CN108022852A - Icp刻蚀机台及其绝缘窗口薄膜加热器装置和温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种绝缘窗口薄膜加热器装置，该装置包含：设置于绝缘窗口顶部的电绝缘板，设置于电绝缘板上的粘结层，设置在粘结层上的薄膜加热器；薄膜加热器通过粘结层与电绝缘板固定形成一个加热模块，加热模块通过电绝缘板固定于绝缘窗口顶部。本发明的薄膜加热器通过粘结层固定在电绝缘板上形成整体，通过电绝缘板与绝缘窗口固定连接，便于薄膜加热器的拆装，简易了薄膜加热器与绝缘窗口的维护过程，节省人力和时间成本。

Description

ICP刻蚀机台及其绝缘窗口薄膜加热器装置和温度控制方法

技术领域

本发明涉及一种半导体制备中的加热技术，具体涉及一种ICP刻蚀机台及其绝缘窗口薄膜加热器装置和温度控制方法。

背景技术

如图1所示，电导耦合等离子体（Inductive Coupled Plasma，ICP）刻蚀机台的上部结构通常包含有：反应腔（chamber）170，设置于反应腔170顶部的反应腔顶盖（chamberlid）160，设置于反应腔顶盖160上的绝缘窗口（insulation window）150，设置于绝缘窗口150顶面的薄膜加热器（kapton heater）140，设置于薄膜加热器140上方的RF线圈（RF coilkit）130，设置在反应腔170顶部的外罩（housing）结构120，以及设置于外罩结构120顶部的若干冷却用风扇110，其中反应腔顶盖160、绝缘窗口150、薄膜加热器140、RF线圈130套设在外罩结构120内。其中薄膜加热器140直接粘接在绝缘窗口150上成为一体。

如图2所示，为一种薄膜加热器装置，薄膜加热器140设置于绝缘窗口150上，在薄膜加热器140与绝缘窗口150之间设有粘贴层141，薄膜加热器140粘贴在粘贴层141一面，粘贴层141的另一面粘贴在绝缘窗口150上，从而使薄膜加热器140直接与绝缘窗口150成为一体。

现有技术中，薄膜加热器140直接粘接于绝缘窗口150上，作为热良导体的绝缘窗口150会快速的将反应腔内部的等离子体（plasma）产生的热传递到上部被冷却用风扇110的风带走，在一定的温度控制下，需要薄膜加热器140提供更高的功率来弥补等离子体热量损失（plasma heat loss）来实现一定温度的控制。同时薄膜加热器140直接置于绝缘窗口150上，也使得绝缘窗口150的温度均匀性直接受薄膜加热器140影响，不可调也不可控，越是薄的绝缘窗口150，其温度均匀性受薄膜加热器140的影响越大。

机台长期进行刻蚀工艺，会有刻蚀工艺产生的附属生成物（process by-product）沉积到绝缘窗口150表面，因此绝缘窗口150需要定期清洗，清洗时由于薄膜加热器140属于电气元件，需要额外保护不能浸没，造成绝缘窗口150清洗工作额外的负担，另外还有薄膜加热器140由于清洗造成失效的风险。

将薄膜加热器140直接粘接在绝缘窗口150上的另一个潜在问题是，薄膜加热器140作为电器元件，有一定的使用寿命，但绝缘窗口150一般情况下不会坏，所以在薄膜加热器140损坏时，需要整个把绝缘窗口150连同薄膜加热器140一起拆出，再揭掉薄膜加热器140，工艺非常麻烦，过程可能会导致昂贵的绝缘窗口150损坏失效，同时拆装绝缘窗口150是个耗时耗力的工程，造成不必要的人工和时间成本浪费。

另外，薄膜加热器140采用高功率在升温时，薄膜加热器140的加热元件的电阻大，瞬间产生很多的热堆积在加热元件处，极易烧坏薄膜加热器140内部的粘胶，甚至瞬间产生的热会烧坏加热元件导致薄膜加热器140失效。

发明内容

本发明提供一种ICP刻蚀机台及其绝缘窗口薄膜加热器装置和温度控制方法，具有良好导热特性，薄膜加热器拆装便捷。

为实现上述目的，一种绝缘窗口薄膜加热器装置，其特点是，该装置包含：设置于绝缘窗口顶部的电绝缘板，设置于电绝缘板上的粘结层，设置在粘结层上的薄膜加热器；

上述薄膜加热器通过粘结层与电绝缘板固定形成一个加热模块，加热模块通过电绝缘板固定于绝缘窗口顶部。

上述电绝缘板的厚度范围取1至50毫米。

上述绝缘窗口薄膜加热器装置还包含一机械夹持装置，将加热模块固定到绝缘窗口。

上述电绝缘板中还包含一个电极，连接到一个高压直流电源，使得加热模块静电吸附到绝缘窗口上。

上述电绝缘板与绝缘窗口之间还设有导热垫片，导热垫片的热传导率低于绝缘窗口和电绝缘板。

上述导热垫片由硅胶和/或陶瓷制成。

上述绝缘窗口薄膜加热器装置还包含电路连接薄膜加热器的温度控制模块，温度控制模块根据绝缘窗口的温度信息控制对薄膜加热器的输出功率。

一种上述的绝缘窗口薄膜加热器装置的温度控制方法，其特点是，该温度控制方法包含：

温度控制模块接收绝缘窗口的温度信息，根据绝缘窗口的温度信息控制薄膜加热器的输出功率；

当绝缘窗口的温度下降，提高薄膜加热器的输出功率；

当绝缘窗口的温度上升，降低薄膜加热器的输出功率。

一种ICP刻蚀机台，其特点是，该机台包含：

反应腔，用于进行等离子处理工艺；

反应腔顶盖，其设置于反应腔顶部；

外罩结构，其设置于反应腔顶部上方，反应腔顶盖与外罩结构之间形成容置空间；

冷却用风扇，其设置于外罩结构顶部；

绝缘窗口，其设置于反应腔顶盖上；

RF线圈，其设置于反应腔顶盖与外罩结构形成的容置空间内；

上述机台还包含上述的绝缘窗口薄膜加热器装置，该窗口薄膜加热器装置设置于绝缘窗口上，位于反应腔顶盖与外罩结构形成的容置空间内。

本发明ICP刻蚀机台及其绝缘窗口薄膜加热器装置和温度控制方法和现有技术的加热装置相比，其优点在于，本发明的薄膜加热器通过粘结层固定在电绝缘板上形成整体，通过电绝缘板与绝缘窗口固定连接，便于薄膜加热器的拆装，简易了薄膜加热器与绝缘窗口的维护过程，节省人力和时间成本；

本发明设有电绝缘板，良好热传导性的电绝缘板可以起到调节绝缘窗口温度均匀性的作用，其横向传热效果会消除或减轻薄膜加热器产生的局部冷点或热点，进一步通过更改电绝缘板的厚度可以明显的改善绝缘窗口的热均匀性；

本发明在薄膜加热器与绝缘窗口之间设置电绝缘板和导热垫片，增加了热传导路径，相当于在绝缘窗口上方又做了一层热保温层限制了等离子体的热损伤，从而在一定的温度控制下，薄膜加热器只需要提供更小的功率来弥补等离子体热量损伤造成的绝缘窗口温度变化，来实现保持绝缘窗口恒定温度的控制，从而实现反应腔内刻蚀温度的恒定，降低了对薄膜加热器最大输出功率的需求，这十分有利于延长薄膜加热器的使用寿命；

本发明设置有导热垫片，相当于在绝缘窗口和电绝缘板间加了一个保温层，放大了电绝缘板的横向传热效果，使得绝缘窗口热均匀性进一步提高。

附图说明

图1为现有技术ICP刻蚀机台的上部结构的结构示意图；

图2为现有技术绝缘窗口薄膜加热器装置的结构示意图；

图3为本发明绝缘窗口薄膜加热器装置的实施例一的结构示意图；

图4为本发明绝缘窗口薄膜加热器装置的实施例二的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。

如图3所示，为绝缘窗口薄膜加热器装置的实施例一的结构示意图，该绝缘窗口薄膜加热器装置包含：设置于绝缘窗口340顶部的电绝缘板330、设置于电绝缘板330上的粘结层320、和设置在粘结层320上的薄膜加热器310。

粘结层320两面分别与薄膜加热器310与电绝缘板330粘贴，使薄膜加热器310通过粘结层320与电绝缘板330固定形成一个加热模块，该加热模块通过电绝缘板330固定于绝缘窗口340顶部。

电绝缘板330通过机械夹持或静电吸引的方式固定在绝缘窗口340上。具体的，绝缘窗口薄膜加热器装置还包含一机械夹持装置，将加热模块固定到绝缘窗口。或者，电绝缘板中包含一个电极，该电极连接到一个高压直流电源，使得加热模块静电吸附到绝缘窗口340上。本发明通过电绝缘板330与绝缘窗口340固定连接，便于薄膜加热器310的拆装，从而实现便捷了薄膜加热器310与绝缘窗口340的维护过程，节省人力和时间成本。

电绝缘板330的面积大于薄膜加热器310和粘结层320。优选的，电绝缘板330完全覆盖绝缘窗口340的顶面。

其中，电绝缘板330的厚度可调。良好热传导性的电绝缘板330可以起到调节绝缘窗口340温度均匀性的作用，其横向传热效果会消除或减轻薄膜加热器310产生的局部冷点或热点，进一步通过更改电绝缘板330的厚度可以明显的改善绝缘窗口340的热均匀性。这里，电绝缘板330厚度越大，及电绝缘板330的热传导率越高，能使绝缘窗口340的热均匀性越好。电绝缘板330厚度的调节范围为1至50毫米。

如图4所示，为绝缘窗口薄膜加热器装置的实施例二的结构示意图，该绝缘窗口薄膜加热器装置包含：设置于绝缘窗口440顶部的电绝缘板430、设置于电绝缘板430上的粘结层420、和设置在粘结层420上的薄膜加热器410。

粘结层420两面分别与薄膜加热器410与电绝缘板430粘贴，使薄膜加热器410通过粘结层420与电绝缘板430固定形成一个加热模块，该加热模块通过电绝缘板430固定于绝缘窗口440顶部。

电绝缘板430通过机械夹持或静电吸引的方式固定在绝缘窗口440上。具体的，绝缘窗口薄膜加热器装置还包含一机械夹持装置，将加热模块固定到绝缘窗口。或者，电绝缘板430中包含一个电极，该电极连接到一个高压直流电源，使得加热模块静电吸附到绝缘窗口440上。本发明通过电绝缘板430与绝缘窗口440固定连接，便于薄膜加热器410的拆装，从而实现便捷了薄膜加热器410与绝缘窗口440的维护过程，节省人力和时间成本。

电绝缘板430的面积大于薄膜加热器410和粘结层420。优选的，电绝缘板430完全覆盖绝缘窗口440的顶面。

电绝缘板430的厚度可调。通过更改电绝缘板330的厚度可以明显的改善绝缘窗口440的热均匀性。这里，电绝缘板330厚度越大，及电绝缘板330的热传导率越高，能使绝缘窗口340的热均匀性越好。电绝缘板330厚度的调节范围为1至50毫米。

本实施例二中，电绝缘板430与绝缘窗口440之间还夹设有导热垫片450。该导热垫片450由硅胶和/或陶瓷制成，具体的，为在硅胶中掺杂陶瓷材料制成。

导热垫片450的热传导率低于绝缘窗口440和电绝缘板430。

这里设置有导热垫片450，相当于在绝缘窗口440和电绝缘板430间加了一个保温层，放大了电绝缘板430的横向传热效果，使得绝缘窗口440热均匀性进一步提高。

导热垫片450的面积大于薄膜加热器410和粘结层420。优选的，导热垫片450的面积完全覆盖绝缘窗口440的顶面。

可选的，导热垫片450和电绝缘板430的面积与绝缘窗口440的顶面面积相等。

薄膜加热器440采用高功率在升温时，薄膜加热器440的加热元件的电阻大，瞬间产生很多的热堆积在加热元件处，极易烧坏薄膜加热器440内部的粘胶，甚至瞬间产生的热会烧坏加热元件导致薄膜加热器440失效。本实施例二在薄膜加热器410与绝缘窗口440之间设置电绝缘板430和导热垫片450，增加了热传导路径，相当于在绝缘窗口440上方又做了一层热保温层限制了等离子体的热损伤，从而在一定的温度控制下，薄膜加热器410只需要提供更小的功率来弥补等离子体热量损伤来实现一定温度的控制，降低了对薄膜加热器410最大输出功率的需求，有利于延长薄膜加热器410的使用寿命。

本发明还公开了一种ICP刻蚀机台，该机台的上部结构包含：用于进行等离子处理工艺的反应腔、设置于反应腔顶部的反应腔顶盖、设置于反应腔顶盖和反应腔顶部上方的外罩结构、设置于外罩结构顶部的冷却用风扇、设置于反应腔顶盖上的绝缘窗口，和设置在绝缘窗口上方的RF线圈。

反应腔顶盖与外罩结构之间形成容置空间，绝缘窗口与RF线圈设在该容置空间内。

与现有技术的区别在于，该ICP刻蚀机台还包含上述实施例一或实施例二所公开的绝缘窗口薄膜加热器装置，该绝缘窗口薄膜加热器装置设置于绝缘窗口上，位于反应腔顶盖与外罩结构形成的容置空间内。

ICP刻蚀机台还包含电路连接薄膜加热器的温度控制模块。反应腔内由于等离子体热量损失会造成绝缘窗口的温度变化，绝缘窗口的温度变化会造成反应腔内刻蚀环境温度变化，为保证反应腔内刻蚀环境温度变化，通过薄膜加热器对绝缘窗口进行温度控制，从而使绝缘窗口温度保持恒定。

进一步的，本发明还公开了一种绝缘窗口薄膜加热器装置的温度控制方法，该方法包含：

温度控制模块接收绝缘窗口的温度信息，根据绝缘窗口的温度信息控制薄膜加热器的输出功率；当绝缘窗口的温度下降，则提高薄膜加热器的输出功率，当绝缘窗口的温度上升，则降低薄膜加热器的输出功率。

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 (9)

1.一种绝缘窗口薄膜加热器装置，其特征在于，该装置包含：设置于绝缘窗口顶部的电绝缘板，设置于电绝缘板上的粘结层，设置在粘结层上的薄膜加热器；

所述薄膜加热器通过粘结层与电绝缘板固定形成一个加热模块，加热模块通过电绝缘板固定于绝缘窗口顶部。

2.如权利要求1所述的绝缘窗口薄膜加热器装置，其特征在于，所述电绝缘板的厚度范围取1至50毫米。

3.如权利要求1或2所述的绝缘窗口薄膜加热器装置，其特征在于，所述绝缘窗口薄膜加热器装置还包含一机械夹持装置，将所述加热模块固定到绝缘窗口。

4.如权利要求1或2所述的绝缘窗口薄膜加热器装置，其特征在于，所述电绝缘板中还包含一个电极，连接到一个高压直流电源，使得所述加热模块静电吸附到所述绝缘窗口上。

5.如权利要求1或2或3所述的绝缘窗口薄膜加热器装置，其特征在于，所述电绝缘板与绝缘窗口之间还设有导热垫片，所述导热垫片的热传导率低于绝缘窗口和电绝缘板。

6.如权利要求5所述的绝缘窗口薄膜加热器装置，其特征在于，所述导热垫片由硅胶和/或陶瓷制成。

7.如权利要求1所述的绝缘窗口薄膜加热器装置，其特征在于，所述绝缘窗口薄膜加热器装置还包含电路连接薄膜加热器的温度控制模块，温度控制模块根据绝缘窗口的温度信息控制对薄膜加热器的输出功率。

8.一种如权利要求7所述的绝缘窗口薄膜加热器装置的温度控制方法，其特征在于，该温度控制方法包含：

温度控制模块接收绝缘窗口的温度信息，根据绝缘窗口的温度信息控制薄膜加热器的输出功率；

当绝缘窗口的温度下降，提高薄膜加热器的输出功率；

当绝缘窗口的温度上升，降低薄膜加热器的输出功率。

9.一种ICP刻蚀机台，其特征在于，该机台包含：

反应腔，用于进行等离子处理工艺；

反应腔顶盖，其设置于反应腔顶部；

外罩结构，其设置于反应腔顶部上方，反应腔顶盖与外罩结构之间形成容置空间；

冷却用风扇，其设置于外罩结构顶部；

绝缘窗口，其设置于反应腔顶盖上；

RF线圈，其设置于反应腔顶盖与外罩结构形成的容置空间内；

所述机台还包含如权利要求1至7中任意一项权利要求所述的绝缘窗口薄膜加热器装置，该窗口薄膜加热器装置设置于绝缘窗口上，位于反应腔顶盖与外罩结构形成的容置空间内。