TWI740182B - 減少粒子產生的氣體擴散器支撐結構 - Google Patents

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Abstract

本揭露之實施例一般提供一真空腔室之氣體擴散器支撐結構之設備以及方法。氣體擴散器支撐結構包括一背板，具有形成於其中的一中心通孔；一整合十字形結構，形成於中心通孔之中；以及一氣體致偏器，藉由一單一固定件耦接至十字形結構。

Description

減少粒子產生的氣體擴散器支撐結構
本揭露之實施例一般關於一種具有一電漿腔室之支撐結構之氣體或電漿擴散器。
電漿增強化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)是一沉積方法，其中處理氣體通過一背板(backing plate)以及通過一擴散器被引入至一處理腔室中，接著被引入至一氣體分佈噴淋頭(gas distribution showerhead)。噴淋頭係電性偏壓(electrically biased)以激發(ignite)處理氣體為一電漿。位於相對於噴淋頭之基座(pedestal)係電接地(electrically grounded)且作為一陽極以及一基板支撐件。處理氣體的電漿在基板上形成一或多個薄膜。
藉由流動沿著且通過相同於處理氣體之流動路徑(flow path)之清潔氣體自由基(cleaning gas radical)之電漿，執行內部腔室零件(component)之週期腔室清潔。舉例而言，清潔氣體(cleaning gas)被激發為處理腔室外部之電漿且流動通過背板、擴散器以及通過噴淋頭。清潔氣體自由基之電漿典型地約400攝氏度(degree Celsius)或更 高，導致部分的流動路徑膨脹。在清潔之後，部分的氣體路徑逐漸冷卻。此熱循環在生產週期(production period)之期間被重複多次。
然而，熱循環導致部分的氣體路徑以不同速率膨脹或收縮。相鄰部件之間的脹差(differential expansion)導致多個部件彼此摩擦，產生粒子。這些粒子接著被吸納至流動路徑之中且汙染腔室。殘留在流動路徑之中的粒子可能被吸納至處理氣體流(processing gas flow)之中，在沉積製程期間汙染一基板。基板之粒子汙染減少產率。
因此，需要一種用於在一處理腔室中支撐一氣體擴散器的設備以及方法。
本揭露之實施例一般提供用於一真空腔室的氣體擴散器支撐結構(gas diffuser support structure)的設備以及方法。一實施例中，氣體擴散器支撐結構包括一背板，具有形成於其中的一中心通孔(central bore)；一整合十字形結構(integrated cross structure)，形成於中心通孔之中；以及一氣體致偏器(gas deflector)，藉由一單一固定件(fastener)耦接至十字形結構(cross structure)。
另一實施例中，一種用於一真空腔室之氣體擴散器支撐結構係被揭露。此氣體擴散器支撐結構包括一背板，具有形成於其中的一中心通孔；以及一整合十字形結構，形成於中心通孔之中，其中十字形結構包括分離多個開口之多個輪輻(spoke)。
另一實施例中，一種用於一真空腔室之氣體擴散器支撐結構係被揭露。此氣體擴散器支撐結構包括一背板，具有形成於其中的一中心通孔；一整合十字形結構，形成於中心通孔之中，其中十字形結構包括分離多個開口之多個輪輻；以及一氣體致偏器，藉由一單一固定件耦接至十字形結構。
因此可詳細理解的是上述本揭露之特徵的方式，本揭露之更詳細之描述(如以上概述)可參照實施例，某些實施例係繪示於附圖之中。值得注意的是，然而，這些附圖僅繪示本揭露之具代表性的實施例，因此並非用以限定本揭露之範圍，本揭露可允許其他等效之實施例。
100:腔室
105:大面積基板
110:腔室側壁
115:底部
120:基板支撐件
125:埠
130:蓋結構
140:背板
145:氣體分佈噴淋頭
146:內表面
147:內表面
148:變壓區
150:中心支撐構件
155:可撓性懸吊裝置
160:氣體入口
162:通孔
164:氣體擴散器組件
165:電漿源
166:氣體致偏器
168:氣體擋板
170:中間區
175:氣體通道
180:處理區
184:清潔氣體源
186:遠端電漿腔室
190:基板接收表面
200:氣體擴散器支撐組件
205A~205D:開口
210:輪輻
215:運轉中心
220:十字形結構
225:固定件
230:間隙
235:上表面
240:下表面
245:橫向流動路徑
250:向下流動路徑
255:貫穿孔
260:流動路徑
265:電漿流
270:縱軸
275:螺孔
2B-2B:線段
第1圖是一腔室之一實施例之示意側面剖面圖。
第2A圖是具有根據本揭露之一實施例之氣體擴散器支撐組件之腔室之局部示意剖面圖。
第2B圖是沿著第2A圖之線段2B-2B之部分的氣體擴散器支撐組件之局部剖面圖。
為幫助理解，在可能的情況下，係使用相同的參考符號以標示共同出現於圖式中的相同元件。亦可預期的是，一實施例的元件與特徵可被有利地合併於其他實施例中，不需要進一步詳述。
本揭露之實施例一般提供用於在一處理腔室中支撐一氣體擴散器之設備以及方法。本揭露以下將敘述關於一種電漿增強化學氣相沉積(PECVD)設備，取自位於加州之聖塔克拉拉(Santa Clara)之應用材料公司(Applied Materials,Inc.)之子公司美商業凱科技(AKT America,Inc.)。可理解的是，本揭露在其他沉積腔室中亦具有應用性，包括取自其他製造商之沉積腔室以及電漿增強化學氣相沉積設備。
第1圖是一腔室100之一實施例之示意側面剖面圖。腔室100適合用於在一大面積基板105上進行製造電路之電漿增強化學氣相沉積製程，大面積基板105由玻璃、一聚合物或其他適合的基板所組成。腔室100用以在大面積基板105上形成結構以及裝置，使用於液晶顯示器(LCD’s)或平板顯示器、太陽能電池陣列(solar cell array)之光伏打裝置(photovoltaic device)或其他結構之製造。此結構可以是多個背通道蝕刻式逆疊積型(底部閘極)薄膜電晶體(back channel etch inverted staggered(bottom gate)thin film transistor)，可包括多個連續沉積以及遮罩步驟。其他結構可包括p-n接面(p-n junction)以形成用於光伏電池(photovoltaic cell)的二極體。
腔室100包括一腔室側壁110、一底部115以及一基板支撐件120，例如一基座，此基座在處理期間支撐大面積基板105。氣體分佈噴淋頭145定位在相對於基板支撐件120以及大面積基板105。腔室 100亦具有一埠(port)125，例如一狹縫閥開口(slit valve opening)，埠125藉由選擇性開啟及關閉來促進大面積基板105傳送進出腔室100。腔室100亦包括一蓋結構(lid structure)130、一背板140以及一氣體分佈噴淋頭145。一實施例中，蓋結構130支撐背板140以及氣體分佈噴淋頭145。一實施例中，背板140的內表面146以及腔室側壁110的內表面147定界(bound)一變壓區(variable pressure region)148。一方面中，腔室100包括一主體，此主體包括腔室側壁110、底部115以及背板140，腔室側壁110、底部115以及背板140定界變壓區148。背板140藉由適合的o型環(o-ring)被密封在背板140的周圍，o型環位於背板140以及蓋結構130可彼此接觸之界面。當負壓藉由耦接於腔室100之真空幫浦被提供，o型環促進電絕緣且密封變壓區148。
一實施例中，氣體分佈噴淋頭145是藉由一或多個中心支撐構件(center support member)150被背板140支撐在背板140的一中心區。一或多個中心支撐構件150促進在氣體分佈噴淋頭145的中心區的氣體分佈噴淋頭145的支撐以控制氣體分佈噴淋頭145的水平輪廓(horizontal profile)，以緩和由於一項或多項之熱、重力以及真空之氣體分佈噴淋頭145下傾(droop)或下垂(sag)之趨勢。氣體分佈噴淋頭145亦可藉由一可撓性懸吊裝置(flexible suspension)155被支撐在氣體分佈噴淋頭145的周圍。可撓性懸吊裝置155係被調整(adapt)，以從氣體分佈噴淋頭145的邊緣支撐氣體分佈噴淋頭145並允許氣體分佈噴淋頭145之橫向膨脹以及收縮。
腔室100耦接至一氣體入口(gas inlet)160，氣體入口 160耦接至一氣源以及一電漿源165。電漿源165可以是一直流電源(direct current power source)或一射頻(RF)電源(radio frequency(RF)power source)。射頻電源可以感應或電容耦合至腔室100。氣體入口160通過一通孔162從氣源輸送(deliver)處理氣體至一氣體擴散器組件(gas diffuser assembly)164。氣體擴散器組件164包括一多孔(perforated)氣體致偏器166。氣體致偏器166被固定至背板140的中心。氣體致偏器166接收來自一氣體擋板(gas baffle)168而通過通孔162之氣體。氣體擋板168與背板140係被整合。氣體致偏器166被固定至氣體擋板168的中心。
氣體流動通過通孔162至氣體擋板168且藉由氣體致偏器166被擴散至一中間區170，中間區170被定義在背板140以及氣體分佈噴淋頭145之間。一操作範例中，當腔室100的內部已經藉由真空幫浦被抽氣(pump down)至合適壓力，處理氣體從氣源被輸送。一或多個處理氣體流動通過氣體入口160至氣體擋板168，至中間區170，中間區170被定義在背板140以及氣體分佈噴淋頭145之間。一或多個處理氣體接著從中間區170流動通過多個開口或氣體通道(gas passage)175，氣體通道175通過氣體分佈噴淋頭145到一處理區(processing region)180而形成，處理區180被定義在氣體分佈噴淋頭145下方以及基板支撐件120上方之區域中。
藉由移動基板支撐件120至氣體分佈噴淋頭145，大面積基板105從一傳送位置(transfer position)被升起至處理區180。基於在氣體分佈噴淋頭145的下表面以及基板支撐件120的基板接收表 面190之間的間距，處理區180的高度可作為一製程參數(process parameter)而被改變。基板支撐件120可藉由一整合加熱器(integral heater)(例如加熱線圈(coil))或一電阻加熱器(resistive heater)被加熱，電阻加熱器耦接至或設置在基板支撐件120內。
一電漿可藉由耦接至腔室100的電漿源165被形成在處理區180中。電漿激發氣體(plasma excited gas)沉積在處理區180上，以在大面積基板105之上形成結構。一實施例中，基板支撐件120是在接地電位(ground potential)，以促進處理區180中的電漿形成。一電漿亦可藉由其他方式被形成在腔室100中，例如一熱導電漿(thermally induced plasma)。雖然電漿源165於此實施例中被耦接至氣體入口160，電漿源165可被耦接至氣體分佈噴淋頭145或腔室100的其他部分。
處理大面積基板105之後，大面積基板105被傳送離開腔室100且執行一清潔製程。清潔氣體，例如含氟氣體(fluorine-containing gas)，從一清潔氣體源184被提供。清潔氣體在一遠端電漿腔室(remote plasma chamber)186中被激發(ignite)為一電漿。清潔氣體之電漿流動通過氣體入口160之通孔162且通過氣體擋板168，電漿藉由氣體致偏器166被擴散。電漿接著流動通過氣體分佈噴淋頭145的氣體通道175，以清潔腔室內表面。
傳統氣體擴散設備(conventional gas diffusion apparatus)包括一分離部件(separate part)，此分離部件被閂上(bolt)或固定至背板140的下表面和/或至少部分安裝在氣體入口160中的一裝 置。然而，熱電漿導致位於背板140以及傳統氣體擴散設備之間的脹差。腔室100之持續熱循環導致傳統氣體擴散設備的部件與背板140摩擦，引起粒子。此外，用以耦接傳統氣體擴散設備至背板140之固定件包括一陽極化塗層(anodized coating)，此陽極化塗層可能由於脹差而磨損(wear off)，產生更多粒子。此些粒子已經被吸納於腔室100中的氣流，且一部分粒子汙染了基板。
第2A圖是具有根據本揭露之一實施例之氣體擴散器支撐組件(gas diffuser support assembly)200之腔室100之局部示意剖面圖。氣體擴散器支撐組件200包括氣體擋板168以及耦接至背板140的氣體致偏器166，氣體擋板168一體成型(formed integrally)於背板140。第2B圖是沿著第2A圖之線段2B-2B之氣體擴散器支撐組件200之部分的局部剖面圖。
如第2B圖所示，氣體擋板168包括多個開口205A-205D。開口205A-205D之每一者是被一輪輻210分離。輪輻210之每一者被接合(join)在一運轉中心(hub)215之背板140之幾何中心(geometric center)。由背板140之材料所形成之輪輻210之每一者包括一十字形結構220。開口205A-205D之每一者提供在被輪輻210所分離之象限(quadrant)之中。開口205A-205D之每一者被調整尺寸大小，以最大化氣流或傳導(conductance)。使用本文所述之十字形結構220，開口205A-205D之開口面積(open area)從傳統氣體擴散設備增加約50%。一實施例中，開口205A-205D之開口面積約7平方英寸(square inch)。
一實施例中，輪輻210在十字形結構220內係以90度間隔(90 degree interval)定位。一實施例中，輪輻210沿著長度方向係實質上筆直的(straight)。
如第2A圖所示，氣體致偏器166藉由一單一固定件225耦接至背板140。固定件225是一螺栓(bolt)或螺絲(screw)，例如一肩螺絲(shoulder screw)。固定件225耦接至一螺孔(threaded hole)275，螺孔275形成在運轉中心215之中(以假想的方式(in phantom)繪示於第2B圖之中)。固定件225亦維持一間隙230，間隙230在氣體致偏器166的上表面235以及背板140的下表面240之間。
操作中(in operation)，來自第1圖之氣源之氣體或來自第1圖之遠端電漿腔室186之清潔氣體之電漿係流動通過通孔162。此氣流或電漿流係沿著通過氣體擋板168的開口205A-205D至中間區170之傳導路徑(conductance path)被提供，中間區170被定義在背板140以及氣體分佈噴淋頭145之間。傳導路徑包括多重流動路徑，例如圍繞氣體致偏器166之橫向流動路徑245以及通過形成在氣體致偏器166中的多個貫穿孔(through-hole)255之向下流動路徑(downward flow path)250。傳導路徑通過氣體通道175而經由流動路徑260延續至(continue to)處理區180，氣體通道175通過氣體分佈噴淋頭145而形成。
一實施例中，間隙230(在背板140以及氣體致偏器166之間)是在約0.15英寸(inch)至約0.5英寸之間。一實施例中，間隙230是約0.25英寸。
一實施例中，貫穿孔255是均勻分佈在氣體致偏器166的主要表面。一實施例中，多個貫穿孔255之每一者具有約0.05英寸至約0.2英寸的直徑。一實施例中，每一個貫穿孔255具有約0.1英寸的直徑。
如第2A圖所示，氣體致偏器166實質上阻擋來自通孔162的大部分的垂直向下氣體(vertical downward gas)或電漿流265，並產生實質上水平的橫向流動路徑245，橫向流動路徑245實質上平行於背板140以及氣體分佈噴淋頭145。小部分的垂直向下氣體或電漿流265通過氣體致偏器166之中的多個貫穿孔255並產生向下流動路徑250，向下流動路徑250一般平行於背板140和/或腔室100之縱軸(longitudinal axis)270。
本文所述之氣體擴散器支撐組件200實質上消除粒子形成以及傳統氣體擴散設備所經歷之其他問題。相較於傳統氣體擴散設備，在本文所述之氣體擴散器支撐組件200中的可能導致多個部件之間摩擦之壓力被顯著減少。舉例而言，使用本文所述之氣體擴散器支撐組件200，最大橫向形變被減少大於10%。使用本文所述之氣體擴散器支撐組件200，最大垂直形變被減少大於99%。使用本文所述之氣體擴散器支撐組件200，最大馮.米塞斯應力(Von-Mises stress)被減少大約80%。使用本文所述之氣體擴散器支撐組件200，反作用力(reaction force)(表示在背板140以及傳統氣體擴散設備之間的摩擦)被減少大於99%。使用本文所述之氣體擴散器支撐組件200，反作用力矩(reaction moment)(表示傳統氣體擴散設備的安裝硬件(mounting hardware)之間的摩擦)被減少大於98%。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，在不脫離本發明之基本範圍內，當可設計本揭露之其它以及進一步的實施例。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。
100:腔室
105:大面積基板
110:腔室側壁
115:底部
120:基板支撐件
125:埠
130:蓋結構
140:背板
145:氣體分佈噴淋頭
146:內表面
147:內表面
148:變壓區
150:中心支撐構件
155:可撓性懸吊裝置
160:氣體入口
162:通孔
164:氣體擴散器組件
165:電漿源
166:氣體致偏器
168:氣體擋板
170:中間區
175:氣體通道
180:處理區
184:清潔氣體源
186:遠端電漿腔室
190:基板接收表面

Claims (20)

  1. 一種用於一真空腔室的一氣體擴散器支撐結構，該氣體擴散器支撐結構包括：一背板，具有一中心通孔，該中心通孔形成於該背板之中；一整合十字形結構，形成於該中心通孔之中；以及一氣體致偏器，藉由一單一固定件耦接至該整合十字形結構，其中該單一固定件耦接至一螺孔，該螺孔係形成於該整合十字形結構之中。
  2. 如請求項1所述之氣體擴散器支撐結構，其中該整合十字形結構包括複數個輪輻。
  3. 如請求項2所述之氣體擴散器支撐結構，其中多個開口係形成在該複數個輪輻之間。
  4. 如請求項3所述之氣體擴散器支撐結構，其中該些開口包括約7平方英寸的開口面積。
  5. 如請求項2所述之氣體擴散器支撐結構，其中該複數個輪輻之每一者相交於一運轉中心。
  6. 如請求項5所述之氣體擴散器支撐結構，其中該運轉中心被定位在該背板之幾何中心。
  7. 如請求項5所述之氣體擴散器支撐結構，其中該單一固定件係耦接至位於該運轉中心之該螺孔。
  8. 如請求項2所述之氣體擴散器支撐結構，其中該複數個輪輻係以90度間隔定位。
  9. 一種用於一真空腔室的一氣體擴散器支撐結構，該氣體擴散器支撐結構包括：一背板，具有一中心通孔，該中心通孔形成於該背板之中；以及一整合十字形結構，形成於該中心通孔之中，其中該整合十字形結構包括複數個輪輻，該複數個輪輻分離複數個開口，其中一螺孔係形成於該整合十字形結構之中且位於該複數個輪輻之每一者的相交處。
  10. 如請求項9所述之氣體擴散器支撐結構，其中該複數個輪輻係以90度間隔定位。
  11. 如請求項9所述之氣體擴散器支撐結構，其中該複數個開口包括約7平方英寸的開口面積。
  12. 如請求項9所述之氣體擴散器支撐結構，其中該複數個輪輻之每一者相交於一運轉中心。
  13. 如請求項12所述之氣體擴散器支撐結構，其中該運轉中心被定位在該背板之幾何中心。
  14. 如請求項9所述之氣體擴散器支撐結構，更包括：一氣體致偏器，藉由一單一固定件耦接至該整合十字形結構。
  15. 如請求項14所述之氣體擴散器支撐結構，其中該單一固定件係耦接至該整合十字形結構，該整合十字形結構位於該背板之幾何中心。
  16. 一種用於一真空腔室的一氣體擴散器支撐結構，該氣體擴散器支撐結構包括：一背板，具有一中心通孔，該中心通孔形成於該背板之中；一整合十字形結構，形成於該中心通孔之中，其中該整合十字形結構包括複數個輪輻，該複數個輪輻分離複數個開口；以及 一氣體致偏器，藉由一單一固定件耦接至該整合十字形結構，其中該單一固定件耦接至一螺孔，該螺孔係形成於該整合十字形結構之中。
  17. 如請求項16所述之氣體擴散器支撐結構，其中該複數個輪輻之每一者相交於一運轉中心。
  18. 如請求項17所述之氣體擴散器支撐結構，其中該運轉中心被定位在該背板之幾何中心。
  19. 如請求項17所述之氣體擴散器支撐結構，其中該單一固定件係耦接至該運轉中心。
  20. 如請求項16所述之氣體擴散器支撐結構，其中該複數個輪輻係以90度間隔定位。
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