CN113130283B - 一种等离子处理装置及其加热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等离子处理装置及其加热器，所述加热器设置在等离子处理装置的绝缘材料窗上，加热器包括第一子加热器和第二子加热器，第一子加热器包括第一绝缘板和设置在第一绝缘板上方的第一加热丝，第二子加热器包括第二绝缘板和设置在第二绝缘板上的第二加热丝；第一加热丝与第二加热丝的形状相同且上下对准排布，第一加热丝与第二加热丝以相互串联的方式连接于加热电源，且加热电源在第一加热丝内产生的电流方向与加热电源在第二加热丝产生的电流方向相反。该加热器结构，高频磁场穿过第一加热丝产生的感应电流与穿过第二加热丝时产生的感应电流正好能够相互抵消，避免了加热器所引起的射频线圈功率损耗的问题。
Description
技术领域
本发明涉及蚀刻技术领域，尤其涉及一种等离子处理装置及其加热器。
背景技术
随着半导体制造工艺的发展，对元件的集成度和性能要求越来越高，等离 子工艺被广泛应用于半导体器件的制造中。其中主要的等离子处理装置包括电容耦合型 (CCP)和电感耦合型(ICP)两种，其中电感耦合型的等离子处理装置具有等离子浓度高，刻蚀速率快等优点，目前被广泛应用。
对于等离子处理装置而言，其结构主要包括一个反应腔，该反应腔的顶部设置有绝缘材料窗，该反应腔内下方设置有基座，该基座用于放置待处理基片，一个低频射频电源通过一个匹配器连接到基座，绝缘材料窗上表面还包括加热线圈，该加热线圈用于控制绝缘材料窗的温度，因为绝缘材料窗的温度不同会影响反应腔内反应进行速度的均一性，绝缘材料窗上的温度梯度太大时甚至会造成绝缘材料窗的开裂破损。加热线圈通过导线连接到一个加热电源。该加热线圈上方设置有至少一个感应线圈，感应线圈通过与高频射频电源连接。高频射频功率被施加到感应线圈产生了高频磁场，这些高频磁场向下穿过加热线圈和绝缘材料窗进入反应腔内，高频磁场感应产生高频电场，高频电场激励反应腔的反应气体产生并维持需要的等离子体。
这些高频磁场不仅能在反应腔内产生感应电场，也会在加热线圈内感应产生感应电流，由于这些加热线圈产生了感应电流，会消耗一定的能量，从而会对感应线圈（射频线圈）的功率造成损耗。
综上所述，如何解决减少射频功率的损耗的问题已经成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种等离子处理装置及其加热器，以解决减少射频功率的损耗的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种等离子处理装置的加热器，所述加热器设置在等离子处理装置的绝缘材料窗上，所述加热器包括第一子加热器和第二子加热器，所述第一子加热器包括第一绝缘板和设置在所述第一绝缘板上方的第一加热丝，所述第二子加热器包括第二绝缘板和设置在所述第二绝缘板上的第二加热丝；
所述第一加热丝与所述第二加热丝的形状相同且上下对准排布，所述第一加热丝与所述第二加热丝以相互串联的方式连接于加热电源，且所述加热电源在所述第一加热丝产生的电流方向与所述加热电源在所述第二加热丝产生的电流方向相反。
优选地，所述第一绝缘板和所述第二绝缘板均为陶瓷板。
优选地，所述加热器的数量为多个，且为同轴叠布。
优选地，多个所述加热器并联或串联于同一个加热电源上。
优选地，所述第一加热丝和所述第二加热丝均为平面螺旋形。
优选地，所述加热电源为交流加热电源。
优选地，所述第一加热丝通过导热胶粘结的方式固定在所述第一绝缘板上。
优选地，所述第二加热丝通过导热胶粘结的方式固定在所述第二绝缘板上。
优选地，所述第一子加热器与所述第二子加热器通过导热胶固定连接。
相比于背景技术介绍内容，上述等离子处理装置的加热器设置在等离子处理装置的绝缘材料窗上，加热器包括第一子加热器和第二子加热器，第一子加热器包括第一绝缘板和设置在第一绝缘板上方的第一加热丝，第二子加热器包括第二绝缘板和设置在第二绝缘板上的第二加热丝；第一加热丝与第二加热丝的形状完全相同且同轴叠布，第一加热丝与第二加热丝以相互串联的方式连接于加热电源，且加热电源在第一加热丝内产生的电流环向与加热电源在第二加热丝产生的电流环向相反。通过在等离子处理装置设置上述加热器，使得在实际工作过程中，由于加热器的第一加热丝和第二加热丝为形状相同且上下正准排布，并且以相互串联的方式连接于加热电源，同时加热电源在第一加热丝上产生的电流方向与在第二加热丝上产生的电流方向相反，也即，同一方向的电流在流经第一加热丝和第二加热丝时，在第一加热丝的电流方向与在第二加热丝的电流方向相反，而且由于第一加热丝与第二加热丝的形状相同，因此，当射频线圈产生的高频磁场穿过第一加热丝和第二加热丝时，第一加热丝与第二加热丝所构成的闭环的磁通量接近于零，并且高频磁场穿过第一加热丝产生的感应电流与穿过第二加热丝时产生的感应电流正好能够相互抵消。从而有效地避免了加热器所引起的射频线圈功率损耗的问题。此外，通过在第一加热丝下方和第二加热丝的下方均设置绝缘板的结构，能够有效的避免第一加热丝与第二加热丝之间产生电弧的风险，同时还有助于提升加热器的加热均匀性。其中，均匀性主要体现在两层子加热器固定连接，一般可选择导热胶粘贴，整体的加热器设置在整个绝缘窗中间，对整体加热的效果会更好；而通过设置两层子加热器的结构，移除了单个加热器上加热丝排布间隔不能过大的限制，所以同时减少了加热丝排布过密产生电弧的风险。因为单个加热器只有通过排布细密才能减少闭环磁通量的面积，而排布过密有产生电弧的风险。
另外，本发明还提供了一种等离子处理装置，包括加热器结构，并且该加热器结构为上述任一方案所描述的加热器结构。由于上述加热器结构具有上述技术效果，因此具有上述加热器结构的等离子处理装置也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
此外，本发明还提供了一种等离子处理装置的加热器，所述加热器设置在等离子处理装置的绝缘材料窗中，加热器包括第一加热丝和第二加热丝，第一加热丝和第二加热丝形状相同且上下间隔预设距离对准排布，第一加热丝与第二加热丝以相互串联的方式连接于加热电源，且加热电源在第一加热丝内产生的电流方向，与加热电源在第二加热丝内产生的电流方向相反。
通过将加热器设置在等离子处理装置的绝缘材料窗中，具体是指加热器采用全部或者部分嵌入绝缘材料窗内，比如其中绝缘材料窗中埋了一层加热丝在整个绝缘窗中间，另一层加热丝设置在绝缘材料窗的顶面。这样布置使得整体加热的均匀性效果会更好。
附图说明
图1为本发明实施例提供的离子处理装置的加热器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的第一加热丝与第二加热丝展开后的串联结构示意图。
上图1和图2中，其中图2中箭头代表的电流流向的示意；
加热器1、第一子加热器11、第一绝缘板111、第一加热丝112、第二子加热器12、第二绝缘板121、第二加热丝122、加热电源2、射频线圈3。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种等离子处理装置及其加热器，以解决减少射频功率的损耗的问题。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种等离子处理装置的加热器结构，包括设置在等离子处理装置的绝缘材料窗上的加热器1，加热器1包括第一子加热器11和第二子加热器12，第一子加热器11包括第一绝缘板111和设置在第一绝缘板111上方的第一加热丝112，第二子加热器12包括第二绝缘板121和设置在第二绝缘板121上的第二加热丝122；第一加热丝112与第二加热丝122的形状相同且上下对准排布，第一加热丝112与第二加热丝122以相互串联的方式连接于加热电源2，且加热电源2在第一加热丝112产生的电流方向与加热电源2在第二加热丝122产生的电流方向相反。
通过在等离子处理装置设置上述加热器结构，使得在实际工作过程中，由于加热器的第一加热丝和第二加热丝为形状相同，且上下对准排布，并且以相互串联的方式连接于加热电源，同时加热电源在第一加热丝上产生的电流方向与在第二加热丝上产生的电流方向相反，也即，同一方向的电流在流经第一加热丝和第二加热丝时，在第一加热丝的电流方向与在第二加热丝的电流方向相反，而且由于第一加热丝与第二加热丝的形状相同，因此，当射频线圈产生的高频磁场穿过第一加热丝和第二加热丝时，第一加热丝与第二加热丝所构成的闭环的磁通量接近于零，并且高频磁场穿过第一加热丝产生的感应电流与穿过第二加热丝时产生的感应电流正好能够相互抵消。从而有效地避免了加热器所引起的射频线圈功率损耗的问题。此外，通过在第一加热丝下方和第二加热丝的下方均设置绝缘板的结构，能够有效的避免第一加热丝与第二加热丝之间产生电弧的风险，同时还有助于提升加热器的加热均匀性。其中，均匀性主要体现在两层子加热器固定连接，一般可选择导热胶粘贴，整体的加热器设置在整个绝缘窗中间，对整体加热的效果会更好；而通过设置两层子加热器的结构，移除了单个加热器上加热丝排布间隔不能过大的限制，所以同时减少了加热丝排布过密产生电弧的风险。因为单个加热器只有通过排布细密才能减少闭环磁通量的面积，而排布过密有产生电弧的风险。
需要说明的是，本领域技术人员都应该能够理解的是，加热电源2在第一加热丝112产生的电流方向与加热电源2在第二加热丝122产生的电流方向相反，所指的电流方向是指电流分别在第一加热丝和第二加热丝上的流经路径的方向。而且为了实现流经路径的方向相反，第一加热丝与第二加热丝相互串联的具体结构形式为第一加热丝的首端与第二加热丝的首端电气连接，第一加热丝的尾端与第二加热丝的尾端电气连接，其中上下对准排布的第一加热丝与第二加热丝均包括首端和尾端，上下两个加热丝的首端与首端上下对准布置，尾端与尾端对准布置。
另外需要说明的是，上述第一绝缘板111和第二绝缘板121均优选采用陶瓷板。因为陶瓷板具有良好的保温性能和热传导的均匀性。通过设置成陶瓷材料更加有利于加热器的加热均匀性。当然可以理解的是，上述采用陶瓷板的方式仅仅是本发明实施例的优选举例而已，实际应用过程中，还可以选择本领域技术人员常用的其他材质的绝缘板，在此不做具体的限定。
在一些具体的实施方案中，上述加热器1的数量可以选择为多个，也可以选择为仅布置一个，且当布置成多个时，需要采用上下对准排布。
进一步的实施方案中，当选择布置成多个加热器的方式时，多个加热器1优选并联或串联于同一个加热电源2上，因为通过并联于同一个加热电源上，更有利于各个加热器加热的温度一致性和均匀性。当然可以理解的是，实际应用过程中还可以根据实际需求选择每个加热器均设置独立的加热电源，又或者部分加热器采用并联在一个加热电源上，部分加热器采用独立的加热电源，实际应用中可以根据实际加热需求进行布置；当然可以理解的是，当需要对每个加热器进行精准控制时，也可以选择每个加热器均设置独立的加热电源。
这里需要说明的是，一般来说，上述第一加热丝112和第二加热丝122均优选设计成平面螺旋形的结构。当然可以理解的是，采用平面螺旋形结构的加热丝仅仅是本发明实施例的优选举例而已，实际应用过程中，还可以选择根据实际需求设计成其他的形状。
另外需要说明的是，一般来说，上述加热电源2优选为交流加热电源，当然可以理解的是，实际应用过程中也可以根据实际需求选择为直流加热电源。
此外，需要说明的是，一般来说，上述第一加热丝112通过导热胶粘结的方式固定在第一绝缘板111上；第二加热丝122通过导热胶粘结的方式固定在第二绝缘板121上。当然可以理解的是，上述以导热胶粘结的方式实现加热丝与绝缘板的固定仅仅是本发明实施例的优选举例而已，实际应用过程中，还可以选择本领域技术人员常用的其他固定方式，比如加热丝部分嵌入绝缘板的方式等，在此不做具体的限定。
另外需要说明的是，为了保证加热器整体的加热的均匀性，第一子加热器与第二子加热器优选采用导热胶粘结固定。并且当加热器的数量为多个时，一般优选将相邻两个加热器之间也通过导热胶粘结固定。
此外，本发明还提供了一种等离子处理装置的加热器，加热器设置在等离子处理装置的绝缘材料窗中，加热器包括第一加热丝和第二加热丝，第一加热丝和第二加热丝形状相同且上下间隔预设距离对准排布，第一加热丝与第二加热丝以相互串联的方式连接于加热电源，且加热电源在第一加热丝内产生的电流方向，与加热电源在第二加热丝内产生的电流方向相反。
通过将加热器设置在等离子处理装置的绝缘材料窗中，具体是指加热器采用全部或者部分嵌入绝缘材料窗内，比如其中绝缘材料窗中埋了一层加热丝在整个绝缘窗中间，另一层加热丝设置在绝缘材料窗的顶面。这样布置使得整体加热的均匀性效果会更好。当然可以理解的是，实际应用过程中，也可以是将整个第一加热丝和第二加热丝均嵌设在绝缘材料窗内部。
另外，本发明还提供了一种等离子处理装置，包括加热器结构，并且该加热器结构为上述任一方案所描述的加热器结构。由于上述加热器结构具有上述技术效果，因此具有上述加热器结构的等离子处理装置也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
以上对本发明所提供的等离子处理装置及其加热器进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种等离子处理装置的加热器（1），其特征在于，所述加热器（1）设置在等离子处理装置的绝缘材料窗上，所述加热器（1）包括第一子加热器（11）和第二子加热器（12），所述第一子加热器（11）包括第一绝缘板（111）和设置在所述第一绝缘板（111）上方的第一加热丝（112），所述第二子加热器（12）包括第二绝缘板（121）和设置在所述第二绝缘板（121）上的第二加热丝（122）；
所述第一加热丝（112）与所述第二加热丝（122）的形状相同且上下对准排布，所述第一加热丝（112）与所述第二加热丝（122）以相互串联的方式连接于加热电源（2），且所述加热电源（2）在所述第一加热丝（112）产生的电流方向，与所述加热电源（2）在所述第二加热丝（122）产生的电流方向相反；
所述第一绝缘板（111）和所述第二绝缘板（121）均为陶瓷板，所述第一加热丝（112）通过导热胶粘结的方式固定在所述第一绝缘板（111）上，所述第二加热丝（122）通过粘结的方式固定在所述第二绝缘板（121）上。
2.如权利要求1所述的等离子处理装置的加热器，其特征在于，所述加热器（1）的数量为多个，且为同轴叠布。
3.如权利要求2所述的等离子处理装置的加热器，其特征在于，多个所述加热器（1）并联或串联于同一个加热电源（2）上。
4.如权利要求1-3中任一项所述的等离子处理装置的加热器，其特征在于，所述第一加热丝（112）和所述第二加热丝（122）均为平面螺旋形。
5.如权利要求1-3中任一项所述的等离子处理装置的加热器，其特征在于，所述加热电源（2）为交流加热电源。
6.如权利要求1-3中任一项所述的等离子处理装置的加热器，其特征在于，所述第一子加热器（11）与所述第二子加热器（12）通过导热胶固定连接。
7.一种等离子处理装置，包括加热器结构，其特征在于，所述加热器结构为如权利要求1-6中任一项所述的加热器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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