CN1802066A - 等离子体处理设备 - Google Patents

Abstract

一种用于在维持于真空状态的室中产生等离子体并使用所述等离子体处理基板的等离子体处理设备。所述等离子体处理设备包括在淋浴头中形成的用于使制冷剂循环的制冷剂通道，从而容易地控制淋浴头的温度并改善等离子体处理的再现性。

Description

等离子体处理设备

技术领域

本发明涉及一种在维持于真空状态的室中产生等离子体并使用所述等离子体处理基板的等离子体处理设备。

背景技术

使用等离子体处理基板表面的等离子体处理设备，已经被广泛用于制造半导体装置和液晶显示装置的工艺之中。等离子体处理设备包括用于执行对基板的蚀刻的等离子体蚀刻设备和用于执行对基板的等离子体化学气相淀积(CVD)的CVD设备。

如图1所示，等离子体处理设备1包括平行设置使得其彼此面对的两个平板形电极10和20。基板S安装在下电极20上。因此，下电极20可以被称为“基板支架”。

此外，在等离子体处理设备1中提供了用于帮助将基板S运送入和出等离子体处理设备1的内部提升销30和外部提升杆(未示出)，如图1所示。内部提升销30被设置在通过下电极20的边缘而形成的通孔22中，并且在通孔22中垂直移动。

外部提升杆在下电极20的外部提供。即外部提升杆被设置在下电极20的侧壁和等离子体处理设备1的侧壁之间所形成的空间内，并且垂直移动。

用于把内部气体排到外部的排出单元40通过等离子体处理设备而形成。排出单元40通过抽吸来去除等离子体处理设备1中的气体，并使用在等离子体处理设备1的外部提供的泵(未示出)来维持等离子体处理设备1的真空状态。

上电极10被设置在面对下电极20的位置。上电极10用作过程气体供应单元，用于将过程气体供应到上和下电极10和20之间的空间以及电极。相应地，如图1所示，淋浴头12连接到上电极10的下部。淋浴头12具有多个具有细直径的过程气体扩散孔14。淋浴头12将过程气体均匀地供应到上和下电极10和20之间的空间。供应到上和下电极10和20之间的空间的过程气体由施加到上和下电极10和20的高频功率转变成等离子体，且所述等离子体处理基板S的表面。

用于使制冷剂通过其循环的制冷剂通道16在上电极10中形成。制冷剂通道16在水平方向通过上电极10，并均匀地设置成遍及上电极10的所有区域。制冷剂通道16的一端连接到与外部相通的制冷剂供应管17，而制冷剂通道16的另一端连接到制冷剂收集管18。相应地，制冷剂通道16从制冷剂供应管17接收新的制冷剂并且把废的制冷剂返回到制冷剂收集管18，从而使制冷剂循环。制冷剂通道16用来防止由等离子体处理设备1所执行的工艺受到由于等离子体产生而引起的淋浴头12的温度升高的影响。

由于常规等离子体处理设备1具有不直接在淋浴头12中形成而是在上电极10中形成的制冷剂通道16，使得淋浴头12间接被冷却，不容易控制淋浴头12的温度。当淋浴头12的温度由于控制淋浴头12的温度的困难而升高，高频功率传输效率降低并影响蚀刻速率或蚀刻均匀性，因而损害了等离子体处理的再现性。

发明内容

因此，本发明鉴于以上问题而产生，并且本发明的目的是提供一种等离子体处理装置，其中淋浴头的温度被直接调节，从而改善等离子体处理的再现性。

本发明的另一目的提供等离子体处理装置，其包括在淋浴头和上电极之间安装的热传输单元，从而容易地调节淋浴头的温度。

根据本发明的一个方面，上述的和其它的目的可通过提供一种等离子体处理设备而实现，所述等离子体处理设备用于在维持于真空状态的室内产生等离子体并使用所述等离子体处理基板，包括：上和下电极，分别提供在室的上面和下面部分，用于将高频功率施加到室中；淋浴头，连接到上电极的下面部分，用于将过程气体扩散到室中；制冷剂通道，在水平方向通过淋浴头，用于通过制冷剂；以及制冷剂循环单元，连接到制冷剂通道的两端，用于将制冷剂供应到制冷剂通道的一端并从制冷剂通道的另一端收集制冷剂以便使制冷剂循环。

根据本发明的另一方面，提供有一种等离子体处理设备，所述等离子体处理设备用于在维持于真空状态的室内产生等离子体并使用所述等离子体处理基板，包括：上和下电极，分别提供在室的上面和下面部分，用于将高频功率施加到室上；淋浴头，连接到从上电极的下表面向下突出的边缘部分，用于将过程气体扩散到室中；制冷剂通道，在水平方向通过上电极，用于通过从外部供应的制冷剂；热传输单元，接触淋浴头的上表面和上电极的下表面，用于将淋浴头的热传输到上电极；以及制冷剂循环单元，连接到制冷剂通道的两端，用于将制冷剂供应到制冷剂通道的一端并从制冷剂通道的另一端收集制冷剂。

附图说明

本发明的上述的和其它的目的、特征以及其它优点将从与附图给合给出的以下详细描述而更清楚地被理解，其中：

图1是常规等离子体处理设备的截面图；

图2是根据本发明的第一实施例的等离子体处理设备的截面图；

图3是根据本发明的第一实施例的等离子体处理设备的淋浴头的透视图；

图4是根据本发明的第二实施例的等离子体处理设备的截面图；

图5是根据本发明的第二实施例的等离子体处理设备的热传输单元的透视图；

图6是根据本发明的第二实施例的等离子体处理设备的另一热传输单元的透视图；以及

图7是根据本发明的第二实施例的等离子体处理设备的又一热传输单元的透视图。

具体实施方式

现在，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。

<第一实施例>

如图2所示，根据本发明的第一实施例的等离子体处理设备100包括上电极110、下电极120、淋浴头150、内部提升销130、外部提升杆140、过程气体供应单元(未示出)以及排出单元(未示出)，这些安装在维持于真空状态的室中。这里，此实施例的等离子体处理设备100的下电极120、内部提升销130、外部提升杆140、过程气体供应单元以及排出单元的结构和功能与常规等离子体处理设备基本相同，并且其详细描述将因此省略，因为这被认为是不必要的。

此实施例的等离子体处理设备100的上电极110和淋浴头150的结构和功能与常规等离子体处理设备不同，其详细描述将如下详细进行。

与常规等离子体处理设备1的上电极10不同，此实施例的等离子体处理设备100的上电极110不具有通过其所形成的制冷剂通道。相应地，上电极110具有简单的结构且容易制造。

淋浴头150连接到上电极110的下面部分，并且用来使从外部供应的过程气体均匀扩散到室中。在此实施例中，制冷剂通道152在水平方向均匀形成，遍及淋浴头150的所有区域。由于此实施例的等离子体处理设备100的淋浴头150通过制冷剂通道152直接冷却，易于控制淋浴头150的温度。为了直接通过淋浴头150形成制冷剂通道152，淋浴头150具有大约17mm的厚度，而常规等离子体处理设备1的淋浴头12具有大约10mm的厚度。

制冷剂通道152的两端都连接到制冷剂循环单元160，以便制冷剂循环单元160将制冷剂供应到制冷剂通道152且然后从制冷剂通道152收集制冷剂以使制冷剂循环。在此实施例中，制冷剂循环单元160包括制冷剂供应管162、制冷剂收集管164以及制冷剂循环泵166。

制冷剂供应管162通过室，并连接制冷剂通道152的一端。制冷剂供应管162用来将来自外部的新制冷剂供应到制冷剂通道152。

与制冷剂供应管162相同，制冷剂收集管164通过室，并且连接制冷剂通道的另一端。制冷剂收集管164用来收集已从制冷剂通道152排放到外部的废的制冷剂。

制冷剂循环泵166连接到制冷剂供应管162和制冷剂收集管164，并且用来强制使制冷剂循环。用于存储指定量制冷剂的制冷剂存储箱可以安装在制冷剂循环泵166中。

在此实施例中，端盖168用于互连制冷剂循环泵166以及制冷剂供应和回收管162和164。端盖168促进与室分离制备的制冷剂循环泵166连接到固定到室的制冷剂供应管162和制冷剂收集管164以及从其断开连接。为了维护和修理等离子体处理设备100，等离子体处理设备100的室的上壁打开。当室的上壁打开时，有必要先将制冷剂循环泵166从制冷剂供应管162和制冷剂收集管164分离。相应地，由于制冷剂循环泵166很容易连接到制冷剂供应管162和制冷剂收集管164以及从其断开，此实施例的等离子体处理设备100是有利的，因为其维护和修理容易。

如图2所示，在此实施例中，制冷剂供应管162和制冷剂收集管164通过室的上壁突出到外部。此结构也便于等离子体处理设备100的维护和修理。即，当制冷剂供应管162和制冷剂收集管164通过室的侧壁突出到外部时，由等离子体处理设备100占用的空间增大并且制冷剂供应管162和制冷剂收集管164可妨碍等离子体处理设备100的维护和修理。

如上所述，此实施例的等离子体处理设备100的淋浴头150具有比常规等离子体处理设备的淋浴头更大的厚度。因此，淋浴头150重量增加。为了减轻淋浴头150的重量，在淋浴头的上表面形成槽154。即，如图3所示，所述槽154纵向延伸，刻在淋浴头150的上表面中远离制冷剂通道152的位置。用于扩散过程气体的过程气体扩散孔156在厚度方向通过淋浴头150沿着槽154形成。当槽在淋浴头150中形成时，淋浴头150重量减少，因而减少了施加到等离子体处理设备100的负载。此外，通过过程气体扩散孔156扩散的过程气体平滑流动，因而均匀地扩散。

<第二实施例>

如图4所示，根据本发明的第二实施例的等离子体处理设备200包括上电极210、下电极220、淋浴头250、热传输单元260、制冷剂循环单元270、内部提升销230、外部提升杆(未示出)、过程气体供应单元(未示出)以及排出单元240，这些安装在维持于真空状态的室中。这里，此实施例的等离子体处理设备200的上电极210、下电极220、内部提升销230、外部提升杆、过程气体供应单元以及排出单元240的结构和功能与常规等离子体处理设备基本相同，并且其详细描述将因此省略，因为这被认为是不必要的。

此实施例的等离子体处理设备200的淋浴头250、热传输单元260以及制冷剂循环单元270的结构和功能与常规等离子体处理设备不同，并且其详细描述将如下详细进行。

热传输单元260提供在此实施例的等离子体处理设备200的淋浴头250的上表面上。热传输单元260用来将淋浴头250的热量传输到上电极210。在此实施例中，热传输单元260被设置在淋浴头250的上表面和上电极210的下表面之间所形成的空间中，使得热传输单元260既接触淋浴头250的上表面也接触上电极210的下表面。因而，热传输单元260将淋浴头250的热传输到上电极210。另一方面，虽然在常规等离子体处理设备的淋浴头和上电极之间存在具有指定高度的空间，常规等离子体处理设备不包括在淋浴头和上电极之间的直接接触单元，因此造成难以直接冷却淋浴头。此实施例的等离子体处理设备200解决了常规等离子体处理设备的上述问题。即，直接由制冷剂冷却的上电极210在几个部分接触淋浴头250，使得淋浴头250的热容易地传输到上电极210。

优选地，此实施例的等离子体处理设备200的热传输单元260由具有良好热传导率的金属制成。

如图5所示，热传输单元260可以包括由指定间隔彼此分离的多个热传输销262。热传输销262均匀地设置，遍及淋浴头250的整个区域。

此外，如图6和7所示，热传输单元260可包括多个热传输板264或一热传输格构266。优选地，热传输板264或热传输格构266均匀设置，遍及淋浴头260的整个区域以便于均匀调节淋浴头250的整个区域的温度。

当热传输单元260包括热传输板264或热传输格构266时，用于通过过程气体的孔268优选地通过热传输板264或热传输格构266而形成，从而允许过程气体平滑流动。如图6和7所示，多个孔268在厚度方向通过热传输板264或热传输格构266。

制冷剂通道212在上电极210中形成。制冷剂通道212在水平方向通过上电极210，使得制冷剂通道212遍及上电极210的所有区域而设置。

制冷剂通道212的两端都连接到制冷剂循环单元270，以便制冷剂循环单元270将制冷剂供应到制冷剂通道212并且然后从制冷剂通道212收集制冷剂以使制冷剂循环。在此实施例中，制冷剂循环单元270包括制冷剂供应管272、制冷剂收集管274以及制冷剂循环泵276。

制冷剂供应管272通过室壁，并且连接制冷剂通道212的一端。制冷剂供应管272用来将来自外部的新制冷剂供应到制冷剂通道212。

与制冷剂供应管272相同，制冷剂收集管274通过室壁，并且连接到制冷剂通道212的另一端。制冷剂收集管274用来收集已从制冷剂通道212排放到外部的废制冷剂。

制冷剂循环泵276连接到制冷剂供应管272和制冷剂收集管274，并且用来强制使制冷剂循环。用于存储指定量制冷剂的制冷剂存储箱可安装在制冷剂循环泵276中。

在此实施例中，端盖278用于互连制冷剂循环泵276以及制冷剂供应和回收管272和274。端盖278促进与室分离制备的制冷剂循环泵276连接到固定到室的制冷剂供应管272和制冷剂收集管274以及从其断开连接。为了维护和修理等离子体处理设备200，等离子体处理设备200的室的上壁打开。当室的上壁打开时，有必要先将制冷剂循环泵276与制冷剂供应管272和制冷剂收集管274分离。相应地，由于制冷剂循环泵276容易地连接到制冷剂供应管272和制冷剂收集管274以及从其断开连接，此实施例的等离子体处理设备200是有利的，因为其维护和修理容易。

如图4所示，在此实施例中，制冷剂供应管272和制冷剂收集管274通过室的上壁突出到外部。此结构也易于等离子体处理设备200的维护和修理。即，当制冷剂供应管272和制冷剂收集管274通过室的侧壁突出到外部时，由等离子体处理设备200所占用的空间增大，并且制冷剂供应管272和制冷剂收集管274可妨碍等离子体处理设备200的维护和修理。

从以上描述而显而易见，本发明提供了具有如下几种效果的等离子体处理设备。

首先，由于本发明所述等离子体处理设备包括在淋浴头中形成的制冷剂通道，使得所述淋浴头能够被冷却，因而改善了等离子体处理的再现性。

其次，本发明所述等离子体处理设备包括在淋浴头的上表面中形成的多个槽，从而降低了由于淋浴头中制冷剂通道的形成所导致的淋浴头的厚度和重量的增加所引起的负荷，促进过程气体的平滑流动以便提高冷却效率，并且使温度的分布变得均匀。

第三，本发明的等离子体处理设备进一步包括在淋浴头和上电极之间形成的热传输单元，使得通过制冷剂冷却的上电极接触淋浴头，从而使淋浴头的热容易地传输到上电极并容易地调节淋浴头的温度。

尽管本发明的优选实施例为了说明的目的已公开，本领域的技术人员将理解，在不背离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下可进行各种修改、添加和替换。

Claims (12)

1.一种等离子体处理设备，用于在维持于真空状态的室中产生等离子体并使用所述等离子体处理基板，包括：

上和下电极，分别在所述室的上面和下面部分提供，用于将高频功率施加到所述室中；

淋浴头，连接到所述上电极的下面部分，用于将过程气体扩散到所述室中；

制冷剂通道，在水平方向通过所述淋浴头，用于为通过制冷剂而提供通路；以及

制冷剂循环单元，连接到所述制冷剂通道的两端，用于将所述制冷剂供应到所述制冷剂通道的一端并从所述制冷剂通道的另一端收集所述制冷剂以使所述制冷剂循环。

2.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中多个槽刻在所述淋浴头的上表面中未设置所述制冷剂通道的位置。

3.如权利要求2所述的等离子体处理设备，其中用于通过过程气体的多个孔沿所述槽在厚度方向通过所述淋浴头而形成。

4.如权利要求3所述的等离子体处理设备，其中所述制冷剂循环单元包括：

制冷剂供应管，连接到所述制冷剂通道的一端和外部，用于将新制冷剂供应到所述制冷剂通道；

制冷剂收集管，连接到所述制冷剂通道的另一端和所述外部，用于收集来自所述制冷剂通道的废制冷剂；以及

制冷剂循环泵，连接到所述制冷剂供应管和所述制冷剂收集管，用于使制冷剂循环，

其中所述制冷剂供应管和所述制冷剂收集管通过所述室的上壁并连接到所述外部。

5.如权利要求4所述的等离子体处理设备，其中所述制冷剂循环泵通过端盖连接到所述制冷剂供应管和所述制冷剂收集管。

6.一种等离子体处理设备，用于在维持于真空状态的室中产生等离子体并使用所述等离子体处理基板，包括：

上和下电极，分别提供在所述室的上面和下面部分中，用于将高频功率施加到所述室上；

淋浴头，连接到从所述上电极的下表面向下突出的边缘部分，用于将过程气体扩散到所述室中；

制冷剂通道，在水平方向通过所述上电极，用于为通过从外部供应的制冷剂而提供通路；

热传输单元，接触所述淋浴头的上表面和所述上电极的下表面，用于将所述淋浴头的热传输到所述上电极；以及

制冷剂循环单元，连接到所述制冷剂通道的两端，用于将所述制冷剂供应到所述制冷剂通道的一端并从所述制冷剂通道的另一端收集所述制冷剂。

7.如权利要求6所述的等离子体处理设备，其中所述热传输单元由具有高的热传导率的金属制成。

8.如权利要求7所述的等离子体处理设备，其中所述热传输单元包括由指定间隔彼此分离的多个热传输销。

9.如权利要求7所述的等离子体处理设备，其中所述热传输单元包括由指定间隔彼此分离的多个热传输板。

10.如权利要求7所述的等离子体处理设备，其中所述热传输单元包括热传输格构。

11.如权利要求9所述的等离子体处理设备，其中用于通过所述过程气体的多个孔在水平方向通过所述热传输板而形成。

12.如权利要求10所述的等离子体处理设备，其中用于通过所述过程气体的多个孔在水平方向通过所述热传输格构而形成。

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