CN111341698B - 一种刻蚀设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及刻蚀技术领域，具体公开一种刻蚀设备。该刻蚀设备包括刻蚀腔体、沉积板和电极组件，刻蚀腔体内承载有待刻蚀工件，刻蚀腔体的一端能够通入刻蚀气体，沉积板可拆卸连接于刻蚀腔体内，且位于待刻蚀工件的上方，并对待刻蚀工件进行刻蚀。本发明提供的刻蚀设备，通过电极组件和刻蚀腔体互相配合，可以有效将附着在腔体壁的副产物刻蚀掉；将沉积板可拆卸连接于刻蚀腔体内，当刻蚀的副产物在沉积板上发生沉积时，只需更换部分组件，将沉积板从刻蚀腔体内拆除后，重新更换一个新的沉积板即可，省时省力，且成本较低，且能够及时将刻蚀的副产物清理，避免其掉落至工件上，影响工件的刻蚀质量，保证工件具有较好的刻蚀效果。

Description

一种刻蚀设备
技术领域
本发明涉及刻蚀技术领域，尤其涉及一种刻蚀设备。
背景技术
等离子刻蚀设备是一种通过等离子体引起的化学反应和轰击产生的物理反应对待刻蚀工件进行刻蚀的装置。对有些半导体材料进行深孔刻蚀时，通常存在以下问题：
(1)结构稳定，刻蚀难度大，刻蚀速率慢，刻蚀时间长，对等离子体的均匀性要求较高。
(2)刻蚀的掩膜多为金属，刻蚀后的副产物带有粘附性，会粘附在刻蚀设备的腔壁上无法被泵抽出，粘附过多时会发生脱落，从而影响产品质量。
现有技术中，通常在刻蚀设备上配备大功率的RF电源和较大容积的腔室，从而提高刻蚀效率和均匀性，为避免在腔壁上粘附较多的副产物，操作人员还会定期更换腔体。然而，越大功率的RF电源越容易出问题，增加了刻蚀设备的隐患，且频繁更换腔体会造成操作人员的工作量增加，同时也会严重影响产能。
因此，亟待发明一种刻蚀设备，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种刻蚀设备，等离子体的均匀性较好，刻蚀效果较好，且能够及时将刻蚀的副产物清理，避免其掉落至工件上，影响工件的刻蚀质量。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种刻蚀设备，包括：
刻蚀腔体，其内承载有待刻蚀工件，所述刻蚀腔体的一端能够通入刻蚀气体；
沉积板，其可拆卸连接于所述刻蚀腔体内，且位于所述待刻蚀工件的上方；
电极组件，其被配置为将所述刻蚀气体电解为等离子体，并对所述待刻蚀工件进行刻蚀。
作为一种刻蚀设备的优选方案，所述刻蚀腔体包括上下布置且相连通的主桶、副桶和内衬，所述待刻蚀工件放置于所述内衬内，所述副桶上盖设有安装板，所述沉积板可拆卸连接于所述安装板。
作为一种刻蚀设备的优选方案，所述安装板上埋设有恒温水道，所述恒温水道与控温器的水管相连。
作为一种刻蚀设备的优选方案，所述恒温水道呈螺旋形设置于所述安装板上。
作为一种刻蚀设备的优选方案，所述安装板和所述沉积板均为锥形板，且所述安装板和所述沉积板朝向所述副桶的一侧的横截面面积比朝向所述主桶的一侧的横截面面积大。
作为一种刻蚀设备的优选方案，所述电极组件包括设置于所述主桶外周的第一上电极线圈和设置于所述副桶外周的第二上电极线圈。
作为一种刻蚀设备的优选方案，
所述第一上电极线圈呈螺旋形环设于所述主桶的外周；
所述第二上电极线圈呈螺旋形环设于所述副桶的外周。
作为一种刻蚀设备的优选方案，在所述主桶远离所述副桶的一端设置有进气板，所述进气板上设置有与所述主桶相连通的进气口，用于通入所述刻蚀气体，且所述进气板上设置有冷却水道。
作为一种刻蚀设备的优选方案，所述刻蚀腔体内设置有静电吸盘和压紧组件，所述静电吸盘用于吸附所述待刻蚀工件，所述压紧组件用于将所述待刻蚀工件压紧于所述静电吸盘上。
作为一种刻蚀设备的优选方案，所述刻蚀设备还包括外壳，所述刻蚀腔体和所述电极组件均设置于所述外壳内部。
本发明的有益效果为：
本发明提供一种刻蚀设备，该刻蚀设备包括刻蚀腔体、沉积板和电极组件，刻蚀腔体内承载有待刻蚀工件，且保证了等离子体的反应环境，电极组件为刻蚀的射频系统，用于将刻蚀气体电解为等离子体，并对待刻蚀工件进行刻蚀，刻蚀腔体和电极组件之间的相互配合，可以将附着在腔体壁的副产物刻蚀掉，使得待刻蚀工件能够较好地完成刻蚀作业；通过将沉积板可拆卸连接于刻蚀腔体内，且位于待刻蚀工件的上方，当刻蚀的副产物在沉积板上发生沉积时，操作人员只需要将沉积板从刻蚀腔体内拆除后，重新更换一个新的沉积板即可，省时省力，与现有技术中直接更换腔体的方式相比，成本较低，且能够及时将刻蚀的副产物清理，避免其掉落至工件上，影响工件的刻蚀质量，保证工件具有较好的刻蚀效果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的刻蚀设备的纵向截面示意图；
图2是本发明实施例提供的刻蚀设备隐去外壳的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的刻蚀设备的安装板的结构示意图。
图中：
1-刻蚀腔体；11-主桶；12-副桶；13-内衬；131-静电吸盘；132-压环；133-抽气口；14-安装板；141-恒温水道；15-进气板；
2-沉积板；
3-电极组件；31-第一上电极线圈；32-第二上电极线圈；33-下电极；
4-外壳。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1-图2所示，本实施例提供一种刻蚀设备，该刻蚀设备包括外壳4、刻蚀腔体1、沉积板2和电极组件3，其中，刻蚀腔体1、沉积板2和电极组件3均设置于外壳4内，外壳4起到了整体容纳和保护的作用，还可以防止射频辐射泄漏，保护操作人员的安全。
具体地，刻蚀腔体1内承载有待刻蚀工件，刻蚀腔体1的一端能够通入刻蚀气体，沉积板2可拆卸连接于刻蚀腔体1内，且位于待刻蚀工件的上方，电极组件3被配置为将刻蚀气体电解为等离子体，并对待刻蚀工件进行刻蚀。在本实施例中，待刻蚀工件可以具体指第三代半导体材料，例如碳化硅(SiC)。进一步地，刻蚀腔体1包括上下布置且相连通的主桶11、副桶12和内衬13，待刻蚀工件放置于内衬13内，副桶12上盖设有安装板14，沉积板2可拆卸连接于安装板14的内侧。可选地，主桶11和副桶12均采用陶瓷材料制成。
本实施例提供的刻蚀设备，刻蚀腔体1内承载有待刻蚀工件，且保证了等离子体的反应环境，电极组件3为刻蚀的射频系统，用于将刻蚀气体电解为等离子体，并对待刻蚀工件进行刻蚀，刻蚀腔体1和电极组件3之间的相互配合，使得待刻蚀工件能够较好地完成刻蚀作业；通过将沉积板2可拆卸连接于刻蚀腔体1内，去除主桶11和副桶12连接部位的副产物，将沉积板2置于待刻蚀工件的上方，当刻蚀的副产物在沉积板2上发生沉积时，操作人员只需要将沉积板2从刻蚀腔体1内拆除后，重新更换一个新的沉积板2即可，省时省力，避免其掉落至工件上，影响工件的刻蚀质量，保证工件具有较好的刻蚀效果；另外，刻蚀腔体1和电极组件3之间的相互配合，利用主桶11和副桶12的外周分别设置有电极线圈，将刻蚀腔体1内的副产物主要粘附于主桶11或者副桶12的桶壁上，再通过桶壁周围密度较大的等离子体将粘附在桶壁上的副产物刻蚀掉，这种方式可以快速有效去除掉刻蚀腔体1内的主要副产物，与现有技术中直接更换刻蚀腔体1的方式相比，成本较低，不需要人工介入，且能够及时将刻蚀的副产物清理掉，提高设备工作效率。优选地，安装板14上设置有第一连接孔，沉积板2上设置有第二连接孔，连接件依次穿设于第一连接孔和第二连接孔内，实现安装板14与沉积板2之间的可拆卸连接。优选地，第一连接孔和第二连接孔均为螺纹孔，连接件为螺钉，螺纹连接具有加工简单、拆装方便的优势。本申请中的沉积板2由非导电材料制成，优选为表面经过氧化处理的金属材料，表面氧化的金属材料既可以满足刻蚀机的工作需求，还可以高效地吸附刻蚀机内的副产物。进一步地，沉积板2的表面硬质光滑，可以提高表面附着物的粘附性。
进一步地，主桶11远离副桶12的一端设置有进气板15，进气板15上设置有与主桶11相连通的进气口，用于通入刻蚀气体，在进气板15上还设置有冷却水道。由于刻蚀时间较长，刻蚀腔体1内温度会升高，但是温度较高会影响电极组件3对刻蚀腔体1内的刻蚀气体的刻蚀效果，通过在进气板15上设置冷却水道，可以及时对刻蚀腔体1内的刻蚀气体进行冷却，保证刻蚀气体具有较好的电解效果。
进一步地，如图1所示，主桶11和副桶12均为圆柱形结构，主桶11的底面直径小于副桶12的底面直径，安装板14上设置有与主桶11相连通的通孔。
为了保证刻蚀腔体1内具有真空环境，在外壳4的底部连接有真空泵，真空泵与刻蚀腔体1相连通。具体而言，在内衬13的底部开设有多个抽气口133，多个抽气口133沿内衬13底面的周向分布，通过设置抽气口133，保证了真空泵对刻蚀腔体1的抽真空作用，为待刻蚀工件的刻蚀提供了良好的真空环境，
进一步地，安装板14和沉积板2均为非平面板，且安装板14和沉积板2朝向副桶12的一侧的横截面面积比朝向主桶11的一侧的横截面面积大。优选地，通过将安装板14和沉积板2设置为锥形板，当刻蚀气体由进气板15进入刻蚀腔体1，并在真空泵的抽力作用下向内衬13的方向运动时，安装板14和沉积板2的锥形结构能够引导气流，避免刻蚀气体在角落形成旋流，从而保证了等离子体的均匀性。
进一步地，电极组件3包括设置于主桶11外周的第一上电极线圈31和设置于副桶12外周的第二上电极线圈32。当刻蚀气体由进气板15进入主桶11内后，在主桶11内的电场进行电解，大部分刻蚀气体形成等离子体，然后在副桶12内的电场下，剩余的刻蚀气体被电解，从而使刻蚀腔体1内的刻蚀气体达到饱和，提高等离子体的均匀性，提高刻蚀效率。
另一方面，由常识可知，磁感线有弧度，因而由第一上电极线圈31或者第二上电极线圈32单独电解刻蚀气体形成的等离子体的分布也存在相应的弧度，如图1所示，因此，第一上电极线圈31单独电解刻蚀气体形成的等离子体的分布为T1，第二上电极线圈32单独电解刻蚀气体形成的等离子体的分布为T2，在本实施例中，利用第一上电极线圈31和第二上电极线圈32同时对刻蚀气体进行电解所形成的等离子体的分布为T，刻蚀腔体1内等离子体分布较为均为，刻蚀效果较好。
优选地，第一上电极线圈31呈螺旋形环设于主桶11的外周，第二上电极线圈32呈螺旋形环设于副桶12的外周。采用这种方式，可以使刻蚀腔体1内的刻蚀气体得到充分的电解，以增加刻蚀腔体1内等离子体的饱和度，提高刻蚀效果。
需要说明的是，在对待刻蚀工件进行刻蚀的过程中会产生大量粘附性较强的副产物，大部分副产物会粘附在桶壁上，当积累到一定厚度后会发生剥落，如果掉落至待刻蚀工件表面会影响待刻蚀工件的质量。可以理解的是，当副产物粘附于主桶11或者副桶12的桶壁上时，由于主桶11和副桶12的外周分别设置有第一上电极线圈31和第二上电极线圈32，所以主桶11的桶壁和副桶12的桶壁周围是等离子体密度最大的位置，在主桶11的桶壁和副桶12的桶壁上粘附的副产物会被等离子体刻蚀掉；进气板15距离待刻蚀工件较远，不容易被刻蚀的副产物粘附；内衬13在待刻蚀工件的下方，即使粘附于内衬13上的副产物发生剥落也不会掉落至待刻蚀工件的表面上；而在主桶11和副桶12的中间连接部分则是距离待刻蚀工件较近又较容易被副产物粘附的位置，因此，在此处设置沉积板2可拆卸连接于安装板14上，操作人员只需要定期更换沉积板2，即可以有效避免刻蚀的副产物掉落至待刻蚀工件的表面，影响待刻蚀工件的刻蚀效果。
进一步地，如图1和图3所示，安装板14上还埋设有恒温水道141，恒温水道141与控温器的水管相连。当刻蚀腔体1内的温度发生变化，尤其是温差较大时，容易造成粘附于沉积板2上的副产物发生剥落，通过在安装板14上设置恒温水道141，并通过安装板14与沉积板2之间的热量交换，使沉积板2保持恒温，尽量减少副产物的剥落。
优选地，恒温水道141呈螺旋形设置于安装板14上，可以使安装板14的整个表面均保持恒温状态，控温效果较好。
进一步地，如图1所示，内衬13内设置有静电吸盘131和压紧组件，静电吸盘131用于吸附待刻蚀工件，压紧组件用于将待刻蚀工件压紧于静电吸盘131上，保证待刻蚀工件在刻蚀的过程中位置不发生偏移，提高刻蚀精度。电极组件3还包括下电极33，下电极33设置于静电吸盘131的底部，用于对待刻蚀工件的刻蚀。
具体地，压紧组件包括压环132和驱动件，驱动件设置于内衬13内，且驱动件的输出端与压环132相连，用于驱动压环132升降，以使压环132将待刻蚀工件压紧于静电吸盘131上。
本实施例提供的刻蚀设备，能够及时将刻蚀的副产物清理，避免其掉落至待刻蚀工件上，影响待刻蚀工件的刻蚀质量，且刻蚀腔体1内的等离子体的均匀性较好，刻蚀效果较好。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种刻蚀设备，其特征在于，包括：
刻蚀腔体(1)，其内承载有待刻蚀工件，所述刻蚀腔体(1)的一端能够通入刻蚀气体；
沉积板(2)，其可拆卸连接于所述刻蚀腔体(1)内，且位于所述待刻蚀工件的上方；
电极组件(3)，其被配置为将所述刻蚀气体电解为等离子体，并对所述待刻蚀工件进行刻蚀；
所述刻蚀腔体(1)包括上下布置且相连通的主桶(11)、副桶(12)和内衬(13)，所述待刻蚀工件放置于所述内衬(13)内，所述主桶(11)和所述副桶(12)之间设有安装板(14)，所述沉积板(2)可拆卸连接于所述安装板(14)；
所述安装板(14)上埋设有恒温水道(141)，所述恒温水道(141)与控温器的水管相连；
所述安装板(14)和所述沉积板(2)均为非平面板，且所述安装板(14)和所述沉积板(2)朝向所述副桶(12)的一侧的横截面面积比朝向所述主桶(11)的一侧的横截面面积大。
2.根据权利要求1所述的刻蚀设备，其特征在于，所述恒温水道(141)呈螺旋形设置于所述安装板(14)上。
3.根据权利要求1所述的刻蚀设备，其特征在于，所述电极组件(3)包括设置于所述主桶(11)外周的第一上电极线圈(31)和设置于所述副桶(12)外周的第二上电极线圈(32)。
4.根据权利要求3所述的刻蚀设备，其特征在于，
所述第一上电极线圈(31)呈螺旋形环设于所述主桶(11)的外周；
所述第二上电极线圈(32)呈螺旋形环设于所述副桶(12)的外周。
5.根据权利要求1所述的刻蚀设备，其特征在于，在所述主桶(11)远离所述副桶(12)的一端设置有进气板(15)，所述进气板(15)上设置有与所述主桶(11)相连通的进气口，用于通入所述刻蚀气体，且所述进气板(15)上设置有冷却水道。
6.根据权利要求1所述的刻蚀设备，其特征在于，所述刻蚀腔体(1)内设置有静电吸盘(131)和压紧组件，所述静电吸盘(131)用于吸附所述待刻蚀工件，所述压紧组件用于将所述待刻蚀工件压紧于所述静电吸盘(131)上。
7.根据权利要求1-6任一项所述的刻蚀设备，其特征在于，所述刻蚀设备还包括外壳(4)，所述刻蚀腔体(1)和所述电极组件(3)均设置于所述外壳(4)内部。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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