专利名称：等离子体处理装置及其介质窗的制作方法
技术领域：
本发明涉及微电子技术领域，特别涉及 一 种电感线圏耦合式等离 子体处理装置。本发明还涉及一种电感线圏耦合式等离子体处理装置 的介质窗。
背景技术：
电感线圏耦合式等离子体处理装置是在微电子技术领域得到广
泛应用的加工i殳备。
请参考图1和图2，图1为现有技术中一种典型的电感线圏耦合
式等离子体处理装置的结构示意图；图2为图1中介质窗的结构示意图。
电感线圈耦合式等离子体处理装置(以下简称等离子体处理装
置)1包括侧壁11,侧壁ll通常为圓环形，其中形成反应腔室12。 反应腔室12的顶部具有作为其顶壁的介质窗13,介质窗13的上方设 有电感耦合线圏15。通常，介质窗13由石英、陶瓷、SiC等介质材 料制成，其中心位置开设输气孔19 (示于图2中)，输气孔19中插装 喷气嘴14(示于图1中)。反应腔室12的底部具有静电卡盘16，用以 放置待处理加工件。
等离子体处理装置1工作时，通过分子泵等真空获得装置(图中 未示出)在反应腔室12中制造并维持接近真空的状态。在此状态下， 通过包括气体喷气嘴14在内的气体输入装置向反应腔室12中输入工 艺气体，并在电感耦合线圈15中输入射频电流。电感耦合线圏15中 射频电流产生的能量通过介质窗13耦合入反应腔室12，以激活其中 的工艺气体，从而在放置于静电卡盘16顶部的加工件表面产生并维持 等离子体环境。由于具有强烈的刻蚀以及淀积能力，所述等离子体可 以与所述加工件发生刻蚀或者淀积等物理化学反应，以获得所需要的 刻蚀图形或者淀积层。上述物理化学反应的副产物由所述真空获得装 置从反应腔室12中抽出。
4如上所述，等离子体具有强烈的刻蚀以及淀积能力，因此其不但 可以与加工件发生反应，而且可以腐蚀等离子体处理装置1的侧壁11、
作为顶壁的介质窗13以及其他部件；显然，这是十分有害的。为了尽 可能降低所述等离子体的破坏作用，可以在反应腔室12中靠近侧壁 11的位置设置内衬18，用以隔离所述等离子体；还可以在所述等离子 体的扩散通道中设置屏蔽环17,从而将所述等离子体的扩散通道截 断。
然而，很难对作为反应腔室12顶壁的介质窗13提供有效的保护。 其主要原因在于，电感耦合线圈15中射频电流产生的能量必须通过介 质窗13耦合入反应腔室12中，进而激活其中的工艺气体；设置类似 于内衬18的保护部件将不利于上述能量耦合入反应腔室12，进而干 扰等离子体的产生以及维持。
因此，等离子体处理装置的介质窗难以得到有效的保护；经过一 定的使用周期，介质窗将受到较为严重的破坏，必须及时更换。所以， 介质窗是等离子体处理装置的主要耗材之一。由于其成本较高同时耗 费量较大，介质窗的频繁更换显著增加了等离子体处理装置的使用成 本。
如何减少介质窗的消耗，进而降低等离子体处理装置的使用成 本，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种介质窗，在离子体处理装置的使用过程 中其耗费量较少；本发明的另一目的是提供一种包括上述介质窗的离 子体处理装置，其使用成本较低。
为解决上述技术问题，本发明提供一种等离子体处理装置的介质 窗，具有板状结构，所述介质窗包括在厚度方向将其贯穿的输气孔， 以及由所述等离子体处理装置的侧壁支撑的外周部，所述外周部具有 第一内腔；第一中心部可拆卸地安装于所述第一内腔，且两者保持气 密封；所述输气孔设置于所述第一中心部。
优选地，所述第一中心部的外侧壁以及所述第一内腔的内侧壁均沿其轴向向下渐缩，且两者紧密配合。
优选地，述第 一 中心部的外侧壁与所述第 一 内腔的内侧壁之间涂 有真空脂。
优选地，所述第一内腔的内侧壁具有向上的第一环形台阶面，所 述第一中心部的外侧壁具有向下的第二环形台阶面；所述第一环形台
阶面支撑所述第二环形台阶面，且两者紧密配合。
优选地，所述第一环形台阶面与所述第二环形台阶面之间设有密 封圈。
优选地，所述第二环形台阶面设有环形凹槽，其深度小于所述密
封圏的厚度；所述密封圈设置于所述环形凹槽中。
优选地，所述第一中心部的厚度大于所述外周部的厚度。 优选地，所述第一中心部进一步具有第二内腔，其中可拆卸地安
装第二中心部，两者保持气密封；所述输气孔设置于所述第二中心部 的中心位置。
优选地，所述第二中心部、第一中心部以及外周部的厚度依次减小。
本发明还提供一种等离子体处理装置，包括上述任一种等离子体 处理装置的介质窗。
相对上述背景技术，本发明所提供的等离子体处理装置的介质窗 包括具有第 一 内腔的外周部，其内腔中可拆卸地安装有第 一 中心部，
两者保持气密封。因此，本发明所提供的介质窗具有分体式结构，其 第一中心部可以与所述外周部相分离。
由于等离子体处理装置的气体输入装置包括位于反应腔室顶部 中心位置附近的气体喷嘴；同时，等离子体处理装置的电感耦合线圏 在其中部比较密集，因此，在所述反应腔室中心位置等离子体密度比 较高，在靠近所述反应腔室侧壁的位置等离子体密度比较低。显然， 所述介质窗的中心位置所受到的腐蚀程度远比其边缘部分严重；当所 述介质窗的中心部位已经无法使用时，其边缘部分通常仍然可以继续 使用。上述本发明所提供的介质窗具有分体式结构，当其第一中心部分 因受腐蚀而不能继续使用时，仅需将该第一中心部分更换即可，所逸 外周部可以继续使用。因此，等离子体处理装置使用过程中，本发明
所提供的介质窗的耗费量可以显著降低；包括上述介质窗的等离子体
处理装置的客户使用成本因此也得到显著降低。
图1为现有技术中一种典型的电感线圏耦合式等离子体处理装置 的结构示意图2为图1中介质窗的结构示意图3为本发明实施例所提供的介质窗第一种具体实施方式
的分解 剖视示意图4为图3所示介质窗的俯视示意图； 图5为图3中A部位的局部放大图6为本发明实施例所提供的介质窗第二种具体实施方式
的剖视 示意图7为本发明实施例所提供的介质窗第三种具体实施方式
的分解 剖视示意图8为图7所示介质窗的俯视示意图9为本发明实施例所提供的介质窗第四种具体实施方式
的剖视 示意图10为本发明实施例所提供的介质窗第五种具体实施方式
的分 解剖视示意图。
具体实施例方式
本发明的核心是提供一种介质窗，在离子体处理装置的使用过程 中其耗费量较少；本发明的另 一核心是提供 一 种包括上述介质窗的离 子体处理装置，其使用成本较低。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合 附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。
请参考图3和图4,图3为本发明实施例所提供的介质窗第一种具体实施方式
的分解剖视示意图；图4为图3所示介质窗的俯视示意
图。 .
在第一种具体实施方式
中，本发明实施例所提供的介质窗2具有
板状结构，通常由石英、陶瓷、SiC等介质材料制成。介质窗2设置 于等离子体处理装置的顶部，并由所述等离子体处理装置的侧壁支撑。
介质窗2横截面的形状通常设置为圆形，当然，必要时也可以将其设 为其它形状。
介质窗2包括外周部21,上述等离子体处理装置的侧壁将其支撑。 外周部21的中部具有第一内腔211,其中以常规的方式可拆卸地安装 第一中心部22。
第一空腔211的横截面最好是圆形，与此相适应，第一中心部22 的横截面最好也设为圓形。当然，将第一内腔211以及第一中心部22 设为其它形状也可以实现本发明的目的；无论如何，两者的形状应当 相适应，以保证反应腔室的密封性。
介质窗2的输气孔24可以i殳置于第一中心部22,具体地，可以 将其设置于第一中心部22的中心位置。输气孔24中可以进一步插装 喷气嘴，用于向等离子体处理装置的反应腔室中输入工艺气体。
当第一中心部22安装于第一内腔211中时，第一中心部22可以 由外周部21支撑，两者从而连为一体；而且，两者的连接部位应当保 持气密封。此处以及下文所述气密封，均指一种结果，而非手段；也 即无论采用何种具体技术手段，第一中心部22与外周部21的连接部 位都不应出现气体泄漏现象；因此，外界空气无法通过上述连接部位 进入真空状态的反应腔室之中。
当第一中心部22因受到等离子体的腐蚀而无法继续使用时，可 以将第一中心部22自第一内腔211中拆除并更换；更换后的第一中心 部22与外周部21作为一个整体又可以重新投入〗吏用。由于外周部21 的受腐蚀速率低于第一中心部22,多次更换第一中心部22的同时可 以只需要更换一次外周部21。
如上所述，外周部21的第一内腔211中以常M^的方式可拆卸地安
8装第一中心部22,两者的连接方式可以有多种。
.比如，可以在第一内腔211的内侧壁设置第一环形台阶面212, 第一环形台阶面212的朝向应当向上；同时，可以在第一中心部22 的外侧壁设置第二环形台阶面221,显然，第二环形台阶面221的朝 向应当向下。第一环形台阶面212和第二环形台阶面221应当大体平 行，以便于第一环形台阶面212通过第二环形台阶面221支撑第一中 心部22;且两台阶面应当紧密配合，以便保持接触部位的气密封。
为了进一步提高第一环形台阶面212和第二环形台阶面221之间 的密封性能，确保在所述反应腔室中形成真空环境，可以进一步在第 一环形台阶面212和第二环形台阶面221之间i殳置第一密封圈25。
第一密封圈25应当由弹性材料制成，最好具有适当的耐等离子 体腐蚀的能力，而且其自身不易向等离子体处理装置的反应腔室中引 入污染。通常，第一密封圈25由橡胶材料制得。
请参考图5,图5为图3中A部位的局部放大图。
为了固定第一密封圈25的位置，避免因其产生位移而造成密封 性能的降低，可以进一步在第一环形台阶面212上开设第一凹槽213, 从而可以将第一密封圏25设置于第一凹槽213中，这样即可实现对第 一密封圈25的定位。
第一凹槽213的深度应当小于第一密封圈25的轴向厚度，以便 设置于其中时，第一密封圈25的顶部凸出于第一环形台阶面212;第 二环形台阶面221因此可以对第一密封圏25施加适当的挤压力，这将 引起第一密封圈25产生适当的弹性形变，从而取得较好的密封效果。
第一密封圏25断面的形状可以是圆形、椭圆形、矩形、直角梯 形或者其他适宜的形状。
当然，也可以在第二环形台阶面221上进一步设置第二凹槽，第 二凹槽应当对应于第一凹槽213而设置，以^f更当第一中心部22安装于 外周部21中时，两者可以分别自顶部和底部将第一密封圏25夹紧。
应当指出，上述第一凹槽213和第二凹槽的深度之和应当小于第 一密封圈25的轴向厚度，否则两者无法夹紧第一密封圈25并使其产生上述弹性形变。
上述第一种具体实施方式
中，本发明所提供的介质窗具有分体式 结构，当其第一中心部分因受腐蚀而不能继续使用时，仅需更换该第 一中心部分即可，所述外周部可以继续使用。因此，等离子体处理装
置使用过程中，本发明所提供的介质窗的耗费量可以显著降低；包括 上述介质窗的等离子体处理装置的客户使用成本因此也得到显著降 低。
可以对上述第一种具体实施方式
中的介质窗进行若干进一步的 改进。
请参考图6,图6为本发明实施例所提供的介质窗第二种具体实 施方式的剖视示意图。
如上所述，所述反应腔室中的等离子体对第一中心部22的腐蚀 程度较外周部21明显偏重，第一中心部22的更换频率明显高于外周 部21的更换频率。
为了避免第一中心部22的更换过于频繁，可以适当地增加其厚 度。如图6所示，本发明所提供介质窗的第二种具体实施方式
，在上 述第一种具体实施方式
的基础上，将第一中心部22的厚度设为略大于 外周部21的厚度，因此，第一中心部22的抵抗等离子体腐蚀的能力 得到增强，其使用寿命得到提高，更换周期也得到延长，可以不必过 于频繁地更换。
请参考图7和图8，图7为本发明实施例所提供的介质窗第三种具体实施方式
的分解剖视示意图；图8为图7所示介质窗的俯视示意 图。
上文已经指出，介质窗2受腐蚀的程度是自其中心位置沿径向向 其边缘逐渐降低。上述第一种具体实施方式
将其设为分体结构，可以 根据不同独立部分所受腐蚀程度的差异，有选择地进行更换，从而避 免不必要的浪费。然而，在仅将介质窗2分解为两部分的情况下，由 于径向宽度仍然偏大，每一独立部分受腐蚀程度的差异仍然比较显著， 也即介质窗2降低损耗量的效果不够理想。
10为了进一步降低介质窗2的耗费，进而降低等离子处理装置的使 用成本，可以在上述第一种具体实施方式
的基础上，于所述第一中心
部22中进一步开设第二内腔222。第二中心部23以常身见的方式可拆 卸地安装于第二内腔222之中，两者的接触部位保持气密封。
如同第一内腔211,第二内腔221横截面的形状也可以是圓形， 此时第二中心部23横截面的形状也应当是圆形，以便两者实现紧密配 合。这种情况下，所述输气孔24应当设置于第二中心部23的中心位 置。
第二中心部23与第一中心部22的连接方式，可以和第一中心部 22与外周部21的连接方式相同；两者之间还可以进一步设置第二密 封圈26，第二密封圈26的设置方式可以和第一密封圈的设置方式相 同，此处不再赘述。
本具体实施方式
中的介质窗2包括三个同心的独立部分，因此可 以根据受腐蚀程度的不同有选择地更换各个部分，从而可以进一 步减 少介质窗2的耗费。
请参考图9,图9为本发明实施例所提供的介质窗第四种具体实 施方式的剖视示意图。
如上所述，所述反应腔室中的等离子体对第二中心部23、第一中 心部22以及外周部21的腐蚀程度依次减小，因此第二中心部23以及 第一中心部22的更换频率明显高于外周部21的更换频率。
为了避免第一中心部22以及第二中心部23的更换过于频繁，可 以适当地增加其厚度。如图9所示，在前述第三种具体实施方式
的基 础上，可以将第二中心部23的厚度设为略大于第一中心部22的厚度， 并将第一中心部22的厚度设为略大于外周部21的厚度。因此，第二 中心部23以及第一中心部22的抵抗等离子体腐蚀的能力得到增强， 其使用寿命得到提高，更换周期也得到延长，可以不必过于频繁地更 换。
上述第二以及第四种具体实施方式
中，介质窗中心部位的厚度均 比其边缘部分厚，这是由于上述具体实施方式
中，在包括等离子体浓
ii度在内的各种因素的综合影响下，介质窗中心部位所承受的腐蚀速率 较快。需要特别指出的是，本发明所提併的介质窗不应被限制于此种 情形。
除了将介质窗设置为分体结构以外，本发明所提供的另 一创造性 思想在于，根据介质窗不同位置所承受的腐蚀程度的差异(该差异可 以通过实验等各种常规手段获得)，相应地设置介质窗各个部分的厚 度，以使在腐蚀速率较大的位置介质窗的厚度也较大，因而可以避免 介质窗某一部分的腐蚀速率过快，进而降低其更换频率。
显然，在这种思想的指导下，本领域的技术人员可以根据具体场 合的不同对上述第二以及第四种具体实施方式
中的介质窗进行若干改 变。
比如，当等离子体腐蚀速率较高的部分偏离所述反应腔室的中心 位置时，可以相应地改变介质窗较厚部分的位置。以上述第四种具体
实施方式中的介质窗为例，当第一中心部22承受的腐蚀速率较大时， 可以适当加厚其厚度，使其厚于外周部21以及第二中心部23;当外 周部21承受的腐蚀速率较大时，可以适当加厚外周部21的厚度。由 于影响腐蚀速率的因素较多，也有可能出现其他具体情形，无论何种 具体情形，其原理都相同，本文不再——列举。
请参考图10,图10为本发明实施例所提供的介质窗第五种具体 实施方式的分解剖视示意图。
在上述第一至第四种具体实施方式
中，第一中心部22与外周部 21,以及第二中心部23与第一中心部22之间均通过环形台阶面支撑。 显然，还可以通过其他的方式实现所述可拆卸连"f妄。
比如，可以分别在上述第一至第四种具体实施方式
的基础上，将 第一中心部22和/或第二中心部23的外侧壁设置为沿其轴向向下渐 缩，同时将所述第 一 内腔211和/或第二内腔222的内侧壁也设置为沿 其轴向向下渐缩；上述渐缩面的收缩程度应当相适应。通过恰当地选 择第一空腔211、第一中心部22,以及第二空腔222、第二中心部23 的直径，可以保证各个接触面紧密配合；第二中心部23可以由第一中心部22支撑，第一中心部22可以由外周部21支撑。
在闺10中，介质窗2被划分为三个独立部分；显然，当介质窗2
仅被划分为两个独立部分时，本具体实施例所提供的连接方式仍然适
用。同时，无论介质窗2的各个部分的厚度是否相同，上述本具体实
施例所提供的连接方式都可以适用。
为了进 一 步提高各渐缩面之间的密封性能，确保在所述反应腔室
中形成真空环境，可以在各渐缩面之间涂抹真空脂。在上述第一至第
四种具体实施方式
中，各独立部分的接触面之间当然也可以涂抹真空脂。
本发明所提供的等离子体处理装置包括上述各个具体实施例所 描述的介质窗；其他部分可以参照现有技术，本文不再展开。
以上对本发明所提供的等离子体处理装置及其介质窗进行了详
述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。 应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原 理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰 也落入本发明权利要求的保护范围内。
1权利要求
1、一种等离子体处理装置的介质窗，具有板状结构，包括在厚度方向将其贯穿的输气孔(24)；其特征在于，进一步包括由所述等离子体处理装置的侧壁支撑的外周部(21)，所述外周部(21)具有第一内腔(211)；第一中心部(22)可拆卸地安装于所述第一内腔(211)，且两者保持气密封；所述输气孔(24)设置于所述第一中心部(22)。
2、 如权利要求1所述的等离子体处理装置的介质窗，其特征在于，所述第一中心部(22)的外侧壁以及所述第一内腔(211 )的内侧壁均沿其轴向向下渐缩，且两者紧密配合。
3、 如权利要求2所述的等离子体处理装置的介质窗，其特征在于，述第一中心部(22)的外侧壁与所述第一内腔(211 )的内侧壁之间涂有真空脂。
4、 如权利要求1所述的等离子体处理装置的介质窗，其特征在于，所述第一内腔(211 )的内侧壁具有向上的第一环形台阶面(212),所述第一中心部(22)的外侧壁具有向下的第二环形台阶面(221);所述第一环形台阶面(212)支撑所述第二环形台阶面(221 )，且两者紧密配合。
5、 如权利要求4所述的等离子体处理装置的介质窗，其特征在于，所述第一环形台阶面(212)与所述第二环形台阶面(221)之间设有密封圏。
6、 如权利要求5所述的等离子体处理装置的介质窗，其特征在于，所述第二环形台阶面(221 )设有环形凹槽，其深度小于所述密封圈的厚度；所述密封圈设置于所述环形凹槽中。
7、 如权利要求1至6任一项所述的等离子体处理装置的介质窗，其特征在于，所述第一中心部(22)的厚度大于所述外周部(21)的厚度。
8、 如权利要求1至6任一项所述的等离子体处理装置的介质窗，其特征在于，所述第一中心部(22)进一步具有第二内腔(222)，其中可拆卸地安装第二中心部(23),两者保持气密封；所述输气孔(24)设置于所述第二中心部(23)的中心位置。
9、 如权利要求8所述的等离子体处理装置的介质窗，其特征在于，所述第二中心部(23)、第一中心部(22)以及外周部(21).的厚度依次减小。
10、 一种等离子体处理装置，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的等离子体处理装置的介质窗。
全文摘要
本发明公开了一种等离子体处理装置的介质窗，包括由所述等离子体处理装置的侧壁支撑的外周部(21)，所述外周部(21)具有第一内腔(211)；第一中心部(22)可拆卸地安装于所述第一内腔(211)，且两者保持气密封。本发明还公开了一种包括上述介质窗的等离子体处理装置。上述介质窗具有分体式结构，当其第一中心部分(22)因受腐蚀而不能继续使用时，仅需更换该第一中心部分(22)即可，外周部(21)可以继续使用。因此，等离子体处理装置使用过程中，本发明所提供的介质窗的耗费量可以显著降低，等离子体处理装置的客户使用成本因此也得到显著降低。
文档编号H01L21/00GK101465275SQ20071017980
公开日2009年6月24日 申请日期2007年12月18日 优先权日2007年12月18日
发明者强 赵 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司