CN104561939B - 超薄反应腔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于激光气相化学反应的密闭空腔装置技术领域，提供超薄反应腔，包括基座，基座设有反应孔、窗口片、喷嘴部件及反应气分配环，喷嘴部件设有反应气喷口，反应气分配环设有环形气道，基座设有一反应气进气道、一反应气出气道及一真空抽气道，基座下表面设有一反应气收集嘴及一真空抽气嘴，反应气分配环上设有凹槽，凹槽的大小沿气体流动的方向逐渐变大。反应气分配环与喷嘴部件可拆卸连接，且基座只设置一个反应气进气道、一个反应气出气道及一个真空抽气道，超薄反应腔厚度更薄，反应定域精度更高，修补缺陷更小；由于反应气通过各凹槽调节，气流量平衡，使得反应气均匀、稳定喷覆，对沉积方向、气流进出口不敏感，提高修补良品率。

Description

超薄反应腔

技术领域

本发明属于用于激光气相化学反应的密闭空腔装置技术领域，尤其涉及超薄反应腔。

背景技术

目前，在半导体器件、液晶、等离子、有机EL等显示器件以及光掩膜制造等精密的激光微细加工领域(微米、亚微米、深亚微米级)，在生产时，半成品往往带有一些各种形式的缺陷，这些缺陷需要进行修补处理后才能变成合格的产品。现有的修补技术有：聚焦离子束(FIB)修补、点胶(Dispensing)修补、激光气相化学沉积(Laser Chemical VaporDeposition，LCVD)修补等。其中，激光气相化学沉积修补成本适中，修补效果也满足使用要求。

在现有激光气相化学沉积修补技术中，一般采用激光源、透镜组及反应腔，其激光源发射的激光束先经过透镜组之后，再透过反应腔投射于待修补产品的加工面上，而反应气经由反应腔内部气道分配流经待修补产品的加工面，对待修补产品进行修补。

然而，现有的反应腔厚度大，其不能在高分辨率和短工作距离的透镜组下使用，难以提高激光气相化学反应的定域精度。而且，气流分配不均匀，使得激光气相化学反应效率低，修补区域对反应气气流沉积方向和气流进出口区域敏感，造成沉积成膜不良，而使缺陷修补失败，从而使整个产品报废。

发明内容

本发明的目的在于提供超薄反应腔，旨在解决现有反应腔由于厚度大而使得激光气相化学反应定域精度差以及由于气流分配不均而使得激光气相化学反应效率低、修补区域对反应气气流沉积方向和气流进出口区域敏感、沉积不良、缺陷修补失败的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的超薄反应腔的技术方案是，其包括基座，所述基座上穿设有反应孔，所述反应孔的孔内上侧设有用于盖住所述反应孔且透明的窗口片，下侧设有喷嘴部件，所述喷嘴部件穿设有反应气喷口，所述喷嘴部件的上表面可拆卸连接有反应气分配环，所述反应气分配环的内孔与所述反应气喷口相对、可供激光束穿过；所述反应气分配环开设有一与所述反应气喷口相通的环形气道，所述基座上设有一与所述环形气道相通的反应气进气道，所述基座下表面上于所述反应孔的外周设有一呈环状的反应气收集嘴，所述基座上还设有一与所述反应气收集嘴及外界相通的反应气出气道，所述基座下表面上于所述反应气收集嘴的外周设有一呈环状、用于抽离空气以使反应气被真空隔离的真空抽气嘴，所述基座上还设有一与所述真空抽气嘴相通的真空抽气道；所述反应气分配环上设有多个周向分布、与所述环形气道相通的凹槽，所述凹槽的大小沿反应气流动的方向逐渐变大。

进一步地，所述基座上设有一静压空气进气道，所述基座下表面上于所述真空抽气嘴的外周设有一呈环状、与所述静压空气进气道相通的静压空气节流嘴。

进一步地，所述窗口片的厚度小于或等于3.0mm。

进一步地，所述基座于所述窗口片下方设有一往所述窗口片下表面输送保护气以避免反应气于所述窗口片下表面上沉积的保护气进气道及保护气出气道。

进一步地，所述反应孔为阶梯孔，所述阶梯孔包括上级台阶及位于所述上级台阶下方的下级台阶，所述喷嘴部件搭接于所述下级台阶上，所述窗口片搭接于所述上级台阶上。

进一步地，所述反应气喷口形状呈锥状，所述反应气分配环的内孔设有与所述反应气喷口形状相适、中空呈锥状的圆台，所述圆台贴设于所述反应气喷口中。

进一步地，所述基座上表面覆盖有产生热量以保证反应气反应温度的加热薄膜。

进一步地，所述加热薄膜与所述窗口片之间设有用于防止反应气泄漏的垫圈。

进一步地，所述超薄反应腔的总厚度小于或等于9.0mm。

本发明提供的超薄反应腔相比较现有技术的有益效果：

上述超薄反应腔包括基座，基座上穿设有反应孔，反应孔的孔内下侧设有喷嘴部件及反应气分配环，反应气分配环开设有环形气道，基座上还设有一反应气进气道、一反应气出气道及一真空抽气道，基座下表面上设有一呈环状的反应气收集嘴及一真空抽气嘴。由于反应气分配环与喷嘴部件可拆卸连接，紧密贴设，而不采用螺钉、螺母等连接，使得反应气分配环与喷嘴部件整体的厚度变小；并且，由于基座上只设置一个反应气进气道、一个反应气出气道及一个真空抽气道，因此，基座上用于设置反应气进气道、反应气出气道及真空抽气道的空间将变小，这样，利于减少基座整体的厚度，使得超薄反应腔的总厚度更薄，可应用于分辨率更高、工作距离更短的透镜组下，以提高激光气相化学反应的定域精度，即使得激光束于待加工表面上的投射圆点直径更小，从而使其可修补更细小的缺陷。

此外，由于反应气分配环上设有多个凹槽，多个凹槽与环形气道相通，且沿周向分布，这样，反应气由反应气进气道流进环形气道时，反应气气流分成两路，并沿着环形气道流动，最后，经由周向分布的凹槽朝向反应气分配环的中心流出，并流向反应气喷口。由于激光束透过气流分配环的中心，因此，气流环绕于激光束四周，通过反应气喷口喷射于光掩膜工件的待加工表面上，即反应气气流朝向待加工表面上激光束圆点的四周喷射。

更重要的是，由于反应气气流在其流动的方向上将逐渐渐弱，气流量逐渐减小，因此，为了减少环形气道中各凹槽流出的气流量不均匀，凹槽的大小沿反应气流动的方向上逐渐变大，这样，处于气流流动方向上后端的凹槽，通过增大其大小来增强气流量，从而平衡从各凹槽流出的反应气气流量。故通过反应气分配环各凹槽的调节作用，反应气可均匀、稳定地通过反应气喷口并喷覆到光掩膜工件的待加工表面上，可提高激光化学气相反应的效率。而无论激光束是否准确穿过反应气喷口的中心，是否准确对准待加工表面的缺陷区域，反应气均可以激光束圆点为中心，均匀地分布开来，反应气于待加工表面上的沉积也较为均匀，因此，上述超薄反应腔对反应气于待加工表面上的沉积方向以及激光束于反应气喷口和待加工表面上的透射位置并不敏感，其修补产品的良品率得到大幅提高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的超薄反应腔、透镜组及光掩模工件的剖面图；

图2是本发明实施例提供的超薄反应腔的反应气分配环处的气流走向图；

图3是本发明实施例提供的超薄反应腔的仰视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～3所示，为本发明提供的较佳实施例。图1、图2中的黑色箭头代表气流的走向。

需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者可能同时存在居中部件。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者可能同时存在居中部件。

还需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

如图1至图3所示，本实施例提供的超薄反应腔10，用于激光气相化学沉积修补，其包括基座11，基座11上穿设有反应孔111，反应孔111的孔内上侧设有用于盖住反应孔111且透明的窗口片12，下侧设有喷嘴部件13，喷嘴部件13穿设有反应气喷口131，喷嘴部件13的上表面可拆卸连接有反应气分配环14，反应气分配环14的内孔与反应气喷口131相对、可供激光束穿过；反应气分配环14开设有一与反应气喷口131相通的环形气道141，基座11上设有一与环形气道141相通的反应气进气道142，基座11下表面上于反应孔111的外周设有一呈环状的反应气收集嘴112，基座11上还设有一与反应气收集嘴112及外界相通的反应气出气道143，基座11下表面上于反应气收集嘴112的外周设有一呈环状、用于抽离空气以使反应气被真空隔离的真空抽气嘴113，基座11上还设有一与所述真空抽气嘴113相通的真空抽气道144；所述反应气分配环14上设有多个周向分布、与所述环形气道141相通的凹槽1412，所述凹槽1412的大小沿反应气流动的方向逐渐变大。

上述超薄反应腔10的工作原理：

激光束的投射过程：如图1所示，由激光源产生的激光束，先透过透镜组，然后，依次透过窗口片12、反应孔111内的反应气分配环14内孔、喷嘴部件13的反应气喷口131，最后投射于光掩膜工件的待加工表面20上，激光束于待加工表面20上投射成一圆点。

反应气的流动过程：如图1所示，反应气先由反应气进气道142进入基座11内部，再流经环形气道141，接着，反应气气流分成两路，并沿着环形气道141流动，经由周向分布的凹槽1412朝向反应气分配环14的中心流出，并流向反应气喷口131。最后，反应气气流环绕于激光束四周，通过反应气喷口131喷射于光掩膜工件的待加工表面20上，即反应气气流朝向待加工表面20上激光束圆点的四周喷射；

在激光束对待加工表面20进行升温的情况下，反应气与待加工表面20化学反应，对待加工表面20进行修补工序，而参与反应过后的反应气经由基座11下表面上的反应气收集嘴112，汇入反应气出气道143，从反应气出气道143排到外界中；由于反应气收集嘴112呈环状环绕于基座11下表面反应孔111的外周，即环绕于反应气喷口131的四周，因此，反应气在与待加工表面20化学反应过后，将由反应气收集嘴112汇集，经由反应气出气道143排出；

此外，如图1所示，反应气收集嘴112的外周设有呈环状的真空抽气嘴113，真空抽气嘴113将反应气收集嘴112的外周气体抽离，并将气体从真空抽气道144排出，这样，真空抽气嘴113的外周将形成环状的真空隔离带，再窗口片12对反应孔111上侧的密闭，窗口片12、反应孔111及真空隔离带将形成一密闭空间，反应气在该密闭空间内进行反应，且只经由反应气进气道142进入该密闭空间，经由反应气出气道143排出该密闭空间。

本实施例提供的超薄反应腔10相比较现有技术的有益效果：

如图1至图3所示，上述超薄反应腔10包括基座11，基座11上穿设有反应孔111，反应孔111的孔内下侧设有喷嘴部件13及反应气分配环14，反应气分配环14开设有一环形气道141，基座11上还设有一反应气进气道142、一反应气出气道143及一真空抽气道144，基座11下表面上设有一呈环状的反应气收集嘴112及一真空抽气嘴113。由于反应气分配环14与喷嘴部件13可拆卸连接，紧密贴设，而不采用螺钉、螺母等连接，使得反应气分配环14与喷嘴部件13整体的厚度变小；并且，由于基座11上只设置一个反应气进气道142、一个反应气出气道143及一个真空抽气道144，因此，基座11上用于设置反应气进气道142、反应气出气道143及真空抽气道144的空间将变小，这样，利于减少基座11整体的厚度，使得超薄反应腔10的总厚度更薄，可应用于分辨率更高、工作距离更短的透镜组下，以提高激光气相化学反应的定域精度，即使得经过上述透镜组的激光束于待加工表面20上投射圆点直径更小，从而使其可修补更细小的缺陷。

此外，如图1所示，由于反应气分配环14上设有多个凹槽1412，多个凹槽1412与环形气道141相通，且沿周向分布，这样，反应气由反应气进气道142进入环形气道141时，反应气气流分成两路，并沿着环形气道141流动，最后，经由周向分布的凹槽1412朝向反应气分配环14的中心流出，并流向反应气喷口131。由于激光束透过气流分配环14的中心，因此，反应气气流环绕于激光束四周，通过反应气喷口131喷射于光掩膜工件的待加工表面20上，即反应气气流朝向待加工表面20上激光束圆点的四周喷射。

更重要的是，由于反应气气流在其流动的方向上将逐渐渐弱，气流量逐渐减小，因此，为了减少环形气道141中各凹槽1412流出的气流量不均匀，凹槽1412的大小沿反应气流动的方向上逐渐变大，这样，处于气流流动方向上后端的凹槽1412，通过增大其大小来增强气流量，从而平衡从各凹槽1412流出的反应气气流量。故通过反应气分配环14各凹槽1412的调节作用，反应气体均匀、稳定地通过反应气喷口131并喷覆到光掩膜工件的待加工表面20上，可提高激光化学气相反应的效率。而无论激光束是否准确穿过反应气喷口131的中心，是否准确对准待加工表面20的缺陷区域，反应气均可以激光束圆点为中心，均匀地分布开来，反应气于待加工表面20上的沉积也较为均匀，因此，上述超薄反应腔10对反应气于待加工表面20上的沉积方向以及激光束于反应气喷口131和待加工表面20上的透射位置并不敏感，其修补产品的良品率得到大幅提高。

需要说明的是，如图1所示，反应气分配环14与喷嘴部件13采用接触式、可拆卸连接。相比较采用螺钉或胶水等连接，其可方便从基座11中拆卸、分离与调整等。

如图1和图3所示，由于真空抽气嘴113将反应气收集嘴112的外周气体抽离，并将气体从真空抽气道144排出，使得真空抽气嘴113的外周将形成环状的真空隔离带，而为了增强对真空隔离带进行空气补充的效果，基座11上设有一静压空气进气道145，基座11下表面上于真空抽气嘴113的外周设有一呈环状、与静压空气进气道145相通的静压空气节流嘴114。这样，静压空气将由静压空气进气道145进入基座11内部，并由静压空气节流嘴114流向待加工表面20，由于静压空气节流嘴114呈环状，因此，静压空气节流嘴114将对真空隔离带成环形补给；更重要的是，静压空气进气道145与反应气进气道142位于基座11沿高度方向的同一截面上，这样，有利于减少基座11整体的厚度，使得超薄反应腔10可应用于分辨率更高、工作距离更短的透镜组下，以提高激光气相化学反应的定域精度，即经过上述透镜组的激光束于待加工表面20上投射圆点直径更小，使其可修补更细小的缺陷。

为了减少基座11整体的厚度，窗口片12的厚度小于或等于3.0mm。

如图1所示，由于反应气于窗口片12下表面上沉积会污染透明的窗口片12，使得激光束难以透过窗口片12，影响上述超薄反应腔10的使用，因此，基座11于窗口片12下方设有一往窗口片12下表面输送保护气的保护气进气道146及保护气出气道147。这样，保护气先后流经保护气进气道146、窗口片12下表面及保护气出气道147，而由于窗口片12下表面覆盖有保护气，其避免了与反应气直接接触，因此，上述超薄反应腔10避免了反应气污染窗口片12的问题。

需要说明的是，保护气为氮气等；反应气进气道142与反应气出气道143、保护气进气道146与保护气出气道147设置于基座11沿高度方向的同一层截面上；而反应气进气道142、真空抽气道144、静压空气进气道145及保护气进气道146分别错开分布于基座11沿高度方向的不同层截面上。

本实施例关于反应孔111具体结构形式的优选实施方式，如图1和图2所示，反应孔111为阶梯孔1111，阶梯孔1111包括上级台阶1112及位于上级台阶1112下方的下级台阶1113，喷嘴部件13搭接于下级台阶1113上，窗口片12搭接于上级台阶1112上。这样，通过分别将喷嘴部件13及窗口片12搭接于下级台阶1113及上级台阶1112上，避免采用螺钉、螺母等部件进行固定，避免了由于螺钉、螺母本身的厚度而增加上述超薄反应腔10的整体厚度的问题。

如图1至图3所示，为了避免反应气的运动状态改变过大，减少反应气的流动阻力，且使得反应气喷口131朝一定角度喷射反应气，反应气喷口131形状呈锥状，反应气分配环14的内孔设有与反应气喷口131形状相适、中空呈锥状的圆台1411，圆台1411贴设于反应气喷口131中。这样，反应气气流先经由环形气道141中各凹槽1412流出，并沿着倾斜锥面朝向光掩膜工件的待加工表面20喷射。

如图1所示，为了保证反应气进行化学反应的温度，基座11上表面覆盖有产生热量的加热薄膜15。这样，加热薄膜15将对基座11进行加热，处于高温状态下的基座11将热量再传导给反应气，保证反应气化学反应的正常进行，提高激光气相化学反应的效率。

为了防止反应气泄漏以及固定窗口片12，加热薄膜15与窗口片12之间设有垫圈16。

为了使得上述超薄反应腔10能够在更短工作距离的透镜组与光掩膜工件的待加工表面20之间工作，超薄反应腔10的总厚度小于或等于9.0mm。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.超薄反应腔，用于激光气相化学沉积修补，其特征在于：包括基座，所述基座上穿设有反应孔，所述反应孔的孔内上侧设有用于盖住所述反应孔且透明的窗口片，下侧设有喷嘴部件，所述喷嘴部件穿设有反应气喷口，所述喷嘴部件的上表面可拆卸连接有反应气分配环，所述反应气分配环的内孔与所述反应气喷口相对、可供激光束穿过；所述反应气分配环开设有一与所述反应气喷口相通的环形气道，所述基座上设有一与所述环形气道相通的反应气进气道，所述基座下表面上于所述反应孔的外周设有一呈环状的反应气收集嘴，所述基座上还设有一与所述反应气收集嘴及外界相通的反应气出气道，所述基座下表面上于所述反应气收集嘴的外周设有一呈环状、用于抽离空气以使反应气被真空隔离的真空抽气嘴，所述基座上还设有一与所述真空抽气嘴相通的真空抽气道；所述反应气分配环上设有多个周向分布、与所述环形气道相通的凹槽，所述凹槽的大小沿反应气流动的方向逐渐变大；所述反应气分配环还设有与所述凹槽相通且露于所述反应气分配环的锥状部的外表面的第二环形气道；

所述反应气喷口的形状呈锥状，所述反应气分配环的内孔设有与所述反应气喷口形状相适、中空呈锥状的圆台，所述圆台贴设于所述反应气喷口中，所述圆台的外表面与所述反应气喷口的内表面之间相互平行。

2.如权利要求1所述的超薄反应腔，其特征在于：所述基座上设有一静压空气进气道，所述基座下表面上于所述真空抽气嘴的外周设有一呈环状、与所述静压空气进气道相通的静压空气节流嘴。

3.如权利要求1所述的超薄反应腔，其特征在于：所述窗口片的厚度小于或等于3.0mm。

4.如权利要求1所述的超薄反应腔，其特征在于：所述基座于所述窗口片下方设有一往所述窗口片下表面输送保护气以避免反应气于所述窗口片下表面上沉积的保护气进气道及保护气出气道。

5.如权利要求1所述的超薄反应腔，其特征在于：所述反应孔为阶梯孔，所述阶梯孔包括上级台阶及位于所述上级台阶下方的下级台阶，所述喷嘴部件搭接于所述下级台阶上，所述窗口片搭接于所述上级台阶上。

6.如权利要求1所述的超薄反应腔，其特征在于：所述基座上表面覆盖有产生热量以保证反应气反应温度的加热薄膜。

7.如权利要求6所述的超薄反应腔，其特征在于：所述加热薄膜与所述窗口片之间设有用于防止反应气泄漏的垫圈。

8.如权利要求1～7任一项所述的超薄反应腔，其特征在于：所述超薄反应腔的总厚度小于或等于9.0mm。