CN111584338B - 一种刻蚀装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种刻蚀装置，包括：上腔体和下腔体，其中，下腔体用于对器件进行刻蚀制程；所述上腔体包括：线圈，所述线圈用于承载交变电流，并由所述交变电流产生电磁场；诱电体，所述诱电体间隔设置于所述线圈下方，用于将所述线圈产生的电磁场传递到所述下腔体；绝缘板，所述绝缘板设置于所述上腔体的底部，用于防止由所述电磁场形成的等离子体直接接触所述诱电体，对所述诱电体造成侵蚀和发生电弧放电；制热构件，所述制热构件设置于所述绝缘板和所述诱电体之间，用于对所述诱电体和所述绝缘板进行控温。本发明实施例提供的刻蚀装置用于改善干法刻蚀工艺中由于生成物附着而出现的刻蚀残留的问题。

Description

一种刻蚀装置
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种刻蚀装置。
背景技术
刻蚀工艺是半导体器件制造工艺中的重要工艺之一，主要分为用化学溶液进行化学刻蚀的湿法刻蚀和利用起头进行化学腐蚀的干法刻蚀。其中，干法刻蚀是利用腐蚀性气体或等离子体进行刻蚀，可以实现各向异性刻蚀，使得刻蚀图案更加精细，适用于要求高精度的精细工艺。在薄膜晶体管或有机发光二极管的制作工艺中，通常使用诱导耦合电浆模式(Inductive Coupled Plasma，ICP)的干法刻蚀机进行刻蚀工艺。
然而，传统的ICP干法刻蚀机的制程腔室顶部(Top Plate)的导热性能和机械强度较差，其相对于制程室的其他部分的温度较低，导致制程腔室的顶部容易附着大量的制程生成物，当生成物积累较多时会掉落至下面的基板，阻碍基板上膜层的正常刻蚀，形成刻蚀残留(Etching Residue)。
故，有必要提出一种新的技术方案，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明实施例提供一种刻蚀装置，用于改善干法刻蚀工艺中由于生成物附着而出现的刻蚀残留的问题。
本发明提供一种刻蚀装置，包括：上腔体和下腔体，其中，下腔体用于对器件进行刻蚀制程；
所述上腔体包括：
线圈，所述线圈用于承载交变电流，并由所述交变电流产生电磁场；
诱电体，所述诱电体间隔设置于所述线圈下方，用于将所述线圈产生的电磁场传递到所述下腔体；
绝缘板，所述绝缘板设置于所述上腔体的底部，用于防止由所述电磁场形成的等离子体直接接触所述诱电体，对所述诱电体造成侵蚀和发生电弧放电；
制热构件，所述制热构件设置于所述绝缘板和所述诱电体之间，用于对所述诱电体和所述绝缘板进行控温。
在本发明提供的刻蚀装置中，所述制热构件包括半导体制热片。
在本发明提供的刻蚀装置中，所述半导体制热片包括至少两个N型半导体和至少两个P型半导体，所述N型半导体和所述P型半导体分别间隔设置在第一绝缘片和第二绝缘片之间，所述N型半导体和所述P型半导体通过金属导体相连。
在本发明提供的刻蚀装置中，所述第一绝缘片和所述第二绝缘片的材料包括石墨烯。
在本发明提供的刻蚀装置中，所述制热构件包括远离所述诱电体的第一面和靠近所述诱电体的第二面，所述第一面的宽度小于所述第二面的宽度，以增大所述制热构件与所述诱电体之间的接触面积。
在本发明提供的刻蚀装置中，所述制热构件的发热温度大于130摄氏度。
在本发明提供的刻蚀装置中，所述上腔体还包括：
金属骨架，所述金属骨架垂直设置于任意两个所述制热构件之间，用于支撑所述上腔体以及将热量传递给所述绝缘板。
在本发明提供的刻蚀装置中，所述下腔体包括下电极和基板台，所述下电极与底部射频电源相连，所述基板台设置在所述下电极上。
在本发明提供的刻蚀装置中，所述刻蚀装置还包括顶部射频电源，所述顶部射频电源与所述线圈相连。
在本发明提供的刻蚀装置中，所述线圈的形状包括螺旋状。
传统的ICP干法刻蚀机的制程腔室顶部(Top Plate)的导热性能和机械强度较差，其相对于制程室的其他部分的温度较低，导致制程腔室的顶部容易附着大量的制程生成物，当生成物积累较多时会掉落至下面的基板，阻碍基板上膜层的正常刻蚀。
在本发明实施例提供的刻蚀装置中，通过在绝缘板上引入制热构件，用于对绝缘板和诱电体进行控温，避免了在刻蚀过程中由于生成物附着在绝缘板上过多时掉落至基板上而造成的刻蚀残留的问题。
同时，本发明实施例的刻蚀装置在使用制热构件对绝缘板进行控温时，不会受到顶部射频电源的影响，因此不会产生射频噪音，可以对制程腔实现快速、高效、实时的控温。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1至图3为本发明实施例提供的刻蚀装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的刻蚀装置中半导体制热片的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，请参照附图中的图式，其中相同的组件符号代表相同的组件，以下的说明是基于所示的本发明具体实施例，其不应被视为限制本发明未在此详述的其他具体实施例。本说明书所使用的词语“实施例”意指实例、示例或例证。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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申请的限制。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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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申请中的具体含义。
请参考图1，本发明实施例提供一种刻蚀装置，包括：上腔体1和下腔体2，所述上腔体1包括线圈11、诱电体14、绝缘板12和制热构件13，其中，所述线圈11用于承载交变电流，并由所述交变电流产生电磁场。所述诱电体14间隔设置于所述线圈11下方，用于将所述线圈11产生的电磁场传递到所述下腔体2，并为本发明提供的刻蚀装置提供机械强度。所述绝缘板12设置于所述上腔体1的底部，用于防止由所述电磁场形成的等离子体直接接触所述诱电体14，对所述诱电体14造成侵蚀和发生电弧放电。所述制热构件13与所述诱电体14贴合设置，用于对所述诱电体14和所述绝缘板12进行控温。其中，绝缘板12的材质包括陶瓷和镀有阳极氧化物的铝阳极件等。绝缘板12的厚度介于1.5毫米至8毫米之间。诱电体14的材料包括石英和陶瓷等材料。
需要说明的是，在本发明实施例中，制热构件13与所述诱电体14的数量可根据实际生产需求进行调整，本发明附图中制热构件13与诱电体14的数量只是一种示例，应该理解的是，本发明实施例还包括其他示例。例如，在本发明实施例中，绝缘板12上设置有至少两个诱电体14和至少两个制热构件13，并间隔排列在绝缘板12上。
在本发明实施例中，所述刻蚀装置还包括顶部射频电源3，所述顶部射频电源3与所述线圈11相连。具体的，线圈11与位于上腔体1顶部的射频电源3电性连接。通过控制射频电源3的开关，使得线圈11形成交变电流，在交变电流的作用下，诱导出交变磁场或电场，并传给下腔体2，形成等离子体。其中，所述线圈11的形状包括螺旋状。线圈11的材料包括金属铜。
需要说明的是，诱导耦合电浆(Inductive Coupled Plasma，ICP)刻蚀技术是利用气体辉光放电产生高密度的等离子轰击材料表面进行刻蚀的技术。ICP刻蚀过程存在十分复杂的化学过程和物理过程，两者相互作用，共同达到刻蚀的目的。具体的，线圈(AntennaCoil)产生的磁场经由非导电性的绝缘板12传递至制程腔中。若使用导电性的铝制件替代绝缘板，会在铝制件中形成诱导电流，等离子体在上腔体产生的鞘层电压较高，形成电容效应，使得上腔体受到的等离子体轰击加强，上腔体的寿命缩短，且上腔体被轰击后产生颗粒，污染制程室腔。因此，在本发明实施例中使用陶瓷或镀有阳极氧化物的铝阳极件作为绝缘板。
进一步的，所述制热构件13包括半导体制热片130。具体的，如图4所示，所述半导体制热片130包括至少两个N型半导体N和至少两个P型半导体P，所述N型半导体N和所述P型半导体P分别间隔设置在第一绝缘片1301和第二绝缘片1302之间，所述N型半导体N和所述P型半导体p通过金属导体1303相连。其中，所述第一绝缘片1301和所述第二绝缘片1302的材料包括石墨烯，用于加快绝缘板12和制热构件13之间的传热效率。具体的，将N型半导体N和P型半导体P作为独立的制热元件，并将每个N型半导体N和P型半导体P分别间隔地，不相互接触地设置在第一绝缘片1301和第二绝缘片1302之间。在第一绝缘片1301上固定上至少1块金属导体1303，在第二绝缘片1302上固定上至少2块金属导体1303。即固定在第二绝缘片1302上的金属导体1303比固定在第一绝缘片1301上的金属导体1303多1片。金属导体1303可采用铜片、铝片、铁片或任何具有导电性能的金属片。可采用传统的粘接方法将金属导体1303粘接在第一绝缘片1301和第二绝缘片1302上。由于每个N型半导体N或P型半导体P都不相互接触，并且所有的N型半导体N和P型半导体P都是按矩阵式的连接结构进行排列在第一绝缘片1301与第二绝缘片1302之间，因此大大地改善了每个半导体元件的散热条件，使每个N型半导体N或P型半导体P都不会产生相互影响，并使每个N型半导体N或P型半导体P所转换的热都分别集中在第一绝缘片1301或第二绝缘片1302上，从而有效地提高了半导体制热片的效率。
进一步的，请参考图3，图3为本发明中的刻蚀装置的局部放大图。所述制热构件13包括远离所述诱电体14的第一面131和靠近所述诱电体14的第二面132，所述第一面的131宽度小于所述第二面132的宽度，以增大所述制热构件13与所述绝缘板12之间的接触面积。其中，所述制热构件13的发热温度大于130摄氏度。制热构件13的通过诱电体14将热量传递至绝缘板12，绝缘板12的温度升高，使得在刻蚀过程中生成的气体不会附着在绝缘板12上，保证刻蚀装置的正常刻蚀，不会造成刻蚀残留的问题。
可选的，请参考图2，在本发明实施例中，所述上腔体还包括金属骨架15，所述金属骨架15垂直设置于任意两个所述制热构件13之间，用于支撑所述上腔体1以及将热量传递给所述绝缘板12。其中，所述金属骨架15的材料包括金属铝或金属铜中的至少一种。
进一步的，在本发明实施例中，所述下腔体2包括下电极21和基板台22，所述下电极21与底部射频电源4相连，所述基板台21设置在所述下电极21上，用放置基板。其中，下腔体2的内腔室的材料包括导热性能较好的金属铝和铜等。
进一步的，请参考图1，在本发明实施例中，上腔体1还包括气体入口16，用于通入气体刻蚀剂，具体的，气体刻蚀剂包括六氟化硫(SF6)等。六氟化硫在电感辉光放电的作用下，电离电子、带电离子、原子或者原子基团等多种成分的混合体，这些粒子会和基板发生反应，从而达到刻蚀的效果。
可选的，在本发明实施例中，可选择两种不同的气体通入上腔体1中，例如六氟化硫和八氟化四碳(C4F8)，其中，六氟化硫作为刻蚀剂，八氟化四碳作为钝化聚合物产生剂。六氟化硫在电感辉光放电的作用下，电离电子、带电离子、原子或者原子基团等多种成分的混合体，这些粒子会和基板发生反应。在钝化过程中，上腔体1中通入八氟化四碳气体，在等离子体的作用下完成等离子聚合过程，由于该过程具有各向同性，因此基板的表面和结构深槽内都均匀地覆盖着一层聚合物保护膜。在随后的刻蚀过程中，上腔体1内的活性气体换为六氟化硫，并被分解为SF+和SF-，电场对正离子加速，这样增加垂直方向的离子能量，使平行于基板表面的聚合物区域优先去除。随着这种高的定向性，在深槽底部的基板表面优先暴露出来的F反应生成氟化物而被刻蚀，从而达到刻蚀的目的。
传统的ICP干法刻蚀机的制程腔室顶部(Top Plate)的导热性能和机械强度较差，其相对于制程室的其他部分的温度较低，导致制程腔室的顶部容易附着大量的制程生成物，当生成物积累较多时会掉落至下面的基板，阻碍基板上膜层的正常刻蚀。
在本发明实施例提供的刻蚀装置中，通过在绝缘板上引入制热构件，用于对绝缘板和诱电体进行控温，避免了在刻蚀过程中由于生成物附着在绝缘板上过多时掉落至基板上而造成的刻蚀残留的问题。
同时，本发明实施例的刻蚀装置在使用制热构件对绝缘板进行控温时，不会受到顶部射频电源的影响，因此不会产生射频噪音，可以对制程腔实现快速、高效、实时的控温。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种刻蚀装置，其特征在于，包括：上腔体和下腔体，其中，下腔体用于对器件进行刻蚀制程；
所述上腔体包括：
线圈，所述线圈用于承载交变电流，并由所述交变电流产生电磁场；
诱电体，所述诱电体间隔设置于所述线圈下方，用于将所述线圈产生的电磁场传递到所述下腔体；
绝缘板，所述绝缘板设置于所述上腔体的底部，用于防止由所述电磁场形成的等离子体直接接触所述诱电体，对所述诱电体造成侵蚀和发生电弧放电；
制热构件，所述制热构件设置于所述绝缘板和所述诱电体之间，用于对所述诱电体和所述绝缘板进行控温。
2.根据权利要求1所述的刻蚀装置，其特征在于，所述制热构件包括半导体制热片。
3.根据权利要求2所述的刻蚀装置，其特征在于，所述半导体制热片包括至少两个N型半导体和至少两个P型半导体，所述N型半导体和所述P型半导体分别间隔设置在第一绝缘片和第二绝缘片之间，所述N型半导体具有相对的第一端和第二端，所述P型半导体具有相对的第一端和第二端，第n个所述N型半导体的第一端和所述P型半导体的第一端通过一金属导体连接，第n个所述P型半导体的第二端和第（n+1）个所述N型半导体的第二端通过一金属导体连接，其中，n为大于零的整数。
4.根据权利要求3所述的刻蚀装置，其特征在于，所述第一绝缘片和所述第二绝缘片的材料包括石墨烯。
5.根据权利要求1所述的刻蚀装置，其特征在于，所述制热构件包括远离所述诱电体的第一面和靠近所述诱电体的第二面，所述第一面的宽度小于所述第二面的宽度，以增大所述制热构件与所述诱电体之间的接触面积。
6.根据权利要求1所述的刻蚀装置，其特征在于，所述制热构件的发热温度大于130摄氏度。
7.根据权利要求1至6任一项所述的刻蚀装置，其特征在于，所述上腔体还包括：
金属骨架，所述金属骨架垂直设置于任意两个所述制热构件之间，用于支撑所述上腔体以及将热量传递给所述绝缘板。
8.根据权利要求7所述的刻蚀装置，其特征在于，所述下腔体包括下电极和基板台，所述下电极与底部射频电源相连，所述基板台设置在所述下电极上。
9.根据权利要求1所述的刻蚀装置，其特征在于，所述刻蚀装置还包括顶部射频电源，所述顶部射频电源与所述线圈相连。
10.根据权利要求1所述的刻蚀装置，其特征在于，所述线圈的形状包括螺旋状。
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