CN113013011B - 气体分配装置及等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气体分配装置，包括气体挡板及安装基板，气体挡板包括中心气体入口、边缘气体入口、中心气体扩散区域及边缘气体扩散区域，中心气体扩散区域与边缘气体扩散区域之间的区域设置有环形气体通道及环形容纳通道，环形气体通道与环形容纳通道交错设置；安装基板上设置有贯穿安装基板表面的孔道，孔道与中心气体扩散区域、边缘气体扩散区域及环形气体通道相连通；气体自中心气体入口和/或边缘气体入口流入至相应的气体扩散区域并向环形气体通道与环形容纳通道内扩散，于任一环形容纳通道内设置环形密封圈，以限制气体的扩散，从而将气体限制于所需区域的气体扩散区域与通道内，进而进一步使气体释放至对应区域的孔道内。

Description

气体分配装置及等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及等离子体刻蚀技术领域，尤其涉及可自由调节气体分布面积的气体分配装置及具有该气体分配装置的等离子体处理装置。
背景技术
在等离子体处理装置进行刻蚀工艺处理的过程中，需要引入不同的刻蚀气体，且这些气体需要分布于待刻蚀晶片的相应所需刻蚀区域内。
现有技术中，设置于等离子体处理装置内的气体分配装置，其内的气体传输路径及气体分配区域面积都被固定，自气体入口引入的气体会被分配至固定的流道区域，而形成固定的气体分配面积，而后被释放至刻蚀区域中的一固定区域。若对晶片进行不同工艺处理时，既需要通入不同的气体，且不同工艺中气体在气体分配装置中的分配面积需不同，因此需要更换相应的气体分配装置以满足不同的工艺处理，更换过程复杂，且需要较高的更换费用。
因此，亟需一种可自由调节气体分布面积的气体分配装置，以将刻蚀气体引入至所需的刻蚀区域内。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种气体分配装置，有效解决现有技术存在的问题，使得被引入的气体被填充至相应刻蚀工艺所需要的区域内。
为实现上述目的，本发明提供一种气体分配装置，包括气体挡板及与气体挡板固定连接的安装基板，
所述气体挡板包括中心气体入口、边缘气体入口、与中心气体入口连通的中心气体扩散区域及与边缘气体入口连通的边缘气体扩散区域，所述中心气体扩散区域与边缘气体扩散区域之间的区域设置有若干环形气体通道及若干环形容纳通道，所述环形气体通道与环形容纳通道交错设置；
所述安装基板上设置有贯穿安装基板表面的孔道，所述孔道与所述中心气体扩散区域、边缘气体扩散区域及环形气体通道相连通；
气体自中心气体入口和/或边缘气体入口流入至相应的气体扩散区域并向气体扩散区域周围的环形气体通道与环形容纳通道内扩散，于任一环形容纳通道内设置环形密封圈，以限制气体的扩散，从而将气体限制于所需区域的气体扩散区域与通道内，进而进一步使气体释放至对应区域的孔道内。
可选的，所述气体挡板进一步包括中间气体入口及与中间气体入口相连通的中间气体扩散区域，所述中间气体入口位于中心气体入口与边缘气体入口之间，所述中间气体扩散区域位于中心气体扩散区域与边缘气体扩散区域之间。
可选的，所述中心气体扩散区域与中间气体扩散区域之间的区域设置有若干环形气体通道及若干环形容纳通道，所述中间气体扩散区域与边缘气体扩散区域之间的区域设置有若干环形气体通道及若干环形容纳通道，各气体扩散区域之间的若干环形气体通道及若干环形容纳通道交错设置。
可选的，气体自中心气体入口、中间气体入口和边缘气体入口中的至少之一者流入至相应的气体扩散区域并向该气体扩散区域周围的环形气体通道与环形容纳通道扩散，于任一环形容纳通道内设置环形密封圈，以限制气体的扩散，从而将气体限制于所需区域的气体扩散区域与通道内，进而进一步使气体释放至对应区域的孔道内。
可选的，所述环形气体通道与环形容纳通道的侧面开设有开口，以使气体于环形气体通道及未设置有环形密封圈的环形容纳通道之间流通。
可选的，设置于安装基板上的孔道与各气体扩散区域及各环形气体通道相连通，而与所述环形容纳通道不连通。
可选的，所述边缘气体扩散区域的外侧设置有环形槽，所述环形槽内设置有环形密封圈，以阻止气体向气体分配装置的外部流出。
可选的，所述气体分配装置的下方连接有气体喷淋头，气体于气体分配装置内分区后被气体喷淋头喷射至一等离子体装置的等离子体反应区内。
可选的，各扩散区域之间设置有至少2组环形气体通道及至少3组环形容纳通道。
可选的，设置于环形容纳通道内的环形密封圈的直径介于30mm至120mm之间。
可选的，所述气体挡板与安装基板通过螺栓固定连接。
本发明还提供一种等离子体处理装置，包括：
由多个壁围成的反应腔；
设置在反应腔内的基座，用于固定基片；
设置在反应腔内的气体喷淋头，用于引入气体至反应腔内，所述气体喷淋头与所述基座之间为等离子体反应区域；
设置在气体喷淋头上方的气体分配装置，用于对传入的气体进行分区后释放至所述气体喷淋头，所述气体分配装置具有如上述任一项所述特征。
相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：本发明提供的气体分配装置包括气体挡板及安装基板，气体挡板上设置有多个气体入口及与相应气体入口连通的多个气体扩散区域，各气体扩散区域之间设置交错排列的若干环形气体通道及若干环形容纳通道，安装基板上设置有与各气体扩散区域及环形容纳通道相连通的孔道，气体自气体入口流入至相应的气体扩散区域并向该气体扩散区域周围的环形气体通道与环形容纳通道内扩散，通过于某一环形容纳通道内设置环形密封圈而阻止气体的扩散，如此可将充入的不同气体通过环形密封圈的阻隔而被限制于相应的区域面积内，并且当进行不同的等离子体刻蚀工艺，而需要改变之前工艺中的气体分布区域面积时，只需改变环形密封圈的设置位置，即可改变气体分布区域面积，并且多种气体经密封圈的阻隔，也不会发生混合的现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1公开了一种设置有气体分配装置的等离子体处理装置；
图2公开了第一种实施方式的气体分配装置的剖视示意图；
图3公开了第一种实施方式的气体分配装置中的气体挡板侧视图；
图4公开了第二种实施方式的气体分配装置的剖视示意图；
图5公开了第二种实施方式的气体分配装置中的气体挡板侧视图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1描述了一种用于等离子体处理的等离子体处理装置。该等离子体处理装置包括由多个壁围成的反应腔100。反应腔100包括由金属材料制成的大致为圆柱形的反应腔侧壁100a和顶壁100b。反应腔100的上部设置有气体喷淋头110和与气体喷淋头110相对位于反应腔100下部的基座120。气体喷淋头110与基座120之间形成一等离子体反应区域。气体喷淋头110的上方连接有气体分配装置130，气体于气体分配装置130内分区后被气体喷淋头110喷射至等离子体反应区内。基座120用于承载待处理基片w。
反应腔100内进一步包括环绕于气体分配装置130的隔离环140，用于限制等离子体于隔离环140所设有的壁体内以防止等离子体扩散腐蚀反应腔100的各壁面。环绕基座120设置有等离子体约束环150，等离子体约束环150上设有排气通道，通过合理设置排气通道的深宽比例，在实现将反应气体排出的同时，将等离子体约束在等离子体反应区内，避免等离子体泄露到非反应区域，造成非反应区域的部件损伤。基座120与等离子体约束环150之间设置有绝缘环160，用于提供电场屏蔽，避免等离子体泄露。
图2描述了用于等离子体处理装置内进行气体分配的第一种实施方式的气体分配装置130剖视示意图。该气体分配装置130包括位于上方的气体挡板170及固定连接于气体挡板170下方的安装基板180。气体挡板170与安装基板180呈圆盘状，且在上下方向上通过螺栓200固定连接。
请一并参照图3所示的第一种实施方式的气体挡板170侧视图。气体挡板170上设置有位于中心位置的中心气体入口171、位于中心气体入口171外侧的边缘气体入口172、与中心气体入口171相连通的中心气体扩散区域173及与边缘气体入口172相连通的边缘气体扩散区域174。中心气体入口171与边缘气体入口172位于气体挡板170的顶部，中心气体扩散区域173与边缘气体扩散区域174位于气体挡板170的底部。中心气体扩散区域173与边缘气体扩散区域174之间的区域设置有若干环形气体通道175及若干环形容纳通道176，若干环形气体通道175与若干环形容纳通道176交错设置。各环形气体通道175与环形容纳通道176的侧面开设有开口177。
安装基板180上设置有贯穿安装基板180表面的若干孔道181，这些孔道181环绕分列于安装基板180的大部分区域。
将气体挡板170与安装基板180在上下方向上螺栓固定连接而形成一气体分配装置130。安装基板180上的孔道181在上下方向上与气体挡板170上的中心气体扩散区域173、边缘气体扩散区域174及环形气体通道175相连通，而气体挡板170上的各环形容纳通道176并未与安装基板180上的孔道181相连通而是被安装基板180的壁面阻隔。
图4及图5描述了用于等离子体处理装置内进行气体分配的第二种实施方式的气体分配装置230剖视示意图。
相较于第一种实施方式，第二种实施方式的气体分配装置230的气体挡板270于中心气体入口271与边缘气体入口272之间进一步设置中间气体入口278，同时于中心气体扩散区域273与边缘气体扩散区域274之间进一步设置中间气体扩散区域279，该中间气体扩散区域279与中间气体入口278相连通。中心气体入口271、中间气体入口278及边缘气体入口272位于气体挡板270的顶部，中心气体扩散区域273、中间气体扩散区域279与边缘气体扩散区域274位于气体挡板270的底部。中心气体扩散区域273与中间气体扩散区域279之间的区域设置有若干环形气体通道275及若干环形容纳通道276，若干环形气体通道275与若干环形容纳通道276交错设置。中间气体扩散区域279与边缘气体扩散区域274之间的区域设置有若干环形气体通道275及若干环形容纳通道276，若干环形气体通道275与若干环形容纳通道276交错设置。各区域内的各环形气体通道275与环形容纳通道276的侧面开设有开口277。
第二种实施方式中的气体挡板270与安装基板280的安装方式与第一种实施方式相同，安装基板280上的孔道281在上下方向上与气体挡板270上的中心气体扩散区域273、中间气体扩散区域279、边缘气体扩散区域274及环形气体通道275相连通，而气体挡板270上的各环形容纳通道276并未与安装基板280上的孔道281相连通而是被安装基板280的壁面阻隔。
在等离子体处理装置进行刻蚀工艺处理的过程中，需要引入不同的刻蚀气体，且这些气体需要分布于待刻蚀晶片的所需刻蚀区域内，传统的设置于等离子体处理装置内的气体分配装置的结构，其内的气体传输路径及气体分配区域面积都被固定，自气体入口引入的气体会被分配至固定的流道区域内而后引入固定的刻蚀区域，若对晶片进行不同工艺处理时，需要不同的气体流入该工艺所需的流道区域并引入所需的刻蚀区域内时，需要更换相应的气体分配装置，更换过程复杂，且需要较高的更换费用。
而本申请中的第一种实施方式的气体分配装置130，气体自中心气体入口171和/或边缘气体入口172流入至相应的中心气体扩散区域173和/或边缘气体扩散区域174，并向该气体扩散区域周围的环形气体通道175与环形容纳通道176扩散，且各环形气体通道175与环形容纳通道176的侧面开设的开口177有助于更顺畅的气体流动，同时各气体会被引入安装基板180的孔道181内以被释放至晶片相应的等离子体反应区域内。当需要进行刻蚀工艺处理时，可根据该刻蚀工艺所需要的于晶片上的刻蚀区域，于任一环形容纳通道176内设置环形密封圈190，以限制气体的进一步扩散，从而将气体限制于所需区域的气体扩散区域与未被环形密封圈190堵塞流路的环形气体通道175及环形容纳通道176内，进而进一步使气体释放至对应区域的孔道181内，并通过这些孔道181将分区后的气体释放至位于气体分配装置130下方的气体喷淋头110，并由气体喷淋头110喷射至相应区域的等离子体处理区。
同理，第二种实施方式的气体分配装置230，气体自中心气体入口271、中间气体入口278和边缘气体入口272中的至少之一者流入至相应的中心气体扩散区域273、中间气体扩散区域279和/或边缘气体扩散区域274，并向该气体扩散区域周围的环形气体通道275与环形容纳通道276扩散，且各环形气体通道275与环形容纳通道276的侧面开设的开口277有助于更顺畅的气体流动，同时各气体会被引入安装基板280的孔道281内以被释放至晶片相应的等离子体反应区域内。当需要进行刻蚀工艺处理时，可根据该刻蚀工艺所需要的于晶片上的刻蚀区域，于任一环形容纳通道276内设置环形密封圈290，以限制气体的进一步扩散，从而将气体限制于所需区域的气体扩散区域与未被环形密封圈290堵塞流路的环形气体通道275及环形容纳通道276内，并通过这些孔道281将分区后的气体释放至位于气体分配装置230下方的气体喷淋头110，并由气体喷淋头110喷射至相应区域的等离子体处理区。
优选的，于第一种实施方式的中心扩散区域173与边缘扩散区域174之间设置有至少2组环形气体通道175及至少3组环形容纳通道176。于第二种实施方式的中心气体扩散区域273、中间气体扩散区域279及边缘气体扩散区域274各区域之间均设置有至少2组环形气体通道275及至少3组环形容纳通道276。同时在两种实施方式中均设置有与各环形容纳通道的直径相对应的环形密封圈以封堵环形容纳通道，具体的，环形密封圈的直径介于30mm至120mm之间。待进行不同区域刻蚀工艺时，只需置换相应的环形密封圈即可。且环形密封圈密封性能好、价格便宜，能够带来非常好的实用效果，且刻蚀过程中，常常需要在不同的区域流入不同的刻蚀气体，而环形密封圈既能限制气体的扩散区域面积也能较好的隔离不同气体。
另外，第一种实施方式与第二实施方式中气体挡板的边缘气体扩散区域的外侧均设置有环形槽210，该环形槽210内设置有环形密封圈220，以阻止气体向气体分配装置的外部流出。
本申请于第一种实施方式及第二种实施方式中的环形气体通道及环形容纳通道的侧面开设有开口，以助于更顺畅的气体流动，当然在其他实施方式中，可均不开设开口或者选择性的开设开口，同时气体可于气体挡板与安装基板相结合的表面之间的缝隙进行流通。环形密封圈封堵于某一环形容纳通道内时，该环形密封圈能贴合至环形容纳通道的各壁与安装基板顶壁而具有较好的密封性能。
本申请于第一种实施方式中的气体挡板170上设置两个气体扩散区域，于第二种实施方式中的气体挡板270上设置三个气体扩散区域，在相邻的气体扩散区域内设置若干环形气体通道及若干环形容纳通道，通过于某一环形容纳通道内设置环形密封圈达到将气体进行分区的目的，在其他实施方式中并不以此为限，可设置多于三个气体扩散区域的扩散区域，并于相邻的扩散区域内设置多个环形气体通道及多个环形容纳通道，通过于某一环形容纳通道内设置环形密封圈达到将气体进行分区的目的均应被本申请所涵盖。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (12)

1.一种气体分配装置，包括气体挡板及与气体挡板固定连接的安装基板，其特征在于：
所述气体挡板包括中心气体入口、边缘气体入口、与中心气体入口连通的中心气体扩散区域及与边缘气体入口连通的边缘气体扩散区域，所述中心气体扩散区域与边缘气体扩散区域之间的区域设置有若干环形气体通道及若干环形容纳通道，所述环形气体通道与环形容纳通道交错设置；
所述安装基板上设置有贯穿安装基板表面的孔道，所述孔道与所述中心气体扩散区域、边缘气体扩散区域及环形气体通道相连通；
其中，气体自中心气体入口和/或边缘气体入口流入至相应的气体扩散区域并向气体扩散区域周围的环形气体通道与环形容纳通道内扩散，于任一环形容纳通道内设置环形密封圈，以限制气体的扩散，从而将气体限制于所需区域的气体扩散区域与通道内，进而进一步使气体释放至对应区域的孔道内。
2.如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于：所述气体挡板进一步包括中间气体入口及与中间气体入口相连通的中间气体扩散区域，所述中间气体入口位于中心气体入口与边缘气体入口之间，所述中间气体扩散区域位于中心气体扩散区域与边缘气体扩散区域之间且与中心气体扩散区域、边缘气体扩散区域间隔开。
3.如权利要求2所述的气体分配装置，其特征在于：所述中心气体扩散区域与中间气体扩散区域之间的区域设置有若干环形气体通道及若干环形容纳通道，所述中间气体扩散区域与边缘气体扩散区域之间的区域设置有若干环形气体通道及若干环形容纳通道，各气体扩散区域之间的若干环形气体通道及若干环形容纳通道交错设置。
4.如权利要求3所述的气体分配装置，其特征在于：气体自中心气体入口、中间气体入口和边缘气体入口中的至少之一者流入至相应的气体扩散区域并向该气体扩散区域周围的环形气体通道与环形容纳通道扩散，于任一环形容纳通道内设置环形密封圈，以限制气体的扩散，从而将气体限制于所需区域的气体扩散区域与通道内，进而进一步使气体释放至对应区域的孔道内。
5.如权利要求1至4任一项所述的气体分配装置，其特征在于：所述环形气体通道与环形容纳通道的侧面开设有开口，以使气体于环形气体通道及未设置有环形密封圈的环形容纳通道之间流通。
6.如权利要求1至4任一项所述的气体分配装置，其特征在于：设置于安装基板上的孔道与各气体扩散区域及各环形气体通道相连通，而与所述环形容纳通道不连通。
7.如权利要求1至4任一项所述的气体分配装置，其特征在于：所述边缘气体扩散区域的外侧设置有环形槽，所述环形槽内设置有环形密封圈，以阻止气体向气体分配装置的外部流出。
8.如权利要求1至4任一项所述的气体分配装置，其特征在于：所述气体分配装置的下方连接有气体喷淋头，气体于气体分配装置内分区后被气体喷淋头喷射至一等离子体装置的等离子体反应区内。
9.如权利要求1至4任一项所述的气体分配装置，其特征在于：各扩散区域之间设置有至少2组环形气体通道及至少3组环形容纳通道。
10.如权利要求1至4任一项所述的气体分配装置，其特征在于：设置于环形容纳通道内的环形密封圈的直径介于30mm至120mm之间。
11.如权利要求1至4任一项所述的气体分配装置，其特征在于：所述气体挡板与安装基板通过螺栓固定连接。
12.一种等离子体处理装置，包括：
由多个壁围成的反应腔；
设置在反应腔内的基座，用于固定基片；
设置在反应腔内的气体喷淋头，用于引入气体至反应腔内，所述气体喷淋头与所述基座之间为等离子体反应区域；
设置在气体喷淋头上方的气体分配装置，用于对传入的气体进行分区后释放至所述气体喷淋头，所述气体分配装置具有如权利要求1至4任一项所述特征。
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