风冷系统及等离子体处理设备的制作方法

1.本发明涉及等离子处理设备技术领域，特别涉及一种风冷系统及等离子体处理设备。


背景技术：

2.对于电感耦合等离子体刻蚀设备(icp)，如图1所示，所述icp设备包括：反应腔70，位于所述反应腔70上的腔盖60，罩壳40，其罩扣在所述腔盖60上，形成一容纳空间，所述容纳空间内设有陶瓷窗50、加热器(具体可以为在陶瓷窗表面粘贴的加热片)30和线圈20，所述陶瓷窗50设置在所述腔盖60上，所述加热器30设置在所述陶瓷窗50上；所述线圈20设置在所述加热器30上方，环绕所述加热器30的周向设置，若干个风扇10，其沿所述罩壳40周向间隔设置在所述罩壳40的顶部上，用于向所述容纳空间内进行风冷，以调控所述陶瓷窗50的温度。
3.但是在刻蚀过程中，等离子体有集中加热陶瓷窗50中心的性质，往往均匀的风扇散热难以达到冷却陶瓷窗50中心的目的，致使陶瓷窗50的中心和边缘产生温差。随着制程对高功率的需求增多，温差会进一步加大，对晶圆的均匀性带来不良影响。而且，随着高功率制程的需求越来越多，温差会进步不增大，甚至会导致陶瓷窗50破坏。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种风冷系统及等离子体处理设备，用于解决现有冷却系统无法有效冷却陶瓷窗的中心的问题。
5.为了解决以上问题，本发明通过以下技术方案实现：
6.一种风冷系统，其应用于等离子体处理设备中，所述等离子体处理设备包括：反应腔，和位于所述反应腔顶部的陶瓷窗，以及位于所述陶瓷窗上方的风扇，聚气筒，所述聚气筒位于所述风扇和所述陶瓷窗之间，所述聚气筒的上部向周边延展，用于收集所述风扇产生的空气流并汇聚至所述聚气筒的中部，所述聚气筒的下部位于所述陶瓷窗的中心区域上方，以对所述陶瓷窗的中心区域进行控温。
7.可选地，所述聚气筒靠近所述风扇的一端具有第一端口，靠近所述陶瓷窗的一端具有第二端口，所述第一端口内径大于所述第二端口内径。
8.可选地，所述聚气筒的内径从第一端口至第二端口先逐渐变小再逐渐变大。
9.可选地，所述聚气筒包括：相互连通的第一汇聚筒和第二汇聚筒；
10.所述第一汇聚筒包括第三端口和第四端口；
11.所述第二汇聚筒包括第五端口和第六端口；
12.所述第三端口靠近所述风扇设置；
13.所述第四端口和所述第五端口相互连通；
14.所述第六端口靠近所述陶瓷窗设置；
15.所述第三端口内径大于所述第四端口内径，所述第四端口的外径、所述第五端口
的外径和所述第六端口的外径相等；所述第四端口的内径等于所述第五端口的内径，所述第五端口的内径大于所述第六端口的内径，所述第六端口的内径小于所述陶瓷窗的直径。
16.可选地，还包括：第三汇聚筒，所述第三汇聚筒靠近所述陶瓷窗设置，位于所述第二汇聚筒下方，所述第三汇聚筒包括第七端口和第八端口，
17.所述第七端口与所述第六端口连通，所述第八端口为出气口，靠近所述陶瓷窗设置；
18.所述第七端口的外径与所述第六端口的外径相同，所述第七端口的内径小于所述第八端口的内径；所述第八端口的内径覆盖所述陶瓷窗的中心区域。
19.可选地，所述第八端口的内径为100mm～200mm。
20.可选地，所述第八端口的内径与陶瓷窗直径的比为1/5-1/3之间。
21.可选地，所述第一汇聚筒呈中空的漏斗形，所述第二汇聚筒和所述第三汇聚筒整体呈中空的圆柱形。
22.可选地，所述第一汇聚筒包括若干个第一汇聚单元，若干个所述第一汇聚单元周向设置，并采用连接件将两个所述第一汇聚单元之间的拼接缝进行连接；所述第二汇聚筒包括若干个第二汇聚单元，若干个所述第二汇聚单元周向设置，并采用连接件将相邻的两个所述第二汇聚单元之间的拼接缝进行连接；
23.所述第三汇聚筒包括若干个第三汇聚单元，若干个所述第三汇聚单元周向设置，并采用连接件将相邻的两个所述第三汇聚单元之间的拼接缝进行连接。
24.可选地，还包括：第一支撑环，其设置套设在若干个所述第一汇聚单元上，用于支撑所有所述第一汇聚单元；
25.第二支撑环，其套设在所述第二汇聚单元上；
26.若干个支撑柱，若干个所述支撑柱环绕所述第二汇聚单元间隔设置在所述第一支撑环和所述第二支撑环之间。
27.可选地，调节每一所述支撑柱的高度，以调节若干个所述第一汇聚单元之间的缝隙距离。
28.可选地，所述第一支撑环包括若干个第一支撑单元，若干个所述第一支撑单元周向设置，并采用连接件将相邻的两个所述第一支撑单元之间的拼接缝进行连接。
29.可选地，所述第二支撑环包括若干个第二支撑单元，若干个所述第二支撑单元周向设置，并采用连接件将相邻的两个所述第二支撑单元之间的拼接缝进行连接。
30.可选地，所述聚气筒的材料为ptfe、ultem和peek中的一种或其任意一组合。
31.可选地，所述聚气筒与所述陶瓷窗之间的距离等于预设间隙值。
32.可选地，所述陶瓷窗上方设有线圈，所述第八端口的外径小于所述线圈直径。
33.另一方面，本发明还提供一种等离子体处理设备，包括：如上文所述的风冷系统。
34.本发明至少具有以下优点之一：
35.本发明通过设有的聚气筒，对风扇吹出的风进行了导流，以集中冷却陶瓷窗的中心区域，减少了陶瓷窗内外圈的温差，实现对陶瓷窗进行温度控制，可以有效防止副产物的生成，保证晶圆表面的洁净，同时保证了陶瓷窗表面温度的均匀性，以防对晶圆表面的均匀性产生影响，使得陶瓷窗更加适应将来的高功率制程。
36.所述聚气筒的所述第一端口内径大于所述第二端口内径，由此所述聚气筒可以收
集大部分所述风扇吹出的风，并对其进行汇聚集中冷却陶瓷窗的中心区域。
37.所述聚气筒的内径从第一端口至第二端口先逐渐变小再逐渐变大，由此所述聚气筒不仅可以汇聚从所述风扇吹出的风，还可以增加从所述第二端口流出的风的流速。
38.所述聚气筒包括：相互连通的第一汇聚筒和第二汇聚筒或者包括第三汇聚筒，将所述聚气筒分段设置，以便于将聚气筒设置在所述陶瓷窗上。
39.所述第一汇聚筒包括若干个第一汇聚单元，所述第二汇聚筒包括若干个第二汇聚单元，所述第三汇聚筒包括若干个第三汇聚单元，由此将每个部分的汇聚筒都分成若干部分，也是为了便于在安装。
40.所述聚气筒的材料为ptfe(聚四氟乙烯)、ultem(聚醚酰亚胺)和 peek(聚醚醚酮)中的一种或其任意一组合这是因为陶瓷窗上部存在电感线圈，因此加入的风道材料必须选择绝缘材料且对耐温及阻燃性能有一定要求，由此不会与所述电感线圈的安全产生干扰。
附图说明
41.图1为现有技术中一种等离子体处理设备的主要结构示意图；
42.图2为本发明一实施例提供的一种风冷系统进行风冷的示意图；
43.图3为本发明一实施例提供的一种风冷系统的爆炸图；
44.图4为本发明一实施例提供的一种风冷系统的立体结构示意图；
45.图5为如图4所示的风冷系统的俯视示意图；
46.图6为风冷系统沿如图5所示a-a方向的剖面结构示意图；
47.图7为本发明另一实施例提供的风冷系统爆炸图；
48.图8为本发明另一实施例提供的风冷系统的立体结构示意图；
49.图9为本发明一实施例提供的支撑件的爆炸图；
50.图10为本发明一实施例提供的支撑件的立体结构示意图；
51.图11为本发明一实施例提供的支撑件应用在图8所示的风冷系统上时的爆炸图；
52.图12为本发明一实施例提供的支撑件应用在图8所示的风冷系统上时的立体结构示意图；
53.图13为本发明一实施例提供的等离子体处理设备的主要结构示意图。
具体实施方式
54.以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种风冷系统及等离子体处理设备作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
55.实施例一
56.结合图2和图13所示，本实施例提供一种风冷系统，其应用于等离子体处理设备
中，所述等离子体处理设备包括：反应腔800，位于所述反应腔800 顶部的陶瓷窗200，包括：位于所述陶瓷窗200上方的风扇100，聚气筒300，所述聚气筒300位于所述风扇100和所述陶瓷窗200之间，在一些实施例中，为了使冷却位置准确，可以使聚气筒与所述陶瓷窗200同中心设置，所述聚气筒300分为上部、中部和下部，三部分可以表示一体化聚气筒的不同部分，也可以为可组合的聚气筒的不同部分，所述聚气筒的上部向周边延展，用于收集所述风扇100产生的空气流并汇聚至所述聚气筒的中部，所述聚气筒的下部位于所述陶瓷窗200的中心区域上方，以对所述陶瓷窗的中心区域进行控温。
57.可以理解的是，所述聚气筒300的横截面呈圆形，即聚气筒300内部呈圆筒状可以让气流更均匀的吹到陶瓷窗200上以实现对所述陶瓷窗200的中心区域进行均匀且集中冷却。
58.本发明通过设有的聚气筒300，对风扇100吹出的风进行了导流，以集中冷却陶瓷窗200的中心区域，减少了陶瓷窗内外圈的温差，实现对陶瓷窗 200进行温度控制，可以有效防止副产物的生成，保证晶圆表面的洁净，同时保证了陶瓷窗200表面温度的均匀性，以防对晶圆表面的均匀性产生影响，使得陶瓷窗更加适应将来的高功率制程。
59.在本实施例中，所述聚气筒300靠近所述风扇100的一端具有第一端口，靠近所述陶瓷窗200的一端具有第二端口，所述第一端口内径大于所述第二端口内径。由此所述聚气筒300可以收集大部分所述风扇100吹出的风，并对其进行汇聚集中冷却陶瓷窗200的中心区域。
60.实施例二
61.结合图2～图6所示，本实施例与实施例一的区别在于，所述聚气筒300 包括：相互连通的第一汇聚筒301和第二汇聚筒302；所述第一汇聚筒301 包括第三端口和第四端口；所述第二汇聚筒302包括第五端口和第六端口；所述第三端口靠近所述风扇100设置；所述第四端口和所述第五端口相互连通；所述第六端口靠近所述陶瓷窗200设置；所述第三端口内径大于所述第四端口内径，所述第四端口的外径、所述第五端口的外径和所述第六端口的外径相等；所述第四端口的内径等于所述第五端口的内径，所述第五端口的内径大于所述第六端口的内径，所述第六端口的内径小于所述陶瓷窗200的直径。
62.请继续参考图2～图6所示，本实施例还可以包括：第三汇聚筒303，所述第三汇聚筒303靠近所述陶瓷窗200设置，位于所述第二汇聚筒302下方，所述第三汇聚筒303包括第七端口和第八端口，所述第七端口与所述第六端口连通，所述第八端口为出气口，靠近所述陶瓷窗200设置；所述第七端口的外径与所述第六端口的外径相同，所述第七端口的内径小于所述第八端口的内径；所述第八端口的内径覆盖所述陶瓷窗200的中心区域，所述陶瓷窗的中心区域的直径大概占陶瓷窗直径的1/5-1/3之间，也即第八端口的内径大概占陶瓷窗直径的1/5-1/3之间。
63.由此可知，在本实施例中所述聚气筒包括：相互连通的第一汇聚筒和第二汇聚筒或者包括第三汇聚筒，将所述聚气筒分段设置，可以适应现有的等离子体处理设备陶瓷窗上的复杂结构，且便于将聚气筒设置在所述陶瓷窗上。
64.在一些其他的实施例中，所述第八端口的内径为100mm～200mm，由此可以将风扇100吹出的风进行了导流，以覆盖并集中冷却陶瓷窗200的中心区域，三个汇聚筒组成的结构形成一逐渐缩小又逐渐放大的内部形貌，使风扇产生的气流可以先被汇聚，再小范围扩
散，提高气体在陶瓷窗中心区域的流速，进而提高陶瓷窗中心区域热量被带走的效率，能够避免因风扇和陶瓷窗之间的高度差导致的气流降低，冷却效果下降。
65.请继续参考图3所示，所述第一汇聚筒301呈漏斗形，所述第二汇聚筒 302和所述第三汇聚筒303整体呈圆柱形。
66.实施例三
67.请参考图7和图8所示，本实施例与上述实施例二的区别在于，所述第一汇聚筒301包括若干个第一汇聚单元3010，若干个所述第一汇聚单元3010 周向设置，并采用连接件将相邻的两个所述第一汇聚单元3010之间的拼接缝进行连接；所述第二汇聚筒302包括若干个第二汇聚单元3020，若干个所述第二汇聚单元3020周向设置，并采用连接件将相邻的两个所述第二汇聚单元 3020之间的拼接缝进行连接；所述第三汇聚筒303包括若干个第三汇聚单元 3030，若干个所述第三汇聚单元3030周向设置，并采用连接件将相邻的两个所述第三汇聚单元3030之间的拼接缝进行连接。
68.由此可知，在本实施例中通过将汇聚筒分片设置可以适应现有的等离子体处理设备陶瓷窗上部的复杂结构，陶瓷窗上方结构复杂，例如线圈以及线圈支架，导致空间狭小，为了在狭小空间中尽可能的收集风扇产生的气流并汇聚到陶瓷窗中心区域，聚气筒采取了纵向分段组装和周向分段组装的结构，可以利用陶瓷窗上方的已有结构和空间，且便于将聚气筒设置在所述陶瓷窗上。
69.在本实施例中，可以理解是的，第一汇聚单元3010、第二汇聚单元3020 和第三汇聚单元3030的数量为四个，但本发明不以此为限。
70.实施例四
71.结合图9和图10所示，本实施例与上述实施例二的区别在于，还包括：第一支撑环401，其套设在第一汇聚筒301上，用于支撑所述第一汇聚筒301；
72.第二支撑环403，其套设在所述第二汇聚筒302上，用于支撑所述第二汇聚筒302；若干个支撑柱402，若干个所述支撑柱402环绕所述第二汇聚筒 302间隔设置在所述第一支撑环401和所述第二支撑环403之间。第二支撑环403可以架设在陶瓷窗上方已有结构上，对聚气筒整体进行支撑固定。
73.在本实施例中，所述支撑柱402数量为四个，但本发明不以此为限。
74.实施例五
75.结合图11和图12所示，本实施例与上述实施例三的区别在于，
76.还包括：第一支撑环401，其套设在若干个所述第一汇聚单元3010上，用于支撑所有所述第一汇聚单元3010；第二支撑环403，其套设在所有的所述第二汇聚单元上3020，所述第二支撑环403的内侧边缘与所述第二汇聚单元3020的外侧边缘固定连接；若干个支撑柱402，若干个所述支撑柱402环绕所述第二汇聚单元3020间隔设置在所述第一支撑环401和所述第二支撑环 403之间。
77.所述支撑柱的402可以伸缩调节，由此调节每一所述支撑柱402的高度，以调节若干个所述第一汇聚单元3010之间的紧凑度。从而实现将最上面的第一汇聚筒301顶紧反应腔上方的罩壳，减少风扇产生的气流泄露的目的。
78.且在本实施例中，所述第一支撑环401包括若干个第一支撑单元4010，若干个所述第一支撑单元4010周向设置(若干个第一支撑单元4010首尾拼接可以形成所述第一支撑环
401)并采用连接件将相邻的两个所述第一支撑单元4010之间的拼接缝进行连接。
79.在一些其他的实施例中，所述第二支撑环包括若干个第二支撑单元，若干个所述第二支撑单元周向设置，并采用连接件将相邻的两个所述第二支撑单元之间的拼接缝进行连接。
80.由于陶瓷窗上部存在电感线圈，因此加入的风道材料必须选择绝缘材料且对耐温及阻燃性能有一定要求，由此，对于上述实施例中，所述聚气筒的材料为ptfe、ultem和peek中的一种或其任意一组合，从而实现所述聚气筒不会与所述电感线圈的产生干扰的问题。
81.在一些其他的实施例中，所述聚气筒与所述陶瓷窗之间的距离等于预设间隙值。由此可以更好的对所述陶瓷窗的中心区域进行冷却，减少了陶瓷窗内外圈的温差。
82.请继续参考图13所示，本实施例还提供一种等离子体处理设备，包括：如上文所述的风冷系统。
83.具体的，对于电感耦合等离子体刻蚀设备(icp)，所述icp设备包括：反应腔800，位于所述反应腔800上的腔盖700，罩壳400，其罩扣在所述腔盖700上，形成一容纳空间，所述容纳空间内设有陶瓷窗200、加热器(具体可以为在陶瓷窗表面粘贴的加热片)500和线圈600，所述陶瓷窗200设置在所述腔盖700上，所述加热器500设置在所述陶瓷窗200上；所述线圈600 设置在所述加热器500上方，环绕所述加热器500的周向环绕设置，若干个风扇100，其沿所述罩壳400周向间隔设置在所述罩壳400的顶部上，聚气筒300，所述聚气筒300位于所述风扇100和所述陶瓷窗200之间，且与所述陶瓷窗200同中心设置，所述聚气筒300内部中空，用于收集所述风扇100 产生的空气流并汇聚至所述陶瓷窗200的中心区域，以对所述陶瓷窗200的中心区域进行控温。可以理解的是，所述聚气筒300的横截面呈圆形，即聚气筒300内部呈圆筒状可以让气流更均匀的吹到陶瓷窗200上以实现对所述陶瓷窗200的中心区域进行均匀且集中冷却。
84.本发明通过设有的聚气筒300，对风扇100吹出的风进行了导流，以集中冷却陶瓷窗200的中心区域，减少了陶瓷窗内外圈的温差，实现对陶瓷窗200进行温度控制，可以有效防止副产物的生成，保证晶圆表面的洁净，同时保证了陶瓷窗200表面温度的均匀性，以防对晶圆表面的均匀性产生影响，使得陶瓷窗200更加适应将来的高功率制程。
85.在一些其他的实施例中，所述聚气筒300的出气口的外径小于所述线圈 600的直径。
86.关于风冷系统的组装方法包括，依次将所述第一汇聚筒、第二汇聚筒和第三汇聚筒设置在所述陶瓷窗上，之后将所述第二支撑环固定在所述第二汇聚筒的外周侧上，在所述第二支撑环上周向间隔安装所述支撑柱，之后将所述第一支撑环设置在所述支撑柱上，并使得所述第一支撑环套设在所述第一汇聚筒的外周侧上，调节所述支撑柱的高度，以调整所述第一汇聚筒各个第一汇聚单元之间的紧凑程度，以将所述第一汇聚筒顶紧不漏风。
87.综上所述，本实施例通过设有的聚气筒，对风扇吹出的风进行了导流，以集中冷却陶瓷窗的中心区域，减少了陶瓷窗内外圈的温差，实现对陶瓷窗进行温度控制，可以有效防止副产物的生成，保证晶圆表面的洁净，同时保证了陶瓷窗表面温度的均匀性，以防对晶圆表面的均匀性产生影响，使得陶瓷窗更加适应将来的高功率制程。
88.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存
在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
89.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“高度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
90.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
91.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
92.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。