CN107633991B

CN107633991B - 一种干法刻蚀设备

Info

Publication number: CN107633991B
Application number: CN201710853157.2A
Authority: CN
Inventors: 肖文欢
Original assignee: Wuhan China Star Optoelectronics Semiconductor Display Technology Co Ltd
Current assignee: Wuhan China Star Optoelectronics Semiconductor Display Technology Co Ltd
Priority date: 2017-09-20
Filing date: 2017-09-20
Publication date: 2019-10-11
Anticipated expiration: 2037-09-20
Also published as: CN107633991A

Abstract

本发明提供一种干法刻蚀设备，包括：由上腔体和下腔体密封形成的制程腔，用于执行电感耦合电浆模式下干法刻蚀工艺所需的各种制程反应；上腔体内设置有多个骨架和用于支撑所述骨架的悬挂柱，骨架之间形成空格，用于放置非导电性的诱电体；上腔体内还设置有天线线圈，用于形成交变电流，由交变电流诱导出交变磁场或电场并传递到所述下腔体，形成电感耦合模式下的高浓度电浆；设置在上腔体和下腔体之间并与诱电体紧密贴合的天板，述天板为镀有阳极氧化膜的铝阳极件。本发明将与电浆接触的天板设计为表面镀有阳极氧化膜的铝阳极件，改善了天板的机械性能和导热性能，使天板可实现高温控温，改善因生成物附着导致的刻蚀残留问题，延长生产维护周期。

Description

一种干法刻蚀设备

技术领域

本发明涉及屏幕显示技术领域，尤其涉及一种干法刻蚀设备。

背景技术

LTPS&OLED工艺中，金属层的Gate line（GE膜层，又称闸极电极）和Source-Drainline（SD膜层，又称栅极电极或源漏电极），其膜层结构为钼膜（Mo)或钥钨合金膜（MoW），和钛膜铝膜钛膜的叠层膜（Ti/Al/Ti）等。为了到达高分辨率产品的临界尺寸损失（CD loss）要求，通常使用ICP Mode（Inductively Coupled Plasma Mode，电感耦合电浆模式）的DryEtch工艺（干法刻蚀工艺），将光罩上的图案转移到膜层上。

传统的ICP Mode干法刻蚀机设备，制程腔（Process Chamber）的天板（Top Plate）为陶瓷件，其绝缘性可防止电浆（plasma）与铝制腔体导通发生电弧放电（arcing现象）。但是，陶瓷件的导热性能和机械强度较差，制程中温度控制一般≤80℃，否则陶瓷件会有破裂风险；同时容易附着大量的制程生成物，积累较多时会掉落到下来，使正在制程中的产品发生etching residue（刻蚀残留），进而影响产品良率，并缩短了制程腔的生产维护周期（PMcycle）。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种干法刻蚀设备，以改善其天板的机械性能和导热性能，使天板可实现高温控温，改善因生成物附着导致的刻蚀残留问题，延长生产维护周期。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种干法刻蚀设备，包括：

由上腔体和下腔体密封形成的制程腔，用于执行电感耦合电浆模式下干法刻蚀工艺所需的各种制程反应；

所述上腔体内设置有多个骨架和用于支撑所述骨架的悬挂柱，所述骨架之间形成空格，用于放置非导电性的诱电体；

所述上腔体内还设置有天线线圈，用于形成交变电流，由交变电流诱导出交变磁场或电场并传递到所述下腔体，形成电感耦合模式下的高浓度电浆；

设置在所述上腔体和所述下腔体之间并与所述诱电体紧密贴合的天板，所述天板为镀有阳极氧化膜的铝阳极件。

其中，当所述下腔体中形成的电浆接触到所述天板时，所述天板下方形成由带正电荷的离子构成的鞘层。

其中，鞘层电容C_sh通过下式计算：

C_sh=ε_sh×ε0×S/d

其中，ε0为真空介电常数，ε_sh 为鞘层的相对介电常数，S为所述天线线圈落在所述诱电体上的面积，d为鞘层厚度。

其中，天板电容C_top通过下式计算：

C_top=ε_top×ε0×S/c

其中，ε_top为天板的相对介电常数，ε0为真空介电常数，S为所述天线线圈落在所述诱电体上的面积，c为天板的厚度。

其中，诱电体电容C_die通过下式计算：

C_die=ε_die×ε0×S/b

其中，ε_die为诱电体的相对介电常数，ε0为真空介电常数，S为所述天线线圈落在所述诱电体上的面积，b为诱电体的厚度。

其中，所述天线线圈悬空在所述诱电体之上，在所述天线线圈与所述诱电体之间形成空气层，所述空气层之下依次为所述诱电体、所述天板和所述鞘层。

其中，自所述空气层至所述鞘层的总电容C_total通过下式计算：

C_total=1(1/C_sh+1/C_air+1/C_die+1/C_top)

其中，C_air为空气层电容。

其中，自所述空气层至所述鞘层的总电压与总电容的乘积、天板电压与天板电容的乘积、诱电体电压与诱电体电容的乘积、鞘层电压与鞘层电容的乘积、空气层电压与空气层电容的乘积均相等。

其中，所述诱电体的厚度为25-35毫米。

其中，所述天板的厚度为3-6毫米。

本发明实施例的有益效果在于：将与电浆接触的天板设计为表面镀有阳极氧化膜的铝阳极件，改善了天板的机械性能和导热性能，在不提高天板下方的鞘层电压的情况下，使天板可实现高温控温，改善因生成物附着导致的刻蚀残留问题，延长生产维护周期，并可使天板处理方式简单化，节省生产维护费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一种干法刻蚀设备的结构示意图。

图2是图1所示结构各层电压分压示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。

请参照图1所示，本发明实施例提供一种干法刻蚀设备，包括：

由上腔体1和下腔体2密封形成的制程腔，用于执行电感耦合电浆模式下干法刻蚀工艺所需的各种制程反应；

所述上腔体1内设置有多个骨架11和用于支撑所述骨架11的悬挂柱12，所述骨架11之间形成空格，用于放置非导电性的诱电体13；

所述上腔体1内还设置有天线线圈14，用于形成交变电流，由交变电流诱导出交变磁场或电场并传递到所述下腔体2，形成电感耦合模式下的高浓度电浆；

设置在所述上腔体1和所述下腔体2之间并与所述诱电体3紧密贴合的天板21，所述天板21为镀有阳极氧化膜的铝阳极件。

下腔体2侧壁也为铝阳极件22，底部为静电吸附下电极（ESD stage）23。天线线圈14为铜片组合成的环形线圈，一端连接顶部射频电极，一端连接一个电容器。静电吸附下电极23与底部射频电极相连。

本发明实施例将天板21设计为表面镀有阳极氧化膜的铝阳极件，相比于陶瓷材质，导热性能和抗电浆轰击能力显著提高，能够减少生成物附着和电浆轰击产生的坑点。

需要说明的是，ICP Mode的原理是让天线线圈（antenna coil）产生的磁场非导电性的陶瓷传递到制程腔中。如果天板使用导电性的铝制件，会在铝制件中形成诱导电流，有可能引起铝制件发热或ESD问题，因此现有技术均将天板设计为陶瓷材质。然而，发明人发现，天板的厚度较小（通常为3-6毫米），且其上的诱电体为陶瓷或石英制成，厚度通常为25-35毫米，将天板设计为表面镀有阳极氧化膜的铝阳极件，可以降低其内诱导电流的大小，同时提高了天板与制成腔之间的传热能力，实现天板高温化。

天板21的表面镀有阳极氧化膜，可以起到如陶瓷一样的绝缘作用。当下腔体2中形成的电浆接触到绝缘物体，电浆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，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，但因为离子质量大、移动速度慢，最终，下腔体2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。

从电浆——sheath——绝缘物体表面（即天板21表面），会产生从正电位到负电位的变化，从电浆到绝缘物体表面的电位差也就是鞘层电压（sheath voltage），促使离子运动加速，将对绝缘体表面产生碰撞轰击（-ion bombardment）。鞘层电压越大，离子轰击作用就越强（注意，离子所受到的吸引力=离子电荷量×sheath电场强度=离子质量×离子加速度是一定的，sheath电场强度即鞘层电压）。

由于本发明实施例改变了天板21的材质，因此需要考察在此情形下天板21下方的鞘层电压是否会发生变化。如图2所示，自上而下包括天线线圈14、天线线圈14与诱电体13之间的空气层（天线线圈14是悬空于诱电体13上）、诱电体13、天板21及鞘层210，各部分的电量是相同的，即：

V_RF×C_total=V_sh×C_sh=V_air×C_air= V_die×C_die= V_top×C_top

C_total=1(1/C_sh+1/C_air+1/C_die+1/C_top)

其中，V_RF是自空气层至鞘层的电压，V_sh是鞘层电压，V_air是空气层电压，V_die是诱电体电压，V_top是天板电压，相应地，C_total是自空气层至鞘层的电容，C_sh是鞘层电容，C_air是空气层电容，C_die是诱电体电容，C_top是天板电容。

鞘层电容C_sh通过下式计算：

C_sh=ε_sh×ε0×S/d

其中，ε0为真空介电常数，数值为8.85E12，ε_sh 为鞘层的相对介电常数，数值约为5，S为天线线圈14落在诱电体13上的面积，近似为4E-3 m²，d为鞘层210厚度，约10毫米。

诱电体电容C_die通过下式计算：

C_die=ε_die×ε0×S/b

其中，ε_die为诱电体的相对介电常数，ε0为真空介电常数，数值为8.85E12，S为天线线圈14落在诱电体13上的面积，近似为4E-3 m²，b为诱电体13的厚度，为30毫米。

天板电容C_top通过下式计算：

C_top=ε_top×ε0×S/c

其中，ε_top为天板21的相对介电常数，ε0为真空介电常数，数值为8.85E12，S为天线线圈14落在诱电体13上的面积，近似为4E-3 m²，c为天板21的厚度，为5毫米。

按通常的干法刻蚀设备的设计，诱电体为石英（相对介电常数约3.75）或陶瓷（相对介电常数约9.8），厚度为30毫米，天板厚度5毫米，则根据基尔霍夫（Kirchhoff）分压定律可计算出天板21表面的鞘层电压大小，如下表所示：

其中，表中所指现有技术是指天板21为陶瓷，本发明是指天板21为表面镀有阳极氧化膜的铝阳极件。从中可以看出，天板21的材质由陶瓷变更为表面镀有阳极氧化膜的铝阳极件，介电常数增加（从9.8增加至22），但天板21下方的鞘层电压基本无变化：天板材质为陶瓷时，鞘层电压V_sh为396V，天板材质为表面镀有阳极氧化膜的铝阳极件时，鞘层电压V_sh为398V。由此可见，本发明将天板21的材质变更后，其下方的鞘层电压并无变化，材质的改变没有带来负面影响，反而在机械性能和导热性能上得到了提高。

通过上述说明可知，本发明实施例的有益效果在于：将与电浆接触的天板设计为表面镀有阳极氧化膜的铝阳极件，改善了天板的机械性能和导热性能，在不提高天板下方的鞘层电压的情况下，使天板可实现高温控温，改善因生成物附着导致的刻蚀残留问题，延长生产维护周期，并可使天板处理方式简单化，节省生产维护费用。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种干法刻蚀设备，其特征在于，包括：

设置在所述上腔体和所述下腔体之间并与所述诱电体紧密贴合的天板，所述天板为镀有阳极氧化膜的铝阳极件，

当所述下腔体中形成的电浆接触到所述天板时，所述天板下方形成由带正电荷的离子构成的鞘层，所述天线线圈悬空在所述诱电体之上，在所述天线线圈与所述诱电体之间形成空气层，所述空气层之下依次为所述诱电体、所述天板和所述鞘层。

2.根据权利要求1所述的干法刻蚀设备，其特征在于，鞘层电容C_sh通过下式计算：

C_sh＝ε_sh×ε0×S/d

其中，ε0为真空介电常数，ε_sh为鞘层的相对介电常数，S为所述天线线圈落在所述诱电体上的面积，d为鞘层厚度。

3.根据权利要求2所述的干法刻蚀设备，其特征在于，天板电容C_top通过下式计算：

C_top＝ε_top×ε0×S/c

4.根据权利要求3所述的干法刻蚀设备，其特征在于，诱电体电容C_die通过下式计算：

C_die＝ε_die×ε0×S/b

5.根据权利要求4所述的干法刻蚀设备，其特征在于，自所述空气层至所述鞘层的总电容C_total通过下式计算：

C_total＝1(1/C_air+1/C_die+1/C_top+1/C_sh)

其中，C_air为空气层电容。

6.根据权利要求5所述的干法刻蚀设备，其特征在于，自所述空气层至所述鞘层的总电压与总电容的乘积、天板电压与天板电容的乘积、诱电体电压与诱电体电容的乘积、鞘层电压与鞘层电容的乘积、空气层电压与空气层电容的乘积均相等。

7.根据权利要求1-6任一项所述的干法刻蚀设备，其特征在于，所述诱电体的厚度为25-35毫米。

8.根据权利要求7所述的干法刻蚀设备，其特征在于，所述天板的厚度为3-6毫米。