CN104651838B - 一种进气装置及反应腔室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种进气装置及反应腔室，进气装置设置于反应腔室的顶部，其包括进气喷嘴和石英盖；其中，进气喷嘴包括进气通道和喷淋板；进气通道的下端与喷淋板垂直连接；喷淋板上设置有多个通气孔，进气通道下端与所述通气孔连通；进气通道从石英盖的下方插入固定在石英盖上，使喷淋板与石英盖之间形成匀流层；进气通道下端设有缓冲通气孔，缓冲通气孔与匀流层连通，使部分工艺气体通过进气通道进入匀流层，然后通过喷淋板上的通气孔进入反应腔室。上述进气装置可以使反应腔室内工艺气体分布的均匀性提高，从而可以在工艺过程中提高工艺的均匀性；同时，还可以使石英盖具有较高的结构强度；并使其对石英盖上方的结构布局的限制减小。

Description

一种进气装置及反应腔室

技术领域

本发明涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种进气装置及反应腔室。

背景技术

等离子体加工设备主要用于对被加工工件的刻蚀等工艺。其具体过程是：在工艺过程中，向反应腔室内通入工艺气体，并将工艺气体激发为等离子体；而后使上述等离子体中的离子轰击被加工工件或与被加工工件发生化学反应，从而完成对被加工工件的刻蚀。

图1为现有的等离子体加工设备的反应腔室的结构示意图。请参看图1，反应腔室包括侧壁1、底壁2和石英盖4，其中，石英盖4上设置有进气孔5，在工艺过程中，通过进气孔5可以向反应腔室内通入工艺气体；石英盖4的具体结构如图2所示，其上设置的进气孔5的数量为多个，并且上述多个进气孔5在石英盖4上均匀分布；这样设置可以使不同的进气孔5分别向反应腔室内部的不同区域通入工艺气体，从而使工艺气体在反应腔室内的各个区域的分布密度均匀。

上述反应腔室在实际应用中不可避免地存在下述问题，即：为使工艺气体在反应腔室内的分布密度均匀，石英盖4上需要设置很多进气孔5，这样使得石英盖4具有较为复杂的进气结构，并使石英盖4的结构强度降低；同时，由于多个进气孔5在石英盖4上均匀分布，这使得在将等离子体加工设备的其他部件设置在石英盖4上方时会受到进气孔5的很大影响，甚至由于没有足够的空间而无法设置在石英盖4上方，从而限制了石英盖4上部的结构布局。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种进气装置及反应腔室，其可以向反应腔室内的各区域通入均匀的工艺气体，从而使反应腔室内的气体分布均匀；并且，上述进气装置仅具有一个贯穿石英盖的进气通道，使其对石英盖的结构强度和石英盖上方的结构布局不产生明显影响。

为实现本发明的目的而提供一种进气装置，其设置于反应腔室的顶部，其包括进气喷嘴和石英盖；其中，所述进气喷嘴包括进气通道和喷淋板；所述进气通道的下端与所述喷淋板垂直连接；所述喷淋板上设置有多个通气孔，所述进气通道下端与所述通气孔连通；所述进气通道从所述石英盖的下方插入固定在石英盖上，使所述喷淋板与所述石英盖之间形成匀流层；所述进气通道下端设有缓冲通气孔，所述缓冲通气孔与所述匀流层连通，使部分工艺气体通过所述进气通道进入所述匀流层，然后通过所述喷淋板上的通气孔进入反应腔室。

其中，所述缓冲通气孔与所述匀流层连通于所述匀流层的中心位置。

其中，在所述缓冲通气孔与所述匀流层的连通处，所述缓冲通气孔的孔径小于所述匀流层上表面与下表面之间的距离。

其中，所述缓冲通气孔的数量为多个，所述多个缓冲通气孔沿所述进气通道的径向在所述进气通道的侧壁上均匀设置。

其中，所述缓冲通气孔为圆柱形、多棱柱形或圆台形。

其中，所述多个通气孔与所述匀流层连通的一端在所述匀流层的下表面上均匀设置。

其中，所述多个通气孔设置在以所述匀流层下表面中心为圆心的多个同心圆上，且所述多个通气孔在圆的周向上均匀设置。

其中，沿所述匀流层的径向，位于外侧的通气孔的孔径大于位于内侧的通气孔的孔径。

其中，所述石英盖下壁上设有凹槽，所述喷淋板置于所述凹槽内，且使所述喷淋板的下壁与所述石英盖的下壁处于同一平面上。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种反应腔室，其包括进气装置，所述进气装置用于向所述反应腔室内通入工艺气体，其中，所述进气装置采用本发明提供的上述进气装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的进气装置，在其向反应腔室内通入工艺气体的过程中，部分或全部工艺气体从其进气通道进入匀流层内，并扩散至整个匀流层，这使工艺气体的流速降低，并使工艺气体在匀流层内分布的均匀性提高；从而使从匀流层流入反应腔室内的工艺气体较为均匀，并使反应腔室内工艺气体分布的均匀性相应提高，进而可以在工艺过程中提高工艺的均匀性；同时，本发明提供的进气装置，其仅具有一个贯穿石英盖的进气通道，这使石英盖上无需设置较多的通孔，从而保证石英盖具有较高的结构强度；并且，本发明提供的进气装置仅具有一个进气通道，还可以使其对石英盖上方的结构布局的限制减小，从而使石英盖上方具有足够空间用来设置相应的设备。

本发明提供的反应腔室，其采用本发明提供的上述进气装置，可以使通入反应腔室内的工艺气体较为均匀，从而提高反应腔室内工艺气体分布的均匀性，进而可以在工艺过程中提高工艺的均匀性；同时，上述进气装置仅具有一个贯穿石英盖的进气通道，这使石英盖上无需设置较多的通孔，从而保证石英盖具有较高的结构强度；并且，上述进气装置仅具有一个进气通道，还可以使其对石英盖上方的结构布局的限制减小，从而使石英盖上方具有足够空间用来设置相应的设备。

附图说明

图1现有的等离子体加工设备的反应腔室的结构示意图；

图2为图1所示反应腔室的石英盖的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的进气装置的结构示意图；

图4为图3所示进气装置中通气孔的分布示意图；以及

图5为图3所示进气装置中石英盖的示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的进气装置及反应腔室进行详细描述。

图3为本发明实施例提供的进气装置的结构示意图。请参看图3，进气装置设置于反应腔室的顶部，其包括进气喷嘴和石英盖10；其中，进气喷嘴包括进气通道20和喷淋板30。具体地，喷淋板30的上壁与石英盖10的下壁相接触，且喷淋板30与石英盖10之间形成匀流层31。喷淋板30上还设置有多个通气孔32，该多个通气孔32的一端与反应腔室内部连通，另一端与匀流层31连通。

进气通道20贯穿石英盖10，且其下端与喷淋板30垂直连接；进气通道20的下端还设有缓冲通气孔33，缓冲通气孔33与匀流层31连通。

在本实施例中，进气装置还包括密封件34，其设于喷淋板30的上壁和石英盖10的下壁之间，用于在喷淋板30的上壁和石英盖10的下壁之间将匀流层31密封，使匀流层31仅与缓冲通气孔33和通气孔32连通。

在工艺过程中，工艺气体从反应腔室外部经由进气通道20进入到匀流层31中，而后，通过连通匀流层31和通气孔32进入到反应腔室内部。在上述过程中，工艺气体进入匀流层31后，其扩散至整个匀流层31，同时，其流速降低，并在匀流层31内较为均匀地分布，从而，从匀流层31通入反应腔室内的工艺气体较为均匀。在实际应用中，将进气装置设置在反应腔室内的被加工工件的上方，并使匀流层31与被加工工件在竖直方向上相对应，在此情况下，从匀流层31流入反应腔室内的工艺气体在被加工工件表面均匀地分布，从而在反应腔室处理被加工工件的工艺过程中，可以提高工艺的均匀性。

在本实施例中，缓冲通气孔33与匀流层31连通于匀流层31的中心位置，这样可以使进气通道20中的工艺气体从匀流层31的中心位置向四周的边缘区域扩散，这样的扩散方式可以使匀流层31内的工艺气体的整体均匀性更高。

在本实施例中，多个通气孔32与匀流层31连通的一端在匀流层31的下表面上均匀设置；具体地，如图4所示，多个通气孔32设置在以匀流层31下表面中心为圆心的多个同心圆上，且通气孔32在圆的周向上均匀设置；这样设置可以使进气装置向反应腔室内各个区域均匀地通入工艺气体，从而提高反应腔室内工艺气体分布的均匀性。

进一步地，沿匀流层31的径向，位于外侧的通气孔32的孔径大于位于内侧的通气孔32的孔径。由于在本实施例中，进气通道20中的工艺气体从匀流层31的中心位置向其边缘区域扩散，容易理解，在匀流层31中，中心位置的工艺气体密度会略大于边缘区域的工艺气体密度；因此，上述设置可以使单位时间内通过匀流层31的边缘区域的进气通孔32通入到反应腔室内的工艺气体的体积流量更大，从而在匀流层31边缘区域的工艺气体密度略小的情况下，使反应腔室内各个区域的工艺气体较为均匀。

在本实施例中，如图5所示，石英盖10的下壁上设有凹槽11，该凹槽11用于将喷淋板30置于其内，并使喷淋板30的下壁和石英盖10的下壁处于同一平面上。这样可以减小石英盖10对反应腔室内部工艺气体分布的影响，并满足反应腔室内部工艺环境的要求。

在本实施例中，进气通道20通过设于其下端的缓冲通气孔33与匀流层31连通；这样在工艺气体从进气通道20进入到缓冲通气孔33时，可以降低工艺气体的流速，并使工艺气体在缓冲通气孔33内的均匀性提高。进一步地，在缓冲通气孔33与匀流层31的连通处，缓冲通气孔33的孔径小于匀流层31上表面与下表面之间的距离；这样可以使工艺气体从缓冲通气孔33进入匀流层31时产生扩散，从而进一步降低工艺气体的流速，以及提高工艺气体在匀流层31内的均匀性。

优选地，在本实施例中，缓冲通气孔33为圆柱形、多棱柱形、圆台形或其他形状；并且，缓冲进气孔33的数量为多个，该多个缓冲进气孔33沿进气通道20的径向在进气通道20的侧壁上均匀设置。

综上所述，本实施例提供的进气装置，在其向反应腔室内通入工艺气体的过程中，工艺气体从其进气通道20进入匀流层31内，并扩散至整个匀流层31，这使工艺气体的流速降低，并使工艺气体在匀流层31内分布的均匀性提高；从而使从匀流层31流入反应腔室内的工艺气体较为均匀，并使反应腔室内工艺气体分布的均匀性相应提高，进而可以在工艺过程中提高工艺的均匀性；同时，本实施例提供的进气装置，其仅具有一个贯穿石英盖10的进气通道20，这使石英盖10上无需设置较多的通孔，从而保证石英盖10具有较高的结构强度，并且，本实施例提供的进气装置仅具有一个进气通道20，还可以使其对石英盖10上方的结构布局的限制减小，从而使石英盖10上方具有足够空间用来设置相应的设备。

需要说明的是，在本实施例中，进气通道20与匀流层31连通于匀流层31的中心位置，但本发明并不限于此，在实际应用中，还可以设置进气通道20与匀流层31连通于匀流层31的非中心位置；这样使进气通道20中的工艺气体从匀流层31的非中心位置处向匀流层31的其他区域扩散，在此情况下，可以通过设置与匀流层31的不同区域连通的缓冲通气孔33的大小、数量使匀流层31内的工艺气体具有更高的整体均匀性。

还需要说明的是，在本实施例中，多个通气孔32的两端均分别与匀流层31和反应腔室内部连通，但本发明并不限于此，在实际应用中，还可以使部分通气孔32的两端分别与进气通道20和反应腔室内部连通，从而在进气装置向反应腔室内部通入工艺气体的过程中，进气通道20内的工艺气体可以分成两部分分别通入反应腔室内部：其中一部分通过与进气通道20连通的通气孔32直接通入反应腔室内部；另一部分工艺气体则经缓冲通气孔33进入到匀流层31内，而后通过与匀流层31连通的通气孔32通入反应腔室内部。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种反应腔室，其包括进气装置，该进气装置用于向反应腔室内通入工艺气体，并且，上述进气装置采用本发明上述实施例提供的进气装置。

本实施例提供的反应腔室，其采用本发明上述实施例提供的进气装置，可以使通入反应腔室内的工艺气体较为均匀，从而提高反应腔室内工艺气体分布的均匀性，进而可以在工艺过程中提高工艺的均匀性；同时，上述进气装置仅具有一个贯穿石英盖的进气通道，这使石英盖上无需设置较多的通孔，从而保证石英盖具有较高的结构强度；并且，上述进气装置仅具有一个进气通道，还可以使其对石英盖上方的结构布局的限制减小，从而使石英盖上方具有足够空间用来设置相应的设备。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种进气装置，设置于反应腔室的顶部，其特征在于，所述进气装置包括进气喷嘴和石英盖；其中，所述进气喷嘴包括进气通道和喷淋板；

所述进气通道的下端与所述喷淋板垂直连接；所述喷淋板上设置有多个通气孔，所述进气通道下端与所述通气孔连通；

所述进气通道从所述石英盖的下方插入固定在石英盖上，使所述喷淋板与所述石英盖之间形成匀流层；

所述进气通道下端设有缓冲通气孔，所述缓冲通气孔与所述匀流层连通，使部分工艺气体通过所述进气通道进入所述匀流层，然后通过所述喷淋板上的通气孔进入反应腔室；

所述匀流层仅与缓冲通气孔和通气孔连通。

2.根据权利要求1所述的进气装置，其特征在于，所述缓冲通气孔与所述匀流层连通于所述匀流层的中心位置。

3.根据权利要求1所述的进气装置，其特征在于，在所述缓冲通气孔与所述匀流层的连通处，所述缓冲通气孔的孔径小于所述匀流层上表面与下表面之间的距离。

4.根据权利要求1所述的进气装置，其特征在于，所述缓冲通气孔的数量为多个，所述多个缓冲通气孔沿所述进气通道的径向在所述进气通道的侧壁上均匀设置。

5.根据权利要求1所述的进气装置，其特征在于，所述缓冲通气孔为圆柱形、多棱柱形或圆台形。

6.根据权利要求1所述的进气装置，其特征在于，所述多个通气孔与所述匀流层连通的一端在所述匀流层的下表面上均匀设置。

7.根据权利要求6所述的进气装置，其特征在于，所述多个通气孔设置在以所述匀流层下表面中心为圆心的多个同心圆上，且所述多个通气孔在圆的周向上均匀设置。

8.根据权利要求7所述的进气装置，其特征在于，沿所述匀流层的径向，位于外侧的通气孔的孔径大于位于内侧的通气孔的孔径。

9.根据权利要求1所述的进气装置，其特征在于，所述石英盖下壁上设有凹槽，所述喷淋板置于所述凹槽内，且使所述喷淋板的下壁与所述石英盖的下壁处于同一平面上。

10.一种反应腔室，包括进气装置，所述进气装置用于向所述反应腔室内通入工艺气体，其特征在于，所述进气装置采用权利要求1-9任意一项所述的进气装置。