CN207731900U - 等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种等离子体处理装置，包括腔体、设置在腔体中的顶部并喷出工作气体的上电极、以及设置在腔体中的与上电极相对的位置上的下电极，其中在下电极形成供工作气体流出的抽气通道。本实用新型将抽气通道与下电极集成在一起，大幅降低了电极结构的高度和腔体的整体尺寸，使电极结构更加轻便。并且，可以让等离子体基本分布在下电极上方，提高等离子体的利用率，使处理更加均匀。

Description

等离子体处理装置

技术领域

本实用新型涉及等离子体处理技术领域，尤其涉及一种等离子体处理装置。

背景技术

在半导体制造工艺中，真空等离子体加工技术得到了极为广泛的应用。该技术是在真空条件中电场作用下激发工作气体生成等离子体，利用等离子体与处理样品发生复杂的物理、化学反应，从而在处理样品上完成各种加工，如等离子体刻蚀、等离子体薄膜气相处理等，由此获得所需要的半导体结构。

一般来说，真空等离子体装置主要由真空腔室、真空获得系统、气体输送系统、等离子体发生系统和控制系统组成。目前常见的真空等离子体腔体结构在下电极与腔体之间设置有下电极隔离部件；待处理样品放置于下电极表面或载物台上，工作气体由腔体上部喷淋头流进反应腔，从设置于下电极隔离部件与腔体之间的抽气通道被真空泵抽走。

在现有技术中，参加图7所示，抽气通道31b与下电极3b相互独立设置，下电极3b设置在下电极隔离部件4b上，因此这种腔体1b的整体尺寸较大。虽然等离子体广泛分布于腔体1b内上电极2b和下电极3b之间的空间，但能有效利用的只是下电极3b上部区域的等离子体，位于抽气通道31b上方的等离子体并不能处理位于下电极3b上的样品，因此等离子体利用效率较低。

并且，气体由下电极3b或载物台的中心向外分布，使得外围气体分布不均，从而导致等离子分布的不均匀。另外，等离子体受电场控制在两极板的接近边缘处会受到电极的影响，从而导致电场弯曲，进而导致等离子体分布不均匀。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有等离子体处理装置中等离子体利用效率低等问题，提供一种具有集成抽气通道的电极结构、且等离子体利用效率较高的等离子体处理装置。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种等离子体处理装置，包括腔体、设置在腔体中的顶部并喷出工作气体的上电极、以及设置在腔体中的与上电极相对的位置上的下电极，并且在下电极形成供工作气体流出的抽气通道。

本实用新型将抽气通道与下电极集成在一起，大幅降低了电极结构的高度和腔体的整体尺寸，使电极结构更加轻便。相较于现有技术而言，将抽气通道设置在下电极内，可以让等离子体基本分布在下电极上方，提高等离子体的利用率，使处理更加均匀。

进一步地，作为优选，在下电极上形成从上表面到下表面贯通的多个贯通孔，多个贯通孔构成抽气通道。

贯通孔用于将腔体内的工作气体排出，设置多个贯通孔可以提高抽气的效率，加快在腔体内形成真空速度。

另外，作为优选，还包括设置于腔体并对下电极进行支承的下电极隔离部件。

下电极隔离部件用于支撑下电极，使下电极能够正对上电极设置，保证了处理的效果。

进一步地，作为优选，下电极隔离部件与下电极之间形成与抽气通道连通的第一气体流路。

第一气体流路主要是由下电极和下电极隔离部件划分形成，并且第一气体流路紧靠下电极，从而使得工作气体能够沿第一气体流路被导出。

进一步地，作为优选，在下电极的侧面形成有侧面开口且在下电极的底面形成有底面开口，底面开口与侧面开口相连通而形成抽气通道。

侧面形成的开口与底面形成的开口在下电极内部连通，并形成抽气通道，将抽气通道与下电极集成在一起。并且，下电极侧面形成的开口与第一气体流路相连，使腔体内的工作气体最终被导出。同时，这样设置能够改善腔体内部的气体分布，让工作气体通过下电极流出，使下电极的边缘的工作气体均匀分布，提高等离子体的利用率和气相处理的效果。侧面开口在下电极的侧面上可以是等间距地分布，也可以是非等间距地分布。

另外，作为优选，还包括排气系统，排气系统与抽气通道相连。

排气系统设置在腔体外，产生吸力将腔体内的工作气体抽出，保持腔体内的压力环境，使得腔体内的工作气体能够不断流出。

另外，作为优选，在第一气体流路中位于下电极隔离部件一侧的部分设置有斜面。

将第一气体流路中下电极隔离部件一侧设置成斜面，对进入的工作气体进行引导，使工作气体快速地从第一气体流路流出，提高腔体内工作气体的均匀程度。

另外，作为优选，下电极隔离部件为绝缘部件。

下电极隔离部件设置为绝缘部件，能够对上电极和下电极之间的电场起到保护的作用，进而保证等离子体均匀分布，最终提高等离子体处理的效果。

另外，作为优选，下电极隔离部件与下电极之间设置有固定装置，对下电极进行固定。

在下电极与下电极隔离间之间设置固定装置，尽可能减少下电极的相对移动，确保电场稳定，同时保持第一气体流路畅通，进而使腔体内的工作气体均匀分布。

另外，作为优选，侧面开口在下电极的侧面上等间距地分布。

侧面开口等间距地分布，使腔内工作气体从不同的角度被抽出，确保了腔体内工作气体分布的均匀性，提高了处理的质量。

附图说明

图1是本实用新型第一实施方式等离子体处理装置的剖视示意图；

图2是本实用新型第一实施方式等离子体处理装置中下电极的俯视示意图；

图3是本实用新型第二实施方式设有第一气体流路的等离子体处理装置的剖视示意图；

图4是本实用新型第二实施方式等离子体处理装置中下电极的立体示意图；

图5是本实用新型第三实施方式等离子体处理装置的局部放大示意图；

图6是本实用新型第四实施方式等离子体处理装置的局部放大示意图；

图7是背景技术中等离子体处理装置的立体示意图。

附图标记说明：

1，1b-腔体；2，2b-上电极；21，21b-上电极喷淋头；3，3b-下电极；31，31b-抽气通道；311-贯通孔；312-侧面开口；313-底面开口；32-第一气体流路；321-斜面；4，4b-下电极隔离部件；5，5b-排气系统；6-固定装置

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本实用新型进行进一步的详细说明。附图中示意性地简化示出了等离子体处理设备的结构等。

实施方式一

本实用新型的第一实施方式提供了一种等离子体处理装置，用于等离子体处理，参见图1和图2所示，包括腔体1、设置在腔体1中的顶部并喷出工作气体的上电极2、以及设置在腔体1中的与上电极2相对的位置上的下电极3，并且在下电极3形成供工作气体流出的抽气通道31。

简单地，下电极3形成抽气通道31，可以将抽气通道31设置在下电极3内，节约独立设置抽气通道31所需的空间，并且，控制腔体1内的工作气体的流动，使得工作气体在上电极2和下电极3相对区域的边缘处均匀地分布，进而实现均匀的处理。

具体来说，气相处理步骤至少包括：

将待处理物、例如半导体晶片输送到腔体1中，

打开设置于上电极2的上电极喷淋头21，向腔体1内通入工作气体，同时将工作气体从抽气通道31并经过下电极3抽出腔体1，使得腔体1内保持稳定的压力；

向上电极2和下电极3通电，在两者之间形成稳定的电场，使得工作气体被等离子化；

利用由该等离子体生成的自由基或者离子对半导体晶片的被处理面进行蚀刻。

本实用新型将抽气通道31与下电极3集成在一起，大幅降低了电极结构的高度和腔体1的整体尺寸，使电极结构更加轻便。相较于现有技术而言，将抽气通道31设置在下电极3内，可以让等离子体基本全部分布在下电极3上方，提高等离子体的利用率，使处理更加均匀。

在本实施方式中，结合图2来看，在下电极3上形成从上表面到下表面贯通的多个贯通孔311，多个贯通孔311构成抽气通道31。

其中，贯通孔311可以是槽形，并沿底面的周长方向间隔阵列设置。具体地，当下电极3为圆柱体时，贯通孔311可以设置成有一定弧度的槽形，并且沿着底面的圆周方向阵列设置。优选地，贯通孔311可以等间距间隔设置，以此使气体从不同的方向通过贯通孔311，进一步地确保腔体1内气体的均匀程度，提高处理的质量。阵列设置多个贯通孔311还可以提高抽气的效率。

在本实施方式中，等离子体处理装置还包括设置于腔体1并对下电极3进行支承的下电极隔离部件4。

优选地，在本实施方式中，下电极隔离部件4为绝缘部件。

下电极隔离部件4设置于下电极3的下方，与下电极3的边缘区域接触。若下电极隔离部件4遮挡贯通孔311时，可以在下电极隔离部件4的相应位置设置对应的通孔，使工作气体顺利被抽出。

由于等离子体处理对电场要求较高，因此下电极隔离部件4采用绝缘材料制成，或者对其进行绝缘处理。

下电极隔离部件4用于支撑下电极3，使下电极3能够正对上电极2设置，保证了处理的效果。

下电极隔离部件4设置为绝缘部件，能够对上电极2和下电极3之间的电场起到保护的作用，进而保证等离子体均匀分布，最终提高等离子体处理的效果。

在本实施方式中，等离子体处理设备还包括排气系统5，排气系统5与抽气通道31相连。

排气系统5设置在腔体1外，产生吸力将腔体1内的工作气体抽出，保持腔体1内的压力环境，使得腔体1内的工作气体能够不断流出。

相较于现有技术而言，本实施方式中的等离子体处理装置将抽气通道31的贯穿孔和下电极3集成在一起，使得工作气体可以均匀地分布在上电极2和下电极3之间，并且在上电极2和下电极3对应区域的边缘仍有足量的工作气体可以进行处理，最终实现均匀气相处理。

实施方式二

本实用新型的第二实施方式提供了一种等离子体处理装置，本实施方式是对第一实施方式的进一步改进,主要改进之处在于，在本实用新型的第二实施方式中，参见图3和图4所示，下电极隔离部件4与下电极3之间形成与抽气通道31连通的第一气体流路32。

并且，在下电极3的侧面形成有侧面开口312且在下电极3的底面形成有底面开口313，底面开口313与侧面开口312相连通而形成抽气通道31。

下电极隔离部件4可以呈环状，其剖面呈“L”形，下电极3略小于由环状隔离部件上部的内侧壁所围成的圆形尺寸，使得下电极3和下电极隔离部件4之间留有间隙，形成可以使工作气体流动的第一气体流路32。

第一气体流路32与设置在下电极3侧面的侧面开口312连通，侧面开口312还和设置在下电极3下底面的开口连通，形成抽气通道31，贯穿下电极3。使进入第一气体流路32的工作气体可以从抽气通道31离开腔体1。

在等离子体处理装置开始工作后，工作气体从上电极2上电极喷淋头21进入腔体1，对腔体1中的半导体晶片进行等离子体气相处理，多余的工作气体在外力作用下，经过第一气体流路32和抽气通道31离开腔体1。由于第一气体流路32紧靠下电极3的边缘设置，因此在上电极2和下电极3之间的气体分布较为均匀，在边缘区域依旧有足量的工作气体。

第一气体流路32主要是由下电极3和下电极隔离部件4划分形成，并且第一气体流路32紧靠下电极3，从而使得工作气体能够沿第一气体流路32被导出。

下电极3采用这样的设计能够改善腔体1内部的气体分布，让工作气体通过下电极3流出，使下电极3的边缘的工作气体均匀分布，提高等离子体的利用率和气相处理的效果。

实施方式三

本实用新型的第三实施方式提供了一种等离子体处理装置，本实施方式是对第二实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本实用新型的第三实施方式中，参见图5所示，在第一气体流路32中位于下电极隔离部件4一侧的部分设置有斜面321。

具体来说，当工作气体从腔体1进入第一气体流路32后，将下电极隔离部件4上部设置为斜面321，并作为引导面对气体进行引导，加快工作气体的流动速度。对于不同的需要可以采用不同斜度的下电极隔离部件4。

将第一气体流路32中下电极隔离部件4一侧的部分设置成斜面321，对进入的工作气体进行引导，使工作气体快速地从第一气体流路32流出，确保腔体1内部气体均匀分布。

实施方式四

本实用新型的第四实施方式提供了一种等离子体处置装置，本实施方式是对第二和第三实施方式的进一步改下，主要改进之处在于，在本实用新型的第四实施方式中，参见图6所示，下电极隔离部件4与下电极3之间设置有固定装置6，对下电极3进行固定。

优选地，在本实施方式中的下电极隔离部件4的剖面呈三级阶梯状，中间一层阶梯为固定装置6。其中固定装置6可以与下电极隔离部件4相互分离，也可以集成在一起。

上述固定装置6的上表面的高度小于侧面开口312的高度，保证气体能够顺利从侧面开口312流入抽气通道31。

并且，固定装置6靠近下电极3一侧需要与下电极3贴合。防止在使用过程中，下电极3有较大位移，从而阻塞了第一气体流路32。

或者，可以在下电极3下表面设置凹槽，在下电极隔离部件4与下电极3下表面的接触面上设置相应的凸起，达到固定下电极3的目的。

在下电极3与下电极3隔离部件之间设置固定装置6，尽可能减少下电极3的相对移动，确保电场稳定，同时保持第一气体流路32畅通，进而使腔体1内的工作气体均匀分布。

实施方式五

本实用新型的第五实施方式提供了一种等离子体处置装置，本实施方式是对第二至第四实施方式中任意一项实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本实用新型的第五实施方式中，在下电极3的侧面形成的侧面开口312等间距分布。

具体地，侧面开口312在下电极3的侧面上等间距地分布，当然侧面开口312也可以进一步设置在同一高度上，使腔内工作气体从不同的角度被抽出，保证了腔体1内工作气体分布的均匀性，提高了处理的质量。

本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种等离子体处理装置，包括腔体(1)、设置在所述腔体(1)中的顶部并喷出工作气体的上电极(2)、以及设置在所述腔体(1)中的与所述上电极(2)相对的位置上的下电极(3)，其特征在于，在所述下电极(3)形成供所述工作气体流出的抽气通道(31)。

2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在所述下电极(3)上形成从上表面到下表面贯通的多个贯通孔(311)，所述多个贯通孔(311)构成所述抽气通道(31)。

3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括设置于所述腔体(1)并对所述下电极(3)进行支承的下电极隔离部件(4)。

4.根据权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述下电极隔离部件(4)与所述下电极(3)之间形成与所述抽气通道(31)连通的第一气体流路(32)。

5.根据权利要求1、3、4中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，在所述下电极(3)的侧面形成有侧面开口(312)且在所述下电极(3)的底面形成有底面开口(313)，所述底面开口(313)与所述侧面开口(312)相连通而形成所述抽气通道(31)。

6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括排气系统(5)，所述排气系统(5)与所述抽气通道(31)相连通。

7.根据权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于，在所述第一气体流路(32)中位于下电极隔离部件(4)一侧的部分设置有斜面(321)。

8.根据权利要求3或4所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述下电极隔离部件(4)为绝缘部件。

9.根据权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述下电极隔离部件(4)与所述下电极(3)之间设置有固定装置(6)，对所述下电极(3)进行固定。

10.根据权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述侧面开口(312)在所述下电极(3)的侧面上等间距地分布。