CN220669193U - 低浓度臭氧气体供应装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种低浓度臭氧气体供应装置，用于对一个或多个反应腔体提供低浓度臭氧气体，包含臭氧稀释槽、臭氧发生器、稀释气体供应器以及多个气体蓄压桶。臭氧稀释槽的内部具有稀释空间，且臭氧稀释槽具有溢流口，连通于稀释空间。臭氧发生器用于持续供应臭氧至臭氧稀释槽的稀释空间中。稀释气体供应器用于供应稀释气体至稀释空间，使臭氧与稀释气体于稀释空间混合形成低浓度臭氧气体，且稀释空间的低浓度臭氧气体持续由溢流口溢流。多个气体蓄压桶连接于稀释空间；其中，稀释空间的容积，大于多个气体蓄压桶的容积的总和。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种半导体工艺中的臭氧供应，特别是关于一种低浓度臭氧气体供应装置。
背景技术
臭氧气体经常应用于CVD/ALD工艺，特别是应用于清洗晶圆表面，以去除晶圆表面的污染物。然而，在部分工艺中，晶圆或粉末表面有时会存在重要的官能基在后续的工艺中需要应用到。这些官能基容易与臭氧发生反应而被破坏。此时，就需要以较低浓度的臭氧通入反应腔室中，以避免官能基受到破坏。
臭氧的稀释是将臭氧发生器并联于稀释气(O2或Ar)供应源，通过质量流量控制器控制稀释气的输出，使得臭氧被稀释气所稀释而产生低浓度臭氧气体。但是，此种机制的低浓度臭氧气体流量以及浓度都容易发生不稳定的现象，使得反应腔室中的臭氧作用难以控制。
实用新型内容
于上述技术课题，本实用新型提出一种低浓度臭氧气体供应装置，用于稳定地对一个或多个反应腔体提供低浓度的臭氧气体。
本实用新型提出一种低浓度臭氧气体供应装置，用于对一个或多个反应腔体提供低浓度臭氧气体，包含臭氧稀释槽、臭氧发生器、稀释气体供应器以及多个气体蓄压桶。臭氧稀释槽的内部具有稀释空间，且臭氧稀释槽具有溢流口，连通于稀释空间。臭氧发生器用于持续供应臭氧至臭氧稀释槽的稀释空间中。稀释气体供应器用于供应稀释气体至稀释空间，使臭氧与稀释气体于稀释空间混合形成低浓度臭氧气体，且稀释空间的低浓度臭氧气体持续由溢流口溢流。所述多个气体蓄压桶连接于稀释空间；其中，稀释空间的容积，大于些气体蓄压桶的容积的总和。
较佳地，臭氧稀释槽还包括有臭氧接收口，且臭氧发生器连接于臭氧接收口。
较佳地，臭氧发生器连接于氧气源，用于接收氧气，且臭氧发生器内部提供高压电场，使得氧气转换为臭氧。
较佳地，臭氧稀释槽还包括有稀释气体接收口，稀释气体供应器连接于稀释气体接收口。
较佳地，依据臭氧发生器所提供的臭氧质量流量，稀释气体供应器以预定质量流量供应稀释气体至稀释空间，使得稀释空间中的低浓度臭氧气体中的臭氧重量百分低于10％的重量百分率浓度。
较佳地，稀释气体供应器包含稀释气体源以及质量流量控制器，稀释气体源用于供应稀释气体，质量流量控制器连接于稀释气体源以控制由稀释气体源流入稀释空间的稀释气体的质量流量。
较佳地，释气体是氧气，稀释气体供应器的稀释气体源是氧气源，且臭氧发生器由氧气源接收氧气。
较佳地，臭氧稀释槽设置有臭氧压力表头，用于监控稀释空间中的压力，以调整臭氧及稀释气体的流量。
较佳地，稀释空间的容积大于气体蓄压桶的容积的总和再加成，且加成大于总和的10％。
较佳地，各气体蓄压桶分别由臭氧供应管路连接至一个对应的反应腔体，以供应低浓度臭氧气体至对应的反应腔体，且各气体蓄压桶的容积大小以及对应的各臭氧供应管路的长度相同。
通过本实用新型提出的低浓度臭氧气体供应装置，臭氧与稀释气体系先于臭氧稀释槽中充分混合成低浓度臭氧气体，接着以低浓度臭氧气体对气体蓄压桶进行充压。经由气体蓄压桶的蓄压，可确保对于反应腔体注入的低浓度臭氧气体维持稳定的浓度与流量，以使反影腔体中的工艺条件(例如晶圆清洗时间与温度)更容易控制，维持良好的工艺效果。
附图说明
图1是本实用新型实施例的中，低浓度臭氧气体供应装置及多个反应腔体的管路设计示意图。
图2是本实用新型实施例的中，低浓度臭氧气体供应装置的管路设计示意图。
图3是本实用新型实施例的中，低浓度臭氧气体供应装置的管路设计示意图。
图4是本实用新型实施例的中，低浓度臭氧气体供应装置的管路设计示意图。
图5是本实用新型实施例的中，低浓度臭氧气体供应装置的管路设计示意图。
图6是本实用新型实施例的中，低浓度臭氧气体供应装置的管路设计示意图。
附图标记说明：100-低浓度臭氧气体供应装置；110-臭氧稀释槽；120-臭氧发生器；130-稀释气体供应器；141,142,143-气体蓄压桶；200-反应腔体；112-臭氧接收口；114-稀释气体接收口；116-溢流口；132-质量流量控制器；CT-冷阱；G1-臭氧压力表头；G2-真空压力表头；G3-腔体压力表头；S1-氧气源；S2-氩气源；S3-三甲基铝气体源；S4-氮气源；P1,P2-真空泵；V1-泄压阀；V2-入口阀；V3-出口阀；V4,V5-气体阀；V6,V7-关闭阀。
具体实施方式
请参阅图1与图2所示，是本实用新型实施例所揭露的一种低浓度臭氧气体供应装置100，包含臭氧稀释槽110、臭氧发生器120、稀释气体供应器130以及多个气体蓄压桶141,142。低浓度臭氧气体供应装置100用于对一个或多个反应腔体200提供压力、流量稳定的低浓度臭氧气体。
如图1与图2所示，臭氧稀释槽110的内部具有稀释空间，且臭氧稀释槽110具有臭氧接收口112、稀释气体接收口114以及溢流口116，分别连通于稀释空间。
如图1与图2所示，臭氧发生器120连接于臭氧接收口112，用于持续供应臭氧至臭氧稀释槽110的稀释空间中。具体而言，臭氧发生器120连接于氧气源S1，用于接收氧气(O2)。臭氧发生器120内部通过电极板提供高压电场，使得氧气分子解离为单独氧原子，单独的氧原子再与氧气分子结合而形成臭氧分子(O3)。
如图1与图2所示，稀释气体供应器130连接于稀释气体接收口114，用于供应稀释气体至稀释空间。稀释气体与臭氧在稀释空间中混合而产生低浓度臭氧气体。依据臭氧发生器120所提供的臭氧质量流量，稀释气体供应器130以预定质量流量供应稀释气体至稀释空间，使得稀释空间中的低浓度臭氧气体中的臭氧重量百分率浓度(wt％)可以维持于预定浓度，例如低于10％的臭氧重量百分率浓度，但不以低于10％为限。
如图1与图2所示，稀释气体供应器130包含稀释气体源以及质量流量控制器132。稀释气体源用于供应稀释气体。质量流量控制器132连接于稀释气体源以及稀释气体接收口114，以控制由稀释气体源流入稀释空间的稀释气体的质量流量。
如图1与图2所示，稀释气体可是氧气(O2)或氩气(Ar)。在稀释气体是氧气(O2)的场合，臭氧发生器120与稀释气体供应器130可共享氧气源S1，也就是氧气源S1同时也是稀释气体供应器130的稀释气体源。亦即，氧气源S1提供氧气至臭氧发生器120，质量流量控制器也连接同氧气源S1，以将氧气源S1提供的氧气作为稀释气体。
如图3所示，当稀释气体是氩气(Ar)时，则质量流量控制器132连接至氩气源S2，而以氩气源S2作为稀释气体源。图3中的氩气源可以置换为其他种类的气体源，只要是不容易与臭氧发生反应，也不会影响晶圆的表面特性即可。氩气源S2也可以是另一个氧气源，也就是臭氧发生器120与稀释气体供应器130各自连接至不同的氧气源，而不共享单一个氧气源S1。
如图2与图3所示，具体而言，臭氧发生器120是持续供应臭氧至臭氧稀释槽110的稀释空间，稀释气体供应器130持续供应稀释气体至臭氧稀释槽110的稀释空间，而稀释空间的低浓度臭氧气体也持续由溢流口116溢流至臭氧解离槽D，使得低浓度臭氧气体在臭氧稀释槽110中是处于持续补充以及溢流的流动状态，藉以维持低浓度臭氧气体的浓度以及压力。需说明的是，臭氧发生器120并非供应纯臭氧气体，而是供应臭氧与氧气的混合气体。
如图1、图2与图3所示，臭氧稀释槽110设置有臭氧压力表头G1。臭氧压力表头G1用于监控稀释空间中的压力，以调整臭氧及稀释气体的流量，并确保稀释空间中的压力大于臭氧解离槽R3以及气体蓄压桶141,142的压力，避免气体由溢流口116及/或气体蓄压桶141,142回流而污染低浓度臭氧气体。溢流口116也可以设置有泄压阀V1，泄压阀V1于压力大于预定值时开启，而于压力小于预定值时关闭，同样可避免外部气体由溢流口116回流至稀释空间。
如图1、图2与图3所示，多个气体蓄压桶141,142分别通过一入口阀V2连接于臭氧稀释槽110的稀释空间，以由稀释空间接收低浓度臭氧气体。入口阀V2可以适时关闭，避免气体经由管路回流至稀释空间。具体而言，稀释空间的容积，大于多个气体蓄压桶141,142的容积的总和，以确保臭氧稀释槽110可以随时供应压力足够的低浓度臭氧气体至气体蓄压桶141,142。较佳地，稀释空间的容积大于多个气体蓄压桶141,142的容积的总和再加成。加成可为总和的10％,20％或更高。
如图1所示，各气体蓄压桶141,142分别由臭氧供应管路150连接至一个对应的反应腔体200，以供应低浓度臭氧气体至对应的反应腔体200。臭氧供应管路150可设置一出口阀V3，位于反应腔体与对应的气体蓄压桶141,142。出口阀V3用于适时地开启或关闭对反应腔体200供应的低浓度臭氧气体。亦即，通过多个出口阀V3选择性地开启或关闭，可同时对每一个反应腔体200供应低浓度臭氧气体，或是只对个别的反应腔体200供应低浓度臭氧气体。
此外，气体蓄压桶141,142的容积大小以及对应的臭氧供应管路150的长度会影响臭氧的浓度与流量。为了使得各反应腔体200接收到的臭氧浓度与流量一致，气体蓄压桶141,142的容积大小以及对应的臭氧供应管路150的长度必须相同。臭氧供应管路150的中段也可以旁通至真空泵P1。在开始供应低浓度臭氧气体之前，可先关闭入口阀V2与出口阀V3，并启动真空泵P1，以将气体蓄压桶141,142内部残留的气体排空。
在开始供应低浓度臭氧气体时，可先关闭出口阀V3，使气体蓄压桶141,142中的低浓度臭氧气体压力被填充至与臭氧稀释槽110的压力一致时，再开启出口阀V3，以确保供应至各反应腔体200的臭氧的浓度与流量可以稳定。
如图4所示，二个气体蓄压桶141,142仅为例示，实际上可以是超过二个，例如三个气体蓄压桶141,142,143。每一个气体蓄压桶141,142,143分别连接至依个反映腔体200。
如图1所示，反应腔体200还可以通过气体阀V4,V5连接至不同的工作气体，以供后续CVD/ALD工艺之用。例如气体阀V4可连接至三甲基铝(Trimethylaluminum,TMA)气体源S3，用于使反应腔体200接收TMA气；气体阀V5可连接至氮气源S4，以使反应腔体200接收氮气。反应腔体200也可以连接至真空泵P2，以对反应腔体200抽气，维持反应腔体200内部为低压。反应腔体200与真空泵P2之间可以设置冷阱CT，以收集气体中凝结点高的物质。冷阱CT与真空泵P2之间可设置真空压力表头G2，以监控真空泵P2运作后的压力变化。冷阱CT与真空泵P2之间可设置关闭阀V6，以在真空泵P2停止运作时关闭管路。反应腔体200也可以通过关闭阀V7连接于腔体压力表头G3，以监控反应腔体200内部的压力。
如图5所示，当臭氧发生器120的臭氧产生量不足时，低浓度臭氧气体供应装置100可包含多个臭氧发生器120，分别连接至臭氧稀释槽110，或并联后连接至臭氧稀释槽110，以确保臭氧供应量充足。
如图5所示，当臭氧发生器120的臭氧产生量不足时，低浓度臭氧气体供应装置100可包含多个臭氧发生器120，分别连接至臭氧稀释槽110，或并联后连接至臭氧稀释槽110，以确保臭氧供应量充足。
如图6所示，当臭氧稀释槽110的容量不足，例如单一个臭氧稀释槽110的容量小于多个气体蓄压桶141,142的容积的总和，或是稀释空间的容积小于多个气体蓄压桶141,142的容积的总和再加成时，低浓度臭氧气体供应装置100可包含多个臭氧稀释槽110。多个臭氧稀释槽110之间互相连通，以平衡臭氧气体的压力以及臭氧浓度。多个臭氧稀释槽110可以串连配置，由单一个臭氧稀释槽110接收臭氧与稀释气体，并由单一的臭氧稀释槽110输出低浓度臭氧气体。多个臭氧稀释槽110可以并联配置，由臭氧与稀释气体同时注入多个臭氧稀释槽110，而多个臭氧稀释槽110输出的低浓度臭氧气体经由岐管合流后再分流至各气体蓄压桶141,142。
通过本实用新型提出的低浓度臭氧气体供应装置100，臭氧与稀释气体系先于臭氧稀释槽110中充分混合成低浓度臭氧气体，接着以低浓度臭氧气体对气体蓄压桶141,142进行充压。经由气体蓄压桶141,142的蓄压，可确保对于反应腔体注入的低浓度臭氧气体维持稳定的浓度与流量，以使反影腔体中的工艺条件(例如晶圆清洗时间与温度)更容易控制，维持良好的工艺效果。
以上所述者，仅是本实用新型的一实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，即凡依本实用新型权利要求所述的形状、构造、特征及精神所为的等同变化与修饰，均应包括有于本实用新型请求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种低浓度臭氧气体供应装置，用于对一个或多个反应腔体提供低浓度臭氧气体，其特征在于，包括：
臭氧稀释槽，内部具有稀释空间，且所述臭氧稀释槽具有溢流口，连通于所述稀释空间；
臭氧发生器，用于持续供应臭氧至所述臭氧稀释槽的所述稀释空间中；
稀释气体供应器，用于供应稀释气体至所述稀释空间，使所述臭氧与所述稀释气体于所述稀释空间混合形成所述低浓度臭氧气体，且所述稀释空间的低浓度臭氧气体持续由所述溢流口溢流；以及
多个气体蓄压桶，连接于所述稀释空间，以分别接收所述低浓度臭氧气体；其中，所述稀释空间的容积，大于所述多个气体蓄压桶的容积的总和。
2.根据权利要求1所述的低浓度臭氧气体供应装置，其特征在于，所述臭氧稀释槽还包括有臭氧接收口，且所述臭氧发生器连接于所述臭氧接收口。
3.根据权利要求2所述的低浓度臭氧气体供应装置，其特征在于，所述臭氧发生器连接于氧气源，用于接收氧气，且所述臭氧发生器内部提供高压电场，使得氧气转换为臭氧。
4.根据权利要求1所述的低浓度臭氧气体供应装置，其特征在于，所述臭氧稀释槽还包括有稀释气体接收口，所述稀释气体供应器连接于所述稀释气体接收口。
5.根据权利要求1所述的低浓度臭氧气体供应装置，其特征在于，依据所述臭氧发生器所提供的臭氧质量流量，所述稀释气体供应器以预定质量流量供应稀释气体至稀释空间，使得所述稀释空间中的低浓度臭氧气体中的臭氧重量百分低于10％的重量百分率浓度。
6.根据权利要求5所述的低浓度臭氧气体供应装置，其特征在于，所述稀释气体供应器包含稀释气体源以及质量流量控制器，所述稀释气体源用于供应所述稀释气体，质量流量控制器连接于所述稀释气体源以控制由所述稀释气体源流入稀释空间的稀释气体的质量流量。
7.根据权利要求6所述的低浓度臭氧气体供应装置，其特征在于，所述稀释气体是氧气，所述稀释气体供应器的稀释气体源是氧气源，且所述臭氧发生器由所述氧气源接收氧气。
8.根据权利要求1所述的低浓度臭氧气体供应装置，其特征在于，所述臭氧稀释槽设置有臭氧压力表头，用于监控所述稀释空间中的压力，以调整臭氧及稀释气体的流量。
9.根据权利要求1所述的低浓度臭氧气体供应装置，其特征在于，所述稀释空间的容积大于该气体蓄压桶的容积的总和再加成，且所述加成大于所述总和的10％。
10.根据权利要求1所述的低浓度臭氧气体供应装置，其特征在于，每一所述气体蓄压桶分别由臭氧供应管路连接至一个对应的所述反应腔体，以供应所述低浓度臭氧气体至对应的所述反应腔体，且每一所述气体蓄压桶的容积大小以及对应的各所述臭氧供应管路的长度相同。
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| GR01 | Patent grant | ||
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