TWI386968B - 一種等離子化學反應器 - Google Patents

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Kunjoo Park
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Description

一種等離子化學反應器
本發明涉及一種用來生產一種大尺寸晶片的等離子化學反應器。本發明尤其涉及一種等離子化學反應器，其中一個安裝在支撐一陰極組低電極的一個基極上的水平調節器可以安全地設置一塊基板，通過調節水平調節器的高度來保護低電極的水平，從而可以穩定安全地將基板設置在低電極上，並通過保持基板的精確水平來提高基板表面等離子體的處理均勻性，以及防止蝕刻過程中，基板上形成的蝕刻剖面發生變形或彎曲。
通常地，一種用於一台半導體積體電路設備的大尺寸晶片，及作為一台液晶顯示器(LCD)等的主要構成部分使用的一種玻璃基板都是用於在一個表面上形成一個預設計結構的超精細部分，及形成一個集成線路或薄膜層，通過在表面形成多個薄膜層和選擇性地僅去除部分的薄膜層。這裏，可以使用多種工藝來製備薄膜，如一種漂洗工藝，一種沉澱工藝，一種光刻工藝，一種電鍍工藝，一種蝕刻工藝等。
這些不同的步驟主要是通過一種反應室或反應爐的處理裝置從外部離析出一個晶體或基板。
在這些工藝中，蝕刻工藝尤其是一個通過將反應氣體(例如：CF4 ,CI2 ,HBr等)噴塗到反應室或反應爐中發生等離子化學反應來去除晶體表面預定材料的過程。因為蝕刻工 藝是一個在一塊基板上通過選擇性地去除那些沒有被光致抗蝕劑面板模具遮蓋的部分而形成一個微電路板的過程，它最重要的是保持等離子體均勻地分佈在整個基板表面上，保持同樣的刻蝕速率，並保持基板精確的水平狀態，從而形成蝕刻剖面完整的垂直形狀。
因此，為了提高過程的均勻性，防止過程的失敗，需要將基板安裝在反應室或反應爐內的準確位置上，並保持精確的水平狀態。
然而，傳統的等離子化學反應器並不包括一個調節裝置來精確地調節陰極組低電極的水平狀態，因此，產生如下問題。
第一，基板不能保持在一個水平狀態，因此，不能安全地設置在陰極組低電極上。此外，由於基板的滑動，低電極將直接接觸等離子體，產生電弧，從而損壞了基板。
第二，由於低電極不水平，從而造成安裝在低電極上的氦氣(He)管道變形，引起冷卻基板的相關氣體洩漏。
第三，在基板上沒有均勻地形成等離子體，從而顯著地惡化了處理均勻性，同時在蝕刻過程中，基板裏所形成的蝕刻剖面發生變形或彎曲，從而得到一個失敗的過程。
本發明實施例的一個方面是至少針對那些問題及或缺點並至少提供下述的優點。因此，本發明實施例的一個方面是提供了一種能夠將陰極組中安裝的低電極精確調節為水平狀態的等離子化學反應器，從而不僅能夠在低電極上 安全地設置一塊基板而且能夠防止由於基板滑動，使低電極直接接觸等離子體，導致產生電弧，損壞基板。
本發明實施例的另一個方面是就是提供了一種能夠防止由於低電極不水平，引起安裝在低電極上的基板發生滑動而導致氦氣(He)從低電極表面洩露的等離子化學反應器。
本發明實施例的進一步方面是提供了一種通過在整個基板表面均勻地形成等離子體來大幅提高基板表面的處理均勻性，並通過防止蝕刻過程中，基板裏所形成的蝕刻剖面發生變形或彎曲來減少過程失敗的等離子化學反應器。
如本發明實施例的一個方面所述，本發明提供了一種等離子化學反應器。該反應器包括一個為等離子體反應提供一個空間的反應室，以及一個一端與反應室壁面相連、另一端支撐一塊基板使基板能夠設置於反應室內中間部位、且安裝後能夠進行高度調節使基板保持水平狀態的陰極組。
陰極組可以包括一個安裝在反應室內，用於安全地設置一塊基板的低電極，一個安裝在反應室一側使低電極能夠設置於反應室的中間部位，用於支撐低電極的支撐體，及一個支持支撐體且安裝後能夠進行高度調節從而能將低電極調為水平的水平調節器。
支撐體可以包括一塊與反應室一側壁連接的固定板，一根凸出於固定板一側面的支撐桿，和一個形成於支撐桿一端用於支撐低電極的基極。
一個可以設置在固定板和反應室之間的一個連接面 上，用於防止反應室中的一種反應氣體洩漏的密封件。
一根可以設置在固定板和反應室之間的一個連接面上，用於防止反應室中的一種反應氣體洩漏的波紋管。
該波紋管可以包括若干個均與固定板和反應室相連的支撐環，和一塊安裝在各支撐環間的波紋板。
每個密封件均可以設置在固定板和支撐環之間的一個連接面以及反應室和支撐環之間的連接面上。
水平調節器可以支撐基極的一個底面，且其低端部分與反應室的一個下部螺接，從而能夠進行高度調節。
一個輔助螺帽可以進一步地與水平調節器的一個下部連接，使水平調節器能夠牢牢固定於反應室上。
若干個水平調節器等間距地設置在基極的一個底面外圓周上。
水平調節器可以包括一塊凸出於基極的一個外圓周表面，且被一根調節螺栓向上/向下穿過並螺接的調節板，和一根安裝在反應室內一壁面上用於支撐調節螺栓下部的固定支架。
每個固定支架和調節板的一端表面均為彎曲面，從而使兩個彎曲面能相應地相互匹配。
若干個水平調節器可以等間距地設置在基極的一個外圓周面上使反應室內的等離子體均勻分佈。
下面將結合附圖描述本發明較佳實施例。在下述描述中，將省略這裏涉及到的公知功能和結構的詳細描述。
圖1是本發明的一個較佳實施例所述的一個陰極組安裝在反應室內的狀態下的一個側面剖視圖；圖2是圖1的水平剖視圖。
如圖1所示，本發明的一個較佳實施例包括一個為等離子反應提供一個空間的反應室1和一個安裝在反應室1中的陰極組30。
反應室1設有一個等離子體反應空間。反應室1包括一個噴氣口2和一個排氣口5。噴氣口2設置在反應室1上部的中間用於噴入氣體。排氣口5設置在反應室1下部的中間用於排出氣體。
陰極組30支撐一塊基板70，使基板70可以水平設置在反應室1內。陰極組30包括一個用於放置基板70的低電極20，一個用於支撐低電極20的支撐體10，和一個用於調節低電極20平衡(即水平狀態)的水平調節器40。
低電極20的一部分用於放置基板70，且其被設置於反應室1內的中間部位。
低電極20作為一個射頻(RF)源的陰極，將噴入反應室1內的一種反應氣體激化成一種等離子狀態，並通過等離子體處理一塊基板70表面。
射頻源分別與反應室1的上部和低電極20相連並提供一種射頻電流，從而能夠將一種反應氣體激化為一種等離子體狀態。
為了使等離子在基板70表面上均勻分佈，噴氣口2噴入反應室1的一種反應氣體形成於與低電極20中間位於同一條 線的反應室1上部的中間處。
因此，反應氣體轉化為一種等離子狀態，與基板70表面發生反應，處理基板70，並通過反應室1下部的排氣口5排出。
在低電極20的上部設置了一個靜電夾頭(未顯示)用以更加穩定地固定基板70。流通氦氣(He)通過安裝在低電極20或靜電夾頂面上的一根氣體管(未顯示)來冷卻基板70。
靜電夾頭通過電極表面和對陰極之間的靜電流的一個電壓差所產生的電吸引來吸引一個對陰極。
支撐體10包括一塊固定板11，一根支撐桿12和一個基極13。
固定板11與反應室1一側壁相連。具體而言，固定板11與穿過反應室1一側壁的一個支撐體插孔7相連。
固定板11和支撐體插孔7可設置為各種形狀，如圓形，矩形等等。
固定板11大於支撐體插孔7。固定板11被螺接覆蓋支撐體插孔7。一個密封件15被設置在固定板11與反應室1外表面之間的一個連接部位處，用來防止一種反應氣體的洩漏。
密封件15可以是O型環或墊圈等等
一種懸臂樑形狀的支撐桿12用於支撐基極13。支撐桿12是以一個預定長度凸出於固定板11的一側面，這樣基極13可以被設置於反應室1的中間。
基極13支撐低電極20並與支撐桿12的一端連接。
基極13是一種圓柱形狀。低電極20安裝在基極13的頂部。
水平調節器40支撐基極13的一個底面。水平調節器40不僅用於防止基極13與支撐桿12一端連接時因自重而向下懸掛，而且用於將低電極20調為水平，從而能夠精確地保持低電極20的水平。
水平調節器40是一個預定高度的棒狀體，在它低端的外圓周表面設有螺紋，從而與反應室1下部螺連。
因此，水平調節器40能夠通過調節螺接高度將基極13精確地調為水平狀態，從而能夠調整基極13的水平狀態。
一個單獨的輔助螺帽45可與水平調節器40下部螺合連接，使水平調節器40附著並穩定固定於反應室1上。
輔助螺帽45可與水平調節器40下部螺合連接。輔助螺帽45被旋接在反應室1的一個底面上來精確地調節水平調節器40的高度，從而能夠將水平調節器40牢牢固定在反應室1上。
若干個水平調節器40可等間距地設置在基極13的一個底面外圓周上。
因此，可以通過將水平調節器40以一個合適的高度螺接於反應室1，來調整低電極20的平衡，從而使低電極20成一個水平狀態。
圖3和4所示的如本發明的另一個較佳實施例所述等離子化學反應器，其中包括的水平調節器50設有一個陰極組30'。圖3是本發明的另一個較佳實施例的側面剖視圖。圖4 是圖3的水平剖視圖。
圖3、圖4與圖1、圖2所示的結構不同之處僅在於水平調節器50，因此，下面僅說明改進的結構。
如圖3和4所示，水平調節器50包括一塊調節板56和一個固定支架52。
調節板56是一個長方形桿。調節板56凸出於基極13的一個外圓周表面。調節板56被一根調節螺栓55向上向下穿過且螺接於其一端。
在調節板56的上部設有一個預定深度的凹齒槽57，調節螺栓55的頂部可插入凹齒槽57中。
在調節板56一端的下部設有一個呈“”形狀的彎曲面56a。
反應室1的內壁面上與調節板56相對應地設置有固定支架52，固定支架52可以通過螺栓等固定在反應室1上。
固定支架52一端的上部設置有一個與調節板56的彎曲面56a相對應的呈“”形狀的彎曲面52a，彎曲面52a與調節板56的彎曲面56a相匹配。
如圖3中的局部放大圖所示，設置固定支架52和調節板56是為了以一個預定間距設置彎曲面52a和56a前端面，且相互匹配，從而通過旋轉調節螺栓55來向上/下控制調節板56的位置。
因此，若支撐體10螺接於反應室1上，而固定支架52的彎曲面52a與調節板56的彎曲面56a相匹配，從而使固定支架52支撐調節板56。
旋轉與調節板56螺接的調節螺栓55並將調節螺栓55下部按壓在固定支架52的彎曲面52a的一個底面上，從而將低電極20調為水平，因此相對應地通過旋轉調節螺栓55使調節板56升高，改變基極13的位置。
因此，一個基板70安全地水平安裝在所調節的低電極20上。
如圖4所示，水平調節器50可以等間距地安裝在基極13外圓周面的三個位置上，但這並不是限制本發明的保護範圍，因此也可以根據需要安裝多個水平調節器50。
當然，水平調節器50可以等間距地遠離支撐體10的一根支撐桿12地安裝在基極13的外周圍面上，因此反應氣體可以在反應室1內形成均勻流動的等離子體。
圖5是本發明進一步的另一個較佳實施例所述的一種等離子化學反應器的側面剖視圖。
如圖5所示，一塊固定板11和一個反應室1之間安裝有一根波紋管19。
波紋管19中空且兩端開口。波紋管19包括多個支撐環18和一塊波紋板17。
支撐環18呈環形地安裝於反應室1內的一個支撐體插孔7四周，每個均與固定板11和反應室1的一個壁面相連。
波紋板17具有一個預定的彈力，並安裝在支撐環18之間以保證反應室1密封，從而防止一種反應氣體的洩漏。
當水平調節器40調整基極13位置時，波紋管19可以通過波紋板17的彈力來改變固定板11的位置，從而可以更大 範圍地調節水平調節器40的高度使得一種反應氣體不會發生洩漏，使支撐體10能夠水平移動，並且能夠將一塊基板70定位於反應室1內的中間。
每個密封件16能夠進一步防止固定板11和支撐環18之間的一個連接面以及反應室1和支撐環18之間的一個連接面上發生反應氣體的洩漏。
圖3所示的本發明的較佳實施例還設有波紋管19。波紋管19可以是圓柱形狀，長方罐形狀或類似於支撐體插孔7和固定板11的形狀。
因此，本發明的較佳實施例所述的一種等離子化學反應器可以將支撐一塊基板70的一個低電極20精確調節為水平狀態，從而將基板70安全地安裝在低電極20上的準確位置處，防止基板70發生滑動等。因此，該等離子化學反應器可防止因低電極20直接暴露於等離子體而產生電弧所引起的基板70損壞，保持等離子體均勻的分佈在基板70表面，並顯著提高基板70的處理均勻性。
上述實施例僅是舉例說明所述的優點，而不是用於限制本發明的保護範圍，且適用於所有等離子體的處理設備，如化學氣相沉積(CVD)設備。
如上所述，第一，本發明較佳實施例的優點在於能夠通過保持一個陰極組中低電極的精確水平狀態來安全地將一塊基板安裝在低電極的準確位置上，並能夠通過防止基板滑動等使低電極直接暴露在等離子體中導致產生電弧，從而減少基板的損壞，並將處理有效率最大化。
第二，本發明較佳實施例的優點在於能夠防止因低電極受損引起低電極上基板的滑動使氦氣(He)洩漏而導致發生的處理失敗。
第三，本發明較佳實施例的優點在於能夠通過保持基板表面上的等離子體的均勻性來顯著提高處理均勻性，並能通過在蝕刻處理過程中防止形成扭曲或傾斜的蝕刻基板減少處理失敗，顯著提高處理品質和生產率，並能夠通過在蝕刻處理過程中防止形成變形或彎曲的蝕刻基板，最大限度地減少處理進程的失敗，大大提高工序品質和生產效率。
雖然本發明已經公開描述了某些較佳的實施例，但應理解為只要不違背和超出申請專利範圍所規定的本發明的原理和範圍，所屬技術領域的人員可以進行各種變化。
1‧‧‧反應室
2‧‧‧噴氣口
5‧‧‧排氣口
7‧‧‧支撐體插孔
10‧‧‧支撐體
11‧‧‧固定板
12‧‧‧支撐桿
13‧‧‧基極
15‧‧‧密封件
17‧‧‧波紋板
18‧‧‧支撐環
19‧‧‧波紋管
20‧‧‧低電極
30‧‧‧陰極組
40‧‧‧水平調節器
45‧‧‧輔助螺帽
50‧‧‧水平調節器
52‧‧‧固定支架
52a‧‧‧彎曲面
55‧‧‧調節螺栓
56‧‧‧調節板
56a‧‧‧彎曲面
57‧‧‧凹齒槽
70‧‧‧基板
RF‧‧‧射頻
圖1是本發明的一個較佳實施例所述的一個陰極組安裝在反應室內的狀態下的一個側面剖視圖；圖2是圖1的水平剖視圖；圖3是本發明的另一個較佳實施例的側面剖視圖；圖4是圖3的水平剖視圖；及圖5是本發明進一步的另一個較佳實施例所述的一種等離子化學反應器的側面剖視圖；

Claims (12)

  1. 一種等離子化學反應器，該等離子化學反應器包括：一個為等離子體反應提供一個空間的反應室；以及一個一端與該反應室壁面相連，另一端支撐一塊基板使該基板能夠設置於該反應室內中間部位，且安裝後能夠進行高度調節使該基板保持一個水平狀態的一陰極組，該陰極組包括：一個安裝在該反應室內，用於安全地設置一塊基板的低電極；一個安裝在該反應室一側使該低電極能夠設置於該反應室的中間部位，用於支撐該低電極的支撐體；以及一個支持該支撐體且安裝後能夠進行高度調節從而能將該低電極調為水平的水平調節器。
  2. 如申請專利範圍第1 項所述的等離子化學反應器，其中該支撐體包括：一塊與該反應室一側壁連接的固定板；一根凸出於該固定板一側面的支撐桿；以及一個形成於該支撐桿一端用於支撐該低電極的基極。
  3. 如申請專利範圍第2 項所述的等離子化學反應器，其中在該固定板和該反應室之間的一個連接面上設置一個用於防止該反應室中的一種反應氣體發生洩漏的密封件。
  4. 如申請專利範圍第2 項所述的等離子化學反應器，其中在該固定板和該反應室之間的一個連接面上設置一根用於防止 該反應室中的一種反應氣體發生洩漏的波紋管。
  5. 如申請專利範圍第4 項所述的等離子化學反應器，其中該波紋管包括：若干個均與該固定板和該反應室相連的支撐環；以及一塊安裝在各支撐環間的波紋板。
  6. 如申請專利範圍第5 項所述的等離子化學反應器，其中每個密封件均設置在該固定板和該支撐環之間的一個連接面以及該反應室和該支撐環之間的一個連接面上。
  7. 如申請專利範圍第1 項所述的等離子化學反應器，其中該水平調節器支撐基極的一個底面，且其低端部分與該反應室的一個下部螺接，從而能夠進行高度調節。
  8. 如申請專利範圍第7 項所述的等離子化學反應器，更包括有一個輔助螺帽可以進一步地與該水平調節器的一個下部連接，使該水平調節器能夠牢牢固定於該反應室上。
  9. 如申請專利範圍第7 或第8 項所述的等離子化學反應器，其中該若干個水平調節器等間距地設置在該基極的一底面外圓周上。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的等離子化學反應器，其中該水平調節器包括：一塊凸出於該基極的一個外圓周表面的一端，且被一根調節螺栓向上/向下穿過並螺接的調節板；以及一根安裝在該反應室內一壁面上用於支撐該調節螺栓下部的固定支架。
  11. 如申請專利範圍第10 項所述的等離子化學反應器，其中該固定支架和該調節板的一端表面均為彎曲面，從而使該兩個彎曲面能相應地相互匹配。
  12. 如申請專利範圍第10 或第11 項所述的等離子化學反應器，其中該若干水平調節器可以等間距地設置在該基極的一個外圓周使該反應室內的等離子體均勻分佈。
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