TW201341584A - 藉由使用波紋管之微波源分離之裝置與方法 - Google Patents

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Abstract

一種波紋管，於處理室蓋與天線饋通口之間形成一彈性耦合。於一實施例中，提供一種包括處理室體、饋通口、天線以及波紋管之裝置。處理室體具有處理室蓋。饋通口係延伸通過此處理室蓋。天線耦接至此饋通口，並延伸通過此饋通口至處理室體的內部空間。波紋管包括第一凸緣、第二凸緣以及中央部。第一凸緣係耦接至此饋通口。第二凸緣係耦接至該處理室蓋。中央部係延伸於此第一凸緣以及此第二凸緣之間。

Description

藉由使用波紋管之微波源分離之裝置與方法
本發明之實施例一般地關於一種用於電漿增強式化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)裝置之彈性耦接件(flexible coupling)。
化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,CVD)係為一種製程，藉此製程，化學前導物(precursors)被引入處理室中，進行化學反應以形成預定之組合物或材料，並將組合物或材料沉積於處理室中的基板上。電漿增強式化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)係藉由激發處理室中的電漿以增強前導物間的反應之製程。
PECVD製程可用來處理大面積基板，例如平板顯示器或太陽能板。PECVD製程亦可以於沉積塗層，例如用於電晶體的矽基薄膜(silicon based film)。在處理大面積基板的過程中，處理室壁可能會歷經高熱及/或真空變形。舉例來說，真空力(vacuum forces)可能使處理室壁偏斜高達1公分。在傳統的系統中，天線饋通口(feed through)直接耦接至處理室蓋，且藉由微波天線之介電層，饋通口係形成一緊密連接。如此一來，處理室蓋的偏斜可能從饋通口轉移至天線，並在介電層上產生力矩，而使介電層產生破損。因此，本領域技術中存在將天線及介電層與處理室蓋的偏斜隔離的需求。
本發明一般地包括一波紋管，此波紋管在處理室蓋以及天線饋通口之間形成一彈性真空密封件。於一方面，一裝置包括一具有處理室蓋的處理室體、一延伸通過處理室蓋的饋通口、一耦接至饋通口並延伸通過饋通口至處理室體內部空間的天線、以及一包括第一凸緣(耦接至饋通口)、第二凸緣(耦接至處理室蓋)以及一中央部(延伸於第一凸緣以及第二凸緣之間)的波紋管。
於另一方面，裝置包括一具有處理室蓋的處理室體、一延伸通過處理室蓋的饋通口、一耦接至饋通口並延伸通過饋通口至處理室體內部空間的天線、以及一包括第一凸緣(耦接至饋通口)、第二凸緣(耦接至處理室蓋)以及一中央部(延伸於第一凸緣以及第二凸緣之間)的波紋管，其中此饋通口並不直接耦接至處理室蓋，且波紋管在饋通口以及處理室蓋之間形成一真空密封件。
於另一方面，裝置包括一具有處理室蓋的處理室體、一延伸通過處理室蓋的饋通口、一耦接至饋通口並延伸通過饋通口至處理室體內部空間的天線、以及一包括第一凸緣(耦接至饋通口)、第二凸緣(耦接至處理室蓋)以及一中央部(延伸於第一凸緣以及第二凸緣之間)的波紋管，其中此中央部包括一適用於回應第一凸緣以及第二凸緣間之張力而延伸、回應第一凸緣以及第二凸緣間之壓力而收縮之彈性區域。
於另一方面，裝置包括一具有處理室蓋的處理室體、一延伸通過處理室蓋的饋通口、一延伸通過饋通口至處理室體內部空間的天線、一包括第一凸緣(耦接至饋通口)、第二凸緣(耦接至處理室蓋)以及中央部(延伸於第一凸緣以及第二凸緣之間)的波紋管、一耦接至處理室體的支撐架、以及一耦接至支撐架的微波能量頭，饋通口係耦接至此微波能量頭。
於另一方面，用以隔離天線的方法包括提供一具有處理室蓋的處理室體；耦接波紋管至處理室體；耦接饋通口至波紋管；將天線配置於饋通口；以及抽空處理室體以在處理室體中形成一真空條件，其中處理室蓋回應於抽空而承受一偏斜，而波紋管降低處理室蓋之偏斜轉移至饋通口以及天線的程度。
又於另一方面，用以隔離天線的方法包括提供一具有處理室蓋的處理室體；提供一具有中央部之波紋管，此中央部包括一適用於回應波紋管之第一凸緣以及第二凸緣間之張力而延伸、回應波紋管之第一凸緣以及第二凸緣間之壓力而收縮之彈性區域；耦接波紋管至處理室體；耦接饋通口至波紋管；將天線配置於饋通口；以及抽空處理室體以在處理室體中形成一真空條件，其中處理室蓋回應於抽空而承受一偏斜，而波紋管降低處理室蓋之偏斜轉移至饋通口以及天線的程度。
100‧‧‧垂直線性CVD系統100
102A、102B‧‧‧基板堆疊模組
104A、104B‧‧‧大氣機械手臂
106A、106B‧‧‧基板負載站
108A、108B‧‧‧基板負載鎖定室
110A、110B‧‧‧處理室
112‧‧‧公用系統控制平台
114A、114B‧‧‧處理線
204‧‧‧遮蔽框
208‧‧‧壓板
210‧‧‧天線
212‧‧‧微波能量頭
214‧‧‧氣體導入管
300‧‧‧雙處理室
304‧‧‧遮蔽框
308‧‧‧壓板
310‧‧‧天線
314‧‧‧氣體導入管
316‧‧‧接頭
320‧‧‧端蓋
322‧‧‧介電層
326‧‧‧饋通口
330‧‧‧微波發射組件
332‧‧‧微波能量頭
342‧‧‧頂部
344‧‧‧底部
350‧‧‧波紋管
352‧‧‧支撐架
354‧‧‧支臂
356‧‧‧處理室蓋
410‧‧‧凸緣
415‧‧‧中央部
第1圖繪示依照一實施例的垂直線性CVD系統100之示意圖。
第2A圖繪示依照一實施例的雙處理室110A、110B之視圖。
第2B圖繪示依照一實施例的雙處理室110A、110B之立體圖。
第2C圖繪示依照一實施例的雙處理室110A、110B之視圖。
第2D圖繪示依照一實施例的雙處理室110A、110B之上視圖。
第3A圖繪示依照一實施例的雙處理室300之上部份之剖面圖。
第3B圖繪示依照一實施例的雙處理室300之剖面圖。
第3C圖繪示依照一實施例的雙處理室300之上部份之剖面立體圖。
第4A圖繪示依照一實施例的波紋管350之立體圖。
第4B圖繪示依照一實施例的波紋管350之視圖。
本發明一般地包括一波紋管(bellows)，此波紋管於處理室蓋與天線饋通口之間形成一真空密封。在處理基板的過程中，真空力及/或熱膨脹所造成的處理室蓋偏斜，可能被轉移(translate)至天線饋通口。由於饋通口與天線介電層間的緊密連接，此偏斜可能會壓縮及/或扭轉介電層，使介電層產生破損。藉由將天線饋通口經由一彈性波紋管耦接至處理室蓋，天線元件可以與處理室蓋的偏斜隔離。此外，天線所行進通過的微波發射組件可耦接至一支撐架，此支撐架係於處理室蓋的兩側上可滑動地耦接至處理室體。藉由使天線元件與處理室蓋的偏斜隔離，可降低介電層破損的發生率，並減少操作成本及處理室停工時間。
雖然沒有限制所述之實施例可被實施於其中的特定裝置，然而將此實施例實施於垂直CVD處理室中特別有利，CVD處理室例如可由位於加州聖塔克拉拉的應用材料公司(Applied Materials,Inc.)取得。可以瞭解的是，本實施例亦可實施於其他系統，包括其他製造商所販售之其他系統。
第1圖繪示根據一實施例之垂直線性CVD系統100。此系統100較佳地包括兩個分開之處理線114A及處理線114B，此些處理線114A、114B藉由共同系統控制平台112耦接在一起，以形成雙處理線配置/佈局。共同電源供應器(例如是交流電源供應器)、共同及/或分享的泵排氣元件(pumping and exhaust components)、以及共同氣體面板可用於此雙處理線114A、114B。亦可思及的是，系統亦可配置成採用單處理線或大於兩條處理線。
每一條處理線114A、114B各包括一基板堆疊模組102A、102B。多個新基板(即尚未經系統100處理之基板)係擷取自基板堆疊模組102A、102B，而處理後之基板係存放於基板堆疊模組102A、102B中。大氣機械手臂104A、104B係自基板堆 疊模組102A、102B中擷取基板，並將基板置入雙基板負載站106A、106B中。接著，新基板被移至雙基板負載鎖定室108A、108B，並進一步送入雙基板處理室110A、110B。每一塊處理後之基板係經由基板負載鎖定室108A、108B其中之一送回至雙基板負載站106A、106B其中之一，而大氣機械手臂104A、104B其中之一再從雙基板負載站106A、106B其中之一擷取經處理之基板，並將其送回至基板堆疊模組102A、102B其中之一。
第2A圖繪示根據一實施例之雙處理室110A、110B 之視圖。雙處理室110A、110B包括多個天線210，此些天線210係位於每一處理室110A、110B的中間並以直線排列的方式配置。此些天線210係從處理室之頂部垂直地延伸至處理室之底部。於與天線210耦接之處理室之頂部及底部，每一天線210都具有對應的微波能量頭(microwave power head)212。
第2B圖繪示根據一實施例之雙處理室110A、110B 之立體圖。雙處理室110A、110B包括遮蔽框204、多個天線210以及多個微波能量頭212。如第2B圖所示，此些微波能量頭212係交錯排列。此交錯排列乃因空間限制的關係。透過每一能量頭212，能量可獨自地被施加至每一天線210的端點。另外，此些天線210可操作於介於約300MHz至300GHz之範圍的頻率。
第2C圖繪示根據一實施例之雙處理室110A、110B之視圖。雙處理室110A、110B包括遮蔽框204、多個天線210、多個微波能量頭212以及多個氣體導入管214。此些氣體導入管214係配置於相鄰的天線210之間，並使處理氣體得以被導入。處理氣體例如為矽前導物或氮前導物。氣體導入管214係從處理室之底部垂直地延伸至處理室之頂部，並與天線210平行。
第2D圖繪示根據一實施例之雙處理室110A、110B之上視圖。第2D圖呈現了天線210、氣體導入管214、遮蔽框204以及壓板(platens)208於處理室110A、110B中的佈局。天線210係位於處理室110A、110B的中央，壓板208及遮蔽框204則配 置於天線210的相反側，而氣體導入管214係配置於天線210與遮蔽框204之間。位於置於中央之天線210之每一側的氣體導入管214的數量係相等。每一氣體導入管214之直徑係介於約0.25英吋與約0.625英吋之間。每一處理室110A、110B可處理兩塊基板，此兩塊基板分別位於天線210的兩側。藉由壓板208以及遮蔽框204，基板係被支撐於處理室110A、110B中的位置。雖然未繪示於第2A至2D圖，處理室110A、110B係可透過位於基板載體後方的抽氣埠而進行排氣。
第3A圖繪示根據一實施例之雙處理室300之上半 部之剖面圖。雙處理室300包括多個遮蔽框304、多個壓板(platens)308、多個天線310、多個氣體導入管314、微波發射組件330、波紋管350、支撐架352以及處理室蓋356。微波發射組件330包括微波能量頭332、饋通口326以及端蓋320。接頭316係與每一天線310流體連接。
微波發射組件330係耦接至支撐架352，並由此支 撐架352所支持。支撐架352係於處理室蓋356之兩側耦接至處理室之頂部342。藉由將支撐架352耦接至處理室蓋356的兩側上，支撐架352係與處理室蓋356之偏斜隔離。因此，耦接於支撐架352的微波能量頭332，以及耦接於微波能量頭332的饋通口326，亦可與處理室蓋356之偏斜隔離。每一天線310之一上端係延伸通過微波發射組件330，且微波發射組件330之端蓋320係在饋通口326與環繞於天線310周圍的介電層322之間形成一真空密封。因此，微波發射組件330、天線310以及介電層322係與處理室蓋356的移動隔離。
微波發射組件330可耦接至支撐架352的一或多個 支臂354。此些支臂354可形成一間隙，此間隙可讓天線310、饋通口326以及波紋管350穿過，使得支撐架352不會直接地和天線310、饋通口326以及波紋管350接觸。支撐架352之每一端可耦接至處理室之頂部342，或者，支撐架352之一或兩端係 可滑動地連接至處理室之頂部342。在支撐架352與處理室300之間提供一滑接連接(sliding connection)，可將微波發射組件330、天線310以及介電層322與處理室300的上、下、左、右之移動進一步地分離(decouple)與隔離。
於一實施例中，支撐架352之一端係耦接於處理室 之頂部342，而支撐架352之另一端係可滑動地連接於形成在處理室之頂部342的插槽(slot)。此插槽可包括一設置於處理室之頂部342之凹口，支撐架352之基座係坐落於此凹口之中。此插槽可容許支撐架352之一端相對於處理室之頂部300移動，降低了饋通口326及介電層322上的壓力。插槽可形成一幾何形狀，例如矩形。於一實施例中，插槽可被塑形為符合支撐架352之基座之一部份的形狀，此部份係設置於處理室300之上或處理室300之下。於另一實施例中，插槽包括一或多個設置於處理室之頂部300的拖架，用以導引支撐架352之基座之一或多個區段的移動。
為了維持微波發射組件330之饋通口326與處理室 蓋356間的真空密封，並且不讓處理室蓋356之偏斜轉移至微波發射組件330、天線310以及介電層322，饋通口326係經由波紋管350耦接至處理室蓋356。波紋管350可包括兩凸緣以及一彈性、柱狀之中央部。此彈性、柱狀之中央部係可回應於兩凸緣間的拉力或壓力而作伸縮。波紋管350之中央部可具備手風琴狀(accordion-like)的設計。每一波紋管350可置於形成於處理室之頂部342之一凹口。波紋管350之一下端可與處理室300形成真空密封，而波紋管350之一上端可與饋通口326形成真空密封。於一實施例中，波紋管350可被閂至處理室300以及饋通口326，並利用一或多個襯墊以確保真空密封。
透過將饋通口326經由波紋管350耦合至處理室 300，可降低處理室壁之真空及/或高熱變形轉移至饋通口326的程度，讓天線310與偏斜隔離，並降低介電層322產生破損的發生率。此外，波紋管350之內徑可大於饋通口326之外徑，使波 紋管350偏斜但不會轉移饋通口326之偏斜。
第3B圖繪示根據一實施例之雙處理室300之剖面 圖。雙處理室300包括多個遮蔽框304、壓板308、多個天線310、多個氣體導入管314、微波發射組件330、波紋管350、支撐架352以及處理室蓋356。每一微波發射組件330包括微波能量頭332、饋通口326以及端蓋320。多個接頭316係流體連接於每一天線310之端點。
每一微波發射組件330係耦接至支撐架352，並由 此支撐架352所支持。支撐架352係於處理室蓋356之兩側耦接至處理室之頂部342以及處理室蓋之底部344。每一天線310係自處理室之頂部342垂直地延伸至處理室之底部344。每一天線310之上端係延伸穿過耦接於支撐架352的微波發射組件330，而每一天線310之下端係延伸穿過耦接於支撐架352的微波發射組件330。每一天線310之中央部份係垂直地延伸於此些微波發射組件330之每一饋通口326之間。
第3C圖繪示根據一實施例之雙處理室300之上部 份之剖面立體圖。雙處理室300包括多個天線310、多個微波發射組件330、波紋管350、支撐架352以及處理室蓋356。每一微波發射組件330包括微波能量頭332、饋通口326以及端蓋320。
第4A圖繪示根據一實施例之波紋管350之立體 圖。波紋管350包括多個凸緣410以及中央部415。凸緣410可為圓形，並可包括第一凸緣以及第二凸緣，例如一上凸緣及一下凸緣。波紋管350之設計包括一彈性、柱狀之中央部415，此中央部415係可回應於外凸緣間的拉力或壓力而作伸縮。此外，例如假使下凸緣相較於上凸緣偏斜至右邊或左邊的話，中央部415之彈性可允許剪力以提供此些外凸緣之間的側移動。
在基板處理期間，處理室壁可能經歷重複的真空及/ 或高熱變形。因此，波紋管350應由高壓、彈性的材質來組成，此材質可耐受循環的負載以及熱循環，且不會產生疲勞及破損。 舉例來說，波紋管350可由高壓金屬合金來組成，此高壓合金例如是由位於美國印第安納州科科莫市的哈式國際公司(Haynes International,Inc)所生產的Haynes® 242®合金，或是由位於美國賓州布拉肯里奇市的阿勒格尼路德姆公司(ATI Allegheny Ludlum Corporation)所生產的AM 350TM合金。於另一實施例中，波紋管350包括具有至少50%重量的鎳的金屬合金。採用其它顯出長疲勞壽命的合金亦在本申請案之範疇之內。
第4B圖繪示根據一實施例之波紋管350之視圖。 波紋管包括多個凸緣410以及中央部415。波紋管350之圓柱狀中央部415可具有約為3英吋至12英吋之內徑，例如內徑可約為4英吋至6英吋。波紋管350之圓形凸緣410可具有約為6英吋至18英吋之外徑，例如外徑可約為8英吋至12英吋。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，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。
300‧‧‧雙處理室
304‧‧‧遮蔽框
308‧‧‧壓板
310‧‧‧天線
314‧‧‧氣體導入管
316‧‧‧接頭
320‧‧‧端蓋
322‧‧‧介電層
326‧‧‧饋通口
330‧‧‧微波發射組件
332‧‧‧微波能量頭
342‧‧‧頂部
350‧‧‧波紋管
352‧‧‧支撐架
354‧‧‧支臂
356‧‧‧處理室蓋

Claims (20)

  1. 一種裝置，包括：一處理室體，具有一處理室蓋；一饋通口，延伸通過該處理室蓋；一天線，耦接至該饋通口，並延伸通過該饋通口至該處理室體之一內部空間；以及一波紋管，包括：一第一凸緣，該第一凸緣係耦接至該饋通口；一第二凸緣，該第二凸緣係耦接至該處理室蓋；以及一中央部，該中央部係延伸於該第一凸緣以及該第二凸緣之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該饋通口係非直接耦接於該處理室蓋。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該波紋管係於該饋通口以及該處理室蓋之間形成一真空密封。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該中央部包括一彈性區域，該彈性區域回應於該第一凸緣及該第二凸緣間的一拉力而伸展，並回應於該第一凸緣及該第二凸緣間的一壓力而收縮。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，更包括一介電層，該介電層係設置於該天線的周圍，其中該介電層係耦接至該饋通口。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該介電層與該饋通口形成一真空密封。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，更包括一端蓋，該端蓋耦接至該饋通口，該端蓋並與該饋通口以及該介電層形成一真空密封。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，更包括：一支撐架，耦接於該處理室體；以及一微波能量頭，耦接至該支撐架，且該饋通口係被耦接至該微波能量頭。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中該支撐架係非直接耦接於該處理室蓋。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該波紋管包括一金屬合金。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該波紋管係配置在形成於該處理室蓋中的一凹口。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該支撐架的至少一端係與該處理室體形成一滑接連接。
  13. 一種用以隔離一天線的方法，包括：提供一處理室體，該處理室體具有一處理室蓋；耦接一波紋管至該處理室體；耦接一饋通口至該波紋管；放置一天線於該饋通口；以及抽空該處理室體以形成該處理室中的一真空狀態，其中該處理室蓋回應於該抽空動作而承受一偏斜，而該波紋管降低該處理室蓋之偏斜轉移至該饋通口以及該天線的程度。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，更包括藉由該波紋管形成一真空密封於該處理室蓋與該饋通口之間。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之方法，更包括耦接該饋通口至環繞於該天線的周圍之一介電層。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中耦接該波紋管至該處理室體之步驟包括形成真空密封於該波紋管與該處理室蓋之間，以及形成真空密封於該饋通口與該波紋管之間。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該饋通口係非直接耦接於該處理室蓋。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該波紋管包括一金屬合金。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該波紋管包括一中央部，該中央部具有一彈性區域，該彈性區域回應於該波紋管之一第一凸緣及一第二凸緣間的一拉力而伸展，並回應於該波紋管之該第一凸緣及該第二凸緣間的一壓力而收縮。
  20. 一種裝置，包括：一處理室體，具有一處理室蓋；一饋通口，延伸通過該處理室蓋，且該饋通口係非直接耦接於該處理室蓋；一天線，耦接至該饋通口，並延伸通過該饋通口至該處理室體之一內部空間；以及一波紋管，該波紋管於該饋通口與該處理室蓋之間形成一真空密封，該波紋管包括：一第一凸緣，該第一凸緣係耦接至該饋通口； 一第二凸緣，該第二凸緣係耦接至該處理室蓋；以及一中央部，包括一彈性區域，且該中央部係延伸於該第一凸緣以及該第二凸緣之間。
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