CN115209603B - 等离子体处理设备 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种等离子体处理设备，包括具有一个或多个侧壁以及穹顶的处理腔室。等离子体处理设备包括：设置在处理腔室中的工件支撑件，被配置为在处理期间支撑工件；用于在处理腔室中产生等离子体的感应线圈组件；设置在感应线圈组件和穹顶之间的法拉第屏蔽体，法拉第屏蔽体包括内部部分和外部部分；以及热管理系统。热管理系统包括：被配置为加热所述穹顶的一个或多个加热元件；以及设置在所述穹顶的外表面和所述加热元件之间的一个或多个热垫，其中，一个或多个热垫被配置为促进一个或多个加热元件与所述穹顶之间的热传递。本公开还提供了用于处理工件的热管理系统和方法。

Description

等离子体处理设备
技术领域
本发明总体涉及一种用于工件的等离子处理的等离子处理设备。更具体地说，本发明涉及用于等离子体处理设备的热管理系统。
背景技术
射频等离子体用于制造集成电路、微机械装置、平板显示器和其他装置。现代等离子体蚀刻应用中使用的射频等离子体源需要提供高等离子体均匀性和多种等离子体控制，包括独立的等离子体剖面、等离子体密度和离子能量控制。射频等离子体源通常必须能够在各种工艺气体和各种不同条件下(例如气流、气压等)维持稳定的等离子体。此外，希望射频等离子体源通过降低能量需求和减少电磁发射来对环境产生最小影响。
与等离子处理相关的问题要求在等离子处理开始之前，必须将容纳工件的处理腔室部分预热到一定温度。某些加热元件甚至在腔室中产生的等离子体可用于加热处理腔室的部分。然而，这种预热方法可能既耗时又昂贵。因此，需要改进等离子体处理设备和系统。
发明内容
本公开实施例的各方面和优点将在以下描述中部分阐述，或者可以从描述中学习，或者可以通过实施例的实践来学习。
本公开的各个方面涉及一种等离子体处理设备，包括：具有一个或多个侧壁以及穹顶的处理腔室；设置在处理腔室中被配置为在处理期间支撑工件的工件支撑件；用于在处理腔室中产生等离子体的感应线圈组件；设置在感应线圈组件和穹顶之间的法拉第屏蔽体，所述法拉第屏蔽体包括内部部分和外部部分；以及热管理系统。热管理系统包括：被配置为加热穹顶的一个或多个加热元件；以及设置在穹顶的外表面和加热元件之间的一个或多个热垫，其中，一个或多个热垫被配置为促进一个或多个加热元件和穹顶之间的热传递。
本公开的各个方面还涉及用于等离子体处理设备的热管理系统。热管理系统包括：被配置为加热处理腔室的穹顶的一个或多个加热元件；设置在穹顶的外表面与一个或多个加热元件之间的一个或多个热垫，其中，在穹顶和热垫之间以及在加热元件和热垫之间基本上不存在气隙；被配置为提供气流以冷却穹顶的空气放大器；以及控制器，控制器被配置为以闭环方式操作热管理系统，以便将穹顶保持在设定点温度。
本公开的各个方面还涉及用于在等离子处理设备中处理工件的方法。等离子体处理设备包括：具有穹顶的处理腔室和设置在处理腔室中被配置为在处理期间支撑工件的工件支撑件。方法包括：将穹顶预热至设定点温度；将工件放置在处理腔室中的工件支撑件上；将工件暴露于处理工艺；使用热管理系统在处理工艺期间保持穹顶的设定点温度。热管理系统包括：被配置为加热穹顶的一个或多个加热元件；以及设置在穹顶的外表面和加热元件之间的一个或多个热垫，其中一个或多个热垫被配置为促进一个或多个加热元件与穹顶之间的热传递。
本公开的各个方面还涉及一种等离子体处理设备，包括：具有一个或多个侧壁以及穹顶的处理腔室；设置在处理腔室中被配置为在处理期间支撑工件的工件支撑件；包括内部线圈组件和外部线圈组件的两个或更多个等离子体感应线圈组件，用于在处理腔室中产生等离子体；耦合到内部线圈组件的第一电源和耦合到外部线圈组件的第二电源，使得能够在内部线圈组件和外部线圈组件之间实现不同的功率组合和/或不同的功率配置，能够被配置为调节等离子体均匀性；设置在内部线圈组件和穹顶之间的第一法拉第屏蔽体和设置在外部线圈组件和穹顶之间的第二法拉第屏蔽体；以及热管理系统。热管理系统包括：连接到第一法拉第屏蔽体的底面的一个或多个内部加热元件和连接到第二法拉第屏蔽体的底面的一个或多个外部加热元件；以及设置在穹顶的外表面和一个或多个内部加热元件之间的一个或多个第一热垫，被配置为促进一个或多个内部加热元件与穹顶之间的热传递；以及设置在穹顶的外表面和一个或多个外部加热元件之间的一个或多个第二热垫，被配置为促进一个或多个外部加热元件与穹顶之间的热传递。
参考以下说明书和所属权利要求，将更好地理解各种实施例的这些和其他特征、方面和优点。并入本说明书并构成本说明书一部分的附图说明了本公开的实施例，并与说明书一起用于解释相关原理。
附图说明
在说明书中参考附图阐述了针对本领域普通技术人员的实施例的详细讨论，其中：
图1描绘了根据本公开示例性实施例的示例等离子体处理设备。
图2描绘了根据本公开示例性实施例的用于等离子体处理设备的法拉第屏蔽体的示例俯视图。
图3描绘了根据本公开示例性实施例的用于等离子体处理设备的法拉第屏蔽体的示例仰视图。
图4描绘了根据本公开示例性实施例的用于等离子体处理设备的具有感应线圈的法拉第屏蔽体的示例俯视图。
图5描绘了根据本公开示例性实施例的用于等离子体处理设备的法拉第屏蔽体的示例仰视图。
图6描绘了根据本公开示例性实施例的示例等离子体处理设备对穹顶温度的热效应。
图7描绘了根据本公开示例性实施例的示例等离子体处理设备对穹顶温度的热效应。
图8描绘了根据本公开示例性实施例的工件处理方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，实施例的一个或多个示例在附图中示出。每个示例都是通过解释实施例而不是通过限制本发明来提供的。事实上，对于本领域技术人员来说，显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对实施例进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用，以产生又一实施例。因此，本公开的各个方面旨在涵盖这些修改和变化。
为了说明和讨论的目的，参考“工件”、“晶片”或半导体晶片讨论本公开的各个方面。本领域普通技术人员使用本文提供的公开内容将理解，本公开的示例方面可以与任何半导体工件或其他合适的工件结合使用。此外，术语“约”与数值结合使用的意图是指所述数值的百分之十(10％)以内。“基座”是指可用于支撑工件的任何结构。“远程等离子体”是指远离工件产生的等离子体，例如在通过分离格栅与工件分离的等离子体室中。“直接等离子体”是指直接接触到工件的等离子体，例如在具有可操作的基座以支撑工件的处理腔室中产生的等离子体。
如本文所用，术语“约”与所述数值的结合使用可包括所述数值10％以内的数值范围。这里可以使用术语“基本上”。例如，在实施例中，关于相对于一个或多个加热元件和穹顶布置一个或多个热垫，使用表述“基本上没有气隙”。在这些实施例中，基本上是指热垫和穹顶之间的至少80％的空间不包括气隙，例如至少90％，例如至少95％。在某些实施例中，“基本上没有气隙”是指在热垫与一个或多个加热元件和/或穹顶之间不存在气隙。例如，“基本上没有气隙”可以指在穹顶、热垫和一个或多个加热元件之间不存在气隙的实施例。
常规等离子体处理设备通常包括处理腔室，用于用等离子体处理一个或多个工件。此类腔室通常包括设置在腔室的至少一部分上或周围的等离子体产生源(例如感应线圈)。通常，处理腔室的壁可以由介电材料(例如陶瓷)形成。在处理工件之前，必须将处理腔室的壁包括处理腔室的穹顶加热到设定点温度，以促进等离子体处理。因此，可以在处理腔室的穹顶上或周围设置加热器或加热元件，以便将处理腔室加热到设定点温度。然而，此类加热元件通常存在许多缺点，其中之一是由于加热元件和穹顶之间的低效热传递，加热到设定点温度可能需要很长时间。此外，某些加热元件可能无法有效地将穹顶加热到设定点温度和/或在处理期间将穹顶保持在设定点温度。
因此，本文提供了包括具有一个或多个侧壁和穹顶的处理腔室的等离子体处理设备。设备包括设置在处理腔室中的工件支撑件，工件支撑件被配置为在处理期间支撑工件，以及用于在处理腔室中感应等离子体的感应线圈组件。法拉第屏蔽体设置在感应线圈组件和处理腔室之间。法拉第屏蔽体包括内部部分和外部部分。该设备还包括热管理系统。热管理系统包括：被配置为加热穹顶的一个或多个加热元件；以及设置在穹顶的外表面和加热元件之间的一个或多个热垫。一个或多个热垫被配置为促进一个或多个加热元件和穹顶之间的热传递。可选地，热管理系统可以包括被配置为提供气流以冷却穹顶的空气放大器。热管理系统可以使用控制器进行控制。控制器可用于以闭环方式控制热管理系统。
此外，在实施例中，提供了具有处理腔室的等离子体处理设备，处理腔室具有一个或多个侧壁以及穹顶。等离子体处理设备包括设置在处理腔室中被配置为在处理期间支撑工件的工件支撑件。在实施例中，提供了包括内部线圈组件和外部线圈组件的两个或更多个等离子体感应线圈组件，用于在处理腔室中产生等离子体。进一步提供了耦合到内部线圈组件的第一电源和耦合到外部线圈组件的第二电源，使得能够在内部线圈组件和外部线圈组件之间实现不同的功率组合和/或不同的功率配置。这种不同的功率组合和/或不同的功率配置可用于调节等离子体均匀性以实现所需的处理结果。此外，设备包括设置在内部线圈组件和穹顶之间的第一法拉第屏蔽体和设置在外部线圈组件和穹顶之间的第二法拉第屏蔽体。设备还包括热管理系统，热管理系统包括连接到第一法拉第屏蔽体的底面的一个或多个内部加热元件和连接到第二法拉第屏蔽体的底面的一个或多个外部加热元件。一个或多个第一热垫设置在穹顶的外表面和一个或多个内部加热元件之间，被配置为促进一个或多个内部加热元件和穹顶之间的热传递。一个或多个第二热垫设置在穹顶的外表面和一个或多个外部加热元件之间，被配置为促进一个或多个外部加热元件和穹顶之间的热传递。可选地，可以使用控制器控制热管理系统。控制器可用于以闭环方式控制热管理系统。
根据本公开的示例实施例的等离子体处理设备可以提供许多益处和技术效果。例如，热管理系统包括被配置为加热处理腔室的穹顶的一个或多个加热元件，在穹顶的外表面和一个或多个加热元件之间设置一个或多个热垫，以促进所述加热元件和穹顶之间的热传递。在这种配置中，由于热垫的布置，在穹顶和加热元件之间没有气隙，这允许更有效地将热量从加热元件传递到穹顶。与其他常规等离子体处理设备相比，这种有效的热传递使得加热元件能够更快地将穹顶加热到设定点温度。此外，本公开的热管理系统的使用不会对进行的等离子体处理产生负面影响。例如，工艺均匀性和/或晶片均匀性不会受到负面影响。此外，利用所提供的热管理系统不需要等离子体感应或利用虚拟晶圆来有效加热穹顶，这大大减少了制造时间和成本。热管理系统能够使用闭环反馈系统达到并保持穹顶设定点温度。
图1描绘了根据本公开示例性实施例的等离子体处理设备100。等离子体处理设备100包括限定内部空间102的处理腔室。工件支撑件104(例如基座)用于支撑内部空间102内的工件106，例如半导体晶片。工件支撑件104可以包括从工件支撑件104延伸的一个或多个支撑销，例如至少三个支撑销(未示出)。在一些实施例中，工件支撑件104可以与处理腔室的顶部隔开，例如与穹顶112隔开。穹顶112位于工件支撑件104的上方。处理腔室包括一个或多个侧壁和穹顶112。穹顶112可以包括相对平坦的中央部分113和成角度的周边部分114。虽然公开了穹顶112的此类实施例，但穹顶112可以是任何合适的形状。例如，在某些实施例中，穹顶112可以由相对平坦的部分形成，没有成角度的周边部分。在某些其他实施例中，穹顶112可以是球体的形状。根据所提供的公开内容，可以使用任何合适的穹顶形状。穹顶112具有面向处理腔室的内部空间102的第一表面115和面向外部与第一表面115相反的第二表面116。穹顶112的第一表面115形成处理腔室的内顶壁。穹顶112可以由介电材料形成。
如图1所示，根据本发明的示例性方面，设备100可包括气体输送系统155，该系统配置为将工艺气体输送至处理腔室，例如，通过气体分配通道或其他分配系统(例如喷头)。气体输送系统155可包括多条进料气体管线159。进料气体管线159可使用阀158和/或气体流量控制器185进行控制，以将所需量的气体作为工艺气体输送至处理腔室。气体输送系统155可用于输送任何合适的工艺气体。示例工艺气体包括含氧气体(例如O2、O3、N2O、H2O)、含氢气体(例如H2、D2)、含氮气体(例如N2、NH3、N2O)、含氟气体(例如CF4、C2F4、CHF3、CH2F2、CH3F、SF6、NF3)、含烃气体(例如CH4)或它们的组合。可根据需要添加含有其他气体的其他进料气体管线。在一些实施例中，工艺气体可与称为“载体”气体的惰性气体(例如He、Ar、Ne、Xe或N2)混合。控制阀158可用于控制每条进料气体管线的流速，以将工艺气体流入处理腔室。在实施例中，可使用气体流量控制器185控制气体输送系统155。
设备100还包括感应线圈组件，感应线圈组件包括一个或多个感应元件，用于在处理腔室的内部空间102中产生感应等离子体。感应元件可以包括感应线圈130，当提供射频电源时，感应线圈130在等离子体处理设备100的内部空间102中的工艺气体中感应等离子体。例如，射频发生器160可以被配置为通过匹配网络162向感应线圈130提供电磁能。此外，第一感应线圈130可以经由电容器164耦合到地。虽然仅示出了一个感应线圈130，但本发明并不限于此。实际上，任何数量的感应线圈都可以与本文提供的等离子体处理设备100一起使用。例如，设备100可以包括至少两个感应线圈或至少三个感应线圈。附加的感应线圈可以耦合到类似于感应线圈130的射频电源。例如，下文将进一步讨论包含至少两个感应线圈组件的某些实施例。
在实施例中，设备100可以包括控制器175。控制器175控制处理腔室中的各种部件以指导工件106的处理。例如，控制器175可用于控制一个或多个加热元件117或与本文公开的热管理系统相关联的其他元件。控制器175还可以实现一个或多个过程参数，例如控制气体流量控制器185和改变处理腔室的条件，以便在工件106的处理期间保持处理腔室中的适当条件。控制器175可以包括例如一个或多个处理器和一个或多个存储器装置。一个或多个存储器装置可以存储计算机可读指令，当由一个或多个处理器执行时，这些指令使一个或多个处理器执行操作，例如本文所述的任何控制操作。
如上所述，对于某些等离子体处理程序，需要将穹顶112加热到特定温度(例如设定点温度)，以确保适当的等离子体处理和工件均匀性。因此，一个或多个加热元件117设置在穹顶112的第二表面116附近。例如，一个或多个加热元件117可以紧靠穹顶112的第二表面116进行设置，而不与穹顶112的第二表面116接触。在某些实施例中，加热元件117可设置在法拉第屏蔽体154的一部分(例如，内部部分和/或外部部分)，下文将进一步讨论。加热元件117可以包括任何合适的加热元件，包括电极、灯或它们的组合。在某些实施例中，加热元件117可以包括一个或多个能够产生和发射热量的带电薄膜。如上所述，根据本文公开的示例实施例，可以使用任何合适的加热元件。加热元件117被配置为连接到任何合适的电源(例如，直流电源、交流电源和/或射频电源)。例如，在某些实施例中，加热元件117耦合到交流电源。加热元件117可配置为在工作温度下加热和/或工作。例如，在某些实施例中，加热元件117可配置为在约70℃至约200℃的工作温度下加热。加热元件117的实际工作温度可由控制器175控制。在某些实施例中，加热元件117的工作温度可以以闭环方式控制，下文将进一步讨论。
一个或多个热垫118设置在加热元件117和穹顶112之间。例如，可以在加热元件117和穹顶112的第二表面116之间设置一个或多个热垫118。热垫118可以被设置为与加热元件117和穹顶112两者物理接触，从而消除穹顶112和加热元件117之间的任何气隙。例如，可以设置热垫118，使得热垫118和穹顶112之间不存在气隙。此外，热垫118可以设置为在加热元件117和热垫118之间不存在气隙。因此，假设热垫118消除了穹顶112和加热元件117之间的任何气隙，则热量通过传导机制从加热元件117传递到穹顶112，与辐射加热机制相比，传导机制可以更有效地传递热量。
热垫118可以是任何合适的导电材料。在实施例中，热垫118具有约10密耳至约100密耳的厚度。在这些实施例中，应选择热垫118的厚度，以避免阻碍加热元件117和穹顶112之间的热传递。例如，使用过厚的热垫118实际上能够减少加热元件117和穹顶112之间的热传递，这是不可取的。此外，在加热元件117和穹顶112之间配置厚度不合适的热垫118，会使穹顶112和/或加热元件117承受额外的物理应力，这可能是不需要的。例如，使用过厚的热垫118可导致在穹顶112上形成附加应力，这可导致穹顶112开裂和/或断裂。此外，在穹顶112和加热元件117之间设置热垫118可以使热垫118受到一定程度的压缩。例如，可将热垫118压缩至对应于热垫118初始体积的约10％至约40％的压缩程度。换言之，当热垫118设置在穹顶112和加热元件117之间时，可将其压缩至其初始体积的约10％至约40％。与热垫118的厚度类似，利用更高的压缩程度(例如，试图将隔热垫118压缩到其初始体积的50％以上)可能会导致在整个穹顶表面上形成应力和应变，从而导致穹顶开裂。
热垫118可以由能够促进加热元件117和穹顶112之间热传递的任何合适材料组成。例如，热垫118可以具有高导热性和高电阻率，并且在等离子体蚀刻过程中使用的射频功率的工作频率范围内具有低损耗角正切。例如，根据ASTM D5470，一个或多个热垫118可具有约0.5W/m-K至约1.5W/m-K的热导率。
此外，设备100的某些特征是热管理系统180的一部分。例如，热管理系统180可以包括加热元件117和热垫118。热管理系统180还可以包括空气放大器182，空气放大器182被配置为提供气流或其他合适的气体以冷却穹顶112。例如，在处理期间，在处理腔室的内部空间102中产生等离子体。在内部空间102中产生等离子体实际上可以加热穹顶112的第一表面115。因此，在处理期间，可能需要冷却穹顶112，使得穹顶112可以保持用于处理的设定点温度。在某些实施例中，空气放大器182可以耦合到空气管184，空气管184被配置为将空气或气体输送到穹顶112。如下文将进一步讨论的，空气放大器182可经由位于法拉第屏蔽体154中的一个或多个孔通过法拉第屏蔽体154输送气体。此类孔确保有足够量的空气或气体可到达穹顶112，以便更有效地冷却穹顶。
可以使用控制器(例如控制器175)以闭环方式控制热管理系统180的组件。例如，闭环系统可用于维持穹顶112的设定点温度。所公开的闭环系统将利用控制器175作为参考，然而，本公开不限于此。事实上，可以将附加控制器添加到设备100并用于操作热管理系统180的组件。闭环系统(或以闭环方式控制)通常描述使用反馈的系统，例如输出参数的一部分，以创建向控制器提供数据的反馈回路。一旦控制器接收到反馈数据，控制器就会调整系统某些组件的操作。在本文公开的实施例中，可以通过控制器175以闭环方式操作热管理系统180。例如，在某些实施例中，设定点温度可以设置为90℃。因此，控制器175可以操作加热元件117，以便将穹顶112加热到设定点温度。一旦达到设定点温度，就可以开始在处理腔室中处理工件106。在处理期间，处理腔室中产生的等离子体可导致穹顶112的温度升高。因此，当控制器175接收到穹顶温度112从设定点温度升高的反馈时，控制器175可以操作空气放大器182以将穹顶冷却回设定点温度。类似地，如果控制器175接收到穹顶温度低于设定点温度的反馈，则控制器175可以操作加热元件117以提高穹顶112的温度。在这种闭环系统中，可以使用一个或多个传感器来监测穹顶112的温度，以便向控制器175提供反馈数据。在实施例中，设定点温度可在约50℃至约150℃的范围内。
根据本发明的各个方面，设备100包括设置在感应线圈130和处理腔室之间的法拉第屏蔽体154。例如，在某些实施例中，设备100包括设置在感应线圈130和穹顶112之间的法拉第屏蔽体154。法拉第屏蔽体154可以是开缝金属屏蔽体，其减少感应线圈130和/或第二感应线圈与处理腔室的内部空间102之间的电容耦合。如图所示，法拉第屏蔽体154可以安装在穹顶112的成角度部分上。第一感应线圈130的多匝线圈的一部分可位于法拉第屏蔽体154的附近。法拉第屏蔽体154可以接地。下文将进一步讨论法拉第屏蔽体154的实施例。
如图2-3所示，法拉第屏蔽体154可以包括外部部分200和内部部分202。与外部部分200相比，内部部分202可以处于升高的位置。例如，与外部部分200相比，内部部分202可以在Z方向上升高。如图所示，外部部分200包括从内部部分202延伸到法拉第屏蔽体154的外周边204的一个或多个孔205。一个或多个孔205可以是窄孔，例如狭缝。一个或多个辐条207可以设置在一个或多个孔205之间。内部部分202可以包括任何合适的配置。例如，在某些实施例中，内部部分202包括轮辐配置。如图所示，一个或多个辐条206可以设置在内部部分202的内周边212和外周边214之间。如图所示，一个或多个孔210设置在一个或多个辐条206之间。一个或多个孔210可被配置为接收来自空气放大器182的空气或气流。此外，一个或多个孔210可被配置为促进空气或气体从空气放大器182流向穹顶112的外表面116。
此外，法拉第屏蔽体154可包括中心孔216。中心孔216可配置为使从气体输送系统155穿过设备100顶部的一条或多条气体管线通过，以便向处理腔室的内部102供应工艺气体。此外，在某些实施例中，中心孔216可以被配置为耦合到空气管184，使得来自空气放大器182的空气和/或气体可以输送到穹顶112，以便更有效地冷却穹顶112。在这些实施例中，空气管184输送的空气和/或气体可输送至穹顶112，然后可通过位于法拉第屏蔽体154的内部部分202中的一个或多个孔210从穹顶表面分散。
现在参考图4，如上所述，一个或多个感应线圈组件可放置在法拉第屏蔽体154的内部部分202和/或外部部分200的任一个和/或两者附近。例如，在实施例中，内部线圈组件190可以设置在法拉第屏蔽体154的内部部分202附近。外部线圈组件192可设置在法拉第屏蔽体154的外部部分200附近。在这些实施例中，内部线圈组件190和外部线圈组件190中的每一个都可以电耦合到相同的电源，或者可以电耦合到不同的电源。例如，第一电源194可以耦合到内部线圈组件190，第二电源196可以耦合到外部线圈组件192。第一电源194和第二电源196可以包括任何合适的直流电源、交流电源、射频电源或它们的组合。在实施例中，每个线圈组件可以使用不同的功率组合和/或功率配置来操作，以便调整处理腔室内的等离子体均匀性。例如，可以在内部线圈组件190和外部线圈组件192之间实现不同量的功率或功率配置，以调节等离子体均匀性。这种调节等离子体均匀性的能力可以确保实现所需的工件处理，包括所需的工件处理均匀性。更具体地说，在实施例中，第一电源194可以是输出功率在约100W到约3kW之间的2MHz射频电源，而第二电源196是输出功率在约5W到约100kW之间的13.56MHz射频电源。
现在参考图5，一个或多个加热元件117和一个或多个热垫118可以设置在法拉第屏蔽体154上。例如，在某些实施例中，一个或多个加热元件117可以设置在法拉第屏蔽体154的内部部分202上。在实施例中，一个或多个加热元件117可以放射状图案设置在法拉第屏蔽体154的内部部分202上。例如，一个或多个加热元件117可以设置在法拉第屏蔽体154的内部部分202的辐条206上。在某些其他实施例中，一个或多个加热元件117可以设置在法拉第屏蔽体154的内部部分202的一个或多个辐条206之间。在某些实施例中，一个或多个加热元件117可以设置在法拉第屏蔽体154的外部部分202上。例如，一个或多个加热元件117可以放射状图案设置在法拉第屏蔽体154的外部部分200上。在某些实施例中，一个或多个加热元件117可以设置在法拉第屏蔽体154的外部部分200的一个或多个辐条207上。例如，一个或多个加热元件117可以设置在法拉第屏蔽体154的外部部分200上的一个或多个孔205之间。此外，加热元件117设置在法拉第屏蔽体154的面对穹顶112的表面上。
此外，根据加热元件117的布置，可以在法拉第屏蔽体154上设置一个或多个热垫118，以便当法拉第屏蔽体154设置在设备100上时，热垫118与穹顶112接触。例如，在加热元件117设置在辐条(206、207)上的实施例中，一个或多个热垫118可以设置在加热元件117和穹顶112之间的辐条206、207上。在某些实施例中，可以使用任何合适的粘合剂将热垫118结合到加热元件117。
图6描绘了根据本发明的示例方面的一种示例方法(300)的流程图。将参考图1的等离子体处理设备100作为示例来讨论方法(300)。该方法(300)可在任何合适的等离子体处理设备中实施。图6描绘了为了说明和讨论的目的以特定顺序执行的步骤。使用本文提供的公开内容本领域普通技术人员将理解，可以以各种方式省略、扩展、同时执行、重新排列和/或修改本文描述的任何方法的各种步骤，而不偏离本公开的范围。此外，可以在不偏离本发明范围的情况下执行各种步骤(未示出)。
在(302)处，该方法可包括将穹顶112预热至设定点温度。例如，可以操作一个或多个加热元件117，以便将穹顶温度从环境温度升高到所需的设定点温度。例如，可以确定设定点温度并将其提供给控制器175。控制器175可以包括一个或多个处理器和一个或多个存储器装置。存储器装置可以存储和执行计算机可读的指令。因此，当向控制器175提供期望的设定点温度时，控制器175可以操作热管理系统180的组件(例如，加热元件117或空气放大器182)，以实现穹顶的期望的设定点温度。例如，控制器175可以操作一个或多个加热元件117，以便将穹顶的温度升高到设定点温度。在其他实施例中，当穹顶高于设定点温度时，控制器可以操作空气放大器182，以便将穹顶冷却到所需的设定点温度。有利的是，可以达到设定点温度，而无需在处理腔室中移动等离子体或在处理腔室中提供虚拟晶片。
在(304)处，该方法可包括将工件106放置在等离子体处理设备100的处理腔室中。例如，工件106可以放置在处理腔室中设置的工件支撑件104上。
在(306)处，该方法可包括对工件106执行处理过程。例如，处理过程可以包括等离子体处理过程、热处理过程或它们的组合。在某些实施例中，处理工艺包括等离子体蚀刻处理工艺。等离子蚀刻处理工艺可选择性地从工件106去除一个或多个材料层。在其他实施例中，处理工艺包括等离子体沉积工艺。例如，等离子沉积工艺可以在工件106上选择性地沉积一个或多个材料层。其他等离子工艺可用于修改工件上的材料层。例如，基于等离子体的表面处理工艺可用于修改工件的表面形态或修改工件上各层的化学成分。可以在工件106上执行任何其他已知的适合工件的基于等离子体的处理。
在(308)处，该方法可包括在处理期间保持设定点温度。例如，可以向控制器175提供穹顶设定点温度。然后，控制器175可以操作热管理系统180的一个或多个组件(例如，空气放大器182或加热元件117)，以便在工件处理期间保持穹顶112的设定点温度。此外，控制器175可以操作闭环系统，以便在处理期间保持穹顶112的设定点温度。
在(310)处，该方法可包括从处理腔室中移出工件。例如，可以从处理腔室中的工件支撑件104移出工件106。然后，可以调节等离子体处理设备，以便将来处理其他工件。
以下示例是包括本文公开的等离子体处理设备及其特征的示例性示例。以下示例说明了与未包含本文所公开的各种特征的等离子体处理设备相比，包含本公开特征的设备加热到设定点温度的时间。以下示例仅为示例性示例，并不限制本发明。
实施例1
实施例1说明了与其他等离子体处理系统相比，结合本发明各方面的热管理系统对穹顶温度的热效应。例如，设备穹顶T-A包括设置在加热元件和穹顶之间的热垫，如本文所述。设备穹顶T-B不包括加热元件和穹顶之间的热垫。将每个设备设置为将穹顶加热至90℃的设定点温度。如图7所示，与设备穹顶T-B相比，设备穹顶T-A能够更快地达到90℃的穹顶温度。例如，设备穹顶T-A在加热约50分钟后达到90℃，而设备穹顶T-B在加热约235分钟后几乎接近90℃。
实施例2
实施例2说明了与其他等离子体处理系统相比，结合本发明各方面的热管理系统对穹顶温度的热效应。例如，如本文所述，设备穹顶T-A包括设置在加热元件和穹顶之间的热垫。设备穹顶T-B不包括加热元件和穹顶之间的热垫。还示出了穹顶T-A和穹顶T-B的加热器温度。(分别参见穹顶加热器-A和穹顶加热器-B)。如图所示，两个穹顶加热器(穹顶加热器-A和穹顶加热器-B)均设置为在160℃下操作。如图8所示，设备穹顶T-A在加热50分钟后不久，能够达到并维持约120℃的穹顶温度。然而，即使在加热250分钟后，设备穹顶T-B也无法达到120℃的穹顶温度。
虽然已经就本公开主题的具体示例实施例详细描述了该主题，但是应当理解，本领域技术人员在理解前述内容后，可以容易地对这些实施例进行修改、变化和等效。因此，本发明的范围是作为示例而非限制，并且本公开不排除对本领域的普通技术人员而言显而易见的对本发明主题的修改、变型和/或添加。

Claims (21)

1.一种等离子体处理设备，包括：
处理腔室，具有一个或多个侧壁以及穹顶；
工件支撑件，设置在所述处理腔室中，被配置为在处理期间支撑工件；
感应线圈组件，用于在所述处理腔室中产生等离子体；
法拉第屏蔽体，设置在所述感应线圈组件和所述穹顶之间，所述法拉第屏蔽体包括内部部分和外部部分；和
热管理系统，包括：
一个或多个加热元件，被配置为加热所述穹顶；和
一个或多个热垫，设置在所述穹顶的外表面和所述加热元件之间，其中，所述一个或多个热垫被配置为促进所述一个或多个加热元件与所述穹顶之间的热传递。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述一个或多个加热元件包括一个或多个带电薄膜。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述一个或多个加热元件以放射状图案设置在所述法拉第屏蔽体的所述内部部分上。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述感应线圈组件设置在所述法拉第屏蔽体的所述外部部分的外表面附近。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述热管理系统包括空气放大器，所述空气放大器被配置为提供气流以冷却所述穹顶。
6.根据权利要求5所述的等离子体处理设备，其中，所述法拉第屏蔽体包括设置在所述内部部分上的一个或多个孔，所述一个或多个孔被配置为：促进空气通过所述法拉第屏蔽体上的所述一个或多个孔流向所述穹顶的外表面或者从所述穹顶的外表面流入。
7.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，包括控制器，所述控制器被配置为以闭环方式控制所述热管理系统。
8.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述热管理系统被配置为将所述穹顶加热至设定点温度。
9.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述热管理系统被配置为在处理所述工件期间保持设定点温度。
10.根据权利要求8或9所述的等离子体处理设备，其中，所述设定点温度为约50℃至约150℃。
11.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述一个或多个加热元件能够被配置为在约70℃至约200℃的工作温度下加热。
12.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述一个或多个热垫具有约10密耳至约100密耳的厚度。
13.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述一个或多个热垫具有约0.5W/m-K至约1.5W/m-K的热导率。
14.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述一个或多个热垫设置在所述一个或多个加热元件与所述穹顶之间，使得在所述一个或多个加热元件与所述热垫之间基本上不存在气隙，并且在所述一个或多个热垫与所述穹顶之间基本上不存在气隙。
15.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述一个或多个热垫被配置为具有初始体积的约10％至约40％的压缩量。
16.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，包括气体输送系统，所述气体输送系统被配置为向所述处理腔室提供一种或多种工艺气体。
17.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述感应线圈组件被配置为耦合到RF电源。
18.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述一个或多个热垫由粘合剂被耦合到所述一个或多个加热元件。
19.一种用于等离子体处理设备的热管理系统，所述系统包括：
一个或多个加热元件，被配置为加热处理腔室的穹顶；
一个或多个热垫，设置在所述穹顶的外表面与所述一个或多个加热元件之间，其中，在所述穹顶与所述热垫之间、以及在所述加热元件与所述热垫之间基本上不存在气隙；
空气放大器，被配置为提供气流以冷却所述穹顶；以及
控制器，所述控制器被配置为以闭环方式操作所述热管理系统，以便将所述穹顶保持在设定点温度。
20.一种用于在等离子体处理设备中处理工件的方法，所述等离子体处理设备包括具有穹顶的处理腔室、和设置在所述处理腔室中的工件支撑件，所述工件支撑件被配置为在处理期间支撑所述工件，所述方法包括：
将所述穹顶预热至设定点温度；
将工件放置在所述处理腔室中的所述工件支撑件上；
将所述工件暴露于处理工艺；
在所述处理工艺期间使用热管理系统保持所述穹顶的所述设定点温度，所述热管理系统包括：
一个或多个加热元件，被配置为加热所述穹顶；以及
一个或多个热垫，设置在所述穹顶的外表面与所述加热元件之间，其中，所述一个或多个热垫被配置为促进所述一个或多个加热元件与所述穹顶之间的热传递。
21.一种等离子体处理设备，包括：
处理腔室，具有穹顶以及一个或多个侧壁；
工件支撑件，设置在所述处理腔室中，并被配置为在处理期间支撑工件；
两个或更多个等离子体感应线圈组件，包括内部线圈组件和外部线圈组件，用于在所述处理腔室中产生等离子体；
耦合到所述内部线圈组件的第一电源和耦合到所述外部线圈组件的第二电源，使得能够在所述内部线圈组件和所述外部线圈组件之间实施不同的功率组合和/或不同的功率配置，该不同的功率组合和/或不同的功率配置能够被配置为调节等离子体均匀性；
设置在所述内部线圈组件和所述穹顶之间的第一法拉第屏蔽体、和设置在所述外部线圈组件和所述穹顶之间的第二法拉第屏蔽体；和
热管理系统，包括：
附接到所述第一法拉第屏蔽体的底面的一个或多个内部加热元件、和附接到所述第二法拉第屏蔽体的底面的一个或多个外部加热元件；以及
一个或多个第一热垫，设置在所述穹顶的外表面与所述一个或多个内部加热元件之间，并被配置为促进所述一个或多个内部加热元件与所述穹顶之间的热传递，和
一个或多个第二热垫，设置在所述穹顶的外表面与所述一个或多个外部加热元件之间，并被配置为促进所述一个或多个外部加热元件与所述穹顶之间的热传递。
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