CN104150431A - 进气系统及基片处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供的进气系统及基片处理设备，其包括多个气源和多条气路，其中，每条气路的一端与多个气源中的其中至少一个气源连通，每条气路的另一端与反应腔室连通；气源用于经由与之连通的气路向反应腔室提供气体，而且，在每条气路上设置有限流单元，该限流单元用于使经过其的气体的流量直接达到该限流单元所在气路的流量预定值。本发明提供的进气系统，其响应速度较快，从而可以实现气体种类和/或流量的快速切换。

Description

进气系统及基片处理设备

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体地，涉及一种进气系统及基片处理设备。

背景技术

目前，深硅刻蚀工艺逐渐成为MEMS加工领域及TSV技术中最炙手可热的工艺之一，而深硅刻蚀工艺相对于一般的硅刻蚀工艺，主要区别在于：深硅刻蚀工艺的刻蚀深度远大于一般的硅刻蚀工艺，深硅刻蚀工艺的刻蚀深度一般为几十微米甚至可以达到上百微米，而一般硅刻蚀工艺的刻蚀深度则小于1微米。要刻蚀厚度为几十微米的硅材料，就要求深硅刻蚀工艺具有更快的刻蚀速率，更高的选择比及更大的深宽比。

为此，在进行深硅刻蚀工艺的过程中，其整个刻蚀过程通常为沉积作业与刻蚀作业的交替循环(如，德国Robert Bosch公司发明的Bosch工艺)。然而，由于沉积作业和刻蚀作业各自持续的时间都很短，甚至单次作业的最短时间只有1秒，这就需要沉积作业和刻蚀作业的诸如气体种类和流量、射频匹配等的工艺参数能够在最短的时间内实现稳定切换。

工艺气体的种类和流量是深硅刻蚀工艺的重要工艺参数之一，目前，通常采用下述进气系统实现对工艺气体的种类和流量的切换。具体地，如图1所示，为现有的一种进气系统的结构示意图。该进气系统包括三条气路(1，2，3)和一条干路。其中，干路的一端与反应腔室的内部连通，干路的另一端分别与三条气路(1，2，3)串接，并且在该干路上设置有干路阀门V5，用以接通或断开干路；三条气路(1，2，3)用于经由干路向反应腔室内通入不同种类和/或流量的工艺气体，并且，在三条气路(1，2，3)上从上流至下流依次设置有手动阀门(MV01，MV02，MV03)、过滤器(LF01，LF02，LF03)、前端阀(V11，V21，V31)、流量控制器(MFC01，MFC02，MFC03)和后端阀(V12，V22，V32)。在需要接通某一气路，以使其向反应腔室输送工艺气体时，首先开启干路阀门V5，然后打开该气路上的前端阀和后端阀，最后调节气路上的流量控制器，以使气体的流量达到预定值(手动阀门通常保持常开状态)；在需要使某一气路停止供气时，首先关闭接通的气路的前端阀，并将该气路上的流量控制器的流量值调至零，然后关闭该气路的后端阀和干路阀门V5。容易理解，在需要进行气路切换时，则重复上述接通、断开气路的流程即可。

上述进气系统在实际应用中不可避免地存在以下问题，即：由于上述进气系统借助流量控制器来调节其所在气路的流量，流量控制器作为一个电器元件，往往具有零漂、线性度差等缺陷，导致系统不仅稳定性较差，而且故障率较高，从而降低了系统的使用寿命，增加了系统的维护成本。此外，流量控制器在开始响应之后，需要一定的时间才能完成流量的稳定，导致无法实现气体种类和/或流量的快速切换，从而给作业的交替循环带来不良影响。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种进气系统及基片处理设备，其响应速度较快，从而可以实现气体种类和/或流量的快速切换。

为此，本发明提供一种进气系统，包括多个气源和多条气路，其中，每条所述气路的一端与所述多个气源中的其中至少一个气源连通，每条所述气路的另一端与所述反应腔室连通；所述气源用于经由与之连通的所述气路向所述反应腔室提供气体，而且，在每条所述气路上设置有限流单元，所述限流单元用于使经过其的气体的流量直接达到该限流单元所在气路的流量预定值。

其中，所述限流单元包括限流阀和第一通断阀，其中所述限流阀用于使经过其的气体的流量直接达到其所在气路的流量预定值；所述第一通断阀用于接通或断开其所在所述气路。

其中，所述进气系统还包括控制单元，所述控制单元用于选择性地控制所有所述第一通断阀中的其中至少一个接通或断开该第一通断阀所在所述气路。

其中，所述限流单元包括彼此并联的至少两条支路，所述至少两条支路串联在该限流单元所在气路上，并且在每条所述支路上设置有限流阀和第一通断阀，其中所述限流阀用于使经过其的气体的流量直接达到该限流阀所在支路的支路预定值；所述第一通断阀位于所述限流阀的下游，用以接通或断开其所在所述支路。

其中，在每条所述气路上，且位于所述限流单元的上游设置有第二通断阀，用以接通或断开所述气路。

其中，所述进气系统还包括控制单元，所述控制单元用于选择性地控制所有所述第二通断阀中的其中至少一个接通该第二通断阀所在的气路，同时，选择性地控制被接通的气路上的所有所述第一通断阀中的其中至少一个，接通该第一通断阀所在支路；以及所述控制单元用于控制所有所述第二通断阀中的其中至少一个断开该第二通断阀所在的气路。

其中，在每条所述气路上，且位于所述第二通断阀的上游设置有手动通断阀，用以采用手动的方式接通或断开其所在的气路。

其中，在每条所述气路上，且位于所述第二通断阀的上游设置有过滤器。

其中，所述进气系统还包括一条干路，每条所述气路的另一端串接在所述干路的一端，所述干路的另一端与所述反应腔室连通；并且，在所述干路上设置有总通断阀，用以接通或断开所述干路。

其中，在每条所述气路上，且位于所述限流阀的上游设置有手动通断阀，用以采用手动的方式接通或断开其所在的气路。

其中，在每条所述气路上，且位于所述限流阀的上游设置有过滤器。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种基片处理设备，其包括反应腔室以及用于向所述反应腔室输送气体的进气系统，所述进气系统采用了本发明提供的进气系统。

本发明具有下述有益效果：本发明提供的进气系统，其在每条气路上设置可使气体的流量直接达到该气路的流量预定值的限流单元，也就是说，该限流单元可将经过其的气体的流量值限定在一固有流量，因此，只需将固有流量与工艺所需的气体流量值相等的限流单元设置在相应的气路上，即可在接通该气路时使其流量达到工艺所需的气体流量值，而无需对限流单元进行任何调节操作，从而可以使进气系统在需要改变气体种类和/或流量时能够快速响应，从而可以实现气体种类和/或流量的快速切换。

作为一个优选的技术方案，上述限流单元包括限流阀以及用于接通或断开其所在气路的第一通断阀，由于限流阀不是电器元件，这与现有技术中采用MFC相比，不仅可以提高系统的稳定性，而且可以提高系统的使用寿命，减少系统的维护时间，从而可以降低系统的使用成本和维护成本。

本发明提供的基片处理设备，其通过采用本发明提供的上述进气系统，可以在需要改变气体种类和/或流量时快速响应，从而可以实现气体种类和/或流量的快速切换。

附图说明

图1为现有的一种进气系统的结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的进气系统的结构示意图；

图3为本发明第一实施例的一个变型实施例提供的进气系统的结构示意图；

图4为本发明第二实施例提供的进气系统的结构示意图；以及

图5为本发明第二实施例的一个变型实施例提供的进气系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的进气系统及基片处理设备进行详细描述。

图2为本发明第一实施例提供的进气系统的结构示意图。请参阅图2，进气系统包括多个气源和多条气路，其中，每条气路的位于气路上游的一端与多个气源中的其中至少一个气源连通，每条气路的位于气路下游的另一端与反应腔室连通；气源用于经由与之连通的气路向反应腔室提供气体。在本实施例中，进气系统包括三个气源(1，2，3)和三条气路(1，2，3)，且一一对应地连接，而且，在气路(1，2，3)上分别设置有限流单元(1，2，3)，限流单元(1，2，3)用于使经过其的气体的流量直接达到该限流单元所在气路的流量预定值。所谓流量预定值，是指在进行整个工艺过程的相应作业时，预设的被接通的气路需要向反应腔室内输送的气体的流量值。在本实施例中，限流单元(1，2，3)包括限流阀(1，2，3)和第一通断阀(V12，V22，V32)，其中，限流阀(1，2，3)用于使经过其的气体的流量直接达到其所在气路的流量预定值；第一通断阀(V12，V22，V32)位于限流阀(1，2，3)的下游，用以接通或断开其所在气路，从而可以实现各个气路之间的切换。在实际应用中，限流阀也可以位于第一通断阀的上游，而且第一通断阀可以为气动隔膜阀等的可实现快速通断的阀门。

由于借助限流阀(1，2，3)将经过其的气体的流量值限定在一固有流量，因而只需将固有流量与流量预定值相等的限流阀(1，2，3)对应地设置在气路(1，2，3)上，即可在接通该气路时使其流量达到流量预定值，而无需对限流阀进行任何调节操作，从而可以使进气系统在需要改变气体种类和/或流量时能够快速响应，进而可以实现气体种类和/或流量的快速切换。此外，由于限流阀不是电器元件，这与现有技术中采用MFC相比，不仅可以提高系统的稳定性，而且可以提高系统的使用寿命，减少系统的维护时间，从而可以降低系统的使用成本和维护成本。

在本实施例中，进气系统还包括控制单元(图中未示出)，用以选择性地控制所有第一通断阀(V12，V22，V32)中的其中至少一个接通或断开该第一通断阀所在气路，即，采用自动控制的方式在各个气路之间进行切换。控制单元可以为计算机、PLC等。

在本实施例中，在每条气路(1，2，3)上，且位于限流阀(1，2，3)的上游设置有手动通断阀(MV01，MV02，MV03)，用以采用手动的方式接通或断开其所在的气路。

在本实施例中，在每条气路(1，2，3)上，且位于限流阀(1，2，3)的上游设置有过滤器(LF01，LF02，LF03)，用以过滤经过其的气体中的杂质。

在本实施例中，进气系统还包括一条干路，每条气路的位于其下游的一端串接在干路的一端，干路的另一端与反应腔室连通；并且，在干路上设置有总通断阀V00，用以接通或断开该干路。在进行工艺的过程中，若同时接通所有气路中的至少两条气路，则该至少两条气路中的气体汇聚在干路中，并相互混合；混合后的气体经由干路流入反应腔室中。然而，本发明并不局限于此，在实际应用中，也可以使各条气路彼此独立，如图3所示，每条气路的位于其下游的一端直接与反应腔室连通，在这种情况下，若同时接通所有气路中的至少两条气路，则在进入反应腔室内之前，该至少两条气路中的气体不会相互混合，而彼此始终保持相互独立。

需要说明的是，在本实施例中，气路的数量为三条，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，气路的数量可以根据具体情况设定为两条，或者四条以上。此外，在本实施例中，气源的数量为三个，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，气源的数量可以根据具体情况设定为两个，或者四个以上。

还需要说明的是，虽然在本实施例中，采用限流阀来实现使经过其的气体的流量直接达到该限流单元所在气路的流量预定值，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，凡是可以实现使经过其的气体的流量直接达到其所在气路的流量预定值的调节阀均可以作为限流单元，以达到实现本发明的目的。

图3为本发明第二实施例提供的进气系统的结构示意图。请参阅图3，进气系统包括多个气源和多条气路，其中，每条气路的位于气路上游的一端与多个气源中的其中至少一个气源连通，每条气路的位于气路下游的另一端与反应腔室连通；气源用于经由与之连通的气路向反应腔室提供气体。在本实施例中，进气系统包括三个气源(1，2，3)和三条气路(1，2，3)，且一一对应地连接，而且，在气路(1，2，3)上分别设置有限流单元(1，2，3)，限流单元(1，2，3)包括彼此并联的至少两条支路，在本实施例中，每个限流单元包括彼此并联的三条支路，且串联在该限流单元所在气路上。并且，在每条支路上设置有限流阀和第一通断阀，其中，限流阀用于使经过其的气体的流量直接达到该限流阀所在支路的支路预定值，所谓支路预定值，是指在进行整个工艺过程的相应作业时，预设的被接通的支路需要向反应腔室内输送的气体的流量值。第一通断阀位于限流阀的下游，用以接通或断开其所在支路，从而可以实现各个支路之间的切换。而且，在每条气路(1，2，3)上，且位于限流单元(1，2，3)的上游设置有第二通断阀(V11，V12，V13)，用以接通或断开其所在气路，从而可以实现各个气路之间的切换。第一通断阀和第二通断阀均可以为气动隔膜阀等的可实现快速通断的阀门。

在本实施例中，进气系统还包括控制单元(图中未示出)，控制单元用于选择性地控制所有第二通断阀(V11，V12，V13)中的其中至少一个接通该第二通断阀(V11，V12，V13)所在的气路，同时，选择性地控制被接通的气路上的所有第一通断阀中的其中至少一个，接通该第一通断阀所在支路；以及控制单元用于控制所有第二通断阀(V11，V12，V13)中的其中至少一个断开该第二通断阀(V11，V12，V13)所在的气路。

由于限流阀可以将经过其的气体的流量值限定在一固有流量，因而在控制第二通断阀接通其所在气路的同时，通过选择性地控制该气路上的第一通断阀接通其所在支路，可以获得多种流量组合，即，每条气路的预定流量值为设置在被接通的支路上的限流阀的固有流量之和，从而可以实现对气路的流量进行调节，以使其达到预定流量值。而且，由于该调节方式仅需要控制相应的第二通断阀的通断，而无需对限流阀进行任何调节操作，这可以实现对气路的流量进行快速调节，从而可以实现气体流量的快速切换。

在本实施例中，在每条气路(1，2，3)上，且位于第二通断阀(V11，V12，V13)的上游设置有手动通断阀(MV01，MV02，MV03)，用以采用手动的方式接通或断开其所在的气路。

在本实施例中，在每条气路(1，2，3)上，且位于第二通断阀(V11，V12，V13)的上游设置有过滤器(LF01，LF02，LF03)，用以过滤经过其的气体中的杂质。

在本实施例中，进气系统还包括一条干路，每条气路的位于其下游的一端串接在干路的一端，干路的另一端与反应腔室连通；并且，在干路上设置有总通断阀V00，用以接通或断开该干路。在进行工艺的过程中，若同时接通所有气路中的至少两条气路，则该至少两条气路中的气体汇聚在干路中，并相互混合；混合后的气体经由干路流入反应腔室中。然而，本发明并不局限于此，在实际应用中，也可以使各条气路彼此独立，如图5所示，每条气路的位于其下游的一端直接与反应腔室连通，在这种情况下，若同时接通所有气路中的至少两条气路，则在进入反应腔室内之前，该至少两条气路中的气体不会相互混合，而彼此始终保持相互独立。

下面以需要气路1向反应腔室内输送气体为例，对本实施例提供的进气系统向反应腔室内输送气体的工作过程进行详细描述。具体地，控制单元控制总通断阀V00接通干路；

若控制单元在控制第二通断阀V11接通气路1的同时，控制第一通断阀V121接通其所在支路，在这种情况下，气路1的气体流量即为限流阀11的固有流量。

若控制单元在控制第二通断阀V11接通气路1的同时，控制第一通断阀V122接通其所在支路，在这种情况下，气路1的气体流量即为限流阀12的固有流量。

若控制单元在控制第二通断阀V11接通气路1的同时，控制第一通断阀V123接通其所在支路，在这种情况下，气路1的气体流量值即为限流阀13的固有流量。

若控制单元在控制第二通断阀V11接通气路1的同时，控制第一通断阀V121和V122接通各自所在支路，在这种情况下，气路1的气体流量即为限流阀11和限流阀12的固有流量之和。

若控制单元在控制第二通断阀V11接通气路1的同时，控制第一通断阀V121和V123接通各自所在支路，在这种情况下，气路1的气体流量即为限流阀11和限流阀13的固有流量之和。

若控制单元在控制第二通断阀V11接通气路1的同时，控制第一通断阀V122和V123接通各自所在支路，在这种情况下，气路1的气体流量即为限流阀12和限流阀13的固有流量之和。

若控制单元在控制第二通断阀V11接通气路1的同时，控制第一通断阀V121、V122和V123接通各自所在支路，在这种情况下，气路1的气体流量即为限流阀11、限流阀12和限流阀13的固有流量之和。

由上可知，若三个限流阀(11，12，13)的固有流量各不相同，则气路1的气体流量可以在通过进行上述六种控制方式获得六种不同的气流流量值。在实际应用中，可以根据具体需要设定支路的数量以及各个支路的限流阀的固有流量。

在完成工艺中的当前作业之后，且在进行下一作业之前，同时控制第二通断阀V11和第一通断阀V121、V122和/或V123断开气路1；与此同时，控制第二通断阀V12和/或V13接通气路2和/或气路3，同时控制第一通断阀(V221，V222和/或V223)和/或(V321，V322和/或V323)接通相应的支路，即可自原来的气路1切换至气路2和/或气路3，从而可以实现气体种类的快速切换。

需要说明的是，在本实施例中，气路的数量为三条，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，气路的数量可以根据具体情况设定为两个，或者四个以上。此外，在本实施例中，气源的数量为三个，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，气源的数量可以根据具体情况设定为两个，或者四个以上。

还需要说明的是，虽然在本实施例中，采用限流阀来实现使经过其的气体的流量直接达到该限流单元所在支路的支路预定值，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，凡是可以实现使经过其的气体的流量直接达到其所在支路的支路预定值的调节阀均可以达到实现本发明的目的。

作为另一个技术方案，本实施例提供一种基片处理设备，其包括反应腔室以及用于向该反应腔室输送气体的进气系统，其中，进气系统采用了本实施例提供的上述进气系统。

本实施例提供的基片处理设备，其通过采用本发明提供的上述进气系统，可以在需要改变气体种类和/或流量时快速响应，从而可以实现气体种类和/或流量的快速切换。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种进气系统，包括多个气源和多条气路，其中，每条所述气路的一端与所述多个气源中的其中至少一个气源连通，每条所述气路的另一端与所述反应腔室连通；所述气源用于经由与之连通的所述气路向所述反应腔室提供气体，其特征在于，在每条所述气路上设置有限流单元，所述限流单元用于使经过其的气体的流量直接达到该限流单元所在气路的流量预定值。

2.根据权利要求1所述的进气系统，其特征在于，所述限流单元包括限流阀和第一通断阀，其中

所述限流阀用于使经过其的气体的流量直接达到其所在气路的流量预定值；

所述第一通断阀用于接通或断开其所在所述气路。

3.根据权利要求2所述的进气系统，其特征在于，所述进气系统还包括控制单元，所述控制单元用于选择性地控制所有所述第一通断阀中的其中至少一个接通或断开该第一通断阀所在所述气路。

4.根据权利要求1所述的进气系统，其特征在于，所述限流单元包括彼此并联的至少两条支路，所述至少两条支路串联在该限流单元所在气路上，并且在每条所述支路上设置有限流阀和第一通断阀，其中

所述限流阀用于使经过其的气体的流量直接达到该限流阀所在支路的支路预定值；

所述第一通断阀位于所述限流阀的下游，用以接通或断开其所在所述支路。

5.根据权利要求4所述的进气系统，其特征在于，在每条所述气路上，且位于所述限流单元的上游设置有第二通断阀，用以接通或断开所述气路。

6.根据权利要求5所述的进气系统，其特征在于，所述进气系统还包括控制单元，所述控制单元用于选择性地控制所有所述第二通断阀中的其中至少一个接通该第二通断阀所在的气路，同时，选择性地控制被接通的气路上的所有所述第一通断阀中的其中至少一个，接通该第一通断阀所在支路；以及

所述控制单元用于控制所有所述第二通断阀中的其中至少一个断开该第二通断阀所在的气路。

7.根据权利要求5所述的进气系统，其特征在于，在每条所述气路上，且位于所述第二通断阀的上游设置有手动通断阀，用以采用手动的方式接通或断开其所在的气路。

8.根据权利要求5所述的进气系统，其特征在于，在每条所述气路上，且位于所述第二通断阀的上游设置有过滤器。

9.根据权利要求2或4所述的进气系统，其特征在于，所述进气系统还包括一条干路，每条所述气路的另一端串接在所述干路的一端，所述干路的另一端与所述反应腔室连通；并且，

在所述干路上设置有总通断阀，用以接通或断开所述干路。

10.根据权利要求2所述的进气系统，其特征在于，在每条所述气路上，且位于所述限流阀的上游设置有手动通断阀，用以采用手动的方式接通或断开其所在的气路。

11.根据权利要求2所述的进气系统，其特征在于，在每条所述气路上，且位于所述限流阀的上游设置有过滤器。

12.一种基片处理设备，其包括反应腔室以及用于向所述反应腔室输送气体的进气系统，其特征在于，所述进气系统采用权利要求1-11任意一项所述的进气系统。