TWI848839B - 多通道分離器捲軸 - Google Patents

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Abstract

此處所述的實施例關於具有多通道分離器捲軸的氣體管線系統。在此等實施例中，氣體管線系統將包括配置成供應第一氣體的第一氣體管線。第一氣體管線以在其中流動第一氣體的複數個第二氣體管線耦合至多通道分離器捲軸。複數個第二氣體管線的各個氣體管線將具有比第一氣體管線的空間更小的空間。較小的第二氣體管線將藉由加熱器外套包覆。由於第二氣體管線較小的空間，當第一氣體流動通過第二氣體管線時，加熱器外套將充分加熱第一氣體，而當第一氣體在氣體管線系統中與第二氣體相遇時，消除在傳統氣體管線系統中發生的凝結引發的粒子缺陷。

Description

多通道分離器捲軸
此處所述的實施例大致關於在半導體處理腔室中使用的氣體管線系統，且更具體而言，關於在半導體處理腔室中使用具有多通道分離器捲軸的氣體管線系統。
隨著半導體設備發展到非常小的技術處理節點並且在儲存設備中的層數增加，每個節點的粒子規格變得越來越嚴格。此外，在半導體設備的處理期間大量的處理開銷涉及不具有RF/電漿的進入氣流。因此，使流入的氣流在粒子規格之中為重要的。
諸如氧化矽（SiO 2）的化合物的沉積可涉及在面板上的電極及半導體處理腔室的底座之間施加RF偏壓的存在之下，例如正矽酸四乙酯（TEOS）與氧氣（O 2）的氣體反應。在從氣源傳輸TEOS及O 2至沉積腔室期間，各個氣體流動通過分開加熱的氣體管線，且最終於進入處理腔室之前，在額外分開的氣體管線中匯合且相遇。在氣體管線中的壓力遠高於處理腔室中的壓力。在氣體管線中觀察到的高壓條件下，流動過量的O 2通常會導致O 2氣體加熱不足。因此，當較冷的O 2氣體在氣體管線中遇到加熱的TEOS氣體時，由於TEOS及O 2之間在低溫及高壓下的氣相反應，在氣體管線之中會發生凝結，最終導致粒子生成。
傳統氣體管線藉由加熱器外套加熱。然而，由於傳統加熱器外套的限制，加熱器外套無法提供避免凝結所必須的加熱量，且導致當流動大量的O 2生成粒子。由於其較佳的應力、折射率及較高的沉積率，大量的O 2在數個處理應用中為強制的。
因此，需要一種氣體管線系統，而在進入處理腔室之前提供氣體充分的加熱。
此處所述的一或更多實施例大致關於用於處理腔室的氣體管線之系統，及用於處理半導體基板之系統。
在一個實施例中，一種用於處理腔室的氣體管線之系統，包括：第一氣體管線，具有第一直徑；捲軸，具有耦合至第一氣體管線的複數個第二氣體管線，複數個第二氣體管線之各者具有第二直徑；及加熱器外套，環繞捲軸；其中第一直徑大於第二直徑。
在另一實施例中，一種用於供應氣體至處理腔室的氣體管線之系統，包括：第一氣體管線，配置成傳輸第一氣體，第一氣體管線具有第一直徑；捲軸，具有耦合至第一氣體管線的複數個第二氣體管線，複數個第二氣體管線之各者配置成傳輸第一氣體，且複數個第二氣體管線之各者具有第二直徑；第三氣體管線，配置成傳輸第二氣體；第四氣體管線，於第一接頭處耦合至捲軸，且於第二接頭處耦合至第三氣體管線；及加熱器外套，環繞捲軸、第三氣體管線及第四氣體管線；其中第二直徑小於第一直徑；且其中加熱器外套配置成以實質上類似的溫度加熱複數個第二氣體管線、第三氣體管線及第四氣體管線。
在另一實施例中，一種用於處理半導體基板之系統，包括：處理腔室；第一氣體管線，配置成傳輸第一氣體，第一氣體管線具有第一直徑；捲軸，具有耦合至第一氣體管線的複數個第二氣體管線，複數個第二氣體管線之各者配置成傳輸第一氣體，且複數個第二氣體管線之各者具有第二直徑；第三氣體管線，配置成傳輸第二氣體；第四氣體管線，於第一接頭處耦合至捲軸，於第二接頭處耦合至第三氣體管線，且於第三接頭處耦合至處理腔室；及加熱器外套，環繞捲軸、第三氣體管線及第四氣體管線；其中第二直徑小於第一直徑；且其中加熱器外套配置成以實質上類似的溫度加熱複數個第二氣體管線、第三氣體管線及第四氣體管線。
在以下說明中，提及各種特定細節以提供本揭露案的實施例的更透徹理解。然而，對技藝人士而言無須一或更多此等特定細節而可執行本揭露案的一或更多實施例為顯而易見的。在其他實例中，並未說明已知特徵，以免模糊本揭露案的一或更多實施例。
此處所述的實施例大致關於具有多通道分離器捲軸的氣體管線系統。在此等實施例中，氣體管線系統包括配置成供應第一氣體的第一氣體管線。第一氣體管線以在其中流動第一氣體的複數個第二氣體管線耦合至多通道分離器捲軸。複數個第二氣體管線之各者將具有比第一氣體管線的空間更小的空間。較小的第二氣體管線將藉由加熱器外罩包覆。由於第二氣體管線的較小的空間，當諸如O 2的第一氣體流動通過第二氣體管線時，加熱器外套將充分加熱第一氣體。
在某些實施例中，額外的第三氣體管線配置成供應例如TEOS的第二氣體。第二氣體接著在耦合至第三氣體管線及捲軸兩者的第四氣體管線中與第一氣體相遇。第二氣體管線、第三氣體管線及第四氣體管線之各者藉由加熱器外套環繞。複數個第二氣體管線的設計經設計使得加熱器外套加熱第一氣體至與第二氣體實質上類似的溫度。因此，當第一氣體及第二氣體在第四氣體管線中相遇時，在兩個氣體交匯處第一氣體不會冷卻第二氣體。由於第一及第二氣體實質上類似的溫度，在第一及第二氣體相遇的第四氣體管線之中避免凝結，而消除在傳統氣體管線系統中發生的凝結引發的粒子缺陷。
第1圖根據本揭露案中所述的至少一個實施例，為用於處理半導體基板的處理腔室100之概要剖面視圖。處理腔室100包括頂壁102、側壁104及底壁106，以形成包圍的空間。基板支撐件108定位於處理腔室100之中。基板支撐件108支撐可放置於基板支撐件108的頂部表面上的基板110。在某些實施例中，基板110可以矽（Si）製成，但亦可以其他類似的材料製成。基板支撐件108可使用功率源112加熱。在以下第2A-2B圖更詳細敘述的氣體管線系統114配置成藉由接近噴淋頭116的頂壁102將氣體流至處理腔室100中。噴淋頭116從頂壁102向下定位，且設計成在進入處理區域118之前控制氣體的流動及分佈。處理區域118定位於噴淋頭116及基板支撐件108之間。氣體在處理區域118之中能量化成為電漿狀態，在處理區域118中電漿沉積以在基板110上形成一或更多層。
第2A圖為概要剖面視圖，且第2B圖為立體視圖，為根據本揭露案中所述的至少一個實施例於第1圖中圖示的氣體管線系統114。氣體管線系統114包括第一氣體管線202，藉由第一帽件（first nut）222耦合至捲軸200。儘管在此實施例中使用第一帽件222來耦合，在此處所述的實施例中亦可使用其他耦合手段。捲軸200包括複數個第二氣體管線205。第一氣體管線202的長度例如可為約16.5英吋，而亦可使用其他長度。第二氣體管線205的長度例如可介於約15英吋及約30英吋之間，而亦可使用其他長度。第一氣體從第一氣源204流至第一氣體管線202中。第一氣體可以超過15L/min的流率流動，且在某些實施例中，可以超過25L/min的流率流動。如藉由此處的實施例所述的氣體管線系統114的設計例如允許使用較大流率的O 2氣體，而不會發生粒子生成。由於其較佳的應力、折射率及較高的沉積率，較大流率在數個處理應用中使用較佳。此後，第一氣體從第一氣體管線202流至捲軸200的複數個第二氣體管線205中。第一氣體的流動藉由第一運動路徑206顯示，在2A圖中藉由箭頭表示。儘管第一氣體可為O 2，在氣體管線系統114中可使用其他類似的氣體。此外，儘管在第2A-2B圖中捲軸200分離成三個第二氣體管線205，捲軸200可分離成其他數量的第二氣體管線205。
第一氣體管線202具有第一直徑214（即，內部直徑），且第二氣體管線205之各者具有第二直徑216（即，內部直徑）。第一直徑214大於第二直徑216。在某些實施例中，第一直徑214為第二直徑216的尺寸的至少兩倍。在其他實施例中，第一直徑214為第二直徑216的尺寸的至少三倍。舉例而言，在一個實施例中，第一直徑214為約0.4英吋，且第二直徑216為約0.18英吋。第二直徑216的小直徑與第一氣體管線202的空間相比較建立第二氣體管線205較小的空間。由於第二氣體管線205的較小空間，當第一氣體流動通過第二氣體管線205時，第二氣體管線205可充分加熱第一氣體，且將第一氣體維持於所欲的高溫下。加熱器外套228包覆在捲軸200及第二氣體管線205四周，以提供熱至第二氣體管線205。加熱器外套228可加熱第二氣體管線205至約攝氏175度（°C）的溫度，而亦可能加熱至其他溫度。
氣體管線系統114包括第三氣體管線218。第二氣體從第二氣源208流至第三氣體管線218中。相似於第一氣體管線202，第三氣體管線218可具有約0.4英吋的直徑及約16.5英吋的長度，而亦可使用其他直徑及長度。第二氣體的流動藉由第二運動路徑210顯示，在第2A圖中藉由箭頭表示。第二氣體可為TEOS，而在氣體管線系統114中亦可使用其他類似的氣體。加熱器外套228可如以上第二氣體管線205類似的方式包覆在第三氣體管線218四周。加熱器外套228可加熱第三氣體管線218至約攝氏175度（°C）的溫度，而亦可能加熱至其他溫度。因此，第三氣體管線218的溫度可加熱至與第二氣體管線205實質上類似的溫度，導致第二氣體加熱至與第一氣體實質上類似的溫度。舉例而言，各個氣體可加熱至在可接受的誤差之中大約175°C（例如，+/- 15°C）。
氣體管線系統114包括第四氣體管線212。第四氣體管線212在第一接頭232處耦合至捲軸200，且在第二接頭234處耦合至第三氣體管線218。第四氣體管線212藉由第二帽件224在一端耦合至捲軸200，而在此處所述的實施例中亦可使用其他耦合手段。第四氣體管線212在第三接頭236處於另一端耦合至處理腔室100。第一氣體及第二氣體流至第四氣體管線212中。在第四氣體管線212之中，第一氣體及第二氣體於混合區域230中相遇。
如以上所述，第二氣體管線205以與第三氣體管線218實質上類似的溫度加熱。因此，當第一氣體及第二氣體在第四氣體管線212中相遇時，在混合區域230中於兩個氣體交匯處第一氣體不會冷卻第二氣體。由於第一及第二氣體實質上類似的溫度，在第四氣體管線212的混合區域230之中避免凝結。加熱器外套228可以類似於以上第二氣體管線205及第三氣體管線218的方式包覆在第四氣體管線212四周。加熱器外套228可加熱第四氣體管線212至約攝氏175度（°C）的溫度，而亦可能加熱至其他溫度。因此，第四氣體管線212亦加熱至與第二氣體管線205及第三氣體管線218實質上類似的溫度，而消除在傳統氣體管線系統中發生的凝結引發的粒子缺陷。
此後，混合的第一氣體及第二氣體從第四氣體管線212於第三接頭236處流至處理腔室100中。介於混合區域230及處理腔室100的頂壁102（第1圖）之間的總長度可為約33英吋，或其他較小的長度。第四氣體管線212可具有約0.4英吋的直徑，而亦可使用其他類似的直徑。混合的氣體的流動藉由第三運動路徑220顯示，在第2A圖中藉由箭頭表示。混合的氣體的流率可為如通過第一氣體管線202的流率的實質上類似的流率。在某些實施例中，通過第四氣體管線212的混合的氣體的流率可超過例如15L/min。在其他實施例中，通過第四氣體管線212的混合的氣體的流率可超過例如25L/min。在混合的氣體流至處理腔室100之後，其可沉積以在基板110（第1圖）上形成層。第一氣體管線202、第二氣體管線205、第三氣體管線218及第四氣體管線212之各者可以不銹鋼製成，而亦可使用其他類似的材料。
儘管以上導向本揭露案的實施例，可衍生本揭露案的其他及進一步實施例而不會悖離其基本範疇，且其範疇藉由以下申請專利範圍來決定。
100:處理腔室 102:頂壁 104:側壁 106:底壁 108:基板支撐件 110:基板 112:功率源 114:氣體管線系統 116:噴淋頭 118:處理區域 200:捲軸 202:第一氣體管線 204:第一氣源 205:第二氣體管線 206:第一運動路徑 208:第二氣源 210:第二運動路徑 212:第四氣體管線 214:第一直徑 216:第二直徑 218:第三氣體管線 220:第三運動路徑 222:第一帽件 224:第二帽件 228:加熱器外套 230:混合區域 232:第一接頭 234:第二接頭 236:第三接頭
由此方式可詳細理解本揭露案以上所載之特徵，以上簡要概述的本揭露案的更具體說明可藉由參考實施例而獲得，某些實施例圖示於隨附圖式中。然而，應理解隨附圖式僅圖示本揭露案的通常實施例，且因此不應考量為其範疇之限制，因為本揭露案認可其他均等效果的實施例。
第1圖根據本揭露案中所述的至少一個實施例，為用於處理半導體基板的處理腔室之概要剖面視圖；
第2A圖根據本揭露案中所述的至少一個實施例，為第1圖中所顯示的氣體管線系統之概要剖面視圖；及
第2B圖根據本揭露案中所述的至少一個實施例，為第1圖中所顯示的氣體管線系統之立體視圖。
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
114:氣體管線系統
200:捲軸
202:第一氣體管線
204:第一氣源
205:第二氣體管線
206:第一運動路徑
208:第二氣源
210:第二運動路徑
212:第四氣體管線
214:第一直徑
216:第二直徑
218:第三氣體管線
220:第三運動路徑
222:第一帽件
224:第二帽件
228:加熱器外套
230:混合區域
232:第一接頭
234:第二接頭
236:第三接頭

Claims (20)

  1. 一種用於一處理腔室的氣體管線之系統，包含： 一第一氣體管線，具有一第一直徑； 一捲軸，具有耦合至該第一氣體管線的複數個第二氣體管線，該複數個第二氣體管線之各者具有一第二直徑；及 一第一加熱器外套，環繞該捲軸，以及一第二加熱器外套，環繞該複數個第二氣體管線之各者； 其中該第一直徑大於該第二直徑。
  2. 如請求項1所述之系統，其中該第一直徑為該第二直徑的尺寸的至少兩倍。
  3. 如請求項1所述之系統，其中該第一直徑為該第二直徑的尺寸的至少三倍。
  4. 如請求項1所述之系統，其中該捲軸藉由一第一帽件（nut）耦合至該第一氣體管線。
  5. 如請求項1所述之系統，其中該複數個第二氣體管線的長度介於約15及約30英吋之間。
  6. 一種用於供應一氣體至一處理腔室的氣體管線之系統，包含： 一第一氣體管線，配置成傳輸一第一氣體，該第一氣體管線具有一第一直徑； 一捲軸，具有耦合至該第一氣體管線的複數個第二氣體管線，該複數個第二氣體管線之各者配置成傳輸該第一氣體，且該複數個第二氣體管線之各者具有一第二直徑； 一第三氣體管線，配置成傳輸一第二氣體； 一第四氣體管線，於一第一接頭處耦合至該捲軸，且於一第二接頭處耦合至該第三氣體管線；及 一第一加熱器外套，環繞該捲軸，一第二加熱器外套，環繞該複數個第二氣體管線之各者，一第三加熱器外套，環繞該第三氣體管線，及一第四加熱器外套，環繞該第四氣體管線； 其中該第二直徑小於該第一直徑；且 其中各個別加熱器外套配置成以實質上類似的溫度加熱該複數個第二氣體管線、該第三氣體管線及該第四氣體管線。
  7. 如請求項6所述之系統，其中該第一直徑為該第二直徑的尺寸的至少兩倍。
  8. 如請求項6所述之系統，其中該第一直徑為該第二直徑的尺寸的至少三倍。
  9. 如請求項6所述之系統，其中該第一加熱器外套配置成加熱該捲軸至大約攝氏175度及該第四加熱器外套配置成加熱該第四氣體管線至大約攝氏175度。
  10. 如請求項6所述之系統，進一步包含一第一氣源，配置成供應該第一氣體至該第一氣體管線，使得該第一氣體以超過15L/min的一流率流動通過該第一氣體管線。
  11. 如請求項6所述之系統，進一步包含一第一氣源，配置成供應該第一氣體至該第一氣體管線，使得該第一氣體以超過25L/min的一流率流動通過該第一氣體管線。
  12. 如請求項6所述之系統，進一步包含一第一氣源，耦合至該第一氣體管線，且配置成供應該第一氣體，其中該第一氣體為O 2。
  13. 如請求項6所述之系統，進一步包含一第二氣源，耦合至該第三氣體管線，且配置成供應該第二氣體，其中該第二氣體為TEOS。
  14. 一種用於處理一半導體基板之系統，包含： 一處理腔室； 一第一氣體管線，配置成傳輸一第一氣體，該第一氣體管線具有一第一直徑； 一捲軸，具有耦合至該第一氣體管線的複數個第二氣體管線，該複數個第二氣體管線之各者配置成傳輸該第一氣體，且該複數個第二氣體管線之各者具有一第二直徑； 一第三氣體管線，配置成傳輸一第二氣體； 一第四氣體管線，於一第一接頭處耦合至該捲軸，於一第二接頭處耦合至該第三氣體管線，且於一第三接頭處耦合至該處理腔室；及 一第一加熱器外套，環繞該捲軸，一第二加熱器外套，環繞該複數個第二氣體管線之各者，一第三加熱器外套，環繞該第三氣體管線，及一第四加熱器外套，環繞該第四氣體管線； 其中該第二直徑小於該第一直徑；且 其中各個別加熱器外套各配置成以實質上類似的溫度加熱該複數個第二氣體管線、該第三氣體管線及該第四氣體管線。
  15. 如請求項14所述之系統，其中該第一直徑為該第二直徑的尺寸的至少兩倍。
  16. 如請求項14所述之系統，其中該加熱器外套配置成加熱該捲軸及該第四氣體管線至大約攝氏175度。
  17. 如請求項14所述之系統，進一步包含一第一氣源，配置成供應該第一氣體至該第一氣體管線，使得該第一氣體以超過15L/min的一流率流動通過該第一氣體管線。
  18. 如請求項14所述之系統，進一步包含一第一氣源，配置成供應該第一氣體至該第一氣體管線，使得該第一氣體以超過25L/min的一流率流動通過該第一氣體管線。
  19. 如請求項14所述之系統，進一步包含一第一氣源，耦合至該第一氣體管線，且配置成供應該第一氣體，其中該第一氣體為O 2。
  20. 如請求項14所述之系統，進一步包含一第二氣源，耦合至該第三氣體管線，且配置成供應該第二氣體，其中該第二氣體為TEOS。
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