TW201523689A - 用於汽相蝕刻和清洗的電漿處理設備 - Google Patents

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Gyoo-Dong Kim
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Abstract

所揭示者係用於汽相蝕刻和清洗的電漿處理設備，包括反應器本體，被建構來處理待處理基板；在該反應器本體中的直接電漿產生區域，製程氣體係流入該直接電漿產生區域，且電漿係在該直接電漿產生區域中直接被誘導以解離該製程氣體；電漿誘導組件，被建構來誘導該直接電漿產生區域中之電漿；擴散板，被建構來在該直接電漿產生區域中均勻地擴散該流動的製程氣體；於該反應器本體中之混合區域，其中由該直接電漿產生區域所流動的製程氣體係與由該反應器本體外側所流動之汽化氣體混合，以形成反應物種；第一氣體分佈擋板，其被設置在該直接電漿產生區域與該混合區域之間，且具有複數第一穿透孔；於該反應器本體中的基板處理區域，其中待處理基板係藉由從該混合區域流動的反應物種所處理；及第二氣體分佈擋板，其被設置在該混合區域與該基板處理區域之間，且具有複數貫通的第二穿透孔，該等反應物種係經過該等第 二穿透孔流入該基板處理區域。用於本發明之汽相蝕刻和清洗的電漿處理設備能以所產生之反應物種處理該待處理基板，而不會電漿損壞。再者，本發明具有一優點，即當清洗該待處理基板時無殘餘的產物，且其選擇性係高的。再者，用於該待處理基板上之汽相清洗，該待處理基板的表面可藉由均勻地供給該汽化氣體被均勻地清洗。該汽化氣體之溫度可使用設置在該氣體分佈擋板中的電熱線被控制，以注入該汽化氣體。再者，既然沒有電漿損壞，該待處理基板可甚至在微圖案製程中被處理。再者，既然製程氣體經過該擴散板均勻地擴散進入該室，電漿可被均勻地產生。既然其可為可能均勻地產生大尺寸電漿，該基板可被均勻地處理，甚至在處理大尺寸基板以及小基板的案例中。再者，其可為可能藉由控制該擴散板之安裝間隙來控制該製程氣體的擴散程度。再者，該製程氣體之壽命增加，以致氣體分解率增加，且蝕刻量增加。再者，既然其係可能選擇靜電方法或真空方法，以取決於該基板處理製程用該併合夾頭支撐該基板，基板固定方法可取決於製程大氣及環境被選擇。再者，萬一該一方法無效，其係可能選擇另一方法來固定該基板，以致萬一故障時，其係不需要停止該基板處理製程或替換該夾頭。再者，有生產力增加及維修與生產之成本減少的效果。

Description

用於汽相蝕刻和清洗的電漿處理設備
本發明有關用於汽相蝕刻和清洗的電漿處理設備，且更明確地是有關用於汽相蝕刻和清洗之電漿處理設備，其能夠藉由造成待處理之基板的表面之薄膜上的直接反應、直接地使用具有高反應性之原子或分子，選擇性地清洗待處理的基板之表面。
半導體裝置係具有儲存、放大及交換電信號的功能之有效電子裝置，其係拉高系統及服務工業的附加價值及基於高整合、高效能及低耗電量來引導數位資訊時代之核心部份。
該半導體製造製程可大致上被分成預先製程(晶圓處理製程)及後製程(組裝製程及測試製程)，且預先製程設備之市場佔有率係約75%。濕式清洗設備及被稱為電漿蝕刻法之乾燥蝕刻法的設備之市場佔有率係總共22.6%，形成該第二最大市場。於該半導體製造製程中，零件及電連接該零件的電路被製成為一圖案(電路設計)，且接著在該半 導體中之複數層的薄膜上描繪。在此案例，蝕刻製程係移去該薄膜所形成之基板(晶圓)上的不需要部份，藉此暴露該電路圖案。該蝕刻製程被分成使用電漿之乾燥蝕刻製程及使用清洗溶液的濕式蝕刻製程。
該乾燥蝕刻製程係一製程，其中物理及化學蝕刻係用藉由電漿所造成之離子通量的直立入射微粒所施行。據此，當該裝置設計變得越來越小時，在此發生一問題，其中該圖案係取決於製程而受損壞。該濕式製程係已一般被使用達一段很長時間的技術，其中該晶圓表面上之不需要部份係藉由將該晶圓浸入以清洗溶液填充的容器、或將該清洗溶液噴灑在該晶圓表面上同時在預定速率轉動該晶圓所移去。然而，該濕式製程亦具有在此發生巨大數量之廢水的缺點，且其係難以控制清洗溶液之數量及清洗均勻性。再者，萬一為各向異性蝕刻，比較於該意欲之設計，在清洗之後的圖案可為較大或較小，以致其變得難以處理細微圖案。
近來，因用於高速裝置及大容量記憶體裝置被增加之需要，該半導體晶片之單元裝置的尺寸變得越來越小。據此，該晶圓表面上所形成之圖案間隙變得越來越狹窄，且裝置的閘極絕緣膜之厚度變得越來越薄。因此，一些在該傳統半導體製程中不會發生或不重要的問題正顯現。在它們之中，藉由電漿所造成之典型問題係電漿損壞。於特性及可靠性中，該電漿損壞在所有製程中影響包括電晶體的裝置，其中當該半導體裝置變得小型化時，該晶圓表面被 暴露。藉由電漿所造成之電荷的薄膜損壞通常發生在該蝕刻製程中。該電漿損壞係在該乾燥蝕刻製程或該濕式蝕刻製程中發生之問題，藉此需要努力解決之。
再者，當待處理基板之尺寸變得較大時，其係需要具有一努力，以提供均勻的電漿。
作為支撐件以固定該待處理的基板之傳統夾頭係於使用靜電力的靜電夾頭(ESC)方法、及使用真空力之真空夾頭方法的任何一者中被驅動。簡短地敘述每一方案，該真空夾頭方法係最常被使用，其中為了進行半導體製造製程，待處理基板被安裝在該真空夾頭的上表面上，且藉由吸入空氣而被固定至該上表面。該真空夾頭方法萬一在真空環境中施行該半導體製程有問題，該吸入空氣之真空力變弱，以致其係難以固定該待處理基板。該靜電夾頭方法被使用於使用靜電力來固定該待處理基板。於該靜電夾頭方法中，藉由該待處理基板及夾子間之接觸所造成的微粒污染能被減至最小，且該待處理基板能被防止變形。再者，有與該真空夾頭方法不同之優點，該待處理基板能使用該靜電力被固定，而不管室中的大氣。
上述靜電夾頭及真空夾頭在該靜電夾頭方法及真空夾頭方法之任何一者中操作，以固定該待處理基板。
因此，該製程應取決於被安裝在該製程室中之夾頭而進展有一限制。譬如，於在其中具有真空夾頭的製程室中，其係難以施行真空大氣之製程。再者，既然該製程係在一方法中施行，當一問題隨著夾頭發生時，發生有一情 狀，即該製程應停止或該夾頭應被替換，以致生產效率變得減少，且修理成本變高。
由於該上面，本發明之目的係提供用於汽相蝕刻及清洗之電漿設備，其能夠藉由在該待處理基板之表面的薄膜上造成直接反應來清洗待處理基板的表面，藉此沒有電漿損壞。
本發明之另一目的係提供用於汽相蝕蝕刻及清洗之電漿處理設備，其能夠藉由均勻地擴散製程氣體來形成均勻的電漿。
根據本發明之態樣，提供有用於汽相蝕刻及清洗之電漿處理設備。按照本發明用於汽相蝕刻及清洗的電漿處理設備包括反應器本體，被建構來處理待處理基板；在該反應器本體中的直接電漿產生區域，製程氣體係流入該直接電漿產生區域，且電漿係在該直接電漿產生區域中直接被誘導以解離該製程氣體；電漿誘導組件，被建構來將電漿誘導進入該直接電漿產生區域；擴散板，被建構來在該直接電漿產生區域中均勻地擴散該流動的製程氣體；於該反應器本體中之混合區域，其中由該直接電漿產生區域流來的製程氣體係與由該反應器本體外側流來之汽化氣體混合，以形成反應物種；第一氣體分佈擋板，其被設置在該直接電漿產生區域與該混合區域之間，且具有複數第一穿透孔；於該反應器本體中的基板處理區域，其中待處理基 板係藉由從該混合區域流來的反應物種所處理；及第二氣體分佈擋板，其被設置在該混合區域與該基板處理區域之間，且具有複數貫通的第二穿透孔，該等反應物種係經過該等第二穿透孔流入該基板處理區域。
再者，該擴散板可包括固定棒，被建構來安裝該擴散板；及分佈板，被塑造成盤形，其係連接至該固定棒，以面向該製程氣體所流經之氣體注入孔，以擴散該製程氣體。
再者，該分佈板可包括複數穿透孔。
再者，該第二氣體分佈擋板可包括複數汽化氣體注入孔，以將該汽化氣體注射至該混合區域。
再者，該第一及第二氣體分佈擋板的至少一者可包括電熱線。
再者，該電漿誘導組件可包括冷卻通道。
再者，該汽化氣體可為汽化的H2O。
再者，該電漿處理設備可包括：
本體部份，被建構成具有一在上表面上的介電層，該待處理基板被安裝在該上表面上；一或多個電極單元，其被裝備在該本體部份中，且藉由所施加之電壓來驅動；及基板支撐件，其包括一或多個形成在該本體部份中的併合線路，其將與該被安裝之待處理基板接觸，其中該待處理基板藉由驅動該電極單元或經過該併合線路吸入空氣而被固定至該本體部份。
再者，該基板支撐件可為由聚醯亞胺所形成。
再者，本發明之電漿處理設備可包括藉由將該複數併合線路連接至該介電層所形成的冷凍劑循環路徑，其中當該待處理基板係藉由驅動該電極單元所固定時，用於該待處理基板之冷凍劑被循環經過該併合線路及冷凍劑循環路徑。
根據本發明之另一態樣，提供有用於汽相蝕刻和清洗的電漿處理設備，包括：反應器本體，被建構來處理待處理基板；在該反應器本體中的直接電漿產生區域，製程氣體係流入該直接電漿產生區域，且電漿係在該直接電漿產生區域中直接被誘導以解離該製程氣體；電漿誘導組件，被建構來誘導該直接電漿產生區域中之電漿；擴散板，被建構來均勻地擴散來自該直接電漿產生區域之流動的製程氣體；於該反應器本體中之基板處理區域，其中由該直接電漿產生區域流來的製程氣體係與由該反應器本體外側流來之汽化氣體混合，以形成反應物種，且該待處理基板係藉由該反應物種所處理；及氣體分佈擋板，其被設置在該直接電漿產生區域與該基板處理區域之間，且具有複數穿透孔，以均勻地分佈該電漿。
再者，該擴散板可包括固定棒，被建構來安裝該擴散板；及分佈板，被塑造成盤形，其係連接至該固定棒，以面向該製程氣體所流經之氣體注入孔，以擴散該製程氣體。
再者，該分佈板可包括複數穿透孔。
再者，該氣體分佈擋板可包括複數汽化氣體注入孔， 以將由外側流來之汽化氣體注射進入該基板處理區域。
再者，該氣體分佈擋板可包括電熱線。
再者，該電漿誘導組件可包括冷卻通道。
再者，該汽化氣體可為汽化的H2O。
再者，該電漿處理設備可包括本體部份，被建構成具有一在上表面上的介電層，該待處理基板被安裝在該上表面上；一或多個電極單元，其被裝備在該本體部份中，且藉由所施加之電壓來驅動；及基板支撐件，其包括一或多個形成在該本體部份中的併合線路，以與該被安裝之待處理基板接觸，其中該待處理基板藉由驅動該電極單元或經過該併合線路吸入空氣而被固定至該本體部份。
再者，該基板支撐件可為由聚醯亞胺所形成。
再者，本發明之電漿處理設備可另包括藉由將該複數併合線路連接至該介電層所形成的冷凍劑循環路徑，其中當該待處理基板係藉由驅動該電極單元所固定時，用於該待處理基板之冷凍劑被循環經過該併合線路及冷凍劑循環路徑。
按照本發明，根據用於蒸氣蝕刻及清洗的電漿設備，其可形成反應物種及處理該待處理基板，藉此沒有任何電漿損壞地處理該待處理基板。再者，其具有當清洗該待處理基板時不會發生任何副產物及選擇性為高之優點。再者，藉由以用於該汽相清洗的汽化氣體提供該待處理基 板，該待處理基板之表面可被均勻地處理。該汽化氣體的溫度可使用設置在氣體分佈擋板之電熱線被控制，以注射該汽化氣體。再者，既然沒有電漿損壞，該待處理基板可甚至在該微圖案處理製程中被處理。再者，既然製程氣體經過擴散板均勻地擴散進入該製程室，電漿均勻地產生。既然其係可能均勻地產生大面積電漿，於小尺寸基板以及小尺寸基板中，基板的均勻處理可為可能的。再者，其可為可能藉由控制擴散板之安裝間隙來控制製程氣體的擴散程度。再者，製程氣體之壽命係增加，以致氣體分解率係增加，且接著蝕刻數係增加。再者，既然併合夾頭被另包括，且接著其可為可能取決於基板處理製程來選擇靜電方法或真空方法以支撐基板，其可為可能取決於製程大氣及環境來選擇基板固定方法。再者，當該設備發生故障時，既然如果一方法並非立即可用，另一方法可被選擇以固定該基板，該基板處理製程不能被停止或該夾頭不能被替代。再者，有該生產力變得增加及修理與生產成本變得減少的效果。
1‧‧‧待處理基板
2‧‧‧基板支撐件
3‧‧‧電源
4‧‧‧直流電源
5‧‧‧阻抗匹配器
6‧‧‧偏壓電源
7‧‧‧阻抗匹配器
10‧‧‧電漿處理設備
12‧‧‧反應器本體
14‧‧‧氣體入口
15‧‧‧製程氣體供給
16‧‧‧氣體出口
17‧‧‧排氣幫浦
20‧‧‧電容性耦合電極組件
21‧‧‧地面
22‧‧‧第一電極
22a‧‧‧突出部份
24‧‧‧第二電極
24a‧‧‧電源電極
24b‧‧‧絕緣體
26‧‧‧冷卻通道
27‧‧‧冷卻水供給
28‧‧‧介電窗口
30‧‧‧氣體注入頭
32‧‧‧氣體注入孔
40‧‧‧第一氣體分佈擋板
42‧‧‧第一穿透孔
50‧‧‧第二氣體分佈孔
51‧‧‧汽化氣體注入孔
52‧‧‧第二穿透孔
53‧‧‧汽化氣體供給路線
56‧‧‧汽化氣體供給
57‧‧‧電源
60‧‧‧舉升栓銷
62‧‧‧舉升栓銷驅動器
72‧‧‧排氣孔
74‧‧‧排氣擋板
75‧‧‧排氣區域
80‧‧‧擴散板
82‧‧‧固定棒
84‧‧‧分佈板
86‧‧‧穿透孔
87‧‧‧塞子
88‧‧‧塞子固定構件
100‧‧‧基板支撐件
102‧‧‧本體部份
104‧‧‧舉升栓銷
106‧‧‧併合線路
107‧‧‧冷凍劑循環路徑
108‧‧‧介電層
110‧‧‧控制器
112、114‧‧‧第一及第二電極單元
113‧‧‧介電單元
120‧‧‧靜電夾頭電源
130‧‧‧真空幫浦
132‧‧‧壓力測量感測器
140‧‧‧切換閥
150‧‧‧冷凍劑供給
152‧‧‧流量測量感測器
154‧‧‧流量控制閥
200、210‧‧‧直接電漿產生區域
220‧‧‧混合區域
230‧‧‧基板處理區域
本發明之上面及其他目的與特色將由會同所附圖面所給與之具體實施例的以下敘述而變得明顯，其中：
圖1係視圖，說明按照本發明之第一具體實施例的電漿處理設備。
圖2係視圖，說明圖1所示電容性耦合電極組件之簡 化結構。
圖3係平面視圖，說明第二氣體分佈擋板的低部。
圖4係平面視圖，說明第二氣體分佈擋板之頂部。
圖5係平面視圖，說明擴散板。
圖6係流程圖，說明使用按照第一具體態樣的電漿處理設備之電漿處理方法。
圖7係曲線圖，根據擴散板間隙說明電漿均勻性。
圖8係視圖，說明按照本發明之第二具體實施例的電漿處理設備。
圖9係流程圖，說明使用按照第二具體態樣的電漿處理設備之電漿處理方法。
圖10係按照本發明之較佳具體態樣的併合夾頭之平面視圖。
圖11係圖10所示併合夾頭的剖視圖。
圖12係流程圖，說明併合夾頭之操作方法。
在下文，本發明的較佳具體態樣將參考所附圖面被詳細地敘述，以致本發明能被那些熟諳此技術領域者所輕易地了解。本發明之具體態樣可在變化性的形式中被修改，且本發明之範圍將不被解釋為受限於下面所敘述之具體態樣。對於那些熟諳此技術領域者，本發明之具體態樣被提供來充分地敘述它們。據此，該圖面中之元件與類似者等的形狀可被誇大，以強調清楚說明。應注意的是每一圖示 中之相同零件可藉由相同參考數字所辨識。為了清楚及簡明，熟知的功能及結構之敘述亦被省略。
圖1係視圖，說明按照本發明之第一具體態樣的電漿處理設備。
參考圖1，根據本發明之電漿處理設備10包含反應器本體12、電容性耦合電極組件20、第一氣體分佈擋板40、第二氣體分佈擋板50、擴散板80及電源3。該反應器本體12包括基板支撐件2，待處理基板1被設置在該基板支撐件中。該反應器本體12具有在該反應器本體12的頂部上之氣體入口14，用於電漿處理的製程氣體係經過該氣體入口被供給，且由製程氣體供給15所供給之製程氣體經過該氣體入口14被供給進入該反應器本體12。該氣體入口14具有包括複數氣體注入孔32的氣體注入頭30，製程氣體可經過該氣體注入孔直接地被供給進入該電漿產生區域200。該氣體注入頭30被連接至該氣體入口14，以致該製程氣體在介電窗口28下方被注射。該反應器本體12具有形成在該反應器本體12的底部上之氣體出口16，該氣體出口16被連接至排氣幫浦17。排氣區域75被形成在該反應器本體12之下，其中排氣孔72被形成環繞該基板支撐件2。該排氣孔72可具有連續打開形狀或係由複數穿透孔所形成。再者，該排氣區域75包括一或多個排氣擋板74，以均勻地排出廢氣。
該反應器本體12可由金屬材料、諸如鋁、不鏽鋼及銅所製成。再者，其可為由金屬塗層、譬如陽極處理之鋁 或鍍鎳的鋁所製成。再者，其可為由耐火金屬所製成。當作另一選擇，其可為可能完全或局部地製造電絕緣材料、諸如石英及陶瓷之反應器本體12。如此，該反應器本體12可為由適合施行意欲的電漿製程之任何材料所製成。該反應器本體12可具有取決於該待處理基板1及適合產生均勻的電漿之結構、例如、圓形結構、正方形結構、及任何其他結構。
該待處理基板1可為晶圓基板、玻璃基板及塑膠基板，其係意欲製造各種設備、諸如半導體裝置、顯示設備及太陽能電池。半導體裝置，一顯示裝置及一太陽能電池。該基板支撐件1可被連接至偏壓電源6。再者，供給彼此不同之射頻功率的二偏壓電源係經過阻抗匹配器7電連接至該基板支撐件2，藉此使該基板支撐件2偏向。再者，該基板支撐件2可在具有零電位而未供給以該偏壓功率之結構中被修改及具體化。該基板支撐件2具有被連接至舉升栓銷驅動器62的舉升栓銷60，該舉升栓銷60被使用於上下運動該待處理基板1，同時支撐該待處理基板1。該基板支撐件2可具有加熱器。
該電容性耦合電極組件20被安裝在該反應器本體12之頂部上，以形成該反應器本體12的頂板。該電容性耦合電極組件20包含被連接至地面21之第一電極22及被連接至該電源3的第二電極24，以供給以射頻功率。該第一電極22形成該反應器本體12之頂板，其被連接至該地面21。該第一電極22被形成板狀，且具有在預定間隙 彼此分開之突出部份22a，及形成突出至該反應器本體12的內側。該第一電極22具有在其中心之氣體入口14。該第二電極24被安裝於該突出部份22a之間，其係在預定間隙與該第一電極22分開。該第二電極24係局部地插入該第一電極22，藉此被安裝在其中。在此，該第二電極24由被連接至該電源3以便被供給以射頻功率的電源電極24a、及該電源電極24a被安裝在其上且被插入該第一電極22及安裝在其中之絕緣體24b所組成。該絕緣體24b可被形成完全地蓋住該電源電極24a。該第一及第二電極22及24進入該電漿產生區域直接地產生電容性耦合電漿。雖然該電容性耦合電極組件20在本發明中被使用於誘導電漿，射頻天線亦可被使用於一結構中，以產生誘導耦合電漿。該電源3經過阻抗匹配器5被連接至該第二電極24，以提供該射頻電源。該第二電極24可被選擇性地連接至該直流電源4。
該擴散板80係由陶瓷系列所形成，且於該直接電漿產生區域200中均勻地擴散流入該反應器本體12的製程氣體。該擴散板80被安裝於板形中，而待與該氣體注入頭300分開及面向它。流經該氣體注入頭30之製程氣體被集中於該直接電漿產生區域200的中心，且接著藉由該擴散板80被擴散進入邊緣區域。然後，該製程氣體之總殘餘時間係在該直接電漿產生區域200中增加，以致分解率變得增加。經過該氣體注入頭30被注射及不被分解的製程氣體係集中在該直接電漿產生區域200的中心中。該 製程氣體係擴散經過該擴散板80及藉由電漿所分解，以致其係不可能均勻地產生電漿。再者，作為蝕刻目標之SiO2的蝕刻量係增加。
圖2係視圖，說明圖1所示電容性耦合電極組件之簡化結構。
參考圖2，該電容性耦合電極組件20具有被連接至地面的第一電極22及被連接至該電源3之第二電極24，每一電極被螺旋狀地形成。該第一電極22的突出部份22a及該第二電極24之電源電極24a係在預定間隙中彼此分開，每一電極被形成螺旋形狀。該第二電極24的電源電極24a及該第一電極22之突出部份22a面向彼此，而在其間保持恆定的間隙，以致其可為可能產生均勻之電漿。在此，該第一及第二電極22及24亦可被平行或以各種結構配置。雖然本發明的第一及第二電極22及24被以長方形之形狀說明，它們可被改變至各種形式、諸如三角形及圓形。
在該電容性耦合電極組件20及該第二氣體分佈擋板40之間有介電窗口。該介電窗口28係耐電漿損壞的，並可被半永久地使用。
再次參考圖1，該第二氣體分佈擋板50係一組成物，以將該汽化氣體分佈至該混合區域220，其被設置在該基板支撐件2之上。該第二氣體分佈擋板50係由複數第二穿透孔52及複數汽化氣體注入孔51所組成，每一個第二穿透孔形成穿透該第二氣體分佈擋板，且該複數汽化 氣體注入孔被形成於設置在該第二氣體分佈擋板50內側的汽化氣體供給路線53中。該汽化氣體注入孔51被形成，以將氣體注射至放在該第二氣體分佈擋板50上之混合區域220。該第二氣體分佈擋板50在其中具有汽化氣體供給路線53，以運動該汽化氣體，且複數汽化氣體注入孔51被形成在該汽化氣體供給路線53中。該汽化氣體可經過一或多個氣體注入噴嘴被由該汽化氣體供給來源56直接地供給至該混合區域220、或可經過該汽化氣體供給路線53之汽化氣體注入孔51被供給至該混合區域220。
該反應器本體12可另包括第一氣體分佈擋板40，以於該直接電漿產生區域200中均勻地分佈該電漿。該第一氣體分佈擋板40被設置在該直接電漿產生區域200及該混合區域220之間，且均勻地分佈該製程氣體，該製程氣體藉由經過形成穿透該處之複數第一穿透孔42的電漿被解離。在該直接電漿產生區域200中產生之電漿解離流入該室的製程氣體，且接著經過該第一氣體分佈擋板40均勻地分佈該製程氣體進入該混合區域220。在此時，該汽化氣體經過該第二氣體分佈擋板50之汽化氣體注入孔51被均勻地供給至該混合區域220，且接著與該被解離的製程氣體混合，以形成反應物種。所形成之反應物種被均勻地分佈進入該基板處理區域230，該待處理基板1係在該基板處理區域中被處置經過該第二氣體分佈擋板50的第二穿透孔52。分佈經過該第二穿透孔42之反應物種隨同 該待處理基板1的殘餘物被吸入，且接著於該熱製程中被移去。於此一方法中之清洗被稱為汽相蝕刻。
該汽相清洗係具有濕式清洗及乾燥蝕刻之兩者優點的清洗方法，其造成該待處理基板1之表面的薄膜及於低溫真空室中具有高反應性的原子或分子間之直接反應，藉此產生選擇性蝕刻及清洗。該汽相清洗具有其選擇性為高的優點，清洗之數量被輕易地控制，且沒有電漿損壞。再者，該汽相清洗具有另一優點，其通常不會產生殘餘產物，且該殘餘產物可使用比較於該濕式清洗為簡單之方法被移去，雖然它們被製成。在該混合區域中形成該反應物種之後，既然該反應物種被分佈至該待處理基板1被放置的基板處理區域230，該電漿與汽化氣體間之反應可被更有效率地施行，且該反應物種經過該第二氣體分佈擋板50的第二穿透孔52被均勻地分佈，藉此該待處理基板1可被完全及均勻地處理。
形成該反應物種之氣體可為汽化水(H2O)。產生電漿的主要蝕刻劑氣體可為NF3、CF4(氟系列)，且載體氣體可為He、Ar、N2等(惰性氣體)。較佳地係，每一製程中之壓力可為數個毫托至數百托。
該第一及第二氣體分佈擋板40及50可另具有電熱線當作加熱機構，以控制溫度。在此，該加熱機構可被形成在第一及第二分佈擋板40及50兩者中、或於它們的任何一者中。尤其，在該第二氣體分佈擋板50中所形成之電熱線係由該電源57供給電力，且持續通過該汽化氣體供 給裝置53供給熱至該汽化水H2O，以致該汽化水H2O在蒸氣狀態中抵達該待處理基板1，而未被液化。再者，該第二氣體分佈擋板50可另具有感測器，以測量該汽化氣體的溫度。
該電漿處理設備10可具有在被連接至該地面21之第一電極22內側的冷卻通道26。該冷卻通道26可為設有來自冷卻水供給27之冷卻水、及減少過熱的第一電極22之溫度，藉此保持恆定的溫度。
圖3係平面視圖，說明第二氣體分佈擋板的低部，且圖4係平面視圖，說明第二氣體分佈擋板之頂部。
參考圖3及4，該第二氣體分佈擋板50的第二穿透孔52被形成經過該第二氣體分佈擋板50。反而，該汽化氣體注入孔51被形成在該汽化氣體供給路線53之頂部中，該汽化氣體供給路線被形成在該第二氣體分佈擋板50內側、亦即被形成在該第二氣體分佈擋板50的頂部中。因此，該第二穿透孔52及該汽化氣體注入孔54可在該第二氣體分佈擋板50之頂部中被識別，且該第二穿透孔52僅只可在該第二氣體分佈擋板50的底部上被識別。該第二穿透孔52及該汽化氣體注入孔51之尺寸可為彼此完全相同或不同。再者，該汽化氣體注入孔51及該第二穿透孔52可遍及該第二氣體分佈擋板50被均勻地形成，以致其可為可能均勻地分佈該電漿及均勻地注射該汽化氣體。
圖5係平面視圖，說明擴散板。
參考圖5，擴散板80係由連接至該氣體注入頭30的固定棒82及分佈板84所形成，該分佈板被塑形於一板件中，且被連接至該固定棒82。由該反應器本體12的中心中所安裝之氣體注入頭30所供給的製程氣體環繞地擴散，同時撞擊該分佈板84。因此，集中及形成在該直接電漿產生區域200的中心之電漿可被完全及均勻地形成在該直接電漿產生區域200中。
該分佈板84可為由一沒有穿透孔的板件所形成、或可具有複數穿透孔86。該製程氣體可藉由該分佈板84擴散，且接著在下方分佈經過該複數穿透孔86。該穿透孔86之總數可藉由將節流板87及節流板固定構件88插入該穿透孔86及蓋住該複數穿透孔86而被控制。雖然其較佳的是具有於64Φ±10Φ中之分佈板84的直徑，其形狀及尺寸可取決於該氣體注入頭30之形狀而被控制。
圖6係流程圖，說明按照第一具體態樣使用電漿處理設備的電漿處理方法。
參考圖6，由該製程氣體供給15所供給之製程氣體經過該電漿處理設備10的氣體注入頭30被供給至該直接電漿產生區域200(S100)。所供給之製程氣體藉由該擴散板80均勻地擴散於該電漿產生區域200中(S110)。該直接電漿產生區域200中所產生的電漿經過該第一氣體分佈擋板40被分佈進入該混合區域220(S120)。該汽化氣體被直接地供給或經過該第二氣體分佈擋板50之汽化氣體注入孔51，藉此形成反應物種(S130)。所形成的反應物種係 由該混合區域220經過該第二氣體分佈擋板50之第二穿透孔52分佈至該基板處理區域230，該待處理基板1被安裝在該基板處理區域上(S140)。該待處理基板1係以分佈於該混合區域220中之反應物種來處理。
圖7係曲線圖，說明根據擴散板間隙的電漿均勻性。
參考圖7，電漿之均勻性可根據該擴散板80及該氣體注入頭30之間的間隙而被控制。首先，當在無擴散板80的條件之下(常態)檢查蝕刻量及均勻性時，它們係427Å/min及7.5%。如該圖示中所說明，其能被認知在該待處理基板1的中心區域與邊緣區域比較有大蝕刻量。其意指電漿產生被集中在該中心區域。
其時，當在本發明的擴散板80被安裝於該電漿處理設備10中之後檢查蝕刻量及均勻性時，如果該擴散板80的安裝間隙為5毫米，蝕刻量及均勻性分別係503Å/min及3.8%、如果為10毫米則有516Å/min及3.4%、且如果為15毫米則有508Å/min及3.3%。因此，該電漿均勻性可經過該擴散板80被增強。再者，既然當該擴散板80的間隙改變時，擴散速率及該製程氣體之距離改變，則該電漿均勻性可藉由以該間隙變化來控制蝕刻量而被增強。
圖8係視圖，說明按照本發明之第二具體態樣的電漿處理設備。
參考圖8，該電漿處理設備10具有第一氣體分佈擋板50，其中汽化氣體注入孔54係形成在該氣體分佈擋板之底部中。該汽化氣體經過該汽化氣體注入孔54被注射 至在其中具有該待處理基板1的基板處理區域230。因此，用於基板處理之反應物種被形成在該基板處理區域230中，且該待處理基板1係使用所形成的反應物種來處理。該基板處理區域230包括混合區域，以形成該反應物種。在此，該直接電漿產生區域200中所產生之電漿係經過該第二氣體分佈擋板40均勻地分佈於該直接電漿產生區域210中。
圖9係流程圖，說明按照第二具體態樣使用電漿處理設備的電漿處理方法。
參考圖9，由該製程氣體供給15所供給之製程氣體經過該電漿處理設備10的氣體注入頭30被供給至該直接電漿產生區域200(S200)。所供給之製程氣體藉由該擴散板80均勻地擴散於該電漿產生區域200中(S210)。該直接電漿產生區域200中所產生的電漿經過該第一及第二氣體分佈擋板40及50被分佈至該基板處理區域230(S220)。該汽化氣體被直接地供給至該基板處理區域230或經過該第二氣體分佈擋板50之汽化氣體注入孔51，藉此形成該反應物種(S230)。該待處理基板1係以該基板處理區域230中所形成的反應物種來處理(S240)。
該電漿處理設備10中所包括之基板支撐件2在靜電方法或真空方法的任一者中操作、固定該待處理基板1。本發明之基板支撐件2可為由併合夾頭所製成，該併合夾頭可藉由選擇該靜電方法或真空方法來驅動。此一併合夾頭可被應用至根據該第一及第二具體態樣的所有該電漿處 理設備10。
在下文，該併合夾頭之結構及操作方法將被敘述。
圖10係按照本發明之較佳具體態樣的併合夾頭之平面視圖，且圖11係圖10所示併合夾頭的剖視圖。
參考圖10及11，根據本發明之併合夾頭被稱為基板支撐件100，以支撐該待處理基板1。該基板支撐件100係由本體102、第一及第二電極單元112及114、與併合線路106所構成。
該本體102係該待處理基板1被安裝在其上之基座，其被包括在電漿室中。該本體102可取決於該待處理基板1的形式在各種形式中被修改、諸如圓或長方形。該本體102具有舉升栓銷104，以上下運動該待處理基板1，同時支撐該待處理基板1。該待處理基板1可為矽晶圓基板，以製造半導體裝置或玻璃基板，以製造液晶顯示器或電漿顯示器。
該第一及第二電極112及114被形成在該本體102的上表面上，在此該待處理基板1被安裝。該第一及第二電極112及114具有在其上表面上之介電層108，該待處理基板1被安裝在該介電層上。該介電層108可被形成在一管子形狀中或於與該第一及第二電極112及114相同的形狀中。該第一及第二電極112及114係形成於鋸齒形狀中，且插入彼此。由於此電極形狀，該電極及該待處理基板1間之接觸區域變得增加，藉此最大化靜電力的產生。本發明之電極形狀係說明性形狀，其可在各種形狀中被改 變。當該第一及第二電極112及114被連接至該靜電夾頭電源120以於靜電方法中驅動該基板支撐件100時，其被供給以電壓，以產生靜電力。
絕緣體113被形成於該第一及第二電極112及114之間，以造成電絕緣。於單極(unipolar)方法(或單極(monopolar)方法)中，本發明的併合夾頭能以於該本體102中之一電極產生靜電力。較佳地係，於雙極方法中，其能以二或更多電極產生該靜電力，在此當固定基板時，分開之電場係不需要的。本發明於該雙極方法中揭示及敘述該第一及第二電極112及114。
該併合線路106係遍及一或多個本體102所形成。一或多個併合線路106被連接至真空幫浦130。當該基板支撐件100係於真空方法中被驅動時，安裝在該本體102上之待處理基板1係藉由經過該併合線路106吸入空氣所固定。
該併合線路106可被連接至冷凍劑供給150，以致其可被用作冷卻通道，以冷卻該待處理基板1。換言之，當該基板支撐件100係於真空方法中驅動時，該併合線路106吸入空氣，以固定該待處理基板1，且被供給以冷凍劑，以當該基板支撐件100係於真空方法中驅動時及當該基板支撐件100係於該靜電方法中驅動時冷卻。
二或更多併合線路106係彼此連接，以形成冷凍劑循環路徑107。該冷凍劑循環路徑107形成在該介電層108上，其係於同心圓中之本體102的上表面。該冷凍劑循環 路徑107係均勻地分佈在該本體107之整個上表面上。該冷凍劑循環路徑107的一併合線路106被用作冷凍劑供給路線，且另一併合線路106被用作冷凍劑排出路線。該冷凍劑係由該冷凍劑供給150經過一併合線路106所供給，沿著該冷凍劑循環路徑107循環，以控制該待處理基板W之溫度及經過該另一併合線路106排出。在此時，每一併合線路106被連接至流量控制值154，以控制該冷凍劑的數量。於該真空方法中，該冷凍劑可為於該基板支撐件100中之氦(He)氣。
萬一於該真空方法中驅動該基板支撐件100，該第一及第二電極112及114被驅動，以藉由該電力固定該待處理基板1。該真空方法不被安裝該基板支撐件100的室中之大氣所限制，當氦氣係於該待處理基板1之背面中循環經過該冷凍劑循環路徑107及併合線路106時，該真空方法控制基板溫度及改善溫度均勻性。
該併合線路106係經過切換閥140連接至該真空幫浦130或冷凍劑供給150。當接收信號以於該真空方法中由該控制器110驅動時，該切換閥140連接該併合線路106及真空幫浦130。再者，當接收信號以在該靜電方法中由該控制器110驅動時，該切換閥140連接該併合線路106及冷凍劑供給150。在此時，該控制器110將驅動信號傳輸至該靜電夾頭電源120。
為了檢查該待處理基板1被固定至該基板支撐件100，在該併合線路106及真空幫浦130之間製備有壓力 測量感測器132。該壓力測量感測器132測量該併合線路106的真空壓力變化量，以檢查該被固定之基板狀態。再者，為了檢查該基板支撐件100被固定至該待處理基板1，於該併合線路106及冷凍劑供給150之間製備有流量測量感測器152。該流量測量感測器152測量該併合線路106及冷凍劑循環路徑107的冷凍劑流量變化，以檢查被固定之基板狀態。
雖然該技術領域中之基板支撐件100主要係由陶瓷材料所形成，本發明的基板支撐件100係由聚醯亞胺所形成。陶瓷具有一優點，即其具有高耐用性、高導熱性、及優異的吸附能力。該陶瓷之缺點係其為昂貴的、難以製造及多小孔的，以致其吸水。相反地，聚醯亞胺係低成本及具有優異之熱阻，以致其由低溫至高溫僅只有點變化。再者，其具有高擊穿電壓及短放電電壓的優點。再者，聚醯亞胺不被水所影響，以致其比較於陶瓷具有寬廣之應用範圍。
圖12係流程圖，說明併合夾頭的操作方法。
參考圖12，當該待處理基板1係流動以持續進行該製程時，使用者或控制器110選擇靜電方法或真空方法以驅動該基板支撐件100(S300)。根據該室中之大氣或該基板支撐件100的狀態，該選擇可藉由該使用者被手動地作成或藉由該控制器110系統地作成。
當該靜電方法被選擇時，靜電電壓係由該靜電夾頭電源120施加至該第一及第二電極112及114(S310)。由該 冷凍劑供給150所供給之冷凍劑沿著該併合線路106及冷凍劑循環路徑107循環(S311)。雖然未於該圖示中說明，該循環的冷凍劑之壓力係使用該壓力測量設備來測量(S312)，且該冷凍劑之流量係經過該流量測量感測器152所測量，並將傳輸至該控制器(S313)。該控制器110經過所測量的冷凍劑之流量變化量來檢查該待處理基板1的固定狀態。譬如，該控制器110比較用於該待處理基板1被正常地固定及異常地固定之狀態的流量變化、與所測量之流量變化量以檢查被固定的狀態之資料(S314)。當其係決定該冷凍劑流量變化量為正常時，用於該待處理基板1的製程被持續進行(S316)。然而，當其被決定該待處理基板1係經過該冷凍劑流量變化量被不正常地固定時，該待處理基板1再次被安裝，且前述製程被重複。再者，其可為可能的是決定該驅動在該靜電方法中係不平順地施行，以切換至該真空方法，以將該待處理基板1固定至該基板支撐件100(S315)。該操作方法之此切換可藉由該使用者被手動地施行、或藉由該控制器110的決定所自動地施行。
當選擇該真空方法時，該真空幫浦130被驅動，以經過該併合線路106吸入空氣(S320)。該併合線路106之真空壓力係經過該壓力測量感測器132所測量，且將被傳輸至該控制器(S321)。該控制器110經過所測量的真空壓力變化量檢查該待處理基板1之固定狀態。譬如，該控制器110比較用於該待處理基板1被正常地固定及異常地固定之狀態的壓力變化、與所測量之壓力變化量以檢查被固定 的狀態之資料(S322)。當其係決定該真空壓力變化量為正常時，用於該待處理基板1的製程被持續進行(S324)。然而，當其被決定該待處理基板1係經過該真空壓力變化量被不正常地固定時，該待處理基板1再次被安裝在該基板支撐件100上，且該前述製程可被重複。再者，其可被決定該驅動在該真空方法中係不平順地施行，以致該待處理基板1可藉由切換至該靜電方法被固定(S323)。該操作方法之此切換可藉由該使用者被手動地施行、或藉由該控制器110的決定所自動地施行。
因此，當使用本發明之併合夾頭時，其可為可能的是取決於該製程大氣及環境來選擇基板固定方法。再者，當一方法並非立即可用時，該另一方法可被選擇，以固定該基板，以致萬一有麻煩，其不需要停止該基板處理製程或替換該夾頭。因此，有該生產力變得增加及修理與生產之成本變得減少的效果。
其將被了解按照本發明用於汽相蝕刻和清洗之電漿設備的具體態樣係僅只示範的，且各種修改及同等之其他具體態樣對於那些熟諳該技術領域者將變得明顯。
因此，其將被清楚地了解的是本發明不被限制於該詳細敘述中所論及之形狀。據此，本發明的技術保護之真實範圍應被所附申請專利範圍之技術概念所界定。再者，應被了解本發明包括所有在藉由所附申請專利所界定的本發明之精神及範圍內的修改、同等項及替代者。
1‧‧‧待處理基板
2‧‧‧基板支撐件
3‧‧‧電源
4‧‧‧直流電源
5‧‧‧阻抗匹配器
6‧‧‧偏壓電源
7‧‧‧阻抗匹配器
10‧‧‧電漿處理設備
14‧‧‧氣體入口
15‧‧‧製程氣體供給
16‧‧‧氣體出口
17‧‧‧排氣幫浦
21‧‧‧地面
22‧‧‧第一電極
22a‧‧‧突出部份
24‧‧‧第二電極
24a‧‧‧電源電極
24b‧‧‧絕緣體
26‧‧‧冷卻通道
27‧‧‧冷卻水供給
28‧‧‧介電窗口
30‧‧‧氣體注入頭
32‧‧‧氣體注入孔
40‧‧‧第一氣體分佈擋板
50‧‧‧第二氣體分佈孔
51‧‧‧汽化氣體注入孔
52‧‧‧第二穿透孔
53‧‧‧汽化氣體供給路線
56‧‧‧汽化氣體供給
57‧‧‧電源
60‧‧‧舉升栓銷
62‧‧‧舉升栓銷驅動器
72‧‧‧排氣孔
74‧‧‧排氣擋板
75‧‧‧排氣區域
80‧‧‧擴散板
200、210‧‧‧直接電漿產生區域
220‧‧‧混合區域

Claims (20)

  1. 一種用於汽相蝕刻和清洗的電漿處理設備，包含：反應器本體，被建構來處理待處理基板；在該反應器本體中的直接電漿產生區域，製程氣體係流入該直接電漿產生區域，且電漿係在該直接電漿產生區域中直接被誘導以解離該製程氣體；電漿誘導組件，被建構來將電漿誘導進入該直接電漿產生區域；擴散板，被建構來在該直接電漿產生區域中均勻地擴散流入的該製程氣體；於該反應器本體中之混合區域，其中由該直接電漿產生區域流來的製程氣體係與由該反應器本體外側流來之汽化氣體混合，以形成反應物種；第一氣體分佈擋板，其被設置在該直接電漿產生區域與該混合區域之間，且具有複數第一穿透孔；於該反應器本體中的基板處理區域，其中待處理基板係藉由從該混合區域流來的反應物種所處理；及第二氣體分佈擋板，其被設置在該混合區域與該基板處理區域之間，且具有複數貫通的第二穿透孔，該等反應物種係由該混合區域經過該等第二穿透孔流入該基板處理區域。
  2. 如申請專利範圍第1項的電漿處理設備，其中該擴散板包括：固定棒，被建構來安裝該擴散板；及 分佈板，被塑造成盤形，其係連接至該固定棒，以面向該製程氣體所流經之氣體注入孔，導致該製程氣體被擴散於該直接電漿產生區域中。
  3. 如申請專利範圍第2項的電漿處理設備，其中該分佈板包括複數穿透孔。
  4. 如申請專利範圍第1項的電漿處理設備，其中該第二氣體分佈擋板包括複數汽化氣體注入孔，以將該汽化氣體注射至該混合區域。
  5. 如申請專利範圍第1項的電漿處理設備，其中該第一及第二氣體分佈擋板的任一者或所有包括電熱線。
  6. 如申請專利範圍第1項的電漿處理設備，其中該電漿誘導組件包括冷卻通道。
  7. 如申請專利範圍第1項的電漿處理設備，其中該汽化氣體係汽化的H2O。
  8. 如申請專利範圍第1項的電漿處理設備，其中該電漿處理設備包括：本體部份，被建構成具有一在上表面上的介電層，該待處理基板被安裝在該上表面上；一或多個電極單元，其被裝備在該本體部份中，且藉由所施加之電壓來驅動；及基板支撐件，其包括一或多個形成在該本體部份中的併合線路，其將與該被安裝之待處理基板接觸，其中該待處理基板藉由驅動該電極單元或經過該併合線路吸入空氣而被固定至該本體部份。
  9. 如申請專利範圍第8項的電漿處理設備，其中該基板支撐件係由聚醯亞胺所形成。
  10. 如申請專利範圍第8項的電漿處理設備，包括藉由將該複數併合線路連接至該介電層所形成的冷凍劑循環路徑，其中當該待處理基板係藉由驅動該電極單元所固定時，用於該待處理基板之冷凍劑被循環經過該併合線路及冷凍劑循環路徑。
  11. 一種用於汽相蝕刻和清洗的電漿處理設備，包含：反應器本體，被建構來處理待處理基板；在該反應器本體中的直接電漿產生區域，製程氣體係流入該直接電漿產生區域，且電漿係在該直接電漿產生區域中直接被誘導以解離該製程氣體；電漿誘導組件，被建構來誘導該直接電漿產生區域中之電漿；擴散板，被建構來均勻地擴散來自該直接電漿產生區域之流入的該製程氣體；於該反應器本體中之基板處理區域，其中由該直接電漿產生區域流來的製程氣體係與由該反應器本體外側流來之汽化氣體混合，以形成反應物種，且該待處理基板係藉由該反應物種所處理；及氣體分佈擋板，其被設置在該直接電漿產生區域與該基板處理區域之間，且具有複數穿透孔，以均勻地分佈該 電漿。
  12. 如申請專利範圍第11項的電漿處理設備，其中該擴散板包括：固定棒，被建構來安裝該擴散板；及分佈板，被塑造成盤形，其係連接至該固定棒，以面向該製程氣體所流經之氣體注入孔，以擴散該製程氣體。
  13. 如申請專利範圍第12項的電漿處理設備，其中該分佈板包括複數穿透孔。
  14. 如申請專利範圍第11項的電漿處理設備，其中該氣體分佈擋板包括複數汽化氣體注入孔，以將由外側流來之汽化氣體注射進入該基板處理區域。
  15. 如申請專利範圍第11項的電漿處理設備，其中該氣體分佈擋板包括電熱線。
  16. 如申請專利範圍第11項的電漿處理設備，其中該電漿誘導組件包括冷卻通道。
  17. 如申請專利範圍第11項的電漿處理設備，其中該汽化氣體係汽化的H2O。
  18. 如申請專利範圍第11項的電漿處理設備，其中該電漿處理設備包括：本體部份，被建構成具有一在上表面上的介電層，該待處理基板被安裝在該上表面上；一或多個電極單元，其被裝備在該本體部份中，且藉由所施加之電壓來驅動；及基板支撐件，其包括一或多個形成在該本體部份中的 併合線路，以與該被安裝之待處理基板接觸，其中該待處理基板藉由驅動該電極單元或經過該併合線路吸入空氣而被固定至該本體部份。
  19. 如申請專利範圍第18項的電漿處理設備，其中該基板支撐件係由聚醯亞胺所形成。
  20. 如申請專利範圍第18項的電漿處理設備，包括藉由將該複數併合線路連接至該介電層所形成的冷凍劑循環路徑，其中當該待處理基板係藉由驅動該電極單元所固定時，用於該待處理基板之冷凍劑被循環經過該併合線路及冷凍劑循環路徑。
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