CN111415853A - 冷却装置、等离子体加工设备及反应腔室 - Google Patents

Abstract

本发明提供的冷却装置、等离子体产生装置及反应腔室，包括第一冷却环、第二冷却环和设置在二者之间的冷却套筒，第一冷却环中设置有用于输送冷却介质的第一通道，第二冷却环中设置有用于输送冷却介质的第二通道，并且，在冷却套筒中设置有第三通道，第三通道将第一通道和第二通道连通，使第三通道、第一通道和第二通道形成通路。借助直接在冷却套筒中形成的第三通道，能够直接对冷却套筒进行冷却降温，相对现有技术中通过上下冷却环或者缠绕在冷却套筒外周的冷却水路进行导热的方式而言，大大提高了冷却效率，从而使得热量得到有效释放，并减小冷却水路对射频稳定性的影响。

Description

冷却装置、等离子体加工设备及反应腔室

技术领域

本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种冷却装置、等离子体加工设备及反应腔室。

背景技术

立体等离子源能产生更高密度的等离子，从而能够得到更快的刻蚀速率，通过相关的工艺套件能更好的控制等离子体及工艺气体的分布，从调整晶片刻蚀的均匀性和刻蚀形貌。图1为一种常见的立体等离子源的刻蚀设备的结构示意图。如图1所示，等离子体产生腔由进气盖板101、金属腔体102、冷却支撑组件103、陶瓷筒104、射频线圈105、桶固定件106、腔室底板107和工艺套筒108构成，卡盘110安装于真空腔体111上，晶片109放置于卡盘110上，工艺气体由进气盖板101上的进气孔进入真空腔体111所包围的空间内，射频线圈105与匹配器113连接通以射频能量，在陶瓷筒104产生腔中形成等离子体，对卡盘110上的晶片进行刻蚀，工艺套筒108用于在反应过程中对工艺气体及等离子体产生约束，将其限制于晶圆顶部的区域内。

反应过程中，等离子体轰击陶瓷筒104，释放出大量热量，因而需要对陶瓷筒104进行散热处理。图2a为现有的陶瓷筒冷却装置的结构示意图，图2b为图2a中采用的上冷却水环、下冷却环的剖视图，如图2a、图2b所示，冷却装置由上冷却水环115、支撑套筒116、下冷却水环117组成温度控制套筒结构，上冷却水环115与下冷却水环117中分别设置有冷却水路，并且，在支撑套筒116的外周环绕设置有冷却管路，通过向冷却水路和冷却管路中通入冷却水，以对陶瓷筒104进行辐射冷却。

上述冷却装置至少存在下述问题：

支撑套筒116内表面通过辐射吸收了大量热量，但是冷却管路中的冷却水并不流经支撑套筒116，只是流经支撑套筒116的外周壁，因而，冷却效率低，大量热量无法得到释放，使得等离子体产生腔的温度较高，过高的温度可能导致晶圆糊胶，同时，导致超过密封圈使用温度，使之失效。因此，亟需一种能够有效降低陶瓷筒的温度的装置。

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，提出了一种冷却装置、等离子体加工设备及反应腔室。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种冷却装置，其包括第一冷却环、第二冷却环和设置在二者之间的冷却套筒，所述第一冷却环中设置有用于输送冷却介质的第一通道，所述第二冷却环中设置有用于输送冷却介质的第二通道，其中，在所述冷却套筒中设置有第三通道，所述第三通道将所述第一通道和所述第二通道连通，使所述第三通道、所述第一通道和所述第二通道形成通路。

进一步地，所述第一通道包括沿所述第一冷却环的周向间隔设置的多条第一子通道，所述第二通道包括沿所述第二冷却环的周向间隔设置的多条第二子通道；所述第三通道沿着所述冷却套筒的周向分布，并依次交替地连通所述第一子通道和所述第二子通道，使每个第一子通道和每个第二子通道均形成所述通路的一部分。

进一步地，所述第三通道为多条，且对应任意一组相应的所述第一子通道和第二子通道，均有一条所述第三通道串接在所述第一子通道的出口/入口与所述第二子通道的入口/出口之间，以使所有的第一子通道、所有的第二子通道和所有的第三通道串接成所述通路。

进一步地，所述第一子通道的数量与所述第二子通道的数量相同，且均沿着所述冷却套筒的周向均匀设置；并且，在所述冷却套筒的径向截面上，每条所述第二子通道的正投影位于与之相邻的两条所述第一子通道的正投影之间，且每条所述第二子通道的出口和入口的正投影分别和与之相邻的两条所述第一子通道的入口和出口的正投影重合。

进一步地，每条所述第三通道沿所述冷却套筒的轴向延伸并贯通所述冷却套筒的两端。

进一步地，所述第一冷却环朝向所述冷却套筒的端面设有多个第一冷却水孔，每一组相邻的两个所述第一冷却水孔分别与对应的一个所述第一子通道连通，以形成用于与所述第三通道连通的所述出口和所述入口；

所述第二冷却环朝向所述冷却套筒的端面设有多个第二冷却水孔，每一组相邻的两个所述第二冷却水孔分别与对应的一个所述第二子通道连通，以形成用于与所述第三通道连通的所述出口和所述入口。

进一步地，在所述第一冷却环和第二冷却环中分别设置有通道入口和通道出口，所述通道入口与所述第一通道连通，用于向所述通路输送冷却介质；所述通道出口与所述第二通道连通，用于排出所述通路中的冷却介质；或者，

在所述第一冷却环和第二冷却环中分别设置有通道出口和通道入口，所述通道入口与所述第二通道连通，用于向所述通路输送冷却介质；所述通道出口与所述第一通道连通，用于排出所述通路中的冷却介质。

进一步地，所述冷却装置还包括：

进水接头，与所述通道入口连接，用于向所述通路中输入冷却水；

回水接头，与所述通道出口连接，用于排出所述通路中的冷却水。

进一步地，在所述第二冷却环或所述第一冷却环上设置有安装块，所述进水接头和所述回水接头连接所述安装块，所述安装块中还设置有连通所述通道出口和所述回水接头的安装通道；

在所述第一冷却环或所述第二冷却通道上设置有转接块，所述转接块中还设置有连通所述通道入口的转接通道，且所述转接块和所述安装块之间设有将所述进水接头和所述转接通道连通的外部管路。

本发明还提供了一种等离子体产生装置，包括套筒和套设在所述套筒外部的冷却装置，所述冷却装置用于对所述套筒进行冷却，其采用本发明提供的冷却装置。

本发明又提供了一种反应腔室，包括等离子体产生装置，其采用本发明提供的等离子体产生装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的冷却装置，包括第一冷却环、第二冷却环和设置在二者之间的冷却套筒，第一冷却环中设置有用于输送冷却介质的第一通道，第二冷却环中设置有用于输送冷却介质的第二通道，并且，在冷却套筒中设置有第三通道，第三通道将第一通道和第二通道连通，使第三通道、第一通道和第二通道形成通路。借助直接在冷却套筒中形成的第三通道，能够直接对冷却套筒进行冷却降温，相对现有技术中只通过上下冷却环或者缠绕在冷却套筒外周的冷却水路进行导热的方式而言，大大提高了冷却效率，从而使得热量得到有效释放并减小冷却水路对射频稳定性的影响。

本发明提供的等离子体加工设备及反应腔室，其采用本发明提供的冷却装置，故而能够直接对冷却套筒进行冷却降温，相对现有技术中只通过上下冷却环进行导热的方式而言，大大提高了冷却效率，从而使得热量得到有效释放并减小冷却水路对射频稳定性的影响。

附图说明

图1为现有的一种等离子体加工设备的结构示意图；

图2a为现有的陶瓷筒冷却装置的结构示意图；

图2b为图2a中采用的上冷却水环、下冷却环的剖视图；

图3为本发明实施例提供的冷却装置的结构示意图；

图4为图3中采用的冷却套筒的局部剖视图；

图5为图3中采用的第一冷却环或第二冷却环的结构示意图；

图6为图5中第一冷却环或第二冷却环的剖视图；

图7为图3中冷却装置的局部剖视图。

其中：

101-进气盖板；102-金属腔体；103-冷却支撑组件；104-陶瓷筒；105-射频线圈；106-桶固定件；107-腔室底板；108-工艺套筒；109-晶片；110-卡盘；111-真空腔体；113-匹配器；115-上冷却水环；116-支撑套筒；117-下冷却水环；1-第一冷却环；11-第一子通道；12-第一冷却水孔；2-第二冷却环；21-第二子通道；22-第二冷却水孔；3-冷却套筒；31-第三通道；4-进水接头；5-出水接头；6-安装块；7-转接块。

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承载装置及等离子体加工设备进行详细描述。

图3为本发明实施例提供的冷却装置的结构示意图。如图3所示，本发明实施例提供了一种冷却装置，其包括第一冷却环1、第二冷却环2和设置在二者之间的冷却套筒3，第一冷却环1和第二冷却环2分别贴合在冷却套筒3的相对两端设置。第一冷却环1中设置有用于输送冷却介质的第一通道，第二冷却环2中设置有用于输送冷却介质的第二通道，并且，在冷却套筒3中设置有第三通道31，第三通道31将第一通道和第二通道连通，使得第三通道31、第一通道和第二通道形成通路。

本发明实施例借助直接在冷却套筒中形成的第三通道，能够直接对冷却套筒进行冷却降温，相对现有技术中只通过上下冷却环或者缠绕在冷却套筒外周的冷却水路进行导热的方式而言，大大提高了冷却效率，从而使得热量得到有效释放并减小冷却水路对射频稳定性的影响。

图4为图3中采用的冷却套筒的局部剖视图。图5为图3中采用的第一冷却环或第二冷却环的结构示意图。图6为图5中第一冷却环或第二冷却环的剖视图。

在本实施例中，如图4-图6所示，第一通道包括沿第一冷却环1的周向间隔设置的多条第一子通道11，类似的，第二通道包括沿第二冷却环2的周向间隔设置的多条第二子通道21。第三通道31沿着冷却套筒3的周向分布，并依次交替地连通第一子通道11和第二子通道21，使每个第一子通道11和每个第二子通道21均形成通路的一部分。

具体地，第三通道31为多条，并且，对应任意一组相应的第一子通道11和第二子通道21，均有一条第三通道31串接在第一子通道11的出口/入口与第二子通道21的入口/出口之间，以使所有的第一子通道11、所有的第二子通道21和所有的第三通道31串接成通路。

其中，相邻的第一子通道11和第二子通道21指的是，在冷却套筒3的径向截面上，具有重叠的正投影的第一子通道11和第二子通道21，或者，周向距离最近的第一子通道11和第二子通道21。

通过将所有的第一子通道11、所有的第二子通道21和所有的第三通道31串接成通路，使得在该通路上可以仅具有一个通道入口和一个通道出口，即可以使冷却水流经所有通道。

在本实施例中，第一子通道11的数量与第二子通道21的数量相同，且均沿着冷却套筒3的周向均匀设置。并且，在冷却套筒3的径向截面上，每条第二子通道21的正投影位于与之相邻的两条第一子通道11的正投影之间，即，第一子通道11与第二子通道21间隔设置，并且，每条第二子通道21的出口和入口的正投影分别和与之相邻的两条第一子通道11的入口和出口的正投影重合。

进一步地，每条第三通道31沿冷却套筒3的轴向延伸并贯穿冷却套筒3的两端。

在本实施例中，如图5-图6所示，第一冷却环1的朝向冷却套筒3的端面设有多个第一冷却水孔12，每一组相邻的两个第一冷却水孔12分别与对应的一个第一子通道11连通，以形成用于与第三通道31连通的入口和出口。类似的，第二冷却环2朝向冷却套筒3的端面设有多个第二冷却水孔22，每一组相邻的两个第二冷却水孔分别与对应的一个第二子通道21连通，以形成用于与第三通道31连通的入口和出口。

也就是说，每一个第一子通道11均对应连通有两个第一冷却水孔12分别作为入口和出口，每一个第二子通道21均对应连通有两个第二冷却水孔22分别作为入口和出口。

当然，第一冷却环1、第二冷却环2也可以采用其他结构，例如，在第一冷却环与冷却套筒相接触的面上设置第一冷却凹槽，当第一冷却环与冷却套筒对接时，该第一冷却凹槽与冷却套筒共同形成封闭的通道，该通道作为第一冷却通道。综上，只要能实现冷却水在第一冷却环、第二冷却环中的流通，即可。

需要说明的是，在本实施例中，第一子通道11的正投影与第二子通道21的正投影仅在出口和入口部分相重叠，但是，本发明并不局限于此，第一子通道和第二子通道还可以采用如下设置：第一子通道的数量与所述第二子通道的数量相同，且一一对应地设置，并且，在冷却套筒的径向截面上，每条第一子通道的正投影和与之对应的第二子通道的正投影至少部分重叠。

为提高冷却装置的周向冷却均匀性，优选地，多条第一子通道11的周向长度均相同。优选地，多条第二子通道21的周向长度均相同。优选地，第一子通道11的周向长度和第二子通道21的周向长度均相同。此时，多条第三通道31在冷却套通3的周向上均匀间隔设置。

图7为图3中冷却装置的局部剖视图。如图3和图7所示，在本实施例中，在第一冷却环1和第二冷却环2中分别设置有通道入口和通道出口，通道入口与第一通道连通，用于向通路输送冷却介质，通道出口与第二通道2连通，用于排出通路中的冷却介质。或者，在第一冷却环1和第二冷却环2中分别设置有通道出口和通道入口，通道入口与第二通道连通，用于向通路输送冷却介质，通道出口与第一通道连通，用于排出通路中的冷却介质。

进一步地，在本实施例中，冷却装置还包括进水接头4和回水接头5。其中，进水接头4连接至通道入口，用于向通路输入冷却水，回水接头5连接至通道出口，用于排出冷却水。

进一步地，如图3所示，冷却装置还包括安装块6，安装块6设置在第二冷却环2或第一冷却环1上，进水接头4和回水接头5设置在安装块6上，安装块6中还设置有安装通道，安装通道用于连接通道出口和回水接头5，用于将冷却水输送至回水接头5。另外，在第一冷却环1或第二冷却环2上设置有转接块7，转接块7中还设置有连通通道入口的转接通道，且转接块7和安装块6之间设有将进水接头4和转接通道连通的外部管路，用于将冷却水自进水接头4输送至通道入口。

本发明对进水接头4与出水接头5的具体连接方式并不做限定，只要能够实现将冷却介质通入第三通道31、第一通道和第二通道形成的通路中，并能使冷却介质自该通路中流出，即可。作为连接方式的一种，在安装块6上设置有与第二冷却环2中的第二子通道21相连的第一通水孔，进水接头4和出水接头5分别与安装块6连接，在转接块7上设置有与第一冷却环1中的第一子通道11相连的第二通水孔，且转接块7与安装块6之间通过外部管路连接，在这种连接方式下，冷却介质自进水接头4经过安装块6进入第二冷却环2中的第二子通道21，并在通路中流通，在环绕通路一周后，自第一冷却环1经过转接块7、外部管路流回安装块6，最后自出水接头5流出。

作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种等离子体产生装置，其包括套筒和套设在所述套筒外部的冷却装置，冷却装置用于对套筒进行冷却，其中，冷却装置为本发明提供的冷却装置。

本发明提供的等离子体产生装置，由于其采用本发明提供的冷却装置，故而能够直接对冷却套筒进行冷却降温，相对现有技术中通过上下冷却环进行导热的方式而言，大大提高了冷却效率，从而使得热量得到有效释放。

作为本发明的再一方面，本发明还提供了一种反应腔室，包括等离子体产生装置，其中，该等离子体产生装置为本发明提供的等离子体产生装置。

本发明提供的反应腔室，由于其采用本发明提供的冷却装置，故而能够直接对冷却套筒进行冷却降温，相对现有技术中通过上下冷却环进行导热的方式而言，大大提高了冷却效率，从而使得热量得到有效释放。

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 (11)

1.一种冷却装置，其包括第一冷却环、第二冷却环和设置在二者之间的冷却套筒，所述第一冷却环中设置有用于输送冷却介质的第一通道，所述第二冷却环中设置有用于输送冷却介质的第二通道，其特征在于，

在所述冷却套筒中设置有第三通道，所述第三通道将所述第一通道和所述第二通道连通，使所述第三通道、所述第一通道和所述第二通道形成通路。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述第一通道包括沿所述第一冷却环的周向间隔设置的多条第一子通道，所述第二通道包括沿所述第二冷却环的周向间隔设置的多条第二子通道；所述第三通道沿着所述冷却套筒的周向分布，并依次交替地连通所述第一子通道和所述第二子通道，使每个第一子通道和每个第二子通道均形成所述通路的一部分。

3.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述第三通道为多条，且对应任意一组相应的所述第一子通道和第二子通道，均有一条所述第三通道串接在所述第一子通道的出口/入口与所述第二子通道的入口/出口之间，以使所有的第一子通道、所有的第二子通道和所有的第三通道串接成所述通路。

4.根据权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，所述第一子通道的数量与所述第二子通道的数量相同，且均沿着所述冷却套筒的周向均匀设置；并且，在所述冷却套筒的径向截面上，每条所述第二子通道的正投影位于与之相邻的两条所述第一子通道的正投影之间，且每条所述第二子通道的出口和入口的正投影分别和与之相邻的两条所述第一子通道的入口和出口的正投影重合。

5.根据权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，每条所述第三通道沿所述冷却套筒的轴向延伸并贯通所述冷却套筒的两端。

6.根据权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，所述第一冷却环朝向所述冷却套筒的端面设有多个第一冷却水孔，每一组相邻的两个所述第一冷却水孔分别与对应的一个所述第一子通道连通，以形成用于与所述第三通道连通的所述出口和所述入口；

所述第二冷却环朝向所述冷却套筒的端面设有多个第二冷却水孔，每一组相邻的两个所述第二冷却水孔分别与对应的一个所述第二子通道连通，以形成用于与所述第三通道连通的所述出口和所述入口。

7.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，在所述第一冷却环和第二冷却环中分别设置有通道入口和通道出口，所述通道入口与所述第一通道连通，用于向所述通路输送冷却介质；所述通道出口与所述第二通道连通，用于排出所述通路中的冷却介质；或者，

在所述第一冷却环和第二冷却环中分别设置有通道出口和通道入口，所述通道入口与所述第二通道连通，用于向所述通路输送冷却介质；所述通道出口与所述第一通道连通，用于排出所述通路中的冷却介质。

8.根据权利要求7所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置还包括：

进水接头，与所述通道入口连接，用于向所述通路中输入冷却水；

回水接头，与所述通道出口连接，用于排出所述通路中的冷却水。

9.根据权利要求8所述的冷却装置，其特征在于，在所述第二冷却环或所述第一冷却环上设置有安装块，所述进水接头和所述回水接头连接所述安装块，所述安装块中还设置有连通所述通道出口和所述回水接头的安装通道；

在所述第一冷却环或所述第二冷却通道上设置有转接块，所述转接块中还设置有连通所述通道入口的转接通道，且所述转接块和所述安装块之间设有将所述进水接头和所述转接通道连通的外部管路。

10.一种等离子体产生装置，包括套筒和套设在所述套筒外部的冷却装置，所述冷却装置用于对所述套筒进行冷却，其特征在于，所述冷却装置为权利要求1-9中任一所述的冷却装置。

11.一种反应腔室，包括等离子体产生装置，其特征在于，所述等离子体产生装置为权利要求10中所述的等离子体产生装置。

Images