本發(fā)明涉及用于等離子體刻蝕裝置的氣體噴淋頭，還涉及該氣體噴淋頭制作方法的改進(jìn)。

背景技術(shù)：

在等離子體刻蝕裝置（尤其是電容耦合型等離子體刻蝕裝置）中，氣體噴淋頭通常與用于保持基片（如半導(dǎo)體晶片）的基座相對設(shè)置。該氣體噴淋頭通常具有兩個作用：一個是作為導(dǎo)電的上電極，這通常要求氣體噴淋頭的主要部分（通常指基體）由導(dǎo)電率較好的材質(zhì)（如，類似于鋁的金屬，或者，如硅、碳化硅、石墨、氮化硅等非金屬）制成。另一作用是作為處理氣體進(jìn)入反應(yīng)室的通道，這通常要求氣體噴淋頭內(nèi)部設(shè)置作為氣體進(jìn)入路徑的氣體通孔。為了保證氣體傳輸具有較理想的效果，通常要求這些氣體通孔具有較小的直徑或?qū)挾取?/p>

在較厚的氣體噴淋頭內(nèi)加工小直徑通孔的難度很大。一般而言，待加工通孔的深度與直徑的比值（深寬比）越大，加工就越困難，伴隨的加工風(fēng)險也越大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種氣體噴淋頭的制作方法，包括：

提供第一部件與第二部件，在所述第一部件內(nèi)形成第一氣體通孔，在所述第二部件內(nèi)形成第二氣體通孔；

以第一氣體通孔與第二氣體通孔相對齊的方式，將所述第一部件與所述第二部件疊放在一起，并在第一部件與第二部件之間放置中間層材料；

通過擴(kuò)散焊接的方式將第一部件與第二部件結(jié)合為一體，以形成具有氣體通孔的氣體噴淋頭或該氣體噴淋頭的一部分，其中，所述第一氣體通孔、所述第二氣體通孔均為所述氣體通孔的一部分。

可選的，所述第一部件與所述第二部件由相同材料制成。

可選的，所述第一部件與所述第二部件均由硅或碳化硅或氮化硅或石墨制成。

可選的，所述中間層材料包括粉末狀的氧化硅。

可選的，所述擴(kuò)散焊接的溫度控制在1050到1150攝氏度之間。

可選的，所述中間層材料包括金、金錫合金、銅、錫銅合金中的一種或多種。

可選的，所述擴(kuò)散焊接的溫度控制在所述第一部件的融化溫度或分解溫度的0.5倍到0.8倍之間。

可選的，用于與第二部件相接合的所述第一部件的接合面上設(shè)置有焊接區(qū)與非焊接區(qū)，所述中間層材料僅分布在所述焊接區(qū)，所述第一氣體通孔設(shè)置在所述非焊接區(qū)；

對應(yīng)的，用于與第一部件相接合的所述第二部件的接合面上設(shè)置有焊接區(qū)與非焊接區(qū)，分別與所述第一部件的焊接區(qū)與非焊接區(qū)相對應(yīng)，所述第二氣體通孔設(shè)置在所述第二部件的所述非焊接區(qū)。

可選的，對于任一焊接區(qū)與和其相鄰的氣體通孔而言，兩者所在的接合面區(qū)域均不在同一高度上。

可選的，所述第一部件與第二部件中的一個的接合面上設(shè)置有凸部，另一個的接合面對應(yīng)地設(shè)置有凹部，所述中間層材料分布在所述凸部與所述凹部所在的區(qū)域。

可選的，所述凸部與所述凹部呈環(huán)形。

可選的，所述凸部與所述凹部的截面為矩形。

可選的，所述第一部件與第二部件中的一個的接合面上設(shè)置有凸部，另一個的接合面對應(yīng)地設(shè)置有凹部，所述氣體通孔設(shè)置在所述凸部與所述凹部所在的區(qū)域內(nèi)。

可選的，所述第一部件與第二部件的接合面上具有多個同心分布的、環(huán)形的凸部與凹部，每一環(huán)形的凸部或凹部內(nèi)設(shè)置有多個氣體通孔。

可選的，所述凸部與所述凹部的截面為矩形。

可選的，所述焊接區(qū)與所述非焊接區(qū)之間設(shè)置有擴(kuò)散抑制部，用于抑制擴(kuò)散焊接過程中中間層材料向非焊接區(qū)的擴(kuò)散。

可選的，所述擴(kuò)散抑制部包括至少一坡，所述坡可使得所述接合面不再為平坦的表面。

可選的，所述第二氣體通孔的寬度小于所述第一氣體通孔的寬度，并且所述第二氣體通孔位于所述第一氣體通孔的下游。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種氣體噴淋頭，包括：

第一部件；

第二部件，所述第二部件與所述第一部件由相同材料制成；

中間層材料，所述中間層材料設(shè)置在所述第一部件與所述第二部件之間，用于將它們結(jié)合為一體。

可選的，結(jié)合為一體的所述第一部件與所述第二部件為氣體噴淋頭的基體的組成部分；所述第一部件內(nèi)形成有第一氣體通孔，所述第二部件內(nèi)形成有第二氣體通孔，所述第二氣體通孔與所述第一氣體通孔相連通。

可選的，所述第一部件與所述第二部件均由硅或碳化硅或氮化硅或石墨制成。

可選的，所述中間層材料包括氧化硅。

可選的，所述中間層材料包括金、金錫合金、銅、錫銅合金中的一種或多種。

可選的，用于與第二部件相接合的所述第一部件的接合面上設(shè)置有焊接區(qū)與非焊接區(qū)，所述中間層材料僅分布在所述焊接區(qū)，所述第一氣體通孔設(shè)置在所述非焊接區(qū)；

對應(yīng)的，用于與第一部件相接合的所述第二部件的接合面上設(shè)置有焊接區(qū)與非焊接區(qū)，分別與所述第一部件的焊接區(qū)與非焊接區(qū)相對應(yīng)，所述第二氣體通孔設(shè)置在所述第二部件的所述非焊接區(qū)。

可選的，對于任一焊接區(qū)與和其相鄰的氣體通孔而言，兩者所在的接合面均不在同一高度上。

可選的，所述第一部件與第二部件中的一個的接合面上設(shè)置有凸部，另一個的接合面對應(yīng)地設(shè)置有凹部，所述中間層材料分布在所述凸部與所述凹部所在的區(qū)域。

可選的，所述凸部與所述凹部呈環(huán)形。

可選的，所述凸部與所述凹部的截面為矩形。

可選的，所述第一部件與第二部件中的一個的接合面上設(shè)置有凸部，另一個的接合面對應(yīng)地設(shè)置有凹部，所述氣體通孔設(shè)置在所述凸部與所述凹部所在的區(qū)域內(nèi)。

可選的，所述第一部件與第二部件的接合面上具有多個同心分布的、環(huán)形的凸部與凹部，每一環(huán)形的凸部或凹部內(nèi)設(shè)置有多個氣體通孔。

可選的，所述凸部與所述凹部的截面為矩形。

可選的，所述焊接區(qū)與所述非焊接區(qū)之間設(shè)置有擴(kuò)散抑制部，用于抑制擴(kuò)散焊接過程中中間層材料向非焊接區(qū)的擴(kuò)散。

可選的，所述擴(kuò)散抑制部包括至少一坡，所述坡可使得所述接合面不再為平坦的表面。

可選的，所述第二氣體通孔的寬度小于所述第一氣體通孔的寬度，并且所述第二氣體通孔位于所述第一氣體通孔的下游。

可選的，氣體噴淋頭的所述基體呈圓形。

可選的，結(jié)合為一體的所述第一部件與所述第二部件為氣體噴淋頭的外環(huán)的組成部分，所述外環(huán)呈空心環(huán)形。

可選的，所述外環(huán)還包括一個或多個部件，所述一個或多個部件與所述第一部件、所述第二部件首尾相接共同圍成所述外環(huán)。

可選的，所述第一部件與所述第二部件之間的接合面上形成有臺階部。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個實(shí)施例中的電容耦合型等離子體刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2與圖3是可使用在圖1所示等離子體刻蝕裝置中的氣體噴淋頭的一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖2是該氣體噴淋頭的俯視圖，圖3是圖2沿A-A的剖視圖；

圖4是氣體噴淋頭制作方法的一個實(shí)施例的流程示意圖；

圖5與圖6是氣體噴淋頭另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是圖5與圖6所示氣體噴淋頭的一種變更實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是氣體噴淋頭的外環(huán)的一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1是本發(fā)明一個實(shí)施例中的電容耦合型等離子體刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該等離子體刻蝕裝置具有一反應(yīng)室100。反應(yīng)室100內(nèi)部下方設(shè)置有基座22，基座22內(nèi)設(shè)置有下電極（圖中未顯示）。既作為氣體進(jìn)入通道又作為上電極的氣體噴淋頭11固定在反應(yīng)室100的頂部，并與基座22相對。氣體噴淋頭11通過氣體管道（圖中未標(biāo)示）連接到氣源110。

基座22上方包括一個基片固定裝置21（比如，靜電夾盤），用以固定基片20。一個邊緣環(huán)10圍繞基片20和基片固定裝置21。至少一個射頻電源（圖中未標(biāo)示）向基座22內(nèi)的下電極提供射頻電場。該射頻電場可將自氣體噴淋頭11進(jìn)入的氣體電離為等離子體并使之維持為等離子體狀態(tài)。

圖2與圖3是可使用在上述等離子體刻蝕裝置中的氣體噴淋頭的一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖2是該氣體噴淋頭的俯視圖，圖3是圖2沿A-A的剖視圖。如圖2與圖3所示，氣體噴淋頭11，包括：

第一部件3，所述第一部件3內(nèi)形成有第一氣體通孔32；

第二部件5，所述第二部件5內(nèi)形成有第二氣體通孔52，所述第二氣體通孔52與所述第一氣體通孔32相連通；

中間層材料7，所述中間層材料7設(shè)置在所述第一部件3與所述第二部件5之間，用于將它們結(jié)合或者說粘合為一體。

在圖中所示的實(shí)施例中，結(jié)合為一體的所述第一部件3與所述第二部件5共同構(gòu)成了氣體噴淋頭的基體（或者說主體部分），該基體的各部分均由導(dǎo)電性質(zhì)較好的材質(zhì)制成，以充當(dāng)上電極。作為一個較佳的實(shí)施例，第二部件與第一部件可由相同材料制成，比如，兩者可均由硅或碳化硅或氮化硅或石墨制成。在其它實(shí)施例中，第一部件與第二部件也可由不同的、導(dǎo)電性質(zhì)較好的材質(zhì)（如硅、碳化硅、氮化硅、石墨等）制成，比如，它們中的一個的材質(zhì)可為硅，另一個的材質(zhì)可為碳化硅或氮化硅。

中間層材料7的材質(zhì)選擇與第一部件3、第二部件5的材質(zhì)相關(guān)。由于中間層材料7充當(dāng)?shù)氖堑谝徊考?與第二部件5在高溫?cái)U(kuò)散焊接過程中的過渡層，因而，通常需要滿足兩個條件：（1）中間層材料在合適的高溫條件下要能夠很好地?cái)U(kuò)散至第一部件、第二部件；（2）中間層材料的熔點(diǎn)通常要小于第一部件、第二部件的熔點(diǎn)或分解點(diǎn)（假如第一部件或第二部件沒有熔點(diǎn)的話）。

當(dāng)?shù)谝徊考?、第二部件的材質(zhì)為硅、碳化硅、氮化硅或石墨時，金、金錫合金、銅、錫銅合金等材料中的任意一種或任意幾種作為中間層材料均可很好地勝任。

當(dāng)?shù)谝徊考c第二部件的材質(zhì)均為硅時，包含氧化硅（粉末狀）與助熔劑（其用以降低氧化硅的熔點(diǎn)）的中間層材料可算是（本發(fā)明人所知的）更佳的選擇；擴(kuò)散焊接的溫度可控制在1050到1150攝氏度之間。

除包括第一部件3、第二部件5外，氣體噴淋頭11還可包括其它部件，比如，設(shè)置在第一部件3上方、用于將氣體噴淋頭11固定在反應(yīng)室100頂部的安裝部（圖中未顯示），以及設(shè)置在第二部件5下方、用于防止位于反應(yīng)室100內(nèi)的等離子體侵蝕第二部件5與第一部件3的抗侵蝕層（圖中未顯示）。

在本實(shí)施例中，氣體噴淋頭11的基體（或者說主體部分）由上下兩層部件（即第一部件3與第二部件5）構(gòu)成。由于每一部件的厚度均較小，因而，在每一部件內(nèi)加工氣體通孔的難度得以減小，通孔加工過程中部件被損毀的風(fēng)險也得以降低。在其它實(shí)施例中，比如，由于基體厚度過大，即便將其分割為上下兩層，仍難以保證每一部件的厚度足夠薄時，可以考慮將基體為分割為更多層，例如，三層、四層或五層等；在每一層（或者說部件）內(nèi)加工好氣體通孔后，通過層與層之間的中間層材料將它們整個結(jié)合為一體。

圖4是上述氣體噴淋頭的一種制作方法的流程示意圖。如圖4所示，該制作方法至少包括以下步驟：

S1：提供第一部件與第二部件；

S2：在所述第一部件內(nèi)形成第一氣體通孔，在所述第二部件內(nèi)形成第二氣體通孔；

S3：以第一氣體通孔與第二氣體通孔相對齊的方式，將所述第一部件與所述第二部件疊放在一起，并在第一部件與第二部件之間放置中間層材料；

S4：通過擴(kuò)散焊接的方式將第一部件與第二部件結(jié)合為一體，以形成具有氣體通孔的氣體噴淋頭或該氣體噴淋頭的一部分，其中，所述第一氣體通孔、所述第二氣體通孔均為所述氣體通孔的一部分。

由于第一氣體通孔、第二氣體通孔的深寬比均遠(yuǎn)小于整個氣體通孔的深寬比，因而，單獨(dú)加工第一氣體通孔、第二氣體通孔的難度均較小，通孔加工過程中部件被損毀的風(fēng)險也得以降低。

說明一點(diǎn)，為了獲得較佳的焊接質(zhì)量，在步驟S4中，擴(kuò)散焊接的溫度最好控制在第一部件、第二部件熔化溫度（假如不存在熔化溫度的話，以分解溫度代替）的0.5到0.8倍之間。

假如氣體噴淋頭的基體由三層以上部件構(gòu)成時，其制作方法類似：先分別在每一部件上加工氣體通孔；而后將所有部件疊放在一起，疊放的過程中在部件與部件之間加入中間層材料；最后，可通過擴(kuò)散焊接的方式將所有部件結(jié)合為一體。

圖5與圖6所示氣體噴淋頭411是圖2與圖3所示氣體噴淋頭11的進(jìn)一步改進(jìn)，它具有氣體噴淋頭11的幾乎所有結(jié)構(gòu)特征，因而它也具有氣體噴淋頭11的所有優(yōu)點(diǎn)；并且，它也可以前面所述的相同的方法來制作。氣體噴淋頭411的主要改進(jìn)之處在于：它具有特殊的配置，用以避免或減少中間層材料在擴(kuò)散焊接過程中進(jìn)入氣體通孔。在上述焊接過程中擴(kuò)散至氣體通孔的中間層材料通常會是顆粒污染的重要來源——位于氣體通孔內(nèi)的這些顆粒容易被進(jìn)入的氣體裹挾入反應(yīng)室造成基片的污染。

圖5是氣體噴淋頭411的剖視圖，圖6是圖5中局部區(qū)域D的放大視圖。如圖5與圖6所示，用于與第二部件45相接合的第一部件43的接合面（圖中第一部件43的下表面）上設(shè)置有焊接區(qū)（即，用于放置中間層材料的區(qū)域）47與非焊接區(qū)（即，焊接區(qū)外的其它接合面區(qū)域）436，中間層材料47（由于中間層材料所在的區(qū)域即為焊接區(qū)，為方便計(jì)，這里讓它們兩個用同一個符號47標(biāo)示）僅分布在所述焊接區(qū)47，第一氣體通孔432僅設(shè)置在所述非焊接區(qū)436，并與所述焊接區(qū)47相隔一段距離。對應(yīng)的，用于與第一部件43相接合的第二部件45的接合面（圖中第二部件45的上表面）上設(shè)置有焊接區(qū)47與非焊接區(qū)436（理論上，第一部件的接合面與第二部件的接合面應(yīng)為不同的表面。但是，在兩者焊接后，這兩個面趨近于共面；至少在給定的示意圖5、6中難以區(qū)分出這兩個面，因而，為簡便計(jì)，這里將它們的焊接區(qū)用同一符號47標(biāo)示，將它們的非焊接區(qū)也用同一個符號436標(biāo)示。即便如此，在實(shí)際中也應(yīng)將它們理解為不同的元件），分別與第一部件43的焊接區(qū)與非焊接區(qū)相對應(yīng)，第二氣體通孔452設(shè)置在所述第二部件45的所述非焊接區(qū)436，并與所述焊接區(qū)47相隔一段距離。也就是說，即便是距焊接區(qū)最近的第一或第二氣體通孔也會與焊接區(qū)保持一段距離，該段距離作為兩者間的過度區(qū)，可以避免或減少焊接過程中擴(kuò)散至氣體通孔的中間層材料。

為進(jìn)一步抑制這種擴(kuò)散，可以做以下布置：對于任一焊接區(qū)與和其相鄰的氣體通孔而言，兩者所在的接合面均不在同一高度上。大量實(shí)驗(yàn)表明，它們之間存在的這種高度差可顯著降低中間層材料向氣體通孔的擴(kuò)散。在一個實(shí)施例中，如圖6所示，可以在第一部件43與第二部件45的其中一個（圖中指的是第一部件43）的接合面上設(shè)置有凸部430，另一個（圖中指的是第二部件45）的接合面對應(yīng)地設(shè)置有凹部（圖中未標(biāo)示；圖中第二部件45用于容納凸部430的區(qū)域），所述中間層材料47被放置在所述凸部430與所述凹部的表面。在圖中所示的實(shí)施例中，從俯視的角度（也就是類似于圖2的視角）來看，所述凸部430與所述凹部均呈環(huán)形；所述凸部430與所述凹部的截面則均為矩形。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，凸部與凹部也可為其它形狀，如三角形、梯形、半圓形等。

圖7所示氣體噴淋頭611是圖5與圖6所示氣體噴淋頭411的變更例。與前面實(shí)施例類似，如圖7所示，在氣體噴淋頭611中，第一部件63與第二部件65中的一個（圖中指的是第一部件63）的接合面上設(shè)置有凸部630，另一個（圖中指的是第二部件65）的接合面對應(yīng)地設(shè)置有凹部650。與氣體噴淋頭411的主要區(qū)別在于，氣體噴淋頭611中，氣體通孔（包括第一部件63內(nèi)的第一氣體通孔632與第二部件65內(nèi)的第二氣體通孔652）僅設(shè)置在所述凸部630與所述凹部650所在的區(qū)域內(nèi)。也就是說，凸部630與凹部650所在的區(qū)域?yàn)榉呛附訁^(qū)；其它區(qū)域?yàn)楹附訁^(qū)，用于放置中間層材料67。

由于氣體通孔數(shù)目眾多且呈同心圓式分布于氣體噴淋頭（類似于圖2中所示），因而，相對應(yīng)的，第一部件與第二部件的接合面上也可設(shè)置多個呈同心分布且每個均為圓環(huán)形的凸部與凹部，每一環(huán)形的凸部或凹部內(nèi)設(shè)置有多個氣體通孔。與前面實(shí)施例類似，凸部與凹部的截面形狀可為矩形或其它形狀。

在前面所描述的圖5與圖6所示的實(shí)施例，以及圖7所示的實(shí)施例中，焊接區(qū)與非焊接區(qū)位于不同的高度上。但是，在其它實(shí)施例中，氣體噴淋頭的焊接區(qū)與非焊接區(qū)也可位于同一高度上。為抑制焊接區(qū)的中間層材料在焊接過程中擴(kuò)散至非焊接區(qū)的氣體通孔，所述焊接區(qū)與所述非焊接區(qū)之間的接合面上可設(shè)置有擴(kuò)散抑制部。一般而言，該擴(kuò)散抑制部只要具有一坡（或者說坡度），能使得位于焊接區(qū)與非焊接區(qū)之間的中間區(qū)域的表面不再與焊接區(qū)共面，就可實(shí)現(xiàn)對前述擴(kuò)散的抑制作用。在一個實(shí)施例中，擴(kuò)散抑制部可以是凸部或凹部。假如第一部件的接合面在某一區(qū)域處的擴(kuò)散抑制部是凸部，那么，為了能實(shí)現(xiàn)較好的接合效果，第二部件的接合面上在對應(yīng)區(qū)域處的擴(kuò)散抑制部通常為凹部。該凸部與凹部的截面形狀可以是規(guī)則的矩形、三角形、梯形、半圓形、鋸齒形等，也可以是不規(guī)則形狀。

這里強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，圖5至圖6所示實(shí)施例，以及圖7所示實(shí)施例中的凸部、凹部，特別是凸部、凹部的兩側(cè)邊部分或最邊緣區(qū)域，也可視作是這里所說的擴(kuò)散抑制部。

為實(shí)現(xiàn)較好的通氣效果，通常要求氣體通孔要有較小的直徑或者說寬度，但較小寬度的通孔通常較難加工。但是，本發(fā)明人注意到，只要?dú)怏w通孔的末端部分具有符合要求的、較小的寬度，同樣可保證通氣效果。基于上述認(rèn)識，可以對前面各實(shí)施例作進(jìn)一步改進(jìn)：在設(shè)計(jì)和制作中，使位于下游的第二氣體通孔保持原有的、較小的寬度或者說直徑，而增大位于上游的第一氣體通孔的寬度。反映在最終產(chǎn)品上，即是，所述第二氣體通孔的寬度小于所述第一氣體通孔的寬度。說明一點(diǎn)，這里所說的“上游”、“下游”、“前端”、“末端”，參照的均是氣體流動方向。

除位于中央的主體部分外，氣體噴淋頭通常還可包括環(huán)繞主體部分設(shè)置的外環(huán)。該外環(huán)通常也以導(dǎo)電性質(zhì)較好的材質(zhì)（如硅、碳化硅、氮化硅等）制作，作為主體部分的外延，用以提高基片各個區(qū)域加工的均一性。圖8所示是外環(huán)的一個具體實(shí)施例。如圖8所示，外環(huán)9呈空心的圓環(huán)形，其中央的圓形空心用以容置氣體噴淋頭的主體部分（如前面各實(shí)施例中所示，該主體部分通常為圓形）。外環(huán)的尺寸通常較大，利用單一的毛坯來制作它，容易造成材料的浪費(fèi)；并且，該毛坯的成本通常也較高。圖8所示的外環(huán)9由多個（圖中為4個，其它實(shí)施例中也可為其它數(shù)目，如2個、3個或6個等）部件93高溫?cái)U(kuò)散焊接而成。該擴(kuò)散焊接的具體方法可參前面實(shí)施例，這里不再贅述。

說明一點(diǎn)，在該實(shí)施例中，部件與部件之間的接合面95都不是平面，而是一個截面為折線的面；或者說，它的各接合面上均形成有臺階部。這樣設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)是：能更好地防止等離子體沿接合面漏出至反應(yīng)室外，也可更好地防止外部顆粒沿接合面進(jìn)入反應(yīng)室。

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)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(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。