TWI399820B - 電漿處理裝置及其絕緣蓋板 - Google Patents

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電漿處理裝置及其絕緣蓋板
本發明是有關於一種電漿處理裝置，且特別是有關於一種可提高電漿處理之製程良率的電漿處理裝置。
電漿(plasma)已在半導體製程中受到廣泛的應用，如清潔(cleaning)、塗佈(coating)、濺鍍(sputtering)、電漿化學氣相沈積(plasma CVD)、離子植入(ion implantation)或是蝕刻(etching)等製程。當電漿應用於蝕刻技術時，乃是藉由在電漿處理裝置中的兩個電極(陰極及陽極)上施加頻率相異的射頻(Radio Frequency，RF)電源，而於反應室中產生射頻電場。藉由射頻電場將電漿處理裝置中的製程氣體(processing gas)離子化或解離以產生電漿，然後利用電漿蝕刻基板表面的待蝕刻材料，以選擇性的移除基板上的待蝕刻材料，而於基板上形成各種蝕刻圖案。
圖1為習知電漿處理(plasma processing)裝置的示意圖。請參照圖1，電漿處理裝置100包括腔室(chamber)110、氣體供應單元120、下電極板130、上電極板140、電源150、支撐框架160以及絕緣蓋板170。其中，氣體供應單元120可將氣體供應至腔室110內，上電極板140和下電極板130配置於腔室110內，而電源150可為射頻(radio frequency;RF)電源，用以提供上電極板140與下電極板130之間的電壓差。
圖2為習知電漿處理裝置中絕緣蓋板的俯視示意圖。請參照圖1與圖2，絕緣蓋板170係配置在上電極板140與下電極板130之間，並由四片陶瓷蓋板(ceramic cover)172所拼成，且絕緣蓋板170的中央具有氣孔174。支撐框架160是配置在絕緣蓋板170上，並具有多個氣孔162，其係對應於絕緣蓋板170的氣孔174。
在進行電漿蝕刻製程時，氣體供應單元120所供應的氣體會依序經由支撐框架160的氣孔162及絕緣蓋板170的氣孔174而進入到腔室110內。另一方面，則藉由電源150施加電壓於兩上電極板140和下電極板130上，以於兩者之間產生電壓差。如此，這些位於腔室110內的氣體會由原先的中性分子被激發或解離成各種不同的帶電荷離子、原子團、分子以及電子等粒子，這些粒子的組成便稱為電漿。所產生的電漿即可用來對放置在下電極板130上的基板(圖未示)進行蝕刻。
由於電漿內的部分粒子會因電性之關係而加速，進而轟擊與之接觸的零件，因此腔室110內的一些零件(parts)常在使用一段時間後，因長期遭到電漿強烈的離子轟擊而損壞。以絕緣蓋板170來說，其在電漿蝕刻的作業環境下往往易於直角邊緣處產生崩裂、老化及脆化的現象，尤其以絕緣蓋板170中央的拼接處為最甚者。當絕緣蓋板170破損而裸露出由金屬材質所製成的支撐框架160時，將會在電漿蝕刻製程中產生電弧(arcing)現象，因而造成產品缺陷及設備損壞。
因此，當組成絕緣蓋板170之陶瓷蓋板172上有任一處的崩裂寬度超過損壞寬度容許值，即需更換掉整片陶瓷蓋板172，並將損壞的陶瓷蓋板172報廢處理而無法重複使用，其汰換成本相當高。
有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種絕緣蓋板，其具有較強之抗粒子撞擊強度，且損壞後可重複修補使用。
本發明的再一目的是提供一種電漿處理裝置，其包括上述之絕緣蓋板，因而可提高電漿處理製程的良率。
本發明提出一種絕緣蓋板，適用於一電漿處理裝置中。此絕緣蓋板包括中央蓋板與多個側蓋板，其中中央蓋板具有主體部以及環繞主體部的凸緣部，且主體部具有多個第一氣孔。上述這些側蓋板分別具有一圓角與一承靠面，其中各側蓋板與其餘側蓋板其中之二相鄰，且各側蓋板係藉由圓角而鄰靠於中央蓋板的主體部旁。各側蓋板之承靠面則是承靠於中央蓋板的凸緣部。
本發明又提出一種電漿處理裝置，包括腔室、氣體供應單元、下電極板、上電極板、電源、支撐框架以及上述之絕緣蓋板。其中，氣體供應單元係連接至腔室，用以提供氣體至腔室內。下電極板與上電極板均配置於腔室內，且上電極板係位於下電極板上方。電源係電性連接至上電極板與下電極板。支撐框架配置於腔室內，並位於下電極板與上電極板之間。絕緣蓋板則是配置於支撐框架與下電極板之間。
在本發明之一實施例中，上述之各側蓋板的承靠面為平面。
在本發明之一實施例中，上述之各側蓋板的承靠面為呈階梯狀。
在本發明之一實施例中，上述之各側蓋板的承靠面係位於中央蓋板之凸緣部與上述支撐框架之間。
在本發明之一實施例中，上述之中央蓋板的凸緣部係位於各側蓋板之承靠面與上述支撐框架之間。
在本發明之一實施例中，上述之支撐框架呈十字形，並對應至上述這些側蓋板的拼接處。
在本發明之一實施例中，上述之支撐框架具有一開口對應至中央蓋板上的第一氣孔。
在本發明之一實施例中，上述之各側蓋板更具有多個第二氣孔，鄰近於這些側蓋板的拼接處。
在本發明之一實施例中，上述之絕緣蓋板的材質例如是陶瓷。
在本發明之一實施例中，上述之支撐框架的材質包括金屬，例如鋁。
由於本發明之絕緣蓋板具有較強之抗離子撞擊的強度，因此具有較長的使用壽命，而使用本發明之絕緣蓋板的電漿處理裝置亦可具有較佳製程良率。此外，本發明之絕緣蓋板的側蓋板可在藉由研磨或切割等加工製程將崩裂處移除後繼續使用，甚至習知所汰換掉的蓋板在進行研磨或切割等加工製程後亦可作為本發明之絕緣蓋板的側蓋板。由此可知，本發明可有效降低電漿處理裝置之絕緣蓋板的報廢率，以節省成本。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖3為本發明之一實施例中電漿處理裝置的剖面示意圖。請參照圖3，電漿處理裝置300包括腔室310、氣體供應單元320、下電極板330、上電極板340、電源350、支撐框架360以及絕緣蓋板370。其中，氣體供應單元320係連接至腔室310，用以提供氣體至腔室310內。下電極板330與上電極板340均配置於腔室310內，且上電極板340係位於下電極板330上方。電源350係電性連接至上電極板340與下電極板330，用以施加電壓至上電極板340與下電極板330，以於其間產生電壓差。在本實施例中，電源350例如是一射頻(radio frequency,RF)電源。
請繼續參照圖3，支撐框架360係配置於腔室310內，並位於下電極板330與上電極板340之間。詳細來說，支撐框架360一般是以鋁或其他金屬材料製成，其表面較佳被覆有陽極氧化處理之鋁陽極氧化膜。此外，本實施例之支撐框架360具有多個氣孔362，其係鄰近支撐框架360的中心處分佈。
圖4為本發明之一實施例中絕緣蓋板的示意圖。請同時參照圖3與圖4，絕緣蓋板370配置於支撐框架360與下電極板330之間，且其包括中央蓋板372與多個側蓋板374。本實施例之絕緣蓋板的材質為陶瓷，但本發明不以此為限。
承上述，中央蓋板372係固定於支撐框架360上，而側蓋板374則是固定於支撐框架360及腔室310內的其他元件(圖未示)上。具體來說，中央蓋板372與側蓋板374例如是以螺鎖或其他方式固定於支撐框架360上，且本實施例之支撐框架360例如呈十字形而對應這些側蓋板374的拼接處，但支撐框架360之形狀不以此為限。
圖5A為圖4之絕緣蓋板的分解示意圖。圖5B為圖4之絕緣蓋板的剖面分解示意圖。請參照圖4、圖5A及圖5B，中央蓋板372具有主體部373以及環繞主體部的凸緣部371，且主體部373具有多個第一氣孔375，其係對應至支撐框架360的氣孔362。
值得一提的是，在本發明之另一實施例中，支撐框架360還可以具有開口364，且其係對應至絕緣蓋板370之中央蓋板372上的第一氣孔375，如圖6A及圖6B所示。由此可知，氣體供應單元320所供應的氣體係經由開口364，穿過絕緣蓋板370之中央蓋板372上的第一氣孔375而進入腔室310。
請再次參照圖4、圖5A及圖5B，本實施例之絕緣蓋板370具有四片側蓋板374，且各側蓋板374均具有圓角376與承靠面378，其中各側蓋板374即是藉由其圓角376而鄰靠於中央蓋板372的主體部373旁。換言之，各側蓋板374均與其餘兩側蓋板374相鄰，並與中央蓋板372拼接成絕緣蓋板370。而且，各側蓋板374亦具有第二氣孔377，分佈於鄰近側蓋板374之拼接處。
值得注意的是，各側蓋板374之承靠面378是承靠於中央蓋板372的凸緣部371。而且，為使絕緣蓋板370的厚度均勻一致，本實施例係將側蓋板374的承靠面378設計為階梯狀，但本發明並不以此為限。
請再次參照圖3，當氣體供應單元320所供應的氣體依序通過支撐框架360之氣孔362與中央蓋板372之第一氣孔375而進入腔室310後，此氣體分子會因上電極板340與下電極板330之間的電壓差而被激發或解離為電漿。在此，由於各側蓋板374係以圓角376鄰靠在似圓形的中央蓋板372之主體部373旁，因此電漿中的離子較不易在此處聚集，可降低絕緣蓋板370之中央處因遭受到電漿的離子轟擊而崩裂、老化或脆化的機率。
而且，由於中央蓋板372的製造成本較側蓋板374的製造成本低，因此由圖3及圖5B可知，本實施例係將絕緣蓋板370之中央蓋板372的凸緣部371設置於側蓋板374之承靠面378與下電極板330之間，以保護側蓋板374，避免其遭受到電漿的離子轟擊。換言之，在電漿處理裝置300中，係藉由製造成本較低的中央蓋板372來保護製造成本較高的側蓋板374，以降低絕緣蓋板370受損時所需花費的修補或更換成本。
前述實施例僅係用以說明本發明，並非用以限定本發明之絕緣蓋板的型態。以下將舉其他實施例說明本發明之絕緣蓋板的其他型態。
圖7A為本發明之另一實施例中電漿處理裝置的剖面示意圖。圖7B為圖7A之絕緣蓋板的剖面分解示意圖。請參照圖7A及圖7B，以下將針對本實施例之電漿處理裝置700與圖3之電漿處理裝置300的相異處加以說明，而其餘標號與圖3相同者，其所代表之元件均與前述實施例相同或相似，此處不再贅述。
在電漿處理裝置700中，絕緣蓋板370之側蓋板374的承靠面378係設置於中央蓋板372的凸緣部371與下電極板330之間。如此一來，即使側蓋板374因長期遭受到電漿的離子撞擊而崩裂，仍可藉由中央蓋板372的凸緣部371來保護支撐框架360免於暴露在電漿環境中，以避免發生電弧現象。
圖8A為本發明之另一實施例中電漿處理裝置的剖面示意圖。圖8B為圖8A之絕緣蓋板的剖面分解示意圖。請參照圖8A及圖8B，為進一步增加電漿處理裝置800之絕緣蓋板870的抗離子撞擊強度，本實施例中係將中央蓋板872的厚度T1 設計為大於側蓋板874的厚度T2 ，且側蓋板874之承靠面878為平面，其中側蓋板874係直接承靠在中央蓋板872之凸緣部871上而鄰靠於主體部873旁。
在本實施例中，由於中央蓋板872之凸緣部871係位於各側蓋板874之承靠面878與下電極板330之間，因而能夠保護側蓋板874免於遭受電漿的離子轟擊。當然，在其他實施例中，也可以將絕緣蓋板的側蓋板874之承靠面878設置於中央蓋板872之凸緣部871與下電極板330之間，如圖9A及圖9B所示。如此一來，當側蓋板874因長期遭受到電漿的離子撞擊而崩裂，還可藉由中央蓋板872的凸緣部871來保護支撐框架360免於暴露在電漿環境中。
由上述可知，電漿的離子轟擊多集中在絕緣蓋板的中央處，而由於本發明之絕緣蓋板係由中央蓋板及多個側蓋板拼接而成，因此即使本發明之絕緣蓋板的中央處在使用一段時間後，因遭受離子轟擊而崩裂、老化或脆化，也只需更換低成本的中央蓋板即可。
特別的是，即使本發明之絕緣蓋板的側蓋板在圓角處遭受到高密度的離子轟擊而損壞，還可以藉由研磨或切割的方式移除崩壞的部分之後，再與適當尺寸的中央蓋板拼接成新的絕緣蓋板。因此，本發明之絕緣蓋板與習知相較之下，其具有較大的損壞容許寬度及長度。舉例來說，習知絕緣蓋板的損壞容許寬度及長度分別為2mm與1cm，而本發明之絕緣蓋板的損壞容許寬度及長度可達2cm至4cm。
而且，本發明之絕緣蓋板的中央蓋板具有凸緣部，其可與側蓋板保護彼此免於因遭受離子轟擊而崩裂，進而避免支撐框架或其他金屬元件暴露於電漿環境中。
綜上所述，本發明之絕緣蓋板具有較強之抗離子撞擊的強度，因而具有較長的使用壽命。而且，使用本發明之絕緣蓋板的電漿處理裝置與習知的電漿處理裝置相較之下，亦可具有較佳製程良率。此外，本發明之絕緣蓋板的側蓋板即使有崩裂處亦可於研磨加工後繼續使用，甚至習知所汰換掉的蓋板再進行研磨或切割等加工後亦可作為本發明之絕緣蓋板的側蓋板。由此可知，本發明可有效降低電漿處理裝置之絕緣蓋板的報廢率，以節省成本。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、300、700、800．．．電漿處理裝置
110、310．．．腔室
120、320．．．氣體供應單元
130、330．．．下電極板
140、340．．．上電極板
150、350．．．電源
160、360．．．支撐框架
162、174、362．．．氣孔
170、370、870．．．絕緣蓋板
172．．．陶瓷蓋板
364．．．開口
371、871．．．凸緣部
372、872．．．中央蓋板
373、873．．．主體部
374、874．．．側蓋板
375．．．第一氣孔
376．．．圓角
377．．．第二氣孔
378、878．．．承靠面
T1 、T2 ．．．厚度
圖1為習知電漿處理裝置的示意圖。
圖2為習知電漿處理裝置中絕緣蓋板的俯視示意圖。
圖3為本發明之一實施例中電漿處理裝置的剖面示意圖。
圖4為本發明之一實施例中絕緣蓋板的示意圖。
圖5A為圖4之絕緣蓋板的分解示意圖。
圖5B為圖4之絕緣蓋板的剖面分解示意圖。
圖6A為本發明之另一實施例中電漿處理裝置的剖面示意圖。
圖6B為本發明之另一實施例中支撐框架的示意圖。
圖7A為本發明之另一實施例中電漿處理裝置的剖面示意圖。
圖7B為圖7A之絕緣蓋板的剖面分解示意圖。
圖8A為本發明之另一實施例中電漿處理裝置的剖面示意圖。
圖8B為圖8A之絕緣蓋板的剖面分解示意圖。
圖9A為本發明之另一實施例中電漿處理裝置的剖面示意圖。
圖9B為圖9A之絕緣蓋板的剖面分解示意圖。
370．．．絕緣蓋板
371．．．凸緣部
372．．．中央蓋板
373．．．主體部
374．．．側蓋板
375．．．第一氣孔
378．．．承靠面

Claims (10)

  1. 一種電漿處理裝置，包括：一腔室；一氣體供應單元，連接至該腔室，用以提供一氣體至該腔室內；一下電極板，配置於該腔室內；一上電極板，配置於該腔室內，並位於該下電極板上方；一電源，電性連接至該上電極板與該下電極板；一支撐框架，配置於該腔室內，並位於該下電極板與該上電極板之間；一絕緣蓋板，配置於該支撐框架與該下電極板之間，該絕緣蓋板包括：一中央蓋板，具有一主體部以及一凸緣部，其中該主體部具有多個第一氣孔，用以供該氣體通過，而該凸緣部係環繞該主體部；以及多個側蓋板，分別具有一圓角以及一承靠面，其中各該側蓋板與其餘該些側蓋板其中之二相鄰，且各該側蓋板係藉由該圓角而鄰靠於該中央蓋板之該主體部旁，各該側蓋板之該承靠面則係承靠於該中央蓋板之該凸緣部，其中，該中央蓋板的厚度大於該側蓋板的厚度，且該中央蓋板之該凸緣部係位於各該側蓋板之該承靠面與該下電極板之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中各該側蓋板之該承靠面為平面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中各該側蓋板之該承靠面呈階梯狀。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中該支 撐框架呈十字形，並對應至該些側蓋板的拼接處。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中該支撐框架具有一開口，且該開口係對應至該中央蓋板上的該些第一氣孔。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中各該側蓋板更具有多個第二氣孔，鄰近於該些側蓋板的拼接處。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中該絕緣蓋板的材質包括陶瓷。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中該支撐框架的材質包括金屬。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電漿處理裝置，其中該支撐框架的材質包括鋁。
  10. 一種電漿處理裝置，包括：一腔室；一氣體供應單元，連接至該腔室，用以提供一氣體至該腔室內；一下電極板，配置於該腔室內；一上電極板，配置於該腔室內，並位於該下電極板上方；一電源，電性連接至該上電極板與該下電極板；一支撐框架，配置於該腔室內，並位於該下電極板與該上電極板之間；一絕緣蓋板，配置於該支撐框架與該下電極板之間，該絕緣蓋板包括：一中央蓋板，具有一主體部以及一凸緣部，其中該主體部具有多個第一氣孔，用以供該氣體通過，而該凸緣部係環繞該主體部；以及 多個側蓋板，分別具有一圓角以及一承靠面，其中各該側蓋板與其餘該些側蓋板其中之二相鄰，且各該側蓋板係藉由該圓角而鄰靠於該中央蓋板之該主體部旁，各該側蓋板之該承靠面則係承靠於該中央蓋板之該凸緣部，其中，該中央蓋板的厚度大於該側蓋板的厚度，且各該側蓋板之該承靠面係位於該中央蓋板之該凸緣部與該下電極板之間。
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