气体分配装置、等离子体处理装置及方法与流程

本发明涉及等离子体处理，特别涉及气体分配装置、等离子体处理装置及方法。

背景技术：

1、在半导体器件的制造工艺中，需要对反应气体进行离子化以产生等离子体，进而对位于处理室内的晶圆表面的膜层产生刻蚀。在等离子体刻蚀工艺中，半导体刻蚀机台的气体分配装置中的气体源提供的工艺气体从气体管道流出，汇集到气体分流器中，经由气体扩散器划分的不同区域将工艺气体扩散到晶圆表面。

2、然而，传统的等离子体刻蚀机台气体分配装置中，长时间蚀刻过程容易导致晶圆单边缺陷，降低半导体产品边缘区域的利用率，增加生产成本。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对背景技术中问题，提供一种气体分配装置、等离子体处理装置及方法，提高工艺气体混合的均一性，提高晶圆边缘蚀刻速率，延长靶材使用时长，以提升良率，降低成本。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本公开的一方面提供一种气体分配装置，包括若干个缓冲部、若干个可控阀及控制器，缓冲部被配置为：出口与喷头中气体分配区域对应设置，第一入口经由第一输气管道与第一工艺气体相连，第二入口经由第二输气管道与第二工艺气体相连；若干个可控阀对应设置于第二输气管道，用于控制第二输气管道与相连的缓冲部的连通状态；控制器与各可控阀电连接，用于通过控制各可控阀的开关状态来调整各缓冲部内第一工艺气体与第二工艺气体混合的均一性，并调整与缓冲部连通的气体分配区域内的气体浓度。

3、于上述实施例中的气体分配装置中，可以设置汇集到分流器的第一工艺气体经由多个第一输气管道被输送到中部气体分配区域、第一缓冲部及第二缓冲部中，并设置通过可控阀补偿的第二工艺气体经由多个第二输气管道被输送到中部气体分配区域、第一缓冲部及第二缓冲部中，且第一、第二输气管道分别与中部气体分配区域及各缓冲部内部气密性连通。第一工艺气体与第二工艺气体在多个缓冲部中接触并充分混合，在缓冲部中混合均匀的工艺气体通过喷头输送向第一气体分配区域、第二气体分配区域。当半导体刻蚀机台的气体源提供的经由分流器、多条第一输气管道的第一工艺气体，与通过可控阀控制的经由多条第二输气管道的第二工艺气体混合不充分时，可以通过在缓冲部中充分接触，使得各缓冲部内气体混合的均一性位于预设配比范围内，提高第一、第二工艺气体混合的均一性。此方法通过分层分区域扩散的结构代替原有的单一的扩散结构，不会影响原本的混合气体分配比，且第二工艺气体会直接加入缓冲部与第一工艺气体充分混合后扩散。由于缓冲部的设置，缩小了蚀刻过程中的单边区域差，提高晶圆边缘的利用率，提升制作半导体产品的良率，降低成本。

4、在本公开的一些实施例中，气体分配区域包括中部气体分配区域，及环绕中部气体分配区域的第一气体分配区域、第二气体分配区域，第二气体分配区域环绕第一气体分配区域；缓冲部包括第一缓冲部、第二缓冲部；第一缓冲部被配置为：出口与第一气体分配区域连通，第一入口经由第一输气管道的第二分支与第一工艺气体相连，第二入口经由第二输气管道的第二分支与第二工艺气体相连；第二缓冲部被配置为：出口与第二气体分配区域对应设置，第一入口经由第一输气管道的第三分支与第一工艺气体相连，第二入口经由第二输气管道的第三分支与第二工艺气体相连。

5、在本公开的一些实施例中，第一缓冲部包括第一容置腔，第一容置腔被配置为：出口与第一气体分配区域连通，第一入口经由第一输气管道的第二分支与第一工艺气体相连，第二入口经由第二输气管道的第二分支与第二工艺气体相连；第二缓冲部包括第二容置腔，第二容置腔被配置为：出口与第二气体分配区域连通，第一入口经由第一输气管道的第三分支与第一工艺气体相连，第二入口经由第二输气管道的第三分支与第二工艺气体相连；第一输气管道的第二分支和第一输气管道的第三分支连接到分流器。

6、在本公开的一些实施例中，第一输气管道的第一分支和第二输气管道的第一分支直接与所述中部气体分配区域连接；第一输气管道的第一分支的一端连接到分流器。

7、在本公开的一些实施例中，气体分配装置还包括若干个温控部，温控部与缓冲部对应设置，且与控制器电连接，用于根据接收的控制器的温度控制信号，调节对应的缓冲部内气体温度。

8、在本公开的一些实施例中，温度控制信号包括第一温度控制信号、第二温度控制信号；温控部包括第一加热部及第二加热部，第一加热部与控制器电连接，用于根据接收的第一温度控制信号调节第一缓冲部内气体温度；第二加热部与控制器电连接，用于根据接收的第二温度控制信号调节第二缓冲部内气体温度。

9、在本公开的一些实施例中，第一加热部包括第一环形加热器，第一环形加热器与控制器电连接，环绕第一缓冲部外表面，用于根据第一温度控制信号调整第一缓冲部内气体扩散率；第二加热部包括第二环形加热器，第二环形加热器与控制器电连接且环绕第二缓冲部外表面，用于根据第二温度控制信号调整第二缓冲部内气体扩散率；第一环形加热器位于第二缓冲部与第一缓冲部之间。

10、在本公开的一些实施例中，可控阀包括电磁阀，电磁阀与所述控制器电连接。

11、在本公开的一些实施例中，喷头包括夹板、第一电极板及若干个垫圈；第一电极板设置于夹板的下表面；若干个垫圈设置于夹板和第一电极板之间，用于将喷头隔绝成相互独立的多个气体分配区域。

12、在本公开的一些实施例中，喷头的形状为圆形；中部气体分配区域、第一气体分配区域及第二气体分配区域分别为从圆心到圆周依次排开，其中，中部气体分配区域的形状为圆形，第一气体分配区域和第二气体分配区域的形状均为圆环形。

13、在本公开的一些实施例中，气体分配装置还包括检测装置，检测装置与控制器电连接，用于检测所述可控阀对应的气体分配区域内的气体浓度；控制器被配置为：若气体浓度小于或等于第一预设阈值，则控制可控阀动作并导通第二输气管道。

14、在本公开的一些实施例中，气体分配装置还包括报警装置，报警装置与控制器电连接；控制器被配置为：若气体浓度大于或等于第二预设阈值，则控制报警装置发出报警信息，其中，第二预设阈值大于第一预设阈值。

15、在本公开的一些实施例中，第二工艺气体与第一工艺气体相同或不同。

16、本公开的另一方面提供一种等离子体处理装置，用于产生等离子体对基板进行处理，包括任一本公开实施例中所述的气体分配装置及承载盘，第一工艺气体及/或第二工艺气体经由气体分配装置流入承载盘，在承载盘内形成等离子体，对承载盘内的待刻蚀基板进行刻蚀。

17、于上述实施例中的等离子体处理装置中，汇集到分流器的第一工艺气体经由多个第一输气管道与通过可控阀补偿的第二工艺气体经由多个第二输气管道被输送到中部气体分配区域、第一缓冲部及第二缓冲部中。工艺气体可以通过在缓冲部中充分接触，并借助温控部微调气体膨胀，以进一步促进缓冲部内气体混合，使得各缓冲部内气体混合的均一性位于预设配比范围内，提高第一、第二工艺气体混合的均一性。此方法通过分层分区域扩散的结构代替原有的单一的扩散结构，此结构不会影响原本的混合气体分配比，且第二工艺气体会直接加入缓冲部与第一工艺气体充分混合后扩散。晶圆边缘区域的蚀刻速率还可以借由温度改变进行调整，由于缓冲部与温控部的设置，以做到缩小单边区域差，提高晶圆边缘的利用率，提升产品的良率。

18、在本公开的一些实施例中，第二工艺气体与所述第一工艺气体相同或不同。

19、本公开的又一方面提供一种等离子体处理方法，包括使用任一本公开实施例中的等离子体处理装置产生等离子体，以对待刻蚀基板进行刻蚀处理，并控制各可控阀动作，使得各缓冲部内气体混合的均一性位于预设配比范围内，并使得各气体分配区域内的气体浓度位于对应的预设气体浓度范围内。本实施例中可以通过工艺气体输送到各缓冲部中以充分混合，能够在保证经由不同输送管道的工艺气体混合充分且均匀的情况下，缩小单边区域差，提高晶圆边缘的利用率，提升制作半导体产品的良率。