专利名称：感应耦合等离子体深层刻蚀机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种刻蚀机，特别是公开一种感应耦合等离子体深层刻蚀机(Inductively Coupled Plasma Deepetching Machine简称ICPDEM)，属于低压强、高密度等离子体，能进行高深宽比刻蚀的干法刻蚀工艺设备，主要用于加工微型机电系统(MEMS)器件，刻蚀有效直径6英寸。
由于ICP的工作压强比通常反应离子刻蚀(RIE)的低，性能价格比优于电子回旋共振(ECR)，因而受到了广泛的关注，得到应用。如用它来研究加工集成电路的刻蚀选择性，加工新型特种器件的刻蚀性能研究、刻蚀机理研究等等，设备本身也在不断地改进。但这些设备的等离子体源的电感线圈都位于大气中，介质窗要承受大气压力，耦合效率较低，工作压强一般在5毫托(m Torr)到20毫托范围，即0.67Pa到2.67Pa。
在加工室里，工作压强越高，粒子的平均自由程越短，0.67Pa的平均自由程约1.5Cm；2.67Pa的平均自由程就只有0.4Cm左右了。平均自由程短了，离子碰撞频繁，散射很大，离子的方向性就差。
三、实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是在深层刻蚀系统中，要获得高的刻蚀深宽比，离子的方向性必须要好，散射小，才能产生强的各向异性刻蚀，所以要尽量降低工作压强。当然，加工室里的工作压强越低，气体密度越低，而离子的产生率正比于fen。式中f-是电子碰撞率系数，e-是电子密度，n-是气体密度。气体密度低了，要获得高密度等离子体，必须提高离化效率，就是要提高电感耦合效率，使更多的射频功率交给等离子体，并延长加工室里电子的平均寿命。
本实用新型的实施方案，设计的等离子体源，采用特制的平面变距螺旋线圈，与石英介质窗组合成一体，当中填充石英粉末和环氧树脂，放在源的顶部，背靠真空室壁安装，通循环水冷却，石英介质窗不承受大气压力，电感耦合效率高，环形气体流量分配器在介质窗下面，气体辐向输入，促使等离子体径向均匀性好，φ180×87mm接插式加工室周围布有多极磁场，以约束电子，延长其平均寿命，工作压强降到0.06Pa到0.15Pa范围，离子的平均自由程为16.5Cm到6.6Cm。我们设计的直接水冷工件台安装在源的下游，与石英介质窗相对，距离8.7Cm，所以在偏压作用下，离子基本无碰撞地准直射向晶片，散射很小。输入13.56MHz功率200W到500W，离子密度达1011～1012/cm3，相当于原有工作在0.67Pa到2.67Pa机器的千瓦级水平。
整机工作时，根据所加工器件的材料要求，选择工质气体(单质的或混和的气体)，确定射频功率大小和偏压高低。对曾加工过的器件，通常由最佳工艺规范决定。装好被刻器件，关上真空系统，开机，当系统的本底压强抽到2×10-3Pa时，通过供气系统给源通入6～8SCCM工质气体，工作压强0.06Pa～0.15Pa，由插板阀控制，输入13.56MHz功率200W～500W，可连续调控，偏压-20V～-300V可连续调控，选当中任意值，刻蚀时间由刻蚀深度定。刻完后，电源参数值调小，关闭电源。若要继续刻蚀，只需关闭插板阀，其余不动，就可放气、开舱取件；若不继续刻蚀，则依次关闭真空系统，放气取件。
整机经过通Ar联调，通SF6刻Si，通CF4+O2混合气体刻SiO2，证明该ICPDEM的刻蚀速度快，选择性好，刻蚀均匀，线条边壁陡直，深宽比高，完全满足加工MEMS器件的刻蚀工艺需要。
权利要求1.一种感应耦合等离子体深层刻蚀机，包括主机、射频电源柜、电控柜、计算机及操作台，其特征在于主机结构核心部件等离子体源，它是由平面变距螺旋形电感线圈与石英介质窗组成一体，当中填充石英粉末和环氧树脂，放置在源的顶部，顶面还有真空室壁，石英介质窗下面安装环形气体流量分配器和高密度等离子体工作室，工作室为圆桶形结构，侧壁为接插式结构，工作室壁周围布有多极场磁铁和极靴组成的多极磁场，通循环水冷却的工件台置于工作室下游，工件台面上安装被加工的晶片。
2.根据权利要求1所述的感应耦合等离子体深层刻蚀机，其特征在于所述的高密度等离子体工作室形状规格为Φ180×87mm，即是直接水冷的工件台与石英介质窗相对，距离为87mm。
3.根据权利要求1或2所述的感应耦合等离子体深层刻蚀机，其特征在于整机前有观察窗口，后有源的升降机构，真空测量规管和粗抽接管，左端主抽管道与真空排气机组之间装有插板阀，主抽管道与粗抽管道之间由挡板阀隔开。
4.根据权利要求3所述的感应耦合等离子体深层刻蚀机，其特征在于整机还附有微机型数显复合真空计，四路调控供气系统的质量流量控制器及显示仪，它们共同安装在电控柜内。
5.根据权利要求4所述的感应耦合等离子体深层刻蚀机，其特征在于射频主电源输出通过匹配器接在等离子体源的电感线圈上，偏压电源输出接在工件台上。
专利摘要本实用新型为一种感应耦合等离子体深层刻蚀机，包括主机、射频电源柜、电控柜、计算机及操作台，其特征在于主机结构核心部件等离子体源，它是由平面变距螺旋形电感线圈与石英介质窗组成一体，当中填充石英粉末和环氧树脂，放置在源的顶部，顶面还有真空室壁，耦合效率高，等离体密度均匀性好，工作压强降到0.06Pa，仍有很高的离化效率，石英介质窗下面安装环形气体流量分配器和高密度等离子体工作室，工作室为圆桶形结构，侧壁为接插式结构，工作室壁周围布有多极场磁铁和极靴组成的多极磁场，通循环水冷却的工件台置于工作室下游，工件台面上安装被加工的晶片，主要用于加工微型机电系统器件，刻蚀有效直径6英寸，具有刻蚀速度快、选择性好、刻蚀均匀，线条边壁陡直，深宽比高，完全满足加工微型机电系统器件的刻蚀工艺需要。
文档编号H01L21/02GK2569339SQ0226710
公开日2003年8月27日 申请日期2002年9月12日 优先权日2002年9月12日
发明者陈绍金, 陈元棣 申请人:上海花木经济发展总公司