CN104717817A - 一种用于电感耦合型等离子处理器射频窗口的加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电感耦合型等离子处理器射频窗口的加热装置，该装置加热射频窗口，该加热装置包含：至少一个加热器，其贴合设置在射频窗口上，加热器包含电阻丝、包裹在电阻丝上的绝缘薄膜，且加热器厚度小于1mm。绝缘薄膜采用聚酰亚胺。该装置使得射频窗口受热均匀，可以避免射频窗口由于等离子体引起的温度波动及不稳定现象。
Description
技术领域
本发明涉及半导体等离子刻蚀领域，特别涉及一种用于电感耦合型等离子处理器射频窗口的加热装置。
背景技术
在半导体处理领域广泛应用电感耦合型（ICP）等离子处理设备，ICP等离子处理设备具有反应气体解离率高这一优点，相比电容耦合型同样功率的RF电源能够产生浓度更高的等离子体，在硅刻蚀领域被广泛采用。如图3所示为典型的ICP反应器结构，ICP反应器包括反应腔100，反应腔内包括基座20，基座上方固定有待处理的基片。基座中通常还通过一个匹配网络1连接到一个低频的射频电源，以控制刻蚀中的等离子能量。反应腔顶部包括绝缘材料制成的射频窗110，射频窗通常由氧化硅或者氧化铝制成，能够让高频磁场穿过同时密封反应器顶部。由于反应器内部等离子分布不均匀，射频窗的热量也会不均匀的被导走，所以射频窗上整体会出现不均匀的温度分布，这对下方等离子处理均一性的改善带来不利影响，严重时温度梯度过大还会造成射频窗开裂。为了改善温度均一性通常会在射频窗上设置一个加热装置120以补偿下方温度的不均匀。加热装置120上方还可以设置一个法拉第屏蔽板以屏蔽电场对反应器内部造成的影响。一个高频射频电源通过匹配网络2和导线142连接到设置于屏蔽板上方的电感线圈以激励通入反应器内的气体产生等离子体。射频窗口（RF window）对于刻蚀过程中是至关重要的，因为射频窗口表面直接接触等离子体，且沉积在射频窗口表面上的化学物质会影响半导体晶片上的刻蚀质量。另一方面，等离子体能够升温射频窗口，使得温射频窗口温度上下波动，并导致射频窗口温度不均匀。现有技术中加热器通常采用较厚电阻丝，连接到外部电源进行加热。但是电阻丝无法有效地将产生的热量传导到整个射频窗表面上，所以对温度均匀性的改善有限，所以需要一种低成本的改善射频窗温度均匀性的加热装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电感耦合型等离子处理器射频窗口的加热装置，该装置使得射频窗口受热均匀，可以避免射频窗口由于等离子体引起的温度波动及不稳定现象。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于电感耦合型等离子处理器射频窗口的加热装置，该装置加热射频窗口，其特点是，该加热装置包含：至少一个加热器，其贴合设置在射频窗口上，所述的加热器包含电阻丝、包裹在电阻丝上的绝缘薄膜，且所述加热器厚度小于1mm；
所述加热器的电阻丝包括多个从射频窗口中心向射频窗口边缘延展的电阻丝段，每个电阻丝段在两个端点通过一个连接部与相邻的电阻丝端连接，所述多个电阻丝段与多个连接部共同构成加热器。
所述的绝缘薄膜采用聚酰亚胺。
所述的加热器呈环状部分覆盖在所述的射频窗口上，围绕射频窗口上表面外围。
所述的加热器全部覆盖在所述的射频窗口上。
在所述的射频窗口上部设有射频线圈。
所述加热器的电阻丝沿着射频窗口径向分布，防止射频线圈产生的电磁场在电阻丝中产生感应电流。
所述多个电阻丝段的长度总和大于所述多个连接部长度总和的3倍以上。
所述加热器覆盖所述射频窗口顶部外围圆周。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明由于在射频窗口设有散热器，可以避免射频窗口由于等离子体引起的温度波动及不稳定现象。
本发明在电阻丝上包裹一层聚酰亚胺薄膜，该材料具有优良的化学稳定性、耐高温性、坚韧性、耐磨性、阻燃性、电绝缘性，使得电阻丝体积小、形变大。
本发明电阻丝沿着射频窗口径向分布，防止射频线圈产生的电磁场在电阻丝产生感应电流。
附图说明
图1为本发明一种用于射频窗口的加热装置的结构示意图。
图2为本发明一种用于射频窗口的加热装置中电阻丝沿射频窗口周向分布的示意图。
图3是现有技术电感耦合（ICP）等离子处理器结构图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，一种用于射频窗口的加热装置，该装置加热射频窗口1，该装置包含：一个或多个加热器2，加热器2贴合设置在射频窗口1上方，该加热器2将射频窗口1分割成若干个温控区，保证温控区受热均匀。
加热器2包含薄层电阻丝、包裹在电阻丝上下的绝缘薄膜，该绝缘薄膜采用聚酰亚胺（PI），整体加热器2呈薄圆环片状。从而使得加热器具有体积小，形变大，易弯曲的特点，加热器2设计成圆环状，布置时加热器2部分覆盖或全部覆盖在射频窗口1上（即覆盖射频窗口1的中心、中部和边缘区域）。 该上下薄膜的夹固能够保持中间电阻丝的形状同时能够更好的扩散电阻丝产生的热量到射频窗口。
为了将等离子体引入到晶片上，在射频窗口1上部设有射频线圈3，该射频线圈3采用纯银材料或者其它导体制成。
由于本发明薄膜加热器2中电阻丝非常薄，其厚度小于1mm，典型的小于0.5mm，所以电感线圈3产生的高频电磁场在电阻丝上产生的感应电流相对现有技术中较厚的电阻丝更容易在整个加热电阻丝图形回路中流动。现有技术中较厚的电阻丝感应产生的电流只有一部分会沿着电阻丝图形形成的回路流动，大部分都会在导体截面内部流动消耗热能。这些受射频磁场感应而产生的电流会严重影响加热器2内温度均匀性的控制，所以本发明在采用薄膜加热器的同时需要减小因感应了射频磁场而产生的电阻丝内部加热影响。加热器2的电阻丝沿着射频窗口1径向分布，防止射频线圈3产生的电磁场在电阻丝产生感应电流；如果加热器2的电阻丝沿着射频窗口1的周向分布（参见图2），射频线圈3产生的电磁场，并根据电磁学右手法则，在电阻丝产生感应电流，此感应电流干扰电阻丝的工作电流，影响电阻丝加热工作效率，布置时应尽量避免这种分布。
如图1所示的本发明加热器2中包括电阻丝，其中的电阻丝主体是多个在圆形射频窗上呈放射状分布的电阻丝段，每个电阻丝端在端点处通过一个较短的连接部与另一个电阻丝段相连接，多个电阻丝段相连接构成整体的加热器2，由于整体电阻丝段是放射状的，整个电阻丝上感应产生的电场只相当于一匝线圈的电场强度。所以电阻丝上流过的电流很小，但是由于实际电阻丝长度很长所以加热的效果并没有受到影响。本发明电阻丝形状不限于图1所示的形状，比如电阻丝段中包括一些转折、或圆弧线段或者一部分是呈放射状的另一部分与放射线成一定角度，两种电阻丝段组合形成整体的电阻丝。只要是包括多个从射频窗口中心到边缘排布的电阻丝端，电阻丝段的两个端点通过一个连接部与相邻的电阻丝段相连，最后组合形成围绕在整个射频窗上的的加热器均属于本发明保护范围，其中多个连接部的长度总和远小于多个电阻丝段长度的总和，比如连接部的长度总和小于多个电阻丝段长度总和的1/3。
一种等离子刻蚀机，包含上述的加热装置。
综上所述，本发明一种用于射频窗口的加热装置，该装置使得射频窗口受热均匀，可以避免射频窗口由于等离子体引起的温度波动及不稳定现象。
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。
Claims (8)
1.一种用于电感耦合型等离子处理器射频窗口的加热装置，该装置加热射频窗口（1），其特征在于，该加热装置包含：至少一个加热器（2），其贴合设置在射频窗口（1）上，所述的加热器（2）包含电阻丝、包裹在电阻丝上的绝缘薄膜，且所述加热器厚度小于1mm；
所述加热器的电阻丝包括多个从射频窗口中心向射频窗口边缘延展的电阻丝段，每个电阻丝段在两个端点通过一个连接部与相邻的电阻丝端连接，所述多个电阻丝段与多个连接部共同构成加热器（2）。
2.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述的绝缘薄膜采用聚酰亚胺。
3.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述的加热器（2）呈环状部分覆盖在所述的射频窗口（1）上，围绕射频窗口（1）上表面外围。
4.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述的加热器（2）全部覆盖在所述的射频窗口（1）上。
5.如权利要求2所述的加热装置，其特征在于，在所述的射频窗口（1）上部设有射频线圈（3）。
6.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述加热器（2）的电阻丝沿着射频窗口（1）径向分布，防止射频线圈（3）产生的电磁场在电阻丝中产生感应电流。
7.如权利要求6所述的加热装置，其特征在于，所述多个电阻丝段的长度总和大于所述多个连接部长度总和的3倍以上。
8.如权利要求6所述的加热装置，其特征在于，所述加热器（2）覆盖所述射频窗口顶部外围圆周。
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