TWI828737B - 用於提供多種材料至處理腔室的噴淋頭 - Google Patents
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Abstract
本案揭示了一種噴淋頭的實施例。在一些實施例中，噴淋頭組件包括：第一氣體輸送部分，具有第一主體、第一入口、及從第一主體延伸並界定出第一充氣部的複數個第一管，其中複數個第一管中的每個管包括複數個第一孔；第二氣體輸送部分，具有第二主體、第二入口、及複數個第二管，第二管從第二主體延伸並界定出與第一充氣部流體獨立的第二充氣部，其中複數個第二管中的每個管包括複數個第二孔，其中複數個第一管與複數個第二管橫跨噴淋頭組件的寬度以交替方式設置；及散熱器，設置在複數個第一管與複數個第二管之間。
Description
本案的實施例一般關於基板處理設備與技術，更具體地，關於用於將氣體供應到反應腔室的裝置。
在構建諸如互補金屬氧化物半導體（CMOS）圖像感應器（CIS）及其他光學元件的半導體元件中，有機氣相沉積已變得越來越重要。然而，發明人已觀察到，因純度及/或污染的考量，在沉積製程中在工件上沉積有機材料是有問題的，避免使用載氣。
通常，需要一次沉積多種材料。然而，在不使用載氣的情況下，發明人已經觀察到，用較熱的材料與較冷的材料共沉積，可使較冷的材料分解並使較熱的材料凝結。
因此，發明人提供了一種用於將多種材料沉積到基板上的改良裝置。
本案說明了用於將多種處理氣體（例如蒸發的反應物）供應到反應腔室的裝置的實施例。在一些實施例中，一種用於在基板上沉積多種材料的噴淋頭組件包括：第一氣體輸送部分，其具有第一主體，第一入口和從第一主體延伸並界定出第一充氣部的複數個第一管，其中複數個第一管中的每個管包括複數個第一孔；第二氣體輸送部分，具有第二主體，第二入口與複數個第二管，該第二管從第二主體延伸並界定出與第一充氣部流體獨立的第二充氣部，其中複數個第二管中的每個管包括複數個第二孔，並且其中複數個第一管與複數個第二管橫跨噴淋頭組件的寬度以交替方式設置；散熱器設置在複數個第一管與複數個第二管之間。
在一些實施例中，一種用於在基板上沉積多種材料的噴淋頭組件包括第一氣體輸送部分，該第一氣體輸送部分具有第一主體、第一入口、及從第一主體的內表面延伸並界定出第一充氣部的複數個第一管，其中該複數個第一管中的每個管包括複數個第一孔，並且其中該複數個第一管的長度在該噴淋頭組件的寬度上變化；第二氣體輸送部分，具有第二主體、第二入口、及複數個第二管，該第二管從該第二主體的內表面延伸並界定出與該第一充氣部流體獨立的第二充氣部，其中該複數個第二管中的每個管包括複數個第二孔，其中該複數個第二管的長度在該噴淋頭組件的寬度上變化，並且其中該複數個第一管與複數個第二管橫跨噴淋頭組件的寬度以交替方式設置；以及，一散熱器，設置在複數個第一管與複數個第二管之間。
在一些實施例中，一種沉積腔室包括腔室主體，該腔室主體具有用於界定出一內部容積的一底板、一或多個側面，以及一蓋；一噴淋頭組件，該噴淋頭組件設置在該內部容積中，並具有一第一氣體輸送部分，該第一氣體輸送部分具有流體地連接到具有複數個第一孔的複數個第一管的一第一入口，及一第二氣體輸送部分，該第二氣體輸送部分具有流體地連接到具有複數個第二孔的複數個第二管的一第二入口；及一前驅物(precursor)輸送系統，配置以在一第一溫度下將一第一製程材料輸送到該第一氣體輸送部分，以及在該第一溫度下或在不同於該第一溫度的一第二溫度下將一第二製程材料輸送到該第二氣體輸送部分。
以下說明本案的其他和進一步的實施例。
本案提供了用於處理基板及/或向處理腔室（例如沉積腔室）提供多種製程材料的裝置的實施例。本案的裝置包括噴淋頭及/或輸送系統，其配置以在離開輸送系統之前有利地防止兩個或更多個相鄰製程材料之間的熱串擾。例如，在離開噴淋頭並在基板上冷凝之前，可在相同或不同的溫度下經由該裝置單獨地處理兩種或更多種製程材料或製程材料樣品。儘管可用在基板或工件上長出或凝聚的有機薄膜來描述該製程，但是本案的製程可應用於任何化學氣相沉積（CVD）、金屬有機化學氣相沉積、金屬有機氣相磊晶、或薄膜沉積製程，以輸送多種製程材料來改善所獲得的薄膜並降低系統中的污染水平。
圖1圖示出了根據本案的一些實施例的沉積系統100。沉積系統100包括沉積腔室110，沉積腔室110至少部分地由一或多個側面111、底板128、及蓋130界定。沉積系統100被配置為處理沉積腔室110中的基板，例如基板116。基板由設置在沉積腔室110中的基板支撐件114支撐。在一些實施例中，沉積腔室110可為CVD腔室，其配置以執行根據本案的製程材料沉積，例如有機前驅物沉積。適用或適於使用的根據本發明的一種非限制性系統，係可從美商應用材料公司獲得的ENDURA系列處理系統。其他處理系統，包括可從其他製造商獲得的處理系統，也可根據本案提供的教示來進行修改。在一些實施例中，根據本案的裝置可用於配置以執行原子層沉積（ALD）的腔室中。
在一些實施例中，可透過沉積製程在基板116上形成、凝結、或沉積出有機層（未示出）或其衍生物。在一些實施例中，該層可由多種製程材料形成，但這些製程材料在傳統的噴淋頭內不希望其彼此反應。在一些實施例中，該層可由具有不同製程要求(例如流速、溫度等)的多種製程材料形成。在一些實施例中，用於本發明的裝置中使用的合適的製程材料包括適合於昇華並凝在基板上的任何材料，例如三-（8-羥基喹啉）鋁（Alq3）碳60（C60
）。其他製程氣體也適合於使用，尤其是但不限於需要一種或多種不同流速、不同溫度、或不同氣體分配系統的製程氣體，以防止氣體分配系統內各製程氣體之間的反應。
沉積系統100包括沉積腔室110及前驅物輸送系統120。在一些實施例中，前驅物輸送系統120可包括一或多個加熱系統142（圖1中顯示出兩個）。在一些實施例中，前驅物輸送系統120可包括一或多個氣體輸送系統150（圖1中顯示出兩個）。在一些實施例中，沉積系統100的部件連接並且連通，使得一或多個加熱系統142中的製程材料可昇華並且隨後通過氣體輸送系統150進入沉積腔室110。在一些實施例中，加熱系統142、氣體輸送系統150、及沉積腔室110中的一或多者可流體連通。
前驅物輸送系統120配置以將多種製程材料輸送到與噴淋頭組件112流體連通的噴淋頭組件112與基板116。噴淋頭組件112包括第一氣體輸送部分118及第二氣體輸送部分121。第一與第二氣體輸送部分118、121彼此流體隔離（例如，第一氣體輸送部分118中的材料不能與噴淋頭組件112內的第二氣體輸送部分121中的材料混合或接觸）。前驅物輸送系統120能夠在第一溫度下將第一製程材料輸送到第一氣體輸送部分118。前驅物輸送系統120能夠在第一溫度或不同於第一溫度的第二溫度下，將第二製程材料輸送到第二氣體輸送部分121。除了在第一與第二氣體輸送部分118、121之間提供的流體隔離之外，在一些實施例中，第一氣體輸送部分118與第二氣體輸送部分121還被配置為減少或防止在離開以進入沉積腔室110之前的第一製程材料與第二製程材料之間的熱串擾(thermal cross-talk)。換句話說，第一製程材料的溫度將不會影響或將對噴淋頭組件112內的第二製程材料的溫度具有更小的影響。在一些實施例中，第一製程材料與第二製程材料之間的溫度差在攝氏270到550度之間。在一些實施例中，噴淋頭組件112被配置以將製程材料輸送到沉積腔室110，而不會將一或多種製程材料冷凝在其中。
在一些實施例中，沉積系統100可包括用於執行並監控沉積系統100中的預定製程（例如，進行沉積膜步驟）的部件。這些部件通常包括沉積系統100的各種子系統（例如，抽真空及排氣子系統等）與裝置（例如，電源、製程控制儀器等）。在一些實施例中，沉積系統100包括第一泵180、第二泵181、節流閥184、及壓力閥183，以控制系統的壓力，並使沉積系統100處於或保持在真空條件下。可包括壓力閥183，以去除真空條件。
第一加熱組件125對第一氣體輸送部分118施加熱量。第一加熱組件125可包括一或多個加熱元件，其配置以將第一氣體輸送部分118保持在大致均勻的溫度。在一些實施例中，加熱元件係放置在複數個第一管的每個管上（如下說明）。第一加熱組件125配置成在當第一製程材料移動到沉積腔室110中時，在預定溫度（例如第一溫度）下，對穿過第一氣體輸送部分118的第一製程材料施加熱量。
在一些實施例中，第一溫度感應器141及第一溫度控制器124係連接到第一氣體輸送部分118。第一溫度感應器141經配置以從第一氣體輸送部分118獲得熱資訊。第一溫度控制器124經配置以從第一溫度感應器141接收輸入以控制、調節、或設定第一加熱組件125的溫度。第一溫度感應器141可為一熱電偶、一高溫計等。
第二加熱組件127對第二氣體輸送部分121施加熱量。第二加熱組件127可包括一或多個加熱元件，其構造成將第二氣體輸送部分121保持在大致均勻的溫度。在一些實施例中，加熱元件係放置在複數個第二管的每個管上（如下說明）。第二加熱組件127構造成在第二製程材料移動到沉積腔室110中時，在預定溫度（例如第二溫度）下，對穿過第二氣體輸送部分121的第二製程材料施加熱量。
在一些實施例中，第二溫度感應器143及第二溫度控制器126係連接到第二氣體輸送部分121。第二溫度感應器143經配置為從第二氣體輸送部分121獲得熱資訊。第二溫度控制器126經配置為從第二溫度感應器143接收輸入以控制、調節、或設定第二加熱組件127的溫度。第二溫度感應器143可為一熱電偶、一高溫計等。
圖2圖示出了根據本案的一些實施例的噴淋頭組件的右上等角視圖。噴淋頭組件112包括第一氣體輸送部分118及第二氣體輸送部分121。第一氣體輸送部分118包括第一主體202、第一入口210、及複數個第一管206。第一主體202具有內表面222、外表面226、及上表面214。複數個第一管206從內表面222延伸。在一些實施例中，複數個第一管206彼此平行地延伸。第一入口210從第一主體202的上表面214延伸。在一些實施例中，第一入口210從第一主體202的上表面214大致垂直地延伸。第一入口210具有位在遠離上表面214而延伸的一端的開口212。第一主體202、複數個第一管206、及第一入口210界定出一第一充氣部。
第二氣體輸送部分121包括第二主體204、第二入口218、及複數個第二管208。第二主體204具有內表面224、外表面228、及上表面216。複數個第二管208從內表面224延伸。在一些實施例中，複數個第二管208彼此平行地延伸。第二入口218從第二主體204的上表面216延伸。第二入口218具有位在遠離上表面216而延伸的一端的開口220。第二主體204、複數個第二管208、及第二入口218界定出一第二充氣部。
在一些實施例中，如圖2所示，第一主體202的內表面222與第二主體204的內表面224具有一彎曲輪廓。如圖2所示，複數個第一管206與複數個第二管208具有一矩形橫截面。在一些實施例中，複數個第一管206可具有除矩形之外的橫截面形狀，例如圓形、三角形等。在一些實施例中，複數個第二管208可具有除矩形之外的橫截面形狀，例如圓形、三角形等。在一些實施例中，複數個第一管206與複數個第二管208中的每個管的橫截面，可經調節或改變以增加溫度均勻性。
複數個第一管206與複數個第二管208具有這樣的長度，使得它們延伸接近而不接觸另一個相應的氣體輸送部分的相對主體的內表面（例如，複數個第一管206延伸接近，但不接觸第二主體204，並且複數個第二管208延伸接近，但不接觸第一主體202）。在一些實施例中，複數個第一管206與複數個第二管208具有變化的長度，並且安排成延伸接近而不接觸另一個相應的氣體輸送部分的相對主體。在一些實施例中，複數個第一管206與複數個第二管208具有約50 mm至約180 mm的長度範圍。在一些實施例中，複數個第一管206與複數個第二管208具有約4 mm至約8 mm的寬度。在一些實施例中，複數個第一管206與複數個第二管208具有約13 mm至約17 mm的高度。
圖3圖示出了根據本案的一些實施例的噴淋頭組件的仰視圖。噴淋頭組件112具有第一端314及第二端316。第一端314與第二端316界定出噴淋頭組件112的寬度。如所示，複數個第一管206與複數個第二管208橫跨噴淋頭組件112的寬度以交替方式設置。在一些實施例中，複數個第一管206在噴淋頭組件112的寬度上等距間隔開。在一些實施例中，複數個第二管208在噴淋頭組件112的寬度上等距間隔開。在一些實施例中，複數個第一管206與複數個第二管208一起位於一共同的平面中。
複數個第一管206中的每個管與複數個第二管208中的每個相鄰管，界定出第一間隙310。在一些實施例中，第一間隙310為約1 mm至約10 mm，或在一些實施例中，為約1 mm至約5 mm。在一些實施例中，第一間隙310約為2.5 mm。複數個第一管206中的每個管界定出第二間隙312，第二間隙312在每個第一管的與第一主體202相對的端部與第二主體204的內表面224之間。在一些實施例中，第二間隙312為約1 mm至約10 mm。複數個第二管208中的每個管界定出第三間隙318，第三間隙318在每個第二管的與第二主體204相對的端部與第一主體202之間。在一些實施例中，第三間隙318為約1 mm至約10 mm。如此，第一氣體輸送部分118保持與第二氣體輸送部分121的間隔關係。第一氣體輸送部分118與第二氣體輸送部分121之間的間隔關係，有利地減少或防止流過第一氣體輸送部分118的第一製程材料與流過第二氣體輸送部分121的第二製程材料之間的熱串擾。。
複數個第一管206中的每個管包括設置在底表面308上的複數個第一孔302。在一些實施例中，複數個第一孔302的直徑為約0.5 mm至約1 mm。該複數個第一孔302係沿著每個第一管206的長度以規則的間隔而設置。在一些實施例中，複數個第一孔302以跨越複數個第一管206的跨度的直線網格圖案佈置，使得穿過第一氣體輸送部分118的第一製程材料，可以均勻圖案的方式，從複數個第一孔302中排出。
複數個第二管208中的每個管包括設置在底表面306上的複數個第二孔304。在一些實施例中，複數個第二孔304的直徑為約0.5 mm至約1 mm。在一些實施例中，複數個第一孔302的直徑與複數個第二孔304的直徑相同。該複數個第二孔304係沿著每個第二管208的長度以規則的間隔而設置。在一些實施例中，複數個第二孔304以跨越複數個第二管208的跨度的直線網格圖案佈置，使得穿過第二氣體輸送部分121的第二製程材料可以均勻圖案的方式從複數個第二孔304排出。在一些實施例中，複數個第二孔304中的每個孔，通常以跨越噴淋頭組件112的寬度和長度而設置在複數個第一孔302的每個孔之間的中間。複數個第一孔302與複數個第二孔304的直線網格圖案有利地促使第一與第二製程材料在離開噴淋頭組件112時的均勻混合。
圖4圖示出了根據本案的一些實施例的噴淋頭組件的局部剖視圖。該複數個第一管206的（與第一主體202及第一入口210一起）界定出第一充氣部406。複數個第二管208的（與第二主體204和第二入口218一起）界定出一第二充氣部408。複數個第一管206具有複數個第一孔302。如圖4所示，噴嘴404可放置在複數個第一孔302的每個孔中。類似地，噴嘴404可放置在複數個第二孔304的每個孔中。在一些實施例中，噴嘴404可具有約0.25 mm至約2 mm的內徑。在一些實施例中，噴嘴404可具有1 mm的內徑。在一些實施例中，噴嘴404包括鈦、鈦合金、或氮化鈦塗層鋼。噴嘴404可配置以控制製程材料的速度、方向、及流動。噴嘴404經配置以將從第一充氣部406及第二充氣部408通過的製程材料噴射到沉積腔室110中。製程材料的噴塗可有利地增加製程材料沉積到基板116上的均勻性。製程材料的噴塗還有利地增加了多種製程材料混合到基板116上的均勻性。
在一些實施例中，具有約150W/mK或更大的導電率的散熱器402係設置在複數個第一管206與複數個第二管208之間。散熱器402包括板410及鰭片412，鰭片412從板410延伸並進入第一間隙310、第二間隙312、及第三間隙318中的至少一者。如上所述，第一加熱組件125加熱第一氣體輸送部分118。第二加熱組件127加熱第二氣體輸送部分121。散熱器402經配置以減少或防止來自第一氣體輸送部分118與第二氣體輸送部分121的較熱的熱量，輻射至兩者中的較低溫者（即，熱串擾）。在一些實施例中，板410包括導電材料，導電材料導電地耦接至蓋130。在一些實施例中，板410包括鋁或鈦。在一些實施例中，鰭片412包含導電率為約150W/mK或更高的導熱材料。在一些實施例中，鰭片412有利地包括熱異向性材料。熱異向性材料是具有一平面內導熱率（基面中的導電率）的材料，其遠大於材料的橫向導熱率，因此能允許在平面方向上提高溫度均勻性。熱解熱石墨（Thermal Pyrolytic Graphite®，TPG）是熱各向異性材料的一個例子，其具有約1,500W/mK的平面內導熱率及約10W/mK的橫向導熱率。合適的異向性材料的其他例包括熱解氮化硼，合成金剛石等。在一些實施例中，鰭片412包括封裝在鋁箔或鉬箔中的TPG®
、嵌入鋁箔中的銅、或氮化鈦（TiN）。
儘管前述內容係針對本案的實施例，但是可在不脫離本案的基本範圍的情況下設計本案的其他及進一步的實施例。
100:沉積系統
110:沉積腔室
111:側面
112:噴淋頭組件
114:基板支撐件
116:基板
118:第一氣體輸送部分
120:前驅物輸送系統
121:第二氣體輸送部分
124:第一溫度控制器
125:第一加熱組件
126:第二溫度控制器
127:第二加熱組件
128:底板
130:蓋
141:第一溫度感應器
142:加熱系統
143:第二溫度感應器
150:氣體輸送系統
180:第一泵
181:第二泵
183:壓力閥
184:節流閥
202:第一主體
204:第二主體
206:第一管
208:第二管
210:第一入口
212:開口
214:上表面
216:上表面
218:第二入口
220:內表面
222:內表面
224:內表面
226:外表面
228:外表面
302:第一孔
304:第二孔
306:底表面
308:底表面
310:第一間隙
312:第二間隙
314:第一端
316:第二端
318:第三間隙
402:散熱器
404:噴嘴
406:第一充氣部
408:第二充氣部
410:板
412:鰭片
藉由參考附圖中記載的本案的說明性實施例，可理解以上簡要說明並在以下更詳細說明本案的實施例。附圖圖示出了本案的一些實施例，因此不應被視為對範圍的限制，因為本案可允許其他均等有效的實施例。
圖1圖示出了根據本案的一些實施例的具有噴淋頭的沉積系統。
圖2圖示出了根據本案的一些實施例的噴淋頭組件的右上等角視圖。
圖3圖示出了根據本案的一些實施例的噴淋頭組件的仰視圖。
圖4圖示出了根據本案的一些實施例的噴淋頭組件的局部剖視圖。
為便於理解，在可能的情況下，使用相同的元件符號來表示附圖中共有的相同元件。附圖未按比例繪製，並且為了清楚起見而可簡化。一實施例的元件及特徵，可有利地併入其他實施例中而無需進一步說明。
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
112:噴淋頭組件
118:第一氣體輸送部分
121:第二氣體輸送部分
202:第一主體
204:第二主體
206:第一管
208:第二管
210:第一入口
212:開口
214:上表面
216:上表面
218:第二入口
220:內表面
222:內表面
224:內表面
226:外表面
228:外表面
Claims (14)
- 一種用於在基板上沉積多種材料的噴淋頭組件，包含：一第一氣體輸送部分，該第一氣體輸送部分具有一第一主體、一第一入口、及複數個第一管，該複數個第一管從該第一主體延伸，該第一主體、該第一入口、及該複數個第一管一起界定出一第一充氣部，其中該複數個第一管中的每個管包括複數個第一孔；一第二氣體輸送部分，該第二氣體輸送部分具有一第二主體、一第二入口及複數個第二管，該複數個第二管從該第二主體延伸，該第二主體、該第二入口及該複數個第二管一起界定出與該第一充氣部流體地獨立的一第二充氣部，其中該複數個第二管中的每個管包括複數個第二孔，且其中該複數個第一管與該複數個第二管橫跨該噴淋頭組件的一寬度以一交替方式設置；及一散熱器，設置在該複數個第一管與該複數個第二管之間並且與該複數個第一管及該複數個第二管物理接觸，其中該散熱器包含一板及鰭片，該些鰭片從該板延伸並進入設於該複數個第一管及該複數個第二管的相鄰一者之間的對應間隙中。
- 如請求項1所述的噴淋頭組件，其中該複數 個第一管具有一矩形橫截面。
- 如請求項1所述的噴淋頭組件，其中該些鰭片包括一熱異向性材料，並且該板包括不同於該熱異向性材料的一導電材料。
- 如請求項1所述的噴淋頭組件，其中該複數個第二孔中的每個孔係通常設置在橫跨該噴淋頭組件的一寬度及長度上的該複數個第一孔的每個孔之間。
- 如請求項1所述的噴淋頭組件，其中該些鰭片包括具有一導電率為約150W/mK或更高的導熱材料。
- 如請求項1所述的噴淋頭組件，還包括一噴嘴，該噴嘴設於該複數個第一孔的每一者及該複數個第二孔的每一者內。
- 如請求項1所述的噴淋頭組件，其中一第一容積係設於該板與該複數個第一管的每一者之間，其中該第一容積係與該第一充氣部流體地分離，並且被限定在該板的一連續下表面與該複數個第一管的對應一者的一上表面之間。
- 如請求項1所述的噴淋頭組件，其中該第一主體與該第二主體中的至少一者包括一內表面，該內表面具有一彎曲輪廓。
- 如請求項1所述的噴淋頭組件，其中該複數 個第一管延伸接近但不接觸該第二主體的一內表面。
- 一種用於在一基板上沉積多種材料的噴淋頭組件，包括：一第一氣體輸送部分，該第一氣體輸送部分具有一第一主體、一第一入口、及複數個第一管，該複數個第一管從該第一主體的一內表面延伸，該第一主體、該第一入口、及該複數個第一管一起界定出一第一充氣部，其中該複數個第一管中的每個管包括複數個第一孔，且其中該複數個第一管的長度在該噴淋頭組件的一寬度上變化；一第二氣體輸送部分，該第二氣體輸送部分具有一第二主體、一第二入口及複數個第二管，該複數個第二管從該第二主體的一內表面延伸，該第二主體、該第二入口及該複數個第二管一起界定出一第二充氣部，該第二充氣部流體地獨立於該第一充氣部，其中該複數個第二管中的每個管包括複數個第二孔，其中該複數個第二管的長度在該噴淋頭組件的該寬度上變化，且其中該複數個第一管與該複數個第二管橫跨該噴淋頭組件的該寬度以一交替方式設置；一第一加熱元件，連接至該第一氣體輸送部分並且配置以藉由流通過該第一加熱元件的電來提供熱量至該第一氣體輸送部分； 一第二加熱元件，連接至該第二氣體輸送部分並且配置以藉由流通過該第二加熱元件的電來提供熱量至該第二氣體輸送部分；及一散熱器，設置在該複數個第一管與該複數個第二管之間。
- 如請求項10所述的噴淋頭組件，其中該複數個第一管中的每個管與該複數個第二管中的每個相鄰管界定出一第一間隙。
- 如請求項11所述的噴淋頭組件，其中該散熱器包含鰭片，該些鰭片延伸進入位於該複數個第一管及該複數個第二管的相鄰一者之間的對應間隙中，其中該些鰭片的每一者與該複數個第一管的對應一者及該複數個第二管的對應一者物理地接觸。
- 如請求項11所述的噴淋頭組件，其中該複數個第一管中的每個管界定出一第二間隙，該第二間隙位在每個該第一管的對向於該第一主體的一端與該第二主體的一內表面之間。
- 如請求項13所述的噴淋頭組件，其中該第二間隙為約1mm至約10mm。
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