在集成电路和显示器的制造中，原子层沉积(ALD)室用于在基板上沉积 具有原子量级厚度的原子层。通常，ALD室包括将处理气体引入到其中的外 壳和排气并控制室中处理气体压力的排气装置。在一种类型的原子层沉积处理 中，将第一处理气体引入到室中以形成被吸收到基板表面上的气体分子薄层； 且之后，引入第二处理气体以与被吸收的气体分子层反应以在基板上形成原子 层。该处理气体可包括常规加压气体或载气以将有机或其它分子传送到室中。 通常，在传递每一种处理气体之间净化该室。净化可以是持续的，其中将连续 载气流提供到室，或者是脉冲式的，其中提供不连续的或脉冲式的载气流。
由于日益将ALD处理用于在基板上沉积原子层，因此用于CVD或PVD 处理的常规基板处理室被转变成ALD室。但是，常规室通常不提供ALD处 理所需的足够高等级的气体分布、等离子体或热均匀性。例如，ALD室使用 特定类型的气体分配器、屏蔽和排气部件，所有这些共同协作以从基板表面那 边提供更加均匀的处理气体种类的传送以及去除。ALD转换室也会需要用于 不同类型ALD处理诸如热或等离子体增强ALD(PEALD)处理的特定部件。 在热ALD中，提供热以引起两个或多个吸收到基板表面上的反应物之间的化 学反应。在热ALD中，需要另外的室部件以加热或冷却基板或其他室表面。 PEALD处理需要气体激励器以激励处理气体，且将其其部件设计成通过被激 励处理气体抵抗蚀刻。由此，还希望具有容易将常规室转换成ALD室的室转 换配件。
ALD室部件也需要横跨基板提供良好的气体分布均匀性而不会引入其它 不利影响。例如，在等离子体辅助ALD中，提供直接流到基板表面上的处理 气体流增加了不利地蚀刻基板表面的可能性。当处理气体种类与内部室表面而 不是基板反应时，热ALD处理提供降低的气体效率。而且，常规喷头气体分 配器通常在基板中心区域上以较基板外围区域高的浓度提供处理气体。沉积期 间，横跨基板表面也难以获得均匀的处理气体种类压力。有时还希望在按顺序 的处理气体步骤之间有效地净化ALD室。
由此，需要一种能够用于改进常规室的ALD处理配件以及室部件。还需 要横跨基板提供较好的气体、温度和压力均匀性同时还允许快速净化处理气体 的ALD室部件。
实用新型内容
本实用新型提供了一种原子层沉积室，其包括含有中心覆盖(central cap) 的气体分配器，该中心覆盖在气体入口和气体出口之间具有圆锥形通路。气体 分配器还具有吊线板(ceiling plate)，该吊线板包括连接的第一和第二圆锥 形孔。第一圆锥形孔从中心覆盖的气体出口接收处理气体。第二圆锥形孔从第 一圆锥形孔向外径向延伸。气体分配器还具有位于室侧壁上的外围凸缘。
具体而言，本实用新型提供了一种气体分配器，用于原子层沉积室，该 气体分配器包括：
(a)中心覆盖，其包括至少一个气体入口、气体出口和在气体入口和气 体出口之间的圆锥形通路；和
(b)吊线板，其包括从中心覆盖的气体出口接收处理气体的第一圆锥形 孔，从第一圆锥孔向外径向延伸的第二圆锥形孔，以及位于室侧壁上的外围凸 缘。
在本实用新型的气体分配器中，所述中心覆盖的圆锥形通路包括以下特 征中的至少一个：
(i)第一和第二直径，第一直径小于2.6cm和第二直径至少为3cm； 和
(ii)圆锥形表面，其与垂直轴成20°至25°角倾斜。
在本实用新型的气体分配器中，上述第(i)项特征中第一直径为0.2至 2.6cm和第二直径为3至7.5cm。
其中所述的中心覆盖包括相互偏移的多个气体入口，所述的气体入口按 如下方式设置：
(i)沿着水平平面以一定间距隔开；和
(ii)被设置成至少45度的夹角。
在本实用新型的气体分配器中，所述吊线板的第一或第二圆锥形孔包括 以下特征中的至少一个：
(i)所述的孔包括具有不同倾斜角的圆锥形表面；
(ii)所述第一圆锥形孔包括具有20°至25°倾斜角的圆锥形表面；
(iii)所述第二圆锥形孔包括具有3°至5°倾斜角的圆锥形表面。
本实用新型的气体分配器还进一步包括在中心覆盖和吊线板附近的流体 管道，提供该流体管道用于在其中通过传热流体，且该流体管道包括以下特征 中的至少一个：
(i)被机械加工成进入吊线板的通道；和
(ii)呈矩形形状。
其中所述中心覆盖或吊线板中的至少一个由陶瓷材料构成。
本实用新型还提供了一种用于原子层沉积室的室衬套，该室衬套包括：
(a)第一环形带，其具有第一直径和通过第一环形带延伸的第一狭槽；
(b)第二环形带，其具有尺寸大于第一环形带直径的第二直径，且具有 与第一环形带的第一狭槽对准的第二狭槽；和
(c)径向凸边，其结合了第一和第二环形带。
上述室衬套中，所述第一和第二狭槽包括具有以下特征中至少一种的矩 形：
(i)圆形拐角；
(ii)从12至18英寸的长度；和
(iii)从0.75至3英寸的高度。
所述第一和第二环形带包括以下特征中的至少一种：
(i)环形带包括底边缘，且其中径向凸边结合底边缘；(ii)环形带包 括中间部分，且其中室衬套还包括结合中间部分的径向凸缘；和
(iii)第一环形带包括第一高度和第二环形带包括大于第一高度的第二 高度。
本实用新型的室衬套可以由铝构成。
本实用新型还提供了一种排气屏蔽组件，用于原子层沉积室，该组件包 括：
(a)内部屏蔽，其包括具有周边的闭合矩形带，和垂直延伸出矩形带周 边的平坦框架；
(b)穴式屏蔽，其包括(i)具有顶端的管状外壳，与内部屏蔽的矩形带 匹配的内部矩形切块，以及外部圆形切块，和(ii)覆盖管状外壳顶端的盖； 和
(c)外部屏蔽，包括(i)相互结合的第一和第二圆柱体，第一圆柱体尺 寸大于第二圆柱体，和(ii)贴装到第二圆柱体且垂直延伸出第二圆柱体的平 坦部件。
基板处理室包括中空的排气块，该排气块具有内壁和外壁以及圆形出口 端，且其中该组件包括以下特征中的至少一个：
(i)穴式屏蔽尺寸与中空排气块内部匹配；(ii)内部屏蔽适合于设置 在中空排气块内壁上且闭合矩形带尺寸可套在中空排气块矩形入口端上方；和
(iii)外部屏蔽适合于设置在中空排气块外壁上和外部屏蔽的第二圆柱 体尺寸与中空排气块的圆形出口端匹配。
上述组件中，所述内部屏蔽、穴式屏蔽和外部屏蔽均由铝构成。
另外，所述内部屏蔽、穴式屏蔽和外部屏蔽中的至少一个包括破水珠的 表面，该表面具有50至62微英寸的表面粗糙度。
本实用新型还提供了一种用于基板处理室的盖组件，该盖组件包括：
(a)具有底表面的室盖；
(b)喷头，其匹配在室盖的底表面中，该喷头包括中心孔；和
(c)气体分配器插入件，匹配到喷头的中心孔中，该插入件具有相互以 一定间隔隔开的多个径向狭槽。
上述盖组件中，所述喷头具有500至2500个孔。
上述盖组件中的插入件可以由铝构成。
所述插入件包括径向狭槽，该径向狭槽具有以下特征中的至少一个：
(i)从5至50的径向狭槽数目；
(ii)从0.01至0.05英寸的宽度；
(iii)从0.4至1.2英寸的长度；
(iv)每个径向狭槽都倾斜至少30°。
本实用新型提供了一种原子层沉积室，该原子层沉积室包括：
(a)围绕底壁的侧壁；
(b)通过底壁延伸的基板支架；
(c)气体分配器，该气体分配器包括：
(i)中心覆盖，该中心覆盖包括至少一个气体入口、气体出口以及在 气体入口和气体出口之间的圆锥形通路；和
(ii)吊线板，该吊线板包括从中心覆盖的气体出口接收处理气体的第 一圆锥形孔，从第一圆锥形孔向外径向延伸的第二圆锥形孔以及位于室侧壁上 的外围凸缘；和
(d)排气端口，用于从处理区域排出处理气体。
在上述原子层沉积室中，所述气体分配器的中心覆盖的圆锥形通路包括 以下特征中的至少一种：
(i)第一和第二直径，且其中第一直径小于2.6cm和第二直径至少为 3cm；和
(ii)圆锥形表面，其从垂直方向以20°至25°角度倾斜。
上述第(i)项特征中，第一直径可以为0.2至2.6cm和第二直径可以为3 至7.5cm。
在本实用新型的原子层沉积室中，所述气体分配器的中心覆盖包括多个 气体入口，且具有以下特征中至少一个；
(i)气体出口相互偏移；
(ii)气体入口通过沿着水平平面以一定距离间隔相互偏移；和
(iii)气体入口通过被设置成至少45度夹角相互偏移。
上述原子层沉积室的吊线板的第一和第二圆锥形孔包括以下特征中的至 少一个：
(i)第一和第二圆锥形孔包括具有不同倾斜角的圆锥形表面；
(ii)第一圆锥形孔包括具有从20°至25°倾斜角的圆锥形表面；和
(iii)第二圆锥形孔包括具有从3°至5°倾斜角的圆锥形表面。
本实用新型的原子层沉积室还进一步包括在中心覆盖和吊线板附近的流 体管道，提供该流体管道用于穿过其流动传热流体，和流体管道包括以下特征 中的至少一个：
(i)包括被机械加工成进入吊线板的通道的流体管道；
(ii)流体管道是矩形的。
上述中心覆盖或吊线板中的至少一个由陶瓷材料构成。
本实用新型提供了另一种原子层沉积室，其包括：
(a)在处理区域周围的侧壁；
(b)基板支架，其能够在处理区域中接收基板；
(c)环绕处理区域的室衬套，该室衬套包括：(i)第一环形带，其具 有第一直径和通过第一环形带延伸的第一狭槽；
(ii)第二环形带，其具有尺寸大于第一环形带直径的第二直径，且具 有与第一环形带的第一狭槽对准的第二狭槽；和(iii)径向凸边，其结合了第 一和第二环形带；
(d)气体分配器，用于将处理气体引入到处理区域中；和
(e)排气装置，用于排出处理气体。
上述原子层沉积室中，所述室衬套的第二环形带的第一和第二狭槽包括 具有以下特征中至少一个的矩形：
(i)圆形拐角；
(ii)从12至18英寸的长度；和
(iii)从0.75至3英寸的高度。
上述原子层沉积室中，所述室衬套的第一和第二环形带包括以下特征中 的至少一个：
(i)环形带包括底边缘，且其中径向凸边结合底边缘；(ii)环形带包 括中间部分，且其中室衬套还包括结合了中间部分的径向凸缘；和
(iii)第一环形带包括第一高度和第二环形带包括大于第一高度的第二 高度。
上述原子层沉积室中，所述的室衬套由铝构成。
根据本实用新型的具有一个或多个改进的部件，例如气体分配器、排气 屏蔽、衬套以及其它的原子层沉积室可以提供穿过该衬底的更好的气体、温度 和压力均匀性，使得能够更快速地从腔室净化处理和残留气体，并为处理的基 板表面提供更加均匀的处理气体传送以及去除。
附图说明
下述说明部分、权利要求书以及所附的附图用于说明具有不同特征的本实 用新型的示范性实施方式，但是，本实用新型的范围并不仅限于附图中示出的 这些示范性方案：
图1是热ALD室实施例的示意性截面侧视图；
图2A和2B是图1ALD室室盖吊线板的截面顶视图和顶视平面图，示出 了具有矩形形状的传热流体管道(conduit)；
图3是在图1的ALD室中使用的室衬套(chamber liner)的透视图；
图4是图1的ALD室排气屏蔽组件的剖面透视图；
图5是PEALD室实施例的示意性截面侧视图；
图6A是图5的PEALD室的室盖的示意性底视图，该室盖包括具有扇形 插入件(fan-type insert)的气体分配器；
图6B是图6A的扇形插入物的截面透视图；
图7A是图5的PEALD室的室衬套的透视图；
图7B是图7A的室衬套的截面图；和
图8是图5的PEALD室的等离子体屏(plasma screen)的透视图。

在图1中示出了包括原子层沉积(ALD)室22的基板处理装置20的实施 例。室22适合于热ALD处理，用于在位于基板支架26上的基板24上沉积 原子层。在热ALD处理中，被吸收到基板24上的处理气体分子被加热到足 够高的温度以在基板24上形成原子层。适合的热ALD温度例如是从约120 ℃到约450℃。室22适合于处理基板24诸如半导体晶片，但是室22也能用 于处理其它基板24，诸如平板显示器、聚合物板或其他电路接收机构，如对 于本领域普通技术人员显而易见的那些。装置20还可贴装到平台(未示出) 上，该平台提供电、波导设备以及用于室22的其他支持功能，且其还可以是 多室平台系统的一部分，诸如可从应用材料公司(Santa Clara，加利福尼亚) 获得的DaVinci或Endura II平台。
通常，室22被顶板(ceiling)28、侧壁30和底壁32密封。基板支架26 穿过底壁32延伸以在基板接收表面33上支撑基板24。基板支架26与侧壁30 一起限定了处理区域34，该处理区域中，提供处理气体以处理基板24。操作 中，通过气源36将处理气体引入到室22中，该气源36包括处理气源38和气 体分配器40。气体分配器40可包括其中具有气源阀门44的一个或多个管道 42以提供气体，和气体出口6646，以将处理气体释放到室22的处理区域34。 对于ALD处理，处理气源38可用于提供不同处理气体，其每一种都可含有 单种气体或气体混合物，载气和被传送的分子，或也可以是载气的净化气体。 用尽的处理气体和处理副产品从室22中通过排气系统50排出，该排气系统 50包括从处理区域34接收用尽的处理气体和将气体传送到排气管道54的排 气端口52，和节流阀以及排气泵(未示出)，从而控制室22中的处理气体压 力。
气体分配器40包括具有一个或多个气体入口64a、b、气体出口66以及 在气体入口64和气体出口66之间的气体通路70的中心覆盖60。气体入口64a、 b在水平面上相互偏移且被定位在气体通路70周围附近。偏移的气体入口64a、 b提供与气体通路70共同协作的单独气流以实现自入口64a、b向出口66的 螺旋气流。在一个方案中，可通过以至少约45度、例如约180度的夹角设置 气体入口64a、b而偏移。覆盖60中气体通路70的顶部74是圆柱形的。气体 通路70的底部76包括圆锥形通路78，在向下的气流方向上其逐渐向外打开， 圆锥形通路78内径的半径从在上部区域80处的第一直径增加到覆盖60出口 66附近的下部区域82处较大的第二直径。在一个方案中，第一直径小于约 2.6cm和第二直径至少约3cm。例如，第一直径可从约0.2cm至约2.6cm，且 第二直径可从约3cm至约7.5cm。该圆锥形通路78也可具有相对于垂直轴以 一角度倾斜的表面，该角度从约5°至约30°或更通常地为约11°。
当处理气体通过偏移气体入口64a、b被注入到覆盖60中时，同时注入的 气流通过圆锥形通路78以涡旋运动在垂直轴86附近旋转从而产生从入口 64a、b至出口66向下前进的螺旋气流。有利地，螺旋气体的角动量导致气体 清除圆锥形通路78的表面。而且，圆锥形通路78从第一直径到第二直径的直 径不断增加产生了气体增加的体积，这导致气体涡流宽度的相应增加以及气压 和温度的逐渐降低，由于其抑制了前体气体的压缩并降低了气体到基板24上 的垂直速度，因此这两者都是希望的。而且，处理气体在圆锥形通路78垂直 轴86附近的旋转能量和角动量随着处理气体沿着通路向下降而降低。圆锥形 通路78是钟形的以允许处理气体涡流在其进入到室22时散开且由此直接在 基板24上方提供较佳的处理气体分布。
中心覆盖60位于定形的吊线板90上，在一个方案中该吊线板90是漏斗 状的。定形的吊线板90用作室盖，且具有互联的第一和第二圆锥形孔92、94。 第一圆锥形孔92从气体出口66接收处理气体且具有第一直径，和第二圆锥形 孔94释放处理气体并具有大于第一直径的第二直径。每一个圆锥形孔92、94 都以连续增加的直径向外逐渐呈锥形。在一个方案中，吊线板覆盖(ceiling plate cap)90包括铝诸如铝合金。
定形的吊线板90中的第一圆锥形孔92连接到中心覆盖60的出口66且在 吊线板90和中心覆盖60之间的接口表面98处具有较狭窄的第一直径，其逐 渐增加到在段结点96处的较大直径，该段结点96结合到第二圆锥形孔94。 在一个方案中，第一圆锥形孔92逐渐锥形的表面包括相对于垂直轴具有从约 50°至约30°的倾斜角的圆锥形表面。段结点96包括圆形边缘且提供第一和 第二圆锥形孔92和94的斜率之间的逐渐过渡。第二圆锥形孔94以从段结点 96处的第一直径到超出基板支架26外径100的较大第二直径的增加的直径向 外径向延伸。第二圆锥形孔94的表面具有相对于垂直轴具有从约1°到约15 °的倾斜角的圆锥形表面。
定形吊线板90也具有从气体分配器40向外径向延伸且超出基板支架26 的外径100的外围凸缘104。外围凸缘(ledge)104的下表面106基本上是水 平的以允许外围凸缘104位于室22的侧壁30附近从而将吊线板90支撑在处 理区域34上方。外围凸缘104具有步进式的向下的高度，中间台阶108从第 二圆锥形孔94到外围凸缘104平滑地向向上弯曲。
定形圆锥形通路78通过中心覆盖60、以及吊线板90的第一和第二圆锥 形孔92、94，其也允许处理气体或净化气体以最小流动阻力通过且横跨基板 24表面提供良好的分布。圆锥形通路78直径随着气体下降到室22中增加。 螺旋下降的处理气体涡流状宽度增加以提供高速气流。处理气体在圆锥形通路 78的垂直轴86附近的旋转能量和角动量随着处理气体沿着通路下降而降低。 在吊线板90内部的那部分气体通路具有在吊线板90顶部和底部之间增加的 直径。由此，通过覆盖60和吊线板90的整个气体通路都是钟状的以允许当处 理气体涡流进入到室22中时散开，由此将处理气体均匀地分布到室22的处理 区域34中直接分布到基板24上方。
气体分配器40也可包括温度调节系统110，其包括加热或冷却元件和温 度传感器。顶部安装的气体分配器40在处理区的区域中占据了大量的表面面 积。由此，希望控制气体分配器40的温度以控制其对基板24附近的处理气体 的影响。如果气体分配器40例如过热，则处理气体会在其表面处反应，从而 在这些表面上而不是基板24上沉积材料。替换地，气体分配器40的过渡冷却 会导致在处理气体到达基板24时其温度过冷。由此，希望控制气体分配器40 的温度从而保持提供至基板24的处理气体的最佳传送的温度。
在一个方案中，温度调节系统110包括传热流体管道112，其接触气体分 配器40，例如接触覆盖60，吊线板90，或两者都接触。温度调节系统110可 包括用于通过其传送传热流体的流体管道116，以移走或增加热量至处理气 体。在一个方案中，流体管道116包括穿过吊线板90加工的沟道，如图2A 中所示。这允许流体管道116在处理气体通过气体通路70时也控制处理气体 的温度，该气体通路70穿过中心覆盖60和吊线板90延伸。例如，当由于因 为圆锥形通路78和第一圆锥形孔92的不同体积导致的气体膨胀致使通过该 区域的处理气体温度快速变化时，气体温度的改变可通过将保持在希望温度差 的传热流体通过流体管道116来调节。传热流体与穿过气体分配器40的处理 气体热交换以调节其温度。使用室22外部的常规热交换系统(未示出)调节 传热流体的温度，例如包括连接包括传热流体诸如去离子水的流体贮存器至流 体管道116且包括加热或制冷系统以加热或冷却流体管道116中的流体的泵。
被传送到室22中的处理气体通过室衬套120被包含在基板24的处理区域 附近，该室衬套120至少部分地覆盖室22的侧壁30以环绕处理区域34。室 衬套120用于屏蔽室22的壁不受处理气体的影响以及也将处理气体限制在基 板24上方的区域。室衬套120通常被定形为至少部分与室侧壁30共形。室衬 套120也具有气体开口124，以允许处理气体穿过其从处理区域34流向排气 端口52。室衬套120可由金属制成诸如铝或陶瓷。
适合于室22的室衬套120包括具有第一直径的第一环形带126和具有第 二直径的第二环形带128，如图2A中所示。第二环形带128尺寸大于第一环 形带126的直径。例如，第二环形带128的第二直径比第一环形带126的第 一直径至少大约2cm。第一环形带126也包括第一高度和第二环形带128包括 大于第一高度的第二高度，例如，第二环形带128具有比第一环形带126的第 一高度至少大2cm的第二高度。在一个方案中，第一环形带126具有从约12 英寸至约15英寸的第一直径和从约1.5英寸到约2.5英寸的第一高度；和第二 环形带128具有从约15英寸到约18英寸的第二直径和从约2.5英寸到约4英 寸的第二高度。
室衬套120的第一和第二环形带126、128在其底部边缘132a、b处通过 形状为圆形的径向凸边(flange)130在结构上结合到一起。径向凸边130用 于在径向方向上以一定距离间隙保持第一和第二环形带126、128。径向凸边 130的尺寸可提供至少约38mm，例如从约25至约50mm的径向间隙。径向 凸缘136还结合了第二环形带128的中间部分138至室衬套120的第一环形 带126的顶部边缘140。径向凸缘136为室衬套120提供了附加的结构完整性 (structure integrity)。径向凸缘136例如横跨室衬套120内部圆周的一部分 延伸，从而覆盖内部圆周的从约0至约180°。结果，横跨内部圆周的剩余部 分提供开口间隙区域从而提供较容易的气流和通过室衬套120的处理气体通 路。
室衬套120还具有第一嵌入开口139，其允许处理气体从处理区域34通 过第一和第二环形带126、128流向排气端口52。第一开口139通过对准通过 第一环形带126延伸的第一狭槽140a和穿过第二环形带128的第二狭槽140b 形成，该第二狭槽140b与第一环形带126的第一狭槽140a对准。对准的狭槽 140a、b被平坦的顶壁142和底壁144包围以形成嵌入的第一开口139。在一 个方案中，第一和第二狭槽140a、b包括具有圆形拐角的矩形。例如，该矩形 每一个都具有从约12至18英寸的长度和从约0.75至3英寸的高度。对准的 狭槽140a、b允许穿过室衬套120的处理气体种类通路，具有降低了的对狭槽 140a、b的拐角和边缘的侵蚀。室衬套120在对排气端口52开放的第一环形 带126中还具有附加的第二开口149。第一和第二开口139、149都利于穿过 室衬套120的气体通路。在一个方案中，第一开口139允许例如通过机械手向 和自室22传送基板24的穿过室衬套120的基板24的通路。
室22还具有排气端口52，在处理气体通过基板表面上方之后其接收自处 理区域34的用尽的处理气体以将处理气体从室22排出并将气体传送至排气 管道54。排气端口52提供在中空的排气块(exhaust block)152中，该排气 块152形成了室的部分侧壁30。中空的排气块152包括在内壁155上的矩形 的入口端154、在外壁157上的圆形的出口端156以及在其间的矩形沟道158， 如图4中所示。中空的排气块152暴露到热的反应处理气体种类气体中，这导 致在其内壁上的处理残余材料的沉积。由于随着时间的过去，这些沉积物从内 表面的剥离会导致基板污染，因此这种处理残余物沉积的聚集是不希望的。至 排气表面上的这种处理气体沉积物的聚集可通过清洗排气块152的内表面来 整理，但是由于排气块通常都是室22的主要部分，因此这需要拆分室22，这 很浪费时间且会导致过多的室停工时间。当由于已经聚集在排气块152的内部 表面上的沉积物能够与新的气体种类以不希望的方式反应，而导致用在室22 中的处理气体的合成发生改变或者其他情况时，也会出现问题。
由此，在室22的排气端口52附近和排气块152中提供排气屏蔽组件160 以保护和提供可容易地替换和移除的表面。诸如图4中示出的，排气屏蔽组件 160的示范性实施例包括一起协作以提供通过该区域的良好的处理气流同时 仍允许快速去除和拆卸排气屏蔽组件160的部件结构组件，用于清洗或更换部 件结构。当在该排气屏蔽组件160表面上形成过多的沉积物时，其可被容易地 去除和清洗或者替换。而且，用在几组的处理循环中、或者在处理气体合成中 发生变化之后，可去除的排气屏蔽组件160被丢弃或者用新的排气屏蔽组件替 换，以提供可消耗的排气衬套系统(exhaust lining system)。在从室22去除之 后，排气屏蔽组件160也可通过用溶剂冲洗来清洁和再利用。
在一个方案中，排气屏蔽组件160包括内部屏蔽162、穴式屏蔽(pocket shield)164以及外部屏蔽166和盖式屏蔽210。内壁屏蔽162包括具有通过基 本相互平行且通过弓形末端178a、b连接的上部和下部平坦壁174、176限定 的周边170的闭合矩形带168。在一个方案中，平坦壁174、176分开至少约 4cm。矩形带168的截面剖面形状像是具有圆形拐角的矩形。但是，带168的 弓形末端178a、b也可以是圆柱形的、多半径曲线的或者甚至基本平坦的。内 部屏蔽162被设置在室22中中空排气块152的内壁180上或者闭合矩形带168 尺寸适合套在中空排气块152中的矩形入口端154上。
内部屏蔽162还包括垂直延伸出矩形带168周边的平坦框架172。平坦框 架172被设置在内部屏蔽162的外端190上。平坦框架172被设置成与穴式 屏蔽164中匹配的圆角矩形孔对齐，在一个方案中，平坦框架172向外延伸出 带周边约3至约14cm。平坦框架172能够被焊接或硬焊至矩形带168的周边 170且其通常由相同材料、即铝片制成。
穴式屏蔽164包括具有顶端196和底端198的管状外壳194。管状外壳194 具有密封了矩形中空套管的相对的第一和第二表面200、202。第一平坦表面 200具有与内部屏蔽162的矩形带168匹配的内部矩形切块206，以使得处理 气体能够流过该通路。第二平坦表面202具有匹配到外部屏蔽166上的外部圆 形切块208。盖板210覆盖并封闭管状外壳194的顶端196。穴式屏蔽164的 底端198具有适合于装配在排气块152中的阱212。在一个方案中，阱212是 椭圆形的。穴式屏蔽164尺寸与中空排气块152的矩形沟道158内部相匹配。
外部屏蔽166包括相互结合的第一和第二圆柱体212、214。在所示出的 方案中，第一圆柱体212尺寸大于第二圆柱体214。由于外部屏蔽166被设置 成与中空排气块152的外壁157对齐，因此第一和第二圆柱体212、214通过 室的几何形状确定。外部屏蔽166的第二圆柱体214尺寸与中空排气块152 的圆形出口端158匹配。在一个方案中，外部屏蔽166具有从约5.5英寸至约 7英寸的高度，和从约5.5英寸至约8英寸的宽度，以及从约1.4英寸至约4 英寸的深度。平坦构件216贴装到第二圆柱体214并垂直延伸出第二圆柱体。 在一个方案中，平坦构件216延伸出第二圆柱体214的边缘约0.5至约1.5英 寸。
在一个方案中，内部屏蔽162、穴式屏蔽164、外部屏蔽166和盖板210 全部由金属制成，诸如铝、不锈钢或钛。在一个方案中，排气屏蔽组件160 被冲压且压成具有约0.06英寸厚度的铝片。此外，屏蔽部件的表面可包括喷 砂的表面(bead-blasted surface)用于更好地粘附处理残余物。在一个方案中， 表面具有约40至约150微英寸甚至为约54微英寸的表面粗糙度。表面粗糙度 也可通过使用具有从约40至约125微米直径颗粒的浆液的湿砂处理或者使用 包括120至400粗砂的砂纸的干砂处理获得。
当排气屏蔽组件160被安装在中空的排气块152中时，屏蔽组件160的部 件相互紧密地配合且接触。内部屏蔽162与穴式屏蔽164接触，且内部屏蔽 162的平坦框架172与穴式屏蔽164的狭槽对准。外部屏蔽166的表面与穴式 屏蔽164的第一平坦表面接触且盖板210覆盖穴式屏蔽164。排气屏蔽的屏蔽 部件相互不必形成气密性密封，但是部件应当相互良好接触以减少处理气体从 排气块152的泄漏。
等离子体ALD室
基板处理装置20的另一个实施例包括适合于等离子体ALD处理的ALD 室22a，如图5中所示。室22a具有用于提供等离子体ALD良好温度特性的 盖29且可具有用于冷却或加热室盖29a的热交换元件，诸如图5中示出的水 冷吊线板31。装置20还可包括远程或原位气体激励元件，诸如远程气体激励 器(模式#ASTRO，可从MKS仪器公司，Wilmington，Massachusetts获得)、 或电气连接器、电源和安装在用于原位等离子体产生的室中或附近的电极。在 一些室中，室盖29的金属元素用作处理电极。而且，可将一个或多个绝缘环 35提供在室壁和顶板之间以提供室部件之间的热和电绝缘。处理气源38a或 者处理气源38a的部件可安装在室盖29上，且可包括风动阀门、处理气源36a 或各种管子以及沟道，用于在处理期间将受控制等级的处理和净化气体传送到 处理室22a中。
在图5中示出的室中，气体分配器40a包括中心覆盖60a，顶板插入物37 和装配到室盖29底表面中的喷头220。中心覆盖60a具有一个或多个气体入 口65a、b、气体出口66a和在气体入口65和气体出口66a之间的气体通路70a。 气体入口65a、b在水平平面上相互偏移且被设置在气体通路70a周边附近。 偏移气体入口65a、b提供单独的气流，其在气体通路70a中共同协作以实现 从入口65a、b到出口66a的螺旋气流。在一个方案中，气体入口65a、b能够 通过以至少约60度例如约180度的夹角进行设置而偏移。在覆盖60a中的气 体通路70a是圆柱形的且贯穿其长度具有基本相同的直径。
覆盖60位于通过其具有用于处理气体通路的圆锥形通路43的顶板插入物 37上。顶板插入物37包括陶瓷或石英且用于电和热绝缘处理气体和室盖29 的其它部件。顶板插入物37的入口39从中心覆盖60a的出口66a接收处理气 体。圆锥形通路43具有在下游方向上向外打开的下部部分45，以使通路43 的直径跨过顶板插入物37的下四分之一增加。通路43在具有约两倍于入口 39直径的直径的出口41中终止。通路43的这个突然开口允许用于等离子体 屏192的较大接收表面。
当处理气体通过偏移气体入口65a、b被注入到覆盖60a中时，同时注入 的气体流通过通路70a以涡旋运动在垂直轴86a附近旋转，以产生从入口65a、 b向顶板插入物37的出口41向下前进的螺旋气流。有利的是，螺旋流混合了 气体并且导致在出口41处更均质的气体混合物。
处理气体的涡流从顶板插入物37的出口41盘旋到等离子体屏192。等离 子体屏192包括具有等距离间隔且横跨等离子体屏192分布的多个孔224的 环形板222，从而掩蔽沟道中心不直接受到等离子体通路影响。在一个方案中， 等离子体屏192的中心区域232不具有穿过其的孔，其防止直接观看到RF电 极。等离子体屏192中孔224的数量可从约50至约400，且在一个方案中， 从约150至约170。在一个方案中，孔224具有从约0.1cm至约0.3cm的直径。 等离子体屏192还可包括定形外围盖238和在屏220孔区附近的升高的圆形 带242，如图8中所示。外围盖238和圆形带242可被定形以与顶板插入物 37形成密封。在一个方案中，等离子体屏192包括陶瓷。等离子体屏192是 环形形状的且具有从约0.15英寸至约1英寸的厚度。
等离子体屏192将处理气体传送到喷头220气体分配器。喷头220包括具 有相互以一定距离间隔且横跨喷头220分布的多个孔228的板226，以横跨基 板表面均匀分布处理气体。喷头220中孔228的数量可从约100至约10000， 且在一个方案中，从约500至约2500。在一个方案中，孔228具有从约0.01 至约0.1英寸的直径。在一个实施例中，孔228被定形且直径尺寸在板226上 表面和下表面之间降低。这提供了板226中回流的降低。在一个方案中，喷头 220包括金属诸如铝、钢或不锈钢。喷头220是环形形状的且厚度从约0.3至 约2.5英寸。
喷头220包括位于在室侧壁30a上方的绝缘体113上的外围区230和中心 区234，孔236钻过喷头220的中心以接收气体分配器插入物240。气体分配 器插入物240包括直径尺寸足够大以装配到喷头220中的环形板。环形板具有 中心区域和外围区域。插入物240的中心区域包括具有平坦环形顶表面248 和从平坦环形表面248至主体区表面向外向下延伸的侧壁250的突起244。在 一个方案中，插入物240的平坦环形表面248接触等离子体屏192的中心区 域。在一个方案中，气体分配器插入物240的环形板包括金属诸如铝。气体分 配器插入物240可通过从大块物体加工制成。
气体分配器插入物240具有多个径向狭槽252，该狭槽252通过插入物240 延伸以允许处理气体通路通过其。狭槽252相互以一定距离间隔且被设置成径 向结构。例如，在一个方案中，气体分配器插入物240具有从约5至约50条 狭槽252，例如约20条狭槽252。在一个方案中，每一个狭槽252都具有从 约0.4至约1.2英寸的长度和从约0.01至约0.05英寸的宽度。每一个狭槽252 都在插入物240的环形板中取向以具有预定的径向或切向角度。狭槽252经由 该板成一角度且具有相同节距。狭槽252以保持处理气体通过气体分配器插入 物240涡旋流动的方式设置。选择狭槽252的节距以最优化通过狭槽252的 涡流，且该节距在约20和约70度之间，和更通常为约45度。径向倾斜狭槽 252在基板24上方分布处理气体以提供吸收到基板24处理表面的均匀厚度的 气体分子。
在一个实施例中，气体分配器插入物240具有多个圆柱形沟道246，其穿 过插入物240在插入物240中心附近延伸以允许处理气体通路通过其。沟道 246可包括5和20条之间的沟道且在一个方案中其包括12条沟道。沟道246 从突起244基部附近开始并终止于插入物240的底部。圆柱形沟道246被设 置成关于突起244底部圆形对称的结构且向内倾斜以使沟道在突起244下方 的位置处终止。在一个实施例中，沟道246与垂直轴成30和60度之间的角度。 倾斜沟道246将处理气体传送到基板表面的中心区域并在基板上提供均匀的 沉积。圆柱形沟道246的直径从约0.01至约0.1英寸且在一个方案中沟道246 上端的直径大于沟道246下端直径。这提供了沟道246中回流的降低。
在该实施例中，通过将能量耦合到室22a的处理区34a中的处理气体的气 体激励器来激励引入到室22中的处理气体。例如，气体激励器可包括电偏置 以激励处理气体的处理电极；包括关于室22a中心具有圆形对称结构的感应线 圈的天线；或者微波源和波导，以通过在室22a上游的远程区域的微波能量激 励处理气体。
于图7A中示出了适合于用在等离子体ALD室22a中的室衬套120a。室 衬套120a的该方案也覆盖了室22a的侧壁30a以环绕处理区域34a并屏蔽室 22a的壁不受处理气体的影响。室衬套120a部分由陶瓷材料诸如氧化铝 (Al2O3)或氮化铝(AlN)制成，且部分由金属诸如铝或不锈钢制成。室衬 套120a包括具有第一直径的第一环形带126a和具有大于第一环形带126a的 直径的第二直径的第二环形带128a，如图7A中所示。例如，第二环形带128a 的第二直径比第一环形带126a的第一直径至少大约1cm。第一环形带126a还 包括第一高度和第二环形带128a包括比第一环形带126a的第一高度至少大 0.5cm的第二高度。室衬套120a的第一和第二环形带126a、128a通过形状为 环形的径向凸边130a在其底部边缘134a、b结合，和径向凸缘136a还结合了 第二环形带128a的中间部分138a至室衬套120a的第一环形带126a的顶边缘 140a。
室衬套120a还具有第一闭合开口139a，其允许处理气体通过第一和第二 环形带126a、128a从处理区域34a向排气端口52a流动。通过对准穿过其延 伸第一环形带126a的第一狭槽146a和通过第二环形带128a的第二狭槽146b 形成第一开口139a，该第二狭槽146b与第一环形带126a的第一狭槽146a对 准。对准的狭槽146a、b被平坦顶壁142a和底壁144a包围以形成闭合的第一 开口139a。在一个方案中，第一和第二狭槽146a、b包括具有圆形拐角的矩 形。例如，矩形每一个都具有从约12至18英寸的长度和从约0.75至3英寸 的高度。室衬套120a还具有在对排气端口52a开放的第一环形带126a中的第 二开口149a。第二开口149a包括具有圆形拐角的矩形，且其具有从约5至9 英寸的长度和从约0.75至3英寸的高度。第一和第二开口139a、149a利于气 体通过室衬套120a的通路。
室衬套120a另外包括异型(profiled)内部屏蔽环125和上部屏蔽环145。 参考图7A和图7B，内部屏蔽环125具有尺寸可环绕基板支架26的直径，该 支架26面对ALD室22a中的气体分配器40a。内部屏蔽环125用作用于处理 区域34a中气体的局部物理阻挡。内部屏蔽环125包括具有上部、向外延伸的 支持盖127的带。内部屏蔽环125的支撑盖127位于室衬套120a第一环形带 126a的顶边缘146a上。
带的上表面129是波状外形的，以使得外围区域高于径向内部区域。上表 面129包括向内倾斜部分131、中间水平部分133和外部突起部分135。为了 最小化紊流，上表面129的这些区域通过平滑拐角连接。突起部分133位于向 外延伸的盖127上方且具有高于基板支架组件外围高度约0.01至约0.5英寸的 高度。突起部分133用作阻挡层，以阻止所激励的处理气体从处理区域38a 向外径向流动。
内部屏蔽环125的径向内部区从第一环形带126a向内延伸约0.2至约0.7 英寸且限定在基板支架26和室衬套120a之间的间隙137的一侧。内部屏蔽环 边缘和基板支架组件边缘包围在间隙137周围以降低室净化步骤期间处理气 体的紊流。紊流的降低提供了流动阻抗的降低，且允许更有效的净化步骤。
上部屏蔽环145位于第二带128a的上表面上。上屏蔽环145屏蔽了室侧 壁30a的上部和顶板组件外围部分不受处理区域34a的活性气体的影响，以降 低处理气体沉积在室主体上和蚀刻室主体。上部屏蔽环145包括被向内延伸的 凸缘143覆盖的外部圆柱形带141。凸缘143从带141向内径向延伸约0.25 至约1英寸。上部屏蔽环145包括陶瓷且具有从约0.25至约1英寸的厚度。
ALD室22、22a和其在此描述的部件明显提高了沉积在基板24上的原子 层的厚度和合成均匀度。例如，气体分配器40结构提供了快速流动的气体分 子涡流，其能快速通过基板24表面上方，以提供基板24表面上更好和更均匀 的气体吸收。而且，气体涡流防止在室22中形成气体分子停滞区。而且，当 在基板24表面处反应气体压力均匀时原子层沉积更加均匀。目前的气体分配 器40横跨基板24表面提供了较好的气体压力，从而横跨基板24提供了更加 均匀的所沉积ALD层厚度。
室衬套120和排气屏蔽组件160部件通过允许从室22快速排出气体种类 还有助于ALD处理。这允许新的气体分子贴附到基板24表面。快速排出气 体种类能够使ALD室22在处理气体步骤之间有效地净化。而且，当处理气 体包括具有较高的衰变率的有机分子或反应气体时，引入处理气体之间的时间 以及因此有效净化室22所需的时间是重要的工艺参数。而且，由于室衬套120 和排气屏蔽部件容易被拆卸和从室22移走，其降低了室22否者将需要清洗或 替换这些部件的停机时间。
本实用新型所提供的原子层沉积室实现了如下的效果，即由于本实用新型 的原子沉积室在气体分配器等部件上的改进，使其能够提供良好的气体、温度 和压力均匀性同时还允许快速净化处理气体的ALD室的各个部件，并可以为 处理的基板表面提供更加均匀的处理气体传送以及去除。
已经参考其某些优选方案描述了本实用新型，但是其它方案也是可以的。 例如，排气衬套或其部件和室衬套120、120a可用在其它类型的应用中，如对 本领域普通技术人员来讲显而易见的，诸如蚀刻、CVD和PVD室。而且，各 部件凸边的形状可以是不同的，以与不同室凸边和支撑壁相接。而且，各部件 成分材料对于不同应用可以是不同的，诸如对于等离子体激励或混合蚀刻工艺 中的应用是复合陶瓷或甚至是全陶瓷材料。因此，所附的权利要求的精神和范 围不限于在此包含的优选方案的描述。