TWI403608B - 高效率氣體分配佈置的方法及裝置 - Google Patents

Description

高效率氣體分配佈置的方法及裝置

本發明係有關於一透過設置在導管內之風扇來冷卻諸如電子零件之類的零件的零件冷卻裝置。

電漿處理技術進步造就了半導體工業的成長。在電漿處理技術中，氣體分配佈置裝置係用於泵送處理氣體至電漿處理系統內。氣體分配系統會與諸如微波之類的功率來源互動，以產生可供應用在基體處理作業上的電漿。

氣體分配佈置裝置包括有一氣體入口，處理氣體(例如O2、N2、N2：H2、He：H2、水蒸汽、氟化化合物等)則是經由之配送出去。處理氣體通常會被導向至一電漿管的中心處。在某些例子中，習用的氣體入口的直徑通常是比習用電漿管為狹小。在一實施例中，習用的氣體入口的直徑是約0.25英吋至0.50英吋，而習用電漿管的直徑是約1英吋。為有助於討論，第1圖中顯示出一具有氣體入口之電漿源的簡易圖式。氣體入口102可將一種或多種處理氣體配送至電漿管104內。處理氣體會向下移動通過電漿管104的中心而與位在點火區域106內的動力源交互作用而生成電漿108。由於氣體入口102與電漿管104間直徑上的差異，處理氣體將無法完全地充斥於電漿管104的點火區域106內來與該動力源做高速率的交互作用。

此外，來自該交互作用而生成的熱入通量會往回移動超過點火區域106而至氣體入口102處，進而攻擊o型環112及114。一般而言，冷卻劑會流動通過一包圍著電漿管104之大部份的冷卻佈置110，以減低作用在電漿管104上的熱負載。但是，在某些實施例中，o型環112及114係直接地結合在電漿管104上而無直接冷卻佈置。因此，來自電漿的熱入通量會流過電漿管104並將o型環112及114加以加熱。由於o型環是熱的不良導體，因此o型環112及114會吸收流入的熱量，因之而造成o型環112及114的損毁。為延長o型環的壽命，操作人員會重覆執行處理製程的中斷(亦即關閉系統的動力一段時間)，以提供讓o型環冷卻的時間。因此之故，在與真正的處理時間相比較下，基體的平均處理時間會相對變長。

為能對o型環提供某種的保護，氣體入口可包覆於一栓塞部內。第2圖顯示出栓塞式氣體入口的剖面圖。栓塞式氣體入口202係構造成包含有一氣體入口206，自一氣體入口端蓋208延伸至一栓塞末端210。在插入至電漿管204內後，栓塞末端210係位在電漿管204下游方向的一區域內，而遮蔽住o型環212及214。當處理氣體經由氣體入口206送入後，o型環212及214可被該栓塞式的設計加以保護，因為往回朝向o型環移動的熱入通量會無法繞過該插入的栓塞式氣體入口202。但是，栓塞式氣體入口的架構仍然無法提供能夠將處理氣體更有效地分配於電漿管之點火區域內的機制。

針對於保有競爭力的需，求其需要有一種氣體分配佈置，其能夠將處理氣體平均地分配至點火區域內，而且也能針對脆弱的o型環提供保護。

在一實施例中，本發明係有關於一種氣體分佈配置裝置，其係組構成可將處理氣體向下游側供應至電漿處理腔室的電漿管內。該電漿管具有一頂側末端。此佈置裝置包含有一本體，具有一第一末端。該第一末端具有大於該電漿管的寬度，以及一突出部末端，可供插入至該頂側末端內。此佈置裝置亦包含有一氣體入口，垂直向的設置於該本體內。該氣體入口係自該第一末端朝向該突出部末端延伸而在完全延伸超出該突出部末端前中止。此佈置裝置進一步包含有多個方向性進入通道，係自該氣體入口的下方末端延伸出而貫穿該突出部末端。

在另一實施例中，本發明係有關於一種氣體分佈配置裝置，其係組構成可將處理氣體向下游側供應至電漿處理腔室的電漿管內。該電漿管具有一頂側末端，以及至少一在靠近於該頂側末端處圍繞著該電漿管設置的o型環。此佈置裝置包含有一氣體入口。此佈置裝置亦包含有多個方向性進入通道，自該氣體入口的下方末端延伸出。該等多個方向性進入通道係與該氣體入口相連通。該等方向性進入通道中至少有一者係可將該處理氣體導向電漿管壁部中與該至少一o型環相鄰接的o型環鄰旁區域內。

在再另一實施例中，本發明係有關於一種氣體分佈配置裝置，其係組構成可將處理氣體向下游側供應至電漿處理腔室的電漿管內。該電漿管具有一頂側末端，以及至少一在靠近於該頂側末端處圍繞著該電漿管設置的o型環。此佈置裝置包含有一氣體入口。此佈置裝置亦包含有多個側邊通道，自該氣體入口之一壁部的一部位朝向該電漿管之一壁部延伸。該等多個側邊通道係與該氣體入口相連通。該等側邊通道中至少有一者係可將該處理氣體導入至該電漿管之該壁部中與該至少一o型環相鄰接的o型環鄰旁區域內。

在再另一實施例中，本發明係有關於一種氣體分佈配置裝置，其係組構成可將處理氣體向下游側供應至電漿處理腔室的電漿管內。該電漿管具有一頂側末端。此佈置裝置包含有一本體，具有一第一末端。該第一末端具有大於該電漿管的寬度，以及一突出部末端，可供插入至該頂側末端內。此佈置裝置包含有一氣體入口，垂直向的設置於該本體內。該氣體入口係自該第一末端朝向該頂側末端延伸而在完全延伸超出該頂側末端前中止。此佈置裝置進一步包含有多個側邊通道，自該氣體入口之一壁部的一部位朝向該電漿管之一壁部延伸。該等多個側邊通道中至少有一部份是設置在該頂側末端的上方。該等多個側邊通道係與該氣體入口相連通。該等側邊通道中至少有一者係可將該處理氣體導入至電漿管壁部中與該至少一o型環相鄰接的o型環鄰旁區域內。

本發明的這些及其他特點將於下文的本發明詳細說明中，配合於所附圖式來加以詳細地說明。

現在將針對附圖中所示的數個實施例來詳細說明本發明。在下文的說明中，會說明許多特定的細節，以供充份地瞭解本發明。但是，熟知此技藝者可以理解到，本發明也可以在該等特定細節之一部份或全部省略掉的情形下實施之。在其他的例子中，已知的製程步驟及/或結構將不會加以詳細地說明，以避免不必要的干擾到本發明。

根據本發明的實施例，其係在下游側電漿源內提供一種氣體分配佈置裝置。氣體分配佈置裝置可構造成能將處理氣體向下流側供應至電漿處理腔室內。本發明之實施例係可提供能夠在點火區域內供給均勻之處理氣體分配的氣體分配佈置裝置。再者，氣體分配可以一種能夠將對於o型環之損傷減至最小的方式來實施之。

第3圖顯示出一實施例中的非栓塞式氣體分配佈置裝置的截面圖。非栓塞式氣體注入器302包含有一氣體入口304。自氣體入口304下方實施例延伸出去的是多個方向性進入通道306。在一實施例中，該氣體入口304及該等多個方向性進入通道306均可設置於電漿管308的外部。可以瞭解的，氣體入口304及方向性進入通道306二者的截面積均是小於電漿管308的截面積。在一實施例中，方向性進入通道306是中空的管子，以任意的方式設置但是朝向著電漿管308。

處理氣體是自氣體入口304流出，以高速率流動通過多個方向性進入通道306。在一實施例中，該等多個方向性進入通道306的全部截面積可等於或小於該氣體入口304的截面積。熟知此技藝者瞭解該處理氣體通常都是以高流率來配送的。在沒有方向性進入通道306的情形下，處理氣體會以一種集中在一起的高速噴射流通過氣體入口304而進入至電漿管308內。基於氣體入口304與點火區域310之距離短的情形，氣體流在通過至點火區域310時仍會呈現集中的狀態。由於整個點火區域會充斥著電能(例如微波能量)，因此在集中而高速的氣體噴射流的情形中，能被氣體吸收的動力是有限。但透過使用方向性進入通道306，處理氣體可以在極短的距離內有效地散佈開，使得處理氣體能夠快速地充滿於較大直徑的電漿管308內。當此氣體充滿電漿管308時，處理氣體在進入點火區域310內時會顯著地減慢下來。在以慢速流動而平均分佈的處理氣體進入至點火區域310的情形下，生成電漿的狀況現在即會成為最佳者。處理氣體所吸收的動力也會大幅地增高。

在一實施例中，某些的方向性進入通道可以組構成能讓處理氣體被引導至電漿管308內的o型環鄰旁區域312內。此種佈置可以產生冷卻作用，其可有助於減低o型環鄰旁區域312周圍的熱負載，如此即可延長設置成環繞著電漿管308之頂側末端的o型環314及316的壽命。在本文中所討論的o型環鄰旁區域係指電漿管上結合著一個或多個o型環的區域。

栓塞式氣體注入器組件係一種可提供對於o型環之保護有特別的好處，並可提供能讓處理氣體完全分配於電漿管之點火區域內的有效機構的實施例，如第4圖所示。栓塞式氣體注入器具有一長形本體，其具有一寬度大於電漿管408的第一末端420，以及一可供插入至電漿管408內的突出部末端418。類似於非栓塞式的架構，栓塞式氣體注入器包含有一氣體入口404及多個方向性進入通道406，處理氣體即可由其等加以導向至電漿管408的點火區域410內。可以瞭解到，氣體入口404及方向性進入通道406二者的截面積均小於電漿管408的截面積。此外，在一實施例中，該等多個方向性進入通道406的全部截面積是等於或小於氣體入口404的截面積。

不同於非栓塞式架構，氣體入口404及/或方向性進入通道406係組構成包覆於一栓塞部402內。氣體入口404係垂直向的設置於該長形本體內，自第一末端420延伸至突出部末端418一部份內。結合於氣體入口404下方末端而延伸至突出部末端418的下方邊緣的是多個方向性進入通道406。

在插入至電漿管408內後，突出部末端418會突伸至一個超過o型環414及416的區域內，而在該突出部末端418與電漿管壁部間大致上不會造成間隙。因此突出部末端418可以阻擋自點火區域410逸出的熱入通量到達環繞著電漿管408頂側末端設置的o型環414及416。在一實施例中，栓塞式氣體注入器係由熱的良好導體材料所製成的，例如鋁或陶瓷。因此，熱入通量可被自o型環處導開而朝向更具傳導性的路徑。

另一種的氣體分配佈置係顯示於第5圖中。一非栓塞周邊式氣體注入器502包含有一氣體入口504，處理氣體係自該處配送至電漿管506內。自氣體入口504之側邊延伸出的是多個側邊通道508。在一實施例中，該氣體入口504及該多個側邊通道508係設置在電漿管506的外部。可以瞭解，氣體入口504及側邊通道508二者的截面積均是小於電漿管506的截面積。側邊通道508係呈斜角狀，而使得每一側邊通道的末端508a是位在相當靠近於電漿管506之o型環鄰旁區域510的位置處。

透過側邊通道508的使用，高速的處理氣體會進入至o型環鄰旁區域510內，並由電漿管壁部加以反彈而完全分配於電漿管506的整個點火區域512內。此外，處理氣體會在o型環鄰旁區域510內與電漿管壁部互相作動而形成人造的冷卻佈置，可對環繞著電漿管506頂側末端設置的o型環514及516提供對於熱負載的有效保護。

因此，周邊式氣體注入器可以與栓塞式的機構結合在一起，如第6圖所示。栓塞周邊式氣體注入器具有一長形本體，具有一寬度大於電漿管616的第一末端622，以及一可供插入至電漿管616內的突出部末端608。在一實施例中，突出部末端608係可拆卸的，或是永久地固定的。栓塞周邊式氣體注入器包含有一氣體入口604及側邊通道606。氣體入口604係垂直向的設置在該長形本體內，自該第一末端622延伸至電漿管616的頂側末端。側邊通道606係自氣體入口604的下方末端延伸至電漿管616的頂側末端。在一實施例中，氣體入口604是設置在電漿管616的外部。在另一實施例中，一部份的側邊通道606是設置在電漿管616的頂側末端的上方。可以瞭解，氣體入口604及側邊通道606二者的截面積是小於電漿管616的截面積。

在一實施例中，突出部末端608的下方邊緣是位在至少一o型環的下方。突出部末端608包含有一上方部位608a及一下方部位608b，其中該上方部位608a的截面積是小於該下方部位608b的截面積。突出部末端的尺寸是使得下方部位608b的壁部與電漿管616之壁部間的間隙減至最小。此外，在上方部位608a的壁部與電漿管616之壁部間形成有一o型環鄰旁區域610。

處理氣體係自側邊通道606流出至o型環鄰旁區域610內。在一實施例中，處理氣體必須自o型環鄰旁區域610移動通過間隙614，才能到達點火區域612。在另一實施例中，突出部末端608包含有多個中空通道620，而處理氣體可經由之而移動散佈進入至電漿管616內。藉由設置多個中空通道，處理氣體可以更均勻地分配至點火區域612內。

此種栓塞周邊式氣體注入器架構可在o型環的保護上提供特別的好處。在一例中，突出部末端608延伸超過o型環鄰旁區域610。因此，向上游側往回朝向o型環鄰旁區域610移動的熱入通量會被突出部末端608所阻擋。在一實施例中，栓塞周邊式氣體注入器係由熱的良好導體材料所製成的，例如鋁或陶瓷。因此，熱入通量可被自o型環處導開而朝向更具傳導性的路徑加熱。係由熱的良好導體材料所製成的，例如鋁或陶瓷。因此，熱入通量可被自o型環處導開而朝向更具傳導性的路徑加熱。係由熱的良好導體材料所製成的，例如鋁或陶瓷。可以瞭解，熱入通量可被導離環繞著電漿管616之頂側末端設置的o型環616及618而朝向更具傳導性的路徑。

自本發明的實施例中可以瞭解到，這些不同的氣體分配佈置可以讓氣體更均勻地分配至點火區域內。這可以讓動力源能被更有效率地吸收，以生成用以處理基體的電漿。再者，該等o型環可透過減低一般會由熱入通量造成的衝擊而保持的更良好。因此，由於o型環的結構可用性可維持更長的時間，使得o型環的修理次數減少，且表定維修的時間可以拉長，因此購置成本可大幅地減低。

雖然前文係針對數個實施例來說明本發明，在本發明的範圍內，其仍有多種的變化、替換及等效物。應瞭解到，有許多種不同的方法的實施本發明的方法及製做本發明的裝置。因此其意欲將下文所附申請專利範圍解讀為涵蓋所有這些屬於本發明真正精神及範疇內的變化、替換及等效物。

102．．．氣體入口

104．．．電漿管

106．．．點火區域

108．．．電漿

110．．．冷卻佈置

112．．．o型環

114．．．o型環

202．．．栓塞式氣體入口

204．．．電漿管

206．．．氣體入口

208．．．氣體入口端蓋

210．．．栓塞末端

212．．．o型環

214．．．o型環

302．．．非栓塞式氣體注入器

304．．．氣體入口

306．．．方向性進入通道

308．．．電漿管

310．．．點火區域

312．．．o型環鄰旁區域

314．．．o型環

316．．．o型環

402．．．栓塞部

404．．．氣體入口

406．．．方向性進入通道

408．．．電漿管

410．．．點火區域

414．．．o型環

416．．．o型環

418．．．突出部末端

420．．．第一末端

502．．．非栓塞周邊式氣體注入器

504．．．氣體入口

506．．．電漿管

508．．．側邊通道

508a．．．末端

510．．．o型環鄰旁區域

512．．．點火區域

514．．．o型環

516．．．o型環

604．．．氣體入口

606．．．側邊通道

608．．．突出部末端

608a．．．上方部位

608b．．．下方部位

610．．．o型環鄰旁區域

612．．．點火區域

614．．．間隙

616．．．電漿管

616．．．o型環

618．．．o型環

620．．．中空通道

622．．．第一末端

第1圖是具有氣體入口之電漿源的簡易圖式。

第2圖顯示出栓塞式氣體入口的剖面圖。

第3圖顯示出一實施例中的非栓塞式氣體分配佈置的剖面圖。

第4圖顯示出一實施例中的栓塞式氣體分配佈置的剖面圖。。

第5圖顯示出一實施例中的非栓塞周邊式氣體分配佈置的剖面圖。

第6圖顯示出一實施例中的栓塞周邊式氣體分配佈置的剖面圖。

604．．．氣體入口

608．．．突出部末端

608a．．．上方部位

608b．．．下方部位

610．．．o型環鄰旁區域

612．．．點火區域

614．．．間隙

616．．．電漿管

616．．．o型環

618．．．o型環

620．．．中空通道

622．．．第一末端

Claims (26)

1. 一種氣體分佈配置裝置，係組構成可將處理氣體向下游側供應至電漿處理腔室的電漿管內，該電漿管具有一頂側末端，包含有：一本體，具有一第一末端，該第一末端具有大於該電漿管的寬度，以及一突出部末端，可供插入至該頂側末端內；一氣體入口，垂直向的設置於該本體內，係自該第一末端朝向該突出部末端延伸而在完全延伸超出該突出部末端前中止；以及多個方向性進入通道，自該氣體入口的下方末端延伸出而貫穿該突出部末端，其中該氣體入口及該等多個方向性進入通道係佈置成使得該處理氣體能自該氣體入口流出而經過該等多個方向性進入通道，向下流入至該電漿管內。
2. 根據申請專利範圍第1項之氣體分佈配置裝置，其中該突出部末端的下方邊緣係位在至少一o型環的下方處，該至少一o型環係在靠近於該頂側末端處圍繞著該電漿管。
3. 根據申請專利範圍第2項之氣體分佈配置裝置，其中該突出部末端的尺寸係可將該突出部末端之壁部與該電漿管之壁部間的間隙縮減至最小。
4. 根據申請專利範圍第1項之氣體分佈配置裝置，其中該本體係由包括鋁在內的材料所製成的。
5. 根據申請專利範圍第1項之氣體分佈配置裝置，其中該本體係由包含陶瓷在內的材料所製成的。
6. 根據申請專利範圍第1項之氣體分佈配置裝置，其中該等多個方向性進入通道的截面積的和是等於或小於該氣體入口的截面積。
7. 一種氣體分佈配置裝置，係組構成可將處理氣體向下游側供應至電漿處理腔室的電漿管內，該電漿管具有一頂側末端，以及至少一在靠近於該頂側末端處圍繞著該電漿管的o型環，包含有：一氣體入口；以及多個方向性進入通道，自該氣體入口的下方末端延伸出，該等多個方向性進入通道係與該氣體入口相連通，其中該等方向性進入通道中至少有一者係可將該處理氣體導向電漿管壁部中與該至少一o型環相鄰接的o型環鄰旁區域內，其中該等多個方向性進入通道的截面積的和是等於或小於該氣體入口的截面積。
8. 根據申請專利範圍第7項之氣體分佈配置裝置，其中該氣體入口及該等方向性進入通道係設置在該頂側末端的外側。
9. 根據申請專利範圍第7項之氣體分佈配置裝置，其中該氣體入口的該截面積是小於該電漿管的截面積。
10. 根據申請專利範圍第7項之氣體分佈配置裝置，其中該等多個方向性進入通道的截面積的和是小於該電漿 管的截面積。
11. 根據申請專利範圍第7項之氣體分佈配置裝置，其中該等多個方向性進入通道中至少有一者係組構成能將該處理氣體導向該o型環鄰旁區域，以在該o型環鄰旁區域的周圍造成冷卻作用。
12. 一種氣體分佈配置裝置，係組構成可將處理氣體向下游側供應至電漿處理腔室的電漿管內，該電漿管具有一頂側末端，以及至少一在靠近於該頂側末端處圍繞著該電漿管的o型環，包含有：一氣體入口；以及多個側邊通道，自該氣體入口之一壁部的一部位朝向該電漿管之一壁部延伸，其中該等多個側邊通道係與該氣體入口相連通，其中該等側邊通道中至少有一者係可將該處理氣體導入至該電漿管之該壁部中與該至少一o型環相鄰接的o型環鄰旁區域內，其中該氣體入口及該等側邊通道係設置在該頂側末端的外側。
13. 根據申請專利範圍第12項之氣體分佈配置裝置，其中該等多個側邊通道的截面積的和是等於或小於該電漿管的截面積。
14. 根據申請專利範圍第12項之氣體分佈配置裝置，其中該氣體入口的截面積是小於該電漿管的截面積。
15. 一種氣體分佈配置裝置，係組構成可將處理氣體向下游側供應至電漿處理腔室的電漿管內，該電漿管具有 一頂側末端，包含有：一本體，具有一第一末端，該第一末端具有大於該電漿管的寬度，以及一突出部末端，可供插入至該頂側末端內；一氣體入口，垂直向的設置於該本體內，係自該第一末端朝向該頂側末端延伸而在完全延伸超出該頂側末端前中止；以及多個側邊通道，自該氣體入口之一壁部的一部位朝向該電漿管之一壁部延伸，其中該等多個側邊通道中至少有一部份是設置在該頂側末端的上方，該等多個側邊通道係與該氣體入口相連通，其中該等側邊通道中至少有一者係可將該處理氣體導入至電漿管壁部中與該至少一o型環相鄰接的o型環鄰旁區域內，其中該氣體入口及該等側邊通道係設置在該電漿管的該頂側末端的外側。
16. 根據申請專利範圍第15項之氣體分佈配置裝置，其中該突出部末端的下方邊緣係位在該至少一o型環的下方處，該至少一o型環係在靠近於該頂側末端處圍繞著該電漿管。
17. 根據申請專利範圍第15項之氣體分佈配置裝置，其中該突出部末端包含有一上方部位及一下方部位，該上方部位的截面積是小於該下方部位的截面積。
18. 根據申請專利範圍第17項之氣體分佈配置裝置，其中該突出部末端的尺寸係可將該突出部末端之下方部位 之一壁部與該電漿管之該壁部間的間隙縮減至最小。
19. 根據申請專利範圍第17項之氣體分佈配置裝置，其中該o型環鄰旁區域係設置在該突出部末端之該上方部位的一壁部與該電漿管之該壁部之間。
20. 根據申請專利範圍第15項之氣體分佈配置裝置，其中該等多個側邊通道的截面積的和是等於或小於該氣體入口的截面積。
21. 根據申請專利範圍第15項之氣體分佈配置裝置，其中該氣體入口的該截面積是小於該電漿管的截面積。
22. 根據申請專利範圍第15項之氣體分佈配置裝置，其中該等多個側邊通道的截面積的和是小於該電漿管的截面積。
23. 根據申請專利範圍第15項之氣體分佈配置裝置，其中該等多個側邊通道中至少有一者係組構成能將該處理氣體導向該o型環鄰旁區域，以構成該至少一o型環的冷卻佈置。
24. 根據申請專利範圍第15項之氣體分佈配置裝置，其中該本體係由包括鋁在內的材料所製成的。
25. 根據申請專利範圍第15項之氣體分佈配置裝置，其中該本體係由包含陶瓷在內的材料所製成的。
26. 根據申請專利範圍第17項之氣體分佈配置裝置，其中在該突出部末端內設有多個中空通道。