用于多种前驱物的均匀输送的分段式喷淋头

摘要

本文描述了用于向反应腔室供应蒸发反应物的设备的实施方案。在一些实施方式中，用于在基板上沉积多种材料的喷淋头组件包括多个气体输送部，每个气体输送部具有入口、界定气室的楔形体以及设置在气体输送部底表面上的多个开口，其中每个气室彼此流体地隔离。

说明书

技术领域

本公开内容的实施方式一般涉及基板处理装置与技术，更具体地，涉及用于将气体供应到反应腔室的装置。

背景技术

在构建诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)及其他光学器件的半导体器件中，有机气相沉积已变得越来越重要。然而，发明人已观察到，因纯度和/或污染的问题阻止了载气的使用等等，在沉积处理中在工件上沉积有机材料是有问题的。

通常，需要一次沉积一种以上材料。然而，在一些应用中，发明人已经观察到将较冷的材料与较热的材料共沉积会导致较冷的材料解离并导致较热的材料冷凝。

因此，发明人提供了一种用于将多种材料沉积到基板上的改良装置。

发明内容

本文说明了用于将多种处理气体(例如蒸发的反应物)供应到反应腔室的装置的实施方式。在一些实施方式中，用于在基板上沉积多种材料的喷淋头组件包括多个气体输送部，每个气体输送部具有入口、界定气室的楔形体以及设置在气体输送部底表面上的多个开口，其中每个气室彼此流体地隔离。

在一些实施方式中，喷淋头组件包括界定第一气室的第一气体输送部、界定第二气室的第二气体输送部、界定第三气室的第三气体输送部及界定第四气室的第四气体输送部，其中第一、第二、第三、及第四气体输送部中的每一者均包括入口及多个开口，并且其中第一、第二、第三、及第四气室中的每一者彼此流体地隔离。

在一些实施方式中，一种通过具有多个被流体地隔离的气体输送部的分段式喷淋头引入前驱物的方法，包括以下步骤：将第一气体输送部加热到第一温度；以及，将第二气体输送部加热到不同于第一温度的第二温度，其中第一和第二气体输送部中的每一者(i)具有界定气室的楔形体，(ii)共面，并且(iii)共同形成具有圆形形状的喷淋头。

以下说明本文的其他及进一步的实施方式。

附图说明

可通过参考附图中记载的本文的说明性实施方式，理解以上简要说明并在以下更详细描述本文的实施方式。所附附图图示了本公开内容的一些实施方式，因此不应被视为对本公开内容的范围的限制，因为本公开内容可允许其他均等有效的实施方式。

图1图示出根据本公开内容的一些实施方式的具有喷淋头组件的沉积系统的示意性侧视图。

图2图示出根据本公开内容的一些实施方式的喷淋头与盖组件的俯视立体图。

图3图示出根据本公开内容的一些实施方式的喷淋头与盖组件的顶部等距截面图。

图4图示出根据本公开内容的一些实施方式的喷淋头的气体输送部的等距俯视图。

图5图示出根据本公开内容的一些实施方式的喷淋头的气体输送部的局部截面图。

为便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。附图未按比例绘制，并且为了清楚起见而可简化。一个实施方式的组件及特征，可有利地并入其他实施方式中，而无需进一步说明。

具体实施方式

本文提供了用于处理基板和/或向沉积腔室提供多种处理材料的装置的实施方式。本公开内容的装置包括喷淋头和/或输送系统，其经构造以在两个或更多个相邻处理材料离开输送系统之前，有利地防止处理材料之间的热串扰。例如，在两种或更多种处理材料的物种或样品离开喷淋头组件并沉积在基板上之前，可以在相同或不同温度下以热隔离或相对热隔离的方式通过装置分别进行处理。本公开内容的装置有利地减小了整个喷淋头组件的压降。尽管可以根据在基板或工件上沉积、生长、或凝结的有机薄膜来描述该处理，但是本公开内容的处理可以应用于需要输送多种处理材料的任何基板处理，且尤其根据本文所提供的这种方法的教导，多种处理材料彼此可有利地隔离。

图1图示出根据本公开内容的一些实施方式的沉积系统100的示意性侧视图。沉积系统100包括沉积腔室110，沉积腔室110至少部分地由一个或多个侧面111、底板128、及盖130所界定。沉积系统100经构造以在沉积腔室110中处理基板，例如基板116。该基板由设置在沉积腔室110中的基板支撑件114所支撑。在一些实施方式中，沉积腔室110可以是CVD腔室，其经构造以执行根据本公开内容的处理材料沉积，例如有机前驱物的沉积。根据本公开内容的适用或适于使用的一种非限制性系统是可从美商应用材料公司获得的

在一些实施方式中，可通过沉积处理在基板116上形成、凝结、或沉积出有机层(未示出)或其衍生物。在一些实施方式中，该层可由多种处理材料形成，但这些处理材料在传统的喷淋头内会不利地彼此反应。在一些实施方式中，该层可由具有不同处理要求(例如流速、温度等)的多种处理材料形成。在一些实施方式中，用于本发明的装置中使用的合适的处理材料包括适合于升华并凝结在基板上的任何材料，例如三-(8-羟基喹啉)铝(Alq3)或巴克敏斯特富勒烯(C

沉积系统100包括沉积腔室110及前驱物输送系统120。在一些实施方式中，前驱物输送系统120可包括一个或多个加热系统142(图1中显示出两个)。在一些实施方式中，前驱物输送系统120可包括一个或多个气体输送系统150(图1中显示出两个)。在一些实施方式中，沉积系统100的部件连接并且连通，使得一个或多个加热系统142中的处理材料可升华并且随后通过气体输送系统150进入沉积腔室110。在一些实施方式中，加热系统142、气体输送系统150、及沉积腔室110中的一者或多者可流体连通。

前驱物输送系统120经构造以将多种处理材料输送到喷淋头组件112和与喷淋头组件112流体连通的基板116。喷淋头组件112包括多个气体输送部。在一些实施方式中，多个气体输送部是共面的，并且共同形成具有圆形形状的喷淋头组件112。多个气体输送部彼此流体地隔离(例如，每个气体输送部中的材料不能与喷淋头组件112内的其他气体输送部中的材料混合或接触)。前驱物输送系统120能够在第一温度下将第一处理材料输送到一个或多个气体输送部。在一些实施方式中，第一温度为约200摄氏度至约350摄氏度。前驱物输送系统120能够在不同于第一温度的第二温度下将第二处理材料输送到一个或多个气体输送部。在一些实施方式中，第二温度为约450摄氏度至约600摄氏度。在一些实施方式中，前驱物输送系统120能够在该第一温度、该第二温度、或不同于该第一温度与该第二温度的第三温度下，将一第三处理材料输送到一个或多个气体输送部。在一些实施方式中，前驱物输送系统120能够在该第一温度、该第二温度、该第三温度、或不同于该第一温度、该第二温度及该第三温度的第四温度下将第四处理材料输送到一个或多个气体输送部。在使用中，基板支撑件114能够旋转基板116，使得来自多个气体输送部的处理材料均匀地沉积在基板116上。

除了在多个气体输送部之间提供流体隔离之外，在一些实施方式中，多个气体输送部还经构造以在离开并进入沉积腔室110之前减小或防止每个气体输送部之间的热串扰，如以下将进一步详细描述。例如，第一处理材料的温度将不会影响喷淋头组件112内的第二处理材料的温度，或者对第二处理材料的温度的影响减小。在一些实施方式中，第一处理材料与第二处理材料之间的温度差在约200摄氏度至约400摄氏度之间。在一些实施方式中，喷淋头组件112经构造以将处理材料输送到沉积腔室110，而不会在其中凝结一种或多种处理材料。

在一些实施方式中，沉积系统100可包括用于执行并监控在沉积系统100中的预定处理(例如，进行沉积膜的步骤)的部件。这些部件通常包括沉积系统100的各种子系统(例如，抽真空及排气子系统等)与装置(例如，电源、处理控制仪器等)。在一些实施方式中，沉积系统100包括第一泵180、第二泵181、节流阀184、及压力阀183，以控制系统的压力，并使沉积系统100处于或保持在真空条件下。可包括移除真空条件的压力阀183。

图2图示出根据本公开内容的一些实施方式的喷淋头与盖组件的等距俯视图。如图所示，喷淋头与盖组件200包括多个气体输送部，包括第一气体输送部220、第二气体输送部230、第三气体输送部240及第四气体输送部250。多个气体输送部220、230、240、250是共面的，并且共同形成具有圆形形状的喷淋头组件112。在一些实施方式中，喷淋头直径为约300mm至约500mm。在一些实施方式中，喷淋头直径对应于基板116的直径。在一些实施方式中，多个气体输送部可包括三个气体输送部。在一些实施方式中，多个气体输送部可以包括六个气体输送部。多个气体输送部220、230、240、250经构造以使得在每个气体输送部之间存在间隙246。气体输送部220、230、240、250之间的间隔关系有利地减少或防止了离开并进入沉积腔室110之前的每个气体输送部的热串扰。

参照回图1，第一加热组件125系构造以向第一气体输送部220施加热量。第一加热组件125可包括一个或多个加热组件，其经构造以将第一气体输送部118保持在大致均匀的温度。在一些实施方式中，第一加热组件125包括在第一气体输送部220的顶壁与底壁的至少一者中的加热组件，例如电阻加热器(如以下说明)。第一加热组件125构造以在第一处理材料移动到沉积腔室110中时，以预定温度(例如第一温度)向穿过第一气体输送部220的第一处理材料施加热量。

在一些实施方式中，一个或多个第一温度传感器141和第一温度控制器124耦接到第一气体输送部220。一个或多个第一温度传感器141经构造以获得来自第一气体输送部220的热信息。第一温度控制器124经构造以接收来自从第一温度传感器141的输入，以控制、调节、或设定第一加热组件125的温度。第一温度传感器141可以是热电偶、高温计、或类似者。

第二加热组件127经构造以将热量施加到第二气体输送部230。第二加热组件127可包括一个或多个加热组件，其经构造成将第二气体输送部230保持在大致均匀的温度。在一些实施方式中，第一加热组件125包括在第二气体输送部230的顶壁与底壁的至少一者中的加热组件，例如电阻加热器。第二加热组件127经构造以在第二处理材料移动到沉积腔室110中时，以预定温度(例如第二温度)对穿过第二气体输送部230的第二处理材料施加热量。

在一些实施方式中，一个或多个第二温度传感器143与第二温度控制器126耦接至第二气体输送部230。一个或多个第二温度传感器143经构造以获得来自第二气体输送部230的热信息。第二温度控制器126经构造以接收来自第二温度传感器143的输入，以控制、调节、或设定第二加热组件127的温度。一个或多个第二温度传感器143可以是热电偶、高温计、或类似者。

第三加热组件155经构造以向第三气体输送部240施加热量。第三加热组件155可包括一个或多个加热组件，其经构造以将第三气体输送部240维持在大致上均匀的温度。在一些实施方式中，第三加热组件155包括在第三气体输送部240的顶壁与底壁的至少一者中的加热组件，例如电阻加热器。第三加热组件155经构造以在当处理材料移动到沉积腔室110中时，以预定温度下(例如第一温度、第二温度、或第三温度)对穿过第三气体输送部240的处理材料施加热量。该处理材料可以是第一处理材料、第二处理材料、或第三处理材料。在一些实施方式中，第一温度与第二温度之间的温差在约200摄氏至约400摄氏度之间。

在一些实施方式中，一个或多个第三温度传感器与第三温度控制器163耦接到第三气体输送部240。一个或多个第三温度传感器145经构造以获得来自第三气体输送部240的热信息。第三温度控制器163经构造以接收来自一个或多个第三温度传感器145的输入，以控制、调整、或设定该第三加热组件155的温度。一个或多个第三温度传感器145可以是热电偶、高温计、或类似者。

第四加热组件159经构造以向第四气体输送部250施加热量。第四加热组件159可包括一个或多个加热组件，其经构造将第四气体输送部250维持在大致上均匀的温度。在一些实施方式中，第四加热组件159包括在第四气体输送部250的顶壁与底壁的至少一者中的加热组件，例如电阻加热器。第四加热组件159经构造以在当处理材料移动到沉积腔室110中时，以预定温度下(例如第一温度、第二温度、第三温度、或第四温度)对穿过第四气体输送部250的处理材料施加热量。该处理材料可以是第一处理材料、第二处理材料、第三处理材料、或第四处理材料。

在一些实施方式中，一个或多个第四温度传感器147与第四温度控制器165耦接到第四气体输送部250。一个或多个第四温度传感器147经构造以获得来自第四气体输送部250的热信息。第四温度控制器165经构造以接收来自一个或多个第四温度传感器147的输入，以控制、调整、或设定第四加热组件159的温度。一个或多个第四温度传感器147可以是热电偶、高温计、或类似者。

参照回图2，喷淋头与盖组件200包括安装到盖板210的喷淋头组件112。盖板210具有从盖板210的底表面202延伸的多个安装件204。喷淋头组件112的每个气体输送部220、230、240、250包括一个或多个安装件216，其能够与盖板210的相应安装件204配合，以将喷淋头组件201耦接到盖板210。在一些实施方式中，一个或多个安装件216从喷淋头组件112的径向外表面延伸。在一些实施方式中，安装件204、216由绝缘材料制成。

在一些实施方式中，如图2所示，多个气体输送部220、230、240、250的尺寸相似。在一些实施方式中，多个气体输送部可以是不同的尺寸。在一些实施方式中，喷淋头组件112能够使两种处理气体流动。例如，第一气体输送部220与第三气体输送部240耦接至第一气体源，且第二气体输送部230与第四气体输送部250耦接至第二气体源。在一些实施方式中，喷淋头组件112能够使三种处理气体流动。例如，第一与第三气体输送部220、240耦接至第一气体源，第二气体输送部230耦接至第二气体源，并且第四气体输送部250耦接至第三气体源。在一些实施方式中，喷淋头组件112能够使四种处理气体流动。

第一气体输送部220包括界定第一气室318的楔形体。第一气体输送部220包括第一入口208，第一入口208从楔形体延伸并穿过盖板210中的开口。类似地，第二气体输送部230、第三气体输送部240、及第四气体输送部250包括第二入口212、第三入口214、及第四入口224，其从它们各自的楔形体延伸穿过盖板210中的开口。在一些实施方式中，每个入口208、212、214、224设置为邻近每个气体输送部220、230、240、250的相应的外部。

第一气体输送部220包括多个开口226，多个开口226从楔形体的底表面236延伸到第一气室318。多个开口226经构造以将处理气体输送到沉积腔室110中。气体输送部230、240、250分别包括从其各自的底表面238、242、244延伸的多个开口228、232、234。多个开口228、232、234经构造以将处理气体从气体输送部230、240、250中的每一者输送到沉积腔室110中。多个开口226、228、232、243可以被布置为适合于将处理材料均匀地沉积到基板116上的任何图案。在一些实施方式中，多个开口226、228、232、243具有约0.1mm至约3mm的直径。

喷淋头与盖组件200包括多个馈通板218。多个馈通板218经构造以允许导线从喷淋头组件112穿过盖板210。导线可以是加热器导线、传感器导线、或类似者。在一些实施方式中，多个馈通板218中的每个包括多个开口222。在一些实施方式中，馈通板218设置为紧邻多个气体输送部220、230、240、250中的每一者。在一些实施方式中，一个或多个加热导线206(图标出一条)经构造以穿过馈通板218之一并且进入第一气体输送部220。

图3图示出根据本公开内容的一些实施方式的喷淋头与盖组件的顶部等距截面图。盖板210具有与底表面202相对的顶表面302。在一些实施方式中，盖板210包括从顶表面302朝向底表面202延伸的通道310。通道310经构造以使流体流动以冷却盖板210。在一些实施方式中，通道310可以部分地填充有塞子308以密封通道310。在一些实施方式中，顶表面302包括第一端口304及第二端口306。第一端口304与第二端口306经构造以使流体流入及流出通道310。流体可以是冷却剂、水、或类似者。

第一气体输送部220包括顶壁332、底壁334、及侧壁336，以界定第一气室318。类似地，第二、第三、第四气体输送部230、240、250的顶壁、底壁、侧壁分别界定出第二气室(内部容积为230)、第三气室320、及第四气室(内部容积为250)。如上所述，喷淋头组件112可通过一个或多个安装件216连接到盖板，安装件216从喷淋头组件112的径向外表面延伸。喷淋头组件112的气体输送部220、230、240、250可在喷淋头组件112的中心部分通过塞子324而彼此联接，同时保持在它们之间的间隙246。塞子324可以具有中央开口326，其能够容纳紧固件的凸形部分。

在一些实施方式中，散热器330设置在相邻气体输送部之间的间隙246中。在一些实施方式中，散热器330具有约150W/m-K或更大的热导率。散热器330经构造以减少或防止来自气体输送部220、230、240、250的热量散发到较冷的气体输送部220、230、240、250(即，热串扰)。在一些实施方式中，散热器330包括热各向异性材料。热各向异性材料是有利的具有比材料的横向导热率大得多的平面内导热率(基面中的传导率)的材料，因此能允许在平面方向上提高温度均匀性。热解石墨(Thermal Pyrolytic

如图2与图3所示，多个气体输送部220、230、240、250是相似的(即相同的)。以下面的说明将是相对于该第一气体输送部220。但是，同样的说明适用于第二、第三、及第四气体输送部230、240、250。在一些实施方式中，第一气体输送部220的顶壁332包括能够承载电阻加热器的导线312的通道。在一些实施方式中，第一气体输送部220的底壁334包括能够承载电阻加热器的导线的通道314。在一些实施方式中，第一气体输送部220包括在顶壁332中的导线312及设置在底壁334中的通道314中的导线(例如，导线506)，以有利地均匀地加热第一气体输送部220。在一些实施方式中，第一入口208能够被第一加热组件125加热。在一些实施方式中，柱322设置成穿过顶壁332并且至少部分地穿过底壁334。柱322经构造以有助于测量设置在底壁334中的柱322的底端的温度，以提供底壁334的温度测量。在一些实施方式中，柱328设置成至少部分地穿过顶壁332。柱328经构造以有助于测量设置在顶壁332中的柱328的底端的温度，以提供顶壁322的温度测量。例如，在一些实施方式中，柱322与柱328是具有上部和底部的管，该上部具有中央开口，而该底部为实心。柱322与柱328的中央开口经构造以容纳各自的热电偶。在一些实施方式中，柱322与柱328中的至少一者耦接至一个或多个第一温度传感器141。

图4图示出根据本公开内容的一些实施方式的气体输送部的俯视图。在一些实施方式中，第一气体输送部220包括楔形体408及弯曲部分410，弯曲部分410从楔形体408的外表面412径向向外弯曲。第一入口208可设置为邻近弯曲部分410。

在一些实施方式中，第一气体输送部220包括大致上覆盖(即，包封)楔形体408的热屏蔽件402。热屏蔽件402包括与第一气体输送部220的多个开口226相对应的多个开口。在一些实施方式中，热屏蔽件402包括用于柱328的开口406。在一些实施方式中，热屏蔽件402包括用于柱322的开口414。在一些实施方式中，热屏蔽件402包括用于一个或多个安装件216的一个或多个开口404。热屏蔽件402该构造以减少或防止热量从第一气体输送部220辐射到相邻的气体输送部(即，热串扰)。热屏蔽件402由不锈钢、铝、或类似者形成。楔形体408由诸如不锈钢、钛、或类似者的高纯度与高耐热性材料所形成。

图5图示出根据本公开内容的一些实施方式的气体输送部的局部截面图。如图5所示，喷嘴316可以放置在多个开口226的每个孔中。在一些实施方式中，喷嘴316可具有约0.1mm至约3mm的内径。在一些实施方式中，喷嘴404包括钛、钛合金、或氮化钛涂层钢。喷嘴404可经构造以控制处理材料的速度、方向、及流动。喷嘴316经构造以将从第一气室318通过的处理材料喷射到沉积腔室110中。处理材料的喷涂可有利地增加处理材料沉积到基板116上的均匀性。处理材料的喷涂还有利地增加了多种处理材料混合到基板116上的均匀性。在一些实施方式中，导线506(仅图标出一条)设置在底壁334中的通道314中，以加热第一气体输送部220。

尽管前述内容涉及本公开内容的实施方式，但是可在不脱离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其他及进一步的实施方式。