TWI534943B - A plasma processing device and a temperature measuring device thereof - Google Patents

Description

等離子體處理裝置及其溫度測試裝置

本發明涉及半導體製造領域，尤其涉及一種等離子體處理裝置及其溫度測試裝置。

等離子體處理裝置利用真空反應室的工作原理進行半導體基片和等離子平板的基片的加工。真空反應室的工作原理是在真空反應室中通入含有適當刻蝕劑源氣體的反應氣體，然後再對該真空反應室進行射頻能量輸入，以啟動反應氣體，來激發和維持等離子體，以便分別刻蝕基片表面上的材料層或在基片表面上澱積材料層，進而對半導體基片和等離子平板進行加工。

等離子體處理裝置設置了一放置基片的基台，基臺上方設置了一靜電夾盤，在靜電夾盤下方設置了一溫度測試線。其中，溫度測試線用於測試系統溫度。然而，等離子體處理裝置的腔室內是嚴格的真空環境，而射頻能量是從等離子體處理裝置的下方耦合進反應腔室的。射頻能量也會在等離子體處理裝置下方形成電場分佈，因此會對溫度測試線的測試溫度有非常嚴重的干擾。比如，在等離子體刻蝕腔室內測量靜電夾盤、氣體噴淋頭等與等離子體緊密接觸的元件溫度時，微弱的溫度測試信號會被射頻信號湮沒，難以實現。

其次，溫度測試線需要下接溫度補償導線將信號傳輸到讀取電路，溫度補償導線的線阻通常很大。若要達到精確的測試效果，理想的情況是需要溫度補償導線連接到溫度測試線和讀取裝置的兩端溫度一致。然而，這樣的理想情況很難滿足，並且如果射頻能量直接經由溫度補償導線傳播，也會引發發熱溫度，引起測試誤差。

此外，在溫度測試系統中通常還應當設置一濾波器，但是為減小測量誤差，一般不應當在溫度測試系統中引入其他導體材料，然而這會給濾波器設計造成困難。在多頻的等離子體處理裝置中，不引入導體材料的情況下設置濾波器就更加困難了。

針對背景技術中的上述問題，本發明提出了一種等離子體處理裝置及其溫度測試裝置。

本發明第一方面提供了一種用於等離子體處理裝置的溫度測試裝置，其中，所述等離子體處理裝置包括一放置基片的基台，所述基台中包括一靜電夾盤，所述溫度測試裝置設置於所述靜電夾盤下方，所述溫度測試裝置包括：

相互串聯的溫度測試線和溫度補償導線，所述溫度測試線和溫度補償導線的外表面包裹著射頻遮罩層；

所述相互串聯的溫度測試線和溫度補償導線還依次連接有射頻濾波器和溫度讀取裝置。

進一步地，所述射頻濾波器包括一並聯的電感和電容器，所述電容器接地。

進一步地，所述電感是由包裹著射頻遮罩層的相互串聯的溫度測試線和溫度補償導線纏繞鐵芯而成。

進一步地，所述溫度測試線包括並聯的兩條不同材料的金屬線。

進一步地，所述金屬線分別是由鎳鉻合金和鎳矽合金製成。

進一步地，所述射頻濾波器和溫度讀取裝置之間還連接有一集成濾波器，所述集成濾波器的一端接地。

進一步地，所述射頻遮罩層的材料為金屬。

進一步地，所述射頻遮罩層的材料為鋁。

進一步地，所述溫度測試線和溫度補償導線還可設置於一筒狀中空的容器中。

進一步地，所述容器是中空的圓筒狀或方筒狀。

本發明第二方面提供了一種等離子體處理裝置，其中，所述等離子體處理裝置包括本發明第一方面所述的溫度測試裝置。

本發明能夠有效地將射頻信號和溫度測試裝置隔離，防止兩者相互串擾。並且，本發明提高了溫度測試裝置測試結果準確率，改善了發熱問題。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及附呈圖式作進一步之說明。

以下結合附圖，對本發明的具體實施方式進行說明。

圖1是根據本發明的一個具體實施例的用於等離子體處理裝置的溫度測試裝置的結構示意圖。

如圖1所示，首先對等離子體處理腔室100的結構和功能進行描述。等離子體處理腔室100具有一個處理腔體，處理腔體基本上為柱形，且處理腔體側壁基本上垂直，處理腔體內具有相互平行設置的上電極和下電極。通常，在上電極與下電極之間的區域為處理區域，該區域將形成高頻能量以激發和維持等離子體。在基台中的靜電夾盤106上方放置待要加工的基片W，該基片W可以是待要刻蝕或加工的半導體基片或者待要加工成平板顯示器的玻璃平板。其中，所述靜電夾盤106用於夾持基片W。反應氣體從氣體源中被輸入至處理腔體內，一個或多個射頻電源可以被單獨地施加在下電極上或同時被分別地施加在上電極與下電極上，用以將射頻功率輸送到下電極上或上電極與下電極上，從而在處理腔體內部產生大的電場。大多數電場線被包含在上電極和下電極之間的處理區域內，此電場對少量存在於處理腔體內部的電子進行加速，使之與輸入的反應氣體的氣體分子碰撞。這些碰撞導致反應氣體的離子化和等離子體的激發，從而在處理腔體內產生等離子體。反應氣體的中性氣體分子在經受這些強電場時失去了電子，留下帶正電的離子。帶正電的離子向著下電極方向加速，與被處理的基片中的中性物質結合，激發基片加工，即刻蝕、沉積等。在等離子體處理腔室100的合適的某個位置處設置有排氣區域，排氣區域與外置的排氣裝置(例如真空泵)相連接，用以在處理過程中將用過的反應氣體及副產品氣體抽出腔室。其中，等離子體約束環用於將等離子體約束於處理區域內。

如圖1所示，本發明提供了一種用於等離子體處理裝置的溫度測試裝置。所述溫度測試裝置包括相互串聯的溫度測試線和溫度補償導線，所述相互串聯的溫度測試線和溫度補償導線還依次連接有射頻濾波器102和溫度讀取裝置104。其中，所述溫度測試線經由固定板108固定，保證與靜電夾盤106底部接觸，用於感應靜電夾盤106的系統溫度並傳導信號給溫度補償導線，溫度補償導線的作用相當於傳輸線，用於將從溫度測試線那裡來的信號傳輸給溫度讀取裝置104。溫度讀取裝置104用於通過接受到的信號對應出系統溫度，從而對等離子體處理裝置的基台溫度進行控制。本發明在所述溫度測試線和溫度補償導線的外表面包裹了一層射頻遮罩層103，射頻遮罩層103能夠遮罩射頻能量。

對於導體中的交流電流，靠近導體表面處的電流密度大於導體內部電流密度的現象被稱為趨膚效應(skin effect)。隨著電流頻率的提高，趨膚效應使導體的電阻增大，電感減小。根據趨膚效應，在等離子體處理裝置中，射頻能量的頻率越高，電流就越從導體表面傳輸。因此，本發明在所述溫度測試線和溫度補償導線的外表面包裹了一層射頻遮罩層103，射頻能量將不再對其 中包裹著的溫度測試線和溫度補償導線造成影響，而會從射頻遮罩層103的外表面通過。由於，射頻能量與溫度測試線和溫度補償導線並不會相互串擾，因此大大提高了溫度測試的準確度。

進一步地，射頻濾波器102用於濾除多餘的射頻能量，進一步提高測試精度。圖2是根據本發明的一個具體實施例的用於等離子體處理裝置的溫度測試裝置的濾波器的結構示意圖。如圖2所示，在本發明的優選實施例中，所述射頻濾波器102包括一並聯的電感1021和電容器，所述電容器接地。

特別地，所述電感1021是由包裹著射頻遮罩層103的相互串聯的溫度測試線和溫度補償導線一起纏繞鐵芯而成。這樣的設計使得本發明的溫度測試裝置不需要再引入任何其他導體，而利用包裹著射頻遮罩層103的溫度測試線和溫度補償導線本身組合射頻濾波器102。前已述及，減小測量誤差，一般不應當在溫度測試系統中引入其他導體材料。本發明的濾波器並不會對測試結果產生任何影響，且還可以方便應用於各種等離子體處理腔室的溫度測試裝置，例如多頻的等離子體處理裝置中。

進一步地，所述溫度測試線包括並聯的兩條不同材料的金屬線。圖3是根據本發明的一個具體實施例的用於等離子體處理裝置的溫度測試裝置的包裹著射頻遮罩層的相互串聯的溫度測試線和溫度補償導線的結構示意圖。如圖3所示，典型地，所述金屬線分別是由鎳鉻合金和鎳矽合金製成，分別為第一金屬線1011和第二金屬線1012。由於第一金屬線1011和第二金屬線1012的材料不同，因此電阻不同。因此，溫度測試線經由感測第一金屬線1011和第二金屬線1012上的電位差，並將其經由溫度補償導線傳輸給溫度讀取裝置104則可以得到溫度檢測結果。

如圖1所示，進一步地，所述射頻濾波器102和溫度讀取裝置104之間還連接有一集成濾波器110，所述集成濾波器110的一端接地。其中，所述集成濾波器110用於進一步濾除溫度測試裝置的射頻干擾等。

進一步地，所述射頻遮罩層103的材料為金屬，所述射頻遮罩層103的材料為鋁。

根據本發明的一個變化例，所述溫度測試線和溫度補償導線還可設置於一筒狀中空的容器中。只要此容器外表面包裹或者塗覆一層射頻遮罩層103即可實現本發明的發明目的。

進一步地，所述容器是中空的圓筒狀或方筒狀。

本發明還提供了一種等離子體處理裝置，所述等離子體處理裝置包括前文所述的溫度測試裝置。

儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的專利範圍來限定。

100‧‧‧等離子體處理腔室

102‧‧‧射頻濾波器

1021‧‧‧電感

103‧‧‧射頻遮罩層

104‧‧‧溫度讀取裝置
106‧‧‧靜電夾盤
108‧‧‧固定板
1011‧‧‧第一金屬線
1012‧‧‧第二金屬線
110‧‧‧集成濾波器
W‧‧‧基片

圖1是根據本發明的一個具體實施例的用於等離子體處理裝置的溫度測試裝置的結構示意圖； 圖2是根據本發明的一個具體實施例的用於等離子體處理裝置的溫度測試裝置的濾波器的結構示意圖； 圖3是根據本發明的一個具體實施例的用於等離子體處理裝置的溫度測試裝置的包裹著射頻遮罩層的相互串聯的溫度測試線和溫度補償導線的結構示意圖。

100‧‧‧等離子體處理腔室

102‧‧‧射頻濾波器

103‧‧‧射頻遮罩層

104‧‧‧溫度讀取裝置

106‧‧‧靜電夾盤

108‧‧‧固定板

110‧‧‧集成濾波器

W‧‧‧基片

Claims (11)

1. 一種用於等離子體處理裝置的溫度測試裝置，其中，所述等離子體處理裝置包括一放置基片的基台，所述基台中包括一靜電夾盤，所述溫度測試裝置設置於所述靜電夾盤下方，其特徵在於，所述溫度測試裝置包括： 相互串聯的一溫度測試線和一溫度補償導線，所述溫度測試線和溫度補償導線的外表面包裹著一射頻遮罩層； 所述相互串聯的溫度測試線和溫度補償導線更依次連接有一射頻濾波器和一溫度讀取裝置。
2. 如申請專利範圍第1項之溫度測試裝置，其中所述射頻濾波器包括一並聯的電感和電容器，所述電容器接地。
3. 如申請專利範圍第2項之溫度測試裝置，其中所述電感是由包裹著射頻遮罩層的相互串聯的溫度測試線和溫度補償導線纏繞鐵芯而成。
4. 如申請專利範圍第1項之溫度測試裝置，其中所述溫度測試線包括並聯的兩條不同材料的金屬線。
5. 如申請專利範圍第4項之溫度測試裝置，其中所述金屬線分別是由鎳鉻合金和鎳矽合金製成。
6. 如申請專利範圍第1項之溫度測試裝置，其中所述射頻濾波器和溫度讀取裝置之間更連接有一集成濾波器，所述集成濾波器的一端接地。
7. 如申請專利範圍第1項之溫度測試裝置，其中所述射頻遮罩層的材料為金屬。
8. 如申請專利範圍第7項之溫度測試裝置，其中所述射頻遮罩層的材料為鋁。
9. 如申請專利範圍第1項之溫度測試裝置，其中所述溫度測試線和溫度補償導線係設置於一筒狀中空的容器中。
10. 如申請專利範圍第9項之溫度測試裝置，其中所述容器是中空的圓筒狀或方筒狀。
11. 一種等離子體處理裝置，其中所述等離子體處理裝置包括專利範圍第1項至第10項任一項所述的溫度測試裝置。