TWI534890B - Plasma processing device - Google Patents

Description

電漿處理裝置

本發明涉及電漿處理技術領域，尤其涉及一種電感耦合電漿處理裝置。

電漿處理裝置廣泛應用於集成電路的製造製程中，如沉積、蝕刻等。其中，電感耦合型電漿(ICP，Inductively Coupled Plasma)裝置是電漿處理裝置中的主流技術之一，其原理主要是使用射頻功率驅動電感耦合線圈產生較强的高頻交變磁場，使得低壓的反應氣體被電離產生電漿。電漿中含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待處理晶圓的表面發生多種物理和化學反應，使得晶圓表面的形貌發生改變，即完成蝕刻過程；另外，上述活性離子比常規的氣態反應物具有更高的活性，可以促進反應氣體間的化學反應，即可以實現電漿增强型化學氣相沉積(PECVD)

根據電漿蝕刻製程的要求，產生的電漿通常要達到一定的溫度才能進行更好地蝕刻製程，故在電漿區域需設置對電漿進行加溫的裝置。現有技術中，在電漿處理裝置的側壁內部設置一加熱元件，通過加熱元件實現對反應腔內的電漿的溫度控制。然而，由於反應腔的側壁材料為熱的良導體，加熱元 件在加熱反應腔內部電漿的同時也會使得反應腔外部溫度過高，同時，加熱元件提供的熱量向上、向下傳導，不僅浪費能量，同時使反應腔的其他部件溫度不可控，影響蝕刻製程的進行。

為了解决上述技術問題，本發明提供一種電漿處理裝置，包括至少一個腔體外殼和至少一個反應腔，反應腔內設置基座用於支撑基片，所述腔體外殼包括一絕緣窗口和位於絕緣窗口下方的腔體蓋，腔體蓋下方設置腔體側壁，所述腔體蓋和所述腔體側壁之間設置一電漿加熱環，所述電漿加熱環內設置一加熱元件，所述加熱元件周圍設置至少一條隔熱渠道。

優選的，所述加熱元件周圍設置至少兩條隔熱渠道，所述第一條隔熱渠道靠近所述電漿加熱環與所述腔體蓋的接觸面，所述第二條隔熱渠道靠近所述電漿加熱環與所述腔體側壁的接觸面，所述兩條隔熱渠道實質平行。

進一步的，所述加熱元件周圍還設置第三條隔熱渠道，所述第三條隔熱渠道實質垂直於所述第一條隔熱渠道和所述第二條隔熱渠道。

優選的，所述第三條隔熱渠道設置於所述加熱元件靠近所述反應腔外部空間的一側。

優選的，所述的第三條隔熱渠道與所述前兩條隔熱渠道相連通。

優選的，所述加熱元件周圍設置一條隔熱渠道，所述隔熱渠道為環繞所述加熱元件設置的弧形渠道，其設置於所述加熱元件靠近反應腔外部空間的一側。

優選的，所述電漿加熱環為鋁或鋁合金材質。

優選的，所述電漿處理裝置為電感耦合電漿處理裝置。

優選的，所述電漿加熱環包括靠近腔體蓋的上端和靠近腔體側壁的下端，所述上端徑向寬度大於所述下端徑向寬度。

優選的，所述電漿加熱環的下端和所述腔體側壁平行設置且兩者之間設置一定縫隙。

本發明的優點在於：通過設置一帶加熱元件的電漿加熱環，實現對反應腔內的電漿加熱，滿足蝕刻製程對電漿溫度的要求；在所述加熱元件的周圍設置隔熱渠道，將電漿加熱環的加熱元件產生的熱量與周圍的部件和外部空間進行隔離，在使得熱量不被損耗的同時，保證了各個部件之間的溫度能獨立控制，便於反應製程在不同位置對溫度的不同需求。隔熱渠道將加熱元件產生的熱量與外部空間進行隔離，能保證外部空間的溫度不會對操作人員造成威脅。

100‧‧‧腔體外殼

101‧‧‧反應腔

105‧‧‧電感線圈

110‧‧‧絕緣窗口

120‧‧‧腔體蓋

130‧‧‧電漿加熱環

131、132、133‧‧‧隔熱渠道

135‧‧‧加熱元件

136‧‧‧上端

137‧‧‧下端

138‧‧‧縫隙

140‧‧‧腔體側壁

145‧‧‧進出口

150‧‧‧基座

170‧‧‧真空泵

200‧‧‧基片

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯：

如下附圖構成了本說明書的一部分，和說明書一起列舉了不同的實施例，以解釋和闡明本發明的宗旨。以下附圖並沒有描繪出具體實施例的所有技術特徵，也沒有描繪出部件的實際大小和真實比例。

圖1示出本發明所述的電漿處理裝置結構示意圖； 圖2示出腔體外殼100的局部結構示意圖。

本發明公開了一種電漿處理裝置，為使本發明的上述目的、特徵和優點能够更為明顯易懂，下面結合附圖和實施例對本發明的具體實施方式做詳細的說明。

圖1示出本發明公開的一種電漿處理裝置結構示意圖，尤其涉及一種電感耦合電漿處理裝置，所述電漿處理裝置包括腔體外殼100和反應腔101，反應腔101內設置基座150用於支撑基片200。腔體外殼包括一絕緣窗口110，絕緣窗口110上方設置電感線圈105，電感線圈105在射頻功率源(圖中未示出)的作用下產生較强的高頻交變磁場，使得低壓的反應氣體被電離產生電漿。絕緣窗口110下方設置腔體蓋120，腔體蓋120下方設置腔體側壁140，為了保證基片200能順利進出反應腔101，腔體側壁140在大致與基座上表面處於同一水平面處設置一進出口145。腔體外殼底部設置一真空泵170，用於將反應腔內反應後的氣體排出反應腔內。腔體蓋120和腔體側壁140之間設置一電漿加熱環130，電漿加熱環130內設置一加熱元件，用於對反應腔101內的電漿進行加熱。

圖2示出腔體外殼100的局部結構示意圖，電漿加熱環130位於腔體蓋120和腔體側壁140之間，內部設置有加熱元件135。由於腔體蓋120和腔體側壁140均為熱的良導體，加熱元件135工作時，熱量不僅提供給反應腔內部的電漿，還會向上、向下傳導，不僅導致熱量的損耗，還會因為升高了腔體蓋120和腔體側壁140的溫度，影響蝕刻反應製程的順利進行。同時，電漿加熱環130與機台外部空間接觸，過多的熱量也會影響機台外部空間，對操作人員的安全 造成威脅。在圖2所示的結構示意圖中，加熱元件135周圍設置隔熱渠道131、132、133，在另外的實施例中，隔熱渠道的數量可以為一條或其他數量，隔熱渠道的設置以盡可能的將加熱元件135的熱量集中到反應腔內為宗旨。在本實施例中，考慮到加工的簡易程度，採用設置三條隔熱渠道的方式，第一條隔熱渠道為在電漿加熱環130靠近腔體蓋的一側且具有一定深度的隔熱渠道131，為方便製作，本實施例選擇將第一條隔熱渠道131設置在電漿加熱環130和腔體蓋120的接觸面上。隔熱渠道131的寬度在保證加工和安裝的簡易性和方便性的前提下可以適當的增加，以便盡可能的將熱量與腔體蓋120隔絕。在電漿加熱環130靠近腔體側壁140的一側設置一定深度的第二條隔熱渠道132，為方便製作，本實施例選擇將第二條隔熱渠道132設置在電漿加熱環130和腔體側壁140的接觸面上，第二條隔熱渠道132的寬度在保證加工和安裝的簡易性和方便性的前提下可以適當的增加，以便盡可能的將熱量與腔體側壁140隔絕。第一條隔熱渠道131和第二條隔熱渠道132實質平行。隔熱渠道133實質垂直於第一條隔熱渠道131和第二條隔熱渠道132，在本實施例中隔熱渠道133可以和第一條隔熱渠道131及第二條隔熱渠道132相通。本領域技術人員容易想到是的，在另外的實施例中，三條隔熱渠道也可以是不相連通。

在反應腔101內，由於電漿的分布範圍較大，為了保證盡可能多的電漿溫度可控，電漿加熱環130的高度需要和存在電漿區域的高度相同，由於基片200上方的電漿均參與蝕刻反應，故電漿加熱環130需要延伸至於基片200大致位於同一水平面。在實際製程過程中，由於電漿直接與電漿加熱環130接觸，電漿很容易在電漿加熱環130內表面形成沉澱物，為避免沉澱物對蝕刻製程造成污染，需要定期將電漿加熱環130取出進行表面清潔。為了减輕電漿加熱環130 的重量，方便電漿加熱環130的卸載及安裝，本實施例設置電漿加熱環130靠近腔體蓋120的一端為上端136，另一端為下端137，上端136的徑向寬度大於下端137的徑向寬度。為便於理解，可形象的描述電漿加熱環130的橫截面結構示意圖形狀為倒置的“L”狀。本實施例中的電漿加熱環130的上端136放置在腔體側壁140上方，下端137與腔體側壁140平行，為防止受熱膨脹發生變形，下端137與腔體側壁140之間設置一縫隙138。

在另外的實施例中，所述的隔熱渠道可以為一條，其大致為圓弧型，環繞所述加熱元件靠近電漿加熱環130外部空間的一側設置，該隔熱渠道將加熱元件135與上方的腔體蓋120，下方的腔體側壁140以及外部空間的熱量進行隔離，將加熱元件135的熱量主要集中於反應腔101內部對電漿進行加熱，起到的良好的隔熱效果。

在本發明所述的實施例中，絕緣窗口110、腔體蓋120、腔體側壁140內部都可以根據製程對硬體的需要設置加熱元件，本發明通過在電漿加熱環130之間設置隔熱渠道，在使得熱量不被損耗的同時，保證了各個部件之間的溫度能獨立控制，便於反應製程在不同位置對溫度的不同需求。

本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護範圍應當以本發明權利要求所界定的範圍為準。

110‧‧‧絕緣窗口

120‧‧‧腔體蓋

130‧‧‧電漿加熱環

131、132、133‧‧‧隔熱渠道

135‧‧‧加熱元件

136‧‧‧上端

137‧‧‧下端

138‧‧‧縫隙

140‧‧‧腔體側壁

Claims (10)

1. 一種電漿處理裝置，包括：一絕緣窗口和一位於絕緣窗口下方的腔體蓋，腔體蓋下方設置一腔體側壁，所述腔體蓋和所述腔體側壁之間設置一電漿加熱環，其中所述電漿加熱環內設置一加熱元件，用於對一反應腔內的電漿進行加熱，所述加熱元件周圍設置至少一條隔熱渠道，所述隔熱渠道設置在所述電漿加熱環內部，以將接觸於所述反應腔的所述電漿加熱環的部分予以分離於接觸於一外部空間的所述電漿加熱環的部分而空間隔離，用於將所述加熱元件的熱量集中到所述反應腔內部。
2. 如請求項1所述的電漿處理裝置，其中所述加熱元件周圍設置至少兩條隔熱渠道，所述第一條隔熱渠道靠近所述電漿加熱環與所述腔體蓋的接觸面，所述第二條隔熱渠道靠近所述電漿加熱環與所述腔體側壁的接觸面，所述兩條隔熱渠道實質平行。
3. 如請求項2所述的電漿處理裝置，其中所述加熱元件周圍更設置有一第三條隔熱渠道，所述第三條隔熱渠道實質垂直於所述第一條隔熱渠道和所述第二條隔熱渠道。
4. 如請求項3所述的電漿處理裝置，其中所述第三條隔熱渠道設置於所述加熱元件靠近該電漿處理裝置的一反應腔之外部空間的一側。
5. 如請求項4所述的電漿處理裝置，其中所述的第三條隔熱渠道與所述前兩條隔熱渠道相連通。
6. 如請求項1所述的電漿處理裝置，其中所述加熱元件周圍設置一條隔熱渠道，所述隔熱渠道為環繞所述加熱元件設置的弧形渠道，其設置於所述加熱元件靠近該電漿處理裝置的一反應腔外部空間的一側。
7. 如請求項1至6中任一項所述的電漿處理裝置，其中所述電漿加熱環為鋁或鋁合金材質。
8. 如請求項1至6中任一項所述的電漿處理裝置，其中所述電漿處理裝置為電感耦合電漿處理裝置。
9. 如請求項1至6中任一項所述的電漿處理裝置，其中所述電漿加熱環包括一靠近腔體蓋的上端和一靠近腔體側壁的下端，所述上端徑向寬度大於所述下端徑向寬度。
10. 如請求項9所述的電漿處理裝置，其中所述電漿加熱環的下端和所述腔體側壁平行設置且兩者之間設置一定縫隙。