專利名稱：一種多分區(qū)氣體輸送裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種氣體輸送裝置，特別涉及一種通過開關切換及限流孔的組合布置，對引入的反應氣體實現(xiàn)分布控制的多分區(qū)氣體輸送裝置。
背景技術：
目前在制造半導體器件的過程中，反應氣體一般通過反應腔上部設置的噴淋頭或類似裝置輸送，進入到反應腔內以形成對晶片進行刻蝕、沉積等處理的等離子體。由于氣體輸送、電場作用或抽氣不均勻等多種原因，容易使產生的等離子體在晶片中心和邊緣位置的分布不均勻，從而對晶片表面不同區(qū)域的反應效果和反應效率有很大影響。
為了解決該問題，現(xiàn)有如圖1所示的等離子體處理裝置上，在兩條進氣通道100上分別設置流量控制裝置400，用來調節(jié)并引入兩路流量不同的反應氣體，并對應輸送至噴淋頭300的中心和邊緣區(qū)域，從而在其下方獲得密度不同的等離子體，以改善對整個晶片表面處理的均勻性。
雖然如果在噴淋頭300上劃分更多的區(qū)域，就能夠使等離子體的均勻性控制更加精確，但是每增加一個區(qū)域，就需要為該區(qū)域獨立配置一條進氣通道100并配置昂貴的流量控制裝置400 (如圖1中虛線所示)，增加了生產成本，而且會使整個等離子體處理裝置的系統(tǒng)布置和控制更加復雜。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種多分區(qū)氣體輸送裝置，通過開關切換及多個限流孔的組合布置，以低廉的成本，控制兩路反應氣體經(jīng)由噴淋頭上多個氣體分布區(qū)引入反應腔，例如是徑向上從中心到邊緣劃分的、同圓心布置的三個區(qū)域。通過控制各個區(qū)域輸送氣體的流量，來改善晶片表面的等離子體分布及處理的均勻性。
為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是提供一種多分區(qū)氣體輸送裝置，其包含一個反應氣體調節(jié)器，輸出具有可控流量的反應氣體；多個輸氣管包括輸入端接收所述可控流量的反應氣體，并包括各自的輸出端連通至噴淋頭上對應設置的多個氣體分布區(qū)；其中包括第一輸氣管通過第一限流裝置連通到第一氣體分布區(qū)，還通過第二限流裝置連通到第二氣體分布區(qū)；一個第三輸氣管通過一個可控閥門連通到所述第一輸氣管，并通過一個第三限流裝置也連通到所述第一氣體分布區(qū)。
所述氣體輸送裝置用于輸送反應氣體調節(jié)器輸出的第一流量和第二流量的反應氣體；所述氣體輸送裝置還包含第二輸氣管連通至所述第三氣體分布區(qū)； 并且，其中所述第一輸氣管用于輸送第一流量的反應氣體；所述第二輸氣管用于輸送第二流量的反應氣體。
所述第一、第二、第三氣體分布區(qū)是在所述噴淋頭上，從邊緣到中心沿徑向依次布置的三個同圓心的氣體分布區(qū)。
所述第二輸氣管設置有第二常開閥門和過濾器；在第二常開閥門開啟時，所述第二輸氣管將第二流量的反應氣體輸送至所述第三氣體分布區(qū)。
在一個優(yōu)選實施例中，所述限流裝置為限流孔。
所述可控閥門開通時流過第一和第三輸氣管的氣壓大于反應腔內氣壓的兩倍以上。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所述多分區(qū)氣體輸送裝置，其優(yōu)點在于本發(fā)明能夠實現(xiàn)流量比不同的多路反應氣體在噴淋頭上多個區(qū)域的分布控制，從而在晶片表面獲得均勻的等離子體處理效果。由于使用閥門等構成切換開關，只需要具備開啟和關閉兩種狀態(tài)，控制簡單；并且，閥門、限流孔的設置成本遠低于流量控制裝置(MFC)，可以節(jié)約大量的生產成本。


圖1是現(xiàn)有等離子體處理裝置的進氣通道的結構示意圖； 圖2是本發(fā)明所述多分區(qū)氣體輸送裝置的總體結構示意圖；圖3是本發(fā)明所述多分區(qū)氣體輸送裝置中噴淋頭的分區(qū)結構俯視圖。
具體實施方式
以下結合

本發(fā)明的具體實施方式
。
如圖2所示，本發(fā)明所述的多分區(qū)氣體輸送裝置，用于調整晶片70表面處理的均勻性。該氣體輸送裝置連通至等離子體處理裝置中反應腔頂部的噴淋頭50 ；所述氣體輸送裝置將兩路反應氣體調整為流量可控的三路，并對應輸送至噴淋頭50上設置的三個氣體分布區(qū)51,52和53。
以下實施例所述裝置中輸送的兩路反應氣體，是從同一路反應氣體中分出的兩路，例如是將一路反應氣體輸送至一個反應氣體調節(jié)器60，通過該反應氣體調節(jié)器60中設置的氣體分離器及流量控制器(MFC)的對應調節(jié)后，形成流量比不同的具有第一流量和第二流量的兩路反應氣體，再輸出至本發(fā)明所述氣體輸送裝置。在其他實施例中所述氣體輸送裝置使用的兩路反應氣體，也可以是不同成分的兩種氣體。
如圖3所示，所述的三個氣體分布區(qū)，可以是從圓形噴淋頭50的邊緣到中心，沿徑向依次布置的三個同圓心的氣體分布區(qū)第三氣體分布區(qū)53與噴淋頭50的中心區(qū)域 (Central，下文及附圖中簡稱CTR)相對應；第二氣體分布區(qū)52在第三氣體分布區(qū)53的外圍環(huán)繞設置；第一氣體分布區(qū)51進一步在第二氣體分布區(qū)52的外圍環(huán)繞設置，并與噴淋頭 50的最邊緣區(qū)域相對應(Extreme Edge，下文及附圖中簡稱X-EDGE )；并且，本文中稱噴淋頭 50上與第二氣體分布區(qū)52對應的區(qū)域為次邊緣區(qū)域(下文及附圖中簡稱EDGE)。
配合參見圖2、圖3所示，圖2所示的氣體輸送裝置中設置有三個輸氣管1廣13，其配合連通至如圖3所示噴淋頭50的三個氣體分布區(qū)5廣53。其中，第二輸氣管12依次設置有第二常開閥門22和過濾器30，并最終連通至位于噴淋頭50中心區(qū)域(CTR)的第三氣體分布區(qū)53。第一輸氣管11依次設置有第一常開閥門21、過濾器30和一個第二限流孔42 (Orifice)，并連通至位于噴淋頭50次邊緣區(qū)域(EDGE)的第二氣體分布區(qū)52。第三輸氣管 13是連接到第一輸氣管11的一條支路，其在所述第一常開閥門21之后依次設置有常閉閥門23、過濾器30及一個第三限流孔43，并最終連通至位于噴淋頭50最邊緣區(qū)域(X-EDGE) 的第一氣體分布區(qū)51。另外，還設置有一個帶第一限流孔41的氣體通道14，從所述第一輸氣管11的過濾器30之后連通到所述第三輸氣管13的第三限流孔43之后，也就是最終連通到所述的第一氣體分布區(qū)51。
所述的第一常開閥門21、第二常開閥門22和所述的常閉閥門23，都只有開啟或關閉兩種狀態(tài)。所述的限流孔(Orifice)是只要在其輸入口有氣壓，就可以輸出特定流量氣體的器件；各個限流孔輸出的最大氣體流量具體由該限流孔自身的規(guī)格決定，例如是限流孔的口徑越大，其輸出的氣體流量就越大。本發(fā)明中將選擇適應口徑的第一、第二、第三限流孔4廣43相互配合，來滿足噴淋頭50上對各個氣體分布區(qū)5廣53的不同的氣體流量要求， 下文中會具體說明。而且限流孔具有一個特性，當限流孔上游氣壓大于下游2倍以上時， 其流量只與上游氣壓有關而與下游氣壓無關。所以只要選擇合適的限流孔42，42，43組合， 再加上流過輸氣管的氣壓足夠高就能或得穩(wěn)定的氣體流量比，而不用考慮反應腔內氣壓變化。
第二輸氣管12的第二常開閥門22 —般處在開啟狀態(tài)，使流量為b的第二流量反應氣體，通過第二輸氣管12輸送至噴淋頭50中心區(qū)域(CTR)的第三氣體分布區(qū)53。而總流量為a的第一流量反應氣體，需要由所述常閉閥門23及若干限流孔來分配調整，進而分別通過所述的第一輸氣管11、第一限流孔41所在的氣體通道14及第三輸氣管13，對應輸送至噴淋頭50次邊緣區(qū)域(EDGE)的第二氣體分布區(qū)52和最邊緣區(qū)域(X-EDGE)的第一氣體分布區(qū)51上。
在常規(guī)模式下，第一輸氣管11的第一常開閥門21處在開啟狀態(tài)，而第三輸氣管13 的常閉閥門23處在關閉狀態(tài)，則第一流量反應氣體只在第一輸氣管11中流過，通過其中第二限流孔42的限流作用，將第一流量反應氣體中一部分流量為all的氣體，輸送至所述噴淋頭50次邊緣區(qū)域(EDGE)的第二氣體分布區(qū)52。同時，第一流量反應氣體中其余部分流量為al2的氣體，經(jīng)由第二限流孔42所在的氣體通道14輸送至所述噴淋頭50最邊緣區(qū)域 (X-EDGE)的第一氣體分布區(qū)51。在該模式下，第二氣體分布區(qū)52上的氣體流量all與第一氣體分布區(qū)51上的氣體流量al2相加的數(shù)值，與第一流量反應氣體總的流量a —致，即 all+al2 = aD
在增強模式下，第一輸氣管11的第一常開閥門21，和第三輸氣管13的常閉閥門 23都處在打開狀態(tài)，則總流量為a的第一流量反應氣體首先被分到第一輸氣管11和第三輸氣管13中，由第二限流孔42所在的第一輸氣管11，將第一流量反應氣體中流量為a21的部分，輸送至所述噴淋頭50次邊緣區(qū)域(EDGE)的第二氣體分布區(qū)52 ；再由第一限流孔41所在的氣體通道14，與第三限流孔43所在的第三輸氣管13—起，將第一流量反應氣體中剩余流量為a22的部分輸出至所述噴淋頭50最邊緣區(qū)域(X-EDGE)的第一氣體分布區(qū)51。在該模式下，第二氣體分布區(qū)52上的氣體流量a21與第一氣體分布區(qū)51上的氣體流量a22相加的數(shù)值，與第一流量反應氣體總的流量a—致，即a21+a22 = a。
表1所示的是使用0. 035英寸口徑的第二限流孔42，及0. 0155英寸口徑的第一限5流孔41和第三限流孔43的具體實施例。第一、第二流量的反應氣體是從同一路反應氣體中流量分別為a和b的兩路，表中列舉了 a、b流量比不同的幾種情況。
以表中第一行為例，在常規(guī)模式和增強模式下，輸送至噴淋頭50中心區(qū)域(CTR) 上第二流量反應氣體的流量b =10%不變。而噴淋頭50的次邊緣區(qū)(EDGE)和最邊緣區(qū) (X-EDGE)上氣體流量相加的總和，在兩種模式下相等，都等于第一流量反應氣體總的流量 a，即 a =all+al2 = a21+a22 ；90% =75. 2%+14. 8% =64. 6%+25. 4%。并且，由于在增強模式下使第三輸氣管13導通，將常規(guī)模式下原先由第一輸氣管11輸送的一部分流量為10. 6% =75. 2%-64. 6%的氣體，被轉送到了噴淋頭50的最邊緣區(qū)(X-EDGE)上25. 4% =14. 8%+10. 6%。 即是說，與常規(guī)模式下相比，增強模式下最邊緣區(qū)(X-EDGE)上獲得的氣體流量增加了 10. 6% ；而次邊緣區(qū)(EDGE)上獲得的氣體流量就相應減少了 10. 6%，這一改變的氣體流量值由第三輸氣管13的第三限流孔43的口徑?jīng)Q定。
表1多分區(qū)氣體流量分布情況常規(guī)摸式增強摸式第二流 S反應氣體b第一流 S反應氣體a中間 CTR b次邊緣 EDGE all最邊緣 X-EDGE al2中間 CTR b次邊緣 EDGE a21腿緣 X-EDGE a2210%90%10%75.2%14.8%10%64.6%25.4%20%80%20%66.9%13.1%20%57.5%22.5%30%70%30%58.5%11.5%30%50.3%19.7%40%60%40%50.2%9.8%40%43.1%16.9%50%50%50%41.8%8.2%50%35.9%14.1%60%40%60%33.4%6,6%60%28.7%11.3%70%30%70%25.1%4.9%70%21.5%8.5%80%20%80%16.7%3.3%80%14.4%5,6%90%10%90%8.4%1.6%90%7.2%2,8%參見上表中同在常規(guī)模式下的幾種氣體分布情況，可知在各個限流孔的口徑等規(guī)格不變的基礎上，當各行中第一、第二流量反應氣體的流量比a、b改變時，就可以使噴淋頭50三個氣體分布區(qū)上的氣體流量產生相應變化。再比較上表的同一行中常規(guī)模式與增強模式下的氣體分布情況，可知在第一、第一流量反應氣體的流量比固定不變的情況下，還可以通過開啟或關閉帶常閉閥門23的第三輸氣管13，進一步調整第一流量反應氣體在噴淋頭50次邊緣區(qū)(EDGE)和最邊緣區(qū)(X-EDGE)的分布比例。
并且，對于同樣使用上述規(guī)格的限流孔的實施例來說，實際上只要給出例如是第二流量反應氣體的流量b =17%，就可以根據(jù)限流孔口徑與其輸出流量的相應關系，計算得到表1中其他各列的數(shù)據(jù)，即第一流量反應氣體的流量a =83% ；常規(guī)模式下三個區(qū)域氣體分布依次為b =17%, all =69.4%，al2 =13. 6% ；增加最邊緣區(qū)域氣體流量的增強模式下，三個區(qū)域依次為b =17%, a21 =59.6%，a22 =23.4%。因此，可以僅僅通過調整第一、第一流量反應氣體的流量比a、b，就可以實現(xiàn)氣體流量在噴淋頭50上三個氣體分布區(qū)的連續(xù)變化。另外，在其他實施例中，還可以使用其他規(guī)格的限流孔相互配合，進一步改變每種流量比的兩種模式下氣體流量的改變幅度，從而調整噴淋頭50上三個區(qū)域的氣體分布。
本發(fā)明所述的氣體輸送裝置，還可以適用于以其他形式來劃分各個區(qū)域的噴淋頭結構，或者在另外增加幾路反應氣體的情況也可以進行氣體流量控制，通過在對應的輸氣管道上及輸氣管道之間設置閥門及限流孔，在閥門開關及限流孔的配合作用下對反應氣體進行流量調節(jié)，并對應分配至噴淋頭的各個區(qū)域。
綜上所述。本發(fā)明能夠實現(xiàn)流量比不同的多路反應氣體在噴淋頭上多個區(qū)域的分布控制，從而在晶片表面獲得均勻的等離子體處理效果。由于使用閥門等構成切換開關，只需要具備開啟和關閉兩種狀態(tài)，控制簡單；并且，閥門、限流孔的設置成本遠低于流量控制裝置(MFC)，可以節(jié)約大量的生產成本。
盡管本發(fā)明的內容已經(jīng)通過上述優(yōu)選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(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種多分區(qū)氣體輸送裝置，其特征在于，所述氣體輸送裝置包含 一個反應氣體調節(jié)器，輸出具有可控流量的反應氣體；多個輸氣管包括輸入端接收所述可控流量的反應氣體，并包括各自的輸出端連通至噴淋頭(50)上對應設置的多個氣體分布區(qū)；其中包括第一輸氣管(11)通過第一限流裝置連通到第一氣體分布區(qū)(51)，還通過第二限流裝置連通到第二氣體分布區(qū)(52)；一個第三輸氣管(13)通過一個可控閥門連通到所述第一輸氣管(11 )，并通過一個第三限流裝置也連通到所述第一氣體分布區(qū)(51)。
2.如權利要求1所述的多分區(qū)氣體輸送裝置，其特征在于，所述氣體輸送裝置用于輸送反應氣體調節(jié)器輸出的第一流量和第二流量的反應氣體；所述氣體輸送裝置還包含第二輸氣管(12)連通至所述第三氣體分布區(qū)(53)； 并且，其中所述第一輸氣管(11)用于輸送第一流量的反應氣體；所述第二輸氣管(12) 用于輸送第二流量的反應氣體。
3.如權利要求3所述的多分區(qū)氣體輸送裝置，其特征在于，所述第一、第二、第三氣體分布區(qū)是在所述噴淋頭(50)上，從邊緣到中心沿徑向依次布置的三個同圓心的氣體分布區(qū)。
4.如權利要求2所述的多分區(qū)氣體輸送裝置，其特征在于，所述第二輸氣管(12)設置有第二常開閥門(22)和過濾器(30)；在第二常開閥門(22) 開啟時，所述第二輸氣管(12)將第二流量的反應氣體輸送至所述第三氣體分布區(qū)(53)。
5.如權利要求1所述的多分區(qū)氣體輸送裝置，其特征在于，所述限流裝置為限流孔。
6.如權利要求5所述的多分區(qū)氣體輸送裝置，其特征在于，所述可控閥門開通時流過第一和第三輸氣管的氣壓大于反應腔內氣壓的兩倍以上。
全文摘要
一種氣體輸送裝置包含輸出可控流量反應氣體的反應氣體調節(jié)器；第一輸氣管將第一流量的反應氣體，分別通過第一、第二限流裝置輸送到第一、第二氣體分布區(qū)；第三輸氣管通過一個可控閥門連通到第一輸氣管，并通過第三限流裝置也連通到第一氣體分布區(qū)；第二輸氣管將第二流量的反應氣體輸送至第三氣體分布區(qū)。本發(fā)明能夠實現(xiàn)流量比不同的多路反應氣體在噴淋頭上多個區(qū)域的分布控制，從而在晶片表面獲得均勻的等離子體處理效果。由于使用閥門等構成切換開關，只需要具備開啟和關閉兩種狀態(tài)，控制簡單；并且，閥門、限流孔的設置成本遠低于流量控制裝置(MFC)，可以節(jié)約大量的生產成本。
文檔編號H01J37/32GK102522303SQ20111043557
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權日2011年12月23日
發(fā)明者倪圖強, 徐朝陽, 魏強 申請人:中微半導體設備(上海)有限公司