TWI557346B - 具有增加的流動均勻度之狹縫閥 - Google Patents

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李海德
史瓦茲米拉曼
吳伊利莎白
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Description

具有增加的流動均勻度之狹縫閥
本發明具體實施例一般係有關於半導體製程。
由於市場對於半導體元件的需求日增，因此必須在不犧牲元件品質的情形下，不斷提升製造產量。某些方法包含在將半導體晶圓運送到真空移送腔室和/或半導體處理室時，利用一設備來處理和/或清潔上述半導體晶圓。上述方法包含在將晶圓運輸進入半導體處理室時，使其通過一或多種處理氣體的簾幕。這些方法可以降低製造半導體元件的處理時間。
然而，用以進行上述方法的習知設備無法均勻地處理及/或清潔基板表面。當基板表面的處理及/或清潔不均勻時，可能會導致所製成的半導體元件品質不佳而無法正常作用。
因此，相關領域亟需提出一種改良的設備，其能夠更均勻地處理及/或清潔半導體基板的表面。
本發明提出用以增加流動均勻度之方法與設備。在某些具體實施例中，提出了具有增加的流動均勻度的狹縫 閥，上述狹縫閥可包含外殼，其具有貫穿該外殼之開口，上述開口可配置以允許基板穿過；氣體入口，其係形成於上述外殼中；外氣室，其係設置於外殼中並耦接至氣體入口；內氣室，其係設置於外殼中並藉由多個孔洞而耦接至外氣室；以及多個氣體出口，其係設置於外殼中，並以流體的方式將開口耦接至內氣室。
在某些具體實施例中，狹縫閥可包含外殼，其具有 貫穿該外殼之開口，上述開口可配置以允許基板穿過；氣體入口，其係形成於上述外殼中；氣室，其係設置於外殼中並耦接至氣體入口；多個氣體出口，其係設置於外殼中，並以流體的方式將開口耦接至氣室；以及柱坑，其係設置於一或多個氣體出口之氣室側上。
在某些具體實施例中。用以處理基板之設備可包含 處理室；以及耦接至上述處理室之狹縫閥。上述狹縫閥包含外殼，其具有貫穿該外殼之開口，上述開口可配置以允許基板穿過；氣體入口，其係形成於上述外殼中；外氣室，其係設置於外殼中並耦接至氣體入口；內氣室，其係設置於外殼中並藉由多個孔洞而耦接至外氣室；以及多個氣體出口，其係設置於外殼中，並以流體的方式將開口耦接至內氣室。
在某些具體實施例中。用以處理基板之設備可包含 處理室；以及耦接至上述處理室之狹縫閥。上述狹縫閥可包含外殼，其具有貫穿該外殼之開口，上述開口可配置以允許基板穿過；氣體入口，其係形成於上述外殼中；氣室，其係設置於外殼中並耦接至氣體入口；多個氣體出口，其係設置 於外殼中，並以流體的方式將開口耦接至氣室；以及柱坑，其係設置於一或多個氣體出口之氣室側上。
100‧‧‧處理室
210‧‧‧孔洞
102‧‧‧基板
212‧‧‧第一氣室
104‧‧‧內容積
214‧‧‧第二氣室
106‧‧‧基板支撐座
216‧‧‧凹部
108‧‧‧開口
218‧‧‧基座
110‧‧‧移送元件
220‧‧‧牆壁
112‧‧‧狹縫閥
302‧‧‧外殼
114‧‧‧門
304‧‧‧氣體出口
116‧‧‧移送腔室
306‧‧‧氣體入口
118‧‧‧氣源
308‧‧‧平板
120‧‧‧狹縫閥開口
310‧‧‧氣室
202‧‧‧外殼
312‧‧‧凹部
204‧‧‧氣體出口
312‧‧‧區域
206‧‧‧氣體入口
314‧‧‧區域
208‧‧‧插件
318‧‧‧柱坑
為了讓本發明之特徵結構能更明顯易懂，已參照多個具體實施例詳細說明上文發明說明中所概述的本發明之內容，並以附隨圖式來繪示其中部分具體實施例。然而，應指出，附隨圖式僅繪示了本發明的典型具體實施例，且因而不應將其視為本發明之限制，因為本發明可涵蓋其他同樣有效的具體實施例。
第1圖繪示根據本發明某些具體實施例之設備。
第2A至2C圖繪示根據本發明某些具體實施例之狹縫閥的剖面圖。
第3A至3B圖繪示根據本發明某些具體實施例之狹縫閥的剖面圖。
為求利於理解，盡可能使用相同的元件符號來指稱各圖式中共用的相同元件。圖式並未依比例繪製，此外，為求清楚簡潔，這些圖式可能經過簡化。可想見，在有利的情形下，可將一具體實施例之元件及特徵結構加入其他具體實施例而無須進一步詳述之。
本發明具體實施例提出了用以經由一開口提供更均勻之氣體分配及/或流動的方法與設備。在某些具體實施例中，提供了一種狹縫閥，其可用以處理正經由狹縫閥開口移送至處理室中之基板。在某些具體實施例中，狹縫閥經有利 地配置可將一或多種氣體更均勻地衝射至正通過該狹縫閥開口之基板表面。
可將根據本發明之狹縫閥的具體實施例運用於任何 處理室中，以處理正在進入或離開該處理室之基板。舉例而言，適當的處理室可包含半導體基板處理室、真空處理室、熱處理室、電漿處理室、退火腔室或與其相似者。適當腔室的實施例分別包含CENTURA腔室與RP EPI腔室以及其他腔室，上述腔室皆可自位於美國加州Santa Clara之Applied Materials,Inc.取得。其他腔室亦可運用本發明提出之狹縫閥。
第1圖繪示根據本發明某些具體實施例的一種非限 制性的說明性實施例，在第1圖中，處理室100藉由狹縫閥112而耦接至移送腔室116。處理室100可以是任何適當的處理室，例如上文所述者。例示性的處理室100可包含一內容積104，其具有基板支撐座106設置於內容積104中，以支撐位於其上的基板102。非必須地，處理室100可包含各種其他元件(圖中未繪示)，其適用於在處理室100中進行的特定製程，例如一或多個氣體入口，其可用以將一或多種處理氣體運送至內容積104中；電漿產生設備；加熱設備(例如雷射、加熱燈、電阻式加熱器或與其相似者)；抽排(pumping)設備，其可用以在處理室100中產生並維持所想的壓力及與其相似者。
處理室100可更包含開口108，其尺寸經設計使得 在操作過程中可利用基板移送元件110將基板102運輸通過該處。移送元件110可包含基板移送機器人，例如常見於負 載鎖定腔室與真空移送腔室中者。
移送腔室116可以是真空移送腔室、負載鎖定腔 室、工廠介面或任何其他可用以移送基板前往或離開處理室100之適當腔室。或者是，在某些具體實施例中，可省略上述移送腔室116。
可將狹縫閥設置於處理室100及移送腔室116之間 且鄰近處理室100中之開口108處。狹縫閥112具有狹縫閥開口120，一般而言，可配置狹縫閥開口120使其對準開口108，而有助於在處理室100及移送腔室116之間移動基板102。可提供門114，以選擇性地開啟與關閉狹縫閥112，且因而使得能夠接取或隔離處理室100之內容積104，以便例如將基板102放置於座106之上。
可將狹縫閥112與氣源118耦接，在操作過程中， 氣源118可供應一或多種氣體，這些氣體可用以處理經過狹縫閥開口120之基板102。上述一或多種氣體可以是在特定應用中，可用以處理基板的任何適當的(複數)氣體。
在某些具體實施例中，狹縫閥可包含一入口以將其 耦接至氣源118與分散於狹縫閥開口120的多個出口，其配置方式經設計而能夠提供均勻的氣流。可在入口及複數個出口之間設置一或多個氣室，以利控制流出該些出口之(複數)氣體的流動。在某些具體實施例中，一或多個氣室之幾何形狀可經配置，以便隨需求而控制(複數)氣體的流動。在某些具體實施例中，可配置該些出口的幾何形狀，以便隨需求而控制(複數)氣體的流動。
舉例而言，第2A至2C圖繪示根據本發明某些具體 實施例之狹縫閥的剖面圖。如第2A圖所示，狹縫閥可包含外殼202，其上設置有貫穿該外殼202之開口120。外殼202中可設有氣體入口206，其可用以將狹縫閥耦接至氣源(如第1圖中所示之氣源118)。氣體入口206可利用流體的方式耦接至外殼202中的第一氣室212。外殼202中的第二氣室214可藉由多個孔洞210而耦接至上述第一氣室212。可提供複數個氣體出口204，以便將第二氣室214耦接至開口120。該些氣體出口204經排列以供應氣流至經過該開口120之基板的表面。
在某些具體實施例中，可利用插件208將第一氣室 212及第二氣室214的至少一部份界定於外殼202之內，上述插件經配置能夠配適於外殼202中的凹部216內。插件208可包含基座218，其具有由該基座突起之複數個牆壁220。可配置該些牆壁220使其與凹部216之下表面接合，以界定兩個氣室212、214(如，將外氣室212界定於複數個牆壁220與圍繞凹部216之外殼202的牆壁之間；以及將內氣室214界定於插件208的複數個牆壁220內)。由第2B圖可以非常清楚地看出來，在某些具體實施例中，外氣室212可環繞著內氣室214。
複數個牆壁220中可包含複數個開口210，以利用 流體的方式耦接至外氣室212與內氣室214。可視需求來控制上述這些孔洞210的數目、幾何形狀與排列方式，以控制由外氣室212至內氣室214的氣流。舉例而言，在某些具體實 施例中，可延著用以隔開外氣室212與內氣室214之牆壁(如牆壁220)的每一側來設置孔洞210，且每一孔洞間的間隔實質上等距，以利均勻地分配外氣室中的氣壓。在某些具體實施例中，可提供至少兩個孔洞210；或在某些具體實施例中，可提供至多約50個孔洞210。所提供之孔洞數目可取決於氣室容積、所想流動要求及與其相似者。也就是說，可針對特定應用而視需求來使用其他數量的孔洞。可界定孔洞210的直徑(或開口面積)，以利控制由外氣室212進入內氣室214的氣體流率。在某些具體實施例中，孔洞210的直徑可介於約0.01英吋至約0.1英吋。當可想見，在其他應用中，若使用具有不同氣體容積或流動需求時，當然可運用其他的直徑大小。
可將複數個氣體出口204設置於界定內氣室214之區域內。可視需求來選擇氣體出口204的數目、幾何形狀、總開口面積及相似的特性，以利控制由內氣室214流出而進入開口120中之氣體的流率。在某些具體實施例中，氣體出口204的位置可自該些孔洞210的位置偏移，因而有利於等化內氣室214內之氣流及壓力。在某些具體實施例中，狹縫閥可包含高達約40個氣體出口204。可將這些氣體出口排列成單一列、多列或任何其他二維的排列方式。上述二維排列方式可包含平均或不平均間隔的列、對齊或錯列的列或任何隨機分布的氣體出口。在某些具體實施例中，可將約20至約40個氣體出口204排列於單一列中。在某些具體實施例中，可將約20個氣體出口204排列於單一列中。
在操作中，可藉由氣體入口206將一或多種氣流供 應至外氣室212。由於孔洞210的尺寸相對較小，氣體會傾向於在實質上進入內氣室214之前先填滿並加壓外氣室212。因此，外氣室212內的氣壓和內氣室214的氣壓實質上是平均的。如此一來，氣體亦可以相對較均勻或平均的流率經由孔洞210流入氣室214，且內氣室214中的壓力實質上是均勻的。之後，供應至狹縫閥的氣體會流出內氣室214並藉由氣體出口204而進入開口120中。由於在此種情形中，內氣室214內的壓力比起僅具有單一氣體入口的單一氣室中的壓力更為均勻，由氣體出口204流出的氣體之離開速度會比習知設備更為均勻。因此，第一氣室212及第二氣室214的安排可有利地將鄰近複數個氣體出口204的氣壓等化，而使得在操作過程中，流經該處的氣流更為均勻。在某些具體實施例中，可控制流出每一氣體出口204的氣體流率，使其大於約70%；或在某些具體實施例中，大於約80%；或在某些具體實施例中，大於約90%；或在某些具體實施例中，介於約90至約97%之間。
上文參照第2A至2C圖所述的狹縫閥僅為例示，且 已想見根據本發明之其他狹縫閥。舉例而言，第3A至3B圖繪示根據本發明某些具體實施例之狹縫閥的剖面圖。狹縫閥包含外殼302，其上設置有貫穿該外殼302之開口120。氣室310至少部分設置於外殼302內。外殼302中可設有氣體入口306，其可用以將氣室310耦接至氣源(如第1圖中所示之氣源118)。在外殼中可設置多個氣體出口304，其可用以將氣 室310耦接至開口120。在某些具體實施例中，該些氣體出口304之至少某一些可更包含柱坑318，其係設置於鄰近氣室310處。舉例而言，如第3圖所示，每一氣體出口304可具有一柱坑318，該柱坑位於出口304的氣室側上。
如上文參照第2A至2C圖所述之內容，可視需求來 控制該些氣體出口304(與柱坑318)的數目、大小與幾何形狀，以利控制流入開口120中之氣體流速。舉例而言，在某些具體實施例中，狹縫閥可包含約20個氣體出口304；或在某些具體實施例中包含約78個氣體出口304；或在某些具體實施例中包含約96個氣體出口304。在某些具體實施例中，可將約20個氣體出口排列成單一列。或者是，在某些具體實施例中，可將約78或約96個氣體出口排列成兩列，每一列所含的氣體出口數約為總氣體出口數的二分之一。
雖然第3A至3B圖之具體實施例中所示的柱坑318 與氣體出口304為圓形的，可使用任何形狀結構，只要其有助於使得於在操作過程中流經該些氣體出口304的氣流更為均勻即可。
在某些具體實施例中，可由外殼302之凹部界定氣 室310的至少一部份。舉例而言，在某些具體實施例中，可將一外罩或平板308設於凹部上方以界定氣室310。
可配置狹縫閥，以提供一或多種設計特徵，以使得 能夠依所想的方式來分配傳送至氣室310的氣流(如，提供更均勻的氣流至開口120)。舉例而言，在某些具體實施例中，氣室310的容積可沿著其縱向長度而改變。舉例而言，在遠 離氣體入口306的方向中，容積會沿著氣室縱向長度而增加。在某些具體實施例中，可提供具有傾斜底表面的凹部312，以控制氣室310的容積(當然，亦可利用其他適當的方法)。可視需求改變容積改變的比率，以促使沿著氣室310的長度移動運送至氣室310中的氣體(如，朝向較大的容積)。舉例而言，在某些具體實施例中，凹部312的底表面可以向下的角度(遠離氣體入口306)傾斜達約10度；或在某些具體實施例中，約5度。在目前的認知中，較大的容積有利於提供一種「阻力最少的路徑」，這有助於減少離開鄰近氣體入口306之氣體出口304的氣體流速，和習知設置方式相較之下，上述設計使得在整個開口120中流出的氣流更為均勻。
在某些具體實施例中，可替代性地或和上述實施例結合，而使得至少一柱坑318之容積與至少一其他柱坑318之容積不同。在某些具體實施例中，每一柱坑318之容積可隨著與氣體入口306的距離遠近而不同。在某些具體實施例中，每一柱坑318之容積可為與氣體入口306之距離的函數並隨之增加。在某些具體實施例中，每一柱坑318之容積可為氣室斜率(如，凹部312之底部的斜率)或柱坑318相對於氣體入口306之距離其中一或多者之函數。
在某些具體實施例中，可將柱坑318及/或氣體出口304排列成多個區域，每一區域中具有一或多個柱坑318及/或氣體出口304。每一區域，例如第3A圖中所示之區域312及區域314，包含具有相同容積的一或多個柱坑318及/或氣體出口304。構成每一區域之柱坑318及/或氣體出口304之 容積可和其他區域中之容積不同。在某些具體實施例中，相鄰區域中，每一區域中柱坑318及/或氣體出口304之容積可以是該區域與氣體入口306之距離的函數，且隨之增加，因而有助於增加在遠離氣體入口306之區域中的氣流量。上述區域的尺寸可以相似或不同。在某些具體實施例中，可提供三種區域。
在某些具體實施例中，可提供上述特徵結構之組 合。舉例而言，在某些具體實施例中，所提出之狹縫閥可具有傾斜的氣室310，該氣室的容積隨著遠離氣體入口306而增加。可提供多達約96個氣體出口304，且每一個氣體出口可具有一柱坑318。氣體出口304實質上彼此等距設置。可將氣體出口304配置為三個不同區域。隨著與氣體入口306的距離增加，這些區域中的氣體出口304之直徑也可逐漸增加。 在任何上述具體實施例中，可控制流出每一氣體出口304之氣體的流率以使其均勻，且大於約70%；或在某些具體實施例中，大於約80%；或在某些具體實施例中，大於約90%；或在某些具體實施例中，介於約90至約97%之間。
因此，本發明提出一種力於提供更均勻的氣體或多 種氣體運送之方法與設備。均勻度提升了至少大於約70%，且在某些具體實施例中多達約97%。可將狹縫閥配置為二氣室的形式，其中可利用兩個氣室將氣流等化。或者是，可配置狹縫閥使其具有一個氣室與多個流量控制特徵結構，其中可藉由至少一種下述方式來等化氣流：改變沿著縱向長度中氣室的剖面；在氣體出口中提供柱坑；改變沿著氣室縱向中， 柱坑及/或氣體出口之剖面面積；或上述之組合。
雖然上文提出了本發明之具體實施例，亦可想見本發明之其他與進一步的具體實施例，且不致悖離本發明之基本範圍，因此，本發明之範圍係取決於附隨申請專利範圍。
202‧‧‧外殼
204‧‧‧氣體出口
206‧‧‧氣體入口
208‧‧‧插件
210‧‧‧孔洞
212‧‧‧第一氣室
214‧‧‧第二氣室
216‧‧‧凹部
218‧‧‧基座
220‧‧‧牆壁
120‧‧‧狹縫閥開口

Claims (18)

  1. 一種狹縫閥，包含：一外殼，其具有經設置而貫穿該外殼之一開口，該開口配置以允許一基板穿過；一氣體入口，其形成於該外殼中；一氣室，其係設置於該外殼中並耦接至該氣體入口，其中該氣室具有一容積，該容積在遠離該氣體入口之一方向上沿著該氣室之一縱向長度而增加；多個氣體出口，其係設置於該外殼中並以流體的方式將該開口耦接至該氣室；以及一柱坑，其係設置於該些氣體出口之一或更多者之一氣室側上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之狹縫閥，其中該些氣體出口更包含多個區域，每一區域包含一或更多個氣體出口，該一或更多個氣體出口具有一容積，該容積與設置於至少一個其他區域中之多個氣體出口之一容積不同。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之狹縫閥，其中該些氣體出口的直徑，於遠離該氣體入口的一方向中，自該些區域一區接著一區而增加。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之狹縫閥，其中位於該些區域之每一區域內的多個氣體出口包括一柱坑，且其中於 任何特定區域中之該些柱坑具有一容積，該容積與設置於至少一個其他區域中之多個柱坑之一容積不同。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之狹縫閥，其中該些柱坑的直徑，於遠離該氣體入口的一方向中，自該些區域一區接著一區而增加。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之狹縫閥，其中至少一個氣體出口具有一容積，該容積與至少一個其他氣體出口之一容積不同。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之狹縫閥，更包括多個柱坑，每一柱坑位於該些氣體出口之一或更多者之每一者的一氣室側中，其中至少一個柱坑具有一容積，該容積與至少一個其他柱坑之一容積不同。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之狹縫閥，其中該些氣體出口包含達約96個氣體出口。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之狹縫閥，其中該些氣體出口以單列或多列而設置。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之狹縫閥，其中該外殼包含一凹部及一板，該凹部係設置鄰近於該開口且該板係設置於該凹部頂部，以界定該氣室。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之狹縫閥，其中該些氣體出口係設置在介於該開口和該氣室之間的該凹部之一下表面內。
  12. 一種用於處理一基板之設備，包括：一處理室；及一狹縫閥，其係耦接至該處理室，該狹縫閥包括：一外殼，其具有經設置而貫穿該外殼之一開口，該開口配置以允許一基板穿過；一氣體入口，其形成於該外殼中；一氣室，其係設置於該外殼中，並耦接至該氣體入口，其中該氣室具有一容積，該容積在遠離該氣體入口之一方向上沿著該氣室之一縱向長度而增加；多個氣體出口，其係設置於該外殼中，並以流體的方式將該開口耦接至該氣室；及一柱坑，其係設置於該些氣體出口之一或更多者之一氣室側上。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之設備，其中該氣室具有一容積，該容積沿著該氣室之一縱向長度而改變。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之狹縫閥，其中該些氣體出口更包含多個區域，每一區域包含一或更多個氣體出口，該一或更多個氣體出口具有一容積，該容積與設置於至少一個其他區域中之多個氣體出口之一容積不同。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之狹縫閥，其中至少一個氣體出口具有一容積，該容積與至少一個其他氣體出口之一容積不同。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之狹縫閥，更包括多個柱坑，每一柱坑位於該些氣體出口之一或更多者之每一者的一氣室側中，其中至少一個柱坑具有一容積，該容積與至少一個其他柱坑之一容積不同。
  17. 如申請專利範圍第12項所示之狹縫閥，其中該處理室更包括一氣源，該氣源耦接該氣體入口以通過該些氣體出口而提供一處理氣體至該狹縫閥之該開口。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之狹縫閥，更包括一門，該門係構成以選擇以選擇性地開啟與關閉該狹縫閥，以隔離該處理室之一內容積。
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