一种远程等离子源陶瓷反应腔体及带有该腔体的等离子源的制作方法

1.本发明属于等离子源腔体技术领域，特别是涉及一种远程等离子源陶瓷反应腔体以及带有该腔体的等离子源。


背景技术：

2.在现有的晶圆制造、腔体清洗设备及半导体cvd镀膜等工艺上会使用到等离子反应腔体，等离子反应腔体是采用铝制材料制作的多段式空管矩形腔体，由于反应腔室内氟离子具有腐蚀性，腔体内表面镀有阳极氧化膜，可以提高腔体内壁耐腐蚀性，增强腔体耐磨性及表面的硬度，保护金属表面，腔体本身是由多段式的空管组装而成。发生器的腔体部分工作原理是：线圈提供高频的交流电流，通过电磁感应原理，在磁芯上产生交变磁场，交变磁场又在线圈的作用下产生交变电场，气体在高频交变电场下得到加速，通过相互撞击解离出氟离子和氮离子，氟离子用于腔室的清洁，与腔室内的污染物发生反应，产生氟化硅，最后被真空泵抽出。
3.现有的腔室部分结构配件繁多，加工难度大，不易于腔室的组装，将耗费大量的时间及人工成本；现有腔室采用矩形空管结构，由于拐角弧度不够大，等离子体在腔体内部运动时，会收到磁约束作用，使等离子体在矩形腔体中心聚集从而形成鞘层区，而在拐角处，因气流惯性，与腔体内壁发生一定的接触撞击，易导致腔体硬质阳极氧化膜的损坏，使腔体的使用寿命过短，需要频繁更换腔体结构，增加了成本；由于现有腔体外形采用多段式相组装的结构，导致腔体的气密性降低，空气进入腔体内部，故而降低了腔体对粉尘颗粒污染物的清洁能力；反应腔室的内壁镀有阳极氧化膜，反应时通入的含氟气体易腐蚀腔室内壁，由于反应气体的不规则撞击会导致阳极氧化膜的脱落，易造成腔室粉尘污染，会对芯片产生污染破坏，大大降低了产品良率。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种远程等离子源陶瓷反应腔体及带有该腔体的等离子源，解决了以上问题。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明的一种远程等离子源陶瓷反应腔体及带有该腔体的等离子源，整体采用陶瓷材质，包括两瓣半圆环形管状腔室、进气管、出气管；
7.所述腔体是通过微波焊接陶瓷技术对两瓣半圆环形管状腔室进行密封焊接后形成的整体为圆环形的结构；
8.所述进气管、出气管分别设置于单个半圆环形管状腔室外弧形侧面的中间位置，且与腔体的环形腔室相连通，所述进气管与出气管相连的直线与两瓣半圆环形管状腔室之间的焊接线相垂直。
9.进一步地，所述腔体整体采用三氧化二钇材质的陶瓷。
10.进一步地，所述腔体的反应腔室内壁覆盖三氧化二钇膜、氧化铝膜、二氧化硅膜或
氮化铝膜。
11.进一步地，所述进气管、出气管的端部均设置有对接用的圆形刮边，与腔体的对接部之间采用全氟圈密封连接；所述圆形刮边表面设置有与进气管或出气管相连通的通孔。
12.一种等离子源，为包括所述一种远程等离子源陶瓷反应腔体的等离子源。
13.本发明相对于现有技术包括有以下有益效果：
14.1、本发明的陶瓷腔体整体为环形管状的圆环形腔室结构，由等分的半圆环构成，改善了远程等离子源反应腔体内部因矩形拐角弧度过小的不足，这种结构减少了等离子体在腔体内部做螺旋运动时与腔体内壁之间的接触碰撞，从而减少了等离子体内壁阳极氧化膜的撞击破坏，延长了腔体的使用寿命；
15.2、本发明的腔体采用陶瓷材料，配合圆环形的腔室结构，有利于降低粉尘颗粒在腔体内的污染，表面光滑且不易与等离子体发生反应，陶瓷材质具有较好的耐腐蚀性及抗等离子体性，从而增加了腔体的使用寿命，陶瓷材质具有重量轻，价格适宜，耐腐蚀性好，耐高温的优点，易于制作，减少了制作成本和制作时间；
16.3、本发明的陶瓷腔体采用的是由陶瓷材质的两瓣半圆环形管状腔室经过微波焊接陶瓷技术进行密封焊接后形成，结构基本无分割部分，结构部件较少，采用陶瓷材质制作的圆环腔体，拐角弧度圆滑流畅，腔体接口较少，可极大程度上减少因接口过多导致的气密性差，既保证了结构的对称性，也保证了腔体结构的气密性，避免了因拼装不到位导致的腔体漏气问题；
17.4、本发明的陶瓷腔体外观简洁，组装简单，大大节约了时间及人工成本。
18.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明一种远程等离子源陶瓷反应腔体及带有该腔体的等离子源的结构示意图；
21.图2为图1的结构俯视图；
22.图3为图1的结构主视图；
23.图4为图2中a-a剖面视图；
24.图5为本发明的腔体由两瓣半圆环形管状腔室构成的分解示意图；
25.图6为图5中b角度的结构示意图；
26.图7为现有反应腔体的结构示意图；
27.图8为图7中c视角的结构示意图；
28.图9为图7的结构主视图；
29.图10为应用本技术方案陶瓷反应腔体的等离子源的结构原理图；
30.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
31.1-半圆环形管状腔室，101-进气管，102-出气管，103-圆形刮边。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“侧面”、“中间位置”、“垂直”、“内壁”、“端部”、“表面”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.如图7-9所示，为现有的反应腔体的结构示意图，由图中可以看出该等离子源反应腔体的分割部分较多，是由多段结构件组装而成，且腔室趋于矩形，不利于等离子体在交变磁场中运动，拐角弧度不够，导致等离子体因运动惯性与腔体内壁发生碰撞而造成腔体硬质阳极氧化膜的损坏，从而降低了腔体的使用寿命。并且由于这种结构设置，由于现有腔体外形采用多段式相组装的结构，并且采用铝材质，导致腔体的气密性降低，空气进入腔体内部，故而降低了腔体对粉尘颗粒污染物的清洁能力；反应腔室的内壁镀有阳极氧化膜，反应时通入的含氟气体易腐蚀腔室内壁，由于反应气体的不规则撞击会导致阳极氧化膜的脱落，易造成腔室粉尘污染，会对芯片产生污染破坏，大大降低了产品良率。因此针对以上问题，提供一种远程等离子源陶瓷反应腔体及带有该腔体的等离子源具有重要意义。本技术方案的具体实施例的内容如下：
35.具体实施例1：
36.请参阅图1-6所示，本发明的一种远程等离子源陶瓷反应腔体及带有该腔体的等离子源，整体采用陶瓷材质，包括两瓣半圆环形管状腔室1、进气管101、出气管102；
37.腔体是通过微波焊接陶瓷技术对两瓣半圆环形管状腔室1进行密封焊接后形成的整体为圆环形的结构；
38.进气管101、出气管102分别设置于单个半圆环形管状腔室1外弧形侧面的中间位置，且与腔体的环形腔室相连通，进气管101与出气管102相连的直线与两瓣半圆环形管状腔室1之间的焊接线相垂直。
39.其中，腔体整体采用三氧化二钇材质的陶瓷；进气管101、出气管102的端部均设置有对接用的圆形刮边103，与腔体的对接部之间采用全氟圈密封连接；圆形刮边103表面设置有与进气管101或出气管102相连通的通孔。
40.一种等离子源，为包括上述一种远程等离子源陶瓷反应腔体结构的等离子源，其具体结构如图10所示。
41.本具体实施例的腔体采用整体为三氧化二钇材质的陶瓷材质替换原腔体的铝材质，将原腔体矩形管状结构改为环形管状结构，该腔体具体是先采用模具制作出陶瓷材质的两瓣半圆环形管状腔室1，然后用微波焊接陶瓷技术对两瓣半圆环形管状腔室1进行对接并密封焊接，使形成一个整体的圆环形腔室，该设计降低了粉尘颗粒在腔体内的污染；选用陶瓷材质，表面光滑且不易与等离子体发生反应，陶瓷材质具有较好的耐腐蚀性及抗等离子体性，从而增加了腔体的使用寿命，陶瓷材质重量轻，价格适宜，易于制作，减少了制作成本和制作时间；并且以上设计改善了远程等离子源反应腔体在材质及内部因矩形拐角弧度
过小的不足，本技术方案的陶瓷管状腔体在反应腔体运用方面，将会是一个重大的突破，在远程等离子源反应腔体的使用寿命及清洁效率上也是一个新突破。
42.具体实施例2：
43.本具体实施例相对于具体实施例1的区别在于：
44.其中，腔体的反应腔室整体采用陶瓷材质，并且在腔体的腔室内壁覆盖三氧化二钇膜、氧化铝膜、二氧化硅膜或氮化铝膜，覆盖上述材料后，使腔室内壁具有良好的等离子体抗性、耐热性及耐腐蚀性，整个腔体为圆环结构，圆环部分为整个圆环分割为等分的半圆环，这样的分割方式便于陶瓷腔体焊接加工，在腔体对接部分采用全氟圈密封连接，保证了腔体连接处的气密性，这种结构减少了等离子体在腔体内部做螺旋运动时与腔体内壁之间的接触碰撞，从而减少了等离子体内壁阳极氧化膜的撞击破坏，延长了腔体的使用寿命。
45.本技术方案的远程等离子源陶瓷反应腔体作为设备的反应腔室对气体进行清洁处理；首先，将设备反应腔室内部抽为真空环境，向反应腔室内通入ar氩气，使远程等离子源反应腔体高压点火与腔室内的氩气激发打火，氩气在腔室内转化为等离子体，腔体外部的交变磁场可维持腔室内等离子体状态，随后向反应腔室内通入nf3三氟化氮或其它清洁气体进行解离，解离后形成的等离子气体离子将进入反应设备的工艺腔室内进行气体清洁。
46.本技术方案的腔体采用如下测试步骤：
47.步骤一：将反应腔体装在机台上进行漏气测试，在进出进气管101、出气管102上分别安装进气和出气口阀，打开气阀将腔室内抽真空，抽真空完成后关闭出气口阀门，观察此时反应腔室内的气压变化；
48.步骤二：将反应腔体装在机台上进行漏水测试，在进出水口上分别安装上进出水管，打开进水阀通水后，观察腔体是否漏水，随后进行保压测试，观察腔体是否漏水。
49.本技术方案的腔体结构具体是将圆环腔体分割为两个半圆环结构，采用微波焊接装置焊接制作，既保证了结构的对称性，也保证了腔体结构的气密性，采用环形结构，减少了因拐角弧度不够导致的气体度内壁的撞击接触。如图1-6所示，从图中可以看出，本发明的远程等离子源反应腔体，结构基本无分割部分，结构部件较少，而且腔室为圆环结构，有利于等离子体在交变磁场中运动，从而解决了因运动惯性导致等离子体与腔体内壁发生碰撞而造成腔体的损坏，降低了制作成本；采用陶瓷材质制作的圆环腔体，拐角弧度圆滑流畅，腔体接口较少，可极大程度上减少因接口过多导致的气密性差。本技术方案采用陶瓷作为腔体，陶瓷具有耐腐蚀性好，重量轻，耐高温的优点，腔体由两瓣半圆环形管状腔室1焊接而成，避免了因拼装不到位导致的腔体漏气，陶瓷腔体外观简洁，组装简单，大大节约了时间及人工成本。
50.本技术方案实现了远程等离子源反应腔体陶瓷材质及圆环腔体结构的优化，采用等分两瓣式圆环结构，降低了等离子体在腔体内部运动时与腔壁的接触，优化了反应腔体结构上的损耗及清洁度不够的问题，腔室采用圆环结构，增大拐角弧度，促进了等离子体在交变磁场中的运动，从而解决了因运动惯性导致等离子体与腔体内壁发生碰撞而造成腔体的损坏，在半导体腔体制作行业中起到了积极的促进作用，做出了极大的创新，更好的满足了腔体市场的需求，为半导体行业带了新的发展。
51.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽
叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。