CN113871280B - 等离子体处理装置及其边缘气体组件 - Google Patents
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Abstract
一种等离子体处理装置及其边缘气体组件，其中，等离子体处理装置包括：真空反应腔，其包括顶盖，所述顶盖具有贯穿顶盖的开口，真空反应腔内底部具有基座，所述基座用于承载待处理基片；安装基板，位于所述开口内；气体喷淋头，位于所述安装基板的下方，所述气体喷淋头与基座相对设置；边缘气体组件，环绕于所述气体喷淋头的外围，包括至少两个互相隔离的边缘气体调节区，每个所述边缘气体调节区设置进气通道和出气通道，所述出气通道朝向待处理基片的边缘区域；气体源，用于向所述边缘气体调节区输送气体，且各个边缘气体调节区的气体输送情况均独立可控。所述等离子体处理装置能调节待处理基片边缘区域等离子体的浓度分布。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种等离子体处理装置及其边缘气体组件。
背景技术
现有的等离子体处理装置包括电容耦合等离子体刻蚀设备(CCP)和感应耦合等离子体刻蚀设备(ICP)。所述等离子体处理装置中等离子体的密度分布与待处理基片的刻蚀速率成正比，等离子体的密度越高刻蚀速率越高，等离子体的密度越低刻蚀速率越低。然而，所述等离子体处理装置的反应腔的侧壁通常设有基片传输口，所述基片传输口用于传进或者传出基片。由于所述基片传输口的存在，以及反应腔内其它影响刻蚀均匀性的因素存在，使得待处理基片边缘区域不同相位角上刻蚀速率的均一性较差，且所述待处理基片边缘区域的等离子体浓度难以调节。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种等离子体处理装置及其边缘气体组件，以使待处理基片边缘区域的等离子体的浓度分布可调。
为解决上述技术问题，本发明提供一种等离子体处理装置，包括：真空反应腔，其包括顶盖，所述顶盖具有贯穿其顶盖的开口，所述真空反应腔内底部具有基座，所述基座用于承载待处理基片；安装基板，位于所述开口内，气体喷淋头，位于所述安装基板的下方，所述气体喷淋头与基座相对设置；边缘气体组件，环绕于所述气体喷淋头的外围，包括至少两个互相隔离的边缘气体调节区，每个所述边缘气体调节区设置进气通道和出气通道，所述出气通道朝向待处理基片的边缘区域；气体源，用于向所述进气通道输送气体，且各个边缘气体调节区的气体输送情况独立可控。
可选的，所述边缘气体组件的本体材料包括：铝合金；所述边缘气体组件的本体表面设于耐等离子体涂层。
可选的，所述边缘气体组件的本体材料包括：硅或者石英。
可选的，所述顶盖与边缘气体组件一体成型。
可选的，所述顶盖与边缘气体组件为两个独立的部件，两者之间通过机械固定或者通过焊接连接在一起。
可选的，所述顶盖内设置有入口和出口，所述出口与边缘气体组件的进气通道连通，所述气体源与入口连通，使气体源输送的气体通过出气通道输出。
可选的，所述安装基板包括承载于顶盖上的承载部分，在所述承载部分和位于承载部分下方顶盖内形成通道，所述通道包括入口和出口，所述出口与进气通道连通，所述入口与气体源连接。
可选的，所述边缘气体组件为一完整的环形结构，且相邻边缘气体调节区之间相互隔离。
可选的，所述边缘气体组件为若干个相互分立的弧段结构。
可选的，所述边缘气体组件为若干个相互分立的喷嘴结构。
可选的，所述进气通道与出气通道之间还设置有气体缓冲腔。
可选的，所述边缘气体组件的底部到基座表面的距离大于气体喷淋头的底部到基座表面的距离，所述边缘气体组件的底部设置所述出气通道。
可选的，所述边缘气体组件的底部到基座的表面的距离小于气体喷淋头底部到基座表面的距离，且所述边缘气体组件的底部包括一切面，所述切面朝向待处理基片，所述边缘出气通道位于所述切面上。
可选的，所述边缘气体组件的底部低于基座的表面，所述边缘气体组件位于所述气体喷淋头与基座之间的侧壁上设置所述出气通道。
可选的，位于所述开口内的安装基板包括第一进气区域、包围所述第一进气区域的第二进气区域和包围所述第二进气区域的第三进气区域；所述气体喷淋头包括第一出气区域、包围所述第一出气区域的第二出气区域和包围所述第二出气区域的第三出气区域，且所述第一进气区域与第一出气区域连通，所述第二进气区域与第二出气区域连通，所述第三进气区域与第三出气区域连通。
可选的，所述第一进气区域、第二进气区域和第三进气区域均分别与工艺气体源和调节气体源连接；所述气体源为工艺气体源或者调节气体源。
可选的，还包括：设于所述边缘气体组件外围的可移动环。
可选的，所述气体源与各个边缘气体调节区的进气通道上之间还设置控制阀，用于控制各个边缘气体调节区输送气体的情况。
相应的，本发明还提供一种用于等离子体处理装置的边缘气体组件，所述等离子体处理装置包括真空反应腔和位于真空反应腔顶部的气体喷淋头，所述边缘气体组件设于所述气体喷淋头的外围，所述边缘气体组件包括：至少两个互相隔离的边缘气体调节区，每个所述边缘气体调节区设置进气通道和出气通道。
可选的，所述边缘气体组件为一完整的环形结构，且相邻边缘气体调节区之间相互隔离。
可选的，所述边缘气体组件为若干个相互分立的弧段结构。
可选的，所述边缘气体组件为若干个相互分立的喷嘴结构。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明技术方案提供的等离子体处理装置中，所述气体喷淋头的外围设置有边缘气体组件，所述边缘气体组件包括至少两个相隔离的边缘气体调节区，每个所述边缘气体调节区的出气通道朝向待处理基片的边缘区域，用于向待处理基片的边缘区域输送气体。由于相邻两个边缘气体调节区之间相互隔断，使得各个边缘气体调节区的气体输送情况相互之间不受影响，因此，可根据各个边缘气体调节区的实际需要，对各个边缘气体调节区的气体输送情况进行调整，使待处理基片边缘区域沿其周向等离子体的浓度分布可调以满足不同的需求。
附图说明
图1为本发明一种等离子体处理装置的结构示意图；
图2是本发明一种气体供应的设计示意图；
图3是本发明另一种气体供应的设计示意图；
图4是本发明一种顶盖的俯视图；
图5是本发明一种边缘气体组件的俯视图；
图6是本发明另一种边缘气体组件的俯视图。
具体实施方式
本发明技术方案提供一种等离子体处理装置，在所述气体喷淋头的外围增设边缘气体组件，且所述边缘气体组件内设有进气通道和出气通道，所述进气通道与气体源连接，所述出气通道朝向待处理基片的边缘区域。所述边缘气体组件包括至少两个相互隔离的边缘气体调节区，每个边缘气体调节区的气体输送情况可独立可控，可根据需要进行各个边缘气体调节区气体的输送情况，使待处理基片边缘区域的等离子体浓度可调。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1是本发明一种等离子体处理装置的结构示意图；图2和图3是本发明的两种气体供应的设计示意图；图4是本发明一种顶盖的俯视图。
请参考图1至图4，等离子体处理装置10包括：真空反应腔100，其包括顶盖112，所述顶盖112具有贯穿其顶盖112的开口120，所述真空反应腔100内底部具有基座101，所述基座101用于承载待处理基片；安装基板102，位于所述开口120内；气体喷淋头103，位于所述安装基板102的下方，所述气体喷淋头103与基座101相对设置；边缘气体组件106，环绕于所述气体喷淋头103的外围，包括至少两个互相隔离的边缘气体调节区A(见图2、图3或图4)，每个所述边缘气体调节区A设置进气通道105和出气通道107，所述出气通道107朝向待处理基片的边缘区域；气体源，用于向所述进气通道105内输送气体，且各个边缘气体调节区的气体输送情况独立可控。
在本实施例中，等离子体处理装置10为电容耦合等离子体刻蚀装置。所述安装基板102包括第一进气区域102a、包围所述第一进气区域102a的第二进气区域102b和包围所述第二进气区域102b的第三进气区域102c；所述气体喷淋头包括第一出气区域、包围所述第一出气区域的第二出气区域和包围所述第二出气区域的第三出气区域，且所述第一进气区域102a与第一出气区域连通，所述第二进气区域102b与第二出气区域连通，所述第三进气区域102c与第三出气区域连通。
所述第一进气区域102a、第二进气区域102b和第三进气区域102c与工艺气体源130连接，所述工艺气体源130用于向所述第一进气区域102a、第二进气区域102b和第三进气区域102c内输送工艺气体，而所述第一进气区域102a与第一出气区域连通，所述第二进气区域102b与第二出气区域连通，所述第三进气区域102c与第三出气区域连通，使得工艺气体能够通过第一出气区域、第二出气区域和第三出气区域进入真空反应腔100内，用于向待处理基片的中心区域输送工艺气体。通常在所述基座101上施加射频功率源，使所述工艺气体在气体喷淋头103与基座101之间形成等离子体，所述等离子体用于对待处理基片的中心区域进行刻蚀，其中，所述工艺气体包括：C4F8、Cl2，HBr，C4F8，O2，Ar，C4F6，CO，H2或CHF3。所述工艺气体源130向第一进气区域102a、第二进气区域102b和第三进气区域102c输送的工艺气体的流量较大，用于较快的向待处理基片的中心区域输送工艺气体。
所述第一进气区域102a、第二进气区域102b和第三进气区域102c还与调节气体源140连接，所述调节气体源140用于向所述第一进气区域102a、第二进气区域102b和第三进气区域102c内输送调节气体，由于所述第一进气区域102a与第一出气区域连通，所述第二进气区域102b与第二出气区域连通，所述第三进气区域102c与第三出气区域连通，使得调节气体能够通过第一出气区域、第二出气区域和第三出气区域进入真空反应腔100内。所述调节气体在射频功率源的作用下也将形成等离子体。其中，所述调节气体包括氧气和C4F8，所述调节气体的流量较小，用于微调进入第一进气区域102a、第二进气区域102b和第三进气区域102c的气体量，有利于缩小第一进气区域102a、第二进气区域102b和第三进气区域102c对应的待处理基片上方的等离子体浓度的差异，进而提高待处理基片中心区域刻蚀速率的一致性。
为了限制等离子体的范围，通常在气体喷淋头103的外围设置可移动环111。所述可移动环111除了限制等离子体的范围外，还用于保护真空反应腔100的内侧壁接触等离子体，因此，有利于防止真空反应腔100的内侧壁受到等离子体的腐蚀。
所述可移动环111的材料通常为陶瓷，而陶瓷对射频的阻挡能力较差，则射频能够穿过陶瓷到达真空反应腔100的侧壁。然而，通常会在真空反应腔100的侧壁设置基片传输口108以为了方便基片的传进传出，具体的，当待处理基片需要利用所述等离子体处理装置对其表面进行处理时，通过所述基片传输口108将待处理基片传入真空反应腔100内，所述待处理基片在等离子体处理装置内进行表面处理；当所述待处理基片在所述真空反应腔100内完成处理后，则通过基片传输口108将其传出。由于真空反应腔100的侧壁设置有一基片传输口108，而其它位置却没有，因此，易产生等离子体沿待处理基片周向方向上的分布不对称性。
为了降低等离子体沿待处理基片周向分布的不对称性，在所述可移动环111与气体喷淋头103之间增设所述边缘气体组件106。为了给边缘气体组件106预留足够的容纳空间，一种解决方法是通过缩小可移动环111或气体喷淋头103的宽度，使所述可移动环111与气体喷淋头103之间有足够的空间以容纳边缘气体组件106。在本实施例中，在所述开口120外围的顶盖112内设置通道，所述通道具有入口190和出口191，所述出口191与进气通道105连通，所述入口190连接所述气体源，使所述气体通过出气通道107输入真空反应腔100内，由于所述出气通道107朝向待处理基片的边缘区域，因此，能够调节所述待处理基片边缘区域的等离子体的分布。
在其它实施例中，所述安装基板包括承载于顶盖上的承载部分，在所述承载部分和位于承载部分下方顶盖内形成通道，所述通道包括入口和出口，所述出口与进气通道连通，所述入口与气体源连接。
具体的，请参考图2，所述边缘气体组件106沿其周向包括至少两个边缘气体调节区A，相邻边缘气体调节区A之间相互隔断，每个边缘气体调节区A内具有若干个进气通道105和出气通道107连通。
在本实施例中，所述边缘气体组件106与顶盖112为两个独立的部件，两者之间通过机械固定，例如：通过密封圈和螺钉实现所述边缘气体组件106与顶盖112之间的连接。
在其它实施例中，所述边缘气体组件与顶盖一体成型，或者，所述边缘气体组件与顶盖为两个独立的部件，两者之间通过焊接固定在一起。
在一种实施例中，所述边缘气体组件106底部到基座101表面的距离大于气体喷淋头103到基座101表面的距离，使得所述边缘气体组件106的出气通道107到待处理基片边缘区域的距离较远，则需要较长时间的扩散才能扩散至待处理基片的边缘区域。尽管气体在扩散的过程中沿各个方向进行扩散，使得到达待处理基片相应区域的量较少，但是，仍有部分气体能够到达待处理基片的相应区域，使得待处理基片边缘区域等离子体的浓度分布可调。
在另一种实施例中，所述边缘气体组件106的底部到基座101顶部的距离小于气体喷淋头103到基座101表面的距离，即：所述边缘气体组件106的底部位于所述气体喷淋头103与基座101之间，使得从边缘气体组件106出气通道107输出的气体到待处理基片边缘区域的距离较小，使得到达待处理基片边缘区域的气体较多，因此，有利于更显著的改变待处理基片对应的边缘区域等离子体的分布，进而改善待处理基片边缘区域周向刻蚀的不对称性，提高待处理基片边缘区域的刻蚀均匀性。并且，所述边缘气体组件106底部到基座101的距离并非为零，即：所述边缘气体组件106底部到基座101留有足够的间隙，使其对基片的传输不受影响。另外，所述边缘气体组件106的底部包括切面B，所述切面B朝向待处理基片的边缘区域，所述切面B上具有所述边缘出气通道107，使得从切面B朝向待处理基片的边缘区域喷出气体，使得气体到达待处理基片边缘区域的距离更小，有利于进一步改善待处理基片边缘区域等离子体浓度的分布情况。
在又一种实施例中，所述边缘气体组件106的底部低于基座101的顶部表面，所述边缘气体组件106位于所述气体喷淋头103与基座101之间的侧壁设置所述出气通道107，所述出气通道107用于改善待处理基片边缘区域等离子体浓度的分布，通过调节各个所述边缘气体调节区A的气体输送情况，对待处理基片边缘区域的不同相位角上的等离子体浓度进行调节以满足不同的工艺需要。
由于每个边缘气体调节区A的气体可通过控制阀110(见图2)独立可调，因此，可根据需要调节进入待处理基片边缘区域不同相位角上的气体多少，从而调节不同相位角上等离子体浓度的分布，因此，有利于降低待处理基片边缘区域不同相位角上的刻蚀不均匀性。
在图2所示实施例中，所述每个边缘气体调节区A的边缘进气通道105分别与工艺气体源130连接，因此，通过边缘出气通道107向待处理基片边缘区域通入工艺气体以调节待处理基片边缘区域不同相位角上等离子体浓度的分布。
在图3所示实施例中，所述每个边缘气体调节区A的边缘进气通道105分别与调节气体源140连接，因此，通过边缘出气通道107向待处理基片边缘区域通入调节气体以调节待处理基片边缘区域不同相位角上等离子体浓度的分布。
在本实施例中，以所述边缘气体组件106包括四个边缘气体调节区A为例进行说明。在其它实施例中，所述边缘气体组件106包括的边缘气体调节区A的个数还可以为其它值。所述边缘气体调节区A的个数越多，则调节所述待处理基片边缘区域沿周向上的不对称性更加精细。可根据实际工艺需要，设计所述边缘气体调节区的个数。
在本实施例中，所述边缘气体组件106本体材料为铝合金，所述边缘气体组件106本体表面涂覆有耐等离子体涂层，所述耐等离子体涂层用于保护所述边缘气体组件本体免受等离子体的轰击。选择铝合金作为所述边缘气体组件106的材料的意义在于：使所述边缘出气通道107的加工较方便，且加工成本较低。
所述边缘气体组件106的材料还可以为硅或者石英，此时在无需在其表面涂覆耐等离子体涂层，因为硅或者石英具有较好的耐等离子体腐蚀的特性。在本实施例中，所述进气通道105与出气通道107之间还设置有气体缓冲腔113。设置所述缓冲腔113的好处在于：一个进气通道105的气体可以对应从多个出气通道107出去，且每个出气通道107流出气体量一致性较高。
在其它实施例中，不设置所述缓冲腔。
相应的，本发明还提供一种用于等离子体处理装置的边缘气体组件，所述等离子体处理装置包括真空反应腔和位于真空反应腔顶部的气体喷淋头，所述边缘气体组件设于所述气体喷淋头的外围，所述边缘气体组件包括：至少两个互相隔离的边缘气体调节区，每个所述边缘气体调节区设置进气通道和出气通道。
图5是本发明一种边缘气体组件的俯视图。
在本实施例中，所述边缘气体组件106为一完整的环形结构，所述环形结构包括若干个相互隔离的边缘气体调节区A，使得各个边缘气体调节区A的气体输送情况相互之间不受影响，因此，可根据各个边缘气体调节区A的实际需要，对各个边缘气体调节区A的气体输送情况进行调整，使待处理基片边缘区域沿其周向等离子体的浓度分布可调以满足不同的需求。
图6是本发明另一种边缘气体组件的俯视图。
在本实施例中，所述边缘气体组件106为若干个相互分立的弧段结构。由于相互弧段结构之间相互分立，使得相邻弧段结构实际的气体相互之间影响较小，因此，可根据各个边缘气体调节区A的实际需要，对各个边缘气体调节区A的气体输送情况进行调整，使待处理基片边缘区域沿其周向等离子体的浓度分布可调以满足不同的需求。
在其它实施例中，所述边缘气体组件为若干个相互分立的喷嘴结构，通过喷嘴结构调节待处理基片对应边缘区域的等离子体浓度分布。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (22)
1.一种等离子体处理装置，所述等离子体处理装置为电容耦合等离子体刻蚀装置，其特征在于，包括：
真空反应腔，其包括顶盖，所述顶盖具有贯穿顶盖的开口，所述真空反应腔内底部具有基座，所述基座用于承载待处理基片；
安装基板，位于所述开口内，所述安装基板包括承载于顶盖上的承载部分；
气体喷淋头，位于所述安装基板的下方，所述气体喷淋头与基座相对设置；
边缘气体组件，环绕于所述气体喷淋头和安装基板的外围，沿所述边缘气体组件的周向包括至少两个互相隔离的边缘气体调节区，每个所述边缘气体调节区设置进气通道和出气通道，所述出气通道朝向待处理基片的边缘区域；
气体源，用于向所述进气通道输送气体，且各个边缘气体调节区的气体输送情况独立可控。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述边缘气体组件的本体材料包括：铝合金；所述边缘气体组件的本体表面设有耐等离子体涂层。
3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述边缘气体组件的本体材料包括：硅或者石英。
4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述顶盖与边缘气体组件一体成型。
5.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述顶盖与边缘气体组件为两个独立的部件，两者之间通过机械固定或者通过焊接连接在一起。
6.如权利要求4或5所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述安装基板外围的顶盖内设置有入口和出口，所述出口与边缘气体组件的进气通道连通，所述气体源与入口连通，使气体源输送的气体通过出气通道输出。
7.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在所述承载部分和位于承载部分下方顶盖内设置通道，所述通道包括入口和出口，所述出口与进气通道连通，所述入口与气体源连接。
8.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述边缘气体组件为一完整的环形结构，且相邻边缘气体调节区之间相互隔离。
9.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述边缘气体组件为若干个相互分立的弧段结构。
10.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述边缘气体组件为若干个相互分立的喷嘴结构。
11.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述进气通道与出气通道之间还设置有气体缓冲腔。
12.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述边缘气体组件的底部到基座表面的距离大于气体喷淋头的底部到基座表面的距离，所述边缘气体组件的底部设置所述出气通道。
13.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述边缘气体组件的底部到基座表面的距离小于气体喷淋头的底部到基座表面的距离，且所述边缘气体组件的底部包括一切面，所述切面朝向待处理基片的边缘区域，所述出气通道位于所述切面上。
14.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述边缘气体组件的底部低于基座的表面，所述边缘气体组件位于所述气体喷淋头与基座之间的侧壁上设置所述出气通道。
15.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，位于所述开口内的安装基板包括第一进气区域、包围所述第一进气区域的第二进气区域和包围所述第二进气区域的第三进气区域；所述气体喷淋头包括第一出气区域、包围所述第一出气区域的第二出气区域和包围所述第二出气区域的第三出气区域，且所述第一进气区域与第一出气区域连通，所述第二进气区域与第二出气区域连通，所述第三进气区域与第三出气区域连通。
16.如权利要求15所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一进气区域、第二进气区域和第三进气区域均分别与工艺气体源和调节气体源连接；
所述气体源为工艺气体源或者调节气体源。
17.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：设于所述边缘气体组件外围的可移动环，所述可移动环位于所述真空反应腔内。
18.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述气体源与各个边缘气体调节区的进气通道之间还设置控制阀，用于控制各个边缘气体调节区输送气体的情况。
19.一种用于等离子体处理装置的边缘气体组件，所述等离子体处理装置为电容耦合等离子体刻蚀装置，所述等离子体处理装置包括真空反应腔以及位于真空反应腔顶部的安装基板和气体喷淋头，所述真空反应腔包括顶盖，所述顶盖具有贯穿顶盖的开口，所述安装基板位于所述开口内，所述安装基板包括承载于顶盖上的承载部分，所述边缘气体组件设于所述气体喷淋头和安装基板的外围，其特征在于，沿所述边缘气体组件的周向包括：至少两个互相隔离的边缘气体调节区，每个所述边缘气体调节区设置进气通道和出气通道。
20.如权利要求19所述的边缘气体组件，其特征在于，所述边缘气体组件为一完整的环形结构，且相邻边缘气体调节区之间相互隔离。
21.如权利要求19所述的边缘气体组件，其特征在于，所述边缘气体组件为若干个相互分立的弧段结构。
22.如权利要求19所述的边缘气体组件，其特征在于，所述边缘气体组件为若干个相互分立的喷嘴结构。
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