專利名稱：用于非常大面積基片的真空處理室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于非常大面積基片的真空處理裝置，尤其是帶有平面偏差補(bǔ)償機(jī)構(gòu) 的PECVD處理室(相應(yīng)地為內(nèi)部反應(yīng)器)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明大體涉及大面積PECVD處理室并特別涉及這種自身再次封閉在第二環(huán)繞 真空室內(nèi)的室。此"盒中盒"(Plasma Box )現(xiàn)有技術(shù)已知，并在美國(guó)專利No. 4， 798， 739中 作了介紹。此"盒中盒"的主要優(yōu)點(diǎn)是可保持在外部氣密室內(nèi)比在內(nèi)部反應(yīng)器室內(nèi)更低的壓 力，使得控制氣流可保持從內(nèi)室到外室("差分泵送")。此"盒中盒"系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)是 內(nèi)部室可保持在恒定的處理溫度，一般大約250-35(TC (等溫的反應(yīng)器)。因此通過恒定地 保持在處理溫度，此內(nèi)部反應(yīng)器允許一致的溫度分布并因此允許一致的整體沉積速率。但 隨著越來越大基片(超過2mX2m)的出現(xiàn)，越來越難以保持內(nèi)部反應(yīng)器基本上平坦，并因此 難以保持內(nèi)部反應(yīng)器能夠符合所要求的生產(chǎn)規(guī)格以及裝載和卸載基片。
由于包含在PECVD中的化學(xué)試劑的活性，因此鋁合金是經(jīng)濟(jì)材料的選擇鋁是能 夠抵抗PECVD過程化學(xué)試劑腐蝕的多個(gè)已知材料中一種，化學(xué)試劑例如含氟氣體和物質(zhì)。 但不幸的是，鋁合金趨于在升高的溫度下出現(xiàn)蠕變，而且甚至耐蠕變合金也不能完全消除 此隨著時(shí)間的變形。 反應(yīng)器平面的任何變形和偏差還導(dǎo)致在基片上不均勻的沉積，由于沉積速率(在 其它因素中)是等離子體間隙-即反應(yīng)器頂部電極和底部電極之間的距離的函數(shù)。此外， 為了裝載和卸載基片，需要能打開外面的室和內(nèi)部反應(yīng)器，并通過裝載鎖接近它們。任何此 開口還必須可以快速且可靠地以氣密方式密封，用于實(shí)際的沉積處理，以避免泄漏。
現(xiàn)有技術(shù) 在現(xiàn)有技術(shù)(US4， 798， 739)已知的"盒中盒"類型的PECVD反應(yīng)器中，已知作為"加 強(qiáng)件"的不銹鋼桿用于從外室懸掛內(nèi)部反應(yīng)器。內(nèi)部反應(yīng)器自身(例如Unaxis KAI 1200 系統(tǒng)的反應(yīng)器)由兩個(gè)氣密的接近對(duì)稱的半部加工而成，該半部被打開僅用于維修并不用 于裝載/卸載目的。為裝載/卸載目的，在內(nèi)部反應(yīng)器的側(cè)壁里加工縫隙，側(cè)壁可通過縫隙 閥以氣密方式打開和關(guān)閉。保持基片的叉穿過此縫隙引入內(nèi)部室。然后基片通過一套垂直 銷來容納。通過叉的收縮，這些(提升)銷可垂直收縮直到基片停留在其指定的位置。然 后縫隙由現(xiàn)有技術(shù)已知的縫隙閥密封。
現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn) 當(dāng)前的反應(yīng)器設(shè)計(jì)的最大缺點(diǎn)是如上所述的裝載和卸載基片的側(cè)面縫隙/叉/銷類型。這要求反應(yīng)器一致的內(nèi)部高度來容納叉和銷。但由于非常大的基片尺寸，叉趨向于 在其自身重量和基片重量的組合作用下彎曲。使用的裝載/卸載機(jī)械裝置規(guī)定了更加大的 反應(yīng)器內(nèi)部高度并規(guī)定了大的縫隙高度。 簡(jiǎn)單的不銹鋼加強(qiáng)件，例如現(xiàn)有技術(shù)已知的T或H形桿，不能完全補(bǔ)償非常大的反 應(yīng)器的變形和扭曲，尤其是當(dāng)這些反應(yīng)器達(dá)到超過兩米的邊長(zhǎng)。簡(jiǎn)單的加強(qiáng)件不僅不能在 室溫下提供平坦的反應(yīng)器，尤其是在運(yùn)行溫度下也不能，甚至不銹鋼趨向于在升高的溫度 下強(qiáng)度變?nèi)?。?jiǎn)單的加強(qiáng)件解決方案在室溫下以及在約30(TC的運(yùn)行溫度下，易于在反應(yīng)器 重量和它們自身重量作用下下垂。 前述的問題，主要由于當(dāng)使用超過2米邊長(zhǎng)的大尺寸反應(yīng)器時(shí)，必須面對(duì)的不同 成形精度問題所引起，需要新的反應(yīng)器設(shè)計(jì)。 目前內(nèi)部反應(yīng)器在現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)計(jì)為單件真空室。反應(yīng)器的裝載和卸載通過穿過 在側(cè)壁加工的側(cè)面縫隙而進(jìn)行。新的反應(yīng)器設(shè)計(jì)必須符合最佳高度要求，而處理基片和前 述裝載問題由于裝載叉彎曲而引起。這些要求不再由傳統(tǒng)的反應(yīng)器設(shè)計(jì)滿足。而且，反應(yīng) 器達(dá)到越來越大的尺寸，并必須符合越來越多的變形和膨脹問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于大尺寸基片PECVD處理的等離子體反應(yīng)器，包括作為外室的真空處理 室19和帶有處理氣體供給部22的至少一個(gè)內(nèi)部反應(yīng)器，以及電連接到作為RF天線的電極 噴頭(electrode showerhead) 25的RF供給部24，所述內(nèi)部反應(yīng)器還包括反應(yīng)器底部6和 反應(yīng)器頂部2，其至少在所述等離子體反應(yīng)器內(nèi)基片處理期間密封式地連接，并至少在所述 基片裝載/卸載期間分開。進(jìn)一步有用的實(shí)施例和特征在下面以及在各自的從屬權(quán)利要求 中介紹。 根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于大尺寸基片處理的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 (PECVD)的等離子體反應(yīng)器，包括作為外室的真空處理室和帶有處理氣體供給部的至少一 個(gè)內(nèi)部反應(yīng)器；以及電連接到作為RF天線的電極噴頭的RF供給部，加強(qiáng)件支撐反應(yīng)器頂部 和/或反應(yīng)器底部，加強(qiáng)件經(jīng)由補(bǔ)償隔件連接到反應(yīng)器頂部和/或反應(yīng)器底部，補(bǔ)償隔件的 厚度選擇為補(bǔ)償在運(yùn)行期間的熱膨脹。


圖1顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例和反應(yīng)器，其處于打開狀態(tài)(la)和關(guān)閉狀態(tài) (lb)。 圖2顯示側(cè)視圖中的加強(qiáng)件(2a)和在兩個(gè)不同截面的縱向的加強(qiáng)件(2b和2c)。 圖3顯示根據(jù)本發(fā)明用于密封式關(guān)閉反應(yīng)器的密封板。 圖4顯示了發(fā)明性密封板/密封隔件結(jié)合的實(shí)現(xiàn)。 圖5為密封板端部的詳圖。 圖6顯示根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例用于RF天線的懸掛件。 圖中使用的標(biāo)注 1加強(qiáng)件(例如用不銹鋼制成) 2反應(yīng)器頂部(例如用鋁合金制成)
3加強(qiáng)件夾4補(bǔ)償隔件5螺釘6反應(yīng)器底部7基片8用于基片支撐的(提升)銷99a密封板 9b密封隔件10板簧11(反應(yīng)器)側(cè)壁12RF天線(例如用鋁制成)13懸掛蓋14懸掛件頂部(例如用鋁制成)15摩擦和微粒減少環(huán)(例如用陶瓷制成)16懸掛件中間(例如用陶瓷制成)17懸掛件底部(例如用鋁制成)18RF隔件19真空處理室20室閥門21懸掛件22處理氣體供給部23泵送格柵24RF供給部25電極噴頭26排氣
具體實(shí)施例方式
因此，本發(fā)明基于新的反應(yīng)器概念。反應(yīng)器分為兩個(gè)部分反應(yīng)器底部6和反應(yīng)器 頂部2 (見圖1)。反應(yīng)器頂部2優(yōu)選地通過加強(qiáng)件1連接到外部真空處理室19 (連接未在 圖l中示出)。反應(yīng)器底部6(或在單個(gè)外部室內(nèi)多反應(yīng)器系統(tǒng)的情況下的多個(gè)底部)垂直 可移動(dòng)，使得在反應(yīng)器側(cè)壁11和密封板9之間開有縫隙。當(dāng)反應(yīng)器完全打開，縫隙變寬而 且提升銷8開始伸出。然后裝載叉(未在圖1中顯示)能夠?qū)⒒胖迷谟糜谘b載的提升 銷上，或通過從下面穿過室閥門20提升基片來從提升銷8縮回基片。此"倒轉(zhuǎn)的鞋盒"類型 的開口具有的主要優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)器壁11的高度及因此相應(yīng)的等離子體間隙可相對(duì)較小。如 果裝載/卸載方案通過在反應(yīng)器壁里提供縫隙閥(如與本發(fā)明相對(duì)的及現(xiàn)有技術(shù)已知的) 來選擇，壁11的高度必須大量地增加以提供裝載/卸載叉的入口，裝載/卸載叉可彎曲和 隨大的基片振動(dòng)。因此，經(jīng)濟(jì)的放置過程會(huì)非常受限。 除了新的反應(yīng)器概念，可以采取另外的措施來確保等離子體設(shè)備的正常工作。本 發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例包括補(bǔ)償反應(yīng)器變形和膨脹的措施，反應(yīng)器變形和膨脹還導(dǎo)致雙件反 應(yīng)器的密封問題。根據(jù)本發(fā)明補(bǔ)償平面偏差的第一步是補(bǔ)償隔件(圖2，標(biāo)注號(hào)4)的使用。
圖2a-c顯示了加強(qiáng)件1的下垂以及因此反應(yīng)器頂部4由于重力的下垂如何通過 補(bǔ)償隔件4來補(bǔ)償。螺釘5將反應(yīng)器頂部2(例如由鋁合金制成)與加強(qiáng)件l連接。加強(qiáng) 件夾3與例如加工到加強(qiáng)件1里的槽接合。不同厚度的補(bǔ)償隔件4在等離子體反應(yīng)器在升 高的溫度下運(yùn)行期間，允許補(bǔ)償加強(qiáng)件1的下垂。加強(qiáng)件1還連接到在它們端部的交叉板 上(未示出)。通過使用在端部支撐并連接到外室的反應(yīng)器頂部加強(qiáng)件l，并仔細(xì)選擇補(bǔ)償 隔件4的厚度可補(bǔ)償運(yùn)行溫度時(shí)的下垂，其中補(bǔ)償隔件4在加強(qiáng)件(圖2b)的端部較厚，朝 中間(圖2c)較薄和在中心沒有補(bǔ)償隔件4，如圖2a中加強(qiáng)件l的彎曲所示，反應(yīng)器頂部的 下垂在中間比在端部需要更多的補(bǔ)償。因此在反應(yīng)器底部(底面)的加強(qiáng)件還顯示了朝中 心的輕微的向下彎曲，但在加強(qiáng)件的中心具有最厚的補(bǔ)償隔件。加強(qiáng)件1里已加工的槽和 在加強(qiáng)件夾3里可進(jìn)一步在反應(yīng)器頂部和加強(qiáng)件之間容納熱膨脹。 圖3顯示了補(bǔ)償平面偏差的進(jìn)一步的機(jī)構(gòu)通過使用帶板簧10的密封板9a。反 應(yīng)器側(cè)壁11貼著反應(yīng)器底部6的進(jìn)一步的平面偏差，不能由加強(qiáng)件補(bǔ)償隔件補(bǔ)償，將消極 地影響反應(yīng)器的氣密性。密封板9a設(shè)計(jì)為補(bǔ)償此偏差，這是由于板9a具有一定程度的彈 性，并在反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)壓到反應(yīng)器底部6。此外，在密封板(圖4)中心下的密封隔件9b用 作避免密封板壓緊在反應(yīng)器壁11和反應(yīng)器底部6之間的整個(gè)長(zhǎng)度上。因此實(shí)際的密封在兩 個(gè)位置實(shí)現(xiàn)密封板9a和內(nèi)側(cè)上的反應(yīng)器底部之間，以及密封板9a和反應(yīng)器外側(cè)(頂側(cè)) 上的反應(yīng)器壁ll之間。 密封隔件9b提供良好限定的關(guān)閉位置，它們使通過板簧10完全壓到壁11的密封 板9a能自由地收縮或從中心膨脹開?？梢虼搜a(bǔ)償約2. 5米的反應(yīng)器邊長(zhǎng)、約2mm的最大扭 曲。 由于內(nèi)部反應(yīng)器和外部容器在運(yùn)行期間處于真空下，密封僅需要?dú)饷芩鼈冎g的 壓力差，壓力差一般在10—2到10—3毫巴(mbar)范圍內(nèi)。 在圖4中，細(xì)箭頭顯示了密封的熱膨脹如何引起。通常，密封板9a固定地連接在 中心并可收縮和朝角落處膨脹。 圖5顯示了密封板9a端部的細(xì)節(jié)，其在角落處連接另一密封板9a :提供凸緣來補(bǔ) 償熱膨脹。 但在另一次優(yōu)選的實(shí)施例中，密封可選地通過彈性0型環(huán)實(shí)現(xiàn)，彈性0型環(huán)在反應(yīng) 器壁11下側(cè)面(底部)上的梯形槽里提供。由于反應(yīng)器要打開和關(guān)閉成千次，由于反應(yīng)器 里的溫度較高，且由于等離子體的化學(xué)種類非?；钚裕薕型環(huán)的材料高度地受壓。用于此 0型環(huán)的現(xiàn)有材料幾乎不能滿足此要求。 圖6顯示反應(yīng)器的另一部分，此處熱膨脹需要補(bǔ)償射頻(RF)天線12的懸掛。圖 6中的箭頭顯示收縮/膨脹的自由度。懸掛件保持天線固定；它們不供給實(shí)際的RF能量。 RF能量通過天線供給到等離子體，因此等離子體顯著地變熱并相應(yīng)地?zé)崤蛎?。如果懸掛?不是用于等離子體反應(yīng)器中，膨脹/收縮問題不能輕易通過增加擴(kuò)張槽解決，如反應(yīng)器頂 部2 (接地的)和懸掛件14之間的箭頭所示，然后通過在懸掛件適當(dāng)部分上使用絕緣陶瓷， 將反應(yīng)器頂部與天線電絕緣。但由于反應(yīng)器在真空下運(yùn)行，必須避免間隙和大的電勢(shì)降，以 避免寄生等離子體的點(diǎn)燃。由于在這種情況下因?yàn)闊崤蛎?收縮而不能避免反應(yīng)器頂部2 和懸掛件14之間的間隙，通過使懸掛件的頂部部分14與反應(yīng)器頂部2產(chǎn)生相同的電勢(shì)而 避免電勢(shì)降，通過利用陶瓷柱體(中間部分，16)來隔絕懸掛件的下部分17(其具有與RF天線12相同的電勢(shì))，陶瓷柱體在內(nèi)側(cè)上具有螺紋以便與頂部14和懸掛件的底部17部分相 互連接。另外，頂部14和懸掛件的底部17部分通過小間隙而分開，小間隙太小以致于易受 寄生等離子體的影響。此外，帶浮動(dòng)電勢(shì)的RF隔件18使用在天線之上，以避免反應(yīng)器頂部 2和天線12之間的空間里的寄生等離子體。 在另一個(gè)次優(yōu)選的實(shí)施例中，懸掛件中間的陶瓷部分的等同物是陶瓷柱體，其帶 有在其端部突出的兩個(gè)螺紋。但陶瓷內(nèi)的螺絲易于破裂。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明的反應(yīng)器可用于非常大的基片尺寸(例如用于液晶顯示的基片)和用于外 部真空室(像等離子體BoxTM)。由于其大尺寸的熱膨脹(反應(yīng)器長(zhǎng)度在米范圍時(shí)其可能在 厘米范圍)和通常的變形(例如蠕變)，對(duì)氣密性和對(duì)必須連接到外室的元件的懸掛帶來嚴(yán) 峻的問題。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)器從環(huán)境溫度直到運(yùn)行溫度(約30(TC )保持氣密。另 一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是通過使用反應(yīng)器"倒轉(zhuǎn)的鞋盒"開口原理，可避免反應(yīng)器壁里大的縫隙(如 現(xiàn)有技術(shù)已知的)，因此等離子體間隙可保持較小，這對(duì)于反應(yīng)器的生產(chǎn)力是必須的。
因此本發(fā)明反應(yīng)器可有效、經(jīng)濟(jì)、方便地制造和維修。
權(quán)利要求
一種用于大尺寸基片處理的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)的等離子體反應(yīng)器，包括作為外室的真空處理室(19)和帶有處理氣體供給部(22)的至少一個(gè)內(nèi)部反應(yīng)器；以及電連接到作為RF天線的電極噴頭(25)的RF供給部(24)，其特征在于，加強(qiáng)件(1)支撐反應(yīng)器頂部(2)和/或反應(yīng)器底部(6)，所述加強(qiáng)件(1)經(jīng)由補(bǔ)償隔件(4)連接到反應(yīng)器頂部(2)和/或反應(yīng)器底部(6)，補(bǔ)償隔件(4)的厚度選擇為補(bǔ)償在運(yùn)行期間的熱膨脹。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體反應(yīng)器，其特征在于所述加強(qiáng)件(1)經(jīng)由補(bǔ)償隔 件(4)連接到反應(yīng)器頂部(2)和/或反應(yīng)器底部(6)，補(bǔ)償隔件(4)的厚度選擇為補(bǔ)償在運(yùn) 行期間所述加強(qiáng)件(1)的熱膨脹。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子體反應(yīng)器，其特征在于用于所述反應(yīng)器頂部(2)的 加強(qiáng)件(1)的所述補(bǔ)償隔件(4)在端部較厚，且朝所述加強(qiáng)件(1)的中間較薄。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子體反應(yīng)器，其特征在于用于所述反應(yīng)器底部(6)的 加強(qiáng)件(1)的所述補(bǔ)償隔件(4)在所述加強(qiáng)件(1)的中心最厚。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2-4所述的等離子體反應(yīng)器，其特征在于螺釘(5)在加強(qiáng)件夾(3)和 補(bǔ)償隔件(4)的幫助下分別連接加強(qiáng)件(1)與反應(yīng)器頂部(2)或反應(yīng)器底部(6)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l-5所述的等離子體反應(yīng)器，其特征在于懸掛件(21)連接RF天線 (12)和反應(yīng)器頂部(2)，所述懸掛件包括頂部部分(14)、中間部分(16)和底部部分(17)， 所述頂部部分(14)處于與所述反應(yīng)器頂部(2)相同的電勢(shì)，所述底部部分(17)處于與所 述RF天線(12)和所述中間部分(16)相同的電勢(shì)，且所述中間部分連接并電絕緣所述頂部 部分(14)和底部部分(17)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的等離子體反應(yīng)器，其特征在于進(jìn)一步包括在反應(yīng)器頂部(2) 和RF天線(12)之間的空間內(nèi)的RF隔件(18)。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的大尺寸基片PECV0處理的等離子體反應(yīng)器，包括作為外室的真空處理室和帶有電極噴頭作為RF天線的至少一個(gè)內(nèi)部反應(yīng)器，所述內(nèi)部反應(yīng)器還包括反應(yīng)器底部和反應(yīng)器頂部，由此加強(qiáng)件支撐反應(yīng)器頂部和/或反應(yīng)器底部，加強(qiáng)件經(jīng)由補(bǔ)償隔件(4)連接到反應(yīng)器頂部(2)和/或反應(yīng)器底部(6)，補(bǔ)償隔件(4)的厚度選擇為補(bǔ)償在運(yùn)行期間的熱膨脹。
文檔編號(hào)C23C16/509GK101728206SQ200910208880
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2005年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者L·德勞內(nèi)伊, M·埃亞考比, P·埃恩格, S·約斯特 申請(qǐng)人:Oc歐瑞康巴爾斯公司