[发明专利]等离子体处理设备、其气体分配装置及工艺气体提供方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于等离子体处理设备中的气体分配装置，以及一种包括上述气体分配装置的等离子体处理设备。本发明还涉及一种向所述等离子体提供工艺气体的方法。

背景技术

等离子体处理设备广泛应用于微电子技术领域。

请参考图1，图1为现有技术中一种典型的等离子体处理设备的结构示意图。

等离子体处理设备1通常包括壳体11，壳体11中具有反应腔室12，反应腔室12的顶部和底部分别相对应地设有上极板13和下极板14。上极板13与壳体11之间由绝缘部件15隔离；下极板14的顶部可以支撑待处理加工件。上述加工件应当包括晶片以及与其具有相同加工原理的其他加工件。下文所述加工件的含义与此相同。

等离子体处理设备1工作时，通过干泵等真空获得装置(图中未示出)在反应腔室12中制造并维持接近真空的状态。在此状态下，通过气体分配装置16向反应腔室12中输入工艺气体，并在上极板13和下极板14之间输入适当的射频，从而激活所述工艺气体，进而在加工件的表面产生并维持等离子体环境。由于具有强烈的刻蚀以及淀积能力，所述等离子体可以与所述加工件发生刻蚀或者淀积等物理化学反应，以获得所需要的刻蚀图形或者淀积层。上述物理化学反应的副产物由所述真空获得装置从反应腔室12中抽出。

由于工艺气体分布的均匀程度直接决定了等离子体分布的均匀程度，因此上述加工件表面工艺气体分布的均匀程度对于加工件的品质具有重要意义。随着晶圆等待加工件整体尺寸的增加，反应腔室12横截面积越来越大，在加工件表面实现工艺气体的均匀分布也越来越困难。

上述工艺气体分布的均匀程度与多种因素相关，其中气体分配装 置的结构在很大程度上决定了反应腔室中工艺气体分布的均匀性。

请参考图2，图2为现有技术中一种典型的气体分配装置的结构示意图。

现有技术中一种典型的气体分布装置2包括大体呈圆形的支撑板21，支撑板21位于等离子体处理设备反应腔室顶部的中央位置，且以常规的方式与上极板固定连接。支撑板21设有位于中心位置的第一进气孔211，以及偏离其中心位置的第二进气孔212。

支撑板21的下方固定连接有同样大体呈圆形且与其同轴的喷头电极23，两者的连接部位保持气密封(此处以及下文所述气密封，均指一种结果，而非手段；也即无论采用何种具体技术手段，支撑板21与喷头电极23的连接部位都不应出现气体泄漏现象)，且两者之间形成一气体分配腔室。上述第一进气孔211以及第二进气孔212与所述气体分配腔室连通。

所述气体分配腔室中以常规的方式设置一层或者多层阻流板22，各层阻流板22之间，以及阻流板22与支撑板21、喷头电极23之间保留适当的距离，因此，所述气体分配腔室自上而下被隔离为若干小腔室。阻流板22包括多个将其轴向贯通的气体通道221，从而将所述各个小腔室连通。

最上层阻流板22的上表面设有密封圈222，将最上层的小腔室进一步隔离为中心部分和外周部分。所述第一进气孔211连通所述中心部分，所述第二进气孔212连通所述外周部分。由此，可以调节第一进气孔211和第二进气孔212的气体输送量，进而保证反应气体在上述最上层小腔室中均匀分布。

工艺气体经过多层阻流板22后，可以增加其分布的均匀性，从而在喷头电极23的上表面232处可以得到更为均匀的反应气体。

喷头电极23均匀地分布着多个通气孔231，用以连通所述气体分配腔室中最下层的小腔室以及喷头电极23下方的反应腔室。各个通气孔231的轴线之间保持平行，且均垂直于喷头电极23的上表面232以及下表面(图中未示出)。较为均匀的工艺气体可以自通气孔231中流入等离子体处理设备的反应腔室中。

然而，上述气体分配装置仍然很难向所述反应腔室中提供较高均匀度的工艺气体。其原因在于，喷头电极23各个通气孔231的气体流出方向均完全相同，通气孔231的直径和密度都不能无限扩大，各个通气孔231之间不可避免地会存在气体喷淋盲区，只有少量工艺气体可以到达这些盲区中，因此会引起工艺气体分布的不均匀，进而损害加工件的品质。在喷头电极23与下电极间距较小的情况下，上述缺陷尤为突出。

也有的气体分配装置在喷头电极23各个通气孔231的下口处设置扩口，这样虽然在一定程度上有利于工艺气体向各通气孔231之间的区域发散，但仍然无法在所述反应腔室中提供令人满意的工艺气体均匀度。