[发明专利]气体输入装置和等离子体加工设备

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体加工技术领域，特别涉及一种气体输入装置和等离子体加工设备。

背景技术

集成电路、太阳能电池的制造过程中，通常需要使用等离子体加工设备对单晶硅等半导体晶片进行薄膜沉积、刻蚀等加工工艺。而在等离子体加工设备中，气体输入装置通常是为半导体晶片的加工提供所需的工艺气体，也可以在特定情况下或设备维护时提供所需辅助气体。

目前，在集成电路或MEMS器件的制造工艺中广泛应用等离子体加工设备。例如，电感耦合等离子体装置通常用在干法刻蚀(Dry Etching)或化学气相沉积(CVD)工艺中，其原理是：加工半导体晶片时，气体输入装置向反应腔中输入工艺气体，工艺气体在射频功率的激发下，产生电离而形成等离子体，等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔中的工艺气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团，通过射频电源的电磁场能量耦合，将工艺气体激发成等离子态，从而对反应腔内的半导体晶片表面进行相应的材料刻蚀或沉积，而刻蚀或沉积反应的生成物及残余气体脱离半导体晶片表面，并被真空系统抽出反应腔。

例如，图1为目前常用的一种电感耦合等离子体装置的结构示意图，工艺气体通过管路由固定在石英盖板1上的喷嘴2进入反应腔室3，在施加了射频电源的线圈4的激发下，工艺气体电离形成等离子体(Plasma)5，等离子体5在偏压的驱动下，对吸附在静电卡盘6上的晶片(Wafer)7进行薄膜沉积或刻蚀反应，反应的生成物和残余气体通过分子泵(Turbo Pump)8抽离反应腔室3。

上述电感耦合等离子体装置采取反应腔室3上部中心进气的方式，虽然喷嘴2可以设有多个进气口，然而问题在于，喷嘴2固定安装在石英盖板的中心，工艺气体进入反应腔室3后，从晶片7中心到边缘的气流路径长度的差异，会导致晶片7表面上的气流场从中心到边缘形成梯度分布，使得工艺气体在晶片7中心浓度较高，在边缘浓度较低，整个晶片7表面上方气流分布不均匀，影响对半导体晶片3的加工质量。

由于参与反应的等离子体是由工艺气体电离形成的，上述气流分布的非均匀性，将导致整个晶片表面的刻蚀或沉积的速率和均匀性都有很大的差异，从而影响晶片加工的良品率。而且随着技术的发展，晶片的尺寸逐步增加，其中心与边缘的气流分布的差异将进一步增大。

发明内容

本发明解决的问题是如何在所处理的晶片整个表面上方获得较均匀的气流分布。

为解决上述问题，本发明提供一种气体输入装置和等离子体加工设备，其中所述气体输入装置，包括：

喷嘴，所述喷嘴具有第一通道，以及与所述第一通道连通的喷嘴旁路；

盖板，所述盖板内具有凹槽和多个第二通道，所述凹槽基本位于盖板的中心位置，所述多个第二通道围绕凹槽的中心线在盖板内均匀分布；其中，

所述喷嘴嵌入所述凹槽内，所述第一通道的出气端由凹槽的底部伸出盖板，所述多个第二通道的进气端与所述喷嘴旁路相连通。

所述多个第二通道的进气端位于所述凹槽内壁，出气端以盖板中心为对称点均匀分布于所述盖板远离第一通道进气端的一面。

所述多个第二通道在盖板内分布为伞形。

所述第二通道为直孔，则该第二通道的轴线与盖板中心线的夹角为锐角。

所述喷嘴旁路为多个通孔，所述多个通孔围绕所述第一通道轴线均匀分布并朝向所述多个第二通道的进气端。

所述喷嘴与凹槽之间留有间隙而构成气流分配腔，所述气流分配腔连通所述喷嘴旁路和第二通道。

所述气流分配腔为圆环形。

所述第一通道的出气端为直孔、喇叭孔、莲蓬头状孔或筛子状孔。

所述喷嘴与凹槽密封连接。

所述等离子体加工设备包括反应腔室和气体输入装置，而所述气体输入装置包括：

喷嘴，所述喷嘴具有第一通道，以及与所述第一通道连通的喷嘴旁路；

盖板，将所述反应腔室密封，所述盖板内具有凹槽和多个第二通道，所述凹槽基本位于盖板的中心，所述多个第二通道围绕凹槽的中心线在盖板内均匀分布；其中，

所述喷嘴嵌入所述凹槽内，所述第一通道的出气端由凹槽的底部伸出盖板，所述多个第二通道的进气端与所述喷嘴旁路相连通，其出气端朝向所述反应腔室。

上述技术方案具有以下优点：