CN109616396A - 具有冷却真空密闭体的热壁反应器 - Google Patents

Abstract

于此提供用于处理基板的方法及设备。在一些实施方式中，用于处理基板的设备包含室主体，该室主体封闭处理空间，该室主体包括室地板、与该室地板耦合的室壁、及与该室壁可移除地耦合的室盖，其中该室地板、该室壁及该室盖的至少一者包括用于热控制介质的流动的通路；加热板，该加热板与该室地板相邻且间隔开来设置；套管，该套管与该室壁相邻且间隔开来设置，该套管由该加热板而受支持；及第一密封性元件，该第一密封性元件在该室壁及该室盖间的第一界面处设置。

Description

具有冷却真空密闭体的热壁反应器

本申请是申请日为2014年7月18日、申请号为201480046535.0、名称为“具有冷却真空密闭体的热壁反应器”的发明专利申请的分案申请。

领域

本发明的实施方式一般涉及基板处理仪器。

背景

基板处理系统，例如等离子体反应器，可用于在处理室内受支持的基板上沉积、蚀刻、或形成层。一些处理系统可包含提供真空边界及热内壁的室。真空边界通常包含在室的组件部件间的密封性元件，以利于形成真空紧密的密封。发明人观察来自热壁的热可负面地冲击使用的密封的效能。

因此，发明人于此提供基板处理室及室组件的实施方式，所述室组件可提供密封改进的效能或其他如下述的益处。

概述

于此提供用于处理基板的方法及设备。在一些实施方式中，用于处理基板的设备包含室主体，该室主体封闭处理空间，该室主体包括室地板、与该室地板耦合的室壁、及与该室壁可移除地耦合的室盖，其中该室地板、该室壁及该室盖的至少一者包括用于热控制介质的流动的通路；加热板，该加热板与该室地板相邻且间隔开来设置；套管，该套管与该室壁相邻且间隔开来设置，该套管藉由该加热板而受支持；及第一密封性元件，该第一密封性元件在该室壁及该室盖间的第一界面处设置。

在一些实施方式中，提供套管。在一些实施方式中，该套管包含室衬垫，该室衬垫包括下管道，该下管道由内壁、外壁、上壁、及下壁来界定边界；及泵送环，该泵送环包括由网状物而结合的上凸缘及下凸缘，该网状物包括多个开口；其中该上凸缘由该上壁而受支持，且该下凸缘由该内壁的上端而受支持，使得该泵送环、该外壁、及该上壁形成上管道的边界。

以下描述本发明的其他及进一步的实施方式。

附图简要说明

本发明的实施方式，简短总结于上及讨论大量细节于下，可通过参考描述于附图中的本发明的图示实施方式而理解。然而应注意，所附附图仅图示本发明的典型实施方式，因而不考虑限制其范围，本发明可允许其他同等有效的实施方式。

图1描述根据本发明的实施方式的基板处理设备的侧面示意视图。

图2描述根据本发明的实施方式的反应器的一部分的简化横截面视图。

图3描述图2的反应器的一部分的部分横截面示意视图。

为了利于理解，在可能之处使用相同标号，以标示对附图常见的相同元件。附图并非按比例绘制且可简化以阐明。思量一个实施方式的元件及特征可有益地并入其他实施方式中而无须进一步的叙述。

具体描述

于此公开用于处理基板的方法及设备。发明的设备通过提供用于工艺气体及副产物的可移除式流体路径，可有利地加强用于处理基板的热壁反应器的效能。发明的设备也可加强在热壁反应器中的密封性元件的效能。

图1描述根据本发明的一些实施方式的热壁反应器，反应器100(例如，基板处理室)，的侧面示意视图。反应器100可为任何适于实施一个或更多个基板处理的反应器，举例但不限于沉积处理，例如化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、诸如此类。反应器可为独立操作的反应器或群集工具的一部分，例如下列其中一者：或加州Santa Clara的Applied Materials公司所供应的群集工具。

在一些实施方式中，反应器100可一般地包含室主体102，包括室地板104、室壁106及室盖108而封闭处理空间103。室主体102的组件，包含室地板104、室壁106、及室盖108，可由任何处理可兼容的材料形成，例如铝或不锈钢。

室盖108与室壁106可移除地耦合，室壁106的顶部边缘110及室盖108的底部表面112形成第一界面114。使用任何耦合元件或经配置以拖引室盖108往室壁106以形成第一接口114的元件(未示出)，室盖108可与室壁106耦合。另外，室盖108可通过重力及在反应器100操作期间由处理空间103内的真空环境所产生的力而静置于室壁106上。可在形成于第一界面114处的凹部或沟槽118中设置密封性元件116。沟槽118可在顶部边缘110中形成、在底部表面112中形成、或部分在顶部边缘110中形成且部分在底部表面112中形成。

在一些实施方式中，具有一个或更多个加热元件111的盖加热器109可耦合或设置相邻于室盖108的面对处理室部分，以加热室盖108的面对处理室部分。

如图1中所图示，室壁106与室地板104相邻，且由室地板104而受支持。室地板104及室壁106可形成为一个部件或形成为分开的部件，如所示。在室地板104及室壁106为分开的部件的实施方式中，室壁106的底部边缘120静置于室地板104的顶部表面122上，形成第二界面124。可在形成于第二界面124处的凹部或沟槽128中设置密封性元件126。沟槽128可在底部边缘120中形成、在顶部表面122中形成、或部分在底部边缘120中形成且部分在顶部表面122中形成。使用传统固定器，如举例：螺钉或螺栓、或结合技术，如举例：硬焊或焊接，室壁106可与室地板104结合。

加热板132可设置于处理空间103内相邻于室地板104的顶部表面122。一个或更多个突起物133维持介于顶部表面122及加热板132间的第一空隙129。突起物133可形成于或设置于加热板132的底面上、或可用任何合适形态形成于或设置于顶部表面122上、或可为放置于加热板132及顶部表面122间的分开部件。加热板132可包含延伸穿过室地板104的公用馈送件(馈送件154)。馈送件154可包含电引线155以提供电力至加热板132中的加热器元件156。

用于室的衬垫，例如套管134，包括外壁134A及内壁134B、上壁134C及下壁134D。套管可设置而相邻于室壁106，且可由一个或更多个突起物135而维持与室壁106间隔开来且一般地位于室壁106内的中央。套管134可由任何处理可兼容的材料形成，包含于非限定范例中：铝、不锈钢、或陶瓷。在一些实施方式中，套管134的一个或更多个表面可被覆以防蚀性包覆，例如镍镀。突起物135可形成于套管134的外壁134A上，或以任意合适形态形成于室壁106的内表面上。所述突起物也可为放置于套管134及室壁106之间的分开部件，以利于维持分隔开来(一般地位于中央)的关系。套管134可由加热板132而受支持。

室壁106可具有一个或更多个第一开口(示出一个开口130A)以允许基板142被提供给处理空间103及由处理空间103移除。套管134可包括相似数量的相似地配置的第二开口(示出一个第二开口130B)，所述第二开口与一个或更多个第一开口130A对齐，以利于基板进入及移出处理空间103的输送。可提供基板输送机制(未示出)，例如机械手臂，以传送基板穿过第一及第二开口130A及130B进入及移出基板支持件140。第一开口130A可选择地经由狭缝阀146而密封，或经由其他用于选择地提供穿过第一及第二开口130A及130B进出反应器100的处理空间103的机制。

在一些实施方式中，套管134及加热板132整体地形成。在其他实施方式中，套管134及加热板132分开地形成，如图1所图示。在一些实施方式中，外壁134A及室壁的内表面为平行的或实质平行的且分隔开来，使得第二空隙136在外壁134A及室壁106之间形成。在一些实施方式中，外壁134A及室壁106的内表面107为个别由室地板104及加热板132以向上方向径向地延伸，使得内表面107及外壁134A以介于由垂直约1度及2度间的角度(例如，1.5度)向外渐缩且维持平行性。提供外壁134A及内表面107向上及向外的渐缩有利地重大地减轻组件的组装(例如，插入及移除套管134)。

第一空隙129与第二空隙136流体沟通。在一些实施方式中，提供净化气体来源138以供应净化气体139至第一空隙及第二空隙。在一些实施方式中，提供净化气体139至第一空隙129并引发由第一空隙129流动至第二空隙136。可合适地提供净化气体139，以在处理期间相较于处理空间103维持在第一空隙129及第二空隙136中的正向压力。净化气体139可有利地防止工艺气体及处理副产物免于在套管134及室壁106间及在加热板132及室地板104间流动。

可提供基板支持件140以支持处理空间103内用于处理的基板142。在一些实施方式中，基板支持件140可包含一个或更多个加热元件141以提供热能量至基板142。基板支持件140可由轴件158而受支持。提升机制144可与轴件158耦合以提供下方位置(如所示出)及可选的上方位置之间的垂直位移至基板支持件140，该下方位置适于经由第一及第二开口130A及130B传输基板进入及移出室，该上方位置适于基板142的处理。提升机制144，或分开的机制，也可通过提供经由轴件158的旋转位移至基板支持件140，以控制基板142的旋转位移。

反应器100也可包含一个或更多个气体入口148流体地与气体供应器150耦合，气体供应器150用于提供一个或更多个工艺气体至处理空间103。气体入口148可穿过室盖108进入室主体102，如图1所示出。例如，在一些实施方式中，气体入口148可排列如室盖108内设置的喷淋头。可经由室主体102的室壁106提供可选的或额外的气体入口。

可提供排气系统152以由处理空间103排放工艺气体及处理副产物。排气系统152可包含与处理空间103的一端耦合的导管153。导管153的另一端与真空泵(例如，泵157)流体地耦合，以由处理空间103排放工艺气体及处理副产物。

在一些实施方式中，套管134可进一步包含与排气系统152流体地耦合的通路。例如，在图2的非限定实施方式中，套管134包括室衬垫202及泵送环220。室衬垫包括内壁206、外壁208及上壁210及下壁211。内壁206的下端212及外壁208的下端214由下壁211而结合，且下壁211在加热板132上受支持。外壁208由下端214垂直地向上延伸，一般地与室壁106的内表面平行，且终止于上端216处。在一些实施方式中，外壁208向上及向外地发散，外壁208倾向一由垂直约1度及2度之间的角度(例如，1.5度)。

内壁206由下端212垂直地延伸至上端218。上壁210在下端214及上端216之间的一点处连接内壁206的上端218及外壁208。在第二开口130B的区域中，上壁210分岔以形成在第二开口130B下方的第一部分210A及在第二开口130B上方的第二部分210B。下壁211、内壁206、外壁208的一部分、及上壁210(或第一部分210A)形成下管道204的边界。在第二开口130B的区域中，第一部分210A连结内壁206的上端218及外壁208。下管道204绕着室衬垫202的周长延伸。下管道204可为绕着周长的连续路径或可绕着周长部分地延伸。开口213在下壁211中形成以与下管道204对齐，且流体地经由导管153耦合下管道204及排气系统152。

一般C形(横截面)泵送环220在室衬垫202上受支持，而上凸缘222紧靠外壁208的上端216且下凸缘224受上壁210支持，例如在上壁210的上表面及上壁的第二部分210B上。如图2所图示，泵送环220、外壁208、及上壁210形成上管道226的边界。如果在套管134中提供第二开口130B，上管道的边界包括第二部分210B、泵送环220、及外壁208。

室衬垫202及泵送环220可由任何处理可兼容的材料形成，包含于非限定范例中：铝、不锈钢、或陶瓷。

泵送环220的网状物228结合上凸缘222及下凸缘224。泵送环220可包含穿过网状物228的多个通路或开口230，提供处理空间103及上管道226之间的流体沟通。开口230可绕着泵送环的周长均匀地间隔。在一些实施方式中，调整开口230的大小，使得所有的开口230的全部横截面面积小于上管道226的横截面面积的50％。

图3示意地以横截面描述反应器100的一部分。在绕着室衬垫202的周长的一个或更多个位置处，上管道226与下管道204流体地耦合。例如，如图3中所图示，开口302在上壁210中形成且与下凸缘224的中断304对齐，使得上管道226与下管道204流体地耦合。

由处理空间103穿过开口230至上管道226，至下管道204，而至排气系统152，可建立一流动路径。发明人观察出在泵送环220中的开口230的多种大小及分布样式可有利地影响工艺气体、处理副产物、诸如此类由处理空间103的排放。例如，在一些实施方式中，第一直径的开口230的第一数量提供对处理空间103内的某些处理有利的流动路径特性。在一些实施方式中，第二(相异)直径的开口230的较少的第二数量可提供有利的流动路径特性。孔洞一般地可如图示般共平面，或可排列成绕着周长的任何样式。发明人观察出将所有开口230的全部横截面面积维持至小于上管道226的横截面面积的50％，可有利于形成绕着泵送环220的周长的一致的流动特性。

在一些实施方式中，例如，如图1中所示出，套管134与加热板132分开且可由室主体102移除，以易于清理、修理、及/或取代。相似地，在其他实施方式中如图2中所图示，室衬垫202及泵送环220与加热板132分开且可由室主体102移除。在各个实施方式中，套管134或室衬垫202及泵送环220为可移除的，而无须移除基板支持件140或加热板132。发明人注意到如此移除的容易可减少反应器100由于维护或修理而无法生产的时间。

回到图1，室主体102提供用于处理空间103的真空边界。密封性元件116及126可有利于个别形成介于室盖108与室壁106之间、及室壁106与室地板104之间的针对气体入渗的密封抗性。密封性元件116及密封性元件126可减少或防止非预期的气体通路个别地跨过或穿过第一接口114及第二接口124。密封性元件116、126仅因容易图标而被图标为具有圆形横截面。可使用任何合适的横截面形状的密封性元件，例如方形、椭圆形、诸如此类。密封性元件116、126可由任何合适弹性材料形成，例如，氟化碳氢化合物如含氟弹性体(例如，)或全含氟弹性体(例如，或)。

密封性元件116、126可个别地至少部分设置于第一接口114及第二接口124处形成的沟槽118、128内。例如，沟槽118可在顶部边缘110中形成、在底部表面112中形成、或部分在顶部边缘110中形成且部分在底部表面112中形成。可形成沟槽118，使得在顶部边缘110及底部表面112被拖引在一起以形成第一接口114时压缩密封性元件116。可针对密封性元件126提供沟槽128相似的配置。

可于室主体102的真空边界的缺口处以相似配置提供额外的密封性元件。例如，如图1中所图示，可于馈送件154引起的缺口处提供密封性元件160A及160B。可绕着馈送件154提供密封性环，例如，环162。环162的内部分可与馈送件154耦合，而密封性元件160B被设置在沟槽165中，沟槽165在环162的内部分及馈送件154间的接口处形成。相似地，环162的外部分可与室地板104耦合，而密封性元件160A被设置在沟槽166中。环162可使用任何合适的耦合机制与室地板104及馈送件154耦合，例如螺纹紧固件如螺钉或螺栓。

在相似的方式中，环164可有利于形成轴件158及室地板104之间的真空密封。如上述，可于环164及室地板104的界面处形成的沟槽中设置密封性元件160C，且环164与室地板104耦合。可于第一端处以真空紧密的方式结合伸缩管168与环164。可相似地结合伸缩管168的第二端与反应器100的元件，例如轴件158，以形成真空边界的一部分。

适应于热介质的流动的一个或更多个通路，例如通路170A至170F，可在室主体102的组件中形成，例如，室地板104、室壁106、及/或室盖108。在一些实施方式中，可将通路170A至170F设置接近于室主体的组件中形成的沟槽，例如，沟槽118及沟槽128，且流体地与热介质来源耦合，如来源172。来源172可包含循环器或泵176，以造成热介质174流经通路170A至170F。热介质174的流动可有利于室主体102的部分的热控制。例如，热介质174流经通路170A及170D可个别地提供或有利于室壁106的下部分及上部分的热控制。可在室地板104或室盖108中提供相似的热控制。在一些实施方式中，可在环中(例如在环162中的通路170F)提供一个或更多个冷却通路，以提供相似的益处。

在室主体102的组件中(例如，室地板104及室壁106)流动热介质可减低相邻组件间的接口处的组件温度，例如，第一接口114及第二接口124。依序地，暴露密封性元件于可导致增强密封性元件116及密封性元件126效能的接口的较低温度下。发明人注意到关联于上述讨论的反应器配置的众多益处。例如，发明人注意到密封性元件的气体渗透率随着密封性元件的温度增加。发明人也注意到密封性元件的物理退化率随着温度增加。通过放置密封性元件116、126于室组件的接口处伴随着减低的处理温度，例如，通过提供加热的室组件及室壁间的一空隙，及/或通过如上述讨论的流动热介质，发明人注意到减低的气体渗透性及减低的密封性元件退化率，因而有利地增加密封性元件116、126的使用寿命。

可提供相似的热控制用于上述讨论的额外的密封性元件，例如，密封性元件160A及密封性元件160B。如图1中所图示，可在接近用于馈送件154的缺口或用于轴件158的缺口的室地板104中设置通路170B及通路170C。热介质174流经通路170B及170C可提供或有利于室地板104的热控制，室地板104于馈送件154及密封性元件160C及轴件158处接近密封性元件160A及密封性元件160B。

可用多种方式组合上述实施方式的元件，以有利地提供不同组件提供的益处的组合。例如，在一些实施方式中，可提供用于处理基板的设备，该设备包含：室主体，该室主体封闭处理空间，该室主体包括室地板、与该室地板耦合的室壁、及与该室壁可移除地耦合的室盖，其中该室地板、该室壁及该室盖的至少一者包括用于一热控制介质的流动的通路；加热板，该加热板与该室地板相邻且间隔开来设置；套管，该套管与该室壁相邻且间隔开来设置，该套管藉由该加热板而受支持；及第一密封性元件，该第一密封性元件在该室壁及该室盖间的第一界面处设置。

在一些实施方式中，可修改上述范例的设备，其中该加热板由第一空隙与该室地板间隔开来，其中该室衬垫由第二空隙与该室壁间隔开来，且其中该第一空隙与该第二空隙流体沟通。

在一些实施方式中，上述范例的设备可进一步包括净化气体通口，该净化气体通口设置于该室主体中以提供净化气体至该第一空隙及该第二空隙的至少一者。

在一些实施方式中，在任何上述范例的设备中，该套管可包括：室衬垫，该室衬垫包括下管道，该下管道由内壁、外壁、上壁、及下壁来界定边界；及泵送环，该泵送环包括由网状物而结合的上凸缘及下凸缘；其中该上凸缘由该上壁而受支持，且该下凸缘由该内壁的上端而受支持，使得该泵送环、该外壁、及该上壁形成上管道的边界。

在一些实施方式中，上述范例的设备可进一步包括排气系统，该排气系统与该下管道流体地耦合。可选地或组合地，该网状物可包含多个开口，以提供该处理空间及该上管道间的流体沟通。可选地或组合地，该上管道与该下管道可流体地耦合。

在一些实施方式中，在任何上述范例的设备中，该套管可由该室主体移除。

在一些实施方式中，任何上述范例的设备可进一步包括第二密封性元件，该第二密封性元件在该室壁及该室地板间的第二界面处设置。

在一些实施方式中，在任何上述范例的设备中，可将该加热板及该套管形成为一个部件。

在一些实施方式中，任何上述范例的设备可进一步包括基板支持件，该基板支持件设置于该处理空间内，且支持垂直及旋转位移的至少一者。

在一些实施方式中，在上述范例的设备中，该基板支持件可包括加热器，该加热器设置于该基板支持件中。

在一些实施方式中，在任何上述范例的设备中，该室主体可提供该处理空间的真空边界。

在一些实施方式中，在任何上述范例的设备中，在通路中的热介质流动可有利于以下之一的至少一部分的热控制：室地板、室壁、或室盖。

在一些实施方式中，在任何上述范例的设备中，该室壁的内侧表面可由该室地板以一角度向外渐缩，该角度从垂直由约1度至约2度。

在一些实施方式中，在任何上述范例的设备中，该套管的外侧表面可由该加热板以一角度向外渐缩，该角度介于约1度及2度间。

在一些实施方式中，在任何上述范例的设备中，该室壁可包括第一开口，且该套管可包括相似配置的第二开口，其中该第一开口与该第二开口对齐。

在一些实施方式中，用作室衬垫的套管的范例可包含：室衬垫，该室衬垫包括下管道，该下管道由内壁、外壁、上壁、及下壁来界定边界；及泵送环，该泵送环包括由网状物而结合的上凸缘及下凸缘，该网状物包括多个开口，其中该上凸缘由该上壁而受支持，且该下凸缘由该内壁的上端而受支持，使得该泵送环、该外壁、及该上壁形成上管道的边界。

在一些实施方式中，在上述范例的套管中，该外壁可由该下壁向外渐缩。在一些实施方式中，该渐缩可由约1.0度至约2.0度。

在一些实施方式中，上述范例的套管可进一步包括在下管道中的开口，以将该下管道与排气系统耦合。可选地或组合地，该网状物可包含多个开口，以提供处理室的处理空间及该上管道间的流体沟通。可选地或组合地，该上管道与该下管道可流体地耦合。

前述涉及本发明的实施方式，可设计其他及进一步的本发明实施方式，而不远离其基本范围。

Claims (10)

1.一种用于处理基板的设备，包括：

室主体，所述室主体封闭处理空间，所述室主体包括室地板、与所述室地板耦合的室壁、及与所述室壁可移除地耦合的室盖，其中所述室地板、所述室壁及所述室盖的至少一者包括用于热控制介质的流动的通路；

加热板，所述加热板与所述室地板相邻且间隔开来设置；

套管，所述套管与所述室壁相邻且间隔开来设置，所述套管由所述加热板而受支持；及

第一密封性元件，所述第一密封性元件在所述室壁及所述室盖之间的第一界面处设置。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述加热板由第一空隙与所述室地板间隔开来，其中所述套管由第二空隙与所述室壁间隔开来，且其中所述第一空隙与所述第二空隙流体沟通。

3.如权利要求2所述的设备，进一步包括净化气体通口，所述净化气体通口设置于所述室主体中以提供净化气体至所述第一空隙及所述第二空隙的至少一者。

4.如权利要求1至3的任一项所述的设备，其中所述套管包括：

下管道，所述下管道与上管道流体地耦合；及

穿过所述套管形成的多个开口，以提供所述处理空间及所述上管道间的流体沟通。

5.如权利要求4所述的设备，进一步包括排气系统，所述排气系统与所述下管道流体地耦合。

6.如权利要求1至3的任一项所述的设备，其中所述套管可由所述室主体移除。

7.如权利要求1至3的任一项所述的设备，进一步包括第二密封性元件，所述第二密封性元件在所述室壁及所述室地板之间的第二界面处设置。

8.如权利要求1至3的任一项所述的设备，进一步包括基板支持件，所述基板支持件设置于所述处理空间内，且支持垂直及旋转位移的至少一者。

9.如权利要求1至3的任一项所述的设备，其中所述室壁的内侧表面由所述室地板向外渐缩，且其中所述套管的外侧表面由所述加热板向外渐缩。

10.如权利要求9所述的设备，其中所述室壁的所述内侧表面以一角度由所述室地板向外渐缩，所述角度从垂直形成约1度至约2度，且其中所述套管的所述外侧表面以一角度由所述加热板向外渐缩，所述角度介于约1度至2度间。