[發明專利]等離子體反應室及具有其的等離子體裝置

有效

• 申請號: 201210220530.8
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN103515179A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 武小娟
• 申請（專利權）人: 北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;H01L21/67
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋合成

技術領域

本發明涉及半導體設備制造技術領域，尤其是涉及一種等離子體反應室及具有其的等離子體裝置。

背景技術

等離子體裝置廣泛地應用于集成電路（IC）或MEMS器件的制造工藝中。其中一個顯著的用途就是電感耦合等離子體（Inductive?Coupled?Plasma，ICP）裝置。等離子體中含有大量的電子、離子、激發態的原子、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生物理和化學反應,從而改變材料表面的性能。

在刻蝕工藝過程中，必須嚴格控制等離子體反應室的溫度，因為刻蝕工藝效果對等離子體反應室內的溫度波動高度敏感，直接影響刻蝕速率的均勻性，而且控制反應室內的溫度處在合適的范圍還可以減少反應室側壁的顆粒沉積，促使揮發性的殘留物及時排出反應室，可以有效延長預防性維護的周期。

現有的一種等離子體反應室，通過在側壁上設置加熱器、熱電偶和過溫開關實現對反應室腔體的溫度控制，反應室內的靜電卡盤通過溫度控制模塊控溫，但是位于反應室頂部的介質窗沒有單獨的溫度控制系統，而刻蝕工藝的效果對介質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現對介質窗的溫度控制。但是，上述等離子體反應室存在以下缺點：1）起到耦合作用的石英窗沒有單獨的溫度控制，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，否則無法得到穩定的工藝結果；2）增加等離子體啟輝的步驟，必然延長單片工藝的時間，從而大大降低了整個設備的產出率；3）石英窗沒有獨立的溫度傳感器，很難實現自動溫度控制；4）等離子體沒有啟輝時，石英窗溫度必將下降，揮發性的殘留物將與低溫的石英窗接觸并產生大量聚合物且無法排出，這會導致石英窗的壽命降低。

中國發明專利申請CN101656194A公開了一種等離子體腔室及其溫度控制方法，通過設置加熱帶實現介質窗的溫度控制。但是，上述等離子體腔室具有下面兩個缺點：1）加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體，這種圓周方向的加熱會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現石英窗整體溫度均勻需要很長的時間，導致生產效率偏低；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石英窗的實際溫度，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。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種等離子體反應室，所述等離子體反應室能夠實現介質窗的快速、均勻升溫。

本發明的另一個目的在于提出一種等離子體裝置。

根據本發明第一方面實施例的等離子體反應室，包括：腔體，所述腔體內具有腔室；靜電卡盤，所述靜電卡盤設在所述腔體內用于承載襯底；加熱器，所述加熱器設在所述腔體上用于加熱所述腔體；和介質窗，所述介質窗設在所述腔體的上端用于封閉所述腔室的頂部開口，所述介質窗內設有加熱流體通道。

根據本發明實施例的等離子體反應室，通過在介質窗內設置供加熱液流動的加熱流體通道，在等離子體反應室進行刻蝕工藝前，可向加熱流體通道內通入加熱液與介質窗進行熱量交換，從而使介質窗的溫度迅速、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間，從而縮短單片刻蝕的時間，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，從而實現對介質窗溫度的控制，即維持介質窗的溫度處在合適的范圍內，保證刻蝕工藝的連續性，不會由于介質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。

在本發明的一個實施例中，所述加熱流體通道均勻地分布在所述介質窗內。由此，在等離子體反應室進行刻蝕工藝前，加熱液可將介質窗迅速加熱至合適的工藝溫度，縮短單片的刻蝕時間，且在刻蝕工藝過程中能夠更好地維持介質窗的溫度，保證刻蝕工藝的連續性，從而提高刻蝕效率。

可選地，所述加熱流體通道為渦旋狀。

可選地，所述加熱流體通道形成為以所述介質窗的中心為圓心的多個同心環形狀。

進一步可選地，相鄰的所述同心環之間的間距相等。

在本發明的一個實施例中，所述加熱流體通道的進口和出口設在所述介質窗的上表面或側壁上。

在本發明的一個實施例中，所述加熱流體通道的進口處連接有進液管且所述加熱流體通道的出口處連接有出液管。由此，方便加熱液進入和流出介質窗。