TWI794683B

TWI794683B - 等離子體處理設備

Info

Publication number: TWI794683B
Application number: TW109140639A
Authority: TW
Inventors: 魏強; 黄允文; 郭盛
Original assignee: 大陸商中微半導體設備（上海）股份有限公司
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2023-03-01
Also published as: CN113053713B; TW202129691A; CN113053713A

Abstract

本發明公開一種等離子體處理設備，其包括反應腔、基座、設備板、靜電夾盤、射頻桿、射頻電源、絕緣管道和抗靜電塗層；絕緣管道藉由設備板上的通道連接冷却通道，用於輸送絕緣液體；抗靜電塗層，塗覆於絕緣管道的內壁和/或外壁，抗靜電塗層包括抗靜電劑，抗靜電劑的濃度範圍為1%～20%，抗靜電塗層接地。藉由設置抗靜電塗層中抗靜電劑的量，能夠將抗靜電塗層的電阻值設置為合理範圍，在允許靜電荷導出的同時，也能夠滿足不消耗射頻部件的工作功率，進而兼顧釋放冷却液管路靜電和確保射頻工作功率，大大提高了設備的使用安全。

Description

等離子體處理設備

本發明涉及半導體設備技術領域，特別涉及一種等離子體處理設備。

在半導體製造技術領域，經常需要對待處理基片進行等離子體處理，對待處理基片進行等離子體處理的過程在等離子體處理設備內進行。

等離子體處理設備一般都包含真空反應腔，真空反應腔內設置有用於承載待處理基片的承載台，所述承載台通常包含基座以及設置在基座上方用於固定基片的靜電夾盤。基座下方設置有設備板和一端與設備板連接的射頻桿，射頻桿的外端部連接射頻源，真空反應腔內通入反應氣體，在射頻激發下，反應氣體電離生成等離子體，對基片進行處理。

在對基片進行處理過程中基片會發熱，為了降低基片的熱量，通常在基座內設置冷却液管路，採用循環製冷的方式來帶走靜電夾盤和基片上的熱量。由於工作在射頻環境中，所以基座中的冷却液管路採用絕緣材料，冷却液管路內部的導熱媒介也採用絕緣液體。

但是，絕緣液體在流動過程中與冷却液管路之間因摩擦會産生靜電，靜電荷會累積到設備板等部件上。而射頻部件通常是藉由電容方式傳導射頻，因此對於直流是處於懸浮狀態，當靜電荷累積在射頻部件時，此射頻部件的電位會急劇升高，當達到某些閾值時，如1-2千伏，會藉由電弧的方式擊穿脆弱冷却液管路對地放電，導致絕緣液體傳輸管道被擊漏液，嚴重時導致射頻隔離磁環等器件發生損壞，危害操作人員的人身安全。

另外，如果電荷接近陶瓷介電層，這將導致靜電夾盤電壓，嚴重時導致鉛晶圓移位或晶圓破碎。

因此，如何降低絕緣液體與冷却管路二者産生靜電荷的危害，是本領域內技術人員始終關注的技術問題。

本發明提供一種等離子體處理設備，包括：

反應腔；

基座，位於所述反應腔內底部，其內具有冷却通道；

設備板，位於所述基座的下方；

靜電夾盤，位於所述基座上，用於吸附待處理基片；

射頻桿，與所述設備板連接；

射頻電源，藉由匹配器與所述射頻桿連接；

絕緣管道，藉由所述設備板上的通道連接所述冷却通道，用於輸送絕緣液體；

抗靜電塗層，塗覆於所述絕緣管道的內壁和/或外壁，包括抗靜電劑，所述抗靜電劑的濃度範圍為1%～20%，所述抗靜電塗層接地。

可選的，所述抗靜電塗層布置於所述絕緣管道的內壁局部或者/和外壁局部；或者/和，

所述抗靜電塗層布置於所述絕緣管道的內壁整體或者/和外壁整體。

可選的，所述絕緣管道整個外壁設置所述抗靜電塗層，所述絕緣管道與所述設備板之間藉由金屬接頭配合連接，所述抗靜電塗層部分與所述金屬接頭接觸，所述絕緣管道藉由所述金屬接頭連通內壁和外壁。

可選的，所述抗靜電塗層還包括絕緣基體，混合均勻的所述絕緣基體和抗靜電劑塗覆於所述絕緣管道上。

可選的，所述抗靜電劑包括烷基季銨、磷或鏻鹽烷基季銨、磷或鏻鹽、烷基磺酸、磷酸或二硫代胺基甲酸的鹼金屬鹽、乙氧基化脂肪族烷基胺其中一種或幾種。

可選的，還包括隔離塊，所述射頻桿的內端連接所述設備板，外端部分管段藉由所述隔離塊支撑於接地部件。

可選的，還包括金屬流量計，位於所述反應腔外部且設置於所述絕緣管道與外部冷却設備的連接管路，所述絕緣管道還包括外端接口段，用於與所述金屬流量計配合安裝，所絕緣管道的抗靜電塗層部分與所述金屬流量計接觸，所述金屬流量計接地設置。

可選的，所述抗靜電塗層由與所述設備板接觸的位置沿軸向延伸至所述外端接口段。

與習知技術僅使用絕緣材質的冷却管相比，在所述絕緣管道的內壁和/或外壁塗覆抗靜電塗層，藉由調節抗靜電塗層中抗靜電劑的量，能夠將抗靜電塗層的電阻值設置為合理範圍，在允許靜電荷導出的同時，也能夠滿足不消耗射頻工作效率，進而兼顧釋放冷却液管路靜電和確保射頻工作功率，大大提高了設備的使用安全。

針對先前技術中提出的技術問題，本文進行了深入研究，研究發現：冷却液管路與絕緣液體中的靜電荷不能及時釋放主要原因在於設備工作結構所限，冷却液管路的內端部需要穿過射頻高壓區域連接於基座上，為了保證射頻功率及使用安全，冷却液管路電阻必須足夠大，不允許使用電阻小的金屬材料作為冷却液管路。冷却液管路電阻大導致不能釋放靜電，産生先前技術中所述的技術問題。

在上述研究發現的基礎上，本文提出了一種兼顧釋放冷却液管路靜電和射頻工作高效率的技術方案，具體描述如下。

為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。

請參考第1圖至第3圖，第1圖為本發明一種實施例中等離子體處理設備的結構示意圖；第2圖為本發明一種實施例中等離子體處理設備的下電極組件的結構示意圖；第3圖為本發明一種實施例中絕緣管道的結構示意圖。

本發明所提供的一種等離子處理設備，其包括上電極組件、反應腔10、進氣裝置30和下電極組件。其中下電極組件主要包括基座9、靜電夾盤1、射頻電源20和射頻桿5。

基座9設置於反應腔10內底部，靜電夾盤1設置於基座9上，靜電夾盤1用於吸附待處理基片W。基座9內設置有冷却通道，冷却通道藉由絕緣管道4引出反應腔10，與冷却液製冷設備相連。具體地，絕緣管道4藉由設備板2上的通道連接冷却通道，用於輸送絕緣液體，藉由熱交換帶走基座9和靜電夾盤1上的熱量。

基座9下部設置設備板2，射頻桿5的上端連接設備板2，下端部穿出反應腔10以連接位於反應腔10外部的射頻電源20。射頻桿5穿過隔離塊6連接於接地部件7上。設備板2設置在基座9下方，冷却通道兩端的連接接頭可以固定在設備板2上。

反應腔10內還可以設置有接地部件，該接地部件可以為接地環8，其包圍基座9和設備板2，能夠將反應腔10內的耦合射頻電流導入地，接地環同時起氣密作用，接地環8之內可以為真空環境，充滿射頻場，接地環之外是大氣環境。接地環8和設備板2之間設置有絕緣環3（請參考第2圖），絕緣環3實現設備板2與接地環8之間的電隔離。反應腔10頂部設置有進氣裝置30，用於向反應腔10內提供反應氣體。進氣裝置30的具體結構可以參考習知技術，本文在此不做詳述。

本文主要介紹應用於等離子體處理設備的，其還包括絕緣管道4，絕緣管道4包括內端接口段，用於連接到等離子體處理設備基座9內設置的冷却通道。當如上所述的冷却通道的兩端口開設於設備板2上時，絕緣管道4的內端接口段連接於設備板2上，藉由設備板2上開設的通道連通基座9內部的冷却通道，用於輸送絕緣液體。

絕緣管道4的內壁或/和外壁設有含有抗靜電劑的抗靜電塗層42，也就是說，可以僅絕緣管道4的內壁設置抗靜電塗層42，也可以僅絕緣管道的外壁設置抗靜電塗層42，或者絕緣管道的內壁和外壁均設置抗靜電塗層42。

具體地，抗靜電塗層42可以塗覆於絕緣管道4的內壁或外壁，抗靜電塗層中抗靜電劑的濃度範圍為1%～20%，以使在絕緣管道産生的靜電導出同時保證等離子體處理設備的射頻工作效率在預設範圍；由於所述抗靜電塗層42接地，使得抗靜電塗層42能夠使靜電荷導出大地，同時所述抗靜電塗層42對射頻的電阻較大，使藉由抗靜電塗層導走的射頻低於1%，使大部分的射頻都進入反應腔內部。

本文中的抗靜電塗層42沿軸向連續並且至少部分向內延伸至與設備板2的接觸位置，外端部延伸至射頻部件的工作區域外部以接地。也就是說，整個絕緣管道産生的靜電荷都可以藉由抗靜電塗層42導出至射頻區域的外部，再藉由外部接地部件導至大地。

與習知技術僅使用絕緣材質的冷却管相比，在所述絕緣管道4的內壁和/或外壁塗覆抗靜電塗層42，藉由調節抗靜電塗層42中抗靜電劑的量，能夠將抗靜電塗層42的電阻值設置為合理範圍，在允許靜電荷導出的同時，也能夠滿足不消耗射頻部件的工作功率，進而兼顧釋放絕緣管道4靜電和確保射頻工作效率，大大提高了設備的使用安全性。

在一種具體實施方式中，抗靜電塗層42可以布置於絕緣管道的內壁局部或者/和外壁局部。也就是說，抗靜電塗層42並非覆蓋整個內壁或整個外壁，可以僅為內壁或外壁的一個弧段。

當然，抗靜電塗層42可以布置於絕緣管道4的內壁整體或者/和外壁整體。

在一種實施例中，絕緣管道4僅外壁設置抗靜電塗層42，絕緣管道4與設備板2之間藉由金屬接頭配合連接，抗靜電塗層42部分與金屬接頭接觸，絕緣管道4藉由設備板2上的通道連接基座9的冷却通道。

上述實施例中，絕緣管道4藉由金屬接頭連通內壁和外壁，這樣內壁上集中的靜電荷能夠藉由金屬接頭運動至外壁，再藉由外壁上的抗靜電塗層42導出外部接地部件。

在一種具體實施例中，抗靜電塗層42還包括絕緣基體，混合均勻的抗靜電劑與絕緣基體材料塗覆於絕緣管道。該實施方式實施簡單。絕緣基體可以為聚合物基體，例如鐵氟龍或其他。

上述各實施例中，抗靜電劑可以包括烷基季銨、磷或鏻鹽烷基季銨、磷或鏻鹽、烷基磺酸、磷酸或二硫代胺基甲酸的鹼金屬鹽、乙氧基化脂肪族烷基胺其中一種或幾種。

上述各實施例中，絕緣管道4還包括外端接口段，用於與金屬流量計配合安裝，抗靜電塗層42由與設備板2接觸的位置沿軸向延伸至外端接口段。

所述等離子體處理設備的金屬流量計為金屬材料，金屬流量計設置於反應腔10的外部，且設置於絕緣管道4與外部冷却設備的連接管路，其接地設置，上述實施例無需額外設置接地部件，藉由流量計的接地設置可以同時實現絕緣管道靜電荷的導出，結構簡單。

在一種實施方式中，抗靜電塗層42由與設備板2接觸的位置沿軸向延伸至外端接口段。

等離子體處理設備其他結構請參考習知技術，本文不做贅述。

以上對本發明所提供的一種等離子體處理設備進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明申請專利範圍的保護範圍內。

1:靜電夾盤 2:設備板 3:絕緣環 4:絕緣管道 5:射頻桿 6:隔離塊 7:接地部件 8:接地環 9:基座 10:反應腔 20:射頻電源 30:進氣裝置 41:內壁 42:抗靜電塗層 W:基片

第1圖為本發明一種實施例中等離子體處理設備的結構示意圖；第2圖為本發明一種實施例中等離子體處理設備的下電極組件的結構示意圖；第3圖為本發明一種實施例中絕緣管道的結構示意圖。

41:內壁

42:抗靜電塗層

Claims

一種等離子體處理設備，其中，包括：一反應腔；一基座，位於該反應腔內底部，其內具有一冷却通道；一設備板，位於該基座的下方；一靜電夾盤，位於該基座上，用於吸附待處理基片；一射頻桿，與該設備板連接；一射頻電源，藉由一匹配器與該射頻桿連接；一絕緣管道，其包括第一端介面段，該第一端介面段連接於該設備板，該第一端介面段藉由該設備板上的通道連接該冷却通道，用於輸送一絕緣液體；以及一抗靜電塗層，該抗靜電塗層沿軸向連續並且一端部至少部分延伸至該第一端介面段，包括一抗靜電劑，該抗靜電劑的濃度範圍為1%~20%，該抗靜電劑的濃度為體積百分濃度或重量百分濃度，該抗靜電塗層接地，使後該抗靜電塗層能夠使靜電荷匯出大地，同時該抗靜電塗層對射頻的電阻較大，使通過該抗靜電塗層導走的射頻低於1%。
如請求項1所述的等離子體處理設備，其中，該抗靜電塗層布置於該絕緣管道的內壁局部或者/和外壁局部；或者/和，該抗靜電塗層布置於該絕緣管道的內壁整體或者/和外壁整體。
如請求項1所述的等離子體處理設備，其中，該絕緣管道整個外壁設置該抗靜電塗層，該絕緣管道與該設備板之間藉由一金屬接頭配合連接，該抗靜電塗層部分與該金屬接頭接觸，該絕緣管道藉由該金屬接頭連通內壁和外壁。
如請求項1所述的等離子體處理設備，其中，該抗靜電塗層還包括一絕緣基體，混合均勻的該絕緣基體和該抗靜電劑塗覆於該絕緣管道上。
如請求項1所述的等離子體處理設備，其中，該抗靜電劑包括烷基季銨、磷或鏻鹽烷基季銨、磷或鏻鹽、烷基磺酸、磷酸或二硫代胺基甲酸的鹼金屬鹽、乙氧基化脂肪族烷基胺其中一種或幾種。
如請求項1所述的等離子體處理設備，其中，還包括一隔離塊，該射頻桿的內端連接該設備板，外端部分管段穿過該隔離塊連接於一接地部件。
如請求項1至請求項6中任一項所述的等離子體處理設備，其中，還包括一金屬流量計，位於該反應腔外部且設置於該絕緣管道與一外部冷却設備的連接管路，該絕緣管道還包括外端接口段，用於與該金屬流量計配合安裝，該絕緣管道的該抗靜電塗層部分與該金屬流量計接觸，該金屬流量計接地設置。
如請求項7所述的等離子體處理設備，其中，該抗靜電塗層由與該設備板接觸的位置沿軸向延伸至所述外端接口段。