CN103632998A - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等离子体处理装置，其包括：第一处理腔，具有第一墙及由第一墙包围形成的第一处理空间；第二处理腔，具有第二墙及由第二墙包围形成的第二处理空间；设置于第一处理腔与第二处理腔之间的连接件，第一、第二处理腔可拆卸地连接；气体供应系统以及排气系统，包括连通于所述第一处理空间的第一排气通道及连通于所述第二处理空间的第二排气通道，所述第一排气通道与所述第二排气通道相连通。本发明通过将多个处理腔以可拆卸方式进行连接，在实现两腔环境匹配的同时，降低设备的制造及维修成本。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及半导体制造领域技术，尤其涉及一种等离子体处理装置。
背景技术
等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)是半导体制造领域的重要工序之一。其借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离以产生等离子体，通过等离子体与基片表面的反应，从而在基片上沉积出所期望的薄膜。以采取射频方式产生等离子体的等离子体处理装置为例，其包括处理腔体、抽真空系统、反应气体供应系统、电极，以及连接于电极的射频电源。其工作原理是利用低温等离子体作为能量源，待处理基片置于低压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电（或另加发热体）使基片升温到预定温度，然后通入适量的反应气体，气体经过一系列化学反应和等离子体反应，在基片表面形成固态薄膜。
等离子体处理装置分为单片处理方式和批量处理方式。其中，单片处理方式的等离子体处理装置包括若干独立设置的单一处理腔，其在产品处理的均一性、热效应以及单批加工速度方面具有优势，但是其低产能及昂贵的生产成本显然是难以克服的致命缺陷；批量处理方式的等离子体处理装置中，多个处理腔同时工作，其可有效提升制造产能，然而，其对于多个处理腔所处理的产品的均一性要求非常严格，影响均一性的因数包括处理腔之间的位置关系，两腔压力、温度及其他设备因数，如加热设备、气体源、进排气设备、等离子体发生装置等设备之间的位置或外形关系。
现有技术中，批量处理方式的等离子体处理装置包括形成于同一处理单元内的多个处理腔，所述处理腔之间设置有公共的墙体以实现相互之间的隔离，并通过在两处理腔之间的墙体内开设通道以连通两个处理腔，从而实现两处理腔之间压力的匹配，进而确保两处理腔内产品的均一性。然而，现有的批量处理系统中，若形成于同一处理单元内的某一处理腔出现故障，往往需要更换整个处理单元，以保证等离子体处理装置的运作，这势必增加设备的维修成本。
鉴于此，有必要对现有的等离子体处理装置予以改进以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子体处理装置，具有多个相互匹配的处理腔，且多个处理腔之间通过可拆卸方式实现连接，在实现多腔体批量生产的同时，还可实现某一处理腔的单独更换，从而降低制造及维修成本。
为实现上述目的，本发明的实施例提供的一种等离子体处理装置，该装置包括若干处理单元，所述处理单元包括：第一处理腔，具有第一墙及由所述第一墙包围形成的第一处理空间；第二处理腔，具有第二墙及由所述第二墙包围形成的第二处理空间；设置于所述第一处理腔与所述第二处理腔之间的连接件，所述连接件将所述第一、第二处理腔可拆卸地连接；气体供应系统，包括连通于所述第一处理空间的第一气体分配单元及连通于所述第二处理空间的第二气体分配单元；以及排气系统，包括连通于所述第一处理空间的第一排气通道及连通于所述第二处理空间的第二排气通道，所述第一排气通道与所述第二排气通道相连通。
作为本发明的进一步改进，所述处理单元还包括连通于所述第一处理空间与所述第二处理空间之间的环境匹配通道。
作为本发明的进一步改进，所述环境匹配通道包括连通于所述第一处理空间的第一匹配通道及连通于所述第二处理空间的第二匹配通道，所述第一、第二匹配通道共同连通于氮气回填管道，所述氮气回填管道上具有开关阀。
作为本发明的进一步改进，所述第一匹配通道包括形成于所述第一墙内且连通于第一处理空间的第一墙内通道，及连接于所述第一墙内通道与所述氮气回填管道之间的第一墙外通道；所述第二匹配通道包括形成于所述第二墙内且连通于第二处理空间的第二墙内通道，及连接于所述第二墙内通道与所述氮气回填管道之间的第二墙外通道。
作为本发明的进一步改进，所述第一处理腔、第二处理腔分别具有第一侧墙及第二侧墙，所述连接件包括一个或多个安装于所述第一侧墙及所述第二侧墙之间的紧固件。
作为本发明的进一步改进，所述连接件还包括安装于所述第一侧墙及所述第二侧墙之间的加强件。
作为本发明的进一步改进，所述第一侧墙、第二侧墙上分别形成有第一安置孔及第二安置孔，所述加强件包括插置于所述第一、第二安置孔内的定位销。
作为本发明的进一步改进，所述加强件还包括位于所述第一、第二安置孔外的间隔件，所述间隔件处于所述第一侧墙与所述第二侧墙之间。
作为本发明的进一步改进，所述第一安置孔内安置有套接于所述定位销上的第一钢套，所述第二安置孔内安置有套接于所述定位销上的第二钢套。
作为本发明的进一步改进，所述第一排气通道包括形成于所述第一墙内且连通于第一处理空间的第三墙内通道，及连接于第三墙内通道与抽气泵之间的第三墙外通道；所述第二排气通道包括形成于所述第二墙内且连通于第二处理空间的第四墙内通道，及连接于第四墙内通道与抽气泵之间的第四墙外通道。
作为本发明的进一步改进，所述第三墙外通道与所述第四墙外通道共同连通于一排气腔，所述排气腔与所述抽气泵之间连接有一主抽管路及一旁抽管路，所述主抽管路上设有主控制阀，所述旁抽管路上设有旁抽角阀。
作为本发明的进一步改进，所述排气腔一侧还设置有一检漏单元。
作为本发明的进一步改进，所述第一气体分配单元与所述第二气体分配单元共同连通于同一个气体源。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过可拆卸方式将各个处理单元中的多个处理腔进行连接，在某一处理腔出现故障时，只需单独更换出现故障的处理腔，从而降低了设备的维护成本。
进一步地，通过在各个处理腔之间设置一环境匹配通道以实现多处理腔的相互连通，从而实现各处理腔内环境的匹配，进而确保多处理腔内产品的均一性。
附图说明
图1为本发明等离子体处理装置的结构示意图；
图2为本发明第一实施例的等离子体处理装置中处理单元的结构示意图；
图3为本发明实施例中安装于两处理腔之间的连接件的结构示意图；
图4A、图4B为本发明具体实施例中两处理腔间加强件的组装示意图；
图5为本发明第二实施例的等离子体处理装置中处理单元的结构示意图；
图6为本发明第三实施例的等离子体处理装置中处理单元的结构示意图；
图7为本发明第四实施例的等离子体处理装置中处理单元的结构示意图；
图8为本发明第五实施例的等离子体处理装置中处理单元的结构示意图。
具体实施例
以下将结合附图所示的具体实施例对本发明进行详细描述。本文以射频电离方式形成等离子体为例对本发明的技术方案进行描述。
参照图1所示，等离子体处理装置包括若干批量处理方式的等离子体处理单元101，处理单元101之间设置一个用于转移待处理的硅片的转移单元102，处理单元101包括多个等离子体处理腔。
图2为本发明的等离子体处理单元的第一实施例的结构示意图。本实施例中，等离子体处理单元100包括第一处理腔1及第二处理腔2，第一处理腔1包括第一墙10及由第一墙10包围形成的第一处理空间13，第二处理腔2包括第二墙20及由第二墙20包围形成的第二处理空间23。其中，第一处理腔1、第二处理腔2之间通过连接件3以可拆卸方式实现互连，关于连接件的具体结构将在下文予以详细描述。
本实施例中，第一处理空间13内安置上电极（气体喷淋头）12、下电极14，第二处理空间23内安置上电极（气体喷淋头）22、下电极24，上、下电极之间分别连接有射频电源以在两电极之间一定区域形成等离子体16、26。具体地，上电极加高频（HF）用来离化反应气体，下电极加低频（LF）提供偏置电压控制膜应力。当然，在其他实施例中，射频电源的连接方式可根据不同的工艺配置进行变换。
继续参照图2所示，等离子体处理单元100还包括气体供应系统及排气系统。其中，气体供应系统包括连通于第一处理空间13的第一气体分配单元15及连通于第二处理空间23的第二气体分配单元25，为了确保两处理单元的均一性，第一气体分配单元15与第二气体分配单元25共同连接于同一个气体源（未图示）。
排气系统用于对两个处理腔进行抽气以达到一定的低压或真空条件，包括连通于第一处理空间13的第一排气通道及连通于第二处理空间23的第二排气通道，所述第一排气通道与所述第二排气通道相连通，并共同连接于同一个排气泵60。本实施例中，第一排气通道包括形成于所述第一墙10内且连通于第一处理空间13的墙内通道17，及连接于墙内通道17与抽气泵60之间的墙外通道61；相应地，第二排气通道包括形成于第二墙20内且连通于第二处理空间23的墙内通道，27，及连接于墙内通道27与抽气泵60之间的墙外通道62。其中，墙内通道17上与第一处理空间13相连的一端位于第一墙10的侧部，而其与墙外通道61相连的一端则位于第一墙10的底部；同样地，墙内通道27上与第二处理空间23相连的一端位于第二墙20的侧部，其与所述墙外通道62相连的一端则位于第二墙20的底部。由于两个排气通道互相连通，从而实现了两个处理腔内的环境匹配，并且，另一方面，如此设计的排气通道由于其延伸长度较长，可避免两处理腔内带电粒子的相互干扰。
配合参照图3、图4A及图4B所示，其为本发明实现两处理腔可拆卸连接的一具体实施例。其中，两个处理腔分别包括用于实现两腔固定安装的第一侧墙11及第二侧墙21，本实施例中，连接件包括起固定作用的紧固件31以及起抗弯抗剪作用的加强件32，其中，紧固件31可包括一个或者多个，其可为相互配合的螺栓及螺帽、公母端插销等，在所述侧墙11、21上设有用于安置螺帽的腔30，从而便于进行两处理腔之间的安装或拆卸。由于单独采用螺栓式紧固件将两处理腔进行连接，难以确保两处理腔保持稳定的位置关系，一旦螺栓弯曲，便会影响两处理腔内产品的均一性。故本实施例中，通过加设两根加强件32来稳固两处理腔的位置。
如图4A及图4B所示，本实施例中，在所述侧墙11、21上分别形成有用于安置所述加强件32的安置孔320，所述加强件包括定位销325、间隔件321以及钢套323a、323b，其中，钢套323a、323b的长度与安置孔320的深度大致相等，钢套323a、323b的外环直径与安置孔320的直径大致相等，钢套323a、323b的内环直径与定位销325的直径大致相等。进行安装时，首先，将两个钢套323a、323b安置于两个安置孔320内，再将间隔件321套到定位销325上，分别将定位销325的两端插置于两个钢套323a、323b的内部，最后拧紧各个螺栓31，组装完成。本实施例中，间隔件321处于两侧墙11、21之间以确保两处理腔之间留有一定间隙，当然，在其他实施例中，两处理腔之间也可不留有间隙，而是两墙相互贴合，此外，间隔件也可一定成型于所述定位销的中间部位，间隔件的数目不受限制。
图5为本发明的等离子体处理单元的第二实施例的结构示意图。相比于第一实施例，本实施例的等离子体处理单元200还增设了连通于第一、第二处理空间的环境匹配通道，环境匹配通道由形成于第一墙10内且连通于第一处理空间的墙内通道18、墙外通道50、以及形成于第二墙20内且连通于第二处理空间的墙内通道28共同构成。由于此环境匹配通道的存在，确保多处理腔内的压力、温度、气体浓度等条件的均衡，从而提升了两处理腔内产品的均一性。
图6为本发明的等离子体处理单元的第三实施例的结构示意图。由于在硅片进行化学气相沉积的过程中，各处理腔内为低压环境，故由于腔外大气压的存在，无法开启处理腔体，故需要通过向各处理腔中排放一定量个氮气来减小腔内外压力的差距。本实施例，等离子体处理单元300包括一连通于所述第一处理空间的第一匹配通道及一连通于所述第二处理空间的第二匹配通道，所述第一、第二匹配通道共同连通于一氮气回填管道54，所述氮气回填管道54上设置一控制开启和关闭的阀门56。其中，在正常处理的过程中，阀门56处于关闭状态，待处理完成，需要开启处理腔的门时，阀门56被开启以通入氮气。
其中，所述第一匹配通道包括形成于所述第一墙10内且连通于第一处理空间的第一墙内通道18，及连接于所述第一墙内通道18与所述氮气回填管道54之间的第一墙外通道51；所述第二匹配通道包括形成于所述第二墙20内且连通于第二处理空间的第二墙内通道28，及连接于所述第二墙内通道28与所述氮气回填管道54之间的第二墙外通道52。所述第一墙内通道18上与所述第一处理空间相连的一端位于所述第一墙10的侧部，与所述第一墙外通道51相连的一端位于所述第一墙10的底部；所述第二墙内通道28上与所述第二处理空间相连的一端位于所述第二墙20的侧部，与所述第二墙外通道52相连的一端位于所述第二墙20的底部。由于氮气回填管路的存在，其不仅能确保硅片处理完成后处理腔门的安全打开，还可进一步确保两处理腔内环境的匹配。此外，氮气通道的直径较排气通道更小，可避免两腔内反应粒子的干扰。值得一提的是，在本发明其他实施例中，两个处理腔可分别单独设置用于回填氮气的管路。
图7为本发明的等离子体处理单元的第四实施例的结构示意图。本实施例与上述实施例的区别之处在于等离子体处理单元400的排气系统。其中，第一、第二排气通道的墙内通道17与其对应的墙外通道对接部采用密封机构68来确保密封性，同样地，上述氮气回填管路中的墙内、外通道也通过相应的密封机构实现密封连接。排气系统的两墙外通道61、62共同连通于一排气腔63，所述排气腔63与所述抽气泵60之间连接有一主抽管路65及一旁抽管路64，所述主抽管路65上设有主控制阀650，所述旁抽管路64上设有旁抽角阀640，所述排气腔63一侧还设置有一检漏单元67，其中，旁抽管路64的管路直径远小于所述主抽管路65的管路直径。在排气系统进行抽气时，为避免大流量的气体流对排气系统的使用寿命的影响，首先打开旁抽管路64进行抽气，一段时间后再开启主抽管路65进行抽气，避免气体流量过大对排气系统造成损耗。
图8为本发明的等离子体处理单元的第五实施例的结构示意图。本实施例中，该等离子体处理单元500还包括一用于检测第一、第二反应腔内的压力值的真空检测装置58，真空检测装置58设置于匹配通道51、52的交汇处，从而其所检测到压力值接近于第一、第二反应腔体内的压力真实值，确保控压准确，进而有利于两腔的压力平衡。
综上所述，本发明的等离子体处理装置通过设置具有多个相互独立、且压力匹配的处理腔，确保多处理腔内产品的均一性；由于多个处理腔之间通过可拆卸方式实现连接，从而在某一处理腔出现故障时，只需单独更换出现故障的处理腔，进而降低了设备制造及维修成本。此外，通过共同的氮气回填管路保证两腔可开启的同时，还可进一步确保两处理腔的压力、气体浓度、温度等条件的均衡。本发明的处理单元、处理腔的数目不受限制，且处理腔之间的连接或安装方式也不限于上述具体实施例。
应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施例。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种等离子体处理装置，包括若干处理单元，其特征在于，所述处理单元包括：
第一处理腔，具有第一墙及由所述第一墙包围形成的第一处理空间；
第二处理腔，具有第二墙及由所述第二墙包围形成的第二处理空间；
设置于所述第一处理腔与所述第二处理腔之间的连接件，所述连接件将所述第一、第二处理腔可拆卸地连接；
气体供应系统，包括连通于所述第一处理空间的第一气体分配单元及连通于所述第二处理空间的第二气体分配单元；以及
排气系统，包括连通于所述第一处理空间的第一排气通道及连通于所述第二处理空间的第二排气通道，所述第一排气通道与所述第二排气通道相连通。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述处理单元还包括连通于所述第一处理空间与所述第二处理空间之间的环境匹配通道。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述环境匹配通道包括连通于所述第一处理空间的第一匹配通道及连通于所述第二处理空间的第二匹配通道，所述第一、第二匹配通道共同连通于氮气回填管道，所述氮气回填管道上具有开关阀。
4.根据权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一匹配通道包括形成于所述第一墙内且连通于第一处理空间的第一墙内通道，及连接于所述第一墙内通道与所述氮气回填管道之间的第一墙外通道；所述第二匹配通道包括形成于所述第二墙内且连通于第二处理空间的第二墙内通道，及连接于所述第二墙内通道与所述氮气回填管道之间的第二墙外通道。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一处理腔、第二处理腔分别具有第一侧墙及第二侧墙，所述连接件包括一个或多个安装于所述第一侧墙及所述第二侧墙之间的紧固件。
6.根据权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述连接件还包括安装于所述第一侧墙及所述第二侧墙之间的加强件。
7.根据权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一侧墙、第二侧墙上分别形成有第一安置孔及第二安置孔，所述加强件包括插置于所述第一、第二安置孔内的定位销。
8.根据权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述加强件还包括位于所述第一、第二安置孔外的间隔件，所述间隔件处于所述第一侧墙与所述第二侧墙之间。
9.根据权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一安置孔内安置有套接于所述定位销上的第一钢套，所述第二安置孔内安置有套接于所述定位销上的第二钢套。
10.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一排气通道包括形成于所述第一墙内且连通于第一处理空间的第三墙内通道，及连接于第三墙内通道与抽气泵之间的第三墙外通道；所述第二排气通道包括形成于所述第二墙内且连通于第二处理空间的第四墙内通道，及连接于第四墙内通道与抽气泵之间的第四墙外通道。
11.根据权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第三墙外通道与所述第四墙外通道共同连通于一排气腔，所述排气腔与所述抽气泵之间连接有一主抽管路及一旁抽管路，所述主抽管路上设有主控制阀，所述旁抽管路上设有旁抽角阀。
12.根据权利要求11所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述排气腔一侧还设置有一检漏单元。
13.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一气体分配单元与所述第二气体分配单元共同连通于同一个气体源。
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