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TWI490919B - 反應室 - Google Patents

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TWI490919B
TWI490919B TW098137301A TW98137301A TWI490919B TW I490919 B TWI490919 B TW I490919B TW 098137301 A TW098137301 A TW 098137301A TW 98137301 A TW98137301 A TW 98137301A TW I490919 B TWI490919 B TW I490919B
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TW
Taiwan
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chamber
wall
reaction
gas
reaction chamber
Prior art date
Application number
TW098137301A
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English (en)
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TW201023250A (en
Inventor
Michael Givens
Matthew G Goodman
Mark Hawkins
Brad Halleck
Herbert Terhorst
Original Assignee
Asm Inc
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Publication date
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    • H01L21/67155Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations
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Description

反應室 【相關申請案】
本申請案主張優先權為2008年11月7日所申請的臨時專利申請號61/112,604,其完整揭露內容在此併入本文參考。
本發明是有關於一種半導體處理系統(semiconductor processing system),且特別是有關於一種用於半導體處理系統之反應室(reaction chamber)。
於諸如電晶體、二極體及積體電路(integrated circuit)等半導體裝置之處理中,通常於一半導體材料薄片(例如基板(substrate)、晶圓(wafer)或工件)上同時製作多個此種裝置。於此種半導體裝置之製造過程之半導體處理步驟之一實例中,通常將基板傳送至反應室中,且於反應室中將材料薄膜或層沈積於晶圓之外露表面上。一旦已將所期望厚度之半導體材料層沈積於基板之表面上,便將基板傳送出反應室以供包裝或進一步處理。
用以將材料薄膜沈積於基板表面的已知方法包括(但不限於)(常壓或低壓)氣相沈積、濺鍍(sputtering)、噴塗及退火(spray-and-anneal)及原子層沈積(atomic layer deposition)。例如,化學氣相沈積(Chemical vapor deposition;CVD)係為藉由某些氣態化合物於反應室內發生熱反應或分解,而於受熱基板上形成穩定之化合物。反 應室提供受控環境,以於基板上安全地沈積穩定化合物。
用於特定工具或製程之反應室之類型可視所執行製程之類型而異。常用於CVD製程之一種反應室是水平流式冷壁型反應室(horizontal flow,cold-wall reaction chamber),其中此反應室包括大致細長之室,而欲處理之基板即插入此室中。將製程氣體噴射入或引入反應室之一端,且沿縱向長度流動,穿過基板後自相對端排出反應室。當製程氣體穿過反應室內之受熱基板時,於基板之表面處發生反應而使一材料層沈積於基板上。
當氣體沿水平流式反應室之長度流動時,流型(flow pattern)可能會不均勻,或者是因為氣體接觸反應室內之各種結構(例如基座、基板或反應室本身之壁)而形成局部區域之紊流。當局部區域之紊流與所處理之基板之表面交疊時,基板表面上之沈積均勻性將變差。與基板反應之製程氣體所造成的局部區域紊流可能導致形成凸塊、脊或其它會降低沈積均勻性之局部沈積物。由於至少有一部分通過反應室的是非層狀且不穩定的氣體流,因此沈積後之基板表面輪廓(profile)變得不可預測。
故,需要一種改良之反應室,此改良之反應室是可調節的,以減少或消除穿過反應室之製程氣體流有不均勻的現象或者是在局部區域為紊流,進而於所處理基板上提高沈積之均勻性或產生可預測之沈積輪廓。
於本發明之一態樣中,提供一種反應室。此反應室包括: 上室,具有固定的上壁;以及第一入口,與上室流體連通。第一入口經配置以容許至少一種氣體引入上室。此反應室亦包括具有下壁之下室。此下室與上室流體連通。此反應室更包括板,用於分隔上室之至少一部分與下室之至少一部分。此板與上壁以第一距離間隔開,且此板與下壁以第二距離間隔開。出口與第一入口相對地設置。上室為可調節的,以藉由調整第一距離而於第一入口與出口之間形成實質穩定之氣體層流。
於本發明之另一態樣中,提供一種方法,使在半導體處理工具的反應器中之基板上的沈積均勻性達到最佳化。此方法包括提供分流式反應室。分流式反應室包括上室及下室,其中上室及下室藉由板而至少部分地隔開,氣體可引入上室與下室中。此方法更包括提供位於分流式反應室內之基座,其中基座設置於上室與下室之間。基座經配置以支撐至少一個基板。此方法更包括調節分流式反應室之尺寸,以於上室內形成實質穩定之氣體層流。
於本發明之又一態樣中,提供一種反應室。此反應室包括上壁、下壁及一對相對的側壁,此一對相對的側壁連接上壁與下壁,以於其中界定出反應空間。入口位於反應空間之一端,且出口位於反應空間之相對端。可藉由相對於下壁而調整上壁,以調節流過反應空間之至少一種氣體之速度,進而形成流過反應空間之所述至少一種氣體的實質穩定之層流。
於本發明之再一態樣中,提供一種反應室。此反應室包括反應空間,基板可支撐於此反應空間中,且反應空間 具有體積。此反應室亦包括:入口,至少一種氣體可透過入口引入反應空間中;出口,反應空間內之氣體透過出口排出反應空間。此體積為可調節的,以提供流過反應空間之實質穩定之氣體層流。
於本發明之另一態樣中,提供一種反應室。此反應室包括由第一壁、第二壁、相對的側壁、位於第一壁及第二壁之一端之入口、及位於第一壁及第二壁之相對端之出口所界定之體積。氣體可以第一流動速度流過此體積。第一壁為可調整的,以改變體積,且體積之此種改變使第一速度會相應地增大或減小,進而得到流過體積之氣體之第二速度。流過此體積之氣體之第二速度於入口與出口之間提供實質穩定之氣體層流。
於本發明之又一態樣中,提供一種反應室。此反應室包括反應空間,此反應空間由一寬度、一長度及一高度所界定。此反應室亦包括控制器,控制器經配置以形成氣體之氣體流動速度,其中所述氣體可流過反應空間。寬度、長度、高度、及氣體流動速度至少其中之一為可調整的,以形成流過反應空間之氣體之實質穩定之層流。
於本發明之又一態樣中,提供一種反應室。此反應室包括:上壁;下壁;一對相對的側壁,連接上壁與下壁,以於其中界定出反應空間;入口,位於此反應空間之一端;以及出口,位於此反應空間之相對端。上壁與下壁以第一距離間隔開,相對的側壁以第二距離間隔開,且入口與出口以第三距離間隔開。利用建模軟體選擇第一距離、第二 距離及第三距離,以形成流過此反應空間之至少一種氣體之實質穩定之層流。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下。
參見圖1,其繪示為半導體處理系統10之一例示性實施例。半導體處理系統10包括噴射器總成12、反應室總成14及排氣口總成16。半導體處理系統10經配置以接收欲於反應室總成14內處理之基板18(圖2)。噴射器總成12經配置以將各種氣體引入反應室總成14,其中於反應室總成14內,在所引入之氣體與基板18之間發生至少一種化學反應,基板18支撐於反應室總成14中。然後,經排氣口總成16自反應室總成14移除未反應之製程氣體及廢氣。
如圖1與圖2所示,噴射器總成12之一實施例包括多個噴射器20,噴射器20可操作地連接至進氣集管22。於一實施例中,進氣集管22包括第一氣體管線24及第二氣體管線26。第一氣體管線24經配置以將氣體自噴射器20經進氣集管22傳送至反應室總成14之反應室30之上部。第二氣體管線26可操作地連接至氣體源且經配置以將氣體自氣體源經進氣集管22傳送至反應室總成14之反應室30之下部。熟習此項技術者應理解,進氣集管22可包括任何數量之用於載送欲引入反應室30之氣體之氣體管 線。於一實施例中,排氣口總成16可移除地連接至反應室總成14之反應室30之出口32。
於一實施例中,如圖2與圖3所示,反應室總成14包括反應室30、基板支撐總成34及基座環總成36。基板支撐總成34包括基座38、可操作地連接至基座38之基座支撐構件40、及可操作地連接至基座支撐構件40並由基座支撐構件40延伸之管子42。於操作過程中,基板18支撐於基座38上。基板支撐總成34係為可旋轉的,若沈積製程中需要旋轉基板18時,則基板支撐總成34用以於操作過程中旋轉基板18。
於一實施例中,如圖2與圖3所示,基座環總成36包括基座環44及基座環支架46。基座環44經配置以圍繞基座38,以消除或減少於處理過程中自基座38之外徑向邊緣所損失之熱量。基座環支架46自反應室30之下表面延伸並可操作地連接至基座環44,以使基座環相對於基板支撐總成34保持處於實質固定之位置。
參見圖2至圖6,其繪示為反應室30之一例示性實施例。所示反應室30係為一水平流(horizontal flow)、單程(single pass)、分流式(split flow)冷壁型室。儘管所示反應室30是以分流式室為例,然熟習此項技術者應理解,改良之反應室30可為分流式室或單室。於一實施例中,反應室30是由石英製成。圖1與圖2中所示之反應室30通常用於反應室30內之壓力處於或接近大氣壓之製程。熟習此項技術者應理解,以下所論述之概念是與所示之常壓反應室 30相關,但相同之概念亦可與反應室內之壓力小於大氣壓之減壓反應室結合。反應室30包括入口28、出口32及位於入口28與出口32之間的反應空間48。入口28及出口32由凸緣50圍繞。噴射器總成12(圖1)可操作地連接至圍繞入口28之凸緣50,排氣口總成16(圖1)則可操作地連接至圍繞出口32之凸緣50。反應室30包括上室52及下室54,其中上室52藉由鄰近入口28之第一板56及鄰近出口32之第二板58而與下室54隔開。第一板56與第二板58是在縱向上間隔開,以留出配置基板支撐總成34及基座環總成36的空間。如圖2所示,第一板56、第二板58、基板支撐總成34及基座環總成36界定出上室52與下室54之間的邊界。於一實施例中,上室52與下室54流體連通。於另一實施例中,上室52與下室54之間實質上為密封隔絕。
於一實施例中,如圖2至圖6所示,反應室30包括上壁60、下壁62及於上壁60與下壁62之間延伸的相對的側壁64。於一實施例中,上壁60與下壁62實質相互平行。於另一實施例中,上壁60與下壁62則不相互平行。例如,於一實施例中,上壁60(圖未示出)於相對的側壁64之間向上彎曲,使上壁60具有半圓形。於另一實施例中,上壁60自相對的側壁64向上傾斜以形成縱向接合部,此縱向接合部實質平行於反應室30之縱軸。熟習此項技術者應理解,反應室30之上壁60及/或下壁62可形成為平面壁或非平面壁。熟習此項技術者亦應理解,上壁60及下壁 62可形成為相同或不同之形狀。上壁60、下壁62及側壁64延伸於相對之凸緣50之間,以於反應室30內形成一體積。反應空間48是反應室30內之總體積的至少一部分,且製程氣體與設置於反應空間48內之基板18反應,以於基板18上形成一沈積層。
在分流式反應室30的一實施例中,如圖2至圖6所示,反應空間48是大致由上壁60、第一板56、第二板58、基板支撐總成34、基座環總成36、側壁64、入口28及出口32所界定的體積。反應空間48通常是分流式反應室30之上室52內所界定的體積。熟習此項技術者應理解,於單室式反應室30(圖未示出)之一實施例中,反應空間48是由上壁60、下壁62、側壁64、入口28及出口32所界定。單室式反應室30之反應空間48可被界定為反應室30之總體積。反應空間48亦可被界定為緊鄰所處理基板18之上外露表面之體積。反應空間48提供使基板18(圖2)與引入反應室30之製程氣體之間在其中進行化學反應之體積。
於一實施例中,如圖2至圖6所示,第一板56是與反應室30之側壁64一體成型。於另一實施例中,第一板56則與反應室30分別形成,且第一板56於組裝期間插入反應室30中。當分別形成時,例如是可將第一板56設置於與反應室30之側壁64一體成型之一對突沿上(圖未示出)。於一實施例中,第一板56以實質水平之方式定向,或以實質平行於反應室30之上壁60及下壁62之方式定 向。於另一實施例中,第一板56則以與上壁60及下壁62之間夾有一夾角之方式定向。於一實施例中,第一板56之前緣實質對準圍繞入口28之凸緣50的正面。於另一實施例中,第一板56之前緣自圍繞入口28之凸緣50之正面向內間隔開。在鄰近反應室30之入口28處的上室52與下室54之間,第一板56提供障壁。
於一實施例中,如圖2至圖4及圖6所示,第一板56劃分入口28,以為反應室30之上室52及下室54提供單獨且不同之入口。於一實施例中,入口28可包括上入口70與下入口72,上入口70與上室52流體連通以引入氣體於上室52中,下入口72則與下室54流體連通以引入氣體於下室54中。於一實施例中,可將上入口70及/或下入口72分為多個相間隔之入口,其中每一相間隔之入口將氣體引入分流式反應室30之同一室中。於一實施例中,第一板56之前緣實質對準鄰近於入口28的凸緣50正面,使第一板56接觸進氣集管22(圖2),藉此將來自第一氣體管線24之氣體與來自第二氣體管線26之氣體分開。
於一實施例中,第二板58與反應室30之側壁64一體成型。於另一實施例中,如圖2、圖3及圖6所示,第二板58則與反應室30分別形成,且第二板58於組裝期間插入反應室30。當分別形成時,例如是可將第二板58設置於與反應室30之側壁64一體成型的一對相對突沿66上。於一實施例中,第二板58是以實質水平之方式定向,或以實質平行於反應室30之上壁60及下壁62之方式定向。於 另一實施例中,第二板58是以與上壁60及下壁62之間夾有一夾角之方式定向。於一實施例中,第二板58自緊鄰基座環44之後緣之位置延伸。於一實施例中,第二板58之後緣實質對準圍繞出口32之凸緣50的後表面。於另一實施例中,第二板58之後緣自圍繞出口32之凸緣50之後表面向內間隔開。第二板58在鄰近反應室30之出口32處的上室52與下室54之間提供障壁。
於一實施例中,如圖2及圖5所示,指向出口32之第二板58之邊緣自出口32向內間隔開,使出口32包含單個開孔,自第一氣體管線24及第二氣體管線26引入反應室30之全部氣體皆透過此開孔排出反應室30。於另一實施例中,第二板58之朝後表面與圍繞出口32之凸緣50實質上共面,使第二板58提供上出口(圖未示出)及下出口(圖未示出),其中引入上室52之氣體透過上出口排出反應室30並且引入下室54之至少一部分的氣體透過下出口排出反應室30。
於一實施例中,如圖2所示,第二板58包含自其向下延伸之擋板68。擋板68延伸至鄰近或接觸反應室30之下壁62之位置。於一實施例中,擋板68實質上延伸至相對的側壁64之間的整個距離。於另一實施例中,擋板68僅延伸至相對的側壁64之間的一部分寬度。擋板68經配置以於入口28及出口32之間阻擋下室54內之至少一部分氣體流。於操作中,擋板68更可經配置以於下室54與上室52之間產生壓力差,使下室54內之壓力大於上室52內之 壓力,藉此迫使引入下室54之氣體之至少一部分進入上室52。例如,下室54內之氣體可藉由流經基座環總成36與板56、58之間的間隙或流經基座環總成36與基板支撐總成34之間的間隙而流至上室52。藉由迫使引入下室54之氣體之至少一部分流入上室52,流入上室52之氣體流可減少或消除可能由上室52流至下室54的製程氣體。
噴射器20經配置以將至少一種氣體引入至分流式反應室30之上室52。噴射器20經由入口28引入氣體,以於入口28與出口32之間在反應空間48內形成氣體之流動速度,其中氣體之流動速度沿實質水平之流動路徑。一般而言,可提供由電腦操作的控制器,用於控制來自各種來源及噴射器20之氣體流。噴射器20是可調節的或可調整的,以於反應空間48內形成不同之流動速度。可別調整各個噴射器20,藉以修改或調整自噴射器排至反應室30之氣體之流量剖面(flow profile)。例如,排出每一噴射器20之氣體的速度可相同或不同,以形成自入口集管22引入反應室30之氣體之總體流量剖面,此流量剖面於入口28與出口32之間具有實質上穩定之層流。於一實施例中,噴射器20為可調整的,以引入氣體至反應室30之上室52中,以在反應室30內且在實質大氣壓下進行的製程中,形成介於5公分/秒-100公分/秒、特別是介於約15公分/秒-40公分/秒之氣體流動速度。於另一實施例中,噴射器20為可調整的,以在反應室30內且在實質大氣壓下進行的製程中,形成介於20公分/秒-25公分/秒之氣體流動速度。熟 習此項技術者應理解,對於在減低之壓力下或在低於大氣壓之壓力下進行之製程,流經反應室30之氣體之流動速度可有所不同。
改良之反應室30經配置以穩定氣流,或減少及/或消除在入口28與出口32之間發生的製程氣體的局部區域紊流,藉此提高於反應室30內進行處理之基板18上的沈積均勻性。改良之反應室30亦經配置以最佳化流經反應空間48之氣流,以改善氣體之層流。入口28與出口32之間之此種穩定氣體層流使基板18表面上之沈積更為均勻。熟習此項技術者應理解,所處理基板上之更均勻沈積將提供如下所述的沈積輪廓:儘管其並非必定為平面,但是只要是在穩定之氣體層流流過基板之表面的條件下,其將至少為較可預測之輪廓。此改良之反應室30可用於處理任何規格之基板18,包括但不限於150毫米基板、200毫米基板、300毫米基板及450毫米基板。以下所討論的反應室30之尺寸是針對用於處理300毫米基板之反應室30為例,但熟習此項技術者應理解,用於在處理300毫米基板之反應室內改善層流及均勻沈積之最佳化技術同樣可用於在經配置以處理其它規格基板之反應室30中,以改善氣體之層流及基板上之均勻沈積。
於用於處理300毫米基板18之分流式反應室30之一例示性實施例中,如圖2與圖3所示,反應空間48是上室52內所涵蓋之體積的至少一部分。相對的側壁64之間提供一寬度W,且上壁60於上壁60與第一板56之間提供 第一高度H1 、並於上壁60與第二板58之間提供第二高度H2 。於一實施例中,上壁60與第一板56之間之第一高度H1 相同於上壁60與第二板58之間之第二高度H2 。於另一實施例中,上壁60與第一板56之間之第一高度H1 不同於上壁60與第二板58之間之第二高度H2 。相對的側壁64之間之寬度W寬至足以使基座38及基座環44配置於其間。於一實施例中,如第2圖所示,反應空間48在沿反應室30之長度的方向上具有實質為矩形之截面,此截面由寬度W及各凸緣50之間之長度所界定。儘管反應室30之長度及寬度可加以修改,然熟習此項技術者應理解,由於受限於反應室30內將安裝的工具尺寸,在各種反應室30中,反應室30之此等尺寸將可能保持實質恒定。
於一實施例中,上壁60與側壁64一體成型,以界定出上室52之一部分。當上壁60與側壁64一體成型時,上室52為可調節的,以於上室52內之入口28與出口32之間形成實質穩定之氣體層流。於一實施例中,可利用建模程式調節上室52,此建模程式對上室52內之氣流進行建模以最佳化流過上室之氣體流。於最佳化流過反應室30之上室52之氣流的過程中,可修改第一高度H1 及第二高度H2 、寬度W、反應空間48之長度、及/或上室52內之流經入口28與出口32之間之氣體的速度。此建模程式可用於預先確定上室52之尺寸,以最佳化流過上室52之氣體流。此種建模亦可用於預先確定由氣體噴射器20引入反應室之氣體之氣體速度及流量剖面。
於用於調節上室52之一實施例中,上室52之尺寸是固定的,且對來自噴射器20之氣體速度及流量剖面進行建模,以最佳化來自每一噴射器20之流動速度及排出入口集管22之氣體的流量剖面,進而於入口28與出口32之間提供實質穩定之氣體層流。於用於調節上室52之另一實施例中,來自每一噴射器20之流動速度及排出入口集管22之氣體之流量剖面是固定的,且對上室52之尺寸進行建模,以使尺寸最佳化,進而於入口28與出口32之間提供實質穩定之氣體層流。
於用於調節上室52之再一實施例中,可修改第一高度H1 及第二高度H2 ,同時亦修改引入上室52之氣體之流動速度及流量剖面。藉由調整上壁60以增大或減小第一高度H1 及第二高度H2 而對反應室30之上壁60進行建模。由於是相對於第一板56及第二板58來調整上壁60之高度,故排出噴射器之氣體之速度亦得到調整,以保持排出入口集管22之氣體之預定流量剖面或最佳化排出入口集管22之氣體之預定流量剖面。例如,以形成預定流動速度為約20公分/秒-25公分/秒之以實質穩定層流形式流過上室52之製程氣體為例,當上壁60被建模成與第一板56及第二板58相距為更大距離時,調整噴射器20以引入更多之氣體至上室52內,藉此保持流過上室52之氣體之預定流動速度。可藉由比較流過上室52之各氣體之流型而調節上室52,以最佳化第一高度H1 及第二高度H2 ,進而以預定流動速度來形成實質穩定之層流。熟習此項技術者應理解, 可修改及建模(例如,例如建模軟體)上室之尺寸、來自噴射器20之氣體速度、排出入口集管22之氣體之流量剖面、或其任意組合,以最佳化上室52內之氣流,進而於所處理基板之表面提供實質穩定之氣體層流,藉此形成沈積於基板上之實質均勻之材料層。
於一實施例中,上室52(或整個反應室30)之尺寸於操作過程中是固定不變的,且藉由使用建模軟體來預先確定反應空間48之尺寸,而於操作之前確定對上室60之調整。於一實施例中,於處理過程中,上室60為可移動的,例如藉由搭配使用一頂篷嵌件80(如下所述)與一自動化位置控制系統而達成。
於採用錯流式(cross-flow)反應室30(諸如圖2所示之反應室)之實施例中,基板18自正面之上入口70送入反應室30,於此等實施例中,可藉由調整上壁60與第一及第二板56、58之間之相對距離而最佳化反應室30之上室52之體積。熟習此項技術者應理解,不應減小第一高度H1 ,否則基板18將無法載入上室52並設置於基座38上。第一高度H1 應至少大到足以容許透過上入口70插入及移除一末端執行器(圖未示出)。然而,對於基座38的位置較低之反應室(圖未示出)而言,由於基板18設置於基座38上之實質低於第一板56及第二板58的位置處,因此可將第一高度H1 及第二高度H2 減小至第一板56及第二板58幾乎觸及上壁60、但仍於其間保持一較小間隙為止,以容許製程氣體流過上室52。
於一實施例中,藉由使上壁60保持於使第一高度H1 及第二高度H2 保持固定值之預定位置而可調節上室52,並調整噴射器20以修改引入上室52之流動速度及/或流量剖面。調整噴射器20以增大或減小氣體之流動速度,其中氣體經入口集管22流入上室52,並對流經反應室之所得流型進行建模。
於又一實施例中,可藉由調整上壁60相對於第一板56及第二板58之位置以修改第一高度H1 及第二高度H2 以及藉由調整噴射器20來對流過上室52之氣體之流型進行建模,藉此可調節上室52,其中將上室52之體積以及引入上室52之氣體之流動速度及流量剖面最佳化,以形成流過上室52之實質穩定之氣體層流。
於調節用於處理300毫米基板之分流式反應室30之上室52之一例示性製程中,上壁60在第一板56及第二板58上方並與其間隔開,以提供約1.2英吋(3.05公分)之第一高度H1 及第二高度H2 並於相對的側壁64之間提供約17英吋(43.18公分)之寬度W,其中上室52之體積約為590立方英吋(9.67升)。利用約為20公分/秒-25公分/秒之氣體流動速度及上述例示性尺寸進行之流體動力學建模(dynamic modeling)顯示,形成穿過上室52且實質穩定之層流,藉此使於反應室30內處理之基板上之沈積均勻性達到最佳化。於調節用於處理300毫米基板之分流式反應室30之上室52之另一例示性製程中,上壁60在第一板56及第二板58上方並與其間隔開,以提供約0.8英吋(2.03 公分)之第一高度H1 及第二高度H2 並於相對的側壁64之間提供約17英吋(43.18公分)之寬度,其中上室52之體積約為393立方英吋(6.44升)。利用約為20公分/秒-25公分/秒之氣體流動速度及上述例示性尺寸進行之流體動力學建模顯示,形成穿過上室52且實質穩定之層流,藉此使於反應室30內處理之基板上之沈積均勻性達到最佳化。熟習此項技術者應理解,可利用第一高度H1 及第二高度H2 與引入上室52之流動速度及流量剖面之任意組合來形成穿過上室52之實質穩定之氣體層流,以於在反應室30中製作之基板上提供最佳之沈積均勻性。
一旦完成對上室52之建模而使流過上室52之氣體流達到最佳化,因而形成實質穩定之層流以於基板上形成更均勻之沈積,便可將反應室30建造成在建模過程中所確定之尺寸。於反應室30安裝於半導體處理系統10中之後,將噴射器20校準至在建模過程中所確定之設定值,以形成所確定之流動速度及流量剖面。熟習此項技術者應理解,為了使流過上室52之氣體流達到完全最佳化,可能需要對噴射器20進行更精細之調整,以於在反應室30中處理之基板18上形成更均勻之沈積。
於另一實施例中,如圖7所示,將頂篷嵌件80嵌入反應室30之上室52中。頂篷嵌件80為上室52內之反應空間48提供可調整之上邊界。頂篷嵌件80相對於第一板56及第二板58為可移動的。於一實施例中,可手動調整頂篷嵌件80,以改變高度H1 及高度H2 。於另一實施例中,可 藉由一機械調整器(圖未示出)以機械方式調整頂篷嵌件80,以於各基板處理循環之間或於一基板處理循環期間調整頂篷嵌件80。熟習此項技術者將容易瞭解,有許多種不同之機械及/或機電結構及裝置可用於調整頂篷嵌件80之位置以改變高度H1 及高度H2 ,並且在慮及尺寸與出入條件下,則可採用任何此等結構及裝置。頂篷嵌件80為可調整的,以藉由避免來自噴射器20之製程氣體流過頂篷嵌件80與反應室30之上壁60之間來增大或減小上室52之有效體積。藉由調整頂篷嵌件80之相對位置可調節上室52,以使流過反應空間48之氣體流型達到最佳化,進而於入口28與出口32之間形成實質線性之流型。頂篷嵌件80使得能夠針對不同的製程或製程配方而可輕易地調節上室52,而無需製作及安裝全新之反應室30。亦可調整頂篷嵌件80以控制前後及/或左右斜度,使頂篷嵌件80實質不平行於上壁60或第一板56及第二板58。以此方式調整頂篷嵌件80之能力可有助於控制或消除上室52內的製程損耗(process depletion)或其它不對稱效應(asymmetric effects)。
於一實施例中,藉由利用頂篷嵌件80使基板18上之沈積均勻性達到最佳化來調節上室52的步驟包括:於頂篷嵌件80處於第一高度H1 時,處理反應室30內之基板18,以確定基板18上之沈積均勻性。然後,將頂篷嵌件80調整至第二高度H2 ,並處理另一基板18,以確定基板18上之沈積均勻性。可對基板18進行進一步的處理,以進一步使引入反應空間48內之氣體之流動速度及流量剖面達到 最佳化,藉此於在反應室30中處理之基板18上形成更均勻之沈積。熟習此項技術者應理解,一旦確定出能達到完全最佳化之上室52之尺寸及/或形狀,便可將頂篷嵌件80固定(即不可移動的)於反應室30內,或者頂篷嵌件80仍為可調整的,以針對反應室30內之不同製程或配方進行進一步最佳化。熟習此項技術者亦應理解,一旦確定出頂篷嵌件80相對於完全最佳化之上室52之位置,便可製造如下反應室30並將其安裝於半導體處理系統10中:此反應室30具有處於完全最佳化位置之上室52,其中反應室30之上壁60位於頂篷嵌件80之位置上。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為准。
10‧‧‧半導體處理系統
12‧‧‧噴射器總成
14‧‧‧反應室總成
16‧‧‧排氣口總成
18‧‧‧基板
20‧‧‧噴射器
22‧‧‧進氣集管
24‧‧‧第一氣體管線
26‧‧‧第二氣體管線
28‧‧‧入口
30‧‧‧反應室
32‧‧‧出口
34‧‧‧基板支撐總成
36‧‧‧基座環總成
38‧‧‧基座
40‧‧‧基座支撐構件
42‧‧‧管子
44‧‧‧基座環
46‧‧‧基座環支架
48‧‧‧反應空間
50‧‧‧凸緣
52‧‧‧上室
54‧‧‧下室
56‧‧‧第一板
58‧‧‧第二板
60‧‧‧上壁
62‧‧‧下壁
64‧‧‧側壁
66‧‧‧突沿
68‧‧‧擋板
70‧‧‧上入口
72‧‧‧下入口
80‧‧‧頂篷嵌件
H1 ‧‧‧高度
H2 ‧‧‧高度
W‧‧‧寬度
圖1是一半導體處理系統之立體圖。
圖2是圖1之半導體處理系統之一部分之側面剖視圖。
圖3是圖2之半導體處理系統之一部分之俯視圖。
圖4是反應室之一實施例之仰視立體圖。
圖5是圖4之反應室之俯視立體圖。
圖6是沿圖3之線6-6' 之反應室的側面剖視圖。
圖7是半導體處理系統之另一實施例之側面剖視圖。
28‧‧‧入口
30‧‧‧反應室
32‧‧‧出口
50‧‧‧凸緣
52‧‧‧上室
54‧‧‧下室
56‧‧‧第一板
60‧‧‧上壁
62‧‧‧下壁
66‧‧‧突沿
70‧‧‧上入口
72‧‧‧下入口

Claims (33)

  1. 一種反應室,包括:上室,具有上壁;第一入口,與所述上室流體連通,所述第一入口經配置以容許至少一種氣體引入所述上室;下室,具有下壁,所述下室與所述上室流體連通;基板支撐件,經配置以將一基板支撐於低於所述上壁的位置處;板,與所述基板支撐件分開,且用於分隔所述上室之至少一部分與所述下室之至少一部分,所述板與所述上壁間隔開,且所述板與所述下壁間隔開;以及出口,與所述第一入口相對地設置,反應空間位於所述第一入口與所述出口之間;其中藉由相對於所述板而調整所述上壁的垂直位置可調節所述上室,以及其中所述上室、所述第一入口與所述出口經配置以於所述第一入口與所述出口之間形成平行於所述上壁與所述板的氣體水平層流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之反應室,其中頂篷嵌件設置於所述板與所述上壁之間,且所述頂篷嵌件為可調整的,以最佳化所述尺寸。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之反應室,其中所述頂篷嵌件可藉由手動調整來調整。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之反應室,其中所述頂篷嵌件可藉由機械方式來調整。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之反應室,其中利用建模程式,藉由預先確定所述尺寸而調節所述上室。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之反應室,其中所述反應室經配置,以使引入所述下室之氣體之至少一部分流入所述上室。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之反應室,其中所述上壁在處理過程中是可移動的。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之反應室,其中所述上壁包括石英。
  9. 一種方法,使在半導體處理工具的反應器中之基板上的沈積均勻性達到最佳化,所述方法包括:提供分流式反應室,所述分流式反應室包括上室及下室,所述上室及所述下室藉由板而至少部分地隔開,將氣體引入所述上室與所述下室中;提供位於所述分流式反應室內之基座,所述基座與所述板分開,其中所述基座設置於所述上室與所述下室之間,且所述基座經配置以支撐至少一個基板;以及調節所述分流式反應室之尺寸,以於所述上室內形成實質穩定之氣體層流。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中調節所述分流式反應室包括:對所述分流式反應室進行建模,以預先確定所述反應室之尺寸,進而形成流過所述反應室之實質層流。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中所述調節 步驟包括調整界定出所述上室之至少一個壁,以形成流過所述上室之實質層流。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之方法,更包括將頂篷嵌件嵌入所述上室之所述板與所述上壁之間,所述頂篷嵌件為可調整的,以最佳化所述板與反應空間之上邊界之間的距離,其中所述反應空間位於所述上室內。
  13. 一種反應室,包括:上壁、下壁以及一對相對的側壁,所述一對相對的側壁連接所述上壁與所述下壁,以於其中界定出反應空間;入口,位於所述反應空間之一端;出口,位於所述反應空間之相對端;以及其中藉由相對於所述下壁而調整所述上壁的垂直位置可調節流過所述反應空間之至少一種氣體之速度,以及其中所述反應空間、所述入口與所述出口經配置以形成流過所述反應空間之所述至少一種氣體的平行於所述上壁與所述下壁之水平層流。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之反應室,其中所述上壁、所述下壁以及所述相對的側壁在操作過程中彼此相對固定,並且於操作之前,利用建模軟體確定所述上壁相對於所述下壁之調整,以預先確定所述反應空間之尺寸。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之反應室,其中於處理過程中所述上壁為可移動的,以使所述上壁相對於所述下壁為可調整的,進而形成流過所述反應空間之所述至少一種氣體之水平層流。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之反應室,其中所述上壁包括石英。
  17. 一種反應室,包括:基板支撐件,經配置以支撐一基板;反應空間,可將所述基板支撐於所述反應空間中的所述基板支撐件上,所述反應空間具有形成於上壁與板之間的體積,所述板與所述基板支撐件分開;入口,至少一種氣體透過所述入口引入所述反應空間中;出口,所述反應空間內之氣體透過所述出口排出所述反應空間;以及其中藉由相對於所述反應空間的下壁而調整所述反應空間的所述上壁的垂直高度可調節所述體積,以及其中所述反應空間、所述入口與所述出口經配置以提供流過所述反應空間之平行於所述上壁與所述下壁的氣體水平層流。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之反應室,其中所述上壁包括石英。
  19. 一種反應室,包括由第一壁、第二壁、相對的側壁、入口以及出口所界定之體積,所述體積至少部分被板與基板支撐件分成上室與下室,其中所述入口位於所述第一壁及所述第二壁之一端以及所述出口位於所述第一壁及所述第二壁之相對端,其中氣體可以第一流動速度及第一流量剖面流過所述體積,並且其中所述第一壁為可調整的,以 改變所述體積,且所述體積之此種改變引起所述第一速度及所述第一流量剖面之相應增大或減小,進而得到流過所述體積之所述氣體之第二速度及第二流量剖面,且流過所述體積之所述氣體之所述第二速度及所述第二流量剖面於所述入口與所述出口之間提供實質穩定之氣體層流。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之反應室,其中所述第一壁、所述第二壁及所述相對的側壁於操作過程中彼此相對固定,且於操作之前利用建模軟體調整所述第一壁。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之反應室,其中於處理過程中所述第一壁為可移動的,以改變所述體積。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之反應室,其中所述第二速度約為5公分/秒至100公分/秒。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之反應室,其中所述第二速度約為20公分/秒至25公分/秒。
  24. 一種反應室,包括:反應空間,由一寬度、一長度及一垂直高度所界定,所述垂直高度由室的上壁與下壁所界定,其中板與基板支撐件位於所述上壁與所述下壁之間以形成上室與下室;控制器,經配置以形成氣體之氣體流動速度,其中所述氣體可流過所述反應空間;以及其中所述垂直高度為可調整的,以及其中所述反應空間經配置以形成平行於所述反應空間之所述上壁與所述下壁之所述氣體之水平層流。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之反應室,其中可增 大或可減小所述氣體流動速度,以提供平行於所述反應空間之所述上壁與所述下壁之所述氣體之水平層流。
  26. 如申請專利範圍第24項所述之反應室,其中所述高度約為2.16公分,所述長度約為63公分,且所述寬度約為27.8公分。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之反應室,其中所述氣體之所述氣體流動速度介於約10公分/秒與18公分/秒之間。
  28. 如申請專利範圍第26項所述之反應室,其中所述氣體之所述氣體流動速度約為14公分/秒。
  29. 如申請專利範圍第24項所述之反應室,其中所述高度約為1.2英吋,所述長度約為29.87英吋,所述寬度約為17英吋,且流過所述反應空間之所述氣體流動速度約為22.5公分/秒。
  30. 如申請專利範圍第24項所述之反應室,其中所述氣體之所述氣體流動速度介於約15公分/秒與40公分/秒之間。
  31. 如申請專利範圍第24項所述之反應室,其中所述氣體之所述氣體流動速度約為22.5公分/秒。
  32. 一種用於調節反應室之方法,包括:提供由一寬度、一長度及一垂直高度所界定之反應空間,所述垂直高度由室的上壁與下壁所界定,其中板與基板支撐件位於所述上壁與所述下壁之間以形成上室與下室; 以一氣體流動速度,將至少一種氣體引入所述反應空間中;以及調整所述垂直高度,以提供平行於所述反應空間之所述上壁與所述下壁之所述至少一種氣體之水平層流。
  33. 一種反應室,包括:上壁;下壁,所述上壁與所述下壁以第一距離間隔開;一對相對的側壁,連接所述上壁與所述下壁,以於其中界定出反應空間,所述相對的側壁以第二距離間隔開;入口,位於所述反應空間之一端;以及出口,位於所述反應空間之相對端,所述入口與所述出口以第三距離間隔開;其中利用建模軟體選擇所述第一距離、所述第二距離及所述第三距離,以形成流過所述反應空間之至少一種氣體之實質穩定之層流。
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