CN214099577U - 等离子体处理装置及绝缘窗口 - Google Patents

Abstract

一种等离子体处理装置及绝缘窗口，其中，绝缘窗口包括：绝缘窗口本体；气体通道，开设于所述绝缘窗口本体内；热气体源和冷气体源，用于向所述气体通道内输送热气体和冷气体；阀装置，用于调整流通于所述气体通道内热气体相对于冷气体的混合比，以控制所述气体通道内气体的温度；控制器，用于控制所述阀装置来调整流通于所述气体通道内热气体相对于冷气体的混合比。所述绝缘窗口的温度动态可控，且均匀性较好。

Description

等离子体处理装置及绝缘窗口

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，尤其涉及一种等离子体处理装置及绝缘窗口。

背景技术

等离子体处理装置被广泛应用再半导体领域内，用于对待处理基片进行高精度的加工，如：等离子体刻蚀、化学气相沉积，其中，电感耦合等离子体处理装置因具有刻蚀速率高、选择比高且大面积均匀性好的特点被广泛应用在硅刻蚀领域。所述电感耦合等离子体处理装置包括绝缘窗口，所述电感耦合等离子体处理装置内进行等离子体刻蚀工艺，在等离子体刻蚀工艺中，为了更稳定的工艺，需对绝缘窗口进行加热并保持一个较高的温度，以匹配等离子体处理装置的反应腔内的等离子体的温度。通常控制绝缘窗口的温度的方法包括：在所述绝缘窗口的表面贴设有加热器，另配置有风扇冷却来保持平衡。由于排风受限，当等离子体较强时，即使在加热器没有输出的情况下，绝缘窗口还是处于不可控的超过设定值。

因此，需要提供一种能够动态可控地调整绝缘窗口的温度。

发明内容

本实用新型解决的技术问题是提供了一种等离子体处理装置及绝缘窗口，以动态可控地调整绝缘窗口的温度。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种绝缘窗口，包括：绝缘窗口本体；气体通道，开设于所述绝缘窗口本体内；热气体源和冷气体源，用于向所述气体通道内输送热气体和冷气体；阀装置，用于调整流通于所述气体通道内热气体相对于冷气体的混合比，以控制所述气体通道内气体的温度；控制器，用于控制所述阀装置来调整流通于所述气体通道内热气体相对于冷气体的混合比。

可选的，还包括：温度传感器，用于检测所述绝缘窗口本体的温度并将检测结果发送至所述控制器，所述控制器根据检测结果和目标温度，向所述阀装置发送指示信号，指示调整流通于所述气体通道内热气体相对于冷气体的混合比。

可选的，所述热气体源的热气体温度范围为：100摄氏度～150摄氏度；所述冷气体源的冷气体温度范围为：0摄氏度～40摄氏度。

可选的，所述气体通道包括：环形通道和位于所述环形通道内的辐射形通道，所述辐射形通道的两端与环形通道连通，所述气体通道还设有与环形通道连通的入口和出口，所述入口和出口之间相互隔离；所述热气体源和冷气体源与所述入口连通，所述热气体源的热气体和冷气体源的冷气气体在气体通道内传输后，通过所述出口输出。

可选的，所述气体通道为螺旋形通道，所述螺旋形通道包括入口和出口，所述入口为螺旋形通道内的端部，所述出口为螺旋形通道外的端部。

可选的，还包括：汇合输入管路，用于汇合所述热气体源的热气体与冷气体源的冷气体，并将混合后的气体输送至所述气体通道。

可选的，还包括：输出管路，用于输出气体通道内的气体。

可选的，所述输出管路与热气体源连通。

可选的，所述绝缘窗口的材料包括：陶瓷材料或石英。

相应的，本实用新型还提供一种等离子体处理装置，包括：反应腔，其包括反应腔侧壁；上述的绝缘窗口，位于所述反应腔侧壁上方；电感线圈，位于所述绝缘窗口上方。

可选的，还包括：射频功率源，与所述电感线圈电连接；偏置功率源，与所述基座电连接。

与现有技术相比，本实用新型实施例的技术方案具有以下有益效果：

本实用新型技术方案提供的等离子体处理装置中，由于所述绝缘窗口本体内增设有气体通道，所述气体通道内用于输送冷气体源提供的冷气和热气体源提供的热气，通过控制器控制阀装置调节流通于气体通道内的热气体和冷气体的混合比，有利于使绝缘窗口的实际温度与设定温度相一致，且能够动态可控地调节绝缘窗口的温度。

进一步，通过热气体加热绝缘窗口，而不采用电阻丝加热绝缘窗口，有利于避免电阻丝对射频的干扰。

附图说明

图1为本实用新型一种等离子体处理装置的结构示意图；

图2为本实用新型一种绝缘窗口的结构示意图；

图3为本实用新型另一种绝缘窗口的结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，迫切需要在一种绝缘窗口以动态可控地调整绝缘窗口的温度，为此，本实用新型致力于提供一种绝缘窗口及包含所述绝缘窗口的等离子体处理装置，以下进行详细说明：

图1为本实用新型一种等离子体处理装置的结构示意图。

请参考图1，等离子体处理装置1包括：反应腔10，其内为真空环境，其包括反应腔侧壁；绝缘窗口12，位于所述反应腔侧壁上方。

所述反应腔10内为真空环境，其包括由金属材料制成的大致为圆柱形的反应腔侧壁，反应腔侧壁上设置一开口11用于容纳基片进出。反应腔侧壁上方设置一绝缘窗口12，所述绝缘窗口12的材料包括陶瓷材料或石英，绝缘窗口12上方设置电感耦合线圈13，射频功率源16通过射频匹配网络17将射频电压施加到电感耦合线圈13上。

反应腔10内部设置一内衬14，用以保护反应腔10内壁不被等离子体腐蚀，反应腔侧壁靠近绝缘窗口12的一端设置气体注入口15，在其他实施例中也可以在绝缘窗口12的中心区域设置气体注入口，气体注入口15用于将反应气体注入反应腔10内，射频功率源16的射频功率驱动电感耦合线圈13 产生较强的高频交变磁场，使得反应腔10内低压的反应气体被电离产生等离子体。在反应腔10内底部设置下电极组件11，承载待处理基片W。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基片的表面发生多种物理和化学反应，使得基片表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。一偏置射频功率源18通过射频匹配网络19将偏置射频电压施加到基座上，用于控制等离子体中带电粒子的轰击方向。

由于等离子体充斥在所述绝缘窗口12与下电极组件11之间，所述绝缘窗口12的下方将接触等离子体，所述等离子体的强度较高，将使绝缘窗口 12的温度较高，所述绝缘窗口12温度的高低和均匀性，将影响工艺的稳定性，因此，迫切需要提高绝缘窗口12温度的可控性，以提高工艺的可控性和稳定性。

如下对如何提高绝缘窗口12温度可控性进行详细说明：

图2为本实用新型一种绝缘窗口的结构示意图。

请参考图2，绝缘窗口12包括：绝缘窗口本体120；气体通道，开设于所述绝缘窗口本体120内；热气体源122和冷气体源123，用于向所述气体通道内输送热气体和冷气体；阀装置150，用于调整流通于所述气体通道内热气体相对于冷气体的混合比，以控制所述气体通道内气体的温度；控制器 140，用于控制所述阀装置150来调整流通于所述气体通道内热气体相对于冷气体的混合比。

所述绝缘窗口12温度的升高依赖于热气体源122的热气体和绝缘窗口 12下方等离子体的加热，所述绝缘窗口12温度的降低依赖于冷气体源123 的冷气体的降温。其中，所述热气体源的热气体温度范围为：100摄氏度～150 摄氏度；所述冷气体源的冷气体温度范围为：0摄氏度～40摄氏度。

所述绝缘窗口12还包括：温度传感器130，所述温度传感器130用于探测所述绝缘窗口本体120表面的温度，并将检测到的结果发送至控制器140 所述控制器140根据检测结果和目标温度，向所述阀装置150发送指示信号，指示调整流通于所述气体通道内热气体相对于冷气体的混合比。例如：当温度传感器130将检测到绝缘窗口本体120的温度发送至控制器140时，控制器140根据检测结果和目标温度，判断出检测结果的温度低于目标温度时，可通过增加热气体的混合比，同时降低冷气体的混合比，有利于使得绝缘窗口本体120的温度与目标温度相一致；相反的，当控制器120根据检测结果和目标温度，判断出检测结果的温度高于目标温度时，可通过减小热气体的混合比，同时增大冷气体的混合比，有利于使得绝缘窗口本体120的温度与目标温度相一致。通过上述检测和反馈，有利于使绝缘窗口12的温度与目标相一致，有利于提高绝缘窗口12温度的可控性。

在本实施例中，所述气体通道包括：环形通道121a和位于所述环形通道 121a内的辐射形通道121b，所述辐射形通道121b的两端与环形通道121a 连通，所述气体通道还设有与环形通道121a连通的入口A和出口B，所述入口A和出口B之间相互隔离；所述热气体源122和冷气体源123与所述入口A连通，所述热气体源122的热气体和冷气体源123的冷气气体在气体通道内传输后，通过所述出口B输出。由于所述气体通道中的辐射形通道121b 辐射状均匀排布，使得在气体通道内流动的气体能够对绝缘窗口本体120进行均匀控温。

并且，本实施例中，通过热气体加热所述绝缘窗口本体120，有利于避免采用电阻丝加热受射频干扰的影响。

在本实施例中，所述入口A和出口B设于绝缘窗口本体120的侧壁。在其它实施例中，所述入口和出口设于所述绝缘窗口本体的上方或者下方。

在本实施例中，所述热气体源122通过热气体管道125输送热气体，所述冷气体源123通过冷气体管道124输送冷气体，所述热气体和冷气体通过汇合输入管路126与入口A连通，用于向气体通道内输送混合后的热气体和冷气体。由于所述热气体和冷气体在进入气体通道之前进行混合，使气体的温度更均匀有利于更好地对绝缘窗口本体120的温度进行控制。

另外，在本实施例中，经所述气体通道出口B流出的气体被输出管路127 输送至热气体源122，而不是直接排至大气中，有利于循环利用所述气体，避免资源浪费。

在其它实施例中，经气体通道出口流出的气体被直接排放至大气中。

图3为本实用新型另一种绝缘窗口的结构示意图。

请参考图3，绝缘窗口12包括：绝缘窗口本体201；气体通道210，开设于所述绝缘窗口本体201内；热气体源202和冷气体源203，用于向所述气体通道210内输送热气体和冷气体；阀装置230，用于调整流通于所述气体通道210内热气体相对于冷气体的混合比，以控制所述气体通道210内气体的温度；控制器220，用于控制所述阀装置230来调整流通于所述气体通道210内热气体相对于冷气体的混合比。

在本实施例中，所述气体通道210为螺旋形通道，所述螺旋形通道包括入口C和出口D，所述入口C为螺旋形通道内的端部，所述出口D为螺旋形通道外的端部。所述热气体源202通过热气体管道212输送热气体，所述冷气体源203通过冷气体管道213输送冷气体，所述热气体和冷气体通过汇合输入管路214与入口C连通。还包括：温度传感器240，用于测量绝缘窗口本体201表面的温度，并将检测到的结果发送至控制器220，所述控制器220根据检测结果和目标温度，向所述阀装置230发送指示信号，指示调整调整流通于所述气体通道内热气体相对于冷气体的混合比。例如：当温度传感器240将检测到绝缘窗口本体201的温度发送至控制器220时，控制器220 根据检测结果和目标温度，判断出检测结果的温度低于目标温度时，可通过增加热气体的混合比，同时降低冷气体的混合比，有利于使得绝缘窗口本体 201的温度与目标温度相一致；相反的，当控制器220根据检测结果和目标温度，判断出检测结果的温度高于目标温度时，可通过减小热气体的混合比，同时增大冷气体的混合比，有利于使得绝缘窗口本体201的温度与目标温度相一致。通过上述检测和反馈，有利于使绝缘窗口12的温度与目标相一致，有利于提高绝缘窗口12温度的可控性。

并且，由于等离子体在绝缘窗口12中心区域的强度最强，使得绝缘窗口12中心区域相比边缘区域的温度更高，而混合后的气体刚进入气体通道 210时的温度最低，因此，使所述混合后的热气体和冷气体首先进入绝缘窗口12中心区域上方区域，后依次经过气体通道210，从出口D输出，有利于提高绝缘窗口12边缘区域与中心区域的温度一致性。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离。本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种绝缘窗口，其特征在于，包括：

绝缘窗口本体；

气体通道，开设于所述绝缘窗口本体内；

热气体源和冷气体源，用于向所述气体通道内输送热气体和冷气体；

阀装置，用于调整流通于所述气体通道内热气体相对于冷气体的混合比，以控制所述气体通道内气体的温度；

控制器，用于控制所述阀装置来调整流通于所述气体通道内热气体相对于冷气体的混合比。

2.如权利要求1所述的绝缘窗口，其特征在于，还包括：温度传感器，用于检测所述绝缘窗口本体的温度并将检测结果发送至所述控制器，所述控制器根据检测结果和目标温度，向所述阀装置发送指示信号，指示调整流通于所述气体通道内热气体相对于冷气体的混合比。

3.如权利要求1所述的绝缘窗口，其特征在于，所述热气体源的热气体温度范围为：100摄氏度～150摄氏度；所述冷气体源的冷气体温度范围为：0摄氏度～40摄氏度。

4.如权利要求1所述的绝缘窗口，其特征在于，所述气体通道包括：环形通道和位于所述环形通道内的辐射形通道，所述辐射形通道的两端与环形通道连通，所述气体通道还设有与环形通道连通的入口和出口，所述入口和出口之间相互隔离；所述热气体源和冷气体源与所述入口连通，所述热气体源的热气体和冷气体源的冷气气体在气体通道内传输后，通过所述出口输出。

5.如权利要求1所述的绝缘窗口，其特征在于，所述气体通道为螺旋形通道，所述螺旋形通道包括入口和出口，所述入口为螺旋形通道内的端部，所述出口为螺旋形通道外的端部。

6.如权利要求1或4或5所述的绝缘窗口，其特征在于，还包括：汇合输入管路，用于汇合所述热气体源的热气体与冷气体源的冷气体，并将混合后的气体输送至所述气体通道。

7.如权利要求6所述的绝缘窗口，其特征在于，还包括：输出管路，用于输出气体通道内的气体。

8.如权利要求7所述的绝缘窗口，其特征在于，所述输出管路与热气体源连通。

9.如权利要求1所述的绝缘窗口，其特征在于，所述绝缘窗口的材料包括：陶瓷材料或石英。

10.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：

反应腔，其包括反应腔侧壁；

如权利要求1至权利要求9任一项所述的绝缘窗口，位于所述反应腔侧壁上方；

电感线圈，位于所述绝缘窗口上方。

11.如权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：射频功率源，与所述电感线圈电连接；偏置功率源，与基座电连接。

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