[发明专利]一种高密封度的气相腐蚀腔体

说明书

本发明公开一种高密封度的气相腐蚀腔体，包括：上部腔体、下部腔体和升降控制装置，所述升降控制装置与所述上部腔体相连接，控制所述上部腔体的上下移动，所述下部腔体固定，在所述下部腔体设置有进气口、出气口和加热板，其中，在所述上部腔体与所述下部腔体之间设置有第一密封机构，在所述加热板与所述下部腔体之间设置有第二密封机构，在所述出气口设置有第三密封机构。本发明的高密封度的气相腐蚀腔体通过设置第一密封机构、第二密封机构、和第三密封机构，能够确保腐蚀性、有毒气体不会泄漏到环境和腔体其他非耐腐蚀区域，即保证了操作人员的人身安全，又延长了含该气相腐蚀腔体的设备使用寿命。

技术领域

本发明涉及半导体制造设备领域，尤其涉及一种高密封度的气相腐蚀腔体。

背景技术

近年来，人们常以气相腐蚀的方式(利用气相的氟化氢)腐蚀氧化硅。相比于液相方式的腐蚀，气相腐蚀有很多优点：1、无粘连释放微机电系统的器件；2、因为不受表面张力的影响，反应物的扩散能力比液相时高4个数量级，所以化学反应更容易进行；3、对各种材料的兼容性，如铝、氧化铝、光刻胶等；4、因为通常是在真空下使用，所以可以作为一个表面预清洗模块集成在模块化组合设备上，如物理气相沉积机台等。氟化氢气相腐蚀不仅在微机电系统的器件制备上使用，也作为表面预处理腔集成在气相分解金属沾污收集系统(Vapor Phase Decomposition：VPD)。在气相分解金属沾污收集系统中，氟化氢气相腐蚀腔体上发生如下化学反应，使体硅表面的自然氧化层以气相腐蚀的方式分解消耗，留下由疏水的硅氢键(Si-H)所形成的表面，以便用特制的液体扫描液把沾污收集。

4HF(气)+SiO₂(固)→SiF₄(气)↑+2H₂O

根据氟化氢(HF)源是否含水，气相氟化氢机台可分为：1、无水氟化氢源机台，用的是纯度为99.99％>以上的HF气体；2、含水气相氟化氢机台(HF-H₂O系统)。因为考虑到使用成本，相比于昂贵的无水HF气体(5N或以上纯度)，主流的VPD机台配置的是含水HF源系统。除非是高端应用(如几百万组微镜阵列)必须采用无水HF机台，通常，考虑到使用成本，在工艺要求不太高时都采用基于含水HF源的机台。尤其是在VPD市场更是如此。这里我们只考虑含水HF源的机台和它的氟化氢气相腐蚀腔体(以下简称VHF腔体)。因为含水HF源所形成的气相氟化氢是有腐蚀性的，所以它所接触的管路、接口及腔体必须是防腐的。通常考虑到加工难度及后期维护成本，VHF腔体及管路的材质都采用与之兼容的塑料。

因为HF的腐蚀性、剧毒性，所以每次在用HF气体腐蚀硅片的工艺完成后开腔前，需要反复吹扫腔体内的尾气，如HF、SiF₄等含氟剧毒气体。通常的做法是往腔体内通入高流量的氮气(10～100SLM)，然后用排风或者真空泵等形式从腔体抽出，这种氮气吹扫过程需要重复几次从而保证腔体内无含氟尾气残留。HF和水可以形成二元共沸物，所以通常的平和吹扫很难从腔体里完全清出HF气体残留，尤其是湿润的腔体中。出于安全考虑，一般氮气吹扫会把其流量计(MFC)开到最大，并增加吹扫次数，而且腔体开腔时氟浓度由设置在腔体旁边的特气浓度传感器监控，依据时间加权平均值(Time weighted average：TWA)标准将该传感器的检测下限设定为不超过3ppm。当所通入的高流量氮气(≥50SLM)与抽气系统不匹配，或腔体内的压力传感器老化、或者反馈信号慢时，腔体内压力迅速增加到一定正压。如果腔体的密封因器件老化而有缺陷，则所含的HF气体的尾气就会从腔体漏出到环境。假如特气浓度传感器没有定期维护而失效，则HF的流出也不会被检测到。所以，一般采用牺牲工艺时间如降低最大通入氮气流量、降低抽气量等手段来防止腔体内压力剧变，这势必导致产能的降低。相比于金属材质，塑料的韧性和机械强度差一些，所以充气、抽气时需要严格考虑塑料腔体内外压差使它不易超过该材质腔体所承受的范围之外。