一种用于等离子反应装置的喷淋头加热冷却装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术的公开了一种用于等离子反应装置的喷淋头加热冷却装置及方法，采用喷淋头结构、加热结构及冷却结构建立形成喷淋头加热冷却装置；上述部件的组合能够实现反应气体在进入等离子反应腔之前，反应气体在喷淋头结构、加热结构及冷却结构中进行充分混合、预热；并且能够在等离子反应腔内进行晶片刻蚀的过程中，根据实时探测加热结构的温度以及冷却结构不断地对该加热结构进行降温，从而保证反应气体温度保持不变，提高刻蚀效率、产品质量。

Shower head heating and cooling device and method for plasma reaction device

The invention discloses a spray head heating and cooling device and method for plasma reaction device, the spray head structure, heating structure and cooling structure establish the spray head heating and cooling device; combination of the components to achieve the reaction gas before entering the plasma reaction chamber, the reaction gas in the spray head structure, heating and structure the cooling structure is fully mixed, and can carry out preheating; process of wafer etching in a plasma reaction chamber, according to the temperature of the heating temperature structure of the continuous real-time detection of heating structure and cooling structure, so as to ensure the reaction gas temperature is kept constant, increasing the etching efficiency and product quality.

【技术实现步骤摘要】
一种用于等离子反应装置的喷淋头加热冷却装置及方法
本专利技术涉及半导体加工领域，具体涉及一种用于等离子反应装置的喷淋头加热冷却装置及方法。
技术介绍
在半导体制造领域，广泛使用向待处理基片以喷淋状供气的喷淋头。例如在等离子体刻蚀处理设备中，在处理室内设置有用于载置基片的载置台，与该载置台相对的位置设置有喷淋头，该喷淋头的表面设置有多个气体喷出孔，以喷淋状供给反应气体来产生等离子体。为了精确控制对载置台上固定的基片的加工效果，获得更高的均一性需要对通入反应腔的气体分区控制。在反应气体被气体分离装置分离为两种气体后分别通入气体喷淋头的不同区域，比如中心区域和外围区域。气体喷淋头包括上下两层气体分布板，上层板与下层板具有相对应的气孔，其中上层板上的气孔口径大于下层板上的气孔。为了避免中心区域和外围区域的气体互相串扰，在两个区域之间要设置隔离装置如气密的环形垫圈，环形垫圈放置在垫圈槽内使垫圈内外的气体通路互相气体隔离，其中垫圈槽可以开设在上层气体分布板也可以开设在下层气体分布板。为了保证中心区域和外围区域气体的隔离，垫圈需要足够厚度使得上层板与下层板用螺栓相互紧固时产生足够的压力。但是较厚的垫圈在保证气体隔离的同时也使得上层板和下层板之间的接触压力不够或者存在间隙，而上层板和下层板之间的间隙会造成上下层板之间的导热能力急剧恶化，最终导致整块气体喷淋头上温度分布的不均匀。气体喷淋头温度分布不均会导致器件变形，以及等离子处理时沉积的聚合物分布的不均匀，这些都会导致等离子处理效果的不均匀。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于等离子反应装置的喷淋头加热冷却装置及方法，采用喷淋头结构、加热结构及冷却结构建立形成喷淋头加热冷却装置；上述部件的组合能够实现反应气体在进入等离子反应腔之前，反应气体在喷淋头结构、加热结构及冷却结构中进行充分混合、预热；并且能够在等离子反应腔内进行晶片刻蚀的过程中，根据实时探测加热结构的温度以及冷却结构不断地对该加热结构进行降温，从而保证反应气体温度保持不变，提高刻蚀效率、产品质量。为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种用于等离子反应装置的喷淋头加热冷却装置，该喷淋头加热冷却装置设置于等离子反应装置的反应腔顶部，使得该反应腔内部密封，其特点是，该喷淋头加热冷却装置包含：喷淋头结构，所述喷淋头结构设置在所述反应腔上方，该喷淋头结构内设置有多个喷淋气道；加热结构，设置在所述喷淋头结构上方，并且加热结构的下表面与喷淋头结构的上表面接触；冷却结构，设置在所述加热结构上方；所述冷却结构的下表面与该加热结构的上表面在贴合区域内互相贴合，所述贴合区域包括中心区域和外围区域，冷却结构下表面和加热结构之间还包括隔离区域，所述隔离区域位于所述中心区域和外围区域之间，隔离区域内设有至少一个环形气体槽将冷却结构的下表面和加热结构的上表面互相隔离，所述环形气体槽与所述喷淋头结构内的多个喷淋气到互相联通；所述加热结构的中心区域内包括第一加热器，外围区域内包括第二加热器，所述第一加热器和第二加热器独立控制。优选地，所述加热结构包含：第一壳体，设置在所述喷淋头结构上；多个第一反应气体通道，分别间隔设置在所述第一壳体内，并与所述多个喷淋气道相贯通；多个第一冷却液管道，分别环绕设置在所述第一壳体顶部内。优选地，所述第一壳体顶部设有开口槽；所述多个加热器、所述多个第一反应气体通道分别设置在该第一壳体底部内；每个所述第一冷却液管道环绕设置在该第一壳体顶部内；每个所述加热器呈环形设置在所述第一壳体底部内；所述第一壳体采用铝制材料制成。优选地，所述加热结构还包含：多个温度传感器，多个所述温度传感器分别间隔设置在第一壳体底部，并与外部控制结构连接。优选地，所述冷却结构包含：第二壳体，设置在所述第一壳体顶部的开口槽内；多个第二冷却液管道，分别间隔设置在所述第二壳体内；多个所述第一冷却液管道与多个所述第二冷却液管道独立控制；至少一个第二反应气体通道，设置在第二壳体内，并分别与多个所述第一反应气体通道相贯通。优选地，所述第二壳体底面积小于所述开口槽的截面积，大于所述多个加热器覆盖的面积；该第二壳体底部完全覆盖所述多个加热器；所述第二壳体采用铝制材料制成；所述多个环形气体槽能够将所述多个加热器产生的热量在对应的所述环形气体槽内进行传导。一种用于等离子反应装置的喷淋头加热冷却装置的控制方法，其特点是，该控制方法包含：S1，分别开启加热结构内的多个第一冷却液管道、冷却结构的多个第二冷却液管道对所述加热结构进行冷却；S2，通过外部控制结构开启所述加热结构的多个加热器；S3，将反应气体通过所述冷却结构的至少一个第二反应气体通道进行充分混合后送入所述加热结构的多个第一反应气体通道进行加热，加热后将所述反应气体送入喷淋头结构的多个喷淋气道；S4，所述加热结构的多个温度传感器实时测量该加热结构底部的温度，判断温度是否超过设定的阈值温度；当超过时，外部控制结构控制所述加多个加热器停止加热；当未超过时，所述加多个加热器继续工作直至到达设定的阈值温度。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：本专利技术公开了一种用于等离子反应装置的喷淋头加热冷却装置及方法，采用喷淋头结构、加热结构及冷却结构建立形成喷淋头加热冷却装置。上述部件的组合能够实现反应气体在进入等离子反应腔之前，反应气体在喷淋头结构、加热结构及冷却结构中进行充分混合、预热；并且能够在等离子反应腔内进行晶片刻蚀的过程中，根据实时探测加热结构的温度以及冷却结构不断地对该加热结构进行降温，从而保证反应气体温度保持不变，提高刻蚀效率、产品质量。本专利技术在高功率传热状态下能够实现对反应气体温度有效地控制。附图说明图1为本专利技术一种用于等离子反应装置的喷淋头加热冷却装置的整体结构剖视图。图2为本专利技术一种等离子反应装置的整体结构示意图。图3为本专利技术一种用于等离子反应装置的喷淋头加热冷却装置的控制方法的整体流程图。具体实施方式以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本专利技术做进一步阐述。如图1所示，一种用于等离子反应装置的喷淋头加热冷却装置，该喷淋头加热冷却装置设置于等离子反应装置的反应腔100顶部，使得该反应腔100内部处于密封状态，该喷淋头加热冷却装置包含：喷淋头结构1、加热结构2及冷却结构3。其中，喷淋头结构1设置在反应腔上方，该喷淋头结构1内设置有多个喷淋气道11。加热结构2设置在喷淋头结构1上方，并且加热结构2的下表面与喷淋头结构1的上表面接触；冷却结构3设置在加热结构2上方；冷却结构3与该加热结构2的上表面在贴合区域内互相贴合，贴合区域包括中心区域和外围区域，冷却结构3下表面和加热结构2之间还包括隔离区域，隔离区域位于中心区域和外围区域之间，隔离区域内设有至少一个环形气体槽34将冷却结构3的下表面和加热结构2的上表面互相隔离，环形气体槽34与喷淋头结构1内的多个喷淋气到互相联通。加热结构2的中心区域内包括第一加热器，外围区域内包括第二加热器，第一加热器和第二加热器独立控制。本实施例中，喷淋头结构1采用硅或碳化硅等材料制成。如图1所示，加热结构2包含：第一壳体25、多个第一反应气体通道22、多个第一冷却液管道23及多个温度传感器24。其中，第一壳体25设置在喷淋头结构1上；多个加热器21分别间隔设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于等离子反应装置的喷淋头加热冷却装置，该喷淋头加热冷却装置设置于等离子反应装置的反应腔顶部，使得该反应腔内部密封，其特征在于，该喷淋头加热冷却装置包含：喷淋头结构，所述喷淋头结构设置在所述反应腔上方，该喷淋头结构内设置有多个喷淋气道；加热结构，设置在所述喷淋头结构上方，并且加热结构的下表面与喷淋头结构的上表面接触；冷却结构，设置在所述加热结构上方；所述冷却结构的下表面与该加热结构的上表面在贴合区域内互相贴合，所述贴合区域包括中心区域和外围区域，冷却结构下表面和加热结构之间还包括隔离区域，所述隔离区域位于所述中心区域和外围区域之间，隔离区域内设有至少一个环形气体槽将冷却结构的下表面和加热结构的上表面互相隔离，所述环形气体槽与所述喷淋头结构内的多个喷淋气到互相联通；所述加热结构的中心区域内包括第一加热器，外围区域内包括第二加热器，所述第一加热器和第二加热器独立控制。

【技术特征摘要】
1.一种用于等离子反应装置的喷淋头加热冷却装置，该喷淋头加热冷却装置设置于等离子反应装置的反应腔顶部，使得该反应腔内部密封，其特征在于，该喷淋头加热冷却装置包含：喷淋头结构，所述喷淋头结构设置在所述反应腔上方，该喷淋头结构内设置有多个喷淋气道；加热结构，设置在所述喷淋头结构上方，并且加热结构的下表面与喷淋头结构的上表面接触；冷却结构，设置在所述加热结构上方；所述冷却结构的下表面与该加热结构的上表面在贴合区域内互相贴合，所述贴合区域包括中心区域和外围区域，冷却结构下表面和加热结构之间还包括隔离区域，所述隔离区域位于所述中心区域和外围区域之间，隔离区域内设有至少一个环形气体槽将冷却结构的下表面和加热结构的上表面互相隔离，所述环形气体槽与所述喷淋头结构内的多个喷淋气到互相联通；所述加热结构的中心区域内包括第一加热器，外围区域内包括第二加热器，所述第一加热器和第二加热器独立控制。2.如权利要求1所述的用于等离子反应装置的喷淋头加热冷却装置，其特征在于，所述加热结构包含：第一壳体，设置在所述喷淋头结构上；多个第一反应气体通道，分别间隔设置在所述第一壳体内，并与所述多个喷淋气道相贯通；多个第一冷却液管道，分别环绕设置在所述第一壳体顶部内。3.如权利要求2所述的用于等离子反应装置的喷淋头加热冷却装置，其特征在于，所述第一壳体顶部设有开口槽；所述多个加热器、所述多个第一反应气体通道分别设置在该第一壳体底部内；每个所述第一冷却液管道环绕设置在该第一壳体顶部内；每个所述加热器呈环形设置在所述第一壳体底部内；所述第一壳体采用铝制材料制成。4.如权利要求3所述的用于等离子反应装置的喷淋...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐朝阳，雷仲礼，杨金全，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31