CN112420475A - 一种icp等离子体刻蚀机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体制造技术领域，且公开了一种ICP等离子体刻蚀机，包括机体，所述机体的上表面固定安装有连通管，所述连通管的两侧固定安装有进气口，所述机体、连通管、进气口相连通，所述机体的顶端固定安装有铁芯，所述铁芯的外部固定套接有导线，所述机体内部的上部固定套接有屏蔽管，所述屏蔽管的外部固定套接有耦合线圈。该ICP等离子体刻蚀机，通过在增加耦合线圈电流以提高等离子密度时，由于导线此时电流随着耦合线圈同时增加，使得铁芯磁力增加，此时由于基片底座从受力平衡到受到向上的吸引力，使得基片底座向上运动，使得在增加等离子密度的同时缩短等离子运动的距离，继而将等离子之间碰撞的几率降低，使得刻蚀效果增加。

Description

一种ICP等离子体刻蚀机
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体为一种ICP等离子体刻蚀机。
背景技术
随着半导体工艺的发展，干法刻蚀在集成电路板的制造中因为其离子密度高、蚀刻垂直度高以及光洁度好逐渐被广泛应用到半导体制造工艺中。ICP 等离子体又名感应耦合等离子体，ICP等离子体刻蚀法的工作原理是在真空低气压下，ICP射频电源产生的射频输出到环形耦合线圈，以一定比例的混合刻蚀气体经耦合辉光放电，产生高密度的等离子体，在下级板的RF射频作用下，这些等离子体对基片表面进行轰击，与刻蚀气体生成的挥发性物质，以气体形式脱离基片，从真空管路被抽走。
首先，当ICP射频源的电流增加时，耦合感应线圈中的电流增加，此时产生的等离子密度增加，使得刻蚀速度加快，但是由于等离子密度增加，使得等离子在腔体中运动的过程中的碰撞的几率增加，在等离子经过碰撞后，由于运动角度发生变化，使得等离子无法按照原原路线对基片表面进行轰击，使得刻蚀效果减弱。
其次，在ICP等离子体刻蚀机的使用中，刻蚀基板后会产生挥发性气体，当气体不断增多，将会造成装置内部的内压增大，继而增加等离子碰撞的几率，使得在碰撞后等离子的速度减慢，继而在基片表面形成硬膜，使得刻蚀速率下降；同时，设备中设置了真空装置在基片周围吸收产生的挥发性气体，但是在吸气的过程中，一部分的吸引力将会作用在通入的刻蚀气体上，导致等离子受到吸力后，运动方向发生偏转，使得基片中部的等离子体轰击减少，造成刻蚀不均匀。
发明内容
本发明提供了一种ICP等离子体刻蚀机，具备等离子体集中的优点，解决了以上背景技术中提到的问题。
本发明提供如下技术方案：一种ICP等离子体刻蚀机，包括机体，所述机体的上表面固定安装有连通管，所述连通管的两侧固定安装有进气口，所述机体、连通管、进气口相连通，所述机体的顶端固定安装有铁芯，所述铁芯的外部固定套接有导线，所述机体内部的上部固定套接有屏蔽管，所述屏蔽管的外部固定套接有耦合线圈，所述耦合线圈与ICP电源电连接，所述导线与耦合线圈串联，所述机体内部的底部固定安装有散热管，所述散热管外部的上端活动套接有基片底座，所述基片底座的下表面固定安装有活动套接在散热管外部的弹簧，所述弹簧的另一端与机体的底部固定连接，所述基片底座顶端的内部固定安装有磁极一，所述基片底座与下电极射频源电连接，所述基片底座上表面的两侧螺栓连接有压盘，所述基片底座的上表面活动连接有位于磁极一上方的基片，所述基片被压盘夹紧，所述机体内部的正背面开设有滑槽，所述基片底座顶端的正背面设有与滑槽相适配的凸槽。
优选的，所述机体内部中部的两侧固定安装有真空管，所述真空管靠近基片底座的一侧活动连接有吸气口挡板，所述真空管靠近基片底座的一侧开设有吸气口，所述吸气口挡板的底端固定安装有齿条，所述基片底座的外部活动套接有齿轮，所述齿轮的轮齿与齿条相适配，所述机体内部正背面之间固定安装有位于齿轮上方的挡板，所述基片底座的外部与齿轮的内圈均开设有螺旋槽，所述两者螺旋槽相适配，所述基片底座向上移动时齿轮发生转动。
优选的，所述耦合线圈与导线串联，使得耦合线圈上电流增加时，所述导线上的电流增加。
优选的，所述铁芯上由于导线流经电流后产生与磁极一相反的磁场，所述铁芯的下表面与磁极一上表面面积一致，所述导线与磁极一之间产生的磁感线与上下表面垂直。
优选的，所述基片底座为轻质材料制成，所述基片底座在原始状态下，所述弹簧未被全部压缩，即弹簧被全部压缩后，其弹簧弹力大于基片底座重力。
优选的，所述吸气口在真空管上的位置，位于靠近机体内腔一侧的半侧，所述吸气口挡板转动后，吸气口的面积渐渐增加，两侧所述吸气口位置相反。
优选的，所述齿条与齿轮位于同一水平线上，所述挡板与齿轮上表面距离极近，所述吸气口位于挡板上方。
本发明具备以下有益效果：
1、该ICP等离子体刻蚀机，通过在增加耦合线圈电流以提高等离子密度时，由于导线此时电流随着耦合线圈同时增加，使得铁芯磁力增加，此时由于基片底座从受力平衡到受到向上的吸引力，使得基片底座向上运动，使得在增加等离子密度的同时缩短等离子运动的距离，继而将等离子之间碰撞的几率降低，使得刻蚀效果增加。
2、该ICP等离子体刻蚀机，通过上下磁体间产生磁感线，利用磁场对等离子的约束性，使得在等离子运动路径上产生垂直的磁感线，使得产生的等离子靠近磁感线上周围运动，同时在两侧设置真空腔将产生的气体吸收以减少装置内腔内压，且在等离子产生效率提高的状态下，真空管的吸引效率随之增加，进而达到提高刻蚀效率的目的。
附图说明
图1为本发明正面剖视图；
图2为本发明图一中A处放大图；
图3为本发明通电后工作状态图；
图4为本发明真空管和吸气口挡板结构示意图；
图5为本发明真空管结构示意图。
图中：1、机体；2、连通管；3、进气口；4、铁芯；5、屏蔽管；6、耦合线圈；7、真空管；8、吸气口挡板；9、吸气口；10、齿条；11、散热管；12、弹簧；13、基片底座；14、压盘；15、基片；16、齿轮；17、挡板；18、滑槽；19、磁极一；20、导线。
具体实施方式
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，显然，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，一种ICP等离子体刻蚀机，包括机体1，机体1的上表面固定安装有连通管2，连通管2的两侧固定安装有进气口3，机体1、连通管 2、进气口3相连通，机体1的顶端固定安装有铁芯4，铁芯4的外部固定套接有导线20，机体1内部的上部固定套接有屏蔽管5，屏蔽管5的外部固定套接有耦合线圈6，通过屏蔽管5将耦合线圈6与气体流动腔隔离开，使得耦合线圈不会影响气体流动，耦合线圈6与ICP电源电连接，导线20与耦合线圈6串联，使得导线20上的电流随耦合线圈6的电流增而增加，同时铁芯4 产生磁场增大，机体1内部的底部固定安装有散热管11，散热管11外部的上端活动套接有基片底座13，基片底座13为蘑菇状，上端大而下半部分细长，由于等离子轰击时会产生小部分热量，使得基片底座13温度有所升高，使得磁极一19受到影响，通过散热管11进行散热，同时轰击造成的温度不高，基片底座13的下表面固定安装有活动套接在散热管11外部的弹簧12，弹簧 12的另一端与机体1的底部固定连接，基片底座13顶端的内部固定安装有磁极一19，基片底座13与下电极射频源电连接，基片底座13上表面的两侧螺栓连接有压盘14，基片底座13的上表面活动连接有位于磁极一19上方的基片15，基片15被压盘14夹紧，基片15安装时需安装在基片底座13的正中心，机体1内部的正背面开设有滑槽18，基片底座13顶端的正背面设有与滑槽18相适配的凸槽，基片底座13上下移动时需源滑槽18移动。
其中，机体1内部中部的两侧固定安装有真空管7，真空管7靠近基片底座13的一侧活动连接有吸气口挡板8，原始状态下，吸气口9被吸气口挡板 8挡住一部分，真空管7靠近基片底座13的一侧开设有吸气口9，吸气口挡板8的底端固定安装有齿条10，基片底座13的外部活动套接有齿轮16，齿轮16的轮齿与齿条10相适配，齿轮16转动带动吸气口挡板8转动，使得吸气口9渐渐增大，吸气口挡板10在真空管7的顶部设有转轴，同时在吸气口挡板10的转轴内部设置有扭簧，使得在停止工作后，扭簧回转力能对基片底座13有回位作用，吸气口挡板8与真空管7上表面接触处设有滚珠与滚槽，方便吸气口挡板8移动，机体1内部正背面之间固定安装有位于齿轮16上方的挡板17，基片底座13的外部与齿轮16的内圈均开设有螺旋槽，两者螺旋槽相适配，基片底座13向上移动时齿轮16发生转动。
其中，耦合线圈6与导线20串联，使得耦合线圈6上电流增加时，导线 20上的电流增加，使得铁芯4的磁力增大，使得对基片底座13的吸引力增大。
其中，铁芯4上由于导线20流经电流后产生与磁极一19相反的磁场，铁芯4的下表面与磁极一19上表面面积一致，通过铁芯4的下表面与磁极一 19上表面面积一致，使得铁芯4与磁极一19产生的磁感线垂直地面，使得等离子在运动直线上受到约束力，导线20与磁极一19之间产生的磁感线与上下表面垂直。
其中，基片底座13为轻质材料制成，基片底座13在原始状态下，弹簧12未被全部压缩，即弹簧12被全部压缩后，其弹簧弹力大于基片底座13重力，使得当铁芯4磁力增大后，基片底座13就受到向上的磁力而向上移动。
其中，吸气口9在真空管7上的位置，位于靠近机体1内腔一侧的半侧，吸气口挡板8转动后，吸气口9的面积渐渐增加，两侧吸气口9位置相反，由于齿轮16转动时，两侧吸气口挡板10受力相反，运动方向相反，需要两侧的真空管7相反设置。
其中，齿条10与齿轮16位于同一水平线上，挡板17与齿轮16上表面距离极近，吸气口9位于挡板17上方，将挡板17设在吸气口9上方，使得真空管7在吸收产生的挥发性气体时，不会受到挡板17的阻隔。
本实施案例的工作原理如下：
当ICP等离子体刻蚀机在一般状态下工作时，此时进气口3中向机体1 内腔通入刻蚀气体，同时ICP射频电源产生的射频输出到耦合线圈6上，使得以一定比例的混合刻蚀气体经耦合辉光放电，产生高密度的等离子体，此时由于导线20中也存在电流，使得铁芯4产生磁场，此时基片底座13受到向上的吸引力，而此时吸引力和基片底座13外部与齿轮16内圈的螺旋槽之间的挤压力相平衡，此时基片底座13处于即将向上移动状态，由于铁芯4与磁极一19之间产生磁感线，使得等离子沿着磁感线在磁感线周围朝着基片15 运动，并在下级板的RF射频作用下，这些等离子体对基片15表面进行轰击，与刻蚀气体生成的挥发性物质，以气体形式脱离基片，从真空管7被抽走，而氮气从散热管11输入对基片底座13进行散热。
当ICP射频电源对耦合线圈6输出电流增大后，此时产生等离子的效率提高，而由于导线20上电流也增加，使得铁芯4的磁场增大，此时由于磁极一19受到向上的磁力增加，使得基片底座13向上运动，直至弹簧12的弹力在基片底座13上与磁力产生平衡力，基片底座13停止向上运动，此时等离子轰击基片15的运动路程减小，使得在等离子运动过程中，等离子间相互碰撞的几率减小，同时由于基片底座13向上运动，从而带动齿轮16转动一定角度，而齿轮16与齿条10相配合，使得齿条10随着齿轮16转动将吸气口9 与机体1内腔连通的面积增加，使得刻蚀速度增加后，产生挥发性气体速率增加的同时排出气体的速率也随之提高，使得装置整体的刻蚀效率增加，停止工作后，由于上方铁芯4的磁力消失，使得基片底座13在自身重力和扭簧回转力以及弹簧12的弹力作用下使基片底座13回到原处。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种ICP等离子体刻蚀机，包括机体(1)，其特征在于：所述机体(1)的上表面固定安装有连通管(2)，所述连通管(2)的两侧固定安装有进气口(3)，所述机体(1)、连通管(2)、进气口(3)相连通，所述机体(1)的顶端固定安装有铁芯(4)，所述铁芯(4)的外部固定套接有导线(20)，所述机体(1)内部的上部固定套接有屏蔽管(5)，所述屏蔽管(5)的外部固定套接有耦合线圈(6)，所述耦合线圈(6)与ICP电源电连接，所述导线(20)与耦合线圈(6)串联，所述机体(1)内部的底部固定安装有散热管(11)，所述散热管(11)外部的上端活动套接有基片底座(13)，所述基片底座(13)的下表面固定安装有活动套接在散热管(11)外部的弹簧(12)，所述弹簧(12)的另一端与机体(1)的底部固定连接，所述基片底座(13)顶端的内部固定安装有磁极一(19)，所述基片底座(13)与下电极射频源电连接，所述基片底座(13)上表面的两侧螺栓连接有压盘(14)，所述基片底座(13)的上表面活动连接有位于磁极一(19)上方的基片(15)，所述基片(15)被压盘(14)夹紧，所述机体(1)内部的正背面开设有滑槽(18)，所述基片底座(13)顶端的正背面设有与滑槽(18)相适配的凸槽。
2.根据权利要求1所述的一种ICP等离子体刻蚀机，其特征在于：所述机体(1)内部中部的两侧固定安装有真空管(7)，所述真空管(7)靠近基片底座(13)的一侧活动连接有吸气口挡板(8)，所述真空管(7)靠近基片底座(13)的一侧开设有吸气口(9)，所述吸气口挡板(8)的底端固定安装有齿条(10)，所述基片底座(13)的外部活动套接有齿轮(16)，所述齿轮(16)的轮齿与齿条(10)相适配，所述机体(1)内部正背面之间固定安装有位于齿轮(16)上方的挡板(17)，所述基片底座(13)的外部与齿轮(16)的内圈均开设有螺旋槽，所述两者螺旋槽相适配，所述基片底座(13)向上移动时齿轮(16)发生转动。
3.根据权利要求1所述的一种ICP等离子体刻蚀机，其特征在于：所述耦合线圈(6)与导线(20)串联，使得耦合线圈(6)上电流增加时，所述导线(20)上的电流增加。
4.根据权利要求1所述的一种ICP等离子体刻蚀机，其特征在于：所述铁芯(4)上由于导线(20)流经电流后产生与磁极一(19)相反的磁场，所述铁芯(4)的下表面与磁极一(19)上表面面积一致，所述导线(20)与磁极一(19)之间产生的磁感线与上下表面垂直。
5.根据权利要求1所述的一种ICP等离子体刻蚀机，其特征在于：所述基片底座(13)为轻质材料制成，所述基片底座(13)在原始状态下，所述弹簧(12)未被全部压缩，即弹簧(12)被全部压缩后，其弹簧弹力大于基片底座(13)重力。
6.根据权利要求2所述的一种ICP等离子体刻蚀机，其特征在于：所述吸气口(9)在真空管(7)上的位置，位于靠近机体(1)内腔一侧的半侧，所述吸气口挡板(8)转动后，吸气口(9)的面积渐渐增加，两侧所述吸气口(9)位置相反。
7.根据权利要求2所述的一种ICP等离子体刻蚀机，其特征在于：所述齿条(10)与齿轮(16)位于同一水平线上，所述挡板(17)与齿轮(16)上表面距离极近，所述吸气口(9)位于挡板(17)上方。
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