用于等離子體加工設備的反應腔室和等離子體加工設備的制作方法

專利名稱：用于等離子體加工設備的反應腔室和等離子體加工設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及等離子體加工技術領域，尤其涉及一種用于等離子體加工設備的反應 腔室和等離子體加工設備。
背景技術：
在半導體制造工藝中，等離子體加工技術得到了極為廣泛的應用。該技術是在一 定條件下激發工藝氣體生成等離子體，利用等離子體與襯底(例如硅基片)發生復雜的物 理、化學反應而在襯底上完成各種加工，如等離子體刻蝕、等離子體薄膜沉積等，獲得需要 的半導體結構。以等離子體刻蝕工藝為例，圖1示出了等離子體刻蝕設備的反應腔室的基本結構 示意圖，如圖1所示，工藝氣體通過噴嘴2進入腔體1，腔體1的上方連接有射頻源3，射頻 源3向腔體1通入射頻使得噴入腔室內部的工藝氣體激發成為等離子體，晶片放置于靜電 卡盤4(又稱晶片載臺)上，在等離子體環境下進行加工。靜電卡盤4除了支撐晶片外，還 用于為晶片提供偏置電壓，使等離子體轟擊晶片表面及控制晶片表面的溫度。晶片的表面 溫度對于刻蝕速度以及刻蝕均勻性具有較大影響，而晶片表面的溫度是由靜電卡盤表面的 溫度控制的，因此，精確測量并控制靜電卡盤表面的溫度就顯得尤為重要。通常情況下，靜電卡盤內部埋置了控溫系統，包括加熱棒和測溫點(例如熱電 偶)，對晶片表面的溫度進行測量和控制，使晶片表面達到設定的溫度值。一般情況下，溫度 控制分內外圈兩路進行的，靜電卡盤4的內圈外圈分別設有加熱棒和測溫點。圖2為靜電 卡盤的局部示意圖，如圖2所示，晶片放置于靜電卡盤4的上表面5上，而為了等離子體加 工設備及靜電卡盤4的工作要求，控溫系統的測溫點6與上表面5之間還設置有陶瓷層7。 因此，測溫點6測出的溫度與上表面5的溫度會有一定的差異，而通過控溫系統使晶片達到 設定的溫度只是使測溫點6的溫度達到了設定值，并不是靜電卡盤的上表面5即晶片表面 的準確溫度。而在工藝過程中，靜電卡盤上表面5的溫度直接影響著晶片的加工結果，需要 精確測定和控制靜電卡盤上表面5即晶片表面的溫度。因此，如何精確測量靜電卡盤表面 的溫度是一個需要解決的問題。現有的一種解決上述問題的方法是尋找靜電卡盤的上表面5的溫度和測溫點6的 溫度的對應關系。通常通過控溫系統設定兩個溫度(xl，x2)，然后加熱使靜電卡盤達到設 定的溫度，即使測溫點6的溫度達到了設定值。此時通過外置的手持表面溫度計測量靜電 卡盤上表面5的溫度，得到兩個值(yl，y2)，之后通過解二元一次方程得到這種線性對應關 系。工藝過程中通過這種線性關系，經過換算補償，進行晶片表面溫度的控制。但這種方法 僅僅找兩個點，就確定這個對應關系，不夠準確，可能在某些溫度時，X和Y的關系不是這么 線性。而且手持溫度計的精度受操作者差異的限制，用力太小測溫會不準，用力太大可能會 傷害靜電卡盤。另外使用手持溫度計就必須在反應腔室打開，使腔室暴露在大氣中，和正常 工藝過程中的腔室的真空條件及腔室壁溫度條件等是截然不同的，這種X和Y的對應關系 也會略有差異，就是說這種關系即便找到了，也不會準確。
現有的另一種解決上述問題的方法是使用測溫硅片。測溫硅片是一種特殊的晶 片，工藝過程中，把它放入反應腔室，然后取出，用專用的儀器可以讀出其表面各點(對應 靜電卡盤表面各點)的溫度。目前來說，測溫硅片是測量靜電卡盤表面溫度比較準確的儀 器之一。但是，這種儀器價格昂貴，而且不能和靜電卡盤的加熱棒組成一個控溫系統，進行 實時的控溫，只能用于故障的檢測，例如懷疑表面控溫不準確時，用這種設備進行實驗驗 證。

發明內容
本發明提供了一種用于等離子體加工設備的反應腔室，能夠精確測量靜電卡盤的 表面溫度，降低成本，而且能夠實時的進行溫度控制。為達到上述目的，本發明采用如下技術方案一種用于等離子體加工設備的反應腔室，包括腔體和位于腔體內部的靜電卡盤， 所述靜電卡盤的上方安裝有紅外測溫探頭。采用上述技術方案后，本發明的反應腔室通過紅外測溫探頭探測靜電卡盤上表面 的溫度信號，使工藝過程中，對靜電卡盤表面的溫度測量不加入人為因素，并且是在真空和 腔室控溫的條件下進行的，貼近實際工藝條件，能夠實時精確地測量靜電卡盤表面即所加 工的晶片表面的溫度；還能通過與靜電卡盤內部的加熱棒相配合，進行實時的控溫；而且 不需采用價格昂貴的測溫儀器，降低了成本。相應地，本發明還提供了一種等離子體加工設備，能夠精確測量晶片的表面溫度， 降低成本，而且能夠實時的進行溫度控制。為達到上述目的，本發明采用如下技術方案一種等離子體加工設備，包括反應腔室和位于反應腔室內部的靜電卡盤，其特征 在于，所述靜電卡盤的上方安裝有紅外測溫探頭，所述紅外測溫探頭通過引線與所述反應 腔室外部的紅外信號處理系統相連。采用上述技術方案后，本發明的等離子體加工設備，通過紅外測溫探頭探測靜電 卡盤上表面的溫度信號，使工藝過程中，對靜電卡盤表面的溫度測量不加入人為因素，并且 是在真空和腔室控溫的條件下進行的，貼近實際工藝條件，能夠實時精確地測量靜電卡盤 表面即所加工的晶片表面的溫度；還能通過與靜電卡盤內部的加熱棒相配合，進行實時的 控溫；而且不需采用價格昂貴的測溫儀器，降低了成本。


圖1為現有技術的等離子體刻蝕設備反應腔室的基本結構示意圖；圖2為現有技術的靜電卡盤的局部示意圖；圖3為本發明的反應腔室實施例一的結構示意圖；圖4為本發明的反應腔室實施例一的腔室蓋的結構示意圖；圖5為本發明的反應腔室實施例三的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施方式進行詳細描述。
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本發明的實施例提供了一種用于等離子體加工設備的反應腔室，包括腔體1和位 于腔體1內部的靜電卡盤4，所述靜電卡盤4的上方安裝有紅外測溫探頭。一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發出紅外輻射能量。物體的 紅外輻射能量的大小及其按波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的關系。因此，通過 對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫 所依據的客觀基礎。基于此，采用上述技術方案后，本發明實施例提供的的反應腔室，用于等離子體加 工設備時，通過紅外測溫探頭探測靜電卡盤4上表面的溫度信號，使工藝過程中，對靜電卡 盤4表面的溫度測量不加入人為因素，并且是在真空和腔室控溫的條件下進行的，貼近實 際工藝條件，能夠實時精確地測量靜電卡盤4表面即所加工的晶片表面的溫度；還能通過 與靜電卡盤4內部的加熱棒相配合，進行實時的控溫；而且不需采用價格昂貴的測溫儀器， 降低了成本。為了使本領域的技術人員更好的理解本發明的技術方案，下面通過具體實施例并 結合附圖對本發明電極板的實施例進行詳細描述。這里要注意的是，以下的具體實施例只 是為了描述本發明，但不限于本發明。實施例一如圖3和圖4所示，本實施例提供的反應腔室，包括腔體1和位于腔體1內部的靜 電卡盤4，腔體1的上方設有腔室蓋8，所述紅外測溫探頭安裝在腔室蓋8上，與靜電卡盤4 相對。其中，本實施例進氣裝置10位于的腔室蓋8的中部，通過密封裝置9與腔室蓋8 連接并密封固定。其中，本實施例安裝的紅外測溫探頭為兩個，包括紅外測溫探頭11和紅外測溫探 頭12，探頭11測量靜電卡盤4內圈的溫度，探頭12測量靜電卡盤4外圈的溫度。這里要注 意的是，紅外測溫探頭的數量不限，可根據實際情況及工藝要求設置。通常來講，僅需測量 靜電卡盤的內圈和外圈溫度即可，所以紅外測溫探頭優選為兩個。進一步地，本實施例中探頭11和探頭12采用Ω機械結構，部分埋嵌在腔室蓋8 里面，部分露出，露出部分用于接收紅外線，露出部分的大小只要保證紅外線的正常通過即 可；探頭11和探頭12還連接有引線，用于與腔體1外部的紅外信號處理系統連接。本實施 例中，引線埋設在腔室蓋8的內部，通過密封裝置9和進氣裝置10之間的環狀空間完成出 線，用于與外部系統連接。這樣的設計即能保證紅外測溫探頭不受工藝過程中等離子體的 影響，能夠穩定的測溫，而且不影響腔室蓋8現有的任何功能。本實施例的反應腔室在應用時，在腔體1的外部，設置有和所述紅外測溫探頭相 配套的紅外信號處理系統，紅外測溫探頭通過引線與腔體1外部的紅外信號處理系統連 接。這樣，紅外測溫探頭與紅外信號處理系統就形成了一個紅外測溫裝置，用于測量靜電卡 盤4上表面即晶片表面的溫度。其中，紅外測溫探頭用于檢測靜電卡盤4的溫度信號，匯聚 其視場內的目標靜電卡盤4的紅外輻射能量即紅外線，并將紅外能量聚焦轉變為相應的電 信號，電信號通過引線傳遞給紅外信號處理系統進行后臺處理，經過后臺處理轉變為被測 的溫度值并用數字直接顯示出來。這里要注意的是，由于紅外測溫探頭安裝在腔室蓋8上， 腔室蓋8與靜電卡盤4之間具有一定的距離，因此要根據被測目標也就是靜電卡盤4的大小、現場情況及探頭的距離系數等選擇并安裝合適的紅外測溫探頭，使紅外測溫探頭與靜 電卡盤4相對，并瞄準靜電卡盤4。而且，可經過設計，通過包括紅外測溫探頭的紅外測溫裝置與靜電卡盤4的加熱 棒的控制系統技術連接，就組成了一個實時的控溫系統。通過紅外測溫裝置測得的溫度結 果控制加熱棒的工作，對靜電卡盤的溫度進行精確控制，使靜電卡盤表面達到設定的溫度值。本實施例提供的反應腔室，能夠在腔室正常工藝的環境中，直接實時精確地測得 靜電卡盤表面即所加工的晶片表面的溫度，還能通過與靜電卡盤內部的加熱棒相配合，進 行實時的控溫。實施例二本實施例提供的反應腔室，基本結構和實施例一相同，包括腔體1和位于腔體1內 部的靜電卡盤4，腔體1的上方設有腔室蓋8，所述紅外測溫探頭安裝在腔室蓋8上，與靜電 卡盤4相對。和實施例一不同的是，本實施例的腔室蓋8上開有觀察槽，紅外測溫探頭安 裝于觀察槽內，觀察槽的表面采用高溫透明鏡片密封，紅外測溫探頭透過鏡片，瞄準被測物 體。這樣的設計既保證了紅外線的接收，還保護了紅外測溫探頭不受等離子體的影響，能夠 穩定的測溫。這里要注意的是，用于觀察槽表面的高溫透明鏡片的材料不限，但要保證紅外線 的正常穿過且并不干擾紅外線測溫探頭的正常工作。其中，本實施例的其他部分和實施例一相同，詳見實施例一的說明，這里不再贅 述。實施例三如圖5所示，本實例提供的反應腔室，包括腔體1和位于腔體1內部的靜電卡盤4， 腔體1的上方設有腔室蓋8和頂板13，頂板13位于腔室蓋1的下方、通過連接桿15與腔室 蓋8連接，紅外測溫探頭安裝于頂板13上。其中，本實施例的進氣裝置10通過連接桿15穿過腔室蓋8和蓋板13連入腔體1， 進氣裝置10及連接桿15與腔室蓋8通過密封裝置9連接并密封固定。其中，本實施例安裝的紅外測溫探頭為兩個，包括紅外測溫探頭11和紅外測溫探 頭12，探頭11測量靜電卡盤4內圈的溫度，探頭12測量靜電卡盤4外圈的溫度。這里要注 意的是，紅外測溫探頭的數量不限，可根據實際情況及工藝要求設置。通常來講，僅需測量 靜電卡盤的內圈和外圈溫度即可，所以紅外測溫探頭優選為兩個。進一步地，探頭11和探頭12采用Ω機械結構，部分埋嵌在蓋板13內部，部分露 出，露出部分用于接收紅外線，露出部分的大小只要保證紅外線的正常通過即可；探頭11 和探頭12還連接有引線，用于與腔體1外部的紅外信號處理系統連接。本實施例中，引線 埋設在蓋板13的內部，并通過連接桿15和進氣裝置10之間的環狀空間完成出線，用于與 外部系統連接。這樣的設計能保證測溫點不受工藝過程中等離子體的影響，能夠穩定的測
ilm ο進一步地，蓋板13為可旋轉的，連接桿15作為轉動軸，同外部的電機14相連接， 通過電機14帶動蓋板13旋轉，探頭11和探頭12也隨之旋轉，進而測溫點對應靜電卡盤表 面的位置可以擴展到內圈和外圈圓周上的任一點，這樣不僅可以測得靜電卡盤內外圈各一點的溫度，還能測得內外圈任一點的溫度，可更加精確地測定靜電卡盤表面的溫度，利于更 準確的控溫，而且對于考察腔室的對稱性，腔室溫度的對稱性等具有借鑒性。其中，帶動蓋板13旋轉的裝置不限于電動裝置，可為手動機械旋轉裝置。而且，可經過設計，通過包括紅外測溫探頭的紅外測溫裝置與靜電卡盤4的加熱 棒的控制系統的技術連接，組成了一個實時的控溫系統。通過紅外測溫裝置測得的溫度結 果控制加熱棒的工作，對靜電卡盤的溫度進行精確控制，使靜電卡盤表面達到設定的溫度 值。實施例四本實施例提供的反應腔室，基本結構和實施例三相同，包括腔體1和位于腔體1內 部的靜電卡盤4，腔體1的上方設有腔室蓋8和頂板13，頂板13位于腔室蓋1的下方、通過 連接桿15與腔室蓋8連接，紅外測溫探頭安裝于頂板13上。和實施例三不同的是，本實施例的頂板13上開有觀察槽，紅外測溫探頭安裝于觀 察槽內，觀察槽的表面采用高溫透明鏡片密封，紅外測溫探頭透過鏡片，瞄準被測物體。這 樣的設計既保證了紅外線的接收，還保護了紅外測溫探頭不受等離子體的影響，能夠穩定 的測溫。這里要注意的是，用于觀察槽表面的高溫透明鏡片的材料不限，但要保證紅外線 的正常穿過且并不干擾紅外線測溫探頭的正常工作。其中，本實施例的其他部分和實施例三相同，詳見實施例三的說明，這里不再贅 述。相應地，本發明的實施例還提供了一種等離子體加工設備，包括反應腔室和位于 反應腔室內部的靜電卡盤，所述靜電卡盤的上方安裝有紅外測溫探頭，所述紅外測溫探頭 通過引線與所述反應腔室外部的紅外信號處理系統相連。采用上述技術方案后，本發明的等離子體加工設備，通過紅外測溫探頭探測靜電 卡盤上表面的溫度信號，使工藝過程中，對靜電卡盤表面的溫度測量不加入人為因素，并且 是在真空和腔室控溫的條件下進行的，貼近實際工藝條件，能夠實時精確地測量靜電卡盤 表面即所加工的晶片表面的溫度；還能通過與靜電卡盤內部的加熱棒相配合，進行實時的 控溫；而且不需采用價格昂貴的測溫儀器，降低了成本。其中，所述反應腔室可采用本發明實施例提供的反應腔室，前面已經進行了詳細 的說明，這里不再贅述。這里要注意的是，本發明實施例提供的反應腔室和等離子體加工設備，紅外測溫 探頭安裝的位置及引線的安裝位置和出線方式均不受上述具體實施例的限制，可根據實際 情況進行設置。可以理解的是，雖然本發明是以等離子體刻蝕設備為例進行描述的，但本發明不 限于此，本發明所述的等離子體加工設備是指，通過激發工藝產生的等離子體對基片進行 加工的設備，如等離子刻蝕設備，等離子薄膜沉積設備。而且，本發明的應用領域還可擴展 到在密閉空間內對晶片進行加工，并需要測量并控制晶片表面溫度的領域中。以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵 蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種用于等離子體加工設備的反應腔室，包括腔體和位于腔體內部的靜電卡盤，其 特征在于，所述靜電卡盤的上方安裝有紅外測溫探頭。
2.根據權利要求1所述的反應腔室，其特征在于，所述腔體的上方設有腔室蓋，所述紅 外測溫探頭安裝在所述腔室蓋上。
3.根據權利要求2所述的反應腔室，其特征在于，所述腔室蓋上開有觀察槽，所述紅外 測溫探頭安裝于所述觀察槽內，所述觀察槽的表面采用高溫透明鏡片密封。
4.根據權利要求2所述的反應腔室，其特征在于，所述紅外測溫探頭部分埋嵌于所述 腔室蓋內部，部分露出。
5.根據權利要求1所述的反應腔室，其特征在于，所述腔體的上方設有腔室蓋和頂板， 所述頂板位于所述腔室蓋下方、通過連接桿與所述腔室蓋連接，所述紅外測溫探頭安裝在 所述頂板上。
6.根據權利要求5所述的反應腔室，其特征在于，所述頂板上開有觀察槽，所述紅外測 溫探頭安裝于所述觀察槽內，所述觀察槽的表面采用高溫透明鏡片密封。
7.根據權利要求5所述的反應腔室，其特征在于，所述紅外測溫探頭部分埋嵌于所述 頂板的內部，部分露出。
8.根據權利要求5所述的反應腔室，其特征在于，所述頂板為可旋轉的。
9.根據權利要求1至8任一項所述的反應腔室，其特征在于，所述紅外測溫探頭為兩 個，分別測量所述靜電卡盤的內圈表面和外圈表面的溫度。
10.一種等離子體加工設備，包括反應腔室和位于反應腔室內部的靜電卡盤，其特征在 于，所述靜電卡盤的上方安裝有紅外測溫探頭，所述紅外測溫探頭通過引線與所述反應腔 室外部的紅外信號處理系統相連。
全文摘要
本發明公開了一種用于等離子體加工設備的反應腔室和等離子體加工設備，涉及等離子體加工技術領域，為精確測量靜電卡盤的表面溫度，降低成本，而且能夠實時的進行溫度控制而發明。所述反應腔室，包括腔體和腔體內部的靜電卡盤，其特征在于，所述靜電卡盤的上方安裝有紅外測溫探頭。所述等離子體加工設備，包括反應腔室和位于所述反應腔室內部的靜電卡盤，所述靜電卡盤的上方安裝有紅外測溫探頭，所述紅外測溫探頭通過引線與所述反應腔室外部的紅外信號處理設備相連。本發明可用于等離子體加工技術中。
文檔編號G01J5/10GK102103980SQ20091024282
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月17日 優先權日2009年12月17日
發明者武小娟 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司