用于刻蚀装置的缓冲构件和刻蚀装置的制作方法

1.本实用新型涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种用于刻蚀装置的缓冲构件及其刻蚀装置。


背景技术：

2.等离子刻蚀是干法刻蚀中最常见的一种形式，当气体暴露于电子区域时，产生电离气体和具有高能电子的气体，从而形成等离子体，电离气体经过加速电场，将释放大量能量刻蚀表面。等离子体刻蚀中，速度和均匀性是两个极其重要的参数。对于工业生产来说，刻蚀速度快，则刻蚀所需时间就少，生产效率才能大幅提高，而均匀性则对产品的良品率有较大影响。
3.在真空低压下，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，在下电极的rf射频作用下，这些等离子体对基片表面进行轰击，基片图形区域的半导体材料的化学键被打断，与刻蚀气体生成挥发性物质，以气体形式脱离基片，并从真空管路被抽走。
4.在半导体刻蚀机设备中，晶圆放置于电极上，为了防止晶圆在工艺过程中产生位移导致上、下电极导通，从而出现打火现象，致使晶圆不良率和设备故障率升高，进而影响正常生产，故在电极四周用耐高温绝缘材料的压环做保护，压环将晶圆完全固定住后，晶圆会受到相应的压力，当真空泵启动时会产生瞬间作用力，该作用力与压环的压力方向相反并且大于晶圆的表面应力，所以就会出现晶圆破碎的现象，也就是碎片。这种现象发生会严重影响生产，造成成本的浪费，故亟待解决。


技术实现要素：

5.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
6.为此，本实用新型提出一种用于刻蚀装置的缓冲构件，所述用于刻蚀装置的缓冲构件的本实用新型还提出了一种具有上述用于刻蚀装置的缓冲构件的刻蚀装置。
7.根据本实用新型第一方面的用于刻蚀装置的缓冲构件，所述刻蚀装置包括：腔体，所述腔体内限定出腔室，所述腔体上设有与所述腔室连通的抽真空管路，所述抽真空管路与干泵相连以使所述腔室内保持真空环境，所述抽真空管路和所述干泵均位于所述腔室外，在所述腔室内固定有晶圆；第一阀体，所述第一阀体设在所述抽真空管路上，且位于所述腔体和所述干泵之间，用于控制所述抽真空管路的通断；缓冲构件，所述缓冲构件设在所述抽真空管路上，且位于所述腔体和所述第一阀体之间，以在抽真空时减小对所述晶圆的瞬间抽吸作用力。
8.根据本实用新型的用于刻蚀装置的缓冲构件，通过在抽空管路在设置缓冲构件，干泵在启动时，缓冲构件可以减缓对腔室内晶圆的瞬间抽吸作用力，避免由于瞬间抽吸作用力和固定晶圆作用力之间强烈反差作用、进而对腔室内的晶圆造成破碎的现象发生，防止对生产成本造成浪费。
9.根据本实用新型的一个实施例，所述缓冲构件包括：中心支架，所述中心支架固设在所述抽真空管路上，所述中心支架内设有横梁；密封圈，所述密封圈套设在所述中心支架外周上；阀片，所述阀片可转动地连接在所述横梁上，所述干泵的抽吸作用可驱动所述阀片在打开位置和关闭位置进行切换；弹性件，所述弹性件连接在所述阀片和所述横梁之间，在所述阀片处于所述关闭位置时所述弹性件处于自然状态，在所述阀片处于所述打开位置时所述弹性件处于压缩状态。
10.根据本实用新型一个可选示例，所述横梁包括一个，所述阀片包括第一阀片，所述第一阀片可转动地连接在所述横梁的一侧，所述第一阀片和所述横梁之间设有所述弹性件。
11.进一步地，所述横梁的另一侧设有封闭片，所述封闭片分别与所述横梁和所述中心支架的内周壁固定相连且封闭住所述另一侧的开口。
12.进一步地，所述阀片还包括第二阀片，所述第二阀片可转动地连接在所述横梁的另一侧，所述第二阀片和所述横梁之间设有所述弹性件。
13.根据本实用新型一个可选示例，所述横梁包括多个，所述阀片包括多个，每个所述阀片均可转动地连接在对应的所述横梁上，每个所述阀片和对应的所述横梁之间均设有所述弹性件。
14.根据本实用新型可选的实施例，所述阀片的厚度为t，其中1mm≤t≤3mm。
15.根据本实用新型的另一个实施例，所述阀片形成为不锈钢片。
16.根据本实用新型的又一个实施例，所述阀片的打开位置和所述关闭位置之间的夹角为α，其中0
°
≤α≤60
°
。
17.根据本实用新型的第二方面的刻蚀装置，设置有如第一方面任一种所述的用于刻蚀装置的缓冲构件。所述刻蚀装置与上述的用于刻蚀装置的缓冲构件相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
18.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
19.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
20.图1是根据本实用新型实施例的刻蚀设备的部分结构示意图；
21.图2是根据本实用新型实施例的刻蚀设备的电极结构示意图；
22.图3是根据本实用新型实施例的刻蚀设备的腔体和各个管路的线路布置图；
23.图4是根据本实用新型实施例的缓冲构件的部分结构示意图；
24.图5是根据本实用新型实施例的缓冲构件的阀片处于打开位置的示意图；
25.图6是根据本实用新型实施例的具体操作工艺流程图。
26.附图标记：
27.腔体1、晶圆12、底座11、陶瓷座10、屏蔽环9、绝缘环8、陶瓷压环7、限制环5、聚四氟套筒2、电极6、顶板13、底板14、氦气通道15、冷却水循环通道16、环状氦气槽17、第二阀体23、第一阀体24、第一气动阀18、第二气动阀19、调压阀20、插板阀21、分子泵22、干泵26、气
柜27、缓冲构件25、密封圈28、中心支架29、阀片30、弹性件31、横梁32。
具体实施方式
28.下面详细描述本实用新型的实施例，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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
29.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
30.下面参考图3描述根据本实用新型第一方面实施例的用于刻蚀装置的缓冲构件25。
31.如图3所示，根据本实用新型实施例的用于刻蚀装置的缓冲构件25，其中刻蚀装置包括：腔体1、第一阀体24和缓冲构件25。具体地，腔体1内限定出腔室，腔体1上设有与腔室连通的抽真空管路，抽真空管路与干泵26相连，用以使得腔室内保持真空环境，抽真空管路和干泵26均位于腔室外，在腔室内固定有晶圆12(wafer)。
32.进一步地，第一阀体24设在抽真空管路上，且位于腔体1和干泵26之间，用于控制抽真空管路的通断，需要对腔室内抽真空时，则第一阀体24打开，抽真空管路形成为通路状态，当不需要对腔室内部抽真空时，则第一阀体24断开抽真空管路。
33.进一步地，缓冲构件25设在抽真空管路上，且位于腔体1和第一阀体24之间，以在抽真空时减小对晶圆12的瞬间抽吸作用力。
34.可以理解的是，在相关技术中，由于晶圆固定在腔室内，当启动干泵对腔室内抽真空时，会出现较大的瞬间抽吸作用力，与腔室内固定晶圆的作用力方向相反，而且大于固定晶圆的作用力，从而会导致晶圆破碎的现象出现，造成成本的浪费。而在本实用新型实施例中，通过在抽真空管路上设置缓冲构件25，在干泵26启动时，可以减小对腔室内晶圆12的瞬间抽吸作用力，防止晶圆12造成破碎、形成碎片。
35.根据本实用新型实施例的用于刻蚀装置的缓冲构件25，通过在抽空管路在设置缓冲构件25，干泵26在启动时，缓冲构件25可以减缓对腔室内晶圆12的瞬间抽吸作用力，避免由于瞬间抽吸作用力和固定晶圆12作用力之间强烈反差作用、进而对腔室内的晶圆12造成破碎的现象发生，防止对生产成本造成浪费。
36.如图4和图5所示，根据本实用新型的一个实施例，缓冲构件25包括：中心支架29、密封圈28、阀片30和弹性件31。具体地，中心支架29固设在抽真空管路上，中心支架29内设有横梁32，密封圈28套设在中心支架29外周上以起到密封作用。
37.阀片30可转动地连接在横梁32上，干泵26的抽吸作用可驱动阀片30在打开位置和关闭位置进行切换，弹性件31连接在阀片30和横梁32之间，在阀片30处于关闭位置时弹性件31处于自然状态，在阀片30处于打开位置时弹性件31处于压缩状态。
38.可以理解的是，干泵26启动时，抽吸作用力会将阀片30拉成一定角度，即将阀片30由关闭位置切换至打开位置，由于阀片30的遮挡作用，可以减缓对腔室内晶圆12的瞬间抽吸作用力，避免对晶圆12造成损坏。
39.可选地，中心支架29形成为不锈钢支架。
40.根据本实用新型一个可选示例，横梁32包括一个，阀片30包括第一阀片，第一阀片可转动地连接在横梁32的一侧，第一阀片和横梁32之间设有弹性件31。
41.进一步地，横梁32的另一侧设有封闭片(未示出)，封闭片分别与横梁32和中心支架29的内周壁固定相连且封闭住横梁32另一侧的开口。也就是说，在该实施例中，仅有横梁32的一侧设有第一阀片，该第一阀片在关闭位置和打开位置可切换。
42.进一步地，阀片30还包括第二阀片，第二阀片可转动地连接在横梁32的另一侧，第二阀片和横梁32之间设有弹性件31。也就是说，在横梁32的两侧分别设有阀片30、即第一阀片和第二阀片，两个阀片30均可在打开位置和关闭位置之间进行切换。
43.如图5所示，中心支架29形成为圆环形结构，一个横梁32沿着中心支架29内的径向方向设置，第一阀片和第二阀片分别设在横梁32的两侧，且第一阀片和第二阀片围绕中心支架29的圆心呈中心对称设置。在干泵26启动时，第一阀片和第二阀片在抽吸力的作用下同时围绕横梁32转动、由关闭位置转动至打开位置。
44.根据本实用新型一个可选示例，横梁32包括多个，阀片30包括多个，每个阀片30均可转动地连接在对应的横梁32上，每个阀片30和对应的横梁32之间均设有弹性件31。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
45.在具体的一个示例中，横梁32包括两个，阀片30也包括两个，如两个横梁32可大致形成为三角形构造，两个阀片30分别位于两个横梁32的远离彼此的一侧。每个阀片30和对应的横梁32之间均设有弹性件31。
46.在具体的另一个示例中，横梁32包括三个，阀片30也包括三个，如三个横梁32形成为等腰三角形，三个阀片30分别位于对应横梁32的朝向中心支架29内周壁的一侧。每个阀片30和对应的横梁32之间均设有弹性件31。
47.根据本实用新型可选的实施例，阀片30的厚度为t，其中1mm≤t≤3mm，如阀片30的厚度t可以为1mm、2mm和3mm。
48.根据本实用新型的另一个实施例，阀片30形成为不锈钢片，可以起到防止被腐蚀的作用，使用寿命长。
49.根据本实用新型的又一个实施例，阀片30的打开位置和关闭位置之间的夹角为α，其中0
°
≤α≤60
°
。例如，夹角α可以为10
°
、20
°
、30
°
、40
°
、50
°
和60
°
等。
50.还需要说明的是，如图1所示，腔体1内部结构主要包括底座11、陶瓷座10、屏蔽环9、绝缘环8、陶瓷压环7、限制环5、电极6。其中底座11固定于腔体1的内底面上，底座11与屏蔽环9、限制环5起到屏蔽电场及接地作用；陶瓷座10、绝缘环8与陶瓷压环7将电极6全部包覆起来，使其不会与其他金属件导通，从而达到绝缘效果。
51.如图2，电极6由顶板13和底板14两部分焊接而成，顶板13的上表面加工有对称的环状氦气槽17，顶板13的下表面加工有氦气通道15和冷却水循环通道16，底板14周边对称分布有射频铜柱接口、氦气进气口、冷却水入水口和出水口；工艺时大量的等离子体刻蚀晶圆12表面会产生热量，这时氦气从底板14的进气口进入下电极6内部，从氦气通道15流到电
极6中心的出气口，通过环状氦气槽17均匀分散到晶圆12的背面，使得晶圆12的冷却更加均匀，降低晶圆12温度从而获得更好的工艺结果。
52.射频对电极6施加高频电压会使电极6形成高温，这时冷却水从底板14的入水口进入电极6内部，在完全覆盖电极6的循环水道内流动，最后从出水口流出，将电极6的大部分热量带走，进而保证较为理想的工艺结果。
53.聚四氟套筒2上下两个面分别与电极6、腔体1用密封圈进行密封形成真空环境，保证氦气全部进入电极6用于冷却晶圆12，设备在工艺状态时，氦气从腔体1底部进入聚四氟套筒2的通道内，再进入电极6内部通道，最终到达晶圆12背面；工艺状态下等离子体会刻蚀晶圆12表面产生较高的热量，这时氦气均匀的通入晶圆12背面，可以全面的对晶圆12进行冷却，达到较为理想的刻蚀均匀性。
54.如图3，气动阀18在腔体1开腔充气时使用，气动阀19控制氦气的通断，调压阀20用于调节腔室压力，插板阀21用于控制分子泵22和腔室1的通断，第二阀体23(前级角阀)用于控制分子泵22和干泵26的通断，分子泵22可以使腔室工艺需要的高真空环境，第一阀体24(如预抽角阀)用于控制腔室1和干泵26的通断，气柜27为腔室1提供工艺所需化学气体。
55.在第一阀体24(即预抽角阀)的后端放置一个特殊的kf接口的缓冲构件25，该结构包括氟橡胶的密封圈28、不锈钢的中心支架29、两个阀片30和弹性件31(例如弹簧)；大气状态下两个阀片31是位于水平位置，可以将中心支架29内圆基本封住，阀片30和中心支架29的横梁32之间装有弹性件31，当干泵26启动时，抽吸作用力会将在水平位置的两个阀片30拉成一定的夹角，而弹性件31可以让两个阀片30缓慢打开形成夹角α，这样腔室就不会因为瞬间压力过大而将晶圆12击碎，该种结构可以有效的解决上述问题点，具体地操作流程图如图6所示。
56.根据本实用新型实施例的用于刻蚀装置的缓冲构件的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
57.本实用新型还提供了一种刻蚀装置，该刻蚀装置包括上述的用于刻蚀装置的缓冲构件25，从而具有防止晶圆12形成碎片、避免造成成本浪费等优点。
58.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
59.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。