一種氣體分配裝置及應用該分配裝置的等離子體處理設備的製作方法

2023-05-17 06:04:31 1

專利名稱：一種氣體分配裝置及應用該分配裝置的等離子體處理設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及等離子技術領域，具體而言，涉及一種氣體分配裝置 以及應用該氣體分配裝置的等離子體處理設備。
背景技術：
隨著科技發展，等離子技術已經得到廣泛應用，例如可以應用於 集成電路加工設備、太陽能設備及平板顯示設備等的諸多等離子體處 理設備中。
圖l示出目前常見的一種平行板式等離子體處理設備，其包括
反應腔室10、上電極12、下電極15、氣體輸入系統11和真空獲得 系統16等。其中，上電極12和下電極15分別接入一個或多個不同 頻率的電源，待加工/處理的工件17置於下電極15之上。
該等離子體處理設備的工藝過程一般是利用真空獲得系統16
將反應腔室10抽真空；而後，通過氣體輸入系統11並經由氣體分配 裝置而將工藝所需的氣體輸入到反應腔室10內；然後，向分別連接 上電極12和下電極15的電源輸入適當的功率，以激活反應氣體，點 燃和維持等離子，並進行相應的處理工藝。
由上可見，等離子體處理設備通常需要藉助於氣體分配裝置將工 藝氣體引入到反應腔室內，以使工藝氣體在此受到射頻功率的激發產 生電離而形成等離子體，從而完成等離子體處理工藝。
眾所周知，若要獲得較為均勻的處理結果，就需要先獲得較為均 勻的等離子體。然而，等離子體的均勻性與多種因素相關，例如，工 藝氣體流量、氣體分配裝置的結構、抽氣腔室的結構、晶片表面溫度 控制、電場控制、電極組件等等。其中，氣體分配裝置的結構是一個 重要的影響因素，其直接影響工藝氣體進入反應腔室後的分布狀況，
並進而影響處理結果。
為此，人們一直試圖尋找到一種能夠均勻分配氣體的氣體分配裝 置。例如，圖2就示出了這樣一種氣體分配裝置，其包括從上至下依
次設置的冷卻板205、可移動插針板234和236、以及粘接在一起的 電極206和氣體噴淋頭電極208。
氣體經由冷卻板205上的中央進氣通道230以及邊緣進氣通道 212進入該裝置，並經過可移動插針板234和236上的插針246和247 同電極206和氣體噴淋頭電極208上的通孔之間的相互配合，而被分 配到等離子體處理設備的反應腔室中。
儘管上述氣體分配裝置能夠對欲進入反應腔室的諸如工藝氣體 等的氣體進行分配，然而在實際應用中，這種氣體分配裝置加工比較 困難，而且在裝配、使用、拆卸和清潔等過程中比較容易出現折斷等 損壞現象，使得該氣體分配裝置的使用壽命較短。另外，由於上述氣 體分配裝置的結構比較複雜，零件的加工精度要求高，加工難度大， 因此使得其加工成本相對較高。

發明內容
為解決上述不足，本發明提供一種氣體分配裝置，其在快速均勻 地分配工藝氣體的同時結構簡單、不易損壞並且成本較低。此外，本 發明還提供一種應用上述氣體分配裝置的等離子體處理設備。
本發明採用如下技術方案
本發明提供一種氣體分配裝置，用於將氣體均勻地分配至反應腔 室內，包括自上而下依次層疊設置的支撐板、阻流板和噴淋頭電極， 所述支撐板上設置有進氣通道，用於將氣體引入到所述氣體分配裝置 內；所述噴淋頭電極上開設有排氣通道。其中，所述支撐板的背面設
置有第一支撐臺以及支撐板導流凸臺，相鄰支撐板導流凸臺之間的部
分以及第一支撐臺與支撐板導流凸臺之間的部分形成導流溝槽；對應
於所述第一支撐臺，在所述阻流板的正面設置第二支撐臺，藉助於第 一支撐臺與第二支撐臺的相互支撐而將所述支撐板與所述阻流板疊
置在一起，同時使來自所述進氣通道的氣體能夠藉助於所述導流溝槽
而傳遞和擴散；以及至少在所述阻流板上的與所述導流溝槽對應的位 置處設置阻流板通孔，所述阻流板通孔貫通所述阻流板，以便將來自 所述導流溝槽的氣體傳遞到所述噴淋頭電極的上方，並藉助於所述排 氣通道而將所述氣體排出到反應腔室內。
其中，所述支撐板導流凸臺設置為沿周向和/或徑向延伸，相應 地，所述導流溝槽也沿周向和/或徑向延伸。
其中，所述支撐板上的進氣通道包括設置在支撐板大致中央位置 處的中央進氣通道，以及設置在支撐板邊緣位置處的邊緣進氣通道。
其中，在所述支撐板中心和支撐板邊緣之間設置沿周向閉合的支 撐板分區凸臺，所述支撐板分區凸臺將所述支撐板分隔為支撐板中央 區域和支撐板邊緣區域，所述支撐板中央區域對應於所述中央進氣通 道，所述支撐板邊緣區域對應於所述邊緣進氣通道。
其中，支撐板中央區域內的支撐板導流凸臺至少為2圈，並且遵 循這樣的設置規則環繞中心並由中心向邊緣依次徑向分布，且同一 圈上的支撐板導流凸臺的大小、形狀相同，不同圈上的支撐板導流凸 臺數量相等但大小不同並且兩邊線夾角相等。
其中，支撐板邊緣區域內的支撐板導流凸臺至少為2圈，並且遵
循這樣的設置規則環繞支撐板分區凸臺並向邊緣依次徑向分布，且 同一圈上的支撐板導流凸臺的大小、形狀相同，不同圈上的支撐板導 流凸臺的數量相等，但大小不同。
其中，單個所述支撐板導流凸臺的俯視圖形狀為三角形和/或扇 形和/或梯形和/或正方形和/或長方形。
其中，所述阻流板通孔在靠近反應腔室一側的出口孔徑為 0.3-10mm。
其中，所述阻流板通孔在靠近反應腔室 一 側的出口孔徑為 0. 8-3mm。
其中，所述阻流板通孔與噴淋頭電極排氣通道的設置位置遵循這 樣的原則在所述阻流板和噴淋頭電極疊置在一起時，所述阻流板通 孔與噴淋頭電極排氣通道的位置相互錯開。
其中，所述阻流板通孔的孔徑大於所述排氣通道的孔徑，並且所
述阻流板通孔的數量小於或等於所述排氣通道的數量。其中，所述阻流板通孔和/或所述排氣通道的形狀為直通孔和/ 或階梯孔和/或"Y"形孔，並在靠近反應腔室的一側設有倒角。其中，所述第一支撐臺包括支撐板分區凸臺和/或設置在所述支 撐板邊緣的支撐板邊緣凸臺。其中，所述邊緣進氣通道設有倒角，其數量為4個且均勻地分布 在所述支撐板的邊緣區域，所述阻流板通孔遍布所述阻流板並均勻分 布，相應地，所述噴淋頭電極上的排氣通道也均勻分布。其中，所述支撐板分區凸臺的高度與所述支撐板導流凸臺的高度 大致相等，並且遵循這樣的設置規則當所述第一支撐臺和第二支撐 臺彼此接觸時，所述支撐板分區凸臺和支撐板導流凸臺與所述阻流板 正面相接觸。其中，所述第二支撐臺包括阻流板上分區凸臺和/或阻流板邊緣 上凸臺，所述阻流板上分區凸臺與支撐板分區凸臺相對應並設置在所 述阻流板正面的中心和邊緣之間；所述阻流板邊緣上凸臺與支撐板邊 緣凸臺相對應並設置在所述阻流板正面的邊緣。其中，所述支撐板和/或阻流板為一體成型的組件和/或由中央部 分和外圍部分嵌套組合而成。
其中，所述阻流板設置為單層阻流板，或者設置為多層阻流板的 組合。其中，所述噴淋頭電極的正面設置有噴淋頭電極支撐凸臺，所述 噴淋頭電極支撐凸臺與所述阻流板的背面相接觸，並在所述阻流板與 噴淋頭電極之間形成一定的間隙，以便來自所述阻流板的氣體在此傳 遞和擴散。其中，所述噴淋頭電極的正面邊緣位置處沿軸向延伸出環形的噴 淋頭電極邊緣凸臺，以將與所述噴淋頭電極疊置在一起的支撐板和阻 流板包圍起來。
此外，本發明還提供一種等離子體處理設備，其包括在反應腔室 的上方設置的本發明所提供的上述氣體分配裝置，用以向反應腔室內 均勻地分配氣體。
本發明具有以下的有益效果
本發明所提供的氣體分配裝置零件數量少，各部件結構簡單，而 且在不影響使用效果前提下的精度要求也比較低，易於加工製造。因 此，本發明提供的氣體分配裝置成本相對較低，而且容易拆裝，方便 日常的更換、清洗和維護，同時其結構不易損壞，因此其日常使用維 護的費用也較低。由於本發明提供的氣體分配裝置具有以上優點，使 其在大規模用於生產加工中佔有非常大的優勢。
此外，本發明所提供的等離子體處理設備由於採用了本發明所提 供的氣體分配裝置，因此其同樣具有結構簡單、成本低且易於日常清 洗和維護的優點。


圖1為一種等離子體處理設備的結構示意圖2為一種氣體分配裝置的結構示意圖3為本發明提供的氣體分配裝置的結構示意圖4a為本發明提供的支撐板的立體圖4b為圖4a所示支撐板的俯視圖5為本發明提供的阻流板的立體圖6a為本發明提供的具有分區凸臺的阻流板的俯視圖6b為本發明提供的分體結構的阻流板的分體示意圖7a為本發明提供的噴淋頭電極的立體圖7b為圖7a所示的噴淋頭電極的俯視圖8a為本發明提供的阻流板通孔201和/或排氣通道301的第一 種方案；
圖8b為本發明提供的阻流板通孔201和/或排氣通道301的第二 種方案；
圖8c為本發明提供的阻流板通孔201和/或排氣通道301的第三 種方案；
圖8d為本發明提供的阻流板通孔201禾n/或排氣通道301的第四 種方案；以及圖9為本發明提供的氣體分配裝置的剖視圖。
具體實施方式
下面結合附圖來詳細闡明本發明所提供的氣體分配裝置及應用 該氣體分配裝置的等離子體處理設備的技術方案。在對本發明所提供的氣體分配裝置進行詳細描述之前，不妨規定 本發明所說的背面為各組件朝向反應腔室的一面，相應的規定各組件 的正面為各組件背向反應腔室的一面。同樣可以推定，本發明所提供 的氣體分配裝置的各組件背面朝向的一方為其下方，其正面朝向的一 方為其上方。
請參閱圖3，本發明提供的氣體分配裝置，包括從上至下依次層 疊設置的支撐板l、阻流板2和噴淋頭電極3。其中，所述支撐板1為一圓板形組件。在所述支撐板1的大致中 心位置處設置有l個貫通所述支撐板1的中央進氣通道101用於向所 述氣體分配裝置中注入工藝氣體。同時在其邊緣位置處設置有4個貫 通所述支撐板1並且均勻分布的邊緣進氣通道102，用於更好地向所 述氣體分配裝置中注入工藝氣體。所述中央進氣通道101和所述邊緣 進氣通道102能夠根據需要同時或分別向所述氣體分配裝置中注入 工藝氣體，從而有利於使工藝氣體在大範圍內更加均勻地擴散。所述阻流板2同為圓板形組件，在所述阻流板2的正面設置有阻 流板邊緣上凸臺203，同時所述阻流板2上設置有大量阻流板通孔 201。所述阻流板邊緣上凸臺203沿所述阻流板2的邊緣而設置並周 向閉合，其用於和所述支撐板l進行配合併相互支撐。所述阻流板通 孔201均布並貫通所述阻流板2，其用於將由所述支撐板中央進氣通 道101和所述支撐板邊緣進氣通道102注入的工藝氣體通入到所述阻 流板2的下方。所述阻流板通孔201在所述阻流板2上均勻分布，以 便於均勻地分配工藝氣體。所述噴淋頭電極3同為圓板形組件，其上設置有大量排氣通道 301。所述排氣通道301貫通所述噴淋頭電極3並均勻地分布於所述 噴淋頭電極3的表面，以便於更好地分配工藝氣體。另外，所述噴淋
頭電極3的圓周邊緣還設置有噴淋頭電極邊緣凸臺303和噴淋頭電極 支撐凸臺302。
下面結合附圖對支撐板1、阻流板2和噴淋頭電極3的具體結構 進行詳細描述。
請參閱圖4a，支撐板1為一圓形薄板構件。所述中央進氣通道101 位於所述支撐板1的大致中心位置處，其也可以位於非中心位置，優 選為設置在中心位置。所述邊緣進氣通道102的數量為4個，其數量 並不唯一，也可以為除4個以外的多個。所述邊緣進氣通道102均勻 地分布於所述支撐板1的邊緣位置，其也可以不均勻分布，優選為均 勻分布。所述中央進氣通道101和所述邊緣進氣通道102貫通所述支 撐板並在靠近反應腔室一側都設有倒角。
在所述支撐板1的背面設置有第一支撐臺和若干支撐板導流凸 臺106。所述第一支撐臺包括支撐板分區凸臺104禾n/或支撐板邊緣 凸臺107。
所述支撐板分區凸臺104設置在所述支撐板1的中心和邊緣之間 並沿周向閉合，其將所述支撐板1分隔為支撐板中央區域103和支撐 板邊緣區域105。所述支撐板中央區域103對應於所述中央進氣通道 101，所述支撐板邊緣區域105對應於所述邊緣進氣通道102。這樣， 既增大了工藝氣體的流通範圍，又有利於多區域控制工藝氣體的分 配。
所述支撐板邊緣凸臺107設置於所述支撐板的背面邊緣位置，其 沿周向閉合，用於將所述支撐板1和所述阻流板2疊置在一起，並保 持二者在邊緣位置處於密封狀態。
所述支撐板導流凸臺106以所述中央進氣通道101為中心，分別 沿周向和/或徑向延伸並均勻分布。所述支撐板導流凸臺106分布的 間隙形成導流溝槽。相應地，所述導流溝槽也沿周向和/或徑向延伸 並均勻分布。為方便後面的描述，稱沿徑向分布的導流溝槽為徑向溝 槽110;相應地，稱沿周向延伸的導流溝槽為周向溝槽111。
其中，在支撐板中心區域103內的所述支撐板導流凸臺106至少 為兩圈，並按照如下規則分布所述支撐板導流凸臺106環繞中心進
氣通道101並由中心向邊緣依次徑向分布，同一圈上的支撐板導流凸
臺106的大小和形狀均相同，不同圈上的支撐板導流凸臺106數量相
等但大小不同並且兩邊線夾角相等。
其中，在支撐板邊緣區域105內的所述支撐板導流凸臺106至少 也為兩圈，並按照如下規則分布所述支撐板導流凸臺106環繞所述 支撐板分區凸臺104並向邊緣依次徑向分布，同一圈上的支撐板導流 凸臺106的大小、形狀均相同，不同圈上的支撐板導流凸臺106的數 量相等但大小不同並且兩邊線夾角相等。
請參閱圖4b，支撐板導流凸臺106在支撐板中心區域103內的 分布方式也可以這樣理解，即在支撐板1的支撐板中心區域103 內以中央進氣通道101為中心沿支撐板1的徑向加工若干條均勻分布 的徑向溝槽110;並以中央進氣通道101為中心，加工若干同心的周 向溝槽lll。這樣，在支撐板中心區域103上所保留的地方就形成了 所述支撐板中心區域103內的支撐板導流凸臺106。
同理，支撐板導流凸臺106在支撐板邊緣區域105內的分布方式 也可以這樣理解，即以支撐板分區凸臺104為中心沿半徑方向加工 若干條均勻分布的徑向溝槽110;並加工若干與支撐板分區凸臺104 同心的周向溝槽lll。這樣，在支撐板邊緣區域105上所保留的地方 就形成了所述支撐板邊緣區域105內的支撐板導流凸臺106。
可以理解的是，本發明所提供的支撐板導流凸臺106的形狀並不 局限於此，其還可以採用其它形式，例如其俯視圖形狀為三角形和/ 或扇形和/或梯形和/或正方形和/或長方形和/或其它任何形式。另 外，各圈之間的支撐板導流凸臺106的數量也可以不同，只要所述支 撐板導流凸臺106的間隙能夠形成所需的徑向溝槽110和周向溝槽 111並能夠使工藝氣體快速均勻的分配就都應視為本發明所保護的 範圍。
還可以理解的是，本發明所提供的支撐板導流凸臺106的分布方 式還可以採取其他形式，比如將上述的支撐板中心區域103和支撐板 邊緣區域105的分布特點混合使用，或者兩個區域採取相同的方式， 或者採用使所述導流溝槽的形狀為螺旋線和/或漸開線等的排列方式等。總之，只要所述支撐板導流凸臺106的分布有利於減少工藝氣體 的流動阻力，並提高氣體分配均勻性就都應視為本發明所保護的範 圍。
請參閱圖5，阻流板2為一個圓形薄板構件。在所述阻流板2上 加工有若干縱向貫通並遍布於所述阻流板2的阻流板通孔201，以及 在所述阻流板2的正面邊緣位置處設有阻流板邊緣上凸臺203，所述 阻流板邊緣上凸臺203沿周向閉合，並與所述支撐板邊緣凸臺107 相對應。
所述阻流板通孔201用以將由所述支撐板1的進氣通道(中央進 氣通道101和邊緣進氣通道102)所注入的工藝氣體導入到所述阻流 板2的背面。
所述阻流板通孔201在阻流板表面均勻分布，具體包括所述阻 流板通孔201對應於支撐板1上的導流溝槽而設置，當支撐板1和阻 流板2相互疊置安裝後，所述阻流板通孔201正好處於所述支撐板上 的導流溝槽區域內，從而使工藝氣體順利地通過所述阻流板通孔201 進入到所述阻流板2與噴淋頭電極3之間的空隙當中。當然，所述阻 流板通孔201的分布也可以採用其他方式，只要其對應於所述導流溝 槽且能有效促進工藝氣體的均勻分配就都應視為本發明所保護的範 圍。
其中，所述阻流板通孔201在靠近反應腔室一側的孔徑設置在 0.3-10 mm之間，優選孔徑方案為0. 8-3 mm。
可以理解的是，所述阻流板通孔201的孔徑可以相同也可以不 同。例如，可以使阻流板中心區域的阻流板通孔201的孔徑大於阻流 板邊緣區域的阻流板通孔201的孔徑，或者還可以使阻流板邊緣區域 的阻流板通孔201的孔徑大於阻流板中心區域的阻流板通孔201的孔 徑，並且呈漸變趨勢。
其中，本發明所提供的阻流板2還可以設置有分區凸臺。請參閱 圖6a，在阻流板2的正面設置有沿周向閉合的阻流板上分區凸臺204。 所述阻流板上分區凸臺204位於所述阻流板2的中心和邊緣之間，並 與所述支撐板1背面的支撐板分區凸臺104相對應。
另外，本發明所提供的阻流板2的結構並不局限於此，在滿足工 藝氣體快速均勻分配的情況下，其可以為一體成型的整體組件，也可 以為多個部分嵌套而成的組合結構。請參閱圖6b，阻流板2由中央部
件21和外圍部件22兩部分構成，將中央部件28嵌入到外圍部件29 的中空部分中，便形成了嵌套結構的阻流板2。這一方案其實相當於 將原阻流板2在其正面的阻流板上分區凸臺204處分為中央和外圍兩 部分。其中，所述中央部件21和外圍部件22分別對應於支撐板1 背面的支撐板中心區域103和支撐板邊緣區域105。採用這種分立式 的結構可以降低單個零件的加工複雜度。
同理，所述支撐板1的結構也並不局限於此，其可以為一體成型 的整體組件(如圖4a和圖4b所示)，也可以由多個部分嵌套而成的 組合結構。例如，可以採用圖6b所示出的分立式的阻流板2的方案， 將所述支撐板l在支撐板分區凸臺104處分為可相互嵌套的中央部分 和外圍部分。當然還可以有其他形式的組合方案，這裡僅舉出具有代 表性的實施例來說明本發明所提供的氣體分配裝置的原理和思路，對 於本領域內的技術人員來說，在此基礎上的修改和變形都應視為本發 明的保護範圍。
可以理解的是，阻流板2可以是採用如圖5或圖6a或圖6b所示 結構之一的單層結構的阻流板，也可以由多層如圖5禾口/或圖6a禾口/ 或圖6b所示結構組合而成的多層結構的阻流板。只要能使工藝氣體 快速均勻分配，並能夠對各個氣體區域進行獨立的控制，就都應視為 本發明所保護的範圍。
有一點需要指出的是，對應於所述支撐板1上的第一支撐臺(支
撐板邊緣凸臺107和/或支撐板分區凸臺104)，將所述阻流板2上
的阻流板邊緣上凸臺203禾D/或阻流板上分區凸臺204稱作第二支撐 臺
請一併參閱圖7a和圖7b，所述噴淋頭電極3為一圓形薄板構件。 在所述噴淋頭電極3上設置有若干噴淋頭電極排氣通道301，同時在 所述噴淋頭電極3的正面邊緣位置還設置有噴淋頭電極支撐凸臺302 和噴淋頭電極邊緣凸臺303。
所述噴淋頭電極排氣通道301為均勻分布的直通孔，其遍布並貫
通於所述噴淋頭電極3。所述噴淋頭電極排氣通道301的分布要參照
所述阻流板通孔201的設置位置，具體應遵循以下原則在所述阻流
板2和所述噴淋頭電極3疊置在一起時，所述噴淋頭電極排氣通道 301與所述阻流板通孔201的位置相互錯開。因阻流板通孔201在所 述阻流板2上均勻分布，所以與之對應錯開的噴淋頭電極排氣通道 301也為均勻分布。可以理解的是，所述噴淋頭電極排氣通道301也 可以非均勻分布，優選為均勻分布。
其中，所述噴淋頭電極排氣通道301的孔徑小於所述阻流板通孔 201的孔徑，其數量大於或等於所述阻流板通孔201的數量，用以更 好地分配工藝氣體。
所述噴淋頭電極支撐凸臺302設置於所述噴淋頭電極的正面邊 緣位置，其沿周向閉合併與所述阻流板2的背面相接觸，用以支撐所 述阻流板2並使噴淋頭電極3與阻流板2之間形成一定的間隙。
所述噴淋頭電極邊緣凸臺303設置於所述噴淋頭電極3的正面邊 緣位置，其沿周向閉合併向軸向延伸而呈環形，用於將與所述噴淋頭 電極3疊置安裝在一起的所述支撐板1和阻流板2包圍起來。
需要指出的是，本發明所提供的阻流板通孔201和噴淋頭電極排 氣通道301的剖視形狀可以採用如下形式。請參閱圖8a至圖8d，例 如，可以採用如圖8a所示的直通孔的形式，其靠近反應腔室的一端 設有倒角；也可以採用如圖8b所示的階梯孔的形式，其中兩段直通 孔之間採用錐孔連接，截面積較小一端朝向反應腔室並設有倒角；還 可以採用如圖8c所示的另一種階梯孔的形式，其截面積較小一端朝 向反應腔室並設有倒角，其與圖8b中所示階梯孔的區別在於其兩段 直通孔之間採用了平面加倒角連接的方式；同樣還可以採用如圖8d 所示的"Y"形孔的形式，其截面積較小一端朝向反應腔室並設有倒 角。
可以理解的是，所述阻流板通孔201和所述噴淋頭電極排氣通道 301也可以不設置倒角，也可以在兩端都設置倒角。另外，本發明所 提供的阻流板通孔201和噴淋頭電極排氣通道301的形狀並不局限於此，只要能滿足快速均勻的分配氣體的要求，都應視為本發明所保護 的範圍。以上結合附圖對本發明中所採用的支撐板1、阻流板2以及噴淋 頭電極3的結構進行了詳細說明，下面將結合圖9對上述各部件之間 的相互配合連接關係以及工作原理進行詳細說明。
請參閱圖9，本發明所提供的氣體分配裝置的裝配結構中，所述支撐板l、阻流板2和噴淋頭電極3自上而下依次疊置組裝在一起。 其中，所述第一支撐臺(支撐板邊緣凸臺107和/或支撐板分區 凸臺104)與所述第二支撐臺(阻流板邊緣上凸臺203禾n/或阻流板 上分區凸臺204)相互支撐而將所述支撐板1與所述阻流板疊置在一 起。這時，所述支撐板分區凸臺104和所述支撐板導流凸臺106均與 所述阻流板2的正面相接觸。即，所述支撐板分區凸臺104和所述支 撐板導流凸臺106的高度大致相等，並且等於所述第一支撐臺和所述 第二支撐臺的高度之和。(這裡，所述支撐板分區凸臺104的高度是 指所述支撐板分區凸臺104的不與所述支撐板1直接接觸的那個平面 到所述支撐板1背面的最短距離。同理可得，所述支撐板導流凸臺 106的高度為所述支撐板導流凸臺106的不與所述支撐板1直接接觸 的那個平面到所述支撐板1背面的最短距離。第一支撐臺和第二支撐 臺的高度同理，故在此不再贅述。)從而，在所述支撐板1與阻流板2之間形成所述導流溝槽(徑向 溝槽IIO和周向溝槽111)。所述支撐板分區凸臺104將所述導流溝 槽分隔為支撐板中心區域103和支撐板邊緣區域105(關於兩區域內 的導流溝槽的特徵前面已經詳細描述，在此不再贅述)。所述阻流板 通孔201與所述導流溝槽相對應以將通過導流溝槽分配後的工藝氣 體導入到所述阻流板2的背面。
有一點需要指出，圖9所示的裝配圖中的阻流板2為一體成型的 組件，且未設置阻流板分區凸臺204，為了將所述支撐板導流溝槽分 隔為支撐板中央區域103和支撐板邊緣區域105，故此時的支撐板分 區凸臺104的高度大致等於所述支撐板導流凸臺106的高度。而當所 述阻流板2上設置有所述阻流板分區凸臺204的情況下，所述氣體分
配裝置裝配之後應滿足使所述支撐板分區凸臺104和所述阻流板分
區凸臺204的高度之和大致等於所述支撐板導流凸臺106的高度的條 件。
所述阻流板2的背面邊緣與所述噴淋頭電極3的噴淋頭電極支撐 凸臺302相配合而疊置在一起，並在所述阻流板2與噴淋頭電極之間 形成間隙202。所述噴淋頭電極排氣通道301與所述間隙202聯通， 並且與所述阻流板2上的阻流板通孔201的位置相互錯開，用以更好 地分配工藝氣體。所述噴淋頭電極邊緣凸臺303的內側緊密地包圍住 所述支撐板1和所述阻流板2並配合形成一個整體。
在實際應用中，工藝氣體通過中央進氣通道101和邊緣進氣通道 102分別進入支撐板中心區域103和支撐板邊緣區域105，流經徑向 溝槽110和周向溝槽111時被均勻分配，然後經由阻流板通孔201 進入阻流板2與噴淋頭電極3之間的間隙202。工藝氣體在所述間隙 202中被二次分配，最後通過噴淋頭電極排氣通道301注入到反應腔 室內。
通過以上描述可以看出，本發明所提供的氣體分配裝置主要由三 部分構成，並且各部分組件的結構都比較簡單，精度要求相對較低， 易於加工製造，因此本發明提供的氣體分配裝置成本相對較低。而且 本發明提供的氣體分配裝置容易拆裝，方便日常的更換、清洗和維護， 並且其結構不易損壞，因此其日常使用維護的費用也相對較低。由於
本發明提供的氣體分配裝置具有以上優點，使其在大規模用於生產加 工中佔有非常大的優勢。
而且，由於本發明所提供的氣體分配裝置通過支撐板1與阻流板 2之間的徑向溝槽IIO和周向溝槽111可對工藝氣體進行第一次均勻 分配，然後在阻流板2和噴淋頭電極3之間的間隙202又對工藝氣體 進行第二次均勻分配。因此，本發明所提供的氣體分配裝置可使注入 腔室的工藝氣體更加均勻，從而有利於在腔室內形成均勻穩定的等離 子體。
並且，由於本發明所採用的支撐板1上設置有支撐板分區凸臺 104，其可將支撐板l與阻流板2之間的空間分割成支撐板中心區域
103和支撐板邊緣區域105。因此可以對各區域的氣體流量分別加以
控制，從而有效實現了工藝氣體的均勻分配。
另外，本發明提供的氣體分配裝置在各個阻流板通孔都設有倒
角，比如中央進氣通道IOI、邊緣進氣通道102、阻流板通孔201以 及排氣通道301處的倒角，可有效減小氣體流動阻力，從而更加有利 於氣體的擴散和分配，同時在排氣通道301處所設的倒角還能有效避 免打火現象。
此外，本發明還提供了一種等離子體處理設備，其包括反應腔室 以及置於所述反應腔室上方的氣體分配裝置，所述氣體分配裝置採用 本發明提供的上述氣體分配裝置，用以向所述反應腔室內分配工藝氣 體並使其均勻分布。
由於本發明提供的等離子體處理設備採用了本發明提供的氣體 分配裝置，因此，本等離子體處理設備同樣能夠獲得分配均勻的工藝 氣體並且結構簡單，造價較低。
可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採 用的示例性實施方式，然而本發明並不局限於此。對於本領域內的普 通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出 各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種氣體分配裝置，用於將氣體均勻地分配至反應腔室內，包括自上而下依次層疊設置的支撐板、阻流板和噴淋頭電極，所述支撐板上設置有進氣通道，用於將氣體引入到所述氣體分配裝置內；所述噴淋頭電極上開設有排氣通道；其特徵在於所述支撐板的背面設置有第一支撐臺以及支撐板導流凸臺，相鄰支撐板導流凸臺之間的部分以及第一支撐臺與支撐板導流凸臺之間的部分形成導流溝槽；對應於所述第一支撐臺，在所述阻流板的正面設置第二支撐臺，藉助於第一支撐臺與第二支撐臺的相互支撐而將所述支撐板與所述阻流板疊置在一起，同時使來自所述進氣通道的氣體能夠藉助於所述導流溝槽而傳遞和擴散；以及至少在所述阻流板上的與所述導流溝槽對應的位置處設置阻流板通孔，所述阻流板通孔貫通所述阻流板，以便將來自所述導流溝槽的氣體傳遞到所述噴淋頭電極的上方，並藉助於所述排氣通道而將所述氣體排出到反應腔室內。
2. 根據權利要求1所述的氣體分配裝置，其特徵在於，所述支 撐板導流凸臺設置為沿周向和/或徑向延伸，相應地，所述導流溝槽 也沿周向和/或徑向延伸。
3. 根據權利要求1所述的氣體分配裝置，其特徵在於，所述支 撐板上的進氣通道包括設置在支撐板大致中央位置處的中央進氣通 道，以及設置在支撐板邊緣位置處的邊緣進氣通道。
4. 根據權利要求3所述的氣體分配裝置，其特徵在於，在所述 支撐板中心和支撐板邊緣之間設置沿周向閉合的支撐板分區凸臺，所 述支撐板分區凸臺將所述支撐板分隔為支撐板中央區域和支撐板邊 緣區域，所述支撐板中央區域對應於所述中央進氣通道，所述支撐板邊緣區域對應於所述邊緣進氣通道。
5. 根據權利要求4所述的氣體分配裝置，其特徵在於，支撐板中央區域內的支撐板導流凸臺至少為2圈，並且遵循這樣的設置規則環繞中心並由中心向邊緣依次徑向分布，且同一圈上的支撐板導 流凸臺的大小、形狀相同，不同圈上的支撐板導流凸臺數量相等但大 小不同並且兩邊線夾角相等。
6. 根據權利要求4所述的氣體分配裝置，其特徵在於，支撐板 邊緣區域內的支撐板導流凸臺至少為2圈，並且遵循這樣的設置規則環繞支撐板分區凸臺並向邊緣依次徑向分布，且同一圈上的支撐 板導流凸臺的大小、形狀相同，不同圈上的支撐板導流凸臺的數量相 等，但大小不同。
7. 根據權利要求1所述的氣體分配裝置，其特徵在於，單個所述支撐板導流凸臺的俯視圖形狀為三角形和/或扇形和/或梯形和/或 正方形和/或長方形。
8. 根據權利要求1所述的氣體分配裝置，其特徵在於，所述阻 流板通孔在靠近反應腔室一側的出口孔徑為0. 3-10mm。
9. 根據權利要求8所述的氣體分配裝置，其特徵在於，所述阻 流板通孔在靠近反應腔室一側的出口孔徑為0. 8-3mm。
10. 根據權利要求1所述的氣體分配裝置，其特徵在於，所述 阻流板通孔與噴淋頭電極排氣通道的設置位置遵循這樣的原則在所 述阻流板和噴淋頭電極疊置在一起時，所述阻流板通孔與噴淋頭電極 排氣通道的位置相互錯開。
11. 根據權利要求1所述的氣體分配裝置，其特徵在於，所述阻流板通孔的孔徑大於所述排氣通道的孔徑，並且所述阻流板通孔的 數量小於或等於所述排氣通道的數量。
12. 根據權利要求1所述的氣體分配裝置，其特徵在於，所述 阻流板通孔和/或所述排氣通道的形狀為直通孔和/或階梯孔和/或"Y"形孔，並在靠近反應腔室的一側設有倒角。
13. 根據權利要求3所述的氣體分配裝置，其特徵在於，所述 邊緣進氣通道設有倒角，其數量為4個且均勻地分布在所述支撐板的 邊緣區域，所述阻流板通孔遍布所述阻流板並均勻分布，相應地，所 述噴淋頭電極上的排氣通道也均勻分布。
14. 根據權利要求1所述的氣體分配裝置，其特徵在於，所述 第一支撐臺包括支撐板分區凸臺和/或設置在所述支撐板邊緣的支撐 板邊緣凸臺。
15. 根據權利要求14所述的氣體分配裝置，其特徵在於，所述 支撐板分區凸臺的高度與所述支撐板導流凸臺的高度大致相等，並且遵循這樣的設置規則當所述第一支撐臺和第二支撐臺彼此接觸時，所述支撐板分區凸臺和支撐板導流凸臺與所述阻流板正面相接觸。
16. 根據權利要求1所述的氣體分配裝置，其特徵在於，所述 第二支撐臺包括阻流板上分區凸臺和/或阻流板邊緣上凸臺，所述阻 流板上分區凸臺與支撐板分區凸臺相對應並設置在所述阻流板正面的中心和邊緣之間；所述阻流板邊緣上凸臺與支撐板邊緣凸臺相對應並設置在所述阻流板正面的邊緣。
17. 根據權利要求l所述的氣體分配裝置，其特徵在於，所述支撐板和/或阻流板為一體成型的組件和/或由中央部分和外圍部分 嵌套組合而成。
18. 根據權利要求17所述的氣體分配裝置，其特徵在於，所述 阻流板設置為單層阻流板，或者設置為多層阻流板的組合。
19. 根據權利要求1所述的氣體分配裝置，其特徵在於，所述噴淋頭電極的正面設置有噴淋頭電極支撐凸臺，所述噴淋頭電極支撐 凸臺與所述阻流板的背面相接觸，並在所述阻流板與噴淋頭電極之間 形成一定的間隙，以便來自所述阻流板的氣體在此傳遞和擴散。
20. 根據權利要求1所述的氣體分配裝置，其特徵在於，所述 噴淋頭電極的正面邊緣位置處沿軸向延伸出環形的噴淋頭電極邊緣 凸臺，以將與所述噴淋頭電極疊置在一起的支撐板和阻流板包圍起 來。
21. —種等離子體處理設備，其特徵在於，在反應腔室的上方 設置有如權利要求1至20中任意一項所述的氣體分配裝置，用以向 反應腔室內均勻地分配氣體。
全文摘要
本發明公開了一種氣體分配裝置，其包括支撐板、阻流板和噴淋頭電極，所述支撐板上設置有進氣通道，噴淋頭電極上開設有排氣通道。支撐板的背面設置有第一支撐臺以及支撐板導流凸臺，導流凸臺之間的部分以及第一支撐臺與導流凸臺之間的部分形成導流溝槽；阻流板的正面設置第二支撐臺，以將支撐板與阻流板疊置在一起，同時使來自進氣通道的氣體能夠藉助於導流溝槽而傳遞和擴散；以及在阻流板上設置阻流板通孔，以便將來自導流溝槽的氣體傳遞到噴淋頭電極的上方，並藉助於所述排氣通道而將所述氣體排出到反應腔室內。本發明還公開一種等離子體處理設備。本發明具有能夠均勻地分配氣體，且結構簡單、成本低、並便於加工、方便維護和不易損壞等優點。
文檔編號H05H1/00GK101339895SQ200810118448
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月22日 優先權日2008年8月22日
發明者南建輝, 宋巧麗 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司