等離子體反應(yīng)室及具有其的等離子體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種等離子體反應(yīng)室。所述等離子體反應(yīng)室包括：腔體，所述腔體內(nèi)具有腔室；靜電卡盤，所述靜電卡盤設(shè)在所述腔體內(nèi)用于承載襯底；加熱器，所述加熱器設(shè)在所述腔體上用于加熱所述腔體；和介質(zhì)窗，所述介質(zhì)窗設(shè)在所述腔體的上端用于封閉所述腔室的頂部開口，所述介質(zhì)窗內(nèi)設(shè)有加熱流體通道。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的等離子體反應(yīng)室，通過設(shè)置加熱流體通道且在通道內(nèi)通入加熱液與介質(zhì)窗進(jìn)行熱量交換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)窗的快速、均勻升溫，大大提高了等離子體反應(yīng)室的刻蝕效率和刻蝕效果。本發(fā)明還公開了一種等離子體裝置。
【專利說明】等離子體反應(yīng)室及具有其的等離子體裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種等離子體反應(yīng)室及具有其的等離子體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體裝置廣泛地應(yīng)用于集成電路(IC)或MEMS器件的制造工藝中。其中一個(gè)顯著的用途就是電感稱合等離子體(Inductive Coupled Plasma, ICP)裝置。等離子體中含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子和自由基等活性粒子，這些活性粒子和襯底相互作用使材料表面發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)，從而改變材料表面的性能。
[0003]在刻蝕工藝過程中，必須嚴(yán)格控制等離子體反應(yīng)室的溫度，因?yàn)榭涛g工藝效果對(duì)等離子體反應(yīng)室內(nèi)的溫度波動(dòng)高度敏感，直接影響刻蝕速率的均勻性，而且控制反應(yīng)室內(nèi)的溫度處在合適的范圍還可以減少反應(yīng)室側(cè)壁的顆粒沉積，促使揮發(fā)性的殘留物及時(shí)排出反應(yīng)室，可以有效延長(zhǎng)預(yù)防性維護(hù)的周期。
[0004]現(xiàn)有的一種等離子體反應(yīng)室，通過在側(cè)壁上設(shè)置加熱器、熱電偶和過溫開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)室腔體的溫度控制，反應(yīng)室內(nèi)的靜電卡盤通過溫度控制模塊控溫，但是位于反應(yīng)室頂部的介質(zhì)窗沒有單獨(dú)的溫度控制系統(tǒng)，而刻蝕工藝的效果對(duì)介質(zhì)窗的溫度又有明顯要求，因此一般可通過增加等離子體啟輝過程來實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)窗的溫度控制。但是，上述等離子體反應(yīng)室存在以下缺點(diǎn):1)起到耦合作用的石英窗沒有單獨(dú)的溫度控制，石英窗的溫度只能通過等離子體啟輝的間斷加熱得到，這種加熱方式很不穩(wěn)定，且在工藝過程中必須加入等離子體啟輝的步驟，否則無法得到穩(wěn)定的工藝結(jié)果；2)增加等離子體啟輝的步驟，必然延長(zhǎng)單片工藝的時(shí)間，從而大大降低了整個(gè)設(shè)備的產(chǎn)出率；3)石英窗沒有獨(dú)立的溫度傳感器，很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溫度控制；4)等離子體沒有啟輝時(shí)，石英窗溫度必將下降，揮發(fā)性的殘留物將與低溫的石英窗接觸并產(chǎn)生大量聚合物且無法排出，這會(huì)導(dǎo)致石英窗的壽命降低。
[0005]中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN101656194A公開了一種等離子體腔室及其溫度控制方法，通過設(shè)置加熱帶實(shí)現(xiàn)介質(zhì)窗的溫度控制。但是，上述等離子體腔室具有下面兩個(gè)缺點(diǎn):1)力口熱方式都是在圓周方向給石英窗加熱，由于石英是熱的不良導(dǎo)體，這種圓周方向的加熱會(huì)給石英窗的徑向造成溫差，影響石英窗的使用壽命，更重要的是，這種加熱方式要想實(shí)現(xiàn)石英窗整體溫度均勻需要很長(zhǎng)的時(shí)間，導(dǎo)致生產(chǎn)效率偏低；2)由于石英窗在徑向上存在溫差，那么熱電偶安裝的位置就影響溫度控住后整個(gè)石英窗的實(shí)際溫度，且石英窗在工藝過程中要受到等離子體的轟擊而慢慢變薄，這樣在安裝熱電偶的位置首先會(huì)破真空，從而大大降低了石英窗的使用壽命，增加使用成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。
[0007]為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種等離子體反應(yīng)室，所述等離子體反應(yīng)室能夠?qū)崿F(xiàn)介質(zhì)窗的快速、均勻升溫。[0008]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種等離子體裝置。
[0009]根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例的等離子體反應(yīng)室，包括:腔體，所述腔體內(nèi)具有腔室；靜電卡盤，所述靜電卡盤設(shè)在所述腔體內(nèi)用于承載襯底；加熱器，所述加熱器設(shè)在所述腔體上用于加熱所述腔體；和介質(zhì)窗，所述介質(zhì)窗設(shè)在所述腔體的上端用于封閉所述腔室的頂部開口，所述介質(zhì)窗內(nèi)設(shè)有加熱流體通道。
[0010]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的等離子體反應(yīng)室，通過在介質(zhì)窗內(nèi)設(shè)置供加熱液流動(dòng)的加熱流體通道，在等離子體反應(yīng)室進(jìn)行刻蝕工藝前，可向加熱流體通道內(nèi)通入加熱液與介質(zhì)窗進(jìn)行熱量交換，從而使介質(zhì)窗的溫度迅速、均勻地升高到適合刻蝕工藝的溫度，減小工藝開始前的加熱時(shí)間，從而縮短單片刻蝕的時(shí)間，提高刻蝕效率，且在刻蝕工藝過程中，通過控制加熱液的流量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)窗溫度的控制，即維持介質(zhì)窗的溫度處在合適的范圍內(nèi)，保證刻蝕工藝的連續(xù)性，不會(huì)由于介質(zhì)窗的溫度下降過快而造成刻蝕工藝的間斷，從而一方面提高了刻蝕效果，另一方面還提高了刻蝕效率。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述加熱流體通道均勻地分布在所述介質(zhì)窗內(nèi)。由此，在等離子體反應(yīng)室進(jìn)行刻蝕工藝前，加熱液可將介質(zhì)窗迅速加熱至合適的工藝溫度，縮短單片的刻蝕時(shí)間，且在刻蝕工藝過程中能夠更好地維持介質(zhì)窗的溫度，保證刻蝕工藝的連續(xù)性，從而提高刻蝕效率。
[0012]可選地，所述加熱流體通道為渦旋狀。
[0013]可選地，所述加熱流體通道形成為以所述介質(zhì)窗的中心為圓心的多個(gè)同心環(huán)形狀。
[0014]進(jìn)一步可選地，相鄰的所述同心環(huán)之間的間距相等。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述加熱流體通道的進(jìn)口和出口設(shè)在所述介質(zhì)窗的上表面或側(cè)壁上。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述加熱流體通道的進(jìn)口處連接有進(jìn)液管且所述加熱流體通道的出口處連接有出液管。由此，方便加熱液進(jìn)入和流出介質(zhì)窗。
[0017]有利地，在所述介質(zhì)窗上方設(shè)有紅外測(cè)溫裝置。通過采用非接觸式的紅外測(cè)溫裝置對(duì)介質(zhì)窗進(jìn)行測(cè)溫，大大延長(zhǎng)了介質(zhì)窗的使用壽命，從而降低使用成本。
[0018]具體地，所述介質(zhì)窗為石英窗。
[0019]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的等離子體反應(yīng)室，可實(shí)現(xiàn)介質(zhì)窗的快速、均勻升溫，從而提高刻蝕工藝的刻蝕效果和刻蝕效率，同時(shí)通過設(shè)置非接觸式的紅外測(cè)溫裝置，還可大大延長(zhǎng)介質(zhì)窗的使用壽命，降低成本。
[0020]根據(jù)本發(fā)明第二方面實(shí)施例的等離子體裝置，包括根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例中描述的等離子體反應(yīng)室。
[0021]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的等離子體反應(yīng)室的結(jié)構(gòu)示意圖；和[0024]圖2是圖1所示等離子體反應(yīng)室的介質(zhì)窗的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0026]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0027]此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確的限定。
[0028]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0029]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0030]下面參考圖1-圖2描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的等離子體反應(yīng)室100。
[0031]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的等離子體反應(yīng)室100，包括腔體1、靜電卡盤2、加熱器3和介質(zhì)窗4。
[0032]腔體I內(nèi)具有腔室11，如圖1所示，腔室11的上部和下部分別敞開。靜電卡盤2設(shè)在腔體I內(nèi)用于承載襯底21，具體而言，靜電卡盤2設(shè)在腔室11的下方且封閉腔室11的底部開口，其中襯底21通過靜電引力固定在靜電卡盤2的正上方。
[0033]加熱器3設(shè)在腔體I上用于加熱腔體I?？梢岳斫?，加熱器3可按照現(xiàn)有技術(shù)中的布置方式設(shè)在腔體I的側(cè)壁上用于加熱腔體1，并通過與已知的熱電偶測(cè)溫裝置和過溫開關(guān)配合控制腔體I的溫度。
[0034]如圖2所示，介質(zhì)窗4設(shè)在腔體I的上端用于封閉腔室11的頂部開口，介質(zhì)窗4內(nèi)設(shè)有加熱流體通道43。具體地，介質(zhì)窗4可以是石英窗，在石英介質(zhì)窗內(nèi)分布有加熱流體通道43，這樣在對(duì)石英介質(zhì)窗加熱的過程中，可以通過向加熱流體通道43內(nèi)通入加熱液，加熱液流入加熱流體通道43后會(huì)與介質(zhì)窗4進(jìn)行熱量交換，從而使石英介質(zhì)窗的溫度快速、均勻地上升，當(dāng)介質(zhì)窗4的溫度升高到適合刻蝕工藝的預(yù)定溫度后，可通過控制加熱液的流量來維持介質(zhì)窗4的溫度，即通過控制加熱液在加熱流體通道43內(nèi)與介質(zhì)窗4的熱交換量實(shí)現(xiàn)石英介質(zhì)窗溫度的控制，從而保持介質(zhì)窗4的溫度在整個(gè)刻蝕工藝過程中均處在合適的工藝溫度范圍內(nèi)，進(jìn)而提高等離子體反應(yīng)室100內(nèi)刻蝕工藝的刻蝕效果。其中優(yōu)選地，加熱液可以為水，水在加熱流體通道43內(nèi)流動(dòng)不會(huì)影響石英介質(zhì)窗的耦合能力。
[0035]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的等離子體反應(yīng)室100，通過在介質(zhì)窗4內(nèi)設(shè)置供加熱液流動(dòng)的加熱流體通道43，在等離子體反應(yīng)室100進(jìn)行刻蝕工藝前，可向加熱流體通道43內(nèi)通入加熱液與介質(zhì)窗4進(jìn)行熱量交換，從而使介質(zhì)窗4的溫度迅速、均勻地升高到適合刻蝕工藝的溫度，減小工藝開始前的加熱時(shí)間，從而縮短單片刻蝕的時(shí)間，提高刻蝕效率，且在刻蝕工藝過程中，通過控制加熱液的流量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)窗4溫度的控制，即維持介質(zhì)窗4的溫度處在合適的范圍內(nèi)，保證刻蝕工藝的連續(xù)性，不會(huì)由于介質(zhì)窗4的溫度下降過快而造成刻蝕工藝的間斷，從而一方面提高了刻蝕效果，另一方面還提高了刻蝕效率。
[0036]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，為進(jìn)一步提高介質(zhì)窗4的升溫速度以及介質(zhì)窗4溫度的均勻性，加熱流體通道43可均勻地分布在介質(zhì)窗4內(nèi)。例如，加熱流體通道呈渦旋狀分布在介質(zhì)窗4內(nèi)(圖未示出)。當(dāng)然，本發(fā)明并不限于此，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，如圖2所示，加熱流體通道43可形成為以介質(zhì)窗4的中心為圓心的多個(gè)同心環(huán)形狀，其中可選地，相鄰的所述同心環(huán)之間的間距相等?？梢岳斫獾氖牵訜崃黧w通道43的布置形式可有多種形式，即只要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)介質(zhì)窗4的快速、均勻升溫即可。
[0037]由此，在等離子體反應(yīng)室100進(jìn)行刻蝕工藝前，加熱液可將介質(zhì)窗4迅速加熱至合適的工藝溫度，縮短單片的刻蝕時(shí)間，且在刻蝕工藝過程中能夠更好地維持介質(zhì)窗4的溫度，保證刻蝕工藝的連續(xù)性，從而提高刻蝕效率。
[0038]進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)具體示例中，如圖1所示，加熱流體通道43的進(jìn)口和出口可設(shè)在介質(zhì)窗4的上表面。當(dāng)然，加熱流體通道43的進(jìn)口和出口也可設(shè)在介質(zhì)窗4的側(cè)壁上，或者一個(gè)設(shè)在介質(zhì)窗4的上表面、另一個(gè)設(shè)在介質(zhì)窗4的側(cè)壁上，其具體設(shè)置方式可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況來靈活設(shè)置，例如可根據(jù)加熱流體通道43在介質(zhì)窗4內(nèi)的布置方式來設(shè)置，從而更好地適應(yīng)不同工藝情況。為方便加熱液從加熱流體通道43的進(jìn)口流入以及從出口流出，在加熱流體通道43的進(jìn)口處可連接有進(jìn)液管41且在加熱流體通道43的出口處可連接有出液管42。
[0039]在通過加熱液對(duì)介質(zhì)窗4加熱的過程中，需要實(shí)時(shí)對(duì)介質(zhì)窗4的溫度進(jìn)行測(cè)量以獲取介質(zhì)窗4的溫度信息，從而方便通過控制加熱液的流量來控制介質(zhì)窗4的溫度，防止介質(zhì)窗4溫度過高或過低，影響刻蝕效果。測(cè)量介質(zhì)窗4溫度的方式有多種，優(yōu)選地，如圖1所示，可在介質(zhì)窗4的上方設(shè)置紅外測(cè)溫裝置5。
[0040]采用紅外測(cè)溫裝置5對(duì)介質(zhì)窗4進(jìn)行測(cè)溫的好處在于紅外測(cè)溫裝置5不與介質(zhì)窗4直接接觸，由此不會(huì)影響介質(zhì)窗4的使用壽命，即相當(dāng)于延長(zhǎng)了介質(zhì)窗4的使用周期，從而降低使用成本。
[0041 ] 當(dāng)然，本發(fā)明并不限于此，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，也可采用接觸式測(cè)溫方式對(duì)介質(zhì)窗4進(jìn)行測(cè)溫。
[0042]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的等離子體反應(yīng)室100，可實(shí)現(xiàn)介質(zhì)窗4的快速、均勻升溫，從而提高刻蝕工藝的刻蝕效果和刻蝕效率，同時(shí)通過設(shè)置非接觸式的紅外測(cè)溫裝置5，還可大大延長(zhǎng)介質(zhì)窗4的使用壽命,降低成本。
[0043]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的等離子體裝置，包括根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例中描述的等離子體反應(yīng)室100。
[0044]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的等離子體裝置的其它構(gòu)成及工作原理等已為現(xiàn)有技術(shù)并為本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員所熟知，這里不再詳細(xì)描述。
[0045]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示意性實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0046]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種等離子體反應(yīng)室，其特征在于，包括: 腔體，所述腔體內(nèi)具有腔室； 靜電卡盤，所述靜電卡盤設(shè)在所述腔體內(nèi)用于承載襯底； 加熱器，所述加熱器設(shè)在所述腔體上用于加熱所述腔體；和 介質(zhì)窗，所述介質(zhì)窗設(shè)在所述腔體的上端用于封閉所述腔室的頂部開口，所述介質(zhì)窗內(nèi)設(shè)有加熱流體通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體反應(yīng)室，其特征在于，所述加熱流體通道均勻地分布在所述介質(zhì)窗內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體反應(yīng)室，其特征在于，所述加熱流體通道為渦旋狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體反應(yīng)室，其特征在于，所述加熱流體通道形成為以所述介質(zhì)窗的中心為圓心的多個(gè)同心環(huán)形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體反應(yīng)室，其特征在于，相鄰的所述同心環(huán)之間的間距相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體反應(yīng)室，其特征在于，所述加熱流體通道的進(jìn)口和出口設(shè)在所述介質(zhì)窗的上表面或側(cè)壁上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體反應(yīng)室，其特征在于，所述加熱流體通道的進(jìn)口處連接有進(jìn)液管且所述加熱流體通道的出口處連接有出液管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的等離子體反應(yīng)室，其特征在于，在所述介質(zhì)窗上方設(shè)有紅外測(cè)溫裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體反應(yīng)室，其特征在于，所述介質(zhì)窗為石英窗。
10.一種等離子體裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的等離子體反應(yīng)室。
【文檔編號(hào)】H01L21/67GK103515179SQ201210220530
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】武小娟 申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司