TWM653616U - 靜電釋放裝置和電漿處理設備 - Google Patents

Abstract

本創作公開了一種靜電釋放裝置和電漿處理設備，靜電釋放裝置包括電阻、外套管、內套管、第一電連接頭、第二電連接頭、第一屏蔽管和第二屏蔽管。外套管套設在內套管外部，內套管套設在電阻外部。第一屏蔽管和第二屏蔽管套設在第一電連接頭和第二電連接頭外部，用於保護電阻引腳連接處。第一電連接頭與設備板電連接，第二電連接頭與屏蔽板電連接。本創作提出的靜電釋放裝置能夠消除電漿處理設備中累積的靜電荷，且不會導致射頻洩露。

Description

靜電釋放裝置和電漿處理設備

本創作涉及半導體設備領域，具體涉及一種靜電釋放裝置和電漿處理設備。

電漿處理設備中，靜電卡盤（ESC，Electrostatic Chucks）是最核心的零件之一。工藝過程中，晶圓通過靜電力被吸附在ESC上。ESC作為下電極，傳遞射頻功率，配合上電極在腔體中產生電漿。同時蝕刻過程中晶圓上產生的熱量也需要通過ESC帶走。

通常的，ESC中有冷卻通道，由製冷機產生的冷媒經過冷媒管道以及ESC冷卻通道帶走從晶圓傳遞到ESC的熱量。由於工作在射頻環境中，所以冷媒通常採用絕緣液體。冷媒管道通常選用的也都是非金屬材料，比如橡膠管或者特氟龍管等。不可避免的，冷媒在冷媒管道中的流動過程中會產生一些靜電，這些靜電如果不進行消除，積累到一定電壓後會產生多種問題，比如晶圓無法正常解吸附，又如電壓過高會將一些零件崩潰。因此，如何合理的將這些靜電釋放同時又不影響ESC功能的實現，是亟待解決的問題。

本創作的目的在於提供一種靜電釋放裝置和電漿處理設備，用於消除電漿處理設備中累積的靜電荷，且不會導致射頻洩露。

為了達到上述目的，本創作提供了一種靜電釋放裝置，所述靜電釋放裝置應用於電漿處理設備中，所述靜電釋放裝置包括電阻、外套管、第一電連接頭和第二電連接頭；所述電阻位於所述外套管的空腔內部，所述電阻的兩端分別與所述第一電連接頭和第二電連接頭電連接；所述電漿處理設備包括設備板和屏蔽板，所述設備板用於安裝晶圓支撐裝置，所述屏蔽板用於隔絕射頻環境和大氣環境，所述靜電釋放裝置位於所述設備板和屏蔽板之間，所述第一電連接頭與所述設備板電連接，所述第二電連接頭與所述屏蔽板電連接。

可選地，所述靜電釋放裝置還包括內套管，所述電阻位於所述內套管的空腔內部，所述內套管位於所述外套管的空腔內部。

可選地，所述電阻的兩端分別通過第一引腳和第二引腳與所述第一電連接頭和第二電連接頭電連接。

可選地，所述內套管為陶瓷套管，所述外套管為特氟龍套管。

可選地，所述電阻為陶瓷電阻，所述電阻的阻值為10 MΩ -1000 MΩ。

可選地，所述電阻的阻值為120 MΩ。

可選地，所述第一電連接頭與所述設備板可拆卸連接。

可選地，所述第二電連接頭與所述屏蔽板通過彈簧銷實現電連接。

可選地，所述第二電連接頭包括銷孔，所述彈簧銷的一部分位於所述銷孔內。

可選地，所述靜電釋放裝置還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別套設在第一電連接頭和第二電連接頭外側，所述第一引腳和第二引腳與電阻的連接處分別位於所述第一屏蔽管和第二屏蔽管的空腔內部。

可選地，所述第一屏蔽管為圓槽形，所述第一電連接頭的至少一部分從所述第一屏蔽管的底壁通孔延伸出去；所述第二屏蔽管為圓槽形，與第二電連接頭電連接的彈簧銷的至少一部分從所述第二屏蔽管的底壁通孔延伸出去。

可選地，所述第一電連接頭包括小圓柱體段和大圓柱體段，所述第一屏蔽管的底壁通孔的直徑大於等於所述小圓柱體段的直徑，小於所述大圓柱體段的直徑。

可選地，所述第一屏蔽管和第二屏蔽管分別與所述外套管的一端可拆卸連接。

可選地，所述第一電連接頭、第二電連接頭、第一屏蔽管和第二屏蔽管的材質均為銅鍍鎳。

可選地，所述第一電連接頭和第二電連接頭分別包括用於放置所述第一引腳和第二引腳的至少一部分的第一進線孔和第二進線孔。

可選地，所述第一電連接頭和第二電連接頭分別包括用於固定所述第一引腳和第二引腳的第一螺釘和第二螺釘。

本創作還提供了一種電漿處理設備，所述電漿處理設備包括如前所述的靜電釋放裝置。

可選地，所述電漿處理設備包括安裝在設備板上的靜電卡盤和製冷機，所述靜電卡盤內部設有冷卻通道，製冷機產生的冷媒經冷媒管道和所述冷卻通道對所述靜電卡盤進行冷卻。

本創作至少具有以下有益效果：

本創作提出的靜電釋放裝置通過裝置中的電阻元件來調節射頻區域和地之間的電阻值，控制該電阻值能夠消除電漿反應裝置中的靜電，可以將千伏量級的電壓降低到10V以內，同時不會導致射頻洩漏，不影響晶圓的蝕刻速率。而且該靜電釋放裝置能夠承受很高的射頻電壓，適用於高功率的電漿處理設備中。

靜電釋放裝置與設備板可拆卸連接，易於安裝和維護；靜電釋放裝置與屏蔽板採用彈簧銷連接，可以很好的補償各個零件加工過程中的誤差，又能保證與屏蔽板的良好電接觸。

靜電釋放裝置的整體直徑尺寸較小，可以很好地兼容現有機台的尺寸設計並適應於不同機台的安裝。

以下結合圖式和具體實施方式對本創作提出的靜電釋放裝置和電漿處理設備作進一步詳細說明。根據下面說明，本創作的優點和特徵將更清楚。需要說明的是，圖式採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本創作實施方式的目的。為了使本創作的目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，請參閱圖式。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士瞭解與閱讀，並非用以限定本創作實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本創作所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本創作所揭示的技術內容能涵蓋的範圍內。

圖1是本創作提出的靜電釋放裝置和電漿處理設備的結構示意圖。值得一提的是，儘管圖1示出的電漿處理裝置為電容耦合電漿（CCP，Capacitive Coupled Plasma）反應裝置，本創作的提出的靜電釋放裝置同樣適用於電感耦合電漿反應裝置（ICP，Inductively Coupled Plasma）、電子回旋共振電漿反應裝置（ECR，Electron Cyclotron Resonance）、遠距電漿反應裝置（Remote Plasma）和電漿邊緣蝕刻裝置（Bevel Etch）等電漿處理裝置。

圖1中的電容耦合電漿反應裝置是一種由施加在基座上的射頻電源通過電容耦合的方式在反應腔內產生電漿並用於蝕刻的設備。其包括真空反應腔，真空反應腔包括由金屬材料製成的大致為圓柱形的反應腔側壁101。真空反應腔內設置有氣體噴淋頭109，氣體噴淋頭109與氣體供應裝置相連，用於向真空反應腔輸送反應氣體，同時作為真空反應腔的上電極。真空反應腔內設置有與氣體噴淋頭109相對設置的靜電卡盤102，靜電卡盤102安裝在設備板103上，靜電卡盤102和設備板103通過絕緣環107與反應腔側壁101隔開。靜電卡盤102與DC電源電性連接，用於產生靜電吸力，以實現在工藝過程中對待處理晶圓的支撐固定。靜電卡盤102同時作為真空反應腔的下電極，上電極和下電極之間形成一反應區域。靜電卡盤102內部還設有冷卻通道，製冷機105產生的冷媒經冷媒管道以及所述冷卻通道帶走從晶圓傳遞到靜電卡盤102的熱量。所述冷媒管道穿過處於所述設備板103下方的屏蔽板104以連接所述冷卻通道和製冷機105。所述屏蔽板104用於隔絕射頻環境和大氣環境，在所述屏蔽板104上方為射頻環境，下方為大氣環境。

至少一射頻電源通過匹配網絡施加到下電極，在上電極和下電極之間產生射頻電場，用以將反應氣體解離為電漿。電漿中含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待處理基片的表面發生多種物理和化學反應，使得晶圓表面的形貌發生改變，即完成蝕刻過程。

環繞靜電卡盤102設置聚焦環106，所述聚焦環106用於調節晶圓周圍的電場或溫度分佈，提高晶圓處理的均勻性。環繞所述絕緣環107設置電漿約束環108，電漿約束環108上設有排氣通道，通過合理設置排氣通道的深寬比例，在實現將反應氣體排出的同時，將電漿約束在上下電極之間的反應區域，避免電漿洩露到非反應區域，造成非反應區域的部件損傷。

本實施例中，冷媒採用絕緣液體，例如氟化液；冷媒管道通常選用非金屬材料，比如橡膠管或者特氟龍管等。冷媒在冷媒管道中的流動過程中會產生靜電，當冷媒流經靜電卡盤102內部的冷卻通道時，由於冷卻通道的通道壁、靜電卡盤102中的基座和設備板103通常為金屬材質，因此靜電會積累在基座和設備板103上形成高電壓。為了消除這些靜電，本創作提出在設備板103和屏蔽板104之間安裝靜電釋放裝置110。通過靜電釋放裝置110中的電阻元件來調節射頻區域與地之間的電阻值，控制該電阻值的大小來實現靜電釋放，同時又不會導致射頻洩露。而且該靜電釋放裝置110能夠承受很高的射頻電壓，這樣在高功率的電漿處理設備中，也能保證安全使用。

參見圖2至4，靜電釋放裝置110包括：第一電連接頭111、第一螺釘1121、第二螺釘1122、第一屏蔽管1131、第二屏蔽管1132、電阻114、內套管115、外套管116、第二電連接頭117和彈簧銷118。

電阻114的阻值可以是10 MΩ -1000 MΩ，優選地，所述阻值為120 MΩ。該阻值範圍可以實現在靜電釋放的同時，不會導致射頻洩漏。經測試，靜電釋放裝置110可以將千伏量級的電壓降低到10V以內，同時不影響晶圓的蝕刻速率。在一個實施方式中，電阻114為耐崩潰性能突出的陶瓷電阻，陶瓷電阻的主體是陶瓷，不存在碳化的風險，另外本身耐壓也很高，達到40kV。

在本實施例中，內套管115套在電阻114的外部，外套管116套在內套管115的外部，內套管115和外套管116均可以起到隔絕射頻和保護電阻114的作用。外套管116的長度由設備板103和屏蔽板104之間的距離決定，用於使靜電釋放裝置110的長度適用於對應的電漿處理設備。可選地，內套管115為陶瓷套管，外套管116為塑料套管，如特氟龍套管。塑料材質的外套管116可以實現與屏蔽管或電連接頭的軟連接。

在另一個實施例中，可以不設置內套管115，僅設置外套管116。

第一電連接頭111由小圓柱體段和大圓柱體段兩部分組成，在小圓柱體段的部分側面設有螺紋，用於與設備板103上的螺紋孔可拆卸地固定連接。大圓柱體段的端面設有第一進線孔，第一進線孔不穿透所述第一電連接頭111。大圓柱體段的側面設有第一螺絲孔，與所述第一進線孔相通，在第一螺絲孔內有第一螺釘1121。安裝時，將與電阻114電連接的第一引腳1141放入第一進線孔中，然後將第一螺釘1121向內旋轉壓在第一引腳1141上，使第一引腳1141與第一電連接頭111電連接。在另一個實施例中，第一電連接頭111為直徑均勻的圓柱體。

第二電連接頭117為圓柱體，在其一端設有第二進線孔，第二進線孔不穿透所述第二電連接頭117；另一端設有容納彈簧銷118的銷孔。第二電連接頭117設有第二進線孔的一端的側面設有第二螺絲孔，與所述第二進線孔相通，在第二螺絲孔內有第二螺釘1122。安裝時，將與電阻114電連接的第二引腳1142放入第二進線孔中，然後將第二螺釘1122向內旋轉壓在第二引腳1142上，使第二引腳1142與第二電連接頭117電連接。

彈簧銷118的一端固定在第二電連接頭117的銷孔內部，另一端用於與屏蔽板104電連接。彈簧銷118由於具有一定的伸縮行程，可以很好的補償各個零件加工過程中的誤差，又能保證與屏蔽板104良好接觸。

可選地，第一電連接頭111和第二電連接頭117的材質為銅鍍鎳。應當理解的是，本申請對第一電連接111和第二電連接頭117的材質和形狀不做限定，只要能實現良好的導電性能和固定連接功能即可。可選地，第一螺釘1121和第二螺釘1122為內六角螺釘。

第一屏蔽管1131和第二屏蔽管1132分別套設在第一電連接頭111和第二電連接頭117外側，並分別與外套管116的一端螺紋連接。第一屏蔽管1131和第二屏蔽管1132為圓槽形，具有環形側壁和開設有通孔的底壁，環形側壁設有內螺紋。兩個屏蔽管的環形側壁均沿外套管的長度方向延伸，並且兩個引腳與電阻的連接處均位於屏蔽管的空腔內部。

第一屏蔽管1131底壁通孔的直徑大於等於小圓柱體段的直徑，並小於大圓柱體段的直徑；第一電連接頭111的小圓柱體段的一部分從第一屏蔽管1131的底壁通孔延伸出去，與設備板103可拆卸連接。第二屏蔽管1132底壁通孔的直徑小於第二電連接頭的直徑；彈簧銷118的一部分從第二屏蔽管1132的底壁通孔延伸出去，與屏蔽板104電連接。

通過向內旋轉第一屏蔽管1131和第二屏蔽管1132，使得外套管116的一側抵在第一電連接頭111的端面上，另一端抵在第二屏蔽管1132的底壁和第二電連接頭117的端面中的至少一個上；或者外套管116的一側抵在第二電連接頭117的端面上，另一端抵在第一屏蔽管1131的底壁和第一電連接頭111的端面的至少一個上。

一方面，兩個屏蔽管可以支撐固定連接頭、套管和彈簧銷等部件；另一方面，兩個屏蔽管使引腳和電阻焊點處的場強降到很低，可保證電阻與引腳連接處即使在高功率射頻條件下也不會發生崩潰。經測試，在屏蔽管的保護下，在6kV的射頻條件下，該靜電釋放裝置110仍能正常工作。可選地，第一屏蔽管1131和第二屏蔽管1132的材質為銅鍍鎳。

本創作提出的靜電釋放裝置110能夠用於電漿處理設備中，以釋放積累的靜電，同時還不會導致射頻洩漏。該靜電釋放裝置110整體直徑尺寸較小，可以很好地兼容現有機台的尺寸設計並適應於不同機台的安裝。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

在本創作的描述中，需要理解的是，術語「 中心」、「 高度」、「 厚度」、「 上」、「 下」、「 豎直」、「 水平」、「 頂」、「 底」、「 內」、「 外」、「 軸向」、「 徑向」、「 周向」等指示的方位或位置關係為基於圖式所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本創作和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本創作的限制。在本創作的描述中，除非另有說明，「 多個」的含義是兩個或兩個以上。

在本創作的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語「 安裝」、「 相連」、「 連接」、「 固定」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本創作中的具體含義。

儘管本創作的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本創作的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本創作的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本創作的保護範圍應由所附的請求項來限定。

101:反應腔側壁 102:靜電卡盤 103:設備板 104:屏蔽板 105:製冷機 106:聚焦環 107:絕緣環 108:約束環 109:氣體噴淋頭 110:靜電釋放裝置 111:第一電連接頭 1121:第一螺釘 1122:第二螺釘 1131:第一屏蔽管 1132:第二屏蔽管 114:電阻 115:內套管 116:外套管 117:第二電連接頭 118:彈簧銷 1141:第一引腳 1142:第二引腳 x,y,z:軸

圖1是安裝有本創作提出的靜電釋放裝置的電漿處理設備的結構示意圖； 圖2是本創作提出的靜電釋放裝置在xy平面的剖視圖； 圖3和圖4是本創作提出的靜電釋放裝置在xz平面的局部剖視圖。

110:靜電釋放裝置

111:第一電連接頭

1121:第一螺釘

1122:第二螺釘

1131:第一屏蔽管

1132:第二屏蔽管

114:電阻

115:內套管

116:外套管

117:第二電連接頭

118:彈簧銷

x,y,z:軸

Claims (18)

1. 一種靜電釋放裝置，所述靜電釋放裝置應用於電漿處理設備中，所述靜電釋放裝置包括： 電阻、外套管、第一電連接頭和第二電連接頭； 所述電阻位於所述外套管的空腔內部，所述電阻的兩端分別與所述第一電連接頭和所述第二電連接頭電連接；所述電漿處理設備包括設備板和屏蔽板，所述設備板用於安裝晶圓支撐裝置，所述屏蔽板用於隔絕射頻環境和大氣環境，所述靜電釋放裝置位於所述設備板和所述屏蔽板之間，所述第一電連接頭與所述設備板電連接，所述第二電連接頭與所述屏蔽板電連接。
2. 如請求項1所述的靜電釋放裝置，所述靜電釋放裝置還包括： 內套管，所述電阻位於所述內套管的空腔內部，所述內套管位於所述外套管的空腔內部。
3. 如請求項1或2所述的靜電釋放裝置，其中，所述電阻的兩端分別通過第一引腳和第二引腳與所述第一電連接頭和所述第二電連接頭電連接。
4. 如請求項2所述的靜電釋放裝置，其中，所述內套管為陶瓷套管，所述外套管為特氟龍套管。
5. 如請求項1所述的靜電釋放裝置，其中，所述電阻為陶瓷電阻，所述電阻的阻值為10 MΩ -1000 MΩ。
6. 如請求項5所述的靜電釋放裝置，其中，所述電阻的阻值為120 MΩ。
7. 如請求項1所述的靜電釋放裝置，其中，所述第一電連接頭與所述設備板可拆卸連接。
8. 如請求項1所述的靜電釋放裝置，其中，所述第二電連接頭與所述屏蔽板通過彈簧銷實現電連接。
9. 如請求項8所述的靜電釋放裝置，其中，所述第二電連接頭包括銷孔，所述彈簧銷的一部分位於所述銷孔內。
10. 如請求項3所述的靜電釋放裝置，所述靜電釋放裝置還包括： 第一屏蔽管和第二屏蔽管，所述第一屏蔽管和所述第二屏蔽管分別套設在所述第一電連接頭和所述第二電連接頭外側，所述第一引腳和所述第二引腳與電阻的連接處分別位於所述第一屏蔽管和所述第二屏蔽管的空腔內部。
11. 如請求項10所述的靜電釋放裝置，其中，所述第一屏蔽管為圓槽形，所述第一電連接頭的至少一部分從所述第一屏蔽管的底壁通孔延伸出去；所述第二屏蔽管為圓槽形，與所述第二電連接頭電連接的彈簧銷的至少一部分從所述第二屏蔽管的底壁通孔延伸出去。
12. 如請求項11所述的靜電釋放裝置，其中，所述第一電連接頭包括小圓柱體段和大圓柱體段，所述第一屏蔽管的底壁通孔的直徑大於等於所述小圓柱體段的直徑，小於所述大圓柱體段的直徑。
13. 如請求項10所述的靜電釋放裝置，其中，所述第一屏蔽管和所述第二屏蔽管分別與所述外套管的一端可拆卸連接。
14. 如請求項10所述的靜電釋放裝置，其中，所述第一電連接頭、所述第二電連接頭、所述第一屏蔽管和所述第二屏蔽管的材質均為銅鍍鎳。
15. 如請求項3所述的靜電釋放裝置，其中，所述第一電連接頭和所述第二電連接頭分別包括用於放置所述第一引腳和所述第二引腳的至少一部分的第一進線孔和第二進線孔。
16. 如請求項15所述的靜電釋放裝置，其中，所述第一電連接頭和所述第二電連接頭分別包括用於固定所述第一引腳和所述第二引腳的第一螺釘和第二螺釘。
17. 一種電漿處理設備，所述電漿處理設備包括如請求項1至16任一項所述的靜電釋放裝置。
18. 如請求項17所述的電漿處理設備，其中所述電漿處理設備包括安裝在所述設備板上的靜電卡盤和製冷機，所述靜電卡盤內部設有冷卻通道，所述製冷機產生的冷媒經冷媒管道和所述冷卻通道對所述靜電卡盤進行冷卻。