CN104299874A - 一种等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等离子体处理装置，通过设置一带加热元件的等离子体加热环，实现对反应腔内的等离子体加热，满足刻蚀工艺对等离子体温度的要求；在所述加热元件的周围设置隔热渠道，将等离子体加热环的加热元件产生的热量与周围的部件和外部空间进行隔离，在使得热量不被损耗的同时，保证了各个部件之间的温度能独立控制，便于反应工艺在不同位置对温度的不同需求。隔热渠道将加热元件产生的热量与外部空间进行隔离，能保证外部空间的温度不会对操作人员造成威胁。

Description

一种等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及等离子体处理技术领域，尤其涉及一种电感耦合等离子体处理装置。
背景技术
等离子体处理装置广泛应用于集成电路的制造工艺中，如沉积、刻蚀等。其中，电感耦合型等离子体（ICP，Inductively Coupled Plasma）装置是等离子体处理装置中的主流技术之一，其原理主要是使用射频功率驱动电感耦合线圈产生较强的高频交变磁场，使得低压的反应气体被电离产生等离子体。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待处理晶圆的表面发生多种物理和化学反应，使得晶圆表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程；另外，上述活性离子比常规的气态反应物具有更高的活性，可以促进反应气体间的化学反应，即可以实现等离子体增强型化学气相沉积（PECVD）
根据等离子体刻蚀工艺的要求，产生的等离子体通常要达到一定的温度才能进行更好地刻蚀工艺，故在等离子体区域需设置对等离子体进行加温的装置。现有技术中，在等离子体处理装置的侧壁内部设置一加热元件，通过加热元件实现对反应腔内的等离子体的温度控制。然而，由于反应腔的侧壁材料为热的良导体，加热元件在加热反应腔内部等离子体的同时也会使得反应腔外部温度过高，同时，加热元件提供的热量向上、向下传导，不仅浪费能量，同时使反应腔的其他部件温度不可控，影响刻蚀工艺的进行。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种等离子体处理装置，包括至少一个腔体外壳和至少一个反应腔，反应腔内设置基座用于支撑基片，所述腔体外壳包括一绝缘窗口和位于绝缘窗口下方的腔体盖，腔体盖下方设置腔体侧壁，所述腔体盖和所述腔体侧壁之间设置一等离子体加热环，所述等离子体加热环内设置一加热元件，所述加热元件周围设置至少一条隔热渠道。
优选的，所述加热元件周围设置至少两条隔热渠道，所述第一条隔热渠道靠近所述等离子体加热环与所述腔体盖的接触面，所述第二条隔热渠道靠近所述等离子体加热环与所述腔体侧壁的接触面，所述两条隔热渠道大体平行。
进一步的，所述加热元件周围还设置第三条隔热渠道，所述第三条隔热渠道大体垂直于所述第一条隔热渠道和所述第二条隔热渠道。
优选的，所述第三条隔热渠道设置于所述加热元件靠近所述反应腔外部空间的一侧。
优选的，所述的第三条隔热渠道与所述前两条隔热渠道相连通。
优选的，所述加热元件周围设置一条隔热渠道，所述隔热渠道为环绕所述加热元件设置的弧形渠道，其设置于所述加热元件靠近反应腔外部空间的一侧。
优选的，所述等离子体加热环为铝或铝合金材质。
优选的，所述等离子体处理装置为电感耦合等离子体处理装置。
优选的，所述等离子体加热环包括靠近腔体盖的上端和靠近腔体侧壁的下端，所述上端径向宽度大于所述下端径向宽度。
优选的，所述等离子体加热环的下端和所述腔体侧壁平行设置且两者之间设置一定缝隙。
本发明的优点在于：通过设置一带加热元件的等离子体加热环，实现对反应腔内的等离子体加热，满足刻蚀工艺对等离子体温度的要求；在所述加热元件的周围设置隔热渠道，将等离子体加热环的加热元件产生的热量与周围的部件和外部空间进行隔离，在使得热量不被损耗的同时，保证了各个部件之间的温度能独立控制，便于反应工艺在不同位置对温度的不同需求。隔热渠道将加热元件产生的热量与外部空间进行隔离，能保证外部空间的温度不会对操作人员造成威胁。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
如下附图构成了本说明书的一部分，和说明书一起列举了不同的实施例，以解释和阐明本发明的宗旨。以下附图并没有描绘出具体实施例的所有技术特征，也没有描绘出部件的实际大小和真实比例。
图1示出本发明所述的等离子体处理装置结构示意图；
图2示出腔体外壳100的局部结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种等离子体处理装置，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
图1示出本发明公开的一种等离子体处理装置结构示意图，尤其涉及一种电感耦合等离子体处理装置，所述等离子体处理装置包括腔体外壳100和反应腔101，反应腔101内设置基座150用于支撑基片200。腔体外壳包括一绝缘窗口110，绝缘窗口115上方设置电感线圈105，电感线圈105在射频功率源（图中未示出）的作用下产生较强的高频交变磁场，使得低压的反应气体被电离产生等离子体。绝缘窗口110下方设置腔体盖120，腔体盖120下方设置腔体侧壁140，为了保证基片200能顺利进出反应腔101，腔体侧壁140在大致与基座上表面处于同一水平面处设置一进出口145。腔体外壳底部设置一真空泵170，用于将反应腔内反应后的气体排出反应腔内。腔体盖120和腔体侧壁140之间设置一等离子体加热环130，等离子体加热环130内设置一加热元件，用于对反应腔101内的等离子体进行加热。
图2示出腔体外壳100的局部结构示意图，等离子体加热环130位于腔体盖120和腔体侧壁140之间，内部设置有加热元件135。由于腔体盖120和腔体侧壁140均为热的良导体，加热元件135工作时，热量不仅提供给反应腔内部的等离子体，还会向上、向下传导，不仅导致热量的损耗，还会因为升高了腔体盖120和腔体侧壁140的温度，影响刻蚀反应工艺的顺利进行。同时，等离子体加热环130与机台外部空间接触，过多的热量也会影响机台外部空间，对操作人员的安全造成威胁。在图2所示的结构示意图中，加热元件135周围设置隔热渠道131、132、133，在另外的实施例中，隔热渠道的数量可以为一条或其他数量，隔热渠道的设置以尽可能的将加热元件135的热量集中到反应腔内为宗旨。在本实施例中，考虑到加工的简易程度，采用设置三条隔热渠道的方式，第一条隔热渠道为在等离子体加热环130靠近腔体盖的一侧且具有一定深度的隔热渠道131，为方便制作，本实施例选择将第一条隔热渠道131设置在等离子体加热环130和腔体盖120的接触面上。隔热渠道131的宽度在保证加工和安装的简易性和方便性的前提下可以适当的增加，以便尽可能的将热量与腔体盖120隔绝。在等离子体加热环130靠近腔体侧壁140的一侧设置一定深度的第二条隔热渠道132，为方便制作，本实施例选择将第二条隔热渠道132设置在等离子体加热环130和腔体侧壁140的接触面上，第二条隔热渠道132的宽度在保证加工和安装的简易性和方便性的前提下可以适当的增加，以便尽可能的将热量与腔体侧壁140隔绝。第一条隔热渠道131和第二条隔热渠道132大体平行。隔热渠道133大体垂直于第一条隔热渠道131和第二条隔热渠道132，在本实施例中隔热渠道133可以和第一条隔热渠道131及第二条隔热渠道132相通。本领域技术人员容易想到是的，在另外的实施例中，三条隔热渠道也可以是不相连通。
在反应腔101内，由于等离子体的分布范围较大，为了保证尽可能多的等离子体温度可控，等离子体加热环130的高度需要和存在等离子体区域的高度相同，由于基片200上方的等离子体均参与刻蚀反应，故等离子体加热环130需要延伸至于基片200大致位于同一水平面。在实际工艺过程中，由于等离子体直接与等离子体加热环130接触，等离子体很容易在等离子体加热环130内表面形成沉淀物，为避免沉淀物对刻蚀工艺造成污染，需要定期将等离子体加热环130取出进行表面清洁。为了减轻等离子体加热环130的重量，方便等离子体加热环130的卸载及安装，本实施例设置等离子体加热环130靠近腔体盖120的一端为上端136，另一端为下端137，上端136的径向宽度大于下端137的径向宽度。为便于理解，可形象的描述等离子体加热环130的横截面结构示意图形状为倒置的“L”状。本实施例中的等离子体加热环130的上端136放置在腔体侧壁140上方，下端137与腔体侧壁140平行，为防止受热膨胀发生变形，下端137与腔体侧壁140之间设置一缝隙138。
在另外的实施例中，所述的隔热渠道可以为一条，其大致为圆弧型，环绕所述加热元件靠近等离子体加热环130外部空间的一侧设置，该隔热渠道将加热元件135与上方的腔体盖120，下方的腔体侧壁140以及外部空间的热量进行隔离，将加热元件的135的热量主要集中于反应腔101内部对等离子体进行加热，起到的良好的隔热效果。
在本发明所述的实施例中，绝缘窗口110、腔体盖120、腔体侧壁140内部都可以根据工艺对硬件的需要设置加热元件，本发明通过在等离子体加热环130之间设置隔热渠道，在使得热量不被损耗的同时，保证了各个部件之间的温度能独立控制，便于反应工艺在不同位置对温度的不同需求。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种等离子体处理装置，包括一绝缘窗口和位于绝缘窗口下方的腔体盖，腔体盖下方设置腔体侧壁，所述腔体盖和所述腔体侧壁之间设置一等离子体加热环，其特征在于：所述等离子体加热环内设置一加热元件，所述加热元件周围设置至少一条隔热渠道。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述加热元件周围设置至少两条隔热渠道，所述第一条隔热渠道靠近所述等离子体加热环与所述腔体盖的接触面，所述第二条隔热渠道靠近所述等离子体加热环与所述腔体侧壁的接触面，所述两条隔热渠道大体平行。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述加热元件周围还设置第三条隔热渠道，所述第三条隔热渠道大体垂直于所述第一条隔热渠道和所述第二条隔热渠道。
4.根据权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述第三条隔热渠道设置于所述加热元件靠近反应腔外部空间的一侧。
5.根据权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述的第三条隔热渠道与所述前两条隔热渠道相连通。
6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述加热元件周围设置一条隔热渠道，所述隔热渠道为环绕所述加热元件设置的弧形渠道，其设置于所述加热元件靠近反应腔外部空间的一侧。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述等离子体加热环为铝或铝合金材质。
8.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述等离子体处理装置为电感耦合等离子体处理装置。
9.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述等离子体加热环包括靠近腔体盖的上端和靠近腔体侧壁的下端，所述上端径向宽度大于所述下端径向宽度。
10.根据权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述等离子体加热环的下端和所述腔体侧壁平行设置且两者之间设置一定缝隙。
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