TWM459518U - 一種具有降溫功能的法拉第遮罩裝置及等離子體處理設備 - Google Patents

Description

一種具有降溫功能的法拉第遮罩裝置及等離子體處理設備

本創作係關於一種半導體製程設備，特別是關於法拉第遮罩裝置以及具有該法拉第遮罩裝置的等離子體處理設備。

在半導體設備的製造過程中，例如蝕刻、沉積、氧化、濺射等處理過程中，通常會利用等離子體對基板(半導體晶片、玻璃基板等)進行處理。一般地，對於等離子體處理設備來說，作為生成等離子體的方式，大體上可分為利用電暈(glow)放電或者高頻放電，和利用微波等方式。

在高頻放電方式的等離子體處理設備中，根據能量耦合方式不同又分為電容式耦合及電感式耦合兩種。電容式耦合等離子體處理設備的反應腔通常配置上部電極和下部電極，在本創作的一實施例中這兩個電極平行設置。而且，通常在下部電極之上載置被處理基板，經由整合器將等離子體生成用的高頻電源施加於上部電極或者下部電極。通過由該高頻電源所生成的高頻電場來使電子加速，因電子與處理氣體的衝擊電離而發生射頻等離子體，從而進行蝕刻的操作。在電感式耦合等離子體處理設備的反應腔外，配置有電磁感應線圈。高頻電磁場能量由線圈通過一個介質視窗耦合進出反應腔產生等離子體。被處理基板通常也是放在下部電極之上，並用另一高頻電源施加於下部電極以控制離子的能量對基板進行加工。

用電感式耦合等離子體處理設備對基板進行加工時，通過射頻線圈進行的能量耦合一搬包括交流和直流兩部分。交流部分用於產生等 離子體。而直流部分卻只用於增加離子對反應腔表面的轟擊能量。由於離子對反應腔表面的轟擊會造成表面的腐蝕，必須加以減少。法拉第遮罩裝置的主要用途，就是減少或消除直流部分的能量耦合。

在現有工藝中，法拉第遮罩裝置往往在工作中容易升溫，進而影響到法拉第遮罩裝置所產生的效果。本實用新型希望提供一種具有降溫功能的，通過增加一個導熱的裝置使法拉第遮罩裝置上的溫度降低，以此來解決這一問題。

緣此，本創作的目的是提供一種具有降溫功能的法拉第遮罩裝置及等離子體處理設備。

本創作為解決習知技術之問題所採用之技術手段係一種具有降溫功能的法拉第遮罩裝置，包括一法拉第遮罩板、以及一放置於所述法拉第遮罩板之上或插入所述法拉第遮罩板內部的導熱部件，其特徵在於：所述導熱部件內裝有冷卻液，所述導熱部件至少包括用於輸入冷卻液之一輸入介面以及用於輸出冷卻液之一輸出介面。

在本創作的一實施例中，所述導熱部件為一包含冷卻液的導熱板，所述導熱板佈置在所述法拉第遮罩板的表面或內部，所述導熱板與所述法拉第遮罩板的尺寸相對應。

在本創作的一實施例中，所述導熱部件至少包括一根或多根導熱管，所述一根或多根導熱管組成扇葉形、螺旋形、圓形、菱形以及星形等形狀中的任一種或任幾種。

在本創作的一實施例中，所述多根導熱管均勻地佈置於所述法拉第遮罩板的表面或內部。

在本創作的一實施例中，所述多根導熱管在所述法拉第遮罩板表面或內部呈中心和邊緣分佈，所述中心區域的導熱管的密度大於所述 邊緣區域的導熱管的密度。

在本創作的一實施例中，所述導熱管包括兩根直徑不同環狀管和多根直管，所述多根直管與兩根環狀管相連通。

在本創作的一實施例中，所述環狀管均包括各自的輸入介面以及輸出介面，且所述環狀管各自的輸入介面以及輸出介面同時連接一個冷卻裝置。

在本創作的一實施例中，所述導熱部件與法拉第遮罩板之間藉由焊接或導熱膠而相連接。

在本創作的一實施例中，所述法拉第遮罩板的材料為鋁。

本創作為解決習知技術之問題所採用之另一技術手段係一種等離子體處理設備，包括：一對被處理基板進行蝕刻的反應室、以及一配置在所述反應室上面並且與其隔開的線圈，所述線圈具有輸入端、輸出端，其特徵在於：所述等離子體處理設備更包括配置於所述反應室與所述線圈之間並與所述反應室以及所述線圈均隔開設置的所述法拉第遮罩裝置。

經由本創作所採用之技術手段提供一種具有降溫功能的法拉第遮罩裝置以及等離子體處理裝置，藉由增加一個導熱部件，使法拉第遮罩板上的溫度降低，從而解決法拉第遮罩裝置往往在工作中容易升溫，進而影響到法拉第遮罩裝置所產生的效果這一問題。

本創作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。

100‧‧‧等離子體處理設備

101‧‧‧蝕刻反應室

102‧‧‧反應室壁

104‧‧‧反應室窗

108‧‧‧夾盤

110‧‧‧半導體晶片

114‧‧‧絕緣墊片

116‧‧‧線圈

118‧‧‧分接頭

120‧‧‧電磁場

122‧‧‧感應電流

123‧‧‧等離子體

2‧‧‧法拉第遮罩裝置

21‧‧‧法拉第遮罩板

211‧‧‧徑向槽

22‧‧‧導熱部件

221‧‧‧導熱管

31‧‧‧輸入介面

32‧‧‧輸出介面

圖1係顯示根據現有技術的等離子體處理設備的結構示意圖。

圖2係顯示根據現有技術中所述等離子體處理設備的基本操作原理。

圖3係顯示根據本創作的第一實施例的法拉第遮罩裝置的表面結構示意圖。

圖4係顯示根據本創作的第二實施例的法拉第遮罩裝置的表面結構示意圖。

圖1係顯示根據現有技術的一等離子體處理設備的結構示意圖。具體地，所述等離子體處理設備100包括一蝕刻反應室101，其結構是由一反應室壁102與一反應室窗104所界定。所述反應室壁102通常由不銹鋼所構成，所述反應室窗104通常由石英製成。所述反應室窗104對所述反應室壁102提供了真空密封。一半導體晶片110，被固定放置在所述蝕刻反應室101的底部內表面上的一夾盤108上。一線圈116與法拉第遮罩裝置2位於所述反應室窗104之上，所述線圈116通過絕緣墊片(未示出)固定於所述蝕刻反應室101上，所述線圈116是由導電材料所製成且至少包含一匝完整的線圈，圖1中所示的線圈116包含三匝完整的線圈。具有“×”的線圈116符號表示線圈116往頁面裡旋轉延伸。相反地，具有“●”的線圈116符號表示線圈116往頁面外旋轉延伸。法拉第遮罩裝置2利用絕緣墊片114以一分離的間隔固定於線圈116下。一法拉第遮罩裝置2設置於緊鄰所述反應室窗104之上。所述線圈116、法拉第遮罩裝置2、與反應室窗104被設置為基本上互相平行。此外，所述線圈116與所述法拉第遮罩裝置2經由一分接頭118而電連接。

圖2係顯示根據現有技術中所述等離子體處理設備的基本操作原理。在操作當中，反應氣體從氣體導入口(未示出)流過所述蝕刻反應室101至氣體排出口(未示出)。然後高頻功率(即射頻(RF)功率)由電源(未示出)施加至所述線圈116，以產生流過所述線圈116的RF電流。流過所述線圈116的RF電流周圍產生一電磁場120。所述電磁場120在所述蝕刻反應室101內產生了一感應電流122。所述感應電流122作用於反應氣體從而產生了一等離子體123。高頻功率(即射頻功率)由一電源(未 示出)施加至所述夾盤108以對所述等離子體123提供定向性，使得所述等離子體123被往下拉到所述晶片110的表面上而進行蝕刻工藝。

所述法拉第遮罩裝置2確保由所述線圈116所產生的電磁能量均勻的分散到所述等離子體123，從而使蝕刻工藝中的非揮發性反應產物沉積於所述反應室窗104上的現象會均勻的產生。相似地，由所述反應室窗104而來的非揮發性反應產物的濺射也會均勻的發生。在整個所述反應室窗104中的均勻電特性的存在有利於整個所述刻蝕反應室101中的均勻所述等離子體123的特性的產生。

圖3係顯示根據本創作的第一實施例的所述法拉第遮罩裝置的表面結構示意圖。具體地，在本實施例中，所述法拉第遮罩裝置2由一法拉第遮罩板21及一導熱部件22組成，所述法拉第遮罩板21與所述導熱部件22為上下疊放，所述導熱部件22佈置於所述法拉第遮罩板21的表面上，並且所述導熱部件22與所述法拉第遮罩板21相貼。更具體地，所述法拉第遮罩板21上設置有多個徑向槽211，所述徑向槽211用於防止徑向電流在導電的法拉第遮罩板21中流動，其中所述徑向電流是圖1或圖2中所述線圈116上流動的所述感應電流122所形成的。更為具體地，所述導熱部件內還裝有冷卻液，所述冷卻液通過所述導熱部件22的熱量傳遞進而將熱量從所述法拉第遮罩板21轉移。

進一步地，根據圖3所示實施例，所述導熱部件22為一根導熱管221，所述導熱管221在所述法拉第遮罩板21的表面上呈扇葉形佈置，並且所述導熱管221均勻地分佈於所述法拉第遮罩板21的表面上，其可以使所述法拉第遮罩板21上的溫度均勻地傳遞給所述導熱管221，避免造成所述法拉第遮罩板21的溫度均衡而局部溫度高的情況。更進一步地，在不同的實施例中，所述導熱管221的佈置形狀也可以是不同的。具體地，在一個實施例中，所述導熱管221的佈置形狀可以為螺旋形的，所述導熱 管221可以由所述法拉第遮罩板21的中心呈螺旋狀延伸至所述法拉第遮罩板21的邊緣。而在另一實施例中，所述導熱管221的形狀也可以是圓形、菱形或星形的等等。本領域技術人員理解，其他實施例均可以結合圖3所示實施例予以實現，此處不予贅述。

進一步地，在本實施例中，所述法拉第遮罩板21與所述導熱管221相貼。所述法拉第遮罩板21與所述導熱管221之間通過焊接的形式相連，從而將所述導熱管221固定於所述法拉第遮罩板21的表面上，同時採用焊接的形式也有利於所述法拉第遮罩板21將工作時產生的熱量傳遞給所述導熱管221，以實現本創作的目的。而本領域技術人員理解，在一個實施例中，所述法拉第遮罩板21與所述導熱管221之間還可以通過使用導熱膠連接固定，導熱膠的使用同樣可以很有效地進行熱量的傳遞，所述實施例並不影響本創作的實質內容，此處不予贅述。

進一步地，根據圖3所示實施例，所述導熱管221上至少包括一個輸入介面31以及一個輸出介面32，所述輸入介面31用於輸入冷卻液，而所述輸出介面31用於輸出冷卻液，所述輸入介面31以及所述輸出介面32同時連接一個一冷卻裝置(圖3中未示出)，所述冷卻裝置用於提供冷卻液，降低所述法拉第遮罩板21的溫度。

進一步地，參考圖3所示實施例，在本實施例中，所述法拉第遮罩板21在本創作的一實施例中採用鋁材料製成，所述導熱管221採用銅材料，以此在達到良好性能的同時，也更節約成本。而在其他實施例中，所述法拉第遮罩板21以及所述導熱管221也可以採用一些其他的材料。例如所述法拉第遮罩板21採用銅材料、或鐵材料等一些導電性能較好的材料，而所述導熱管221採用鋁材料、或鐵材料等一些導熱性能較好的材料，此處不予贅述。

更為具體地，結合圖3所示實施例，本領域技術人員理解， 所述法拉第遮罩裝置2的降溫方式為：首先所述冷卻裝置開始提供冷卻液後，所述冷卻液從所述輸入介面31中流入所述導熱管221，在導熱管221中由於所述導熱管221與所述法拉第遮罩板21的接觸，並且兩者之間均採用導熱性能良好的材料，因此溫度高的所述法拉第遮罩板21可以通過熱傳導的方式將熱量傳遞給溫度低的所述冷卻液，進而溫度升高後的所述冷卻液從再從所述輸出介面31中流出所述導熱管221回到所述冷卻裝置中。

圖4係顯示根據本創作的第二實施例的法拉第遮罩裝置的表面結構示意圖。本創作的第二實施例的法拉第遮罩裝置相似於第一實施例的法拉第遮罩裝置。具體地，在本實施例中，所述導熱部件22由兩根所述導熱管221組成，兩根所述導熱管221均呈圓形，其中一根所述導熱管221的長度大於另一根所述導熱管221，所述兩根導熱管221呈中心與邊緣分佈，較長的一根所述導熱管221位於所述法拉第遮罩板21的邊緣，類似地，所述較短的一根所述導熱管221位於所述法拉第遮罩板21的中心，兩根所述導熱管221處於同一平面上，並且所述法拉第遮罩板21與所述導熱管221上下疊放。更具體地，兩根所述導熱管221上各自設置有一個輸入介面31與一個輸出介面32用於輸入以及輸出冷卻液。

進一步地，在其他實施例中，所述導熱部件22可有由更多所述導熱管221組成，例如三根、四根、或五根以上，且所述多根導熱管221可以是長度不同的，由所述法拉第遮罩板21的中心向所述法拉第遮罩板21的邊緣等間距地設置。或者所述多根導熱管221可以由所述法拉第遮罩板21的中心設置為中心位置與邊緣位置的密度不相等，例如佈置在所述法拉第遮罩板21中心位置的所述導熱管221密度大於佈置在邊緣位置的所述導熱管221的密度。又或者所述多根導熱管221也可以長度相等的，繞所述法拉第遮罩板21的中心分散地均勻設置。每根所述導熱管221上均設有一個輸入介面31以及一個輸出介面32。本領域技術人員理解，其他實施 例均可以結合圖4所示實施例予以實現，此處不予贅述。

更進一步地，本領域技術人員理解，多根所述導熱管221也可以只設置一個所述輸入介面31以及一個輸出介面32，在此情況下，只需多根所述導熱管221之間設置一根連接管使多根所述導熱管221之間互相連通，即可使冷卻液通過一個所述輸入介面31以及一個所述輸出介面32流經每根所述導熱管221，此處不予贅述。

結合圖3以及圖4所示實施例，更進一步地，本領域技術人員理解，所述導熱部件22也可以是一個導熱板222。具體地，所述導熱板222的形狀。尺寸與所述法拉第遮罩板21相適應，所述導熱板222與所述法拉第遮罩板21上下疊放，並且所述導熱板222同樣與所述法拉第遮罩板21利用焊接或導熱膠的方式相連接固定，所述導熱板222也設置有一個所述輸入介面31以及一個輸出介面32。所述導熱板222的形式同樣可以實現本創作所要達到的目的，此處不予贅述。

更為進一步地，本領域技術人員理解，在本創作的一實施例中，所述導熱部件22設置在所述法拉第遮罩板21的表面上與所述法拉第遮罩板21為上下疊放，而在其他實施例中，所述導熱部件22設置於所述法拉第遮罩板21的內部。具體地，在其他實施例中，所述導熱部件22為導熱管221，所述法拉第遮罩板21內部設置有若干與所述導熱管221的形狀尺寸相適應的通道，所述導熱管221可以從所述法拉第遮罩板21的側面插入所述通道內，以起到降溫的目的。而在另一個實施例中，所述導熱部件22為一塊所述導熱板222，所述法拉第遮罩板21內部設有一個與所述導熱板222相適應的凹槽，所述導熱板222同樣可以從所述法拉第遮罩板21的側面插入所述凹槽中，從而起到降溫的作用。其他實施例均可以結合上述圖3以及圖4所示實施例予以實現，此處不予贅述。

以上之敘述僅為本創作之較佳實施例說明，凡精於此項技藝 者當可依據上述之說明而作其它種種之改良，惟這些改變仍屬於本創作之創作精神及以下所界定之專利範圍中。

21‧‧‧法拉第遮罩板

211‧‧‧徑向槽

22‧‧‧導熱部件

221‧‧‧導熱管

31‧‧‧輸入介面

32‧‧‧輸出介面

Claims (10)

1. 一種具有降溫功能的法拉第遮罩裝置，包含一法拉第遮罩板、以及一放置於所述法拉第遮罩板之上或插入所述法拉第遮罩板內部的導熱部件，其特徵在於：所述導熱部件內裝有冷卻液，所述導熱部件至少包括用於輸入冷卻液之一輸入介面以及用於輸出冷卻液之一輸出介面。
2. 如請求項1所述的法拉第遮罩裝置，其中所述導熱部件為一包含冷卻液的導熱板，所述導熱板佈置在所述法拉第遮罩板的表面或內部，所述導熱板與所述法拉第遮罩板的尺寸相對應。
3. 如請求項1所述的法拉第遮罩裝置，其中所述導熱部件至少包括一根或多根導熱管，所述一根或多根導熱管組成如下形狀中的任一種或任幾種：扇葉形；螺旋形；圓形；菱形；以及星形。
4. 如請求項3所述的法拉第遮罩裝置，其中所述多根導熱管均勻地佈置於所述法拉第遮罩板的表面或內部。
5. 如請求項3所述的法拉第遮罩裝置，其中所述多根導熱管在所述法拉第遮罩板表面或內部呈中心和邊緣分佈，所述中心區域 的導熱管的密度大於所述邊緣區域的導熱管的密度。
6. 如請求項4或5所述的法拉第遮罩裝置，其中所述導熱管包括兩根直徑不同環狀管和多根直管，所述多根直管與兩根環狀管相連通。
7. 如請求項6所述的法拉第遮罩裝置，其中所述環狀管均包括各自的輸入介面以及輸出介面，且所述環狀管各自的輸入介面以及輸出介面同時連接一個冷卻裝置。
8. 如請求項根據權利要求1至5中任一項所述的法拉第遮罩裝置，其中所述導熱部件與法拉第遮罩板之間藉由焊接或導熱膠而相連接。
9. 如請求項1至5中任一項所述的法拉第遮罩裝置，其特徵在於，所述法拉第遮罩板的材料為鋁。
10. 一種等離子體處理設備，包括一對被處理基板進行蝕刻的反應室、以及一配置在所述反應室上面並且與其隔開的線圈，所述線圈具有輸入端、輸出端，其特徵在於：更包括配置於所述反應室與所述線圈之間並與所述反應室以及所述線圈均隔開設置的根據請求項1至9中任一項的所述法拉第遮罩裝置。