CN114156155B - 一种icp刻蚀机 - Google Patents

Abstract

本发明属于刻蚀设备技术领域，公开了一种ICP刻蚀机。该ICP刻蚀机包括底座、下支架、上支架、上盖、调整环、导流板和线圈；下支架安装在底座上，上支架安装在下支架上，上盖安装在上支架上，线圈安装在上盖上；上盖、上支架内壁、下支架内壁和底座共同围设形成封闭的空腔；上盖还具有进气孔；导流板置于调整环上，调整环用于带动导流板沿靠近或远离底座移动；导流板用于将空腔分割为第一腔室和第二腔室，导流板具有若干个流道孔，第一腔室和第二腔室通过流道孔连通。通过本发明，可以实现放电间隙的调节和流场分布的调整；节省能源、提升效率和提高刻蚀质量；同时也能减少对上支架的刻蚀损害，提升刻蚀机的寿命。

Description

一种ICP刻蚀机

技术领域

本发明涉及ICP刻蚀设备领域，尤其涉及一种ICP刻蚀机。

背景技术

ICP(Inductively Coupled Plasma)刻蚀，即反应耦合等离子体刻蚀，是一种非常重要的半导体干法刻蚀技术。ICP刻蚀机的刻蚀质量与放电间隙和流场分布有直接关系。放电间隙对等离子体内部参数有直接影响，尤其是等离子体内的电子温度，在其它条件不变的情况下减小放电间隙，能够提高等离子体中的电子温度，从而增加电子与中性气体的碰撞频率，进而达到提高刻蚀速率的效果；但放电间隙过小又会导致刻蚀空间被压缩，流场扩散不均并进一步导致刻蚀质量下降；同时电能转化效率又会随着放电间隙的减小而降低，所以放电间隙过小也会降低刻蚀速率。

目前，ICP刻蚀机的结构如图1所示，具体包括底座100＇、调整支架200＇、上支撑架300＇、上盖400＇、进气口410＇和线圈500＇。被刻蚀对象置于调整支架200＇的空腔内，由进气口410＇释放中性气体进入空腔，线圈500＇通过射频电源为等离子体提供能量，等离子体加速运动并对刻蚀对象进行刻蚀加工。

在现有的ICP刻蚀机中，对放电间隙进行调整时，需要拆开机台更换不同厚度的调整支架200＇(本操作相当于直接更换部分腔体)，以此来调节放电间隙，这种放电间隙的调整方式效率很低。而且现有的ICP刻蚀机缺少对流场气流的调控，中性气体直接从单一进气口410＇导入到调整支架200＇的空腔内，并在空腔内激化等离子体对被刻蚀对象进行刻蚀，增加了流场内的中性气体的不均匀性，也进一步加剧了腔内等离子体的不均匀性，刻蚀质量难有较大程度提升。

同时，上支撑架300＇完全暴露在等离子体的气氛中，现有技术对支撑架300＇金属表面做一层阳极氧化，以此保护上支撑架300＇，但在实际刻蚀中，尤其是当刻蚀气体中含有化学活性较强的卤族元素时，等离子体对腔室内壁的物理化学腐蚀作用极强，依据不同刻蚀气体，等离子体对阳极氧化层的刻蚀速率也有差异，这就导致复杂刻蚀气体条件下阳极氧化层会完全被刻蚀掉，从而失去对刻蚀机支撑架300＇的保护能力，导致支撑架300＇的寿命显著下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ICP刻蚀机，方便调节放电间隙和调控流场分布，既能节省能源、提升效率，也能提升刻蚀质量；同时也能减少刻蚀气体对上支架的刻蚀损害，提升刻蚀机的寿命。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种ICP刻蚀机，包括底座、下支架、上支架、上盖和线圈，所述下支架安装在所述底座上，所述上支架安装在所述下支架上，所述上盖安装在所述上支架上，所述线圈安装在所述上盖上；所述上盖、所述上支架内壁、所述下支架内壁和所述底座共同围设形成封闭的空腔；所述上盖上还具有进气孔；所述ICP刻蚀机还包括调整环和导流板，所述导流板置于所述调整环上，所述调整环用于带动所述导流板靠近或远离底座移动，所述导流板用于将所述空腔分割为第一腔室和第二腔室，所述导流板具有若干个流道孔，所述第一腔室和所述第二腔室通过所述流道孔连通。

作为一种ICP刻蚀机的优选方案，所述ICP刻蚀机还包括固定环，所述固定环固定连接在所述下支架的内壁上，所述固定环的内壁与所述调整环的外壁螺接。

作为一种ICP刻蚀机的优选方案，所述ICP刻蚀机还包括挡片，所述挡片被配置在某一所述流道孔上，用于阻断气体从该流道孔通过。

作为一种ICP刻蚀机的优选方案，所述流道孔为阶梯孔，所述阶梯孔接近所述上盖的一端的孔径大于远离所述上盖的一端的孔径，所述挡片被配置在较大孔径的一端。

作为一种ICP刻蚀机的优选方案，所述导流板具有凹槽，所述流道孔开设于所述凹槽内。

作为一种ICP刻蚀机的优选方案，所述导流板的外周具有安装口，所述安装口用于所述导流板的安装和拆卸。

作为一种ICP刻蚀机的优选方案，所述调整环的内侧设置有向内延伸的承接部，所述导流板被配置在所述承接部上。

作为一种ICP刻蚀机的优选方案，所述调整环靠近所述上盖的一端设置有转动卡槽，所述转动卡槽用于与外部转动工具连接并驱使调整环转动。

作为一种ICP刻蚀机的优选方案，所述导流板的材料为石英。

作为一种ICP刻蚀机的优选方案，所述调整环的材料为铝合金。

本发明的有益效果：

本发明所涉及的ICP刻蚀机包括底座、下支架、上支架、上盖、调整环、导流板和线圈；下支架安装在底座上，上支架安装在下支架上，上盖安装在上支架上；线圈安装在上盖上；上盖、上支架内壁、下支架内壁和底座共同围设形成封闭的空腔。上盖上还具有进气孔，导流板置于调整环上，调整环用于带动导流板沿轴向移动；导流板用于将空腔分割为第一腔室和第二腔室，导流板具有若干个流道孔，第一腔室和第二腔室通过流道孔连通。

本发明的工作原理：蚀刻前，根据被刻蚀对象调整调整环与底座的距离，以调整放电间隙。蚀刻时，通过进气孔释放中性气体首先进入第一腔室，在第一腔室内部，气体充分扩散，并沿着导流板的流道孔进入到第二腔室，将被刻蚀对象置于第二空腔内部，通过线圈为第二腔室内部的等离子化体提供能量，驱使等离子体加速运动并对被刻蚀对象进行刻蚀加工。通过调整环带动导流板靠近或远离底座移动，从而改变第二腔室的空间高度，进一步能够调整放电间隙。

通过本发明，能够方便的控制放电间隙，根据刻蚀对象的不同，对放电间隙进行优化调整，对于改善刻蚀质量具有重要作用；同时通过导流板上所布置的流道孔，能够有效保证进入第二腔室的气体均匀地扩散在被刻蚀对象的周围，优化流场从而提升刻蚀质量；另外第二腔室内部的等离子体难以从流道孔内部逆流到第一腔室，进而不会对上支架造成一定的刻蚀损坏，延长了ICP刻蚀机的使用寿命；在本发明中的对于流场的调整简单方便，也能进一步提升效率。

附图说明

图1是现有的ICP刻蚀机的剖视图；

图2是本发明实施例提供的一种ICP刻蚀机的结构示意图；

图3是图2中A处的局部放大图；

图4本发明实施例提供的导流板、调整环和固定环之间配合的结构示意图；

图5本发明实施例提供的导流板、调整环和固定环之间配合的俯视图。

图1中：100＇、底座；200＇、调整支架；300＇、上支撑架；400＇、上盖；410＇、进气口；500＇、线圈。

图2-图5中：100、底座；200、下支架；300、上支架；400、上盖；410、进气口；500、线圈；600、调整环；700、固定环；800、导流板；810、流道孔；820、安装口；830、凹槽；900、挡片。

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”、“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。

请参阅附图2，在本实施例中的一种ICP刻蚀机包括底座100、下支架200、上支架300、上盖400、线圈500、调整环600和导流板800。下支架200安装在底座100上，底座100用于支撑整个装置，上支架300安装在下支架200上，上盖400安装在上支架300上；线圈500安装在上盖400上；上盖400、上支架300的内壁、下支架200的内壁和底座100共同围设形成封闭的空腔；上盖400上还具有进气孔410；导流板800置于调整环600上，调整环600用于带动导流板800靠近或远离底座移动；导流板800用于将空腔分割为第一腔室和第二腔室，导流板800是石英材料，且具有若干个流道孔810，第一腔室和第二腔室通过流道孔810连通。

在本实施例中，第一腔室为靠近上盖400的腔室，第二腔室为靠近底座100的腔室。被刻蚀对象被放置在第二腔室的内部，中性气体通过位于上盖400中心上的进气孔410进入第一腔室内部，在第一腔室内中性气体充分扩散，并完全充满在第一腔室中，导流板800为一个圆形的平板，且在导流板800上具有多个流道孔810，中性气体会从第一腔室通过流道孔810进入到第二腔室中；在ICP刻蚀机运行时，通过线圈500为第二腔室内部等离子体提供能量，并驱使等离子体加速运动并对被刻蚀对象进行刻蚀加工。在本实施例中，导流板800位于调整环600上，调整环600可以带动导流板800远离或靠近底座100移动，通过导流板800的移动可以方便实现对第二腔室的空间高度的调整，对第二腔室的空间高度的调整实质上是对放电间隙的调整，在本实施例中，可以根据刻蚀对象的不同，方便地对放电间隙进行优化调整，此举有利于改善刻蚀质量；同时通过导流板800上所布置的流道孔810，能够有效保证进入第二腔室的中性气体均匀地扩散在被刻蚀对象的周围，优化流场从而进一步提升刻蚀质量。另外第二腔室内部的等离子体难以从流道孔810内部逆流到第一腔室，进而不会对上支架300造成一定的刻蚀损坏，延长了整个ICP刻蚀机的使用寿命。

请继续参阅附图2，可选地，该ICP刻蚀机还包括固定环700，固定环700为铝合金材料，且固定连接在下支架200的内壁上，固定环700的内壁与调整环600的外壁螺接。在本实施例中，可以通过过盈配合或者利用紧固螺钉将固定环700固定在下支架200的内壁上，固定环700的环形截面为L形。固定环700的内壁上具有螺纹结构，用于与调整环600的外壁螺纹进行配合，通过固定环700和调整环600的螺纹连接实现调整环600沿轴向方向的运动，并进一步带动导流板800沿轴向方向运动，固定环700距离底座100较近的一端设有螺纹止端(图中未示出)，螺纹止端可避免人为操作过当，导致调整环600在不断转动向下运动过程中越过最大行程，掉落至底座100，从而损坏待刻蚀对象，另外调整环600整体结构简单，调整方便。

请参阅附图2和附图3，本实施例的ICP刻蚀机还包括挡片900，挡片900的材料是石英，挡片900被配置在某一流道孔810上，用于阻断气体从该流道孔810处通过。通过挡片900的作用能够将此处流道810的气体流道关闭，对进入第二空腔的气流进行针对性控制，从而对整个流场进行针对性的调整。可选地，流道孔810为阶梯孔，阶梯孔接近上盖400的一端的孔径大于远离上盖400的一端的孔径，流道孔810的小孔孔径在毫米级，挡片900被配置在较大孔径的一端，流道孔810的大孔孔径与挡片900的外径尺寸相匹配，保证挡片900能够方便进入流道孔810的大孔内。

请参阅附图4，导流板800具有凹槽830，流道孔810开设于凹槽830内，凹槽830与导流板800同轴，凹槽830的直径大小可根据流场调控的需要进行调整，凹槽的830能够进一步增加第一空腔的空间体积，保证中性气体在相对较大的第一空腔内部充分扩散，提升扩散效率和气体扩散的均匀性。

请参阅附图4和附图5，在本实施例中，导流板800的外周具有安装口820，安装口820的数量为两个，分别位于导流板800外周的相对位置，用于导流板800的安装和拆卸。在准备阶段，先将导流板800取下，再将待刻蚀对象放入底座100上，最后通过安装口820方便地将导流板800放置在调整环600上。

可选地，调整环600为铝合金材质，该种材料质量轻，同时表面氧化膜更耐腐蚀，作为导流板800的支撑件，还兼具有一定的强度；调整环600还具有沿着径向向内延伸的承接部，方便导流板800被配置在承接部上。调整环600靠近上盖400的一端设置有转动卡槽(图中未示出)，转动卡槽用于与外部转动工具配合连接并驱使调整环600转动。在该过程中转动工具卡在转动卡槽内部，通过转动工具带动调整环600进行转动，进一步地，使调整环600带动导流板800在腔室内部进行位置调整，进而使第二腔室达到预设的最佳放电间隙。

本发明能够有效调节放电间隙，优化流场分布，进一步防止上支架300被等离子体刻蚀，提高整个ICP刻蚀机的使用寿命。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种ICP刻蚀机，包括底座(100)、下支架(200)、上支架(300)、上盖(400)和线圈(500)；所述下支架(200)安装在所述底座(100)上，所述上支架(300)安装在所述下支架(200)上，所述上盖(400)安装在所述上支架(300)上；所述线圈(500)安装在所述上盖(400)上；所述上盖(400)、所述上支架(300)内壁、所述下支架(200)内壁和所述底座(100)共同围设形成封闭的空腔；所述上盖(400)上还具有进气孔(410)，其特征在于，还包括调整环(600)和导流板(800)；所述导流板(800)置于所述调整环(600)上，所述调整环(600)用于带动所述导流板(800)靠近或远离底座(100)移动；所述导流板(800)用于将所述空腔分割为第一腔室和第二腔室，所述导流板(800)具有若干个流道孔(810)，所述第一腔室和所述第二腔室通过所述流道孔(810)连通。

2.根据权利要求1所述的一种ICP刻蚀机，其特征在于，所述ICP刻蚀机还包括固定环(700)，所述固定环(700)固定连接在所述下支架(200)的内壁上，所述固定环(700)的内壁与所述调整环(600)的外壁螺接。

3.根据权利要求1所述的一种ICP刻蚀机，其特征在于，所述ICP刻蚀机还包括挡片(900)，所述挡片(900)被配置在某一所述流道孔(810)上，用于阻断气体从该流道孔(810)通过。

4.根据权利要求3所述的一种ICP刻蚀机，其特征在于，所述流道孔(810)为阶梯孔，所述阶梯孔接近所述上盖(400)的一端的孔径大于远离所述上盖(400)的一端的孔径，所述挡片(900)被配置在较大孔径的一端。

5.根据权利要求1所述的一种ICP刻蚀机，其特征在于，所述导流板(800)具有凹槽(830)，所述流道孔(810)开设于所述凹槽(830)内。

6.根据权利要求1所述的一种ICP刻蚀机，其特征在于，所述导流板(800)的外周具有安装口(820)，所述安装口(820)用于所述导流板(800)的安装和拆卸。

7.根据权利要求1所述的一种ICP刻蚀机，其特征在于，所述调整环(600)的内侧设置有承接部，所述导流板(800)被配置在所述承接部上。

8.根据权利要求1所述的一种ICP刻蚀机，其特征在于，所述调整环(600)靠近所述上盖(400)的一端设置有转动卡槽，所述转动卡槽用于与外部转动工具连接并驱使调整环(600)转动。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种ICP刻蚀机，其特征在于，所述导流板(800)的材料为石英。

10.根据权利要求1-8任一项所述的一种ICP刻蚀机，其特征在于，所述调整环(600)的材料为铝合金。