甲基氨基)鋯(TEMAZ，tetrakis ethyl methyl amino zirconium，Zr[N(CH3)(C2H5)]4)，以在ALD處理腔室116中進行一ZIO2膜形成製程。
程序控制器還控制一電源，以將氣體激活成活性物質並維持活性物質的電漿，致使活性物質與基板反應並塗佈於基板。例如，基於射頻(RF)或微波(MW)的功率放電技術可能可以使用。還可以通過基於熱的技術，氣體分解技術，高強度光源(例如UV能量)或暴露於一x射線源來產生活化(activation)。在此示例之製程中，氧氣被激活成電漿，且電漿反應並沉積一氧 層於基板上。然後程序控制器使TMA流經過基板，且TMA與基板上的氧層反應，在基板上形成一氧化鋁層。程序控制器致使氧氣流動、將氧氣激活成電漿，以及流動TMA以在基板上形成附加層等步驟，重複進行。程序控制器繼續重複上述步驟直到所沉積的氧化鋁層為所需厚度。於一示例之實施例中，所需厚度為500埃至700埃(50至70nm)。
當ALD處理腔室116中的ALD製程完成時，程序控制器使ALD處理腔室116被抽空，然後控制基座將基板下降到一傳送位置。程序控制器還使ALD處理腔室116和傳送腔室106之間的流動閥126開啟，然後使傳送機械108從ALD處理腔室116取回基板。然後，程序控制器致使在ALD處理腔室116與傳送腔室106之間的流動閥126關閉。
請仍參照第1圖，接著，程序控制器打開傳送腔室106與第二CVD處理腔室112之間的流動閥124。傳送機械108放置基板於第二CVD處理腔室112中，且程序控制器關閉傳送腔室106與第二CVD處理腔室112之間的流動閥124。第二CVD處理腔室112中的處理係與上述第一CVD處理腔室110中的處理類似。於一示例之基板處理中，係在第二CVD處理腔室112中繼續執行CVD製程直到沉積層達到所需的厚度。於一示例之實施例中，所需厚度為5000埃至10,000埃(500至1,000nm)。
因此，當第二CVD處理腔室112中的製程完成時，基板將被塗佈有一厚度為5,000至10,000埃的第一層SiN層、一厚度為500至700埃的氧化鋁(Al2O3)層，以及厚度為5,000至10,000埃的第二層SiN層。相較於單獨的SiN，一般認為Al2O3層降低了通過 封裝層的水蒸氣傳輸速率(water vapor transfer rate)，因此與單獨以SiN封裝相比，此係改善了封裝的可靠性。
如上參照第1圖所敘述之一示例製程中，CVD處理腔室110、112和ALD處理腔室116中的各腔室係裝載有一遮罩。或者，處理系統100可以執行一遮罩隨著一基板在處理腔室之間移動的過程。亦即，於一第二示例之過程中，基板和遮罩可被放置(同時地或個別地)在第一CVD處理腔室110中，並且關閉傳輸腔室106和第一處理腔室110之間的流量閥122。然後在基板上進行一CVD製程。之後，將基板和遮罩(同時地或個別地)移動到ALD處理腔室116中，並且將傳輸腔室106和ALD處理腔室116之間的流量閥126關閉。然後在基板上進行一ALD製程。然後將基板和遮罩(同時地或個別地)移動到第二CVD處理腔室112中。接著在基板上進行一CVD製程，之後將基板和遮罩從第二CVD處理腔室112移除。例如，如果完成處理，基板可以從處理系統100移除，而遮罩可以用於處理一新的基板或是從處理系統100移除以進行清潔。
第2圖是根據本文描述實施例中所示例之具有一處理套組202之一ALD處理腔室200的局部剖面側視圖。第2圖所示的ALD處理腔室200類似於第1圖中所示的ALD處理腔室116。於一實施例中，處理腔室200包括一腔室主體(chamber body)204、一蓋組件(lid assembly)206、一基座或基板支撐組件(susceptor or substrate support assembly)208、一製程氣體入口(process gas inlet)210和泵送埠(pumping port)212。蓋組件206設置在腔室主體 204的一上端，並且基板支撐組件208至少部分地設置在腔室主體204內。
腔室主體204包括形成在其側壁中的一流量閥開口214，以提供進入處理腔室200的內部的通路。如上面參照第1圖所敘述，流量閥開口214被選擇性地開啟和關閉，以允許傳送機械(請參見第1圖)通過而進入腔室主體204之內部。
在一或多個實施例中，腔室主體204包括與一真空系統220流體連通的一或多個孔216和218。真空系統220包括一真空泵222和一個或多個閥224和226。孔216為處理腔室200內的氣體提供一出口，而孔218為來自泵送埠212的氣體提供一通路。真空系統220係由一程序控制器控制以保持在ALD處理腔室內適於ALD製程的一壓力。真空系統220可以用於維持處理腔室200之一內部空間(interior volume)228中的一第一壓力。真空系統220還可以用於維持定義於處理套組202內之一空間230內的一第二壓力(更多細節係詳細地描述如下)。於本揭露之一實施例中，第一壓力可以小於第二壓力。
處理套組202可在處理腔室200的內部空間228內移動。處理套組202包括至少一個包括一介電質窗234的遮罩框架232。處理套組202還可包括一密封框架235，以使介電質窗234連接和固定到遮罩框架232。蓋組件206包括一射頻(RF)陰極236，其可以在處理腔室200內和/或處理套組202內產生反應性物質的一電漿。處理套組202可以選擇性地藉由支撐構件238升高和降低。支撐構件238還可以作為使處理套組202對準和/或定位的裝置。如圖示中被舉升銷(lift pins)239支撐之一基板102係為可移動式地設 置在基板支撐組件208中。基板102被顯示在第2圖中的一傳送位置(transfer position)中，使得一機械處理葉片(未繪示)可以到達與基板支撐組件208相對的基板102之一表面。在一處理位置(processing position)，基板102可以由基板支撐組件208升高到與處理套組202相鄰的位置。具體地，基板102適於與一遮罩片241接觸或接近一遮罩片241，遮罩片241耦合至遮罩框架232。
在第2圖所示的視圖中，處理套組202被支撐構件238推動以接觸蓋組件206的一表面和/或將介電質窗234定位在RF陰極236附近。具體地，當處理套組被推動而抵靠著蓋組件206的一下表面，分別耦接到處理氣體入口210和泵送埠212的一氣體入口242和一氣體出口244，係設置於可分別與一入口氣體通道(inlet gas channel)248和一出口氣體通道(outlet gas channel)250流體連通的位置。遮罩框架232包括一可壓縮密封件252(compressible seal)，其分別圍繞入口氣體通道248和出口氣體通道250之間的界面、以及氣體入口242和氣體出口244。以此方式，可以透過形成在遮罩框架232中的入口氣體通道248，而將前驅氣體提供給處理氣體入口210和空間230。氣體可以流入空間230中跨過遮罩片241和基板102，而通過形成在遮罩框架232中的出口氣體通道250排出。排出的氣體可以通過泵送埠212流至真空系統220。
控制薄膜特性(如薄膜應力)是可能的。於一實施例中，薄膜應力可以透過RF陰極236與基板支撐組件208上的基板102之間的間隔來控制。在其他實施例中，可以透過修飾RF陰極的下表面來修飾和/或控制薄膜特性。例如，“勺狀化”(scooping) RF陰極236的下表面(即，在RF陰極236的中心處有較薄剖面而在其邊緣處有較厚剖面)可以有效改善應力均勻度。
RF陰極236的溫度可以在ALD處理腔室200的處理期間(例如通過一程序控制器)被控制。溫度的控制可以被用來影響處理套組202和基板102的溫度，並且可改善ALD處理的表現。RF陰極236的溫度可以由例如一高溫計(未繪示)或ALD處理腔室200中的其他感測器進行量測。RF陰極236例如可以通過電加熱元件(未繪示)加熱，並通過冷卻流體的循環而冷卻，例如以商品名GALDEN®銷售的一熱傳流體(heat transfer fluid)。任何能夠將氣體活化成活性物質並維持活性物質之電漿的電源都可以使用。例如，可以使用基於射頻(RF)或微波(MW)的功率放電技術。還可以通過一基於熱的技術，一氣體分解技術，一高強度光源(例如UV能量)或暴露於一x射線源來產生活化。
如上述討論，至少在ALD處理期間，處理腔室200之內部空間228中的壓力和處理組件202之空間230中的壓力可以不同。於一示例中，真空系統220可將處理腔室200的內部空間228維持在一第一壓力，和將空間230維持在一第二壓力，第二壓力大於第一壓力。在一些實施例中，第一壓力可以是約0.3至約0.2托(Torr)，而第二壓力可能比第一壓力大約100毫托(mTorr)。
第3A-3C圖是另一實施例之一ALD處理腔室300的多種視圖。第3A圖是根據本文描述的實施例之具有一處理套組202的ALD處理腔室300之剖面示意圖。第3A圖所示之ALD處理腔室300係類似於第1圖所示之ALD處理腔室116。在第3A-3C圖中，基板102以及處理套組202被顯示在一處理位置中。在這個位置， 例如TMA、TEMAZ、氧氣、二氧化碳或其組合的製程氣體可以從處理氣體入口210流經過空間230到達泵送埠212。製程氣體可以連續地流動或脈衝地流經過空間230以流過基板102和遮罩片241.在一實施例中，在介電質窗234和基板102之間形成的空間230係在處理腔室300的內部空間228內形成一反應腔室(reaction chamber)。
第4A圖是可以作為上述處理套組202的另一實施例之一處理套組400的等視軸分解圖。處理套組400包括遮罩框架232和介電質窗234。處理套組400還可以包括將介電質窗234耦合到遮罩框架232的密封框架235。密封框架235可以透過緊固件(未繪示)，例如螺栓或螺釘，而耦合到遮罩框架232。一環形密封件405可以設置在密封框架235和遮罩框架232之間。遮罩框架232還包括在其相對側上的可壓縮密封件252。於一些實施例中，處理套組400包括遮罩片241。遮罩片241可以透過如螺栓或螺釘之緊固件(未繪示)而耦合至遮罩框架232。遮罩片241包括複數個穿過其主側所形成的孔410。
處理套組400還可包括一入口歧管(inlet manifold)415和一出口歧管(outlet manifold)420。入口歧管415和出口歧管420可位於遮罩框架232的相對側上。入口歧管415和出口歧管420可以設置在形成於遮罩框架232中的一相應通道425內。
密封框架235、入口歧管415和出口歧管420可以由金屬材料製成，例如鋁。遮罩框架232和遮罩片241可以由具有一低熱膨脹係數(Coefficient of thermal expansion，CTE)的一金屬材 料製成，例如鐵和鎳的合金(FeNi)，其可以是市售之商品名“INVAR”或者“INVAR 36”。介電質窗234可以由石英、一硼矽酸鹽玻璃材料或一鋼化玻璃材料製成。環形密封件405和可壓縮密封件252可以由一高分子材料例如聚四氟乙烯(PTFE)、或其他類型的彈性和/或可壓縮高分子材料製成。
第4B圖係為沿著第4A圖之剖面線4B-4B的處理套組400之剖面示意圖。第4C和4D圖係為第4B圖之處理套組400的相對端之局部放大示意圖。
如第4C和4D圖所示，可壓縮密封件252在遮罩框架232的相對側上圍繞通道425。入口歧管415顯示在第4C圖之通道425中，且出口歧管420顯示在第4D圖之通道425中。第4C圖繪示之入口孔口(inlet orifice)430，其將入口歧管415流體地連接到空間230。第4D圖繪示之出口孔口(outlet orifice)435，其將空間230流體地連接到出口歧管420。在一些實施例中，中間空間440係位於空間230和孔口430、435之間。在遮罩片241與處理套組400一起使用的實施例中，遮罩片241的一上表面445界定中間空間440的一側。遮罩片241的一下表面450則接觸一基板(未繪示)。
可壓縮密封件252可包括連接到一安裝部分(mounting portion)460的一可壓縮部分(compressible portion)455。安裝部分460可以容納設置於形成於遮罩框架232中的一鍵槽(keyway)465中。由於可壓縮部分455的一大部分係從遮罩框架232的一上表面470延伸(與傳統的環形密封件或其大部分位於O形環凹槽中的O形環相比)，根據此實施例的可壓縮密封件252可以改進密封。
第5A和5B圖分別為部分之入口歧管415和出口歧管420的等視軸剖面圖。根據一實施例，入口歧管415和出口歧管420分別包括多個入口孔口430和出口孔口435。
第6A-6C圖是一示例之處理腔室600的多種剖面圖。第6A-6C圖中所示之處理腔室600可與第2圖中所示之ALD處理腔室200相類似。一示例之處理套件605係顯示於第6A-6C圖。處理套組605可以類似於如上述之處理套組202或處理套組400來配置。
第6A圖繪示了於一處理位置(processing position)中的處理套組605和一基板102。基板支撐組件208的一基座主體610被上升至與RF陰極236相鄰的一位置。處理位置可以是類似於如第3圖所述之實施例。
第6B圖繪示了在處理腔室600中下降的基板支撐組件208的基座主體610。如圖示之舉升銷239的一上部係將基板102支撐在一傳送位置(transfer position)。降低基板支撐組件208的基座主體610係促進了舉升銷239與處理腔室600之一底表面的接觸。舉升銷239可移動式地設置在基座主體610中，使舉升銷之下降可令基板102與基座主體610分開。由舉升銷239支撐的基板102可位於處理腔室600中的一高度處，其中一傳送機器人(未繪示)可通過開口214取得基板102。
第6C圖繪示了基板102從處理腔室600傳送出去。支撐處理套組605的支撐構件238係下降，使得處理套組605位於一傳送位置。由支撐構件238支撐的處理套組605，可位於處理腔室 600中的一高度處，其中一傳送機器人(未繪示)可通過開口214進入處理套組605。
第7圖繪示根據本揭露實施例之一製程順序。製程順序可以如上述，藉由連續流過氧氣/二氧化碳之一平面RF電漿於處理套組之空間230來執行。
第8圖是一實施例之一遮罩對準系統(mask alignment system)的等視軸圖。遮罩對準系統也可以用來作為一反應腔室對準系統(亦即，如文中所述的處理套組202)。
遮罩框架被建構和設計成由四個支撐構件238支撐，且四個支撐構件238可以在X和Y方向移動以用於對準遮罩以及在Z方向移動以用於替換遮罩。遮罩框架具有遮罩片，且遮罩片藉由一通過視覺(照相機)系統而可與一基板基準標記(顯示圖案)對齊。
對準系統包括一或多個具有一升降機構的X-Y平台。X-Y平台係側向地以及垂直地(向上或向下)移動每個支撐構件238。X-Y平台可以獨立地或共同地移動每個支撐構件238。
第9A圖為根據一實施例之一處理套組900的等視軸分解圖。其中處理套組900係以處理套組900被安裝在處理腔室中的位置用倒置方式顯示於圖中。處理套組900與處理套組202相似，但使用了一擴散器(diffuser)902和一排氣歧管(exhaust manifold)904。蓋906在分別設置擴散器902和排氣歧管904的表面中具有凹部(recesses)910、912。
遮罩框架908連接至蓋906，其間設置有擴散器902和排氣歧管904。遮罩框架908具有由穿過遮罩框架908的槽口 (slots)所定義的一氣體入口942和一氣體出口944。當組裝處理套組900時，擴散器902中的一槽口946係與遮罩框架908中的氣體入口942對齊。類似地，當組裝處理套組900時，槽口948係與遮罩框架908中的氣體出口944對齊。
一入口埠(inlet port)920設置在擴散器902中且與槽口946相對的一端部處。一泵送埠(pumping port)922類似地設置在排氣歧管904中與槽口948相對的一端部處。參照第10和11圖係詳細說明入口埠920和泵送埠922。
第9B圖係為組裝之處理套組900的平面示意圖。處理套組900被繪示為具有設置在蓋906中的凹部910、912中的擴散器902和排氣歧管904。遮罩框架908設置在蓋906上方。氣體出口944與排氣歧管904中的槽口948(未繪示出)對齊。氣體入口942與擴散器902中的槽口946(未繪示出)對齊。
第10A圖係為擴散器902之等視軸圖。擴散器902由一上部構件(upper member)1002和一下部構件(lower member)1004形成。一凹部1006形成在下部構件1004中。當上部構件1002和下部構件1004連接，凹部1006係定義了一流體(例如一製程氣體)自入口埠920到槽口946的一流動路徑。
當設置在第9A-9B圖的蓋子906內時，上部構件1002連接到下部構件1004。在一實施例中，上部構件1002通過螺紋緊固件連接到下部構件1004。在其他實施例中，上部構件1002和下部構件1004通過結合或閂鎖(未繪示出)而連接。一密封件1008可選擇性地設置在上部構件1002和下部構件1004之間且圍繞凹部 1006。在一實施例中，密封件1008是設置在一燕尾槽中的一O形環。
第10B圖係為沿著第10A圖中所示之剖面線的擴散器902之剖面示意圖，其中上部構件1002連接到下部構件1004。在擴散器902的一中心處，係測量從入口埠920朝向槽口946的徑向距離1070處於凹部1006與上部構件1002之下表面1080之間的一高度1040。下表面1080朝向外表面1060逐漸成錐形。在凹部1006的周邊處，係測量從入口埠920朝向槽口946的徑向距離1072處於上部構件1002之下表面1080與凹部1006之間的一高度1042。高度1040、1042是由凹部1006和上部構件1002所定義的流動路徑之剖面高度。如第10B圖所示，高度1042大於高度1040。也就是說，凹部1006和上部構件1002之間在一中央部分處的距離小於凹部1006和上部構件1002在一周邊區域處的距離。下表面1080的輪廓係為離入口埠920之距離的一函數且非線性地(例如橢圓形地)呈錐形。隨著與入口埠920的距離增加，例如徑向距離1070、1072增加，凹部1006與下表面1080之間的高度也增加。在一實施例中，凹部1006和下表面1080之間的高度(例如高度1040、1042)係與從入口埠920的徑向距離的平方根成比例。在另一實施例中，凹部1006和下表面1080之間的高度(例如高度1040、1042)與自入口埠920之一徑向距離相對於自入口埠920之第二徑向距離的一比值之一平方根成比例。例如，第一徑向距離可以是與入口埠920之中心的徑向距離，第二徑向距離可以是自入口埠920之邊緣的徑向距離。凹部1006的橢圓形輪廓均衡了從 入口埠920流動到槽口946的氣體導流。因此，氣流係實質上均勻地跨過槽口946的寬度至一基板(未繪示出)。
第11A圖是排氣歧管904的等視軸圖。排氣歧管904由一上部構件1102和一下部構件1104形成。一埠(port)1190係可選擇性地穿過上部構件1102形成。埠1190允許上部構件和形成在下部構件1104中的一凹部1106的流體連通。當上部構件1102和下部構件1104連接時，凹部1106係定義了一流體(例如一製程氣體)自槽口948到泵送埠922的一流動路徑。例如，埠1190可用於採樣凹部1106內的一氣流。泵送埠922的直徑實質上大於第10A-10B圖的入口埠920的一直徑，以降低由泵送引起的非均勻性氣體導流。
當設置在第9A-9B圖的蓋906內時，上部構件1102連接到下部構件1104。在一實施例中，上部構件1102通過螺紋緊固件連接到下部構件1104。在其他實施例中，上部構件1102和下部構件1104通過結合或閂鎖(未繪示出)連接。一密封件1108可選擇性設置在上部構件1102和下部構件1104之間且圍繞凹部1106。在一實施例中，密封件1108是設置在一燕尾槽中的一O形環。
第11B圖是沿著第11A圖中所示之剖面線的排氣歧管904之剖面示意圖，其中上部構件1102連接到下部構件1104。在排氣歧管904的一中心處，係測量從泵送埠922朝向槽口948的徑向距離1170處於凹部1106與上部構件1102之下表面1180之間的一高度1140。下表面1180朝向外表面1160逐漸成錐形。在凹部1106的周邊處，係測量從泵送埠922朝向槽口948的徑向距離1172處於上部構件1102的下表面1180與凹部1106之間的一高度 1142。高度1140、1142是由凹部1106和上部構件1102所定義的流動路徑之剖面高度。如第11B圖所示，高度1142大於高度1140。也就是說，凹部1106與上部構件1102之間在一中央部分處的距離小於凹部1106和上部構件1102在一周邊區域處的距離。下表面1180的輪廓係為離泵送埠922之距離的一函數且非線性地(例如橢圓形地)呈錐形。隨著與泵送埠922的距離增加，例如徑向距離1170、1172增加，凹部1106與下表面1180之間的高度也增加。在一實施例中，凹部1106與下表面1180之間的距離(例如高度1140、1142)係與從泵送埠922的距離之平方根成比例。在另一實施例中，凹部1106與下部表面1180之間的高度(例如高度1140、1142)係與從泵送埠922之一徑向距離相對於自泵送埠922之第二徑向距離的一比值之一平方根成比例。例如，第一徑向距離可以是從泵送埠922的中心延伸的徑向距離，第二徑向距離可以是自泵送埠922之一邊緣的徑向距離。凹部1106的橢圓形輪廓均衡了從槽口948流動到泵送埠922的氣體導流。因此，氣流係實質上均勻地跨過槽口948的整個寬度。
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。

Claims (18)

  1. 一種處理套組(process kit)，用於一原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)腔室，該處理套組包括：一介電質窗(dielectric window)；一密封框架(sealing frame)；一遮罩框架(mask frame)，連接該密封框架，其中該遮罩框架具有一氣體入口通道(gas inlet channel)和一氣體出口通道(gas outlet channel)於內並形成於該遮罩框架之相對側；和一擴散器(diffuser)，耦接至該氣體入口通道，該擴散器包括：一埠(port)；和一流動路徑(flow path)，耦接至部分由一橢圓錐形表面定義之該埠，其中該流動路徑之一剖面其位於一中央部份(center portion)具有一高度係小於位於一周邊部份(peripheral portion)之一高度，其中位於該中央部份之該高度和位於該周邊部份之該高度分別與自該埠之一第一徑向距離(first radial distance)相對於自該埠之一第二徑向距離(second radial distance)的一比值之一平方根是成比例的。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之處理套組，更包括：一遮罩片(mask sheet)，耦接至該遮罩框架。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之處理套組，其中一空間(volume)係形成於該介電質窗和該遮罩框架之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之處理套組，其中該氣體入口通道和該氣體出口通道係與該空間流體連通。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之處理套組，其中該處理套組包括一密封件(seal)設置於該介電質窗和該密封框架之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之處理套組，其中該處理套組包括一密封件(seal)設置於該介電質窗和該遮罩框架之間。
  7. 一種處理套組，用於一原子層沉積(ALD)腔室，該處理套組包括：一介電質窗(dielectric window)；一密封框架(sealing frame)；一遮罩框架(mask frame)，連接該密封框架，其中該遮罩框架具有一氣體入口通道(gas inlet channel)和一氣體出口通道(gas outlet channel)於內並形成於該遮罩框架之相對側；一擴散器(diffuser)，耦接至該氣體入口通道；和一排氣歧管(exhaust manifold)，耦接至該氣體出口通道，其中該擴散器和該排氣歧管各自包括：一埠(port)；和一流動路徑(flow path)，耦接至部分由一橢圓錐形表面定義之該埠，其中該流動路徑之一剖面其位於一中央部份(center portion)具有一高度小於位於一周邊部份(peripheral portion)之一高度，其中位於該中央部份之該高度和位於該周邊部份之該高度分別與自該埠之一第一徑向距離(first radial distance)相對於自該埠之一第二徑向距離(second radial distance)的一比值之一平方根是成比例的。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之處理套組，更包括：一可壓縮密封件(compressible seal)，設置於該遮罩框架之相對側中，其中該可壓縮密封件係耦接至形成於該遮罩框架內之一键槽(keyway)。
  9. 一種處理套組(process kit)，用於一原子層沉積腔室(ALD chamber)，該處理套組包括：一介電質窗(dielectric window)；一密封框架(sealing frame)；一遮罩框架(mask frame)，連接該密封框架，其中該遮罩框架具有一氣體入口通道和一氣體出口通道於內並形成於該遮罩框架之相對側；一遮罩片(mask sheet)，耦接至該遮罩框架；和一擴散器(diffuser)，耦接至該氣體入口通道，該擴散器包括：一埠(port)；和一流動路徑(flow path)耦接至該埠，該流動路徑係由一上部構件和一下部構件定義，其中該流動路徑之一剖面其位於一中央部份(center portion)具有一高度係小於位於一周邊部份(peripheral portion)之一高度，其中位於該中央部份之該高度和位於該周邊部份之該高度分別與自該埠之一第一徑向距離(first radial distance)相對於自該埠之一第二徑向距離(second radial distance)的一比值之一平方根是成比例的。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之處理套組，其中一空間(volume)係形成於該介電質窗和一基板之間。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之處理套組，其中該氣體入口通道和該氣體出口通道係與該空間流體連通。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之處理套組，其中該處理套組包括一密封件(seal)設置於該介電質窗和該密封框架之間。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之處理套組，其中該處理套組包括一密封件(seal)設置於該介電質窗和該遮罩框架之間。
  14. 一種處理套組，用於一原子層沉積(ALD)腔室，該處理套組包括：一介電質窗(dielectric window)；一密封框架(sealing frame)；一遮罩框架(mask frame)，連接該密封框架，其中該遮罩框架具有一氣體入口通道(gas inlet channel)和一氣體出口通道(gas outlet channel)於內並形成於該遮罩框架之相對側；一遮罩片(mask sheet)，耦接至該遮罩框架；一擴散器(diffuser)，耦接至該氣體入口通道；和一排氣歧管(exhaust manifold)，耦接至該氣體出口通道，其中該擴散器和該排氣歧管各自包括：一埠(port)；和一流動路徑(flow path)，耦接至部分由一橢圓錐形表面定義之該埠，其中該流動路徑之一剖面其位於一中央部份(center portion)具有一高度小於位於一周邊部份(peripheral portion)之一高度，其中位於該中央部份之該高度和位於該周邊部份之該高度分別與自該埠之一第一徑向距離(first radial distance)相對於自該埠之一第二徑向距離(second radial distance)的一比值之一平方根是成比例的。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之處理套組，更包括：一可壓縮密封件(compressible seal)，設置於該遮罩框架之相對側中，其中該可壓縮密封件係耦接至形成於該遮罩框架內之一键槽(keyway)。
  16. 一種用以處理一基板之裝置，包括：一腔室主體(chamber body)；一基座主體(susceptor body)；複數個支撐構件(support members)，設置於該基座主體之周圍；至少一製程氣體入口(process gas inlet)；至少一泵送埠(pumping port)；和一處理套組(process kit)，其中該處理套組包括：一介電質窗(dielectric window)；一密封框架(sealing frame)；一遮罩框架(mask frame)，連接該密封框架，其中該遮罩框架具有一氣體入口通道(gas inlet channel)和一氣體出口通道(gas outlet channel)於內並形成於該遮罩框架之相對側；一擴散器(diffuser)，耦接至該氣體入口通道，該擴散器包括包括一埠(port)和一流動路徑(flow path)耦接至該埠，其中該流動路徑係部分地由一橢圓錐形表面定義，該流動路徑之一剖面其位於一中央部份(center portion)具有一高度係小於位於一周邊部份(peripheral portion)之一高度；一排氣歧管(exhaust manifold)，耦接至該氣體出口通道；和一遮罩片(mask sheet)，與位於該基座主體之一基板接觸。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之裝置，其中該遮罩片耦接至該遮罩框架。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之裝置，其中一空間(volume)係形成於該介電質窗和該遮罩框架之間，且該氣體入口通道和該氣體出口通道係與該空間流體連通。
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