TW202334494A - 用於處理腔室的注入模組 - Google Patents

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克里斯多夫Ｓ 奧森
卡堤布潘德拉 夏
齊艾坦亞安雅內雅魯 普羅薩德
維許瓦思庫瑪 潘迪
安諾庫瑪 柏普迪
艾芮卡 漢森
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美商應用材料股份有限公司
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Abstract

本揭露書關於一種用於處理腔室的氣體注入模組。處理腔室包括：腔室主體；可旋轉的基板支撐件，設置在腔室主體的處理容積內側，基板支撐件配置成具有旋轉自旋速率；入口埠，形成於腔室主體中；及注入模組，耦接到入口埠。注入模組包括：本體；一個或多個氣體入口，耦接到本體；及複數個噴嘴，形成在本體的供應面中，供應面配置成面向腔室主體內側，並且從注入模組離開的氣體配置成具有流速；處理腔室還包括控制器，控制器配置成操作處理腔室使得流速與旋轉自旋速率的比率在約1/3和3之間。

Description

用於處理腔室的注入模組
本揭露書一般關於薄膜材料，特別是薄膜材料在基板（諸如半導體基板）上的沉積、改性或移除。更具體地，本揭露書關於用於處理腔室（諸如快速熱處理（RTP）處理腔室）的氣體注入模組。
薄膜材料在基板上的沉積、改性或移除在很大程度上取決於越過基板的表面的前驅物氣體的通量。在基板旋轉期間，旋轉速度（亦即，旋轉自旋速率）通常支配處理腔室內的前驅物氣體流速。尤其是在約100Torr或更高的處理容積壓力範圍下，較低的相對氣體流速（與旋轉自旋速率相比）可能導致在基板的中心處的低通量。基板的中心處的低通量的區域可稱為「停滯區域」。在一些示例中，諸如自由基氧化，發生在基板的中心處的停滯區域（與邊緣區域相比）的氧化物薄膜的相對低生長可能導致跨越基板的表面的不期望的高膜厚度不均勻性。因此，存在有改進越過基板的表面的前驅物氣體通量的設備和方法的需求。
在一些實施例中，提供了適用於半導體製造的一種處理腔室。處理腔室包括：腔室主體；可旋轉的基板支撐件，設置在腔室主體的處理容積內側，基板支撐件配置成具有旋轉自旋速率；入口埠，形成於腔室主體中；及注入模組，耦接到入口埠。注入模組包括：本體；一個或多個氣體入口，耦接到本體；及複數個噴嘴，形成在本體的供應面中，供應面配置成面向腔室主體內側，並且從注入模組離開的氣體配置成具有流速；處理腔室還包括控制器，控制器配置成操作處理腔室使得流速與旋轉自旋速率的比率在約1/3和3之間。
在一些實施例中，提供一種處理腔室。處理腔室包括：腔室主體；可旋轉的基板支撐件，設置在腔室主體內側；入口埠，形成於腔室主體中；及注入模組，耦接到入口埠。注入模組包括：本體；一個或多個氣體入口，耦接到本體；及複數個噴嘴，形成在本體的供應面中，供應面配置成面向腔室主體內側，其中供應面具有空隙區域，其中與在複數個噴嘴的其他相鄰噴嘴對之間的間距相比，在最近的相鄰噴嘴之間具有更大的間距。
在一些實施例中，提供一種處理腔室。處理腔室包括：腔室主體；可旋轉的基板支撐件，設置在腔室主體的處理容積內；入口埠，形成在腔室主體中；及注入模組，耦接到入口埠。注入模組包括兩個或更多個主體部分；對於兩個或更多個主體部分的每一對相鄰的主體部分而言，垂直隔板將相鄰的主體部分分開；對於兩個或更多個主體部分的每一個主體部分而言，氣體入口耦接到對應的主體部分，並且耦接到氣體導管，氣體導管耦接到對應的氣體入口；並且對於兩個或更多個主體部分的每一個主體部分而言，複數個噴嘴形成在對應的主體部分的供應面中。
本揭露書關於一種用於處理腔室的氣體注入模組，處理腔室具有約100Torr或更大的處理容積壓力範圍。注入模組可有益地增加跨越基板的表面的一個或多個區域的氣體通量。與旋轉自旋速率相比，注入模組可有利地增加相對氣體流速。與傳統的腔室設計相比，注入模組可有益地改善氣流方向性。注入模組可跨越設置在處理腔室中的基板的表面的一個或多個區域實現更大的反應均勻性及/或可調性。
與先前的氣體注入模組或噴頭設計相比，本揭露書的注入模組實施例提供增加的相對氣體流速和改善的氣體流動方向性。所提供的氣體流速可匹配或超過處理腔室內的基板支撐件的旋轉自旋速率。所提供的氣體流速和方向性能夠使氣體從在基板的中心處或靠近基板的中心的停滯區域位移。改進的氣體從停滯區域的位移可增加靠近基板的中心的反應性，從而改進中心到邊緣（C-E）的反應均勻性。
在一個示例中，氣體流速是基板支撐件在其周邊處的旋轉自旋速率的約0.5倍至約2.0倍。在一個示例中，基板支撐件的周邊大約在支撐基板的基板支撐件的直徑範圍內。在一個示例中，氣體流速可大於約每秒0.1米 （m/s）且小於約6m/s，取決於基板支撐件的旋轉自旋速率、處理容積壓力以及基板的尺寸。在另一實施例中，氣體流速可大於約6m/s。在其他實施例中，基板可為200mm晶圓、300mm晶圓或450mm晶圓。例如，對於200mm、300mm和450mm晶圓而言，氣體流速可分別在約0.3m/s和約2.6m/s之間、在約0.4m/s和約3.8m/s之間及在約0.7m/ s和約5.7m/s。
與先前的氣體注入模組或噴頭設計相比，本揭露書的注入模組實施例可實現對處理腔室內的氣流分佈及/或方向性的改進控制。氣流的速率、分佈及/或方向性可為可調節的，其從而可改善氣體通量和反應均勻性。
第1圖是示例性處理腔室110的橫截面圖，其可用以實施於此所述的方法。如第1圖所示，處理腔室110是快速熱處理（RTP）腔室，雖然也可使用其他類型的腔室。一般而言，根據本揭露書的示例，處理腔室110維持用於在氣體環境中處理的基板132。
通常，處理腔室110配置成在其中接收基板132並旋轉基板132，同時接收能量進入處理腔室110中以將基板132加熱至升高的溫度。基板132的升高溫度導致引入處理腔室110中的反應物種與基板132或基板132上的薄膜材料層的部分的更快反應速率。在一些示例中，基板132可為半導體基板（如，由矽形成）。如第1圖所示，基板132支撐在邊緣環130上。邊緣環130設置在基板支撐件128上。在其他實施例中，預期基板132直接支撐在基板支撐件128上。基板支撐件128耦接到轉子126。轉子126可為環形的，如第1圖所示。轉子126配置成圍繞轉子126的中心軸線175旋轉基板132，以允許經由處理腔室110的能量源均勻加熱基板132。轉子126可配置成以大於或等於約0.5赫茲的旋轉自旋速率旋轉基板132，諸如約2赫茲或更大、諸如約4赫茲或更大。
處理腔室110可具有約100Torr或更大的處理容積壓力範圍。目前認為，對於在約100Torr至約600Torr的處理容積壓力範圍內操作且基板旋轉頻率大於或等於約2赫茲的腔室而言，旋轉對流拖曳力使氣體速度加速到接近1-2m/s。目前還認為，這種對流拖曳力阻礙了新（fresh）反應物向基板的中心的遷移。處理腔室110包括具有側壁部分121和下部123的腔室主體120。窗口122設置在腔室主體120的側壁部分121上，使得處理容積170形成在窗口122和基板支撐件128之間。在一些示例中，窗口122可對電磁能透明。快速退火燈組件116設置在窗口122上方。在可與於此揭露的其他實施例結合的一個實施例中，燈組件116在基本支撐件上方距基板支撐件小於或等於約3厘米（cm），諸如約2cm或更小。燈組件116包括外殼154和設置在外殼154中的複數個燈146。每個燈146設置在外殼154中的對應開口153內。燈146經由複數個電插座148（如，每個燈146有一個插座148）連接到功率供應器控制器176。在操作期間，燈146通過窗口122向設置在處理腔室110中的基板132發射輻射，以將基板132加熱到預定溫度。在一些示例中，預定溫度可在約20℃至約1,500℃的範圍內，諸如約200℃至約1,300℃。
在一些示例中，窗口122可由耐受處理環境的材料形成（如，當曝露於升高的溫度時維持剛性的材料及/或對燈146發出的輻射透明的材料）。在一些示例中，窗口122可由石英或藍寶石形成。在一些示例中，窗口122可塗有抗反射塗層。如第1圖所示，濾波器119塗佈在窗口122的內表面上（亦即，如圖所示，面向基板支撐件128）。在一些示例中，一個或多個濾波器可設置在窗口122的一側或兩側上。在一些示例中，若燈146具有顯著的紫外線（UV）光輸出，則一個或多個UV濾波器可用以限制或防止UV離子及/或自由基從燈146傳輸到處理腔室110中，以減少UV對基板132上的UV敏感結構的損害。在一些示例中，可使用一個或多個陷波濾波器（notch filter）來允許窄帶輻射。
在一些實施例中，濾波器119阻擋波長在約780nm至約880nm的特定範圍內的輻射，同時透射波長在特定範圍外的輻射。在一些示例中，濾波器119可由複數個交替層形成，諸如交替氧化物層。在一些示例中，濾波器119可包括交替的二氧化矽層和二氧化鈦層，其中二氧化矽層位於濾波器119的相對端。在一些示例中，濾波器119可包括30至50個交替層。在一些示例中，濾波器119可塗佈到窗口122的外側表面上（亦即，面對燈組件116）、塗佈到窗口122的內側表面上（亦即，面對基板支撐件128，如圖所示），或嵌入窗口122中。
入口埠180和出口埠（如，第2A圖中的182）形成在腔室主體120的側壁部分121中。在一些示例中，處理腔室110內的操作壓力可在通過入口埠180引入處理氣體之前減少到次大氣壓。真空泵184（第1圖中示意性顯示）藉由通過形成在腔室主體120的側壁部分121中的排氣埠186從處理腔室110的內部泵送氣體來抽空處理腔室110。設置在排氣埠186和真空泵184之間的閥188用以控制處理腔室110內的壓力。在一些其他示例中，處理腔室110可以約100Torr或更高的範圍（例如，從約100Torr至約600Torr）中的處理容積壓力來操作。第二真空泵192（第1圖中示意性顯示）連接到燈組件116以減少燈組件116內的壓力，特別是當處理腔室110內的壓力被泵送至減壓以減少跨窗口122的壓差時。燈組件116內的壓力由閥194控制。
環形通道124形成在腔室主體120中。通道124位於鄰近腔室主體120的下部123。轉子126和基板支撐件128設置在通道124中。如第1圖所示，基板支撐件128是圓柱體。在一些示例中，基板支撐件128由具有高耐熱性的材料（如，黑石英）形成。邊緣環130設置在可旋轉的基板支撐件128上並且可與基板132接觸。如第1圖所示，邊緣環130的平面平行於X-Y平面（水平）。轉子蓋127設置在邊緣環130外側的腔室主體120的下部123上。通道124具有外壁150（亦即，相對於內壁152徑向向外）和內壁152。外壁150的下部155具有第一半徑並且外壁150的上部156具有大於第一半徑的第二半徑。外壁150的將下部155連接到上部156的中間部分158在其間線性延伸，從而形成面向邊緣環130的斜面。轉子蓋127具有安置在腔室主體120的下部123的上表面123a上的第一部分160和沿著外壁150的上部156延伸到通道124中的第二部分162。轉子蓋127部分地在通道124的開口177上方延伸以防止由前驅物氣體流入處理腔室110中引起的顆粒沉積或堆積。如第1圖所示，轉子蓋127是環形環。在一些示例中，轉子蓋127可由陶瓷材料（如，氧化鋁）形成。轉子蓋127包括面向窗口122的第一表面131。如第1圖所示，第一表面131平行於窗口122，以防止輻射能量朝向基板132反射。在一些其他示例中，第一表面131可從外側到內側向下傾斜（亦即，徑向向內）。在其他示例中，第一表面131可從內側到外側向下傾斜（亦即，徑向向外）。
定子134位於腔室主體120外部，在與轉子126軸向對齊的位置中。在一些實施例中，定子134是磁性定子，且轉子126是磁性轉子。在操作期間，轉子126相對於定子134轉動，定子134又旋轉基板支撐件128、邊緣環130和支撐在其上的基板132。
在操作期間，邊緣環130中保留的熱量可能導致在基板132的邊緣處的溫度高於在基板132的中心處的溫度。在一些示例中，邊緣環130的厚度可為尺寸過大的，以提供額外的熱質量以用作散熱器，這有助於避免使基板132的邊緣過熱。在一些實施例中，冷卻構件143位於邊緣環130附近，以用作用於冷卻邊緣環130的散熱器。冷卻構件143設置在腔室基底125上。腔室基底125耦接到腔室主體120。腔室基底125包括第一表面171和與第一表面171相對的第二表面172。如第1圖所示，冷卻構件143與腔室基底125的第一表面171直接接觸。在一些示例中，冷卻構件143可由具有高導熱性的材料（如，金屬，諸如鋁或銅等……）形成。通道137形成在腔室基底125中，用於向腔室基底125提供冷卻劑（如，水）流。在操作中，供應到通道137的冷卻劑能夠冷卻腔室基底125以及位於腔室基底125附近的冷卻構件143。在可與於此揭露的其他實施例結合的一個實施例中，設想在腔室基底125中形成有多個冷卻通道137。
鰭片140形成在邊緣環130上以提供額外的熱質量。在一些示例中，鰭片140可為連續的或不連續的。在一些實施例中，鰭片140是圓柱形的。在一些示例中，鰭片140可包括複數個分立的鰭片。鰭片140形成在邊緣環130的面向通道124的表面上。如第1圖所示，鰭片140延伸到通道124中。在一些其他示例中，鰭片140可形成在邊緣環130的面朝窗口122的表面上。在兩個實施例中，鰭片140基本垂直於邊緣環130的平面。
第2A圖是根據本揭露書的示例的處理腔室110的平面圖，顯示了燈組件116被移除的處理腔室110的處理容積170。第2B圖是根據一些實施例的燈組件116被移除的處理腔室110的平面圖。如第2A圖所示，處理腔室110具有允許通過腔室主體120的外壁中的開口進入腔室主體120中的狹縫閥203。狹縫閥203可耦合到具有傳送機器人設置在其中的傳送腔室。狹縫閥203允許將基板132加載到腔室主體120的內部的處理容積中和從處理容積移除（如，使用傳送機器人的機器人端效器）。狹縫閥203位於腔室主體120中形成的出口埠182對面。門207關閉並密封開口以允許獨立於腔室主體120外側的環境條件來控制處理容積的環境。
如第2A圖所示，狹縫閥203位於與入口埠180逆時針90°的位置。出口埠182位於與入口埠180逆時針270°的位置。出口埠182位於與狹縫閥203 180°的位置。因此，當基板132在逆時針方向上旋轉時，氣流在通過出口埠182排出之前圍繞腔室主體120的內部掃過至少270°。然而，入口埠180、出口埠182和狹縫閥203可相對於彼此定位在各種可選位置處。在一些示例中，出口埠182可位於距入口埠180逆時針方向90°或180°的位置。類似地，對於順時針旋轉而言，出口埠182可位於距入口埠180順時針方向90°、180°或270°的位置。在一些示例中，狹縫閥203可位於距入口埠180成180°的位置。在一些示例中，出口埠182和狹縫閥203可彼此重合（如，位於腔室主體120的同一側上）。在一些示例中，出口埠182在X-Y平面上與入口埠180齊平。
如第2A圖所示，遠端電漿源（RPS）200在入口埠180的上游耦合到處理腔室110。在一些示例中，RPS 200可提供前驅物氣體的汽化或電漿生成，這些氣體隨後被提供應處理腔室110用於與基板132相互作用。在其他示例中，沒有RPS 200與入口埠180連接。在沒有RPS 200的實施例中，惰性氣體和前驅物氣體的混合物直接通過入口埠180供應到處理腔室110。在一些示例中，前驅物氣體可包括一種或多種反應氣體（如，水（如，H 2O）或重水（如，D 2O））及/或惰性氣體（如，氫氣（如，H 2）或氬氣（如，Ar））（也稱為「載氣」）。在一些示例中，反應氣體可被汽化以形成蒸汽。RPS 200通過第一導管201耦接到來自氣體面板的氣體供應器208。RPS 200通過第二導管202耦接到入口埠180。如第2A圖所示，第二導管202在相對於RPS 200的遠端處具有歧管204，用於提供通向入口埠180的氣流的容積膨脹。
如第2A圖所示，注入模組206耦接在入口埠180和第二導管202的歧管204之間。在一些其他實施例中，第二導管202直接耦接到注入模組206而無需歧管204（如，如第3A和3C圖所示）。在一些其他實施例中，第二導管202分成多個不同的氣體流動路徑，這些路徑獨立地直接耦接到注入模組206而無需歧管204（如，如第3B和3D圖所示）。注入模組206能夠控制流向處理腔室110的氣流的速率、分佈及/或方向性，如下文更詳細描述的。注入模組206可配置成使得入口埠180與第二導管202及/或歧管204基本共面，從而允許減小注入模組206的尺寸。第二導管202、注入模組206和入口埠180的平面度可為處理氣體提供足夠的膨脹空間，從而促進更均勻的氣體分佈，同時最小化硬體尺寸/空間。相比之下，如在現有方式中所做的那樣，注入的處理氣體遵循非線性（或非平面）路徑，從而導致紊流及/或不均勻的氣體分佈。為了最小化紊流及/或不均勻的氣體分佈，在傳統方法中使用相對較大的歧管，從而導致更大的硬體佔地面積。
注入模組206配置成管理來自第二導管202的氣流，使得氣流的速率、分佈及/或方向性在期望的範圍內。在一個示例中，從注入模組206離開的氣體的流速與基板支撐件的旋轉自旋速率的比率在約三分之一和約三之間，諸如在約二分之一和約二之間。若從注入模組206離開的氣體的流速與基板支撐件的旋轉自旋速率的比率太低，則前驅物氣體可能無法到達基板的中心，且因此無法位移靠近基板132的中心的停滯區域中的氣體，從而可能導致不均勻沉積。若從注入模組206離開的氣體的流速與基板支撐件的旋轉自旋速率的比率太高，則前驅物氣體可能會超過靠近基板132的中心的停滯區域，從而可能導致不均勻沉積。在一些示例中，流入處理腔室110中的氣流可包括兩種或更多種氣體的結合混合物。在一個示例中，氣流可包括氫氣和水（如，蒸汽）的混合物。在另一個例子中，氣流可包括氬氣和水（如，蒸汽）的混合物。
在一些實施例中，控制器176（第1圖）配置成控制從注入模組206離開的氣體的流速。在一些實施例中，控制器176配置成控制基板支撐件的旋轉自旋速率。在一些實施例中，控制器176配置成控制處理容積的壓力。在一些實施例中，控制器配置成控制從注入模組206離開的氣體的流速與基板支撐件的旋轉自旋速率的比率，例如，設置及/或維持在約三分之一和約三之間的比率，諸如在約二分之一和約二之間。控制器176通常包括一個或多個處理器、記憶體和支持電路。一個或多個處理器可包括中央處理單元（CPU）並且可為可在工業環境中使用的任何形式的通用處理器之一。記憶體或非暫時性計算機可讀媒體可由一個或多個處理器184存取並且可為記憶體（諸如隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM））的一種或多種、軟碟、硬碟或任何其他形式的本地或遠端的數位儲存器。支持電路耦合到一個或多個處理器並且可包含快取、時脈電路、輸入/輸出子系統、功率供應器及類似者。於此揭露的各種方法通常可在一個或多個處理器的控制下藉由一個或多個處理器執行儲存在記憶體中的計算機指令代碼作為（例如）軟體例程來實現。當計算機指令代碼被一個或多個處理器執行時，一個或多個處理器控制腔室100以根據各種方法執行處理。
如第2A-2B圖所示，腔室主體120中形成有額外的入口埠210。出口埠182和入口埠210的位置可互換。在一些實施例中，在同一處理期間，氣流同時或以不同間隔通過兩個入口埠180、210發生。入口埠210可位於距出口埠182逆時針方向成90、180或270度的位置。通過入口埠210的氣流可使用於此所述的注入模組來控制。例如，每個入口埠180、210可具有帶有單個氣體入口（第3A和3C圖所示）或多個氣體入口（第3B和3D圖所示）的注入模組。在一個示例中，僅入口埠180具有帶有單個氣體入口的注入模組。在另一示例中，僅入口埠180具有帶有多個氣體入口的注入模組。在另一示例中，每個入口埠180、210具有帶有單個氣體入口的注入模組。在又一示例中，每個入口埠180、210具有帶有多個氣體入口的注入模組。
第3A-3D圖是根據本揭露書的示例的可在處理腔室110中使用的各種注入模組的等距視圖。第3A-3D圖的實施例可與於此揭露的其他實施例結合。第3A圖顯示了注入模組300，其具有主體302、配置成耦接到主體302的單個氣體入口304和形成在主體302的供應面308中的複數個噴嘴306。供應面308配置成當在操作時面向處理腔室110的內部。複數個噴嘴306具有由在相鄰噴嘴306的中心之間的水平距離界定的間距。如第3A圖所示，噴嘴306在垂直（Z）方向上對齊。換言之，噴嘴306位於同一水平（X-Y）平面上。在一些實施例中，主體302、氣體入口304和噴嘴306配置成與第二導管202（第2A圖中所示）共面（亦即，在同一平面中，此處為X-Y平面）。在一些其他實施例中，主體302、氣體入口304、噴嘴306或其結合的一個或多個不與第二導管202在同一平面中對齊。供應面308配置成垂直於邊緣環130的平面並且垂直於基板132接觸邊緣環130的表面。在一些示例中，在基板132的表面與噴嘴306之間的垂直間距（在Z方向上測量）可在約5mm至約15mm的範圍內，諸如約10mm。
如前所述，目前認為高對流拖曳力可能會阻礙新（fresh）反應物遷移到旋轉基板的中心。於此揭露的實施例藉由增加氣體流速（相對於基板的旋轉自旋速率）並藉由改進的氣流方向性來解決這一挑戰。例如，如第3A-3D圖所示，在注入模組的供應面中形成的複數個噴嘴的配置可促進新（fresh）反應物向旋轉基板的中心遷移，從而越過旋轉對流拖曳力。
噴嘴306的數量、尺寸、間距和平面度不受圖式中所示的限制。在一個示例中，形成在供應面308中的噴嘴306的數量可不同於第3A圖中所示的數量。例如，3個、4個或5個噴嘴306可在供應面308中形成。在一個示例中，形成在供應面308中的每個噴嘴306的尺寸可不同。例如，噴嘴的每一個可具有在20密耳和100密耳之間的直徑，諸如約30密耳或80密耳。在一個示例中，噴嘴306的每一個可具有不同的尺寸、間距和平面度。
第3B圖顯示了具有多於一個注入區的注入模組310。注入模組310具有兩個主體部分312a-b，它們藉由垂直隔板313彼此分開。如第3B圖所示，垂直隔板313垂直於X-Z平面。垂直隔板313位於或接近在兩個主體部分312a-b之間的水平中心（在Y方向上測量）。注入模組310具有兩個單獨且獨立的氣體入口314a-b。替代地，在一些實施例中，多個主體部分（如312a-b）可與單個氣體入口耦接。如圖所示，第一氣體入口314a耦接到第一主體部分312a，且第二氣體入口314b耦接到第二主體部分312b。類似於第3A圖，複數個噴嘴316a-b形成在每個主體部分312a-b的相應供應面318a-b中。然而，與第3A圖相反，每個主體部分312a-b的第一和第二組噴嘴316a-b僅流體耦接到相應的氣體入口314a-b。在第3B圖中，在靠近隔板313的一對噴嘴之間的間隔大於在其他相鄰噴嘴對之間的間隔。在一些其他示例中，在每個相鄰的噴嘴對之間的間隔對於所有噴嘴而言是相等的，或者換句話說，噴嘴具有均勻的間距。
在一些實施例中，兩個單獨的主體部分312a-b、氣體入口314a-b和噴嘴316a-b配置成與第二導管202（顯示在第2A圖中）共面（亦即，在同一平面中，這裡是X-Y平面）。在一些其他實施例中，主體部分312a-b、氣體入口314a-b、噴嘴316a-b或其結合的一個或多個不與第二導管202在同一平面內對齊。
在一些其他示例中，注入模組310可具有包括超過兩個主體部分的超過兩個注入區、對應於每個主體部分的單獨氣體入口及在每個相鄰主體部分之間的隔板。在一些示例中，主體部分可具有相同或不同的寬度。在一些示例中，單獨氣體入口的數量可與注入區或單獨的主體部分的數量相同、更多或更少。在一些示例中，注入模組310可具有二至七個單獨的注入區，諸如兩個、三個、四個、五個、六個或七個單獨的注入區。在一些示例中，第一和第二組噴嘴316a-b可具有一到七個個別的噴嘴，例如一個、兩個、三個、四個、五個、六個或七個個別的噴嘴。可獨立地控制通過每個注入區的氣流（如，在每個氣體入口314a-b上使用比例控制閥）。通過每個注入區的氣流的獨立控制可使得能夠更好地控制處理腔室110內的氣體流速、分佈及/或方向性，從而提高跨越基板132的表面的氣體通量和反應均勻性。
第3C圖說明了具有低流量區域或「空隙區域」的注入模組320。注入模組320類似於第3A圖，具有主體322、耦接到主體322的單個氣體入口324及形成在主體322的供應面328中的複數個噴嘴326。然而，與第3A圖相比，供應面328具有空隙區域321（在虛線內側），與在其他相鄰噴嘴對之間的間距相比，在最接近的相鄰噴嘴之間的間距更大。在一些示例中，在空隙區域321中最接近的相鄰噴嘴之間的間隔可比在其他相鄰噴嘴對之間的間隔大了約2x到約10x，諸如大了約5x，如圖所示。在一些其他示例中，供應面328可在間隔更近的噴嘴組之間具有兩個或更多個單獨的空隙區域。
如第3C圖所示，空隙區域321位於或接近供應面328的水平中心（在Y方向上測量）。同樣如圖所示，空隙區域321與氣體入口324重疊（如，與氣體入口324對齊）。當空隙區域321與氣體入口324重疊時，如第3C圖所示，改進了通過其餘噴嘴326的氣流分佈。換句話說，藉由阻止直線氣流通過一個或多個噴嘴（否則這些噴嘴將與氣體入口324重疊），通過其餘噴嘴326的氣流分佈更加均勻。在一些其他實施例中，擋板或擴散板可設置在主體322中，以改進通過噴嘴的氣流分佈及/或增加氣流均勻性。
包括靠近供應面328的水平中心的空隙區域321的另一個優點是與基板132的徑向中心相比，朝基板132的徑向邊緣引導相對高的氣流，例如，當期望在徑向邊緣處有更高的氣流時。在一些其他示例中，空隙區域321可位於供應面328的水平邊緣附近，例如，當期望在基板132的徑向中心處有更高的氣流時。
第3D圖顯示了注入模組330，其具有在供應面328上在兩個不同方向上排列（亦即，沿Y-Z平面）的噴嘴。類似於第3B圖，注入模組330具有兩個主體部分332a-b，它們藉由垂直隔板333彼此分開。垂直隔板333位於或接近在兩個單獨的主體部分332a-b之間的水平中心（在Y方向上測量）。注入模組330具有兩個單獨且獨立的氣體入口334a-b。第一氣體入口334a耦接到第一主體部分332a，且第二氣體入口334b耦接到第二主體部分332b。類似於第3B圖，複數個噴嘴形成在每個主體部分332a-b面向處理腔室110的內部的對應供應面338a-b中。然而，與第3B圖相反，複數個噴嘴在垂直（Z）和水平（Y）方向兩者上排列在供應面上。第一主體部分332a的第一組噴嘴具有上排336a和下排336a'。同樣，第二主體部分332b的第二組噴嘴具有上排336b和下排336b'。噴嘴的堆疊排列增加了在垂直（Z）方向上的氣流分佈。在一些示例中，每組噴嘴可具有兩到九排，諸如兩排、三排、四排、五排、六排、七排、八排或九排。在一些示例中，每組噴嘴可具有相同或不同的排數。在一些示例中，第3A-3D圖中的噴嘴可具有均勻或不均勻的間距或間隔。在一些示例中，每個主體部分中的噴嘴數量可相同或不同。在一些示例中，噴嘴可具有相同或不同的尺寸。
在一些示例中，具有多個氣體入口的注入模組的任一個（顯示在第3B和3D圖中）可具有類似於第3C圖的空隙區域，以選擇性地控制與基板相關的氣流。
第4A-4D圖是根據可與於此揭露的其他實施例相結合的本揭露書的示例的可在處理腔室110中使用的各種注入模組400a-d的橫截面圖。第4A-4D圖顯示了主體402、耦接到主體402的單個氣體入口404和形成在主體402的供應面408中的複數個噴嘴406。第4A圖是注入模組400a的俯視橫截面圖。如第4A圖所示，噴嘴406a垂直於供應面408定向（也稱為「直噴嘴」）。噴嘴406a在X方向上相互平行。
第4B圖是注入模組400b的俯視橫截面圖。如第4B圖所示，噴嘴406b以與垂直於供應面408和X方向不同的角度定向（也稱為「成角度的噴嘴」）。在第4B圖中，噴嘴406b配置成相對於基板132（第2B圖）朝向逆時針方向（-Y方向）成角度。在一些其他示例中，噴嘴406b可配置成相對於基板132（第2B圖）在順時針方向（+Y方向）上成角度。在一些示例中，在+Y或-Y方向上從垂直於供應面408測量的噴嘴406b的角度在任一方向上可在約0°至約80°的範圍內，在任一方向上諸如約0°至約60°、諸如約0°至約45°、諸如約0°至約30°、諸如約0°至約15°，或約15°至約75°、諸如約30°至約60°、諸如約30°、約45°或約60°。在第4B圖中，成角度的噴嘴406b彼此平行，因此與供應面408具有相同的角度。在一些其他實施例中，成角度的噴嘴406b可以彼此不同的角度定向。其餘噴嘴406a垂直於供應面408定向，類似於第4A圖。在一些其他實施例中，直噴嘴和成角度的噴嘴可取決於應用以各種佈置結合。例如，直噴嘴和成角度的噴嘴可以諸如交替圖案的圖案排列。
第4C圖是注入模組400c的側橫截面圖，噴嘴在供應面上的兩個不同方向上排列（如，如第3D圖所示）。如第4C圖所示，噴嘴406c是直噴嘴，垂直於供應面408定向。噴嘴406c在X方向上彼此平行。
第4D圖是注入模組400d的側橫截面圖，其中噴嘴在兩個不同方向上排列在供應面上（如，如第3D圖所示）。如第4D圖所示，噴嘴的至少一些相對於供應面408和X方向成角度（也稱為「成角度的噴嘴」）。換句話說，噴嘴相對於水平（X-Y）平面傾斜。噴嘴406d配置成遠離基板132（第2B圖）向上（+Z方向）成角度。噴嘴406e配置成朝向基板132（第2B圖）向下（-Z方向）成角度。在一些示例中，在+Z或-Z方向上從垂直於供應面408測量的噴嘴406d-e的角度可在任一方向上在約0°至80°的範圍內，諸如約0°至約60°、諸如約0°至約45°、諸如約0°至約30°、諸如約0°至約15°，或約15°至約75°、諸如約30°至約60°，諸如在任一方向上約30°、約45°或約60°。其餘噴嘴406c垂直於供應面408定向，類似於第4C圖。在一些其他實施例中，直噴嘴和成角度的噴嘴可取決於應用以各種佈置結合。例如，直噴嘴和成角度的噴嘴可以諸如交替圖案的圖案排列。
第4E圖是注入模組400e的等距前視圖，其中複數個噴嘴406f-k形成在每個主體部分412f-k的相應供應面418f-k中。如第4E圖所示，每個對應供應面418f-k上的噴嘴406f-k的數量、尺寸、間距和平面度可為相同或不同。在一些實施例中，每個對應供應面418f-k上的噴嘴406f-k的尺寸、間距及/或平面度可與相鄰噴嘴406f-k相同或不同。氣體入口444a-e的數量可與主體部分412f-k的數量相同、多於或少於主體部分412f-k的數量。在一些實施例中，多個主體部分412f-k可共享單個氣體入口444a-e。在可與於此所述的其他實施例結合的一些實施例中，單個主體部分412f-k可具有多個氣體入口444a-e。雖然噴嘴406f-k的每一個都顯示為垂直於相應的供應面418f-k，但可預期，在一些實施例中，一個或多個噴嘴406f-k相對於相應的供應面418f-k成角度。在噴嘴406f-k的一個或多個相對於相應的供應面418f-k成角度的實施例中，噴嘴406f-k可指向至少兩個或更多個方向。
雖然前面涉及本揭露書的實施例，但是在不背離本揭露書的基本範圍的情況下可設計本揭露書的其他和進一步的實施例，並且其範圍由以下的申請專利範圍決定。
110:處理腔室 116:燈組件 119:濾波器 120:腔室主體 121:側壁部分 122:窗口 123:下部 123a:上表面 124:通道 125:腔室基底 126:轉子 127:轉子蓋 128:基板支撐件 130:邊緣環 131:第一表面 132:基板 134:定子 137:通道 140:鰭片 143:冷卻構件 146:燈 148:插座 150:外壁 152:內壁 153:開口 154:外殼 155:下部 156:上部 158:中間部分 160:第一部分 162:第二部分 170:處理容積 171:第一表面 172:第二表面 175:中心軸線 176:功率供應器控制器 177:開口 180:入口埠 182:出口埠 184:真空泵/處理器 186:排氣埠 188:閥 192:真空泵 194:閥 200:遠端電漿源（RPS） 201:第一導管 202:第二導管 203:狹縫閥 204:歧管 206:注入模組 207:門 208:氣體供應器 210:入口埠 300:注入模組 302:主體 304:氣體入口 306:噴嘴 308:供應面 310:注入模組 312a:主體部分 312b:主體部分 313:隔板 314a:氣體入口 314b:氣體入口 316a:噴嘴 316b:噴嘴 318a:供應面 318b:供應面 320:注入模組 321:空隙區域 322:主體 324:氣體入口 326:噴嘴 328:供應面 330:注入模組 332a:主體部分 332b:主體部分 333:隔板 334a:氣體入口 334b:氣體入口 336a:上排 336a’:下排 336b:上排 336b’:下排 338a:供應面 338b:供應面 400a:注入模組 400b:注入模組 400c:注入模組 400d:注入模組 400e:注入模組 402:主體 404:氣體入口 406a:噴嘴 406b:噴嘴 406c:噴嘴 406d:噴嘴 406e:噴嘴 406f:噴嘴 406h:噴嘴 406i:噴嘴 406j:噴嘴 406k:噴嘴 408:供應面 412f:主體部分 412g:主體部分 412h:主體部分 412i:主體部分 412j:主體部分 412k:主體部分 418f:供應面 418g:供應面 418h:供應面 418i:供應面 418j:供應面 418k:供應面 444a:氣體入口 444b:氣體入口 444c:氣體入口 444d:氣體入口 444e:氣體入口
為了能夠詳細地理解本揭露書的上述特徵的方式，以上簡要概括的本揭露書的更具體的描述可藉由參考實施例來獲得，其中一些實施例顯示在附隨的圖式中。然而，要注意的是，附隨的圖式僅顯示了本揭露書的示例性實施例並且因此不應被視為限制其範圍，因為本揭露書可承認其他等效的實施例。
第1圖是根據一些實施例的處理腔室的橫截面圖。
第2A圖是根據本揭露書的示例的第1圖的處理腔室的平面圖。
第2B圖是根據一些實施例的第1圖的處理腔室的平面圖。
第3A-3D圖是根據本揭露書的示例的可在第1圖的處理腔室中使用的各種注入模組的等距視圖。
第4A-4D圖是根據本揭露書的示例的可在第1圖的處理腔室中使用的各種注入模組的橫截面圖。
第4E圖是根據本揭露書的示例的可在第1圖的處理腔室中使用的注入模組的示意性等距視圖。
為了便於理解，在可能的情況下，已經使用相同的元件符號來指示圖式中共有的相同元件。可設想，一個實施例的元件和特徵可有益地結合到其他實施例中而無需進一步敘述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
400e:注入模組
406f:噴嘴
406h:噴嘴
406i:噴嘴
406j:噴嘴
406k:噴嘴
408:供應面
412f:主體部分
412g:主體部分
412h:主體部分
412i:主體部分
412j:主體部分
412k:主體部分
418f:供應面
418g:供應面
418h:供應面
418i:供應面
418j:供應面
418k:供應面
444a:氣體入口
444b:氣體入口
444c:氣體入口
444d:氣體入口
444e:氣體入口

Claims (20)

  1. 一種適用於半導體製造的處理腔室，包含： 一腔室主體； 一可旋轉的基板支撐件，設置在該腔室主體的一處理容積內側，該基板支撐件配置成具有一旋轉自旋速率； 一入口埠，形成於該腔室主體中；及 一注入模組，耦接到該入口埠，該注入模組具有： 一本體； 一個或多個氣體入口，耦接到該本體；及 複數個噴嘴，形成在該本體的一供應面中，該供應面配置成面向該腔室主體內側，並且從該注入模組離開的氣體配置成具有一流速；及 一控制器，配置成操作該處理腔室，使得該流速與該旋轉自旋速率的比率在約1/3和3之間。
  2. 如請求項1所述之處理腔室，進一步包含一出口埠，形成在該腔室主體中，其中該出口埠位於距該入口埠逆時針旋轉270°的位置。
  3. 如請求項1所述之處理腔室，其中： 該基板支撐件配置成具有大於或等於約2赫茲的一旋轉自旋速率， 該處理容積配置成具有至少約100Torr的一壓力，並且 該控制器配置成操作該處理腔室，使得該流速與該旋轉自旋速率的比率在約1/2和2之間。
  4. 如請求項3所述之處理腔室，其中該複數個噴嘴垂直於該供應面。
  5. 如請求項3所述之處理腔室，其中該複數個噴嘴的一個或多個相對於該供應面成角度。
  6. 如請求項1所述之處理腔室，其中該注入模組包含： 兩個主體部分，由一隔板分開；及 一單獨的氣體入口，耦接到每個主體部分。
  7. 如請求項1所述之處理腔室，其中該複數個噴嘴在至少兩個不同方向上排列在該供應面上。
  8. 如請求項1所述之處理腔室，進一步包含： 一第二入口埠，形成於該腔室主體中；及 一第二注入模組，耦接到該第二入口埠。
  9. 一種處理腔室，包含： 一腔室主體； 一可旋轉的基板支撐件，設置在該腔室主體的一處理容積內側； 一入口埠，形成於該腔室主體中；及 一注入模組，耦接到該入口埠，該注入模組具有： 一本體； 一個或多個氣體入口，耦接到該本體；及 複數個噴嘴，形成在該本體的一供應面中，該供應面配置成面向該腔室主體內側，其中該供應面具有一空隙區域，其中與在該複數個噴嘴的其他相鄰噴嘴對之間的間距相比，在最近的相鄰噴嘴之間具有一更大的間距。
  10. 如請求項9所述之處理腔室，其中在鄰近該空隙區域的相鄰噴嘴之間的該間距比其他相鄰噴嘴對之間的間距大約2倍至約10倍。
  11. 如請求項9所述之處理腔室，其中該供應面包含兩個或更多個單獨的空隙區域。
  12. 如請求項9所述之處理腔室，其中該空隙區域位於該供應面的一水平中心處或附近，並且其中該空隙區域與該一個或多個氣體入口重疊。
  13. 如請求項9所述之處理腔室，進一步包含一控制器，其中： 該基板支撐件配置成具有大於或等於約2赫茲的一旋轉自旋速率， 該處理容積配置成具有至少約100Torr的一壓力， 從該注入模組離開的氣體配置成具有一流速，且 該控制器配置成操作該處理腔室，使得該流速與該旋轉自旋速率的比率在約1/2和2之間。
  14. 如請求項9所述之處理腔室，其中該複數個噴嘴的一個或多個相對於該供應面成角度。
  15. 一種處理腔室，包含： 一腔室主體； 一可旋轉的基板支撐件，設置在該腔室主體的一處理容積內； 一入口埠，形成在該腔室主體中；及 一注入模組，耦接到該入口埠，該注入模組具有： 兩個或更多個主體部分； 對於該兩個或更多個主體部分的每一對相鄰的主體部分而言，一垂直隔板將該相鄰的主體部分分開； 對於該兩個或更多個主體部分的每一個主體部分而言，一氣體入口耦接到對應的該主體部分，並且一氣體導管耦接到對應的該氣體入口；並且 對於該兩個或更多個主體部分的每一個主體部分而言，複數個噴嘴形成在對應的該主體部分的一供應面中。
  16. 如請求項15所述之處理腔室，其中該等垂直隔板的每一者位於在該兩個或更多個主體部分的對應相鄰對之間的一水平中心處或附近。
  17. 如請求項15所述之處理腔室，其中通過每個氣體入口的氣流被獨立地控制。
  18. 如請求項15所述之處理腔室，其中對於該兩個或更多個主體部分的至少一個而言，該複數個噴嘴在至少兩個不同方向上排列在該供應面上。
  19. 如請求項15所述之處理腔室，其中： 該複數個噴嘴的一第一組噴嘴僅耦接到一第一氣體入口，其中該第一組噴嘴相對於該供應面垂直，並且 該複數個噴嘴的一第二組噴嘴僅耦接到一第二氣體入口，其中該第二組噴嘴相對於該供應面以不同於垂直的一角度定向。
  20. 如請求項15所述之處理腔室，其中該基板支撐件的一旋轉自旋速率大於或等於約2赫茲，該處理容積具有至少約100Torr的一壓力，從該注入模組離開的氣體具有一流速，並且該流速與該旋轉自旋速率的比率在約1/3和3之間。
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