专利名称：等离子体处理设备及其气体分配装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及等离子体加工技术，特别涉及一种用于等离子体处理设备中的气体分
配装置。本发明还涉及一种包括上述气体分配装置的等离子体处理设备。
背景技术：
等离子体处理设备广泛应用于微电子技术领域。 请参考图1，图1为一种典型的等离子体处理设备的结构示意图。 等离子体处理设备1通常包括壳体11，壳体11中具有反应腔室12，反应腔室12
的顶部和底部分别相对应地设有上极板13和下极板14。上极板13与壳体11之间由绝缘
部件15隔离；下极板14的顶部可以支撑待处理加工件。上述加工件应当包括基片以及与
其具有相同加工原理的其他加工件；下文所述加工件的含义与此相同。 等离子体处理设备1工作时，通过干泵等真空获得装置(图中未示出)在反应腔 室12中制造并维持真空的状态。在此状态下，通过气体分配装置16向反应腔室12中输入 气体，并在上极板13和下极板14之间输入适当的功率，从而激活所述气体，进而在加工件 的表面产生并维持等离子体环境。由于具有强烈的刻蚀以及淀积能力，所述等离子体可以 与所述加工件发生刻蚀或者淀积等物理化学反应，以获得所需要的刻蚀图形或者淀积层。 上述物理化学反应的副产物由所述真空获得装置从反应腔室12中抽出。
众所周知，上述加工件表面工艺气体分布的均匀程度对于加工件的品质具有重要 意义。随着基片等待加工件整体尺寸的增加，反应腔室12的横截面积越来越大，在其中实 现工艺气体的均匀分布尤其是径向均匀分布越来越困难。 上述气体分布的均匀程度与多种因素相关，其中，气体分配装置的结构在很大程
度上决定了反应腔室中工艺气体分布的均匀性。 请参考图2，图2为一种气体分配装置的结构示意图。 —种气体分布装置2包括支撑板21 ，支撑板21位于等离子体处理设备反应腔室顶 部的中央位置，且与上极板固定连接，其中心位置设有进气孔211。 支撑板21的下方固定连接有与其同轴的喷头电极23，两者的连接部位保持气密 封(此处以及下文所述气密封，均指一种结果，而非手段；也即无论采用何种具体技术手 段，支撑板21与喷头电极23的连接部位都不应出现气体泄漏现象)，且两者之间形成一气 体分配腔室。上述进气孔211与所述气体分配腔室连通。 所述气体分配腔室中设置多层阻流板22，各层阻流板22之间，以及阻流板22与 支撑板21、喷头电极23之间保留适当的距离，因此，所述气体分配腔室自上而下被隔离为 若干小腔室。阻流板22包括多个将其轴向贯通的气体通道221，从而将所述各个小腔室连通。 由于各层阻流板22的气体通道221都相错离地设置，因此工艺气体经过阻流板 22时被迫产生一定的横向位移，因此径向均匀度可以得到增加；随着阻流板22的层数的增 加，工艺气体发生横向位移的次数也增多，因此喷头电极23的上表面232处得到的工艺气
3体的径向均匀度也将不断提高。 喷头电极23中均匀地分布着多个通气孔231，用以连通所述气体分配腔室中最下 层的小腔室以及喷头电极23下方的反应腔室。喷头电极23的上表面232处较为均匀的工 艺气体可以自通气孔231流入等离子体处理设备的反应腔室中。 然而，由于进气孔211位于中心位置，自通气孔231流出的气体在反应腔室的径向
上的分布必然是不均匀的，反应腔室中心部位的气体浓度将大于外周部分的气体浓度；即
便设置多层阻流板22也不能完全消除上述径向上的浓度差，而只能将其减轻。此外，设置
多层阻流板22还将导致气体分配装置的结构过于复杂、体积较大，加工成本也较高。在加
工件尺寸不断加大的趋势下上述缺点尤为突出。 请参考图3，图3为另一种气体分配装置的结构示意图。 在另一种气体分配装置中，气体自中心管路52进入，然后沿各层分配管不断分 散，最终自送气孔50输出。由于气体的每层均大体均匀地分散，因此，比较而言，自送气孔 50输出的气体的均匀度较高，可以克服图2所示气体分配装置存在的在反应腔室的径向上 气体分布不均匀的问题。 然而，由于需加工孔径较小的、数量众多的多组分配管，加工过程的工艺过于复 杂、对加工条件的要求较高，生产制造成本较高；此外，由于工艺气体进气口 (中心管路)只 有一个，气体输送量难以保证，对于大面积成膜等工艺而言尤为突出。 因此，现有技术的气体分配装置要么结构过于复杂、加工成本较高；要么难以在反 应腔室的径向上获得较高的气体分布均匀度。如何在不降低反应腔室径向上气体分布均匀 度的前提下简化气体分配装置的结构、降低其制造成本，是本领域技术人员目前需要解决 的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种气体分配装置，其结构简单，加工方便，而且能够在反应 腔室的径向上提供具有较高均匀度的气体。本发明的另一目的是提供一种包括上述气体分 配装置的等离子体处理设备。 为解决上述技术问题，本发明提供一种气体分配装置，用于等离子体处理设备，包 括大体水平设置的气体分配板，所述气体分配板的顶部具有大体相平行的多条第一输气通 道和多条第二输气通道；所述第一输气通道和所述第二输气通道交替设置，且均自所述气 体分配板的第一侧延伸至与所述第一侧相对的第二侧；所述第一输气通道和所述第二输气 通道均一端进气而另一端封闭，且两者的气体流向相反；所述第一输气通道和所述第二输 气通道的底部均设有多个贯穿所述气体分配板的送气孔，各所述送气孔沿气体流动方向排 列。 进一步，所述气体分配板的顶壁具有多条大体平行并自所述第一侧延伸至所述第 二侧的凹槽，所述凹槽之上紧密覆盖有条形壳体，以便形成所述第一输气通道以及所述第 二输气通道。 进一步，所述气体分配板的顶部紧密连接与其形状大体相同的盖板，所述第一输
气通道和所述第二输气通道设置于所述气体分配板与所述盖板之间。 进一步，沿气体流动方向，各所述送气孔的横截面积逐渐加大。
进一步，沿气体流动方向，相邻的所述送气孔的间距逐渐减小。 进一步，所述第一输气通道和第二输气通道的横截面的形状为圆形、椭圆形或者 方形。 进一步，所述送气孔的底部渐扩。 进一步，所述气体分配板的底部进一步设有匀流板，所述匀流板具有多个均匀分
布并竖直贯通所述匀流板的散流孔。 进一步，所述散流孔的底部渐扩。 本发明还提供一种等离子体处理设备，包括上述任一项所述的气体分配装置。
本发明所提供的气体分配装置，其气体分配板的顶部具有大体相平行的多条第一 输气通道和多条第二输气通道，两者交替设置，且均自所述气体分配板的第一侧延伸至与 所述第一侧相对的第二侧；所述第一输气通道位于所述第一侧的开口进气，位于所述第二 侧的开口封闭；所述第二输气通道位于所述第一侧的开口封闭，位于所述第二侧的开口进 气；所述第一输气通道和第二输气通道的底部均设有多个竖直贯穿所述气体分配板并沿气 体流动方向排列的送气孔。沿气体的流动方向，自所述第一输气通道和第二输气通道中送 气孔流出的气体量逐渐减少。例如，在所述第一输气通道中，自靠近所述第一侧的送气孔流 出的气体量较多，而靠近所述第二侧的送气孔流出的气体量较少；由于气体流动方向相反， 所述第二输气通道中靠近所述第一侧的送气孔流出的气体量较少，而靠近所述第二侧的送 气孔流出的气体量较多。然而，由于所述第一输气通道和第二输气通道交替设置，在整个气 体分配板的影响范围内，自相邻的若干送气孔送出的气体的总量均大体相等，从而在所述 气体分配板下方的整个区域上气体均具有较高的均匀性，即使反应腔室面积较大，在其径 向上也不会出现气体分布不均匀的情况。总之，本发明所提供的气体分配装置结构简单、加 工方便、成本较低，并可以确保气体在反应腔室的径向均匀分布。
图1为一种典型的等离子体处理设备的结构示意图； 图2为一种气体分配装置的结构示意图； 图3为另一种气体分配装置的结构示意图； 图4为本发明一种具体实施方式
所提供气体分配装置的轴侧示意图； 图5为图4所示气体分配装置的俯视分解轴侧示意图； 图6为图4所示气体分配装置的仰视分解轴侧示意图； 图7为本发明另一种具体实施方式
所提供气体分配装置的轴侧示意图。 图8为本发明一种具体实施方式
所提供气体分配板的俯视示意图； 图9为图8所示气体分配板的剖视示意图。
具体实施例方式
本发明的核心是提供一种气体分配装置，其结构简单，加工方便，而且能够在反应 腔室的径向上提供具有较高均匀度的气体。本发明的另一核心是提供一种包括上述气体分 配装置的等离子体处理设备。 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。 请参考图4至图6，图4为本发明一种具体实施方式
所提供气体分配装置的轴侧示 意图；图5为图4所示气体分配装置的俯视分解轴侧示意图；图6为图4所示气体分配装置 的仰视分解轴侧示意图。 在第一种具体实施方式
中，本发明实施例所提供的气体分配装置3包括气体分配 板31，气体分配板31大体呈方形，且大体水平设置，其顶部具有多条第一凹槽311和多条第 二凹槽312。第一凹槽311和第二凹槽312大体相平行，且两者交替设置，并均自气体分配 板31的第一侧(例如左侧)延伸至与所述第一侧相对的第二侧(例如右侧)；各条凹槽的 间距大体相等，上述间距范围可以是100mm至200mm，本具体实施方式
可以选择150mm。
气体分配装置3还包括盖板32，盖板32的形状与气体分配板31的形状大体相同。 当盖板32盖合于气体分配板31之上时，第一凹槽311即可形成第一输气通道，第二凹槽 312可形成第二输气通道。当然，盖板32的底壁与第一凹槽311、第二凹槽312相对应的位 置可以开设辅助凹槽321 (示于图6中)，以便辅助凹槽321和第一凹槽311共同形成所述 第一输气通道，辅助凹槽321和第二凹槽312共同形成所述第二输气通道。
所述第一输气通道的一端封闭，另一端进气；气体从设于第一凹槽311底部的多 个送气孔35向下穿过气体分配板31，并进入等离子体处理设备的反应腔室中。例如，可以 通过设于气体分配板31第一侧的第一分配管331向各所述第一输气通道中输入气体，同 时，将各第一输气通道位于第二侧的端部封闭。 所述第二输气通道同样一端封闭，另一端进气；气体从设于第二凹槽312底部的 多个送气孔35向下穿过气体分配板31，并进入等离子体处理设备的反应腔室中。例如，可 以通过设于气体分配板31第二侧的第二分配管332向各所述第二输气通道中输入气体，同 时，将各第二输气通道位于第一侧的端部封闭。 气体可以自第一进气管341进入第一分配管331 ，然后沿所述第一输气通道自所 述第一侧流向所述第二侧，并自各个送气孔35中流出；同时，气体可以自第二进气管342进 入第二分配管332，然后沿所述第二输气通道自所述第二侧流向所述第一侧，并自各个送气 孔35中流出。 众所周知，沿气体的流动方向，自所述第一输气通道以及所述第二输气通道中各 送气孔35中流出的气体量逐渐减少。 例如，在所述第一输气通道中，自靠近所述第一侧的送气孔35流出的气体量较 多，而靠近所述第二侧的送气孔35流出的气体量较少；相反，在所述第二输气通道中，自靠 近所述第一侧的送气孔35流出的气体量较少，而靠近所述第二侧的送气孔35流出的气体 量较多。虽然单条输气通道中各送气孔35气体的流量存在差异，但由于所述第一输气通道 和第二输气通道交替设置，上述差异得到抵消；因此，在整个气体分配板31的影响范围内， 自相邻的若干送气孔35送出的气体的总量均大体相等，从而在气体分配板31下方的整个 区域上气体的分布均具有较高的均匀性，即使反应腔室的面积较大，在其径向上也不会出 现气体分布不均匀的情况。 因此，本发明所提供的气体分配装置结构简单、加工方便、成本较低，并可以确保 气体在反应腔室的径向上均匀分布。此外，由于存在两个进气管，因此，即使反应腔室尺寸 较大也能够满足气体输入量的要求。
请参考图7，图7为本发明另一种具体实施方式
所提供气体分配装置的轴侧示意 图。 在另一种具体实施方式
中，本发明所提供的气体分配装置用多个条形壳体36替
代了图4所示具体实施方式
中的盖板32，其他部分的结构可以大体相同。 条形壳体36内部具有条形空间，其一端封闭，另一端具有开口，以便和第一分配
管331或者第二分配管332连接；条形壳体36的底部具有能够与第一凹槽311以及第二凹
槽312相配合的开口。当条形壳体36以适当的方式(例如焊接)固定安装于气体分配板
31顶部时，可以形成所述第一输气通道以及所述第二输气通道。这样可以减少原材料的消
耗，有利于降低设备成本以及自重。 请参考图8和图9，图8为本发明一种具体实施方式
所提供气体分配板的俯视示意 图；图9为图8所示气体分配板的剖视示意图。 为可获得进一步的技术效果，可以对上文所提供的气体分配装置进行改进。
例如，各送气孔35可以具有不同的横截面积。对于所述第一输气通道，沿气体流 通方向(自所述第一侧至所述第二侧)，送气孔35的横截面积逐渐加大；即沿气体流通方 向分布的第一送气孔35a、第二送气孔35b、第三送气孔35c的面积依次扩大。对于所述第 二输气通道可以进行相同的改进，不再赘述。 如前所述，沿流动方向气体的流量将逐渐下降，因此逐渐增大送气孔的横截面积 有利于降低同一输气通道中不同位置的送气孔35所流出气体量的差异，进而在等离子处 理设备的反应腔室中获得更为均匀的气体分布。 还可以对相邻的送气孔35的间距进行改进，以使在气体流动方向上，相邻的送气 孔35的间距逐渐减小。仍以所述第一输气通道为例，第二送气孔35b与第三送气孔35c的 间距d2，可以略小于第一送气孔35a与第二送气孔35b的间距dl ;因此，所述第一输气通道 封闭端的各送气孔35的间距较小，进气端的各送气孔35的间距较大。所述第二输气通道 中第二送气孔352可以同样设置。 由于沿流动方向气体的流量逐渐下降，沿气体流动方向逐渐减小相邻的送气孔35 的间距，同样有利于降低同一输气通道中不同位置的送气孔35所流出气体量的差异，并有 利于在等离子处理设备的反应腔室中获得更为均匀的气体分布。 此外，可以进一步改进第一凹槽311、第二凹槽312以及盖板32底壁的辅助凹槽 321的横截面形状，从而使所述第一输气通道和第二输气通道的横截面的形状为圆形、椭圆 形或者方形。 为了在等离子体处理设备的反应腔室中获得更为均匀的气体分布，可以进一步设 置送气孔35的形状。例如，送气孔35的底部可以渐扩(可以是锥形口)。这样可以便于气 体在流出送气孔后进行横向发散，各送气孔流出的气体可以得到更为充分的混合，气体分 布的均匀性更高。 还可以对本发明所提供的气体分配装置进一步进行改进。例如，可以在气体分配 板31的下方进一步设置匀流板(图中未示出)，以使自送气孔35流出的气体经过匀流之后 再进入等离子处理设备的反应腔室中，这将进一步提高反应腔室中气体的均匀性。所述匀 流板具有均匀分布并大体竖直贯通所述匀流板的散流孔，所述散流孔的底部可以渐扩，以 便于气体流出后进行横向发散，提高气体分布的均匀性。
本发明所提供的等离子体处理设备包括上述任一项所述的气体分配装置；等离子 体处理设备其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。具体地，所述等离子体处理 设备可以是等离子体刻蚀设备或者等离子体淀积设备。 以上对本发明所提供的气体分配装置以及应用了该气体分配装置的等离子体处 理设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进 和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
一种气体分配装置，用于等离子体处理设备，包括大体水平设置并大体呈方形的气体分配板，其特征在于，所述气体分配板的顶部具有大体相平行的多条第一输气通道和多条第二输气通道；所述第一输气通道和所述第二输气通道交替设置，且均自所述气体分配板的第一侧延伸至与所述第一侧相对的第二侧；所述第一输气通道和所述第二输气通道均一端进气而另一端封闭，且两者的气体流向相反；所述第一输气通道和所述第二输气通道的底部均设有多个贯穿所述气体分配板的送气孔，各所述送气孔沿气体流动方向排列。
2. 如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述气体分配板的顶壁具有多条 大体平行并自所述第一侧延伸至所述第二侧的凹槽，所述凹槽之上紧密覆盖有条形壳体， 以便形成所述第一输气通道以及所述第二输气通道。
3. 如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述气体分配板的顶部紧密连接 与其形状大体相同的盖板，所述第一输气通道和所述第二输气通道设置于所述气体分配板 与所述盖板之间。
4. 如权利要求1至3任一项所述的气体分配装置，其特征在于，沿气体流动方向，各所 述送气孔的横截面积逐渐加大。
5. 如权利要求4所述的气体分配装置，其特征在于，沿气体流动方向，相邻的所述送气 孔的间距逐渐减小。
6. 如权利要求5所述的气体分配装置，其特征在于，所述第一输气通道和所述第二输 气通道的横截面的形状为圆形、椭圆形或者方形。
7. 如权利要求6所述的气体分配装置，其特征在于，所述送气孔的底部渐扩。
8. 如权利要求1至3任一项所述的气体分配装置，其特征在于，所述气体分配板的底部 进一步设有匀流板，所述匀流板具有多个均匀分布并竖直贯通所述匀流板的散流孔。
9. 如权利要求8所述的气体分配装置，其特征在于，所述散流孔的底部渐扩。
10. —种等离子体处理设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的气体分 配装置。
全文摘要
本发明公开了一种气体分配装置，其气体分配板的顶部交替设置多条第一输气通道和多条第二输气通道，两者中气流方向相反；所述第一输气通道和第二输气通道的底部均设有多个送气孔。在所述第一输气通道中，靠近进气端的送气孔流出的气体量较多，靠近封闭端的送气孔流出的气体量较少；所述第二输气通道中正好相反。由于所述第一输气通道和第二输气通道交替设置，因此，自相邻的若干送气孔送出的气体的总量均大体相等，从而在反应腔室的径向上气体分布较为均匀。本发明所提供的气体分配装置结构简单、加工方便、成本较低，并可以确保气体在反应腔室的径向均匀分布。
文档编号H01L21/00GK101770933SQ20091007648
公开日2010年7月7日 申请日期2009年1月4日 优先权日2009年1月4日
发明者张风港, 魏民 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司