專(zhuān)利名稱(chēng)：具有擴(kuò)散器板和注入器組件的批處理腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種批處理腔。
背景技術(shù)：
通常由器件產(chǎn)量和擁有成本(cost of ownership, COO)這兩個(gè)相關(guān)且 重要的因素，來(lái)測(cè)量基板制造程序的效率。由于這兩個(gè)因素直接影響生產(chǎn)電 子器件的成本，進(jìn)而影響器件制造商在市場(chǎng)中的竟?fàn)幜Γ虼诉@些因素是很 重要的。雖然有許多因素影響COO,但是COO主要受每小時(shí)處理基板的數(shù) 量和處理材料的成本影響。已引入批處理來(lái)減少COO，并且批處理非常有 效。批處理腔通常很復(fù)雜，例如配備有加熱系統(tǒng)、輸氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)和泵 送系統(tǒng)。
圖1和圖2示出公知的批處理腔。參照?qǐng)D1,其示出在處理?xiàng)l件下的批 處理腔100。在這種條件下，可以在由頂部104、側(cè)壁105和底部106限定 的處理空間103中處理由基板舟皿101 (substrate boat)支撐的一批基板 102。在底部106中形成的孔122提供用于將基板舟皿插入處理空間103或 者從中除去的裝置。密封板107設(shè)置為在處理期間將孔122封閉住。
在每個(gè)側(cè)壁105的外表面上安裝加熱結(jié)構(gòu)110。每個(gè)加熱結(jié)構(gòu)110包含 多個(gè)囟素?zé)?19，卣素?zé)?19具有燈頭120，這些囟素?zé)?19通過(guò)側(cè)壁105 上安裝的石英窗109向批處理腔100的處理空間103中的基板102提供能 量。在處理空間103中增加安裝在側(cè)壁105的內(nèi)表面上防熱板108，用以擴(kuò) 散從加熱結(jié)構(gòu)110發(fā)射的能量，從而使待提供至基板102的熱能均勻分布。 包含鹵素?zé)?21陣列的多區(qū)加熱結(jié)構(gòu)111被安裝在頂部104上。鹵素?zé)?21 通過(guò)石英窗113和防熱板112向基板舟皿101中的基板102輻射能量。
為了避免多余沉積以及出于安全原因，由通道116 (圖2中示出)控制 側(cè)壁105和頂部104的溫度。當(dāng)石英窗109很熱并且處理空間103在真空 中時(shí)，如果石英窗109與受溫度控制的側(cè)壁105直接接觸，則過(guò)度的應(yīng)力可導(dǎo)致內(nèi)爆。因此，在石英窗109與側(cè)壁105之間設(shè)置由O-環(huán)形墊片124 (由諸如VITON 、硅橡膠或者cal-rez石墨纖維的合適材料制成)和合適 的相同材料的條形墊片123以確保石英窗109與側(cè)壁105不直接接觸，從 而防止內(nèi)爆。通過(guò)絕緣片125和固定夾126將防熱板108安裝在側(cè)壁105 上。防熱板108和絕緣片125由諸如石墨或者碳化硅的合適高溫材料制成。 固定夾126由諸如鈦的合適高溫材料制成。
可以使用不斷流經(jīng)通道116的熱交換流體對(duì)側(cè)壁105中形成的通道116 進(jìn)行溫度控制。此外，熱交換流體可以持續(xù)地流經(jīng)內(nèi)連接的垂直孔洞117、 118。熱交換流體可以是例如加熱到約30。C至約300。C的全氟聚醚(例如， GALDEN⑧流體)。熱交換流體也可以是在約15。C至約95。C的期望溫度下輸 送的冷卻水。熱交換流體還可以是諸如氬氣或者氮?dú)獾臏囟仁芸氐臍怏w。
在1997年8月11曰申請(qǐng)的發(fā)明名稱(chēng)為"Mini-batch Process Chamber (迷你批處理腔)"的美國(guó)專(zhuān)利US6，352,593和在2002年8月9日申請(qǐng)的 發(fā)明名稱(chēng)為"High Rate Deposition At Low Pressure In A Small Batch Reactor (在小批反應(yīng)器中低壓下的高速沉積)"的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 10/216,079中進(jìn)一步描述了加熱結(jié)構(gòu)110和多區(qū)加熱結(jié)構(gòu)111的細(xì)節(jié)，在 此引入其全部?jī)?nèi)容作為參考。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2,通過(guò)氣體注入組件114提供將要在基板102上沉積多個(gè) 層所使用的處理氣體。注入組件114通過(guò)O-環(huán)127被真空密封到側(cè)壁105。 排出組件115被設(shè)置在注入組件114的相對(duì)側(cè)。在這種結(jié)構(gòu)中，不直接對(duì) 注入組件和排出組件進(jìn)行溫度控制，并且這些組件易于發(fā)生冷凝和分解，這 將向批處理腔中引入顆粒污染物。
公知的批處理腔的幾個(gè)方面有待改進(jìn)。第一，由于基板是圓形，所以未 有效利用方盒形腔中的處理空間。因此，浪費(fèi)處理氣體，并且延長(zhǎng)反應(yīng)氣體 的駐留時(shí)間(一個(gè)氣體分子從注入點(diǎn)到在腔的相對(duì)側(cè)排出的平均時(shí)間)。第 二，由于不對(duì)注入組件和排出組件進(jìn)行溫度控制，所以他們易于由于過(guò)高或 者過(guò)低的溫度導(dǎo)致的冷凝和分解。第三，加熱系統(tǒng)很復(fù)雜，并且難于維修和 清洗。第四，使用許多壓力絕緣密封件增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性并且易于泄漏。 因此，需要一種提供改進(jìn)并且簡(jiǎn)化的批處理腔的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種批處理腔，其具有擴(kuò)散器板與可移除的氣體注入組件。 在第一實(shí)施例中，本發(fā)明揭示一種批處理腔，其包括石英腔以用于處理
在其內(nèi)的一批基板。注入組件附接到該石英腔以用于將氣體注入至該腔內(nèi)。
擴(kuò)散器板與排出組件在面對(duì)該注入組件的腔側(cè)附接到該石英腔。擴(kuò)散器板避
免氣體從注入組件直接地流動(dòng)至基板。
在第二實(shí)施例中， 一種適于處理一批基板的批處理腔包括注入組件與排
出組件，其附接到石英腔的相對(duì)側(cè)。注入組件具有多個(gè)并行的氣體容室
(plenum),這些容室具有多個(gè)孔洞，氣體經(jīng)由這些孔洞進(jìn)入該腔。注入組 件也包括一設(shè)置在這些容室之間的冷卻通道。
在第三實(shí)施例中， 一 種適于處理 一 批基板的批處理腔包括注入組件與排 出組件，其附接到石英腔的相對(duì)側(cè)。注入組件具有多個(gè)附接到一共同載件的 端口。這些端口與該腔的一接收表面配合。每一端口具有多個(gè)孔洞，氣體經(jīng) 由這些孔洞進(jìn)入該腔。
在第四實(shí)施例中， 一種適于處理一批基板的批處理腔包注入組件與排出 組件，其附接到石英腔的相對(duì)側(cè)。注入組件具有多個(gè)水平端口，其與形成在 該腔內(nèi)的多個(gè)水平槽配合。這些端口是垂直地對(duì)齊的。
在第五實(shí)施例中， 一 種適于處理 一 批基板的批處理腔包括注入組件(其 用于將氣體注入至該腔內(nèi))與排出組件，其附接到石英腔的相對(duì)側(cè)。注入組 件具有多個(gè)附接到一共同載件的端口、多個(gè)平行氣體容室(它們被界定在該 載件內(nèi)且將氣體饋送至這些端口 )、以及一設(shè)置在這些容室之間的冷卻通道。 這些端口與該腔的一接收表面配合。每一端口具有多個(gè)孔洞，氣體經(jīng)由這些 孔洞進(jìn)入該腔。


為了詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征，通過(guò)參照在附圖中示出的實(shí)施例更詳 細(xì)地說(shuō)明上述簡(jiǎn)要概括的本發(fā)明。但是，應(yīng)注意附圖僅示出本發(fā)明的典型實(shí) 施例，因此并不視為限制其范圍，本發(fā)明可以允許其它等效的實(shí)施例。圖1 (現(xiàn)有技術(shù))示出公知批處理腔的側(cè)視截面圖2 (現(xiàn)有技術(shù))示出圖1中所示的公知批處理腔的俯視截面圖； 圖3示出本發(fā)明的示例性批處理腔的分解圖； 圖4示出本發(fā)明的示例性批處理腔的側(cè)視截面圖； 圖5示出圖4的批處理腔的俯視截面圖； 圖6示出本發(fā)明的另一實(shí)施例的截面圖； 圖7示出本發(fā)明的示例性批處理腔的側(cè)視截面圖； 圖8示出圖7的批處理腔的俯視截面圖； 圖9示出本發(fā)明的示例性批處理腔的側(cè)視截面圖； 圖10示出圖9的批處理腔的俯視截面圖； 圖11示出本發(fā)明的示例性批處理腔的俯視截面圖； 圖12A示出圖11的批處理腔的側(cè)視截面圖； 圖12B示出本發(fā)明的另一實(shí)施例的側(cè)視截面圖； 圖13A示出本發(fā)明的示例性批處理腔的俯視截面圖； 圖13B示出圖13A的批處理腔的分解圖； 圖14示出圖13A的批處理腔的側(cè)視截面圖； 圖15示出在批處理腔中使用的清洗氣體提供組件的正視圖； 圖16示出圖15的清洗氣體提供組件的側(cè)視圖；以及 圖17示出本發(fā)明的批處理腔的注入組件的實(shí)施例。 圖18A與18B是繪示鐘形罐腔的截面圖，其分別顯示排出面板與注入 面板。
圖19為圖18A與18B的鐘形罐的截面圖。
圖20為圖19的注入面板的截面圖。
圖21為圖19的排出面板的截面圖。
圖22為一個(gè)四端口面板實(shí)施例的示意圖。
圖23與24為使用一槽化入口的注入面板的示意圖。
圖25為一個(gè)四端口面板實(shí)施例的示意圖，其顯示氣體與冷卻輸入。
圖26為使用一擴(kuò)散器面板的腔的示意圖。
圖27為使用一擴(kuò)散器面板的另一實(shí)施例的腔的示意圖。圖28為使用一擴(kuò)散器面板的另一實(shí)施例的腔的示意圖。
應(yīng)了解的是，無(wú)需詳細(xì)敘述， 一實(shí)施例的特征可以有利地被并入至其它 實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種用于對(duì)半導(dǎo)體基板進(jìn)行批處理的設(shè)備和方法。在本發(fā)明 的一個(gè)方案中，提供一種具有石英腔的批處理腔，該石英腔設(shè)有注入嚢和排
出嚢。下文參考美國(guó)加州圣大克勞拉市的Applied Materials Inc.(應(yīng)用材料 公司)的FlexStar 系統(tǒng)的修改，示例性地說(shuō)明本發(fā)明。
圖3示出本發(fā)明的示例性批處理腔的分解圖。批處理腔200包括用于容 納基板舟皿214的石英腔201。石英腔201包括穹形腔體202、形成在腔體 202 —側(cè)上的注入嚢204、形成在腔體202上與注入嚢204相對(duì)一側(cè)上的排 出嚢203、以及鄰近于腔體202的開(kāi)口 218而形成的凸緣217?；逯勖?214用于支撐一批基板221，并經(jīng)由開(kāi)口 218傳送入/出石英腔201。凸緣 217可以焊接在腔體202上以減少用于真空密封的O-環(huán)數(shù)量。排出囊203 和注入嚢204可焊接以取代形成在腔體202上的槽。在一個(gè)方案中，注入 嚢204和排出嚢203是一端焊接在腔體202上而另 一端開(kāi)口的扁平石英管。 注入嚢204和排出囊203分別被配置成罩住注入件205和排出件207。石 英腔201由對(duì)于爐腔而言理想的(熔融)石英制成。 一方面，石英是兼具高 純度和高溫性質(zhì)的經(jīng)濟(jì)材料。另 一 方面，石英能夠耐寬溫度梯度和高加熱率。
由靠近開(kāi)口 218的支撐板210支撐石英腔201。 O-環(huán)密封件219用于 在石英腔201與支撐板210之間進(jìn)行真空密封。具有孔220的腔套支座209 (chamber stack support)被設(shè)置在支撐板210上。 一個(gè)或者多個(gè)加熱塊 211被設(shè)置在腔體202的周?chē)?，并且用于通過(guò)腔體202向石英腔201內(nèi)的 基板221提供熱能。在一個(gè)方案中， 一個(gè)或者多個(gè)加熱塊211可以具有多 個(gè)垂直區(qū)?？稍谝粋€(gè)或者多個(gè)加熱塊211的周?chē)O(shè)置多個(gè)石英襯212以防 止熱能向外輻射。外腔213被設(shè)置在石英腔201、 一個(gè)或者多個(gè)加熱塊211 和石英襯212的上方，并且被放置在套支座209上，從而為加熱塊211和 石英襯212提供真空密封。開(kāi)口 216可形成在外腔213的側(cè)邊上以用于穿過(guò)注入件205和排出件207。分別在注入嚢204與外腔213之間以及排出 嚢203與外腔213之間分別設(shè)置熱絕緣體206和208。由于熱絕緣體206、 208和石英襯212使外腔213與加熱塊211和加熱后的石英腔201絕熱， 所以外腔213可以在加熱處理期間保持"冷"。在一個(gè)方案中，外腔213 由諸如鋁或者不銹鋼的金屬制成。
在一個(gè)方案中，可獨(dú)立于石英腔201對(duì)注入件205和/或207進(jìn)行溫度 控制。例如，如圖3中所示，加熱器槽222和冷卻通道223設(shè)置在注入件 205中以分別對(duì)注入件205進(jìn)行加熱和冷卻。
圖4和圖5示出具有石英腔和溫度受控的注入件和排出件的批處理腔的 一個(gè)實(shí)施例。圖4是批處理腔300的側(cè)視截面圖，圖5是沿圖4中的方向 5-5的批處理腔300的截面圖。批處理腔300包括石英腔301，該石英腔301 限定一個(gè)處理空間337，處理空間337用于容納在基板舟皿中堆疊的一批基 板321。在石英腔301的周?chē)O(shè)置一個(gè)或者多個(gè)加熱塊311,用于加熱處理 空間337內(nèi)的基板321。在石英腔301和一個(gè)或者多個(gè)加熱塊311上方， 設(shè)置外腔313。在外腔313與一個(gè)或者多個(gè)加熱塊311之間，設(shè)置用于使外 腔313保持冷卻的一個(gè)或者多個(gè)熱絕緣體312。由石英支撐板310支撐石英 腔301。外腔313與由石英支撐板310支撐的腔套支座309連接。
石英腔301包括在底部具有開(kāi)口 318的腔體302、在腔體302的一側(cè) 上形成的注入嚢304、在腔體上與注入嚢304相對(duì)的另一側(cè)上形成的排出嚢 303、以及鄰近于腔體302的開(kāi)口 318而形成的凸緣317。與現(xiàn)有技術(shù)的方 盒形處理腔相比，具有與基板舟皿314相似的柱形的腔體302減小了處理 空間337。由于減小處理空間不僅能夠減少每批處理所需的處理氣體，而且 縮短了停留時(shí)間，所以期望在批處理期間減小處理空間?？珊附优懦鰢?03 和注入嚢304,以取代在腔體302上所形成的槽。在一個(gè)方案中，注入囊 204和排出嚢203是一端焊接在腔體202上而另 一端開(kāi)口的扁平石英管。注 入囊304和排出嚢303分別被配置成罩住溫度受控的注入組件305和溫度 受控的排出組件307。凸緣317可焊接在腔體302上。凸緣317位于石英 支撐板310上，以使開(kāi)口 318與形成在石英支撐板310上的孔339成一直 線(xiàn)。凸緣317與石英支撐板310緊密接觸?？梢栽谕咕?17與石英支撐板310之間設(shè)置O-環(huán)密封件319,以從由外腔313、腔套支座309、石英支撐 板310和石英腔301所限定的外部空間338來(lái)密封處理空間337。腔套支 座309具有一個(gè)壁320與兩個(gè)O-環(huán)以用于密封。石英支撐板310還與裝載 區(qū)340連接，在該裝載區(qū)可為基板舟皿314進(jìn)行加栽或者卸載?；逯勖?314可經(jīng)由孔339和開(kāi)口 318，在處理空間337與裝載區(qū)340之間垂直移 動(dòng)。
在2005年8月31日申請(qǐng)的發(fā)明名稱(chēng)為"Batch Deposition Tool and Compressed Boat (批沉積工具和壓縮舟皿)"的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 11/216,969中進(jìn)一步說(shuō)明了在批處理中使用的基板舟皿的實(shí)例，在此引入其 全部?jī)?nèi)容作為參考。在2005年9月30日申請(qǐng)的發(fā)明名稱(chēng)為"Batch Wafer Handing System (批芯片處理系統(tǒng))，，的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 11/242,301中 進(jìn) 一 步說(shuō)明了在批處理中使用的用于加栽和卸載基板舟皿的方法和設(shè)備的 實(shí)施例，在此引入其全部?jī)?nèi)容作為參考。
參照?qǐng)D5，加熱塊311包圍在除注入嚢304和排出嚢303之外的石英 腔301的外圍。加熱塊311通過(guò)石英腔301將基板321加熱到適當(dāng)溫度。 為了在所有基板321的整個(gè)區(qū)域上達(dá)到均勻和期望的處理結(jié)果，所有基板 321上的每個(gè)點(diǎn)需要均勻受熱。 一些處理需要在一批中的所有基板321上的 每個(gè)點(diǎn)達(dá)到上下相差1攝氏度的相同設(shè)置點(diǎn)溫度。批處理腔300的多種配置 提高了批處理的溫度均勻性。 一方面，由于基板321和腔體302都是圓形， 所以基板321的邊緣與石英腔301的距離一致。另一方面，加熱塊311具 有多個(gè)可控區(qū)，從而可以調(diào)節(jié)各區(qū)之間的溫度變化。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱 塊311由排列在多個(gè)垂直區(qū)中的電阻加熱器構(gòu)成。在一個(gè)方案中，加熱塊 311是陶瓷電阻加熱器。在一個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)由形成在外腔313上的開(kāi)口 ， 可拆卸加熱塊311。在2005年9月9日申請(qǐng)的發(fā)明名稱(chēng)為"Removable Heater (可拆卸加熱器)"的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 11/233,826中進(jìn)一步說(shuō)明 了在批處理中使用的可拆卸加熱器的實(shí)例，在此引入其全部?jī)?nèi)容作為參考。
參照?qǐng)D4，注入嚢304可焊接在腔體302的一側(cè)上以限定與處理空間 337連通的注入空間341。當(dāng)基板舟皿314處于處理位置時(shí)，注入空間341 覆蓋基板舟皿314的整個(gè)高度，以使設(shè)置在注入囊304中的注入組件305可以向基板舟皿314中的每個(gè)基板321提供水平流動(dòng)的處理氣體。在一個(gè) 方案中，注入組件305具有用于安裝在注入空間341中的突出的中央部342。 在中央部342的周?chē)纬捎糜谌菁{注入嚢304的壁的凹部343。注入囊304 的壁被注入組件305包圍。熱絕緣體306被設(shè)置在注入組件305與外腔313 上形成的注入開(kāi)口 316之間。在一個(gè)方案中，包括外腔313的內(nèi)側(cè)和石英 腔301的外側(cè)的外部空間338保持真空狀態(tài)。由于在處理期間處理空間337 和外部空間338通常保持真空狀態(tài)，所以將外部空間338保持真空能夠減 小由石英腔301上的應(yīng)力所產(chǎn)生的壓力。O-環(huán)密封件331可被設(shè)置在外腔 313與熱絕緣體306之間，以提供對(duì)外部空間338的真空密封。O-環(huán)密封 件330可被設(shè)置在注入組件305與熱絕緣體306之間，以提供對(duì)注入空間 341的真空密封。在注入嚢304的外部設(shè)置隔離密封件329，以防止處理空 間337和注入空間341中的處理用的化學(xué)物質(zhì)泄漏至外部空間338。在另一 方案中，外部空間338可處于常壓。
熱絕緣體306具有兩個(gè)用途。 一方面，熱絕緣體306使石英腔301和 注入組件305都與外腔313隔絕，以避免由于加熱后的石英腔301和注入 組件305與"冷"外腔313直接接觸而產(chǎn)生的熱應(yīng)力所導(dǎo)致的損壞。另一 方面，熱絕緣體306使注入囊304和注入組件305都與加熱塊311隔絕， 從而可獨(dú)立于石英腔301對(duì)注入組件305進(jìn)行溫度控制。
參照?qǐng)D5，水平地形成貫穿注入組件305的三個(gè)入口通道326。這三個(gè) 入口通道326中的每個(gè)通道都用于獨(dú)立地向處理空間337提供處理氣體。 每個(gè)入口通道326與中央部342的一端附近所形成的垂直通道324連接。 垂直通道324還與多個(gè)均勻分布的水平孔325連接，并且在注入組件305 的中央部342上形成垂直噴頭(圖4中未示出)。在處理期間，處理氣體首 先從一個(gè)入口通道326流進(jìn)相應(yīng)的垂直通道324。然后，處理氣體通過(guò)多個(gè) 水平孔325水平地流進(jìn)處理空間337。 一方面，入口通道326在相應(yīng)的水平 通道324的中點(diǎn)附近與該水平通道324連接，從而縮短處理氣體的流徑的 平均長(zhǎng)度。另一方面，由于水平孔325是遠(yuǎn)離入口通道326而設(shè)置的，所 以可以增大水平孔325的尺寸，從而使所有水平孔325中的氣流接近相等。 在一個(gè)實(shí)施例中，可以根據(jù)批處理腔300中進(jìn)行的處理的要求，在注入組件305中形成更多或者更少的入口通道326。在另一實(shí)施例中，由于可以從外 腔313的外側(cè)安裝或者除去注入組件305,因此更換注入組件305以滿(mǎn)足不 同的需求。
不需要拆卸整個(gè)腔而從腔中輕易地移除注入組件與排出組件是有益的。 通過(guò)僅從腔中移除組件，該腔與鐘形罐1912之間的密封點(diǎn)較少，藉此達(dá)到 更佳的真空。安裝至腔1800的排出組件1810被顯示在圖18A中。排出組 件1810具有三個(gè)容室1801。每一容室1801具有多個(gè)孔洞1802。排出面 板1810與容室1801的尺寸取決于欲被處理的基板數(shù)量。例如， 一個(gè)用來(lái) 處理四片基板的處理腔將會(huì)比一個(gè)用來(lái)處理僅兩片基板的處理腔具有更長(zhǎng) 的容室1801與更大的排出面板1810。容室1801在容室底部是開(kāi)放的。
注入組件1811包含三個(gè)注入容室1803，容室1803具有多個(gè)孔洞1806， 注入組件1811被顯示在圖18B中。每一容室1803具有一氣體注入端口 1805。注入端口 1805大約位于每一容室1803的中間且約13.63毫米高， 如箭頭F所示。在一實(shí)施例中，注入端口 1805靠近容室1803的中心，以 提升流動(dòng)均勻性。圖18B顯示交錯(cuò)的注入端口 1805,但是應(yīng)當(dāng)了解的是， 注入端口 1805可以線(xiàn)性對(duì)齊、隨機(jī)設(shè)置、或以其它形式或位置來(lái)配置。在 注入組件1811中形成一或多個(gè)冷卻通道1804，以使冷卻流體的流動(dòng)可以在 多個(gè)容室1803之間配送。在一實(shí)施例中，冷卻通道1804在其底部具有一 冷卻入口端口 1807與一冷卻出口端口 1808。在另一實(shí)施例中，冷卻通道 1804具有倒U形狀。
圖19顯示圖18A與圖18B的鐘形罐1812的一實(shí)施例的截面圖。排出 組件1810與注入組件1811被顯示成與鐘形罐腔1812相關(guān)。
圖20詳細(xì)地顯示注入組件1811的一實(shí)施例。每一注入容室2002具有 多個(gè)(例如50個(gè))孔洞2003以均勻地提供氣體至腔內(nèi)部。注入組件1811可 以被配置成具有其它數(shù)量的孔洞2003。每一孔洞2003流體地將容室連接至 腔。水通道2001用于冷卻氣體容室2002。
圖21顯示排出組件1810的一實(shí)施例。排出組件1810具有三個(gè)容室 1801。每一容室具有多個(gè)(例如30個(gè))孔洞1802以從腔中排出氣體。排出組 件1810可以被配置成具有其它數(shù)量的孔洞1802。圖22顯示一鐘形罐熔爐2202的一注入組件2205與一排出組件2206 的另一實(shí)施例。圖22顯示一個(gè)四端口注入組件2205與一個(gè)四端口排出組 件2201。熔爐被設(shè)計(jì)以在舟皿2203上固定四片基板。熔爐具有一注入端口 2204。注入組件與熔爐的注入端口配合。應(yīng)當(dāng)了解的是，雖然圖上顯示有四 個(gè)端口，但是端口的數(shù)量取決于欲處理的基板數(shù)量。舉例而言，若想要處理 10片基板，可以配置一個(gè)十端口熔爐與一個(gè)十端口隔室舟皿。此外，端口 的尺寸是由晶片數(shù)量所決定的，且不受限于任何特定尺寸。多端口注入器與 排出配置可以與前述的注入器配置一起使用。更詳細(xì)地說(shuō)，圖25顯示了前 述的注入端口 1805與冷卻入口端口 1807及出口端口 1808。
第23-24圖繪示本發(fā)明的另一實(shí)施例，圖上顯示一槽化注入器2301。 鐘形罐的注入器接收器在其內(nèi)形成有多個(gè)槽。在一實(shí)施例中，這些槽被配向 成基本上水平。指部2403 (finger)具有一個(gè)形成于其間的氣體輸送穿孔， 指部2403從注入器2401延伸且與注入器接受件2402的槽配合。由于指部 2403延伸穿過(guò)槽而進(jìn)入腔(晶片2404在此被處理)，氣體可以被輸送到更靠 近晶片之處，藉以避免源氣體損失。在鐘形罐內(nèi)所設(shè)置的指部2403末端的 氣體輸送穿孔的位置也使得在源氣體進(jìn)入腔之前不太可能破壞腔密封性。
通過(guò)在注入器組件提供一擴(kuò)散器板2605,氣體可以沿著晶片周?chē)簧?布，而不是非均勻地越過(guò)晶片表面。若沒(méi)有擴(kuò)散器板2605，較靠近注入器 的晶片邊緣將具有高氣體流速越過(guò)其上，并且因此造成晶片邊緣上的沉積扭 曲。置放一擴(kuò)散器板于注入器處，使得進(jìn)入腔的氣體被導(dǎo)引至多個(gè)發(fā)散的流 動(dòng)路徑，其中這些發(fā)散流動(dòng)路徑實(shí)質(zhì)上與晶片圓周相切。兩氣體流流動(dòng)環(huán)繞 且越過(guò)基板至排出組件，藉以將整個(gè)基板實(shí)質(zhì)上暴露于該氣體。
圖26顯示一注入器組件的一實(shí)施例，該注入器組件具有一擴(kuò)散器板 2605。擴(kuò)散器板2605附接至注入器組件2604。在一實(shí)施例中，擴(kuò)散器板 與一石英襯里2602重迭，該石英襯里2602纏繞著腔的內(nèi)周?chē)?一舟孤被 設(shè)置在由襯里2602限定的區(qū)域中，且其外徑2602大于其內(nèi)所承載的晶片。 如圖26所示，擴(kuò)散器板2605與石英環(huán)襯里2602重迭，而使得來(lái)自注入器 的氣體可以在石英襯里2602與擴(kuò)散器板2605之間流動(dòng)。在一實(shí)施例中， 襯里2602與擴(kuò)散器板2605之間的開(kāi)口約為4毫米。雖然圖上顯示擴(kuò)散器板2605通過(guò)一螺帽與螺栓組件附接至注入器組件2604,應(yīng)當(dāng)了解的是，可 以使用傳統(tǒng)的附接機(jī)制。實(shí)際上，擴(kuò)散器板2605甚至可以通過(guò)例如焊接而 附接至石英襯里2602。在一實(shí)施例中，擴(kuò)散器板2605以擴(kuò)散器板2605能 夠與注入器組件2604 —同被移除的方式而附接至注入器組件2604。
在擴(kuò)散器板與石英襯里重迭的實(shí)施例中，擴(kuò)散器板由彈性材料制成是有 益的，如此擴(kuò)散器板在注入器組件被拉出熔爐時(shí)可以屈曲。擴(kuò)散器板也可以 由不銹鋼、石英或其它適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?。擴(kuò)散器板是單片材料。圖26顯示 一V形的擴(kuò)散器板，但是應(yīng)當(dāng)了解的是，可以使得氣體流動(dòng)至晶片周?chē)?會(huì)越過(guò)晶片表面的任何形狀就已經(jīng)足夠。在其它實(shí)施例中，擴(kuò)散器板的形狀 與尺寸可以使其不與石英襯里重迭，因此擴(kuò)散器板可以輕易地與注入器組件 一同被移除。應(yīng)當(dāng)了解的是，雖然圖26顯示僅有兩個(gè)容室，也可以使用前 述討論的三容室系統(tǒng)。
擴(kuò)散器板以順時(shí)針與逆時(shí)針流動(dòng)路徑而環(huán)繞晶片的方式，將氣體引導(dǎo)至 晶片周?chē)?，而到達(dá)排出組件。圖27顯示本發(fā)明的一擴(kuò)散器板的其它實(shí)施例。 圖27的擴(kuò)散器板具有V形狀且不與石英襯里重迭。石英襯里隔開(kāi)晶片。擴(kuò) 散器板從注入器組件延伸。晶片2702沿著舟皿被置于中間，使得晶片周?chē)?與舟皿邊緣隔開(kāi)。晶片在所有的位置處都與石英襯里等距離地間隔開(kāi)，除了 注入器與排出組件以外，如箭頭2701所示。在一實(shí)施例中，氣體在擴(kuò)散器 板與石英襯里之間穿過(guò)的間隙約為4毫米，如箭頭2706所示。
圖28顯示擴(kuò)散器的另一實(shí)施例。 一晶片位于腔2804內(nèi)，且隔開(kāi)一石 英襯里2803。石英襯里2803具有一面對(duì)基板的內(nèi)表面與一面對(duì)腔壁的外 壁。注入器將氣體注入擴(kuò)散器，擴(kuò)散器接著將氣體以一角度散布至基板周?chē)?擴(kuò)散器從注入器延伸以與石英村里2803的內(nèi)壁對(duì)齊。擴(kuò)散器具有一蓋2807 與多個(gè)側(cè)壁2805,這些側(cè)壁2805具有平行壁。形成在蓋2807與側(cè)壁2805 之間的孔洞2806呈一定的角度，使得氣體以相反方向環(huán)繞基板的方式被散 布至基板。
尤其在批處理腔中進(jìn)行沉積處理時(shí)，控制批處理腔中的各種組件的溫度 很重要。如果注入組件的溫度太低，則注入的氣體可以凝結(jié)并且保留在注入 組件的表面上，這樣可產(chǎn)生顆粒并且影響腔處理。如果注入組件的溫度太高，則引發(fā)氣相分解和/或表面分解，這可"阻塞"注入組件中的路徑。理想地， 批處理腔的注入組件被加熱至低于注入氣體的分解溫度并且高于氣體的凝 結(jié)溫度的溫度。注入組件的理想溫度通常與處理空間中的處理溫度不同。例
如，在原子層沉積期間，將正處理的基板加熱到600攝氏度，而注入組件的 理想溫度為約80攝氏度。因此，必須獨(dú)立控制注入組件的溫度。
參照?qǐng)D4， 一個(gè)或者多個(gè)加熱器328被設(shè)置在鄰近于入口通道326的注 入組件305的內(nèi)側(cè)。 一個(gè)或者多個(gè)加熱器328用于將注入組件305加熱至 設(shè)定溫度，并且可由電阻加熱器組件、熱交換器等構(gòu)成。在注入組件305中， 在一個(gè)或者多個(gè)加熱器328的外側(cè)形成冷卻通道327。 一方面，冷卻通道 327進(jìn)一步控制注入組件305的溫度。另 一方面，冷卻通道327使注入組件 305的外表面保持較冷。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻通道327可以包括兩個(gè)以一 定角度輕微鉆孔以在一端連通的垂直通道。水平入口/出口 323與每個(gè)冷卻 通道327連接，以使熱交換流體可通過(guò)冷卻通道327不斷流動(dòng)。熱交換流 體可以是例如加熱到約3CTC至約300。C的全氟聚醚(例如，Galder^液體)。 熱交換流體也可以是在約15匸至約95。C的期望溫度下輸送的冷卻水。熱交 換流體還可以是諸如氬氣或者氮?dú)獾臏囟仁芸氐臍怏w。
參照?qǐng)D4,排出囊303可以焊接在腔體302的注入嚢304相對(duì)側(cè)上。 排出囊303限定與處理空間337連通的排出空間344。當(dāng)基板舟皿314處 于處理位置時(shí)，排出空間344通常覆蓋基板舟皿314的高度，以使處理氣 體可以通過(guò)設(shè)置在排出囊303中的排出組件307而均勻地從處理空間337 中排出。在一個(gè)方案中，排出組件307具有用于安裝在排出空間344中的 內(nèi)突中央部348。在中央部348的周?chē)纬捎糜谌菁{排出囊303的壁的凹部 349。排出嚢303的壁被排出組件307包圍。熱絕緣體308被設(shè)置在排出組 件307與外腔313上形成的排出開(kāi)口 350之間。O-環(huán)密封件345被設(shè)置在 外腔313與熱絕緣體308之間以提供對(duì)外部空間338的真空密封。O-環(huán)密 封件346被設(shè)置在排出組件307與熱絕緣體308之間以提供對(duì)排出空間344 的真空密封。在排出囊303的外部設(shè)置隔離密封件347，以防止處理空間 337和排出空間344中的處理化學(xué)物質(zhì)泄漏至外部空間338。
熱絕緣體308具有兩個(gè)用途。 一方面，熱絕緣體308使石英腔301和排出組件307都與外腔313隔絕，以避免由于加熱后的石英腔301、排出組 件307與"冷"外腔313直接接觸而產(chǎn)生的熱應(yīng)力所導(dǎo)致的損壞。另一方 面，熱絕緣體308使排出囊306和排出組件307都與加熱塊311隔絕，從 而可獨(dú)立于石英腔301而控制排出組件307的溫度。
參照?qǐng)D5，在中央部附近水平地形成排出端口 333以貫穿排出組件307。 排出端口 333與在突出的中央部348中形成的垂直隔室332連通。垂直隔 室332還與連通至處理空間337的多個(gè)水平槽336連接。當(dāng)抽吸處理空間 337時(shí)，處理氣體首先從處理空間337通過(guò)多個(gè)水平槽336流進(jìn)垂直隔室 332。然后，處理氣體經(jīng)由排出端口 333流進(jìn)排出系統(tǒng)。在一個(gè)方案中，可 以根據(jù)特定水平槽336與排出端口 333之間的距離改變水平槽336的尺寸， 以在從上至下貫穿整個(gè)基板舟皿314提供均勻的抽吸。
尤其在批處理腔中進(jìn)行沉積處理時(shí)，控制批處理腔中的各種組件的溫度 很重要。 一方面，需要保持排出組件的溫度低于處理腔的溫度，從而在排出 組件中不發(fā)生沉積反應(yīng)。另一方面，需要加熱排出組件以使通過(guò)排出組件的 處理氣體不凝結(jié)并且不保留在表面上產(chǎn)生顆粒污染物。因此，必須獨(dú)立于處 理空間，來(lái)加熱排出組件。
參照?qǐng)D4,在排出組件307中形成用于控制排出組件307的溫度的冷卻 通道334。水平入口/出口 335與冷卻通道334連接，以使熱交換流體可通 過(guò)冷卻通道334不斷流動(dòng)。熱交換流體可以是例如加熱到約30°C至約300 。C的全氟聚醚(例如，Galder^液體)。熱交換流體也可以是在約15。C至約 95。C的期望溫度下輸送的冷卻水。熱交換流體還可以是諸如氬氣或者氮?dú)獾?溫度受控的氣體。
圖6示出本發(fā)明的另 一 實(shí)施例的俯視截面圖。批處理腔400通常包括外 腔413，該外腔具有兩個(gè)彼此相對(duì)形成的開(kāi)口 416和450。開(kāi)口 416用于罩 住注入組件405，而開(kāi)口 450用于罩住排出組件407。外腔限定一個(gè)處理空 間437，用于處理其中的一批基板421。在外腔413中設(shè)置兩個(gè)石英容器 401。每個(gè)石英容器401具有用于緊抱基板421的一部分外圍的曲面402。 在曲面402的相對(duì)側(cè)形成開(kāi)口 452,在開(kāi)口 452的周?chē)尚纬赏咕?03。石 英容器401從開(kāi)口 452的內(nèi)側(cè)與外腔413密封連接，以使得石英容器401從處理空間437中分出加熱器空間438。在加熱器空間438的內(nèi)部設(shè)置加熱 塊411，使得加熱塊411可以通過(guò)石英容器401的曲面421對(duì)基板421進(jìn) 行加熱。0-環(huán)密封件451用于在處理空間437和加熱器空間438之間提供 真空密封。 一方面，加熱器空間438可以保持在真空狀態(tài)并且該加熱塊411 為真空兼容的加熱器，諸如陶瓷電阻加熱器。另一方面，加熱器空間438可 以保持在常壓下并且該加熱塊411為普通電阻加熱器。在一實(shí)施例中，加熱 塊411可以由幾個(gè)可控的區(qū)域構(gòu)成，從而可以分區(qū)調(diào)整加熱效果。在另一實(shí) 施例中，加熱塊411可以從外腔413的側(cè)面和/或頂部去除。美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) 號(hào)11/233,826且發(fā)明名稱(chēng)為"Removable Heater (可去除式加熱器)"的 美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案中進(jìn)一步描述了在批處理中使用的可去除式加熱器的實(shí)施 例，在此引入其內(nèi)容作為參考。
O-環(huán)430用于將注入組件405密封連接到外腔413上。注入組件405 具有延伸入處理空間437中的突出的中央部442。注入組件405具有在突出 的中央部442內(nèi)形成的一個(gè)或者多個(gè)垂直進(jìn)氣管424。多個(gè)水平進(jìn)氣孔425 與構(gòu)成垂直噴頭的垂直進(jìn)氣管424連接，該噴頭用于向處理空間437中提 供一種或者多種處理氣體。 一方面，可以獨(dú)立于處理空間437對(duì)注入組件 405進(jìn)行溫度控制。在注入組件405內(nèi)部形成用于在其中循環(huán)冷卻的熱交換 流體的冷卻通道427。例如，該熱交換流體可以是溫度加熱到約30匸到約 300。C的全氟聚醚(例如Galder^流體)。該熱交換流體也可以是以介于約 15。C到95。C之間所需溫度傳輸?shù)睦鋮s水。該熱交換流體還可以是溫度受控 的氣體，諸如氬氣和氮?dú)狻?br> 0_環(huán)446用于將排出組件407密封地連接到外腔413上。排出組件407 具有延伸入處理空間437中的突出的中央部448。排出組件407具有在突出 的中央部448內(nèi)形成的一垂直隔間432。多個(gè)水平槽連接至垂直隔間432, 以從該處理空間437中抽吸處理氣體。 一方面，可以獨(dú)立于處理空間437 對(duì)排出組件407進(jìn)行溫度控制。在排出組件407內(nèi)部形成用于在其中循環(huán) 冷卻熱交換流體的冷卻通道434。例如，該熱交換流體可以是溫度加熱到約 3CTC到約300。C的全氟聚醚(例如GalderV^流體)。該熱交換流體也可以是 以介于約15。C到95。C之間所需溫度傳輸?shù)睦鋮s水。該熱交換流體還可以是溫度受控的氣體，諸如氬氣和氮?dú)狻?br> 圖7和圖8所示為具有石英腔的批處理腔的另一實(shí)施例，該石英腔帶有
用于排出和注入的相對(duì)的嚢。在該實(shí)施例中，該排出嚢具有底部，該底部通
過(guò)消除所需的排出組件和多個(gè)O-環(huán)密封件而降低了批處理腔的復(fù)雜性。圖7 為批處理腔500的側(cè)視截面圖而圖8為沿圖7的8-8方向提取的批處理腔 500的截面圖。該批處理腔500包括石英腔501，用于限定處理空間537, 以容納在基板舟皿514中層疊的一批基板521。圍繞石英腔501排列著一個(gè) 或者多個(gè)加熱塊511，用于加熱處理空間537內(nèi)的基板521。在石英腔501 以及一個(gè)或者多個(gè)加熱塊511的上方，設(shè)置了外腔513。 一個(gè)或者多個(gè)熱絕 緣體512被設(shè)置在外腔513和一個(gè)或者多個(gè)加熱塊511之間并且保持外腔 513處于冷卻狀態(tài)。通過(guò)石英支撐板510，支撐著石英腔501。外腔513與 通過(guò)石英支撐板510支撐的腔套支架509連接。
石英腔501包括具有底部開(kāi)口 518的腔體502、形成在腔體502 —側(cè) 的注入嚢504、形成在腔體502上與注入嚢504相對(duì)一側(cè)的排出嚢503、以 及與底部開(kāi)口 518相鄰而形成的凸緣517?？梢院附优懦瞿?03和注入囊 504,以取代形成在腔體502上的槽。注入囊504具有一端焊接在腔體502 上而另一端開(kāi)口的扁平石英管形狀。排出囊503具有一側(cè)焊接在腔體502 上的部分管狀。排出嚢503具有底部端口 551并在底部打開(kāi)。在腔體502 和排出嚢503之間，設(shè)置了排出擋板548，其用于限制在處理空間537和排 出囊503的排出空間532之間的流體流通。圍繞底部開(kāi)口518和底部端口 551焊接凸緣517，該凸緣被配置成幫助對(duì)腔體502和排出嚢503進(jìn)行真空 密封。凸緣517與具有孔550和539的石英支撐板510緊密接觸。底部開(kāi) 口 518與孔539對(duì)準(zhǔn)，并且底部端口 551與孔550對(duì)準(zhǔn)。在凸緣517和石 英支撐板510之間設(shè)置0-環(huán)密封件519,從而從由外腔513 、腔套支架509 、 石英支撐板510和石英腔501所限定的外部空間538來(lái)密封處理空間537。 腔套支架509具有一壁520且以0-環(huán)553、 554來(lái)密封。圍繞底部端口 551 設(shè)置0-環(huán)552，從而對(duì)排出空間532和外部空間538進(jìn)行密封。石英支撐 板510還與裝載區(qū)540連接，在裝載區(qū)載入或者卸栽基板舟皿514。通過(guò)孔 539和底部開(kāi)口 518，該基板舟皿514在處理空間537和裝載區(qū)540之間垂直傳輸。
參照?qǐng)D8,加熱塊511包圍在石英腔501的外圍除排出嚢503和注入 囊504附近的區(qū)域之外的部分。通過(guò)石英腔501由加熱塊511將基板521 加熱到適當(dāng)溫度。 一方面，由于基板521和腔體502為圓形，因此基板邊 緣514和石英腔501之間具有均勻間距。另一方面，加熱塊511可以具有 多個(gè)可控的區(qū)域使得可以調(diào)整區(qū)域之間的溫度變化。在一實(shí)施例中，加熱塊 511可以具有部分地圍繞著石英腔501的多個(gè)曲面。
參照?qǐng)D7，焊接在腔體502 —側(cè)的注入囊504限定了一個(gè)與處理空間 537連通的注入空間541。當(dāng)基板舟孤514位于處理位置時(shí)，該注入空間 541覆蓋該基板舟皿514的整個(gè)高度，從而使得設(shè)置在注入嚢504中的注入 組件505可以向位于基板舟皿514中的每個(gè)基板521提供水平處理氣流。 一方面，具有突出的中央部542的注入組件505被配置成安裝在注入空間 541中。圍繞中央部542,形成了用于固定注入嚢504的壁的凹部543。由 注入組件505圍繞注入嚢504的壁。在外腔513上形成注入開(kāi)口 516從而 為注入組件505提供通路。圍繞注入開(kāi)口 516，形成向里延伸的邊緣506, 其用于保護(hù)注入組件505不受到加熱塊511加熱。 一方面，包括外腔513 內(nèi)部和石英腔501外部的外部空間538保持在真空狀態(tài)。由于在處理期間， 處理空間537和注入空間541保持在真空狀態(tài)，因此保持外部空間538真 空狀態(tài)可以減少石英腔501上應(yīng)力產(chǎn)生的壓力。在注入組件505和外腔513 之間設(shè)置O-環(huán)密封件530，從而提供對(duì)注入空間541的真空密封。在注入 囊504的外部設(shè)置隔離密封件，從而防止處理空間537和注入空間541中 的處理化學(xué)物質(zhì)泄漏到外部空間538中。另一方面，外部空間538可以保 持在常壓下。
參照?qǐng)D8，水平地形成貫穿注入組件505的三個(gè)入口通道526。這三個(gè) 入口通道526中的每個(gè)通道用于獨(dú)立地向處理空間537中提供處理氣體。 每個(gè)入口通道526均與形成在中央部542的一端附近的垂直通道524連接。 垂直通道524還與多個(gè)均勻分布的水平孔525連接，并且在注入組件505 的中央部上形成垂直噴頭(如圖7所示)。在處理期間，處理氣體首先從多 個(gè)入口通道526中之一流入相應(yīng)的垂直通道524。然后，處理氣體通過(guò)多個(gè)水平孔525水平流入處理空間537。在一實(shí)施例中，根據(jù)在批處理腔500 中進(jìn)行的處理的要求，在注入組件505中形成更多或更少的入口通道526。 在另一實(shí)施例中，由于可以從外腔513的外側(cè)安裝或者去除注入組件505， 因此更換注入組件505以滿(mǎn)足不同的需求。
參照?qǐng)D7, —個(gè)或者多個(gè)加熱器528被設(shè)置在鄰近入口通道526的注 入組件505內(nèi)側(cè)。 一個(gè)或者多個(gè)加熱器528用于將注入組件505加熱到設(shè) 定溫度并且可由電阻加熱器組件、熱交換器等構(gòu)成。在注入組件505中，在 一個(gè)或者多個(gè)加熱器528的外側(cè)形成冷卻通道527。 一方面，該冷卻通道 527進(jìn)一步控制注入組件505的溫度。另 一方面，冷卻通道527使注入組件 505的外表面保持冷卻。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻通道527可以包括兩個(gè)以一 角度輕微鉆孔以在一端連通的垂直通道。水平入口/出口 523與各冷卻通道 527連接，以使熱交換流體可以連續(xù)流過(guò)冷卻通道527。例如，熱交換流體 可以是溫度加熱到約3CTC到約300'C的全氟聚醚(例如Galden⑧流體)。該 熱交換流體也可以是以在約15 。C到95 。C之間所需溫度傳輸?shù)睦鋮s水。該熱 交換流體還可以是溫度受控的氣體，諸如氬氣和氮?dú)狻?br> 排出空間532通過(guò)排出擋板548和處理空間537流體連通。 一方面， 可以通過(guò)形成在排出擋板548上的多個(gè)槽536來(lái)實(shí)現(xiàn)該流體連通。該排出 空間532經(jīng)過(guò)位于排出囊503底部的單一排出端孔533與泵組件流體連通。 因此在處理空間537中的處理氣體經(jīng)過(guò)多個(gè)槽536流入排出空間532 ，然后 向下進(jìn)入排出端孔533。位于排出端孔533附近的槽536比遠(yuǎn)離排出端孔 533的槽536具有更強(qiáng)的吸力。為了從頂?shù)降桩a(chǎn)生均勻的吸力，可以改變多 個(gè)槽536的尺寸，例如從底到頂逐漸增加槽536的尺寸。
圖9和圖10所示為本發(fā)明的另一實(shí)施例，圖9為批處理腔600的側(cè)視 截面圖。圖10為批處理腔600的俯視截面圖。參照?qǐng)D10,該批處理腔600 通常包括由加熱器611環(huán)繞的柱狀外腔613。在外腔613的內(nèi)部設(shè)置具有排 出囊603和注入囊604的石英腔601。該石英腔601限定一個(gè)在處理期間 用于容納一批基板621且具有一載座614的處理空間637、排出囊603內(nèi) 部的排出空間632、以及注入囊604內(nèi)部的注入空間641。 一方面，加熱器 611可以環(huán)繞外腔613約280度，注入嚢604附近的區(qū)域處于未環(huán)繞狀態(tài)。外腔613可以由諸如鋁、不銹鋼、陶瓷、石英等耐高溫材料構(gòu)成。石英
腔601由石英構(gòu)成。參照?qǐng)D9,石英腔601和外腔613都在底部開(kāi)口并且 通過(guò)支撐板610支撐。所述加熱器611也由支撐板610支撐。在靠近底部 的石英腔601上焊接凸緣617以便于在石英腔601和支撐板610之間實(shí)現(xiàn) 真空密封。 一方面，凸緣617可以是具有三個(gè)分別向排出空間632、處理空 間637和注入空間641開(kāi)放的孔651、 618和660的板。開(kāi)口 650、 639和 616形成于支撐板610中，并且分別與孔651、 618和660對(duì)準(zhǔn)。凸緣617 與支撐板610緊密接觸。在凸緣617和支撐板610之間形成分別圍繞孔651 、 618和660的O隱環(huán)652、 619和656。該O-環(huán)652、 619和656提供了介 于下列之間的真空密封石英腔601中的處理空間637、排出空間632和注 入空間641;以及在外腔613內(nèi)部且在石英腔601外部的外部空間638。 一 方面，外部空間638保持在真空狀態(tài)中，以在處理期間降低施加在石英腔 601上的應(yīng)力。
在注入空間641中設(shè)置了一個(gè)被配置成提供處理氣體的注入組件605。 一方面，可以通過(guò)開(kāi)口 616和孔660來(lái)插入以及去除注入組件605?？梢栽?支撐板和注入組件605之間使用O-環(huán)657，以對(duì)開(kāi)口 616和孔660進(jìn)行密 封。在注入組件605的內(nèi)部形成垂直通道624并且其用于從底部流入處理 氣體。為了在處理空間637中從上到下均勻分布?xì)怏w，在用于構(gòu)成垂直噴頭 的垂直通道624中，鉆孔形成多個(gè)均勻分布的水平孔625。 一方面，在注入 組件605中形成多個(gè)垂直通道以獨(dú)立提供處理氣體。參照?qǐng)D10，由于加熱 器611沒(méi)有直接環(huán)繞注入組件605,因此該注入組件605可以進(jìn)行獨(dú)立溫度 控制。 一方面，可以在注入組件605中形成垂直冷卻通道627，從而提供了 用于控制注入組件605溫度的手段。
參照?qǐng)D9，排出空間632通過(guò)設(shè)置在排出空間632中的排出擋板648, 而與處理空間637實(shí)現(xiàn)流體連通。 一方面，可以通過(guò)在排出擋板648上形 成的多個(gè)槽636，來(lái)實(shí)現(xiàn)該流體連通。排出空間632經(jīng)過(guò)設(shè)置在排出空間底 部附近的開(kāi)口 650中的單個(gè)排出端口 659,而與泵組件流體連通。因此，處 理空間637中的處理氣體經(jīng)過(guò)多個(gè)槽636流入排出空間632 ，然后向下進(jìn)入 排出端口 659。位于排出端口 659附近的槽636比遠(yuǎn)離排出端口 659的槽636具有更強(qiáng)的吸力。為了從頂?shù)降桩a(chǎn)生均勻的吸力，可以改變多個(gè)槽636 的尺寸，例如從底到頂逐漸增加槽636的尺寸。
批處理腔600優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。柱形容器腔601和613 是有效容積方式。設(shè)置在腔601和613外部的加熱器611是便于維護(hù)的。 注入組件605可以進(jìn)行獨(dú)立溫度控制，這是許多處理都需要的。將排出端口 659和注入組件605安裝在底部，從而減少了 O-環(huán)密封件的個(gè)數(shù)和維護(hù)的 復(fù)雜性。
圖11和圖12A所示為本發(fā)明的另一實(shí)施例。圖12A為批處理腔700 的側(cè)視截面圖，而圖11為沿圖12A的11-11方向提取的批處理腔600的俯 視截面圖。參照?qǐng)D11,批處理腔700包括由加熱器700圍繞的石英腔701。 在石英腔701的內(nèi)部設(shè)置內(nèi)襯容器713。該內(nèi)襯容器713設(shè)計(jì)為限定一個(gè)用 于在處理期間容納一批基板721的處理空間737。石英腔701和內(nèi)襯容器 713限定一個(gè)外部空間738。在外部空間738中設(shè)置排出組件707,并同時(shí) 在外部空間738中設(shè)置位于排出組件707對(duì)面的注入組件705。在內(nèi)襯容器 713上分別在排出組件707和注入組件705附近形成兩個(gè)窄開(kāi)口 750和 716，所述兩個(gè)窄開(kāi)口 750和716便于排出組件707和注入組件705都與 處理空間737流體連通。 一方面，加熱器711可以環(huán)繞石英腔701約280 度，注入組件705附近的區(qū)域處于未環(huán)繞狀態(tài)從而可以獨(dú)立控制注入囊705 的溫度。
參照?qǐng)D12A，石英腔701和內(nèi)襯容器713均在底部開(kāi)口并由支撐板710 來(lái)支撐。 一方面，加熱器711還由支撐板710來(lái)支撐。內(nèi)襯容器713為柱 形，并用于容納基板舟皿714。 一方面，內(nèi)襯容器713被配置為將處理氣體 限制在處理空間737之內(nèi)，以降低所需的處理氣體量并縮短氣體分子停留時(shí) 間，即氣體分子從注入點(diǎn)到從腔中排出的平均時(shí)間。另一方面，內(nèi)襯容器 713可以用作散熱器，用于擴(kuò)散來(lái)自石英腔701中的熱能，從而改善整個(gè)基 板721中熱分布的均勻性。此外，內(nèi)襯容器713可以防止在處理期間在石 英腔701上產(chǎn)生薄膜沉積。內(nèi)襯容器713由諸如鋁、不銹鋼、陶瓷和石英 的適用耐高溫材料構(gòu)成。
石英腔701具有焊接在靠近底部位置的凸緣717。該凸緣717被配置為與支撐板710緊密接觸。在凸緣717和支撐板710之間采用O-環(huán)密封以便 于對(duì)石英腔701實(shí)現(xiàn)真空密封。支撐板710具有一壁739。
排出組件707具有頂端封閉并且在一側(cè)形成多個(gè)槽736的管形形狀。 所述多個(gè)槽736與內(nèi)襯容器713的開(kāi)口 750相對(duì)，從而使得處理空間737 與位于排出組件707內(nèi)部的排出空間732流體連通?？梢詮闹伟?10上 所形成的排出端口 759，來(lái)安裝排出組件707，并且可以采用0-環(huán)758來(lái) 對(duì)排出端口 759進(jìn)行密封。
注入組件705被緊密安裝在石英腔701和內(nèi)襯容器713之間。注入組 件705具有三個(gè)輸入擴(kuò)展端722，它們向外延伸并且被置于石英腔701 —側(cè) 所形成的三個(gè)注入端口 704內(nèi)。可以采用O-環(huán)密封件730來(lái)對(duì)注入端口 704 和輸入擴(kuò)展端722之間進(jìn)行密封。 一方面，通過(guò)從石英腔701內(nèi)部將輸入 擴(kuò)展端722插入注入端口 704中，就可以安裝注入組件705?？梢詫⒆⑷攵?口 704焊接在石英腔701的側(cè)壁上。 一方面，為了便于維護(hù)，可以將輸入 擴(kuò)展端722設(shè)計(jì)得很短，使得可以通過(guò)拆卸方式從腔中去除注入組件705。 參照?qǐng)D11，在注入組件705內(nèi)部形成垂直通道724并且該垂直通道724被 配置為與在輸入擴(kuò)展端722中間位置形成的水平通道726流體連通。在垂 直通道724中鉆孔形成多個(gè)均勻分布的水平孔725,從而構(gòu)成垂直噴頭。該 水平孔725朝向內(nèi)襯容器713的開(kāi)口 716,從而可以在處理空間737中從 上到下均勻分布來(lái)自水平通道726的處理氣體。 一方面，可以在注入組件 705中形成多個(gè)垂直通道724以獨(dú)立供應(yīng)多種處理氣體。在注入組件705 內(nèi)部形成垂直冷卻通道727，以提供用于控制注入組件705溫度的裝置。參 照?qǐng)D12A,冷卻通道727在頂部和底部與形成于輸入擴(kuò)展端722中的輸入 通道723連接。通過(guò)從位于中部的輸入擴(kuò)展端722提供處理氣體，縮短了 該處理氣體的平均路徑。
圖12B所示為在類(lèi)似于批處理腔700的批處理腔700A中應(yīng)用的注入組 件705A的另一實(shí)施例。注入組件705A緊密連接在石英腔701A和內(nèi)襯容 器713A之間。注入組件705A具有輸入擴(kuò)展端722A,它向外延伸并且被設(shè) 置在石英腔701A—側(cè)上所形成的注入端口 704中?？梢圆捎肙-環(huán)密封件 730A來(lái)對(duì)注入端口 704A和輸入擴(kuò)展端722A之間進(jìn)行密封。在注入組件705A內(nèi)部形成垂直通道724A，并且該垂直通道724A被配置為與在輸入擴(kuò) 展端722A中形成的水平通道726A流體連通。在垂直通道724A中鉆孔形 成多個(gè)均勻分布的水平孔725A，從而構(gòu)成垂直噴頭。水平孔725A被設(shè)置 為朝向內(nèi)襯容器713的開(kāi)口 716A,從而可以在內(nèi)襯容器713A中從上到下 均勻分布來(lái)自水平通道726A的處理氣體。在注入組件705A內(nèi)部形成垂直 冷卻通道727A，以提供用于控制注入組件705A溫度的裝置。冷卻通道727A 在底部開(kāi)口。可以從在支撐板710A上所形成的注入端口 760A來(lái)安裝注入 組件705A，并且可以采用0-環(huán)754A、 757A來(lái)對(duì)注入端口 760A進(jìn)行密封。 第14-16圖所示為批處理腔的另一實(shí)施例，其中通過(guò)設(shè)置在腔外的傳感 器來(lái)監(jiān)控該腔的溫度。圖14所示為批處理腔800的側(cè)視截面圖。圖13A為 沿圖14的13A-13A方向提取的批處理腔800的俯視截面圖。圖13B為圖 13A的分解圖。
參照?qǐng)D13A,批處理腔800包括由加熱器811圍繞的石英腔801。該石 英腔801包括柱狀腔體802、位于腔體802的一側(cè)的排出囊803、以及與該 排出囊803相對(duì)的注入嚢804。該腔體802限定一個(gè)用于在處理期間容納一 批基板821的處理空間837。在腔體802和排出嚢803之間，設(shè)置排出擋 板848。排出空間832是由排出囊803和排出擋板848限定的。在排出空 間832中設(shè)置與泵組件流體連通的排出導(dǎo)管859。 一方面，在注入嚢804 中設(shè)置兩個(gè)注入組件805。兩個(gè)注入組件805并排設(shè)置，并在二者之間留有 敞開(kāi)通道867。 一方面，每個(gè)注入組件805被配置為使其向處理空間837 獨(dú)立提供處理氣體。注入囊804具有多個(gè)凹部863,其中內(nèi)置了多個(gè)傳感器 861。傳感器861被配置成通過(guò)位于注入組件805之間的敞開(kāi)通道867 "觀 察，，透明石英腔801，進(jìn)而測(cè)量位于石英腔801內(nèi)部的基板821的溫度。一 方面，傳感器861為光學(xué)高溫計(jì)，用于通過(guò)分析由物體發(fā)出的輻射而無(wú)需任 何物理接觸就可以確定物體溫度。傳感器861還與系統(tǒng)控制器870連接。 一方面，該系統(tǒng)控制器870能夠監(jiān)控并分析正在處理的基板821的溫度。 另一方面，該系統(tǒng)控制器870可以根據(jù)來(lái)自傳感器861的測(cè)量值向加熱器 811發(fā)送控制信號(hào)。再一方面，該加熱器811可以包括多個(gè)可控的區(qū)域，從 而該系統(tǒng)控制器870能夠按區(qū)域來(lái)控制加熱器811，并局部調(diào)整加熱特性。參照?qǐng)D14,石英腔801底部開(kāi)口，并且具有圍繞底部的凸緣817。凸 緣817可以焊接在支撐板810上并被配置為與支撐板810緊密接觸。在一 實(shí)施例中，排出囊803和注入囊804均在石英腔801的底部開(kāi)口 。 一方面， 凸緣817可以是具有排出開(kāi)口 851、中央開(kāi)口 818和兩個(gè)注入開(kāi)口 860的 石英板。針對(duì)要被插入注入組件805中的排出導(dǎo)管859，來(lái)配置排出開(kāi)口 851。針對(duì)基板舟皿814來(lái)配置中央開(kāi)口 818，從而使得基板821傳輸自或 至處理空間837。針對(duì)要被插入注入囊804中的注入組件805，來(lái)配置注入 開(kāi)口 860。因此，支撐板810具有與排出開(kāi)口 851、中央開(kāi)口 818和注入開(kāi) 口 860分別對(duì)準(zhǔn)的開(kāi)口 850、 839和816。在支撐板810和凸緣817之間， 設(shè)置圍繞開(kāi)口 850、 839和816的O-環(huán)密封件852、 819和856。在裝配排 出導(dǎo)管859時(shí)，在支撐板810的底部圍繞開(kāi)口 850設(shè)置第二 0-環(huán)858。該 雙重O-環(huán)密封件結(jié)構(gòu)使得在拆卸和維護(hù)排出導(dǎo)管859的同時(shí)不影響批處理 腔800其它部分?？梢試@注入組件805設(shè)置同樣的密封結(jié)構(gòu)。為了對(duì)注 入組件805進(jìn)行真空密封，圍繞開(kāi)口 816設(shè)置0-環(huán)857。
通過(guò)在排出空間832底部附近的單個(gè)排出端孔833,排出空間832與泵 組件流體連通。排出空間832經(jīng)由排出擋板848而與處理空間837流體連 通。為了在排出空間832中從上到下產(chǎn)生均勻吸力，可以將排出擋板848 設(shè)置為從底到頂逐漸變窄的錐形阻板。
在注入組件805的內(nèi)部形成垂直通道824,并且該通道824被配置為與 處理氣體源流體連通。在垂直通道824中鉆孔形成多個(gè)均勻分布的水平孔 825，以構(gòu)成垂直噴頭。水平孔825朝向處理空間837，從而在處理空間837 中從上到下均勻地分配來(lái)自垂直通道824的處理氣體。在注入組件805內(nèi) 部形成垂直冷卻通道827,以提供用于控制注入組件805的溫度的裝置。一 方面，可以在注入組件805的底部以小角度形成的兩個(gè)垂直通道827，使得 他們?cè)陧敹讼嘤?。因此熱交換流體可以從其中之的一個(gè)冷卻通道827流入， 并從另一個(gè)冷卻通道827流出。 一方面，可以根據(jù)處理需要，對(duì)兩個(gè)注入組 件805彼此獨(dú)立地進(jìn)行溫度控制。
在某些處理期間，尤其是沉積處理中，在該處理中采用的化學(xué)氣體可能 在石英腔801上沉積和/或凝結(jié)。在凹部863附件的沉積和凝結(jié)可能會(huì)模糊傳感器的"視力"并且降低傳感器861的準(zhǔn)確性。參照?qǐng)D13B,在注入嚢 804的內(nèi)部設(shè)置清洗組件862。清洗組件862向凹部863的內(nèi)表面吹入清洗 氣體，使得靠近凹部863的區(qū)域不會(huì)暴露于在處理中所采用的化學(xué)氣體中。 因此，可以防止發(fā)生不希望的沉積和凝結(jié)。圖15和圖16所示為清洗組件 862的一個(gè)實(shí)施例。圖15為清洗組件862的主視圖，圖16為側(cè)視圖。用 于接收來(lái)自清洗氣源的清洗氣體的進(jìn)氣管866與具有多個(gè)孔865的管叉864 連接，其中所述多個(gè)孔865與第13A、 13B和14圖所示的凹部863相對(duì)應(yīng)。 多個(gè)杯狀物869附接在管叉864。在處理期間，清洗氣體從進(jìn)氣管866流入 管叉864并經(jīng)過(guò)多個(gè)孔865從管叉864流出。參照?qǐng)D13B，杯狀物869松 散地覆蓋相應(yīng)的凹部863，并被配置成引導(dǎo)清洗氣體沿方向868流動(dòng)。
圖17所示為注入嚢804A的另一實(shí)施例，它具有兩個(gè)注入組件805A 和用于溫度傳感器861A的檢查窗863A。在注入囊804A的側(cè)壁上焊接石英 管862A。檢查窗863A是由位于石英管862A內(nèi)部的區(qū)域來(lái)限定的。每個(gè)石 英管862A在靠近設(shè)置清洗氣體供應(yīng)管的位置均具有槽870A。清洗氣體供 應(yīng)管864A具有朝向石英管862A的相應(yīng)槽870A的多個(gè)孔865A。清洗氣體 可以通過(guò)孔865A和槽870A從清洗氣體供應(yīng)管864A流向檢查窗863A。該 結(jié)構(gòu)通過(guò)省略圖13B所示的凹部863而簡(jiǎn)化了注入嚢804A。
盡管上述內(nèi)容針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例，但是在不脫離本發(fā)明的范圍以及通 過(guò)如下權(quán)利要求書(shū)所確定的范圍的情況下可以針對(duì)本發(fā)明設(shè)計(jì)其它以及另 外的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1. 一種批處理腔，包括石英腔，用于處理在其內(nèi)的一批基板；注入組件，附接到該石英腔以用于將氣體注入至該腔內(nèi)；排出組件，在面對(duì)該注入組件的石英腔一側(cè)附接到該石英腔；以及擴(kuò)散器板，被設(shè)置在該腔內(nèi)且用于阻擋從該注入組件至該排出組件的直接氣體流動(dòng)路徑。
2. 如權(quán)利要求1所述的批處理腔，其中該注入組件與該排出組件是可 以從該腔中移除的。
3. 如權(quán)利要求1所述的批處理腔，其中該擴(kuò)散器板附接到該注入組件。
4. 如權(quán)利要求1所述的批處理腔，其中該腔更包含一石英襯里，其沿 著該注入組件與該排出組件之間的腔室壁延伸，該石英襯里包含一個(gè)面對(duì)著 基板處理區(qū)域的內(nèi)表面與一個(gè)面對(duì)著該腔室壁的外表面。
5. 如權(quán)利要求4所述的批處理腔，其中該擴(kuò)散器板從該注入組件延伸 且與該石英襯里重迭。
6. 如權(quán)利要求5所述的批處理腔，其中一間隙被界定在該擴(kuò)散器板與 該石英襯里之間。
7. 如權(quán)利要求4所述的批處理腔，其中該擴(kuò)散器板從該注入組件延伸 進(jìn)入該腔中，且與該石英襯里的內(nèi)表面對(duì)齊。
8. 如權(quán)利要求7所述的批處理腔，更包含介于該擴(kuò)散器板與該石英襯 里之間的一間隙，其中該間隙約4毫米。
9. 如權(quán)利要求4所述的批處理腔，其中該擴(kuò)散器板包含兩個(gè)側(cè)壁與一 個(gè)蓋，其中多個(gè)孔洞形成于這些側(cè)壁與該蓋之間，這些側(cè)壁具有多個(gè)平行的 外壁。
10. 如權(quán)利要求9所述的批處理腔，其中這些孔洞的寬度約4毫米。
11. 如權(quán)利要求9所述的批處理腔，其中這些孔洞相對(duì)于這些外壁呈一 定的角度。
12. —種批處理腔，包括石英腔，用于處理在其內(nèi)的一批基板； 注入組件，附接到該石英腔，其中該注入組件包含 多個(gè)氣體容室；多個(gè)孔洞，用于將這些容室與該腔流體地耦接；以及 至少一個(gè)冷卻通道，被界定在這些容室之間；以及 排出組件，在面對(duì)該注入組件的石英腔一側(cè)附接到該石英腔。
13. 如權(quán)利要求12所述的批處理腔，其中該冷卻通道為U形，并且環(huán) 行設(shè)置在所有容室之間。
14. 如權(quán)利要求12所述的批處理腔，更包含一擴(kuò)散器板，用于引導(dǎo)從 該注入組件進(jìn)入該腔的氣體。
15. —種批處理腔，包括石英腔，用于處理在其內(nèi)的一批基板；注入組件，附接到該石英腔，其中該注入組件包含多個(gè)端口 ，附接到一共同載件，這些端口與該腔的接收表面配合， 其中每一端口包含多個(gè)孔洞，氣體經(jīng)由這些孔洞進(jìn)入該腔；以及排出組件，在面對(duì)該注入組件的石英腔一側(cè)附接到該石英腔。
16. 如權(quán)利要求15所述的批處理腔，更包含一擴(kuò)散器板，用于引導(dǎo)從 該注入組件進(jìn)入該腔的氣體。
17. —種批處理腔，包括石英腔，用于處理在其內(nèi)的一批基板； 注入組件，附接到該石英腔，且具有多個(gè)垂直對(duì)齊的端口 ，它們與該腔內(nèi)所形成的多個(gè)水平槽對(duì)齊；以及排出組件，在面對(duì)該注入組件的石英腔一側(cè)附接到該石英腔。
18. 如權(quán)利要求17所述的批處理腔，更包含一擴(kuò)散器板，用于引導(dǎo)從 該注入組件進(jìn)入該腔的氣體。
19. 一種批處理腔，包括石英腔，用于處理在其內(nèi)的一批基板；注入組件，附接到該石英腔以用于將氣體注入至該腔內(nèi)，其中該注入組 件包含多個(gè)端口 ，附接到一共同載件，這些端口與該腔的接收表面配合， 其中每一端口包含多個(gè)孔洞，氣體經(jīng)由這些孔洞進(jìn)入該腔；多個(gè)氣體容室，位于該載件內(nèi)且用于將氣體饋送至這些端口；以及冷卻通道，被設(shè)置在這些容室之間；以及 排出組件，在面對(duì)該注入組件的石英腔一側(cè)附接到該石英腔。
20. 如權(quán)利要求19所述的批處理腔，更包含一擴(kuò)散器板，用于在該腔 內(nèi)介于該注入組件與該排出組件之間建立發(fā)散的周?chē)鲃?dòng)路徑。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種用于對(duì)晶片進(jìn)行批處理的設(shè)備(300)。在一實(shí)施例中，此批處理設(shè)備包括一鐘形罐熔爐，該鐘形罐熔爐具有一擴(kuò)散器，該擴(kuò)散器被設(shè)置在多個(gè)氣體入口(326)與該熔爐內(nèi)的基板之間，以引導(dǎo)流體在腔內(nèi)環(huán)繞著基板圓周流動(dòng)。
文檔編號(hào)C23C16/00GK101437979SQ200780016255
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2007年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月5日
發(fā)明者A·A·布萊勞弗, A·譚, B·麥克道爾, C·特杰莫, J·約德伏斯基, M·馬哈賈尼, R·C·庫(kù)克, S·G·加那耶姆, T·T·恩戈, Y·K·金, 黃怡喬 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司