本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體地，涉及一種上電極組件及半導(dǎo)體加工設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前，等離子體加工設(shè)備越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于集成電路(IC)、功率器件、MEMS器件等的制造工藝中。其中一個(gè)顯著的應(yīng)用就是電感耦合等離子體(Inductive Coupled Plasma，簡(jiǎn)稱ICP)設(shè)備，其由電流通過(guò)射頻線圈產(chǎn)生的電磁場(chǎng)激發(fā)反應(yīng)氣體產(chǎn)生等離子體。隨著高刻蝕速率的需求不斷增高，要求等離子體的密度也隨之增大，為此，采用立體線圈環(huán)繞在陶瓷桶外側(cè)已成必然。在進(jìn)行工藝的過(guò)程中，溫度是保證高質(zhì)量工藝結(jié)果和反應(yīng)腔室穩(wěn)定性的重要參數(shù)，溫度的準(zhǔn)確性直接影響刻蝕速率的均勻性和CD的均勻性。

圖1為現(xiàn)有的上電極組件的剖視圖。請(qǐng)參閱圖1，上電極組件安裝在反應(yīng)腔室的腔室頂蓋1上，且包括陶瓷桶2、上蓋板5和立體線圈3和加熱機(jī)構(gòu)7。其中，上蓋板5設(shè)置在陶瓷桶2的頂部，并且在上蓋板5與陶瓷桶2之間設(shè)置有密封圈4，用以對(duì)二者之間的間隙進(jìn)行密封。立體線圈3環(huán)繞設(shè)置在陶瓷桶2的外側(cè)。加熱機(jī)構(gòu)7通常由多個(gè)加熱棒組成，且設(shè)置在上蓋板5上，用以通過(guò)加熱上蓋板5間接加熱陶瓷桶2。

上述上電極組件在實(shí)際應(yīng)用中不可避免地存在以下問(wèn)題：

其一，由于加熱機(jī)構(gòu)7是通過(guò)加熱上蓋板5間接加熱陶瓷桶2，而且設(shè)置在上蓋板5與陶瓷桶2之間的密封圈4的導(dǎo)熱性很差，因而通過(guò)控制上蓋板5的溫度來(lái)間接控制陶瓷桶2的溫度，這種控溫方式非常不準(zhǔn)確。

其二，由于加熱機(jī)構(gòu)7設(shè)置在上蓋板5上，由加熱機(jī)構(gòu)7產(chǎn)生 的熱量，需要自上而下逐漸地傳遞至陶瓷桶2的底部，這不僅熱傳遞效率較低，而且導(dǎo)致陶瓷桶2在其軸向上的溫度分布不均勻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一，提出了一種上電極組件及半導(dǎo)體加工設(shè)備，其不僅可以提高介質(zhì)桶的溫控準(zhǔn)確性和溫度均勻性，而且還可以提高熱傳遞效率，從而可以提高工藝質(zhì)量。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種上電極組件，包括設(shè)置在腔室蓋板上的介質(zhì)桶、環(huán)繞在所述介質(zhì)桶周圍的線圈以及用于加熱所述介質(zhì)桶的加熱機(jī)構(gòu)，所述加熱機(jī)構(gòu)包括上加熱帶和下加熱帶，二者分別套設(shè)在所述介質(zhì)桶的外周壁的頂部和底部，且分別位于所述線圈的上方和下方。

優(yōu)選的，還包括用于冷卻所述介質(zhì)桶的冷卻機(jī)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述冷卻機(jī)構(gòu)包括冷卻蓋板、冷卻套筒和風(fēng)扇，其中，所述冷卻套筒環(huán)繞在所述介質(zhì)桶的周圍，且位于所述線圈的外側(cè)，并且在所述冷卻套筒的底部設(shè)置有排氣孔；所述冷卻蓋板設(shè)置在所述冷卻套筒的頂部，在所述冷卻蓋板、冷卻套筒和所述介質(zhì)桶之間形成環(huán)形空間，并且在所述冷卻蓋板中設(shè)置有進(jìn)氣通道，所述進(jìn)氣通道與所述環(huán)形空間相連通；所述風(fēng)扇用于通過(guò)所述進(jìn)氣通道向所述環(huán)形空間內(nèi)送風(fēng)。

優(yōu)選的，所述進(jìn)氣通道包括勻流腔和多個(gè)進(jìn)氣孔，其中，所述風(fēng)扇設(shè)置在所述冷卻蓋板上，且位于所述勻流腔頂部的中心位置處，用以向所述勻流腔送風(fēng)；所述多個(gè)進(jìn)氣孔設(shè)置在所述冷卻蓋板上，且位于所述勻流腔的底部；并且所述多個(gè)進(jìn)氣孔沿所述環(huán)形空間的周向均勻分布；每個(gè)所述進(jìn)氣孔分別與所述勻流腔和所述環(huán)形空間相連通。

優(yōu)選的，所述上電極組件還包括用于向所述介質(zhì)桶所括空間內(nèi)輸送工藝氣體的進(jìn)氣管路，所述進(jìn)氣管路的出氣端設(shè)置在所述介質(zhì)桶的內(nèi)周壁上，所述進(jìn)氣管路的進(jìn)氣端自所述冷卻蓋板延伸出去。

優(yōu)選的，所述冷卻機(jī)構(gòu)還包括上冷卻件和下冷卻件，其中，所述下冷卻件環(huán)繞設(shè)置在所述腔室蓋板與所述冷卻套筒之間；所述上冷卻件環(huán)繞設(shè)置在所述冷卻蓋板與所述冷卻套筒之間；分別在所述上冷卻件和下冷卻件內(nèi)設(shè)置有兩條環(huán)形的冷卻通道，通過(guò)分別向所述兩條冷卻通道內(nèi)通入冷卻水來(lái)冷卻所述介質(zhì)桶。

優(yōu)選的，所述上電極組件還包括：溫度傳感器，用于檢測(cè)所述介質(zhì)桶的實(shí)時(shí)溫度；過(guò)熱傳感器，用于檢測(cè)所述介質(zhì)桶的實(shí)時(shí)溫度。

優(yōu)選的，在所述介質(zhì)桶的內(nèi)周壁或者外周壁上設(shè)置有采用樹(shù)脂制作的固定件，所述固定件用于分別將所述溫度傳感器和所述過(guò)熱傳感器固定在所述介質(zhì)桶的內(nèi)周壁或者外周壁上，且使二者與所述線圈之間保持預(yù)設(shè)的安全間隔。

優(yōu)選的，所述溫度傳感器和所述過(guò)熱傳感器均為具有電磁屏蔽功能、且接地的熱電偶。

優(yōu)選的，所述上電極組件還包括控制單元、溫度調(diào)節(jié)單元和通斷開(kāi)關(guān)，其中，所述通斷開(kāi)關(guān)用于分別接通或斷開(kāi)所述上加熱帶和下加熱帶的加熱通路；所述控制單元用于接收由所述溫度傳感器發(fā)送而來(lái)的實(shí)時(shí)溫度，并基于該實(shí)時(shí)溫度和預(yù)設(shè)的目標(biāo)溫度進(jìn)行計(jì)算，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果控制所述溫度調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)所述上加熱帶和/或下加熱帶的加熱功率；以及所述控制單元還用于接收由所述過(guò)溫傳感器發(fā)送而來(lái)的實(shí)時(shí)溫度，并判斷其是否超出預(yù)設(shè)閾值，若是，則斷開(kāi)所述通斷開(kāi)關(guān)。

優(yōu)選的，所述溫度傳感器包括上傳感器和下傳感器，二者分別位于靠近所述上加熱帶和下加熱帶的位置處；所述通斷開(kāi)關(guān)包括分別接通或斷開(kāi)所述上加熱帶和下加熱帶的加熱通路的第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)；所述控制單元用于分別接收由所述上傳感器和下傳感器發(fā)送而來(lái)的實(shí)時(shí)溫度，并基于所述上傳感器和下傳感器的實(shí)時(shí)溫度和預(yù)設(shè)的目標(biāo)溫度計(jì)算所述上加熱帶和下加熱帶各自的加熱功率占空比，并根據(jù)該加熱功率占空比控制所述溫度調(diào)節(jié)單元分別接通或斷開(kāi)所述上加熱帶和下加熱帶的加熱通路。

優(yōu)選的，所述溫度調(diào)節(jié)單元包括固態(tài)繼電器和接觸器。

作為另一個(gè)技術(shù)方案，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體加工設(shè)備，其包括反應(yīng)腔室，在所述反應(yīng)腔室的頂部設(shè)置有上電極組件，所述上電極組件采用本發(fā)明提供的上述上電極組件。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的上電極組件，其通過(guò)在介質(zhì)桶的外周壁的頂部和底部，且分別位于線圈的上方和下方套設(shè)上加熱帶和下加熱帶，可以直接加熱介質(zhì)桶，從而可以提高介質(zhì)桶的溫控準(zhǔn)確性。而且，由于上加熱帶和下加熱帶可以分別自介質(zhì)桶的頂部和底部傳遞熱量，這不僅可以提高熱傳遞效率，而且還可以提高介質(zhì)桶的溫度均勻性。

本發(fā)明提供的半導(dǎo)體加工設(shè)備，其通過(guò)采用本發(fā)明提供的上述上電極組件，不僅可以提高介質(zhì)桶的溫控準(zhǔn)確性和溫度均勻性，而且還可以提高熱傳遞效率，從而可以提高工藝質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有的上電極組件的剖視圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的上電極組件的剖視圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的溫控方式的原理框圖。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明提供的上電極組件及半導(dǎo)體加工設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的上電極組件的剖視圖。請(qǐng)參閱圖2，上電極組件包括介質(zhì)桶19、線圈18、加熱機(jī)構(gòu)和冷卻機(jī)構(gòu)。其中，介質(zhì)桶19設(shè)置在腔室蓋板8上，其采用諸如陶瓷等的絕緣材料制作，用于將等離子產(chǎn)生環(huán)境與大氣環(huán)境進(jìn)行隔絕；線圈18為立體線圈，且環(huán)繞設(shè)置在介質(zhì)桶19的周圍，用于在高射頻功率的作用下，激發(fā)介質(zhì)桶19內(nèi)的工藝氣體轉(zhuǎn)化為具有高能的等離子體。加熱機(jī)構(gòu)包括上加熱帶15和下加熱帶21，二者分別套設(shè)在介質(zhì)桶19的外周壁頂部和底部，且分別位于線圈18的上方和下方，用以直接加熱介質(zhì)桶 19，從而可以提高介質(zhì)桶19的溫控準(zhǔn)確性。而且，由于上加熱帶15和下加熱帶21可以分別自介質(zhì)桶19的頂部和底部傳遞熱量，這不僅可以提高熱傳遞效率，而且還可以提高介質(zhì)桶的溫度均勻性。此外，通過(guò)使上加熱帶15和下加熱帶21分別位于線圈18的上方和下方，可以避免干擾由線圈18產(chǎn)生的磁場(chǎng)。

冷卻機(jī)構(gòu)用于冷卻介質(zhì)桶19。在本實(shí)施例中，該冷卻機(jī)構(gòu)包括冷卻蓋板11、冷卻套筒16和風(fēng)扇9，其中，冷卻套筒16環(huán)繞在介質(zhì)桶19的周圍，且位于線圈18的外側(cè)，并且在冷卻套筒16的底部設(shè)置有排氣孔20，該排氣孔20可以為一個(gè)，或者也可以為多個(gè)，多個(gè)排氣孔20沿冷卻套筒16的周向均勻分布。冷卻蓋板11設(shè)置在冷卻套筒16的頂部，在冷卻蓋板11、冷卻套筒16和介質(zhì)桶19之間形成環(huán)形空間17，并且在冷卻蓋板11中設(shè)置有進(jìn)氣通道，該進(jìn)氣通道包括勻流腔10和多個(gè)進(jìn)氣孔12，其中，勻流腔10為在冷卻蓋板11的本體中形成的空腔結(jié)構(gòu)；風(fēng)扇9設(shè)置在冷卻蓋板11上，且位于勻流腔10頂部的中心位置處，用以向勻流腔10送風(fēng)；多個(gè)進(jìn)氣孔12設(shè)置在冷卻蓋板11上，且位于勻流腔10的底部；并且多個(gè)進(jìn)氣孔12沿環(huán)形空間17的周向均勻分布，每個(gè)進(jìn)氣孔12分別與勻流腔10和環(huán)形空間17相連通。在進(jìn)行工藝的過(guò)程中，由風(fēng)扇9提供的氣流依次通過(guò)勻流腔10和多個(gè)進(jìn)氣孔12均勻地流入環(huán)形空間17中，并朝向環(huán)形空間17的底部流動(dòng)，最后自排氣孔20流出，氣流的流動(dòng)方向如圖2中的箭頭所示。在實(shí)際應(yīng)用中，進(jìn)氣通道還可以采用其他任意結(jié)構(gòu)，只要能夠?qū)⒂娠L(fēng)扇9提供的氣流輸送至環(huán)形空間17中即可。

上述冷卻機(jī)構(gòu)通過(guò)自上而下在介質(zhì)桶16的周圍送風(fēng)，可以使環(huán)形空間17內(nèi)的溫度趨于均勻，從而可以均勻地冷卻介質(zhì)桶16。在此基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，還可以利用冷卻水同時(shí)對(duì)介質(zhì)桶16進(jìn)行冷卻。具體地，冷卻機(jī)構(gòu)還包括上冷卻件13和下冷卻件28，其中，下冷卻件28環(huán)繞設(shè)置在腔室蓋板8與冷卻套筒16之間；上冷卻件13環(huán)繞設(shè)置在冷卻蓋板11與冷卻套筒16之間。并且，分別在上冷卻件13和下冷卻件28內(nèi)設(shè)置有兩條環(huán)形的冷卻通道(14，22)，通過(guò)分別向,兩條冷卻通道(14，22)內(nèi)通入冷卻水，可以分別自介質(zhì)桶16的頂 部和底部帶走介質(zhì)桶16的熱量，從而可以提高降溫速率。

由上可知，同時(shí)借助風(fēng)扇9和冷卻水的雙向冷卻，可以實(shí)現(xiàn)迅速、均勻地冷卻介質(zhì)桶16，從而不僅可以及時(shí)有效地帶走介質(zhì)桶16的溫度，而且可以使介質(zhì)桶16的整體溫度更加均勻，進(jìn)而可以提高刻蝕均勻性。

另外，可以通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻水的流量來(lái)對(duì)介質(zhì)桶16的溫度進(jìn)行控制，具體地，可以在通入冷卻水的輸入管路上設(shè)置流量計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)冷卻水的輸入流量，同時(shí)在冷卻水的輸出管路上設(shè)置溫度傳感器來(lái)檢測(cè)冷卻水的實(shí)時(shí)溫度，并利用諸如PLC或控制器等的微處理器將檢測(cè)到的冷卻水的實(shí)時(shí)溫度與預(yù)設(shè)的目標(biāo)溫度進(jìn)行比較，若實(shí)時(shí)溫度高于目標(biāo)溫度，則增大冷卻水的輸入流量；反之，若實(shí)時(shí)溫度低于目標(biāo)溫度，則減小冷卻水的輸入流量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)桶16的溫度進(jìn)行精確地控制。

在本實(shí)施例中，上電極組件中還包括進(jìn)氣管路27，用于向介質(zhì)桶16所括空間內(nèi)(即，等離子體產(chǎn)生腔23)輸送工藝氣體。該進(jìn)氣管路27的出氣端設(shè)置在介質(zhì)桶16的內(nèi)周壁上(圖中未示出)，進(jìn)氣管路27的進(jìn)氣端貫穿冷卻蓋板11并自冷卻蓋板11延伸出去。在進(jìn)行工藝時(shí)，工藝氣體通過(guò)進(jìn)氣管路27沿介質(zhì)桶16的徑向進(jìn)入等離子體產(chǎn)生腔23，從而進(jìn)氣管路27不會(huì)與冷卻蓋板11頂部的風(fēng)扇9相互干涉，并且通過(guò)使工藝氣體沿介質(zhì)桶16的徑向進(jìn)入等離子體產(chǎn)生腔23，有利于提高刻蝕均勻性。

在本實(shí)施例中，上電極組件還包括溫度傳感器24、過(guò)熱傳感器25、控制單元、溫度調(diào)節(jié)單元和通斷開(kāi)關(guān)，其中，溫度傳感器24和過(guò)熱傳感器25均用于檢測(cè)介質(zhì)桶16的實(shí)時(shí)溫度，從而獲得等離子體產(chǎn)生腔23內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度。優(yōu)選的，溫度傳感器24和過(guò)熱傳感器25均為具有電磁屏蔽功能，且接地的熱電偶，以避免其對(duì)由線圈18產(chǎn)生的磁場(chǎng)產(chǎn)生影響。而且，在介質(zhì)桶16的內(nèi)周壁上設(shè)置有采用樹(shù)脂制作的固定件26，該固定件26用于分別將溫度傳感器24和過(guò)熱傳感器25固定在介質(zhì)桶16的內(nèi)周壁上，且使二者與線圈18之間保持預(yù)設(shè)的安全間隔。在本實(shí)施例中，固定件26采用整體結(jié)構(gòu)，且為豎 直設(shè)置的條狀板，但是本發(fā)明并不局限于此，在實(shí)際應(yīng)用中，固定件26還可以采用分體結(jié)構(gòu)，例如可以采用多個(gè)固定塊將各個(gè)溫度傳感器24和各個(gè)過(guò)熱傳感器25固定在介質(zhì)桶16的內(nèi)周壁上。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，溫度傳感器和過(guò)熱傳感器還可以固定在介質(zhì)桶16的外周壁上，且使二者與線圈18之間保持預(yù)設(shè)的安全間隔。在這種情況下，固定件26應(yīng)設(shè)置在介質(zhì)桶16的外周壁上，以分別固定溫度傳感器24和過(guò)熱傳感器25。當(dāng)然，還可以采用其他任意方式將溫度傳感器24和過(guò)熱傳感器25固定在介質(zhì)桶16的內(nèi)周壁或者外周壁上。

優(yōu)選的，溫度傳感器24包括上傳感器和下傳感器，二者分別位于介質(zhì)桶16靠近上加熱帶15和下加熱帶21的位置處，從而可以獲得等離子體產(chǎn)生腔23內(nèi)分別靠近上加熱帶15和下加熱帶21的位置處的溫度。與之相類似的，過(guò)熱傳感器25也可以分別在介質(zhì)桶16靠近上加熱帶15和下加熱帶21的位置處設(shè)置傳感器。

通斷開(kāi)關(guān)包括第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)，用于分別接通或斷開(kāi)上加熱帶15和下加熱帶21的加熱通路，該加熱通路即為用于分別向上加熱帶15和下加熱帶21輸入加熱功率的電路。當(dāng)加熱通路被接通時(shí)，開(kāi)始向上加熱帶15和下加熱帶21輸入加熱功率，從而二者開(kāi)始加熱介質(zhì)桶16；當(dāng)加熱通路被斷開(kāi)時(shí)，停止向上加熱帶15和下加熱帶21輸入加熱功率，從而二者停止加熱介質(zhì)桶16。

控制單元用于分別接收由上傳感器和下傳感器發(fā)送而來(lái)的實(shí)時(shí)溫度，并基于該實(shí)時(shí)溫度和預(yù)設(shè)的目標(biāo)溫度進(jìn)行計(jì)算，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果控制溫度調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)上加熱帶15和/或下加熱帶21的加熱功率，同時(shí)，控制單元還用于接收由過(guò)溫傳感器25(也包括上、下兩個(gè)傳感器)發(fā)送而來(lái)的實(shí)時(shí)溫度，并判斷其是否超出預(yù)設(shè)閾值，若是，則斷開(kāi)通斷開(kāi)關(guān)，以停止加熱介質(zhì)桶16。

優(yōu)選的，借助上傳感器和下傳感器，分別檢測(cè)介質(zhì)桶16靠近上加熱帶15和下加熱帶21的位置處的溫度，從而可以獲得等離子體產(chǎn)生腔23內(nèi)分別靠近上加熱帶15和下加熱帶21的位置處的溫度。由此，可以通過(guò)控制上加熱帶15和下加熱帶21各自的加熱功率占空比，自動(dòng)控制第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)上加熱帶和下加熱帶的加 熱通路。所謂加熱功率占空比，是指在工藝過(guò)程中向加熱帶通入加熱功率的時(shí)間與整個(gè)工藝時(shí)間的比值。

具體地，圖3為本發(fā)明實(shí)施例的溫控方式的原理框圖。請(qǐng)參閱圖3，溫度傳感器24的上、下兩個(gè)傳感器向控制單元發(fā)送介質(zhì)桶16靠近上加熱帶15和下加熱帶21的位置處的實(shí)時(shí)溫度；控制單元基于該實(shí)時(shí)溫度和預(yù)設(shè)的目標(biāo)溫度計(jì)算上加熱帶15和下加熱帶21各自的加熱功率占空比，并根據(jù)該加熱功率占空比控制溫度調(diào)節(jié)單元接通或斷開(kāi)上加熱帶和下加熱帶的加熱通路。在這種情況下，溫度調(diào)節(jié)單元可以采用固態(tài)繼電器(SSR)和接觸器，其中，固態(tài)繼電器用于根據(jù)控制單元的控制信號(hào)控制接觸器的接通或斷開(kāi)，從而可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)控制向上加熱帶15(或下加熱帶21)輸入加熱功率的時(shí)間，來(lái)控制加熱溫度。同時(shí)，過(guò)溫傳感器25的上、下兩個(gè)傳感器也向控制單元發(fā)送介質(zhì)桶16靠近上加熱帶15和下加熱帶21的位置處的實(shí)時(shí)溫度；控制單元判斷該實(shí)時(shí)溫度是否超出預(yù)設(shè)閾值，若是，則斷開(kāi)通斷開(kāi)關(guān)，以停止加熱介質(zhì)桶16。該通斷開(kāi)關(guān)可以采用繼電器等。

作為另一個(gè)技術(shù)方案，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體加工設(shè)備，包括反應(yīng)腔室，在該反應(yīng)腔室頂部設(shè)置有上電極組件，該上電極組件采用了本發(fā)明提供的上述上電極組件。

本發(fā)明提供的半導(dǎo)體加工設(shè)備，其通過(guò)采用本發(fā)明提供的上述上電極組件，不僅可以提高介質(zhì)桶的溫控準(zhǔn)確性和溫度均勻性，而且還可以提高熱傳遞效率，從而可以提高工藝質(zhì)量。

可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。