CN102903592B - 挡板和包含该挡板的衬底处理装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种衬底处理装置，其包括用于产生等离子体的等离子体产生部；置于等离子体产生部下方、并在内部具有空间的外罩；置于外罩内并支撑衬底的基座；以及包含将从等离子体产生部提供的等离子体注入至衬底的注入孔的挡板。挡板包含在其中形成有注入孔的基底；并且基底的中心部分比其边缘厚。
Description
技术领域
本文中所公开的本发明涉及衬底处理装置，并且尤其涉及包含挡板的衬底处理装置。
背景技术
在半导体制造过程中，光致抗蚀剂被用作掩膜，以用于在衬底上形成极小的电路图案或者在衬底中注入离子。此后，通过灰化过程将光致抗蚀剂从该衬底上移除。
这种灰化过程使用等离子体来移除光致抗蚀剂。高密度等离子体可以在灰化过程中用来提高灰化率。高密度等离子体可以在高温下加热挡板。当挡板在高温中被持续加热时，挡板内部可能会出现热应力。特别地，被直接供以等离子体的挡板的中心部分与其顶面和底面具有不同温度，藉此在顶面出现拉应力而在底面出现压应力。因此，挡板的中心部分可能弯曲为向等离子体源突出的凸起形状。挡板的这种变形可能导致工艺缺陷，而且变形导致的破裂可能会产生碎屑。
发明内容
本发明提供了耐热变形的挡板。
本发明还提供了使得在衬底处理过程中的碎屑产生最小化的挡板。
本发明还提供了均匀处理衬底的衬底处理装置。
本发明实施例提供的衬底处理装置包括：用来产生等离子体的等离子体产生部；置于等离子体产生部下方并在内部具有空间的外罩；置于外罩内并支撑衬底的基座；以及包含注入孔的挡板，该注入孔用于将从等离子体产生部提供的等离子体注入到衬底；其中，挡板包含基底，在该基底中形成注入孔，并且基底的中心部分比其边缘厚。
在一些实施例中，衬底处理装置还可以包括密封盖，该密封盖对外罩的敞开顶部进行密封；以及包括导入口，通过该导入口而从等离子体产生部导入等离子体，其中，基底的中心部分面向导入口。
在其它实施例中，基底可以在厚度上从其中心部分至其边缘逐渐减小。
在另外的实施例中，基底可以具有向上突出的弧形顶面和平坦底面。
在另外的实施例中，基底具有向上突出的弧形顶面和向下突出的弧形底面。
在其它实施例中，注入孔可以包括：布置于基底中间部分的多个第一注入孔；以及布置于基底边缘的多个第二注入孔，且其半径大于第一注入孔的半径。
在又一实施例中，第二注入孔之间的距离可以大于第一注入孔之间的距离。
在另外的实施例中，挡板还可以包括具有环形形状并从基底顶面的边缘向上突出的耦接部，并且耦接部的上端部可以高于基底顶面的中心部分。
在另外的实施例中，挡板还可以包括从耦接部上端部向基底中心部分突出的肋部，并且与基底的顶面隔开。
在另外的实施例中，肋部的底面和耦接部的内表面之间的连接区域以及耦接部的内表面和基底的顶面之间的连接区域可以为圆形。
在另外的实施例中，排气孔被布置于基底边缘和耦接部之间的连接区域中，并且是从耦接部的内表面向下倾斜延伸至其外表面的通孔。
在另外的实施例中，设置了多个排气孔，并且，所述排气孔沿耦接部彼此隔开，并具有切口形状。
在本发明的其它实施例中，挡板包括：用于注入等离子体的多个注入孔；以及在其中形成有注入孔的基底，其中基底的中心部分比其边缘厚。
在一些实施例中，基底可以具有向上突出的弧形顶面以及平坦的底面。
在其它实施例中，基底可以具有向上突出的弧形顶面以及向下突出的弧形底面。
在另外的实施例中，挡板还包括具有环形形状并从基底顶面的边缘向上突出的耦接部，并且，其中，耦接部的上端部高于基底顶面的中心部分。
在另外的实施例中，挡板还可以包括从耦接部的上端部向基底中心部分突出的肋部，并且与基底顶面隔开。
在另外的实施例中，挡板还包括布置于基底边缘和耦接部之间的连接区域中的排气孔，该排气孔沿耦接部彼此隔开，并且是从耦接部的内表面向下倾斜延伸至其外表面的通孔。
附图说明
结合附图来提供对本发明的进一步理解，附图被纳入本说明书中并构成其一部分。附图示出了本发明的示例性实施例，并连同说明书一起用以解释本发明的原理。在附图中：
图1为示出根据本发明实施例的衬底处理装置的视图；
图2为示出图1的挡板的俯视图；
图3为沿着图2的A-A’线的横截面视图；
图4A为示出在提供肋部时产生的漩涡的横截面视图；
图4B为示出将肋部移除时产生的漩涡的横截面视图；
图5A为示出在图1的衬底处理装置内向挡板提供等离子体时的状态的横截面视图；
图5B为示出在相关技术中向具有平坦顶面的挡板提供等离子体时的状态的横截面视图；
图6为示出根据本发明另一实施例的挡板的横截面视图；
图7为示出根据本发明另一实施例的挡板的横截面视图；
图8为示出根据本发明另一实施例的挡板的一部分的透视图；并且
图9为示出等离子体穿过图8的挡板时的状态的横截面视图。
具体实施方式
下面参照附图来更加详细地描述本发明的优选实施例。为了避免对本发明主题产生不必要的模糊，将省略涉及公知功能或结构的详细描述。
图1为示出根据本发明实施例的衬底处理装置1000的视图。
参照图1，衬底处理装置1000包括处理部100，排气部200，以及等离子体产生部300。例如，处理部100可以对衬底执行灰化过程。排气部200排放处理部100内存留的工艺气体和在衬底处理过程期间产生的反应副产物。等离子体产生部300产生等离子体用于对衬底W进行处理，并将等离子体提供给处理部100。
处理部100包括外罩110，衬底支撑构件120，密封盖130，以及挡板140。
外罩110在其内部包括空间111。灰化过程在空间111内执行。外罩110可以包括敞开的顶壁以及在其侧壁上的开口。衬底通过该侧壁的开口被放入外罩110和从其中取出。开口可以通过诸如门(未示出)的打开/关闭构件而被打开或者关闭。排气孔112布置于外罩110的底部。排气孔112连接至排气部200，并用作将外罩110内存留的气体和灰化过程期间产生的反应副产物排至外部的通道。
衬底支撑构件120被置于外罩110内部并支撑衬底W。衬底支撑构件120包括基座121和支架轴122。基座121具有圆板形状，而其顶面上放置衬底W。电极单元(未示出)可以置于基座121内。电极单元连接至外部电源，并向该电极单元提供电力以产生将衬底W固定至基座121的静电。加热线圈(未示出)和冷却管(未示出)可以置于基座121内。加热线圈将衬底W加热至预设温度。衬底W在灰化过程中可以被加热至大约200℃。基座121可以由铝或者陶瓷形成，以助于向衬底W传热。在加热之后，衬底W由冷却管强制冷却。在过程被执行之后，衬底W被冷却至室温或者适于后续过程的温度。支架轴122具有圆柱形形状，并被置于基座121下方以支撑基座121。
密封盖130被置于外罩110上部上，并密封外罩110的敞开顶壁。等离子体产生部300被耦接至密封盖130的上端部。密封盖130包括导入口131和引导空间132。导入口131被布置于密封盖130的上端部，并用作将从等离子体产生部300产生的等离子体导入的通道。引导空间132被布置于导入口131下方，并具有将从导入口131导入的等离子体提供给挡板140的通道。引导空间132可以具有倒漏斗形状。等离子体通过引导空间132扩散。
挡板140被置于密封盖130和基座121之间，并且对穿过引导空间132的等离子体进行过滤。等离子体包括自由基和离子。自由基具有不完全的键合，并且是电中性的。自由基具有相当高的反应性，并且实质上通过与衬底W上的材料的化学相互作用来处理衬底W。离子是带电的，因此根据电位差被以特定方向加速。经加速的离子通过与衬底W上的材料进行物理碰撞来处理衬底W。因此，在灰化过程中，离子不仅可与光致抗蚀剂层碰撞，还可与衬底图案碰撞。因此，衬底图案可能被损坏。此外，离子的碰撞可以改变衬底图案的电荷数量，以影响随后过程。这样，当离子被直接提供给衬底W时，离子影响对衬底W的处理。为了解决由于离子而造成的这种限制，挡板140被接地。因此，等离子体的自由基运动至衬底W，且阻止离子运动至该衬底W。
图2为示出图1的挡板的俯视图。图3是沿着图2的A-A’线的横截面视图。
参照图1至图3，挡板140包括基底141、耦接部145和肋部148。基底141具有薄的圆板形状。基底141的中心部分比其边缘厚。也就是说，基底141在厚度上从其中心部分至其边缘逐渐减小。基底141的中心部分被置于导入口131下方以与其相对应。基底141包括弧形顶面141a。顶面141a的中心部分可以向上突出。顶面141a在高度上从其边缘至其中心部分逐渐增加。顶面141a关于基底141的中心点对称。基底141包括与顶面141a不同的平坦的底面141b。因此，顶面141a的面积比底面141b的面积更大。基底141根据其部位而被等离子体不均衡地加热。由于顶面141a面向引导空间132，所以顶面141a相比底面141b被加热至更高的温度。由于基底141的中心部分正好位于导入口131下方，所以提供给基底141中心部分的等离子体的量比提供给边缘的更多。因此，基底141的中心部分被加热到的温度比边缘被加热到的温度更高。这样，由于顶面141a的中心部分被加热到的温度比其它部分被加热到的温度更高，所以顶面141a的中心部分易受由于热应力而造成的变形。但是，由于基底141的中心部分比其边缘厚，所以可减小中心部分由于热应力而造成的变形。特别地，尽管顶面141a和底面141b之间的温度之差在基底141的中心部分比在其边缘更大，但是由于中心部分比边缘厚，所以每单位厚度的温度差在中心部分比在边缘更小。此外，由于顶面141a在高度上从其中心部分至其边缘逐渐减小，因此由于温度差而造成的热应力从其中心部分至其边缘逐渐变化。此外，由于顶面141a是凸面，所以其面积比平面的面积更大，因此，从等离子体传送的热量被更广地分散。因此，基底141中产生的热应力被分散，从而减小其热变形。
基底141设有注入孔142。该注入孔142是从顶面141a延伸至底面141b的通孔。注入孔142用作自由基迁移通过的通路。注入孔142遍布基底141。注入孔142可以分为第一注入孔142a和第二注入孔142b。第一注入孔142a被布置于基底141的中心部分，而第二注入孔142b被布置于基底141的边缘。第二注入孔142b可以具有比第一注入孔142a大的半径。第二注入孔142b之间的距离可以大于第一注入孔142a之间的距离。第一注入孔142a可以具有比第二注入孔142b大的通道长度。
耦接部145被置于基底141的顶面141a上。耦接部145从基底141的边缘向上突出。耦接部145具有环形形状。耦接部145的上端部高于顶面141a的中心部分。耦接部145设有耦接孔146。螺栓(未示出)被插入耦接孔146中。螺栓将耦接部145耦接至密封盖130。耦接部145的顶面与密封盖130的底面接触。耦接部145将等离子体产生部300与基底141隔开。如果基底141直接接触密封盖130，则等离子体产生部300与向上突出的顶面141a之间的距离减小，并且因此，顶面141a对作为热源的等离子体产生部300的敏感性增加。因此，基底141可能易受热变形的影响。基底141与等离子体产生部300被耦接部145分隔开特定距离，而不是基底141与密封盖130直接耦接，从而减小基底141对热的敏感性。
肋部148被置于耦接部145的上端部。肋部148从耦接部145的上端部朝向基底141中心部分突出。肋部148以平行于基底141底面的方向突出。在附视图中，肋部148与基底141的边缘的一部分重叠。在基底141的、与肋部148重叠的部分上未设置注入孔142。肋部148的底面与基底141的顶面141a隔开。肋部148的底面连接至耦接部145的内表面，并且这二者之间的连接区域为圆形。基底141的顶面连接至耦接部145的内表面，并且这二者间的连接区域为圆形。在基底141和肋部148之间设有空间149，并且在空间149中产生等离子体漩涡。参照图4A，沿基底141的顶面141a流动至其边缘的等离子体P，沿耦接部145的内表面和肋部148的底面旋转。在这点上，等离子体P包含的颗粒落至基底141的、没有注入孔142的部分。在如图4B所示的相关技术中，挡板140上没有肋部148，沿顶面141a流动的等离子体P在基底141和密封盖130之间的空间内产生漩涡。沿耦接部145内表面和密封盖130以及密封盖130底面而产生的漩涡比图4A的漩涡大，并位于注入孔142上方。因此，等离子体P包含的颗粒与等离子体P的下降流一起落下，并且可能通过注入孔142而到达衬底W。然而，在本实施例中，等离子体P的漩涡在作为单独空间的空间149中产生，并且在空间149下未设置注入孔142，从而保护衬底W避免漩涡的颗粒影响。此外，由于基底141的顶面和耦接部145的内表面之间的连接区域以及肋部148的底面和耦接部145的内表面之间的连接区域均为圆形，所以可在肋部148和基底141之间的空间149中高效地产生漩涡。
肋部148在其端部具有圆形表面。如果直接暴露在等离子体下的肋部148的端部是有角的，则等离子体包含的离子可能集中在肋部148的端部而形成电弧。产生的电弧可能会损坏肋部148，并产生颗粒。但是，在本实施例中，肋部148在其端部具有圆形表面，从而使电弧的产生最小化。
再次参照图1，等离子体产生部300被置于密封盖130上方。等离子体产生部300产生等离子体，并将等离子体提供给密封盖130的导入口131。等离子体产生部300包括等离子体源部分310、供气管320、磁电管330和波导340。
等离子体源部分310被耦接至密封盖130。从供气管320提供的反应气体，以及从磁电管330提供的微波在等离子体源部分310内产生等离子体。在等离子体源310内产生的等离子体被提供给密封盖130的导入口131。供气管320将贮气部分(未示出)连接至等离子体源310，并将存贮在贮气部分中的反应气体提供给等离子体源部分310。磁电管330安装在等离子体源部分310上，并产生用于产生等离子体的微波。波导340将磁电管330连接至等离子体源部分310，并将从磁电管330产生的微波引导至等离子体源部分310。
图5A为示出在图1的衬底处理装置1000内向挡板140提供等离子体P时的状态的横截面视图。
参照图5A，导入至导入口131中的等离子体P被提供给基底141。由于导入口131被布置于基底141中心部分的上方，因此大多数等离子体P被提供给基底141的中心部分。提供的等离子体P沿顶面141a从基底141的中心部分运动至其边缘。由于顶面141a的中心部分为凸起形状，所以等离子体P沿顶面141a高效地移动。由于基底141的顶面141a具有流线型形状，所以可减小等离子体P相对于基底141的跳动。因此，可使在基底141和密封盖130之间出现等离子体P的漩涡的情况最小化。由于等离子体P沿顶面141a从基底141的中心部分向其边缘运动，所以等离子体P可被均匀的提供给基底141的整个顶部。所提供的等离子体P通过注入孔142被均匀的提供给衬底。
图5B为示出在相关技术中向具有平坦顶面的挡板提供等离子体时的状态的横截面视图。
参照图5B，与图5A不同，基底141的顶面141a大致垂直于等离子体P的下降流。因此，等离子体P相对于顶面141a的跳动增加，等离子体P的大多数跳动部分在基底141的中心部分上方形成漩涡。该漩涡阻碍等离子体P运动至基底141的边缘。因此，等离子体P中通过布置于基底141边缘的第二注入孔142b的部分的流速率不同于等离子体P中通过布置于基底141中心部分的第一注入孔142a的部分的流速率，因而等离子体P被不均匀的提供给衬底。
图6为示出根据本发明实施例的挡板的横截面视图。参照图6，基底141的中心部分比其边缘厚。基底141在其顶面上包括中心部分141a，并且中心部分141a向上凸出。中心部分141a具有可以大致上与密封盖130的导入口131(参照图1)对应的弧形表面。基底141在其顶面上包括边缘部分141b，并且边缘部分141b具有平坦表面。通过导入口131导入的等离子体沿基底141的顶面从中心部分141a运动至边缘部分141b。
图7为示出根据本发明实施例的挡板的横截面视图。参照图7，基底141的中心部分比其边缘厚。基底141在厚度上从中心部分至其边缘逐渐减少。基底141包括向上凸出的顶面141a。基底141包括向下凸出的底面141b。顶面141a和底面141b可以具有流线型形状。提供给基底141的等离子体沿顶面141a从基底141的中心部分运动至其边缘。
图8为示出根据本发明实施例的挡板的一部分的透视图。图9为示出穿过图8的挡板提供等离子体的状态的横截面视图。参照图8至图9，在基底141和耦接部145之间的连接区域中布置排气孔151。排气孔151为从耦接部145内表面向其外表面倾斜向下延伸的通孔。排气孔151可以沿基底141顶面141a的倾斜方向从基底141的中心部分向其边缘倾斜。排气孔151的倾斜角度可以与顶面141a的倾斜角度相差特定角度。由顶面141a和耦接部145内表面限定的挡板140的内部空间与在挡板140下方形成的空间通过排气孔151连接。排气孔151沿连接区域圆周彼此隔开，并且其每一个具有特定长度的切口形状。排气孔151用作将提供给挡板140的等离子体中所包含的颗粒排出至挡板140的下侧外部的通道。提供给挡板140的等离子体沿顶面141a向下倾斜运动至基底141的边缘，并在基底141的边缘上方形成漩涡。该漩涡将等离子体的一部分返回至基底141中心部分的上侧。当形成漩涡时，等离子体的另一部分和其中包含的颗粒通过排气孔151被排出至挡板的下侧外部。因此，返回的等离子体部分中包含的颗粒数量减少。由于挡板140的下侧外部是基座121的外部，所以通过排气孔151排出的颗粒落在外罩110的内表面与基座121的外表面之间的空间中，因而防止了颗粒直接落到衬底W上。尽管没有示出，但是图3的肋部148可以被布置于耦接部145的上端部。
尽管在以上实施例中示例性示出了使用等离子体的灰化过程，但本发明不限于此，因而可示例性示出各种使用等离子体的过程，例如蚀刻过程和沉积过程。
根据实施例，由于挡板内的热应力被分散，所以防止了挡板的热变形。
此外，由于挡板变形而产生的颗粒可被最小化。
此外，由于最大程度防止了在衬底处理过程期间产生的颗粒运动至衬底，所以可防止由于颗粒而造成的衬底污染。
此外，由于等离子体被均匀提供给挡板的中心和边缘部分，所以衬底可得到均匀处理。
以上公开的主题内容应被认为是说明性的而非限制性的，并且所附权利要求意在覆盖落入本发明真正精神和范围的所有变型、改进和其它实施例。因此，在法律所允许的最大限度下，本发明的范围将由所附权利要求及其等同内容的最宽可允许解释来限定，并且不应受前述详细说明的限定或限制。
Claims (16)
1.一种衬底处理装置，包括：
等离子体产生部，其用于产生等离子体；
外罩，其置于等离子体产生部下方、并在内部具有空间；
基座，其置于所述外罩中并支撑衬底；以及
包含注入孔的挡板，所述注入孔用于将从所述等离子体产生部提供的所述等离子体注入到所述衬底；
其中，所述挡板包括基底，在所述基底中形成有所述注入孔，并且
所述基底的中心部分比其边缘厚；所述挡板还包括耦接部，所述耦接部具有环形形状并从所述基底的顶面的边缘向上突出，并且所述耦接部的上端部比所述基底的顶面的中心部分高。
2.根据权利要求1所述的衬底处理装置，还包括密封所述外罩的敞开顶部的密封盖，并且包括导入口，等离子体通过所述导入口而从所述等离子体产生部导入，
其中，所述基底的中心部分面向所述导入口。
3.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其中，所述基底在厚度上从其中心部分至其边缘逐渐减小。
4.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其中，所述基底具有向上突出的弧形顶面以及平坦底面。
5.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其中，所述基底具有向上突出的弧形顶面，以及向下突出的弧形底面。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的衬底处理装置，其中所述注入孔包括：
布置于所述基底的中心部分的多个第一注入孔；以及
布置于所述基底的边缘的多个第二注入孔，并具有比所述第一注入孔大的半径。
7.根据权利要求6所述的衬底处理装置，其中所述第二注入孔之间的距离大于所述第一注入孔之间的距离。
8.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其中，所述挡板还包括肋部，所述肋部从所述耦接部的上端部向所述基底的中心部分突出，并且与所述基底的顶面隔开。
9.根据权利要求8所述的衬底处理装置，其中，所述肋部的底面和所述耦接部的内表面之间的连接区域以及所述耦接部的内表面和所述基底的顶面之间的连接区域为圆形。
10.根据权利要求1所述的衬底处理装置，其中，在所述基底的边缘和所述耦接部之间的连接区域中设置排气孔，并且所述排气孔是从所述耦接部的内表面向下倾斜延伸至其外表面的通孔。
11.根据权利要求10所述的衬底处理装置，其中，设置了多个所述排气孔，并且，所述排气孔沿所述耦接部彼此隔开，并具有切口形状。
12.一种挡板，包括：
用于注入等离子体的多个注入孔；
在其中形成有所述注入孔的基底，
其中，所述基底的中心部分比其边缘厚；以及
耦接部，所述耦接部具有环形形状并从所述基底的顶面的边缘向上突出，并且其中，所述耦接部的上端部比所述基底的顶面的中心部分高。
13.根据权利要求12所述的挡板，其中，所述基底具有向上突出的弧形顶面以及平坦底面。
14.根据权利要求12所述的挡板，其中，所述基底具有向上突出的弧形顶面以及向下突出的弧形底面。
15.根据权利要求12所述的挡板，还包括肋部，所述肋部从所述耦接部的上端部向所述基底的中心部分突出，并且与所述基底的顶面隔开。
16.根据权利要求12所述的挡板，还包括排气孔，所述排气孔布置于所述基底的边缘和所述耦接部之间的连接区域中、沿所述耦接部彼此隔开、并且是从所述耦接部的内表面向下倾斜延伸至其外表面的通孔。
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