CN108242380B - 一种均匀抽真空的双工位真空处理器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种均匀抽真空的双工位真空处理器，设置有可作为工艺处理反应室的两个真空处理腔，和连通这两个真空处理腔的共用的偏心抽气口及真空泵，其中每个真空处理腔内在靠近偏心抽气口的区域设有在竖直方向具有设定厚度的阻尼体，来降低对抽气口近端气体的抽气速率，来与抽气口远端气体的抽气速率平衡，改善腔体偏心对工艺处理均匀性的影响。本发明还可以在作为阻尼体的筋条内部进一步开设连通腔体外部大气环境的通道，方便腔内缆线管路与外界的连接。

Description

一种均匀抽真空的双工位真空处理器

技术领域

本发明涉及等离子体处理装置的抽真空技术，特别涉及一种均匀抽真空的双工位真空处理器。

背景技术

刻蚀设备中工艺的压力控制、刻蚀指标的均匀性等，都与其中真空处理腔的设计有关。与只有一个真空处理腔的单腔设备相比，设计有多工位真空处理器的设备具有更高产出：例如一种双工位真空处理器，同时配备两个真空处理腔分别用于刻蚀处理，提高了生产效率；这两个腔体共用了一套真空发生回路的真空泵、节流阀及控制单元等器件，可以节省成本，并且有效节约空间，使产品结构紧凑。

在只有一个真空处理腔的单腔设备中，抽气口与其腔体同心布置，能够将该腔体各处均匀抽气至工艺压力，并确保压力和流速的均匀性。如图1所示，双工位真空处理器中共用的真空泵，连通一个开设在两真空处理腔邻接位置底部的偏心抽气口，从而在两个工位中间抽真空，实现“偏心抽真空（Offset-Pumping）”的方式。

这样对双工位真空处理器的每一个真空处理腔而言，偏心抽气口不对称地定位在该腔体内（偏离单个腔体所对应的同心抽气口）；则每个真空处理腔内距离偏心抽气口较近的位置，具有较快的抽气速率，也容易被抽到较低的压力，但距离偏心抽气口较远的位置，由于路径比较长，抽气速率和压力都会受到影响，因而极易造成0~360°方位刻蚀的不均匀。此外，双工位真空处理器的真空容积增大，导致真空泵的负荷增加，不易达到工艺需要的真空度，难以实现“高产出”与“高性能”之间的平衡，这些缺点阻碍了双工位真空处理器在高性能刻蚀工艺中的应用。

发明内容

本发明提供一种均匀抽真空的双工位真空处理器，针对其中两个真空处理腔偏心抽真空的情况，提出一种新型的补偿机制，在保证达到工艺压力的前提下，能够有效地改善腔体偏心对刻蚀等工艺处理均匀性的影响。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种双工位真空处理器，其设置有作为工艺处理反应室的两个真空处理腔，和连通这两个真空处理腔的共用的偏心抽气口及真空泵，其特征在于，

所述双工位真空处理器中，每个真空处理腔内在调节区域设有阻尼体；所述阻尼体在竖直方向具有设定的厚度，并且该阻尼体横向延伸使其向下的投影与所述偏心抽气口具有相互重叠的区域；

每个真空处理腔的底板上设有纵向延伸的挡板，挡板顶部设置的密封板上安装有放置基片的基座，所述密封板和所述挡板共同围绕构成的空间底部具有与大气环境相连通的第一大气环境通道，密封板的顶部和所述挡板的外侧壁位于真空处理腔内的真空环境；

所述阻尼体包含从其所在真空处理腔的挡板外侧壁，朝着两个真空处理腔之间共用侧壁横向延伸的一个或多个筋条，所述筋条的末端连接至共用侧壁；

在所述筋条内开设有第一通道，所述第一通道与在所述共用侧壁内开设的第二通道连通，并经由所述第二通道设置的接口与真空处理腔外部的大气环境连通以形成第二大气环境通道。

优选地，所述第一大气环境通道与所述第二大气环境通道内均设置有连通到所述密封板的电缆或管道。

优选地，所述阻尼体上方还设置有一个等离子约束环，其覆盖放置基片的所述基座与真空处理腔内侧壁之间的空间，所述等离子约束环上具有多个气流通道。

优选地，通过设置阻尼体使调节区域内气体的抽气速率降低后，与真空处理腔的其他区域内气体的抽气速率相比，两者的差值处在设定的阈值范围之内。

优选地，未设置阻尼体时所述调节区域内气体流动到抽气口的路径，小于所述真空处理腔的其他区域内气体流动到抽气口的路径；设置阻尼体后所述调节区域内气体绕过阻尼体流动到抽气口，使所述调节区域内气体流动到抽气口的路径得以增加。

优选地，所述调节区域包含真空处理腔内靠近抽气口的区域，所述真空处理腔的其他区域包含远离抽气口的区域。

优选地，所述筋条的一端连接在挡板外侧壁靠近偏心抽气口的一侧，另一端连接至共用侧壁。

优选地，相连通的所述第一通道及第二通道，与真空发生回路、真空处理腔内的真空环境相互隔开。

与现有技术相比，本发明的优点是能够在双工位真空处理器的各个真空处理腔内距离抽气口较近的位置增加流阻，利用挡板和/或筋条等形成阻尼，有效削弱抽气口的抽气速率，而远离抽气口的位置由于路径比较长，实际抽气速率较慢能够与削弱后的抽气速率相平衡。应用在双工位或多工位的腔体时，可以有效改善偏心抽真空对工艺处理均匀性造成的影响。

本发明的优点还在于能够最大限度的利用空间。本发明中横向延伸的筋条，不仅能够遮挡抽气口，形成对抽真空气流的偏心阻尼，同时还可以利用该筋条在竖直方向的厚度将其设计为中空结构，进而连通筋条的内部空间及腔体共用侧壁的内部空间，增设与真空发生回路及腔体内真空环境隔离的、能够连通外部的第二大气环境通道，以扩展腔体内部缆线管路与外界连接的路径，使得原先仅设在由挡板构建的第一大气环境通道内的缆线管路，能分出一些电缆放到第二大气环境通道进行布置，实现有效的电隔离。

附图说明

图1是现有双工位真空处理器的俯视示意图；

图2是本发明中双工位真空处理器的结构示意图；

图3是本发明中双工位真空处理器的侧剖示意图；

图4是本发明中双工位真空处理器的模型验证示意图；

图5是本发明示例的双工位真空处理器的流速验证示意图；

图6是本发明示例的双工位真空处理器的压力验证示意图。

具体实施方式

下文将以等离子体处理装置（如刻蚀设备）所使用的，由两个真空处理腔共用一套真空发生回路的偏心抽真空的双工位真空处理器为例，对本发明进行说明。

双工位真空处理器的设计，需要解决两个问题：

1) 尽量保证抽气通道的畅通，增加流导以最大限度发挥真空泵的工作性能，使得腔体能够获得比较理想的真空度，保证工艺压力的最大可调节性。

2) 设计补偿机制，保证单工位腔体内0~360度压力和流速的均匀性：压力均匀性：< 1%；流速均匀性：< 20%。

所述双工位真空处理器的两个真空处理腔在同一个壳体结构中相邻布置；每个真空处理腔都配备有作为刻蚀设备反应腔室所需的部件（或共用部件），例如包含但不限于：真空处理腔的环形腔壁及对其封闭的腔盖、向真空处理腔内导入反应气体的进气结构、放置待处理基片的基座90等等，不一一赘述。

如图2、图3所示，每个真空处理腔10内的底板向上设有一圈纵向延伸的挡板50；放置待处理基片的基座90安装于设在挡板50顶部的密封板80上。本例的挡板50环绕真空处理腔10的圆心布置。所述密封板80的上方为真空环境，密封板80的下方为大气环境。即，利用密封板80进行封闭，使所述挡板50内部围成的区域，构成一个与真空处理腔10内其他部位隔开的密闭室，所述真空处理腔10内抽成真空时，该密闭室仍可以通过若干个接口与真空处理腔10外部的大气环境连通；其中可与大气环境连通的第一接口，例如开设在挡板50所围成区域的底部。

两个真空处理腔10共用了一套真空发生回路，所述真空发生回路设置有真空泵，还可以包含节流阀、控制单元等器件。两个真空处理腔10相邻一侧的侧壁共用，共用侧壁30下方的底板位置对应开设有一个偏心抽气口20，两个真空处理腔10都与该偏心抽气口20连通；共用的真空泵从下方与该偏心抽气口20连通，在工艺处理中用来对各真空处理腔10抽真空。

为解决双工位真空处理器的上述问题，本发明提出的补偿机制，其原理是在各真空处理腔10内靠近偏心抽气口20的区域（称为抽气口近端41）增加流阻，如设置在竖直方向具有一定厚度的筋条和/或挡板等部件来构成偏心阻尼，来削弱抽气口20附近的抽气速率；而各真空处理腔10内远离偏心抽气口20的区域（称为抽气口远端42），由于该区域气体流动至抽气口20的路径比较长，实际抽气速率较慢而能够与抽气口近端41补偿后的抽气速率相平衡，从而改善偏心抽真空对工艺处理均匀性造成的影响。

在挡板50外表面靠近抽气口的一侧，设置有朝着共用侧壁30方向横向延伸并在竖直方向具有一定厚度的筋条60，该筋条60向下的投影遮挡了偏心抽气口20在该腔体一侧的一部分，构成抽气口近端41的偏心阻尼。各真空处理腔10的筋条60末端，分别连接至这两个真空处理腔10的共用侧壁30；并且，各真空处理腔10的筋条60内部形成有第一通道71，其一端连通挡板50所围成的区域，另一端连通共用侧壁30内开设的第二通道72，该第二通道72进一步通过第二接口连通至真空处理腔10外界的大气环境。

因而，密闭室的范围被扩大为挡板50所围成的区域、第一通道71及第二通道72，通过第一接口及第二接口分别与大气环境连通的该密闭室，与真空发生回路、密封板80上方抽成真空的各真空处理腔10内其他部位都隔开。抽真空时各真空处理腔10内抽气口近端41的气体，仍可以绕过成为偏心阻尼的筋条60，流动至抽气口20，使该区域的抽气速率得以减缓。

在各个真空处理腔10内，需要布置连接真空处理腔10内外相应部件的缆线管路，例如气体输送管道、冷却液管道、高压直流电缆、RF电缆等等。这些缆线管路的数量众多，均需在真空处理腔10内的大气环境布置并连接真空处理腔10内的真空环境下的相应部件。其中，不同的电缆需要电隔离以避免信号干扰，所以多根电缆的支架之间应保证具有足够的间隔距离。而单独依靠从挡板50所围成区域到第一接口的第一大气环境通道51，其空间不足以布设所有电缆的支架，为此本例中与挡板50所围成的区域相连通的，增设有从第一通道71、第二通道72到第二接口的第二大气环境通道61，来布设其中需要电隔离的一部分电缆；位于第二大气环境通道61的电缆，可以方便地穿过密封板80连接至放置待处理基片的基座90，实现与第一大气环境通道51内电缆的有效隔离。在其他示例中，也可以使第一大气环境通道和第二大气环境通道相互不连通（图未示出），而各自连通外部大气环境。

图4是本发明所述双工位真空处理器的模型验证示意图，示出其中一个腔体及共用真空泵处的气压分布；图5是本发明的示例结构在400sccm流量时进行流速验证的示意图（均匀性达到18.9%）；图6是本发明的示例结构在400sccm流量时进行压力验证的示意图（均匀性达到0.9%）。可见，本发明可以有效改善双工位真空处理器中单个腔体内部流速、压力的均匀性。

本发明可以根据对腔体内流速、压力等均匀性调整的实际需求，来设计偏心阻尼的具体结构、数量或布置位置等。在不同的实施例中，筋条的形状不限，如圆形、半圆形、矩形等等均可；筋条的数量与层数不限，如可以使多个筋条纵向叠加和/或平面拼接形成偏心阻尼。筋条可以与纵向的挡板一体成型，或是可与该挡板组装连接的独立部件。对密闭室的形状，围成密闭室所需挡板自身的形状、数量等，也都不做限制。

或者，在其他一些示例中，假如不需要设置第二大气环境通道（仍保证第一大气环境通道与腔体真空环境的隔离），则两个腔体的共用侧壁、各腔体内的筋条不必设计为中空结构，且各筋条的末端可不与共用侧壁接触，即在筋条末端与共用侧壁之间保留抽真空时供气体流动至抽气口的导气路径；腔体中抽气口近端的气体同时也可以绕过筋条流动至抽气口。通过设计横向延伸长度不同的筋条，可以调整筋条末端与共用侧壁之间所述导气路径的宽度，从而对抽气口近端的抽气速率进行控制。

除了将阻尼布置在偏心抽气孔附近以外，本发明还可以将阻尼设计在各个腔体内其他需要调整流速、压力等的一个或多个区域，例如对抽气速率过快的区域设置阻尼进行补偿，这样与未设置阻尼区域实际较慢的抽气速率进行平衡。或者，本发明还可以在各个腔体内可能的区域设置增强的流通空间，使气体的流通空间扩大，从而延长到达抽气口的路径，减缓抽气速率，使得不对称的腔体结构也能在单个腔体内部获得均匀的流场，压力场，确保获得理想的刻蚀工艺性能。优选地，在双工位真空处理器中，虽然每个腔体自身的偏心抽气、偏心阻尼或流通空间等的结构不对称布置，但两个腔体内相应的抽气结构、补偿结构都是相互对称的。

本发明所述阻尼装置能够一定程度上改善两个真空处理腔在抽气口近端与远端之间的气流均匀性，但是对于气流均匀性很高的处理工艺来说，单靠阻尼装置，基片上不同位置流量的均匀性达不到3%以下。所以还可以在所述阻尼装置上方设置一个等离子约束环，等离子约束环设置在放置基片的基座与真空处理腔内壁之间，等离子约束环上设置有多个气流通道，这些通道可以是小孔或者长槽。通过对这些孔或槽的深度宽度和截面的设计可以使得等离子体只在约束环上方存在，流经约束环的则都被熄灭。约束环上的气流通道也可以采用不对称设计以补偿气流量的在抽气口近端与远端之间的不平衡，由于本发明阻尼装置的存在，再加上约束环对气流的调节，最终使得基片不同区域都能获得均匀的气流分布。

基于上述补偿机制，本发明的抽真空系统，可以适用于多工位真空处理器，对两个以上真空处理腔体共用真空发生回路时，每个腔体偏心抽真空的影响进行改善。除了改善因偏心抽真空造成单个腔体内各处流速、压力不均匀的问题，对因其他原因（如腔体内部件不对称布置，又如经腔体的进气结构或基座上方/周边导气结构的多次分配后，气体在腔体内不均匀分布等）导致腔体内抽气不均匀的问题，同样可以适用本发明的抽真空系统及方法来解决。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种双工位真空处理器，设置有作为工艺处理反应室的两个真空处理腔，和连通这两个真空处理腔的共用的偏心抽气口及真空泵，其特征在于，

所述双工位真空处理器中，每个真空处理腔内在调节区域设有阻尼体；所述阻尼体在竖直方向具有设定的厚度，并且该阻尼体横向延伸使其向下的投影与所述偏心抽气口具有相互重叠的区域；所述调节区域包含真空处理腔内靠近抽气口的区域；

每个真空处理腔的底板上设有纵向延伸的挡板，挡板顶部设置的密封板上安装有放置基片的基座，所述密封板和所述挡板共同围绕构成的空间底部具有与大气环境相连通的第一大气环境通道，密封板的顶部和所述挡板的外侧壁位于真空处理腔内的真空环境；

所述阻尼体包含从其所在真空处理腔的挡板外侧壁，朝着两个真空处理腔之间共用侧壁横向延伸的一个或多个筋条，所述筋条的末端连接至共用侧壁；

在所述筋条内开设有第一通道，所述第一通道与在所述共用侧壁内开设的第二通道连通，并经由所述第二通道设置的接口与真空处理腔外部的大气环境连通以形成第二大气环境通道。

2.如权利要求1所述的双工位真空处理器，其特征在于，所述第一大气环境通道与所述第二大气环境通道内均设置有连通到所述密封板的电缆或管道。

3.如权利要求2所述的双工位真空处理器，其特征在于，所述阻尼体上方还设置有一个等离子约束环，其覆盖放置基片的所述基座与真空处理腔内侧壁之间的空间，所述等离子约束环上具有多个气流通道。

4.如权利要求1~3中任意一个所述的双工位真空处理器，其特征在于，通过设置阻尼体使所述调节区域内气体的抽气速率降低后，与真空处理腔的其他区域内气体的抽气速率相比，两者的差值处在设定的阈值范围之内。

5.如权利要求4所述双工位真空处理器，其特征在于，未设置阻尼体时所述调节区域内气体流动到抽气口的路径，小于所述真空处理腔的其他区域内气体流动到抽气口的路径；设置阻尼体后所述调节区域内气体绕过阻尼体流动到抽气口，使所述调节区域内气体流动到抽气口的路径得以增加。

6.如权利要求5所述双工位真空处理器，其特征在于，所述真空处理腔的其他区域包含远离抽气口的区域。

7.如权利要求1或6所述双工位真空处理器，其特征在于，所述筋条的一端连接在挡板外侧壁靠近偏心抽气口的一侧，另一端连接至共用侧壁。

8.如权利要求1所述双工位真空处理器，其特征在于，相连通的所述第一通道及第二通道，与真空发生回路、真空处理腔内的真空环境相互隔开。