TW201441414A - 具有內部擴散器和角度注入件的可調諧氣體輸送組件 - Google Patents

Abstract

本發明之實施例係關於用於以改善之均勻性提供處理氣體至處理腔室的設備。本發明的一個實施例提供氣體輸送組件。氣體輸送組件包括樞部、噴嘴，以及設置在噴嘴中的一或多個氣體擴散器。噴嘴具有帶有側壁與頂表面之圓柱體。複數個注入通道於噴嘴內部形成以將處理氣體經由設置在側壁中的複數個出口輸送進處理腔室中。注入通道經配置以將處理氣體從設置在側壁中的各出口以一方向導出，該方向未與樞部之中心線徑向對齊。

Description

具有內部擴散器和角度注入件的可調諧氣體輸送組件

本發明之實施例一般係關於基板處理系統。更特別言之，本發明之實施例係關於用於以改善之均勻性提供處理氣體到處理腔室的設備。

在微電子元件製造時期，電感式耦合電漿反應器用於各式處理過程中。傳統的電感式耦合電漿反應器一般包括具有側壁與頂板的真空腔室、在腔室內且一般面向頂板的工件支撐座、可將一或多個處理氣體供應進腔室的氣體入口，以及疊置於頂板的一或多個線圈天線。氣體入口一般包括與帶有複數個出口的氣體輸送組件耦合之一或多個氣線。

氣體輸送組件一般包括樞部、噴嘴與設置在噴嘴側壁中的出口。通常有一真空泵設置在真空腔室中以維持腔室內部的真空環境。在特定應用或腔室設計中觀察到，處理氣體有不對稱分佈。

因此，對用於以改善之均勻性輸送處理氣體之改善的設備有一需求。

本發明實施例係關於用於以改善之均勻性提供處理氣體到處理腔室的設備。本發明的一個實施例提供氣體輸送組件。氣體輸送組件包括噴嘴與設置在噴嘴中的一或多個氣體擴散器。噴嘴具有帶有側壁與頂表面的圓柱體。複數個注入通道在噴嘴內部形成以將處理氣體經由設置在側壁中的複數個出口輸送進處理腔室中。注入通道經配置以將處理氣體從設置在側壁中的各出口以一方向導出，該方向未與樞部之中心線徑向對齊。

在一個實施例中，揭露一氣體輸送組件。氣體輸送組件包括具有帶有側壁與頂表面之圓柱體的噴嘴、設置在頂表面中的第一溝槽，以及設置在第一溝槽中的第一擴散器。第一氣室在第一擴散器與第一溝槽的底部之間形成。氣體輸送組件進一步包括在噴嘴內形成的複數個外注入通道。各外注入通道從第一溝槽的底部延伸到噴嘴內的第一位置，該第一位置與頂表面相距第一距離。氣體輸送組件進一步包括連接通道，連接通道連接各外注入通道與設置在噴嘴側壁中的第一出口。連接通道與噴嘴底部實質平行，而未與噴嘴的中心線徑向對齊。

在其他實施例中，揭露一基板處理系統。基板處理系統包括界定處理空間的腔室主體與具中央開口的腔室蓋件。基板處理系統進一步包括設置在處理空間中的基板支撐件與氣體輸送組件，氣體輸送組件具有樞部與設置在腔室蓋 件上的噴嘴。噴嘴的一部分穿過腔室蓋件中的中央開口而定位在處理空間中。噴嘴包括具有側壁的圓柱體、具有一或多個溝槽的頂表面，以及設置在各溝槽內的氣體擴散器。

100‧‧‧基板處理系統

102‧‧‧腔室主體

104‧‧‧處理空間

106‧‧‧側壁

108‧‧‧腔室蓋件

110‧‧‧基板支撐組件

112‧‧‧基板

113‧‧‧靜電吸座

116‧‧‧開口

118‧‧‧中心線

120‧‧‧氣體輸送組件

122‧‧‧氣體輸入線

124‧‧‧氣源

126‧‧‧感測器

128‧‧‧系統控制器

130‧‧‧天線組件

132‧‧‧加熱器組件

134‧‧‧夾持構件

136‧‧‧夾持構件

138‧‧‧泵通道

140‧‧‧襯墊

142‧‧‧真空泵

144‧‧‧流量閥開口

146‧‧‧升舉銷

148‧‧‧流量閥門

206‧‧‧外通道

208‧‧‧內通道

210‧‧‧樞部

212a‧‧‧內通道

212b‧‧‧內通道

213‧‧‧底表面

222‧‧‧孔

226‧‧‧壓蓋

228‧‧‧壓蓋

230‧‧‧噴嘴

231‧‧‧頂表面

232‧‧‧凸緣

235‧‧‧底表面

236‧‧‧外注入通道

238‧‧‧內注入通道

240‧‧‧中央開口

242‧‧‧凹槽

250‧‧‧氣體擴散器

250a‧‧‧氣體擴散器

250b‧‧‧氣體擴散器

260‧‧‧溝槽

270‧‧‧觀測窗

272‧‧‧壓蓋

274‧‧‧密封條

276‧‧‧密封條

278‧‧‧壓蓋

280‧‧‧密封條

302‧‧‧外溝槽

304‧‧‧內溝槽

306‧‧‧出口

308‧‧‧孔

310‧‧‧入口

320‧‧‧入口

330‧‧‧連接通道

340‧‧‧切線

350‧‧‧出口

352‧‧‧底部

354‧‧‧底部

356‧‧‧氣室

358‧‧‧氣室

本發明實施例已簡要概述於前，並在以下有更詳細之討論，可以藉由參考所附圖式中繪示之本發明實施例以作瞭解。然而，值得注意的是，所附圖式只繪示了本發明的典型實施例，而由於本發明可允許其他等效之實施例，所附圖式並不會視為本發明範圍之限制。

第1圖根據本發明的一個實施例概要繪示了電漿處理系統的截面示意圖。

第2圖係根據本發明的一個實施例之氣體輸送組件的放大截面示意圖。

第3A圖係根據本發明的一個實施例之噴嘴等軸示意圖。

第3B圖係第3A圖之噴嘴的部分截面示意圖。

第3C圖係第3A圖的噴嘴俯視圖。

第3D圖係通過線3C所截之第3A圖的噴嘴截面示意圖，其中線3C示意於第2圖中。

為便於理解，在可能的情況下，相同的參考標號用於標定圖示中相同的元件。圖示未按比例繪示，並可為了清楚明瞭而簡化圖示。可以設想，一個實施例的元件與特徵可有利地併入其它實施例中而無需贅述。

本發明之實施例一般係關於用於以改善之均勻性提供處理氣體到處理腔室之設備。更具體言之，本發明之實施例提供氣體輸送組件，氣體輸送組件包括用於接收來自來源的一或多個氣體的樞部、用於通過複數個注入通道以注入一或多個氣體到處理腔室的噴嘴，以及設置在噴嘴頂表面中的一或多個氣體擴散器。當噴嘴與樞部耦接時，氣體擴散器產生些微壓力落差，因此接收自單一來源的處理氣體可以具有通過多個注入點的均勻流。

第1圖概要繪示了基板處理系統100的截面圖，基板處理系統100用於處理各式基板與容納各種基板大小，例如，基板直徑高達300毫米至450毫米。基板處理系統100包括具有處理空間104的腔室主體102，該處理空間104被界定於該腔室主體102中。腔室殼體組件102可包括側壁106與腔室蓋件108。基板支撐組件110可設置於處理空間104中。在處理期間，基板支撐組件110支撐基板112。流量閥開口144可在腔室壁106中形成以允許機械臂(未圖示出)進出處理空間104以移動基板。流量閥門148可用於選擇性關閉狹縫開口144。複數個升舉銷146可從基板支撐組件110選擇性延伸以利於基板在機械臂與基板支撐組件之間傳遞。在一個實施例中，基板支撐組件110可包括靜電吸座113以在處理期間將基板112固定在靜電吸座113上。

腔室蓋件108具有開口116以允許一或多個處理氣體進入。開口116可係設置在基板處理系統100之中心線118附近的中央開口並對應於處理中基板112的中心。

氣體輸送組件120穿過開口116而設置在腔室蓋件108上。氣體輸送組件120可穿過一或多個氣體輸入線122與氣源124連接以供應一或多個處理氣體至處理空間104。在一個實施例中，一或多個處理氣體可經由形成於襯墊140中的泵通道138離開處理空間104，襯墊140設置在處理空間104內。泵通道138與真空泵142以流體連通。或者，真空泵142可與處理空間104直接連接。

感測器126可設置在腔室蓋件108上並穿過氣體輸送組件120經配置以監測處理空間104中的基板112。感測器126可與系統控制器128連接以提供反饋給處理控制。

系統控制器128包含中央處理單元(CPU)(未圖示出)、記憶體(未圖示出)與用於該CPU的支撐電路(未圖示出)並利於處理腔室100元件之控制。系統控制器128可係一般用電腦處理器的任何形式中的一種，一般用電腦處理器可以在工業裝置中用於控制各式腔室與副處理器。CPU的記憶體可係一或多個容易取得之記憶體，如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟，或任何其他的數位儲存格式，本地端或是遠端的。支撐電路與CPU耦接以用傳統方式支撐處理器。這些電路包括快取、電源供應器、時脈電路、輸入/輸出電路與子系統，以及類似物。本發明方法一般儲存在記憶體或其他可存取至CPU的電腦可讀取媒體中，如軟體常用程式。或者，此軟體常用程式亦可由第二CPU(未圖示出)儲存和(或)執行，該第二CPU被該CPU所控制之硬體遠端設置。

基板處理系統100可選擇地包括設置在腔室蓋件108上的天線組件130。天線組件130經配置以在處理空間104中產生電漿。天線組件130可包括與基板處理系統100的中心線118同軸設置之一或多個螺線管形的交插線圈天線。加熱器組件132可設置在腔室蓋件108上。加熱器組件132可被夾持構件134、136固定到腔室蓋件108。

氣體輸送組件120經配置以均勻性方式供應一或多個處理氣體至處理空間104。第2圖係設置在腔室蓋件108上的氣體輸送組件120之放大截面示意圖，其中夾持構件134、136與加熱器組件132遭移除。在第2圖的實施例中，處理系統100的中心線118亦係氣體輸送組件120的中心線。

如第2圖所示，氣體輸送組件120包括樞部210、噴嘴230與設置在噴嘴230中的一或多個氣體擴散器250。在組裝時，噴嘴230穿過腔室蓋件108的開口116而設置。噴嘴230可具有凸緣232以裝載噴嘴230在腔室蓋件108上。噴嘴230的一部分穿過開口116而突出進入處理空間104中以將處理氣體輸送到處理腔室104。樞部210被定位在覆蓋開口116與噴嘴230的腔室蓋件108上。樞部210設置在噴嘴230上並提供介於氣體輸入線122與噴嘴230間的界面。

樞部210具有成形以密封開口116與帶有噴嘴230的界面之主體。主體具有面向外部環境的外表面與用於與噴嘴230和腔室蓋件108接觸的底表面213。在一個實施例中，主體係實質圓形並與中心線118同心。主體具有外通道206與內通道208。在一個實施例中，內通道208與外通道206 皆係圓形且外通道206從內通道208以徑向向外排列。在一個實施例中，外通道206與內通道208在主體中具有不同高度。一或多個入口通道212a、212b穿過主體而形成並與外通道206和內通道208連接。由於外通道206與內通道208具有不同高度，與內部圓形通道208連接的入口通道212b無法中斷外通道206(例如，與外通道206隔離)。調整一或多個入口通道212a、212b與一或多個氣體輸入線122連接。在一個實施例中，一或多個入口通道212a、212b相對於中心線118係非對稱的。

噴嘴230的頂表面231具有一或多個溝槽260且氣體擴散器250設置在溝槽260中的至少一個內(細節描述於下)。壓蓋226可在樞部210的底表面中形成以接收密封條276。組裝時，壓蓋226與密封條276圍繞腔室蓋件108的開口116且密封條276接觸腔室蓋件108以在處理空間104與外部環境之間形成氣密密封條。另一壓蓋278可在內通道208與外通道206間形成以接收密封條280以形成兩通道間的氣密密封條。

在一個實施例中，氣體注入組件120包括觀測窗270。樞部210的本體可具有貫孔222且噴嘴230係具有中央開口240的中空圓柱。觀測窗270可設置在樞部210與噴嘴230間。在一個實施例中，噴嘴230可具有凹槽242以支撐觀測窗270。樞部210可具有壓蓋272，該壓蓋272形成以接收密封條274以提供在樞部210與觀測窗270間的真空密封條。在一個實施例中，觀測窗270由石英所製造。

噴嘴230具有帶有側壁228與頂表面231的圓柱體，頂表面231用於與樞部210的底表面213接觸。噴嘴230具有複數個內注入通道238與複數個外注入通道236以將一或多個處理氣體從樞部210的外通道206與內通道208注入到處理空間104。在一個實施例中，外注入通道236由內注入通道238以徑向向外排列。外注入通道236與內注入通道238可在各位置具有出口以達到氣體注入。在一個實施例中，如第2圖所示，外注入通道236具有設置在側壁228中的出口306並藉由連接通道330與出口306連接。內注入通道238具有設置在噴嘴230底表面235中且從噴嘴230方向向下的出口350。在一個實施例中，外注入通道236與內注入通道238以方位角方向均勻地分佈(例如，以極陣列的方式分佈)。

根據本發明各式實施例，第3A-3D圖繪示了噴嘴230。第3A圖係噴嘴230的等軸示意圖，而第3B圖係噴嘴230的部分截面示意圖。噴嘴230的頂表面231具有外溝槽302與內溝槽304。在一個實施例中，外溝槽302與內溝槽304係圓形並與中心線118同心。外注入通道236的複數個出口306設置在側壁228中。在一個實施例中，出口306沿側壁228周圍平均設置。

如第3B圖所示，氣體擴散器250a、250b分別設置在外溝槽302與內溝槽304內。氣體擴散器250a、250b和外溝槽302與內溝槽304的底部352、354分隔開，因此，產生氣體擴散器250a、250b和外溝槽302與內溝槽304的底部352、354間之氣室356、358使得處理氣體可被均勻地分配入 注入通道236、238。氣體擴散器250a、250b可係任意的氣體可滲透材料或結構。在一個實施例中，如第3A圖所示，氣體擴散器250a、250b具有複數個孔308。氣體擴散器250a、250b可由氧化鋁或與噴嘴230相同的材料製成。在一個實施例中，噴嘴230與氣體擴散器250a、250b由陶瓷材料所製成。當樞部210與噴嘴230組裝時，噴嘴230的內溝槽304與樞部210的內通道208對齊，且噴嘴230的外溝槽302與樞部210的外通道206對齊。

如第3B圖所示，外注入通道236由外溝槽302的底部352延伸至噴嘴230內的位置，該位置與頂表面231相距一距離。內注入通道238由內溝槽304的底部354延伸至噴嘴230內的位置，該位置與頂表面231相距一距離。在一個實施例中，內注入通道238較外注入通道236進一步延伸入噴嘴230。

第3C圖係噴嘴230的俯視圖，為有更佳之說明，氣體擴散器250a、250b係透明。如上所述，噴嘴230具有設置在噴嘴230內的複數個外注入通道236與複數個內注入通道238。在一個實施例中，外注入通道236由內注入通道238以徑向向外排列。如第3C圖所示，外注入通道236具有設置在外溝槽302底部的入口320，且內注入通道236具有設置在內溝槽304底部的入口310。入口310、320可均勻設置在內溝槽304與外溝槽302內。氣體擴散器250a、250b的複數個孔308其中之一的面積可小於入口310、320其中之一的表面積。在一個實施例中，擴散器250a的孔308的總面積等於入 口320的總表面積，且擴散器250b的孔308的總面積等於入口310的總表面積。當噴嘴230與樞部210耦接時，氣體擴散器250a、250b產生些微壓力落差，因此接收自單一氣源124的處理氣體可以具有通過多個注入點的均勻流。

第3D圖係不帶有氣體擴散器250的噴嘴230之截面示意圖。如第2圖所示，外注入通道236由外溝槽302的底部延伸至噴嘴230內與頂表面231相距的一距離，且外注入通道236的出口306設置在側壁228中。如第3D圖所示，各出口306與對應的外注入通道236由連接通道330連接。連接通道330未與側壁228在出口306的切線340垂直(例如，第3D圖中的角度「A」不等於90度)。換句話說，連接通道330未與腔室主體102的中心線118徑向對齊，該中心線亦係樞部210、噴嘴230與氣體擴散器250a、250b的中心線。在一個實施例中，角度「A」範圍大約15度至60度。從出口306出去的處理氣體被引導在相同方向上，該方向由連接通道330所界定。如果角度「A」係90度，則來自面向真空泵142出口的處理氣體可以相較於來自其他出口的處理氣體之更快的速度移動。藉由改變角度「A」到一個非90度的角度，處理氣體以實質相等的速度從各出口出來，因此在處理腔室內部產生較均勻之氣流。

總而言之，藉由增加氣體輸送組件的噴嘴中一或多個內部氣體擴散器以及改變來自出口的處理氣體角度(該出口沿著噴嘴的側壁周圍設置)，以達到較均勻之處理氣體流。

雖然前面所述針對本發明之實施例，但在不背離本 發明之基本範圍下，可設計本發明之其他與進一步之實施例，本發明之範圍界定於以下申請專利範圍中。

118‧‧‧中心線

236‧‧‧外注入通道

238‧‧‧內注入通道

306‧‧‧出口

330‧‧‧連接通道

340‧‧‧切線

350‧‧‧出口

Claims (18)

1. 一種氣體輸送組件，包括：一噴嘴，該噴嘴包含具有一側壁與一頂表面的一圓柱體；一第一溝槽，該第一溝槽設置在該頂表面中；一第一擴散器，該第一擴散器設置在該第一溝槽中，其中一第一氣室於該第一擴散器與該第一溝槽的一底部之間形成；複數個外注入通道，該等外注入通道在該噴嘴內形成，其中各該等外注入通道從該第一溝槽的該底部延伸至該噴嘴內的一第一位置，該第一位置與該頂表面相距一第一距離；及一連接通道，該連接通道連接各外注入通道與設置在該噴嘴的該側壁中的一第一出口，其中該連接通道與該噴嘴的一底部實質平行且未與該噴嘴的一中線徑向對齊。
2. 如請求項1所述之氣體輸送組件，進一步包括設置在該噴嘴的該頂表面中之一第二溝槽。
3. 如請求項2所述之氣體輸送組件，進一步包括設置在該第二溝槽的一第二擴散器，其中一第二氣室在該第二擴散器與該第二溝槽的一底部之間形成。
4. 如請求項3所述之氣體輸送組件，進一步包括形成在該噴嘴的複數個內注入通道，其中各該等內注入通道從該第二 溝槽的該底部延伸至該噴嘴的一第二位置，該第二位置與該頂表面相距一第二距離。
5. 如請求項4所述之氣體輸送組件，其中該第二距離大於該第一距離。
6. 如請求項3所述之氣體輸送組件，其中該第一與第二擴散器各包括複數個孔。
7. 如請求項6所述之氣體輸送組件，其中該第一與第二擴散器由氧化鋁製成。
8. 如請求項6所述之氣體輸送組件，其中該第一與第二擴散器由與該噴嘴相同的該材料製成。
9. 如請求項1所述之氣體輸送組件，進一步包括一樞部，該樞部包含一內通道與一外通道，其中該樞部與該噴嘴耦接且該內通道與與該第二溝槽對齊而該外通道與該第一溝槽對齊。
10. 如請求項1所述之氣體輸送組件，其中該第一連接通道與該側壁在該出口的一切線之間的一角度範圍約15度至60度。
11. 一種基板處理系統，包括：一處理腔室，該處理腔室界定一處理空間，其中該腔室主體包含具有一中央開口的一腔室蓋件；一基板支撐件，該基板支撐件設置在該處理空間中；及一氣體輸送組件，該氣體輸送組件具有一樞部與設置在該腔室蓋件上的一噴嘴，且該噴嘴的一部分穿過該腔室蓋件中的該中央開口而定位在該處理空間中，其中該噴嘴包含：一圓柱體，該圓柱體具有一側壁；一頂表面，該頂表面具有一或多個溝槽；及一氣體擴散器，該氣體擴散器設置在各溝槽內。
12. 如請求項11所述之基板處理系統，進一步包括形成在該噴嘴的該側壁中的複數個出口。
13. 如請求項12所述之基板處理系統，進一步包括形成在該噴嘴內的複數個內注入通道與複數個外注入通道。
14. 如請求項13所述之基板處理系統，其中該頂表面具有一內溝槽與一外溝槽，且各該等外注入通道從設置在該外溝槽的一底部之一出口延伸至該噴嘴內與該頂表面相距一距離的一位置且各該等內注入通道從設置在該內溝槽的一底部之一內入口延伸至該噴嘴的一底表面。
15. 如請求項14所述之基板處理系統，其中各出口藉由一連接通道與該複數個外注入通道的其中之一連接，其中該連接通道與該噴嘴的該底表面實質平行且未與該樞部的一中心線徑向對齊。
16. 如請求項15所述之基板處理系統，其中介於該連接通道與該圓柱側壁在該出口的該切線之間的角度範圍約15度至60度。
17. 如請求項11所述之基板處理系統，其中一或多個溝槽係圓形。
18. 如請求項17所述之基板處理系統，其中各擴散器包括複數個孔。