TW202135254A - 等離子處理裝置及其加熱器 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種等離子處理裝置及其加熱器，加熱器設置在等離子處理裝置的絕緣材料窗上，加熱器包括第一子加熱器和第二子加熱器，第一子加熱器包括第一絕緣板和設置在第一絕緣板上方的第一加熱絲，第二子加熱器包括第二絕緣板和設置在第二絕緣板上的第二加熱絲；第一加熱絲與第二加熱絲以串聯方式連接於加熱電源，且加熱電源在第一加熱絲內産生的電流方向與在第二加熱絲産生的電流方向相反。高頻磁場穿過第一加熱絲産生的感應電流與穿過第二加熱絲時産生的感應電流正好能夠相互抵消，避免了加熱器所引起的射頻線圈功率損耗的問題。

Description

等離子處理裝置及其加熱器
本發明涉及蝕刻技術領域，尤其涉及一種等離子處理裝置及其加熱器。
隨著半導體製造製程的發展，對元件的集成度和性能要求越來越高，等離子製程被廣泛應用於半導體器件的製造中。其中主要的等離子處理裝置包括電容耦合型(CCP)和電感耦合型(ICP)兩種，其中電感耦合型的等離子處理裝置具有等離子濃度高，刻蝕速率快等優點，目前被廣泛應用。
對於等離子處理裝置而言，其結構主要包括一個反應腔，所述反應腔的頂部設置有絕緣材料窗，所述反應腔內下方設置有基座，所述基座用於放置待處理基片，一個低頻射頻電源藉由一個匹配器連接到基座，絕緣材料窗上表面還包括加熱線圈，該加熱線圈用於控制絕緣材料窗的溫度，因爲絕緣材料窗的溫度不同會影響反應腔內反應進行速度的均一性，絕緣材料窗上的溫度梯度太大時甚至會造成絕緣材料窗的開裂破損。加熱線圈藉由導線連接到一個加熱電源。所述加熱線圈上方設置有至少一個感應線圈，感應線圈藉由與高頻射頻電源連接。高頻射頻功率被施加到感應線圈産生了高頻磁場，這些高頻磁場向下穿過加熱線圈和絕緣材料窗進入反應腔內，高頻磁場感應産生高頻電場，高頻電場激發反應腔的反應氣體産生並維持需要的等離子體。
這些高頻磁場不僅能在反應腔內産生感應電場，也會在加熱線圈內感應産生感應電流，由於這些加熱線圈産生了感應電流，會消耗一定的能量，從而會對感應線圈（射頻線圈）的功率造成損耗。
綜上所述，如何解决減少射頻功率的損耗的問題已經成爲本領域技術人員亟需解决的技術難題。
本發明的目的是提供一種等離子處理裝置及其加熱器，以解决減少射頻功率的損耗的問題。
爲了實現上述目的，本發明提供了一種等離子處理裝置的加熱器，所述加熱器設置在等離子處理裝置的絕緣材料窗上，所述加熱器包括第一子加熱器和第二子加熱器，所述第一子加熱器包括第一絕緣板和設置在所述第一絕緣板上方的第一加熱絲，所述第二子加熱器包括第二絕緣板和設置在所述第二絕緣板上的第二加熱絲；
所述第一加熱絲與所述第二加熱絲的形狀相同且上下對準排布，所述第一加熱絲與所述第二加熱絲以相互串聯的方式連接於加熱電源，且所述加熱電源在所述第一加熱絲産生的電流方向與所述加熱電源在所述第二加熱絲産生的電流方向相反。
較佳地，所述第一絕緣板和所述第二絕緣板均爲陶瓷板。
較佳地，所述加熱器的數量爲多個，且爲同軸疊布。
較佳地，多個所述加熱器並聯或串聯於同一個加熱電源上。
較佳地，所述第一加熱絲和所述第二加熱絲均爲平面螺旋形。
較佳地，所述加熱電源爲交流加熱電源。
較佳地，所述第一加熱絲藉由導熱膠黏結的方式固定在所述第一絕緣板上。
較佳地，所述第二加熱絲藉由導熱膠黏結的方式固定在所述第二絕緣板上。
較佳地，所述第一子加熱器與所述第二子加熱器藉由導熱膠固定連接。
相比於先前技術介紹內容，上述等離子處理裝置的加熱器設置在等離子處理裝置的絕緣材料窗上，加熱器包括第一子加熱器和第二子加熱器，第一子加熱器包括第一絕緣板和設置在第一絕緣板上方的第一加熱絲，第二子加熱器包括第二絕緣板和設置在第二絕緣板上的第二加熱絲；第一加熱絲與第二加熱絲的形狀完全相同且同軸疊布，第一加熱絲與第二加熱絲以相互串聯的方式連接於加熱電源，且加熱電源在第一加熱絲內産生的電流環向與加熱電源在第二加熱絲産生的電流環向相反。藉由在等離子處理裝置設置上述加熱器，使得在實際工作過程中，由於加熱器的第一加熱絲和第二加熱絲爲形狀相同且上下對準準排布，並且以相互串聯的方式連接於加熱電源，同時加熱電源在第一加熱絲上産生的電流方向與在第二加熱絲上産生的電流方向相反，也即，同一方向的電流在流經第一加熱絲和第二加熱絲時，在第一加熱絲的電流方向與在第二加熱絲的電流方向相反，而且由於第一加熱絲與第二加熱絲的形狀相同，因此，當射頻線圈産生的高頻磁場穿過第一加熱絲和第二加熱絲時，第一加熱絲與第二加熱絲所構成的閉環的磁通量接近於零，並且高頻磁場穿過第一加熱絲産生的感應電流與穿過第二加熱絲時産生的感應電流正好能夠相互抵消。從而有效地避免了加熱器所引起的射頻線圈功率損耗的問題。此外，藉由在第一加熱絲下方和第二加熱絲的下方均設置絕緣板的結構，能夠有效的避免第一加熱絲與第二加熱絲之間産生電弧的風險，同時還有助於提升加熱器的加熱均勻性。其中，均勻性主要體現在兩層子加熱器固定連接，一般可選擇導熱膠黏貼，整體的加熱器設置在整個絕緣窗中間，對整體加熱的效果會更好；而藉由設置兩層子加熱器的結構，移除了單個加熱器上加熱絲排布間隔不能過大的限制，所以同時減少了加熱絲排布過密産生電弧的風險。因爲單個加熱器只有藉由排布細密才能減少閉環磁通量的面積，而排布過密有産生電弧的風險。
另外，本發明還提供了一種等離子處理裝置，包括加熱器結構，並且該加熱器結構爲上述任一手段所描述的加熱器結構。由於上述加熱器結構具有上述技術效果，因此具有上述加熱器結構的等離子處理裝置也應具有相應的技術效果，在此不再贅述。
此外，本發明還提供了一種等離子處理裝置的加熱器，所述加熱器設置在等離子處理裝置的絕緣材料窗中，加熱器包括第一加熱絲和第二加熱絲，第一加熱絲和第二加熱絲形狀相同且上下間隔預設距離對準排布，第一加熱絲與第二加熱絲以相互串聯的方式連接於加熱電源，且加熱電源在第一加熱絲內産生的電流方向，與加熱電源在第二加熱絲內産生的電流方向相反。
藉由將加熱器設置在等離子處理裝置的絕緣材料窗中，具體是指加熱器採用全部或者部分嵌入絕緣材料窗內，例如其中絕緣材料窗中埋了一層加熱絲在整個絕緣窗中間，另一層加熱絲設置在絕緣材料窗的頂面。這樣布置使得整體加熱的均勻性效果會更好。
本發明的核心是提供一種等離子處理裝置及其加熱器，以解决減少射頻功率的損耗的問題。
爲了使本領域的技術人員更好地理解本發明提供的技術手段，下面將結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
如第1圖和第2圖所示，本發明實施例提供的一種等離子處理裝置的加熱器結構，包括設置在等離子處理裝置的絕緣材料窗上的加熱器1，加熱器1包括第一子加熱器11和第二子加熱器12，第一子加熱器11包括第一絕緣板111和設置在第一絕緣板111上方的第一加熱絲112，第二子加熱器12包括第二絕緣板121和設置在第二絕緣板121上的第二加熱絲122；第一加熱絲112與第二加熱絲122的形狀相同且上下對準排布，第一加熱絲112與第二加熱絲122以相互串聯的方式連接於加熱電源2，且加熱電源2在第一加熱絲112産生的電流方向與加熱電源2在第二加熱絲122産生的電流方向相反。
藉由在等離子處理裝置設置上述加熱器結構1，使得在實際工作過程中，由於加熱器1的第一加熱絲112和第二加熱絲122爲形狀相同，且上下對準排布，並且以相互串聯的方式連接於加熱電源2，同時加熱電源2在第一加熱絲112上産生的電流方向與在第二加熱絲122上産生的電流方向相反，亦即，同一方向的電流在流經第一加熱絲112和第二加熱絲122時，在第一加熱絲112的電流方向與在第二加熱絲122的電流方向相反，而且由於第一加熱絲112與第二加熱絲122的形狀相同，因此，當射頻線圈3産生的高頻磁場穿過第一加熱絲112和第二加熱絲122時，第一加熱絲112與第二加熱絲122所構成的閉環的磁通量接近於零，並且高頻磁場穿過第一加熱絲112産生的感應電流與穿過第二加熱絲122時産生的感應電流正好能夠相互抵消。從而有效地避免了加熱器1所引起的射頻線圈3功率損耗的問題。此外，藉由在第一加熱絲112下方和第二加熱絲122的下方均設置絕緣板的結構，能夠有效的避免第一加熱絲112與第二加熱絲122之間産生電弧的風險，同時還有助於提升加熱器1的加熱均勻性。其中，均勻性主要體現在兩層子加熱器固定連接，一般可選擇導熱膠黏貼，整體的加熱器1設置在整個絕緣窗中間，對整體加熱的效果會更好；而藉由設置兩層子加熱器的結構，移除了單個加熱器上加熱絲排布間隔不能過大的限制，所以同時減少了加熱絲排布過密産生電弧的風險。因爲單個加熱器只有藉由排布細密才能減少閉環磁通量的面積，而排布過密有産生電弧的風險。
需要說明的是，本領域技術人員都應該能夠理解的是，加熱電源2在第一加熱絲112産生的電流方向與加熱電源2在第二加熱絲122産生的電流方向相反中，所指的電流方向是指電流分別在第一加熱絲和第二加熱絲上的流經路徑的方向。而且爲了實現流經路徑的方向相反，第一加熱絲112與第二加熱絲122相互串聯的具體結構形式爲第一加熱絲112的首端與第二加熱絲122的首端電氣連接，第一加熱絲112的尾端與第二加熱絲122的尾端電氣連接，其中上下對準排布的第一加熱絲112與第二加熱絲122均包括首端和尾端，上下兩個加熱絲的首端與首端上下對準布置，尾端與尾端對準布置。
另外需要說明的是，上述第一絕緣板111和第二絕緣板121均較佳採用陶瓷板。因爲陶瓷板具有良好的保溫性能和熱傳導的均勻性。藉由設置成陶瓷材料更加有利於加熱器1的加熱均勻性。當然可以理解的是，上述採用陶瓷板的方式僅僅是本發明實施例的較佳舉例而已，實際應用過程中，還可以選擇本領域技術人員常用的其他材質的絕緣板，在此不做具體的限定。
在一些具體的實施手段中，上述加熱器1的數量可以選擇爲多個，也可以選擇爲僅布置一個，且當布置成多個時，需要採用上下對準排布。
進一步的實施手段中，當選擇布置成多個加熱器的方式時，多個加熱器1較佳並聯或串聯於同一個加熱電源2上，因爲藉由並聯於同一個加熱電源2上，更有利於各個加熱器1加熱的溫度一致性和均勻性。當然可以理解的是，實際應用過程中還可以根據實際需求選擇每個加熱器1均設置獨立的加熱電源2，又或者部分加熱器1採用並聯在一個加熱電源2上，部分加熱器1採用獨立的加熱電源2，實際應用中可以根據實際加熱需求進行布置；當然可以理解的是，當需要對每個加熱器1進行精準控制時，也可以選擇每個加熱器1均設置獨立的加熱電源2。
這裡需要說明的是，一般來說，上述第一加熱絲112和第二加熱絲122均較佳設計成平面螺旋形的結構。當然可以理解的是，採用平面螺旋形結構的加熱絲僅僅是本發明實施例的較佳舉例而已，實際應用過程中，還可以選擇根據實際需求設計成其他的形狀。
另外需要說明的是，一般來說，上述加熱電源2較佳爲交流加熱電源，當然可以理解的是，實際應用過程中也可以根據實際需求選擇爲直流加熱電源。
此外，需要說明的是，一般來說，上述第一加熱絲112藉由導熱膠黏結的方式固定在第一絕緣板111上；第二加熱絲122藉由導熱膠黏結的方式固定在第二絕緣板121上。當然可以理解的是，上述以導熱膠黏結的方式實現加熱絲與絕緣板的固定僅僅是本發明實施例的較佳舉例而已，實際應用過程中，還可以選擇本領域技術人員常用的其他固定方式，比如加熱絲部分嵌入絕緣板的方式等，在此不做具體的限定。
另外需要說明的是，爲了保證加熱器整體的加熱的均勻性，第一子加熱器與第二子加熱器較佳採用導熱膠黏結固定。並且當加熱器的數量爲多個時，一般較佳將相鄰兩個加熱器之間也藉由導熱膠黏結固定。
此外，本發明還提供了一種等離子處理裝置的加熱器1，加熱器1設置在等離子處理裝置的絕緣材料窗中，加熱器1包括第一加熱絲112和第二加熱絲122，第一加熱絲112和第二加熱絲122形狀相同且上下間隔預設距離對準排布，第一加熱絲112與第二加熱絲122以相互串聯的方式連接於加熱電源2，且加熱電源2在第一加熱絲112內産生的電流方向，與加熱電源2在第二加熱絲122內産生的電流方向相反。
藉由將加熱器1設置在等離子處理裝置的絕緣材料窗中，具體是指加熱器1採用全部或者部分嵌入絕緣材料窗內，比如其中絕緣材料窗中埋了一層加熱絲在整個絕緣窗中間，另一層加熱絲設置在絕緣材料窗的頂面。這樣布置使得整體加熱的均勻性效果會更好。當然可以理解的是，實際應用過程中，也可以是將整個第一加熱絲112和第二加熱絲122均嵌設在絕緣材料窗內部。
另外，本發明還提供了一種等離子處理裝置，包括加熱器結構，並且所述加熱器結構爲上述任一手段所描述的加熱器結構。由於上述加熱器結構具有上述技術效果，因此具有上述加熱器結構的等離子處理裝置也應具有相應的技術效果，在此不再贅述。
以上對本發明所提供的等離子處理裝置及其加熱器進行了詳細介紹。需要說明的是，本說明書中的各個實施例均採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。
還需要說明的是，在本文中，諸如術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括爲這種物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情况下，由語句“包括一個……”限定的要素，並不排除在包括上述要素的物品或者設備中還存在另外的相同要素。
本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明申請專利範圍的保護範圍內。
1:加熱器 2:加熱電源 3:射頻線圈 11:第一子加熱器 12:第二子加熱器 111:第一絕緣板 112:第一加熱絲 121:第二絕緣板 122:第二加熱絲
第1圖爲本發明實施例提供的離子處理裝置的加熱器的結構示意圖； 第2圖爲本發明實施例提供的第一加熱絲與第二加熱絲展開後的串聯結構示意圖，圖中箭頭代表電流流向。
1:加熱器
3:射頻線圈
11:第一子加熱器
12:第二子加熱器
111:第一絕緣板
112:第一加熱絲
121:第二絕緣板
122:第二加熱絲

Claims (11)

  1. 一種等離子處理裝置的加熱器，其中，該加熱器設置在等離子處理裝置的絕緣材料窗上，該加熱器包括一第一子加熱器和一第二子加熱器，該第一子加熱器包括一第一絕緣板和設置在該第一絕緣板上方的一第一加熱絲，該第二子加熱器包括一第二絕緣板和設置在該第二絕緣板上的一第二加熱絲； 該第一加熱絲與該第二加熱絲的形狀相同且上下對準排布，該第一加熱絲與該第二加熱絲以相互串聯的方式連接於一加熱電源，且該加熱電源在該第一加熱絲産生的電流方向，與該加熱電源在該第二加熱絲産生的電流方向相反。
  2. 如請求項1所述的等離子處理裝置的加熱器，其中，該第一絕緣板和該第二絕緣板均爲陶瓷板。
  3. 如請求項1所述的等離子處理裝置的加熱器，其中，該加熱器的數量爲多個，且爲同軸疊布。
  4. 如請求項3所述的等離子處理裝置的加熱器，其中，多個該加熱器並聯或串聯於同一個加熱電源上。
  5. 如請求項1至請求項4中任一項所述的等離子處理裝置的加熱器，其中，該第一加熱絲和該第二加熱絲均爲平面螺旋形。
  6. 如請求項1至請求項4中任一項所述的等離子處理裝置的加熱器，其中，該加熱電源爲交流加熱電源。
  7. 如請求項1至請求項4中任一項所述的等離子處理裝置的加熱器，其中，該第一加熱絲藉由導熱膠黏結的方式固定在該第一絕緣板上。
  8. 如請求項1至請求項4中任一項所述的等離子處理裝置的加熱器，其中，該第二加熱絲藉由黏結的方式固定在該第二絕緣板上。
  9. 如請求項1至請求項4中任一項所述的等離子處理裝置的加熱器，其中，該第一子加熱器與該第二子加熱器藉由導熱膠固定連接。
  10. 一種等離子處理裝置，包括一加熱器結構，其中，該加熱器結構爲如請求項1至請求項9中任一項所述的加熱器。
  11. 一種等離子處理裝置的加熱器，其中，該加熱器設置在等離子處理裝置的絕緣材料窗中，該加熱器包括一第一加熱絲和一第二加熱絲，該第一加熱絲和該第二加熱絲形狀相同且上下間隔預設距離對準排布，該第一加熱絲與該第二加熱絲以相互串聯的方式連接於一加熱電源，且該加熱電源在該第一加熱絲內産生的電流方向，與該加熱電源在該第二加熱絲內産生的電流方向相反。
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