CN101144163A - 气体分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体分离装置，用于向反应腔室供工艺气体，设于反应腔室的介质窗体上，包括上盖、下盖，上盖与下盖构成封闭空间，上盖上设有进气口，下盖上设有多个出气口。可以采用上、下盖分体的形式，也可以采用一体的形式；可以单独设置，也可以用介质窗体作为上盖，或将介质窗体内部掏空做成气体分离装置。结构简单、气体分布均匀性好，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

气体分离装置

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。

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。

如图1所示，是目前大多数半导体刻蚀设备中采用的反应室腔室的结构示意图，在半导体加工过程中，通过设在反应腔室上部介质窗体上的喷嘴向反应腔室喷入工艺气体。

喷嘴采用喇叭形结构，静电卡盘吸附晶片，起着固定晶片的作用。此反应腔室的结构特点是进气入口和气体的出口分别位于反应腔室的两侧。在此系统中分子泵从抽气腔室的出口抽出反应腔室的气体使反应腔室形成低压，同时由喇叭形喷嘴喷出的反应气体呈扇状喷出，由于此喷嘴为单一出口，尽管出口为喇叭状，喷嘴射出的气体仍然在腔室中分布极不均匀，加上分子泵的影响，反应气体进入反应腔室后不仅在静电卡盘表面上方的分布不对称，而且在静电卡盘表面上变化较大，致使形成的反应基团与被刻蚀物质表面发生的化学反应速度差异较大，最终导致刻蚀速率的不均匀性。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、气体分布均匀的气体分离装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的气体分离装置，用于向反应腔室供工艺气体，设于反应腔室的介质窗体上，所述的气体分离装置包括上盖、下盖，所述的上盖与下盖构成封闭空间，上盖上设有进气口，下盖上设有多个出气口。

所述的上盖为介质窗体，介质窗体与下盖构成封闭空间；所述进气口设于介质窗体上并与封闭空间相通。

所述介质窗体的下表面设有凹槽，所述进气口与凹槽相通；所述的下盖紧贴介质窗体的下表面，并使所述的凹槽形成封闭空间。

所述的上盖与下盖的连接处设有密封装置。

所述的气体分离装置为整体结构，其间设有封闭空间，所述的上盖即为封闭空间的上壁，所述下盖即为封闭空间的下壁。

所述的整体结构的气体分离装置为介质窗体。

所述的出气口与下盖平面的夹角为10°～90°，并可朝向四周的任何一个方向。

所述的出气口在下盖上均匀分布。

所述的出气口在下盖上的分布密度自下盖中心至边缘逐渐增加。

所述的出气口的横截面的形状为圆形、椭圆形、或多边形。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的气体分离装置，由于包括上盖、下盖，上盖与下盖构成封闭空间，上盖上设有进气口，下盖上设有多个出气口，封闭空间起到缓冲和分压的作用，使得多个出气口的气体流速趋于均匀，因而就能够在处理腔室中得到基本均匀的气体分布。

又由于可以采用上、下盖分体的形式，也可以采用一体的形式；可以单独设置，也可以用介质窗体作为上盖，或将介质窗体内部掏空做成气体分离装置，结构简单。

本发明气体分布均匀性好，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为本发明气体分离装置具体实施例的结构示意图；

图3为气体分离装置的下盖的出气口的分布示意图；

图4为现有技术中采用喇叭口喷嘴时晶片表面压力场分布示意图；

图5为采用本发明气体分离装置时晶片表面压力场分布示意图。

具体实施方式

本发明的气体分离装置用于向反应腔室供工艺气体，设于反应腔室的介质窗体上，所述的反应腔室主要指半导体加工设备的反应腔室，也可以用于其它的腔室。

其较佳的具体实施方式如图2所示，包括上盖1、下盖2，所述的上盖1与下盖2构成封闭空间3，上盖1上设有进气口4，下盖2上设有多个出气口5。

气体分离装置可以是独立的装置，设于反应腔室的上部的介质窗体的下表面处，也可以借用介质窗体作为气体分离装置的上盖1，介质窗体与下盖2构成封闭空间；所述进气口4设于介质窗体上并与封闭空间3相通。

在这种情况下，介质窗体的下表面最好设有凹槽，所述进气口4与凹槽相通；所述的下盖2紧贴介质窗体的下表面，并使所述的凹槽形成封闭空间3。也可以不在介质窗体的下表面设有凹槽，而在下盖2上设凹槽。或采用其它的结构形式，只要在其间形成封闭空腔即可。

以上所述的上盖1与下盖2采用的是分体结构，上盖1与下盖2连接处设有密封装置，密封装置可以包括密封圈、密封胶等。

所述的气体分离装置也可以为整体结构，其间设有封闭空间3，所述的上盖1即为封闭空间的上壁，所述下盖2即为封闭空间的下壁。

这种整体结构的气体分离装置可以单独设置。也可以借用介质窗体，将介质窗体的内部掏空后，在上壁开上进气口4，下壁开上出气口5。

所述的出气口5与下盖2平面的夹角为10°～90°，并可朝向四周的任何一个方向，夹角的优选范围为20°～80°，最佳范围为30°～60°。

所述的出气口5在下盖2上可以均匀分布。根据需要，也可以使分布密度自下盖2的中心至边缘逐渐增加，也可以逐渐降低，或其他的分布方式。所述的出气口5的横截面的形状为圆形、椭圆形、或多边形，或其它需要的形状。

本发明通过设计气体分离装置的结构实现了在晶片上方很均匀的气体分布。

其实现的原理如图2所示，反应气体从进气口4、封闭空间3以及出气口5最终进入图1所示的反应腔室，然后经过屏蔽板上的小孔向下进入抽气腔室，最后从出口流出。由于封闭空间3所提供的缓冲和分压的作用使得所有的出气口5的气体流速趋于均匀，因而就能够在处理腔室中得到基本均匀的气体分布。

气体分离装置的结构改变了气体进入反应腔室内部的流动途径，改善了气体在反应腔室内部的分布均匀性，从而使得在晶片表面上各点的刻蚀速率更加相近。即使随着晶片尺寸的增大，该技术方案也能很好的控制从晶片中央到边缘的刻蚀速率和均匀性。

结构简单、气体分布均匀性好，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。

具体效果比较如图4、图5所示根据仿真计算得到的晶片表面1毫米处压力场对比图。

从图中明显可以看出，采用气体分离器后，晶片表面压力场明显比喇叭形喷嘴压力场的压差减小，数据表明，采用气体分离器后晶片表面气体压力场均匀性比采用喇叭形喷嘴时的气体流场均匀性改善了一个量级(从压力均方差为0.006改善到0.0001)。

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 (10)

1.一种气体分离装置，用于向反应腔室供工艺气体，设于反应腔室的介质窗体上，其特征在于，所述的气体分离装置包括上盖、下盖，所述的上盖与下盖构成封闭空间，上盖上设有进气口，下盖上设有多个出气口。

2.根据权利要求1所述的气体分离装置，其特征在于，  所述的上盖为介质窗体，介质窗体与下盖构成封闭空间；所述进气口设于介质窗体上并与封闭空间相通。

3.根据权利要求2所述的气体分离装置，其特征在于，所述介质窗体的下表面设有凹槽，所述进气口与凹槽相通；所述的下盖紧贴介质窗体的下表面，并使所述的凹槽形成封闭空间。

4.根据权利要求1、2或3任一项所述的气体分离装置，其特征在于，所述的上盖与下盖的连接处设有密封装置。

5.根据权利要求1所述的气体分离装置，其特征在于，所述的气体分离装置为整体结构，其间设有封闭空间，所述的上盖即为封闭空间的上壁，所述下盖即为封闭空间的下壁。

6.根据权利要求5所述的气体分离装置，其特征在于，所述的整体结构的气体分离装置为介质窗体。

7.根据权利要求1、2、3、5或6任一项所述的气体分离装置，其特征在于，所述的出气口与下盖平面的夹角为10°～90°，并可朝向四周的任何一个方向。

8.根据权利要求1、2、3、5或6任一项所述的气体分离装置，其特征在于，所述的出气口在下盖上均匀分布。

9.根据权利要求1、2、3、5或6任一项所述的气体分离装置，其特征在于，所述的出气口在下盖上的分布密度自下盖中心至边缘逐渐增加。

10.根据权利要求1、2、3、5或6任一项所述的气体分离装置，其特征在于，所述的出气口的横截面的形状为圆形、椭圆形、或多边形。

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