等离子体发生装置和半导体工艺设备的制作方法

本发明涉及半导体，尤其涉及一种等离子体发生装置和半导体工艺设备。

背景技术：

1、感应耦合等离子体设备（inductively coupled plasma，icp）广泛应用于半导体制造中的刻蚀、清洗、沉积等工艺。该类设备通常利用设置于介质管外周的射频线圈耦合射频能量，使工艺气体发生电离和解离，形成等离子体及包括原子、离子和自由基在内的活性粒子。所形成的自由基经所述介质管及后续气体通道输送至晶圆表面，以参与相应的半导体工艺反应。随着半导体工艺对处理效率的要求提高，等离子体设备趋于采用更高的射频功率以及更大的工艺气体流量。在高功率、大流量工况下，等离子体产生区域及用于形成自由基传输通道的介质管易吸收较多热量，导致介质管的温度升高，介质管的温度升高会使其内壁附近的反应环境发生变化。自由基通常具有较高反应活性，在由等离子体产生区域向晶圆表面传输的过程中，可能在介质管内发生复合、与管壁发生反应或失活。当介质管温度较高时，自由基在介质管内壁处的复合、损耗或失活趋势可能加剧，使得能够传输至晶圆表面的有效自由基数量减少。有效自由基数量的降低会影响晶圆表面参与反应的活性粒子浓度，进而可能导致工艺速率下降、晶圆不同区域的处理均匀性变差以及工艺参数波动增大。特别是在高功率、大流量等离子体工艺中，若不能有效控制介质管的温度，将不利于维持自由基传输过程的稳定性，并影响设备的工艺性能及工艺稳定性。

技术实现思路

1、本发明的实施例提供了一种等离子体发生装置和半导体工艺设备，旨在解决现有的等离子体设备中介质管管壁温度偏高导致自由基在传输过程中复合损耗增大、到达晶圆表面的有效自由基数量的减少，进而影响工艺速率、均匀性及工艺稳定性的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种等离子体发生装置，应用于具有工艺腔室的半导体工艺设备，所述等离子体发生装置与所述工艺腔室连通，以向所述工艺腔室提供等离子体，所述等离子体发生装置包括介质管，所述介质管包括内管壁和外管壁，所述内管壁与所述外管壁之间形成有冷却水路；所述介质管的下端设有环形法兰，所述环形法兰的径向侧设有进水通道和出水通道，所述进水通道和所述出水通道分别与所述冷却水路连通。

3、进一步地，所述冷却水路的一端与所述进水通道连通，另一端与所述出水通道连通，所述冷却水路自所述进水通道至所述出水通道沿所述介质管的周向延伸至少一周。

4、进一步地，所述冷却水路包括多个轴向流道段和多个折返流道段，所述多个轴向流道段沿所述介质管的轴向延伸，且沿所述介质管的周向依次排布；所述多个折返流道段连接于相邻两个所述轴向流道段之间，且所述多个折返流道段交替位于所述介质管轴向的两端；所述多个轴向流道段与多个所述折返流道段依次连通，形成沿所述介质管的轴向往复延伸的连续冷却水路，所述连续冷却水路沿所述介质管的周向一周分布。

5、进一步地，所述进水通道和所述出水通道自所述环形法兰的外周面均沿所述环形法兰的径向延伸，并分别连通于沿所述介质管的周向相邻的两个所述轴向流道段，所述进水通道和所述出水通道沿所述环形法兰的周向间隔设置。

6、进一步地，还包括上盖板，所述上盖板的上表面开设有环形密封凹槽，所述环形密封凹槽内设有至少一个密封圈，所述介质管下端的所述环形法兰在轴向方向上压紧于所述至少一个密封圈。

7、进一步地，所述至少一个密封圈包括第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈和所述第二密封圈沿所述介质管的径向间隔设置，所述环形法兰压紧于所述第一密封圈和所述第二密封圈。

8、进一步地，还包括喷淋板，所述上盖板的底部开设有安装槽，所述喷淋板嵌装于所述安装槽内，且所述喷淋板的下表面与所述上盖板的下表面平齐。

9、进一步地，还包括屏蔽结构和线圈，所述屏蔽结构套设于所述介质管的外周，所述线圈套设于所述屏蔽结构的外周；所述屏蔽结构的底部的内壁开设有环形安装槽，所述介质管下端的所述环形法兰容置于所述环形安装槽内。

10、进一步地，还包括盖帽，所述盖帽盖设于所述介质管的上方；所述介质管的顶部外周壁套设有第三密封圈，所述第三密封圈位于所述介质管的外周壁与所述盖帽的内侧壁之间，并分别与所述介质管的外周壁和所述盖帽的内侧壁密封配合。

11、第二方面，本发明还提供了一种半导体工艺设备，包括工艺腔室和上述的等离子体发生装置，所述等离子体发生装置与所述工艺腔室连通，以向所述工艺腔室提供等离子体。

12、本发明提供一种等离子体发生装置和半导体工艺设备，通过在介质管的内管壁与外管壁之间形成冷却水路，并在介质管下端的环形法兰上设置分别与冷却水路连通的进水通道和出水通道，使冷却水能够经进水通道进入介质管的冷却水路，在介质管的内、外管壁之间流动并与介质管进行热交换后，经出水通道排出，从而能够直接带走介质管在等离子体产生及自由基传输过程中吸收的热量，降低介质管管壁温度。介质管温度降低后，可减弱自由基在介质管内壁附近发生复合、损耗或失活的程度，提高自由基由介质管向晶圆表面传输过程中的保留量，使更多有效自由基到达晶圆表面参与工艺反应，进而有利于提高工艺速率、改善工艺均匀性并提升工艺稳定性。

1.一种等离子体发生装置，其特征在于，应用于具有工艺腔室的半导体工艺设备，所述等离子体发生装置与所述工艺腔室连通，以向所述工艺腔室提供等离子体，所述等离子体发生装置包括介质管，所述介质管包括内管壁和外管壁，所述内管壁与所述外管壁之间形成有冷却水路；所述介质管的下端设有环形法兰，所述环形法兰的径向侧设有进水通道和出水通道，所述进水通道和所述出水通道分别与所述冷却水路连通。

2.根据权利要求1所述的等离子体发生装置，其特征在于，所述冷却水路的一端与所述进水通道连通，另一端与所述出水通道连通，所述冷却水路自所述进水通道至所述出水通道沿所述介质管的周向延伸至少一周。

3.根据权利要求2所述的等离子体发生装置，其特征在于，所述冷却水路包括多个轴向流道段和多个折返流道段，所述多个轴向流道段沿所述介质管的轴向延伸，且沿所述介质管的周向依次排布；所述多个折返流道段连接于相邻两个所述轴向流道段之间，且所述多个折返流道段交替位于所述介质管轴向的两端；所述多个轴向流道段与多个所述折返流道段依次连通，形成沿所述介质管的轴向往复延伸的连续冷却水路，所述连续冷却水路沿所述介质管的周向一周分布。

4.根据权利要求3所述的等离子体发生装置，其特征在于，所述进水通道和所述出水通道自所述环形法兰的外周面均沿所述环形法兰的径向延伸，并分别连通于沿所述介质管的周向相邻的两个所述轴向流道段，所述进水通道和所述出水通道沿所述环形法兰的周向间隔设置。

5.根据权利要求1所述的等离子体发生装置，其特征在于，还包括上盖板，所述上盖板的上表面开设有环形密封凹槽，所述环形密封凹槽内设有至少一个密封圈，所述介质管下端的所述环形法兰在轴向方向上压紧于所述至少一个密封圈。

6.根据权利要求5所述的等离子体发生装置，其特征在于，所述至少一个密封圈包括第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈和所述第二密封圈沿所述介质管的径向间隔设置，所述环形法兰压紧于所述第一密封圈和所述第二密封圈。

7.根据权利要求5所述的等离子体发生装置，其特征在于，还包括喷淋板，所述上盖板的底部开设有安装槽，所述喷淋板嵌装于所述安装槽内，且所述喷淋板的下表面与所述上盖板的下表面平齐。

8.根据权利要求1所述的等离子体发生装置，其特征在于，还包括屏蔽结构和线圈，所述屏蔽结构套设于所述介质管的外周，所述线圈套设于所述屏蔽结构的外周；所述屏蔽结构的底部的内壁开设有环形安装槽，所述介质管下端的所述环形法兰容置于所述环形安装槽内。

9.根据权利要求8所述的等离子体发生装置，其特征在于，还包括盖帽，所述盖帽盖设于所述介质管的上方；所述介质管的顶部外周壁套设有第三密封圈，所述第三密封圈位于所述介质管的外周壁与所述盖帽的内侧壁之间，并分别与所述介质管的外周壁和所述盖帽的内侧壁密封配合。

10.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括工艺腔室和权利要求1至9任一项所述的等离子体发生装置，所述等离子体发生装置与所述工艺腔室连通，以向所述工艺腔室提供等离子体。