CN113838735A - 均匀分配气体的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种均匀分配气体的装置，安装于一等离子体源产生装置与一喷淋组件之间，包含：一本体，该本体设有一气体通道及复数个通孔，该气体通道系设于该本体的中央位置处，而该复数个通孔环设于该气体通道的周围，且该复数个通孔呈一角度斜置于该本体内，该复数个通孔具有一入口及一出口，该入口的孔径大于该出口的孔径。

Description

均匀分配气体的装置
技术领域
本发明揭露一种均匀分配气体的装置，尤指一种应用于半导体制程设备之均匀分配气体的装置。
背景技术
在高整合度的半导体装置制造中，对于各种处理的精确性需求越来越高，像是薄膜沉积处理中的厚度和均匀性控制等。
在半导体制造领域，晶圆的镀膜或蚀刻是采用多种气体在晶圆表面反应来完成的。综合考虑到机器空间及硬件成本的问题，在制程反应及腔室清洁，往往是将一种或多种反应源送至各个腔室。由于各个分路上流阻的差异，会使反应气体流向各个腔室的总量有所差异，因此造成了腔室间晶圆表面薄膜厚度存在差异，并且由于腔室间互连通的结构造成的气体串扰，在制程状态下，会通入一非反应气体来平衡腔室间的气体串扰。在某些情况中，非反应气体和反应气体汇合后前进至腔室中，由于行程较短造成这些气体的不充分混合，造成了单片晶圆表面薄膜的厚度存在差异，从而影响晶圆的良率。
而针对气体输送不均匀的问题，现阶段有采用独立供气方案，有采用手动调压方案。这种独立供气的方案，增大供气系统的结构，会使得机台过于紧凑和复杂，同时大幅增加机台成本。而对于手动调压方案，其重复性也不易保证。
发明内容
本发明之目的在于提供一种均匀分配气体的装置，以减小各腔室间膜厚差异以及提高膜厚的均匀性。
为达上述目的，本发明提出一种均匀分配气体的装置，安装于一等离子体源产生装置与一喷淋组件之间，包含：一本体，该本体设有一气体通道及复数个通孔，该气体通道系设于该本体的中央位置处，而该复数个通孔环设于该气体通道的周围，且该复数个通孔呈一角度斜置于该本体内，该复数个通孔具有一入口及一出口，该入口的孔径大于该出口的孔径。
较佳地，该入口的孔径D2直径大于该出口的孔径D1直径的两倍。
较佳地，该复数个通孔系平行于该复数个通孔之出口的轴线与该复数个通孔之中心轴线间呈一角度斜置于该本体内。
较佳地，该复数个通孔之结构呈现一针孔状型体。
较佳地，该复数个通孔斜置于本体内之角度以及该复数个通孔的入口孔径大于该出口孔径之设计，在该本体内的排列形成一螺旋排列。
较佳地，该复数个通孔的孔径设计成由该入口逐渐缩小至该出口的孔径，形成一锥体形状。
较佳地，该复数个通孔的孔径设计成由该入口逐渐缩小至该出口的孔径，形成一阶梯状。
较佳地，依据一总反应气体流量Q≦40slm的条件下，该出口之孔径D1的大小范围介于0.3mm≦D1≦2mm，而该复数个通孔斜置于本体内之角度α的角度范围介于15°≦α≦80°。
附图说明
图1系显示本发明均匀分配气体的装置应用于半导体制程设备的示意图(腔体省略未示)。
图2系显示本发明均匀分配气体的装置之示意图。
图3系显示本发明均匀分配气体的装置之侧视剖面图。
图4系显示本发明均匀分配气体的装置之通孔侧视图。
图5系显示图4部分之放大图。
具体实施方式
为利于本发明之技术特征、内容与优点及其所能达成之功效，兹将本发明配合附图，并以实施例之表达形式详细说明如下，而其中所使用之图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，不受限于图式及样式，未必为本发明实施后之真实比例与精准配置，故不应就所附之图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围，合先叙明。
请参考图1，系显示本发明均匀分配气体的装置应用于半导体制程设备的示意图。该图仅例示一双腔室处理腔体的上盖，腔体部分省略未示，以求简洁。本发明之半导体制程设备100，包含本发明均匀分配气体的装置10、一等离子体源产生装置20(在某些配置中可省略)、一下游连接部30及喷淋组件40。等离子体源产生装置20可为已知的远程等离子源(remote plasma source)用于提供离子化的气体。下游连接部30也可视为喷淋组件40的一部分。本发明均匀分配气体的装置10系设置于该该等离子体源产生装置20及该下游连接部30或喷淋组件40之间，用以将多种气体藉由本发明均匀分配气体装置10，均匀地传送至喷淋组件40，以减小各腔室间膜厚差异以及提高膜厚的均匀性。分配气体装置10于之后有更详细的说明。
请继续参考图1并请配合参考图2及图3，该图2系显示本发明均匀分配气体的装置之示意图，而该图3系显示本发明均匀分配气体的装置之侧视剖面图。本发明均均分配气体的装置10，安装于等离子体源出口与一处理腔室气体入口之间，均均分配气体的装置10包含：一本体11，该本体11设有一气体通道12及复数个通孔13，该气体通道12系设于该本体11的中央位置处，而该复数个通孔13环设于该气体通道12的周围，且该复数个通孔13呈一角度斜置于该本体11内，该复数个通孔13具有一入口14及一出口15，该入口14的孔径大于该出口15的孔径；一进气部16，设于该本体11之一侧；以及一出气部17，设于该本体11之另一侧，系输出通过该复数个通孔13及该气体通道12的气体，以将混合气体透过传送至如图1的下游连接部30和喷淋组件40。
请继续参考图2及图3，本发明均匀分配气体的装置10与一上游连接部21连接，且均匀分配气体的装置10中延伸有一通道31。上游连接部21将一气体通过气体信道12传送至信道31。
于本实施例中，所述气体，例如为反应气体含有形成沉积薄膜的物质，以及不参与化学反应但用于控制反应气体流动的惰性气体。此外，惰性气体亦可作为净化气体，其用于清洁腔室中各部件表面堆积的反应物质。在一情况中，反应气体通过通孔13输出，而非反应气体由上游连接部21提供并输出至通道31，使所述反应气体和非反应气体进入下由连接部30及喷淋组件40之前可在信道31中混合。
于本实施例中，该等离子体源出口通道21供该惰性气体传送至本发明均匀分配气体的装置10，并通过该气体信道12传输至信道31。反应气体是藉由其他气体管路(图未示)输入至该复数个通孔13并与经由该通道31中的惰性气体进行混合，并再藉由通道31传送至该下游连接部30。具体而言，如图3所示，上游连接部21和均匀分配气体的装置10的连接接口形成有一环形空腔18，反应气体通过其它路径(未显示)被传送至环形空腔18中扩散后才通过通孔13进入通道31。为了于通道31中充分混合所述气体，本发明通孔13是以特定方式安排，详如下述。
请参考图4系显示本发明均匀分配气体的装置之通孔侧视剖面图，可见三个通孔13的截面。本发明均匀分配气体的装置10之复数个通孔13的每一个，具有一入口14及一出口15，且该复数个通孔13是斜置于该本体11内的阶梯孔。如图所示，该入口14的孔径D2大于该出口15的孔径D1，其中该孔径D2的直径较大之目的为使反应气体均匀分布至每个通孔13，而孔径D1的直径较小的目的是控制总体流阻，从而达到控制气体均匀分布至对应腔室。于本实施例中，较佳地，该入口14的孔径D2直径大于该出口15的孔径D1直径的两倍。
请参考图5系显示图4之部分放大图。于本实施例中，该复数个通孔13系平行于该复数个通孔13之出口15的一轴线，所述轴线又与该复数个通孔13之中心轴线(平行于信道31的延伸方向)间呈一角度α而使通孔13斜置于该本体11内，且因该复数个通孔13的入口14孔径D2大于该出口15孔径D1，使该复数个通孔13之结构呈现一针孔状型体，藉由该复数个通孔13斜置于本体内之角度α以及该复数个通孔13的入口14孔径D2大于该出口15孔径D1之设计，使该复数个通孔13在该本体11内的排列形成一螺旋排列，藉此于通道31中造成湍流效果，俾使所述反应气体输入至该复数个通孔13并与经由该气体通道12的惰性气体进行混合时，使气体二次混合更均匀。这里所述的角度α是指某一通孔13根据与所述环形排列相切的一剖面所观察到的角度。通孔13的所述螺旋排列是指所有通孔的中心轴线都不指向通道31的一轴心，且所有通孔的中心轴都不与一水平面和两个相垂直的纵向面平行。藉此，通孔13的输出气流可沿着通道31的壁螺旋前进，于通道31产生扰动以混合上游连接部21输出的气体。
于本实施例中，若设定总反应气体流量Q≦40slm，则该出口15之孔径D1的大小范围，较佳地介于0.3mm≦D1≦2mm，而该复数个通孔13斜置于本体11内之角度α的角度范围，较佳地介于15°≦α≦80°。若设定总反应气体流量Q有所改变，则该出口15之孔径D1的大小范围以及该复数个通孔13斜置于本体11内之角度α的角度范围，亦可依据该总反应气体Q的数量而调整该出口15之孔径D1的大小范围以及该复数个通孔13斜置于本体11内之角度α的角度范围，俾使减小各腔室间膜厚差异以及提高膜厚的均匀性。
另外，本发明均匀分配气体的装置10，可单独制造成一零件模块，以与半导体制程设备100组接使用，或可与半导体制程设备100及其他零部件结构一体成型的整合使用，同样亦可达到本发明均匀分配气体的效果，因此本发明均匀分配气体的装置10并不局限于任何形式应用于半导体制程设备100中。
于其他实施例中，本发明均均分配气体之装置10的复数个通孔13的孔径亦可设计成由入口14逐渐缩小至出口15的孔径，而形成锥体形状，或是形成阶梯状，亦同样可达到本发明均匀分配气体的效果，此为技术领域中具有通常知识者均能推及与理解者，故在此不另予以图示及为文赘述之。
本发明均匀分配气体的装置10之该复数个通孔13之入口14及出口15采用不同孔径大小的形式加工，其结构简单，价格便宜，且依据总反应气体的数量调整设置合适之孔径可以高效的达到均匀分配气体的目的，以及调整该复数个通孔13斜置于本体11内之角度α可以使气体充分混合，最终降低腔室间、晶圆间及晶圆内膜厚差异，以提高晶圆良品率。
至此，本发明之均匀分配气体的装置之较佳实施例，已经由上述说明以及图式加以说明。在本说明书中所揭露的所有特征都可能与其他手段结合，本说明书中所揭露的每一个特征都可能选择性的以相同、相等或相似目的特征所取代，因此，除了特别显著的特征之外，所有的本说明书所揭露的特征仅是相等或相似特征中的一个例子。经过本发明较佳实施例之描述后，熟悉此一技术领域人员应可了解到，本发明实为一新颖、进步且具产业实用性之发明，深具发展价值。本发明得由熟悉技艺之人任施匠思而为诸般修饰(例如依据该总反应气体流量Q而调整该出口之孔径D1的大小范围以及该复数个通孔斜置于本体内之角度α的角度范围)，然不脱如附申请范围所欲保护者。

Claims (8)

1.一种均匀分配气体的装置，其特征在于：安装于一等离子体源产生装置与一喷淋组件之间，包含：
一本体，该本体设有一气体通道及复数个通孔，该气体通道设于该本体的中央位置处，而该复数个通孔环设于该气体通道的周围，且该复数个通孔呈一角度斜置于该本体内，该复数个通孔具有一入口及一出口，该入口的孔径大于该出口的孔径。
2.如权利要求1所述之均匀分配气体的装置，其特征在于：其中该入口的孔径D2直径大于该出口的孔径D1直径的两倍。
3.如权利要求1所述之均匀分配气体的装置，其特征在于：其中该复数个通孔系平行于该复数个通孔之出口的轴线与该复数个通孔之中心轴线间呈一角度斜置于该本体内。
4.如权利要求1所述之均匀分配气体的装置，其特征在于：其中该复数个通孔之结构呈现一针孔状型体。
5.如权利要求1所述之均匀分配气体的装置，其特征在于：其中该复数个通孔斜置于本体内之角度以及该复数个通孔的入口孔径大于该出口孔径之设计，在该本体内的排列形成一螺旋排列。
6.如权利要求1所述之均匀分配气体的装置，其特征在于：其中该复数个通孔的孔径设计成由该入口逐渐缩小至该出口的孔径，形成一锥体形状。
7.如权利要求1所述之均匀分配气体的装置，其特征在于：其中该复数个通孔的孔径设计成由该入口逐渐缩小至该出口的孔径，形成一阶梯状。
8.如权利要求1所述之均匀分配气体的装置，其特征在于：其中依据一总反应气体流量Q≦40slm的条件下，该出口之孔径D1的大小范围介于0.3mm≦D1≦2mm，而该复数个通孔斜置于本体内之角度α的角度范围介于15°≦α≦80°。
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