CN100521074C - 气体注射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气体注射装置，用于向反应腔室供工艺气体，包括喷嘴，喷嘴设于反应腔室的介质窗体上，喷嘴包括内管和外管，外管与内管套接在一起，外管固定于介质窗体上，内管可在外管内旋转，内管的底壁上设有底部内气体出口，侧壁上设有侧部内气体出口；外管的底壁上设有底部外气体出口，侧壁上设有侧部外气体出口；通过调节内管在外管内的不同角度，改变底部内气体出口与底部外气体出口的重合度，及侧部内气体出口与侧部外气体出口的重合度，实现单路供气、双区进气，并可调节双区进气流量比例。结构简单、成本低，尤其适用于半导体硅片加工设备的供气系统中，也适用于其它场合的供气。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体分布系统，尤其涉及一种半导体硅片加工设备的供气装置。
背景技术
在半导体晶片加工过程中，工艺气体由气体注射装置注入反应腔室并扩散，在高频电场作用下产生等离子体来刻蚀位于腔室内部的晶片表面。
如图1所示，在半导体加工过程中，通过设在反应腔室1上部介质窗体2上的喷嘴3向反应腔室1喷入工艺气体。
在反应腔室内部，如果气体分布不均匀，将导致在腔室内部的晶片表面上的刻蚀速率和均匀性有较大的变化。目前随着技术进步，反应腔室的体积也相应的增大，这使得反应腔室内的气体均匀分布变得更加困难，因此设计可得到均匀气体分布的气体注射装置，显得十分重要。
目前，半导体刻蚀设备中采用的工艺气体注入系统中，为了在反应腔室内得到较为均匀的工艺气体分布，有各种结构的气体注射装置：
如图2所示，为现有技术中的一种喷嘴3，该喷嘴为单区进气方式，下部为多个小孔向不同方向喷出，结构简单，能够满足在八英寸下工艺要求，随着晶片的尺寸增大，单区喷嘴已经不能满足工艺的要求，需要采用双区及以上的喷嘴满足要求；
如图3所示，为现有技术的另一种喷嘴3结构，该喷嘴由一路进气通过比例阀或者两个质量流量控制器，调节喷嘴内、外出气口的喷气量的比例，可以实现双区进气，并可以调节双区气体的比例。该喷嘴气流均匀性较好，可以满足十二英寸晶片刻蚀技术的要求。但是由于该结构需要添加比例阀或者质量流量控制器，结构复杂，费用高。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、成本低，且能够实现双区进气并可调的气体注射装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的气体注射装置，用于向反应腔室供工艺气体，包括喷嘴，喷嘴设于反应腔室的介质窗体上，所述的喷嘴上设有气体通道，还包括芯部和外管，所述芯部上设有内气体出口，所述外管上设有外气体出口；工艺气体依次通过气体通道、内气体出口、外气体出口而到达反应腔室；
所述芯部与外管活动连接，调整芯部与外管的相对位置可调节工艺气体进入反应腔室的流量及方向。
所述的芯部为内管，所述内管上设有气体通道和内气体出口；
所述外管与内管活动连接，调整外管与内管的相对位置可调节工艺气体进入反应腔室的流量及方向。
所述的外管与内管套接在一起，外管固定于介质窗体上，内管可在外管内旋转，调节内管的旋转角度，可改变内气体出口与外气体出口的相对位置。
所述内管的底壁上设有底部内气体出口，所述内管的侧壁上设有侧部内气体出口；
所述外管的底壁上设有底部外气体出口，所述外管的侧壁上设有侧部外气体出口；
所述底部内气体出口与底部外气体出口可完全重合或交错；
所述侧部内气体出口与侧部外气体出口可完全重合或交错；且，
当底部内气体出口与底部外气体出口完全重合或交错时，侧部内气体出口与侧部外气体出口完全交错或重合。
所述的底部内气体出口与底部外气体出口及侧部内气体出口与侧部外气体出口的数量分别有多个。
所述的底部内气体出口与底部外气体出口及侧部内气体出口与侧部外气体出口的数量分别为3～8个。
所述的底部内气体出口与底部外气体出口的方向与喷嘴的轴线平行。
所述的侧部内气体出口与侧部外气体出口的方向与喷嘴的轴线的夹角为30°～90°。
所述内管与外管之间设有密封圈。
所述外管与介质窗体之间设有紧固装置；所述外管与介质窗体之间还设有密封圈。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的气体注射装置，由于包括芯部和外管，外管与芯部活动连接，调整外管与芯部的相对位置可调节工艺气体进入反应腔室的流量及方向，结构简单、调节方便。
又由于作为芯部的内管的底壁上设有底部内气体出口，内管的侧壁上设有侧部内气体出口；外管的底壁上设有底部外气体出口，外管的侧壁上设有侧部外气体出口；通过调节内管在外管内的不同角度，改变底部内气体出口与底部外气体出口的重合度，及侧部内气体出口与侧部外气体出口的重合度，实现单路供气、双区进气，并可调节双区进气流量比例。
本发明结构简单、成本低，尤其适用于半导体硅片加工设备的供气系统中，也适用于其它场合的供气。
附图说明
图1为现有技术中反应腔室的结构示意图；
图2为现有技术一的气体注射装置的喷嘴的结构示意图；
图3为现有技术二的气体注射装置的结构示意图；
图4为本发明气体注射装置具体实施例的结构简图；
图5为内管的内气体出口的分布示意图；
图6为外管的外气体出口的分布示意图；
图7a1为底部内气体出口与底部外气体出口完全交错，且侧部内气体出口与侧部外气体出口完全重合时的分布示意图；
图7a2为图7a1状态下，气体喷出状态参考图；
图7b1为底部内气体出口与底部外气体出口部分重合，且侧部内气体出口与侧部外气体出口部分重合时的分布示意图；
图7b2为图7b1状态下，气体喷出状态参考图；
图7c1为底部内气体出口与底部外气体出口完全重合，且侧部内气体出口与侧部外气体出口完全交错时的分布示意图；
图7c2为图7c1状态下，气体喷出状态参考图。
具体实施方式
本发明的气体注射装置的较佳的具体实施方式如图4所示，包括喷嘴，喷嘴设于反应腔室的介质窗体2上，用于向反应腔室供工艺气体。所述反应腔室可以是电感耦合等离子体装置的反应腔室，也可以是其它半导体加工设备的反应腔室，或其它的空腔。
所述的喷嘴上设有气体通道，还包括芯部和外管5，所述芯部上设有内气体出口，所述外管5上设有外气体出口；工艺气体依次通过气体通道、内气体出口、外气体出口而到达反应腔室；
所述芯部与外管5活动连接，调整芯部与外管5的相对位置可调节工艺气体进入反应腔室的流量及方向。
所述的芯部可以是块状、柱状等各种形状，最好是管状，为内管4。所述内管4上设有气体通道8和内气体出口，所述外管5上设有外气体出口；工艺气体依次通过气体通道8、内气体出口、外气体出口而到达反应腔室。
所述外管5与内管4活动连接，调整外管5与内管4的相对位置可调节工艺气体进入反应腔室的流量及方向。
活动连接的方式有多种多样，最好是外管5与内管4套接在一起，外管5固定于介质窗体2上，内管4可在外管5内旋转，调节内管4的旋转角度，可改变内气体出口与外气体出口的相对位置。外管5与内管4套接在一起时，也可以采用沿轴向滑动的方式，或其它的活动方式。
如图5所示，内管4的底壁上设有4个底部内气体出口9，内管4的侧壁上设有4个侧部内气体出口10。
如图6所示，外管5的底壁上设有4个底部外气体出口11，外管5的侧壁上设有4个侧部外气体出口12。
底部内气体出口9与底部外气体出口11的位置相对应，可以完全重合；并且相邻的气体出口之间有一定的间距，间距的比例大于气体出口的直径，以便底部内气体出口9与底部外气体出口11可以旋转到完全交错的状态。
同样，侧部内气体出口10与侧部外气体出口12的位置相对应，可以完全重合；并且相邻的气体出口之间有一定的间距，间距的比例大于气体出口的直径，以便侧部内气体出口10与侧部外气体出口12可以旋转到完全交错的状态。
另外，内管4的底壁上的底部内气体出口9与侧壁上的侧部内气体出口10的布置位置，从底壁圆周平面上的投影来看，底部内气体出口9与相应的侧部内气体出口10布置在同一半径方向上；
而外管5的底壁上的底部外气体出口11与侧壁上的侧部外气体出口12则交错布置。
这样，当底部内气体出口9与底部外气体出口11完全重合时，侧部内气体出口10与侧部外气体出口12完全交错；当底部内气体出口9与底部外气体出口11完全交错时，侧部内气体出口10与侧部外气体出口12完全重合。
如图7a1、图7a2、图7b1、图7b2、图7c1、图7c2所示，当底部内气体出口9与底部外气体出口11完全交错时，侧部内气体出口10与侧部外气体出口12完全重合。此时，喷嘴的底部气体出口完全封闭，侧部气体出口开到最大，气体全部由喷嘴的侧部喷出。
旋转内管4，使底部内气体出口9与底部外气体出口11慢慢重合，同时，侧部内气体出口10与侧部外气体出口12重合度渐渐减少，由喷嘴底部喷出气体，并且由喷嘴的侧部喷出的气体的量渐渐减少。
直到底部内气体出口9与底部外气体出口11完全重合，侧部内气体出口10与侧部外气体出口12完全交错时，喷嘴的侧部气体出口完全封闭，底部气体出口开到最大，气体全部由喷嘴的底部喷出。
所述的底部内气体出口9与底部外气体出口11及侧部内气体出口10与侧部外气体出口12的数量根据需要分别可以有多个，一般以3～8个为佳。
喷嘴的底部内气体出口9与底部外气体出口11的方向一般与喷嘴的轴线平行即可，主要为反应腔室的中部供气。根据需要也可以成一定的夹角，所述的底部内气体出口9与底部外气体出口11的直径一般为1mm～5mm，根据需要，也可以采用其它的尺寸。
喷嘴的侧部内气体出口10与侧部外气体出口12的方向一般与喷嘴的轴线成的夹角，主要为反应腔室的周边区域供气，夹角一般为30°～90°，最好是45°～80°，也可以是其它的角度。
所述内管4与外管5之间设有密封圈6，以保证内管4与外管5旋转的过程中依然保持良好的密封。
所述外管5与介质窗体2之间设有紧固装置7，且所述外管5与介质窗体2之间设有密封圈6，以保证喷嘴牢固固定在介质窗体2上，并保证良好的密封。
本发明通过调节内管在外管内的不同角度，改变底部内气体出口与底部外气体出口的重合度，及侧部内气体出口与侧部外气体出口的重合度，实现单路供气、双区进气，并可调节双区进气流量比例。
结构简单、成本低，尤其适用于半导体硅片加工设备的供气系统中，也适用于其它场合的供气。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1、一种气体注射装置，用于向反应腔室供工艺气体，包括喷嘴，喷嘴设于反应腔室的介质窗体上，其特征在于，所述的喷嘴包括内管和外管，所述内管上设有气体通道和内气体出口；所述外管上设有外气体出口；工艺气体依次通过气体通道、内气体出口、外气体出口而到达反应腔室；
所述外管与内管活动连接，调整外管与内管的相对位置能调节工艺气体进入反应腔室的流量及方向。
2、根据权利要求1所述的气体注射装置，其特征在于，所述的外管与内管套接在一起，外管固定于介质窗体上，内管能在外管内旋转，调节内管的旋转角度，能改变内气体出口与外气体出口的相对位置。
3、根据权利要求2所述的气体注射装置，其特征在于，所述内管的底壁上设有底部内气体出口，所述内管的侧壁上设有侧部内气体出口；
所述外管的底壁上设有底部外气体出口，所述外管的侧壁上设有侧部外气体出口；
所述底部内气体出口与底部外气体出口能完全重合或交错；
所述侧部内气体出口与侧部外气体出口能完全重合或交错；且，
当底部内气体出口与底部外气体出口完全重合或交错时，侧部内气体出口与侧部外气体出口完全交错或重合。
4、根据权利要求3所述的气体注射装置，其特征在于，所述的底部内气体出口与底部外气体出口及侧部内气体出口与侧部外气体出口的数量分别有多个。
5、根据权利要求4所述的气体注射装置，其特征在于，所述的底部内气体出口与底部外气体出口及侧部内气体出口与侧部外气体出口的数量分别为3～8个。
6、根据权利要求3所述的气体注射装置，其特征在于，所述的底部内气体出口与底部外气体出口的方向与喷嘴的轴线平行。
7、根据权利要求3所述的气体注射装置，其特征在于，所述的侧部内气体出口与侧部外气体出口的方向与喷嘴的轴线的夹角为30°～90°。
8、根据权利要求2所述的气体注射装置，其特征在于，所述内管与外管之间设有密封圈。
9、根据权利要求2所述的气体注射装置，其特征在于，所述外管与介质窗体之间设有紧固装置；所述外管与介质窗体之间还设有密封圈。
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