一種用于等離子反應(yīng)器的氣體噴淋頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于等離子反應(yīng)器的氣體噴淋頭，該氣體噴淋頭包括上下兩層的氣體分布板，氣體分布板上開設(shè)有位置對(duì)應(yīng)的多個(gè)氣孔。氣孔之間互相隔離成不同區(qū)域向等離子反應(yīng)器不同區(qū)域供應(yīng)反應(yīng)氣體的。其中不同分區(qū)之間有一個(gè)隔離環(huán)分隔所述第一組氣孔和第二組氣孔，所述隔離環(huán)包括一個(gè)隔離槽和位于隔離槽中的隔離墊圈，隔離墊圈在所述緊固裝置使所述上層氣體分布板和下層氣體分布板緊貼后的壓縮高度小于等于5%。
【專利說明】一種用于等離子反應(yīng)器的氣體噴淋頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體處理領(lǐng)域，尤其涉及一種用于等離子反應(yīng)器的氣體噴淋頭結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體設(shè)備的制造過程中，例如蝕刻、沉積、氧化、濺射等處理過程中，通常會(huì)利用等離子體對(duì)基片(半導(dǎo)體晶片、玻璃基片等)進(jìn)行處理。一般地，對(duì)于等離子體處理裝置來說，作為生成等離子體的方式，在高頻放電方式的等離子體處理裝置中，包括電容耦合型等離子體反應(yīng)器和電感耦合型等離子體反應(yīng)器。所述的電容耦合型反應(yīng)器通常配置有上部電極和下部電極，優(yōu)選地這兩個(gè)電極平行設(shè)置。而且，通常在下部電極之上載置被處理基片，經(jīng)由整合器將等離子體生成用的高頻電源施加于上部電極或者下部電極。通過由該高頻電源所生成的高頻電場(chǎng)來使反應(yīng)氣體的外部電子加速，從而產(chǎn)等離子體對(duì)下部基片進(jìn)行等離子處理。
[0003]在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，廣泛使用向待處理基片以噴淋狀供氣的噴淋頭。例如在等離子體刻蝕處理設(shè)備中，在處理室內(nèi)設(shè)置有用于載置基片的載置臺(tái)，與該載置臺(tái)相對(duì)的位置設(shè)置有噴淋頭，該噴淋頭的表面設(shè)置有多個(gè)氣體噴出孔，以噴淋狀供給反應(yīng)氣體來產(chǎn)生等離子體。為了精確控制對(duì)載置臺(tái)上固定的基片的加工效果，獲得更高的均一性需要對(duì)通入反應(yīng)腔的氣體分區(qū)控制。在反應(yīng)氣體被氣體分離裝置分離為兩種氣體后分別通入氣體噴淋頭(showerhead)的不同區(qū)域 ，比如中心區(qū)域和外圍區(qū)域。氣體噴淋頭包括上下兩層氣體分布板，上層板與下層板具有相對(duì)應(yīng)的氣孔，其中上層板上的氣孔口徑大于下層板上的氣孔。為了避免中心區(qū)域和外圍區(qū)域的氣體互相串?dāng)_，在兩個(gè)區(qū)域之間要設(shè)置隔離裝置如氣密的環(huán)形墊圈(Ο-ring),環(huán)形墊圈放置在墊圈槽內(nèi)使墊圈內(nèi)外的氣體通路互相氣體隔離,其中墊圈槽可以開設(shè)在上層氣體分布板也可以開設(shè)在下層氣體分布板。為了保證中心區(qū)域和外圍區(qū)域氣體的隔離，墊圈需要足夠厚度使得上層板與下層板用螺栓相互緊固時(shí)產(chǎn)生足夠的壓力。但是較厚的墊圈在保證氣體隔離的同時(shí)也使得上層板和下層板之間的接觸壓力不夠或者存在間隙，而上層板和下層板之間的間隙會(huì)造成上下層板之間的導(dǎo)熱能力急劇惡化，最終導(dǎo)致整塊氣體噴淋頭上溫度分布的不均勻。氣體噴淋頭溫度分布不均會(huì)導(dǎo)致器件變形，以及等離子處理時(shí)沉積的聚合物分布的不均勻，這些都會(huì)導(dǎo)致等離子處理效果的不均勻。
[0004]所以業(yè)內(nèi)需要一種更好的氣體隔離結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域氣體隔離的同時(shí)保證氣體噴淋頭中的上下層氣體分布板緊密貼合，使得等離子處理效果在基片上保持均一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種等離子反應(yīng)器的氣體噴淋頭。具體地，提供一種氣體噴淋頭結(jié)夠輸出互相隔離的至少兩種反應(yīng)氣體，同時(shí)保證氣體噴淋頭上具有均一的溫度。所述氣體噴淋頭，包括:一個(gè)氣體分流裝置包括第一出口和第二出口，一個(gè)上層氣體分布板上包括第一組氣孔與所述第一出口連通，第二組氣孔與所述第二出口連通，一個(gè)下層氣體分布板包括分別與所述上層氣體分布板第一組氣孔和第二組氣孔位置對(duì)應(yīng)的多個(gè)氣孔，一個(gè)緊固裝置使上層氣體分布板和下層氣體分布板相互緊貼固定，一個(gè)隔離環(huán)分隔所述第一組氣孔和第二組氣孔，所述隔離環(huán)包括一個(gè)隔離槽和位于隔離槽中的隔離墊圈，其特征在于，所述隔離墊圈在所述緊固裝置使所述上層氣體分布板和下層氣體分布板緊貼后的壓縮高度小于等于5%。其中所述上層氣體分布板和下層氣體分布板的材料選自S1、SiC、AL以及石墨之一。上層氣體分布板上的氣孔口徑大于所述下層氣體分布板上的氣孔口徑。下層氣體分布板下表面還包括已出抗腐蝕材料層。所述緊固裝置選自螺栓、螺釘或夾持機(jī)構(gòu)之一。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明等離子反應(yīng)器整體示意圖；
[0007]圖2為本發(fā)明等離子反應(yīng)器局部放大圖；
【具體實(shí)施方式】
[0008]以下結(jié)合圖1和2，詳細(xì)說明本發(fā)明第一實(shí)施例。
[0009]如圖1所示，本發(fā)明等離子反應(yīng)器100內(nèi)包括基座22，基座22上固定有待處理基片20，氣體噴淋頭11同時(shí)作為上電極與基座22相對(duì)，且固定在反應(yīng)器頂部。氣體噴淋頭11通過氣體管道連接到氣源110?；?2上包括一個(gè)基片固定裝置如靜電夾盤21。一個(gè)邊緣環(huán)10圍繞基片20和基片固定裝置21。至少一個(gè)射頻電源向基座內(nèi)的下電極提供射頻電場(chǎng)。其中氣體噴淋頭內(nèi)上部包括氣體分流裝置，氣體分流裝置將來自氣源的氣體分為第一反應(yīng)氣體和第二反應(yīng)氣體分別通過第一出口和第二出口輸出到后端位于氣體噴淋頭下部的氣體分布板。由于 氣體分流裝置屬于半導(dǎo)體加工業(yè)的內(nèi)習(xí)知技術(shù)，可用于實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)種類很多所以此處不再贅述。圖1中氣體噴淋頭11中A處的局部放大截面圖如圖2所示，氣體分布板包括上層氣體分布板120和下層氣體分布板130,上層氣體分布板120包括多個(gè)第二氣體孔122,和多個(gè)第一氣體分布孔121。第一氣體分布孔121和第二氣體分布孔122之間由一個(gè)隔離環(huán)實(shí)現(xiàn)隔離。隔離環(huán)包括一個(gè)隔離槽124，隔離槽內(nèi)包括一個(gè)墊圈126。下層氣體分布板130包括多個(gè)第一氣體分布孔空131和第二氣體分布孔132。上下兩層氣體分布板120、130通過機(jī)械緊固裝置123 (如螺栓、螺釘或夾持機(jī)構(gòu))實(shí)現(xiàn)相互固定，并使上層氣體分布板的下表面和下層氣體分布板130的上表面緊貼。圖2中雖然只示出里一個(gè)螺栓的結(jié)果，實(shí)際上可以有多個(gè)，如2-4個(gè)甚至更多個(gè)，在整個(gè)氣體分布板上多處設(shè)置。在上下層氣體分布板120和130相互貼合時(shí),第一氣體分布孔121和131位置相匹配,第二氣體分布空122和132位置相匹配。而且上層氣體分布板上的氣體孔121，122具有較大的口徑，下層氣體分布板上的氣孔具有較小口徑，兩者在裝配時(shí)少量的位置偏移也不會(huì)造成氣孔堵塞或扭曲。
[0010]其中氣體分布板也作為上電極I禹合電場(chǎng)，所以氣體分布板120，130的材料可以選自S1、SiC、AL以及石墨等導(dǎo)體或半導(dǎo)體。其中下層氣體分布板面向等離子處理空的下表面還可以鍍有一層耐等離子腐蝕的防腐材料層140，如氧化鋁或者氧化釔。
[0011]為了保證第一氣體孔和第二氣體孔中流過的氣體不會(huì)在上下層氣體分布板之間的縫隙中交叉混合，所以傳統(tǒng)氣體隔離環(huán)中的墊圈在選擇參數(shù)時(shí)要求具有足夠的厚度，t匕如在螺栓緊固前后墊圈會(huì)壓縮10%以上的高度(如20%)。壓縮率越高則墊圈126上下表面與隔離槽124上壁和下層板130上表面之間的壓力越大。雖然這樣能保證氣體不會(huì)泄露，但是墊圈126與下層板之間太大的壓力，會(huì)導(dǎo)致上下層氣體分布板之間出現(xiàn)縫隙，這樣不僅會(huì)使第一氣孔121或者第二氣孔122之間的氣體互相擴(kuò)散，同時(shí)也會(huì)使上下兩層氣體分布板之間無法進(jìn)行有效的熱傳導(dǎo)，近一步的會(huì)造成整個(gè)氣體分布板上溫度不均勻。氣體分布板上的溫度分布不均會(huì)造成等離子反應(yīng)器100內(nèi)的等離子處理效果不均勻。
[0012]本發(fā)明的設(shè)計(jì)使得墊圈尺寸相對(duì)傳統(tǒng)墊圈較小，從未被壓縮前的直徑到壓縮裝配后的直徑只減小了 5%左右，如4%。這樣的壓縮比能夠保證在上下層氣體分布板裝配完成后不會(huì)由于隔離環(huán)壓力過大使得兩層氣體分布板之間接觸不良。雖然可能會(huì)導(dǎo)致隔離環(huán)上部分區(qū)域出現(xiàn)少量漏氣，但是由于兩個(gè)區(qū)域的氣體本身性質(zhì)接近，氣壓也接近所以對(duì)整體的反應(yīng)效果影響不大。整體來看由于保證溫度均一帶來的等離子處理效果均一的好處遠(yuǎn)大于氣體局部少量泄漏帶來的不利。[0013]本發(fā)明所述的隔離環(huán)能夠?qū)怏w分布板上的多個(gè)氣孔劃分成至少兩個(gè)區(qū)，如中心區(qū)和外圍區(qū)，也可以是劃分成超過兩個(gè)區(qū)域如中心區(qū)，中間區(qū)，外圍區(qū)等任何需要對(duì)反應(yīng)氣體分區(qū)供應(yīng)的場(chǎng)合。此時(shí)隔離環(huán)將包括至少2個(gè)以上，實(shí)現(xiàn)多個(gè)區(qū)域之間的隔離。不同區(qū)域供應(yīng)的氣體可以相同也可以具有不同的流量或者氣體成分。本發(fā)明除了可以用來進(jìn)行刻蝕外還可以進(jìn)行化學(xué)氣相沉積等其他等離子處理。
[0014]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于等離子反應(yīng)器的氣體噴淋頭，包括: 一個(gè)氣體分流裝置包括第一出口和第二出口， 一個(gè)上層氣體分布板上包括第一組氣孔與所述第一出口連通，第二組氣孔與所述第二出口連通， 一個(gè)下層氣體分布板包括分別與所述上層氣體分布板第一組氣孔和第二組氣孔位置對(duì)應(yīng)的多個(gè)氣孔， 一個(gè)緊固裝置使上層氣體分布板和下層氣體分布板相互緊貼固定， 一個(gè)隔離環(huán)分隔所述第一組氣孔和第二組氣孔，所述隔離環(huán)包括一個(gè)隔離槽和位于隔離槽中的隔離墊圈，其特征在于，所述隔離墊圈在所述緊固裝置使所述上層氣體分布板和下層氣體分布板緊貼后的壓縮高度小于等于5%。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體噴淋頭，其特征在于:所述上層氣體分布板和下層氣體分布板的材料選自S1、SiC、AL以及石墨之一。
3.如權(quán)利要求1所述的氣體噴淋頭，其特征在于:所述上層氣體分布板上的氣孔口徑大于所述下層氣體分布板上的氣孔口徑。
4.如權(quán)利要求1所述的等離子反應(yīng)器，其特征在于:所述隔離墊圈的壓縮高度小于4% 。。
5.如權(quán)利要求1所述的氣體噴淋頭，其特征在于:所述下層氣體分布板下表面還包括已出抗腐蝕材料層。
6.如權(quán)利要求1所述的等離子反應(yīng)器，其特征在于:所述緊固裝置選自螺栓、螺釘或夾持機(jī)構(gòu)之一。
【文檔編號(hào)】H01J37/32GK103903946SQ201210575314
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】徐朝陽, 倪圖強(qiáng), 黃智林, 李菁 申請(qǐng)人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司