TWI850695B - 用於產生等離子體的線圈裝置及半導體製程設備 - Google Patents

Abstract

一種半導體製程設備中用於產生等離子體的線圈裝置及半導體製程設備，該裝置包括線圈結構和用於固定和冷卻線圈結構的固定冷卻組件，其中，固定冷卻組件包括採用絕緣材料製作的固定本體，且在固定本體中形成有冷卻空間，線圈結構固定設置在冷卻空間中；固定本體上設置有與冷卻空間相連通的進氣口和出氣口，進氣口用於向冷卻空間中輸送冷卻氣體；出氣口用於排出冷卻空間中的冷卻氣體；在冷卻空間中還設置有擾流結構，用以改變冷卻空間中的氣體流動方向，以提高冷卻空間中的氣體分佈均勻性。

Description

用於產生等離子體的線圈裝置及半導體製程設備

本發明涉及半導體製造領域，具體地，涉及一種半導體製程設備中用於產生等離子體的線圈裝置及半導體製程設備。

電感耦合等離子體(Inductive Coupled Plasma，ICP)源是半導體領域中進行乾式刻蝕和薄膜沉積常用的一種等離子體源。ICP源由高頻電流通過線圈產生的高頻電磁場激發氣體產生等離子體，可以在較低的腔室壓力下工作，具有等離子體密度高、對工件損傷小等特點。

現有的線圈的主體一般採用金屬銅製作，並在金屬銅的外部鍍有金、銀等鍍層，其具有較好的導電性，且能夠長期工作在100℃的溫度條件下。但是，現有的用於固定線圈的線圈支架如圖1所示，其包括絕緣板11，該絕緣板11通過螺釘12與線圈13固定連接。現有的線圈支架(即，絕緣板11)一般採用樹脂材料製作，導熱性和耐溫性較差，導致線圈產生的熱量不能及時被釋放，從而造成線圈氧化，影響其導電性。

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種半導體製程設備中用於產生等離子體的線圈裝置及半導體製程設 備，其可以提高對線圈的冷卻效率和冷卻均勻性，降低線圈的氧化速度，從而可以延長線圈的使用壽命。

為實現本發明的目的而提供一種半導體製程設備中用於產生等離子體的線圈裝置，包括線圈結構和用於固定和冷卻該線圈結構的固定冷卻組件，其中，該固定冷卻組件包括採用絕緣材料製作的固定本體，且在該固定本體中形成有冷卻空間，該線圈結構固定設置在該冷卻空間中；該固定本體上設置有與該冷卻空間相連通的進氣口和出氣口，該進氣口用於向該冷卻空間中輸送冷卻氣體；該出氣口用於排出該冷卻空間中的冷卻氣體；在該冷卻空間中還設置有擾流結構，用以改變該冷卻空間中的氣體流動方向，以提高該冷卻空間中的氣體分佈均勻性。

可選的，該固定本體包括構成該冷卻空間的第一固定環、第二固定環、第一連接環和第二連接環，其中，該第一固定環和該第二固定環相對設置，該第一連接環連接在該第一固定環和該第二固定環之間，該第二連接環沿該第一固定環的軸向貫穿該第一固定環和該第二固定環，且該第一連接環間隔環繞在該第二連接環的周圍；該線圈結構環繞在該第一連接環與該第二連接環之間；該進氣口和出氣口設置在該第一連接環上。

可選的，該擾流結構包括第一擾流件和第二擾流件，其中，該第一擾流件設置在靠近該進氣口的位置處，用以使流經該第一繞流件的一部分冷卻氣體向該冷卻空間的邊緣區域流動；該第二擾流件設置在靠近該出氣口的位置處，用以使流經該第二擾流件的一部分冷卻氣體朝向該冷卻空間的中心區域流動。

可選的，該出氣口為一個；該進氣口為兩個，且對稱設置 在該出氣口軸向的兩側；該第一擾流件包括兩個第一弧形條，兩個該第一弧形條均沿該第一連接環的周向延伸，且相互間隔設置，並且兩個該第一弧形條分別與兩個該進氣口相對，且每個該第一弧形條的兩端位於相對的該進氣口軸向的兩側。

可選的，該第二擾流件包括兩個第二弧形條，兩個該第二弧形條均沿該第一連接環的周向延伸，且相互間隔設置，並且兩個該第二弧形條分別位於該出氣口軸向上的兩側。

可選的，該第一弧形條和該第二弧形條同心設置，且分佈在該第一連接環的周向上的不同位置處，並且該第二弧形條的徑向厚度大於該第一弧形條的徑向厚度。

可選的，該線圈結構包括至少一組線圈組，該線圈組包括同軸設置的第一子線圈組和第二子線圈組，該第一子線圈組包括位於第一平面內的至少一個第一平面線圈，該第二子線圈組包括位於平行於該第一平面的第二平面內的至少一個第二平面線圈，該第一平面線圈與該第二平面線圈串聯，該第二平面線圈在該第一平面上的正投影與該第一平面線圈呈鏡像對稱或者鏡像非對稱；該第一平面線圈和該第二平面線圈分別固定在該第一固定環和第二固定環上。

可選的，該第一子線圈組包括多個該第一平面線圈，多個該第一平面線圈的形狀相同，且互相間隔設置，多個該第一平面線圈的第一端沿該線圈組的圓周方向均勻分佈；多個該第一平面線圈的第二端沿該線圈組的圓周方向均勻分佈；該第二子線圈組包括多個該第二平面線圈，多個該第二平面線圈的形狀相同，且互相間隔設置，多個該第二平面線圈的第一端沿該線圈組的圓周方向均勻分佈；多個該第二平面線圈的第二端 沿該線圈組的圓周方向均勻分佈；多個該第一平面線圈與多個該第二平面線圈一一對應，多個該第一平面線圈的第一端並聯，多個該第二平面線圈的第一端並聯，多個該第一平面線圈的第二端分別與多個該第二平面線圈的第二端串聯。

可選的，該第一平面線圈為N個，N為大於等於2的偶數；N個該第一平面線圈在該線圈組的圓周方向上分為N/2對第一線圈對，每對該第一線圈對均包括兩個相鄰的該第一平面線圈，且兩個相鄰的該第一平面線圈的第一端之間連接有第一延長段，用以將二者並聯；該N/2對第一線圈對中的該第一延長段之間並聯；該第二平面線圈為N個；N個該第二平面線圈在該線圈組的圓周方向上分為N/2對第二線圈對，每對該第二線圈對均包括兩個相鄰的該第二平面線圈，且兩個相鄰的該第二平面線圈的第一端之間連接有第二延長段，用以將二者並聯；該N/2對第二線圈對中的該第二延長段之間並聯。

可選的，該線圈裝置還包括連接結構，該連接結構包括第一連接組件和第二連接組件，其中，該第一連接組件與該第一子線圈組中的多個該第一平面線圈的第一端電連接；該第二連接組件用於將該第二子線圈組中的多個該第二平面線圈的第一端電連接；該第一連接組件和該第二連接組件中的一者用於與該射頻源的輸入端電連接，該第一連接組件和該第二連接組件中的另一者用於與該射頻源的輸出端電連接。

可選的，該第一連接組件包括N/2個第一連接條和第一並聯件，其中，該N/2個第一連接條的一端分別與該N/2對第一線圈對中的該第一延長段電連接，該N/2個第一連接條的另一端貫通該第一固定環，並與位於該第一固定環遠離該冷卻空間一側的該第一並聯件可拆卸地電連 接；該第二連接組件包括N/2個第二連接條和第二並聯件，其中，該N/2個第二連接條的一端分別與該N/2對第二線圈對中的該第二延長段電連接，該N/2個第二連接條的另一端貫通該第一固定環，並與位於該第一固定環遠離該冷卻空間一側的該第二並聯件可拆卸地電連接；該第一並聯件和該第二並聯件中的一者用於與該射頻源的輸入端電連接，該第一並聯件和該第二並聯件中的另一者用於與該射頻源的輸出端電連接。

可選的，該第一並聯件和該第二並聯件均包括N/2個條形分叉部，該N/2個條形分叉部的第一端在靠近該冷卻空間的中心位置處連接在一起，且相互電導通，該N/2個條形分叉部的第二端相對於各自的該第一端沿該冷卻空間的不同徑向延伸，並且該第一並聯件中的N/2個條形分叉部的第二端與該N/2個第一連接條的另一端可拆卸地電連接；該第二並聯件中的N/2個條形分叉部的第二端與該N/2個第二連接條的另一端可拆卸地電連接。

可選的，每個該第一平面線圈的第二端和與之對應的該第二平面線圈的第二端之間連接有連接段，用以將二者串聯，該連接段的延伸方向與該線圈組的軸線相互平行。

可選的，在該第一固定環的與該冷卻空間相鄰的表面上設置有第一線圈溝槽，該第一線圈溝槽在該第一平面上的正投影與至少一個該第一平面線圈相適配，用以容置該第一平面線圈的至少一部分；在該第二固定環的與該冷卻空間相鄰的表面上設置有第二線圈溝槽，該第二線圈溝槽在該第二平面上的正投影與至少一個該第二平面線圈相適配，用以容置該第二平面線圈的至少一部分。

可選的，該線圈組為兩組，兩組該線圈組的尺寸不同，互 相嵌套設置；該擾流結構設置在兩組該線圈組之間。

可選的，該絕緣材料包括陶瓷。

可選的，該冷卻氣體包括壓縮空氣。

作為另一個技術方案，本發明還提供一種半導體製程設備，包括射頻源、反應腔室、本發明提供的上述線圈裝置、進氣裝置和抽氣裝置，其中，該反應腔室頂部設置有介質窗，該線圈裝置設置於該介質窗上方；該射頻源用於向該線圈結構提供射頻功率；該進氣裝置用於向該進氣口提供該冷卻氣體；該抽氣裝置用於抽出該冷卻空間中的冷卻氣體。

本發明具有以下有益效果：本發明提供的半導體製程設備中用於產生等離子體的線圈裝置，其通過在固定本體中形成能夠容置線圈結構的冷卻空間，並通過進氣口向該冷卻空間中輸送冷卻氣體，通過出氣口排出冷卻空間中的冷卻氣體，可以使冷卻氣體在冷卻空間中流動，並在流動過程中帶走線圈結構產生的熱量，同時通過在冷卻空間中設置擾流結構改變冷卻空間中的氣體流動方向，可以提高冷卻空間中的氣體分佈均勻性，從而可以有效提高對線圈結構的冷卻效率和冷卻均勻性，降低線圈結構的氧化速度，從而可以延長線圈結構的使用壽命。

本發明提供的半導體製程設備，其通過採用本發明提供的上述線圈裝置，可以有效提高對線圈結構的冷卻效率和冷卻均勻性，降低線圈結構的氧化速度，從而可以延長線圈結構的使用壽命。

2:固定冷卻組件

3:線圈結構

3a:線圈組

3b:線圈組

4:線圈固定件

5:擾流結構

11:絕緣板

12:螺釘

13:線圈

21:固定本體

22:冷卻空間

31:第一平面線圈

31a:第一平面線圈

31b:第一平面線圈

32:第二平面線圈

33:第一延長段

34:連接段

51:第一擾流件

52:第二擾流件

61:第一連接條

62:第二連接條

63:插頭

71:條形分叉部

72:連接柱

100:反應腔室

101:介質窗

102:基座

103:射頻源

104:進氣裝置

105:射頻源

106:抽氣裝置

211:第二連接環

212:第一固定環

213:第一連接環

214:第二固定環

214a:第二線圈溝槽

215:進氣口

216:出氣口

311:第一平面線圈的第一端

311a:第一平面線圈的第一端

311b:第一平面線圈的第一端

312:第一平面線圈的第二端

321:第二平面線圈的第一端

322:第二平面線圈的第二端

當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上， 為了論述的清楚起見可任意增大或減小各種構件之尺寸。

圖1為現有的用於固定線圈的線圈支架的分解結構圖；圖2A為本實施例採用的線圈結構的結構示意圖；圖2B為本實施例採用的單組線圈組的結構示意圖；圖2C為本實施例採用的多個第一平面線圈在第一平面上的正投影的示意圖；圖2D為本實施例採用的多個第一平面線圈的第一端並聯在第一平面上的正投影的示意圖；圖3為本實施例採用的固定冷卻組件的整體結構圖；圖4為本實施例採用的固定冷卻組件的徑向剖視圖；圖5為本實施例採用的固定冷卻組件的軸向剖視圖；圖6為本實施例採用的第一連接條和第二連接條的結構圖；圖7為本實施例提供的線圈裝置的分解結構圖；圖8為本實施例提供的半導體製程設備的結構示意圖。

以下揭露提供用於實施本揭露之不同構件之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且非意欲限制。舉例而言，在以下描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複參考數字及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的且本身不指示所論述之各個實施例及/或組態之間的關係。

此外，為便於描述，諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中圖解說明。空間相對術語意欲涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且因此可同樣解釋本文中使用之空間相對描述詞。

儘管陳述本揭露之寬泛範疇之數值範圍及參數係近似值，然儘可能精確地報告特定實例中陳述之數值。然而，任何數值固有地含有必然由於見於各自測試量測中之標準偏差所致之某些誤差。再者，如本文中使用，術語「大約」通常意謂在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，術語「大約」意謂在由此項技術之一般技術者考量時處於平均值之一可接受標準誤差內。除在操作/工作實例中以外，或除非以其他方式明確指定，否則諸如針對本文中揭露之材料之數量、時間之持續時間、溫度、操作條件、數量之比率及其類似者之全部數值範圍、數量、值及百分比應被理解為在全部例項中由術語「大約」修飾。相應地，除非相反地指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中陳述之數值參數係可根據需要變化之近似值。至少，應至少鑑於所報告有效數位之數目且藉由應用普通捨入技術解釋各數值參數。範圍可在本文中表達為從一個端點至另一端點或在兩個端點之間。本文中揭露之全部範圍包含端點，除非另有指定。

請一併參閱圖2A至圖3，本實施例提供一種半導體製程設備中用於產生等離子體的線圈裝置，其包括線圈結構3和固定冷卻組件2。其中，線圈結構3可以有多種結構，例如，如圖2A所示，線圈結構3包括 兩組線圈組(3a，3b)，兩組線圈組(3a，3b)的尺寸不同，且互相嵌套設置。當然，在實際應用中，線圈組的數量還可以為單組或者三組以上，且三組以上的線圈組的尺寸各不相同，且互相嵌套設置。

在一些可選的實施例中，如圖2B所示，每組線圈組包括第一子線圈組和第二子線圈組，其中，第一子線圈組包括位於第一平面內的至少一個第一平面線圈31，該第一平面即垂直於上述線圈組的軸線，第二子線圈組包括位於平行於該第一平面的第二平面內的至少一個第二平面線圈32，該第一平面線圈31與第二平面線圈32串聯，第二平面線圈32在上述第一平面上的正投影與第二平面線圈32呈鏡像對稱或者鏡像非對稱。

所謂鏡像，是指第一平面線圈31在上述第一平面上的正投影(以下簡稱第一投影A)與第二平面線圈32在上述第一平面上的正投影(以下簡稱第二投影B)的形狀相同或相似，而排布方向相反，具體來說，上述第一投影A和第二投影B均具有平行於第一平面的正、反兩面，而第一投影A和第二投影B中的一者的正面形狀與第一投影A和第二投影B中的另一者的反面形狀相同或相似。所謂對稱，是指第一投影A和第二投影B中的一者的正面形狀與第一投影A和第二投影B中的另一者的反面形狀的所有參數完全相同，所謂非對稱，是指第一投影A和第二投影B中的一者的正面形狀與第一投影A和第二投影B中的另一者的反面形狀相似，而部分參數不同。

通過使第二平面線圈32在上述第一平面上的正投影與第二平面線圈32呈鏡像對稱或者鏡像非對稱，可以補償只有一組第一子線圈組或第二子線圈組的情況下存在的在徑向上的電流分佈差異，從而可以提高在線圈結構3在其下方產生的耦合能量在徑向上的分佈均勻性，從而提高 等離子體中的自由基及離子密度在徑向上的分佈均勻性。

在一些可選的實施例中，如圖2B和圖2C所示，上述第一子線圈組包括多個第一平面線圈31，多個第一平面線圈31的形狀相同，且互相間隔設置，多個第一平面線圈31的第一端311沿線圈組的圓周方向均勻分佈；多個第一平面線圈31的第二端312沿線圈組的圓周方向均勻分佈；也就是說，多個第一平面線圈31在圓周方向上按不同的旋轉角度排列，任意一個第一平面線圈31在沿線圈組的圓周方向順時針或逆時針旋轉一定的角度之後，會與相鄰的另一個第一平面線圈31重合。第二子線圈組包括多個第二平面線圈32，多個第二平面線圈32的形狀相同，且互相間隔設置，多個第二平面線圈32的第一端321沿線圈組的圓周方向均勻分佈；多個第二平面線圈32的第二端沿線圈組的圓周方向均勻分佈；也就是說，多個第二平面線圈32在圓周方向上按不同的旋轉角度排列，任意一個第二平面線圈32在沿線圈組的圓周方向順時針或逆時針旋轉一定的角度之後，會與相鄰的另一個第二平面線圈32重合。並且，多個第一平面線圈31與多個第二平面線圈32一一對應，多個第一平面線圈31的第一端311並聯，多個第二平面線圈32的第一端321並聯，多個第一平面線圈31的第二端312分別與多個第二平面線圈32的第二端322串聯。

具體來說，第一平面線圈31和第二平面線圈32的形狀例如均為漸開線形，對於任意一個第一平面線圈31，其第一端311在圍繞線圈組的軸線順時針或逆時針旋轉一定的角度之後，會與相鄰的另一個第一平面線圈31的第一端311重合，由於多個第一平面線圈31的形狀相同，任意一個第一平面線圈31在圍繞線圈組的軸線順時針或逆時針旋轉一定的角度之後，會與相鄰的另一個第一平面線圈31完全重合，例如，圖2C中示出 了8個第一平面線圈31，在這種情況下，任意一個第一平面線圈31在圍繞線圈組的軸線順時針或逆時針旋轉45°之後，會與相鄰的另一個第一平面線圈31完全重合。

由於多個第一平面線圈31的形狀相同，多個第一平面線圈31在第一平面上共同構成的投影具有角向對稱性，即，該投影在線圈組的圓周方向上是對稱的，從而可以避免在圓周方向上的電流分佈產生差異，進而可以提高等離子體密度的角向分佈均勻性，提高製程均勻性。類似的，多個第二平面線圈32在第二平面上共同構成的投影也具有角向對稱性。

在一些可選的實施例中，如圖2B所示，每個第一平面線圈31的第二端312和與之對應的第二平面線圈32的第二端322之間連接有連接段34，用以將二者串聯，該連接段34的延伸方向與上述線圈組的軸線相互平行。當然，在實際應用中，還可以採用其他任意方式將第一平面線圈31和與之對應的第二平面線圈32串聯。

在一些可選的實施例中，如圖2D所示，假設第一平面線圈31為N個，N為大於等於2的偶數，例如N大於等於6，且小於等於10。圖2D中N=8。N個第一平面線圈31在線圈組的圓周方向上分為N/2對第一線圈對，例如圖2D中8個第一平面線圈31分為4對第一線圈對(兩兩一對)，每對第一線圈對均包括兩個相鄰的第一平面線圈(31a,31b)，且兩個相鄰的第一平面線圈(31a,31b)的第一端(311a,311b)之間連接有第一延長段33，用以將二者並聯；並且，N/2對第一線圈對中的第一延長段33之間並聯。

在一些優選的實施例中，在每個第一延長段33的中點處設 置射頻饋入點或者射頻饋出點，這樣，可以保證兩個相鄰的第一平面線圈(31a,31b)的長度相同，從而可以使電流流經第一平面線圈(31a,31b)的路徑相同。

多個第二平面線圈32的第一端321並聯的方式與上述多個第一平面線圈31的第一端311並聯的方式相同。具體地，第二平面線圈32為N個；N個第二平面線圈32在線圈組的圓周方向上分為N/2對第二線圈對，每對第二線圈對均包括兩個相鄰的第二平面線圈32，且兩個相鄰的第二平面線圈32的第一端321之間連接有第二延長段，用以將二者並聯；N/2對第二線圈對中的第二延長段之間並聯。

需要說明的是，多個第二平面線圈32的第一端321並聯的方式與上述多個第一平面線圈31的第一端311並聯的方式還可以採用其他任意方式，例如多個第二平面線圈32的第一端321直接並聯。

固定冷卻組件2用於固定和冷卻線圈結構3。下麵以圖2A示出的線圈結構3為例，對固定冷卻組件2的具體實施方式進行詳細描述。具體地，請一併參閱圖3至圖5，該固定冷卻組件2包括採用絕緣材料製作的固定本體21，該絕緣材料優選的採用陶瓷，其熱導率一般為33W/mk，具有良好的導熱性和耐溫性，從而有助於提高線圈結構3的散熱效率。

並且，如圖4所示，在該固定本體21中形成有冷卻空間22，上述線圈結構3固定設置在該冷卻空間22中；並且，固定本體21上設置有與冷卻空間22相連通的進氣口215和出氣口216，進氣口215用於向冷卻空間22中輸送冷卻氣體；出氣口216用於排出冷卻空間22中的冷卻氣體。通過進氣口215向該冷卻空間22中輸送冷卻氣體，並通過出氣口216排出冷卻空間中的冷卻氣體，可以使冷卻氣體在冷卻空間22中流動，並在 流動過程中帶走線圈結構3產生的熱量，從而可以有效提高對線圈結構3的冷卻效率和冷卻均勻性，降低線圈結構3的氧化速度，從而可以延長線圈結構3的使用壽命。

如圖4所示，在上述冷卻空間22中還設置有擾流結構5。該擾流結構5能夠改變冷卻空間22中的氣體流動方向，以提高冷卻空間22中的氣體分佈均勻性。

在一些可選的實施例中，如圖3所示，上述固定本體21包括構成上述冷卻空間22的第一固定環212、第二固定環214、第一連接環213和第二連接環211，其中，第一固定環212和第二固定環214相對設置，具體地，第一固定環212和第二固定環214在整體上均呈圓盤狀，且二者的圓盤所在平面相互平行，例如還可以與上述第一平面相互平行。如圖5所示，第一連接環213連接在第一固定環212和第二固定環214之間，例如位於二者的外周緣處；第二連接環211沿第一固定環212的軸向貫穿第一固定環212和第二固定環214，例如第二連接環211穿設於第一固定環212和第二固定環214的環孔，第一連接環213間隔環繞在第二連接環211的周圍。這樣，第一固定環212、第二固定環214、第一連接環213和第二連接環211構成的冷卻空間22為環形空間，線圈結構3環繞位於該第一連接環213與第二連接環211之間的上述環形空間內。另外，通過使第二連接環211沿第一固定環212的軸向貫穿第一固定環212和第二固定環214，能夠避免冷卻空間22中的冷卻氣體直接第一固定環212和第二固定環214的環孔中流出。同時，第二連接環211也可以起到阻擋冷卻氣體直接流向出口，使冷卻氣體進一步擴散的作用，可以認為是一種擋流環。

在一些可選的實施例中，如圖5所示，上述線圈結構3中的 第一平面線圈31和第二平面線圈32分別固定在上述第一固定環212和第二固定環214上。這樣，既可以保證第一平面線圈31和第二平面線圈32的固定穩定性，又可以使第一平面線圈31和第二平面線圈32之間能夠保持一定的軸向距離，以避免第一平面線圈31和第二平面線圈32之間因距離過近而產生打火現象，但是，上述軸向距離也不應過大，否則會導致第一平面線圈31和第二平面線圈32之間對電流分佈差異的補償作用失效。在一些優選的實施例中，第一平面線圈31和第二平面線圈32之間的軸向距離的範圍為大於等於4mm，且小於等於20mm，優選為10mm。通過將軸向距離設定在該數值範圍內，既可以避免第一平面線圈31和第二平面線圈32之間因距離過近而產生打火現象，又可以實現第一平面線圈31和第二平面線圈32之間對電流分佈差異的補償作用。

在一些優選的實施例中，如圖7所示，在第一固定環212的與上述冷卻空間22相鄰的表面上設置有第一線圈溝槽(圖中未示出)，在第二固定環214的與冷卻空間22相鄰的表面上設置有第二線圈溝槽214a。其中，該第一線圈溝槽在上述第一平面上的正投影與各個第一平面線圈31相適配，用以容置第一平面線圈31的至少一部分，例如，如圖5所示，線圈結構3中的第一平面線圈31的一部分內嵌在第一線圈溝槽中，而其餘部分相對於第一固定環212的與上述冷卻空間22相鄰的表面凸出。類似的，第二線圈溝槽214a在上述第二平面上的正投影與各個第二平面線圈32相適配，用以容置第二平面線圈32的至少一部分。借助上述第一線圈溝槽和第二線圈溝槽214a，既可以限定第一平面線圈31和第二平面線圈32的位置，又可以避免第一平面線圈31和第二平面線圈32因厚度較薄而產生變形。優選的，第一平面線圈31和第二平面線圈32分別嵌入在第一線圈溝 槽和第二線圈溝槽214a中的軸向深度為2.5mm。

在一些可選的實施例中，如圖4所示，線圈裝置還包括多個線圈固定件4，其例如為固定條，多個線圈固定件4沿線圈組的圓周方向間隔分佈，每個線圈固定件4沿線圈組的徑向延伸，以將多個第一平面線圈31壓緊在第一固定環212上，或者將多個第二平面線圈32壓緊在第二固定環214上，從而實現線圈與固定環之間的固定。在實際應用中，可以根據各組線圈組的尺寸選擇線圈固定件4的數量和分佈密度。例如，對於兩組線圈組，位於內圈的線圈組可以採用四個線圈固定件4，位於外圈的線圈組可以採用八個線圈固定件4。

在一些可選的實施例中，上述線圈固定件4例如採用諸如聚醚醚酮等的具有耐高溫、易加工和高機械強度等特點的工程塑料。

在一些可選的實施例中，如圖4所示，上述進氣口215和出氣口216設置在上述第一連接環213上。這樣，冷卻氣體可以從冷卻空間22的側面進氣，並從另一側面排氣。在一些優選的實施例中，冷卻氣體為壓縮空氣(例如常溫)，通過將具有一定壓力的空氣通入冷卻空間22中，可以提高氣體流動速度，從而可以進一步提高對線圈結構3的冷卻效果。另外，可選的，上述出氣口216通過與抽氣裝置連接，可以抽取冷卻空間22中的冷卻氣體，以提高氣體排出速度，從而可以進一步提高氣體流動速度。

在一些可選的實施例中，如圖4所示，上述擾流結構5包括第一擾流件51和第二擾流件52，其中，第一擾流件51設置在靠近進氣口215的位置處，用以使流經該第一擾流件51的一部分冷卻氣體向冷卻空間22的邊緣區域流動；第二擾流件52設置在靠近出氣口216的位置處，用以 使流經第二擾流件52的一部分冷卻氣體朝向冷卻空間22的中心區域流動。冷卻空間22中的氣體流動方向具體如圖4中的箭頭所示。借助上述第一擾流件51和第二擾流件52，可以使冷卻氣體能夠擴散至冷卻空間22的中心區域和邊緣區域，從而可以提高冷卻空間22中的氣體分佈均勻性，以保證線圈結構3的不同部分產生的熱量均能夠被帶走。

在一些可選的實施例中，如圖4所示，上述出氣口216為一個；上述進氣口215為兩個，且對稱設置在出氣口216軸向的兩側。這樣，冷卻氣體可以由兩個進氣口215同時進入冷卻空間22中，並朝向對側的出氣口216流動。並且，上述第一擾流件51包括兩個第一弧形條，兩個第一弧形條均沿該第一連接環213的周向延伸，且相互間隔設置，並且兩個第一弧形條分別與兩個進氣口215相對，且每個第一弧形條的兩端位於相對的進氣口215軸向的兩側，例如，進氣口215與每個第一弧形條的靠近中間的位置相對。這樣，如圖4中的箭頭所示，靠近每個第一弧形條的冷卻氣體會在第一弧形條的阻擋作用下分成兩路向第一弧形條的兩端分散流動，從而擴散至冷卻空間22的邊緣區域。

進一步可選的，如圖4所示，第二擾流件52包括兩個第二弧形條，兩個第二弧形條均沿上述第一連接環213的周向延伸，且相互間隔設置，並且兩個第二弧形條分別位於出氣口216軸向上的兩側，例如出氣口216與兩個第二弧形條之間的間隔相對。這樣，如圖4中的箭頭所示，靠近每個第二弧形條的冷卻氣體會在第二弧形條的阻擋作用下分成兩路向第二弧形條的內側和外側分散流動，分散至第二弧形條內側的一路會彙聚至冷卻空間22的中心區域。

在一些優選的實施例中，如圖4所示，上述第一弧形條和 上述第二弧形條同心設置，且分佈在第一連接環213的周向上的不同位置處，並且第二弧形條的徑向厚度大於第一弧形條的徑向厚度。如圖4中的箭頭所示，第一弧形條和第二弧形條的阻擋氣體流動的位置不同，具體地，第一弧形條的外周面用於阻擋氣體流動，而第二弧形條的一端端面用於阻擋氣體流動，因此，第二弧形條的徑向厚度應相對於第一弧形條大一些，以能夠增大其端面面積。

在一些可選的實施例中，線圈裝置還包括連接結構，該連接結構包括第一連接組件和第二連接組件，其中，第一連接組件與第一子線圈組中的多個第一平面線圈31的第一端311電連接，以實現多個第一平面線圈31的第一端311並聯；第二連接組件用於將第二子線圈組中的多個第二平面線圈32的第一端321電連接，以實現多個第二平面線圈32的第一端321並聯。並且，上述第一連接組件和第二連接組件中的一者用於與射頻源的輸入端電連接，第一連接組件和第二連接組件中的另一者用於與射頻源的輸出端電連接。該射頻源例如包括射頻電源和匹配器，或者也可以僅設置射頻電源。上述第一連接組件用於將多個第一平面線圈31的第一端311並聯後與射頻源的輸入端或輸出端電連接；上述第二連接組件用於將多個第二平面線圈32的第一端321並聯後與射頻源的輸出端或輸入端電連接。

例如，如圖6和圖7所示，上述第一連接組件包括N/2個第一連接條61(圖6中N=8)和第一並聯件，其中，N/2個第一連接條61的一端分別與N/2對第一線圈對中的第一延長段33電連接，N/2個第一連接條61的另一端貫通上述第一固定環212，並與位於第一固定環212遠離冷卻空間22一側的上述第一並聯件可拆卸地電連接；上述第二連接組件包括 N/2個第二連接條62和第二並聯件，其中，N/2個第二連接條62的一端分別與N/2對第二線圈對中的第二延長段電連接，N/2個第二連接條62的另一端貫通第一固定環212，並與位於第一固定環212遠離冷卻空間22一側的第二並聯件可拆卸地電連接。也就是說，第一連接條61和第二連接條62均延伸至第一固定環212的遠離冷卻空間22一側，並分別與第一並聯件和第二並聯件可拆卸地電連接。上述第一並聯件和第二並聯件中的一者用於與射頻源的輸入端電連接，第一並聯件和第二並聯件中的另一者用於與射頻源的輸出端電連接。

在一些可選的實施例中，如圖7所示，上述第一並聯件和第二並聯件均包括N/2個條形分叉部71，N/2個條形分叉部71的第一端在靠近冷卻空間22的中心位置處連接在一起，且相互電導通，N/2個條形分叉部71的第二端相對於各自的第一端沿冷卻空間22的不同徑向延伸。其中，第一並聯件中的N/2個條形分叉部71，其第二端延伸至與N/2個第一連接條61的另一端的上方，且在該第二端上設置有連接柱72，對應地在第一連接條61的另一端設置有插頭63，通過將連接柱72對應插入插頭63中，可以實現條形分叉部71與第一連接條61的電連接。類似的，第二並聯件中的N/2個條形分叉部71，其第二端延伸至與N/2個第二連接條62的另一端的上方，且在該第二端上設置有連接柱72，對應地在第二連接條62的另一端設置有插頭63，通過將連接柱72對應插入插頭63中，可以實現條形分叉部71與第二連接條62的電連接。當然，在實際應用中，還可以採用其他可拆卸地連接結構實現N/2個條形分叉部的第二端與N/2個第一連接條61的另一端或者N/2個第二連接條62的另一端可拆卸地電連接。在一些可選的實施例中，上述可拆卸地電連接的方式可以有多種，例如插 接、卡接等等。

在一個具體實施例中，如圖7所示，N=8，在這種情況下，8個第一平面線圈31的第二端與8個第二平面線圈32的第二端一一對應地串聯；8個第一平面線圈31的第一端311通過4個第一延長段33實現兩兩並聯，8個第二平面線圈32的第一端321通過4個第二延長段實現兩兩並聯。4個第一連接條61與4個第一延長段33一一對應地連接，以實現8個第一平面線圈31的第一端311並聯，並通過上述第一並聯件中的4個條形分叉部71與射頻源的輸入端或輸出端電連接。4個第二連接條62與4個第二延長段一一對應地連接，以實現8個第二平面線圈32的第一端321並聯，並通過上述第二並聯件中的4個條形分叉部71與射頻源的輸出端或輸入端電連接。

需要說明的是，上述實施例是以圖2A示出的線圈結構3為例，對固定冷卻組件2的具體實施方式進行詳細描述。但是，固定冷卻組件的結構並不局限於此，在實際應用中，根據不同的線圈結構，可以對固定冷卻組件中的相應部件的結構作適應性地改變，這些改變均屬於本發明的保護範圍。

綜上所述，本實施例提供的半導體製程設備中用於產生等離子體的線圈裝置，其通過固定本體中形成能夠容置線圈結構的冷卻空間，並通過進氣口向該冷卻空間中輸送冷卻氣體，通過出氣口排出冷卻空間中的冷卻氣體，可以使冷卻氣體在冷卻空間中流動，並在流動過程中帶走線圈結構產生的熱量，同時通過在冷卻空間中設置擾流結構改變冷卻空間中的氣體流動方向，可以提高冷卻空間中的氣體分佈均勻性，從而可以有效提高對線圈結構的冷卻效率和冷卻均勻性，降低線圈結構的氧化速 度，從而可以延長線圈結構的使用壽命。

作為另一個技術方案，本實施例還提供一種半導體製程設備，如圖8所示，該半導體製程設備包括上電極的射頻源105、反應腔室100、線圈裝置、進氣裝置104和抽氣裝置106，其中，反應腔室100頂部設置有介質窗101，線圈裝置設置於介質窗101上方，且採用本實施例提供的上述線圈裝置，具體地，該線圈裝置例如包括圖7中的線圈結構3和固定冷卻組件。

射頻源105用於向線圈結構3提供射頻功率，以激發反應腔室100中的製程氣體形成等離子體(Plasma)。射頻源105例如包括射頻電源和匹配器，或者也可以僅設置射頻電源。此外，在反應腔室100中還設置有基座102，用於承載晶圓，該基座102與下電極的射頻源103電連接。射頻源103例如包括射頻電源和匹配器，或者也可以僅設置射頻電源。該射頻源103用於向基座102載入射頻偏壓，以吸引等離子體朝晶圓表面運動。

上述進氣裝置104用於向進氣口215提供冷卻氣體；抽氣裝置106用於抽出冷卻空間22中的冷卻氣體。

本實施例提供的半導體製程設備，其通過採用本實施例提供的上述線圈裝置，可以有效提高對線圈結構的冷卻效率和冷卻均勻性，降低線圈結構的氧化速度，從而可以延長線圈結構的使用壽命。

前述內容概括數項實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文仲介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他製程及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應瞭解，此 等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。

3:線圈結構

4:線圈固定件

5:擾流結構

22:冷卻空間

51:第一擾流件

52:第二擾流件

213:第一連接環

215:進氣口

216:出氣口

Claims (17)

1. 一種半導體製程設備中用於產生等離子體的線圈裝置，包括一線圈結構和用於固定和冷卻該線圈結構的一固定冷卻組件，其中，該固定冷卻組件包括採用絕緣材料製作的一固定本體，且在該固定本體中形成有一冷卻空間，該線圈結構固定設置在該冷卻空間中；該固定本體上設置有與該冷卻空間相連通的一進氣口和一出氣口，該進氣口用於向該冷卻空間中輸送一冷卻氣體；該出氣口用於排出該冷卻空間中的冷卻氣體；在該冷卻空間中還設置有一擾流結構，其中該擾流結構包括一第一擾流件和一第二擾流件，其中，該第一擾流件設置在靠近該進氣口的位置處，用以使流經該第一擾流件的一部分冷卻氣體向該冷卻空間的邊緣區域流動；該第二擾流件設置在靠近該出氣口的位置處，用以使流經該第二擾流件的一部分冷卻氣體朝向該冷卻空間的中心區域流動。
2. 如請求項1所述的線圈裝置，其中該固定本體包括構成該冷卻空間的一第一固定環、一第二固定環、一第一連接環和一第二連接環，其中，該第一固定環和該第二固定環相對設置，該第一連接環連接在該第一固定環和該第二固定環之間，該第二連接環沿該第一固定環的軸向貫穿該第一固定環和該第二固定環，且該第一連接環環繞設置於該第二連接環的外側；該線圈結構環繞在該第一連接環與該第二連接環之間；該進氣口和出氣口設置在該第一連接環上。
3. 如請求項1所述的線圈裝置，其中該出氣口為一個；該進氣口為兩個，且對稱設置在該出氣口軸向的兩側；該第一擾流件包括兩個第一弧形條，兩個該第一弧形條均沿該第一連接環的周向延伸，且相互間隔設置，並且兩個該第一弧形條分別與兩個該進氣口相對，且每個該第一弧形條的兩端位於相對的該進氣口軸向的兩側。
4. 如請求項3所述的線圈裝置，其中該第二擾流件包括兩個第二弧形條，兩個該第二弧形條均沿該第一連接環的周向延伸，且相互間隔設置，並且兩個該第二弧形條分別位於該出氣口軸向上的兩側。
5. 如請求項4所述的線圈裝置，其中該第一弧形條和該第二弧形條同心設置，且分佈在該第一連接環的周向上的不同位置處，並且該第二弧形條的徑向厚度大於該第一弧形條的徑向厚度。
6. 如請求項2所述的線圈裝置，其中該至少一組線圈組包括同軸設置的一第一子線圈組和一第二子線圈組，該第一子線圈組包括位於第一平面內的至少一個第一平面線圈，該第二子線圈組包括位於平行於該第一平面的第二平面內的至少一個第二平面線圈，該第一平面線圈與該第二平面線圈串聯，該第二平面線圈在該第一平面上的正投影與該第一平面線圈呈鏡像對稱或者鏡像非對稱；該第一平面線圈和該第二平面線圈分別固定在該第一固定環和第二 固定環上。
7. 如請求項6所述的線圈裝置，其中該第一子線圈組包括多個該第一平面線圈，多個該第一平面線圈的形狀相同，且互相間隔設置，多個該第一平面線圈的第一端沿該線圈組的圓周方向均勻分佈；多個該第一平面線圈的第二端沿該線圈組的圓周方向均勻分佈；該第二子線圈組包括多個該第二平面線圈，多個該第二平面線圈的形狀相同，且互相間隔設置，多個該第二平面線圈的第一端沿該線圈組的圓周方向均勻分佈；多個該第二平面線圈的第二端沿該線圈組的圓周方向均勻分佈；多個該第一平面線圈與多個該第二平面線圈一一對應，多個該第一平面線圈的第一端並聯，多個該第二平面線圈的第一端並聯，多個該第一平面線圈的第二端分別與多個該第二平面線圈的第二端串聯。
8. 如請求項7所述的線圈裝置，其中該第一平面線圈為N個，N為大於等於2的偶數；N個該第一平面線圈在該線圈組的圓周方向上分為N/2對第一線圈對，每對該第一線圈對均包括兩個相鄰的該第一平面線圈，且兩個相鄰的該第一平面線圈的第一端之間連接有第一延長段，用以將二者並聯；該N/2對第一線圈對中的該第一延長段之間並聯；該第二平面線圈為N個；N個該第二平面線圈在該線圈組的圓周方向上分為N/2對第二線圈對，每對該第二線圈對均包括兩個相鄰的該第二平面線圈，且兩個相鄰的該第二平面線圈的第一端之間連接有第二延長段，用以將二者並聯；該N/2對第二線圈對中的該第二延長段之間並聯。
9. 如請求項8所述的線圈裝置，其中該線圈裝置還包括一連接結構，該連接結構包括一第一連接組件和一第二連接組件，其中，該第一連接組件與該第一子線圈組中的多個該第一平面線圈的第一端電連接；該第二連接組件用於將該第二子線圈組中的多個該第二平面線圈的第一端電連接；該第一連接組件和該第二連接組件中的一者用於與一射頻源的輸入端電連接，該第一連接組件和該第二連接組件中的另一者用於與該射頻源的輸出端電連接。
10. 如請求項9所述的線圈裝置，其中該第一連接組件包括N/2個第一連接條和第一並聯件，其中，該N/2個第一連接條的一端分別與該N/2對第一線圈對中的該第一延長段電連接，該N/2個第一連接條的另一端貫通該第一固定環，並與位於該第一固定環遠離該冷卻空間一側的該第一並聯件可拆卸地電連接；該第二連接組件包括N/2個第二連接條和第二並聯件，其中，該N/2個第二連接條的一端分別與該N/2對第二線圈對中的該第二延長段電連接，該N/2個第二連接條的另一端貫通該第一固定環，並與位於該第一固定環遠離該冷卻空間一側的該第二並聯件可拆卸地電連接；該第一並聯件和該第二並聯件中的一者用於與一射頻源的輸入端電連接，該第一並聯件和該第二並聯件中的另一者用於與該射頻源的輸出端電連接。
11. 如請求項10所述的線圈裝置，其中該第一並聯件和該第二並聯件均 包括N/2個條形分叉部，該N/2個條形分叉部的第一端在靠近該冷卻空間的中心位置處連接在一起，且相互電導通，該N/2個條形分叉部的第二端相對於各自的該第一端沿該冷卻空間的不同徑向延伸，並且該第一並聯件中的N/2個條形分叉部的第二端與該N/2個第一連接條的另一端可拆卸地電連接；該第二並聯件中的N/2個條形分叉部的第二端與該N/2個第二連接條的另一端可拆卸地電連接。
12. 如請求項7所述的線圈裝置，其中每個該第一平面線圈的第二端和與之對應的該第二平面線圈的第二端之間連接有連接段，用以將二者串聯，該連接段的延伸方向與該線圈組的軸線相互平行。
13. 如請求項6-12任意一項所述的線圈裝置，其中在該第一固定環的與該冷卻空間相鄰的表面上設置有一第一線圈溝槽，該第一線圈溝槽在該第一平面上的正投影與至少一個該第一平面線圈相適配，用以容置該第一平面線圈的至少一部分；在該第二固定環的與該冷卻空間相鄰的表面上設置有第二線圈溝槽，該第二線圈溝槽在該第二平面上的正投影與至少一個該第二平面線圈相適配，用以容置該第二平面線圈的至少一部分。
14. 如請求項6-12任意一項所述的線圈裝置，其中該線圈組為兩組，兩組該線圈組的尺寸不同，互相嵌套設置；該擾流結構設置在兩組該線圈組之間。
15. 如請求項1所述的線圈裝置，其中該絕緣材料包括陶瓷。
16. 如請求項1所述的線圈裝置，其中該冷卻氣體包括壓縮空氣。
17. 一種半導體製程設備，其中包括一射頻源、一反應腔室、請求項1-16任意一項所述的線圈裝置、一進氣裝置和一抽氣裝置，其中，該反應腔室頂部設置有介質窗，該線圈裝置設置於該介質窗上方；該射頻源用於向該線圈結構提供一射頻功率；該進氣裝置用於向該進氣口提供該冷卻氣體；該抽氣裝置用於抽出該冷卻空間中的冷卻氣體。