[发明专利]一种等离子腔室及其温度控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及等离子技术领域，特别涉及一种等离子腔室及其温度控制方法。

背景技术

等离子加工设备广泛地应用于集成电路、微机电系统或太阳能电池板的制造工艺中。等离子中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和被加工的衬底相互作用，在衬底表面发生复杂的物理和化学反应，从而使衬底表面的结构和性能发生变化。例如常见的电感耦合等离子(Inductive Coupled Plasma，ICP)设备，在半导体制造方面能够完成多种工艺，如各向异性、等向性刻蚀和化学气相沉积(Chemical VaporDeposition，CVD)等。

为保持高质量的工艺结果，必须严格控制等离子加工设备中等离子腔室的温度、激发功率、偏置电压等各种参数。其中，等离子腔室的温度控制是影响工艺稳定性的重要因素，这一方面是由于等离子中活性粒子的离化率和能量等对腔室的温度十分敏感，另一方面，随着半导体衬底的尺寸越来越大，腔室的温度对等离子加工的均匀性也有重要影响。因此，一般等离子加工设备都设有各种温度控制装置以获得稳定、准确的等离子腔室温度。

图1为一种等离子加工设备的等离子腔室示意图。如图所示，等离子腔室包括：腔体32，腔体32底部的基片支承装置34，腔体32上方的介质窗31；等离子加工过程中，衬底33通过静电引力固定在基片支承装置34上方，在腔体32内通入工作气体并启动等离子激励源(图中未示出)，等离子产生于衬底33和介质窗31之间的腔室空间内。

上述等离子腔室的温度控制一般通过对基片支承装置34及腔体32的侧壁进行精确温度控制而实现。基片支承装置34连接等离子腔室外部的温度控制模块(图中未示出)，温度控制模块中的冷却液通过基片支承装置34底部的进口36流入基片支承装置34内部，与基片支承装置34进行热量交换，然后从出口37返回温度控制模块，温度控制模块根据设于腔体32内部的热电偶(图中未示出)的测温结果，通过调整冷却液的流量而改变冷却液与基片支承装置34的热交换量，从而实现对衬底33的精确温度控制。腔体32的侧壁内靠近腔体32底部的位置设有加热器35、热电偶(图中未示出)和过温开关(图中未示出)，其中，热电偶用于测量腔体32侧壁的温度，加热器35用于给腔体32的侧壁加热，过温开关用于控制温度不超过设定值，从而实现对腔体32侧壁的温度控制。

但是，腔体32上方的介质窗31没有单独的温度控制模块，在等离子加工过程中，工艺质量对介质窗31的温度相当敏感，为了得到满意的工艺结果往往要求介质窗31的温度高于腔体32内部的温度，在实际过程中，往往通过等离子预启辉的步骤来实现介质窗31温度的升高，也就是说，在加工衬底的等离子工艺之前，进行等离子预启辉，采用等离子自身的热效应对介质窗31加热，介质窗达到所需温度后，再进行加工衬底的等离子工艺。然而问题在于，这种控温方式依赖于等离子自身的能量，不仅稳定性较差而且没有对介质窗温度的监控，因此不易保证工艺结果的一致性和准确性。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种等离子腔室，能够单独控制介质窗的温度，保证等离子加工工艺的稳定性和准确性。

本发明解决的另一问题是提供一种等离子腔室的温度控制方法，能够单独的控制介质窗的温度，保证等离子加工工艺的稳定性和准确性。

为解决上述问题，本发明提供了一种等离子腔室，包括：下腔体，位于下腔体上面的上腔体，位于下腔体底部的基片支承装置和位于上腔体之中的控温模块；所述上腔体具有侧壁和覆盖于侧壁上的介质窗；所述下腔体、上腔体之间形成等离子腔室的内腔。

所述控温模块包括加热单元、测温单元和冷却单元；所述加热单元和冷却单元设置于所述上腔体的侧壁内，所述测温单元设置于介质窗的上表面或侧面；其中，加热单元用于对所述上腔体加热，测温单元用于测量所述介质窗的温度，冷却单元用于对所述上腔体冷却。

所述测温单元位于介质窗上表面直径200mm至直径350mm的环形区域内。

所述测温单元为抗射频干扰的热电偶或光纤测温装置。

所述加热单元为沿上腔体的周长方向环绕上腔体侧壁的加热带。

所述加热带环绕成直径为500mm至700mm的圆形。

所述加热单元为分布于上腔体的侧壁内的至少4个加热棒。

所述冷却单元为沿上腔体的周长方向环绕上腔体侧壁的冷却液通道。

所述加热单元和冷却单元集成为一个部件，该部件沿上腔体的周长方向环绕上腔体的侧壁。

相应的，本发明还提供了上述等离子腔室的温度控制方法，包括：