一种等离子刻蚀机及其使用方法
阅读说明：本技术 一种等离子刻蚀机及其使用方法 (Plasma etching machine and using method thereof ) 是由 郭颂 刘海洋 王铖熠 李娜 刘小波 张军 胡冬冬 许开东 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种等离子刻蚀机及其使用方法,该等离子刻蚀机包括一刻蚀腔体和一加热板；刻蚀腔体的敞开端固定一陶瓷介质窗；陶瓷介质窗的上方固定一产生等离子体的等离子体耦合线圈；加热板固定在一屏蔽罩内；屏蔽罩的下端敞开；屏蔽罩位于刻蚀腔体的上方且固定在刻蚀腔体上；加热板固定在陶瓷介质窗朝向等离子体耦合线圈的表面；加热板上开设用于供等离子体穿过的预留间隙；加热板通过一供电电路连接一加热电源。本发明将加热板直接贴合在陶瓷介质窗上,通过对加热板通电以对陶瓷介质窗直接进行加热。因此加热板的加热效率高,热量散失少,避免屏蔽罩的过热现象,无需在屏蔽罩外增设保护罩。(The invention provides a plasma etching machine and a using method thereof, wherein the plasma etching machine comprises an etching cavity and a heating plate; a ceramic dielectric window is fixed at the open end of the etching cavity; a plasma coupling coil for generating plasma is fixed above the ceramic dielectric window; the heating plate is fixed in a shielding case; the lower end of the shielding cover is open; the shielding cover is positioned above the etching cavity and fixed on the etching cavity; the heating plate is fixed on the surface of the ceramic dielectric window facing the plasma coupling coil; a reserved gap for plasma to pass through is formed in the heating plate; the heating plate is connected with a heating power supply through a power supply circuit. According to the invention, the heating plate is directly attached to the ceramic dielectric window, and the ceramic dielectric window is directly heated by electrifying the heating plate. Therefore, the heating plate has high heating efficiency and less heat loss, avoids the overheating phenomenon of the shielding cover, and does not need to additionally arrange a protective cover outside the shielding cover.)
技术领域
本发明属于机械加工设备技术领域，尤其涉及一种等离子刻蚀机及其使用方法。
背景技术
等离子刻蚀机，通过向真空刻蚀机腔体内引入含有适当刻蚀剂或淀积源气体的反应气体，然后再对该刻蚀机腔体施加射频能量，以解离反应气体生成等离子体，用来对放置于刻蚀机腔体内的基片表面进行加工。等离子刻蚀机设备主要包括预真空室、刻蚀腔、供气系统和真空系统四部分。刻蚀腔的主要组成部分有：等离子体耦合线圈、陶瓷介质窗、ICP射频单元、RF射频单元、下电极系统、温控系统等组成。其中等离子体耦合线圈位于腔室的上方真空外，陶瓷介质窗位于腔室和等离子体耦合线圈之间，陶瓷介质窗既能密封真空又不影响等离子体穿过进入腔体，但在等离子体刻蚀的过程中，刻蚀出的产物会沉积到陶瓷介质窗上，长时间沉积会对等离子体产生不利影响，也可能会产生颗粒影响刻蚀过程。通常，陶瓷介质窗加热是减少沉积的重要手段。目前，现有等离子体刻蚀机陶瓷介质窗加热有采用风暖加热的方式，但这种加热方式由于暖风四散加热效率低，而且容易使陶瓷介质窗以外的侧壁也产生高温，容易使操作者烫伤、元器件易损等问题，需要使用很复杂的保护装置，成本高又不利于散热。如图1~2为现有的等离子体刻蚀机陶瓷介质窗的加热装置，包括等离子体耦合线圈1、陶瓷介质窗2、金属内屏蔽罩3、加热网4、送热风扇5和外屏蔽罩6。等离子体耦合线圈1产生等离子体穿过陶瓷介质窗2，在刻蚀腔体22内通入反应气体，反应气体和等离子体耦合线圈1共同对衬底片进行刻蚀工艺，同时加热网4产生热量，经所述送热风扇5按示意图箭头所示方向吹送至所述陶瓷介质窗2进行加热，金属内屏蔽罩3会随着风热四散而温度越来越高，易对操作者产生伤害，进而设置所述外屏蔽罩6进行保护。如图2所示，陶瓷介质窗2通过紧固件固定刻蚀腔体22的内壁上，等离子体耦合线圈1位于陶瓷介质窗上方，多个等离子体耦合线圈1之间通过绝缘板连接后，通过紧固件固定在金属内屏蔽罩3的内壁上。
综上，现有技术中的加热方式存在以下缺陷：1）送热风扇5送热导致金属内屏蔽罩3内的热量四散，加热网的加热效率低；2）加热网4对陶瓷介质窗2进行加热的同时，对等离子体线圈1及其他电器元件如匹配器等同时也进行加热，金属内屏蔽罩3高温，为避免金属内屏蔽罩3伤人，在外面设置外屏蔽罩6，导致该加热结构的结构复杂，既占用额外空间又会增加成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子刻蚀机及其使用方法，将加热板直接贴合在陶瓷介质窗上，通过对加热板通电，使加热板对陶瓷介质窗直接进行加热。因此加热板的加热效率高，热量散失少，避免屏蔽罩的过热现象，无需在屏蔽罩外增设保护罩。在加热过程中，由于加热板的预留间隙设计，可避免加热板对等离子体的影响。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提出了一种等离子刻蚀机，包括一刻蚀腔体和一加热板；所述刻蚀腔体的敞开端固定一陶瓷介质窗；所述陶瓷介质窗的上方固定一产生等离子体的等离子体耦合线圈；所述加热板固定在一屏蔽罩内；所述屏蔽罩的下端敞开；所述屏蔽罩位于所述刻蚀腔体的上方且固定在所述刻蚀腔体上；
所述加热板固定在所述陶瓷介质窗朝向所述等离子体耦合线圈的表面；所述加热板上开设用于供所述等离子体穿过的预留间隙；所述加热板通过一供电电路连接一加热电源。
优选地，所述陶瓷介质窗的上段固定在所述屏蔽罩内。
优选地，所述加热板为圆形；所述加热板包括多条沿圆周分布的加热丝；相邻所述加热丝之间围成所述预留间隙。
优选地，进一步包括一用于调节加热温度的温度控制单元；
所述温度控制单元包括：一温度控制器，所述温度控制器的输入端电连接一测温传感器；所述测温传感器固定在所述加热板上；所述温度控制器的输出端电连接一加热电源；所述温度控制器和加热电源之间设置一固态继电器；所述固态继电器设置在所述供电电路上。
优选地，进一步包括一用于监测加热温度的辅助测温传感器和一警示器；
所述警示器的输入端电连接所述辅助测温传感器；所述辅助测温传感器固定在所述加热板上。
本发明还提出了一种等离子刻蚀机的使用方法，基于所述的等离子刻蚀机，包括以下步骤：
（1）所述测温传感器感应所述陶瓷介质窗的温度并传送数据至所述温度控制器；当所述陶瓷介质窗的温度达到所述温度控制器设定的温度后，所述温度控制器控制固态继电器断开；所述辅助测温传感器实时监测所述加热板的温度，并将数据传输至所述警示器；所述警示器实时显示所述加热板的温度；
（2）当所述陶瓷介质窗的温度下降至设所述温度控制器设定的温度时，所述温度控制器控制固态继电器闭合，所述供电电路连通所述加热电源和所述加热板，所述加热板对所述陶瓷介质窗进行加热；所述辅助测温传感器实时监测所述加热板的温度，并将数据传输至所述警示器；所述警示器实时显示所述加热板的温度；由此，实现对陶瓷介质窗的温度控制；
（3）当所述温度控制器和/或所述测温传感器损坏时，所述警示器显示温度并发出警报以实现手动关闭电源。
与现有技术相比，本发明的优点为：
（1）将加热板直接贴合在陶瓷介质窗上，通过对加热板通电，使加热板对陶瓷介质窗直接进行加热，热量散失少。因此加热板的加热效率高。
（2）由于热量散失少，避免了屏蔽罩的过热现象，因此无需增加送热风扇及在屏蔽罩外增设保护罩，因此，该等离子刻蚀机的占用空间小，结构简单。
（3）在加热过程中，由于加热板的预留间隙设计，可避免加热板对等离子体顺利通过的影响，确保加热工序和刻蚀工序的顺利进行。
附图说明
图1为现有技术中等离子刻蚀机的加热板的结构图；
图2为图1中陶瓷介质窗和等离子体耦合线圈的俯视图；
图3为本发明一实施例的等离子刻蚀机的正视图；
图4为图3中加热板的剖视图；
图5为图3中加热板的俯视图；
图6为图3中温度控制单元的连接关系图。
其中，1-等离子体耦合线圈，2-陶瓷介质窗，3-金属内屏蔽罩，4-加热网，5-送热风扇，6-外屏蔽罩，7-加热装置，8-屏蔽罩，9-加热板，10-第一匹配网络，11-激励射频电源，12-气体源，13-温度控制器，14-固态继电器，15-加热电源，16-测温传感器，17-等离子体，18-衬底片，19-供电电路，20-偏压电极，21-偏置射频电源，22-刻蚀腔体，23-压力控制阀，24-真空泵，25-第二匹配网络，26-警示器，27-辅助测温传感器。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
现有技术中的等离子刻蚀机，如图3所示，预真空室包括预抽管道、预抽阀、前级管道、前级阀，预抽管道与刻蚀腔体22室相通，前级阀与干泵、真空泵相通；真空系统包含刻蚀腔体22，压力控制阀23及真空泵24。如图1~2所示，金属内屏蔽罩3和外屏蔽罩6均位于刻蚀腔体22的上方；金属内屏蔽罩3和外屏蔽罩6的下端均敞开；刻蚀腔体22的上端敞开；陶瓷介质窗2固定在刻蚀腔体的敞开端；等离子体耦合线圈1固定在线圈陶瓷介质窗2的上方；等离子体耦合线圈1均固定在一金属内屏蔽罩3内；陶瓷介质窗2的上段固定在一金属内屏蔽罩3内；陶瓷介质窗2的下段固定在刻蚀腔体22内；即陶瓷介质窗2位于金属内屏蔽罩3和刻蚀腔体22之间。
如图3所示，一种等离子刻蚀机，在现有等离子刻蚀机的基础上，对加热装置7进行了改进，该等离子刻蚀机包括屏蔽罩8、陶瓷介质窗2、刻蚀腔体22、加热板9和一产生等离子体17的等离子体耦合线圈1。
屏蔽罩8的下端均敞开；刻蚀腔体22的上端敞开；陶瓷介质窗2固定在刻蚀腔体22的敞开端；等离子体耦合线圈1固定在线圈陶瓷介质窗2的上方；等离子体耦合线圈1固定在一屏蔽罩8内；陶瓷介质窗2的下段固定在刻蚀腔体22内；陶瓷介质窗2的上段固定在一屏蔽罩8内；屏蔽罩8和刻蚀腔体22之间通过紧固件固定成一体。
该等离子刻蚀机的刻蚀工作原理为：等离子体耦合线圈1（射频线圈）通过激励射频电源11及第一匹配网络10的共同作用下产生等离子体17，气体源12通入反应气体至刻蚀腔体内，等离子体17和反应气体共同对衬底片18进行刻蚀，刻蚀过程中的反应产物会不断沉积到陶瓷介质窗2上。偏压电极20通过偏置射频电源21及第二匹配网络25的共同作用下对等离子体进行加速；当刻蚀腔体22内真空压力不足时，外部控制设备打开压力控制阀23，真空泵24将真空泵24入刻蚀腔体22内。
如图3~4所示，在上述现有等离子刻蚀机的内部加入加热装置7，该加热装置7包括一用于加热陶瓷介质窗2的加热板9；加热板9固定在陶瓷介质窗2朝向等离子体耦合线圈1的表面；加热板9上开设用于供等离子体17穿过的预留间隙；加热板通过一供电电路19连接一加热电源15。如图5所示，优选地，加热板9为圆形，包括多条沿圆周分布的加热丝；加热丝呈花瓣形；相邻加热丝之间围成用于通过等离子体17的预留间隙。
如图3、图6所示，为实现加热板9对陶瓷介质窗2的温度控制，加热装置7还包括一用于调节陶瓷介质窗2加热温度的温度控制单元；温度控制单元包括：温度控制器13、测温传感器16和固态继电器14。温度控制器13的输入端电连接一测温传感器16；测温传感器16固定在加热板9上；温度控制器13的输出端电连接一加热电源15；温度控制器13和加热电源15之间设置一固态继电器14；固态继电器14同时也设置在供电电路19上。
优选地，为避免测温传感器16或者温度控制器13失效，加热装置7进一步包括一辅助测温传感器27和警示器26；警示器26的输入端电连接辅助测温传感器27；辅助测温传感器27固定在加热板9上。
辅助测温传感器27实时监测所述加热板的温度，并将数据传输至所述警示器26；当测温传感器16、温度控制器13、继电器14均正常无损坏时，所述警示器26仅用于实时显示所述加热板的温度；当测温传感器16、温度控制器13或继电器14之一出现损坏时，所述警示器26显示温度并发出警报以提醒工作人员就位，实现手动关闭电源。
本实施例还提出了一种等离子刻蚀机的使用方法，包括以下步骤：
（1）测温传感器16感应陶瓷介质窗2的加热温度并传送数据至温度控制器13；当陶瓷介质窗2的温度达到温度控制器13设定的第一温度后，温度控制器13控制固态继电器14断开，加热电源15和温度控制器13之间的电路断开；辅助测温传感器27实时监测加热板9的温度，并将数据传输至警示器26；警示器26实时显示加热板9的温度。
（3）当陶瓷介质窗2的温度下降至设温度控制器13设定的第二温度时，温度控制器13控制固态继电器14闭合，供电电路19连通加热电源15和加热板9，加热板9对陶瓷介质窗2进行加热；辅助测温传感器27实时监测加热板9的温度，并将数据传输至警示器26；警示器26实时显示加热板9的温度；由此，实现对陶瓷介质窗2的温度控制。
（3）当温度控制器13和/或测温传感器16损坏时，警示器26显示温度并发出警报以提醒工作人员就位，实现手动关闭电源。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
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