CN100358099C - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

一种等离子体处理装置具有一个腔体，腔体内容纳有至少两个处理平台，处理平台之间被隔离壁隔开，在所述的隔离壁上设有至少一个通道，该通道的宽度与长度比小于1/3。本发明使得各处理平台之间既能保持气压均衡又能使带电粒子不致互相干扰，提升了各处理平台处理条件的均一性。

Description

等离子体处理装置
所属技术领域
本发明关于半导体或集成电路制造技术领域，尤其涉及一种可以同时对多片半导体工艺件进行处理的等离子体处理装置。
背景技术
目前有两种常用的半导体工艺件处理系统，一种是对半导体工艺件进行批量处理的系统，而另一种则对半导体工艺件进行单片处理系统。
虽然单片处理系统在产品处理均一性、热效应以及单批加工速度方面具有优势，但是其低产能以及昂贵的生产成本显然是难以克服的致命缺陷。
在批量处理系统中，多片半导体工艺件被同时水平地或垂直地放置并进行处理，例如美国专利第5855681号中就描述了多种批量处理的半导体工艺件处理装置，这些装置具有多边形(较常见的如矩形)或圆形的处理腔室，这些腔室中具有多个处理平台，每个平台容纳一片半导体工艺件。
为了确保处理结果的均一，需要每片半导体工艺件的处理条件一致。对于批量处理系统，由于要共用一些设备和资源，例如，加热设备、气体源、进排气设备、等离子体发生装置等，这些设备和资源由于位置或外形的关系不可能完全地被均匀分配，这样就难免会因不均一的处理条件而导致不均一的半导体工艺件处理结果。
特别地，在采用等离子体作为活性粒子，以射频能量激活对半导体工艺件进行处理的处理过程，如利用等离子体进行沉积、蚀刻制造工序中，由于等离子体的特性对处理腔室中的各处理平台均一性要求就更为严格。等离子体处理的均一性要求主要体现在气压和射频激活能量上，控制射频激活能量的输入均一相对比较容易，而实现腔体内部气压的一致则比较困难。
要实现等离子体处理腔室内部的均一性，目前有两种解决途径。一种是将腔室中的各处理平台严格隔离，并对平台的机械加工作较为严格的要求，使其尽量在结构上一致，再加上对气体以及电输入装置的改进使其尽可能一致。但是由于磨损和机械误差总是在一定程度上存在，而且各平台所处的几何位置的差异很难抵消。因此这种做法很难保证同批次半导体工艺件等离子体处理的严格均一性。另一种做法是不密封半导体工艺件内部各处理平台，这种情况下，各平台之间的气压平衡能很好地维持，也就是说中性粒子密度分布较为均匀。但是，由于处理腔室内部不封闭，不仅中性粒子可以流通使得气压均衡，同时带电粒子也会互相干扰。这就扰乱了处理平台内的电场分布，进而导致等离子处理腔室内部的均一性变差。
因此就需要一种等离子体处理装置，使得各处理平台之间既能保持气压均衡又能使带电粒子不致互相干扰。目前市面上还未有相关设备面世，也没有发现相关的专利或技术文献。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子体处理装置及其处理方法，克服了现有技术的不足，解决了等离子体批量处理半导体工艺件装置各处理平台之间气压均衡和带电粒子互相干扰的矛盾。
本发明是通过以下技术方法实现的：一种等离子体处理装置具有一个腔体，腔体内容纳有至少两个处理平台，处理平台之间被隔离壁隔开，在处理平台之间的隔离壁上设有通道，通道的宽度与长度比小于1/3。
其中，所述的通道具有开关，可以根据需要关闭或开启该通道。
本发明还提供了另一技术方案：一种等离子体处理装置具有一个腔体，腔体内容纳有至少两个处理平台，处理平台之间被隔离壁隔开，在隔离壁上设置有开口，使得两个处理平台之间贯通，该开口内部具有可调节的闸状单元，该闸状单元可以调节开口的大小至其宽度与长度比小于1/3。
其中，所述的该闸状单元可以完全关闭开口。
本发明的又一技术方案为：一种等离子体处理装置具有一个腔体，腔体内容纳有至少两个处理平台，处理平台之间被隔离壁隔开，隔离壁上留有开口，使得两个处理平台之间贯通，在处理平台的内壁设有一个紧密贴合在处理平台内壁上的保护装置，保护装置上具有内外侧贯通的通道，通道的宽度与长度比小于1/3，保护装置可以沿隔离壁上下移动，使保护装置可以处于堵住开口、通道连通开口的位置。
其中，所述的保护装置可以通过一个闸来控制牵引，根据需要移至不同的位置。该不同的位置还包括：保护装置不阻挡开口的位置；保护装置堵住开口，且通道不与开口连通的位置。这些不同的位置可以通过闸连续牵引保护装置移动而得到；或者将所述的不同的位置可以定义为三个档，使保护装置通过切换档来实现位置变换。
本发明的再一技术方案为：一种等离子体处理装置具有一个腔体，腔体内容纳有至少两个处理平台，处理平台包括第一和第二电极，第一电极周围具有一个接地环，腔体壁上具有供半导体工艺件进出的传送口，在处理平台的内壁设有一个保护装置以在腔体进行处理时封闭该传送口，处理平台之间被隔离壁隔开，在隔离壁的上端设有开口，开口和各处理平台的接地环以及隔离壁形成了一个连通腔体，所述的保护装置的宽度等于接地环到隔离壁之间的间隙，所述的保护装置可以在该间隙之间上下移动，所述的保护装置上具有通道，该通道一个端口在保护装置顶部，另一个端口在保护装置内侧，通道的宽度与长度比小于1/3。保护装置厚度大于隔离壁的上端开口的截面积。
其中，所述的保护装置可以通过一个闸来控制牵引，根据需要移至不同的位置。该不同的位置至少包括：保护装置堵住传送口，且保护装置部分位于接地环到隔离壁之间的间隙中的位置；保护装置不阻挡传送口的位置。这些不同的位置可以通过闸连续牵引保护装置移动而得到；或者将所述的不同的位置可以定义为两个档，使保护装置通过切换档来实现位置变换。
在以上的技术方案中，所述的通道可以是一个或多个。通道可以是直线状、曲线状或折线状。该等离子体处理装置是等离子体处理的沉积设备或者是等离子体蚀刻设备。
本发明的通道一方面可以保证中性粒子的扩散通过，保持处理平台之间的气压平衡，另一方面，由于带电粒子在处理平台的电场中具有较快的速度和方向性，因而多数带电粒子会由于其方向性和速度碰撞到通道壁上而无法通过。实验证明当通道的宽度与长度比一般小于1/3时，大多数带电粒子都不能通过，从而避免了带电粒子互相干扰的问题。本发明确保了各处理区域之间具有均一的处理条件。进一步的，本发明还可将各处理平台设置成完全连通和完全隔离状态，满足了不同工艺的需要，具有较高的灵活性和通用性。
附图说明
图1为现有的批量处理系统结构示意图。
图2为另一现有的批量处理系统结构示意图。
图3为本发明的等离子体处理装置的一个实施例的结构示意图。
图4为本发明的等离子体处理装置的另一实施例的结构示意图。
图5为本发明的等离子体处理装置的又一实施例的结构示意图。
图6为本发明的等离子体处理装置的保护装置截面结构示意图。
图7为本发明的等离子体处理装置的保护装置俯视图。
具体实施方式
请参阅图1和图2，图1和图2为现有的半导体工艺件批量处理系统结构示意图。现有的半导体工艺件批量处理系统处理腔室形状最常见的是如图1和图2所示的圆形和矩形。处理腔室1中具有至少两个一般为圆形的处理平台2。这些处理平台2之间可以不设置隔离壁，也可以是完全密封的。
请参阅图3，图3为本发明的等离子体处理装置的一个实施例的结构示意图。在这个实施例中，等离子体处理腔室1具有一个腔体11，以及腔体11所容纳的多个处理平台2，处理平台2包括第一和第二电极12。处理平台2可以如图1和图2所示有两个或更多，其排列方式也可以是多种多样的。在本实施例中为说明简单起见仅以处理平台2是两个为例。
图3中的两个处理平台2之间被隔离壁13隔开，隔离壁13上留有开口19，使得两个处理平台2之间贯通。在处理平台2的内壁设有一个紧密贴合在处理平台2内壁上的保护装置16。保护装置16上具有贯通的通道17，通道17的宽度与长度比一般小于1/3。这样的通道17一方面可以保证中性粒子的扩散通过，保持两个处理平台2之间的气压平衡；另一方面，由于带电粒子在处理平台2的电场中具有较快的速度和方向性，因而多数带电粒子会由于其方向性和速度碰撞到通道17壁上而无法通过。实验证明当通道17的宽度与长度比小于1/3时，大多数带电粒子都不能通过，从而避免了带电粒子互相干扰的问题。
保护装置16的位置可以移动，在需要处理平台2之间气体流通时，保护装置16可以移至不阻挡开口19的位置，这样气流就可以通过开口19流动。而在需要密封的时候，可以将保护装置16移至能堵住开口19、且通道17不与开口19连通的位置，这时通道17不在开口19位置，被隔离壁13堵住；而开口19又被保护装置16堵住，因此两个处理平台2之间完全密封。如前面背景技术部分所述，在进行等离子体处理时，既需要中性粒子能自由移动，又需要阻挡带电粒子流动的情况下，可以把保护装置16移到即能堵住开口19、又使通道17正对开口19的位置，这样中性粒子就可以在气压或自由扩散的作用下，通过由通道17和开口19构成的通路在处理平台2间流动，而带电粒子则被通道17挡住。
保护装置16可以通过一个闸18来控制牵引，根据需要移至不同的位置。在本实施例中至少确保保护装置16能处于三种不同的位置，即不堵住开口19的位置；完全堵住开口19且通道17不对应开口19的位置；完全堵住开口19且通道17连通开口19的位置。这三个位置可以通过闸18连续牵引保护装置16移动而得到；也可以定义为三个档，使保护装置16通过切换档来实现位置变换。一般来说，要实现这样的三个位置只需要保护装置16的厚度大于开口19的截面积，且保护装置16在通道17外侧端口位置的上侧或下侧至少有一侧厚度大于开口19的截面积。
以上是本发明的一个较佳实施例，实际上要实现本发明允许中性粒子通过而阻挡带电粒子互扰的发明目的，还可以有其他实施例。如图4所示，只需要在处理平台2之间具有如上面所述的通道17就可以了。因此一个较为简化的实施例可以是在处理平台2之间的密封隔离壁13上设有通道17，通道17的宽度与长度比小于1/3。对于处理平台2之间不需要密闭或不需要完全流通的等离子体处理腔室而言，这样的装置可以轻易实现较为均一的等离子体处理条件。
对以上实施例的进一步改进可以是，通道17具有开关(未图示)，可以根据需要关闭或开启该通道17。进一步的，设置在隔离壁13上的也可以是一个较大的开口17，该开口17内部具有可调节的闸状单元(未图示)，该闸状单元可以调节开口17的大小，根据需要将开口17调节为宽度与长度比小于1/3，直至完全关闭。
请参阅图5，图5为本发明的等离子体处理装置的又一实施例的结构示意图。该实施例是结合半导体工艺实际应用的一个较佳实施例，通常的等离子体处理装置的腔体11在上电极12周围具有一个突出的接地环14。本实施例利用了这一特征在隔离壁13的上端设有开口21，开口21和各处理平台2的接地环14以及隔离壁13形成了一个连通腔体15。腔体11上具有供半导体工艺件进出的传送口20，在处理平台的内壁设有一个保护装置16，保护装置16在腔体11进行处理时封闭该传送口20，保护装置16的宽度等于接地环14到隔离壁13之间的间隙，保护装置16就可以在该间隙之间上下移动。保护装置16上的通道17的一个端口在保护装置16顶部、另一个端口在保护装置16内侧。通道17的宽度与长度比小于1/3。保护装置16厚度大于隔离壁13的上端开口的截面积、且保护装置16厚度小于处理平台2上端到传送口20上端的距离。这样只要将保护装置16拉至顶部，保护装置16就处于不阻挡传送口20的位置。半导体工艺件就可以通过传送口装卸。在腔体11进行等离子体处理时，将保护装置16下拉至传送口20的位置，这时保护装置16堵住传送口20，且保护装置16部分位于接地环14到隔离壁13之间的间隙中的位置，粒子只能通过由通道17和连通腔体15组成的通路流动。
同样地，保护装置16可以通过闸18控制作连续或变档移动。
请参阅图6，图6为本发明的等离子体处理装置的保护装置16截面结构示意图。由图6可知，本发明的通道17可以是直线状也可以是曲线状或折线状，通道17可以是一个或多个。其两端口的位置可以根据不同的实施例而不同，如在图3中设在保护装置16的内、外两侧，而在图5中则设在内、上两侧。
请参阅图7，图7为本发明的等离子体处理装置的保护装置16俯视图。现有的批量处理系统如图1和图2所示，可能是同时具有两个或多个处理平台2。如图3所示的实施例中，在两个处理平台2的情况下，保护装置16只需要在面对另一处理平台2的一侧设有通道17即可。而在多个处理平台2的情况下，就需要在每一个相对的处理平台2一侧开有一个或多个通道17。图7假设了一个具有四个相邻处理平台2的保护装置16的情形。而如图5所示的实施例中，由于连通腔体15是环形的，因此，在保护装置16的任何一侧设置通道17都是等效的。较佳地，可以在保护装置的一周各个位置均匀地设置多个通道17。图7中的通道17一个端口在保护装置16顶部，且设有牵引连接点20使保护装置16能在牵引线的拉动下移动。
本发明所说的等离子体处理设备包括使用等离子体处理半导体工艺件的各种设备，例如，等离子体处理的沉积设备、等离子体蚀刻设备等。
以上介绍的仅仅是基于本发明的几个较佳实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明的装置作本技术领域内熟知的部件的替换、组合、分立，以及对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。

Claims (25)

1、一种等离子体处理装置具有一个腔体，腔体内容纳有至少两个处理平台，处理平台之间被隔离壁隔开，其特征在于：在所述的隔离壁上设有至少一个通道，该通道的宽度与长度比小于1/3。
2、根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的通道具有开关，可以根据需要关闭或开启该通道。
3、根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的通道可以是直线状、曲线状或折线状。
4、根据权利要求1至3任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的等离子体处理装置是等离子体处理的沉积设备。
5、根据权利要求1至3任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的等离子体处理装置是等离子体蚀刻设备。
6、一种等离子体处理装置具有一个腔体，腔体内容纳有至少两个处理平台，处理平台之间被隔离壁隔开，其特征在于：在所述的隔离壁上设置有开口，使得两个处理平台之间贯通，该开口内部具有可调节的闸状单元，该闸状单元可以调节开口的大小至其宽度与长度比小于1/3。
7、根据权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的该闸状单元可以完全关闭开口。
8、根据权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的开口可以是直线状、曲线状或折线状。
9、根据权利要求6至8任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的等离子体处理装置是等离子体处理的沉积设备。
10、根据权利要求6至8任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的等离子体处理装置是等离子体蚀刻设备。
11、一种等离子体处理装置具有一个腔体，腔体内容纳有至少两个处理平台，处理平台之间被隔离壁隔开，其特征在于：所述的隔离壁上留有开口，使得两个处理平台之间贯通，在至少一个处理平台的内壁设有一个紧密贴合在处理平台内壁上的保护装置，保护装置上具有内外侧贯通的通道，通道的宽度与长度比小于1/3，保护装置可以沿隔离壁上下移动，使保护装置可以处于堵住开口、通道连通开口的位置。
12、根据权利要求11所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的保护装置可以通过一个闸来控制牵引，根据需要移至不同的位置。
13、根据权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的不同的位置还包括：保护装置不阻挡开口的位置；保护装置堵住开口，且通道不与开口连通的位置。14、根据权利要求13所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的不同的位置可以通过闸连续牵引保护装置移动而得到。
15、根据权利要求13所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的不同的位置可以定义为三个档，使保护装置通过切换档来实现位置变换。
16、根据权利要求11所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的通道可以是直线状、曲线状或折线状。
17、根据权利要求11至16任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的等离子体处理装置是等离子体处理的沉积设备。
18、根据权利要求11至16任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的等离子体处理装置是等离子体蚀刻设备。
19、一种等离子体处理装置具有一个腔体，腔体内容纳有至少两个处理平台，处理平台之间被隔离壁隔开，每一处理平台包括第一和第二电极，第一电极周围具有一个接地环，腔体壁上具有供半导体工艺件进出的传送口，在处理平台的内壁设有一个保护装置以在腔体进行处理时封闭该传送口，其特征在于：在所述的隔离壁的靠近接地环的一端设有开口，开口和各处理平台的接地环以及隔离壁形成了一个连通腔体，所述的保护装置的宽度等于接地环到隔离壁之间的间隙，所述的保护装置可以在该间隙之间上下移动，所述的保护装置上具有通道，该通道使得连通腔体与处理平台内部相连通，通道的宽度与长度比小于1/3。
20、根据权利要求19所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的保护装置可以通过一个闸来控制牵引，根据需要移至不同的位置。
21、根据权利要求20所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的不同的位置至少包括：保护装置堵住传送口，且保护装置部分位于接地环到隔离壁之间的间隙中的位置；保护装置不阻挡传送口的位置。
22、根据权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的不同的位置可以通过闸连续牵引保护装置移动而得到。
23、根据权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的不同的位置可以定义为两个档，使保护装置通过切换档来实现位置变换。
24、根据权利要求19所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的通道可以是直线状、曲线状或折线状。
25、根据权利要求19至24任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的等离子体处理装置是等离子体处理的沉积设备。
26、根据权利要求19至24任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于所述的等离子体处理装置是等离子体蚀刻设备。
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