CN100416756C - 等离子体刻蚀装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微电子技术领域。本发明等离子体刻蚀装置包括反应室、设置在反应室上面的盖板以及设置在盖板中央安装孔内的喷嘴，其中喷嘴包括外轮廓为阶梯轴状的喷嘴本体，该喷嘴本体的大径部分与盖板密封连接，小径部分与盖板之间设有间隙，喷嘴本体的中心通孔为主气道，喷嘴本体伸出盖板部分设有与主气道连通的反应气体进气管，喷嘴本体上设有若干条连通主气道与所述间隙的辅气道。本发明的有益效果是：本发明中，由于其具有一个进气通道，具有两个出气通道，即主通道及喷射本全与盖板之间的间隙，这样气体在被分流后才进入到反应室内，所以有利于提高反应室内周围气体的密度，降低中央区域的气体密度，从而提高整体反应室内气体密度的均匀性。

Description

等离子体刻蚀装置

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别是一种应用于半导体刻蚀工艺中的等离子体刻蚀装置。

背景技术

近来，由于包括计算机在内的信息技术应用的增多，半导体工业取得了长足的进展。半导体制造技术的发展始终围绕提高半导体器件的集成度、可靠度以及反应速度。在这方面，刻蚀、CVD是精细制造的主要技术之一，刻蚀、CVD工艺必须满足严格的技术要求。

现有的等离子体刻蚀装置包括：反应室、气体喷射器(喷嘴)、射频(RF)电源、线圈和偏压电源。伴随工艺的要求，可加装终点检测设备对工艺终点参数进行监测。该等离子体刻蚀装置按如下过程工作：将衬底放入反应室中央位置，通过气体喷射器将气体喷入反应室，接通射频(RF)电源，以便在反应室中形成等离子体环境。在等离子体环境中，对衬底上的薄膜进行刻蚀，偏压电源在衬底中引起偏压。在现有结构等离子体刻蚀装置中，工艺终点检测设备未能与喷嘴形成统一安装，终点检测设备需另行安装，致使机构复杂。

图1为现有技术中喷嘴剖面图，图2为图1的俯视图。此喷嘴由石英制成，结构包括圆筒状的喷嘴本体2，在圆筒状的喷嘴本体2内为竖直的主气道，在圆筒状的喷嘴本体2的底壁上设有若干个喷射孔7。工作时，反应气体由主气道，经喷射孔7垂直喷射到衬底9，造成衬底9中心处气体密度较大，而衬底边缘处气体密度较小，致使衬底表面气流分布不均。随着半导体工艺的发展，大尺寸(12英寸)衬底的使用，这种矛盾呈不断扩大的趋势。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种可以在反应室内产生均匀等离子体的等离子体刻蚀装置。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明等离子体刻蚀装置，包括反应室、设置在反应室上面的盖板以及设置在盖板中央安装孔内的喷嘴，其中所述喷嘴包括外轮廓为阶梯轴状的喷嘴本体，该喷嘴本体的大径部分与盖板密封连接，小径部分与盖板之间设有间隙，喷嘴本体的中心通孔为主气道，所述喷嘴本体伸出盖板部分设有与主气道连通的反应气体进气管，所述喷嘴本体上设有若干条连通主气道与所述间隙的辅气道。

其中所述辅气道为四条，均匀分布在喷嘴本体上。

其中所述中央安装孔的下端部呈喇叭口状。

其中所述主气道的下端部呈喇叭口状。

其中盖板和喷嘴主体均由高纯度陶瓷或石英材料制成。

其中还包括终点检测设备，该终点检测设备的检测探头安装在喷嘴本体的上端部。

(三)有益效果

本发明的等离子体刻蚀装置的优点和积极效果在于：本发明中，由于其具有一个进气通道，具有两个出气通道，即主通道及喷射本全与盖板之间的间隙，这样气体在被分流后才进入到反应室内，所以有利于提高反应室内周围气体的密度，降低中央区域的气体密度，从而提高整体反应室内气体密度的均匀性。

附图说明

图1是现有的喷嘴的剖面图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明的等离子刻蚀装置的结构示意图；

图4为本发明中的喷嘴剖面图；

图5为本发明中的喷嘴主体的剖面图；

图6为图5的俯视图；

图7为本发明中的喷嘴主体的轴测图；

图8为本发明中的窗体的剖面图；

图9为本发明中的窗体的轴测图。

图中：1.盖板；2.喷嘴本体；3.检测窗；4.喷嘴固定架；5.检测探头；6.终点检测设备；7.喷射孔；8.线圈；9.衬底；10.静电卡盘；12.偏压电源；13.反应室；14.射频(RF)电源；15.进气管；16.主气道；17.间隙；18.辅气道；19.安装孔。

具体实施方式

下面结合附图，进一步详细说明本发明等离子体刻蚀装置的具体实施方式，但不用来限制本发明的保护范围。

参见图3。本发明的等离子体刻蚀装置，包括反应室13、设置在反应室13上面的盖板1。在盖板1上面设有线圈8，线圈8上通有射频(RF)电源14。反应室13内中央位置设有静电卡盘10，静电卡盘10上放置有衬底9，在静电卡盘10上通有偏压电源12。在盖板1中央安装孔19内设置有喷嘴。本发明中还包括终点检测设备6，该终点检测设备6的检测探头5安装在喷嘴本体2的上端部。检测探头5可以是IEP光纤探头，也可以是其他类型探头。

参见图8～图9。本发明中的喷嘴包括外轮廓为阶梯轴状的喷嘴本体2，该喷嘴本体2通过喷嘴固定架4安装在盖板1的安装孔19内，固定架4与喷嘴本体2之间设有终点检测(IEP)检测窗3，检测探头5与该终点检测窗3相连。喷嘴本体2的大径部分与盖板1密封连接，小径部分与盖板1之间设有间隙17，喷嘴本体2的中心通孔为主气道16，所述喷嘴本体2伸出盖板1部分设有与主气道16连通的反应气体进气管15，所述喷嘴本体2上设有四条均匀分布的连通主气道16与所述间隙17的辅气道18。主气道16和辅气道18的下端部均呈喇叭口状，这样有利于气体向四周扩散。通过调节喇叭口的锥形角α、β的角度可以提高衬底9中心区域和边缘区域等离子体的均匀性，来最大限度地提高刻蚀工艺。辅气道18根据需要也可以设置为三条、五条等。盖板1和喷嘴主体2均由高纯度陶瓷或石英材料制成，减少等离子体反应室颗粒污染源。

工作时，反应气体由进气管15进入到主气道16内，一部分直接由主气道16下端的喇叭口进入反应室，由于喇叭口的形状，该部分气体也易于向四周扩散；另一部分气体则由四条辅气道18进入到喷嘴主体2与盖板1之间的间隙，由安装孔19下端的喇叭口进入反应室，该部分气体基本全部向四周散去，增加反应室中四周的气体浓度。所以本发明的这种单通道进气双通道出气的结构形式大幅度提高了反应室内气体分布的均匀性。

本发明中，工艺终点检测设备如IEP光纤探头5可直接固定在喷嘴固定架4上，通过终点检测(IEP)检测窗3(可由蓝宝石制成)，检测设备可对刻蚀工艺终点数据进行监测。终点检测设备与喷嘴共同安装，直接检测衬底中心工艺数据，结构简单、可靠。

以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到的一些雷同、替代方案，均应落入本发明保护的范围。

Claims (6)

1. 等离子体刻蚀装置，包括反应室(13)、设置在反应室(13)上面的盖板(1)以及设置在盖板(1)中央安装孔(19)内的喷嘴，其特征在于所述喷嘴包括外轮廓为阶梯轴状的喷嘴本体(2)，该喷嘴本体(2)的大径部分与盖板(1)密封连接，小径部分与盖板(1)之间设有间隙(17)，喷嘴本体(2)的中心通孔为主气道(16)，所述喷嘴本体(2)伸出盖板(1)部分设有与主气道(16)连通的反应气体进气管(15)，所述喷嘴本体(2)上设有若干条连通主气道(16)与所述间隙(17)的辅气道(18)。

2. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于所述辅气道(18)为四条，均匀分布在喷嘴本体(2)上。

3. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于所述中央安装孔(19)的下端部呈喇叭口状。

4. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于所述主气道(16)的下端部呈喇叭口状。

5. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于盖板(1)和喷嘴本体(2)均由高纯度陶瓷或石英材料制成。

6. 根据权利要求1～5之任一所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于还包括终点检测设备(6)，该终点检测设备(6)的检测探头(5)安装在喷嘴本体(2)的上端部。

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