CN114121582B - 等离子体处理装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子体处理装置，包括：反应腔；第一进气件，其内部具有第一凹槽，所述第一凹槽底端开设有若干第一通孔；第二进气件，安装于所述第一进气件上，所述第一凹槽与所述第二进气件之间形成有腔体，所述第二进气件的进气口用于接入反应气体，所述第二进气件的出气口用于流出反应气体，流出的反应气体流至所述腔体内，并经由第一通孔流至所述反应腔内；驱动装置，其可以根据实际需要利用所述驱动装置改变所述第一进气件与所述第二进气件之间的相对位置来改变待处理基片不同相位角上所述第一通孔中反应气体的流速。本发明可调整进入反应腔内待处理基片不同相位角上气体的流量，进而使待处理基片不同相位角上的刻蚀情况可调。

Description

等离子体处理装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及半导体工艺设备领域，具体涉及一种等离子体处理装置及其工作方法。

背景技术

现有技术中，等离子体处理装置使用气体输送系统输送气体到等离子体处理装置的真空反应腔内，通过射频功率源和线圈产生等离子体，从而对待处理基片进行刻蚀。反应气体通过中间的喷嘴进入反应腔，目前该喷嘴的进气效果是无法调节的。随着刻蚀工艺的发展，待处理基片在不同相位角上刻蚀的均匀性要求越来越高，具体要求，不同相位角上均匀性的差异可接受范围为从一开始0.5％～2％到现在小于0.5％。针对这个需求，迫切需要对中间用于进气的喷嘴进行改进，使接入的反应气体具有可调节性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体处理装置及其工作方法，以使不同相位角上待处理基片的刻蚀情况可调。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种等离子体处理装置，包括：

反应腔；

第一进气件，其具有第一凹槽，所述第一凹槽底端开设有若干第一通孔；

第二进气件，安装于所述第一进气件，所述第一凹槽与所述第二进气件之间形成腔体，所述第二进气件的进气口用于接入反应气体，所述第二进气件的出气口用于流出反应气体，流出的反应气体流至所述腔体内，再经所述第一通孔流至所述反应腔内；

驱动装置，用于改变所述第一进气件与所述第二进气件之间的相对位置，以改变第一通孔的反应气体流速。

可选地，所述第一进气件安装在所述反应腔的顶部开设的开口内。

可选地，所述驱动装置包括至少一组驱动组件，一组所述驱动组件包括至少一个驱动组件，每组所述驱动组件可驱动所述第二进气件沿着其预设轨迹移动。

可选地，所述第二进气件包括位于所述第一进气件第一凹槽内的插块和安装在第一进气件顶部上方的限位块，所述限位块与所述插块固定连接；所述限位块形成有所述第二进气件的进气口，所述插块形成有所述第二进气件的出气口；所述插块的底部与所述第一进气件的第一凹槽底端接触；所述驱动装置带动所述限位块移动，调节所述插块与所述第一通孔之间的相对位置，以改变所述第一通孔被所述插块覆盖的面积大小来调整从第一通孔输出气体的量的多少。

可选地，所述限位块为多棱柱结构。

可选地，所述第二进气件的出气口由所述插块的侧壁上开设的若干第二通孔形成。

可选地，所述第二进气件包括安装在第一进气件顶部上方的限位块，所述限位块形成有所述第二进气件的进气口和所述第二进气件的出气口；

所述第一进气件的底部设置有至少一个柱状封闭件，将所述第一进气件的内部分隔形成至少两个第一凹槽；所述封闭件的顶部与所述第二进气件的限位块的底部接触；

所述驱动装置带动所述第二进气件的限位块移动，调节所述限位块的出气口与封闭件之间的相对位置，以改变所述出气口的面积大小。

可选地，所述限位块的上端设有第二凹槽；当调整所述第二进气件的限位块与第一进气件之间的相对位置时，所述第二进气件的出气口与至少一个所述第二凹槽连通。

可选地，所述第二进气件上安装有用于外接反应气体的连接组件。

可选地，所述连接组件与所述第一进气件之间安装有密封件。

另一方面，本发明还提供了一种等离子体处理装置的工作方法，包括：

提供如上述等离子体处理装置；

提供一待处理基片，将其置于等离子体处理装置内底部的基座上；

当所述待处理基片在不同相位角上的刻蚀情况不满足工艺要求，利用所述驱动装置改变所述第一进气件与所述第二进气件之间的相对位置，从而改变不同相位角上所述第一通孔内反应气体的流速，以使待处理基片在不同相位角上的刻蚀情况满足工艺要求。

与现有技术相比，本发明技术方案至少具有以下优点之一：

本发明提供的等离子体处理装置及其工作方法中，在所述第二进气件的进气口接入反应气体后，可以根据实际需要利用所述驱动装置改变所述第一进气件与所述第二进气件之间的相对位置来改变待处理基片不同相位角上所述第一通孔的出气面积大小，出气面积小的流量少，出气面积多的流量多。从而调整进入反应腔内待处理基片不同相位角上气体的流量，进而使待处理基片不同相位角上的刻蚀情况可调。

附图说明

图1是本发明一种等离子体处理装置的结构示意图。

图2至图4是图1中一种进气组件的结构示意图，图3是图2沿A-A线的俯视图，图4是图2沿B-B线的俯视图。

图5至图6是图1中另一种进气组件的结构示意图，图6是图5沿C-C线的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图1～6和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者现场设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者现场设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者现场设备中还存在另外的相同要素。

请参阅图1-4所示，本实施例提供的一种等离子体处理装置，尤其是电感耦合型等离子体处理装置，包括：反应腔1，该反应腔1为真空反应腔，在真空反应腔的下游位置设置一基座，基座上设置静电吸盘2，静电吸盘2内部设置一静电电极，用于产生静电吸力，以实现在工艺过程中对待处理基片的支撑固定。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待处理基片的表面发生多种物理和化学反应，使得基片表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。一偏置射频功率源通过射频匹配网络将偏置射频电压施加到基座上，用于控制等离子体中带电粒子的轰击方向；真空反应腔的下方还设置一排气泵，用于将反应副产物排出真空反应腔，维持反应腔的真空环境；绝缘窗口3，安装在反应腔1的顶部；安装在绝缘窗口3上的线圈4，外接射频功率源之后产生高频交变磁场，用于电离接入反应腔内的反应气体以产生等离子体。

请参阅图2所示，本装置还包括安装在绝缘窗口3上的一种进气组件5(附图1中的D区域)，该进气组件5具体包括：第一进气件51，其内部具有第一凹槽，所述第一凹槽底端开设有若干第一通孔514；第二进气件52，安装于所述第一进气件51上，所述第一凹槽与所述第二进气件52之间形成有腔体513(所述第二进气件52将第一凹槽的上端封闭而形成)，所述第二进气件52的进气口用于接入反应气体，所述第二进气件52的出气口用于流出反应气体，流出的反应气体流至所述腔体513内，并经由第一通孔514流至所述反应腔1内；驱动装置，用于改变所述第一进气件51与所述第二进气件52之间的相对位置，以改变不同相位角上所述第一通孔514内反应气体的流速。当所述第二进气件52的进气口接入反应气体后，可以通过改变所述第一进气件51与所述第二进气件52之间的相对位置来改变所述第一通孔514中反应气体的流速；可以根据待处理基片的刻蚀状态对反应气体进行实时调节，以增加刻蚀后的待处理基片在不同相位角上的刻蚀均匀性。

本实施例中，第一进气件51包括具有第一凹槽的筒状结构511以及承载于所述绝缘窗口3上的限位环512，该筒状结构511安装在绝缘窗口3上开设的开口内，该限位环512无法通过绝缘窗口3上开设的开口。

请参阅图3所示，本实施例中的所述驱动装置包括两组驱动组件53，一组所述驱动组件53包括两个驱动组件53，相对设置的两个驱动组件53为一组，每组所述驱动组件53可驱动所述第二进气件52沿着其预设轨迹移动；四个驱动组件53的动力输出端分别与限位块522的四个侧面相接触。

本实施例中，请返回参阅图2所示，所述第二进气件52包括嵌入式安装在所述第一进气件51第一凹槽内的插块521和安装在第一进气件51顶部上方的限位块522，该限位块522与插块521连接；所述插块521的底部与所述第一进气件51的第一凹槽底端接触，所述限位块522形成有所述第二进气件52的进气口，所述插块521的侧壁形成有所述第二进气件52的出气口；所述驱动装置带动所述第二进气件52的限位块522移动，调节所述插块521底部与所述第一通孔514之间的相对位置，以改变所述第一通孔514被所述插块521底部覆盖的面积大小来调整从第一通孔514输出气体的量的多少，使进入反应腔1内不同相位角上的等离子体分布可调。

本实施例中，请参阅图3所示，以所述限位块522为正四棱柱结构进行示意性说明，所述正四棱柱结构在基座上的投影为四边形，其顶部开设有第二进气件52的进气口，所述插块521的侧壁上开设有若干第二通孔，形成第二进气件52的出气口。

所述限位块522的形状不限，也可以为其它形状，例如：所述限位块522其它多棱柱结构。

请返回参考图2，本实施例中，所述第二进气件52上还安装有用于外接反应气体的连接组件，该连接组件为法兰54；等离子体处理装置使用气体输送系统输送气体到等离子体处理装置的反应腔1内，通过射频功率源和线圈产生等离子体，从而对待处理基片进行刻蚀，该连接组件为法兰54，气体通过中间的法兰54进入腔体513，并经由第一通孔514流至反应腔1内。

本实施例中，所述连接组件与所述第一进气件51之间安装有密封件，该密封件为环形的密封圈55，也可以为其它密封装置，且该密封圈55上开设有若干通孔，驱动机构的动力输出端贯穿该通孔；一方面，密封圈55可以保证气体输送时的气密性，另一方面，密封圈55可以对驱动机构的动力输出端起到导向作用，使装置运行时更加平稳。

第二进气件52接入反应气体，反应气体经由第二进气件52之后流至第一进气件51、第二进气件52之间形成的腔体513内，该腔体513可以容纳一定体积的反应气体，可在启动时对瞬间增加的气压进行缓冲，使刻蚀过程相对平稳。

本实施例中，插块521嵌入式安装在第一凹槽内，插块521与筒状结构511形成一环形的腔体513，在第二进气件52接入反应气体的瞬间，第一进气件51与第二进气件52之间的压力增加，上述环形的腔体513可以起到有效的缓冲作用，减小密封圈55的密封压力，经由该环形的腔体513的反应气体穿过第一通孔514流至反应腔内，产生用于对待处理基片进行刻蚀的等离子体；通过驱动组件53推动限位块522，所述限位块522带动插块521，使插块521的下端封闭或部分封闭至少一第一通孔514，从而改变所述第一通孔514的气体通过状态，进而实现对反应腔1内待处理基片不同相位角上等离子体分布的可调性以满足不同的工艺要求。

实施例二：

请参阅图5-6，绝缘窗口3上安装有另一种进气组件6，该进气组件6包括第一进气件61和第二进气件62，第一进气件61包括具有第一凹槽的筒状结构611以及承载于绝缘窗口3上的限位环612，该筒状结构611安装在绝缘窗口3上开设的开口内，该限位环612无法通过绝缘窗口3上开设的开口，所述第二进气件62仅包括安装在第一进气件61顶部上方的限位块622，所述限位块622形成有所述第二进气件62的进气口和出气口；所述第一进气件61的底部设置有至少一个柱状封闭件615，柱状封闭件615顶部设置若干个第二凹槽616，在此以四个第二凹槽616为例进行说明，所述第二凹槽616与第二进气件62的出气口连通；所述封闭件615的顶部与限位块622的底部接触。

所述第二进气件62上还安装有用于外接反应气体的连接组件，该连接组件为法兰64；等离子体处理装置使用气体输送系统输送气体到等离子体处理装置的反应腔1内，通过射频功率源和线圈产生等离子体，从而对待处理基片进行刻蚀，该连接组件为法兰64，气体通过中间的法兰64进入腔体613，并经由第一通孔614流至反应腔1内。

所述驱动装置带动限位块622移动，调节所述限位块622的出气口与封闭件615之间的相对位置，从而调节所述封闭件615的顶部第二凹槽616被所述限位块622覆盖的面积大小，从而调节进入腔体613内反应气体量的多少，进而调节反应腔1内反应气体量的多少以满足不同的工艺需要。

本实施例中，限位块622安装在第一进气件61的上端，限位块622与筒状结构611和封闭件615形成若干个腔体613，在此以四个为例进行示意性说明，请参考图6，所述柱状封闭件615的上端设有第二凹槽616；当调整所述第二进气件62的限位块622与第一进气件61之间的相对位置时，所述第二进气件62的出气口始终与至少一个所述第二凹槽616连通，在第二进气件62接入反应气体的瞬间，第一进气件61与第二进气件62之间的压力增加，上述的四个腔体613可以起到有效的缓冲作用，减小密封圈55的密封压力，经由上述腔体613的反应气体穿过第一通孔614流至反应腔内，产生用于对待处理基片进行刻蚀的等离子体。

基于同一发明构思，本实施例1和2还提供了一种等离子体处理装置的工作方法，其特征在于，包括：提供如上述等离子体处理装置；提供一待处理基片，将其置于等离子体处理装置内底部的基座上；当所述待处理基片在不同相位角上的刻蚀情况不满足工艺要求，利用所述驱动装置改变所述第一进气件与所述第二进气件之间的相对位置，从而改变不同相位角上所述第一通孔内反应气体的流速，以使待处理基片在不同相位角上的刻蚀情况满足工艺要求。

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 (10)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：

反应腔，其顶部设有开口；

第一进气件，位于所述开口内，其具有第一凹槽，所述第一凹槽底端开设有若干第一通孔；

第二进气件，安装于所述第一进气件上，所述第一凹槽与所述第二进气件之间形成腔体，所述第二进气件的进气口用于接入反应气体，所述第二进气件的出气口用于流出反应气体，流出的反应气体流至所述腔体内，再经所述第一通孔流至所述反应腔内；

驱动装置，用于水平方向驱动所述第二进气件，以改变所述第一进气件与所述第二进气件之间的相对位置，以改变不同相位角上所述第一通孔内反应气体的流速。

2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述驱动装置包括至少一组驱动组件，一组所述驱动组件包括至少一个驱动组件，每组所述驱动组件可驱动所述第二进气件沿着其预设轨迹移动。

3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第二进气件包括位于所述第一进气件的第一凹槽内的插块和安装在第一进气件顶部上方的限位块，所述限位块与所述插块连接；所述限位块形成有所述第二进气件的进气口，所述插块的侧壁形成有所述第二进气件的出气口；所述插块的底部与所述第一进气件的第一凹槽底端接触；所述驱动装置带动所述限位块移动，调节所述插块与所述第一通孔之间的相对位置，以改变所述第一通孔被所述插块覆盖的面积大小来调整从第一通孔输出反应气体量的多少。

4.如权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述限位块为多棱柱结构。

5.如权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第二进气件的出气口由所述插块的侧壁上开设的若干第二通孔形成。

6.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第二进气件包括安装在第一进气件顶部上方的限位块，所述限位块形成有所述第二进气件的进气口和所述第二进气件的出气口；

所述第一进气件的底部设置有至少一个柱状封闭件，将所述第一进气件的内部分隔形成至少两个第一凹槽；所述柱状封闭件的顶部与所述第二进气件的限位块的底部接触；

所述驱动装置带动所述第二进气件的限位块移动，调节所述限位块的出气口与柱状封闭件之间的相对位置，以改变所述限位块的出气口的面积大小，从而改变所述第一通孔的反应气体流速；

所述柱状封闭件的上端设有若干个第二凹槽；当调整所述第二进气件的限位块与第一进气件之间的相对位置时，所述第二进气件的出气口与所述第二凹槽连通的面积大小可调。

7.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第二进气件上安装有用于外接反应气体的连接组件。

8.如权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述连接组件与所述第一进气件之间安装有密封件。

9.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：基座，位于所述反应腔内，与所述第一进气件相对设置。

10.一种等离子体处理装置的工作方法，其特征在于，包括：

提供如权利要求1至权利要求9任一项所述等离子体处理装置；

提供一待处理基片，将其置于等离子体处理装置内底部的基座上；

当所述待处理基片在不同相位角上的刻蚀情况不满足工艺要求，利用所述驱动装置改变所述第一进气件与所述第二进气件之间的相对位置，从而改变不同相位角上所述第一通孔内反应气体的流速，以使待处理基片在不同相位角上的刻蚀情况满足工艺要求。