專利名稱：溫控多氣體分配組件的制作方法
溫控多氣體分配組件
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種用于處理襯底(例如半導(dǎo)體晶片)的設(shè)備，特別是一種用 于將處理流體分配至襯底上方的設(shè)備。
相關(guān)技術(shù)描述
半導(dǎo)體處理系統(tǒng)通常包括一處理室，該處理室具有一用以將襯底(例如半 導(dǎo)體晶片)支撐于處理室中而使襯底鄰近處理區(qū)域的臺(tái)座。處理室形成一真空 密閉室，以部分地界定上述處理區(qū)域。氣體分配組件或是噴氣頭提供一或多種 處理氣體至處理區(qū)域，這些氣體接著被加熱及/或激發(fā)以形成電漿，而電漿用 以在襯底上執(zhí)行部分工藝。這些工藝包括沉積工藝，例如化學(xué)氣相沉積 (CVD)，以在襯底上沉積薄膜；或是一蝕刻反應(yīng)，以自襯底上移除材料，等 其他工藝。
在需要多種氣體的工藝中，這些氣體可以在混合室中進(jìn)行混合，且接著混 合室透過(guò)導(dǎo)管而耦接至氣體分配組件。舉例來(lái)說(shuō)，在傳統(tǒng)的熱CVD工藝中， 兩種處理氣體伴隨著其各自的載氣而供應(yīng)至混合室中，且這些氣體在混合室中 結(jié)合形成一氣體混合物。氣體混合物可以直接導(dǎo)入處理室中，或是可以通過(guò)處 理室的上方部分的導(dǎo)管而至分配組件。分配組件一般包括具有多個(gè)孔的板，藉 此，氣體混合物可以均勻地分配進(jìn)入襯底上方的處理區(qū)域。在另一實(shí)例中，兩 種氣體分別地通過(guò)分配組件，并在到達(dá)處理區(qū)域及/或襯底之前允許該些氣體 結(jié)合。當(dāng)氣體混合物進(jìn)入處理區(qū)域并注入熱能時(shí)，化學(xué)反應(yīng)在處理氣體之間發(fā) 生，因而造成在襯底上的化學(xué)氣相沉積反應(yīng)。
雖然在氣體進(jìn)入處理區(qū)域之前將其混合一般是有利的，例如，可確保組成 氣體可均勻地分配至處理區(qū)域中，但是這些氣體會(huì)傾向在混合室或分配板中開(kāi)
始產(chǎn)生還原或反應(yīng)。結(jié)果，在氣體混合物到達(dá)處理區(qū)域之前，會(huì)發(fā)生在混合室、 導(dǎo)管、分配板及其它室組件上的沉積或蝕刻現(xiàn)象。另外，反應(yīng)副產(chǎn)物可能會(huì)累積在氣體分配組件中或是分配板的內(nèi)部表面上，因而，產(chǎn)生及/或增加不欲其 產(chǎn)生的微粒的出現(xiàn)。
當(dāng)氣體釋放至處理區(qū)域時(shí)，控制氣體的溫度對(duì)于控制這些氣體的反應(yīng)性是 有利的。舉例來(lái)說(shuō)，在將這些氣體釋放至處理區(qū)域之前，將氣體進(jìn)行冷卻對(duì)于 控制不期望的反應(yīng)發(fā)生能夠是有利的。抑制氣體反應(yīng)直到其與加熱的襯底接觸 為止。在其它情況下，加熱襯底是必須的。舉例來(lái)說(shuō)，熱氣體清除或清洗可協(xié) 助自處理室中移除污染物。因此，將溫度控制方案整合至氣體分配板是有利的。
雖然部分氣體分配裝置已發(fā)展而可減少在氣體進(jìn)入處理區(qū)域之前的混合 動(dòng)作，但該裝置會(huì)傾向在處理的過(guò)程中過(guò)早發(fā)生劣化現(xiàn)象。舉例來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)分 配裝置可能是由會(huì)在處理過(guò)程中產(chǎn)生膨脹及縮小的材料制成，因而導(dǎo)致裝置或 處理室的其它部件的劣化。傳統(tǒng)裝置亦可能需要以大型彈性密封件進(jìn)行密封， 例如大直徑的O型圈，其可能會(huì)隨著時(shí)間劣化，因而導(dǎo)致裝置內(nèi)部的泄漏。 再者，傳統(tǒng)裝置輸送兩者或更多種氣體至處理區(qū)域，而其可能無(wú)法在處理區(qū)域 中混合均勻，因而導(dǎo)致襯底上的非均一沉積現(xiàn)象。
因此，對(duì)于可傳送至少兩種氣體進(jìn)入處理區(qū)域，而在到達(dá)處理區(qū)域之前不 會(huì)進(jìn)行氣體混合且亦可同時(shí)控制氣體溫度的氣體分配裝置具有持續(xù)的需求。另 外，亦需要一種氣體分配裝置，其可不使用大型O型圈而進(jìn)行密封。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例關(guān)于用以將處理流體傳送至處理室以在襯底上沉積薄膜、 蝕刻襯底及進(jìn)行其它工藝的設(shè)備及方法。
在一實(shí)施例中，描述一種用于將處理流體傳送至處理室的設(shè)備。該設(shè)備包 括 一第一歧管，其具有至少部分地形成在其中的多個(gè)分離流體通道；以及一 第二歧管，耦接至第一歧管，多個(gè)分離流體通道的一部分包括與第二歧管為連 通的第一及第二氣體通道。
在另一實(shí)施例中，描述一種用于處理室的蓋組件。該蓋組件包括 一上方 歧管，具有界定而穿設(shè)于其中的流體分離的第一及第二流動(dòng)路徑；以及一下方 歧管，具有一頂側(cè)及一底側(cè)，頂側(cè)耦接至上方歧管，底側(cè)則具有流體耦接至第 一流動(dòng)路徑的多個(gè)第一出口 ，以及流體耦接至第二流動(dòng)路徑的多個(gè)第二出口 ， 其中，下方歧管包括多個(gè)同心環(huán)，其具有一內(nèi)表面，且該內(nèi)表面與一鄰接環(huán)的一外表面密接，而適以在其之間形成一材料與材料之間的密封(material to material seal)。
在另一實(shí)施例中，描述一種用于將處理流體傳送至處理室的設(shè)備。該設(shè)備
包括 一歧管組件，具有一頂側(cè)及一底側(cè)，該頂側(cè)具有部分地形成于其上的多 個(gè)流體分離的圓形通道，該底側(cè)具有形成于其中的多個(gè)環(huán)狀出口 ；以及一蓋板， 具有一頂部、 一底部及一邊緣，其中蓋板的底部耦接至歧管組件的頂側(cè)，且蓋 板具有穿設(shè)于其中的至少兩個(gè)氣體通道以及多個(gè)熱控制流體通道，該至少兩個(gè) 氣體通道及該多個(gè)熱控制流體通道與該多個(gè)圓形通道為流體連通。
在另一實(shí)施例中，描述一種用于處理室的蓋組件。該蓋組件包括 一上方 歧管，具有部分地形成于其中的多個(gè)流體分離的通道；以及一下方歧管，耦接 至上方歧管，其中流體分離的該多個(gè)通道的一第一部分包括與下方歧管為流體 連通的第一及第二氣體通道，流體分離的該多個(gè)通道的一第二部分包括多個(gè)熱 控制通道。
在另一實(shí)施例中，描述一種用于將處理流體傳送至處理室的設(shè)備。該設(shè)備 包括 一歧管組件，具有一頂側(cè)及一底側(cè)，該頂側(cè)具有部分地形成于其上的多 個(gè)流體分離的圓形通道，該底側(cè)具有形成于其中的多個(gè)環(huán)狀出口；以及一蓋板， 具有一頂部、 一底部及一邊緣，其中蓋板的底部耦接至歧管組件的頂側(cè)，且蓋 板具有穿設(shè)于其中的至少兩個(gè)氣體通道以及多個(gè)熱控制流體通道，該至少兩個(gè) 氣體通道及該多個(gè)熱控制流體通道與該多個(gè)圓形通道為流體連通。
在另一實(shí)施例中，描述一種制造氣體分配板的方法。該方法包括提供一 蓋板，該蓋板具有形成于其中的多個(gè)徑向氣體通道；提供一第一歧管，該第一 歧管具有形成于其中的多個(gè)圓形通道，其中多個(gè)圓形通道的一部分界定第一及 第二氣體通道；提供第二歧管，該第二歧管具有形成于其中的多個(gè)環(huán)狀溝槽， 其中第一及第二氣體通道與該多個(gè)環(huán)狀溝槽為流體連通；以及耦接第一及第二 歧管以形成氣體分配板。 附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
^為讓本發(fā)明的上述特征更明顯易懂，可配合參考實(shí)施例說(shuō)明，其部分乃如 附圖中繪示。須注意的是，雖然附圖僅揭露本發(fā)明特定實(shí)施例，但其并非用以 限定本發(fā)明的精神與范圍，任何熟知本領(lǐng)域的技術(shù)人員，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與 潤(rùn)飾而得等效實(shí)施例。圖l，繪示處理室的一實(shí)施例的概要剖面視圖； 圖2，繪示圖l所示的處理室的剖面視圖，其已沿著縱軸而旋轉(zhuǎn)； 圖3A,繪示上方歧管的一實(shí)施例的概要俯視圖； 圖3B，繪示圖3A所示的上方歧管的概要俯視圖； 圖3C，繪示圖3A所示之上方歧管的另一概要俯視圖； 圖4A，繪示蓋組件之一實(shí)施例的分解等角視圖； 圖4B，繪示蓋組件之一部件的詳細(xì)剖面概要視圖；以及 圖5，繪示可用于實(shí)施本發(fā)明蓋組件的一部分的詳細(xì)視圖。 為便于了解，圖式中相同的組件符號(hào)表示相同的組件。某一實(shí)施例采用的 組件當(dāng)不需特別詳述而可應(yīng)用到其它實(shí)施例。
具體描述


圖1繪示處理室100的一實(shí)施例的剖面視圖。處理室100包括一設(shè)置于內(nèi) 部空間101內(nèi)的襯底支撐件102。襯底104 (例如半導(dǎo)體晶片)可藉由設(shè)置于 處理室100的壁中的開(kāi)口 103而進(jìn)出內(nèi)部空間101。處理室100亦包括蓋組件 105，蓋組件105耦接至處理室100的上表面，而形成內(nèi)部空間101的至少一 部分的邊界。在本實(shí)施例中，蓋組件105包括蓋板112、與蓋板112為流體連 通的上方歧管113、與上方歧管113為流體連通的下方歧管114以及一蓋環(huán) 115。
在一實(shí)施例中，蓋組件105的下表面與襯底104的上表面界定一處理區(qū)域 106。蓋組件105的下方歧管114與處理區(qū)域106為流體連通。在一特定實(shí)施 例中，處理室100包括一環(huán)狀元件，例如遮蔽環(huán)109，其環(huán)繞襯底支撐件102 的一部分而與襯底104相鄰。當(dāng)襯底支撐件102升高至處理位置時(shí)，遮蔽環(huán) 109適以接觸襯底支撐件102。當(dāng)襯底支撐件102升高，遮蔽環(huán)109的周圍部 分實(shí)質(zhì)將襯底支撐件102的下方部分與處理區(qū)域106隔絕開(kāi)。此隔絕預(yù)防或減 少處理氣體導(dǎo)入部分的內(nèi)部空間101中。內(nèi)部空間101的體積(如藉由處理區(qū) 域106所界定)的減少，會(huì)降低提供至處理室100的處理氣體的體積。
在一實(shí)施例中，處理區(qū)域106的體積由襯底104的上表面與蓋105的下表 面之間的距離所界定。在進(jìn)行處理以使襯底104進(jìn)出之前及之后，襯底支撐件 102可以升高及降低。透過(guò)耦接至真空泵(圖中未示)的環(huán)狀真空通道124及真空口 111而可維持處理室101中的真空，并將任何未沉積的氣體自處理室
100排出。
襯底支撐件102可以由傳導(dǎo)或非傳導(dǎo)材料形成，例如金屬(如鋁、鋼、
不銹鋼、鎳、鉻、其合金或其組合物)或陶瓷材料。取決于特定的實(shí)施例，襯
底104可以在預(yù)處理步驟、沉積步驟、后處理步驟或其它用于制造工藝期間的 工藝步驟之前及/或其過(guò)程中，加熱至期望溫度。
在一實(shí)例中，可以利用嵌設(shè)的加熱元件(圖中未示)來(lái)加熱襯底支撐件 102，例如電阻加熱器或是形成在襯底支撐件102中以供應(yīng)流體的導(dǎo)管。在 另一實(shí)例中，襯底支撐件102可以利用輻射加熱器而加熱，例如燈(圖中未示)。
例如一或多個(gè)熱電偶(圖中未示)的溫度傳感器亦可嵌設(shè)于襯底支撐件 102中以監(jiān)控襯底支撐件102的溫度。所量測(cè)的溫度可用于反饋回路中以控制 針對(duì)加熱元件的電源供應(yīng)，藉此，襯底104的溫度可以維持或控制在期望的溫 度下，而適于特定的處理應(yīng)用。襯底升舉銷(圖中未示)亦可設(shè)置于襯底支撐 件102中，并用以將襯底104自支撐表面升高及降低，以促進(jìn)襯底104傳輸進(jìn) 出處理室100。
于一實(shí)施例中，流體(例如為氣體)通過(guò)控制閥(例如閥107A)而導(dǎo)入 處理室100中，而閥107A耦接至蓋組件105之入口 116。閥107A適以耦接 至處理流體源F1。閥107A可以為任何用以控制流體或氣流的控制閥，例如氣 動(dòng)閥、磁性閥、或電致動(dòng)閥?？刂崎y可經(jīng)偏壓而開(kāi)啟或關(guān)閉，并經(jīng)致動(dòng)而在短 時(shí)間內(nèi)開(kāi)啟或關(guān)閉，以提供氣體或連續(xù)氣流的脈沖。適當(dāng)?shù)拈y可購(gòu)自日本大阪 的Fujikin公司以及Richmond, California (加州里奇蒙)的Veriflo公司。
原子層沉積(ALD)工藝?yán)每刂崎y(例如閥107A)以產(chǎn)生氣體脈沖至 處理區(qū)域106。舉例來(lái)說(shuō)，閥107A可配置以提供介于10毫秒 5秒的開(kāi)啟/ 關(guān)閉循環(huán)。在一實(shí)例中，閥107A可以快速地產(chǎn)生脈沖約小于1秒，例如介于 約10毫秒 約1秒，例如介于約50毫秒 700毫秒，或是介于約100毫秒 約500毫秒。在另一實(shí)例中，閥107A可較慢速地脈沖，例如大于約l秒，例 如介于約1秒 約5秒，例如介于約1.5秒 約4秒，或^是介于約2秒 約3 秒。
圖2是圖1的處理室100的另一實(shí)施例的剖面視圖，其沿著縱軸而旋轉(zhuǎn)。 除了入口 106(圖l)之外，蓋組件更包括入口 200。入口 200適以耦接閥107B，
9閥107B接著與流體源F2耦接，而流體源F2不同于與閥107A耦接的流體源 Fl (圖l)。在一實(shí)施例中，閥107A、 107B分隔開(kāi)，但兩者為類似，其各自 可如上述般提供流體或氣體的脈沖或連續(xù)流。此種系統(tǒng)可用于將兩種氣體同時(shí) 流經(jīng)兩個(gè)分離的流體通道。由圖1及圖2所示的實(shí)施例可延伸至具有兩個(gè)以上 之氣體通道的實(shí)施例。
圖1及圖2所示的實(shí)施例可配置以在原子層沉積(ALD)工藝、化學(xué)氣相 沉積(CVD)工藝、或是金屬-有機(jī)或有機(jī)-金屬CVD (MOCVD或OMCVD) 工藝而在襯底上沉積材料。 一般來(lái)說(shuō)，此處所述的實(shí)施例可用于高或低壓工 藝、高或低溫以及連續(xù)或脈沖的氣流、或是同步或交替的氣流。耦接至閥107A、 107B的流體源F。 F2可提供金屬鹵化物，例如四氯化鉿(HfCl4)、六氟 化鎢(WF6)、或六氯化鎢(WC16);金屬羰基化合物，例如羰化鎢(W(CO)6); 還原性化合物，例如氨(NH3)、氫(即，H2或原子H)、肼(N2H4)、硅 烷(SiH4) 、 二硅烷(Si2H6)、三硅烷(Si3H8)、四硅烷(Si4H10) 、 二甲基 硅烷(SiC2H8)、甲基硅烷(SiCH6)、乙基硅烷(SiC2H8)、氯硅烷(ClSiH3)、 二氯硅烷(Cl2SiH2)、六氯二硅垸(Si2Cl2)、硼烷(BH3) 、 二硼垸(B2H6)、 三硼烷、四硼垸、五硼垸、三乙基硼烷(Et3B)、其衍生物、其等離子體或其 組合；氧化性化合物，例如氧(02)、臭氧(03)、水(H20)、氧化亞氮 (N20)、氧化氮(NO) 、 二氧化氮(N02)、其衍生物及其組合；以及載氣， 例如氦氣、氬氣、氖氣、氮?dú)?、氫氣及其它化學(xué)前驅(qū)物，例如金屬-有機(jī) 或有機(jī)-金屬前驅(qū)物，例如垸基金屬、酰胺基金屬、亞胺基金屬、芳族烴金 屬、芳香基金屬或其衍生物或其組合。本發(fā)明的實(shí)施例中可使用的襯底包括但 不限于為半導(dǎo)體晶片，例如結(jié)晶硅(如Si〈10O或Si<lll>)、氧化硅、應(yīng) 變硅、氮化硅、硅鍺、鍺、砷化鎵、玻璃、藍(lán)寶石、金屬、金屬合金、金屬氮 化物、摻雜或未摻雜多晶硅、摻雜或未摻雜硅晶片以及圖案化或未圖案化晶片。 襯底可暴露于預(yù)處理工藝以研磨、蝕刻、還原、氧化、羥化、退火及/或烘烤 襯底表面。
參照?qǐng)D1及圖2，蓋組件105的一實(shí)施例包括一蓋板112、 一第一或上方 歧管113、 一第二或下方歧管114以及一蓋環(huán)115。蓋板112包括二個(gè)橫向?qū)?管，例如通道117、 202，其通過(guò)上方歧管113與下方歧管114而與處理區(qū)域 106為流體連通。通道117、 202可以徑向設(shè)置于蓋板112的不同平面內(nèi)。蓋板U2可以由任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄐ纬桑鐧C(jī)械加工、澆鑄、模塑、銅焊、或
其組合。通道117、 202可藉由任何傳統(tǒng)方法而形成在蓋板112里面，包括鉆 孔以及輾壓，且在一實(shí)施例中，通道U7、 202偏移45度，且彼此上下間隔設(shè) 置。在一實(shí)施例中，通道117、 202利用深孔加工(gun-drill)形成。
蓋板112可以由例如鋁、不銹鋼、鎳、其合金或其混合物，或陶瓷材料形 成。在一實(shí)施例中，當(dāng)鉆孔形成通道117、 202時(shí)，通道117、 202的開(kāi)啟端由 柱塞(plug) 118、 203來(lái)密封之。柱塞118、 203可由金屬(如上列舉的那些 金屬)、陶瓷、或是有機(jī)或無(wú)機(jī)聚合材料形成。柱塞11S、 203 —般由與蓋板 112的材料具有相似的膨脹系數(shù)的材料制成。其它在蓋板112中形成入口及歧 管的方法例如為澆鑄、焊接或銅焊，而這些方法可以不需柱塞來(lái)預(yù)防氣體的泄 漏。
在一實(shí)施例中，蓋板112包括兩個(gè)氣體入口 116、 200，且入口 116、 200 流體耦接至閥107A、 107B， 二流體(可為氣相或蒸氣相)通過(guò)閥107A、 107B 而導(dǎo)入處理室100中。入口 116、 200分別連接至通道117、 202，而通道117、 202與處理區(qū)域106為流體連通。因此，來(lái)自流體源F,的氣體通過(guò)與入口 116 耦接的閥107A而進(jìn)入通道117中。來(lái)自流體源F,的氣體接著通過(guò)通道117 而進(jìn)入開(kāi)口 220A，并流入形成于上方歧管U3中的通道119。來(lái)自流體源F2 的氣體通過(guò)與入口 200耦接的閥107B而進(jìn)入通道202中。來(lái)自流體源F2的氣 體接著通過(guò)通道202而進(jìn)入開(kāi)口 220B，并流入形成于上方歧管113中的通道 204，且當(dāng)來(lái)自流體源F,及F2的氣體到達(dá)上方歧管113時(shí)，氣體仍然在兩個(gè)不 同的流動(dòng)路徑保持隔離。
在一實(shí)施例中，上方氣體通道119、 204在上方歧管113中排置成圓形通 道圖案。圓形通道119、 204通過(guò)孔洞205A、 205B而耦接至下方歧管114， 其將于下方詳細(xì)描述之。
圖3A為上方歧管113的一實(shí)施例的俯視圖。上方歧管113包括多個(gè)流體 通道301，其設(shè)置于上方氣體通道119、 204之間并與氣體通道119、 204分隔 開(kāi)。上方歧管113亦包括多個(gè)外部流體通道302。各個(gè)流體通道301、 302提 供有一導(dǎo)管，以供熱控制流體流動(dòng)于其中，因而對(duì)上方歧管113提供較佳的熱 控制。熱控制流體可以為液體或氣體。可使用的液體包括水(例如去離子水)、 油、乙醇、乙二醇、乙二醇醚、其它有機(jī)溶劑、超臨界流體(例如，co2)、其衍生物或其混合物。氣體可包括氮?dú)?、氬氣、空氣、氫氟碳化?HFCS)、
或是其混合物。熱控制流體通過(guò)形成在蓋板112的孔洞401、 402 (圖3B、 3C 及4A)而進(jìn)入及離開(kāi)上方歧管113。上方歧管113由具工藝抗性及/或化學(xué)兼 容性的材料制成，例如鋁、不銹鋼、陶瓷材料及其組合。上方歧管113可以 為模塑、澆鑄、機(jī)械加工或其組合而制成。在一實(shí)施例中，蓋板112及上方歧 管113可以銅焊在一起以形成單一板，其具有氣體輸送及熱控制特征結(jié)構(gòu)整合 于其中。在一實(shí)施例中，上方歧管113及蓋板112的緊配表面形成一剪力密封 (shearseal)。表面可以藉由拋光(lapping)或其它適合技術(shù)而完成。
上方氣體通道119、 204及流體通道301、 302各個(gè)界定出導(dǎo)管，導(dǎo)管具有 一側(cè)適以由蓋板112的下表面所密封(當(dāng)蓋板112耦接至導(dǎo)管時(shí))。上方氣體 通道119、 204及流體通道301、 302可具有的剖面形狀包括具有圓角的U 型、具有實(shí)質(zhì)方角的U型及其組合。在上方歧管113的中央部分中，各個(gè)上 方氣體通道119、 204由流體通道301分隔開(kāi)。上方氣體通道119、 204與流體 通道301之間的環(huán)狀壁提供各個(gè)氣體及流體的分別流動(dòng)路徑。當(dāng)蓋板112耦接 至上方歧管113以預(yù)防熱控制流體與氣體之間的污染時(shí)，上方氣體通道119、 204與流體通道301、 302為分隔開(kāi)且密封的。
流體通道301、 302與氣體通道119、 204的配置并不限于圖中所示的數(shù)量 及配置。亦可使用較多或較少數(shù)量的流體通道301、 302與氣體通道119、 204， 且流體通道301、 302與氣體通道119、 204可以在上方歧管113中形成任何期 望的形狀。舉例來(lái)說(shuō)，可以使用較多的內(nèi)部通道301及較少的外部通道302， 反之亦然。其它實(shí)施例亦可包括具有不同剖面形狀的通道，例如完整圓形。其 它實(shí)施例可包括更為垂直的配置，例如形成在蓋板112及/或上方歧管113其 中之一中的通道層。
圖3B為上方歧管113的概要俯視圖，其顯示通道117與氣體通道119之 間的位置關(guān)系。在此實(shí)施例中，為了清楚表示，流體通道301、 302以虛線顯 示，且氣體通道204并未示出。如上所述，通道117的開(kāi)口 220A與氣體通道 119為流體連通?？锥?05A與下方歧管114為流體連通，且設(shè)置于偏移開(kāi)口 220A約45度角之處，藉此，來(lái)自流體源F,的氣體可導(dǎo)引通過(guò)閥107A、流經(jīng) 氣體通道119、并傳送至下方歧管114，而不與來(lái)自流體源F2的氣體以及熱控 制流體混合。實(shí)施例并不限制孔洞205A的數(shù)量及定位，更多或更少的孔洞205A可增設(shè)至氣體通道119中的不同的徑向位置及/或不同偏移角度。
圖3C為上方歧管113的概要俯視圖，其顯示通道202與氣體通道204之 間的位置關(guān)系。在此實(shí)施例中，為了清楚表示，流體通道301、 302以虛線顯 示，且氣體通道119并未示出。如上所述，通道202的開(kāi)口 220B與氣體通道 204為流體連通?？锥?05B與下方歧管114為流體連通，且設(shè)置于偏移開(kāi)口 220B約45度角之處，藉此，來(lái)自流體源F2的氣體可導(dǎo)引通過(guò)閥107B、流經(jīng) 氣體通道204、并傳送至下方歧管114，而不與來(lái)自流體源Ft的氣體以及熱控 制流體混合。實(shí)施例并不限制孔洞205B的數(shù)量及定位，更多或更少的孔洞 205B可增設(shè)至氣體通道204中的不同的徑向位置及/或不同偏移角度。
圖4A為蓋組件105的等角分解視圖。所顯示的下方歧管114分解為其構(gòu) 成的套疊環(huán)121、 206，當(dāng)組合套疊環(huán)121、 206時(shí)會(huì)形成下方歧管114。在一 實(shí)施例中，環(huán)121、 206經(jīng)過(guò)精準(zhǔn)制造，以使其不需使用O型圈、襯墊或相似 物而能密封。在一實(shí)施例中，環(huán)121、 206在其相接觸的內(nèi)徑及外徑部分之間 會(huì)形成剪力密封。環(huán)121、 206藉由重疊(lapping)來(lái)形成，且各個(gè)環(huán)121、 206的內(nèi)、外徑保持在公差內(nèi)，其中，在環(huán)121、 206的接觸點(diǎn)形成材料與材 料之間的密封。材料與材料之間的密封提供實(shí)質(zhì)的氣密密封，其用于使界定于 環(huán)121、 206之間的氣體通道之間的泄漏最小化及/或預(yù)防泄漏。
環(huán)121、 206中的孔洞123、 207分別通過(guò)孔洞205A、 205B而與通道119、 204為流體連通。因此，來(lái)自蓋板112的入口 116、 200的氣體流經(jīng)上方歧管 113而進(jìn)入下方歧管114。來(lái)自流體源F,及F2的氣體分別流經(jīng)蓋板112的入口 116、 200。熱冷卻流體系流經(jīng)蓋板112的孔洞401、 402。在各種部件中的開(kāi) 口及通道的配置可以藉由各種方式改變以提供不同實(shí)施例。舉例來(lái)說(shuō)，可提供 呈現(xiàn)任何幾何最佳圖案的多個(gè)開(kāi)口。同樣地，開(kāi)口可以如圖所示而對(duì)齊，或是 其可以為交錯(cuò)設(shè)置的。開(kāi)口亦可按一定尺寸制作而使得在設(shè)備中的流動(dòng)及壓力 分布最佳化。
圖4B為環(huán)206的部分剖面視圖，其類似于環(huán)121的構(gòu)造。在此實(shí)施例中， 環(huán)206沿著內(nèi)徑及外徑而精確磨平、重疊(lapped)、或拋光，以制造出與緊 配環(huán)的剪力密封，并使得通過(guò)下方歧管114的氣體泄漏情形最小化及/或預(yù)防 泄漏。環(huán)206具有一延伸頂部408，延伸頂部408在環(huán)206的周圍形成一突出 部?？锥?07穿設(shè)于頂部408。頂部408由第一外半徑403及第一內(nèi)半徑405(參照環(huán)206的中央線411所量測(cè))所界定。環(huán)206亦包括由第二外半徑407 及第二內(nèi)半徑406所界定的底部。各個(gè)環(huán)206亦包括由第三外半徑404所界定 的間隙208。第一內(nèi)半徑405與第二內(nèi)半徑406的差別造成一肩部410界定在 環(huán)206的內(nèi)部。上方關(guān)于環(huán)206的半徑亦可改變以形成環(huán)121、 206的不同實(shí)施例。
環(huán)121、 206可以由硬質(zhì)材料形成，其可耐受超過(guò)100(TC的高溫，并具有 低熱膨脹系數(shù)。此材料可以為硬質(zhì)材料，例如碳化硅、硅石墨、藍(lán)寶石、石英、 陶瓷材料或其它硬質(zhì)材料。
將圖4B的實(shí)施例做一延伸，各個(gè)環(huán)包括第一外直徑及第二外直徑，且在 兩者之間包括一第三外直徑，其中第三直徑為間隙208。各個(gè)環(huán)亦包括第一內(nèi) 直徑及第二內(nèi)直徑，以形成一肩部410。如下將會(huì)詳細(xì)描述者， 一環(huán)的第一外 直徑適以與另一環(huán)的第一內(nèi)直徑壓接或滑接。
環(huán)121、 206適以安裝在一起以形成下方歧管114，其中一環(huán)的延伸頂部 408與另一環(huán)的肩部410鄰接。在一實(shí)施例中， 一環(huán)的第一外半徑403 (由中 央線411量測(cè))些微小于另一環(huán)的第一內(nèi)半徑405,其中構(gòu)成環(huán)的直徑允許壓 接。第一內(nèi)直徑與第二內(nèi)直徑的差別，以及環(huán)的表面拋光允許材料與材料之間 的密封在相鄰環(huán)之間形成實(shí)質(zhì)氣密密封。
當(dāng)環(huán)121、 206接續(xù)地安裝在一起， 一環(huán)的第二外半徑407以及相鄰環(huán)的 第二內(nèi)半徑406形成一環(huán)狀溝槽501 (圖5)。環(huán)狀溝槽501的寬度通常介于 約0.010密爾(mil) 約0.060密爾之間，例如約0.030密爾。環(huán)狀溝槽501 與間隙208為流體連通，而間隙208通過(guò)孔洞207與上方歧管113為連通。
圖5顯示蓋組件105的剖面視圖的細(xì)節(jié)。環(huán)121、 206的形狀形成以包括 環(huán)狀間隙122、 208，如下將描述。環(huán)狀間隙122、 208與環(huán)狀溝槽501為流體 連通，而環(huán)狀溝槽501與處理區(qū)域106為流體連通。在此實(shí)施例中，下方歧管 114與蓋板115耦接，且蓋板115包括額外的水導(dǎo)管505以及一包圍環(huán)506。 蓋組件105利用O型圈507而在所示出的位置中在其周圍及多個(gè)內(nèi)部部分形 成密封。 ，
在一實(shí)施例中，環(huán)狀溝槽501的尾端位于環(huán)狀噴嘴502。在部分實(shí)施例中， 環(huán)狀噴嘴502的幾何形狀經(jīng)設(shè)計(jì)以在處理區(qū)域106中形成特定的氣體分布模 式。此分布模式的剖面實(shí)質(zhì)為三角形或梯形，并產(chǎn)生分隔區(qū)503及混合區(qū)504，
14其中來(lái)自流體源F,、 F2的區(qū)別氣體G、G2在未到達(dá)混合區(qū)504之前不會(huì)產(chǎn)生 混合。這增進(jìn)對(duì)于在處理區(qū)域106中的反應(yīng)物種的控制，而可消除或減少在除 了襯底104以外的表面上的不期望的沉積。噴嘴502的側(cè)壁可以呈約15度 約90度的角度，例如約50度 約70度，如60度。在一實(shí)施例中，噴嘴502 的表面可以經(jīng)過(guò)修飾以改變分布模式的流動(dòng)特性及/或幾何形狀，并增進(jìn)流動(dòng) 性質(zhì)。在一實(shí)施方案中，表面可經(jīng)粗糙化而促進(jìn)更多的層流(laminarflow)。 在另一實(shí)施方案中，表面可經(jīng)平滑化(而非粗糙化)以提供更快、更多的氣體 紊流(turbulent flow)。舉例來(lái)說(shuō)，噴嘴502可包括一經(jīng)珠擊(bead blasted)、 冰擊或砂擊的表面。
在操作中，來(lái)自流體源Fi的氣體通過(guò)與入口 116耦接的閥107A而進(jìn)入通 道117。來(lái)自流體源Ft的氣體接著通過(guò)通道117而進(jìn)入開(kāi)口 220A，以導(dǎo)引進(jìn) 入上方歧管113。來(lái)自流體源F2的氣體通過(guò)與入口 200耦接的閥107B而進(jìn)入 通道202。來(lái)自流體源F2的氣體接著通過(guò)通道202而進(jìn)入開(kāi)口 220B，以導(dǎo)引 進(jìn)入上方歧管113。且當(dāng)來(lái)自流體源Fi及F2的氣體到達(dá)上方歧管113時(shí)，氣 體仍然在兩個(gè)分隔流動(dòng)路徑保持分離。來(lái)自流體源F,及F2的氣體分別通過(guò)上 方氣體通道119、 204而進(jìn)入上方歧管113?？锥?05A、 205B與下方歧管114 為流體連通，以允許來(lái)自流體源F,及F2的氣體分別流入形成在下方歧管114 中的孔洞123、 207 (207在此視圖中并未示出)?？锥?23、 207 (圖中未示) 分別與環(huán)狀間隙122、 208為流體連通，且環(huán)狀間隙122、 208與環(huán)狀溝槽501 為流體連通。來(lái)自流體源Ft及F2的氣體流經(jīng)環(huán)狀溝槽501并通過(guò)環(huán)狀噴嘴502 而輸送至處理區(qū)域106。藉此，來(lái)自流體源Fi及F2的氣體在未到達(dá)混合區(qū)504 之前不會(huì)進(jìn)行混合。
本發(fā)明所述的實(shí)施例使得兩種不同氣體傳送至處理區(qū)域時(shí)，在尚未正好位 于襯底表面上方時(shí)，這些氣體不會(huì)混合。本發(fā)明所提供的熱控制實(shí)施方案亦使 得提供至處理區(qū)域的各種氣體的溫度控制變?yōu)榭赡堋＿@提供對(duì)于處理室中的工 藝(例如沉積、蝕刻工藝等)更佳的控制。舉例來(lái)說(shuō)，可控制氣體的混合，藉 此，則可增進(jìn)處理區(qū)域中的反應(yīng)。亦可使處理室部件上的不期望的沉積及微粒 的產(chǎn)生最小化。因此，藉由減少微粒并使得處理室清潔的停機(jī)時(shí)間最小化可使 產(chǎn)量增加。
本發(fā)明雖以較佳實(shí)施例說(shuō)明如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟知本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所作的更動(dòng)與潤(rùn)飾，仍應(yīng)屬 本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1. 一種用于一處理室的蓋組件，包括一上方歧管，具有界定且穿設(shè)于其中的流體分離的一第一流動(dòng)路徑及一第二流動(dòng)路徑；以及一下方歧管，具有一頂側(cè)及一底側(cè)，該頂側(cè)耦接至該上方歧管，該底側(cè)具有流體耦接至該第一流動(dòng)路徑的多個(gè)第一出口，以及流體耦接至該第二流動(dòng)路徑的多個(gè)第二出口，其中，該下方歧管包括多個(gè)同心環(huán)，該同心環(huán)具有一內(nèi)表面，且該內(nèi)表面與一鄰接環(huán)的一外表面密接，而適以在其之間形成一材料與材料之間的密封。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓋組件，其中該上方歧管具有形成于其中的多個(gè) 圓形通道，其中該多個(gè)圓形通道的一第一部分與形成在該多個(gè)同心環(huán)之間的各 個(gè)間隙流體連通。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓋組件，其中該上方歧管具有多個(gè)流體通道。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓋組件，其更包括一蓋板，具有多個(gè)形成于其中的開(kāi)口，用以將兩種或更多種氣體流體耦接 至該多個(gè)同心環(huán)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的蓋組件，其中該蓋板銅焊至該上方歧管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓋組件，其中該多個(gè)出口包括環(huán)狀通道。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓋組件，其中該多個(gè)出口具有呈一角度設(shè)置的邊緣。
8. —種用于一處理室的蓋組件，包括一上方歧管，具有部分地形成于其中的多個(gè)流體分離的通道；以及 一下方歧管，耦接至該上方歧管，其中該多個(gè)流體分離的通道的一第一部分包括與該下方歧管為流體連通的一第一氣體通道及一第二氣體通道，該多個(gè) 流體分離的通道的一第二部分包括多個(gè)熱控制通道。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的蓋組件，其中該上方歧管耦接至一蓋板，該蓋板 具有形成于其中的多個(gè)徑向通道，且該多個(gè)徑向通道與該多個(gè)流體分離的通道 的該第一部分為連通。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的蓋組件，其中該第一氣體通道及該第二氣體通道的各個(gè)藉由該多個(gè)熱控制通道其中之一而分隔開(kāi)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的蓋組件，其中該下方歧管更具有多個(gè)第一環(huán) 狀溝槽以及多個(gè)第二環(huán)狀溝槽，該多個(gè)第一環(huán)狀溝槽與該第一氣體通道為流體 連通，該多個(gè)第二環(huán)狀溝槽與該第二氣體通道為流體連通，其中該多個(gè)第一環(huán) 狀溝槽與該多個(gè)第二環(huán)狀溝槽彼此為流體分離。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的蓋組件，其中該多個(gè)第一環(huán)狀溝槽與該多個(gè) 第二環(huán)狀溝槽的各個(gè)包括一噴嘴，該噴嘴呈一角度以導(dǎo)引一氣流至鄰近該下方 歧管的一下表面的一處理區(qū)域中。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的蓋組件，其中該第一氣體通道及該第二氣體 通道的各個(gè)具有多個(gè)開(kāi)口，該開(kāi)口均勻地間隔設(shè)置在該通道中，且該開(kāi)口流體 耦接至該下方歧管。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的蓋組件，其中該第一氣體通道及該第二氣體 通道的各個(gè)具有多個(gè)開(kāi)口，該開(kāi)口以90度間隔設(shè)置在該通道中，且該開(kāi)口流 體耦接至該下方歧管。乂
15. —種用于將一處理流體傳送至一處理室的設(shè)備，包括 一歧管組件，具有一頂側(cè)及一底側(cè)，該頂側(cè)具有部分地形成于其上的流體分離的多個(gè)圓形通道，該底側(cè)具有形成于其中的多個(gè)環(huán)狀出口；以及一蓋板，具有一頂部、 一底部及一邊緣，其中該蓋板的該底部耦接至該歧 管組件的該頂側(cè)，且該蓋板具有穿設(shè)于其中的至少兩個(gè)氣體通道以及多個(gè)熱控 制流體通道，該至少兩個(gè)氣體通道及該多個(gè)熱控制流體通道與該多個(gè)圓形通道 為流體連通。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中該至少兩個(gè)氣體通道為徑向定位。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中該至少兩個(gè)氣體通道的各個(gè)具有 多個(gè)開(kāi)口，該開(kāi)口與流體分離的該多個(gè)圓形通道的一第一部分為流體連通。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中該多個(gè)熱控制流體通道與流體分 離的該多個(gè)圓形通道的一第二部分其中之一為流體連通。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中該蓋板具有多個(gè)孔洞，該孔洞用 以附接氣體及熱控制流體管路。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中該多個(gè)熱控制流體通道的一第一 部分形成于該蓋板的該頂部中，該多個(gè)熱控制流體通道的一第二部分形成在該 蓋板的該邊緣中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氣體分配板的設(shè)備及方法。氣體分配板具有一第一歧管，第一歧管包括用以提供至少兩種不同氣體至襯底上方的處理區(qū)域的多個(gè)同心通道。多個(gè)通道的一部分執(zhí)行熱控制的功能，并與其它通道分隔開(kāi)，藉以在氣體分配板中提供分隔的氣流通道。氣流通道與第二歧管為流體連通，且第二歧管包括多個(gè)同心環(huán)。形成于環(huán)中的孔洞與氣流通道及處理區(qū)域?yàn)榱黧w連通。氣體提供至處理區(qū)域的襯底上方，而不在氣體分配板內(nèi)進(jìn)行混合。
文檔編號(hào)H01L21/31GK101536161SQ200780041621
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2007年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月26日
發(fā)明者喬治·馬汀格, 尼歐·謬, 斯蒂文·波普 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司