下电极组件及半导体加工设备制造技术

本发明专利技术提供一种下电极组件及半导体加工设备，其包括由上而下依次设置的下电极板、绝缘介质层和金属基座，其中，在绝缘介质层中设置有沿其厚度方向贯穿的绝缘塞，该绝缘塞具有气体通道，该气体通道的出气端和进气端分别位于绝缘塞的上端面和下端面，通过向气体通道内通入热交换气体，而实现对下电极板的温度控制，并且气体通道为非线性通道。本发明专利技术提供的下电极组件，其不仅可以在相同气压的条件下，延长输送热交换气体的长度，而且还可以避免非线性通道内的热交换气体的流动方向与电场方向一致，从而可以降低热交换气体发生打火的风险。

【技术实现步骤摘要】
下电极组件及半导体加工设备
本专利技术涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种下电极组件及半导体加工设备。
技术介绍
在目前的等离子体刻蚀设备的反应腔室内，下电极组件作为射频电极和承载晶片的载体，是一个极为重要的组件。在进行工艺的过程中，由于晶片的温度会逐渐升高，当温度超过一定阈值时，势必会影响工艺结果，为此，通过使用气体输送管路朝向下电极组件中的下电极板输送冷却气体，可以冷却该下电极板，从而可以间接对置于该下电极板上的晶片进行控温。由于在进行工艺的过程中，通常需要向下电极板加载射频偏压，而气体输送管路接地，这使得下电极板与气体输送管路之间形成高电势差，根据典型的气体击穿放电理论，气体输送管路中的冷却气体就有放电打火的风险，一旦发生放电打火，往往会对下电极板造成电损伤甚至严重损坏。为了防止打火，通常需要在气体输送管路内，或者气体输送管路与下电极板之间设置绝缘电介质层，用以进行介质阻挡，增加绝缘距离和强度。图1为现有的下电极的结构示意图。图2为现有的绝缘塞的仰视图。请一并参阅图1和图2，下电极组件由上而下依次包括下电极板1、绝缘介质层2和金属底座4。其中，在绝缘介质层2中设置有贯穿其厚度的通孔，且在该通孔内设置有绝缘塞3，该绝缘塞3内具有多个竖直设置的直通孔31，各个直通孔31的上端位于绝缘介质层2的上表面，下端与气体输送管路5(其贯穿金属底座4)的出气端连接。冷却气体依次通过气体输送管路5和各个直通孔31流动至下电极板1的下表面，并与之进行热量交换。上述下电极在实际应用中不可避免地存在以下问题：冷却气体发生打火的难易程度通常与气压、气体流动的路程以及气流方向与电场方向的夹角有关。具体地，在气压一定的前提下，气体流动的路程越短，越容易发生打火；当气流方向与电场方向一致时，最易发生打火。由此可知，由于上述绝缘塞3是采用竖直设置的直通孔31输送冷却气体，这使得在工艺时冷却气体的流动方向(直通孔31的轴向)平行于电场方向(竖直向下)，同时竖直设置的直通孔31输送冷却气体的路程较短，从而很容易出现打火现象。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种下电极组件及半导体加工设备，其可以降低热交换气体发生打火的风险。为实现本专利技术的目的而提供一种下电极组件，包括由上而下依次设置的下电极板、绝缘介质层和金属基座，其中，在所述绝缘介质层中设置有沿其厚度方向贯穿的绝缘塞，所述绝缘塞具有气体通道，所述气体通道的出气端和进气端分别位于所述绝缘塞的上端面和下端面，通过向所述气体通道内通入热交换气体，而实现对所述下电极板的温度控制，所述气体通道为非线性通道。优选的，所述非线性通道包括一条或多条螺旋通路，所述螺旋通路采用立体螺旋结构，且所述螺旋通路的出气端和进气端分别位于所述绝缘塞的上端面和下端面；对于多条螺旋通路，围绕所述绝缘塞在竖直方向上的中心线间隔、且均匀分布。优选的，所述非线性通道包括一条或多条螺旋通路，所述螺旋通路采用立体螺旋结构，且所述螺旋通路的出气端和进气端分别位于所述绝缘塞的上端面和下端面；所述螺旋通路为多条时，均以所述绝缘塞在竖直方向上的中心线为轴线，且相互嵌套；并且，所述多条螺旋通路的外径相同或不同。优选的，在所述绝缘介质层中设置有沿其厚度方向贯穿的直通孔，所述绝缘塞设置在所述直通孔中，且所述绝缘塞的外周壁与所述直通孔的孔壁相配合；在所述非线性通道包括一条所述螺旋通路，或者外径相同的多条所述螺旋通路时，所述螺旋通路为在所述绝缘塞的外周壁上形成的螺旋凹道；在所述非线性通道包括外径不同的多条所述螺旋通路时，外径最大的所述螺旋通路为在所述绝缘塞的外周壁上形成的螺旋凹道，其余的螺旋通路为在所述绝缘塞的内部形成的闭合通道。优选的，在所述绝缘介质层中设置有沿其厚度方向贯穿的直通孔，所述绝缘塞设置在所述直通孔中，且所述绝缘塞的外周壁与所述直通孔的孔壁相配合；在所述非线性通道包括一条所述螺旋通路时，所述螺旋通路为在所述绝缘塞的内部形成的闭合通道；在所述非线性通道包括多条所述螺旋通路时，每条螺旋通路为在所述绝缘塞的内部形成的闭合通道；并且，所述多条螺旋通路的外径相同或不同。优选的，所述螺旋通路在其轴向上的截面形状为矩形。优选的，通过设定所述螺旋通路的螺距、内径、外径和匝数，来控制所述螺旋通路的长度和在其轴向上的截面面积。优选的，所述螺旋通路在其轴向上的横截形状为三角形。优选的，通过设定所述螺旋通路的螺距、内径、外径、张角和匝数，来控制所述螺旋通路的长度和在垂直于所述热交换气体的流动方向上的截面面积。作为另一个技术方案，本专利技术还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室、上电极组件和下电极组件，其中，所述上电极组件设置在所述反应腔室的顶部，用于激发反应腔室内的反应气体形成等离子体；所述下电极组件设置在所述反应腔室内，用于承载被加工工件，并控制所述被加工工件的温度，所述下电极组件采用本专利技术提供的上述下电极组件。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的下电极组件，其绝缘塞的气体通道为非线性通道，这与现有技术中采用竖直设置的直通孔输送热交换气体相比，不仅可以在相同气压的条件下，延长输送热交换气体的长度，而且非线性通道可以在电场方向上形成阻挡介质层，同时还可以避免非线性通道内的热交换气体的流动方向与电场方向一致，从而可以降低热交换气体发生打火的风险。本专利技术提供的半导体加工设备，其通过采用本专利技术提供的上述下电极，可以降低热交换气体发生打火的风险。附图说明图1为现有的下电极的结构示意图；图2为现有的绝缘塞的仰视图；图3A为本专利技术第一实施例提供的下电极组件的结构示意图；图3B为本专利技术第一实施例采用的绝缘塞的结构示意图；图3C为本专利技术第一实施例采用的绝缘塞的顶部示意图；图3D为图3B中绝缘塞的轴向截面图；图4A为本专利技术第一实施例的变型实施例采用的绝缘塞的结构示意图；图4B为图4A中绝缘塞的轴向截面图；图5为本专利技术第二实施例采用的绝缘塞的结构示意图；图6A为本专利技术第三实施例采用的绝缘塞中的螺旋通路的分布图；图6B为图6A中沿A-A线的截面示意图；图7为本专利技术第四实施例采用的绝缘塞的结构示意图；以及图8为本专利技术第五实施例采用的绝缘塞的结构示意图。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图来对本专利技术提供的下电极组件及半导体加工设备进行详细描述。请一并参阅图3A-3D，下电极组件包括由上而下依次设置的下电极板11、绝缘介质层12和金属基座14。其中，在绝缘介质层12中设置有沿其厚度方向贯穿的绝缘塞13，该绝缘塞13具有气体通道，气体通道的出气端和进气端分别位于绝缘塞13的上端面和下端面，通过向该气体通道内通入热交换气体，可以将热交换气体输送至下电极板11的下表面，并与之进行热量交换，从而可以实现对下电极板11的温度控制。而且，上述气体通道为非线性通道。该非线性通道的具体结构为：包括两条螺旋通路(131，132)，二者均采用立体螺旋结构，并以绝缘塞13在竖直方向上的中心线为轴线，且相互嵌套，并且两条螺旋通路(131，132)的外径相同，换言之，两条螺旋通路(131，132)围绕绝缘塞13在竖直方向上的中心线并排缠绕，形成相互平行的立体式双螺旋通路，如图3B所示。其中，螺旋通路131的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种下电极组件，包括由上而下依次设置的下电极板、绝缘介质层和金属基座，其中，在所述绝缘介质层中设置有沿其厚度方向贯穿的绝缘塞，所述绝缘塞具有气体通道，所述气体通道的出气端和进气端分别位于所述绝缘塞的上端面和下端面，通过向所述气体通道内通入热交换气体，而实现对所述下电极板的温度控制，其特征在于，所述气体通道为非线性通道。

【技术特征摘要】
1.一种下电极组件，包括由上而下依次设置的下电极板、绝缘介质层和金属基座，其中，在所述绝缘介质层中设置有沿其厚度方向贯穿的绝缘塞，所述绝缘塞具有气体通道，所述气体通道的出气端和进气端分别位于所述绝缘塞的上端面和下端面，通过向所述气体通道内通入热交换气体，而实现对所述下电极板的温度控制，其特征在于，所述气体通道为非线性通道。2.根据权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，所述非线性通道包括一条或多条螺旋通路，所述螺旋通路采用立体螺旋结构，且所述螺旋通路的出气端和进气端分别位于所述绝缘塞的上端面和下端面；对于多条螺旋通路，围绕所述绝缘塞在竖直方向上的中心线间隔、且均匀分布。3.根据权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，所述非线性通道包括一条或多条螺旋通路，所述螺旋通路采用立体螺旋结构，且所述螺旋通路的出气端和进气端分别位于所述绝缘塞的上端面和下端面；所述螺旋通路为多条时，均以所述绝缘塞在竖直方向上的中心线为轴线，且相互嵌套；并且，所述多条螺旋通路的外径相同或不同。4.根据权利要求3所述的下电极组件，其特征在于，在所述绝缘介质层中设置有沿其厚度方向贯穿的直通孔，所述绝缘塞设置在所述直通孔中，且所述绝缘塞的外周壁与所述直通孔的孔壁相配合；在所述非线性通道包括一条所述螺旋通路，或者外径相同的多条所述螺旋通路时，所述螺旋通路为在所述绝缘塞的外周壁上形成的螺旋凹道；在所述非线性通道包括外径不同的多条所述螺旋通路时，外径最大的所述螺旋通路为在所述绝缘塞的外周壁上形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏恒毅，韦刚，李兴存，栾大为，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11