CN103069543B - 具有高放射率表面的气体散布喷头 - Google Patents

具有高放射率表面的气体散布喷头 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供对用于化学气相沉积处理中的处理腔室部件施加表面涂层的方法与设备。一实施例中，所述设备提供喷头设备，所述喷头设备包括主体；多个延伸通过主体的导管，所述多个导管各自具有延伸至主体的处理表面的开孔；及设置于处理表面上涂层，涂层为约50微米至约200微米厚，且涂层包括约0.8的放射系数、约180微英寸至约220微英寸的平均表面粗糙度及约15%或更低的孔隙度。

Description

具有高放射率表面的气体散布喷头
发明背景
技术领域
本发明实施例大体涉及将材料化学气相沉积(CVD)于基板上的方法与设备，更特定言之，本发明实施例涉及处理腔室部件的表面处理，包括用于薄膜沉积腔室的喷头的结构与涂层以及形成具有高放射率的表面涂层，薄膜沉积腔室例如那些用于金属有机化学气相沉积(MOCVD)和/或氢化物气相外延(HVPE)的腔室。
现有技术说明
化学气相沉积(CVD)腔室通常用来制造半导体器件。CVD腔室可适以在单一基板或晶圆上执行一次或多次沉积处理，或在一批次基板或晶圆上执行一次或多次沉积处理。气体散布喷头输送前驱物至邻近一个或多个基板(位于腔室中)的处理区，以在一个或多个基板上沉积诸如薄膜的材料，该处理区通常在所述基板上。热CVD沉积处理中的处理温度影响到膜形成速率与膜性质。基板的整个表面或一批次基板的各个基板必须暴露于相同温度(在合理公差内)以确保基板表面上的沉积均匀性。影响处理区中的温度的一个因素为腔室硬件的放射率。
气体散布喷头以及邻近处理区的其它硬件部件(例如，腔室主体)通常是由低放射率材料所制成。当腔室硬件是新的情况下(即，未氧化或未受处理气体化学物质的腐蚀)，放射率是已知的且通常是低的或是相对反射性的。然而，腔室表面的性质会随着时间劣化，而表面的放射率在腔室中重复处理基板的过程中有所变化，这会造成基板上、不同基板间(同时处理多个基板的情况)与不同处理批次间（process-run-to-processrun）(即，不同晶圆间或不同批次间)的温度变化。由于腔室部件表面变成由沉积材料所覆盖和/或变成被腐蚀的(即，被氧化或否则被化学改变的)，腔室部件的放射率有所改变。由于腔室部件的放射率改变，不同处理批次(即，不同晶圆间或不同批次间)之间的基板温度倾向于浮动。因此，腔室部件的放射率改变影响处理区的温度并因此影响基板的温度，这影响到基板上的膜形成与膜性质。
一实例中，一个或多个基板由基板支撑件支撑于处理区中，且基板支撑件位于热源(例如，灯)与气体散布喷头之间。由于基板支撑件的架构，基板支撑件到其它腔室部件的导热传送路径有限，以提高基板支撑件的温度均匀性或提高对基板支撑件的温度均匀性的控制。然而，此相同设计使得基板支撑件的直接加热产生问题，基板支撑件的直接加热是例如通过嵌入式电阻加热器的电阻加热或支撑件嵌入式流体循环型加热器。因此，基板支撑件间接由配置在基板支撑件下方或后方的灯所加热，而热量撞击基板支撑件上与气体散布喷头相反的一侧。此间接热量的一部分由基板支撑件与一或多个基板所吸收，而此间接热量的另一部分向气体散布喷头的表面辐射且由喷头表面所吸收或辐射。辐射热的数量高度取决于喷头表面的放射率。因此，处理区的温度间接地是灯向腔室的热量输入的平衡或非平衡的函数。气体散布喷头所吸收的热量以及气体散布喷头的主动冷却所移除的热量，与气体散布喷头放射的热量，平衡的最后部分为气体散布喷头的表面的变化放射率的函数。主要通过气体散布喷头的主动冷却与灯输入的热来促进处理区中温度的调节，气体散布喷头的主动冷却用来自一个或多个基板与基板支撑件以及其它腔室部件移除热量。当到达一个或多个基板的热量等同于离开所述一个或多个基板的热量时，所述一个或多个基板维持在所欲温度。若上述两个热量数值中有差异的话，所述一个或多个基板与基板支撑件的温度便会改变。
如上所述，一个或多个基板与基板支撑件的间接加热依赖于辐射加热。辐射加热取决于许多因素，但对到达或离开一个或多个基板的热量的一个主要贡献因素为热交换表面的放射率。热交换表面的较高放射率造成更多的热吸收与自那些表面较少的热辐射（反射）。若放射率改变，所得的用以维持设定或所欲基板温度的热平衡将有所改变。尤其是，在所述系统中，由于气体散布喷头的放射率的改变，可见到基板温度的浮动。基本上，气体散布喷头在处理开始时为高热量反射元件，因此来自灯的热量到达喷头时倾向于由喷头所放射，而造成较高的基板温度。然而，随着处理发生，放射率有所改变，因此系统的热平衡也有所改变，造成不当地降低或改变基板温度。可通过提高来自灯的热能量、减少自喷头移除的热量、或上述两者方式来在某种程度上减轻温度变化，但浮动发生达到了必须以无法接受的频率来手动清洁腔室的程度。再者，已经发现在清洁后，腔室无法恢复新的气体散布喷头所具有的热平衡性质。
现正应用和/或已经开发了许多用于腔室部件的材料。然而，由于前驱物材料附着至暴露表面，或者这些暴露表面的腐蚀或氧化，所有材料均会经历放射率改变。再者，虽然可清洁所述材料，但可能无法将表面放射率清洁至一个新表面的放射率水平，和/或清洁后表面在随后处理过程中将经历放射率改变。放射率改变造成处理浮动，处理浮动需要额外的监控与调整，该调整必须基于被监控的处理来改变以提供可重复的晶圆间与晶圆中沉积结果。
因此，需要有稳定放射率特征的气体散布喷头与其它腔室部件以降低温度和/或处理浮动。
发明内容
本发明大体提供对用于化学气相沉积(CVD)处理中的处理腔室部件施加表面涂层的改良方法、以及用于CVD处理中具有根据本文所述实施例的表面涂层的设备。一实施例中，提供喷头设备。所述喷头设备包括主体；多个延伸通过主体的导管，所述多个导管各自具有延伸至主体的处理表面的开孔；及配置于处理表面上的涂层，涂层约50微米至约200微米厚，且涂层包括约0.8的放射系数、约180微英寸至约220微英寸的平均表面粗糙度及约15%或更低的孔隙度。
另一实施例中，提供沉积腔室。所述沉积腔室包括具有内部空间的腔室主体，内部空间容纳于腔室主体的内部表面、气体散布喷头的内部表面与圆盖结构的内部表面之间；基板支撑件，所述基板支撑件配置于内部空间中，且基板支撑件与气体散布喷头呈相对关系；一个或多个灯组件，所述一个或多个灯组件引导光线通过圆盖结构。气体散布喷头包括主体；多个导管，所述多个导管配置于主体中，且所述多个导管各自具有延伸至主体的内部表面的开孔，以输送一种或多种气体至内部空间；及涂层，所述涂层配置于气体散布喷头的内部表面上。
另一实施例中，提供处理基板的方法。所述方法包括对主体的一个或多个表面施加涂层，所述主体围绕腔室中的处理空间；传送第一批次的一个或多个基板至腔室的处理空间；提供输入能量至腔室的处理空间以加热第一批次的一个或多个基板至设定温度，并在一个或多个基板上执行第一沉积处理；传送一个或多个基板离开处理空间；传送第二批次的一个或多个基板至腔室的处理空间；及加热第二批次的一个或多个基板至设定温度并在一个或多个基板上执行第二沉积处理，其中通过将输入能量改变低于约0.12%来维持设定温度。
附图说明
可参照实施例对上面简短概述的本发明进行更明确描述来详细理解本发明的上述特征结构。然而，需注意附图仅图示本发明的典型实施例而因此不被视为本发明的范围的限制因素，因为本发明可允许其它等效实施例。
图1图示根据本文所述实施例用以制造半导体器件的处理系统的一实施例的示意平面图。
图2是根据本文的一实施例用以制造半导体器件的化学气相沉积(CVD)腔室的示意横剖面图。
图3是图2所示细节A的放大图。
图4是图2与根据本发明一实施例的喷头组件的部分示意仰视图。
为了帮助理解，可尽可能应用相同的组件符号来标示附图中相同的元件。预期一实施例的元件与特征结构可有利地并入其它实施例而不需特别详述。
具体实施方式
本发明实施例大体提供用于化学气相沉积(CVD)处理中的腔室部件的方法与设备。一实施例中，该方法与设备可用于利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)和/或氢化物气相外延(HVPE)硬件的III族-氮化物膜的沉积。一方面，提供适合用于沉积材料以形成发光二极管(LED)、激光二极管(LD)或其它器件的处理腔室。
热CVD沉积处理中的处理温度影响膜形成速率与膜性质。已经发现即便将所有处理变量维持一样，由于腔室部件的放射率改变，处理批次(即，不同晶圆或不同批次)间的处理温度将倾向于浮动，因此一个或多个基板的温度将浮动。由于腔室部件表面变成由沉积材料所覆盖和/或变成被腐蚀的(即，氧化或否则被化学改变的)，腔室部件的放射率有所改变。虽然周期性清洁腔室中的部件以试图将表面恢复到原始处理前的状态，但本发明人已经发现清洁后的表面无法恢复到原始状态或者表面无法重复地恢复到那个状态。因此，部件的反射与放射率与想要的新部件的反射与放射率处于不同状态。因此，即便在清洁后，处理温度与温度均匀性仍不同于想要或预期的处理温度与温度均匀性。
本发明人已经发现改良表面特征和/或涂覆腔室部件，尤其是用于灯加热CVD腔室中的金属腔室部件，能够在多个处理和/或清洁循环中稳定所述部件的放射率特征。术语放射率指在相同温度下由表面放射的辐射与由黑体放射的辐射的比例。
图1示出处理系统100的一实施例的示意平面图，处理系统100包括多个处理腔室102，处理腔室102利用CVD处理在基板上沉积薄膜。一实施例中，多个处理腔室102中的一个或多个是可用于CVD处理(诸如，MOCVD或HVPE处理)中的CVD腔室。处理系统100包括传送腔室106；与传送腔室106耦接的至少一个处理腔室102；与传送腔室106耦接的装载锁定腔室108；用以储存基板的批次装载锁定腔室109，且批次装载锁定腔室109与传送腔室106耦接；及用于装载基板的装载台110，且装载台110与装载锁定腔室108耦接。传送腔室106包括机器人组件(未图示)，机器人组件可操作用来拾取并传送基板于装载锁定腔室108、批次装载锁定腔室109与处理腔室102之间。也可有多于一个的处理腔室102与传送腔室106耦接。
在处理系统100中，机器人组件(未图示)传送装载有基板的基板携带板112通过狭缝阀(未图示)并进入单一处理腔室102以进行化学气相沉积。本文所述实施例中，基板携带板112配置为以如图2所示般的分隔关系来接收多个基板。在已经完成某些或所有沉积步骤后，通过机器人组件自处理腔室102传送其上带有基板的基板携带板112以进一步处理。
图2是根据本发明实施例的处理腔室102的示意横剖面图。处理腔室102包括腔室主体202；化学输送模块203，化学输送模块203用以输送前驱物气体、载气、清洁气体和/或清除气体；远程等离子体系统226，远程等离子体系统226具有等离子体源；基板支撑构造214，基板支撑构造214用以支撑基板携带板112；及真空系统。在腔室主体202中提供可密封开孔211以传送基板携带板112进出处理腔室102。腔室主体202封围处理空间208，处理空间208由气体散布喷头204、腔室主体202的一部分与基板携带板112所界定。一实施例中，面向处理空间208的气体散布喷头204的表面与腔室主体202的部分分别包括涂层291、296，涂层291、296遮蔽底部材料免于沉积副产物。
基板支撑构造214可包括多个支撑臂，所述多个支撑臂具有在处理过程中接触并支撑基板携带板112的支撑销。某些实施例中，利用环状支撑环216来支撑基板携带板112。其它实施例中，环状支撑环216可耦接至平板218或用于连接平板218，所述平板218在环状支撑环216之间的区域中接触基板携带板112的背侧。基板支撑构造214耦接至致动器288，致动器288提供基板支撑构造214的垂直和/或旋转移动。基板支撑构造214、环状支撑环216与基板携带板112可由碳化硅、石墨、石英、氧化铝、氮化铝以及上述的组合所制成。某些实施例中，平板218包括加热元件223(例如，电阻式加热元件)以传导加热并控制基板携带板112与置于基板携带板112上的基板240的温度。可利用一个或多个传感器(未图示)(诸如，热电偶或高温计)来监控基板携带板112的温度和/或基板240的温度。在应用环状支撑环216的实施例中，一个或多个高温计可定位为感测基板携带板112的背侧的温度。在应用平板218的实施例中，一个或多个热电偶可耦接至基板支撑构造214和/或平板218，以在处理过程中监控基板支撑构造214的温度、平板218的温度和/或基板携带板112的背侧的温度。
气体散布喷头组件204配置成双歧管喷头(例如，第一处理气体歧管204A及第二处理气体歧管204B，第一处理气体歧管204A经由第一处理气体入口259耦接于化学输送模块203，以输送第一前驱物或第一处理气体混合物至处理空间208，第二处理气体歧管204B用以输送第二前驱物或第二处理气体混合物至处理空间208)，双歧管喷头允许由喷头分散两个不同气体流，而不会使这些气体流在喷头中混合在一起。第一处理气体歧管204A由阻隔板255分叉成两个子歧管212A与212B，阻隔板255(具有多个孔257)横跨第一处理气体歧管204A定位。第二处理气体歧管204B与化学输送模块203耦接以经由第二处理气体入口258输送第二前驱物或第二处理气体混合物至处理空间208。一实施例中，化学输送模块203配置为输送适当的含氮处理气体(诸如，氨(NH3)或其它MOCVD或HVPE处理气体)至第二处理气体歧管204B。第二处理气体歧管204B通过气体散布喷头组件204的第一歧管壁276与第一处理气体歧管204A分隔。
化学输送模块203输送化学物至处理腔室102。可由化学输送系统通过供给管线供应反应性气体(诸如，第一与第二前驱物气体)、载气、清除气体与清洁气体进入处理腔室102。一实施例中，通过供给管线供应气体进入气体混合盒，气体在气体混合盒中混合在一起并输送至气体散布喷头组件204。一实施例中，化学输送模块203配置为输送金属有机前驱物至第一处理气体歧管204A与第二处理气体歧管204B。一实例中，金属有机前驱物包括适当的镓(Ga)前驱物(诸如，三甲基镓(TMG)、三乙基镓(TEG))、适当的铝前驱物(例如，三甲基铝(TMA))或适当的铟前驱物(例如，三甲基铟(TMIn))。可自气体散布喷头组件204经由一个或多个净化气体气室281(仅图示一个)通过多个孔284将来自净化气体源282的净化气体(例如，含氮气体)分散进入处理腔室102。替代或额外地，可通过净化气体管283(仅图示一个)将净化气体输送至处理腔室102。
气体散布喷头组件204进一步包括温度控制系统，温度控制系统用以流动热控制流体通过气体散布喷头组件204以有助于调控气体散布喷头组件204的温度(例如，与热交换系统270耦接的温度控制通道204C)。第二处理气体歧管204B通过气体散布喷头组件204的第二歧管壁277与温度控制通道204C分隔。温度控制通道204C可通过气体散布喷头组件204的第三歧管壁278与处理空间208分隔。
处理腔室102包括由透明材料制成的下部圆盖219，下部圆盖219包含处理空间208的下部空间210。因此，处理空间208包含于气体散布喷头组件204与下部圆盖219之间。使用排气环220来引导来自处理腔室102的排放气体至排气埠209，排气埠209耦接至排气通道、真空泵207与真空系统。可通过多个灯(例如，具有反射器266的内部灯221A与外部灯221B)向处理空间208提供辐射热。
可由循环热控制液体通过处理腔室102的壁中的通道(未图示)来进一步控制处理腔室102的壁与周围构造(例如，排气通道)的温度。取决于所欲效果，热控制液体可用来加热或冷却腔室主体202。举例而言，热液体可有助于在热沉积处理过程中维持均匀热梯度，而冷液体可在原位等离子体处理以分解清洁气体的过程中用于自系统移除热量或限制沉积产物形成于腔室的壁上。灯221A、221B提供的加热以及来自热交换系统270的热控制流体经由气体散布喷头组件204提供的加热或冷却和/或输送热控制液体至腔室主体202的壁提供的加热或冷却维持处理空间208的处理温度在约500℃至约1300℃之间，更明确地，维持处理空间208的处理温度在约700℃至约1300℃之间。一实施例中，灯221A与221B的输入功率为约45kW至约90kW，以在处理腔室102的处理空间208中产生约900℃与约1,050℃之间或更高的处理温度。一实施例中，通过利用传感器来监控处理温度，传感器例如测量基板携带板112的背侧的温度的一个或多个热电偶(图1)。
气体散布喷头组件204的第三歧管壁278包括面向基板支撑构造214的表面289。在处理过程中监控并控制表面289以及气体散布喷头组件204的其它部分的温度。气体散布喷头组件204由不锈钢所制成，而表面289是放射系数约0.17的裸不锈钢。一实施例中，气体散布喷头组件204面向基板支撑构造214的表面289包括粗糙表面以提高表面289的放射率至高于0.17。可通过喷珠来粗糙化表面289以提高初始放射率，由此限制因在处理腔室102中的处理而造成的放射率变化。因此，表面289的粗糙处理降低了反射率并稳定了气体散布喷头组件204的底部材料的热吸收。
一实施例中，喷珠处理表面289以提供平均表面粗糙度(Ra)约80微英寸(μ-inch)至约120μ-inch的粗糙表面。表面289的粗糙处理提高表面289的初始放射率(相较于未粗糙化表面)，并降低腐蚀或氧化造成的放射率变化，这可减少处理浮动。一实施例中，利用#80砂砾尺寸来提供粗糙表面。可在已知产生所欲Ra的压力下，利用所欲的砂砾尺寸来施加喷珠处理。一方面，使喷珠进入表面289中的任何开口。一方面，气体散布喷头组件204中的任何开口的直径大于砂砾尺寸，尤其是，大于#80砂砾尺寸的大小。可通过将气体散布喷头组件204耦接至真空泵或将气体散布喷头组件204设置在真空环境中以移除且排出任何可能进入气体散布喷头组件204中开口的砂砾，来清洁开口。另一方面，可在约80psi压力下输送净化气体通过气体散布喷头组件204中的开口，以避免任何喷珠或砂砾进入开口或使喷珠或砂砾进入开口的情况达到最小。
另一实施例中，气体散布喷头组件204面向基板支撑构造214的表面289包括涂层291。此外，处理腔室102邻近处理空间208的其它表面(例如，腔室主体202的内部表面295)可包括涂层296。一实施例中，气体散布喷头组件204与腔室主体202包括导电材料，导电材料例如不锈钢材料(例如，316L不锈钢)。涂层291、296包括的材料兼容于沉积与清洁处理中应用的处理化学品且兼容于MOCVD与HVPE处理中所用的极端温度应用。涂层291、296建立腔室部件的放射率，以取消或稳定表面289和/或295与其底部材料的放射率波动，用以稳定底部材料的热吸收以促进重复性处理。一实施例中，涂层291、296的放射系数为约0.8至约0.85。
涂层291、296可包括沉积在表面289、295上的陶质材料。已经发现当应用上述涂层至金属表面(例如，不锈钢)时，在沉积与清洁处理之后，部件的表面的放射率显著接近干净未使用部件表面的放射率。一方面，涂层291包括氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、钇(Y)、氧化钇(Y2O3)、氧化铬(Cr2O3)、碳化硅(SiC)、上述的组合或上述的衍生物。可利用热喷涂方法(例如，等离子体喷涂)将涂层291、296沉积于个别表面上。在表面289、295上形成的涂层291、296的厚度可在约50微米(μm)至约200μm之间。涂层291、296可为多孔的。一实施例中，利用光学方法，涂层291、296的孔隙度低于约10%，例如约0.5%至约10%，例如约8%至约10%。另一实施例中，利用Archimedes方法，涂层291、296的孔隙度低于约15%，例如约0.5%至约15%，例如约10%至约15%。涂层291、296可为亲水性或可湿性，并包括低于约90度(例如，约0度与90度之间)的接触角。涂层291、296在等离子体喷涂后可为白色，且涂层291、296即便在多次沉积和/或清洁循环后仍然实质上为白色。再者，放射率在第一次使用与清洁处理之间是实质上稳定的。举例而言，放射率在第一次使用时可约为0.8且放射率在原位清洁前约为0.81。因此，相较于新的干净表面或使用过且清洁过的表面，涂层291、296的放射率Δ在约0.8至约0.85之间。涂层291、296提供的放射率Δ向施加至灯221A、221B的功率提供可忽略的补偿，一实施例中，在约80,000瓦至约90,000瓦的设定功率中补偿为低于约100瓦，设定功率是用来提供处理空间208中约1,000℃的温度和/或约1,000℃的基板温度。虽然气体散布喷头组件204与涂层291、296的材料热膨胀系数之间有差异，但涂层291、296的孔隙度降低涂层291、296中的应力。因此，通过提供具有如上所述的孔隙度数值的涂层291、296，涂层291、296更具弹性，这避免了涂层291、296在处理腔室102的加热与冷却过程中断裂，尤其是，在处理腔室102由室温开始加热，或冷却至室温以进行维修时。
在大气压力下，于异位处执行等离子体喷涂处理以形成涂层291、296。等离子体喷涂处理包括表面289、295的制备以提高涂层291与296的附着性。一实施例中，喷珠处理表面289、295以产生粗糙表面来促进涂层291、296的附着。一方面，喷珠为#80砂砾尺寸的氧化铝微粒，用来形成Ra约80微英寸(μ-inch)至约120微英寸的粗糙表面。可在喷珠过程中输送净化气体通过气体散布喷头组件204以避免任何微粒进入表面289上形成的任何开口。一实施例中，在粗糙化后可将由陶瓷粉末组成的等离子体喷涂物沉积于表面289、295上。一实施例中，陶瓷粉末纯度为99.5%。另一实施例中，陶瓷粉末为氧化铝(Al2O3)。可在一压力下施加等离子体喷涂以利用所欲粉末尺寸产生所欲的Ra。一方面，将陶瓷粉末的等离子体施加至表面289、295，并覆盖或填充表面289、295中的任何开口以避免堵塞。另一方面，可允许陶瓷粉末的等离子体至少部分地进入表面289、295中的任何开口。一实施例中，在等离子体喷涂过程中以约80psi的压力输送净化气体通过气体散布喷头组件204以避免喷涂物进入表面289上形成的任何开口中。一方面，将等离子体喷涂施加至表面289，使得将表面289中的任何开口延长，延长的量等于表面289上涂层291的厚度。另一实施例中，在低于约80psi的压力下输送净化气体通过气体散布喷头组件204，此压力下允许一部分的喷涂物进入表面289上形成的开口中。又一实施例中，允许等离子体喷涂物覆盖开口。此实施例中，若需要，可在施加涂层后重新加工而按尺寸重开开口。
若需要，也可移除涂层291、296，以便可翻新表面289与295的底部材料。可通过喷珠或利用化学物腐蚀表面289与295间的接口并破坏涂层与底部材料间的键结来移除涂层291、296。在清洁表面289、295后，可根据上述的涂层处理将涂层291、296重新施加至清洁后的表面289与295并重新安装到处理腔室102中。
图3是图2中细节A的放大图，图3进一步示出涂层291在气体散布喷头组件204上的分布。气体散布喷头组件204包括主体300，主体300具有第一主要侧边305A与第二主要侧边305B。参照图2与图3，一实施例中，将第一前驱物或第一处理气体混合物(例如，金属有机前驱物)自第一处理气体歧管204A由多个内部气体导管246输送通过第二处理气体歧管204B与温度控制通道204C而进入处理空间208。内部气体导管246可为不锈钢制成的圆柱管并位于穿过气体散布喷头组件204的第一歧管壁276、第二歧管壁277与第三歧管壁278设置的对齐孔中。各个内部气体导管246包括在第二主要侧边305B中的开孔310A。各个开孔310A形成通过表面289以沿着流动路径A3输送第一前驱物至处理空间208。一实施例中，通过适当手段(例如，铜焊)将内部气体导管246各自附着至气体散布喷头组件204的第一歧管壁276。
一实施例中，将第二前驱物或第二处理气体混合物(例如，氮前驱物)自第二处理气体歧管204B由多个外部气体导管245输送通过温度控制通道204C而进入处理空间208。外部气体导管245可为不锈钢制成的圆柱管。可同心围绕各自的内部气体导管246来定位各个外部气体导管245。各个外部气体导管245包括在第二主要侧边305B中的开孔310B。各个开孔310B形成通过表面289以沿着流动路径A2输送第二前驱物至处理空间208。外部气体导管245位于对齐孔中，对齐孔设置通过气体散布喷头组件204的第二歧管壁277与第三歧管壁278。一实施例中，通过适当手段(例如，铜焊)将外部气体导管245各自附着至气体散布喷头组件204的第二歧管壁277。将自输入管线输送至远程等离子体系统226中的前驱物产生的等离子体物种流动通过导管204D。在流动路径A1中将等离子体物种分散通过气体散布喷头组件204而至处理空间208。等离子体物种流动通过开孔310C，开孔310C形成通过气体散布喷头组件204的表面289。
一实施例中，各个开口310A-310C包括一直径(例如，内径D1-D3)，并以延长开口310A-310C而不降低直径D1-D3的方式将涂层291施加至表面289。一实施例中，内径D1-D3为约0.6毫米。一方面，开口310A-310C的延长量等于涂层291的厚度，且并不降低直径D1-D3。另一实施例中，允许涂层291至少部分地覆盖一部分的开口310A-310C并进入内径D1-D3(图示为内部涂层315)。此实施例中，在等离子体喷涂之前并无覆盖或填充开口310A-310C。因此，允许涂层291降低开口310A-310C的尺寸。一实施例中，表面289与内径D1-D3上的涂层的厚度292为约50微米至约200微米。一方面，选择厚度292以对应各个开孔310A-310C的开放区域百分比数量。一实例中，选择涂层291的厚度292以覆盖一部分的各个开孔310A-310C，而留下至少约大于80%的开孔直径D1-D3。一实施例中，允许涂层291进入开口310A-310C到达离表面289约50微米至约200微米的深度。图3并未图示开孔284(图2)，但可参照开口310A-310C所述般通过涂层291至少部分地覆盖开孔284。
一实施例中，来自灯221A与221B的初级热量320由基板携带板112与基板240所吸收。来自基板携带板112与基板240的次级热量325被辐射进入处理空间208。一部分的次级热量325由气体散布喷头组件204的下部主体330所吸收，下部主体330中的涂层291显著地降低表面289的反射。大部分的次级热量325由涂层291的表面293所吸收，涂层291用以隔绝气体散布喷头组件204与次级热量325。在处理过程中，涂层291并不明显劣化或变色，这提供实质均匀的辐射能量335自气体散布喷头组件204的下部主体330放射进入处理空间208。虽然未图示，但来自基板携带板112与基板240的次级或辐射热量325由腔室主体202(图2)所吸收，而通过腔室主体202的内部表面295上的涂层291来促进来自腔室主体202进入处理空间208的辐射能量335实质均匀。
某些实施例中，可将涂层291施加至暴露至前驱物气体的气体散布喷头组件204的内部表面，以避免或降低前驱物吸附在这些表面上。举例而言，参照图2，在前驱物传导路径中的某些或所有表面可具有向其施加的涂层291，某些或所有表面诸如导管204D、第一处理气体入口259、第二处理气体入口258、第一处理气体歧管204A、第二处理气体歧管204B、阻隔板255与孔257的内部表面以及内部气体导管246的内部表面。涂层291避免或显著降低前驱物吸附或黏附于气体散布喷头组件204的内部表面上，前驱物吸附或黏附于气体散布喷头组件204的内部表面上会造成非均匀的处理与膜生成。举例而言，诸如三甲基铟(TMIn)与双(环戊二烯)镁(Cp2Mg)的前驱物容易倾向于吸附至金属腔室表面上。因此，在一处理批次中，一部分的前驱物材料会吸附至气体散布喷头组件204的内部表面而未到达基板240，这会造成未充分地输送前驱物至基板而导致非均匀的沉积和/或非均匀的膜生成。在多个处理批次中，吸附在气体散布喷头组件204的内部表面上的前驱物会产生「记忆效应」，其中被吸附的前驱物材料在意料外的时间间隔中无意地自表面脱落和/或由其它前驱物气体携带至基板240。前驱物的无意脱落会有害地影响膜质量，上述影响是通过在所欲时间间隔外将脱落的前驱物引导至基板240、通过引导脱落的前驱物成为额外或过量的反应性气体、和/或通过引导脱落的前驱物成为膜中的微粒。施加至暴露于前驱物气体的气体散布喷头组件204的内部表面的涂层291的实施例通过使前驱物附着至金属表面达到最小来避免或降低记忆效应。因此，减少前驱物吸附于气体散布喷头组件204的表面上维持了有效率的气体输送并提供较大的流量控制与较锐利的开/关转换，这造成膜质量的改良、所欲多重量子井的形成及改善接合处掺杂区中的锐利度。
图4是根据本发明一实施例与来自图2的喷头组件204的部分示意性仰视图。如图所示，同心管构造包括外部气体导管245与内部气体导管246且布置成更紧密与更均匀的图案，外部气体导管245输送来自第二处理气体歧管204B的第二气体而内部气体导管246输送来自第一处理气体歧管204A的第一气体。一实施例中，同心管配置成六角形紧密封装配置。因此，将自第一处理气体歧管204A与第二处理气体歧管204B输送的第一与第二处理气体每种都更均匀地输送横跨位于处理空间208中的基板240上，而造成显著更佳的沉积均匀性。
综上所述，本发明实施例包括具有同心管组件的气体散布喷头组件204，同心管组件用以分别地输送处理气体进入处理腔室102的处理空间208。气体散布喷头组件204以及处理腔室102的其它部分可包括设置于其上方的高放射率涂层291、296，以降低邻近处理空间208的部件的放射率变化。涂层291、296提供较低的放射率Δ或处理中或批次之间的放射率变化(相较于新的部件表面和/或清洁过的部件表面)，这促进处理空间208中稳定的热辐射。因此，根据本文所述实施例的加热处理空间208的设定功率值更加稳定。这改善了晶圆间重复性，而无需调整处理参数和/或执行频繁的腔室部件清洁。
相较于更传统的处理腔室设计，已经发现通过利用涂层291，可更容易地维持对LED处理腔室(例如，处理腔室102)的处理空间208施加的热量与自LED处理腔室(例如，处理腔室102)的处理空间208移除的热量。涂覆的腔室部件(造成放射率变化的减少)通常导致晶圆间与晶圆中温度的均匀性结果的改善，并因此导致改良的LED器件性能重复性。通过利用本文所述的气体散布喷头组件204，已经发现输入能量停留在相当小的范围中以维持所欲的设定温度，输入能量是例如基板加热源提供至基板的热能，用以维持所欲的基板处理温度，例如来自加热元件223的传导热量或来自灯221A、221B的辐射热量，所述输入能量停留在相当小的范围是例如施加至加热源的功率变化约低于约0.5%，例如约0.5%至低于约0.2%之间，例如低于约0.12%。举例而言，为了维持约1,000℃的设定温度，施加至基板加热源(例如，灯221A、221B)的功率变化低于100瓦。通过热交换系统270的流体移除的热量维持稳定的一实例中，为了维持约1,000℃的设定温度，由基板加热源提供至基板的热能变化低于100瓦，热能用于实现基板处理温度。另一实例中，为了维持约80,000瓦的设定功率，由基板加热源提供至基板的热能变化低于100瓦，80,000瓦的设定功率用来实现约1,000℃的基板处理温度。根据本文所述实施例，可大幅降低施加至灯221A、221B的功率变化和/或热控制流体的温度或流率变化，施加至灯221A、221B的功率变化和/或热控制流体的温度或流率变化是用以补偿放射率浮动。
一实施例中，处理过程中应用的基板携带板112(图1)的表面积为约95,000平方毫米至约103,000平方毫米(例如，约100,000平方毫米)，并可基于此面积来改变输入至灯221A与221B的功率以实现设定处理温度。一实施例中，输入至灯221A与221B的功率为约45kW以实现约900℃的处理温度，所述处理温度是于基板携带板112的背侧测量。另一实施例中，输入至灯221A与221B的功率为约90kW以实现约1,050℃的处理温度，处理温度是于基板携带板112的背侧测量。因此，基于基板携带板112的表面积，输入至灯221A与221B的功率的功率密度可约为0.45瓦/平方毫米至约0.9瓦/平方毫米。
另一实施例中，处理过程中应用的气体散布喷头组件204的表面积(即，表面289的面积)为约100,000平方毫米至约250,000平方毫米(例如，约200,000平方毫米)，并可基于此面积来改变输入至灯221A与221B的功率以实现设定处理温度。一实施例中，输入至灯221A与221B的功率系约45kW以实现约900℃的处理温度，处理温度是于基板携带板112的背侧测量。另一实施例中，输入至灯221A与221B的功率系约90kW以实现约1,050℃的处理温度，处理温度是于基板携带板112的背侧测量。因此，基于气体散布喷头组件204的表面积，输入至灯221A与221B的功率的功率密度可约为0.225瓦/平方毫米至约0.45瓦/平方毫米。
一实例中，取得十六次沉积处理循环的数据，且在十六次沉积与清洁循环上输送至灯221A、221B的功率保持实质稳定。此实例中，在约80,000瓦的灯输出功率下，其上具有涂层291的气体散布喷头组件204经历100瓦浮动，相较之下，未涂覆的气体散布喷头组件的灯功率在相同灯输出功率下具有8,000瓦浮动。因此，在十六次沉积处理循环上，其上具有涂层291的气体散布喷头组件204提供基板所在处理环境的热控制的80X改善。此实例中，在沉积与清洁处理过程中监控输送通过热交换系统270与温度控制通道204C的热控制流体的温度，以测定自气体散布喷头组件204取走热量的变化。在沉积过程中通过涂层291自气体散布喷头组件204移除的能量为约15.3kW。已经发现且本领域技术人员可理解若在处理批次之间一个或多个基板处理温度浮动超过数度(例如，+/-2.5℃)的话，LED器件良率将显著改变。LED器件良率问题至少部分起因于处理批次之间膜厚度与形成的LED器件产生的光输出中的变化。因此，本文所述实施例避免或最小化批次之间基板处理温度变化或浮动，使其处于可接受范围(即，低于+/-2.5℃)中，以重复地产生具有实质相同膜厚度与光输出的LED器件。已经发现通过利用本文所述的涂层291，在800℃与1,300℃之间的所欲设定处理温度(例如，约1,000℃)下的批次之间平均基板处理温度范围低于约+/-2°C。因此，本文所述的涂层291的应用最小化处理批次之间的膜厚度变化与晶圆中的膜厚度变化，以产生具有实质相同光输出特征的LED器件。
其上具有涂层291的气体散布喷头组件204的试验显示：膜厚度浮动出规格之前的清洁间的间隔的提高与处理批次数目的提高。举例而言，其上具有涂层291的气体散布喷头组件204用于80个处理批次同时保持膜厚度依循规格。这是相较于不具涂层的气体散布喷头，不具涂层的气体散布喷头中的膜厚度在10个处理批次后浮动到规格之外。因此，一方面，相较于约10次利用不具涂层的喷头，如本文所述般其上具有涂层291的气体散布喷头组件204提高原位清洁之前的处理批次数目至约80个。某些沉积处理中，已经发现可提高需要原位清洁之前的处理批次的数目至约300个。因此，本文所述的气体散布喷头组件204通过最小化腔室的停工时间来提高产量。其上具有涂层291的气体散布喷头组件204的试验也显示：邻近处理空间208的表面中的温度减少(例如，基板支撑构造214的表面的温度减少)为约40℃。相信基板支撑构造的温度减少是因为涂层291的表面的较高放射率，因此涂层291改善自基板支撑构造214与基板至气体散布喷头组件204的辐射热传送。因此，至基板支撑构造214的热损失造成利用输入至灯221A、221B的相同功率的气体散布喷头组件204的温度减少。
此外，设置于气体散布喷头组件204上的涂层291倾向于隔离主体300与自灯221A、221B输送的热量。如上所述，由于涂层291的放射率增加，气体散布喷头组件204将比未涂覆的喷头组件吸收更多热能。因此，相较于执行相同处理的未涂覆喷头，由于涂层291的高放射率与绝缘性质，涂层291邻近处理空间208的表面293将比未涂覆的金属喷头具有较大的表面温度，这使得处理批次之间的原位清洁处理更具效率与效力。
虽然上述是针对本发明的实施例，但可在不悖离本发明的基本范围下设计出本发明的其它与更多实施例，本发明的基本范围是由所附的权利要求书所决定。

Claims (14)

1.一种喷头，该喷头包括：
一主体，该主体具有与在该主体中形成的第一气体通道流体相通的多个第一气体导管，和与第二气体通道流体相通的多个第二气体导管，每个第二气体导管与该多个第一气体导管流动地分隔，该多个第一气体导管和第二气体导管各自延伸通过该主体到一开孔，该开孔在该主体的一处理表面处终止；
多孔阻隔板，该多孔阻隔板设置在第一气体通道内；及
一涂层，该涂层设置于该处理表面上，且该涂层为50微米至200微米厚，且该涂层包括：
至少0.8的放射系数；
180微英寸至220微英寸的平均表面粗糙度；及
15％或更低的孔隙度。
2.权利要求1的喷头，其中该涂层是白色。
3.权利要求1的喷头，其中该涂层是亲水性。
4.权利要求3的喷头，其中该涂层包括在0度与90度之间的接触角。
5.权利要求1的喷头，其中该主体包括一金属材料，该金属材料具有80微英寸至120微英寸的平均表面粗糙度。
6.权利要求5的喷头，其中该金属材料包括不锈钢。
7.权利要求1的喷头，其中该处理表面包括80微英寸至120微英寸的平均表面粗糙度。
8.一种沉积腔室，该沉积腔室包括：
一腔室主体，该腔室主体具有一内部空间，该内部空间容纳于该腔室主体的内部表面、一气体散布喷头的内部表面与一圆盖结构的内部表面之间；
一基板支撑构造，该基板支撑构造设置于该内部空间中，且该基板支撑构造与该气体散布喷头呈相对关系；及
一个或多个灯组件，该一个或多个灯组件引导光线通过该圆盖结构向着与气体散布喷头相对的基板支撑构造的表面，其中该气体散布喷头包括：
一主体，该主体具有在其中形成的多个气体通道；
设置在多个气体通道之一内的多孔阻隔板；
多个导管，该多个导管设置于该主体中，该多个导管的至少一部分流体地耦合到该多个气体通道之一且具有一开孔，该开孔延伸至该主体的该内部表面，以输送一个或多个气体至该内部空间；及
一涂层，该涂层设置于该气体散布喷头的该些内部表面上，该涂层具有至少0.8的放射系数。
9.权利要求8的腔室，其中该腔室主体的内部表面包括一陶瓷涂层。
10.权利要求8的腔室，其中该涂层具有180微英寸至220微英寸的平均表面粗糙度。
11.权利要求8的腔室，其中该涂层包括一陶瓷材料。
12.权利要求8的腔室，其中该主体包括一金属材料，该金属材料具有80微英寸至120微英寸的平均表面粗糙度。
13.权利要求12的腔室，其中该金属材料包括不锈钢。
14.权利要求8的腔室，其中该涂层包括50微米至200微米的厚度。
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