CN102573429B - 屏蔽装置、加工方法及设备、半导体设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种屏蔽装置、加工方法及设备以及半导体设备，其中，所述屏蔽装置包括壳体，壳体上设有多个通孔，所述壳体的侧壁曲线与所述壳体所置磁场中的磁力线平行。本发明的技术方案可以减小屏蔽装置与磁场的切割面积，从而减少磁场在屏蔽装置内的涡流，进而可以减少、甚至消除磁场能量向热量的转换，这不仅可以减少磁场能量的损失，而且还可以彻底解决屏蔽装置温度较高的问题。

Description

屏蔽装置、加工方法及设备、半导体设备

技术领域

本发明属于半导体设备领域，涉及一种屏蔽装置、加工该屏蔽装置的方法、用于加工该屏蔽装置的加工设备以及含有该屏蔽装置的半导体设备。

背景技术

随着技术的进步，根据不同的加工要求出现了多种类型的等离子体设备，如电容耦合等离子体(CCP)设备、电感耦合等离子体(ICP)设备以及电子回旋共振等离子体(ECR)设备等，这些设备可用于物理气相沉积(PVD)、等离子体刻蚀以及等离子体化学气相沉积(CVD)等。

在实际应用中，电感耦合等离子体设备常用于实施物理气相沉积工艺。请参阅图1，为电感耦合等离子体设备的结构简图。电感耦合等离子体设备包括陶瓷圆筒5，其置于底座6上。在陶瓷圆筒5的底部设有下电极12，下电极12通过第一匹配器9与第一射频电源8连接。在陶瓷圆筒5的外侧设有用于产生等离子体的线圈13，线圈13通过第二匹配器11与第二射频电源10连接。在陶瓷圆筒5的外侧还设有外层屏蔽14，用于屏蔽陶瓷圆筒5内的电磁辐射。靶材1设置在陶瓷圆筒5的顶端，其与直流电源3连接。靶材1的顶部还设有磁控管2，用于吸引等离子体靠近靶材1。当电感耦合等离子体设备运行时，第二射频电源10通过第二匹配器11向线圈13输入射频功率，陶瓷圆筒5内产生等离子体。在线圈13与第二射频电源10连通的初期，线圈13所产生的磁场逐渐增强，而变化的磁场使靠近陶瓷圆筒5的位置产生容性耦合放电现象，这将导致放电模式的跳变。为此，在陶瓷圆筒5的底部设有朝向其中心轴线方向突出的凸台4，并在凸台4上设置由阻性材料制作而成的屏蔽装置(法拉第屏蔽) 7。屏蔽装置7为一圆柱状壳体结构，其设置在陶瓷圆筒5的内壁。

在使用过程中，由于屏蔽装置与陶瓷圆筒5轴向平行，其与线圈13所产生的磁场会存在较大的切割面积，磁场在屏蔽装置内产生巨大的涡流，使得磁场能量转换为大量的热。这不仅导致屏蔽装置温度过高，而且还造成磁场能量的浪费，增加设备的运行成本。为此，目前有些设备采用水冷装置来降低屏蔽装置的温度，但这仅是一种补救措施，并未从根本上消除磁场能量向热量的转换，而且还增加了设备的制造和运行成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是针对电感耦合等离子体设备中存在的上述缺陷，提供一种屏蔽装置，其与磁场的切割面积小，从而可以减少磁场能量的损失，同时降低屏蔽装置的温度。

此外，本发明还提供一种加工屏蔽装置的方法，通过该方法加工出的屏蔽装置可以减小与磁场的切割面积，从而可以减少磁场能量的损失，并降低屏蔽装置的温度。

另外，本发明还提供一种用于加工屏蔽装置的加工设备，该设备加工的屏蔽装置与磁场的切割面积小，从而可以减少磁场能量的损失，并降低屏蔽装置的温度。

此外，本发明还提供一种半导体设备，该半导体设备中屏蔽装置与磁场的切割面积小，可以减少磁场能量的损失，而且制造和使用成本低。

解决上述技术问题的所采用的技术方案是提供一种屏蔽装置，包括壳体，壳体上设有多个通孔，所述壳体的侧壁曲线与所述壳体所置磁场中对应所述壳体所在位置的磁力线平行。

其中，所述壳体为中空的双曲线体。

其中，所述多个通孔在所述壳体的侧壁上对称设置。

本发明还提供一种加工屏蔽装置的方法，包括以下步骤：获取磁场中一个截面上磁场分布的侧视图；选取所述侧视图中对应所述屏蔽装置所在位置的一条磁力线作为加工参照对象；依据所述加工参照对象加工屏蔽装置，以使所述屏 蔽装置的侧壁曲线与所述磁力线相平行。

其中，通过有限元软件获取得到所述磁场分布侧视图。

本发明还提供一种用于加工屏蔽装置的加工设备，包括：获取单元，用于获取磁场中一个截面的磁场分布侧视图；选择单元，用于从所述磁场分布侧视图中选取对应所述屏蔽装置所在位置的一条磁力线作为加工参照对象；加工单元，依据所述加工参照对象来加工屏蔽装置，并使所述屏蔽装置的侧壁曲线与所述磁力线相平行。

其中，所述获取单元通过有限元软件获取所述磁场分布侧视图。

其中，所述加工单元为数控加工机床。

本发明还提供一种半导体设备，包括反应腔室、线圈以及屏蔽装置，所述线圈环绕所述反应腔室的外侧设置，所述屏蔽装置套设在所述反应腔室内，所述屏蔽装置采用本发明提供的所述屏蔽装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的屏蔽装置，由于其侧壁曲线与其所置磁场中的磁力线平行，因此当磁场发生变化时，可减小屏蔽装置与磁场的切割面积，减少磁场在屏蔽装置内的涡流，从而可以减少、甚至消除磁场能量向热量的转换，这不仅可以减少磁场能量的损失，而且还可以彻底解决屏蔽装置温度较高的问题。

此外，本发明提供的加工屏蔽装置的方法，由于是根据磁力线的形状来加工屏蔽装置，以使屏蔽装置的侧壁曲线与其所置磁场中的磁力线相平行，因此可减小屏蔽装置与磁场的切割面积，进而减少、甚至消除磁场能量向热量的转换，这不仅可以减少磁场能量的损失，而且还可以彻底解决屏蔽装置温度较高的问题。

另外，本发明提供的用于加工屏蔽装置的加工设备，利用该设备加工出的屏蔽装置的侧壁曲线与其所置磁场中磁力线相平行，从而可以减少磁场在屏蔽装置内的涡流，进而减少、甚至消除磁场能量向热量的转换，这不仅可以减少磁场能量的损失，而且还可以彻底解决屏蔽装置温度较高的问题。

类似地，本发明提供的半导体设备，由于屏蔽装置的侧壁曲线与其所置磁场中的磁力线相平行，当磁场发生变化时，磁场在屏蔽装置内产生的涡流较少，从而减少磁场能量向热量的转换，这不仅可以磁场能量的损失，降低设备的运行成本；而且不需要采用复杂的水冷装置即可解决屏蔽装置温度较高的问题，从而降低设备的制造成本。

附图说明

图1为电感耦合等离子体设备的结构示意图；

图2为本发明提供的半导体设备的结构示意图；

图3为本发明提供的屏蔽装置的结构示意图；

图4为本实施例曲面板的加工流程图；

图5为半导体设备中线圈在过其轴线的一截面上的磁场分布侧视图；以及

图6为用于加工屏蔽装置的加工设备的结构简图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的屏蔽装置及半导体设备进行详细描述。

图2为本发明提供的半导体设备的结构示意图。请参阅图2，半导体设备的反应腔室包括圆筒形状的陶瓷圆筒5，其设置在底座6上。在陶瓷圆筒5的底部设有下电极12，下电极12通过第一匹配器9与第一射频电源8连接。环绕陶瓷圆筒5的外侧设有用于产生等离子体的线圈13，线圈13通过第二匹配器11与第二射频电源10连接。在陶瓷圆筒5的外侧还设有外层屏蔽14，用于屏蔽陶瓷圆筒5内的电磁辐射。靶材1设置在陶瓷圆筒5的顶端，其与直流电源3连接。靶材1的顶部设有磁控管2，用于吸引等离子体靠近靶材1。在陶瓷圆筒5的底部设有其中心轴线方向突出的凸台4，屏蔽装置7套设在陶瓷圆筒5内，且其一端置于凸台4上。

图3为本发明提供的屏蔽装置的结构示意图。请一并参阅图2和图3，屏蔽装置7为一中空的双曲线体，在双曲线体的侧壁上沿屏蔽装置7的轴线方向设有多个贯穿壳体厚度方向的通孔71，多个通孔71在所述壳体的侧壁上对称设置。在壳体的两个端部各设有一与其连接的固定端72，借助固定端72屏蔽装置7固定在陶瓷圆筒5的内侧。屏蔽装置7的侧壁曲线与线圈13产生的磁场在其对应位置处的磁力线平行，即壳体的侧壁曲线与线圈13产生的磁场的磁力线平行，从而可以减少屏蔽装置7与线圈13所产生的磁场的切割面积。这里，侧壁曲线是指侧壁沿壳体轴向的形状曲线。当磁场发生变化时，可以减少磁场在屏蔽装置7内的涡流，从而减少、甚至消除磁场能量向热量的转换。这不仅可以减少磁场能量的损失，而且还可以彻底解决屏蔽装置7温度较高的问题。

本实施例中，屏蔽装置7是通过以下加工方法加工而成。图4为本实施例屏蔽装置的加工流程图，图5为半导体设备中线圈在过其轴线的截面上的磁场分布侧视图。请一并参阅图2、图3、图4和图5，加工屏蔽装置7的方法包括以下步骤：

步骤s10，获取磁场中一截面的磁场分布侧视图。

通过有限元软件分析获取获得磁场中通过线圈13轴线的某一个截面上的磁场分布侧视图。当然，也可以首先通过有限元软件直接获取得到磁场的立体分布图，再从磁场的立体分布图中选取一个过磁场中心轴线的截面，从而获得磁场分布侧视图。

步骤s20，在所述磁场分布侧视图中选取一条磁力线作为加工参照对象。

如图5所示，在磁场分布侧视图中，磁场的两个端部的磁力线分布较密，而且磁力线的曲率较大；然而，在中心位置未形成贯穿线圈长度方向的磁力线。也就是说，在线圈13中心轴线位置的磁场未形成贯穿线圈长度方向的磁力线，而在靠近线圈13的位置，磁场的磁力线较密，而且磁力线的曲率较大。因此，在选取磁力线时，应选取距离线圈中心轴线D/4位置处的磁力线作为加工参照对象，其中，D为线圈13的直径。

步骤s30，依据加工参照对象来加工屏蔽装置7，以使所述屏蔽装置7与其所在位置的磁力线平行。

将步骤s20中获得的磁力线数据输入数控机床，利用数控机床来加工屏蔽装置7，以获得与磁力线相平行的屏蔽装置7。

本实施例中加工屏蔽装置7的方法是依据磁场中的磁力线为参照对象加工而成，因此，屏蔽装置7的侧壁曲线与其所在位置的磁力线相平行，从而减少屏蔽装置7与磁场的切割面积小，以减少屏蔽装置7内的涡流，进而减少、甚至消除磁场能量向热量的转换。这不仅可以减少磁场能量的损失，而且还可以彻底解决屏蔽装置7温度较高的问题。

本实施例还提供一种用于加工屏蔽装置的加工设备，图6为用于加工屏蔽装置的加工设备的结构简图。请参阅图6，用于加工屏蔽装置7的加工设备包括：获取单元61、选择单元62以及加工单元63，其中，

获取单元61，用于获取磁场中一个截面的磁场分布侧视图。获取单元61是通过有限元软件分析获取获得磁场中通过线圈1 3轴线的某一截面上的磁场分布侧视图。当然，也可以首先通过有限元软件直接获取得到磁场的立体分布图，再从磁场的立体分布图中选取一个截面，从而获得磁场分布侧视图。

选择单元62与获取单元61连接，其用于从所述获取单元61得到的所述磁场分布侧视图中选取一条磁力线作为加工参照对象。选取磁力线的方式与本实施例加工屏蔽装置7的方法中选取方式相同，这里不再赘述。

加工单元63与选择单元62连接，其依据所述加工参照对象来加工屏蔽装置7，以使所述屏蔽装置7与所述磁力线相平行。加工单元63采用数控机床，将选择单元62获得的磁力线数据输入数控机床中，然后数控机床根据磁力线数据来加工屏蔽装置7，屏蔽装置7的侧壁曲线与其所置磁场中的磁力线平行。

本实施例用于加工屏蔽装置的加工设备所加工的屏蔽装置的侧壁曲线与其所置磁场中的磁力线相平行，从而可以减少屏蔽装置内的涡流，进而减少、甚至消除磁场能量向热量的转换，这不仅可以减少磁场能量的损失，而且还可以彻底解决屏蔽装置温度较高的问题。

此外，本实施例还提供一种半导体设备，包括反应腔室、线圈以及屏蔽装置，线圈环绕所述反应腔室的外侧设置，屏蔽装置套设于 所述反应腔室内，所述屏蔽装置采用本实施例提供的所述屏蔽装置，或者是采用本实施例提供的加工方法来加工的屏蔽装置。

本发明提供的半导体设备，由于屏蔽装置的侧壁曲线与其所置磁场中的磁力线相平行，当磁场发生变化时，可以减少或避免磁场在屏蔽装置内产生的涡流，从而减少磁场能量向热量的转换，这不仅可以磁场能量的损失，降低设备的运行成本；而且不需要采用复杂的水冷装置即可解决屏蔽装置温度较高的问题，从而降低设备的制造成本。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种屏蔽装置，包括壳体，壳体上设有多个通孔，其特征在于，所述壳体的侧壁曲线与所述壳体所置磁场中对应所述壳体所在位置的磁力线平行。

2.根据权利要求1所述屏蔽装置，其特征在于，所述壳体为中空的双曲线体。

3.根据权利要求1所述屏蔽装置，其特征在于，所述多个通孔在所述壳体的侧壁上对称设置。

4.一种加工屏蔽装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取磁场中一个截面上磁场分布的侧视图；

选取所述侧视图中对应所述屏蔽装置所在位置的一条磁力线作为加工参照对象；

依据所述加工参照对象加工屏蔽装置，以使所述屏蔽装置的侧壁曲线与所述磁力线相平行。

5.根据权利要求4所述的加工屏蔽装置的方法，其特征在于，通过有限元软件获取得到所述磁场分布侧视图。

6.一种用于加工屏蔽装置的加工设备，其特征在于，包括

获取单元，用于获取磁场中一个截面的磁场分布侧视图；

选择单元，用于从所述磁场分布侧视图中选取对应所述屏蔽装置所在位置的一条磁力线作为加工参照对象；

加工单元，依据所述加工参照对象来加工屏蔽装置，并使所述屏蔽装置的侧壁曲线与所述磁力线相平行。

7.根据权利要求6所述的加工设备，其特征在于，所述获取单元通过有限元软件获取所述磁场分布侧视图。

8.根据权利要求6所述的加工设备，其特征在于，所述加工单元为数控加工机床。

9.一种半导体设备，包括反应腔室、线圈以及屏蔽装置，所述线圈环绕所述反应腔室的外侧设置，所述屏蔽装置套设在所述反应腔室内，其特征在于，所述屏蔽装置采用权利要求1-3任意一项所述屏蔽装置。