耦合窗的加熱裝置及應(yīng)用其的反應(yīng)腔室的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種耦合窗的加熱裝置及應(yīng)用該加熱裝置的反應(yīng)腔室。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體刻蝕工藝中，需要嚴(yán)格控制反應(yīng)腔室的大量參數(shù)，以保證高質(zhì)量的工藝結(jié)果。針對(duì)等離子體刻蝕工藝，尤其需要對(duì)反應(yīng)腔室的溫度進(jìn)行精確控制，這是因?yàn)榭涛g工藝結(jié)果對(duì)等離子體處理系統(tǒng)中的溫度波動(dòng)高度敏感，溫度的精確度直接影響刻蝕速率的均勻性以及工藝的穩(wěn)定性。
[0003]在典型的等離子體反應(yīng)腔室中，僅能夠?qū)η皇覀?cè)壁和靜電卡盤的溫度進(jìn)行精確控制，而無法單獨(dú)控制位于腔室頂部的耦合窗的溫度，這使得在刻蝕工藝開始時(shí)，耦合窗的溫度會(huì)低于腔室和靜電卡盤的溫度，從而影響工藝結(jié)果。為此，通常在進(jìn)行刻蝕工藝之前，增設(shè)預(yù)熱等離子體啟輝的步驟，以使耦合窗的溫度升高。但是，這種方式不僅穩(wěn)定性差、控溫的精確度低，而且還會(huì)延長(zhǎng)單片工藝的時(shí)間，從而降低設(shè)備的產(chǎn)出率。此外，在利用等離子體反應(yīng)腔室進(jìn)行大批量生產(chǎn)的過程中，正常等離子體啟輝還會(huì)導(dǎo)致耦合窗的溫度因熱量的累積效應(yīng)而高于腔室溫度，從而不利于工藝結(jié)果。
[0004]為此，如圖1所示，為現(xiàn)有的一種反應(yīng)腔室的剖視圖。反應(yīng)腔室11包括設(shè)置在腔室頂部的耦合窗12 (通常采用石英材料制作)，設(shè)置在耦合窗12上方且與射頻電源電連接的射頻線圈13以及設(shè)置在腔室內(nèi)的靜電卡盤14。其中，在耦合窗12上設(shè)置有一個(gè)環(huán)繞在其外周壁上的加熱帶15，用于對(duì)耦合窗12的加熱；并且，在耦合窗12上設(shè)置有熱電偶(圖中未示出)，用于實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控耦合窗12的溫度。然而，由于石英材料是熱的不良導(dǎo)體，而由加熱帶15產(chǎn)生的熱量需要自耦合窗12的外周向其內(nèi)部的方式傳導(dǎo)，這使得在耦合窗12的徑向上產(chǎn)生較大的溫度梯度，從而不僅無法滿足工藝對(duì)溫控均勻性的要求，而且還會(huì)影響石英蓋的使用壽命。
[0005]因此，目前亟需一種能夠在不影響等離子體正常啟輝的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)耦合窗均勻加熱的裝置。

【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，提出了一種耦合窗的加熱裝置及應(yīng)用其的反應(yīng)腔室，其不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)耦合窗的均勻加熱，而且還可以保證等離子體的正常啟輝。
[0007]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種溫度控制裝置，其包括邊緣加熱單元和中心加熱單元，二者分別對(duì)應(yīng)于所述耦合窗的邊緣區(qū)域和中心區(qū)域進(jìn)行加熱，所述中心加熱單元包括:環(huán)形護(hù)板，其設(shè)置在所述耦合窗的外圍，且圍繞形成一空氣循環(huán)空間；加熱罩，其設(shè)置在所述耦合窗的上表面上，且與該上表面的中心區(qū)域形成一加熱空間，并且在所述加熱罩上設(shè)置有出氣孔，用以將所述加熱空間與所述空氣循環(huán)空間連通；空氣循環(huán)機(jī)構(gòu)，其用于抽取和加熱所述空氣循環(huán)空間內(nèi)的空氣，并將加熱后的空氣輸送至所述加熱空間內(nèi)。
[0008]其中，所述空氣循環(huán)機(jī)構(gòu)包括風(fēng)道、風(fēng)扇和加熱器，其中，所述風(fēng)道包括分別位于所述環(huán)形護(hù)板的外側(cè)和內(nèi)側(cè)的外風(fēng)道段和內(nèi)風(fēng)道段，其中，所述外風(fēng)道段具有第一入風(fēng)口和第一出風(fēng)口，二者均與所述空氣循環(huán)空間相連通；所述內(nèi)風(fēng)道段具有第二入風(fēng)口和第二出風(fēng)口，所述第二入風(fēng)口與所述第一出風(fēng)口相連通；所述第二出風(fēng)口與所述加熱空間相連通；所述風(fēng)扇設(shè)置在所述第一入風(fēng)口處，用于將所述空氣循環(huán)空間內(nèi)的空氣吸入所述外風(fēng)道段內(nèi)；所述加熱器設(shè)置在所述第一出風(fēng)口處，用于對(duì)流經(jīng)的空氣進(jìn)行加熱。
[0009]優(yōu)選的，所述風(fēng)扇和加熱器均位于所述環(huán)形護(hù)板的外側(cè)。
[0010]優(yōu)選的，所述風(fēng)道的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)，且多個(gè)風(fēng)道沿所述耦合窗上表面的周向均勻分布；所述風(fēng)扇和加熱器各自的數(shù)量與所述風(fēng)道的數(shù)量相對(duì)應(yīng)，且所述風(fēng)扇一一對(duì)應(yīng)地設(shè)置在所述第一入風(fēng)口處；所述加熱器一一對(duì)應(yīng)地設(shè)置在所述第一出風(fēng)口處。
[0011]優(yōu)選的，所述出氣孔的數(shù)量為多個(gè)，且被劃分為多組出氣孔組，并且所述出氣孔組的組數(shù)與所述風(fēng)扇的數(shù)量相對(duì)應(yīng)，且所述出氣孔組一一對(duì)應(yīng)地設(shè)置在與所述風(fēng)扇相對(duì)的位置處。
[0012]優(yōu)選的，所述加熱裝置還包括邊緣溫度檢測(cè)單元、中心溫度檢測(cè)單元、邊緣溫度調(diào)節(jié)單元、中心溫度調(diào)節(jié)單元和溫控單元，其中所述邊緣溫度檢測(cè)單元和中心溫度檢測(cè)單元用于分別檢測(cè)所述耦合窗的邊緣區(qū)域?qū)嶋H溫度和中心區(qū)域?qū)嶋H溫度，并發(fā)送至所述溫控單元；所述溫控單元用于計(jì)算所述邊緣區(qū)域?qū)嶋H溫度與預(yù)設(shè)的邊緣區(qū)域目標(biāo)溫度的差值，并根據(jù)該差值向所述邊緣溫度調(diào)節(jié)單元發(fā)送控制信號(hào)；以及，計(jì)算所述中心區(qū)域?qū)嶋H溫度與預(yù)設(shè)的中心區(qū)域目標(biāo)溫度的差值，并根據(jù)該差值向所述中心溫度調(diào)節(jié)單元發(fā)送控制信號(hào)；所述邊緣溫度調(diào)節(jié)單元用于根據(jù)所述控制信號(hào)調(diào)節(jié)所述邊緣加熱單元的加熱溫度，或者，開啟或關(guān)閉所述邊緣加熱單元；所述中心溫度調(diào)節(jié)單元用于根據(jù)所述控制信號(hào)調(diào)節(jié)所述空氣循環(huán)機(jī)構(gòu)的加熱溫度，或者，開啟或關(guān)閉所述空氣循環(huán)機(jī)構(gòu)。
[0013]其中，所述邊緣加熱單元包括加熱帶，所述加熱帶環(huán)繞設(shè)置在所述耦合窗的外周壁上，用以采用熱傳導(dǎo)的方式加熱所述耦合窗。
[0014]其中，所述邊緣加熱單元包括薄片狀的加熱環(huán)，所述加熱環(huán)設(shè)置在所述耦合窗的上表面的邊緣區(qū)域，用以采用熱傳導(dǎo)的方式加熱所述耦合窗。
[0015]優(yōu)選的，在所述風(fēng)道內(nèi)，且分別位于所述第一入風(fēng)口和第二出風(fēng)口處設(shè)置有屏蔽網(wǎng)，用以防止射頻泄漏。
[0016]優(yōu)選的，所述耦合窗所采用的材料包括陶瓷。
[0017]作為另一個(gè)技術(shù)方案，本發(fā)明還提供一種反應(yīng)腔室，包括設(shè)置在其頂部的耦合窗，以及用于加熱所述耦合窗的加熱裝置，所述加熱裝置采用了本發(fā)明提供的上述耦合窗的加熱裝置。
[0018]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0019]本發(fā)明提供的耦合窗的加熱裝置，其通過借助邊緣加熱單元和中心加熱單元分別對(duì)應(yīng)于耦合窗的邊緣區(qū)域和中心區(qū)域進(jìn)行加熱，可以對(duì)耦合窗徑向上存在的溫度梯度進(jìn)行補(bǔ)償，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)耦合窗的均勻加熱。同時(shí)，該中心加熱單元通過借助環(huán)形護(hù)板、加熱罩和空氣循環(huán)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)采用氣體加熱的方式對(duì)耦合窗的中心區(qū)域進(jìn)行加熱，這種加熱方式不會(huì)影響耦合窗的耦合作用，從而可以保證等離子體的正常啟輝。
[0020]本發(fā)明提供的反應(yīng)腔室，其通過采用本發(fā)明提供的上述加熱裝置，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)耦合窗的均勻加熱，而且還可以保證等離子體的正常啟輝。
【附圖說明】
[0021]圖1為現(xiàn)有的一種反應(yīng)腔室的剖視圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的耦合窗的加熱裝置的立體圖；
[0023]圖3A為本發(fā)明實(shí)施例提供的耦合窗的加熱裝置的俯視圖；
[0024]圖3B為沿圖3A中A-A線的剖視圖；以及
[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的耦合窗的加熱裝置的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖來對(duì)本發(fā)明提供的耦合窗的加熱裝置及應(yīng)用其的反應(yīng)腔室進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0027]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的耦合窗的加熱裝置的立體圖。圖3A為本發(fā)明實(shí)施例提供的耦合窗的加熱裝置的俯視圖。圖3B為沿圖3A中A-A線的剖視圖。請(qǐng)一并參閱圖2、圖3A和圖3B，本發(fā)明實(shí)施例提供的耦合窗的加熱裝置，其包括邊緣加熱單元71和中心加熱單元，二者分別對(duì)應(yīng)于耦合窗38的邊緣區(qū)域和中心區(qū)域進(jìn)行加熱。
[0028]在本實(shí)施例中，邊緣加熱單元71為加熱帶，該加熱帶環(huán)繞設(shè)置在耦合窗38的外周壁上，用以采用熱傳導(dǎo)的方式加熱耦合窗38。
[0029]在本實(shí)施例中，中心加熱單元包括環(huán)形護(hù)板31、加熱罩37和空氣循環(huán)機(jī)構(gòu)。其中，環(huán)形護(hù)板31設(shè)置在耦合窗38的外圍，且圍繞形成一空氣循環(huán)空間311 ;加熱罩37設(shè)置在耦合窗38的上表面上，且與該上表面的中心區(qū)域形成一加熱空間371，并且在加熱罩37上設(shè)置有出氣孔39，用以將加熱空間371與空氣循環(huán)空間311連通；空氣循環(huán)機(jī)構(gòu)用于抽取和加熱空氣循環(huán)空間311內(nèi)的空氣，并將加熱后的空氣輸送至加熱空間371內(nèi)。
[0030]在加熱過程中，空氣循環(huán)空間311內(nèi)的空氣被上述空氣循環(huán)機(jī)構(gòu)抽出并加熱；然后，加熱后的空氣又被該空氣循環(huán)機(jī)構(gòu)輸送至加熱空間371內(nèi)，并與稱合窗38上表面的中心區(qū)域(即，位于該加熱空間371內(nèi)的區(qū)域)進(jìn)行熱交換，從而使耦合窗38在該中心區(qū)域的溫度快速上升；加熱空間371內(nèi)的空氣會(huì)通過加熱罩37上的出氣孔39重新排入空氣循環(huán)空間311內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)氣體的循環(huán)流動(dòng)。
[0031]通過借助邊緣加熱單元71和中心加熱單元分別對(duì)應(yīng)于耦合窗38的邊緣區(qū)域和中心區(qū)域進(jìn)行加熱，可以對(duì)耦合窗38徑向上存在的溫度梯度進(jìn)行補(bǔ)償，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)耦合窗38的均勻加熱。同時(shí)，該中心加熱單元通過借助環(huán)形護(hù)板31、加熱罩37和空氣循環(huán)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)采用氣體加熱的方式對(duì)耦合窗38的中心區(qū)域進(jìn)行加熱，這種加熱方式不會(huì)影響耦合窗的耦合作用，從而可以保證等離子體的正常啟輝。
[0032]下面對(duì)本實(shí)施例中空氣循環(huán)機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)描述。具體地，該空氣循環(huán)機(jī)構(gòu)包括風(fēng)道、風(fēng)扇33和加熱器34。其中，風(fēng)道包括分別位于環(huán)形護(hù)板31的外側(cè)和內(nèi)側(cè)的外風(fēng)道段32和內(nèi)風(fēng)道段36，其中，外風(fēng)道段32具有第一入風(fēng)口(圖3A中上方的外風(fēng)道段32的右端)和第一出風(fēng)口(圖3A中上方的外風(fēng)道段32的左端),第一入風(fēng)口和第一出風(fēng)口均與空氣循環(huán)空間311相連通。內(nèi)風(fēng)道段36具有第二入風(fēng)口(圖3A中上方的內(nèi)風(fēng)道段36的上端)和第二出風(fēng)口(圖3A中上方的內(nèi)風(fēng)道段36的下端，且開口朝向紙面)，其中，第二入風(fēng)口與外風(fēng)道段32的第一出風(fēng)口相連通；第二出風(fēng)口與加熱空間371相連通。也就是說，外風(fēng)道段32的第一出風(fēng)口與內(nèi)風(fēng)道段36的第二入風(fēng)口相互對(duì)接，且外風(fēng)道段32的第一入風(fēng)口與空氣循環(huán)空間311相連通，內(nèi)風(fēng)道段36的第二出風(fēng)口與加熱空間3