CN117373964A - 一种用于微波远程等离子体源自动点火装置 - Google Patents

一种用于微波远程等离子体源自动点火装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种用于微波远程等离子体源自动点火装置，属于半导体生产加工技术领域，其技术方案要点是包括连接座和点火组件，连接座与炬管连接，点火组件与连接座连接，炬管、连接座和点火组件配合形成点火腔室，炬管上开设有连通点火腔室与炬管内的通孔；点火组件包括陶瓷筒、放电插针和屏蔽筒，陶瓷筒套设在放电插针上、并与放电插针连接，陶瓷筒与连接座连接，放电插针电连接有高压电源；高压电源电连接有高压开关；屏蔽筒与连接座连接，屏蔽筒将点火腔室隔离成放电腔室和充气腔室，充气腔室与通孔连通，屏蔽筒上开设有发射孔；放电插针伸入放电腔室内，屏蔽筒接地；连接座连接有与充气腔室连通的输气组件，达到快速点火的效果。

Description

一种用于微波远程等离子体源自动点火装置
技术领域
本申请涉及半导体生产加工技术领域，尤其是涉及一种用于微波远程等离子体源自动点火装置。
背景技术
目前，在半导体、芯片等制程中，随着时间的增加，在芯片内部和表面都会沉积大量的硅粉尘，远程等离子源(简称RPS)能够提供大量离化氟，对真空条件下的各类结构体进行蚀刻清洗。RPS是一种用于产生等离子体的设备，RPS中常用电源频率有射频和微波两种，微波电源频率为2.45GHz，其工作原理是通过微波能量的电磁场作用，使得气体分子之间发生碰撞和激发，从而形成等离子体，微波电源具有较高的能力传输效率和较强的控制能力，可以产生高密度、高温度的等离子体。
而实现微波等离子体炬管内产生等离子体，要求发生装置的电场强度达到工作气体的击穿场强，才能对工作气体进行电离，产生活跃的等离子体成分，这就需要激发大气压下激励等离子体所需的电场强度往往远高于维持等离子体的电场强度，所以目前现有技术微波RPS在一般通过加大功率及反复点火的方式启动，点火很困难。
发明内容
为了快速点火，本发明提供一种用于微波远程等离子体源自动点火装置。
本发明提供的一种用于微波远程等离子体源自动点火装置采用如下的技术方案：
一种用于微波远程等离子体源自动点火装置，包括连接座和点火组件，所述连接座与炬管连接，所述点火组件与所述连接座连接、且封堵所述连接座远离所述炬管的一端，所述炬管、所述连接座和所述点火组件配合形成点火腔室，所述炬管上开设有连通所述点火腔室与所述炬管内部的通孔；
所述点火组件包括陶瓷筒、放电插针和屏蔽筒，所述陶瓷筒套设在所述放电插针上、并与所述放电插针连接，所述陶瓷筒的外壁与所述连接座连接，所述放电插针电连接有高压电源，所述陶瓷筒、所述放电插针和所述高压电源配合封堵所述连接座远离所述炬管的一端；
所述高压电源电连接有高压开关；
所述屏蔽筒设置在点火腔室内，所述屏蔽筒与所述连接座连接，所述屏蔽筒将所述点火腔室隔离成放电腔室和充气腔室，所述充气腔室与所述通孔连通，所述屏蔽筒上开设有连通所述放电腔室与所述充气腔室的发射孔；
所述放电插针远离所述高压电源的一端伸入所述放电腔室内，所述屏蔽筒接地；
所述连接座连接有用于输送气体的输气组件，所述输气组件的一端与气源连通、另一端与所述充气腔室连通。
通过采用上述技术方案，对半导体刻蚀时，先由输气组件向充气腔室内输入气体，气体通过发射孔进入放电腔室内，再使用点火组件进行点火。将放电插针接高压电源，将屏蔽筒接地，启动高压开关。放电插针为高压电极，其与屏蔽筒产生高压放电，使气体产生少量电子，电子由发射孔逃逸到充气腔室内，进而穿过通孔进入炬管内，再在微波磁场的带动下撞击其他分子，引发链式反应，从而快速形成等离子体，从而完成快速点火。
优选的，所述高压电源为负高压。
通过采用上述技术方案，采用负电压电源，正离子被约束在屏蔽筒内部，外溢粒子主要为自由电子和带电分子团，两者扩散到炬管的微波腔体内会被微波加速，撞击其他气体分子，从而激发等离子体。
由于点火时间较短，电子外溢较少，从而保证炬管内的离子能量还是微波产生的离子，炬管内部的清洁度较高，且电子由于质量小不能产生破坏性，也不会影响半导体刻蚀的效果。
优选的，所述高压开关采用电子开关或高压继电器。
通过采用上述技术方案，高压开关采用电子开关，可以实现微秒到秒级的高速开关高压；高压开关采用高压继电器，可以实现毫秒到秒级的快速开关高压。两种高压开关可以在微秒或毫秒级产生微放电，从而产生少量电子和带电分子团，减少微波点火时间；进而，减小了引入金属污染和屏蔽筒发热的情况发生。减少放电时间，进而有效减少外部放电产生的粒子，保证微波RPS产生的带电粒子基本上都是微波自己产生的，提高了炬管内部的清洁度。
优选的，所述放电插针的轴线、所述发射孔的轴线与所述通孔的轴线均重合。
通过采用上述技术方案，便于气体电子从发射孔溢出，并从通孔进入炬管内。
优选的，所述发射孔的直径为0.5mm-3mm。
通过采用上述技术方案，发射孔的直径小于0.5mm，不便于电子穿过，不便于点火。发射孔的直径大于3mm，可能导致大量金属离子和分子外溢，进而降低了点火腔室内的洁净度，影响半导体刻蚀效果。
优选的，所述点火组件还包括保护壳，所述保护壳设置在所述陶瓷筒与所述连接座之间，所述保护壳与所述陶瓷筒、所述连接座和所述屏蔽筒均连接，所述保护壳套设在所述放电插针与所述高压电源连接的一端，所述放电插针的端面低于所述保护壳的端面。
通过采用上述技术方案，保护壳增加高压电源的安全性，且屏蔽筒接地，即保护壳接地。
优选的，所述保护壳通过螺栓与所述连接座固定。
通过采用上述技术方案，保护壳有破损时，减小了安全性，通过螺栓固定便于保护壳的更换。
优选的，所述输气组件包括连通管和VCR接头，所述连通管的一端与所述连接座连接、且与所述充气腔室连通，所述VCR接头安装在所述连通管的另一端。
通过采用上述技术方案，VCR接头便于气源的连通，操作简单，且能保持良好的密封性。
优选的，所述连接座通过螺栓与所述炬管固定。
通过采用上述技术方案，便于连接座的安装和拆卸。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、对半导体刻蚀时，先由输气组件向充气腔室内输入气体，气体通过发射孔进入放电腔室内，再使用点火组件进行点火。将高压电源与放电插针电连接，将屏蔽筒接地，启动高压开关，放电插针为高压电极，与屏蔽筒产生高压放电，使气体产生少量电子，电子由发射孔逃逸到充气腔室内，进而通过通孔进入炬管内，再在微波磁场的带动下撞击其他分子，引发链式反应，从而快速形成等离子体，从而完成快速点火。
2、高压电源为负高压，正离子被约束在屏蔽筒内部，且由于点火时间较短，电子外溢较少，从而保证炬管内的离子能量还是微波产生的离子，炬管内部的清洁度较高，且电子由于质量小不能产生破坏性，也不会影响半导体刻蚀的效果。
附图说明
图1是一种用于微波远程等离子体源自动点火装置的整体结构示意图。
图2是一种用于微波远程等离子体源自动点火装置的剖视图。
图3是图2中A部分的放大示意图。
附图标记说明：
1、炬管；11、通孔；2、连接座；21、点火腔室；211、放电腔室；212、充气腔室；3、保护壳；4、陶瓷筒；5、放电插针；6、高压电源；7、屏蔽筒；71、发射孔；8、输气组件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种用于微波远程等离子体源自动点火装置，参照图1和图2，包括连接座2和点火组件，连接座2通过螺栓与炬管1固定连接，点火组件与连接座2连接、且封堵连接座2远离炬管1的一端，点火组件用于在点火腔室21内点火。炬管1、连接座2和点火组件配合形成点火腔室21，炬管1上开设有连通点火腔室21和炬管1内部的通孔11。
参照图2，点火组件包括陶瓷筒4、放电插针5和屏蔽筒7，陶瓷筒4套设在放电插针5上、且与放电插针5固定连接，放电插针5电连接有高压电源6，高压电源6电连接有高压开关。陶瓷筒4、放电插针5和高压电源6配合封堵连接座2远离炬管1的一端。屏蔽筒7位于点火腔室21内、且与连接座2相对固定连接，屏蔽筒7将点火腔室21隔离成放电腔室211和充气腔室212。放电插针5的另一端伸入放电腔室211内，屏蔽筒7接地，高压加在放电插针5上，与屏蔽筒7（接地）间产生高压放电，产生等离子体。屏蔽筒7上开设有供电子穿过的发射孔71。
参照图2和图3，连接座2连接有输气组件8，输气组件8的一端与气源连通、另一端与充气腔室212连通。点火时点火腔室21内产生等离子体，电子由发射孔71逃逸到充气腔室212，点燃充气腔室212内的气体，完成点火。高压放电可以在毫秒或微秒级产生微放电，从而产生少量电子和带电分子团，减少微波点火时间，进而便于点火。
参照图2，高压电源6为负高压，高压开关采用电子开关、高压继电器等。
采用负电压电源，正离子被约束在屏蔽筒7内部，外溢粒子主要为自由电子和带电分子团，两者扩散到炬管1的微波腔体内会被微波加速，撞击其他气体分子，从而激发等离子体。同时，由于点火时间较短，电子外溢较少，从而保证炬管1内的离子能量还是微波产生的离子，炬管1内部的清洁度较高，且电子由于质量小不能产生破坏性，也不会影响半导体刻蚀的效果。
两种高压开关可以在微秒或毫秒级产生微放电，从而产生少量电子和带电分子团，减少微波点火时间；进而，减小了引入金属污染和屏蔽筒7发热的情况发生。减少放电时间，进而有效减少外部放电产生的粒子，保证微波RPS产生的带电粒子基本上都是微波自己产生的，提高了炬管1内部的清洁度。
参照图2，陶瓷筒4的轴线、放电插针5的轴线、屏蔽筒7的轴线、发射孔71的轴线和通孔11的轴线均重合。发射孔71的直径为0.5mm-3mm。
发射孔71的直径小于0.5mm，不便于电子穿过，不便于点火。发射孔71的直径大于3mm，可能导致大量金属离子和分子外溢，进而降低了点火腔室21内的洁净度，影响半导体刻蚀效果。
参照图2，点火组件还包括保护壳3，保护壳3设置在陶瓷筒4与连接座2之间，保护壳3与陶瓷筒4、屏蔽筒7均固定连接，保护壳3通过螺栓与连接座2固定连接。保护壳3套设在放电插针5与高压电源6连接的一端，放电插针5的端面低于保护壳3的端面。保护壳3增加高压电源6的安全性。
参照图2，输气组件8包括连通管和VCR接头，连通管的一端与连接座2连接、且与充气腔室212连通，VCR接头安装在连通管的另一端。气源为高纯气体。
本申请的使用原理如下：对半导体刻蚀时，先由输气组件8向充气腔室212内输入高纯气体，高纯气体通过发射孔71进入放电腔室211内，再使用点火组件进行点火。将高压电源6与放电插针5电连接，将屏蔽筒7接地，启动高压开关，放电插针5为高压电极，与屏蔽筒7产生高压放电，使气体产生少量电子，电子由发射孔71逃逸到充气腔室212内，进而通过通孔11进入炬管1内，再在微波磁场的带动下撞击其他分子，引发链式反应，从而快速形成等离子体，从而完成快速点火。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于微波远程等离子体源自动点火装置，其特征在于：包括连接座(2)和点火组件，所述连接座(2)与炬管(1)连接，所述点火组件与所述连接座(2)连接、且封堵所述连接座(2)远离所述炬管(1)的一端，所述炬管(1)、所述连接座(2)和所述点火组件配合形成点火腔室(21)，所述炬管(1)上开设有连通所述点火腔室(21)与所述炬管(1)内部的通孔(11)；
所述点火组件包括陶瓷筒(4)、放电插针(5)和屏蔽筒(7)，所述陶瓷筒(4)套设在所述放电插针(5)上、并与所述放电插针(5)连接，所述陶瓷筒(4)的外壁与所述连接座(2)连接，所述放电插针(5)电连接有高压电源(6)；
所述高压电源(6)电连接有高压开关；
所述屏蔽筒(7)设置在点火腔室(21)内，所述屏蔽筒(7)与所述连接座(2)连接，所述屏蔽筒(7)将所述点火腔室(21)隔离成放电腔室(211)和充气腔室(212)，所述充气腔室(212)与所述通孔(11)连通，所述屏蔽筒(7)上开设有连通所述放电腔室(211)与所述充气腔室(212)的发射孔(71)；
所述放电插针(5)远离所述高压电源(6)的一端伸入所述放电腔室(211)内，所述屏蔽筒(7)接地；
所述连接座(2)连接有用于输送气体的输气组件(8)，所述输气组件(8)的一端与气源连通、另一端与所述充气腔室(212)连通。
2.根据权利要求1所述的一种用于微波远程等离子体源自动点火装置，其特征在于：所述高压电源(6)为负高压。
3.根据权利要求2所述的一种用于微波远程等离子体源自动点火装置，其特征在于：所述高压开关采用电子开关或高压继电器。
4.根据权利要求3所述的一种用于微波远程等离子体源自动点火装置，其特征在于：所述放电插针(5)的轴线、所述发射孔(71)的轴线与所述通孔(11)的轴线均重合。
5.根据权利要求4所述的一种用于微波远程等离子体源自动点火装置，其特征在于：所述发射孔(71)的直径为0.5mm-3mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于微波远程等离子体源自动点火装置，其特征在于：所述点火组件还包括保护壳(3)，所述保护壳(3)设置在所述陶瓷筒(4)与所述连接座(2)之间，所述保护壳(3)与所述陶瓷筒(4)、所述连接座(2)和所述屏蔽筒(7)均连接，所述保护壳(3)套设在所述放电插针(5)与所述高压电源(6)连接的一端，所述放电插针(5)的端面低于所述保护壳(3)的端面。
7.根据权利要求6所述的一种用于微波远程等离子体源自动点火装置，其特征在于：所述保护壳(3)通过螺栓与所述连接座(2)固定。
8.根据权利要求1所述的一种用于微波远程等离子体源自动点火装置，其特征在于：所述输气组件(8)包括连通管和VCR接头，所述连通管的一端与所述连接座(2)连接、且与所述充气腔室(212)连通，所述VCR接头安装在所述连通管的另一端。
9.根据权利要求1所述的一种用于微波远程等离子体源自动点火装置，其特征在于：所述连接座(2)通过螺栓与所述炬管(1)固定。
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