上电极组件及半导体工艺腔室的制作方法

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种上电极组件及半导体工艺腔室。


背景技术：

2.随着科技的快速发展，智能手机、平板电脑等电子产品已经成为现代人生活中不可或缺的产品。这些电子产品内部包括有许多半导体芯片，而半导体芯片的主要制造材料就是晶圆。晶圆需要刻蚀出线路图案，通常采用半导体工艺设备对晶圆进行刻蚀。
3.半导体工艺腔室包括腔室本体和上电极组件，上电极组件设置于腔室本体的顶部，上电极组件包括有射频电源和射频线圈，射频电源为射频线圈通电的情况下，能够电离腔室本体内部的工艺气体，从而产生等离子体。
4.然而，由于半导体工艺腔室容易发生软件卡死的现象，上电极组件的射频电源输出射频电压后，无法停止，造成射频电源持续为射频线圈通电，致使半导体工艺腔室内的工艺气体被过度电离，容易造成半导体工艺腔室损坏，致使半导体工艺腔室的安全性和可靠性较差。


技术实现要素：

5.本发明公开一种上电极组件及半导体工艺腔室，以解决半导体工艺腔室的安全性和可靠性较差的问题。
6.为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
7.一种上电极组件，应用于半导体工艺腔室，所述上电极组件包括射频线圈、供电装置和过温保护装置；
8.所述过温保护装置包括盒体和温度控制件，所述温度控制件设置于所述盒体上，所述盒体开设有内腔，所述射频线圈的至少部分位于所述内腔中，所述射频线圈与所述供电装置通过所述温度控制件电连接，所述温度控制件用于检测所述内腔的温度，当所述内腔的温度大于预设温度时，所述温度控制件断路，以使所述射频线圈与所述供电装置断路。
9.一种半导体工艺腔室，包括腔室本体、设于腔室本体上方的介质窗和上述的上电极组件，所述上电级组件设于所述介质窗的上方。
10.本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
11.本发明公开的上电极组件中，当半导体工艺腔室的软件发生卡死现象时，供电装置会为射频线圈一直供电，射频线圈的供电时间越长其产生的热量越多，射频线圈产生的热量会加热盒体的内腔中的气体，使得内腔的气体温度升高。温度控制件检测内腔的温度，当内腔的温度大于预设温度时，温度控制件断路，从而使得射频线圈与供电装置之间断路，从而停止为射频线圈供电，防止半导体工艺腔室损坏，以提高半导体工艺腔室的安全性和可靠性。
附图说明
12.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
13.图1为本发明实施例公开的上电极组件的结构示意图；
14.图2为本发明实施例公开的上电极组件的局部示意图；
15.图3为图2的剖视图；
16.图4为本发明实施例公开的上电极组件中过温保护装置的爆炸图；
17.图5为本发明实施例公开的上电极组件中温度控制件的结构示意图；
18.图6为本发明实施例公开的上电极组件中温度控制件与供电装置的电路连接示意图；
19.图7为本发明实施例公开的上电极组件中换气组件的连接示意图；
20.图8为本发明实施例公开的半导体工艺腔室的结构示意图。
21.附图标记说明：
22.100-射频线圈、210-供电源、220-射频电源、230-匹配器、300-过温保护装置、310-盒体、310a-内腔、310b-穿孔、311-底座、3111-底板、3112-第一侧壁、3112a-第一板体、3112b-第二板体、3112c-第三板体、3113-第二侧壁、3113a-第四板体、3113b-第五板体、3113c-第六板体、312-上盖、3121-顶板、3122-第三侧壁、3123-第四侧壁、320-温度控制件、321-主体部、322-第一接线柱、323-第二接线柱、324-测温柱、410-第一气动接头、420-第二气动接头、430-第一控制阀门、440-第二控制阀门、450-吹气机构、460-抽气机构、470-第一隔板接头、480-第二隔板接头、500-线圈固定板、600-上电极外壳、700-腔室本体、800-介质窗。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。
25.如图1～图8所示，本发明实施例公开一种上电极组件，该上电极组件应用于半导体工艺腔室。所公开的上电极组件包括射频线圈100、供电装置和过温保护装置300。
26.射频线圈100能够产生磁场，从而能够电离半导体工艺腔室内的工艺气体。供电装置用于为射频线圈100供电。过温保护装置300包括盒体310和温度控制件320，温度控制件320设置于盒体310上，盒体310开设有内腔310a，射频线圈100的至少部分位于内腔310a中。射频线圈100与供电装置通过温度控制件320电连接。温度控制件320用于检测内腔310a的温度，当内腔310a的温度大于预设温度时，温度控制件320断路，以使射频线圈100与供电装置断路。
27.本技术公开的实施例中，当半导体工艺腔室的软件发生卡死现象时，供电装置会为射频线圈100一直供电，射频线圈100的供电时间越长其产生的热量越多，射频线圈100产生的热量会加热盒体310的内腔310a中的气体，使得内腔310a的气体温度升高。温度控制件
320检测内腔310a的温度，当内腔310a的温度大于预设温度时，温度控制件320断路，从而使得射频线圈100与供电装置之间断路，从而停止为射频线圈100的供电，防止半导体工艺腔室损坏，以提高半导体工艺腔室的安全性和可靠性。
28.本技术公开的实施例中，可以根据下述的公式(1)、(2)和(3)计算得到预设温度。射频线圈100工作时其内部通入有电流，射频线圈100具有电阻，在一端时间内，射频线圈100能够产生热量，其发热量可以根据公式(1)计算；
29.w＝i2*r*t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
30.w为射频线圈100的发热量功率，i为射频线圈100内通入的电流，r为射频线圈100的电阻，t为工作时间。
31.盒体310内的气体的加热量可以根据公式(2)计算；
32.w＝c*m*δt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
33.w为盒体310内腔310a的热量，c为气体的比热容，m为盒体内的气体质量，其可以通过m＝p*v，v为盒体的体积，p为空气的密度，都为常数。δt为温度增加值。由于盒体310内的热量等于射频线圈100的发热量，因此盒体310内的发热量已知，c为常数，因此可以通过公式(2)计算δt。内腔310a在t时间段内温度可以为t1，内腔310a的初始温度可以为t0，因此可以根据公式3计算出内腔310a后的温度；
34.t1＝t0 δt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
35.此时，设定半导体工艺腔室的最大工艺时间可以为射频线圈100的最大通电时间t
max
，供电装置有最大输出电流i
max
，射频线圈100的电阻r为常数，将t
max
、i
max
和r的值带入公式(1)，计算出射频线圈100最大发热量w
max
，在将计算得到的w
max
带入公式(2)中，得到温度增加值的最大值δt
max
。t0为初始温度，初始温度可以为室温，因此初始温度为常数，将δt
max
带入公式(3)，可以到的t1
max
，也就是内腔310a的最大温度，这个最大温度t1
max
可以作为预设温度。
36.上述实施例中，射频线圈100的部分可以位于内腔310a中。过温保护装置300的安装位置应该选取在不与上电极组件的其他部件发生干涉的位置。具体地，射频线圈100位于盒体内的长度可以为30mm至200mm之间。
37.可选地，盒体310可以采用树脂材料制作，当然还可以采用其他材料制作，本文不作限制。
38.上述实施例中，盒体310的侧壁上开设有通孔，通孔与内腔310a相连通，此时射频线圈100可以通过通孔穿入和穿出内腔310a。此时，盒体310与射频线圈100装配时，需要先将射频线圈100穿入盒体310内，然后在将射频线圈100与盒体310装配到位，再将射频线圈100与供电装置连接。此时过温保护装置300容易与上电极组件的其他部件发生干涉或者刮蹭，容易造成上电极组件的装配难度较大。
39.基于此，在另一种可选的实施例中，盒体310可以包括底座311和上盖312，底座311和上盖312围成内腔310a以及与内腔310a相连通的间隙，底座311和上盖312可拆卸连接，射频线圈100的至少部分从间隙穿过。具体的装配过程中，可以先将射频线圈100装配到位，然后在射频线圈100的合适位置扣合底座311和上盖312，从而将射频线圈100夹设在底座311和上盖312之间，从而完成过温保护装置300与射频线圈100的装配。此方案在装配过温保护装置300的过程中，不容易造成射频线圈100以及上电极组件上的其他部件损坏，进而降低
上电极组件的装配难度。
40.另外，底座311和上盖312之间预留有间隙，从而方便射频线圈100穿入和穿出，因此不容损坏射频线圈100。
41.此外，底座311和上盖312可拆卸连接，从而便于过温保护装置300的拆卸和安装。
42.本方案中，底座311和上盖312可拆卸连接，对上电极组件进行改进时，无需改动射频线圈100的位置，只需要将底座311和上盖312扣合在射频线圈100上即可，无需拆卸射频线圈100，从而使得上电极组件的改进更加简单方便。
43.可选地，底座311和上盖312可以通过螺栓、卡扣等方式连接，当然，还可以采用其他方式连接，本文不作限制。
44.在另一种可选的实施例中，底座311可以包括底板3111以及设置于底板3111同侧的第一侧壁3112和第二侧壁3113，第一侧壁3112与第二侧壁3113相对设置，上盖312可以设置有顶板3121以及设置于顶板3121同侧的第三侧壁3122和第四侧壁3123。第三侧壁3122和第四侧壁3123可以相对设置，第三侧壁3122和第四侧壁3123可以位于第一侧壁3112和第二侧壁3113之间，顶板3121可以搭接于第一侧壁3112和第二侧壁3113背离底板3111的一侧。第四侧壁3123和第三侧壁3122背离顶板3121的一侧与底板3111之间形成间隙。
45.此方案中，第三侧壁3122和第四侧壁3123可以直接插入第二侧壁3113和第一侧壁3112之间，同时顶板3121可以搭接于第一侧壁3112和第二侧壁3113上，因此盒体310装配方式简单，便于拆卸和安装。
46.可选地，顶板3121可以通过螺栓固定在第一侧壁3112和第二侧壁3113上，当然，还可以通过其他方式连接，本文不作限制。
47.在另一种可选的实施例中，第一侧壁3112可以包括依次连接的第一板体3112a、第二板体3112b和第三板体3112c。第二侧壁3113可以包括依次连接的第四板体3113a、第五板体3113b和第六板体3113c。
48.第一板体3112a和第三板体3112c可以相对设置，第一板体3112a和第三板体3112c均与第二板体3112b相垂直。此时，第一侧壁3112为“u”型结构件。
49.第四板体3113a和第六板体3113c可以相对设置，第四板体3113a和第六板体3113c可以均与第五板体3113b相垂直。此时，第二侧壁3113为“u”型结构件。
50.第二板体3112b和第五板体3113b相对设置。第一板体3112a可以与第四板体3113a相平齐，第三板体3112c可以与第六板体3113c相平齐。第三侧壁3122可以位于第一板体3112a与第四板体3113a之间，第四侧壁3123位于第三板体3112c与第六板体3113c之间。
51.此方案中，第一侧壁3112和第二侧壁3113均为“u”型结构，两个“u”型结构相对设置，使得底部的间隙开设的较小，从而能够减少盒体310内和盒体310外的空气对流，因此有利于盒体310内部空气升温，从而提高温度控制件320的检测精度。
52.本文公开一种温度控制件320的具体结构，当然，还可以为其他结构，本文不作限制。具体地，温度控制件320可以包括主体部321、第一接线柱322、第二接线柱323和测温柱324。具体地，主体部321为温度控制件320的主体部321件，主体部321可以包括温度控制件320的各种电子元器件、外壳等部件。
53.第一接线柱322和第二接线柱323可以设置于主体部321的同一侧，且与主体部321电连接。第一接线柱322和第二接线柱323为温度控制件320的接线端。测温柱324可以设置
于主体部321背离第一接线柱322和第二接线柱323的一侧，第一接线柱322与供电装置电连接，第二接线柱323与射频线圈100电连接。盒体310可以开设有穿孔310b，测温柱324背离主体部321的一端通过可以穿孔310b伸入盒体310内，测温柱324可以用于测量内腔310a的温度。
54.具体工作过程中，测温柱324伸入内腔310a中，测温柱324直接与内腔310a的气体相接触，内腔310a的气体温度升高，测温柱324的温度也随之升高，测温柱324的温度传递至主体部321内，当温度达到预设温度时，主体部321上的电子元器件断路，例如，主体部321内设置有保险丝，当测温柱324的温度超过保险丝的熔断温度时，保险丝熔断，从而使得第一接线柱322和第二接线柱323熔断，进而使得射频线圈100与供电装置断路。
55.上述方案中，测温柱324直接伸入至内腔310a进行测温，因此能够提高温度控制件320的温度检测精度。另外，温度控制件320的部件较少，结构简单。
56.进一步地，穿孔310b可以为阶梯孔，主体部321设置有测温柱324的一侧可以设有阶梯面，阶梯面可以与阶梯孔相配合。此方案中，主体部321可以位于阶梯孔内，从而使得主体部321不外露于盒体310的表面，或外露盒体310的表面的体积较小，因此不容易损坏温度控制件320，同时，主体部321上的阶梯面能够搭接在阶梯孔的底面上，从而使得主体部321与盒体310安装更加稳定。
57.可选地，主体部321和盒体310可以通过螺钉连接，当然还可以通过其他方式连接，本文不作限制。
58.当半导体工艺腔室进行第一次加工工艺前，内腔310a中的温度处于室温。当第一次加工结束后，内腔310a中的温度升高。再进行第二次加工时，内腔310a中气体已经处于高温状态，因此温度控制件320的温度较高，从而使得温度控制件320所检测的温度准确性较差。
59.基于此，在另一种可选的实施例中，过温保护装置300还可以包括换气组件，换气组件可以用于排出内腔310a的气体，以使射频线圈100在每次通电前内腔310a的温度均相同，这里的射频线圈100的每次通电是指，半导体工艺腔室在完成一次工艺时，射频线圈100断电，再进行下次工艺时，射频线圈100在通电。
60.此方案中，每次加工工艺完成后，可以通过换气组件排出内腔310a中的气体，从而使得内腔310a中的温度降低回复到第一次加工工艺前的状态，进而使得每次检测之间，内腔310a中的温度都处于同一状态，因此能够提高温度控制件320所检测的温度准确性。
61.进一步地，换气组件可以包括第一气动接头410、第二气动接头420、第一控制阀门430、第二控制阀门440、吹气机构450和抽气机构460，第一气动接头410和第二气动接头420可以均设置于盒体310上，并且与内腔310a相连通，第一气动接头410通过第一控制阀门430与吹气机构450相连通，第二气动接头420可以通过第二控制阀门440与抽气机构460相连通，吹气机构450可以通过第一控制阀门430和第一气动接头410向内腔310a中吹入气体，抽气机构460可以通过第二控制阀门440和第二气动接头420抽出内腔310a中的气体。
62.具体的操作过程中，当半导体工艺腔室完成一次加工工艺时，停止为射频线圈100通入电流。打开第一控制阀门430和第二控制阀门440，吹气机构450吹入空气，抽气机构460提供负压，将内腔310a中的热空气抽出，此时吹气机构450与抽气机构460形成对流循环，从而将内腔310a中的热空气排出。当半导体工艺设备再次进行加工工艺时，关闭第一控制阀
门430和第二控制阀门440。
63.此方案中，吹气机构450用于吹入冷空气，抽气机构460用于抽出热空气，因此吹气机构450与抽气机构460形成对流循环，进而提高了内腔310a中热空气的排出速率，减少了热空气在内腔310a中的聚集。
64.可选地，上述的第一气动接头410、第一控制阀门430和吹气机构450之间可以通过管路相连接。第二气动接头420、第二控制阀门440和抽气机构460之间也可以通过管路连接。
65.上述实施例中，上电极组件设置有上电极外壳600，射频线圈100和过温保护装置300均位于上电极外壳600内。抽气机构460和吹气机构450可以设置于外壳内之外，因此为了方便吹气机构450和抽气机构460与盒体310的内腔310a相连通，上电极外壳600的侧壁上可以安装有第一隔板接头470和第二隔板接头480，第一隔板接头470的一端可以位于上电极外壳600内，且通过管路与第一气动接头410相连通，第一隔板结构的另一端可以位于上电极外壳600之外，且通过管路与第一控制阀门430相连通。第二隔板接头480的一端可以位于上电极外壳600内，且通过管路与第二气动接头420相连通，第二隔板接头480的另一端可以位于上电极外壳600之外，且通过管路与第二控制阀门440相连通。
66.上述实施例中，盒体310可以直接悬挂在射频线圈100上，然后盒体310具有一定的重量，容易拉扯射频线圈100，造成射频线圈100损坏。
67.基于此，在另一种可选的实施例中，上电极组件还可以包括线圈固定板500，射频线圈100可以固定于所述线圈固定板500上，盒体310可以与线圈固定板500固定连接。此方案中，盒体310可以固定在线圈固定板500上，从而使得盒体310不会对射频线圈100施加作用力，进而不容易拉扯射频线圈100，因此不容易损坏射频线圈100。
68.在另一种可选的实施例中，供电装置可以包括供电源210、射频电源220和匹配器230，供电源210可以与射频电源220通过温度控制件320电连接。当内腔310a的温度大于预设温度时，供电源210与射频电源220断路，射频电源220可以通过匹配器230与射频线圈100电连接。此时，供电源210为射频电源220进行供电，射频电源220输出的电压通过匹配器230进行负载匹配后输入至射频线圈100，实现能量的传输。
69.此方案中，温度控制件320设置于射频电源220和供电源210之间，当温度控制件320断路后，阻断了射频电源220的供电来源，因此能够提高其阻断的可靠性。
70.具体地，当温度控制件320包括上文中的第一接线柱和第二接线柱时，第一接线柱322可以与供电源210电连接，第二接线柱323可以与射频电源220电连接。
71.基于本技术上述任一实施例的上电极组件，本技术实施例还公开一种半导体工艺腔室，所公开半导体工艺腔室具有上述任一实施例的上电极组件。
72.如图8所示，半导体工艺腔室还包括腔室本体700和设置于腔室本体700上方的介质窗800，上电极组件设置于介质窗800的上方。
73.本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
74.以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同
替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。