專利名稱：氣體擴(kuò)散均勻化裝置及使用該裝置的等離子體工藝設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種氣體擴(kuò)散均勻化裝置，尤其涉及提高真空腔室中氣體擴(kuò)散均勻化的裝置。本實(shí)用新型還提供設(shè)置所述氣體擴(kuò)散均勻化裝置的等離子體エ藝設(shè)備。
背景技術(shù)：
許多半導(dǎo)體集成電路芯片、LED芯片和其它微電子芯片的制造エ藝，都會(huì)用到真空環(huán)境下的薄膜生長(zhǎng)或刻蝕的エ藝步驟。薄膜生長(zhǎng)エ藝，是在基體的表面，生長(zhǎng)出新的薄膜材料，通常所見(jiàn)的エ藝類(lèi)型有等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)及物理氣相沉積(PVD)等。刻蝕エ藝，是從基體表面有選擇性地形成具有揮發(fā)性的反應(yīng)物，從而去除材料，通常所見(jiàn)的エ藝類(lèi)型有感應(yīng)耦合等離子體(ICP)刻蝕エ藝及反應(yīng)離子刻蝕(RIE)エ藝等。無(wú)論是薄膜生長(zhǎng)反應(yīng)，還是等離子體刻蝕反應(yīng)，一般都是通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的， 即將反應(yīng)氣體(又稱エ藝氣體)引入真空腔室中；利用射頻或微波能量，將反應(yīng)氣體電離分解，形成等離子體；在等離子體中，含有離子、電子以及化學(xué)反應(yīng)活性極高的中性原子或分子；當(dāng)這些具有很高的化學(xué)活性的原子、分子和獲得較高能量的離子與基體接觸時(shí)，就可以發(fā)生化學(xué)的和物理的反應(yīng)，在基體上生成固態(tài)薄膜，實(shí)現(xiàn)薄膜生長(zhǎng)反應(yīng)，或生成具有揮發(fā)性的反應(yīng)物,并且由真空泵將反應(yīng)物抽離反應(yīng)腔室,實(shí)現(xiàn)刻蝕反應(yīng)。如圖I所示，以刻蝕硅材料的エ藝為例，簡(jiǎn)要地說(shuō)明等離子體刻蝕設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)要件與エ藝要素。上、下兩部分真空腔體Ia和Ic閉合后，形成一個(gè)密閉的空間，該空間并且由O-形密封圈Ib實(shí)現(xiàn)真空密封。存在于這一空間的氣體分子，在真空泵的抽空作用下，通過(guò)抽真空ロ If被抽走，從而在這一空間中形成真空。當(dāng)反應(yīng)氣體六氟化硫(化學(xué)分子式=SF6)和氬氣(化學(xué)分子式Ar)通過(guò)氣體導(dǎo)入口 Ii和噴淋頭Ig導(dǎo)入這一空間后，在真空壓カ控制系統(tǒng)的作用下，該空間內(nèi)的氣體壓カ達(dá)到エ藝要求。此時(shí)，與下電極Ie連接在一起的射頻源(還包括射頻匹配器)或與上電極Ih連接在一起的射頻源(還包括射頻匹配器)開(kāi)啟，通過(guò)能量耦合，將射頻能量傳遞給SF6和Ar的混和氣體，產(chǎn)生一系列的分子分解、電離或附著反應(yīng)，主要包括以下反應(yīng)e— + SF6 = SF5 + F + e—e— + SF5 = SF4 + F + e—e + SF6 = SF5+ + F + 2ee— + SF6 = SF5" + Fe" + Ar = Ar++ 2e—當(dāng)生成的具有化學(xué)活性的氟原子(F)與放置于下電極表面的硅基體Id接觸時(shí)，便會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)Si + 4F = SiF4丨。等離子體中的氬離子(Ar+)也會(huì)在等離子體殼層電場(chǎng)的作用下，被加速到較高的能量，并且以垂直于硅基體表面的方向轟擊硅基體，促成各相異性的刻蝕反應(yīng)，并且大大增強(qiáng)SiF4的生成速度。由于生成物SiF4在常溫條件下具有揮發(fā)性,在抽真空的作用下,SiF4分子擴(kuò)散到抽真空ロ If ;由真空泵抽離真空腔室。同時(shí)由真空泵抽走的，還有未發(fā)生電離的SF6、Ar以及其他氣體分子。基體上不需要發(fā)生刻蝕反應(yīng)的地方，則由通常所說(shuō)的掩模板，比如光刻膠掩模板保護(hù)起來(lái)，這樣就實(shí)現(xiàn)了在基體上有選擇性的刻蝕エ藝。芯片制造エ藝往往要求在硅基體上各處發(fā)生的刻蝕反應(yīng)具有較好的均勻性，即在硅基體表面各處的刻蝕速度應(yīng)該盡量相等，可是，實(shí)際發(fā)生的刻蝕反應(yīng)卻往往并不均勻。換言之，在硅基體上某些局部的刻蝕速度，可能比在硅基體其它局部的刻蝕速度要大或者小。在上面所描述的例子中，直接影響硅刻蝕速率均勻性的物理因素有三個(gè)(I)活性F原子擴(kuò)散至硅基體表面的均勻性，(2) Ar+流量密度的均勻性，(3) SiF4生成物離開(kāi)硅基體表面的均勻性。如果活性的F原子、Ar+或者生成物SF4分子的密度不均勻，在硅基體表面各處發(fā)生的刻蝕反應(yīng)速度自然就會(huì)不均勻。這種不均勻性，幾乎是所有芯片制成エ藝面臨的ー個(gè)基本問(wèn)題，不僅在刻蝕エ藝中會(huì)遇到，在薄膜生長(zhǎng)エ藝中也會(huì)經(jīng)常遇到?？涛g反應(yīng)或者薄膜生長(zhǎng)反應(yīng)的不均勻性，反映出來(lái)的其實(shí)就是等離子體密度在基體表面附近空間內(nèi)的不均勻性。而造成等離子體密度不均勻的最根本因素，除了射頻能量在這一空間內(nèi)分布不均勻外，便是氣體在此空間內(nèi)的擴(kuò)散不均勻。如圖I和圖2所示，傳統(tǒng)的腔室的中央是凸出來(lái)的下電極，氣體從腔室頂部導(dǎo)入并且通過(guò)氣體噴淋頭后，在腔室空間生成等離子體，沒(méi)有發(fā)生反應(yīng)的氣體和新的化學(xué)反應(yīng)生成物氣體由抽真空ロ離開(kāi)腔室。問(wèn)題就出在這里！因?yàn)槌檎婵榨硗荒苁俏挥谇槐诘哪畅`個(gè)局部位置，因而與噴淋頭在空間位置上不能具有対稱性。我們知道，氣體分子在擴(kuò)散時(shí)，總是沿著阻力最小的路徑運(yùn)動(dòng)的。這樣，即使氣體以極其均勻的方式由噴淋頭導(dǎo)入反應(yīng)腔室，但是在擴(kuò)散到抽真空ロ的過(guò)程中，其均勻性便不能維持，如圖2所示。在圖2中示出，沿著基體表面的方向，從左到右，氣體的擴(kuò)散是不均勻的，正是這種氣體擴(kuò)散的不均勻性，導(dǎo)致等離子體的密度不均勻，從而造成刻蝕反應(yīng)或薄膜生長(zhǎng)反應(yīng)的不均勻性。人們?yōu)榱私鉀Q上述由于抽真空ロ與氣體導(dǎo)入裝置在空間位置上不對(duì)稱造成的問(wèn)題，確實(shí)提出了ー些解決辦法，最常用的辦法是，在真空腔室的底部四個(gè)均勻?qū)澐Q的位置設(shè)置四個(gè)抽真空ロ?？墒?，這種辦法仍然有很大的弊端。首先，它增加了真空腔室的機(jī)械加工和裝配的難度及成本。其次，如果采用單臺(tái)真空泵，那么如何將腔室上的四個(gè)抽真空ロ與真空泵上單一的進(jìn)氣ロ連接起來(lái)便成為另外一個(gè)難度和成本極大的技術(shù)問(wèn)題，因?yàn)檫@四個(gè)連接管必須匯合在一起，而且需要幾何位置對(duì)稱；如果采用多臺(tái)真空泵，那么成本就會(huì)大幅度増加，而且各臺(tái)真空泵在抽速上需要匹配。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供ー種能夠提高真空腔室中氣體擴(kuò)散均勻性的氣體擴(kuò)散均勻化裝置。本實(shí)用新型的另ー個(gè)目的在于提供設(shè)置有所述氣體擴(kuò)散均勻化裝置的等離子體エ藝設(shè)備。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的ー種氣體擴(kuò)散均勻化裝置，包括一片或多片疊設(shè)的帶有若干氣體通孔的擴(kuò)散件，所述擴(kuò)散件的形狀和尺寸與要安裝的真空腔室空間的相應(yīng)截面匹配，所述擴(kuò)散件將所述真空腔室分割成兩個(gè)空間，使得氣體導(dǎo)入ロ與抽真空ロ分別置于該兩個(gè)空間內(nèi)。[0018]所述擴(kuò)散件可以是擴(kuò)散板，也可以是擴(kuò)散環(huán)。所述多片疊設(shè)的帶有氣體通孔的擴(kuò)散件，相鄰兩層所述擴(kuò)散件之間是具有間距地設(shè)置，相鄰兩層擴(kuò)散件之間的最小距離，要根據(jù)氣體的流量、壓カ條件以及安裝的便利而定，相鄰兩層所述擴(kuò)散件之間的最小距離最好不低于2-3cm。相鄰兩片擴(kuò)散件之間的距離如果過(guò)小，會(huì)嚴(yán)重地減小氣體擴(kuò)散的效率，導(dǎo)致真空抽速下降，還會(huì)造成安裝不便。兩片擴(kuò)散件之間的最大距離，則可以根據(jù)實(shí)際的安裝空間而定，如果相鄰兩層擴(kuò)散件之間的距離太大，則可能安裝不下或者需要減小擴(kuò)散件的數(shù)量。多片疊設(shè)的帶有氣體通孔的所述擴(kuò)散件中，同一層擴(kuò)散件上的各個(gè)所述氣體通孔大小相等且均勻分布，各層擴(kuò)散件上具有的氣體通孔的數(shù)目和大小可以是不同的。在多片疊設(shè)的帶有氣體通孔的所述擴(kuò)散件中，疊設(shè)的每層所述擴(kuò)散件上氣體通孔的面積總和大致相等為宜，由此保持氣體在通過(guò)每ー塊擴(kuò)散件吋，擴(kuò)散效率基本維持不變。 另外，在多片疊設(shè)的帶有氣體通孔的所述擴(kuò)散件中，疊設(shè)的多片所述擴(kuò)散件，沿著氣體流動(dòng)的方向，氣體后通過(guò)的所述擴(kuò)散件上的氣體通孔總面積也可以是大于或等于氣體先通過(guò)的擴(kuò)散環(huán)上的氣體通孔總面積。這是因?yàn)闅怏w在通過(guò)擴(kuò)散件時(shí)所遇到的阻力，同氣體通孔的總面積成反比，即某ー塊擴(kuò)散件上的通孔總面積越小，則氣體在通過(guò)此擴(kuò)散件時(shí)所遇到的阻力越大。由于多塊擴(kuò)散件依次放置，上述阻力就有“串聯(lián)”關(guān)系。而安置擴(kuò)散件的最主要目的，是要較大地提高氣體擴(kuò)散的均勻性，而不是要較大地増加氣體擴(kuò)散的阻力。因此，依氣體流動(dòng)方向，后面的擴(kuò)散件的氣體通孔的總面積較大更為有利。當(dāng)所述擴(kuò)散件為ー層時(shí)，或者多層擴(kuò)散板中的氣體首先通過(guò)的ー塊擴(kuò)散件，該擴(kuò)散件上的若干氣體通孔沿?cái)U(kuò)散件的垂直中心軸對(duì)稱均勻地分布，并在該擴(kuò)散板上形成“篩板”結(jié)構(gòu)。當(dāng)所述擴(kuò)散件為多層時(shí)，各層上的氣體通孔具有空間對(duì)稱關(guān)系在空間相對(duì)位置上，各層所述擴(kuò)散件各自分開(kāi)但沿同一垂直中心軸放置。每ー層擴(kuò)散件上的氣體通孔沿垂直中心軸對(duì)稱均勻地分布即相鄰的各個(gè)氣體通孔的中心距相等。相鄰兩層所述擴(kuò)散件上的氣體通孔相錯(cuò)且對(duì)稱設(shè)置，即所述兩層擴(kuò)散件上的氣體通孔的中心軸互不重合，某ー層擴(kuò)散件上的ー個(gè)氣體通孔中心到相鄰ー層擴(kuò)散件上的兩個(gè)氣體通孔有相等的最小間距。這種空間位置分布關(guān)系，可以提高氣體流動(dòng)的均勻性。進(jìn)ー步地，下一層擴(kuò)散板上的m個(gè)氣體通孔到上一層擴(kuò)散板上η個(gè)氣體通孔有ー組η個(gè)距離，下一層擴(kuò)散板上的另ー個(gè)氣體通孔到上一層擴(kuò)散板上η個(gè)氣體通孔的又是ー組η個(gè)距離，m組數(shù)據(jù)有一一對(duì)應(yīng)相等的關(guān)系。所述擴(kuò)散件由具有機(jī)械強(qiáng)度足以支撐和承受設(shè)定氣體壓力的材料加工而成。所述擴(kuò)散件制備材料可以是金屬材料或非金屬材料。該制備材料可以是鋁及鋁合金材料或不銹鋼材料等金屬材料。也可以是陶瓷或石英材料等非金屬材料。為了防止擴(kuò)散件材料與等離子體發(fā)生反應(yīng)，擴(kuò)散件材料的表面可以預(yù)先經(jīng)過(guò)一定的處理，設(shè)置鈍化膜層以使其不易與真空腔室中的氣體反應(yīng)。一種設(shè)置如上所述氣體擴(kuò)散均勻化裝置的等離子體エ藝設(shè)備，其中的等離子體エ藝真空腔室中設(shè)有包括氣體導(dǎo)入裝置、上電極、下電極、抽真空口和真空泵，所述氣體導(dǎo)入裝置設(shè)置在所述真空腔室頂部進(jìn)氣口上，所述抽真空ロ設(shè)于所述真空腔室下部，所述真空泵連接在所述抽真空口上；所述上電極設(shè)置在真空腔室頂部鄰接所述氣體導(dǎo)入裝置，所述下電極設(shè)置在真空腔室底部與所述上電極對(duì)應(yīng)，所述下電極的上端表面為處理工件承載面，其特征在于所述氣體擴(kuò)散均勻化裝置包括一片或多片疊設(shè)的帶有若干氣體通孔的擴(kuò)散件，其安裝于所述真空腔室內(nèi)，位于所述進(jìn)氣ロ與所述下電極的下底面之間的空間內(nèi)，使得所述真空腔室被分割成兩個(gè)空間，氣體導(dǎo)入裝置和抽真空ロ分置于該兩個(gè)空間，且所述下電極的上端面與所述氣體導(dǎo)入裝置處于同一空間中。工作吋，由于所述上電極和下電極的作用，等離子體產(chǎn)生于氣體導(dǎo)入裝置與該氣體擴(kuò)散均勻化裝置之間的真空腔空間內(nèi)。具體地，所述下電極一般是凸設(shè)在所述真空腔室的底部，該下電極和真空腔室內(nèi)側(cè)壁之間形成環(huán)形空間，所述擴(kuò)散件為一片或多片疊設(shè)的擴(kuò)散環(huán)，所述擴(kuò)散環(huán)設(shè)置在所述環(huán)形空間中，其外形幾何形狀及尺寸與真空腔室內(nèi)壁相匹配，該擴(kuò)散環(huán)的內(nèi)孔幾何形狀及尺寸與所述下電極的外形尺寸相匹配；和/或，所述擴(kuò)散件的上表面與下電極的上表面即 エ件承載面處在同一水平面或略低的位置。具體地，擴(kuò)散環(huán)的上表面可低于下電極的上表面10-20毫米。這樣的設(shè)置結(jié)構(gòu)可以使得流過(guò)エ件的氣體更加均勻。具體地，所述擴(kuò)散件為擴(kuò)散環(huán)，所述擴(kuò)散環(huán)與下電極側(cè)表面之間的空隙低于5—10mm。所述擴(kuò)散環(huán)與真空腔室內(nèi)壁之間的空隙低于5-10mm ;或者，所述擴(kuò)散件為擴(kuò)散板，其與所述真空腔室內(nèi)壁之間的空隙低于5-10_。留有間隙可以使得擴(kuò)散件容易安裝。當(dāng)所述擴(kuò)散件為ー層時(shí)，或者多層擴(kuò)散件中的氣體首先通過(guò)的ー塊擴(kuò)散件，該擴(kuò)散件上的所述氣體通孔為若干個(gè)，其均布在該擴(kuò)散板上，使得與設(shè)置在所述氣體導(dǎo)入裝置上的導(dǎo)入氣體的噴淋頭的出氣ロ匹配，在噴淋頭和該擴(kuò)散板的共同作用下，氣體在噴淋頭和該擴(kuò)散件之間均勻流動(dòng)。最接近所述抽真空ロ的擴(kuò)散件上的氣體通孔優(yōu)選為兩個(gè)，與所述抽真空ロ也具有空間上的對(duì)稱分布特性，即該擴(kuò)散件上兩個(gè)所述氣體通孔到所述抽真空ロ的距離相等。由此提高氣體流動(dòng)的均勻性。本實(shí)用新型提供的氣體擴(kuò)散均勻化裝置及使用該裝置的等離子體エ藝設(shè)備，以設(shè)置帶孔擴(kuò)散件這種簡(jiǎn)單的方式有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)真空腔室中氣體擴(kuò)散均勻性的改善，使得等離子體エ藝的均勻性得到顯著提高。相比傳統(tǒng)的技術(shù)解決辦法，本實(shí)用新型涉及到的機(jī)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)，機(jī)械加工和安裝簡(jiǎn)單可靠，成本也顯著降低。

圖I為現(xiàn)有技術(shù)中的等離子體刻蝕設(shè)備的真空エ藝腔室的構(gòu)造示意圖。圖2為如圖I所示的現(xiàn)有等離子體刻蝕設(shè)備的真空エ藝腔室的氣體擴(kuò)散示意圖。圖3為本實(shí)用新型提供的氣體擴(kuò)散均勻化裝置的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型提供的氣體擴(kuò)散均勻化裝置的第二種實(shí)施例中中間兩層擴(kuò)散環(huán)中上ー層擴(kuò)散環(huán)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實(shí)用新型提供的氣體擴(kuò)散均勻化裝置的第二種實(shí)施例中中間兩層擴(kuò)散環(huán)中下ー層擴(kuò)散環(huán)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖4和5所不的兩層擴(kuò)散環(huán)置合在一起的俯視結(jié)構(gòu)不意圖。圖7為安裝有所述氣體擴(kuò)散均勻化裝置的等離子體真空腔室的主剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖3所示，本實(shí)用新型提供的氣體擴(kuò)散均勻化裝置的一個(gè)實(shí)施例，其包括三片擴(kuò)散環(huán)，從上到下為首層擴(kuò)散環(huán)3a、中層擴(kuò)散環(huán)3b和底層擴(kuò)散環(huán)3c，三塊擴(kuò)散環(huán)從外形上看是三塊圓環(huán)板。在三塊擴(kuò)散環(huán)上均勻設(shè)置若干氣體通孔即相鄰的各個(gè)氣體通孔的中心距相等，同一塊擴(kuò)散環(huán)上的氣體通孔等大。各層擴(kuò)散環(huán)上具有的氣體通孔的數(shù)目和大小不同。相鄰兩層所述擴(kuò)散環(huán)上的氣體通孔相錯(cuò)且對(duì)稱設(shè)置，即所述兩層擴(kuò)散環(huán)上的各個(gè)氣體通孔的中心軸互不重合，某一層擴(kuò)散環(huán)上的ー個(gè)氣體通孔中心到相鄰ー層擴(kuò)散環(huán)上的兩個(gè)氣體通孔有相等的最小間距。進(jìn)ー步地，下一層擴(kuò)散環(huán)上的m個(gè)氣體通孔到上一層擴(kuò)散板上η個(gè)氣體通孔有ー組η個(gè)距離，下一層擴(kuò)散板上的另ー個(gè)氣體通孔到上一層擴(kuò)散板上η個(gè)氣體通孔的又是ー組η個(gè)距離，m組數(shù)據(jù)有一一對(duì)應(yīng)相等的關(guān)系。疊設(shè)的每層所述擴(kuò)散環(huán)上氣體通孔的面積總和相等，也可以是，沿著氣體流動(dòng)的 方向，氣體后通過(guò)的所述擴(kuò)散件上的氣體通孔總面積大于氣體先通過(guò)的擴(kuò)散環(huán)上的氣體通孔總面積。最好是，上層的擴(kuò)散環(huán)上氣體通孔數(shù)目較多，孔較小，下層擴(kuò)散環(huán)上氣體通孔數(shù)目較少，孔較大。這樣，可以做到上下各層擴(kuò)散環(huán)上氣體通孔總面積基本相等。加上各層擴(kuò)散環(huán)上氣體通孔的對(duì)稱關(guān)系，可以使得氣流非常均勻地流經(jīng)本氣體擴(kuò)散均勻化裝置。如圖7所示，三塊擴(kuò)散環(huán)同軸并且按順序分開(kāi)安裝在下電極4e與真空腔室內(nèi)壁之間的空間里。每ー塊圓環(huán)板形擴(kuò)散環(huán)上的內(nèi)孔直徑與凸設(shè)在真空腔室底部的下電極4e的外徑相匹配。更進(jìn)一歩，為了方便安裝和拆卸，所述圓環(huán)板形擴(kuò)散環(huán)的內(nèi)徑應(yīng)稍微大于下電極的外徑，但不應(yīng)過(guò)大，否則，便會(huì)在擴(kuò)散環(huán)與下電極表面之間留下過(guò)大的空隙而導(dǎo)致氣流均勻性降低。一般而言，三片擴(kuò)散環(huán)與下電極4e側(cè)表面之間的空隙應(yīng)低于5 — 10mm。三片擴(kuò)散環(huán)的圓環(huán)外徑則應(yīng)與真空腔室的內(nèi)徑相匹配。為了方便安裝和拆卸，所述圓環(huán)板的外徑應(yīng)稍小于真空腔室的內(nèi)徑，但不應(yīng)過(guò)小，否則，便會(huì)在擴(kuò)散環(huán)與真空腔室內(nèi)壁之間留下過(guò)大的空隙，也會(huì)導(dǎo)致氣流均勻性降低。一般而言，擴(kuò)散環(huán)與真空腔內(nèi)壁間的空隙，也應(yīng)低于5-10mmo置于最下面的底層擴(kuò)散環(huán)3c，距離抽真空ロ 4i最近。在這個(gè)擴(kuò)散環(huán)內(nèi)，有兩個(gè)直徑較大的氣體通孔3cl和3c2。位于該擴(kuò)散環(huán)上面的氣體分子，通過(guò)這兩個(gè)氣體通孔，擴(kuò)散到位于該環(huán)下方側(cè)面的抽真空ロ。為了保證在抽真空時(shí)氣體分子通過(guò)這兩個(gè)通孔的均勻性，在安裝擴(kuò)散環(huán)3c時(shí)，氣體通ロ 3cI和3c2要與抽真空ロ具有空間上的對(duì)稱關(guān)系，即抽真空ロ 4i應(yīng)該與氣體通孔3cl和3c2有相等的距離。換言之，抽真空ロ 4i只能從這兩個(gè)氣體通孔中均勻地“吸氣”。置于最上面的首層擴(kuò)散環(huán)3a，距離導(dǎo)入氣體的噴淋頭4j最近，其一般安裝在與下電極Ie的上表面即エ件承載面處在同一水平面或略低的位置。相對(duì)于下電極的上表面，擴(kuò)散環(huán)3a的上表面可低于10-20毫米。該首層擴(kuò)散環(huán)3a上分布著數(shù)量較多、但尺寸較小的氣體通孔。該擴(kuò)散環(huán)3a上的所述氣體通孔均布在該擴(kuò)散環(huán)上且相對(duì)于擴(kuò)散板的垂直中心軸O對(duì)稱，使得與設(shè)置在所述氣體導(dǎo)入裝置上的導(dǎo)入氣體的噴淋頭的出氣ロ匹配，在噴淋頭和該擴(kuò)散板的共同作用下，氣體在噴淋頭和該擴(kuò)散件之間均勻流動(dòng)。位于中間位置的中層擴(kuò)散環(huán)3b上有4個(gè)氣體通孔即通孔3bl、通孔3b2、通孔3b3和通孔3b4。為了保證氣體分子在通過(guò)中層擴(kuò)散環(huán)3b時(shí)的均勻性，該中層擴(kuò)散環(huán)3b上的四個(gè)氣體通孔要與底層擴(kuò)散環(huán)3c上的兩個(gè)氣體通孔具有空間上的對(duì)稱關(guān)系，即底層擴(kuò)散環(huán)3c上氣體通孔3cl與中層擴(kuò)散環(huán)3b上相距最近的兩個(gè)通孔3bl和通孔 3b2有相等的距離，底層擴(kuò)散環(huán)3c上氣體通孔與中層擴(kuò)散環(huán)3b上通孔3b3和通孔3b4有相等的距離。通孔3cI到通孔3bI、通孔3b2、通孔3b3和通孔3b4有一組四個(gè)中心距，通孔3c2到通孔3bI、通孔3b2、通孔3b3和通孔3b4也有一組四個(gè)中心距，兩組四個(gè)中心距對(duì)應(yīng)相等。如圖4、圖5和圖6示出了氣體擴(kuò)散均勻化裝置的另ー個(gè)實(shí)施例，其包括四層擴(kuò)散環(huán)，頂層和底層擴(kuò)散環(huán)結(jié)構(gòu)與圖3所示實(shí)施例中的擴(kuò)散環(huán)3a和擴(kuò)散環(huán)3c相同，中間兩層如圖4和圖5所示。相鄰擴(kuò)散板上氣體通孔的對(duì)稱關(guān)系，上一層擴(kuò)散板η上對(duì)應(yīng)于中心軸O同圓心地分布兩圈氣體通孔a (η)共八個(gè)與中心軸對(duì)稱且繞圓周均布(見(jiàn)圖4)，下一層擴(kuò)散板(η-I)上相對(duì)于中心軸O分布一圈氣體通孔b (η-1)共四個(gè)與中心軸對(duì)稱且繞圓周均布(見(jiàn)圖5)，兩層擴(kuò)散板上的氣體通孔相錯(cuò)設(shè)置(見(jiàn)圖6)。下一層擴(kuò)散板(η-I)的四個(gè)氣體通孔，每個(gè)孔到上一層擴(kuò)散板上八個(gè)氣體通孔有八個(gè)距離構(gòu)成四組每組八個(gè)孔間距，四組中的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)相等。即如圖6所示，下一層擴(kuò)散板(η-I)上的ー個(gè)氣體通孔b(n-l)到上一層擴(kuò)散板η上八個(gè)氣體通孔有ー組八個(gè)距離，下一層擴(kuò)散板(η-I)上的另ー個(gè)氣體通孔到上ー層擴(kuò)散板η上八個(gè)氣體通孔也有ー組八個(gè)距離，兩組距離中能夠有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，而有對(duì)應(yīng)關(guān)系的距離是相等的。此外，為了保持氣體在通過(guò)這四塊擴(kuò)散環(huán)時(shí)的抽氣速率不降低，每ー塊擴(kuò)散環(huán)上的氣體通孔的面積總和應(yīng)當(dāng)分別相等，即擴(kuò)散環(huán)3a上所有氣體通孔的面積總和應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨蛐∮跀U(kuò)散環(huán)η上八個(gè)氣體通孔的面積總和，擴(kuò)散環(huán)η上的所有通孔面積總和等于或小于擴(kuò)散環(huán)η-I上的四個(gè)氣體通孔的面積總和，擴(kuò)散環(huán)η-I上的所有通孔面積總和等于或小于擴(kuò)散環(huán)3c上兩個(gè)氣體通孔的面積總和。另外，當(dāng)然，各層擴(kuò)散環(huán)上氣體通孔的面積關(guān)系也可以是從上至下，三塊擴(kuò)散環(huán)上氣體通孔的面積逐漸増大。同時(shí)，為了保證氣體擴(kuò)散均勻化裝置在提高氣體擴(kuò)散均勻性方面的效果，各塊擴(kuò)散環(huán)在安放時(shí)，在垂直方向上的空間距離不應(yīng)過(guò)小。一般而言，相鄰的兩塊擴(kuò)散環(huán)之間的距離應(yīng)當(dāng)不低于2-3厘米。如圖4所示為安裝了真空擴(kuò)散裝置的等離子體真空腔室構(gòu)造截面圖，真空腔室包括上半部真空腔體4a，下半部真空腔體4c，兩部分真空腔體閉合后，通過(guò)O-形密封圈4b進(jìn)行真空密封，形成真空腔室。需要進(jìn)行エ藝處理的基體4d放置于下電極4e的表面上。氣體由導(dǎo)入孔41導(dǎo)入，經(jīng)過(guò)氣體噴淋頭4j，進(jìn)入真空腔室，并在射頻能量的作用下形成等離子體，與放置在所述載物面或下電極4e的載物面上的載物臺(tái)上的基體4d表面的材料發(fā)生化學(xué)或物理的反應(yīng)。將如圖3所示的氣體擴(kuò)散均勻化裝置安裝到真空腔室中，真空腔室的氣體導(dǎo)入孔ー側(cè)的腔室里的氣體先后經(jīng)過(guò)首層擴(kuò)散環(huán)4f、中層擴(kuò)散環(huán)4g和底層擴(kuò)散環(huán)4h，到達(dá)位于真空腔室底部側(cè)壁的單ー抽真空ロ 4i，由真空泵抽離真空腔室。此等離子體真空系統(tǒng)，還包括與下電極4e連接在一起的射頻源及射頻匹配器、與上電極4k連接在一起的射頻源及射頻匹配器、與抽真空ロ 4i連接在一起的真空泵，以及系統(tǒng)中的控制元器件以及與這些元器件連接的電子通信系統(tǒng)。如圖4所示的首層擴(kuò)散環(huán)4f、中層擴(kuò)散環(huán)4g和底層擴(kuò)散環(huán)4h是與如圖3所示的氣體擴(kuò)散均勻化裝置中的三層擴(kuò)散環(huán)結(jié)構(gòu)相同。由于置于最下面的底層擴(kuò)散環(huán)4h上的兩個(gè)氣體通孔與抽真空ロ有著相等的距離，氣體分子必須“均勻”地?cái)U(kuò)散到該底層擴(kuò)散環(huán)4h的兩個(gè)氣體通孔。由于置于中間的中層擴(kuò)散環(huán)4g上的四個(gè)氣體通孔與底層擴(kuò)散環(huán)4h上的兩個(gè)氣體通孔也有著對(duì)稱分布的特征，氣體分子必須“均勻”地?cái)U(kuò)散到該中層擴(kuò)散環(huán)4g上的四個(gè)氣體通孔。由于置于最上面的首層擴(kuò)散環(huán)4f上的多個(gè)氣體通孔與擴(kuò)散環(huán)4g上的四個(gè)氣體通孔也有著對(duì)稱分布的特征，氣體分子必須“均勻”地?cái)U(kuò)散到該首層擴(kuò)散環(huán)4f上的多個(gè)尺寸較小的氣體通孔。如此，氣體分子在由氣體噴淋頭4j擴(kuò)散到擴(kuò)散環(huán)4f的過(guò)程中，也能夠保持良好的均勻性。這樣，真空腔室內(nèi)氣體擴(kuò)散的均勻性便得到顯著的提高，等離子體的密度均勻性也會(huì)隨之提高，從而導(dǎo)致在基體表面發(fā)生的刻蝕反應(yīng)或薄膜生長(zhǎng)反應(yīng)的均勻性得到提高。盡管圖3和圖4至圖6中所示的擴(kuò)散環(huán)上氣體通孔是圓形孔，但是，這樣的氣體通孔也可以有其它幾何形狀，比如橢圓形、正方形、菱形或其它不規(guī)則的形狀。進(jìn)一歩，圖3所示的擴(kuò)散環(huán)具有圓形外形，但具有專業(yè)技能的人都了解，限制這些擴(kuò)散環(huán)幾何外形的因素，大致有兩個(gè)(1)擴(kuò)散環(huán)需要與下電極的幾何外形和真空腔內(nèi)壁的幾何形狀相匹配；(2)擴(kuò)散環(huán)要易于安裝和拆卸。比如，如果真空腔室內(nèi)壁在X-Y平面上的截面是正方形，則擴(kuò)散環(huán)的外形也應(yīng)當(dāng)是正方形。更進(jìn)一歩，在對(duì)本實(shí)用新型的描述中，提到的氣體擴(kuò)散裝置由三塊 擴(kuò)散環(huán)組成，但具有專業(yè)技能知識(shí)的人都了解，擴(kuò)散環(huán)的數(shù)目可以發(fā)生變化，少于三塊或多于三塊。比如，若只使用一塊帶有多個(gè)氣體通孔的擴(kuò)散環(huán)，與傳統(tǒng)的真空腔室相比較，也會(huì)對(duì)氣體擴(kuò)散的均勻性帶來(lái)較大改善的效果。總而言之，本實(shí)用新型以簡(jiǎn)單的方式有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)真空腔室中氣體擴(kuò)散均勻性的改善，導(dǎo)致等離子體エ藝的均勻性得到顯著提高。相比傳統(tǒng)的技術(shù)解決辦法，本實(shí)用新型涉及到的機(jī)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)，機(jī)械加工和安裝簡(jiǎn)單可靠，成本也顯著降低。
權(quán)利要求1.一種氣體擴(kuò)散均勻化裝置，其特征在于包括一片或多片疊設(shè)的帶有若干氣體通孔的擴(kuò)散件，所述擴(kuò)散件的形狀和尺寸與要安裝的真空腔室空間的相應(yīng)截面匹配，使得通過(guò)所述擴(kuò)散件將所述真空腔室分割成兩個(gè)空間，使得氣體導(dǎo)入口與抽真空口分別置于該兩個(gè)空間內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體擴(kuò)散均勻化裝置，其特征在于所述擴(kuò)散件是擴(kuò)散板，或是擴(kuò)散環(huán)；或者， 所述多片疊設(shè)的帶有氣體通孔的擴(kuò)散件，相鄰兩層所述擴(kuò)散件之間是具有間距地設(shè)置；或者， 所述擴(kuò)散件由具有機(jī)械強(qiáng)度足以支撐和承受設(shè)定氣體壓力的金屬材料或非金屬材料制作；和/或所述擴(kuò)散件表面設(shè)置鈍化膜層以使其不易與真空腔室中的氣體反應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體擴(kuò)散均勻化裝置，其特征在于相鄰兩層所述擴(kuò)散件之間的最小距離不低于2-3cm ;或者， 該制備材料是鋁及鋁合金材料，或不銹鋼材料；或者是陶瓷或石英材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的氣體擴(kuò)散均勻化裝置，其特征在于所述多片疊設(shè)的帶有氣體通孔的擴(kuò)散件中，同一層上的各個(gè)所述氣體通孔大小相等且均勻分布，各層擴(kuò)散件上具有的氣體通孔的數(shù)目和大小不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的氣體擴(kuò)散均勻化裝置，其特征在于在所述多片疊設(shè)的帶有氣體通孔的擴(kuò)散件中，疊設(shè)的每層所述擴(kuò)散件上氣體通孔的面積總和相等；或者， 在所述多片疊設(shè)的帶有氣體通孔的擴(kuò)散件中，疊設(shè)的多片所述擴(kuò)散件，沿著氣體流動(dòng)的方向，氣體后通過(guò)的所述擴(kuò)散件上的氣體通孔總面積大于或等于氣體先通過(guò)的擴(kuò)散環(huán)上的氣體通孔總面積；或者， 當(dāng)所述擴(kuò)散件為一層時(shí)，或者多層擴(kuò)散板中的氣體首先通過(guò)的一塊擴(kuò)散件，該擴(kuò)散件上的所述氣體通孔為若干個(gè)，其均布在該擴(kuò)散板上形成篩板結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或4或5所述的氣體擴(kuò)散均勻化裝置，其特征在于當(dāng)所述擴(kuò)散件為多層時(shí)，各層上的氣體通孔具有空間對(duì)稱關(guān)系在空間相對(duì)位置上，各層所述擴(kuò)散件各自分開(kāi)但沿同一垂直中心軸放置； 每一層擴(kuò)散件上的氣體通孔沿垂直中心軸對(duì)稱均勻地分布即相鄰的各個(gè)氣體通孔的中心距相等；和/或，相鄰兩層所述擴(kuò)散件上的氣體通孔相錯(cuò)且對(duì)稱設(shè)置，即所述兩層擴(kuò)散件上的氣體通孔的中心軸互不重合，某一層擴(kuò)散件上的一個(gè)氣體通孔中心到相鄰一層擴(kuò)散件上的兩個(gè)氣體通孔有相等的最小間距。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體擴(kuò)散均勻化裝置，其特征在于下一層擴(kuò)散板上的m個(gè)氣體通孔到上一層擴(kuò)散板上η個(gè)氣體通孔有一組η個(gè)距離，下一層擴(kuò)散板上的另一個(gè)氣體通孔到上一層擴(kuò)散板上η個(gè)氣體通孔的又是一組η個(gè)距離，m組數(shù)據(jù)有一一對(duì)應(yīng)相等的關(guān)系O
8.一種設(shè)置如權(quán)項(xiàng)I至7所述氣體擴(kuò)散均勻化裝置的等離子體工藝設(shè)備，其中的等離子體工藝真空腔室中設(shè)有包括氣體導(dǎo)入裝置、上電極、下電極、抽真空口和真空泵，所述氣體導(dǎo)入裝置設(shè)置在所述真空腔室頂部進(jìn)氣口上，所述抽真空口設(shè)于所述真空腔室下部，所述真空泵連接在所述抽真空口上；所述上電極設(shè)置在真空腔室頂部鄰接所述氣體導(dǎo)入裝置，所述下電極設(shè)置在真空腔室底部與所述上電極對(duì)應(yīng)，所述下電極的上端表面為處理工件承載面，其特征在于所述氣體擴(kuò)散均勻化裝置包括一片或多片疊設(shè)的帶有若干氣體通孔的擴(kuò)散件，其安裝于所述真空腔室內(nèi)，位于所述進(jìn)氣口與所述下電極的下底面之間的空間內(nèi)，使得所述真空腔室被分割成兩個(gè)空間，氣體導(dǎo)入裝置和抽真空口分置于該兩個(gè)空間，且所述下電極的上端面與所述氣體導(dǎo)入裝置處于同一空間中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體工藝設(shè)備，其特征在于所述下電極凸設(shè)在所述真空腔室的底部，該下電極和真空腔室內(nèi)側(cè)壁之間形成環(huán)形空間，所述擴(kuò)散件為一片或多片疊設(shè)的擴(kuò)散環(huán)，所述擴(kuò)散環(huán)設(shè)置在所述環(huán)形空間中，其外形幾何形狀及尺寸與真空腔室內(nèi)壁相匹配，該擴(kuò)散環(huán)的內(nèi)孔幾何形狀及尺寸與所述下電極的外形尺寸相匹配；和/或，所述擴(kuò)散件的上表面與下電極的上表面即工件承載面處在同一水平面或略低的位置；和/或， 所述擴(kuò)散件為擴(kuò)散環(huán)，所述擴(kuò)散環(huán)與下電極側(cè)表面之間的空隙低于5 — 10mm，所述擴(kuò)散環(huán)與真空腔室內(nèi)壁之間的空隙低于5-10mm;或者，所述擴(kuò)散件為擴(kuò)散板，其與所述真空腔室內(nèi)壁之間的空隙低于5-10mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體工藝設(shè)備，其特征在于最接近所述真空腔室的抽真空口的擴(kuò)散件上的氣體通孔為兩個(gè)，其與所述抽真空口具有空間上的對(duì)稱分布特性，即各個(gè)所述氣體通孔到所述抽真空口的距離相等；或者， 當(dāng)所述擴(kuò)散件為一層時(shí)，或者多層擴(kuò)散板中的氣體首先通過(guò)的一塊擴(kuò)散件，該擴(kuò)散件上的所述氣體通孔為若干個(gè)，其均布在該擴(kuò)散板上，使得與設(shè)置在所述氣體導(dǎo)入裝置上的導(dǎo)入氣體的噴淋頭的出氣口匹配。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種提高真空腔室中氣體擴(kuò)散均勻化的裝置，包括一片或多片疊設(shè)的帶有若干氣體通孔的擴(kuò)散件，擴(kuò)散件的形狀和尺寸與真空腔室空間的相應(yīng)截面匹配，使得通過(guò)擴(kuò)散件將真空腔室分割成兩個(gè)空間，使得氣體導(dǎo)入口與抽真空口分別置于該兩個(gè)空間。本實(shí)用新型還提供設(shè)置氣體擴(kuò)散均勻化裝置的等離子體工藝設(shè)備，其中的氣體擴(kuò)散均勻化裝置安裝于真空腔室內(nèi)的內(nèi)壁與所述下電極的下底面之間的空間內(nèi)，氣體導(dǎo)入裝置和抽真空口分置于該兩個(gè)空間，且所述下電極的上端面與所述氣體導(dǎo)入裝置處于同一空間中。本實(shí)用新型以設(shè)置擴(kuò)散件這種簡(jiǎn)單的方式有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)真空腔室中氣體擴(kuò)散均勻性的改善，使得等離子體工藝的均勻性得到顯著提高。相比傳統(tǒng)的技術(shù)解決辦法，本實(shí)用新型涉及到的機(jī)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)，機(jī)械加工和安裝簡(jiǎn)單可靠，成本也顯著降低。
文檔編號(hào)C23C16/455GK202643920SQ20122023652
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者賴守亮, 季安 申請(qǐng)人:北京普納森電子科技有限公司