TW202421824A - 具有加熱的噴淋頭的噴淋頭組件 - Google Patents

Abstract

在一些具體實施例中，一種噴淋頭組件，噴淋頭組件包括：加熱的噴淋頭，該加熱的噴淋頭具有加熱器板和耦接到加熱器板的氣體分配板；離子過濾器，離子過濾器與加熱的噴淋頭間隔開；間隔環，間隔環在加熱的噴淋頭與離子過濾器之間接觸；遠端電漿區域，遠端電漿區域在該加熱的噴淋頭與離子過濾器之間；上隔離器，上隔離器與間隔環間隔開並被支撐在離子過濾器上；密封環，密封環緊固到加熱的噴淋頭，抵靠上隔離器密封並將上隔離器推靠在離子過濾器上；間隙，間隙位於氣體分配板的底部與離子過濾器的頂部之間，間隙與遠端電漿區域流體連通；第一通道，第一通道延伸穿過加熱器板；和第二通道，第二通道與第一通道連通並延伸穿過氣體分配板，第二通道延伸至間隙。

Description

具有加熱的噴淋頭的噴淋頭組件

本揭示案的具體實施例大體而言係關於半導體處理設備，並且更特定而言係關於在半導體加工設備中使用的噴淋頭組件。

電漿處理設備通常包括被配置為在基板上執行某些處理的處理腔室，該等處理為例如化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)、原子層沉積(atomic layer deposition, ALD)、蝕刻等。當執行某些處理（例如電漿處理）時，一些處理腔室可以使用噴淋頭來將處理氣體分配到基板上。然而，本發明人已經觀察到，例如在金屬電漿增強化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)應用中，在具有氣態金屬化合物的環境中分離電熱部件和接地部件可能會出現困難。

因此，本發明人提供如本文所揭示的改進的噴淋頭的具體實施例。

本文提供了用於處理基板的方法和設備。在一些具體實施例中，一種用於處理腔室的噴淋頭組件包括：加熱的噴淋頭，該加熱的噴淋頭具有加熱器板和耦接到加熱器板的氣體分配板；離子過濾器，離子過濾器與加熱的噴淋頭間隔開；間隔環，間隔環在加熱的噴淋頭與離子過濾器之間；遠端電漿區域，遠端電漿區域限定在加熱的噴淋頭與離子過濾器之間；間隙，間隙位於間隔環的徑向內側上，間隙位於氣體分配板與離子過濾器之間，間隙與遠端電漿區域流體連通；第一通道，第一通道延伸穿過加熱器板；和第二通道，第二通道與第一通道連通並延伸穿過氣體分配板，第二通道延伸至間隙。

在一些具體實施例中，一種用於處理腔室的噴淋頭組件包括：加熱的噴淋頭，加熱的噴淋頭具有加熱器板和耦接到加熱器板的氣體分配板；離子過濾器，離子過濾器與加熱的噴淋頭間隔開；間隔環，間隔環在加熱的噴淋頭與離子過濾器之間，間隔環導熱且電絕緣，該間隔環由沿著加熱的噴淋頭與離子過濾器之間隔的界面彼此間隔開的複數個元件組成；遠端電漿區域，遠端電漿區域限定在該加熱的噴淋頭與離子過濾器之間；上隔離器，上隔離器與間隔環間隔開並被支撐在間隔環徑向外側的該離子過濾器的一部分上；密封環，密封環緊固到加熱的噴淋頭，抵靠上隔離器密封並將上隔離器推靠在離子過濾器上；間隙，間隙位於間隔環的徑向內側上，間隙位於加熱的噴淋頭的底部與離子過濾器的頂部之間，間隙與遠端電漿區域流體連通；第一通道，第一通道延伸穿過加熱器板；和第二通道，第二通道與第一通道連通並延伸穿過氣體分配板，第二通道延伸至間隙；以及體積，體積由加熱的噴淋頭、離子過濾器、密封環、上隔離器和間隔環限定，其中體積與間隙流體連通。

在一些具體實施例中，一種處理腔室包含：腔室主體，腔室主體具有內部體積；基板支座，基板支座設置在內部體積中；和噴淋頭組件，噴淋頭組件設置在內部體積中與基板支座相對，其中噴淋頭組件包括：加熱的噴淋頭，該加熱的噴淋頭具有加熱器板和耦接到該加熱器板的氣體分配板；離子過濾器，離子過濾器與加熱的噴淋頭間隔開；間隔環，間隔環在加熱的噴淋頭與離子過濾器之間接觸；遠端電漿區域，遠端電漿區域限定在加熱的噴淋頭與離子過濾器之間；上隔離器，上隔離器與間隔環間隔開並被支撐在間隔環徑向外側的離子過濾器的一部分上；密封環，密封環緊固到該加熱的噴淋頭，抵靠上隔離器密封並將上隔離器推靠在離子過濾器上；第一間隙，第一間隙位於間隔環的徑向內側上，第一間隙位於氣體分配板的底部與離子過濾器的頂部之間，第一間隙與遠端電漿區域流體連通；第一通道，第一通道延伸穿過加熱器板；和第二通道，第二通道與第一通道連通並延伸穿過氣體分配板，第二通道延伸至第一間隙。

下面進一步說明本揭示案的的其他與另外的具體實施例。

本文提供了用於在PECVD腔室中處理基板的方法和設備。在一些具體實施例中，射頻（RF）電漿可以在噴淋頭與離子過濾器之間形成，噴淋頭和離子過濾器由外圍上的氮化鋁（AlN）間隔物分開。藉由強氬氣吹掃可防止金屬蒸氣到達絕緣體。氬氣吹掃被由一個環包含在遠端空腔內，此環固定在噴淋頭上，同時壓在外部陶瓷環上以形成密封。

本文描述了用於向處理腔室提供電漿的設備和方法的具體實施例，其可以減少或消除來自電漿的材料在噴淋頭組件的區域中的凝結或沉積。

本發明人已經觀察到，電漿處理腔室中的一些噴淋頭在允許材料在處理腔室的不期望區域（例如在噴淋頭組件的部分中）中從電漿凝結或沉積的溫度下操作。材料的積聚可能會不期望地導致噴淋頭組件的電熱部分和接地部分之間產生電弧問題。根據一個態樣，描述了噴淋頭組件的具體實施例，其有利地減少或消除噴淋頭組件的區域中可能導致電弧的不期望的沉積。

圖1是適合於在基板上沉積材料（例如，TiCl ₃）的處理腔室100的部分剖視圖。處理腔室100可以是適合於電漿增強半導體處理的任何處理腔室，例如被配置為執行電漿輔助化學氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)處理的處理腔室。示例性處理腔室可以包括可從美國加州聖克拉拉市的應用材料公司獲得的處理腔室。其他處理系統，包括由其他製造商生產的彼等，可以受益於本文描述的具體實施例。

因此，在一些具體實施例中，如圖1所示，處理腔室100包括腔室主體102，腔室主體102具有限定內部體積110的蓋104、側壁106和底壁108。基座112（例如，基板支座）設置在處理腔室100的內部體積110中。基座112可以由鋁、陶瓷和其他合適的材料製成。在一些具體實施例中，基座112由諸如氮化鋁的陶瓷材料製成，其是適合在諸如電漿處理環境的高溫環境中使用的材料，而不會對基座112造成熱損壞。基座112可使用提昇機構（未圖示）沿軸線A-A在豎直方向上在內部體積110中移動。

基座112可以包括適合於控制支撐在基座112上的基板116的溫度的嵌入式加熱器元件114。在一些具體實施例中，可以藉由將電流從電源118施加到加熱器元件114來電阻式加熱基座112。在一些具體實施例中，加熱器元件114可以由封裝在鎳-鐵-鉻合金（例如，INCOLOY®）套管中的鎳-鉻線製成。由控制器120調節從電源118提供的電流，以控制由加熱器元件114產生的熱量，從而在任何合適的溫度範圍內的膜沉積期間將基板116和基座112維持在實質恆定的溫度。

諸如熱電偶的溫度感測器122可以嵌入基座112中以以習知方式監測基座112的溫度。控制器120使用所量測的溫度來控制供應至加熱器元件114的功率，以將基板維持在期望的溫度。

基座112通常包括穿過其佈置的複數個提升銷（未圖示），這些提升銷被配置為從基座112提升基板116並且有利於以習知方式與機器人（未圖示）交換基板116。

真空泵124耦接到形成在腔室主體102的底壁108中的端口以及圍繞基座112的泵送環126。泵送環126具有與處理體積178流體連通的流體通道127。真空泵124用於維持處理腔室100中所需的氣壓。真空泵124亦透過泵送環126從處理腔室100排出後處理氣體和處理的副產品。

在一些具體實施例中，如圖1所示，蓋104包括在蓋內延伸的複數個流體通道104a。流體通道104a流體耦接至傳熱流體源（例如水）。流體通道104a被配置為使傳熱流體流動以控制蓋104和內部體積110的溫度。蓋104亦包括開口128，複數個氣體導管130延伸穿過開口128。在一些具體實施例中，蓋104可以由鋁形成。在一些具體實施例中，如圖1所示，氣體導管130至少部分地被從蓋104向下延伸的外管132和從外管132向下延伸的波紋管134圍繞。在一些具體實施例中，波紋管134可以焊接到加熱器板148以防止前驅物洩漏到外管132和波紋管134外部的吹掃體積191中。

波紋管134支撐設置在內部體積110中與基座112相對的噴淋頭組件140。在具體實施例中，波紋管134允許噴淋頭組件140在沿著軸線A-A的軸向方向上的一些移動。而且，噴淋頭組件140由下隔離器142支撐，下隔離器142由泵環126支撐，泵環126可固定就位至腔室主體102。例如，泵送環可固定至側壁106或底壁108中的至少一者。下隔離器142可以至少部分地設置在離子過濾器146與泵送環126之間。下隔離器142可以支撐在基座112上方間隔開的離子過濾器。下隔離器142可以包括任何處理兼容的電絕緣材料。例如，在一些具體實施例中，電絕緣體環可以由石英（SiO ₂）、諸如氧化鋁（Al ₂O ₃）或氮化矽（SiN）的燒結陶瓷、或單晶藍寶石（Al ₂O ₃）制成。

噴淋頭組件140包括加熱的噴淋頭144、離子過濾器146、以及在加熱的噴淋頭144與離子過濾器146之間接觸的間隔環180。加熱的噴淋頭144包括具有中心開口的加熱器板，氣體導管130延伸穿過中心開口。加熱器板148沿著上側連接至波紋管134。在具體實施例中，加熱器板148可以包括適合於控制噴淋頭組件140的溫度的嵌入式加熱器元件150。在一些具體實施例中，可以藉由將電流從電源152施加到加熱器元件150來電阻式加熱加熱器板148。在一些具體實施例中，加熱器元件150可以由封裝在鎳-鐵-鉻合金（例如，INCOLOY®）套管中的鎳-鉻線製成。由控制器154調節從電源152提供的電流，以控制由加熱器元件150產生的熱量，從而在任何合適的溫度範圍的膜沉積期間將離子過濾器146維持在實質上恆定的溫度。可以調節所供應的電流以選擇性地將離子過濾器的溫度控制在攝氏575度以上。

諸如熱電偶的溫度感測器156可以嵌入離子過濾器146中以監測離子過濾器146的溫度。由於離子過濾器146位於噴淋頭組件140的將存在電漿並且可能發生冷凝的區域中，因此離子過濾器146的溫度用於控制加熱器元件150。因此，在一些具體實施例中，如圖1所示，控制器154使用所量測的離子過濾器146的溫度來控制供應到加熱器元件150的功率，以將離子過濾器146維持在高於電漿中物質的冷凝溫度的期望溫度。

加熱的噴淋頭144亦包括平行於加熱器板148延伸的氣體分配板158。在一些具體實施例中，如圖1所示，氣體分配板158和加熱器板148在它們各自的外邊緣158a和148a處連接並限定第一氣室160。氣體分配板158包括複數個通孔158b，複數個通孔158b允許氣體從氣體導管130流過氣體分配板158。在一些具體實施例中，加熱器板148和氣體分配板158可由鎳形成。

離子過濾器146平行於氣體分配板158延伸並且與氣體分配板158軸向間隔開。第二氣室162（例如遠端空腔）被限定在離子過濾器146與氣體分配板158之間。在一些具體實施例中，如圖1所示，離子過濾器146具有凸緣146a，凸緣146a的上側164面向加熱的噴淋頭144的凸緣144a。而且，離子過濾器146的凸緣146a具有面向下隔離器142的下側166。凸緣144a和146a包括相應的凹槽168、170，凹槽168、170限定加熱的噴淋頭144和離子過濾器146之間的界面。凹槽168、170可以沿著以軸線A-A為中心的圓形界面延伸。在一些具體實施例中，如圖1所示，凹槽168、170可具有弓形的橫截面輪廓，但亦可使用其他形狀。離子過濾器146包括允許氣體流過離子過濾器146的複數個通孔146b。在一些具體實施例中，離子過濾器146可由鎳形成。

在一些具體實施例中，氣體分配板158中的通孔158b和離子過濾器146中的通孔146b可用於將氣體從氣體面板172經由氣體導管130和噴淋頭組件140引入到處理腔室100中。通孔158b、146b可以具有不同的尺寸、數量和分佈、形狀、設計和直徑，以促進用於不同處理目的的各種處理氣體的流動。例如，在一些具體實施例中，可以由離開噴淋頭組件140的處理氣體混合物形成電漿，以增強處理氣體混合物中的處理氣體的熱分解，導致材料沉積在基板的表面上。

間隔環180位於凸緣144a與146a之間的界面處的凹槽168和170中。間隔環180是導熱且電絕緣的。在一些具體實施例中，間隔環180由氮化鋁形成。如圖2更詳細地所示，並且在一些具體實施例中，間隔環180包括被配置為沿著界面佈置的複數個元件182。在圖2所示的示例性具體實施例中，元件182形成為弓形段並且沿著圓形佈置。元件182藉由間隙184彼此間隔開（例如，周向地），間隙184具有足夠的尺寸以允許元件182基於元件182的材料的熱膨脹係數而膨脹並且填充間隙，而當元件182處於或高於預定溫度時不會破裂或者損壞元件182。在一個實例中，在室溫下，元件之間的間隙184約為5mm至7mm，以允許元件在處理溫度為攝氏575度至攝氏600度時膨脹。而且，由於元件182之間的間隙184若不封閉或限制則可能會產生洩漏路徑，所以在操作上，間隔環180的溫度可能升高以導致元件182膨脹，以在經由氣體導管130將氣體引入噴淋頭組件140之前減小間隙184的尺寸。

在一些具體實施例中，如圖3所示，元件182的橫截面可以是圓形橫截面或管狀橫截面。在一些具體實施例中，間隔環180包括至少十五個元件。在一些具體實施例中，傳熱環包括十八至三十六個元件。

如圖1所示，當間隔環180坐落在凹槽168、170中時，凸緣144a和146a在間隔環180的徑向內側上保持彼此間隔開間隙174。因此，在一些具體實施例中，加熱的噴淋頭144和離子過濾器146彼此不直接接觸，而是僅藉由間隔環180間接連接。在一些具體實施例中，間隙174為約5mm至7mm。間隙174為第二氣室162中的遠端電漿（例如，遠端電漿區域）提供電漿限制特徵。間隙174與第二氣室162流體連通。在具體實施例中，間隙174與吹掃通道196和吹掃氣體源198流體連通。在具體實施例中，在經由氣體導管130將處理氣體引入到噴淋頭組件140中之前，可以經由吹掃通道196和間隙174將吹掃氣體引入到第二氣室162中。在一些具體實施例中，如圖1所示，吹掃通道196可以連接（例如焊接）到加熱器板148。在一些具體實施例中，吹掃通道可附接到波紋管134。

在一些具體實施例中，如圖1所示，離子過濾器146的凸緣146a可以與下隔離器142間隔開間隙176。間隙176可為約5mm至7mm。間隙176可以有助於離子過濾器146和基板116之間的直接電漿限制。間隙176與離子過濾器146和基板116之間的處理體積178流體連通。在一些具體實施例中，間隙176與吹掃通道197和吹掃氣體源199流體連通。在一些具體實施例中，在將處理氣體從氣體導管130引入到噴淋頭組件140中之前，吹掃氣體可以從吹掃通道197和間隙176流入到處理體積178中。泵送環126亦與處理體積178流體連通。處理體積178中的吹掃氣體可以經由泵送環126從處理體積178中排出。

加熱的噴淋頭144、離子過濾器146和基座112可被配置為電極。在一個實例中，基座112包括至少一個電極192，用於將基板116保持在基座112上。電極192由吸附電源188驅動以產生將基板116保持到基座表面的靜電力，如傳統上已知的。或者，基板116可藉由夾持、真空或重力保持至基座112。

在一些具體實施例中，基座112被配置為具有嵌入其中的連接到RF偏壓電源185、186的電極192的陰極。儘管圖1中描繪的示例具體實施例圖示了兩個RF偏壓電源185、186，但是RF偏壓電源的數量可以是根據需要的任何數量。RF偏壓電源185、186耦接在設置於基座112中的電極192與另一電極（例如處理腔室100的加熱的噴淋頭144、離子過濾器146或蓋104）之間。RF偏壓電源185、186中的一者或兩者激發並維持由佈置在處理腔室100的處理體積178中的氣體形成的電漿放電。

在圖1所示的具體實施例中，雙RF偏壓電源185、186經由匹配電路194耦接到設置在基座112中的電極192。由RF偏壓電源185、186產生的信號經由匹配電路194，經由單個饋送被傳送到基座112，以電離在處理腔室100中提供的氣體混合物，從而提供執行沉積或其他電漿增強處理所需的離子能量。RF偏壓電源185、186通常能夠產生頻率為約50kHz至約200MHz且功率在約0瓦至約5000瓦之間的RF信號。

一或更多個RF源147經由匹配網路向噴淋頭組件140提供偏壓電勢，以促進在噴淋頭組件140與基座112之間產生電漿。或者，RF源147和匹配網路145可以耦接到噴淋頭組件140、基座112或兩者，或者耦接到設置在處理腔室100外部的天線（未圖示）。在一些具體實施例中，RF源147可以以約30kHz至約13.6MHz的頻率提供約10瓦至約3000瓦之間的功率。或者，RF源147可以是向加熱的噴淋頭144提供微波功率的微波產生器，其有助於在內部體積110中產生電漿。

氣體分配板158包括複數個通孔158b，通孔158b將第一氣室160流體耦接至第二氣室162，以允許第一氣室160中的處理氣體穿過氣體分配板158並進入第二氣室162。離子過濾器146包括複數個通孔146b，以允許電漿中產生的活化物質（例如自由基）從第二氣室162流到處理腔室100的處理體積178。第二氣室162提供第二空腔或空間以允許處理氣體的點燃以形成電漿，並且進一步允許電漿的積聚以促進電漿物質經由通孔146b的分散。在一些具體實施例中，在電漿處理期間，真空泵124在處理體積178中提供相對於第二氣室162的負壓，從而允許第二氣室162中的物質流到處理體積178。與可利用單個空腔形成電漿的電漿源相比，提供用於形成電漿的多個區域（例如，在第二氣室162和處理體積178中）提供電漿的多個激發階段以促進增強的自由基生成。

在用於電漿處理之前，可以對噴淋頭組件140進行乾燥處理以例如用TiN塗覆噴淋頭組件140的表面。乾燥處理亦可以控制來自噴淋頭組件的金屬在電漿處理期間不污染基板。氣體導管130可連接至諸如TiCl ₄、N ₂和NH ₃的各種氣體的供應源。在至少一些具體實施例中，可以用來自氣體導管130的N ₂吹掃第一氣室160，可以用經由間隙174供應的N ₂吹掃第二氣室162，並且可以用經由間隙176供應的N ₂吹掃處理體積178。吹掃之後，TiCl ₄和NH ₃被分別引入到第一氣室160中，並且在加熱器運行並且離子過濾器146的溫度處於或高於攝氏575度的同時在第一氣室160中被加熱和混合。藉由在第一氣室中混合並加熱TiCl ₄和NH ₃，可以最小化TiCl ₄和NH ₃的低溫混合，從而有利於熱TiN乾燥處理。一旦噴淋頭組件140被熱乾燥處理，在反應氣體經由氣體導管130引入噴淋頭組件140以進行電漿處理之前，可以如上所述再次吹掃第一氣室160、第二氣室162和處理體積178。

圖4圖示了根據本揭示案的電漿處理方法400。方法可以在對噴淋頭組件140進行乾燥處理之後執行。本文描述的示例性方法是在從TiCl ₄沉積TiCl ₃的背景下描述的。然而，方法不限於這些材料。在方塊402處，加熱器元件150被開啟以將離子過濾器146的溫度升高至期望氣體電漿中的物質不凝結的溫度（例如，至少攝氏575度）。在方塊404處，處理氣體（例如，H ₂、TiCl ₄）經由氣體面板172和氣體導管130單獨地引入到第一氣室160中。處理氣體在第一氣室160中混合並被加熱，並流過氣體分配板158的通孔158b進入第二氣室162中。在方塊406處，在第二氣室162和處理體積178中產生電漿。在方塊408處，第二氣室162中的物質（例如，TiCl ₃）穿過離子過濾器146的通孔146b，從而允許物質流至處理體積178並沉積在基板116的表面上。離子過濾器146的溫度可以維持高於電漿中的物質凝結的溫度，從而導致沿著基板116的改進的更高的物質密度和均勻性。藉由如上所述向噴淋頭組件的區域提供吹掃或清潔氣體流，可以減少或消除該等區域中的材料沉積，此可以例如有利地減少或消除金屬沉積期間的電弧放電。

圖5是根據本揭示案的至少一些具體實施例的噴淋頭組件500的一部分的示意性側視圖。圖6是根據本揭示案的至少一些具體實施例的噴淋頭組件600的一部分的示意性側視圖。如圖5和圖6所示，可以例如經由加熱器板148中的第一通道502並繼續經由氣體分配板158中的第二通道504提供氣體（例如，諸如氬氣的吹掃氣體或諸如氯氣的清潔氣體）至噴淋頭與鄰近間隔環180的離子過濾器146之間的區域或空間（例如，間隙174）。如圖5所示，間隙174位於間隔環180的徑向內側。上隔離器506可設置在下隔離器142的頂上並且圍繞氣體分配板158和間隔環180。上隔離器506可以由與下隔離器142相同的材料製成。密封環508可設置在氣體分配板158和上隔離器506的頂上，以在氣體分配板158的外周和離子過濾器146之間提供更好的密封。

密封環508可以由處理兼容的合適材料製成以承受高溫和加工環境，例如鎳或陶瓷塗覆的鈦（例如，氧化鋁塗層）。在一些具體實施例中，密封環508的厚度可為約千分之20-50，但在其他應用中可使用其他厚度。密封環508可緊固（例如，用螺釘或螺栓連接）至氣體分配板158並從氣體分配板158徑向向外延伸。在一些具體實施例中，可以提供複數個螺釘（未圖示），例如大約12-16個螺釘，例如近似方位角均勻地間隔開，以將密封環508緊固到氣體分配板158。例如，在使用本文所述的氣體分配板158組件的鈦的典型PECVD沉積中，發明人觀察到靠近間隙174和密封環508的TiCl濃度低至百萬分之一。

密封環508的懸臂部分510提供抵抗上隔離器506的彈簧偏壓力，將上隔離器506向下推靠在離子過濾器146上，以改善氣體分配板158與密封環508之間、密封環508與上隔離器506之間、以及上隔離器506與離子過濾器146之間的密封。密封環508的懸臂部分510足夠長以確保與上隔離器506接觸並提供良好的向下偏壓力。因此，密封環508和上隔離器506有效地密封氣體分配板158、離子過濾器146、上隔離器506和間隔環180之間的體積512。體積512本質上是靜滯體積（dead volume），以容納氣體，例如吹掃氣體，並防止TiCl ₂遷移到體積512中。圖5和圖6中的虛線箭頭亦圖示了設法逸出體積512的吹掃氣體的潛在吹掃損失路徑。此種吹掃氣體可以在密封環508與上隔離器506之間以及在上隔離器506與離子過濾器146之間流動。而且，此類吹掃氣體可以在下隔離器142與離子過濾器146之間以及在下隔離器142與側壁106之間流動。

如圖5所示，在一些具體實施例中，間隔環180可具有圓形橫截面。如圖6所示，在一些具體實施例中，間隔環180可具有橢圓形橫截面，例如具有圓角的矩形。亦可以使用其他形狀來控制間隔環180與氣體分配板158和離子過濾器146中的任一個或兩者之間的表面區域接觸。

圖7是根據本揭示案的至少一些具體實施例的噴淋頭組件700的一部分的示意性側視圖。圖8是圖7的噴淋頭組件700的一部分的等距剖視圖。圖7和圖8描繪了類似於上面參照圖5和圖6描述的噴淋頭組件700的具體實施例，但是以圖示更多細節的實體模型視圖圖示。如在圖8中可以最好地看到的，第一通道502延伸穿過加熱器板148（在外周附近並且以橫截面圖示）。第一通道502與形成在氣體分配板158的上表面中的環形通道704對準。複數個通孔706形成在環形通道704的底表面708和氣體分配板158的底部710之間的氣體分配板158中，定位成靠近間隔環180並且面向離子過濾器146（例如，沿著間隙174，如圖1所示）。類似於分別在圖5和圖6中所示的噴淋頭組件500和600，圖7和圖8中的密封環508例如用螺釘或螺栓（未圖示）緊固至氣體分配板158，且密封環508向下推動並密封上隔離器506。

諸如吹掃氣體或清潔氣體的氣體可經由第一通道502提供以流入環形通道704中。氣體填充環形通道704並流經複數個通孔706進入靠近間隔環180且在氣體分配板158與離子過濾器146之間的間隙174中。然後氣體主要沿著間隙174徑向向內流動到形成在氣體分配板158和離子過濾器146之間的遠端空腔（例如第二氣室）162。流向間隔環180或圍繞間隔環180流動（例如，在間隔環180與氣體分配板158之間、在間隔環180與離子過濾器146之間、和/或穿過間隙，例如前述間隙184）並進入體積512（其實質上形成填充有氣體的靜滯體積）的任何氣體，有效地防止TiCl ₂到達體積512並沉積在限定體積512的部件表面上，例如氣體分配板158的表面，離子過濾器146、間隔環180和上隔離器506。

圖9是根據本揭示案的至少一些具體實施例的噴淋頭組件900的一部分的示意性側視圖。圖10是圖9的噴淋頭組件的一部分的等距剖視圖。圖9和圖10圖示了噴淋頭組件900的具體實施例，具體實施例與上面參照圖7和圖8描述的具體實施例類似，但具有一些差異。如圖10最佳所示，密封環508可在加熱器板148與離子過濾器146之間延伸，並且加熱器板148的底表面可包括環形通道904，其中第一通道502終止於加熱器板148的環形通道904中。加熱器板148的環形通道904與氣體分配板158的環形通道704對準。複數個通孔906可以設置在加熱器板148的環形通道904與氣體分配板158的環形通道704之間的密封環508中。加熱器板148的環形通道904形成第一氣室908，用於使氣體在流經密封環508到達氣體分配板158的環形通道704之前圍繞加熱器板148分配，氣體分配板158的環形通道704形成第二氣室910，其中氣體在流過氣體分配板158中的複數個通孔706並到達間隙174之前進一步分配。提供多個氣室（例如第一氣室908和第二氣室910）有利於提供給間隙174的氣體的更均勻的分佈。

亦如圖9和圖10所示，但是可以在沒有如上所述的多個氣室的具體實施例中提供，上隔離器506可以包括向下和向內傾斜的成角度的上表面912。上隔離器506並在成角度的上表面上限定接觸點914以與密封環508接觸。接觸點914定位成靠近密封環508的徑向外邊緣，從而使抵靠上隔離器506的偏壓力最大化並改善體積512的密封。

圖11是根據本揭示案的至少一些具體實施例的噴淋頭組件1100的一部分的示意性側視圖。圖11描繪了與上面參照圖9和圖10描述的類似的噴淋頭組件1100的具體實施例，但具有一些差異。如圖11最佳所示，密封環508緊固至加熱器板148並延伸以密封上隔離器506，從而限定密封環508、間隔環180、氣體分配板158、加熱器板148、上隔離器506和離子過濾器146之間的體積512。密封環508減少從體積512到吹掃體積191的洩漏。

加熱器板148亦可以包括具有沿著加熱器板148的底部的環形通道904的第一通道502。加熱器板148的環形通道904與氣體分配板158的環形通道704對準。在密封環508下方，密封環1104在加熱器板148的底部和氣體分配板158的頂部之間延伸。密封環1104包括複數個孔1102以允許環形通道904與環形通道704之間的氣流。密封環1104可以是金屬密封件，金屬密封件將環形通道907和704與第一氣室160密封。密封環1104和密封環508可以由相同的材料製成。

複數個通孔706形成在環形通道704的底表面708與氣體分配板158的底部710上方的位置之間的氣體分配板158中。複數個徑向孔1106形成在氣體分配板158中，從第二通道504徑向向外延伸，以將通孔706與間隙174連接。在一些具體實施例中，如圖11所示，孔1106可位於間隔環180下方和氣體分配板158的底部710上方。

離子過濾器146包括靠近離子過濾器146外圍的複數個通孔1114。通孔1114允許間隙174中的氣體（例如，吹掃氣體）流入處理體積178和泵送環126中，此可以降低遠端腔室（例如，第二氣室）162的中心中前驅物的濃度。

亦如圖11所示，但是可以在其他具體實施例中提供，金屬密封環1108可以在下隔離器142的底部與泵送環126的頂部之間延伸，以封閉泵送環126中的開口1112並且阻擋下隔離器142的底部與泵送環126的頂部之間的氣體流動，以防止TiCl ₄反向擴散和直接電漿的短路。關閉開口1112以將進入處理體積178（通孔1114或在離子過濾器146與下隔離器142之間）的氣體（例如，吹掃氣體）引導到泵送環126中的開口1110中。

因此，由於根據本揭示案的噴淋頭組件和處理腔室的構造，可以藉由強吹掃（例如氬氣吹掃）來防止金屬蒸氣到達限定體積512的表面，從而減少此類表面的可能會導致不必要的短路的金屬塗層。

圖12是根據本揭示案的至少一些具體實施例的噴淋頭組件1200的一部分的示意性側視圖。圖12描繪了與上面參照圖11描述的類似的噴淋頭組件1100的具體實施例，但具有一些差異。噴淋頭組件1200省略了密封環508和密封環1104。在一些具體實施例中，如圖12所示，噴淋頭組件1200包括具有大致T形輪廓的間隔環180、上密封環1202和下密封環1204。間隔環180可具有上肩部1206，上肩部1206延伸以密封上隔離器506。間隔環180可具有延伸以密封離子過濾器146的下肩部1208。上密封環1202可以位於由上肩部1206、上隔離器506和氣體分配板158限定的空間1203中。下密封環1204位於由下肩部1208和離子過濾器146限定的空間1205中。空間1203被上密封環1202密封，空間1205被下密封環1204密封。

在一些具體實施例中，上密封環1202和下密封環1204可以形成為順應性金屬密封環，其可以由化學處理兼容的導熱材料（例如鎳）製成。在一些具體實施例中，如圖12所示，上密封環1202和下密封環1204是單件並且可以具有通道輪廓（例如，C形通道）。

在一些具體實施例中，如圖12所示，間隔環180形成為單件，並且可以由與上文針對間隔環180所述的相同材料（例如，氮化鋁）形成。在一些具體實施例中，間隔環180是高導電率材料（例如氮化鋁）的絕緣體，其提供氣體分配板158和離子過濾器146的絕緣。

上密封環1202和下密封環1204被配置為允許氣體分配板158和離子過濾器146的熱膨脹（例如，徑向）。當在電漿處理期間在升高的處理溫度下操作時，氣體分配板158的熱膨脹將導致氣體分配板158將上密封環1202壓靠在間隔環180的上肩部1206上，從而形成密封。而且，當在升高的處理溫度下操作時，離子過濾器146的熱膨脹將導致離子過濾器146將下密封環1204壓靠在間隔環180的下肩部1208上，從而形成密封。在一些具體實施例中，上密封環1202和下密封環1204在被壓縮時可以永久變形，並且因此可以在電漿處理完成之後被更換。

在一些具體實施例中，在升高的處理溫度下，可由鎳製成的離子過濾器146和氣體分配板158比可由氮化鋁製成的間隔環180膨脹得多。由於膨脹差異，空間1203和1205可能顯著減小，從而導致上密封環1202和下密封環1204被壓縮。上密封環1202和下密封環1204的壓縮導致密封空間1203和空間1205，從而產生由從孔1106流動的吹掃氣體（例如惰性氣體，例如氬氣）形成的非常有效的環形吹掃體積。另外，在上密封環1202和下密封環1204由金屬形成的具體實施例中，由高導熱金屬製成的金屬密封件亦可將大量熱量從氣體分配板158傳遞至離子過濾器146，因此使離子過濾器146保持遠高於可用於電漿處理的TiCl ₃自由基凝結的溫度。

當上密封環1202和下密封環1204被壓縮時，氣體分配板158與間隔環180之間、氣體分配板158與離子過濾器146之間、以及離子過濾器146與間隔環180之間的間隙174可為約0.8mm。當在電漿處理期間在升高的處理溫度下操作時，吹掃氣體（例如氬氣）可以流過孔706和孔1106，使得一部分吹掃氣體將流入間隙174並流向上密封環1202和1106。下密封環1204，從而防止處理氣體反向擴散到間隙174中，並防止金屬蒸氣到達沿間隙174延伸的間隔環180、氣體分配板158和離子過濾器146的表面，從而減少此類表面上存在可能會導致不期望的短路的金屬塗層。

雖然前述內容係關於本揭示案的具體實施例，但可發想揭示內容的其他與進一步的具體實施例而不脫離前述內容的基本範疇。

100:處理腔室 102:腔室主體 104:蓋 104a:流體通道 106:側壁 108:底壁 110:內部體積 112:基座 114:嵌入式加熱器元件 116:基板 118:電源 120:控制器 122:溫度感測器 124:真空泵 126:泵送環 127:流體通道 128:開口 130:氣體導管 132:外管 134:波紋管 140:噴淋頭組件 142:下隔離器 144:加熱的噴淋頭 144a:凸緣 145:匹配網路 146:離子過濾器 146a:凸緣 146b:通孔 147:通孔 148:加熱器板 148a:外邊緣 150:加熱器元件 152:電源 154:控制器 156:溫度感測器 158:氣體分配板 158a:外邊緣 158b:通孔 160:第一氣室 162:第二氣室 164:上側 166:下側 168:凹槽 170:凹槽 172:氣體面板 174:間隙 178:處理體積 180:間隔環 182:元件 184:間隙 185:RF偏壓電源 186:RF偏壓電源 188:吸附電源 191:吹掃體積 192:電極 194:匹配電路 196:吹掃通道 197:吹掃通道 198:吹掃氣體源 199:吹掃氣體源 400:電漿處理方法 402-408:方塊 500:噴淋頭組件 502:第一通道 504:第二通道 506:上隔離器 508:密封環 510:懸臂部分 512:體積 600:噴淋頭組件 700:噴淋頭組件 704:環形通道 706:通孔 708:底表面 710:底部 900:噴淋頭組件 904:環形通道 906:通孔 908:第一氣室 912:上表面 914:接觸點 1100:噴淋頭組件 1102:孔 1104:密封環 1106:徑向孔 1108:金屬密封環 1110:開口 1112:開口 1114:通孔 1202:上密封環 1204:下密封環 1206:上肩部 1208:下肩部

藉由參照繪製於附圖中的本揭示案的說明性具體實施例，可瞭解於上文簡短總結並於下文更詳細論述的本揭示案的具體實施例。然而，附圖僅圖示說明本揭示案的典型具體實施例，且因此不應被視為限制本揭示案的翻成，因為揭示內容可允許其他等效的具體實施例。

圖1是根據本揭示案的至少一些具體實施例的處理腔室的局部示意性剖視圖。

圖2是根據本揭示案的至少一些具體實施例的傳熱環的平面圖。

圖3是圖2的傳熱環沿線3-3的剖視圖。

圖4是根據本揭示案的至少一些具體實施例的電漿處理方法的流程圖。

圖5是根據本揭示案的至少一些具體實施例的噴淋頭組件的一部分的示意性側視圖。

圖6是根據本揭示案的至少一些具體實施例的噴淋頭組件的一部分的示意性側視圖。

圖7是根據本揭示案的至少一些具體實施例的噴淋頭組件的一部分的示意性側視圖。

圖8是圖7的噴淋頭組件的一部分的等距剖視圖。

圖9是根據本揭示案的至少一些具體實施例的噴淋頭組件的一部分的示意性側視圖。

圖10是圖9的噴淋頭組件的一部分的等距剖視圖。

圖11是根據本揭示案的至少一些具體實施例的噴淋頭組件的一部分的示意性側視圖。

圖12是根據本揭示案的至少一些具體實施例的噴淋頭組件的一部分的示意性側視圖。

為了協助瞭解，已盡可能使用相同的元件符號標定圖式中共有的相同元件。圖式並未按照比例繪製，並可被簡化以為了清楚說明。一個具體實施例的元件與特徵，可無需進一步的敘述即可被有益地併入其他具體實施例中。

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

102:腔室主體

104:蓋

104a:流體通道

106:側壁

108:底壁

110:內部體積

112:基座

114:嵌入式加熱器元件

122:溫度感測器

124:真空泵

126:泵送環

127:流體通道

128:開口

130:氣體導管

132:外管

134:波紋管

140:噴淋頭組件

142:下隔離器

144:加熱的噴淋頭

144a:凸緣

145:匹配網路

146:離子過濾器

146a:凸緣

146b:通孔

147:通孔

148:加熱器板

148a:外邊緣

150:加熱器元件

152:電源

154:控制器

156:溫度感測器

158:氣體分配板

158a:外邊緣

158b:通孔

160:第一氣室

162:第二氣室

164:上側

166:下側

168:凹槽

170:凹槽

172:氣體面板

174:間隙

178:處理體積

180:間隔環

185:RF偏壓電源

186:RF偏壓電源

188:吸附電源

191:吹掃體積

192:電極

194:匹配電路

196:吹掃通道

197:吹掃通道

198:吹掃氣體源

199:吹掃氣體源

Claims (20)

1. 一種用於一處理腔室的噴淋頭組件，該噴淋頭組件包括： 一加熱的噴淋頭，該加熱的噴淋頭具有一加熱器板和耦接到該加熱器板的一氣體分配板； 一離子過濾器，該離子過濾器與該加熱的噴淋頭間隔開； 一間隔環，該間隔環在該加熱的噴淋頭與該離子過濾器之間； 一遠端電漿區域，該遠端電漿區域限定在該加熱的噴淋頭與該離子過濾器之間； 一間隙，該間隙位於該間隔環的一徑向內側上，位於該氣體分配板與該離子過濾器之間，該間隙與該遠端電漿區域流體連通； 一第一通道，該第一通道延伸穿過該加熱器板；和 一第二通道，該第二通道與該第一通道連通並延伸穿過該氣體分配板，該第二通道延伸至該間隙。
2. 如請求項1所述之噴淋頭組件，其中該間隔環包括複數個元件，該複數個元件沿周向彼此間隔開0.5mm至0.7mm的一間隙。
3. 如請求項1所述之噴淋頭組件，其中該間隔環形成為一單件，並且該間隙為0.5至0.7mm。
4. 如請求項3所述之噴淋頭組件，其中該間隔環具有一上肩部和一下肩部，並且該噴淋頭組件進一步包括一上密封環與一下密封環，該上密封環位於至少部分地由該上肩部和該氣體分配板限定的一體積中，該下密封環位於至少部分地由該下肩部和該離子過濾器限定的一體積中。
5. 如請求項1至4中任一項所述之噴淋頭組件，該噴淋頭組件進一步包含： 一上隔離器，該上隔離器與該間隔環間隔開並被支撐在該間隔環徑向外側的該離子過濾器的一部分上； 一密封環，該密封環緊固到該加熱的噴淋頭，抵靠該上隔離器密封並將該上隔離器推靠在該離子過濾器上；和 一體積，該體積由該加熱的噴淋頭、該離子過濾器、該密封環、該上隔離器和該間隔環限定，其中該體積與該間隙流體連通。
6. 如請求項1至4中任一項所述之噴淋頭組件，其中該第二通道包括一環形通道與複數個通孔，該環形通道與該第一通道對準並形成在該氣體分配板的一上表面中，該複數個通孔形成在該氣體分配板中該環形通道的一底表面與該氣體分配板的靠近該間隙的一底部或側面之間。
7. 如請求項6所述之噴淋頭組件，其中該第一通道包括一環形通道，該環形通道形成在該加熱器板的一底表面中且與形成在該氣體分配板的該上表面中的該環形通道對準。
8. 如請求項7所述之噴淋頭組件，該噴淋頭組件進一步包含： 一上隔離器，該上隔離器與該間隔環間隔開並被支撐在該間隔環徑向外側的該離子過濾器的一部分上；以及 一密封環，該密封環緊固到該加熱的噴淋頭，抵靠該上隔離器密封並將該上隔離器推靠在該離子過濾器上，其中該密封環在該加熱器板與該氣體分配板之間延伸並且包括具有在該第一通道與該第二通道之間延伸的通孔的一部分。
9. 如請求項8所述之噴淋頭組件，其中該上隔離器包括一成角度的上表面，該成角度的上表面向下且徑向向內傾斜，並且在用於與該密封環接觸的該成角度的上表面上限定一接觸點。
10. 如請求項1至4中任一項所述之噴淋頭組件，其中該離子過濾器包括沿該離子過濾器的一外圍位於該第二通道下方的複數個通孔。
11. 一種用於一處理腔室的噴淋頭組件，該噴淋頭組件包括： 一加熱的噴淋頭，該加熱的噴淋頭具有一加熱器板和耦接到該加熱器板的一氣體分配板； 一離子過濾器，該離子過濾器與該加熱的噴淋頭間隔開； 一間隔環，該間隔環在該加熱的噴淋頭與該離子過濾器之間，該間隔環導熱且電絕緣； 一遠端電漿區域，該遠端電漿區域限定在該加熱的噴淋頭與該離子過濾器之間； 一間隙，該間隙位於該間隔環的一徑向內側上，該間隙位於該加熱的噴淋頭與該離子過濾器之間，該間隙與該遠端電漿區域流體連通； 一第一通道，該第一通道延伸穿過該加熱器板；和 一第二通道，該第二通道與該第一通道連通並延伸穿過該氣體分配板，該第二通道延伸至該間隙。
12. 如請求項11所述之噴淋頭組件，其中該第二通道包括一環形通道與複數個通孔，該環形通道與該第一通道對準並形成在該氣體分配板的一上表面中，該複數個通孔形成在該氣體分配板中該環形通道的一底表面與該氣體分配板的靠近該間隙的一底部或側面之間。
13. 如請求項12所述之噴淋頭組件，其中該第一通道包括一環形通道，該環形通道形成在該加熱器板的一底表面中且與形成在該氣體分配板的該上表面中的該環形通道對準。
14. 如請求項13所述之噴淋頭組件，其中該間隔環形成為一單件。
15. 如請求項11至14中任一項所述之噴淋頭組件，其中該氣體分配板包括從該第二通道徑向向外延伸的複數個孔，並且其中該離子過濾器包括沿著該離子過濾器的一外圍在該第二通道下方的另外複數個通孔。
16. 如請求項11至14中任一項所述之噴淋頭組件，其中該間隔環具有與該離子過濾器接觸的一下肩部並且具有一上肩部，並且進一步包括： 一上隔離器，該上隔離器被支撐在該間隔環的該上肩部上； 一上密封環，該上密封環位於該上隔離器、該上肩部和該氣體分配板之間的一空間中；和 一下密封環，該下密封環在該下肩部與該離子過濾器之間的一空間中。
17. 一種處理腔室，該處理腔室包含： 一腔室主體，該腔室主體具有一內部體積； 一基板支座，該基板支座設置在該內部體積中；和 一噴淋頭組件，該噴淋頭組件設置在該內部體積中與該基板支座相對，其中該噴淋頭組件為如請求項1-4或11-14中任一項所述。
18. 如請求項17所述之處理腔室，該處理腔室進一步包含： 一下隔離器，該下隔離器支撐該離子過濾器，該離子過濾器在該基板支座上方間隔開；和 一泵送環，該泵送環支撐該下隔離器， 其中該下隔離器至少部分地設置在該離子過濾器與該泵送環之間， 其中該下隔離器與該離子過濾器之間限定有一第二間隙，並且 其中該泵送環具有與該第二間隙流體連通的一流體通道。
19. 如請求項18所述之處理腔室， 其中該離子過濾器包括沿著該離子過濾器的一外圍的複數個通孔，其中該離子過濾器中的複數個通孔被配置成將該基板支座周圍的一吹掃氣體引向該泵送環的該流體通道。
20. 如請求項17所述之處理腔室，其中該腔室主體包括耦接到該噴淋頭組件的一蓋，該腔室主體進一步包括在該蓋與該加熱的噴淋頭之間延伸的一氣體導管，其中該氣體導管將一吹掃氣體供應到該第一通道和該第二通道。

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