TWI775132B - 加熱器、加熱方法及等離子處理器 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種加熱器、加熱方法及等離子處理器，等離子體處理器包含反應腔，反應腔內設置靜電夾盤，靜電夾盤下方設置基座，反應腔上方設有氣體噴淋裝置，氣體噴淋裝置與氣體供應裝置相連，加熱器用於控制等離子處理器中的任意待加熱部件的溫度，加熱器包含：絕緣結構，其內部開設有內孔，並在內孔的壁上預加工出具有目標結構的導向槽；加熱結構，設置在與加熱結構相匹配的導向槽內，通過導向槽將加熱結構導向為目標結構。本發明通過在氧化鎂柱的內孔中預先加工出均勻的導向槽，很好地導向螺旋狀的加熱絲，使得加熱絲均勻地分佈在內孔中的導向槽，提高了加熱器的溫度均勻性，同時也延長了加熱器的壽命，有利於改善晶圓上蝕刻率的均勻性。

Description

加熱器、加熱方法及等離子處理器

本發明涉及半導體設備領域，特別涉及一種加熱器、加熱方法及等離子處理器。

在半導體設備製造領域，溫度是影響設備處理結果的重要參數，在目前的半導體設備中，很多零部件都需要進行溫度控制，因此，加熱器是半導體設備中廣泛使用的零件。目前應用最多是用管狀鎧裝型加熱器對待加熱物件進行加熱，從而傳導熱能至待加熱部件。對於管狀鎧裝型加熱器，普遍的加工技術是先將螺旋狀的加熱絲13拉伸後，放進其至氧化鎂柱12的內孔，然後鬆開加熱絲13，再滾壓加熱器的金屬外壁11，如圖1所示。但在加工加熱器的過程中，螺旋狀的加熱絲13在氧化鎂內孔中螺旋的螺距可能出現不均勻現象。若加熱器內部的加熱絲13不均勻，那麼加熱器外部發熱必然是不均勻的，這樣就直接影響了噴淋裝置的溫度均勻性；同時，若加熱絲13佈置不均勻，可能會造成節距小的地方出現局部高溫，局部高溫點容易造成加熱絲13燒斷，容易燒毀加熱器，因而加熱器的壽命也得不到保障。

基於上述原因，研發一種提高管狀加熱器的溫度均勻性和壽命的加熱器實為必要。

本發明的目的在於提供一種加熱器、加熱方法及等離子處理器，通過在氧化鎂柱的內孔中預先加工出均勻的導向槽，很好地導向螺旋狀的加熱絲，使得加熱絲均勻地分佈在內孔中的導向槽，提高加熱器的溫度均勻性，同時也可延長加熱器的壽命，有利於待加熱物件的溫度均勻性，有利於改善晶圓上蝕刻率的均勻性。

為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種加熱器，包含：絕緣結構，其內部開設內孔，在內孔的壁上預加工出具有目標結構的導向槽；加熱結構，設置在導向槽內，通過導向槽將加熱結構導向為目標結構。

可選地，導向槽所具有的目標結構與未經導向時的加熱結構相匹配。

可選地，導向槽是與加熱結構相匹配的螺旋狀，加熱結構最終的目標結構是與導向槽一致的螺旋狀。

可選地，預加工出具有目標結構的導向槽後，將加熱結構拉伸並將其放入絕緣結構的內孔，鬆開加熱結構，加熱結構進入導向槽內，通過導向槽將加熱結構導向為目標結構。

可選地，螺旋狀的導向槽的各個螺距均相等，具有目標結構的加熱結構的各個螺距均相等且與導向槽的螺距相等。

可選地，螺旋狀的導向槽的至少兩個螺距之間相等，具有目標結構的加熱結構的至少兩個螺距之間相等且其與導向槽的各螺距對應相等。

可選地，加熱器為管狀結構。

可選地，絕緣結構為氧化鎂柱，加熱結構為加熱絲。

可選地，加熱絲與電源連接，通過電源為加熱絲加熱。

可選地，絕緣結構的外側設有管狀的外殼保護層。

可選地，外殼保護層為金屬外殼。

本發明還提供了一種基於如上文所述的加熱器的加熱方法，加熱方法包含以下過程：開設內孔絕緣結構內部，在內孔的壁上預加工出具有目標結構的導向槽；拉伸加熱結構後，放入拉伸後加熱結構絕緣結構的內孔，並鬆開加熱結構；加熱結構進入導向槽內，通過導向槽將加熱結構導向為目標結構。

可選地，導向槽是與加熱結構相匹配的螺旋狀，加熱結構最終的目標結構是與導向槽一致的螺旋狀；螺旋狀的導向槽的各個螺距均相等，具有目標結構的加熱結構的各個螺距均相等且與導向槽的螺距相等。

本發明又提供了一種等離子處理器，包含反應腔，反應腔內設置靜電夾盤以支撐晶片，靜電夾盤下方設置基座以承載靜電夾盤，反應腔上部設有氣體噴淋裝置，氣體噴淋裝置與氣體供應裝置相連，該氣體供應裝置中的反應氣體經過氣體噴淋裝置進入反應腔，等離子處理器中的任意待加熱部件通過如上文的加熱器進行溫度控制，使得待加熱部件達到目標溫度。

可選地，待加熱部件為氣體噴淋裝置；和/或，待加熱部件為靜電夾盤和/或基座。

可選地，氣體噴淋裝置包含安裝基板和氣體噴淋頭，氣體噴淋頭連接在安裝基板下方，安裝基板內側設有氣體緩衝部件，加熱器設置在氣體緩衝部件的外側壁與安裝基板的內側壁之間；和/或，加熱器設置在基座和靜電夾盤之間。

與現有技術相比，本發明的有益效果在於：(1)本發明通過在氧化鎂柱的內孔中預先加工出均勻導向槽的方式讓加熱絲的佈置均勻，提高加熱器的溫度均勻性，也可以延長加熱器的壽命，減小了更換加熱器的工作量；(2)本發明加熱器的導向槽還可以是不均勻的，用以實現不同的功率密度分佈要求，應用廣泛，適用性強；(3)本發明的基於導向槽的加熱器不僅可以對等 離子體處理器的氣體噴淋裝置進行溫度控制，還可以應用在反應腔內的靜電夾盤或基座，以及其他需要加熱的物件，用以創造更佳的蝕刻環境。

1:真空反應腔

2:安裝基板

3:加熱器

4:氣體噴淋頭

5:氣體緩衝部件

6:基座

7:靜電夾盤

8:支撐晶片

10:反應腔側壁

11:金屬外壁

31、41:金屬外殼

12、32、42:氧化鎂柱

13、33、43:加熱絲

34、44:氧化鎂內孔

35、45:導向槽

100:氣體噴淋裝置

d1~dn、d:螺距

圖1為現有技術中的管狀加熱器製作原理示意圖；圖2為本發明的導向槽形式的加熱器應用在氣體噴灑裝置的等離子處理器結構示意圖；圖3a為本發明第一實施例中管狀結構內的均勻導向槽示意圖；圖3b為本發明第一實施例中基於圖3a的均勻導向槽形成的加熱器結構示意圖；圖4a為本發明第二實施例中管狀結構內的非均勻導向槽示意圖；圖4b為本發明第二實施例中基於圖4a的非均勻導向槽形成的加熱器結構示意圖；圖5為本發明第三實施例中導向槽形式的加熱器應用在基座和靜電夾盤之間的等離子處理器結構示意圖。

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

如圖2所示，本發明的等離子體處理器包含真空反應腔1，反應腔1包括由金屬材料製成的大致為圓柱形的反應腔側壁10。等離子體處理器的反應 腔1上方設有氣體噴淋裝置100，且氣體噴淋裝置100穿過上方的反應腔側壁10。氣體噴淋裝置100與氣體供應裝置相連，氣體供應裝置中的反應氣體經過氣體噴淋裝置100進入反應腔1。

氣體噴淋裝置100包含安裝基板2、加熱器3、氣體緩衝部件5和氣體噴淋頭4。氣體噴淋頭4連接在安裝基板2的下方；氣體緩衝部件5設置在安裝基板2的內側，其為提供氣體緩衝的空間，以在緩衝空間內將多種氣體充分混合。多個管狀的加熱器3設置在氣體緩衝部件5外側壁與安裝基板2內側壁之間，以控制氣體噴淋裝置100的溫度。反應腔1內的下方配置用於支撐晶片8的靜電夾盤7以及用於支撐靜電夾盤7的基座6。

第一實施例：

如圖3a和圖3b結合所示，本實施例的加熱器3為管狀結構，每個加熱器3由外到內依次包含外殼保護層、絕緣中間結構和加熱絲33。外殼保護層用於管狀加熱器的外壁保護作用；在本發明的實施例中，外殼保護層為金屬外殼31，金屬外殼31的材料可例如包括不銹鋼、鋁合金或者紫銅。絕緣中間結構為氧化鎂柱32，其可以通過氧化鎂粉預先燒結得到。本實施例中的加熱絲33需要連接電源，通過電源替加熱絲33進行加熱。

氧化鎂柱32位於金屬外殼31內部，在氧化鎂柱32內並沿其軸向方向開設有一定深度的氧化鎂內孔34。在氧化鎂內孔34的側壁上中預先加工出導向槽35，舉例來說，導向槽35在氧化鎂內孔34的內側壁周面上具有目標結構。在氧化鎂柱32內部可以利用車床預加工出螺旋狀的導向槽35。

本實施例中，導向槽35的結構與加熱絲33的結構一致，當未處理時的加熱絲33為螺旋狀時，則導向槽35也預設為螺旋狀。如圖3a所示，導向槽35為螺旋狀的均勻導向槽35，導向槽35的所有螺距d均相等。

當導向槽35按照要求加工完成而具有目標結構後，拉伸螺旋狀的加熱絲33後，放進拉伸後加熱絲33至氧化鎂柱32的氧化鎂內孔34中，然後鬆開加熱絲33，加熱絲33會進入導向槽35，這樣可以很好地對螺旋狀的加熱絲33進行定位，使得加熱絲33均勻地分佈在導向槽35，最終加熱絲33的螺旋狀結構與導向槽35所具有的目標結構一致，如圖3b所示，即螺旋狀的導向槽35的各個螺距d相等，則可以保證加熱絲33的各個螺距也相等，這樣保證了加熱絲33的密度，從而達到溫度均勻的效果。

本發明的加熱絲33的形狀並不僅限於螺旋狀，還可以是其他的形狀，即導向槽35的形狀也不僅限於螺旋狀，並隨同加熱絲相應地調整。

第二實施例：

如圖4a和圖4b所示，本實施例的加熱器3為管狀結構，每個加熱器3由外到內依次包含外殼保護層、絕緣中間結構和加熱絲43。在本發明的實施例中，外殼保護層為金屬外殼41，金屬外殼41的材料可例如包括不銹鋼、鋁合金或者紫銅。絕緣中間結構為氧化鎂柱42，其可以通過氧化鎂粉預先燒結得到。

氧化鎂柱42位於金屬外殼41內部，在氧化鎂柱42內並沿其軸向方向開設有一定深度的氧化鎂內孔44。在氧化鎂內孔44側壁上中預先加工出導向槽45，舉例來說，導向槽45在氧化鎂內孔44的內側壁周面上具有目標結構。在氧化鎂柱42內部可以利用車床預加工出螺旋狀的導向槽45。

導向槽45的形狀與加熱絲43結構一致，當未處理時的加熱絲43為螺旋狀時，則導向槽45也預設為螺旋狀。本發明的導向槽45的螺距設置根據加熱器3的功率密度有關。螺旋狀的導向槽45並非均勻，其各個螺距不完全相等，用於實現不同的功率密度分佈的加熱管：當螺距小時，功率密度大，當螺距大，則功率密度小。

螺旋狀的導向槽45為非均勻導向槽，所有的螺距之間並非完全相等。例如圖4a所示，螺旋狀的導向槽45的螺距分別表示為d1、d2、d3、d4、d5、d6......dn。如圖4a所示，作為其中一個實施例，螺距可以部分相等及部分不相等，例如設置d1≠d2，d2≠d3，d3=d4，d4≠d5，d5≠d6......dn。作為其中另一個實施例，螺旋狀的導向槽45的螺距相互之間均不相等，d1≠d2≠d3≠d4≠d5≠d6......dn(未圖示)。

當導向槽45按照要求加工完成而具有目標結構後，拉伸螺旋狀的加熱絲43後，放進拉伸後加熱絲43至氧化鎂柱42的氧化鎂內孔44中，然後鬆開加熱絲43，加熱絲43會進入導向槽45，這樣可以很好地導向螺旋狀的加熱絲43，最終加熱絲43的螺旋狀結構與導向槽45所具有的目標結構一致，即最終螺旋狀的加熱絲43的各個螺距也不完全相等。同時，本發明不僅限於第二實施例中的螺距距離的設定方式，還可以是其他情況的不完全相等方式，主要是需要與不同的功率密度分佈要求進行調整。

本發明的導向槽45的結構與加熱絲43結構相匹配，且本發明的加熱絲不僅限於螺旋狀結構，還可以是其他的結構，則對應加工出的導向槽45的結構與加熱絲結構匹配。

第三實施例：

如圖5所示，本發明的靜電夾盤7和基座6之間還可設置有多個如上文的管狀結構的加熱器3以控制靜電夾盤7的溫度，促成靜電夾盤7上的基板與反應腔室中的等離子體進行反應，實現對基板的加工製造。

其中，管狀結構的加熱器3可以採用第一實施例中基於均勻導向槽的加熱器結構，也可以採用第二實施例中基於不均勻導向槽的加熱器結構，本發明對此不做限制。因此，本發明中基於導向槽方式的加熱器不僅可以對等離子體處理器的氣體噴淋裝置100進行溫度控制，還可以應用於靜電夾盤7和基 座6之間以控制靜電夾盤7的溫度，加熱器還可以應用於其他需要加熱的部件，本發明對加熱器的加熱對象並不限制。

綜上所述，本發明通過在氧化鎂柱的內孔中預先加工出均勻導向槽的方式讓加熱絲的佈置均勻，提高加熱器的溫度均勻性，也可以延長加熱器的壽命，減少更換加熱器的工作量；本發明加熱器的導向槽還可以是不均勻的，用以實現不同的功率密度分佈要求，應用廣泛，適用性強；本發明的基於導向槽的加熱器不僅可以對等離子體處理器的氣體噴淋裝置進行溫度控制，還可以應用在反應腔內的基座以及其他需要加熱的物件，用以創造更佳的等離子體蝕刻環境。

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申請專利範圍來限定。

34:氧化鎂內孔

35:導向槽

d:螺距

Claims (15)

1. 一種加熱器，用於等離子處理器，其包含：一絕緣結構，其為一體結構，內部開設一內孔，該內孔沿水平設置，並在該內孔的壁上預加工出具有一目標結構的一導向槽；以及一加熱結構，其為加熱絲，設置在該導向槽內，該加熱絲的直徑與該導向槽的寬度相匹配，通過該導向槽將該加熱結構導向為該目標結構；拉伸後的該加熱結構放入該絕緣結構的該內孔，鬆開該加熱結構，該加熱結構進入具有該目標結構的該導向槽內，透過該導向槽將該加熱結構導向為該目標結構以對該加熱結構進行定位。
2. 如請求項1所述的加熱器，其中，該導向槽所具有的該目標結構與未經導向時的該加熱結構相匹配。
3. 如請求項2所述的加熱器，其中，該導向槽是與該加熱結構相匹配的螺旋狀，該加熱結構最終的該目標結構是與該導向槽一致的螺旋狀。
4. 如請求項3所述的加熱器，其中，螺旋狀的該導向槽的各個螺距均相等，具有該目標結構的該加熱結構的各個螺距均相等且其與該導向槽的螺距相等。
5. 如請求項3所述的加熱器，其中，螺旋狀的該導向槽中至少兩個螺距之間相等，具有該目標結構的該加熱結構中至少兩個螺距之間 相等且其與該導向槽的各螺距對應相等。
6. 如請求項1所述的加熱器，其中，該加熱器為管狀結構。
7. 如請求項1所述的加熱器，其中，該絕緣結構為氧化鎂柱。
8. 如請求項7所述的加熱器，其中，該加熱絲與一電源連接，通過該電源為該加熱絲加熱。
9. 如請求項1或6或7所述的加熱器，其中，該絕緣結構的外側設有管狀的一外殼保護層。
10. 如請求項9所述的加熱器，其中，該外殼保護層為金屬外殼。
11. 一種基於如請求項1-10任意一項所述的加熱器的加熱方法，其中，該方法包含以下過程：開設該內孔於該絕緣結構內部，在該內孔的壁上預加工出具有該目標結構的該導向槽；拉伸該加熱結構後，放入拉伸後該加熱結構於該絕緣結構的該內孔，並鬆開該加熱結構；該加熱結構進入該導向槽內，通過該導向槽將該加熱結構導向為該目標結構。
12. 如請求項11所述的加熱方法，其中，該導向槽是與該加熱結構相匹配的螺旋狀，該加熱結構最終的該目標結構是與該導向槽一致的螺旋狀；螺旋狀的該導向槽的各個螺距均相等，具有該目標結構的該加熱結構的各個螺距均相等且其與該導向槽的螺距相等。
13. 一種等離子處理器，其包含一反應腔，該反應腔內設置一靜電夾 盤以支撐晶片，該靜電夾盤下方設置一基座以承載該靜電夾盤，該反應腔上方設有一氣體噴淋裝置，該氣體噴淋裝置與一氣體供應裝置相連，該氣體供應裝置中的反應氣體經過該氣體噴淋裝置進入該反應腔，該等離子處理器中的一待加熱部件通過如請求項1-10任意一項所述的加熱器進行溫度控制，使得該待加熱部件達到一目標溫度。
14. 如請求項13所述的等離子處理器，其中，該待加熱部件為該氣體噴淋裝置；和/或，該待加熱部件為該靜電夾盤和/或該基座。
15. 如請求項13或14所述的等離子處理器，其中，該氣體噴淋裝置包含一安裝基板和一氣體噴淋頭，該氣體噴淋頭連接在該安裝基板下方，該安裝基板內側設有一氣體緩衝部件，該加熱器設置在該氣體緩衝部件的外側壁與該安裝基板的內側壁之間；和/或，該加熱器設置在該基座和該靜電夾盤之間。

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