專利名稱：一種安全輸送冷卻氣體的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體器件的制造領域，尤其涉及一種輸送冷卻氣體的氣體管道技術領域。
背景技術：
在半導體設備的制造過程中，例如蝕刻、沉積、氧化、濺射等處理過程中，通常會利用等離子體對基片(半導體晶片、玻璃基片等)進行處理。一般地，對于等離子體處理裝置來說，作為生成等離子體的方式，在高頻放電方式的等離子體處理裝置中，包括電容耦合型等離子體反應器和電感耦合型等離子體反應器。所述的電容耦合型反應器通常配置有上部電極和下部電極，優(yōu)選地這兩個電極平行設置。而且，通常在下部電極之上載置被處理基片，經(jīng)由整合器將等離子體生成用的高頻電源施加于上部電極或者下部電極。通過由該高頻電源所生成的高頻電場來使反應氣體的外部電子加速，從而產(chǎn)生等離子體對基片進行等離子處理。等離子體對基片進行處理時會產(chǎn)生很高的熱量，導致基片溫度較高，為了降低基片溫度，所述下部電極內(nèi)部通常設置有熱交換器對所述基片進行冷卻。所述的下部電極通常包括一個靜電吸盤，所述靜電吸盤的運行需要施加高壓DC功率以卡緊基片。為了提高基片熱量向下部電極傳導的效率，可以向基片和靜電吸盤之間提供冷卻氣體，然而，高壓DC或RF功率之一會轉(zhuǎn)而將氦激勵到電子能夠逸出氦原子鍵的點，由此生成等離子體，氣體氦轉(zhuǎn)變?yōu)楹さ入x子體的時間通常稱為“點燃”。由于輸送冷卻氣體的管道通常為絕緣材料，常用的如特氟龍等材質(zhì)的塑料，當管道內(nèi)存在等離子體時，塑料材質(zhì)的管道很容易被擊穿，不僅增加了成本，同時破壞了等離子體反應腔的真空結(jié)構(gòu)，降低了待處理基片的加工合格率。

實用新型內(nèi)容為了解決上述問題，本實用新型提供一種安全輸送冷卻氣體的管道，包括一冷卻氣體輸送管道，所述冷卻氣體輸送管道通過一導體連接器與所處等離子體刻蝕室的下電極連接，所述冷卻氣體輸送管道和所述導體連接器的連接端包括一管道分隔裝置，所述管道分隔裝置至少部分的位于所述冷卻氣體輸送管道內(nèi)部，與所述冷卻氣體輸送管道形成若干路氣體輸送通道，所述管道分隔裝置距離所述下電極較近的一端位于所述導體連接器內(nèi)部，另一端位于所述導體連接器外部，所述若干路氣體輸送通道口徑小于O. 5毫米。所述冷卻氣體輸送管道內(nèi)的氣壓范圍為10托-50托。所述冷卻氣體輸送管道的內(nèi)徑為2毫米-3毫米。進一步的，所述管道分隔裝置為一段多孔管道，所述多孔管道位于所述冷卻氣體輸送管道內(nèi)部，所述多孔管道的孔徑小于O. 5毫米，長度大于5毫米。進一步的，所述管道分隔裝置也可以為若干根內(nèi)徑較小的管道，所述若干根內(nèi)徑較小的管道位于所述冷卻氣體輸送管道內(nèi)部，其內(nèi)徑小于O. 5毫米，長度大于5毫米。[0010]進一步的，所述管道分隔裝置還可以為設置在所述冷卻氣體輸送管道內(nèi)部的若干分隔板，所述分隔板互相交叉，與所述冷卻氣體輸送管道形成若干路氣體輸送通道，所述若干路氣體輸送通道口徑小于O. 5毫米。進一步的，所述管道分隔裝置兩端分別設置緊固裝置。進一步的，所述導體連接器為金屬材質(zhì)，所述導體連接器與所述下電極焊接在一起。進一步的，所述管道分隔裝置和所述冷卻氣體輸送管道為絕緣材料，例如，特氟龍材料。進一步的，所述冷卻氣體輸送管道內(nèi)的冷卻氣體可以承受超過3000伏的擊穿電壓。根據(jù)本實用新型所提供的輸送冷卻氣體的裝置，通過在所述冷卻氣體輸送管道和所述導體連接器的連接端設置一管道分隔裝置，將所述冷卻氣體輸送管道的內(nèi)徑分隔為若干路口徑小于O. 5毫米的氣體輸送通道。利用帕邢定律和帕邢曲線擊穿電壓U (千伏)是電極距離d (厘米)和氣壓P (托)乘積的函數(shù)，在所述冷卻氣體輸送管道內(nèi)部氣壓一定的前提下減小電極距離將電極距離d (厘米)和氣壓P (托)乘積移到冷卻氣體所能承受的擊穿電壓較大的一側(cè)，從而提高冷卻氣體所能承受的擊穿電壓，實現(xiàn)冷卻氣體的安全輸送。

通過閱讀參照以下附圖對 非限制性實施例所作的詳細描述，本實用新型的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯圖1示出本實用新型所述安全輸送冷卻氣體的裝置所處等離子體刻蝕室的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出所述冷卻氣體輸送管道結(jié)構(gòu)示意圖；圖3示出氦氣的帕邢曲線示意圖；圖4示出管道分隔裝置的一種實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖5示出管道分隔裝置的另一種實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖6示出管道分隔裝置的另一種實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對本實用新型的具體實施方式
進行說明。圖1示出本實用新型提供的安全輸送冷卻氣體的裝置所處的等離子體刻蝕室內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，所述等離子體刻蝕室包括等離子體反應腔100，反應腔100內(nèi)部設置下電極30用以支撐待處理基片40，下電極30通過射頻功率(RF)匹配電路12連接一射頻功率源10，以激勵等離子體反應腔100內(nèi)的反應氣體生成等離子體，從而對待處理基片40進行刻蝕處理。下電極30上方設置一靜電吸盤32，對靜電吸盤32施加高壓DC，通過產(chǎn)生的靜電引力卡緊待處理基片40，以防止待處理基片40在刻蝕過程中發(fā)生滑動，影響刻蝕效果。由于反應氣體生成等離子體的過程會在待處理基片40表面產(chǎn)生很高的熱量，為了維持待處理基片40表面的溫度在所需的范圍內(nèi)，通常需要在其支撐裝置即下電極30內(nèi)部設置熱交換器(圖中未示出)。[0025]本實用新型所述輸送冷卻氣體的裝置50用于向等離子體刻蝕室的靜電吸盤32和待處理基片40間提供冷卻氣體，所述冷卻氣體可以提高待處理基片40的熱量向下電極30傳導的效率，保證待處理基片40的溫度恒定。然而，高壓DC或大功率RF都會將冷卻氣體激勵到電子能夠逸出原子鍵的點，由此生成等離子體，由于輸送冷卻氣體的管道通常為絕緣材料，常用的如特氟龍等材質(zhì)的塑料，當管道內(nèi)存在等離子體時，塑料材質(zhì)的管道很容易被擊穿，不僅增加了更換成本，同時破壞了等離子體反應腔100內(nèi)的真空結(jié)構(gòu)，降低了待處理基片的加工合格率。冷卻氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子體的過程通常稱為“點燃”。圖2示出本實用新型所述輸送冷卻氣體的裝置50結(jié)構(gòu)示意圖，包括一冷卻氣體輸送管道54,冷卻氣體輸送管道54通過一導體連接器52與下電極30連接,下電極30內(nèi)部設有冷卻氣體通道(圖中未示出)，可以將冷卻氣體輸送到靜電吸盤32和待處理基片40之間。所述的冷卻氣體可以有多種，本實施例采用氦氣作為冷卻氣體。為了保證下電極電場的分布不受影響，同時為了更好的將冷卻氣體輸送管道54和下電極30連接，本實施例采用的導體連接器52為金屬材質(zhì)，導體連接器52包括與下電極30連接的的連接端52a和與冷卻氣體輸送管道54連接的連接端52b。連接端52a可以通過焊接的方式和下電極30連接。導體連接器52由于直接和下電極30接觸，其電勢和連接射頻功率源的下電極電勢相等，故會在連接端52b形成場強極強的電磁場，連接端52b處的電壓極高，很容易將與之連接的冷卻氣體輸送管道54內(nèi)的冷卻氣體“點燃”。根據(jù)德國物理學家弗里德里?！づ列辖⒌呐列隙?，1889年帕邢根據(jù)平行平板電極的間隙擊穿試驗結(jié)果得出均勻電場氣體間隙擊穿電壓、間隙距離和氣壓間存在一定的函數(shù)關系，表達為擊穿電壓U (千伏)是電極距離d (厘米)和氣壓P (托)乘積的函數(shù)。圖3示出氦氣的帕邢曲線示意圖，由曲線可見，電極距離和氣壓都是決定輸氣管道內(nèi)擊穿電壓大小的因素。在本實用新型中，冷卻氣體輸送管道54內(nèi)的氣壓范圍為10托一50托，氣體輸送管道的內(nèi)徑為2毫米-3毫米，將氣體輸送管道的內(nèi)壁看做兩電極，電極距離d (厘米)和氣 壓P (托)乘積范圍為2-15，在圖3所示的帕邢曲線圖上所對應的擊穿電壓低于200伏，故冷卻氣體輸送管道54內(nèi)的氦氣氣體很容易被“點燃”，造成輸送冷卻氣體裝置50的破壞。為了提高輸送冷卻氣體裝置50內(nèi)部冷卻氣體所能承受的擊穿電壓，本實用新型在冷卻氣體輸送管道54靠近導體連接器52的一端設置一管道分隔裝置56，用于在不影響冷卻氣體通過的前提下，減小冷卻氣體輸送管道54內(nèi)壁之間的距離，即減小相鄰兩電極的距離。管道分隔裝置56至少部分的位于冷卻氣體輸送管道54內(nèi)部，與冷卻氣體輸送管道54形成若干路氣體輸送通道，管道分隔裝置56距離下電極30較近的一端56a位于導體連接器52內(nèi)部，管道分隔裝置56另一端56b位于導體連接器52外部，管道分隔裝置56與冷卻氣體輸送管道54形成的若干路氣體輸送通道口徑小于O. 5毫米，即相鄰兩電極間的距離小于O. 5暈米,管道分隔裝置56的長度大于5暈米。設置管道分隔裝置56于冷卻氣體輸送管道54的工作原理在于，在冷卻氣體輸送管道54內(nèi)氣壓一定的情況下通過減小冷卻氣體輸送管道54內(nèi)間隙的距離，即減小相鄰電極間的距離，將間隙距離和氣壓的乘積調(diào)節(jié)到氦氣帕邢曲線的最低點左邊，從而使得冷卻氣體所能承受的擊穿電壓變大。根據(jù)圖3所示的帕邢曲線所示，曲線最低點對應的間隙距離和氣壓的乘積在I到3之間，當冷卻氣體輸送管道54內(nèi)的氣壓范圍為10托一50托時，冷卻氣體輸送管道54內(nèi)的間隙距離要小于O. 6毫米，才能實現(xiàn)將間隙距離和氣壓的乘積調(diào)節(jié)到帕邢曲線的最低點左邊。為了更好的實現(xiàn)本實用新型的目的，管道分隔裝置56將冷卻氣體輸送管道54內(nèi)的間隙距離分隔后形成的口徑尺寸要小于O. 5毫米。圖4示出管道分隔裝置56的一種實施例結(jié)構(gòu)示意圖，管道分隔裝置56的結(jié)構(gòu)可以有多種，在保證冷卻氣體正常傳輸?shù)那疤嵯聹p小冷卻氣體輸送管道54間隙距離的設計都可以實現(xiàn)本實用新型的目的，在本實施例中，所述的管道分隔裝置56為一多孔輸氣管道156，所述多孔輸氣管道內(nèi)部設置若干個孔狀通道，所述孔狀通道的孔徑可以為相同，也可以為不同，所述孔徑小于O. 5毫米。 本實施例所述的多孔輸氣管道156部分的位于冷卻氣體輸送管道54內(nèi)部，將冷卻氣體輸送管道54分隔為若干路氣體輸送通道。為了實現(xiàn)冷卻氣體輸送管道54與導體連接器52的密封連接，冷卻氣體輸送管道54插入導體連接器52內(nèi)部一段長度，多孔輸氣管道156的長度大于5毫米。由于冷卻氣體輸送管道54需要穿過等離子體反應腔100連接外部的冷卻氣體供應源，故多孔輸氣管道156和冷卻氣體輸送管道54應為絕緣材料。本實施例采用特氟龍材料。多孔輸氣管道156的長度可以與冷卻氣體輸送管道54長度相同，最短不能小于5毫米，在實際應用中，由于制作相同長度的多孔輸氣管道成本高于相同直徑的單孔輸氣管道，而且，由于只有導體連接器52下方的一定距離內(nèi)電壓較高，無需將將整個冷卻氣體輸送管道54設置為多孔,故多孔輸氣管道156通常只有一段。為了防止多孔輸氣管道156在冷卻氣體輸送管道54內(nèi)上下滑動，在其上方和下方分別設置緊固裝置58和緊固裝置60。圖5示出管道分隔裝置56的另一種實施例結(jié)構(gòu)示意圖，在本實施例中，所述的管道分隔裝置56為若干根內(nèi)徑較小的管道256，所述若干根內(nèi)徑較小的管道256位于冷卻氣體輸送管道54內(nèi)部，長度大于5毫米。內(nèi)徑較小的管道內(nèi)徑可以為相同，也可以為不同，每根管道的內(nèi)徑小于O. 5毫米。本實施例所述的若干根內(nèi)徑較小的管道256可以通過某種方式如捆扎固定在一起，也可以只通過冷卻氣體輸送管道54的內(nèi)壁對其進行約束。本實施例中的其他技術方案同上述實施例相同，在此不予以贅述。圖6示出管道分隔裝置56的另一種實施例結(jié)構(gòu)示意圖，在本實施例中，所述的管道分隔裝置56為設置在所述冷卻氣體輸送管道內(nèi)部的若干分隔板356,分隔板356相互交叉，與所述冷卻氣體輸送管道形成若干路氣體輸送通道，所述若干路氣體輸送通道口徑小于O. 5毫米。本實施例所述的分隔板356可以為互相垂直的交錯，也可以以其他角度交錯，形成的所述氣體輸送通道相鄰兩分隔板間的距離小于O. 5毫米。通過采用本實用新型所述的技術方案，可以保證冷卻氣體輸送管道54內(nèi)的冷卻氣體能夠承受的擊穿電壓大于3000伏。本實用新型雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本實用新型，任何本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本實用新型的保護范圍應當以本實用新型權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求1.一種安全輸送冷卻氣體的裝置，包括一冷卻氣體輸送管道，所述冷卻氣體輸送管道通過一導體連接器與所處等離子體刻蝕室的下電極連接，其特征在于所述冷卻氣體輸送管道和所述導體連接器的連接端包括一管道分隔裝置，所述管道分隔裝置至少部分的位于所述冷卻氣體輸送管道內(nèi)部，與所述冷卻氣體輸送管道形成若干路氣體輸送通道，所述管道分隔裝置距離所述下電極較近的一端位于所述導體連接器內(nèi)部，另一端位于所述導體連接器外部，所述若干路氣體輸送通道口徑小于0. 5毫米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸送冷卻氣體的裝置，其特征在于所述冷卻氣體輸送管道內(nèi)的氣壓范圍為10托-50托。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸送冷卻氣體的裝置，其特征在于所述冷卻氣體輸送管道的內(nèi)徑為2毫米-3毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸送冷卻氣體的裝置，其特征在于所述管道分隔裝置為一段多孔管道，所述多孔管道位于所述冷卻氣體輸送管道內(nèi)部，所述多孔管道的孔徑小于0. 5暈米，長度大于5暈米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸送冷卻氣體的裝置，其特征在于所述管道分隔裝置為若干根內(nèi)徑較小的管道，所述若干根內(nèi)徑較小的管道位于所述冷卻氣體輸送管道內(nèi)部，所述的內(nèi)徑較小的管道內(nèi)徑小于0. 5毫米，長度大于5毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸送冷卻氣體的裝置，其特征在于所述管道分隔裝置為設置在所述冷卻氣體輸送管道內(nèi)部的若干分隔板，所述分隔板互相交叉，與所述冷卻氣體輸送管道形成若干路氣體輸送通道，所述若干路氣體輸送通道口徑小于0. 5毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一權(quán)利要求所述的輸送冷卻氣體的裝置，其特征在于所述管道分隔裝置兩端分別設置緊固裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一權(quán)利要求所述的輸送冷卻氣體的裝置，其特征在于所述導體連接器為金屬材質(zhì)，所述導體連接器與所述下電極焊接在一起。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一權(quán)利要求所述的輸送冷卻氣體的裝置，其特征在于所述管道分隔裝置和所述冷卻氣體輸送管道為絕緣材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的輸送冷卻氣體的裝置，其特征在于所述管道分隔裝置和所述冷卻氣體輸送管道為特氟龍材料。
專利摘要本實用新型提供一種安全輸送冷卻氣體的裝置，在所述冷卻氣體輸送管道和所述導體連接器的連接端設置一管道分隔裝置，將所述冷卻氣體輸送管道的內(nèi)徑分隔為若干路口徑小于0.5毫米的氣體輸送通道。利用帕邢定律和帕邢曲線知擊穿電壓U(千伏)是電極距離d(厘米)和氣壓P(托)乘積的函數(shù)，在所述冷卻氣體輸送管道內(nèi)部氣壓一定的前提下減小電極距離將電極距離d(厘米)和氣壓P(托)乘積移到冷卻氣體所能承受的擊穿電壓較大的一側(cè)，從而提高冷卻氣體所能承受的擊穿電壓，實現(xiàn)冷卻氣體的安全輸送。
文檔編號H01J37/32GK202871758SQ201220606309
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者周旭升, 陳妙娟, 徐朝陽, 張亦濤 申請人:中微半導體設備(上海)有限公司