一种用于刻蚀腔的封闭式控制装置及其刻蚀机

【技术领域】

本发明涉及半导体刻蚀技术，尤其涉及一种用于刻蚀腔的封闭式控制装置及其刻蚀机。

【背景技术】

现有的电感耦合等离子体(ICP)刻蚀机器，工作时，把射频功率输入到非谐振感应线圈，线圈中的射频电流(即运动电荷)激发产生交变磁场B(t)，交变磁场B(t)又感应产生有旋的交变电场E(t)，通过电感感应产生的有旋的交变电场E(t)加速电子电离中性气体而产生的等离子体就是感性耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，简写为ICP)。

在半导体刻蚀过程中，为了在刻蚀腔中有旋的交变电场E(t)作用下控制等离子体形成、并保护处理腔壁，一般采用由诸如硅、多晶硅、碳化硅、碳化硼、陶瓷、铝等导电物质制成限制环来对刻蚀腔环形腔壁进行保护。但是，在刻蚀过程中，由于需要不断的对刻蚀腔抽真空和充注惰性反应气体，以及向刻蚀腔中不断的取放待刻蚀及刻蚀加工后的半导体器件，所以不可避免的造成腔壁密封环开设进出气通道口和物料进出通道口，这就必然造成腔壁密封环的壁面不完整，影响有旋的交变电场的磁场对称性，进而造成刻蚀腔空间内等离子体的密度及能量均匀性不达标，影响刻蚀加工的精度。

【发明内容】

本发明提供一种用于刻蚀腔的封闭式控制装置及其刻蚀机，通过升降控制腔壁密封环，在刻蚀过程中有效保证刻蚀腔的密封对称性，有效提高刻蚀空间中等离子体的密度及能量均匀性，有效提高刻蚀加工精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于刻蚀腔的封闭式控制装置，包括：

真空刻蚀箱，其中心刻蚀腔对应的侧壁上开设便于对刻蚀腔抽真空以及充注惰性反应气体的进出气通道口和向刻蚀腔中不断的送给待刻蚀半导体器件及取出刻蚀加工后半导体器件的物料进出通道口；

射频源组件，安装于刻蚀腔上侧对应的所述真空刻蚀箱顶侧；

下电极组件，安装于刻蚀腔下侧对应的所述真空刻蚀箱底侧，所述射频源组件与所述下电极组件正对应设置、且两者之间形成对半导体器件加工的刻蚀工作区；

腔壁密封环，安装于所述真空刻蚀箱中、且周向对称的环状封闭的围拢于射频源组件与下电极组件之间刻蚀工作区外围，并在动力驱动组件驱动下上下升降运动的封闭和打开刻蚀腔外围的进出气通道口和物料进出通道口。

优选地，所述腔壁密封环为升起时顶侧抵触于射频源组件底侧的圆环形限制圈。

优选地，所述动力驱动组件包括至少一个动力源、支撑板架和多个导向立柱，多个导向立柱沿所述腔壁密封环周向均匀分布、且穿套通过所述下电极组件下侧周围部件后每个导向立柱的顶端分别承托的连接于所述腔壁密封环底端，每个导向立柱底端分别固定连接于所述支撑板架上，一个或多个对称分置于所述支撑板架两侧的动力源通过支撑板架及多个导向立柱推动所述腔壁密封环上下升降运动。

优选地，所述动力源为驱动气缸或驱动电机。

优选地，所述腔壁密封环顶端沿周向还开设有至少一个环形燕尾槽，所述环形燕尾槽内分别嵌套安装有与所述射频源组件底侧抵触时弹性密封的第一密封圈。

优选地，所述腔壁密封环底端向内周向延伸的设置有抵触于刻蚀腔底侧下缘的凸沿环，所述凸沿环沿周向开设有至少一个环形燕尾槽，所述环形燕尾槽内分别嵌套安装有与刻蚀腔底侧下缘抵触时弹性密封的第二密封圈。

一种刻蚀机，该刻蚀机的反应腔室外围安装有如上述的一种用于刻蚀腔的封闭式控制装置。

本发明的有益效果是：

由于腔壁密封环周向对称的围拢于射频源组件与下电极组件之间刻蚀工作区外围，刻蚀工作前，当需要向刻蚀腔中不断的送给待刻蚀半导体器件时，通过动力驱动组件控制腔壁密封环下降，物料进出通道口和进出气通道口打开，半导体器件送入射频源组件与下电极组件之间刻蚀工作区的工作平台后，物料进出通道口的腔室柜门组件封闭物料进出通道口，抽真空系统通过进出气通道口对刻蚀腔抽真空以及充注惰性反应气体，然后，动力驱动组件控制腔壁密封环升起，在刻蚀过程中有效保证的刻蚀腔中有旋交变电场对应磁场处于圆环状的对称性密封空间中，有效防止缺口扰乱磁场，有效保证刻蚀空间中等离子体的密度及能量均匀性，有效提高刻蚀加工精度。

【附图说明】

图1是本发明实施例中的主体爆炸结构示意图；

图2是本发明实施例中去除真空刻蚀箱的立体结构示意图；

图3是本发明实施例中去除真空刻蚀箱的剖面结构示意图；

图4是图3中的A部放大结构示意图；

图5是本发明实施例中去除上下电极组件的纵剖结构示意图；

图6是本发明实施例中的立体结构示意图；

图7是本发明实施例中腔壁密封环及底侧连接件的立体放大结构示意图。

【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，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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至少一个该特征。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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发明中的具体含义。

一种用于刻蚀腔的封闭式控制装置，如图1至图7所示，安装于刻蚀机的反应腔室外围，包括真空刻蚀箱1、射频源组件2、下电极组件3和腔壁密封环4，在真空刻蚀箱1中心刻蚀腔对应的侧壁上开设便于对刻蚀腔抽真空以及充注惰性反应气体的进出气通道口5和向刻蚀腔中不断的送给待刻蚀半导体器件及取出刻蚀加工后半导体器件的物料进出通道口6；射频源组件2通过底侧的对接封盖盘20安装于刻蚀腔上侧对应的真空刻蚀箱1顶侧；下电极组件3安装于刻蚀腔下侧对应的真空刻蚀箱1底侧，射频源组件2与下电极组件3正对应设置、且两者之间形成对半导体器件加工的刻蚀工作区；该腔壁密封环4安装于真空刻蚀箱1中、且周向对称的环状封闭的围拢于射频源组件2与下电极组件3之间刻蚀工作区外围、有效保证刻蚀加工中有旋交变电场的磁场对称性，并在动力驱动组件7驱动下上下升降运动的封闭和打开刻蚀腔外围的进出气通道口5和物料进出通道口6。

继续如图1至图7所示，该实例中，腔壁密封环4优选为升起时顶侧抵触于射频源组件2底侧对接封盖盘20的圆环形限制圈；其中，动力驱动组件7包括两个动力源70、支撑板架71和四个导向立柱72，四个导向立柱72沿腔壁密封环4周向均匀分布、且穿套通过下电极组件3下侧周围部件后每个导向立柱72的顶端分别承托的连接于腔壁密封环4底端，每个导向立柱72底端分别固定连接于支撑板架71上，两个对称分置于支撑板架71两侧的动力源70通过支撑板架71及四个导向立柱72推动腔壁密封环4上下升降运动，该动力源70可为驱动气缸或驱动电机，本实施例中动力源70优选为驱动气缸。

如图4所示，在腔壁密封环4顶端沿周向还开设有两个内外平行包围的环形燕尾槽8，在环形燕尾槽8内分别嵌套安装有与射频源组件2底侧的对接封盖盘20抵触时弹性密封的第一密封圈(图中未示)；在腔壁密封环4底端向内周向延伸的设置有抵触于刻蚀腔底侧下缘的凸沿环9，凸沿环9沿周向也开设有两个内外平行包围的环形燕尾槽8，环形燕尾槽8内也分别嵌套安装有与刻蚀腔底侧下缘抵触时弹性密封的第二密封圈(图中未示)。

该实施中，刻蚀工作前，当需要向刻蚀腔中输送待刻蚀半导体器件时，通过动力驱动组件7控制腔壁密封环4下降，物料进出通道口6和进出气通道口5同时打开，半导体器件送入射频源组件2与下电极组件3之间刻蚀工作区的工作平台后，物料进出通道口6的腔室柜门组件10封闭物料进出通道口6，抽真空系统通过进出气通道口5对刻蚀腔抽真空以及充注惰性反应气体，然后，动力驱动组件7控制腔壁密封环4升起遮挡隔离外围的物料进出通道口6和进出气通道口5，使得刻蚀过程中刻蚀腔中有旋交变电场对应磁场处于圆环状的对称性密封空间中，有效防止缺口扰乱磁场，有效提高刻蚀加工精度。

以上所述实施例只是为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。