TW201528327A - 用於電感耦合型等離子處理器射頻視窗的加熱裝置 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種用於電感耦合型等離子處理器射頻視窗的加熱裝置，該裝置加熱射頻視窗，該加熱裝置包含：至少一個加熱器，其貼合設置在射頻視窗上，加熱器包含電阻絲、包裹在電阻絲上的絕緣薄膜，且加熱器厚度小於1mm，絕緣薄膜採用聚醯亞胺，該裝置使得射頻視窗受熱均勻，可以避免射頻視窗由於等離子體引起的溫度波動及不穩定現象。

Description

用於電感耦合型等離子處理器射頻視窗的加熱裝置

本發明關於半導體等離子刻蝕領域，特別係關於一種用於電感耦合型等離子處理器射頻視窗的加熱裝置。

在半導體處理領域廣泛應用電感耦合型（ICP）等離子處理設備，ICP等離子處理設備具有反應氣體解離率高這一優點，相比電容耦合型同樣功率的RF電源能夠產生濃度更高的等離子體，在矽刻蝕領域被廣泛採用。如圖3所示為典型的ICP反應器結構，ICP反應器包括反應腔100，反應腔內包括基座20，基座上方固定有待處理的基片。基座中通常還通過一個匹配網路1連接到一個低頻的射頻電源，以控制刻蝕中的等離子能量。反應腔頂部包括絕緣材料製成的射頻窗110，射頻窗通常由氧化矽或者氧化鋁製成，能夠讓高頻磁場穿過同時密封反應器頂部。由於反應器內部等離子分佈不均勻，射頻窗的熱量也會不均勻的被導走，所以射頻窗上整體會出現不均勻的溫度分佈，這對下方等離子處理均一性的改善帶來不利影響，嚴重時溫度梯度過大還會造成射頻窗開裂。為了改善溫度均一性通常會在射頻窗上設置一個加熱裝置120以補償下方溫度的不均勻。加熱裝置120上方還可以設置一個法拉第遮罩板130以遮罩電場對反應器內部造成的影響。一個高頻射頻電源通過匹配網路2和導線142連接到設置於遮罩板上方的電感線圈140以激勵通入反應器內的氣體產生等離子體。射頻視窗（RF window）對於刻蝕過程中是至關重要的，因為射頻視窗表面直接接觸等離子體，且沉積在射頻視窗表面上的化學物質會影響半導體晶片上的刻蝕質量。另一方面，等離子體能夠升溫射頻窗口，使得溫射頻視窗溫度上下波動，並導致射頻視窗溫度不均勻。習知技術中加熱器通常採用較厚電阻絲，連接到外部電源進行加熱。但是電阻絲無法有效地將產生的熱量傳導到整個射頻窗表面上，所以對溫度均勻性的改善有限，所以需要一種低成本的改善射頻窗溫度均勻性的加熱裝置。

本發明的目的是提供一種用於電感耦合型等離子處理器射頻視窗的加熱裝置，該裝置使得射頻視窗受熱均勻，可以避免射頻視窗由於等離子體引起的溫度波動及不穩定現象。

為了實現以上目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種用於電感耦合型等離子處理器射頻視窗的加熱裝置，該裝置加熱射頻視窗，其特點是，該加熱裝置包含：至少一個加熱器，其貼合設置在射頻視窗上，所述的加熱器包含電阻絲、包裹在電阻絲上的絕緣薄膜，且所述加熱器厚度小於1mm；所述加熱器的電阻絲包括多個從射頻視窗中心向射頻視窗邊緣延展的電阻絲段，每個電阻絲段在兩個端點通過一個連接部與相鄰的電阻絲端連接，所述多個電阻絲段與多個連接部共同構成加熱器。

所述的絕緣薄膜採用聚醯亞胺。

所述的加熱器呈環狀部分覆蓋在所述的射頻視窗上，圍繞射頻視窗上表面週邊。

所述的加熱器全部覆蓋在所述的射頻視窗上。

在所述的射頻視窗上部設有射頻線圈。

所述加熱器的電阻絲沿著射頻視窗徑向分佈，防止射頻線圈產生的電磁場在電阻絲中產生感應電流。

所述多個電阻絲段的長度總和大於所述多個連接部長度總和的3倍以上。

所述加熱器覆蓋所述射頻視窗頂部週邊圓周。

本發明與習知技術相比，具有以下優點：本發明由於在射頻視窗設有散熱器，可以避免射頻視窗由於等離子體引起的溫度波動及不穩定現象。本發明在電阻絲上包裹一層聚醯亞胺薄膜，該材料具有優良的化學穩定性、耐高溫性、堅韌性、耐磨性、阻燃性、電絕緣性，使得電阻絲體積小、形變大。

本發明電阻絲沿著射頻窗口徑向分佈，防止射頻線圈產生的電磁場在電阻絲產生感應電流。

以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。

如圖1所示，一種用於射頻視窗的加熱裝置，該裝置加熱射頻視窗1，該裝置包含：一個或多個加熱器2，加熱器2貼合設置在射頻視窗1上方，該加熱器2將射頻視窗1分割成若干個溫控區，保證溫控區受熱均勻。

加熱器2包含薄層電阻絲、包裹在電阻絲上下的絕緣薄膜，該絕緣薄膜採用聚醯亞胺（PI），整體加熱器2呈薄圓環片狀。從而使得加熱器具有體積小，形變大，易彎曲的特點，加熱器2設計成圓環狀，佈置時加熱器2部分覆蓋或全部覆蓋在射頻視窗1上（即覆蓋射頻視窗1的中心、中部和邊緣區域）。 該上下薄膜的夾固能夠保持中間電阻絲的形狀同時能夠更好的擴散電阻絲產生的熱量到射頻窗口。

為了將等離子體引入到晶片上，在射頻視窗1上部設有射頻線圈3，該射頻線圈3採用純銀材料或者其它導體製成。

由於本發明薄膜加熱器2中電阻絲非常薄，其厚度小於1mm，典型的小於0.5mm，所以電感線圈3產生的高頻電磁場在電阻絲上產生的感應電流相對習知技術中較厚的電阻絲更容易在整個加熱電阻絲圖形回路中流動。習知技術中較厚的電阻絲感應產生的電流只有一部分會沿著電阻絲圖形形成的回路流動，大部分都會在導體截面內部流動消耗熱能。這些受射頻磁場感應而產生的電流會嚴重影響加熱器2內溫度均勻性的控制，所以本發明在採用薄膜加熱器的同時需要減小因感應了射頻磁場而產生的電阻絲內部加熱影響。加熱器2的電阻絲沿著射頻視窗1徑向分佈，防止射頻線圈3產生的電磁場在電阻絲產生感應電流；如果加熱器2的電阻絲沿著射頻視窗1的周向分佈（參見圖2），射頻線圈3產生的電磁場，並根據電磁學右手法則，在電阻絲產生感應電流，此感應電流干擾電阻絲的工作電流，影響電阻絲加熱工作效率，佈置時應儘量避免這種分佈。

如圖1所示的本發明加熱器2中包括電阻絲，其中的電阻絲主體是多個在圓形射頻窗上呈放射狀分佈的電阻絲段，每個電阻絲端在端點處通過一個較短的連接部與另一個電阻絲段相連接，多個電阻絲段相連接構成整體的加熱器2，由於整體電阻絲段是放射狀的，整個電阻絲上感應產生的電場只相當於一匝線圈的電場強度。所以電阻絲上流過的電流很小，但是由於實際電阻絲長度很長所以加熱的效果並沒有受到影響。本發明電阻絲形狀不限於圖1所示的形狀，比如電阻絲段中包括一些轉折、或圓弧線段或者一部分是呈放射狀的另一部分與放射線成一定角度，兩種電阻絲段組合形成整體的電阻絲。只要是包括多個從射頻視窗中心到邊緣排布的電阻絲端，電阻絲段的兩個端點通過一個連接部與相鄰的電阻絲段相連，最後組合形成圍繞在整個射頻窗上的的加熱器均屬於本發明保護範圍，其中多個連接部的長度總和遠小於多個電阻絲段長度的總和，比如連接部的長度總和小於多個電阻絲段長度總和的1/3。

一種等離子刻蝕機，包含上述的加熱裝置。

綜上所述，本發明一種用於射頻視窗的加熱裝置，該裝置使得射頻視窗受熱均勻，可以避免射頻視窗由於等離子體引起的溫度波動及不穩定現象。

儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的請求項來限定。

1‧‧‧加熱射頻視窗
2‧‧‧加熱器
3‧‧‧電感線圈
20‧‧‧基座
100‧‧‧反應腔
110‧‧‧射頻窗
120‧‧‧加熱裝置
130‧‧‧法拉第屏蔽板
140‧‧‧電感綫圈
142‧‧‧導線
11、12‧‧‧匹配網路

圖1為本發明一種用於射頻視窗的加熱裝置的結構示意圖。 圖2為本發明一種用於射頻視窗的加熱裝置中電阻絲沿射頻視窗周向分佈的示意圖。 圖3是習知技術電感耦合（ICP）等離子處理器結構圖。

1‧‧‧加熱射頻視窗

2‧‧‧加熱器

3‧‧‧電感線圈

Claims (8)

1. 一種用於電感耦合型等離子處理器射頻視窗的加熱裝置，該裝置加熱射頻視窗（1），該加熱裝置包含：至少一個加熱器（2），其貼合設置在射頻視窗（1）上，所述的加熱器（2）包含電阻絲、包裹在電阻絲上的絕緣薄膜，且所述加熱器厚度小於1mm； 所述加熱器的電阻絲包括多個從射頻視窗中心向射頻視窗邊緣延展的電阻絲段，每個電阻絲段在兩個端點通過一個連接部與相鄰的電阻絲端連接，所述多個電阻絲段與多個連接部共同構成加熱器（2）。
2. 如請求項1所述的加熱裝置，其中所述的絕緣薄膜採用聚醯亞胺。
3. 如請求項1所述的加熱裝置，其中所述的加熱器（2）呈環狀部分覆蓋在所述的射頻視窗（1）上，圍繞射頻視窗（1）上表面週邊。
4. 如請求項1所述的加熱裝置，其中所述的加熱器（2）全部覆蓋在所述的射頻視窗（1）上。
5. 如請求項2所述的加熱裝置，其中在所述的射頻視窗（1）上部設有射頻線圈（3）。
6. 如請求項1所述的加熱裝置，其中所述加熱器（2）的電阻絲沿著射頻視窗（1）徑向分佈，防止射頻線圈（3）產生的電磁場在電阻絲中產生感應電流。
7. 如請求項6所述的加熱裝置，其中所述多個電阻絲段的長度總和大於所述多個連接部長度總和的3倍以上。
8. 如請求項6所述的加熱裝置，其中所述加熱器（2）覆蓋所述射頻視窗頂部週邊圓周。