CN112435924A - 刻蚀装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于刻蚀技术领域，具体涉及一种刻蚀装置。本发明提出了一种刻蚀装置，刻蚀装置包括：手套箱，所述手套箱内填充有惰性气体；刻蚀机构，所述刻蚀机构设置在所述手套箱内，所述刻蚀机构用于为基片提供刻蚀反应区。根据本发明实施例的刻蚀装置，刻蚀机构设置在填充有惰性气体的手套箱中，刻蚀基片前，将包装好的基片在手套箱中打开后放入刻蚀机构的内部，刻蚀基片后，将基片从刻蚀机构中取出并在手套箱中进行封存，保证刻蚀前后的基片均处于惰性气体的环境中，防止刻蚀前后的基片与外界粉尘污染、氧气、水接触的问题，避免基片被污染或氧化，从而保证基片刻蚀前后的稳定性，进而提高器件的良品率。

Description

刻蚀装置
技术领域
本发明属于刻蚀技术领域，具体涉及一种刻蚀装置。
背景技术
刻蚀是微电子IC制造工艺以及微纳制造工艺中的一种相当重要的步骤。刻蚀工艺开始前，基片需要经过曝光工艺处理，曝光工艺后基片表面的光刻胶具有很强粘性，基片在转移至刻蚀真空腔的过程中与外界空气接触，光刻胶将空气中的粉尘吸附在基片上，从而影响器件的良品率。刻蚀工艺结束后，基片上会露出新的活泼基底，现有工艺条件难以保证刻蚀后的活泼基片在十万级的厂房内不受空气中粉尘污染或不被空气中的氧气氧化。
目前，一些小的半导体工厂在资金不足的情况下是很难建立起导体生产所需的10级或1级洁净度产线，极大的提高了半导体厂的建设及运行维护成本。现有的RIE刻蚀装置不能完全避免基片刻蚀前后与外界粉尘污染、氧气、水接触的问题，从而导致基片被污染氧化的情况发生，进而影响器件的良品率。
发明内容
本发明的目的是至少解决现有基片刻蚀前后被污染的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提出了一种刻蚀装置，刻蚀装置包括：
手套箱，所述手套箱内填充有惰性气体；
刻蚀机构，所述刻蚀机构设置在所述手套箱内，所述刻蚀机构用于刻蚀基片。
根据本发明实施例的刻蚀装置，刻蚀机构设置在填充有惰性气体的手套箱中，刻蚀基片前，将包装好的基片在手套箱中打开后放入刻蚀机构的内部，刻蚀基片后，将基片从刻蚀机构中取出并在手套箱中进行封存，保证刻蚀前后的基片均处于惰性气体的环境中，防止刻蚀前后的基片与外界粉尘污染、氧气、水接触的问题，避免基片被污染或氧化，从而保证基片刻蚀前后的稳定性，进而提高器件的良品率。另外，使用该刻蚀装置无需建立10级或1级洁净度产线，从而减少工厂的建设及运行维护成本。
另外，根据本发明实施例的刻蚀装置，还可以具有如下的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述刻蚀机构包括：上盖；
反应腔室，所述上盖以相对所述反应腔室可转动的方式与所述反应腔室连接，所述上盖与所述反应腔室形成刻蚀反应区；
电极，所述电极设置在所述反应腔室中。
在本发明的一些实施例中，所述反应腔室与所述上盖之间设有密封结构。
在本发明的一些实施例中，所述上盖上设有观察窗。
在本发明的一些实施例中，所述刻蚀装置还包括射频系统，所述射频系统与所述电极电连接。
在本发明的一些实施例中，所述刻蚀装置还包括真空系统，所述真空系统能够与所述反应腔室连通。
在本发明的一些实施例中，所述刻蚀装置还包括供气系统，所述供气系统包括：
第一刻蚀气体管路，所述第一刻蚀气体管路能够与所述刻蚀机构连通；
惰性气体管路，所述惰性气体管路能够与所述反应腔室连通。
在本发明的一些实施例中，所述供气系统还包括第二刻蚀气体管路，所述第二刻蚀气体管路能够与所述反应腔室连通。
在本发明的一些实施例中，所述供气系统还设有气体质量流量计和气动阀。
在本发明的一些实施例中，所述刻蚀装置还包括基片冷却系统，所述基片冷却系统与所述电极连接，所述基片冷却系统用于冷却所述基片。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例的刻蚀装置的结构示意图；
图2为图1所示刻蚀装置的侧视示意图；
图3为图1所示供气系统的结构示意图；
图4为图1所示刻蚀机构的结构示意图；
图5为图4所示刻蚀机构的一个实施例的第一剖视示意图；
图6为图4所示刻蚀机构的另一个实施例第一剖视示意图
图7为图4所示刻蚀机构的一个实施例的第二剖视示意图；
图8为图4所示刻蚀机构的另一个实施例的第二剖视示意图。
附图中各标记表示如下：
10：手套箱；
20：刻蚀机构、21：上盖、211：观察窗、22：反应腔室、221：出气孔、222：进气孔、223：环形凸起、23：电极、231：电极接头、232：折弯导电件、233：绝缘衬套、24：密封结构；
30：电控系统；
40：真空系统、41：真空管路、42：电阻规管、43：分子泵；
50：供气系统、51：第一刻蚀气体管路、52：惰性气体管路、53：气动阀、54：质量流量计、55：第二刻蚀气体管路；
60：射频系统；
70：基片冷却系统、71：冷却水腔、711：下腔体、712：上腔体、72：进水管、73：出水管。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开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能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与第二区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于第二元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
如图1、图2所示，本发明提出了一种刻蚀装置100，刻蚀装置100包括：手套箱10和刻蚀机构20，手套箱10内填充有惰性气体，刻蚀机构20设置在手套箱10内，刻蚀机构20用于为基片提供刻蚀反应区。；
根据本发明实施例的刻蚀装置，刻蚀机构20设置在填充有惰性气体的手套箱10中，刻蚀基片前，将包装好的基片在手套箱10中打开后放入刻蚀机构20的内部，刻蚀基片后，将基片从刻蚀机构20中取出并在手套箱10中进行封存，保证刻蚀前后的基片均处于惰性气体的环境中，防止刻蚀前后的基片与外界粉尘污染、氧气、水接触的问题，避免基片被污染或氧化，从而保证基片刻蚀前后的稳定性，进而提高器件的良品率。另外，使用该刻蚀装置无需建立10级或1级洁净度产线，从而减少工厂的建设及运行维护成本。
在本发明的一些实施例中，如图4至6所示，刻蚀机构20包括：上盖21、反应腔室22和电极23，上盖21以相对反应腔室22可转动的方式与反应腔室22连接，上盖21与反应腔室22形成刻蚀反应区，电极23位于反应腔室22的下部。另外，反应腔室22上还设有出气孔221和进气孔222，以通入或排出刻蚀气体。
进一步地，反应腔室22与上盖21之间设有密封结构(例如密封圈)24，通过密封结构24保证反应腔室22与上盖21之间的密封性，防止刻蚀气体泄漏到手套箱10中。
在本发明的一些实施例中，反应腔室22中形成有环形凸起223，环形凸起223用于容纳冷却水腔71，环形凸起223的顶端设有绝缘衬套233，绝缘衬套233呈环状，电极23设置在上腔体712的顶面，且容纳在绝缘衬套233内，绝缘衬套233用于放置基片，以使基片与电极23接触。反应腔室22一般由铝材料支撑，绝缘衬套233能够防止反应腔室22漏电。
在本发明的另一些实施例中，绝缘衬套233套设于上腔体712，并且绝缘衬套233的顶端与上腔体712的顶端之间能够防止基片。
在本发明的另一些实施例中，电极23与上腔体712的顶端为一体设置，或者上腔体712可以作为电极23使用，从而使结构更加简单，操作更为方便。
在本发明的一些实施例中，上盖21上设有观察窗211，通过观察窗211可以观察反应腔室22内启辉等现象，确认刻蚀工艺开始，并进行下一个循环周期。观察窗211为透明材质，以便于操作者观察反应腔室22内的情况。具体地，观察窗211的材料可以为玻璃或塑料。
在本发明的一些实施例中，刻蚀装置100还包括电控系统30和真空系统40，电控系统30与真空系统40电连接，真空系统40能够与反应腔室22通过出气孔221连通。电控系统30控制真空系统40启动，使真空系统40为反应腔室22抽真空，将刻蚀反应区的气压控制在一定值。具体地，如图2所示，真空系统40包括：机械泵(图中未示出)、分子泵43、角阀44、真空管路41和电阻规管42，机械泵与分子泵机械连接，分子泵通过真空管路41与反应腔室22连通，角阀44设置在真空管路41上以控制分子泵与刻蚀机构20的连通或断开。真空系统40开启时，通过机械泵预抽再打开分子泵43通过出气孔221对刻蚀机构20抽真空，通过电阻规管42测得的刻蚀反应区的气压关闭机械泵及分子泵。
在本发明的一些实施例中，刻蚀装置100还包括供气系统50，供气系统50包括：第一刻蚀气体管路51和惰性气体管路52，第一刻蚀气体管路51与惰性气体管路52均能够通过气体总管路56与反应腔室22连接，也可以将第一刻蚀气体管路51与惰性气体管路52分别连通反应腔室22，第一刻蚀气体与惰性气体分别通过第一刻蚀气体管路51、惰性气体管路52进入反应腔室22，惰性气体在反应腔室22中起到稀释第一刻蚀气体的作用。
进一步地，第一刻蚀管路51与惰性气体管路52上均设有气动阀53和质量流量计54。气动阀53与质量流量计54均与控制系统30电连接，控制系统30通过控制气动阀53开启或关闭使第一刻蚀气体管路51与反应腔室22的连通或断开，或通过控制气动阀53开启或关闭使惰性气体管路52与反应腔室22的连通或断开。控制系统30通过分别设置在第一刻蚀管路51和惰性气体管路52上的两个质量流量计54控制进入反应腔室22的第一刻蚀气体与惰性气体的流量。具体地，第一刻蚀气体可以是XXX2，惰性气体可以是Ar。
在本发明的一些实施例中，如图3所示，供气系统50还包括第二刻蚀气体管路55，第二刻蚀气体管路55通过气体总管路56与反应腔室22连通。第二刻蚀气体管路55上设有气动阀53和质量流量计54，控制系统30通过控制气动阀53控制第二刻蚀气体与惰性气体进入反应腔室22。控制系统30通过设置在第二刻蚀气体管路55上的质量流量计54控制第二刻蚀气体的流量。该实施例中，第二刻蚀气体与第一刻蚀气体为不同的气体，根据基片材质选择与其相匹配的刻蚀气体。
在本发明的一些实施例中，刻蚀装置100还包括射频系统60，射频系统60包括射频发生器(图中未示出)和匹配器(图中未示出)，控制系统30与射频发生器电连接，射频发生器与匹配器电连接，匹配器通过电极接头231与电极23电连接。控制系统30控制射频发生器启动及持续时间，以控制射频系统60对基片的刻蚀时间及频率。
在本发明的一些实施例中，如图5、6所示，刻蚀装置100还包括基片冷却系统70，基片冷却系统70与刻蚀机构20连接，基片冷却系统70与控制系统30电连接。基片冷却系统70包括冷却水腔71、进水管72、出水管73和供水水箱(图中未示出)，其中冷却水腔71由下腔体711和上腔体712形成，且电极23连接在上腔体712的顶端，供水水箱的冷却水通过进水管72进入冷却水腔71，再通过出水管73排出冷却水腔71，从而完成冷却水对电极27的冷却，由于基片位于电极23的上方，电极23将低温传递到基片，从而降低基片的温度，保证基片在刻蚀过程中温度均匀，防止刻蚀过程中基片表面的光刻胶蒸发。在本发明的另一些实施例中，基片冷却系统70还包括用于测量基片温度的温度传感器，控制系统30根据温度传感器的温度控制水流的大小，从而达到精确控制基片温度的目的。
具体地，电极接头231通过折弯导电件232连接冷却系统70的进水管72和出水管73，进水管72与出水管73均为导电元件，进水管72与出水管73均与冷却水腔71的下腔体711连接，电极接头231将匹配器的电传递到折弯元件232，折弯元件232通过进水管72和出水管73将电传递到下腔体711，下腔体711将电传递到与其连接的上腔体712，上腔体712将电传递到与其连接的电极23，从而将射频发生器与电极23电连接。
基片刻蚀的工作过程：
准备过程：在手套箱10中打开封装的基片，并将基片放置在反应腔室22内的电极23上，关闭上盖；开启真空系统30，使真空系统30对刻蚀反应区抽真空，将刻蚀反应区内的气压控制在0.1Pa。
刻蚀过程：通过钢瓶手动减压阀将惰性气体钢瓶与刻蚀气体钢瓶的两个减压阀分压均设定为1.5MPa，通过PLC程序控制刻蚀过程，顺序打开第一刻蚀气体管路51的气动阀、惰性气体管路52的气动阀，刻蚀气体与惰性气体进入气体总管路56，控制第一刻蚀气体流量为30Sccm，惰性气体流量为20Sccm，脉冲均为时间为30秒，然后开启射频系统60并设置射频60秒，通过上盖21的观察窗211观察反应腔室22内启辉说明刻蚀工艺正式开始，此时刻蚀工艺完成了一个循环，重复上述循环过程，直至到达预设刻蚀周期。
关闭过程：依次关闭供第一刻蚀气体管路51与刻蚀气体管路52上的气动阀53、刻蚀气体钢瓶与惰性气体钢瓶的手动阀、第一刻蚀气体管路51与刻蚀气体管路52上的质量流量计、真空机械泵，然后向反应腔室22内充入惰性气体，待反应腔室22内外气压大致平衡时打开上盖21，取出基片。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，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。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种刻蚀装置，其特征在于，包括：
手套箱，所述手套箱内填充有惰性气体；
刻蚀机构，所述刻蚀机构设置在所述手套箱内，所述刻蚀机构用于为基片提供刻蚀反应区。
2.根据权利要求1所述刻蚀装置，其特征在于，所述刻蚀机构包括：
上盖；
反应腔室，所述上盖以相对所述反应腔室可转动的方式与所述反应腔室连接，所述上盖与所述反应腔室形成刻蚀反应区；
电极，所述电极设置在所述反应腔室中。
3.根据权利要求2所述的刻蚀装置，其特征在于，所述反应腔室与所述上盖之间设有密封结构。
4.根据权利要求2所述的刻蚀装置，其特征在于，所述上盖上设有观察窗。
5.根据权利要求2所述的刻蚀装置，其特征在于，所述刻蚀装置还包括射频系统，所述射频系统与所述电极电连接。
6.根据权利要求2所述的刻蚀装置，其特征在于，所述刻蚀装置还包括真空系统，所述真空系统能够与所述反应腔室连通。
7.根据权利要求2所述的刻蚀装置，其特征在于，所述刻蚀装置还包括供气系统，所述供气系统包括：
第一刻蚀气体管路，所述第一刻蚀气体管路能够与所述刻蚀机构连通；
惰性气体管路，所述惰性气体管路能够与所述反应腔室连通。
8.根据权利要求7所述的刻蚀装置，其特征在于，所述供气系统还包括第二刻蚀气体管路，所述第二刻蚀气体管路能够与所述反应腔室连通。
9.根据权利要求7所述的刻蚀装置，其特征在于，所述供气系统还设有气体质量流量计和气动阀。
10.根据权利要求2所述的刻蚀装置，其特征在于，所述刻蚀装置还包括基片冷却系统，所述基片冷却系统与所述电极连接，所述基片冷却系统用于冷却所述基片。
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