TWI795806B - 電漿處理裝置及其工作方法 - Google Patents

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身健 劉
連增迪
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Abstract

本發明揭露了一種電漿處理裝置，包括：反應腔；第一進氣件，其內部具有第一凹槽，第一凹槽底端開設有複數個第一通孔；第二進氣件，安裝於第一進氣件上，第一凹槽與第二進氣件之間形成有腔體，第二進氣件的進氣口用於接入反應氣體，第二進氣件的出氣口用於流出反應氣體，流出的反應氣體流至腔體內，並經由第一通孔流至反應腔內；驅動裝置，其可以根據實際需要利用驅動裝置改變第一進氣件與第二進氣件之間的相對位置來改變待處理基片不同相位角上第一通孔中反應氣體的流速。本發明可調整進入反應腔內待處理基片不同相位角上氣體的流量，進而使待處理基片不同相位角上的蝕刻情況可調。

Description

電漿處理裝置及其工作方法
本發明涉及半導體製程設備領域，具體涉及一種電漿處理裝置及其工作方法。
現有技術中，電漿處理裝置使用氣體輸送系統輸送氣體到電漿處理裝置的真空反應腔內，透過射頻功率源和線圈產生電漿，從而對待處理基片進行蝕刻。反應氣體通過中間的噴嘴進入反應腔，目前該噴嘴的進氣效果是無法調節的。隨著蝕刻製程的發展，待處理基片在不同相位角上蝕刻的均勻性要求越來越高，具體要求，不同相位角上均勻性的差異可接受範圍為從一開始0.5%~2%到現在小於0.5%。針對這個需求，迫切需要對中間用於進氣的噴嘴進行改進，使接入的反應氣體具有可調節性。
本發明的目的在於提供一種電漿處理裝置及其工作方法，以使不同相位角上待處理基片的蝕刻情況可調。
為了達到上述目的，本發明採用的技術方案如下：
一種電漿處理裝置，包括：反應腔；第一進氣件，其具有第一凹槽，第一凹槽底端開設有複數個第一通孔；第二進氣件，安裝於第一進氣件， 第一凹槽與第二進氣件之間形成腔體，第二進氣件的進氣口用於接入反應氣體，第二進氣件的出氣口用於流出反應氣體，流出的反應氣體流至腔體內，再經第一通孔流至反應腔內；驅動裝置，用於改變第一進氣件與第二進氣件之間的相對位置，以改變第一通孔的反應氣體流速。
可選地，第一進氣件安裝在反應腔的頂部開設的開口內。
可選地，驅動裝置包括至少一組驅動元件，一組驅動元件包括至少一個驅動元件，每組驅動元件可驅動第二進氣件沿著其預設軌跡移動。
可選地，第二進氣件包括位於第一進氣件第一凹槽內的插塊和安裝在第一進氣件頂部上方的限位塊，限位塊與插塊固定連接；限位塊形成有第二進氣件的進氣口，插塊形成有第二進氣件的出氣口；插塊的底部與第一進氣件的第一凹槽底端接觸；驅動裝置帶動限位塊移動，調節插塊與第一通孔之間的相對位置，以改變第一通孔被插塊覆蓋的面積大小來調整從第一通孔輸出氣體的量的多少。
可選地，限位塊為多棱柱結構。
可選地，第二進氣件的出氣口由插塊的側壁上開設的複數個第二通孔形成。
可選地，第二進氣件包括安裝在第一進氣件頂部上方的限位塊，限位塊形成有第二進氣件的進氣口和第二進氣件的出氣口；第一進氣件的底部設置有至少一個柱狀封閉件，將第一進氣件的內部分隔形成至少兩個第一凹槽；封閉件的頂部與第二進氣件的限位塊的底部接觸；驅動裝置帶動第二進氣件的限位塊移動，調節限位塊的出氣口與封閉件之間的相對位置，以改變出氣口的面積大小。
可選地，限位塊的上端設有第二凹槽；當調整第二進氣件的限位塊與第一進氣件之間的相對位置時，第二進氣件的出氣口與至少一個第二凹槽連通。
可選地，第二進氣件上安裝有用於外接反應氣體的連接元件。
可選地，連接元件與第一進氣件之間安裝有密封件。
另一方面，本發明還提供了一種電漿處理裝置的工作方法，包括：提供如上述電漿處理裝置；提供待處理基片，將其置於電漿處理裝置內底部的基座上；當待處理基片在不同相位角上的蝕刻情況不滿足製程要求，利用驅動裝置改變第一進氣件與第二進氣件之間的相對位置，從而改變不同相位角上第一通孔內反應氣體的流速，以使待處理基片在不同相位角上的蝕刻情況滿足製程要求。
與現有技術相比，本發明技術方案至少具有以下優點之一：
本發明提供的電漿處理裝置及其工作方法中，在第二進氣件的進氣口接入反應氣體後，可以根據實際需要利用驅動裝置改變第一進氣件與第二進氣件之間的相對位置來改變待處理基片不同相位角上第一通孔的出氣面積大小，出氣面積小的流量少，出氣面積多的流量多。從而調整進入反應腔內待處理基片不同相位角上氣體的流量，進而使待處理基片不同相位角上的蝕刻情況可調。
1:反應腔
2:靜電吸盤
3:絕緣視窗
4:線圈
5:進氣元件
51:第一進氣件
511:筒狀結構
512:限位環
513:腔體
514:第一通孔
52:第二進氣件
521:插塊
522:限位塊
53:驅動元件
54:法蘭
55:密封圈
6:進氣元件
61:第一進氣件
611:筒狀結構
612:限位環
613:腔體
614:第一通孔
615:封閉件
616:第二凹槽
62:第二進氣件
622:限位塊
64:法蘭
圖1是本發明一種電漿處理裝置的結構示意圖。
圖2至圖4是圖1中一種進氣元件的結構示意圖，圖3是圖2沿A-A線的俯視圖，圖4是圖2沿B-B線的俯視圖。
圖5至圖6是圖1中另一種進氣元件的結構示意圖，圖6是圖5沿C-C線的俯視圖。
以下結合圖1至圖6和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。根據下面說明，本發明的優點和特徵將更清楚。需要說明的是，圖式採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施方式的目的。為了使本發明的目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，請參閱附圖。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容能涵蓋的範圍內。
需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者現場設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者現場設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括要素的過程、方法、物品或者現場設備中還存在另外的相同要素。
請參閱圖1至圖4所示，本實施例提供的一種電漿處理裝置，尤其是電感耦合型電漿處理裝置，包括：反應腔1，該反應腔1為真空反應腔，在真空反應腔的下游位置設置一基座，基座上設置靜電吸盤2，靜電吸盤2內部設置一靜電電極，用於產生靜電吸力，以實現在製程過程中對待處理基片的支撐固定。電漿中含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待處理基片的表面發生多種物理和化學反應，使得基片表面的形貌發生改變，即完成蝕刻過程。偏置射頻功率源透過射頻匹配網路將偏置射頻電壓施加到基座上，用於控制電漿中帶電粒子的轟擊方向；真空反應腔的下方還設置一排氣泵，用於將反應副產物排出真空反應腔，維持反應腔的真空環境；絕緣視窗3，安裝在反應腔1的頂部；安裝在絕緣視窗3上的線圈4，外接射頻功率源之後產生高頻交變磁場，用於電離接入反應腔內的反應氣體以產生電漿。
請參閱圖2所示，本裝置還包括安裝在絕緣視窗3上的一種進氣元件5(附圖1中的D區域)，該進氣元件5具體包括：第一進氣件51，其內部具有第一凹槽，第一凹槽底端開設有複數個第一通孔514；第二進氣件52，安裝於第一進氣件51上，第一凹槽與第二進氣件52之間形成有腔體513(第二進氣件52將第一凹槽的上端封閉而形成)，第二進氣件52的進氣口用於接入反應氣體，第二進氣件52的出氣口用於流出反應氣體，流出的反應氣體流至腔體513內，並經由第一通孔514流至反應腔1內；驅動裝置，用於改變第一進氣件51與第二進氣件52之間的相對位置，以改變不同相位角上第一通孔514內反應氣體的流速。當第二進氣件52的進氣口接入反應氣體後，可以透過改變第一進氣件51與第二進氣件52之間的相對位置來改變第一通孔514中反應氣體的流速；可以根據待處理基片的蝕刻狀態對反應氣體進行即時調節，以增加蝕刻後的待處理基片在不同相位角上的蝕刻均勻性。
本實施例中，第一進氣件51包括具有第一凹槽的筒狀結構511以及承載於絕緣視窗3上的限位環512，該筒狀結構511安裝在絕緣視窗3上開設的開口內，該限位環512無法通過絕緣視窗3上開設的開口。
請參閱圖3所示，本實施例中的驅動裝置包括兩組驅動元件53，一組驅動元件53包括兩個驅動元件53，相對設置的兩個驅動元件53為一組，每組驅動元件53可驅動第二進氣件52沿著其預設軌跡移動；四個驅動元件53的動力輸出端分別與限位塊522的四個側面相接觸。
本實施例中，請返回參閱圖2所示，第二進氣件52包括嵌入式安裝在第一進氣件51第一凹槽內的插塊521和安裝在第一進氣件51頂部上方的限位塊522，該限位塊522與插塊521連接；插塊521的底部與第一進氣件51的第一凹槽底端接觸，限位塊522形成有第二進氣件52的進氣口，插塊521的側壁形成有第二進氣件52的出氣口；驅動裝置帶動第二進氣件52的限位塊522移動，調節插塊521底部與第一通孔514之間的相對位置，以改變第一通孔514被插塊521底部覆蓋的面積大小來調整從第一通孔514輸出氣體的量的多少，使進入反應腔1內不同相位角上的電漿分佈可調。
本實施例中，請參閱圖3所示，以限位塊522為正四棱柱結構進行示意性說明，正四棱柱結構在基座上的投影為四邊形，其頂部開設有第二進氣件52的進氣口，插塊521的側壁上開設有複數個第二通孔，形成第二進氣件52的出氣口。
限位塊522的形狀不限，也可以為其它形狀，例如：限位塊522其它多棱柱結構。
請返回參考圖2，本實施例中，第二進氣件52上還安裝有用於外接反應氣體的連接元件，該連接元件為法蘭54；電漿處理裝置使用氣體輸送系統輸送氣體到電漿處理裝置的反應腔1內，透過射頻功率源和線圈產生電漿，從 而對待處理基片進行蝕刻，該連接元件為法蘭54，氣體通過中間的法蘭54進入腔體513，並經由第一通孔514流至反應腔1內。
本實施例中，連接元件與第一進氣件51之間安裝有密封件，該密封件為環形的密封圈55，也可以為其它密封裝置，且該密封圈55上開設有複數個通孔，驅動機構的動力輸出端貫穿該通孔；一方面，密封圈55可以保證氣體輸送時的氣密性，另一方面，密封圈55可以對驅動機構的動力輸出端起到導向作用，使裝置運行時更加平穩。
第二進氣件52接入反應氣體，反應氣體經由第二進氣件52之後流至第一進氣件51、第二進氣件52之間形成的腔體513內，該腔體513可以容納一定體積的反應氣體，可在啟動時對瞬間增加的氣壓進行緩衝，使蝕刻過程相對平穩。
本實施例中，插塊521嵌入式安裝在第一凹槽內，插塊521與筒狀結構511形成一環形的腔體513，在第二進氣件52接入反應氣體的瞬間，第一進氣件51與第二進氣件52之間的壓力增加，上述環形的腔體513可以起到有效的緩衝作用，減小密封圈55的密封壓力，經由該環形的腔體513的反應氣體穿過第一通孔514流至反應腔內，產生用於對待處理基片進行蝕刻的電漿；透過驅動元件53推動限位塊522，限位塊522帶動插塊521，使插塊521的下端封閉或部分封閉至少一第一通孔514，從而改變第一通孔514的氣體通過狀態，進而實現對反應腔1內待處理基片不同相位角上電漿分佈的可調性以滿足不同的製程要求。
實施例二：
請參閱圖5至圖6，絕緣視窗3上安裝有另一種進氣元件6，該進氣元件6包括第一進氣件61和第二進氣件62，第一進氣件61包括具有第一凹槽的筒狀結構611以及承載於絕緣視窗3上的限位環612，該筒狀結構611安裝在絕緣視窗3上開設的開口內，該限位環612無法通過絕緣視窗3上開設的開口，第二進氣 件62僅包括安裝在第一進氣件61頂部上方的限位塊622，限位塊622形成有第二進氣件62的進氣口和出氣口；第一進氣件61的底部設置有至少一個柱狀封閉件615，柱狀封閉件615頂部設置複數個第二凹槽616，在此以四個第二凹槽616為例進行說明，第二凹槽616與第二進氣件62的出氣口連通；封閉件615的頂部與限位塊622的底部接觸。
第二進氣件62上還安裝有用於外接反應氣體的連接元件，該連接元件為法蘭64；電漿處理裝置使用氣體輸送系統輸送氣體到電漿處理裝置的反應腔1內，透過射頻功率源和線圈產生電漿，從而對待處理基片進行蝕刻，該連接元件為法蘭64，氣體通過中間的法蘭64進入腔體613，並經由第一通孔614流至反應腔1內。
驅動裝置帶動限位塊622移動，調節限位塊622的出氣口與封閉件615之間的相對位置，從而調節封閉件615的頂部第二凹槽616被限位塊622覆蓋的面積大小，從而調節進入腔體613內反應氣體量的多少，進而調節反應腔1內反應氣體量的多少以滿足不同的製程需要。
本實施例中，限位塊622安裝在第一進氣件61的上端，限位塊622與筒狀結構611和封閉件615形成複數個腔體613，在此以四個為例進行示意性說明，請參考圖6，封閉件615的上端設有第二凹槽616；當調整第二進氣件62的限位塊622與第一進氣件61之間的相對位置時，第二進氣件62的出氣口始終與至少一個第二凹槽616連通，在第二進氣件62接入反應氣體的瞬間，第一進氣件61與第二進氣件62之間的壓力增加，上述的四個腔體613可以起到有效的緩衝作用，減小密封圈55的密封壓力，經由上述腔體613的反應氣體穿過第一通孔614流至反應腔內，產生用於對待處理基片進行蝕刻的電漿。
基於同一發明構思，本實施例1及實施例2還提供了一種電漿處理裝置的工作方法，其中，包括：提供如上述電漿處理裝置；提供一待處理基片， 將其置於電漿處理裝置內底部的基座上；當待處理基片在不同相位角上的蝕刻情況不滿足製程要求，利用驅動裝置改變第一進氣件與第二進氣件之間的相對位置，從而改變不同相位角上第一通孔內反應氣體的流速，以使待處理基片在不同相位角上的蝕刻情況滿足製程要求。
儘管本發明的內容已經透過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域之具備通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
1:反應腔
2:靜電吸盤
3:絕緣視窗
4:線圈

Claims (11)

  1. 一種電漿處理裝置，其中，包括：一反應腔，其頂部設有一開口；一第一進氣件，位於該開口內，其具有一第一凹槽，該第一凹槽底端開設有複數個第一通孔；一第二進氣件，安裝於該第一進氣件上，該第一凹槽與該第二進氣件之間形成一腔體，該第二進氣件的進氣口用於接入一反應氣體，該第二進氣件的出氣口用於流出該反應氣體，流出的該反應氣體流至該腔體內，再經該第一通孔流至該反應腔內；一驅動裝置，用於改變該第一進氣件與該第二進氣件之間的相對位置，以改變不同相位角上該第一通孔內的該反應氣體的流速。
  2. 如請求項1所述的電漿處理裝置，其中，該驅動裝置包括至少一驅動元件組，一驅動元件組包括至少一個驅動元件，各該驅動元件組驅動該第二進氣件沿著其預設軌跡移動。
  3. 如請求項1所述的電漿處理裝置，其中，該第二進氣件包括位於該第一進氣件的該第一凹槽內的一插塊和安裝在該第一進氣件頂部上方的一限位塊，該限位塊與該插塊連接；該限位塊形成有該第二進氣件的進氣口，該插塊的側壁形成有該第二進氣件的出氣口；該插塊的底部與該第一進氣件的該第一凹槽底端接觸；該驅動裝置帶動該限位塊移動，調節該插塊與該第一通孔之間的相對位置，以改變該第一通孔被該插塊覆蓋的面積大小來調整從該第一通孔輸出的該反應氣體的量。
  4. 如請求項3所述的電漿處理裝置，其中，該限位塊為多棱柱結構。
  5. 如請求項3所述的電漿處理裝置，其中，該第二進氣件的出氣口由該插塊的側壁上開設的複數個第二通孔形成。
  6. 如請求項1所述的電漿處理裝置，其中，該第二進氣件包括安裝在第一進氣件頂部上方的一限位塊，該限位塊形成有進氣口和出氣口；該第一進氣件的底部設置有至少一個柱狀封閉件，將該第一進氣件的內部分隔形成至少兩個該第一凹槽；該封閉件的頂部與該第二進氣件的該限位塊的底部接觸；該驅動裝置帶動該第二進氣件的該限位塊移動，調節該限位塊與該封閉件之間的相對位置，以改變該限位塊之該出氣口的面積大小，從而改變該第一通孔的該反應氣體的流速。
  7. 如請求項6所述的電漿處理裝置，其中，該限位塊的上端設有複數個第二凹槽；當調整該第二進氣件的該限位塊與該第一進氣件之間的相對位置時，該第二進氣件的出氣口與該第二凹槽連通的面積大小係為可調的。
  8. 如請求項1所述的電漿處理裝置，其中，該第二進氣件上安裝有用於外接反應氣體的一連接元件。
  9. 如請求項8所述的電漿處理裝置，其中，該連接元件與該第一進氣件之間安裝有一密封件。
  10. 如請求項1所述的電漿處理裝置，其中，還包括：一基座，位於該反應腔內，與該第一進氣件相對設置。
  11. 一種電漿處理裝置的工作方法，其中，包括：提供如請求項1至請求項10中的任一項所述的電漿處理裝置；提供一待處理基片，將其置於電漿處理裝置內底部的基座上；當該待處理基片在不同相位角上的蝕刻情況不滿足製程要求，利用該驅動裝置改變該第一進氣件與該第二進氣件之間的相對位置，從而改變不同相位角上該第一通孔內反應氣體的流速，以使該待處理基片在不同相位角上的蝕刻情況滿足製程要求。
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