[发明专利]进气装置及等离子体加工设备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种进气装置及等离子体加工设备。

背景技术

等离子体加工设备已广泛地应用在集成电路(IC)和微机电系统(MEMS)等的制造工艺中，例如电感耦合等离子体(ICP)加工设备，其基本原理为：激发反应腔室内的工艺气体形成等离子体，等离子体中含有的诸如离子、电子和自由基等的活性粒子与衬底表面发生各种物理和化学反应，从而实现对衬底表面进行刻蚀或沉积薄膜。

图1为典型的等离子体加工设备的结构示意图。如图1所示，等离子体加工设备包括反应腔室10、进气装置、偏压电源16和终点检测装置17。其中，在反应腔室10内设置有用于承载衬底12的静电卡盘11，其与偏压电源16电连接；而且，在反应腔室10的顶壁上方设置有线圈14及与之电连接的射频电源15；进气装置包括进气嘴13和与之连通的气源(图中未示出)，进气嘴13设置在反应腔室10的顶部中心位置，用以将由气源提供的工艺气体喷入反应腔室10内。在进行工艺的过程中，气源经由进气嘴13向反应腔室10内提供工艺气体；接通射频电源15和偏压电源16，以激发反应腔室10内的工艺气体形成等离子体；偏压电源16对置于静电卡盘11上的衬底12加载偏压，以使等离子体中的活性粒子对衬底12表面进行刻蚀；在完成刻蚀工艺之后，借助终点检测装置17观察置于反应腔室10内的衬底12的刻蚀效果。

在实际应用中，上述进气嘴13的具体结构如图2A和图2B所示，进气嘴13包括竖直通道130，其上端与气源连通，且在竖直通道130的下端设置有含有多个通孔131的气体喷射部，并且通孔131的两端分别与竖直通道130和反应腔室10连通。在进行工艺的过程中，由气源提供的工艺气体经由竖直通道130和通孔131流入反应腔室10内。然而，由于上述通孔131位于反应腔室10的中心位置，且垂直于置于静电卡盘11上的衬底12表面，这使得经由通孔131朝向反应腔室10的中心区域流动的工艺气体的流量多于朝向反应腔室10的边缘区域流动的工艺气体的流量，导致反应腔室10内的工艺气体分布不均匀，从而造成上述等离子体加工设备的工艺均匀性较差。

为此，人们采用了另一种结构的进气嘴，如图3A和3B所示，在反应腔室10的顶壁的中心位置设置有下端开口较大的锥状进气口101(倾角为α)，进气嘴13设置在进气口101内，且其外周壁与进气口101形成与反应腔室10的内部连通的环形空间；而且，进气嘴13包括竖直通道130，竖直通道130包括进气端、中央出气端131和边缘出气端132，其中，进气端与气源连通；中央出气端131采用下端开口较大的锥状结构(倾角为β)，且与反应腔室10连通；边缘出气端132与上述环形空间连通。在进行工艺的过程中，由气源提供的工艺气体流入竖直通道130内，其中一部分气体经由中央出气端131流入反应腔室10的中心区域；其中另一部分气体经由边缘出气端132和环形空间流入反应腔室10的边缘区域。

虽然上述进气嘴13在一定程度上提高了反应腔室10内的工艺气体的分布均匀性，但是其在实际应用中不可避免地存在以下问题，即：由于上述进气嘴13仍然位于反应腔室10的中心位置，这使得该进气嘴13对朝向反应腔室10边缘区域流动的工艺气体的流量的提高程度有限，导致上述等离子体加工设备无法满足对工艺均匀性具有较高要求的工艺。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种进气装置及等离子体加工设备，其可以进一步提高朝向反应腔室边缘区域流动的工艺气体的流量，以使反应腔室边缘区域和中心区域的工艺气体的分布趋于均匀，从而可以提高等离子体加工设备的工艺均匀性。

为实现本发明的目的而提供一种进气装置，包括进气单元和气源，所述气源经由所述进气单元向反应腔室的内部提供工艺气体；所述进气单元包括设置在所述反应腔室顶部的中央进气嘴，所述中央进气嘴分别与所述气源和反应腔室连通，用以向所述反应腔室的中心区域喷出工艺气体；所述进气单元还包括设置在所述反应腔室的侧壁上的边缘进气嘴组，所述边缘进气嘴组包括沿所述反应腔室的周向排列，且彼此相互独立的至少两个边缘进气嘴，用以向所述反应腔室的边缘区域喷出工艺气体。

其中，所述边缘进气嘴组的数量为一组或多组，且多组所述边缘进气嘴组沿竖直方向间隔排列。

其中，在每组所述边缘进气嘴组中，所述至少两个边缘进气嘴沿所述反应腔室的周向对称排列；或者所述至少两个边缘进气嘴根据所述反应腔室的不对称的内部结构沿所述反应腔室的周向不对称排列。