TWI803031B - 等離子體處理裝置氣體供應系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種等離子體處理裝置氣體供應系統，包括歧管、位於歧管支路上的控制箱和位於歧管乾路上的調節箱，利用調節箱的物態變化穩定氣體管路中的氣體壓力。借助不同規格的存氣罐，對管路中氣體流量的大幅變化起到緩衝作用。在管路外壁還設置有加熱裝置，防止低壓氣體的液化導致的堵塞。同時將乾路的內徑增加，也起到了一定的緩衝作用。該系統可以提供穩定的氣體壓力平衡，抗擾能力突出，對於持續保持等離子體反應時氣體的比例具有顯著效果，此外，相比從廠務端單獨向反應腔接通輸氣管線，本發明的氣體供應系統節省了成本，降低了廠務端的管路占地空間。

Description

等離子體處理裝置氣體供應系統
本發明涉及等離子體蝕刻的技術領域，尤其涉及一種等離子體處理裝置的氣體供應系統。
利用等離子體處理對晶圓進行蝕刻，以形成電子產品，已成為積體電路領域通用的技術。在等離子體處理中，為了提高生產效率，採用將多個處理腔集合在一起，共用一套管理系統、傳送機器人、晶片儲存箱，氣體傳輸系統等。由於處理腔在某一製程流程中，需要多種反應氣體，所以針對每一種反應氣體都需要從廠務氣體管路設計一條管線連通到反應腔，並且在管線上設置有氣體控制器來進行通斷及流量調節，在廠務端針對每個氣體管路也需要配備手動閥門，氣動閥門，篩檢程式，調壓閥，壓力計等零件，增加了廠務端的氣體系統複雜程度。
為了進一步節省成本，對於主系統下的多個反應腔，針對同一氣體採用廠務端的一根進氣主管路接入主閥箱，再從主閥箱通過多個並聯的管路接入每個反應腔，在反應腔端設置具體的閥門、篩檢程式、調壓閥、壓力計、MFC(質量流量控制器)等部件。這樣，在等離子體處理時，多個反應腔如果使用同一反應氣體混合方案，就可以用與氣體數量相同的管路數量供應多個反應腔，而取代每個反應腔都對應氣體數量的管路的方案，顯著降低了成本，也減少了廠務端的系統複雜度。但是該氣體系統方案在面對一些低壓氣體的供應，如四氯化矽、三氯化硼，在處於同一供氣管路的不同反應腔同時使用或者大流量使用時，主管路的氣體壓力會急劇下降，導致反應腔的氣體流量不穩定或者偏小；亦或是當某 一反應腔停止、啟動、大幅調整MFC時，會造成氣體壓力的波動，從而影響其他反應腔的氣流穩定性。
為了解決上述技術問題，本發明提供一種等離子體處理氣體供應系統，用於將處理氣體分配至多個反應腔，其中，包括：歧管，用於輸送所述處理氣體；控制箱，位於所述歧管的支路上，用於調節所述處理氣體的流量；以及調節箱，位於所述歧管的乾路上，通過所述調節箱中的處理氣體的物態變化改變所述歧管的乾路中的氣壓。
較佳的，所述物態變化為液態與氣態之間的變化。
較佳的，所述調節箱包括儲液盒、氣體管路和液體管路，所述氣體管路和液體管路的一端與所述歧管的乾路連接，另一端與所述儲液盒內部相連，所述氣體管路上設置有氣體閥，所述液體管路上設置有液體閥。
較佳的，所述氣體管路內徑大於所述液體管路內徑。
較佳的，所述氣體管路的管外設置有第一加熱器，所述液體管路的管外設置有冷卻器。
較佳的，所述調節箱包括溫度控制裝置。
較佳的，所述乾路的內徑大於等於所述支路內徑的2倍。
較佳的，所述歧管為不銹鋼材質。
較佳的，所述歧管的管外設置有第二加熱器。
較佳的，所述歧管的乾路上設置有存氣罐。
較佳的，所述存氣罐數量為多個，且多個所述存氣罐的容積沿著氣體輸送方向遞減。
較佳的，所述存氣罐與所述歧管的乾路並聯。
較佳的，所述存氣罐與所述歧管的乾路串聯。
較佳的，所述存氣罐與所述歧管的乾路焊接連接。
較佳的，所述存氣罐與所述歧管的乾路可拆卸連接，且連接處設置有負壓系統。
較佳的，所述歧管的乾路上設置有單向閥。
較佳的，所述控制箱包括壓力錶和質量流量控制器。
本發明的優點在於：本發明提供了一種等離子體處理裝置氣體供應系統，利用調節箱穩定氣體管路中的氣體流量，在管路中氣壓過大時，通過將多餘氣體液化來降低壓力，在管路中氣體壓力不足時，通過將儲存液體汽化來補充壓力。借助不同規格的存氣罐，對管路中氣體流量的大幅變化起到緩衝作用。在管路外壁設置加熱裝置，防止低壓氣體的液化導致的堵塞。同時將乾路的內徑增加，也起到了一定的緩衝作用。該系統可以提供穩定的氣體壓力平衡，抗擾能力突出，對於持續保持等離子體反應時氣體的比例具有顯著效果，此外，相比從廠務端單獨向反應腔接通輸氣管線，本發明的氣體供應系統節省了成本，降低了廠務端的管路占地空間。
110:歧管
1101:乾路
1102:支路
111:第二加熱器
112:存氣罐
113:單向閥
120:控制箱
121:壓力錶
122:質量流量控制器
130:調節箱
131:氣體管路
132:液體管路
133:儲液盒
134:氣體閥
135:液體閥
136:第一加熱器
137:冷卻器
138:溫度控制裝置
140:廠務端
為了更清楚地說明本發明實施例或習知技術中的技術方案，下面將對實施例或習知技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者來講，在不付出具進步性改變的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明的等離子體處理裝置氣體供應系統示意圖；圖2為本發明的等離子體處理裝置氣體供應系統另一實施例示意圖；圖3為本發明的等離子體處理裝置氣體供應系統另一實施例示意圖； 圖4為本發明的等離子體處理裝置氣體供應系統另一實施例示意圖；以及圖5為本發明的等離子體處理裝置氣體供應系統另一實施例示意圖。
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本發明所屬技術領域中具有通常知識者在沒有做出具進步性改變前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
如圖1所示為本發明的等離子處理裝置氣體供應系統示意圖，包括歧管110，歧管110的乾路1101的一端與廠務端140相連，起到直接從氣體源輸送氣體的作用，對於同種氣體，可以使用一條歧管110傳輸，可以根據不同反應進程所需的氣體種類設置歧管110的數量，本實施例僅就一條歧管110進行說明，本發明的氣體供應系統可以包括多條歧管110，在歧管110的支路1102上設置有控制箱120，反應氣體經過控制箱120後通入獨立的等離子體處理裝置的反應腔，控制箱120用於控制對應反應腔的反應氣體的氣壓及流量。在一些實施例中，控制箱120包括MFC和閥門，在集成系統中多個反應腔同時工作時，雖然在反應氣體配方中含有同一氣體，可以通過歧管110統一供應，但是不同的反應腔在同一時間蝕刻進度並不相同，如圖1所示，作為示例，支路1102連接3個控制箱120，進而對應3個反應腔，本發明的氣體供應系統也可以連接不限於3個數量的反應腔，若某個反應腔與氣體反應腔相比，需要大幅度調大或調小流量，抑或是某個蝕刻進程完成或結束，需要通過控制箱120打開或關閉該支路1102上的氣體輸送，則會造成乾路1101中反應氣體壓力的不穩定，乾路1101中氣體的擾動會進一步影響其他反應腔中氣體的供應壓力，在 習知技術中，就會通過控制箱120中的MFC進行即時調節，對於低壓氣體，如四氯化矽或三氯化硼，對單一反應腔的氣壓變化會更敏感，即使選用高精度的MFC也存在調整時間，在調整完成之前，反應腔一直處於偏離氣體流量設定值的狀態，會影響蝕刻效果。本發明的技術方案在前述基礎上設置了調節箱130，其位於乾路1101上，可以與乾路1101串聯，也可以並聯，在圖1中，調節箱130位於乾路1101的末端，與乾路1101串聯，調節箱130可以對乾路1101中的低壓氣體進行物態轉換，可以是氣態、液態和固態之間的任意組合，因低壓氣體在氣態、液態和固態三種物態的體積依次降低，所以，調節箱130可以在乾路1101中氣壓上升時，將乾路1101中的低壓氣體轉化成體積小的物態儲存起來，在乾路1101中氣壓下降時，將儲存的低壓氣體的液態或固態轉化成氣態補充進乾路1101中，及時穩定乾路1101中的氣壓，以將氣體擾動控制在乾路1101中，避免在支路1102中的氣體有較大波動。在一些實施例中，調節箱130選擇將低壓氣體在氣態和液態之間進行轉換，調節箱130包括儲液盒133用於儲存低壓氣體轉換成的液體，還包括一端與乾路1101連接的氣體管路131和液體管路132，其另一端與儲液盒133的內部相連，氣體管路131和液體管路132之間並聯，若儲液盒133內虛線代表液面，則液體管路132儘量在液面之下貼近儲液盒133的盒底，而氣體管路131則在液面之上儘量貼近儲液盒133的盒頂，在氣體管路131上設置有氣體閥134，在液體管路132上設置有液體閥135用於控制相應管路的開閉。為了實現物態轉換，在氣體管路131的管壁外還設置有第一加熱器136，當需要向乾路1101中補充氣體時，關閉液體閥135，打開氣體閥134，第一加熱器136工作，使氣體管路131中的氣體膨脹流入乾路1101，同時加熱的氣體也對儲液盒133中的液體進行加熱帶動更多液體轉化成低壓氣體通過氣體管路131流入乾路1101，在液體管路132的管壁外設置有冷卻器137，當乾路1101中氣體壓力變大時，關閉氣體閥134，打開液體閥135， 冷卻器137對液體管路132進行降溫，使液體管路132中的低壓氣體轉化成液體流入儲液盒133而抽走乾路1101中的低壓氣體，依此來達到對乾路中氣體壓力調節的效果。在一些實施例中，氣體管路131的內徑大於液體管路132的內徑，這樣，氣體管路131中可以儲存更多的氣體，在進行補償時更快速，而從氣體到液體是體積縮小過程，所以液體管路132內徑較小，使低壓氣體更容易被冷凝成液體，尤其是位於液體管路132中心位置的低壓氣體，冷卻器137的製冷效果能更快傳遞到中心位置。
如圖2所示，在另一個實施例中，與上述實施例的區別在於，調節箱130還包括溫度控制裝置138，可以對儲液盒133進行加熱和製冷，以此可以達到更快速的物態轉化效果。此外，當整個氣體供應系統需要清理或還原時，可以同時打開液體閥135和氣體閥134，將溫度控制裝置138調成加熱效果，使儲液盒133中的液體能最快的轉化成氣體並通過兩個管路排出乾路1101，配合抽氣泵完成對整個氣體供應系統的清理和還原過程。
如圖3所示，在另一實施例中，與上述實施例的區別在於，控制箱120包括質量流量控制器122和壓力錶121，質量流量控制器122可以對支路1102上的氣體變化進行微調，以彌補調節箱130整體調控後的微弱擾動，保證進入反應腔的氣體基本保持穩定。反應氣體先經過壓力錶121，後經過質量流量控制器122，當壓力錶121監測到所在支路氣壓變化時，會回饋到系統，系統根據變化量及時控制調節箱130運行，補充或抽取乾路1101中的低壓氣體，在一些實施例中，調節箱130也可以根據乾路1101上的氣壓監測的回饋進行調節。調節箱130還可以包括手動閥，篩檢程式，調壓閥和氣動閥，以實現更精準的氣流調節。
如圖4所示，在另一實施例中，與上述實施例的區別在於，乾路1101上還設置有第二加熱器111，因低壓氣體冷卻液化後也會導致管路中氣壓波動，所以第二加熱器111能夠保持乾路1101的恒溫，使低壓氣 體不會在乾路1101中冷凝成液體，降低堵塞管路的風險，也避免冷凝液體進入支路1102後對其他器件造成影響，在另一些實施例中，也可以在支路1102上也設置第二加熱器111。除此之外，乾路1101的內徑大於等於支路內徑的2倍，在一些實施例中乾路1101選擇0.5英寸的不銹鋼管路，支路1102選擇0.25英寸的不銹鋼管路，增大乾路1101與支路1102的內徑差，能夠使乾路1101中儲存更多的低壓氣體，而支路1102的流量有限，當發生波動時，調節箱130對乾路1101中氣體的增減效率高於支路1102中氣體的增減，能起到更強的穩壓效果。在一些實施例中，乾路1101和支路1102採用不銹鋼材質。
如圖5所示，在另一實施例中，與上述實施例的區別在於，在乾路1101上設置有複數個存氣罐112，存氣罐112拓展了乾路1101的容積，能夠應對小範圍的氣體波動，起到緩衝作用，在其他實施例中，可以沿著氣體流通方向，將存氣罐112的容積設定成遞減。如圖5所示，在具有3個控制箱的例子中，設置3個存氣罐112，分別為A、B和C，存氣罐A與3個並聯後的控制箱串聯，存氣罐B與2個並聯後的控制箱串聯，存氣罐C與1個控制箱串聯，存氣罐A、B和C的容積遞減，因為當3條支路1102的氣壓同時變化時，在乾路1101上的不同段需要緩衝的程度不相同，越靠近廠務端140，需要承受的緩衝越大，也即需要更大的容積，而選擇間隔設置存氣罐112還可以對於小範圍波動起到比較及時的暫態調節，存氣罐112可以與控制箱120的數量相同，且每個存氣罐112都靠近對應的支路1102，這樣能提高氣體流量的補償速度。存氣罐112的連接方式可以與乾路1101串聯也可以是並聯。可以採取焊接的方式，也可以採取可拆卸的方式與乾路1101相連，如果選擇可拆卸，則需要在連接處設置負壓系統來監控氣體洩漏。在乾路1101中靠近廠務端140處還設置有單向閥113，當廠務端的氣壓有暫態下降情況發生時，單向閥113可以保證支路1102中的氣體保持原有壓力，進一步增強了氣體流量的穩定性。
本發明提供了一種等離子體處理裝置氣體供應系統，利用調節箱穩定氣體管路中的氣體流量，在管路中氣壓過大時，通過將多餘氣體液化來降低壓力，在管路中氣體壓力不足時，通過將儲存液體汽化來補充壓力。借助不同規格的存氣罐，對管路中氣體流量的大幅變化起到緩衝作用。在管路外壁設置加熱裝置，防止低壓氣體的液化導致的堵塞。同時將乾路的內徑增加，也起到了一定的緩衝作用。該系統可以提供穩定的氣體壓力平衡，抗擾能力突出，對於持續保持等離子體反應時氣體的比例具有顯著效果，此外，相比從廠務端單獨向反應腔接通輸氣管線，本發明的氣體供應系統節省了成本，降低了廠務端的管路占地空間。
本發明公開的氣體供應系統不限於應用電容耦合等離子體處理裝置和電感耦合等離子體處理裝置，在其他等離子體處理裝置中也可以適用，此處不再贅述。
儘管本發明的內容已經通過上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
110:歧管
1101:乾路
1102:支路
120:控制箱
130:調節箱
131:氣體管路
132:液體管路
133:儲液盒
134:氣體閥
135:液體閥
136:第一加熱器
137:冷卻器
140:廠務端

Claims (17)

  1. 一種等離子體裝置處理氣體供應系統，用於將一處理氣體分配至多個反應腔，其中，包括：一歧管，用於輸送該處理氣體，包含一乾路和多個與該乾路相連通的支路；一控制箱，位於該歧管的一支路上，用於調節該處理氣體的流量；以及一調節箱，位於該歧管的一乾路上，通過該調節箱中的該處理氣體的物態變化改變該歧管的該乾路中的氣壓。
  2. 如請求項1所述的等離子體裝置處理氣體供應系統，其中，所述物態變化為液態與氣態之間的變化。
  3. 如請求項2所述的等離子體裝置處理氣體供應系統，其中，該調節箱包括一儲液盒、一氣體管路和一液體管路，該氣體管路和該液體管路的一端與該歧管的該乾路連接，另一端與該儲液盒內部相連，該氣體管路上設置有一氣體閥，該液體管路上設置有一液體閥。
  4. 如請求項3所述的等離子體裝置處理氣體供應系統，其中，該氣體管路的內徑大於該液體管路的內徑。
  5. 如請求項4所述的等離子體裝置處理氣體供應系統，其中，該氣體管路的管外設置有一第一加熱器，該液體管路的管外設置有一冷卻器。
  6. 如請求項1所述的等離子體裝置處理氣體供應系統，其中，該調節箱包括一溫度控制裝置。
  7. 如請求項1所述的等離子體裝置處理氣體供應系統，其中，該乾路的內徑大於等於該支路的內徑的2倍。
  8. 如請求項7所述的等離子體裝置處理氣體供應系統，其中，該歧管為不銹鋼材質。
  9. 如請求項1所述的等離子體裝置處理氣體供應系統，其中，該歧管的管外設置有一第二加熱器。
  10. 如請求項1所述的等離子體裝置處理氣體供應系統，其中，該歧管的該乾路上設置有一存氣罐。
  11. 如請求項10所述的等離子體裝置處理氣體供應系統，其中，該存氣罐數量為多個，且多個該存氣罐的容積沿著氣體輸送方向遞減。
  12. 如請求項10所述的等離子體裝置處理氣體供應系統，其中，該存氣罐與該歧管的該乾路並聯。
  13. 如請求項10所述的等離子體裝置處理氣體供應系統，其中，該存氣罐與該歧管的該乾路串聯。
  14. 如請求項10所述的等離子體裝置處理氣體供應系統，其中，該存氣罐與該歧管的該乾路焊接連接。
  15. 如請求項10所述的等離子體裝置處理氣體供應系統，其中，該存氣罐與該歧管的該乾路可拆卸連接，且連接處設置有一負壓系統。
  16. 如請求項1所述的等離子體裝置處理氣體供應系統，其中，該歧管的該乾路上設置有一單向閥。
  17. 如請求項1所述的等離子體裝置處理氣體供應系統，其中，該控制箱包括一壓力錶和一質量流量控制器。
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