专利名称：一种半导体加工装置以及用于该装置中的喷嘴结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体加工装置以及一种应用于该半导体加工装置 中的喷嘴结构。
背景技术：
在半导体加工工业中，随着加工的技术节点越来越小，对整个硅片 尺度加工工艺均匀性的要求越来越高， 一般可以通过对工艺各项设置参 数的修改进行，或通过对硬件对称性的修改提高均匀性。适当的修改这 些硬件的设计对于提高刻蚀工艺的均匀性有很大帮助。但是由于集成测 量设备的应用，例如干涉测量设备，有时会限制硬件的修改，或与硬件 的4务改发生矛盾。
而且，现有的喷嘴结构多是从一端进气，而从另一端的管状结构中 心处将气体喷射出去，这种中心进气的喷嘴由于气流主要从中心处进入 腔室，会导致硅片中间的等离子体密度高于周围区域，中心处气流的分 布也相应的高于周围，从而导致中心处的侧向刻蚀速率快于边缘，造成
硅片刻蚀的片内均匀性不好，很难满足65nm及以下技术节点的要求。
此外，干涉测量设备是应用于刻蚀设备的一种在线测量薄膜厚度的 设备，通常安装于喷嘴的上方，将光从喷嘴上向下照射到腔室中，并收 集发射光从而检测刻蚀过程中薄膜的厚度。因此喷嘴的形状和尺寸对干 涉测量设备有较大的影响。
现有的喷嘴设计一般为圆筒形状，如图1所示，气体从喷嘴100上 部进入喷嘴的中心孔12，并向外喷出。干涉测量装置102安装于喷嘴100 的上方。气体进入到喷嘴中心孔12向下喷出。干涉测量装置102的光也 通过喷嘴中心并穿过设置在喷嘴100内的透明石英或蓝宝石(图中未示 出)照射到硅片表面，并通过收集发射光从而检测刻蚀过程中薄膜的厚
4度。
上述现有技术的缺陷在于，这种方法使得干涉测量装置102发出的
致气体喷嘴中心孔12的尺寸受到限制，即必须有足够的尺寸以确保光可 以通过。另一方面，干涉测量装置102接收到的光信号会受到气体或等 离子体的干扰，不够稳定。
另一种现有技术是将干涉测量装置102的探头不放置在气体喷嘴 100上方，而将探头放置在腔室上方其他位置，以避免受到气体影响。但 是此种方案的缺陷在于，该种设计会增加设计的难度，由于腔室上方存 在很多其他部件，例如等离子体源等(如图2所示)，因此空间较小，并 且干涉测量装置需要照射到透明的物体表面(图中未示出)，然后投射到 腔室中，因此还需要对原有的石英窗体103进行重新设计，加入透明部 分，并避免受到强烈等离子体轰击。因此，设计难度增大，并且成本较
并且另 一方面，现有的从一端进气从另 一端的管状结构中心处将气 体喷射出去的喷嘴结构也难以实现将气体均匀地或呈辐射状喷射到环境 中目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，克服上述现有技术的缺陷而提供 一种可以有效提高干涉测量设备信号质量的半导体加工装置。 为实现上述目的，本发明采取以下设计方案
一种半导体加工装置，所述半导体加工装置上设有一喷嘴，所述喷 嘴包括内径为柱状的本体，本体上还设有气体入口和气体出口，所述气 体入口位于所述本体的上部边缘，所述气体出口位于所述本体侧壁的底 部，在所述本体的侧壁中或侧壁的内侧形成有气流通道，该气流通道与 所述气体入口和气体出口相连通，并且所述气体出口的出口方向与本体 的中心垂直线成0~85度角。
优选地，在本体的上方还设有干涉测量探头，所述干涉测量探头发出的光经过本体的中心处照射到待测硅片上。所述气流通道位于所述本 体的侧壁内部，并且所述气体出口位于侧壁的底部正下方或底部的外侧。 所述气体入口倾斜通入所述本体侧壁中的气体流道。所述气体入口通入 侧壁中的倾斜角度与所述气体出口的出口方向和本体的中心垂直线所成 的度角相同或相对应。
优选地，在本体的上方还设有干涉测量^:头，所述干涉测量探头发 出的光经过本体的中心处照射到待测硅片上。从气体入口进入的气体沿 本体的内侧流入，并沿着本体的内侧呈螺i走式流动形成气流通道。所述 气体出口位于侧壁的底部的内侧。所述气体入口倾斜通入所述本体内侧
出口方向和本体的中心垂直线所成的度角相同或相当。
此外，所述中心处的径向和横向尺寸大于干涉测量设备的要求尺寸。 本发明的另 一 目的是^l是供一种可将待喷射气体呈辐射状射出的喷嘴 结构，所述喷嘴结构包括内径为柱状的本体，本体上设有气体入口和气 体出口，所述气体入口位于所述本体的上部或上部边缘，所述气体出口
位于所述本体的侧壁上，在所述本体的侧壁内部"i殳有气流通道，该气流
通道与所述气体入口和气体出口相连通。
优选地，所述气体出口位于侧壁的底部或外侧，且该气体出口的出
口方向与本体的中心垂直线成0~85度角。进一步，所述气体入口倾斜通 入所述本体内侧的气流通道。所述气体入口通入侧壁中的倾斜角度与所 述气体出口的出口方向和本体的中心垂直线所成的度角相同或相对应。
本发明的优点是由于本发明半导体加工装置的喷嘴采用了边缘进 气的方式，使得中心处气流密度降低，相应得等离子体密度降低，从而 降低中心处的侧向刻蚀速率更加接近边缘刻蚀速率，提高刻蚀均匀性， 从而提高芯片加工的优良率。进一步，本发明使得向下喷出的气体和干 涉测量装置向下照射的光路相互分开，避免了由于在喷嘴正下方处等离 子体密度较大而对喷嘴的轰击，进而防止了气体喷嘴的设计对干涉测量 装置应用效果的干扰，并为气体喷嘴的设计和优化提供更灵活的空间。 本发明的喷嘴结构，可以使得通用的喷射气体可以被均匀地或呈辐射状地喷射到需要的环境中。
图1为现有技术中喷嘴的结构示意图2为现有技术的另 一种喷嘴i殳计的结构示意图3为本发明半导体加工装置中喷嘴的优选实施例结构示意图。
具体实施例方式
参见图3,其中示出本发明的一种用于半导体加工装置的优选实施例 的局部示意图，所述半导体加工装置上^:有一喷嘴(如图3所示)，例如 在刻蚀设备中晶片的上方设有该喷嘴，图3中未示出该半导体加工装置 的其他结构，而这些结构对于本领域内普通技术人员而言是熟知的或显 而易见的。所述喷嘴包括内径为柱状的本体l，通常地，本体的外部也为 柱状，包括圆柱或者截面成多边形的柱体形状，其中，本体1上还设有 气体入口 3和气体出口 4。并且，所述气体入口 3位于所述本体1的上部 边缘，所述气体出口 4位于所述本体1侧壁10的底部，在所述本体1的 侧壁10中或侧壁10的内侧形成有气流通道101，该气流通道101与所述 气体入口 3和气体出口 4相连通，本发明所述的气流通道101可以为侧 壁10中设置的管道状气流通道，也可以是侧壁10为中空结构，侧壁10 内部中空结构可以自然形成气流通道101,亦或者在侧壁10的内侧由气 体的螺旋形流动而形成气流通道；此外，所述气体出口 4的出口方向与 本体1的中心垂直线5成0 85度角，当上述成角为O度时，气体的出口 方向为竖直向下并与光的方向相互平^f亍，当上述成角大于O度小于85度 时，气体的出口方向与光方向为异面直线(在图中未示出)，由此使 使得 气体在本体1内部的流动会成螺旋形状，进而使得气体产生相对于本体1 中心11的离心力，或者气体的出口方向为相对于本体l的中心在同一个 平面上而直接呈辐射状向外喷出，并且所述角度更优选地为0~60度，所 以，本体1中心11的气体密度会小于本体1侧壁10的内侧气体密度， 从而也可以避免由于在喷嘴正下方处等离子体密度较大，对喷嘴的轰击，造成的对干涉测量装置的干扰，进而避免气体喷嘴的设计对干涉测量装 置的应用效果进行干扰。由于本发明的喷嘴采用了边缘进气的方式，使 得中心处气流密度降低，相应得等离子体密度降低，从而降低中心处的 侧向刻蚀速率更加接近边缘刻蚀速率，提高刻蚀均匀性，从而提高芯片 加工的良率。
更具体地，如图3所示，在本体l的上方设有干涉测量探头2，如果 本体1或者本体1的内部为规则的对称结构，则此处的"上方"优选为 本体或者本体内部中心的正上方，所述干涉测量^笨头2发出的光经过本 体1的中心处11照射到待测硅片上。光路位于本体1的中心处11,而离 子气体位于本体1的侧壁10当中或者位于侧壁10的内侧位置，两条相 互分离(或主要部分相互分离)的光路和气路可以使得干涉测量装置的 测量效果更加精准。
图3中还示出了本发明的又一种优选实施例，其中所述气流通道101 位于所述本体1的侧壁10内部，本体的侧壁10中为中空结构，其内部 便形成了气流通道101,并且所述气体出口 4位于侧壁10的底部正下方 或底部的外侧，当气体出口 4位于侧壁10的底部正下方时，气体的出口 方向为竖直向下或与中心垂直线5成0-85度角流出；当气体出口 4位于 侧壁10的底部外侧时，气体的出口方向便成辐射状从本体1侧壁10的 底部向外流出。并且，所述气体入口 3倾斜通入所述本体1侧壁10中的 气体流道IOI,并没有通过侧壁10而伸入本体1的内侧。优选地，所述 气体入口 3通入侧壁10中的倾斜角度与所述气体出口 4的出口方向和本 体1的中心垂直线5所成的度角相同或相对应，此种设计能够使得气体 流出和流出的角度相对应，从而提高了气体的流通性。
本发明的另一种实施例可以参考图3，但不以图3中示出的内容为 限，从气体入口 3进入的气体沿本体1的内侧流入，并沿着本体1的内 侧呈螺旋式流动形成气流通道IOI,在本是实力中，所述气体出口 4位于 侧壁.10的底部的内侧，所述气体入口 3倾杀牛通入所述本体1内侧的气流 通道IOI,并且，所述气体入口 3通入本体1内侧的倾斜角度与所述气体 出口 4的出口方向和本体1的中心垂直线5所成的度角相同或相当。在
8本实施例中，气体的流动由于气体入口 3的倾斜设置而倾斜地流入到本
体l的内部，同时，更由于气体出口 4的出口方向也具有倾斜角度，并 优选地与气体进入方向的倾角相同或相对应，所以会使得气体在本体1 的内侧成螺旋状流动，当流速较大时，便会产生较大的离心力，进而使 得本体l内的气体密度产生差异，即本体l中心处ll的离子密度小于 侧壁10内侧的离子密度，从而使得干涉测量设备的光路和气路能够相互 分开，进而使得干涉测量设备的测量效果更加精准。
在本发明的上述是实施例中，所述中心处11的径向和横向尺寸在设 计、制造中只需大于千涉测量设备的要求尺寸即可，该尺寸通常为 5~20mm。
另一方面，参见图3,其中也示出了本发明的一种喷嘴结构的优选实 施例，包括内径为柱状的本体l,通常地，本体l的外部也为柱状，包括 圆柱或者截面成多边形的柱体形状，本体1上设有气体入口 3和气体出 口 4，所述气体入口 3位于所述本体的上部或上部边纟彖，所述气体出口 4 位于所述本体1的侧壁10上，优选地，所述气体出口 4位于侧壁10的 底部或外侧，这样，待喷气体^^能够;故喷嘴结构呈辐射状的喷射出去， 或者均匀地从喷嘴结构侧壁10的底部或外侧喷射出去，而不会只从柱状 喷嘴结构一端的中心处集中地被喷射出去，在所述本体l的侧壁10内部 设有气流通道101,该气流通道101与所述气体入口 3和气体出口 4相连 通，本发明所述的气流通道101可以为侧壁10中专门设置的管道状气流 通道，也可以直接利用中空的侧壁IO作为一个整体的气流通道，在外力 (如泵体或正压力或负压力等)的作用下，将气体从气体入口 3通过气流 通道101后最终从位于侧壁IO上的气体出口 4中被非集中地喷射出去。 优选地，所述气体出口 4的出口方向与本体1的中心垂直线5成0 85 度角，所述气体入口 3倾斜通入所述本体1内侧的气流通道101。所述气 体入口 3通入侧壁10中的倾斜角度与所述气体出口 4的出口方向和本体 1的中心垂直线5所成的度角相同或相对应。
更具体地，当上述成角为0度时，气体的出口方向为与喷嘴结构本 体1的侧壁相互平行，气体可从喷嘴结构本体1的非中心处被喷射出去；当上述成角大于0度小于85度时，气体的出口方向与本体1的中心11 为异面直线(在图中未示出)，由此便使得气体在本体l内部的流动会成 螺旋形状，进而使得气体产生相对于本体1中心11的离心力，或者气体 的出口方向为相对于本体1的中心在同一个平面上而直接呈辐射状向外 喷出，并且上述的角度更优选地为0~60度，所以，本体l中心11的气 体密度会小于本体1侧壁10的内侧气体密度，从而也可以避免由于在喷 嘴结构本体1的气流流出端的气体密度过于集中；而当所述气体入口 3 倾斜通入所述本体1内侧的气流通道101,并且气体入口 3通入侧壁10 中的倾斜角度与所述气体出口 4的出口方向和本体1的中心垂直线5所 成的度角相同或相对应时，上述的气体在本体1的侧壁10内部会呈更加 明显的螺旋状流动，且增加了气体喷射出去的离心力，使得气体能够被 更加均匀的喷射或者使得气流流出端的气体更加均匀地离散。
显而易见，本领域的普通技术人员，可以用本发明的一种半导体加 工装置以及应用于该半导体加工装置中的喷嘴结构，构成各种类型需要 光路、气路相互分离的加工装置，并且，本发明的喷嘴结构可以用于各 种需要将待喷射气体非集中地喷射或呈辐射状向外喷射的喷射机构。
上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关 技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以作出 各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴，本 发明的专利保护范围应由各权利要求限定。
10
权利要求
1、一种半导体加工装置，所述半导体加工装置上设有一喷嘴，所述喷嘴包括内径为柱状的本体(1)，本体(1)上还设有气体入口(3)和气体出口(4)，其特征在于所述气体入口(3)位于所述本体(1)的上部边缘，所述气体出口(4)位于所述本体(1)侧壁(10)的底部，在所述本体(1)的侧壁(10)中或侧壁(10)的内侧形成有气流通道(101)，该气流通道(101)与所述气体入口(3)和气体出口(4)相连通，并且所述气体出口(4)的出口方向与本体(1)的中心垂直线(5)成0～85度角。
2、 根据权利要求1所述的半导体加工装置，其特征在于在本体(1) 的上方还i殳有干涉测量探头(2),所述干涉测量纟笨头(2)发出的光经过 本体(1)的中心处(11)照射到待测石圭片上。
3、 根据权利要求1或2所述的半导体加工装置，其特征在于所述 气流通道(101)位于所述本体(1)的侧壁(10)内部，并且所述气体 出口 (4)位于侧壁(10)的底部正下方或底部的外侧。
4、 根据权利要求3所述的半导体加工装置，其特征在于所述气体 入口 ( 3 )倾斜通入所述本体(1)侧壁(10 )中的气体流道(101 )。
5、 根据权利要求4所述的半导体加工装置，其特征在于所述气体 入口 (3)通入侧壁(10)中的倾斜角度与所述气体出口 (4)的出口方 向和本体(1)的中心垂直线(5)所成的度角相同或相对应。
6、 根据权利要求1或2所述的半导体加工装置，其特征在于从气 体入口 (3)进入的气体沿本体(1)的内侧流入，并沿着本体(1)的内 侧呈螺旋式流动形成气流通道(101 )。
7、 根据权利要求6所述的半导体加工装置，其特征在于所述气体 出口 (4)位于侧壁(10)的底部的内侧。
8、 根据权利要求7所述的半导体加工装置，其特征在于所述气体 入口 ( 3 )倾斜通入所述本体(1)内侧的气流通道(101 )。
9、 根据权利要求8所述的半导体加工装置，其特征在于所述气体 入口 (3)通入本体(1.)内侧的倾斜角度与所述气体出口 (4)的出口方 向和本体(1)的中心垂直线(5)所成的度角相同或相当。
10、 根据权利要求2所述的半导体加工装置，其特征在于所述中 心处(11)的径向和横向尺寸大于干涉测量设备的要求尺寸。
11、 一种喷嘴结构，包括内径为柱状的本体(1)，本体(l)上设有 气体入口 ( 3 )和气体出口 ( 4 ):所述气体入口 ( 3 )位于所述本体(1) 的上部或上部边缘，所述气体出口 ( 4 )位于所述本体(1)的侧壁(10 ) 上，在所述本体(1)的侧壁(10)内部设有气流通道(101),该气流通 道(101)与所述气体入口 ( 3 )和气体出口 ( 4 )相连通。
12、 根据权利要求11所述的喷嘴结构，其特征在于所述气体出口 (4)位于侧壁(10)的底部或外侧，且该气体出口 (4)的出口方向与本 体(1)的中心垂直线(5)成0 85度角。
13、 根据权利要求12所述的喷嘴结构，其特征在于所述气体入口 (3 )倾斜通入所述本体(1)内侧的气流通道(101 )。
14、 根据权利要求12所述的喷嘴结构，其特征在于所述气体入口 (3)通入侧壁(10)中的倾斜角度与所述气体出口 (4)的出口方向和本 体(1)的中心垂直线(5)所成的度角相同或相对应。
全文摘要
本发明涉及一种半导体加工装置以及相应的喷嘴结构，其中的喷嘴包括内径为柱状的本体，本体上还设有气体入口和气体出口，所述气体入口位于所述本体的上部边缘，所述气体出口位于所述本体侧壁的底部，在所述本体的侧壁中或侧壁的内侧形成有气流通道，该气流通道与所述气体入口和气体出口相连通，并且所述气体出口的出口方向与本体的中心垂直线成0～85度角。本发明可使从喷嘴向下喷出的气体和干涉测量装置向下照射的光路相互分开，避免了由于在喷嘴正下方处等离子体密度较大而对喷嘴的轰击，进而防止了气体喷嘴的设计对干涉测量装置应用效果的干扰，并为气体喷嘴的设计和优化提供更灵活的空间，使得喷嘴的结构简单并且效果明显。
文档编号B05B1/14GK101585019SQ20081011192
公开日2009年11月25日 申请日期2008年5月19日 优先权日2008年5月19日
发明者卓 陈 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