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TW201516177A - 包含等溫處理區之沉積設備 - Google Patents

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TW201516177A
TW201516177A TW103122898A TW103122898A TW201516177A TW 201516177 A TW201516177 A TW 201516177A TW 103122898 A TW103122898 A TW 103122898A TW 103122898 A TW103122898 A TW 103122898A TW 201516177 A TW201516177 A TW 201516177A
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Ramesh Chandrasekharan
Jeremy Tucker
Karl Leeser
Alan Schoepp
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Lam Res Corp
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Abstract

本發明揭露一種用於處理半導體基板之具有一等溫處理區的沉積設備，該沉積設備包括一化學隔離腔室，而半導體基板係於該腔室中受處理。一處理氣體源係與一噴淋頭模組流體連接，該噴淋頭模組將來自處理氣體源之處理氣體輸送至該等溫處理區，其中該噴淋頭模組包括一面板、一背板、及一圍繞該面板和該背板之隔離環；其中該面板的下表面形成界定該等溫處理區的一空腔之上壁。至少一壓縮密封件被壓縮在該面板和該背板之間，其形成在面板和該背板之間的一中央充氣部。一基板支座模組係用以加熱和支撐一半導體基板，其中該支座模組的上表面形成界定該空腔之一下壁，該空腔係界定位於該化學隔離腔室中的該等溫處理區。一真空來源係與該等溫處理區流體連接，以從該處理區抽空處理氣體。

Description

包含等溫處理區之沉積設備
本發明關於用以進行化學沉積之設備，且對於進行薄膜之電漿增強化學沉積特別有用。
電漿處理設備係用於處理半導體基板，此係透過包括蝕刻、物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）、電漿增強化學氣相沉積（PECVD）、原子層沉積（ALD）、電漿增強原子層沉積（PEALD）、脈衝沉積層（PDL）、電漿增強脈衝沉積層（PEPDL）處理、以及光阻移除等技術為之。用於電漿處理之一種類型的電漿處理設備包括含有頂部電極和底部電極的反應腔室。射頻（射頻）電力係施加於電極之間以將處理氣體激發成為用以在反應腔室中處理半導體基板之電漿。在此等腔室中遍及半導體基板之不均勻的加熱可能導致不均勻的基板處理。
本發明揭露一種用於處理半導體基板的沉積設備，其中該沉積設備具有一等溫處理區。該沉積設備包括一化學隔離腔室，半導體基板係於該腔室中受處理。一氣體源係與該化學隔離腔室流體連接，以將一處理氣體供應至該化學隔離腔室，其中一噴淋頭模組將處理氣體從該處理氣體源傳送至該等溫處理區。該噴淋頭模組包括一面板，其中該面板的一下表面形成一界定該等溫處理區之空腔的上部壁；一背板；一圍繞該面板和該背板之隔離環，其中該隔離環支撐該背板；一將該面板附接至該背板的支撐元件；以及至少一壓縮密封件，該壓縮密封件形成在該面板和該背板之間的中央充氣部的外周。該支撐元件和該面板之間的一接觸面積係小於該面板之總表面積的1％。一基板支座模組係用以加熱和支撐一半導體基板，其中該支座模組的一上表面形成該空腔之下壁，該空腔之下壁界定在該化學隔離腔室中之該等溫處理區，且一排氣設備係與該等溫處理區流體連接，以從該處理區抽空處理氣體。
本發明亦揭露一電漿處理設備之噴淋頭模組。該噴淋頭模組將來自處理氣體源之處理氣體傳送至一等溫處理區。該噴淋頭模組包括一面板，其中該面板的一下表面形成一界定該等溫處理區之空腔的上部壁；一背板；一圍繞該面板和該背板之隔離環，其中該隔離環支撐該背板；一將該面板附接至該背板的支撐元件；以及至少一壓縮密封件，該壓縮密封件形成在該面板和該背板之間的中央充氣部的外周。該支撐元件和該面板之間的一接觸面積係小於該面板之總表面積的1％。
以下的詳細描述提出許多具體實施例，以提供對本發明所揭露之設備及方法的詳細理解。然而，如對熟習本領域技術者顯而易見地，本發明之示例性實施例可在缺乏這些具體細節，或使用替代性的元件或處理之情況下實踐。在其他情況下，眾所周知的處理、流程、及／或部件則不予詳細描述，以免非必要地使本文所揭露之實施例的實施態樣失焦。如本發明所用的術語「約」係指±10％。
如圖所示，本實施例提供與用於進行化學沉積（如電漿增強化學汽相沉積）之相關的設備和方法。該設備和方法對於連同需要在多步驟沉積處理中將自限性的沉積步驟分離的以半導體加工為基礎之介電沉積處理（例如，原子層沉積（ALD）、電漿增強原子層沉積（PEALD）、電漿增加汽相沉積（PECVD）、脈衝沉積層（PDL）、或電漿增強脈衝沉積層（PEPDL）處理）而言係特別適用，但是它們並非如此侷限。
上述處理可能有一些缺點，該等缺點係與在整個接受沉積材料之晶圓或基板上之非均勻的溫度有關。例如，當與周圍腔室組件熱接觸之被動地受加熱的噴淋頭使熱流失給周圍部件時，非均勻之溫度可能出現於整個基板。因此，形成處理區域之上壁的噴淋頭係較佳地與周圍部件熱隔離，俾使可形成一等溫處理區域，由此形成遍及基板及遍及噴淋頭之均勻的溫度。遍及基板的均勻溫度有助於複數基板之均勻的處理，其中基板溫度提供用於沉積處理之活化能，且係因此為控制用於驅動沉積反應的控制方法。遍及噴淋頭之均勻的溫度亦有助於在半導體基板上之均勻的氣相反應。均勻的溫度亦有助於選擇具有較低的熱導性但更高耐腐蝕性的材料。
另外，通常有兩種主要類型的沉積噴淋頭，即吊燈型和嵌入安裝型。吊燈型噴淋頭具有一桿，該桿之一端連接至該腔室的頂部，另一端連接至面板，類似於吊燈。桿的一部分可突出至腔室頂部，以使氣體管線和射頻電源供應器連接。因此，必須在處理期間被抽空之較大的腔室容積，例如那些吊燈型設計所要求者，可能變成抑制產量。然而，嵌入安裝型噴淋頭係結合至腔室的頂部且不具有桿，且因此，可減少必須抽空之腔室容積。本發明所揭露之實施例係關於嵌入安裝型噴淋頭，其中該嵌入安裝型噴淋頭減少在處理期間必須由一真空來源所抽空的腔室容積。該嵌入式安裝噴淋頭可透過傳導使來自噴淋頭面部及主體之熱散失至該腔室的其餘部分。這不僅降低了噴淋頭的面板之溫度，亦使徑向溫度非均勻性引入至暴露於該處理區的噴淋頭面部。本文所揭露的實施例減少透過傳導從噴淋頭到腔室的熱損失，且增加暴露至該處理區的噴淋頭之​面部的徑向溫度均勻性，由此形成一等溫處理區。
圖1繪示根據本發明所揭露之實施例的化學沉積設備201之概要的示意圖。基板13位於一可動式支座模組223之頂部上，該支座模組可相對於噴淋頭模組211被升高或降低，噴淋頭模組211亦可垂直移動。反應物材料氣體通過氣體管線203引入至腔室之處理區381。吾人應注意該設備可被修改為具有一或更多氣體管線，此取決於所使用的反應物氣體之數量。該腔室係透過連接至真空來源209的真空管線235抽空。該真空來源可為真空泵。
本發明所揭露之實施例係較佳地於電漿增強化學沉積設備中實施（即PECVD設備、PEALD設備、或PEPDL設備）。圖2提供設置以實施本發明所揭露之實施例的各種設備元件的方塊圖，其中電漿係用於增強沉積。如圖所示，處理區381容納由電容耦合電漿系統所生成之電漿，該電漿系統包括與支座模組223一起運作的噴淋頭模組211，其中該支座模組223被加熱。（複數）射頻源，例如連接至一匹配網路206的至少一高頻（HF）射頻產生器204、以及連接至該噴淋頭模組211的一選擇性低頻（LF）射頻產生器202。在一替代實施例中，高頻產生器204可連接至支座模組223。由匹配網路206所提供的電力和頻率足以從該處理氣體／蒸汽生成電漿。在一實施例中使用高頻產生器和低頻產生器兩者，且在替代實施例中，僅使用高頻產生器。在一典型的處理中，高頻產生器一般以在約2-100MHz的頻率操作；在一較佳實施例中以13.56MHz或27MHz的頻率操作。低頻產生器一般以在約50kHz到2MHz的頻率操作；在一較佳實施例中以約350至600kHz的頻率操作。處理參數可根據腔室容積、基板尺寸以及其他因素縮放。同樣地，處理氣體的流率，可取決於真空腔室或處理區的自由容積。
在該腔室中，支座模組223支撐基板13，如薄膜之材料可沉積在基板13上。支座模組223可以包括叉或升降銷，以在沉積及／或電漿處理反應期間之間固持並傳送基板。在一實施例中，基板13可用以放置於支座模組223之表面上，然而在替代實施例中支座模組223可包括用以將基板13固持在支座模組223之表面上的靜電夾盤、機械夾盤、或真空夾盤。支座模組223可與用以將基板13加熱至期望之溫度的加熱塊220連接。通常，取決於待沉積的材料，基板13係維持在約25°℃至500□℃的溫度。
在特定實施例中，系統控制器228係用於在沉積處理、沉積後處理、及／或其它處理操作期間控制處理條件。控制器228將通常包括一或更多記憶體裝置及一或更多處理器。該處理器可包含CPU或電腦、類比及／或數位輸入／輸出連接端，□進式馬達控制板等等。
在特定實施例中，控制器228控制設備所有的活動。系統控制器228執行系統控制軟體，系統控制軟體包括指令組，用以控制處理操作的時序、低頻產生器202和高頻產生器204之頻率和電力、前驅體和惰性氣體以及它們的相對混合物之流率及溫度、加熱塊220和噴淋頭模組211的溫度、腔室的壓力、和特定處理的其它參數。其它儲存在與該控制器相連之記憶體元件上的電腦程式可用於一些實施例中。
通常，將有一與控制器228相連的使用者介面。使用者介面可包含顯示螢幕、設備及／或處理條件之圖形軟體顯示，以及使用者輸入設備，如指向設備、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等等。
「非暫時性電腦機器可讀取媒體」(non-transient computer machine-readable medium)可包括用於控制該設備的程式指令。用以控制處理順序中之諸項處理的電腦程式碼可以任何習知的電腦可讀程式語言撰寫：例如，組合語言、C程式語言、C + +程式語言、Pascal、Fortran、或其它。編譯後的目標碼或腳本係藉由處理器執行，以執行程式中識別之任務。
控制器參數與處理條件相關，例如操作步驟的時序、前驅體和惰性氣體之流率及溫度、水的溫度、腔室的壓力和特定處理的其它參數。這些參數係以配方的形式提供給使用者，並可利用使用者介面輸入。
用以監控處理之信號可由與系統控制器之類比及／或數位輸入連接端所提供。用以控制處理之信號係輸出至設備之類比及數位輸出連接端上。
該系統軟體可以許多不同的方式設計或配置。例如，各種腔室部件子程序或控制物件可被寫入以控制進行沉積處理所需的腔室部件之操作。用於此目的的程式或程式之區段的示例包括處理步驟之基板時序碼、前驅體和惰性氣體之流速和溫度碼，以及腔室的壓力碼。
圖3更詳細地繪示化學隔離腔室319的橫剖面圖，化學隔離腔室319包括圖1和圖2之支座模組223和噴淋頭模組211，其中支座模組223和噴淋頭模組211形成半導體基板於其中接受處理的空腔318。空腔318係形成於噴淋頭模組211與支座模組223之間，其中噴淋頭模組211的面板301之下表面形成空腔318的上壁和側壁，且支座模組223之上壁形成空腔318之下壁。包括雙腔室密封件的沉積設備之示例性實施例可在共同受讓的美國專利第7737035號中找到，其係併入於此作為參考。
支座模組223包括一底部射頻電極317以及位於支座模組223上之基板13。較佳地底部射頻電極317係接地。在處理期間，基板13的頂部和噴淋頭模組211的底部表面之間的距離係較佳為約5至16mm。支座模組223包括加熱器（見圖2）且噴淋頭模組211之面板301係由在處理期間從支座模組223釋放的熱量且由在處理期電漿在空腔318中觸發的電漿所加熱。在一些實施例中，腔室內的溫度可透過在噴淋頭模組211與支座模組223內的一加熱機構維持。較佳地，基板13係位於等溫環境。等溫處理區係藉由將空腔318的每一暴露的表面維持在期望之溫度而形成。等溫處理區使基板13可均勻加熱並維持在期望的溫度，以使不期望的溫度梯度不會遍及基板13地形成。為形成等溫處理區，從面板301至背板302之熱損失以及從面板301至隔離環303之熱損失係最小化。在一實施例中，噴淋頭模組211可被加熱至約250°C以上，及／或支座模組223可被加熱至約250°C到500□℃以上或500□C以上。在一較佳實施例中，空腔318之各暴露表面係由陶瓷材料製成。
噴淋頭模組211包括面板301、背板302和隔離環303，其中該隔離環包圍面板301和背板302，並支撐背板302。隔離環303係較佳地由陶瓷材料製成，如氧化鋁（Al2 O3 ）或氮化鋁（AlN），且可支撐在化學隔離腔室319的接地腔室壁322上。
背板302係由金屬材料製成。例如背板302可由鋁合金製成，如鋁6061或不銹鋼，其中取決於預期之應用，背板302可包括陶瓷外塗層，如氧化鋁外塗層、氧化釔外塗層、或聚合物塗層。在一較佳實施例中，背板302為射頻加熱性，即，由一射頻源所供電。在一實施例中，背板302可為冷卻的背板。面板301係較佳地由陶瓷或金屬材料形成，且在較佳實施例中，可由氧化鋁（Al2 O3 ）或氮化鋁（AlN）所形成。面板301可導電的或由具有嵌射頻電極310埋設在其中的陶瓷材料製成，其中該埋設的射頻電極310係較佳地為網狀電極。充氣部308係形成於面板301和背板302之間。較佳地在面板301和背板302之間的充氣部308之高度使從充氣部308至空腔318之氣體流動良好，同時提供最小的充氣部308容積。較佳地，該充氣部308之高度為大約2至6mm。至少一射頻觸點312將背板302與埋設在面板301內之射頻電極310電連接。在一實施例中，射頻觸點312可為由具有至少一彎曲的金屬帶所製成的環形射頻觸點，其中該射頻觸點312形成面板301和背板302之間的充氣部308之外周。較佳地射頻觸點312形成熱扼流圈於面板301和背板302之間。
圖4A繪示構成等溫處理區之噴淋頭模組211和基板支座223的示例性實施例，其中一支撐元件將噴淋頭模組的面板附接至噴淋頭模組的背板。較佳地暴露於等溫處理區之各表面係為維持在期望之溫度下的陶瓷表面。噴淋頭模組211包括面板301，其中該面板的下表面形成空腔318之上壁，且選擇性地空腔318之側壁，空腔318界定等溫處理區、背板302、及隔離環303，其中隔離環303圍繞面板301和背板302。背板302可包括一或更多進氣口305和一或更多排氣口315（參見圖4E），且面板301較佳地包括複數通孔304，用於將處理氣體傳送至等溫處理區、傳送惰性氣體至等溫處理區、或將處理及／或惰性氣體從等溫處理區移除。
例如，完全延伸於晶圓上之面板的中央區可包括同心之進氣口和排氣口，以提供處理氣體並將進行反應後之氣體從等溫處理區抽出。同心的進氣口和排氣口之適當的配置係揭露在美國專利第5102523或第5614026中，其係併入於此作為參考。
在至少一壓縮密封件可位於背板和面板之間，其中各壓縮密封件可形成至少一充氣部的邊界。例如，兩個壓縮密封件可用於形成充氣部，其中第一壓縮密封件為一第一環形桿密封件306a，其係壓縮於面板301和背板302之間，且其中第一環形桿密封件306a形成一內充氣部308a。內充氣部308a可與背板302的一或更多進氣口305和面板301的複數通孔304流體連接，俾使處理氣體可經過其中傳輸至空界定等溫處理區之空腔318中。第二壓縮密封件可為一第二環形桿密封件306b，其包圍第一環形密封桿306a且係壓縮於面板301和背板302之間，其中第二環形桿密封件306b形成中間充氣部308b，中間充氣部308b包圍內充氣部308a。中間充氣部308b可與背板302之一或更多排氣口315及面板301之複數通孔304流體連接，俾使處理氣體可由真空來源從空腔318中之等溫處理區移除。在一實施例中，外充氣部308c包圍中間充氣部308b。較佳地外充氣部308c可將惰性氣體傳送至面板301和隔離環303之間的間隙，隔離環303與空腔318中之等溫處理區流體連接且其中隔離環303形成外充氣部308c的外周。較佳地各環形桿密封件306a、b提供相對於面板301和背板302之彈簧力，其中各桿密封件306a、b具有至少一彎曲，該彎曲具有介於與面板301接觸的下自由端以及與背板302接觸的上自由端之間的約0.5至1.5英寸之長度，以及為約0.003至0.009英寸的厚度。較佳地各桿密封件306a、b具有一S形、C形、E形、Z形或V形的橫剖面。
在一實施例中，面板301係以包括複數凸輪閉鎖組件309的支撐元件附接至背板302。當連接時，各凸輪閉鎖組件309係用以壓縮介於面板301和背板302之間的各環形桿密封件306a、b。各壓縮之環形桿密封件306a、b形成熱扼流器於面板301和背板302之間，俾使形成氣體充氣部308a、b、c於面板301和背板302之間時，從面板301至背板302的熱損失可最小化。
各凸輪閉鎖組件309較佳地包括安裝到插座513中之螺柱（鎖銷）505。插座513可被安裝於在面板中的插座孔部513a。在一實施例中，插座513可包括外螺紋，其中插座513係安裝至具有相應的內螺紋之插座孔部513a中。可替代地，插座513可接合至插座孔部513a。凸輪閉鎖組件309能夠快速、清潔、並準確地將面板301附接至背板302。螺柱505可由金屬或由包括例如不銹鋼（ 如 Nitronic-60）或鉬的金屬合金製成，且可由盤式彈簧柱515所包圍，例如，不銹鋼貝氏墊圈或由如Haynes 242□ 之合金製成之墊圈。螺柱505和盤式彈簧柱515係設置於插座513內，俾使在面板301和背板302之間之橫向移動的量有限，以考量兩個部件之間的熱膨脹差異。
各凸輪閉鎖組件309的其它部分可包括安裝在背板孔511中之凸輪軸軸承組件507，背板302係用以接收螺柱505。可用以將噴淋頭模組的面板耦接至噴淋頭模組的背板之凸輪閉鎖組件的示例性實施例可在共同受讓的美國專利第8272346號中找到，其係併入於此作為參考。
各凸輪閉鎖組件309可包括形成一射頻觸點312的導電插座，其中該射頻觸點312將面板301的射頻電極310與為射頻加熱性(RF hot)的背板302電連接。各射頻觸點312可由金屬或任何合適的導電材料製成，然而，在一較佳實施例中，各射頻觸點312係由鎢製成。可替代地，各射頻觸點312可以由不銹鋼或沃斯田鐵 (austenitic)鎳-鉻基合金製成。此外，各射頻觸點312可包括鎳外鍍層。各凸輪閉鎖組件309較佳地提供最小的接觸區域於面板301和背板302之間，俾使面板301可與噴淋頭模組211的其餘部分熱隔離。熱隔離噴淋頭模組211之面板301減少來自其上表面至背板302的熱損失，以及在其外周至包圍面板301之隔離環303的熱損失，從而形成等溫處理區於空腔318中。將面板301熱隔離可在遍及面板301的下表面維持期望的溫度，並導致更均勻的基板處理。該支撐元件（凸輪鎖）和面板之間的接觸面積係小於面板的總表面面積的1％。較佳地總接觸面積小於面板的總表面積之0.5％，小於面板的總表面面積之0.3％，小於面板的總表面面積之0.2％，小於面板的總表面面積之0.1％；或小於面板的總表面積之0.05％。如圖4C所示，射頻觸點312可形成凸輪閉鎖組件309之插座，其中射頻觸點312的下部部分312a可被安裝在面板301中，以使在面板301和背板302之間的接觸面積最小化，並於其之間提供減少的熱傳遞。射頻觸點312的下部部分312a係較佳地釬焊至埋設之射頻電極310。
圖4B繪示用以形成等溫處理區於空腔318中之噴淋頭模組211和基板支座223之實施例，該空腔318具有改善的射頻輪廓。如圖4B所示，支座模組223的底部射頻電極317可被加長，俾使其延伸至或超出空腔318的外周。將底部射頻電極317（較佳地為一接地電極）延伸超出空腔318的周邊，減少支座模組223和周圍的接地腔室壁322之間的電場之強度，俾使於其之間發生電弧的可能性亦降低。較佳地，底部射頻電極317具有大於約12.5英寸的直徑且更佳地底部射頻電極317具有大於約15英寸的直徑，例如約15.6英寸的直徑。
在一實施例中，如圖4D所示，隔離環303包括將面板301附接至背板302的支撐元件，並壓縮位於其之間的各環形桿密封件306a、b，其中隔離環303包括一在面板的外側部分301下方的內部環形凸緣313，且內部環形凸緣313具有位於其上之至少一向上延伸的突起部314，突起部314支撐面板301。該至少一向上延伸的突起部314接觸面板301並提供將面板301相對於背板302偏置的熱扼流器（即將面板301相對於背板302維持平行）。較佳地至少三個向上延伸的突起部314支撐面板301。該至少一向上延伸的突起部314減少了隔離環303和面板301之間的接觸面積，俾使面板301可在其外周上以及噴淋頭模組的其餘部分211與隔離環303熱隔離。將面板301從噴淋頭模組211的其餘部分熱隔離可提供一等溫處理區於空腔318中，此導致更均勻的基板處理。隔離環303的該至少一向上延伸的突起部314和面板301之間的最大總接觸面積係小於約0.05平方英寸，且較佳地小於約0.02平方英寸，且更佳地小於約0.01平方英寸。當連接時，隔離環303係用以壓縮面板301和背板302之間的第一環形桿密封件306a，以形成內充氣部308a，並壓縮第二環形桿密封件306b，以形成中間充氣部308b。在一實施例中，面板301的一上表面可包括環形凹槽360，其中各環形桿密封件306a、b之下部部分係被支撐在相應的環形凹槽360中。在進一步的實施例中，背板302的下表面還可包括環形凹槽360，其中各環形桿密封件306a、b的上部部分係被支撐在相應的環形凹槽360中。射頻觸點312 將埋設在面板301中的射頻電極310與為射頻加熱性的背板302電連接。射頻觸點312可由任何合適的導電材料，諸如不銹鋼、鎢、沃斯田鐵 (austenitic)鎳-鉻基合金製成，該導電材料較佳地包括例如鍍鎳的Inconel□ 及其相似物之外部鎳鍍層。在一較佳實施例中，射頻觸點312係為由具有至少一彎曲的金屬帶所製成的環形射頻觸點，其中該射頻觸點312電連接至埋設至陶瓷面板中的射頻電極，且其中該環形射頻觸點圍繞第二環形桿密封件306b並形成背板302和面板301之間的外充氣部308c的外周。在背板302中之進氣口305可用以將惰性氣體傳送至外充氣部308c，其中惰性氣體可接著以經由在面板301中之通孔304傳送到空腔318的外周，通孔304係與外充氣部308c流體連接。射頻觸點312具有可壓縮於其中的至少一彎曲，其中該彎曲的直徑係用以將隔離環303的內表面303a和射頻觸點312的外表面之間產生電弧的可能性最小化。
在一實施例中，如圖4E所示，支撐元件包括將面板301附接至背板302以及將面板301電連接至背板302的射頻觸點312。射頻觸點312較佳地係為由具有至少一彎曲的金屬帶所製成的環形射頻觸點，其中該射頻觸點312提供夾持力於面板301和背板302之間以壓縮桿密封件306a、b。該至少一彎曲較佳地具有一直徑，該彎曲的直徑係用以將隔離環303的內表面303a和射頻觸點312的外表面之間產生電弧的可能性最小化。環形射頻觸點312形成在背板302和面板301之間的外充氣部308c的外周。射頻觸點312的下端係較佳地焊接至埋設於面板301的射頻電極310之露出部分，而射頻觸點312的上端係較佳地以合適的機械緊固件320附接至背板302，該緊固件可為具有螺紋的螺栓、螺釘或其相似物。在一較佳實施例中，約9至12個機械緊固件320可將射頻觸點312之上端附接至背板302，然而在一替代實施例中可使用更多緊固件320。射頻觸點312較佳地具有介於與面板接觸的下自由端以及與背板接觸的上自由端之間的約0.5至1.5英寸之長度，以及為約0.003至0.009英寸的厚度。較佳地，該射頻觸點具有一S形、C形、E形、Z形或V形的橫剖面。當連接時，射頻觸點312壓縮面板301和背板302之間的各環形桿密封件306a、b，其中射頻觸點312圍繞第二環形桿密封件306b並形成充氣部308c。射頻觸點312將面板301的射頻電極310與為射頻加熱性的背板302電連接。射頻觸點312可由任何合適的導電材料，諸如不銹鋼、鎢、沃斯田鐵 (austenitic)鎳-鉻基合金製成，且射頻觸點312較佳地包括例如鍍鎳的Inconel□ 及其相似物之外部鎳鍍層。
面板301較佳地包括至少一向上延伸的間隔件307（參見圖5A）於其外周之一上表面301a上，其中該至少一向上延伸的間隔件307維持期望的充氣部高度於面板301和背板302之間且其中該至少一間隔件307係用以使面板301相對於背板302維持平行。在一較佳實施例中，至少三個向上延伸的間隔件307係位於面板301和背板302之間。在一替代實施例中，該至少一間隔件307可以向下延伸的方式設置於背板302的下表面302a中。例如，間隔件307可為被壓入背板302之下表面302a中的藍寶石球。面板301的至少一向上延伸的間隔件307和背板302之間的總接觸面積係小於約0.5平方英寸，較佳地小於約0.05平方英寸，且更佳地小於約0.01平方英寸。
圖5B繪示噴淋頭模組211的一實施例，其中至少一間隔件307係設置在面板301和背板302之間，其中間隔件307維持期望之充氣部高度於其之間，其中該至少一間隔件307係用以將面板301相對於背板302維持平行。較佳地至少三個間隔件307係位於面板301和背板302之間。間隔件307可被結合至面板301（參見圖5A），或可替換地，間隔件307可為位於充氣部308的外周之球體，其中間隔件307可自由移動，俾使其使面板301和背板302之間可熱膨脹和收縮，俾能在其之間維持期望的充氣部高度。較佳地間隔件307係由陶瓷材料製成。在一替代之較佳實施例中，間隔件307可由石英或藍寶石製成。
圖6繪示噴淋頭模組211的一實施例，其中射頻觸點312與面板301之金屬化表面401形成一摩擦觸點，該磨擦觸點係與埋設在面板301中之射頻電極310電接觸401，其中該射頻觸點312將面板301之射頻電極310與為射頻加熱性的背板302電連接。面板301的下表面形成空腔318之上表面，其中面板301的下表面包括圍繞其外周之類似材料的環402，其中環402的內表面402形成在空腔318中界定等溫處理區之空腔318的側壁。較佳地環402係粘接或以適當的緊固件機械，如螺釘403，連接至面板301的下表面。
雖然已參照其具體實施例詳細地描述包含等溫處理區的電漿處理設備，但對於熟習本領域者顯而易見地，在不脫離隨附請求項之範圍的情況下，可做出各種變更和修改，並可採用均等物。
13‧‧‧基板
201‧‧‧化學沉積設備
202‧‧‧低頻（LF）射頻產生器
203‧‧‧氣體管線
204‧‧‧高頻（HF）射頻產生器
206‧‧‧匹配網路
209‧‧‧真空來源
211‧‧‧噴淋頭模組
220‧‧‧加熱塊
223‧‧‧支座模組
228‧‧‧系統控制器
235‧‧‧真空管線
301‧‧‧面板
302‧‧‧背板
302a‧‧‧下表面
303‧‧‧隔離環
303a‧‧‧內表面
304‧‧‧通孔
305‧‧‧進氣口
306a‧‧‧第一環形桿密封件
306b‧‧‧第二環形桿密封件
307‧‧‧間隔件
308‧‧‧充氣部
308a‧‧‧內充氣部
308b‧‧‧中間充氣部
308c‧‧‧外充氣部
309‧‧‧凸輪閉鎖組件
310‧‧‧射頻電極
312‧‧‧射頻觸點
312a‧‧‧下部部分
313‧‧‧內部環形凸緣
314‧‧‧突起部
315‧‧‧排氣口
317‧‧‧底部射頻電極
318‧‧‧空腔
319‧‧‧化學隔腔室
320‧‧‧機械緊固件
322‧‧‧接地腔室壁
360‧‧‧環形凹槽
381‧‧‧處理區
401‧‧‧金屬化表面
402‧‧‧環
403‧‧‧螺釘
505‧‧‧螺柱（鎖銷）
507‧‧‧凸輪軸軸承組件
511‧‧‧背板孔
513‧‧‧插座
513a‧‧‧插座孔部
515‧‧‧盤式彈簧柱
圖1繪示根據本發明所揭露之實施例的化學沉積設備之概要的示意圖。
圖2繪示描繪設置以實施本發明所揭露之實施例的各種設備元件的方塊圖，其中電漿可用於在生成薄膜的期間增強沉積及／或增強反應物種之間的表面反應。
圖3繪示根據本發明所揭露之實施例所設置的支座模組和噴淋頭模組的橫剖面。
圖4A-4E繪示了根據本發明所揭露之實施例的噴淋頭模組之橫剖面。
圖5A、5B各自繪示根據本發明所揭露之實施例所設置的噴淋頭模組之橫剖面。
圖6繪示根據本發明所揭露之實施例所設置的噴淋頭模組之橫剖面。
13‧‧‧基板
201‧‧‧化學沉積設備
203‧‧‧氣體管線
209‧‧‧真空來源
211‧‧‧噴淋頭模組
223‧‧‧支座模組
235‧‧‧真空管線
381‧‧‧處理區

Claims (20)

  1. 用於處理半導體基板的具有一等溫處理區之沉積設備，包括：一化學隔離腔室，半導體基板係於該腔室中受處理；一氣體源與該化學隔離腔室流體連接，以將一處理氣體供應至該化學隔離腔室中；一噴淋頭模組，將處理氣體從該處理氣體源傳送至該等溫處理區，其中該噴淋頭模組包括一面板，其中該面板的一下表面形成一界定該等溫處理區之空腔的上部壁；一背板；一圍繞該面板和該背板之隔離環，其中該隔離環支撐該背板；一將該面板附接至該背板的支撐元件；以及至少一壓縮密封件，該壓縮密封件形成在該面板和該背板之間的一中央充氣部的外周，其中該支撐元件和該面板之間的一接觸面積係小於該面板之總表面積的1％；以及一基板支座模組，用以加熱和支撐一半導體基板，其中該支座模組的一上表面形成該空腔之下壁，該空腔界定在該化學隔離腔室中之該等溫處理區。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於處理半導體基板的具有一等溫處理區之沉積設備，其中該沉積設備包括：（a）一射頻能量源，適用以將該處理氣體激發為電漿狀態於該等溫處理區中；（b）一控制系統，用以控制由該沉積設備所進行的處理；（c）一非暫時性電腦機器可讀取媒體 (non-transient computer machine-readable medium)，包括用於該沉積設備之控制的程式指令；及／或（d）一真空來源，與該等溫處理區流體連接，用於將處理氣體從該等溫處理區抽空。
  3. 如申請專利範圍第1項之用於處理半導體基板的具有一等溫處理區之沉積設備，其中該面板為一陶瓷面板且該支撐元件包括：（a）複數凸輪閉鎖組件，其中各凸輪閉鎖組件包括一電連接至埋設在該陶瓷面板中之一射頻電極的射頻觸點；（b）一環形射頻觸點，由具有至少一彎曲的金屬條製成，其中該射頻觸點係電連接至一埋設於該陶瓷面板中之射頻電極，且其中該環形射頻觸點形成介於該背板及該陶瓷面板之間的一外充氣部之外周；或（c）與該陶瓷面板接觸的至少一向上延伸之突起部，其中該至少一向上延伸之突起部係位於該隔離環之一內部環形凸緣上，其中該隔離環的該內部環形凸緣位於該陶瓷面板的一外側部分的下方，且其中該沉積設備更包括一環形射頻觸點，由具有至少一彎曲的金屬帶製成，其中該射頻觸點係電連接至一埋設在該陶瓷面板中之射頻電極，且其中該環形射頻觸點形成介於該背板及該陶瓷面板之間的外充氣部之外周。
  4. .如申請專利範圍第3項之用於處理半導體基板的具有一等溫處理區之沉積設備，其中該環形射頻觸點：（a）包括鎢、不銹鋼、或一沃斯田鐵 (austenitic)鎳-鉻基合金；（b）包括一金屬材料且具有一鎳外鍍層；（c）係焊接至一埋設於該面板中的射頻電極；（d）具有一介於與該面板接觸的一下自由端以及與該背板接觸的一上自由端之間的約0.5至1.5英寸之長度，以及為約0.003至0.009英寸之厚度。（e）具有一S形、C形、E形、Z形或V形的橫剖面，及／或（f）形成一與該面板之一金屬化表面的摩擦觸點，其中該金屬化表面係與埋設在該面板中的一射頻電極電接觸。
  5. 如申請專利範圍第1項之用於處理半導體基板的具有一等溫處理區之沉積設備，其中該壓縮密封件：（a）包括一被壓縮在該面板和該背板之間的環形桿密封件；（b）包括鎢、不銹鋼、或一奧氏體鎳-鉻基合金；（c）包括一金屬材料，且具有一鎳外鍍層；（d）提供一相對於該背板和該面板之彈簧力；（e）包括一為金屬板帶材料的可壓縮環，該可壓縮環在其橫剖面中具有至少一彎曲，其中與該面板接觸的一下自由端以及與該背板接觸的一上自由端之間的長度為約0.5至1.5英寸，且厚度為約0.003至0.009英寸；及／或（f）包括一為金屬板帶材料的可壓縮環，該可壓縮環具有S形、C形、E形、Z形或V形的橫剖面。
  6. 如申請專利範圍第1項之用於處理半導體基板的具有一等溫處理區之沉積設備，其中該至少一壓縮密封件包括第一和第二壓縮密封件，其中：該第一壓縮密封件係為一被壓縮在該面板和該背板之間的第一環形桿密封件，並形成一內充氣部於該面板和該背板之間；且該第二壓縮密封件係為一被壓縮在該面板和該背板之間的第二環形桿密封件，其中該第二控制桿密封件圍繞該第一桿密封件並形成一包圍該內充氣部之中間充氣部，且其中一外充氣部包圍該中間充氣部。
  7. 如申請專利範圍第1項之用於處理半導體基板的具有一等溫處理區之沉積設備，其中該總接觸面積係小於（a）該面板之總表面面積的0.5％；（b）該面板之總表面面積的0.3％；（c）該面板之總表面面積的0.2％；（d）該面板之總表面面積的0.1％；或（e）該面板之總表面面積的0.05％。
  8. 如申請專利範圍第3項之用於處理半導體基板的具有一等溫處理區之沉積設備，其中該面板以及該隔離環之該至少一向上延伸的突起部之間的接觸面積具有的最大總接觸面積：（a）小於約0.05平方英寸；（b）小於約0.02平方英寸；或（c）小於約0.01平方英寸。
  9. 如申請專利範圍第1項之用於處理半導體基板的具有一等溫處理區之沉積設備，其中該至少一間隔件係包括在該面板和該背板之間，其中該至少一間隔件係用以使該面板相對於該背板維持平行。
  10. 如申請專利範圍第1項之用於處理半導體基板的具有一等溫處理區之沉積設備，其中：（a）該面板係由氧化鋁或氮化鋁形成並包括一埋設之射頻電極於其中，其中該埋設之射頻電極係電連接至一射頻觸點；（b）該面板係由一金屬材料形成且係電連接至一射頻觸點；（c）該基板支座模組包括一底部射頻電極，其中該底部射頻電極的一外周向外延伸超出該空腔之外周；（d）在該面板和該背板之間的該充氣部具有約2-6mm的高度；（e）該面板之該下表面形成該空腔之該上壁和一側壁；（f）該面板的該下表面包括在其外周之為相似材料的環，其中該環的一內表面形成該空腔之該側壁；（g）該空腔之各暴露表面係由一陶瓷材料形成；（h）該至少一壓縮密封件包括一設置於該面板中之一環形凹槽中之環形桿密封件；（i）該至少一壓縮密封件包括一設置於該背板中之一環形凹槽中之環形桿密封件；及／或（j）該隔離環形成在該面板和該背板之間的一外充氣部之一外周。
  11. 一種用以在如申請專利範圍第1項之用於處理半導體基板的具有一等溫處理區之沉積設備中處理一半導體基板的方法，包含：將來自該處理氣體源之該處理氣體供應至該等溫處理區中；以及 處理於該等溫處理區中之一半導體基板；  其中該處理係為化學氣相沉積、電漿增強化學汽相沉積、原子層沉積、電漿增強原子層沉積、脈衝沉積層、及／或電漿增強脈衝沉積層其中至少一者。
  12. 一種電漿處理設備的噴淋頭模組，用以傳送處理氣體至電漿處理設備的一等溫處理區，包含：一面板，其中該面板的一下表面形成界定該等溫處理區的一空腔之一上壁；一背板；一圍繞該面板和該背板之隔離環，其中該隔離環支撐該背板；一將該面板附接至該背板的支撐元件；和至少一壓縮密封件，該壓縮密封件形成該面板和該背板之間的一中間充氣部的外周其中該支撐元件和該面板之間的一接觸面積係小於該面板之總表面積的1％。
  13. 如申請專利範圍第12項之電漿處理設備的噴淋頭模組，其中該面板係為一陶瓷面板且該支撐元件包括：（a）複數凸輪閉鎖組件，其中各凸輪閉鎖組件包括一射頻觸點，該設頻觸點係電連接至埋設在該陶瓷面板中的一射頻電極；（b）一環形射頻觸點，由在其橫剖面中具有至少一彎曲的金屬帶製成，其中該射頻觸點係電連接至一埋設於該陶瓷面板中之射頻電極，且其中該環形射頻觸點形成在該背板及該陶瓷面板之間的一外充氣部之外周；或（c）與該陶瓷面板接觸的至少一向上延伸之突起部，其中該至少一向上延伸之突起部係位於該隔離環之一內部環形凸緣上，其中該隔離環的該內部環形凸緣位於該陶瓷面板的一外側部分的下方，且其中該噴淋頭模組更包括一環形射頻觸點，由在其橫剖面中具有至少一彎曲的金屬帶製成，其中該射頻觸點係電連接至一埋設於該陶瓷面板中之射頻電極，且其中該環形射頻觸點形成介於該背板及該陶瓷面板之間的外充氣部之外周。
  14. 如申請專利範圍第13項之電漿處理設備的噴淋頭模組，其中該環形射頻觸點：（a）包括鎢、不銹鋼、或一沃斯田鐵鎳-鉻基合金；（b）包括一金屬材料且具有一鎳外鍍層；（c）係釬焊到埋設在該面板中的一射頻電極；（d）具有一介於與該面板接觸的一下自由端以及與該背板接觸的一上自由端之間的約0.5至1.5英寸之長度，以及為約0.003至0.009英寸之厚度。（e）具有一S形、C形、E形、Z形或V形的橫剖面，及／或（f）形成一與該面板之一金屬化表面的摩擦觸點，其中該金屬化表面係與埋設在該面板中的一射頻電極電接觸。
  15. 如申請專利範圍第12項之電漿處理設備的噴淋頭模組，其中至少一間隔件係包括在該面板和該背板之間，其中該間隔件係用以使該面板相對於該背板維持平行。
  16. 如申請專利範圍第12項之電漿處理設備的噴淋頭模組，其中該壓縮密封件：（a）包括一被壓縮在該面板和該背板之間的環形桿密封件；（b）包括鎢、不銹鋼、或一奧氏體鎳-鉻基合金；（c）包括一金屬材料，且具有一鎳外鍍層；（d）提供一相對於該背板和該面板之彈簧力；（e）包括一為金屬板帶材料的可壓縮環，該可壓縮環在其橫剖面中具有至少一彎曲，其中與該面板接觸的一下自由端以及與該背板接觸的一上自由端之間的長度為約0.5至1.5英寸，且厚度為約0.003至0.009英寸；及／或（f）包括一為金屬板帶材料的可壓縮環，該可壓縮環具有S形、C形、E形、Z形或V形的橫剖面。
  17. 如申請專利範圍第12項之電漿處理設備的噴淋頭模組，其中該至少一壓縮密封件包括第一和第二壓縮密封件，其中：該第一壓縮密封件係為一被壓縮在該面板和該背板之間的第一環形桿密封件，並形成一內充氣部於該面板和該背板之間；且該第二壓縮密封件係為一被壓縮在該面板和該背板之間的第二環形桿密封件，其中該第二控制桿密封件圍繞該第一桿密封件並形成一包圍該內充氣部之中間充氣部，且其中一外充氣部包圍該中間充氣部。
  18. 如申請專利範圍第12項之電漿處理設備的噴淋頭模組，其中該接觸面積係小於（a）該面板之總表面面積的0.5％；（b）該面板之總表面面積的0.3％；（c）該面板之總表面面積的0.2％；（d）該面板之總表面面積的0.1％；或（e）該面板之總表面面積的0.05％。
  19. 如申請專利範圍第13項之電漿處理設備的噴淋頭模組，其中該面板以及該隔離環之該至少一向上延伸的突起部之間的接觸面積具有的最大總接觸面積為：（a）小於約0.05平方英寸；（b）小於約0.02平方英寸；或（c）小於約0.01平方英寸。
  20. 如申請專利範圍第12項之電漿處理設備的噴淋頭模組，其中：（a）該面板係由氧化鋁或氮化鋁形成並包括一埋設之射頻電極於其中，其中該埋設之射頻電極係電連接至一射頻觸點；（b）該面板由金屬材料形成，並電連接至射頻觸點；（c）在該面板和該背板之間的該充氣部具有約2-6mm的高度；（d）該面板之該下表面形成該空腔之該上壁和一側壁；（e）該面板的該下表面包括在其外周之為相似材料的環，其中該環的一內表面形成該空腔之該側壁；（f）該空腔之各暴露表面係由一陶瓷材料形成；（g）該至少一壓縮密封件包括一設置於該面板中之一環形凹槽中之環形桿密封件；（h）該至少一壓縮密封件包括一設置於該背板中之一環形凹槽中之環形桿密封件；及／或（i）該隔離環形成在該面板和該背板之間的一外充氣部之一外周。
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