本發(fā)明涉及半導(dǎo)體處理裝置，特別是涉及半導(dǎo)體處理裝置的均勻加熱技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體處理裝置在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，并廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路、平板顯示器，發(fā)光二極管(led)，太陽(yáng)能電池等的制造工業(yè)內(nèi)。其中一類等離子體處理裝置是半導(dǎo)體處理裝置中的重要組成部分，在等離子體處理裝置中通常會(huì)施加至少一個(gè)射頻電源以產(chǎn)生并維持等離子體于反應(yīng)腔中。其中，有許多不同的方式施加射頻功率，每個(gè)不同方式的設(shè)計(jì)都將導(dǎo)致不同的特性，比如效率、等離子解離、均一性等等。其中，一種設(shè)計(jì)是電感耦合(icp)等離子腔。

在電感耦合等離子處理腔中，射頻功率源通常經(jīng)由一個(gè)線圈狀的天線向反應(yīng)腔內(nèi)發(fā)射射頻能量。為了使來(lái)自天線的射頻功率耦合到反應(yīng)腔內(nèi)，在天線處放置一個(gè)絕緣材料窗。反應(yīng)腔可以處理各種基片，比如硅基片等，基片被固定在夾盤上，等離子在基片上方產(chǎn)生。因此，天線被放置在反應(yīng)器頂板上方，使得反應(yīng)腔頂板是由絕緣材料制成或者包括一個(gè)絕緣材料窗。

在等離子處理腔中，各種反應(yīng)氣體被注入到反應(yīng)腔中，以使得離子和基片之間的化學(xué)反應(yīng)和/或物理作用可被用于在所述基片上形成各種特征結(jié)構(gòu)，比如刻蝕、沉積等等。在許多工藝流程中，一個(gè)很重要的指數(shù)是基片內(nèi)部的加工均一性。也就是，一個(gè)作用于基片中心區(qū)域的工藝流程應(yīng)和作用于基片邊緣區(qū)域的工藝流程相同或者高度相近。因此，例如，當(dāng)執(zhí)行工藝流程時(shí)，基片中心區(qū)域的刻蝕率應(yīng)與基片邊緣區(qū)域的刻蝕率相同。

圖1示出了一種現(xiàn)有電感耦合等離子體反應(yīng)腔設(shè)計(jì)的截面圖。icp反應(yīng)腔100包括基本呈圓筒狀的金屬側(cè)壁105和絕緣頂板107，構(gòu)成可被抽真空 器125抽真空的氣密空間?；?10支撐夾盤115，所述夾盤115支撐待處理的基片120。來(lái)自射頻功率源145的射頻功率被施加到呈線圈狀的天線140。來(lái)自氣源150的反應(yīng)氣體通過(guò)管線155被供應(yīng)到反應(yīng)腔內(nèi)，以點(diǎn)燃并維持等離子，并由此對(duì)基片120進(jìn)行加工。在標(biāo)準(zhǔn)電感耦合反應(yīng)腔中，氣體通過(guò)在反應(yīng)腔周圍的注入器/噴頭130和中間的噴頭135之一或者兩者一同注入來(lái)供應(yīng)到真空容器內(nèi)的。

為了防止來(lái)自外圍噴頭130的氣體尚未到達(dá)基片120的中心區(qū)域即被抽出了反應(yīng)腔，公開(kāi)號(hào)為cn102355792a的中國(guó)專利中，公開(kāi)了一種調(diào)節(jié)反應(yīng)腔內(nèi)反應(yīng)氣體及自由基分布的技術(shù)方案，通過(guò)在外圍噴頭130與基座110之間設(shè)置一擋板170，擋板170中心區(qū)域設(shè)置開(kāi)口，擋板可以延長(zhǎng)反應(yīng)氣體在反應(yīng)腔內(nèi)的解離路徑，提高反應(yīng)氣體的解離效率，同時(shí)有效調(diào)節(jié)了反應(yīng)腔內(nèi)自由基的分布，使得自由基的分布能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)基片的均勻處理。

然而，在某些刻蝕工藝中，如博世工藝，刻蝕步驟與沉積步驟交替循環(huán)進(jìn)行，在沉積步驟中起主要作用的自由基在刻蝕步驟中地位被帶電粒子取代。由于帶電粒子與自由基的分布狀態(tài)不同，在沉積工藝中通過(guò)控制自由基分布實(shí)現(xiàn)基片均勻沉積的擋板170在刻蝕工藝中可能會(huì)對(duì)帶電粒子的均勻分布造成不利影響，即擋板170在沉積步驟中有益效果明顯，在刻蝕步驟則效果不明顯。理想情況下，可以在沉積步驟中設(shè)置擋板，在刻蝕步驟中移出擋板，但實(shí)際工藝中，由于沉積步驟和刻蝕步驟各自持續(xù)時(shí)間較短，切換速率要求較高，頻繁的移入移出工藝部件不僅會(huì)大大增加設(shè)備的操作難度，還會(huì)給反應(yīng)腔內(nèi)帶來(lái)大量的顆粒污染物，被認(rèn)為是不可取方式。

此外，由于擋板的開(kāi)口大小對(duì)反應(yīng)腔內(nèi)等離子體的分布影響不同，考慮到不同基片的刻蝕面積不同，對(duì)等離子體的分布要求不同，為了適應(yīng)不同工藝的基片刻蝕，需要設(shè)置不同開(kāi)口大小的擋板，但，理由同上文所述，不同的擋板移入移出反應(yīng)腔不僅會(huì)增加設(shè)計(jì)難度，同時(shí)會(huì)給反應(yīng)腔帶來(lái)污染，降低產(chǎn)品的合格率和效率。

因此，業(yè)內(nèi)需要一種改進(jìn)電感耦合反應(yīng)腔設(shè)計(jì)，可以根據(jù)不同工藝需要調(diào)整對(duì)等離子體中的自由基和帶電粒子的分布控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體處理裝置，包括：由頂板及反應(yīng)腔側(cè)壁圍成的密封的反應(yīng)腔；基片支撐裝置，其設(shè)置于所述反應(yīng)腔內(nèi)的所述絕緣材料窗下方；用于在工藝處理過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)基片的支撐夾持；射頻功率發(fā)射裝置，其設(shè)置于所述頂板上方，以發(fā)射射頻能量到所述反應(yīng)腔內(nèi)；反應(yīng)氣體注入器，其用于向所述反應(yīng)腔內(nèi)供應(yīng)反應(yīng)氣體；載流氣體注入器，其設(shè)置于所述反應(yīng)氣體注入器下方，所述載流氣體注入器連接一氣體控制器，所述氣體控制器控制載流氣體經(jīng)載流氣體注入器注入反應(yīng)腔的流速。

優(yōu)選的，所述反應(yīng)氣體注入器包括設(shè)置在所述反應(yīng)腔側(cè)壁上的外圍噴頭和/或設(shè)置在所述頂板上的中心噴頭。反應(yīng)氣體可以選擇從外圍噴頭或中心噴頭之一注入反應(yīng)腔，也可以選擇同時(shí)從外圍噴頭或中心噴頭注入反應(yīng)腔。

優(yōu)選的，所述載流氣體為不參與所述反應(yīng)氣體反應(yīng)的非反應(yīng)氣體。

優(yōu)選的，所述載流氣體注入器設(shè)置在所述反應(yīng)腔體側(cè)壁上。所述載流氣體注入器可以為設(shè)置在反應(yīng)腔側(cè)壁上的氣體通孔，也可以為貫穿所述反應(yīng)腔側(cè)壁并向反應(yīng)腔的中心區(qū)域延伸一定長(zhǎng)度的氣體噴頭。

優(yōu)選的，所述反應(yīng)氣體注入器下方設(shè)置一帶有中間開(kāi)口的環(huán)形擋板，所述載流氣體注入器為貫穿所述反應(yīng)腔體側(cè)壁與所述環(huán)形擋板的氣體通孔。

優(yōu)選的，所述載流氣體注入器在所述擋板內(nèi)部沿著所述環(huán)形擋板的半徑方向呈輻射狀分布。

優(yōu)選的，所述載流氣體注入器至少部分的偏離所述環(huán)形擋板的半徑方向貫穿所述環(huán)形擋板的環(huán)形部分，實(shí)現(xiàn)在所述擋板內(nèi)部不規(guī)則的分布，目的在于在調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體在所述圓周方向上不對(duì)稱的分布。

優(yōu)選的，所述若干載流氣體注入器的內(nèi)徑包括一個(gè)或一個(gè)以上的尺寸。通過(guò)設(shè)置載流氣體注入器的內(nèi)徑為相同或不同可以實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)氣體在徑向上的均勻分布或不均勻分布。

優(yōu)選的，所述載流氣體注入器通過(guò)所述氣體控制器與一載流氣體源相連。所述氣體控制器為氣體流量控制器，所述氣體流量控制器可以控制進(jìn)入載流氣體注入器的載流氣體的流速大小以及開(kāi)關(guān)通斷。

進(jìn)一步的，本發(fā)明還公開(kāi)一種等離子體處理裝置，其中，包括：

反應(yīng)腔體，包括由頂板及反應(yīng)腔側(cè)壁圍成的密封的反應(yīng)腔，所述頂板構(gòu)成絕緣材料窗；

基片支撐裝置，其設(shè)置于所述反應(yīng)腔內(nèi)的所述絕緣材料窗下方；

射頻功率發(fā)射裝置，其設(shè)置于所述絕緣材料窗上方，以發(fā)射射頻能量到所述反應(yīng)腔內(nèi)；

反應(yīng)氣體注入器，其用于向所述反應(yīng)腔內(nèi)供應(yīng)反應(yīng)氣體；

載流氣體注入器，其設(shè)置于所述反應(yīng)氣體注入器下方，用于向所述反應(yīng)腔中心方向注入一定流速的載流氣體，具有一定流速的載流氣體在反應(yīng)腔內(nèi)形成向反應(yīng)腔中心方向延伸一定距離的環(huán)形氣幕，所述環(huán)形氣幕限制所述反應(yīng)氣體在反應(yīng)腔內(nèi)的擴(kuò)散。

所述環(huán)形氣幕向中心方向延伸的距離與所述載流氣體的流速呈正相關(guān)函數(shù)。

進(jìn)一步的，本發(fā)明還公開(kāi)了一種制造半導(dǎo)體基片的方法，所述方法在上文所述的等離子體反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，包括如下步驟：

放置待處理基片于所述基片支撐裝置上；

通過(guò)所述反應(yīng)氣體注入器向所述反應(yīng)腔內(nèi)提供反應(yīng)氣體，同時(shí)啟動(dòng)射頻功率發(fā)射裝置，將所述反應(yīng)氣體解離為等離子體；

通過(guò)所述載流氣體注入器向所述反應(yīng)腔內(nèi)注入一定流速的載流氣體；所述載流氣體用以限制所述反應(yīng)氣體在水平方向的擴(kuò)散，所述載流氣體流速越高對(duì)所述反應(yīng)氣體形成的約束力越大；

調(diào)整所述載流氣體注入器中的載流氣體流速以改變所述反應(yīng)氣體在反應(yīng)腔內(nèi)的分布。

優(yōu)選的，所述基片為硅基片，所述方法包括交替進(jìn)行的刻蝕步驟和沉積步驟，所述刻蝕步驟中所述載流氣體注入器注入反應(yīng)腔內(nèi)的載流氣體流速低于沉積步驟中載流氣體流速。

優(yōu)選的，所述刻蝕步驟中注入反應(yīng)腔內(nèi)的載流氣體流速大于等于0。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：在反應(yīng)腔內(nèi)的反應(yīng)氣體注入器下方設(shè)置一氣體限制裝置，所述氣體限制裝置包括若干載流氣體注入器，用于向反應(yīng)腔內(nèi)注入一定流速的載流氣體，通過(guò)調(diào)節(jié)所述載流氣體的流速大小可以有效改變載流氣體對(duì)反應(yīng)氣體的擴(kuò)散的約束力大小，相當(dāng)于改變了氣體限制裝置的開(kāi)口直徑大小。由于載流氣體的流速是一個(gè)比較容易控制的參數(shù)，因此，通過(guò)控制載流氣體進(jìn)入反應(yīng)腔的流速實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)氣體在所述反應(yīng)腔內(nèi)分布的控制。解決了現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法為不同工藝提供不同開(kāi)口的氣體限制裝置的難題。

附圖說(shuō)明

附圖作為本發(fā)明說(shuō)明書的一部分，例證了本發(fā)明的實(shí)施例，并與說(shuō)明書一起解釋和說(shuō)明本發(fā)明的原理。附圖用圖解的方式來(lái)解釋舉例實(shí)施例的主要特征。附圖不是用于描述實(shí)際實(shí)施例所有特征也不用于說(shuō)明圖中元素間的相對(duì)尺寸，也不是按比例繪出。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的電感耦合等離子體反應(yīng)腔的截面圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的電感耦合等離子體反應(yīng)腔的截面圖；

圖3示出載流氣體對(duì)豎直方向反應(yīng)氣體的作用原理示意圖；

圖4示出三種雷諾茲數(shù)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)氣體在x方向上的衰減曲線圖；

圖5是本發(fā)明另一實(shí)施例電感耦合等離子體反應(yīng)腔的截面圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開(kāi)了一種電感耦合等離子體處理裝置及在所述裝置內(nèi)制造半導(dǎo)體基片的方法。本發(fā)明涉及的技術(shù)方案致力于獲得均勻性良好的基片刻蝕結(jié)果，適用于刻蝕步驟和沉積步驟交替進(jìn)行的博世工藝及其他需要在工藝中對(duì)等離子體的分布進(jìn)行調(diào)整的工藝。下文將結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的裝置和方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

技術(shù)人員研究發(fā)現(xiàn)，在刻蝕工藝中，決定基片加工均勻性的主要因素是等離子體中帶電粒子和自由基的分布，反應(yīng)氣體在射頻功率的作用下解離形 成的等離子體是一團(tuán)成分復(fù)雜的物質(zhì)，既包括未解離的反應(yīng)氣體，也包括中性的自由基和帶電的粒子等。其中帶電粒子在偏置功率的作用下具有方向性，主要在刻蝕工藝中對(duì)基片進(jìn)行轟擊刻蝕；中性自由基主要通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在刻蝕工藝中進(jìn)行刻蝕反應(yīng)或沉積反應(yīng)，自由基濃度越高的區(qū)域刻蝕反應(yīng)或沉積反應(yīng)速率越快。

在實(shí)際工藝中發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)腔內(nèi)自由基的分布除了受產(chǎn)生等離子體的反應(yīng)氣體分布影響外還受反應(yīng)中消耗的自由基影響。在電感耦合等離子體處理裝置內(nèi)對(duì)基片進(jìn)行等離子體處理時(shí)，由于基片邊緣到反應(yīng)腔側(cè)壁之間的區(qū)域無(wú)刻蝕工藝，因此，此區(qū)域的等離子體消耗較少，等離子體中的自由基大量堆積，使得接近該區(qū)域的基片邊緣區(qū)域周圍自由基濃度大大高于基片中心區(qū)域的自由基濃度，進(jìn)而導(dǎo)致基片邊緣區(qū)域的刻蝕速率大大高于基片中心區(qū)域的刻蝕速率。

為了對(duì)反應(yīng)腔內(nèi)的反應(yīng)氣體分布進(jìn)行約束，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)基片邊緣區(qū)域的遮擋，在圖1示出的電感耦合反應(yīng)腔設(shè)計(jì)中，設(shè)置一帶有中心開(kāi)口的擋板作為氣體限制裝置，所述擋板可以引導(dǎo)經(jīng)外圍噴頭130注入的反應(yīng)氣體向中心區(qū)域流動(dòng)，利用設(shè)置的中心開(kāi)口調(diào)整反應(yīng)氣體在到達(dá)基片表面前反應(yīng)氣體的分布。特別是反應(yīng)氣體中的自由基的分布，同時(shí)，通過(guò)設(shè)置具有開(kāi)口的擋板，實(shí)現(xiàn)對(duì)基片邊緣區(qū)域的遮擋，從而降低邊緣區(qū)域的自由基濃度，進(jìn)而降低基片邊緣區(qū)域的刻蝕速率。

在具體工藝中，擋板的使用至少存在如下問(wèn)題：在博世法刻蝕硅基片的工藝中，擋板由于能夠?qū)ψ杂苫植歼M(jìn)行良好控制可以大大提高沉積步驟中基片加工的均勻性，但在刻蝕步驟中，擋板會(huì)對(duì)等離子體中的帶電粒子分布產(chǎn)生不良影響，并不利于刻蝕步驟中基片加工處理。除此之外，由于不同基片的刻蝕面積不同，對(duì)反應(yīng)腔內(nèi)的自由基分布影響不同，具體原理為：當(dāng)基片刻蝕面積較小時(shí)，反應(yīng)腔內(nèi)自由基消耗較少，中心區(qū)域和邊緣區(qū)域的自由基容易在反應(yīng)腔內(nèi)保持相對(duì)均勻的分布；當(dāng)基片刻蝕面積較大時(shí)，由于中心區(qū)域刻蝕反應(yīng)需要參與的自由基較多，而邊緣區(qū)域由于刻蝕面積較小消耗的自由基較少導(dǎo)致此處自由基濃度快速升高，為保證基片處理的均勻性，刻蝕面積較大的基片需要開(kāi)口尺寸較小的擋板以便能對(duì)基片邊緣區(qū)域進(jìn)行較大面 積的遮擋。因此，即便同是在沉積步驟中，不同刻蝕面積的基片也希望能有不同尺寸開(kāi)口的擋板進(jìn)行控制。為了解決上述問(wèn)題，理想情況下，通過(guò)設(shè)置擋板的開(kāi)口大小不同，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)具有不同刻蝕面積的基片進(jìn)行均勻處理或?qū)ν换牟煌庸げ襟E進(jìn)行均勻處理。如在博世工藝中，在沉積步驟中放置合適開(kāi)口尺寸的擋板在反應(yīng)腔內(nèi)，在刻蝕步驟中取出該擋板或者替換一開(kāi)口較大的擋板。然而在實(shí)際工作中，由于博世工藝中沉積步驟和刻蝕步驟的交替速度極快，通常以1s甚至小于1s的速度交替循環(huán)，因此不可能實(shí)現(xiàn)擋板在反應(yīng)腔內(nèi)頻繁的移入移出。另外，為滿足不同基片的刻蝕，需要制作多種不同尺寸開(kāi)口的擋板，不僅大大提高設(shè)備的加工成本，還會(huì)延長(zhǎng)基片加工時(shí)長(zhǎng)，降低設(shè)備的適用性。因此，通過(guò)設(shè)置擋板的方式不能滿足不同刻蝕工藝對(duì)不同尺寸開(kāi)口擋板的需求。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種電感耦合等離子體反應(yīng)腔(icp反應(yīng)腔)，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的icp反應(yīng)腔的截面圖。icp反應(yīng)腔200包括金屬側(cè)壁205和絕緣頂板207，構(gòu)成一個(gè)氣密的真空反應(yīng)腔體，并且由抽真空泵225抽真空。所述絕緣頂板207僅作為示例，也可以采用其它的頂板樣式，比如穹頂形狀的，帶有絕緣材料窗的金屬頂板等?；?10支撐夾盤215，所述夾盤上放置著待處理的基片220。偏置功率被施加到所述夾盤215上，但是由于與揭露的本發(fā)明實(shí)施例無(wú)關(guān)，在圖2中未示出。所述射頻電源245的射頻功率被施加到天線240，該天線基本是線圈狀的。

反應(yīng)氣體從反應(yīng)氣體源250經(jīng)過(guò)管線225被供應(yīng)到反應(yīng)腔內(nèi)，在射頻能量的作用下點(diǎn)燃并維持等離子體，從而對(duì)基片220進(jìn)行加工。在本實(shí)施例中，反應(yīng)氣體通過(guò)外圍注入器或噴頭230被供應(yīng)到真空空間中，但是額外的氣體也可以選擇性的從中心噴頭235注入反應(yīng)腔。如果氣體從注入器230和噴頭235同時(shí)供應(yīng)，每個(gè)的氣體流量都可獨(dú)立控制。任何這些用于注入反應(yīng)氣體的設(shè)置可稱為反應(yīng)氣體注入器。在圖2中，擋板270設(shè)置于反應(yīng)腔中以限制和/或引導(dǎo)散發(fā)自氣體噴頭230的氣體流動(dòng)。根據(jù)附圖標(biāo)記所示，在上述實(shí)施例中擋板基本是中間帶孔或開(kāi)口的圓盤形。所述擋板位于氣體噴頭下方但是在基片所在位置上方。這樣，氣體在向下流向基片前被限制為進(jìn)一步流向反應(yīng)腔中間，如圖中虛線箭頭所示。

通常地，所述擋板270可由金屬材料制成，如陽(yáng)極化的鋁。用金屬材料來(lái)制造擋板能夠有利于限制所述擋板上方的等離子體，因?yàn)閬?lái)自線圈的射頻能量被所述擋板阻擋了傳播。另一方面，所述擋板270也可以是由絕緣材料制成，比如陶瓷或石英。在采用絕緣擋板的實(shí)施例中，來(lái)自線圈的射頻(rf)能量能夠穿過(guò)所述擋板，使得等離子體能夠被維持在所述擋板下方(虛線部分顯示)，其依賴于到達(dá)所述擋板下方的氣體量。

本實(shí)施例中，反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)置一種能夠?qū)Ψ磻?yīng)氣體的分布進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的氣體限制裝置，具體的，通過(guò)擋板270及設(shè)置在擋板270的內(nèi)部的若干載流氣體注入器275進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。載流氣體注入器275為沿著環(huán)形擋板半徑方向貫穿設(shè)置的氣體通孔，其靠近反應(yīng)腔側(cè)壁205的一端通過(guò)設(shè)置在反應(yīng)腔側(cè)壁內(nèi)部的氣體通孔與設(shè)置在反應(yīng)腔側(cè)壁外的載流氣體源260相連接，載流氣體源260內(nèi)存儲(chǔ)不參與反應(yīng)腔內(nèi)工藝反應(yīng)的氣體，如ar、n2等。載流氣體注入器275的另一端為設(shè)置在擋板開(kāi)口切面上的開(kāi)口。載流氣體源260輸出的載流氣體可以經(jīng)一氣體控制裝置如氣體流量控制器(mfc)265進(jìn)入載流氣體注入器275，氣體流量控制器265可以控制載流氣體源260中的載流氣體以一定流速經(jīng)載流氣體注入器275注入到反應(yīng)腔內(nèi)。當(dāng)載流氣體注入器275輸出的載流氣體具有一定流速時(shí)，載流氣體會(huì)沿著換形擋板的開(kāi)口切面形成向反應(yīng)腔中心方向延伸一定距離的環(huán)形氣幕。所述載流氣體形成的環(huán)形氣幕對(duì)經(jīng)其環(huán)形開(kāi)口向下流動(dòng)的反應(yīng)氣體及等離子體形成一定限制約束，限制所述反應(yīng)氣體及等離子體在所述反應(yīng)腔內(nèi)的擴(kuò)散。所述環(huán)形氣幕向中心方向延伸的距離與所述載流氣體注入反應(yīng)腔的流速呈正相關(guān)關(guān)系，載流氣體注入器275輸出口的載流氣體流速越高，環(huán)形氣幕形成的約束開(kāi)口口徑越小，對(duì)反應(yīng)氣體及等離子體形成的約束力越大，相當(dāng)于減小了擋板開(kāi)口的內(nèi)徑。因此通過(guò)控制載流氣體注入反應(yīng)腔的流速，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整擋板開(kāi)口的大小，以滿足不同工藝的需求。通過(guò)調(diào)整載流氣體產(chǎn)生的約束力實(shí)現(xiàn)對(duì)擋板270開(kāi)口大小的動(dòng)態(tài)調(diào)整。不同于本實(shí)施例中載流氣體注入器275沿著擋板270的半徑方向呈福條狀設(shè)置，在另外的實(shí)施例中，載流氣體注入器275可以設(shè)置為偏離半徑方向設(shè)置，例如，載流氣體注入器可以在擋板內(nèi)呈螺旋狀設(shè)置，以使得注入反應(yīng)腔內(nèi)的載流氣體呈渦流狀分布。載流氣體注入器275也可以 部分的設(shè)置為不規(guī)則分布，以實(shí)現(xiàn)徑向不均勻的對(duì)反應(yīng)氣體進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖3示出載流氣體對(duì)豎直方向反應(yīng)氣體的作用原理示意圖。在圖2所示的icp反應(yīng)腔內(nèi)，經(jīng)外圍噴頭230和中心噴頭235注入反應(yīng)腔內(nèi)的反應(yīng)氣體及等離子體都需要經(jīng)過(guò)擋板270上的開(kāi)口271才能到達(dá)基片表面。因此，外圍噴頭和中心噴頭流出的反應(yīng)氣體會(huì)沿著圖3所示的y軸方向向下流動(dòng)，在向下流動(dòng)的過(guò)程中，由于氣體具有擴(kuò)散的特性，反應(yīng)氣體會(huì)向四面八方進(jìn)行擴(kuò)散。當(dāng)反應(yīng)氣體經(jīng)過(guò)擋板的開(kāi)口271向下流動(dòng)時(shí)，擋板270內(nèi)設(shè)置的載流氣體注入器275內(nèi)的載流氣體沿著圖3所示x軸的反方向以一定流速噴出，對(duì)y軸方向上的反應(yīng)氣體進(jìn)行沖擊約束。只要載流氣體注入器275在擋板270內(nèi)部的設(shè)置足夠密集，即可以產(chǎn)生類似擋板一樣的效果將y軸方向上的反應(yīng)氣體在x軸上的分布進(jìn)行有效限制。具體的，在圖3所示的示意圖中，設(shè)置y軸方向上的反應(yīng)氣體流速為va(x)，設(shè)置x軸方向上的載流氣體流速為vb，受x軸方向上的載流氣體沖擊影響，va(x)與vb之間的存在如下關(guān)系：

va(x)∝va0*e^(-reb*x/d)

其中，x為反應(yīng)氣體在x軸方向上的擴(kuò)散距離，d為載流氣體注入器275的直徑，re代表載流氣體流速的雷諾茲數(shù)，雷諾茲數(shù)越大意味著載流氣體流速vb越大，當(dāng)x＝0時(shí)，va(x)＝va0?；谏鲜鲫P(guān)系可知，反應(yīng)氣體在x方向上的擴(kuò)散程度主要受施加到載流氣體注入器275內(nèi)的載流氣體的雷諾茲數(shù)及載流氣體注入器的直徑限制。為了得到均勻的反應(yīng)氣體分布，可以設(shè)置載流氣體注入器275的直徑相同；在某些工藝中需要刻意設(shè)置反應(yīng)氣體徑向不均勻，因此可以設(shè)置載流氣體注入器的直徑大小不同。

圖4示例性的列舉了三種雷諾茲數(shù)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)氣體在x方向上的衰減曲線圖。當(dāng)雷諾茲數(shù)＝1.9時(shí)，反應(yīng)氣體在x軸上的衰減非常緩慢，甚至當(dāng)x＝150mm處，反應(yīng)氣體流速只衰減為15％左右，這說(shuō)明載流氣體對(duì)反應(yīng)氣體的沖擊作用較小，對(duì)反應(yīng)氣體形成約束的開(kāi)口較大。當(dāng)雷諾茲數(shù)＝19時(shí)，在x＝40mm處，反應(yīng)氣體的流速幾乎衰減為0，即在雷諾茲數(shù)＝19時(shí)，載流氣體相當(dāng)于形成一個(gè)開(kāi)口直徑為80mm的約束環(huán)。當(dāng)雷諾茲數(shù)上升為190時(shí)，反應(yīng)氣體流速衰減速度較快，在x＝10mm處即衰減為0，說(shuō)明雷諾茲數(shù)＝190時(shí)，載流氣體對(duì)反應(yīng)氣體形成一個(gè)開(kāi)口直徑為20mm的約束環(huán)。

基于上述關(guān)系可知，通過(guò)調(diào)整載流氣體的流速，擋板270及載流氣體注入器275形成的氣體限制裝置產(chǎn)生的約束區(qū)域可以變大或減小，設(shè)置的載流氣體流速越高，載流氣體注入器275出口處的雷諾茲數(shù)越大，氣體限制裝置產(chǎn)生的容許反應(yīng)氣體通過(guò)的限制開(kāi)口越小。氣體限制裝置可以調(diào)節(jié)的限制開(kāi)口直徑范圍大于零，小于等于擋板270的直徑。當(dāng)載流氣體的流速為零時(shí)，相當(dāng)于只有擋板的作用，為了提高氣體限制裝置的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍，本實(shí)施例中可以設(shè)置擋板270的直徑較大。

為了更大范圍的調(diào)節(jié)氣體限制裝置的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍，圖5示出另一種實(shí)施例的icp反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中反應(yīng)腔的結(jié)構(gòu)與圖2所示實(shí)施例中反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)大致相同，為了描述簡(jiǎn)潔，相同的部件采用相同編號(hào)體系，只將原來(lái)的“2xx”系列調(diào)整為“3xx”系列。與上述實(shí)施例的不同之處在于，本實(shí)施例中不設(shè)置擋板，載流氣體注入器372為直接設(shè)置在反應(yīng)腔側(cè)壁上的氣體通孔，在另外的實(shí)施例中，載流氣體注入器為貫穿所述反應(yīng)腔側(cè)壁并向反應(yīng)腔的中心區(qū)域延伸一定距離的氣體噴嘴。載流氣體注入器372用于將載流氣體源360中的載流氣體以一定的速度注射到反應(yīng)腔內(nèi)，以對(duì)自中心噴頭335和外圍噴頭330流出的反應(yīng)氣體在水平方向上的擴(kuò)散進(jìn)行限制。本實(shí)施例的載流氣體注入器372對(duì)反應(yīng)氣體進(jìn)行限制原理和調(diào)節(jié)方式與上述實(shí)施例相同，此處不再贅述，通過(guò)采用本實(shí)施例的載流氣體注入器372形成的環(huán)形氣幕，可以形成約束口徑開(kāi)口直徑范圍大于0小于等于反應(yīng)腔的半徑，可以滿足更多不同刻蝕工藝的需求。

本發(fā)明公開(kāi)的利用一定流速載流氣體形成的環(huán)形氣幕除了能對(duì)豎直方向上的反應(yīng)氣體進(jìn)行限制外，還可以對(duì)外圍噴頭注入的反應(yīng)氣體進(jìn)行水平方向的引導(dǎo)，通過(guò)在反應(yīng)腔側(cè)壁上設(shè)置密集的載流氣體注入器，并保持載流氣體注入器內(nèi)輸出的載流氣體具有一定流速，可以在水平方向形成一環(huán)形氣體屏障，既能實(shí)現(xiàn)擋板的引導(dǎo)氣流的作用，也能對(duì)其下方的基片邊緣區(qū)域進(jìn)行遮蓋，因此，本發(fā)明利用載流氣體注入器形成的環(huán)形氣幕既保留了擋板的有益效果，又實(shí)現(xiàn)了對(duì)限制開(kāi)口的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，從而可以滿足博世工藝中不同步驟對(duì)氣體限制開(kāi)口大小的不同要求，以及不同刻蝕基片對(duì)氣體限制開(kāi)口大小的不同要求。

本發(fā)明的載流氣體注入器372或載流氣體注入器275都可以通過(guò)氣體流量控制器365與載流氣體源相連，因此，可以方便的對(duì)載流氣體注入反應(yīng)腔的速率進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)上文描述，載流氣體的流速與載流氣體對(duì)反應(yīng)氣體形成約束的直徑呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此，通過(guò)氣體流量控制器可以精確的控制調(diào)整載流氣體注入反應(yīng)腔內(nèi)的氣體流速，因而可以精確實(shí)現(xiàn)環(huán)形氣幕的約束直徑在各個(gè)尺寸的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)對(duì)本發(fā)明說(shuō)明書的理解和對(duì)本發(fā)明的實(shí)踐，能夠容易地想到其它實(shí)現(xiàn)方式。本文所描述的多個(gè)實(shí)施例中各個(gè)方面和/或部件可以被單獨(dú)采用或者組合采用。需要強(qiáng)調(diào)的是，說(shuō)明書和實(shí)施例僅作為舉例，本發(fā)明實(shí)際的范圍和思路通過(guò)下面的權(quán)利要求來(lái)定義。