TWI754404B - 上電極元件以及等離子體處理設備 - Google Patents

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TWI754404B
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Abstract

本發明的實施例公開了一種上電極元件，安裝基板與氣體噴淋頭之間設置有第一導熱結構，以提高安裝基板和氣體噴淋頭之間的熱傳導效果；而且，由於氣體噴淋頭包括主體部分和位於主體部分上的凸起部分，主體部分具有複數個第一出氣孔，凸起部分具有複數個第二出氣孔，第一出氣孔和第二出氣孔一一對應，第一出氣孔和第二出氣孔相連通構成出氣孔，第二出氣孔貫穿第一導熱結構的第一通孔，並延伸至第一安裝基板的第一通氣孔中，從而在第一通氣孔中通入的製程氣體經過第一導熱結構時，第一導熱結構上的微小顆粒需沿著凸起部分的側壁和頂部之後沿出氣孔才能被帶到待處理基片上，因此，本發明的上電極元件有利於降低所述微小顆粒對待處理基片產生污染。

Description

上電極元件以及等離子體處理設備
本發明涉及等離子體處理的技術領域，尤其涉及一種上電極元件以及等離子體處理設備。
隨著等離子體處理技術的不斷發展，使得應用該技術的等離子體處理設備也不斷的改進，現已研發出來幾種等離子體處理設備，如電容耦合等離子體(即Capacitively Coupled Plasma，CCP)處理設備、電感耦合等離子體(Inductively Coupled Plasma，ICP)處理設備以及電子迴旋共振等離子體(Electron Cyclotron Resonance，ECR)處理設備。其中，在利用電容耦合等離子體處理設備對待處理基片進行處理的過程中，安裝基板與氣體噴淋頭的熱傳導效率低。
為解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種上電極元件，以提高安裝基板與氣體噴淋頭的熱傳導效率。
為解決上述問題，本發明實施例提供了如下技術方案：一種上電極元件，包括：安裝基板，所述安裝基板包括第一安裝基板，所述第一安裝基板具有複數個第一通氣孔；第一導熱結構，所述第一導熱結構位於所述第一安裝基板一側，所述第一導熱結構具有複數個第一通孔，所述第一通孔與所述第一通氣孔一一對應，且所述第一通孔與第一通氣孔連 通；氣體噴淋頭，所述氣體噴淋頭位於所述第一導熱結構背離所述安裝基板一側，所述氣體噴淋頭具有複數個出氣孔，所述出氣孔與所述第一通氣孔一一對應，且與其對應的第一通氣孔相連通；其中，所述氣體噴淋頭包括主體部分和位於所述主體部分上的凸起部分，所述凸起部分延伸至第一通氣孔內，所述主體部分具有複數個第一出氣孔，所述凸起部分具有複數個第二出氣孔，所述第一出氣孔和所述第二出氣孔一一對應，所述第一出氣孔和所述第二出氣孔相連通構成所述出氣孔。
較佳的，所述第一安裝基板的第一通氣孔在預設平面內的正投影位於所述第一通孔在所述預設平面內的正投影內，其中，所述預設平面平行於所述氣體噴淋頭與所述第一安裝基板相對的表面。
較佳的，所述第一導熱結構包括第一導熱片以及位於所述第一導熱片表面的導熱塗層。
較佳的，所述第一導熱片為鋁合金導熱片，所述導熱塗層為石墨塗層。
較佳的，所述第一安裝基板材料的熱膨脹係數與所述氣體噴淋頭材料的熱膨脹係數中的較大值為A，所述第一安裝基板材料的熱膨脹係數與所述氣體噴淋頭材料的熱膨脹係數中的較小值為B，A與B的比值不大於2。
較佳的，所述安裝基板還包括第二安裝基板，所述第二安裝基板位於所述第一安裝基板背離所述氣體噴淋頭一側，所述第二安裝基板中具有至少一個第二通氣孔，所述第二通氣孔與所述第一通氣孔相連通。
較佳的，還包括第二導熱結構，所述第二導熱結構位於所述第二安裝基板和所述第一安裝基板之間，所述第二導熱結構包括一個第二通孔，所有第一通氣孔在預設平面的正投影均位於所述第二通孔在所述預設平面的正投影內，其中，所述預設平面平行於所述氣體噴淋頭與所述第一安裝基板相對的表面。
較佳的，所述氣體噴淋頭的材料為單晶矽、鋁合金或碳化矽，所述第一安裝基板的材料為單晶矽、鋁合金或碳化矽。
較佳的，當所述氣體噴淋頭為鋁合金氣體噴淋頭或單晶矽氣體噴淋頭時，所述氣體噴淋頭背離所述第一安裝基板一側設置有塗層，所述塗層的材料為氧化釔或氟化釔。
較佳的，所述上電極元件，還包括：冷卻水道，所述冷卻水道設置在所述安裝基板內，用於給所述安裝基板降溫；溫度檢測器，所述溫度檢測器貫穿所述安裝基板，並與所述氣體噴淋頭接觸。
相應的，本發明還提供了一種等離子體處理設備，包括：反應腔，位於所述反應腔內的上電極元件，所述上電極元件為上述任一所述的上電極元件；位於所述反應腔內的基座，所述基座用於承載待處理基片，且所述基座與所述上電極元件中的氣體噴淋頭相對設置。
與習知技術相比，上述技術方案具有以下優點：本發明的實施例所提供的上電極元件，所述安裝基板與所述氣體噴淋頭之間設置有第一導熱結構，以提高所述安裝基板和所述氣體噴淋頭之間的熱傳導效果。
而且，由於所述氣體噴淋頭包括主體部分和位於所述主體部分上的凸起部分，所述主體部分具有複數個第一出氣孔，所述凸起部分具有複數個第二出氣孔，所述第一出氣孔和所述第二出氣孔一一對應，所述第一出氣孔和所述第二出氣孔相連通構成所述出氣孔，所述第二出氣孔貫穿所述第一導熱結構的第一通孔，並延伸至所述第一安裝基板的第一通氣孔中，從而在所述第一通氣孔中通入的製程氣體經過所述第一導熱結構時，所述第一導熱結構上的微小顆粒需沿著凸起部分的側壁和頂部之後沿出氣孔才能被帶到待處理基片上，由此可見，第一導熱結構上的微小顆粒運動的距離較遠，因此，有利於降低所述微小顆粒對待處理基片產生污染。
100:安裝基板
101:第一安裝基板
102:第二安裝基板
1011:第一通氣孔
200:第一導熱結構
300:氣體噴淋頭
3001:出氣孔
301:主體部分
302:凸起部分
400:加熱器
500:氣體擋板
600:密封元件
700:第二導熱結構
800:冷卻水道
900:溫度檢測器
1000:法蘭
1100:反應腔
1101:基座
為了更清楚地說明本發明實施例或習知技術中的技術方案，下面將對實施例或習知技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於所屬技術領域中具有通常知識者來講，在不付出進步性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例提供的一種上電極元件的結構示意圖；圖2為本發明實施例提供的第一安裝基板和氣體噴淋頭的局部結構的示意圖；圖3為本發明實施例提供的一種氣體噴淋頭的局部結構的示意圖；圖4為本發明實施例提供的一種氣體噴淋頭立體結構的示意圖；圖5為本發明實施例提供的另一種上電極元件的結構示意圖；以及圖6為本發明實施例提供的另一種等離子體處理設備的結構示意圖。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，所屬技術領域中具有通常知識者在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，所屬技術領域中具有通常知識者可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
正如背景技術部分所述，在利用電容耦合等離子體處理設備對待處理基片進行處理的過程中，安裝基板與氣體噴淋頭的熱傳導效率低。
有鑑於此，本發明實施例提供了一種等離子體處理設備的上電極元件。如圖1、圖2、圖3以及圖4所示，其中，圖1為本發明實施例中提供的一種上電極元件的剖面示意圖，圖2為第一安裝基板和氣體噴淋頭的局部結構的示意圖，圖3為本發明實施例提供的一種氣體噴淋頭的局部結構的示意圖，圖4為本發明實施例提供的一種氣體噴淋頭立體結構的示意圖，本發明實施例所提供的上電極元件包括：安裝基板100，所述安裝基板100包括第一安裝基板101，所述第一安裝基板101具有複數個第一通氣孔1011；第一導熱結構200，所述第一導熱結構200位於所述第一安裝基板101一側，所述第一導熱結構200具有複數個第一通孔，所述第一通 孔與所述第一通氣孔1011一一對應，且所述第一通孔與第一通氣孔1011連通；氣體噴淋頭300，所述氣體噴淋頭300位於所述第一導熱結構200背離所述安裝基板100一側，所述氣體噴淋頭300具有複數個出氣孔3001，所述出氣孔3001與所述第一通氣孔1011一一對應，且與其對應的第一通氣孔1011相連通；其中，所述氣體噴淋頭300包括主體部分301和位於所述主體部分301上的凸起部分302，所述凸起部分302延伸至第一通氣孔1011內，所述主體部分301具有複數個第一出氣孔，所述凸起部分302具有複數個第二出氣孔，所述第一出氣孔和所述第二出氣孔一一對應，所述第一出氣孔和所述第二出氣孔相連通構成所述出氣孔3001。
需要說明的是，本發明實施例中，所述第二出氣孔延伸至所述第一通氣孔1011中。
在本發明的一個實施例中，所述第一安裝基板101和所述氣體噴淋頭300是通過螺釘固定在一起的。但本發明對此對並不做限定，具體視情況而定。
需要說明的是，由於所述第一安裝基板101和所述氣體噴淋頭300的接觸面都具有一定的粗糙度，而且，所述安裝基板100和所述氣體噴淋頭300是通過螺釘固定在一起，因此兩者的接觸面很難完全貼合，從而導致兩者之間的熱阻較大，降低了兩者之間的熱傳導速度，增大了兩者之間的溫度差，導致安裝基板100與氣體噴淋頭300的熱傳導效率低。而且，由於第一安裝基板101的接觸面和所述氣體噴淋頭300的接觸面很難完全 貼合，因此還會使得傳導到所述氣體噴淋頭300的溫度不均勻，導致氣體噴淋頭300的溫度不均勻。
因此，本發明實施例所提供的上電極元件中，所述安裝基板100與所述氣體噴淋頭300之間設置有第一導熱結構200，以提高所述安裝基板100和所述氣體噴淋頭300之間的熱傳導效果，以解決安裝基板100與氣體噴淋頭300的熱傳導效率低的問題。
又由於所述第一導熱結構200與第一安裝基板101和氣體噴淋頭300的熱膨脹係數不同，使得所述第一導熱結構200與第一安裝基板101和氣體噴淋頭300的膨脹量不同，從而導致所述第一導熱結構200與所述第一安裝基板101和氣體噴淋頭300產生摩擦，因此在所述第一導熱結構200與第一安裝基板101和氣體噴淋頭300摩擦過程中容易將第一導熱結構200磨出微小顆粒。而在刻蝕過程中，製程氣體通過所述第一安裝基板101中的第一通氣孔1011和所述第一導熱結構200中的第一通孔進入到氣體噴淋頭300的出氣孔時，會將位於第一導熱結構200上的微小顆粒順著所述氣體噴淋頭300的出氣孔帶到待處理基片上，對待處理基片產生污染。
而本發明實施例所提供的上電極元件中，所述氣體噴淋頭包括主體部分301和位於所述主體部分上的凸起部分302，所述主體部分301具有複數個第一出氣孔，所述凸起部分302具有複數個第二出氣孔，所述第一出氣孔和所述第二出氣孔一一對應，所述第一出氣孔和所述第二出氣孔相連通構成所述出氣孔3001，所述第二出氣孔貫穿所述第一導熱結構200的第一通孔，並延伸至所述第一安裝基板101的第一通氣孔1011中，從而在所述第一通氣孔1011中通入的製程氣體經過所述第一導熱結構200，從 所述氣體噴淋頭300噴出的過程中，所述第一導熱結構上的微小顆粒需沿著凸起部分的側壁和頂部之後沿出氣孔才能被帶到待處理基片上，由此可見，第一導熱結構上的微小顆粒運動的距離較遠，因此，有利於降低製程氣體將位於所述第一導熱結構200上的微小顆粒順著所述氣體噴淋頭300的出氣孔帶到待處理基片上，對待處理基片產生污染。
在上述實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，繼續如圖1所示，該上電極元件還包括：加熱器400，所述加熱器400設置在所述安裝基板100背離所述氣體噴淋頭300一側，用於給所述安裝基板100加熱。
在上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述上電極元件還包括氣體擋板500，所述氣體擋板500位於所述安裝基板100背離所述氣體噴淋頭300一側，所述氣體擋板500中具有至少一個入氣孔(未示出)，所述第一通氣孔1011與所述入氣孔相連通。
在上述實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述氣體擋板500與所述安裝基板100之間設置有密封元件600，用以密封所述氣體擋板500和所述安裝基板100之間的縫隙。
在上述實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述第一安裝基板101的第一通氣孔1011在預設平面內的正投影位於所述第一通孔在所述預設平面內的正投影內，其中，所述預設平面平行於所述氣體噴淋頭300與所述第一安裝基板101相對的表面，以使得所述第一導熱結構200被所述第一安裝基板101完全覆蓋，從而不僅可以防止所述第一通孔影響所述第一通氣孔1011中的製程氣體進入所述出氣孔3001中的氣體量，還可以防止製程氣體在通過所述第一安裝基板101中的第一通氣孔1011和所 述第一導熱結構200中的第一通孔進入到氣體噴淋頭300的出氣孔時，接觸到所述第一導熱結構200，進一步降低了製程氣體將位於所述第一導熱結構200上的微小顆粒順著所述氣體噴淋頭300的出氣孔帶到待處理基片上，對待處理基片產生污染。
在上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述第一導熱結構200的導熱係數大於或等於1.5W/(m．K)，所述第一導熱結構200的厚度的取值為0.05mm~0.5mm，包括端點值，具體的，所述第一導熱結構200的厚度的取值為0.15mm-0.35mm，包括端點值，以進一步提高第一導熱結構200將所述第一導熱結構200上的熱量傳遞到所述氣體噴淋頭300上的熱傳導速率，提高所述第一安裝基板101與所述氣體噴淋頭300的熱傳導效率，從而提高所述等離子體處理設備中的熱傳導速率。
在上述實施例的基礎上，在本發明一個實施例中，所述第一導熱結構200為柔性導熱件，填充所述第一安裝基板101和所述氣體噴淋頭300之間的縫隙，以利用所述第一導熱結構200降低了所述第一安裝基板101和所述氣體噴淋頭300之間的熱阻，提高了所述第一安裝基板101和所述氣體噴淋頭300之間的熱傳導效率，同時利用所述第一導熱結構200填充所述第一安裝基板101和所述氣體噴淋頭300之間的縫隙，使得所述第一安裝基板101與所述氣體噴淋頭300之間的熱傳導更加均勻，進而使得所述氣體噴淋頭300的溫度更加均勻。
在上述實施例的基礎上，在本發明一個實施例中，所述第一導熱結構200包括第一導熱片以及位於所述第一導熱片表面的導熱塗層，所述導熱塗層填充所述第一安裝基板101和所述氣體噴淋頭300之間的縫 隙，以利用所述第一導熱片降低了所述第一安裝基板101和所述氣體噴淋頭300之間的熱阻，提高了所述第一安裝基板101和所述氣體噴淋頭300之間的熱傳導效率，同時利用所述導熱塗層填充所述第一安裝基板101和所述氣體噴淋頭300之間的縫隙，使得所述第一安裝基板101與所述氣體噴淋頭300之間的熱傳導更加均勻，進而使得所述氣體噴淋頭300的溫度更加均勻。具體的，所述第一導熱片的厚度為0.1mm-0.3mm，包括端點值，以在提高所述安裝基板100和所述氣體噴淋頭300之間的熱傳導效果的基礎上，不過多增加所述上電極元件的厚度。需要說明的是，所述第一導熱片與所述氣體噴淋頭300相對的表面上設置有導熱塗層，且所述第一導熱片與所述第一安裝基板101相對的表面也設置有導熱塗層。
在本發明的其他實施例中，所述第一導熱結構200還可以為導熱墊，具體的，在本發明的一個實施例中，所述導熱墊為導熱矽膠，在本發明的另一個實施例中，所述導熱墊為包含有導熱係數較高的粉末材料的粘接劑，較佳的，所述導熱墊為包含有氮化硼或氮化鋁的粘接劑，本發明對此不做限定，具體視情況而定。
下面以所述第一導熱結構200包括第一導熱片以及位於所述第一導熱片表面的導熱塗層為例進行描述。
具體的，在本發明的一個實施例中，所述第一導熱片為鋁合金導熱片，所述導熱塗層為石墨塗層，較佳的，所述第一導熱片為鋁箔導熱片，具體的，所述第一導熱結構200為表面塗覆有石墨塗層的鋁箔，從而使得所述第一導熱結構200既具有良好的導熱性，又具有良好的導電性，進 而可以改善上電極元件中所述第一安裝基板101和所述氣體噴淋頭300的接地效果。
需要說明的是，在等離子體處理設備工作過程中，由於製程的需要會對第一安裝基板101和氣體噴淋頭300進行加熱，使得這些零件的溫度達到120℃，甚至更高，而目前電容耦合等離子體處理設備的第一安裝基板101使用鋁合金材料，其熱膨脹係數為2.34e-5/K，與第一安裝基板101安裝在一起的氣體噴淋頭300則使用的是單晶矽材料，其熱膨脹係數為2.4e-6/K，即兩者的熱膨脹係數相差較大，因此在加熱的過程中，第一安裝基板101的熱膨脹量較大，氣體噴淋頭的熱膨脹量較小，而所述第一安裝基板101在熱膨脹的過程中，會使得與其安裝在一起的氣體噴淋頭300的凸起部分被擠裂，導致氣體噴淋頭300發生損壞。
在上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，繼續如圖1所示，定義所述第一安裝基板101材料的熱膨脹係數與所述氣體噴淋頭材料300的熱膨脹係數中的較大值為A，定義所述第一安裝基板101材料的熱膨脹係數與所述氣體噴淋頭300材料的熱膨脹係數中的較小值為B，A與B的比值不大於2，使得加熱器400在給所述安裝基板100進行加熱時，所述第一安裝基板101的熱膨脹量和所述氣體噴淋頭300的熱膨脹量相差不大，降低了由於所述氣體噴淋頭300的熱膨脹係數與所述第一安裝基板101的熱膨脹係數差異較大而導致兩者之間產生的較大的膨脹差異，進而使得所述氣體噴淋頭300的凸起部分被損壞的概率。
在上述實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述氣體噴淋頭300的熱膨脹係數與所述第一安裝基板101的熱膨脹係數相同，以 最大程度的降低由於所述第一安裝基板101和所述氣體噴淋頭300的熱膨脹差異導致得所述氣體噴淋頭300損壞的概率，並提高所述第一安裝基板101與所述氣體噴淋頭300熱傳導速率，從而提高所述等離子體處理設備中的熱傳導速率。但本發明對此並不做限定，在本發明的其他實施例中，所述氣體噴淋頭300的熱膨脹係數與所述第一安裝基板101的熱膨脹係數也可以不同，具體視情況而定。
在上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，繼續如圖1所示，所述安裝基板100還包括第二安裝基板102，所述第二安裝基板102位於所述第一安裝基板101背離所述氣體噴淋頭300一側，其中，所述第二安裝基板102中具有至少一個第二通氣孔，所述第二通氣孔與所述第一通氣孔1011相連通，構成所述安裝基板100的通氣孔，具體的，在本發明的實施例中，所述加熱器400位於所述第二安裝基板102背離所述第一安裝基板101的一側，本發明對此不做限定，具體視情況而定。
需要說明的是，在上述實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述第二安裝基板102為鋁合金安裝基板，在本發明的另一個實施例中，所述第二安裝基板102為不銹鋼安裝基板，本發明對此不做限定，具體視情況而定。
由於所述第一安裝基板101的熱膨脹係數位於所述第二安裝基板102的熱膨脹係數和所述氣體噴淋頭300的熱膨脹係數之間，在利用所述加熱器400對所述第二安裝基板102進行加熱時，能夠使得所述第二安裝基板102和所述第一安裝基板101之間熱膨脹差異較小，降低所述第一安裝基板101因其與所述第二安裝基板102之間的熱膨脹差異較大而發生損壞 的概率，同理，所述第一安裝基板101和所述氣體噴淋頭300之間的熱膨脹差異較小，降低所述氣體噴淋頭300因其與所述第一安裝基板101之間的熱膨脹差異較大而發生損壞的概率，進而降低所述等離子體處理設備發生損壞的概率。
在本發明的其他實施例中，如果所述氣體噴淋頭300的熱膨脹係數與所述第一安裝基板101的熱膨脹係數不同，所述第一安裝基板101的熱膨脹係數也可以小於所述氣體噴淋頭300的熱膨脹係數，本發明對此並不做限定，只要保證所述第一安裝基板101材料的熱膨脹係數與所述氣體噴淋頭300材料的熱膨脹係數中的較大值與所述第一安裝基板101材料的熱膨脹係數與所述氣體噴淋頭300材料的熱膨脹係數中的較小值的比值不大於2，以降低所述氣體噴淋頭300發生損害的概率即可。
在本發明的一個實施例中，所述第二安裝基板102和所述第一安裝基板101通過螺釘固定在一起，在本發明的其他實施例中所述第二安裝基板102和所述第一安裝基板101還可以通過其他方式固定在一起，本發明對此不做限定，具體視情況而定。
需要說明的是，所述第一安裝基板101和所述第二安裝基板102的接觸面都具有一定的粗糙度，而且，第一安裝基板101和所述第二安裝基板102是通過螺釘固定在一起，因此，所述第一安裝基板101和所述第二安裝基板102之間的接觸面很難完全貼合，導致兩者之間的熱阻較大，影響兩者之間的熱傳導速度，增大了兩者之間的溫度差。
鑒於此，繼續如圖1所示，在上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，還包括第二導熱結構700，所述第二導熱結構700 位於所述第一安裝基板101和所述第二安裝基板102之間，以提高所述第一安裝基板101與第二安裝基板102之間的熱傳導效率，降低所述第一安裝基板101和所述第二安裝基板102之間的溫度差。
需要說明的是，在本發明實施例中，所述第二導熱結構700包括一個第二通孔，所有第一通氣孔1011在預設平面的正投影均位於所述第二通孔在所述預設平面的正投影內，以保證所述第二導熱結構700的設置不會影響所述第一通氣孔1011中的氣體流動，其中，所述預設平面平行於所述氣體噴淋頭300與所述第一安裝基板101相對的表面。
在上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述第二導熱結構700的導熱係數大於或等於0.5W/(m．K)，具體的，所述第二導熱結構700的導熱係數大於或等於1.5W/(m．K)，以進一步提高第二導熱結構700將所述第二導熱結構700上的熱量傳遞到所述第一安裝基板101上的熱傳導速率，提高所述第一安裝基板101和所述第二安裝基板102的熱傳導效率，從而提高所述等離子體處理設備中的熱傳導效率，在上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述第二導熱結構700的厚度的取值為0.05mm~1mm，包括端點值，具體的，所述第二導熱結構700的厚度的取值為0.15mm-0.35mm，包括端點值，以在提高所述第一安裝基板和所述第二安裝基板之間的熱傳導效果的基礎上，不過多增加所述上電極元件的厚度。
在上述實施例的基礎上，在本發明一個實施例中，所述第二導熱結構700為柔性導熱件，填充所述第二安裝基板102和所述第一安裝基板101之間的縫隙，降低了所述第一安裝基板101和所述第二安裝基板102 之間的熱阻，提高了所述第一安裝基板101和所述第二安裝基板102之間的熱傳導效率，同時由於所述導熱塗層填充所述第一安裝基板101和所述第二安裝基板102之間的縫隙，因此還使得所述第一安裝基板101與所述第二安裝基板102之間的熱傳導更加均勻，進而使得所述第一安裝基板101的溫度更加均勻。
在上述實施例的基礎上，在本發明一個實施例中，所述第二導熱結構700包括第二導熱片以及位於所述第二導熱片表面的導熱塗層，所述導熱塗層填充所述第二安裝基板102和所述第一安裝基板101之間的縫隙，降低了所述第一安裝基板101和所述第二安裝基板102之間的熱阻，提高了所述第一安裝基板101和所述第二安裝基板102之間的熱傳導效率，同時由於所述導熱塗層填充所述第一安裝基板101和所述第二安裝基板102之間的縫隙，因此還使得所述第一安裝基板101與所述第二安裝基板102之間的熱傳導更加均勻，進而使得所述第一安裝基板101的溫度更加均勻。較佳的，所述第二導熱片的厚度為0.1mm-0.3mm，包括端點值，以在提高所述第一安裝基板101和所述第二安裝基板102之間的熱傳導效果的基礎上，不過多增加所述上電極元件的厚度。需要說明的是，所述第二導熱片與所述第二安裝基板102相對的表面上設置有導熱塗層，且所述第二導熱片與所述第一安裝基板101相對的表面也設置有導熱塗層。
在本發明的其他實施例中，所述第二導熱結構700還可以為導熱墊，具體的，在本發明的一個實施例中，所述導熱墊為導熱矽膠，在本發明的另一個實施例中，所述導熱墊為包含有導熱係數較高的粉末材料 的粘接劑，較佳的，所述導熱墊為包含由氮化硼或氮化鋁的粘接劑，本發明對此不做限定，具體視情況而定。
下面以所述第二導熱結構700包括第二導熱片以及位於所述第二導熱片表面的導熱塗層為例進行描述。
具體的，在本發明的一個實施例中，所述第二導熱片為鋁合金導熱片，所述導熱塗層為石墨塗層，較佳的，所述第二導熱片為鋁箔導熱片，具體的，所述第二導熱結構為表面塗覆有石墨塗層的鋁箔，從而使得所述第二導熱結構既具有良好的導熱性，又具有良好的導電性，進而可以改善等離子體處理設備中所述第一安裝基板和所述第二安裝基板之間的接地效果。
在上述任一實施例的基礎上，在本發明一個實施例中，所述第二導熱結構和所述第一導熱結構可以為同一導熱結構，在本發明其他實施例中，所述第二導熱結構和所述第一導熱結構可以為不同的導熱結構，本發明對此不做限定，具體視情況而定。
在上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，所述氣體噴淋頭300的材料可以為單晶矽、鋁合金、碳化矽、氧化釔、二氧化矽、或氮化矽，所述第一安裝基板101的材料可以為單晶矽、鋁合金、碳化矽、氧化釔、二氧化矽、或氮化矽。
由於碳化矽和單晶矽之間的熱膨脹係數相差不大，因此，使得所述第一安裝基板101的熱膨脹量和所述氣體噴淋頭300的熱膨脹量相差不大，降低了由於所述氣體噴淋頭300的熱膨脹係數與所述第一安裝基板 101的熱膨脹係數差異較大而導致兩者之間產生的較大的膨脹差異，進而使得所述氣體噴淋頭300損壞的概率。
而且，由於所述碳化矽具有耐腐蝕性，因此，當所述氣體噴淋頭300的材料為碳化矽，所述第一安裝基板101的材料為單晶矽時，可以適用於射頻功率為高功率的工作環境，以防止等離子體對氣體噴淋頭300造成腐蝕。
因此，在本發明的一個較佳實施例中，所述氣體噴淋頭300的材料為單晶矽，所述第一安裝基板101的材料為碳化矽；在本發明的另一個較佳實施例中，所述氣體噴淋頭300的材料為碳化矽，所述第一安裝基板101的材料為單晶矽。
在本發明的另一個實施例中，所述第一安裝基板101的熱膨脹係數與所述第二安裝基板102的熱膨脹係數也可以相同，較佳為，所述第一安裝基板101和所述第二安裝基板102為一體結構，如圖5所示，從而簡化所述安裝基板100的製作製程。
需要說明的是，在本發明實施例中，如果所述第一安裝基板101和所述第二安裝基板102的熱膨脹係數相同，所述第一安裝基板101和所述氣體噴淋頭300的熱膨脹係數相同，在本發明的一個實施例中，所述安裝基板100為鋁合金安裝基板，所述氣體噴淋頭300為鋁合金氣體噴淋頭，以保證所述安裝基板100的熱傳導效率。
還需要說明的是，在等離子體處理設備工作時，如果所述氣體噴淋頭300為鋁合金氣體噴淋頭或單晶矽氣體噴淋頭，則等離子體容易對氣體噴淋頭背離所述第一安裝基板101一側(即靠近反應腔的一側)造成腐 蝕，因此，在本發明上述任一實施例的基礎上，在本發明的實施例中，當所述氣體噴淋頭300為鋁合金氣體噴淋頭或單晶矽氣體噴淋頭時，所述氣體噴淋頭300背離所述第一安裝基板101一側設置有塗層，所述塗層的材料為氧化釔或氟化釔，以防止等離子體對氣體噴淋頭300造成腐蝕。
在上述任一實施例的基礎上，在本發明的一個實施例中，繼續如圖1和圖5所示，所述上電極元件還包括：冷卻水道800，所述冷卻水道800設置在所述安裝基板100內，用於給所述安裝基板100降溫，具體的，所述冷卻水道800設置在所述第二安裝基板102內，用於給所述第二安裝基板102降溫；溫度檢測器900，所述溫度檢測器900貫穿所述安裝基板100，並與所述氣體噴淋頭300接觸。
需要說明的是，所述上電極元件還包括氣體擋板500，具體的，所述溫度檢測器900貫穿所述安裝基板100，並與所述氣體噴淋頭300接觸包括：所述溫度檢測器900貫穿所述氣體擋板500和所述安裝基板100，並與所述氣體噴淋頭300接觸，在本發明的實施例中，所述溫度檢測器900與所述氣體擋板500之間還具有密封圈和法蘭1000，防止所述氣體擋板500與所述溫度檢測器900之間具有縫隙。
還需要說明的是，所述等離子體處理設備是由加熱器400和所述冷卻水道800來平衡其內部結構的溫度，具體的，等離子體處理設備在工作過程中，加熱器400和冷卻水道800均打開，並保持冷卻水道800的水常開，所述加熱器400對所述第二安裝基板102進行加熱，所述第二安裝基板102將熱量傳給所述第一安裝基板101，所述第一安裝基板101將熱量傳 給所述氣體噴淋頭300，從而使得位於所述等離子體處理設備內的製程氣體的溫度達到預設溫度，當溫度檢測器900檢測的上電極元件內的溫度大於預設溫度時，所述加熱器400就斷開，當溫度檢測器900檢測的等離子體處理設備內的溫度低於預設溫度時，所述加熱器400就打開，使得所述等離子體處理設備內的溫度始終保持在一個恒定的溫度，進而使得所述氣體噴淋頭300保持在一個恒定的溫度，例如，所述氣體噴淋頭300保持在120℃或150℃。
相應的，如圖6所示，本發明還提供了一種等離子體處理設備，該等離子體處理設備包括：反應腔1100；位於所述反應腔1100內的上電極元件，所述上電極元件為上述實施例中提供的任一所述的上電極元件；位於所述反應腔1100內的基座1101，所述基座1101用於承載待處理基片，且所述基座1101與所述上電極元件中的氣體噴淋頭300相對設置。
需要說明的是，所述待處理基片為晶圓片，本發明對此不做限定，具體視情況而定。
在本發明的一個實施例中，所述第一安裝基板101和所述氣體噴淋頭300是通過螺釘固定在一起的。但本發明對此對並不做限定，具體視情況而定。
需要說明的是，由於所述第一安裝基板101和所述氣體噴淋頭300的接觸面都具有一定的粗糙度，而且，所述安裝基板100和所述氣體 噴淋頭300是通過螺釘固定在一起，因此兩者的接觸面很難完全貼合，從而導致兩者之間的熱阻較大，降低了兩者之間的熱傳導速度，增大了兩者之間的溫度差，導致安裝基板100和氣體噴淋頭300之間的熱傳導效率低。而且，由於第一安裝基板101的接觸面和所述氣體噴淋頭300的接觸面很難完全貼合，因此還會使得傳導到所述氣體噴淋頭300的溫度不均勻，導致氣體噴淋頭300的溫度不均勻。
因此，本發明實施例所提供的等離子體處理設備的上電極元件中，所述安裝基板100與所述氣體噴淋頭300之間設置有第一導熱結構200，以提高所述安裝基板100和所述氣體噴淋頭300之間的熱傳導效果，以解決所述安裝基板100和所述氣體噴淋頭300熱傳導效率低的問題。
又由於所述第一導熱結構200與第一安裝基板101和氣體噴淋頭300的熱膨脹係數不同，使得所述第一導熱結構200與第一安裝基板101和氣體噴淋頭300的膨脹量不同，從而導致所述第一導熱結構200與所述第一安裝基板101和氣體噴淋頭300產生摩擦，因此在所述第一導熱結構200與第一安裝基板101和氣體噴淋頭300摩擦過程中容易將第一導熱結構200磨出微小顆粒。而在刻蝕過程中，製程氣體通過所述第一安裝基板101中的第一通氣孔1011和所述第一導熱結構200中的第一通孔進入到氣體噴淋頭300的出氣孔時，會將位於第一導熱結構200上的微小顆粒順著所述氣體噴淋頭300的出氣孔帶到待處理基片上，對待處理基片產生污染。
而本發明實施例所提供的等離子體處理設備的上電極元件中，所述氣體噴淋頭300包括主體部分301和位於所述主體部分301上的凸起部分302，所述主體部分301具有複數個第一出氣孔，所述凸起部分302 具有複數個第二出氣孔，所述第一出氣孔和所述第二出氣孔一一對應，所述第一出氣孔和所述第二出氣孔相連通構成所述出氣孔3001，所述第二出氣孔貫穿所述第一導熱結構200的第一通孔，並延伸至所述第一安裝基板101的第一通氣孔中，從而在所述第一通氣孔1011中通入的製程氣體經過所述第一導熱結構200，從所述氣體噴淋頭300噴出的過程中，所述第一導熱結構200上的微小顆粒需沿著凸起部分302的側壁和頂部之後沿出氣孔3001才能被帶到待處理基片上，由此可見，第一導熱結構200上的微小顆粒運動的距離較遠，因此，有利於降低製程氣體將位於所述第一導熱結構200上的微小顆粒順著所述氣體噴淋頭300的出氣孔帶到待處理基片上，對待處理基片產生污染。
本說明書中各個部分採用並列和遞進的方式描述，每個部分重點說明的都是與其他部分的不同之處，各個部分之間相同相似部分互相參見即可。
對所公開的實施例的上述說明，使所屬技術領域中具有通常知識者能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對所屬技術領域中具有通常知識者來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
101:第一安裝基板
1011:第一通氣孔
200:第一導熱結構
300:氣體噴淋頭
3001:出氣孔

Claims (11)

  1. 一種上電極元件，其中，包括：一安裝基板，該安裝基板包括一第一安裝基板，該第一安裝基板具有複數個第一通氣孔；一第一導熱結構，該第一導熱結構位於該第一安裝基板的一側，該第一導熱結構具有複數個第一通孔，該些第一通孔與該些第一通氣孔一一對應，且該些第一通孔與該些第一通氣孔連通；以及一氣體噴淋頭，該氣體噴淋頭位於該第一導熱結構背離該安裝基板的一側，該氣體噴淋頭具有複數個出氣孔，該些出氣孔與該些第一通氣孔一一對應，且與其對應的該些第一通氣孔相連通；其中，該氣體噴淋頭包括一主體部分和位於該主體部分上的一凸起部分，該凸起部分延伸至該些第一通氣孔內，該主體部分具有複數個第一出氣孔，該凸起部分具有複數個第二出氣孔，該些第一出氣孔和該些第二出氣孔一一對應，該些第一出氣孔和該些第二出氣孔相連通構成該些出氣孔。
  2. 如請求項1所述的上電極元件，其中，所述第一安裝基板的第一通氣孔在預設平面內的正投影位於所述第一通孔在所述預設平面內的正投影內，其中，所述預設平面平行於所述氣體噴淋頭與所述第一安裝基板相對的表面。
  3. 如請求項1或2所述的上電極元件，其中，該第一導熱結構包括一第一導熱片以及位於該第一導熱片表面的一導熱塗層。
  4. 如請求項3所述的上電極元件，其中，該第一導熱片為鋁合金導熱片，該導熱塗層為石墨塗層。
  5. 如請求項1所述的上電極元件，其中，該第一安裝基板的材料的熱膨脹係數與該氣體噴淋頭的材料的熱膨脹係數中的較大值為A，該第一安裝基板的材料的熱膨脹係數與該氣體噴淋頭的材料的熱膨脹係數中的較小值為B，A與B的比值不大於2。
  6. 如請求項5所述的上電極元件，其中，該安裝基板還包括一第二安裝基板，該第二安裝基板位於該第一安裝基板背離該氣體噴淋頭的一側，該第二安裝基板中具有至少一個第二通氣孔，該第二通氣孔與該第一通氣孔相連通。
  7. 如請求項6所述的上電極元件，其中，還包括一第二導熱結構，該第二導熱結構位於該第二安裝基板和該第一安裝基板之間，該第二導熱結構包括一個第二通孔，所有該第一通氣孔在一預設平面的正投影均位於該第二通孔在該預設平面的正投影內，其中，該預設平面平行於該氣體噴淋頭與該第一安裝基板相對的表面。
  8. 如請求項5所述的上電極元件，其中，該氣體噴淋頭的材料為單晶矽、鋁合金或碳化矽，該第一安裝基板的材料為單晶矽、鋁合金或碳化矽。
  9. 如請求項8所述的上電極元件，其中，當該氣體噴淋頭為鋁合金氣體噴淋頭或單晶矽氣體噴淋頭時，該氣體噴淋頭背離該第一安裝基板的一側設置有一塗層，該塗層的材料為氧化釔或氟化釔。
  10. 如請求項1所述的上電極元件，其中，還包括：一冷卻水道，該冷卻水道設置在該安裝基板內，用於給該安裝基板降溫；以及一溫度檢測器，該溫度檢測器貫穿該安裝基板，並與該氣體噴淋頭接觸。
  11. 一種等離子體處理設備，其中，包括： 一反應腔；位於該反應腔內的一上電極元件，該上電極元件為如請求項1-10中任一項所述的上電極元件；以及位於該反應腔內的一基座，該基座用於承載一待處理基片，且該基座與該上電極元件中的該氣體噴淋頭相對設置。
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