TWI377092B - Vaporizer and semiconductor processing system - Google Patents

Description

1377092 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於自液體材料產生處理氣體之噴霧 器及一種半導體處理系統。本文中所使用之術語"半導體 處理"包括各種處理，其經執行以在目標基板（諸如半導體 晶圓或用於平板顯不器（FPD)(例如，液晶顯示器（LCD))之 玻璃基板）上藉由在該目標基板上以預定圖案形成半導體 層、絕緣層及導電層而製造半導體元件或具有待連接至半 導體元件之佈線層、電極及其類似物的結構。 【先前技術】 在製造半導體70件時執行用於在半導體晶圓之表面上形 成預定膜之膜形成過程。舉例而言，使用低壓化學氣相沈 積（CVD)裝置來執行此種類之過程。在低壓CVD裝置中， 供應處於氣態之源材料以促進化學反應，藉此將薄膜沈積 於晶圓之表面上。在此種類之裝置中，存在處理氣體藉由 汽化液體材料而產生並作為膜形成氣體而被供應至處理腔 室中的狀況。 使用藉由汽化液體材料所產生之處理氣體的膜形成過程 之實例如下。具體言之，使用藉由汽化四乙氧基矽烷 (TEOS)及氧氣（〇2)所產生之處理氣體來形成Si〇2膜。使用 藉由汽化SifU及氨氣（NH3)所產生之處理氣體來產生氮化 矽（Si3N4)膜。 專利文獻1(日本專利申請案K0KAI&開案第3 126872號 (第3頁，段洛號30及圖1))揭示一種用於汽化液體材料的嘴 129093.doc 1377092 霧器。根據此喷霧器，將已霧化液體材料自霧化器供應至 以預定溫度加熱之汽化腔室中，且使其在彼處汽化。然 而’當已霧化液體材料流經汽化腔室時，此喷霧器無法提 供充刀之熱父換。因此’在汽化腔室之輸出管處所獲得之 處理氣體含有大量霧氣。在將處理氣體供應至（例如）低壓 ⑽裝置之反應腔室中的情況下，霧氣沈積於晶圓之表面 上且產生顆粒。因此’該霧氣係在晶圓上產生顆粒之原 因。 鑒於上文所描述之問題，包括本發明之發明者之研究小 組已開發了圖6中所示之噴霧器則。喷霧器則包括汽化 腔室302，該汽化腔室3〇2具備側壁加熱器3〇1及在底部安 置於汽化腔室302内部之下部熱交換塊3〇3。下部熱交換塊 3〇3亦具備（例如）四個桿狀加熱器3〇4，該等桿狀加熱器3〇4 在環形方向上每隔一段距離嵌入於其中以汽化位於下部熱 交換塊303之表面上的液體材料。加熱器3〇1及3〇4連接至 電源部分310。注入器305安置於汽化腔室3〇2之頂部，且 經組態以將處於霧化狀態之液體材料供應至汽化腔室3〇2 中。將液體材料加熱至（例如）15〇。〇，且藉此藉由汽化腔室 302之側壁加熱器3 01及下部熱交換塊3〇3之加熱器3〇4來汽 化該液體材料。將如此汽化之液體材料作為處理氣體而自 輸出埠306供應至消耗裝置（諸如CVD裝置）。 然而，本發明之發明者發現此喷霧器會引起問題，如賴 後所描述。 【發明内容】 129093.doc U77092 本發明之一目標係提供—種可高效汽化液體材料且可抑 制顆粒產生之喷霧器。本發明之另一目標係提供—種可高 效執行一處理之半導體處理系統。 根據本發明之—第—態樣，提供用於自液體材料產生處 理氣體之喷霧器，該噴霧器包含：-容器，其界定喷霧器 ，處理工間’-注人器’其具有—錢璋’該喷灌璋經組 態以將處於霧化狀態之液體材料向下喷漢於容器中·一下 部熱交換塊，其具有令空内部空間且安置於位於容器内部 =噴灑埠下方’使得將用於已霧化液體材料之上升空間界 疋於喷壤璋與下部熱交換塊之間，且將-相連至該上升空 ’之裒烙工間界定於容器之内表面與下部熱交換塊之間； P力，、、、器其女置於下部熱交換塊之内部空間中且包 含由碳纖维之編織束形成且密封於一陶瓷包絡線中之碳 線’該内部加熱器經組態以加熱流經環形空間之已霧化液 體材料從而產生處理氣體；一氣體傳遞通道，盆連接至容 器以自環形空間輸出處理氣體；及一控制部分，其經預設 以在停止自注入器供應液體材料時停止或減小供應至内部 加熱器之電力。 2據本發明之一第二態樣，提供一半導體處理系統，其 ^…處理腔室’其經組態以容納目標基板；—支撑部 2其經組態以支揮位於處理腔室内部之目標基板，·-加 …益，其經組態以加熱位於處理腔室内部 統’其經組態以自處理腔室内部排出氣體；及-氣 …糸統，其經組態以將處理氣體供應至處理腔室中， 129093.doc •9、 1377092 且包括用於自液體材料產生處理氣體之喷霧器 霧器包含：-容器’其界定喷霧器之一處理空間:、= 益，其具有-喷灑蟑，該喷灌璋經組態以將處 之液體材料向下喷灌於容器令；一下部熱交換塊，其且： 中空内部空間且安置於位於容器内部之嘴麗璋下方 將用於已霧化液體材料之上升空間界定於喷灑璋盜 交換塊之間，且將相連至該上升空間之環形空間界定= 裔之内表面與下部熱交換塊之間；—内部加熱器，並安 :下部熱交換塊之内部空間中且包含由碳纖維之編織束形 封於陶究包絡線中之碳線，該内部加熱器經組態以 加熱〜經環形空間之已霧化液體材料從而產生處理氣體. 體氣!傳=:其連接至容器以自環形空間輸出處理氣 體:及:控制^刀，其經預設以在停止自注入器供應液體 材料時停止或減小供應至内部加熱器之電力。, 將在以下描述中陳述本發明之額外目標及優勢，且該等 額外目標及優勢將部分地自該描述顯而易見或可藉 踐ί發明而獲悉。可借助於下文所特定指出之工具❹合 來實現並獲得本發明之目標及優勢。 【實施方式】 說明書且構成本說明書之部分之附隨圖式 ==，且用以連同上文給出之對實施例之一般描 迷及下文給出之料杳& 1、，，， 實知例之评細描述來闡釋本發明之 理0 ,、 霧 在開發本發明之過程甲，發明者研究圖6中所示之喷 129093.doc 器的問題。結果，發明者獲得下文所給出之發現。 在圖6中所示之喷霧器3〇〇中，大多數已霧化液體材料在 下=熱交換塊303之上表面上汽化，因此上表面之溫度藉 由'飞化熱而冷卻。鑒於此，下部熱交換塊303之上表面具 備恤度感測器307(諸如熱電偶），使得加熱器3〇4之輸出經 調整以將上表面設定於高於液體材料之汽化點的溫度。因 此，在下部熱交換塊3〇3内部形成溫度梯度，使得溫度朝 中心部分逐漸更高。 根據噴霧300，液體材料之霧氣藉由下部熱交換塊3〇3 以及邝化腔室302之側壁而被加熱。此配置可增加經汽化 之霧氣的量且因此減少供應至CVD裝置或其類似物之處理 氣體中所含有之霧氣的量，藉此抑制顆粒產生。 在操作中，下部熱交換塊303在高溫下處於熱儲存狀 態，同時其藉由汽化已霧化液體材料而放出熱。然而，當 +止供應液體材料時，下部熱交換塊3〇3失去放熱之目 私。當停止供應液體材料時，即使同時停止加熱下部熱交 換塊303，下部熱交換塊3〇3仍陷入所謂之突增狀態（迅速 增加表面溫度），因為下部熱交換塊3〇3具有大的熱容量。 通常’液體材料（諸如有機金屬錯合物）具有其自身之適合 用於汽化的狹窄溫度範圍，且大多數液體材料可歸因於在 而於該等溫度範圍之溫度下使用時發生熱分解而變性並產 生殘餘物。因此，在噴霧器300中，當過度加熱下部熱交 換塊303時，液體材料可歸因於熱分解而變性並產生殘餘 物。在此狀泥下，殘餘物沈積於汽化腔室3〇2及/或處理氣 129093.doc 1377092 體供應通道内部。在一隨後之處理中，所沈積之殘餘物被 .部分剝離且混合於處理氣氛中，且藉此產生有害效應（諸 .如顆粒污染）。此突增問題亦為在上文所描述之專利文獻！ 中所揭示之汽化腔室中的狀況。 作為一種用於解決此問題之方法，在停止供應液體材料 之後及在引起突增之前，可將可幾乎不影響該處理的經冷 卻之沖洗氣體（諸如惰性氣體）供應至汽化腔室3〇2中以冷卻 下部熱父換塊303。然而’在此狀況下，需要在每次停止 ㈣液體材料時供應大量沖洗氣體。此在成本方面係不利 #目為可增力Π氣體消耗以及歸因於沖洗氣體之冷卻而增 加能量消耗。 此外，如上文所描述，控制嵌入於下部熱交換塊303中 之加熱器304，同時量測下部熱交換塊3〇3之上表面的溫 度」而力口熱器304無法均勻地加熱下部熱交換塊3〇3之 整個表Φ。在根據上表面之溫度（其係最低的）來執行下部 • 熱交換塊303之溫度控制的情況下，底部之溫度變得過 尚。換言之，在下部熱交換塊303之表面上形成溫度梯 度，使付溫度自上側至下側而逐漸更高。舉例而言，下部 ' #交換塊3G3在底部之溫度増加至約35Gt。此可歸因於液 • ㈣料之過度加熱而導致分解，且進-步導致安置於汽化 腔室3〇2之底部與側壁之間的部件（諸如樹脂⑽環（未圖 示））熱降解。 上文所描述之下部熱交換塊3〇3之垂直方向上的突增及 溫度梯度隨著處理氣體之流速增加(亦即，液體材料：流 129093.doc •12· 丄377092 速增加）而更為顯著。因此，在處理要求較大流逮之情況 ，下’上文所描述之問題變得更為嚴重。不僅可在將熱^分 解材料用作液體材料之狀況下，而且可在將水用於 之狀況下產生上文所描述之密封部件之熱降解。 - 現將參看隨附圖式來描述以上文所給出之發現 収的本發明之-實施例。在以下描述t，由相:;;數而 子來指示具有大體上相同功能及配置之組成元件，且將僅 ^ 在必要時進行重複描述。 圖1係一展示根據本發明之一實施例之半導體處理系統 (膜形成系統）的結構圖。如圖i十所示，此系統10包括一膜 - 形成部分，該膜形成部分經組態以在目標基板（諸如晶圓 W)上執行預定膜形成處理（以在該等晶圓w上形成預定薄 膜膜形成部分100連接至經組態以供應預定處理氣體之 氣體供應系統200。 舉例而5，膜开> 成部分1 〇〇包含為分批型之低壓cVD裝 • s，其具有用作反應腔室（處理腔室）之垂直反應管110。可 將支樓6午多晶圓w之晶舟120裝載至反應管11〇中及自反應 吕卸載。將加熱器130安置於反應管11〇周圍以加熱晶 圓W。安置用作真空排氣構件之真空泵以將反應管u〇 * 之内部保持於預定真空程度。經由處理氣體供應管線53將 預定處理氣體供應至反應管11〇 ’如稍後所描述。 氣體供應系統200包括一儲存容si、一噴霧器2及連接 至其之官線》儲存容器}儲存在85。〇下具有（例如）〇 55〜之 低蒸氣壓之液體材料，諸如含給材料（例如，肆（N-乙基-N- 129093.doc 13 1377092 甲基胺基）給（TEMAH)或四-第三丁醇铪（HTB))。喷霧器2 經組態以汽化自儲存容器1供應之液體材料，以便產生處 理氣體。 具體言之，經由供應管線（液體材料供應通道）51而將儲 存容器1連接至喷霧器2。將供應管線51在儲存容器丨處之 末端定位於儲存容器1内之液體材料中。供應管線51自上 游側（自儲存容器1)依次具備一第一閥V1、一液體質量流 里汁Μ及一第二閥V2e藉由安置於供應管線51周圍之加熱 器（未圖示）而將流經供應管線51之液體材料的溫度設定於 (例如）約40°C。 經由氣體供應管線23而將N2氣體供應源24連接至閥V2下 游之供應管線5 1。 氣體供應管線23自氣體供應源24依次具 備一第一質量流量控制器Ml及一閥Vb。藉由此配置，可 以預定流速將&氣體供應至供應管線5 j。 具備閥Va之氣體供龐瞢綠7!碴M s /____

N2氣體）之供應源22 〇當將泫賴士士 μ ώ μ上丄__

之外的氦（He)氣體或氬（Ar)氣體）。

側視圖。喷霧器2包括：一 一圓柱形氣密容器4〇 之噴霧器2的剖面 [器40，其用作一 129093.doc 14 1377092 單元主體以界定噴霧器處理空間；及一矩形覆蓋物41，其 覆盖容器40之外表面。容器4〇由不鏽鋼垂直圓柱體形成， 其具有（例如）30至40 mm之内徑及250 mm之長度。注入器 30女置於容器40頂部之中心軸上，且連接至供應管線51。

器30係策灑型注入器’其具有一由内管及外管形成 之雙皆結構。内管排出自供應管線51供應之液體材料，而 外官排出經由閥vg及質量流量控制器M3而自n2氣體供應 源27供應之用作霧化氣體的氮氣。將液體材料以霧化狀態 (如霧氣）自位於注入器3〇之遠端處的噴灑埠3〇a(具有（例 如）0.1 mm之孔直徑）傳遞至容器4〇中。 一具有比容器40小之直徑的圓柱形下部熱交換塊3丨安置 於容器40之底部。下部熱交換塊31包含氣密中空罩殼 3 1a，該罩殼31a界定外輪廓且由具有小厚度之透明材料 (諸如石英）之壁形成。將罩殼31a之壁厚度設定為1至⑺ mm，且較佳设定為2至6咖（諸如約3咖）。設定罩殼3 h

内部之氣氛以具有大氣壓力或真空壓力。罩殼3ia可填充 有惰性氣體（諸如氮氣）。 一由碳線加熱器形成之線狀内部加熱器33安置於罩殼 内邛加熱器3 3包括由高純度可撓性加熱線（諸如 碳纖維之編織束，每—編織束具有約10 μιη之直徑）形成之 碳線。將碳線密封並固定於陶£包絡線（諸如具有（例如）幾 十随之外徑的透明石英管）卜内部加熱器33連接至電源 部分5〇a，且經組態以加熱下部熱交換㈣之内表面且經 由透明罩殼3U來加熱容器4〇之内壁(兩者皆藉由輕射熱來 I29093.doc 15 1377092 加熱）。溫度感測器35(諸如熱電偶）安置於罩殼31a内部以 量測下部熱交換塊31之頂部的溫度。電源部分5〇a及溫度 感測器35連接至稍後描述之控制部分2〇a。 罩殼31a較佳由透明材料製成以將自内部加熱器33發出 之輻射熱傳輸至下部熱交換塊31之外部（至容器40之内壁 及在容器40内部流動之液體材料的霧氣）。此透明材料可 為除石英之外的傳輸紅外線的材料，只要該材料可將輕射 熱傳輸至下部熱交換塊3 1之外部即可。舉例而言，罩殼 3 la可由允許罩殼3la —度吸收内表面中之輻射熱且接著將 該熱作為輻射熱而自外表面發出的材料製成。此外，罩殼 31a可由非透明材料（諸如不鏽鋼或碳化石夕（以匚)）製成。 上升空間G界定於注入器30與下部熱交換塊31之間，且 距注入器30具有一距離L以進一步均勻地霧化已霧化液體 材料。下部熱交換塊31之中心朝一側偏離注入器3〇之中心 (例如）1至4 mm之距離R。在此側上，如稍後描述，輪出埠 32形成於谷器40之底部附近以輸出來自喷霧器2之處理氣 體。藉由此配置，環形空間F界定於容器4〇之内表面與下 部熱交換塊3 1之間。配置環形空間f之寬度（喷霧器2之平 面圖中所示之寬度），使得輸出埠32側上之寬度小於與其 相對之一側上的寬度。 覆蓋物41含有複數個由電阻式加熱主體形成之加熱器 48 ’其經安置以在（例如）容器40之縱向方向上延伸且圍繞 容器40。在此實施例中，加熱器48由兩個安置於輸出埠32 附近之加熱器及兩個安置於與輪出埠32相對之側附近的加 I29093.doc •16- 1377092 熱^組成。此等加熱器48分別連接至電源部分鳩。舉例 ::。’由普通溫度控制器針對加熱來控制加熱器μ。或 可針對加熱而控制加熱器48，使得位於輸出物側上 之-組兩個加熱器可獨立於位於相對側上之一組兩個加埶 器來㈣。或纟，可針對加熱而控制加熱器48，使得四個 加熱器可彼此獨立地加以控制。如稍後描述，在位於下部

熱交換塊3i内部之内部加熱器33可充分汽化液體材料的情 況下’可省略加熱器48。 容器40具有在底部附近形成於側壁中之輸出埠32，以輸 出藉由液體材料之汽化所產生的處理氣體。輸出蟑Μ連接 至上文所描述之供應管線51。輸出淳32與#應管線設定成 藉由穿過密封部件（諸如樹脂〇形環51b，其配合於形成於 供應管線51之端面上的槽51a中）之螺栓而彼此氣密接觸。 容器40之底部具備凸緣4〇a，在該凸緣4〇a上經由〇形環 49b(其配合於形成於蓋49上之槽心中）而連接有—處於氣 密接觸狀態之蓋49。 容器40進一步具有形成於底部中以排出液體材料之未汽 化部分的排泄埠34 ^在此實施例中，排泄埠34形成於與輸 出埠32相對之侧上。排泄埠34連接至排放管線“，該排放 管線42具備位於容器40底部附近之霧氣排放閥乂111。當關 閉閥Vm時，霧氣接收器形成於排泄埠34附近以儲存霧 氣。排放官線42之另一末端連接至排氣泵44以吸入及排出 霧氣，因此吸入通道由排放管線42及排氣泵44來界定。 一用於將清洗溶液供應至容器4〇中之供應部分6連接至 129093.doc 17 1377092 贺霧器2以清理容器40之内部。供應部分化括用於儲存清 洗溶液之清洗溶液容器62，該清洗溶液容器62經由具備闕 V。之供應管線61而連接至容㈣之頂部。清洗溶液係溶解 液體材料及已凝固液體材料之溶劑(諸如醇類溶液(例如， :醇)或己烷)。經由供應管線61而將清洗溶液自清洗溶液 容器62供應至容器40中。當閥開時經由排放管線 42將清洗溶液排出。

喷霧器2經由具備第三之供應管線（處理氣體供應管 線）53連接至膜形成部分⑽之反應管㈣，如稱後描述。 為將處理氣體導引至膜形成部分1〇〇同時防止其冷凝將 自第三閥V3至膜形成部分100之距離設定為短的（諸如約5〇 至100 cm)。藉由安置於供應管線53周圍之帶式加熱器（未 圖示）而將流經供應管線53之處理氣體的溫度設定於（例如） 約 80°C。 為清洗供應管線53之内部，氮氣供應源25經由具備閥Vf 及質量流量控制器M2之供應管線55連接至閥V3下游之供 應管線5 3。為清洗供應管線5 1之内部，具備閥¥(1之分支管 線63在一末端處連接至供應管線61，且在另一末端處連接 至位於閥Vb與喷霧器2之間的氣體供應管線23。此外，具 備閥Ve之分支管線54在一末端連接至位於第一閥V1與液體 質量流量計Μ之間的供應管線5丨，且在另一末端連接至閥 Vm下游之排放管線42。 此外，膜形成系統10包括控制部分2〇A(諸如電腦），其 亦充當喷霧器2之控制器。控制部分2〇a包括資料處理部 129093.doc •18- 1377092 分，其由（例如）CPU及儲存程式等等之記憶體形成。該等 程式含有用於使控制部分20A將控制信號發送至膜形成系 統10之各別部分（包括喷霧器2)，以便執行處理及轉移晶圓 W之步驟的指+，如稍後所描述。此外記憶體包括用於 儲存處理參數（諸如處理壓力、處理溫度、處理時間、氣 體流速及/或電力值）之區域。在由CPU執行程式之指令的 情況下，擷取所需之處理參數，且將對應於參數值之控制 信號發送至膜形成系統1G之各別部分（包括喷霧器2)。將程 式（包括用於輸入操作及處理參數之顯示的程式）儲存於電 腦可讀取儲存媒體（諸如軟碟（flexible disk)、緊密光碟、 磁性光碟（MO)或硬碟）申，且將該等程式自其安裝至控制 部分20A中。 接下來，將給出對-種在具有上文所描述之結構的膜形 成系統10中所執行之膜形成方法的闡釋H，在膜形成 部分100中，將預定數目之晶圓w置放於晶舟120上。將如 此預備之晶舟120裝載至設定於預定溫度下之反應管 中，且將反應管110之内部真空排氣至預定真空程度。接 著，將反應管110之内部穩定於預定溫度及預定壓力。 另一方面，在氣體供應系統200中，將閥Vm、Vb、Ve、 Vd及Ve設定為關閉，且將閥V1、V2、乂3及化設定為打 開。因此，經由氣體供應管線21而將用作加壓氣體之^ 體自氣體供應源22供應至儲存容器i中。藉由所供應之此 加壓氣體’藉由壓力以由液體質量流量計M控制^速將 具有較低蒸氣壓之液體材料（諸如含铪之材料）經由供應管 129093.doc 19 1377092 線而自儲存容器！發送至喷霧器2。此外自氮氣供應源 供應氮氣以噴麗來自噴霧器2之注入器3〇的液體材料。因 此’處於霧化狀態之液體材料與此敗氣―起以（例如）5 seem之流速而被供應至喷霧器2中。 圖3係一示意性地展示圖2中所示之喷霧器内部的氣流之 影像的視圖。在喷霧器2中，藉由加熱器48而將容器40之 内壁加熱至(例如”耽…卜，將内部加熱㈣設定於

(例如，使得下部熱交換塊31之頂面被加熱至（例 如）150 C。此時，II由來自内部加熱器”之輻射熱來加熱 罩殼31a之内表面，且將此熱傳輸至罩殼31&之外部（至表 面）使得下部熱父換塊3 !被均勻加熱至溫度τΑ(例如，約 150〇C)。 罩殼3la之内部空間係中空的，且經設定以具有大氣壓 力或真空壓力之氣氛’其可難以引起任何熱傳導或氣體對 流。在此狀況下，下部熱交換塊31上之溫差在垂直方向上 可非常小。此外，下部熱交換塊31具有小的熱容量，且因 此儲存於其中之熱量少。另夕卜，在由來自内部加熱器33之 輻射熱來執行加熱的情況下，主要加熱罩殼3U之表面， 而罩殼31a内部之氣氛的溫度並未因此提高。在此狀況 下，優先加熱罩殼31a之表面，且下部熱交換塊31之整個 表面藉此被均勻加熱。 罩殼31a由透明石英製成，因此來自内部加熱器33之輻 射熱亦經由罩殼3 1 a而加熱容器4〇之内壁。因此，將容器 40之内部設定於（例如）約15〇。〇。在此狀態下，液體材料以 129093.doc •20- ^//092 霧化狀癌（作為微小顆粒）自注入器30向下傳遞至容器4〇 中已霧化液體材料藉由加熱而被進一步均勻霧化且部分 被汽化’同時其成錐形地散布於界定於容器4〇内之上側處 的上升空間0中。含有霧氣及蒸氣之已霧化液體材料之此 錐形流接著與下部熱交換塊31之設定於（例如）15(rc的表面 碰撞。因此’已霧化液體材料之流藉由進入該流中心之下 4熱交換塊31而擴展’且接著被導引至形成於容器4〇之内 表面與下部熱交換塊3 1之間的環形空間F中。在此空間周 圍，已霧化液體材料直接藉由來自位於下部熱交換塊31内 部之内部加熱器33的輻射熱而被加熱，藉此進行汽化。 如上文所描述，環形空間F經配置使得輸出埠32側上之 寬度小於與其相對之側上的寬度。在此狀況下，即使在輸 出埠32處歸因於穿過供應管線53之吸入力而產生負壓的情 况下，輪出埠3 2側與相對側之間的環形空間F中之壓差仍 為小的，且環形空間F内部之壓力可藉此幾乎為均勻的。 因此，已在上升空間G中部分汽化之已霧化液體材料在均 勻地流經環形空間F的同時在環形空間F中被加熱。此使得 有可能有效地汽化已霧化液體材料而產生處理氣體。 此外，下部熱交換塊3 1在上表面（在溫度感測器3 5附近） 及側表面上具有幾乎均勻之溫度。因此，處理氣體可流向 供應管線53，同時抑制其熱分解（處於基本上不含分解產 物之狀態）。可防止下部熱交換塊3丨被過度加熱，因此上 文所描述之0形環49b及51b不會超過其耐熱溫度。因此， 該等Ο形環49 b及51b不會熱降解。 129093.doc -21 . 1377092 在環形空間F中向下流動之處理氣體可藉由穿過輸出槔 32之吸入力而將方向改變至水平方向，且流至供應管線53 中。另一方面’混合於處理氣體内之霧氣並未改變方向，

而是歸因於慣性力基於其自身大的重量而向下流動。因 此’霧氣與處理氣體分離且到達容器4〇之底部。霧氣在容 器40之底部經積聚及聚結而變為液相，且接著流向排泄埠 34(閥Vm設定為關閉）。由於排泄埠34形成於低於輸出埠32 之位置處，所以無排泄液體流入輸出槔32中。 若將下部熱交換塊3 1安置於容器3〇之中心，則輸出埠32 側與相對側之間的環形空間F中之壓差歸因於穿過輸出埠 32之吸入力而變得較大，且環形空間F内部之壓力可藉此 較不均勾。在此狀況下，已霧化液體材料無法均句心經 環形空間F ’藉此降低汽化效率。儘管本發明涵蓋此狀 況，但較佳使下部熱交換塊31偏向輸出埠32侧。 經由供應管線5 3而將藉由含給材料之汽化所產生之處理

氣體供應至膜形成部分100中、經由供應管線加將處理 氣體連同氧氣（未圖示）供應至穩定於預定溫度及預定屋力 下之反應管U0中。在此等條件下，執行媒形成處理以在 晶圓W上形成二氧化姶膜。 :將處理氣體供應至膜形成部分1〇〇中持續一預定時間 :電力St氣體’且停止或減小施加至内部加熱器33 Κ μ °之’將闕V1、V2、V3&Va設定為關閉， =或減小電源部分…之輪出。此外，將閥Vb及Vm設 開以在噴霧器2内部切沖洗過程。因此，以由質 129093.doc •22· 1377092 量流量控制器Ml所控制之流速經由氣體供應管線23而將 用作沖洗氣體之A氣體自氣體供應源μ供應至喷霧器2 中’且接著將其自排放管線42排出。 . 圖4係一示意性地展示在停止供應液體材料時圖2中所示 . 之喷霧器2之下部熱交換塊31頂部處之溫度變化的特徵 圖如圖4中所示，在時間點tl，停止供應處理氣體，停止 . 供應液體材料，且停止將電力供應至位於下部熱交換塊31 # 内部之内部加熱器33。如上文所描述，下部熱交換塊31係

中空的且具有小的熱容量，且因此儲存於其中之熱量此時 - 非常少。因此，下部熱交換塊31在時間點tl迅速自溫度TA 冷部，且因此噴霧器2内部之液體材料的霧氣並未由於過 度加熱而分解，而是可經由排放管線42而排出。 t膜形成處理之後，藉由氮氣來沖洗喷霧器2之内部， 使付液體材料之殘餘部分自喷霧器2内部完全移除。此 外’可將沖洗氣體供應至供應管線53中。在此狀況下，將 # 間仏又定為打開’且將氮氣自氮氣供應源25供應至膜形成 部分1〇〇中。在此等條件下，供應管線53之内壁上的沈積 物質(諸如處理氣體之殘餘物質及藉由處理氣體之變性而 . 形成之固態組份）被推出進入膜形成部分100中，且自反應 - 管Π0移除而進入排氣管線140中。 主在重複膜形成處理預定次數之後，如下執行嗔霧器2之 清洗過程。具體言之，操作排氣泉44，同時將間V1、 外… Va Vb、¥(1及Ve設定為關閉，且將閥Vc及Vm «又疋為打開。在此等條件下，儲存於容器4〇中之霧氣經由 129093.doc -23· 1377092 ，同時經由供應管線61而 由於清洗溶液係溶解液體 所以沈積於喷霧器2之容 外，即使霧氣部分冷凝或 排放管線42而自容器4〇内部排出 將清洗溶液供應至喷霧器2中。 材料及已凝固液體材料之溶劑， 器40之内壁上的霧氣被沖掉。此 變性為固態組份，仍可藉由、，主，土 精田π洗浴液來溶解其並將其移 除。 〃 在清洗過程中，可操作排氣泵44，同時將閥v2、Vd及 Ve設定為打開。在此等條件下’導致清洗溶液流經分支管 線63、液體質量流量料、供應管㈣、分支管線54及排 放管線42,以便移除此等部件之内壁上的沈積物質（諸如 液體材料及液體材料之凝固組份）。 如上文所描述，喷霧器2包括下部熱交換塊31，該下部 熱交換塊31安置於上升空間G下方以在其周圍形成環形空 間F，使得已霧化液體材料可高效地汽化。下部熱交換塊 31由具有小的壁厚度及小的熱容量之中空罩殼3U及作為 輻射熱源而安置於罩殼31a内部之内部加熱器33形成。因 此，下部熱交換塊3 1之整個表面被均勻加熱而無溫度變 化。此外，可防止下部熱交換塊之溫度在停止供應液體材 料時引起突增》因此’液體材料較少熱分解，藉此抑制顆 粒產生。在此狀況下’可將處理氣體之流速設定得較高 (經汽化之液體材料的量將較大）》 圖5係一示意性地展示在停止供應液體材料時圖6中所示 之喷霧器300之下部熱交換塊303頂部處之溫度變化的特徵 圖。在圖6中所示之噴霧器300之狀況下，下部熱交換塊 129093.doc -24- 1377092 303具有一實心結構，因此其内部溫度變得比表面溫度 南’且可達到（例如）350。(〇。當在時間點tl停止供應處理氣 體（停止液體材料之汽化）時，下部熱交換塊3〇3失去放熱之 目標（冷卻源）。因此，内部熱量迅速散布遍及下部熱交換 塊303，且陷入所謂之突增狀態，如圖5中所示。此時，下 熱父換塊3 03之表面溫度自時間點ti時之溫度TA增加至 約300°C，且導致液體材料分解，如上文所描述。

此外’在根據此實施例之喷霧器2之狀況下，下部熱交 換塊31之罩殼31a由傳輸來自内部加熱器33之輻射熱的材 料（諸如石英）製成。在此狀況下，内部加熱器33不僅直接 加熱下邛熱父換塊3 1之表面，而且加熱容器之内壁及流 經令器40内部（環形空間F及上升空間G)之液體材料的霧 氣。因此，經汽化之液體材料的量增加，同時供應至膜形 成部分100之霧氣的量減少，使得得以抑制顆粒產生。由

於由内邛加熱器33所加熱之區域較大，所以可省略容器 之加熱器48，或可降低加熱器48之設定溫度。 此外’罩殼3U之内部係中空的，使得下部熱交換塊31 之熱容量得以進-步降低。在此狀況下，罩殼31a含有傳 導..、、量之很乂物質’且内部加熱器33之熱量不大被熱傳導 所使用。此外’幾乎無任何受熱氣體可藉由對流而在罩殼 3 la内部之垂直方向上移動，因此下部熱交換塊”上之溫 差在垂直方向上小。另夕卜，藉由來自内部加熱器B之輻射 …、來加熱罩设31a，因此罩殼3U作為—個整體而被均句加 熱。因此’可防止下部熱交換塊31局部過熱，且◦形環 129093.doc -25· 1377092 及51b不會熱降解。 此外，已霧化液體材料自注入器3〇向下傳遞，且接著藉 由在上升空間G中進行加熱而進一步均勻霧化並部分汽 化。隨後，已霧化液體材料藉由下部熱交換塊31而擴展， 且接著流經環形空間F，同時藉由充分之熱交換而受熱。 由於環形空間F不會引起氣體無效體積（dead v〇lume)，所 以已霧化液體材料可高效可靠地汽化。藉由此配置，可將 含有最少霧氣之處理氣體（已汽化液體材料）供應至膜形成 部分100中，因此可防止顆粒沈積於晶圓上❶ 在上文所描述之實施例中，喷霧器容器40具備安置於其 周圍之加熱器48 ^然而，如上文所描述，位於下部熱交換 塊3 1内部之内部加熱器33亦充當容器4〇之内壁的加熱器。 因此’在内部加熱器33可充分汽化液體材料的情況下，可 省略加熱器48或可降低加熱器48之設定溫度（例如，藉由 使用具有較小輪出之低廉加熱器）。 在上文所描述之實施例中，下部熱交換塊31在剖面平面 圖中具有基本上圓形形狀，但其可具有多邊形形狀。作為 具有低备氣壓之含給液體材料，可使用 TDEAH(HF[N(C2H5)]4)’ 其在 120°C 下具有 40 Pa 或 40 pa 以 下之蒸氣壓》除含铪材料之外，可使用Ta(〇C2H5)5，其在 140 C下具有40 Pa或40 Pa以下之蒸氣壓。此外，可將本發 明應用於使用藉由汽化六曱基胺基二矽烷（HEad)所產生 之處理氣體連同NH3氣體以形成氮化石夕膜的處理、使用藉 由汽化Ta(OC2H5)5所產生之處理氣體連同〇3氣體以形成 129093.doc •26· 1377092

Taz〇5膜的處理及使用水蒸氣之供應的處理。膜形成部分 可利用不同於分批型低壓CVD裝置的單基板型膜形成裝 置。 此外，上文所描述之實施例僅利用一個儲存液體材料之 儲存容器1，但此並非限制性的。舉例而言，可利用分別 儲存不同液體材料之複數個儲存容器，且將其連接至各別 噴霧器以用於汽化液體材料。在此狀況下，可將由各別噴

霧器所產生之複數種處理氣體供應至膜形成部分1〇〇之反 應管110中以執行膜形成處理。舉例而言，可將此供應系 統應用至膜形成處理以形成具有高介電常數之金屬氧^物 膜（諸如含有鋇（Ba)、锶（Sr)及鈦（Ti)之鋇锶鈦（BST)氧化物 臈）。 熟習此項技術者將易於構想額外優勢及修改。因此在 其更廣泛態樣中’本發明並不限於本文巾所展示及描述之 特定細節及代表性實施例1此，可在不背離如

申凊專利範圍及其等效物界定之—般發明性概念的精神 範疇的情況下作出各種修改。 一 【圖式簡單說明】 圖1係一展示根據本發明 (模形成系統）的結構圖； 之一實施例之半導體處理系統 圖2係一展示一用 側視圖； 於圖1中所示之系、统中之喷霧器的剖 面 内部的氣 圖3係一示意性地展示位於圖2中所示之噴霧器 流之影像的視圖； 129093.doc -27· //092 圖4係—-立 _ " 不忍性地展示在停止供應液體材料時，圖2中所 不之噴霧器之下部熱交換塊頂部處之溫度變化的特徵圖； 圖5係示意性地展示在停止供應液體材料時，圖6中 所示之喷霧器之下部熱交換塊頂部處之溫度變化的特徵 圖；及

圖6係一展示一喷霧器之剖面側視圖，該噴 具有實心結構之下部熱交換塊。【主要元件符號說明】 具備

1 儲存容器 2 噴霧器 6 供應部分 10 半導體處理系統（膜形成系統） 20A 控制部分 21 氣體供應管線 22 氣體供應源 23 氣體供應管線 24 氣體供應源 25 氮氣供應源 27 氣體供應源 30 注入器 30a 噴灑埠 31 下部熱交換塊 31a 罩殼 32 輸出埠 129093.doc -28· 1377092

33 内部加熱器 34 排泄埠 35 溫度感測器 40 容器 40a 凸緣 41 矩形覆蓋物 42 排放管線 44 排氣泵 48 加熱器 49 蓋 49a 槽 49b 〇形環 50a 電源部分 50b 電源部分 51 供應管線 51a 槽 51b 〇形環 53 處理氣體供應管線 54 分支管線 55 供應管線 61 供應管線 62 清洗溶液容器 63 分支管線 100 膜形成部分 129093.doc -29- 1377092

110 反應管 120 晶舟 130 加熱器 140 排氣管線 150 真空泵 200 氣體供應系統 300 噴霧器 301 側壁加熱器 302 汽化腔室 303 下部熱交換塊 304 桿狀加熱器 305 注入器 306 輸出埠 307 溫度感測器 310 電源部分 F 環形空間 G 上升空間 L 距離 M 液體質量流量計 Ml 質量流量控制器 M2 質量流量控制器 M3 質量流量控制器 R 距離 tl 時間點 129093.doc -30- 1377092 ΤΑ 溫度 VI 閥 V2 閥 V3 閥 Va 閥 Vb 閥 Vd 閥 Ve 閥 Vf 閥 Vg 閥 Vm 閥 W 晶圓 129093.doc •31

Claims (1)

1. 十、申請專利範圍： 第097110393號專利申請案 中文申請專利範圍替換‘&〇1年5月） 一種喷霧器’其用於自一液體材料產生一處理氣體，且 包含： 一容器，其界定該喷霧器之一處理空間； /主入器’其具有一噴灑皡’該喷瀵槔經組態以將處 於一霧化狀態之該液體材料向下噴灑於該容器中； 一下部熱交換塊，其具有一内部空間且安置於位於該 容器内部之該噴灑埠下方，使得一用於該已霧化液體材 料之上升空間係界定於該喷灑琿與該下部熱交換塊之 間，且一相連至該上升空間之環形空間係界定於該容器 之一内表面與該下部熱交換塊之間，該下部熱交換塊為 在橫斷面具有圓形或多邊形之圓柱，其經組態以引導該 已霧化液體材料，該已霧化液體材料自該注入器通過該 上升空間向下流入該環形空間’而不允許該已霧化液體 材料流入該下部熱交換塊； 一内部加熱器’其安置於該下部熱交換塊之該内部空 間中且連接至位在該容器外之電源供應，該内部加熱器 經組態以加熱流經該環形空間之該已霧化液體材料，從 而產生該處理氣體； 一氣體傳遞通道，其連接至該容器以自該環形空間輸 出該處理氣體；及 一控制部分’其經預設以在停止自該注入器供應該液 體材料時，停止或減少自該電源供應供應至該内部加熱 器之電力， 129093-1010516.doc 1377092 其中，作為該下部熱交換塊之該圓柱係由具有1至10 _之壁厚度之密閉罩殼所形成，且具有因其為中空 而減乂的熱容量，該内部空間係由該罩殼所界定，且具 有大氣麼力或_ * 4 真工塵力’該罩殼係透明以傳輸紅 線， 且該内部加熱器包含一由碳纖維之編織束形成且密封 於陶瓷包絡線中之碳線，該内部加熱器配置於該内部 籍由^ 部加熱該罩殼’該内部加熱器 藉由輪射熱自内部通過該透明罩殼加熱該容器。 2·如請求項1之喷霧器，其中該下邱赦上她沾 下0P熱父換塊之該内部空 間真充有一惰性氣體。 3_如請求項丨之嘴霧器’其中該喷霧器進—步包含 部熱交換塊之該内部空間中的溫度感測器，且該 控制部分經預設以根據由 Λ 锞由該姐度感測器所偵測之溫 一預狄溫度來控制該供應至該内部加熱器之電力。及 4. 如請求们之喷霧器’其中該溫度感測器經 該下部熱交換塊之一頂部處的溫度。 〜貞測 5. 如請求们之喷霧器，其中該喷霧器進 至該容器以加熱該噴霧器之該處 3楗供 6•如請求们之喷霧器，其中該氣體^的通周/加熱器。 該環形空間橫向輸出該處理氣㈣且態以自 你埋_上 豕環形空間經形成 二:在一連接至該氣體傳遞通道之側上的第一寬度小 於一在一與其相對之側上的第二寬度。 7.如請求項丨之喷霧器，其中該注入 。昇有—由内管及外 129093-1010516.doc 1377092 管形成之雙管結構，且經組態以供應來自該内管之該液 體材料且供應一來自該外管之霧化氣體。 8. 如請求項1之噴霧器，其中該陶瓷包絡線係由透明石英製 造。 9. 如請求項8之噴霧器，其中該罩殼係由透明石英製造且其 壁厚度為2〜6mm。 10 —種半導體處理系統，其包含： 一處理腔室’其經組態以容納一目標基板； 一支樓部件，其經組態以支撐位於該處理腔室内部之 該目標基板； 加熱器’其經組態以加熱位於該處理腔室内部之該 目標基板； 一排氣系統，其經組態以將氣體自該處理腔室内部排 出；及 一氣體供應系統，其經組態以將一處理氣體供應至該 處理腔室中，且包括一用於自一液體材料產生該處理氣 體之喷霧器； 其中該喷霧器包含： 一谷器’其界定該喷霧器之一處理空間； 一注入器’其具有一噴灑埠，該喷灑埠經組態以將 處於&匕狀態之該液體材料向下喷麗於該容器中； 下部熱交換塊，其具有一内部空間且安置於位於 該容器内部之該+ :盟会 Λ赁灑埠下方，使得一用於該已霧化液體 材料之上升空w A 工间係界定於該喷灑埠與該下部熱交換塊之 129093-丨 〇丨〇516.doc 1377092 間’且一相連至該上升空間之環形空間係界定於該容器 之一内表面與該下部熱交換塊之間，該下部熱交換塊為 在橫斷面具有圓形或多邊形之圓柱，其經組態以引導該 已霧化液體材料，該已霧化液體材料自該注入器通過該 上升空間向下流入該環形空間，而不允許該已霧化液體 材料流入該下部熱交換塊； 一内部加熱器，其安置於該下部熱交換塊之該内部 空間中且連接至位在該容器外之電源供應，該内部加熱 器經組態以加熱流經該環形空間之該已霧化液體材料， 從而產生該處理氣體； 一耽體傳遞通道，其連接至該容器以自該環形空間 輪出該處理氣體；及 一控制部分’其經預設以在停止自該注人器供應該液 體材料時’停止或減少自該電源供應供應至該内部加熱 器之電力， 其中，作為該下部熱交換塊之該圓柱係由具有丄至⑺ 賴之-壁厚度之密閉罩殼所形成，且具有因其為十空 而減少的熱容量，該内部空間係由該罩殼所界定，且具 =大氣壓力或一真空壓力，該罩殼係透明以傳輸紅外 線， 部加熱器包含一由碳纖维2 ^ ^ ^ 纖維之编織束形成且密 封於一陶瓷包絡線中之碳線， Α ^ β 诙琛該内部加熱器配置於哕内 部空間主要藉由Μ知占Ι ώ + Α 射‘·，、自内部加熱該罩殼， 器藉由輻射熱自内部诵 円。P加熱 内部通過該透明罩殼加熱該容器。 129093-1010516.doc 如請求項10之系統，其中該下部熱交換塊之該内部空間 填充有一惰性氣體。 12 j •如請求項10之系統，其中該喷霧器進一步包含_安置於 該下部熱交換塊之該内部空間中的溫度感測器，且該控 韦】部刀經預設以根據由該溫度感測器所偵測之溫度及一 預設溫度來控制該供應至該内部加熱器之電力。 .如凊求項10之系統，其中該溫度感測器經組態以偵測該 下部熱交換塊之一頂部處的溫度。 14·如凊求項10之系統，其中該噴霧器進一步包含一提供至 該容器以加熱該喷霧器之該處理空間的周圍加熱器。 ，如。月求項10之系統，其中該氣體傳遞通道經組態以自該 ¥形空間橫向輸出該處理氣體，且該環形空間經形成使 得在一連接至該氣體傳遞通道之側上的第一寬度小於 在一與其相對之側上的第二寬度。 ’如凊求項10之系統，其中該氣體供應系統進一步包含： 堵存各器，其儲存該液體材料且經由一液體材料供 應通道而連接至該嘴霧器，及 氣體供應部分’其經組態以將-加壓氣體供應至該 儲存容残 ^ 、Y ，以便藉由壓力將該液體材料經由該液體材料 供應通道而自該儲存容器發送至該喷霧器。 17.如請求項】〇夕灸μ 一 、、尤’其中該氣體供應系統經組態以供應 :。處理氣體之用於藉由CVD而在該目標基板上形 成一薄膜之氣體。 129093-1010516.doc 1377092 18. 如請求項10之系統，其中該陶瓷包絡線係由透明石英製 造。 19. 如請求項18之喷霧器，其中該罩殼係由透明石英製造且 其壁厚度為2〜6mm。 129093-1010516.doc