一种绝缘窗、及等离子体处理装置的制作方法

本实用新型涉及等离子体刻蚀技术领域，尤其涉及一种用于等离子体刻蚀的绝缘窗技术领域。

背景技术：

对于等离子体刻蚀技术，该技术是向反应腔内输入工艺气体，射频源被电感或电容耦合至反应腔内部来激励工艺气体，以形成和保持等离子体，在反应腔内部，晶圆被基板支撑而暴露在工艺气体中，实现刻蚀。其中，电感耦合等离子体(inductivecoupledplasma，icp)是常见的技术，该技术是在反应腔上部覆盖绝缘窗，例如陶瓷窗，绝缘窗上部排布线圈。

随着晶圆的加工精度越来越高，对于陶瓷窗温度的均一性要求也越来越高。

现有技术中，为了保证陶瓷窗温度的均一性，需要对陶瓷窗进行温度控制，以防陶瓷窗温度差异对晶圆表面的均匀性产生影响。现有的温度控制方法是在陶瓷窗上粘贴加热装置，并在陶瓷窗上方安装风扇进行冷却，实现对陶瓷窗的加热和冷却。然而，在刻蚀过程中，等离子体的热量会集中加热陶瓷窗的中心部位，仅利用风扇难以对陶瓷窗实现精确降温。因此，亟需一种解决方案以适应陶瓷窗温度均一性的要求。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种绝缘窗，其用于等离子体处理装置，包括：窗主体，所述窗主体具有内部区域和围绕内部区域的至少一部分的外部区域；温度控制装置，其包括加热装置和区域温控装置；所述加热装置至少位于所述窗主体的外部区域；所述区域温控装置位于所述窗主体的内部区域，其中，区域温控装置为半导体制冷器，所述半导体制冷器用于在等离子体产生之前对所述窗主体加热。

可选的，所述半导体制冷器还用于在等离子体产生时对窗主体冷却。

可选的，所述加热装置大致呈环形分布且形成至少一个环，所述半导体制冷器大致呈环形分布且形成至少一个环；其中，所述加热装置的功率密度沿着所述窗主体的径向方向由外部区域向内部区域减小，所述区域温控装置的功率密度沿着所述窗主体的径向方向由外部区域向内部区域增加。

可选的，半导体制冷器与加热装置在内部区域中沿着周向方向交替设置。

可选的，所述加热装置为加热贴片，所述加热贴片中间夹设有加热丝；所述加热丝具有短弯折部和长弯折部，所述短弯折部和长弯折部在窗主体的周向方向上交替设置并彼此相连形成大致的第一加热环；其中，长弯折部沿着窗主体的径向向内部区域延伸。

可选的，所述长弯折部沿着窗主体的径向向中心延伸的部分延伸至内部区域的窗主体的中心附近。

可选的，短弯折部由至少一个短弯折单元构成，且长弯折部由至少一个长弯折单元构成。

可选的，加热装置还包括第二加热环，所述第二加热环与第一加热环相邻，且位于第一加热环靠近内部区域一侧。

可选的，所述第二加热环为中间夹设有加热丝的加热贴片，所述加热丝具有短弯折部和长弯折部，所述短弯折部和长弯折部在窗主体的周向方向上交替设置并彼此相连形成大致的第二加热环；其中，长弯折部沿着窗主体的径向向内部区域延伸。

可选的，所述半导体制冷器包括第一半导体制冷器，所述第一半导体制冷器包括多个制冷单元，所述制冷单元为方形、扇形或环形，所述制冷单元形成大致的第一环形。

可选的，所述半导体制冷器包括第一半导体制冷器，所述第一半导体制冷器包括多个制冷单元，所述制冷单元为方形或扇形，所述制冷单元形成大致的第一环形，所述制冷单元和长弯折部的向内部区域延伸的部分交替设置。

可选的，所述半导体制冷器还包括第二半导体制冷器，所述第二半导体制冷器包括多个制冷单元，所述制冷单元为方形或扇形，所述多个制冷单元形成大致的第二环形，所述第二环形与第一环形相邻，且位于第一环形远离内部区域一侧；且第二半导体制冷器的功率密度小于第一半导体制冷器的功率密度。

可选的，所述温度控制装置还包括冷却装置，所述冷却装置为多个风扇组件；其中，所述冷却装置设置在所述绝缘窗的外表面相对侧。

可选的，所述加热丝为单根或可以分开独立控制的多根。

进一步的，本实用新型还公开了一种等离子体处理装置，包括反应腔和如上文所述的具有温度控制装置的绝缘窗，所述绝缘窗设置在反应腔上部。

本实用新型的优点在于：本实用新型提供了一种具有温度控制装置的窗及其温度控制方法，通过在绝缘窗上设置环状的加热装置和区域温控装置可以实现绝缘窗的温度均一性，区域温控装置采用半导体制冷器，其具有温度响应快的特点，可以实现对绝缘窗中心快速降温的目的，不仅如此，半导体制冷器仅需反转电极即可以实现加热功能，可以在等离子体产生之前对等离子体进行预热。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出一种电容耦合等离子体处理装置的结构示意图；

图2示出一种绝缘窗结构俯视图；

图3示出一种具有温度控制装置绝缘窗的实施例；

图4示出短弯折单元和长弯折单元的示意图；

图5示出一种具有温度控制装置绝缘窗的另一实施例；

图6示出一种具有温度控制装置绝缘窗的另一实施例；

图7示出一种具有温度控制装置绝缘窗的另一实施例；

图8示出一种具有温度控制装置绝缘窗的另一实施例；

图9示出一种具有温度控制装置绝缘窗的另一实施例；

图10示出一种具有温度控制装置绝缘窗的另一实施例；

图11示出加热丝的排布示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出一种电感耦合等离子体处理装置示意图，处理装置100包括一由外壁101围成的可抽真空的反应腔106，反应腔106用于对基片112进行处理，其中，基片112放置在基座110上，基座110由基底111支撑；外壁101上设置进气口105，工艺气体气源107通过管路108连接进气口105，进而输入反应腔106内，整个腔体通过泵104实现负压；在反应腔100的顶部设置绝缘窗200，绝缘窗200的外表面设置有温度控制装置210，其中外表面是指绝缘窗200与面向反应腔的内表面相反的面；不做具体限定，温度控制装置210也可以设置在绝缘窗200的夹层或内表面；在温度控制装置210的外表面上方还设置有电感线圈108，电感线圈108连接rf源109用于产生等离子体；在绝缘窗200外表面上方还设置有冷却装置220，用于给绝缘窗200降温，冷却装置220由多个风扇组件221构成。

图2示出一种绝缘窗200结构示意图，绝缘窗200具有窗主体，在该图所示的结构中，虽然附图示出绝缘窗200的窗主体为圆形，但是公知的，绝缘窗200的具体形状是根据反应腔腔体顶部形状不同而变化的；绝缘窗200的窗主体具有中心201、内部区域303以及围绕内部区域303的外部区域301，其中内部区域位于绝缘窗的中心附近，等离子体产生时会聚集在中心附近(即内部区域)，从而集中加热绝缘窗的内部区域位置，导致内部区域的温度较外部区域高。

为了解决温度均一性问题，绝缘窗200的外表面设置有温度控制装置210，所述温度控制装置210包括加热装置和区域温控装置，所述加热装置位于所述窗主体的外部区域，或外部区域及内部区域，以实现在预热时对绝缘窗的加热，以及等离子体产生时对绝缘窗的温度控制；所述区域温控装置位于所述窗主体的内部区域(即等离子体产生时，等离子体集中加热，导致温度较高的区域)，以实现在预热时对绝缘窗的加热，以及在等离子体产生时对绝缘窗内部区域的降温。其中，区域温控装置为半导体制冷器，半导体制冷器具有两极反转实现加热和冷却切换的功能，方便实现对于预热和温控步骤不同需求的转换。

加热装置和区域温控装置均采用大致环行的排布，由于环形大致是沿着绝缘窗的窗主体周向排布的，因此这样排布的优点在于沿着绝缘窗周向的温度是均一的；其中大致环形并非一定是严格的环形，可以是环形，也可以是c形、点划线式的多段形成的环形或整体排布趋势呈环形。

具体的，加热装置大致呈环形分布且形成至少一个环，各个环大致呈同心嵌套，加热装置位于外部区域，或外部区域及内部区域，各个环的功率密度设置为沿着所述窗主体的径向方向由外部区域向内部区域减小，这样可以保证窗主体径向加热温度的均一性。

具体的，区域温控装置大致呈环形分布且形成至少一个环，各个环大致呈同心嵌套，区域温控装置位于内部区域，由于等离子产生时，内部区域的温度是沿着径向越向中心201温度越高，因此各个环的功率密度设置为沿着所述窗主体的径向方向由外部区域向内部区域逐渐增加，这样可以保证窗主体径向温度的均一性。其中，功率密度的变化通过排布密度的变化实现，同样也可以通过电流大小来控制。

可选的一个实施例，温控装置210的具体设置方式参见附图3，绝缘窗200具有设置在中心201位置的气体入口202。所述加热装置为加热贴片，所述加热贴片中间夹设有加热丝400；所述加热丝400具有短弯折部401和长弯折部402，所述短弯折部401和长弯折部402在窗主体的周向方向上交替设置并彼此相连形成大致的第一加热环405；其中，长弯折部402沿着窗主体的径向向内部区域303延伸，长弯折部402向内部区域延伸的部位可以延伸至中心201附近，如附图3显示的那样，也可以不延伸至中心附近，仅在外部区域内延伸(如附图8所示)，也可以延伸至外部区域和内部区域的交界处(如附图7所示)。

参见附图4，短弯折部401包括多个短弯折单元410，每个短弯折单元410包括依次连接的径向边411、内周向边413、径向边411和外周向边412，两个径向边411长度相同且沿着径向延伸；外周向边412和内周向边413沿着周向延伸且外周向边长度大于内周向边。

长弯折部402包括多个长弯折单元420，每个长弯折单元420包括依次连接的径向边421、内周向边423、径向边421和外周向边422，两个径向边421长度大致相同且沿着径向延伸；外周向边422和内周向边423沿着周向延伸且外周向边长度大于内周向边；其中，长弯折单元420的径向边421的长度大于短弯折单元410的径向边411的长度，这样径向长度的不同有助于控制加热装置的功率密度沿着径向向内部区域方向减小。

由附图3可见，第一加热环405并非是严格的环形，而是整体排布趋势为环形，并通过接口403与外部控制装置电连接，实现对第一加热环405的温度控制。短弯折部401的短弯折单元410个数大于长弯折部402的长弯折单元420个数，这样数量的配比同样有助于控制加热装置的功率密度沿着径向向内部区域方向减小。

参见附图3，半导体制冷器包括第一半导体制冷器501，第一半导体制冷器501设置在内部区域303内，所述第一半导体制冷器包括多个制冷单元505，所述制冷单元505的排布形成大致的第一环形。当长弯折部402的延伸部分延伸至内部区域时，其延伸部分与制冷单元505在周向上交替设置，这样可以更加有效的控制局部区域的温度。

当然，半导体制冷器可以由多个环形组成，附图5示出了另一种实施方式，虽然附图5仅示出了两个环形，不做限定地，也可以是多个环形。所述半导体制冷器还包括第二半导体制冷器502，第一半导体制冷器501和第二半导体制冷器502均设置在内部区域303内，所述第二半导体制冷器502包括多个制冷单元，所述多个制冷单元形成大致的第二环形，所述第二环形与第一环形相邻，且位于第一环形远离中心的一侧；且第二半导体制冷器502的功率密度小于第一半导体制冷器501的功率密度，由附图5可以看出，可以通过制冷单元505的个数来控制功率密度的变化。

对于制冷单元505的形式，附图3和5示出的制冷单元505均为片状，具体为方形，也可以选用扇形、圆形或其他片状，甚至几种形状的组合，例如附图6所示，第一半导体制冷器501为扇形，第二半导体制冷器502为方形的情况。

上文所述，长弯折部402的延伸部分延伸至内部区域且靠近中心201附近，延伸部分与半导体制冷器交替排布；附图7示出了延伸部分并未延伸至中心201附近的情况，当延伸部分没有延伸至中心201附近时，延伸部分可以仅与半导体制冷器远离中心201的几个环形在周向上交替设置，而半导体制冷器靠近中心201的几个环形则不与延伸部分在周向上交替设置；甚至，延伸部分延伸很短时，延伸部分不与半导体制冷器任何一个环形在周向上交替，例如附图7示出了这样的情况，其中当延伸部分不与半导体制冷器交替时，制冷单元可以选择环形，环形的制冷单元可以避免片状制冷单元排布不均匀带来的温度不均匀。

附图8示出了半导体制冷器另一种排布选择，第一半导体制冷器501为方形，还可以优选方形、圆形等片状，这样的好处在于可以精确控制每个制冷单元所在区域的温度。其中，第一半导体制冷器501具有15个制冷单元且沿着周向形成环形排布，相邻两个制冷单元的距离相同，等距的排布保证了周向温度控制的均一性，第二半导体制冷器502具有10个制冷单元，并且同样是沿着周向等距环形排布，第一半导体制冷器501的个数大于半导体制冷器502的个数，从而保证了冷却时，功率密度变化沿着径向向中心201方向增大；第一半导体制冷器501具有沿着长弯折部402的延伸部分继续向中心方向延伸的径向制冷单元5051，第二半导体制冷器502同样具有沿着长弯折部402的延伸部分继续向中心方向延伸的径向制冷单元5052，径向制冷单元5051、5052有助于在预热步骤阶段，即制冷单元切换成加热模式时，加热温度的均匀性，不仅如此，在预热步骤阶段，制冷单元切换为加热模式时，为了保证加热的功率密度沿着径向向中心减小，并非所有的制冷单元均需工作，以附图8为例，预热时，第二半导体制冷器502的制冷单元全部工作或部分工作，但是第一半导体制冷器501的制冷单元仅有部分工作或全部不工作，例如第二半导体制冷器502全部工作，第一半导体制冷器501仅5个制冷单元工作，这5个制冷单元是选择均匀间隔的以保证温度的均一性。可选的，在预热步骤阶段，制冷单元切换为加热模式时，制冷单元也可以全部工作，即第一半导体制冷器501和第二半导体制冷器502全部工作，以加快预热的速度。当然制冷单元个数不受附图限制，附图仅是为了方便说明。

附图9示出了加热装置和区域温控装置另一种排布选择。由附图8可以看出：在加热装置和区域温控装置之间具有空白区域302，空白区域302仅有长弯折部402的延伸部分，因此在加热时，在径向上由外部区域向内部区域会产生温度的跃变，为了防止温度的跃变，在第一加热环405和半导体制冷器之间还设置有第二加热环406；第二加热环406可以选用和第一加热环405相同的排布方式，附图9并未具体示出第二加热环的排布，可选的，但是根据上文的描述，第二加热环包括加热丝，所述加热丝具有短弯折部和长弯折部，所述短弯折部和长弯折部在窗主体的周向方向上交替设置并彼此相连形成大致的第二加热环；其中，长弯折部沿着窗主体的径向向内部区域延伸，长弯折部向内部区域延伸的部位可以延伸至中心201附近，也可以不延伸至中心附近；第二加热环406的延伸部分和第一加热环405的延伸部分沿着径向平行设置。

另外，第二加热环406也可以仅包括短弯折部，短弯折部沿着周向排布，并设置在相邻的两个第一加热环405的延伸部分之间；对于第二加热环406的具体排布不受限制，但是需要保证第一、第二加热环的功率密度沿着径向向中心减小。

虽然可以通过设置第二加热环406的方式来改善温度的跳变，可选的，也可以通过其他方式，例如增加第一加热环405长弯折单元的个数来改善这个问题，附图9显示了有5个长弯折单元情况，可以从5个增加到8个来改善这一问题。

附图10示出了加热装置和区域温控装置另一种排布选择。第一加热环405’仅由短弯折部沿着周向排布成环形；第二加热环406’可以选择和第一加热环405’相同的排布，即：仅由短弯折部沿着周向排布成环形；作为另一种替换方式，第二加热环406’还可以和附图9中的第一加热环405的排布相同。

附图9-10中，附图仅示出了一个第一半导体制冷器形成的环形，根据上文所述的实施例，在第二加热环406、406’内部的半导体制冷器可以包括第一半导体制冷器和第二半导体制冷器形成的两个环形，甚至根据需要也可以包括多个大致的环形。

图11示出加热丝的排布示意图，和附图6的区别在于：加热丝400具有多个接口403，多个接口403可以将加热丝分成多根，有助于分别控制加热丝400，从而实现分区加热。

为了更好的降温，参见附图1，在绝缘窗200外表面上方还设置有冷却装置220，用于给绝缘窗200降温的同时，也可以给半导体制冷器进行散热。

在绝缘窗上还设置有多个温度传感器，以及控制单元(图中并未示出)，温度传感器用于测量加热装置和区域温控装置附近的温度，并将温度数值返回给控制单元，控制单元根据预设的程序控制加热装置和区域温控装置，保证了绝缘窗温度的均匀性；对于设置在区域温控装置附近的温度传感器，也可以将这部分温度传感器集成在半导体制冷器内，简化装置。

本实用新型还公开了上文所述的具有温度控制装置的绝缘窗的温度控制的方法，包括：

(一)预热步骤，在等离子体产生之前，分别控制加热装置和区域温控装置加热。由于在等离子体产生之前，需要对绝缘窗进行预加热，防止等离子体产生时温度突然升高损坏绝缘窗，因此预热步骤时需要将区域温控装置的半导体制冷器切换成加热模式，然而区域温控装置的半导体制冷器的功率密度排布是沿着径向向中心增加的，这和加热装置的功率密度排布需求相反，因此半导体制冷器在预热步骤中仅部分制冷单元工作，工作的制冷单元和加热装置共同符合功率密度沿着径向向中心减小的趋势。可选的，在预热步骤时，为了增加预热的速度，半导体制冷器也可以全部工作。

如附图3、9、10中示出，在预热步骤时，制冷单元505仅部分工作，并切换为加热模式，例如仅5个制冷单元505工作，从而保证工作的制冷单元和加热装置共同符合功率密度沿着径向向中心减小的趋势，且工作的制冷单元505之间的周向间距是相同的，从而保证周向加热的均匀性；如附图5中示出，在预热步骤时，第二半导体制冷器502全部工作或仅部分工作，第一半导体制冷器501仅部分工作或全部不工作，制冷单元工作与否与制冷单元的具体数量有关，制冷单元工作与否最终满足制冷单元和加热装置共同符合功率密度沿着径向向中心减小的趋势。附图中的制冷单元的数量仅仅是一个示意，并未具体限定制冷单元的个数。同理，附图6-7中的第二半导体制冷器502全部工作或部分工作，第一半导体制冷器501部分工作或全部不工作，或者通过调节第一半导体制冷器501的电流来调节功率，从而满足功率密度的分布趋势。图8中的工作方式在上文已经具体描述，这里不再熬述。当然，可选的，在预热步骤时，为了增加预热的速度，半导体制冷器也可以全部工作。

(二)控温步骤，在等离子体产生时，分别控制加热装置加热，区域温控装置降温。在等离子体产生时，等离子体集中分布在绝缘窗中心附近，造成内部区域温度过高，通过区域温控装置可以快速冷却绝缘窗的内部区域，实现温度的均匀化。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。