CN212848301U - 一种接地环及等离子体刻蚀设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种接地环及等离子体刻蚀设备，通过在接地环上设置通孔，连通接地环和基座空隙与真空反应腔的底部空腔，当通过底部空腔抽气时，可以避免空隙中的颗粒污染物向上运动污染基片，而是从通孔直接横向进入空腔进而排出，同时在基座边沿处的气体遮挡环可以进一步阻止在空隙中的颗粒污染物向上运动，提高基片刻蚀的良率，此外，接地环上的通孔面积还保证了真空反应腔内部RF回路的稳定导通，保证内部射频电场的均匀性。

Description

一种接地环及等离子体刻蚀设备

技术领域

本实用新型涉及等离子体刻蚀技术领域，尤其涉及一种接地环及等离子体刻蚀设备。

背景技术

对半导体基片或衬底的微加工是一种众所周知的技术，可以用来制造例如，半导体、平板显示器、发光二极管(LED)、太阳能电池等。微加工制造的一个重要步骤为等离子体处理工艺步骤，该工艺步骤在一反应室内部进行，工艺气体被输入至该反应室内。射频源被电感和/或电容耦合至反应室内部来激励工艺气体，以形成和保持等离子体。

随着刻蚀设备的更新换代，其反应室内部的结构设计也日益复杂，为了实现新的功能和改进技术参数，通常需要对部件进行增加或修改，不同部件之间的热膨胀系数存在差异，有时出于保护部件不会因为热胀冷缩而遭到损坏的目的，有时出于部件之间发生相对运动的目的，需要在部件之间保留一定的空隙，空隙的存在为刻蚀工艺对颗粒污染的控制带来了难度。

如果不能确保工艺气体产生的聚合物颗粒在反应前后不落在基片上，将造成刻蚀良率的降低，因此，亟需一种解决方案以减少反应室内的颗粒污染物，提高基片刻蚀的品质。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种等离子刻蚀设备，包括真空反应腔，其内部设置有用于承载基片的基座；

气体注入装置，用于向所述真空反应腔内输送反应气体；

接地环，其位于所述真空反应腔的侧壁和基座之间，环绕所述基座设置，且沿基座的侧壁方向具有一定的延展；

所述接地环与所述基座之间具有空隙，所述接地环上设置有通孔。

可选的，所述基座下方固定连接有可伸缩密封部，所述基座下方固定连接有可伸缩密封部，所述基座能够沿着可伸缩密封部伸缩方向运动。

可选的，所属基座与导电支撑杆固定连接，所述基座通过驱动装置沿导电支撑杆轴向运动。

可选的，所述接地环与所述真空反应腔的侧壁之间为空腔，所述通孔连通所述空隙和空腔。

可选的，所述通孔为多个，且多个所述通孔的总面积大于等于所述空隙的上表面积的10倍，小于等于所述接地环表面积的80％。

可选的，多个所述通孔均匀或非均匀环绕设置在所述接地环中上方。

可选的，所述通孔形状为圆形或方形。

可选的，所述空隙上方设置有气体遮挡环，用于引导空隙中气体向所述真空反应腔的侧壁方向流动。

可选的，所述气体遮挡环径向宽度大于所述空隙宽度。

可选的，所述气体遮挡环的材料为陶瓷或石英。

可选的，所述接地环和所述真空反应腔的侧壁之间设置有导电部件。

可选的，所述接地环和所述真空反应腔可分离设置。

进一步的，本实用新型还公开了一种接地环，用于等离子刻蚀设备，所述等离子刻蚀设备包括真空反应腔、基座和导电部件，所述接地环通过所述导电部件和真空反应腔的侧壁连接，且与所述基座之间设有空隙，所述接地环环绕所述基座设置，且沿基座的侧壁方向具有一定的延展，其上设置有通孔。

本实用新型的优点在于：本实用新型提供了一种接地环及等离子体刻蚀设备，通过在接地环上设置通孔，连通接地环和基座空隙与真空反应腔的底部空腔，当通过底部空腔抽气时，可以避免空隙中的颗粒污染物向上运动污染基片，而是从通孔直接横向进入空腔进而排出，同时在基座边沿处的气体遮挡环可以进一步阻止在空隙中的颗粒污染物向上运动，提高基片刻蚀的良率，此外，接地环上的通孔面积还保证了真空反应腔内部RF回路的稳定导通，保证内部射频电场的均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出第一实施例的等离子体刻蚀设备的结构示意图；

图2示出第二实施例的等离子体刻蚀设备结构示意图；

图3示出第三实施例的等离子体刻蚀设备结构示意图；

图4示出具有均匀通孔的接地环展开结构示意图；

图5示出具有非均匀通孔的接地环展开结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出一种等离子体刻蚀设备的结构示意图，包括一由金属外壁围成的真空反应腔1。真空反应腔1用于容纳其他部件，使得基片可以在真空环境中完成刻蚀处理。真空反应腔1内部包括一个气体注入装置2，气体注入装置2包括进气通道和与之连接的上电极，上电极也被称作喷淋头，通常，上电极位于反应腔内的端面上具有通气孔，工艺气体通过进气通道进入上电极后经过通气孔整流后输送至反应腔内。与上电极相对的位置设置有基座1011，基座1011同时作为等离子体刻蚀的下电极，基座1011与导电支撑杆1012固定连接，在一些实施例中，导电支撑杆可以是波纹管，基座1011底部还可以通过绝缘支撑杆与驱动装置固定连接，驱动装置可以驱动基座1011沿导电支撑杆轴向运动。同时，基座1011还与可伸缩密封部5连接，可伸缩密封部5可以采用波纹管，在实施例1中可伸缩密封部5另一端固定连接于反应腔的底部，将反应腔内部分成两部分，一部分是可伸缩密封部5外侧，上电极和基座所在的可被抽真空的部分，另一部分是可伸缩密封部5内侧，驱动装置所在的常压部分。通过以上设置，可以在真空环境中，反应腔固定的条件下，实现基座的上下移动，进而对上电极和基座间距进行调整。为了在上下电极之间产生等离子体，需要通过射频激发反应气体，在本实用新型的一个等离子体刻蚀设备实施例中，构造如图1虚线所示的一条RF回路，其中，导电支撑杆1012、基座1011、上电极、真空反应腔1的侧壁、导电部件61和接地环3共同组成RF导电回路的一部分，其中基座和上电极构成电容，当RF频率达到一定值时，可在之间产生等离子体，实现对基座1011上基片的刻蚀，刻蚀均匀性的一个影响因素是射频电场的均匀性，而射频电场的均匀性取决于RF回路的整体分布是否均匀。

在真空反应腔1内还设置接地环3，其位于基座1011和真空反应腔1的侧壁之间，且环绕基座1011侧面，因其沿着基座1011的侧面方向有一定的延展，所以与基座1011之间形成了圆筒形的空隙41，空隙41为基座的上下运动留出活动空间，同时，对于另一些实施例中基座固定不动的等离子体刻蚀设备，空隙41可以容许部件因热胀冷缩发生的形变，在等离子体刻蚀反应过程中，反应气体及副产物的聚合物会在空隙41中积存，不能通过常规抽真空手段完全排出，当反应腔中存在基片，由于抽真空或者其他情况导致反应腔内气压变化时，空隙41中滞留的聚合物会沿着基座1011的侧壁向上运动而附着在基片的边缘，在冷凝后形成污染颗粒，降低了基片加工的良率。在本实用新型中，接地环3上设置有通孔4，接地环3与反应腔的侧壁形成圆环形的空腔42，通孔4连通空隙41和空腔42，通常，真空泵从空腔42开始对反应腔进行抽真空，在此过程中，空腔外的压强小于空腔中的压强，迫使空隙41中的气体大部分经通孔4进入空腔42排走，由此可以使空隙41中的聚合物随着气流经通孔4而不是向上运动后越过接地环3的上边缘再进入空腔42，极大减少了空隙41中聚合物附着在基片边缘的可能性。如图4接地环3的展开图中，在一些实施例中，通孔4均匀的设置在接地环3的中上方，一方面可以使空隙41底部的聚合物向上运动时，在到达空隙41尽头之前沿着通孔4排出，空隙41上部的聚合物也同样更倾向于从通孔4排出；另一方面均匀的设置可以保证反应腔内部RF回路的稳定导通和射频电场的均匀性。

在真空反应腔1外部还设置有RF电源，通过射频匹配器将射频功率经过导电支撑杆1012提供至基座1011，接地环3的上边缘通过导电部件61与真空反应腔1的侧壁连接，导电部件位于等离子体约束环6底部，因此，导电支撑杆1012、基座1011、气体注入装置2的上电极、真空反应腔1的部分侧壁、导电部件61和接地环3共同构成了RF回路的一部分，当通孔4均匀设置在接地环3上时，可以保证通孔4的存在不会影响射频电场在空间中的均匀分布，在一些实施例中，反应腔会设置供基片传送的单面开口，为了平衡单面开口对空间中射频电场的影响，如图5非均匀通孔接地环的展开图中，可以通过接地环3上通孔4的分布及形状大小进行调整，例如因为反应腔的侧壁和接地环3都为射频回路的一部分，所以当在侧壁某一位置开口时，此处的射频电流密度就会受到影响，相应的可以在与该侧壁开口远端相对位置提高接地环3处通孔4的密度，以达到整体射频电流密度的分布平衡，由此也可以在反应腔内部其他因素导致的射频回路分布不均匀时，通过接地环3上通孔4的形状、数量以及分布的调整来平衡整体射频回路均匀性。优选的通孔4形状是圆形或方形。在一些实施例中，通孔4的总面积大于等于空隙41的上表面积的10倍，小于等于接地环3表面积的80％，所述空隙41的上表面积是指圆环柱体形状的空隙41在接近基片一侧的圆环面积，当所有通孔4的面积总和大于等于空隙41上表面积的10倍时，可以加强空隙中气体从通孔4流通的趋势，而通孔4的总面积如果过大导致接地环3有效导电面积过小则会对射频电场的稳定性造成负面影响。

图2示出等离子体刻蚀设备第二实施例的结构，为了描述清楚、简洁，跟上文相同的零部件采用相同的标号进行描述。与所述实施例一的不同之处为，本实施例中，在基座1011的边缘，空隙41上方设置有气体遮挡环43，气体遮挡环43可以对空隙41中的上升气流起到一定的阻挡作用，加强空隙41中经通孔4流入空腔42的气体比重，气体遮挡环43采用陶瓷或者石英材料，能够抗腐蚀提高其使用寿命，在一些实施例中，气体遮挡环43的径向宽度大于空隙41的上表面圆环宽度，即使空隙41中仍有少部分气体向上运动，也会被气体遮挡环43抵消掉向上的速度，改为向反应腔侧壁方向的气流，进一步避免聚合物落在基片上的可能性。

图3示出等离子体刻蚀设备第三实施例的结构，为了描述清楚、简洁，跟上文相同的零部件采用相同的标号进行描述。与所述实施例一的不同之处为，本实施例中，接地环3与真空反应腔1可分离式设置，便于在接地环3发生破损或故障时更换，接地环3通过金属垫圈31与反应腔底部相连，通过对金属垫圈31和与底部接触处镀镍处理，可以保证良好的电接触，不会影响射频回路的稳定性，为了放置金属垫圈，真空垫圈及锁紧螺丝，接地环3被设置成在下部具有一与反应腔底部平行的平面32，可伸缩密封部5固定连接在平面32的上表面。

进一步的，本实用新型还公开了一种接地环3，用于等离子刻蚀设备，所述等离子刻蚀设备包括真空反应腔1、基座1011，接地环3与基座1011之间设有空隙41，接地环3上设置有通孔4，用于将空隙41中滞留的聚合物从侧面排出，避免聚合物向上运动落在基片表面形成不良。所述等离子刻蚀设备还包括导电部件61，所述接地环3通过导电部件61和真空反应腔1的侧壁连接，形成射频回路的一部分，接地环3上的通孔4可以作为调整反应腔内部射频电场均匀性的手段之一，例如改变通孔4在接地环3侧壁的分布密度和位置，或者改变通孔的形状。

本实用新型提供了一种接地环及等离子体刻蚀设备，通过在接地环上设置通孔，连通接地环和基座空隙与真空反应腔的底部空腔，当通过底部空腔抽气时，可以避免空隙中的颗粒污染物向上运动污染基片，而是从通孔直接横向进入空腔进而排出，同时在基座边沿处的气体遮挡环可以进一步阻止在空隙中的颗粒污染物向上运动，提高基片刻蚀的良率，此外，接地环上的通孔面积还保证了真空反应腔内部RF回路的稳定导通，保证内部射频电场的均匀性。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (13)

1.一种等离子体刻蚀设备，其特征在于，包括：

真空反应腔，其内部设置有用于承载基片的基座；

气体注入装置，用于向所述真空反应腔内输送反应气体；

接地环，其位于所述真空反应腔的侧壁和基座之间，环绕所述基座设置，且沿基座的侧壁方向具有一定的延展；

所述接地环与所述基座之间具有空隙，所述接地环上设置有通孔。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述基座下方固定连接有可伸缩密封部，所述基座能够沿着可伸缩密封部伸缩方向运动。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于所属基座与导电支撑杆固定连接，所述基座通过驱动装置沿导电支撑杆轴向运动。

4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述接地环与所述真空反应腔的侧壁之间为空腔，所述通孔连通所述空隙和空腔。

5.如权利要求2所述的设备，其特征在于：所述通孔为多个，且多个所述通孔的总面积大于等于所述空隙的上表面积的10倍，小于等于所述接地环表面积的80％。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于：多个所述通孔均匀或非均匀环绕设置在所述接地环中上方。

7.如权利要求5所述的设备，其特征在于：所述通孔形状为圆形或方形。

8.如权利要求2所述的设备，其特征在于：所述空隙上方设置有气体遮挡环，用于引导空隙中气体向所述真空反应腔的侧壁方向流动。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于：所述气体遮挡环径向宽度大于所述空隙宽度。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于：所述气体遮挡环的材料为陶瓷或石英。

11.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述接地环和所述真空反应腔的侧壁之间设置有导电部件。

12.如权利要求11所述的设备，其特征在于：所述接地环和所述真空反应腔可分离设置。

13.一种接地环，用于等离子刻蚀设备，所述等离子刻蚀设备包括真空反应腔、基座和导电部件，其特征在于：所述接地环通过所述导电部件和真空反应腔的侧壁连接，且与所述基座之间设有空隙，所述接地环环绕所述基座设置，且沿基座的侧壁方向具有一定的延展，其上设置有通孔。

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