反应腔室用观察窗组件及反应腔室的制作方法

本实用新型涉及半导体制造设备领域，具体涉及一种反应腔室用观察窗组件及反应腔室。

背景技术：

观察窗在半导体等离子体真空设备中主要起到观察真空腔室内部情况(如启辉观察、晶圆片的位置和状态观察等)和光谱采集分析等作用。其中光谱采集分析采用在线监测方式，信号采集光纤接收透过观察窗的等离子体辉光，传输至光谱分析仪，分析反馈结果作为判断等离子强度和成分的有效依据。因此，实际运行中需要保证观察窗的透光性能满足要求，一般采用定期或者额定工作时间进行更换的方式。

现有等离子体真空腔室观察窗结构主要包括观察窗、密封圈和套筒。观察窗通过套筒和密封圈密封设置于真空腔室的腔体侧壁上。光谱采集光纤通过光谱采集光纤固定架固定于观察窗。等离子体真空腔室内部产生等离子体时，等离子体辉光通过套筒的内孔，透过观察窗，被光谱采集光纤实时采集，光谱信号通过光纤传递至光谱分析仪，经光谱分析仪分析，反馈相关数据，用于检测等离子体的稳定性及工艺气体的供给配比，实现在线分析及监测。

在现有的观察窗结构中，观察窗布置在真空腔室外侧，套筒布置于真空腔室内侧，套筒上设置轴肩，防止套筒移动。由于观察窗的真空侧与等离子体直接接触，长时间工作后表面会沉积一层膜，影响观察窗的透光性，信号采集出现偏差，因此需要定期或者额定工作时间更换观察窗。更换观察窗时需拆卸光谱采集光纤固定架，且由于外部空间原因，拆装维护较困难。

综上所述，现有技术的主要缺点在于：

1、观察窗的真空侧受到等离子体的轰击，表面沉积物会影响透光性，影响光谱采集，需定期更换；

2、观察窗既承受真空压力，又要具有较高的透光性能，厚度大，材料要求高，成本较高；

3、套筒为轴肩结构，只能从大气侧取出，更换套筒及观察窗时需要拆卸光谱采集光纤固定架等相关固定零部件，且该处维护空间受限，维护较困难。

因此，期待开发一种新型的真空腔室观察窗结构。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种反应腔室用观察窗组件，以克服现有观察窗结构维护困难的问题。

本实用新型的一方面提供一种反应腔室用观察窗组件，包括：

主观察窗，包括相对设置的安装表面和观察表面；

套筒，所述套筒设于所述安装表面，且所述套筒的轴向垂直于所述安装表面；和

次观察窗，所述次观察窗设于所述套筒的内部空间中，沿着所述套筒的轴向将所述套筒的内部空间分隔为相互隔离的第一空间和第二空间；所述第二空间靠近所述安装表面。

优选地，所述第一空间的内壁设有环形凹槽。

优选地，在所述套筒的内壁上设有环形台阶，所述环形台阶朝向所述主观察窗的表面形成环形定位面，所述次观察窗固定于所述环形定位面上。

优选地，在所述次观察窗的朝向所述安装表面的一侧设有次观察窗定位件。

优选地，所述套筒的外壁上设有密封槽，所述密封槽内设有套筒轴向密封件。

优选地，所述套筒与所述安装表面之间设有缓冲件。

优选地，所述套筒具有相对的第一端和第二端，所述第一端朝向所述主观察窗，且所述第一端的外壁上设有切口；

所述套筒的侧壁上设有排气孔，所述排气孔分别与所述第一空间和所述切口连通。

优选地，所述套筒具有相对的第一端和第二端，所述第一端朝向所述主观察窗，且所述第一端的外径小于所述第二端的外径；

所述套筒的侧壁上设有排气孔，所述排气孔分别与所述第一空间和所述第一端的外壁连通。

本实用新型的另一方面提供一种反应腔室，包括所述的反应腔室用观察窗组件。

优选地，所述反应腔室用观察窗组件安装在所述反应腔室的腔体壁上，所述主观察窗朝向所述反应腔室的外部，所述套筒朝向所述反应腔室的内部。

本实用新型的有益效果在于：

当反应腔室用观察窗组件安装于反应腔室的腔体壁上时，反应腔室内产生等离子体，等离子体辉光进入套筒的内部空间，首先到达第一空间，然后依次透过次观察窗、第二空间、主观察窗，被光谱采集光纤实时采集。由于在套筒内设置了次观察窗，其将套筒的内部空间分隔为相互隔离的第一空间和第二空间，因此，能够有效防止等离子体轰击主观察窗，对主观察窗起到保护作用。

长时间运行后，等离子体沉积物可能影响次观察窗的透光性能，此时，只需整体取出套筒，更换次观察窗即可，无需更换主观察窗，操作方便，也不会引起由于拆卸主观察窗而导致的密封性降低或者需要重新进行密封的问题。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。其中，在本实用新型示例性实施方式中，相同的附图标记通常代表相同部件。

图1显示根据本实用新型示例性实施例的反应腔室用观察窗组件的剖视图；

图2和图3分别显示根据本实用新型示例性实施例的反应腔室用观察窗组件的套筒的剖视图和俯视图。

附图标记说明：

30-腔体，40-光纤固定架，50-光纤，60-主观察窗，70-主观察窗密封件，90- 套筒，91-套筒轴向密封件，92-排气孔，93-次观察窗，94-次观察窗定位件，95- 缓冲件，96-环形凹槽，97-密封槽，98-环形定位面，99-切口。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的实施方式。虽然附图中显示了本实用新型的两种示例性实施方式，然而应该理解，可以各种形式实现本实用新型，而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本实用新型的示例性实施例的反应腔室用观察窗组件包括：

主观察窗，包括相对设置的安装表面和观察表面；

套筒，套筒设于所述安装表面，且套筒的轴向垂直于安装表面；和

次观察窗，次观察窗设于套筒的内部空间中，沿着套筒的轴向将套筒的内部空间分隔为相互隔离的第一空间和第二空间；第二空间靠近安装表面。

使用时，该反应腔室用观察窗组件安装在反应腔室的腔体壁上，主观察窗朝向反应腔室的外部，套筒朝向反应腔室的内部。当反应腔室内产生等离子体时，等离子体辉光进入套筒的内部空间，首先到达第一空间，然后依次透过次观察窗、第二空间、主观察窗，被光谱采集光纤实时采集。由于在套筒内设置了次观察窗，其将套筒的内部空间分隔为相互隔离的第一空间和第二空间，因此，等离子体被阻挡在第一空间内，能够有效防止等离子体轰击主观察窗，对主观察窗起到保护作用。

长时间运行后，等离子体沉积物可能影响次观察窗的透光性能，此时，只需整体取出套筒，更换次观察窗即可，无需更换主观察窗，操作方便，也不会引起由于拆卸主观察窗而导致的密封性降低或者需要重新进行密封的问题。

在一个示例中，在第一空间的内壁设有环形凹槽。环形凹槽可作为拆卸套筒时的着力点，便于套筒从腔体壁取出。

在一个示例中，在套筒的内壁上设有环形台阶，环形台阶朝向主观察窗的表面形成环形定位面，次观察窗固定于环形定位面上。设置环形台阶和环形定位面有利于次观察窗稳定地固定于套筒的内部空间中。优选地，在次观察窗的朝向安装表面的一侧设有次观察窗定位件，其可以是弹性密封圈，次观察窗定位件的作用是将次观察窗压紧于环形定位面上，防止其在套筒的内部空间中移动。

在一个示例中，套筒的外壁上设有密封槽，密封槽内设有套筒轴向密封件。将反应腔室用观察窗组件安装于腔体壁上时，套筒轴向密封件发生弹性变形，可与腔体壁之间形成过盈配合，从而可以避免套筒沿轴向移动，有利于套筒的固定。

在一个示例中，套筒与安装表面之间设有缓冲件，以防止套筒撞击、磕碰主观察窗。

在一个示例中，反应腔室用观察窗组件还包括主观察窗密封件，其用于设置于主观察窗的安装表面与反应腔室的腔体壁之间，从而实现反应腔室的真空密封。

在一个示例中，套筒具有相对的第一端和第二端，第一端朝向主观察窗，且第一端的外壁上设有切口；切口可以设置为沿套筒轴向延伸的凹槽，凹槽的一端始于套筒的第一端，凹槽的另一端终止于套筒轴向密封件之前。

套筒的侧壁上设有排气孔，排气孔分别与第一空间和切口连通。

排气孔的数量可以为1-4个。

在反应腔室内抽真空时，套筒与主观察窗之间可能形成间隙，间隙内的气体进入切口，进而可以通过排气孔排入第一空间并被抽走，从而可以保证反应腔室内的真空度。

在一个示例中，套筒的外壁包括第二端的大直径段和第一端的小直径段，小直径段朝向主观察窗，且密封槽设置在大直径段；第一端的外壁与反应腔室的腔体壁之间形成有间隙；

套筒的侧壁上设有排气孔，排气孔分别与第一空间和小直径段的外壁连通，从而将第一空间和上述间隙连通。

在一个示例中，反应腔室用观察窗组件还包括光纤固定架，光纤固定架为中空结构，可供光纤穿过，光纤固定架设置于主观察窗的与安装表面相对的观察表面，当等离子体辉光从安装表面一侧穿过主观察窗时，可被设于观察表面的光纤固定架上的光纤采集。

在一个示例中，主观察窗具有透光和承受大气压力的双重作用，需要材料透光性好，且需要抗压强度高。次观察窗不承受大气压力作用，仅需透光即可，透光波长一般为200nm—800nm，可采用石英或蓝宝石为材料，表面进行光学抛光或Y2O3化学沉积镀膜(CVD)处理。

本实用新型的实施例还提供一种反应腔室，包括上述的反应腔室用观察窗组件。

在一个示例中，反应腔室用观察窗组件安装在反应腔室的腔体壁上，主观察窗朝向反应腔室的外部，套筒朝向反应腔室的内部。

实施例

根据示例性实施例的反应腔室用观察窗组件用于安装在反应腔室的腔体侧上，以采集反应腔室内的等离子体辉光，其包括：

主观察窗60，包括相对设置的安装表面和观察表面；

套筒90，套筒90设于主观察窗60的安装表面，且套筒90的轴向垂直于安装表面；

次观察窗93，次观察窗93设于套筒90的内部空间中，沿着套筒90的轴向将套筒的内部空间分隔为相互隔离的第一空间和第二空间；第二空间靠近安装表面；

光纤固定架40，光纤固定架40为中空结构，可供光纤50穿过，光纤固定架40设置于主观察窗60的与安装表面相对的观察表面。

其中，在套筒90的内壁上与第一空间对应的位置设有环形凹槽96，环形凹槽96可作为拆卸套筒时的着力点，便于套筒从腔体壁取出。

在套筒90的内壁上设有环形定位面98，次观察窗93固定于环形定位面98 上，在次观察窗的朝向安装表面的一侧设有次观察窗定位件94，其可以是O型弹性密封圈。

套筒90的外壁为圆柱面，无轴肩，外壁上设有密封槽97，密封槽97内设有套筒轴向密封件91，套筒轴向密封件91是O型弹性密封圈。

套筒90与安装表面之间设有缓冲件95，其是O型弹性密封圈，以防止套筒撞击、磕碰主观察窗。

反应腔室用观察窗组件还包括主观察窗密封件70，其设于主观察窗60的安装表面与反应腔室的腔体壁之间，以实现反应腔室的真空密封。

套筒90朝向主观察窗60的一端的外壁上设有切口99，套筒90的侧壁上设有排气孔92，排气孔92分别与第一空间和切口99连通，用于在反应腔室抽真空时进行排气。

该反应腔室用观察窗组件能够有效防止等离子体轰击主观察窗，对主观察窗起到保护作用，主观察窗不需要定期更换。更换次观察窗时，套筒可从反应腔室内部(即真空侧)取出，不需要拆卸光纤固定架，也不需要对主观察窗进行重新密封，节约了维护时间和成本。

以上已经描述了本实用新型的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释实施例的原理和实际应用，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的实施例。