CN219106071U - 静电释放装置和等离子体处理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种静电释放装置和等离子体处理设备，静电释放装置包括电阻、外套管、内套管、第一电连接头、第二电连接头、第一屏蔽管和第二屏蔽管。外套管套设在内套管外部，内套管套设在电阻外部。第一屏蔽管和第二屏蔽管套设在第一电连接头和第二电连接头外部，用于保护电阻引脚连接处。第一电连接头与设备板电连接，第二电连接头与屏蔽板电连接。本实用新型提出的静电释放装置能够消除等离子处理设备中累积的静电荷，且不会导致射频泄露。

Description

静电释放装置和等离子体处理设备

技术领域

本实用新型涉及半导体设备领域，具体涉及一种静电释放装置和等离子体处理设备。

背景技术

等离子处理设备中，静电卡盘(ESC)是最核心的零件之一。工艺过程中，晶圆通过静电力被吸附在ESC上。ESC作为下电极，传递射频功率，配合上电极在腔体中产生等离子体。同时刻蚀过程中晶圆上产生的热量也需要通过ESC带走。

通常的，ESC中有冷却通道，由制冷机产生的冷媒经过冷媒管道以及ESC冷却通道带走从晶圆传递到ESC的热量。由于工作在射频环境中，所以冷媒通常采用绝缘液体。冷媒管道通常选用的也都是非金属材料，比如橡胶管或者特氟龙管等。不可避免的，冷媒在冷媒管道中的流动过程中会产生一些静电，这些静电如果不进行消除，积累到一定电压后会产生多种问题，比如晶圆无法正常解吸附，又如电压过高会将一些零件击穿。因此，如何合理的将这些静电释放同时又不影响ESC功能的实现，是亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种静电释放装置和等离子体处理设备，用于消除等离子处理设备中累积的静电荷，且不会导致射频泄露。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种静电释放装置，所述静电释放装置应用于等离子体处理设备中，所述静电释放装置包括电阻、外套管、第一电连接头和第二电连接头；所述电阻位于所述外套管的空腔内部，所述电阻的两端分别与所述第一电连接头和第二电连接头电连接；所述等离子体处理设备包括设备板和屏蔽板，所述设备板用于安装晶圆支撑装置，所述屏蔽板用于隔绝射频环境和大气环境，所述静电释放装置位于所述设备板和屏蔽板之间，所述第一电连接头与所述设备板电连接，所述第二电连接头与所述屏蔽板电连接。

可选地，所述静电释放装置还包括内套管，所述电阻位于所述内套管的空腔内部，所述内套管位于所述外套管的空腔内部。

可选地，所述电阻的两端分别通过第一引脚和第二引脚与所述第一电连接头和第二电连接头电连接。

可选地，所述内套管为陶瓷套管，所述外套管为特氟龙套管。

可选地，所述电阻为陶瓷电阻，所述电阻的阻值为10MΩ-1000MΩ。

可选地，所述电阻的阻值为120MΩ。

可选地，所述第一电连接头与所述设备板可拆卸连接。

可选地，所述第二电连接头与所述屏蔽板通过弹簧销实现电连接。

可选地，所述第二电连接头包括销孔，所述弹簧销的一部分位于所述销孔内。

可选地，所述静电释放装置还包括第一屏蔽管和第二屏蔽管，所述第一屏蔽管和第二屏蔽管分别套设在第一电连接头和第二电连接头外侧，所述第一引脚和第二引脚与电阻的连接处分别位于所述第一屏蔽管和第二屏蔽管的空腔内部。

可选地，所述第一屏蔽管为圆槽形，所述第一电连接头的至少一部分从所述第一屏蔽管的底壁通孔延伸出去；所述第二屏蔽管为圆槽形，与第二电连接头电连接的弹簧销的至少一部分从所述第二屏蔽管的底壁通孔延伸出去。

可选地，所述第一电连接头包括小圆柱体段和大圆柱体段，所述第一屏蔽管的底壁通孔的直径大于等于所述小圆柱体段的直径，小于所述大圆柱体段的直径。

可选地，所述第一屏蔽管和第二屏蔽管分别与所述外套管的一端可拆卸连接。

可选地，所述第一电连接头、第二电连接头、第一屏蔽管和第二屏蔽管的材质均为铜镀镍。

可选地，所述第一电连接头和第二电连接头分别包括用于放置所述第一引脚和第二引脚的至少一部分的第一进线孔和第二进线孔。

可选地，所述第一电连接头和第二电连接头分别包括用于固定所述第一引脚和第二引脚的第一螺钉和第二螺钉。

本实用新型还提供了一种等离子体处理设备，所述等离子体处理设备包括如前所述的静电释放装置。

可选地，所述等离子体处理设备包括安装在设备板上的静电卡盘和制冷机，所述静电卡盘内部设有冷却通道，制冷剂产生的冷媒经冷媒管道和所述冷却通道对所述静电卡盘进行冷却。

本实用新型至少具有以下有益效果：

本实用新型提出的静电释放装置通过装置中的电阻元件来调节射频区域和地之间的电阻值，控制该电阻值能够消除等离子体反应装置中的静电，可以将千伏量级的电压降低到10V以内，同时不会导致射频泄漏，不影响晶圆的刻蚀速率。而且该静电释放装置能够承受很高的射频电压，适用于高功率的等离子处理设备中。

静电释放装置与设备板可拆卸连接，易于安装和维护；静电释放装置与屏蔽板采用弹簧销连接，可以很好的补偿各个零件加工过程中的误差，又能保证与屏蔽板的良好电接触。

静电释放装置的整体直径尺寸较小，可以很好地兼容现有机台的尺寸设计并适应于不同机台的安装。

附图说明

图1是安装有本实用新型提出的静电释放装置的等离子体处理设备的结构示意图。

图2是本实用新型提出的静电释放装置在xy平面的剖视图。

图3和4是本实用新型提出的静电释放装置在xz平面的局部剖视图。

图中，101-反应腔侧壁、102-静电卡盘、103-设备板、104-屏蔽板、105-制冷机、106-聚焦环、107-绝缘环、108-约束环、109-气体喷淋头、110-静电释放装置、111-第一电连接头、1121-第一螺钉、1122-第二螺钉、1131-第一屏蔽管、1132-第二屏蔽管、114-电阻、115-内套管、116-外套管、117-第二电连接头、118-弹簧销、1141-第一引脚、1142-第二引脚。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型提出的静电释放装置和等离子体处理设备作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施方式的目的。为了使本实用新型的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1是本实用新型提出的静电释放装置和等离子体处理设备的结构示意图。值得一提的是，尽管图1示出的等离子体处理装置为电容耦合等离子体(CCP)反应装置，本实用新型的提出的静电释放装置同样适用于电感耦合等离子体反应装置(ICP)、电子回旋共振等离子体反应装置(ECR)、远距等离子体反应装置(Remote Plasma)和等离子体边缘蚀刻装置(Bevel Etch)等等离子体处理装置。

图1中的电容耦合等离子体反应装置是一种由施加在基座上的射频电源通过电容耦合的方式在反应腔内产生等离子体并用于刻蚀的设备。其包括真空反应腔，真空反应腔包括由金属材料制成的大致为圆柱形的反应腔侧壁101。真空反应腔内设置有气体喷淋头109，气体喷淋头109与气体供应装置相连，用于向真空反应腔输送反应气体，同时作为真空反应腔的上电极。真空反应腔内设置有与气体喷淋头109相对设置的静电卡盘102，静电卡盘102安装在设备板103上，静电卡盘102和设备板103通过绝缘环107与反应腔侧壁101隔开。静电卡盘102与DC电源电性连接，用于产生静电吸力，以实现在工艺过程中对待处理晶圆的支撑固定。静电卡盘102同时作为真空反应腔的下电极，上电极和下电极之间形成一反应区域。静电卡盘102内部还设有冷却通道，制冷机105产生的冷媒经冷媒管道以及所述冷却通道带走从晶圆传递到静电卡盘的热量。所述冷媒管道穿过处于所述设备板103下方的屏蔽板104以连接所述冷却通道和制冷机105。所述屏蔽板104用于隔绝射频环境和大气环境，在所述屏蔽板104上方为射频环境，下方为大气环境。

至少一射频电源通过匹配网络施加到下电极，在上电极和下电极之间产生射频电场，用以将反应气体解离为等离子体。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待处理基片的表面发生多种物理和化学反应，使得晶圆表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。

环绕静电卡盘102设置聚焦环106，所述聚焦环106用于调节晶圆周围的电场或温度分布，提高晶圆处理的均匀性。环绕所述绝缘环107设置等离子体约束环108，等离子体约束环108上设有排气通道，通过合理设置排气通道的深宽比例，在实现将反应气体排出的同时，将等离子体约束在上下电极之间的反应区域，避免等离子体泄露到非反应区域，造成非反应区域的部件损伤。

本实施例中，冷媒采用绝缘液体，例如氟化液；冷媒管道通常选用非金属材料，比如橡胶管或者特氟龙管等。冷媒在冷媒管道中的流动过程中会产生静电，当冷媒流经静电卡盘102内部的冷却通道时，由于冷却通道的通道壁、静电卡盘中的基座和设备板103通常为金属材质，因此静电会积累在基座和设备板103上形成高电压。为了消除这些静电，本实用新型提出在设备板103和屏蔽板104之间安装静电释放装置110。通过静电释放装置中的电阻元件来调节射频区域与地之间的电阻值，控制该电阻值的大小来实现静电释放，同时又不会导致射频泄露。而且该静电释放装置能够承受很高的射频电压，这样在高功率的等离子处理设备中，也能保证安全使用。

参见附图2-4，静电释放装置110包括：第一电连接头111、第一螺钉1121、第二螺钉1122、第一屏蔽管1131、第二屏蔽管1132、电阻114、内套管115、外套管116、第二电连接头117和弹簧销118。

电阻114的阻值可以是10MΩ-1000MΩ，优选地，所述阻值为120MΩ。该阻值范围可以实现在静电释放的同时，不会导致射频泄漏。经测试，静电释放装置可以将千伏量级的电压降低到10V以内，同时不影响晶圆的刻蚀速率。在一个实施方式中，电阻114为耐击穿性能突出的陶瓷电阻，陶瓷电阻的主体是陶瓷，不存在碳化的风险，另外本身耐压也很高，达到40kV。

在本实施例中，内套管115套在电阻114的外部，外套管116套在内套管115的外部，内套管和外套管均可以起到隔绝射频和保护电阻114的作用。外套管116的长度由设备板103和屏蔽板104之间的距离决定，用于使静电释放装置的长度适用于对应的等离子体处理设备。可选地，内套管115为陶瓷套管，外套管116为塑料套管，如特氟龙套管。塑料材质的外套管可以实现与屏蔽管或电连接头的软连接。

在另一个实施例中，可以不设置内套管115，仅设置外套管116。

第一电连接头111由小圆柱体段和大圆柱体段两部分组成，在小圆柱体段的部分侧面设有螺纹，用于与设备板103上的螺纹孔可拆卸地固定连接。大圆柱体段的端面设有第一进线孔，第一进线孔不穿透所述第一电连接头。大圆柱体段的侧面设有第一螺丝孔，与所述第一进线孔相通，在第一螺丝孔内有第一螺钉1121。安装时，将与电阻114电连接的第一引脚1141放入第一进线孔中，然后将第一螺钉1121向内旋转压在第一引脚1141上，使第一引脚1141与第一电连接头111电连接。在另一个实施例中，第一电连接头111为直径均匀的圆柱体。

第二电连接头117为圆柱体，在其一端设有第二进线孔，第二进线孔不穿透所述第二电连接头；另一端设有容纳弹簧销118的销孔。第二电连接头117设有第二进线孔的一端的侧面设有第二螺丝孔，与所述第二进线孔相通，在第二螺丝孔内有第二螺钉1122。安装时，将与电阻114电连接的第二引脚1142放入第二进线孔中，然后将第二螺钉1122向内旋转压在第二引脚1142上，使第二引脚1142与第二电连接头117电连接。

弹簧销118的一端固定在第二电连接头117的销孔内部，另一端用于与屏蔽板104电连接。弹簧销由于具有一定的伸缩行程，可以很好的补偿各个零件加工过程中的误差，又能保证与屏蔽板良好接触。

可选地，第一电连接头111和第二电连接头117的材质为铜镀镍。应当理解的是，本申请对第一电连接和第二电连接头的材质和形状不做限定，只要能实现良好的导电性能和固定连接功能即可。可选地，第一螺钉1121和第二螺钉1122为内六角螺钉。

第一屏蔽管1131和第二屏蔽管1132分别套设在第一电连接头111和第二电连接头117外侧，并分别与外套管116的一端螺纹连接。第一屏蔽管1131和第二屏蔽管1132为圆槽形，具有环形侧壁和开设有通孔的底壁，环形侧壁设有内螺纹。两个屏蔽管的环形侧壁均沿外套管的长度方向延伸，并且两个引脚与电阻的连接处均位于屏蔽管的空腔内部。

第一屏蔽管1131底壁通孔的直径大于等于小圆柱体段的直径，并小于大圆柱体段的直径；第一电连接头111的小圆柱体段的一部分从第一屏蔽管1131的底壁通孔延伸出去，与设备板103可拆卸连接。第二屏蔽管1132底壁通孔的直径小于第二电连接头的直径；弹簧销118的一部分从第二屏蔽管1132的底壁通孔延伸出去，与屏蔽板104电连接。

通过向内旋转第一屏蔽管和第二屏蔽管，使得外套管的一侧抵在第一电连接头111的端面上，另一端抵在第二屏蔽管1132的底壁和第二电连接头117的端面中的至少一个上；或者外套管116的一侧抵在第二电连接头117的端面上，另一端抵在第一屏蔽管1131的底壁和第一电连接头111的端面的至少一个上。

一方面，两个屏蔽管可以支撑固定连接头、套管和弹簧销等部件；另一方面，两个屏蔽管使引脚和电阻焊点处的场强降到很低，可保证电阻与引脚连接处即使在高功率射频条件下也不会发生击穿。经测试，在屏蔽管的保护下，在6kV的射频条件下，该静电释放装置仍能正常工作。可选地，第一屏蔽管1131和第二屏蔽管1132的材质为铜镀镍。

本实用新型提出的静电释放装置能够用于等离子体处理设备中，以释放积累的静电，同时还不会导致射频泄漏。该静电释放装置整体直径尺寸较小，可以很好地兼容现有机台的尺寸设计并适应于不同机台的安装。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“高度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (18)

1.一种静电释放装置，所述静电释放装置应用于等离子体处理设备中，其特征在于，所述静电释放装置包括电阻、外套管、第一电连接头和第二电连接头；所述电阻位于所述外套管的空腔内部，所述电阻的两端分别与所述第一电连接头和第二电连接头电连接；所述等离子体处理设备包括设备板和屏蔽板，所述设备板用于安装晶圆支撑装置，所述屏蔽板用于隔绝射频环境和大气环境，所述静电释放装置位于所述设备板和屏蔽板之间，所述第一电连接头与所述设备板电连接，所述第二电连接头与所述屏蔽板电连接。

2.如权利要求1所述的静电释放装置，其特征在于，所述静电释放装置还包括内套管，所述电阻位于所述内套管的空腔内部，所述内套管位于所述外套管的空腔内部。

3.如权利要求1或2所述的静电释放装置，其特征在于，所述电阻的两端分别通过第一引脚和第二引脚与所述第一电连接头和第二电连接头电连接。

4.如权利要求2所述的静电释放装置，其特征在于，所述内套管为陶瓷套管，所述外套管为特氟龙套管。

5.如权利要求1所述的静电释放装置，其特征在于，所述电阻为陶瓷电阻，所述电阻的阻值为10MΩ-1000MΩ。

6.如权利要求5所述的静电释放装置，其特征在于，所述电阻的阻值为120MΩ。

7.如权利要求1所述的静电释放装置，其特征在于，所述第一电连接头与所述设备板可拆卸连接。

8.如权利要求1所述的静电释放装置，其特征在于，所述第二电连接头与所述屏蔽板通过弹簧销实现电连接。

9.如权利要求8所述的静电释放装置，其特征在于，所述第二电连接头包括销孔，所述弹簧销的一部分位于所述销孔内。

10.如权利要求3所述的静电释放装置，其特征在于，所述静电释放装置还包括第一屏蔽管和第二屏蔽管，所述第一屏蔽管和第二屏蔽管分别套设在第一电连接头和第二电连接头外侧，所述第一引脚和第二引脚与电阻的连接处分别位于所述第一屏蔽管和第二屏蔽管的空腔内部。

11.如权利要求10所述的静电释放装置，其特征在于，所述第一屏蔽管为圆槽形，所述第一电连接头的至少一部分从所述第一屏蔽管的底壁通孔延伸出去；所述第二屏蔽管为圆槽形，与第二电连接头电连接的弹簧销的至少一部分从所述第二屏蔽管的底壁通孔延伸出去。

12.如权利要求11所述的静电释放装置，其特征在于，所述第一电连接头包括小圆柱体段和大圆柱体段，所述第一屏蔽管的底壁通孔的直径大于等于所述小圆柱体段的直径，小于所述大圆柱体段的直径。

13.如权利要求10所述的静电释放装置，其特征在于，所述第一屏蔽管和第二屏蔽管分别与所述外套管的一端可拆卸连接。

14.如权利要求10所述的静电释放装置，其特征在于，所述第一电连接头、第二电连接头、第一屏蔽管和第二屏蔽管的材质均为铜镀镍。

15.如权利要求3所述的静电释放装置，其特征在于，所述第一电连接头和第二电连接头分别包括用于放置所述第一引脚和第二引脚的至少一部分的第一进线孔和第二进线孔。

16.如权利要求15所述的静电释放装置，其特征在于，所述第一电连接头和第二电连接头分别包括用于固定所述第一引脚和第二引脚的第一螺钉和第二螺钉。

17.一种等离子体处理设备，其特征在于，所述等离子体处理设备包括如权利要求1-16任一所述的静电释放装置。

18.如权利要求17所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述等离子体处理设备包括安装在设备板上的静电卡盘和制冷机，所述静电卡盘内部设有冷却通道，制冷剂产生的冷媒经冷媒管道和所述冷却通道对所述静电卡盘进行冷却。

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