安装底座、喷淋头组件、控温方法及等离子体处理装置与流程

本发明涉及半导体设备，特别涉及一种安装底座、喷淋头组件、控温方法及等离子体处理装置。

背景技术：

1、在等离子体处理工艺中，首先需要将调制气体和制程气体混合为反应气体，再将反应气体导入反应腔室中，并施加射频功率，对半导体待加工件进行等离子体处理工艺。用于将调制气体和制程气体混合的装置为气体喷淋头组件。在喷淋头组件中，喷淋头安装在安装底座(mounting base)上，且需要被精确控温。目前喷淋头的控温方式是，通过对安装底座的直接控温来实现对喷淋头的间接控温。如图1所示，安装底座100下表面用于安装喷淋头 200，其上表面下凹后的空间用于安装加热器300和流气装置(未示出)，加热器300直接对安装底座100加热并通过热传导进而间接对喷淋头200加热，安装底座100的挂耳处还设有冷却通道110，其中通入冷却水或者控温制冷剂，对安装底座100进行冷却从而实现间接对喷淋头200冷却。

2、目前对于高功率的机台，当偏置功率(bias power)开得较高时，由等离子体的热效应导致的喷淋头升温需要安装底座的较大冷却功率才能保证喷淋头温度可控。在目前设计中，由于冷却功率不足，因而高偏置功率时，其实加热器输出的加热功率已经到0了，喷淋头的控温完全是基于冷却水冷却的被动控温。在这种设计下，当机台用于低偏置功率时，为了保证喷淋头控温稳定，需要加热器输出高功率来对安装底座和喷淋头加热，其中很大一部分能量都被冷却水带走了，导致控温困难并且会导致高功率输出时加热器过热发生烧坏、热膨胀发生变形等问题。

3、因此，需要一种在高偏置功率时冷却效率高、低偏置功率时冷却效率相对较低的设计来改善喷淋头温度可控性、降低加热器功率输出及延长加热器的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种安装底座、喷淋头组件、控温方法及等离子体处理装置，能够在高偏置功率时提高冷却效率、低偏置功率时降低冷却效率，改善喷淋头温度可控性、降低加热器功率输出及延长加热器的使用寿命。

2、为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种安装底座，应用于一喷淋头组件，所述喷淋头组件还包括加热器和喷淋头，所述加热器用于对所述喷淋头进行加热，所述安装底座设有流通冷却液的冷却通道，用于对所述喷淋头进行冷却，所述安装底座还包括：控温通道，设置于所述冷却通道与所述喷淋头之间的冷却路径上，用于调节所述安装底座对所述喷淋头的冷却效率。

4、进一步的，所述控温通道的数量为至少两条，在所述冷却路径上前后依次分布。

5、进一步的，所述控温通道设有流体入口和流体出口，流体为冷却液时，所述流体入口低于所述流体出口。

6、进一步的，所述控温通道设有流体入口和流体出口，流体为气体时，所述流体入口高于所述流体出口。

7、进一步的，所述控温通道内可切换充入冷却液或气体。

8、进一步的，所述流体入口和所述流体出口相对设置或同侧设置。

9、进一步的，在所述控温通道中通入循环冷却液，提高所述安装底座对所述喷淋头的冷却效率。

10、进一步的，在所述控温通道中通入吹扫气体并维持不流动状态，降低所述安装底座对所述喷淋头的冷却效率。

11、进一步的，在所述控温通道中维持真空状态，降低所述安装底座对所述喷淋头的冷却效率。

12、进一步的，所述安装底座的下表面用于安装所述喷淋头，所述安装底座的上表面部分区域向下凹陷形成的容纳空间用于安装所述加热器，所述安装底座的上表面向外延伸形成挂耳，所述冷却通道设于所述挂耳处。

13、进一步的，所述加热器紧贴所述容纳空间的底部表面设置。

14、进一步的，所述冷却路径位于所述安装底座的侧壁。

15、进一步的所述安装底座的形状为底部封闭的圆桶形。

16、进一步的，所述控温通道为围绕所述圆桶形侧壁内的环形通道。

17、进一步的，所述控温通道包括在圆周方向间隔设置的多个可独立控制的环段。

18、一种喷淋头组件，包括喷淋头、加热器以及如上文任一项所述的安装底座，所述喷淋头和所述加热器安装在所述安装底座上。

19、一种喷淋头的控温方法，包括：

20、提供如上文所述的喷淋头组件；

21、当需要提高所述喷淋头的冷却效率时，在所述控温通道内通入循环冷却液；

22、当需要降低所述喷淋头的冷却效率时，在所述控温通道内通入吹扫气体并维持不流动状态，或在所述控温通道内维持真空状态。

23、一种等离子体处理装置，包括反应腔和如上文所述的喷淋头组件，所述喷淋头组件安装在所述反应腔的顶部开口处。

24、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

25、在安装底座上除设置冷却通道外，还在冷却通道与所述喷淋头之间冷却路径上新增设置控温通道，通过该控温通道可以增强或减弱所述安装底座上所述冷却通道对所述喷淋头的冷却效果，调节安装底座对喷淋头的冷却效率，从而能够在高偏置功率时提高喷淋头的冷却效率、低偏置功率时降低喷淋头的冷却效率，改善喷淋头温度可控性、降低加热器功率输出及延长加热器的使用寿命。

技术特征：

1.一种安装底座，应用于一喷淋头组件，所述喷淋头组件还包括加热器和喷淋头，所述加热器用于对所述喷淋头进行加热，所述安装底座设有流通冷却液的冷却通道，用于对所述喷淋头进行冷却，其特征在于，所述安装底座还包括：控温通道，设置于所述冷却通道与所述喷淋头之间的冷却路径上，用于调节所述安装底座对所述喷淋头的冷却效率。

2.如权利要求1所述的安装底座，其特征在于，所述控温通道的数量为至少两条，在所述冷却路径上前后依次分布。

3.如权利要求1所述的安装底座，其特征在于，所述控温通道设有流体入口和流体出口，流体为冷却液时，所述流体入口低于所述流体出口。

4.如权利要求1所述的安装底座，其特征在于，所述控温通道设有流体入口和流体出口，流体为气体时，所述流体入口高于所述流体出口。

5.如权利要求3或4所述的安装底座，其特征在于，所述控温通道内可切换充入冷却液或气体。

6.如权利要求3或4所述的安装底座，其特征在于，所述流体入口和所述流体出口相对设置或同侧设置。

7.如权利要求1所述的安装底座，其特征在于，在所述控温通道中通入循环冷却液，提高所述安装底座对所述喷淋头的冷却效率。

8.如权利要求1所述的安装底座，其特征在于，在所述控温通道中通入吹扫气体并维持不流动状态，降低所述安装底座对所述喷淋头的冷却效率。

9.如权利要求1所述的安装底座，其特征在于，在所述控温通道中维持真空状态，降低所述安装底座对所述喷淋头的冷却效率。

10.如权利要求1所述的安装底座，其特征在于，所述安装底座的下表面用于安装所述喷淋头，所述安装底座的上表面部分区域向下凹陷形成的容纳空间用于安装所述加热器，所述安装底座的上表面向外延伸形成挂耳，所述冷却通道设于所述挂耳处。

11.如权利要求10所述的安装底座，其特征在于，所述加热器紧贴所述容纳空间的底部表面设置。

12.如权利要求10所述的安装底座，其特征在于，所述冷却路径位于所述安装底座的侧壁。

13.如权利要求10所述的安装底座，其特征在于，所述安装底座的形状为底部封闭的圆桶形。

14.如权利要求13所述的安装底座，其特征在于，所述控温通道为围绕所述圆桶形侧壁内的环形通道。

15.如权利要求14所述的安装底座，其特征在于，所述控温通道包括在圆周方向间隔设置的多个可独立控制的环段。

16.一种喷淋头组件，其特征在于，包括喷淋头、加热器以及如权利要求1～15任一项所述的安装底座，所述喷淋头和所述加热器安装在所述安装底座上。

17.一种喷淋头的控温方法，其特征在于，包括：

18.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括反应腔和如权利要求16所述的喷淋头组件，所述喷淋头组件安装在所述反应腔的顶部开口处。

技术总结
本发明提供一种安装底座、喷淋头组件、控温方法及等离子体处理装置。所述安装底座应用于一喷淋头组件，所述喷淋头组件还包括加热器和喷淋头，所述加热器用于对所述喷淋头进行加热，所述安装底座设有流通冷却液的冷却通道，用于对所述喷淋头进行降温，其特征在于，所述安装底座还包括：控温通道，设置于所述冷却通道与所述喷淋头之间的冷却路径上，用于调节所述喷淋头的降温效率。本发明能够实现在高偏置功率时提高冷却效率、低偏置功率时降低冷却效率，改善喷淋头温度可控性、降低加热器功率输出及延长加热器的使用寿命。

技术研发人员：叶如彬,吴昊
受保护的技术使用者：中微半导体设备（上海）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12