CN104675998B - 介质窗密封结构及pvd设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种介质窗密封结构及PVD设备，包括介质窗、密封转接件、压板、第一密封圈、第二密封圈、缓冲件和安装底座；压板、介质窗和密封转接件依次连接形成上腔室组件，密封转接件与介质窗之间设置第一密封圈和缓冲件，密封转接件上设有第一凹槽，第一密封圈和缓冲件置于第一凹槽内，第一密封圈镶嵌在缓冲件与密封转接件形成的密封槽中；安装底座上设有第二凹槽，密封转接件设置在第二凹槽内，密封转接件与安装底座之间设有第二密封圈，上腔室组件与安装底座相配合形成密闭的腔体。该密封结构，维护时只需拆下上腔室组件整体，无需再进一步拆分上腔室组件，提高关键零部件介质窗的可靠性，避免人为安装失误造成的损失，缩短设备维护时间。

Description

介质窗密封结构及PVD设备

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种预清洗装置的介质窗密封结构及PVD设备。

背景技术

目前，随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求越来越高，这就要求生产集成电路的企业不断地提高半导体晶片的加工能力。在目前的制造工艺中，电感耦合等离子体发生装置(ICP)被广泛应用于等离子体刻蚀(IC)、物理气相沉积(PVD)、等离子体化学气相沉积(CVD)、微电子机械系统(MEMS)和发光二极管(LED)等工艺中，这种等离子体发生装置可以在较低工作气压下获得高密度的等离子体，而且结构简单，造价低，同时可以对产生等离子体的射频源(决定等离子体密度)与基片台射频源(决定入射到晶片上的粒子能量)独立控制。

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)是指利用物理方法沉积金属薄膜的工艺。在Cu Barrier/Seed(铜阻挡和籽晶层)、TSV(硅穿孔)等PVD工艺设备中，需要一种预清洗(Preclean)腔室，该腔室也是一种电感耦合等离子体发生装置，工作原理是通过射频功率的作用，将低气压的反应气体(如氩气、氦气、氢气等)激发为等离子体，等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性基团，这些活性反应基团与待加工的晶圆表面发生各种化学反应和物理轰击，从而将晶圆表面以及沟槽底部的残留物和金属氧化物清除。预清洗工艺完成后的下一步工艺就是通过磁控溅射来沉积铝、铜等金属薄膜，以构成金属接触、金属互连线等。

预清洗作为PVD工艺的一部分，有利于后续物理气相沉积(金属薄膜沉积)的有效进行，会明显提升所沉积膜的附着力，否则晶圆表面以及沟槽底部的这些残留物和金属氧化物会明显提高电路的电阻，从而提高电路的热损耗，降低芯片性能。

图1是目前PVD工艺设备中所采用的一种预清洗(Preclean)装置的结构示意图，其反应腔室由上腔室5和下腔室9两部分组成，1为上电极射频电源(工作频率通常为2MHz，恒定输出阻抗50Ω)，2为对应上电极射频电源1的上电极射频自动阻抗匹配器，3为螺线管状的电感耦合线圈，匝数可以为一匝或多匝，电感耦合线圈3安装在介质窗4上，介质窗4为绝缘材料，通常使用陶瓷、石英等介质材料制成。6为静电卡盘(ESC)，其上面放置待加工的晶圆，8为下电极射频电源(工作频率为13.56Hz，恒定输出阻抗50Ω)，7为对应下电极射频电源8的下电极射频自动阻抗匹配器。上电极射频电源1通过上电极射频自动阻抗匹配器2将射频功率加在电感耦合线圈3(射频线圈)上，能量从电感耦合线圈3耦合到反应腔室内部，使反应腔室中的气体(例如Ar气)产生电离形成高密度等离子体，下电极射频电源8的射频功率通过下电极射频自动阻抗匹配器7加在静电卡盘6上以产生射频自偏压，从而吸引离子轰击晶圆，去除晶圆表面以及沟槽底部的残留物和金属氧化物，实现预清洗。

图2是图1中的介质窗密封结构装配后的局部剖视示意图，其中包括：介质窗4、密封圈9、缓冲件10、提升件11、安装底座12，装配完成，缓冲件10内侧与安装底座12外侧形成一密封槽，在其中放入密封圈9，这样实现介质窗4对腔室的密封。缓冲件10一般采用树脂材料以起到缓冲作用，防止抽真空过程中因冲击造成介质窗4破损。当对设备进行维护时，需要使用相应的工装与提升件11相连同时将介质窗4和缓冲件10取下。当完成腔室内部维护时，需要重新将介质窗4安装到安装底座12，此时介质窗4便需要与安装底座12局部直接接触，这个过程极易对介质窗4这种脆性材料造成破坏，同时安装过程缓冲件10与密封圈9存在相对运动，容易因摩擦使密封圈9被挤出从而造成真空泄露。

发明内容

鉴于现有技术的现状，本发明的目的在于提供一种介质窗密封结构及PVD设备，其提高关键零部件介质窗的可靠性，避免人为安装失误造成的损失，缩短设备维护时间。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种介质窗密封结构，包括介质窗、密封转接件、压板、第一密封圈、第二密封圈、缓冲件和安装底座；

所述压板、介质窗和密封转接件依次连接形成上腔室组件；

所述密封转接件与所述介质窗之间设置有所述第一密封圈和所述缓冲件，所述密封转接件上设置有第一凹槽，所述第一密封圈和缓冲件置于所述第一凹槽内，所述第一密封圈镶嵌在所述缓冲件与所述密封转接件形成的密封槽中；

所述安装底座上设置有第二凹槽，所述密封转接件设置在所述第二凹槽内，所述密封转接件与所述安装底座之间设置有所述第二密封圈，所述上腔室组件与所述安装底座相配合形成密闭的腔体。

较优地，所述介质窗为半球状曲面体，所述介质窗上设置有翻边，所述压板、所述翻边和所述密封转接件依次叠放设置，通过第一螺钉固定连接。

进一步地，所述第一螺钉为多个，多个所述第一螺钉均匀分布在所述介质窗的周侧。

较优地，所述上腔室组件通过第二螺钉固定在所述安装底座。

进一步地，所述第二螺钉的数量为多个，多个第二螺钉均匀分布在所述安装底座上。

较优地，在所述介质窗的径向方向上，所述第一密封圈置于所述缓冲件的内侧。

较优地，所述第一凹槽的内侧底壁为阶梯状。

较优地，所述密封转接件和所述安装底座均由金属材料制成。

还涉及一种PVD设备，所述PVD设备包括具有上述任一技术特征的介质窗密封结构。

本发明的有益效果是：

本发明的介质窗密封结构及PVD设备，压板、介质窗和密封转接件依次连接形成上腔室组件，介质窗与压板和密封转接件以组件方式安装在安装底座上，上腔室组件与安装底座之间设置密封圈，介质窗本身不再与安装底座局部进行接触，介质窗以组件方式与第二密封圈上面接触，直接形成密封。该种密封结构，维护时只需拆下上腔室组件整体，无需再进一步拆分上腔室组件，提高关键零部件介质窗的可靠性，避免人为安装失误造成的损失；同时缩短设备维护时间，不再需要关注上腔室组件中的第一密封圈是否被挤出，避免第一密封圈被挤出密封槽造成真空泄露。

附图说明

图1为现有技术的预清洗装置的结构示意图；

图2为图1所示预清洗装置的介质窗密封结构装配后的局部剖视示意图；

图3为本发明的介质窗密封结构的局部剖视示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的介质窗密封结构及PVD设备进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图3，本发明的介质窗密封结构一实施例包括介质窗4、密封转接件13、压板14、第一密封圈15、第二密封圈16、缓冲件10和安装底座12；压板14、介质窗4和密封转接件13依次连接形成上腔室组件；密封转接件13与介质窗4之间设置有第一密封圈15和缓冲件10，密封转接件13上设置有第一凹槽，第一密封圈15和缓冲件10置于所述第一凹槽内，第一密封圈15镶嵌在缓冲件10与密封转接件13形成的密封槽中。

安装底座12上设置有第二凹槽，密封转接件13设置在所述第二凹槽内，密封转接件13与安装底座12之间设置有第二密封圈16，上腔室组件与安装底座12相配合形成密闭的腔体。其中，密封转接件13和安装底座12均由金属材料制成。

作为一种可实施方式，介质窗4为半球状曲面体，介质窗4上设置有翻边，压板14、所述翻边和密封转接件13依次叠放设置，通过第一螺钉固定连接形成上腔室组件。优选地，第一螺钉为多个，多个第一螺钉均匀分布在介质窗4的周侧。多个第一螺钉使得介质窗4与压板14和密封转接件13之间的固定更牢固，第二密封圈16所起的密封作用更好。

上腔室组件通过第二螺钉固定安装在安装底座12上，上腔室组件与安装底座12相配合形成密闭的腔体。优选地，第二螺钉的数量为多个，多个第二螺钉均匀分布在安装底座12上。多个第二螺钉，使得上腔室组件安装在安装底座12后，上腔室组件与安装底座12之间的受力更均匀。

作为一种可实施方式，在介质窗4的径向方向上，第一密封圈15置于缓冲件10的内侧。所述第一凹槽的内侧底壁为阶梯状。缓冲件10和第二密封圈16置于相邻的台阶上，进一步提高了第一密封圈15密封的可靠性。

通过第一螺钉将密封转接件13、压板14与介质窗4固定一起，第一密封圈15嵌入密封转接件13、缓冲件10形成的密封槽中，从而形成一个组件整体。在这个过程中通过旋紧第一螺钉给予第一密封圈15一定预压力，从而避免密封结构在大气-真空切换过程造成的瞬时冲击。当完成腔室内部的维护后，将整个上腔室组件安装到安装底座12的上方，通过第二密封圈16实现与下方腔室的真空密封。整个过程中直接接触的是金属材料制成的密封转接件13与安装底座12，这样就避免了安装失误造成的脆性零件被破坏的风险，同时由于避免了在安装过程中其它零件与第一密封圈15的相对运动，从而避免了第一密封圈15被挤出的可能性，使密封也更加可靠，最终降低真空泄露的可能性。

上述实施例的介质窗密封结构应用在PVD设备上，由于PVD设备除介质窗密封结构外均为现有技术，此处不再一一赘述。

以上实施例的介质窗密封结构及PVD设备，压板、介质窗和密封转接件依次连接形成上腔室组件，介质窗与压板和密封转接件以组件方式安装在安装底座上，上腔室组件与安装底座之间设置密封圈，介质窗本身不再与安装底座局部进行接触，介质窗以组件方式与第二密封圈上面接触，直接形成密封。该种密封结构，提高关键零部件介质窗的可靠性，避免人为安装失误造成的损失；同时缩短设备维护时间，不再需要关注上腔室组件中的第一密封圈是否被挤出。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种介质窗密封结构，其特征在于：

包括介质窗、密封转接件、压板、第一密封圈、第二密封圈、缓冲件和安装底座；

所述压板、介质窗和密封转接件依次连接形成上腔室组件；

所述密封转接件与所述介质窗之间设置有所述第一密封圈和所述缓冲件，所述密封转接件上设置有第一凹槽，所述第一密封圈和缓冲件置于所述第一凹槽内，所述第一密封圈镶嵌在所述缓冲件与所述密封转接件形成的密封槽中；

所述安装底座上设置有第二凹槽，所述密封转接件设置在所述第二凹槽内，所述密封转接件与所述安装底座之间设置有所述第二密封圈，所述上腔室组件与所述安装底座相配合形成密闭的腔体。

2.根据权利要求1所述的介质窗密封结构，其特征在于：

所述介质窗为半球状曲面体，所述介质窗上设置有翻边，所述压板、所述翻边和所述密封转接件依次叠放设置，通过第一螺钉固定连接。

3.根据权利要求2所述的介质窗密封结构，其特征在于：

所述第一螺钉为多个，多个所述第一螺钉均匀分布在所述介质窗的周侧。

4.根据权利要求1所述的介质窗密封结构，其特征在于：

所述上腔室组件通过第二螺钉固定在所述安装底座。

5.根据权利要求4所述的介质窗密封结构，其特征在于：

所述第二螺钉的数量为多个，多个第二螺钉均匀分布在所述安装底座上。

6.根据权利要求1所述的介质窗密封结构，其特征在于：

在所述介质窗的径向方向上，所述第一密封圈置于所述缓冲件的内侧。

7.根据权利要求1-6任一项所述的介质窗密封结构，其特征在于：

所述第一凹槽的内侧底壁为阶梯状。

8.根据权利要求1-6任一项所述的介质窗密封结构，其特征在于：

所述密封转接件和所述安装底座均由金属材料制成。

9.一种PVD设备，其特征在于，所述PVD设备包括权利要求1-8任意一项所述的介质窗密封结构。