CN105609443B - 一种耦合窗加热组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耦合窗加热组件。该耦合窗加热组件在耦合窗上表面沿其周向设置有环形加热通道，环形加热通道用于向耦合窗上表面的位于环形加热通道内的部分输送热交换气体，在环形加热通道的内侧壁和/或外侧壁上设置有子通道，子通道用于向耦合窗上表面的位于环形加热通道外的部分输送热交换气体，以实现耦合窗径向上的温度趋于均匀。本发明提供的耦合窗加热组件，其可以解决仅对耦合窗上表面的位于环形加热通道内的部分加热而造成耦合窗的径向温度均匀性差的问题，从而可以提高耦合窗径向上的温度均匀性。

Description

一种耦合窗加热组件

技术领域

本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种耦合窗加热组件。

背景技术

在半导体刻蚀工艺中，必须严格控制反应腔室的大量参数，以保证获得高质量的工艺结果，反应腔室的参数包括反应腔室侧壁、静电卡盘和反应腔室上盖的耦合窗等的温度参数。

图1为现有的耦合窗加热组件的俯视图。图2为图1所示的耦合窗加热组件的结构示意图。请一并参阅图1和图2，其中，耦合窗10采用陶瓷材料制成，在耦合窗10的上方且对应其中心区域和边缘区域设置有内线圈11和外线圈12，并且，在耦合窗10的上表面上，且位于内线圈11和外线圈12之间设置有沿耦合窗10的周向设置的环形加热通道13，且该环形加热通道13用于向耦合窗10上表面的位于环形加热通道13的部分输送热空气，如图2所示，通过热空气直接与耦合窗10的表面发生热交换，以加热耦合窗10；另外，在耦合窗10的外侧壁上还套置有环形加热带14，以加热耦合窗10。

在实际应用中，采用上述的耦合窗加热组件不可避免地会存在以下问题：由于上述环形加热通道13设置在内线圈11和外线圈12之间，热空气直接加热耦合窗10上表面的位于环形加热通道13内的部分，再通过耦合窗10自身的热传导，实现加热整个耦合窗10，在这种情况下，容易造成耦合窗10的中心区域和、与环形加热通道13对应的区域以及环形加热带14对应的区域存在温差，尤其是，环形加热通道13对应的区域和中心区域的温差较大，如图3所示，因而造成耦合窗10径向上的温度不均匀，从而造成反应腔室初始化稳定的时间长，而且造成连续工艺过程的稳定性差和设备的产出率低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种耦合窗加热组件，其可以解决仅对耦合窗上表面的位于环形加热通道内的部分加热而造成耦合窗的径向温度均匀性差的问题。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种耦合窗加热组件，在所述耦合窗上表面沿其周向设置有环形加热通道，所述环形加热通道用于向所述耦合窗上表面的位于所述环形加热通道内的部分输送热交换气体，在所述环形加热通道的内侧壁和/或外侧壁上设置有子通道，所述子通道用于向所述耦合窗上表面的位于所述环形加热通道外的部分输送热交换气体，以实现所述耦合窗径向上的温度趋于均匀。

其中，所述环形加热通道包括沿其径向划分的中间加热通道，以及外侧加热通道和/或内侧加热通道，所述外侧加热通道设置在所述中间加热通道的外侧，所述内侧加热通道设置在所述中间加热通道的内侧。

其中，所述环形加热通道包括沿其周向划分的至少两个加热通道，或者，所述环形加热通道为整体式加热通道。

其中，设置在所述环形加热通道的内侧壁或外侧壁上的所述子通道的数量为多个，且多个所述子通道沿其轴向间隔形成至少一层子通道组，并且，每层子通道组包括沿其周向间隔设置的多个子通道。

其中，每层子通道组的多个子通道沿其所在周向间隔且均匀设置。

其中，所述子通道的进气端高于所述子通道的出气端。

其中，每个所述子通道为直通孔。

其中，所述中间加热通道包括沿朝向所述耦合窗的方向依次串接的第一通道和第二通道，并且，所述第二通道的直径大于所述第一通道的直径。

其中，在所述耦合窗的外侧壁上还套置有环形加热带。

其中，所述环形加热通道的内侧壁和/或外侧壁的下表面与所述耦合窗的上表面之间沿其周向间隔设置有多个间隙。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的耦合窗加热组件，其借助在环形加热通道的内侧壁和/或外侧壁设置子通道，子通道用于向耦合窗上表面的位于环形加热通道外的部分输送热交换气体，可以实现热交换气体与耦合窗上表面的位于环形加热通道外的部分进行热交换，以实现耦合窗径向上的温度趋于均匀，因而可以提高耦合窗径向上温度的均匀性，从而可以减小反应腔室初始化的时间，进而可以提高连续工艺过程的稳定性和设备的产出率。

附图说明

图1为现有的耦合窗加热组件的俯视图；

图2为图1所示的耦合窗加热组件的结构示意图；

图3为现有技术中耦合窗的径向不同位置处的温度模拟示意图；

图4为应用本发明实施例提供的耦合窗加热组件的俯视图；

图5为图4所示的耦合窗加热组件的一种结构示意图；

图6为应用中本实施例提供的耦合窗加热组件后耦合窗的径向不同位置处的温度模拟图；

图7为图4所示的耦合窗加热组件的另一种结构示意图；以及

图8为图5中子通道的另一种设置方式的示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的耦合窗加热组件进行详细描述。

为便于理解，在本申请中，所谓“内侧”是指靠近耦合窗的中心区域的一侧，所谓“外侧”是指靠近耦合窗的边缘区域的一侧。所谓“内侧壁”指靠近耦合窗的中心区域的侧壁，所谓“外侧壁”是指靠近耦合窗的边缘区域的侧壁。

图4为应用本发明实施例提供的耦合窗加热组件的俯视图。图5为图4所示的耦合窗加热组件的一种结构示意图。请一并参阅图4和图5，本实施例提供的耦合窗加热组件，其在耦合窗20上表面沿其周向设置有环形加热通道21，环形加热通道21用于向耦合窗20上表面的位于环形加热通道21内的部分输送热交换气体，具体地，热交换气体包括热空气等。

在本实施例中，环形加热通道21包括沿其径向划分的中间加热通道211、外侧加热通道212和内侧加热通道213，其中，外侧加热通道212设置在中间加热通道211的外侧，内侧加热通道213设置在中间加热通道211的内侧。热交换气体分别自中间加热通道211、外侧加热通道212和内侧加热通道213向耦合窗20的上表面输送。

在外侧加热通道212的外侧壁上以及在内侧加热通道213的内侧壁上设置有子通道22，也就是说，在环形加热通道21的外侧壁和内侧壁上设置有子通道22，以使热交换气体经由该子通道向耦合窗上表面的位于环形加热通道21外的部分输送热交换气体，因此，可以使得热交换气体对耦合窗上表面的位于环形加热通道外的部分进行热交换，以实现耦合窗20径向上的温度趋于均匀，因而可以提高耦合窗径向上温度的均匀性，从而可以减小反应腔室初始化的时间，进而可以提高连续工艺过程的稳定性和设备的产出率以实现耦合窗径向上的温度趋于均匀。

并且，在本实施例中，外侧加热通道212和内侧加热通道213为环形加热通道，中间加热通道211沿其周向划分为两个半圆周加热通道214，这可以实现对中间加热通道211周向上的不同区域进行分区独立控制，从而可以保证周向上的温度均匀性。

优选地，设置在环形加热通道21的内侧壁和外侧壁上的子通道22的数量分别为多个，并且，多个子通道22形成有一层子通道组，该层子通道组包括沿其周向间隔设置的多个子通道22。换言之，在外侧加热通道212的外侧壁和内侧加热通道213的内侧壁上分别沿其周向间隔设置有多个子通道22，这可以提高耦合窗20周向上的温度均匀性，从而可以进一步提高耦合窗的温度均匀性。

进一步优选地，每层子通道组的多个子通道22沿其所在周向间隔且均匀设置，这可以进一步提高耦合窗20周向上的温度均匀性。

另外，优选地，如图5所示，每个子通道22的进气端高于子通道22的出气端，这可以使得热交换气体可以朝向耦合窗20的上表面扩散，从而可以提高热交换气体的热交换效率。并且，如图5所示，每个子通道22为直通孔。但是，在实际应用中，子通道22并不局限于此，只要其能够实现使热交换气体传输至环形加热通道21的外部即可，例如，子通道22还可以由多个通道串接形成，且该子通道22的轴向截面的形状可以为直线和曲线串联形成的形状。

环形加热通道21的内侧壁(即，内侧加热通道213的内侧壁)和外侧壁(即，外侧加热通道212的外侧壁)的下表面与耦合窗20的上表面之间沿其周向间隔设置有多个间隙23，用以作为热交换气体向耦合窗上表面的位于环形加热通道21外的部分输送热交换气体的通道。类似地，为提高耦合窗20周向上温度的均匀性，该多个间隙23应该沿其所在周向间隔且均匀设置，并且，应保证环形加热通道21稳定地设置在耦合窗20上。

中间加热通道211包括沿朝向耦合窗20的方向依次串接的第一通道2111和第二通道2112，并且，第二通道2112的直径大于第一通道2111的直径，这可以增大热交换媒介与耦合窗20相接触的面积。

另外，在耦合窗20的外侧壁上还套置有环形加热带24，用以加热耦合窗20。

本实施例中的耦合窗20用于作为反应腔室的上盖，如图4所示，在环形加热通道21的内侧和外侧分别对应设置有内线圈25和外线圈26，借助内线圈25和外线圈26与外部电源电连接，用以将反应腔室内的气体激发形成等离子体，借助等离子体完成刻蚀或沉积等工艺。

在本实施例中，为实现热交换气体的传输，对应每个半圆周加热通道214设置有连接风道27，连接风道27不仅向该对应的半圆周加热通道214输送热交换气体，还向环形结构的内侧加热通道213和外侧加热通道212输送气体；并且，连接风道27在与之对应的半圆周加热通道214沿其周向上的靠近中心位置处与其相连通，两个连接风道27与半圆周加热通道214相连通的位置以耦合窗20的中心中心对称，如图4所示，这可以使得热交换气体在每个半圆周加热通道214、内侧加热通道213和外侧加热通道212内相对均匀地扩散。

在半圆周加热通道214上表面上且沿其周向上的端部位置处设置有排气孔28，这可以使得热交换气体充分扩散后再经由排气孔28排出，从而可以保证热交换气体的充分利用。并且，两个半圆周加热通道214的排气孔28以耦合窗20的中心中心对称，排气孔28出来的已与耦合窗20发生热交换的热交换气体扩散在线圈盒29内，因此，可以使得线圈盒29内的热交换气体分布均匀。

对应半圆周加热通道217设置有与线圈盒29相连通的风道30，且在风道30与连接风道27相连通的位置处设置有加热器31，在风道30与线圈盒29相连通的位置处设置有风扇32，用于将线圈盒29内的已与耦合窗20发生热交换的热交换气体经由风道30、连接风道27向环形加热通道21内传输，在热交换气体传输过程中会经过加热器31，以对热交换气体加热之后再输送至环形加热通道21内。因此，可实现热交换气体的循环利用，从而可以避免热交换气体的浪费，进而提高经济效益。

图6为应用中本实施例提供的耦合窗加热组件后耦合窗的径向不同位置处的温度模拟图。请一并参阅图6和图3，通过二者的比较可知，本实施例提供的耦合窗组件可以使得耦合窗20径向上不同位置处的温差减小，从而可以提高耦合窗20径向上的温度均匀性。

需要说明的是，在本实施例中，环形加热通道21包括沿其径向划分的三个加热通道(即，中间加热通道211、外侧加热通道212和内侧加热通道213)。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，环形加热通道21在其径向上也可以仅为单一通道，如图7所示，而采用图4和图5所示的环形加热通道21与图7所示的环形加热通道21相比，可以保证热交换气体向环形加热通道20外的耦合窗上表面输出速率，从而保证热交换气体与耦合窗20上表面的位于环形加热通道20外的部分的热交换效率。

还需要说明的是，在本实施例中，中间加热通道211沿其周向划分为至少两个加热通道。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，可以将外侧加热通道212、中间加热通道211和内侧加热通道213中任意一个或至少两个沿其周向划分为至少两个加热通道，并且，对沿周向划分的加热通道的数量和位置不做限定。另外，图7中所示的环形加热通道21也可以沿其周向划分为至少两个加热通道，以实现对环形加热通道21进行分区控制。当然，环形加热通道21还可以为整体式加热通道。

进一步需要说明的是，在实际应用中，还可以独立地对内侧加热通道213和外侧加热通道212输送热交换气体，以实现灵活控制各个加热通道内的气流量，从而快速地使耦合窗20实现温度均匀。

另外需要说明的是，在实际应用中，可以根据耦合窗20的径向温度的具体实际情况，决定在环形加热通道21的内侧壁和/或外侧壁上设置子通道22以及子通道22的设置数量、位置和尺寸等参数，以及决定是否需要在环形加热通道21的内侧壁和/或外侧壁的下表面与耦合窗20上表面之间设置间隙23以及间隙23的设置数量、位置和尺寸等参数。例如，在环形加热通道21的内侧壁或外侧壁上分别设置多个子通道22，且多个子通道22沿其轴向间隔形成至少两层子通道组，如图8所示，每层子通道组包括一个或沿其周向间隔设置的多个子通道22。

此外需要说明的是，在实际应用中，本实施例提供的耦合窗加热组件还可以应用于由于其他器件设置在耦合窗20上表面的某个区域而造成环形加热通道21不能实现耦合窗20径向上的均匀性加热的情况。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种耦合窗加热组件，在所述耦合窗上表面沿其周向设置有环形加热通道，所述环形加热通道用于向所述耦合窗上表面的位于所述环形加热通道内的部分输送热交换气体，其特征在于，在所述环形加热通道的内侧壁和/或外侧壁上设置有子通道，所述子通道用于向所述耦合窗上表面的位于所述环形加热通道外的部分输送热交换气体，以实现所述耦合窗径向上的温度趋于均匀。

2.根据权利要求1所述的耦合窗加热组件，其特征在于，所述环形加热通道包括沿其径向划分的中间加热通道，以及外侧加热通道和/或内侧加热通道，所述外侧加热通道设置在所述中间加热通道的外侧，所述内侧加热通道设置在所述中间加热通道的内侧。

3.根据权利要求1所述的耦合窗加热组件，其特征在于，所述环形加热通道包括沿其周向划分的至少两个加热通道，或者

所述环形加热通道为整体式加热通道。

4.根据权利要求1所述的耦合窗加热组件，其特征在于，设置在所述环形加热通道的内侧壁或外侧壁上的所述子通道的数量为多个，且多个所述子通道沿其轴向间隔形成至少一层子通道组，并且

每层子通道组包括沿其周向间隔设置的多个子通道。

5.根据权利要求4所述的耦合窗加热组件，其特征在于，每层子通道组的多个子通道沿其所在周向间隔且均匀设置。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的耦合窗加热组件，其特征在于，所述子通道的进气端高于所述子通道的出气端。

7.根据权利要求6所述的耦合窗加热组件，其特征在于，每个所述子通道为直通孔。

8.根据权利要求2所述的耦合窗加热组件，其特征在于，所述中间加热通道包括沿朝向所述耦合窗的方向依次串接的第一通道和第二通道，并且，所述第二通道的直径大于所述第一通道的直径。

9.根据权利要求1所述的耦合窗加热组件，其特征在于，在所述耦合窗的外侧壁上还套置有环形加热带。

10.根据权利要求1所述的耦合窗加热组件，其特征在于，所述环形加热通道的内侧壁和/或外侧壁的下表面与所述耦合窗的上表面之间沿其周向间隔设置有多个间隙。