一种电感耦合等离子处理器的制作方法

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种电感耦合等离子处理器中的气体喷头。

背景技术：

等离子处理器被广泛应用在半导体工业内，用来对待处理基片进行高精度的加工如等离子刻蚀、化学气相沉积（cvd）等。其中电感耦合等离子处理器（icp）因其能够获得高浓度的等离子而被广泛应用在硅刻蚀领域。传统的电感耦合等离子处理器如图1所示，包括一个反应腔100，反应腔100内下方包括基座120，基座内的电极通过匹配器50与射频电源40相联通。基座上包括静电夹盘121，待处理基片122固定在静电夹盘121上，边缘环105围绕静电夹盘和基片通过对基片边缘区域电场、气流或者温度的调节改善边缘处理效果。反应腔顶部包括一个绝缘材料窗30，绝缘材料窗30上方包括电感线圈70，电感线圈通过匹配器80连接到高频射频电源60。电感线圈产生的电磁场被送入反应腔内形成等离子体。绝缘窗中心包括一个气体喷头90向反应腔内不同区域均匀的喷入反应气体，气体喷头90通过至少一个阀门连接到外部反应气体气源110。在等离子刻蚀过程中需要利用光学干涉的方法实时监测下方刻蚀进度，和等离子分布状态。但是由于反应腔正中间被气体喷头占据，光学探头114只能设置在一侧，虽然也能获得光学数据，但是无法实现对中心区域的监测还是会导致问题的发生。由于刻蚀速率在基片表面分布不均，所以当探头114将光学信号传递给信号处理器112并判断目标厚度的材料层已经完成刻蚀时，中心区域可能早已经刻过头了，与之相反也可能是还未刻蚀完。

所以业内需要一种新的光学探测装置，能够探测基片中心区域的光学信号并获得基片中心区域的刻蚀速度参数。

技术实现要素：

本发明解决的问题是在电感耦合等离子处理器中，将光学探测装置集成到位于反应腔顶部中心的气体喷头上，本发明提供了一种电感耦合等离子处理器，包括：一反应腔体围绕构成气密空间，反应腔体包括：反应腔体侧壁以及位于反应腔体内的一基座，基座上方包括固定有静电夹盘用于固定待处理基片，反应腔体顶部包括一个绝缘材料窗，电感线圈设置在绝缘材料窗上方，一个气体喷头设置在绝缘材料窗下表面中心区域，向反应腔内均匀的喷入反应气体，其特征在于所述气体喷头包括气体扩散腔和位于气体扩散腔顶部的顶盖，所述顶盖上包括一个反应气体进气口和一个光学发射和接收装置，

所述气体扩散腔侧壁和底面包括多个气体通道，气体扩散腔底面还包括一个向上凹陷的开口，开口上方包括一透明进气片，透明进气片上包括至少一气体通道，所述气体扩散腔内的气体通过所述透明进气片上的气体通道向下喷入反应腔。其中光学发生和接收装置发出的光线穿过所述透明进气片向下到达基片。气体扩散腔可以由不透明的氧化铝制成，所述透明进气片有氧化硅制成。

其中气体通道的宽度小于5mm，以防止等离子体进入气体扩散腔中。

透明进气片倾斜设置与水平面的夹角大于2度小于10度，以减少在透明进气片上反射进入光学发射和接收装置的光线。

透明进气片下表面覆盖有一层耐等离子腐蚀材料层，所述耐等离子腐蚀材料层厚度小于50um，以增加透明进气片的耐腐蚀性能，还能足够的光线能够穿过。

向上凹陷的开口深度大于5mm，较佳的选用大于10mm，以保证只有少量等离子能扩散到达透明进气片的下表面，减少腐蚀。

所述向上凹陷的开口宽度大于7mm，以保证光学发射和接收装置的光线能够照射到足够的面积。

附图说明

图1是现有技术等离子处理器示意图；

图2是本发明加气体喷头构示意图。

具体实施方式

如图2所示为本发明气体喷头示意图，本发明与图1所示的现有技术相比具体相类似的反应腔体基本结构，主要区别在于本发明的将现有技术光学探测装114置集成到位于绝缘材料窗中心的气体喷头90’中。本发明气体喷头90’包括气体扩散腔91，气体扩散腔上方包括顶盖92，顶盖顶部包括一个通孔，通孔内设置有光学发射和接收装置93，同时顶盖92侧壁还包括一个进气管道94，反应气体通过进气管道94流入顶盖和下方扩散腔91。气体扩散腔91侧壁和底面包括多个贯穿气体通道96，通过多个气体通道将气体扩散腔91内的反应气体均匀的喷射入等离子体反应腔中。由于气体喷头90’的周围和下方都是等离子体，通入气体扩散腔91内的反应气体也很容易被点燃，点燃的等离子体会腐蚀气体喷头的扩散腔内壁，同时分解产物也会沉积在内壁和底部堵塞通道96。为了防止等离子体扩散进气体扩散腔，所有的气体通道96的口径需要小于5mm，这样带电粒子会在穿越过程中和通道侧壁碰撞而熄灭。同时气体喷头需要采用耐等离子腐蚀的材料如氧化铝，表面还可以涂覆更耐腐蚀的氧化钇等材料层，以改善气体喷头的使用寿命。这样的气体扩散腔侧壁和底部均是不透明的无法实现光信号的穿透。不透明的材料上开设多个口径小于5mm的通孔无法透过足够的光（透光率小于20%），所以无法用于本发明的刻蚀速度探测。本发明在扩散腔底部中心设置有一个向上凹陷的开口，开口顶部包括一片透明材料制成的透明进气片95，进气片较薄厚度只有（1-4mm），可以由氧化硅等透光率高的材料制成。进气片上同时开设有多个进气通孔，与气体扩散腔上开设的通道96类似，用于将反应气体喷入反应腔,但是口径较小，也是小于5mm。本发明进气片95选择高透光率的材料会同步带来缺陷，氧化硅等材料不耐等离子腐蚀，特别是反应气体会含氟化合物时；为了保证透明度透明进气片95也不能太厚。本发明开口向上凹陷可以减少等离子体接触并腐蚀透明进气片的机会，大量等离子会在向上扩散过程中熄灭，而且部分会与凹陷开口两边的侧壁碰撞熄灭。所以开口向上的凹陷深度较佳的需要大于5mm，最佳的需要大于10mm。开口凹陷的水平方向的口径需要大于7mm小于25mm以保证光学探测范围以及防止等离子体向上扩散腐蚀透明进气片95。同时由于电感耦合等离子体反应器的结构特点决定了等离子体的分布是：中心区域浓度低外围区域浓度高，本发明将透明进气片95设置在位于中心区域的进气喷头90’下方，本身就位于等离子浓度较低的区域，所以不易被腐蚀。为了进一步提高透明进气片95的可靠性和使用寿命，可以将进气片95分隔为上方的由氧化硅等透明材料制成的基片95a，以及在95a下方形成的一个薄层的耐等离子材料层95b,95b材料层的厚度最佳的需要小于50um以保证透明度。耐等离子材料层95b可以是通过喷涂或者化学气相沉积（cvd）或者物理气相沉积（pvd）等方式在基片95a上形成耐等离子腐蚀薄层。由于95b材料层非常薄所以不会对进气片95整体的透光率造成严重影响，本发明光学测量功能能够有效实现。95b材料层可以是氧化钇或者氧化铝等材料制成的，属于业内常见材料，在此不再赘述。

本发明中光学发射和接收装置93垂直向下发射参考光，依次穿过透明进气片95下方的等离子体到达待处理基片122上表面。在等离子刻蚀过程中，待处理基片上表面刻蚀形成的图形会发生尺寸变化，所以表面的反射光也会发生相位变化。向上反射的部分参考光进入光学发射和接收装置93后，经过信号处理器的处理，将发射和反射的参考光比较就能检测下方基片的刻蚀深度。但是除了下方基片112会发生反射，透明进气片95的上下表面也会发生反射，而且反射的大量光也是回到上方的光学发生和接收装置93，形成干扰，当干扰光的强度与下方基片反射光的强度接近甚至更强时会导致光学系统失效。为此本发明中的透明进气片95可以是倾斜的设置在凹陷开口上的，倾斜的角度不是很大，可以是与水平方向夹角大于2度小于10度，这样既能保证进气片上的反射光反射向气体扩散腔91的内壁，经多次折射后不会形成较强干扰光，也能保证上方入射的参考光中的绝大部分能够穿过透明进气片到达下方基片。

本发明将光学探测系统集成到气体喷头90’中，在保证气体均匀分布的同时，还能探测位于中心区域的刻蚀数据。通过凹陷开口、下层镀膜等方法保证了透明进气片能够长期稳定运行，倾斜的透明进气片可以减少透明进气片上产生的反射光对光学探测系统的干扰，保证测量数据的精确。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。