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TWI885215B - 氣體分配組件及處理腔室 - Google Patents

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TWI885215B
TWI885215B TW110138070A TW110138070A TWI885215B TW I885215 B TWI885215 B TW I885215B TW 110138070 A TW110138070 A TW 110138070A TW 110138070 A TW110138070 A TW 110138070A TW I885215 B TWI885215 B TW I885215B
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桑傑夫 巴魯札
喬瑟夫 阿布考恩
肯尼斯布來恩 朵林
迪力提曼蘇哈 卡許葉
卡提克 薛
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美商應用材料股份有限公司
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Abstract

本發明描述了用於將氣體流量提供到處理站的氣體分配組件及方法。氣體分配組件包含泵送襯墊，該泵送襯墊中定位有噴頭及氣體漏斗。泵送襯墊具有內壁，該內壁相對於氣體分配組件的中心軸以第一角度傾斜，使得鄰近泵送襯墊的底壁的內壁與鄰近頂壁的內壁相比更靠近中心軸。氣體漏斗及泵送襯墊在氣體漏斗的外壁、氣體漏斗的底壁中的空腔及泵送襯墊的內壁之間形成氣室。

Description

氣體分配組件及處理腔室
本揭露的實施例通常係關於半導體製造設備及製程。特定而言，本揭露的實施例涉及用於大口徑、無焊接蓋且有內置計量的處理站。
包括各種閥的氣體流動路徑在半導體製造工業中係常見的。當前的流動路徑構造具有需要淨化來防止處理氣體回流到清潔氣體歧管中的死體積。在採用反應氣體來防止氣體管線中的氣相反應及膜沉積的情況下，此係特別重要的。反應產物可以藉由化學反應損壞製造設備，導致堵塞或污染後續的膜沉積。
此外，在處理管線中從氣相反應餘留的殘留物可以具有對後續製程的顯著負面效應。殘留物可與後續氣體或處理條件反應，從而產生不期望的產物。殘留物亦可以進入處理空間並且在基板上形成顆粒，從而損壞製造的裝置。製造設備需要經歷大量維護來移除及替換堵塞的管線及閥，從而導致顯著停機時間及產量損失。
在半導體製造期間，在沉積製程期間維持基板的熱均勻性對於控制沉積均勻性而言係重要的。此外，處理腔室的特性(例如，反應體積、流動均勻性及具有快速循 環時間的能力)係重要的。當前的處理站經常具有防止快速氣體交換的死體積，從而增加循環時間。此外，基板的熱均勻性在許多習知的處理環境中係不一致的。
由此，需要用於氣相沉積製程的改進的設備及方法。
本揭露的一或多個實施例涉及包含泵送襯墊、噴頭、及氣體漏斗的氣體分配組件。泵送襯墊包含：具有開口中心區域的圓柱形主體，該泵送襯墊具有內壁、外壁、頂壁及底壁，內壁相對於氣體分配組件的中心軸以第一角度傾斜，使得鄰近底壁的內壁與鄰近頂壁的內壁相比更靠近中心軸。噴頭具有定義厚度的前表面及後表面，其中複數個孔穿過厚度延伸，噴頭經定位為使得後表面的外部鄰近泵送襯墊的底壁。氣體漏斗具有上部及下部，氣體漏斗的下部在泵送襯墊的開口中心區域內定位，下部包含前表面、後表面及外壁，上部包含內壁、與下部的外壁相比以距離氣體漏斗的中心軸較大距離隔開的外壁、頂壁及底壁，該底壁中具有空腔，空腔具有內空腔壁及外空腔壁，外壁的下部相對氣體分配組件的中心軸以第二角度傾斜，下部具有從後表面延伸到前表面的開口，開口在中心軸周圍形成，前表面具有輪廓表面，該輪廓表面具有與噴頭的後表面隔開內部距離的內周邊邊緣及與噴頭的後表面直接接觸的外周邊邊緣，從而在氣體漏斗的前表面與噴頭的後表面之間形成漏斗間隙。氣體漏斗及泵送襯墊在氣體漏斗 的下部的外壁、氣體漏斗的上部的底壁中的空腔及泵送襯墊的內壁之間形成氣室。
本揭露的額外實施例涉及包含腔室主體、至少一個基板支撐件、腔室蓋及氣體分配組件的處理腔室。腔室主體具有界定處理容積的側壁及底部，側壁具有頂部唇緣。至少一個基板支撐件在處理體積內並且至少一個基板支撐件具有支撐表面。腔室蓋在腔室主體的側壁的唇緣上方定位並且與該唇緣接觸。氣體分配組件包含泵送襯墊、噴頭、及氣體漏斗。泵送襯墊包含：圓柱形主體，具有開口中心區域；泵送襯墊，具有內壁、外壁、頂壁及底壁，內壁相對於氣體分配組件的中心軸以第一角度傾斜，使得鄰近底壁的內壁與鄰近頂壁的內壁相比更靠近中心軸。噴頭具有定義厚度的前表面及後表面，其中複數個孔穿過厚度延伸，噴頭經定位為使得後表面的外部鄰近泵送襯墊的底壁。氣體漏斗具有上部及下部，氣體漏斗的下部在泵送襯墊的開口中心區域內定位，下部包含前表面、後表面及外壁，上部包含內壁、與下部的外壁相比以距離氣體漏斗的中心軸較大距離隔開的外壁、頂壁及底壁，該底壁中具有空腔，空腔具有內空腔壁及外空腔壁，外壁的下部相對氣體分配組件的中心軸以第二角度傾斜，下部具有從後表面延伸到前表面的開口，開口在中心軸周圍形成，前表面具有輪廓表面，該輪廓表面具有與噴頭的後表面隔開內部距離的內周邊邊緣及與噴頭的後表面直接接觸的外周邊邊緣，從而在氣體漏斗的前表面與噴頭的後表面之間形成漏 斗間隙。氣體漏斗及泵送襯墊在氣體漏斗的下部的外壁、氣體漏斗的上部的底部中的空腔及泵送襯墊的內壁之間形成氣室。
本揭露的另外實施例涉及處理方法，該等處理方法包含使第一氣體穿過第一入口管線流動到氣體分配組件的氣體漏斗中、點燃第一氣體入口的電漿、穿過氣體分配組件的泵送襯墊排放氣體及為襯墊加熱器供電以控制泵送襯墊中的溫度。氣體分配組件包含泵送襯墊、噴頭、及氣體漏斗。泵送襯墊包含：圓柱形主體，具有開口中心區域；泵送襯墊，具有內壁、外壁、頂壁及底壁，內壁相對於氣體分配組件的中心軸以第一角度傾斜，使得鄰近底壁的內壁與鄰近頂壁的內壁相比更靠近中心軸。噴頭具有定義厚度的前表面及後表面，其中複數個孔穿過厚度延伸，噴頭經定位為使得後表面的外部鄰近泵送襯墊的底壁。氣體漏斗具有上部及下部，氣體漏斗的下部在泵送襯墊的開口中心區域內定位，下部包含前表面、後表面及外壁，上部包含內壁、與下部的外壁相比以距離氣體漏斗的中心軸較大距離隔開的外壁、頂壁及底壁，該底壁中具有空腔，空腔具有內空腔壁及外空腔壁，外壁的下部相對氣體分配組件的中心軸以第二角度傾斜，下部具有從後表面延伸到前表面的開口，開口在中心軸周圍形成，前表面具有輪廓表面，該輪廓表面具有與噴頭的後表面隔開內部距離的內周邊邊緣及與噴頭的後表面直接接觸的外周邊邊緣，從而在氣體漏斗的前表面與噴頭的後表面之間形成漏斗間隙。氣體漏 斗及泵送襯墊在氣體漏斗的下部的外壁、氣體漏斗的上部的底壁中的空腔及泵送襯墊的內壁之間形成氣室。襯墊加熱器鄰近氣體漏斗的下部的後表面定位。
5:區域
91:基板
100:處理腔室
102:殼體
104:壁
106:底部
109:內部體積
110:處理站
111:處理體積
112:氣體分配組件
114:前表面
150:腔室蓋
152:開口
154:主體
156:中心軸
158:頂壁
160:底壁
162:內側壁
164:圓形通道
166:間隙
168:通道壁
170:突出部
172:通道壁
174:入口
195:熱隔離墊
196:熱隔離墊
200:基板支撐組件
210:可旋轉中心基座
211:旋轉軸
220:支撐臂
230:基板支撐件
231:支撐表面
234:支撐軸件
235:加熱元件
250:泵送襯墊
252:主體
253:開口中心區域
254:內壁
256:外壁
258:頂壁
260:底壁
261:中心軸
262:凸緣
264:頂壁
266:底壁
280:噴頭
281:中心軸
282:前表面
284:後表面
286:外周邊邊緣
287:圓形通道
288:孔
289:最外孔
290:唇緣
291:外排放壁
291a:外壁角度
291b:軸
292:底表面
293:孔
294:排放埠
295:內排放壁
295a:內壁角度
296:外部
297:氣室開口
298:內部
299:氣室
300:氣體漏斗
301:中心軸
302:上部
304:內壁
306:外壁
308:頂壁
310:底壁
312:空腔
314:內空腔壁
316:外空腔壁
318:開口
320:下部
322:前表面
324:後表面
326:外壁
328:氣體入口
330:內周邊邊緣
332:外周邊邊緣
334:漏斗間隙
336:孔
495:控制器
496:處理器
497:記憶體
498:輸入/輸出裝置
499:支援電路
500:淨化環
502:頂表面
504:底表面
550:襯墊加熱器
4A:區域
D1:距離
Dg:距離
TS:厚度
x:軸
X-Y:平面
y:軸
z:軸
為了能夠詳細理解本揭露的上述特徵所用方式，可參考實施例進行對上文簡要概述的本揭露的更特定描述，一些實施例在附圖中示出。然而，將注意，附圖僅示出本揭露的典型實施例，並且由此不被認為限制本揭露之範疇，因為本揭露可允許其他等同有效的實施例。
第1圖圖示了根據本揭露的一或多個實施例的處理腔室的橫截面等角視圖；第2圖圖示了根據本揭露的一或多個實施例的處理腔室的橫截面圖；第3圖圖示了根據本揭露的一或多個實施例的處理腔室蓋的橫截面圖；第4圖圖示了根據本揭露的一或多個實施例的氣體分配組件的橫截面側視圖；第4A圖圖示了第4圖的區域4A的展開視圖；第5圖係第3圖的區域5的部分分解橫截面圖；以及第6圖係根據本揭露的一或多個實施例的處理平臺的示意性表示。
在描述本揭露的若干示例性實施例之前，將理解，本揭露不限於在以下描述中闡述的構造或製程步驟的細節。本揭露能夠具有其他實施例並且以各種方式實踐或進行。
如在本說明書及隨附申請專利範圍中使用，術語「基板」指製程在其上起作用之表面，或表面的一部分。如亦將由熟習此項技術者所理解，除非上下文另外明確地指出，提及基板亦可以指基板的僅一部分。此外，提及在基板上沉積可以意謂裸基板及其上沉積或形成有一或多個膜或特徵的基板。
如本文所使用的「基板」指任何基板或在基板上形成的材料表面，在製造製程期間於該基板或材料表面上執行膜處理。例如，取決於應用，其上可以執行處理的基板表面包括各種材料，諸如矽、氧化矽、應變矽、絕緣體上矽(silicon on insulator；SOI)、碳摻雜的氧化矽、非晶矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石、及任何其他材料，諸如金屬、金屬氮化物、金屬合金、及其他導電材料。基板包括但不限於半導體晶圓。基板可暴露至預處理製程以拋光、蝕刻、還原、氧化、羥基化、退火、紫外線固化、電子束固化及/或烘焙基板表面。除了直接在基板本身的表面上的膜處理之外，在本揭露中，如下文更詳細揭示，所揭示的任何膜處理步驟亦可在基板上形成的下層上執行，並且術語「基板表面」意欲包括如上下文指出的 此種下層。因此，例如，在膜/層或部分膜/層已經沉積到基板表面上的情況下，新沉積的膜/層的暴露表面變為基板表面。
如在本說明書及隨附申請專利範圍中使用，術語「前驅物」、「反應物」、「反應氣體」及類似者可互換使用以指可以與基板表面反應，或與基板表面上形成的膜反應的任何氣體物種。
本揭露的一或多個實施例提供了用於任何沉積製程的熱沉積站。在一些實施例中，熱沉積站經構造為用於原子層沉積(atomic layer deposition；ALD)製程。本揭露的一些實施例提供了具有低總體積的熱沉積站。一些實施例提供了不具有死區域的熱沉積站。一些實施例提供了具有受控間隙的熱沉積站，該等熱沉積站具有針對具體部件的熱隔離能力及最佳化的熱均勻性。
本揭露的一些實施例涉及結合低流動體積、良好熱均勻、及良好流動均勻性的處理站或氣體注入器。低流動體積實現快速循環時間。在一些實施例中，熱均勻性經由管理部件之間的接觸來實現。在一些實施例中，流動均勻性經由最佳化噴頭孔圖案來實現。本揭露的一些實施例提供了具有減小的體積、快速氣體交換、改進的熱均勻性及降低的成本的氣體注入器。
一或多個實施例提供了一種組件，包含噴頭基座(亦稱為氣體漏斗)、泵送環、噴頭、加熱器組件、及輔助部件。在一些實施例中，部件可拆卸以避免與接合方法 (諸如焊接或銅焊)相關聯的成本。在一些實施例中，噴頭基座及泵送襯墊經螺栓連接在一起以形成外排放通道。
在一些實施例中，噴頭含有氣體注入孔及排放孔兩者。此藉由允許單個部分取代來允許針對給定製程的不同硬體配置。排放孔成角度以允許更靠近晶圓的邊緣泵送。在一些實施例中，快速氣體交換藉由形成具有最小體積的氣室及用於平衡暫態回應與穩態均勻性的改進的噴頭傳導來實現。
本揭露的一或多個實施例涉及沉積腔室蓋及具有改進的熱均勻性的氣體分配組件。在一或多個實施例中，氣體漏斗經螺栓連接到噴頭。不受任何特定操作理論束縛，據信在氣體漏斗與噴頭之間的直接表面到表面(例如，金屬到金屬)接觸提供了良好熱接觸。因此，改進了在氣體漏斗上方定位的熱元件與噴頭之間的熱傳遞。在一或多個實施例中，熱均勻性藉由泵送襯墊與蓋之間的直接表面到表面接觸來進一步改進。
在一或多個實施例中，氣體注入器在處理腔室蓋中的開口中定位。在一些實施例中，處理腔室蓋係熱不均勻的，並且為了避免在蓋與氣體注入器的泵送襯墊的表面到表面接觸之間的熱損失，至少一個墊在泵送襯墊與蓋之間放置以最小化熱損失。在一些實施例中，在泵送環與蓋之間定位三個墊以最小化對較低溫度蓋板的熱損失。
在一些實施例中，噴頭穿過受控間隙與泵送襯墊熱隔離。泵送襯墊連接到蓋且與蓋接觸，並且噴頭經螺栓 連接到氣體漏斗。在一些實施例中，噴頭穿過受控間隙與蓋進一步熱隔離。
在一些實施例中，如在下文進一步詳細解釋，噴頭穿過受控間隙與全部三個泵送襯墊、氣體漏斗及腔室蓋隔離以最小化來自噴頭的熱損失並且維持一致的熱均勻性。熱均勻性藉由控制先前提及的部件之間的接觸來控制。加熱器環及淨化環經螺栓連接到氣體漏斗的頂部以提供對組件的加熱。氣體漏斗經螺栓連接到噴頭，用於穿過氣體漏斗從加熱器環到噴頭的改進的導熱性。噴頭穿過受控間隙與泵送襯墊熱隔離以減少到熱不均勻的部件的熱傳遞。類似地，泵送襯墊具有到腔室蓋的最小接觸，該腔室蓋亦係熱不均勻的。控制接觸允許噴頭維持均勻的溫度分佈。此設計及構造允許噴頭面向處理站內的基板的底表面具有同心熱分佈，甚至當其上安裝的板具有較大的溫度不均勻性時如此。此實現與單個晶圓平臺相當的晶圓溫度均勻性。
在一些實施例中，氣體漏斗及泵送襯墊在氣體漏斗的下部的外壁、氣體漏斗的上部的底部中的空腔及泵送襯墊的內壁之間形成氣室。氣室經構造為用於移除排放氣體。
由此，本揭露的一或多個實施例涉及經構造為用於高溫氣體遞送的處理腔室蓋150。第1圖示出了根據本揭露的一或多個實施例的處理腔室100的等角視圖。第2圖示出了示例性處理腔室蓋150的橫截面圖。第3圖示出了與基 板支撐組件200分離的腔室蓋150。第4圖示出了腔室蓋150的放大視圖。第5圖示出了腔室蓋150的詳細視圖。在附圖中圖示的各個陰影係僅出於描述目的以輔助識別部分並且不暗指構造的任何特定材料。
參考第1圖直至第3圖，如本文描述，處理腔室蓋150包括氣體分配組件112，該氣體分配組件包含泵送襯墊250、氣體漏斗300及噴頭280。在一些實施例中，處理腔室蓋150包含開口152，穿過該等開口定位氣體分配組件112。
一些實施例的處理腔室100具有殼體102，該殼體具有壁104及底部106。殼體102連同腔室蓋150一起定義內部體積109。處理腔室100整合基板支撐組件200。如以此方式使用，「組件」指部件或部分的組合。根據一或多個實施例，如下文進一步描述，基板支撐組件200至少包含支撐軸件234及基板支撐件230。
所示出的處理腔室100包括複數個處理站110。處理站110位於殼體102的內部體積109中並且以圓形佈置在基板支撐組件200的旋轉軸211周圍定位。每個處理站110包含具有前表面114的氣體分配組件112(亦稱為氣體注入器)。處理站110定義為其中可以發生處理的區域。例如，在一些實施例中，將處理站110定義為藉由如下文描述的基板支撐件230的支撐表面231及氣體分配組件112的前表面114界定的區域，或處理體積111。如下文進一步論述，分配組件112係氣體分配組件105的部分。
處理站110可以經構造為執行任何適當製程並且提供任何適當的處理條件。所使用的氣體分配組件112的類型將例如取決於所執行的製程類型及噴頭或氣體分配板的類型。例如，經構造為作為原子層沉積設備操作的處理站110可具有噴頭或渦流類型的氣體注入器。然而，經構造為作為電漿站操作的處理站110可具有一或多個電極及/或接地板構造以產生電漿，同時允許電漿氣體朝向基板流動。適當的處理站110包括但不限於熱處理站(例如，化學氣相沉積(chemical vapor deposition；CVD)、原子層沉積(atomic layer deposition；ALD))、微波電漿、三電極CCP、ICP、平行板CCP、物理氣相沉積(physical vapor deposition；PVD)、紫外線曝光、雷射處理、泵送腔室、退火站及計量站。
在一些實施例中，支撐組件200包括可旋轉中心基座210。可旋轉中心基座210定義沿著第一方向延伸的旋轉軸211。作為坐標系，旋轉軸211沿著Z方向延伸，使得在旋轉軸211周圍的旋轉在X-Y平面中發生。第一方向可被稱為垂直方向或沿著Z軸；然而，將理解，以此方式使用術語「垂直」不限於與重力引力正交的方向。如本文所使用，當中心基座210在旋轉軸211周圍「旋轉」時，中心基座210在X-Y平面中旋轉。如本文所使用，「沿著」旋轉軸211或第一方向的移動意謂中心基座210或所述部件正在Z軸上移動。
支撐組件200包括連接到中心基座210並且從該中心基座延伸的至少兩個支撐臂220。支撐臂220的每一者具有定義支撐臂220的厚度的頂表面及底表面。支撐臂220具有內端及外端。內端與中心基座210接觸，使得當中心基座210在旋轉軸211周圍旋轉時，支撐臂220亦旋轉。一些實施例的支撐臂220在內端處藉由緊固件(例如，螺栓)連接到中心基座210。在一些實施例中，支撐臂220與中心基座210整體地形成。
在一些實施例中，支撐臂220與旋轉軸211正交地延伸，使得內端或外端中的一者與相同支撐臂220上的內端及外端中的另一者相比更遠離旋轉軸211。在一些實施例中，與相同支撐臂220的外端相比，支撐臂的內端更靠近旋轉軸211。
在支撐組件200中的支撐臂220的數目可以變化。在一些實施例中，存在至少兩個支撐臂220、至少三個支撐臂220、至少四個支撐臂220，或至少五個支撐臂220。在一些實施例中，存在三個支撐臂220。在一些實施例中，存在四個支撐臂220。在一些實施例中，存在五個支撐臂220。在一些實施例中，存在六個支撐臂220。
支撐臂220可以在中心基座210周圍對稱地佈置。例如，在具有四個支撐臂220的支撐組件200中，支撐臂220的每一者在中心基座210周圍以90°間隔定位。在具有三個支撐臂220的支撐組件200中，支撐臂220在中心基座210周圍以120°間隔定位。換言之，在具有四個支撐臂 220的實施例中，支撐臂經佈置為提供在旋轉軸211周圍的四重對稱。在一些實施例中，支撐組件200具有n個支撐臂220，並且n個支撐臂220經佈置為提供在旋轉軸211周圍的n重對稱。在一些實施例中，存在與處理站110相同數目的支撐臂220。
在一些實施例中，支撐軸件234位於支撐臂220的每一者的外端處。支撐軸件234用作支架以將基板支撐件230與支撐臂220的頂表面沿著第一方向隔開一定距離。
基板支撐件230在支撐臂220的外端處定位。在一些實施例中，基板支撐件230在支撐臂220的外端處在支撐軸件234上定位。基板支撐件230的中心位於距離旋轉軸211一定距離處，使得在中心基座210旋轉時，基板支撐件230在圓形路徑中偏離旋轉軸移動。
基板支撐件230具有經構造為在處理期間支撐基板的支撐表面231。在一些實施例中，全部基板支撐件230的支撐表面231實質上共面。如以此方式使用，「實質上共面」意謂藉由獨立支撐表面231形成的平面係在藉由其他支撐表面231形成的平面的±5°、±4°、±3°、±2°或±1°內。
一些實施例的基板支撐件230係加熱器。加熱器可以係熟習此項技術者已知的任何適當類型的加熱器。在一些實施例中，加熱器係在加熱器主體內具有一或多個加熱元件235的電阻式加熱器。例如，第3圖中示出的實施例具有作為加熱器的基板支撐件230，使得加熱器主體中具 有加熱元件235。在一些實施例中，基板支撐件230包含靜電夾盤。在一些實施例中，基板支撐件230包含加熱器及靜電夾盤。此允許在製程開始時將晶圓夾持到加熱器上，並且在移動到不同處理站的同時保持在相同加熱器上的相同位置中。
第3圖至第5圖示出了具有開口152的腔室蓋150的區段，穿過該開口於其中定位氣體分配組件112。本揭露有利地提供了在腔室蓋150與氣體分配組件112的部件之間的熱隔離。熱隔離至少泵襯墊250及噴頭280與腔室蓋150減少或最小化從泵送襯墊250及噴頭280到腔室蓋150的熱傳遞，從而確保噴頭280的良好熱均勻性。
泵送襯墊250具有主體252，該主體具有任何適當形狀。在一些實施例中，如圖所示，主體252具有一般圓柱形主體。然而，熟習此項技術者將認識到，泵送襯墊250可以具有任何適當形狀，例如，取決於其中將使用襯墊的處理腔室蓋。
泵送襯墊250的主體252具有開口中心區域253、內壁254及外壁256。內壁254及外壁256與泵送襯墊的主體252的中心軸261隔開一定距離。與內壁254距離中心軸261相比，外壁256定位得距離中心軸261更大距離。內壁254具有在主體252的中心軸261周圍延伸的內面。主體252進一步包含頂壁258及底壁260。開口中心區域253穿過頂壁258及底壁260延伸並且藉由內壁254定義或界定。在一些實施例中，內壁254相對於泵送襯墊250 的中心軸261以第一角度傾斜，使得鄰近底壁260的內壁254與鄰近頂壁258的內壁254相比更靠近中心軸261。
在第3圖至第5圖中描繪的腔室蓋150的區段包含主體154，該主體具有定義開口中心區域的開口152。主體154具有頂壁158、底壁160及定位成距離開口152的中心軸156一定距離的內側壁162。頂壁158及底壁160定義厚度TL，開口152穿過整個厚度TL延伸。
在一些實施例中，噴頭280的外周邊邊緣286藉由間隙166與腔室蓋150熱隔離。在腔室蓋150與噴頭280的外周邊邊緣286之間的表面接觸經最小化以減少熱傳遞並且確保噴頭280的熱均勻性。在一些實施例中，熱隔離墊195在腔室蓋150的接觸點與噴頭280的外周邊邊緣286之間定位。熱隔離墊195具有低導熱性。
內側壁162具有圓形通道164，該圓形通道具有通道壁168。與內側壁162相比，通道壁168定位得距離中心軸156更大距離。如下文進一步詳細描述，並且如在第5圖中最佳圖示，噴頭280的外周邊邊緣286在間隙166內定位並且與通道壁168隔開距離D1以最小化或減少在噴頭280與腔室蓋150之間的熱傳遞。
如下文進一步詳細描述並且如在第5圖中最佳圖示，突出部170鄰近圓形通道164的通道壁172定位。噴頭280的外周邊邊緣286接觸突出部170。
參見回第3圖至第5圖，圓形通道164的間隙166經構造為泵送/淨化間隔件的氣體氣室。入口174穿過通道 壁168延伸以將間隙166流體連接到真空泵或其他真空源以引導氣體穿過間隙166逸出處理體積111並且離開入口174以產生氣簾類型的阻障層，用於防止處理氣體從處理腔室的內部體積洩漏。
噴頭280在泵送襯墊250的底壁260下方定位並且與該底壁接觸。噴頭280具有定義噴頭280的厚度TS的前表面282及後表面284、內部298及具有外周邊邊緣286的外部296。
內部298包含穿過噴頭280的厚度延伸的複數個孔288。複數個孔288具有在前表面282及後表面284中的開口。噴頭280可以係熟習此項技術者已知的任何適當噴頭，其中任何適當數目的孔288以任何適當構造佈置。複數個孔288的數目、大小及間隔可以變化。在一些實施例中，存在在噴頭280的內部298周圍相等地隔開的大於或等於約48個的複數個孔288。
噴頭280的後表面284的外部296鄰近泵送襯墊250的底壁260。在一些實施例中，外部296與泵送襯墊250的底壁260直接接觸。在一些實施例中，熱隔離墊(未圖示)在噴頭280的後表面284的外部296與泵送襯墊250的底壁260之間。
在一些實施例中，噴頭280的後表面284與泵送襯墊250的底壁260熱隔離以減少或最小化在噴頭280與泵送襯墊250之間的熱傳遞。減少或最小化在噴頭280與泵送襯墊250之間的熱傳遞增加在噴頭280的前表面282上 的熱均勻性。在一些實施例中，噴頭280及泵送襯墊250藉由受控間隙分離。在一些實施例中，一或多個隔離熱墊在噴頭280的後表面284與泵送襯墊250的底壁260之間定位。間隙或者一或多個隔離熱墊在噴頭280的外部296處定位。
在一些實施例中，噴頭280的外部296與泵送襯墊250的底壁260直接接觸。在此種構造中，泵送襯墊250與腔室蓋150熱隔離。如本文所使用，術語「直接接觸」意謂不存在與分離所述部分的O形環不同的插入部件。
在一些實施例中，噴頭280的前表面282包含在噴頭280的外部296內定位的至少一個排放埠294。排放埠294提供了與噴頭的後表面284的流體連通。在附圖中示出的實施例中，噴頭280包含兩個排放埠294。熟習此項技術者將認識到，可以存在任何適當數目的排放埠294。
在一些實施例中，噴頭280包含以相對於噴頭280的中心軸281隔開約180°定位的兩個排放埠294。相對於中心軸隔開意謂所述部件在基於中心軸的不同旋轉位置處，距離中心軸的距離可以係相同或不同的。在一些實施例中，存在相對於中心軸281隔開約120°定位的三個排放埠294。在一些實施例中，存在相對於噴頭280的中心軸281隔開約90°定位的四個排放埠294。在一些實施例中，如圖所示，排放埠294相對於泵送襯墊250的中心軸281以第一角度傾斜，使得鄰近前表面282的排放埠294與鄰近 後表面284的排放埠294相比更靠近噴頭280的中心軸281。
第4A圖圖示了第4圖的區域4A的放大視圖。在第4A圖中，至少一個排放埠294包含從噴頭280的後表面284延伸到在噴頭280的前表面282中形成的圓形通道287的孔293。在一些實施例中，圓形通道287形成為在噴頭280的前表面284中的凹陷，並且在噴頭280的外部296周圍延伸。在一些實施例中，通道287從孔293的底部朝向前表面282以倒置漏斗或截錐形狀向外擴口。
一些實施例的孔293相對於噴頭的中心軸281以一角度傾斜。孔293的形狀可變化。在一些實施例中，孔293係圓柱形形狀並且以一角度從後表面284到通道287傾斜，使得與通道287處的孔293的開口相比，後表面284中的開口更遠離中心軸281。
孔293具有內排放壁295及外排放壁291。熟習此項技術者將認識到，圓柱形形狀的孔具有單個壁，該壁在孔的軸線周圍延伸並且使用術語內排放壁及外排放壁分別指孔的圓柱形橫截面的最內部分及圓柱形橫截面的最外部分。在一些實施例中，相對於內排放壁291距離中心軸281，將外排放壁295定位得距離噴頭280的中心軸281(如第4圖所示)較大距離。
內排放壁295具有相對於噴頭280的後表面284的內壁角度295a並且外排放壁291具有相對於噴頭280的後表面284的外壁角度291a。在一些實施例中，內壁角度 295a及外壁角度291a係實質上相同的。如以此方式使用，術語「實質上相同」意謂角度係在±5°、±4°、±3°、±2°或±1°內。在一些實施例中，內排放壁295的角度295a大於外排放壁291的角度291a。在一些實施例中，內排放壁295的角度295a小於外排放壁291的角度291a。在一些實施例中，當沿著與孔的中心軸正交的平面觀察時，孔293具有圓形橫截面。在一些實施例中，當沿著與孔的中心軸正交的平面觀察時，孔293具有卵形橫截面。
參見第4A圖及第5圖，在一些實施例中，外排放壁291與泵送襯墊250的內壁254對準。在一些實施例中，外排放壁293相對於泵送襯墊250的內壁254偏移達±3°±2°或±1°。在一些實施例中，如第5圖中示出的，藉由外排放壁291形成的軸291b實質上與藉由泵送襯墊250的內壁254形成的軸同軸。在一些實施例中，藉由孔293的外排放壁291形成的軸291b係處於與泵送襯墊250的內壁254實質上相同的角度291a。在一些實施例中，藉由外排放壁291形成的軸291b係在±3mm、±2mm或±1mm內。
在一些實施例中，如下文進一步詳細論述，噴頭280的外周邊邊緣286具有唇緣290，該唇緣具有經構造為將噴頭280安置在腔室蓋150的突出部170內的底表面292。
氣體漏斗300在泵送襯墊250的開口中心區域253中定位。氣體漏斗具有一般圓柱形主體。然而，熟習此項技術者將認識到，氣體漏斗300可以具有任何適當形 狀，例如，取決於其中將使用襯墊的處理腔室蓋。氣體漏斗具有上部302及下部320，下部320在泵送襯墊的開口中心區域253內定位。
上部302包含內壁304、與下部302的外壁306相比與氣體漏斗300的中心軸301隔開較大距離的外壁306、頂壁308、及底壁310。底壁310具有經構造為圓形通道的空腔312。空腔312具有內空腔壁314及外空腔壁316。在一些實施例中，內空腔壁314相對於氣體漏斗300的中心軸301以第一角度傾斜，使得鄰近底壁310的內空腔壁314最靠近中心軸301。
如第3圖所示，在一些實施例中，在氣體漏斗300的上部302的頂壁308中存在與空腔312流體連通的開口318。開口318與排放歧管321流體連通。本揭露有利地為每個分配組件112提供單個排放歧管321，因此實現將輔助計量部件(未圖示)放置在腔室蓋150上。
氣體漏斗300的下部320包含前表面322、後表面324及外壁326。下部320進一步包含從後表面324延伸到前表面322並且在氣體漏斗300的中心軸301周圍形成的氣體入口328。下部320的氣體入口328與氣體入口管線及氣體入口328流體連通。
在一些實施例中，氣體入口328在氣體漏斗300的中心軸周圍對稱。在一些實施例中，氣體入口328鄰近前表面322，從後表面324處的第一直徑向前表面322處的大於第一直徑的第二直徑擴口。一些實施例的氣體入口 328的直徑從後表面3324到氣體漏斗300內的一定深度保持實質上均勻(在±0.1mm內)，並且隨後從氣體漏斗300內的該深度向前表面322處的第二直徑擴口。
如第4圖所示，氣體漏斗300的前表面322具有輪廓表面形狀，其中內周邊邊緣330與噴頭280的後表面284隔開內部距離Dg。如第6圖中最佳圖示，前表面322進一步包含與噴頭280的後表面284直接接觸的外周邊邊緣332，從而在氣體漏斗的前表面322與噴頭的後表面之間形成漏斗間隙334。
在一些實施例中，漏斗間隙334具有從氣體漏斗330的邊緣到邊緣的一致尺寸。在一些實施例中，氣體漏斗300的前表面322具有倒置的漏斗狀形狀，其中與鄰近外周邊區域附近的前邊緣相比，鄰近漏斗300的中心軸301的間隙較大。
在第5圖中示出的實施例中，氣體漏斗300的底壁310與噴頭280的後表面284直接接觸。在一些實施例中，緊固件在穿過下部320延伸的至少一個孔336內定位，用於將氣體漏斗300直接固定到噴頭280。
如圖所示，噴頭280的內部298的複數個孔288覆蓋基板91。複數個孔288的最外孔289定位得超出基板91。在一些實施例中，噴頭280的外部296包含排放埠294。排放埠294與氣室299流體連通並且提供與噴頭280的後表面284的流體連通。
當組裝時，如第5圖所示，氣室299在氣體漏斗300的下部320的外壁326、氣體漏斗300的上部302的底壁310中的空腔312、及泵送襯墊250的內壁254之間形成。氣室開口297在底壁260處的泵送襯墊250的內壁254與在氣體漏斗300的上部302的底壁310處的氣體漏斗300的下部320的外壁326之間形成。如圖所示，在底壁260處的泵送襯墊250的內壁254不與在氣體漏斗300的上部302的底壁310處的氣體漏斗300的下部320的外壁326接觸。
在一些實施例中，在氣室299中不存在死體積。在一些實施例中，在氣室299中不存在再循環。死體積係氣體可以形成旋渦並且變得停滯的空間，使得在流動停止之後，一些氣態物質保留並且可以添加到下一氣流中。
在一些實施例中，凸緣262從泵送襯墊250的頂壁258延伸。凸緣262具有頂壁264及底壁266。底壁266鄰近腔室蓋150的頂壁158定位並且與該頂壁接觸。凸緣262的頂壁264與氣體漏斗300的上部302的底壁310接觸。
在一些實施例中，凸緣262的底壁266與腔室蓋150熱隔離。在一些實施例中，凸緣262的底壁266藉由一或多個熱隔離墊195與腔室蓋150熱隔離。
在一些實施例中，噴頭280的外周邊邊緣286在噴頭280與腔室蓋150之間的間隙166內定位，並且與通道壁168隔開距離D1以最小化或減少在噴頭280與腔室蓋 150之間的熱傳遞。在一些實施例中，噴頭280的外周邊邊緣286與腔室蓋150的突出部170接觸。在一些實施例中，熱隔離墊196在突出部170與噴頭280的前表面282之間以減少或最小化在噴頭280與腔室蓋150之間的熱傳遞。在一些實施例中，在一些實施例中，熱隔離墊196在腔室蓋150的突出部170與噴頭280的唇緣290的低表面292之間。熟習此項技術者將認識到，噴頭180的唇緣290的底表面292係可與沿著噴頭280的厚度在不同位準處定位的噴頭280的底表面282互換的表面。在一些實施例中，控制距離Dg以改變穿過處理腔室蓋150流動的氣體的混合動力學。
參見回第3圖，處理腔室蓋150的一些實施例包括淨化環500。淨化環500具有在氣體漏斗300的中心軸301周圍延伸的環形主體。淨化環500具有定義厚度的頂表面502及底表面504。淨化環500進一步包含內邊緣506及外邊緣508。淨化環500的底表面504鄰近氣體漏斗的上部302的頂壁308並且與該頂壁接觸。如以此方式使用，術語「與…接觸」意謂部件實體觸碰，或足夠緊密以形成例如流體緊密密封。
在一些實施例中，至少一個氣體通道在底表面504中形成並且在從後表面延伸到輪廓前表面的氣體漏斗的下部中的複數個淨化通道上方定位。在一些實施例中，熱元件係淨化環500的部分。在一些實施例中，熱元件係與淨化環500分離的部件。在一些實施例中，熱元件係冷 卻元件。一些實施例的熱元件包括第一連接及第二連接。第一連接及第二連接可以係取決於冷卻元件的類型的任何適當連接類型。例如，在一些實施例中第一連接及第二連接係電氣連接，或係中空管以允許流體穿過熱元件流動。
在一些實施例中，處理腔室蓋150包括襯墊加熱器550。襯墊加熱器550在氣體漏斗300的下部320的後表面324上定位。在一些實施例中，襯墊加熱器550包含在氣體漏斗300的下部320的後表面324周圍隔開的複數個分離區段。在一些實施例中，存在兩個、三個、四個、五個、六個、七個或八個分離的襯墊加熱器區段。在一些實施例中，同時控制全部襯墊加熱器區段。在一些實施例中，獨立地控制區段的每一者。
在一些實施例中，泵送襯墊250的中心軸261、噴頭280的中心軸281及氣體漏斗300的中心軸301實質上同軸並且與腔室蓋150中的開口152的中心軸156對準。如以此方式使用，術語「實質上同軸」意謂所述軸係在可藉由設備規格允許的標準定位誤差內。
參見第6圖，一些實施例包括耦接到處理腔室100的各個部件以控制其操作的控制器495。一些實施例的控制器495控制整個處理腔室(未圖示)。在一些實施例中，處理平臺包括多個控制器，控制器495係其部分；每個控制器經配置為控制處理平臺的一或多個獨立部分。例如，一些實施例的處理平臺包含分離的控制器，用於一或多個獨立處理腔室、中央傳遞站、工廠介面及/或機器人。
在一些實施例中，如熟習此項技術者將理解，至少一個控制器495耦接到下列的一或多個：處理腔室蓋150、襯墊加熱器、一或多個流動控制器、壓力計、泵、反饋電路、電漿源、淨化環500、熱元件，或用於處理腔室或處理腔室蓋150的操作的其他部件。
控制器495可係任何形式的通用電腦處理器、微控制器、微處理器等等中的一個，該控制器可以在工業設置中用於控制各個腔室及子處理器。一些實施例的至少一個控制器495具有處理器496、耦接到處理器496的記憶體497、耦合到處理器496的輸入/輸出裝置498、以及支援電路499以在不同電子部件之間通訊。一些實施例的記憶體497包括暫時性記憶體(例如，隨機存取記憶體)及非暫時性記憶體(例如，儲存器)的一或多個。
處理器的記憶體497或電腦可讀取媒體可係容易獲得的記憶體的一或多個，諸如隨機存取記憶體(random access memory；RAM)、唯讀記憶體(read-only memory；ROM)、軟碟、硬碟，或任何其他形式的數位儲存(本端或遠端)。記憶體497可以保存指令集，該指令集可藉由處理器496操作以控制系統的參數及部件。支援電路499耦接到CPU 496，用於以習知方式支援處理器。例如，電路可包括快取記憶體、電源供應器、時鐘電路、輸入/輸出電路、子系統、以及類似者。
製程可通常在記憶體中儲存為軟體常式，當由處理器執行時，該軟體常式導致處理腔室執行本揭露的製 程。軟體常式亦可由第二處理器(未圖示)儲存及/或執行，該第二處理器位於由處理器控制的硬體遠端。本揭露的一些或所有方法亦可在硬體中執行。因此，製程可在軟體中實施並且在硬體中使用電腦系統執行，作為例如特殊應用積體電路或其他類型的硬體實施方式，或作為軟體及硬體的組合。當由處理器執行時，軟體常式將通用電腦轉換為專用電腦(控制器)，該專用電腦控制腔室操作，使得製程得以執行。
本揭露的一些實施例涉及處理腔室蓋150及使用如本文描述的處理腔室蓋150進行處理的方法。本揭露的一些實施例涉及具有一或多種配置的控制器590以執行獨立製程或子製程，用於執行本文描述的方法的實施例。控制器495可以連接到中間部件或經構造為操作中間部件以執行方法的功能。例如，一些實施例的控制器495連接到(直接或間接)並且經配置為控制下列的一或多個：氣體閥、致動器、馬達、存取埠、真空控制等。一些實施例涉及經配置為執行方法的實施例的非暫時性電腦可讀取媒體。
在一些實施例中，控制器495，或非暫時性電腦可讀取媒體具有選自下列的一或多種配置或指令：用於使第一氣體穿過第一入口管線流動到氣體分配組件的氣體漏斗中的配置；點燃第一氣體入口的電漿；穿過氣體分配組件的泵送襯墊排放氣體；以及為襯墊加熱器供電以控制泵送襯墊中的溫度。
在整個此說明書中提及「一個實施例」、「某些實施例」、「一或多個實施例」或「一實施例」意謂結合實施例描述的特定特徵、結構、材料，或特性包括在本揭露的至少一個實施例中。因此，在整個此說明書的各個位置中出現諸如「在一或多個實施例中」、「在某些實施例中」、「在一個實施例中」或「在一實施例中」之用語不必指本揭露的相同實施例。此外，特定特徵、結構、材料或特性可以任何適當方式結合在一或多個實施例中。
儘管本文的揭示已經參考特定實施例進行描述，熟習此項技術者將理解，所描述的實施例僅說明本揭露的原理及應用。熟習此項技術者將顯而易見，在不脫離本揭露的精神及範疇之情況下，可對本揭露的方法及設備進行各種修改及變化。因此，本揭露可以包括在隨附申請專利範圍及其等效物的範疇內的修改及變化。
5:區域 91:基板 150:腔室蓋 158:頂壁 166:間隙 170:突出部 172:通道壁 195:熱隔離墊 196:熱隔離墊 250:泵送襯墊 254:內壁 258:頂壁 260:底壁 262:凸緣 264:頂壁 266:底壁 280:噴頭 284:後表面 286:外周邊邊緣 288:孔 289:最外孔 290:唇緣 292:底表面 294:排放埠 296:外部 297:氣室開口 298:內部 299:氣室 300:氣體漏斗 302:上部 310:底壁 312:空腔 320:下部 322:前表面 326:外壁 332:外周邊邊緣 334:漏斗間隙 336:孔 D 1:距離 D g:距離

Claims (18)

  1. 一種氣體分配組件，包含： 一泵送襯墊，包含具有一開口中心區域的一圓柱形主體，該泵送襯墊具有一內壁、一外壁、一頂壁及一底壁，該內壁相對於該氣體分配組件的一中心軸以一第一角度傾斜，使得鄰近該底壁的該內壁與鄰近該頂壁的該內壁相比更靠近該中心軸； 一噴頭，具有定義一厚度的一前表面及一後表面，其中複數個孔穿過該厚度延伸，該噴頭經定位為使得該後表面的一外部鄰近該泵送襯墊的該底壁；以及 一氣體漏斗，具有一上部及一下部，該氣體漏斗的該下部在該泵送襯墊的該開口中心區域內定位，該下部包含一前表面、一後表面及一外壁，該上部包含一內壁、與該下部的該外壁相比以距離該氣體漏斗的一中心軸一較大距離隔開的一外壁、一頂壁及一底壁，該底壁中具有一空腔，該空腔具有一內空腔壁及一外空腔壁，該下部具有從該後表面延伸到該前表面的一開口，該開口在該中心軸周圍形成，該前表面具有一輪廓表面，該輪廓表面具有與該噴頭的該後表面隔開一內部距離的一內周邊邊緣及與該噴頭的該後表面直接接觸的一外周邊邊緣，從而在該氣體漏斗的該前表面與該噴頭的該後表面之間形成一漏斗間隙，其中在該氣體漏斗的該上部的該底壁中的該空腔、該氣體漏斗的該下部的該外壁、及該泵送襯墊的該內壁之間形成一氣室。
  2. 如請求項1所述之氣體分配組件，其中該噴頭包含一內部及一外部，該複數個孔在該內部內，該外部包含在該氣體分配組件的該中心軸周圍的一環中佈置並且從該前表面中的一前開口延伸到該噴頭的該後表面中的一後開口的複數個排放通道。
  3. 如請求項2所述之氣體分配組件，其中該前開口與該後開口相比更靠近該氣體分配組件的該中心軸。
  4. 如請求項3所述之氣體分配組件，其中該複數個排放通道的該等前開口及後開口具有該相同的橫截面。
  5. 如請求項4所述之氣體分配組件，其中該複數個排放通道以該第一角度傾斜。
  6. 如請求項2所述之氣體分配組件，其中該噴頭的該內部中的該複數個孔具有與該輪廓表面的該外周邊邊緣隔開一距離的孔的一外環以防止該漏斗間隙中的死體積。
  7. 如請求項1所述之氣體分配組件，進一步包含鄰近該氣體漏斗的該下部的該後表面定位的一淨化環，該淨化環具有一頂表面、一內邊緣、一外邊緣及一底表面，至少一個氣體通道在該底表面中形成並且在從該後表面延伸到該輪廓前表面的該氣體漏斗的該下部中的複數個淨化通道上方定位。
  8. 如請求項7所述之氣體分配組件，進一步包含鄰近該氣體漏斗的該下部的該後表面定位的一襯墊加熱器。
  9. 如請求項1所述之氣體分配組件，進一步包含連接到該氣體漏斗的該後表面並且在一氣體入口管線與該氣體漏斗的該後表面中的該開口之間提供流體連通的一氣體入口。
  10. 如請求項1所述之氣體分配組件，其中一凸緣從該泵送襯墊的該頂壁延伸，該凸緣具有一頂壁及一底壁。
  11. 如請求項10所述之氣體分配組件，其中該泵送襯墊的該凸緣的該頂壁與該氣體漏斗的該上部的該底壁接觸。
  12. 如請求項1所述之氣體分配組件，其中該噴頭的該後表面藉由至少一個隔離熱墊與該泵送襯墊的該底壁熱隔離。
  13. 如請求項1所述之氣體分配組件，其中該噴頭的一外周邊邊緣係藉由一間隙與一腔室蓋熱隔離，並且該噴頭的該後表面係與該泵送襯墊的該底壁熱隔離。
  14. 一種處理腔室，包含： 一腔室主體，具有界定一處理體積的側壁及底部，該等側壁具有一頂部唇緣； 至少一個基板支撐件，在該處理體積內，該至少一個基板支撐件具有一支撐表面； 一腔室蓋，在該腔室主體的該等側壁的該唇緣上方定位並且與該唇緣接觸；以及 一氣體分配組件，包含： 一泵送襯墊，包含具有一開口中心區域的一圓柱形主體，該泵送襯墊具有一內壁、一外壁、一頂壁及一底壁，該內壁相對於該氣體分配組件的一中心軸以一第一角度傾斜，使得鄰近該底壁的該內壁與鄰近該頂壁的該內壁相比更靠近該中心軸； 一噴頭，具有定義一厚度的一前表面及一後表面，其中複數個孔穿過該厚度延伸，該噴頭經定位為使得該後表面的一外部鄰近該泵送襯墊的該底壁；以及 一氣體漏斗，具有一上部及一下部，該氣體漏斗經定位成其中該下部在該泵送襯墊的該開口中心區域內，該下部包含一前表面、一後表面及一外壁，該上部包含一內壁、與該下部的該外壁相比以距離該氣體漏斗的一中心軸一較大距離隔開的一外壁、一頂壁及一底壁，該底壁中具有一空腔，該空腔具有一內空腔壁及一外空腔壁，該下部具有從該後表面延伸到該前表面的一開口，該開口在該中心軸周圍形成，該前表面具有一輪廓表面，該輪廓表面具有與該噴頭的該後表面隔開一內部距離的一內周邊邊緣及與該噴頭的該後表面直接接觸的一外周邊邊緣，從而在該氣體漏斗的該前表面與該噴頭的該後表面之間形成一漏斗間隙，其中在該氣體漏斗的該上部的該底壁中的該空腔、 該氣體漏斗的該下部的該外壁、及該泵送襯墊的該內壁之間形成一氣室。
  15. 如請求項14所述之處理腔室，其中該噴頭包含一內部及一外部，該複數個孔在該內部內，該複數個孔在該支撐表面上方定位。
  16. 如請求項15所述之處理腔室，其中在該噴頭的該內部中的該複數個孔具有定位得超出一基板的孔的一外環，該基板經定位並且與該支撐表面接觸。
  17. 如請求項14所述之處理腔室，其中一凸緣從該泵送襯墊的該頂壁延伸，該凸緣具有一頂壁及一底壁，該底壁鄰近一腔室蓋的一頂壁定位並且與該頂壁接觸。
  18. 如請求項14所述之處理腔室，其中該噴頭的一外周邊邊緣係藉由一間隙與一腔室蓋熱隔離，並且該噴頭的該後表面係與該泵送襯墊的該底壁熱隔離。
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