TW201708602A - 具有熱控面板之防腐蝕氣體分配歧管 - Google Patents

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Abstract

本案提供一種用於半導體製造的設備。該設備可包含氣體分配歧管。該氣體分配歧管可包含具有背板區域、與該背板區域相反之面板區域、及形成第一圖案之複數氣體分配孔的面板組件。該氣體分配歧管亦可包含與該面板組件呈熱傳導接觸的溫度控制組件。該溫度控制組件可包含冷卻板組件、偏離該冷卻板組件以形成間隙的加熱板組件、及分佈於該間隙內的複數熱阻流部。

Description

具有熱控面板之防腐蝕氣體分配歧管
本發明內容相關於一種防腐蝕氣體分配歧管，且特別地相關於具有熱控面板之防腐蝕氣體分配歧管。
半導體處理工具通常包含設計成以相對均勻之方式於半導體基板或晶圓範圍內分配製程氣體的元件。如此元件在產業內通常稱為「噴淋頭」。噴淋頭典型地包含朝向半導體處理容積的面板，半導體基板或晶圓可在該半導體處理容積中受到處理。面板可包含複數的通孔，該通孔容許充氣容積內的氣體流過面板、並進入該基板與該面板之間(或者，支撐該晶圓之晶圓支撐件及該面板之間)的反應空間。通孔係典型地設置成使晶圓範圍內的氣體分佈產生實質上均勻的基板處理。
用於半導體製造的設備係在本文中揭露於各種實施例中。該設備可包含氣體分配歧管。氣體分配歧管可包含面板組件。該面板組件可具有至少部分地由第一內表面及第一外表面所界定的背板區域。該面板組件亦可具有與該背板區域相反的面板區域。該面板區域可至少部分地由第二內表面及第二外表面所界定。該面板組件亦可具有形成第一圖案的複數氣體分配孔。該複數氣體分配孔可分佈於該第二內表面的範圍內，且每一氣體分配孔可跨距於該第二外表面及該第二內表面之間。該氣體分配歧管亦可包含與該第二外表面呈熱傳導接觸的溫度控制組件。該溫度控制組件可具有冷卻板組件，該冷卻板組件具有配置成與冷卻源相連接的一或更多冷卻通道。該溫度控制組件亦可具有與該冷卻板組件偏離以形成間隙的加熱板組件。該溫度控制組件亦可具有分佈於該間隙內的複數熱阻流部(thermal choke) 。該等熱阻流部可配置成對該加熱板組件及該冷卻板組件之間的熱流進行熱阻流。
在一些實施例中，該熱阻流部在平行於該第二外表面的平面內可具有一總橫剖面面積，該總橫剖面面積係介於該第一外表面之表面面積的1.7%與8.0%之間。該熱阻流部可排列成一或更多圓形圖案，且可在該一或更多圓形圖案的每一者內平均地隔開。
同樣地或另選地，該等熱阻流部可包含在平行於該第二外表面的平面內具有多角形、或圓形橫剖面形狀的間隔件。該複數間隔件可與該加熱板或該冷卻板整合為一體。該複數間隔件在平行於該第二外表面的該平面內可為環形。每一間隔件可包含中心區域，且每一熱阻流部可包含穿過該中心區域的螺栓。
在一些實施例中，該面板組件可主要由陶瓷材料組成。該面板組件亦可包含陶瓷入口。經由該陶瓷入口流入該氣體分配歧管的製程氣體在位於該氣體分配歧管內時可主要曝露於組成該面板組件的該陶瓷材料。
在一些實施例中，該面板組件可包含至少部分地由該第一、及第二內表面所界定的充氣區域，且充氣區域可包含形成網路的氣體分配通道，以便分配氣體。該氣體分配通道在標稱平行於該面板組件的平面內可具有第一總橫剖面面積。該充氣區域亦可包含由形成該網路之氣體分配通道所定義的複數間隙區域。該間隙區域可跨距於該第一內表面及該第二內表面之間。該間隙區域在標稱平行於該面板組件的該平面內可具有第二總橫剖面面積。該第二總橫剖面面積可介於該第一總橫剖面面積及該第二總橫剖面面積之和的30%及40%之間。該間隙區域可無氣體分配孔。每一間隙區域可形成該面板區域及該背板區域之間的熱傳導路徑。
在一些實施例中，該氣體分配通道可包含複數徑向輻條通道、以及與該複數徑向輻條通道流體連接的複數同心環形通道。該徑向輻條通道可形成圍繞該氣體分配歧管之入口的圓形陣列。每一徑向輻條通道可具有至少一部分，在該至少一部分處該徑向輻條通道在垂直於該徑向輻條通道之平面內的橫剖面面積作為距該入口之漸增距離的函數而減少。
在一些實施例中，該第二外表面可包含環形壁部，該環形壁部係在離開該第二內表面的方向上偏離被包圍於該環形壁部內之該第二外表面的中心部。該環形壁部可配置成當該氣體分配歧管被安裝於半導體處理腔室中時與位於該半導體處理腔室中的晶圓支撐基座相接合，以定義一微容積，當使用該設備在晶圓上執行一或更多半導體處理操作時，該微容積係至少部分地由該中心部、該環形壁部、及該晶圓支撐基座的一晶圓支撐表面所界定。
在一些實施例中，該設備亦可包含配置成從該微容積移除製程氣體的真空歧管。該真空歧管可位於該加熱板組件及該面板組件之間。該面板組件可包含與該真空歧管流體連通的排氣埠。該真空歧管可包含配置成對流動於該真空歧管內的氣體提供不對稱流動路徑的流動通道。
在一些實施例中，該設備亦可包含一外通道。該外通道可配置成提供一阻隔氣體至介於該第二外表面及該晶圓支撐基座之間的密封區域。該密封區域可為該微容積存在時該第二外表面及該晶圓支撐基座最接近處的一區域。
在一些實施例中，該面板組件可包含配置成量測該面板區域之溫度的熱電偶。
該等及其他的特徵將於以下參考圖式更詳細地加以描述。
在以下描述內容中，提出許多特定的細節，以提供對所呈現之概念的透徹理解。所呈現之概念可在沒有該等特定細節的一些或全部者的情況下實施。在其他情形中，已熟知的製程操作未作詳細描述，以免不必要地模糊所述概念。儘管一些概念將結合特定的實施例加以描述，但將理解該等實施例並非意圖為限制性。
在本應用中，用語「半導體晶圓」、「晶圓」、「基板」、「晶圓基板」、及「部分製造積體電路」係可互換使用。具有該領域普通技術者將理解，用語「部分製造積體電路」可指處於其上積體電路製造之許多階段的任何者期間的矽晶圓。半導體裝置產業中所使用之晶圓或基板典型地具有200mm、或300mm、或450mm的直徑。除半導體晶圓外，可利用本發明之優勢的其他工件包含各種物件，例如印刷電路板、磁性記錄媒體、磁性記錄感測器、鏡、光學元件、微機械裝置、及類似物。
在本揭露內容之圖式及討論的一些者中可已經採用若干的慣例用法。例如，在許多地方提到「容積」，例如「充氣容積」。該等容積一般可標示在各種圖式中，但吾人應理解，圖式及隨附的數字符號代表如此容積的近似範圍，且實際的容積可延伸至例如界定該容積的各種實體表面。各種較小的容積(例如，通往充氣容積之邊界表面的氣體入口或其他孔)可流體連接至該等充氣部或容積。
吾人應理解，如「之上」、「在頂部上」、「之下」、「在下方」等相關用語的使用應理解為是指參照以下者之元件的空間關係：該等元件於噴淋頭之正常使用期間的方向、或頁面上圖式的方向。
除了在半導體處理中所使用的各樣沉積技術以外，一特定的沉積技術可包括原子層沉積(ALD)。ALD製程使用表面媒介沉積反應而在逐層堆疊的基礎上沉積膜。在一例示性ALD製程中，基板表面可被曝露於呈氣相分佈的第一膜前驅物(P1)。P1的一些分子可在基板表面頂部上形成凝相，包括P1的化學吸附物種及物理吸附分子。然後將反應器排空，以移除氣相且被物理吸附的P1，使得僅有化學吸附的物種留下。第二膜前驅物(P2)然後可被引入至反應器中，使得P2的一些分子吸附至基板表面。可再次將反應器排空，這一次是為了移除未結合的P2。隨後，提供至基板的能量引發P1及P2之吸附分子之間的表面反應，形成膜層。最後，將反應器排空，以移除反應副產物及可能未反應的P1及P2，從而結束ALD循環。可將額外的ALD循環包含在內，以增長膜厚度。其他的ALD製程可包含其他的、或不同的步驟。
半導體製造通常需要例如沉積及蝕刻氣體的製程氣體以均勻的、或受控制的方式流動於經受處理之半導體晶圓或基板的範圍內。為達此目的，「噴淋頭」(本文中亦稱為氣體分配歧管，且有時亦稱為氣體分配器)可用來在晶圓的表面範圍內分配氣體。
習知的氣體分配歧管有時可能因為變化的熱負載而發生故障。以例說明，當製程氣體於半導體製造之不同配方步驟期間改變時、或當晶圓支撐基座降低以便晶圓轉移時，對氣體分配歧管的熱轉移可能發生改變。不幸地，在曝露於如此變化的熱負載時，習知氣體分配歧管的一些元件(例如，面板)可能發生劣化。
對比之下，本文中揭露的一些氣體分配歧管可包含溫度控制組件，該溫度控制組件可用來精細調節面板的溫度。此外，在一些實施例中，如此氣體分配歧管的面板可包含介於該面板之正面(其可面向熱的晶圓、及/或熱的晶圓製程基座)及該面板之背面之間的熱傳導路徑。藉由容許熱量流動至該氣體分配歧管之其他部件(如，溫度控制組件)，如此路徑可將轉移至面板的熱量耗盡。
習知氣體分配歧管亦可能具有由材料不相容性所導致的許多缺陷。舉例而言，在ALD製程期間，氯基製程氣體可藉由氣體分配歧管而被引入至製程腔室中。另一方面，在清洗製程期間，例如原子及/或雙原子氟的高度反應性清洗氣體可藉由氣體分配歧管被引入至製程腔室中。與此同時，半導體製造中所使用的一些硬體可能與如上所述的一些氣體不相容。因此，當曝露於一些製程氣體時，習知半導體製造設備的一些元件可能發生劣化。
本文中揭露之氣體分配歧管可包含陶瓷氣體傳送路徑，以緩解前段中所概述不相容性的若干者。舉例而言，清洗氣體及製程氣體二者皆可藉由陶瓷入口組件而被饋送至氣體分配歧管中，該陶瓷入口組件可與陶瓷面板組件整合為一體。如此入口組件之一些範例的詳細描述可在2014年12月10日申請之名為「INLET FOR EFFECTIVE MIXING AND PURGING」之共同受讓的美國申請案第14/566,523號中找到，且該美國申請案係整體地、且針對所有目的地併入於此，以供參考。就此而言，流過氣體分配歧管的清洗氣體及製程氣體二者皆可能主要曝露於與氟基清洗氣體及氯基製程氣體二者皆相容的陶瓷表面。
根據本揭露內容之氣體分配歧管的範例係於以下進行描述，然而將察知，在如此例示性氣體分配歧管中所實施的概念亦可應用於其他氣體分配歧管設計或配置，且本揭露內容不受限於僅有的所述範例。
圖1顯示根據一些實施例之用於半導體製造之設備100之範例的橫剖面視圖。製程氣體可從氣體分配歧管106流出，並分佈於晶圓104的範圍內。晶圓104可在容納氣體分配歧管106的半導體處理腔室101內受晶圓支撐基座102支撐。製程氣體在晶圓104範圍內的分配可透過形成一圖案的複數氣體分配孔而完成，以下進一步描述的該氣體分配孔從氣體分配歧管106內將氣體的流動引導至晶圓104。
晶圓支撐基座102的位置可在半導體製造的不同階段期間有所不同。舉例而言，當氣體正流動於晶圓104的範圍內時，晶圓支撐基座102可處於上升位置(在圖1中以虛線輪廓標示)。另一方面，當晶圓104正進行轉移時，晶圓支撐基座102可處於下降位置(在圖1中以實線輪廓標示)。
圖2顯示根據一些實施例之圖1之氣體分配歧管106的等視角剖面圖。氣體分配歧管106可包含諸多元件。舉例而言，氣體分配歧管106可包含於以下圖3-7之上下文中進一步詳細加以描述的面板組件108。該面板組件108可與溫度控制組件112呈熱傳導接觸。溫度控制組件112可包含冷卻板組件120、偏離冷卻板組件120以形成間隙116的加熱板組件114、以及分佈於該間隙116內的複數熱阻流部118，以上每一者係於以下進一步詳細加以描述。
氣體分配歧管典型地包含充氣部或充氣容積，該充氣部或充氣容積至少部分地係由具有複數氣體分配孔的面板所界定，該複數氣體分配孔通往氣體分配歧管的外側。舉例而言，圖3顯示根據一些實施例之圖1之氣體分配歧管106之面板組件108之範例的橫剖面視圖。
面板組件108的材料組成可在複數實施例範圍內有所不同。舉例而言，面板組件108可主要地由例如鋁土、鋁氮化物、或矽碳化物等的陶瓷材料所組成。換句話說，除了可能難以由陶瓷材料製成、或者可能需要比陶瓷材料更具彈性的螺紋嵌入件、配合件、或其他類似的、小的特徵部之外，面板組件108的整體結構可主要地由陶瓷材料製成。類似地，當用語「主要為陶瓷」係用於描述流動路徑時，如此之說明應理解為表示：除了由其他材料製成之流動路徑的小部分(例如，密封件或密封圈(o-ring)的曝露表面、配合件等)之外，定義該流動路徑的表面係由陶瓷製成。
同樣地， 構建面板組件108的方式可有所不同。舉例而言，面板組件108可藉由將兩陶瓷層非成品結合(green-bonding)在一起而形成。非成品結合亦稱為共燒結(co-sintering)，一般描述將具有未燒結(亦稱為“非成品(green)”)陶瓷材料的複數工件集合在一起、並一起進行燒結以形成單一工件的製程。舉例而言，層123及層125可為非成品結合(green-bonded)的陶瓷層。或者，面板組件108可使用陶瓷三維(3D)列印而逐層形成，該三維(3D)列印可在不使兩陶瓷層結合在一起的情況下，容許面板之內部通道的形成。
在一些實施例中，氣體分配歧管106可包含與氯基製程氣體及氟基清洗氣體二者皆相容的、主要為陶瓷的氣體傳送路徑。舉例而言，如以上所討論，面板組件108可由陶瓷材料構建而成。類似地，製程氣體及清洗氣體可透過陶瓷入口156而饋送至面板組件108中，該陶瓷入口156包含具有陶瓷密封表面的清洗氣體入口閥119。
在一些實施例中，清洗氣體入口閥119可包含受保護而免於劣化的不鏽鋼伸縮囊組件。清洗氣體入口閥119亦可有效地將清洗氣體產生硬體隔離於在ALD製程期間流過氣體分配歧管106的氯基製程氣體。舉例而言，清洗氣體入口閥119可包含活塞組件及不鏽鋼伸縮囊。該活塞組件可設計成當清洗氣體入口閥119打開時將該伸縮囊組件密封而使之隔離於流過清洗氣體入口閥119的氣體。如此清洗氣體入口閥119之一些範例的詳細描述可在2015年4月29日申請之名為「GAS INLET VALVE WITH INCOMPATIBLE MATERIALS ISOLATION」之由Gary Bridger Lind及Panya Wongsenakhum共同受讓的臨時美國專利申請案第62/154,517號中找到，該臨時美國專利申請案係整體地、且針對所有目的地併入於此，以供參考。
返回至圖3，面板組件108可包含諸多區域。例如，面板組件108可包含至少部分地由第一內表面124及第一外表面126所界定的背板區域122。面板組件108亦可包含與背板區域122相反的面板區域128。面板區域128可至少部分地由第二內表面130及第二外表面132所界定。此外，面板組件108可包含至少部分地由第一內表面124及第二內表面130所界定的充氣區域138。
在一些實施例中，第二外表面132可包含環形壁部158，該環形壁部158可在離開第二內表面130的方向上偏離被包圍於該環形壁部158內之第二外表面132的中心部160。環形壁部158可配置成當氣體分配歧管106被安裝於半導體處理腔室中、且晶圓支撐件上升至所示位置中時與晶圓支撐基座102相接合，以定義微容積162。當使用該設備在晶圓上執行一或更多半導體處理操作時，微容積162可至少部分地由中心部160、環形壁部158、及晶圓支撐基座102之晶圓支撐表面164所界定。當晶圓支撐基座102從所示位置降低時，微容積162可確實地不再繼續存在。
如圖3中所示，面板組件108可包含外通道166。外通道166可為環形通道，其可供應阻隔氣體至立管通道167。立管通道167可配置成提供阻隔氣體至介於第二外表面132及晶圓支撐基座102之間的密封區域168。如圖3中所示，該密封區域可為當微容積162存在時，第二外表面132及晶圓支撐基座102最接近之處的區域，使得氣體分配歧管106可在半導體操作期間經由外通道166提供阻隔氣體至密封區域168。因此，微容積162周圍之氣體圍阻密封可在面板組件108及晶圓支撐基座102之間無直接接觸的情況下完成。或者，阻隔氣體可經由晶圓支撐基座102中的氣體分配通道而提供至密封區域168。
圖4顯示根據一些實施例之圖3之面板組件108之面板區域128的等視角仰視圖。面板區域128可包含形成第一圖案134的複數氣體分配孔136。如圖4中所示，氣體分配孔136可分佈於圖3之第二內表面130的範圍內，且每一氣體分配孔136可跨域於第二外表面132及第二內表面130之間。如以上所述，氣體分配孔136可用於使氣體流於圖1及3之晶圓104的範圍。在一些實施例中，如所示，氣體分配孔136可以複數同心徑向或環形陣列的方式進行分佈。
圖5顯示根據一些實施例之圖3之面板組件108之充氣區域138的等視角圖。圖6顯示根據一些實施例之圖5之充氣區域138的俯視圖。
如圖6中所示，充氣區域138可包含形成一網路的氣體分配通道140，以便分配氣體。氣體分配通道140在標稱平行於面板組件108的平面內(例如，在平行於晶圓支撐表面164或晶圓104(若其存在的話)的平面內)可具有第一總橫剖面面積142。
氣體分配通道140可定位成使充氣區域138內的氣體流動最佳化。舉例而言，氣體分配通道140可包含複數的徑向輻條通道146、及與該複數徑向輻條通道146流體連接的複數同心環形通道148。如圖5及6中所示，徑向輻條通道146的一些者(例如，146a)可具有比其他徑向輻條通道146(例如，146b)更短的徑向長度。在一些實施例中，氣體分配通道140可在較接近於入口156之處於高度上有所增加，以使充氣區域138內的氣體流動最佳化。舉例而言，在一些實施例中，徑向輻條通道146可形成圍繞入口156的圓形陣列，且每一徑向輻條通道146可具有圖3之部位150，圖5及6之徑向輻條通道146在該部位150處在垂直於徑向輻條通道146延伸所沿之方向之平面內的橫剖面面積作為距入口156之漸增距離的函數而減少。
充氣區域138亦可包含位於由形成網路之氣體分配通道140所定義之間隙中的複數間隙區域152。如以上所討論，間隙區域152可用於將熱量從面板區域128轉移至背板區域122。如此，間隙區域152可在面板區域128及背板區域122之間形成熱傳導路徑。間隙區域152可無氣體分配孔，且可跨越於第一內表面124及第二內表面130之間。
不同於習知的氣體分配歧管，間隙區域152可提供面板區域128及圖2之溫度控制組件112之間的熱路徑。換句話說，存留於面板區域128中的熱量可經由間隙區域152流動至背板區域122。然後，如此熱量可透過真空歧管110、加熱板組件114、熱阻流部118往上流動，並進入冷卻板組件120。
間隙區域152在標稱平行於面板組件108的平面內(例如，(若存在的話)在平行於晶圓支撐表面164或晶圓104的平面內)可具有於圖5中以交叉陰影圖案所示的第二總橫剖面面積。第二總橫剖面面積154可在複數實施例範圍內有所不同，且可基於氣體流動及熱流動的考量而配置。舉例而言，若面板組件108主要由比用來產生所述面板組件108之材料更具(或更不具)熱傳導性的材料組成，則可減少(或增加)第二總橫剖面面積154，以達成面板區域128及背板區域122之間均勻的、不取決於材料的熱流動。同樣地，若期望更多或更少的熱量從面板區域128流動至背板區域122，則第二總橫剖面面積154可相應地增加或減少。
同樣地或另選地，若在形成網路之氣體分配通道140內期望增加的氣體流量，則可減少第二總橫剖面面積154。因此，氣體分配通道140的第一總橫剖面面積142將增加，從而增加氣體分配通道140的容積、並容許充氣區域138內更大的氣體流量。
在一範例中，當面板組件108主要由鋁土組成時，本發明人已判定，氣體流動及熱轉移之考量建議第二總橫剖面面積154介於第一總橫剖面面積142及第二總橫剖面面積154之和的30%及40%之間。
圖7顯示根據一些實施例之圖3之面板組件108之背板區域122的等視角圖。當氣體流入面板組件108的背板區域122時，在接近面板組件108的中心處可有較大的壓力，這是因為此乃氣體可流入面板組件108之處。就此而言，為容許如此氣體確實向外輻射進入面板組件108，背板區域122可包含溝槽171。每一溝槽171可對應一徑向通道146。此外，當距離背板區域122中心的距離增加時，每一溝槽可在高度上有所降低。因此，溝槽171可增加氣體可流動於其中的容積，從而抵消以上所討論之較高壓力。
如圖7中所示，面板組件108可包含排氣埠170。如以下進一步所述，排氣埠170可與真空歧管110流體連通，使得真空歧管110可提供從微容積162透過面板組件108均勻的氣體泵抽。
圖8顯示根據一些實施例之圖2之氣體分配歧管106的分解等視角剖面圖。圖8個別地描繪氣體分配歧管106的一些元件及特徵，例如，可見於圖8中冷卻板組件120及加熱板組件114之間的熱阻流部118。
熱阻流部118可提供冷卻板組件120及加熱板組件114之間的可配置熱傳導路徑。因此，熱阻流部118可在將熱量從圖1之晶圓支撐基座102及圖3之微容積162沿氣體分配歧管106向上轉移的過程中起到作用，該圖1之晶圓支撐基座102及圖3之微容積162在一些實施例中可相當熱(約攝氏600度)。如此熱量可從晶圓支撐基座102及微容積162流至面板組件108、然後至真空歧管110、然後至加熱板組件114、通過熱阻流部118、且然後進入冷卻板組件120。
在一些實施例中，熱阻流部118可配置成將氣體分配歧管106所執行之半導體製造操作所需之指定量的熱量耗盡。舉例而言，在微容積中的一些半導體處理操作期間，可產生顯著量的熱量(例如，來自微容積中的化學反應，或來自從晶圓支撐件中之加熱器所接收的熱量)，該顯著量的熱量可用來加熱晶圓。在一些實施例中，支撐晶圓的晶圓支撐件可被加熱至高達600℃。例如對流、輻射、或透過圖3之密封區域168中氣體的傳導，該熱量然後可流入面板組件108。然後該熱量可向上透過氣體分配歧管106的其他層，例如透過真空歧管110、加熱板組件114、熱阻流部118、以及隨後的冷卻板組件120。為求製程穩定性，可需要從面板組件108進行移除的熱量可存在一最大值，以求將面板組件108維持於穩態溫度(例如，在200℃至300℃的範圍中)。為達此目的，流動自面板組件108的熱量可藉由熱阻流部加以限制，以達成需要從面板進行之熱量耗盡的理論上最大值(缺少熱阻流部的情況下，面板可能失熱太快，導致晶圓在處理期間冷卻，這是不樂見的)。
熱阻流部118可再配置，從而以低成本及最小人力考量諸多製程條件。以例說明，可改變基座102，使得從基座102至氣體分配歧管106的總熱量轉移有所減少。相應地，熱阻流部118可利用具有較低熱傳導性(例如，具有熱阻流部118更小的直徑)的其他熱阻流部而替代，以維持適當的熱流量。這可在不必對組件中任何其他元件進行重新製造或重新設計的情況下完成，從而節省了顯著的時間及成本。
在任何情況下，若期望較少的熱量移除，則如以下進一步詳細描述，加熱板組件114可用來為氣體分配歧管106增加熱量，從而提供閉合迴路的溫度控制。以例說明，若對於給定氣體分配歧管106的任何考量用途而言，所需的最大熱量耗盡為3000瓦特，則熱阻流部118可配置成當使用如此之熱量時在與參數一致的穩態條件下耗盡3000瓦特，該參數係為待執行的半導體操作而確立。若半導體製造操作的一些實施態樣僅需要2500瓦特的熱量耗盡，然而如以下進一步詳細描述，額外的500瓦特之加熱作用可藉由加熱板組件114而提供，以維持穩態。熱阻流部118可為介於冷卻板組件120及加熱板組件114之間的唯一熱傳導路徑，但例如纜線的各種附帶傳導路徑例外，該纜線可能容許冷卻板組件120及加熱板組件114之間些許可忽略量的傳導性熱量轉移，例如，總共少於冷卻板組件120及加熱板組件114之間整體熱量轉移的5%。舉例而言，如圖2中所示，熱阻流部118可位於介於冷卻板組件120及加熱板組件114之間的間隙116內，以防止冷卻板組件120及加熱板組件114之間其他的熱傳導性接觸。類似地，如圖2中所示，在陶瓷入口156與冷卻板組件120、及加熱板組件114二者之間皆有間隙115，以防止冷卻板組件120及加熱板組件114之間經由陶瓷入口156的其他熱傳導性接觸。如此，熱量可主要地流過熱阻流部118，而不是流過氣體分配歧管106的其他元件。
如圖8中所示，熱阻流部118的每一者可包含間隔件174。每一間隔件可包含中心區域176，且每一熱阻流部118可包含穿過中心區域176的一螺栓178。熱阻流部118可基於所期望之熱傳導性而由各種材料組成。舉例而言，為降低熱傳導性，熱阻流部118可由銅、鋁、鋼、或鈦組成。取決於期望多少熱量耗盡，熱阻流部118可在複數實施例範圍內於尺寸上有所不同。然而，熱阻流部118在平行於圖3之第二外表面的平面內可具有一總橫剖面面積(包含間隔件174、及螺栓178)，該總橫剖面面積係介於第一外表面126之表面面積的1.7%及8.0%之間，例如，面向熱阻流部、且與溫度控制組件或真空歧管組件呈傳導性接觸之面板組件的表面面積的1.7%至8%。
間隔件174可在複數實施例的範圍內於形狀上有所不同。舉例而言，如圖8中所示，間隔件174在平行於第二外表面132的平面內可為環形的。或者，間隔件174在平行於第二外表面132的平面內可具有不同的圓形或多角形橫剖面形狀。以例說明，間隔件可具有八角形或六角形的形狀。一般來講，熱阻流部118可具有相同的形狀及尺寸，且因此可為可互換的。如圖8中所示，熱阻流部118的一些者(例如，熱阻流部179)可在尺寸上稍微地有所不同，以考量噴淋頭中各種其他的特徵部(例如，入口)。
熱阻流部118可排列成諸多圖案。例如，如圖8中所示，熱阻流部118可排列成一或更多的圓形圖案，且可在該等圓形圖案的每一者內平均地隔開。或者，如此圖案可取決於其中容納如此熱阻流部之氣體分配歧管的形狀而有所不同。或者，熱阻流部118的一些或全部者可排列成非圓形圖案。
如上所述，間隔件174可與加熱板組件114或冷卻板組件120整合為一體，以阻流加熱板組件114及冷卻板組件120之間的熱流。然而在所述實施例中，間隔件174為單獨的部件，這容許該等間隔件174輕易地利用不同長度之間隔件174或具有不同橫剖面面積之間隔件174進行替換，從而較輕易地調節熱阻流部118的熱流特性。
如以上所討論，氣體分配歧管106亦可包含真空歧管110。例如，圖9顯示根據一些實施例之圖2之氣體分配歧管106之真空歧管110之範例的俯視圖。真空歧管110可為鍍鎳的、硬焊的(brazed)鋁歧管組件，其可容許圖2之陶瓷入口156及清洗氣體入口閥119被密封於面板組件108，然而在其他實施例中該歧管亦可由其他材料製成、及/或可利用其他材料進行塗佈(或者，未塗佈)。
在一些實施例中，圖9之真空歧管110可從圖3之微容積162移除製程氣體。例如，如以上所討論，真空歧管110可包含流動通道172，從而提供從氣體分配歧管106及微容積162經由圖7之排氣埠170均勻的排氣泵抽。如此泵抽可從圖3之晶圓104的外周牽引製程氣體。因此，如以下在圖12之上下文中所討論，製程氣體可流過晶圓104的頂部表面、流向微容積162的邊緣。
如圖9中所示，流動通道172可為不對稱的。例如，流動通道172可不對稱地隔開，其中相較於與泵抽埠175相反的一側，在與泵抽埠175相同之真空歧管的一側上可有較少的流動通道172。換句話說，流動通道172a及172b可比流動通道172c及172d更接近彼此。同樣地，流動通道172取決於其在真空歧管110內的位置可在尺寸上有所不同。例如，流動通道172e可比流動通道172f更寬。流動通道172相關於泵抽空175的如此位置可提供平均的壓力分佈，這可容許前段中所述之泵抽過程中的均勻性。
在一些實施例中，如以上所討論，真空歧管110可包含通道173，以將來自阻隔氣體源的阻隔氣體經由外通道166及立管通道167傳送至圖3之密封區域168。在一些實施例中，如此特徵部可為基座的一部分，而不是氣體分配歧管106的一部分。
真空歧管110的位置可在複數實施例範圍內有所不同。例如，如圖2及8中所示，真空歧管110可位於氣體分配歧管106內。或者，由真空歧管110所提供之特徵部可併入圖1之晶圓支撐基座102內。
如以上所討論，圖2之氣體分配歧管106可包含加熱板組件114。圖10顯示根據一些實施例之圖2之氣體分配歧管106之加熱板組件114之範例的俯視圖。例如，加熱板組件114可包含例如標準鋁板之可傳導熱量的加熱板。熱量可藉由電阻式加熱元件188而提供至該板件，該電阻式加熱元件188係嵌入該板件內、或者與該板件呈近距離熱接觸而定位，例如，如圖所示，藉由將該電阻式加熱元件188壓入已加工於該板件中的蜿蜒溝槽中。例如，電阻式加熱元件188可具有金屬外殼，該金屬外殼具有將電阻式元件(例如，鎳鉻合金(nichrome)線之線圈)與該外殼隔開的內絕緣體(例如，鎂氧化物)。提供至加熱板組件114的熱量可藉由供應通過電阻式加熱元件188之變化電流而變化。
如以上所討論，圖2之氣體分配歧管106可包含冷卻板組件120。圖11顯示根據一些實施例之圖2之氣體分配歧管106之冷卻板組件120之範例的俯視圖。冷卻板組件120可包含冷卻通道180。例如水的冷卻液體可流過冷卻通道180，以對面板組件108提供熱控制。以例說明，具有從攝氏15至30度之範圍內之溫度的冷卻水可流過冷卻通道180，以使面板組件108的溫度維持於攝氏200至300度的範圍中。或者，如此的冷卻作用可使用例如Galden® 之高溫相容(high-temperature-compatible)熱轉移流體而完成。
在一些實施例中，圖2之氣體分配歧管106可包含(複數)熱電偶，以便氣體分配歧管106之各種區域的溫度量測。例如，圖12顯示根據一些實施例之氣體分配歧管106的等視角切開圖，以說明熱電偶182及184。
在一些實施例中，氣體分配歧管106可包含加熱板組件114中的熱電偶182。熱電偶182可為加熱板組件114提供溫度過高的訊息。同樣地或另選地，熱電偶182可提供氣體分配歧管106之主體之溫度的量測。
如圖12中所示，氣體分配歧管106亦可包含刺穿冷卻板組件120、加熱板組件114、真空歧管110、並進入面板組件108的熱電偶184。熱電偶184可位於被圖5之間隙區域152所佔據之面板組件108的區域內。將熱電偶184安裝於面板組件108中可容許熱電偶184感測面板組件108的溫度，而不是氣體分配歧管106之主體的溫度。
在一些實施例中，沉積的開始可基於來自面板組件108處之熱電偶184的溫度量測而進行判定。例如，圖1之晶圓104的熱發散率可在沉積開始時發生變化，這可導致面板組件108中溫度的不同變化。因此，沉積的開始可藉由面板組件108處之熱電偶184所量測之溫度的變化加以標示。
圖12亦描繪可能的氣體流動圖案的若干範例。例如，白色箭頭192顯示如圖3及11之上下文中所討論之阻隔氣體的可能流動圖案。黑色箭頭190顯示圖3及11之上下文中所討論之製程氣體的可能流動圖案。
在一些實施例中，氣體分配歧管可為包含控制器之半導體處理工具的一部分。如此控制器可配置成控制氣體分配歧管106的各式元件。若干非限制性範例係於以下進行描述。例如，控制器可配置成藉由控制不同閥而開始、停止、增加、或減少透過氣體分配路徑的氣流。控制器可配置成改變通過圖10之電阻式加熱元件188的電流量，以調整熱量。控制器亦可配置成打開或閉合圖2之清洗氣體入口閥119。如以上所討論，控制器可配置成當圖12之熱電偶184量測到溫度變化時記錄沉積循環的開始。
控制器可各種系統的一部分，包含(複數)處理工具、(複數)腔室、(複數)處理平臺、及/或特定的處理元件(晶圓基座、氣體流動系統等)。該等系統可與電子設備整合，以在半導體晶圓或基板的處理之前、期間、以及之後，控制系統的運作。該電子設備可稱為「控制器」，其可控制系統或複數系統的不同元件或子部件。取決於處理需求及/或系統類型，控制器可程式設計成控制本文所揭露操作的任何者，包含處理氣體的傳送、溫度設定(例如，加熱及/或冷卻)、流速設定、流體傳送設定、位置和操作設定、晶圓轉移(進出與特定系統相連接或相接合之工具及其他轉移工具、及/或裝載室)。
廣泛地講，控制器可定義為具有用以接收指令、發佈指令、控制操作、啟動清洗操作、啟動終點量測以及類似者之各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子設備。積體電路可包含：儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位訊號處理器(DSPs，digital signal processors)、定義為特殊用途積體電路(ASICs，application specific integrated circuits )的晶片、及/或一或更多微處理器、或執行程式指令(例如，軟體)的微控制器。程式指令可為以各種單獨設定(或程式檔案)之形式而傳達至控制器或系統的指令，該單獨設定(或程式檔案)為實行特定的製程(在半導體晶圓上，或針對半導體晶圓)而定義操作參數。在一些實施例中，操作參數可以是由製程工程師為了在晶圓之一或更多以下者的製造期間實現一或更多處理步驟而定義之配方的一部分：疊層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、以及/或者晶圓的晶粒。
在一些實施例中，控制器可為電腦的一部分，或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、以其他網路的方式接至系統、或其組合的方式而接至系統。舉例而言，控制器可在能容許遠端存取晶圓處理之「雲端」或廠房主機電腦系統的全部、或部分中。電腦可使系統能夠遠端存取，以監控製造操作的目前進度、檢查過去製造操作的歷史、自複數的製造操作而檢查其趨勢或效能度量，以改變目前處理的參數、設定目前處理之後的處理步驟、或開始新的處理。在一些範例中，遠端電腦(例如，伺服器)可通過網路而提供製程配方至系統，該網路可包含局域網路或網際網路。遠端電腦可包含使得可以進入參數及/或設定、或對參數及/或設定進行程式設計的使用者介面，然後該參數及/或設定自遠端電腦而傳達至系統。在一些範例中，控制器以資料的形式接收指令，該指令為待於一或更多操作期間進行執行之處理步驟的每一者而指定參數。應該理解，參數可特定地針對待執行之製程的類型、以及控制器與之接合或加以控制之工具的類型。因此如上所述，控制器可為分散式的，例如藉由包含以網路的方式接在一起、且朝向共同之目的(例如，此處所描述之處理、及控制)而運作的一或更多的分離的控制器。用於如此目的之分散式控制器的範例將是腔室上與位於遠端的一或更多積體電路(例如，在作業平臺位準處、或作為遠端電腦的一部分)進行通訊的一或更多積體電路，兩者相結合以控制腔室上之製程。
例示性系統可包含但不限於以下者：電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉淋洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清洗腔室或模組、斜角緣部蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積沉積(PVD，physical vapor deposition)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD ，chemical vapor deposition )腔室或模組、原子層沉積(ALD ，atomic layer deposition )腔室或模組、原子層蝕刻(ALE ，atomic layer etch)腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室(track chamber)或模組、以及可關聯於或用於半導體晶圓的製造、及/或生產的任何其他半導體處理系統。
如以上所提及，取決於待藉由工具而執行之(複數)製程步驟，控制器可與半導體製造工廠中之一或更多的以下者進行通訊：其他工具迴路或模組、其他工具元件、叢集工具(cluster tools)、其他工具介面、鄰近的工具、相鄰的工具、遍及工廠而分布的工具、主電腦、另一控制器、或材料輸送中使用之將晶圓容器攜帶往返工具位置及/或裝載埠的工具。
以上描述之各種硬體和方法實施例可結合微影圖案化工具或製程而加以使用，例如，用於製造或生產半導體裝置、顯示器、LED、光電板、及類似物。儘管並非必然，但典型地，如此工具/製程將於共同的製造設施中一起使用或進行。
膜的微影圖案化典型地包含以下步驟的一些或全部者，每一步驟係利用許多可能的工具而得以進行：(1)使用旋塗或噴塗工具將光阻施加至工件上，例如，具有矽氮化物膜形成於其上的基板；(2)使用熱板、或爐、或其他適當固化工具來固化光阻；(3)利用如晶圓步進器的工具將光阻曝露至可見光、或紫外線光、或X射線光；(4)使光阻顯影，以選擇性地移除光阻，並且從而使用如濕檯之工具或噴塗顯影劑使其圖案化；(5)藉由使用乾式、或電漿輔助式蝕刻工具將光阻圖案轉移至下層膜、或工件中；以及(6)使用如射頻或微波電漿光阻剝離器的工具移除光阻。在一些實施例中，可於施加光阻之前沉積可灰化的硬遮罩層(如非晶碳層)、及另一適當的硬遮罩(例如抗反射層)。
吾人應該理解，本文所述之配置及/或方法本質上係例示性的，且該等特定實施例或範例並不以限制的意義而考量，因為許多變化係有可能的。本文所描述之特定程式或方法可代表任何數目之處理策略的其中一者或更多者。如此，所說明的各種動作可以所說明之順序、其他順序、並行方式而加以執行，或者在一些情形中被省略。同樣地，以上所述之製程的順序可以改變。
本揭示內容的標的包含本文所揭露之以下者的所有新穎的、且非顯而易見的組合、及子組合、及其任何的及所有的等效物：各種製程、系統及配置、及其他特徵、功能、動作、及/或特性。
100‧‧‧設備
102‧‧‧基座
104‧‧‧晶圓
106‧‧‧氣體分配歧管
108‧‧‧面板組件
110‧‧‧真空歧管
112‧‧‧溫度控制組件
114‧‧‧加熱板組件
115‧‧‧間隙
116‧‧‧間隙
118‧‧‧熱阻流部
119‧‧‧清洗氣體入口閥
120‧‧‧冷卻板組件
122‧‧‧背板區域
123‧‧‧層
124‧‧‧第一內表面
125‧‧‧層
126‧‧‧第一外表面
128‧‧‧面板區域
130‧‧‧第二內表面
132‧‧‧第二外表面
134‧‧‧圖案
136‧‧‧氣體分配孔
138‧‧‧充氣區域
140‧‧‧氣體分配通道
142‧‧‧第一總橫剖面面積
146a‧‧‧徑向輻條通道
146b‧‧‧徑向輻條通道
148‧‧‧同心環形通道
150‧‧‧部位
152‧‧‧間隙區域
154‧‧‧第二總橫剖面面積
156‧‧‧入口
158‧‧‧環形壁部
160‧‧‧中心部
162‧‧‧微容積
164‧‧‧晶圓支撐表面
166‧‧‧外通道
167‧‧‧立管通道
168‧‧‧密封區域
170‧‧‧排氣埠
171‧‧‧溝槽
172a‧‧‧流動通道
172b‧‧‧流動通道
172c‧‧‧流動通道
172d‧‧‧流動通道
172e‧‧‧流動通道
172f‧‧‧流動通道
173‧‧‧通道
174‧‧‧間隔件
175‧‧‧泵抽埠
176‧‧‧中心區域
178‧‧‧螺栓
179‧‧‧熱阻流部
180‧‧‧冷卻通道
182‧‧‧熱電偶
184‧‧‧熱電偶
188‧‧‧電阻式加熱元件
190‧‧‧黑色箭頭
192‧‧‧白色箭頭
圖1顯示根據一些實施例之用於半導體製造之設備之範例的橫剖面圖。
圖2顯示根據一些實施例之圖1之例示性設備之氣體分配歧管的等視角剖面圖。
圖3顯示根據一些實施例之圖2之例示性氣體分配歧管之例示性面板組件的橫剖面視圖。
圖4顯示根據一些實施例之圖3之例示性面板組件之面板區域的等視角仰視圖。
圖5顯示根據一些實施例之圖3之例示性面板組件之充氣區域的等視角圖。
圖6顯示根據一些實施例之圖3之例示性面板組件之充氣區域的俯視圖。
圖7顯示根據一些實施例之圖3之例示性面板組件之背板區域的等視角圖。
圖8顯示根據一些實施例之圖2之例示性氣體分配歧管的分解圖。
圖9顯示根據一些實施例之圖2之例示性氣體分配歧管之真空歧管之範例的俯視圖。
圖10顯示根據一些實施例之圖2之例示性氣體分配歧管之加熱板組件之範例的俯視圖。
圖11顯示根據一些實施例之圖2之例示性氣體分配歧管106之冷卻板組件之範例的俯視圖。
圖12顯示根據一些實施例之圖2之例示性氣體分配歧管的等視角切開圖。
100‧‧‧設備
102‧‧‧基座
104‧‧‧晶圓
106‧‧‧氣體分配歧管

Claims (21)

  1. 一種用於半導體製造的設備，該設備包含： 一氣體分配歧管，其包含： 一面板組件，其具有： 一背板區域，其至少部分地由一第一內表面及一第一外表面所界定， 一面板區域，其與該背板區域相反，該面板區域至少部分地由一第二內表面及一第二外表面所界定，以及 形成一第一圖案的複數氣體分配孔，其中該複數氣體分配孔係分佈於該第二內表面的範圍內，且每一氣體分配孔跨距於該第二外表面及該第二內表面之間；以及 一溫度控制組件，其與該第二外表面呈熱傳導接觸，該溫度控制組件具有： 一冷卻板組件，其具有配置成與一冷卻源相連接的一或更多冷卻通道， 一加熱板組件，其偏離該冷卻板組件，以形成一間隙，以及 分佈於該間隙內之複數的熱阻流部(thermal chokes) ，該熱阻流部係配置成對該加熱板組件及該冷卻板組件之間的熱流進行熱阻流。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於半導體製造的設備，其中該熱阻流部在平行於該第二外表面的一平面內具有一總橫剖面面積，該總橫剖面面積係介於該第一外表面之表面面積的1.7%與8.0%之間。
  3. 如申請專利範圍第1項之用於半導體製造的設備，其中該熱阻流部包含一間隔件，該間隔件在平行於該第二外表面的一平面內具有一多角形、或圓形橫剖面形狀。
  4. 如申請專利範圍第3項之用於半導體製造的設備，其中該複數間隔件係與該加熱板組件或該冷卻板組件整合為一體。
  5. 如申請專利範圍第3項之用於半導體製造的設備，其中該熱阻流部係排列成一或更多圓形圖案，且係在該一或更多圓形圖案的每一者內平均地隔開。
  6. 如申請專利範圍第3項之用於半導體製造的設備，其中該複數間隔件在平行於該第二外表面的該平面內為環形。
  7. 如申請專利範圍第6項之用於半導體製造的設備，其中： 每一間隔件包含一中心區域，且 每一熱阻流部包含穿過該中心區域的一螺栓。
  8. 如申請專利範圍第1-7項其中任一項之用於半導體製造的設備，其中該面板組件主要係由陶瓷材料組成。
  9. 如申請專利範圍第8項之用於半導體製造的設備，其中： 該面板組件更包含一陶瓷入口，且 經由該陶瓷入口流入該氣體分配歧管的製程氣體在位於該氣體分配歧管內時，主要曝露於組成該面板組件的該陶瓷材料。
  10. 如申請專利範圍第1-7項其中任一項之用於半導體製造的設備，其中該面板組件更包含： 一充氣區域，其至少部分地由該第一及第二內表面所界定，該充氣區域包含： 形成一網路的氣體分配通道，其用於分配氣體，該氣體分配通道在標稱平行於該面板組件的一平面內具有一第一總橫剖面面積，以及 複數間隙區域，其係由形成該網路的氣體分配通道所定義，該複數間隙區域跨距於該第一內表面及該第二內表面之間，該複數間隙區域在標稱平行於該面板組件的該平面內具有一第二總橫剖面面積。
  11. 如申請專利範圍第10項之用於半導體製造的設備，其中該複數間隙區域無氣體分配孔。
  12. 如申請專利範圍第10項之用於半導體製造的設備，其中每一間隙區域在該面板區域及該背板區域之間形成一熱傳導路徑。
  13. 如申請專利範圍第10項之用於半導體製造的設備，其中該氣體分配通道包含： 複數徑向輻條通道，以及 複數同心環形通道，其與該複數徑向輻條通道流體連接。
  14. 如申請專利範圍第13項之用於半導體製造的設備，其中該複數徑向輻條通道形成圍繞該氣體分配歧管之一入口的一圓形陣列，且每一徑向輻條通道具有至少一部分，在該至少一部分處該徑向輻條通道在垂直於該徑向輻條通道之一平面內的橫剖面面積作為距該入口之漸增距離的函數而減少。
  15. 如申請專利範圍第10項之用於半導體製造的設備，其中該第二總橫剖面面積係介於該第一總橫剖面面積及該第二總橫剖面面積之和的30%及40%之間。
  16. 如申請專利範圍第1-7項其中任一項之用於半導體製造的設備，其中： 該第二外表面包含一環形壁部，該環形壁部係在離開該第二內表面的方向上偏離被包圍於該環形壁部內之該第二外表面的一中心部，且 該環形壁部係配置成當該氣體分配歧管被安裝於一半導體處理腔室中時與位於該半導體處理腔室中的一晶圓支撐基座相接合，以定義一微容積，當使用該設備在一晶圓上執行一或更多半導體處理操作時，該微容積係至少部分地由該中心部、該環形壁部、及該晶圓支撐基座之一晶圓支撐表面所界定，其中該設備更包含配置成從該微容積移除製程氣體的一真空歧管。
  17. 如申請專利範圍第16項之用於半導體製造的設備，更包含一外通道，其中： 該外通道係配置成提供一阻隔氣體至介於該第二外表面及該晶圓支撐基座之間的一密封區域，且 該密封區域係該微容積存在時該第二外表面及該晶圓支撐基座最接近處的一區域。
  18. 如申請專利範圍第16項之用於半導體製造的設備，其中該真空歧管係位於該加熱板組件及該面板組件之間。
  19. 如申請專利範圍第18項之用於半導體製造的設備，其中該面板組件包含與該真空歧管流體連通的排氣埠。
  20. 如申請專利範圍第19項之用於半導體製造的設備，其中該真空歧管包含配置成對流動於該真空歧管內的氣體提供不對稱流動路徑的流動通道。
  21. 如申請專利範圍第1-7項其中任一項之用於半導體製造的設備，其中該面板組件包含配置成量測該面板區域之溫度的一熱電偶。
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