TWI596230B - 用於選擇性氣體注入與抽取之設備 - Google Patents
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Description
本發明之實施例大體而言係關於基板處理系統，且更特定言之，係關於在此類基板處理系統中使用之氣體注入與抽取設備。
在基板處理中，例如由提供給基板製程腔室的製程氣體之反應所形成的反應副產物通常經由排氣口排出製程腔室。通常將排氣口安置於腔室內正經處理之基板的平面下方，位於製程腔室之底板或一或更多個側面上。然而，發明者認為，藉由用此方式排出反應副產物，可迫使反應副產物流動跨越基板之頂表面。發明者進一步認為，當反應副產物流動跨越基板之頂表面時，可改變跨越基板的各個點處製程氣體之總體組成，因此改變跨越基板的後續反應之動力學，從而引起製程不均勻性。發明者亦認為，當反應副產物隨流動跨越基板而累積時，在基板之邊緣可加重此效應，使得在最靠近排氣口的基板邊緣附近提供最高濃度的反應副產物。
因此，發明者已提供一種在基板處理設備中使用之改良的氣體分佈設備。
本文提供在基板處理腔室中使用之用於選擇性氣體注入與抽取的方法及設備。在一些實施例中，氣體注入與抽取設備包括：平板，該平板具有複數個孔穿過平板之厚度，複數個孔中之每一個孔具有孔壁；複數個管道，每一管道部分地安置在複數個孔中之一者內部，其中管道中之每一者的安置部分與安置該管道的孔之孔壁的至少一部分間隔，從而在孔壁的至少一部分與管道的安置部分之間形成空隙；氣體供應，該氣體供應流體地耦接至管道中之每一者；及真空源，該真空源流體地耦接至空隙中之每一者。
在一些實施例中，提供一種製程腔室及該製程腔室包括：腔室主體，該腔室主體圍束處理容積及具有安置於處理容積內部的基板支座；及氣體注入與抽取設備，該設備如本文所揭示之任何實施例中所描述的且相對基板支座安置。
在一些實施例中，具有氣體注入與抽取設備的製程腔室包括：腔室主體，該腔室主體圍束處理容積及具有安置於處理容積內部的基板支座；第一氣體注入與抽取設備，該設備安置在腔室主體內部相對基板支座之支撐表面；第一氣體供應，該第一氣體供應流體地耦接至第一氣體注入管道以將一或更多種氣體提供至接近基板支座的區域；及第一真空源，該第一真空源流體地耦接至第一氣體抽取管道。第一氣體注入與抽取設備包括：第一氣體注入管道，該第一氣體注入管道在基板支座之支撐表面的至少一部分上方延伸；及第一氣體抽取管道，該第一氣體抽取管道與第一氣體注入管道
相鄰且在基板支座之支撐表面的至少一部分上方延伸。
在一些實施例中，提供一種處理安置於製程腔室之處理容積中的基板支座上的基板之方法，且該方法包括：經由在基板之至少一部分上方延伸的氣體注入管道將第一氣體提供至處理容積；經由與氣體注入管道相鄰安置且在基板之至少一部分上方延伸的氣體抽取管道從處理容積中移除至少一些過量第一氣體及任何製程副產物；經由在基板之至少一部分上方延伸的第二氣體注入管道將第二氣體提供至處理容積；及經由與第二氣體注入管道相鄰安置且在基板之至少一部分上方延伸的第二氣體抽取管道從處理容積中移除至少一些過量第二氣體及任何製程副產物。
將在下文中描述本發明之其他及進一步實施例。
100‧‧‧選擇性氣體注入與抽取設備
102‧‧‧平板
102a‧‧‧第一側
102b‧‧‧第二側
104‧‧‧孔
106‧‧‧孔壁
108‧‧‧管道
110‧‧‧空隙
112‧‧‧氣體供應
112a‧‧‧氣體供應
112b‧‧‧氣體供應
112c‧‧‧氣體供應
114‧‧‧真空源
114a‧‧‧真空源
114b‧‧‧真空源
114c‧‧‧真空源
115‧‧‧真空口
116‧‧‧橫截面積
200‧‧‧氣室
202‧‧‧面積
302‧‧‧第二氣室
304‧‧‧管道
400‧‧‧製程腔室
402‧‧‧腔室主體
404‧‧‧處理容積
406‧‧‧基板支座
408‧‧‧基板支座表面
410‧‧‧基板
500‧‧‧第一氣體注入與抽取設備
502‧‧‧第一延長氣體注入管道
502a‧‧‧氣體注入管道第一末端
502b‧‧‧氣體注入管道第二末端
504‧‧‧第一延長氣體抽取管道
504a‧‧‧氣體抽取管道第一末端
504b‧‧‧氣體抽取管道第二末端
506‧‧‧開口
508‧‧‧開口
510‧‧‧第二氣體注入與抽取設備
512‧‧‧第二氣體注入管道
514‧‧‧第二氣體抽取管道
516‧‧‧箭頭
520‧‧‧第三氣體注入與抽取設備
522‧‧‧第三氣體注入管道
524‧‧‧第三氣體抽取管道
530‧‧‧第四氣體注入與抽取設備
532‧‧‧第四氣體注入管道
534‧‧‧第四氣體抽取管道
可參考隨附圖式中描述的本發明之說明性實施例來理解上文已簡要概述且在下文將更詳細論述之本發明之實施例。然而，應注意，隨附圖式僅圖示出本發明之典型實施例，且因此該等圖式不欲視為本發明範疇之限制，因為本發明可允許其他同等有效之實施例。
第1圖描述根據本發明之一些實施例的氣體注入與抽取設備的一部分之平面圖。
第2圖描述沿線II-II獲取之第1圖之設備之放大橫截面視圖。
第3A圖描述根據本發明之一些實施例的氣體注入與抽取設備之橫截面視圖。
第3B圖描述根據本發明之一些實施例的氣體注入與抽取設備之橫截面視圖。
第4圖描述根據本發明之一些實施例包含氣體注入與抽取設備的製程腔室之橫截面視圖。
第5A圖至第5E圖分別描述根據本發明之各種實施例安置於基板支座上方的氣體注入與抽取設備之俯視圖。
為了促進理解，在可能的情況下，相同元件符號已用於代表諸圖共用之相同元件。諸圖並未按比例繪製且可能為了清晰而簡化。應設想，一個實施例之元件及特徵可有利地併入其他實施例而無需贅述。
本文提供在基板處理系統中(例如，在半導體基板處理系統中)使用的選擇性氣體注入與抽取設備之實施例。本文所揭示的本發明之選擇性氣體注入與抽取設備之實施例可用於任何適宜製程腔室，包括(但不限於)適合於諸如快速熱處理(rapid thermal processing；RTP)、化學氣相沉積(chemical vapor deposition；CVD)、磊晶沉積、原子層沉積(atomic layer deposition；ALD)及類似製程的彼等製程腔室。適宜製程腔室包括(但不限於)針對RTP、CVD、ALD、磊晶沉積或類似者配置的製程腔室，該等製程腔室可購自Applied Materials,Inc(Santa Clara,California)。應設想，其他製程腔室亦可得益於根據本文教示的本發明之選擇性氣體注入與抽取設備，該等製程腔室包括針對其他製程配置之腔室及由其他製造商製造之腔室。
選擇性氣體注入與抽取設備之實施例大體而言提供接近一或更多個氣體注入口的一或更多個氣體抽取口，以使得由氣體注入口提供的氣體可經由附近的氣體抽取口抽取，從而避免如習知製程腔室中常見的製程氣體及/或製程副產物跨越基板之表面流至基板之側面的排氣口位置。將於下文中更詳細論述選擇性氣體注入與抽取設備之各種實施例。
舉例而言，第1圖圖示根據本發明之一些實施例適合於在選擇性氣體注入與抽取設備100中使用的平板102之第一側102a之局部平面圖。在一些實施例中，選擇性氣體注入與抽取設備100可大體包含平板102，該平板具有第一側102a及相對的第二側102b(第2圖)。提供複數個洞或孔104按所欲圖案穿過第一側102a與第二側102b之間的平板厚度。可選擇所欲圖案以提供傳遞至平板102與相對平板102之第一側102a安置的基板之間的處理區域及從該處理區域抽取的氣體之所欲分佈。孔104包含穿過平板102之厚度的孔壁106。僅為了便於圖示，孔104圖示為具有圓形橫截面。具有其他形狀的孔104可用於一些應用。非限制示例性孔橫截面可包括橢圓形、三角形、正方形、六邊形或其他彎曲及/或多邊形狀。孔104可具有沿孔的長度之變化的橫截面。孔104在相同平板102內部可大小不同或橫截面不同。
根據一些實施例，中空管狀結構或管道108至少部分地安置於孔104內部及與孔壁106的至少一部分間隔。僅為了便於圖示，管道108圖示為具有圓形橫截面。然而，亦可使用具有其他形狀的管道108。非限制示例性管道橫截面可
包括橢圓形、三角形、正方形、六邊形或其他彎曲及/或多邊形狀。管道108可具有沿管道長度之變化的橫截面及在相同實施例中可大小不同或橫截面不同。管道108之橫截面形狀可與孔104相同或實質上與孔104相同，或管道108之橫截面形狀可不同於孔104之橫截面形狀。
為了清晰，管道108圖示為位於孔104內部的實質中心位置(例如，同軸位置)，在管道108與孔壁106之間具有實質上均勻的間隙或空隙110。然而，管道108不必在孔104中位於中心位置及空隙110不必為均勻(例如，偏心位定位)。管道108之部分可更靠近孔壁106，從而減小管道之彼部分與管道相鄰的孔壁106之部分之間空隙110之大小。管道108的一部分可接觸孔壁106的一部分，消除或實質上消除管道之彼部分與孔壁106之間的間隙或空隙110。當間隙或空隙110因管道108相對於孔104之偏心位置而局部減小時，管道108之其他部分與孔壁106之間的空隙110可增加。
平板102及管道108可由對製程氣體及/或使用平板102或管道108的製程環境無反應性的任何材料製造。舉例而言，在一些實施例中，平板102或管道108可由金屬(例如，不銹鋼、鋁或類似者)或陶瓷(例如，氮化矽(SiN)、氧化鋁(Al2O3)或類似者)製造。或者，在一些實施例中，平板102或管道108可由透明材料製造，例如，晶體石英(SiO2)、玻化氧化矽(SiO2)、透明氧化鋁(Al2O3)(例如，藍寶石)、半透明氧化鋁(Al2O3)、氧化釔(Y2O3)或塗覆透明陶瓷。相對於透明淋噴頭揭示適合於本發明之選擇性氣體注入與抽取設備的材
料之額外實例，該等實例在類似於本發明之預期環境中(在David S.Balance等人於1998年7月14日提交申請之標題為「Gas Introduction Showerhead For An RTP Chamber With Upper And Lower Transparent Plates And Gas Flow Therebetween」之美國專利案第5,781,693號中)使用並讓渡給本申請案之受讓人。
第2圖係根據本發明之一些實施例沿線II-II獲取之第1圖之氣體注入與抽取設備100之放大橫截面視圖。可將管道108流體地耦接至氣體供應112、112a。如圖所示，每一管道108連接至氣體供應112、112a，該等氣體供應可為供應相同氣體的共用氣體供應或可為不同的氣體供應。在氣體供應112、112a供應不同氣體之實施例中，氣體可在成分(例如，不同氣體或不同氣體之混合物)、組份濃度、壓力、溫度、流動速率或其他可量測特徵方面不同。
由氣體供應112、112a供應的氣體或多種氣體可為適合於(例如)在半導體裝置或其他薄膜製造技術中處理基板的彼等氣體。舉例而言，該等氣體可為反應性氣體(例如，用於處理基板、在基板上沉積材料、蝕刻基板等等)、非反應性氣體(例如，用於淨化含有基板的處理容積或類似者)或上述氣體之組合中之一或更多者。
在第2圖中所圖示之實施例中，管道108安置於孔104內部，該等孔自第二側102b穿過平板102至第一側102a，終止於第一側102a上。在其他實施例中，管道108從第二側102b安置在孔104內部及可終止於第一側102a上方的位置處
(亦即，朝向第二側102b且與第一側102a間隔的一點處)，使得孔104的一部分無管道。在其他實施例中，管道108可自第二側102b延伸穿過孔104及終止於超出第一側102a的一點處。
孔104可流體地耦接至真空源114、114a。如第2圖所圖示，每一孔104連接至真空源114、114a，該真空源可為共用真空源或可為不同真空源。應用於孔104的真空源可促進快速且有效地從基板支座上方的區域移除氣體及其他材料(例如，製程副產物)或當基板安裝在基板支座上時從基板之表面移除氣體及其他材料。
第2圖圖示本發明之非限制性實施例，其中真空源114、114a耦接至孔104。孔104之橫截面積因孔104內部所安置的管道108之存在而減小。因此，將真空源114有效流體地連接至孔壁106與管道108之間所形成的空隙110。
在圖示之實施例中，平板102包含一面積，在該面積中孔104具有接近第二側102b之減小的橫截面積116。可配置減小的橫截面積116以對管道108的一部分作流體地密封。或者或組合地，可在管道108之相應區域中提供增加的橫截面積以提供密封。或者或組合地，可在平板102與管道108之間提供墊圈或諸如O形環之其他密封材料以促進在管道108與平板102之間提供密封。真空口115可將孔104(有效地為空隙110)流體地耦接至真空源114、114a(例如，耦接至真空泵或多個真空泵)，在孔104(有效地為空隙110)與真空源之間提供直接連接。
第2圖中所圖示之真空源114與孔104之耦接為示例性配置且不應視為限制。在第3A圖至第3B圖中圖示用於將真空源耦接至孔的替代示例性配置。如第3A圖所圖示，複數個孔104流體地耦接至氣室200。管道108穿過氣室且(例如)在管道108離開氣室200的區域202內繞管道108流體地密封該氣室。氣室200與諸如真空泵之真空源114流體連通，此舉減小了氣室200內部的壓力。因為氣室200與孔104流體地耦接，所以真空源114向連接至氣室200的孔104提供真空或減小的壓力。設想用於流體地連接孔與真空源的其他配置。
如第3B圖所示，複數個孔104流體地耦接至氣室200(例如，第一氣室)，如上文所描述，且將複數個管道108流體地耦接至第二氣室302。第一氣室與第二氣室(200、302)在氣體注入與抽取設備100內部彼此隔離。可提供一或更多個管道304(類似於管道108)以將真空源114耦接至第一氣室200。氣體供應112可耦接至第二氣室302以經由第二氣室302將一或更多種製程氣體提供至管道108。
本發明之氣體注入與抽取設備100可形成在第4圖之橫截面中示意地圖示之製程腔室400之組件。製程腔室400包含圍束處理容積404的腔室主體402及氣體注入與抽取設備100。製程腔室400可包括用於支撐基板的基板支座406。基板支座406可安裝在製程腔室400中用於旋轉，或基板支座406可安裝至腔室以避免旋轉，或可安裝基板支座用於選擇性旋轉。
如圖所示，將管道108各個連接至氣體供應112、112a。如上文所述，氣體供應112、112a可提供相同或不同氣體，且若供應相同氣體，則可為共用氣體供應。
當將製程氣體引入製程腔室400中時，製程氣體彼此反應及/或與基板(例如，安置於基板支座406之基板支撐表面408上的基板410)反應，形成反應副產物及其他產物。將反應副產物經由孔104與管道108之間所形成的空隙110排出製程腔室400之處理容積404。圍繞管道108或至少部分地圍繞管道108形成空隙110。
因此，管道108及關聯組件包含所揭示之氣體注入與抽取設備100之氣體注入部分，該氣體注入部分用於將一或更多種氣體提供至處理容積404以處理基板410。孔104或空隙110及關聯組件包含氣體注入與抽取設備100之氣體抽取部分，其中該氣體抽取部分自基板410之表面的相對位置將一或更多種氣體及/或製程副產物從處理容積404中移除，從而有利地避免或限制製程氣體或製程副產物流動跨越基板410之表面。
在已知製程腔室中，經常將製程氣體自基板上方引入基板，並與基板反應，至少形成製程副產物。通常引起製程氣體及製程副產物流向位於腔室側壁或基板支座下方的排氣口。在不希望受理論約束的情況下，發明者認為，如已知製程中反應副產物自基板之頂表面的所描述之流動可不良地改變跨越基板之各種點處氣體之總體成分，從而影響反應動力學及影響跨越基板的製程氣體反應，使得不當地引起製程
不均勻性。發明者進一步認為，當反應副產物隨流動跨越基板而累積時，在基板之邊緣可加重此效應，使得在最靠近排氣口的基板邊緣附近提供最高濃度的反應副產物。
因此，在本發明之實施例中，提供所揭示之氣體注入與抽取設備100之氣體抽取的孔104及空隙110位於基板410上方且與提供氣體注入的管道108相鄰。在此配置中，發明者認為將獲得更加均勻的製程。
發明者已發現，用此方式向用於處理基板的處理腔室提供真空可從處理容積中迅速且有效率地移除反應副產物，從而減小或消除上文所述基板410附近或基板410上的反應副產物對後續反應的效應。可以適合於提供必要數目之氣體注入與抽取位置的任何方式配置氣體注入與抽取設備100，以執行所欲製程及以提供製程氣體及反應副產物流之所欲圖案，以促進上文所述的反應副產物之移除。
以上描述及圖式描述了本氣體注入與抽取設備100，該設備具有耦接至氣體供應112、112a的管道108及與真空源114或多個真空源114及114a耦接的孔104及空隙110。在其他實施例中，管道108可流體地耦接至真空源114、114a，且孔104及空隙110可與氣體供應112、112a流體地耦接。
或者或與上文相對於第1圖至第4圖所揭示之實施例組合，本選擇性氣體注入與抽取設備之實施例可包括在處理腔室中使用的氣體注入管道及相鄰的氣體抽取管道。如本揭示案中所使用，「管道(conduit)」係用於意謂用於輸送流體
的管(pipe)、管道(tube)或導管(duct)。管道可具有任何適宜橫截面閉合形狀，用於充分地輸送流體。非限制示例性橫截面形狀包括圓形、橢圓形或其他閉合彎曲形狀以及多邊橫截面形狀。第5A圖至第5D圖係包含氣體注入管道及相鄰氣體抽取管道的實施例之示意圖。
第5A圖描述安置於基板支座406之第一側(例如，基板支座406上方或反向)上的第一氣體注入與抽取設備500，該第一氣體注入與抽取設備可或可不包括安置於基板支座上的基板410。可或可不安裝基板支座用於繞基板支座表面上的一點(例如，中心點C)旋轉。僅為了便於圖示，基板支座406及基板410圖示為圓形。本發明之設備可用於其他形狀的基板支座及/或基板。第一氣體注入與抽取設備500及基板支座可包含製程腔室(在第5圖中未圖示)，但類似於(例如)上文相對於第4圖所論述之製程腔室400。
第一氣體注入與抽取設備500包含第一延長氣體注入管道502及與該氣體注入管道相鄰的第一延長氣體抽取管道504。管道502及504可為分離構造或可為具有流體分離管道的整體構造。僅為了便於圖示，管道502及504圖示為類似大小及相鄰。為了方便，管道502及504可具有相同或不同橫截面形狀或大小。氣體注入管道502亦可比氣體抽取管道504更長或更短。氣體注入管道第一末端502a可自氣體抽取管道第一末端504a偏移，該氣體注入管道第一末端延伸超過氣體抽取管道第一末端504a或者未達到氣體抽取管道第一末端504a。氣體注入管道第二末端502b與氣體抽取管道第二
末端504b之間可存在類似關係。
第一延長氣體注入管道502可流體地耦接至氣體供應112。在一些實施例中，氣體供應112供應一或更多種氣體至氣體注入管道502以便(例如)經由一或更多個開口506將氣體引入基板支座406上方的區域中，當基板410存在時將一或更多種氣體輸送至該基板。可視需要(按數目、大小、圖案等等)沿氣體注入管道502分佈一或更多個開口506以提供諸如氣體流動速率、氣體分佈位置、氣體速度或類似之所欲氣體分佈特徵。
第一延長氣體抽取管道504可流體地耦接至真空源114(例如，真空泵)。真空源114(例如)經由安置於氣體抽取管道504中的一或更多個開口508促進氣體及/或製程副產物之局部移除。一或更多個開口508可類似於一或更多個開口506。
第一氣體注入與抽取設備500之管道502及504可自基板支座406之周邊上或超過周邊的第一點延伸至基板支座406之周邊內且在基板支座上方的一點(亦即，第一氣體注入與抽取設備500的一部分在基板支座406的一部分上方延伸)。管道502及504可相對於基板支座以任何定向在基板支座406上方延伸。如第5A圖所圖示的非限制性實例，第一氣體注入與抽取設備500之管道502及504沿圓形基板支座406的弦延伸。管道502及504可沿圓形基板支座的任何弦、半徑或直徑或上述者的一部分延伸。類似地，第一氣體注入與抽取設備500之管道502及504可相對於非圓形基板
支座以任何定向在非圓形基板支座上方延伸至任何長度。在一些實施例中，管道502、504至少延伸至基板支座406(及基板410)之中心C附近的一點處以提供更加均勻的製程結果。舉例而言，在一些實施例中，管道502、504沿半徑延伸至中心C或中心C略前或略後的一點處，或延伸至使得一或更多個開口506、508之終端開口安置於中心C上方或附近的一點處。
在一些實施例中，可如第5B圖至第5D圖中所圖示結合第一氣體注入與抽取設備500使用包含第二氣體注入管道512及第二氣體抽取管道514的第二氣體注入與抽取設備510。第二氣體注入與抽取設備510可與第一氣體注入與抽取設備500具有相同或類似構造。第二氣體注入與抽取設備510包含第二氣體注入管道512及第二氣體抽取管道514，該等管道類似於上文所描述之管道502及504。
第二氣體注入管道512及第二氣體抽取管道514可流體地耦接至氣體供應112a及真空源114a。耦接至第二氣體注入管道512的氣體供應112a可提供與氣體供應112相同的氣體或可提供不同氣體。舉例而言，氣體供應112可將一製程氣體提供至第一氣體注入管道(管道502)，而第二氣體供應112a可將第二製程氣體提供至第二氣體注入管道512。或者，一個氣體供應可將一製程氣體提供至該氣體供應所耦接的管道及其他氣體供應可將淨化或惰性氣體提供至類似耦接的管道。氣體供應112可流體地耦接至氣體供應112a以將相同氣體提供至氣體注入管道(管道502及管道512)。
真空源114a可與真空源114相同以將共用真空源提供至抽取管道(管道504及管道514)。在替代實施例中，可將真空源114與真空源114a分離。
因此，第二氣體注入管道512及第二氣體抽取管道514提供與上文所描述之第一氣體注入管道(管道502)及第一氣體抽取管道(管道504)相同或實質上相同的功能。
設想包含兩個以上氣體注入與抽取設備的實施例，例如三個或四個氣體注入與抽取設備。在包含兩個以上氣體注入與抽取設備之實施例中，可用與包含一個或兩個氣體注入與抽取設備之實施例相同或實質上相同的方式操作各個設備。
在第5B圖中，第一氣體注入與抽取設備500之管道502及504自基板支座406之周邊上或超過周邊的第一點延伸至基板支座406之周邊內且在基板支座上方的第一點。第二氣體注入與抽取設備510之管道512及514自基板支座406之周邊上或超過周邊的第二點延伸至基板支座406之周邊內且在基板支座上方的第二點。因此，氣體注入與抽取設備500及510之各者的管道502、504之部分及管道512、514之部分分別在基板支座406的一部分上方延伸。在圖示實施例中，管道502、504及管道512、514分別沿大體平行的間隔分離線L1及L2延伸。可在基板支座406上方的相同距離處定位管道502、504、512及514，或可在基板支座上方的不同距離處定位該等管道。L1及L2圖示為定位於中心點C之相對側上。線L1及L2亦可定位於中心點C之相同側上。
在第5C圖所圖示之實施例中，第一氣體注入與抽取設備500之管道502、504及第二氣體注入與抽取設備510之管道512、514分別自基板支座406之周邊處或超過周邊的點延伸至以上周邊內的點。在圖示實施例中，第一氣體注入與抽取設備500及第二氣體注入與抽取設備510大體沿在基板支座406上方一點處相交的線L1及L2延伸。線L1及L2中之一者或兩者可穿過基板支座406上方的容積之中心點。線L1及L2可形成0°至180°之範圍內的任何角度α。在一些實施例中，L1及L2可形成約90°之角度，而在其他實施例中，該角度α可為約120°或約180°。
在使用兩個氣體注入與抽取設備500及510之實施例中，例如在第5D圖中所圖示，可如圖示排列第一氣體注入管道502、第一氣體抽取管道504、第二氣體注入管道512及第二氣體抽取管道514。如圖所示，第一氣體注入管道502與第二氣體抽取管道514大體共線，且第一氣體抽取管道504與第二氣體注入管道512大體共線。此配置可在用於旋轉基板支座406時提供有益結果。
在第5D圖所圖示之具有如箭頭516說明性指示之旋轉基板支座406的配置中，將基板410之區域首先曝露於來自氣體注入管道502(或管道512)的氣體注入中及隨後曝露於來自關聯氣體抽取管道504(或管道514)的氣體抽取中。從如上文所描述之基板支座406上方提供氣體注入及氣體抽取。
在一些實施例中，兩個以上氣體注入與抽取設備500
可結合彼此操作。可在基板支座頂表面408上方的處理容積中之製程腔室內配置包含氣體注入管道(502)及氣體抽取管道(504)的多個氣體注入與抽取設備。如上文包含兩個氣體注入與抽取設備500及510之實施例中所論述，可以任何配置排列兩個以上設備。舉例而言，可在基板支座406上方的容積內等距離間隔兩個以上設備，或可在基板支座上方的特定面積內集中該等設備。
在第5E圖中圖示包含兩個以上氣體注入與抽取設備500之實施例的非限制性實例。如圖所示，四個氣體注入與抽取設備500關於基板支座406及基板410(若存在)實質均勻地間隔。如上文所描述，每個設備包含：氣體注入管道502，該氣體注入管道流體地耦接至氣體供應112；及氣體抽取管道504，該氣體抽取管道流體地耦接至真空源114。將管道502及504大體上與線L1及L2對準，L1與L2大體形成90°之角度α。可如箭頭516所指示旋轉支撐基板支座406。在如所指示之旋轉的情況下，基板支座406或基板410(若存在)之區域首先遇到氣體注入管道502，繼之以氣體抽取管道504，將受益於上文所描述之製程均勻性。
如第5E圖圖示的每個氣體注入與抽取設備500可提供不同氣體。在一些實施例中，由至少一個氣體注入管道502供應製程氣體且由至少一個氣體注入管道502提供淨化或惰性氣體。可將一或更多個氣體抽取管道504流體地耦接至共用真空源或將各個氣體抽取管道504流體地耦接至分離的真空源。
在包含多個氣體注入與抽取設備500之實施例中，該設備可具有不同配置。舉例而言，管道及/或各別管道中提供的一或更多個開口可具有用於特定操作的不同大小、形狀或材料以提供如上文所論述之所欲氣體分佈特徵。
發明者已發現，藉由提供氣體注入(例如，製程氣體注入)及緊跟以基板支座旋轉之方向的氣體抽取，可從處理容積及從基板支座上方的區域中迅速且有效率地移除反應副產物。在此操作中，氣體(例如，製程氣體)及其他物質(例如，製程副產物)之流動實質上垂直於基板支座表面408。
本發明之氣體注入與抽取設備500有利地減小或消除了基板410存在時反應副產物對該基板上後續反應之上文所描述的效應。可以適合於提供必要數目之氣體注入與抽取位置的任何方式配置氣體注入與抽取設備500以執行所欲製程及以提供製程氣體及反應副產物流之所欲圖案，以促進上文所描述的反應副產物之移除。
在一個說明性操作模式中，可使用本發明之設備實施原子層沉積(ALD)製程。舉例而言，可由一個氣體注入與抽取設備(例如，設備500)提供第一氣體且可由另一氣體注入與抽取設備(例如，設備510)提供第二氣體。第一氣體可為用於在基板上沉積材料層的前驅物氣體及可吸附至基板以形成單層或約前驅物之原子厚度的層。第二氣體可為還原劑氣體或用於與第一製程氣體(例如，前驅物氣體)反應的其他試劑以形成包含該材料的所欲層。當基板410在基板支座406上旋轉時，可執行第一氣體與第二氣體(例如，前驅物氣體
與還原劑氣體)相互作用之多次重複以將材料層沉積至所欲厚度。各別氣體注入與抽取設備之排氣部分移除過量第一氣體及第二氣體以限制或避免其他腔室組件上的不當沉積。在一些實施例中，例如如第5E圖所示，可在氣體注入與抽取設備500與第二氣體注入與抽取設備510之間提供額外氣體注入與抽取設備(例如，第三氣體注入與抽取設備520及第四氣體注入與抽取設備530)。第三氣體注入與抽取設備及第四氣體注入與抽取設備可提供淨化氣體以進一步限制或避免在操作期間第一氣體與第二氣體之間不當的相互作用。
因此，本文已提供在處理系統中使用的氣體注入與抽取設備之實施例。在一些實施例中，本發明之氣體注入與抽取設備可有利地提供迅速且有效地自基板之表面移除製程反應副產物，從而減小或消除反應副產物對後續製程反應可具有之效應。
儘管上文所述係針對本發明之實施例，但是可在不脫離本發明之基本範疇的情況下設計出本發明之其他及進一步實施例。
100‧‧‧選擇性氣體注入與抽取設備
102‧‧‧平板
102a‧‧‧第一側
104‧‧‧孔
106‧‧‧孔壁
108‧‧‧管道
110‧‧‧空隙
Claims (20)
- 一種氣體注入與抽取設備，該設備包含：一平板，該平板具有複數個孔穿過該平板之一厚度，該等複數個孔中之每一孔具有一孔壁，其中該平板安置於一基板上方或相對於該基板安置；複數個管道，每一管道部分地安置在該等複數個孔中之一者內部，其中該等管道中之每一者的一安置部分與安置該管道的該孔之該孔壁的至少一部分間隔，從而在該孔壁的至少一部分與該管道之該安置部分之間形成一空隙；一氣體供應，該氣體供應流體地耦接至該等管道中之每一者；以及一真空源，該真空源流體地耦接至該等空隙中之每一者。
- 如請求項1所述之氣體注入與抽取設備，其中該等孔的橫截面為六邊形。
- 如請求項1所述之氣體注入與抽取設備，其中該等管道中之至少一些管道流體地耦接至一共用氣體供應。
- 如請求項1所述之氣體注入與抽取設備，其中該等空隙中之至少一些空隙流體地耦接至一共用真空源。
- 一種製程腔室，該製程腔室包含： 一腔室主體，該腔室主體圍束一處理容積及具有安置於該處理容積內部的一基板支座；以及請求項1至4中任一項所述之氣體注入與抽取設備，該氣體注入與抽取設備相對該基板支座安置。
- 如請求項5所述之製程腔室，其中該基板支座在該處理容積內部為可旋轉的。
- 如請求項5所述之製程腔室，其中該等複數個管道中之至少一些管道流體地耦接至一共用氣體供應。
- 如請求項5所述之製程腔室，其中該等空隙中之至少一些空隙流體地耦接至一共用真空源。
- 一種具有一氣體注入與抽取設備的製程腔室，該製程腔室包含：一腔室主體，該腔室主體圍束一處理容積及具有安置於該處理容積內部的一基板支座；一第一氣體注入與抽取設備，該第一氣體注入與抽取設備安置在該腔室主體內部相對該基板支座之一支撐表面，該第一氣體注入與抽取設備包含：一第一氣體注入管道，該第一氣體注入管道在該基板支座之該支撐表面的至少一部分上方延伸；以及 一第一氣體抽取管道，該第一氣體抽取管道與該第一氣體注入管道相鄰且在該基板支座之該支撐表面的至少一部分上方延伸；一第一氣體供應，該第一氣體供應流體地耦接至該第一氣體注入管道以將一或更多種氣體提供至接近該基板支座的一區域；以及一第一真空源，該第一真空源流體地耦接至該第一氣體抽取管道。
- 如請求項9所述之製程腔室，該腔室進一步包含：一第二氣體注入與抽取設備，該第二氣體注入與抽取設備安置在該腔室主體內部相對該基板支座之該支撐表面，該第二氣體注入與抽取設備包含：一第二氣體注入管道，該第二氣體注入管道在該基板支座之該支撐表面的至少一部分上方延伸；以及一第二氣體抽取管道，該第二氣體抽取管道與該第二氣體注入管道相鄰且在該基板支座之該支撐表面的至少一部分上方延伸；一第二氣體供應，該第二氣體供應流體地耦接至該第二氣體注入管道以將一或更多種氣體提供至接近該基板支座的一第二區域；以及一第二真空源，該第二真空源流體地耦接至該第二氣體抽取管道。
- 如請求項10所述之製程腔室，其中該第一氣體注入與抽取管道與該第二氣體注入與抽取管道不共線。
- 如請求項10所述之製程腔室，其中該第一氣體注入與抽取管道與該第二氣體注入與抽取管道共線。
- 如請求項12所述之製程腔室，其中該第一氣體注入管道與該第二氣體抽取管道共線且該第二氣體注入管道與該第一氣體抽取管道共線。
- 如請求項10至13中任一項所述之製程腔室，其中該第一真空源及該第二真空源為一共用真空源。
- 如請求項10至13中任一項所述之製程腔室，該製程腔室進一步包含：一第三氣體注入與抽取設備及一第四氣體注入與抽取設備，該等設備安置在該腔室主體內部相對該基板支座之該支撐表面，該第三氣體注入與抽取設備及該第四氣體注入與抽取設備安置於該第一氣體注入與抽取設備與該第二氣體注入與抽取設備之間，該第三氣體注入與抽取設備及該第四氣體注入與抽取設備分別包含：一第三氣體注入管道及一第四氣體注入管道，該等管道在該基板支座之該支撐表面的至少一部分上方延伸；以及 一第三氣體抽取管道及一第四氣體抽取管道，該等管道與該第三氣體注入管道及該第四氣體注入管道之各者相鄰且在該基板支座之該支撐表面的至少一部分上方延伸；一第三氣體供應及一第四氣體供應，該等氣體供應分別流體地耦接至該第三氣體注入管道及該第四氣體注入管道以分別將一或更多種氣體提供至接近該基板支座的一第三區域及一第四區域；以及一第三真空源及一第四真空源，該等真空源分別流體地耦接至該第三氣體抽取管道及該第四氣體抽取管道。
- 如請求項15所述之製程腔室，其中該第一真空源、該第二真空源、該第三真空源及該第四真空源為一共用真空源。
- 如請求項16所述之製程腔室，其中該第一氣體供應及該第二氣體供應為製程氣體供應以在一基板上沉積一材料層且其中該第三氣體供應及該第四氣體供應為惰性氣體供應。
- 如請求項9至13中任一項所述之製程腔室，其中該基板支座旋轉地安置於該處理容積內部。
- 一種處理安置於一製程腔室之一處理容積中的一基板支座上的一基板之方法，該方法包含以下步驟： 經由在該基板之至少一部分上方延伸的一氣體注入管道將一第一氣體提供至該處理容積；經由與該氣體注入管道相鄰安置且在該基板之至少一部分上方延伸的一氣體抽取管道從該處理容積中移除至少一些過量第一氣體及任何製程副產物；經由在該基板之至少一部分上方延伸的一第二氣體注入管道將一第二氣體提供至該處理容積；以及經由與該第二氣體注入管道相鄰安置且在該基板之至少一部分上方延伸的一第二氣體抽取管道從該處理容積中移除至少一些過量第二氣體及任何製程副產物。
- 如請求項19所述之方法，其中該第一氣體包含用於一原子層沉積製程的一前驅物氣體，且其中該第二氣體包含用於與該前驅物氣體反應以在該基板上形成一材料層的一相應還原劑。
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