TWI717355B - 在處理腔室中的氣體控制 - Google Patents

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TWI717355B TW105117967A TW105117967A TWI717355B TW I717355 B TWI717355 B TW I717355B TW 105117967 A TW105117967 A TW 105117967A TW 105117967 A TW105117967 A TW 105117967A TW I717355 B TWI717355 B TW I717355B
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Abstract

提供一種處理腔室，包括側壁、基板支撐、以及設置於基板支撐上方的排氣口。在排氣口與基板支撐之間形成處理區域，而排氣口係耦接到排氣裝置，排氣裝置經配置以在相對於處理區域的排氣口處建立低壓。處理腔室進一步包括氣體環，氣體環包括具有環繞環形區域的內表面的環形主體。氣體環進一步包括複數個第一噴嘴，複數個第一噴嘴係耦接到第一氣源，並經配置以將第一氣體傳遞至處理區域。氣體環進一步包括複數個第二噴嘴，複數個第二噴嘴係耦接到第二氣源，並經配置以將第二氣體傳遞至處理區域。

Description

在處理腔室中的氣體控制
本文所述之實施例通常係關於半導體處理腔室。更特定言之，本揭示之實施例係關於適於在基板的表面上控制氣體的流量與濃度的半導體處理腔室。
在積體電路的製造中，沉積處理(例如化學氣相沉積(CVD)或電漿增強CVD處理)係用於在半導體基板上沉積各種材料的薄膜。這些沉積處理可發生於封閉的處理腔室中。半導體基板上的特徵的尺寸持續縮小，以滿足現代電子的需求。對於這些尺寸進一步減少需要沉積處理的不同態樣上的精確控制，如氣體分配均勻性、氣體混合均勻性、濃度均勻性、及提供給基板的表面的氣體量的控制。因此，持續需要改良的處理腔室，以進一步增強對這些沉積處理的不同態樣的控制。
本文所述之實施例通常係關於半導體處理腔室。在一個實施例中，提供一種處理腔室，包括側壁、基板支撐、以及設置於基板支撐上方的排氣口。在排氣口與基板支撐之間形成處理區域，而排氣口係耦接至排氣裝置，排氣裝置經配置以在相對於處理區域的排氣口處建立低壓。處理腔室進一步包括氣體環，氣體環包括 具有環繞環形區域的內表面的環形主體。氣體環進一步包括複數個第一噴嘴，複數個第一噴嘴係耦接至第一氣源，並經配置以將第一氣體傳遞至處理區域。複數個第一噴嘴係以第一圓形陣列形成於環形主體中。氣體環進一步包括複數個第二噴嘴，複數個第二噴嘴係耦接至第二氣源，並經配置以將第二氣體傳遞至處理區域。複數個第二噴嘴係以第二圓形陣列形成於環形主體中。
在另一實施例中，提供一種處理腔室，包括側壁與基板支撐。基板支撐包括複數個基板固持件，複數個基板固持件環繞基板支撐設置於不同角度的位置。基板支撐可環繞處理腔室的內部轉動。處理腔室進一步包括設置於每一基板固持件上方的排氣口。在每一排氣口與基板支撐之間形成處理區域，而每一排氣口係耦接至排氣裝置，排氣裝置經配置以在相對於處理區域的排氣口處建立低壓。處理腔室進一步包括氣體環，氣體環包括具有環繞環形區域的內表面的環形主體。氣體環包括複數個第一噴嘴，複數個第一噴嘴係耦接至第一氣源，並經配置以將第一氣體傳遞至處理區域，其中複數個第一噴嘴係以第一圓形陣列形成於環形主體中。氣體環進一步包括複數個第二噴嘴，複數個第二噴嘴係耦接至第二氣源，並經配置以將第二氣體傳遞到處理區域，其中複數個第二噴嘴係以第二圓形陣列形成於環形主體中。
在另一實施例中，提供一種處理腔室，包括側壁與基板支撐。基板支撐包括複數個基板固持件，複數個基板固持件環繞基板支撐設置於不同角度的位置。基板支撐可環繞處理腔室的內部轉動。處理腔室進一步包括設置於每一基板固持件上方的噴淋頭，其中在每一噴淋頭與基板支撐之間形成處理區域。每一噴淋頭包括複數個第一孔口，複數個第一孔口耦接至第一氣源。每一噴淋頭進一步包括複數個第二孔口，複數個第二孔口耦接至第二氣源，其中環繞每一第一孔口設置四或更多個第二孔口。每一噴淋頭進一步包括複數個第三孔口，複數個第三孔口耦接至排氣裝置，排氣裝置經配置以在相對於處理區域的第三孔口處建立低壓，其中環繞每一第三孔口設置四或更多個第二孔口。
50‧‧‧基板
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧腔室主體
104‧‧‧側壁
105‧‧‧內部區域
106‧‧‧底部
108‧‧‧頂部
120‧‧‧基板支撐
122‧‧‧基板支撐表面
123‧‧‧中心
129‧‧‧電極
130‧‧‧排氣口
131‧‧‧排氣入口
133‧‧‧中心
134‧‧‧通道
140‧‧‧排氣裝置
150C‧‧‧中心
150R‧‧‧環形區域
150‧‧‧氣體環
151‧‧‧第一噴嘴
152‧‧‧第二噴嘴
153‧‧‧第一徑向角
154‧‧‧底表面
155‧‧‧角度
156‧‧‧角度
157‧‧‧徑向角
158‧‧‧環形主體
159‧‧‧內表面
161‧‧‧第一氣源
162‧‧‧第二氣源
170‧‧‧RF源
200‧‧‧處理腔室
202‧‧‧腔室主體
204‧‧‧側壁
205‧‧‧內部區域
206‧‧‧底部
208‧‧‧頂部
210‧‧‧基板支撐
212‧‧‧頂表面
215‧‧‧軸
220‧‧‧基板固持件
222‧‧‧基板支撐表面
223‧‧‧中心
230‧‧‧排氣口
231‧‧‧排氣入口
233‧‧‧中心
234‧‧‧通道
240‧‧‧排氣裝置
250R‧‧‧環形區域
250‧‧‧氣體環
251‧‧‧第一噴嘴
252‧‧‧第二噴嘴
258‧‧‧環形主體
259‧‧‧內表面
261‧‧‧第一氣源
262‧‧‧第二氣源
270‧‧‧RF源
280‧‧‧致動器
290‧‧‧處理腔室
295‧‧‧氣體環
300‧‧‧處理腔室
302‧‧‧腔室主體
304‧‧‧側壁
305‧‧‧內部區域
306‧‧‧底部
308‧‧‧頂部
310‧‧‧基板支撐
312‧‧‧頂表面
320‧‧‧基板固持件
322‧‧‧基板支撐表面
323‧‧‧中心
330‧‧‧噴淋頭
331‧‧‧第一孔口
332‧‧‧第二孔口
333‧‧‧第三孔口
335‧‧‧中心
338‧‧‧氣室
340‧‧‧排氣裝置
361‧‧‧第一氣源
362‧‧‧第二氣源
370‧‧‧RF源
400‧‧‧處理腔室
430‧‧‧排氣口
431‧‧‧排氣入口
434‧‧‧通道
436‧‧‧中心部分
500‧‧‧處理腔室
510‧‧‧獨立基板支撐
511‧‧‧升降裝置
520‧‧‧基板固持件
522‧‧‧基板支撐表面
523‧‧‧中心
580‧‧‧致動器
581‧‧‧致動器
因此，利用可詳細理解本揭示之上述記載特徵之方式，上述所總結之本揭示之更具體描述可參照實施例，一些實施例係圖示於隨附圖式中。然而，應注意，隨附圖式僅圖示本揭示之典型實施例，而因此不應視為其範圍之限制，因為本揭示可允許其他等效之實施例。
第1A圖係為根據本揭示之一個實施例的處理腔室的側面剖視圖。
第1B圖係為根據本揭示之一個實施例的用於第1A圖的處理腔室中的氣體環的頂部剖視圖。
第1C圖係為根據本揭示之一個實施例的第1B圖的氣體環中的第一氣體噴嘴的特寫側面剖視圖。
第1D圖係為根據本揭示之一個實施例的第1B圖的氣體環中的第二氣體噴嘴的特寫側面剖視圖。
第1E圖係為根據本揭示之一個實施例的第1A圖的處理腔室的不同部件的俯視圖。
第2A圖係為根據本揭示之一個實施例的處理腔室的側面剖視圖。
第2B圖係為根據本揭示之一個實施例的第2A圖的處理腔室的俯視圖。
第2C圖係為根據本揭示之一個實施例的用於第2A與2B圖的處理腔室的氣體環的頂部剖視圖。
第2D圖係為根據本揭示之一個實施例的處理腔室的側面剖視圖。
第2E圖係為根據本揭示之一個實施例的第2D圖的處理腔室的俯視圖。
第3A圖係為根據本揭示之一個實施例的處理腔室的側面剖視圖。
第3B圖係為根據本揭示之一個實施例的第3A圖的處理腔室的俯視圖。
第3C圖係為根據本揭示之一個實施例的用於第3A圖的處理腔室的噴淋頭的局部底視圖。
第3D圖係為根據本揭示之一個實施例的第3C圖的噴淋頭的局部側面剖視圖。
第4圖係為根據本揭示之一個實施例的處理腔室的側面剖視圖。
第5圖係為根據本揭示之一個實施例的處理腔室的側面剖視圖。
第6圖係為根據本揭示之一個實施例的處理腔室的側面剖視圖。
為了便於理解，在可能情況下，已使用相同的元件符號來指定共通於圖式中的相同元件。亦考慮一個實施例所描述的元件可以有利地用於其他實施例，而不需要特定敘述。
本文所述之實施例通常係關於半導體處理腔室。更特定言之，本揭示之實施例係關於適於在基板的表面上控制氣體的流量與濃度的半導體處理腔室。
第1A圖係為根據本揭示之一個實施例的處理腔室100的側面剖視圖。第1B圖係為用於處理腔室100的氣體環150的頂部剖視圖。如第1B圖所示，所述如下所述的複數個第一噴嘴151可加工到氣體環150中，如第1B圖所示。處理腔室100包括腔室主體102，腔室主體102具有一或更多個側壁104、底部106、以及設置於側壁104上的頂部108。側壁104、底部106、及頂部108定義處理腔室100的內部區域105。
處理腔室100包括基板支撐120與排氣口130，排氣口130係設置於基板支撐120上方。在排氣 口130與基板支撐120之間形成處理區域。基板支撐120可在處理腔室100中的沉積處理期間用於支撐基板50。排氣口130可用於從處理腔室100移除氣體，例如處理氣體。基底支撐120包括具有中心123的基板支撐表面122。排氣口130具有朝向基板支撐表面122的排氣入口131。排氣入口131可包括複數個通道134，複數個通道134延伸通過排氣口130，而形成從處理腔室100的內部區域105移除氣體的排氣路徑的一部分。通道134可採取跨越排氣入口131設置的環的形式，例如跨越排氣入口131設置於不同徑向位置的環。在其他實施例中，通道134可採取跨越排氣入口131佈置的複數個孔口的形式，例如板之孔口的規則陣列。排氣口130可覆蓋基板支撐表面122的中心123。舉例而言，排氣入口131的中心133可覆蓋基板支撐表面122的中心123。在一些實施例中，排氣入口131覆蓋大部分的基板支撐表面122。在其他實施例中，排氣入口131覆蓋所有的基板支撐表面122。
處理腔室100進一步包括氣體環150，氣體環150設置於基板支撐120與排氣口130之間的垂直位置。氣體環150包括環形主體158，環形主體158具有環繞環形區域150R的內表面159。氣體環150包括複數個第一噴嘴151，複數個第一噴嘴151耦接至第一氣源161，並經配置以將第一氣體從第一氣源161傳遞至內部區域105。複數個第一噴嘴151以第一圓形陣列形成 於環形主體158中。從第一氣源161傳遞的第一氣體可以是氧化劑，例如H2O或NH3。氣體環150進一步包括複數個第二噴嘴152，複數個第二噴嘴152耦接至第二氣源162，而經配置以將第二氣體傳遞至內部區域105。複數個第二噴嘴152以第二圓形陣列形成於環形主體158中。從第二氣源162傳遞的第二氣體可以是沉積氣體前驅物，例如五(二甲基氨基)鈦(pentakis(dimethylamino)tantalum，PDMAT)或四乙基甲基氨基鉿(tetrakis-ethyl-methylamino hafnium，TEMAHf)。可環繞氣體環150以交替形式佈置第一噴嘴151的第一圓形陣列與第二噴嘴152的第二圓形陣列。
儘管許多本文所述之部件(如氣體環150)係描述為具有圓形的幾何形狀，亦可考慮其他環形幾何形狀，例如多邊形環、橢圓環、或具有不規則形狀的環。
每一第一噴嘴151可引導至第一徑向角153，其中第一徑向角153係從半徑R偏移約0.3度至約30度，例如約0.5度至約15度，半徑R係從氣體環150的環形區域150R的中心150C延伸。每一第二噴嘴152可引導至第二徑向角157，其中第二徑向角157係從半徑R偏移約0.3度至約30度，例如約0.5度至約15度，半徑R係從氣體環150的環形區域150R的中心150C延伸。藉由將噴嘴151、152分別對準徑向角153、157， 可達成基板50上方的水平面中的處理氣體的打旋運動。處理氣體的打旋運動可開始於環繞基板50的外邊緣，然後繼續向內朝向基板50的中心上方的區域。隨著處理氣體向內打旋朝向基板50的中心上方的區域，排氣口130抽出離開內部區域105並朝向排氣口130的一些處理氣體，如在下面討論。
排氣口130係耦接至排氣裝置140，例如真空泵。排氣裝置140可經配置以在相對於處理區域的排氣口130處建立低壓，以從處理腔室100的內部區域105移除處理氣體。排氣入口131及/或基板支撐120可耦接至RF源170。排氣入口131可以由RF源170所耦接的金屬材料形成。基板支撐120可包括電極129，電極129係設置於RF源170所耦接的基板支撐120中。在一些實施例中，排氣入口131係耦接至RF源170的功率終端，而基板支撐120中的電極係與RF源170的接地終端通訊。RF源170可產生射頻，如13.56MHz或40MHz。RF源170可耦接至排氣入口131與基板支撐120，而RF源170可用於在處理期間在處理腔室100中形成包含前驅物與氧化劑氣體的電漿。在一些實施例中，亦將DC偏壓施加至設置於基板支撐120中的電極(未圖示)，而使得基板支撐120可作為靜電夾具。此外，在一些實施例中，第一氣源161及/或第二氣源162可包括遠端電漿源，遠端電漿源設置於氣體傳遞源(例如氣體瓶、安 瓿、氣源等)與氣體環150之間。前驅物與氧化劑亦可在供應到處理腔室100之前一起供應到遠端電漿源。
第1C圖係為根據本揭示之一個實施例圖示出氣體環150的環形主體158中的第一氣體噴嘴151的定向的特寫側面剖視圖。第1D圖係為根據本揭示之一個實施例圖示氣體環150的環形主體158中的第二氣體噴嘴152的特寫側面剖視圖。第一噴嘴151可以引導至第一角度155。第一角度155可從向下垂直線V1所示的向下垂直方向偏移約0度至約30度，例如約5度至約15度。向下垂直線V1可以大致垂直於基板支撐120的基板支撐表面122。每一第二噴嘴152可以引導至第二角度156。第二角度156從向下垂直線V2所示的向下垂直方向偏移約0度至約30度，例如約5度至約15度。向下垂直線V2可以大致垂直於基板支撐120的基板支撐表面122。第一角度155與第二角度156可用於混合基板支撐120上的基板50上方的氧化劑與前驅物。儘管第1C與1D圖圖示第一噴嘴151與第二噴嘴152通過環形主體158的底表面154排氣，在一些實施例中，第一噴嘴151與第二噴嘴152可通過內表面159排氣。
第1E圖係為根據本揭示之一個實施例的處理腔室100中的不同部件的俯視圖，以進一步說明氣體環150、基板支撐120、及排氣口130的相對尺寸。如圖所示，氣體環150圍繞的面積可以大於基板支撐表面122的面積。將氣體環150調整至圍繞大於基板支撐表 面122的面積能夠確保處理氣體可設置於環繞基板支撐表面122上的基板50的所有邊緣。此外，排氣入口131遮蓋的面積可以小於基板支撐表面122的面積。將排氣入口放置於基板支撐表面122的中心123，並將排氣入口131調整至遮蓋小於基板支撐表面122的面積可用於增加傳遞氣體在從處理腔室100從移除之前將具有更長停留時間的可能性。
此外，如上所述，第一噴嘴151的第一徑向角153與第二噴嘴152的第二徑向角157可用於在基板的表面上建立處理氣體的打旋運動，基板係設置於基板支撐表面122上。舉例而言，該處理氣體可朝向基板支撐表面122的中心123上方的區域打旋。因此，基板支撐表面122的中心123上方的氣體可以較靠近氣體環150的氣體具有較長停留時間。相反地，在具有設置於朝向基板支撐之外的排氣路徑的習知處理腔室的設計中，在基板上方的具有較長停留時間的氣體會更難從內部區域105移除。具有較長停留時間的氣體可能在電漿環境中形成不期望的分子、顆粒、或自由基，而可能導致基板支撐上方的處理氣體不太均勻的分佈，則會反過來降低沉積膜的品質。
第2A圖係為根據本揭示之一個實施例的處理腔室200的側面剖視圖。第2B圖係為處理腔室200的俯視圖。處理腔室200包括腔室主體202，腔室主體202具有一或更多個側壁204、底部206、及頂部208，頂 部208設置於側壁204上。側壁204、底部206、及頂部208定義處理腔室200的內部區域205。
處理腔室200包括具有頂表面212的基板支撐210。基材支撐210包括複數個基板固持件220，複數個基板固持件220以不同角度位置設置於環繞基板支撐210。基板支撐210在第2B圖中係圖示為包括三個基板固持件，但可包括更多或更少。為了不使圖式雜亂，第2A圖僅圖示二個基板固持件220。第三基板固持件210可位於第2A圖所示之基板固持件220中之一者後面，而因此並未能在第2A圖的側面視圖中為可見。基板固持件220之每一者包括基板支撐表面222，以在處理期間支撐基板50。每一基板支撐表面222具有中心223。
基板支撐210亦可環繞處理腔室200的內部區域205轉動。舉例而言，基板支撐的軸215可延伸通過具有相應密封件的處理腔室200的底部206，而軸可可耦接至致動器280，例如馬達，致動器280係設置於處理腔室200之外。致動器280可用於旋轉基板支撐210。在一些實施例中，可在處理期間旋轉基板支撐210，以確保處理腔室200中的每一基板50在處理腔室200中暴露於相同條件中。
處理腔室200進一步包括排氣口，排氣口係設置於每一基板固持件220上方。處理區域(例如內部區域205)係形成於每一排氣口230與基板支撐210之間。排氣口230可用於從處理腔室100移除氣體，如處 理氣體。每一排氣口230可耦接至排氣裝置240，例如真空泵。每一排氣裝置240可經配置以在相對於處理區域的排氣口230處建立低壓。在一些實施例中，每一排氣口230可耦接至單獨的排氣裝置240，以獨立地調校每一基板固持件220上方的排氣。可替代地，單一排氣裝置240可用於處理腔室200的其他實施例中。每一排氣口230具有面對各別基板固持件220的基板支撐表面222的排氣入口231。每一排氣入口231可包括通過排氣口230的複數個通道234。通道234可以例如參照第1A圖的通道134討論於上而採取環及/或孔口的形式。
每一排氣口230可覆蓋各別基板支撐表面222的中心223。舉例而言，每一排氣入口231的中心233可覆蓋各別基板支撐表面222的中心223。在一些實施例中，每一排氣入口231遮蓋各別基板支撐表面222的實質部分。在這樣的實施例中，排氣入口231覆蓋的面積小於各別基板支撐表面222的面積，例如第2B圖的頂視圖所示。在其他實施例中，每一排氣入口231覆蓋所有的各別基板支撐表面222。儘管第2B圖圖示用於每一基板固持件的排氣口230，其他實施例可包括用於處理腔室200的單一排氣口。舉例而言，單一排氣口在基板支撐210在處理期間環繞基板支撐210的中心與中心軸旋轉的實施例中是有用的。相對於設置於基板支撐210上方的不同位置的獨立排氣口，在這樣的實施例 中使用單一排氣口可以促進旋轉的基板支撐210上方的更均勻排氣。
處理腔室200進一步包括氣體環250，氣體環250係設置於基材支撐210的垂直位置與排氣口230之每一者的垂直位置之間的垂直位置。在一個實施例中，氣體環250圍繞的面積大於基板支撐210的頂表面212的面積。氣體環250可將處理氣體(例如上述前驅物與氧化劑)供應到基板的表面，基板係設置於處理腔室200中的基板支撐表面222。氣體環250係參照第2C圖進一步詳細描述於下。
在一些實施例中，每一排氣入口231與每一基板固持件220可耦接至RF源270。每一排氣入口231可以由RF源270所耦接的金屬材料形成。每一基板固持件220可包括RF源270所耦接的嵌入式電極(未圖示)。RF源270可產生射頻，例如13.56MHz或40MHz，而可耦接至排氣入口231與基板固持件220中的電極，且用於在處理腔室200中形成前驅物與氧化劑的電漿。在一些實施例中，排氣入口231係耦接至RF源270的電源終端(未圖示)，而基板固持件220中的電極係耦接至RF源270的接地終端(未圖示)。在一些實施例中，亦將DC偏壓施加至嵌入基板固持件220中的電極(未圖示)，而使得基板固持件220之每一者可作為靜電夾具。此外，在一些實施例中，第一氣源261及/或第二氣源262可包括遠端電漿源，遠端電漿源係設置於氣體傳遞 源(例如氣體瓶、安瓿、氣源等)與氣體環250之間。前驅物與氧化劑亦可在供應到處理腔室200之前一起供應到遠端電漿源。
第2C圖係為用於處理腔室200的氣體環250的頂部剖視圖。在一些實施例中，氣體環250可大致類似於上述氣體環150的設計。氣體環250包括環形主體258，環形主體258具有環繞環形區域250R的內表面259。氣體環250進一步包括複數個第一噴嘴251，複數個第一噴嘴251耦接至第一氣源261，並經配置以將第一氣體傳遞至處理區域。複數個第一噴嘴251係以第一圓形陣列形成於環形主體258中。氣體環250進一步包括複數個第二噴嘴252，複數個第二噴嘴252耦接至第二氣源262，並經配置以將第二氣體傳遞至處理區域。複數個第二噴嘴252係以第二圓形陣列形成於環形主體258中。可環繞氣體環250以交替形式佈置第一噴嘴251的第一圓形陣列與第二噴嘴252的第二圓形陣列。此外，第一噴嘴251與第二噴嘴252可類似於參照第1C圖討論於上的噴嘴151、152、角度155、156、及徑向角153、157而定向。
第2D圖係為根據本揭示的一個實施例的處理腔室290的側面剖視圖。第2E圖係為第2D圖的處理腔室290的俯視圖。處理腔室290類似於第2A與2B圖的處理腔室200，不同的是處理腔室290包括定位於圍繞及/或部分包圍內部區域的氣體環295，而內部區域係形成 於每一基板固持件220與排氣口230之間，以代替結合處理腔室200的上述單一氣體環250的設計。為了不使圖式雜亂，第2D圖並未圖示第一氣源261與第二氣源262連接，但複數個氣源(如第一氣源261與第二氣源262)中之每一者可耦接至每一氣體環295。
氣體環295可以是包括環形主體中的複數個第一噴嘴與複數個第二噴嘴的氣體環250的按比例縮小版本。在一些實施例中，由於相對於氣體環250，氣體環295包圍較小的環形區域，氣體環295可能具有較氣體環250更少的噴嘴。在一些實施例中，第1A-1E圖所示之處理腔室100的氣體環150可用於處理腔室290的氣體環295中之每一者。
在處理腔室290中，每一排氣口230可覆蓋各別基板支撐表面222的中心223。舉例而言，每一排氣入口231的中心233可覆蓋各別基板支撐表面222的中心223。在一些實施例中，每一排氣入口231覆蓋各別基板支撐表面222的實質部分。在這樣的實施例中，排氣入口231遮蓋的面積小於各別基板支撐表面222的面積，例如第2E圖的頂視圖所示。在其他實施例中，每一排氣入口231覆蓋所有的各別基板支撐表面222。氣體環295圍繞的面積可以大於基板支撐表面222的面積。調整氣體環295圍繞的面積較基板支撐表面222更大可確保處理氣體係設置於環繞基板支撐表面222上的基板50的所有邊緣。藉由將單獨的氣體環295放置於每 一基板固持件220上方，允許基板固持件220中每一者上方的處理氣體的流量的獨立控制。此外，使用基板固持件上方的單獨氣體環295與排氣口230可減少未覆蓋基板固持件220的處理腔室290的區域中的處理氣體的量。減少未覆蓋基板固持件220的區域中的處理氣體的量可減少腔室部件上的不期望沉積，如處理腔室290的側壁204或處理腔室中經常使用的任何保護襯墊。減少這些不期望沉積的發生可減少處理腔室290的清洗程序的頻率及/或持續時間，而這可增加處理腔室290的機器正常運行時間與整體生產。
第3A圖係為根據本揭示的一個實施例的處理腔室300的側面剖視圖。第3B圖係為處理腔室300的俯視圖。第3C圖係為用於處理腔室300的噴淋頭330的底部局部視圖。第3D圖係為第3C圖的噴淋頭330的局部側面剖視圖。
處理腔室300包括腔室主體302，腔室主體302具有一或更多個側壁304、底部306、及頂部308，頂部308設置於側壁304上。側壁304、底部306、及頂部308定義處理腔室300的內部區域305。
處理腔室300包括具有頂表面312的基板支撐310。基板支撐310包括複數個基板固持件320，複數個基板固持件320係環繞基板支撐310設置於不同角度位置。基板支撐310係在第3B圖中圖示為包括三個基板固持件，但可包括更多或更少。為了不使圖式雜亂， 第3A圖僅圖示二個基板固持件220。第三基板固持件320可位於第3A圖所示之基板固持件320中之一者後面，而因此無法在第3A圖的側面視圖中可見。基板固持件320之每一者包括基板支撐表面322，以在處理期間支撐基板50。每一基板支撐表面322具有中心323。類似於上述第2A圖的基板支撐210的如何旋轉，基板支撐310可環繞處理腔室300的內部區域305旋轉。
處理腔室300進一步包括設置於每一基板固持件上方的噴淋頭330。每一噴淋頭330與基板支撐310之間形成單獨處理區域。每一噴淋頭330包括複數個第一孔口331，複數個第一孔口331耦接至第一氣源361。第一氣源361可以是氧化劑，例如H2O或NH3。每一噴淋頭330進一步包括複數個第二孔口332，複數個第二孔口332耦接至第二氣源362。第二氣源362可以是前驅物，例如五(二甲基氨基)鈦(pentakis(dimethylamino)tantalum，PDMAT)或四乙基甲基氨基鉿(tetrakis-ethyl-methylamino hafnium，TEMAHf)。在一些實施例中，四或更多個第二孔口332係設置於環繞每一第一孔口331。舉例而言，第3C圖圖示四個第二孔口332環繞每一第一孔口331佈置成正方形圖案。第3D圖圖示第3C圖所示之孔口的佈置的側面剖視圖。在其他實施例中，第二孔口332可環繞第一孔 口331佈置成其他圖案。舉例而言，六個第二孔口332可環繞每一第一孔口331佈置成六邊形圖案。
每一噴淋頭330進一步包括複數個第三孔口333，複數個第三孔口333耦接至排氣裝置340，例如真空泵。排氣裝置340可經配置以在相對於處理區域的各別噴淋頭330的複數個第三孔口333處建立低壓。如第3D圖所示，複數個第三孔口可耦接至公共氣室338，而氣室338可耦接至排氣裝置340。氣室338相對於頻道的較大空間導致第三孔口333能夠在整個氣室338產生均勻壓力，例如整個氣室的不同徑向與角度位置。因此，因為氣室338的幾何尺寸或體積相對於第三孔口333之每一者之尺寸，氣室338中或整個氣室338的壓力差將為很小或不存在，因此使用氣室338可讓更均勻的氣體流能夠通過第三孔口333中之每一者。由於第三孔口333都具有類似的通過噴淋頭330的長度，且在所有的第三孔口333與氣室338之間的介面的壓力將會相對相同，因此氣室338的設計將建立通過第三孔口333的氣體流在整個噴淋頭330中係為均勻。通過複數個第三孔口333的均勻氣體流讓基板上方的氣體能夠更均勻地排氣，而可改良產品品質。在一些實施例中，四或更多個第二孔口332係設置於環繞每一第三孔口333。舉例而言，第3C圖圖示四個第二孔口332環繞每一第三孔口333佈置成正方形圖案。在其他實施例中，第二孔口332可環繞第三孔口333佈置成其他圖案。舉例而言， 六個第二孔口332可環繞每一第三孔口333佈置成六邊形圖案。
每一噴淋頭330可覆蓋各別基板支撐表面322的中心323。舉例而言，每一噴淋頭330的中心335可覆蓋各別基板支撐表面322的中心323。在一些實施例中，每一噴淋頭330覆蓋於大部分的各別基板支撐表面322。在這樣的實施例中，噴淋頭330遮蓋的面積小於各別基板支撐表面322的面積，例如第3B圖的頂視圖所示。在其他實施例中，每一噴淋頭330覆蓋所有的各別基板支撐表面322。儘管第3B圖圖示用於每一基板固持件320的噴淋頭330，其他實施例可包括用於處理腔室300的單一噴淋頭。舉例而言，單一排氣口可以在處理期間環繞基板支撐310的實施例中是有用的，例如藉由使用類似於上述致動器280的致動器時。相對於設置於基板支撐310上方的不同位置的獨立排氣口，在這樣的實施例中使用單一排氣口可以促進旋轉的基板支撐上方的更均勻排氣。
在一些實施例中，每一排氣噴淋頭330與每一基板固持件320可耦接至RF源370。每一噴淋頭330可由RF源370所耦接的金屬材料形成。每一基板固持件320可包括RF源370所耦接的電極(未圖示)。RF源370可產生射頻(例如13.56MHz或40MHz)，可耦接至噴淋頭330與基板固持件320中之電極(未圖示)，並可用於在處理腔室300中形成包含前驅物與氧化劑氣 體的電漿。在一些實施例中，噴淋頭330係耦接至RF源370的功率終端，而基板固持件320中之電極係耦接至RF源370的接地終端。在一些實施例中，亦將DC偏壓施加至基板固持件320中之電極(未圖示)，而使得基板固持件320之每一者可作為靜電夾具。此外，在一些實施例中，第一氣源361及/或第二氣源362可包括遠端電漿源，遠端電漿源係設置於氣體傳遞源(例如氣體瓶、安瓿、氣源等)與噴淋頭330之間。前驅物與氧化劑亦可在供應至處理腔室300之前一起供應至遠端電漿源。
第4圖係為根據本揭示的一個實施例的處理腔室400的側面剖視圖。處理腔室400類似於第2A圖至第2C圖的處理腔室200，不同的是處理腔室400包括在所有基板固持件220上方的單一排氣口430，而非上述結合處理腔室200的設置於基板固持件220上方的單獨排氣口230。
排氣口430可用於從處理腔室400移除氣體，如處理氣體。排氣口430可耦接至排氣裝置240，其可以是真空泵。排氣裝置240可經配置以在相對於處理區域的排氣口430處建立低壓，處理區域在排氣口430與基板支撐210之間。排氣口230具有面向各別基板固持件220的基板支撐表面222的排氣入口431。排氣入口431可包括通過排氣口430的複數個通道434。通道434可以例如參照上述第1A圖的通道134採取環及/或孔口的形式。排氣入口431可包括中心部分436 (不包括通道)。中心部分436係定位於不包括基板固持件220的基板支撐210的區域上。中心部分436的位置允許在通道434處產生的低壓，以保持基板固持件220上方的處理氣體，以允許在處理期間對基板50上方的氣體的增強控制。
第5圖係為根據本揭示的一個實施例的處理腔室500的側面剖視圖。處理腔室500類似於第2D與2E圖的處理腔室290，不同的是處理腔室500包括用於每一基板固持件520的單獨基板支撐510。處理腔室500亦可包括基板升降裝置511，基板升降裝置511可用於從獨立基板支撐510移除基板50。基板升降裝置511可耦接至致動器581，以在基板50轉移至基板支撐510中之一者或從基板支撐510中之一者轉移期間，提供基板升降裝置511的垂直運動。儘管第5圖未圖示，每一基板50可包括懸吊基板支撐510的複數個部分，以允許基板升降裝置511將基板50轉移至基板支撐510或從基板支撐510轉移。懸吊基板支撐510的基板50的複數個部分係位於第5圖的Y方向上的不同深度，而因此無法在第5圖中可見。
每一基板固持件520包括在處理期間支撐基板50的基板支撐表面522。每一基板支撐表面522具有中心523。排氣入口231的中心223可覆蓋基板支撐表面522的中心。基板支撐510中之每一者係耦接至獨立致動器580。每一致動器580可旋轉並控制耦接至致動 器580的基板支撐510的旋轉速度。藉由利用處理腔室500的獨立基板支撐510代替第2D圖的處理腔室290的單一基板支撐210，每一基板50可以在處理腔室500中利用獨立氣體環295、排氣口230、及基板支撐510處理，以進一步增強取得整個基板50的表面的均勻處理能力。與第2D圖類似，為了不使圖式雜亂，第5圖並未圖示第2A圖所示的第一氣源261與第二氣源262的連接，但是複數個氣源中之每一者(如第一氣源261與第二氣源262)可耦接至每一氣體環295。
上述實施例中之每一者提供一種包括排氣路徑(例如排氣口130、230與噴淋頭330)的處理腔室，排氣路徑係在基板支撐的基板支撐表面上方。處理期間直接在基板上方的區域中的氣體對於處理期間(例如沉積處理)在基板上形成的膜的形成具有實質影響。將處理氣體的排氣通路放置於不同於基板上方的其他位置可以建立不期望的分子、顆粒、或自由基在處理期間停留在基板上方區域的機會。允許不期望的分子或自由基具有處理期間基板上方的較長停留時間會降低沉積膜的品質。將排氣路徑(例如排氣口130、230與噴淋頭330)放置於基板支撐的基板支撐表面上方允許些不期望的分子或自由基在處理期間從基板上方的區域移除。這些分子或自由基從基板上方的區域的移除允許處理期間在基板的表面上方保持更均勻的氣體分佈，並因此取得一致而成功的產品。此外，處理腔室200、290、及300提 供可以如何利用允許多個基板的同時處理的設計增加產量的實例，且亦提供如上所述之處理期間設置於基板上方的排氣路徑的優點。
此外，排氣口130、230、及噴淋頭330的第三孔口333能夠均勻移除基板支撐表面上方的氣體。將這些排氣口與孔口直接放置於基板支撐表面的上方增強基板上的處理環境的控制。均勻移除氣體可改良沉積膜的品質，並控制支撐處理腔室部件(例如處理遮罩、腔室壁)上的不想要的沉積量。
此外，使用圍繞基板支撐表面上方的區域的氣體環(例如氣體環150)與排氣口(例如，排氣口130)的實施例可實質減少腔室部件中的不想要的沉積，如側壁與通常用於處理腔室中的保護襯墊。舉例而言，處理腔室通常環繞處理腔室的周邊排氣，例如環繞腔室壁。在這些習知處理腔室中，大量處理氣體可接觸各種腔室部件，例如側壁或放置於側壁上的保護襯墊。相反地，在此設計中，處理氣體係在基板支撐表面上從氣體環(例如氣體環150)朝內引導，然後在基板支撐表面上方排出，而可實質減少氣體與朝外設置於氣體環的腔室部件(例如側壁或放置於側壁與處理腔室的內部之間的保護襯墊)之間的接觸量。這些不想要的沉積的減少可減少執行於處理腔室中的清洗程序的頻率及/或持續時間，而可增加處理腔室的機器正常運行時間與整體生產。此外，控制或減少支撐處理腔室部件上的不想要的沉積量 將減少顆粒的產生，這會影響裝置的成品率，並減少移除塗覆部件及/或清洗這些不想要的沉積物所需要的處理腔室停機時間。
第6圖係為根據本揭示的另一實施例的處理腔室600的側面剖視圖。處理腔室600係類似於上述處理腔室100，不同的是處理腔室600包括歧管601與遠端電漿源602。排氣裝置140可透過處理管道605連接至歧管601。遠端電漿源602可流體耦接至歧管601的頂部。遠端電漿源602可在清洗或其他操作期間用於將電漿提供至處理腔室600。歧管601讓排氣口130能夠耦接至排氣裝置140與遠端電漿源602，以相對於其他處理腔室增加處理腔室600的功能。因此，排氣口130可用於從處理腔室600排出氣體，並將電漿及/或其他氣體供應至處理腔室600。
儘管先前敘述係針對本揭示之實例例，可在不悖離其基本範圍下設計本揭示之其他與進一步實施例，而其範圍係藉由隨後之專利申請範圍而決定。
50‧‧‧基板
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧腔室主體
104‧‧‧側壁
105‧‧‧內部區域
106‧‧‧底部
108‧‧‧頂部
120‧‧‧基板支撐
122‧‧‧基板支撐表面
123‧‧‧中心
129‧‧‧電極
130‧‧‧排氣口
131‧‧‧排氣入口
133‧‧‧中心
134‧‧‧通道
140‧‧‧排氣裝置
150‧‧‧氣體環
161‧‧‧第一氣源
162‧‧‧第二氣源
170‧‧‧RF源

Claims (20)

  1. 一種處理腔室，包含：一側壁；一基板支撐；一排氣口，設置於該基板支撐上方，其中在該排氣口與該基板支撐之間形成一處理區域，而該排氣口係耦接至一排氣裝置，該排氣裝置經配置以在相對於該處理區域的該排氣口處建立一低壓；一氣體環，該氣體環包含：一環形主體，具有環繞在該排氣口下方之一環形區域的一內表面；複數個第一噴嘴，該等複數個第一噴嘴用於耦接至一第一氣源，並經配置以將一第一氣體傳遞至該處理區域，其中該等複數個第一噴嘴係以一第一圓形陣列形成於該環形主體中；以及複數個第二噴嘴，該等複數個第二噴嘴用於耦接至一第二氣源，並經配置以將一第二氣體傳遞至該處理區域，其中該等複數個第二噴嘴係以一第二圓形陣列形成於該環形主體中。
  2. 如請求項1所述之處理腔室，其中環繞該氣體環以一交替形式佈置第一噴嘴的該第一圓形陣列與第二噴嘴的該第二圓形陣列。
  3. 如請求項2所述之處理腔室，其中每一第一噴嘴係引導至一第一徑向角，其中該第一徑向角係從一垂直方向偏移2度至30度。
  4. 如請求項3所述之處理腔室，其中每一第二噴嘴係引導至一第二徑向角，其中該第二徑向角係從該垂直方向偏移2度至30度。
  5. 如請求項1所述之處理腔室，其中該基板支撐包括具有一中心的一基板支撐表面，而該排氣口覆蓋該基板支撐表面的該中心。
  6. 如請求項5所述之處理腔室，其中該排氣口具有面向該基板支撐表面的一排氣入口，其中該排氣入口遮蓋的一面積小於該基板支撐表面的一面積。
  7. 如請求項5所述之處理腔室，其中該氣體環環繞的一面積大於該基板支撐表面的一面積。
  8. 如請求項6所述之處理腔室，其中該排氣入口耦接至一RF源。
  9. 如請求項1所述之處理腔室，其中每一第一噴嘴係引導至一第一徑向角，其中該第一徑向角係從一半徑偏移0.3度至30度。
  10. 一種處理腔室，包含：一側壁；一基板支撐，包括複數個基板固持件，該等複數 個基板固持件環繞該基板支撐設置於不同角度的位置，該基板支撐可環繞該處理腔室的一內部區域轉動；一排氣口，設置於該處理腔室中之每一基板固持件上方，其中在每一排氣口與該基板支撐之間形成一處理區域，而每一排氣口係耦接至一排氣裝置，該排氣裝置經配置以在相對於該處理區域的該排氣口處建立一低壓；及一氣體環，包含：一環形主體，具有環繞一環形區域的一內表面；複數個第一噴嘴，該等複數個第一噴嘴用於耦接至一第一氣源，並經配置以將一第一氣體傳遞至該處理區域，其中該等複數個第一噴嘴係以一第一圓形陣列形成於該環形主體中；以及複數個第二噴嘴，該等複數個第二噴嘴用於耦接至一第二氣源，並經配置以將一第二氣體傳遞到該處理區域，其中該等複數個第二噴嘴係以一第二圓形陣列形成於該環形主體中。
  11. 如請求項10所述之處理腔室，其中該氣體環環繞的一面積大於該基板支撐的一頂表面的一面積。
  12. 如請求項10所述之處理腔室，其中環繞該氣體環以一交替形式佈置第一噴嘴的該第一圓形陣列與第二噴嘴的該第二圓形陣列。
  13. 如請求項10所述之處理腔室，其中每一第一噴嘴係引導至一第一徑向角，其中該第一徑向角係從一垂直方向偏移2度至30度。
  14. 如請求項13所述之處理腔室，其中每一第二噴嘴係引導至一第二徑向角，其中該第二徑向角係從該垂直方向偏移2度至30度。
  15. 如請求項10所述之處理腔室，其中每一排氣口具有面向該等基板固持件中之一者的一基板支撐表面的一排氣入口，其中該排氣入口遮蓋的一面積小於該基板支撐表面的一面積。
  16. 如請求項15所述之處理腔室，其中每一排氣入口係耦接至一RF源。
  17. 如請求項10所述之處理腔室，其中每一第一噴嘴係引導至一第一徑向角，其中該第一徑向角係從一半徑偏移0.3度至30度。
  18. 一種處理腔室，包含：一側壁；一基板支撐，包括複數個基板固持件，該等複數個基板固持件環繞該基板支撐設置於不同角度的位 置，該基板支撐環繞該處理腔室的一內部區域轉動；一噴淋頭，設置於每一基板固持件上方，其中在每一噴淋頭與該基板支撐之間形成一處理區域，每一噴淋頭包含：複數個第一孔口，耦接至一第一氣源；複數個第二孔口，耦接至一第二氣源，其中環繞每一第一孔口設置四或更多個第二孔口；以及複數個第三孔口，耦接至一排氣裝置，該排氣裝置經配置以在相對於該處理區域的該等複數個第三孔口處建立一低壓，其中環繞每一第三孔口設置四或更多個第二孔口。
  19. 如請求項18所述之處理腔室，其中四個第二孔口環繞每一第一孔口佈置成一正方形圖案。
  20. 如請求項19所述之處理腔室，其中六個第二孔口環繞每一第三孔口佈置成一正方形圖案。
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