CN105590825A - 气体输送装置及等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体输送装置，包括气体分流器，用于将反应气体分流为流量可控的多路以输出至等离子体反应腔体内的气体导流件的不同区域；气体调节器，用于接收经气体分流器输出的其中一路反应气体并将其分流为多条支路以输出至气体导流件上对应于该路反应气体的区域内的不同子区域。气体调节器包括与该对应区域的不同子区域相连通的多条气体传输管线，其中至少一条气体传输管线包括并联的至少三条分支管线及流量切换组件，该流量切换组件用于控制每一分支管线的传输流量及导通和截止状态以调节该条气体传输管线所输送的气体流量。本发明能够实现流量比不同的多路反应气体在气体导流件上多区域分布控制。

Description

气体输送装置及等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及半导体加工设备，特别涉及一种气体输送装置和等离子体处理装置。

背景技术

目前在等离子体工艺中，通常是将反应气体由等离子体处理装置的反应腔内上部设置的气体喷淋头导入反应腔室内，反应气体经过射频激发形成等离子体，然后通过反应腔室内下部的静电夹盘的偏置电压使等离子体轰击位于夹盘上的晶片，从而实现对晶片的刻蚀、沉积等等离子体工艺。

然而，由于气体输送、电场作用或抽气不均匀等多种原因，容易使产生的等离子体在半导体晶片表面上的不同区域具有不同的分布密度，从而在晶片表面的不同区域产生不同的处理速度，对于沿晶片径向分布的不同区域，如中心区域和边缘区域，这种不均匀处理尤其明显，进而导致晶片上不同区域形成的半导体器件的性能不同，对半导体器件制造的工艺控制及产品良率都有很大影响。

为了解决该问题，现有技术提出了一种气体分流器，其可将反应气体分流为不同流量的多路，从而将不同流量的多路反应气体输送至气体喷淋头的不同区域，使得反应腔室内不同区域能够获得不同密度的的等离子体，以改善对整个晶片表面处理的均匀性。然而，这种气体分流器所分流的每一路反应气体的流量范围是相同的，如10％到90％，如果对于某一区域希望得到特别小的流量比例，如0.5％，则现有的气体分流器无法实现。

因此，需要提供一种气体输送装置以改善上述缺陷。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种气体输送装置，能够向等离子体处理装置的反应腔室内的不同区域输送不同流量，特别是小流量的反应气体，提高气体流量的控制精度。

为达成上述目的，本发明提供一种气体输送装置，应用于等离子体处理装置，所述等离子体处理装置包括反应腔体，所述气体输送装置包括气体分流器以及至少一个气体调节器。所述气体分流器用于将反应气体分流为流量可控的多路以输出至位于所述反应腔体内的气体导流件的不同气体分布区域；所述气体调节器连接于所述气体分流器及所述气体导流件之间，用于接收经所述气体分流器输出的其中一路反应气体并将其分流为多条支路以输出至所述气体导流件上对应于该路反应气体的气体分布区域内的不同子区域。所述气体调节器包括与该对应的气体分布区域的不同子区域相连通的多条气体传输管线，其中至少一条气体传输管线包括并联的至少三条分支管线及流量切换组件，该流量切换组件用于控制每一所述分支管线的传输流量及导通和截止状态以调节该条气体传输管线所输送的气体流量。

优选的，所述流量切换组件包括设置于所述至少三条分支管线上的多个限流元件和至少两个开关元件。

优选的，所述多条气体传输管线包括第一气体传输管线和第二气体传输管线，所述第二气体传输管线包括并联的第一、第二和第三分支管线及所述流量切换组件，所述流量切换组件包括设置于所述第一分支管线上的第一限流元件、设置于所述第二分支管线上的串联的第二限流元件和第一开关元件、以及设置于所述第三分支管线上的串联的第三限流元件和第二开关元件。

优选的，所述第一气体传输管线上设置第四限流元件。

优选的，所述流量切换组件还包括设置于所述第一分支管线上的与所述第一限流元件串联的第三开关元件。

优选的，所述气体分流器将反应气体分流为第一流量和第二流量的两路反应气体以输出至所述气体导流件的第一气体分布区域和第二气体分布区域，所述气体调节器将所述第二流量的反应气体分流为第三流量和第四流量的两路反应气体以分别传输至所述第二气体分布区域的第一子区域和第二子区域。

优选的，各所述限流元件均为限流孔，各所述开关元件均为开关阀。

优选的，各所述限流孔的尺寸不同。

优选的，所述气体导流件为气体喷淋头。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种等离子体处理装置，包括反应腔体和上述的气体输送装置。

本发明的有益效果在于通过气体调节器将气体分流器分流的其中一路反应气体切换为多条支路，并通过流量切换组件及并联的至少三条分支管线的设计控制各条支路的流量比例，而使得反应腔室内的特定区域能够得到所需流量的反应气体供给，进而根据需求调节等离子体处理装置反应腔体内不同区域的等离子体分布密度，提高晶片上不同区域所形成的半导体器件的均一性。

附图说明

图1为本发明一实施例的气体输送装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

图1显示了本发明一种实施方式提供的本发明气体输送装置。该气体输送装置应用于等离子体处理装置，等离子体处理装置包括反应腔室1，反应腔室1内的上部设置有气体导流件4，气体导流件4可包括多个气体分布区。本实施例中气体导流件4为气体喷淋头，在其他实施例中也可以是气体导流环或导流板等其他类似装置。气体输送装置用于将反应气体分流为不同流量的多路输送至气体导流件4的不同气体分布区，以引入反应腔室内的不同区域。气体输送装置包括气体分流器2和气体调节器3，气体分流器2将反应气体分为多路流量不同的反应气体，例如本实施例中，气体喷淋头4上设置气体分布区41和42，则气体分流器2对应将反应气体分流形成具有不同的第一流量a和第二流量b的两路反应气体，分别通过管线21和22输出。气体分流器2可包括气体分离器和流量控制器来执行其分流及流量调节功能，并且经其分流的多路反应气体可以是成分相同或不同的气体。

需要注意的是，本发明中经气体分流器2分流的多路反应气体并不都直接输出至气体喷淋头4，至少其中一路反应气体由气体调节器3进一步分流及调节流量。如图1所示，气体调节器3设置于气体分流器2和气体喷淋头4之间，具体地是设置在气体分流器2的至少一个管线上，用于接收经气体分流器2输出的其中一路反应气体并将其分流为多条支路以输出至气体喷淋头4上对应于该路反应气体的气体分布区域内的不同子区域。气体调节器3也可以是多个，分别对多路反应气体进一步分流及调节流量。本实施例中以气体调节器3设置在管线22上、气体分布区42具有两个子区域42A和42B加以说明，其中气体分布区域41、42分别对应于气体喷淋头4的边缘位置和中心位置，并且气体分布区域的子区域42B比42A更靠近气体喷淋头的中心，当然在其他实施例中也可以将处于气体喷淋头边缘位置的气体分布区域划分成多个子区域以分别提供进一步细分的气体流量。气体调节器3将流量b的一路反应气体分成流量为b1和b2的两条支路而输送至子区域42A和42B，其包括与各子区域相连通的气体传输管线31，32。其中，气体传输管线32包括三条并联的分支管线32a、32b、32c，以及流量切换组件。流量切换组件用于控制气体传输管线32中各条分支管线32a、32b、32c的传输流量及导通和截止状态，从而使得气体传输管线32所输送的气体流量得以调节。流量切换组件可包括限流元件和开关元件，其中限流元件负责控制分支管线的最大气体流量，开关元件负责控制分支管线的导通或截止，通过限流元件和开关元件的配合就可使气体传输管线32输出不同流量或流量比例的反应气体。本实施例及下文所述的各限流元件均为限流孔，可根据限流孔自身规格尺寸决定限流孔输出的最大气体流量，例如限流孔的口径越大输出的气体流量也越大；各开关元件均为开关阀，仅具有开启和关闭两种状态。此外，分支管线的数量也可大于三条，以实现更大的流量调节范围。

如图1所示，分支管线32a上设置限流孔321，分支管线32b上设置串联的限流孔322和开关阀323，分支管线32c上设置串联的限流孔324和开关阀325。如此，通过两个开关元件323、325的开闭状态的控制，能够实现4种排列组合形式，即：两个开关阀均关闭，分支管线32b、32c截止，气体传输管线32所输出的气体流量b2为分支管线32a输出的气体流量；仅开关阀323打开，分支管线32b导通，气体传输管线32所输出的气体流量b2为分支管线32a和32b输出的气体流量之和；仅开关阀325打开，分支管线32c导通，气体传输管线32所输出的气体流量b2为分支管线32a和32c输出的气体流量之和；以及，两个开关阀均打开，分支管线32b、32c导通，气体传输管线32所输出的气体流量b2为三条分支管线输出的气体流量之和。因此，通过开关阀的开闭动作配合限流孔所限定的最大输出气体流量，气体流量b2占气体流量b的比例可以切换为四种，再配合气体分流器2的分流比例，就能够调节输出至子区域42B的反应气体流量。限流孔321、322和324的规格尺寸可以相同也可以不相同。假设配合各限流孔的口径的选择，能够在上述四种情况下分别实现气体输送管线32输送的气体流量b2为4％b，13％b，19％b以及25％b。若反应气体初始总流量为Q＝a+b，且经气体分流器2的分流，管线22输出的气体流量比例为b/(a+b)＝10％～90％，那么传输至气体喷淋头区域42B的气体流量的最大值为90％×25％Q≈23％Q，最小值为10％×4％Q＝0.4％Q，由以上可知供应至区域42B的反应气体的流量的调节范围得以扩展，而不仅限于市售气体分流器10％～90％的调节范围，特别适用于小流量反应气体的供应。当然，在其他实施例中，也可以在分支管线32a上串联另一开关阀，则通过三个开关阀的开闭动作可以实现气体传输管线32输出气体流量b2占气体流量b的气体流量比例在七个设定值间切换，实现供应至区域42B的气体流量的更大范围的调节。在此种实施例中，较佳的，限流孔321、322和324的规格尺寸可以设置为不相同，如此气体传输管线32输出的气体流量的控制范围更大。此外，如图所示，气体调节器3的气体传输管线31上也可设置一限流孔311，限流孔311的规格尺寸根据子区域42A的气体需求量进行设置，其与限流孔321和322的规格尺寸可以相同，也可以设置为不相同。

由以上可知，本发明通过气体调节器的设计，将已分流的一路反应气体再次分流为多条支路，并在其中一条支路上设置至少三条并联的分支管线以及流量切换组件控制该支路的气体流量，而将流量满足需求的反应气体对应分配至气体喷淋头的相应区域，此种设计能够实现流量比不同的多路反应气体在等离子体处理装置反应腔室内气体导流件上多个区域的分布控制，相比只有两根分支管线的设计，提高了气体流量b2处的组合数量，改变了两根分支管线只有两种组合对工艺的限制，采用多路并联的分支管线可以有效的实现多种不同气体流量的组合，特别地，可以精确地提供小流量气体至气体需求量较小的气体分布区，从而获得所需的等离子体密度分布，以满足不同工艺的需求。此外，开关元件和限流元件的设置也具有操作简单，成本低廉的优点。

可以理解的是，本发明中的气体输送装置，可应用于各种等离子体处理装置中，如等离子体刻蚀、等离子体物理汽相沉积、等离子体化学汽相沉积、等离子体表面清洗等装置。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (10)

1.一种气体输送装置，应用于等离子体处理装置，所述等离子体处理装置包括反应腔体，其特征在于，所述气体输送装置包括：

气体分流器，用于将反应气体分流为流量可控的多路以输出至位于所述反应腔体内的气体导流件的不同气体分布区域；

至少一个气体调节器，连接于所述气体分流器及所述气体导流件之间，每一所述气体调节器用于接收经所述气体分流器输出的其中一路反应气体并将其分流为多条支路以输出至所述气体导流件上对应于该路反应气体的气体分布区域内的不同子区域，其包括与该对应的气体分布区域的不同子区域相连通的多条气体传输管线，其中至少一条气体传输管线包括并联的至少三条分支管线及流量切换组件，该流量切换组件用于控制各所述分支管线的传输流量及导通和截止状态以调节该条气体传输管线所输送的气体流量。

2.根据权利要求1所述的气体输送装置，其特征在于，所述流量切换组件包括设置于所述至少三条分支管线上的多个限流元件和至少两个开关元件。

3.根据权利要求2所述的气体输送装置，其特征在于，所述多条气体传输管线包括第一气体传输管线和第二气体传输管线，所述第二气体传输管线包括并联的第一、第二和第三分支管线及所述流量切换组件，所述流量切换组件包括设置于所述第一分支管线上的第一限流元件、设置于所述第二分支管线上的串联的第二限流元件和第一开关元件、以及设置于所述第三分支管线上的串联的第三限流元件和第二开关元件。

4.根据权利要求3所述的气体输送装置，其特征在于，所述第一气体传输管线上设置第四限流元件。

5.根据权利要求3所述的气体输送装置，其特征在于，所述流量切换组件还包括设置于所述第一分支管线上的与所述第一限流元件串联的第三开关元件。

6.根据权利要求3所述的气体输送装置，其特征在于，所述气体分流器将反应气体分流为第一流量和第二流量的两路反应气体以输出至所述气体导流件的第一气体分布区域和第二气体分布区域，所述气体调节器将所述第二流量的反应气体分流为第三流量和第四流量的两路反应气体以分别传输至所述第二气体分布区域的第一子区域和第二子区域。

7.根据权利要求5所述的气体输送装置，其特征在于，各所述限流元件均为限流孔，各所述开关元件均为开关阀。

8.根据权利要求7所述的气体输送装置，其特征在于，各所述限流孔的尺寸不同。

9.根据权利要求1所述的气体输送装置，其特征在于，所述气体导流件为气体喷淋头。

10.一种等离子体处理装置，包括反应腔体和如权利要求1～9任一项所述的气体输送装置。