TWI797509B - 用於半導體製造的化學品加熱裝置 - Google Patents

用於半導體製造的化學品加熱裝置 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用於半導體製造的化學品加熱裝置，包含：一外殼；一導流器，容置於該外殼中並形成有複數個流道及一或多個容置槽，其中該等流道與該一或多個容置槽結構上相互獨立；及一或多個加熱單元，容置於該一或多個容置槽以對該導流器加熱。

Description

用於半導體製造的化學品加熱裝置
本發明是關於一種化學品加熱裝置，尤其是關於一種用於半導體製造的化學品加熱裝置。
半導體製造過程中涉及多種化學源的利用，在工藝過程中對這些化學品溫度的控制會影響整體制程的表現和產品性能。半導體製造中，對於化學物質所形成的顆粒度有嚴格的要求，此有賴於化學源料的加熱和溫度控制。然而，目前針對高純度化學源料的加熱手段有限。
以流體的化學品而言，習知的加熱方法是從流體通過的管路外以矽橡膠(silicone rubber)加熱套包裹的方式實現流體化學品的加熱和溫控。這方面會遇到一些問題。例如，流體通過的某些特殊位置，像是歧管，矽橡膠加熱套的貼合程度通常不佳，導致難以有效加熱化學源料，因此容易造成流體的冷凝。若是在大流量的例子中，這種包裹加熱套很難有效的在極短時間內加熱流體。此外，這種包裹式管路的元件難以維護，其一旦發生故障需耗費時間拆卸。
因此，有必要發展一種化學品加熱裝置，其賦予具有不同管路結構的半導體處理設備更有效地執行化學品的加熱和溫度控制，且具備維護方便的目的。
本發明的目的在於提供一種用於半導體製造的化學品加熱裝置，包含：一外殼，具有一入口及一出口，該入口和該出口供化學品進入及排出該殼體；一導流器，容置於該外殼中並形成有複數個流道及一或多個容置槽，其中該等流道與該入口和該出口連通且該等流道與該一或多個容置槽結構上相互獨立；及一或多個加熱單元，容置於該一或多個容置槽以對該導流器加熱。
在一具體實施例中，加熱裝置還包含：一或多個溫度感應單元，容置於該一或多個容置槽以感測該導流器的溫度。
在一具體實施例中，該等流道具有多個轉折。
在一具體實施例中，該等流道彼此平行。
在一具體實施例中，該導流器具有複數層的所述流道。
在一具體實施例中，該一或多個容置槽於該導流器中延伸且獨立於該等流道。
在一具體實施例中，多個容置槽延伸於該導流體中並分別為在對應流道的一側。
在一具體實施例中，一個容置槽延伸於該導流器中並被該等流道包圍。
在一具體實施例中，該殼體的入口和該殼體的出口為不同方向。
在一具體實施例中，含一或多個冷卻單元，容置於該導流器的一或多個容置槽。
在一具體實施例中，該外殼的入口連通耦接至一化學源，而該外殼的出口連通耦接至一半導體處理站的一噴淋元件。
本發明的另一目的在於提供一種多站半導體處理腔，包含：所述之加熱裝置；多個處理腔；及一分配器，連接於所述加熱裝置與該等多個處以腔之間，以將加熱的化學品分配置各處理腔。
在以下本發明的說明書以及藉由本發明原理所例示的圖式當中，將更詳細呈現本發明的這些與其他特色和優點。
1:多站半導體處理腔
10:處理腔
20:開口
30:分配器
40:加熱裝置
401:外殼
402:出口
403:入口
404:連接器
405:連接器
406:加熱單元
407:溫度感應單元
408:導流器
409:流道
410:轉折
50:加熱裝置
501:外殼
502:入口
503:出口
504:連接器
506:加熱單元
507:溫度感應單元
508:導流器
509:流道
511:插入部
512:固定環
513:第一停留空間
514:第二停留空間
515:容置槽
516:井
L:長邊
W:寬邊
T:厚度
H:高度
參照下列圖式與說明，可更進一步理解本發明。非限制性與非窮舉性實例系參照下列圖式而描述。在圖式中的構件並非必須為實際尺寸；重點在於說明結構及原理。
第一圖顯示利用本發明加熱裝置的多站半導體處理腔。
第二圖顯示連接有本發明加熱裝置的化學品分配器。
第三圖顯示本發明加熱裝置的第一實施例。
第四圖顯示第三圖的局部內部結構。
第五圖顯示本發明加熱裝置的第二實施例。
第六圖顯示第五圖根據AA線的剖面圖。
第七圖顯示第五圖根據BB線的剖面圖。
底下將參考圖式更完整說明本發明，並且藉由例示顯示特定範例具體實施例。不過，本主張主題可具體實施於許多不同形式，因此所涵蓋或申請主張主題的建構並不受限於本說明書所揭示的任何範例具體實施例；範例具體實施例僅為例示。同樣，本發明在於提供合理寬闊的範疇給所申請或涵蓋之主張主題。除此之外，例如主張主題可具體實施為方法、裝置或系統。因此，具體實施例可採用例如硬體、軟體、韌體或這些的任意組合(已知並非軟體)之形式。
本說明書內使用的詞彙「在一實施例」並不必要參照相同具體實施例，且本說明書內使用的「在其他(一些/某些)實施例」並不必要參照不同的具體實施例。其目的在於例如主張的主題包括全部或部分範例具體實施例的組合。
第一圖顯示一多站半導體處理腔(1)的頂部配置，包含六個處理腔(10)的頂部，其以一中心排列。多站半導體處理腔(1)的一側提供有一對開口(20)，其允許一對晶圓載入多站半導體處理腔(1)及自其卸載。儘管圖中未顯示，但可瞭解該多站半導體處理腔(1)中包含於站和站之間移動的機械手壁或刀片，以將晶圓在站與站之間運送。站具有獨立於其他站的晶圓座及處理區域。意即，在工藝期間，站與站由隔離組件防止反應物質相互干擾。該多站半導體處理腔(1)還包含氣體供應元件及排氣通道。氣體供應組件包含位於該多站半導體處理腔(1)頂部的蓋體、歧管、噴淋板及噴淋頭等，其接收來自一或多個化學源(未顯示)的物質作為晶圓處理的反應氣體。其他的部件和配置不在此逐一贅述，以聚焦本發明的實施例。
多站半導體處理腔(1)的頂部中央配置有一分配器(30)，其與上游的所述化學源連通耦接以接收用於反應的物質並將物質混合後分配至一或多個站所屬的氣體供應組件。本發明的加熱裝置(40)配置於分配器(30)及上游氣體供應元件之間以傳遞並將化學物質適當快速地加熱，達到成為反應氣體的預期條件。加熱的氣體經過分配器(30)後，通過複數組末端氣體供應元件(圖中有三個分支，且每一分支又與兩個處理腔連通)被輸送到反應位置。第二圖顯示加熱裝置(40)的一端可以適當的方式連接至分配器(30)，而加熱裝置(40)的另一端具有用於接收不同訊號的多個導線。相關細節詳細將說明如下。本實施例僅顯示加熱裝置(40)與下游支線管路連接，但在其他可能實施例中的加熱裝置(40)可以配置於較為上游的位置並與主管線連接。
第三圖顯示本發明加熱裝置(40)的第一實施例，其包含一外殼(401)。外殼(401)由一長邊(L)、一寬邊(W)和一厚度(T)所定義。長邊(L)和寬邊(W)定義外殼(401)的上和下表面(未標號)，而寬邊(W)與厚度(T)則定義外殼(401)的兩側。外殼(401)具有一入口(403)和一出口(402)分別配置於外殼(401)的兩側。出口(402)和入口(403)分別供化學品進入及排出外殼(401)。在具有出口(402)的一側提供有一連接器(404)連通耦接至如第二圖的分配器(30)。在具有入口(403)的一側提供有另一連接器(405)連通耦接至的所述氣體上游供應組件。此外，在具有入口(403)的一側還提供有一對加熱單元(406)的多個導線及一對溫度感應單元(407)的多個導線，其可以適當的方式連接至一控制器(未顯示)，如多站半導體處理腔的程序控制器。雖然未顯示，但應可瞭解，這些導線的部分穿越外殼(401)至其內部並與內部的表面接觸從而實現加熱和測溫。
第四圖顯示通過外殼(401)上表面所見的內部結構，即外殼(401)容置有一導流器(408)，其配置成引導化學品自入口(403)流向出口(402)並提供加熱。導流器(408)具有從入口(403)和出口(402)伸出的連接端(未標號)以和所述連接器(404、405)連接，使導流器(408)與提供化學品的所述分配器(30)和提供反應氣體的氣體供應元件連通耦接。在其他實施例中，儘管未顯示，導流器(408)可提供分流的結構於靠近入口(403)處，並與複數個流道相連以達成內部分流加熱的目的。導流器(408)具有相互獨立的一第一容置空間和一第二容置空間，其中所述第一容置空間包含一或多個流道(409)，其允許化學品前進至氣體供應組件。流道(409)的封閉可由導流器(408)和外殼(401)的內壁所定義。可替代的，流道(409)的封閉可由導流器(408)本身所定義。如圖所見，流道(409)具有多個轉折(410)，使流道(409)彎延地延伸於一平面。較佳地，流道(409)的設計應具有足夠的轉折(410)以盡可能涵蓋一最大面積，使化學品無論是流體或氣體的狀態均能保有與導流器(408)接觸的一最大面積以充分獲得加熱。因此，單或多個流道(409)的長度總和應大於外殼(401)的長邊(L)。或者，流道的潤濕表面面積總合大於等該外殼長的單一管道的潤濕表面積。此設計確保，化學品在導流器(408)流動時，經過的熱潤濕表面的面積總和盡可能大，以使流體得充分加熱。在可能的實施例中，導流器(408)可具有複數層的所述流道(409)。
導流器(408)的第二容置空間包含多個容置槽(未顯示)，用於容置多個加熱單元(406)。儘管僅顯示加熱單元(406)的導線，但本實施例以筒式加熱器(cartridge heater)為舉例，熟知該領域技術者應能瞭解所述筒式加熱器的主體為長條柱狀的結構，而能夠想像加熱單元(406)在導流器(408)中的 分佈。一般而言，筒式加熱器具有兩條導線，其可電連接至控制器以接收加熱所需的電能以及訊號。所述容置槽與前述流道(409)為結構上相互獨立。如圖所示，加熱單元(406)以入口(403)為中心配置於其兩側並插入所述導流器(408)的容置槽中。加熱單元(406)可於導流器(408)中延伸至一深度或者貫穿導流器(408)。較佳地，這些加熱單元(406)可分別配置在對應流道(409)的一側，有助於化學品加熱的效果。在某些實施例中，可提供冷卻單元取代至少一部分的加熱單元(406)，使加熱與冷卻的操作相互配合。在一些實施例中，所述加熱單元(406)或冷卻單元可由通入加熱液或冷卻液實現。
本發明加熱裝置還可提供有一或多個溫度感應單元(407)，其配置成與導流器(408)接觸以讀取其溫度關聯訊號。溫度感應單元(407)具有一對導線，其電性連接至並傳送所述溫度關聯訊號至控制器。本實施例的溫度感應單元(407)以熱電耦溫度感測器(TC sensor)為例，其儘管未顯示，但熟知該領域技術者應瞭解其主體可為一筒狀並有能力將其進行適當的配置。藉此，本發明加熱裝置可提供加熱、冷卻及恒溫的功能。
本發明加熱裝置不限於配置在所述分配器或支線管路的上游。在可能的實施中，本發明加熱裝置亦可配置在較為下游的區段。第五圖顯示本發明加熱裝置(50)的第二實施例，此加熱裝置(50)適合配置於一分配器的下游並連接或靠近腔的氣體供應元件。應瞭解，因應此加熱裝置(50)的配置，分配器的位置或結構應適當地調整以建立暢通的流動路徑。與第一實施例不同的是第二實施例提供一種化學品垂直流動式的加熱裝置(50)，其包含一外殼(501)。外殼(501)為高度為(H)的一筒狀且具有一頂部和一底部(未標號)。外殼(501)的筒身外側提供有給一對溫度感應單元(507)容置的一對插入部 (511)。外殼(501)的頂部提供有一加熱單元(506)的導線。外殼(501)底部提供有一固定環(512)，其配置成與螺絲部件(未顯示)配合，使外殼(501)底部固定至如第一圖處理腔(10)的頂部。
第六圖顯示根據第五圖AA線的剖面圖。外殼(501)具有位在頂部的一入口(502)及位在底部的一出口(503)。與第一實施例不同的是入口(502)和出口(503)為不同的方向，意即化學品在入口(502)和出口(503)的流動方向大致上相互垂直。入口(502)處提供有一連接器(504)用於連通耦接如第一圖所示分配器(30)。應瞭解，適用於第二實施例的分配器可能會稍微與第一圖顯示的分配器(30)有些不同，以符合第二實施例加熱裝置(50)的配置。儘管未顯示，出口(503)可以適當的方式與處理腔的氣體供應元件連通耦接以供應作為反應氣體的化學品。
一導流器(508)容置於外殼(501)中。導流器(508)可為筒狀並與外殼(501)頂部和底部保持一距離，以定義一第一停留空間(513)及一第二停留空間(514)，其中第一停留空間(513)與入口(502)連通而第二停留空間(514)與出口(503)連通。當化學品進入外殼(501)後可於第一停留空間(513)停留短暫時間進行第一階段加熱，通過導流器(508)加熱後的化學品則於第二停留空間(514)彙聚。導流器(508)包含彼此相互獨立的一第一容置空間及一第二容置空間，其中第一容置空間包含多個流道(509)，自第一停留空間(513)至第二停留空間(514)貫穿導流器(508)。這些流道(509)彼此平行且等間距排列。化學品以分流的方式通過導流器(508)，此使化學品與導流器(508)的接觸面積增加，有助於快速、充分且均勻的加熱。
導流器(508)的第二容置空間為一容置槽(515)，其由導流器 (508)中央朝頂部延伸的一井(516)所定義。容置槽(515)結構上獨立於外殼(501)的第一停留空間(513)和第二停留空間(514)以及導流器(508)的流道(509)。加熱單元(506)插入容置槽(515)，使其延伸於導流器(508)的中心並被流道(509)包圍。在其他的實施例中，更多的加熱單元(506)配置也是可行的。
第七圖顯示根據第五圖BB線的剖面圖。前述插入部(511)為導流器(508)暴露在外殼(501)外的一部分。因此，容置於插入部(511)的溫度感應單元(407)儘管未在外殼(501)外面，仍可讀取關聯導流器(508)溫度的訊號。較佳地，適當的絕熱方式可應用於插入部(511)，使導流器(508)的熱不至於輕易散除。應瞭解，在第一實施例中所提道的一些替代也可適用於第二實施例。
綜上所述，本發明加熱裝置提供的導流器除了負責引導化學品還容置有加熱單元，使熱源得以從導流器的內部向外擴散，高效率地加熱經過導流器的化學品。與習知的包裹式加熱套相比，本發明加熱裝置至少包含下列優點：適用于具有歧管結構的半導體處理裝置；結構緊湊且所占空間小，便於安裝在各種位置；適用通電加熱或流體加熱；維修便利，加熱單元和溫度感應單元容易更換。
雖然為了清楚瞭解已經用某些細節來描述前述本發明，吾人將瞭解在申請專利範圍內可實施特定變更與修改。因此，以上實施例僅用於說明，並不設限，並且本發明並不受限於此處說明的細節，但是可在附加之申請專利範圍的領域及等同者下進行修改。
50:加熱裝置
501:外殼
502:入口
503:出口
504:連接器
506:加熱單元
507:溫度感應單元
508:導流器
509:流道
513:第一停留空間
514:第二停留空間
515:容置槽
516:井

Claims (19)

  1. 一種用於半導體製造的化學品加熱裝置，包含：一外殼，具有一入口及一出口，該入口和該出口供化學品進入及排出該殼體；一導流器，容置於該外殼中並形成有複數個流道及一或多個容置槽，其中該等流道與該入口和該出口連通且該等流道與該一或多個容置槽結構上相互獨立，且該等流道彎延地延伸於該導流器的一平面；及一或多個加熱單元，容置於該一或多個容置槽以對該導流器加熱。
  2. 如請求項1所述之加熱裝置，更包含：一或多個溫度感應單元，容置於該一或多個容置槽以感測該導流器的溫度。
  3. 如請求項1所述之加熱裝置，其中該等流道的長度總合大於該外殼的一長邊。
  4. 如請求項1所述之加熱裝置，其中該等流道具有多個轉折。
  5. 如請求項1所述之加熱裝置，其中該導流器具有複數層的所述流道。
  6. 如請求項1所述之加熱裝置，其中該一或多個容置槽於該導流器中延伸且獨立於該等流道。
  7. 如請求項1所述之加熱裝置，其中多個容置槽延伸於該導流體中並分別為在對應流道的一側。
  8. 如請求項1所述之加熱裝置，其中一個容置槽延伸於該導流器中並被該等流道包圍。
  9. 如請求項1所述之加熱裝置，還包含一或多個冷卻單元，容置 於該導流器的一或多個容置槽。
  10. 如請求項1所述之加熱裝置，其中該外殼的入口連通耦接至一化學源，而該外殼的出口連通耦接至一半導體處理站的一氣體供應元件。
  11. 一種多站半導體處理腔，包含：如請求項1所述之加熱裝置；多個處理腔；及一分配器，連接於所述加熱裝置與該等多個處以腔之間，以將加熱的化學品分配置各處理腔。
  12. 一種用於半導體製造的化學品加熱裝置，包含：一外殼，具有一入口及一出口，該入口和該出口供化學品進入及排出該殼體；一導流器，容置於該外殼中並形成有複數個流道及一或多個容置槽，其中該導流器與該外殼的一頂部和一底部分別保持距離以分別定義一第一停留空間及一第二停留空間，該等流道與該入口和該出口連通且該等流道與該一或多個容置槽結構上相互獨立，且該等流道相互平行地延伸於該第一停留空間及該第二停留空間之間；及一或多個加熱單元，容置於該一或多個容置槽以對該導流器加熱。
  13. 如請求項12所述之加熱裝置，更包含：一或多個溫度感應單元，容置於該一或多個容置槽以感測該導流器的溫度。
  14. 如請求項12所述之加熱裝置，其中該等流道彼此平行。
  15. 如請求項12所述之加熱裝置，其中該一或多個容置槽於該導流器中延伸且獨立於該等流道。
  16. 如請求項12所述之加熱裝置，其中一個容置槽延伸於該導流器中並被該等流道包圍。
  17. 如請求項12所述之加熱裝置，其中該殼體的入口和該殼體的出口為不同方向。
  18. 如請求項12所述之加熱裝置，其中該外殼的入口連通耦接至一化學源，而該外殼的出口連通耦接至一半導體處理站的一氣體供應元件。
  19. 一種多站半導體處理腔，包含：如請求項12所述之加熱裝置；多個處理腔；及一分配器，連接於所述加熱裝置與該等多個處以腔之間，以將加熱的化學品分配置各處理腔。
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