CN116508141A - 用于输送气体至工艺腔室的设备及系统 - Google Patents

Abstract

本文描述的实施方式大体涉及一种气体组件，该气体组件设置在主机门与工艺腔室之间。该气体组件提供进入处理容积的多区域气体交叉流分配。这些区域中的每个区域都是被独立地控制的。这些区域各自包括单个喷嘴，这些区域各自包括与多个喷嘴流体耦接的气室，或其组合。这些喷嘴，诸如与喷嘴一起被包括的气室，设置在该歧管内且在该歧管的第一主表面与第二主表面之间。这些喷嘴的出口与该歧管的第二主表面流体连通，并与该工艺腔室的容积流体连通。多个独立受控的区域为流量敏感的化学工艺提供了质量流量可控性。该气体组件包括适配器板，该适配器板被构造为耦接至真空主机机器人。

Description

用于输送气体至工艺腔室的设备及系统

技术领域

本公开内容的实施方式涉及用于输送气体至工艺腔室的设备及系统。

背景技术

电子器件制造系统包括一个或多个工艺腔室，该一个或多个工艺腔室被构造为执行任意数量的基板工艺，包括例如脱气、预清洁或清洁、沉积(例如，化学气相沉积、物理气相沉积、和/或原子层沉积)、涂覆、氧化、硝化、蚀刻(例如，等离子体蚀刻)等。基板包括半导体晶片、玻璃板或面板、和/或用以制造电子器件或电路部件的其他工件。基板经由腔室端口组件(诸如具有狭缝阀的组件)在工艺腔室与传送腔室之间传送。腔室端口组件在工艺腔室与传送腔室的腔室端口之间提供界面。在经由腔室端口组件传送基板期间，来自腔室硬件的微粒物质可能迁移至基板。微粒物质影响基板的处理，诸如增加电子器件缺陷。

因此，需要用于在工艺腔室内与工艺腔室之间处理和传送基板而不会将污染物引入基板或处理容积中的设备及系统。

发明内容

在一个实施方式中，提供了一种歧管，该歧管具有适配器板，该适配器板具有：第一主表面；与该第一主表面相对的第二主表面；以及切口，该切口由第一主表面中的开口延伸至第二主表面中的开口限定。一个或多个气室设置在歧管内且在第一主表面与第二主表面之间。这些气室中的每个气室包括一个或多个喷嘴，该一个或多个喷嘴与该开口的底表面和第二主表面的开口流体连通，该一个或多个气室中的每个气室耦接至相应的流量控制阀。

在另一个实施方式中，提供了一种工艺系统，该工艺系统具有工艺腔室，在该工艺腔室中设置有基板支撑件。该工艺系统包括气体组件，该气体组件具有歧管，该歧管具有第一主表面和第二主表面。一个或多个气体管线设置在歧管内且在第一主表面与第二主表面之间，这些气体管线中的每个气体管线包括与工艺腔室的处理容积流体连通的喷嘴。该歧管在第二主表面处耦接至工艺腔室，并且主机门(mainframe door)在第一主表面处耦接至歧管。

在另一个实施方式中，提供了一种气体流动系统，该气体流动系统包括歧管，该歧管具有第一主表面、第二主表面、开口，该开口从第一主表面延伸至第二主表面。一个或多个气室设置在歧管内且在第一主表面与第二主表面之间。这些气室中的每个气室包括一个或多个喷嘴。该一个或多个喷嘴与第二主表面流体连通，并且一个或多个气体管线设置在歧管内。该气体管线中的至少两个气体管线相对于彼此被独立地控制。该气体管线中的每个气体管线包括在歧管的上表面上的气体出口。传送系统主机门耦接至第一主表面和包括狭槽(slot)的工艺腔室。该狭槽与一个或多个喷嘴流体连通。

附图说明

为了能够详细理解本公开内容的上述特征，可以参考实施方式对以上简要概述的本公开内容进行更特别的描述，实施方式中的一些实施方式在附图中图示。然而，应当注意的是，附图仅图示了示例性实施方式，并且因此不应被视为是对其范围的限制，因为本公开内容可以允许其他同等有效的实施方式。

图1图示了根据一实施方式的工艺系统的示意性平面图。

图2图示了根据一实施方式的工艺系统的示意性截面局部侧视图。

图3A图示了根据一实施方式的每多区域气体组件的单个喷嘴的示意性截面正视图。

图3B图示了根据一实施方式的每多区域气体组件的多喷嘴的示意性截面正视图。

图4A图示了根据一实施方式的工艺系统的示意性截面局部俯视图。

图4B图示了根据一实施方式的工艺系统的示意性截面局部俯视图。

图5A至图5D图示了根据一些实施方式的适配器板和偏转器插件的示意性截面侧视图。

为了促进理解，在可能的情况下，使用相同的参考标记来表示附图中共用的相同元件。预期一个实施方式的元件和特征可以有益地结合到其他实施方式中，而无需进一步叙述。

具体实施方式

本文所述的实施方式大体涉及一种气体组件，该气体组件耦接至工艺腔室。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式中，气体组件设置在主机(例如，传送腔室)与工艺腔室之间。亦考虑了气体组件的其他位置，诸如耦接至工艺腔室并且与主机(例如，传送腔室)位置分开的位置。气体组件提供进入工艺腔室的处理容积中的多区域气体交叉流(cross-flow)分配。这些区域中的每个区域都是被独立地控制的。这些区域各自包括单个喷嘴、流体耦接至多个喷嘴的气室、或以上的组合。喷嘴和/或与喷嘴一起被包括的气室设置在歧管内且在该歧管的第一主表面与第二主表面之间。这些喷嘴的出口与该歧管的第二主表面流体连通，并与该工艺腔室的处理容积流体连通。多个独立受控的区域为流量敏感的化学工艺提供了质量流量可控性。该气体组件包括适配器板，该适配器板被构造为耦接至真空主机门。

图1图示了根据一个或多个实施方式的电子器件制造系统100。电子器件制造系统100可被构造为同时处理多个基板。基板包括半导体晶片、玻璃板或面板、和/或用于制造电子器件或电路部件的其他工件。电子器件制造系统100包括传送腔室102、多个工艺腔室104、和一个或多个装载锁定腔室106，这些腔室中的每个腔室可以在真空压力下操作。传送腔室102包括机器人(未图示)，该机器人被构造为将基板传送至每个工艺腔室104和每个装载锁定腔室106以及从每个工艺腔室和每个装载锁定腔室传送基板。

工艺腔室104各自执行相同或不同的基板处理，包括例如沉积(例如，化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)、物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)和/或原子层沉积)、氧化、硝化、涂覆、蚀刻(例如，等离子体蚀刻)、抛光、清洁、光刻、脱气等。工艺腔室104可另外或替代地执行其他基板工艺。在每个工艺腔室104内，处理一个或多个基板。在一些实施方式中，工艺腔室104是外延腔室或自由基氧化腔室，诸如原位蒸气产生腔室。

装载锁定腔室106各自是分批型或单基板型装载锁定腔室。装载锁定腔室106可耦接至工厂界面108，并且可以在工厂界面108与传送腔室102之间提供第一真空界面。

工厂界面108可以耦接至一个或多个前开式标准舱(front opening unifiedpod,FOUP)110。每个FOUP 110是具有用于容纳多个基板的固定盒的容器。每个FOUP 110具有前开口界面，该前开口界面被构造为与工厂界面108一起使用。在其他实施方式中，可以使用任何合适类型的舱和/或装载端口来代替FOUP 110。工厂界面108可以具有一个或多个机器人(未图示)，该一个或多个机器人被构造为经由在FOUP 110与装载锁定腔室106之间的线性、旋转和/或竖直移动以任何顺序或方向传送基板。电子器件制造系统100具有其他合适数量的FOUP 110。

控制器112控制基板在电子器件制造系统100中或穿过该电子器件制造系统100的处理和传送中的一些或全部。控制器112可以是例如通用计算机，且/或可包括微处理器或其他合适的中央处理单元(central processing unit,CPU)、用于储存控制电子器件制造系统100的软件程序的存储器、输入/输出周边设备和支持电路(诸如，例如电源、时钟电路、用于驱动机器人的电路、高速缓存和/或类似物)。

传送腔室102在传送腔室102与每个腔室(例如，工艺腔室104、装载锁定腔室106)之间的每个界面处包括主机门114，诸如狭缝阀。歧管124设置在耦接至相应工艺腔室的各主机114之间。或者，歧管124在与主机门114分开且不同的位置处耦接至每个工艺腔室。主机门114使用任何合适的方式(诸如使用多个紧固件)直接附接至歧管124。紧固件可以是带螺纹的螺钉或螺栓。一个或多个O形环设置在主机门114与歧管124之间，以及在歧管124与工艺腔室104之间，以在它们之间提供气密密封(airtight seal)。气密密封允许基板在腔室之间穿过，而任一腔室都不会失去其中的真空压力。类似地，歧管124的第二侧耦接至界面连接的工艺腔室104的侧壁。传送腔室102、工艺腔室104和装载锁定腔室106中的每个腔室都具有一个或多个端口(未图示)。端口是腔室侧壁中的开口，该开口被构造为允许经由机器人或其他合适的机构使基本上水平定向的基板穿过该开口。腔室端口是细长的狭槽或狭缝，或者任何适于基板穿过的形状。歧管124包括开口，该开口对应于与歧管124界面连接的腔室端口(例如，用于主机门的端口和用于工艺腔室的端口)。该开口是任何合适的形状，诸如卵圆形、椭圆形、长方形、圆形、矩形。

图2图示了根据一实施方式的工艺系统的示意性截面侧视图。歧管124设置在主机门114与工艺腔室104之间。基板从传送腔室102传送通过主机门114中的端口、通过歧管124的开口220、并且通过工艺腔室104的端口。开口220从歧管124的第一主表面210延伸穿过歧管124至第二主表面212。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式中，歧管124包括与主机门114界面连接的第一主表面210和与工艺腔室104界面连接的第二主表面212。提供了多个气体通路222，该多个气体通路在y方向(例如，竖直方向)上从歧管的第三表面214延伸至歧管的开口220的下表面218。尽管气体通路222被描绘为从歧管124的底表面(例如，第三表面214)延伸至歧管124的开口220的下表面218，但是亦可设想其他定向，诸如从歧管124的顶表面216延伸至歧管的开口220的上表面219，或者从歧管124的与主机门114界面连接的一侧延伸。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式中，歧管从第一主表面至第二主表面的宽度为约0.5英寸至约1英寸，诸如约0.7英寸。在一个实例中，歧管124很容易改装到现有系统中，这些现有系统最初被设计或构造成使得工艺腔室104直接耦接至主机门114或传送腔室102。主机凹槽215形成在主机门114的第一主表面中，环绕主机门114的端口。主机门114的凹槽215与歧管124的第一主表面210界面连接。凹槽215被构造为接收密封件，诸如O形环，以在主机门114与歧管124之间提供气密密封。歧管凹槽217形成在歧管124的与工艺腔室104界面连接的第二侧212中。凹槽217环绕开口220，并被构造为接收密封件，诸如O形环，以在歧管124与工艺腔室104之间提供气密密封。

图3A图示了根据一实施方式的每区域具有单个喷嘴的多区域气体组件300A的示意性截面前视图。图3A中描绘的气体组件300A包括多个区域，每个区域包括单个喷嘴304。这些区域中的每个区域(例如，喷嘴304)被彼此独立地控制。每个区域包括独立受控的质量流量控制阀306。质量流量控制阀306耦接至气体源308。气体源308包括任何气体，诸如氮气、氢气、氧气，或上述气体的组合。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式中，歧管124包括约2至约9个气流区域。这些喷嘴中的每个喷嘴都是被独立控制的(例如，每个区域一个喷嘴)。基于所需的额外控制量，每个区域的宽度相等，或者至少两个区域的宽度不相等。与具有较大宽度的较少区域相比，具有较小宽度的较大数量的区域提供了更多的可调谐性。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式中，提供在边缘处的额外区域，以用于在基板的边缘处的额外可调谐性。换言之，相对于歧管124的中心区域，歧管124的横向向外边缘处每单位长度的区域数量(例如，区域密度)可以更大。偏转器302提供了防护罩(hood)(例如，搁板)，该防护罩基本上平行于开口220的下表面和上表面(例如，垂直于气流的直接方向)。偏转器至少部分地延伸至开口中，并被构造为将气流从喷嘴304偏转至处理容积中。不受理论的束缚，相信偏转器提供了碰撞点，该碰撞点限制从喷嘴304提供的超音速气体向处理容积的流动。所得的气流与独立受控的区域的使用一起提供了从气体组件至处理容积的能定制的流动(例如，均匀或非均匀的流动)，以及提高的跨工艺可重复性。

图3B图示了根据一实施方式的每区域具有多个喷嘴的多区域气体组件300B的示意性截面前视图。图3B中描绘的气体组件300B提供了约2至约9个区域，每个区域包括具有多个喷嘴304的气室310，诸如每气室310约4至约6个喷嘴。每个气室310耦接至气体管线312，该气体管线经由相应的质量流量阀306独立控制。一个或多个气体通路313形成在歧管124中。该一个或多个气体通路313中的每个气体通路从歧管124的第三表面314延伸至一个或多个气室310。气体通路中的每个气体通路被构造为接纳气体管线，或者与气体管线流体连通。气室310的宽度相等，或者替代地基于所需的质量流量控制量而宽度不同。每个气室具有每气室相同数量的喷嘴，或者替代地至少一个气室的喷嘴数量多于至少一个其他气室的喷嘴数量。用于容纳紧固件的多个紧固件开口320设置在歧管124上。用于容纳紧固件的多个紧固件开口320设置为围绕歧管124的周边从第一主表面至第二主表面。

图4A图示了根据一实施方式的工艺系统的示意性截面俯视图。主机门114耦接至歧管124的第一主表面。图示了多个气体管线出口304，诸如参照图3A和图3B描述的喷嘴出口。举例而言，图4A描绘了三个独立受控的区域410A、410B、410C。区域410A和410C包括3个喷嘴，并且区域410B包括4个喷嘴。来自喷嘴的气体经由工艺腔室侧壁内的狭槽(例如，狭缝阀开口)作为交叉流被提供至处理容积的侧部中。可以提供偏转器302(如图3A所示)以促进气体的横向流动。气体流过基板支撑件406和/或设置在基板支撑件406上的基板的表面。

图4B图示了根据一实施方式的工艺系统的示意性俯视图。图4B提供了歧管124，该歧管具有适配器板414，该适配器板围绕和/或支撑偏转器402。适配器板414具有靠近主机门114的第一部分414A和靠近工艺腔室104的第二部分414B。

图5A至图5D图示了具有适配器板414和偏转器402的气体组件500的示意性截面侧视图。适配器板414通过紧固件516耦接至工艺腔室104和主机门114，该紧固件从工艺腔室104延伸穿过适配器板414的孔至主机门114。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式中，偏转器402是能移除的偏转器，诸如能移除的插件。尽管附图将适配器板414和偏转器402描绘为两个独立的零件，但是亦可设想与偏转器402成一体的适配器板414。偏转器402包括防护罩502、气室504、喷嘴出口506、以及支撑防护罩502的背板510。喷嘴出口506与防护罩502之间的距离508为约0.5mm至约3mm，诸如约1mm至约2mm。在防护罩502与开口220的顶表面之间亦设置有间隙512。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式中，间隙512的高度等于开口220的高度，如图5A所示。或者，防护罩502延伸至开口220中，使得间隙512的高度小于开口220的高度，如图5B所示。喷嘴出口506与开口220的下表面218基本上共面。来自主机设备的第二气流可以经由间隙引入。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式中，偏转器402是经由主机门的端口安装在适配器板内的能移除的插件。偏转器402使用挡板(stop plate)514紧固在适当位置，该挡板经由适配器板414中的孔插入。适配器板414的孔的底部与偏转器表面的顶表面共面，或者适配在偏转器的孔中。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式中，适配器板414的孔的底部与开口220的底部共面。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式中，偏转器402从能移除的插件的包括一个或多个喷嘴的出口506的表面415延伸至适配器板414的开口的底表面417，并且一个或多个喷嘴朝向偏转器402定向。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式中，偏转器与适配器板414成一体，并且从适配器板414的包括一个或多个喷嘴的出口506的表面415延伸至适配器板414的开口的底表面417，并且其中一个或多个喷嘴朝向偏转器定向。

返回参考图4B，偏转器402的防护罩502在x方向上从靠近主机门114的位置延伸至靠近工艺腔室104的位置。多个间隙408设置在防护罩502的前沿与适配器板414的靠近工艺腔室104的部分之间。间隙408为气体从喷嘴出口流入工艺腔室的处理容积提供了通道(passageway)。每个间隙对应于一气室或用于使气体离开的喷嘴。偏转器402进一步包括多个鳍片404。每个鳍片404分隔相邻的间隙408。每个鳍片从能移除的插件的具有一个或多个喷嘴506的出口的表面延伸至防护罩502。

鳍片404垂直于偏转器402的纵向轴线(例如，x方向)，或者鳍片404相对于第二主表面的平面成锐角或钝角。

在可以与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式中，偏转器402不包括防护罩，如图5C和图5D所示。图5C描绘了偏转器，诸如能移除的偏转器，该偏转器具有带喷嘴出口506的顶表面，该顶表面与歧管开口220的下表面218基本上共面。喷嘴出口506向上定向并且垂直于开口的下表面218。或者，喷嘴出口506朝向工艺腔室104定向，如图5D所示。喷嘴出口506相对于水平轴线以约0度至约90度的角度定向。

总之，具有多个独立受控的净化区域的气体组件被提供为设置在主机门与工艺腔室之间。气体组件提供进入处理容积中的均匀的(和/或非均匀的)、能定制的、可控的、交叉流分配。气体组件可用于任何工艺腔室，诸如交叉流工艺腔室，诸如外延、自由基氧化、原位蒸气产生(in situ steam generation,ISSG)、半导体反应器。通过将工艺腔室移动远离相邻腔室(诸如传送腔室)的主机门，并放置气体组件，气体组件可以改装到现有的工艺腔室中。

尽管前面针对本公开内容的实施方式，但是在不脱离本公开内容的基本范围的情况下可以设计本公开内容的其他和进一步实施方式，并且本公开内容的范围由所附权利要求确定。

如本文所用，术语“约”是指相对于标称值+/-10％的变化。应当理解的是，此种变化可以包括在本文提供的任何值中。

Claims (20)

1.一种歧管，包括：

适配器板，所述适配器板包括第一主表面、与所述第一主表面相对的第二主表面以及开口，所述开口从所述第一主表面延伸穿过所述适配器板至所述第二主表面；

一个或多个气室，所述一个或多个气室设置在所述适配器板内，所述一个或多个气室在所述适配器板中形成在所述第一主表面与所述第二主表面之间，所述一个或多个气室通过一个或多个喷嘴流体耦接至所述开口；

一个或多个气体通路，所述一个或多个气体通路形成在所述适配器板中，所述一个或多个气体通路中的每一个气体通路从所述适配器板的第三表面延伸至所述一个或多个气室；以及

凹槽，所述凹槽形成在第一主表面中，所述凹槽形成在所述第一主表面中并环绕所述开口。

2.如权利要求1所述的歧管，其中所述适配器板包括用于容纳紧固件的多个紧固件开口，所述多个紧固件开口设置为围绕所述适配器板的周边从所述第一主表面至所述第二主表面。

3.如权利要求1所述的歧管，其中所述一个或多个气室包括约2至约9个气室，其中每个气室包括1至8个喷嘴。

4.如权利要求1所述的歧管，其中所述歧管包括：

能移除的插件，所述能移除的插件设置在所述适配器板内，其中所述能移除的插件包括所述一个或多个气室和所述一个或多个喷嘴。

5.如权利要求1所述的歧管，进一步包括偏转器，所述偏转器从所述适配器板的包括所述一个或多个喷嘴的出口的表面延伸至所述适配器板的所述开口的底表面，并且其中所述一个或多个喷嘴朝向所述偏转器定向。

6.如权利要求5所述的歧管，其中所述偏转器包括防护罩，所述防护罩延伸至所述适配器板的所述开口中，其中所述适配器板的包括所述一个或多个喷嘴的所述出口的所述表面基本上与所述开口的所述底表面共面。

7.如权利要求5所述的歧管，其中所述开口是矩形的，并且其中所述偏转器包括防护罩，所述防护罩与所述开口的底表面基本上平行且共面。

8.如权利要求7所述的歧管，进一步包括在所述防护罩的前沿之间的间隙，所述间隙小于在所述适配器板的所述第一主表面与所述适配器板的所述第二主表面之间的距离。

9.如权利要求1所述的歧管，进一步包括所述适配器板的表面，所述表面包括一个或多个喷嘴出口，其中所述表面与所述适配器板的所述开口的底表面基本上共面。

10.如权利要求1所述的歧管，进一步包括一个或多个流量控制阀，其中所述一个或多个流量控制阀中的每个流量控制阀流体耦接至所述一个或多个气室的相应气室，并且其中每个流量控制阀被独立地控制。

11.如权利要求1所述的歧管，其中所述一个或多个气室中的每个气室都具有设置在所述气室中的不同数量的喷嘴。

12.一种工艺系统，包括：

工艺腔室，所述工艺腔室包括基板支撑件；

气体组件，所述气体组件包括：

歧管，所述歧管具有第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面，以及开口，所述开口从所述第一主表面延伸穿过所述歧管至所述第二主表面；

一个或多个气体通路，所述一个或多个气体通路形成在所述歧管中并与所述工艺腔室的处理容积流体连通，其中所述歧管在所述第二主表面处耦接至所述工艺腔室；以及

主机门，所述主机门在所述第一主表面处耦接至所述歧管。

13.如权利要求12所述的工艺系统，进一步包括一个或多个流量控制阀，其中所述一个或多个流量控制阀中的每个流量控制阀流体耦接至相应的气体管线，其中所述一个或多个流量控制阀中的至少两个流量控制阀被独立地控制。

14.如权利要求12所述的工艺系统，其中所述歧管进一步包括一个或多个气室，所述一个或多个气室设置在所述歧管内，所述一个或多个气室在所述歧管中形成在所述第一主表面与所述第二主表面之间，所述一个或多个气室通过一个或多个喷嘴流体耦接至所述开口。

15.如权利要求12所述的工艺系统，其中所述气体组件进一步包括偏转器，所述偏转器被构造为将来自每个喷嘴的气体重定向至所述处理容积中。

16.如权利要求15所述的工艺系统，其中所述偏转器进一步包括防护罩，其中所述防护罩被设置成距离每个喷嘴约1mm至约3mm。

17.如权利要求16所述的工艺系统，其中所述偏转器形成开口，所述开口流体耦接至所述工艺腔室的开口。

18.如权利要求12所述的工艺系统，其中所述工艺腔室是外延腔室或自由基氧化腔室。

19.如权利要求12所述的工艺系统，进一步包括气体源，所述气体源流体耦接至所述气体通路中的每个气体通路。

20.一种气体流动系统，包括：

歧管，所述歧管包括：第一主表面；第二主表面；开口，所述开口从所述第一主表面延伸至所述第二主表面；以及一个或多个气室，所述一个或多个气室设置在所述歧管内且在所述第一主表面与所述第二主表面之间，所述气室中的每个气室包括一个或多个喷嘴，所述一个或多个喷嘴与所述第二主表面流体连通；以及一个或多个气体管线，所述一个或多个气体管线从所述歧管的第三表面延伸至所述一个或多个气室，其中所述气体管线中的至少两个气体管线被独立地控制；

传送系统主机门，所述传送系统主机门耦接至所述第一主表面；以及

工艺腔室，所述工艺腔室包括腔室开口，其中所述腔室开口与所述一个或多个喷嘴流体连通。