反应气体流量控制装置及等离子体处理装置的制作方法

本实用新型涉及半导体工艺设备技术领域，具体涉及一种反应气体流量控制装置及等离子体处理装置。

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反应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，从而对晶片进行刻蚀。如图1所示，等离子体处理装置的反应腔1顶部和侧壁均设有开口11，大部分反应气体通过顶部开口11进入反应腔1，也有少部分反应气体通过侧壁开口11进入反应腔1。顶部开口11安装有喷嘴6，目前反应气体是通过与喷嘴6连接的法兰7直接进入喷嘴6，喷嘴6底部设置有多个通孔，多个通孔在喷嘴6底部呈圆周分布，反应气体通过多个通孔流入反应腔1。目前该喷嘴6以及侧壁开口11处的进气流量是无法调节的。

随着刻蚀工艺的发展，关键尺寸逐渐变小，对于晶片刻蚀速率的sidetoside指标(即晶片上刻蚀的均匀性)要求越来越高，刻蚀均匀性的差异可接受范围为从一开始1％～2％到0.5％，现在甚至需要做到小于0.5％的要求。

针对这个需求，迫切需要对顶部开口和侧壁开口处的进气结构进行改进，使通入反应腔的反应气体的流量具有可调节性。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种反应气体流量控制装置及等离子体处理装置，以使通入的反应气体的流量具有可调节性，提高晶片的刻蚀均匀性。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种反应气体流量控制装置，其用于等离子体处理装置，包括：

第一进气件，其包括至少一个第一通孔；

气体通路，形成于所述第一进气件，用于所述反应气体的通入；所述反应气体流经所述气体通路，从所述第一通孔流出；

至少一个调节件，所述调节件用于调节与对应的所述第一通孔的相对位置，从而调节对应的所述第一通孔处反应气体的流量。

进一步的，在上述反应气体流量控制装置中，所述第一进气件具有第一凹槽，所述第一通孔设置在所述第一凹槽底部。

进一步的，在上述反应气体流量控制装置中，还包括第二进气件，所述第二进气件安装于所述第一进气件上，第二进气件包括至少一个贯通的第一安装孔，每一所述第一安装孔均与一个所述第一通孔相对设置，每一所述调节件安装于一个所述第一安装孔内；所述第一凹槽与所述第二进气件之间形成第一腔体，所述气体通路由所述第一腔体形成。

进一步的，在上述反应气体流量控制装置中，所述第一进气件包括具有所述第一凹槽的第一筒状结构和位于所述第一筒状结构顶部的限位环，所述限位环与所述第一筒状结构连接，所述第一筒状结构用于安装在所述等离子体处理装置的开口内，所述限位环不能通过所述开口。

进一步的，在上述反应气体流量控制装置中，所述气体通路的进气口由所述限位环的侧壁上开设的若干第二通孔形成。

进一步的，在上述反应气体流量控制装置中，所述第二进气件包括位于所述第一凹槽内的第一插块和位于所述第一凹槽外的第一限位块，所述第一插块的一端与所述第一限位块连接，另一端不与所述第一凹槽底部接触，所述第一安装孔贯通所述第一限位块和所述第一插块。

进一步的，在上述反应气体流量控制装置中，还包括第二进气件，其具有第二凹槽，所述第二凹槽底部设有至少一个第二安装孔，所述第一进气件安装于所述第二进气件上，每一所述第二安装孔均与一个所述第一通孔相对设置，每一所述调节件安装于一个所述第二安装孔内；所述第二凹槽与所述第一进气件之间形成第二腔体，所述气体通路由所述第二腔体形成。

进一步的，在上述反应气体流量控制装置中，所述第二进气件包括具有所述第二凹槽的第二筒状结构，所述第二筒状结构用于安装在所述等离子体处理装置的开口内。

进一步的，在上述反应气体流量控制装置中，所述第一进气件包括位于所述第二凹槽内的第二插块和位于所述第二凹槽外的第二限位块，所述第二插块的一端与所述第二限位块连接，另一端不与所述第二凹槽底部接触；所述第一通孔贯通所述第二插块和所述第二限位块。

进一步的，在上述反应气体流量控制装置中，所述调节件包括相连接的驱动模块和调节杆，所述驱动模块用于驱动所述调节杆朝向或远离对应的所述第一通孔运动。

进一步的，在上述反应气体流量控制装置中，所述调节杆末端的端部可至少部分覆盖所述第一通孔，所述驱动模块驱动所述调节杆运动使末端的端部靠近或远离对应的所述第一通孔，以调节对应的所述第一通孔处反应气体的流量。

进一步的，在上述反应气体流量控制装置中，所述调节杆末端具有能够插入所述第一通孔的调节区段，所述驱动模块驱动所述调节杆运动使所述调节区段插入或远离对应的所述第一通孔，以调节对应的所述第一通孔处反应气体的流量。

进一步的，在上述反应气体流量控制装置中，所述调节区段的横截面的面积沿着朝向所述第一通孔的方向逐渐变小，所述驱动模块驱动所述调节杆运动使所述调节区段中不同面积的横截面与所述第一通孔的气体流入端共面，以调节对应的所述第一通孔处反应气体的流量。

进一步的，在上述反应气体流量控制装置中，所述调节件的数量为多个，在任一时刻，各个所述调节件可同步或异步调节与对应的所述第一通孔的相对位置，从而调节所述第一通孔处反应气体的流量分布。

一种等离子体处理装置，包括：反应腔，所述反应腔顶部和/或侧壁设置开口，所述开口设置如上文任一所述的反应气体流量控制装置。

与现有技术相比，本实用新型技术方案具有以下有益效果：

本实用新型提供的反应气体流量控制装置，在反应气体流经气体通路，从所述第一通孔流出时，可以根据实际需要利用所述调节件改变与对应的所述第一通孔的相对位置，使所述第一通孔可以处于打开状态、关闭状态或者具有不同的流通面积的状态，从而调节所述第一通孔处反应气体的流量，进而提高晶片的刻蚀均匀性。

本实用新型提供的等离子体处理装置，由于具有上述的反应气体流量控制装置，因此也具备相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中等离子体处理装置的一种结构示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的一种等离子体处理装置的结构示意图；

图3是本实用新型提供的第一种实施例的反应气体流量控制装置的结构示意图；

图4是本实用新型提供的第二种实施例的反应气体流量控制装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图2～4和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型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、明晰地辅助说明本实用新型实施方式的目的。为了使本实用新型的目的、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，并非用以限定本实用新型实施的限定条件，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，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图2示出一种等离子体处理装置的示意图，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晶片的支撑固定。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晶片的表面发生多种物理和化学反应，使得晶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；线圈4，安装在绝缘窗口3上，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。

绝缘窗口3上设置有开口11，反应腔的侧壁也设有多个开口11。本实用新型提供的反应气体流量控制装置5可设置在这些开口11内，用于对通入的反应气体的流量进行调节，提高晶片的刻蚀均匀性。

图3示出了本实用新型提供的第一种实施例的反应气体流量控制装置5，在该图所示的结构中，所述反应气体流量控制装置5包括：第一进气件51，其包括至少一个第一通孔511；气体通路，形成于所述第一进气件51，用于所述反应气体的通入，所述反应气体流经所述气体通路，从所述第一通孔511流出至反应腔1内；至少一个调节件52，所述调节件52用于调节与对应的所述第一通孔511的相对位置，从而调节对应的所述第一通孔511处反应气体的流量。可以理解的是，所述调节件52的数量可以小于或等于所述第一通孔511的数量，即，可以对每一个第一通孔511均进行流量调节，也可以对其中若干个第一通孔511进行流量调节，本实用新型对此不作限制。

当所述气体通路通入反应气体后，可以通过改变所述调节件52与对应的第一通孔511之间的相对位置来改变所述第一通孔511中反应气体的流量；可以根据待处理晶片的刻蚀状态对反应气体进行实时调节，以提高刻蚀后的待处理晶片的刻蚀均匀性。

具体的，所述第一进气件51具有第一凹槽，所述第一通孔511设置在所述第一凹槽底部。所述反应气体流量控制装置5还包括第二进气件53，所述第二进气件53安装于所述第一进气件51上，第二进气件53包括至少一个贯通的第一安装孔531a，每一所述第一安装孔531a均与一个所述第一通孔511相对设置，每一所述调节件52安装于一个所述第一安装孔531a内；所述第一凹槽与所述第二进气件53之间形成第一腔体a(所述第二进气件53将所述第一凹槽的上端封闭而形成)，所述气体通路由所述第一腔体a形成。

本实施例中，所述第一进气件51包括具有所述第一凹槽的第一筒状结构512a和位于所述第一筒状结构顶部的限位环513a，所述限位环513a与所述第一筒状结构512a连接，所述第一筒状结构512a用于安装在所述等离子体处理装置的开口11内，所述限位环513a不能通过所述开口11。优选的，所述限位环513a的侧壁上开设有若干第二通孔513a1作为所述气体通路的进气口，输气系统将反应气体通过所述进气口通入所述气体通路。在其他实施例中，所述进气口也可以设置在所述第二进气件53上，本实用新型对此不作限制。

所述第二进气件53包括位于所述第一凹槽内的第一插块532a和位于所述第一凹槽外的第一限位块533a，所述第一插块532a的一端与所述第一限位块533a连接，另一端不与所述第一凹槽底部接触，所述第一安装孔531a贯通所述第一限位块533a和所述第一插块532a。所述第一插块532a的另一端与所述第一凹槽底部之间的距离通常不能过小，可根据实际情况进行设置。

本实施例中，所述调节件52包括相连接的驱动模块521和调节杆522，所述驱动模块521用于驱动所述调节杆522朝向或远离对应的所述第一通孔511运动，以改变所述调节杆522与对应的所述第一通孔511的相对位置，从而调节对应的所述第一通孔511处反应气体的流量。

在一种实现方式中，所述调节杆522末端的端部在靠近第一通孔511时可至少部分覆盖所述第一通孔511，所述驱动模块521驱动所述调节杆522运动使末端的端部靠近或远离对应的所述第一通孔511，对于其中一个第一通孔511，当调节杆522靠近第一通孔511时，第一通孔511处于流量最小状态，当调节杆522远离第一通孔511时，第一通孔511处于流量最大状态，通过此种方式以调节对应的所述第一通孔511处反应气体的流量。即，当所述调节杆522末端端部靠近所述第一通孔511，则将所述第一通孔511至少部分被覆盖住，所述第一通孔511处的反应气体的流量由此发生变化，流量减小或者使第一通孔511完全处于关闭状态，当所述调节杆522末端端部远离所述第一通孔511后，所述第一通孔511处的流量恢复，从而实现气体流量调节的目的。具体地，例如，具有10个第一通孔511及与其对应的调节杆522，驱动其中5个调节杆522以使5个与其对应的第一通孔511处于流量最小状态，来减小反应气体流量，为了进一步减小反应气体流量，可以驱动更多的调节杆522，例如8个，以使与其对应的第一通孔511处于流量最小状态；这里第一通孔511的个数仅仅是举例，对个数不做具体限定。

在另一种实现方式中，所述调节杆522末端具有能够插入所述第一通孔511的调节区段，所述驱动模块521驱动所述调节杆522运动使所述调节区段插入或远离对应的所述第一通孔511，以调节对应的所述第一通孔511处反应气体的流量。即，所述调节杆522末端插入或远离所述第一通孔511，使得所述第一通孔511处于关闭状态或打开状态，从而实现气体流量调节的目的。具体的调节方式与前述一种实现方式类似，在此不做赘述。

在又一种实现方式中，所述调节区段的横截面的面积沿着朝向所述第一通孔511的方向逐渐变小，所述驱动模块521驱动所述调节杆522运动使所述调节区段中不同面积的横截面与所述第一通孔511的气体流入端共面，以调节对应的所述第一通孔511处反应气体的流量。即，通过使不同面积的横截面与所述第一通孔511的气体流入端共面，可使所述第一通孔511具有不同的流通面积，从而实现气体流量调节的目的。进一步的，对于其中一个第一通孔511，随着调节杆522逐渐插入所述第一通孔511，所述第一通孔511处反应气体流量逐渐减小，如此可实现所述第一通孔511处反应气体流量的精细化调节。具体的调节方式可以与前述一种实现方式类似，在此不做赘述。可选的，具体的调节方式也可以采用其他实现方式，例如：所有的调节杆522均工作，通过同时调节每个调节杆522的调节区段与第一通孔511共面的面积大小来调节流量大小。

所述驱动装置521可以为气缸、电磁阀、压电致动器、步进电机等，可根据实际需要进行选择。

优选的，所述调节件52的数量为多个，由此，在任一时刻，各个所述调节件52可同步或异步调节与对应的所述第一通孔511的相对位置，从而调节所述第一通孔511处反应气体的流量分布。具体的，在刻蚀过程中，可根据待处理晶片的刻蚀情况，选择同步调节或异步调节。当待处理晶片不同位置的刻蚀情况不一致时，可通过异步调节使得不同调节件52与对应的第一通孔511的相对位置不同，从而使得不同位置的第一通孔511处反应气体的流量不同，即通入反应腔的反应气体的流量分布不同，提高刻蚀均匀性。

所述第一进气件51和所述第二进气件52之间可通过密封件进行密封，所述第二进气件52与所述调节杆522之间也可以通过密封件进行密封。

图4示出了本实用新型提供的第二种实施例的反应气体流量控制装置，在该图所示的结构中，所述反应气体流量控制装置5包括：第一进气件51，其包括至少一个第一通孔511；气体通路，形成于所述第一进气件51，用于所述反应气体的通入，所述反应气体流经所述气体通路，从所述第一通孔511流出至反应腔1内；至少一个调节件52，所述调节件52用于调节与对应的所述第一通孔511的相对位置，从而调节对应的所述第一通孔511处反应气体的流量。当所述气体通路通入反应气体后，可以通过改变所述调节件52与对应的第一通孔511之间的相对位置来改变所述第一通孔511中反应气体的流量；可以根据待处理晶片的刻蚀状态对反应气体进行实时调节，以提高刻蚀后的待处理晶片的刻蚀均匀性。

作为示例，图4中仅示出了一个调节件52，可以理解的是，在该图所示的结构中，所述调节件52的数量也可以设置为多个，本实用新型对此不作限定。

所述反应气体流量控制装置5还包括第二进气件53，其具有第二凹槽，所述第二凹槽底部设有至少一个第二安装孔531b，所述第一进气件51安装于所述第二进气件53上，每一所述第二安装孔531b均与一个所述第一通孔511相对设置，每一所述调节件52安装于一个所述第二安装孔531b内；所述第二凹槽与所述第一进气件51之间形成第二腔体b(所述第一进气件51将所述第二凹槽的上端封闭而形成)，所述气体通路由所述第二腔体b形成。

本实施例中，所述第二进气件53包括具有所述第二凹槽的第二筒状结构532b，所述第二筒状结构532b用于安装在所述等离子体处理装置的开口内。作为示例，所述第二筒状结构532b的侧壁上开设有第三通孔532b1作为所述气体通路的进气口，在其他实施例中，所述进气口也可以设置在所述第二筒状结构532b1的底部，本实用新型对此不作限制。

所述第一进气件51包括位于所述第二凹槽内的第二插块512b和位于所述第二凹槽外的第二限位块513b，所述第二插块512b的一端与所述第二限位块513b连接，另一端不与所述第二凹槽底部接触；所述第一通孔511贯通所述第二插块512b和所述第二限位块513b。

以上两个实施例采用的是相关的方式描述，第二种实施例与第一种实施例相同相似的部分可参见第一种实施例的相关描述，在此不做赘述。

基于同一发明构思，本实用新型还提供了一种等离子体处理装置，包括：反应腔，所述反应腔顶部和/或侧壁设置开口，所述开口设置如上文所述的反应气体流量控制装置。

如图2所示，所述等离子体处理装置的反应腔顶部设有一个开口11，侧壁设有多个开口11，其中，顶部开口11设置有如图3所示的反应气体流量控制装置，侧壁开口11设置有如图4所示的反应气体流量控制装置。可以理解的是，在其他实施例中，顶部开口11可以设置如图4所示的反应气体流量控制装置，侧壁开口11可以设置如图3所示的反应气体流量控制装置。

通过在顶部开口11设置所述反应气体流量控制装置，可以调节待处理晶片在各个方向的边对边刻蚀对称性，通过在侧壁开口11设置所述反应气体流量控制装置，可以调节待处理晶片在侧边对应方向上的刻蚀对称性。举例而言，如果顶部的反应气体流量控制装置中所有第一通孔511均处于打开状态，待处理晶片的sidetoside指标右边比左边高出0.5％时，可以调节右边的调节杆与对应的第一通孔511的相对位置，以减小右边反应气体的流量，从而使左右两边刻蚀均匀。同时，也可以通过右侧壁的反应气体流量控制装置进行调节。顶部和侧壁的所述反应气体流量控制装置可以单独调节，也可以同时调节。

由以上可见，本实用新型提供的反应气体流量控制装置可调节等离子体处理装置在不同方位的反应气体流量，从而调节待处理晶片刻蚀速率的sidetoside指标，提高晶片的刻蚀均匀性。

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。

尽管本实用新型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实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。