一种电感耦合等离子体处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种等离子处理装置，特别涉及一种电感耦合等离子体处理装置的加热器。
【背景技术】
[0002]近年来，随着半导体制造工艺的发展，对元件的集成度和性能要求越来越高，等离子工艺被广泛应用于半导体器件的制造中。其中主要的等离子处理装置包括电容耦合型(CCP)和电感耦合型(ICP)两种，其中电感耦合型的等离子处理装置具有等离子浓度高，刻蚀速率快等优点。如图1所示电感耦合型等离子处理装置通常包括一个反应腔100，反应腔100顶部为绝缘材料窗110，反应腔内下方为放置待处理基片的基座20，一个低频射频电源(如2Mhz/400KHz)通过一个匹配器连接到基座20。一个排气装置联通到基座20周围，抽走反应完成的气体，控制反应腔内的气压。绝缘材料窗上表面还包括加热线圈120以控制绝缘材料窗110的温度，因为绝缘材料窗的温度不同会影响反应腔内反应进行速度的均一性，绝缘材料窗110上的温度梯度太大时甚至会造成绝缘材料窗110的开裂破损。加热线圈120通过导线连接到一个加热电源。加热线圈上方140设置有至少一个感应线圈140，感应线圈通过一个匹配网络连接到高频射频电源(如13MHz)。高频射频功率被施加到感应线圈140后产生了高频磁场，这些高频磁场向下穿过加热线圈120和绝缘材料窗进入反应腔内，高频磁场感应产生高频电场，高频电场激励反应腔的反应气体产生并维持需要的等离子体。这些高频磁场不仅能在反应腔内产生感应电场，也会在加热线圈120内感应产生感应电流，这些感应电流会影响加热线圈的加热功率控制，甚至会倒流入加热电源中造成危害。高频射频电源的输出功率在不同的处理步骤中是可变的，所以加热线圈里的感应电流也是变化中的，这对稳定控制加热功率，进一步精确控制绝缘材料窗的温度是很不利的。所以多个不同半径的独立的加热线圈，或者渐开线型等传统的加热线圈图形在电感耦合等离子处理器上应用具有很大的局限性。为了减小这些高频磁场对加热线圈的干扰就要优化加热线圈的排布，在产生足够且均匀分布的热量的同时减少感应电流的产生。现有技术如US2002/0100557或者本申请人于2013年12月12日提交的专利201310671759.8揭露了一种技术方案:加热线圈采用放射状排布的折线，最终环绕形成一匝线圈，这样整个绝缘材料窗上表面都被加热电阻丝覆盖，实际会产生的感应电动势与加热线圈环绕而成的空间内穿过的磁通大小相关。由于加热线圈只有一匝所以感应电动势不大，加热电阻丝内产生的感应电流也不是很大。但是这些加热电阻线圈的排布方法只是尽可能的减少了感应电流的法热量，实际上仍然无法彻底解决这一问题。
[0003]因此，业界需要提供一种能彻底消除射频磁场在加热线圈中感应产生感应电流的电感耦合等离子体处理装置。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能彻底消除射频磁场在加热线圈中感应产生感应电流的电感耦合等离子体处理装置，同时要保证加热线圈产生的热量均匀可控的分布。
[0005]为达成上述目的，本发明提供一种电感耦合等离子体处理装置，包括:
[0006]等离子体处理腔室，腔室顶部包括一个绝缘材料窗，一个加热线圈设置在绝缘材料窗上表面，所述加热线圈连接到一个加热电源；一射频线圈设置在所述加热线圈上方，所述射频线圈连接到一个射频电源；其特征在于所述加热线圈包括多个加热环路，多个加热环路互相串联构成加热线圈，所述射频线圈产生的磁场穿过所述多个加热环路，使得不同加热环路产生的感应电流互相抵消。其中每个加热环路内包括位于第一侧的第一加热丝和位于第二侧的第二加热丝，每个加热环路中的第一加热丝与相邻加热环路的第二加热丝电连接。
[0007]其中所述多个加热环路互相串联构成环形的加热线圈，每个加热环路的第一加热丝位于环形内侧，第二加热丝位于环形外侧。多个加热环路包括一个第一加热环路和一个第二加热环路，一个第一交叉加热丝连接在第一加热环路的第一加热丝和第二加热环路的第二加热丝之间，一个第二交叉加热丝连接在第一加热丝的第二加热丝和第二加热环路的第一加热丝之间。
[0008]为了防止在交叉加热丝上产生热点，可以选择使所述第一交叉加热丝叠在第二交叉加热丝上方，且所述第一交叉加热丝与第二交叉加热丝之间还包括一层绝缘材料层，减少从第一交叉加热丝传导到所述绝缘材料窗上的热量，其中绝缘材料层由特氟龙或者Capton材料制成。进一步的第一交叉加热丝下表面高度在第二交叉加热丝的上表面上方5mm以上，以保证第一交叉加热丝的热量不会传导到下方绝缘材料窗。
[0009]防止热点产生也可以选择使所述第一和第二交叉加热丝与第一加热丝和第二加热丝分别由第一电阻和第二电阻材料制成，其中第一电阻材料的电阻率小于第二电阻材料的电阻率。
[0010]防止产生热点还可以选择使第一加热丝、第二加热丝和第一交叉加热丝、第二交叉加热丝由相同电阻材料制成，第一加热丝、第二加热丝具有第一横截面，第一交叉加热丝和第二交叉加热丝具有第二横截面，其中第二横截面面积大于所述第一横截面面积。
【附图说明】
[0011]图1为现有技术电感耦合等离子体处理装置的示意图；
[0012]图2a为本发明等离子处理装置的顶视图
[0013]图2b为本发明加热线圈放大图。
【具体实施方式】
[0014]为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
[0015]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“电连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0016]图2显示了本发明一种实施例提供的电感耦合等离子处理装置顶视图。相对图1所示的现有技术，本发明提供了一种新型的加热线圈结构能够彻底消除射频线圈在加热线圈中产生的感应电场。本发明加热线圈220整体上为双层环形，包括4个安顺序互相连接的加热区，每加热区呈圆弧形，多个加热区串联形成圆环形的加热区。每个加热区包括位于外侧的一个加热丝和一个位于内侧的加热丝，不同加热区之间还包括一个交叉连接加热丝，使得一个加热区的外侧加热丝与相邻加热区的内侧加热丝电连接。如图2所示，第一加热区A1包括位于外侧的加热丝2201b和位于内侧的加热丝2201a，2201a、2201b的一端连接到加热电源，加热电流通过2201a流入整个加热线圈，最终通过2201b流出整个加热线圈220。在加热丝2201a、2201b的另一端连接有一个交叉连接加热丝XI，XI包括第一加热丝XII连接在内侧加热丝2201a和第二加热区B1的外侧加热丝2202b之间，XI还包括第二加热丝X12连接在第一加热区A1的外侧加热丝2201b和第二加热区B1的内侧加热丝2202a之间。交叉加热丝XI中的的第一和第二加热丝X11、X12至少存在一个重叠点，但是两者在重叠点位置处需要绝缘层隔离，或者两者存在足够的高度差，以防止两个加热丝互相电连接形成短路。无论是XII覆盖在X12或是X12覆盖在XII上方均能实现本发明目的。同样第二加热区B2的加热丝2202a、2202b通过一个第二交叉加热丝X2的分别两个加热丝X21、X22连接到第三加热区A2的加热丝2203b、2203a ;第三加热区A2的加热丝2203a、2203b通过一个第三交叉加热丝X3的分别两个加热丝X31、X32连接到第四加热区B2的加热丝2204b、2204a，第四加热区B2还包括一个短接加热丝2204c，实现加热丝2204b、2204a的短接。
[0017]采用本发明上述实施例的加热丝排布图形时，上方线圈产生的射频磁场仍然会向下穿过加热线圈220并产生感应电动势，但是只有闭合的线圈才能感应产生感应电流，所以只有穿过下述区域的射频磁场才会产生感应电流:
[0018]1.上述加热电源电流输入/输出端、加热丝2201a、2201b、交叉加热丝XI围城的第一加热环路，环路包围的区域为第一加热区A1 ；
[0019]2.交叉加热丝X1、X2、加热丝2202a、2202b围绕成的第二加热环路，环路包围的区域为第二加热区B1 ；
[0020]3.交叉加热丝X2、X3、加热丝220