CN205177786U - 用于在基板处理腔室中使用的转位式喷射器及基板处理工具 - Google Patents

用于在基板处理腔室中使用的转位式喷射器及基板处理工具 Download PDF

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Abstract

本文提供了用于在基板处理腔室中使用的转位式喷射器及基板处理工具。在一些实施方式中，用于在处理腔室中使用的转位式喷射器可包括：主体，所述主体具有实质上圆柱形的中央空间；气体输入端口，所述气体输入端口设置在所述主体的第一表面上；气体分配通道，所述气体分配通道形成在所述主体中，与所述气体输入端口和所述圆柱形的中央空间流体耦接；气体分配滚筒，所述气体分配滚筒设置在所述圆柱形的中央空间内并且可旋转地耦接至所述主体，所述气体分配滚筒具有形成为穿过所述气体分配滚筒的多个喷射通道；以及多个转位器输出端口，所述多个转位器输出端口形成在所述主体的第二表面上，其中所述气体分配滚筒每旋转360°，所述多个喷射通道中的每个喷射通道将所述气体输入端口流体耦接至所述多个转位器输出端口中的至少一个转位器输出端口至少一次。

Description

用于在基板处理腔室中使用的转位式喷射器及基板处理工具
技术领域
本实用新型的实施方式大体涉及半导体处理装备。
背景技术
非晶和多晶型太阳能电池在它们的将光转化成能量的效率方面受限制。单晶高迁移率材料能够具有更高的效率，但是通常贵得多。常规装备被设计用于具有极端要求并且涉及极高成本的半导体应用。然而，这些系统皆具有高成本但不能够实现高产量自动化。
为了以高产量实现用于光伏应用的非常低成本的外延沉积，本发明人相信需要进行彻底改变，而非简单地使所有事物变大。例如，本发明人已经注意到间歇式反应器(batchreactor)产量有限，具有高材料成本、自耗(consumable)和自动化挑战。还需要非常高流率的氢气、氮气、水以及前驱物。此外，当生长厚膜时，产生大量有害的副产物。
已多次尝试将连续式反应器(continuousreactor)用于外延工艺，但结果表明连续式反应器既无生产上的价值，也未实现良好的前驱物利用率。主要问题在于膜质量差并且维护过度。
另一方面，单片式反应器(singlewaferreactor)在前驱物和动力(电力)利用上效率极低并且每晶片产量较低。添加单片式反应器(plussinglewaferreactor)需要复杂的基板升降/旋转机制。因此，虽然单片式反应器可具有极高的质量、较低的金属污染水平、以及良好的厚度均匀性和稳定性(resistivity)，但要得到这些结果，每个晶片的成本极高。
因此，本发明人提出了基板处理工具的实施方式，所述基板处理工具可提供以下优点的一些或全部：较高的前驱物利用率、简单的自动化、较低的成本、以及产量高且处理质量高的相对简单的反应器设计。
实用新型内容
本文提供了用于在基板处理腔室中使用的设备。在一些实施方式中，用于在处理腔室中使用的转位式喷射器(indexedjetinjector)可包括：主体，所述主体具有实质上圆柱形的中央空间(volume)；气体输入端口，所述气体输入端口设置在所述主体的第一表面上；气体分配通道，所述气体分配通道形成在所述主体中，与所述气体输入端口和所述圆柱形的中央空间流体耦接；气体分配滚筒(drum)，所述气体分配滚筒设置在所述圆柱形的中央空间内并且可旋转地耦接至所述主体，所述气体分配滚筒具有形成为穿过所述气体分配滚筒的多个喷射通道(jetchannel)；以及多个转位器(indexer)输出端口，所述多个转位器输出端口形成在所述主体的第二表面上，其中所述气体分配滚筒每旋转360°，所述多个喷射通道中的每个喷射通道将所述气体输入端口流体耦接至所述多个转位器输出端口中的至少一个转位器输出端口至少一次。
在一些实施方式中，一种基板处理工具可包括：基板载具，所述基板载具被配置用于当一个或多个基板设置在所述基板载具上时支撑所述基板；以及第一基板处理模块，所述第一基板处理模块包括：外壳，所述外壳具有下表面以支撑所述基板载具并且具有形成所述外壳的顶部的气体注射器组件，所述气体注射器组件提供一种或多种工艺气体进入到所述外壳内；转位式喷射器，所述转位式喷射器设置在所述气体注射器组件上方，所述转位式喷射器包括：主体，所述主体具有实质上圆柱形的中央空间；气体输入端口，所述气体输入端口设置在所述主体的第一表面上；气体分配滚筒，所述气体分配滚筒设置在所述圆柱形的中央空间内并且可旋转地耦接至所述主体，所述气体分配滚筒具有形成为穿过所述气体分配滚筒的多个喷射通道；以及多个转位器输出端口，所述多个转位器输出端口形成在所述主体的第二表面上；以及排放装置，所述排放装置相对于所述气体注射器组件设置以从所述外壳去除工艺气体。
本实用新型的其他和进一步实施方式描述如下。
附图说明
可以通过参照在附图中描绘的本实用新型的说明性实施方式来理解于上文简要概述的本实用新型的实施方式，所述实施方式在下文更详细地描述。然而，应注意，附图仅图示本实用新型的典型实施方式，因此不应被视为本实用新型范围的限制，因为本实用新型可允许其他等效的实施方式。
图1示出了根据本实用新型的一些实施方式的转位式内联(inline)基板处理工具；
图2是根据本实用新型的一些实施方式的基板处理工具的模块的剖面图；
图3是根据本实用新型的一些实施方式的基板处理工具的模块；
图4A是根据本实用新型的一些实施方式的气体入口的示意性俯视图；
图4B和图4C分别示出了根据本实用新型的一些实施方式的另一气体入口的等角视图和等角分解视图；
图4D是根据本实用新型的一些实施方式设置在基板处理模块中的气体入口的示意性剖面侧视图；
图4E是示意性方块图，图示根据本实用新型的一些实施方式的示例性气流控制系统；
图5A到图5D分别是根据本实用新型的一些实施方式的转位式喷射器的示意性剖面俯视图、剖面侧视图、剖面仰视图和剖面端视图；以及
图6是根据本实用新型的一些实施方式的用于在基板处理工具中使用的基板载具。
为了帮助理解，在可能的情况下已使用相同元件符号指代各图所共有的相同元件。各图未按比例绘制且为清楚起见可予以简化。在此文件中，诸如第一和第二、顶部和底部、以及类似术语之类的关系术语可仅用于区分一个实体或者动作与另一实体或者动作，而并非必要地需要或者暗示此类实体或者动作之间的任何实际的此类关系或次序。应预想到一个实施方式的元件和特征结构可有利地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
本文提供了用于外延硅沉积的高容量、低成本系统的实施方式。虽然不在范围方面有所限制，但是本发明人相信本实用新型的基板处理系统可尤其有利于太阳能电池制造应用。
与用于执行多步基板处理的常规基板处理工具相比，本实用新型的系统可有利地提供节省成本且简便的可制造性以及能量和成本有效的使用。
例如，基本设计部件是基于平板以简化制造，并且通过使用标准形式的易于得到的材料控制成本以使成本降低。可以使用高可靠性的线性灯。特定的灯能够针对特定应用而得以优化。灯可以是通常用于外延沉积反应器的类型的灯。还可针对每一特定应用来优化系统内的流场(flowfield)以最小化浪费。这种设计最小化净化气体需要并且最大化前驱物利用率。可将清洁气体添加给排放系统以促进所沉积的材料从排放通道的去除。装载和卸载自动化也可分开进行，以促进内联处理。也可离线处理复杂的自动化。将基板预装载在载具(基座)上，用以最大化系统灵活性，由此促进与其他步骤的整合。所述系统提供系统配置的灵活性。例如，多个沉积腔室(或站)可被并入来用于多层结构或更高产量。
用于外延硅沉积的高容量、低成本系统的实施方式可使用独立基板处理工具、群集基板处理工具或转位式内联基板处理工具来得以执行。图1是根据本实用新型的一些实施方式的转位式内联基板处理工具100。所述转位式内联基板处理工具100一般可被配置成对用于所需半导体应用的基板执行任何工艺。例如，在一些实施方式中，所述转位式内联基板处理工具100可被配置成执行一个或多个沉积工艺，例如，诸如外延沉积工艺。
所述转位式内联基板处理工具100一般包括多个模块112(如图所示的第一模块102A、第二模块102B、第三模块102C、第四模块102D、第五模块102E、第六模块102F和第七模块102G)，这些模块按直线排列而耦接在一起。基板可如箭头122所指示地移动通过所述转位式内联基板处理工具100。在一些实施方式中，可将一个或多个基板设置在基板载具(例如，诸如下文关于图5所描述的基板载具602)上，以帮助一个或多个基板移动通过所述转位式内联基板处理工具100。
所述多个模块112中的每个模块可被单独配置来执行所需工艺的一部分。通过利用每个模块来仅执行所需工艺的一部分，所述多个模块112中的每个模块可被具体地配置和/或优化，从而相对于所述工艺的那个部分以最有效的方式操作，由此使得，相较于用于执行多步工艺的传统使用工具，所述转位式内联基板处理工具100更加有效。
另外，通过在每个模块中执行所需工艺的一部分，提供至每个模块的工艺资源(例如，电力、工艺气体或类似资源)可由仅完成模块被配置用于完成的工艺的那部分所需要的工艺资源的量来确定，由此与用于执行多步工艺的传统使用工具相比，进一步使本实用新型的转位式内联基板处理工具100更加有效。
此外，分开的模块有利地允许在一个或多个基板上沉积不同掺杂剂的各层：例如，10微米的p++掺杂剂；10微米的p+掺杂剂；10微米的n掺杂剂。同时，常规的单个腔室禁止沉积不同的掺杂剂，因为这些不同的掺杂剂彼此干扰。另外，由于在模块之间的净化气体的使用(如下所述)，内联线性沉积(在该内联线性沉积中，外延层在分开的腔室中形成)帮助防止来自载具之上的基板的外延硅(Si)的过度生长或桥接(bridging)，在从一个模块到下一模块的传送阶段期间提供蚀刻效应。
在所述转位式内联基板处理工具100的示例配置中，在一些实施方式中，所述第一模块102A可被配置成提供净化气体，以例如从基板和/或基板载具去除杂质和/或将基板引入适当气氛以进行沉积。所述第二模块102B可被配置成进行预热或执行温度斜升(temperatureramp)，以使基板温度升高至适合执行沉积的温度。所述第三模块102C可被配置成在材料的沉积之前，执行烘焙以从基板去除挥发性杂质。所述第四模块102D可被配置成在基板上沉积所需材料。所述第五模块102E可被配置成执行沉积后(post-deposition)工艺，例如诸如退火工艺。所述第六模块102F可被配置成冷却基板。所述第七模块102G可被配置成在从转位式内联基板处理工具100去除基板和/或基板载具之前，提供净化气体以例如从基板和/或基板载具去除工艺残留物。在不需要某些工艺的实施方式中，可以省去为工艺的那个部分而配置的模块。例如，如果在沉积后无需退火，那么为退火所配置的模块(例如，上述示例性实施方式中的第五模块102E)可省去，或用为不同的所需工艺所配置的模块来代替。
基板处理工具100的一些实施方式包括内联“推动机构(pushingmechanism)”(未示出)或能够先后传送邻接基板载具通过模块102A至102G的其他机构。例如，转位式输送可以使用气动活塞型的推动机构来驱动载具模块向前通过内联式反应器。
多个模块中的一些或所有模块可例如用屏障118来与相邻模块隔离或屏蔽，以帮助相对于所述转位式内联基板处理工具100中的其他模块而维持隔离的处理空间。例如，在一些实施方式中，屏障118可为气幕，诸如空气或惰性气体的气幕，所述气幕被提供在相邻模块之间，以将这些模块彼此隔离或基本上隔离。在一些实施方式中，气幕可沿每个模块或所需模块(如沉积或掺杂模块)的所有四个竖直壁提供，以限制在模块或载具的不希望的位置中发生不想要的交叉污染或沉积。这种隔离还防止污染物(诸如碳或湿气)到达反应区/基板。
在一些实施方式中，屏障118可以是闸门或门，闸门或门可打开以使基板载具能从一个模块移动到下一模块，并且可被关闭以隔离模块。在一些实施方式中，所述转位式内联基板处理工具100可以包括气幕和闸门两者，例如，使用气幕以将一些模块分开并且使用闸门将其他模块分开，和/或使用气幕与闸门来将一些模块分开。一旦推动机构将基板载具递送至每个腔室中的所需位置，门/闸门组件(以及腔室衬里元件)围绕基板载具形成密封，从而在每个腔室内形成封闭区域。随着门机构打开或关闭，气流(即，气体净化，或者气幕)被提供在每个门与该门的相邻载具之间，以防止腔室之间交叉污染。所提供的气流由一个或多个排放端口接收，所述排放端口设置在处理工具100的底部中。
在一些实施方式中，隔离是根据气幕的位置而由使用氮气或氩气的净化气幕提供的。例如，较热处理区域中的气幕将会使用氩气形成。靠近闸门、远离较热处理区域的较冷区域中的气幕可由氮气提供，以最小化操作成本。氮气气幕可仅用于每个模块的冷的惰性区段。
在一些实施方式中，装载模块104可设置在所述转位式内联基板处理工具100的第一端114处，并且卸载模块106可设置在所述转位式内联基板处理工具100的第二端116处。当存在时，装载模块104和卸载模块106分别可帮助将基板提供到所述转位式内联基板处理工具100和从所述转位式内联基板处理工具100去除基板。在一些实施方式中，装载模块104和卸载模块106可提供真空泵抽(pumpdown)和泵回(pumpback)至大气压的功能，以促进将基板从所述转位式内联基板处理工具100外部的大气环境条件转至所述转位式内联基板处理工具100内的环境条件(这些环境条件可包括真空压力)。在一些实施方式中，一个或多个基板载具传送机械手可用于从装载模块104和卸载模块106提供基板载具和去除基板载具，由此提供来往所述转位式内联基板处理工具100的基板载具的自动装载和卸载。
在一些实施方式中，轨道120可沿所述转位式内联基板处理工具100的轴向长度设置，以帮助引导基板载具通过所述转位式内联基板处理工具100。轨道120可沿设施底板或安装有所述转位式内联基板处理工具100的其他基部表面来设置。在此类实施方式中，每个模块可配置成经组装的，使得轨道120可沿模块的暴露底部而定位，以帮助沿着轨道120移动基板载具并且使所述基板载具通过每个相应模块。或者，一旦被以线性阵列来组装，轨道120就可被安装到模块的底表面。或者，轨道120的各部分可安装到每个单独模块的底表面，使得在以线性阵列组装所有模块之后，形成完整轨道120。在一些实施方式中，轨道120可包括轮子、滚珠轴承或其他类型的滚轴，以帮助基板载具沿着轨道120进行低摩擦的运动。在一些实施方式中，轨道120可由低摩擦性材料(诸如以下关于图2所述的)制成，或可涂有所述低摩擦性材料，以帮助基板载具沿着轨道120进行低摩擦的运动。
在一些实施方式中，清洁模块110可设置在装载模块100与卸载模块106之间。当存在时，清洁模块110可清洁和/或准备基板载具以接收另一个或多个基板以供用于随后行进通过所述转位式内联基板处理工具100(如由返回路径箭头108所指示的)。因此，基板载具可被多次再利用。
图2示出了模块诸如模块102D的示例性配置的剖面图，所述模块可被用作上述多个模块112中的一个或多个模块，并且在一些实施方式中，用作配置用于将材料沉积在基板上的模块。尽管一般关于特定模块(102D)在下文中论述，但是以下论述一般适于除仅为沉积工艺特定所需的部件和/或配置之外的所有模块。
参看图2，在一些实施方式中，模块102D一般包括外壳202。所述外壳202可以用适用于半导体处理的任何材料制造，这样的材料例如是诸如铝、不锈钢或者类似金属之类的金属。所述外壳202可以具有适于容纳基板载具(例如，下述基板载具602)的任何尺寸，所述基板载具被配置成运载具有给定尺寸的一个或多个基板，以及促成期望的流量和分布。例如在一些实施方式中，所述外壳可具有约24英寸或约36英寸的高度和长度以及约6英寸的深度。
在一些实施方式中，所述外壳202可以通过将多个板耦接在一起形成外壳202来组装。每个外壳202可被配置成形成特定模块(例如，模块102D)，所述特定模块能够执行工艺的所需部分。通过以此方式组装外壳202，可借助于简单且节省成本的工艺来为多种应用生产多个量的外壳202。
所述外壳的下表面206支撑基板载具，并为基板载具提供用于线性移动通过模块102D到达多个模块中的相邻模块的路径。在一些实施方式中，下表面206可被配置为轨道120。在一些实施方式中，下表面206可以使轨道120或轨道120的一部分耦接到下表面206。在一些实施方式中，下表面206或轨道120可以包括涂层，例如，干式润滑剂(诸如包含镍合金(NiAl)的涂层)，以促进基板载具运动通过模块102D。作为替代，或组合地，在一些实施方式中，多个滚轴(在228处以虚线来示出)可设置在下表面206上方，以促进基板载具运动通过模块102D。在此类实施方式中，多个滚轴228可由对工艺环境为非反应性的任何材料(例如，诸如石英(SiO2))制成。
在一些实施方式中，屏障219可邻近于外壳202的第一端216和/或第二端218设置(例如，用以形成如图1所示的屏障118)。当存在时，屏障219将多个模块中的每个模块与相邻模块隔离，从而防止模块之间环境的交叉污染或混合。在一些实施方式中，屏障219可以是气体(例如，净化气体)流，所述气体流是由模块102D上方设置的气体入口(例如，诸如气体入口208)提供的。作为替代，或组合地，在一些实施方式中，屏障219可以是可移动闸门。所述闸门例如在所述顺序的沉积部分期间，为某些工艺提供额外的隔离。在一些实施方式中，一个或多个凹槽(图示为两个凹槽224、226)可形成在闸门中，以促进在处理期间，将基板载具固定在模块102D内的期望位置和/或在基板载具与所述屏障219之间形成密封。
在一些实施方式中，所述闸门可由金属制造，这种金属诸如是铝、抛光的不锈钢或类似金属。在其他实施方式中，处于处理系统的较热区域中的闸门可由石英制成，从而承受高温。
在一些实施方式中，模块102D可包括一个或多个窗，所述窗设置在所述外壳的一个或多个侧面中，例如诸如设置在外壳202中的窗214，如图2所示。当存在时，所述窗214允许辐射热被从例如辐射热灯提供到所述外壳202中，所述辐射热灯设置在窗214的与外壳202的内部相对的侧面上。所述窗214可用适合于允许辐射热穿过所述窗214并且当暴露于所述外壳202中的处理环境时抗劣化的任何材料制造。例如，在一些实施方式中，所述窗214可以用石英(SiO2)制造。
在一些实施方式中，模块102D可包括气体入口208，所述气体入口邻近外壳202的顶部230设置，以便经由所述外壳202中形成的通孔231来将一种或多种气体提供到外壳202中。气体入口208可以以适于将所需工艺气流提供到外壳202中的任何方式配置。所述气体入口208是在下文关于图4A到图4E详细描述的。可经由设置在气体入口208上方的转位式喷射器250来将气体供应至所述气体入口。在一些实施方式中，所述转位式喷射器250栓接至模块102的顶板并且耦接至气体入口208。所述转位式喷射器250可包括用于接收气体的气体输入端口254，并且可提供气体至如下文关于图5论述的气体入口208。气体注入可提供于两个基板载具之间，以将工艺气体容纳于两个基板载具之间的反应区中，和/或将净化气体容纳于基板载具与模块壁之间。
在一些实施方式中，模块102D可以包括排放装置221，所述排放装置221被耦接到外壳202的与气体入口208相对的一部分(例如，底部204)，以帮助经由在外壳202的底部204中形成的通路233而从外壳202中去除气体。
参看图3，在一些实施方式中，模块102D可以包括一个或多个加热灯(图示为两个加热灯302、304)，所述加热灯被耦接到外壳202的侧面306、308。加热灯302、304经由窗214提供辐射热量至外壳202中。加热灯302、304可以是适于提供足够的辐射热量至外壳中以在模块102D内执行工艺的所需部分的任何类型的加热灯。例如，在一些实施方式中，加热灯302、304可以是能够提供波长约0.9微米(或一些实施方式中，约2微米)的辐射热量的线性灯(linearlamp)或区域化线性灯。用于各种模块中的灯的波长可基于所需的应用而选择。例如，波长可被选择为提供所需的灯丝温度。较低波长灯泡价格较低，使用较少电力，并且能够用于预热。较长波长灯泡提供高功率，以帮助例如为沉积工艺提供较高的工艺温度。
在一些实施方式中，可在一个或多个区中提供红外(IR)灯，以将热能提供至基板载具并最终提供至基板。无需进行沉积的腔室的部分(如窗)可由将不吸收IR光能并变热的材料制成。这样的热管理使得沉积基本上限制于所需区域。例如在从模块侧面自上而下的水平带中的一个或多个区的IR灯帮助控制竖直温度梯度，以补偿耗尽效应(depletioneffect)或者沉积或其他处理的其他竖直非均匀性。在一些实施方式中，温度也可随着时间及在区之间得到调节。除了以上关于图4所述的气体喷射调节之外，或与所述气体喷射调节相结合，此类型的颗粒温度控制可帮助控制基板自上而下以及从侧向边缘至侧向边缘的基板处理结果(例如，深度和/或掺杂剂浓度的均匀性，或是沉积的膜的厚度)。
图4A示出了气体入口208的一些实施方式，所述气体入口208可包括气体分配板402，所述气体分配板402具有多个气体孔口410。所述气体孔口410可被配置成将所需的工艺气体流提供到外壳202中。例如，在一些实施方式中，气体孔口410可以包括多个内部气孔408以及多个外部气体槽406，诸如图4A所示。在此类实施方式中，内部气孔408可向外壳202的中央区域提供工艺气体的高速射流以促进工艺。在一些实施方式中，外部气体槽406可在基板载具上设置的基板上方提供工艺气体的低速层流。
此外，外部气体槽406可设置在内部气孔408的两侧上，更靠近所述模块的壁但是仍然在反应区内，并且用以导致所述基板支撑件的角度(例如，较之处于约3°角度的基板支撑件，外部气体槽406可设置成更靠近处于约6°角度的基板支撑件的壁)。在一些实施方式中，所述外部气体槽406垂直于注射器地注入工艺气体。在其它实施方式中，所述外部气体槽406可以被配置或者调整成使得工艺气体平行于基板支撑表面流动(例如，所述外部气体槽406可以是倾斜的以在基板的整个表面上以与所述基板支撑载具支撑所述基板相同的角度提供层流)。
参看图4B和图4C，在一些实施方式中，气体入口208的所述气体分配板402可包括喷射器板420，所述喷射器板420耦接至底板422。喷射器板420可使用紧固件孔424经由紧固件耦接至底板422，或者可以以适合于承受在基板处理期间产生的环境条件的方式与底板422结合在一起。在一些实施方式中，底板422可包括多个气室426(如在图4C中所描绘的)。每个气室426可经由设置在每个气室426中的一个或多个入口428接收一种或多种工艺气体。
如图4C所示，内部气孔408和外部气体槽406的分开的区可与每个气室426相关联，并且可相应地调节经由每个区的气体注入。例如，在图4C中，喷射器板420上的区430包括与气室区430’相对应的外部气体槽406。在一些实施方式中，经由内部气孔408和外部气体槽406的不同区的气体注入可通过以下方式被时间地和/或空间地调节：启动、停止和/或随着时间推移和/或从一个气室426到另一气室(例如，从模块的一端到另一端)改变气体的流量。经由内部气孔408和外部气体槽406的气体注入还可通过以下方式被调节：通过微调的使用(例如，如在图4E中示出和在下文中描述的流量控制器或者阀门)来动态地调整，所述微调能够控制流量和/或使用哪个孔408或者槽406(或者孔408或者槽406的区)。也就是说，气体入口208的一些实施方式包括气体分配板402，所述气体分配板402具有多个区，所述区能够动态地调整气体到基板的空间(例如，逐行、逐列或者逐个载具区域)和/或时间的传递。这可例如保证与处理腔室中的气体分配板402相距最远的基板将包括与设置为更靠近气体分配板402的基板上沉积的层具有类似物理、电气和结构性能的沉积层。
所述气体分配板402包括喷射器板420和底板422，所述气体分配板402可用任何合适的材料制造，这样的材料例如是诸如透明或者不透明的石英(SiO2)。用于所述气体分配板402的材料的传热系数，或者所使用的石英的透明度可被选择成控制用灯加热气体入口208，以及阻止或者限制在基板处理期间将材料沉积到所述气体入口208上的不希望的沉积。
图4D示出了设置在模块102D中的气体入口208的侧视图。如图4D所示，气体入口208可包括另一组净化气体槽432，以提供净化气幕作为屏障118(或者当闸门或者门被用作屏障时，与闸门组合)，如上文关于图1所论述的。所述净化气幕可以由所述净化气体槽沿着每个模块或者所需模块(如沉积模块或者掺杂模块)的四个竖直壁提供，以限制所述模块或者载具的不希望位置中的不希望的交叉污染或沉积。也就是说，所述净化气体槽432可以将净化气流提供到外壳内的一个或多个冷区(例如，邻近如上所述的窗214和/或闸门或者门)，以减少或者消除材料在冷区内的不希望的沉积。转位式喷射器250可设置在气体入口208上方，以及耦接到气体入口208。所述转位式喷射器250可包括用于接收气体的气体输入端口254，并且可以以如下文关于图5论述的各种方式将气体提供给气体入口208。
参看图4E，如上文所论述的，气体入口208的一些实施方式包括气体分配板402，所述气体分配板402具有多个区，所述区能够动态地调整气体到基板的空间(例如，逐行、逐列或者逐个载具的区域)和/或时间传递。在一些实施方式中，供应工艺气体到每个气室426的每个入口428可耦接至质量流量控制器440(经由供气导管448)。所述流量控制器可包括阀门、质量流量计、控制器和类似部件。所述流量控制器440可以耦接气源442。在一些实施方式中，气源442可以是相同的气体物种或者不同的气体物种。虽然未示出，但是在一些实施方式中，净化气体槽432还可被耦接到一个或多个流量控制器440和气源442。所述流量控制器440和气源442可以可操作地耦接到控制器450，以控制所供应的一种或多种工艺气体的量、时序和浓度。所述控制器450包括中央处理单元(CPU)452、存储器454和支持电路456。所述控制器450可以是可在工业设置中用于控制各种基板处理工具或者所述基板处理工具的部件的任何形式的通用计算机处理器之一。所述控制器450的存储器或计算机可读介质454可以是易于得到的存储器中的一种或多种，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、光存储介质(例如，压缩光盘或者数字视频光盘)、闪存驱动器或任何其他形式的数字存储器(本地或远程的)。所述支持电路456耦接至所述CPU452，以用于以传统方式支持所述处理器。这些电路包括高速缓冲存储器、电源、时钟电路、输入/输出电路和子系统以及类似电路。如本文所描述的实用新型的方法可存储在存储器454中作为软件程序，所述软件程序可被执行或者调用来以如本文所描述的方式控制气体入口208的操作。所述软件程序还可由位于远离由CPU452控制的硬件的地方的第二CPU(未图示)存储和/或执行。
图5A到图5D分别是根据本实用新型的一些实施方式的转位式喷射器250的示意性剖面俯视图，剖面侧视图、剖面仰视图和剖面端视图。如上文所论述的，气体入口208经由外部气体槽406在基板上产生层流场，这导致化学前驱物在基板的上部上方的高消耗。经由所述内部气孔408提供的喷射流补充未反应的前驱物到消耗区域。喷射流恰当地作用需要高的速度。因此，并非使用较大量的前驱物来使所有射流同时流动，而是可顺序地使用射流，以使得内部气孔408中的一些内部气孔被用来将气体提供到腔室，而其他内部气孔408则保持闲置。本发明人开发出转位式喷射器250来将气体提供到气体入口208，以促进以下功能：有利地允许针对每一专门应用优化气流场，从而最大化系统的通用性和可扩展性。
所述转位式喷射器250包括主体502，所述主体502具有实质上圆柱形的中央空间。在一些实施方式中，旋转的气体分配滚筒504设置在所述主体502的圆柱形的中央空间内，并且被配置成在所述圆柱形的中央空间内旋转(即，所述气体分配滚筒504可旋转地耦接到主体502)。步进电动机520可经由轴522耦接到气体分配滚筒504，以在主体502的中央空间内旋转所述气体分配滚筒504或者对所述气体分配滚筒504进行转位。在一些实施方式中，可以抛光(finish)、润滑或者以其他方式处理主体502的内表面和气体分配滚筒504的外表面，以使得气体分配滚筒504在主体502的中央空间内自由地旋转。在其它实施方式中，可以使用轴承、衬套和类似物来促进气体分配滚筒504的旋转。所述转位式喷射器250和步进电动机520可以是与模块102中的其余处理环境气密密封隔离的，以防止不希望的交叉污染。
在一些实施方式中，可经由一个或多个进气端口508将气体供应到转位式喷射器250。虽然在图5A到图5D中示出了一个示例性的输入端口，但是可使用多个进气端口508。所述进气端口508可以流体耦接到在主体502中形成的一个或多个气体分配通道506。所述气体分配通道506通过形成在所述气体分配通道506的底部处的一个或多个孔514而流体耦接到所述主体502的中央空间。在一些实施方式中，所述气体分配通道506形成为邻近所述主体502的上部。在替代实施方式中，所述气体分配通道506可形成在所述主体502的侧面、末端或者底部上。在一些实施方式中，可以有形成于主体502中的一个连续的气体分配通道506，如图5A所示。在其他实施方式中，可将气体分配通道506划分为多个区以增加可调谐性。在一些实施方式中，多个转位器输出部512形成为穿过所述主体502的底部部分。在其它实施方式中，基于所述气体分配通道506形成在何处，所述多个转位器输出部512可以形成在主体502的另一部分上。所述多个转位器输出部512将所述转位式喷射器250流体耦接到设置在转位式喷射器250下面的气体入口208。
在一些实施方式中，所述气体分配滚筒504可以是圆筒，具有形成为完全穿过所述滚筒504的多个喷射通道510。在一些实施方式中，气体分配滚筒504每旋转360°，所述多个喷射通道510中的每个喷射通道将与气体分配通道506对齐至少两次。在一些实施方式中，当喷射通道510的第一端与气体分配通道506中的孔514对齐时，第二端将与至少一个转位器输出部512对齐，从而将所述气体输入端口508流体地耦接到所述转位器输出部512，以及从而流体地耦接到设置在转位式喷射器250下面的气体入口208。在一些实施方式中，所述喷射通道510可彼此等距离地被钻凿或者以另外方式被机械加工。在一些实施方式中，成组的所选数目的喷射通道510可对齐以促进多区气体分配。在其它实施方式中，所述喷射通道510是以角度θ形成的，其中θ＝(360度/注入孔的#(数目))，如图5B所示。
图6示出了可与本文描述的本实用新型的实施方式一起使用的基板载具602的至少一个示例性实施方式。所述基板载具602可以支撑两个或更多个基板，并且运载两个或更多个基板通过所述转位式内联基板处理工具100或至群集基板处理工具(未示出)。在一些实施方式中，所述基板载具602一般可以包括基部612以及一对相对的基板支撑件608、610。可将一个或多个基板(图6所示基板604、606)设置在每个基板支撑件608、610上，以用于处理。在一些实施方式中，基板支撑件608、610被固定在基板载具602上，并可相对于彼此保持处于锐角，其中基板面向彼此并在基板之间限定反应区。例如，在一些实施方式中，基板支撑件608、610被保持在与竖直面成约在2度与10度之间的角度。
基部612可由适于在处理期间支撑基板支撑件608、610的任何材料制成，例如，诸如石墨。在一些实施方式中，第一槽626和第二槽628可形成于基部612中以使基板支撑件608、610能至少部分地被设置在第一槽626和第二槽628内，从而将基板支撑件608、610保持在用于处理的所需位置。在一些实施方式中，基板支撑件608、610大体略微向外倾斜，使得基板支撑表面大体彼此相对并被布置成“V”形。在一些实施方式中，基部612由绝缘材料制成，并且可以是透明石英，或不透明石英，或透明石英与不透明石英的组合，以用于温度管理。
通道614被设置在基部612的底表面627中，并且开口618被设置成从基部612的顶表面629穿过基部612到通道614，以形成供一种或多种气体流过基部612的路径。例如，当基板载具602设置在模块(诸如上述模块102D)中时，开口618和通道614帮助气流从气体入口(例如，上述气体入口208)流到模块的排放装置(例如，上述模块102D的排放装置221)。载具可由石英制成，其中排放装置和清洁通道被机加工成进入设置在石英下方的石英或金属基部中。可提供挡板(baffle)来促进穿过基部612的流均衡。
在一些实施方式中，基部612可以包括导管616，所述导管616设置在基部612内并且限定通道614的范围。导管616可具有沿导管616长度而形成的一个或多个开口，以将导管616流体耦接到通道614从而使气流能从导管616流动到通道614。在一些实施方式中，当基板载具602设置在模块内时，可将清洁气体提供给导管616和通道614以帮助从通道614中去除所沉积的材料。可在一个或多个排放装置的附近提供清洁气体，以防止工艺副产物在排放装置内沉积，由此减少清洁/维护所需的停机时间。清洁气体可以是适于将特定材料从模块中去除的任何气体。例如，在一些实施方式中，清洁气体可以包括一种或多种含氯气体，如氯化氢(HCl)、氯气(Cl2)或类似气体。或者，在一些实施方式中，可将惰性气体提供给导管616和通道614，以通过在流过通道和通道表面的排出气体之间形成屏障来最小化材料在通道614上的沉积。
基板支撑件608、610可由适于在处理期间支撑基板604、606的任何材料制成。例如，在一些实施方式中，基板支撑件608、610可由石墨制成。在此类实施方式中，石墨可被涂有例如碳化硅(SiC)以提供对劣化的抵抗和/或最小化基板污染。
相对的基板支撑件608、610包括相应的基板支撑表面620、622，所述基板支撑表面从基部612向上并且向外延伸。因此，当基板604、606设置在基板支撑件608、610上时，每个基板604、606的顶表面605、607面向彼此。在处理期间使基板604、606面向彼此有利地在基板之间(例如，在基板支撑件608、610之间的区域624中)产生辐射腔，辐射腔向这两个基板604、606提供相等且对称的热量，由此提高基板604、606之间的工艺均匀性。
在一些实施方式中，在处理过程中，将工艺气体提供至基板支撑件608、610之间的区域624，同时邻近基板支撑件608、610的背侧630、632设置的热源(例如，上述加热灯302、304)将热量提供至基板604、606。与在热源与基板支撑件之间提供工艺气体的常规处理系统相比，将工艺气体提供到基板支撑件608、610之间的区域624有利地减少了工艺气体暴露给模块内部部件的暴露，由此降低模块内的冷点(例如，模块的壁、窗或类似物)上的材料沉积。另外，本发明人已观察到，通过经由基板604、606的背侧630、632加热基板604、606，模块内的任何杂质将沉积在基板支撑件608、610的背侧630、632上，而非沉积在基板604、606上，由此有利地允许具有高纯度和低颗粒数的材料在基板604、606顶上沉积。
在如以上附图中所述的所述转位式内联基板处理工具100的操作中，具有被设置在基板载具602中的第一组基板(例如，基板604、606)的基板载具602被提供至第一模块(例如，第一模块102A)。当存在时，位于第一模块的第一侧和/或第二侧上的屏障(例如，屏障118或屏障219)可被关闭或打开以帮助隔离第一模块。随后，可对第一组基板执行工艺的第一部分(例如，沉积工艺的净化步骤)。在工艺的第一部分完成之后，具有被设置在第二基板载具中的第二组基板的第二基板载具被提供至第一模块。当第二基板载具被提供至第一模块时，第二基板载具将第一载具推动至第二模块(例如，第二模块102B)。随后，则对第一模块中的第二组基板执行所述工艺的第一部分，同时还对第二模块中的第一组基板执行所述工艺的第二部分。重复添加后续基板载具，以将每个基板载具提供至固定位置(即，在期望模块内)，由此提供对基板载具的机械转位。当工艺完成时，可借助于卸载模块(例如，卸载模块106)从所述转位式内联基板处理工具100中去除基板载具。
尽管上述内容涉及本实用新型的实施方式，但是可以在不脱离本实用新型的基本范围的情况下设计本实用新型的其他和进一步的实施方式。

Claims (20)

1.一种用于在基板处理腔室中使用的转位式喷射器，其特征在于，包括：
主体，所述主体具有实质上圆柱形的中央空间；
气体输入端口，所述气体输入端口设置在所述主体的第一表面上；
气体分配滚筒，所述气体分配滚筒设置在所述圆柱形的中央空间内并且可旋转地耦接至所述主体，所述气体分配滚筒具有形成为穿过所述气体分配滚筒的多个喷射通道；以及
多个转位器输出端口，所述多个转位器输出端口形成在所述主体的第二表面上，其中所述气体分配滚筒每旋转360°，所述多个喷射通道中的每个喷射通道将所述气体输入端口流体耦接至所述多个转位器输出端口中的至少一个转位器输出端口至少一次。
2.如权利要求1所述的转位式喷射器，其特征在于，进一步包括：
气体分配通道，所述气体分配通道形成在所述主体中，并且与所述气体输入端口和所述圆柱形的中央空间流体耦接。
3.如权利要求2所述的转位式喷射器，其特征在于，所述气体分配通道包括多个孔，所述多个孔将所述气体输入端口流体地耦接到所述圆柱形的中央空间。
4.如权利要求2所述的转位式喷射器，其特征在于，所述气体分配通道形成为邻近所述主体的上部。
5.如权利要求2所述的转位式喷射器，其特征在于，所述气体分配通道被划分为多个区。
6.如权利要求3所述的转位式喷射器，其特征在于，所述气体分配滚筒每旋转360°，所述多个喷射通道中的每个喷射通道与所述气体分配通道中的多个孔中的一个或多个孔对齐至少两次。
7.如权利要求3所述的转位式喷射器，其特征在于，当喷射通道的第一端与所述气体分配通道中的所述多个孔中的一个或多个孔对齐时，所述喷射通道的第二端与所述多个转位器输出端口中的一个或多个转位器输出端口对齐。
8.如权利要求1所述的转位式喷射器，其特征在于，进一步包括：
步进电动机，所述步进电动机经由轴耦接到气体分配滚筒，以在所述主体的所述中央空间内旋转所述气体分配滚筒或者对所述气体分配滚筒进行转位。
9.如权利要求8所述的转位式喷射器，其特征在于，所述转位式喷射器和所述步进电动机是气密密封的。
10.如权利要求1所述的转位式喷射器，其特征在于，所述主体的内表面和所述气体分配滚筒的外表面是被机械抛光过的或者被润滑过的至少一种。
11.如权利要求1所述的转位式喷射器，其特征在于，进一步包括：轴承或者衬套至少之一，以促进所述气体分配滚筒的旋转。
12.一种基板处理工具，其特征在于，包括：
基板载具，所述基板载具被配置用于当一个或多个基板设置在所述基板载具上时支撑所述一个或多个基板；以及
第一基板处理模块，所述第一基板处理模块包括：
外壳，所述外壳具有下表面以支撑所述基板载具并且具有形成所述外壳的顶部的气体注射器组件，所述气体注射器组件提供一种或多种处理气体进入到所述外壳内；
转位式喷射器，所述转位式喷射器设置在所述气体注射器组件上方，所述转位式喷射器包括：
主体，所述主体具有实质上圆柱形的中央空间；
气体输入端口，所述气体输入端口设置在所述主体的第一表面上；
气体分配滚筒，所述气体分配滚筒设置在所述圆柱形的中央空间内并且可旋转地耦接至所述主体，所述气体分配滚筒具有形成为穿过所述气体分配滚筒的多个喷射通道；以及
多个转位器输出端口，所述多个转位器输出端口形成在所述主体的第二表面上；以及
排放装置，所述排放装置相对于所述气体注射器组件设置以从所述外壳去除处理气体。
13.如权利要求12所述的基板处理工具，其特征在于，所述转位式喷射器进一步包括气体分配通道，所述气体分配通道形成在所述主体中，并且与所述气体输入端口和所述圆柱形的中央空间流体耦接。
14.如权利要求12所述的基板处理工具，其特征在于，所述气体分配滚筒每旋转360°，所述多个喷射通道中的每个喷射通道与所述气体分配通道中的多个孔中的一个或多个孔对齐至少两次。
15.如权利要求12所述的基板处理工具，其特征在于，所述转位式喷射器进一步包括步进电动机，所述步进电动机经由轴耦接到气体分配滚筒，以在所述主体的所述中央空间内旋转所述气体分配滚筒或者对所述气体分配滚筒进行转位。
16.如权利要求15所述的基板处理工具，其特征在于，所述转位式喷射器和所述步进电动机是气密密封的。
17.如权利要求14所述的基板处理工具，其特征在于，所述多个孔将所述气体输入端口流体地耦接到所述圆柱形的中央空间。
18.如权利要求17所述的基板处理工具，其特征在于，当喷射通道的第一端与所述气体分配通道中的所述多个孔中的一个或多个孔对齐时，所述喷射通道的第二端与所述多个转位器输出端口中的一个或多个转位器输出端口对齐。
19.如权利要求12所述的基板处理工具，其特征在于，所述主体的内表面和所述气体分配滚筒的外表面是被机械抛光过的或者被润滑过的至少一种。
20.如权利要求12所述的基板处理工具，其特征在于，进一步包括：轴承或者衬套至少之一，以促进所述气体分配滚筒的旋转。
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