CN111243926A

CN111243926A - 一种载台系统

Info

Publication number: CN111243926A
Application number: CN201811439250.XA
Authority: CN
Inventors: 胡冬冬; 李娜; 陈兆超; 刘小波; 王佳; 车东晨; 邱勇; 许开东
Original assignee: Jiangsu Leuven Instruments Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Leuven Instruments Co Ltd
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2020-06-05

Abstract

本发明公开一种载台系统，包括：载台(205)和载台基座(206)，其中，所述载台(205)暴露在真空中，其用于承接样品，所述载台基座(206)由载台基座主体(217)、过渡连接(209)和中空轴(214)组成，其中，中空轴(214)穿过真空室(203)的腔壁，实现传递旋转运动，载台基座(206)的内部空间相互连通，可以将真空室(203)外部的电力信号线路、液体管路以及气体管路引入到载台(205)上，载台(205)及载台基座(206)可以绕着中空轴(214)的轴线方向旋转，并且可停止在任意角度。本发明的载台实现了真空环境下的两个自由度的运动，即载台可以带样品自转，并且载台和载台基座可以绕翻转轴旋转，使样品在加工过程中能够完全暴露在离子源、溅射源等下，提高了工艺的均匀性。

Description

一种载台系统

技术领域

本发明涉及半导体设备领域，具体涉及一种载台系统。

背景技术

随着半导体器件的发展，芯片图形精度越来越高，常规的湿法腐蚀由于难以避免的横向钻蚀，已经不能满足高精度细线条图形刻蚀的要求，于是逐步发展了一系列干法刻蚀技术。应用比较普遍的有等离子刻蚀、反应离子刻蚀、二极溅射刻蚀、离子束刻蚀。等离子刻蚀和反应离子刻蚀都离不开反应气体，刻蚀不同材料需要不同的反应气体及组分，需要不同的激励方式和激励条件。反应气体一般是氯化物或氟化物，还有的材料很难找到合适的反应气体，如Pt往往采用纯物理作用的二极溅射刻蚀或者离子束刻蚀。离子束刻蚀是由一个离子源提供离子，离子能量低密度大，对基片损伤小，刻蚀速率快。由于离子束刻蚀对材料无选择性，特别适用于一些对化学研磨、电介研磨难以减薄的材料的减薄。离子束刻蚀是各向异性腐蚀，所以图形转移精度高，细线条的线宽损失小。另外，离子束刻蚀只用氩气，不需要反应气体，工艺安全，对环境污染小，运转成本低，尤其适用于采用化学方法难以刻蚀的材料及精密的超薄膜刻蚀。

在半导体器件及芯片等的制造工艺中，刻蚀工艺是众多工艺中最频繁被采用和出现的。IC制造的刻蚀工艺中，会部分或者全部刻蚀或者去除掉芯片上的某些材料。在所有的刻蚀工艺中，等离子体刻蚀以及离子束刻蚀(IBE)工艺越来越重要，尤其是随着芯片集成度提高，关键尺寸缩小，高选择比以及精确的图形转移等工艺需求的提高，更突显了等离子体刻蚀和离子束刻蚀的优点。

随着芯片关键结构从平面转向3D结构(例如：逻辑器件中的FinFET结构)、先进存储器结构(例如：磁存储器(MRAM)和阻变存储器(ReRAM)这些器件结构对刻蚀工艺要求的精确度、重复性及工艺质量要求的越来越高。同时MRAM这些器件制造过程中，有许多种特殊的金属材料及金属化合物材料需要使用刻蚀工艺。同时在等离子体刻蚀工艺过程中产生的刻蚀反应副产物大部分也是金属或者富含金属的薄膜，以及部分刻蚀工艺过后的图形侧壁不陡直也需要工艺来补充修饰；通过实验观察发现离子束刻蚀过程中的离子溅射对以上三种问题可以进行极大的改进。同时还要注意到使用离子束刻蚀有可能会对已有的器件或者芯片结构造成损伤。因此迫切的需要设计一种改进形式的离子束刻蚀系统来解决在先进器件制作过程中碰到的这些问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种载台系统，包括：载台和载台基座，其中，所述载台暴露在真空中，其用于承接样品，所述载台基座由载台基座主体、过渡连接和中空轴组成，其中，中空轴穿过真空室的腔壁，实现传递旋转运动，载台基座的内部空间相互连通，可以将真空室外部的电力信号线路、液体管路以及气体管路引入到载台上，载台及载台基座可以绕着中空轴的轴线方向旋转，并且可停止在任意角度。

本发明的载台系统中，优选为，所述过渡连接可以是直角过渡、直通过渡或圆角过渡。

本发明的载台系统中，优选为，所述承接样品的方式为机械压紧或静电吸附。

本发明的载台系统中，优选为，所述载台沿轴线方向设置有自转轴，自转轴带动所述载台绕自转轴线自转。

本发明的载台系统中，优选为，所述自转轴由电机或气缸驱动。

本发明的载台系统中，优选为，所述载台系统与外部驱动装置间采用磁性流体密封轴形式密封、密封圈形式密封或者波纹管密封形式密封。

本发明的载台系统中，优选为，所述中空轴由电机、气缸或液压方式驱动。

本发明的载台系统中，优选为，还包括控速辅助装置，对所述载台基座的转动速度进行调控。

本发明的载台系统中，优选为，所述载台系统应用于带有真空腔室的工艺加工设备。

本发明提供了简单方便的电力线路、液体管路及气体管路接入载台系统的结构，以及更大的管路、线路接入的空间。此外，本发明的载台实现了真空环境下的两个自由度的运动，即载台可以带样品自转，并且载台和载台基座可以绕翻转轴旋转，使样品与其他装置如离子源或者溅射源等的角度可调节，在加工过程中样品能够完全暴露在其中，提高了工艺的均匀性。

附图说明

图1是本发明的载台系统的正视图。

图2是本发明的载台系统沿C-C剖开的剖视图。

图3是载台基座与中空轴间的过渡连接为直通过渡的载台系统的局部剖视图。

图4是载台基座与中空轴间为圆角过渡的载台系统的局部剖视图。

图5是载台系统在离子束刻蚀设备中处于工作状态的示意图。

图6是应用本发明的载台系统的离子束刻蚀设备的主体结构剖视图。

图7是载台基座的立体图。

图中：

201～离子源；203～真空室；204～样品；205～载台；206～载台基座；207～磁流体轴；208～自转轴；209～过渡连接；210～过渡轴；211～联轴器；212～电机；214～中空轴；215～焊接加强筋；216～密封槽；217～载台基座主体；218～螺纹孔；A1～翻转轴线；A2～自转轴线；A3～离子源轴线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。除非在下文中特别指出，器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成，或者可以采用将来开发的具有类似功能的材料。

图1是本发明的载台系统的正视图。图2是本发明的载台系统沿C-C剖开的剖视图。如图1所示，本发明的载台系统包括载台205和载台基座206，其中，载台205暴露在真空中，其用于承接样品，承接晶圆的方式可以是机械压紧方式，也可以是静电吸附方式。该样品可以是晶圆也可以是其他加工件。载台205和载台基座206可以绕翻转轴线A1旋转。翻转轴线A1沿着中空轴214的轴线方向。载台基座206，如图2所示，由载台基座主体217、过渡连接209和中空轴214组成，其中，中空轴214穿过真空室203的腔壁，实现传递旋转运动，载台基座的内部空间相互连通，可以将真空室203外部电力信号线路、液体管路以及气体管路引入到载台205上。载台系统与外部驱动装置间可以采用磁性流体密封轴形式、密封圈形式、波纹管密封形式等密封形式。载台系统可以由电机、气缸、液压或手动方式等提供驱动力。

在上述实施例中，载台基座206的载台基座主体217和中空轴214间的过渡连接209为直角过渡连接(如图2所示)，但是本发明不限定于此，在一些实施例中，过渡连接209还可以是直通过渡，如图3所示。在一些实施例中，过渡连接还可以是圆角过渡，如图4所示。

此外，如图1和图2所示，载台205沿轴线方向设置有自转轴208，载台205在承接到样品204后，可以携带样品204在自转轴208的带动下绕自转轴线A2自转。自转的转速从0转/s～200转/s可调节。自转轴208可以由电机、气缸等方式驱动。

在本发明的另一优选实施例中，还包括控速辅助装置，对载台基座206绕自转轴线A1自转和绕翻转轴线A2翻转的转动速度进行调控。

本发明提供了简单方便的电力线路、液体管路及气体管路接入载台系统的结构，以及更大的管路、线路接入的空间。此外，本发明的载台实现了真空环境下的两个自由度的运动，即载台可以带样品自转，并且载台和载台基座可以绕翻转轴旋转，使样品与其他装置如离子源或者溅射源等的角度可调节。

本发明的载台系统，可以应用在溅射、刻蚀、CVD等带有真空腔室的工艺加工设备中。当本发明的载台系统应用到离子束刻蚀机时，在离子束工艺过程中，如图5所示，样品204装载于载台205上，工作时,载台205的自转轴线A2与离子源201的轴线A3成一定的角度θ，可以停止在-90°至+90°的任意角度上。从图5中可以看出，在载台205可到达的任意工作角度，样品204均完整的暴露在离子源的离子束覆盖范围内。以下结合附图，针对本发明的载台系统应用到离子束刻蚀机的一个具体实施例进行说明。图6是应用本发明的离子束刻蚀设备的主体结构剖视图。如图6所示，该离子束刻蚀系统，包括真空腔体203，载台系统和载台系统驱动装置。其中，载台系统包括载台205和载台基座206。载台205及载台基座206可以沿翻转轴线A1实现翻转，其翻转运动的动力由电机212提供，通过联轴器211、过渡轴210将动力传递至磁流体轴207，最终传递至载台系统。此外，通过磁流体轴207实现密封。图7是载台基座的立体图。如图7所示，载台基座206包括载台基座主体217，过渡连接209及中空轴214。载台基座主体217的上表面设有密封槽216和螺纹孔218，用来固定载台及密封。该主体采用焊接制作，在过渡连接209上设置有焊接加强筋215。具有本发明的载台系统的离子束刻蚀机，在进行刻蚀时，能够保证样品完整的暴露在离子束覆盖范围内，有效提高了刻蚀工艺的均匀性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种载台系统，其特征在于，

包括：载台(205)和载台基座(206)，其中，所述载台(205)暴露在真空中，其用于承接样品，所述载台基座(206)由载台基座主体(217)、过渡连接(209)和中空轴(214)组成，其中，中空轴(214)穿过真空室(203)的腔壁传递旋转运动，载台基座(206)的内部空间相互连通，可以将真空室(203)外部的电力信号线路、液体管路以及气体管路引入到载台(205)上，载台(205)及载台基座(206)可以绕着中空轴(214)的轴线方向旋转，并且可停止在任意角度。

2.根据权利要求1所述的载台系统，其特征在于，

所述过渡连接(209)可以是直角过渡、直通过渡或圆角过渡。

3.根据权利要求1所述的载台系统，其特征在于，

所述承接样品的方式为机械压紧或静电吸附。

4.根据权利要求1所述的载台系统，其特征在于，

所述载台(205)沿轴线方向设置有自转轴(208)，自转轴(208)带动所述载台(205)绕自转轴线自转。

5.根据权利要求4所述的载台系统，其特征在于，

所述自转轴(208)由电机或气缸驱动。

6.根据权利要求1所述的载台系统，其特征在于，

所述载台系统与外部驱动装置间采用磁性流体密封轴形式密封、密封圈形式密封或者波纹管密封形式密封。

7.根据权利要求1所述的载台系统，其特征在于，

所述中空轴(214)由电机、气缸或液压方式驱动。

8.根据权利要求1所述的载台系统，其特征在于，

还包括控速辅助装置，对所述载台基座(206)的转动速度进行调控。

9.根据权利要求1所述的载台系统，其特征在于，

所述载台系统应用于带有真空腔室的工艺加工设备。