CN111101117B - 匀气装置和半导体处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种匀气装置和半导体处理设备。包括进气件、匀流件和排气件，进气件上设置有至少两个进气通道；匀流件的第一表面上设置有至少一个第一分配部以及若干个第一匀流部，第一分配部分别连通对应的进气通道和第一匀流部；第二表面上设置有至少一个第二分配部以及若干个第二匀流部，第二分配部分别连通对应的进气通道和第二匀流部；排气件上设置有若干个第一排气部以及若干个第二排气部，第一排气部用于分别连通对应的第一匀流部和工艺腔室，第二排气部用于分别连通对应的第二匀流部和工艺腔室。可以达成至少两种工艺气体相互独立且均匀输送、均匀分布到工艺腔室的效果。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种匀气装置和一种半导体处理设备。
背景技术
原子层沉积工艺是一种基于单原子层物质获得并逐层累积可控的薄膜沉积方法，其最大特点是膜层厚度稳定、生长层数可控。原子层沉积工艺中的一个膜层沉积过程视为一个制备周期，一个制备周期包含四步：工艺温度下，向工艺腔室中通入第一种反应前驱物(Precursor)，前驱物在衬底表面吸附(化学吸附为主)至饱和状态并形成活性剂(Species)；通过一定方法除去(Purge)工艺腔室中的第一种前驱物(一般还包括第一种前驱物同衬底表面反应的副产物)；通入第二种反应前驱物，与已吸附在衬底表面的活性剂(第一种前驱物)发生化学反应，在衬底表面生成所要制备的薄膜的单分子层，并释放气态的副产物；通过一定方法除去(Purge)工艺腔室中的第二种前驱物(一般还包括第二种前驱物同衬底表面反应的副产物)。ALD工艺方法的优势主要包括：厚度高度可控及优异的均匀性；优良的台阶覆盖率(保形性)；优异的薄膜质量；低热量消耗。
传统地，在原子层沉积设备中，两种前驱物通过快速切换阀交替进入工艺腔室，在进入工艺腔室之后需要经过一个装置对前驱物进行分配以均匀分布于衬底表面，即匀流装置，再到达衬底表面，制备原子膜层，但是，传统结构的匀气装置，为一个独立的整体加工零件，加工难度加大，成本较高，此外，匀气装置的中心管路聚集位置为加工盲点，毛刺不易清理，并且，匀气装置在使用一定时间后需要进行清洗，一般为强腐蚀性液体，数次清洗后，匀气孔容易腐蚀扩大，孔道连结节后发生结构失效，整个装置报废，生产维护成本高。
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，提出了一种匀气装置和一种半导体处理设备。
为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种匀气装置，用于对进入工艺腔室的工艺气体进行匀流，所述匀气装置包括依次层叠设置的进气件、匀流件和排气件；其中，
所述进气件上设置有至少两个进气通道；
所述匀流件包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；并且，所述第一表面上设置有至少一个第一分配部以及若干个第一匀流部，所述第一分配部分别连通对应的所述进气通道和所述第一匀流部；所述第二表面上设置有至少一个第二分配部以及若干个第二匀流部，所述第二分配部分别连通对应的所述进气通道和所述第二匀流部，所述第二匀流部与所述第一匀流部交错设置；
所述排气件上设置有若干个第一排气部以及若干个第二排气部，所述第一排气部用于分别连通对应的所述第一匀流部和所述工艺腔室，所述第二排气部用于分别连通对应的所述第二匀流部和所述工艺腔室。
可选地，每个所述第一匀流部包括第一匀流槽以及设置在所述第一匀流槽底部的若干个第一匀流孔，所述第一匀流孔分别连通所述第一匀流槽和所述第一排气部；和/或，
每个所述第二匀流部包括第二匀流槽以及设置在所述第二匀流槽底部的若干个第二匀流孔，所述第二匀流孔分别连通所述第二匀流槽和所述第二排气部。
可选地，若干个所述第一匀流槽形成网状结构；和/或，
若干个所述第二匀流槽形成网状结构。
可选地，任意相邻两个所述第一匀流槽相交叉的位置处设置有倒圆角，至少一个所述第一匀流槽的末端设置有倒圆角；和/或，
任意相邻两个所述第二匀流槽相交叉的位置处设置有倒圆角，至少一个所述第二匀流槽的末端设置有倒圆角。
可选地，所述第一分配部为第一沉孔结构，所述第一沉孔结构的周向侧壁设置有若干个第一间隙，所述第一间隙与所述第一匀流部连通；和/或，
所述第二分配部为第二沉孔结构，所述第二沉孔结构的周向侧壁设置有若干个第二间隙，所述第二间隙与所述第二匀流部连通。
可选地，所述第一排气部为第一排气孔结构；和/或，
所述第二排气部为第二排气孔结构。
可选地，所述匀气装置还包括衔接件，所述衔接件设置在所述进气件背离所述匀流件的一侧，且所述衔接件与所述进气件密封连接；所述衔接件上设置有至少两个衔接通道，每个所述衔接通道对应一个所述进气通道，所述衔接通道用于容置进气管。
可选地，所述第一表面与所述进气件密封连接，所述第二表面与所述排气件密封连接。
可选地，所述第一表面与所述进气件之间采用密封圈密封连接，并且，所述第二表面与所述排气件之间采用挤压变形实现密封连接；或，
所述第二表面与所述排气件之间采用密封圈密封连接；或，
所述第二表面与所述排气件之间采用穿孔橡胶塞密封连接；或，
所述第二表面与所述排气件之间采用软金属垫片密封连接。
本发明的第二方面，提供了一种半导体处理设备，包括工艺腔室以及前文记载的所述的匀气装置。
本发明的匀气装置和半导体处理设备。其包括依次层叠设置的进气件、匀流件和排气件；所述进气件上设置有至少两个进气通道；所述匀流件包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；并且，所述第一表面上设置有至少一个第一分配部以及若干个第一匀流部，所述第一分配部分别连通对应的所述进气通道和所述第一匀流部；所述第二表面上设置有至少一个第二分配部以及若干个第二匀流部，所述第二分配部分别连通对应的所述进气通道和所述第二匀流部，所述第二匀流部与所述第一匀流部交错设置；所述排气件上设置有若干个第一排气部以及若干个第二排气部，所述第一排气部用于分别连通对应的所述第一匀流部和所述工艺腔室，所述第二排气部用于分别连通对应的所述第二匀流部和所述工艺腔室。因此，本发明的匀气装置和半导体处理设备，可以提供至少两种工艺气体独立、并行、隔离输入需求，达成工艺气体均匀输送、均匀分布到工艺腔室的效果，可以有效消除匀气装置气道存在的端部死角，提升吹扫效果，降低装置的加工难度及加工成本，消除机械加工毛刺，消除污物清洗残留，将装置部分零件设计成可替换结构以延长装置使用寿命，降低使用维护成本。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明第一实施例中匀气装置的俯视图；
图2为图1中所示的匀气装置的仰视图
图3为图1中所示的匀气装置沿EE方向的剖视图；
图4为图1中所示的匀气装置沿FF方向的剖视图；
图5为图3中所示的匀气装置Ⅰ处的局部示意图；
图6为图2中所示的匀气装置沿不同剖切深度的剖视图；
图7为图6中所示的匀气装置Ⅱ处的局部示意图；
图8a为本发明第二实施例中进气件的结构示意图；
图8b为图8a中所示的进气件沿AA方向的剖视图；
图9a为本发明第三实施例中匀流件的俯视图；
图9b为图9a中所示的匀流件沿EE方向的剖视图；
图9c为图9a中所示的匀流件的仰视图；
图9d为图9c中所示的匀流件沿GG方向的剖视图；
图9e为图9a中所示的匀流件的剖视图；
图10a为本发明第四实施例中排气件的仰视图；
图10b为图10a中所示的排气件的俯视图；
图10c为图10b中所示的排气件沿LL方向的剖视图；
图11a为图1中所示的匀气装置沿FF方向的剖视图；
图11b为图11a中所示的匀气装置Ⅲ处的局部示意图；
图12a为本发明第五实施例中匀气装置匀流件与排气件的密封结构示意图；
图12b为图12a中所示的匀气装置Ⅳ处的局部示意图；
图13a为本发明第六实施例中匀气装置匀流件与排气件的密封结构示意图；
图13b为图13a中所示的匀气装置Ⅴ处的局部示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明的第一方面，涉及一种匀气装置，用于对进入工艺腔室的工艺气体进行匀流。如图1至图7所示，该匀气装置包括依次层叠设置的进气件2、匀流件3和排气件4。
具体地，如图5、图8a和图8b所示所示，进气件2上设置有两个进气通道10、11，应当理解的是，此处并不是对本发明保护范围的限制，只是为了举例说明，可以理解的是，可以根据实际需要，在进气件2上设置有更多数量的进气通道。
如图3、图4和图5所示，匀流件3包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面，也即如图4中所示的匀流件3的上表面和下表面，第一表面上设置有至少一个第一分配部以及若干个第一匀流部，第一分配部分别连通对应的进气通道和第一匀流部。具体地，如图9a和图9b所示，第一分配部可以是第一沉孔结构13，第一沉孔结构13的周向侧壁设置有若干个第一间隙(如图9a中所示，第一沉孔结构13沿其周向是断开的结构，断开位置形成该第一间隙)。当然，第一分配部除了可以是第一沉孔结构13以外，还可以是其他一些分配结构。第一匀流部可以包括第一匀流槽15以及设置在第一匀流槽15的底部的若干个第一匀流孔16，当然，除此以外，第一匀流部还可以包括其他匀流结构，各第一匀流槽15之间通过隔离实体55间隔开，第一沉孔结构13通过圆环实体57、58与第一匀流槽15间隔开。第一沉孔结构13可以分别连通进气通道10和第一匀流孔16。
第二表面上设置有至少一个第二分配部以及若干个第二匀流部，第二分配部分别连通对应的进气通道和第二匀流部，第二匀流部与第一匀流部交错设置。具体地，如图9c和图9d所示，第二分配部可以是第二沉孔结构20，第二沉孔结构20的周向侧壁设置有若干个第二间隙(如图9c中所示，第二沉孔结构20沿其周向是断开的结构，断开位置形成该第二间隙)。当然，第二分配部除了可以是第二沉孔结构20以外，还可以是其他一些分配结构。第二匀流部可以包括第二匀流槽14以及设置在第二匀流槽14底部的若干个第二匀流孔，当然，除此以外，第二匀流部还可以包括其他匀流结构。各第二匀流槽14之间通过隔离实体56间隔开，第二沉孔结构20可以分别连通进气通道11和第二匀流孔。
排气件4上设置有若干个第一排气部以及若干个第二排气部，第一排气部用于分别连通对应的第一匀流部和工艺腔室，第二排气部用于分别连通对应的第二匀流部和工艺腔室。
具体地，如图10a、图10b和图10c所示，第一排气部可以为第一排气孔23，第二排气部可以为第二排气孔24(为了简化结构，该第二排气孔24与第二匀流孔可以为同一个结构)。当然，除此以外，第一排气部和第二排气部也可以是其他的一些排气结构。
在工艺时，第一工艺气体可以经由进气件2上的进气通道10进入到匀流件3中，并在匀流件3的第一分配部(也即第一沉孔结构13)的分配作用下，引流至各第一匀流部，也即第一匀流槽15，经过第一匀流槽15的匀流作用，最终，第一工艺气体经由第一匀流孔16进入到排气件4上的第一排气孔23中，最终，匀流后的第一工艺气体可以经由第一排气孔23进入工艺腔室中。第二工艺气体可以经由进气件2上的进气通道11进入到匀流件3中，并在匀流件3的第二分配部(也即第二沉孔结构20)的分配作用下，引流至各第二匀流部，也即第二匀流槽14，经过各第二匀流槽14的匀流作用，第二工艺气体最终由排气件4上的第二排气孔24进入工艺腔室中。
因此，本实施例结构的匀气装置，可以提供至少两种工艺气体独立、并行、隔离输入的需求，达成至少两种工艺气体可以相互独立且均匀输送、均匀分布到工艺腔室的效果，可以有效消除匀气装置气道存在的端部死角，提升吹扫效果，降低装置的加工难度及加工成本，消除机械加工毛刺，消除污物清洗残留，将装置部分零件设计成可替换结构以延长装置使用寿命，降低使用维护成本。
为了提高匀流效果，如图9a、图9b、图9c和图9d所示，若干个第一匀流槽15形成网状结构。若干个第二匀流槽14形成网状结构。并且，可选地，任意相邻两个第一匀流槽15相交叉的位置处设置有倒圆角18，至少一个第一匀流槽15的末端(此处的末端是指第一匀流槽15结束的一端)设置有倒圆角19。任意相邻两个第二匀流槽14相交叉的位置处设置有倒圆角18，至少一个第二匀流槽14的末端(此处的末端是指第二匀流槽14结束的一端)设置有倒圆角19。这样，可以进一步优化气体输送及各匀流槽的优化，容易形成流动气路，圆弧面利于吹扫，降低残留，提升洁净度。此外，各匀流槽可以加工成小尺寸，工艺气体输入体积降低，输送和吹扫时间可降低，利于生产节拍提升。各零件加工要素为开式加工，加工难度降低，设备要求与加工成本均降低，加工失误风险降低，此外，匀气装置零件清洗方便，个别零件报废后可替换，装置使用寿命增长，使用维护成本降低。
如图3所示，匀气装置还包括衔接件1，衔接件1设置在进气件2背离匀流件3的一侧，且衔接件1与进气件2密封连接，如图5所示，可以在衔接件1或者进气件2上设置有密封槽5、6，这样，可以通过填充在密封槽5、6的密封圈，实现衔接件1与进气件2的密封连接。衔接件1上设置有至少两个衔接通道(可以理解的是，密封槽5、6位于衔接通道两侧)，每个衔接通道对应一个进气通道，衔接通道用于容置进气管。
如图8a和图8b所示，进气件2与衔接件1的连接以及密封槽5、6处的密封可以藉由螺纹孔49实现，共4条螺钉。如图8a、图8b、图9a和图9b所示，匀流件3的第一表面与进气件2的连接以及密封槽7、8处的密封藉由螺纹孔45、沉台孔40实现，一圈12条螺钉均布。如图9c、图9d和图10a所示，匀流件3的第二表面与排气件4的连接以及密封槽9处的密封可以藉由螺纹孔42、沉台孔43实现，一圈12条螺钉均布。
第一表面与进气件2密封连接，例如，如图4所示，在匀流件3的第一表面的边缘区域设置有密封槽7，这样，可以通过在密封槽7内设置密封圈实现第一表面与进气件2的密封。此外，如图5所示，在进气通道11与匀流件3接触的地方，也设置有密封槽8，同样可以在该密封槽8内填充密封圈，实现匀流件3与进气通道11的密封。
如图4和图5所示，匀流件3的第二表面与排气件4密封连接，例如，在第二表面的边缘区域，设置有密封槽9，同样可以在该密封槽9内填充密封圈，实现第二表面与排气件4的密封连接。
此外，第二表面与排气件4之间也可以采用挤压变形实现密封连接，具体地，如图10c所示，第一排气孔23承接第一匀流孔16，两者之间的密封由密封结构21、22实现，密封原理为软金属挤压变形产生密封，此处材料为AL材质，为了确保变形量二者在尺寸上有一定的尺寸交涉，具体如图11a和图11b所示。变形要求第一排气孔23与第二排气孔24有一定的对应精度，所以对加工有高的精度要求，装配有精度由本身孔对应及装配定位孔44(如图10b所示)限制，变形挤压力由沉台孔43实现，并且在中间部分可于需要位置增加装紧螺钉孔(图中未示出)。
当然，对于匀流件3与排气件4之间的密封，除了利用结构本身的软材料变形密封外，还可以采用穿孔密封塞方式及软金属垫片密封方式，同样可以达到相互隔离密封效果。结构本身材料变形对加工精度有一定要求，橡胶塞及垫片对加工误差有一定的容差力。
具体地，如图12a和图12b所示，为穿孔橡胶塞密封方案，密封结构21、22形状调整为锥孔形式，增加穿孔橡胶塞29，穿孔橡胶塞29的锥面尺寸要与密封结构23、24的锥孔尺寸配合，并且穿孔橡胶塞29的高度相对密封结构23、24配合面要有一定的高出量做为压缩密封量，如图12b所示。
如图13a和图13b所示，为软金属垫密封方案，密封结构21、22构成一对凹凸配合的锥形环面，增加软金属垫30，密封结构21、22的环形贴合面尺寸较小，一定程度上对软金属垫构成切面，两面挤压中间软金属垫至变形构成密封，配合零件采用硬度相对AL高的不锈钢，对于具体对材料有要求的工艺，可对不锈钢表面进行镀膜处理。
本发明的第二方面，提供了一种半导体处理设备，包括工艺腔室以及前文记载的匀气装置，具体地可以参考前文相关记载，在此不作赘述。
本实施例结构的半导体处理设备，具有前文记载的匀气装置，其可以提供至少两种工艺气体独立、并行、隔离输入的需求，达成至少两种工艺气体可以相互独立且均匀输送、均匀分布到工艺腔室的效果，可以有效消除匀气装置气道存在的端部死角，提升吹扫效果，降低装置的加工难度及加工成本，消除机械加工毛刺，消除污物清洗残留，将装置部分零件设计成可替换结构以延长装置使用寿命，降低使用维护成本。
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)
1.一种匀气装置，用于对进入工艺腔室的工艺气体进行匀流，其特征在于，所述匀气装置包括依次层叠设置的进气件、匀流件和排气件；其中，
所述进气件上设置有至少两个进气通道；
所述匀流件包括沿其厚度方向相对设置的第一表面和第二表面；并且，所述第一表面上设置有至少一个第一分配部以及若干个第一匀流部，所述第一分配部分别连通对应的所述进气通道和所述第一匀流部；所述第二表面上设置有至少一个第二分配部以及若干个第二匀流部，所述第二分配部分别连通对应的所述进气通道和所述第二匀流部，所述第二匀流部与所述第一匀流部交错设置；
所述排气件上设置有若干个第一排气部以及若干个第二排气部，所述第一排气部用于分别连通对应的所述第一匀流部和所述工艺腔室，所述第二排气部用于分别连通对应的所述第二匀流部和所述工艺腔室。
2.根据权利要求1所述的匀气装置，其特征在于，每个所述第一匀流部包括第一匀流槽以及设置在所述第一匀流槽底部的若干个第一匀流孔，所述第一匀流孔分别连通所述第一匀流槽和所述第一排气部；和/或，
每个所述第二匀流部包括第二匀流槽以及设置在所述第二匀流槽底部的若干个第二匀流孔，所述第二匀流孔分别连通所述第二匀流槽和所述第二排气部。
3.根据权利要求2所述的匀气装置，其特征在于，若干个所述第一匀流槽形成网状结构；和/或，
若干个所述第二匀流槽形成网状结构。
4.根据权利要求3所述的匀气装置，其特征在于，任意相邻两个所述第一匀流槽相交叉的位置处设置有倒圆角，至少一个所述第一匀流槽的末端设置有倒圆角；和/或，
任意相邻两个所述第二匀流槽相交叉的位置处设置有倒圆角，至少一个所述第二匀流槽的末端设置有倒圆角。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的匀气装置，其特征在于，所述第一分配部为第一沉孔结构，所述第一沉孔结构的周向侧壁设置有若干个第一间隙，所述第一间隙与所述第一匀流部连通；和/或，
所述第二分配部为第二沉孔结构，所述第二沉孔结构的周向侧壁设置有若干个第二间隙，所述第二间隙与所述第二匀流部连通。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的匀气装置，其特征在于，所述第一排气部为第一排气孔结构；和/或，
所述第二排气部为第二排气孔结构。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的匀气装置，其特征在于，所述匀气装置还包括衔接件，所述衔接件设置在所述进气件背离所述匀流件的一侧，且所述衔接件与所述进气件密封连接；所述衔接件上设置有至少两个衔接通道，每个所述衔接通道对应一个所述进气通道，所述衔接通道用于容置进气管。
8.根据权利要求1至4中任意一项所述的匀气装置，其特征在于，所述第一表面与所述进气件密封连接，所述第二表面与所述排气件密封连接。
9.根据权利要求8所述的匀气装置，其特征在于，
所述第一表面与所述进气件之间采用密封圈密封连接；并且，
所述第二表面与所述排气件之间采用挤压变形实现密封连接；或，
所述第二表面与所述排气件之间采用密封圈密封连接；或，
所述第二表面与所述排气件之间采用穿孔橡胶塞密封连接；或，
所述第二表面与所述排气件之间采用软金属垫片密封连接。
10.一种半导体处理设备，其特征在于，包括工艺腔室以及权利要求1至9中任意一项所述的匀气装置。
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