[發明專利]等離子體處理設備及其氣體分配裝置

有效

• 申請號: 200910076481.3
• 申請日: 2009-01-04
• 公開（公告）號: CN101770933A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: 魏民;張風港
• 申請（專利權）人: 北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00;C23C16/455;C23F4/00;H01J37/32
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 魏曉波;逯長明

技術領域

本發明涉及等離子體加工技術，特別涉及一種用于等離子體處理設備中的氣體分配裝置。本發明還涉及一種包括上述氣體分配裝置的等離子體處理設備。

背景技術

等離子體處理設備廣泛應用于微電子技術領域。

請參考圖1，圖1為一種典型的等離子體處理設備的結構示意圖。

等離子體處理設備1通常包括殼體11，殼體11中具有反應腔室12，反應腔室12的頂部和底部分別相對應地設有上極板13和下極板14。上極板13與殼體11之間由絕緣部件15隔離；下極板14的頂部可以支撐待處理加工件。上述加工件應當包括基片以及與其具有相同加工原理的其他加工件；下文所述加工件的含義與此相同。

等離子體處理設備1工作時，通過干泵等真空獲得裝置(圖中未示出)在反應腔室12中制造并維持真空的狀態。在此狀態下，通過氣體分配裝置16向反應腔室12中輸入氣體，并在上極板13和下極板14之間輸入適當的功率，從而激活所述氣體，進而在加工件的表面產生并維持等離子體環境。由于具有強烈的刻蝕以及淀積能力，所述等離子體可以與所述加工件發生刻蝕或者淀積等物理化學反應，以獲得所需要的刻蝕圖形或者淀積層。上述物理化學反應的副產物由所述真空獲得裝置從反應腔室12中抽出。

眾所周知，上述加工件表面工藝氣體分布的均勻程度對于加工件的品質具有重要意義。隨著基片等待加工件整體尺寸的增加，反應腔室12的橫截面積越來越大，在其中實現工藝氣體的均勻分布尤其是徑向均勻分布越來越困難。

上述氣體分布的均勻程度與多種因素相關，其中，氣體分配裝置的結構在很大程度上決定了反應腔室中工藝氣體分布的均勻性。

請參考圖2，圖2為一種氣體分配裝置的結構示意圖。

一種氣體分布裝置2包括支撐板21，支撐板21位于等離子體處理設備反應腔室頂部的中央位置，且與上極板固定連接，其中心位置設有進氣孔211。

支撐板21的下方固定連接有與其同軸的噴頭電極23，兩者的連接部位保持氣密封(此處以及下文所述氣密封，均指一種結果，而非手段；也即無論采用何種具體技術手段，支撐板21與噴頭電極23的連接部位都不應出現氣體泄漏現象)，且兩者之間形成一氣體分配腔室。上述進氣孔211與所述氣體分配腔室連通。

所述氣體分配腔室中設置多層阻流板22，各層阻流板22之間，以及阻流板22與支撐板21、噴頭電極23之間保留適當的距離，因此，所述氣體分配腔室自上而下被隔離為若干小腔室。阻流板22包括多個將其軸向貫通的氣體通道221，從而將所述各個小腔室連通。

由于各層阻流板22的氣體通道221都相錯離地設置，因此工藝氣體經過阻流板22時被迫產生一定的橫向位移，因此徑向均勻度可以得到增加；隨著阻流板22的層數的增加，工藝氣體發生橫向位移的次數也增多，因此噴頭電極23的上表面232處得到的工藝氣體的徑向均勻度也將不斷提高。

噴頭電極23中均勻地分布著多個通氣孔231，用以連通所述氣體分配腔室中最下層的小腔室以及噴頭電極23下方的反應腔室。噴頭電極23的上表面232處較為均勻的工藝氣體可以自通氣孔231流入等離子體處理設備的反應腔室中。

然而，由于進氣孔211位于中心位置，自通氣孔231流出的氣體在反應腔室的徑向上的分布必然是不均勻的，反應腔室中心部位的氣體濃度將大于外周部分的氣體濃度；即便設置多層阻流板22也不能完全消除上述徑向上的濃度差，而只能將其減輕。此外，設置多層阻流板22還將導致氣體分配裝置的結構過于復雜、體積較大，加工成本也較高。在加工件尺寸不斷加大的趨勢下上述缺點尤為突出。

請參考圖3，圖3為另一種氣體分配裝置的結構示意圖。

在另一種氣體分配裝置中，氣體自中心管路52進入，然后沿各層分配管不斷分散，最終自送氣孔50輸出。由于氣體的每層均大體均勻地分散，因此，比較而言，自送氣孔50輸出的氣體的均勻度較高，可以克服圖2所示氣體分配裝置存在的在反應腔室的徑向上氣體分布不均勻的問題。

然而，由于需加工孔徑較小的、數量眾多的多組分配管，加工過程的工藝過于復雜、對加工條件的要求較高，生產制造成本較高；此外，由于工藝氣體進氣口(中心管路)只有一個，氣體輸送量難以保證，對于大面積成膜等工藝而言尤為突出。

因此，現有技術的氣體分配裝置要么結構過于復雜、加工成本較高；要么難以在反應腔室的徑向上獲得較高的氣體分布均勻度。如何在不降低反應腔室徑向上氣體分布均勻度的前提下簡化氣體分配裝置的結構、降低其制造成本，是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。

發明內容