無刮擦且耐用的基板支撐銷及處理腔室的製作方法

2023-05-01 10:30:26

本實用新型的實施例總體涉及基板支撐升降銷和具有所述基板支撐升降銷的等離子體處理腔室。

背景技術：

液晶顯示器(LCD)或者平板常用於有源矩陣顯示器(諸如，計算機、觸摸板設備、個人數字助理(PDA)、蜂窩式電話、電視監視器等)。一般而言，平板包括兩個板，這兩個板具有夾在它們之間的液晶材料層。所述板中的至少一者包括設置在所述板上的至少一個導電膜，所述導電膜耦接至功率源。從電源供應至導電膜的功率改變晶體材料的取向，從而形成圖案化的顯示器。此外，有機發光二極體(OLED)也已廣泛地用於平板顯示器。

為了製造這些顯示器，基板(諸如，玻璃或聚合物工件)通常經受多個連續的工藝以在所述基板上形成器件、導體和絕緣體。一般在配置成用於執行生產工藝中的單個步驟的工藝腔室中執行這些工藝中的每一個工藝。為了高效地完成處理步驟的整個序列，大量工藝腔室通常耦接至傳送腔室，所述傳送腔室容納機器人以便於在這些工藝腔室之間傳送基板。具有此配置的處理平臺的一個示例一般被稱為群集工具，此群集工具的示例是可從加利福尼亞州聖克拉拉市的應用材料公司(Applied Materials,Inc.,of Santa Clara,California)的分公司AKT購得的系列等離子體增強型化學氣相沉積(PECVD)處理平臺。

隨著對平板的需求增加，對更大尺寸的基板的需求也增加。例如，僅在若干年中，用於平板製造的大面積基板的面積已從550mm乘650mm增加到超過4平方米，並且預期在不久的將來尺寸會繼續增大。大面積基板的這種尺寸的增加已經在搬運和生產方面呈現出新的挑戰。在常規的PECVD系統上，多個基板支撐銷(也稱為升降銷)用於便於往返於設置在處理腔室中的基板支撐基座對基板的傳送。隨著基板被移動至基板支撐基座上以及被移離所述基板支 撐基座，基板支撐銷的硬表面可能刮擦基板。基板中的刮痕減小了基板的光學透明度，從而引起了目視缺陷。另外，刮痕經常易引發沿著刮痕的基板破損或斷裂。

因此，存在對改進的基板支撐銷的需求。

技術實現要素：

本實用新型總體上涉及基板支撐升降銷和具有所述基板支撐升降銷的等離子體處理腔室。在一個實施例中，提供了基板支撐銷，所述基板支撐銷包括細長的主體、杯和頭部。所述杯以允許所述杯的中心線移動至不與所述細長的主體的中心線對準的取向的方式被固定至所述主體。所述頭部固定至所述杯。所述頭部由與所述杯的材料不同的材料製成。

在另一個實施例中，提供了基板支撐銷，所述基板支撐銷包括細長的主體、杯和頭部。由所述被以允許所述頭部的中心線移動至不與所述主體的中心線對準的取向的方式來將所述頭部固定至所述主體。所述頭部由與所述杯的材料不同的材料製成。

在又一實施例中，提供了處理腔室，所述處理腔室包括基板支撐基座，所述基板支撐基座設置在由所述腔室的壁和底部界定的工藝容積中。多個基板支撐銷設置在形成於所述基板支撐基座中的升降銷孔中。所述基板支撐銷可移動以從所述基板支撐基座的基板接收表面突出。每一個基板支撐銷都包括細長的主體、杯和頭部。由所述杯以允許所述頭部的中心線移動至不與所述主體的中心線對準的取向的方式來將所述頭部固定至所述主體。所述頭部由與所述杯的材料不同的材料製成。

附圖說明

因此，為了獲得且可詳細地理解本實用新型的上述特徵的方式，可參照實施例來進行對上文簡要概述的本實用新型的更特定的描述，在所附附圖中示出實施例。

圖1是具有基板支撐基座的PECVD腔室的一個實施例的示意性橫截面圖，所述基板支撐基座具有多個基板支撐銷。

圖2示出基板支撐基座和基板支撐銷的部分的截面圖。

圖3是基板支撐銷的頭部和杯的部分分解橫截面圖。

圖4是示出頭部固定杯的、圖3的基板支撐銷的部分橫截面圖。

為了促進理解，在可能的情況下已使用完全相同的元件符號來指定諸圖所共有的完全相同的元件。構想了一個實施例的元件和特徵可有益地併入其他實施例中而無需進一步的陳述。

具體實施方式

本文中呈現的實施例涉及用於基板搬運的新型基板支撐銷，所述新型基板支撐銷促進了支撐銷的長壽命，同時最小化或者防止由於與基板支撐銷之間的接觸而造成的基板刮擦。基板支撐銷滑動地設置在設置於等離子體處理腔室中的基板支撐基座中。基板支撐銷的頭部由基本上將不刮擦或損傷基板的材料製成。基板支撐銷具有與頭部分開形成的杯和主體。頭部由適合用於減輕基板中的斷裂或者裂縫的材料形成，而主體和杯由增加腔室壽命周期(即，基板支撐銷的壽命)的材料形成。

在下文中參照配置成用於處理大面積基板的PECVD系統(諸如，可購自加利福尼亞州聖克拉拉市的應用材料公司的分公司AKT的PECVD系統)來說明性地描述本文中的實施例。然而，應當理解的是，本實用新型可用於需要減輕由與基板支撐銷之間的接觸而造成的基板損傷的其他處理腔室中。因此，構想了可利用其他沉積腔室(包括來自其他製造商的那些沉積腔室)來實踐本文中所描述的實施例中的一個或多個實施例。

圖1是具有基板支撐基座130的PECVD腔室100的一個實施例的示意性橫截面圖，所述基板支撐基座130在處理期間支撐基板105。基板支撐基座130具有多個無刮擦基板支撐銷138，可延伸所述無刮擦基板支撐銷138以將基板105支撐在基板支撐基座130上方，從而便於基板傳送。PECVD腔室100可適合於在基板105上形成電子器件，所述電子器件諸如，薄膜電晶體、太陽能電池和平板(諸如，有源矩陣有機發光二極體、液晶顯示器，等等)。圖1的PECVD腔室100僅是可用於在基板105上形成電子器件的處理腔室的一個示例，所述基板105可受益於所述基板支撐銷138。

腔室100通常包括壁102和底部104，所述壁102和底部104界定工藝容積106。氣體分配板或擴散器110和基板支撐基座130設置在腔室100內的工藝容積106中。通過穿過壁102而形成的可密封狹縫閥108來接取工藝容積106，使得可傳送基板105進出腔室100。真空泵109耦接至腔室100以控制工藝容積106內的壓力。

擴散器110在它的外圍處通過懸掛件114而耦接至背板112。擴散器110還可通過一個或多個中心支撐件(未示出)而耦接至背板112以有助於防止使擴散器110下垂和/或控制擴散器110的直度/彎曲度。氣源120耦接至背板112，以便提供一種或多種氣體穿過背板112而到形成在擴散器110中的多個氣體通道111中，並且隨後進入工藝容積106。

在處理期間，當工藝氣體存在於擴散器110與基板支撐基座130之間時，RF(射頻)功率源122在此擴散器110與基板支撐基座130之間維持等離子體142，所述RF功率源122通過RF匹配電路而耦接至背板112和/或耦接至擴散器110。RF功率源122可能能夠以在約0.3MHz與約200MHz之間的RF頻率來遞送RF功率。在一個實施例中，RF功率源122以13.56MHz的頻率將功率提供至擴散器110。

控制器145可耦接至腔室100以控制和/或監測腔室100內的處理參數。控制器145可包括中央處理單元(CPU)、存儲器以及CPU的支持電路，所述控制器145耦接至腔室100的各種部件以促進控制和監測腔室100中執行的工藝。控制器145可以是可在工業設置中用於控制各種腔室和子處理器的任何形式的通用計算機處理器中的一個。

基板支撐基座130可通過接地母線131而接地至腔室100。基板支撐基座130可包括用於在處理期間支撐基板105的基板接收表面132。基板支撐基座130通過芯柱134耦而接至升降系統136。升降系統136可操作以升高並降低基板支撐基座130。

在處理期間可將遮罩框133放置在基板105的外圍上方。遮罩框133配置成用於在處理期間防止或減少基板支撐基座130的、未被基板105覆蓋的表面上的不需要的沉積。

基板支撐基座130可包括溫度控制元件139，以便在基板105的處理期間 將基板支撐基座130和定位在此基板支撐基座130上的基板105維持在所需的溫度。溫度控制元件139可附接至功率(或冷卻劑)供應器141，所述功率(或冷卻劑)供應器141用於將能量提供給溫度控制元件139以維持基板支撐基座130的溫度。在一個實施例中，可利用溫度控制元件139以在基板105的處理期間將基板支撐基座130和設置在所述基板支撐基座130上的基板105的溫度維持在約500℃或更低。在一個實施例中，溫度控制元件139可用於將基板溫度控制到小於500℃(諸如，在300℃與約400℃之間)。

基板支撐基座130可具有穿過此基板支撐基座130而設置的多個升降銷孔137。可在升高的位置和降低的位置之間移動基板支撐銷138穿過升降銷孔137。在升高的位置中，基板支撐銷138的頂部191被升高到高於基板接收表面132。在降低位置中，基板支撐銷138的頂部191在基板接收表面132處或低於基板接收表面132。

基板支撐銷138可具有臺肩135。如圖所示，臺肩135可以是成角度的，或者從基板支撐銷138的頂部191至底部192向外延伸。臺肩135配置成與基板支撐銷孔137中的對應的槽岸(land)195對準，並且當基板支撐銷138在降低位置中時與基板支撐銷孔137中的此對應的槽岸195接觸。槽岸195具有諸如臺階或埋頭孔之類的幾何形狀，此幾何形狀配置成當基板支撐銷138在降低的位置中時，以支撐基板支撐銷138並防止此基板支撐銷138穿過基板支撐基座130而掉落的互補方式來嚙合基板支撐銷138的臺肩135。如圖2中所示，從臺肩135至基板支撐銷138的頂部191的距離282小於或等於從槽岸195至基板接收表面132的距離284。因此，當基板支撐銷138在下部位置中且臺肩135與槽岸195接觸時，基板支撐銷138的頂部191略微凹陷而低於基板接收表面132。因此，當基板支撐銷138的頂部191在基板接收表面132處或者凹陷而低於基板接收表面132時，定位在經延伸的基板支撐銷138上的基板105被從基板支撐銷138的頂部191傳送至基板接收表面132。

圖2示出基板支撐基座130和基板支撐銷138的部分的截面圖。基板支撐銷138可關於中心線290徑向地對稱。基板支撐銷138可包括主體220、杯240和頭部230。杯240可設置在基板支撐銷138的主體220上。頭部230可設置在基板支撐銷138的杯240上，並且配置成用於支撐其上的基板105。在一個 實施例中，由杯240以允許頭部230的中心線移動至不與主體220的中心線290對準的取向的方式來將頭部230固定至主體220，從而在不引發主體220卡滯(bind)在升降銷孔137中的情況下允許頭部230與基板105自對準，並且由此防止基板支撐銷138卡滯在基板支撐基座130中。

主體220具有頂部293和底部(在圖1中示出為參考編號193)。基板支撐銷138的主體220可經定形和定尺寸以便可滑動地配合在基板支撐銷孔137中。在一個實施例中，主體220是細長的。細長的主體220橫截面可以是圓柱狀的，或者可具有促進基板支撐銷138的軸向運動而不使基板支撐銷138卡滯在基板支撐銷孔137內的另一橫截面。由此，主體220在中心線290的方向上可以是細長的。主體220可具有形成在頂部293中的軸向孔222。軸向孔222可以是延伸穿過主體220的中心線290的狹縫或槽形式的。開口221可延伸穿過主體220而進入軸向孔222中。主體220可由陶瓷或其他適當的材料形成。主體220的陶瓷材料可以是硬的、牢固的、化學惰性的，並且是熱和電的非導體。例如，主體220可由氧化鋁(Al2O3)、氮氧化矽鋁(Si2ON2/SiN-SiO2-Al2O3-AlN)或者其他適當的材料形成。

杯240可具有頂表面241。杯240可具有設置成與頂表面241相對的支柱242。支柱242可具有形成在其中的開口245。支柱242可配置成配合到形成在主體220的頂部293中的軸向孔222中。支柱242中的開口245可與主體220中的開口221對準。鍵250配置成配合在開口245、221中以將杯240固定至主體220。由延伸穿過開口245、221的鍵250提供的主體220與杯240之間的連接可以是足夠寬鬆的，以準許主體220獨立於杯240來移動。例如，鍵250可壓入配合或者樁接在杯240的開口245中，同時鍵250具有在主體220的開口221內的間隙配合，從而允許杯240在主體220的頂部上略微擺動。主體220獨立於杯240的移動允許此主體220獨立地與基板支撐銷孔137對準而不卡滯在基板支撐基座130中，甚至當杯240的中心線的取向由於在基板105的平面不與基板支撐銷孔137的中心線垂直的實例中與基板105接觸而變得相對於主體220的中心線290非同軸和/或相對於主體220的中心線290以小銳角(諸如，1至5度)來設置時也是如此。因此，杯240的獨立運動當基板支撐銷138在基板支撐基座130內軸向地移動時，允許頭部230與主體210自對準而不使主 體210卡滯在升降銷孔137中。

杯240可由金屬、陶瓷或者其他適當的材料形成。杯240可由經選擇可承受與基板支撐基座130的反覆接觸而不生成顆粒或需要早期更換的材料製成。杯240還可由適用於將杯240耦接至主體220和頭部230的材料製成。為杯240所選擇的材料另外具有足夠的強度，以便當杯240的臺肩135正在將基板支撐銷138的重量支撐在基板支撐基座130的槽岸195上時來支撐基板支撐銷138的重量。有利的是，由於可獨立於用於頭部230或者主體220的材料來選擇杯240的材料，因此杯240的材料可更容易地經選擇以使杯240的破損(即，斷裂)最小化。在一個實施例中，杯240由鋁形成以促進基板支撐銷138的延長的使用壽命。

頭部230被固定至杯240的頂表面241。能以基本上防止頭部230與杯240之間的橫向運動的方式來將頭部230耦接至杯240。替代地，能以允許頭部230與杯240之間的旋轉和/或輕微的橫向運動的方式來將頭部230耦接至杯240。

基板支撐銷138的頭部230具有支撐表面234。支撐表面234可具有非平面形狀(諸如，弧形或窩形(dimple))，或者以其他方式具有抬高的中心部分239，所述抬高的中心部分239配置成用於減小基板105與基板支撐銷138之間的接觸面積。頭部230可由將抵抗刮擦基板的材料形成，諸如，石墨、熱解石墨材料、陽極化鋁或其他適當的材料。在一個實施例中，頭部230由熱解石墨材料形成。

將另外參照圖3至圖4進一步詳細地描述杯240和頭部230。圖3是基板支撐銷138的杯240和頭部230的部分分解橫截面圖，而圖4是示出頭部230固定杯240的、圖3的基板支撐銷138的部分橫截面圖。

杯240可具有從頂表面241向上延伸的環244。環244具有向上延伸高度388的頂部341。環244配置成與頭部230對接。環244具有厚度334。環244可附加地關於中心線290居中。環244的厚度334配置成允許環244的頂部341朝中心線290向內彎曲，以將頭部230固定至杯240。環244可通過模塑、機械加工或增量製造而形成為杯240的單一部分。環244經調適成圍繞頭部230的下部344緊密地配合，使得環244的直徑380與頭部230的下部344基本上類似。在一個實施例中，直徑380為約0.25英寸。環244的高度388與頭部 230的下部344的高度386基本上類似，使得當頭部230插入在環244中時，下部344可接觸杯240的頂表面241。

頭部230的下部344可具有成角度的側壁330。此成角度的側壁330可向上延伸至任選的唇部338或支撐表面234。唇部338可遠離中心線290和成角度的側壁330而延伸。唇部338可具有唇部底部332。唇部底部332與成角度的側壁330可形成銳角。成角度的側壁330可從唇部底部332向外張開，使得頭部230的下部344的中部直徑382小於在下部344的底部345處的直徑380。在一個實施例中，直徑380、382之間的差異可在約千分之7至約千分之14之間的範圍內，諸如，約千分之10。

頭部230的下部344可放置在環244的內部，並且安置在杯240的頂表面241上。可通過合適的手段(諸如，膠粘、壓接、焊接或其他接合方法)將頭部230附接至杯240。例如，環244可經變形以圍繞成角度的側壁330來形成陷形模壓壓接(swage crimp)444，從而將頭部230固定至杯240。陷型模壓壓接444可經分段以形成經定位以將頭部230固定至杯240的若干分立的部分。例如，陷型模壓壓接444可經分段，並且以等距布置間隔開，以將環244夾緊至頭部230。在另一實施例中，陷型模壓壓接444圍繞環244的整體外圍是連續的。例如，當向內按壓環244以提供連續的陷型模壓壓接444來將頭部230固定至杯240時，可使杯240自旋。陷型模壓壓接444可使環的頂部341朝中心線290移位。頂部341的位移量可增大以補償杯240和環244的材料以及頭部230的材料的熱膨脹差異。在其中底部345處的直徑380可比唇部底部332處的中部直徑382大約千分之14的一個實施例中，環244的頂部341通過陷型模壓444而朝中心線290移位約千分之7，以便將熱解石墨頭部230緊固至鋁杯240。

由於可通過去除鍵來容易地將頭部230和杯240與主體220分開，因此可在無需替換主體220的情況下來容易地替換頭部230和杯240。

還提供了用於替換基板支撐銷的頭部的方法。例如，可通過去除鍵來將頭部與主體脫銷接。經脫銷接的頭部和杯可從主體去除，並且用新的或修復的頭部來替換。可在處理腔室中利用具有新的或修復的頭部的基板支撐銷，直到執行預防性維護或標識了替換頭部的需求為止。

有利的是，基板支撐銷基座可由堅固且耐用的陶瓷材料形成；杯可由鋁形成以提供用於支撐基板支撐銷的重量並減少基板支撐銷的斷裂的強度；並且頭部可由較軟的材料(諸如，熱解石墨)形成，所述較軟的材料使對與基板支撐銷頭部接觸的基板的刮擦最小化。陷型模壓壓接容易地形成，並且將頭部牢靠地緊固至杯。通過將對較昂貴的材料的使用限制於特定的位置，同時允許在其他地方使用較便宜的材料，針對基板支撐銷的每一個部件來使用適當選擇的材料使成本最小化。此外，頭部以與定位在其上的基板自對準的方式被附接至主體，而不引起主體卡滯在基座中，從而有利地減少了刮擦基板的傾向以及升降銷的磨損和卡滯，這延長了基板支撐銷的使用壽命，同時減少了處理腔室的持有成本。

儘管上述內容針對本實用新型的實施例，但是可設計本實用新型的其他和進一步的實施例而不背離本實用新型的基本範圍，並且本實用新型的範圍由所附權利要求書來確定。