等离子体处理设备及等离子体处理系统

摘要

一种等离子体处理设备及其包含等离子体处理设备的等离子体处理系统，其中，等离子体处理设备包括：基片处理腔；气体供应单元，用于向基片处理腔内输送反应气体；位于基片处理腔内的基座，基座用于承载待处理基片；位于基片处理腔上的第一壳体，第一壳体具有气体通道，气体通道用于释放第一壳体内的第一气体；位于第一壳体内的电感线圈，电感线圈用于使反应气体转化为等离子体；位于基片处理腔下方的第二壳体，气体通道的端口朝向第二壳体；位于第二壳体内的抽真空装置，抽真空装置用于使基片处理腔内为真空环境；位于第二壳体下方的抽气装置，抽气装置用于将第一气体从第二壳体周围抽走。所述等离子体处理设备的性能较好。

权利要求

1.一种等离子体处理设备，其特征在于，包括：

基片处理腔；

气体供应单元，用于向所述基片处理腔内输送反应气体；

位于所述基片处理腔内的基座，所述基座用于承载待处理基片；

位于所述基片处理腔上方的第一壳体，所述第一壳体具有气体通道，所述气体通道用于释放第一壳体内的第一气体；

位于所述第一壳体内的电感线圈，所述电感线圈用于使所述反应气体转化为等离子体；

位于所述基片处理腔下方的第二壳体，所述气体通道的端口朝向第二壳体；

位于所述第二壳体内的抽真空装置，所述抽真空装置用于使所述基片处理腔内为真空环境；

位于所述第二壳体下方的抽气装置，所述抽气装置用于将所述第一气体从第二壳体周围抽走。

2.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述第一壳体包括：第一侧壁、贯穿所述第一侧壁的气体孔以及磁屏蔽罩，所述磁屏蔽罩与第一侧壁之间构成所述气体通道，所述气体通道与气体孔连通。

3.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，还包括：第一鼓风装置，所述第一鼓风装置用于向第一壳体内输送冷却气体，所述冷却气体用于对第一壳体内进行降温形成第一气体。

4.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，还包括：位于所述第一壳体内的绝缘窗口，所述绝缘窗口位于基片处理腔的顶部，所述电感线圈位于所述绝缘窗口上。

5.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述第一壳体的材料包括导磁材料。

6.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述第二壳体还包括散热孔；

所述等离子体处理设备还包括：位于第二壳体内的第二鼓风装置，所述第二鼓风装置用于向第二壳体内输送冷却气体，所述冷却气体用于对第二壳体内进行降温形成第二气体；所述抽气装置用于将第二气体抽出。

7.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述气体供应单元包括：若干根与基片处理腔连通的进气管路和若干个气体控制器，且一根进气管路与一个气体控制器相连。

8.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述抽真空装置包括相互连接的第一抽真空器件和第二抽真空器件，所述第一抽真空器件用于使基片处理腔内的压力降低，所述第二抽真空器件用于使基片处理腔内为真空环境。

9.如权利要求8所述的等离子体处理设备，其特征在于，还包括：位于第二壳体内的第一节流阀，所述第一节流阀与第一抽真空器件连接，所述第一节流阀用于控制所述第一抽真空器件所抽反应气体的流量大小；位于第二壳体内的第二节流阀，所述第二节流阀与第二抽真空器件连接，所述第二节流阀用于控制所述第二抽真空器件所抽反应气体的流量大小。

10.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，还包括：位于所述第二壳体内的第一加热器，所述第一加热器用于对抽真空装置进行加热。

11.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，还包括：第三壳体，所述第三壳体包围所述基片处理腔。

12.如权利要求11所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述第三壳体的材料包括：导磁材料。

13.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，还包括：环形内衬，所述环形内衬包括侧壁保护环及将所述侧壁保护环固定在所述基片处理腔侧壁的承载环。

14.如权利要求13所述的等离子体处理设备，其特征在于，还包括：第二加热器，用于对基片处理腔和环形内衬进行加热。

15.一种包含等离子体处理设备的等离子体处理系统，其特征在于，包括：一个或者多个如权利要求1至权利要求14中任一项所述的等离子体处理设备；

传输腔，当所述等离子体处理设备的个数为多个时，多个等离子体处理设备环绕所述传输腔。

16.如权利要求15所述的等离子体处理系统，其特征在于，所述抽气装置位于第二壳体下方。

17.如权利要求15所述的等离子体处理系统，其特征在于，所述抽气装置位于传输腔下方。

18.如权利要求15所述的等离子体处理系统，其特征在于，还包括：位于所述传输腔与基片处理腔之间的传输门，所述传输门用于实现待处理基片在传输腔和基片处理腔之间的传递；所述传输腔、基片处理腔与传输门之间构成开口，所述开口与气体通道连通，所述第一气体经气体通道和开口流出后，向第二壳体周围流动。

说明书

等离子体处理设备及等离子体处理系统

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种等离子体处理设备及其包含等离子体处理设备的等离子体处理系统。

背景技术

[0002] 随着半导体器件的集成度提高，半导体器件的线宽越来越小，关键尺寸的控制也越来越重要，对刻蚀工艺的要求也越来越高。

[0003] 刻蚀工艺是一种有选择的去除待处理基片材料。刻蚀工艺包括湿法刻蚀和干法刻蚀，干法刻蚀由于选择性高、可控性强成为当今最常用的刻蚀工艺之一。

[0004] 干法刻蚀即为等离子体刻蚀，通常在基片处理腔内通入刻蚀气体，并电离所述刻蚀气体形成等离子体，利用所述等离子体对待处理基片进行刻蚀。现有的等离子体刻蚀方法通常在待处理基片表面形成光刻胶图形，以所述光刻胶图形为掩膜，对所述待处理基片进行刻蚀。

[0005] 现有的等离子体处理设备包括电容耦合等离子体刻蚀设备（Capacitor Coupled Plasma，CCP）和感应耦合等离子体刻蚀设备（Inductive Coupled Plasma，ICP）。但是，现有的等离子体处理设备的性能较差。

发明内容

[0006] 本发明解决的技术问题是提供一种等离子体处理设备及其包含等离子体处理设备的等离子体处理系统，以提高等离子体处理设备的性能。

[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供一种等离子体处理设备，包括：基片处理腔；基片处理腔；气体供应单元，用于向所述基片处理腔内输送反应气体；位于所述基片处理腔内的基座，所述基座用于承载待处理基片；位于所述基片处理腔上的第一壳体，所述第一壳体具有气体通道，所述气体通道用于释放第一壳体内的第一气体；位于所述第一壳体内的电感线圈，所述电感线圈用于使所述反应气体转化为等离子体；位于所述基片处理腔下方的第二壳体，所述气体通道朝向第二壳体；位于所述第二壳体内的抽真空装置，所述抽真空装置用于使所述基片处理腔内为真空环境；位于所述第二壳体下方的抽气装置，所述抽气装置用于将所述第一气体从第二壳体周围抽走。

[0008] 可选的，所述第一壳体包括：第一侧壁、贯穿所述第一侧壁的气体孔以及磁屏蔽罩，所述磁屏蔽罩与第一侧壁之间构成所述气体通道，所述气体通道与气体孔连通。

[0009] 可选的，还包括：第一鼓风装置，所述第一鼓风装置用于向第一壳体内输送冷却气体，所述冷却气体用于对第一壳体内进行降温形成第一气体。

[0010] 可选的，还包括：位于所述第一壳体内的绝缘窗口，所述绝缘窗口位于基片处理腔的顶部，所述电感线圈位于所述绝缘窗口上。

[0011] 可选的，所述第一壳体的材料包括导磁材料。

[0012] 可选的，所述第二壳体还包括散热孔；所述等离子体处理设备还包括：位于第二壳体内的第二鼓风装置，所述第二鼓风装置用于向第二壳体内输送冷却气体，所述冷却气体用于对第二壳体内进行降温形成第二气体；所述抽气装置用于将第二气体抽出。

[0013] 可选的，所述气体供应单元包括：若干根与基片处理腔连通的进气管路和若干个气体控制器，且一根进气管路与一个气体控制器相连。

[0014] 可选的，所述抽真空装置包括相互连接的第一抽真空器件和第二抽真空器件，所述第一抽真空器件使基片处理腔内的压力降低后，所述第二抽真空器件用于使基片处理腔内为真空环境。

[0015] 可选的，还包括：位于第二壳体内的第一节流阀，所述第一节流阀与第一抽真空器件连接，所述第一节流阀用于控制所述第一抽真空器件所抽反应气体的流量大小；位于第二壳体内的第二节流阀，所述第二节流阀与第二抽真空器件连接，所述第二节流阀用于控制所述第二抽真空器件所抽反应气体的流量大小。

[0016] 可选的，还包括：位于所述第二壳体内的第一加热器，所述第一加热器用于对抽真空装置进行加热。

[0017] 可选的，还包括：第三壳体，所述第三壳体包围基片处理腔。

[0018] 可选的，所述第三壳体的材料包括：导磁材料。

[0019] 可选的，还包括：环形内衬，所述环形内衬包括侧壁保护环及将所述侧壁保护环固定在所述基片处理腔侧壁的承载环。

[0020] 可选的，还包括：第二加热器，用于对处理腔和环形内衬进行加热。

[0021] 本发明还提供一种包含等离子体处理设备的等离子体处理系统，包括：一个或者多个上述等离子体处理设备；传输腔，当所述等离子体处理设备的个数为多个时，多个等离子体处理设备环绕所述传输腔。

[0022] 可选的，所述抽气装置位于第二壳体下方。

[0023] 可选的，所述抽气装置位于传输腔下方。

[0024] 可选的，还包括：位于所述传输腔与基片处理腔之间的传输门，所述传输门用于实现待处理基片在传输腔和基片处理腔之间的传递；所述传输腔、基片处理腔与传输门之间构成开口，所述开口与气体通道连通，所述第一气体经气体通道和开口流出后，向第二壳体周围流动。

[0025] 与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

[0026] 本发明技术方案提供的等离子体处理设备中，所述第一壳体内具有电感线圈，所述电感线圈用于使所述反应气体转化为等离子体。所述电感线圈在工作的过程中易产生热量，使得第一壳体内的温度较高。所述第一壳体的气体通道用于释放第一壳体内的第一气体。由于所述第一壳体的气体通道端口朝向第二壳体，使所述第一气体将流动至第二壳体周围，而所述第一气体的温度较高，使得所述第一气体对第二壳体内温度的影响较大。但是，所述第二壳体下方具有抽气装置，所述抽气装置能够将第一气体从第二壳体周围抽走，因此，有利于降低第一气体流动至第二壳体周围使第二壳体内的温度过高，进而有利于提高第二壳体内器件的使用寿命。

[0027] 进一步，所述第二壳体还包括散热孔，所述等离子体处理设备还包括位于第二壳体内的第二鼓风装置，所述第二鼓风装置用于向第二壳体内输送冷却气体，所述冷却气体用于对第二壳体内进行降温形成第二气体。所述抽气装置还能够将第二气体抽出，使得所述第二壳体内的温度不至于过高，因此，有利于提高第二壳体内器件的使用寿命。

附图说明

[0028] 图1为一种等离子体处理设备的结构示意图；

[0029] 图2和图3是本发明一种等离子体处理设备的结构示意图；

[0030] 图4是本发明第一壳体的结构示意图；

[0031] 图5是本发明包含等离子体处理设备的等离子体处理系统的结构示意图；

[0032] 图6是本发明等离子体处理系统的俯视图。

具体实施方式

[0033] 正如背景技术所述，现有等离子体处理设备的性能较差，以下进行详细说明：

[0034] 图1为一种等离子体处理设备的结构示意图。

[0035] 请参考图1，等离子体处理设备包括：基片处理腔100；气体供应单元（图中未示出），用于向所述基片处理腔100内输送反应气体；位于所述基片处理腔100内的基座101，所述基座101用于承载待处理基片；位于所述基片处理腔100顶部的绝缘窗口102和位于所述绝缘窗口102上的电感线圈103；抽真空装置106，所述抽真空装置106用于使所述基片处理腔100内为真空环境。

[0036] 上述等离子体处理设备中，为了降低外界磁场对电感线圈103的影响，在所述电感线圈103的外面增设壳体104。所述壳体104包括侧壁104a、贯穿所述侧壁104a的气体孔104b以及磁屏蔽罩104c，所述磁屏蔽罩104c与侧壁104a之间构成气体通道105，所述气体通道105与气体孔104b连通，所述气体通道105用于释放壳体104内的气体。

[0037] 然而，所述气体通道105端口朝向基片处理腔100下方，使得所述壳体104内的气体易被输送至基片处理腔100下方，而所述壳体104内气体的温度较高，使得所述气体对基片处理腔100下方器件的影响较大，使得所述基片处理腔100下方器件的使用寿命较短。

[0038] 为了解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种等离子体处理设备及其包含等离子体处理设备的等离子体处理系统，其中，等离子体处理设备包括：基片处理腔；气体供应单元，用于向所述基片处理腔内输送反应气体；位于所述基片处理腔内的基座，所述基座用于承载待处理基片；位于所述基片处理腔上的第一壳体，所述第一壳体具有气体通道，所述气体通道用于释放第一壳体内的第一气体；位于所述第一壳体内的电感线圈，所述电感线圈用于使所述反应气体转化为等离子体；位于所述基片处理腔底部的第二壳体，所述气体通道朝向第二壳体；位于所述第二壳体内的抽真空装置，所述抽真空装置用于使所述基片处理腔内为真空环境；位于所述第二壳体底部的抽气装置，所述抽气装置用于将所述第一气体从第二壳体周围抽走。所述等离子体处理设备的性能较好。

[0039] 为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

[0040] 图2和图3是本发明一种等离子体处理设备的结构示意图，图3为图2沿A‑A1线的剖面结构示意图。

[0041] 请参考图2和图3，基片处理腔211；气体供应单元（图中未示出），用于向所述基片处理腔211内输送反应气体；位于所述基片处理腔211内的基座212，所述基座212用于承载待处理基片；位于所述基片处理腔211上的第一壳体205，所述第一壳体205具有气体通道213，所述气体通道213用于释放第一壳体205内的第一气体；位于所述第一壳体205内的电感线圈215，所述电感线圈215用于使所述反应气体转化为等离子体；位于所述基片处理腔
211下方的第二壳体201，所述气体通道213端口朝向第二壳体201；位于所述第二壳体201内的抽真空装置220，所述抽真空装置220用于使所述基片处理腔211内为真空环境；位于所述第二壳体201下方的抽气装置208，所述抽气装置208用于将所述第一气体从第二壳体201周围抽走。

[0042] 在本实施例中，所述等离子体处理设备为电感耦合等离子体刻蚀设备。

[0043] 所述气体供应单元用于向基片处理腔211内输送反应气体。所述电感耦合等离子体刻蚀设备还包括：射频功率源216和射频偏置源221，所述射频功率源216与电感线圈215相连，使所述反应气体被离子化形成等离子体，所述射频偏置源221施加于基座212上，使所述等离子体向基座212运动，所述基座212用于承载待处理基片，因此，有利于对待处理基片表面进行等离子体处理。

[0044] 所述气体供应单元包括：若干根与基片处理腔211连通的进气管路（图中未示出）和若干个气体控制器（图中未示出），且一根进气管路与一个气体控制器（Mass Flow Controller，MFC）相连。通过所述气体控制器控制通入基片处理腔211内的反应气体和反应气体的流量。

[0045] 还包括：环形内衬（图中未示出），所述环形内衬包括侧壁保护环及将所述侧壁保护环固定在所述基片处理腔211侧壁的承载环。

[0046] 还包括：设置于所述基片处理腔211外围的第三壳体210，所述第三壳体210的材料包括：导磁材料。所述第三壳体210用于减少外界磁场对基片处理腔211内的影响。

[0047] 所述第三壳体210内还包括第二加热器，所述第二加热器用于对环形内衬和基片处理腔211进行加热，防止等离子体在所述环形内衬和基片处理腔211表面附着形成颗粒，有利于防止所述颗粒对待处理基片进行等离子体处理的影响。

[0048] 还包括：位于所述第一壳体205内的绝缘窗口214，所述绝缘窗口214位于所述基片处理腔211的顶部，所述电感线圈215位于所述绝缘窗口214的顶部。

[0049] 所述电感线圈215在工作的过程中易发热，使得第一壳体205内的初始第一流体温度较高。

[0050] 为了降低第一壳体205内的温度，所述等离子体处理设备还设置有第一鼓风装置217，所述第一鼓风装置217用于向第一壳体205内输送冷却气体，所述冷却气体用于对第一壳体205内进行降温形成第一气体，所述第一气体通过气体通道213释放。由于所述气体通道213端口朝向第二壳体201，使得第一气体易被输送至第二壳体201周围。尽管所述第一气体的温度仍较高，但是，所述第二壳体201下方的所述抽气装置208能够将所述第一气体从第二壳体201周围抽走，使得第一气体不易在第二壳体201周围停留，则所述第一气体对第二壳体201内温度的影响较小，有利于提高第二壳体201内器件的使用寿命。

[0051] 在本实施例中，还包括：设备板200，所述第二壳体201位于所述设备板200上。所述抽气装置208位于所述设备板200内，使得第一气体被抽入设备板200内，使得等离子体处理设备周围的温度不至于过高，有利于工作人员在此作业。

[0052] 所述第一壳体205的材料包括：导磁材料。所述第一壳体205用于防止外界磁场对等离子体分布的影响。

[0053] 所述抽真空装置220包括：相互连接的第一抽真空器件（图中未示出）和第二抽真空器件（图中未示出），所述第一抽真空器件使基片处理腔211内的压力降低后，关闭第一抽真空器件，开启第二抽真空器件，使基片处理腔211内为真空环境。

[0054] 还包括：位于第二壳体201内的第一节流阀（图中未示出），所述第一节流阀与第一抽真空器件连接，所述第一节流阀用于控制所述第一抽真空器件所抽反应气体的流量大小；位于第二壳体201内的第二节流阀，所述第二节流阀与第二抽真空器件连接，所述第二节流阀用于控制所述第二抽真空器件所抽反应气体的流量大小。

[0055] 在对待处理基片进行等离子体处理的过程中，所述抽真空装置220、第一节流阀和第二节流阀均易发热，使得第二壳体201内的温度较高。

[0056] 所述第二壳体201还具有散热孔202；所述等离子体处理设备还包括：位于所述第二壳体201内的第二鼓风装置（图中未示出），所述第二鼓风装置用于向第二壳体201内输送冷却气体，所述冷却气体用于对第二壳体201内进行降温形成第二气体。所述抽气装置208在将第一气体从第二壳体201周围抽走的过程中，也能够将第二气体抽走，使得第二壳体201内的温度不至于过高，有利于提高第二壳体201内器件的使用寿命。同时，所述抽气装置
208位于所述设备板200内，使得第一气体被抽入设备板200内，使得等离子体处理设备周围的温度不至于过高，有利于工作人员在此作业。

[0057] 在本实施例中，还包括：位于第二壳体201内的第一加热器（图中未示出），所述第一加热器用于对抽真空装置220进行加热，防止抽真空装置220在对基片处理腔211内进行抽真空处理时，反应气体因抽真空装置220的温度过低而产生颗粒堆积在抽真空装置的内壁，造成抽真空装置220内部的堵塞。

[0058] 以下对第一壳体205的结构进行详细说明。

[0059] 图4是本发明第一壳体的结构示意图。

[0060] 请参考图4，所述第一壳体205包括第一侧壁A、贯穿所述第一侧壁A的流体孔205a、以及磁屏蔽罩205b，所述磁屏蔽罩205b与第一侧壁A之间构成所述气体通道213，所述气体通道213与气体孔205a连通。

[0061] 所述电感线圈215与射频功率源216相连，使得所述电感线圈215易产生热量，使得第一壳体205内的温度较高。所述第一鼓风装置217用于向第一壳体205内输送冷却气体，所述冷却气体用于对第一壳体205内进行降温形成第一气体。

[0062] 在本实施例中，以所述第一鼓风装置217的个数为1个为例进行说明。在其他实施例中，所述第一鼓风装置的个数大于1个。

[0063] 相应的，本发明还提供一种包含等离子体处理设备的等离子体处理系统，请参考图5，包括：一个或者多个等离子体处理设备1；传输腔207，当所述等离子体处理设备1的个数为多个时，多个等离子体处理设备1环绕所述传输腔207。

[0064] 在本实施例中，以所述等离子体处理设备1的个数为1个进行说明。在其他实施例中，所述等离子体处理设备的个数大于1个。

[0065] 为了提高等离子体处理系统的集成度，所述等离子体处理设备1与传输腔207之间的距离较小，且相邻所述等离子体处理设备1之间的距离也较小。

[0066] 图6是本发明等离子体处理系统的俯视图。

[0067] 所述基片处理腔211与传输腔207之间具有传输门300，所述传输门300用于实现待处理基片在传输腔207与基片处理腔211之间的传递。所述传输腔207、基片处理腔211与传输门300构成开口301，所述开口301与气体通道213连通，使得所述第一气体经过气体通道213和开口301流出后，向所述第二壳体201周围流动。但是，所述第二壳体201下方的所述抽气装置208能够将所述第一气体从第二壳体201周围抽走，使得第一气体不易在第二壳体
201周围停留，则所述第一气体对第二壳体201内温度的影响较小，有利于提高第二壳体201内器件的使用寿命。

[0068] 在本实施例中，以所述等离子体处理设备1的个数为6个进行说明。

[0069] 在其他实施例中，所述等离子体处理设备的个数可以为其他值。

[0070] 为了提高等离子体处理系统的集成度，所述等离子体处理设备1与传输腔207之间的距离、以及相邻等离子体处理设备1之间的距离均较小。而每一个等离子体处理设备1在工作时均易产生热量，若不及时将所述热量抽走，所述等离子体处理系统的温度过高，不利于工作人员在此作业。

[0071] 在本实施例中，所述抽气装置208位于传输腔207下方的设备板200内。

[0072] 在其他实施例中，所述抽气装置位于第二壳体下方的设备板内。

[0073] 所述第二壳体201内的温度不超过40摄氏度，有利于提高第二壳体201内器件的使用寿命；所述第一壳体205内的温度不超过40摄氏度，有利于提高第一壳体205内器件的使用寿命。

[0074] 虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。