CN202871758U - 一种安全输送冷却气体的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种安全输送冷却气体的装置，在所述冷却气体输送管道和所述导体连接器的连接端设置一管道分隔装置，将所述冷却气体输送管道的内径分隔为若干路口径小于0.5毫米的气体输送通道。利用帕邢定律和帕邢曲线知：击穿电压U（千伏）是电极距离d（厘米）和气压P（托）乘积的函数，在所述冷却气体输送管道内部气压一定的前提下减小电极距离将电极距离d（厘米）和气压P（托）乘积移到冷却气体所能承受的击穿电压较大的一侧，从而提高冷却气体所能承受的击穿电压，实现冷却气体的安全输送。

Description

一种安全输送冷却气体的装置

技术领域

本实用新型涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及一种输送冷却气体的气体管道技术领域。

背景技术

在半导体设备的制造过程中，例如蚀刻、沉积、氧化、溅射等处理过程中，通常会利用等离子体对基片（半导体晶片、玻璃基片等）进行处理。一般地，对于等离子体处理装置来说，作为生成等离子体的方式，在高频放电方式的等离子体处理装置中，包括电容耦合型等离子体反应器和电感耦合型等离子体反应器。所述的电容耦合型反应器通常配置有上部电极和下部电极，优选地这两个电极平行设置。而且，通常在下部电极之上载置被处理基片，经由整合器将等离子体生成用的高频电源施加于上部电极或者下部电极。通过由该高频电源所生成的高频电场来使反应气体的外部电子加速，从而产生等离子体对基片进行等离子处理。

等离子体对基片进行处理时会产生很高的热量，导致基片温度较高，为了降低基片温度，所述下部电极内部通常设置有热交换器对所述基片进行冷却。所述的下部电极通常包括一个静电吸盘，所述静电吸盘的运行需要施加高压DC功率以卡紧基片。为了提高基片热量向下部电极传导的效率，可以向基片和静电吸盘之间提供冷却气体，然而，高压DC或RF功率之一会转而将氦激励到电子能够逸出氦原子键的点，由此生成等离子体，气体氦转变为氦等离子体的时间通常称为“点燃”。

由于输送冷却气体的管道通常为绝缘材料，常用的如特氟龙等材质的塑料，当管道内存在等离子体时，塑料材质的管道很容易被击穿，不仅增加了成本，同时破坏了等离子体反应腔的真空结构，降低了待处理基片的加工合格率。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种安全输送冷却气体的管道，包括一冷却气体输送管道，所述冷却气体输送管道通过一导体连接器与所处等离子体刻蚀室的下电极连接，所述冷却气体输送管道和所述导体连接器的连接端包括一管道分隔装置，所述管道分隔装置至少部分的位于所述冷却气体输送管道内部，与所述冷却气体输送管道形成若干路气体输送通道，所述管道分隔装置距离所述下电极较近的一端位于所述导体连接器内部，另一端位于所述导体连接器外部，所述若干路气体输送通道口径小于0.5毫米。

所述冷却气体输送管道内的气压范围为10托-50托。

所述冷却气体输送管道的内径为2毫米-3毫米。

进一步的，所述管道分隔装置为一段多孔管道，所述多孔管道位于所述冷却气体输送管道内部，所述多孔管道的孔径小于0.5毫米，长度大于5毫米。

进一步的，所述管道分隔装置也可以为若干根内径较小的管道，所述若干根内径较小的管道位于所述冷却气体输送管道内部，其内径小于0.5毫米，长度大于5毫米。

进一步的，所述管道分隔装置还可以为设置在所述冷却气体输送管道内部的若干分隔板，所述分隔板互相交叉，与所述冷却气体输送管道形成若干路气体输送通道，所述若干路气体输送通道口径小于0.5毫米。

进一步的，所述管道分隔装置两端分别设置紧固装置。

进一步的，所述导体连接器为金属材质，所述导体连接器与所述下电极焊接在一起。

进一步的，所述管道分隔装置和所述冷却气体输送管道为绝缘材料，例如，特氟龙材料。

进一步的，所述冷却气体输送管道内的冷却气体可以承受超过3000伏的击穿电压。

根据本实用新型所提供的输送冷却气体的装置，通过在所述冷却气体输送管道和所述导体连接器的连接端设置一管道分隔装置，将所述冷却气体输送管道的内径分隔为若干路口径小于0.5毫米的气体输送通道。利用帕邢定律和帕邢曲线：击穿电压U（千伏）是电极距离d（厘米）和气压P（托）乘积的函数，在所述冷却气体输送管道内部气压一定的前提下减小电极距离将电极距离d（厘米）和气压P（托）乘积移到冷却气体所能承受的击穿电压较大的一侧，从而提高冷却气体所能承受的击穿电压，实现冷却气体的安全输送。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出本实用新型所述安全输送冷却气体的装置所处等离子体刻蚀室的结构示意图；

图2示出所述冷却气体输送管道结构示意图；

图3示出氦气的帕邢曲线示意图；

图4示出管道分隔装置的一种实施例结构示意图；

图5示出管道分隔装置的另一种实施例结构示意图；

图6示出管道分隔装置的另一种实施例结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行说明。

图1示出本实用新型提供的安全输送冷却气体的装置所处的等离子体刻蚀室内部结构示意图，所述等离子体刻蚀室包括等离子体反应腔100，反应腔100内部设置下电极30用以支撑待处理基片40，下电极30通过射频功率（RF）匹配电路12连接一射频功率源10，以激励等离子体反应腔100内的反应气体生成等离子体，从而对待处理基片40进行刻蚀处理。下电极30上方设置一静电吸盘32，对静电吸盘32施加高压DC，通过产生的静电引力卡紧待处理基片40，以防止待处理基片40在刻蚀过程中发生滑动，影响刻蚀效果。由于反应气体生成等离子体的过程会在待处理基片40表面产生很高的热量，为了维持待处理基片40表面的温度在所需的范围内，通常需要在其支撑装置即下电极30内部设置热交换器（图中未示出）。

本实用新型所述输送冷却气体的装置50用于向等离子体刻蚀室的静电吸盘32和待处理基片40间提供冷却气体，所述冷却气体可以提高待处理基片40的热量向下电极30传导的效率，保证待处理基片40的温度恒定。然而，高压DC或大功率RF都会将冷却气体激励到电子能够逸出原子键的点，由此生成等离子体，由于输送冷却气体的管道通常为绝缘材料，常用的如特氟龙等材质的塑料，当管道内存在等离子体时，塑料材质的管道很容易被击穿，不仅增加了更换成本，同时破坏了等离子体反应腔100内的真空结构，降低了待处理基片的加工合格率。冷却气体转变为等离子体的过程通常称为“点燃”。

图2示出本实用新型所述输送冷却气体的装置50结构示意图，包括一冷却气体输送管道54，冷却气体输送管道54通过一导体连接器52与下电极30连接，下电极30内部设有冷却气体通道（图中未示出），可以将冷却气体输送到静电吸盘32和待处理基片40之间。所述的冷却气体可以有多种，本实施例采用氦气作为冷却气体。

为了保证下电极电场的分布不受影响，同时为了更好的将冷却气体输送管道54和下电极30连接，本实施例采用的导体连接器52为金属材质，导体连接器52包括与下电极30连接的的连接端52a和与冷却气体输送管道54连接的连接端52b。连接端52a可以通过焊接的方式和下电极30连接。导体连接器52由于直接和下电极30接触，其电势和连接射频功率源的下电极电势相等，故会在连接端52b形成场强极强的电磁场，连接端52b处的电压极高，很容易将与之连接的冷却气体输送管道54内的冷却气体“点燃”。

根据德国物理学家弗里德里希·帕邢建立的帕邢定律，1889年帕邢根据平行平板电极的间隙击穿试验结果得出：均匀电场气体间隙击穿电压、间隙距离和气压间存在一定的函数关系，表达为:击穿电压U（千伏）是电极距离d（厘米）和气压P（托）乘积的函数。

图3示出氦气的帕邢曲线示意图，由曲线可见，电极距离和气压都是决定输气管道内击穿电压大小的因素。在本实用新型中，冷却气体输送管道54内的气压范围为10托—50托，气体输送管道的内径为2毫米-3毫米，将气体输送管道的内壁看做两电极，电极距离d（厘米）和气压P（托）乘积范围为2-15，在图3所示的帕邢曲线图上所对应的击穿电压低于200伏，故冷却气体输送管道54内的氦气气体很容易被“点燃”，造成输送冷却气体装置50的破坏。

为了提高输送冷却气体装置50内部冷却气体所能承受的击穿电压，本实用新型在冷却气体输送管道54靠近导体连接器52的一端设置一管道分隔装置56，用于在不影响冷却气体通过的前提下，减小冷却气体输送管道54内壁之间的距离，即减小相邻两电极的距离。管道分隔装置56至少部分的位于冷却气体输送管道54内部，与冷却气体输送管道54形成若干路气体输送通道，管道分隔装置56距离下电极30较近的一端56a位于导体连接器52内部，管道分隔装置56另一端56b位于导体连接器52外部，管道分隔装置56与冷却气体输送管道54形成的若干路气体输送通道口径小于0.5毫米，即相邻两电极间的距离小于0.5毫米，管道分隔装置56的长度大于5毫米。

设置管道分隔装置56于冷却气体输送管道54的工作原理在于，在冷却气体输送管道54内气压一定的情况下通过减小冷却气体输送管道54内间隙的距离，即减小相邻电极间的距离，将间隙距离和气压的乘积调节到氦气帕邢曲线的最低点左边，从而使得冷却气体所能承受的击穿电压变大。根据图3所示的帕邢曲线所示，曲线最低点对应的间隙距离和气压的乘积在1到3之间，当冷却气体输送管道54内的气压范围为10托—50托时，冷却气体输送管道54内的间隙距离要小于0.6毫米，才能实现将间隙距离和气压的乘积调节到帕邢曲线的最低点左边。为了更好的实现本实用新型的目的，管道分隔装置56将冷却气体输送管道54内的间隙距离分隔后形成的口径尺寸要小于0.5毫米。

图4示出管道分隔装置56的一种实施例结构示意图，管道分隔装置56的结构可以有多种，在保证冷却气体正常传输的前提下减小冷却气体输送管道54间隙距离的设计都可以实现本实用新型的目的，在本实施例中，所述的管道分隔装置56为一多孔输气管道156，所述多孔输气管道内部设置若干个孔状通道，所述孔状通道的孔径可以为相同，也可以为不同，所述孔径小于0.5毫米。

本实施例所述的多孔输气管道156部分的位于冷却气体输送管道54内部，将冷却气体输送管道54分隔为若干路气体输送通道。为了实现冷却气体输送管道54与导体连接器52的密封连接，冷却气体输送管道54插入导体连接器52内部一段长度，多孔输气管道156的长度大于5毫米。

由于冷却气体输送管道54需要穿过等离子体反应腔100连接外部的冷却气体供应源，故多孔输气管道156和冷却气体输送管道54应为绝缘材料。本实施例采用特氟龙材料。

多孔输气管道156的长度可以与冷却气体输送管道54长度相同，最短不能小于5毫米，在实际应用中，由于制作相同长度的多孔输气管道成本高于相同直径的单孔输气管道，而且，由于只有导体连接器52下方的一定距离内电压较高，无需将将整个冷却气体输送管道54设置为多孔，故多孔输气管道156通常只有一段。为了防止多孔输气管道156在冷却气体输送管道54内上下滑动，在其上方和下方分别设置紧固装置58和紧固装置60。

图5示出管道分隔装置56的另一种实施例结构示意图，在本实施例中，所述的管道分隔装置56为若干根内径较小的管道256，所述若干根内径较小的管道256位于冷却气体输送管道54内部，长度大于5毫米。内径较小的管道内径可以为相同，也可以为不同，每根管道的内径小于0.5毫米。本实施例所述的若干根内径较小的管道256可以通过某种方式如捆扎固定在一起，也可以只通过冷却气体输送管道54的内壁对其进行约束。

本实施例中的其他技术方案同上述实施例相同，在此不予以赘述。

图6示出管道分隔装置56的另一种实施例结构示意图，在本实施例中，所述的管道分隔装置56为设置在所述冷却气体输送管道内部的若干分隔板356，分隔板356相互交叉，与所述冷却气体输送管道形成若干路气体输送通道，所述若干路气体输送通道口径小于0.5毫米。本实施例所述的分隔板356可以为互相垂直的交错，也可以以其他角度交错，形成的所述气体输送通道相邻两分隔板间的距离小于0.5毫米。

通过采用本实用新型所述的技术方案，可以保证冷却气体输送管道54内的冷却气体能够承受的击穿电压大于3000伏。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种安全输送冷却气体的装置，包括一冷却气体输送管道，所述冷却气体输送管道通过一导体连接器与所处等离子体刻蚀室的下电极连接，其特征在于：所述冷却气体输送管道和所述导体连接器的连接端包括一管道分隔装置，所述管道分隔装置至少部分的位于所述冷却气体输送管道内部，与所述冷却气体输送管道形成若干路气体输送通道，所述管道分隔装置距离所述下电极较近的一端位于所述导体连接器内部，另一端位于所述导体连接器外部，所述若干路气体输送通道口径小于0.5毫米。

2.根据权利要求1所述的输送冷却气体的装置，其特征在于：所述冷却气体输送管道内的气压范围为10托-50托。

3.根据权利要求1所述的输送冷却气体的装置，其特征在于：所述冷却气体输送管道的内径为2毫米-3毫米。

4.根据权利要求1所述的输送冷却气体的装置，其特征在于：所述管道分隔装置为一段多孔管道，所述多孔管道位于所述冷却气体输送管道内部，所述多孔管道的孔径小于0.5毫米，长度大于5毫米。

5.根据权利要求1所述的输送冷却气体的装置，其特征在于：所述管道分隔装置为若干根内径较小的管道，所述若干根内径较小的管道位于所述冷却气体输送管道内部，所述的内径较小的管道内径小于0.5毫米，长度大于5毫米。

6.根据权利要求1所述的输送冷却气体的装置，其特征在于：所述管道分隔装置为设置在所述冷却气体输送管道内部的若干分隔板，所述分隔板互相交叉，与所述冷却气体输送管道形成若干路气体输送通道，所述若干路气体输送通道口径小于0.5毫米。

7.根据权利要求1至6中的任一权利要求所述的输送冷却气体的装置，其特征在于：所述管道分隔装置两端分别设置紧固装置。

8.根据权利要求1至6中的任一权利要求所述的输送冷却气体的装置，其特征在于：所述导体连接器为金属材质，所述导体连接器与所述下电极焊接在一起。

9.根据权利要求1至6中的任一权利要求所述的输送冷却气体的装置，其特征在于：所述管道分隔装置和所述冷却气体输送管道为绝缘材料。

10.根据权利要求9所述的输送冷却气体的装置，其特征在于：所述管道分隔装置和所述冷却气体输送管道为特氟龙材料。

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