CN103681300A - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等离子体处理装置，包括：腔体，腔体内限定有反应腔室；介质窗，介质窗设置为反应腔室的顶板；晶圆承载装置，其设置于反应腔室的底部且与介质窗相对；射频线圈，射频线圈放置于介质窗上方，用于在反应腔室内生成等离子体；以及加热器，加热器构造成对介质窗进行均匀加热。根据本发明的等离子体处理装置，在不影响等离子体正常起辉的前提下，可以实现介质窗的快速升温，且在加热器的作用下，使介质窗沿径向方向温度分布更加均匀。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及等离子体技术领域，特别涉及一种改进的等离子体处理装置。
背景技术
在半导体刻蚀工艺中，等离子体处理装置的温度控制对刻蚀工艺结果起着至关重要的作用，其直接影响到刻蚀速率的均匀性和刻蚀关键尺寸（CD）的均匀性。
目前，如图1所示，常用的等离子体处理装置通常对腔室1'的侧壁和晶圆承载装置4'进行温度控制。具体而言，该等离子体设备包括设置在腔室1'的侧壁的发热部件51'以及热电偶和过温开关（未示出），从而利用发热部件51'、热电偶和过温开关对腔室1'的侧壁进行温度控制。晶圆承载装置4'外接温度控制器（未图示），从而在工艺过程中，温度控制器中的冷却液在通过进液口41'流入晶圆承载装置4'的内部而与晶圆承载装置4'内部发生热量交换后，从排液口42'返回温度控制器，从而实现对固定在晶圆承载装置4'正上方的衬底3'的温度控制。
然而，图1中所示的等离子体处理装置的腔室1'的介质窗2'上没有加热装置，在工艺过程中，介质窗2'的温度控制只能通过利用等离子启辉过程中产生的离子轰击介质窗2'的方式产生热量来加热介质窗2'，这种介质窗加热方式极不稳定，并且对温度的控制也非常不准确。
为了解决上述技术问题，现有技术中也提出了一种改进的等离子体腔室，该等离子腔室中的介质窗的周向方向上包裹有如图2'所示的环状加热带6'，从而通过加热带在圆周方向对介质窗加热。
这种利用加热带的加热方式易于实现，可以在一定程度上实现对介质窗的温度控制，但由于构成介质窗的材料石英是热的不良导体，因此这种圆周方向的加热会在介质窗的径向方向形成较大的温度梯度，介质窗中心的温度上升得较慢，既不利于精确的温控，同时还会影响介质窗的使用寿命。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题或至少提供一种有用的商业选择。
有鉴于此，本发明提供一种等离子体处理装置，所述等离子体腔室中的介质窗能够被均匀地加热。
根据本发明的实施例的等离子体处理装置，包括：腔体，所述腔体内限定有反应腔室；介质窗，所述介质窗设置为所述反应腔室的顶板；晶圆承载装置，其设置于所述反应腔室的底部且与所述介质窗相对；射频线圈，所述射频线圈放置于所述介质窗上方，用于在反应腔室内生成等离子体；以及加热器，所述加热器构造成对所述介质窗进行均匀加热。
根据本发明的实施例的等离子体处理装置，在不影响等离子体正常起辉的前提下，加热器可以实现对介质窗的均匀加热，由于加热器构造成是对介质窗进行均匀加热，因此介质窗上不会形成较大的温度梯度，从而有利于延长介质窗的使用寿命，降低等离子处理装置的维护成本。
另外，根据本发明上述实施例的等离子体处理装置还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述加热器设置于所述介质窗的上表面、所述介质窗的下表面和所述介质窗的内部中的至少一处，且所述加热器由绝缘材料包覆。
根据本发明的一个实施例，所述加热器设置于所述介质窗与所述射频线圈之间，用于对所述介质窗进行加热，所述加热器由绝缘材料包覆。
根据本发明的一个实施例，所述加热器包括：多个加热片，所述多个加热片呈放射状地分布。
根据本发明的一个实施例，所述加热器包括：加热环；和多个加热片，所述多个加热片自所述加热环的中心沿径向延伸与所述加热环相连，所述多个加热片在所述加热环的周向方向上彼此间隔设置。
根据本发明的一个实施例，所述多个加热片在所述加热环的周向方向上均匀分布。
根据本发明的一个实施例，所述绝缘材料为聚酰亚胺。
根据本发明的一个实施例，本发明提供的等离子体处理装置还包括：温度检测部件，所述温度检测部件用于检测所述介质窗的温度；加热器电源，所述加热器电源用于对所述多个加热片供电；以及控制部件，所述控制部件与所述温度检测部件和所述加热器电源相连，从而在所述温度检测部件的检测值低于预定值时启动所述加热器电源且在所述温度检测部件的检测值高于预定值时关闭所述加热器电源。
根据本发明的一个实施例，所述温度检测部件为红外线测温传感器。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是现有的一种等离子体处理装置的结构示意图。
图2是现有的另一种等离子体处理装置中使用的加热带的结构示意图。
图3是本发明实施例提供的等离子体处理装置的结构示意图。
图4是图3所示的等离子体处理装置的加热器的结构示意图。
符号说明：
1腔体；11反应腔室；2介质窗；3晶圆；4晶圆承载装置；7射频线圈；41进液口；42排液口；51加热装置；6加热器；61加热片；62加热环；63温度检测部件。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
图3是本发明实施例提供的等离子体腔室的结构示意图，图4是图3所示的等离子体腔室的介质窗加热器的的结构示意图。
以下结合附图对本发明实施例提供的等离子体处理装置进行详细描述。
如图3所示，根据本发明的实施例的等离子体处理装置可以包括腔体1、介质窗2、晶圆承载装置4、射频线圈7以及加热器6。
具体而言，腔体1的内部可以限定有反应腔室11，反应腔室11的上部可以设有开口。
介质窗2可以设置为反应腔的顶板，以用于封闭该开口。介质窗2可以为本领域中通常使用的石英材质的介质窗。晶圆承载装置4可以设置于反应腔室11的底部且与介质窗2相对。通常情况下，反应腔室11为真空反应腔室。
射频线圈7可以放置于介质窗2上方，通过向射频线圈施加射频功率以用于在反应腔室11内生成等离子体。加热器6可以构造成对介质窗2进行加热。
根据本发明的实施例的等离子体处理装置，在不影响等离子体正常起辉的前提下，加热器6可以实现对介质窗2的均匀加热，，由于加热器6构造成是对介质窗2进行均匀加热，因此介质窗2上不会形成较大的温度梯度，从而有利于延长介质窗2的使用寿命，降低等离子处理装置的维护成本。
需要说明的是，如图3所示，在所述腔体1的侧壁上可以设有用于对反应腔室进行加热的加热装置51。在腔体1的内侧壁上还可以设置用于测量反应腔室11的温度的热电偶（未图示）。在腔室1的外部可以设有用于控制温度不超过设定值的过温开关（未图示）。在工艺过程中，通过加热装置51、热电偶和过温开关的共同作用实现对反应腔室11的温度控制。由此，可以对反应腔室11的温度进行控制，从而使反应腔室11的温度在工艺过程中稳定在设定值。
加热器6可以在工艺过程中对介质窗2进行加热，从而使介质窗2在工艺过程中保持预定的温度。
晶圆承载装置4设置在反应腔室11内，晶圆承载装置4的内部设置有用于流通冷却液体的通道，且晶圆承载装置4的下部有与其内部的冷却液体通道（未图示）相连通的进液口41和排液口42。晶圆3可以通过静电引力或者机械等方式固定在晶圆承载装置4的上表面与介质窗的下表面相对。
在工艺过程中，冷却液可以通过进液口41流入冷却液流道内，与晶圆承载装置4发生热交换，然后经由排液口42流回，从而实现对晶圆3和晶圆承载装置4的温度控制。
根据本发明的实施例，加热器6可以设置于介质窗2的上表面。例如，加热片61和加热环62的下表面贴合在介质窗2的上表面上。但本发明并不限于此，例如，也可以是加热片61和加热环62的上表面贴合于介质窗2的下表面设置，或者也可以将加热片61和加热环62设置在介质窗2的内部，只要能够使多个加热片61总体上均匀、对称、放射型地分布即可。
优选地，如图3所示，加热器6设置于介质窗2的上表面，这种设置方式设置起来比较方便。当然，加热器6也可以设置于介质窗2与射频线圈7之间的空间中，即加热器6与介质窗2之间不发生物理接触，通过热辐射的方式对介质窗2进行加热。为了防止加热器6与设置在其上方的射频线圈7之间发生打火现象，加热器6可以由绝缘材料包覆，以使其表面形成绝缘层。绝缘层可由各种绝缘材料制成，只要能够实现上述的防止打火的功能即可。在本实施例中，优先选用耐高温且抗化学腐蚀的高分子材料聚酰亚胺（polyimide）制造绝缘层。
根据本发明的一个实施例，加热器6由多个加热片61构成，多个加热片61呈放射状地分布。由此，可以实现对介质窗2的均匀加热。
如图4所示，根据本发明的一个实施例，加热器6由加热环62以及多个加热片61构成。
具体而言，多个加热片61自加热环62的中心沿径向延伸与加热环62相连，多个加热片61在加热环62的周向方向上彼此间隔设置。换言之，多个加热片61的第一端分别与加热环62相连，第二端朝向加热环62的中心方向延伸。由此，可以使加热器6对介质窗2进行均匀加热。
进一步地，为了提高加热效果及加热的均匀性，如图4所示，可以将多个加热片61在加热环62的周向方向上相互均匀间隔分布，。图4所示的加热器可以用于图3所示的等离子处理装置中，在本发明的一种实施例中，加热片61和加热环62的下表面贴合在介质窗2的上表面上，以便均匀地对介质窗2进行加热。
根据本发明的一个实施例，等离子处理设备还可以包括：温度检测部件63、加热器电源以及控制部件（未示出）。具体地，温度检测部件63可以用于检测介质窗2的温度。
加热器电源用于对多个加热片61供电，用于在加热过程中向加热片61通电以使加热片61和加热环62发热。
控制部件与温度检测部件63和加热器电源相连，从而在温度检测部件63的检测值低于预定值时启动加热器电源且在温度检测部件63的检测值高于预定值时关闭加热器电源。
换言之，加热器电源与加热片61电连接，温度检测部件63用于在工艺过程中检测介质窗2的温度并将检测到的温度输送给后述的控制部件。温度检测部件63可以为各种能检测到介质窗2的温度的部件或装置，如热电偶、温度传感器等。在本实施例中，如图3所示，温度检测部件63优选为红外线测温传感器。红外线测温传感器可以安装在与介质窗2的上表面相对的位置处，且红外线测温传感器发出的红外线的波长不穿透介质窗2。
控制部件与温度检测部件63和加热器电源相连，从而在温度检测部件63的检测值低于预定值时启动加热器电源以加热介质窗2，并在温度检测部件63的检测值高于预定值时关闭加热器电源以停止对介质窗2加热。
以上描述仅仅是为了使本领域技术人员便于理解本发明的技术方案，并非用于限定本发明。
虽然在以上描述中，加热器单独设置了加热器电源，但本发明并不限于此，介质窗加热器也可以与其它部件共用一个电源。
再如，虽然在以上描述中通过发热部件51、热电偶和过温开关对腔体1的温度进行控制，但本发明并不限于此，也可以采用其他方式控制腔体1的温度。
再如，虽然在以上描述中通过冷却液循环的方式对晶圆3和晶圆承载装置4的温度进行控制，但本发明并不限于此，也可以采用其他方式控制晶圆3和晶圆承载装置4的温度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
腔体，所述腔体内限定有反应腔室；
介质窗，所述介质窗设置为所述反应腔室的顶板；
晶圆承载装置，其设置于所述反应腔室的底部且与所述介质窗相对；
射频线圈，所述射频线圈放置于所述介质窗上方，用于在反应腔室内生成等离子体；以及
加热器，所述加热器构造成对所述介质窗进行均匀加热。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述加热器设置于所述介质窗的上表面、所述介质窗的下表面和所述介质窗的内部中的至少一处，且所述加热器由绝缘材料包覆。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述加热器设置于所述介质窗与所述射频线圈之间，用于对所述介质窗进行加热，所述加热器由绝缘材料包覆。
4.根据权利要求2或3所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述加热器包括：
多个加热片，所述多个加热片呈放射状地分布。
5.根据权利要求2或3所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述加热器包括：
加热环；以及
多个加热片，所述多个加热片自所述加热环的中心沿径向延伸与所述加热环相连，所述多个加热片在所述加热环的周向方向上彼此间隔设置。
6.根据权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述多个加热片在所述加热环的周向方向上均匀分布。
7.根据权利要求2或3所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述绝缘材料为聚酰亚胺。
8.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：
温度检测部件，所述温度检测部件用于检测所述介质窗的温度；
加热器电源，所述加热器电源用于对所述多个加热片供电；以及
控制部件，所述控制部件与所述温度检测部件和所述加热器电源相连，从而在所述温度检测部件的检测值低于预定值时启动所述加热器电源且在所述温度检测部件的检测值高于预定值时关闭所述加热器电源。
9.根据权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述温度检测部件为红外线测温传感器。
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