一种气体喷嘴本体的制作方法

1.本实用新型属于半导体刻蚀工艺设备技术领域，涉及一种气体喷嘴本体。


背景技术：

2.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顶部，反应气体通过顶部开口进入反应腔。顶部开口安装有喷嘴600，目前反应气体是通过与喷嘴600连接的法兰500直接进入喷嘴600，喷嘴600底部设置有多个通孔，多个通孔在喷嘴600底部呈圆周分布，反应气体通过多个通孔流入反应腔100。目前该喷嘴600的气孔是90度垂直向下的，气体喷淋不均匀；金属法兰500尺寸偏大，影响线圈产生等离子体。
3.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。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中工艺气体扩散均匀性差，刻蚀结果均匀性差的问题，本实用新型的目的是提供一种气体喷嘴本体、气体喷嘴组件及等离子体处理装置，用于改善等离子刻蚀均匀性。
5.本实用新型提供了一种气体喷嘴本体，用于向等离子体处理装置中的真空反应腔中输送反应气体；气体喷嘴本体的结构包括设置于气体喷嘴内部的进气分布腔、喷气孔、连接进气分布腔和喷气孔的气体通道；
6.所述进气分布腔的容积占气体喷嘴本体的12-18％，优选为15％；
7.所述连接进气分布腔和喷气孔的气体通道分为第一气体通道和第二气体通道；
8.所述第一气体通道设置于气体喷嘴本体的中心位置处以及相对于中心位置周向均布的多个位置；所述第一气体通道的延伸方向与气体喷嘴本体下部中心水平横截面垂直；所述第一气体通道的流通截面设计为两段式的非等截面，靠近进气分布腔的一段为第一气体通道短段，长度为8.5-11.5mm，优选长度为10mm，另一段为第一气体通道长段，长度为18-26mm，优选长度为22mm，通过两段式的设计，能够增大气体流速；
9.所述第二气体通道在气体喷嘴本体中第一气体通道的外侧周向分布，第二气体通道包括第一通道段和与第一通道段连接的第二通道段；所述第一通道段与水平面垂直，所述第二通道段与垂直面呈10-30
°
设置(见图3中α)，优选设置为15
°
，与气体喷嘴本体下部设置的斜壁面垂直；
10.所述第二气体通道的流通截面设计为两段式的非等截面，靠近进气分布腔的一段为第一通道段，长度为18-26mm，优选长度为22mm，另一段为第二通道段，长度为10-14mm，优选长度为12mm，通过两段式的设计，能够增大气体流速；
11.与第一气体通道连接的第一喷气孔在气体喷嘴本体下部中心水平横截面内周向均布，与第二气体通道连接的第二喷气孔在气体喷嘴本体下部设置的斜壁面内周向均布。
12.在气体喷嘴本体的侧面设置有环形凹槽，用于放置密封圈，增加与绝缘窗口连接处的密封性。
13.本实用新型提供了一种气体喷嘴组件，对现有的气体喷嘴组件进行了结构改进。
14.所述气体喷嘴组件主要包括进气管、第一绝缘块、金属法兰、第二绝缘块、气体喷嘴本体；
15.所述进气管穿过第一绝缘块、金属法兰、第二绝缘块，与气体喷嘴主体中的进气分布腔固定相连；
16.所述第二绝缘块的直径与气体喷嘴本体的上端直径相同，通过螺纹结构连接；所述第二绝缘块与所述气体喷嘴本体之间设置有过渡块和第二密封圈，所述第二密封圈用于增加所述第二绝缘块与所述气体喷嘴本体之间的密封性，所述过渡块用于减小金属法兰尺寸。
17.所述金属法兰安装于所述第二绝缘块上端，与所述第二绝缘块通过第一绝缘块螺纹压紧连接，所述金属法兰的直径为13.5-18.5mm，优选直径为16mm；所述第二绝缘块和金属法兰之间还设置有第一密封圈，用于增加所述第二绝缘块与所述金属法兰之间的密封性；
18.由于金属会对线圈的磁场产生影响，进而影响后续刻蚀过程中的均匀性，因此金属法兰直径尺寸越小越好。
19.所述第一绝缘块包裹在所述金属法兰外部，并部分包裹进气管；通过第一绝缘块螺纹压紧金属法兰。
20.本实用新型还提出了一种等离子体处理装置，包括反应腔、置于反应腔内的静电吸盘及线圈，所述反应腔顶部的绝缘窗口上设置有气体喷嘴组件，所述气体喷嘴组件采用前述的气体喷嘴组件。
21.本实用新型的有益效果包括：
22.1.更改喷嘴出气孔角度和增加气孔密度来进一步提高工艺气体扩散的均匀性，从而进一步提高刻蚀腔体内等离子气体态气体的均匀程度。
23.2.减小喷嘴组件上方金属法兰的尺寸，从而降低金属法兰对线圈产生感应高频交变磁场的影响，从而改善等离子蚀刻均匀性。
24.3.提高了反应气体使用效率，改善了刻蚀结果的偏边缺陷。
附图说明
25.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做简单地介绍，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。
26.图1是现有技术中等离子体处理装置的一种结构示意图。
27.图2是本实用新型实例提供的一种等离子体处理装置的结构示意图。
28.图3是本实用新型提供的一种气体喷嘴组件的结构示意图。
29.图4是本实用新型提供的一种气体喷嘴本体的结构示意图。
30.图2-3中，1-气体喷嘴本体，2-进气分布腔，3-第一气体通道，31-第一气体通道短段，32-第一气体通道长段；4-第二气体通道；41-第一通道段；42-第二通道段；5-第一喷气孔，6-第二喷气孔，7-进气管，8-第一绝缘块，9-金属法兰，10-第二绝缘块，11-第一密封圈，12-过渡块，13-第二密封圈，14-环形凹槽，15-反应腔，16-静电吸盘，17-绝缘窗口，18-线圈。
具体实施方式
31.结合以下具体实施例和附图，对实用新型作进一步的详细说明。实施本实用新型的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本实用新型没有特别限制内容。
32.图2所示的是一种等离子体处理设备，主要包括反应腔15、静电吸盘16、射频功率源、气泵、绝缘窗口17和线圈18等组成部分。该设备利用等离子体含有大量的带电粒子，如电子、离子、激发态原子、分子和自由基等活性粒子，在待处理晶片表面发生多种物理和化学反应，从而完成蚀刻等工艺过程。
33.在该设备中，待处理晶片通过静电吸盘16固定在基座上，静电电极产生静电吸力支撑晶片。射频电源通过射频匹配网络施加偏置射频电压到基座上，控制带电粒子的轰击方向。真空腔体下设置气泵，用于排出反应副产物和维持真空环境。绝缘窗口17安装在反应腔15的顶部，线圈18安装在绝缘窗口17上，外接射频功率源后产生高频交变磁场，电离反应气体以产生等离子体。
34.图3表示出了本实用新型提供的一种气体喷嘴组件。在如图所示的结构中，多个喷气孔在同一横截面内周向均布设置，且喷气孔与气体喷嘴本体1的侧壁面相垂直。如此设置，相对于多排设置的相同数量、相同孔径的多个喷气孔，布置在同一横截面内可获得最佳的气流周向均布喷射的效果。最外一排喷气孔增加喷射孔数量从而增加喷射密度，同时将喷射孔偏转一角度，使其适配当前设备腔体提高工艺气体扩散的均匀性，从而进一步提高刻蚀腔体内等离子气体态气体的均匀程度。通过第一绝缘块8与第二绝缘块10的连接过度，减小了金属法兰9的尺寸，从而降低金属法兰9对线圈18产生高频交变磁场的影响，从而增大产生等离子体的密度，改善等离子蚀刻均匀性。
35.实施例1
36.本实施例中提供了一种气体喷嘴本体1，用于向等离子体处理装置中的真空反应腔中输送反应气体，所述气体喷嘴本体1的结构包括设置于气体喷嘴内部的进气分布腔2、喷气孔、连接进气分布腔和喷气孔的气体通道。
37.所述进气分布腔2的容积占气体喷嘴本体的15％。
38.所述气体通道包括第一气体通道3和第二气体通道4；
39.所述第一气体通道3设置于气体喷嘴本体的中心位置处以及相对于中心位置周向均布的多个位置；所述第一气体通道3的延伸方向与气体喷嘴本体下部中心水平横截面垂直；所述第一气体通道3的流通截面设计为两段式的非等截面，靠近进气分布腔2的一段长度为10mm，另一段的长度为22mm；
40.所述第二气体通道4在气体喷嘴本体中第一气体通道3的外侧周向分布，第二气体
通道4包括第一通道段41和与第一通道段41连接的第二通道段42；所述第一通道段41与水平面垂直，所述第二通道段42与垂直面呈15
°
设置，与气体喷嘴本体下部设置的斜壁面垂直；所述第二气体通道4的流通截面设计为两段式的非等截面，靠近进气分布腔2的一段长度为22mm，另一段的长度为12mm。
41.与第一气体通道3连接的第一喷气孔5在气体喷嘴本体下部中心水平横截面内周向均布，与第二气体通道4连接的第二喷气孔6在气体喷嘴本体下部设置的斜壁面内周向均布。
42.所述气体喷嘴本体的侧面还设置有环形凹槽14，用于放置第三密封圈，增加与绝缘窗口连接处的密封性。
43.实施例2
44.本实施例中提供了一种气体喷嘴组件，包括进气管7、第一绝缘块8、金属法兰9、第二绝缘块10、实施例1中提到的气体喷嘴本体1。
45.所述进气管7穿过第一绝缘块8、金属法兰9、第二绝缘块10，与气体喷嘴主体1中的进气分布腔2固定相连。
46.所述第二绝缘块10的直径与气体喷嘴本体1的上端直径相同，通过螺纹结构连接；所述第二绝缘块10与所述气体喷嘴本体1之间设置有过渡块12和第二密封圈13，所述第二密封圈13用于增加所述第二绝缘块10与所述气体喷嘴本体1之间的密封性，所述过渡块12用于减小金属法兰9尺寸。
47.所述金属法兰9安装于所述第二绝缘块10上端，与所述第二绝缘块10通过绝缘块8螺纹压紧连接，所述金属法兰的直径为16mm；所述第二绝缘块10和金属法兰9之间还设置有第一密封圈11，用于增加所述第二绝缘块10与所述金属法兰9之间的密封性。
48.所述第一绝缘块8包裹在所述金属法兰9外部，并部分包裹进气管7，通过第一绝缘块8螺纹压紧金属法兰9。
49.实施例3
50.本实施例中提供了一种等离子体处理装置，包括反应腔15、置于反应腔内的静电吸盘16、线圈18，所述反应腔15顶部的绝缘窗口17上设置有实施例1中所述的气体喷嘴组件。所述利用等离子体含有大量的带电粒子，如电子、离子、激发态原子、分子和自由基等活性粒子，在待处理晶片表面发生多种物理和化学反应，从而完成蚀刻等工艺过程。
51.待处理晶片通过静电吸盘16固定在基座上，静电电极产生静电吸力支撑晶片。射频电源通过射频匹配网络施加偏置射频电压到基座上，控制带电粒子的轰击方向。真空腔体下设置气泵，用于排出反应副产物和维持真空环境。绝缘窗口17安装在反应腔15的顶部，线圈18安装在绝缘窗口17上，外接射频功率源后产生高频交变磁场，电离反应气体以产生等离子体。
52.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
53.本实用新型实施例中使用的术语“包含”、“包含着”、“包括”或“包括着”指明存在
所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。本技术说明书通过参考理想化的示例性截面图和/或平面图和/或立体图来描述示例性实施例。术语“和/或”包括任意或全部相关联的列出项目的组合。当一个元件被描述为“连接”或“耦接”至另一个元件时，它可以直接连接或耦接至另一个元件，也可以存在中间元件。同样，当一个元件被描述为在另一个元件“上”时，它可以直接在另一个元件上，也可以存在中间元件。相反，术语“直接地”表示没有中间元件。此外，虽然术语第一、第二、第三等可以用于描述各种元件，但这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语只是用来区分一个元件和另一个元件。因此，在未违背本技术的教导的情况下，在某些实施例中被称为第一元件的元件在其他实施例中可以被称为第二元件。相同的参考标号或参考标记符表示相同的元件。因此，由于例如制造技术和/或容差的影响，图示形状可能存在偏差。因此，示例性实施例不应被解释为限于所示形状的区域，而应包括由例如制造导致的形状偏差。因此，图中所示区域实质上是示意的，形状不是为了描绘器件区域的实际形状，也不是为了限制示例性实施例的范围。
54.本实用新型的保护内容不局限于以上实施例。在不背离实用新型构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本实用新型中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

技术特征：
1.一种气体喷嘴本体(1)，用于向等离子体处理装置中的真空反应腔中输送反应气体，其特征在于，所述气体喷嘴本体(1)的结构包括设置于气体喷嘴内部的进气分布腔(2)、喷气孔、连接进气分布腔(2)和喷气孔的气体通道；所述气体通道包括第一气体通道(3)和第二气体通道(4)；所述第一气体通道(3)设置于所述气体喷嘴本体(1)的中心位置处以及相对于中心位置周向均布的多个位置；所述第一气体通道(3)的延伸方向与所述气体喷嘴本体(1)下部中心水平横截面垂直；所述第二气体通道(4)在所述气体喷嘴本体(1)中第一气体通道(3)的外侧周向分布，第二气体通道(4)包括第一通道段(41)和与第一通道段(41)连接的第二通道段(42)；所述第一通道段(41)与水平面垂直，所述第二通道段(42)与气体喷嘴本体(1)下部设置的斜壁面垂直；与第一气体通道(3)连接的第一喷气孔(5)在气体喷嘴本体下部中心水平横截面内周向均布，与第二气体通道(4)连接的第二喷气孔(6)在气体喷嘴本体下部设置的斜壁面内周向均布。2.如权利要求1所述的气体喷嘴本体，其特征在于，所述进气分布腔(2)的容积占气体喷嘴本体的12-18％。3.如权利要求1所述的气体喷嘴本体，其特征在于，所述第一气体通道(3)的流通截面设计为两段式的非等截面，靠近进气分布腔(2)的为第一气体通道短段(31)，长度为8.5-11.5mm；另一段为第一气体通道长段(32)，长度为18-26mm。4.如权利要求1所述的气体喷嘴本体，其特征在于，所述第二气体通道(4)的流通截面设计为两段式的非等截面，靠近进气分布腔(2)的为第一通道段(41)，长度为18-26mm；另一段为第二通道段(42)，长度为10-14mm。5.如权利要求1所述的气体喷嘴本体，其特征在于，所述气体喷嘴本体的侧面设置有环形凹槽(14)，用于放置第三密封圈，增加与绝缘窗口连接处的密封性。6.如权利要求1所述的气体喷嘴本体，其特征在于，所述第二通道段(42)与垂直面呈10-30
°
设置。

技术总结
本实用新型公开了一种气体喷嘴本体，用于向等离子体处理装置中的真空反应腔中输送反应气体；气体喷嘴本体的结构包括设置于气体喷嘴内部的进气分布腔、喷气孔、连接进气分布腔和喷气孔的气体通道；所述进气分布腔的容积占气体喷嘴本体的12-18％；所述气体通道包括第一气体通道和第二气体通道；所述第一气体通道设置于气体喷嘴本体的中心位置处以及相对于中心位置周向均布的多个位置；所述第二气体通道在气体喷嘴本体中第一气体通道的外侧周向分布。分布。分布。


技术研发人员：高科 邱杰 张二辉
受保护的技术使用者：上海微芸半导体科技有限公司
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/9/19