專利名稱：射頻線圈溫度控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體工藝領域，特別涉及等離子體清洗腔室的射頻線圈溫度控
制裝置。
背景技術：
等離子體清洗技術廣泛應用于半導體工藝領域，例如，在物理氣相沉積(physical vapor d印osition， PVD)或者化學氣相沉禾只(chemical vapor d印osition， CVD)前，通常 需要用等離子體對晶片進行預清洗處理以得到完全潔凈和無氧化層的晶片表面。 一般，待 清洗的晶片送入等離子體清洗腔室中加以固定，再抽空腔室使其達到一定標準的真空度， 然后向腔室中導入等離子體清洗用氣體，氣體在射頻功率的激發下擊穿，并通過輝光放電 發生電離進而形成等離子體。等離子體中含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子和自 由基等活性基團，這些活性基團轟擊待清洗的晶片并與其表面發生各種物理化學反應，從 而達到表面清洗的作用。 現有技術中已經有使用射頻偏置功率(RF bias power)和射頻源功率(RFsource power)的等離子體清洗腔室，如圖1所示。等離子體清洗腔室包括腔體(chamber body) 11、 放置待清洗的晶片13的晶座12以及石英鐘罩(quartz bell jar) 14。石英鐘罩14能通過 微波并將等離子體清洗腔室與大氣隔離以形成真空環境。腔室中導入有等離子體清洗用氣 體。清洗用氣體可以是氬氣(Ar)、氮氣(N2)、氟化氮(NF3)、四氟化碳(CF4)等。提供射頻偏置 功率RF1給晶座12，頻率為13. 56MHz，這使得晶片13的表面偏置在一個絕對值不大的負電 位從而成為正離子轟擊的目標，進而達到清洗晶片13的表面的目的。通過調整射頻偏置功 率RF1的頻率可以控制正離子的轟擊能量及轟擊能量分布。環繞石英鐘罩14的射頻線圈15 提供射頻源功率RF2，頻率為2MHz，在石英鐘罩14內形成電感耦合等離子體(inductively coupled plasma, ICP)。通過調整射頻源功率RF2的頻率可以控制等離子體密度(plasma density)。頂蓋17蓋住射頻線圈15，其上表面具有多個縫隙18以保持內外氣壓平衡。射 頻線圈15具有反射功率(reflectpower)，反射功率過大會導致實際用來電離氣體產生等 離子體的正向功率過小，這會影響等離子體的形成。由于射頻線圈的反射功率與其溫度緊 密相關，溫度越低則反射功率越小，因此控制射頻線圈的溫度成為控制反射功率的重要途 徑。在圖1中，射頻線圈15的上方設有頂部風扇16，以降低射頻線圈15的溫度。然而，僅 僅依靠射頻線圈上方的風扇來控制射頻線圈的溫度是不夠的，如何更精確有效地控制射頻 線圈的溫度顯得尤其重要。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種射頻線圈溫度控制裝置，以更有效地控制射頻線 圈的溫度，從而降低射頻線圈的反射功率。 本實用新型提供一種射頻線圈溫度控制裝置，用于控制等離子體清洗腔室的射頻 線圈的溫度，所述射頻線圈采用中空的銅管制成，且其內部流通有氣體，該裝置包括至少一個頂部風扇，位于所述射頻線圈的上方；質量流量控制器，調節所述氣體的流量；至少一 個溫度傳感器，檢測所述射頻線圈的溫度；可編程控制器，根據所述溫度傳感器的溫度檢測 結果控制所述質量流量控制器。 進一步的，所述裝置還包括第一風扇控制器，通過所述可編程控制器控制所述第 一風扇控制器以調節所述頂部風扇的轉速。 進一步的，所述裝置還包括至少一個位于所述射頻線圈的四周的側面風扇； 進一步的，所述裝置還包括第二風扇控制器，通過所述可編程控制器控制所述第 二風扇控制器以調節所述側面風扇的轉速。 進一步的，所述裝置控制所述射頻線圈的溫度為15 30°C。 進一步的，所述氣體為氬氣、氮氣、氟化氮、四氟化碳中的一種或者至少兩種以上 的組合。 進一步的，所述氣體的溫度為35 45°C。 與現有技術相比，本實用新型提供的射頻線圈溫度控制裝置具有以下優點 1 、通過在中空的射頻線圈內流通氣體，并在射頻線圈的上方和四周分別設置頂部
風扇和側面風扇，從而能夠更有效地控制射頻線圈的溫度。 2、在本實用新型的控制裝置中，還設置了質量流量控制器、風扇控制器、溫度傳感 器以及可編程控制器，通過將溫度傳感器的溫度檢測結果反饋給可編程控制器后，可編程 控制器根據溫度控制的需要對質量流量控制器和風扇控制器發出指令，指示質量流量控制 器和風扇控制器的動作，從而能夠更精確地控制射頻線圈的溫度。
圖1為現有技術的等離子體清洗腔室的結構示意圖； 圖2為本實用新型的射頻線圈溫度控制裝置的結構示意圖。
具體實施方式為使本實用新型的目的、特征更明顯易懂，
以下結合附圖對本實用新型的具體實 施方式作進一步的說明。 在背景技術中已經提及，射頻線圈的反射功率與其溫度緊密相關，因此如何更精 確有效地控制射頻線圈的溫度顯得尤其重要。 圖2為本實用新型的射頻線圈溫度控制裝置的結構示意圖。圖中，射頻線圈溫度 控制裝置2用于控制等離子體清洗腔室的射頻線圈(RF coil)35的溫度，所述射頻線圈 35采用中空的銅管制成，且其內部流通有氣體。該裝置2包括至少一個頂部風扇(top fan)231，位于所述射頻線圈35的上方；質量流量控制器(mass flow controller,簡稱 MFC)223，調節所述氣體的流量；至少一個溫度傳感器(temperature sensor) 224，檢測所述 射頻線圈35的溫度；可編程控制器(programmable logic controller,簡稱PLC) 21，根據 所述溫度傳感器224的溫度檢測結果控制質量流量控制器223。 優選的，所述裝置2還包括第一風扇控制器(first fan controller) 221，通過所 述可編程控制器21控制所述第一風扇控制器221以調節所述頂部風扇231的轉速。 優選的，所述裝置2還包括至少一個位于所述射頻線圈35的四周的側面風扇(sidewall fan)232。更優選的，所述裝置2還包括第二風扇控制器(second fancontroller)222，通過所述可編程控制器21控制所述第二風扇控制器222以調節所述 側面風扇232的轉速。 所述可編程控制器21可以采用例如西門子S200等元件，且編制有溫度控制程序 (軟件部分)以實現射頻線圈溫度的閉環控制。在所述射頻線圈35中流通的氣體可以為氬 氣、氮氣、氟化氮、四氟化碳中的一種或者至少兩種以上的組合，氣體溫度為35 45°C。 當裝置2開始工作時，打開所述頂部風扇231和所述側面風扇232，并在射頻線圈 35中導入氣體。由于射頻線圈35不斷工作以產生等離子體，其溫度不斷升高。溫度傳感器 224檢測射頻線圈35的溫度，并將檢測結果傳送給可編程控制器21。可編程控制器21運 行溫度控制程序，將程序運行結果傳送給質量流量控制器223、第一風扇控制器221和第二 風扇控制器222，并指示質量流量控制器223、第一風扇控制器221和第二風扇控制器222 的動作。例如，溫度傳感器224檢測到射頻線圈35的溫度不斷升高，可編程控制器21據此 對質量流量控制器223、第一風扇控制器221和第二風扇控制器222發出控制指令，指示質 量流量控制器223加大所述氣體的流量，而第一風扇控制器221和第二風扇控制器222分 別提高頂部風扇231和側面風扇232的轉速，進而降低射頻線圈35的溫度。同時，射頻線 圈35的溫度變化又被溫度傳感器224檢測到，并傳送給可編程控制器21以做相應的控制， 如此循環。通過這種控制過程的循環，實現了射頻線圈35的溫度的閉環控制，將射頻線圈 35的溫度穩定在一定的范圍內，使其不會出現過于劇烈的變化，進而降低射頻線圈35的反 射功率。現有技術的射頻線圈的溫度在40 7(TC范圍內，相比之下，本實用新型將射頻線 圈35的溫度控制在15 3(TC范圍內，相應地，射頻線圈35的反射功率在2W以下。 綜上所述，本實用新型提供了一種射頻線圈溫度控制裝置，通過在中空的射頻線 圈內流通氣體，并在射頻線圈的上方和四周分別設置頂部風扇和側面風扇，從而能夠更有 效地控制射頻線圈的溫度。裝置還設置了質量流量控制器、風扇控制器、溫度傳感器以及可 編程控制器，通過將溫度傳感器的溫度檢測結果反饋給可編程控制器后，可編程控制器對 質量流量控制器和風扇控制器發出控制指令，指示質量流量控制器和風扇控制器的動作， 從而能夠更精確地控制射頻線圈的溫度。 應當理解，本實用新型所涉及的元件可以為任何類型的通用元件。此外，不同的硬 件和軟件的組合均可適用于本實用新型，例如，所述軟件可以用很多種程序或腳本語言來 描述，包括匯編、C/C++、 perl、 shell、 PHP和Java等。 顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用 新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及 其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求一種射頻線圈溫度控制裝置，其特征在于，用于控制等離子體清洗腔室的射頻線圈的溫度，所述射頻線圈采用中空的銅管制成，且其內部流通有氣體，該裝置包括至少一個頂部風扇，位于所述射頻線圈的上方；質量流量控制器，調節所述氣體的流量；至少一個溫度傳感器，檢測所述射頻線圈的溫度；可編程控制器，根據所述溫度傳感器的溫度檢測結果控制所述質量流量控制器。
2. 如權利要求1所述的射頻線圈溫度控制裝置，其特征在于，所述裝置還包括第一風 扇控制器，通過所述可編程控制器控制所述第一風扇控制器以調節所述頂部風扇的轉速。
3. 如權利要求1所述的射頻線圈溫度控制裝置，其特征在于，所述裝置還包括至少一 個位于所述射頻線圈的四周的側面風扇；
4. 如權利要求3所述的射頻線圈溫度控制裝置，其特征在于，所述裝置還包括第二風 扇控制器，通過所述可編程控制器控制所述第二風扇控制器以調節所述側面風扇的轉速。
5. 如權利要求1所述的射頻線圈溫度控制裝置，其特征在于，所述裝置控制所述射頻 線圈的溫度為15 30°C。
6. 如權利要求1所述的射頻線圈溫度控制裝置，其特征在于，所述氣體為氬氣、氮氣、 氟化氮、四氟化碳中的一種或者至少兩種以上的組合。
7. 如權利要求6所述的射頻線圈溫度控制裝置，其特征在于，所述氣體的溫度為35 45°C。
專利摘要本實用新型揭露了一種射頻線圈溫度控制裝置，用于控制等離子體清洗腔室的射頻線圈的溫度，所述射頻線圈采用中空的銅管制成，且其內部流通有氣體，該裝置包括至少一個頂部風扇，位于所述射頻線圈的上方；質量流量控制器，調節所述氣體的流量；至少一個溫度傳感器，檢測所述射頻線圈的溫度；可編程控制器，根據所述溫度傳感器的溫度檢測結果控制所述質量流量控制器。
文檔編號G05D23/20GK201532586SQ20092020848
公開日2010年7月21日 申請日期2009年8月26日 優先權日2009年8月26日
發明者劉祥超, 楊小軍, 林延安 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司