CN213936113U - 一种等离子体处理装置气体供应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种等离子体处理装置气体供应系统，包括歧管、位于歧管支路上的控制箱和位于歧管干路上的调节箱，利用调节箱的物态变化稳定气体管路中的气体压力。借助不同规格的存气罐，对管路中气体流量的大幅变化起到缓冲作用。在管路外壁还设置有加热装置，防止低压气体的液化导致的堵塞。同时将干路的内径增加，也起到了一定的缓冲作用。该系统可以提供稳定的气体压力平衡，抗扰能力突出，对于持续保持等离子体反应时气体的比例具有显著效果，此外，相比从厂务端单独向反应腔接通输气管线，本实用新型的气体供应系统节省了成本，降低了厂务端的管路占地空间。

Description

一种等离子体处理装置气体供应系统

技术领域

本实用新型涉及等离子体刻蚀技术领域，尤其涉及一种等离子体处理装置的气体供应系统。

背景技术

利用等离子体处理对晶圆进行刻蚀，以形成电子产品，已成为集成电路领域通用的技术。在等离子体处理中，为了提高生产效率，采用将多个处理腔集合在一起，共用一套管理系统、传送机器人、晶片储存箱，气体传输系统等。由于处理腔在某一工艺流程中，需要多种反应气体，所以针对每一种反应气体都需要从厂务气体管路设计一条管线连通到反应腔，并且在管线上设置有气体控制器来进行通断及流量调节，在厂务端针对每个气体管路也需要配备手动阀门，气动阀门，过滤器，调压阀，压力计等零件，增加了厂务端的气体系统复杂程度。

为了进一步节省成本，对于主系统下的多个反应腔，针对同一气体采用厂务端的一根进气主管路接入主阀箱，再从主阀箱通过多个并联的管路接入每个反应腔，在反应腔端设置具体的阀门、过滤器、调压阀、压力计、MFC(质量流量控制器)等部件。这样，在等离子体处理时，多个反应腔如果使用同一反应气体混合方案，就可以用与气体数量相同的管路数量供应多个反应腔，而取代每个反应腔都对应气体数量的管路的方案，显著降低了成本，也减少了厂务端的系统复杂度。但是该气体系统方案在面对一些低压气体的供应，如四氯化硅、三氯化硼，在处于同一供气管路的不同反应腔同时使用或者大流量使用时，主管路的气体压力会急剧下降，导致反应腔的气体流量不稳定或者偏小；亦或是当某一反应腔停止、启动、大幅调整MFC时，会造成气体压力的波动，从而影响其他反应腔的气流稳定性。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种等离子体处理气体供应系统，用于将处理气体分配至多个反应腔，其特征在于，包括：

歧管，用于输送所述处理气体；

控制箱，位于所述歧管的支路上，用于调节所述处理气体的流量；

调节箱，位于所述歧管的干路上，通过所述调节箱中的处理气体的物态变化改变所述歧管的干路中的气压。

可选的，所述物态变化为液态与气态之间的变化。

可选的，所述调节箱包括储液盒、气体管路和液体管路，所述气体管路和液体管路的一端与所述歧管的干路连接，另一端与所述储液盒内部相连，所述气体管路上设置有气体阀，所述液体管路上设置有液体阀。

可选的，所述气体供应管路内径大于所述液体管路内径。

可选的，所述气体管路的管外设置有第一加热器，所述液体管路的管外设置有冷却器。

可选的，所述调节箱包括温度控制装置。

可选的，所述干路的内径大于等于所述支路内径的2倍。

可选的，所述歧管为不锈钢材质。

可选的，所述歧管的管外设置有第二加热器。

可选的，所述歧管的干路上设置有存气罐。

可选的，所述存气罐数量为多个，且多个所述存气罐的容积沿着气体输送方向递减。

可选的，所述存气罐与所述歧管的干路并联。

可选的，所述存气罐与所述歧管的干路串联。

可选的，所述存气罐与所述歧管的干路焊接连接。

可选的，所述存气罐与所述歧管的干路可拆卸连接，且连接处设置有负压系统。

可选的，所述歧管的干路上设置有单向阀。

可选的，所述控制箱包括压力表和质量流量控制器。

本实用新型的优点在于：本实用新型提供了一种等离子体处理装置气体供应系统，利用调节箱稳定气体管路中的气体流量，在管路中气压过大时，通过将多余气体液化来降低压力，在管路中气体压力不足时，通过将储存液体汽化来补充压力。借助不同规格的存气罐，对管路中气体流量的大幅变化起到缓冲作用。在管路外壁设置加热装置，防止低压气体的液化导致的堵塞。同时将干路的内径增加，也起到了一定的缓冲作用。该系统可以提供稳定的气体压力平衡，抗扰能力突出，对于持续保持等离子体反应时气体的比例具有显著效果，此外，相比从厂务端单独向反应腔接通输气管线，本实用新型的气体供应系统节省了成本，降低了厂务端的管路占地空间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的等离子体处理装置气体供应系统示意图；

图2为本实用新型的等离子体处理装置气体供应系统另一实施例示意图；

图3为本实用新型的等离子体处理装置气体供应系统另一实施例示意图；

图4为本实用新型的等离子体处理装置气体供应系统另一实施例示意图；

图5为本实用新型的等离子体处理装置气体供应系统另一实施例示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示为本实用新型的等离子处理装置气体供应系统示意图，包括歧管110，歧管110的干路1101一端与厂务端140相连，起到直接从气体源输送气体的作用，对于同种气体，可以使用一条歧管110传输，可以根据不同反应进程所需的气体种类设置歧管110的数量，本实施例仅就一条歧管110进行说明，本实用新型的气体供应系统可以包括多条歧管110，在歧管110的支路1102上设置有控制箱120，反应气体经过控制箱120后通入独立的等离子体处理装置的反应腔，控制箱120用于控制对应反应腔的反应气体的气压及流量。在一些实施例中，控制箱120包括MFC和阀门，在集成系统中多个反应腔同时工作时，虽然在反应气体配方中含有同一气体，可以通过歧管110统一供应，但是不同的反应腔在同一时间刻蚀进度并不相同，如图1所示，作为示例，支路1102连接3个控制箱120，进而对应3个反应腔，本实用新型的气体供应系统也可以连接不限于3个数量的反应腔，若某个反应腔与气体反应腔相比，需要大幅度调大或调小流量，抑或是某个刻蚀进程完成或结束，需要通过控制箱120打开或关闭该支路1102上的气体输送，则会造成干路1101中反应气体压力的不稳定，干路1101中气体的扰动会进一步影响其他反应腔中气体的供应压力，在现有技术中，就会通过控制箱120中的MFC进行即时调节，对于低压气体，如四氯化硅或三氯化硼，对单一反应腔的气压变化会更敏感，即使选用高精度的MFC也存在调整时间，在调整完成之前，反应腔一直处于偏离气体流量设定值的状态，会影响刻蚀效果。本实用新型的技术方案在前述基础上设置了调节箱130，其位于干路1101上，可以与干路1101串联，也可以并联，在图1中，调节箱130位于干路1101的末端，与干路1101串联，调节箱130可以对干路1101中的低压气体进行物态转换，可以是气态、液态和固态之间的任意组合，因低压气体在气态、液态和固态三种物态的体积依次降低，所以，调节箱130可以在干路1101中气压上升时，将干路1101中的低压气体转化成体积小的物态存储起来，在干路1101中气压下降时，将存储的低压气体的液态或固态转化成气态补充进干路1101中，及时稳定干路1101中的气压，以将气体扰动控制在干路1101中，避免在支路1102中的气体有较大波动。在一些实施例中，调节箱130选择将低压气体在气态和液态之间进行转换，调节箱130包括储液盒133用于存储低压气体转换成的液体，还包括一端与干路1101连接的气体管路131和液体管路132，其另一端与储液盒133的内部相连，气体管路131和液体管路132之间并联，若储液盒133内虚线代表液面，则液体管路132尽量在液面之下贴近储液盒133的盒底，而气体管路131则在液面之上尽量贴近储液盒133的盒顶，在气体管路131上设置有气体阀134，在液体管路132上设置有液体阀135用于控制相应管路的开闭。为了实现物态转换，在气体管路131的管壁外还设置有第一加热器136，当需要向干路1101中补充气体时，关闭液体阀135，打开气体阀134，第一加热器136工作，使气体管路131中的气体膨胀流入干路1101，同时加热的气体也对储液盒133中的液体进行加热带动更多液体转化成低压气体通过气体管路131流入干路1101，在液体管路132的管壁外设置有冷却器137，当干路1101中气体压力变大时，关闭气体阀134，打开液体阀135，冷却器137对液体管路132进行降温，使液体管路132中的低压气体转化成液体流入储液盒133而抽走干路1101中的低压气体，依此来达到对干路中气体压力调节的效果。在一些实施例中，气体管路131的内径大于液体管路132的内径，这样，气体管路131中可以存储更多的气体，在进行补偿时更快速，而从气体到液体是体积缩小过程，所以液体管路132内径较小，使低压气体更容易被冷凝成液体，尤其是位于液体管路132中心位置的低压气体，冷却器137的制冷效果嫩更快传递到中心位置。

如图2所示，在另一个实施例中，与上述实施例的区别在于，调节箱130还包括温度控制装置138，可以对储液盒133进行加热和制冷，以此可以达到更快速的物态转化效果。此外，当整个气体供应系统需要清理或还原时，可以同时打开液体阀135和气体阀134，将温度控制装置138调成加热效果，使储液盒133中的液体能最快的转化成气体并通过两个管路排出干路1101，配合抽气泵完成对整个气体供应系统的清理和还原过程。

如图3所示，在另一实施例中，与上述实施例的区别在于，控制箱120包括质量流量控制器122和压力表121，质量流量控制器122可以对支路1102上的气体变化进行微调，以弥补调节箱130整体调控后的微弱扰动，保证进入反应腔的气体基本保持稳定。反应气体先经过气压表121，后经过质量流量控制器122，当气压表121监测到所在支路气压变化时，会反馈到系统，系统根据变化量及时控制调节箱130运行，补充或抽取干路1101中的低压气体，在一些实施例中，调节箱130也可以根据干路1101上的气压监测的反馈进行调节。调节箱130还可以包括手动阀，过滤器，调压阀和气动阀，以实现更精准的气流调节。

如图4所示，在另一实施例中，与上述实施例的区别在于，干路1101上还设置有第二加热器111，因低压气体冷却液化后也会导致管路中气压波动，所以第二加热器111能够保持干路1101的恒温，使低压气体不会在干路1101中冷凝成液体，降低堵塞管路的风险，也避免冷凝液体进入支路1102后对其他器件造成影响，在另一些实施例中，也可以在支路1102上也设置第二加热器111。除此之外，干路1101的内径大于等于支路内径的2倍，在一些实施例中干路1101选择0.5英寸的不锈钢管路，支路1102选择0.25英寸的不锈钢管路，增大干路1101与支路1102的内径差，能够使干路1101中储存更多的低压气体，而支路1102的流量有限，当发生波动时，调节箱130对干路1101中气体的增减效率高于支路1102中气体的增减，能起到更强的稳压效果。在一些实施例中，干路1101和支路1102采用不锈钢材质。

如图5所示，在另一实施例中，与上述实施例的区别在于，在干路1101上设置有若干个存气罐112，存气罐112拓展了干路1101的容积，能够应对小范围的气体波动，起到缓冲作用，在其他实施例中，可以沿着气体流通方向，将存气罐112的容积设定成递减。如图5所示，在具有3个控制箱的例子中，设置3个存气罐112，分别为A、B和C，存气罐A与3个并联后的控制箱串联，存气罐B与2个并联后的控制箱串联，存气罐C与1个控制箱串联，存气罐A、B和C的容积递减，因为当3条支路1102的气压同时变化时，在干路1101上的不同段需要缓冲的程度不相同，越靠近厂务端140，需要承受的缓冲越大，也即需要更大的容积，而选择间隔设置存气罐112还可以对于小范围波动起到比较及时的瞬时调节，存气罐112可以与控制箱120的数量相同，且每个存气罐112都靠近对应的支路1102，这样能提高气体流量的补偿速度。存气罐112的连接方式可以与干路1101串联也可以是并联。可以采取焊接的方式，也可以采取可拆卸的方式与干路1101相连，如果选择可拆卸，则需要在连接处设置负压系统来监控气体泄漏。在干路1101中靠近厂务端140处还设置有单向阀113，当厂务端的气压有瞬时下降情况发生时，单向阀113可以保证支路1102中的气体保持原有压力，进一步增强了气体流量的稳定性。

本实用新型提供了一种等离子体处理装置气体供应系统，利用调节箱稳定气体管路中的气体流量，在管路中气压过大时，通过将多余气体液化来降低压力，在管路中气体压力不足时，通过将储存液体汽化来补充压力。借助不同规格的存气罐，对管路中气体流量的大幅变化起到缓冲作用。在管路外壁设置加热装置，防止低压气体的液化导致的堵塞。同时将干路的内径增加，也起到了一定的缓冲作用。该系统可以提供稳定的气体压力平衡，抗扰能力突出，对于持续保持等离子体反应时气体的比例具有显著效果，此外，相比从厂务端单独向反应腔接通输气管线，本实用新型的气体供应系统节省了成本，降低了厂务端的管路占地空间。

本实用新型公开的气体供应系统不限于应用电容耦合等离子体处理装置和电感耦合等离子体处理装置，在其他等离子体处理装置中也可以适用，此处不再赘述。

尽管本实用新型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实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (17)

1.一种等离子体处理装置气体供应系统，用于将处理气体分配至多个反应腔，其特征在于，包括：

歧管，用于输送所述处理气体；

控制箱，位于所述歧管的支路上，用于调节所述处理气体的流量；

调节箱，位于所述歧管的干路上，通过所述调节箱中的处理气体的物态变化改变所述歧管的干路中的气压。

2.如权利要求1所述的供应系统，其特征在于，所述物态变化为液态与气态之间的变化。

3.如权利要求2所述的供应系统，其特征在于，所述调节箱包括储液盒、气体管路和液体管路，所述气体管路和液体管路的一端与所述歧管的干路连接，另一端与所述储液盒内部相连，所述气体管路上设置有气体阀，所述液体管路上设置有液体阀。

4.如权利要求3所述的供应系统，其特征在于，所述气体管路内径大于所述液体管路内径。

5.如权利要求4所述的供应系统，其特征在于，所述气体管路的管外设置有第一加热器，所述液体管路的管外设置有冷却器。

6.如权利要求1所述的供应系统，其特征在于，所述调节箱包括温度控制装置。

7.如权利要求1所述的供应系统，其特征在于，所述干路的内径大于等于所述支路内径的2倍。

8.如权利要求7所述的供应系统，其特征在于，所述歧管为不锈钢材质。

9.如权利要求1所述的供应系统，其特征在于，所述歧管的管外设置有第二加热器。

10.如权利要求1所述的供应系统，其特征在于，所述歧管的干路上设置有存气罐。

11.如权利要求10所述的供应系统，其特征在于，所述存气罐数量为多个，且多个所述存气罐的容积沿着气体输送方向递减。

12.如权利要求10所述的供应系统，其特征在于，所述存气罐与所述歧管的干路并联。

13.如权利要求10所述的供应系统，其特征在于，所述存气罐与所述歧管的干路串联。

14.如权利要求10所述的供应系统，其特征在于，所述存气罐与所述歧管的干路焊接连接。

15.如权利要求10所述的供应系统，其特征在于，所述存气罐与所述歧管的干路可拆卸连接，且连接处设置有负压系统。

16.如权利要求1所述的供应系统，其特征在于，所述歧管的干路上设置有单向阀。

17.如权利要求1所述的供应系统，其特征在于，所述控制箱包括压力表和质量流量控制器。

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