接地带设计的制作方法

接地带设计


背景技术：

1.领域
2.本公开内容的实施例总体涉及用于使用等离子体处理基板、诸如半导体基板的方法和设备。更具体地，本公开内容的实施例涉及用于等离子体处理腔室的射频(rf)接地带。
3.相关技术的说明
4.等离子体增强化学气相沉积(pecvd)用于处理基板，诸如半导体基板、太阳能面板基板和平板显示器基板。pecvd通常通过将一种或多种前驱物气体引入真空腔室(具有在真空腔室中设置在基板支撑件上的基板)中来执行。前驱物气体通过气体分布板被导向工艺空间，气体分布板典型地位于真空腔室的顶部附近。施加于气体分布板的射频(rf)功率将前驱物气体激发(例如激活(excited))成为等离子体，射频功率由一个或多个rf电源来施加于气体分布板。然后，被激活的气体反应而形成设置于基板支撑件上的基板的表面上的材料膜层。
5.在处理期间，基板支撑件是rf接地的(rf grounded)，以消除跨基板支撑件的任何电压降(voltage drop)，这会影响跨基板表面的材料膜层的沉积均匀度。此外，由于基板支撑件与腔室主体之间的高电位差，如果基板支撑件没有适当地rf接地，则可能发生在基板支撑件与腔室主体之间的rf电弧放电(arcing)。这导致颗粒污染和产量损失，以及寄生等离子体(parasitic plasma)的形成。
6.典型地，基板支撑件通过薄且柔性的(flexible)接地带接地至腔室主体，以形成rf电流返回路径(rf current return path)。然而，常规的接地带布置提供具有相当大的电阻(例如阻抗(impedance))的rf返回路径。因此，基板支撑件与腔室主体之间仍维持显著的电位差，从而导致不想要的电弧放电和在基板支撑件的周边处形成寄生等离子体。
7.因此，本领域中需要改良的具有接地带布置的基板处理设备，所述接地带布置具有降低的电阻。
8.概述
9.在一个实施例中，基板处理腔室包括腔室主体，腔室主体具有一个或多个腔室壁，一个或多个腔室壁部分地限定工艺空间。腔室主体还包括腔室底部，腔室底部具有第一腔室连接件和第二腔室连接件。基板支撑件设置于工艺空间中，并且具有耦接至基板支撑件的第一支撑连接件。基板处理腔室进一步包括第一接地带和第二接地带，第一接地带和第二接地带各自具有第一端和第二端。第一接地带的第一端耦接至第一支撑连接件，并且第二端耦接至第一腔室连接件。第二接地带的第一端耦接至第一支撑连接件，并且第二端耦接至第二腔室连接件。
10.在一个实施例中，基板处理腔室包括腔室主体和腔室底部，腔室主体具有一个或多个腔室壁，腔室底部具有多个腔室连接件。基板处理腔室进一步包括基板支撑件，基板支撑件具有耦接至基板支撑件的多个支撑连接件，多个支撑连接件各自水平地对准于对应的腔室连接件。第一多个接地带通过对应的成对的支撑连接件和腔室连接件耦接至基板支撑件和腔室底部。第二多个接地带通过非对应的成对的支撑连接件和腔室连接件耦接至基板
支撑件和腔室底部。
11.在一个实施例中，基板处理腔室包括腔室主体，腔室主体具有一个或多个腔室壁，一个或多个腔室壁部分地限定工艺空间。腔室主体还包括腔室底部，腔室底部具有多个腔室连接件。每个腔室连接件包括平行夹具组件。基板支撑件设置于工艺空间中，并且具有多个支撑连接件。每个支撑连接件包括l型块和夹具组件，并且沿着水平面大体上对准于对应的腔室连接件。基板处理腔室进一步包括第一多个接地带和第二多个接地带，每个接地带具有第一端和第二端。这些接地带的第一端耦接至支撑连接件，并且第二端耦接至腔室连接件。第一多个接地带的第一端与第二端沿着水平面大体上对准。第二多个接地带的第一端与第二端沿着水平面偏移。
12.附图简要说明
13.为了能够详细地理解本公开内容的上述特征，可以通过参照多个实施例可而获得对以上简要概述的本公开内容的更具体描述，其中一些实施例在附图中图示。然而，应注意的是，附图仅图示示例实施例，因此不应被认为是对本公开内容的范围的限制，并且本公开内容可以允许其他等效实施例。
14.图1图示根据本公开内容的一个实施例的基板处理系统的横截面图，所述基板处理系统具有耦接至在基板处理系统中的基板支撑件的一个或多个接地带。
15.图2图示根据本公开内容的一个实施例的示例性接地带的俯视图。
16.图3图示图1的基板处理腔室的一部分的横截面图。
17.图4a图示图1的基板支撑件的仰视图。
18.图4b图示图1的腔室底部的俯视图。
19.图4c图示如图1中所示的腔室底部的另一俯视图。
20.为了便于理解，已经尽可能使用相同的参考数字来代表图中共有的相同元件。预期的是，一个实施例的元件和特征可以有利地并入其他实施例中而无需进一步描述。
21.具体说明
22.本公开内容涉及用于等离子体处理基板的方法与设备。在一个实施例中，基板处理腔室包括耦接至基板支撑件和腔室底部的第一接地带和第二接地带。第一接地带的顶端耦接至支撑连接件，并且与第一接地带的底端水平地对准，第一接地带的底端耦接至第一腔室连接件。第二接地带的顶端耦接至支撑连接件，同时第二接地带的底端耦接至第二腔室连接件，第二腔室连接件从支撑连接件水平地偏移，从而与第一接地带形成交叉双重格状图案(cross double lattice pattern)。
23.图1是基板处理系统100的横截面图，基板处理系统100例如是pecvd设备。基板处理系统100经配置以在液晶显示器(lcd)、平板显示器、有机发光二极管(oled)或用于太阳能电池阵列的光生伏打电池(photovoltaic cell)的制造期间，使用等离子体处理大面积基板114。结构可包含p-n结以形成用于光生伏打电池、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)和薄膜晶体管(tft)的二极管。
24.基板处理系统100经配置以在大面积基板114上沉积多种材料，包含但不限于介电材料、半导电材料和绝缘材料。例如，介电材料和半导电材料可包含多晶硅、外延硅(epitaxial silicon)、非晶硅、微晶硅、硅锗(silicon germanium)、二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和上述项的组合或上述项的衍生物。等离子体处理系统100进一步经配置以在所述
等离子体处理系统中接收气体，包含但不限于前驱物气体、净化气体和运载气体。例如，等离子体处理系统可接收诸如以下项的气体物种：氢、氧、氮、氩、氦、硅烷和上述项的组合或上述项的衍生物。
25.基板处理系统100包括基板处理腔室102，基板处理腔室102耦接至气体源104。基板处理腔室102包括腔室壁106和腔室底部108(统称为腔室主体101)，腔室壁106和腔室底部108部分地限定工艺空间110。通常通过腔室壁106中的狭缝阀112来进出工艺空间110，狭缝阀112使基板114得以进入和退出工艺空间110。腔室壁106和腔室底部108通常由单块铝、铝合金或其他适合用于基板处理的材料制成。在一些实施例中，用保护阻挡材料涂布腔室壁106和腔室底部108以减小腐蚀的影响。例如，可用陶瓷材料、金属氧化物材料或包含稀土的材料涂布腔室壁106和腔室底部108。
26.腔室壁106支撑盖组件116。气体分布板126在基板处理腔室102中悬挂于背板128，背板128耦接至盖组件116。气体空间140形成于气体分布板126与背板128之间。气体源104经由气体供应管141连接到气体空间140。气体供应管141、背板128和气体分布板126通常由导电材料形成，并且彼此电连通。在一些实施例中，气体分布板126与背板128由单块材料制成。气体分布板126通常是穿孔的以使工艺气体均匀地分布到基板处理空间110中。
27.基板支撑件118设置于基板处理腔室102内，以大致平行的方式与气体分布板126相对。在处理期间，基板支撑件118支撑基板114。通常，基板支撑件118由导电材料制成，例如铝，并且基板支撑件118封装至少一个温度控制装置，所述温度控制装置可控地加热或冷却基板支撑件118，以在处理期间使基板114维持于预定温度。
28.基板支撑件118具有第一表面120和第二表面122。第一表面120与第二表面122相对。第三表面121垂直于第一表面120和第二表面122，第三表面121耦接第一表面120与第二表面122。第一表面120支撑基板114。第二表面122具有耦接至第二表面122的杆124。杆124将基板支撑件118耦接至致动器(未示出)，所述致动器使基板支撑件118在升高的处理位置(如图所示)与下降的位置之间移动，所述下降的位置使基板得以移入和移出基板处理腔室102。杆124还提供在基板支撑件118与基板处理系统100的其他部件之间的用于电引线和热电偶引线的管道。
29.rf电源142通常用于在气体分布板126与基板支撑件118之间产生等离子体。在一些实施例中，rf电源142在第一输出146处经由阻抗匹配电路144而耦接至气体分布板126。阻抗匹配电路144的第二输出148另外电耦接至腔室主体101。
30.一个或多个接地带130和一个或多个接地带131在每个接地带130、131的顶端152电连接至基板支撑件118，并且在每个接地带130、131的底端154电连接至腔室底部108。在一些实施例中，接地带130、131在顶端152处电连接至基板支撑件118的第二表面122。基板处理腔室102可包括任何合适数量的各接地带130、131，用于使基板支撑件118接地至腔室底部108，以形成在基板支撑件118与腔室底部108之间的rf电流返回路径。例如，可使用一个带、二个带、三个带、四个带、五个带或更多的带。接地带130、131经配置以在处理期间缩短用于rf电流的路径，并且使在基板支撑件118的边缘附近的电弧放电减到最少。
31.基板支撑件118包括耦接至基板支撑件118的一个或多个支撑连接件132。在一些实施例中，一个或多个支撑连接件耦接至基板支撑件118的第二表面122。在图1中分别示出第一支撑连接件132a、第二支撑连接件132b、第三支撑连接件132c、第四支撑连接件132d和
第五支撑连接件132e。然而，也预期其他数量的支撑连接件。腔室底部108包括一个或多个腔室连接件134。分别示出第一腔室连接件134a、第二腔室连接件134b、第三腔室连接件134c、第四腔室连接件134d、第五腔室连接件134e和第六腔室连接件134f。然而，也预期其他数量的腔室连接件。
32.如图1中所示，每个支撑连接件132与对应的腔室连接件134成对。例如，第一支撑连接件132a与第一腔室连接件134a成对，第二支撑连接件132b与第二腔室连接件134b成对等等。在一些实施例中，每个支撑连接件132沿着水平面(x)与对应的腔室连接件134大体上对准。在另一示例中，第一支撑连接件132a与第一腔室连接件134a从彼此水平地偏移。支撑连接件132和腔室连接件134可包含任何合适的附接结构，包含但不限于夹具、螺钉、销(pin)、卡环(clasp)、肘节(toggle)或类似物。
33.最后的腔室连接件134f设置于一个或多个腔室连接件134的末端位置处，例如相邻于基板支撑件118的角部下方的点的位置处。在一些实施例中，腔室连接件134f不具有对应的支撑连接件132，并且从而提供对于接地带131e的末端连接。腔室连接件134f可为具有通过腔室底部108中的设置孔(set hole)(未示出)设置的螺钉的夹具。也预期其他实施例，例如销、卡环、肘节或类似物。
34.根据图1中所示的一个实施例，接地带130(五个接地带示出为130a-130e)中的每个接地带在顶端152处经由支撑连接件132耦接至基板支撑件118，并且在底端154处经由对应的腔室连接件134耦接至腔室底部108。例如，第一接地带130a的顶端152a耦接至第一支撑连接件132a，并且第一接地带130a的底端154a耦接至第一腔室连接件134a；第二接地带130b的顶端152b耦接至第二支撑连接件132b，并且第二接地带130b的底端154b耦接至第二腔室连接件134b等等，直到到达腔室连接件134f。腔室连接件134f保持未耦接至任何接地带130。从而，每个接地带130的顶端152与底端154大体上地水平地对准。
35.接地带131(五个接地带示出为131a-131e)中的每个接地带也在顶端152处经由支撑连接件132耦接至基板支撑件118。然而，不同于接地带130，接地带131不耦接至对应于支撑连接件132(在支撑连接件132处每个接地带131耦接至基板支撑件118)的腔室连接件134。反而，接地带131跨越(cross over)并且耦接至非对应的并且随后的腔室连接件134，以使每个接地带131的底端154与顶端152水平地偏移或不对准。接地带131的此布置与接地带130形成交叉双重格状图案，其中一对接地带130、131中的每一个接地带在分开的腔室连接件134处耦接至腔室底部108(所述一对接地带130、131在单个支撑连接件132处耦接至基板支撑件118)，并且反之亦然。例如，接地带131a在顶端152a处耦接至支撑连接件132a，并且于底端154b处耦接至腔室连接件134b，接地带132b于顶端152b处耦接至支撑连接件132b，并且于底端154c处耦接至腔室连接件134c等等。在此配置中，相较于每个接地带130的顶端152和底端154，每个接地带131的顶端152和底端154沿着(x)轴更加水平地偏移。
36.尽管上述示例预期接地带131的第一端152与底端154偏移一个腔室连接件位置，也预期接地带131的底端154沿着(x)轴水平地偏移任何合适的距离，例如，偏移二个或更多个腔室连接件位置、或偏移少于一个腔室连接件位置。
37.图2是示例性接地带130、131的俯视图。接地带130、131的主体232大致为具有顶端152和底端154的薄、柔性的铝材料的矩形片，具有介于顶端152与底端154之间沿着主体232在中心定位的狭缝234。在一个示例中，接地带130、131进一步制造为具有一个或多个折叠
部(未示出)，所述一个或多个折叠部位于顶端152与底端154之间。在另一示例中，当基板支撑件118在起始位置(home position)与处理位置之间上升和下降、从而使接地带130、131弯曲并且形成一个或多个折叠部时，可在处理期间形成一个或多个折叠部。图2图示适合用于本文描述的处理系统的接地带130、131的一个示例。接地带130、131通常可为有助于基板处理的任何合适的尺寸、形状和材料。
38.图3是图1的基板处理腔室102的部分300的横截面图。根据图3中所示的一个实施例，基板处理腔室102进一步包括第一夹具组件360和第二夹具组件370，第一夹具组件360可包括l型块状夹具。第一夹具组件360和第二夹具组件370通常由铝材料形成。第一夹具组件360和第二夹具组件370在大体上平行的定向中与彼此相对地设置。一个或多个接地带130、131(各示出两个)通过第一夹具组件360耦接至基板支撑件118，并且通过第二夹具组件370耦接至腔室底部108。在一个实施例中，一个或多个接地带130、131通过设置于腔室底部108上的第一夹具组件360耦接至腔室底部108。然而，可使用任何合适的耦接或夹持机构的组合。
39.第一夹具组件360包括l型块362和夹具364。在一个实施例中，l型块362经由第一耦接机构366耦接至基板支撑件118。例如，第一耦接机构366是螺钉(screw)或螺栓(bolt)；然而，第一耦接机构366通常可为任何合适的耦接机构。夹具364经由第二耦接机构368耦接至l型块362。例如，第二耦接机构368是螺钉或螺栓；然而，第二耦接机构368通常可为任何合适的耦接机构。在一个实施例中，夹具364和l型块362经由单个耦接机构耦接至基板支撑件118，单个耦接机构例如是单个螺钉或单个螺栓。l型块362和夹具364经配置以将接地带130、131的顶端152保持于l型块362与夹具364之间。在一个示例中，接地带130、131的顶端152通过第二耦接机构368耦接至l型块和夹具组件360。夹具364进一步具有由径向曲线(radial curve)限定的曲线部(curved portion)365，当基板支撑部118于起始位置与处理位置之间上升和下降时，曲线部365用于适应接地带130、131的折叠。
40.平行夹具组件通常包含平面的板372和耦接机构374。板372可为用于将接地带130、131耦接至腔室底部108的任何合适的形状，例如矩形或圆形。板372经由耦接机构374耦接至腔室底部108。例如，耦接机构374是螺钉；然而，耦接机构374通常是任何合适的耦接机构。
41.图4a是基板支撑件118的仰视图，基板支撑件118具有耦接至基板支撑件118的一个或多个支撑连接件132。根据图4a中所示的实施例，基板支撑件118包括五个支撑连接件132a-132e，五个支撑连接件132a-132e沿着基板支撑件118的每个边缘以线性的方式耦接至第二表面122。用于处理的支撑连接件132的数量取决于所期望的接地带130、131的数量。每个支撑连接件132将单个接地带130与和单个接地带131在顶端152处耦接至基板支撑件118。例如，如果沿着基板支撑件118的每个边缘使用三个接地带131和三个接地带132，则会使用十二个支撑连接件132(沿着每个边缘使用三个)。此外，支撑连接件132a将耦接至接地带130a和131a、支撑连接件132b将耦接至接地带130b和131b、支撑连接件132c将耦接至接地带130c和131c等等。
42.图4b是图1中的腔室底部108的俯视图。图4b以虚线图示基板支撑件118相对于腔室壁106的位置。如图所示，腔室底部108包括五个腔室连接件134a-134e，五个腔室连接件134a-134e线性地设置于基板支撑件118的每个边缘之下，腔室连接件134中的每个腔室连
接件对应于图4a中图示的单个支撑连接件132。此外，当以顺时针方向观察基板支撑件118的每个边缘时，第六腔室连接件134e设置于每一排腔室连接件134的末端位置处。每个末端腔室连接件134e在相邻于基板支撑件的角部下方的点的位置处耦接至腔室底部。
43.用于处理的腔室连接件134的数量取决于期望的接地带131的数量。每个腔室连接件134将单个接地带131在底端154处耦接至腔室底部108。耦接至每个腔室连接件134的接地带131也在顶端152处耦接至前面的支撑连接件132，以使每个接地带131的顶端152与底端154水平地偏移。例如，如图1中所示，腔室连接件134b耦接至接地带131a，腔室连接件134c耦接至接地带131b等等。此外，腔室连接件134a-134e中的每个腔室连接件耦接至单个接地带130。例如，腔室连接件134a耦接至第一接地带130a、腔室连接件134b耦接至接地带130b、腔室连接件134c耦接至接地带130c等等。然而，末端腔室连接件134f不耦接至接地带130。
44.图4c是图1中的腔室底部108的另一俯视图，图4c描绘基板支撑件118的第一表面120。基板支撑件118设置于腔室连接件134a-134e上方，从而使腔室连接件134a-134e无法被看到。然而，每行腔室连接件134的末端腔室连接件134f恰好设置于基板支撑件118周边的外部，并且从而可被看到。接地带131e耦接至每个末端腔室连接件134f。
45.虽然图1、图3、图4a、图4b和图4c图示沿着基板支撑件118的每一边安装各五个接地带130、131的实施例，预期使用上述的交叉双重配置(cross double configuration)的其他接地带数量、位置和布置。在一些实施例中，接地带130、131可耦接至基板支撑件118的一个、二个或三个边。例如，各接地带130、131中的一个或多个接地带安装于基板支撑件118和腔室底部108的一边上，例如最接近具有狭缝阀112的腔室壁106的一边。在另一示例中，各接地带130、131中的一个或多个接地带安装于基板支撑件118和腔室底部108的两个相对边。在一些实施例中，接地带130、131安装于基板支撑件118的一个或多个角部处。例如，各接地带130、131中的一者或多者安装于基板支撑件118的角部处。
46.在常规等离子体处理腔室的操作中，基板支撑件提供供应到气体分布板和基板支撑件自身的rf功率的返回路径，造成基板支撑件与腔室主体的周围内表面之间的电位差。此电位差无意中引起基板支撑件与周围表面之间的电电弧放电，周围表面例如是腔室壁。电位差的量值，和因此的基板支撑件与腔室壁之间的电弧放电的量，部分取决于基板支撑件的电阻和尺寸。电弧放电是有害的，并且导致颗粒污染、膜沉积差异、基板损坏、腔室部件损坏、产量损失和系统停机时间。
47.使用耦接至基板支撑件和腔室主体的接地带提供用于供应给基板支撑件或气体分布板的rf功率的替代rf返回路径，从而使基板支撑件与腔室主体之间的电弧放电可能性降低。然而，常规的接地带配置仍沿着常规的接地带配置所意图产生的替代rf返回路径提供显著的电阻和阻抗，从而在基板支撑件与腔室主体之间形成足够的电位差以在基板支撑件与腔室主体之间引起电弧放电。
48.通过使接地带布置为如图1-图4c中所示的交叉双重配置，由接地带提供的替代rf返回路径的阻抗显著地降低，从而提升接地带的rf接地效率(grounding efficiency)。例如，接地带的rf接地效率可提升100％或多于100％。此提升的接地效率使基板支撑件与腔室主体之间的电位差降低，转而消除或减少基板支撑件与腔室主体之间的电弧放电，并且减小所述电位差的有害影响(deleterious effect)。
49.使用接地带的交叉双重配置的附加好处是，减少寄生等离子体的产生。在膜沉积于基板上期间，产生的等离子体通常泄漏至腔室的其他部分而成为寄生等离子体，寄生等离子体在各种腔室部件上形成不期望的膜，例如在腔室壁、腔室底部、基板支撑件和多个接地带上。典型地，寄生等离子体的形成发生于基板支撑件或气体分布板的外边缘与周围腔室壁之间，或者发生于基板支撑件之下。寄生等离子体是有害的，因为这样的等离子体对沉积于基板上的薄膜的等离子体均匀度有负面影响，并且可使腔室部件的腐蚀加速，腔室部件例如是接地带本身。因此，在处理期间，减少或消除寄生等离子体的形成延长接地带130以及其他腔室部件的使用寿命。
50.此外，处理腔室的改良rf接地效率使得实际负载功率效率(real load power efficiency)增加。从而，用来进行pecvd的电量降低，同时维持相当的膜品质。例如，处理系统的整体能耗可降低多达25％或多于25％，例如约15％，而不会牺牲膜品质。
51.尽管前述内容针对本公开内容的多个实施例，但是在不脱离本公开内容的基本范围的情况下，可设计本公开内容的其他和进一步的实施例，并且本公开内容的范围由所附的权利要求书确定。