CN104766778A - 等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置 - Google Patents

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潘无忌
彭国发
刘东升
吕煜坤
张旭升
朱骏
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Abstract

一种等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置，包括：顶部圆盘，为石英材质制备，并构成等离子体刻蚀设备之腔体顶部；腔体侧壁，与顶部圆盘形成密封面；密封圈，设置在顶部圆盘与腔体侧壁之间；弹性薄片，设置在顶部圆盘与腔体侧壁之间，并与密封圈间隔设置，且位于密封圈之面向真空腔室的一侧。本发明通过在顶部圆盘和腔体侧壁之间设置密封圈，且在顶部圆盘与腔体侧壁之间，并位于密封圈之面向真空腔室的一侧间隔设置弹性薄片，不仅有效避免紧邻所述密封圈处的顶部圆盘被刻蚀，维持密封特性，而且延缓顶部圆盘的更换时间，提升其使用寿命，降低生产成本。

Description

等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置。
背景技术
随着半导体器件尺寸的减小、液晶显示器和硅晶圆尺寸的增加，等离子体刻蚀逐渐成为微米量级的半导体器件制备、微纳制造工艺和微电子制造工艺中广泛应用的刻蚀技术。
等离子体刻蚀是指利用辉光放电方式，产生包含等离子、电子等带电粒子及具有高度化学活性的中性原子与分子及自由基的等离子，这些活性离子扩散到需要刻蚀的部位与被刻蚀的材料进行反应，形成挥发性生成物而被去除，从而完成图案转印的刻蚀技术，是实现超大规模集成电路生产中的微细图形高保真地从光刻模板转移到晶圆上的不可替代的工艺过程。
但是，传统的等离子刻蚀设备之顶部圆盘与腔体侧壁之间通过密封圈连接，并在非密封圈连接处不可避免的形成略微缝隙。显然地，在等离子体刻蚀的过程中所产生的大量Cl基、F基等活性自由基，便会在对半导体器件进行刻蚀的同时，亦经由所述顶部圆盘与具有防腐蚀涂层的腔体侧壁之略微缝隙处对所述顶部圆盘进行刻蚀。
容易知晓地，由于所述略微缝隙处的化学刻蚀近似各向同性，所述密封圈之紧邻所述密封腔室一侧的密封面便会从侧面逐渐刻蚀。当所述密封面由于侧面被刻蚀而表面不平整时，所述密封圈的密封效果降低，甚至无法保持真空，导致需要更换所述顶部圆盘。然而，所述顶部圆盘的寿命以顶部测温孔下方区域被刻蚀穿计算，通常为2500射频小时，而实际生产过程中常因密封面被刻蚀，导致漏气时进行更换，其顶部圆盘的使用寿命则缩短到1000～1500射频小时，不仅增加了设备保养维修的频次，而且极大的增加了生产成本。
寻求一种结构简单、使用方便、成本低廉，并可有效提高顶部圆盘使用寿命的等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明一种等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置。
发明内容
本发明是针对现有技术中，传统的等离子体刻蚀设备之密封圈紧邻所述密封腔室一侧的密封面会从侧面逐渐刻蚀，导致密封效果降低，甚至无法保持真空，需要更换所述顶部圆盘，增加了生产成本等缺陷提供一种等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置。
为实现本发明之目的，本发明提供一种等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置，所述等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置，包括：顶部圆盘，为石英材质制备，并构成所述等离子体刻蚀设备之腔体顶部；腔体侧壁，与所述顶部圆盘形成密封面，且进一步与腔体底板围闭形成真空腔室；密封圈，设置在所述顶部圆盘与所述腔体侧壁之间；以及弹性薄片，设置在所述顶部圆盘与所述腔体侧壁之间，并与所述密封圈间隔设置，且位于所述密封圈之面向所述真空腔室的一侧。
可选地，所述顶部圆盘上设置测温孔。
可选地，所述顶部圆盘之异于所述腔体侧壁一侧设置射频***。
可选地，所述弹性薄片具有耐腐蚀涂层，且所述耐腐蚀涂层为Al2O3涂层、Y2O3涂层、Y3Al5O12涂层、B4C涂层、ZrO2/Y2O3涂层、YSZ涂层的其中之一。
可选地，所述腔体侧壁具有耐腐蚀涂层，且所述耐腐蚀涂层为Al2O3涂层、Y2O3涂层、Y3Al5O12涂层、B4C涂层、ZrO2/Y2O3涂层、YSZ涂层的其中之一。
可选地，所述真空腔室进行等离子体刻蚀工艺所采用的反应气体为CF4/O2、NF3、Cl2、CH4/Ar的其中之一。
可选地，所述真空腔室进行等离子体刻蚀工艺所产生的活性自由基为Cl基和F基。
可选地，所述顶部圆盘和所述腔体侧壁之间的弹性薄片进行更换使用。
可选地，所述弹性薄片更换使用，直至所述顶部圆盘之面向所述真空腔室一侧被刻蚀至所述测温孔底端时更换所述顶部圆盘。
可选地，所述等离子体刻蚀设备之顶部圆盘的使用寿命增加至少60％。
综上所述，本发明等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置通过在所述顶部圆盘和所述腔体侧壁之间设置密封圈，且在所述顶部圆盘与所述腔体侧壁之间，并位于所述密封圈之面向所述真空腔室的一侧间隔设置所述弹性薄片，不仅有效避免紧邻所述密封圈处的顶部圆盘被刻蚀，维持密封特性，而且延缓顶部圆盘的更换时间，提升其使用寿命，降低生产成本。
附图说明
图1所示为本发明等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置的结构示意图；
图2所示为本发明等离子体刻蚀设备之腔体密封面的刻蚀原理示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
请参阅图1，图1所示为本发明等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置的结构示意图。所述等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置1，包括：顶部圆盘11，所述顶部圆盘11为石英材质制备，并构成所述等离子体刻蚀设备之腔体顶部；腔体侧壁12，所述腔体侧壁12与所述顶部圆盘11形成密封面10，且进一步与腔体底板(未图示)围闭形成真空腔室13；密封圈14，所述密封圈14设置在所述顶部圆盘11与所述腔体侧壁12之间；以及弹性薄片15，所述弹性薄片15设置在所述顶部圆盘11与所述腔体侧壁12之间，并与所述密封圈14间隔设置，且位于所述密封圈14之面向所述真空腔室13的一侧。
在本发明中，所述顶部圆盘11与所述腔体侧壁12之材料不同，且由于加工精度因素影响，所述顶部圆盘11与所述腔体侧壁12形成的密封面10处具有略微缝隙16。为使得本发明所述等离子体刻蚀设备具有适当的真空工艺环境，在所述顶部圆盘11与所述腔体侧壁12之间设置密封圈14。
同时，为了避免紧邻所述密封圈14，且位于所述密封圈14之面向所述真空腔室13一侧的顶部圆盘11被刻蚀，则在所述顶部圆盘11与所述腔体侧壁12之间，且位于所述密封圈14之面向所述真空腔室13的一侧间隔设置所述弹性薄片15。更优选地，所述弹性薄片15表面具有耐腐蚀涂层，且所述弹性薄片15与所述顶部圆盘11、腔体侧壁12，以及腔体底板围闭形成真空腔室14。非限制性地，所述弹性薄片15之耐腐蚀涂层包括但不限于Al2O3涂层、Y2O3涂层、Y3Al5O12涂层、B4C涂层、ZrO2/Y2O3涂层、YSZ涂层等。
在具体的实施方式中，本发明所述等离子体刻蚀设备进行等离子体刻蚀工艺所采用的反应气体包括但不限于CF4/O2、NF3、Cl2、CH4/Ar等。同时，在所述等离子体刻蚀过程中所生成的活性自由基包括但不限于Cl基、F基。
作为本领域技术人员，容易理解地，在所述活性自由基对半导体器件(未图示)进行刻蚀的同时，紧邻所述弹性薄片15，且位于所述弹性薄片15之面向所述真空腔室13一侧的顶部圆盘11亦会被所述活性自由基逐渐刻蚀，但紧邻所述密封圈14，且位于所述密封圈14之面向所述真空腔室13一侧的顶部圆盘11未被刻蚀。同时，所述腔体侧壁12之表面具有耐腐蚀涂层，以阻止所述活性自由基对其腐蚀。非限制性地，所述腔体侧壁12之耐腐蚀涂层包括但不限于Al2O3涂层、Y2O3涂层、Y3Al5O12涂层、B4C涂层、ZrO2/Y2O3涂层、YSZ涂层等。
为更直观的揭露本发明之技术方案，凸显本发明之有益效果，现结合具体实施方式对本发明等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置的工作原理进行阐述。在具体实施方式中，各功能器件之具体尺寸、形状、大小等仅为列举，不应视为对本发明技术方案的限制。
请参阅图2，并结合参阅图1，图2所示为本发明等离子体刻蚀设备之腔体密封面的刻蚀原理示意图。所述等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置1，包括：顶部圆盘11，所述顶部圆盘11为石英材质制备，并构成所述等离子体刻蚀设备之腔体顶部，且在所述顶部圆盘11上设置测温孔111；腔体侧壁12，所述腔体侧壁12与所述顶部圆盘11形成密封面10，并进一步与腔体底板(未图示)围闭形成真空腔室13；密封圈14，所述密封圈14设置在所述顶部圆盘11与所述腔体侧壁12之间；以及弹性薄片15，所述弹性薄片15设置在所述顶部圆盘11与所述腔体侧壁12之间，并与所述密封圈14间隔设置，且位于所述密封圈14之面向所述真空腔室13的一侧。进一步地，本发明等离子体刻蚀设备的顶部圆盘11之异于所述腔体侧壁12一侧设置射频***(未图示)。
显然地，在所述活性自由基对半导体器件(未图示)进行刻蚀的同时，紧邻所述弹性薄片15，且位于所述弹性薄片15之面向所述真空腔室13一侧的顶部圆盘11亦会被所述活性自由基逐渐刻蚀，但紧邻所述密封圈14，且位于所述密封圈14之面向所述真空腔室13一侧的顶部圆盘11未被刻蚀。所述腔体侧壁12之表面具有耐腐蚀涂层，以阻止所述活性自由基对其进行腐蚀。所述弹性薄片15具有耐腐蚀涂层，以阻止所述活性自由基对其进行腐蚀。非限制性地，所述腔体侧壁12和所述弹性薄片15之耐腐蚀涂层包括但不限于Al2O3涂层、Y2O3涂层、Y3Al5O12涂层、B4C涂层、ZrO2/Y2O3涂层、YSZ涂层的其中之一。
为了更好的实施本发明之技术方案，优选地，设置在所述顶部圆盘11和所述腔体侧壁12之间的弹性薄片15可进行更换使用。即，按需更换使用所述弹性薄片15，直至所述顶部圆盘11之面向所述真空腔室一侧被刻蚀至所述测温孔111底端时更换所述顶部圆盘11。经过生产实践统计分析，所述等离子体刻蚀设备之顶部圆盘11的使用寿命增加至少60％。
明显地，本发明等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置1通过在所述顶部圆盘11和所述腔体侧壁12之间设置密封圈14，且在所述顶部圆盘11与所述腔体侧壁12之间，并位于所述密封圈14之面向所述真空腔室13的一侧间隔设置所述弹性薄片15，不仅有效避免紧邻所述密封圈14处的顶部圆盘被刻蚀，维持密封特性，而且延缓顶部圆盘11的更换时间，提升其使用寿命，降低生产成本。
综上所述，本发明等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置通过在所述顶部圆盘和所述腔体侧壁之间设置密封圈，且在所述顶部圆盘与所述腔体侧壁之间，并位于所述密封圈之面向所述真空腔室的一侧间隔设置所述弹性薄片，不仅有效避免紧邻所述密封圈处的顶部圆盘被刻蚀，维持密封特性，而且延缓顶部圆盘的更换时间，提升其使用寿命，降低生产成本。
本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。

Claims (10)

1.一种等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置，其特征在于，所述等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置，包括：
顶部圆盘，为石英材质制备，并构成所述等离子体刻蚀设备之腔体顶部；
腔体侧壁，与所述顶部圆盘形成密封面，且进一步与腔体底板围闭形成真空腔室；
密封圈，设置在所述顶部圆盘与所述腔体侧壁之间；以及，
弹性薄片，设置在所述顶部圆盘与所述腔体侧壁之间，并与所述密封圈间隔设置，且位于所述密封圈之面向所述真空腔室的一侧。
2.如权利要求1所述的等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置，其特征在于，所述顶部圆盘上设置测温孔。
3.如权利要求1所述的等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置，其特征在于，所述顶部圆盘之异于所述腔体侧壁一侧设置射频***。
4.如权利要求1所述的等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置，其特征在于，所述弹性薄片具有耐腐蚀涂层，且所述耐腐蚀涂层为Al2O3涂层、Y2O3涂层、Y3Al5O12涂层、B4C涂层、ZrO2/Y2O3涂层、YSZ涂层的其中之一。
5.如权利要求1所述的等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置，其特征在于，所述腔体侧壁具有耐腐蚀涂层，且所述耐腐蚀涂层为Al2O3涂层、Y2O3涂层、Y3Al5O12涂层、B4C涂层、ZrO2/Y2O3涂层、YSZ涂层的其中之一。
6.如权利要求1所述的等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置，其特征在于，所述真空腔室进行等离子体刻蚀工艺所采用的反应气体为CF4/O2、NF3、Cl2、CH4/Ar的其中之一。
7.如权利要求1所述的等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置，其特征在于，所述真空腔室进行等离子体刻蚀工艺所产生的活性自由基为Cl基和F基。
8.如权利要求1所述的等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置，其特征在于，所述顶部圆盘和所述腔体侧壁之间的弹性薄片进行更换使用。
9.如权利要求8所述的等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置，其特征在于，所述弹性薄片更换使用，直至所述顶部圆盘之面向所述真空腔室一侧被刻蚀至所述测温孔底端时更换所述顶部圆盘。
10.如权利要求9所述的等离子体刻蚀设备之腔体密封面保护装置，其特征在于，所述等离子体刻蚀设备之顶部圆盘的使用寿命增加至少60％。
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