本申請是申請日為2014年2月3日、申請號為201480003017.0，題為“具有高度對稱四重式氣體注入的等離子體反應器”的申請的分案申請。

本揭示案是關于用于處理工件(諸如半導體晶圓)的等離子體反應器的氣體注入系統。

背景技術：

控制等離子體反應器的腔室中的處理氣體分配影響等離子體處理期間工件的蝕刻速率分配或沉積速率分配的工藝控制。安裝在腔室頂部上的可調諧的氣體注入噴嘴可具有針對不同區域(諸如中心區域及側面區域)的不同的注入狹縫。分離的氣體輸入可供應不同的注入狹縫，及單獨的流動速率控制可經提供用于每一氣體輸入。每一氣體輸入可經由不同氣流路徑供應相對應的注入狹縫的不同部分。期望的是，出于均勻性目的，來自特定氣體輸入的不同氣流路徑具有相等長度。然而，針對所有輸入及噴嘴，使得氣體輸入至噴嘴的路徑長度相等似乎是不可能的，導致氣體分配的非均勻性。

技術實現要素：

用于等離子體反應室的氣體傳輸系統中的環形蓋板具有內部及外部氣體注入通道的氣體噴嘴。環形蓋板界定中心開口及環形蓋板包含：(a)第一組及第二組氣體出口，耦合至內部及外部氣體注入通道的各者，第一組及第二組氣體出口的每一者中的氣體出口間隔第一弧長；(b)氣體傳輸塊，包含第一及第二氣體供應通道及(c)第一組及第二組氣體分配通道，在各自上位準及下位準中。第一組及第二組氣體分配通道的每一者包含：(a)弧形氣體傳輸通道，該弧形氣體傳輸通道具有連接至一對相對應的氣體出口的一對端部；及(b)弧形氣體供應通道，該弧形氣體供應通道包含連接至第一及第二氣體供應通道中的相對應一者的輸入端及耦合至弧形氣體傳輸通道的中間區的輸出端。

在實施例中，氣體傳輸塊經安置在一位置處，該位置偏離氣體供應通道的每一者的輸出端達第二弧長，以使得第一組及第二組氣體分配通道的氣體供應通道具有相同長度。

在實施例中，第一組及第二組氣體出口的氣體出口關于環形蓋板的圓周分布，及第一組氣體出口與第二組氣體出口沿著圓周交替。

在有關實施例中，第一組氣體出口包含第一對氣體出口及弧長對應于半圓，及第二組氣體出口包含第二對氣體出口，該第二對氣體出口偏離第一對氣體出口達四分之一圓。

在進一步有關實施例中，氣體傳輸塊經安置在一位置處，該位置偏離氣體供應通道的每一者的輸出端達四分之一圓的弧長。

在一個實施例中，第一組及第二組氣體分配通道的每一者進一步包含流動轉移元件，該流動轉移元件連接于氣體供應通道的輸出端及氣體傳輸通道的中間區之間。流動轉移元件包含：(a)徑向轉移導管，(b)軸向輸入導管，耦合于氣體供應通道的輸出端及徑向轉移導管的一端之間，及(c)軸向輸出導管，連接于氣體供應通道的中間區及徑向轉移導管的另一端之間。

在實施例中，軸向輸入導管連接氣體供應通道的輸出端中的開口，及軸向輸出導管連接氣體供應通道的中間區中的開口。

在進一步的實施例中，氣體噴嘴包含：(a)第一組徑向升高供應接線，該第一組徑向升高供應接線具有耦合至第一組氣體出口的各者的各自輸入端及覆蓋內部氣體注入通道的各自輸出端，(b)第二組徑向升高供應接線，該第二組徑向升高供應接線具有耦合至第二組氣體出口的各者的各自輸入端及覆蓋內部氣體注入通道的各自輸出端，(c)第一組數個軸向下降接線，該第一組軸向下降接線連接于各自的輸出端及內部氣體注入通道之間，(d)第二組軸向下降接線，該第二組軸向下降接線連接于各自的輸出端及外部氣體注入通道之間。

在有關實施例中，(a)第一組軸向下降接線在各自的下降點處相交內部氣體注入通道，該等各自的下降點沿著內部氣體注入通道均勻地間隔，及(b)第二組軸向下降接線在各自的下降點處相交外部氣體注入通道，該等各自的下降點沿著外部氣體注入通道均勻地間隔。

在有關實施例中，氣體噴嘴進一步包含：(a)第一組供應端口，該第一組供應端口圍繞氣體噴嘴的周圍均勻地間隔及連接至第一組氣體出口的各者，(b)第二組供應端口，該第二組供應端口圍繞氣體噴嘴的周圍均勻地間隔及連接至第二組氣體出口的各者，及該第二組供應端口偏離第一組供應端口，(c)其中第一組供應端口經連接至各對第一組徑向升高供應接線，及第二組供應端口經連接至各對第二組徑向升高供應接線。

在有關實施例中，進一步包含：(a)第一組徑向氣體傳輸導管，該第一組徑向氣體傳輸導管連接于第一組氣體出口及第一組供應端口的各者之間，及(b)第二組徑向氣體傳輸導管，該第二組徑向氣體傳輸導管連接于第二組氣體出口及第二組供應端口的各者之間。

根據有關態樣，用于等離子體反應器的環形蓋板包含：(a)第一組及第二組氣體出口，該第一組及第二組氣體出口的每一者中的氣體出口間隔第一弧長，(b)氣體傳輸塊，該氣體傳輸塊包含第一及第二氣體供應通道，(c)各自的上位準及下位準中的第一組及第二組氣體分配通道。第一組及第二組氣體分配通道的每一者包含：(a)弧形氣體傳輸通道，該弧形氣體傳輸通道具有連接至一對相對應的氣體出口的一對端，及(b)弧形氣體供應通道，該弧形氣體供應通道包含連接至第一及第二氣體供應通道中相對應的一者的輸入端，及耦合至弧形氣體傳輸通道的中間區的輸出端。

在環形蓋板的一個實施例中，氣體傳輸塊安置在一位置處，該位置偏離氣體供應通道的每一者的輸出端達第二弧長，使得第一組及第二組氣體傳輸通道的氣體供應通道具有相同長度。

在環形蓋板的一個實施例中，第一組及第二組氣體出口的氣體出口關于環形蓋板的圓周分布，及其中第一組氣體出口與第二組氣體出口沿著圓周交替。

在環形蓋板的有關實施例中，第一組氣體出口包含第一對氣體出口及弧長對應于半圓，及第二組數個氣體出口包含第二對氣體出口，該第二對氣體出口偏離第一對氣體出口達四分之一圓。

在環形蓋板的實施例中，氣體傳輸塊經安置在一位置處，該位置偏離氣體供應通道的每一者的輸出端達四分之一圓的弧長。

在環形蓋板的進一步的實施例中，第一組及第二組氣體分配通道的每一者進一步包含流動轉移元件，該流動轉移元件連接于氣體供應通道的輸出端及氣體傳輸通道的中間區之間。在一個實施例中，流動轉移元件包含：(a)徑向轉移導管；(b)軸向輸入導管，耦合于氣體供應通道的輸出端及徑向轉移導管的一端之間；及(c)軸向輸出導管，連接于氣體供應通道的中間區及徑向轉移導管的另一端之間。

附圖說明

以可詳細理解獲得的本發明的示例性實施例的方式，上面簡要概述的本發明的更詳細描述可參閱本發明的實施例獲得，該等實施例圖示在附圖中。將理解，本文未論述某些眾所周知的工藝以便不模糊本發明。

圖1a為根據一個實施例的反應室的部分剖視正視圖。

圖1b為對應于圖1a的平面圖。

圖2及圖3a分別為圖1的實施例的氣體傳輸蓋板的俯視圖及仰視圖。

圖3b為沿著圖3a的線3b-3b的橫截面視圖。

圖4為圖2的一部分的放大圖。

圖5為沿著圖2的線5-5截取的橫截面視圖。

圖6為沿著圖2的線6-6截取的橫截面視圖。

圖7為圖1的實施例的氣體傳輸中心的剖視平面圖。

圖8為沿著圖7的線8-8截取的剖視橫截面視圖。

圖9為沿著圖7的線9-9截取的剖視橫截面視圖。

為了促進理解，已盡可能使用相同元件符號以表示附圖中共用的相同元件。考慮到一個實施例的元件及特征可有利地并入其他實施例，而無需進一步詳述。然而，應注意，附圖僅圖示本發明的示例性實施例及因此附圖不被視為對本發明范疇的限制，因為本發明可允許其他同等有效的實施例。

具體實施方式

待解決的問題包括經由在腔室的蓋板中形成的氣體通道傳輸氣體至注入器。一些設計中的蓋板為環形及界定圓形中心開口，該圓形中心開口構造介電窗，rf功率經由該介電窗耦合至腔室中。在氣體供應塊處所有氣體輸入彼此相鄰，復雜化了氣體傳輸。為了來自每一氣體輸入的所有氣流路徑具有相等長度，氣體通道有必要提供突然反向的遞歸路徑。如此造成具有妨礙工藝控制的效應的紊流。此外，遞歸氣體通道占據大的面積，要求環形蓋板具有大的面積，如此限制介電窗相對于腔室的尺寸――此為重要的問題。進一步而言，取決于氣體供應塊的位置，路徑長度顯著不同。

可調諧的氣體噴嘴具有圓形通道，該等圓形通道供應氣體噴嘴的不同注入狹縫。從每一氣體輸入至可調諧的氣體噴嘴的氣體供應沿著直線氣體接線，該直線氣體接線必須與相對應的圓形通道相交。然而，供應至圓形通道的氣體動量沿著單個方向，及因此來自直線路徑的氣流在可調諧的氣體噴嘴的圓形通道中偏好單個旋轉方向。此導致非所欲的不對稱及不均勻性。

以下描述的實施例提供完全對稱的氣體分配，該氣體分配對于所有氣體輸入具有均勻的路徑長度及具有于通道平面中無突然的路徑反向的氣體分配通道，及占據較小的環形面積。以一方式進一步提供至可調諧的氣體注入噴嘴的氣體供應，該氣體供應具有最小的或無方向偏好，在該方式中氣體經引入可調諧的氣體注入噴嘴的圓形通道中。

參看圖1a，等離子體反應器包括圓柱形側壁102及頂部104圍繞的真空腔室100。腔室100內部的工件支撐基座106面向頂部104。頂部104包括具有圓形中心開口110a的環形蓋板110及由中心開口110a構造的盤形介電窗112。可調諧的氣體注入噴嘴114經由介電窗112的中心面對真空腔室100內部及可調諧的氣體注入噴嘴114具有由氣體分配中心120供應的內部及外部圓形氣體注入通道116、118。內部氣體注入通道116為垂直的及引導處理氣體至內部氣體注入區域中，而外部氣體注入通道118為向外成角度的及引導處理氣體至外部氣體注入區域。氣體分配中心120分別供應內部及外部氣體注入通道116、118，如本說明書中將隨后描述的。

處理氣體在氣體傳輸塊124處接收及經由環形蓋板110內部的上組及下組氣體分配通道130、140分配至氣體分配中心120的不同端口。上組氣體分配通道130(圖1a)處于上平面接近環形蓋板110的頂表面，同時下組氣體分配通道140(圖1a)處于下平面接近環形蓋板110的底表面。

參看圖1b，氣體分配中心120具有耦合外部氣體注入通道118的第一對相對氣體供應端口120-1、120-2及耦合內部氣體注入通道116的第二對相對氣體供應端口120-3及120-4。覆蓋介電窗112的第一對徑向氣體傳輸導管150、152分別連接于氣體供應端口對120-1、120-2及環形蓋板110中的上組氣體供應通道130之間。覆蓋介電窗112的第二對徑向氣體傳輸導管154、156分別連接于氣體供應端口對120-3、120-4及環形蓋板110中的下組氣體供應通道140之間。氣體供應端口120-1至120-4圍繞在中心120的周圍以90度間隔安置。在一個實施例中，四個徑向氣體傳輸導管150、152、154、156相對于環形蓋板110的周圍以90度間隔均勻分配及徑向延伸。

氣體傳輸塊124從環形蓋板110的周圍邊緣向外延伸，及氣體傳輸塊124包括連接至上組氣體分配通道130的上部氣體入口162及連接至下組氣體分配通道140的下部氣體入口164。氣體傳輸塊124沿著環形蓋板110的圓周相對于相鄰徑向氣體傳輸導管150及154在45度角位置處定位。

圖2的俯視圖最佳圖示上組氣體分配通道130，同時圖3a的仰視圖最佳圖示下組氣體分配通道140。提供氣體通道作為上組及下組氣體分配通道130及140避免氣體分配通道之間的空間限制或沖突及允許氣體分配通道對稱地配置為彼此的鏡像，產生更大的均勻性。

參看圖1a的上組氣體分配通道130在圖2中描繪及上組氣體分配通道130包括弧形氣體供應通道132，該弧形氣體供應通道132具有耦合氣體傳輸塊124(圖4)的上部氣體入口162的輸入端132-1及耦合圖5圖示的內部流動轉移元件134的出口端132-2。弧形氣體供應通道132在弧形氣體供應通道的二個端132-1及132-2之間朝向45度弧。包括上部氣體入口162的至氣體傳輸塊124的連接最佳圖示在圖4的放大圖中。

上組氣體分配通道130進一步包括弧形氣體供應通道136，該弧形氣體供應通道136在一對端136-1、136-2之間朝向180度弧。端136-1及136-2包括軸向氣體開口137-1及137-2，該等軸向氣體開口137-1及137-2分別耦合至圖1b的氣體導管150及152的徑向向外端部150-1及152-1。軸向氣體開口137-2圖示在圖6的放大圖中。圖5的流動轉移元件134提供從氣體分配通道132的出口端132-2至弧形氣體供應通道136的中間區136-3的連接。

參看圖5，流動轉移元件134包括在出口端132-2下方的徑向轉移導管170。軸向輸入導管172耦合于氣體供應通道132的出口端132-2及徑向轉移導管170的一端之間。軸向輸出導管174耦合于氣體供應通道136的中間區136-3及徑向轉移導管170的另一端之間。軸向輸入導管172連接氣體供應通道132的出口端132-2的底部中的開口。軸向輸出導管174連接氣體供應通道136的中間區136-3的底部中的開口。

氣體供應通道136在中間區136-3的二側上具有各自一半，在該氣體供應通道136中氣流在相對旋轉方向中。流動轉移元件134解決的問題為假定氣體供應通道132中的氣流逆時針方向如何在氣體分配通道136的各自一半中均勻地分配氣流。軸向輸入端口172轉化來自氣體供應通道端132-2的逆時針方向氣流動量分配至軸向分配，移除針對特定旋轉方向的任何偏好。軸向氣體輸出端口174賦能軸向氣流動量在相對的旋轉方向之間于氣體分配通道136的各自一半中均勻地分開。在一個實施例中，此提供均勻氣體分配。

圖1a中參看的下組氣體分配通道140在圖3a中描繪及該下組氣體分配通道140包括弧形氣體供應通道232，該弧形氣體供應通道232具有耦合至氣體傳輸塊124(圖4)的下部氣體入口164的輸入端232-1及耦合類似于參看圖5的上述流動轉移元件134的內部流動轉移元件234的出口端232-2。弧形氣體供應通道232在弧形氣體供應通道的二個端232-1及232-2之間朝向45度弧。

下組氣體分配通道140進一步包括弧形氣體供應通道236，該弧形氣體供應通道236在一對端部236-1及236-2之間朝向180度弧。端部236-1及236-2經耦合至軸向氣體通道237-1及237-2。軸向氣體通道237-1及237-2延伸至環形蓋板110的頂表面110b，及軸向氣體通道237-1及237-2在圖2的俯視圖中作為頂表面110b中的開口可見。該等開口分別經耦合至氣體導管154及156的徑向向外端部154-1及156-1(圖1b)。流動轉移元件234提供從氣體分配通道232的出口端232-2至弧形氣體供應通道236的中間區236-3的連接。

參看圖3b，流動轉移元件234包括出口端232-2下方的徑向轉移導管270。軸向輸入導管272耦合于氣體供應通道232的出口端232-2及徑向轉移導管270的一端之間。軸向輸出導管274耦合于氣體供應通道236的中間區236-3及徑向轉移導管270的另一端之間。軸向輸入導管272連接氣體供應通道232的出口端232-2的底部中的開口。軸向輸出導管274連接氣體供應通道236的中間區236-3的底部中的開口。

如圖2及圖3a所圖示的，對于實質上相同的氣流特征，上組及下組氣體通道130、140實質上為彼此的鏡像，在一個實施例中提供最佳的均勻性。此配置通過在不同(上及下)平面中安置上組及下組氣體通道130、140的促進，避免兩組氣體通道之間的空間占有率沖突。此后面的特征允許選擇氣體傳輸塊124的位置而沒有來自兩組通道之間的可能的空間沖突的限制。通過沿著環形蓋板110的圓形周圍在偏離氣體分配通道136的端136-1大約45度及偏離氣體分配通道236的端部236-1大約45度的位置處定位氣體傳輸塊124(包括上部及下部氣體入口162及164)實現最大對稱性。在一個實施例中此特征的優點為上組中的氣體供應通道132及下組中的氣體供應通道232具有相同長度。對于最佳的均勻性，氣體分配通道136及236的路徑長度為相同的及上組及下組氣體通道130、140的路徑長度為相同的。通過提供相等的路徑長度至氣體軸向氣體通道137-1、137-2、237-1及237-2，實現氣流速率的均勻分配，允許使用者調整氣流速率而不受氣體分配通道之間內在的非均勻性影響。

在不同平面中的上組及下組氣體通道130、140的配置允許氣體通道彼此覆蓋，由此減少環形蓋板110的環形區域。此特征增加中心開口110a(圖1a)的直徑，擴大針對給定腔室直徑的介電窗112的區域。

現在參看圖7、圖8及圖9，氣體分配中心120提供從氣體供應端口120-1及120-2至可調諧的噴嘴114的環形外部氣體注入通道118的氣流路徑。氣體分配中心120亦提供從氣體供應端口120-3及120-4至可調諧的噴嘴114的環形內部氣體注入通道116的氣流路徑。在一個實施例中，內部及外部氣體注入通道116、118的每一者可形成完整的圈或環。然而，如圖7所描繪的，環形內部氣體注入通道116可經劃分為四個部分116a、116b、116c及116d，而環形外部氣體注入通道118可經劃分為四個部分118a、118b、118c及118d。

至氣體供應端口120-1的氣流在一對徑向升高供應接線302及306之間分開，該對徑向升高供應接線302及306分別供應軸向下降接線304及308。徑向升高供應接線302及306的徑向向內端經升高在環形外部氣體注入通道118的頂部上方。至氣體供應端口120-2的氣流在一對徑向升高供應接線310及314之間分開，該對徑向升高供應接線310及314分別供應軸向下降接線312及316。徑向升高供應接線310及314的徑向向內端經升高在環形外部氣體注入通道118的頂部上方。

四個軸向下降接線304、308、312及316沿著環形外部氣體注入通道118終止在四個均勻間隔的位置處。四個軸向下降接線304、308、312及316為狹長封閉的中空線。在一個實施例中，四個軸向下降接線304、308、312及316的每一者為圓柱形的及界定中空中心通道。

至氣體供應端口120-3的氣流在一對徑向升高供應接線318及322之間分開，該對徑向升高供應接線318及322分別供應軸向下降接線320及324。徑向升高供應接線318及322的徑向向內端經升高在環形內部氣體注入通道116的頂部上方。至氣體供應端口120-4的氣流在一對徑向升高供應接線326及330之間分開，該對徑向升高供應接線326及330分別供應軸向下降接線328及332。徑向升高供應接線326及330的徑向向內端經升高在環形內部氣體注入通道116的頂部上方。四個軸向下降接線320、324、328及332沿著環形內部氣體注入通道116終止在四個均勻間隔的位置處。四個軸向下降接線320、324、328及332為狹長封閉的中空線。在一個實施例中，四個軸向下降接線320、324、328及332的每一者為圓柱形的及界定中空中心通道。

圖7至圖9的實施例解決的問題可參看圖7理解。在圖7中，顯而易見的是，若氣體傳輸接線310、314、318及322沒有升高，但替代地直接供應環形內部及外部氣體注入通道116及118中相對應的各者，則氣流將在每一注入點處主要沿著單個旋轉方向。因此，舉例而言，從供應接線310至環形外部氣體注入通道118的氣流將在相交或供應點處為反時針方向。此外，從供應接線314至環形外部氣體注入通道118的氣流將在相交或供應點處為相對的(順時針)方向。在此實例中，將有至氣體供應接線310及314之間的環形外部氣體注入通道118的部分的少量氣流，導致不均勻性。

此問題在一個實施例中通過提供軸向下降接線304、308、312及316至環形外部氣體注入通道118及提供軸向下降接線320、324、328及332至環形內部氣體注入通道116來解決。每一軸向下降接線轉化在單個方向(如從升高氣體供應管線接收)限制的氣流動量分配至一分配，該分配在相對應的環形氣體注入通道(116或118)中的注入點處在順時針方向及逆時針方向之間均勻劃分，用于更均勻的氣流分配。

盡管上文針對本發明的實施例，然而可設計本發明的其他及進一步實施例，而不脫離本發明的基本范疇，且本發明的范疇由隨后的權利要求書決定。