CN101195112A - 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，包括喷嘴，喷嘴设置在反应腔室的上盖板的安装孔中，包括固定部分和转动部分，转动部分与固定部分活动连接，可绕固定部分的轴线自由旋转，转动部分内部设有空腔，空腔与固定部分的气体通道相通，且空腔的壁上设有出气孔，空腔的内部设有多个叶片；气体可依次通过气体通道、空腔、出气孔进入反应腔室，在气流的作用下，叶片驱动转动部分旋转。气体是在喷嘴旋转状态下供给反应腔室的，使得反应腔室内的晶片上方中央与周围气体分布均匀。尤其适用于半导体晶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，尤其涉及一种向半导体晶片加工腔室供气的装置。
背景技术
随着半导体晶片集成电路的发展，电感耦合等离子体装置(ICP)被广泛应用于半导体晶片刻蚀等工艺中，电感耦合等离子体装置(ICP)属于干法刻蚀(Dry Etching)设备或化学气相沉积(CVD)设备，其工作原理是：在低压下，反应气体在射频功率的激发下，产生电离形成等离子体，等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔室中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团。活性反应基团和被刻蚀物质表面形成化学反应并形成挥发性的反应生成物。反应生成物脱离被刻蚀物质表面，并被真空系统抽出腔体。
如图1所示，是目前常用的一种电感耦合等离子体(ICP)设备结构。工艺气体通过管路由固定在石英盖板1上的喷嘴2进入反应腔室3，在施加了射频电源的线圈4的激发下，工艺气体电离成等离子体(Plasma)5，等离子体在偏压的驱动下，对吸附在静电卡盘(ESC)6上的晶片(Wafer)7进行沉积刻蚀，刻蚀后的生成物通过分子泵(Turbo Pump)8抽走。
气体通过喷嘴进入反应腔室后的非均匀性，将导致整个晶片表面的刻蚀速率及刻蚀均匀性都有很大的变化，从而影响芯片生产的良品率。目前，随着晶片的尺寸从200mm增加到300mm，相应反应腔室的体积随之增大，为反应腔室提供更加均匀的气体分布更加困难。
图2是现有技术中的一种进气喷嘴形式，这种喷嘴结构简单，只在喷嘴底部中央有一出气孔。该方案会使反应气体在晶片表面中央到周围的分布不一致，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，最终导致中央与周围刻蚀速率的不均匀性。
图3是现有技术中的另一种喷嘴形式，除了在喷嘴底部中央有一出气孔，还在它的四周增加了一定角度的斜出气孔。该方案还是不能有效解决晶片中央与周围反应气体分布不均匀状况，且反应气体在晶片的同一直径的圆周方向上的分布也存在不均匀状况。
发明内容
本发明的目的是提供一种气体分布均匀的气体注射装置。
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，用于向反应腔室供气，包括喷嘴，所述反应腔室上设有安装孔，所述喷嘴设置在安装孔中，所述的喷嘴包括固定部分和转动部分，
所述固定部分设置在安装孔中，固定部分的内部设有进气通道；
所述转动部分与固定部分活动连接，可绕固定部分的轴线自由旋转，转动部分设有出气孔；
所述进气通道通过出气孔与反应腔室相通。
所述的转动部分内部设有空腔，空腔与所述气体通道相通，且空腔的壁上设有出气孔，空腔的内部设有至少一个叶片；
气体可依次通过气体通道、空腔、出气孔进入反应腔室，在气流的作用下，叶片驱动所述转动部分旋转。
所述的叶片有3～8个，所述的叶片与垂直于喷嘴轴线的平面的夹角为30～60°。
所述的转动部分包括上盖和下盖，上盖与下盖固定连接，其间形成空腔；
所述上盖与所述固定部分之间设有轴承；
所述出气孔设于下盖的壁上。
所述的上盖与下盖通过螺钉连接或粘合剂粘接。
所述的转动部分的下底面为半圆形；
所述出气孔有5～33个，分布在半圆形底面上，包括中央出气孔和旁侧出气孔，所述中央出气孔设置在喷嘴的轴线处，所述旁侧出气孔分布在中央出气孔周围。
所述中央出气孔的轴线方向与喷嘴的轴线方向相同；
所述旁侧出气孔的轴线方向与喷嘴的轴线方向呈需要的夹角，所述夹角的角度大小按照旁侧出气孔距喷嘴的轴线的距离，由近而远逐渐加大，其中距喷嘴的轴线最远的旁侧出气孔的轴线方向与喷嘴的轴线方向的夹角为20～45°。
所述的转动部分的下底面为平面。
所述的出气孔接近反应腔室的部分为外大内小的锥形孔，其锥面与出气孔轴线的夹角为30～60°。
所述安装孔的上部直径大于下部直径，相应的所述固定部分的上部直径大于下部直径，安装孔的上部与下部形成的台阶与固定部分之间设有密封装置。
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，由于喷嘴包括固定部分和转动部分，转动部分与固定部分活动连接，可绕固定部分的轴线自由旋转，气体是在喷嘴旋转状态下供给反应腔室的，使得反应腔室内的晶片上方中央与周围气体分布及同一直径的圆周方向上的分布上更加均匀。
又由于转动部分内部设有空腔，空腔的内部设有叶片，气体可依次通过气体通道、空腔、出气孔进入反应腔室，在气流的作用下，叶片驱动转动部分旋转。一方面省略了喷嘴旋转需要的外部动力，简化了结构；另一方面，空腔对气体有稳流和缓冲的作用，进一步增加了气体分布的均匀性。
本发明尤其适用于半导体晶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为现有技术中的半导体刻蚀设备的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喷嘴的结构示意图；
图4为本发明的气体注射装置具体实施例一的喷嘴的安装状态示意图；
图5为本发明的气体注射装置具体实施例一的喷嘴的结构示意图；
图6为本发明的气体注射装置具体实施例一的喷嘴的转动部分的结构示意图；
图7为本发明的气体注射装置具体实施例二的喷嘴的结构示意图。
具体实施方式
本发明的气体注射装置，用于向反应腔室供气，这里的反应腔室主要指半导体晶片加工设备的反应腔室，也可以是其它的腔室。
其较佳的具体实施例一，如图4所示，包括喷嘴2，所述反应腔室上设有安装孔，喷嘴2设置在安装孔中，反应腔室上一般设有上盖板1，安装孔可设在上盖板1上，安装孔也可以开设在反应腔室的其它的腔壁上。
如图5所示，所述的喷嘴2包括固定部分11和转动部分，固定部分11可设置在安装孔中。具体的安装方式可以是，将安装孔的设计成上部直径大于下部直径的形式，相应的固定部分11的上部直径大于下部直径，安装孔与喷嘴的固定部分11形成相配合的台阶，上下台阶之间设有密封装置。也可以采用其它的安装方式。
上述的密封装置可以是，在固定部分11的上下两部分直接的台阶上设置密封槽12，在安装孔的台阶的相应的位置上也设置密封槽。
如图4所示，喷嘴2与上盖板1安装时，在相对应的密封槽处设置密封圈9，起到密封作用。当然也有采用其它的密封形式。
再如图5所示，固定部分11的内部设有进气通道10。所述转动部分与固定部分11活动连接，可绕固定部分11的轴线自由旋转，转动部分设有出气孔；所述进气通道10通过出气孔与反应腔室相通。
所述的转动部分内部设有空腔，空腔与所述气体通道10相通，且空腔的壁上设有出气孔，转动部分可以设计成包括上盖13和下盖16的结构，上盖13与下盖16固定连接，其间形成空腔，所述出气孔设于下盖16的壁上。
所述的上盖13与下盖16可以通过螺钉14连接，也可以通过粘合剂粘接或其它的连接方式固定连接。
所述上盖13与所述固定部分11之间设有轴承15，此时可在固定部分11的下端设计一个凸缘，以便于与上盖13之间活动连接。
转动部分的空腔的内部设有至少一个叶片17。气体可依次通过气体通道11、空腔、出气孔进入反应腔室，在气流的作用下，叶片17驱动所述转动部分旋转。
所述的叶片17最好有3～8个，可以是3、4、6、8个等优选数量，也可以是其它的个数。
如图6所示，叶片17与垂直于喷嘴轴线的平面呈夹角α，夹角α最好为30～60°，可以是30、40、50、60°等优选角度，根据需要也可以是其它的角度。
所述的转动部分的下底面为半圆形，可以将下盖16的下壁设计成半圆形。
此时，所述出气孔最好有5～33个，可以有5、10、15、20、28、33个等优选数量，也可以是其它的数量，均匀分布在半圆形底面上，包括中央出气孔19和旁侧出气孔18，所述中央出气孔19设置在喷嘴的轴线处，所述旁侧出气孔18分布在中央出气孔19周围。
其中，中央出气孔19的轴线方向与喷嘴的轴线方向相同；旁侧出气孔18的轴线方向与喷嘴的轴线方向呈需要的夹角β，所述夹角β的角度大小按照旁侧出气孔距喷嘴的轴线的距离，由近而远逐渐加大，其中距喷嘴的轴线最远的旁侧出气孔的轴线方向与喷嘴的轴线方向的夹角β最好为20～45°，可以是20、25、30、35、40、45°等优选角度，也可以是其它的角度。
所述的出气孔接近反应腔室的部分为外大内小的锥形孔20，其锥面与出气孔轴线的夹角γ最好为30～60°，可以是30、40、50、60°等优选角度，根据需要也可以是其它的角度。
上述转动部分的下底面不限于半圆形，根据需要也可以是其它的形状。
具体实施例二，如图7所示，所述的转动部分的下底面为平面。
本发明在具体应用中，反应气体由固定部分的进气通道进入，驱动叶片带动转动部分旋转，之后由中央及旁侧出气孔流出，由于气体是在喷嘴旋转状态下供给反应腔室内的晶片上方的，使得晶片上方中央与周围气体分布及同一直径的圆周方向上的分布更加均匀，从而得到满意的刻蚀效果。尤其适用于半导体晶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 (10)
1.一种气体注射装置，用于向反应腔室供气，包括喷嘴，所述反应腔室上设有安装孔，所述喷嘴设置在安装孔中，其特征在于，所述的喷嘴包括固定部分和转动部分，
所述固定部分设置在安装孔中，固定部分的内部设有进气通道；
所述转动部分与固定部分活动连接，可绕固定部分的轴线自由旋转，转动部分设有出气孔；
所述进气通道通过出气孔与反应腔室相通。
2.根据权利要求1所述的气体注射装置，其特征在于，所述的转动部分内部设有空腔，空腔与所述气体通道相通，且空腔的壁上设有出气孔，空腔的内部设有至少一个叶片；
气体可依次通过气体通道、空腔、出气孔进入反应腔室，在气流的作用下，叶片驱动所述转动部分旋转。
3.根据权利要求2所述的气体注射装置，其特征在于，所述的叶片有3～8个，所述的叶片与垂直于喷嘴轴线的平面的夹角为30～60°。
4.根据权利要求2所述的气体注射装置，其特征在于，所述的转动部分包括上盖和下盖，上盖与下盖固定连接，其间形成空腔；
所述上盖与所述固定部分之间设有轴承；
所述出气孔设于下盖的壁上。
5.根据权利要求4所述的气体注射装置，其特征在于，所述的上盖与下盖通过螺钉连接或粘合剂粘接。
6.根据权利要求1或2所述的气体注射装置，其特征在于，所述的转动部分的下底面为半圆形；
所述出气孔有5～33个，分布在半圆形底面上，包括中央出气孔和旁侧出气孔，所述中央出气孔设置在喷嘴的轴线处，所述旁侧出气孔分布在中央出气孔周围。
7.根据权利要求6所述的气体注射装置，其特征在于，所述中央出气孔的轴线方向与喷嘴的轴线方向相同；
所述旁侧出气孔的轴线方向与喷嘴的轴线方向呈需要的夹角，所述夹角的角度大小按照旁侧出气孔距喷嘴的轴线的距离，由近而远逐渐加大，其中距喷嘴的轴线最远的旁侧出气孔的轴线方向与喷嘴的轴线方向的夹角为20～45°。
8.根据权利要求1或2所述的气体注射装置，其特征在于，所述的转动部分的下底面为平面。
9.根据权利要求1或2所述的气体注射装置，其特征在于，所述的出气孔接近反应腔室的部分为外大内小的锥形孔，其锥面与出气孔轴线的夹角为30～60°。
10.根据权利要求1所述的气体注射装置，其特征在于，所述安装孔的上部直径大于下部直径，相应的所述固定部分的上部直径大于下部直径，安装孔的上部与下部形成的台阶与固定部分之间设有密封装置。
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