CN207338295U - 一种上电极组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于半导体制造技术领域，具体涉及一种上电极组件。该上电极组件，包括设置有上电极的腔体以及用于为所述腔体降温用的冷却装置，其中，所述冷却装置包括冷却介质道以及设置于所述冷却介质道两端的冷却介质入口和冷却介质出口，所述冷却介质道为连续多圈管道式，且围绕所述腔体外表面设置。该上电极组件疏热性能好，并能保证上腔室中间和两端温度均衡。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体制造技术领域，具体涉及一种上电极组件。
背景技术
等离子装置广泛地应用于集成电路(IC)或MEMS器件的制造工艺中。其中一个显著的用途就是电感耦合等离子体(ICP)装置。等离子体(Plasma) 中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和衬底相互作用使材料表面发生各种物理和化学反应,从而使材料表面性能获得变化。在基于半导体装置的制造中，可以将多层材料交替的沉积到衬底表面并从衬底表面刻蚀该多层材料。
上电极组件(Up-electrode Assembly)广泛应用于集成电路(IC)制造工艺过程中，特别是等离子刻蚀(ETCH)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等工艺，提供反应气体并产生等离子体。根据上电极组件的设置方式，包括立体源方式和平面源方式。
立体源上电极组件中某些部件采用了陶瓷筒形式(例如图1中上腔室 3)，随着刻蚀速率要求得越来越高，立体源上电极的输出功率也越大，导致立体源陶瓷筒的功率密度增大，使得陶瓷筒温度较高。该温度接近或者超过真空密封结构(在上腔室3与上盖板2和腔室盖板5之间密封采用的橡胶材料的O-Ring)的许用温度，不利于真空密封。
现有技术中立体源冷却(Cool ing)装置如图1所示，其中上盖板2、上腔室3和上腔室外罩4、腔室盖板5、上腔室支撑板6、下腔室7自上至下组成等离子装置。工艺气体从位于上盖板2中心的进气管1进入上腔室3，产生等离子体；等离子体进入下腔室7，从而对衬底进行反应工艺。RF天线10(射频天线，也为Plasma Antenna)位于上腔室3外部。静电卡盘9位于下腔室7 内部，其上面放置晶圆8。冷却水从“入口”进入，然后分为两路分别进入位于上盖板2和腔室盖板5内部的环形水腔(如图1中上冷却水环A和下冷却水环C所示)。之后，从另一端出水，汇流后从“出口”排出。
这种冷却方式集中在对上腔室3顶端和底端的热量疏散，在高温(HighTemperature)环境下存在如下问题：
实际结构中，上腔室外罩4的受热辐射面积(角系数)较其他零件大，是辐射能量的主要流动通道。而上腔室外罩4的能量流向主要包括：向上盖板2和腔室盖板5的热传导和自身温升。由于上腔室外罩4与上盖板2和腔室盖板5之间是平面接触，热传递系数较低，故主要是自身温升。温度升的越高，对周围的热辐射越大，这样上腔室外罩4内侧的热辐射导致了对上腔室 3的加热，导致陶瓷筒温度进一步升高，削弱了冷却效果。该温度接近或者超过真空密封结构(例如橡胶材料的O-Ring)的许用温度，不利于真空密封；此外，上腔室3的材料一般为脆性材料(例如氧化铝陶瓷、石英)本身导热性差，该结构中间和两端的温度差大，容易断裂。
可见，设计一种疏热性能好，并能保证上腔室中间和两端温度均衡的冷却装置成为目前上电极组件亟待解决的技术问题。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种上电极组件，至少部分解决现有上电极组件集中在对上腔室顶端和底端的热量疏散的问题。
解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是该上电极组件，包括设置有上电极的腔体以及用于为所述腔体降温用的冷却装置，其中，所述冷却装置包括冷却介质道以及设置于所述冷却介质道两端的冷却介质入口和冷却介质出口，所述冷却介质道为连续多圈管道式，且围绕所述腔体外表面设置。
优选的是，所述冷却介质道呈螺旋状环绕在所述腔体从顶端至底端的外表面。
优选的是，所述腔体包括腔室以及设于所述腔室外围的腔室外罩，所述冷却介质道采用金属材料形成，所述冷却介质道设置于所述腔室外罩外表面。
优选的是，所述腔体包括腔室以及设于所述腔室外围的腔室外罩，所述冷却介质道采用陶瓷材料形成，所述冷却介质道设置于所述腔室外表面。
优选的是，所述腔室采用陶瓷材料形成，所述腔室外罩采用陶瓷材料形成。
优选的是，所述冷却介质道的截面形状为圆形；或者，所述冷却介质道的截面形状为椭圆形，且长轴方向的所述冷却介质道部分贴近所述腔体。
优选的是，所述冷却介质入口与所述冷却介质出口分别位于所述腔体的相对两侧；所述冷却介质入口与所述冷却介质出口具有一定高度差或位于同一水平直线。
优选的是，所述冷却装置还包括上冷却介质环和/或下冷却介质环，所述上冷却介质环和所述下冷却介质环与所述冷却介质道具有相同的冷却介质入口和冷却介质出口。
优选的是，所述冷却装置还包括上冷却介质环和/或下冷却介质环，所述上冷却介质环和所述下冷却介质环与所述冷却介质道具有不同的冷却介质入口和冷却介质出口。
优选的是，所述冷却介质为液体。
本实用新型的有益效果是：该上电极组件增加额外的冷却水路，充分冷却对上腔室温度影响最大的上腔室外罩，减小上腔室外罩对上腔室热辐射影响，使上腔室的温度更均匀地分布，保证陶瓷筒的工作温度低于O-Ring 的许用温度，保证真空密封，延长其使用寿命。
附图说明
图1为现有技术中上电极组件的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中上电极组件的结构示意图；
附图标记图中：
1－进气管；2－上盖板；3－上腔室；4－上腔室外罩；5－腔室盖板； 6－上腔室支撑板；7－下腔室；8－晶圆；9－静电卡盘；10－RF天线；11 －螺旋水道；
A－上冷却水环；B－冷却水路；C－下冷却水环。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型上电极组件作进一步详细描述。
本实施例提供一种上电极组件，其疏热性能好，并能保证上腔室中间和两端温度均衡。
如图2所示，一种上电极组件包括设置有上电极的腔体以及用于为腔体降温用的冷却装置，其中，冷却装置包括冷却介质道以及设置于冷却介质道两端的冷却介质入口和冷却介质出口，冷却介质道为连续多圈管道式，且围绕腔体外表面设置。优选的是，冷却介质道呈螺旋状环绕在腔体从顶端至底端的外表面，如图2中所示的螺旋水道11。
本实施例中，腔体包括上腔室3以及设于上腔室3外围的上腔室外罩4，冷却介质道采用金属材料形成，冷却介质道设置于腔体的上腔室外罩4外表面。如图2所示，在原有的冷却装置的结构基础之上，在上腔室外罩4外表面紧密贴合地缠绕冷却介质道。
或者，冷却介质道采用陶瓷材料形成，冷却介质道设置于腔体的腔室外表面，即上腔室3外表面紧密贴合地缠绕冷却介质道。腔室表面集中的热量更集中，采用陶瓷材料的冷却介质即可获得较好的冷却效果，这里不再额外附图示意。
该上电极组件中，腔室采用陶瓷材料形成，腔室外罩采用陶瓷材料形成。本实施例的上电极组件中，上腔室3采用陶瓷筒形成，上腔室外罩4采用陶瓷筒形成。对于现有技术中上电极组件在上述陶瓷筒的功率密度增大，使得陶瓷筒温度较高的问题，由于围绕腔体外表面(上腔室外罩4外表面和 /或上腔室3外表面)设置的连续多圈管道式冷却介质道，得到了极大的缓解。
冷却介质道的截面形状为圆形；或者，冷却介质道的截面形状为椭圆形，且长轴方向的冷却介质道部分贴近腔体。这样能有效保证管道与腔体外表面的有效接触，及时疏散热量。
冷却介质入口与冷却介质出口分别位于腔体的相对两侧；冷却介质入口与冷却介质出口具有一定高度差或位于同一水平直线。
当然，正如现有技术的上电极组件中，该冷却装置还可以包括上冷却介质环A和/或下冷却介质环C，上冷却介质环和下冷却介质环与冷却介质道具有相同的冷却介质入口和冷却介质出口。例如，冷却水从图2所示的位置“入口”位置流入并从“出口”位置流出，形成冷却水路B。或者，上冷却介质环和下冷却介质环与冷却介质道也可以具有不同的冷却介质入口和冷却介质出口，这里不再额外附图示意。
优选的是，冷却介质为液体，例如低温水。采用水作为冷却介质，一方面较容易进行温度处理，另一方面也便于循环利用，降低成本。
本实施例中，在上腔室外罩4外表面紧密贴合地缠绕螺旋水道11，直接对上腔室外罩4进行冷却，带走更多的能量，降低上腔室外罩4的温度，从而减少其对上腔室3的热辐射，提高该结构的冷却效果。进一步降低陶瓷筒的工作温度。该温度低于真空密封结构(例如：在上腔室3与上盖板2和腔室盖板5之间密封采用的橡胶材料的O-Ring)的许用温度，利于真空密封，延长其使用寿命。此外，也可以使上腔室3的温度更均匀地分布。
本实用新型的上电极组件增加额外的冷却水路，充分冷却对上腔室3温度影响最大的上腔室外罩4，减小上腔室外罩4对上腔室3热辐射影响，使上腔室3的温度更均匀地分布，保证陶瓷筒的工作温度低于O-Ring的许用温度，保证真空密封，延长其使用寿命。
本实施例提供了一种改进了冷却装置的上电极组件，至少部分解决了立体源上电极组件的冷却问题，尤其适用于立体源上电极组件 (Up-electrode Assembly)的冷却应用。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型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实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种上电极组件，包括设置有上电极的腔体以及用于为所述腔体降温用的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置包括冷却介质道以及设置于所述冷却介质道两端的冷却介质入口和冷却介质出口，所述冷却介质道为连续多圈管道式，且围绕所述腔体外表面设置。
2.根据权利要求1所述的上电极组件，其特征在于，所述冷却介质道呈螺旋状环绕在所述腔体从顶端至底端的外表面。
3.根据权利要求1所述的上电极组件，其特征在于，所述腔体包括腔室以及设于所述腔室外围的腔室外罩，所述冷却介质道采用金属材料形成，所述冷却介质道设置于所述腔室外罩外表面。
4.根据权利要求1所述的上电极组件，其特征在于，所述腔体包括腔室以及设于所述腔室外围的腔室外罩，所述冷却介质道采用陶瓷材料形成，所述冷却介质道设置于所述腔室外表面。
5.根据权利要求3或4所述的上电极组件，其特征在于，所述腔室采用陶瓷材料形成，所述腔室外罩采用陶瓷材料形成。
6.根据权利要求1所述的上电极组件，其特征在于，所述冷却介质道的截面形状为圆形；或者，所述冷却介质道的截面形状为椭圆形，且长轴方向的所述冷却介质道部分贴近所述腔体。
7.根据权利要求1所述的上电极组件，其特征在于，所述冷却介质入口与所述冷却介质出口分别位于所述腔体的相对两侧；所述冷却介质入口与所述冷却介质出口具有一定高度差或位于同一水平直线。
8.根据权利要求1所述的上电极组件，其特征在于，所述冷却装置还包括上冷却介质环和/或下冷却介质环，所述上冷却介质环和所述下冷却介质环与所述冷却介质道具有相同的冷却介质入口和冷却介质出口。
9.根据权利要求1所述的上电极组件，其特征在于，所述冷却装置还包括上冷却介质环和/或下冷却介质环，所述上冷却介质环和所述下冷却介质环与所述冷却介质道具有不同的冷却介质入口和冷却介质出口。
10.根据权利要求1所述的上电极组件，其特征在于，所述冷却介质为液体。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111843139A (zh) * | 2019-04-26 | 2020-10-30 | 中天科技精密材料有限公司 | 等离子喷灯及其应用方法 |
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2017
- 2017-03-17 CN CN201720263136.0U patent/CN207338295U/zh active Active
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