CN110634723B - 一种耐腐蚀的气体混合装置及等离子体处理设备 - Google Patents

一种耐腐蚀的气体混合装置及等离子体处理设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀的气体混合装置及等离子体处理设备,该气体混合装置包括:支撑挡板、第一气体挡板、第二气体挡板及安装基板;所述支撑挡板上设置有至少一个第一气体进气孔及至少一个第二气体进气孔;所述第一气体挡板上设置有第一混合通道及至少一个第一混合气体出气孔;所述第二气体挡板上设置有第二混合通道及至少一个第二混合气体出气孔;所述安装基板上设置有至少一个第三混合气体出气孔;所述第一气体进气孔、第二气体进气孔和第三混合气体出气孔的内壁、支撑挡板的底面及安装基板的顶面设置有氧化钇涂层;所述第一气体挡板和第二气体挡板的材质为抗腐蚀塑料。本发明比目前在铝材表面做阳极氧化层的方式更抗腐蚀,且节省成本。

Description

一种耐腐蚀的气体混合装置及等离子体处理设备
技术领域
本发明涉及一种混合不同气体的装置,具体涉及一种耐腐蚀的气体混合装置及等离子体处理设备。
背景技术
在等离子体刻蚀过程中,反应气体需要先经过气体混合装置混合后再通过气体喷淋头进入反应室。现有的用于等离子体处理设备的气体混合装置的材质为铝材,当反应气体中包括腐蚀性气体(比如Cl2和HBr)时,为了避免腐蚀性气体对铝材的腐蚀,目前通常采用在铝材表面做阳极氧化层的保护方法,以试图解决腐蚀性气体对气体混合装置的腐蚀问题。但在实际应用过程中,发现在铝材表面做阳极氧化层的保护方法仍然存在被腐蚀的问题。
因此,业内需要一种适用于等离子体处理设备且耐腐蚀的气体混合装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐腐蚀的气体混合装置及等离子体处理设备,以解决腐蚀性气体在混合过程当中会对气体混合装置本身腐蚀的问题,从而解决气体混合装置使用寿命问题及气体混合装置被腐蚀所产生的杂质对后续工艺的影响。
为达到上述目的,本发明提供了一种耐腐蚀的气体混合装置,其包括:
支撑挡板、设置在支撑挡板下方的第一气体挡板、设置在第一气体挡板下方的第二气体挡板及设置在第二气体挡板下方的安装基板;所述安装基板与气体喷淋头连接;所述支撑挡板与安装基板形成一密闭空间;所述第一气体挡板和第二气体挡板设置于该密闭空间内;
所述支撑挡板上设置有至少一个用于通入第一气体的第一气体进气孔及至少一个用于通入第二气体的第二气体进气孔;
所述第一气体挡板上设置有用于第一气体和第二气体混合的第一混合通道及至少一个贯穿所述第一气体挡板的第一混合气体出气孔;
所述第二气体挡板上设置有用于第一气体和第二气体混合的第二混合通道及至少一个贯穿所述第二气体挡板的第二混合气体出气孔;
所述安装基板上设置有至少一个第三混合气体出气孔;
所述第一混合气体出气孔与所述第二混合通道相连,将经过第一气体挡板混合过的反应气体输送到第二混合通道进行二次混合;
所述第二混合气体出气孔流出的反应气体经所述第三混合气体出气孔进入所述气体喷淋头;
所述第一气体进气孔、第二气体进气孔和第三混合气体出气孔的内壁、支撑挡板的底面及安装基板的顶面设置有氧化钇涂层;所述第一气体挡板和第二气体挡板的材质为抗腐蚀塑料。
上述的耐腐蚀的气体混合装置,其中,所述第二气体挡板与所述安装基板之间设置一气体扩散空间。
上述的耐腐蚀的气体混合装置,其中,所述氧化钇涂层中氧化钇的纯度大于99.9%。
上述的耐腐蚀的气体混合装置,其中,所述氧化钇涂层的孔隙率小于5%。
上述的耐腐蚀的气体混合装置,其中,氧化钇涂层通过等离子体喷涂制备。
上述的耐腐蚀的气体混合装置,其中,支撑挡板的底面上的氧化钇涂层的厚度为20-110μm;第一气体进气孔和第二气体进气孔内壁上的氧化钇涂层的厚度为50-100μm;安装基板的顶面上的氧化钇涂层的厚度为20-110μm;第三混合气体出气孔内壁上的氧化钇涂层的厚度为10-30μm。
上述的耐腐蚀的气体混合装置,其中,所述抗腐蚀塑料为特氟龙或聚酰亚胺。
上述的耐腐蚀的气体混合装置,其中,所述支撑挡板和安装基板的材质为铝材。
上述的耐腐蚀的气体混合装置,其中,所述第一气体挡板和第二气体挡板组成的整体与所述密闭空间的左右两侧各形成一个用于气体混合的腔体;所述腔体顶部的支撑挡板上设置有至少一个第一气体进气孔及至少一个第二气体进气孔;所述腔体底部的安装基板上设置有至少一个第三混合气体出气孔。
上述的耐腐蚀的气体混合装置,其中,所述支撑挡板的底部与安装基板接触处设置有密封圈容置槽,该密封圈容置槽内设置有密封圈。
上述的耐腐蚀的气体混合装置,其中,所述支撑挡板、第一气体挡板和第二气体挡板通过螺栓连接为一体;所述支撑挡板与安装基板通过螺栓连接。
本发明还提供了一种等离子体处理设备,其中,所述等离子体处理设备包括上述的耐腐蚀的气体混合装置。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
由于氧化钇本身是一种非常稳定且抗腐蚀性能很好的材料,所以把它喷涂于支撑挡板和安装基板表面,可以有效保护铝材本身在腐蚀气体的混合过程中不受腐蚀;第一气体挡板和第二气体挡板的材质选用抗腐蚀塑料,同样由于抗腐蚀塑料非常稳定且抗腐蚀性能很好,所以在气体混合过程中不会被腐蚀。采用本发明所提供的耐腐蚀的气体混合装置比目前在铝材表面做阳极氧化层的方式更抗腐蚀,且节省成本。从根本上解决了腐蚀性气体在混合过程当中对气体混合装置的腐蚀问题,从而大大延长了气体混合装置的使用寿命问题,进而避免了气体混合装置被腐蚀所产生的杂质对后续工艺的影响。
附图说明
图1为本发明所提供的气体混合装置一实施例的局部结构示意图;
图2为本发明所提供的气体混合装置一实施例的结构示意图;
图3为本发明所提供的等离子体处理设备的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述,这些实施例仅用于说明本发明,并不是对本发明保护范围的限制。
如图1和图2所示,本发明提供了一种耐腐蚀的气体混合装置,其包括:
支撑挡板1、设置在支撑挡板1下方的第一气体挡板2、设置在第一气体挡板2下方的第二气体挡板3及设置在第二气体挡板3下方的安装基板4,所述安装基板4与气体喷淋头5连接;所述支撑挡板1与安装基板4形成一密闭空间;所述第一气体挡板2和第二气体挡板3设置于该密闭空间内;所述支撑挡板1的底部与安装基板4接触处设置有密封圈容置槽13,该密封圈容置槽13内设置有密封圈,使得整个气体混合装置在使用过程中能够与大气隔离;所述支撑挡板1、第一气体挡板2和第二气体挡板3通过螺栓6连接固定;所述支撑挡板1与安装基板4通过螺栓6连接;优选地,螺栓6的材质为哈氏合金材料,以防止气体的腐蚀。
所述支撑挡板1上设置有至少一个用于通入第一气体的第一气体进气孔11及至少一个用于通入第二气体的第二气体进气孔12;在一具体实施例中,可以在支撑挡板1上设置3个第一气体进气孔11用以通入HBr腐蚀性气体,并设置3个第二气体进气孔12用以通入Cl2腐蚀性气体。在实际应用中,将进气管7与第一气体进气孔11和第二气体进气孔12连接,以将腐蚀性气体通入气体混合装置。优选地,进气管7的材质为哈氏合金材料,以防止气体的腐蚀。
所述第一气体挡板2上设置有用于第一气体和第二气体混合的第一混合通道21及至少一个贯穿所述第一气体挡板2的第一混合气体出气孔;进一步地,该第一混合通道21可以是设置在第一气体挡板2上的不规则的曲线凹槽结构;更进一步地,该第一混合通道21可以由多个横管、竖管和弯管的自由组合并相互连通得到。通过设置第一混合通道21可以增加气体的混合时间,实现气体的混合均匀。
所述第二气体挡板3上设置有用于第一气体和第二气体混合的第二混合通道31及至少一个贯穿所述第二气体挡板3的第二混合气体出气孔;进一步地,该第二混合通道31可以是设置在第二气体挡板3上的不规则的曲线凹槽结构;更进一步地,该第二混合通道31可以由多个横管、竖管和弯管的自由组合并相互连通得到。通过设置第二混合通道31可以增加气体的混合时间,实现气体的混合均匀。
所述安装基板4上设置有至少一个第三混合气体出气孔41;
所述第一混合气体出气孔与所述第二混合通道31相连,将经过第一气体挡板2混合过的反应气体输送到第二混合通道31进行二次混合;
所述第二混合气体出气孔流出的反应气体经所述第三混合气体出气孔41进入所述气体喷淋头5;
在一实施例中,所述第二气体挡板3与所述安装基板4之间设置一气体扩散空间9,以延长反应气体的混合时间,达到更加充分混合均匀的目的。
所述第一气体进气孔11、第二气体进气孔12和第三混合气体出气孔41的内壁、支撑挡板1的底面及安装基板4的顶面设置有氧化钇涂层;其中,所述支撑挡板1和安装基板4的材质为铝材;优选地,所述氧化钇涂层中氧化钇的纯度大于99.9%,所述氧化钇涂层的孔隙率小于5%,以提高氧化钇涂层的耐腐蚀性。支撑挡板1的底面上的氧化钇涂层的厚度为20-110μm;第一气体进气孔11和第二气体进气孔12内壁上的氧化钇涂层的厚度为50-100μm;安装基板4的顶面上的氧化钇涂层的厚度为20-110μm;第三混合气体出气孔41内壁上的氧化钇涂层的厚度为10-30μm。气孔内壁的氧化钇涂层的厚度由气孔本身内径和喷涂方法决定。上述氧化钇涂层可以通过等离子体喷涂的方法进行制备。由于氧化钇本身是一种非常稳定且抗腐蚀性能很好的材料,所以把它喷涂于支撑挡板1和安装基板4表面,可以有效保护铝材本身在腐蚀气体的混合过程中不受腐蚀,比目前在铝材表面做阳极氧化层的方式更抗腐蚀,且节省成本。
所述第一气体挡板2和第二气体挡板3的材质为抗腐蚀塑料。优选地,所述抗腐蚀塑料为特氟龙(Teflon)或聚酰亚胺(Vespel)。第一气体挡板2和第二气体挡板3的材质选用抗腐蚀塑料,同样由于抗腐蚀塑料非常稳定且抗腐蚀性能很好,所以在气体混合过程中不会被腐蚀。
如图2所示,在本发明的另一实施例中,所述第一气体挡板2和第二气体挡板3组成的整体与所述密闭空间的左右两侧各形成一个用于气体混合的腔体8;所述腔体8顶部的支撑挡板1上设置有至少一个第一气体进气孔11及至少一个第二气体进气孔12;所述腔体8底部的安装基板4上设置有至少一个第三混合气体出气孔41。本实施例在密闭空间的左右两侧各增加一个腔体8,可以实现三个区域的气体混合,以提高该气体混合装置在实际应用过程中的实用性和灵活性。
图3为本发明提供的一种等离子体处理设备的结构示意图,所述设备包括真空反应腔100,真空反应腔100包括由金属材料制成的大致为圆柱形的反应腔侧壁105,反应腔侧壁105上方设置一气体喷淋装置150,气体喷淋装置通过上述本发明所提供的气体混合装置155与气体供应装置160相连。 气体供应装置160中的反应气体经过气体喷淋装置150进入真空反应腔100,所述真空反应腔100的下方设置一支撑静电夹盘115的基座110,静电夹盘115上用于放置待处理基片120,射频功率源145的射频功率施加到基座110,在反应腔内产生将反应气体解离为等离子体的电场,等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子,上述活性粒子可以和待处理基片120的表面发生多种物理和化学反应,使得基片表面的形貌发生改变,即完成刻蚀过程。真空反应腔100的下方还设置一排气泵125,用于将反应副产物排出真空反应腔内。
将本发明所提供的等离子体处理设备应用于实际生产中,Cl2和HBr经过气体混合装置混合后从气体喷淋头出来,进入反应腔进行等离子体刻蚀。运行超过200小时,检验后未发现气体混合装置表面有腐蚀迹象。
综上所述,由于氧化钇本身是一种非常稳定且抗腐蚀性能很好的材料,所以把它喷涂于支撑挡板和安装基板表面,可以有效保护铝材本身在腐蚀气体的混合过程中不受腐蚀;第一气体挡板和第二气体挡板的材质选用抗腐蚀塑料,同样由于抗腐蚀塑料非常稳定且抗腐蚀性能很好,所以在气体混合过程中不会被腐蚀。采用本发明所提供的耐腐蚀的气体混合装置比目前在铝材表面做阳极氧化层的方式更抗腐蚀,且节省成本。从根本上解决了腐蚀性气体在混合过程当中对气体混合装置的腐蚀问题,从而大大延长了气体混合装置的使用寿命问题,进而避免了气体混合装置被腐蚀所产生的杂质对后续工艺的影响。
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 (12)

1.一种耐腐蚀的气体混合装置,其特征在于,包括:
支撑挡板、设置在支撑挡板下方的第一气体挡板、设置在第一气体挡板下方的第二气体挡板及设置在第二气体挡板下方的安装基板;所述安装基板与气体喷淋头连接;所述支撑挡板与安装基板形成一密闭空间;所述第一气体挡板和第二气体挡板设置于该密闭空间内;
所述支撑挡板上设置有至少一个用于通入第一气体的第一气体进气孔及至少一个用于通入第二气体的第二气体进气孔;
所述第一气体挡板上设置有用于第一气体和第二气体混合的第一混合通道及至少一个贯穿所述第一气体挡板的第一混合气体出气孔;
所述第二气体挡板上设置有用于第一气体和第二气体混合的第二混合通道及至少一个贯穿所述第二气体挡板的第二混合气体出气孔;
所述安装基板上设置有至少一个第三混合气体出气孔;
所述第一混合气体出气孔与所述第二混合通道相连,将经过第一气体挡板混合过的反应气体输送到第二混合通道进行二次混合;
所述第二混合气体出气孔流出的反应气体经所述第三混合气体出气孔进入所述气体喷淋头;
所述第一气体进气孔、第二气体进气孔和第三混合气体出气孔的内壁、支撑挡板的底面及安装基板的顶面设置有氧化钇涂层;所述第一气体挡板和第二气体挡板的材质为抗腐蚀塑料。
2.如权利要求1所述的耐腐蚀的气体混合装置,其特征在于,所述第二气体挡板与所述安装基板之间设置一气体扩散空间。
3.如权利要求1所述的耐腐蚀的气体混合装置,其特征在于,所述氧化钇涂层中氧化钇的纯度大于99.9%。
4.如权利要求1所述的耐腐蚀的气体混合装置,其特征在于,所述氧化钇涂层的孔隙率小于5%。
5.如权利要求1所述的耐腐蚀的气体混合装置,其特征在于,氧化钇涂层通过等离子体喷涂制备。
6.如权利要求1所述的耐腐蚀的气体混合装置,其特征在于,支撑挡板的底面上的氧化钇涂层的厚度为20-110μm;第一气体进气孔和第二气体进气孔内壁上的氧化钇涂层的厚度为50-100μm;安装基板的顶面上的氧化钇涂层的厚度为20-110μm;第三混合气体出气孔内壁上的氧化钇涂层的厚度为10-30μm。
7.如权利要求1所述的耐腐蚀的气体混合装置,其特征在于,所述抗腐蚀塑料为特氟龙或聚酰亚胺。
8.如权利要求1所述的耐腐蚀的气体混合装置,其特征在于,所述支撑挡板和安装基板的材质为铝材。
9.如权利要求1所述的耐腐蚀的气体混合装置,其特征在于,所述第一气体挡板和第二气体挡板组成的整体与所述密闭空间的左右两侧各形成一个用于气体混合的腔体;所述腔体顶部的支撑挡板上设置有至少一个第一气体进气孔及至少一个第二气体进气孔;所述腔体底部的安装基板上设置有至少一个第三混合气体出气孔。
10.如权利要求1所述的耐腐蚀的气体混合装置,其特征在于,所述支撑挡板的底部与安装基板接触处设置有密封圈容置槽,该密封圈容置槽内设置有密封圈。
11.如权利要求1所述的耐腐蚀的气体混合装置,其特征在于,所述支撑挡板、第一气体挡板和第二气体挡板通过螺栓连接为一体;所述支撑挡板与安装基板通过螺栓连接。
12.一种等离子体处理设备,其特征在于,所述等离子体处理设备包括如权利要求1-11中任意一项所述的耐腐蚀的气体混合装置。
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