CN111383890A - 进气管路连接装置及含其的用于等离子体刻蚀的进气单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种进气管路连接装置及含其的用于等离子体刻蚀的进气单元,该进气管路连接装置包括管状本体及设置在所述管状本体内的耐腐蚀密封件;所述刻蚀气体管线与所述气体管路接头分别从所述管状本体的两端伸入并进行对接,且对接处由所述耐腐蚀密封件进行环绕并密封;所述管状本体的两端分别与所述刻蚀气体管线与所述气体管路接头通过焊接固定。采用本发明后,水汽进入刻蚀气体管线中所接触到的是耐腐蚀密封件,不会接触到焊接在进气管路连接装置外部两侧的焊缝,因而避免了原有刻蚀气体管线焊缝的腐蚀,延长了刻蚀气体管线的使用寿命,有效避免由于刻蚀气体管线腐蚀造成的晶片金属污染,提高了产品的质量。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体刻蚀技术领域,具体涉及一种进气管路连接装置及含其的用于等离子体刻蚀的进气单元。
背景技术
现有等离子体刻蚀技术中,在电感耦合等离子体(ICP,Inductive CoupledPlasma)和电容耦合(CCP)形刻蚀机台上往往会通入Cl2,COS,HBr,SiCl4等腐蚀性气体对硅片(silicon)进行刻蚀。
这些腐蚀性气体需要通过气体管线(gas line)金属管道进入反应腔体中。目前大多数气体管线的材质使用SST316L等不锈钢管材。在打开反应腔体(chamber)的时候,大气中的水汽(water vapor)会进入暴露在外的SST316L管路中。
故每次开腔后,水汽会停留气体管线中很难挥发掉。水汽遇到腐蚀性气体就会腐蚀焊缝。研究表明,当水汽浓度超过0.5PPM时,金属管道的焊缝处就会被腐蚀;当水汽浓度大于100PPM时,肉眼可见腐蚀点。焊缝的腐蚀,会将不锈钢中成分中的Cr,Mn等重金属带出来,沉积在晶片(wafer)上,对晶片造成金属污染。当前的通常做法是每次开完腔就需要更换气体管线,维修成本高,耗时长。故目前尚没有一种能够有效避免水汽对气体管线焊缝腐蚀的解决办法。
发明内容
本发明的目的是提供一种进气管路连接装置及含其的用于等离子体刻蚀的进气单元,以解决现有技术中无法有效避免水汽对刻蚀气体管线焊缝腐蚀的问题。
为达到上述目的,本发明提供了一种进气管路连接装置,用于连接刻蚀气体管线和刻蚀反应腔体上的气体管路接头,其中,所述进气管路连接装置包括管状本体及设置在所述管状本体内的耐腐蚀密封件;所述刻蚀气体管线与所述气体管路接头分别从所述管状本体的两端伸入并进行对接,且对接处由所述耐腐蚀密封件进行环绕并密封;所述管状本体的两端分别与所述刻蚀气体管线与所述气体管路接头通过焊接固定。
上述的进气管路连接装置,其中,所述管状本体内设置有用于嵌入耐腐蚀密封件的第一环形凹槽。
上述的进气管路连接装置,其中,所述刻蚀气体管线与所述气体管路接头对接处的外壁拼合成用于嵌入耐腐蚀密封件的第二环形凹槽。
上述的进气管路连接装置,其中,所述刻蚀气体管线和所述气体管路接头在远离对接处的外壁上分别设置有第一环形向外延伸部和第二环形向外延伸部;所述第一环形向外延伸部和第二环形向外延伸部之间拼合成用于嵌入管状本体的第三环形凹槽。
上述的进气管路连接装置,其中,所述管状本体的外周分别与所述第一环形向外延伸部和第二环形向外延伸部的外周对齐;焊接所形成的焊缝位于管状本体分别与第一环形向外延伸部和第二环形向外延伸部结合处的外周位置,以使焊缝远离刻蚀气体管线及气体管路接头的本体。
上述的进气管路连接装置,其中,所述管状本体的两侧分别设置有第三环形向外延伸部和第四环形向外延伸部;所述第三环形向外延伸部和第四环形向外延伸部分别与所述第一环形向外延伸部和第二环形向外延伸部的外周对齐。
上述的进气管路连接装置,其中,所述管状本体的材质为不锈钢。
上述的进气管路连接装置,其中,所述耐腐蚀密封件的材质为特氟龙或聚酰亚胺。
上述的进气管路连接装置,其中,所述气体管路接头为VCR接头。
本发明还提供了一种用于等离子体刻蚀的进气单元,其中,该进气单元包括:用于提供刻蚀气体的刻蚀气体源;与所述刻蚀气体源相连的刻蚀气体管线;设置在刻蚀反应腔体上的气体管路接头以及上述的进气管路连接装置,用于连接刻蚀气体管线和气体管路接头。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果为:
在现有的等离子体刻蚀工艺中,采用本发明所提供的进气管路连接装置及含其的用于等离子体刻蚀的进气单元后,水汽进入刻蚀气体管线中所接触到的是耐腐蚀密封件,不会接触到焊接在进气管路连接装置外部两侧的焊缝,因而避免了原有刻蚀气体管线焊缝的腐蚀,延长了刻蚀气体管线的使用寿命,可以进一步有效避免由于刻蚀气体管线腐蚀造成的晶片金属污染,提高了产品的质量。
附图说明
图1为现有的刻蚀反应腔体及其进气单元的结构示意图;
图2为本发明进气管路连接装置一实施例的结构示意图;
图3为本发明进气管路连接装置另一实施例的结构示意图;
图4为本发明所提供的进气单元用于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所示,为刻蚀反应腔体6及其进气单元22一现有实施例的结构示意图。气体主管线内的刻蚀气体中的一部分经分流器4分流后通过第一气体管线1及第二气体管线2进行输送,再进而通过刻蚀反应腔体6的中央进气口进入刻蚀反应腔体6内部;刻蚀气体中的另一部分直接通过第三气体管线3进行输送,再进而通过刻蚀反应腔体6的周边进气口进入刻蚀反应腔体6内部。第一气体管线1、第二气体管线2及第三气体管线3共同组成了刻蚀气体管线15。用于输送调谐气体的调谐气体管线5同时与第一气体管线1、第二气体管线2和第三气体管线3连接,以将调谐气体混入刻蚀气体中,再进而输送至刻蚀反应腔体6内。目前大多数的刻蚀气体管线15往往使用方便易得,价格低廉的SST316L不锈钢等易被腐蚀的管材,但是这样的设计也带来了以下问题:当每次打开刻蚀反应腔体6后,与刻蚀反应腔体6直接相连的刻蚀气体管线15将直接暴露在空气中。特别是不同的管线在结合不需将两个管线的端口部通过焊接连接并实现密封,但是高温焊接过程会破坏不锈钢材料内部结构,使得原来具有较高防腐蚀特性的不锈钢变得易于被腐蚀。所以在刻蚀反应腔体6上的气体管路接头16与刻蚀气体管线的焊接处特别容易发生被刻蚀气体腐蚀的现象,特别是空气中的水汽进入的情况下,更易发生腐蚀。空气中的水汽会停留在图1所示的第一气体管线1、第二气体管线2及第三气体管线3中并很难挥发掉,水汽遇到刻蚀气体中的腐蚀性气体便会腐蚀刻蚀气体管线15的焊缝。现有的解决办法是及时更换第一气体管线1、第二气体管线2及第三气体管线3,或者是将刻蚀气体管线15的材质换成更耐腐蚀的哈氏合金不锈钢,以延长管线的使用寿命。但目前的做法都存在大幅增加成本的问题,且哈氏合金不锈钢无法适用于刻蚀气体中存在CO等气体的情况。
在上述实施例的基础上,本发明提供了一种进气管路连接装置,用于连接刻蚀气体管线15和刻蚀反应腔体6中央进气口和周边进气口上的气体管路接头16。如图2所示,为本发明进气管路连接装置用于连接刻蚀气体管线15和气体管路接头16时的结构示意图,该图同时显示了管路连接时的截面图和外观图。所述进气管路连接装置包括管状本体17及设置在所述管状本体17内的耐腐蚀密封件18;所述刻蚀气体管线15与所述气体管路接头16分别从所述管状本体17的两端伸入并进行对接,且对接处由所述耐腐蚀密封件18进行环绕并密封;所述管状本体17的两端分别与所述刻蚀气体管线15与所述气体管路接头16通过焊接固定,即在管状本体17两侧分别与气体管路接头16和刻蚀气体管线15各形成一圈焊缝19。通过这种设计,实现了刻蚀气体反应腔体打开时,与空气接触的刻蚀气体管线15没有焊缝,从而防止刻蚀气体管线15被腐蚀,延长了刻蚀气体管线15的使用寿命。在该实施例中,刻蚀反应腔体6由绝缘窗体7、腔体侧壁、腔体底壁等组成,内设静电卡盘8,静电卡盘8上可放置晶片9,腔体侧壁上设置有晶片9转移通道10。排气口(图中未示出)与真空装置连接,将刻蚀反应腔体6制造成真空环境,绝缘窗体7上方的线圈11通以射频能量,通过绝缘窗体7耦合,在刻蚀反应腔体6中形成等离子体,对静电卡盘8上的晶片9进行刻蚀。刻蚀反应腔体6的侧壁上设置有侧壁内衬12,使得腔室侧壁不再直接接触等离子体,免受等离子体的轰击,并且使清洗和更换更为方便。因而使用了本发明所提供的进气管路连接装置后,可以进一步有效避免由于刻蚀气体管线15腐蚀造成的晶片9金属污染,提高了产品的质量。
在该实施例中,为实现对耐腐蚀密封件的限位,可以在所述管状本体17内设置有用于嵌入耐腐蚀密封件18的第一环形凹槽。为实现同样的目的,也可以在所述刻蚀气体管线15与所述气体管路接头16对接处的外壁拼合成第二环形凹槽,用以嵌入耐腐蚀密封件18。
如图3所示,为了实现对管状本体17的限位,所述刻蚀气体管线15和所述气体管路接头16在远离对接处的外壁上分别设置有第一环形向外延伸部151和第二环形向外延伸部161;所述第一环形向外延伸部151和第二环形向外延伸部161之间拼合成第三环形凹槽,用以嵌入管状本体17。
在上述实施例中,为了避免了不锈钢管道受热破坏内部结构,减少腐蚀发生,所述管状本体17的外周分别与所述第一环形向外延伸部151和第二环形向外延伸部161的外周对齐;焊接所形成的焊缝位于管状本体17分别与第一环形向外延伸部151和第二环形向外延伸部161结合处的外周位置,以使焊缝远离刻蚀气体管线15及气体管路接头16的本体,从而避免高温焊接过程会破坏刻蚀气体管线15和气体管路接头16的不锈钢材料内部结构,使得原来具有较高防腐蚀特性的不锈钢变得易于被腐蚀。
进一步地,为了减少管状本体17的厚度以降低管状本体17的材料成本,所述管状本体17的两侧分别设置有第三环形向外延伸部171和第四环形向外延伸部172;所述第三环形向外延伸部171和第四环形向外延伸部172分别与所述第一环形向外延伸部151和第二环形向外延伸部161的外周对齐,从而能够在满足焊缝远离刻蚀气体管线15及气体管路接头16的本体的前提下,尽可能地降低管状本体17不必要的厚度。
在该实施例中,进气管路连接装置的管状本体17为金属材质,具体可以使用各种不锈钢材质,特别是价格低廉的SST316L不锈钢管材。进气管路连接装置的耐腐蚀密封件18的材质为特氟龙或聚酰亚胺,或者其它能够同时实现耐腐蚀和密封功能的材料。本实施例所使用的特氟龙是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物,具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性,经久耐用,密封性能可靠。刻蚀反应腔体6上的气体管路接头16常见的为VCR接头。VCR接头又称金属垫片面密封接头,英文名为:Metal Gasket Face Seal Fittings,通常应用于管路的连接。
在该实施例中,水汽进入刻蚀气体管线15中所接触到的是耐腐蚀密封件18,不会接触到焊接在进气管路连接装置外部两侧的焊缝,因而避免了原有刻蚀气体管线15焊缝的腐蚀。就具体结构而言,外部的管状本体17的两侧分别与气体管路接头16和刻蚀气体管线15的内径相同,内部的耐腐蚀密封件18可根据气体管路接头16和刻蚀气体管线15对接处的具体结构设计,只要能实现密封功能即可。例如气体管路接头16和刻蚀气体管线15对接处形成环形凹槽结构,则耐腐蚀密封件18为设置在管状本体17内部,与所述环形凹槽结构配合的环形凸起结构。由此可知,本发明所提供的进气管路连接装置可以根据具体的现场结构情况设计相应的结构,以实现水汽无法接触到焊缝的目的。
进一步地,本发明还提供了一种用于等离子体刻蚀的进气单元22,该进气单元22包括:用于提供刻蚀气体的刻蚀气体源;与所述刻蚀气体源相连的刻蚀气体管线15;设置在刻蚀反应腔体6上的气体管路接头16以及上述的进气管路连接装置,用于连接刻蚀气体管线15和气体管路接头16。在该实施例中,所述刻蚀气体管线15上设置有分流器4,用于将所述刻蚀气体管线15分为多个支路。所述刻蚀气体管线15还与调谐气体管线5相连,用于向所述刻蚀气体管线15内混入调谐气体。在现有的等离子体刻蚀工艺中,可以通过简单的管线改造,在原有的刻蚀气体管线15和刻蚀反应腔体6上的气体管路接头16之间增加本发明所提供的进气管路连接装置即可获得本发明的进气单元22。可以有效避免原有刻蚀气体管线15焊缝因水汽的进入所导致的腐蚀,延长了刻蚀气体管线15的使用周期,有效避免由于刻蚀气体管线15腐蚀所造成的晶片9金属污染,提高了成品率。
为了对刻蚀气体的通入进行有效地控制,可以在刻蚀气体管线15上设置用于开启和关闭刻蚀气体管线15的阀门13,或者设置用于调节刻蚀气体流量的流量调节装置,或者同时设置阀门13和流量调节装置。当然地,可以选择气动调节阀来同时实现管路的启闭和刻蚀气体流量的调节,使管线的结构更为简单化。更进一步地,可以将阀门13和流量调节装置并入现有的DCS控制系统中,以实现更为方便的操作和监测。为了对刻蚀气体流量的控制,也可以在刻蚀气体管线15的本体上进行改造,例如在刻蚀气体管线15上设置变径结构14,用于限制刻蚀气体流量。该变径结构14可以为异径管,可以是同心大小头或偏心大小头,可以通过冲压成形获得,以实现固定的流量限制。
图4为将上述进气单元22用于等离子体处理设备的一实施例结构示意图,所述设备包括刻蚀气体反应腔体、本发明所提供的进气单元22和用于将反应副产物从刻蚀反应腔体6内排出的抽气单元。刻蚀气体反应腔体包括由金属材料制成的大致为圆柱形的反应腔侧壁,反应腔侧壁上方设置一气体喷淋装置20,气体喷淋装置20通过气体混合装置21与本发明所提供的进气单元22相连。在该实施例中,气体管路接头16一端与气体混合装置21相连,另一端通过本发明所提供的进气管路连接装置与刻蚀气体管线15相连。
进气单元22所提供的刻蚀气体经过气体喷淋装置20进入刻蚀反应腔体6,所述刻蚀反应腔体6的下方设置一支撑静电卡盘8的基座23,静电卡盘8上用于放置待处理晶片9,射频功率源24的射频功率施加到基座23,在刻蚀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晶片9的表面发生多种物理和化学反应,使得晶片9表面的形貌发生改变,即完成刻蚀过程。刻蚀反应腔体6的下方还设置一排气泵25作为抽气单元,用于将反应副产物排出真空反应腔内。使用本发明所提供的离子体处理设备,能够有效避免因刻蚀气体反应腔体打开而导致的刻蚀气体管线15焊缝腐蚀的问题,且对各种刻蚀气体都能够兼容。
综上所述,在现有的等离子体刻蚀工艺中,采用本发明所提供的进气管路连接装置及含其的用于等离子体刻蚀的进气单元后,水汽进入刻蚀气体管线中所接触到的是耐腐蚀密封件,不会接触到焊接在进气管路连接装置外部两侧的焊缝,因而避免了原有刻蚀气体管线焊缝的腐蚀,延长了刻蚀气体管线的使用寿命,可以进一步有效避免由于刻蚀气体管线腐蚀造成的晶片金属污染,提高了产品的质量。
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 (10)
1.一种进气管路连接装置,用于连接刻蚀气体管线和刻蚀反应腔体上的气体管路接头,其特征在于,所述进气管路连接装置包括管状本体及设置在所述管状本体内的耐腐蚀密封件;所述刻蚀气体管线与所述气体管路接头分别从所述管状本体的两端伸入并进行对接,且对接处由所述耐腐蚀密封件进行环绕并密封;所述管状本体的两端分别与所述刻蚀气体管线与所述气体管路接头通过焊接固定。
2.如权利要求1所述的进气管路连接装置,其特征在于,所述管状本体内设置有用于嵌入耐腐蚀密封件的第一环形凹槽。
3.如权利要求1所述的进气管路连接装置,其特征在于,所述刻蚀气体管线与所述气体管路接头对接处的外壁拼合成用于嵌入耐腐蚀密封件的第二环形凹槽。
4.如权利要求1所述的进气管路连接装置,其特征在于,所述刻蚀气体管线和所述气体管路接头在远离对接处的外壁上分别设置有第一环形向外延伸部和第二环形向外延伸部;所述第一环形向外延伸部和第二环形向外延伸部之间拼合成用于嵌入管状本体的第三环形凹槽。
5.如权利要求4所述的进气管路连接装置,其特征在于,所述管状本体的外周分别与所述第一环形向外延伸部和第二环形向外延伸部的外周对齐;焊接所形成的焊缝位于管状本体分别与第一环形向外延伸部和第二环形向外延伸部结合处的外周位置,以使焊缝远离刻蚀气体管线及气体管路接头的本体。
6.如权利要求5所述的进气管路连接装置,其特征在于,所述管状本体的两侧分别设置有第三环形向外延伸部和第四环形向外延伸部;所述第三环形向外延伸部和第四环形向外延伸部分别与所述第一环形向外延伸部和第二环形向外延伸部的外周对齐。
7.如权利要求1所述的进气管路连接装置,其特征在于,所述管状本体的材质为不锈钢。
8.如权利要求1所述的进气管路连接装置,其特征在于,所述耐腐蚀密封件的材质为特氟龙或聚酰亚胺。
9.如权利要求1所述的进气管路连接装置,其特征在于,所述气体管路接头为VCR接头。
10.一种用于等离子体刻蚀的进气单元,其特征在于,该进气单元包括:用于提供刻蚀气体的刻蚀气体源;与所述刻蚀气体源相连的刻蚀气体管线;设置在刻蚀反应腔体上的气体管路接头以及如权利要求1-9任意一项所述的进气管路连接装置,用于连接刻蚀气体管线和气体管路接头。
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