CN104658845B - 等离子体处理装置及其隔离装置 - Google Patents

Abstract

一种等离子体处理装置及其机械隔离装置，其中，所述机械隔离装置包括:挡片，其形状能够完全挡住所述基片传输门和所述衬垫的开口，所述挡片下方连接有一支撑柱；伸缩装置，所述支撑柱穿过所述伸缩装置；上支撑板，其设置于所述波纹管上方，其另一端固定于腔室侧壁上下支撑板，其设置于所述波纹管下方；设置于所述上支撑板和所述下支撑板之间的执行装置，所述执行装置能够上下移动，并通过所述下支撑板带动支撑柱上下移动，以使得所述挡片上下移动，从而控制所述基片传输门和所述衬垫开口的连通与否，其中，所述支撑柱下方连接有加热装置，所述支撑柱和加热装置通过金属线相连。本发明能够保证所述挡片和衬垫的温度一致性，提高基片的温度均一性。

Description

等离子体处理装置及其隔离装置

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种等离子体处理装置及其隔离装置。

背景技术

等离子处理装置利用真空反应室的工作原理进行半导体基片和等离子平板的基片的加工。真空反应室的工作原理是在真空反应室中通入含有适当刻蚀剂源气体的反应气体，然后再对该真空反应室进行射频能量输入，以激活反应气体，来激发和维持等离子体，以便分别刻蚀基片表面上的材料层或在基片表面上淀积材料层，进而对半导体基片和等离子平板进行加工。

等离子体处理装置是腔室内环境的要求很严格，其中，对金属污染尤其敏感。为了放置腔室内粘附污染物，业内往往在等离子体处理腔室内的不同区域沉积一层处理层，例如对腔室内壁阳极氧化处理，如添加带Y₂O₃涂覆层。在某些气体点燃产生的等离子体制程环境中，阳极氧化层由于这些等离子体的攻击发生物理化学反应从而会对制程产生很高的金属污染物率。

等离子体处理腔室的侧壁上往往设置有至少一个基片传输门。在等离子体处理腔室的顶盖上设置有一衬垫，其从顶盖上延伸至腔室内部，位于基台上方，并包围基台设置，因此，为了方便基片传输在衬垫上对应于基片传输门的区域也应设置一个类似的传输门。然而，两个传输门之间必然存在一定距离，因此固定在顶盖上的衬垫不能保护到腔室传输门区域的作用，因此需要活动的机械机构来保护腔室传输门区域，而不是固定的衬垫。在产生等离子体时，升起该机械结构，使腔室传输门区域与等离子体隔离，从而避免此区域被等离子体攻击而产生高的金属污染物率。

然而，在等离子体处理腔室中，其衬垫需要背均匀加热到一定温度，如果位于上述两个传输门之间的机械结构没有温度控制功能，就会造成基片周围环境温度的不均匀。在等离子体处理腔室内部，即使微小的温度差异都会对基片制程产生极大影响，因此没有温度控制功能的机械结构往往会导致基片在传输门区域的制程较基片其他区域制程显著提高或降低，这是本领域技术人员所不希望看到的。

本发明正是基于此提出的。

发明内容

针对背景技术中的上述问题，本发明提出了一种等离子体处理装置及其隔离装置。

本发明提供了一种用于等离子体处理装置的机械隔离装置，其设置在等离子体处理装置的基片传输门和衬垫之间，其中，所述基片传输门设置于所述等离子体处理装置的侧壁上，所述衬垫是环状的，其从所述等离子体处理装置的顶盖上方延伸入腔室内部并设置于所述基片上方的周围，在所述衬垫上设置有一开口，其中，所述机械隔离装置包括:

挡片，其形状能够完全挡住所述基片传输门和所述衬垫的开口，所述挡片下方连接有一支撑柱；

伸缩装置，所述支撑柱穿过所述伸缩装置；

上支撑板，其设置于所述波纹管上方，其另一端固定于腔室侧壁上；

下支撑板，其设置于所述波纹管下方；

设置于所述上支撑板和所述下支撑板之间的执行装置，所述执行装置能够上下移动，并通过所述下支撑板带动支撑柱上下移动，以使得所述挡片上下移动，从而控制所述基片传输门和所述衬垫开口的连通与否，

其中，所述支撑柱下方连接有加热装置，所述支撑柱和加热装置通过金属线相连。

进一步地，所述伸缩装置包括波纹管。

进一步地，所述机械隔离装置还包括一冷却液循环装置，分别通过冷却液输入管和冷却液输出管连接于所述执行装置。

进一步地，所述加热装置和所述冷却液循环装置还分别连接有一控制装置，所述控制装置用于控制加热装置和所述冷却液循环装置的工作从而控制所述机械隔离装置的温度。

进一步地，所述挡片的温度由所述控制装置根据具体制程需要进行设定。

进一步地，所述加热装置为电源装置，其能够通过所述金属线向所述支撑柱传递热量，从而加热所述挡片。

进一步地，所述执行装置为气缸。

进一步地，所述挡片的形状为弧形流线结构，且厚度不均匀，所述支撑柱连接于所述挡片的质点上。

进一步地，所述挡片的形状及其质点应根据所述等离子体处理装置的形状和基片的大小确定。

进一步地，所述支撑柱是由热传导材料制程的。

进一步地，所述支撑柱是由铝制成的。

本发明第二方面提供了一种等离子体处理装置，其中，所述等离子体处理装置包括前文所述的机械隔离装置。

本发明提供的等离子体处理装置及其机械隔离装置具有温度控制***，从而实现机械隔离装置的挡片和衬垫的温度保持一致，从而避免了由于两者温度不一致导致的沉积物积累的问题，并进一步提高了基片的温度均一性。

附图说明

图1是根据本发明一个具体实施例的等离子体刻蚀腔室的结构示意图；

图2a～2b是根据本发明一个具体实施例的等离子体刻蚀腔室的机械隔离装置的结构示意图；

图3是根据本发明一个具体实施例的等离子体刻蚀腔室的机械隔离装置的温度控制装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。

下文将以等离子体刻蚀腔室为例对本发明进行说明。然而，本领域技术人员应当理解，本发明不限于适用于等离子体刻蚀腔室，其也不视为对本发明的限制。

本发明所述的实施方式提供改进的去夹持过程，其采用升降顶针来减少在去夹持过程中损坏半导体工艺件的可能性。要指出的是，“半导体工艺件”、“晶圆”和“基片”这些词在随后的说明中将被经常互换使用，在本发明中，它们都指在图1所示的处理反应室110内被加工的工艺件，工艺件不限于晶圆、衬底、基片、大面积平板基板等。为了方便说明，本专利在实施方式说明和图示中将主要以“基片”为例来作示例性说明。

图1是根据本发明一个具体实施例的等离子体刻蚀腔室的结构示意图。如图1所示，等离子体刻蚀腔室200具有一个处理腔体，处理腔体基本上为柱形，且处理腔体侧壁基本上垂直，处理腔体内具有相互平行设置的上电极和下电极。通常，在上电极与下电极之间的区域为处理区域P，该区域P将形成高频能量以点燃和维持等离子体。在静电夹盘206上方放置待要加工的基片W，该基片W可以是待要刻蚀或加工的半导体基片或者待要加工成平板显示器的玻璃平板。其中，所述静电夹盘206用于夹持基片W。反应气体从气体源201中被输入至处理腔体内，并通过气体喷淋头202进入制程空间。一个或多个射频电源207可以被单独地施加在下电极上或同时被分别地施加在上电极与下电极上，用以将射频功率输送到下电极上或上电极与下电极上，从而在处理腔体内部产生大的电场。大多数电场线被包含在上电极和下电极之间的处理区域P内，此电场对少量存在于处理腔体内部的电子进行加速，使之与输入的反应气体的气体分子碰撞。这些碰撞导致反应气体的离子化和等离子体的激发，从而在处理腔体内产生等离子体。反应气体的中性气体分子在经受这些强电场时失去了电子，留下带正电的离子。带正电的离子向着下电极方向加速，与被处理的基片中的中性物质结合，激发基片加工，即刻蚀、淀积等。在等离子体刻蚀腔室200的合适的某个位置处设置有 排气区域，排气区域与外置的排气装置（例如真空泵泵205）相连接，用以在处理过程中将用过的反应气体及副产品气体抽出腔室。

此外，如图1所示，等离子体刻蚀腔室200还包括一衬垫208，用于将等离子体积聚在基片W上方。所述衬垫208是环状的，其从所述等离子体刻蚀腔室200的顶盖203上方延伸入腔室内部并设置于位于所述基片W上方的周围。本领域技术人员应当理解，在等离子刻蚀装置200中的侧壁204某处往往设置有一基片传输门204a，用于传输基片W。制程开始之前，机械手（未示出）将基片W从基片传输门204a运往腔室内部并放置于静电夹盘206之上，静电夹盘206利用吸附力将基片W夹持固定于固定位置。制程结束以后，静电夹盘206去夹持基片W，然后机械手从基片传输门204a再次进入腔室，并将基片W移除至静电夹盘206，最后将基片W从基片传输门204a移除出腔室。如此循环往复，可以逐一地对若干基片进行制程。因此，为了方便基片W的运输，设置了衬垫208的等离子体刻蚀腔室200也要适应性地在衬垫208上设置一开口208a，从而方便基片的传输。也就是说，衬垫208上的开口208a适应腔室侧壁204上的基片传输门204a的开启和闭合，以实现机械手从腔室内部顺利进出，从而实现基片W在腔室内部的传输和移动。

图2a～2b是根据本发明一个具体实施例的等离子体刻蚀腔室的机械隔离装置的结构示意图。下面结合图2a～图2b对机械隔离装置进行详细介绍。

如图2a～图2b所示，机械隔离装置209其设置在等离子体刻蚀腔室的基片传输门204a和衬垫208的开口208a之间，用于控制基片传输门204a和衬垫208的开口208a的连通与否。当制程开始之前，基片W需要传输进腔室内部，机械隔离装置209下降到低位状态，使得基片传输门204a和衬垫208的开口208a相互连通，从而让机械手将基片W分别依次通过基片传输门204a和衬垫208的开口208a，放置于静电夹盘206上方。在基片W由静电夹盘206夹持固定以后，反应气体从反应气体源201进入腔室内部在射频能量的激发下产生等离子体从而进行蚀刻前，机械隔离装置209上升到高位状态，用于补偿衬垫208上的开口208a，从而将等离子体与腔室侧壁204隔离开，以实现避免基片传输区 域被等离子体攻击而发生物理化学反应引起金属污染的问题。

具体地，机械隔离装置209包括挡片2091，其形状在升起状态时能够完全挡住所述基片传输门204a和所述衬垫208的开口208a。所述挡片91下连接有一支撑柱2092，支撑柱2092延伸至穿过伸缩装置。在本实施例中，所述伸缩装置是波纹管2096（bellows）。波纹管是指用可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状弹性敏感元件。它的开口端固定，密封端处于自由状态，并利用辅助的螺旋弹簧或簧片增加弹性。工作时在内部压力的作用下沿管子长度方向伸长，使活动端产生与压力成一定关系的位移。波纹管常常与位移传感器组合起来构成输出为电量的压力传感器，有时也用作隔离元件。

进一步地，在波纹管2096上方设置有一上支撑板2093，支撑柱2092穿过上支撑板2093，上支撑板2093的另一端固定连接于腔室侧壁204。下支撑板2095设置于所述波纹管2096下方。其中，所述波纹管2096和下支撑板2095之间并不是固定的。所述上支撑板2093和所述下支撑板2095之间设置有执行装置，所述执行装置能够上下伸缩移动，并通过所述下支撑板2095带动支撑柱上下移动一段距离，以使得所述挡片2091上下移动，从而控制所述基片传输门204a和所述衬垫开口208a的连通或不连通。

进一步地，所述执行装置为气缸2094。具体地，例如当气缸2094整个压缩的时候，由于上支撑板2093的一段固定于腔室侧壁204，因此该上支撑板2093是不会发生相对位移的。气缸2094收缩，即体积变小，下支撑板2095因此发生向上的位移，波纹管2096为了适应气缸2094的收缩也发生收缩，即体积变小。因此，支撑柱2092整个向上提升，发生垂直的向上运动并带动挡片2091也向上运动，此时认为挡片2091刚好挡于衬垫开口208a和基片传输门204a之间。同理，当气缸2094整个扩胀的时候，带动下支撑板2095向下垂直移动，波纹管2096为了适应气缸2094的扩胀也产生拉伸。下支撑板2095的向下垂直移动，带动支撑柱2092也垂直向下移动并带动挡片2091也向下运动，此时认为挡片2091下降从而不再阻挡于衬垫开口208a和基片传输门204a之间。

本领域技术人员应当理解，衬垫208在等离子体刻蚀腔室中因为制 程需求，通常带有加热功能。如图1所示，在等离子体刻蚀腔室200的顶盖203上方的环形衬垫208周围设置有一加热装置210，加热装置210能够均匀加热衬垫208，以避免聚合物沉积到衬垫上，并且也为了保证基片W周围的环境温度也是均匀。但是由于实际衬垫208上有开口208a，开口208a却没有温度控制，从而会造成基片W周围环境温度的不均匀而影响制程结果的不均匀性。因此本发明提供的机械隔离装置209具有温度控制功能的，温度控制装置T能够将机械结构6上的挡片2091与衬垫208上的温度一致，从而保证基片W周围环境温度的均匀性。

图3是根据本发明一个具体实施例的等离子体刻蚀腔室的机械隔离装置的温度控制装置的结构示意图。如图3所示，所述机械隔离装置209还包括温度控制装置T。进一步地，机械隔离装置209的支撑柱2092是热传导材料制成的，典型地，是由金属铝制成的。因此，温度控制装置T能够通过支撑柱2092向挡片2091传递温度，从而达到本发明的发明目的。

进一步地，温度控制装置T进一步地包括冷却液循环装置211，分别通过至少两个冷却液管道2097连接于所述波纹管2096。其中，在本实施例中，所述冷却液管道2097包括冷却液输入管2097a和冷却液输出管2097b具体地，冷却液输入管2097a用于从冷却液循环装置211传输冷却液至波纹管2096，由于支撑柱2092是穿过波纹管2096的，因此冷却液可以冷却支撑柱2092并利用支撑柱2092的热传导性降低挡片2091的温度。冷却液输出管2097b用于从波纹管2096中回收冷却液，并输送回冷却液循环装置211，冷却液循环装置211重新产生冷却液，如此循环往复能够将挡片2091的温度降低到预定温度。

其中，所述支撑柱2092下方连接有加热装置2012，所述支撑柱2092和加热装置2012通过若干金属线2098相连。在本实施例中，所述加热装置2012为电源装置，其能够通过所述金属线2098向所述支撑柱2092传递热量，从而加热所述挡片2091。

如图3所示，所述加热装置212和所述冷却液循环装置211还分别连接有一控制装置213，所述控制装置213用于控制加热装置212和所 述冷却液循环装置211的工作从而综合控制所述机械隔离装置的温度。

如图示所示，波纹管2096是真空的，能够将腔室内部的真空和外部的大气隔开，同时用于传递从加热装置2012上产生的热到机械挡片2091，从而实现对挡片2091的加热。同时，当挡片2091过热时，加热装置2012停止加热，将挡片2091上的热量通过流经冷却液输入管2097a和冷却液输出管2097b的冷却液带走。

进一步地，所述挡片2091的温度由所述控制装置213根据具体制程需要进行设定。

如图2a～图2b所示，根据本发明的一个具体实施例，所述挡片2091的形状为弧形流线结构，且厚度不均匀，所述支撑柱2092连接于所述挡片的质点上（未示出）。进一步地，所述挡片2091的形状及其质点应根据所述等离子体刻蚀腔室200的形状和基片W的大小确定。本领域技术人员应当理解，等离子体刻蚀腔室200的腔室是柱形的，其横截面是类似正方形，而基片W是圆形的，挡片2091位于基片W和腔室侧壁之间的某处空间。由于空间位置有限，支撑柱2092和挡片2091之间的支撑点不可能位于挡片2091的横向中点附近，而在挡片2091质量均匀的条件下支撑点不位于中点，可能造成倾斜。因此，本发明创造性地将挡片2091设计为流线型的，并通过厚度不均匀将撑柱2092连接于所述挡片的质点上。如图2a～图2b所示，挡片2091的质点可以移动到挡片2091横向面积很侧面的位置，由此为腔室设计留下极大空间。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；“包括”一词不排除其它权利要求或说明书中未列出的装置或步骤；“第一”、“第二”等词语仅用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (12)

1.一种用于等离子体处理装置的机械隔离装置，其设置在等离子体处理装置的基片传输门和衬垫之间，其中，所述基片传输门设置于所述等离子体处理装置的侧壁上，所述衬垫是环状的，其从所述等离子体处理装置的顶盖上方延伸入腔室内部并设置于所述基片上方的周围，在所述衬垫上设置有一开口，其中，所述机械隔离装置包括:

挡片，其形状能够完全挡住所述基片传输门和所述衬垫的开口，所述挡片下方连接有一支撑柱；

伸缩装置，所述支撑柱穿过所述伸缩装置；

上支撑板，其设置于所述伸缩装置上方，其另一端固定于腔室侧壁上；

下支撑板，其设置于所述伸缩装置下方；

设置于所述上支撑板和所述下支撑板之间的执行装置，所述执行装置能够上下移动，并通过所述下支撑板带动支撑柱上下移动，以使得所述挡片上下移动，从而控制所述基片传输门和所述衬垫开口的连通与否，

其中，所述支撑柱下方连接有加热装置，所述支撑柱和加热装置通过金属线相连，以使所述加热装置可通过所述支撑柱对所述挡片加热。

2.根据权利要求1所述的机械隔离装置，其特征在于，所述伸缩装置包括波纹管。

3.根据权利要求1所述的机械隔离装置，其特征在于，所述机械隔离装置还包括一冷却液循环装置，其分别通过冷却液输入管和冷却液输出管连接于所述执行装置。

4.根据权利要求3所述的机械隔离装置，其特征在于，所述加热装置和所述冷却液循环装置还分别连接有一控制装置，所述控制装置用于控制加热装置和所述冷却液循环装置的工作从而控制所述机械隔离装置的挡片的温度。

5.根据权利要求4所述的机械隔离装置，其特征在于，所述挡片的温度由所述控制装置根据具体制程需要进行设定。

6.根据权利要求1所述的机械隔离装置，其特征在于，所述加热装置为电源装置，其能够通过所述金属线向所述支撑柱传递热量，从而加热所述挡片。

7.根据权利要求1所述的机械隔离装置，其特征在于，所述执行装置为气缸。

8.根据权利要求1所述的机械隔离装置，其特征在于，所述挡片的形状为弧形流线结构，且厚度不均匀，所述支撑柱连接于所述挡片的质点上。

9.根据权利要求1所述的机械隔离装置，其特征在于，所述挡片的形状及其质点应根据所述等离子体处理装置的形状和基片的大小确定。

10.根据权利要求1所述的机械隔离装置，其特征在于，所述支撑柱是由热传导材料制成的。

11.根据权利要求1所述的机械隔离装置，其特征在于，所述支撑柱是由铝制成的。

12.一种等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置包括权利要求1至11任一项所述的机械隔离装置。