减少粒子产生的气体扩散器支撑结构

技术领域

本公开内容的实施方式一般涉及一种用于等离子体腔室的具有支撑结构的气体或等离子体扩散器。

背景技术

等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)是沉积方法，其中处理气体通过背板(backing plate)和通过扩散器被引入至处理腔室中，接着被引入至气体分布喷头(gas distribution showerhead)。喷头经电性偏压(electrically biased)以激发(ignite)处理气体为等离子体。位于喷淋头对面的基座(pedestal)被电接地(electrically grounded)且充当阳极和基板支撑件。处理气体的等离子体在基板上形成一或多个膜。

通过使清洁气体自由基(radical)的等离子体沿着与处理气体相同的流动路径流动并通过此流动路径，执行内部腔室零件(component)的周期腔室清洁。举例而言，清洁气体被激发为处理腔室外部的等离子体且流动通过背板、扩散器和通过喷头。清洁气体自由基的等离子体典型地约400摄氏度或更高，导致部分的流动路径膨胀。在清洁之后，部分的气体路径逐渐冷却。此热循环在生产周期(production period)的期间被重复多次。

然而，热循环导致部分的气体路径以不同速率膨胀或收缩。相邻部件之间的胀差(differential expansion)导致多个部件彼此摩擦，产生粒子。这些粒子接着被载运至流动路径中且污染腔室。残留在流动路径中的粒子可能被载运至处理气体流中，在沉积工艺期间污染基板。基板的粒子污染减少产率。

因此，需要一种用于在处理腔室中支撑气体扩散器的设备和方法。

发明内容

本公开内容的实施方式一般提供用于真空腔室的气体扩散器支撑结构(gasdiffuser support structure)的设备和方法。一实施方式中，气体扩散器支撑结构包括背板，具有穿过所述背板而形成的中心通孔(central bore)；整合十字形结构(integratedcross structure)，形成于中心通孔中；及气体偏转器(gas deflector)，由单一固定件耦接至十字形结构。

另一实施方式中，公开了一种用于真空腔室的气体扩散器支撑结构。此气体扩散器支撑结构包括背板，具有通过所述背板而形成的中心通孔；及整合十字形结构，形成于中心通孔中，其中十字形结构包括分隔多个开口的多个轮辐(spoke)。

另一实施方式中，公开了一种用于真空腔室的气体扩散器支撑结构。此气体扩散器支撑结构包括背板，具有穿过所述背板而形成的中心通孔；整合十字形结构，形成于中心通孔中，其中十字形结构包括分隔多个开口的多个轮辐；及气体偏转器，由单一固定件耦接至十字形结构。

附图说明

以上简要概述本公开内容的上述详述特征可以被详细理解的方式、以及对本公开内容的更特定描述，可通过参照实施方式来获得，其中一些实施方式绘示于所附图式中。然而，应注意所附图式仅绘示本公开内容的典型实施方式，因而不应视为对其范围的限制，因为本公开内容可允许其他等同有效的实施方式。

图1是腔室的一实施方式的示意性侧面截面图。

图2A是具有根据本公开内容的一实施方式的气体扩散器支撑组件的腔室的局部示意截面图。

图2B是沿着图2A的线段2B-2B的一部分的气体扩散器支撑组件的局部截面图。

为了助于理解，尽可能地使用了相同的附图标号以标示图式中共通的相同元件。考虑到，一实施方式中的元件与特征在没有进一步描述下可有利地并入其他实施方式中。

具体实施方式

本公开内容的实施方式一般提供用于在处理腔室中支撑气体扩散器的设备和方法。本公开内容以下将相关于一种等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备进行描述，该设备可购自位于加州的圣塔克拉拉(Santa Clara)的应用材料公司(Applied Materials,Inc.)的子公司美商业凯科技(AKT America,Inc.)。可理解的是，本公开内容在包括购自其他制造商的沉积腔室和PECVD设备的其他沉积腔室中亦具有应用性。

图1是腔室100的一实施方式的示意性侧面截面图。腔室100适合用于在大面积基板105上进行制造电路的等离子体增强化学气相沉积工艺，大面积基板105由玻璃、聚合物或其他适合的基板所组成。腔室100经构造以在大面积基板105上形成结构和装置，以使用于液晶显示器(LCD’s)或平板显示器、太阳能电池阵列(solar cell array)的光伏装置(photovoltaic device)或其他结构的制造。此结构可以是多个背通道蚀刻式反向交错型(back channel etch inverted staggered)(底部栅极)薄膜晶体管，可包括多个连续沉积和遮蔽步骤。其他结构可包括p-n结(p-n junction)以形成用于光伏电池(photovoltaiccell)的二极管。

腔室100包括腔室侧壁110、底部115和基板支撑件120，所述基板支撑件例如是基座，此基座在处理期间支撑大面积基板105。气体分布喷头145定位在基板支撑件120和大面积基板105的对面。腔室100亦具有通口125，例如狭缝阀开口(slit valve opening)，通口125通过选择性开启及关闭来促进大面积基板105传送进出腔室100。腔室100亦包括盖结构(lid structure)130、背板140和气体分布喷头145。一实施方式中，盖结构130支撑背板140和气体分布喷头145。一实施方式中，背板140的内表面146和腔室侧壁110的内表面147界定变压区148。一方面中，腔室100包括主体，此主体包括腔室侧壁110、底部115和背板140，腔室侧壁110、底部115和背板140界定变压区148。背板140由在界面处的适合的o型环(o-ring)密封在背板140的周围，在该界面处背板140和盖结构130可彼此接触。当负压由耦接于腔室100的真空泵提供时，o型环促进电绝缘且密封变压区148。

一实施方式中，气体分布喷头145是由背板140以一或多个中心支撑构件(centersupport member)150方式支撑在背板140的中心区。一或多个中心支撑构件150促进在气体分布喷头145的中心区的气体分布喷头145的支撑以控制气体分布喷头145的水平分布(horizontal profile)，以减轻由于热、重力和真空中的一或多项的气体分布喷头145下倾(droop)或下垂(sag)的趋势。气体分布喷头145亦可由柔性悬吊装置(flexiblesuspension)155支撑在气体分布喷头145的周围。柔性悬吊装置155经调适以从气体分布喷头145的边缘支撑气体分布喷头145且允许气体分布喷头145的横向膨胀和收缩。

腔室100耦接至气体入口160，气体入口160耦接至气源和等离子体源165。等离子体源165可以是直流电源或射频(RF)电源(RF)。RF电源可以感应或电容耦合至腔室100。气体入口160将处理气体从气源输送通过通孔162而至气体扩散器组件164。气体扩散器组件164包括穿孔的(perforated)气体偏转器166。气体偏转器166被固定至背板140的中心。气体偏转器166接收来自气体挡板(gas baffle)168的通过通孔162的气体。气体挡板168与背板140相整合。气体偏转器166被固定至气体挡板168的中心。

气体流动通过通孔162至气体挡板168且由气体偏转器166扩散至中间区170，中间区170限定在背板140与气体分布喷头145之间。一操作实例中，当腔室100的内部已经由真空泵抽气(pump down)至合适压力，处理气体由气源输送。一或多个处理气体流动通过气体入口160至气体挡板168，至中间区170，中间区170被限定在背板140与气体分布喷头145之间。一或多个处理气体接着从中间区170流动通过多个开口或气体通道(gas passage)175，气体通道175穿过气体分布喷头145到处理区180而形成，处理区180被限定在气体分布喷头145下方和基板支撑件120上方的区域中。

通过朝向气体分布喷头145移动基板支撑件120，大面积基板105从传送位置被升起至处理区180。基于在气体分布喷头145的下表面与基板支撑件120的基板接收表面190之间的间距，处理区180的高度可作为工艺参数(process parameter)而被改变。基板支撑件120可由整合加热器(integral heater)、诸如加热线圈(coil))或电阻加热器(resistiveheater)加热，电阻加热器耦接至或设置在基板支撑件120内。

等离子体可由耦接至腔室100的等离子体源165形成在处理区180中。等离子体激发气体(plasma excited gas)沉积在处理区180上，以在大面积基板105上形成结构。一实施方式中，基板支撑件120是在接地电位(ground potential)，以促进处理区180中的等离子体形成。等离子体亦可通过其他方式形成在腔室100中，例如热导等离子体(thermallyinduced plasma)。尽管示出等离子体源165于此实施方式中耦接至气体入口160，等离子体源165可耦接至气体分布喷头145或腔室100的其他部分。

处理基板105之后，基板105被传送离开腔室100且执行清洁工艺。诸如含氟气体的清洁气体，由清洁气体源184提供。清洁气体在远程等离子体腔室186中被激发为等离子体。清洁气体的等离子体流动通过气体入口160的通孔162且通过气体挡板168，其中等离子体由气体偏转器166扩散。等离子体接着流动通过气体分布喷头145的气体通道175，从而清洁腔室内表面。

传统气体扩散设备包括分离部件(separate part)，此分离部件被闩上(bolt)或以其他方式固定至背板140的下表面和/或至少部分安装在气体入口160中的装置。然而，热等离子体导致位于背板140与传统气体扩散设备之间的胀差。腔室100的持续热循环导致传统气体扩散设备的部件与背板140摩擦，这样引起粒子。此外，用以耦接传统气体扩散设备至背板140的固定件包括阳极氧化涂层(anodized coating)，此阳极氧化涂层可能由于胀差而磨损(wear off)，产生更多粒子。已经发现这些粒子随腔室100中的气流载运，且一部分粒子污染了基板。

图2A是具有根据本公开内容的一实施方式的气体扩散器支撑组件200的腔室100的局部示意截面图。气体扩散器支撑组件200包括气体挡板168及耦接至背板140的气体偏转器166，气体挡板168一体成型(formed integrally)于背板140。图2B是沿着图2A的线段2B-2B的气体扩散器支撑组件200的部分的局部截面图。

如图2B所示，气体挡板168包括多个开口205A-205D。开口205A-205D中的每一个被轮辐210分隔。轮辐210中每一个被接合(join)在运转中心(hub)215处的背板140的几何中心(geometric center)。由背板140的材料所形成的轮辐210中的每一个包括十字形结构220。开口205A-205D中的每一个提供在被轮辐210所分隔的象限(quadrant)中。开口205A-205D中的每一个被调整尺寸大小，以最大化气流或传导(conductance)。使用本文所述的十字形结构220，开口205A-205D的开口面积(open area)从传统气体扩散设备增加约50％。一实施方式中，开口205A-205D的开口面积约7平方英寸(square inch)。

一实施方式中，轮辐210在十字形结构220内以90度间隔(interval)定位。一实施方式中，轮辐210沿着长度方向是实质上笔直的(straight)。

如图2A所示，气体偏转器166由单一固定件225耦接至背板140。固定件225是螺栓(bolt)或螺钉(screw)，例如带肩螺钉(shoulder screw)。固定件225耦接至螺孔(threadedhole)275，螺孔275形成在运转中心215中(以虚线的方式(in phantom)示出于图2B中)。固定件225亦维持在气体偏转器166的上表面235与背板140的下表面240之间的间隙230。

操作中，来自图1的气源的气体或来自图1的远程等离子体腔室186的清洁气体的等离子体流动通过通孔162。此气流或等离子体流沿着通过气体挡板168的开口205A-205D进入中间区170的传导路径而被提供，中间区170限定在背板140与气体分布喷头145之间。传导路径包括多重流动路径，例如围绕气体偏转器166的横向流动路径245和通过形成在气体偏转器166中的多个贯穿孔(through-hole)255的向下流动路径250。传导路径通过气体通道175而经由流动路径260延续至(continue to)处理区180，气体通道175通过气体分布喷头145而形成。

一实施方式中，间隙230(在背板140与气体偏转器166之间)是在约0.15英寸至约0.5英寸之间。一实施方式中，间隙230是约0.25英寸。

一实施方式中，贯穿孔255在气体偏转器166的主要表面上均匀分布。一实施方式中，多个贯穿孔255中的每一个具有约0.05英寸至约0.2英寸的直径。一实施方式中，每一个贯穿孔255具有约0.1英寸的直径。

如图2A所示，气体偏转器166实质上阻挡来自通孔162的大部分的垂直向下气体(vertical downward gas)或等离子体流265，并产生实质上水平的横向流动路径245，横向流动路径245实质上平行于背板140和气体分布喷头145。小部分的垂直向下气体或等离子体流265通过气体偏转器166中的多个贯穿孔255并产生向下流动路径250，向下流动路径250一般平行于背板140和/或腔室100的纵轴(longitudinal axis)270。

本文所述的气体扩散器支撑组件200实质上消除粒子形成以及传统气体扩散设备所经历的其他问题。相较于传统气体扩散设备，在本文所述的气体扩散器支撑组件200中的可能导致多个部件之间摩擦的压力被显著减少。举例而言，使用本文所述的气体扩散器支撑组件200，最大横向形变被减少大于10％。使用本文所述的气体扩散器支撑组件200，最大垂直形变被减少大于99％。使用本文所述的气体扩散器支撑组件200，最大冯·米塞斯应力(Von-Mises stress)被减少大约80％。使用本文所述的气体扩散器支撑组件200，反作用力(reaction force)(表示在背板140与传统气体扩散设备之间的摩擦)被减少大于99％。使用本文所述的气体扩散器支撑组件200，反作用力矩(reaction moment)(表示传统气体扩散设备的安装硬件之间的摩擦)被减少大于98％。

虽然前述与本公开内容的实施方式有关，但在不脱离本发明的基本范围的情况下可设计本公开内容的其它及进一步的实施方式。本发明的保护范围由随附的权利要求书来确定。