TW201730369A - 用於基板處理系統之矽或碳化矽氣體注射器 - Google Patents
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Abstract
氣體注射器包含管狀棒段，由選自由下列所組成之群組中的材料製成：矽及碳化矽。管狀棒段包括界定流體通道的本體、以及直接加工形成於其之端部上的螺紋。關節包括螺紋。管狀棒段之螺紋接合至關節之螺紋。氣體供應管連接至關節。透過螺紋可將一或更多另外的管狀棒段附接至管狀棒段以改變氣體注射器之長度。
Description
本發明係關於基板處理系統，且更具體而言，係關於用以供應處理氣體至基板處理系統中的加熱爐的氣體注射器。
提供於本文之先前技術的敘述，係為了整體地呈現本發明之背景。在先前技術部分中敘述的成果之範圍內，本案列名之發明人的成果，以及在申請期間不適格作為先前技術之敘述觀點，皆非直接或間接地被承認係對抗本發明之先前技術。
在製程的一或更多階段期間，可使用加熱爐中的基板(例如半導體晶圓)之批次處理。在加熱爐中可執行熱化學氣相沉積(CVD)或其他處理。將基板加熱到預設溫度範圍並使用氣體注射器將前驅物氣體引入加熱爐中。
氣體注射器一般係由石英或碳化矽製成。在一些情況下，沉積薄膜的熱膨脹係數(CTE)與用以製造氣體注射器之材料的CTE之間可能未充分匹配。因此，在操作期間可能發生形成於氣體注射器之內側表面的薄膜的剝離(delamination)。剝離在加熱爐中產生微粒。微粒可能掉落於基板上而增加缺陷。為避免這些缺陷，執行更頻繁的預防維護，而提高成本。
一氣體注射器包含一管狀棒段，由選自由下列所組成之群組中的材料製成：矽及碳化矽。該管狀棒段包括：一本體，界定一流體通道；以及螺紋，直接加工形成於該管狀棒段之一端部上。一關節包括螺紋。該管狀棒段之螺紋接合至該關節之螺紋。一氣體供應管連接至該關節。
在其他特徵中，該管狀棒段包括直接加工形成於該管狀棒段之對側端部上的螺紋。另一管狀棒段接合至位在該管狀棒段之該對側端部上的螺紋。該關節包括一本體，界定一空腔用以接收該管狀棒段。該關節的螺紋位在該空腔的一端部上。
在其他特徵中，該關節包括第一凹槽與第二凹槽，從該關節的一端部延伸朝向該關節的一對側端部。該管狀棒段完全由該材料所製成。
一氣體注射器包含第一管狀棒段，包括：一本體，界定一流體通道；外螺紋，直接加工形成於該第一管狀棒段之一端部上；以及內螺紋，直接加工形成於該第一管狀棒段之一對側端部上。第二管狀棒段，包括：一本體，界定一流體通道；外螺紋，直接加工形成於該第二管狀棒段之一端部上；以及內螺紋，直接加工形成於該第二管狀棒段之一對側端部上。該第一管狀棒段及該第二管狀棒段由選自由下列所組成之群組中的材料製成：矽及碳化矽。該第二管狀棒段之一端部以螺紋附接至該第一管狀棒段之一端部。該第一管狀棒段及該第二管狀棒段的流體通道流體連通。
在其他特徵中，第三管狀棒段包括：一本體，界定一流體通道；外螺紋，直接加工形成於該第三管狀棒段之一端部上；以及內螺紋，直接加工形成於該第三管狀棒段之一對側端部上。該第三管狀棒段之一端部以螺紋附接至該第二管狀棒段之一對側端部。該第三管狀棒段由選自由下列所組成之群組中的材料製成：矽及碳化矽。該第三管狀棒段及該第二管狀棒段的流體通道流體連通。
在其他特徵中，一關節以螺紋附接至該第一管狀棒段及該第二管狀棒段中之一者。一氣體供應管連接至該關節。該氣體供應管包含流體通道，與該第一管狀棒段及該第二管狀棒段中之該者的流體通道流體連通。該關節包括一本體，界定一空腔用以接收該第一管狀棒段及該第二管狀棒段中之該者的一外側直徑。
在其他特徵中，該關節包括第一凹槽與第二凹槽，從該關節的一端部延伸朝向該關節的一對側端部。該第一管狀棒段及該第二管狀棒段完全由該材料所製成。
一氣體注射器，包含N個管狀棒段，完全由選自由下列所組成之群組中的材料製成：矽及碳化矽。N為大於1的整數。該N個管狀棒段中之各者包括：一本體，界定一流體通道；以及螺紋，直接加工形成於該者之對側端部上。該N個管狀棒段透過該螺紋而連接在一起。一關節連接至該N個管狀棒段。一氣體供應管，連接至該關節。
在其他特徵中，該關節包括螺紋，接合至位在該N個管狀棒段中之一者上的螺紋。該關節包括一本體，界定一空腔用以接收該N個管狀棒段中之該者。該關節的螺紋位在該空腔的一端部上。
在其他特徵中，該關節包括第一凹槽與第二凹槽，從該關節的一端部延伸朝向該關節的一對側端部。
從詳細的實施方式、申請專利範圍，以及圖式，本發明的實用性的更遠範圍將變得明顯。該詳細的實施方式與具體的例子僅是為了描述之目的，而非欲限制本發明之範疇。
本發明係關於包括複數管狀棒段的氣體注射器。各個管狀棒段具有圓柱狀本體及內側流體通道，以允許傳送處理氣體。在一些例子中，管狀棒段可完全由矽(Si)及碳化矽(SiC)所製成，但亦可使用其他的材料。
使用機械性螺紋將二或更多管狀棒段連接在一起以提供可變長度。機械性螺紋係直接加工形成於管狀棒段的端部。螺紋消除了對於其他類型之附接(例如黏劑結合)的需求。一旦螺紋接合在一起，管狀棒段即形成單一、整體的氣體注射器管，其輸送處理氣體至加熱爐或其他基板處理腔室。
現參考圖1，圖示設置在加熱爐10中的氣體注射器之範例。雖然圖示特定類型的加熱爐，但本文中所述的氣體注射器可與其他類型的加熱爐或其他基板處理設備一起使用。加熱爐10圖示為包括絕熱外罩12。加熱線圈14設置在絕熱外罩12之內側。可透過功率供應器(未圖示)供應功率至加熱線圈14。
在加熱線圈14及絕熱外罩12之內側可設置內部容器16。可使用配適於內部容器16中的內襯層18。基板固持器20位於支座22上。在處理期間，基板固持器20及支座22大致上被內襯層18圍繞。基板固持器20可包括垂直向排列的凹槽，用以在熱處理期間固持複數基板。基板可為半導體晶圓。
氣體注射器24包括供應管25、關節26、及以螺紋連接在一起的複數管狀棒段27-1、27-2、…、及27-N(統稱為管狀棒段27)(其中N為大於1的整數)。在一些範例中，供應管25由不鏽鋼製成，但可使用其他材料。氣體注射器24可設置在基板固持器20與內襯層18之間。氣體注射器24包括一出口，位於其上方端部並用以將處理氣體引入內襯層18之內。
可使用真空泵浦(未圖示)以通過內部容器16之底部將處理氣體排空。可將絕熱外罩12、內部容器16、及內襯層18垂直地抬起以允許晶圓傳送進出基板固持器20，但在一些形構中，這些元件維持固定，而一升降器(未圖示)將基板固持器20及支座22抬起及降下以使基板固持器20及支座22進出加熱爐10。
現參考圖2，更詳細圖示氣體注射器24。管狀棒段27包括直接機械加工於其端部上的外螺紋及內螺紋40、42。例如，管狀棒段27-1包括內螺紋42，與位在相鄰的管狀棒段27-2上的外螺紋40配合。以類似方式將其他管狀棒段連接以提供可變長度。關節26包括位於其上方端部的內螺紋42，與位在管狀棒段27-1上的外螺紋40配合。供應管25可結合、以螺紋接合、或以其他方式附接至關節26之下方端部。
現參考圖3，更詳細圖示管狀棒段27之範例。管狀棒段27包括本體39。外螺紋40機械加工於其外側表面上。管狀棒段27包括外側直徑44及界定流體通道54的內側直徑46。管狀棒段27更包括通往流體通道54的第一開口48，可作為流體入口或出口。外螺紋40的徑向外側直徑可相對於外側直徑44而向內側間隔開，使得外螺紋40被接收於對應的內螺紋42之內側。
現參考圖4，更詳細圖示管狀棒段27之範例。管狀棒段27包括機械加工於其內側表面上的內螺紋42。管狀棒段27更包括通往流體通道54的第二開口72，可作為流體入口或出口。
現參考圖5到7B，圖示關於關節26的其他細節。在圖5中，關節26包括本體73，界定用以接收管狀棒段27-1的空腔80。關節26包括形成在其相對的側面上的凹槽82及84，凹槽82及84從關節26之上部延伸到與關節26之下部間隔開的一點。供應管25接收在關節26之下部。在圖6中，管狀棒段27-1插入空腔80中，且外螺紋40由關節26的內螺紋42接收。為降低在溫度改變期間可能造成的破壞，凹槽82及84提供對於管狀棒段27-1的物理支撐以增加結構強度及彈性。
在圖7A及7B中，流體通道90界定通過供應管25的中央。關節26中的流體通道92將流體通道90流體連接至管狀棒段27-1的流體通道54。關節的內側直徑94提供足夠的間距以接收管狀棒段27-1的外側直徑。
現參考圖8，圖示製造氣體注射器之方法150之範例。在152，成長矽晶棒。在154，執行矽晶棒之中心鑽孔以產生整塊的管狀棒段。在158，在整塊的管狀棒段上執行導線放電加工(electrical discharge manufacturing, EDM）以得到期望的長度並使管狀棒段的端部表面平滑化，但亦可使用其他方法。在162，亦使用EDM以在管狀棒段中形成流體通道，但亦可使用其他方法。
在164，在管狀棒段的端部上執行電腦數值控制(CNC)加工以形成外螺紋及內螺紋，但亦可使用其他方法。在一些範例中，可使用鑽石端鑽孔器(diamond tipped drill)。在CNC加工期間可使用潤滑，例如水或以油為基礎的潤滑劑。就執行CNC加工所需要的時間而言，調整速度與饋送設定以最佳化可能對管狀棒段造成的破壞。在其他範例中，使用延性模式加工（ductile mode machining）將螺紋加工形成於管狀棒段上，如共同受讓之美國專利案第8893702號“Ductile Mode Machining Methods for Hard and Brittle Components of Plasma Processing Apparatus”中所述，該案之核准日為2014年11月25日，並以全文加入本案之參考資料。
在166，清潔管狀棒段。在168，在管狀棒段上執行表面化學處理。在170，在表面化學處理之後再次清潔管狀棒段。在174，執行另外的清潔步驟作為最終清潔操作。僅作為範例，可使用氟化氫(HF)。
現參考圖9，圖示組裝氣體注射器的方法200。在204，提供N個管狀棒段、關節、及供應管，其中N為大於或等於1的整數。在212，將N個棒以螺紋接合在一起(其中N大於1)然後以螺紋接合至關節。將氣體供應管連接至關節。在一些範例中，使用黏著劑連接氣體供應管，但可使用其他連接方法。在214，在使用之前可將氣體注射器密封及時效處理。僅作為範例，可在氣體注射器之內側部分上沉積薄膜以將氣體注射器密封。在216，將氣體注射器安裝於加熱爐中並用於製程中。在一些範例中，在熱化學氣相沉積(CVD)處理期間使用氣體注射器，例如摻雜或未摻雜多晶矽的沉積處理，但可執行其他處理。
前文的敘述僅係本質上地說明，而非意欲限制本發明、其應用或使用。本發明廣泛的教示可以各式各樣的形式執行。因此，即使本發明包含具體的例子，本發明的真正範圍不應如此受限制，因為一旦研讀圖式、說明書與下列之申請專利範圍，其他修改將變得顯而易見。應瞭解，可在不改變本揭露內容之原則的情況下，以不同的順序(或同時)執行方法中的一或更多的步驟。再者，雖然前文中將每一實施例描述為具有某些特徵，但所述之關於本發明之任一實施例的該等特徵的任一或更多者可在任何其他實施例中實行、及/或可與任何其他實施例的特徵組合，即使未明確地描述該組合。換句話說，所描述的實施例並非係互相排斥的，且一或更多實施例之間互相的置換仍屬於本發明的範疇。
10‧‧‧加熱爐
12‧‧‧絕熱外罩
14‧‧‧加熱線圈
16‧‧‧內部容器
18‧‧‧內襯層
20‧‧‧基板固持器
22‧‧‧支座
24‧‧‧氣體注射器
25‧‧‧供應管
26‧‧‧關節
27‧‧‧管狀棒段
39‧‧‧本體
40‧‧‧外螺紋
42‧‧‧內螺紋
44‧‧‧外側直徑
46‧‧‧內側直徑
48‧‧‧第一開口
54‧‧‧流體通道
72‧‧‧第二開口
73‧‧‧本體
80‧‧‧空腔
82‧‧‧凹槽
84‧‧‧凹槽
90‧‧‧流體通道
92‧‧‧流體通道
150‧‧‧方法
152‧‧‧步驟
154‧‧‧步驟
158‧‧‧步驟
162‧‧‧步驟
164‧‧‧步驟
166‧‧‧步驟
168‧‧‧步驟
170‧‧‧步驟
174‧‧‧步驟
200‧‧‧方法
204‧‧‧步驟
212‧‧‧步驟
214‧‧‧步驟
216‧‧‧步驟
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216‧‧‧步驟
從詳細的實施方式及隨附圖式，將能更完整地理解本發明，其中：
圖1根據本發明，為包括氣體注射器之加熱爐之範例的剖面圖；
圖2根據本發明，為氣體注射器之範例的側視組合分解圖；
圖3及4為加工形成於氣體注射器之管狀棒段的端部上的外螺紋及內螺紋之範例的側視剖面圖；
圖5及6根據本發明，為氣體注射器之範例的立體圖；
圖7A及7B根據本發明，為連接件及關節之範例的側視及端視剖面圖；
圖8根據本發明，為製造氣體注射器之螺紋管狀棒段的方法的流程圖；以及
圖9根據本發明，為組裝氣體注射器的方法的流程圖。
在該等圖式中，參考數字可重複使用來標示相似及/或相同的元件。
10‧‧‧加熱爐
12‧‧‧絕熱外罩
14‧‧‧加熱線圈
16‧‧‧內部容器
18‧‧‧內襯層
20‧‧‧基板固持器
22‧‧‧支座
24‧‧‧氣體注射器
25‧‧‧供應管
26‧‧‧關節
27‧‧‧管狀棒段
Claims (17)
- 一種氣體注射器，包含： 一管狀棒段，由選自由下列所組成之群組中的材料製成：矽及碳化矽； 其中該管狀棒段包括：一本體，界定一流體通道；以及螺紋，直接加工形成於該管狀棒段之一端部上； 一關節，包括螺紋，其中該管狀棒段之螺紋接合至該關節之螺紋；以及 一氣體供應管，連接至該關節。
- 如申請專利範圍第1項之氣體注射器，其中該管狀棒段包括直接加工形成於該管狀棒段之對側端部上的螺紋。
- 如申請專利範圍第2項之氣體注射器，更包含另一管狀棒段，接合至位在該管狀棒段之該對側端部上的螺紋。
- 如申請專利範圍第1項之氣體注射器，其中該關節包括一本體，界定一空腔用以接收該管狀棒段，其中該關節的螺紋位在該空腔的一端部上。
- 如申請專利範圍第1項之氣體注射器，其中該關節包括第一凹槽與第二凹槽，從該關節的一端部延伸朝向該關節的一對側端部。
- 如申請專利範圍第1項之氣體注射器，其中該管狀棒段完全由該材料所製成。
- 一種氣體注射器，包含： 第一管狀棒段，包括：一本體，界定一流體通道；外螺紋，直接加工形成於該第一管狀棒段之一端部上；以及內螺紋，直接加工形成於該第一管狀棒段之一對側端部上；以及 第二管狀棒段，包括：一本體，界定一流體通道；外螺紋，直接加工形成於該第二管狀棒段之一端部上；以及內螺紋，直接加工形成於該第二管狀棒段之一對側端部上； 其中該第一管狀棒段及該第二管狀棒段由選自由下列所組成之群組中的材料製成：矽及碳化矽； 其中該第二管狀棒段之一端部以螺紋附接至該第一管狀棒段之一端部；並且 其中該第一管狀棒段及該第二管狀棒段的流體通道流體連通。
- 如申請專利範圍第7項之氣體注射器，更包含： 第三管狀棒段，包括：一本體，界定一流體通道；外螺紋，直接加工形成於該第三管狀棒段之一端部上；以及內螺紋，直接加工形成於該第三管狀棒段之一對側端部上； 其中該第三管狀棒段之一端部以螺紋附接至該第二管狀棒段之一對側端部； 其中該第三管狀棒段由選自由下列所組成之群組中的材料製成：矽及碳化矽；並且 其中該第三管狀棒段及該第二管狀棒段的流體通道流體連通。
- 如申請專利範圍第7項之氣體注射器，更包含一關節，以螺紋附接至該第一管狀棒段及該第二管狀棒段中之一者。
- 如申請專利範圍第9項之氣體注射器，更包含連接至該關節的一氣體供應管，其中該氣體供應管包含流體通道，與該第一管狀棒段及該第二管狀棒段中之該者的流體通道流體連通。
- 如申請專利範圍第10項之氣體注射器，其中該關節包括一本體，界定一空腔用以接收該第一管狀棒段及該第二管狀棒段中之該者的一外側直徑。
- 如申請專利範圍第11項之氣體注射器，其中該關節包括第一凹槽與第二凹槽，從該關節的一端部延伸朝向該關節的一對側端部。
- 如申請專利範圍第7項之氣體注射器，其中該第一管狀棒段及該第二管狀棒段完全由該材料所製成。
- 一種氣體注射器，包含： N個管狀棒段，完全由選自由下列所組成之群組中的材料製成：矽及碳化矽； 其中N為大於1的整數； 其中該N個管狀棒段中之各者包括：一本體，界定一流體通道；以及螺紋，直接加工形成於該者之對側端部上；並且 其中該N個管狀棒段透過該螺紋而連接在一起； 一關節，連接至該N個管狀棒段；以及 一氣體供應管，連接至該關節。
- 如申請專利範圍第14項之氣體注射器，其中該關節包括螺紋，接合至位在該N個管狀棒段中之一者上的螺紋。
- 如申請專利範圍第15項之氣體注射器，其中該關節包括一本體，界定一空腔用以接收該N個管狀棒段中之該者，其中該關節的螺紋位在該空腔的一端部上。
- 如申請專利範圍第14項之氣體注射器，其中該關節包括第一凹槽與第二凹槽，從該關節的一端部延伸朝向該關節的一對側端部。
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