[发明专利]等离子设备及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及等离子技术领域，尤其涉及一种等离子设备及其控制方法。

背景技术

等离子刻蚀是干法刻蚀中最常见的一种形式，其原理是暴露在电子区域的气体形成等离子体，由此产生的电离气体和释放高能电子组成的气体，从而形成了等离子或离子，电离气体原子通过电场加速时，会释放足够的力量与表面驱逐力紧紧粘合材料或蚀刻表面。

等离子刻蚀工艺对温度非常敏感，等离子体反应室精确的温度控制对刻蚀工艺结果起到至关重要的作用，直接影响刻蚀速率的均匀性和特征尺寸(CD，Critical dimension)的均匀性，而且保持合适的温度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，从而有效延长预防性维护的周期。

目前，如图1所示，等离子反应室通常采用对等离子反应室2侧壁及静电卡盘4进行精确温度控制。衬底3通过静电引力固定在静电卡盘4正上方，静电卡盘4外接温度控制模块(图中未显示)，温度控制模块中的冷却液通过进口6流入静电卡盘4内部，在静电卡盘4内部进行热量交换后，从出口7返回温度控制模块，从而实现对衬底3的精确温度控制，反应室2侧壁通过加热器5、热电偶和过温开关的组合形成对反应室2侧壁的温度控制。但是反应室上方的耦合窗1一般没有单独的温度控制，在刻蚀工艺开始时，耦合窗1的温度会低于腔室以及静电卡盘4的温度，为了得到满意的工艺结果，在实际工艺过程中，通过增加预热等离子体启辉的工艺过程来实现耦合窗1温度的升高，但这种加热方式极不稳定，且控温不准确；而且，因增加预热等离子体启辉的步骤，必然延长单片工艺的时间，从而降低设备的产出率；此外，在进行大批量生产过程中，等离子体启辉会使得耦合窗1温度上升，由于热量的累积效应会使得耦合窗1的温度高于腔室温度，无法精确控制等离子体反应室的温度。

在申请号为CN200810118767.9的专利申请文件中，公开了一种耦合窗1的温度控制方法，该方法通过在耦合窗1圆周方向包裹图2所示的加热带来实现加热，同时通过在耦合窗1上部增加热电偶对耦合窗1的温度进行监控。但发明人发现：在圆周方向给耦合窗1加热，而耦合窗是热的不良导体，这种圆周方向的加热方式会在耦合窗1的径向形成较大温度梯度，中心区域升温较慢，整个耦合窗1的盘面温度梯度较大(当加热带的温度控制到120度时中心区域的温度只有109度，温度梯度达到11度)，不利于精确控温，无法满足工艺对于温控均匀性的要求，同时温度梯度大也会影响耦合窗1的使用寿命。

发明内容

本发明提供一种等离子设备及其控制方法，可实现耦合窗均匀加热的问题，从而减少等离子反应室初始化稳定时间，提高连续工艺过程的稳定性及设备的产出率。

为解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种等离子设备，包括：等离子反应室；所述等离子反应室包括：耦合窗；还包括：用于对所述耦合窗进行温度控制的温控装置，所述温控装置包括：

主加热器，设置在所述耦合窗的边缘，用于从所述耦合窗的边缘对所述耦合窗进行加热；

辅助加热器，设置在所述耦合窗外表面的中心区域，用于对所述耦合窗的中心区域进行加热；

第一测温单元，设置于所述耦合窗的边缘，用于测量所述耦合窗边缘的温度；

第二测温单元，设置于所述耦合窗的中心区域，用于测量所述耦合窗中心区域的温度；

温控器，用于根据所述第一测温单元及所述第二测温单元反馈的测量值，控制所述主加热器和所述辅助加热器，以使所述耦合窗的温度维持在预设值。

可选地，所述第二测温单元集成在所述辅助加热器内。

进一步地，所述等离子设备还包括：提升装置和内置有射频源的线圈盒；

所述线圈盒设置在所述耦合窗之上；

所述提升装置包括：提升柄，所述提升柄的末端穿过所述线圈盒的上壁延伸至所述线圈盒内，所述辅助加热器及所述第二测温单元设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辅助加热器及所述第二测温单元被提升至所述线圈盒上壁，或者，

所述线圈盒的上壁设置有过孔，所述提升柄的提升高度使得所述提升柄提升后，所述辅助加热器及所述第二测温单元经所述过孔被提升至所述线圈盒的外部。

优选地，所述线圈盒的上壁设置有容纳所述辅助加热器及所述第二测温单元的凹槽，

所述提升柄的提升高度使得所述提升柄提升后，所述辅助加热器及所述第二测温单元恰位于所述线圈盒上壁的所述凹槽内。