TWI380366B - Semiconductor processing system and vaporizer - Google Patents

Description

1380366 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體製程系統及用於自純水產生水 热氣之汽化器。本文所使用之術語”半導體製造"包括各種 過程，該等過程經執行以藉由在目樣基板上以預定圖案形 成半導體層 '絕緣層及導電層而在用於FpD(平板顯示器） (例如，LCD(液晶顯示器之諸如半導體晶圓或玻璃基板 的目‘基板上製造半導體裝置或具有待連接至半導體裝置 之配線層、電極及其類似物的結構。 【先前技術】 導體製造過程之-’存在用於在水蒸氣氣氛内製 造半導體晶圓之加熱過程。舉例而言，在形成二氧化石夕膜 以填充具有高縱橫比之凹座的狀況下，可藉由在基板上塗 覆聚石夕氮烧塗佈液體且接著在其上執行加熱過程而獲得良 好填充特性。在此狀況下’藉由逐漸增加製造溫度同時對 塗佈膜執行加熱過程而改良膜品質。此種代表性加執過程 為用於㈣表面之濕式氧化過程。料，在使用氧氣之乾 式氧化過私中，存在其中將水蒸氣供應至晶圓上以在將溫 :增加至製造溫度的步驟中形成極薄濕式氧化膜的狀況。 舉例而言’日本專心請案職Ai公告案仏伽號 利文獻1)及曰本專利申請案K〇KAi公告案第测_ 2=4號(專利文獻2)分別揭示用於供應水蒸氣之兩個典型 藉由喷嘴將液體純水霧 在專利文獻1所揭示之方法中 115256.doc 1380366 化，且對由此形成之液體小液滴加熱以產生水蒸氣。根據 , &方法，用於產生水蒸氣之結構較為簡單，且可藉由^整 載體氣體流動速率及/或加熱器輸出而容易地控制水蒸氣 的里。然而，在此單元用於執行加熱過程時，於加熱過程 所處理之晶圓表面上觀察到大量粒子。此等粒子劣化晶圓 或經分割晶片之良率，此隨著半導體裝置之膜厚度減小及 圖案尺寸減小而變得顯著。尚未淨化此粒子產生機構。 φ 在專利文獻2所揭示之方法中，藉由催化劑使氧氣與氫 氣彼此反應從而產生水蒸氣。因為較之液體而言，較^易 獲传具有高純度之氣體，所以與使用液體純水之方法相 比，此方法在減少待混合之諸如金屬之雜質方面為較佳 的。然而，為了增加水蒸氣之產生量，需增加催化劑且進 而導致高成本，因為催化劑主要由翻組成。另外，根據此 水蒸氣反應機構，若僅增加催化劑量，則反應溫度變得難 以控制。為此’需要根據水蒸氣之產生量而增加產生部分 • 之體積或產生部分的數目，此並不利於成本。另外，因為 使用了氫，所以需要特殊對策以確保安全。 【發明内容】 本發明之一目標係提供一種半導體製程系統，其可減少 其中將水蒸氣供應至基板上以執行加熱過程之加熱過程所 處理的基板上所產生之粒子數目。本發明之另—目標係提 供一種可用於該系統中之汽化器。 根據本發明之第-態樣，提供一種半導體製程系統，其 包含 115256.doc 1380366 一處理室，其經配置以容納一目標基板； 一支樓構件，其㈣置以㈣目縣板支#於該處理室 内部； 一排氣系統，其經配置以將處理室内部之氣體排出；及 -氣體供應系統’其經配置以將水蒸氣供應至處理室 中’且包括一用於自純水產生水蒸氣之氣體產生設備， 其中該氣體產生設備包含 -第-汽化區，其經配置以喷灑純水以及载體氣體且加 熱該純水以便產生含霧之預備水蒸氣；及 一第二汽化區，其經配置以汽化預備水蒸氣中所含之霧 以便自預備水蒸氣.產生製程水蒸氣，其中該第二汽化區包 括一具有一網狀結構之薄膜，該薄膜橫跨用於預備水蒸氣 之通道而設置且經配置以捕獲第一汽化區與處理室之間的 霧。 根據本發明之第二態樣，提供一種用於自純水產生水蒸 氣之汽化器，該汽化器包含： 一容器’其界定汽化器之製程空間； 一噴射器’其經配置以在製程空間中向下噴灑純水以及 載體氣體； 一上游加熱器’其經配置以加熱製程空間，以便在加熱 於製程空間令所噴灑之純水時產生含霧的預備水蒸氣； 一埠構件（port member)，其連接至該容器之側壁且界定 用於預備水蒸氣之通道； 一具有網狀結構之薄膜，該薄膜橫跨該通道而設置且經 115256.doc 配置以捕獲預備水蒸氣中所含之霧；及 下游加熱器’其經配置以加熱該薄膜且進而藉由該薄 膜而/飞化預備水蒸氣中所含之霧，以便自預備水蒸氣產生 製程水蒸氣。 在隨後描述中將陳述本發明之額外目標及優點，且自該 也述將部分地看出或藉由本發明之實施可瞭解該等額外目 標及優點。可藉由下文特定指出之工具及組合而實現及獲 得本發明之目標及優點。 【實施方式】 現將參看隨附圖式描述本發明之實施例。在以下描述 中，由相同參考數字指示具大體相同功能及配置之組成元 件，且僅當需要時進行重複性描述。 <第一實施例> 圖1為展示根據本發明之第一實施例之半導體製程系統 (熱製造設備）的結構圖。此熱製造系統包括圓筒形反應容 态（處理室）3，其由（例如）石英製得且垂直地指向；及一鍋 爐1 ’其環繞該反應容器3 β該鍋爐1包括圓筒形絕熱體2 i 及一設置於絕熱體21之内壁上且在環形方向延伸之加熱器 22 °加熱器22由彼此獨立之複數個可控部分形成，該複數 個可控部分分別對應於反應容器3内部以垂直方向排列之 複數個製造場之製造區。參看由溫度彳貞測器（諸如分別設 置於製造區處之熱電耦（未圖示））所量測之溫度來操作加熱 器22的部分以用於溫度控制。 打開反應容器3之底部以形成負載口 4 1，在該負載口 41 115256.doc 1380366 周圍一體式地形成有凸緣❿由（例如）石英製得之蓋43設 置於反應容器3下方以使得蓋43可與凸㈣之底部接觸從 而氣密地關閉口 41。蓋43係藉由晶舟升降機(boat elevator)(未圖不）上下移動從而打開及關閉負載口。旋轉 轴44延伸穿過蓋43之中心，且支樓頂部處之基板固持器或 晶舟4 5。 曰曰舟4 5 里、纟D構化以支撐相隔一定距離而堆疊之複數個 ^ (彳!如個）目標基板或半導體晶圓w。藉由上下移動之 盍43將晶舟45負載至反應容器3及自反應容器3卸載晶舟 方疋轉軸44之底部連接至馬達μ以旋轉該旋轉轴44，從 而使得由馬達Μ旋轉晶舟45。絕熱圓柱體46設置於蓋43上 且環繞旋轉輛44。 排氣口 5形成於反應容器3之頂部處以排空反應容器3的 内部。排氣口 5連接至具備真空泵5〗及壓力調節器52(諸如 碟形閥）之排氣管線53 ’從而將反應容器3之内部真空排氣 φ 至所要真空度。 L形噴嘴7〇經設置以延伸穿過反應容器3之底部處之凸緣 42且用於將氣體供應至反應容器3之製造區域内的晶圓w 上。噴嘴70連接至具備第一汽化區6及第二汽化區7(自上 游側以此次序設置）之氣體供應管線71。加熱器65纏繞在 氣體供應管線71周圍以防止水蒸氣冷凝。除非另外指示， 否則此系統之管路線（piping line)由不銹鋼（諸如碼之 SUS316L)製得。 第一汽化區6連接至上游側上之純水供應管線1 7及載體 115256.doc 1380366 、閥VI、用

I (諸如氟碳樹脂）製得。 氣體供應管線18 ^純水供應管線17經由閥V5 作流動速率控制器之大量流量控制器⑽㈣。 Ml及過濾器F1(在第一汽化區6之上游以此次 接至純水供應源11。過濾器Fi用於移除純水 載體氣體供應管線18具備在第一汽化區6上游之加熱器H 及過濾器F4，且接著劃分成氧氣供應管線14及氮氣供應管 線15。氣體暖化加熱器19纏繞在第一汽化區6與加熱器η之 間的載體氣體供應管線18之部分的周圍。 氧氣供應管線14經由閥V2、用作流動速率控制器之大量 流量控制器M2及過濾器F2(在過濾器F4上游以此次序設置） 而連接至氧軋供應源12。氮氣供應管線丨5經由閥V3、用作 • 流動速率控制器之大量流量控制器M3及過濾器F3(在過濾 器F4上游以此次序設置）而連接至氮氣供應源13。過濾器 F2至F4用於移除氣體中所含之粒子。 另外，熱製造系統包括一由（例如）電腦形成之控制區 1 〇〇。該控制區1 00經配置以控制如稍後所述之第一汽化區 6及第一汽化區7上所設置的加熱器、及閥vi至V5、大量 流量控制器Ml至M3及壓力調節器52。控制區ι〇〇操取含製 造參數及製造序列之製造程式，且經由控制器（未圖示）而 輸出控制信號。 115256.doc •12- 1380366 圖2為展示圖】所示系統中使用之第一汽化區6的側剖視 圖。第-汽化區6包括圓筒形容器62，其經設置以具有在 (例如)垂直方向延伸之軸。容器62具備作為上游加熱器而 嵌入侧壁中之加熱器6 3。噴射器6!設置於容器6 2之頂部 處，且由不銹鋼（諸如ns碼之SUS316L)製得或其待與液體 接觸之部分覆蓋有非金屬材料。噴射器61連接至純水供應 管線17及由氣體暖化加熱器19纏繞之載體氣體供應管線 18。 經由供應管線17而供應之純水自喷射器6ι之喷灌口 — _於容⑸21同時其被經由供應管線以而供應之載體 氣體霧化。經如此霧化之純水被自載體氣體及加熱器⑽ 施加之熱汽化。因此，產生合霖夕益扭 生3霧之預備水蒸氣，且其釋放 於氣體供應管線71中。此時’容器62内尚未汽化之相對較 大液體小液滴由於其自身之大重量而降落於容器62之底部 64上。，然而’諸如具有i _或更小直經之霧的極小液體小 液滴係由載體氣體載運且釋放至氣體供應管線71。由此沈 積於容器62之底部64上的液體小液滴聚集且形成水蓬該 水窪係經由排泄管線（未圖示）而週期性地排泄。 圖3為展示，所示系，統中使用之第二汽化區7的側别視 圖。第二汽化區7包括圓筒形外殼(容器)74,其可在軸向拆 卸。第二汽化區7進一步包括用作用於純水霧之捕獲及汽 化構件73的薄膜75’及加熱器72 ”卜殼〜具有在轴向中心 處於外殼㈣面周圍延伸之凹槽。環形固㈣胸著在捕 獲及汽化構件73之周邊周圍。環形固持器76裝配於外殼74 115256.doc • 13 · 1380366 之凹槽中以將捕獲及汽化構件73固定於外殼74上，以致構 件73橫跨流動通道（以覆蓋通道之整個截面）而設置。在軸 向緊固外殼74之組裝部件以確保外殼74為氣密的。 圖4A為展不第二汽化區7中所用薄膜乃之形狀的透視 圖。捕獲及汽化構件73包含一由（例如）具有約丨mm厚度之 網狀結構形成的薄臈75，其焊接至外部環形固持器％。薄 膜75設置有手風琴式折疊結構以致經折疊端部分面向預備 φ 水蒸氣之流動方向。薄膜75較佳由非金屬材料製得，諸如 氟碳樹脂（在此實施例中為可在市場購得之具商標"鐵氟龍 (Teflon)，，之氟碳樹脂）。若薄膜75由金屬材料製得，則當在 薄膜75上捕獲氣體中所含之純水的非汽化霧時，金屬組份 可視條件自薄膜75溶解於純水中’進而污染晶圓。 圖4B為展示圖4A所示薄膜75之内部結構的圖，該圖為 基於顯微圖而繪晝之影像。如圖4B中所展示，薄膜Μ具有 ，網狀結構，其中許多纖維體為三維交錯的。此結構使載體 籲氣體在薄膜75内部之流動為複雜的，以致純水霧與薄膜75 之接觸面積增加。然而，由薄膜75所引起之壓力損耗不會 如此大，且因此抑制了能量損耗。 外殼74之外表面覆蓋有用於加熱内部空間之（例如）套式 加熱器（mantle heater)72 ,其用作下游加熱器。在捕獲^ >飞化構件73中，由載體氣體之熱來促進純水之非汽化霧之 汽化。另外，由加熱器72將捕獲及汽化構件73加熱至ί〇〇 至250。(：之溫度’以致霧基本上完全汽化。因此，薄膜μ 115256.doc 14 1380366 舍乂 ^土由耐熱材料製得。舉例而言，薄膜75之材料為氣碳樹 脂、諸如氧化鋁之陶瓷或石英。 視使用條件而選擇薄膜75之開口面積比。在此實施例 中薄膜7 5由乱兔樹脂製得且經配置以捕獲9 9 · 9 9 9 9 9 9 9 % 或以上的具0.0003 μιη或更大直徑之粒子。複數個相同類 •或不同類型之薄臈可沿流動通道排列於外殼74之内部。 接著，將對在上述熱製造系統中執行之熱製造方法提供 φ 闌釋，同時假定對塗覆於基板表面上之聚矽氮烷（-(SiRI-NR2)n-: R1及R2指示烷基）之塗佈膜執行加熱過程。 當不會執行水蒸氣過程時，閥¥1及¥4設定為打開狀態 且閥V5設定為關閉狀態以將純水釋放至排泄口。在此操作 的情况下，液流形成於純水供應源丨丨中以防止產生細菌或 其類似物。在負載晶舟之前，打開閥V2，同時將閥及 V5設定為關閉狀態以使用氧氣來淨化反應容器3之内部。 當晶圓載入反應容器3中時，將氧氣用作淨化氣體，因為 • 此氣體可促進溶劑及/或有機物質之分解且進而防止其在 晶圓上沈積。若無需製備此等物質，則可將諸如氮之惰性 氣體用作淨化氣體。另外，加熱器H設定為i 5〇£>c，加熱器 18設定為150°C，加熱器22設定為200。匚，加熱器63設定為 160°C，加熱器65設定為15(TC，且加熱器”為！“^。根據 氧氣及純水之供應速率為各別加熱器適當地確定所設定之 溫度值。 另一方面，在塗佈單元（未圖示）中，藉由在表面上塗覆 聚石夕氮烧膜且接著進行乾燥及烘焙該膜來製備目標基板戈 115256.doc . 15 . 1380366 晶圓w。由此製備之複數個（例如，i 〇〇個）晶圓…安裝於晶 舟45上，且係由晶舟升降機（未圖示）而載入反應容器3中。 由蓋43氣密地關閉反應容器3，且接著由真空泵51將反應 容器3内部之壓力減少至（例如）53,2〇〇帕（4〇〇托）。此後，閥 V4關閉且閥V5經打開以將純水供應至第一汽化區6中。 在第一汽化區6中，如以上所述，由用作載體氣體之氧 氣來霧化純水，且接著由加熱器]^所加熱之載體氣體之熱 • 及加熱器63之熱將其汽化。接著，液體小液滴由於其自身 之大重量而大多降落且與氣體分離。然而，諸如具丨μηι或 更小直徑之霧的極小液體小液滴混合於水蒸氣（預備水蒸 氣）中且與載體氣體一起釋放於氣體供應管線71中。接 著，將製備水蒸氣供應至其中蒸氣所含之霧已汽化之第二 汽化區7中以致自預備水蒸氣產生製程水蒸氣。 圖5Α為展示圖3所示第二汽化區7捕獲及汽化純水霧之操 作的概念圊。圖5Β為展示圖5Α中之部分VA之放大圖。如 • 圖5Α及圖冗中所展示，與用作載體氣體之氧氣一起流動 之預備水蒸氣中所含的純水霧77被第二汽化區7内之薄膜 75捕獲◊當此流動氣體穿過薄膜75之複雜内部結構時，此 流動氣體變得擾動，且促進所捕獲之純水霧77的汽化。另 外，由於薄膜75内部純水霧77之毛細管現象，純水霧刃之 表面積增加且進而變得較易於汽化。因此，純水霧77基本 上完全被傳輸自載體氣體及加熱器72之熱汽化。 將純水及用作載體氣體之氧氣的供應速率分別設定為在 反應容器3内製造其上塗覆有聚矽氮烷膜之1 〇〇個晶圓賴 115256.doc 16 1380366 需的值，諸如20 slm(標準公升/分鐘）及2 slm。氧氣之壓力 設定為適用於霧化純水之值（諸如2 kg/cm2)。 此後，根據烘焙程序而操作系統以對聚矽氮烷膜執行加 熱過程，同時維持真空度及氣體流動速率且控制加熱器 22。舉例而言’將反應容器3之内部包括2〇〇。〇之溫度及 153,2〇〇帕（4〇〇托）的真空度之製造條件保持3〇分鐘從而自

膜移除溶劑及雜質。隨後，以1至2〇〇亡/分鐘之加熱速率將 反應容器3之内部的溫度增加至4〇〇〇c，且接著將其與 53,200帕（400托）之真空度一起保持3〇分鐘。因此，對除聚 矽氮烷膜中之矽及氧之外的雜質元素進行氧化並將其移 除，且進而形成二氧化矽之骨狀結構。接著，以1至2〇〇。〇/ 分鐘之加熱速率將反應容器3之内部的溫度增加至6〇〇它， 且接著將其與53,2GG帕（4GG托）之真空度-起保持6()分鐘。 因此，移除了聚石夕氮院膜中所剩餘之基。

此後，以1至20〇。(：/分鐘之加熱速率將反應容器3内部之 皿度增加至800。(：，且接著將其與53,2〇〇帕（4〇〇托）之真空 度起保持30分鐘。因此，使二氧化石夕膜更緊密。 最後，以1至20(rc/分鐘之冷卻速率將反應容器3内部的 溫度降低至4〇〇°C。另夕卜，關閉閥V2及V5,且停止將水某 風及氧供應至反應容器3中。接著，打開閥V3從而以氮取 代反應^3内部之氣體並使反應容器3的内部回至大氣壓 力’且接著知載晶舟45。此後’打開閥物將純水釋放至 1::之ί而防止細菌產生。因此，完成其上形成有聚碎 氣挽膜之晶圓的製造。 115256.doc 1380366 如以上所描述，根據此實施例’在第一汽化區6中，霧 化並加熱純水以產生含純水霧之預備水蒸氣（第一汽化步 驟）°接著，在第二汽化區7中，使預備水蒸氣流經由網狀 結構形成之薄膜75，以便捕獲並汽化純水霧77(第二汽化 步驟）。在此等兩個汽化步驟中，自純水產生預備水蒸 氣’且接著自預備水蒸氣產生製程水蒸氣。自第一汽化步 驟載運之純水77之非汽化霧（即使為極小霧）被第二汽化步 驟充分汽化。 在此配置的情況下，如參看稍後所示之實例而描述的， 即使在製造溫度（反應容器内部之溫度）設定為諸如250T：之 低值時，晶圓W上所沈積之霧量仍減少。因此，晶圓…之 表面上被觀測為粒子之經變性部分（水痕）的數目減少。此 支術允許以良好狀_執行加熱過程，進而防止其良率降 低，且其在其中以（例如）低於_。〇之溫度執行加熱過程時 尤”有^由第—汽化步驟中所用薄膜75引起之磨力損耗 不曰女此大’且可易於供應所需水蒸氣量。另外，第 =7、:配置以藉由加熱器72來加熱流動通道及薄膜75: 進：步促進所捕獲霧之汽化且進而減少霧。 在以上所述之會始丨 來舉例說明使用d 用於聚石夕氮院膜之加熱過程 災用水4氣的過程。 可為氧化矽膜之過程。 h…7洛氣之過程 反應容器3之内部溫产拇 水蒸氣之過程可為在將 將水基氣伊瘅至s '" 3 口至氧化矽之製造溫度的步驟中 …、轧供應至晶圓W上的過程。 邱r <實驗1> H5256.doc •18- 丨為了發現晶圓上粒子產生之原目，在根據比較實例之熱 製造系統中執行以下實驗（對應於專利文獻1中所揭示之方 法）。根據比較實例之此熱製造系統經配置以自圖i中所展 不之熱製造系統排除第二汽化區7 ’以致僅由第一汽化區6 產生水瘵氣。由此產生之水蒸氣供應至反應容器3中以將 裸矽曰曰圓暴露於水蒸氣氣氛中5分鐘，同時將晶圓安裝於 日曰舟之上部、中間及下部位置上。在自反應容器3卸载晶 圓之後，於每一尺寸範圍中對晶圓表面上所產1之粒子數 目進行计數。根據上述實施例之條件來設定製造條件，諸 凌各別。P 5?之溫度、純水及載體氣體之流動速率及反應容 裔3内。卩的壓力。然而，將反應容器3内部之溫度設定為六 個不同值· 200 C、400。(：、500。(：、600°C、80(TC 及 90〇t。 圖6為展示由實驗丨獲得的反應容器之溫度與晶圓上粒子 數目之間的關係之圖表。在圖6中’在每一溫度之區處， T指不上部晶圓，"C"指示中間晶圓，且，，B"指示下部晶 圓。如圖6中所示，隨著反應容器3内部的溫度增加，粒子 數目減/具體吕之，在反應容器3内部之溫度設定為 8〇〇t或更高時，粒子數目充分地低至約％或更低（8吋晶 圓之表面上）。然而，在反應容器3内部之溫度設定為 6〇〇 C或更低時，粒子數目隨著溫度降低而增加。認為此 結果係歸因於以下原因。具體言<，在根據比較實例之熱 製w系統中之狀況下，將純水之非汽化霧供應至反應容器 3中且將其沈積於晶圓上。當汽化霧時，使基板表面部 115256.doc 19 1380366 分變性且將水痕（濕潤污點）視為粒子。 <實驗2> 在根據具上述實施例之結構之當前實例的熱製造系統中 執行以下實驗。具體言之，根據當前實例之此熱製造系統 經配置以致由圖1所示熱製造系統之第一汽化區6及第二汽 化區7產生水蒸氣。將由此產生之水蒸氣供應至反應容器3 中以將裸矽晶圓暴露於水蒸氣氣氛中5分鐘，同時將晶圓 安裝於晶舟令之上部、中間及下部位置上。在自反應容器 3卸載晶圓之後，在每一尺寸範圍中對晶圓表面上所產生 的粒子數目進行計數^根據上述實施例之條件設定製造條 件，諸如各別部分之溫度及反應容器3内部的壓力。然 而，將反應容器3内部之溫度設定為25〇t。將水蒸氣之流 動速率（供應速率）設定為四個不同值：3 5如、7 ^ slmA20 slm。在水蒸氣之流動速率設定為μ—時將相 同操作執行兩次以確保再現性。 二為=由實驗2獲得的水蒸氣之流動速率與晶 Γ" Λ的關係之圓表。在圖7中，於每-流動逮率區 Τ私不上部晶圓，”C，，指示中間晶圓’且，·Β,·γ _ 部晶圓。如圖7中所展示’隨著水蒸氣 :： ::數目增加。然而，整體上，粒子數目充分低1;二 更少（8吋晶圓之表面上）。 ·、々50或 “另外，此時，確定金屬組份是否由於 缚膜75而分解於晶圓上。 飞化£7中之 全>1入曰 此，發現薄膜75之使用未改^ 金屬含篁，且因此未引起問題。 禾改變 115256.doc -20. 1380366 <第二實施例> 圓8為展示根據本發明笫 (執…… 實施例之半導體製程系統 (.，，' 1地糸統）中所用汽化器 ^ ^ j 視圖。根據第二實施例 _ _ 實％例之第一汽化區ό及第 — >飞化區7而形成的結構。 具體言之，此汽化器包括— 口 介疋几化态之製程空間的容

及一連接至容器62之側壁且充當水蒸氣通道的埠構 件91。由埠構件91所界定之通道包括第一部分％及第二部 分93。第-部分92自容器62之側壁向外延伸同時保持基本 均句之内徑。第二部分93自第一部分92之遠端延伸以致其 内徑首先劇烈擴展且接著劇烈收縮。如參看圖从及圖 所述而結構化之捕獲及汽化構件73設置於第一部分“之遠 端處。第二部分93經由氣體供應管線71而連接至反應容器 (處理室）3(參看圖1)。第一部分92具有一大於氣體供應管 線71之内徑的内徑。另外，埠構件91具備嵌入側壁作為下 游加熱器之加熱器95，其用於加熱捕獲及汽化構件73。捕 獲及汽化構件73及埠構件91根據第一實施例而充當第二汽 化區7之功能。另外’如上所述’容器62具備嵌入側壁中 作為上游加熱器之加熱器63。 具有小於容器62之直徑的直徑之圓筒形下部區塊 (cylindrical lower block)83設置於容器62之底部上。下部 區塊83具備由（例如）設置於其中之耐熱體形成的加熱器 85。在下部區塊83與噴射器61之間界定一運作空間以具有 一用於進一步均勻地霧化自喷射器61傳送之經霧化純水的 115256.doc 21 1380366 距離。下部區塊83之中心自噴射器6 1之中心（亦即，容器 62之中心·）朝向具有埠構件91之侧偏移（例如）1 mm至4 mm 的預定距離。在此配置的情況下，於容器62之内表面與下 部區塊83之間界定一環形空間《環形空間之寬度（汽化器 平面圖中所示之寬度）經配置以致埠構件91側上之寬度m 小於與其相對之側上的寬度D2。將環形空間D2/D1之寬度 比設定為較佳3:1，且較佳2:1 · 5。 在根據此實施例之汽化器中，容器62之内部係由加熱器 63及85以預定溫度加熱。純水自喷射器6丨以霧化狀態向下 傳送至谷器62中（作為微觀粒子）。霧化純水經進一步均勻 及精細地霧化，且係藉由加熱而部分地汽化，同時其在於 容器62内上部側處所界定之運作空間中圓錐形地散佈。含 霧及蒸氣之霧化純水的此圓錐流接著與下部區塊83碰撞。 因此，霧化純水流係由進入該流之中心的下部區塊83擴 展，且接著被導引入容器62之内表面與下部區塊83之間所 形成的環形空間中。 如上所述，環形空間經配置以使得埠構件91側上之寬度 小於與其相對之側上的寬度。在此狀況下，即使在由於經 氣體供應管線之吸。允力而在埠構件91處產生負壓力的狀 況下，蟫構件91側與相對側之間的環形空間中之壓力差仍 較小，且因此環形空間内部之壓力可幾乎為均句的。因 此，在環形空間中加熱已在運作办 免忭二間中經部分汽化之霧化 純水，同時該霧化純水均勻地户 j地机經其。此使得可有效地汽 化霧化純水以產生預備水蒸氣。 115256.doc •22· 1380366 在環形空間中向下流動之預備水蒸氣可藉由經由痒構件 91之吸吮力而將方向改變成水平方向，且户A am J且机入氣體供應管 線71中。另一方面，預備水蒸氣内所混合之相對較大小 滴（諸如具有1 μΐΏ或更小直徑之小液滴）不改變方向作 於基於其自身之大重量的慣性力而向下流動。因此，較大 小液滴與預備水蒸氣分離且與容器62之底部碰撞，且^著 其被自加熱器63及85所施加之熱而汽化。 如圖5Α及圖5Β中所展示，含預備水蒸氣且流出環形空 間進入埠構件91之氣流在穿過由薄膜形成之捕獲及汽化2 件73的纖維體時變得擾動。此時，預備水蒸氣中所含之精 純水霧77被捕獲及汽化構件73捕獲❶因為捕獲及汽化構^ 73係由加熱器95來加熱，所以由捕獲及汽化構件捕獲之 純水霧77係汽化成水蒸氣。由此產生之製程水蒸氣經由氣 體供應ί .線7 1而供應至反應容器3中且用於對晶圓w執行 加熱過程。 牙、第貫把例之效應之外，第二實施例可提供以下效 應。具體言之，因為第二汽化區並非設置於氣體供應管線 7 1上而疋6曼置於充當第一汽化區之水蒸氣出口的埠構件91 中故化器80可為緊密的。另外，第一汽化區及第二汽 化區可同時經受維護操作。 順便提及，在圖8所示之汽化器8 0中，在容器62之底部 64上所沈積之較大液體小液滴係由自加熱器63及85施加之 熱來汽化。或者，可在容器62之底部64中形成液體小液滴 之收集口’以致排出液體小液滴。另外，在圖8所示之汽 1 15256.doc •23- !380366 化器80中，下部區塊83設置於容器62内部以均勻地加熱氣 流。或者，容器62可不具備下部區塊83以具有與圖2中所 示相同的内部結構。可設置汽化器80以取代第一實施例之 第一汽化區6，亦即，可將第一實施例之第二汽化區7設置 在汽化器80之下游。 熟習此項技術者將易於發現額外優點及修改。因此，本 發明之更廣義態樣並不限於本文所展示及描述之特定細節 • 及代表性實施例。因此’可在不偏離如由附加申請專利範 圍及其等效物界定之一般發明性概念之精神或範疇的狀況 下進行各種修改。 【圖式簡單說明】 圖1為展示根據本發明之第一實施例之半導體製程系統 (熱製造系統）的結構圖； 圖2為展示圖i所示系統中所使用之第一汽化區的側剖視 圖； _ 圖3展不圖1所示系統中所使用之.第二汽化區的側剖視 圖； 圖4A為展示圖3所示第二汽化區中所使用之薄膜形狀之 透視圖； 圖4B為展示圖4A所示薄膜之内部結構的圖； 圊5A為展示圖3所示第二汽化區捕獲及汽化純水霧之操 作的概念圖； 圖58為展示圖5A中之部分VA之放大圖； 圖6為展示反應容器之溫度與晶圓上粒子數目之間的關 115256.doc -24· 1380366 係之圖表； 圖7為展示水蒸氣之流動逮率與晶圓上粒子數目之間的 關係之圖表；及 圖8為展示根據本發明之第 (熱製造系統）中所使用的汽化 【主要元件符號說明】 二實施例之半導體製程系統 器之側剖視圖。

1 鋼爐 3 反應容器 5 排氣口 6 第一汽化區 7 第二汽化區 11 純水供應源 12 氧氣供應源 13 氮氣供應源 14 氧氣供應管線 15 氮氣供應管線 16 支管線 17 純水供應管線 18 載體氣體供應管線 19 氣體暖化加熱器 21 圓筒形絕熱體 22 加熱器 41 負載口 42 凸緣 115256.doc 25· 1380366 43 蓋 44 旋轉轴 45 晶舟 46 絕熱圓柱體 51 真空泵 52 壓力調節器 53 排氣管線 61 喷射器 61a 噴灑口 62 容器 63 加熱器 64 容器底部 65 加熱器 70 喷嘴 71 氣體供應管線 72 加熱器 73 捕獲及汽化構件 74 外殼 75 薄膜 76 環形固持器 77 純水霧 80 汽化器 83 下部區塊 85 加熱器 ]15256.doc ·26· 1380366

91 92 93 95 100 F2 F3 F4 Μ M2 M3 V2 V3 V4 埠構件 第一部分 第二部分 加熱器 控制區 過濾器 過濾器 過濾器 加熱器 馬達 大量流量控制器 大量流量控制器 閥 閥 閥

V5 W 閥 半導體晶圓 I15256.doc -27-

Claims (1)

1380366 第095142319號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(101年9月)

月日修正替換頁 、申請專利範圍： —種半導體製程系統，其包含： 一處理室’其經配置以容納一目標基板； —支撐構件，其經配置以支撐該處理室内的該目標基 板； —排氣系統’其經配置以排出該處理室内的氣體；及 —氣體供應系統’其經配置以將水蒸氣供應至該處理 至中，且包括一用於自純水產生水蒸氣之氣體產生設 備， 其中該氣體產生設備包含： —第一汽化區’其經配置以喷灑該純水以及一載體氣 體並加熱該純水，以便產生含霧之預備水蒸氣，及 一第二汽化區，其經配置以汽化該預備水蒸氣中所含 之霧，以便自該預備水蒸氣產生製程水蒸氣，其中該第 =汽化區包括-包含網狀結構之薄膜，該薄膜設置為橫 Φ 跨用於該預備水蒸氣之通道且經配置以捕獲該第—汽 化區與該處理室之間的霧。 2·如請求们之系統，其中該薄膜由一非金屬材料製得。 3.如請求項2之系統，其中該非金屬材料為一敦碳樹脂或 4. 手風琴式折疊 面向該預備水 如晴求項1之系統’其中該薄膜設置有— (accordi〇n_f〇ided)結構，以致折疊之端部 蒸氣之流動方向。 包含一通道構 5.如請求項1之系統 其中該第二汽化區 115256-1010905.doc 6. ι( ι·年9 ·月〇日修正替換頁 件，該通道構件界定用於該預備水蒸氣之該通道，且該 薄膜安裝於該通道構件上以覆蓋該通道之一整個截面。 β月求項5之系統，其中該第二汽化區包含一經配置以 星由該通道構件而加熱該薄膜的下游加熱器。 7. 如啼求項1之系統’其中該第一汽化區包含一界定用於 產生該預備水蒸氣之空間的第一容器，及一經配置以加 熱該第一容器之上游加熱器。 8. 如請求項7之系統’其中該第二汽化區包含一第二容 器’該第二容器界定用於該預備水蒸氣之該通道且經由 一氣體管線而連接至該第一容器。 9. 如請求項7之系統，其中該第二汽化區包含一埠構件， 該蟑構件連接至該第一容器之一側壁並界定用於該預備 水蒸氣之該通道。 10. 如請求項1之系統，其中該第一汽化區包含一噴射器， 該噴射器經配置以向下喷灑該純水以及一載體氣體，且 該噴射器具有一由内管及外管形成之雙管結構從而自該 内管供應該純水及自該外管供應該载體氣體。 11. 如請求項10之系統，其中該外管經由一具備一預加熱器 之載體氣體管線而連接至該載體氣體之一供應源，該預 加熱器經配置以加熱該載體氣體。 12. 一種用於自純水產生水蒸氣之汽化器，該汽化器包含： 一容器，其界定該汽化器之一製程空間（process space)； 一噴射器，其經配置以在該製程空間中向下喷灑該純 115256-1010905.doc -2- 1380366 10L 9. _ 水以及一載體氣體； 年月日修正替換頁j 一上游加熱器，其經配置以加熱該製程空間，以便當 加熱在該製程空間中所喷灑之該純水時，產生含霧之預 備水蒸氣； 一埠構件’其連接至該容器之一側壁並界定一用於該 預備水蒸氣之通道； 一包含網狀結構之薄膜，該薄膜設置為橫跨該通道且 經配置以捕獲該預備水蒸氣中所含之霧；及 一下游加熱器，其經配置以加熱該薄膜且藉而藉該薄 膜而汽化該預備水蒸氣中所含之霧，以便自該預備水蒸 氣產生製程水蒸氣β 13.如請求項12之汽化器，其進一步包含一下部區塊，該下 部區塊設置於該容器内之該喷射器的一喷灑口下方以 致用於該喷灑出之純水之運作空間係界定在該喷灑口 與該下部區塊之間，且一與該運作空間相連續之環形空 間係界定在該容器之一内表面與該下部區塊之間。 14·如請求項13之汽化器，其中該環形㈣經配置以致與該 皡構件連接之-側上的-第—寬度小於與其相反之—側 上的—第二寬度》 15. 如請求項13之汽化I其進—步包含—設置於該下部區 塊之加熱器。 16. 如請求項12之汽化器，其中該薄膜設置有一手風琴式折 疊釔構’以致折疊之端部面向該預備水蒸氣之流動方 I15256-1010905.doc 1380366 iu-於月0日修正替換頁 17. 如請求項12之汽化器，其中該薄膜經設置以覆蓋該通道 之一整個截面。 18. 如請求項12之汽化器，其中該喷射器具有一由内管及外 管形成之雙管結構，以自該内管供應該純水及自該外管 供應該載體氣體。 19. 如請求項18之汽化器，其中該外管經由一具備一預加熱 器之載體氣體管線而連接至該載體氣體之一供應源，該 預加熱器經配置以加熱該載體氣體。 115256-1010905.doc