CN107680915B - 等离子体源的冷却机构及半导体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子体源的冷却机构及半导体加工设备，该等离子体源包括介质筒、环绕在该介质筒周围的线圈以及罩设在该线圈周围的线圈盒。而且，冷却机构包括第一进气口和第一出气口，其中，第一进气口设置在线圈盒的侧壁底部，用以向线圈盒内输送冷却气体；第一出气口设置在线圈盒的顶壁上，用以排出线圈盒内的冷却气体。本发明提供的等离子体源的冷却机构，其可以降低热对流的阻力，提高热对流的速度，从而可以提高设备的散热能力。

Description

等离子体源的冷却机构及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种等离子体源的冷却机构及半导体加工设备。
背景技术
为了实现较高的刻蚀选择比及刻蚀速率，目前的半导体加工设备往往采用远程高密度等离子体(remote high density plasma，Remote HDP)的等离子体源，其在施加功率的射频线圈(立体线圈)的作用下，在等离子体产生腔(因其采用陶瓷等的绝缘材料制作，结构呈筒状，故以下简称“介质筒”)的内部产生等离子体。
图1为现有的一种半导体加工设备的剖视图。如图1所示。半导体加工设备包括反应腔室和等离子体源，其中，反应腔室由侧壁7和具有开口的顶盖6构成，在该反应腔室内设置有用于承载晶片的卡盘8，并且在反应腔室的底部还设置有用于排出废气的抽真空装置9。等离子体源包括射频线圈4、介质筒3、线圈盒2和风扇1。其中，介质筒3设置在顶盖6上，且与其开口相连通；射频线圈4环绕设置在介质筒3的外侧；线圈盒2罩设在射频线圈4周围，且与顶盖6形成封闭空间。而且，在线圈盒2的顶部设置有进气口，且在线圈盒2的侧壁底部设置有排气口5，风扇1设置在该进气口处，用以通过进气口向上述封闭空间输送冷却气体，冷却气体自上而下流动，最终经由排气口5排出，以冷却介质筒3。
上述半导体加工设备在实际应用中不可避免地存在以下问题：
上述介质筒3的散热方式之一为对流散热，在无风冷，即风扇1不工作时，封闭空间内的空气因受热变轻而上升，气流的流向自下而上，形成自然对流。而在风扇1工作时，其向封闭空间内通入冷却气体，该冷却气体自上而下流动形成强制对流。但是，由于该强制对流的方向与自然对流的方向相反，自然对流实际上对强制对流造成一定的阻碍，导致热对流的速度变慢，从而使设备的散热能力降低。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种等离子体源的冷却机构及半导体加工设备，其可以降低热对流的阻力，提高热对流的速度，从而可以提高设备的散热能力。
为实现本发明的目的而提供一种等离子体源的冷却机构，所述等离子体源包括介质筒、环绕在所述介质筒周围的线圈以及罩设在所述线圈周围的线圈盒，所述冷却机构包括第一进气口和第一出气口，其中，
所述第一进气口设置在所述线圈盒的侧壁底部，用以向所述线圈盒内输送冷却气体；
所述第一出气口设置在所述线圈盒的顶壁上，用以排出所述线圈盒内的冷却气体。
优选的，所述冷却机构还包括控温套筒，所述控温套筒设置在所述线圈盒内，且与所述介质筒构成第一封闭空间；并且，
在所述控温套筒的侧壁底部设置有第二进气口，用以向所述第一封闭空间内输送冷却气体；
在所述控温套筒的顶壁上设置有第二出气口，用以排出所述第一封闭空间内的冷却气体。
优选的，所述第二进气口的数量为多个，且沿所述控温套筒的周向对称分布。
优选的，所述第一进气口的数量为一个或多个，且多个所述第一进气口沿所述线圈盒的周向对称分布。
优选的所述第一进气口的数量与所述第二进气口的数量一致，且各个第一进气口与各个第二进气口一一相对。
优选的，所述第二出气口的数量为多个，且沿所述控温套筒的周向对称分布。
优选的，所述冷却机构还包括环状的导流罩，所述导流罩设置在所述线圈盒内，且与所述线圈盒的顶壁和所述控温套筒的顶壁构成第二封闭空间，并且所述第一出气口和所述第二出气口位于所述第二封闭空间内。
优选的，所述导流罩为锥形环状，且所述导流罩的顶部开口的尺寸小于所述导流罩的底部开口的尺寸。
优选的，所述冷却机构还包括散热器，所述散热器用于对自所述第一出气口处排出的气体进行冷却。
优选的，所述冷却机构还包括抽气装置，用于通过所述第一出气口处抽出所述线圈盒内的冷却气体。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室和等离子体源，在所述反应腔室的顶壁上设置有开口；所述等离子体源包括介质筒、环绕在所述介质筒周围的线圈以及罩设在所述线圈周围的线圈盒；所述介质筒设置在所述反应腔室的顶部，且与所述开口相连通；所述线圈盒与所述反应腔室的顶壁形成封闭空间，还包括本发明提供的上述等离子体源的冷却机构。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的等离子体源的冷却机构，其通过将第一进气口设置在线圈盒的侧壁底部，并将第一出气口设置在线圈盒的顶壁上，可以使在线圈盒内的冷却气体自下而上地流动，该流动方向与自然对流的方向一致，从而可以降低热对流的阻力，提高热对流的速度，进而可以提高设备的散热能力。
本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述等离子体源的冷却机构，可以降低热对流的阻力，提高热对流的速度，从而可以提高设备的散热能力。
附图说明
图1为现有的一种半导体加工设备的剖视图；
图2为本发明实施例提供的等离子体源的冷却机构的剖视图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的等离子体源的冷却机构及半导体加工设备进行详细描述。
图2为本发明实施例提供的等离子体源的冷却机构的剖视图。请参阅图2，等离子体源包括介质筒11、环绕在该介质筒11周围的线圈12以及罩设在该线圈12周围的线圈盒10。介质筒11通常采用诸如陶瓷等的绝缘材料制作。线圈12为立体线圈，通过向该线圈12施加射频功率，可以将射频能量馈入介质筒11内，以在介质筒11的内部形成等离子体。
冷却机构包括第一进气口24、第一出气口20和抽气装置18，其中，第一进气口24设置在线圈盒10的侧壁底部，用以向线圈盒10的内部空间26输送冷却气体。优选的，第一进气口24的数量为多个，且沿线圈盒10的周向对称分布，以提高冷却气体在线圈盒10的内部空间26内的分布均匀性。第一出气口20设置在线圈盒10的顶壁上，优选位于该顶壁的中心位置处，以保证气流分布的对称性。
抽气装置18用于通过第一出气口20抽出线圈盒10内的冷却气体。抽气装置18可以为抽气风扇。借助抽气装置18，可以在线圈盒10内形成自下而上的强制对流方向，该强制对流方向与自然对流的方向一致，从而可以降低热对流的阻力，提高热对流的速度，进而可以提高设备的散热能力。同时，抽气装置18还可以提高线圈盒10内冷却气体的流动速率，从而可以提高冷却效率。在实际应用中，也可以省去该抽气装置18，在这种情况下，自第一进气口24流入线圈盒10内的冷却气体仍然可以自下而上地流动，并最终自第一出气口20排出，即，冷却气体的流动方向与自然对流的方向一致，从而可以降低热对流的阻力，提高热对流的速度，进而可以提高设备的散热能力。
优选的，冷却机构还包括控温套筒23，该控温套筒23设置在线圈盒10内，且与介质筒11构成第一封闭空间27。并且，在控温套筒23的侧壁底部设置有第二进气口25，线圈盒10的内部空间26内的冷却气体通过该第二进气口25进入第一封闭空间27内。而且，在控温套筒23的顶壁上设置有第二出气口22，用以排出第一封闭空间27内的冷却气体。也就是说，冷却气体经由第一进气口24进入线圈盒10的内部空间26，然后经由第二进气口25进入第一封闭空间27内，并自下而上流动，再经由第二出气口22排出第一封闭空间27，最终被抽气装置18经由第一出气口20抽出线圈盒10。
借助上述控温套筒23，可以将热气流与线圈盒10内的其他部件隔离，同时使冷却气流能够与介质筒11充分接触，从而可以提高冷却气流与介质筒11的热交换效率，进而可以提高冷却效果。
进一步优选的，第二进气口25的数量为多个，且沿控温套筒23的周向对称分布，以使进入第一封闭空间27内的冷却气体分布更均匀，从而可以提高冷却均匀性。另外，优选的，第一进气口24的数量与第二进气口25的数量一致，且各个第一进气口24与各个第二进气口25一一相对，这可以使大部分冷却气体能够通过第一进气口24进入线圈盒10的内部空间26之后，经由与之相对的第二进气口25直接流入第一封闭空间27，从而可以缩短冷却气体的路径，提高冷却效率。当然，在实际应用中，第一进气口24的数量也可以少于或者多于第二进气口25的数量。
优选的，第二出气口22的数量为多个，且沿控温套筒23的周向对称分布，以提高第一封闭空间27内的气流的稳定性和均匀性，从而可以提高冷却均匀性。
优选的，冷却机构还包括环状的导流罩21，该导流罩21设置在线圈盒10内，且与线圈盒10的顶壁和控温套筒23的顶壁构成第二封闭空间28，并且第一出气口20和第二出气口22位于第二封闭空间28内。借助导流罩21，可以避免气流滞留在线圈盒10中。进一步优选的，导流罩21为锥形环状，且导流罩21的顶部开口的尺寸小于导流罩21的底部开口的尺寸，这可以使气流朝向第一出气口20的方向聚拢，从而可以控制气流的方向，使之自第一出气口20排出。
优选的，冷却机构还包括散热器19，该散热器19用于对自第一出气口20处排出的气体进行冷却。该散热器19可以为散热片，该散热片由缠绕分布的冷却管道组成，该冷却管道设置在第一出气口20处，通过向冷却管道内通入冷却水，可以对流经第一出气口20的气体进行冷却。借助散热器19，可以使经由抽气装置18排出的气体直接排入厂务排风或者大气中去，从而可以简化排出气体的处理流程。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室和等离子体源，其中，如图2所示，反应腔室由侧壁15和具有开口的顶盖14构成，在该顶盖14上设置有开口。并且，在该反应腔室内设置有用于承载晶片的卡盘16，以及在反应腔室的底部还设置有用于排出废气的抽真空装置17。
等离子体源包括介质筒11、环绕在该介质筒11周围的线圈12以及罩设在该线圈12周围的线圈盒10。其中，介质筒11设置在反应腔室的顶盖14上，且与顶盖14的开口相连通。线圈盒10与反应腔室的顶盖14形成封闭空间26。
半导体加工设备还包括上述等离子体源的冷却机构，该冷却机构采用了本发明实施例提供的上述冷却机构。
本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述等离子体源的冷却机构，可以降低热对流的阻力，提高热对流的速度，从而可以提高设备的散热能力。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种等离子体源的冷却机构，所述等离子体源包括介质筒、环绕在所述介质筒周围的线圈以及罩设在所述线圈周围的线圈盒，其特征在于，所述冷却机构包括第一进气口和第一出气口，其中，
所述第一进气口设置在所述线圈盒的侧壁底部，用以向所述线圈盒内输送冷却气体；
所述第一出气口设置在所述线圈盒的顶壁上，用以排出所述线圈盒内的冷却气体；
所述冷却机构还包括控温套筒，所述控温套筒设置在所述线圈盒内，且与所述介质筒构成第一封闭空间；并且，
在所述控温套筒的侧壁底部设置有第二进气口，用以向所述第一封闭空间内输送冷却气体；
在所述控温套筒的顶壁上设置有第二出气口，用以排出所述第一封闭空间内的冷却气体。
2.根据权利要求1所述的等离子体源的冷却机构，其特征在于，所述第二进气口的数量为多个，且沿所述控温套筒的周向对称分布。
3.根据权利要求2所述的等离子体源的冷却机构，其特征在于，所述第一进气口的数量为一个或多个，且多个所述第一进气口沿所述线圈盒的周向对称分布。
4.根据权利要求3所述的等离子体源的冷却机构，其特征在于，所述第一进气口的数量与所述第二进气口的数量一致，且各个第一进气口与各个第二进气口一一相对。
5.根据权利要求1所述的等离子体源的冷却机构，其特征在于，所述第二出气口的数量为多个，且沿所述控温套筒的周向对称分布。
6.根据权利要求1所述的等离子体源的冷却机构，其特征在于，所述冷却机构还包括环状的导流罩，所述导流罩设置在所述线圈盒内，且与所述线圈盒的顶壁和所述控温套筒的顶壁构成第二封闭空间，并且所述第一出气口和所述第二出气口位于所述第二封闭空间内。
7.根据权利要求6所述的等离子体源的冷却机构，其特征在于，所述导流罩为锥形环状，且所述导流罩的顶部开口的尺寸小于所述导流罩的底部开口的尺寸。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的等离子体源的冷却机构，其特征在于，所述冷却机构还包括散热器，所述散热器用于对自所述第一出气口处排出的气体进行冷却。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的等离子体源的冷却机构，其特征在于，所述冷却机构还包括抽气装置，用于通过所述第一出气口处抽出所述线圈盒内的冷却气体。
10.一种半导体加工设备，其包括反应腔室和等离子体源，在所述反应腔室的顶壁上设置有开口；所述等离子体源包括介质筒、环绕在所述介质筒周围的线圈以及罩设在所述线圈周围的线圈盒；所述介质筒设置在所述反应腔室的顶部，且与所述开口相连通；所述线圈盒与所述反应腔室的顶壁形成封闭空间，其特征在于，还包括权利要求1-9任意一项所述的等离子体源的冷却机构。
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