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

背景技術(shù)：

在目前的等離子體刻蝕設(shè)備的反應(yīng)腔室內(nèi)，下電極組件作為射頻電極和承載晶片的載體，是一個極為重要的組件。在進(jìn)行工藝的過程中，由于晶片的溫度會逐漸升高，當(dāng)溫度超過一定閾值時，勢必會影響工藝結(jié)果，為此，通過使用氣體輸送管路朝向下電極組件中的下電極板輸送冷卻氣體，可以冷卻該下電極板，從而可以間接對置于該下電極板上的晶片進(jìn)行控溫。

由于在進(jìn)行工藝的過程中，通常需要向下電極板加載射頻偏壓，而氣體輸送管路接地，這使得下電極板與氣體輸送管路之間形成高電勢差，根據(jù)典型的氣體擊穿放電理論，氣體輸送管路中的冷卻氣體就有放電打火的風(fēng)險，一旦發(fā)生放電打火，往往會對下電極板造成電損傷甚至嚴(yán)重?fù)p壞。為了防止打火，通常需要在氣體輸送管路內(nèi)，或者氣體輸送管路與下電極板之間設(shè)置絕緣電介質(zhì)層，用以進(jìn)行介質(zhì)阻擋，增加絕緣距離和強(qiáng)度。

圖1為現(xiàn)有的下電極的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有的絕緣塞的仰視圖。請一并參閱圖1和圖2，下電極組件由上而下依次包括下電極板1、絕緣介質(zhì)層2和金屬底座4。其中，在絕緣介質(zhì)層2中設(shè)置有貫穿其厚度的通孔，且在該通孔內(nèi)設(shè)置有絕緣塞3，該絕緣塞3內(nèi)具有多個豎直設(shè)置的直通孔31，各個直通孔31的上端位于絕緣介質(zhì)層2的上表面，下端與氣體輸送管路5(其貫穿金屬底座4)的出氣端連接。冷卻氣體依次通過氣體輸送管路5和各個直通孔31流動至下電極板1的下表面，并與之進(jìn)行熱量交換。

上述下電極在實(shí)際應(yīng)用中不可避免地存在以下問題：

冷卻氣體發(fā)生打火的難易程度通常與氣壓、氣體流動的路程以及氣流方向與電場方向的夾角有關(guān)。具體地，在氣壓一定的前提下，氣體流動的路程越短，越容易發(fā)生打火；當(dāng)氣流方向與電場方向一致時，最易發(fā)生打火。由此可知，由于上述絕緣塞3是采用豎直設(shè)置的直通孔31輸送冷卻氣體，這使得在工藝時冷卻氣體的流動方向(直通孔31的軸向)平行于電場方向(豎直向下)，同時豎直設(shè)置的直通孔31輸送冷卻氣體的路程較短，從而很容易出現(xiàn)打火現(xiàn)象。

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)問題之一，提出了一種下電極組件及半導(dǎo)體加工設(shè)備，其可以降低熱交換氣體發(fā)生打火的風(fēng)險。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種下電極組件，包括由上而下依次設(shè)置的下電極板、絕緣介質(zhì)層和金屬基座，其中，在所述絕緣介質(zhì)層中設(shè)置有沿其厚度方向貫穿的絕緣塞，所述絕緣塞具有氣體通道，所述氣體通道的出氣端和進(jìn)氣端分別位于所述絕緣塞的上端面和下端面，通過向所述氣體通道內(nèi)通入熱交換氣體，而實(shí)現(xiàn)對所述下電極板的溫度控制，所述氣體通道為非線性通道。

優(yōu)選的，所述非線性通道包括一條或多條螺旋通路，所述螺旋通路采用立體螺旋結(jié)構(gòu)，且所述螺旋通路的出氣端和進(jìn)氣端分別位于所述絕緣塞的上端面和下端面；對于多條螺旋通路，圍繞所述絕緣塞在豎直方向上的中心線間隔、且均勻分布。

優(yōu)選的，所述非線性通道包括一條或多條螺旋通路，所述螺旋通路采用立體螺旋結(jié)構(gòu)，且所述螺旋通路的出氣端和進(jìn)氣端分別位于所述絕緣塞的上端面和下端面；所述螺旋通路為多條時，均以所述絕緣塞在豎直方向上的中心線為軸線，且相互嵌套；并且，所述多條螺旋通路的外徑相同或不同。

優(yōu)選的，在所述絕緣介質(zhì)層中設(shè)置有沿其厚度方向貫穿的直通孔，所述絕緣塞設(shè)置在所述直通孔中，且所述絕緣塞的外周壁與所述 直通孔的孔壁相配合；在所述非線性通道包括一條所述螺旋通路，或者外徑相同的多條所述螺旋通路時，所述螺旋通路為在所述絕緣塞的外周壁上形成的螺旋凹道；在所述非線性通道包括外徑不同的多條所述螺旋通路時，外徑最大的所述螺旋通路為在所述絕緣塞的外周壁上形成的螺旋凹道，其余的螺旋通路為在所述絕緣塞的內(nèi)部形成的閉合通道。

優(yōu)選的，在所述絕緣介質(zhì)層中設(shè)置有沿其厚度方向貫穿的直通孔，所述絕緣塞設(shè)置在所述直通孔中，且所述絕緣塞的外周壁與所述直通孔的孔壁相配合；在所述非線性通道包括一條所述螺旋通路時，所述螺旋通路為在所述絕緣塞的內(nèi)部形成的閉合通道；在所述非線性通道包括多條所述螺旋通路時，每條螺旋通路為在所述絕緣塞的內(nèi)部形成的閉合通道；并且，所述多條螺旋通路的外徑相同或不同。

優(yōu)選的，所述螺旋通路在其軸向上的截面形狀為矩形。

優(yōu)選的，通過設(shè)定所述螺旋通路的螺距、內(nèi)徑、外徑和匝數(shù)，來控制所述螺旋通路的長度和在其軸向上的截面面積。

優(yōu)選的，所述螺旋通路在其軸向上的橫截形狀為三角形。

優(yōu)選的，通過設(shè)定所述螺旋通路的螺距、內(nèi)徑、外徑、張角和匝數(shù)，來控制所述螺旋通路的長度和在垂直于所述熱交換氣體的流動方向上的截面面積。

作為另一個技術(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、上電極組件和下電極組件，其中，所述上電極組件設(shè)置在所述反應(yīng)腔室的頂部，用于激發(fā)反應(yīng)腔室內(nèi)的反應(yīng)氣體形成等離子體；所述下電極組件設(shè)置在所述反應(yīng)腔室內(nèi)，用于承載被加工工件，并控制所述被加工工件的溫度，所述下電極組件采用本發(fā)明提供的上述下電極組件。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的下電極組件，其絕緣塞的氣體通道為非線性通道，這與現(xiàn)有技術(shù)中采用豎直設(shè)置的直通孔輸送熱交換氣體相比，不僅可以在相同氣壓的條件下，延長輸送熱交換氣體的長度，而且非線性通道可以在電場方向上形成阻擋介質(zhì)層，同時還可以避免非線性通道內(nèi) 的熱交換氣體的流動方向與電場方向一致，從而可以降低熱交換氣體發(fā)生打火的風(fēng)險。

本發(fā)明提供的半導(dǎo)體加工設(shè)備，其通過采用本發(fā)明提供的上述下電極，可以降低熱交換氣體發(fā)生打火的風(fēng)險。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的下電極的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有的絕緣塞的仰視圖；

圖3A為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的下電極組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3B為本發(fā)明第一實(shí)施例采用的絕緣塞的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3C為本發(fā)明第一實(shí)施例采用的絕緣塞的頂部示意圖；

圖3D為圖3B中絕緣塞的軸向截面圖；

圖4A為本發(fā)明第一實(shí)施例的變型實(shí)施例采用的絕緣塞的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4B為圖4A中絕緣塞的軸向截面圖；

圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例采用的絕緣塞的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6A為本發(fā)明第三實(shí)施例采用的絕緣塞中的螺旋通路的分布圖；

圖6B為圖6A中沿A-A線的截面示意圖；

圖7為本發(fā)明第四實(shí)施例采用的絕緣塞的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖8為本發(fā)明第五實(shí)施例采用的絕緣塞的結(jié)構(gòu)示意圖。

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)合附圖來對本發(fā)明提供的下電極組件及半導(dǎo)體加工設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)描述。

請一并參閱圖3A-3D，下電極組件包括由上而下依次設(shè)置的下電極板11、絕緣介質(zhì)層12和金屬基座14。其中，在絕緣介質(zhì)層12中設(shè)置有沿其厚度方向貫穿的絕緣塞13，該絕緣塞13具有氣體通道，氣體通道的出氣端和進(jìn)氣端分別位于絕緣塞13的上端面和下端面， 通過向該氣體通道內(nèi)通入熱交換氣體，可以將熱交換氣體輸送至下電極板11的下表面，并與之進(jìn)行熱量交換，從而可以實(shí)現(xiàn)對下電極板11的溫度控制。

而且，上述氣體通道為非線性通道。該非線性通道的具體結(jié)構(gòu)為：包括兩條螺旋通路(131，132)，二者均采用立體螺旋結(jié)構(gòu)，并以絕緣塞13在豎直方向上的中心線為軸線，且相互嵌套，并且兩條螺旋通路(131，132)的外徑相同，換言之，兩條螺旋通路(131，132)圍繞絕緣塞13在豎直方向上的中心線并排纏繞，形成相互平行的立體式雙螺旋通路，如圖3B所示。其中，螺旋通路131的出氣端131a和螺旋通路132的出氣端132a均位于絕緣塞13的上端面，如圖3C所示；螺旋通路131和螺旋通路132的進(jìn)氣端均位于絕緣塞13的下端面。熱交換氣體分別經(jīng)由上述兩個進(jìn)氣端流入兩條螺旋通路(131，132)內(nèi)，并同時沿二者螺旋向上流動，最后分別經(jīng)由上述兩個出氣端排出，即，到達(dá)下電極板11的下表面。

由于絕緣塞13的氣體通道為非線性通道，這與現(xiàn)有技術(shù)中采用豎直設(shè)置的直通孔輸送熱交換氣體相比，不僅可以保證在相同氣壓的條件下，延長熱交換氣體的輸送長度，而且非線性通道可以在電場方向上形成阻擋介質(zhì)層，同時還可以避免非線性通道內(nèi)的熱交換氣體的流動方向與電場方向一致，從而可以大大降低熱交換氣體發(fā)生打火的風(fēng)險。

在本實(shí)施例中，在絕緣介質(zhì)層12中設(shè)置有沿其厚度方向貫穿的直通孔，絕緣塞13設(shè)置在該直通孔中，且絕緣塞13的外周壁與直通孔的孔壁相配合。而且，兩條螺旋通路(131，132)均為在絕緣塞13的外周壁上形成的螺旋凹道，換言之，每條螺旋通路的外徑與絕緣塞13的外周壁的直徑相等，從而該螺旋凹道與直通孔的孔壁共同形成封閉的通道，以供熱交換氣體通過。容易理解，絕緣塞13的外周壁與直通孔的孔壁之間的配合，應(yīng)保證不會使螺旋通路內(nèi)的熱交換氣體自絕緣塞13的外周壁與絕緣介質(zhì)層12的直通孔之間泄漏出去。

如圖3D所示，在本實(shí)施例中，兩條螺旋通路(131，132)在其軸向上的截面133的形狀為矩形。在這種情況下，通過設(shè)定每條螺旋 通路的螺距L、內(nèi)徑D2、外徑D1和匝數(shù)，可以控制螺旋通路的長度和在螺旋通路的軸向上的截面面積。具體來說，增大該截面面積，可以提高在下電極板11的下表面處的氣壓；反之，減小截面面積，可以降低在下電極板11的下表面處的氣壓。而該氣壓的大小決定了對晶片的控溫效果。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過調(diào)節(jié)每條螺旋通路的螺距L、內(nèi)徑D2、外徑D1和匝數(shù)，來調(diào)節(jié)上述截面面積，以在盡可能地降低熱交換氣體發(fā)生打火的風(fēng)險的前提下，保證熱交換氣體在下電極板11的下表面處的氣壓和流量滿足工藝需要，從而可以確保對晶片的冷卻和控溫效果。例如，螺距L越大，同時內(nèi)徑D2越小，則橫截面面積越大；反之，螺距L越小，同時內(nèi)徑D2越大，則橫截面面積越小。又如，螺旋通路的匝數(shù)越多，則螺旋通路的長度越大，從而熱交換氣體發(fā)生打火的風(fēng)險越小，由此可以在保證工藝所需的氣壓的前提下，盡可能地增加螺旋通路的匝數(shù)。

需要說明的是，在本實(shí)施例中，非線性通道包括兩條螺旋通路(131，132)，且二者的外徑相同。但是，本發(fā)明并不局限于此，在實(shí)際應(yīng)用中，非線性通道也可以為一條螺旋通路；或者，還可以為三條以上的螺旋通路，并且三條以上的螺旋通路均以絕緣塞在豎直方向上的中心線為軸線，且相互嵌套。此外，三條以上的螺旋通路的外徑可以相同，也可以不同。

作為本發(fā)明第一實(shí)施例的一個變型實(shí)施例，圖4A為本發(fā)明第一實(shí)施例的變型實(shí)施例采用的絕緣塞的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4B為圖4A中絕緣塞的軸向截面圖。請一并參閱圖4A和圖4B，本變型實(shí)施例提供的下電極組件與上述第一實(shí)施例相比，其區(qū)別僅在于：螺旋通路在其軸向上的橫截形狀為三角形。

具體地，在下電極組件中，絕緣塞20的氣體通道為非線性通道。該非線性通道包括兩條螺旋通路(201，202)，二者均采用立體螺旋結(jié)構(gòu)，并以絕緣塞20在豎直方向上的中心線為軸線，且相互嵌套，并且兩條螺旋通路(201，202)的外徑相同。而且，兩條螺旋通路(201，202)在其軸向上的截面203為三角形。通過設(shè)定每條螺旋通路的螺距、內(nèi)徑D3、外徑D4、張角A和匝數(shù)，可以控制螺旋通路的長度 和在螺旋通路的軸向上的截面面積，從而在盡可能地降低熱交換氣體發(fā)生打火的風(fēng)險的前提下，保證熱交換氣體在下電極板11的下表面處的氣壓和流量滿足工藝需要，進(jìn)而可以確保對晶片的冷卻和控溫效果。

需要說明的是，在實(shí)際應(yīng)用中，螺旋通路在其軸向上的截面形狀并不局限于上述各個實(shí)施例中提及的矩形或三角形，還可以為諸如半圓形或者拋物線形等的其他任意形狀，并且可以通過設(shè)定不同的截面形狀的相應(yīng)參數(shù)，來控制螺旋通路的長度和在螺旋通路的軸向上的截面面積。

圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例采用的絕緣塞的結(jié)構(gòu)示意圖。請參閱圖5，本實(shí)施例與上述第一實(shí)施例相比，其區(qū)別僅在于：螺旋通路為在絕緣塞的內(nèi)部形成的閉合通道。

具體地，在下電極組件中，絕緣塞40的氣體通道為非線性通道。該非線性通道包括單條螺旋通路401，該螺旋通路401的出氣端401a和進(jìn)氣端401b分別位于絕緣塞40的上端面和下端面，并且螺旋通路401為在絕緣塞40的內(nèi)部形成的閉合通道，換言之，螺旋通路的外徑小于絕緣塞40的外周壁的直徑。

圖6A為本發(fā)明第三實(shí)施例采用的絕緣塞中的螺旋通路的分布圖。圖6B為圖6A中沿A-A線的截面示意圖。請一并參閱圖6A和圖6B，本實(shí)施例與上述第二實(shí)施例相比，螺旋通路同樣為在絕緣塞的內(nèi)部形成的閉合通道。二者的區(qū)別僅在于：本實(shí)施例中螺旋通路的數(shù)量為多條。

具體地，在本實(shí)施例中，絕緣塞50的氣體通道為非線性通道。該非線性通道包括四條螺旋通路(501～504)，二者圍繞絕緣塞50在豎直方向上的中心線間隔、且均勻分布。而且，每條螺旋通路的出氣端和進(jìn)氣端分別位于絕緣塞50的上端面和下端面，例如，如圖6B所示，螺旋通路501的出氣端501a和螺旋通路502的出氣端502a均位于絕緣塞50的上端面，螺旋通路501的進(jìn)氣端501b和螺旋通路502的進(jìn)氣端502b均位于絕緣塞50的下端面。熱交換氣體分別經(jīng)由四個進(jìn)氣端流入四條螺旋通路(501～504)內(nèi)，并同時螺旋向上流動， 最后分別經(jīng)由四個出氣端排出，即，到達(dá)下電極板11的下表面。

需要說明的是，在本實(shí)施例中，該非線性通道包括四條螺旋通路(501～504)，但是本發(fā)明并不局限于此，在實(shí)際應(yīng)用中，非線性通道還可以根據(jù)具體情況包括兩條、三條或者五條以上。

圖7為本發(fā)明第四實(shí)施例采用的絕緣塞的結(jié)構(gòu)示意圖。請參閱圖7，本實(shí)施例與上述第三實(shí)施例相比，螺旋通路的數(shù)量同樣為多條。但是，本實(shí)施例中多條螺旋通路的排布方式與上述第三實(shí)施例不同。

具體地，在本實(shí)施例中，絕緣塞60的氣體通道為非線性通道。該非線性通道包括兩條螺旋通路(601，602)，兩條螺旋通路(601，602)以絕緣塞60在豎直方向上的中心線為軸線，且相互嵌套，并且兩條螺旋通路(601，602)的外徑相同，且均小于絕緣塞60的外周壁的直徑，即，兩條螺旋通路(601，602)均為在絕緣塞60的內(nèi)部形成的閉合通道。而且，螺旋通路601的出氣端601a和螺旋通路602的出氣端602a均位于絕緣塞60的上端面，螺旋通路601的進(jìn)氣端601b和螺旋通路602的進(jìn)氣端502b均位于絕緣塞60的下端面。熱交換氣體分別經(jīng)由兩個進(jìn)氣端(601b，602b)流入兩條螺旋通路(601，602)內(nèi)，并同時螺旋向上流動，最后分別經(jīng)由兩個出氣端(601a，602a)排出，即，到達(dá)下電極板11的下表面。

圖8為本發(fā)明第五實(shí)施例采用的絕緣塞的結(jié)構(gòu)示意圖。請參閱圖8，本實(shí)施例與上述第四實(shí)施例相比，螺旋通路的數(shù)量同樣為多條。但是，本實(shí)施例中多條螺旋通路的排布方式與上述第四實(shí)施例不同。

具體地，在本實(shí)施例中，絕緣塞70的氣體通道為非線性通道。該非線性通道包括兩條螺旋通路(701，702)，兩條螺旋通路(701，702)以絕緣塞70在豎直方向上的中心線為軸線，且相互嵌套，并且兩條螺旋通路(701，702)的外徑不同，且均小于絕緣塞70的外周壁的直徑，即，兩條螺旋通路(701，702)均為在絕緣塞70的內(nèi)部形成的閉合通道。

綜上所述，非線性通道可以包括一條或多條螺旋通路。其中，對于多條螺旋通路來說，排布方式可以有多種，例如，多條螺旋通路均以絕緣塞在豎直方向上的中心線為軸線，且相互嵌套；并且多條螺 旋通路的外徑相同或不同。又如，多條螺旋通路圍繞絕緣塞在豎直方向上的中心線間隔、且均勻分布。此外，螺旋通路的外徑可以與絕緣塞的外周壁的直徑相等，換言之，在非線性通道包括一條螺旋通路，或者外徑相同的多條螺旋通路時，螺旋通路為在絕緣塞的外周壁上形成的螺旋凹道；在非線性通道包括外徑不同的多條螺旋通路時，外徑最大的螺旋通路為在絕緣塞的外周壁上形成的螺旋凹道，其余的螺旋通路為在絕緣塞的內(nèi)部形成的閉合通道?；蛘撸菪返耐鈴揭部梢孕∮诮^緣塞的外周壁的直徑，換言之，一條或多條螺旋通路為在絕緣塞的內(nèi)部形成的閉合通道。

作為另一個技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種半導(dǎo)體加工設(shè)備，其包括反應(yīng)腔室、上電極組件和下電極組件。其中，上電極組件設(shè)置在反應(yīng)腔室的頂部，用于激發(fā)反應(yīng)腔室內(nèi)的反應(yīng)氣體形成等離子體。下電極組件設(shè)置在反應(yīng)腔室內(nèi)，用于承載被加工工件，并控制被加工工件的溫度，該下電極組件采用了本發(fā)明上述各個實(shí)施例提供的下電極組件。

本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體加工設(shè)備，其通過采用本發(fā)明上述各個實(shí)施例提供的上述下電極組件，可以降低熱交換氣體發(fā)生打火的風(fēng)險。

可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說明本發(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。