專利名稱：氣體擴散均勻化裝置及使用該裝置的等離子體工藝設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種氣體擴散均勻化裝置，尤其涉及提高真空腔室中氣體擴散均勻化的裝置。本發(fā)明還提供設置所述氣體擴散均勻化裝置的等離子體工藝設備。
背景技術：
許多半導體集成電路芯片、LED芯片和其它微電子芯片的制造工藝，都會用到真空環(huán)境下的薄膜生長或刻蝕的工藝步驟。薄膜生長工藝，是在基體的表面，生長出新的薄膜材料，通常所見的工藝類型有等離子體加強化學氣相沉積(PECVD)、金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)及物理氣相沉積(PVD)等。刻蝕工藝，是從基體表面有選擇性地形成具有揮發(fā)性的反應物，從而去除材料，通常所見的工藝類型有感應耦合等離子體(ICP)刻蝕工藝及反應離子刻蝕(RIE)工藝等。無論是薄膜生長反應，還是等離子體刻蝕反應，一般都是通過以下方式來實現的，即:將反應氣體(又稱工藝氣體)引入真空腔室中；利用射頻或微波能量，將反應氣體電離分解，形成等離子體；在等離子體中，含有離子、電子以及化學反應活性極高的中性原子或分子；當這些具有很高的化學活性的原子、分子和獲得較高能量的離子與基體接觸時，就可以發(fā)生化學的和物理的反應，在基體上生成固態(tài)薄膜，實現薄膜生長反應，或生成具有揮發(fā)性的反應物,并且由真空泵將反應物抽離反應腔室,實現刻蝕反應。如圖1所示，以刻蝕硅材料的工藝為例，簡要地說明等離子體刻蝕設備的機械結構要件與工藝要素。上、下兩部分真空腔體Ia和Ic閉合后，形成一個密閉的空間，該空間并且由O-形密封圈Ib實現真空密封。存在于這一空間的氣體分子，在真空泵的抽空作用下，通過抽真空口 If被抽走，從而在 這一空間中形成真空。當反應氣體六氟化硫(化學分子式=SF6)和氬氣(化學分子式:Ar)通過氣體導入口 Ii和噴淋頭Ig導入這一空間后，在真空壓力控制系統(tǒng)的作用下，該空間內的氣體壓力達到工藝要求。此時，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)開啟，通過能量耦合，將射頻能量傳遞給SF6和Ar的混和氣體，產生一系列的分子分解、電離或附著反應，主要包括以下反應:
e- + SF6 = SF5 + F + 丨e- + SF5 = SF4 + F + 丨e- + SF6 = SF5+ + F + 2丨e- + SF6 = SFf + F+ Ar = Ar++ 2e_
當生成的具有化學活性的氟原子(F)與放置于下電極表面的硅基體Id接觸時，便會發(fā)生化學反應:Si + 4F = SiF4丨。等離子體中的氬離子(Ar+)也會在等離子體殼層電場的作用下，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，并且大大增強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分子擴散到抽真空口 If ;由真空泵抽離真空腔室。同時由真空泵抽走的，還有未發(fā)生電離的SF6、Ar以及其他氣體分子?；w上不需要發(fā)生刻蝕反應的地方，則由通常所說的掩模板，比如光刻膠掩模板保護起來，這樣就實現了在基體上有選擇性的刻蝕工藝。芯片制造工藝往往要求在硅基體上各處發(fā)生的刻蝕反應具有較好的均勻性，即在硅基體表面各處的刻蝕速度應該盡量相等，可是，實際發(fā)生的刻蝕反應卻往往并不均勻。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:(I)活性F原子擴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)生的刻蝕反應速度自然就會不均勻。這種不均勻性，幾乎是所有芯片制成工藝面臨的一個基本問題，不僅在刻蝕工藝中會遇到，在薄膜生長工藝中也會經常遇到?？涛g反應或者薄膜生長反應的不均勻性，反映出來的其實就是等離子體密度在基體表面附近空間內的不均勻性。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分布不均勻外，便是氣體在此空間內的擴散不均勻。如圖1和圖2所示，傳統(tǒng)的腔室的中央是凸出來的下電極，氣體從腔室頂部導入并且通過氣體噴淋頭后，在腔室空間生成等離子體，沒有發(fā)生反應的氣體和新的化學反應生成物氣體由抽真空口離開腔室。問題就出在這里！因為抽真空口往往只能是位于腔壁的某一個局部位置，因而與噴淋頭在空間位置上不能具有對稱性。我們知道，氣體分子在擴散時，總是沿著阻力最小的路徑運動的。這樣，即使氣體以極其均勻的方式由噴淋頭導入反應腔室，但是在擴散到抽真空口的過程中，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，氣體的擴散是不均勻的，正是這種氣體擴散的不均勻性，導致等離子體的密度不均勻，從而造成刻蝕反應或薄膜生長反應的不均勻性。人們?yōu)榱私鉀Q上述由于抽真空口與氣體導入裝置在空間位置上不對稱造成的問題，確實提出了一些解決辦法，最常用的辦法是，在真空腔室的底部四個均勻對稱的位置設置四個抽真空口。可是，這種辦法仍然有很大的弊端。首先，它增加了真空腔室的機械加工和裝配的難度及成本。其 次，如果采用單臺真空泵，那么如何將腔室上的四個抽真空口與真空泵上單一的進氣口連接起來便成為另外一個難度和成本極大的技術問題，因為這四個連接管必須匯合在一起，而且需要幾何位置對稱；如果采用多臺真空泵，那么成本就會大幅度增加，而且各臺真空泵在抽速上需要匹配。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于改進現有技術的不足，提供一種能夠提高真空腔室中氣體擴散均勻性的氣體擴散均勻化裝置。本發(fā)明的另一個目的在于提供設置有所述氣體擴散均勻化裝置的等離子體工藝設備。本發(fā)明的目的是這樣實現的:
一種氣體擴散均勻化裝置，包括一片或多片疊設的帶有若干氣體通孔的擴散件，所述擴散件的形狀和尺寸與要安裝的真空腔室空間的相應截面匹配，所述擴散件將所述真空腔室分割成兩個空間，使得氣體導入口與抽真空口分別置于該兩個空間內。
所述擴散件可以是擴散板，也可以是擴散環(huán)。
所述多片疊設的帶有氣體通孔的擴散件，相鄰兩層所述擴散件之間是具有間距地設置，相鄰兩層擴散件之間的最小距離，要根據氣體的流量、壓力條件以及安裝的便利而定，相鄰兩層所述擴散件之間的最小距離最好不低于2-3cm。相鄰兩片擴散件之間的距離如果過小，會嚴重地減小氣體擴散的效率，導致真空抽速下降，還會造成安裝不便。兩片擴散件之間的最大距離，則可以根據實際的安裝空間而定，如果相鄰兩層擴散件之間的距離太大，則可能安裝不下或者需要減小擴散件的數量。
多片疊設的帶有氣體通孔的所述擴散件中，同一層擴散件上的各個所述氣體通孔大小相等且均勻分布，各層擴散件上具有的氣體通孔的數目和大小可以是不同的。
在多片疊設的帶有氣體通孔的所述擴散件中，疊設的每層所述擴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每一塊擴散件時，擴散效率基本維持不變。另外，在多片疊設的帶有氣體通孔的所述擴散件中，疊設的多片所述擴散件，沿著氣體流動的方向，氣體后通過的所述擴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的擴散環(huán)上的氣體通孔總面積。這是因為氣體在通過擴散件時所遇到的阻力，同氣體通孔的總面積成反比，即某一塊擴散件上的通孔總面積越小，則氣體在通過此擴散件時所遇到的阻力越大。由于多塊擴散件依次放置，上述阻力就有“串聯”關系。而安置擴散件的最主要目的，是要較大地提高氣體擴散的均勻性，而不是要較大地增加氣體擴散的阻力。因此，依氣體流動方向，后面的擴散件的氣體通孔的總面積較大更為有利。
當所述擴散件為一層時，或者多層擴散板中的氣體首先通過的一塊擴散件，該擴散件上的若干氣體通孔沿擴散件的垂直中心軸對稱均勻地分布，并在該擴散板上形成“篩板”結構。
當所述擴散件為多層時，各層上的氣體通孔具有空間對稱關系:在空間相對位置上，各層所述擴散件各自分開但沿同一垂直中心軸放置。每一層擴散件上的氣體通孔沿垂直中心軸對稱均勻地分布即相鄰的各個氣體通孔的中心距相等。相鄰兩層所述擴散件上的氣體通孔相錯且對稱設置，即所述兩層擴散件上的氣體通孔的中心軸互不重合，某一層擴散件上的一個氣體通孔中心到相鄰一層擴散件上的兩個氣體通孔有相等的最小間距。這種空間位置分布關系，可以提高氣體流動的均勻性。
進一步地，下一層擴散板上的m個氣體通孔到上一層擴散板上n個氣體通孔有一組n個距離，下一層擴散板上的另一個氣體通孔到上一層擴散板上n個氣體通孔的又是一組n個距離，m組數據有一一 對應相等的關系。
所述擴散件由具有機械強度足以支撐和承受設定氣體壓力的材料加工而成。所述擴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。為了防止擴散件材料與等離子體發(fā)生反應，擴散件材料的表面可以預先經過一定的處理，設置鈍化膜層以使其不易與真空腔室中的氣體反應。
一種設置如上所述氣體擴散均勻化裝置的等離子體工藝設備，其中的等離子體工藝真空腔室中設有包括氣體導入裝置、上電極、下電極、抽真空口和真空泵，所述氣體導入裝置設置在所述真空腔室頂部進氣口上，所述抽真空口設于所述真空腔室下部，所述真空泵連接在所述抽真空口上；所述上電極設置在真空腔室頂部鄰接所述氣體導入裝置，所述下電極設置在真空腔室底部與所述上電極對應，所述下電極的上端表面為處理工件承載面，其特征在于:所述氣體擴散均勻化裝置包括一片或多片疊設的帶有若干氣體通孔的擴散件，其安裝于所述真空腔室內，位于所述進氣口與所述下電極的下底面之間的空間內，使得所述真空腔室被分割成兩個空間，氣體導入裝置和抽真空口分置于該兩個空間，且所述下電極的上端面與所述氣體導入裝置處于同一空間中。工作時，由于所述上電極和下電極的作用，等離子體產生于氣體導入裝置與該氣體擴散均勻化裝置之間的真空腔空間內。具體地，所述下電極一般是凸設在所述真空腔室的底部，該下電極和真空腔室內側壁之間形成環(huán)形空間，所述擴散件為一片或多片疊設的擴散環(huán)，所述擴散環(huán)設置在所述環(huán)形空間中，其外形幾何形狀及尺寸與真空腔室內壁相匹配，該擴散環(huán)的內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。具體地，擴散環(huán)的上表面可低于下電極的上表面10-20毫米。這樣的設置結構可以使得流過工件的氣體更加均勻。

具體地，所述擴散件為擴散環(huán)，所述擴散環(huán)與下電極側表面之間的空隙低于5—10mm。所述擴散環(huán)與真空腔室內壁之間的空隙低于5-10mm ;或者，所述擴散件為擴散板，其與所述真空腔室內壁之間的空隙低于5-10_。留有間隙可以使得擴散件容易安裝。當所述擴散件為一層時，或者多層擴散件中的氣體首先通過的一塊擴散件，該擴散件上的所述氣體通孔為若干個，其均布在該擴散板上，使得與設置在所述氣體導入裝置上的導入氣體的噴淋頭的出氣口匹配，在噴淋頭和該擴散板的共同作用下，氣體在噴淋頭和該擴散件之間均勻流動。最接近所述抽真空口的擴散件上的氣體通孔優(yōu)選為兩個，與所述抽真空口也具有空間上的對稱分布特性，即該擴散件上兩個所述氣體通孔到所述抽真空口的距離相等。由此提高氣體流動的均勻性。本發(fā)明提供的氣體擴散均勻化裝置及使用該裝置的等離子體工藝設備，以設置帶孔擴散件這種簡單的方式有效地實現了對真空腔室中氣體擴散均勻性的改善，使得等離子體工藝的均勻性得到顯著提高。相比傳統(tǒng)的技術解決辦法，本發(fā)明涉及到的機構易于實現，機械加工和安裝簡單可靠，成本也顯著降低。


圖1為現有技術中的等離子體刻蝕設備的真空工藝腔室的構造示意圖。圖2為如圖1所示的現有等離子體刻蝕設備的真空工藝腔室的氣體擴散示意圖。圖3為本發(fā)明提供的氣體擴散均勻化裝置的一種實施例的結構示意圖。圖4為本發(fā)明提供的氣體擴散均勻化裝置的第二種實施例中中間兩層擴散環(huán)中上一層擴散環(huán)的俯視結構示意圖。圖5為本發(fā)明提供的氣體擴散均勻化裝置的第二種實施例中中間兩層擴散環(huán)中下一層擴散環(huán)的俯視結構示意圖。圖6為圖4和5所不的兩層擴散環(huán)置合在一起的俯視結構不意圖。圖7為安裝有所述氣體擴散均勻化裝置的等離子體真空腔室的主剖視結構示意圖。
具體實施方式
如圖3所示，本發(fā)明提供的氣體擴散均勻化裝置的一個實施例，其包括三片擴散環(huán)，從上到下為:首層擴散環(huán)3a、中層擴散環(huán)3b和底層擴散環(huán)3c，三塊擴散環(huán)從外形上看是三塊圓環(huán)板。在三塊擴散環(huán)上均勻設置若干氣體通孔即相鄰的各個氣體通孔的中心距相等，同一塊擴散環(huán)上的氣體通孔等大。各層擴散環(huán)上具有的氣體通孔的數目和大小不同。相鄰兩層所述擴散環(huán)上的氣體通孔相錯且對稱設置，即所述兩層擴散環(huán)上的各個氣體通孔的中心軸互不重合，某一層擴散環(huán)上的一個氣體通孔中心到相鄰一層擴散環(huán)上的兩個氣體通孔有相等的最小間距。進一步地，下一層擴散環(huán)上的m個氣體通孔到上一層擴散板上η個氣體通孔有一組η個距離，下一層擴散板上的另一個氣體通孔到上一層擴散板上η個氣體通孔的又是一組η個距離，m組數據有一一對應相等的關系。疊設的每層所述擴散環(huán)上氣體通孔的面積總和相等，也可以是，沿著氣體流動的方向，氣體后通過的所述擴散件上的氣體通孔總面積大于氣體先通過的擴散環(huán)上的氣體通孔總面積。最好是，上層的擴散環(huán)上氣體通孔數目較多，孔較小，下層擴散環(huán)上氣體通孔數目較少，孔較大。這樣，可以做到上下各層擴散環(huán)上氣體通孔總面積基本相等。加上各層擴散環(huán)上氣體通孔的對稱關系，可以使得氣流非常均勻地流經本氣體擴散均勻化裝置。如圖7所示，三塊擴散環(huán)同軸并且按順序分開安裝在下電極4e與真空腔室內壁之間的空間里。每一塊圓環(huán)板形擴散環(huán)上的內孔直徑與凸設在真空腔室底部的下電極4e的外徑相匹配。更進一步，為了方便安裝和拆卸，所述圓環(huán)板形擴散環(huán)的內徑應稍微大于下電極的外徑，但不應過大，否則，便會在擴散環(huán)與下電極表面之間留下過大的空隙而導致氣流均勻性降低。一般而言，三片擴散環(huán)與下電極4e側表面之間的空隙應低于5 — 10mm。三片擴散環(huán)的圓環(huán)外徑則應與真空腔室的內徑相匹配。為了方便安裝和拆卸，所述圓環(huán)板的外徑應稍小于真空腔室的內徑，但不應過小，否則，便會在擴散環(huán)與真空腔室內壁之間留下過大的空隙，也會導致氣流均勻性降低。一般而言，擴散環(huán)與真空腔內壁間的空隙，也應低于5-10mmo置于最下面的底層擴散環(huán)3c，距離抽真空口 4i最近。在這個擴散環(huán)內，有兩個直徑較大的氣體通孔3cl和3c2。位于該擴散環(huán)上面的氣體分子，通過這兩個氣體通孔，擴散到位于該環(huán)下方側面的抽真空口。為了保證在抽真空時氣體分子通過這兩個通孔的均勻性，在安裝擴散環(huán)3c時，氣體通口 3c I和3c2要與抽真空口具有空間上的對稱關系，即抽真空口 4i應該與氣體通孔3cl和3c2有相等的距離。換言之，抽真空口 4i只能從這兩個氣體通孔中均勻地“吸氣”。置于最上面的首層擴散環(huán)3a，距離導入氣體的噴淋頭4j最近，其一般安裝在與下電極Ie的上表面即工件承載面處在同一水平面或略低的位置。相對于下電極的上表面，擴散環(huán)3a的上表面可低于10-20毫米。該首層擴散環(huán)3a上分布著數量較多、但尺寸較小的氣體通孔。該擴散環(huán)3a上的所述氣體通孔均布在該擴散環(huán)上且相對于擴散板的垂直中心軸O對稱，使得與設置在所述氣體導入裝置上的導入氣體的噴淋頭的出氣口匹配，在噴淋頭和該擴散板的共同作用下，氣體在噴淋頭和該擴散件之間均勻流動。位于中間位置的中層擴散環(huán)3b上有4個氣體通孔即通孔3bl、通孔3b2、通孔3b3和通孔3b4。為了保證氣體分子在通過中層擴散環(huán)3b時的均勻性，該中層擴散環(huán)3b上的四個氣體通孔要與底層擴散環(huán)3c上的兩個氣體通孔具有空間上的對稱關系，即底層擴散環(huán)3c上氣體通孔3cl與中層擴散環(huán)3b上相距最近的兩個通孔3bl和通孔3b2有相等的距離，底層擴散環(huán)3c上氣體通孔與中層擴散環(huán)3b上通孔3b3和通孔3b4有相等的距離。通孔3cI到通孔3b1、通孔3b2、通孔3b3和通孔3b4有一組四個中心距，通孔3c2到通孔3b1、通孔3b2、通孔3b3和通孔3b4也有一組四個中心距，兩組四個中心距對應相等。
如圖4、圖5和圖6示出了氣體擴散均勻化裝置的另一個實施例，其包括四層擴散環(huán)，頂層和底層擴散環(huán)結構與圖3所示實施例中的擴散環(huán)3a和擴散環(huán)3c相同，中間兩層如圖4和圖5所示。相鄰擴散板上氣體通孔的對稱關系，上一層擴散板n上對應于中心軸0同圓心地分布兩圈氣體通孔a(n)共八個與中心軸對稱且繞圓周均布(見圖4)，下一層擴散板(n-1)上相對于中心軸0分布一圈氣體通孔b (n-1)共四個與中心軸對稱且繞圓周均布(見圖5)，兩層擴散板上的氣體通孔相錯設置(見圖6)。下一層擴散板(n-1)的四個氣體通孔，每個孔到上一層擴散板上八 個氣體通孔有八個距離構成四組每組八個孔間距，四組中的數據對應相等。即如圖6所示，下一層擴散板(n-1)上的一個氣體通孔b(n-l)到上一層擴散板n上八個氣體通孔有一組八個距離，下一層擴散板(n-1)上的另一個氣體通孔到上一層擴散板n上八個氣體通孔也有一組八個距離，兩組距離中能夠有一一對應的關系，而有對應關系的距離是相等的。
此外，為了保持氣體在通過這四塊擴散環(huán)時的抽氣速率不降低，每一塊擴散環(huán)上的氣體通孔的面積總和應當分別相等，即擴散環(huán)3a上所有氣體通孔的面積總和應當等于或小于擴散環(huán)n上八個氣體通孔的面積總和，擴散環(huán)n上的所有通孔面積總和等于或小于擴散環(huán)n-1上的四個氣體通孔的面積總和，擴散環(huán)n-1上的所有通孔面積總和等于或小于擴散環(huán)3c上兩個氣體通孔的面積總和。另外，當然，各層擴散環(huán)上氣體通孔的面積關系也可以是:從上至下，三塊擴散環(huán)上氣體通孔的面積逐漸增大。
同時，為了保證氣體擴散均勻化裝置在提高氣體擴散均勻性方面的效果，各塊擴散環(huán)在安放時，在垂直方向上的空間距離不應過小。一般而言，相鄰的兩塊擴散環(huán)之間的距離應當不低于2-3厘米。
如圖4所示為安裝了真空擴散裝置的等離子體真空腔室構造截面圖，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0-形密封圈4b進行真空密封，形成真空腔室。需要進行工藝處理的基體4d放置于下電極4e的表面上。氣體由導入孔41導入，經過氣體噴淋頭4j，進入真空腔室，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上的基體4d表面的材料發(fā)生化學或物理的反應。將如圖3所示的氣體擴散均勻化裝置安裝到真空腔室中，真空腔室的氣體導入孔一側的腔室里的氣體先后經過首層擴散環(huán)4f、中層擴散環(huán)4g和底層擴散環(huán)4h，到達位于真空腔室底部側壁的單一抽真空口 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、與抽真空口 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所示的首層擴散環(huán)4f、中層擴散環(huán)4g和底層擴散環(huán)4h是與如圖3所示的氣體擴散均勻化裝置中的三層擴散環(huán)結構相同。由于置于最下面的底層擴散環(huán)4h上的兩個氣體通孔與抽真空口有著相等的距離，氣體分子必須“均勻”地擴散到該底層擴散環(huán)4h的兩個氣體通孔。由于置于中間的中層擴散環(huán)4g上的四個氣體通孔與底層擴散環(huán)4h上的兩個氣體通孔也有著對稱分布的特征，氣體分子必須“均勻”地擴散到該中層擴散環(huán)4g上的四個氣體通孔。由于置于最上面的首層擴散環(huán)4f上的多個氣體通孔與擴散環(huán)4g上的四個氣體通孔也有著對稱分布的特征，氣體分子必須“均勻”地擴散到該首層擴散環(huán)4f上的多個尺寸較小的氣體通孔。如此，氣體分子在由氣體噴淋頭4j擴散到擴散環(huán)4f的過程中，也能夠保持良好的均勻性。這樣，真空腔室內氣體擴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隨之提高，從而導致在基體表面發(fā)生的刻蝕反應或薄膜生長反應的均勻性得到提高。盡管圖3和圖4至圖6中所示的擴散環(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。進一步，圖3所示的擴散環(huán)具有圓形外形，但具有專業(yè)技能的人都了解，限制這些擴散環(huán)幾何外形的因素，大致有兩個:(1)擴散環(huán)需要與下電極的幾何外形和真空腔內壁的幾何形狀相匹配；(2)擴散環(huán)要易于安裝和拆卸。比如，如果真空腔室內壁在X-Y平面上的截面是正方形，則擴散環(huán)的外形也應當是正方形。更進一步，在對本發(fā)明的描述中，提到的氣體擴散裝置由三塊擴散環(huán)組成，但具有專業(yè)技能知識的人都了解，擴散環(huán)的數目可以發(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氣體通孔的擴散環(huán)，與傳統(tǒng)的真空腔室相比較，也會對氣體擴散的均勻性帶來較大改善的效果 ?？偠灾景l(fā)明以簡單的方式有效地實現了對真空腔室中氣體擴散均勻性的改善，導致等離子體工藝的均勻性得到顯著提高。相比傳統(tǒng)的技術解決辦法，本發(fā)明涉及到的機構易于實現，機械加工和安裝簡單可靠，成本也顯著降低。
權利要求
1.一種氣體擴散均勻化裝置，其特征在于:包括一片或多片疊設的帶有若干氣體通孔的擴散件，所述擴散件的形狀和尺寸與要安裝的真空腔室空間的相應截面匹配，使得通過所述擴散件將所述真空腔室分割成兩個空間，使得氣體導入口與抽真空口分別置于該兩個空間內。
2.根據權利要求1所述的氣體擴散均勻化裝置，其特征在于:所述擴散件是擴散板，或是擴散環(huán)；或者， 所述多片疊設的帶有氣體通孔的擴散件，相鄰兩層所述擴散件之間是具有間距地設置；或者， 所述擴散件由具有機械強度足以支撐和承受設定氣體壓力的金屬材料或非金屬材料制作；和/或所述擴散件表面設置鈍化膜層以使其不易與真空腔室中的氣體反應。
3.根據權利要求2所述的氣體擴散均勻化裝置，其特征在于:相鄰兩層所述擴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.根據權利要求1或2或3所述的氣體擴散均勻化裝置，其特征在于:所述多片疊設的帶有氣體通孔的擴散件中，同一層上的各個所述氣體通孔大小相等且均勻分布，各層擴散件上具有的氣體通孔的數目和大小不同。
5.根據權利要求1或4所述的氣體擴散均勻化裝置，其特征在于:在所述多片疊設的帶有氣體通孔的擴散件中，疊設的每層所述擴散件上氣體通孔的面積總和相等；或者， 在所述多片疊設的帶有氣體通孔的擴散件中，疊設的多片所述擴散件，沿著氣體流動的方向，氣體后通過的所 述擴散件上的氣體通孔總面積大于或等于氣體先通過的擴散環(huán)上的氣體通孔總面積；或者， 當所述擴散件為一層時，或者多層擴散板中的氣體首先通過的一塊擴散件，該擴散件上的所述氣體通孔為若干個，其均布在該擴散板上形成篩板結構。
6.根據權利要求1或2或4或5所述的氣體擴散均勻化裝置，其特征在于:當所述擴散件為多層時，各層上的氣體通孔具有空間對稱關系:在空間相對位置上，各層所述擴散件各自分開但沿同一垂直中心軸放置； 每一層擴散件上的氣體通孔沿垂直中心軸對稱均勻地分布即相鄰的各個氣體通孔的中心距相等；和/或，相鄰兩層所述擴散件上的氣體通孔相錯且對稱設置，即所述兩層擴散件上的氣體通孔的中心軸互不重合，某一層擴散件上的一個氣體通孔中心到相鄰一層擴散件上的兩個氣體通孔有相等的最小間距。
7.根據權利要求6所述的氣體擴散均勻化裝置，其特征在于:下一層擴散板上的m個氣體通孔到上一層擴散板上η個氣體通孔有一組η個距離，下一層擴散板上的另一個氣體通孔到上一層擴散板上η個氣體通孔的又是一組η個距離，m組數據有一一對應相等的關系O
8.一種設置如權項I至7所述氣體擴散均勻化裝置的等離子體工藝設備，其中的等離子體工藝真空腔室中設有包括氣體導入裝置、上電極、下電極、抽真空口和真空泵，所述氣體導入裝置設置在所述真空腔室頂部進氣口上，所述抽真空口設于所述真空腔室下部，所述真空泵連接在所述抽真空口上；所述上電極設置在真空腔室頂部鄰接所述氣體導入裝置，所述下電極設置在真空腔室底部與所述上電極對應，所述下電極的上端表面為處理工件承載面，其特征在于:所述氣體擴散均勻化裝置包括一片或多片疊設的帶有若干氣體通孔的擴散件，其安裝于所述真空腔室內，位于所述進氣口與所述下電極的下底面之間的空間內，使得所述真空腔室被分割成兩個空間，氣體導入裝置和抽真空口分置于該兩個空間，且所述下電極的上端面與所述氣體導入裝置處于同一空間中。
9.根據權利要求8所述的等離子體工藝設備，其特征在于:所述下電極凸設在所述真空腔室的底部，該下電極和真空腔室內側壁之間形成環(huán)形空間，所述擴散件為一片或多片疊設的擴散環(huán)，所述擴散環(huán)設置在所述環(huán)形空間中，其外形幾何形狀及尺寸與真空腔室內壁相匹配，該擴散環(huán)的內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， 所述擴散件為擴散環(huán)，所述擴散環(huán)與下電極側表面之間的空隙低于5 — IOmm ;所述擴散環(huán)與真空腔室內壁之間的空隙低于5-10mm;或者，所述擴散件為擴散板，其與所述真空腔室內壁之間的空隙低于5-10mm。
10.根據權利要求9所述的等離子體工藝設備，其特征在于:最接近所述真空腔室的抽真空口的擴散件上的氣體通孔為兩個，其與所述抽真空口具有空間上的對稱分布特性，即各個所述氣體通孔到所述抽真空口的距離相等；或者， 當所述擴散件為一層時，或者多層擴散板中的氣體首先通過的一塊擴散件，該擴散件上的所述氣體 通孔為若干個，其均布在該擴散板上，使得與設置在所述氣體導入裝置上的導入氣體的噴淋頭的出氣口匹配。
全文摘要
本發(fā)明提供一種提高真空腔室中氣體擴散均勻化的裝置，包括一片或多片疊設的帶有若干氣體通孔的擴散件，擴散件的形狀和尺寸與真空腔室空間的相應截面匹配，使得通過擴散件將真空腔室分割成兩個空間，使得氣體導入口與抽真空口分別置于該兩個空間。本發(fā)明還提供設置氣體擴散均勻化裝置的等離子體工藝設備，其中的氣體擴散均勻化裝置安裝于真空腔室內的內壁與所述下電極的下底面之間的空間內，氣體導入裝置和抽真空口分置于該兩個空間，且所述下電極的上端面與所述氣體導入裝置處于同一空間中。本發(fā)明以設置擴散件這種簡單的方式有效地實現了對真空腔室中氣體擴散均勻性的改善，使得等離子體工藝的均勻性得到顯著提高。相比傳統(tǒng)的技術解決辦法，本發(fā)明涉及到的機構易于實現，機械加工和安裝簡單可靠，成本也顯著降低。
文檔編號C23C14/22GK103184433SQ20121016373
公開日2013年7月3日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權日2012年5月24日
發(fā)明者賴守亮, 季安 申請人:北京普納森電子科技有限公司