CN104810238A - 匀气结构及等离子体系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种匀气结构及等离子体系统，所述匀气结构包括匀气板与进气板；所述匀气板上设置通孔；所述进气板覆盖在所述匀气板的通孔上，所述进气板上设置喷气孔。所述等离子体系统包括腔体、介质窗、喷嘴与所述的匀气结构；所述介质窗置于所述腔体的开口上；所述介质窗的中部设置安装孔，所述喷嘴插入所述安装孔中；所述匀气板置于所述喷嘴的下方，并安装于所述介质窗上；气体从所述喷嘴中流入，经由所述通孔与所述喷气孔位置对应的重叠部分，通入所述腔体内。通过上述方案达到提高刻蚀均匀性的目的。

Description

匀气结构及等离子体系统

技术领域

本发明涉及一种等离子体系统，特别是涉及一种提高刻蚀性能的、适用于电感耦合等离子体系统的气体匀气结构。

背景技术

现有技术中，随着半导体集成电路的迅猛发展，集成电路技术的更新换代不断加快，而每个技术代都是以最小特征尺寸的缩小、芯片集成度和硅片尺寸的增加为标志。而随着微型化需求的持续，工艺节点的进一步缩小必然会增加集成电路制造的复杂度，对生产流程中每个工艺的要求也会越来越高。

在半导体工艺流程中，等离子体干法刻蚀是非常重要的工艺制程，是实现图形转移的重要途径。随着晶圆直径的增大和晶体管尺寸的缩小，导致在刻蚀过程中要求有更高的精准和重复性。在众多影响刻蚀性能的参数中，刻蚀均匀性是最为重要的参数之一，而刻蚀均匀性主要体现在腔体内气流的分布情况，因此提高气体在腔体内的分布均匀性，显得格外重要。

常见的等离子体刻蚀包括电感耦合等离子体系统（ICP）、电容耦合等离子体系统（CCP）以及微波电子回旋共振等离子体系统（ECR）。

本发明针对电感耦合等离子体系统（ICP），引入气体的匀气结构，增加气体在腔体内的分布均匀性，提高刻蚀性能。

请参阅图1和图2所示，图1为等离子体系统中喷嘴的结构示意图，图2为现有技术的等离子体系统的结构示意图，喷嘴110的结构为圆柱主体112、中心喷气孔114、圆周喷气孔116及主管道118。喷嘴110插入图2中的等离子体系统100的介质窗120中，气体通过主管道118流入，经中心喷气孔114和圆周喷气孔116分流通入腔体130内。

喷嘴110通过喷嘴固定结构150安装在介质窗120上。晶圆通过静电卡盘140固定在腔体130内。射频电源160通过射频线圈170，将气体解离形成等离子体。

气体通过主管道118流入，在喷嘴110的底部经中心喷气孔114和圆周喷气孔116分流进入腔体130，这样将导致气体主要通过中心喷气孔114流入腔体130，仅有很少一部分气体经过圆周喷气孔116，并且喷嘴110的直径远小于腔体130内放置的晶圆直径，致使气体不能有效注入到晶圆的表面，而主要囤积于晶圆的中心部分，导致刻蚀不均匀性出现，影响刻蚀效果。

鉴于上述缺陷，本发明人经过长时间的研究和实践终于获得了本发明创造。

发明内容

基于此，有必要提供一种提高刻蚀均匀性的匀气结构及具有该匀气结构的等离子体系统。

本发明的一种匀气结构，包括匀气板与进气板；

所述匀气板上设置通孔；

所述进气板覆盖在所述匀气板的通孔上，所述进气板上设置喷气孔。

作为一种可实施方式，所述通孔的尺寸和形状与所述进气板的尺寸和形状相匹配；

所述进气板活动安装于所述匀气板的通孔内。

作为一种可实施方式，所述通孔的数量为多个。

作为一种可实施方式，所述喷气孔的数量为多个。

本发明的一种等离子体系统包括腔体、介质窗、喷嘴与所述的匀气结构；

所述介质窗置于所述腔体的开口上；

所述介质窗的中部设置安装孔，所述喷嘴插入所述安装孔中；

所述匀气板置于所述喷嘴的下方，并安装于所述介质窗上；

气体从所述喷嘴中流入，经由所述通孔与所述喷气孔位置对应的重叠部分，通入所述腔体内。

作为一种可实施方式，在所述介质窗靠近所述腔体的端面的中部设置凹槽；

所述安装孔位于所述凹槽的底部；所述匀气板内嵌于所述凹槽内；

所述匀气板与所述凹槽的底部之间具有预设的距离。

作为一种可实施方式，所述介质窗靠近所述腔体的端面为平面；

所述匀气板为槽形，所述匀气板的槽形开口朝向所述介质窗。

作为一种可实施方式，所述匀气板活动安装于所述介质窗上；

所述匀气板与所述介质窗之间设置密封胶圈。

作为一种可实施方式，所述喷气孔的形状为圆形、椭圆形、菱形或方形。

作为一种可实施方式，所述的等离子体系统还包括盲板；

所述盲板的数量与所述进气板的数量之和等于所述通孔的数量；

当多个所述通孔中的部分所述通孔上未对应覆盖所述进气板时，所述盲板覆盖在未覆盖所述进气板的所述通孔上。

作为一种可实施方式，所述进气板通过紧固件安装于所述匀气板上。

作为一种可实施方式，所述匀气板、所述进气板的材料与所述介质窗相同。

作为一种可实施方式，所述匀气板、所述进气板与所述介质窗的材料为石英。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：气体能有效注入到晶圆的外表面的整个区域，均匀到达晶圆的中心和边缘位置，有效解决了晶圆的边缘进气少的问题，提高了刻蚀均匀性，保证了刻蚀质量。经过长时间的工艺过程后，发生喷气孔堵塞时，可以灵活对进气板进行拆装，清洗，节约了时间，避免了无效劳动。

附图说明

图1为等离子体系统中喷嘴的结构示意图；

图2为现有技术的等离子体系统的结构示意图；

图3为本发明的等离子体系统实施例一的结构示意图；

图4为本发明的等离子体系统实施例一的介质窗与喷嘴的结构示意图；

图5为本发明的等离子体系统实施例一中匀气结构的主视示意图；

图6为本发明的等离子体系统实施例一中匀气结构的剖视示意图；

图7为本发明的匀气结构中的进气板的主视示意图；

图8为本发明的匀气结构中的进气板的剖视示意图；

图9为本发明的等离子体系统实施例二的结构示意图。

具体实施方式

为了解决刻蚀不均匀性的问题，提出了一种匀气结构及具有该匀气结构的等离子体系统来提高气体分布的均匀性，从而提高刻蚀均匀性。

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

请参阅图3和图4所示，图3为本发明的等离子体系统实施例一的结构示意图，图4为本发明的等离子体系统实施例一的介质窗与喷嘴的结构示意图，本发明的实施例一的等离子体系统200包括喷嘴210、介质窗220、腔体230与匀气结构。

介质窗220置于腔体230的开口上。介质窗220的中部设置安装孔，喷嘴210插入安装孔中。

匀气结构包括匀气板280与进气板290。匀气板280置于喷嘴210的下方，并固定于介质窗220上。

喷嘴210通过喷嘴固定结构250安装在介质窗220上。晶圆通过静电卡盘240固定在腔体230内。射频电源260通过射频线圈270，将气体解离形成等离子体。

请结合图5和图6所示，图5为本发明的等离子体系统实施例一中匀气结构的主视示意图，图6为本发明的等离子体系统实施例一中匀气结构的剖视示意图，在匀气板280上的中部设置通孔，进气板290覆盖在匀气板280的通孔上。在进气板290上设置喷气孔292。

气体从喷嘴210中流入，经由通孔与喷气孔292位置对应的重叠部分，通入腔体230内。匀气结构使气体可以均匀分布于腔体230内。

进气板290的数量、喷气孔292的直径和密度分布可根据实际工艺要求进行选择。

作为一种可实施方式，本实施例一中，通孔的尺寸和形状与进气板290的尺寸和形状相匹配，进气板290完全置于通孔内。可以根据刻蚀、晶圆等要素设计不同尺寸的进气板290。

作为一种可实施方式，进气板290活动安装于匀气板280的通孔内。

作为一种可实施方式，通孔的数量为多个。

作为一种可实施方式，喷气孔292的数量为多个。

在实施例一中，设计两种长度尺寸的进气板290，每种尺寸使用两个；匀气板280上分别设置两种尺寸的通孔，每种尺寸的通孔对应使用两个。匀气板280为圆形，通孔根据圆形外形设计不同的尺寸，均匀分布在匀气板280上。

通孔中完全放置进气板290。两种尺寸的进气板290上喷气孔292的数量均为九个。

请再参阅图3所示，在实施例一中，在介质窗220靠近腔体230的端面的中部设置凹槽。安装孔位于凹槽的底部，且设置在中心位置，有利于提高工艺过程中气体分布的均匀性。匀气板280内嵌于凹槽内，这样的布置可使实施例一减少匀气结构占用的空间，使等离子体装置200结构紧凑。

匀气板280与凹槽的底部之间具有预设的距离，本实施例中，匀气板280的上表面与凹槽的底部不贴合。一般对匀气板280与凹槽的底部之间的距离值不作要求。

喷嘴210中流入的气体，在匀气板280与凹槽的底部之间的空腔中蓄积，再从匀气板280上安装的进气板290的喷气孔292中发散出去。

通过空腔对气体的缓冲蓄积作用，有利于提高工艺过程中气体分布的均匀性，从而提高刻蚀质量。由于空腔的体积较小，而且形状细长狭小，气体以一定流量从喷嘴210通入后，可以在空腔内保持一个相对较高的气压，这样使更多的气体可以通过边缘的圆周喷气孔进入腔体230，从而增加了在匀气板280边缘的进气量。

请参阅图7和图8所示，图7为本发明的匀气结构中的进气板的主视示意图，图8为本发明的匀气结构中的进气板的剖视示意图，喷气孔292的形状为圆形、椭圆形、菱形或方形，本实施例一中使用圆形的喷气孔292。

作为一种可实施方式，进气板290通过紧固件294安装于匀气板280上，在实施例一中，紧固件294为紧固螺栓，可拆卸的安装方式可以方便进气板290的更换和维修，并根据工艺需要灵活对进气板290的布置位置和安装数量进行调整。

本发明的实施例中，经过长时间的工艺过程，发生喷气孔292堵塞时，通过拆卸紧固件294，可以灵活对进气板290进行拆装，清洗，节约了时间，避免了无效劳动。

作为一种可实施方式，匀气板280、进气板290的材料与介质窗220相同。

作为一种可实施方式，介质窗220、匀气板280与进气板290的材料为石英。

作为一种可实施方式，匀气板280活动安装于介质窗220上，匀气板280可通过连接件284可拆卸地安装到介质窗220上，在实施例一中，连接件284为紧固螺栓，通过拆卸连接件284，可方便地对匀气板280进行更换和维修。

较优地，请再参阅图5所示，在匀气板280与介质窗220之间设置密封胶圈282。

请参阅图9所示，其为本发明的等离子体系统实施例二的结构示意图，在等离子体系统200中，介质窗220靠近腔体230的端面为平面。匀气板280为槽形，匀气板280的槽形开口朝向介质窗220。匀气板280活动安装在介质窗320的下表面上。

作为一种可实施方式，等离子体系统200还包括盲板，盲板的数量与进气板290的数量之和等于通孔的数量。

当多个通孔中的部分通孔上未对应覆盖进气板290时，盲板覆盖在未覆盖进气板290的通孔上。一般地，可根据实际工艺的需求选择相应数量的进气板290。以实施例一中四个通孔为例，若只用到三个以下进气板290，可将多余的通孔位置用盲板遮盖。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种匀气结构，其特征在于，包括匀气板与进气板；

所述匀气板上设置通孔；

所述进气板覆盖在所述匀气板的通孔上，所述进气板上设置喷气孔。

2.根据权利要求1所述的匀气结构，其特征在于，所述通孔的尺寸和形状与所述进气板的尺寸和形状相匹配；

所述进气板活动安装于所述匀气板的通孔内。

3.根据权利要求1所述的匀气结构，其特征在于，所述通孔的数量为多个。

4.根据权利要求1所述的匀气结构，其特征在于，所述喷气孔的数量为多个。

5.一种等离子体系统，包括腔体、介质窗与喷嘴，其特征在于，还包括权利要求1至4任一项所述的匀气结构；

所述介质窗置于所述腔体的开口上；

所述介质窗的中部设置安装孔，所述喷嘴插入所述安装孔中；

所述匀气板置于所述喷嘴的下方，并安装于所述介质窗上；

气体从所述喷嘴中流入，经由所述通孔与所述喷气孔位置对应的重叠部分，通入所述腔体内。

6.根据权利要求5所述的等离子体系统，其特征在于，在所述介质窗靠近所述腔体的端面的中部设置凹槽；

所述安装孔位于所述凹槽的底部；所述匀气板内嵌于所述凹槽内；

所述匀气板与所述凹槽的底部之间具有预设的距离。

7.根据权利要求5所述的等离子体系统，其特征在于，所述介质窗靠近所述腔体的端面为平面；

所述匀气板为槽形，所述匀气板的槽形开口朝向所述介质窗。

8.根据权利要求6或7所述的等离子体系统，其特征在于，所述匀气板活动安装于所述介质窗上；

所述匀气板与所述介质窗之间设置密封胶圈。

9.根据权利要求5所述的等离子体系统，其特征在于，所述喷气孔的形状为圆形、椭圆形、菱形或方形。

10.根据权利要求5所述的等离子体系统，其特征在于，还包括盲板；

所述盲板的数量与所述进气板的数量之和等于所述通孔的数量；

当多个所述通孔中的部分所述通孔上未对应覆盖所述进气板时，所述盲板覆盖在未覆盖所述进气板的所述通孔上。

11.根据权利要求6或7所述的等离子体系统，其特征在于，所述进气板通过紧固件安装于所述匀气板上。

12.根据权利要求5所述的等离子体系统，其特征在于，所述匀气板、所述进气板的材料与所述介质窗相同。

13.根据权利要求12所述的等离子体系统，其特征在于，所述匀气板、所述进气板与所述介质窗的材料为石英。