TW202306000A - 半導體製程設備及其進氣裝置 - Google Patents

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Abstract

一種半導體製程設備及其進氣裝置。該進氣裝置包括：進氣塊元件及連接元件，二者均採用抗腐蝕的材質製成；進氣塊元件與製程腔室的上蓋密封連接，進氣塊元件內形成有混氣腔、輸氣通道及混氣通道，輸氣通道的進氣口與混氣腔連通，輸氣通道的出氣口與製程腔室連通；混氣通道具有多個進氣口，均形成於進氣塊元件的外表面上，混氣通道的出氣口與混氣腔連通；多個連接元件均設置於進氣塊元件上，多個連接元件與混氣通道的多個進氣口對應連通，用於與多個製程氣體供給源對應連接，每個連接元件用於選擇性地向混氣通道內通入或停止通入製程氣體。

Description

半導體製程設備及其進氣裝置
本申請涉及半導體加工技術領域，具體而言，本申請涉及一種半導體製程設備及其進氣裝置。
目前，氨氣-氟化氫幹法刻蝕的製程過程為，晶圓進入製程腔室後在基座的帶動下上升至製程位，向製程腔室內通入稀釋氣體以對製程腔室進行控壓，待製程腔室達到製程壓力，晶圓溫度也升至製程溫度後，將反應氣體和稀釋氣體預先通入製程腔室中，在晶圓表面進行預先吸附（presoak），反應氣體例如包括氨氣（NH3）和氟化氫（HF），二者混合形成高活性反應物氟化銨（NH4F）；然後再次將反應氣體及稀釋氣體通入製程腔室，此時反應氣體與晶圓表面的二氧化矽發生反應，並生成固態副產物，最後晶圓經過退火(Anneal)腔室熱處理後，其上的副產物揮發，最終達到刻蝕晶圓的目的。在實際執行製程過程中，基座溫度、製程壓力、反應氣體中的氨氣（NH3）和氟化氫（HF）的比例、稀釋氣體流量、時間間隔（Spacing）、製程腔室的溫度差異等參數都會對最終的刻蝕均勻性和選擇比產生影響。
現有技術中，反應氣體及稀釋氣體通過混合管路結構進入混合腔內混合，再經由進氣管通入製程腔室內。在進氣過程中，具有腐蝕性的反應氣體（例如氟化氫）會對管路造成腐蝕，導致從管路腐蝕下來的污染物（例如鐵（Fe））進入製程腔室，落在晶圓上很難被清除，使得晶圓表面的顆粒物（Particle）指標超標，從而大幅降低了晶圓的良率。
本申請針對現有方式的缺點，提出一種半導體製程設備及其進氣裝置，用以解決現有技術存在由於進氣裝置被腐蝕污染製程腔室而導致晶圓良率降低的技術問題。
第一個方面，本申請實施例提供了一種半導體製程設備的進氣裝置，設置於該半導體製程設備的製程腔室頂部，用於向該製程腔室內輸入製程氣體，包括：進氣塊元件及連接元件，該進氣塊元件及連接元件均採用抗腐蝕的材質製成；該進氣塊元件與該製程腔室的上蓋密封連接，該進氣塊元件內形成有混氣腔、輸氣通道及混氣通道，該輸氣通道的進氣口與該混氣腔連通，該輸氣通道的出氣口與該製程腔室連通；該混氣通道具有多個進氣口，且均形成於該進氣塊元件的外表面上，該混氣通道的出氣口與該混氣腔連通；多個該連接元件均設置於該進氣塊元件上，並且多個該連接元件與該混氣通道的多個進氣口一一對應連通，多個該連接元件用於與多個製程氣體供給源一一對應連接，每個該連接元件用於選擇性地向該混氣通道內通入或停止通入製程氣體。
於本申請的一實施例中，該製程氣體包括氟化氫氣體；該進氣塊元件採用的該抗腐蝕的材質包括鋁；該連接元件採用的該抗腐蝕的材質包括哈氏合金。
於本申請的一實施例中，該進氣塊元件包括有依次密封連接的第一進氣塊、第二進氣塊及第三進氣塊，該第一進氣塊與該製程腔室的上蓋密封連接；該輸氣通道形成於該第一進氣塊及該第二進氣塊內，該混氣腔形成於該第二進氣塊及第三進氣塊之間；該混氣通道形成於該第二進氣塊及第三進氣塊內。
於本申請的一實施例中，該進氣裝置還包括有控溫元件，該控溫元件設置於該第一進氣塊、該第二進氣塊及該第三進氣塊內，用於檢測及控制該第一進氣塊、該第二進氣塊及該第三進氣塊的溫度。
於本申請的一實施例中，該輸氣通道包括第一輸氣支路及第二輸氣支路；該第一輸氣支路包括形成於該第一進氣塊內的相互連通的第一豎通道及第一橫通道，該第一豎通道沿該製程腔室的軸向延伸設置，該第一橫通道沿該製程腔室的徑向延伸設置；該第一豎通道的出氣端與該製程腔室連通，該第一橫通道的進氣端與該第二輸氣支路連通；該第二輸氣支路包括形成於該第二進氣塊內的兩個相互連通的第二橫通道，兩個該第二橫通道均平行於該製程腔室的徑向截面，且二者呈夾角，其中一個該第二橫通道的出氣端與該第一橫通道的進氣端連通，另一個第二橫通道的進氣端與該混氣腔連通。
於本申請的一實施例中，該第三進氣塊和該第二進氣塊彼此相對的兩個密封面中的至少一者開設有混氣槽，以形成該混氣腔。
於本申請的一實施例中，該混氣通道包括第一混氣支路、連接支路及多個第二混氣支路；該第一混氣支路包括形成於該第三進氣塊內的相互連通的第三橫通道及第四橫通道，該第三橫通道及該第四橫通道均平行於該製程腔室的徑向截面，且二者呈夾角，該第三橫通道的出氣端即為該混氣通道的出氣口與該混氣腔連通，該第四橫通道的進氣端位於該第三進氣塊的側面；該連接支路包括形成於該第三進氣塊內的第六橫通道及形成於該第二進氣塊內的第七橫通道，該第六橫通道與該第七橫通道相互連通，該第六橫通道的出氣端與該第四橫通道相互連通；該第二進氣塊及第三進氣塊內均形成有至少一個第五橫通道，該第五橫通道即為該第二混氣支路，該第五橫通道的進氣端即為該混氣通道的進氣口；形成於該第三進氣塊中的該第五橫通道的出氣端均與該第六橫通道連通，形成於該第二進氣塊中的該第五橫通道的出氣端均與該第七橫通道連通。
於本申請的一實施例中，該控溫元件包括加熱部件及第一測溫部件，該加熱部件及該第一測溫部件均設置於該第一進氣塊、該第二進氣塊及該第三進氣塊內，並且該第一測溫部件與該加熱部件電連接；該第一測溫部件用於檢測該第一進氣塊、該第二進氣塊及該第三進氣塊的溫度，並且根據該溫度控制該加熱部件的加熱功率。
於本申請的一實施例中，該控溫元件還包括第二測溫部件，該第二測溫部件設置於該第一進氣塊、該第二進氣塊及該第三進氣塊內，用於檢測並顯示該第一進氣塊、該第二進氣塊及該第三進氣塊的溫度。
於本申請的一實施例中，每個該連接元件均包括連接件及閥門，該連接件的一端與該混氣通道的進氣口密封連接，該連接件的另一端與閥門密封連接，該閥門用於與該製程氣體供給源連接，並選擇性連通或斷開該混氣通道和該製程氣體供給源。
於本申請的一實施例中，每個該連接元件均還包括有壓緊件及密封接頭，該壓緊件包括兩個半環形的子壓緊件，兩個子壓緊件對接形成環繞於該連接件外周的閉合環體，並且與該進氣塊元件連接，用於將該連接件壓緊於該進氣塊元件上；該連接件通過該密封接頭與該閥門密封連接。
第二個方面，本申請實施例提供了一種半導體製程設備，包括製程腔室及如第一個方面提供的進氣裝置。
本申請實施例提供的技術方案帶來的有益技術效果是：
本申請實施例提供的半導體製程設備的進氣裝置，包括採用抗腐蝕的材質製成的進氣塊元件及連接元件，由多個製程氣體供給源提供的製程氣體可以分別由多個連接元件進入進氣塊元件中的混氣通道內，然後在混氣腔內進行混合後再經由輸氣通道進入製程腔室內，在此基礎上，由於製程氣體始終在抗腐蝕材質形成的通道內流動，使得進氣裝置與反應氣體接觸的位置均能夠防止腐蝕，從而可以適用於需要通入腐蝕性的反應氣體（例如氟化氫）的製程，例如氨氣-氟化氫幹法刻蝕製程，從而可以提高本申請實施例的適用性及適用範圍。進一步的，由於進氣裝置與反應氣體接觸的位置均能夠防止腐蝕，這可以避免因管路腐蝕而產生污染物，從而可以達到晶圓表面的顆粒物（Particle）指標要求，進而大幅提高晶圓的良率。
本申請附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實踐瞭解到。
以下揭露提供用於實施本揭露之不同構件之許多不同實施例或實例。下文描述元件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且非意欲限制。舉例而言，在以下描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複參考數字及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的且本身不指示所論述之各個實施例及/或組態之間的關係。
此外，為便於描述，諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中圖解說明。空間相對術語意欲涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且因此可同樣解釋本文中使用之空間相對描述詞。
儘管陳述本揭露之寬泛範疇之數值範圍及參數係近似值，然儘可能精確地報告特定實例中陳述之數值。然而，任何數值固有地含有必然由於見於各自測試量測中之標準偏差所致之某些誤差。再者，如本文中使用，術語「大約」通常意謂在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，術語「大約」意謂在由此項技術之一般技術者考量時處於平均值之一可接受標準誤差內。除在操作/工作實例中以外，或除非以其他方式明確指定，否則諸如針對本文中揭露之材料之數量、時間之持續時間、溫度、操作條件、數量之比率及其類似者之全部數值範圍、數量、值及百分比應被理解為在全部例項中由術語「大約」修飾。相應地，除非相反地指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中陳述之數值參數係可根據需要變化之近似值。至少，應至少鑑於所報告有效數位之數目且藉由應用普通捨入技術解釋各數值參數。範圍可在本文中表達為從一個端點至另一端點或在兩個端點之間。本文中揭露之全部範圍包含端點，除非另有指定。
現有技術的半導體製程設備中，進氣裝置一般包括由不銹鋼材質製成的混合管路結構、混氣腔、進氣管及進氣法蘭，其中，混合管路結構與混合腔連接，混合腔通過進氣管及進氣法蘭與製程腔室的上蓋連接。在實際應用時，由多個製程氣體供給源提供的製程氣體（例如反應氣體及稀釋氣體）通過混合管路結構進入混合腔內混合，再經由進氣管及進氣法蘭通入製程腔室內。針對需要通入腐蝕性的反應氣體的製程，例如氟化氫，其會對不銹鋼管路造成腐蝕，特別是上蓋管路由於經常要開腔暴露大氣，上蓋部分管路內壁附著的水氣將增強氟化氫對不銹鋼管路的腐蝕，造成管路內壁腐蝕發黑，降低管路內壁的光潔度，並進一步降低對氟化氫的耐腐蝕性，使得管路腐蝕下來的鐵（Fe）進入製程腔室，落在晶圓上很難被清除，使得晶圓表面的顆粒物（Particle）指標超標，從而大幅降低了晶圓的良率。
下面以具體地實施例對本申請的技術方案以及本申請的技術方案如何解決上述技術問題進行詳細說明。
本申請實施例提供了一種半導體製程設備的進氣裝置，設置於半導體製程設備的製程腔室頂部，用於向製程腔室內輸入製程氣體，該進氣裝置的結構示意圖如圖1及圖2所示，包括：進氣塊元件1及連接元件2，進氣塊元件1及連接元件2均採用抗腐蝕的材質製成，在實際應用中，可以根據通入的製程氣體種類選擇合適的抗腐蝕材質，例如針對氟化氫氣體，進氣塊元件1採用的抗腐蝕的材質可以包括鋁。由於鋁材質與氟化氫反應後生成的氟化鋁（ALF3）非常緻密，能有效解決氟化氫腐蝕問題，並且由於鋁材質加工簡單、加工費用較低且加工週期較短，因此採用鋁材質製成進氣塊元件1，不僅能夠避免氟化氫腐蝕進氣裝置的問題，而且還能大幅降低本申請實施例的應用及維護成本。連接元件2採用的抗腐蝕的材質可以包括哈氏合金。哈氏合金不僅能實現抗氟化氫腐蝕，從而避免對製程腔室100內造成污染，而且由於兩者均採用哈氏合金材質，因此能大幅提高連接元件2的強度，從而大幅降低本申請實施例的故障率及延長使用壽命。當然，在實際應用中，針對氟化氫氣體，還可以採用其他的抗腐蝕材質，針對其他腐蝕性氣體，也可以採用鋁材質、哈氏合金材質或者其他抗腐蝕材質，只要能夠起到進氣裝置與反應氣體接觸的位置均能夠防止腐蝕即可，本發明實施例對此沒有特別的限制。
進氣塊元件1與製程腔室100的上蓋101密封連接，進氣塊元件1內形成有混氣腔11、輸氣通道12及混氣通道13，輸氣通道12的進氣口與混氣腔11連通，輸氣通道12的出氣口與製程腔室100連通；混氣通道13具有多個進氣口，且均形成於進氣塊元件1的外表面上，混氣通道13的出氣口與混氣腔11連通；多個連接元件2均設置於進氣塊元件1上，並且多個連接元件2與混氣通道13的多個進氣口一一對應連通，多個連接元件2用於與多個製程氣體供給源一一對應連接，每個連接元件2用於選擇性地向混氣通道13內通入或停止通入製程氣體。
如圖1及圖2所示，半導體製程設備具體可以用於執行氨氣-氟化氫幹法刻蝕製程，但是本申請實施例並不限定其具體執行的製程類型，本領域技術人員可以根據實際情況自調整設置。進氣塊元件1例如可以採用抗氟化氫腐蝕的材質製成的立體結構，進氣塊元件1可以通過密封圈及螺栓與製程腔室100的上蓋101密封連接，進氣塊元件1用於混合多種製程氣體（例如反應氣體及稀釋氣體），並且向製程腔室100內供給混合後的製程氣體。進氣塊元件1內可以形成有混氣腔11、輸氣通道12及混氣通道13，其中輸氣通道12例如可以是形成於進氣塊元件1內的孔道，並且輸氣通道12的進氣口可以與混氣腔11連通，出氣口與製程腔室100連通。混氣腔11具體可以是形成於進氣塊元件1內的空腔，用於將多種製程氣體（例如反應氣體及稀釋氣體）混合後通過輸氣通道12通往製程腔室100內。混氣通道13可以是形成於進氣塊元件1內的孔道，並且混氣通道13的多個進氣口均形成於進氣塊元件1的外表面，而混氣通道13的出氣口則與混氣腔11連通，用於向混氣腔11內輸入多種製程氣體（例如反應氣體及稀釋氣體）。多個連接元件2均可以採用抗氟化氫腐蝕的材質製成，二者的材質可以相同，也可以不同。多個連接元件2均設置於進氣塊元件1上，並且分別與混氣通道13的多個進氣口密封連接，多個連接元件2用於分別連接至多個製程氣體供給源，以通過混氣通道13向混氣腔11內供給多種製程氣體（例如反應氣體及稀釋氣體）。
本申請實施例通過採用抗氟化氫腐蝕的材質製成的進氣塊元件及連接元件，由多個製程氣體供給源提供的多種製程氣體（例如反應氣體及稀釋氣體）分別由多個連接元件進入進氣塊元件中的混氣通道內，然後在混氣腔內進行混合後再經由輸氣通道進入製程腔室內，在此基礎上，由於製程氣體始終在抗腐蝕材質形成的通道內流動，使得進氣裝置與反應氣體接觸的位置均能夠防止腐蝕，從而可以適用於需要通入腐蝕性的反應氣體（例如氟化氫）的製程，例如氨氣-氟化氫幹法刻蝕製程，從而可以提高本申請實施例的適用性及適用範圍。進一步的，由於進氣裝置與反應氣體接觸的位置均能夠防止腐蝕，這可以避免因管路腐蝕而產生污染物，從而可以達到晶圓表面的顆粒物（Particle）指標要求，進而大幅提高晶圓的良率。
需要說明的是，本申請實施例並不限定進氣塊元件1的具體結構，例如進氣塊元件1也可以設置管狀結構。因此本申請實施例並不以此為限，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整。
於本申請的一實施例中，如圖1及圖2所示，進氣塊元件1包括有依次密封連接的第一進氣塊3、第二進氣塊4及第三進氣塊5，第一進氣塊3與製程腔室100的上蓋101密封連接；輸氣通道12形成於第一進氣塊3及第二進氣塊4內，混氣腔11形成於第二進氣塊4及第三進氣塊5之間；混氣通道13形成於第二進氣塊4及第三進氣塊5內。
如圖1及圖2所示，第一進氣塊3、第二進氣塊4及第三進氣塊5可以依次密封連接，並且第一進氣塊3與製程腔室100的上蓋101密封連接，輸氣通道12可以形成於第一進氣塊3及第二進氣塊4內，混氣腔11則可以形成於第二進氣塊4及第三進氣塊5之間，混氣通道13可以形成於第二進氣塊4及第三進氣塊5內。採用上述設計，使得本申請實施例不僅設計加工簡單、品質控制較佳及成本較低，從而大幅降低了本申請實施例的應用及製造成本。
需要說明的是，本申請實施例並不限定進氣塊元件1包括的進氣塊數量，例如進氣塊元件1可以包括三個以下或以上數量的進氣塊。此外，本申請實施例並不限定混氣腔11、輸氣通道12及混氣通道13的具體位置，例如混氣通道13可以僅形成於第三進氣塊5內。因此本申請實施例並不以此為限，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整。
於本申請的一實施例中，如圖1及圖2所示，進氣裝置還包括有控溫元件6，該控溫元件6設置於第一進氣塊3、第二進氣塊4及第三進氣塊5內，用於檢測及控制第一進氣塊3、第二進氣塊4及第三進氣塊5的溫度。具體來說，由於第一進氣塊3、第二進氣塊4及第三進氣塊5均採用鋁材質製成的塊狀結構，而且混氣腔11、輸氣通道12及混氣通道13均形成於三個進氣塊內，使得控溫元件6可以設置於各進氣塊內部，而無需採用現有技術中的定制特定形狀的加熱帶，從而大幅節省加工製造成本，進而大幅提高了本申請實施例的經濟效益。
於本申請的一實施例中，如圖1至圖4D所示，輸氣通道12包括第一輸氣支路121及第二輸氣支路122；第一輸氣支路121包括形成於第一進氣塊3內的相互連通的第一豎通道31及第一橫通道32，第一豎通道31沿製程腔室100的軸向（例如圖3C中的第一進氣塊3的長度方向）延伸設置，第一橫通道32沿製程腔室100的徑向（例如圖3C中的與第一進氣塊3的長度方向相垂直的方向）延伸設置；第一豎通道31的出氣端與製程腔室100連通，第一橫通道32的進氣端與第二輸氣支路122連通；第二輸氣支路122包括形成於第二進氣塊4內的兩個相互連通的第二橫通道41，兩個第二橫通道41均平行於製程腔室100的徑向截面（即，平行於圖4D中第二進氣塊4的徑向截面），且二者呈夾角，其中一個第二橫通道41的出氣端與第一橫通道32的進氣端連通，另一個第二橫通道41的進氣端與混氣腔11連通。
如圖1至圖4D所示，第一輸氣支路121形成於第一進氣塊3內，而第二輸氣支路122形成於第二進氣塊4內，使得本申請實施例結構簡單易於加工，從而大幅降低應用製造成本。第一進氣塊3具體形狀可以採用長方體結構，並且底部一體形成有法蘭結構30，第一進氣塊3可以通過底部的法蘭結構30與製程腔室100的上蓋101連接，並且具體採用緊固件配合密封圈的方式密封連接，但是本申請實施例並不限定具體的密封連接方式。第一豎通道31沿第一進氣塊3的長度方向延伸設置，即第一豎通道31可以沿製程腔室100的軸向（例如圖3C中的第一進氣塊3的長度方向）延伸設置，而第一橫通道32則可以位於第一進氣塊3頂部，第一橫通道32可以沿製程腔室100的徑向（例如圖3C中的與第一進氣塊3的長度方向相垂直的方向，例如水準方向）延伸設置，並且與第一豎通道31相互垂直連通，第一豎通道31與第一橫通道32共同構成第一輸氣支路121。第一橫通道32用於與第二進氣塊4內的第二輸氣支路122連通設置，使得第二進氣塊4可以設置於第一進氣塊3的一側。採用上述設計，不僅可以大幅節省製程腔室100頂部空間，從而大幅降低空間佔用，而且還能使得本申請實施例結構設置合理便於佈局。
需要說明的是，本申請實施例並不限定第一豎通道31必須沿豎直方向延伸設置，以及第一橫通道32必須沿水準方向延伸設置，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整設置。
如圖1至圖4D所示，第二進氣塊4具體形狀為長方體結構，兩個第二橫通道41分別由第二進氣塊4正面及左側面向內延伸，即兩個第二橫通道41均可以沿第二進氣塊4的徑向延伸設置，該第二進氣塊4的徑向可以與第一進氣塊3的徑向平行設置，但是本申請實施例並不以此為限。兩個第二橫通道41相互連通以構成第二輸氣支路122。第二進氣塊4的前側面（即圖4A示出的側面）與第一進氣塊3前側面（即圖3A示出的側面）貼合設置，以使其中一個第二橫通道41與第一橫通道32連通，另一個第二橫通道41可以與混氣腔11的居中位置連通。採用上述設計，可使得第三進氣塊5設置於第二進氣塊4的一側，從而進一步節省製程腔室100的頂部空間。進一步的，第一進氣塊3的前側面上開設環形的第一密封槽33，第一密封槽33環繞第一橫通道32的進氣口設置，第一密封槽33內可以設置有密封圈，第一進氣塊3通過第一密封槽33及密封圈與第二進氣塊4密封連接，進而實現第一輸氣支路121與第二輸氣支路122的密封連接。第一進氣塊3的前後方向還貫穿有四個第一連接孔34，並且四個第一連接孔34環繞第一密封槽33設置，四個第一緊固件35對應穿設於四個第一連接孔34內，並且與第二進氣塊4的前側面上的四個連接孔連接，但是本申請實施例並不限定第一連接孔34及第一緊固件35的具體數量，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整設置。由於第一密封槽33及四個第一連接孔34均環繞第一橫通道32的進氣口設置，不僅使得本申請實施例結構簡單，而且還能大幅提高第一輸氣支路121與第二輸氣支路122之間的密封效果。但是本申請實施例並不限定第一進氣塊3與第二進氣塊4之間的密封方式，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整設置。
於本申請的一實施例中，如圖1至圖5D所示，第三進氣塊5的一側面（與第二進氣塊4相對，用作密封面）上開設有混氣槽51，混氣槽51的開口與第二進氣塊4的側面（與第三進氣塊5相對，用作密封面）密封連接以形成混氣腔11。但是，本發明實施例並不局限於此，在實際應用中，也可以在第二進氣塊4的一側面（與第三進氣塊5相對，用作密封面）上開設混氣槽，該混氣槽的開口與第三進氣塊5的一側面（與第二進氣塊4相對，用作密封面）密封連接以形成混氣腔11；或者，還可以對應地在第三進氣塊5的一側面（與第二進氣塊4相對，用作密封面）和第二進氣塊4的一側面（與第三進氣塊5相對，用作密封面）上均開設混氣槽，這兩個混氣槽對接形成混氣腔11。
如圖1至圖5D所示，第三進氣塊5具體形狀為長方體結構，第三進氣塊5的右側面（即圖5C示出的側面）開設有圓形的混氣槽51，並且該混氣槽51的直徑可以設置為30至100毫米，但是本申請實施例並不以此為限。第三進氣塊5右側面與第二進氣塊4左側面貼合設置，以使得混氣槽51與第二進氣塊4的左側面配合構成混氣腔11。採用上述設計，由於在第三進氣塊5上設置有混氣槽51，並且與第二進氣塊4的側面配合形成混氣腔11，不僅可以大幅提高反應氣體及稀釋氣體的紊流係數，從而大幅提高製程氣體的混合均勻性；而且還使得本申請實施例結構簡單，從而大幅降低應用及製造成本。進一步的，第二進氣塊4的左側面（即圖4C示出的側面）上開設環形的第二密封槽42，第二密封槽42內可以設置有密封圈，第二進氣塊4通過第二密封槽42及密封圈與第三進氣塊5密封貼合，進而實現混氣腔11的密封。第二進氣塊4的左右方向上還貫穿有四個第二連接孔43，四個第二連接孔43分別靠近第二進氣塊4四個邊角處設置。四個第二緊固件44分別穿設於四個第二連接孔43內，並且與第三進氣塊5右側面上的連接孔連接，以用於壓緊第二密封槽42內的密封圈，但是本申請實施例並不限定第二連接孔43及第二緊固件44的具體數量及分佈方式，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整設置。由於多個第二連接孔43分別位於第二進氣塊4的邊角處，不僅使得本申請實施例結構簡單，而且還能大幅提高第二進氣塊4與第三進氣塊5之間的密封效果。但是本申請實施例並不限定第二進氣塊4與第三進氣塊5之間的密封方式，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整設置。
於本申請的一實施例中，如圖1至圖5D所示，混氣通道13包括第一混氣支路131、連接支路133及多個第二混氣支路132；第一混氣支路131包括形成於第三進氣塊5內的相互連通的第三橫通道52及第四橫通道53，第三橫通道52及第四橫通道53均平行於製程腔室100的徑向截面（即，平行於圖5D中第三進氣塊5的徑向截面），且二者呈夾角，第三橫通道52的出氣端即為混氣通道13的出氣口與混氣腔11連通，第四橫通道53的進氣端位於第三進氣塊5的側面；連接支路133包括形成於第三進氣塊5內的第六橫通道56及形成於第二進氣塊4內的第七橫通道57，第六橫通道56與第七橫通道57相互連通，第六橫通道56的出氣端與第四橫通道53相互連通；多個第二進氣塊4及第三進氣塊5內均形成有至少一個第五橫通道55，第五橫通道55即為第二混氣支路132，第五橫通道55的進氣端即為混氣通道13的進氣口；形成於第三進氣塊5中的第五橫通道55的出氣端均與第六橫通道56連通，形成於第二進氣塊4中的第五橫通道55的出氣端均與第七橫通道57連通。
如圖1至圖5D所示，混氣通道13可以包括一個第一混氣支路131及兩個第二混氣支路132，其中第一混氣支路131位於第三進氣塊5內，兩個第二混氣支路132分別形成於第三進氣塊5及第二進氣塊4內。具體來說，第一混氣支路131包括形成於第三進氣塊5內的第三橫通道52及第四橫通道53，第三橫通道52及第四橫通道53均平行於製程腔室100的徑向截面（即，平行於圖5D中第三進氣塊5的徑向截面），且二者呈夾角，第三橫通道52及第四橫通道53相互連通。第三進氣塊5內開設有第六橫通道56，第六橫通道56由第三進氣塊5右側面（即圖5C示出的側面）向左側面延伸，直至與第四橫通道53連通，即第六橫通道56的一端與混氣腔11並列設置，另一端與第四橫通道53相互垂直連通；第二進氣塊4內開設有第七橫通道57，第七橫通道57由第二進氣塊4的左側面（即圖4C示出的側面）向右側面延伸設置，第七橫通道57的一端與第六橫通道56的一端連通且同軸設置，另一端採用封閉結構，第六橫通道56及第七橫通道57共同構成連接支路133。採用上述設計，由於設置有連接支路133，不僅能使得本申請實施例結構簡單易於加工製造，從而進一步降低加工製造成本。
第二混氣支路132為形成於第三進氣塊5內的第五橫通道55，另外一個第二混氣支路132為形成於第二進氣塊4內的第五橫通道55，形成於第三進氣塊5的第五橫通道55與第六橫通道56相互連通，形成於第二進氣塊4內的第五橫通道55與第七橫通道57相互連通，即兩個第二混氣支路132分別形成於第三進氣塊5及第二進氣塊4內，但是本申請實施並不限定第二混氣支路132的數量及分佈，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整設置。多個第二混氣支路132均通過連接支路133與第一混氣支路131連通，但是本申請實施例並不以此為限，本領域技術人員可以根據實際情自行調整設置。多個第二混氣支路132為形成於第二進氣塊4及第三進氣塊5內的多個第五橫通道55，多個第五橫通道55可以與第四橫通道53並列設置，並且均與第四橫通道53連通設置。在實際應用時，第一混氣支路131可以用於通入氟化氫氣體，兩個第二混氣支路132可以分別用於通入氨氣及氮氣，即第一混氣支路131及第二混氣支路132分別用於通入反應氣體及稀釋氣體，但是本申請實施例並不限定第二混氣支路132的具體數量，以及各混氣支路分別通入製程氣體的具體類型，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整設置。採用上述設計，由於第一混氣支路131及多個第二混氣支路132的進氣口均位於第三進氣塊5及第二進氣塊4的同一側面，因此不僅可以大幅降低本申請實施例的空間佔用，而且還能使得本申請結構設計合理，從而便於拆裝維護。
進一步的，第二進氣塊4的左側面（即圖4C示出的側面）上開設環形的第三密封槽45，第三密封槽45內可以設置有密封圈，第二進氣塊4通過第二密封槽42及密封圈與第三進氣塊5密封貼合，進而實現第七橫通道57與第六橫通道56的密封。由於第二進氣塊4通過四個第二緊固件44與第三進氣塊5連接，使得第二進氣塊4與第三進氣塊5配合以壓緊第三密封槽45內的密封圈。由於多個第二連接孔43分別位於第二進氣塊4的邊角處，使得本申請實施例無需單獨為第三密封槽45設置緊固結構，以進一步降低製造成本，並且能進一步簡化本申請實施例結構。
需要說明的是，本申請實施例並不限定多個第二混氣支路132的具體位置，例如多個第二混氣支路132可以均形成於第三進氣塊5內。因此本申請實施例並不以此限，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整設置。
於本申請的一實施例中，如圖1至圖5D所示，控溫元件6包括加熱部件61及第一測溫部件62，加熱部件61及第一測溫部件62均設置於第一進氣塊3、第二進氣塊4及第三進氣塊5內，並且第一測溫部件62與加熱部件61電連接；第一測溫部件62用於檢測第一進氣塊3、第二進氣塊4及第三進氣塊5的溫度，並且根據溫度控制加熱部件61的加熱功率。
如圖1至圖5D所示，加熱部件61可以包括多個加熱棒，多個加熱棒可以分別設置於第一進氣塊3、第二進氣塊4及第三進氣塊5內，但是本申請實施例並不限定加熱部件61包括的加熱棒數量，本領域技術人員可以根據實際情自行調整設置。於本申請的一具體實施例中，採用兩個100W的加熱棒插設於第一進氣塊3內，並且兩個加熱棒均與第一進氣塊3軸向平行設置，然後通過兩個頂絲將兩個加熱棒固定於第一進氣塊3內。由於第二進氣塊4及第三進氣塊5的體積較大，因此兩者內均設置有四個100W的加熱棒。第二進氣塊4的四個加熱棒由第二進氣塊4的右側面（即圖4B示出的側面）伸入，並且通過頂絲固定設置，四個加熱棒可以靠近四個第二連接孔43設置，以使得第二進氣塊4的加熱效率較高且較為均勻；第三進氣塊5的四個加熱棒由第三進氣塊5左側面（即圖5B示出的側面）伸入，並且通過頂絲固定設置，四個加熱棒可以靠近第三進氣塊5左側面的四個邊角設置，以使得第三進氣塊5的加熱效率較高且較為均勻。第一測溫部件62可以包括有三個測溫感測器，三個測溫感測器分別設置於第一進氣塊3、第二進氣塊4及第三進氣塊5內，以用於檢測三者的溫度。進一步的，第一測溫部件62可以與其對應的進氣塊上設置的加熱部件61電連接，例如設置於第一進氣塊3上的第一測溫部件62及加熱部件61連接，使得第一測溫部件62可以根據第一進氣塊3的溫度，控制加熱部件61的加熱功率，從而實現對第一進氣塊3的溫度進行控制；第二進氣塊4及第三進氣塊5的溫度控制原理與第一進氣塊3相同，於此不再贅述。採用上述設計，可以實現分別對多個進氣塊的溫度進行控制，從而提高多個進氣塊的溫度均勻性。
需要說明的是，本申請實施例並不限定加熱部件61與第一測溫部件62的具體連接方式，例如加熱部件61及第一測溫部件62均與半導體製程設備的下位機電連接，由下位機對多個進氣塊的溫度進行同時控制或者分別控制。因此本申請實施例並不以此為限，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整設置。
於本申請的一實施例中，如圖1至圖5D所示，控溫元件6還包括第二測溫部件63，第二測溫部件63設置於第一進氣塊3、第二進氣塊4及第三進氣塊5內，用於檢測並顯示第一進氣塊3、第二進氣塊4及第三進氣塊5的溫度。具體來說，第二測溫部件63還包括三個溫度感測器，三個溫度感測器分別設置於第一進氣塊3、第二進氣塊4及第三進氣塊5內，用於分別檢測多個進氣塊的即時溫度。採用上述設計，由於設置有第二測溫部件63，可以即時檢測多個進氣塊溫度，從而避免由於第一測溫部件62故障導致無法對多個進氣塊溫度進行檢測，以進一步提高本申請實施例的安全性及穩定性。但是本申請實施例並不限定第二測溫部件63具體包括溫度感測器的數量，只要其與多個進氣塊的數量對應設置即可，因此本申請實施例並不以此為限，本領域技術人員可以根據實際情況自行調整設置。
於本申請的一實施例中，如圖2、圖6A至圖6C所示，每個連接元件2均包括連接件21及閥門22，連接件21的一端與混氣通道13的進氣口密封連接，連接件21的另一端與閥門22密封連接，閥門22用於與製程氣體供給源連接，並選擇性連通或斷開混氣通道13和製程氣體供給源。
如圖2、圖6A至圖6C所示，連接件21具體可以採用管狀結構，針對氟化氫氣體，該管狀結構例如採用哈氏合金材質製成。連接件21的一端與混氣通道13的進氣口連接，即多個連接元件2的連接件21分別與第一混氣支路131及多個第二混氣支路132的進氣口密封連接。例如本申請實施例包括三個連接元件2，三個連接元件2的連接件21分別與一個第一混氣支路131及兩個第二混氣支路132的進氣口密封連接，但是本申請實施例並不以此為限，只要連接元件2的具體數量與混氣通道13的進氣口數量對應設置即可。閥門22具體可以採用哈氏合金材質製成的氣動隔膜閥，但是本申請實施例並不限定閥門22的具體類型。閥門22設置於連接件21與製程氣體供給源連接，用於選擇性連通或斷開混氣通道13和製程氣體供給源，以選擇性向混氣通道13供給製程氣體。採用上述設計，由於連接件21及閥門22均由哈氏合金材質製成，不僅能實現抗氟化氫腐蝕，從而避免對製程腔室100內造成污染，而且由於兩者均採用哈氏合金材質，因此能大幅提高連接元件2的強度，從而大幅降低本申請實施例的故障率及延長使用壽命。
於本申請的一實施例中，如圖2、圖6A至圖6C所示，每個連接元件2均還包括有壓緊件23及密封接頭24，壓緊件23包括兩個半環形的子壓緊件231，兩個子壓緊件231對接形成環繞於連接件21的外周的閉合環體，並且與進氣塊元件1連接，用於將連接件21壓緊於進氣塊元件1上；連接件21通過密封接頭24與閥門22密封連接。具體來說，壓緊件23可以是由兩個半環形的子壓緊件231構成環形結構，並且兩個子壓緊件231共同配合以形成壓緊槽232。兩個子壓緊件231分別位於連接件21兩側，以使得連接件21底端的凸台位於壓緊槽232內。兩個子壓緊件231上均設置有多個通孔233，以用於分別安裝多個螺栓，多個螺栓穿入多個通孔233後與進氣塊元件1連接，以將連接件21壓緊於進氣塊元件1上，從而實現連接件21與混氣通道13的進氣口密封連接。密封接頭24具體可以採用真空徑向密封（Vacuum Coupling Radius Seal，VCR）接頭，並且具體設置於連接件21與閥門22之間，用於實現連接件21與閥門22之間的密封連接。採用上述設計，由於製程氣體無需與密封接頭24接觸，從而在實現連接件21與閥門22密封連接的同時實現抗氟化氫腐蝕，從而避免對製程腔室100內造成污染，而且還能大幅提高連接元件2的密封效果。
基於同一發明構思，本申請實施例提供了一種半導體製程設備，包括製程腔室及如上述各實施例提供的進氣裝置。
應用本申請實施例，至少能夠實現如下有益效果：
本申請實施例提供的半導體製程設備的進氣裝置，包括採用抗腐蝕的材質製成的進氣塊元件及連接元件，由多個製程氣體供給源提供的製程氣體可以分別由多個連接元件進入進氣塊元件中的混氣通道內，然後在混氣腔內進行混合後再經由輸氣通道進入製程腔室內，在此基礎上，由於製程氣體始終在抗腐蝕材質形成的通道內流動，使得進氣裝置與反應氣體接觸的位置均能夠防止腐蝕，從而可以適用於需要通入腐蝕性的反應氣體（例如氟化氫）的製程，例如氨氣-氟化氫幹法刻蝕製程，從而可以提高本申請實施例的適用性及適用範圍。進一步的，由於進氣裝置與反應氣體接觸的位置均能夠防止腐蝕，這可以避免因管路腐蝕而產生污染物，從而可以達到晶圓表面的顆粒物（Particle）指標要求，進而大幅提高晶圓的良率。
前述內容概括數項實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文仲介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他製程及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應瞭解，此等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。
1:進氣塊元件 2:連接元件 3:第一進氣塊 4:第二進氣塊 5:第三進氣塊 6:控溫元件 11:混氣腔 12:輸氣通道 13:混氣通道 21:連接件 22:閥門 23:壓緊件 24:密封接頭 30:法蘭結構 31:第一豎通道 32:第一橫通道 33:第一密封槽 34:第一連接孔 35:第一緊固件 41:第二橫通道 42:第二密封槽 43:第二連接孔 44:第二緊固件 45:第三密封槽 51:混氣槽 52:第三橫通道 53:第四橫通道 55:第五橫通道 56:第六橫通道 57:第七橫通道 61:加熱部件 62:第一測溫部件 63:第二測溫部件 100:製程腔室 101:上蓋 121:第一輸氣支路 122:第二輸氣支路 131:第一混氣支路 132:第二混氣支路 133:連接支路 231:子壓緊件 232:壓緊槽 233:通孔
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為了論述的清楚起見可任意增大或減小各種構件之尺寸。 圖1為本申請實施例提供的一種進氣裝置與製程腔室配合的縱向剖視示意圖； 圖2為本申請實施例提供的一種氣裝置與製程腔室配合的橫向結構示意圖； 圖3A為本申請實施例提供的一種第一進氣塊主視結構示意圖； 圖3B為本申請實施例提供的一種第一進氣塊左視結構示意圖； 圖3C為本申請實施例提供的一種第一進氣塊縱向剖視示意圖； 圖3D為本申請實施例提供的一種第一進氣塊俯視結構示意圖； 圖4A為本申請實施例提供的一種第二進氣塊主視結構示意圖； 圖4B為本申請實施例提供的一種第二進氣塊右視結構示意圖； 圖4C為本申請實施例提供的一種第二進氣塊左視結構示意圖； 圖4D為本申請實施例提供的一種第二進氣塊橫向剖視示意圖； 圖5A為本申請實施例提供的一種第三進氣塊主視結構示意圖； 圖5B為本申請實施例提供的一種第三進氣塊左視結構示意圖； 圖5C為本申請實施例提供的一種第三進氣塊右視結構示意圖； 圖5D為本申請實施例提供的一種第三進氣塊橫向剖視示意圖； 圖6A為本申請實施例提供的一種連接元件的俯視示意圖； 圖6B為本申請實施例提供的一種連接元件的縱向剖視示意圖； 圖6C為本申請實施例提供的一種壓緊件的立體結構示意圖。
2:連接元件
4:第二進氣塊
5:第三進氣塊
11:混氣腔
12:輸氣通道
13:混氣通道
21:連接件
22:閥門
23:壓緊件
24:密封接頭
44:第二緊固件
121:第一輸氣支路
122:第二輸氣支路
131:第一混氣支路
132:第二混氣支路
133:連接支路

Claims (12)

  1. 一種半導體製程設備的進氣裝置，設置於該半導體製程設備的一製程腔室頂部，用於向該製程腔室內輸入一製程氣體，包括：一進氣塊元件及一連接元件，該進氣塊元件及連接元件均採用抗腐蝕的材質製成； 該進氣塊元件與該製程腔室的上蓋密封連接，該進氣塊元件內形成有一混氣腔、一輸氣通道及一混氣通道，該輸氣通道的進氣口與該混氣腔連通，該輸氣通道的出氣口與該製程腔室連通；該混氣通道具有多個進氣口，且均形成於該進氣塊元件的外表面上，該混氣通道的出氣口與該混氣腔連通； 多個該連接元件均設置於該進氣塊元件上，並且多個該連接元件與該混氣通道的多個進氣口一一對應連通，多個該連接元件用於與多個製程氣體供給源一一對應連接，每個該連接元件用於選擇性地向該混氣通道內通入或停止通入製程氣體。
  2. 如請求項1所述的進氣裝置，其中該製程氣體包括氟化氫氣體；該進氣塊元件採用的該抗腐蝕的材質包括鋁；該連接元件採用的該抗腐蝕的材質包括哈氏合金。
  3. 如請求項1或2所述的進氣裝置，其中該進氣塊元件包括有依次密封連接的一第一進氣塊、一第二進氣塊及一第三進氣塊，該第一進氣塊與該製程腔室的一上蓋密封連接； 該輸氣通道形成於該第一進氣塊及該第二進氣塊內，該混氣腔形成於該第二進氣塊及第三進氣塊之間；該混氣通道形成於該第二進氣塊及第三進氣塊內。
  4. 如請求項3所述的進氣裝置，其中該進氣裝置還包括有一控溫元件，該控溫元件設置於該第一進氣塊、該第二進氣塊及該第三進氣塊內，用於檢測及控制該第一進氣塊、該第二進氣塊及該第三進氣塊的溫度。
  5. 如請求項3所述的進氣裝置，其中該輸氣通道包括一第一輸氣支路及一第二輸氣支路； 該第一輸氣支路包括形成於該第一進氣塊內的相互連通的一第一豎通道及一第一橫通道，該第一豎通道沿該製程腔室的軸向延伸設置，該第一橫通道沿該製程腔室的徑向延伸設置；該第一豎通道的出氣端與該製程腔室連通，該第一橫通道的進氣端與該第二輸氣支路連通； 該第二輸氣支路包括形成於該第二進氣塊內的兩個相互連通的一第二橫通道，兩個該第二橫通道均平行於該製程腔室的徑向截面，且二者呈夾角，其中一個該第二橫通道的出氣端與該第一橫通道的進氣端連通，另一個第二橫通道的進氣端與該混氣腔連通。
  6. 如請求項3所述的進氣裝置，其中該第三進氣塊和該第二進氣塊彼此相對的兩個密封面中的至少一者開設有混氣槽，以形成該混氣腔。
  7. 如請求項3所述的進氣裝置，其中該混氣通道包括一第一混氣支路、一連接支路及多個第二混氣支路；該第一混氣支路包括形成於該第三進氣塊內的相互連通的一第三橫通道及一第四橫通道，該第三橫通道及該第四橫通道均平行於該製程腔室的徑向截面，且二者呈夾角，該第三橫通道的出氣端即為該混氣通道的出氣口與該混氣腔連通，該第四橫通道的進氣端位於該第三進氣塊的側面； 該連接支路包括形成於該第三進氣塊內的一第六橫通道及形成於該第二進氣塊內的一第七橫通道，該第六橫通道與該第七橫通道相互連通，該第六橫通道的出氣端與該第四橫通道相互連通； 該第二進氣塊及第三進氣塊內均形成有至少一個第五橫通道，該第五橫通道即為該第二混氣支路，該第五橫通道的進氣端即為該混氣通道的進氣口；形成於該第三進氣塊中的該第五橫通道的出氣端均與該第六橫通道連通，形成於該第二進氣塊中的該第五橫通道的出氣端均與該第七橫通道連通。
  8. 如請求項4所述的進氣裝置，其中該控溫元件包括一加熱部件及一第一測溫部件，該加熱部件及該第一測溫部件均設置於該第一進氣塊、該第二進氣塊及該第三進氣塊內，並且該第一測溫部件與該加熱部件電連接；該第一測溫部件用於檢測該第一進氣塊、該第二進氣塊及該第三進氣塊的溫度，並且根據該溫度控制該加熱部件的加熱功率。
  9. 如請求項8所述的進氣裝置，其中該控溫元件還包括一第二測溫部件，該第二測溫部件設置於該第一進氣塊、該第二進氣塊及該第三進氣塊內，用於檢測並顯示該第一進氣塊、該第二進氣塊及該第三進氣塊的溫度。
  10. 如請求項1或2所述的進氣裝置，其中每個該連接元件均包括一連接件及一閥門，該連接件的一端與該混氣通道的進氣口密封連接，該連接件的另一端與閥門密封連接，該閥門用於與該製程氣體供給源連接，並選擇性連通或斷開該混氣通道和該製程氣體供給源。
  11. 如請求項10所述的進氣裝置，其中每個該連接元件均還包括有一壓緊件及一密封接頭，該壓緊件包括兩個半環形的子壓緊件，兩個子壓緊件對接形成環繞於該連接件外周的閉合環體，並且與該進氣塊元件連接，用於將該連接件壓緊於該進氣塊元件上；該連接件通過該密封接頭與該閥門密封連接。
  12. 一種半導體製程設備，包括製程腔室及如請求項1至11的任一所述的進氣裝置。
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