CN102103980B - 用于等离子体加工设备的反应腔室和等离子体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于等离子体加工设备的反应腔室和等离子体加工设备，涉及等离子体加工技术领域，为精确测量静电卡盘的表面温度，降低成本，而且能够实时的进行温度控制而发明。所述反应腔室，包括腔体和腔体内部的静电卡盘，其特征在于，所述静电卡盘的上方安装有红外测温探头。所述等离子体加工设备，包括反应腔室和位于所述反应腔室内部的静电卡盘，所述静电卡盘的上方安装有红外测温探头，所述红外测温探头通过引线与所述反应腔室外部的红外信号处理设备相连。本发明可用于等离子体加工技术中。

Description

用于等离子体加工设备的反应腔室和等离子体加工设备

技术领域

本发明涉及等离子体加工技术领域，尤其涉及一种用于等离子体加工设备的反应腔室和等离子体加工设备。

背景技术

在半导体制造工艺中，等离子体加工技术得到了极为广泛的应用。该技术是在一定条件下激发工艺气体生成等离子体，利用等离子体与衬底(例如硅基片)发生复杂的物理、化学反应而在衬底上完成各种加工，如等离子体刻蚀、等离子体薄膜沉积等，获得需要的半导体结构。

以等离子体刻蚀工艺为例，图1示出了等离子体刻蚀设备的反应腔室的基本结构示意图，如图1所示，工艺气体通过喷嘴2进入腔体1，腔体1的上方连接有射频源3，射频源3向腔体1通入射频使得喷入腔室内部的工艺气体激发成为等离子体，晶片放置于静电卡盘4(又称晶片载台)上，在等离子体环境下进行加工。静电卡盘4除了支撑晶片外，还用于为晶片提供偏置电压，使等离子体轰击晶片表面及控制晶片表面的温度。晶片的表面温度对于刻蚀速度以及刻蚀均匀性具有较大影响，而晶片表面的温度是由静电卡盘表面的温度控制的，因此，精确测量并控制静电卡盘表面的温度就显得尤为重要。

通常情况下，静电卡盘内部埋置了控温系统，包括加热棒和测温点(例如热电偶)，对晶片表面的温度进行测量和控制，使晶片表面达到设定的温度值。一般情况下，温度控制分内外圈两路进行的，静电卡盘4的内圈外圈分别设有加热棒和测温点。图2为静电卡盘的局部示意图，如图2所示，晶片放置于静电卡盘4的上表面5上，而为了等离子体加工设备及静电卡盘4的工作要求，控温系统的测温点6与上表面5之间还设置有陶瓷层7。因此，测温点6测出的温度与上表面5的温度会有一定的差异，而通过控温系统使晶片达到设定的温度只是使测温点6的温度达到了设定值，并不是静电卡盘的上表面5即晶片表面的准确温度。而在工艺过程中，静电卡盘上表面5的温度直接影响着晶片的加工结果，需要精确测定和控制静电卡盘上表面5即晶片表面的温度。因此，如何精确测量静电卡盘表面的温度是一个需要解决的问题。

现有的一种解决上述问题的方法是寻找静电卡盘的上表面5的温度和测温点6的温度的对应关系。通常通过控温系统设定两个温度(x1，x2)，然后加热使静电卡盘达到设定的温度，即：使测温点6的温度达到了设定值。此时通过外置的手持表面温度计测量静电卡盘上表面5的温度，得到两个值(y1，y2)，之后通过解二元一次方程得到这种线性对应关系。工艺过程中通过这种线性关系，经过换算补偿，进行晶片表面温度的控制。但这种方法仅仅找两个点，就确定这个对应关系，不够准确，可能在某些温度时，X和Y的关系不是这么线性。而且手持温度计的精度受操作者差异的限制，用力太小测温会不准，用力太大可能会伤害静电卡盘。另外使用手持温度计就必须在反应腔室打开，使腔室暴露在大气中，和正常工艺过程中的腔室的真空条件及腔室壁温度条件等是截然不同的，这种X和Y的对应关系也会略有差异，就是说这种关系即便找到了，也不会准确。

现有的另一种解决上述问题的方法是使用测温硅片。测温硅片是一种特殊的晶片，工艺过程中，把它放入反应腔室，然后取出，用专用的仪器可以读出其表面各点(对应静电卡盘表面各点)的温度。目前来说，测温硅片是测量静电卡盘表面温度比较准确的仪器之一。但是，这种仪器价格昂贵，而且不能和静电卡盘的加热棒组成一个控温系统，进行实时的控温，只能用于故障的检测，例如怀疑表面控温不准确时，用这种设备进行实验验证。

发明内容

本发明提供了一种用于等离子体加工设备的反应腔室，能够精确测量静电卡盘的表面温度，降低成本，而且能够实时的进行温度控制。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于等离子体加工设备的反应腔室，包括腔体和位于腔体内部的静电卡盘，所述静电卡盘的上方安装有红外测温探头。

采用上述技术方案后，本发明的反应腔室通过红外测温探头探测静电卡盘上表面的温度信号，使工艺过程中，对静电卡盘表面的温度测量不加入人为因素，并且是在真空和腔室控温的条件下进行的，贴近实际工艺条件，能够实时精确地测量静电卡盘表面即所加工的晶片表面的温度；还能通过与静电卡盘内部的加热棒相配合，进行实时的控温；而且不需采用价格昂贵的测温仪器，降低了成本。

相应地，本发明还提供了一种等离子体加工设备，能够精确测量晶片的表面温度，降低成本，而且能够实时的进行温度控制。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种等离子体加工设备，包括反应腔室和位于反应腔室内部的静电卡盘，其特征在于，所述静电卡盘的上方安装有红外测温探头，所述红外测温探头通过引线与所述反应腔室外部的红外信号处理系统相连。

采用上述技术方案后，本发明的等离子体加工设备，通过红外测温探头探测静电卡盘上表面的温度信号，使工艺过程中，对静电卡盘表面的温度测量不加入人为因素，并且是在真空和腔室控温的条件下进行的，贴近实际工艺条件，能够实时精确地测量静电卡盘表面即所加工的晶片表面的温度；还能通过与静电卡盘内部的加热棒相配合，进行实时的控温；而且不需采用价格昂贵的测温仪器，降低了成本。

附图说明

图1为现有技术的等离子体刻蚀设备反应腔室的基本结构示意图；

图2为现有技术的静电卡盘的局部示意图；

图3为本发明的反应腔室实施例一的结构示意图；

图4为本发明的反应腔室实施例一的腔室盖的结构示意图；

图5为本发明的反应腔室实施例三的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本发明的实施例提供了一种用于等离子体加工设备的反应腔室，包括腔体1和位于腔体1内部的静电卡盘4，所述静电卡盘4的上方安装有红外测温探头。

一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。

基于此，采用上述技术方案后，本发明实施例提供的的反应腔室，用于等离子体加工设备时，通过红外测温探头探测静电卡盘4上表面的温度信号，使工艺过程中，对静电卡盘4表面的温度测量不加入人为因素，并且是在真空和腔室控温的条件下进行的，贴近实际工艺条件，能够实时精确地测量静电卡盘4表面即所加工的晶片表面的温度；还能通过与静电卡盘4内部的加热棒相配合，进行实时的控温；而且不需采用价格昂贵的测温仪器，降低了成本。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面通过具体实施例并结合附图对本发明电极板的实施例进行详细描述。这里要注意的是，以下的具体实施例只是为了描述本发明，但不限于本发明。

实施例一

如图3和图4所示，本实施例提供的反应腔室，包括腔体1和位于腔体1内部的静电卡盘4，腔体1的上方设有腔室盖8，所述红外测温探头安装在腔室盖8上，与静电卡盘4相对。

其中，本实施例进气装置10位于的腔室盖8的中部，通过密封装置9与腔室盖8连接并密封固定。

其中，本实施例安装的红外测温探头为两个，包括红外测温探头11和红外测温探头12，探头11测量静电卡盘4内圈的温度，探头12测量静电卡盘4外圈的温度。这里要注意的是，红外测温探头的数量不限，可根据实际情况及工艺要求设置。通常来讲，仅需测量静电卡盘的内圈和外圈温度即可，所以红外测温探头优选为两个。

进一步地，本实施例中探头11和探头12采用Ω机械结构，部分埋嵌在腔室盖8里面，部分露出，露出部分用于接收红外线，露出部分的大小只要保证红外线的正常通过即可；探头11和探头12还连接有引线，用于与腔体1外部的红外信号处理系统连接。本实施例中，引线埋设在腔室盖8的内部，通过密封装置9和进气装置10之间的环状空间完成出线，用于与外部系统连接。这样的设计即能保证红外测温探头不受工艺过程中等离子体的影响，能够稳定的测温，而且不影响腔室盖8现有的任何功能。

本实施例的反应腔室在应用时，在腔体1的外部，设置有和所述红外测温探头相配套的红外信号处理系统，红外测温探头通过引线与腔体1外部的红外信号处理系统连接。这样，红外测温探头与红外信号处理系统就形成了一个红外测温装置，用于测量静电卡盘4上表面即晶片表面的温度。其中，红外测温探头用于检测静电卡盘4的温度信号，汇聚其视场内的目标静电卡盘4的红外辐射能量即红外线，并将红外能量聚焦转变为相应的电信号，电信号通过引线传递给红外信号处理系统进行后台处理，经过后台处理转变为被测的温度值并用数字直接显示出来。这里要注意的是，由于红外测温探头安装在腔室盖8上，腔室盖8与静电卡盘4之间具有一定的距离，因此要根据被测目标也就是静电卡盘4的大小、现场情况及探头的距离系数等选择并安装合适的红外测温探头，使红外测温探头与静电卡盘4相对，并瞄准静电卡盘4。

而且，可经过设计，通过包括红外测温探头的红外测温装置与静电卡盘4的加热棒的控制系统技术连接，就组成了一个实时的控温系统。通过红外测温装置测得的温度结果控制加热棒的工作，对静电卡盘的温度进行精确控制，使静电卡盘表面达到设定的温度值。

本实施例提供的反应腔室，能够在腔室正常工艺的环境中，直接实时精确地测得静电卡盘表面即所加工的晶片表面的温度，还能通过与静电卡盘内部的加热棒相配合，进行实时的控温。

实施例二

本实施例提供的反应腔室，基本结构和实施例一相同，包括腔体1和位于腔体1内部的静电卡盘4，腔体1的上方设有腔室盖8，所述红外测温探头安装在腔室盖8上，与静电卡盘4相对。和实施例一不同的是，本实施例的腔室盖8上开有观察槽，红外测温探头安装于观察槽内，观察槽的表面采用高温透明镜片密封，红外测温探头透过镜片，瞄准被测物体。这样的设计既保证了红外线的接收，还保护了红外测温探头不受等离子体的影响，能够稳定的测温。

这里要注意的是，用于观察槽表面的高温透明镜片的材料不限，但要保证红外线的正常穿过且并不干扰红外线测温探头的正常工作。

其中，本实施例的其他部分和实施例一相同，详见实施例一的说明，这里不再赘述。

实施例三

如图5所示，本实例提供的反应腔室，包括腔体1和位于腔体1内部的静电卡盘4，腔体1的上方设有腔室盖8和顶板13，顶板13位于腔室盖1的下方、通过连接杆15与腔室盖8连接，红外测温探头安装于顶板13上。

其中，本实施例的进气装置10通过连接杆15穿过腔室盖8和盖板13连入腔体1，进气装置10及连接杆15与腔室盖8通过密封装置9连接并密封固定。

其中，本实施例安装的红外测温探头为两个，包括红外测温探头11和红外测温探头12，探头11测量静电卡盘4内圈的温度，探头12测量静电卡盘4外圈的温度。这里要注意的是，红外测温探头的数量不限，可根据实际情况及工艺要求设置。通常来讲，仅需测量静电卡盘的内圈和外圈温度即可，所以红外测温探头优选为两个。

进一步地，探头11和探头12采用Ω机械结构，部分埋嵌在盖板13内部，部分露出，露出部分用于接收红外线，露出部分的大小只要保证红外线的正常通过即可；探头11和探头12还连接有引线，用于与腔体1外部的红外信号处理系统连接。本实施例中，引线埋设在盖板13的内部，并通过连接杆15和进气装置10之间的环状空间完成出线，用于与外部系统连接。这样的设计能保证测温点不受工艺过程中等离子体的影响，能够稳定的测温。

进一步地，盖板13为可旋转的，连接杆15作为转动轴，同外部的电机14相连接，通过电机14带动盖板13旋转，探头11和探头12也随之旋转，进而测温点对应静电卡盘表面的位置可以扩展到内圈和外圈圆周上的任一点，这样不仅可以测得静电卡盘内外圈各一点的温度，还能测得内外圈任一点的温度，可更加精确地测定静电卡盘表面的温度，利于更准确的控温，而且对于考察腔室的对称性，腔室温度的对称性等具有借鉴性。

其中，带动盖板13旋转的装置不限于电动装置，可为手动机械旋转装置。

而且，可经过设计，通过包括红外测温探头的红外测温装置与静电卡盘4的加热棒的控制系统的技术连接，组成了一个实时的控温系统。通过红外测温装置测得的温度结果控制加热棒的工作，对静电卡盘的温度进行精确控制，使静电卡盘表面达到设定的温度值。

实施例四

本实施例提供的反应腔室，基本结构和实施例三相同，包括腔体1和位于腔体1内部的静电卡盘4，腔体1的上方设有腔室盖8和顶板13，顶板13位于腔室盖1的下方、通过连接杆15与腔室盖8连接，红外测温探头安装于顶板13上。

和实施例三不同的是，本实施例的顶板13上开有观察槽，红外测温探头安装于观察槽内，观察槽的表面采用高温透明镜片密封，红外测温探头透过镜片，瞄准被测物体。这样的设计既保证了红外线的接收，还保护了红外测温探头不受等离子体的影响，能够稳定的测温。

这里要注意的是，用于观察槽表面的高温透明镜片的材料不限，但要保证红外线的正常穿过且并不干扰红外线测温探头的正常工作。

其中，本实施例的其他部分和实施例三相同，详见实施例三的说明，这里不再赘述。

相应地，本发明的实施例还提供了一种等离子体加工设备，包括反应腔室和位于反应腔室内部的静电卡盘，所述静电卡盘的上方安装有红外测温探头，所述红外测温探头通过引线与所述反应腔室外部的红外信号处理系统相连。

采用上述技术方案后，本发明的等离子体加工设备，通过红外测温探头探测静电卡盘上表面的温度信号，使工艺过程中，对静电卡盘表面的温度测量不加入人为因素，并且是在真空和腔室控温的条件下进行的，贴近实际工艺条件，能够实时精确地测量静电卡盘表面即所加工的晶片表面的温度；还能通过与静电卡盘内部的加热棒相配合，进行实时的控温；而且不需采用价格昂贵的测温仪器，降低了成本。

其中，所述反应腔室可采用本发明实施例提供的反应腔室，前面已经进行了详细的说明，这里不再赘述。

这里要注意的是，本发明实施例提供的反应腔室和等离子体加工设备，红外测温探头安装的位置及引线的安装位置和出线方式均不受上述具体实施例的限制，可根据实际情况进行设置。

可以理解的是，虽然本发明是以等离子体刻蚀设备为例进行描述的，但本发明不限于此，本发明所述的等离子体加工设备是指，通过激发工艺产生的等离子体对基片进行加工的设备，如等离子刻蚀设备，等离子薄膜沉积设备。而且，本发明的应用领域还可扩展到在密闭空间内对晶片进行加工，并需要测量并控制晶片表面温度的领域中。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于等离子体加工设备的反应腔室，包括腔体和位于腔体内部的静电卡盘，其特征在于，所述静电卡盘的上方安装有红外测温探头；

所述腔体的上方设有腔室盖和顶板，所述顶板位于所述腔室盖下方、通过连接杆与所述腔室盖连接，所述红外测温探头安装在所述顶板上。

2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述顶板上开有观察槽，所述红外测温探头安装于所述观察槽内，所述观察槽的表面采用高温透明镜片密封。

3.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述红外测温探头部分埋嵌于所述顶板的内部，部分露出。

4.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述顶板为可旋转的。

5.根据权利要求1至4任一项所述的反应腔室，其特征在于，所述红外测温探头为两个，分别测量所述静电卡盘的内圈表面和外圈表面的温度。

6.一种等离子体加工设备，包括反应腔室和位于反应腔室内部的静电卡盘，其特征在于，

所述反应腔室包括腔体，所述静电卡盘设置在所述腔体内部；

所述静电卡盘的上方安装有红外测温探头；

所述腔体的上方设有腔室盖和顶板，所述顶板位于所述腔室盖下方、通过连接杆与所述腔室盖连接，所述红外测温探头安装在所述顶板上；

所述红外测温探头通过引线与所述反应腔室外部的红外信号处理系统相连。

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