气流调节装置和方法及应用该装置的等离子体处理装置与流程

1.本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种气流调节装置，气流调节方法，及应用该气流调节装置的等离子体处理装置。


背景技术：

2.目前的等离子体处理装置中，存在气流分布不均匀的问题。如图1所示，真空反应腔11内部设置一用于支撑基片的基座22，基座上方为等离子体区域，真空反应腔11通过抽气口44连接到抽气泵55。一方面，考虑到射频的中心对称性，优先考虑将作为射频下电极的基座22置于真空反应腔11的中心位置，环绕基座22外围设置等离子体约束环33，由此导致了真空反应腔11的腔壁上设置的抽气口44呈现非对称分布，等离子体区域的气体经过等离子体约束环33后将直接进入抽气口44，因此等离子体约束环33下方的气流会出现分布不均匀。另一方面，抽气泵一般采用钟摆阀来控制开度，阀的开口始终会偏向一边，这个偏向性也会造成抽气的不均匀，使等离子体约束环33下方的气流会出现分布不均匀。等离子体约束环33下方的气流偏边分布将会直接映射到其上方的等离子体区域的气流中，而这种非对称气流分布在敏感制程中，则会导致刻蚀偏边问题，影响产品良率。
3.这里的陈述仅提供与本发明有关的背景技术，而并不必然地构成现有技术。


技术实现要素：

4.本发明提供一种气流调节装置和方法及应用该装置的等离子体处理装置，实现了等离子体区域的气流均匀分布，保证了刻蚀均匀性，确保了产品良率，同时降低了设备成本。
5.为了达到上述目的，本发明提供一种等离子体处理装置，包含一真空反应腔，所述的真空反应腔连接进气装置和排气装置，真空反应腔内设置一用于支撑基片的基座，基座上方为等离子体区域；
6.环绕基座外围设置一等离子体约束环，所述的等离子体约束环下方为排气区域，所述的等离子体约束环上设置若干气体通道，用于将气体排放至排气区域；
7.所述的等离子体约束环下方的排气区域内设置一环状的气流调节装置，所述的气流调节装置上设置若干气体通道，用于调节气流调节装置上方的气流分布。
8.一方面，所述的气流调节装置包含内圈环和外圈环，以及位于所述的内圈环和外圈环之间的若干调节板。
9.所述的调节板为百叶窗式调节板。或者，所述的调节板为涡轮叶片式调节板。所述的内圈环和外圈环所在的平面之间的角度范围为0
°
～30
°
。或者，所述的调节板与所述的内圈环和外圈环所在的平面之间的角度范围为0
°
～10
°
。
10.所述的调节板通过旋转轴与所述的内圈环和所述的外圈环连接，相邻的调节板之间形成气体通道，所述的调节板的角度可调，从而实现气体通道的开度调节。所述的调节板与所述的内圈环和外圈环所在的平面之间的角度范围为0
°
～90
°
。
11.所述的气流调节装置还包含设置在所述的调节板下方的压紧环，所述的压紧环用于压紧所述的调节板。所述的压紧环上设置至少一个密封圈，用于压紧所述的调节板。
12.另一方面，所述的气流调节装置包含堆叠设置的两个挡板，每个挡板上均设置若干通孔，所述的两个挡板上的通孔连通处形成气体通道，所述的两个挡板可相对旋转，从而实现气体通道的开度调节。
13.所述的气流调节装置还包含第一驱动装置，用于驱动调节板旋转，或驱动挡板转动。
14.所述的气流调节装置还包含第二驱动装置，用于驱动压紧环压紧调节板或离开调节板使调节板能够自由旋转。
15.所述的排气装置包含抽气泵，所述的气流调节装置上的气体通道的开度大小可调。
16.或者，所述的排气装置包含抽气泵和抽气泵开度阀，所述抽气泵开度阀位于所述抽气泵和所述气流调节装置之间。
17.所述的气流调节装置上的气体通道的开度范围是0％-100％。
18.本发明还提供一种气流调节装置，用于等离子体处理装置内，所述的等离子体处理装置包含一真空反应腔，所述的真空反应腔连接进气装置和排气装置，真空反应腔内设置一用于支撑基片的基座，基座上方为等离子体区域，环绕基座外围设置一等离子体约束环，所述的等离子体约束环下方为排气区域，所述的等离子体约束环上设置若干气体通道，用于将气体排放至排气区域；
19.所述的气流调节装置为环状结构，用于安装在等离子体约束环下方的排气区域内；
20.所述的气流调节装置上设置若干气体通道，用于调节排气区域内的气流分布，从而调节基座上方等离子体区域的气流分布。
21.一方面，所述的气流调节装置包含内圈环和外圈环，以及位于所述的内圈环和外圈环之间的若干调节板。
22.所述的调节板为百叶窗式调节板。或者，所述的调节板为涡轮叶片式调节板。所述的内圈环和外圈环所在的平面之间的角度范围为0
°
～30
°
。或者，所述的调节板与所述的内圈环和外圈环所在的平面之间的角度范围为0
°
～10
°
。
23.所述的调节板通过旋转轴与所述的内圈环和所述的外圈环连接，相邻的调节板之间形成气体通道，所述的调节板的角度可调，从而实现气体通道的开度调节。所述的调节板与所述的内圈环和外圈环所在的平面之间的角度范围为0
°
～90
°
24.所述的气流调节装置还包含设置在所述的调节板下方的压紧环，所述的压紧环用于压紧所述的调节板。所述的压紧环上设置至少一个密封圈，用于压紧所述的调节板。
25.另一方面，所述的气流调节装置包含堆叠设置的两个挡板，每个挡板上均设置若干通孔，所述的两个挡板上的通孔连通处形成气体通道，所述的两个挡板可相对旋转，从而实现气体通道的开度调节。
26.所述的气流调节装置还包含第一驱动装置，用于驱动调节板旋转，或驱动挡板转动。
27.所述的气流调节装置还包含第二驱动装置，用于驱动压紧环压紧调节板或离开调
节板使调节板能够自由旋转。
28.所述的气流调节装置上的气体通道的开度范围是0％-100％。
29.本发明还提供一种所述的等离子体处理装置内的气流调节方法，将气流调节装置设置在等离子体约束环下方的排气区域内，通过所述的气流调节装置上的若干气体通道调节等离子体约束环上方的气流分布。
30.通过调节气流调节装置上的气体通道的开度大小，实现对排气区域内的气流分布的调节，从而实现基座上方等离子体区域的气流均匀分布。
31.所述的等离子体约束环流出的气流方向与所述气流调节装置内气体流动方向间的夹角大于等于90
°
，小于等于120
°
。
32.一方面，通过第一驱动装置驱动气流调节装置上的调节板转动，实现气体通道的开度调节。
33.通过第二驱动装置驱动压紧环压紧调节板，实现气体通道的严格关闭。
34.另一方面，通过第一驱动装置驱动气流调节装置上的挡板旋转，实现气体通道的开度调节。
35.本发明通过在等离子体处理装置的真空反应腔内的等离子体约束环下方的排气区域内增设一环状的具有气体通道的气流调节装置，进入排气区域的气流在等离子体约束环和气流调节装置之间的区域得到了缓冲和调节，等离子体约束环下方和气流调节装置上方这个区域的气流的流速得以均衡，而这个区域的流速保持了均衡，等离子体约束环上方的等离子体区域的气流也就不会再受影响，也会保持均匀分布，从而实现了刻蚀均衡。本发明进一步省略了排气装置中的抽气泵开度阀，从而避免了由于抽气泵开度阀开口的偏向性造成的抽气不均匀，也极大地降低了设备成本，与此同时，通过调节气流调节装置的气体通道的开度大小来实现抽气泵开度阀的开度控制功能，保证了等离子体处理装置的正常排气功能。
附图说明
36.图1是背景技术中真空反应腔的抽气口位置示意图。
37.图2是本发明实施例中提供的一种等离子体处理装置的结构示意图。
38.图3是抽气泵开度阀的俯视图。
39.图4是本发明一个实施例中提供的一种气流调节装置的结构示意图。
40.图5是本发明另一个实施例中提供的一种气流调节装置的结构示意图。
41.图6是本发明第三个实施例中提供的一种气流调节装置的结构示意图。
42.图7是本发明第三个实施例中提供的一种气流调节装置的局部结构示意图。
43.图8是本发明第四个实施例中提供的一种气流调节装置的结构示意图。
具体实施方式
44.以下根据图2～图8，具体说明本发明的较佳实施例。
45.如图2所示，本发明提供一种等离子体处理装置，包含一真空反应腔1，真空反应腔1连接进气装置2，真空反应腔1的底部通过排气口9连接排气装置3，真空反应腔1内设置一用于支撑基片的基座4，基座4上设置静电夹盘5，静电夹盘5上放置基片6，基座4上方为等离
子体区域10。环绕基座4外围设置一等离子体约束环7，等离子体约束环7下方为排气区域，所述的等离子体约束环7上设置若干气体通道，用于将气体排放至排气区域。在等离子体约束环7下方的排气区域内设置一环状的气流调节装置8，所述的气流调节装置8上设置若干气体通道，用于调节气流调节装置8上方的气流分布。所述的气流调节装置8设置在等离子体约束环7下方，因此对于等离子体处理装置的真空反应腔内的射频回路无任何影响，气流调节装置8的材料选择金属或陶瓷等绝缘材料均可，考虑到等离子体约束环7下方的自由基等侵蚀或污染等以及加工成本问题，选择经过阳极氧化处理的铝材比较合适。
46.在本发明的一个实施例中，如图3所示，排气装置3包含抽气泵55和抽气泵开度阀66，所述的抽气泵开度阀66位于所述抽气泵55和所述的气流调节装置8之间，该抽气泵开度阀66用于控制抽气泵55的开度，抽气泵开度阀66的开口始终会偏向一边，使抽气泵55的开度在0％-100％范围内。如图4所示，设置在等离子体约束环7下方的排气区域内的气流调节装置8包含内圈环81和外圈环82，以及位于所述的内圈环81和外圈环82之间的若干调节板83，相邻的调节板83之间形成气体通道。所述的调节板83采用百叶窗式调节板，每一个百叶窗式调节板83可以同时固定连接内圈环81和外圈环82，或者，百叶窗式调节板83的一侧固定连接内圈环81或外圈环82。所述的百叶窗式调节板83与所述的内圈环81和外圈环82所在的平面之间的角度范围为0
°
～10
°
或者为0
°
～30
°
，从而使得气流调节装置8上的气体通道与内圈环81和外圈环82所在的平面之间的角度范围也为0
°
～10
°
或者为0
°
～30
°
，这样使得通过气流调节装置8的气流方向与该气流调节装置8基本上呈平行状态。由于自等离子体约束环流出的气体方向竖直向下，当气体进一步经过气流调节装置8的调节板缝隙时，气流方向发生改变，尤其当气体通道与内圈环81和外圈环82所在的平面之间的角度范围为0
°
～10
°
或者为0
°
～30
°
时，气流方向趋向于水平方向，相当于与等离子体约束环流出的气体方向正交。气流调节装置8上的百叶窗式调节板83的数量和设置的密度以尽量减小对现有气导率的影响为前提，一般来说，气流调节装置8的实际气阻应该小于等于等离子体约束环7的实际气阻。通常来说，所述的等离子体约束环7上的若干气体通道基本上都是竖直设置的，经过等离子体约束环7上的气体通道的气体，近乎垂直的气流直接进入排气区域，距离排气口9近的气流的流速就会增加，等离子体约束环7下方的气流会出现分布不均匀，而等离子体约束环7下方的气流偏边分布将会直接映射到其上方的等离子体区域的气流中，导致刻蚀偏边问题。在本实施例中，通过在排气区域中设置气流调节装置8，将气流调节装置8上的百叶窗式调节板83的角度范围设置为与气流调节装置所在平面呈0
°
～10
°
或者为0
°
～30
°
，使得通过气流调节装置8的气流方向与该气流调节装置8基本上呈平行，即穿过等离子体约束环7的气流方向与穿过气流调节装置8的气流方向呈正交状态，气流在等离子体约束环7和气流调节装置8之间的区域得到了缓冲和调节，等离子体约束环7下方和气流调节装置8上方这个区域的气流的流速得以均衡，而这个区域的流速保持了均衡，由于气流调节装置8的存在，等离子体约束环7上方的等离子体区域的气流保持均匀分布，从而实现了刻蚀均衡。
47.在本发明的另一个实施例中，如图3所示，排气装置3包含抽气泵55和抽气泵开度阀66，所述的抽气泵开度阀66位于所述抽气泵55和所述的气流调节装置8之间，该抽气泵开度阀66用于控制抽气泵55的开度，使抽气泵55的开度在0％-100％范围内。如图5所示，设置在等离子体约束环7下方的排气区域内的气流调节装置8包含内圈环81和外圈环82，以及位
于所述的内圈环81和外圈环82之间的若干调节板83，相邻的调节板83之间形成气体通道。所述的调节板83采用涡轮叶片式调节板，每一个涡轮叶片式调节板83的一侧固定连接内圈环81。所述的涡轮叶片式调节板83与所述的内圈环81和外圈环82所在的平面之间的角度范围为0
°
～10
°
或者为0
°
～30
°
，从而使得气流调节装置8上的气体通道与内圈环81和外圈环82所在的平面之间的角度范围也为0
°
～10
°
或者为0
°
～30
°
，这样使得通过气流调节装置8的气流方向与该气流调节装置8沿圆周方向呈涡流状，基本上呈平行状态。气流调节装置8上的涡轮叶片式调节板83的数量和设置的密度以尽量减小对现有气导率的影响为前提，一般来说，气流调节装置8的实际气阻应该小于等于等离子体约束环7的实际气阻。通常来说，所述的等离子体约束环7上的若干气体通道基本上都是竖直设置的，经过等离子体约束环7上的气体通道的气体，产生的气流基本上也是与等离子体约束环7垂直的，近乎垂直的气流直接进入排气区域，距离排气口9近的气流的流速就会增加，等离子体约束环7下方的气流会出现分布不均匀，而等离子体约束环7下方的气流偏边分布将会直接映射到其上方的等离子体区域的气流中，导致刻蚀偏边问题。在本实施例中，通过在排气区域中设置气流调节装置8，将气流调节装置8上的涡轮叶片式调节板83的角度范围设置为与气流调节装置所在平面呈0
°
～10
°
或者为0
°
～30
°
，使得通过气流调节装置8的气流方向与该气流调节装置8沿圆周方向呈涡流状，基本上呈平行，即穿过等离子体约束环7的气流方向与穿过气流调节装置8的气流方向呈正交状态，气流在等离子体约束环7和气流调节装置8之间的区域得到了缓冲和调节，等离子体约束环7下方和气流调节装置8上方这个区域的气流的流速得以均衡，而这个区域的流速保持了均衡，等离子体约束环7上方的等离子体区域的气流也就不会再受影响，也会保持均匀分布，从而实现了刻蚀均衡。
48.在本发明的第三个实施例中，排气装置3包含抽气泵，省略了抽气泵开度阀，从而避免了由于抽气泵开度阀开口的偏向性造成的抽气不均匀，省略了造价较高的抽气泵开度阀，也极大地降低了设备成本。于此同时，通过气流调节装置8来实现抽气泵开度阀的开度控制功能。如图6所示，设置在等离子体约束环7下方的排气区域内的气流调节装置8包含内圈环81和外圈环82，以及位于所述的内圈环81和外圈环82之间的若干调节板83。所述的调节板83采用百叶窗式调节板，所述的百叶窗式调节板83通过旋转轴与所述的内圈环81和所述的外圈环82连接，相邻的百叶窗式调节板83之间形成气体通道，所述的百叶窗式调节板83可沿旋转轴旋转，实现角度调节，所述的百叶窗式调节板83与所述的内圈环81和外圈环82所在的平面之间的角度范围为0
°
～90
°
，从而实现气体通道的开度调节，气体通道的开度范围是0％-100％。在本实施例中，还设置一驱动装置，用于驱动所述的百叶窗式调节板83旋转。在本实施例中，为了避免由于抽气泵开度阀开口的偏向性造成的抽气不均匀，省略了抽气泵开度阀，但是仍然要能够实现对排气量的控制，所以就将气流调节装置8中的百叶窗式调节板83设置为可旋转的模式，通过调节百叶窗式调节板83与所述的内圈环81和外圈环82所在的平面之间的角度范围，实现气体通道的开度调节，从而实现抽气泵开度阀的开度控制功能。同时由于在等离子体约束环7下方的排气区域内增设了气流调节装置8，进入排气区域的气流在等离子体约束环7和气流调节装置8之间的区域得到了缓冲和调节，等离子体约束环7下方和气流调节装置8上方这个区域的气流的流速得以均衡，而这个区域的流速保持了均衡，等离子体约束环7上方的等离子体区域的气流也就不会再受影响，也会保持均匀分布，从而实现了刻蚀均衡。
49.在本实施例中，百叶窗式调节板83沿旋转轴旋转至与所述的内圈环81和外圈环82所在的平面之间的角度为0时，此时的气体通道完全关闭。由于百叶窗式调节板83是可沿旋转轴自由旋转的，有可能在气流的冲击下，百叶窗式调节板83产生轻微偏转，导致气体通道无法完全关闭。如图7所示，为了防止漏气，在百叶窗式调节板83下方增加一个能够上下垂直运动的压紧环87，同样可以设置一驱动装置，用于驱动所述的压紧环87上下运动，使所述的压紧环87压紧百叶窗式调节板83或与百叶窗式调节板83分离使调节板能够自由旋转。当需要关紧气体通道的时候，百叶窗式调节板83沿旋转轴旋转至与所述的内圈环81和外圈环82所在的平面之间的角度为0，压紧环87向上运动，压紧通百叶窗式调节板83，防止百叶窗式调节板83产生轻微偏转。为了保证压紧效果，还可以在所述的压紧环87上设置密封圈88，该密封圈88可以采用o型密封圈或其他类型的密封圈，密封圈88可以设置一个，也可以设置两个，以达到更好的密封效果，通过所述的密封圈88压紧百叶窗式调节板83，达到完全关闭的效果。
50.在本发明的第四个实施例中，排气装置3包含抽气泵，省略了抽气泵开度阀，从而避免了由于抽气泵开度阀开口的偏向性造成的抽气不均匀，省略了造价较高的抽气泵开度阀，也极大地降低了设备成本。于此同时，通过气流调节装置8来实现抽气泵开度阀的开度控制功能。如图8所示，所述的气流调节装置包含堆叠设置的第一挡板84和第二挡板85，第一挡板84和第二挡板85上均设置若干通孔86，该通孔86可以采用任意形状，所述的两个挡板上的通孔连通处形成气体通道，所述的两个挡板可相对转动，第一挡板84和第二挡板85可同时转动，比如第一挡板84顺时针转动，第二挡板85逆时针转动，反之亦可，或者一个挡板静止，另一个挡板转动，以第一挡板84转动为例，第二挡板85静止不动，第一挡板84顺时针转动或逆时针转动。在转动过程中，当第一挡板84上的通孔86和第二挡板85上的通孔86完全重合时，此时气体通道的开度最大，当第一挡板84上的通孔86被第二挡板85完全遮挡，且第二挡板85上的通孔86也被第一挡板84完全遮挡时，此时的气体通道关闭。在第一挡板84和第二挡板85相对转动的过程中，实现了气体通道的开度调节，气体通道的开度范围是0％-100％。在本实施例中，还设置一驱动装置，用于驱动所述的第一挡板84和/或第二挡板85的转动。在本实施例中，为了避免由于抽气泵开度阀开口的偏向性造成的抽气不均匀，索性就省略了抽气泵开度阀，但是仍然要能够实现对抽气泵的开度控制，所以就将气流调节装置8中的第一挡板84和第二挡板85设置为可转动的模式，通过调节第一挡板84和第二挡板85上的通孔86的通气面积，实现气体通道的开度调节，从而实现抽气泵开度阀的开度控制功能。同时由于在等离子体约束环7下方的排气区域内增设了气流调节装置8，进入排气区域的气流在等离子体约束环7和气流调节装置8之间的区域得到了缓冲和调节，等离子体约束环7下方和气流调节装置8上方这个区域的气流的流速得以均衡，而这个区域的流速保持了均衡，等离子体约束环7上方的等离子体区域的气流也就不会再受影响，也会保持均匀分布，从而实现了刻蚀均衡。
51.本发明通过在等离子体处理装置的真空反应腔内的等离子体约束环下方的排气区域内增设一环状的具有气体通道的气流调节装置，进入排气区域的气流在等离子体约束环和气流调节装置之间的区域得到了缓冲和调节，等离子体约束环下方和气流调节装置上方这个区域的气流的流速得以均衡，而这个区域的流速保持了均衡，等离子体约束环上方的等离子体区域的气流也就不会再受影响，也会保持均匀分布，从而实现了刻蚀均衡。本发
明进一步省略了排气装置中的抽气泵开度阀，从而避免了由于抽气泵开度阀开口的偏向性造成的抽气不均匀，也极大地降低了设备成本，与此同时，通过调节气流调节装置的气体通道的开度大小来实现抽气泵开度阀的开度控制功能，保证了等离子体处理装置的正常排气功能。
52.尽管本发明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发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。