CN216905414U - 等离子体发生设备和半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种等离子体发生设备和半导体加工设备，该等离子体发生设备包括第一框架、第二框架和锁定件；其中，第一框架与线圈固接；第二框架与腔室固接；线圈设置于腔室的外部，用于在线圈通电后，在腔室的内部产生等离子体；第二框架与第一框架相配合，且第二框架与第一框架的至少一部分的配合位置的形状为曲面，以使得第一框架与第二框架之间能够进行沿所述曲面的相对转动；锁定件用于锁定第一框架与第二框架之间的相对转动。利用本实用新型的等离子体发生设备和半导体加工设备，能够对等离子发生设备中的线圈的水平度进行快速调节。

Description

等离子体发生设备和半导体加工设备

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别是涉及一种等离子体发生设备和半导体加工设备。

背景技术

此处的陈述仅提供与本实用新型有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。

半导体加工过程中常常会利用到等离子体，因此半导体加工设备常常具有ICP(感性耦合等离子体Inductively Coupled Plasma)装置。

在使用ICP装置产生等离子体的过程中，一般使用与射频(RF)电源、阻抗匹配网络(impedance matching network)连接的若干组线圈(antenna)来进行电磁感应，通过对腔室气体进行电磁感应来产生等离子体，以便与放置于腔室内的载台上的晶片(也称为晶圆、基片、wafer)进行反应。

由等离子体的产生和输运过程带来的不均匀性几乎无可避免。其中离子浓度的空间分布与线圈和真空腔室结构有密切联系。

为此，通常采用特别形状的线圈或者特别设计的腔室结构的方式，来获得反应腔室中的径向(晶片的半径方向)均匀的磁强度分布，以控制等离子体中离子密度径向的均匀性，从而对放置于反应腔室的载台上的晶片表面等离子体均匀性进行调节。但是在利用这种方式进行实际工艺过程中，如果发现产生的等离子体不均匀而导致晶片工艺均匀性不好，对线圈形状或腔室结构进行实时改变调节是不现实的，改变线圈形状或腔室结构需要很长的维护、加工时间。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新的等离子体发生设备和半导体加工设备，所要解决的技术问题是对等离子发生设备中的线圈的水平度进行快速调节。

本实用新型的目的采用以下技术方案来实现。依据本实用新型提出的等离子体发生设备，所述等离子体发生设备包括第一框架、第二框架和锁定件；其中，所述第一框架与线圈固接；所述第二框架与腔室固接；所述线圈设置于所述腔室的外部，用于在所述线圈通电后，在所述腔室的内部产生等离子体；所述第二框架与所述第一框架相配合，且所述第二框架与所述第一框架的至少一部分的配合位置的形状为曲面，以使得所述第一框架与所述第二框架之间能够进行沿所述曲面的相对转动；所述锁定件用于锁定所述第一框架与所述第二框架之间的相对转动。

本实用新型的目的还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的等离子体发生设备，所述第二框架的一面与腔室固接，所述第二框架的另一面与所述第一框架相抵接；在所述第二框架与所述第一框架的至少一部分的接触位置，所述第二框架、所述第一框架之中的一个具有曲面凸起，另一个具有与所述曲面凸起相匹配的曲面凹陷。

前述的等离子体发生设备，所述第二框架与所述第一框架的至少一部分的配合位置的形状由一个或多个同一类型的曲面形成、或由一个或多个不同类型的曲面形成。

前述的等离子体发生设备，所述曲面的类型包括球面、圆柱面、圆锥面、单叶双曲回转面和双曲抛物面之中的一种或多种。

前述的等离子体发生设备，所述第一框架的与所述第二框架相配合的位置被设置为基于一个球面形成的球面凸起，所述第二框架的与所述第一框架相配合的位置被设置为与所述球面凸起相匹配的球面凹陷。

前述的等离子体发生设备，所述第一框架具有多个通孔，所述第二框架具有多个螺纹孔；所述锁定件包括多个调节螺栓，所述调节螺栓穿过所述第一框架的所述通孔并螺纹连接于所述第二框架的所述螺纹孔；在所述第一框架与所述第二框架之间的靠近所述调节螺栓的位置具有间隙，以形成为所述第一框架与所述第二框架的相对位置的调节空间；所述调节螺栓用于通过对所述多个调节螺栓中的一个或一些调节螺栓进行拧紧或松开以使得所述第一框架与所述第二框架之间进行沿所述曲面的相对转动。

前述的等离子体发生设备，所述调节螺栓具有头部和杆部，所述调节螺栓的头部位于所述第一框架的背向所述第二框架的一面；在所述调节螺栓的头部与所述第一框架之间设有一对球面垫圈，所述一对球面垫圈中的一个球面垫圈具有球面凸起、另一个球面垫圈具有相应的球面凹陷；或者，所述调节螺栓的头部为球形或锥形，在所述调节螺栓的头部与所述第一框架之间设有一个垫圈，所述垫圈具有与所述调节螺栓的球形或锥形的头部相匹配的球形或锥形的凹陷。

前述的等离子体发生设备，所述调节螺栓为四个，所述第一框架的所述通孔为四个，设置于所述第一框架的靠近外缘的位置，排布为四边形的四个顶点。

前述的等离子体发生设备，还包括所述线圈和所述腔室。

本实用新型的目的还采用以下技术方案来实现。依据本实用新型提出的半导体加工设备，包括任意一种前述的等离子体发生设备。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本实用新型提出的等离子体发生设备和半导体加工设备至少具有下列优点及有益效果：

1、本实用新型的等离子体发生设备，通过第一框架与第二框架之间进行沿曲面的相对转动，使得能够对与第一框架固接的线圈进行调节，从而实现了调节等离子体分布均匀性，进而能够调节晶片工艺均匀性；

2、本实用新型的等离子体发生设备的成本低、实用性高；

3、本实用新型的调节方式易于操作；

4、本实用新型通过球面接触方式，使得第一框架与第二框架之间无缝隙，能够在调节的过程中和调节前后，第一框架与第二框架之间始终接触良好，该球面设计保证了电磁场回路连接的可靠性，保证了电磁场的导通性。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的等离子体发生设备的立体结构示意图；

图2是本实用新型一个实施例的等离子体发生设备的调节螺栓附近的局部剖面示意图；

图3是本实用新型另一实施例的等离子体发生设备的立体结构示意图；

图4是本实用新型一个实施例的等离子体发生设备的剖面结构示意图；

图5是本实用新型另一实施例的等离子体发生设备的另一个立体结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的等离子体发生设备和半导体加工设备的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1、图2、图3、图4和图5，本实用新型示例的等离子体发生设备主要包括：第一框架110、第二框架120和锁定件。

其中，第一框架110与线圈210固接。具体的，第一框架110可以具有线圈固定件，用于将线圈210固接于第一框架110，可选的，该线圈固定件可用于将线圈210可拆卸地固接于第一框架110。

其中，第二框架120与腔室220固接。具体的，第二框架120可以具有腔室固定件，用于将第二框架120固接于腔室220，可选的，该腔室固定件可用于将第二框架120可拆卸地固接于腔室220。

其中，前述的线圈210也称为天线、导电线圈、线圈天线、或感应线圈。前述的腔室220也称为腔体、反应腔室、或等离子体腔室，腔室220中具有待转换为等离子体的气体或已生成的等离子体。该线圈210设置于该腔室220的外部，用于在线圈210通电后，在腔室220的内部产生等离子体。作为一个可选的具体示例，该线圈210与射频电源、阻抗匹配网络电连接，该线圈210在接通射频电源后、在阻抗匹配网络的控制下，产生磁场，用以在腔室220中产生等离子体。

第一框架110和第二框架120设有用于容纳线圈210的容纳空间。具体的，如图1或图3所示，该容纳空间为通孔型的。

其中，第二框架120与第一框架110相配合，且第二框架120与第一框架110的至少一部分的配合位置的形状为曲面(也称为弯曲面)，以使得第一框架110与第二框架120之间能够进行沿该曲面的相对转动。在一些可选示例中，第二框架120的一面与腔室固接，第二框架120的另一面与第一框架110相抵接。可选的，第二框架120与第一框架110的配合方式可以包括通过重力相互抵靠；例如，如图1所示，第一框架110位于第二框架120的上方，并于第二框架120相抵接。

其中，锁定件用于锁定第一框架110与第二框架120之间的相对转动。本实用新型并不限制锁定件的类型，仅需能够锁定第一框架110与第二框架120之间的相对运动。作为一个可选示例，该锁定件可以包括调节螺栓130。

本实用新型提供的等离子体发生设备，通过在第二框架120与第一框架110之间通过设置曲面结构来进行曲面配合，能够调节第一框架110所在的第一平面、与第二框架120所在的第二平面之间的夹角。实际中，一般可假定腔室220是固定不动的，而由于第二框架120固接于腔室220从而第二框架120固定不动，因此本实用新型提供的等离子体发生设备能够调节第一框架110的位置，从而调节与第一框架110固接的线圈210的位置，进而能够调节所产生的等离子体的分布。

在本公开的一些可选实施例中，第二框架120水平地固设于腔室220上端(该示例中第二框架120也可称为线圈调节基座)，而第一框架110和第二框架120之间以曲面结构相接触，因此能够调节第一框架110的水平度(该示例中第一框架110也可称为线圈调节上板)，而线圈210随第一框架110的摆动而偏移，从而能够对线圈210进行水平调节，从而能够调节所产生的等离子体的分布。本公开中的线圈机构为可调形式，旨在根据工艺结果，即晶片表面等离子体均匀性而进行的设备上无硬件变动的快速调节，实质上提出了改善ICP设备等离子体分布均匀性的可调线圈。

需注意，本实用新型对第一框架110、第二框架120之间的配合方式并非仅限定为通过重力而相抵接，而是可以任意的配合方式；例如，这两个框架之间还可以设置另外的构件，通过该构件进行间接接触地配合。

需注意，本实用新型的第一框架110、第二框架120的主体的形状包括但不局限于附图中所示的方形的框状，可以是其他形状。

需注意，本公开并不限制线圈210的结构、也不限制线圈210所产生的磁场、并不限制腔室220的结构，任何形式的线圈210和腔室220均可实现本实用新型提出的等离子体发生设备。例如并不限制线圈210的形状、圈数，又例如线圈210的样式不限于图中的平面线圈，也可以立体线圈。

在本实用新型的一些可选实施例中，第二框架120和第一框架110之间的配合位置被设置为曲面凸起与曲面凹陷之间的曲面配合。具体的，在第二框架120与第一框架110的至少一部分的接触位置，第二框架120、第一框架110之中的一个具有曲面凸起，另一个具有与曲面凸起相匹配的曲面凹陷。本实用新型提供的等离子体发生设备，通过相匹配的曲面凸起结构和曲面凹陷结构，能够使得第二框架120、第一框架110之间可以调节相对的水平度，并且配合位置之间没有间隙。

需注意，在本实用新型的一些实施例中，并不限制第二框架120与第一框架110的配合位置所采用的曲面的具体样式和类型，包括但不限于球面、圆柱面、圆锥面、单叶双曲回转面、双曲抛物面，而且也可以在不同位置采用多种类型的曲面。

在本实用新型的一些实施例中，第二框架120与第一框架110的至少一部分的配合位置的形状基于一个或多个同一类型的曲面而形成、或基于一个或多个不同类型的曲面而形成。具体的，以球面为例，第二框架120、第一框架110两者的配合位置的曲面形状可以来源于同一个球面；当然可以仅为该球面的一部分，而不必是整个球面。该曲面也可以是一个部分来源于一个球面、其他部分来源于另外的球面，这些球面可以具有相同的或不同的半径和弯曲程度(曲率)。需注意，以上仅以球面为例，事实上，这同样适用于其他类型的曲面，例如由圆柱面、圆锥面、单叶双曲回转面、双曲抛物面等等形成的第二框架120、第一框架110两者的配合位置的曲面形状的情形。另外，该曲面也可以是一些部分来源于一种类型的曲面、另一些部分来源于另一种类型的曲面。

作为一个本实用新型的可选的具体示例，第一框架110的与第二框架120相接触的位置具有基于一个球面形成的球面凸起，第二框架120的与第一框架110相接触的位置具有与该球面凸起相匹配的球面凹陷。通过将第二框架120、第一框架110之间的接触处设置为基于同尺寸球面所形成的球面凸起和对应的球面凹陷，通过这种球面接触能够任意调节水平度，并且在调节的过程中和调节前后，第一框架110与第二框架120之间始终接触良好，保证了电磁场的导通性。

在本实用新型的一些实施例中，第一框架110具有多个通孔111，第二框架120具有多个螺纹孔121。前述的锁定件包括多个调节螺栓130(也称为调节螺钉)，调节螺栓130穿过第一框架110的通孔111并螺纹连接于第二框架120的螺纹孔121。在第一框架110与第二框架120之间的靠近调节螺栓130的位置(亦即在第一框架110的通孔111的位置及其附近)具有间隙，以形成为第一框架110与第二框架120的相对位置的调节空间。该调节螺栓130用于：通过对这些调节螺栓130中的一个或一些调节螺栓130进行拧紧或松开，以使得第一框架110与第二框架120之间进行沿该曲面的相对转动。

一般来说，通孔111、螺纹孔121、调节螺栓130这三者的尺寸大体是匹配的，且这三者的数量是相同的。

可选的，作为在第一框架110与第二框架120的相对面之间的靠近调节螺栓130的位置具有间隙的一个具体示例，第一框架110、第二框架120均为方框型，第一框架110的朝向第二框架120的一面为球面凸起形状，在第一框架110的四角设有用于穿设调节螺栓130的通孔111；第二框架120的朝向第一框架110的一面的主体为与前述的球面凸起形状相对应的球面凹陷形状，但在第二框架120的四角处(即与第一框架110的用于穿设调节螺栓130的通孔111对应的位置)第二框架120的朝向第一框架110的一面的为平面，从而形成为第一框架110与第二框架120之间的用于微调相对位置的间隙。

本实用新型提供的等离子体发生设备，基于第一框架110、第二框架120之间的配合位置的形状为曲面，通过调节至少一个调节螺栓130，在第一框架110、第二框架120之间施加沿调节螺栓130的长度方向的力，使得第一框架110与第二框架120之间进行沿该曲面的相对转动，进而使得与第一框架110固接的线圈210能够随第一框架110与第二框架120的相对转动而调节水平度。需注意，可以仅调一个螺栓来调节一个方向的水平度，也可以通过调节多个螺栓可以实现任意方向的调节。

在本实用新型的一些实施例中，除了前述的在第一框架110与第二框架120的相对面之间的靠近调节螺栓130的位置的间隙之外，第一框架110与第二框架120均相抵接。需注意，请参阅图4所示的剖面图，由于是侧视而可以清晰地看出，第一框架110与第二框架120在两端无间隙，这是由于虽然第一框架110与第二框架120在调节螺栓130附件(例如四角处)具有间隙，但第一框架110与第二框架120之间在其他的边缘处是无间隙的，从而能够保证密封性，达到良好的屏蔽性，保证了电磁场的导通性。

可选的，第一框架110的用于穿设调节螺栓130的通孔111的孔径可以略大于调节螺栓130的直径。在拧紧或拧松调节螺栓130时，由于第一框架110与第二框架120两者之间的平面夹角改变了、且调节螺栓130与第二框架120是螺纹连接的，调节螺栓130与第一框架110之间会进行转动或进行相对于调节螺栓130的径向的位移，通过将该通孔111的孔径设置得大于调节螺栓130的直径，形成了调节螺栓130与第一框架110之间的相对转动或相对位移的空间。

在本实用新型的一些实施例中，调节螺栓130具有头部和杆部，调节螺栓130的头部位于第一框架110的背向第二框架120的一面。在调节螺栓130与第一框架110的接触处设有垫圈。进一步的，可以采用球面垫圈140(也称为球面垫片)。

作为垫圈的一个可选示例，采用分体的一对球面垫圈140：在调节螺栓130的头部与第一框架110之间设有一对垫圈，这一对垫圈中的第一球面垫圈141具有球面凹陷、第二球面垫圈142具有相应的球面凸起。一般来说，这对垫圈中，靠近或接触第一框架110的垫圈的凹凸情况与第二框架120的凹凸情况一致，靠近或接触调节螺栓130的头部的垫圈的凹凸情况与第一框架110的凹凸情况一致。以第一框架110具有球面凸起、第二框架120具有球面凹陷为例，如图2所示，接触第一框架110的第一球面垫圈141具有球面凹陷，接触调节螺栓130的头部的第二球面垫圈142具有球面凸起。

作为垫圈的另一个可选示例，调节螺栓130的头部为球形或锥形，在调节螺栓130的头部与第一框架110之间设有一个垫圈，该垫圈具有与调节螺栓130的球形或锥形的头部相匹配的球形或锥形的凹陷。

由于第二框架120固接于腔室220而固定不动，在拧紧或拧松调节螺栓130时会调节第一框架110的位置，事实上是调节第一框架110与第二框架120两者之间的平面夹角，而调节螺栓130与第二框架120是螺纹连接的，从而调节螺栓130与第一框架110之间会进行相对转动或相对于调节螺栓130的径向的位移。如果使用普通垫片，会发生点接触导致的卡死现象，而本实用新型的等离子体发生设备，通过设置球面接触或锥面接触的垫圈，可以解决此问题，有利于调节螺栓130与第一框架110之间的相对转动和位移。

作为一个具体示例，请参阅图3或图5，可以包括四个调节螺栓130，分别为第一螺栓131、第二螺栓132、第三螺栓133和第四螺栓134；第一框架110的用于穿设调节螺栓130的通孔111为四个，设置于第一框架110的靠近外缘的位置(亦即，远离中心的位置)，可选的可以排布为四边形的四个顶点。将调节螺栓130和对应的通孔111设置于第一框架110的外缘是由于：与将调节螺栓130设置于中心相比，将调节螺栓130的位置设置得远离中心能够更加容易地借助调节螺栓130来产生转动的力矩。

在本实用新型的一些实施例中，请参阅图3和图4，本实用新型的等离子体发生设备还包括：线圈210和腔室220。

可选的，该腔室220包括腔室主体221和盖板222。可选的，等离子体发生设备中的第二框架120固接于该盖板222。

可选的，等离子体发生设备还可以包括载台230、天板240、线圈固定板211。

其中，该载台230设于腔室220内，可用于承载晶片。

该天板240设置于线圈210与腔室220之间。实际中，腔室220一般由金属制成，而考虑到金属的电磁屏蔽性能较强，一般在腔室220的靠近线圈210的一面(例如在盖板222上)开设孔洞，以便由线圈210产生的磁场能够达到腔室220内，但为了保证腔室220内的气体、温度、压力等环境，可以设置石英等材料的天板240，该天板240的下方是反应腔室220内的反应环境，上方是空气环境。同时，石英材料(事实上可以是任何的电磁屏蔽效果小的材料)的天板240有利于天板240上方的线圈210所形成的磁场穿过天板240，达到天板240下方的腔室220。

该线圈固定板211可用于固定线圈210。

请参阅图3和图4，本实用新型的实施例还提供一种半导体加工设备，该半导体加工设备包括上述任意一个实施例中的等离子体发生设备。

需注意，本实用新型所指的半导体加工设备包括但不限于DPN(去耦合等离子氮化)设备、PNA(等离子氮化后退火)设备等。

本实用新型提出的设备可应用任何涉及用线圈产生等离子的设备，包括但不限于200mm、300mm涉及ICP(感性耦合等离子体Inductively Coupled Plasma)应用的不同设备中。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种等离子体发生设备，其特征在于，所述设备包括：

第一框架、第二框架和锁定件；

其中，所述第一框架与线圈固接；所述第二框架与腔室固接；所述线圈设置于所述腔室的外部，用于在所述线圈通电后，在所述腔室的内部产生等离子体；

所述第二框架与所述第一框架相配合，且所述第二框架与所述第一框架的至少一部分的配合位置的形状为曲面，以使得所述第一框架与所述第二框架之间能够进行沿所述曲面的相对转动；

所述锁定件用于锁定所述第一框架与所述第二框架之间的相对转动。

2.根据权利要求1所述的等离子体发生设备，其特征在于：

所述第二框架的一面与腔室固接，所述第二框架的另一面与所述第一框架相抵接；

在所述第二框架与所述第一框架的至少一部分的接触位置，所述第二框架、所述第一框架之中的一个具有曲面凸起，另一个具有与所述曲面凸起相匹配的曲面凹陷。

3.根据权利要求1所述的等离子体发生设备，其特征在于：

所述第二框架与所述第一框架的至少一部分的配合位置的形状由一个或多个同一类型的曲面形成、或由一个或多个不同类型的曲面形成。

4.根据权利要求3所述的等离子体发生设备，其特征在于：

所述曲面的类型包括球面、圆柱面、圆锥面、单叶双曲回转面和双曲抛物面之中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的等离子体发生设备，其特征在于：

所述第一框架的与所述第二框架相配合的位置被设置为基于一个球面形成的球面凸起，所述第二框架的与所述第一框架相配合的位置被设置为与所述球面凸起相匹配的球面凹陷。

6.根据权利要求1到5中任意一项所述的等离子体发生设备，其特征在于：

所述第一框架具有多个通孔，所述第二框架具有多个螺纹孔；

所述锁定件包括多个调节螺栓，所述调节螺栓穿过所述第一框架的所述通孔并螺纹连接于所述第二框架的所述螺纹孔；

在所述第一框架与所述第二框架之间的靠近所述调节螺栓的位置具有间隙，以形成为所述第一框架与所述第二框架的相对位置的调节空间；

所述调节螺栓用于通过对所述多个调节螺栓中的一个或一些调节螺栓进行拧紧或松开以使得所述第一框架与所述第二框架之间进行沿所述曲面的相对转动。

7.根据权利要求6所述的等离子体发生设备，其特征在于：

所述调节螺栓具有头部和杆部，所述调节螺栓的头部位于所述第一框架的背向所述第二框架的一面；

在所述调节螺栓的头部与所述第一框架之间设有一对球面垫圈，所述一对球面垫圈中的一个球面垫圈具有球面凸起、另一个球面垫圈具有相应的球面凹陷；或者，所述调节螺栓的头部为球形或锥形，在所述调节螺栓的头部与所述第一框架之间设有一个垫圈，所述垫圈具有与所述调节螺栓的球形或锥形的头部相匹配的球形或锥形的凹陷。

8.根据权利要求6所述的等离子体发生设备，其特征在于：

所述调节螺栓为四个，所述第一框架的所述通孔为四个，设置于所述第一框架的靠近外缘的位置，排布为四边形的四个顶点。

9.根据权利要求1所述的等离子体发生设备，其特征在于，还包括所述线圈和所述腔室。

10.一种半导体加工设备，其特征在于，所述半导体加工设备包括如权利要求1到9中任意一项所述的等离子体发生设备。

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