CN105632858B - 一种电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置，该装置包含：圆柱筒支架；与圆柱筒支架连接的绝缘板；均匀设置在绝缘板上的第一线圈；设置在绝缘板中部的第二线圈组件；设置在第二线圈组件上方的腔体顶部的风扇；与圆柱筒支架内顶部连接，环绕设置在第二线圈组件周边的多个导流环。多个导流环均匀设置在圆柱筒支架内壁。本发明通过在电感耦合等离子体陶瓷窗内设置截面呈一对直角三角形或一对直销梯形的多个导流环，使得电感耦合等离子体陶瓷窗充分冷却，确保电感耦合等离子体陶瓷窗及与其下部结合的电感耦合等离子体反应器的温差降低，使得经TSV刻蚀后的产品质量稳定，保证刻蚀的均匀性。

Description

一种电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置

技术领域

本发明涉及TSV刻蚀工艺装置，具体涉及一种电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置。

背景技术

在TSV 刻蚀工艺中，有对硅材料进行沟槽（Trench）刻蚀，也有斜孔（Taper Via）刻蚀。刻蚀后的剖面有两个很重要的参数是深度和倾斜的角度。要同时满足这两个要求，必须要求TSV刻蚀设备对该工艺有很好的刻蚀均匀性控制，包括深度的均匀性（Uniformity）和角度的均匀性。

经研究发现，TSV ICP等离子体中，电感产生的源等离子体可以提供很高的等离子体浓度，同时其分布受到电感的形状，位置和反应器的形状和体积等因素的影响。电感通了射频电源后，在其通路上形成交变的电场和磁场。电场和磁场共同作用在反应腔体内将低压工艺气体形成等离子体。

在一个电感耦合的等离子体反应器中，有两个独立的电感同时作用，既可以提供等离子体的密度，有可以调节硅片表面的等离子体均匀性。而这两个电感的形状和位置都不一样。一个电感是水平电感，一个电感是垂直电感。这样的电感配置，可以在硅片的上面形成两个区域的等离子体。但是陶瓷材料窗（ceramic window）的冷却成了重要的问题。传统手段是的设置一个风扇在陶瓷材料窗上方向下吹气，通过气流带走热量，这在只有单一线圈时是有效的。在需要多个不同形状线圈组合来电离下方反应器中气体时，无论怎样改变风扇的大小、位置、角度都无法有效且均匀的带走不同形状的陶瓷材料窗上的热量。热量积累不均衡会导致陶瓷材料窗上温度梯度过大，材料窗会出现裂缝甚至破裂，同时材料窗上不同区域温度不同还会同步造成反应器内不同区域的反应速度不同，这对改善等离子处理的效果很不利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置，通过设置导流环组件及多个导流环，使得该冷却装置的风扇产生的冷却气流能够充分与第二线圈、绝缘柱接触，实现在TSV刻蚀工艺中，能够产生等离子体均匀分布的电磁场的电感耦合等离子体陶瓷窗充分冷却，提高TSV刻蚀工艺效率，及产品质量。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置，该冷却装置设置于电感耦合等离子体反应器的容器腔体顶部，使得容器腔体内部密封；其特点是，该冷却装置包含：

圆柱筒支架，所述圆柱筒支架横截面呈环形；

绝缘板，所述绝缘板与所述的圆柱筒支架底部通过支撑部件固定连接，所述绝缘板与所述圆柱筒支架之间设有间隙；

第一线圈，设置在所述的圆柱筒支架内的所述绝缘板上；

第二线圈组件，设置在所述的绝缘板上方中部，且所述第二线圈组件包括圆柱状的绝缘柱腔体以及绕置在绝缘柱腔体外部的第二线圈；

风扇，固定设置在所述的圆柱筒支架内顶部；

多个导流环，均匀环绕设置在所述的圆柱筒支架内壁，环绕设置在所述的第二线圈组件周边。

优选地，所述的第一线圈均匀平铺设置在所述的绝缘板上。

优选地，所述的风扇设置在所述的第二线圈组件上方的所述的圆柱筒支架上。

优选地，所述的该绝缘柱腔体内部空间通过该绝缘板上的开口与所述容器腔体相通；所述的第一线圈设置在该绝缘柱腔体周边；所述绝缘柱腔体内部设有反应气体注入口。

优选地，每个所述的导流环截面呈三角形。

优选地，所述的导流环截面呈梯形。

优选地，所述的多个导流环分别等间距叠加设置在所述的圆柱筒支架内壁。

优选地，所述的多个导流环的斜表面与所述的第二线圈相对应设置；所述的多个导流环与所述的第二线圈之间设有间隙。

优选地，每个所述的导流环采用塑料制成。

一种电感耦合等离子体反应器，设有容器腔体，其特点是，该反应器还设有电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置；所述的电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置包含：

圆柱筒支架；

绝缘板，所述的绝缘板的顶部与所述的圆柱筒支架底部通过支撑部件固定连接，该绝缘板与该圆柱筒支架之间设有间隙；该绝缘板的底部与所述的容器腔体顶部匹配连接；

第一线圈，设置在所述的圆柱筒支架内；

第二线圈组件，设置在所述的绝缘板中部；

风扇，固定设置在所述的圆柱筒支架内顶部；

多个导流环，均匀环绕设置在所述的圆柱筒支架内壁，环绕设置在所述的第二线圈组件周边。

优选地，所述的第一线圈均匀平铺设置在所述的绝缘板上。

优选地，所述的风扇设置在所述的第二线圈组件上方的所述的圆柱筒支架上。

优选地，所述的第二线圈组件包含：绝缘柱腔体，以及绕置在所述的绝缘柱腔体外部的第二线圈；所述的绝缘柱腔体设置在所述的绝缘板中部，该绝缘柱腔体内部通过该绝缘板与所述容器腔体相通；所述的第一线圈设置在该绝缘柱腔体周边；所述绝缘柱腔体内部设有注入口。

优选地，每个所述的导流环上表面包括倾斜面，所述倾斜面沿外侧圆柱筒支架向中间绝缘柱腔体方向逐渐向下倾斜。

优选地，所述的多个导流环分别等间距叠加设置在所述的圆柱筒支架内壁。

优选地，所述的多个导流环的斜表面与所述的第二线圈相对应设置；所述的多个导流环与所述的第二线圈之间设有间隙。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明通过在电感耦合等离子体陶瓷窗内设置导流环组件，及截面呈一对直角三角形或一对直销梯形的多个导流环；能够使得电感耦合等离子体陶瓷窗充分冷却，确保电感耦合等离子体陶瓷窗及与其下部结合的电感耦合等离子体反应器的温差降低，使得经TSV刻蚀后的产品质量稳定，保证刻蚀的均匀性。

附图说明

图1为本发明一种电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置的主视截面图。

图2为本发明一种电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置的局部立体图。

图3为本发明一种电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置的实施例示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置，该装置包含：圆柱筒支架10；与圆柱筒支架10连接的绝缘板20；均匀设置在绝缘板20上的第一线圈30；设置在绝缘板20上方中部的第二线圈组件40；设置在圆柱筒支架10内顶部的风扇50；环绕设置在第二线圈组件40、风扇50周边的多个导流环60。

圆柱筒支架10横截面呈环形，圆柱筒支架10与绝缘板20之间设有间隙，本实施例中，圆柱筒支架10与绝缘板20通过支撑部件固定连接。

如图2所示，第二线圈组件40包含：绝缘柱腔体41，及与绕置在绝缘柱腔体41外部的第二线圈42。绝缘柱腔体41设置在绝缘板20中部，第一线圈30设置在该绝缘柱腔体41周边。第一线圈30均匀平铺设置在绝缘板20上。

绝缘柱腔体41通过绝缘板20与电感耦合等离子体反应器100的容器腔体110相通；通过设置在绝缘柱腔体41内的注入口，处理气体通过绝缘柱腔体41、绝缘板20流入容器腔体110内。

如图1所示，多个导流环60等间距叠加设置在圆柱筒支架10内壁上。

本实施例中，如图1所示，导流环60截面呈直角三角形。导流环60截面也可呈一对直角梯形。

如图1所示，多个导流环60的斜截面601与第二线圈42相对应设置；多个导流环60与第二线圈42之间设有间隙。能够保证风扇50在工作时，既能够为第二线圈组件40降温，又能够为第一线圈30降温。

如图3所示，本发明提供的一种电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置与电感耦合等离子体反应器100的容器腔体110连接，完成工作。

电感耦合等离子体反应器100具体包含：容器腔体110、基座120、射频偏压电源130、排气泵140、一对喷淋头150及射频源电源160。

其中，容器腔体110顶部与电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置的绝缘板20采用支撑部件连接，使得容器腔体110与绝缘板20之间设有间隙；基座120设置在容器腔体110内；射频偏压电源130设置在该容器腔体110外部，并与基座120连接；排气泵140设置在该容器腔体110底部；一对喷淋头150分别设置在容器腔体110两侧；射频源电源160分别与电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置的第一线圈30、第二线圈42连接。

在实际应用中，具体工作原理如下：

电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置的圆柱筒支架10与绝缘板20通过支撑部件固定连接，同时圆柱筒支架10与绝缘板20之间设有间隙。本实施例中，风扇50转动时，带动圆柱筒支架10内空气流通，并且将通过圆柱筒支架10与绝缘板20之间的间隙将流通的空气排出，实现电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置内的空气流通。

电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置的绝缘板20与电感耦合等离子体反应器100的容器腔体110连接；基座120设置在该容器腔体110内。待刻蚀晶体片200设置在该基座120上；基座120与设置在容器腔体110外部的射频偏压电源130连接；当基座120通电后，使得待刻蚀晶体片200能够固定吸附在基座120上。容器腔体110两侧分别设有喷淋头150；射频源电源160分别为第一线圈30、第二线圈42提供电源。容器腔体110底部设有排气泵140，在电感耦合等离子体反应器100正常工作时，通过喷淋头150将气体充入容器腔体110内，通过该排气泵140将反应后的气体排出，维持容器腔体110内气压稳定。

绝缘板20底部与电感耦合等离子体反应器100的容器腔体110密闭连接，使得容器腔体110内部形成一个气密的真空封闭空间。当射频源电源160分别为第一线圈30、第二线圈42提供电源同时，处理气体通过喷淋头150注入容器腔体110内，同时在绝缘柱腔体41内设有注入口使得处理气体通过绝缘柱腔体41、绝缘板20流入容器腔体110内，使得处理气体在容器腔体110内形成等离子体对待刻蚀晶体片200进行刻蚀。本发明中，第一线圈30、第二线圈42分别形成的电磁场经叠加后，使得电磁场分布更加均匀，则处理气体通过喷淋头150、绝缘柱腔体41内注入口注入容器腔体110内能够形成均匀的等离子体300分布，从而对待刻蚀晶体片200进行处理。

风扇50在工作时，圆柱筒支架10内气流的运动，由于多个导流环60的斜截面601与第二线圈42的相对设置，使得绝缘柱腔体41周边能够充分感受到气流的运动，从而实现降低绝缘柱腔体41的工作温度。实现电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置内部温度的有效降低，缩小电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置内部温度与电感耦合等离子体反应器100的容器腔体110内部温差，避免由于二者温差过大，导致绝缘板20断裂现象出现。

本实施例中，采用石英或二氧化硅制成绝缘柱腔体41。本实施例中，每个导流环60采用塑料制成，从而避免对第一线圈30、第二线圈42产生电磁场分布的影响。

尽管本发明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发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (12)

1.一种电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置，该冷却装置设置于电感耦合等离子体反应器（100）的容器腔体（110）顶部，使得容器腔体（110）内部密封；其特征在于，该冷却装置包含：

圆柱筒支架（10），所述圆柱筒支架（10）横截面呈环形；

绝缘平板，所述绝缘平板与所述的圆柱筒支架（10）底部通过支撑部件固定连接，所述绝缘平板与所述圆柱筒支架（10）之间设有第一间隙；

第一线圈（30），设置在所述的圆柱筒支架（10）内的所述绝缘平板上；

第二线圈组件（40），设置在所述的绝缘平板上方中部，且所述第二线圈组件（40）包括圆柱状的绝缘柱腔体（41）以及绕置在所述绝缘柱腔体（41）外部的第二线圈（42）；

风扇（50），固定设置在所述的圆柱筒支架（10）内顶部；

多个导流环（60），均匀环绕设置在所述的圆柱筒支架（10）内壁，环绕设置在所述的第二线圈组件（40）周边，多个导流环（60）的斜截面（601）与所述的第二线圈（42）相对设置，使得绝缘柱腔体（41）周边能够充分感受到气流的运动，从而降低绝缘柱腔体（41）的工作温度；每个所述导流环（60）的斜截面（601）呈三角形或梯形；

所述风扇（50）产生的气流流经第二线圈（42）与导流环（60）之间的第二间隙和所述第一间隙，同时冷却第一线圈（30）和第二线圈组件（40）。

2.如权利要求1所述的电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置，其特征在于，所述的第一线圈（30）均匀平铺设置在所述的绝缘平板上。

3.如权利要求2所述的电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置，其特征在于，所述的风扇（50）设置在所述的第二线圈组件（40）上方的所述的圆柱筒支架（10）上。

4.如权利要求3所述的电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置，其特征在于，所述的绝缘柱腔体（41）内部空间通过所述绝缘平板上的开口与所述容器腔体（110）相通；所述的第一线圈（30）设置在该绝缘柱腔体（41）周边；所述绝缘柱腔体（41）内部设有反应气体注入口。

5.如权利要求1所述的电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置，其特征在于，所述的多个导流环（60）分别等间距叠加设置在所述的圆柱筒支架（10）内壁。

6.如权利要求3所述的电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置，其特征在于，每个所述的导流环（60）采用塑料制成。

7.一种电感耦合等离子体反应器，设有容器腔体（110），其特征在于，该反应器还设有电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置；所述的电感耦合等离子体陶瓷窗冷却装置包含：

圆柱筒支架（10）；

绝缘平板，所述的绝缘平板的顶部与所述的圆柱筒支架（10）底部通过支撑部件连接，该绝缘平板与该圆柱筒支架（10）之间设有第一间隙；该绝缘平板的底部与所述的容器腔体（110）顶部匹配连接；

第一线圈（30），设置在所述的圆柱筒支架（10）内；

第二线圈组件（40），设置在所述的绝缘平板中部；所述的第二线圈组件（40）包含绝缘柱腔体（41），以及绕置在所述的绝缘柱腔体（41）外部的第二线圈（42）；

风扇（50），固定设置在所述的圆柱筒支架（10）内顶部；

多个导流环（60），均匀环绕设置在所述的圆柱筒支架（10）内壁，环绕设置在所述的第二线圈组件（40）周边；多个导流环（60）的斜截面（601）与所述的第二线圈（42）相对设置，使得绝缘柱腔体（41）周边能够充分感受到气流的运动，从而降低绝缘柱腔体（41）的工作温度；每个所述导流环（60）的斜截面（601）呈三角形或梯形；

所述风扇（50）产生的气流流经第二线圈（42）与导流环（60）之间的第二间隙和所述第一间隙，同时冷却第一线圈（30）和第二线圈组件（40）。

8.如权利要求7所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，所述的第一线圈（30）均匀平铺设置在所述的绝缘平板上。

9.如权利要求8所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，所述的风扇（50）设置在所述的第二线圈组件（40）上方的所述的圆柱筒支架（10）上。

10.如权利要求9所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，所述的绝缘柱腔体（41）设置在所述的绝缘平板中部，该绝缘柱腔体（41）内部通过该绝缘平板与所述容器腔体（110）相通；所述的第一线圈（30）设置在该绝缘柱腔体（41）周边；所述绝缘柱腔体（41）内部设有注入口。

11.如权利要求10所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，每个所述的导流环（60）上表面包括倾斜面，所述倾斜面沿外侧圆柱筒支架（10）向中间绝缘柱腔体（41）方向逐渐向下倾斜。

12.如权利要求11所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，所述的多个导流环（60）分别等间距叠加设置在所述的圆柱筒支架（10）内壁。