[發明專利]等離子設備及其控制方法

有效

• 申請號: 201310145960.2
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN104124184B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 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: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67;H01J37/32
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司11274
• 代理人: 申健

技術領域

本發明涉及等離子技術領域，尤其涉及一種等離子設備及其控制方法。

背景技術

等離子刻蝕是干法刻蝕中最常見的一種形式，其原理是暴露在電子區域的氣體形成等離子體，由此產生的電離氣體和釋放高能電子組成的氣體，從而形成了等離子或離子，電離氣體原子通過電場加速時，會釋放足夠的力量與表面驅逐力緊緊粘合材料或蝕刻表面。

等離子刻蝕工藝對溫度非常敏感，等離子體反應室精確的溫度控制對刻蝕工藝結果起到至關重要的作用，直接影響刻蝕速率的均勻性和特征尺寸(CD，Critical dimension)的均勻性，而且保持合適的溫度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，從而有效延長預防性維護的周期。

目前，如圖1所示，等離子反應室通常采用對等離子反應室2側壁及靜電卡盤4進行精確溫度控制。襯底3通過靜電引力固定在靜電卡盤4正上方，靜電卡盤4外接溫度控制模塊(圖中未顯示)，溫度控制模塊中的冷卻液通過進口6流入靜電卡盤4內部，在靜電卡盤4內部進行熱量交換后，從出口7返回溫度控制模塊，從而實現對襯底3的精確溫度控制，反應室2側壁通過加熱器5、熱電偶和過溫開關的組合形成對反應室2側壁的溫度控制。但是反應室上方的耦合窗1一般沒有單獨的溫度控制，在刻蝕工藝開始時，耦合窗1的溫度會低于腔室以及靜電卡盤4的溫度，為了得到滿意的工藝結果，在實際工藝過程中，通過增加預熱等離子體啟輝的工藝過程來實現耦合窗1溫度的升高，但這種加熱方式極不穩定，且控溫不準確；而且，因增加預熱等離子體啟輝的步驟，必然延長單片工藝的時間，從而降低設備的產出率；此外，在進行大批量生產過程中，等離子體啟輝會使得耦合窗1溫度上升，由于熱量的累積效應會使得耦合窗1的溫度高于腔室溫度，無法精確控制等離子體反應室的溫度。

在申請號為CN200810118767.9的專利申請文件中，公開了一種耦合窗1的溫度控制方法，該方法通過在耦合窗1圓周方向包裹圖2所示的加熱帶來實現加熱，同時通過在耦合窗1上部增加熱電偶對耦合窗1的溫度進行監控。但發明人發現：在圓周方向給耦合窗1加熱，而耦合窗是熱的不良導體，這種圓周方向的加熱方式會在耦合窗1的徑向形成較大溫度梯度，中心區域升溫較慢，整個耦合窗1的盤面溫度梯度較大(當加熱帶的溫度控制到120度時中心區域的溫度只有109度，溫度梯度達到11度)，不利于精確控溫，無法滿足工藝對于溫控均勻性的要求，同時溫度梯度大也會影響耦合窗1的使用壽命。

發明內容

本發明提供一種等離子設備及其控制方法，可實現耦合窗均勻加熱的問題，從而減少等離子反應室初始化穩定時間，提高連續工藝過程的穩定性及設備的產出率。

為解決上述技術問題，本發明的實施例采用如下技術方案：

一種等離子設備，包括：等離子反應室；所述等離子反應室包括：耦合窗；還包括：用于對所述耦合窗進行溫度控制的溫控裝置，所述溫控裝置包括：

主加熱器，設置在所述耦合窗的邊緣，用于從所述耦合窗的邊緣對所述耦合窗進行加熱；

輔助加熱器，設置在所述耦合窗外表面的中心區域，用于對所述耦合窗的中心區域進行加熱；

第一測溫單元，設置于所述耦合窗的邊緣，用于測量所述耦合窗邊緣的溫度；

第二測溫單元，設置于所述耦合窗的中心區域，用于測量所述耦合窗中心區域的溫度；

溫控器，用于根據所述第一測溫單元及所述第二測溫單元反饋的測量值，控制所述主加熱器和所述輔助加熱器，以使所述耦合窗的溫度維持在預設值。

可選地，所述第二測溫單元集成在所述輔助加熱器內。

進一步地，所述等離子設備還包括：提升裝置和內置有射頻源的線圈盒；

所述線圈盒設置在所述耦合窗之上；

所述提升裝置包括：提升柄，所述提升柄的末端穿過所述線圈盒的上壁延伸至所述線圈盒內，所述輔助加熱器及所述第二測溫單元設置在所述提升柄的末端，所述提升柄的提升高度使得所述提升柄提升后所述輔助加熱器及所述第二測溫單元被提升至所述線圈盒上壁，或者，

所述線圈盒的上壁設置有過孔，所述提升柄的提升高度使得所述提升柄提升后，所述輔助加熱器及所述第二測溫單元經所述過孔被提升至所述線圈盒的外部。

優選地，所述線圈盒的上壁設置有容納所述輔助加熱器及所述第二測溫單元的凹槽，

所述提升柄的提升高度使得所述提升柄提升后，所述輔助加熱器及所述第二測溫單元恰位于所述線圈盒上壁的所述凹槽內。