TWI651775B - 電漿源及半導體加工裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種電漿源及半導體加工裝置。該電漿源包括介電質襯筒、環繞在該介電質襯筒周圍的線圈以及罩設在該線圈周圍的線圈盒，其中，在該線圈盒的側壁的底部區域設置有第一進氣口，用以向該線圈盒內輸送冷卻氣體；在該線圈盒的頂壁上設置有第一出氣口，用以排出該線圈盒內的冷卻氣體。本發明提供的電漿源，其可以降低熱對流的阻力，提高熱對流的速度，從而可以提高裝置的散熱能力。

Description

電漿源及半導體加工裝置
本發明涉及半導體製造領域，具體地，涉及一種電漿源及半導體加工裝置。
為了實現較高的蝕刻選擇比及蝕刻速率，目前的半導體加工裝置往往採用遠端高密度電漿（Remote High Density Plasma，Remote HDP）的電漿源，其在施加功率的射頻線圈（立體線圈）的作用下，在電漿產生腔的內部產生電漿，因電漿產生腔採用陶瓷等的絕緣材料製作，結構呈筒狀，故以下簡稱為“介電質襯筒”。
第1圖為現有的一種半導體加工裝置的剖視圖。如第1圖所示。半導體加工裝置包括反應腔室和電漿源，其中，反應腔室由側壁7和具有開口的頂蓋6構成，在該反應腔室內設置有用於承載晶片的卡盤8，並且在反應腔室的底部還設置有用於排出廢氣的抽真空裝置9。電漿源包括射頻線圈4、介電質襯筒3、線圈盒2和風扇1。其中，介電質襯筒3罩扣在頂蓋6上，且介電質襯筒3的開口覆蓋住頂蓋6的開口，即，介電質襯筒3的開口應當與頂蓋6的開口相連通；射頻線圈4環繞設置在介電質襯筒3的外側；線圈盒2罩設在射頻線圈4周圍，且與頂蓋6和介電質襯筒3共同形成封閉空間。而且，在線圈盒2的頂部設置有進氣口，且在線圈盒2的側壁底部設置有排氣口5，風扇1設置在線圈盒2的進氣口處，用以通過進氣口向上述封閉空間輸送冷卻氣體，冷卻氣體自上而下流動，最終經由排氣口5排出，以冷卻介電質襯筒3。
上述半導體加工裝置在實際應用中不可避免地存在以下問題： 上述介電質襯筒3的散熱方式之一為對流散熱，在無風冷，即風扇1不工作時，封閉空間內的空氣因受熱變輕而上升，氣流的流向自下而上，形成自然對流。而在風扇1工作時，其向封閉空間內通入冷卻氣體，該冷卻氣體自上而下流動形成強制對流。但是，由於該強制對流的方向與自然對流的方向相反，自然對流實際上對強制對流造成一定的阻礙，導致熱對流的速度變慢，從而使裝置的散熱能力降低。
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種電漿源及半導體加工裝置，其可以降低熱對流的阻力，提高熱對流的速度，從而可以提高裝置的散熱能力。
為實現本發明的目的而提供一種電漿源，其包括介電質襯筒、環繞在該介電質襯筒周圍的線圈以及罩設在該線圈周圍的線圈盒，其中，在該線圈盒的側壁的底部區域設置有第一進氣口，用以向該線圈盒內輸送冷卻氣體；在該線圈盒的頂壁上設置有第一出氣口，用以排出該線圈盒內的冷卻氣體。
其中，該電漿源還包括控溫套筒，該控溫套筒設置在該線圈盒內，且與該介電質襯筒構成第一空間；並且，在該控溫套筒的側壁的底部區域設置有第二進氣口，用以向該第一空間內輸送冷卻氣體；在該控溫套筒的頂壁上設置有第二出氣口，用以排出該第一空間內的冷卻氣體。
其中，該第二進氣口的數量為複數，且沿該控溫套筒的周向對稱分佈。
其中，該第一進氣口的數量為複數；且複數該第一進氣口沿該線圈盒的周向對稱分佈。
其中，該第一進氣口的數量與該第二進氣口的數量一致，且各第一進氣口與各第二進氣口一一對應。
其中，該第二出氣口的數量為複數，且沿該控溫套筒的周向對稱分佈。
其中，該電漿源還包括筒狀的導流罩，該導流罩設置在該線圈盒內，且與該線圈盒的頂壁和該控溫套筒的頂壁構成第二空間，並且該第一出氣口和該第二出氣口位於該第二空間內。
其中，該導流罩呈喇叭筒狀，且該導流罩的頂部開口的尺寸小於該導流罩的底部開口的尺寸。
其中，上述任一方案提供的電漿源還包括散熱器，其設置在該第一出氣口處，用於對自該第一出氣口處排出的氣體進行冷卻。
其中，上述任一方案提供的電漿源還包括抽氣裝置，其設置在該第一出氣口處，用於將該線圈盒內的冷卻氣體經由該第一出氣口處抽出。
作為另一個技術方案，本發明還提供一種半導體加工裝置，其包括反應腔室和電漿源，在該反應腔室的頂壁上設置有開口，其中，該電漿源採用上述任一方案所述的電漿源，並且該電漿源的介電質襯筒設置在該反應腔室的頂部，且與該開口相連通；該線圈盒、該介電質襯筒與該反應腔室的頂壁共同形成封閉空間。
本發明具有以下有益效果： 本發明提供的電漿源，其通過將第一進氣口設置在線圈盒的側壁底部，並將第一出氣口設置在線圈盒的頂壁上，可以使在線圈盒內的冷卻氣體自下而上地流動，該流動方向與自然對流的方向一致，從而可以降低熱對流的阻力，提高熱對流的速度，進而可以提高裝置的散熱能力。
本發明提供的半導體加工裝置，其通過採用本發明提供的上述電漿源，可以降低熱對流的阻力，提高熱對流的速度，從而可以提高裝置的散熱能力。
為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖來對本發明提供的電漿源及半導體加工裝置進行詳細描述。
第2圖為本發明實施例提供的包括有電漿源的半導體加工裝置的剖視圖。請參閱第2圖，本發明實施例所採用的電漿源包括介電質襯筒11、環繞在該介電質襯筒11周圍的線圈12以及罩設在該線圈12周圍的線圈盒10。介電質襯筒11通常採用諸如陶瓷等的絕緣材料製作。線圈12為立體線圈，通過向該線圈12施加射頻功率，可以將射頻能量饋入介電質襯筒11內，以在介電質襯筒11的內部形成電漿。
其中，在線圈盒10的側壁的底部區域設置有第一進氣口24，用以向線圈盒10的內部空間26輸送冷卻氣體。較佳的，第一進氣口24的數量為複數，且沿線圈盒10的周向對稱分佈，以提高冷卻氣體在線圈盒10的內部空間26內的分佈均勻性。在線圈盒10的頂壁上設置有第一出氣口20，較佳的位於該頂壁的中心位置處，以保證氣流分佈的對稱性。
可選地，對應於第一出氣口20設置第一抽氣裝置18，用於通過第一出氣口20抽出線圈盒10內的冷卻氣體。抽氣裝置18可以為抽氣風扇。借助抽氣裝置18，可以在線圈盒10內形成自下而上的強制對流方向，該強制對流方向與自然對流的方向一致，從而可以降低熱對流的阻力，提高熱對流的速度，進而可以提高裝置的散熱能力。同時，抽氣裝置18還可以提高線圈盒10內的冷卻氣體的流動速率，從而可以提高冷卻效率。在實際應用中，也可以省去該抽氣裝置18，在這種情況下，自第一進氣口24流入線圈盒10內的冷卻氣體仍然可以自下而上地流動，並最終自第一出氣口20排出，即，冷卻氣體的流動方向與自然對流的方向一致，從而可以降低熱對流的阻力，提高熱對流的速度，進而可以提高裝置的散熱能力。
較佳的，電漿源還包括控溫套筒23，該控溫套筒23設置在線圈盒10內，且與介電質襯筒11構成第一空間27。並且，在控溫套筒23的側壁底部設置有第二進氣口25，線圈盒10的內部空間26內的冷卻氣體通過該第二進氣口25進入第一空間27內。而且，在控溫套筒23的頂壁上設置有第二出氣口22，用以排出第一空間27內的冷卻氣體。也就是說，冷卻氣體經由第一進氣口24進入線圈盒10的內部空間26，然後經由第二進氣口25進入第一空間27內，並自下而上流動，再經由第二出氣口22排出第一空間27，最終被抽氣裝置18經由第一出氣口20抽出線圈盒10。
借助上述控溫套筒23，可以將熱氣流與線圈盒10內的其他部件隔離，同時使冷卻氣流能夠與介電質襯筒11充分接觸，從而可以提高冷卻氣流與介電質襯筒11的熱交換效率，進而可以提高冷卻效果。
進一步較佳的，第二進氣口25的數量為複數，且沿控溫套筒23的周向對稱分佈，以使進入第一空間27內的冷卻氣體分佈更均勻，從而可以提高冷卻均勻性。另外，較佳的，第一進氣口24的數量與第二進氣口25的數量一致，且各個第一進氣口24與各個第二進氣口25一一對應，這可以使大部分冷卻氣體能夠通過第一進氣口24進入線圈盒10的內部空間26之後，經由與之相對的第二進氣口25直接流入第一空間27，從而可以縮短冷卻氣體的路徑，提高冷卻效率。所謂一一對應指的是：第一進氣口24的數量與第二進氣口25的數量相同，並且從設置位置來說，一個第一進氣口24與一個第二進氣口25彼此相對。當然，在實際應用中，第一進氣口24的數量也可以少於或者多於第二進氣口25的數量。
較佳的，第二出氣口22的數量為複數，且沿控溫套筒23的周向對稱分佈，以提高第一空間27內的氣流的穩定性和均勻性，從而可以提高冷卻均勻性。
較佳的，電漿源還包括呈筒狀的導流罩21，該導流罩21設置在線圈盒10內，其一端開口覆蓋住線圈盒10的頂壁的第一出氣口20，其另一端開口的內壁將控溫套筒23的頂壁包裹住，這樣，導流罩21與線圈盒10的頂壁和控溫套筒23的頂壁構成了第二空間28，並且第一出氣口20和第二出氣口22位於第二空間28內，這樣，自第二出氣口22流出的氣體在該導流罩21的引導和約束下，可以順利流向第一出氣口20，也就是說，借助導流罩21，可以避免氣流滯留在線圈盒10中。進一步較佳的，導流罩21為錐形環狀，且導流罩21的頂部開口的尺寸小於導流罩21的底部開口的尺寸，這可以使氣流朝向第一出氣口20的方向聚攏，從而可以控制氣流的方向，使之更為舒暢和快速地自第一出氣口20排出。
較佳的，電漿源還包括散熱器19，該散熱器19用於對自第一出氣口20處排出的氣體進行冷卻。該散熱器19可以為散熱片，該散熱片由纏繞分佈的冷卻管道組成，該冷卻管道設置在第一出氣口20處，通過向冷卻管道內通入冷卻水，可以對流經第一出氣口20的氣體進行冷卻。借助散熱器19，可以使經由抽氣裝置18排出的氣體直接排入廠務排風或者大氣中去，從而可以簡化排出氣體的處理流程。
作為另一個技術方案，本發明還提供一種半導體加工裝置，其包括反應腔室和電漿源，其中，如第2圖所示，反應腔室由側壁15和具有開口的頂蓋14構成，在該頂蓋14上設置有開口。並且，在該反應腔室內設置有用於承載晶片的卡盤16，以及在反應腔室的底部還設置有用於排出廢氣的抽真空裝置17。
電漿源可採用本發明前述任一方案提供的電漿源，其散熱方式如前所述，在此不再贅述。下面僅說明該電漿源與反應腔室的位置關係。該電漿源包括介電質襯筒11、環繞在該介電質襯筒11周圍的線圈12以及罩設在該線圈12周圍的線圈盒10。其中，介電質襯筒11設置在反應腔室的頂蓋14上，且與頂蓋14的開口相連通。線圈盒10、介電質襯筒11與反應腔室的頂蓋14共同形成封閉空間26。
本發明實施例提供的半導體加工裝置，其通過採用本發明實施例提供的上述電漿源，可以降低熱對流的阻力，提高熱對流的速度，從而可以提高裝置的散熱能力。
可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不侷限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。
1‧‧‧風扇
2、10‧‧‧線圈盒
3、11‧‧‧介電質襯筒
4‧‧‧射頻線圈
5‧‧‧排氣口
6、14‧‧‧頂蓋
7、15‧‧‧側壁
8、16‧‧‧卡盤
9、17‧‧‧抽真空裝置
12‧‧‧線圈
18‧‧‧抽氣裝置
19‧‧‧散熱器
20、22‧‧‧出氣口
21‧‧‧導流罩
23‧‧‧控溫套筒
24、25‧‧‧進氣口
26‧‧‧內部空間
27、28‧‧‧空間
第1圖為現有的一種半導體加工裝置的剖視圖； 第2圖為本發明實施例提供的包括有電漿源的半導體加工裝置的剖視圖。

Claims (11)

  1. 一種電漿源，其包括介電質襯筒、環繞在該介電質襯筒周圍的線圈以及罩設在該線圈周圍的線圈盒，其特徵在於，在該線圈盒的側壁的底部區域設置有第一進氣口，用以向該線圈盒內輸送冷卻氣體；在該線圈盒的頂壁上設置有第一出氣口，用以排出該線圈盒內的冷卻氣體；還包括控溫套筒，該控溫套筒設置在該線圈盒內，且與該介電質襯筒構成第一空間，在該控溫套筒的側壁的底部區域設置有第二進氣口，用以向該第一空間內輸送冷卻氣體，該冷卻氣體直接經過該介電質襯筒周圍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電漿源，其特徵在於，在該控溫套筒的頂壁上設置有第二出氣口，用以排出該第一空間內的冷卻氣體。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電漿源，其特徵在於，該第二進氣口的數量為複數，且沿該控溫套筒的周向對稱分佈。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的電漿源，其特徵在於，該第一進氣口的數量為複數，且複數該第一進氣口沿該線圈盒的周向對稱分佈。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的電漿源，其特徵在於，該第一進氣口的數量與該第二進氣口的數量一致，且各第一進氣口與各第二進氣口一一對應。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的電漿源，其特徵在於，該第二出氣口的數量為複數，且沿該控溫套筒的周向對稱分佈。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的電漿源，其特徵在於，還包括筒狀的導流罩，該導流罩設置在該線圈盒內，且與該線圈盒的頂壁和該控溫套筒的頂壁構成第二空間，並且該第一出氣口和該第二出氣口位於該第二空間內。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的電漿源，其特徵在於，該導流罩呈喇叭筒狀，且該導流罩的頂部開口的尺寸小於該導流罩的底部開口的尺寸。
  9. 如申請專利範圍第1項至第8項任一項所述的電漿源，其特徵在於，還包括散熱器，其設置在該第一出氣口處，用於對自該第一出氣口處排出的氣體進行冷卻。
  10. 如申請專利範圍第1項至第8項任一項所述的電漿源，其特徵在於，還包括抽氣裝置，其設置在該第一出氣口處，用於將該線圈盒內的冷卻氣體經由該第一出氣口處抽出。
  11. 一種半導體加工裝置，其包括反應腔室和電漿源，在該反應腔室的頂壁上設置有開口，其特徵在於，該電漿源採用申請專利範圍第1項至第10項任一項所述的電漿源，並且該電漿源的介電質襯筒設置在該反應腔室的頂部，且與該開口相連通；該線圈盒、該介電質襯筒與該反應腔室的頂壁共同形成封閉空間。
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