CN113053713B - 等离子体处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子体处理设备，其包括反应腔、基座、设备板、静电夹盘、射频杆、射频电源、绝缘管道和抗静电涂层；绝缘管道通过所述设备板上的通道连接所述冷却通道，用于输送绝缘液体；抗静电涂层，涂覆于所述绝缘管道的内壁和/或外壁，抗静电涂层包括抗静电剂，所述抗静电剂的浓度范围为1％～20％，所述抗静电涂层接地。通过设置抗静电涂层中抗静电剂的量，能够将抗静电涂层的电阻值设置为合理范围，在允许静电荷导出的同时，也能够满足不消耗射频部件的工作功率，进而兼顾释放冷却液管路静电和确保射频工作功率，大大提高了设备的使用安全。

Description

等离子体处理设备

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，特别涉及一种等离子体处理设备。

背景技术

在半导体制造技术领域，经常需要对待处理基片进行等离子体处理，对待处理基片进行等离子体处理的过程在等离子体处理设备内进行。

等离子体处理设备一般都包含真空反应腔，真空反应腔内设置有用于承载待处理基片的承载台，所述承载台通常包含基座以及设置在基座上方用于固定基片的静电夹盘。基座下方设置有设备板和一端与设备板连接的射频杆，射频杆的外端部连接射频源，真空反应腔内通入反应气体，在射频激励下，反应气体电离生成等离子体，对基片进行处理。

在对基片进行处理过程中基片会发热，为了降低基片的热量，通常在基座内设置冷却液管路，采用循环制冷的方式来带走静电夹盘和基片上的热量。由于工作在射频环境中，所以基座中的冷却液管路采用绝缘材料，冷却液管路内部的导热媒介也采用绝缘液体。

但是，绝缘液体在流动过程中与冷却液管路之间因摩擦会产生静电，静电荷会累积到设备板等部件上。而射频部件通常是通过电容方式传导射频，因此对于直流是处于悬浮状态，当静电荷累积在射频部件时，此射频部件的电位会急剧升高，当达到某些阈值时，如1-2千伏，会通过电弧的方式击穿脆弱冷却液管路对地放电，导致绝缘液体传输管道被击漏液，严重时导致射频隔离磁环等器件发生损坏，危害操作人员的人身安全。

另外，如果电荷接近陶瓷介电层，这将导致静电夹盘电压，严重时导致铅晶圆移位或晶圆破碎。

因此，如何降低绝缘液体与冷却管路二者产生静电荷的危害，是本领域内技术人员始终关注的技术问题。

发明内容

本发明提供一种等离子体处理设备，包括：

反应腔；

基座，位于所述反应腔内底部，其内具有冷却通道；

设备板，位于所述基座的下方；

静电夹盘，位于所述基座上，用于吸附待处理基片；

射频杆，与所述设备板连接；

射频电源，通过匹配器与所述射频杆连接；

绝缘管道，通过所述设备板上的通道连接所述冷却通道，用于输送绝缘液体；

抗静电涂层，涂覆于所述绝缘管道的内壁和/或外壁，包括抗静电剂，所述抗静电剂的浓度范围为1％～20％，所述抗静电涂层接地。

可选的，所述抗静电涂层布置于所述绝缘管道的内壁局部或者/和外壁局部；或者/和，

所述抗静电涂层布置于所述绝缘管道的内壁整体或者/和外壁整体。

可选的，所述绝缘管道整个外壁设置所述抗静电涂层，所述绝缘管道与所述设备板之间通过金属接头配合连接，所述抗静电涂层部分与所述金属接头接触，所述绝缘管道通过所述金属接头连通内壁和外壁。

可选的，所述抗静电涂层还包括绝缘基体，混合均匀的所述绝缘基体和抗静电剂涂覆于所述绝缘管道上。

可选的，所述抗静电剂包括烷基季铵、磷或鏻盐烷基季铵、磷或鏻盐、烷基磺酸、磷酸或二硫代氨基甲酸的碱金属盐、乙氧基化脂肪族烷基胺其中一种或几种。

可选的，还包括隔离块，所述射频杆的内端连接所述设备板，外端部分管段通过所述隔离块支撑于接地部件。

可选的，还包括金属流量计，位于所述反应腔外部且设置于所述绝缘管道与所述外部冷却设备的连接管路，所述绝缘管道还包括外端接口段，用于与所述金属流量计配合安装，所绝缘管道的抗静电涂层部分与所述金属流量计接触，所述金属流量计接地设置。

可选的，所述抗静电涂层由与所述设备板接触的位置沿轴向延伸至所述外端接口段。

与现有技术仅使用绝缘材质的冷却管相比，在所述绝缘管道的内壁和/或外壁涂覆抗静电涂层，通过调节抗静电涂层中抗静电剂的量，能够将抗静电涂层的电阻值设置为合理范围，在允许静电荷导出的同时，也能够满足不消耗射频工作效率，进而兼顾释放冷却液管路静电和确保射频工作功率，大大提高了设备的使用安全。

附图说明

图1为本发明一种实施例中等离子体处理设备的结构示意图；

图2为本发明一种实施例中等离子体处理设备的下电极组件的结构示意图；

图3为本发明一种实施例中绝缘管道的结构示意图。

其中，图1至图3中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1-静电夹盘；2-设备板；3-绝缘环；4-绝缘管道；41-内壁；42-抗静电涂层；5-射频杆；6-隔离块；7-接地部件；8-接地环；9-基座；10-反应腔；20-射频源；30-进气装置。

具体实施方式

针对背景技术中提出的技术问题，本文进行了深入研究，研究发现：冷却液管路与绝缘液体中的静电荷不能及时释放主要原因在于设备工作结构所限，冷却液管路的内端部需要穿过射频高压区域连接于基座上，为了保证射频功率及使用安全，冷却液管路电阻必须足够大，不允许使用电阻小的金属材料作为冷却液管路。冷却液管路电阻大导致不能释放静电，产生背景技术中所述的技术问题。

在上述研究发现的基础上，本文提出了一种兼顾释放冷却液管路静电和射频工作高效率的技术方案，具体描述如下。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明一种实施例中等离子体处理设备的结构示意图；图2为本发明一种实施例中等离子体处理设备的下电极组件的结构示意图；图3为本发明一种实施例中绝缘管道的结构示意图。

本发明所提供的一种等离子处理设备，其包括上电极组件、反应腔10、进气装置30和下电极组件。其中下电极组件主要包括基座9、静电夹盘1、射频电源20和射频杆5。

基座9设置于反应腔10内底部，静电夹盘1设置于基座9上，静电夹盘1用于吸附待处理基片W。基座9内设置有冷却通道，冷却通道通过绝缘管道4引出反应腔10，与冷却液制冷设备相连。具体地，绝缘管道4通过设备板2上的通道连接冷却通道，用于输送绝缘液体，通过热交换带走基座9和静电夹盘1上的热量。

基座9下部设置设备板2，射频杆5的上端连接设备板2，下端部穿出反应腔10以连接位于反应腔10外部的射频电源20。射频杆5穿过隔离块6连接于接地部件7上。设备板2设置在基座9下方，冷却通道两端的连接接头可以固定在设备板2上。

反应腔10内还可以设置有接地部件，该接地部件可以为接地环8，其包围基座9和设备板2，能够将反应腔10内的耦合射频电流导入地，接地环同时起气密作用，接地环8之内可以为真空环境，充满射频场，接地环之外是大气环境。接地环8和设备板2之间设置有绝缘环3(请参考图2)，绝缘环3实现设备板2与接地环8之间的电隔离。反应腔10顶部设置有进气装置30，用于向反应腔10内提供反应气体。进气装置30的具体结构可以参考现有技术，本文在此不做详述。

本文主要介绍应用于等离子体处理设备的，其还包括绝缘管道4，绝缘管道4包括内端接口段，用于连接到等离子体处理设备基座9内设置的冷却通道。当如上所述的冷却通道的两端口开设于设备板2上时，绝缘管道4的内端接口段连接于设备板2上，通过设备板2上开设的通道连通基座9内部的冷却通道，用于输送绝缘液体。

绝缘管道4的内壁或/和外壁设有含有抗静电剂的抗静电涂层42，也就是说，可以仅绝缘管道4的内壁设置抗静电涂层42，也可以仅绝缘管道的外壁设置抗静电涂层42，或者绝缘管道的内壁和外壁均设置抗静电涂层42。

具体地，抗静电涂层42可以涂覆于绝缘管道4的内壁或外壁，抗静电涂层中抗静电剂的浓度范围为1％～20％，以使在绝缘管道产生的静电导出同时保证等离子体处理设备的射频工作效率在预设范围；由于所述抗静电涂层42接地，使得抗静电涂层42能够使静电荷导出大地，同时所述抗静电涂层42对射频的电阻较大，使通过抗静电涂层导走的射频低于1％，使大部分的射频都进入反应腔内部。

本文中的抗静电涂层42沿轴向连续并且至少部分向内延伸至与设备板2的接触位置，外端部延伸至射频部件的工作区域外部以接地。也就是说，整个绝缘管道产生的静电荷都可以通过抗静电涂层42导出至射频区域的外部，再通过外部接地部件导至大地。

与现有技术仅使用绝缘材质的冷却管相比，在所述绝缘管道4的内壁和/或外壁涂覆抗静电涂层42，通过调节抗静电涂层42中抗静电剂的量，能够将抗静电涂层42的电阻值设置为合理范围，在允许静电荷导出的同时，也能够满足不消耗射频部件的工作功率，进而兼顾释放绝缘管道4静电和确保射频工作效率，大大提高了设备的使用安全性。

在一种具体实施方式中，抗静电涂层42可以布置于绝缘管道的内壁局部或者/和外壁局部。也就是说，抗静电涂层42并非覆盖整个内壁或整个外壁，可以仅为内壁或外壁的一个弧段。

当然，抗静电涂层42可以布置于绝缘管道4的内壁整体或者/和外壁整体。

在一种实施例中，绝缘管道4仅外壁设置抗静电涂层42，绝缘管道4与设备板2之间通过金属接头配合连接，抗静电涂层42部分与金属接头接触，绝缘管道4通过设备板2上的通道连接基座9的冷却通道。

上述实施例中，绝缘管道4通过金属接头连通内壁和外壁，这样内壁上集中的静电荷能够通过金属接头运动至外壁，再通过外壁上的抗静电涂层42导出外部接地部件。

在一种具体实施例中，抗静电涂层42还包括绝缘基体，混合均匀的抗静电剂与绝缘基体材料涂覆于绝缘管道。该实施方式实施简单。绝缘基体可以为聚合物基体，例如特氟龙或其他。

上述各实施例中，抗静电剂可以包括烷基季铵、磷或鏻盐烷基季铵、磷或鏻盐、烷基磺酸、磷酸或二硫代氨基甲酸的碱金属盐、乙氧基化脂肪族烷基胺其中一种或几种。

上述各实施例中，绝缘管道4还包括外端接口段，用于与金属流量计配合安装，抗静电涂层42由与设备板2接触的位置沿轴向延伸至外端接口段。

所述等离子体处理设备的金属流量计为金属材料，金属流量计设置于反应腔10的外部，且设置于绝缘管道4与外部冷却设备的连接管路，其接地设置，上述实施例无需额外设置接地部件，通过流量计的接地设置可以同时实现绝缘管道静电荷的导出，结构简单。

在一种实施方式中，抗静电涂层42由与设备板2接触的位置沿轴向延伸至外端接口段。

等离子体处理设备其他结构请参考现有技术，本文不做赘述。

以上对本发明所提供的一种等离子体处理设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种等离子体处理设备，其特征在于，包括：

反应腔（10）；

基座（9），位于所述反应腔（10）内底部，其内具有冷却通道；

设备板（2），位于所述基座（9）的下方；

静电夹盘（1），位于所述基座（9）上，用于吸附待处理基片（W）；

射频杆（5），与所述设备板（2）连接；

射频电源（20），通过匹配器与所述射频杆（5）连接；

绝缘管道（4），通过所述设备板（2）上的通道连接所述冷却通道，用于输送绝缘液体；

抗静电涂层（42），涂覆于所述绝缘管道的内壁和/或外壁，包括绝缘基体和抗静电剂，所述抗静电剂的浓度范围为1%～20%，所述抗静电涂层接地；

其中，所述抗静电剂包括烷基季铵、磷或鏻盐烷基季铵、磷或鏻盐、烷基磺酸、磷酸或二硫代氨基甲酸的碱金属盐、乙氧基化脂肪族烷基胺其中一种或几种。

2.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述抗静电涂层（42）布置于所述绝缘管道（4）的内壁局部或者/和外壁局部；或者/和，

所述抗静电涂层（42）布置于所述绝缘管道的内壁整体或者/和外壁整体。

3.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述绝缘管道整个外壁设置所述抗静电涂层（42），所述绝缘管道与所述设备板（2）之间通过金属接头配合连接，所述抗静电涂层（42）部分与所述金属接头接触，所述绝缘管道通过所述金属接头连通内壁和外壁。

4.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，混合均匀的所述绝缘基体和抗静电剂涂覆于所述绝缘管道上。

5.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，还包括隔离块（6），所述射频杆（5）的内端连接所述设备板（2），外端部分管段穿过所述隔离块（6）连接于接地部件。

6.如权利要求1至5任一项所述的等离子体处理设备，其特征在于，还包括金属流量计，位于所述反应腔外部且设置于所述绝缘管道（4）与所述外部冷却设备的连接管路，所述绝缘管道还包括外端接口段，用于与所述金属流量计配合安装，所绝缘管道（4）的抗静电涂层（42）部分与所述金属流量计接触，所述金属流量计接地设置。

7.如权利要求6所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述抗静电涂层（42）由与所述设备板（2）接触的位置沿轴向延伸至所述外端接口段。

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