TW202000302A - 耐腐蝕的氣體混合裝置及等離子處理設備 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種耐腐蝕的氣體混合裝置及等離子體處理設備，該氣體混合裝置包括：支撐擋板、第一氣體擋板、第二氣體擋板及安裝基板；所述支撐擋板上設置有至少一個第一氣體進氣孔及至少一個第二氣體進氣孔；所述第一氣體擋板上設置有第一混合通道及至少一個第一混合氣體出氣孔；所述第二氣體擋板上設置有第二混合通道及至少一個第二混合氣體出氣孔；所述安裝基板上設置有至少一個第三混合氣體出氣孔；所述第一氣體進氣孔、第二氣體進氣孔和第三混合氣體出氣孔的內壁、支撐擋板的底面及安裝基板的頂面設置有氧化釔塗層；所述第一氣體擋板和第二氣體擋板的材質為抗腐蝕塑膠。本發明比目前在鋁材表面做陽極氧化層的方式更抗腐蝕，且節省成本。

Description

耐腐蝕的氣體混合裝置及等離子處理設備
本發明涉及一種混合不同氣體的裝置，具體涉及一種耐腐蝕的氣體混合裝置及等離子體處理設備。
在等離子體蝕刻過程中，反應氣體需要先經過氣體混合裝置混合後再通過氣體噴淋頭進入反應室。現有的用於等離子體處理設備的氣體混合裝置的材質為鋁材，當反應氣體中包括腐蝕性氣體（比如Cl2 和HBr）時，為了避免腐蝕性氣體對鋁材的腐蝕，目前通常採用在鋁材表面做陽極氧化層的保護方法，以試圖解決腐蝕性氣體對氣體混合裝置的腐蝕問題。但在實際應用過程中，發現在鋁材表面做陽極氧化層的保護方法仍然存在被腐蝕的問題。
因此，業內需要一種適用於等離子體處理設備且耐腐蝕的氣體混合裝置。
本發明的目的是提供一種耐腐蝕的氣體混合裝置及等離子體處理設備，以解決腐蝕性氣體在混合過程當中會對氣體混合裝置本身腐蝕的問題，從而解決氣體混合裝置使用壽命問題及氣體混合裝置被腐蝕所產生的雜質對後續製程的影響。
為達到上述目的，本發明提供了一種耐腐蝕的氣體混合裝置，其包括：
支撐擋板、設置在支撐擋板下方的第一氣體擋板、設置在第一氣體擋板下方的第二氣體擋板及設置在第二氣體擋板下方的安裝基板；所述安裝基板與氣體噴淋頭連接；所述支撐擋板與安裝基板形成一密閉空間；所述第一氣體擋板和第二氣體擋板設置於該密閉空間內；
所述支撐擋板上設置有至少一個用於通入第一氣體的第一氣體進氣孔及至少一個用於通入第二氣體的第二氣體進氣孔；
所述第一氣體擋板上設置有用於第一氣體和第二氣體混合的第一混合通道及至少一個貫穿所述第一氣體擋板的第一混合氣體出氣孔；
所述第二氣體擋板上設置有用於第一氣體和第二氣體混合的第二混合通道及至少一個貫穿所述第二氣體擋板的第二混合氣體出氣孔；
所述安裝基板上設置有至少一個第三混合氣體出氣孔；
所述第一混合氣體出氣孔與所述第二混合通道相連，將經過第一氣體擋板混合過的反應氣體輸送到第二混合通道進行二次混合；
所述第二混合氣體出氣孔流出的反應氣體經所述第三混合氣體出氣孔進入所述氣體噴淋頭；
所述第一氣體進氣孔、第二氣體進氣孔和第三混合氣體出氣孔的內壁、支撐擋板的底面及安裝基板的頂面設置有氧化釔塗層；所述第一氣體擋板和第二氣體擋板的材質為抗腐蝕塑膠。
上述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中，所述第二氣體擋板與所述安裝基板之間設置一氣體擴散空間。
上述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中，所述氧化釔塗層中氧化釔的純度大於99.9%。
上述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中，所述氧化釔塗層的孔隙率小於5%。
上述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中，氧化釔塗層通過等離子體噴塗製備。
上述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中，支撐擋板的底面上的氧化釔塗層的厚度為20-110μm；第一氣體進氣孔和第二氣體進氣孔內壁上的氧化釔塗層的厚度為50-100μm；安裝基板的頂面上的氧化釔塗層的厚度為20-110μm；第三混合氣體出氣孔內壁上的氧化釔塗層的厚度為10-30μm。
上述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中，所述抗腐蝕塑膠為特氟龍或聚醯亞胺。
上述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中，所述支撐擋板和安裝基板的材質為鋁材。
上述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中，所述第一氣體擋板和第二氣體擋板組成的整體與所述密閉空間的左右兩側各形成一個用於氣體混合的腔體；所述腔體頂部的支撐擋板上設置有至少一個第一氣體進氣孔及至少一個第二氣體進氣孔；所述腔體底部的安裝基板上設置有至少一個第三混合氣體出氣孔。
上述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中，所述支撐擋板的底部與安裝基板接觸處設置有密封圈容置槽，該密封圈容置槽內設置有密封圈。
上述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中，所述支撐擋板、第一氣體擋板和第二氣體擋板通過螺栓連接為一體；所述支撐擋板與安裝基板通過螺栓連接。
本發明還提供了一種等離子體處理設備，其中，所述等離子體處理設備包括上述的耐腐蝕的氣體混合裝置。
相對於習知技術，本發明具有以下有益效果：
由於氧化釔本身是一種非常穩定且抗腐蝕性能很好的材料，所以把它噴塗於支撐擋板和安裝基板表面，可以有效保護鋁材本身在腐蝕氣體的混合過程中不受腐蝕；第一氣體擋板和第二氣體擋板的材質選用抗腐蝕塑膠，同樣由於抗腐蝕塑膠非常穩定且抗腐蝕性能很好，所以在氣體混合過程中不會被腐蝕。採用本發明所提供的耐腐蝕的氣體混合裝置比目前在鋁材表面做陽極氧化層的方式更抗腐蝕，且節省成本。從根本上解決了腐蝕性氣體在混合過程當中對氣體混合裝置的腐蝕問題，從而大大延長了氣體混合裝置的使用壽命問題，進而避免了氣體混合裝置被腐蝕所產生的雜質對後續製程的影響。
以下結合附圖通過具體實施例對本發明作進一步的描述，這些實施例僅用於說明本發明，並不是對本發明保護範圍的限制。
如圖1和圖2所示，本發明提供了一種耐腐蝕的氣體混合裝置，其包括：
支撐擋板1、設置在支撐擋板1下方的第一氣體擋板2、設置在第一氣體擋板2下方的第二氣體擋板3及設置在第二氣體擋板3下方的安裝基板4，所述安裝基板4與氣體噴淋頭5連接；所述支撐擋板1與安裝基板4形成一密閉空間；所述第一氣體擋板2和第二氣體擋板3設置於該密閉空間內；所述支撐擋板1的底部與安裝基板4接觸處設置有密封圈容置槽13，該密封圈容置槽13內設置有密封圈，使得整個氣體混合裝置在使用過程中能夠與大氣隔離；所述支撐擋板1、第一氣體擋板2和第二氣體擋板3通過螺栓6連接固定；所述支撐擋板1與安裝基板4通過螺栓6連接；較佳地，螺栓6的材質為哈氏合金材料，以防止氣體的腐蝕。
所述支撐擋板1上設置有至少一個用於通入第一氣體的第一氣體進氣孔11及至少一個用於通入第二氣體的第二氣體進氣孔12；在一具體實施例中，可以在支撐擋板1上設置3個第一氣體進氣孔11用以通入HBr腐蝕性氣體，並設置3個第二氣體進氣孔12用以通入Cl2 腐蝕性氣體。在實際應用中，將進氣管7與第一氣體進氣孔11和第二氣體進氣孔12連接，以將腐蝕性氣體通入氣體混合裝置。較佳地，進氣管7的材質為哈氏合金材料，以防止氣體的腐蝕。
所述第一氣體擋板2上設置有用於第一氣體和第二氣體混合的第一混合通道21及至少一個貫穿所述第一氣體擋板2的第一混合氣體出氣孔；進一步地，該第一混合通道21可以是設置在第一氣體擋板2上的不規則的曲線凹槽結構；更進一步地，該第一混合通道21可以由多個橫管、直管和彎管的自由組合並相互連通得到。通過設置第一混合通道21可以增加氣體的混合時間，實現氣體的混合均勻。
所述第二氣體擋板3上設置有用於第一氣體和第二氣體混合的第二混合通道31及至少一個貫穿所述第二氣體擋板3的第二混合氣體出氣孔；進一步地，該第二混合通道31可以是設置在第二氣體擋板3上的不規則的曲線凹槽結構；更進一步地，該第二混合通道31可以由多個橫管、直管和彎管的自由組合並相互連通得到。通過設置第二混合通道31可以增加氣體的混合時間，實現氣體的混合均勻。
所述安裝基板4上設置有至少一個第三混合氣體出氣孔41；
所述第一混合氣體出氣孔與所述第二混合通道31相連，將經過第一氣體擋板2混合過的反應氣體輸送到第二混合通道31進行二次混合；
所述第二混合氣體出氣孔流出的反應氣體經所述第三混合氣體出氣孔41進入所述氣體噴淋頭5；
在一實施例中，所述第二氣體擋板3與所述安裝基板4之間設置一氣體擴散空間9，以延長反應氣體的混合時間，達到更加充分混合均勻的目的。
所述第一氣體進氣孔11、第二氣體進氣孔12和第三混合氣體出氣孔41的內壁、支撐擋板1的底面及安裝基板4的頂面設置有氧化釔塗層；其中，所述支撐擋板1和安裝基板4的材質為鋁材；較佳地，所述氧化釔塗層中氧化釔的純度大於99.9%，所述氧化釔塗層的孔隙率小於5%，以提高氧化釔塗層的耐腐蝕性。支撐擋板1的底面上的氧化釔塗層的厚度為20-110μm；第一氣體進氣孔11和第二氣體進氣孔12內壁上的氧化釔塗層的厚度為50-100μm；安裝基板4的頂面上的氧化釔塗層的厚度為20-110μm；第三混合氣體出氣孔41內壁上的氧化釔塗層的厚度為10-30μm。氣孔內壁的氧化釔塗層的厚度由氣孔本身內徑和噴塗方法決定。上述氧化釔塗層可以通過等離子體噴塗的方法進行製備。由於氧化釔本身是一種非常穩定且抗腐蝕性能很好的材料，所以把它噴塗於支撐擋板1和安裝基板4表面，可以有效保護鋁材本身在腐蝕氣體的混合過程中不受腐蝕，比目前在鋁材表面做陽極氧化層的方式更抗腐蝕，且節省成本。
所述第一氣體擋板2和第二氣體擋板3的材質為抗腐蝕塑膠。較佳地，所述抗腐蝕塑膠為特氟龍（Teflon）或聚醯亞胺（Vespel）。第一氣體擋板2和第二氣體擋板3的材質選用抗腐蝕塑膠，同樣由於抗腐蝕塑膠非常穩定且抗腐蝕性能很好，所以在氣體混合過程中不會被腐蝕。
如圖2所示，在本發明的另一實施例中，所述第一氣體擋板2和第二氣體擋板3組成的整體與所述密閉空間的左右兩側各形成一個用於氣體混合的腔體8；所述腔體8頂部的支撐擋板1上設置有至少一個第一氣體進氣孔11及至少一個第二氣體進氣孔12；所述腔體8底部的安裝基板4上設置有至少一個第三混合氣體出氣孔41。本實施例在密閉空間的左右兩側各增加一個腔體8，可以實現三個區域的氣體混合，以提高該氣體混合裝置在實際應用過程中的實用性和靈活性。
圖3為本發明提供的一種等離子體處理設備的結構示意圖，所述設備包括真空反應腔100，真空反應腔100包括由金屬材料製成的大致為圓柱形的反應腔側壁105，反應腔側壁105上方設置一氣體噴淋裝置150，氣體噴淋裝置通過上述本發明所提供的氣體混合裝置155與氣體供應裝置160相連。氣體供應裝置160中的反應氣體經過氣體噴淋裝置150進入真空反應腔100，所述真空反應腔100的下方設置一支撐靜電夾盤115的基座110，靜電夾盤115上用於放置待處理基片120，射頻功率源145的射頻功率施加到基座110，在反應腔內產生將反應氣體解離為等離子體的電場，等離子體中含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待處理基片120的表面發生多種物理和化學反應，使得基片表面的形貌發生改變，即完成蝕刻過程。真空反應腔100的下方還設置一排氣泵125，用於將反應副產物排出真空反應腔內。
將本發明所提供的等離子體處理設備應用於實際生產中，Cl2 和HBr經過氣體混合裝置混合後從氣體噴淋頭出來，進入反應腔進行等離子體蝕刻。運行超過200小時，檢驗後未發現氣體混合裝置表面有腐蝕跡象。
綜上所述，由於氧化釔本身是一種非常穩定且抗腐蝕性能很好的材料，所以把它噴塗於支撐擋板和安裝基板表面，可以有效保護鋁材本身在腐蝕氣體的混合過程中不受腐蝕；第一氣體擋板和第二氣體擋板的材質選用抗腐蝕塑膠，同樣由於抗腐蝕塑膠非常穩定且抗腐蝕性能很好，所以在氣體混合過程中不會被腐蝕。採用本發明所提供的耐腐蝕的氣體混合裝置比目前在鋁材表面做陽極氧化層的方式更抗腐蝕，且節省成本。從根本上解決了腐蝕性氣體在混合過程當中對氣體混合裝置的腐蝕問題，從而大大延長了氣體混合裝置的使用壽命問題，進而避免了氣體混合裝置被腐蝕所產生的雜質對後續製程的影響。
儘管本發明的內容已經通過上述較佳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明的限制。在所屬技術領域中的通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
1‧‧‧支撐擋板 11‧‧‧第一氣體進氣孔 12‧‧‧第二氣體進氣孔 13‧‧‧密封圈容置槽 2‧‧‧第一氣體擋板 21‧‧‧第一混合通道 3‧‧‧第二氣體擋板 31‧‧‧第二混合通道 4‧‧‧安裝基板 41‧‧‧第二混合氣體出氣孔 5‧‧‧氣體噴淋頭 6‧‧‧螺栓 7‧‧‧進氣管 8‧‧‧腔體 9‧‧‧氣體擴散空間 100‧‧‧真空反應腔 105‧‧‧反應腔側壁 110‧‧‧基座 115‧‧‧支撐靜電夾盤 120‧‧‧待處理基片 125‧‧‧排氣泵 145‧‧‧射頻功率源 150‧‧‧氣體噴淋裝置 155‧‧‧氣體混合裝置 160‧‧‧氣體供應裝置
圖1為本發明所提供的氣體混合裝置一實施例的局部結構示意圖；
圖2為本發明所提供的氣體混合裝置一實施例的結構示意圖；
圖3為本發明所提供的等離子體處理設備的結構示意圖。
1‧‧‧支撐擋板
13‧‧‧密封圈容置槽
2‧‧‧第一氣體擋板
3‧‧‧第二氣體擋板
4‧‧‧安裝基板
41‧‧‧第二混合氣體出氣孔
5‧‧‧氣體噴淋頭
6‧‧‧螺栓
7‧‧‧進氣管
8‧‧‧腔體
9‧‧‧氣體擴散空間

Claims (12)

  1. 一種耐腐蝕的氣體混合裝置，其包括： 一支撐擋板、設置在該支撐擋板下方的一第一氣體擋板、設置在該第一氣體擋板下方的一第二氣體擋板及設置在該第二氣體擋板下方的一安裝基板；該安裝基板與一氣體噴淋頭連接；該支撐擋板與該安裝基板形成一密閉空間；該第一氣體擋板和該第二氣體擋板設置於該密閉空間內； 該支撐擋板上設置有至少一個用於通入第一氣體的一第一氣體進氣孔及至少一個用於通入第二氣體的一第二氣體進氣孔； 該第一氣體擋板上設置有用於第一氣體和第二氣體混合的一第一混合通道及至少一個貫穿該第一氣體擋板的一第一混合氣體出氣孔； 該第二氣體擋板上設置有用於第一氣體和第二氣體混合的一第二混合通道及至少一個貫穿該第二氣體擋板的一第二混合氣體出氣孔； 該安裝基板上設置有至少一個第三混合氣體出氣孔； 該第一混合氣體出氣孔與該第二混合通道相連，將經過該第一氣體擋板混合過的反應氣體輸送到該第二混合通道進行二次混合； 該第二混合氣體出氣孔流出的反應氣體經該第三混合氣體出氣孔進入該氣體噴淋頭； 該第一氣體進氣孔、該第二氣體進氣孔和該第三混合氣體出氣孔的內壁、該支撐擋板的底面及該安裝基板的頂面設置有氧化釔塗層；該第一氣體擋板和該第二氣體擋板的材質為抗腐蝕塑膠。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中該第二氣體擋板與該安裝基板之間設置一氣體擴散空間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中所述氧化釔塗層中氧化釔的純度大於99.9%。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中所述氧化釔塗層的孔隙率小於5%。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中所述氧化釔塗層通過等離子體噴塗製備。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中該支撐擋板的底面上的氧化釔塗層的厚度為20-110μm；該第一氣體進氣孔和該第二氣體進氣孔內壁上的氧化釔塗層的厚度為50-100μm；該安裝基板的頂面上的氧化釔塗層的厚度為20-110μm；該第三混合氣體出氣孔內壁上的氧化釔塗層的厚度為10-30μm。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中所述抗腐蝕塑膠為特氟龍或聚醯亞胺。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中該支撐擋板和該安裝基板的材質為鋁材。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中該第一氣體擋板和該第二氣體擋板組成的整體與該密閉空間的左右兩側各形成一個用於氣體混合的一腔體；該腔體頂部的該支撐擋板上設置有至少一個該第一氣體進氣孔及至少一個該第二氣體進氣孔；該腔體底部的該安裝基板上設置有至少一個該第三混合氣體出氣孔。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中該支撐擋板的底部與該安裝基板接觸處設置有一密封圈容置槽，該密封圈容置槽內設置有一密封圈。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的耐腐蝕的氣體混合裝置，其中該支撐擋板、該第一氣體擋板和該第二氣體擋板通過螺栓連接為一體；該支撐擋板與該安裝基板通過螺栓連接。
  12. 一種等離子體處理設備，其中，該等離子體處理設備包括如申請專利範圍第1-11項中任意一項所述的耐腐蝕的氣體混合裝置。
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