[发明专利]等离子体反应装置和石英窗加热方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设备制造技术领域，特别涉及一种等离子体反应装置和石英窗加热方法。

背景技术

在半导体刻蚀工艺的情况下，必须严格控制等离子体反应装置的大量参数以保持高质量的工艺结果，其中，温度是保证高质量工艺结果和反应室稳定性的重要参数。等离子体反应装置精确的温度控制对刻蚀工艺结果起到至关重要的作用，刻蚀工艺结果对等离子体反应装置中的温度波动高度敏感。精确控制等离子体反应装置中的温度可直接影响刻蚀速率的均匀性和关键尺寸(Critical Dimension，以下简称：CD)的均匀性，减少反应腔侧壁的颗粒沉积，促使挥发性的残留物及时排出反应腔，以及有效延长预防性维护(Preventive Maintenance，以下简称：PM)的周期。

图1为现有技术中等离子体反应装置的结构示意图，如图1所示，该等离子体反应装置包括：腔体1和承载装置2，腔体1包括腔体壁6和设置于腔体壁6上方的石英窗7，承载装置2位于腔体1的底部，承载装置2用于承载衬底8。腔体1内部形成有一内腔9，该内腔9由腔体壁6和石英窗7形成。腔体壁6和石英窗7之间相互配合密封，腔体壁6和承载装置2之间相互配合密封，从而使内腔9成为一封闭的空间。优选地，承载装置2可采用静电卡盘，衬底8通过静电引力固定于承载装置2上。在等离子体加工过程中，向腔体1内部的内腔9中通入反应气体，射频电源(图中未示出)使该反应气体电离形成等离子体，形成的等离子体位于衬底8上方的内腔9中。上述等离子体反应装置温度的控制通常通过对承载装置2和腔体壁6进行精确温度控制而实现。腔体壁6内可设置有加热器10、热电偶(图中未示出)和过温开关(图中未示出)，加热器10用于对腔体壁6进行加热，热电偶用于测量腔体壁6的温度，过温开关用于控制腔体壁6的温度使其不超过设定值，从而实现对腔体壁6的温度的控制。承载装置2与腔体1外部的温度控制模块(图中未示出)连接，温度控制模块中冷却液通过设置于承载装置2底部的入口11流入承载装置2内部，冷却液与承载装置2进行热量交换后从出口12返回至温度控制模块，温度控制模块通过调整冷却液的流量改变冷却液与承载装置2的热交换量，从而实现了对承载装置2的温度控制。石英窗7没有单独的加热装置，在等离子体加工过程中工艺质量对石英窗7的温度相当敏感，为了得到满意的工艺结果，通常在刻蚀工艺开始前增加预热等离子体启辉的步骤，通过预热等离子体启辉的步骤使石英窗7的温度升高，具体地，在进行加工衬底的等离子体工艺之前，首先进行预热等离子体启辉的步骤，采用等离子体自身的热效应对石英窗7进行加热，当石英窗7的温度达到所需温度时，再执行加工衬底的等离子体工艺。

但是，现有技术中对石英窗7进行加热的方案存在如下问题：

1、由于预热等离子启辉的加热方式依赖于等离子体自身的热效应，稳定性较差，从而无法保证工艺结果的稳定性。

2、增加预热等离子体启辉的步骤，会延长工艺的时间，从而降低了等离子体反应装置的产出率。

发明内容

本发明提供一种等离子体反应装置和石英窗加热方法，用以提高工艺结果的稳定性以及提高等离子体反应装置的产出率。

为实现上述目的，本发明提供了一种等离子体反应装置，包括：腔体、承载装置、吸热层、红外加热装置和加热电源，所述腔体包括腔体壁和设置于所述腔体壁上方的石英窗，所述承载装置位于所述腔体底部，其中：

所述吸热层覆盖于所述石英窗上，所述红外加热装置位于所述石英窗上方；

所述加热电源，用于向所述红外加热装置供电；

所述红外加热装置，用于向所述石英窗发射红外线；

所述吸热层，用于吸收所述红外线以实现对所述石英窗的加热。

可选地，所述等离子体反应装置还包括：罩设于所述石英窗之上的壳体，所述红外加热装置固定于所述壳体的内壁上。

可选地，所述红外加热装置包括：内红外加热装置和外红外加热装置，所述外红外加热装置围设于所述内红外加热装置的外侧，所述内红外加热装置通过第一固定件固定于所述壳体的内壁上，所述外红外加热装置通过第二固定件固定于所述壳体的内壁上。

可选地，所述内红外加热装置的形状为环状，所述外红外加热装置的形状为环状。

可选地，所述加热电源位于所述腔体的外部，所述加热电源通过第一连接线与所述内红外加热装置电连接，所述加热电源通过第二连接线与所述外红外加热装置电连接，所述第一固定件上开设有第一连接孔，所述第二固定件上开设有第二连接孔，所述第一连接线穿过所述第一连接孔，所述第二连接线穿过所述第二连接孔。