CN100452290C - 等离子加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子加工设备，其防止了空气在一观察口中产生旋涡，所述观察口用于对处于真空状态的加工室的内部进行观察。所述设备包括：多个孔，其形成在加工室的相对壁上平行于加工室内的基片的位置处，使得通过所述孔对加工室内部的基片进行观察；一个位于每个孔的外壁上的观察口；以及一个盖板，其位于加工室的内壁上，同时位于与相关的观察口隔开的每个孔的内壁上。所述盖板具有多个贯通的、彼此以预定间隔隔开的开口。

Description

等离子加工设备

技术领域

本发明涉及一种等离子加工设备，更具体地，涉及一种适于防止在观察口中产生空气旋涡等离子加工设备，该观察口用于允许对加工室的内部状态进行观察。

背景技术

通常，为了描述对半导体晶片或液晶基片进行的等离子加工的过程，首先，将堆叠在基片容纳盒(下文称为“盒子”)中的多个半导体晶片或液晶基片(下文称为基片)借助于运送机器人而传送到真空和气压状态交替进行的真空交换室(load lock chamber)内，然后，通过抽吸而将真空交换室抽成真空。接着，通过操纵一传送构件而将基片传送到转移室中。

此处，对于传送到转移室中的基片，转移室与多个处于真空状态的加工室相连通。基片通过传送构件而传送到相关的加工室中，并放置到位于加工室的下电极上方的装料台上。然后，气体通过形成于该室的上电极下方的小孔而导入加工室中，通过将外部电源加到上电极和下电极上而使得气体产生放电，完成在基片表面上的等离子加工过程。

加工室的上电极和下电极位于加工室内的上侧和下侧，其中，绝缘体位于下电极的两侧，基片作为等离子加工的对象而加载在下电极上。电极典型地由铝制成，铝通常用作加工半导体晶片的便宜的材料，并且铝用来保护电极免受高压以及离子体的化学反应，该等离子体是通过对上电极和下电极加上高压而通过室内气体的放电而产生的。

另外，由于等离子加工会腐蚀铝电极，电极覆盖有例如氧化铝(Al₂O₃)层的较不活泼的陶瓷材料，以便防止每个铝电极的表面被腐蚀。

这样一种等离子加工设备是一种通过在两个电极之间的空间内产生等离子体而对置于上电极和下电极之间的基片进行预定加工的设备。此时，对两个电极之一施加高频电源，同时另一电极接地。

参照图1，一种常规的等离子加工设备包括一个加工室10、一个位于加工室10的上部区域的上电极12、一个位于下部区域的、与上电极12相对的电极组件14。电极组件14包括一个与加工室10的底部间隔一预定距离的基板、一个位于基板上的绝缘构件、一个位于绝缘构件上的冷却板以及一个位于冷却板上的下电极。

加工室10包括：多个孔16，其形成于加工室10的相对壁上同时平行于基片(未示出)，以便对加工室10内的基片进行观察；以及一个位于每个孔16外侧的观察口18。

孔16形成于加工室10的相对侧上——具体地，形成在上电极12和电极组件14之间的中心区域上，上电极12和电极组件14相对于基片而上下移动。

为了防止上电极12和包括有下电极的电极组件14在加工过程中不受等离子体的作用，上电极12和电极组件14具有安装到与其电极表面不同的部分，即其各侧面和其上周边的绝缘板，以及安装到每个绝缘板外表面上的陶瓷板。电极组件14的这些部件通过多个穿过电极组件14的上边缘、周向表面以及下边缘的螺栓和螺母而彼此紧固，从而形成电极组件14。

另外，尽管在图中没有显示，在电极组件14的四侧固定有套罩，而其下部与加工室的底部接触。套罩的作用是允许容易固定挡板，同时使电极组件14接地。

挡板位于加工室10的内壁和每个套罩之间的空间内，并且用作一个通道，加工过程中产生的未反应气体、聚合物等通过该通道而在加工过程中或之后从加工室10的下方排出。气体和聚合物开始在其中堵塞，然后通过分别形成于加工室10的下表面的拐角处的通风孔排出。通风孔中分别设置有泵。

当利用加工室10中产生的等离子体而对基片进行预定的加工时，包括下电极的电极组件14被提升，而上电极12被降低，直到上电极12与加载在电极组件14上的基片上表面接触。此时，上电极12和包括下电极的电极组件14由移动装置(未示出)而获得提升和降低。

然而，如图2中所示，孔16穿过加工室10的壁，从而在加工过程中可通过观察口18和孔16观察基片，并且该孔限定了与各个壁的厚度相对应的空间。由此，加工气体在加工过程中散布到孔16内并绕孔16形成涡旋，其对基片周边有不利的影响，并且孔16使得等离子体在加工室中不均匀。

发明内容

本发明用于解决上述问题，并且本发明的目的是提供一种等离子体加工设备，其适于防止加工气体在与观察口一道形成的孔内形成涡旋。

根据本发明的一个方面，通过提供一种等离子加工设备而实现上述以及其它目的，所述等离子加工设备包括一个在其中完成等离子加工的室以及至少一个观察口，通过该观察口而观察室的内部，其中观察口包括：一个穿过室的孔；以及一个监控窗口，其位于该室的外部和孔的前面，并且能够移动以确保观察角度。

根据本发明的另一方面，等离子加工设备包括：一个其中进行等离子加工的室；以及至少一个观察口，通过该观察口观察室的内部，其中观察口包括：一个监控窗口，其设置在穿过该室的孔上；以及一个盖板，其位于该孔内且位于监控窗口的后侧，并且具有多个贯穿的开口。

附图说明

通过阅读下面结合附图进行的详细描述，能够更加清楚地理解本发明的前述和其它目的和特征，在附图中：

图1是示出一种常规的等离子加工设备的截面视图；

图2是示出图1中所示设备的一电极组件的一个侧面的放大视图；

图3是示出根据本发明的第一实施例的一种等离子加工设备的一电极组件的一个侧面的放大视图；

图4是示出了插入到图3中所示的等离子加工设备的壁中的套罩的分解立体视图；

图5是示出根据本发明的第二实施例的一种等离子加工设备的一电极组件的截面视图；

图6是示出了图5中设备的观察口的监控窗口的移动方向的水平截面视图；

图7是示出根据本发明第三实施例的一种等离子加工设备的截面视图。

具体实施方式

参照附图对本发明的优选实施例进行详细描述。

实施例1

根据第一实施例的一种等离子加工设备包括：一个加工室110，其中通过在真空状态下产生等离子体，而对基片(未示出)进行预定加工；一个位于加工室110的上部区域的上电极112；一个位于下部区域的、与上电极112相对的电极组件114。加工室110在一侧形成有一通道(未示出)以及一个用来打开或关闭该通道的门(未示出)，基片通过该通道而运送到加工室110中或从该室中运送出来。通道和门的结构和功能与常规加工室相同，因此下面将省略对其详细描述。

电极组件14包括一个与加工室110的底部间隔一预定距离的基板、一个位于基板上的绝缘构件、一个位于绝缘构件上的冷却板以及一个位于冷却板上的下电极。

参照图3，为了避免电极组件13的表面在加工过程不受等离子体的作用，电极组件114具有：连接到其电极表面之外部分的绝缘板，即位于其即各个侧面和其上周部；一个陶瓷板，其连接到每个绝缘板的外表面上；以及螺栓和螺母，其用于穿过电极组件114的上边缘、外周面以及下边缘而紧固电极组件114的绝缘板和陶瓷板。另外，尽管图中未示出，上电极112也包括绝缘板和陶瓷板。

电极组件114进一步包括套罩(未示出)，其上端安装到电极组件114的四侧而其下端与加工室110的底部接触。该套罩用于使电极组件114接地，同时便于固定挡板。

此处，挡板位于加工室110的内壁和每个套罩之间的空间内，并用作一通道，加工过程中产生的未反应气体、聚合物等通过该通道而在加工过程中或之后从加工室110的下方排出。气体和聚合物开始在其中堵塞，然后通过各个形成于加工室110下表面拐角处的通风孔排出。通风孔分别设置有泵(未示出)。

加工室110包括：一个或多个形成于加工室110的相对壁的中心区域上的孔116，从而加工室110的内部可通过孔116进行观察；一个位于每个孔116外壁的观察口118；以及一个盖板120，其可滑动地连接到每个孔与观察口118相对的内壁上或从其上卸下，从而当盖板120安装到孔16的内壁上时，其位于加工室110的内壁上。

此处，具有观察口118的孔116彼此间隔开，从而大基片的两端和中间部分可通过孔116进行观察，并且孔116定位成平行于上电极112和电极组件114之间的中间区域，上电极112和电极组件114分别降低和提高到与基片的上表面和下表面接触。因此，观察口118也定位成允许通过该观察口对基片的两端和中间部分进行观察。

换言之，盖板120设置在形成有孔116的加工室110的内壁上，以在加工室110中产生等离子体时，用于将形成有孔116的加工室110的内壁限定为连续的壁。在这点上，等离子体需要在对称空间内产生，以便允许对电极组件114上的整个基片上表面进行均匀加工，并且盖板120用作使得加工室110的内部空间在加工过程中对称。

为了透明，观察口118由石英制成，以便允许从外部观察加工室110的内部。

如图4所示，盖板120具有从其相对侧延伸的凸缘124，并且与一形成在该加工室110内壁上的一凹陷部接合，该凹陷部具有一定深度以容置该盖板；其中该盖板从该孔116上方相应于该盖板120高度的位置处进行到与该孔116的下表面共面的位置。关于这点，凹陷部具有形成于其相对侧上并延伸到与孔116的下表面共面的位置的凹口117，从而盖板120的凸缘124与凹口117接合。

即，为了允许盖板120可滑动地安装到加工室110的内壁上或从加工室110的内壁上拆下，并且定位到加工室110的壁上形成的孔116上，加工室110的内壁部分凹陷，以将盖板120容纳于其中。具体地，凹陷部的高度近似为盖板120的高度两倍，其厚度相应于盖板的厚度，而其上侧和下侧的宽度不同。即，凹陷部的上侧即从凹陷部总的高度的一半到顶侧的部分具有与盖板120的总厚度相同的宽度，而凹陷部的下侧即从总的高度的一半到下侧部分具有与除了盖板120凸缘24之外的盖板120的厚度相等的宽度。同时，凹陷部具有与盖板120相对应的截面，因此具有形成到孔116下表面的凹口，以便允许将盖板120的凸缘124容纳于其中。

盖板120形成具有贯穿其中的开口122，从而开口122设置成与加工室110的孔116平行。关于这点，为了将盖板120的开口122放置成与孔116平行，盖板120从加工室110的内壁上的孔116上方插入到凹陷部的上侧，滑动到并且接合于与孔116平行的凹陷部，其中该凹陷部形成为具有盖板120的高度两倍的高度。即，盖板120插入到凹陷部的上侧，向下滑到面对孔116的凹陷部的下侧，并且与凹陷部的下侧接合，从而盖板120的开口122与孔116平行，该孔116与加工室110内的基片平行。

这里，为了允许盖板120插入到孔上方的凹陷部的上侧，滑下并设置成平行于孔116，盖板120具有平面凸缘124，所述凸缘分别具有与盖板120相同的高度，并从盖板120的下表面的任意一侧向外延伸。另外，凹陷部具有凹口117，其分别具有与凸缘124相对应的形状，并且形成于凹陷部的两侧，并具有与盖板120延伸到与孔116的下表面共面的位置相对应的高度。

盖板120具有设置在其前侧面的下部区域上的开口122。这里，盖板120上的开口122的直径和数目可根据情况而变化，并且盖板120的数目也根据开口122的直径和数目而变化。通过选择地使用多个盖板120，根据开口122的数目和直径，其各具有不同数目和直径的开口，从而可测试盖板120的数目对加工过程的影响。这里，开口122形成于盖板120的下部区域，从而当将盖板120接合到面对加工室110的孔116的凹陷部下侧时，开口122位于孔116的范围内。

另外，由于开口122形成为允许从外部观察加工室110的内部，具有过小直径的开口122在用肉眼观察过程中会引起干扰，并且因此开口122必须具有比预定值更大或与之相等的直径。

在根据本发明的等离子加工设备中，如图3中所示，加工室110的内部可通过观察口118和孔116进行观察，观察口118和孔116形成于加工室110的相对壁上并与加工室110内的基片平行。在这点上，尽管孔116形成在加工室110的相对侧壁上，并且在加工室110的壁内限定了空间，由于本发明的设备包括用来阻挡将加工气体散布到孔116内的盖板120，从而可以防止加工气体散布到孔116内并在孔116内形成涡旋。具体地，盖板116各具有穿过其中的开口122，并且可与加工室110的内壁共面地滑动接合到孔116的内部区域，从而用作在阻止加工气体散布到孔116中的同时允许通过盖板120上形成的开口122对加工室110的内部进行观察。此时，由于盖板120的数目可根据其中形成的开口122的数目和直径而增加，并且盖板120可根据情况而替换新的盖板，从而可以检查相应于开口122的直径等离子体的变化。

实施例2

一种根据第二实施例的等离子加工设备包括：一个加工室210，如图5中所示，其中通过在真空状态下产生等离子体而对基片进行一个预定加工；一个位于加工室210的上部区域的上电极212；一个位于下部区域与上电极212相对的下电极214。加工室210在一侧形成有一通道(未示出)，以及一个用来打开或关闭通道的门(未示出)，基片S通过该通道而传送到加工室210中或从加工室210中运送出来。该通道和门具有与常规加工室相同的结构和功能，因此下面将省略对其的详细描述。

为了防止电极组件214的表面在加工过程中不受等离子体的作用，下电极214具有：绝缘板，该绝缘板安装到其电极表面之外的部分上即其相应侧面或其上周边；一个安装到每个绝缘板的外表面上的陶瓷板；以及通过下电极板214的上边缘、外周表面以及下边缘而紧固绝缘板和陶瓷板的螺栓和螺母。另外，尽管图中未示出，上电极212也包括绝缘板和陶瓷板。

下电极214进一步包括套罩(未示出)，该套罩以其上端安装到下电极214的四个侧面，同时其下端与加工室210的底部接触。套罩用于在将下电极214接地的同时允许容易地固定挡板。

这里，挡板位于加工室210的内壁和每个套罩之间的空间内，并且用作一个通道，加工过程中产生的未反应气体、聚合物等通过该通道而在加工过程中或之后从加工室210的下方排出。气体和聚合物开始在其中堵塞，然后通过分别形成于加工室210的下表面的拐角处的通风孔排出。通风孔中分别设置有泵(未示出)。

加工室210包括多个位于各个壁上的观察口220，以允许在加工室210内对基片S进行加工的过程中，用肉眼通过该观察口对等离子的性质进行观察。每个观察口220包括：一个孔222，其在平行于加工室210内的基片S的位置上在宽度方向上穿过加工室210的壁；以及一个监控窗口224，其位于沿水平方向由孔222向外隔开一预定距离的位置。

监控窗口224由透明的石英制成，以便从外部对加工室210的内部进行观察，并且由其外侧的另外的外壳226固定。

此处，由于监控窗口224与孔222隔开一预定距离，加工室210设置有波纹管(bellow)228，其用于对监控窗口224和孔222之间的空间进行气密密封。波纹管228的一侧固定到外壳226的一侧，而其另一侧固定到加工室210上，以便与加工室210的孔220相通。波纹管228具有矩形或圆形截面，并由可根据监控窗口224的位置而收缩或拉伸的可伸缩橡胶材料制成。

加工室210进一步包括一个移动构件230，其一侧耦联到保持监控窗口224的外壳226的下端中心处，而另一侧耦联到加工室210上位于孔222下方并与外壳226共线的位置。在监控窗口224由波纹管而与孔222隔开的情况下，移动构件230用于使监控窗口224在前后方向或左右方向上移动或枢转(见图6)。

同时，由于监控窗口224通过移动构件230而可相对于孔222在前后方向上移动或者在左右方向上枢转，可以确保对加工室210的内部进行观察时具有宽广的视野。

同样，移动构件230具有允许手动调节监控窗口224位置的功能。为了该目的，移动构件230绕设置在其前端的铰链左右枢转，并且以增加或减少其长度的方式进行线性往复运动。

因此，由如上描述的结构，第二实施例的等离子加工设备可确保加工室210内部的预定观察范围。具体地说，如图5和图6中所示，当利用加工室210内的等离子体而对基片S进行预定加工时，等离子体的性质通过调节观察口220的观察角度而用眼睛进行观察，每个观察口包括：通过加工室210的壁而形成的孔222，与孔222分隔开的监控窗口224以及其两侧紧密地固定到孔222和监控窗口224外壳226上的波纹管228。

此时，监控窗口224相对于加工室210的孔222的位置通过操纵移动构件230而可变动，从而监控窗口224相对于加工室210的孔222而可在前后方向上移动或左右方向上枢转，因而使得通过监控窗口224的不同观察角度而获得对加工室内部的宽广的观察范围。

这里，可以利用移动构件230而改变监控窗口224的观察角度，并且使使用者的眼睛最小程度地暴露于等离子体。

参照图7，示出根据本发明的第三实施例的一种等离子加工设备。如图7中所示，该实施例的等离子加工设备包括一个加工室210、一个位于加工室210的上部区域的上电极212，以及一个位于下部区域并与上电极212相对的下电极214。这些部件的功能和结构与先前的实施例的这些部件相同，因此下面将省略对其详细描述。

加工室210包括：多个形成于各个侧面上的观察口220，其中每个观察口220包括一个穿过加工室210的壁的孔222以及一个由波纹管228而与孔222隔开的监控窗口224，而波纹管228位于监控窗口224和孔222之间。如在第二实施例那样，该实施例的设备进一步包括一个保持监控窗口224的外壳226以及一个设置在外壳226和加工室210之间的移动构件230。这些部件的功能和结构也与第二实施例的这些部件相同，因此下面将省略对其的详细描述。

在每个监控窗口224的外壁上设置有光学系统232，所述光学系统232可相对于加工室210的内部而调节其放大率以及观察范围。

换言之，光学系统232具有缩小或放大的功能，从而允许通过光学系统232放大等离子体而容易地观察加工室210内的等离子。

根据本发明的第一实施例，等离子加工设备的加工室包括：至少一个平行于加工室内的基片而贯穿形成在加工室的相对壁上的孔，从而通过该孔对加工室110的内部进行观察；一个位于孔的外壁上的观察口；以及一个盖板，其可滑动地从加工室的内壁上拆下或安装上，该盖板并且具有穿过其中的开口，以堵塞加工气体以免散布到限定于该孔内部的空间内，同时允许通过该开口对加工室的内部进行观察。

另外，由于加工室包括多个盖板，其数目根据开口的直径和数目改变，以便根据室内的情况允许替换新的盖板，其有利的效果是可测试该条件对等离子体的影响。

根据本发明的第二方面，等离子加工设备的加工室包括多个形成于相应壁上的观察口，以允许在利用等离子加工时通过该观察口用肉眼观察等离子体的性质，其中每个观察口包括：一个在平行于加工室内的基片的位置上穿过加工室壁的孔；一个与孔间隔开的监控窗口；一个以相对侧紧密固定到监视窗口和孔上以便在其间收缩和拉伸的波纹管；以及一个移动构件，其位于监控窗口和加工室之间以将监控窗口在前后方向上移动或者在左右方向上枢转，从而在调节观察口的观察角度的同时用眼睛对加工室的内部进行观察。

另外，监控窗口的外壁上分别设置有光学系统，光学系统可相对于加工室的内部调节放大率和观察角度，以便允许容易地观察加工室内的等离子体。

应当理解实施例和附图是为了示例性的目的进行描述的，而本发明是由以下的权利要求限定。进而，本领域内的普通技术人员应当理解允许进行各种修改、增加和替换而不会背离本发明根据所附权利要求的范围和精神。

Claims (4)

1.一种等离子加工设备，其包括一个进行等离子加工的室以及至少一个用于观察所述室的内部的观察口，其中，所述观察口包括：

一个穿过所述室的孔；以及

一个监控窗口，其位于所述室的外部和该孔的前面，并且可以移动以确保观察角度。

2.根据权利要求1所述的等离子加工设备，进一步包括波纹管，其中，所述波纹管的一端连接至所述监控窗口，所述波纹管的另一端连接至所述室中的孔。

3.根据权利要求1所述的等离子加工设备，进一步包括位于所述监控窗口与所述孔之间的移动构件，所述移动构件使得所述监控窗口在前后方向上移动或在左右方向上枢转。

4.根据权利要求1所述的等离子加工设备，进一步包括连接至所述监控窗口的外部的光学系统，

其中，所述光学系统能够调节放大倍率。

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