本發(fā)明涉及等半導(dǎo)體制造設(shè)備，尤其涉及一種電感耦合等離子體（icp，inductivecoupledplasmaemissionspectrometer）刻蝕設(shè)備。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體制造設(shè)備領(lǐng)域，作為在半導(dǎo)體晶片的基板上進(jìn)行成膜處理或者蝕刻處理的裝置，一般使用電感耦合等離子體(icp)的等離子體處理裝置。具體深反應(yīng)離子刻蝕方法通常采用刻蝕和側(cè)壁沉積保護(hù)循環(huán)交替進(jìn)行，經(jīng)多次循環(huán)交替刻蝕實現(xiàn)深硅刻蝕。這種方法中刻蝕和側(cè)壁沉積的時間都很短，最多十幾秒鐘，有的工藝甚至更短以獲得較好的工藝效果，這就要求刻蝕和側(cè)壁沉積的工藝氣體應(yīng)進(jìn)行快速切換。如附圖1所示，現(xiàn)有的icp刻蝕設(shè)備是將刻蝕和側(cè)壁沉積工藝氣體匯集到一根管道，然后從反應(yīng)室頂部中心注入反應(yīng)腔室，這樣很難保證工藝氣體之間的快速切換，且由于刻蝕氣體和側(cè)壁沉積氣體的分子量不同、在等離子體狀態(tài)下的解離程度不同等原因，在刻蝕氣體和側(cè)壁沉積氣體進(jìn)入反應(yīng)腔室的瞬間會引起反應(yīng)腔室壓力的變化。這種壓力的變化會導(dǎo)致工藝結(jié)果的不穩(wěn)定，引起刻蝕形狀不夠均勻，側(cè)壁不夠光滑等問題。

此外，現(xiàn)有的icp設(shè)備由于工藝氣體從反應(yīng)腔室頂部的中心注入，很難實現(xiàn)氣體在反應(yīng)腔體內(nèi)快速散開形成均勻的等離子體，也容易導(dǎo)致刻蝕不均勻。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、切換速度快、反應(yīng)腔室內(nèi)壓力穩(wěn)定的電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備，包括反應(yīng)腔室，還包括快速無擾動氣體注入裝置和尾氣處理裝置，所述快速無擾動氣體注入裝置包括相互獨立的刻蝕氣體注入組件和側(cè)壁沉積氣體注入組件，所述刻蝕氣體注入組件和所述側(cè)壁沉積氣體注入組件均包括進(jìn)氣管和兩路注入管，所述進(jìn)氣管通過一路所述注入管與所述反應(yīng)腔室連通，并通過另一路注入管與所述尾氣處理裝置連通。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

所述進(jìn)氣管上設(shè)有流量控制閥和第一開關(guān)閥，所述注入管上設(shè)有第二開關(guān)閥。

所述流量控制閥為質(zhì)量流量控制器，所述第一開關(guān)閥和所述第二開關(guān)閥均為氣動閥。

所述反應(yīng)腔室的頂部設(shè)有勻流頂蓋，所述勻流頂蓋上設(shè)有第一導(dǎo)流環(huán)、一對第一連接管及多條第一導(dǎo)流槽，一對第一連接管對稱布置于所述第一導(dǎo)流環(huán)兩側(cè)，刻蝕氣體注入組件的注入管通過一對第一連接管與第一導(dǎo)流環(huán)連通，多條第一導(dǎo)流槽平行等距布置于第一導(dǎo)流環(huán)內(nèi)且各第一導(dǎo)流槽兩端均與第一導(dǎo)流環(huán)連通，各第一導(dǎo)流槽底部開設(shè)有多個第一進(jìn)氣孔，多個所述第一進(jìn)氣孔沿第一導(dǎo)流槽長度方向均勻布置。

所述勻流頂蓋上還設(shè)有第二導(dǎo)流環(huán)、一對第二連接管及多條第二導(dǎo)流槽，一對第二連接管對稱布置于所述第二導(dǎo)流環(huán)兩側(cè)，側(cè)壁沉積氣體注入組件的注入管通過一對第二連接管與第二導(dǎo)流環(huán)連通，多條第二導(dǎo)流槽平行等距布置于第二導(dǎo)流環(huán)內(nèi)且各第二導(dǎo)流槽兩端均與第二導(dǎo)流環(huán)連通，各第二導(dǎo)流槽底部開設(shè)有多個第二進(jìn)氣孔，多個所述第二進(jìn)氣孔沿第二導(dǎo)流槽長度方向均勻布置。

所述第一導(dǎo)流環(huán)和所述第一導(dǎo)流槽設(shè)于所述勻流頂蓋上部，所述第二導(dǎo)流環(huán)和所述第二導(dǎo)流槽設(shè)于所述勻流頂蓋底面，所述勻流頂蓋底面與所述第二導(dǎo)流槽對應(yīng)處設(shè)有朝下布置的凸起，所述第二進(jìn)氣孔設(shè)于所述凸起上。

多條所述第一導(dǎo)流槽和多條所述第二導(dǎo)流槽依次間隔布置。

所述勻流頂蓋為上中下三層結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明公開的電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備，設(shè)置相互獨立的刻蝕氣體注入組件和側(cè)壁沉積氣體注入組件，將刻蝕氣體和側(cè)壁沉積氣體分別快速注入反應(yīng)腔室，兩種氣體的進(jìn)氣時間、流量相互獨立，既可以實現(xiàn)同步控制也可以實現(xiàn)準(zhǔn)確的差時控制，通過精確地控制兩種氣體進(jìn)入反應(yīng)腔體的時間來獲得穩(wěn)定的腔體壓力，容易獲得穩(wěn)定優(yōu)良的工藝結(jié)果；刻蝕氣體注入組件、側(cè)壁沉積氣體注入組件均采用連通尾氣處理裝置和反應(yīng)腔室的結(jié)構(gòu)，刻蝕氣體和側(cè)壁沉積氣體在不參與反應(yīng)時通入到尾氣處理裝置進(jìn)行等待，當(dāng)需要進(jìn)行反應(yīng)時就控制兩路注入管進(jìn)行切換，將所需的那路注入管切入到通往反應(yīng)腔室進(jìn)行反應(yīng)，如果不需要時再切回到尾氣處理裝置，實現(xiàn)反應(yīng)腔室內(nèi)快速切換、無擾動氣體注入，保證優(yōu)良的工藝結(jié)果。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有的電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明中的勻流頂蓋的軸向截面示意圖（放大）。

圖4是本發(fā)明中的勻流頂蓋的徑向截面示意圖（放大）。

圖中各標(biāo)號表示：

100、進(jìn)氣管；101、流量控制閥；102、第一開關(guān)閥；200、注入管；201、第二開關(guān)閥；1、反應(yīng)腔室；11、勻流頂蓋；111、第一導(dǎo)流環(huán)；112、第一連接管；113、第一導(dǎo)流槽；114、第一進(jìn)氣孔；121、第二導(dǎo)流環(huán)；122、第二連接管；123、第二導(dǎo)流槽；124、第二進(jìn)氣孔；131、凸起；14、方形腔室；15、圓柱形腔室；16、工件臺；17、電感線圈；2、尾氣處理裝置；3、刻蝕氣體注入組件；4、側(cè)壁沉積氣體注入組件。

具體實施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖2至圖4示出了本發(fā)明的一種實施例，本實施例的電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備，包括反應(yīng)腔室1，還包括快速無擾動氣體注入裝置和尾氣處理裝置2（圖中僅示出連接管路），快速無擾動氣體注入裝置包括相互獨立的刻蝕氣體注入組件3和側(cè)壁沉積氣體注入組件4，刻蝕氣體注入組件3和側(cè)壁沉積氣體注入組件4均包括進(jìn)氣管100和兩路注入管200，進(jìn)氣管100通過一路注入管200與反應(yīng)腔室1連通，并通過另一路注入管200與尾氣處理裝置2連通。參見圖2，其中，反應(yīng)腔室1包括方形腔室14和圓柱形腔室15，方形腔室14的外殼由金屬材料（如鋁）構(gòu)成，圓柱形腔室15的外殼由絕緣材料（如剛玉管、陶瓷等）構(gòu)成。圓柱形腔室15設(shè)于方形腔室14上方并連通、抽真空。兩個腔室之間安裝有o型密封圈（圖中未示出），用于提高兩個腔室連接的密封性，構(gòu)成一個氣密的真空封閉殼體。方形腔室14的底板上安裝有工件臺16，工件臺16與圓柱形腔室15同軸布置，工件臺16包括一靜電夾盤（圖中未示出，為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)），靜電夾盤上放置著待處理的基片，一rf電源為基片提供偏置功率，該電源為13.56mhz、600w的射頻電源。圓柱形腔室15外周繞有電感線圈17組成射頻發(fā)射裝置，另一rf電源為電感線圈17提供13.56mhz、2.5kw的電源，工藝氣體注入到反應(yīng)腔室內(nèi)1時，被電感線圈17電離成等離子體在基片上方形成等離子體制程區(qū)域，通過工件臺16上靜電夾盤上的偏壓加速撞擊基片進(jìn)行加工。

該電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備，設(shè)置相互獨立的刻蝕氣體注入組件3和側(cè)壁沉積氣體注入組件4，將刻蝕氣體和側(cè)壁沉積氣體分別快速注入反應(yīng)腔室1，兩種氣體的進(jìn)氣時間、流量相互獨立，既可以實現(xiàn)同步控制也可以實現(xiàn)準(zhǔn)確的差時控制，通過精確地控制兩種氣體進(jìn)入反應(yīng)腔室1的時間來獲得穩(wěn)定的腔體壓力，容易獲得穩(wěn)定優(yōu)良的工藝結(jié)果；刻蝕氣體注入組件3、側(cè)壁沉積氣體注入組件4均采用連通尾氣處理裝置2和反應(yīng)腔室1的結(jié)構(gòu)，刻蝕氣體和側(cè)壁沉積氣體在不參與反應(yīng)時通入到尾氣處理裝置2進(jìn)行等待，當(dāng)需要進(jìn)行反應(yīng)時就控制兩路注入管200進(jìn)行切換，將所需的那路注入管200切入到通往反應(yīng)腔室1進(jìn)行反應(yīng)，如果不需要時再切回到尾氣處理裝置2（例如，刻蝕氣體在工藝需要時打開通往圓柱形腔室15的氣動閥v8，同時關(guān)閉通往尾氣處理裝置2的氣動閥v7；刻蝕氣體在工藝不需要時關(guān)閉通往圓柱形腔室15的氣動閥v8，同時打開通往尾氣處理裝置2的氣動閥v7），實現(xiàn)反應(yīng)腔室1內(nèi)快速切換、無擾動氣體注入，保證優(yōu)良的工藝結(jié)果。

進(jìn)氣管100上設(shè)有流量控制閥101和第一開關(guān)閥102，注入管200上設(shè)有第二開關(guān)閥201。本實施例中，流量控制閥101為質(zhì)量流量控制器（mfc1～mfc5），利用質(zhì)量流量控制器精確控制氣體流量；第一開關(guān)閥102和第二開關(guān)閥201均為氣動閥（v1～v9），利用氣動閥實現(xiàn)氣體的開關(guān)控制。在其他實施例中，流量控制閥101、第一開關(guān)閥102和第二開關(guān)閥201也可采用其他結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)氣體精確的流量控制、開關(guān)控制即可。

本實施例中，反應(yīng)腔室1的頂部設(shè)有勻流頂蓋11，勻流頂蓋11上設(shè)有第一導(dǎo)流環(huán)111、一對第一連接管112及多條第一導(dǎo)流槽113，一對第一連接管112對稱布置于第一導(dǎo)流環(huán)111兩側(cè)，刻蝕氣體注入組件3的注入管200通過一對第一連接管112與第一導(dǎo)流環(huán)111連通，多條第一導(dǎo)流槽113平行等距布置于第一導(dǎo)流環(huán)111內(nèi)且各第一導(dǎo)流槽113兩端均與第一導(dǎo)流環(huán)111連通，各第一導(dǎo)流槽113底部開設(shè)有多個第一進(jìn)氣孔114，多個第一進(jìn)氣孔114沿第一導(dǎo)流槽113長度方向均勻布置。各路刻蝕氣體匯集后進(jìn)入右側(cè)的注入管200，右側(cè)的注入管200分為兩條支路并分別與一對第一連接管112一一對應(yīng)連通，然后刻蝕氣體依次經(jīng)過第一導(dǎo)流環(huán)111、第一導(dǎo)流槽113及第一進(jìn)氣孔114均勻注入反應(yīng)腔室1內(nèi)，該勻流頂蓋11結(jié)構(gòu)有利于刻蝕氣體快速地散開并形成均勻的等離子體，保證刻蝕的均勻性。

本實施例中，勻流頂蓋11上還設(shè)有第二導(dǎo)流環(huán)121、一對第二連接管122及多條第二導(dǎo)流槽123，一對第二連接管122對稱布置于第二導(dǎo)流環(huán)121兩側(cè)，側(cè)壁沉積氣體注入組件4的注入管200通過一對第二連接管122與第二導(dǎo)流環(huán)121連通，多條第二導(dǎo)流槽123平行等距布置于第二導(dǎo)流環(huán)121內(nèi)且各第二導(dǎo)流槽123兩端均與第二導(dǎo)流環(huán)121連通，各第二導(dǎo)流槽123底部開設(shè)有多個第二進(jìn)氣孔124，多個第二進(jìn)氣孔124沿第二導(dǎo)流槽123長度方向均勻布置。各路側(cè)壁沉積氣體匯集后進(jìn)入右側(cè)的注入管200，右側(cè)的注入管200分為兩條支路并分別與一對第二連接管122一一對應(yīng)連通，然后側(cè)壁沉積氣體依次經(jīng)過第二導(dǎo)流環(huán)121、第二導(dǎo)流槽123及第二進(jìn)氣孔124均勻注入反應(yīng)腔室1內(nèi)，該勻流頂蓋11結(jié)構(gòu)有利于側(cè)壁沉積氣體快速地散開并形成均勻的等離子體，保證刻蝕的均勻性。

本實施例中，第一連接管112、第二連接管122采用孔徑為φ1/4″的內(nèi)拋光不銹鋼管焊接，第一導(dǎo)流環(huán)111、第二導(dǎo)流環(huán)121、第一導(dǎo)流槽113及第二導(dǎo)流槽123的孔徑均為φ1/4″，第一進(jìn)氣孔114、第二進(jìn)氣孔124的孔徑均為φ1.5mm。

本實施例中，第一導(dǎo)流環(huán)111和第一導(dǎo)流槽113設(shè)于勻流頂蓋11上部，第二導(dǎo)流環(huán)121和第二導(dǎo)流槽123設(shè)于勻流頂蓋11底面，勻流頂蓋11底面與第二導(dǎo)流槽123對應(yīng)處設(shè)有朝下布置的凸起131，第二進(jìn)氣孔124設(shè)于凸起131上，該種結(jié)構(gòu)一方面便于第一導(dǎo)流環(huán)111、第一導(dǎo)流槽113、第二導(dǎo)流環(huán)121及第二導(dǎo)流槽123在勻流頂蓋11有限體積上的布局，另一方面能夠有效地防止側(cè)壁沉積氣體反應(yīng)時側(cè)壁沉積在第一進(jìn)氣孔114附近，造成第一進(jìn)氣孔114堵塞。

本實施例中，多條第一導(dǎo)流槽113和多條第二導(dǎo)流槽123依次間隔布置，或者每兩條第一導(dǎo)流槽113之間設(shè)置有一條第二導(dǎo)流槽123，每兩條第二導(dǎo)流槽123之間設(shè)置有一條第一導(dǎo)流槽113，有利于保證刻蝕氣體和側(cè)壁沉積氣體在反應(yīng)腔室1內(nèi)的均勻性。

本實施例中，勻流頂蓋11為上中下三層結(jié)構(gòu)，便于勻流頂蓋11的加工制造。

以典型硅通孔刻蝕為例說明本發(fā)明的工作原理：典型硅通孔刻蝕時，刻蝕氣體和側(cè)壁沉積氣體交替循環(huán)地通入反應(yīng)腔室1內(nèi)部，其中，刻蝕氣體和側(cè)壁沉積氣體的執(zhí)行時間是相同的。并且，刻蝕氣體在每次側(cè)壁沉積氣體還在持續(xù)供應(yīng)時通入反應(yīng)腔室1。示例性地，各路刻蝕氣體匯集后進(jìn)入右側(cè)的注入管200，右側(cè)的注入管200分為兩條支路并分別與一對第一連接管112一一對應(yīng)連通，然后刻蝕氣體依次經(jīng)過第一導(dǎo)流環(huán)111、第一導(dǎo)流槽113及第一進(jìn)氣孔114均勻注入反應(yīng)腔室1內(nèi)。各路側(cè)壁沉積氣體匯集后進(jìn)入右側(cè)的注入管200，右側(cè)的注入管200分為兩條支路并分別與一對第二連接管122一一對應(yīng)連通，然后側(cè)壁沉積氣體依次經(jīng)過第二導(dǎo)流環(huán)121、第二導(dǎo)流槽123及第二進(jìn)氣孔124均勻注入反應(yīng)腔室1內(nèi)。示例性地，氣體1、氣體2、氣體3、氣體4、氣體5分別為：sf6、c4f8、o2、n2、ar，根據(jù)icp特性的不同，氣體不限于以上幾種。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。