CN112543520B - 一种加热器、加热方法及等离子处理器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加热器、加热方法及等离子处理器,等离子体处理器包含反应腔,反应腔内设置静电夹盘,静电夹盘下方设置基座,反应腔上部设有气体喷淋装置,气体喷淋装置与气体供应装置相连,加热器用于控制等离子处理器中的任意待加热部件的温度,加热器包含:绝缘结构,其内部开设有内孔,并在内孔壁上预加工出目标结构的导向槽;加热结构,设置在与加热结构相匹配的导向槽内,通过导向槽将加热结构导向为目标结构。本发明通过在氧化镁柱的内孔中预先加工出均匀的导向槽,很好地导向螺旋状的加热丝,使得加热丝均匀地分布在内孔中的导向槽,提高了加热器的温度均匀性,同时也延长了加热器的寿命,有利于改善晶圆上刻蚀率的均匀性。

Description

一种加热器、加热方法及等离子处理器
技术领域
本发明涉及半导体设备领域,特别涉及一种加热器、加热方法及等离子处理器。
背景技术
在半导体设备制造领域,温度是影响设备处理结果的重要参数,在目前的半导体设备中,很多零部件都需要进行温度控制,因此,加热器是半导体设备中广泛使用的零件。目前应用最多是用管状铠装加热器对待加热对象进行加热,从而传导给待加热部件。对于管状铠装加热器,普遍的加工工艺是先将螺旋状的加热丝13拉伸后,放进氧化镁柱12的内孔,然后松开加热丝13,再滚压加热器的金属外壁11,如图1所示。但在加工加热器的过程中,螺旋状的加热丝13在氧化镁内孔中螺旋的螺距可能出现不均匀现象。若加热器内部的加热丝不均匀,那么加热器外部发热必然是不均匀的,这样就直接影响了喷淋装置的温度均匀性;同时,若加热丝布置不均匀,可能会造成节距小的地方出现局部高温,局部高温点容易造成加热丝烧断,容易烧毁加热器,因而加热器的寿命也得不到保障。
基于上述原因,研发一种提高管状加热器的温度均匀性和寿命的加热器实为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加热器、加热方法及等离子处理器,通过在氧化镁柱的内孔中预先加工出均匀的导向槽,很好地导向螺旋状的加热丝,使得加热丝均匀地分布在内孔中的导向槽,提高加热器的温度均匀性,同时也可延长加热器的寿命,有利于待加热对象的温度均匀性,有利于改善晶圆上刻蚀率的均匀性。
为了达到上述目的,本发明通过以下技术方案实现:
一种加热器,包含:绝缘结构,其内部开设内孔,该内孔壁上预加工有目标结构的导向槽;加热结构,设置在所述导向槽内,通过所述导向槽将所述加热结构导向为目标结构。
优选地,所述导向槽预加工的目标结构与未经导向时的所述加热结构相适配。
优选地,所述导向槽是与所述加热结构相匹配的螺旋状,所述加热结构最终的目标结构是与所述导向槽一致的螺旋状。
优选地,预计工出具有目标结构的导向槽后,将加热结构拉伸并放入所述绝缘结构的内孔,松开所述加热结构,所述加热结构进入所述导向槽内,通过所述导向槽将所述加热结构导向为目标结构。
优选地,螺旋状的导向槽的各个螺距均相等,目标结构状的加热结构的各个螺距均相等且与导向槽的螺距相等。
优选地,螺旋状的导向槽的至少两个螺距之间相等,目标结构状的加热结构的至少两个螺距之间相等且与导向槽的各螺距对应相等。
优选地,所述加热器为管状结构。
优选地,所述绝缘结构为氧化镁柱,所述加热结构为加热丝。
优选地,所述加热丝与电源连接,通过电源为其供电加热。
优选地,所述绝缘结构的外侧设有管状的外壳保护层。
优选地,所述外壳保护层为金属外壳。
本发明还提供了一种基于如上文所述的加热器的加热方法,该方法包含以下过程:绝缘结构内部开设内孔,在内孔壁上预加工出目标结构的导向槽;将加热结构拉伸后,放入所述绝缘结构的内孔,并松开所述加热结构;所述加热结构进入所述导向槽内,通过所述导向槽将所述加热结构导向为目标结构。
优选地,所述导向槽是与所述加热结构相匹配的螺旋状,所述加热结构最终的目标结构是与所述导向槽一致的螺旋状;螺旋状的导向槽的各个螺距均相等,目标结构状的加热结构的各个螺距均相等且与导向槽的螺距相等。
本发明又提供了一种等离子处理器,包含一反应腔,所述反应腔内设置一静电夹盘,用于支撑晶片,所述静电夹盘下方设置基座,用于承载所述静电夹盘,所述反应腔上部设有气体喷淋装置,所述气体喷淋装置与气体供应装置相连,所述气体供应装置中的反应气体经过气体喷淋装置进入反应腔,所述等离子处理器中的任意待加热部件通过如上文所述的加热器进行温度控制,使得待加热部件达到目标温度。
优选地,所述待加热部件为所述气体喷淋装置;和/或,所述待加热部件为所述静电夹盘和/或所述基座。
优选地,所述气体喷淋装置包含安装基板和气体喷淋头,所述气体喷淋头连接在所述安装基板下部,所安装基板内侧设有气体缓冲部件,所述加热器设置在所述气体缓冲部件的外侧壁与所述安装基板的内侧壁之间;和/或,所述加热器设置在所述基座和所述静电夹盘之间。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:(1)本发明通过在氧化镁柱的内孔中预先加工出均匀导向槽的方式让加热丝的布置均匀,提高加热器的温度均匀性,也可以延长加热器的寿命,减小了更换加热器的工作量;(2)本发明加热器的导向槽还可以是不均匀的,用以实现不同的功率密度分布要求,应用广泛,适用性强;(3)本发明的基于导向槽的加热器不仅可以对等离子体处理器的气体喷淋装置进行温度控制,还可以应用在反应腔内的静电夹盘或基座,以及其他需要加热的对象,用以创造更佳的刻蚀环境。
附图说明
图1为现有技术中的管状加热器制作原理示意图;
图2为本发明的导向槽形式的加热器应用在气体喷淋装置的等离子处理器结构示意图;
图3a为本发明实施例一中管状结构内的均匀导向槽示意图;
图3b为本发明实施例一中基于图3a的均匀导向槽形成的加热器结构示意图;
图4a为本发明实施例二中管状结构内的非均匀导向槽示意图;
图4b为本发明实施例二中基于图4a的非均匀导向槽形成的加热器结构示意图;
图5为本发明实施例三中导向槽形式的加热器应用在基座和静电夹盘之间的等离子处理器结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图2所示,本发明的等离子体处理器包含真空反应腔1,反应腔1包括由金属材料制成的大致为圆柱形的反应腔侧壁11。等离子体处理器的反应腔1上部设有气体喷淋装置100且穿过上部的反应腔侧壁11。气体喷淋装置100与气体供应装置相连,该气体供应装置中的反应气体经过气体喷淋装置100进入反应腔1。
气体喷淋装置100包含安装基板2、加热器3、气体缓冲部件5和气体喷淋头4。气体喷淋头4连接在上极安装基板2下部;气体缓冲部件5设置在安装基板2内侧,其为工艺气体缓冲的空间,用于在缓冲空间内将多种气体充分混合。多个管状的加热器3设置在气体缓冲部件5外侧壁与安装基板2内侧壁之间,用于控制气体喷淋装置100的温度。反应腔1内的下方设有用于支撑晶片8的静电夹盘7以及用于支撑静电夹盘7的基座6。
实施例一:
如图3a-图3b结合所示,本实施例的加热器3为管状结构,每个加热器3由外到内依次包含外壳保护层、绝缘中间结构和加热丝33。外壳保护层用于管状加热器的外壁保护作用;优选地,外壳保护层为金属外壳31,例如不锈钢、铝合金或者紫铜等等。绝缘中间结构为氧化镁柱32,其可以通过氧化镁粉预先烧结得到。本实施例中的加热丝33需要连接电源,通过电源进行加热。
氧化镁柱32位于金属外壳31内部,在氧化镁柱32内并沿其轴向方向开设有一定深度的氧化镁内孔34。在氧化镁内孔侧壁上中预先加工出导向槽35,示例地,导向槽35在氧化镁内孔34内侧壁周面上并呈目标形状。在氧化镁柱32内部可以利用车床预加工出螺旋状的导向槽35。
本实施例中,导向槽35的形状与加热丝33结构一致,当未处理时的加热丝33为螺旋状时,则导向槽35也预设为螺旋状。如图3a所示,导向槽35为螺旋状的均匀导向槽,该导向槽的所有螺距d均相等。
当导向槽35按照要求加工完成后,将螺旋状的加热丝33拉伸后,放进氧化镁柱32的氧化镁内孔34中,然后松开加热丝33,加热丝33会进入导向槽35,这样可以很好地对螺旋状的加热丝33进行定位,使得加热丝33均匀地分布在导向槽35,最终加热丝33的螺旋状结构与预加工出的导向槽35结构一致,如图3b所示,即螺旋状的导向槽35的各个螺距相等,则可以保证加热丝33的各个螺距也相等,这样保证了加热丝的密度,从而达到温度均匀的效果。
本发明的加热丝并不仅限于螺旋状,还可以是其他的形状,即导向槽也不仅限于该螺旋状,并随同加热丝相应地调整。
实施例二:
如图4a和图4b结合所示,本实施例的加热器3为管状结构,每个加热器3由外到内依次包含外壳保护层、绝缘中间结构和加热丝43。优选地,外壳保护层为金属外壳41,例如不锈钢、铝合金或者紫铜等等。绝缘中间结构为氧化镁柱42,其可以通过氧化镁粉预先烧结得到。
氧化镁柱42位于金属外壳41内部,在氧化镁柱42内并沿其轴向方向开设有一定深度的氧化镁内孔44。在氧化镁内孔侧壁上中预先加工出导向槽45,示例地,导向槽45在氧化镁内孔44内侧壁周面上并呈目标形状。在氧化镁柱42内部可以利用车床预加工出螺旋状的导向槽45。
导向槽45的形状与加热丝43结构一致,当未处理时的加热丝43为螺旋状时,则导向槽45也预设为螺旋状。本发明的导向槽45的螺距设置根据加热器的功率密度有关。螺旋状的导向槽45并非均匀,其各个螺距不完全相等,用于实现不同的功率密度分布的加热管:当螺距小时,功率密度大,当螺距大,则功率密度小。
螺旋状的导向槽45为非均匀导向槽,所有的螺距之间并非完全相等。例如图4a所示,螺旋状的导向槽45的螺距分别表示为d1、d2、d3、d4、d5、d6……dn。如图4a所示,作为其中一个实施例,螺距可以部分相等及部分不相等,例如设置d1≠d2,d2≠d3,d3=d4,d4≠d5,d5≠d6……dn。作为其中另一个实施例,螺旋状的导向槽45的螺距相互之间均不相等,d1≠d2≠d3≠d4≠d5≠d6……dn(未图示)。
当导向槽45按照要求加工完成后,将螺旋状的加热丝43拉伸后,放进氧化镁柱42的氧化镁内孔44中,然后松开加热丝43,加热丝43会进入导向槽45,这样可以很好地导向螺旋状的加热丝43,最终加热丝43的螺旋状结构与预加工出的导向槽45结构一致,即最终螺旋状的加热丝43的各个螺距也不完全相等。同时,本发明不仅限于实施例二中的螺距距离的设定方式,还可以是其他情况的不完全相等方式,主要是需要与不同的功率密度分布要求进行调整。
本发明的导向槽45的形状与加热丝43结构相匹配,且本发明的加热丝不仅限于螺旋状结构,还可以是其他的结构,则对应加工出的导向槽45的形状与加热丝结构匹配。
实施例三:
如图5所示,本发明的静电夹盘7和基座6之间还可设置有多个如上文所述的管状结构的加热器3,用于控制静电夹盘的温度,促成静电夹盘7上的基片与反应腔室中的等离子体进行反应,实现对基片的加工制造。
其中,该管状结构的加热器3可以采用实施例一中基于均匀导向槽的加热器结构,也可以采用实施例二中基于不均匀导向槽的加热器结构,本发明对此不做限制。因此,本发明中基于导向槽方式的加热器不仅可以等离子体处理器的气体喷淋装置进行温度控制,还可以应用于静电夹盘和基座之间,用于控制静电夹盘的温度,该加热器还可以应用于其他需要加热的部件,本发明对加热器的加热对象并不限制。
综上所述,本发明通过在氧化镁柱的内孔中预先加工出均匀导向槽的方式让加热丝的布置均匀,提高加热器的温度均匀性,也可以延长加热器的寿命,减小了更换加热器的工作量;本发明加热器的导向槽还可以是不均匀的,用以实现不同的功率密度分布要求,应用广泛,适用性强;本发明的基于导向槽的加热器不仅可以对等离子体处理器的气体喷淋装置进行温度控制,还可以应用在反应腔内的基座以及其他需要加热的对象,用以创造更佳的等离子体刻蚀环境。
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 (14)

1.一种加热器,应用于等离子处理器中,其特征在于,包含:
绝缘结构,其为内部开设内孔的闭合的柱状结构,该内孔壁上预加工有目标结构的导向槽;
加热结构,设置在所述导向槽内,通过所述导向槽将所述加热结构导向为目标结构;
预加工的导向槽的目标结构与未经导向时的所述加热结构相适配;
拉伸后的加热结构放入所述绝缘结构的内孔,松开所述加热结构,所述加热结构进入具有目标结构的所述导向槽内,通过所述导向槽将所述加热结构导向为目标结构。
2.如权利要求1所述的加热器,其特征在于,
所述导向槽是与所述加热结构相匹配的螺旋状,所述加热结构最终的目标结构是与所述导向槽一致的螺旋状。
3.如权利要求2所述的加热器,其特征在于,
螺旋状的导向槽的各个螺距均相等,目标结构状的加热结构的各个螺距均相等且与导向槽的螺距相等。
4.如权利要求2所述的加热器,其特征在于,
螺旋状的导向槽的至少两个螺距之间相等,目标结构状的加热结构的至少两个螺距之间相等且与导向槽的各螺距对应相等。
5.如权利要求1所述的加热器,其特征在于,
所述加热器为管状结构。
6.如权利要求1所述的加热器,其特征在于,
所述绝缘结构为氧化镁柱,所述加热结构为加热丝。
7.如权利要求6所述的加热器,其特征在于,
所述加热丝与电源连接,通过电源为其供电加热。
8.如权利要求1或5或6所述的加热器,其特征在于,
所述绝缘结构的外侧设有管状的外壳保护层。
9.如权利要求8所述的加热器,其特征在于,
所述外壳保护层为金属外壳。
10.一种基于如权利要求1-9任意一项所述的加热器的加热方法,其特征在于,该方法包含以下过程:
绝缘结构内部开设内孔,在内孔壁上预加工出目标结构的导向槽;
将加热结构拉伸后,放入所述绝缘结构的内孔,并松开所述加热结构;所述加热结构进入所述导向槽内,通过所述导向槽将所述加热结构导向为目标结构。
11.如权利要求10所述的加热方法,其特征在于,
所述导向槽是与所述加热结构相匹配的螺旋状,所述加热结构最终的目标结构是与所述导向槽一致的螺旋状;
螺旋状的导向槽的各个螺距均相等,目标结构状的加热结构的各个螺距均相等且与导向槽的螺距相等。
12.一种等离子处理器,其特征在于,包含一反应腔,所述反应腔内设置一静电夹盘,用于支撑晶片,所述静电夹盘下方设置基座,用于承载所述静电夹盘,所述反应腔上部设有气体喷淋装置,所述气体喷淋装置与气体供应装置相连,所述气体供应装置中的反应气体经过气体喷淋装置进入反应腔,所述等离子处理器中的待加热部件通过如权利要求1-9任意一项所述的加热器进行温度控制,使得待加热部件达到目标温度。
13.如权利要求12所述的等离子处理器,其特征在于,
所述待加热部件为所述气体喷淋装置;
和/或,所述待加热部件为所述静电夹盘和/或所述基座。
14.如权利要求12或13所述的等离子处理器,其特征在于,
所述气体喷淋装置包含安装基板和气体喷淋头,所述气体喷淋头连接在所述安装基板下部,所安装基板内侧设有气体缓冲部件,所述加热器设置在所述气体缓冲部件的外侧壁与所述安装基板的内侧壁之间;
和/或,所述加热器设置在所述基座和所述静电夹盘之间。
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