CN107993914A - 气体流量调节装置及其调节方法 - Google Patents

气体流量调节装置及其调节方法 Download PDF

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Abstract

一种气体流量调节装置及其调节方法，气体流量调节装置中的喷嘴包含螺纹连接的喷嘴主体和旋转螺钉，旋转螺钉上具有通气结构和贯穿气道，将旋转螺钉旋转进入喷嘴主体，直至使所有的贯穿气道都完全暴露在喷嘴主体之外，此时喷嘴处于完全开启状态，喷嘴的气体流量为最大值，将旋转螺钉旋转退出喷嘴主体，直至使所有的贯穿气道都完全被喷嘴主体遮挡，此时喷嘴处于完全关闭状态，喷嘴的气体流量为0。本发明改进了喷嘴的结构，使喷嘴具有气体流量调节功能，并且通过独立调节每个喷嘴的气体流量，实现对局部进气量的调节，从而补偿或调节刻蚀均匀性，获得了很好的效果。

Description

气体流量调节装置及其调节方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种气体流量调节装置及其调节方法。
背景技术
ICP（电感耦合等离子体Inductively Coupled Plasma）刻蚀设备上具有侧边进气装置，用于补偿或调节刻蚀均匀性。如图1所示，通常侧边进气装置设置在真空腔1内，具有总进气口2，总进气管道2的一端连接气源5，另一端连接设置在真空腔侧壁内的环形气槽3，气体从气源5通过总进气管道2进入环形气槽3，再通过均匀分布在环形气槽3上的多个喷嘴4进入真空腔1内部。为了达到良好的出气分布均匀性，一般会设置较多的喷嘴4，喷嘴数量可以采用16个、32个等。一般的喷嘴结构不具备气体流量调节功能，喷嘴中仅仅具有气体通道，气体直接经过该通道进入真空腔，一般通过位于总进气口2前端的阀门来控制流出喷嘴4的气流大小，这种控制方式只能同时控制所有喷嘴4的气流大小，而不能实现每个喷嘴4的独立气流控制，无法调节局部的进气量，也不能补偿可能的由于晶片本身缺陷导致的局部区域需要更多或更少的气流量，或补偿由其他部件造成的刻蚀不均匀性。
发明内容
本发明提供一种气体流量调节装置及其调节方法，改进了喷嘴的结构，使喷嘴具有气体流量调节功能，并且通过独立调节每个喷嘴的气体流量，实现对局部进气量的调节，从而补偿或调节刻蚀均匀性，获得了很好的效果。
为了达到上述目的，本发明提供一种气体流量调节装置，其设置在ICP刻蚀设备中的真空腔室的侧壁上，该气体流量调节装置包含一总进气管道，该总进气管道的一端连接到气源，总进气管道的另一端连接到设置在所述真空腔室侧壁的环形气槽，环形气槽上设置多个喷嘴；
所述的喷嘴包含：螺纹连接的喷嘴主体和旋转螺钉；
所述的喷嘴主体包含：
头部，其连接气槽；
尾部，其暴露在真空腔室中；
连接部，其连接头部和尾部；
通孔，其贯穿头部、连接部和尾部，该通孔与环形气槽联通；
所述的旋转螺钉包含：
螺钉头部；
螺钉主体，其一端连接螺钉头部；
至少一个贯穿气道，所述的贯穿气道设置在螺钉主体的另一端，该贯穿气道径向贯穿螺钉主体；
通气结构，其设置在螺钉头部和螺钉主体内部，并与所有的贯穿气道联通，该通气结构的长度位置起始于螺钉头部的端部，结束于距离螺钉主体的端部最近的贯穿气道处。
所述的通孔内壁具有螺纹，所述的螺钉主体的外壁具有螺纹，所述的螺钉头部的外径尺寸与喷嘴主体的头部处的通孔的内径尺寸匹配，所述的螺钉主体的外径尺寸与喷嘴主体的连接部和尾部处的通孔的外径尺寸匹配。
所述的螺钉头部的端面上具有凹槽部，该凹槽部用于配合工具实现旋转螺钉的旋转。
所述的螺钉主体的长度、以及贯穿气道设置在螺钉主体上的具体位置，需要保证当旋转螺钉完全旋转进入喷嘴主体时，所有的贯穿气道都可以完全暴露在喷嘴主体之外。
所述的喷嘴还包含：密封圈；所述的密封圈套设在螺钉主体上，当旋转螺钉旋转进入喷嘴主体时，该密封圈位于螺钉头部和喷嘴主体的头部之间，实现了螺钉头部和喷嘴主体之间的气体密封；所述的密封圈套设在连接部上，实现了环形气槽与真空腔室之间的气体密封。
本发明还提供一种ICP刻蚀设备，包含气体流量调节装置，该气体流量调节装置设置在ICP刻蚀设备中的真空腔室的侧壁上。
本发明还提供一种喷嘴，所述的喷嘴包含：螺纹连接的喷嘴主体和旋转螺钉；
所述的喷嘴主体包含：
头部，其连接气槽；
尾部，其暴露在真空腔室中；
连接部，其连接头部和尾部；
通孔，其贯穿头部、连接部和尾部，该通孔与环形气槽联通；
所述的旋转螺钉包含：
螺钉头部；
螺钉主体，其一端连接螺钉头部；
至少一个贯穿气道，所述的贯穿气道设置在螺钉主体的另一端，该贯穿气道径向贯穿螺钉主体；
通气结构，其设置在螺钉头部和螺钉主体内部，并与所有的贯穿气道联通，该通气结构使所述环形气槽和贯穿气道相联通。
所述的通孔内壁具有螺纹，所述的螺钉主体的外壁具有螺纹，所述的螺钉头部的外径尺寸与喷嘴主体的头部处的通孔的内径尺寸匹配，所述的螺钉主体的外径尺寸与喷嘴主体的连接部和尾部处的通孔的外径尺寸匹配。
所述的螺钉头部的端面上具有凹槽部，该凹槽部用于配合工具实现旋转螺钉的旋转。
所述的螺钉主体的长度、以及贯穿气道设置在螺钉主体上的具体位置，需要保证当旋转螺钉完全旋转进入喷嘴主体时，所有的贯穿气道都可以完全暴露在喷嘴主体之外。
所述的喷嘴还包含：密封圈；所述的密封圈套设在螺钉主体上，当旋转螺钉旋转进入喷嘴主体时，该密封圈位于螺钉头部和喷嘴主体的头部之间，实现了螺钉头部和喷嘴主体之间的气体密封；所述的密封圈套设在连接部上，实现了环形气槽与真空腔室之间的气体密封。
本发明还提供一种喷嘴气体流量的调节方法，包含以下步骤：
将旋转螺钉旋转进入喷嘴主体，直至使所有的贯穿气道都完全暴露在喷嘴主体之外，此时喷嘴处于完全开启状态，喷嘴的气体流量为最大值；
将旋转螺钉旋转退出喷嘴主体，直至使所有的贯穿气道都完全被喷嘴主体遮挡，此时喷嘴处于完全关闭状态，喷嘴的气体流量为0；
当喷嘴处于完全开启状态时，将旋转螺钉旋转退出喷嘴主体，在旋转退出的过程中，贯穿气道逐个被喷嘴主体遮挡，喷嘴的气体流量从最大值开始减小，直至喷嘴进入完全关闭状态，此时喷嘴的气体流量减小为0；
当喷嘴处于完全关闭状态时，将旋转螺钉旋转进入喷嘴主体，在旋转进入的过程中，贯穿气道逐个暴露在喷嘴主体之外，喷嘴的气体流量从0开始增大，直至喷嘴进入完全开启状态，此时喷嘴的气体流量增大为最大值。
本发明还提供一种气体流量调节装置的调节方法，采用喷嘴气体流量的调节方法对气体流量调节装置中的每一个喷嘴的气体流量进行独立调节，从而实现对气体流量调节装置中的局部进气量进行调节，补偿或调节刻蚀均匀性。
本发明改进了喷嘴的结构，使喷嘴具有气体流量调节功能，并且通过独立调节每个喷嘴的气体流量，实现对局部进气量的调节，从而补偿或调节刻蚀均匀性，获得了很好的效果。
附图说明
图1是背景技术中侧边进气装置的结构示意图。
图2是本发明提供的一种气体流量调节装置的结构俯视剖面图。
图3是喷嘴的结构爆炸图。
图4是喷嘴主体的剖面图。
图5是旋转螺钉的剖面图。
图6是旋转螺钉全部旋转进入喷嘴主体时的组合剖面图。
图7～图9是利用本发明提供的喷嘴进行气体流量调节的示意图。
具体实施方式
以下根据图2～图9，具体说明本发明的较佳实施例。
如图2所示，本发明提供一种气体流量调节装置，其设置在ICP刻蚀设备中的真空腔室11的侧壁上，该气体流量调节装置包含总进气管道22，该总进气管道22的一端连接气源，另一端连接设置在真空腔室侧壁的环形气槽33，环形气槽33上设置多个喷嘴44。
如图3所示，所述的喷嘴44包含：螺纹连接的喷嘴主体401和旋转螺钉402。
如图3和图4所示，在本发明的一个实施例中，所述的喷嘴主体401包含：
头部4011，其连接气槽33；
尾部4013，其暴露在真空腔室11中；
连接部4012，其连接头部4011和尾部4013；
通孔4014，其贯穿头部4011、连接部4012和尾部4013，该通孔4014与环形气槽33联通，该通孔4014内壁具有螺纹，用于连接旋转螺钉402。
如图3和图5所示，在本发明的一个实施例中，所述的旋转螺钉402包含：
螺钉头部4021，该螺钉头部4021的外径尺寸与喷嘴主体401的头部4011处的通孔4014的内径尺寸匹配，该螺钉头部4021的端面上具有凹槽部（图中未显示），该凹槽部用于配合工具实现旋转螺钉402的旋转；
螺钉主体4022，其一端连接螺钉头部4021，该螺钉主体4022的外壁具有螺纹，该螺钉主体4022的外径尺寸与喷嘴主体401的连接部4012和尾部4013处的通孔4014的外径尺寸匹配；
至少一个贯穿气道4024，所述的贯穿气道4024设置在螺钉主体4022的另一端，该贯穿气道4024径向贯穿螺钉主体4022；
通气结构4023，其设置在螺钉头部4021和螺钉主体4022内部，并与所有的贯穿气道4024联通，该通气结构4023使所述环形气槽33和贯穿气道相联通，也即是，该通气结构4023贯穿了整个螺钉头部4021，但并没有贯穿螺钉主体4022，螺钉主体4022未连接螺钉头部4021的一端是完整的，并没有被通气结构4023贯穿。
所述的螺钉主体4022的长度和贯穿气道4024设置在螺钉主体4022上的具体位置，应该能够保证当旋转螺钉402完全旋转进入喷嘴主体401时，所有的贯穿气道4024都可以完全暴露在喷嘴主体401之外。
所述的通气结构4023和贯穿气道4024用于进行气体的流通，在本发明的实施例中，所述的通气结构4023可以采用任意的贯通结构，以实现气体从螺钉头部4021到贯穿气道4024的流通，例如，可以采用圆柱通孔结构，也可以采用狭缝结构，还可以采用腰型通孔结构等等；所述的贯穿气道4024也可以采用任意的结构，以实现气体从通气结构4023到喷嘴主体401外部的流通，例如，可以采用圆柱通孔结构，也可以采用狭缝结构，还可以采用腰型通孔结构等等。
在本发明的一个实施例中，所述的旋转螺钉402和喷嘴主体401的材料采用陶瓷，或者氧化铝，或者氧化硅，所述的喷嘴44暴露在真空腔室内的部分还需要涂覆耐等离子腐蚀的氧化钇材料。
如图5和图6所示，在本发明的一个较佳实施例中，所述的喷嘴44还包含：密封圈403，其套设在螺钉主体4022上和套设在连接部4012上；当旋转螺钉402旋转进入喷嘴主体401时，密封圈403位于螺钉头部4021和喷嘴主体401的头部4011之间，密封圈403用于固定旋转螺钉相对喷嘴主体的位置，消除螺纹间隙造成的喷嘴主体和旋转螺钉之间连接的非紧固性，避免了间隙配合在气体流过时因为旋转螺钉的抖动而产生的颗粒污染，同时该密封圈403将喷嘴主体头部和尾部的气体隔开，起到了100%的气体隔绝气密作用；密封圈套设在连接部4012上，实现了环形气槽33与真空腔室11之间的气体密封。
本发明还提供了一种喷嘴气体流量的调节方法，包含以下步骤：
如图7所示，将旋转螺钉402旋转进入喷嘴主体401，直至使所有的贯穿气道4024都完全暴露在喷嘴主体401之外，此时喷嘴处于完全开启状态，喷嘴的气体流量为最大值；
如图9所示，将旋转螺钉402旋转退出喷嘴主体401，直至使所有的贯穿气道4024都完全被喷嘴主体401遮挡，此时喷嘴处于完全关闭状态，喷嘴的气体流量为0；
如图8所示，当喷嘴处于完全开启状态时，将旋转螺钉402旋转退出喷嘴主体401，在旋转退出的过程中，贯穿气道4024逐个被喷嘴主体401遮挡，喷嘴的气体流量从最大值开始减小，直至喷嘴进入完全关闭状态，此时喷嘴的气体流量减小为0；
当喷嘴处于完全关闭状态时，将旋转螺钉402旋转进入喷嘴主体401，在旋转进入的过程中，贯穿气道4024逐个暴露在喷嘴主体401之外，喷嘴的气体流量从0开始增大，直至喷嘴进入完全开启状态，此时喷嘴的气体流量增大为最大值。
在本实施例中，利用工具嵌入螺钉头部4021的凹槽部来实现旋转螺钉402的旋转。
本发明还提供一种气体流量调节装置的调节方法，包含以下步骤：
采用喷嘴气体流量的调节方法对气体流量调节装置中的每一个喷嘴的气体流量进行独立调节，从而实现对气体流量调节装置中的局部进气量进行调节，补偿或调节刻蚀均匀性。
本发明改进了喷嘴的结构，使喷嘴具有气体流量调节功能，并且通过独立调节每个喷嘴的气体流量，实现对局部进气量的调节，从而补偿或调节刻蚀均匀性，获得了很好的效果。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (13)

1.一种气体流量调节装置，其设置在ICP刻蚀设备中的真空腔室的侧壁上，其特征在于，该气体流量调节装置包含一总进气管道（22），该总进气管道（22）的一端连接到气源，总进气管道（22）的另一端连接到设置在所述真空腔室侧壁的环形气槽（33），气槽（33）上设置多个喷嘴（44）；
所述的喷嘴（44）包含：螺纹连接的喷嘴主体（401）和旋转螺钉（402）；
所述的喷嘴主体（401）包含：
头部（4011），其连接气槽（33）；
尾部（4013），其暴露在真空腔室（11）中；
连接部（4012），其连接头部（4011）和尾部（4013）；
通孔（4014），其贯穿头部（4011）、连接部（4012）和尾部（4013），该通孔（4014）与环形气槽（33）联通；
所述的旋转螺钉（402）包含：
螺钉头部（4021）；
螺钉主体（4022），其一端连接螺钉头部（4021）；
至少一个贯穿气道（4024），所述的贯穿气道（4024）设置在螺钉主体（4022）的另一端，该贯穿气道（4024）径向贯穿螺钉主体（4022）；
通气结构（4023），其设置在螺钉头部（4021）和螺钉主体（4022）内部，并与所有的贯穿气道（4024）联通，该通气结构（4023）使所述环形气槽（33）和贯穿气道相联通。
2.如权利要求1所述的气体流量调节装置，其特征在于，所述的通孔（4014）内壁具有螺纹，所述的螺钉主体（4022）的外壁具有螺纹，所述的螺钉头部（4021）的外径尺寸与喷嘴主体（401）的头部（4011）处的通孔（4014）的内径尺寸匹配，所述的螺钉主体（4022）的外径尺寸与喷嘴主体（401）的连接部（4012）和尾部（4013）处的通孔（4014）的外径尺寸匹配。
3.如权利要求1所述的气体流量调节装置，其特征在于，所述的螺钉头部（4021）的端面上具有凹槽部，该凹槽部用于配合工具实现旋转螺钉（402）的旋转。
4.如权利要求1所述的气体流量调节装置，其特征在于，所述的螺钉主体（4022）的长度、以及贯穿气道（4024）设置在螺钉主体（4022）上的具体位置，需要保证当旋转螺钉（402）完全旋转进入喷嘴主体（401）时，所有的贯穿气道（4024）都可以完全暴露在喷嘴主体（401）之外。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的气体流量调节装置，其特征在于，所述的喷嘴（44）还包含：密封圈（403）；
所述的密封圈（403）套设在螺钉主体（4022）上，当旋转螺钉（402）旋转进入喷嘴主体（401）时，该密封圈（403）位于螺钉头部（4021）和喷嘴主体（401）的头部（4011）之间，实现了螺钉头部（4021）和喷嘴主体（401）之间的气体密封；
所述的密封圈（403）套设在连接部（4012）上，实现了环形气槽（33）与真空腔室（11）之间的气体密封。
6.一种ICP刻蚀设备，其特征在于，包含如权利要求5所述的气体流量调节装置，该气体流量调节装置设置在ICP刻蚀设备中的真空腔室的侧壁上。
7.一种喷嘴，其特征在于，所述的喷嘴包含：螺纹连接的喷嘴主体（401）和旋转螺钉（402）；
所述的喷嘴主体（401）包含：
头部（4011），其连接气槽（33）；
尾部（4013），其暴露在真空腔室（11）中；
连接部（4012），其连接头部（4011）和尾部（4013）；
通孔（4014），其贯穿头部（4011）、连接部（4012）和尾部（4013），该通孔（4014）与环形气槽（33）联通；
所述的旋转螺钉（402）包含：
螺钉头部（4021）；
螺钉主体（4022），其一端连接螺钉头部（4021）；
至少一个贯穿气道（4024），所述的贯穿气道（4024）设置在螺钉主体（4022）的另一端，该贯穿气道（4024）径向贯穿螺钉主体（4022）；
通气结构（4023），其设置在螺钉头部（4021）和螺钉主体（4022）内部，并与所有的贯穿气道（4024）联通，该通气结构（4023）的长度位置起始于螺钉头部（4021）的端部，结束于距离螺钉主体（4022）的端部最近的贯穿气道（4024）处。
8.如权利要求7所述的喷嘴，其特征在于，所述的通孔（4014）内壁具有螺纹，所述的螺钉主体（4022）的外壁具有螺纹，所述的螺钉头部（4021）的外径尺寸与喷嘴主体（401）的头部（4011）处的通孔（4014）的内径尺寸匹配，所述的螺钉主体（4022）的外径尺寸与喷嘴主体（401）的连接部（4012）和尾部（4013）处的通孔（4014）的外径尺寸匹配。
9.如权利要求7所述的喷嘴，其特征在于，所述的螺钉头部（4021）的端面上具有凹槽部，该凹槽部用于配合工具实现旋转螺钉（402）的旋转。
10.如权利要求7所述的喷嘴，其特征在于，所述的螺钉主体（4022）的长度、以及贯穿气道（4024）设置在螺钉主体（4022）上的具体位置，需要保证当旋转螺钉（402）完全旋转进入喷嘴主体（401）时，所有的贯穿气道（4024）都可以完全暴露在喷嘴主体（401）之外。
11.如权利要求7-10中任意一项所述的喷嘴，其特征在于，所述的喷嘴还包含：密封圈（403）；
所述的密封圈（403）套设在螺钉主体（4022）上，当旋转螺钉（402）旋转进入喷嘴主体（401）时，该密封圈（403）位于螺钉头部（4021）和喷嘴主体（401）的头部（4011）之间，实现了螺钉头部（4021）和喷嘴主体（401）之间的气体密封；
所述的密封圈（403）套设在连接部（4012）上，实现了环形气槽（33）与真空腔室（11）之间的气体密封。
12.一种对如权利要求11所述的喷嘴的气体流量进行调节的方法，其特征在于，包含以下步骤：
将旋转螺钉（402）旋转进入喷嘴主体（401），直至使所有的贯穿气道（4024）都完全暴露在喷嘴主体（401）之外，此时喷嘴处于完全开启状态，喷嘴的气体流量为最大值；
将旋转螺钉（402）旋转退出喷嘴主体（401），直至使所有的贯穿气道（4024）都完全被喷嘴主体（401）遮挡，此时喷嘴处于完全关闭状态，喷嘴的气体流量为0；
当喷嘴处于完全开启状态时，将旋转螺钉（402）旋转退出喷嘴主体（401），在旋转退出的过程中，贯穿气道（4024）逐个被喷嘴主体（401）遮挡，喷嘴的气体流量从最大值开始减小，直至喷嘴进入完全关闭状态，此时喷嘴的气体流量减小为0；
当喷嘴处于完全关闭状态时，将旋转螺钉（402）旋转进入喷嘴主体（401），在旋转进入的过程中，贯穿气道（4024）逐个暴露在喷嘴主体（401）之外，喷嘴的气体流量从0开始增大，直至喷嘴进入完全开启状态，此时喷嘴的气体流量增大为最大值。
13.一种气体流量调节装置的调节方法，其特征在于，采用如权利要求12所述的喷嘴气体流量的调节方法对气体流量调节装置中的每一个喷嘴的气体流量进行独立调节，从而实现对气体流量调节装置中的局部进气量进行调节，补偿或调节刻蚀均匀性。
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