进气装置和包括该进气装置的腔室

摘要

一种进气装置和包括该进气装置的腔室，该进气装置包括：喷嘴，喷嘴为中空柱状，喷嘴的第一端的外周壁上设有凸出的第一轴肩，第二端的外周壁上设有凸出的第二轴肩；固定件，固定件为中空结构，在内壁上设有台阶，当喷嘴套置于固定件内时，台阶的台阶面与第一轴肩的端面相接合，固定件用于将进气装置固定至待安装件；第一密封圈，第一密封圈用于设置于第二轴肩的端面与待安装件之间；观察窗，观察窗设置于喷嘴的第一端的端面上；第二密封圈，第二密封圈设置在喷嘴的第一端的端面上的密封槽内。本发明的进气装置密封性强，安装便利。

权利要求

1.一种进气装置，其特征在于，所述进气装置包括：喷嘴，所述喷嘴为中空柱状，所述喷嘴的第一端的外周壁上设有凸出的第一轴肩，第二端的外周壁上设有凸出的第二轴肩；

固定件，所述固定件为中空结构，在内壁上设有台阶，当所述喷嘴套置于所述固定件内时，所述台阶的台阶面与所述第一轴肩的端面相接合，所述固定件用于将所述进气装置固定至待安装件；

第一密封圈，所述第一密封圈用于设置于所述第二轴肩的端面与所述待安装件之间；

观察窗，所述观察窗设置于所述喷嘴的第一端的端面上；

第二密封圈，所述第二密封圈设置在所述喷嘴的第一端的端面上的密封槽内；

固定件的内壁还设有水平面，其与观察窗的上表面相接合，从而通过水平面、观察窗、密封槽和第二密封圈可以实现喷嘴第一端的密封。

2.根据权利要求1所述的进气装置，其特征在于，所述固定件包括第一固定件和第二固定件，其中，所述第一固定件套设于所述喷嘴的第一端；

所述第二固定件套设于所述喷嘴的第二端并与所述第一固定件接合，所述第二固定件用于将所述进气装置固定至所述待安装件。

3.根据权利要求1所述的进气装置，其特征在于，所述第一轴肩上设有凸出的限位部，所述固定件的内壁上设有与所述限位部配合的凹陷部；

当所述喷嘴套置于所述固定件内时，所述限位部卡合于所述凹陷部中。

4.根据权利要求3所述的进气装置，其特征在于，所述限位部为长方体，所述凹陷部为与所述长方体配合的凹槽。

5.根据权利要求4所述的进气装置，其特征在于，所述长方体的长为8mm-25mm，宽为

2mm-8mm。

6.根据权利要求1所述的进气装置，其特征在于，所述喷嘴的第一端的端面水平设置。

7.根据权利要求1所述的进气装置，其特征在于，还包括：进气部，所述进气部设置在所述喷嘴的外周壁上，所述进气部与所述喷嘴的外周壁之间的安装面上设有第三密封圈。

8.一种腔室，其特征在于，所述腔室包括权利要求1-7中任一项所述的进气装置。

说明书

进气装置和包括该进气装置的腔室

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体制造设备领域，具体涉及一种进气装置和包括该进气装置的腔室。

背景技术

[0002] 等离子体刻蚀设备可用于根据预先设计去除半导体的多余材料，生成具有相应工艺要求的沟槽，为后续工艺提供基础。在半导体加工过程中，工艺气体由等离子体刻蚀设备的喷嘴注入反应腔室，在高频电场作用下产生等离子体，从而刻蚀位于反应腔室内部的晶片表面。

[0003] 等离子体刻蚀设备一般要求工艺气体从反应腔室上盖中心位置注入，即顶喷方式。由于反应腔室上盖一般采用陶瓷或石英等介电材料，且上盖中心位置位于等离子体射频线圈的中心，为避免对射频的干扰和打火，喷嘴的连接固定件需要使用非金属材料，且需要做电磁屏蔽处理。随着刻蚀工艺的发展，反应腔室上盖一般采用预热保温处理，以减少加工辅助动作，节约工艺待机准备时间，但在高温情况下，由于采用非金属件对喷嘴进行连接，容易造成密封圈压缩不均匀，且由于结构复杂，容易造成漏率不合格等故障。

[0004] 图1显示了一种现有喷嘴及其固定结构，其中喷嘴104通过喷嘴固定结构固定在反应腔室的上盖106上。喷嘴固定结构包括喷嘴压环101、连接保护套102、喷嘴挂钩103和密封圈105，密封圈105安装在喷嘴104与上盖106之间的密封槽内，喷嘴104从上盖106的上方安装入安装孔内，通过四个喷嘴挂钩103、嘴压环101、连接保护套102及螺钉(未显示)将喷嘴104固定在反应腔室的上盖106上。这种喷嘴及其固定结构的缺点在于：(1)工艺气体从喷嘴顶部注入，由于喷嘴顶部不能透光，因此不能检测等离子辉光；(2)工艺气体从单孔进入反应腔室，生成的等离子体不均匀。

[0005] 图2显示了另一种现有喷嘴，其在一定程度上克服了上述缺点。如图2所示，该喷嘴至少包括第一进气口201和第二进气口202、第一进气通道203和第二进气通道204、第一出气口205和第二出气口206。其中，第一出气口205位于喷嘴的中心轴线上，第二出气口206位于喷嘴的轴线外侧。工艺气体分为至少两路，在气路上设有流量控制元件，可以控制每一气体分路的流量。气体从各个分路进入对应的第一进气口201、第二进气口202及第一进气通道203、第二进气通道204，然后经由与各个进气通道对应的第一出气口205、第二出气口206进入反应腔室。通过流量控制元件可以分别调控第一出气口205、第二出气口206的气体流量，从而分别控制流向反应腔室中心区域及周边区域的气体流量，实现气体分布的区域控制，更好的促进气体分布的均匀性。此外，位于轴线上的第一出气口205的截面积至少有一段要小于第一进气通道203的截面积；位于轴线外侧的第二出气口206为一个环形出口，第二出气口206的截面积小于第二进气通道204的截面积。这样气体在进入反应腔室时，速度更快、喷射距离更远，能够促进反应腔室内部(尤其是反应腔室体积较大时)更快更好地实现气流均匀性；另外，由于气体从出气口进入反应腔室时速度更快，可以减少该处发生打火的机会，从而降低对腔体及晶片的污染。

[0006] 图2所示的喷嘴的缺点在于：(1)喷嘴顶部与下部两个密封圈压缩不均匀，导致密封效果不好；(2)喷嘴外部为圆柱结构，与固定件之间没有定位，固定件和喷嘴之间会发生滑动，影响了进气部的安装，使密封效果不好。

[0007] 因此，期待开发一种密封性更好的进气装置。

发明内容

[0008] 本发明的目的是提供一种进气装置和包括该进气装置的腔室，以解决现有技术中进气装置密封不严的问题。

[0009] 为解决上述问题，本发明的一方面提供一种进气装置，包括：

[0010] 喷嘴，所述喷嘴为中空柱状，所述喷嘴的第一端的外周壁上设有凸出的第一轴肩，第二端的外周壁上设有凸出的第二轴肩；

[0011] 固定件，所述固定件为中空结构，在内壁上设有台阶，当所述喷嘴套置于所述固定件内时，所述台阶的台阶面与所述第一轴肩的端面相接合，所述固定件用于将所述进气装置固定至待安装件；

[0012] 第一密封圈，所述第一密封圈用于设置于所述第二轴肩的端面与所述待安装件之间；

[0013] 观察窗，所述观察窗设置于所述喷嘴的第一端的端面上；

[0014] 第二密封圈，所述第二密封圈设置在所述喷嘴的第一端的端面上的密封槽内。

[0015] 优选地，所述固定件包括第一固定件和第二固定件，其中，

[0016] 所述第一固定件套设于所述喷嘴的第一端；

[0017] 所述第二固定件套设于所述喷嘴的第二端并与所述第一固定件接合，所述第二固定件用于将所述进气装置固定至所述待安装件。

[0018] 优选地，所述第一轴肩上设有凸出的限位部，所述固定件的内壁上设有与所述限位部配合的凹陷部；

[0019] 当所述喷嘴套置于所述固定件内时，所述限位部卡合于所述凹陷部中。

[0020] 优选地，所述限位部为长方体，所述凹陷部为与所述长方体配合的凹槽。

[0021] 优选地，所述长方体的长为8mm-25mm，宽为2mm-8mm。

[0022] 优选地，所述喷嘴的靠近进气端的端面水平设置。

[0023] 优选地，所述进气装置还包括：

[0024] 进气部，所述进气部设置在所述喷嘴的外周壁上，所述进气部与所述喷嘴的外周壁之间的安装面上设有第三密封圈。

[0025] 本发明的另一方面提供一种腔室，所述腔室包括所述的进气装置。

[0026] 本发明的有益效果：

[0027] 本发明的进气装置在喷嘴的第一端设置第一轴肩，在固定件的内壁设置台阶，第一轴肩与台阶相互配合，使第一密封圈和第二密封圈的受力均匀，提高了进气装置的密封性。

[0028] 本发明的腔室，采用了本发明的进气装置，也提高了腔室的密封性。

附图说明

[0029] 通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

[0030] 图1显示一种现有喷嘴及其固定结构的结构示意图；

[0031] 图2显示一种现有喷嘴的结构示意图；

[0032] 图3显示根据本发明实施例的进气装置的主视图；

[0033] 图4显示图3中A-A剖面的剖视图；

[0034] 图5显示图3中B-B剖面的剖视图；

[0035] 图6显示根据本发明实施例的进气装置的第一固定件的仰视图；

[0036] 图7显示根据本发明实施例的进气装置的第一固定件的剖视图；

[0037] 图8显示根据本发明实施例的进气装置的喷嘴的剖视图；

[0038] 图9显示根据本发明实施例的进气装置的喷嘴的俯视图。

[0039] 主要附图标记说明：

[0040] 101-喷嘴压环，102-连接保护套，103-喷嘴挂钩，104-喷嘴，105-密封圈，106-上盖，201-第一进气口，202-第二进气口，203-第一进气通道，204-第二进气通道，205-第一出气口，206-第二出气口；

[0041] 10-上盖，20-喷嘴，21-限位部，22-第一轴肩，23-密封槽，24-第二轴肩，30-第二固定件，40-进气部，50-第一固定件，51-凹陷部，52-台阶，53-水平面，60-观察窗，71-第一密封圈，72-第二密封圈，73-第三密封圈，81-螺钉，82-螺钉。

具体实施方式

[0042] 下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

[0043] 在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下，底、顶、前、后、左、右、内、外”通常是在本发明提供的进气装置正常使用的情况下定义的，具体地可参考图4所示的图面方向。

[0044] 本发明实施例提供一种进气装置，包括：

[0045] 喷嘴，喷嘴为中空柱状，喷嘴的第一端的外周壁上设有凸出的第一轴肩，第二端的外周壁上设有凸出的第二轴肩；

[0046] 固定件，固定件为中空结构，在内壁上设有台阶，当喷嘴套置于固定件内时，台阶的台阶面与第一轴肩的端面相接合，固定件用于将进气装置固定至待安装件；

[0047] 第一密封圈，第一密封圈用于设置于第二轴肩的端面与待安装件之间；

[0048] 观察窗，所述观察窗设置于所述喷嘴的第一端的端面上；

[0049] 第二密封圈，所述第二密封圈设置在所述喷嘴的第一端的端面上的密封槽内。

[0050] 在等离子体刻蚀设备中，进气装置一般设置安装于反应腔室的上盖上，工艺气体通过进气装置进入反应腔室内。固定件用于将进气装置固定至上盖。密封圈能够实现喷嘴与上盖之间的密封。

[0051] 根据本发明实施例的进气装置在喷嘴的第一端设置第一轴肩，在固定件的内壁上设置台阶，第一轴肩与台阶相互配合，使第一密封圈和第二密封圈分别受力，使第一密封圈和第二密封圈的受力均匀，提高了进气装置的密封性。

[0052] 在本发明的进气装置中还包括观察窗，观察窗设置于喷嘴的第一端的端面上。固定件与观察窗相接合，固定件的中心设有通孔。

[0053] 观察窗可与光纤连接，通过固定件的通孔和观察窗能够实时监测反应腔体内的等离子体状态。此外，固定件通过观察窗与密封槽相接合，从而作用于密封槽内的第二密封圈，达到密封效果。由于第一密封圈和第二密封圈是通过固定件的不同部位分别进行密封的，因此当温度发生变化时，两个密封圈的尺寸变化更均匀，进气装置的密封性提高。

[0054] 在一个示例中，固定件包括第一固定件和第二固定件，其中，

[0055] 第一固定件套设于喷嘴的第一端；

[0056] 第二固定件套设于喷嘴的第二端并与第一固定件接合，第二固定件用于将进气装置固定至待安装件。

[0057] 在这种情况下，台阶可以设置于第一固定件或第二固定件的内壁上。通过采用两个独立的固定件，缩短了密封链，提高了密封性，同时可以降低加工难度，提高安装便利性。

[0058] 在一个示例中，喷嘴的第一端的端面水平设置，其不同于现有技术中通常采用的倾斜端面，这有利于提高加工精度，从而提高密封可靠性。

[0059] 在一个示例中，喷嘴包括水平设置的至少两个进气口、分别与每个进气口相连通且垂直于进气口的至少两个进气通道、以及分别与每个进气通道相连通的至少两个出气口。双通道进气方式有利于在反应腔室内生成均匀的等离子体。

[0060] 在一个示例中，进气装置还包括进气部，进气部内设有分别与每个进气口连通的至少两个进气管道。进气部设置在喷嘴的外周壁上，进气部与喷嘴的外周壁之间的安装面上设有第三密封圈。进气部用于将工艺气体引入喷嘴的进气口。

[0061] 在一个示例中，第一轴肩上设有凸出的限位部，固定件的内壁上设有与限位部配合的凹陷。当喷嘴套置于固定件内时，限位部卡合于凹陷部中。特别地，限位部为长方体，凹陷部为与长方体配合的凹槽。优选地，长方体的长为8mm-25mm，宽为2mm-8mm。

[0062] 通过限位部与凹陷部的配合形成键结构定位。通过键结构定位能够有效防止喷嘴与固定件相对转动以及喷嘴的水平方向移动。此外，在通过进气部引入工艺气体时，键结构定位还能够保证喷嘴与进气部的密封安装面和第一固定件与进气部的固定安装面平行，防止进气部的水平压缩力使喷嘴倾斜，有效改善了喷嘴的连接密封性能。

[0063] 本发明实施例还提供一种腔室，包括上述进气装置。

[0064] 图3显示根据本发明实施例的进气装置的主视图，图4显示图3中A-A剖面的剖视图，图5显示图3中B-B剖面的剖视图；图6和图7分别显示根据本发明实施例的进气装置的第一固定件的仰视图和剖视图；图8和图9分别显示根据本发明实施例的进气装置的喷嘴的剖视图和俯视图。

[0065] 如图3-9所示，根据本发明实施例的进气装置用于设置于反应腔室的上盖上，以向反应腔室内注入工艺气体。该进气装置包括喷嘴20、观察窗60、第一固定件50、第二固定件30、第一密封圈71和第二密封圈72。

[0066] 喷嘴20为中空柱状，其第一端的端面水平设置，该端面上设有密封槽23，密封槽23内设有第二密封圈72。喷嘴20的第一端的外周壁上设有凸出的环形的第一轴肩22，第一轴肩22上设有凸出的限位部21，限位部21为长方体，长为8mm-25mm，宽为2mm-8mm。在喷嘴20的第二端设有环形的第二轴肩24，第一密封圈71设置于第二轴肩24的下端面与反应腔室的上盖10之间，从而可实现喷嘴20在上盖10处的密封。

[0067] 如图4和图8所示，与参考图2描述的现有喷嘴类似，喷嘴20包括水平设置的两个进气口、分别与每个进气口相连通且垂直于进气口的两个进气通道、以及分别与每个进气通道相连通的两个出气口。在本实施例中，工艺气体通过设置于进气部40中的两条进气管道分别进入喷嘴20的两个进气口。进气部40设置在喷嘴20的外周壁上，进气部40与喷嘴20的外周壁之间的安装面上设有第三密封圈73，从而实现进气部与喷嘴之间的密封。进气部40还固定至第一固定件50，且与第一固定件50之间形成固定安装面。

[0068] 观察窗60设置于喷嘴20的第一端的端面与第一固定件50之间，观察窗60可与光纤连接，从而实时监测等离子体状态。

[0069] 第一固定件50为中空结构，其套设于喷嘴20的第一端，在其内壁上设有环形的台阶52，环形的台阶52的水平台阶面(即图7中附图标记52的标引线的端点所指的位置)与第一轴肩22的端面相接合，从而可以直接压紧第二轴肩的端面与上盖之间的第一密封圈71，实现喷嘴20在上盖处的密封。第一固定件50的底面还设有水平面53，其与观察窗60的上表面相接合，从而通过水平面53、观察窗60、密封槽23和第二密封圈72可以实现喷嘴20第一端的密封，从而有效改善了进气装置的密封性。

[0070] 第一固定件50的内壁设有凹陷部51，其是凹槽，喷嘴20的限位部21能够卡合于凹陷部51中，形成键结构定位。通过键结构定位能够有效防止喷嘴20与第一固定件50相对转动以及喷嘴20的水平方向移动，保证喷嘴20与进气部40的密封安装面和第一固定件50与进气部40的固定安装面平行，防止进气部40的水平压缩力使喷嘴20倾斜，有效改善了喷嘴的连接密封性能。

[0071] 第二固定件30为中空结构，其套设于喷嘴20外部，第二固定件30的上端面与第一固定件50接合。反应腔室的上盖10的中心孔处一般设置环形槽，第二固定件30通过卡口结构(例如三爪卡口结构)连接至环形槽，从而连接至上盖10。

[0072] 喷嘴20、第二固定件30、第一固定件50、观察窗60、第一密封圈71和第二密封圈72通过螺钉81固定至上盖10。

[0073] 进气部40、第一固定件50、喷嘴20与第三密封圈73通过螺钉82连接固定。

[0074] 以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释实施例的原理和实际应用，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的实施例。