CN104025258B - 具有冷却系统的喷头及具备该喷头的基板处理装置 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的一实施方案，该基板处理装置包括：腔室主体，其上部打开并提供实现对基板的工艺的内部空间；喷头，其设置在该腔室主体的上部上以关闭该腔室主体的打开的上部并向该内部空间内供应反应气体；以及腔室盖，其设置在该喷头的上部并具备：环状凸缘，其接触该腔室盖的下部表面和该腔室主体的上部表面并具有从其上部表面凹陷的、且制冷剂在内部流动的通道；平板，其位于该凸缘的内侧并与该腔室盖的下部表面隔开距离并具有在其厚度方向形成的、用于喷射反应气体的一个以上的喷射孔；以及密封构件，其设置在该腔室盖和该凸缘之间并设置在该通道的内侧，以便防止从该通道泄漏的制冷剂在该喷头的平板上流动。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷头及具备其的基板处理装置，尤其涉及一种具有冷却系统的喷头及具备该喷头的基板处理装置。
背景技术
半导体装置在硅基板上具有很多层(layers)，这种层通过沉积工艺在基板上沉积。化学气相沉积(CVD，chemical vapor deposition)是指，分解气体状态的化合物(或反应气体)后，通过化学反应在半导体基板上形成薄膜或外延层。
支架设置在工艺腔室的内部，基板放置于支架的上部。沉积工艺在工艺腔室内实现，在实现沉积工艺之前，工艺腔室的内部加热至高温(例如650℃以上)。喷头设置在基板的上部，气体状态的化合物(或反应气体)通过喷头供应到基板上。气体状态的化合物吸附在基板表面后，在基板表面开始进行化学反应，由此形成薄膜。
另一方面，喷头设置在工艺腔室的内部，因此在进行工艺期间处于高温之下。由此，喷头被加热，从而可能会产生热变形，喷头的热变形对均匀地供应反应气体产生影响。在反应气体不能向基板上均匀地供应的情况下，薄膜可能会沿着基板的表面具有不均匀的厚度(non-uniform thickness)。
另外，当喷头的温度加热到一定温度以上时，反应气体能够在喷头内沉积或形成颗粒(particle)。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于，提供一种能够防止热变形的具有冷却系统的喷头及具备该喷头的基板处理装置。
本发明的另一目的在于，提供一种能够防止由制冷剂(refrigerant)泄漏引起的对工艺的恶劣影响的具有冷却系统的喷头及具备该喷头的基板处理装置。
本发明的又一目的在于，提供一种能够快速冷却喷头的具有冷却系统的喷头及具备该喷头的基板处理装置。
本发明的其他目的可以通过下述详细的说明和附图进一步明确。
解决课题的方法
根据本发明的一实施方案，基板处理装置包括：腔室主体，其上部打开，并提供实现对基板的工艺的内部空间；腔室盖，其设置在所述腔室主体的上部，并用于关闭所述腔室主体的上部；以及喷头，其设置在所述腔室盖的下部，并用于向所述内部空间供应反应气体，其中，所述喷头具备：凸缘，其与所述腔室盖接触，并具有从上部表面凹陷的、且制冷剂在内部流动的通道；以及平板，其位于所述凸缘的内侧，并具有在其厚度方向形成的、用于喷射所述反应气体的一个以上的喷射孔。
所述基板处理装置可以进一步包括密封构件，所述密封构件设置在所述腔室盖和所述凸缘之间，并设置在所述通道的内侧。
所述喷头可以进一步具备通道盖体(cover)，所述通道盖体与所述凸缘接触，并用于关闭所述通道的上部。
所述通道可以位于所述腔室主体的内侧，并以与所述内部空间对应的方式配置。
所述平板部可以与所述腔室盖的下部表面隔开距离，并且在所述腔室盖和所述平板部之间可以形成缓冲空间。
所述腔室盖可以进一步包括气体供应端口，所述气体供应端口与所述缓冲空间连通，并用于从外部供应反应气体；所述基板处理装置可以进一步包括板块(block plate)，所述板块固定在所述腔室盖的下部，并设置在所述缓冲空间上，而且具有一个以上的扩散孔。
所述通道盖体可以通过焊接连接在所述凸缘。
所述通道可以具有：循环通道，其沿着所述喷射孔的外周配置；流入通道和流出通道，其分别与所述循环通道的两端连接。
所述凸缘可以呈圆形环状，并且所述凸缘的厚度可以比所述平板的厚度大。
所述凸缘可以呈四角形环状，并且所述凸缘的厚度可以比所述平板的厚度大。
根据本发明的一实施方案，喷头具备：凸缘，其具有从上部表面凹陷的、且制冷剂在内部流动的通道；以及平板，其位于凸缘的内侧，并具有在其厚度方向形成的、用于喷射反应气体的一个以上的喷射孔。
根据本发明的一个优选实施方案，所述基板处理装置包括：
腔室主体，其上部打开，并提供实现对基板的工艺的内部空间；
喷头，其设置在所述腔室主体的上部上以关闭所述腔室主体的打开的上部并向所述内部空间内供应反应气体；以及
腔室盖，其设置在所述喷头的上部，
其中所述喷头具备：
环状凸缘，其与所述腔室盖的下部表面和所述腔室主体的上部表面接触，并具有从所述凸缘的上部表面凹陷的、且制冷剂在内部流动的通道；
平板，其位于所述凸缘的内侧并与所述腔室盖的下部表面隔开距离，并具有在其厚度方向形成的、用于喷射所述反应气体的一个以上的喷射孔；以及
密封构件，其设置在所述腔室盖和所述凸缘之间，并设置在所述通道的内侧，以便防止从所述通道泄漏的制冷剂在所述喷头的平板上流动。
一种基板处理装置，其特征在于，所述基板处理装置包括：
腔室主体，其上部打开，并提供实现对基板的工艺的内部空间；
喷头，其设置在所述腔室主体的上部上以关闭所述腔室主体的打开的上部并向所述内部空间内供应反应气体；以及
腔室盖，其设置在所述喷头的上部，
其中所述喷头具备：
环状凸缘，其与所述腔室盖的下部表面和所述腔室主体的上部表面接触，并具有从所述凸缘的上部表面凹陷的、且制冷剂在内部流动的通道；
平板，其位于所述凸缘的内侧并与所述腔室盖的下部表面隔开距离，并具有在其厚度方向形成的、用于喷射所述反应气体的一个以上的喷射孔；以及
密封构件，其设置在所述腔室盖和所述凸缘之间，并设置在所述通道的内侧，以使得所述密封构件防止从所述通道泄漏的制冷剂在所述喷头的平板上流动，而从所述通道泄漏的制冷剂流向所述喷头的外侧以便排出到所述基板处理装置的外部。
发明的效果
根据本发明的一实施方案，将喷头冷却而能够防止喷头的热变形。另外，在制冷剂从喷头泄漏的情况下，能够防止制冷剂流入腔室内部而对工艺造成的恶劣影响。另外，能够通过喷头的厚度差快速冷却喷头。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方案的基板处理装置的图。
图2及图3是示出图1所示的喷头的图。
图4是图1所示的喷头的另一实施方案。
图5是示出本发明的另一实施方案的基板处理装置的图。
图6是示出图5所示的喷头的图。
具体实施方式
下面，参照图1至图3，对本发明优选的实施方案进行更详细的说明。本发明的实施方案可以以各种形式变形，本发明的范围不应解释为限定于以下所述的实施方案。本实施方案是为了对本领域的普通技术人员更详细地说明本发明而提供的。因此，附图中所示的各种要素的形状可以被放大，以用于强调说明。
另外，下面对沉积工艺举例说明，但本发明能够应用于包括沉积工艺的多种半导体制造工艺。
图1是示出本发明的一实施方案的基板处理装置的图。如图1所示，基板处理装置1包括腔室主体10、及腔室盖(chamber lid)20。腔室主体10呈上部打开的形状，腔室盖20用于开闭腔室主体10的打开的上部。若腔室盖20关闭腔室主体10的打开的上部，则腔室主体10及腔室盖20形成与外部隔绝的内部空间。
腔室主体10具有相当于内部空间的腔室内部11，晶圆W穿过在腔室主体10的一侧形成的通道而装载于腔室内部11。支撑板50设置在腔室内部11，所装载的晶圆W放置于支撑板50的上部表面。支架51与支撑板50的下部连接并用于支撑支撑板50。
气体供应端口21形成在腔室盖20的内部，反应气体通过气体供应端口21向腔室内部11流入。反应气体用于在晶圆W表面沉积薄膜，根据薄膜可以使用各种各样的气体。
喷头40与腔室盖20的下部连接，喷头40的两侧通过螺栓B连接于腔室盖20。喷头40将通过气体供应端口21供应的反应气体向腔室内部11供应，反应气体向晶圆W的表面移动而在晶圆W的表面形成薄膜。
图2及图3是示出图1所示的喷头的图。如图2及图3所示，喷头40具备凸缘41及平板43。如图3所示，平板43呈与晶圆W对应的圆盘(disk)形状，凸缘41具有沿着平板43外周而形成的圆形环状。平板43以与放置于支撑板50的晶圆W对应的方式配置，并具有在厚度方向形成的多个喷射孔42。反应气体通过气体供应端口21向平板43的上部移动，并通过喷射孔42向晶圆W的表面扩散。
如图1所示，凸缘41通过螺栓B连接于腔室盖20，平板43与凸缘41连接并位于腔室盖20的下部。此时，平板43的下部表面以与凸缘41的下部表面并列的方式配置，并且凸缘41的厚度比平板43的厚度大，因此平板43从腔室盖20的下部表面隔开距离而配置。从而，平板43的上部表面从腔室盖20的下部表面给开距离，并且缓冲空间22形成在平板43和腔室盖20之间。
板块53设置在缓冲空间22，板块53的两侧固定于腔室盖20。板块53具有多个扩散孔52。反应气体通过气体供应端口21向板块53的内部移动，并穿过扩散孔52扩散而向平板43的上部移动。此时，扩散孔52可以以与形成在平板43的喷射孔42对应的方式配置。
如图1及图2所示，凸缘41具有循环通道44，循环通道44以与腔室内部11对应的方式配置。循环通道44从凸缘41的上部表面凹陷而形成。另外，如图3所示，循环通道44沿着平板43的外周配置，流入通道44a及流出通道44b分别与通道44的两端连接。流入通道44a及流出通道44b也相同从凸缘41的上部表面凹陷而形成。
制冷剂(例如，水)通过流入通道44a向循环通道44流入，在循环通道44循环的制冷剂通过流出通道44b流出。制冷剂在循环通道44循环的同时将喷头40冷却至设定温度以下，流出的制冷剂通过设置在外部的冷却装置(chiller)冷却。通过上述方法，能够防止喷头40过热，并能够将喷头40控制在设定温度以下。喷射孔42位于循环通道44的内侧。
通道盖体45连接在凸缘41(例如，以焊接的方式)并用于关闭及密封(sealing)循环通道44(及流入通道44a和流出通道44b)的打开的上部，由此能够防止流动在循环通道44的制冷剂向外部泄漏。通道盖体45具有与循环通道44、流入通道44a、及流出通道44b对应的形状。
如上所述，循环通道44从凸缘41的上部表面凹陷而形成，这种结构消除在循环通道44循环的制冷剂通过循环通道44的下部向腔室内部11泄漏的可能性。即，凸缘41是一体形成的，循环通道44通过加工来从凸缘41的上部表面凹陷而形成，因此，制冷剂可能会通过循环通道44的上部泄漏，但是不可能通过循环通道44的下部泄漏。循环通道44的打开的上部用通道盖体45密封。
凸缘41具有固定孔46，固定孔46从凸缘41的上部表面凹陷而形成。固定孔46位于通道44的内侧，密封构件47插入并设置于固定孔46。
如上述说明，沿着循环通道44循环的制冷剂可能会通过循环通道44的上部泄漏，即使通过通道盖体45来密封循环通道44的上部，还是存在由于通道盖体45的不完全密封而引起的制冷剂泄漏的可能性。若通过循环通道44的上部泄漏的制冷剂流向喷头40的内侧并向平板43的上部(或缓冲空间22)移动的情况下，制冷剂与反应气体一起向腔室内部11(或晶圆W的上部)移动，由此对工艺造成恶劣影响，从而可能会引起工艺不良。因此，即使发生制冷剂的泄漏，也有必要防止泄漏的制冷剂对工艺造成恶劣影响，由此使损失最小化。
密封构件47设置在固定孔46上，并用于密封凸缘41和腔室盖20之间。因此，制冷剂流向喷头40的外侧并排出到基板处理装置1的外部，而无法流向喷头40的内侧。即，密封构件47用于防止制冷剂通过缓冲空间22流入到腔室内部11，由此，能够防止由制冷剂的泄漏引起的工艺不良。
结果，喷头40具有循环通道44、流入通道44a、及流出通道44b从凸缘41的上部表面凹陷而形成的结构，因此制冷剂不可能通过循环通道44、流入通道44a、及流出通道44b的下部来泄漏并流入腔室内部11。另外，在制冷剂通过循环通道44的上部泄漏的情况下，制冷剂因密封构件47而无法流向喷头40的内侧，而流向喷头40的外侧并排出到基板处理装置1的外部。
另一方面，凸缘41通过制冷剂被冷却，平板43的热量传递到凸缘41。平板43内的热传递是对厚度方向和长度方向同时实现的，平板43的厚度越厚，朝向凸缘41(平板43的长度方向)的热传递速度会越慢。即，朝向凸缘41的热传递速度与平板43的厚度成反比，平板43的厚度小的情况下，平板43内的热传递大部分集中在朝向凸缘41的方向(或长度方向)，由此能够快速冷却平板43。
另外，热容量(heat capacity)与质量成正比，因此，凸缘41的厚度大的情况下，凸缘41具有充分的热容量，从而能够充分吸收平板43的热量。鉴于上述观点，凸缘41的厚度优选比平板43的厚度大。
虽然通过优选实施方案对本发明进行了详细说明，但也可以采用不同形式的实施方案。因此，随附的权利要求书的技术构思和范围并不限于优选的实施方案。
发明的实施方案
下面，参照图4至图6对本发明优选的实施方案进行更详细的说明。本发明的实施方案可以以各种形式变形，本发明的范围不应被解释为限定于下述实施方案。本实施方案是为了对本领域普通技术人员更详细地说明本发明而提供的。因此附图所示的各种要素的形状可以被放大，以用于强调说明。下面仅对与上述说明的实施方案不同的内容进行说明，在下面省略的说明可以用上述说明内容代替。
另外，下面对沉积工艺举例说明，但本发明能够应用于包括沉积工艺的多种半导体制造工艺。
图4是示出图1所示的喷头的另一实施方案。图3所示的喷头40能够进行对圆形晶圆W的工艺，图4所示的喷头40能够进行对四角基板的工艺。四角形基板应用于对平板显示器(例如液晶面板)的工艺。
图5是示出本发明的另一实施方案的基板处理装置的图，图6是示出图5所示的喷头的图。图1及图2示出了通道盖体45关闭和密封循环通道44(及流入通道44a和流出通道44b)的打开的上部，如图5及图6所示，可以省略通道盖体45，循环通道44(流入通道44a及流出通道44b)的打开的上部能够通过腔室盖20关闭和密封。由于腔室盖20的不完全关闭及密封，制冷剂可能会通过循环通道44的上部泄漏，但是密封构件47能够防止泄漏的制冷剂流向喷头40的内侧，由此能够充分防止由制冷剂的泄漏导致的工艺不良。
虽然通过优选实施方案对本发明进行了详细说明，但也可以采用不同形式的实施方案。因此，随附的权利要求书的技术构思和范围并不限于优选的实施方案。
产业上的可利用性
本发明能够应用于各种形式的半导体制造设备及制造方法。
Claims (9)
1.一种基板处理装置，其特征在于，所述基板处理装置包括：
腔室主体，其上部打开，并提供实现对基板的工艺的内部空间；
喷头，其设置在所述腔室主体的上部上以关闭所述腔室主体的打开的上部并向所述内部空间内供应反应气体；以及
腔室盖，其设置在所述喷头的上部，
其中所述喷头具备：
环状凸缘，其与所述腔室盖的下部表面和所述腔室主体的上部表面接触，并具有从所述凸缘的上部表面凹陷的、且制冷剂在内部流动的通道；
平板，其位于所述凸缘的内侧并与所述腔室盖的下部表面隔开距离，并具有在其厚度方向形成的、用于喷射所述反应气体的一个以上的喷射孔；以及
密封构件，其设置在所述腔室盖和所述凸缘之间，并设置在所述通道的内侧，以使得所述密封构件防止从所述通道泄漏的制冷剂在所述喷头的平板上流动，而从所述通道泄漏的制冷剂流向所述喷头的外侧以便排出到所述基板处理装置的外部。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述喷头进一步具备通道盖体，所述通道盖体与所述凸缘接触，并用于关闭所述通道的上部。
3.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述通道位于所述腔室主体的内侧，并以与所述内部空间对应的方式配置。
4.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
在所述腔室盖和所述平板之间形成缓冲空间。
5.根据权利要求4所述的基板处理装置，其特征在于，
所述腔室盖进一步包括气体供应端口，所述气体供应端口与所述缓冲空间连通，并用于从外部供应反应气体。
6.根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，
所述通道盖体通过焊接连接在所述凸缘。
7.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述通道具有：循环通道，其沿着所述喷射孔的外周配置；流入通道和流出通道，其分别与所述循环通道的两端连接。
8.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述凸缘呈圆形环状，
所述凸缘的厚度比所述平板的厚度大。
9.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述凸缘呈四角形环状，
所述凸缘的厚度比所述平板的厚度大。
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