[发明专利]等离子体反应室及具有其的等离子体装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设备制造技术领域，尤其是涉及一种等离子体反应室及具有其的等离子体装置。

背景技术

等离子体装置广泛地应用于集成电路（IC）或MEMS器件的制造工艺中。其中一个显著的用途就是电感耦合等离子体（Inductive Coupled Plasma，ICP）装置。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和衬底相互作用使材料表面发生物理和化学反应,从而改变材料表面的性能。

在刻蚀工艺过程中，必须严格控制等离子体反应室的温度，因为刻蚀工艺效果对等离子体反应室内的温度波动高度敏感，直接影响刻蚀速率的均匀性，而且控制反应室内的温度处在合适的范围还可以减少反应室侧壁的颗粒沉积，促使挥发性的残留物及时排出反应室，可以有效延长预防性维护的周期。

现有的一种等离子体反应室，通过在侧壁上设置加热器、热电偶和过温开关实现对反应室腔体的温度控制，反应室内的静电卡盘通过温度控制模块控温，但是位于反应室顶部的介质窗没有单独的温度控制系统，而刻蚀工艺的效果对介质窗的温度又有明显要求，因此一般可通过增加等离子体启辉过程来实现对介质窗的温度控制。但是，上述等离子体反应室存在以下缺点：1）起到耦合作用的石英窗没有单独的温度控制，石英窗的温度只能通过等离子体启辉的间断加热得到，这种加热方式很不稳定，且在工艺过程中必须加入等离子体启辉的步骤，否则无法得到稳定的工艺结果；2）增加等离子体启辉的步骤，必然延长单片工艺的时间，从而大大降低了整个设备的产出率；3）石英窗没有独立的温度传感器，很难实现自动温度控制；4）等离子体没有启辉时，石英窗温度必将下降，挥发性的残留物将与低温的石英窗接触并产生大量聚合物且无法排出，这会导致石英窗的寿命降低。

中国发明专利申请CN101656194A公开了一种等离子体腔室及其温度控制方法，通过设置加热带实现介质窗的温度控制。但是，上述等离子体腔室具有下面两个缺点：1）加热方式都是在圆周方向给石英窗加热，由于石英是热的不良导体，这种圆周方向的加热会给石英窗的径向造成温差，影响石英窗的使用寿命，更重要的是，这种加热方式要想实现石英窗整体温度均匀需要很长的时间，导致生产效率偏低；2）由于石英窗在径向上存在温差，那么热电偶安装的位置就影响温度控住后整个石英窗的实际温度，且石英窗在工艺过程中要受到等离子体的轰击而慢慢变薄，这样在安装热电偶的位置首先会破真空，从而大大降低了石英窗的使用寿命，增加使用成本。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种等离子体反应室，所述等离子体反应室能够实现介质窗的快速、均匀升温。

本发明的另一个目的在于提出一种等离子体装置。

根据本发明第一方面实施例的等离子体反应室，包括：腔体，所述腔体内具有腔室；静电卡盘，所述静电卡盘设在所述腔体内用于承载衬底；加热器，所述加热器设在所述腔体上用于加热所述腔体；和介质窗，所述介质窗设在所述腔体的上端用于封闭所述腔室的顶部开口，所述介质窗内设有加热流体通道。

根据本发明实施例的等离子体反应室，通过在介质窗内设置供加热液流动的加热流体通道，在等离子体反应室进行刻蚀工艺前，可向加热流体通道内通入加热液与介质窗进行热量交换，从而使介质窗的温度迅速、均匀地升高到适合刻蚀工艺的温度，减小工艺开始前的加热时间，从而缩短单片刻蚀的时间，提高刻蚀效率，且在刻蚀工艺过程中，通过控制加热液的流量，从而实现对介质窗温度的控制，即维持介质窗的温度处在合适的范围内，保证刻蚀工艺的连续性，不会由于介质窗的温度下降过快而造成刻蚀工艺的间断，从而一方面提高了刻蚀效果，另一方面还提高了刻蚀效率。

在本发明的一个实施例中，所述加热流体通道均匀地分布在所述介质窗内。由此，在等离子体反应室进行刻蚀工艺前，加热液可将介质窗迅速加热至合适的工艺温度，缩短单片的刻蚀时间，且在刻蚀工艺过程中能够更好地维持介质窗的温度，保证刻蚀工艺的连续性，从而提高刻蚀效率。

可选地，所述加热流体通道为涡旋状。

可选地，所述加热流体通道形成为以所述介质窗的中心为圆心的多个同心环形状。

进一步可选地，相邻的所述同心环之间的间距相等。

在本发明的一个实施例中，所述加热流体通道的进口和出口设在所述介质窗的上表面或侧壁上。

在本发明的一个实施例中，所述加热流体通道的进口处连接有进液管且所述加热流体通道的出口处连接有出液管。由此，方便加热液进入和流出介质窗。