CN112736522A - 应用于真空腔室中的电连接件、静电卡盘和半导体设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了应用于真空腔室中的电连接件、静电卡盘和半导体设备，其中，真空腔室中设有相对的第一接线柱和第二接线柱，电连接件设置于第一接线柱和第二接线柱之间，该电连接件包括：第一导电部，与第一接线柱相对设置，能够接触或远离第一接线柱；第二导电部，与第二接线柱接触连接；位于第一导电部和第二导电部之间的可伸缩导电结构，可伸缩导电结构、第一导电部和第二导电部形成密封空腔；可伸缩导电结构，用于在大气环境下处于压缩状态，且第一导电部远离第一接线柱；在真空环境下能够伸长，且第一导电部与第一接线柱接触。本发明的电连接件，在大气环境下，电连接件处于压缩状态，电路断开，在真空环境下电连接件能够伸长，实现电路导通。

Description

应用于真空腔室中的电连接件、静电卡盘和半导体设备

技术领域

本发明涉及半导体设备领域，更具体地，涉及应用于真空腔室中的电连接件、静电卡盘和半导体设备。

背景技术

等离子体设备广泛用于当今的半导体、太阳能电池、平板显示等制作工艺中。在目前的等离子体设备中，通常使用静电卡盘(Electrostatic Chuck，简写为ESC)来替代原有的机械卡盘来实现工艺过程中晶片(wafer)的夹持。部分静电卡盘为整体式静电卡盘，另一部分为分体式静电卡盘。

分体式静电卡盘分为静电卡盘陶瓷体和静电卡盘金属基座两部分，其静电卡盘陶瓷体易于拆装更换，一旦部分损坏，可以替换为新品，不需要完整拆卸，维护成本低。但静电卡盘陶瓷体和静电卡盘金属基座两部分之间的空间完全闭合，无法伸手进其中去接线，通常需要选择一些快插方式进行电连接。但现有的、可实现快插的电连接射频接头通常为硬性接触，会对静电卡盘陶瓷盘和静电卡盘金属基座之间硬性限位，导致两者无法相对移动。分体式高温静电卡盘的静电卡盘陶瓷体和静电卡盘金属基座之间通常存在材料差异和温度差异，径向膨胀量并不相同，无法同时多处使用这种带有硬性限位的结构。否则，膨胀引发的变形力无法释放会导致陶瓷盘破碎。

发明内容

本发明的目的是提出一种应用于真空腔室中的电连接件、静电卡盘和半导体设备，能够解决在真空腔室中闭合电连接件硬性限位的问题，所述电连接件包括：

第一导电部，与所述第一接线柱相对设置，能够接触或远离所述第一接线柱；

第二导电部，与所述第二接线柱接触连接；

位于所述第一导电部和所述第二导电部之间的可伸缩导电结构，所述可伸缩导电结构、所述第一导电部和所述第二导电部形成密封空腔；

所述可伸缩导电结构，用于在大气环境下处于压缩状态，且所述第一导电部远离所述第一接线柱；在真空环境下能够伸长，且所述第一导电部与所述第一接线柱接触。

作为可选方案，所述可伸缩导电结构包括导电波纹管。

作为可选方案，所述可伸缩导电结构为单层结构；或，所述可伸缩导电结构的外表面镀有金属涂层，所述金属涂层的电阻率小于所述可伸缩导电结构的电阻率。

作为可选方案，所述金属涂层的外表面镀有抗氧化层。

作为可选方案，所述电连接件内部还设有：

伸缩导向机构，所述伸缩导向机构包括相对设置的导向杆和导向筒，其中所述导向杆固定在所述第一导电部和所述第二导电部其中之一，另一用于固定所述导向筒，所述导向杆靠近所述导向筒的一端伸入所述导向筒内，能够沿所述导向筒轴向移动。

作为可选方案，所述导向杆伸入所述导向筒的端部设有限位挡片，所述导向筒靠近所述导向杆的一端设有与所述限位挡片配合的限位挡边。

本发明还提供了一直静电卡盘，可设置于真空腔室中，所述静电卡盘包括金属基座、设置于所述金属基座上的陶瓷体，所述金属基座内设有纵向设置的容置空腔，所述容置空腔中设有上述的电连接件，其中所述容置空腔的上端为用于为所述陶瓷体供电的所述第一接线柱，所述容置空腔的下端为引入外部电信号的所述第二接线柱。

作为可选方案，所述静电卡盘还包括环绕所述电连接件设置的导向件，所述电连接件伸长时，所述电连接件的外壁面与所述导向件的内壁滑动贴合。

作为可选方案，所述导向件为绝缘套管，所述电连接件设置于所述绝缘套管内，且所述第一接线柱、所述第二接线柱分别嵌入于所述绝缘套管的上下两端，所述第一导电部的外周与所述绝缘套管的内壁滑动贴合。

本发明还公开了一种半导体设备，包括真空腔室，所述真空腔室内设有上述的静电卡盘

本发明的有益效果在于：

本发明的电连接件，应用在真空腔室中，在使用的过程中，设置在位置固定的两个接线柱之间，在大气环境下，电连接件为压缩状态，电连接件的端部与第一接线柱远离，在真空环境下，利用电连接件密封空腔内的气压大于真空环境中的气压，可以在无外力驱动的情况下，使电连接件伸长，电连接件的端部与第一接线柱紧密接触，实现电连接。本发明的电连接件在大气环境下，电连接件处于压缩状态，未抽真空或者真空度达不到一定程度时，电路断路；一旦真空度达到所需程度时，电连接件伸长，达到所需长度，将电路接通，可以实现一种安全互锁。另外，由于电连接可伸缩，具有柔性，可以解决硬性限位带来的问题，并且可以解决闭合空间内电连接件硬性限位带来的问题。

进一步地，可伸缩导电结构与第一导电部、第二导电部的接触面积较大，有效减少了导体的接触电阻，增强了导电能力。

进一步地，在电连接件内部设置伸缩导向机构，可以防止电连接件在伸缩的过程中产生方向的偏移。

进一步地，在伸缩导向机构上设置限位挡片和限位挡边，可以起到限制可伸缩导电结构运动行程的作用，避免可伸缩导电结构过度拉伸以至于拉裂。

进一步地，根据趋肤效应，在可伸缩导电结构的外表面镀金属涂层，提高射频电流的导电能力。

闭合由于电连接件可以伸缩，该结构不会导致静电卡盘陶瓷体和静电卡盘金属基座之间出现硬性固定，防止温度差异，材料的膨胀引发的变形无法释放导致陶瓷盘破碎。

本发明的方法具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。

图1示出了根据本发明实施例1的一种应用于真空腔室中的电连接件的结构示意图。

图2示出了根据本发明实施例2的一种静电卡盘的结构示意图。

附图标记说明：

100-陶瓷体；101-第一接线柱；110-金属基座；111-第二接线柱；130-绝缘套管；140-第一导电部；141-第二导电部；142-导向杆；1421-限位挡片；143-可伸缩导电结构；144-导向筒；1441-限位挡边。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明。虽然本发明提供了优选的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

实施例1

本发明实施例1提供了一种应用于真空腔室中的电连接件，其中，真空腔室中设有相对的第一接线柱和第二接线柱，该电连接件设置于第一接线柱和第二接线柱之间。图1示出了根据本发明实施例1的一种应用于真空腔室中的电连接件的结构示意图，请参考图1，该电连接件包括：

第一导电部140，与第一接线柱相对设置，能够接触或远离第一接线柱；

第二导电部141，与第二接线柱接触连接；

位于第一导电部140和第二导电部141之间的可伸缩导电结构，可伸缩导电结构143、第一导电部140和第二导电部141形成密封空腔；

可伸缩导电结构143，用于在大气环境下处于压缩状态，且第一导电部140远离第一接线柱；在真空环境下能够伸长，且第一导电部140与第一接线柱接触。

具体地，该电连接件的第一导电部140、第二导电部141和可伸缩导电结构143均为导体，材料可选择金属。本实施例中第一导电部140、第二导电部141为平板状，圆形。其中可伸缩导电结构143能够沿第一导电部140和第二导电部141的连线方向上伸缩。在应用的过程中，电连接件设置于第一接线柱和第二接线柱之间，两个接线柱之间的距离固定，当可伸缩导电结构143处于伸长状态时，第一导电部和第二导电部均与相对的接线柱顶紧接触，使两个接线柱之间形成导电通路，较大的顶紧力也有助于减少接触电阻，当可伸缩导电结构143处于压缩状态时，第一导电部140与第一接线柱远离，电路断开。其中，可伸缩导电结构143在大气环境下处于压缩状态，使第一导电部远离第一接线柱；随着腔室被抽真空，可伸缩导电结构143逐渐伸长，使第一导电部140与第一接线柱接触。

本发明的电连接件尤其适用于闭合的容置空间，在一个具体的实施例中，第一接线柱嵌入于第一部件中，第二接线柱嵌入于第二部件中，第一部件设置于第二部件的上方，第一接线柱和第二接线柱之间具有容置空间，电连接件设置于容置空间中。

本实施例的电连接件，应用在真空腔室中，电连接件可以由气压差驱动其伸长，在使用的过程中，设置在位置固定的两个接线柱之间，在大气环境下，电连接件为压缩状态，电连接件的端部与第一接线柱远离，当腔室抽真空时，利用电连接件密封空腔内的气压大于腔室真空环境中的气压，可以在无外力驱动的情况下，使电连接件伸长，电连接件的端部与第一接接线柱紧密接触，实现电连接。并且由于电连接可伸缩，能够解决真空腔室中闭合电连接件硬性限位带来的问题，并且可以解决闭合真空空间内电连接件硬性限位带来的问题。本发明在大气环境下，电连接件处于压缩状态，电路断路，可以实现一种安全互锁：未抽真空或者真空度达不到一定程度时，电路断路；一旦真空度达到所需程度时，电连接件伸长，达到所需长度，将电路接通。

本实施例中，可伸缩导电结构143为导电波纹管，导电波纹管与第一导电部140、第二导电部141的接触面积较大，有效减少了导体的接触电阻，增强了导电能力。另外由于第一导电部140、第二导电部141具有一定的面积，当第一接线柱与第一导电部相对位置不准确，存在机械公差时，并不影响本发明电连接件的导电能力。

设计导电波纹管时，导电波纹管的伸长长度与真空腔室需要的压力相匹配，可通过多次试验找出波纹管的伸长长度与压差之间的关系，使波纹管伸长时既可以实现电路的导通，也不至于使波纹管内压力过大，或者由于压差过小，导电波纹管的伸长的长度不够，无法实现连接。密封空腔内具有气体压力的大小可以根据外部环境的真空度、导电波纹管的伸缩量进行设置，可以等于标准大气压，也可以大于或小于标准大气压。密封空腔内可以填充空气，也可以防止气体泄露对真空环境的工艺造成影响，在密封空腔填充惰性气体。在其他实施例中，可伸缩导电结构还可以是其他气动可伸缩的结构。对于间距固定的两个接线柱，此类导电波纹管反复充、抽大气后会呈现相同的顶紧力，也就会体现为相同的电连接能力，多次使用可重复性更好。

在射频状态下，导体导电时存在一种趋肤效应：趋肤效应使导体的有效电阻增加。频率越高，趋肤效应越显著。当频率很高的电流通过导线时，可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过，这等效于导线的截面减小，电阻增大。此时导线通过电流薄层的厚度，称为趋肤深度(又名穿透深度)，例如：射频频率13.56MHz在铜导线表面的趋肤深度为17.3μm。如在一个实例中，导电波纹管处为弹簧结构，仅有弹簧丝(例如：丝径0.5mm的弹簧)表面薄薄的一层(丝截面周长1.57mm，趋肤深度17.3μm，两者乘积0.027平方毫米)是有效的导电面积；本发明中的导电波纹管，导电波纹管最小外径可以达到4mm，则其有效的导电面积可以达到导电波纹管截面周长12.56mm，趋肤深度17.3μm，有效的导电面积为0.22平方毫米，可见导电波纹管更适合于走射频电流，导电能力更强。

在一个实例中，可伸缩导电结构143为单层结构。在本实施例中，可伸缩导电结构143外表面镀有金属涂层，金属涂层的电阻率小于可伸缩导电结构143的电阻率，即金属涂层的导电性能优于可伸缩导电结构的导电性能。如可伸缩导电结构的材料为铜，金属涂层的材料为银。优选方案中，可伸缩导电结构143的外表面还镀有抗氧化层，如镀金或镍或其他具有抗氧化功能的材料。应该理解，无论可伸缩导电结构143为单层结构还是镀有金属涂层，可伸缩导电结构143的外表面都可以镀抗氧化层。将可伸缩导电结构143的外表面镀金属涂层是基于趋肤效应，另外，趋肤深度与电导率和磁导率呈反向关系，可选方案中，金属涂层的厚度大于趋肤深度，可以有效地再次提高本发明的射频耐流能力。在本实施例中，金属涂层的厚度设置为30微米左右。

在本实施例中，继续参考图1，为防止可伸缩导电结构143的伸缩方向产生偏移，电连接件内部设有伸缩导向机构，伸缩导向机构包括相对设置的导向杆142和导向筒144，其中导向杆142固定在第一导电部140和第二导电部141其中之一(本实施例导向杆142固定在第一导电部140上)，另一用于固定导向筒144(本实施例导向筒144固定在第二导电部141上)，导向杆142靠近导向筒144的一端伸入导向筒144内，能够沿导向筒144轴向移动。

本实施例中，导向杆142伸入导向筒144的端部设有限位挡片1421，导向筒144靠近导向杆142的一端设有与限位挡片1421配合的限位挡边1441。本实施例中，限位挡片1421为圆片形，导向筒144为圆柱形，限位挡片1421的外边缘与导向筒144的内壁之间滑动接触或设有较小缝隙。本实施例的伸缩导向机构既可以防止可伸缩导电结构143沿伸缩方向产生偏移，又可以起到限制波纹管运动行程的作用，避免可伸缩导电结构143过度拉伸以至于拉裂。限位挡片1421和限位挡边1441的限制距离满足可伸缩导电结构在伸长时，在两个接线柱之间能够产生顶紧力，具有稳定的电接触。

实施例2

本发明实施例2提供了一种静电卡盘，可设置于真空腔室中。图2示出了根据本发明实施例2的一种静电卡盘的结构示意图，请参考图2，该静电卡盘包括：

金属基座110、设置于金属基座110上的陶瓷体100，金属基座110内设有纵向设置的容置空腔，容置空腔中设有实施例1的电连接件。其中容置空腔的上端为用于为陶瓷体100供电的第一接线柱101，容置空腔的下端为引入外部电信号的第二接线柱111。

本实施例中，第二接线柱111嵌入于金属基座110中，并与金属基座110之间相互绝缘，第二接线柱111用于与外部电信号电连接。第一接线柱101凸出于陶瓷体100的下表面，第一接线柱101通过电连接件与第二接线柱111电连接后，用于为陶瓷体100供电。电连接件不与第一接线柱101或第二接线柱111固定连接，可以避免由于硬性连接导致陶瓷体100的应力无法释放(陶瓷体100和金属基座110之间通常存在材料差异和温度差异，膨胀系数存在差异)，使陶瓷体100碎裂的问题。另外，电连接件不需要拆卸即可方便的取出，减少了更换维修时间和成本。在一个实例中，静电卡盘的陶瓷体100和金属基座110之间具有多组相对的接线柱，每组接线柱之间均设置该电连接件，实现多路同时导通，提高供电的稳定性。

可选方案中，静电卡盘还包括导向件，导向件环绕电连接设置，电连接件伸长时，电连接件的外壁面与导向件的内壁滑动贴合。在一个实施例中，导向件为绝缘套管130，如图2所示，电连接件设置于绝缘套管130内，且第一接线柱101、第二接线柱111分别嵌入于绝缘套管130的上下两端，第一导电部140的外周与绝缘套管130的内壁滑动贴合。

参考图2，本实施例中，绝缘套管130上下开口，第一接线柱101和第二接线柱111的端部分别从上下开口处伸入绝缘套管130中。第一导电部140外周的尺寸大于可伸缩导电结构143的外周的尺寸，当电连接件伸长时，第一导电部140外周与绝缘套管130内壁滑动接触，可伸缩导电结构143的外周与绝缘套管130之间设有缝隙，由于电连接件只能沿绝缘套管130内壁上下伸缩，绝缘管130起到导向作用，当然也起到电连接件和金属基座之间的绝缘作用。

在其他实施例中，导向件也可以是其他的结构，如为多个间隔的柱状结构，电连接件位于多个间隔的柱状结构围成的区域内。

本发明一实施例还提供了一种半导体设备，包括真空腔室，真空腔室内设有上述静电卡盘。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种应用于真空腔室中的电连接件，所述真空腔室中设有相对的第一接线柱和第二接线柱，所述电连接件设置于所述第一接线柱和所述第二接线柱之间，其特征在于，所述电连接件包括：

第一导电部，与所述第一接线柱相对设置，能够接触或远离所述第一接线柱；

第二导电部，与所述第二接线柱接触连接；

位于所述第一导电部和所述第二导电部之间的可伸缩导电结构，所述可伸缩导电结构、所述第一导电部和所述第二导电部形成密封空腔；

所述可伸缩导电结构，用于在大气环境下处于压缩状态，且所述第一导电部远离所述第一接线柱；在真空环境下能够伸长，且所述第一导电部与所述第一接线柱接触。

2.根据权利要求1所述的应用于真空腔室中的电连接件，其特征在于，所述可伸缩导电结构包括导电波纹管。

3.根据权利要求1或2任一项所述的应用于真空腔室中的电连接件，其特征在于，所述可伸缩导电结构为单层结构；或，所述可伸缩导电结构的外表面镀有金属涂层，所述金属涂层的电阻率小于所述可伸缩导电结构的电阻率。

4.根据权利要求3所述的应用于真空腔室中的电连接件，其特征在于，所述金属涂层的外表面镀有抗氧化层。

5.根据权利要求1所述应用于真空腔室中的电连接件，其特征在于，所述电连接件内部还设有：

伸缩导向机构，所述伸缩导向机构包括相对设置的导向杆和导向筒，其中所述导向杆固定在所述第一导电部和所述第二导电部其中之一，另一用于固定所述导向筒，所述导向杆靠近所述导向筒的一端伸入所述导向筒内，能够沿所述导向筒轴向移动。

6.根据权利要求5所述应用于真空腔室中的电连接件，其特征在于，所述导向杆伸入所述导向筒的端部设有限位挡片，所述导向筒靠近所述导向杆的一端设有与所述限位挡片配合的限位挡边。

7.一种静电卡盘，设置于真空腔室中，其特征在于，所述静电卡盘包括金属基座、设置于所述金属基座上的陶瓷体，所述金属基座内设有纵向设置的容置空腔，所述容置空腔中设有如权利要求1-6任一项所述的电连接件，其中所述容置空腔的上端为用于为所述陶瓷体供电的所述第一接线柱，所述容置空腔的下端为引入外部电信号的所述第二接线柱。

8.根据权利要求7所述的静电卡盘，其特征在于，所述静电卡盘还包括环绕所述电连接件设置的导向件，所述电连接件伸长时，所述电连接件的外壁面与所述导向件的内壁滑动贴合。

9.根据权利要求8所述的静电卡盘，其特征在于，所述导向件为绝缘套管，所述电连接件设置于所述绝缘套管内，且所述第一接线柱、所述第二接线柱分别嵌入于所述绝缘套管的上下两端，所述第一导电部的外周与所述绝缘套管的内壁滑动贴合。

10.一种半导体设备，其特征在于，包括真空腔室，所述真空腔室内设有如权利要求7-9任意一项所述的静电卡盘。

Images