CN105551925A - 干刻蚀装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种干蚀刻装置，相比于现有的干蚀刻装置，通过增加位于承受离子轰击的边缘保护板(71)下方的环形保护板(72)的厚度，或降低位于承受离子轰击的边缘保护板(71)下方的环形保护板(72)的材料的介电常数，利用基尔霍夫分压定律使得边缘保护板(71)表面的鞘层电压降低，从而能够减弱离子对边缘保护板(71)的轰击作用，延长边缘保护板(71)的使用寿命，增加干刻蚀装置的正常工作时间，减少维护成本。

Description

干刻蚀装置
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种干刻蚀装置。
背景技术
随着信息社会的发展，人们对显示设备的需求得到了增长，因而也推动了液晶面板行业的快速发展，面板的产量不断提升。蚀刻是制造薄膜晶体管液晶显示装置(ThinFirmTransistorLiquidCrystalDisplay，TFT-LCD)阵列基板过程中的一个重要制程。蚀刻工艺根据蚀刻剂的物理状态分为干蚀刻工艺和湿蚀刻工艺，干蚀刻工艺利用蚀刻气体进行蚀刻，湿蚀刻工艺利用蚀刻液体进行蚀刻。
如图1所示，现有的干蚀刻装置通常包括：真空腔(未图示)、设于所述真空腔内的上电极板(未图示)、与上电极板相对间隔设置的下电极板1、位于所述下电极板1下方用于承载下电极板1的绝缘板2、设于所述下电极板1上的静电吸附平台3、位于上、下电极板1之间的等离子体(Plasma)真空放电区(未图示)、及与上、下电极板相连的电源(未图示)，利用等离子体真空放电区内的高压电场互相作用所产生的等离子体来对设于静电吸附平台3上的晶元或玻璃基板4进行蚀刻。
由于当下电极板1和待蚀刻晶元或基板4的尺寸一样大小时，会导致待蚀刻晶元或基板4的边缘上方的等离子体的能量减少，导致待蚀刻晶元或基板4的蚀刻不均匀。为解决上述问题，通常在干蚀刻装置中，下电极板1的尺寸要大于待蚀刻晶元或基板4的尺寸。这种情况次下，为了防止等离子体与下电极板1导通，发生电弧放电而击伤下电极板1，图1所示的干蚀刻装置中还设置了与静电吸附平台3上表面平齐的边缘保护板(edgering)51、及设于边缘保护板(edgering)与下电极板1之间、遮蔽下电极板1与静电吸附平台3外缘周边的环形保护板(focusring)52。所述边缘保护板51的与环形保护板52的材料均采用绝缘的氧化铝陶瓷(CeramicAl2O3)，边缘保护板51的厚度设置为8mm，环形保护板52的厚度设置为22mm。
当真空腔中产生的等离子体接触到绝缘物体时，等离子体中的电子因为质量轻、移动速度快、活动剧烈，大量轻的、活动激烈的、带负电荷的电子附着在绝缘物体上，使绝缘物体带负电，当绝缘物体表面的负电位足够大时，其他带负电的电子受到排斥而无法接近，而带正电荷的离子则被吸引，使得真空腔内的绝缘物体表面的附近几乎没有电子，只有很多带正电荷的离子存在，形成像刀鞘一样的鞘层(Sheath)。从等离子体至鞘层再至绝缘体表面，会产生从正电位到负电位的变化，从等离子体到绝缘体表面会形成电位差，即鞘层电压(SheathVoltage)，促使离子运动加速，将对绝缘体表面产生碰撞轰击，即离子轰击(ionbombardment)。鞘层电压越高，离子轰击作用就越强。反应到图1所示的干蚀刻装置，边缘保护板51表面的鞘层电压高，离子对边缘保护板51的轰击作用强烈，离子轰击不仅产生微小颗粒，影响产品品质，也会导致边缘保护板51的厚度减薄，因此边缘保护板51的清洗频繁(约每蚀刻8000片基板清洗一次)、更换周期短(约3个月)，降低了干刻蚀装置的正常工作时间，增加了维护成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种干蚀刻装置，能够降低边缘保护板表面的鞘层电压，减弱离子对边缘保护板的轰击作用，延长边缘保护板的使用寿命，增加干刻蚀装置的正常工作时间，减少维护成本。
为实现上述目的，本发明提供了一种干蚀刻装置，包括：真空腔、设于所述真空腔内的绝缘板、设于所述绝缘板上的下电极板、设于所述下电极板上用于承载待蚀刻基板的静电吸附平台、与所述下电极板相对间隔设置的上电极板、与静电吸附平台上表面平齐的边缘保护板、及设于边缘保护板与下电极板之间、遮蔽下电极板与静电吸附平台外缘周边的环形保护板；
所述边缘保护板至少完全覆盖环形保护板；所述边缘保护板与环形保护板均绝缘；
所述环形保护板的厚度大于22mm或所述环形保护板的材料为介电常数小于9.9的低介电常数材料。
所述环形保护板的厚度为30～40mm。
优选的，所述环形保护板的厚度为40mm。
所述环形保护板的材料为介电常数等于3.5的低介电常数材料。
优选的，所述低介电常数材料为石英。
所述边缘保护板的材料为氧化铝陶瓷，厚度为8mm。
所述绝缘板的材料为聚四氟乙烯。
所述边缘保护板相对远离静电吸附平台的末端通过绝缘立柱进行支撑。
本发明的有益效果：本发明提供的一种干蚀刻装置，相比于现有的干蚀刻装置，通过增加位于承受离子轰击的边缘保护板下方的环形保护板的厚度，或降低位于承受离子轰击的边缘保护板下方的环形保护板的材料的介电常数，利用基尔霍夫分压定律使得边缘保护板表面的鞘层电压降低，从而能够减弱离子对边缘保护板的轰击作用，延长边缘保护板的使用寿命，增加干刻蚀装置的正常工作时间，减少维护成本。
附图说明
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图中，
图1为现有的干蚀刻装置的局部剖视图；
图2为本发明的干蚀刻装置的第一实施例的剖视图；
图3为本发明的干蚀刻装置的第二实施例的剖视图；
图4为本发明的干蚀刻装置中标示各部分厚度的示意图；
图5为图4的等效电路图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
本发明提供一种干蚀刻装置。图2所示为本发明的干蚀刻装置的第一实施例，包括：真空腔10、设于所述真空腔10内的绝缘板20、设于所述绝缘板20上的下电极板30、设于所述下电极板30上用于承载待蚀刻基板50的静电吸附平台40、与所述下电极板30相对间隔设置的上电极板60、与静电吸附平台40上表面平齐的边缘保护板71、及设于边缘保护板71与下电极板30之间、遮蔽下电极板30与静电吸附平台40外缘周边的环形保护板72。
所述边缘保护板71至少完全覆盖环形保护板72，即所述边缘保护板71在水平方向上的延伸长度要大于环形保护板72在水平方向上的延伸长度。
所述边缘保护板71与环形保护板72均绝缘。
为使对待蚀刻基板50的蚀刻均匀，所述下电极板30的尺寸要大于待蚀刻基板50的尺寸。所述边缘保护板71与环形保护板72的设置是为了防止在干蚀刻过程中，等离子体与下电极板30导通，发生电弧放电而击伤下电极板30，其中，所述边缘保护板71最先直接承受离子轰击。
在图2所示的本发明的干蚀刻装置的第一实施例中，设置所述环形保护板72的厚度大于22mm，相比于图1所示的现有的干蚀刻装置，环形保护板72的材料仍为氧化铝陶瓷，但厚度增加，利用基尔霍夫分压定律能够使得边缘保护板71表面的鞘层电压降低，从而能够减弱离子对边缘保护板71的轰击作用，延长边缘保护板71的使用寿命，增加干刻蚀装置的正常工作时间，减少维护成本。为了保证边缘保护板71表面的鞘层电压降低的较为明显，设置所述环形保护板72的厚度为30～40mm，优选为40mm。
具体地，所述边缘保护板71的材料为氧化铝陶瓷，厚度为8mm。
所述绝缘板20的材料为聚四氟乙烯(PTFE)。
所述边缘保护板71相对远离静电吸附平台40的末端通过绝缘立柱80进行支撑。
图2所示为本发明的干蚀刻装置的第二实施例，该第二实施例与第一实施例的区别在于，所述环形保护板72的厚度可以保持不变，但环形保护板72的材料变化，所述环形保护板72的材料的介电常数低于氧化铝陶瓷的介电常数(氧化铝陶瓷的介电常数为9.9)，即该第二实施例中所述环形保护板72的材料为介电常数小于9.9的低介电常数材料。
相比于图1所示的现有的干蚀刻装置，环形保护板72的材料的介电常数降低，利用基尔霍夫分压定律能够使得边缘保护板71表面的鞘层电压降低，从而能够减弱离子对边缘保护板71的轰击作用，延长边缘保护板71的使用寿命，增加干刻蚀装置的正常工作时间，减少维护成本。为了保证边缘保护板71表面的鞘层电压降低的较为明显，选取所述环形保护板72的材料为介电常数等于3.5的低介电常数材料，优选为石英。
当然，将第一实施例与第二实施例相结合，即既增大环形保护板72的厚度，同时又降低环形保护板72的材料的介电常数，同样能够实现使得边缘保护板71表面的鞘层电压降低，减弱离子对边缘保护板71的轰击作用，延长边缘保护板71的使用寿命，增加干刻蚀装置的正常工作时间，减少维护成本的发明目的。
请同时参阅图4与图5，根据基尔霍夫分压定律，在图5所示的等效电路图中：
Vpp×C＝V1×C1＝V2×C2＝V3×C3(1)
其中，Vpp为交流电压波峰与波谷的电压差值，C为总的等效电容；V1为鞘层电压，C1为鞘层等效电容；C2为边缘保护板等效电容，V2为边缘保护板的电压；C3为环形保护板等效电容，V3为环形保护板的电压；
根据(1)式可知：V1＝Vpp×C/C1，当交流电压波峰与波谷的电压差值Vpp和鞘层等效电容C1不变时，总的等效电容C越小，鞘层电压V1越小；
进一步地，C＝1/(1/C1+1/C2+1/C3)(2)
根据(2)式又可知，当鞘层等效电容C1和边缘保护板等效电容C2不变时，环形保护板等效电容C3越小，总的等效电容C越小；
进一步地，C1＝ε1×ε0×S/a(3)
其中，ε0为真空介电常数，ε1为鞘层的相对介电常数，S为边缘保护板承受离子轰击部分的表面积，a为鞘层厚度；
C2＝ε2×ε0×S/b(4)
其中，ε2为边缘保护板的相对介电常数，b为边缘保护板的厚度；
C3＝ε3×ε0×S/c(5)
其中，ε3为环形保护板的相对介电常数，c为环形保护板的厚度。
具体地，通常情况下鞘层的相对介电常数ε1约为5、鞘层厚度a约为10mm。
本发明的干蚀刻装置的第一、第二实施例与现有干蚀刻装置中的的鞘层电压比较：现有的干蚀刻装置中，边缘保护板的与环形保护板的材料均为氧化铝陶瓷，相对介电常数均为9.9，边缘保护板的厚度为8mm，环形保护板的厚度为22mm；本发明干蚀刻装置的第一实施例中边缘保护板71的与环形保护板72的材料均为氧化铝陶瓷，相对介电常数均为9.9，边缘保护板71的厚度为8mm，环形保护板72的厚度为40mm；本发明的干蚀刻装置的第二实施例中，边缘保护板71的材料仍为氧化铝陶瓷，相对介电常数为9.9，环形保护板72的材料为石英，相对介电常数为3.5，边缘保护板71的厚度为8mm，环形保护板72的厚度为22mm。经上述(1)-(5)计算可得：现有的干蚀刻装置、本发明的干蚀刻装置的第一实施例、和第二实施例的鞘层电压V1分别为：425V、280V、198V。验证了通过增加位于承受离子轰击的边缘保护板71下方的环形保护板72的厚度，或降低位于承受离子轰击的边缘保护板71下方的环形保护板72的材料的介电常数，能够使得边缘保护板71表面的鞘层电压V1降低，从而能够减弱离子对边缘保护板71的轰击作用，延长边缘保护板71的使用寿命，增加干刻蚀装置的正常工作时间，减少维护成本。
综上所述，本发明的干蚀刻装置，相比于现有的干蚀刻装置，通过增加位于承受离子轰击的边缘保护板下方的环形保护板的厚度，或降低位于承受离子轰击的边缘保护板下方的环形保护板的材料的介电常数，利用基尔霍夫分压定律使得边缘保护板表面的鞘层电压降低，从而能够减弱离子对边缘保护板的轰击作用，延长边缘保护板的使用寿命，增加干刻蚀装置的正常工作时间，减少维护成本。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种干蚀刻装置，其特征在于，包括：真空腔(10)、设于所述真空腔(10)内的绝缘板(20)、设于所述绝缘板(20)上的下电极板(30)、设于所述下电极板(30)上用于承载待蚀刻基板(50)的静电吸附平台(40)、与所述下电极板(30)相对间隔设置的上电极板(60)、与静电吸附平台(40)上表面平齐的边缘保护板(71)、及设于边缘保护板(71)与下电极板(30)之间、遮蔽下电极板(30)与静电吸附平台(40)外缘周边的环形保护板(72)；
所述边缘保护板(71)至少完全覆盖环形保护板(72)；所述边缘保护板(71)与环形保护板(72)均绝缘；
所述环形保护板(72)的厚度大于22mm或所述环形保护板(72)的材料为介电常数小于9.9的低介电常数材料。
2.如权利要求1所述的干蚀刻装置，其特征在于，所述环形保护板(72)的厚度为30～40mm。
3.如权利要求2所述的干蚀刻装置，其特征在于，所述环形保护板(72)的厚度为40mm。
4.如权利要求1所述的干蚀刻装置，其特征在于，所述环形保护板(72)的材料为介电常数等于3.5的低介电常数材料。
5.如权利要求4所述的干蚀刻装置，其特征在于，所述低介电常数材料为石英。
6.如权利要求1所述的干蚀刻装置，其特征在于，所述边缘保护板(71)的材料为氧化铝陶瓷，厚度为8mm。
7.如权利要求1所述的干蚀刻装置，其特征在于，所述绝缘板(20)的材料为聚四氟乙烯。
8.如权利要求1所述的干蚀刻装置，其特征在于，所述边缘保护板(71)相对远离静电吸附平台(40)的末端通过绝缘立柱(80)进行支撑。
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