带温度维持装置的隔离环

技术领域

本发明涉及等离子体刻蚀技术领域，尤其涉及一种抑制聚合物沉积的带温度维持装置的隔离环。

背景技术

在等离子体刻蚀设备中，隔离环被用于实现等离子体与反应腔侧壁之间的隔离。在等离子体刻蚀工艺处理过程中，等离子体自身带有的能量形成的热功率可以使得隔离环的温度升高，但是由于现有技术中隔离环被设置成整块式，而使得隔离环靠近等离子体的部分很难被升温至抑制聚合物沉积所需要的温度，因此等离子体时常会在隔离环的表面沉积聚合物，这些沉积聚合物的颗粒掉落至基片上会造成基片的污染问题，而不能保证基片的质量及基片处理地均一性。

因此，亟需一种可实现隔离环持续保持高温而有效抑制聚合物产生的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种带温度维持装置的隔离环，有效解决现有技术存在的问题，使得隔离环靠近等离子体的部分快速升温至可有效抑制聚合物产生所需要的温度。

为实现上述目的，本发明提供一种带温度维持装置的隔离环，设置于等离子体处理装置内，所述等离子体处理装置包括由多个壁围成的反应腔，所述反应腔的上部设置有用于引入气体至反应腔内的气体喷淋头，所述反应腔的下部设置有用于承载基片的基座，所述气体喷淋头与基座之间形成有对基片进行处理的等离子体，所述隔离环环绕于所述气体喷淋头并限制所述等离子体于隔离环所设有的壁体内，所述隔离环包括靠近等离子体的内隔离环及环绕所述内隔离环的外隔离环，所述内隔离环与外隔离环之间设置有温度维持装置，用于保持内隔离环温度以防止聚合物沉积于内隔离环表面。

可选的，所述温度维持装置为一隔热涂层，所述隔热涂层设置于内隔离环与外隔离环之间。

可选的，所述隔热涂层涂覆于内隔离环与外隔离环相对表面的至少之一者。

可选的，所述内隔离环与外隔离环相对表面的至少之一者凹设有凹槽，所述隔热涂层涂覆于该凹槽内。

可选的，所述隔热涂层的厚度为0.5mm至1mm，所述凹槽的深度大于0.5mm。

可选的，所述隔热涂层主要由纳米空心陶瓷微珠形成。

可选的，所述温度维持装置为一内部真空或内部填充有加热气体或加热液体的环形通道。

可选的，所述环形通道形成于隔离环的内部区域内，所述内隔离环与外隔离环相对的表面至少之一者挖设形成该环形通道。

可选的，在成型所述环形通道的过程中将该环形通道抽真空密封处理。

可选的，所述隔离环由一内部设置有管道的升降装置连接设置于反应腔内，所述隔离环上设置有连通所述环形通道与管道的通孔，所述管道用于将所述环形通道抽真空。

可选的，所述隔离环由一内部设置有管道的升降装置连接设置于反应腔内，所述隔离环上设置有连通所述环形通道与管道的通孔，所述管道用于向环形通道内循环充入所述加热气体或加热液体。

可选的，所述环形通道内填充有高压热氮气。

可选的，所述隔离环上设置有连通至所述环形通道的充入口和抽出口，所述充入口和抽出口通过连通至反应腔内设置的管道向环形通道内填充入或抽出所述加热气体或加热液体。

可选的，所述外隔离环由熔融石英材料制成。

可选的，所述内隔离环由熔融石英材料、单晶硅材料或者碳化硅材料制成。

可选的，所述外隔离环的体积占隔离环整体体积的65％-92％，所述内隔离环的体积占隔离环整体体积的8％-35％。

可选的，所述外隔离环的热容量占隔离环整体热容量的65％-92％，所述内隔离环的热容量占隔离环整体热容量的8％-35％。

可选的，所述外隔离环的质量占隔离环整体质量的65％-92％，所述内隔离环的质量占隔离环整体质量的8％-35％。

可选的，所述内隔离环与外隔离环通过熔融焊接或者螺栓连接的方式形成为一整体。

本发明还提供一种等离子体处理装置，包括：

由多个壁围成的反应腔；

设置在反应腔内的气体喷淋头，用于引入气体至反应腔内；

设置在反应腔内的基座，用于承载基片，所述气体喷淋头与基座之间形成有对基片进行处理的等离子体；

环绕于所述气体喷淋头并限制等离子体的隔离环，所述隔离环具有上述任一项所述的特征。

相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：本申请中的隔离环被分为内隔离环及外隔离环，且内、外隔离环之间设置有有效保持内隔离环持续高温的温度维持装置，通过温度维持装置抑制内隔离环的温度向外传递或通过温度维持装置来持续加热内隔离环，在较短的时间内将内隔离环的温度升高并保持至可有效抑制聚合物产生所需要的温度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1公开了第一种实施方式的带温度维持装置的隔离环于等离子体刻蚀设备结构示意图；

图2公开了第一种实施方式的带温度维持装置的隔离环示意图；

图3公开了第二种实施方式的带温度维持装置的隔离环示意图；

图4公开了第三种实施方式的带温度维持装置的隔离环于等离子体刻蚀设备结构示意图；

图5公开了第三种实施方式的带温度维持装置的隔离环示意图。

图6公开了第四种实施方式的带温度维持装置的隔离环示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出一种等离子体处理装置结构示意图，具体为电容耦合等离子体(CCP)刻蚀设备，电容耦合等离子体(CCP)刻蚀设备是一种由施加在极板上的射频电源通过电容耦合的方式在反应腔内产生等离子体并用于刻蚀的设备。其包括真空反应腔100，真空反应腔100包括由金属材料制成的大致为圆柱形的反应腔侧壁100a和顶壁100b。反应腔100的上部设置有气体喷淋头110和与所述气体喷淋头110相对位于反应腔100下部的基座111，气体喷淋头110与一气体供应装置相连，用于向真空反应腔100引入反应气体，同时作为真空反应腔100的上电极，基座111用于承载待处理基片w，同时作为真空反应腔100的下电极，上电极和下电极之间形成一等离子体反应区域。至少一高频射频电源施加到上电极或下电极之一，在上电极和下电极之间产生射频电场，用以将反应气体解离为等离子体，等离子体作用于待处理基片w，实现对基片w的刻蚀处理。

反应腔100内进一步包括位于气体喷淋头110上方的安装基板112，气体喷淋头110通过安装基板112与反应腔顶壁100b实现固定连接。一隔离环113环绕于气体喷淋头110，用于限制等离子体于隔离环113所设有的壁体内以防止等离子体扩散腐蚀反应腔100的各壁面。隔离环113通过一升降装置119于反应腔100内进行升降作业。基座111上设置有静电夹盘114，静电夹盘114内部设置有直流电极，通过该直流电极在基片w背面和静电夹盘114承载面之间产生直流吸附以实现对基片w的固定。环绕基座111设置有聚焦环115及边缘环116，聚焦环115和边缘环116用于调节基片w周围的电场或温度分布，提高基片w处理的均匀性。环绕边缘环116设置有等离子体约束环117，等离子体约束环117上设有排气通道，通过合理设置排气通道的深宽比例，在实现将反应气体排出的同时，将等离子体约束在上下电极之间的反应区域，避免等离子体泄露到非反应区域，造成非反应区域的部件损伤。等离子体约束环117下方设置有接地环118，用于提供电场屏蔽，避免等离子体泄露。一高频射频电源，通过一高频射频匹配网络施加到上电极或下电极上，用于控制反应腔内的等离子体浓度。一偏置射频电源，施加于基座上，用于控制等离子体的方向。

在等离子体刻蚀工艺处理过程中，隔离环在等离子体的轰击作用下温度升高，当隔离环内表面温度升高至120摄氏度及以上温度时，可避免隔离环表面沉积聚合物，但由于传统一体式设计的隔离环体积及质量较大，隔离环内表面受到等离子体轰击后产生的热量向外扩散，使得隔离环靠近等离子体的部分很难被升温至抑制聚合物沉积所需要的温度，而导致等离子体时常在隔离环的表面沉积聚合物，这些沉积聚合物的颗粒掉落至基片上造成基片的污染问题，且不能保证基片的质量及基片处理地均一性。

为解决隔离环表面沉积聚合物的问题，本申请提供一种带温度维持装置的隔离环，该隔离环包括靠近等离子体的内隔离环及环绕于内隔离环的外隔离环，内隔离环和外隔离环的体积可以为相同，也可以设置为不同。内隔离环由熔融石英材料、单晶硅材料或者碳化硅等材料制成，其体积、质量及热容量分别占隔离环整体的8％-35％。外隔离环由熔融石英材料制成，其体积、质量及热容量分别占隔离环整体的65％-92％。内隔离环与外隔离环之间设置有温度维持装置，用于保持内隔离环的温度在较高温度以防止聚合物沉积于内隔离环表面。内隔离环与外隔离环通过熔融焊接的方式形成为一整体，或者通过在内隔离环内设置螺母，于外隔离环上设置螺钉，螺钉螺栓连接至螺母的方式形成为一整体。

请参照图1及图2所示，其为避免聚合物沉积可实施的第一种实施方式。该实施方式中提供的隔离环113的内隔离环113a与外隔离环113b相对的表面的至少之一者涂覆隔热涂层113c。隔热涂层113c的主要成分为纳米空心陶瓷微珠，其厚度约为0.5mm-1mm。该隔热涂层113c具有低导热系数、高效隔热、耐高温及绝缘耐压等特性，其隔热保温抑制效率可达90％以上，可避免内隔离环113a将温度传递给外隔离环113b。本实施方式中内隔离环113a的热容量仅为隔离环113整体热容量的8％-35％，相较于传统的一整块式的隔离环而言，相同等离子体能量所带来的热功率施加于热容量为整体的8％-35％的内隔离环113a上，可使得内隔离环113a的升温速率加快，并由于受到隔热涂层113c的隔热保护，内隔离环113a上的温度不被传递至外隔离环113b上，内隔离环113a可被加热到更高的温度。当隔离环113的内隔离环113a被加热至120摄氏度及以上温度时可有效抑制聚合物的沉积。相较于传统一整块式的隔离环而言，本实施例在10-19分钟左右即可将内隔离环113a的温度升高至120摄氏度，而传统一整块式隔离环由于质量大，热容量大的原因，其加热至60摄氏度也需要三十分钟及以上时间且不易被加热至120摄氏度高温，而导致聚合物沉积在隔离环表面。

请参照图3所示，其为避免聚合物沉积可实施的第二种实施方式，该实施方式与第一种实施方式的区别在于：本实施方式中提供的隔离环123的内隔离环123a与外隔离环123b相对的表面的至少之一者凹设有凹槽D，于该凹槽D内涂覆隔热涂层123c以封堵该凹槽D。本实施例中的凹槽D的深度设置为0.5mm至1mm，隔热涂层123c的厚度设置为0.5mm至1mm。通过于隔离环123内设置的凹槽D涂覆隔热涂层123c，同样可达到如第一种实施方式相同的技术效果。当然，在本实施方式中，也可以将凹槽的深度设置为大于隔热涂层的厚度，即凹槽的深度大于0.5mm且不以1mm为限，以使得隔热涂层未完全封堵该凹槽，而在隔热涂层的表面形成有未被封堵的空间，其亦可达成本申请所需达成的相同的技术效果。

请参照图4及图5所示，其为避免聚合物沉积可实施的第三种实施方式，该实施方式与第一种实施方式及第二种实施方式的区别在于：本实施方式中提供的隔离环133的内部区域内挖设有环形通道133c及连通至该环形通道133c的通孔133d，该环形通道133c形成于内隔离环133a与外隔离环133b相对的表面的至少之一者，该通孔133d在上下方向上连通环形通道133c及内部设置有管道的升降装置139，该升降装置139与反应腔100外的充入循环装置连通。该充入循环装置可以通过设置有管道的升降装置139及通孔133d将环形通道133c抽真空。该充入循环装置也可以通过设置有管道的升降装置139及通孔133d在环形通道133c内循环填充入加热气体或加热液体。当环形通道133c被抽真空时，该环形通道133c大大降低了内隔离环133a的热量向外隔离环133b传递，相同等离子体能量所带来的热功率施加于该隔离环133上时，内隔离环133a的温度会快速上升至120摄氏度及以上温度从而达到抑制聚合物产生的效果。当环形通道133c内循环填充入加热气体或加热液体，例如高压热氮气，隔离环133在等离子体能量及高温热氮气的双重加热效果之下，隔离环133整体快速加温至120摄氏度及以上温度而达到抑制聚合物产生的效果。当然，本实施方式也可以在成型内部挖设有环形通道133c的隔离环133的过程中就将该环形通道133c抽真空密封处理，以在后续等离子体刻蚀的过程中，无需通过设置有管道的升降装置连通充入循环装置做抽真空处理即可实现相同的功效。

请参照图6所示，其为避免聚合物沉积可实施的第四种实施方式，该实施方式与第三种实施方式的区别在于：隔离环143内形成有如实施方式3相一致的环形通道143c，但另于隔离环143上设置充入口143d和抽出口143e，充入口143d和抽出口143e分别连通至环形通道143c，将充入口143d和抽出口143e通过于反应腔100内单独设置的管道实现于环形通道143c内抽真空，或将参与加热的加热气体或加热液体填充入及抽出环形通道143c，其可达成与其他实施方式相一致的效果。

需要注意的是，环形通道的形状、充入口和抽出口的位置并不以图4至图6中所示的形状为限，任何可实现本申请所要达成之功效而挖设于隔离环内部的通道均应被本申请所包含。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。