CN108695130B - 一种调节装置和半导体处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种调节装置和半导体处理设备。该调节装置包括固定机构和调节机构，固定机构用于固定线圈，且固定机构和线圈均容置于封闭的护罩内；调节机构对应线圈的中心设置，调节机构与固定机构固定连接，并与护罩活动连接，调节机构能带动固定机构相对护罩移动，以使线圈的中心与待处理晶片的工艺中心对应重合。该调节装置能使线圈的中心与待处理晶片的工艺中心对应重合，这能使线圈通电后耦合到反应腔室内的电磁场在对应待处理晶片的区域具有比较好的对称性，从而使反应腔室内对应待处理晶片的等离子体分布更加均匀，进而使待处理晶片经过等离子体处理后厚度更加均匀，提高了工艺处理的质量和效果。

Description

一种调节装置和半导体处理设备
技术领域
本发明涉及磁控溅射技术领域，具体地，涉及一种调节装置和半导体处理设备。
背景技术
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Al Pad(铝接触)、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，会明显提升所沉积薄膜的附着力；否则晶圆表面以及沟槽底部的这些残留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。
对于预清洗(Preclean)腔室，刻蚀速率和均匀性是其重要的技术指标。在实际应用中，刻蚀速率是比较容易实现的，而刻蚀均匀性的影响因素则很多，比如反应腔体的形状、上下电极的功率配比、气体流场分布、基座上的电场分布等等，是考察设备性能的重要参数。
图1所示的预清洗(Preclean)装置是目前半导体处理设备中所采用的主流结构。其腔室由上腔室5和反应腔室6两部分组成。螺线管状的电感耦合线圈3设置于上腔室5中的拱形绝缘顶盖7上，线圈匝数可以为一匝或多匝；上电极射频电源8通过上射频自动阻抗匹配器9将射频功率加载到线圈3上，能量从线圈3耦合到下面的反应腔室6内部，使反应腔室6中的气体(例如Ar气)产生电离形成高密度等离子体。反应腔室6中的静电卡盘10上放置待处理的晶圆，下电极射频电源13通过下射频自动阻抗匹配器14加载到静电卡盘10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，实现预清洗。
图2所示的是螺线管状的电感耦合线圈3的固定方式。线圈3由设置在其周围的四个固定结构15固定，固定结构15再通过螺钉固定到屏蔽护罩4上。
预清洗工艺的刻蚀厚度均匀性是衡量预清洗装置性能的一个重要参数。上述预清洗装置中，对电感耦合线圈进行固定设置，由于射频电磁波在线圈上存在驻波效应，线圈上不同位置的电压会存在差异，这种电压差异会造成反应腔室内的电磁场出现很大的非对称性，从而导致反应腔室内等离子体分布和工艺的非均匀性，最终导致经过预清洗后的晶圆的厚度中心偏离了其圆心位置，即导致其刻蚀厚度不均匀。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种调节装置和半导体处理设备。该调节装置能使线圈的中心与待处理晶片的工艺中心对应重合，这能使线圈通电后耦合到反应腔室内的电磁场在对应待处理晶片的区域具有比较好的对称性，从而使反应腔室内对应待处理晶片的等离子体分布更加均匀，进而使待处理晶片经过等离子体处理后厚度更加均匀，提高了工艺处理的质量和效果。
本发明提供一种调节装置，包括固定机构和调节机构，所述固定机构用于固定线圈，且所述固定机构和所述线圈均容置于封闭的护罩内；所述调节机构对应所述线圈的中心设置，其中，所述调节机构与所述固定机构固定连接，并与所述护罩活动连接，所述调节机构能带动所述固定机构相对所述护罩移动，以使所述线圈的中心与待处理晶片的工艺中心对应重合。
优选地，所述调节机构包括调整轴、轴套和调节杆，其中：
所述调整轴对应所述线圈的中心设置，且与所述固定机构固定连接；
所述护罩的顶壁上开设有第一通孔，所述调整轴贯穿所述第一通孔；
所述轴套设置于所述顶壁外侧，且与所述调整轴相嵌套并连接，用于使所述调整轴挂设在所述顶壁上；
所述调节杆围绕所述轴套的轴线并设置在所述轴套外围，所述调节杆与所述轴套活动连接，所述调节杆能推动所述轴套在平行于所述顶壁所在平面的任意方向上移动，以使所述轴套带动所述调整轴在所述第一通孔中朝所述任意方向移动。
优选地，所述第一通孔的孔径大于所述调整轴的轴径，所述线圈的中心的调整范围为所述第一通孔的孔径与所述调整轴的轴径的差值。
优选地，所述调节机构还包括固定支架，所述固定支架围绕所述轴套的轴线对应位于所述轴套外围，所述固定支架的第一端固定在所述顶壁上，第二端与所述轴套的沿其轴线方向延伸的侧壁相对应且相互间隔，所述第二端上开设有第二通孔；
所述调节杆贯穿所述第二通孔并与所述轴套的沿其轴线方向延伸的侧壁相接触并活动连接。
优选地，所述调节杆的数量为四个，四个所述调节杆围绕所述轴套的轴线等间隔分布于所述轴套的外围。
优选地，所述调节杆的与所述轴套相接触的端部设置有螺纹，所述轴套的与所述调节杆相对应的侧壁区域开设有螺纹盲孔，所述调节杆的设置有螺纹的端部与所述螺纹盲孔相适配且相嵌套。
优选地，所述调节机构还包括固定帽，所述调整轴的延伸至所述护罩顶壁外的第一端端部从所述轴套中凸出，并与所述固定帽相嵌套且连接；
所述固定帽的外径大于所述轴套的内径。
优选地，所述固定机构包括第一支架和第二支架，其中，
所述第一支架与所述护罩顶壁平行且相对，且所述第一支架与所述调整轴固定连接；
所述第二支架对应分布于所述护罩内四周侧壁处，且所述第二支架的顶端与所述第一支架连接，所述第二支架的底端与所述护罩的底壁相对；
所述线圈固定设置于所述第二支架上。
优选地，所述第二支架包括支架本体、压紧块和连接件，
所述支架本体的背对所述护罩侧壁的内侧壁上开设有多个凹槽，所述凹槽用于容置所述线圈；
所述压紧块能压合在所述支架本体的设置有所述凹槽的内侧壁上，用于将所述线圈压入所述凹槽中；
所述支架本体和所述压紧块通过所述连接件连接。
优选地，所述支架本体的数量为四个，四个所述支架本体等间隔围设形成环形；所述压紧块的数量为四个，四个所述压紧块分别对应四个所述支架本体将所述线圈的绕其轴线的四周压合至所述凹槽中。
本发明还提供一种半导体处理设备，包括上述调节装置。
本发明的有益效果：本发明所提供的调节装置，通过调节机构带动由固定机构的线圈相对护罩移动，能使线圈的中心与待处理晶片的工艺中心对应重合，这能使线圈通电后耦合到反应腔室内的电磁场在对应待处理晶片的区域具有比较好的对称性，从而使反应腔室内对应待处理晶片的等离子体分布更加均匀，进而使待处理晶片经过等离子体处理后厚度更加均匀，提高了工艺处理的质量和效果。
本发明所提供的半导体处理设备，通过采用上述调节装置，提高了该半导体处理设备对待处理晶片的工艺处理质量和效果，从而提高了该半导体处理设备的工艺效果。
附图说明
图1为现有技术中预清洗腔室的结构示意图；
图2为图1中用于固定线圈的固定结构的结构示意图；
图3为本发明实施例1中调节装置的结构剖视图；
图4为图3中调节机构的结构剖视图；
图5为图3中调节装置的结构俯视图；
图6为图3中调节装置在对线圈的中心调节前的结构俯视图；
图7为图3中调节装置在对线圈的中心调节后的结构俯视图。
其中的附图标记说明：
1.固定机构；11.第一支架；12.第二支架；121.支架本体；122.压紧块；123.连接件；124.凹槽；2.调节机构；21.调整轴；211.调整轴的第一端；22.轴套；23.调节杆；24.固定支架；241.固定支架的第一端；242.固定支架的第二端；25.固定帽；3.线圈；4.护罩；41.第一通孔；5.上腔室；6.反应腔室；7.顶盖；8.上电极射频电源；9.上射频自动阻抗匹配器；10.静电卡盘；13.下电极射频电源；14.下射频自动阻抗匹配器；15.固定结构。
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，下面结合附图和具体实施方式对本发明所提供的一种调节装置和半导体处理设备作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种调节装置，如图3-图5所示，包括固定机构1和调节机构2，固定机构1用于固定线圈3，且固定机构1和线圈3均容置于封闭的护罩4内；调节机构2对应线圈3的中心设置，其中，调节机构2与固定机构1固定连接，并与护罩4活动连接，调节机构2能带动固定机构1相对护罩4移动，以使线圈3的中心与待处理晶片的工艺中心对应重合。
其中，待处理晶片的工艺中心指待处理晶片的重心。通常情况下，经处理后的待处理晶片的重心与其圆心相重合才符合工艺标准。经处理后的待处理晶片的重心与其圆心相重合才能使经处理后的晶片的厚度均匀性满足工艺要求。线圈3设置于护罩4中，护罩4用于对线圈3通电后形成的电磁场进行屏蔽。
本实施例中，通过调节机构2带动固定机构1相对护罩4移动，从而能使线圈3的中心与待处理晶片的工艺中心对应重合，这样使得线圈3通电后耦合到反应腔室内的电磁场在对应待处理晶片的区域具有比较好的对称性，从而使反应腔室内对应待处理晶片的等离子体分布更加均匀，进而使待处理晶片经过等离子体处理后厚度更加均匀，提高了工艺处理的质量和效果。
本实施例中，调节机构2包括调整轴21、轴套22和调节杆23，其中，调整轴21对应线圈3的中心设置，且与固定机构1固定连接。护罩4的顶壁上开设有第一通孔41，调整轴21贯穿第一通孔41；轴套22设置于顶壁外侧，且与调整轴21相嵌套并连接，用于使调整轴21挂设在顶壁上；调节杆23围绕轴套22的轴线并设置在轴套22外围，调节杆23与轴套22活动连接，调节杆23能推动轴套22在平行于顶壁所在平面的任意方向上移动，以使轴套22带动调整轴21在第一通孔41中朝任意方向移动。
其中，在轴套22带动调整轴21在第一通孔41中的移动过程中，轴套22与护罩4顶壁之间相对滑动，因此，轴套22与护罩4顶壁的相接触的面都比较光滑，这样能够减少摩擦损耗。另外，优选地，调节杆23采用调节螺钉。
本实施例中，第一通孔41的孔径大于调整轴21的轴径，线圈3的中心的调整范围为第一通孔41的孔径与调整轴21的轴径的差值。即调整轴21能在第一通孔41内前后左右移动位置，从而实现对线圈3中心的位置调节。线圈3的中心的调整范围值根据反应腔室的具体硬件结构及工艺条件确定。
本实施例中，调节机构2还包括固定支架24，固定支架24围绕轴套22的轴线对应位于轴套22外围，固定支架24的第一端241固定在护罩4顶壁上，第二端242与轴套22的沿其轴线方向延伸的侧壁相对应且相互间隔，第二端242上开设有第二通孔；调节杆23贯穿第二通孔并与轴套22的沿其轴线方向延伸的侧壁相接触并活动连接。固定支架24能够对调节杆23形成支撑，以使调节杆23能推动轴套22在平行于顶壁所在平面的任意方向上移动，从而实现对线圈3的中心的位置调节。
优选的，调节杆23的数量为四个，四个调节杆23围绕轴套22的轴线等间隔分布于轴套22的外围。本实施例中，四个调节杆23位于同一平面上，且四个调节杆23分别位于轴套22的前后左右四侧，如此能够实现调节杆23从同一平面内的任意方向上对轴套22进行位置调节；同时，调节杆23设置数量较少，易于控制且成本较低。
需要说明的是，四个调节杆23也可以围绕轴套22的轴线分布于轴套22外围的不同平面上，只要能够实现调节杆23对轴套22在平行于护罩4顶壁所在平面的任意方向上进行位置调节即可。
本实施例中，调节杆23的与轴套22相接触的端部设置有螺纹，轴套22的与调节杆23相对应的侧壁区域开设有螺纹盲孔，调节杆23的设置有螺纹的端部与螺纹盲孔相适配且相嵌套。如此设置，能使调节杆23的端部与轴套22固定连接在一起，从而使调节过程中轴套22带动调整轴21的移动更加稳定，进而提高了线圈3中心的调节精度。
本实施例中，调节机构2还包括固定帽25，调整轴21的延伸至护罩4顶壁外的第一端211端部从轴套22中凸出，并与固定帽25相嵌套且连接；固定帽25的外径大于轴套22的内径。如此设置，能使固定帽25挂设于轴套22的顶部，且不会从轴套22内径中滑脱，从而使与固定帽25连接的调整轴21能够挂设于护罩4顶壁上，且不会从护罩4顶壁上的第一通孔41中滑脱掉下来。
本实施例中，固定机构1包括第一支架11和第二支架12，其中，第一支架11与护罩4顶壁平行且相对，且第一支架11与调整轴21固定连接；第二支架12对应分布于护罩4内四周侧壁处，且第二支架12的顶端与第一支架11连接，第二支架12的底端与护罩4的底壁相对；线圈3固定设置于第二支架12上。第一支架11与调整轴21固定连接，能够带动第二支架12和线圈3相对护罩4的顶壁平行移动，从而对线圈3的中心的位置进行调节。
其中，第二支架12包括支架本体121、压紧块122和连接件123，支架本体121的背对护罩4侧壁的内侧壁上开设有多个凹槽124，凹槽124用于容置线圈3；压紧块122能压合在支架本体121的设置有凹槽124的内侧壁上，用于将线圈3压入凹槽124中；支架本体121和压紧块122通过连接件123连接。第二支架12的设置，能够对线圈3进行牢固固定，从而确保了线圈3的中心在调节过程中的稳定性，进而提高了线圈3中心的调节精度。
本实施例中，支架本体121的数量为四个，四个支架本体121等间隔围设形成环形；压紧块122的数量为四个，四个压紧块122分别对应四个支架本体121将线圈3的绕其轴线的四周压合至凹槽124中。四个支架本体121对应分布在线圈3的四个不同的径向位置，如此对线圈3进行固定，能使绕制成型的线圈3的形状在其位置调节过程中更加不容易发生变化，从而使线圈3通电后产生的电磁场更加稳定；同时，还使线圈3的中心在调节过程中更加稳定，从而提高了线圈3中心的调节精度。
基于本实施例中调节装置的上述结构，如图6所示，例如：当线圈的中心相对于待处理晶片的工艺中心偏向A位置时，首先松动另外三个分别位于B、C、D位置的调节杆23；然后调整A位置的调节杆23，使A位置的调节杆23推动轴套22带动调整轴21向与A位置相对的C位置移动；直到调整轴21移动到使线圈的中心与待处理晶片的工艺中心对应重合；此时，停止移动调整轴21，并将分别对应位于A、B、C、D四个位置的调节杆23拧紧，使每个调节杆23都与轴套22上对应区域的螺纹盲孔相嵌套并连接，从而对位置调整好之后的调整轴21进行牢固的位置固定(如图7所示)。
实施例1的有益效果：实施例1中所提供的调节装置，通过调节机构带动固定机构相对护罩移动，能使线圈的中心与待处理晶片的工艺中心对应重合，这能使线圈通电后耦合到反应腔室内的电磁场在对应待处理晶片的区域具有比较好的对称性，从而使反应腔室内对应待处理晶片的等离子体分布更加均匀，进而使待处理晶片经过等离子体处理后厚度更加均匀，提高了工艺处理的质量和效果。
实施例2：
本实施例提供一种半导体处理设备，包括实施例1中的调节装置。
通过采用实施例1中的调节装置，提高了该半导体处理设备对待处理晶片的工艺处理质量和效果，从而提高了该半导体处理设备的工艺效果。
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 (11)

1.一种调节装置，其特征在于，包括固定机构和调节机构，所述固定机构用于固定线圈，且所述固定机构和所述线圈均容置于封闭的护罩内；所述调节机构对应所述线圈的中心设置，其中，所述调节机构与所述固定机构固定连接，并与所述护罩活动连接，所述调节机构能带动所述固定机构相对所述护罩移动，以使所述线圈的中心与待处理晶片的重心对应重合。
2.根据权利要求1所述的调节装置，其特征在于，所述调节机构包括调整轴、轴套和调节杆，其中：
所述调整轴对应所述线圈的中心设置，且与所述固定机构固定连接；
所述护罩的顶壁上开设有第一通孔，所述调整轴贯穿所述第一通孔；
所述轴套设置于所述顶壁外侧，且与所述调整轴相嵌套并连接，用于使所述调整轴挂设在所述顶壁上；
所述调节杆围绕所述轴套的轴线并设置在所述轴套外围，所述调节杆与所述轴套活动连接，所述调节杆能推动所述轴套在平行于所述顶壁所在平面的任意方向上移动，以使所述轴套带动所述调整轴在所述第一通孔中朝所述任意方向移动。
3.根据权利要求2所述的调节装置，其特征在于，所述第一通孔的孔径大于所述调整轴的轴径，所述线圈的中心的调整范围为所述第一通孔的孔径与所述调整轴的轴径的差值。
4.根据权利要求2所述的调节装置，其特征在于，所述调节机构还包括固定支架，所述固定支架围绕所述轴套的轴线对应位于所述轴套外围，所述固定支架的第一端固定在所述顶壁上，第二端与所述轴套的沿其轴线方向延伸的侧壁相对应且相互间隔，所述第二端上开设有第二通孔；
所述调节杆贯穿所述第二通孔并与所述轴套的沿其轴线方向延伸的侧壁相接触并活动连接。
5.根据权利要求2所述的调节装置，其特征在于，所述调节杆的数量为四个，四个所述调节杆围绕所述轴套的轴线等间隔分布于所述轴套的外围。
6.根据权利要求2或4所述的调节装置，其特征在于，所述调节杆的与所述轴套相接触的端部设置有螺纹，所述轴套的与所述调节杆相对应的侧壁区域开设有螺纹盲孔，所述调节杆的设置有螺纹的端部与所述螺纹盲孔相适配且相嵌套。
7.根据权利要求2所述的调节装置，其特征在于，所述调节机构还包括固定帽，所述调整轴的延伸至所述护罩顶壁外的第一端端部从所述轴套中凸出，并与所述固定帽相嵌套且连接；
所述固定帽的外径大于所述轴套的内径。
8.根据权利要求2所述的调节装置，其特征在于，所述固定机构包括第一支架和第二支架，其中，
所述第一支架与所述护罩顶壁平行且相对，且所述第一支架与所述调整轴固定连接；
所述第二支架对应分布于所述护罩内四周侧壁处，且所述第二支架的顶端与所述第一支架连接，所述第二支架的底端与所述护罩的底壁相对；
所述线圈固定设置于所述第二支架上。
9.根据权利要求8所述的调节装置，其特征在于，所述第二支架包括支架本体、压紧块和连接件，
所述支架本体的背对所述护罩侧壁的内侧壁上开设有多个凹槽，所述凹槽用于容置所述线圈；
所述压紧块能压合在所述支架本体的设置有所述凹槽的内侧壁上，用于将所述线圈压入所述凹槽中；
所述支架本体和所述压紧块通过所述连接件连接。
10.根据权利要求9所述的调节装置，其特征在于，所述支架本体的数量为四个，四个所述支架本体等间隔围设形成环形；所述压紧块的数量为四个，四个所述压紧块分别对应四个所述支架本体将所述线圈的绕其轴线的四周压合至所述凹槽中。
11.一种半导体处理设备，其特征在于，包括权利要求1-10任意一项所述的调节装置。
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