TWI693100B - 噴頭組件及處理腔室 - Google Patents

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Abstract

本發明所述的實施例係關於具有反射器板的噴頭，反射器板帶有用於徑向分配氣體的氣體注入插件。在一個實施例中，噴頭組件包括反射器板與氣體注入插件。反射器板包括至少一個氣體注入埠。氣體注入插件設置於反射器板中，及包括複數個孔。氣體注入插件亦包括設置於氣體注入插件中的擋板，其中擋板亦包括複數個孔。第一氣室形成於擋板的第一部分與反射器板之間，及第二氣室形成於擋板的第二部分與反射器板之間。氣體注入插件的複數個孔與擋板的複數個孔係軸向不對齊。

Description

噴頭組件及處理腔室
本發明揭露的實施例一般係關於具有反射器板的噴頭設計，反射器板帶有用於徑向分配氣體的氣體注入插件。
半導體基板經處理用於各式各樣的應用，包括積體元件與微元件的製造。處理基板的一個方法包括將氧自由基沉積於基板的上表面上。例如，加州聖塔克拉拉的應用材料公司（Applied Materials, Inc., of Santa Clara, California）提供以燈加熱基板並將氫與氧注入處理腔室的RadOx®製程。當氣體撞擊基板表面而在基板上形成一層時，氣體形成自由基，如氧自由基形成二氧化矽層於矽基板上。
用於將氧自由基沉積在300mm基板上的當前處理腔室噴頭限制了沉積控制，而導致不良的處理均勻度。例如，對於氧自由基沉積的低處理腔室壓力要求及當前的噴頭設計導致氣體以高速到達基板。氣體的高速導致撞擊在基板上及使得氣體無法充分地被加熱。在另一方面，燃燒產生的氧自由基快速重新組合而產生氧自由基的短生命週期。因此，因氣體的高速與結合氧自由基的短生命週期而產生受限的沉積控制導致在基板的中心處較多的沉積，以及在基板邊緣處不良的沉積。
因此，對於提供在整個基板（即從中心到邊緣）更均勻的沉積之沉積控制的改良噴頭設計係有其需求的。
在一個實施例中，本發明揭露一種噴頭組件。該噴頭組件包括反射器板與氣體注入插件。反射器板具有至少一個氣體注入埠，至少一個氣體注入埠穿過反射器板而設置。氣體注入插件設置於反射器板中。氣體注入插件具有複數個孔。氣體注入插件包括擋板。擋板設置於氣體注入插件中。擋板具有複數個孔。第一氣室於擋板的第一部分與反射器板之間形成。第二氣室於擋板的第二部分與反射器板之間形成。氣體注入插件的複數個孔與擋板的複數個孔係軸向不對齊。
在另一個實施例中，本發明揭露一種處理腔室。該處理腔室包括基板支撐件與噴頭組件。基板支撐件經配置而在處理期間轉動基板。噴頭組件設置於基板支撐件上。噴頭組件包括反射器板與氣體注入插件。反射器板具有第一氣體注入埠與第二氣體注入埠，第一氣體注入埠與第二氣體注入埠穿過反射器板而設置。氣體注入插件設置於反射器板中。氣體注入插件具有複數個孔。氣體注入插件包括至少兩擋板，至少兩擋板徑向設置於反射器板中心附近的氣體注入插件中。各擋板具有複數個孔。第一氣室於擋板的第一部分與反射器板之間形成。第二氣室於擋板的第二部分與反射器板之間形成。第一氣室藉由反射器板的壁而與第二氣室分隔。氣體注入插件的複數個孔與擋板的複數個孔係軸向不對齊。
在又另一個實施例中，本發明揭露一種噴頭組件。該噴頭組件包括反射器板與氣體注入插件。反射器板具有第一氣體注入埠與第二氣體注入埠，第一氣體注入埠與第二氣體注入埠穿過反射器板而設置，以將氣體傳送至第一氣室與第二氣室。氣體注入插件設置於反射器板中，設置於第一與第二氣室之下。氣體注入插件包括複數個孔。孔的數量與尺寸係基於流動通過第一與第二氣體注入埠的氣體之流動速率而選擇。氣體注入插件包括設置於氣體注入插件中的擋板。擋板暴露於第一與第二氣室。擋板經配置而減少流動通過第一與第二氣室的氣體之流動速率。
第1圖根據揭露的一個實施例繪示快速熱處理腔室100的概要示意圖。雖然本發明揭露之細節所述係用於快速熱處理腔室內，但是本發明所述的實施例可用於對均勻沉積有所需求的其他處理系統與裝置，如其他沉積腔室及蝕刻腔室。
處理腔室100包括無接觸或磁懸浮基板支撐件104及腔室主體102。腔室主體102具有側壁108、底壁110及頂壁112。側壁108、底壁110及頂壁112界定內部空間121。頂壁112包括具有噴頭組件127的蓋部116。側壁108通常包括至少一個基板出入口148。基板出入口148利於基板140進入與離開。處理腔室100亦可包括設置於基板支撐件104的內直徑中的輻射熱源106。
基板支撐件104經調整而將內部空間121內的基板（未圖示）磁懸浮或旋轉。基板支撐件104包括環狀主體199。環狀主體199包括磁性環部分130及基板支撐部分132。支撐部分132自磁性環部分130的上表面延伸以支撐支撐環134。支撐環134利於校準並提供用於基板140的座表面。
處理腔室100亦包括窗114，窗114由對各式波長的熱與光透明的材料製成。各式波長可包括紅外線（IR）光譜中的光，來自輻射熱源106的光子可穿過紅外線光譜加熱基板140。窗114亦可包括複數個升舉銷144。升舉銷144經調整而選擇性地接觸與支撐基板140以利於基板140出入處理腔室100的傳送。
在一個實施例中，輻射熱源106包括由殼體形成的燈組件。殼體包括冷卻組件161中的複數個蜂巢管160。蜂巢管160與冷卻源183耦接。
大氣控制系統164亦耦接至腔室主體102的內部空間121。大氣控制系統164一般包括用於控制腔室壓力的節流閥及真空泵。
噴頭組件127經配置而將一或多個氣體傳送到基板140。噴頭組件127包括設置於蓋部116之下的反射器板118。反射器板118面向基板支撐件104。反射器板118經配置而將自基板140輻射出的IR光反射回基板140上。冷卻板115可選擇性地設置於反射器板118附近並外接反射器板118以冷卻反射器板118。
在一個實施例中，噴頭組件127包括穿過蓋部116與反射器板118的至少一第一氣體注入埠138與一第二氣體注入埠128。噴頭組件127的第一氣體注入埠138與第二氣體注入埠128之放大概要示意圖可見於第2A圖。第一氣體注入埠138經配置而將氣體以一般徑向向內的方向從第一氣體源123注入至第一氣室129。第二氣體注入埠128經配置而將氣體以一般徑向向內的方向從第二氣體源125注入至第二氣室120。第一與第二氣室129、120於反射器板118中形成。第一氣室129暴露於第一氣體注入埠138。第二氣室120暴露於第二氣體注入埠128。
在一個實施例中，第一氣體注入埠138（用於提供氣體給第一氣室129）位於反射器板118的第二個四分之一（quarter）中。例如，第一氣體注入埠138位於距離反射器板118的中心約30mm至約40mm之間。在一個實施例中，第二氣體注入埠128（用於提供氣體給第二氣室120）位於反射器板118的第一個四分之一中。例如，第二氣體注入埠128位於距離反射器板118的中心約112mm至約122mm之間。在一個實施例中，第一與第二氣體注入埠138、128各具有約1mm至約10mm的直徑，例如，約5mm或約5.1mm。
在一個實施例中，第一氣體源123供應氧氣（O2 ）及第二氣體源125供應氫氣（H2 ）。因此，氧氣與氫氣混合物（O2 /H2 ）供應至第一與第二氣室129、120。在一個實施例中，氣體混合物係介於約23百分比至約43百分比的氫氣，及介於約57百分比至約77百分比的氧氣，例如，約33百分比的氫氣與約67百分比的氧氣。流動通過第一氣室129的氣體混合物形成噴頭組件127中的內部區域171。流動通過第二氣室120的氣體混合物形成噴頭組件127中的外部區域172。噴頭組件127中分隔與不同的內部與外部區域171、172有利地允許氣體混合物根據處理需求在沉積於基板140上之前被控制與調整。
反射器板118亦包括設置於反射器板118中的一或多個氣體注入插件124。第3圖繪示反射器板118的放大底視圖。在一個實施例中，反射器板118包括一個氣體注入插件124，兩個氣體注入插件124，兩個氣體注入插件124的各者以約每180度繞反射器板118設置（如第1圖所示）或四個氣體注入插件124，四個氣體注入插件124的各者以約每90度繞反射器板118設置（如第3圖所示）。擋板122藉由複數個螺絲290與反射器板118耦接。複數個螺絲經配置而置入於反射器板118形成的複數個螺絲孔292及於擋板122形成的複數個螺絲孔294。
第2B圖繪示擋板122的部分與氣體注入插件124之截面示意圖。所示擋板122與氣體注入插件124的內邊緣202耦接。例如，在一個實施例中，擋板122可焊接至氣體注入插件124的內邊緣202。擋板122懸吊於氣體注入插件124中使得第三氣室131於擋板122與氣體注入插件124之間形成。擋板122中的孔117所示為不與氣體注入插件124中形成的孔126軸向對齊使得自第一與第二氣室(未圖示)至第三氣室131形成迂曲（tortuous）流動路徑。第4圖繪示氣體注入插件124的放大頂視圖。氣體注入插件124具有一般長形（oblong）形狀的主體。氣體注入插件124包括設置於氣體注入插件124的主體中之長形形狀的擋板122。氣體注入插件124包括複數個孔126（於第4圖中以虛線表示）。氣體注入插件124經配置而將氣體混合物自第一與第二氣室129、120傳送通過孔126進入內部空間121及至基板140。擋板122包括穿過擋板122而形成的複數個孔117。擋板122經配置而使自第一與第二氣室129、120流動通過孔117的氣體混合物的流動速率緩和或變慢及平均分配氣體混合物至由擋板122與注入插件124界定的第三氣室131。擋板122亦有利地減少整體氣體混合物消耗約30百分比。實驗結果指示氣體混合物的速度可減少約98百分比。例如，氣體混合物的速度可自約100m/s（使用傳統的噴頭設計）減少至約10m/s（使用以上所述的擋板122）而往基板140。
在一個實施例中，擋板122中的孔117之數量介於約20至約30個孔117，例如，約24或25個孔117。在一個實施例中，孔117於擋板122中的單一列中形成。在一個實施例中，孔117的半徑係介於約0.25mm至約1.52mm之間，例如，約0.793mm。在一個實施例中，氣體注入插件124中的孔126數量係大於擋板122中孔117數量。
在一個實施例中，氣體注入插件124中的孔126於兩列中形成。各列可具有約40至約60之間的孔，例如，約40孔或約50孔（即共約100孔）。因此，在一個實施例中，有約100個孔126（50孔x2列）。在一個實施例中，孔117與孔126偏位（offset）以產生通過噴頭組件127的迂曲流動路徑。在一個實施例中，孔126的半徑係介於約0.25mm至約1.52mm之間，例如，約0.79mm。在另一個實施例中，（i）孔126的數量與尺寸；（ii）具有孔126的列之數量；及（iii）氣體注入插件124本身的厚度，可基於自第一與第二氣室129、120（即內部區域171與外部區域172）流動至第三氣室131及最後徑向流動往基板140的氣體混合物之流動速率而作選擇。
第5圖係具有不同尺寸的複數個孔126的氣體注入插件500的放大底視圖。在一個實施例中，氣體注入插件500的孔126改變尺寸以形成氣體流動梯度。例如，孔126在氣體注入插件500的一端相較於氣體注入插件500的相對端可具有較大的表面積。在一個實施例中，孔126形成於兩列中。各列具有約50個孔126（如第5圖所示）。自氣體注入插件500的第一端502至氣體注入插件500的相對第二端504，各列中的孔126的尺寸逐漸增加。在一個實施例中，孔126的半徑自約0.34mm增加至約1.98mm，例如，約0.44mm至約0.98mm之間的半徑。
依據第1與第5圖，氣體注入插件500設置於反射器板118中，使得孔126的各列（如各具有約50個孔126的兩列）橫跨第一與第二氣室129、120的長度。因此，各列中的孔126之約第一半（即約25個孔126）橫跨作為內部區域171部分之第一氣室129的長度。各列中的孔126之第二半（即約25個孔126）橫跨作為外部區域172部分之第二氣室120的長度。
在操作的一個實施例中，其中氣體混合物的沉積在基板140的中心處可高於在基板140的邊緣處，可提供兩個分開體積流動速率的氣體混合物至第一與第二氣體注入埠138、128。例如，在一個實施例中，整體氣體混合物以約2slm或約5slm通過噴頭組件127提供。
在一個實施例中，流動通過第一氣室129的氣體混合物相較於流動通過第二氣室120的氣體混合物具有較慢的流動速率以減少基板140上之中心高的沉積。例如，提供氣體混合物通過第一氣體注入埠138並以約0.69slm或約1.71slm進入第一氣室129（即內部區域171）。氣體混合物接著提供通過第二氣體注入埠128並以約1.31slm或約3.29slm進入第二氣室120（即外部區域172）。因為第一氣室129較第二氣室120靠近基板的中心設置，所以氣體注入插件500的第一端502（具有較小的孔126尺寸）設置於第一氣室129之下而解釋了基板140上中心高的沉積。相反地，因為第二氣室120較第一氣室129靠近基板140的邊緣設置，所以氣體注入插件500的第二端504（具有較大的孔126尺寸）設置於第二氣室120之下。如此，通過噴頭組件127的整體氣體混合物流動速率可以通過以上揭露的內部與外部區域171、172有利地個別控制及調整而產生基板140的中心與邊緣之間平均的氣體混合物流動速率及因此促成基板140上整體均勻的沉積。
雖然前面所述係針對本發明揭露的實施例，但在不背離本發明基本範圍下，可設計本發明揭露的其他與進一步的實施例，而本發明範圍由以下申請專利範圍所界定。
100‧‧‧處理腔室102‧‧‧腔室主體104‧‧‧磁懸浮基板支撐件
106:輻射熱源
108:壁
114:窗
115:冷卻板
116:蓋部
117:孔
118:反射器板
120:第二氣室
121:內部空間
122:擋板
123:第一氣體源
124:氣體注入插件
125:第二氣體源
126:孔
127:噴頭組件
128:第二氣體注入埠
129:第一氣室
130:磁性環部分
131:第三氣室
132:支撐部分
134:支撐環
138:第一氣室注入埠
140:基板
144:升舉銷
148:出入口
160:蜂巢管
161:冷卻組件
164:控制系統
171:內部區域
172:外部區域
183:冷卻源
190:控制器
202:內邊緣
290:螺絲
292、294:螺絲孔
400:氣體注入插件
500:氣體注入插件
502:第一端
504:第二端
本發明揭露之特徵已簡要概述於前，並在以下有更詳盡之討論，可以藉由參考所附圖式中繪示之本發明實施例以作瞭解。然而，值得注意的是，所附圖式只繪示了本發明揭露的典型實施例，而由於本發明可允許其他等效之實施例，所附圖式並不會視為本發明範圍之限制。
第1圖係根據揭露的一個實施例之處理腔室的概要示意圖。
第2A圖根據揭露的一個實施例繪示噴頭組件的放大示意圖。
第2B圖根據揭露的一個實施例繪示具有設置於擋板的氣體注入插件之擋板的截面放大圖。
第3圖根據揭露的一個實施例繪示反射器板的放大底視圖。
第4圖根據揭露的一個實施例繪示氣體注入插件的放大頂視圖。
第5圖根據揭露的一個實施例繪示氣體注入插件的放大底視圖。
為便於理解，在可能的情況下，使用相同的數字編號代表圖示中相同的元件。可以預期，一個實施例中的元件與特徵可有利地用於其它實施例中而無需贅述。
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
100:處理腔室
102:腔室主體
104:磁懸浮基板支撐件
106:輻射熱源
108:壁
114:窗
115:冷卻板
116:蓋部
117:孔
118:反射器板
120:第二氣室
121:內部空間
122:擋板
123:第一氣體源
124:氣體注入插件
125:第二氣體源
126:孔
127:噴頭組件
128:第二氣體注入埠
129:第一氣室
130:磁性環部分
131‧‧‧第三氣室
132‧‧‧支撐部分
134‧‧‧支撐環
138‧‧‧第一氣室注入埠
140‧‧‧基板
144‧‧‧升舉銷
148‧‧‧出入口
160‧‧‧蜂巢管
161‧‧‧冷卻組件
164‧‧‧控制系統
171‧‧‧內部區域
172‧‧‧外部區域
183‧‧‧冷卻源
190‧‧‧控制器

Claims (20)

  1. 一種處理腔室，包括： 一基板支撐件，該基板支撐件經配置而在處理期間轉動一基板；及 一噴頭組件，該噴頭組件設置於該基板支撐件之上，該噴頭組件包括： 一反射器板，該反射器板具有穿過該反射器板而設置的一第一氣體注入埠與一第二氣體注入埠； 至少兩氣體注入插件，該至少兩氣體注入插件設置於該反射器板中且被徑向定位，各氣體注入插件具有一第一複數個孔；及 至少兩擋板，各擋板設置於一對應的氣體注入插件中且具有一第二複數個孔，其中一第一氣室於各擋板的一第一部分與該反射器板之間形成，其中一第二氣室於各擋板的一第二部分與該反射器板之間形成，該第一氣室藉由該反射器板的一壁而與該第二氣室分隔，及其中該第一複數個孔與該第二複數個孔係軸向不對齊。
  2. 如請求項1所述之處理腔室，其中該第一氣室與該第二氣室同心。
  3. 如請求項2所述之處理腔室，其中該噴頭進一步包括： 一第三氣室，該第三氣室於各擋板與該對應的氣體注入插件之間形成。
  4. 如請求項1所述之處理腔室，其中該噴頭進一步包括： 一第三氣室，該第三氣室於各擋板與該對應的氣體注入插件之間形成。
  5. 如請求項4所述之處理腔室，其中該第三氣室通過該第二複數個孔而與該第一氣室與第二氣室以流體連接。
  6. 如請求項5所述之處理腔室，其中該第一複數個孔排列於一或多個列中。
  7. 如請求項6所述之處理腔室，其中該第一複數個孔的直徑從各氣體注入插件的一第一端至各氣體注入插件的一第二端增大。
  8. 如請求項1所述之處理腔室，其中該氣體注入插件以彼此相距相同的角距離繞該反射器板設置。
  9. 如請求項1所述之處理腔室，進一步包括： 一冷卻板，該冷卻板外接該反射器板。
  10. 如請求項1所述之處理腔室，其中各氣體注入插件具有一長形(oblong)形狀。
  11. 如請求項10所述之處理腔室，其中各擋板具有一長形形狀。
  12. 如請求項1所述之處理腔室，其中該第一複數個孔於兩列中設置且該第二複數個孔於單一列中設置，該第一複數個孔的直徑從該各氣體注入插件的一第一端至該各氣體注入插件的一第二端增大。
  13. 一種噴頭組件，包括： 一反射器板，該反射器板具有穿過該反射器板而設置的一第一氣體注入埠與一第二氣體注入埠； 至少兩氣體注入插件，該至少兩氣體注入插件設置於該反射器板中且被徑向定位，各氣體注入插件具有一第一複數個孔；及 至少兩擋板，各擋板設置於一對應的氣體注入插件中且具有一第二複數個孔，其中一第一氣室被界定於各擋板的一第一部分與該反射器板之間，其中一第二氣室被界定於各擋板的一第二部分與該反射器板之間，該第一氣室藉由該反射器板的一壁而與該第二氣室分隔，其中該第一複數個孔與該第二複數個孔係軸向不對齊，且其中一氣體混合氣室被界定於各擋板與該對應的氣體注入插件之間，該氣體混合氣室通過該第二複數個孔而與該第一氣室和該第二氣室以流體連接。
  14. 如請求項13所述之噴頭組件，其中該第一氣室與該第二氣室同心。
  15. 如請求項13所述之噴頭組件，其中該氣體注入插件中的該第一複數個孔為線性排列。
  16. 如請求項15所述之噴頭組件，其中該第一複數個孔的各孔的直徑從該各氣體注入插件的一第一端至該各氣體注入插件的一第二端增大。
  17. 如請求項13所述之噴頭組件，其中該第一複數個孔的孔數量大於該第二複數個孔的孔數量。
  18. 如請求項13所述之噴頭組件，其中該第一複數個孔的各孔的半徑係介於約0.25mm至約1.52mm之間。
  19. 如請求項13所述之噴頭組件，其中該第一複數個孔的各孔的半徑係介於約0.34mm至約1.98mm之間。
  20. 一種噴頭組件，包括： 一反射器板，該反射器板具有穿過該反射器板而設置的一第一氣體注入埠與一第二氣體注入埠； 至少兩氣體注入插件，該至少兩氣體注入插件設置於該反射器板中且被徑向定位，各氣體注入插件具有一長形形狀，各氣體注入插件進一步具有一第一複數個孔，該第一複數個孔於一或多個列中排列且各列具有約40至約60之間的孔，其中各孔的半徑係介於約0.25mm至約1.98mm之間；及 至少兩擋板，各擋板設置於一對應的氣體注入插件中且具有一第二複數個孔，其中一第一氣室於各擋板的一第一部分與該反射器板之間形成，其中一第二氣室於各擋板的一第二部分與該反射器板之間形成，該第一氣室藉由該反射器板的一壁而與該第二氣室分隔，其中該第一複數個孔與該第二複數個孔係軸向不對齊，且其中一氣體混合氣室被界定於各擋板與該對應的氣體注入插件之間，該氣體混合氣室通過該第二複數個孔而與該第一氣室和該第二氣室以流體連接。
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