TWI557347B - 蝕刻反應設備及其節流閥 - Google Patents

Description

蝕刻反應設備及其節流閥

本發明係有關於一種節流閥，特別係有關於一種應用於蝕刻反應設備的節流閥。

半導體製程中之乾蝕刻機台，主要應用在元件及導線圖層的定義(pattern transfer)，其蝕刻原理是運用電漿將蝕刻氣體離子化後，與材料進行化學反應或加入物理性的撞擊，具有等向或非等向性(anisotropic)的特徵。蝕刻性能(etch performance index)評估項目有(1)蝕刻率、(2)均勻性、(3)選擇比、(4)輪廓(profile)，而腔體壓力(chamber pressure)的穩定性是影響蝕刻性能之重要因素(factor)。

習知乾蝕刻機台壓力伺服與維持的方式，係將蝕刻氣體注入腔體內，經由節流閥開度大小來進行製程所需壓力的伺服與維持。目前應用之節流閥有(1)Throttle valve valve(蝴蝶閥)(2)Pendulum valve(鐘擺式閥門)兩種型式，且節流閥分別安裝在腔體(chamber)左右對稱處。

蝴蝶閥係透過皮帶傳動，零件多，再加上皮帶老舊疲乏的問題，以及傳動齒輪與閥件軸桿連接之止附螺絲易鬆脫，因而造成閥件作動不良，且直接影響腔體壓力的不穩定。此外，蝴蝶閥的閥片設計，從流體力學觀點來看會有區域性擾流現象，易於將沉積於閥件上的製程副產物(byproduct)吹落 而揚起，形成微粒污染。

鐘擺式閥門的節流開口設計會因氣流壓力槓桿效應使得軸承損壞，導致傳動機構作動不良，且直接影響腔體壓力的不穩定。

因此，有必要針對上述蝴蝶閥以及鐘擺式閥門的缺點進行改良。

本發明即為了解決習知技術之問題而提供之一種節流閥，包括一第一基板、一第二基板以及複數個葉片。第一基板包括複數個樞接結構，其中，一第一開口形成於該第一基板之上。第二基板包括複數個轉向結構，其中，一第二開口形成於該第二基板之上。每一葉片包括一樞接部以及一連結部，該樞接部連接該等樞接結構其中之一，該連結部連接該等轉向結構其中之一，透過該第一基板與該第二基板之間的相對轉動，該等葉片於一第一方位以及一第二方位之間轉動，當該等葉片處於該第一方位時，該等葉片共同定義一葉片開口，該葉片開口對應該第一開口以及該第二開口，當該等葉片處於該第二方位時，該葉片開口被關閉。

應用本發明實施例之該節流閥，該蝕刻反應設備可依據該壓力感測值控制該抽氣幫浦以及該節流閥的動作，以調整該腔體反應室內之該反應氣體之壓力，藉此達到穩定的腔體壓力。相較於習知的蝴蝶閥以及鐘擺式閥門等設計，本發明實施例之節流閥不使用皮帶，因此避免了微粒污染的情形。並且，本發明實施例之節流閥不會因氣流壓力產生槓桿效應，因 此節流閥的可靠度被有效提高。

1‧‧‧蝕刻反應設備

9‧‧‧晶圓

11‧‧‧腔體反應室

12‧‧‧晶座

13‧‧‧反應氣體入口

14‧‧‧上電極

15‧‧‧抽氣幫浦

16‧‧‧射頻產生器

17‧‧‧壓力感測器

18‧‧‧電漿

100‧‧‧節流閥

101‧‧‧等邊五角形

110‧‧‧第一基板

111‧‧‧樞接結構

112‧‧‧第一開口

120‧‧‧第二基板

121‧‧‧轉向結構

122‧‧‧第二開口

123‧‧‧齒

130‧‧‧葉片

131‧‧‧樞接部

132‧‧‧連結部

133‧‧‧葉片開口

140‧‧‧齒輪

第1圖係顯示本發明實施例之蝕刻反應設備；第2圖係顯示節流閥的元件爆炸圖；第3A~3C圖係顯示該等葉片的動作；第4A~4C圖係顯示本發明實施例之節流閥的作動情形。

參照第1圖，其係顯示本發明實施例之蝕刻反應設備1，用以對一晶圓9進行蝕刻，包括一腔體反應室11、一晶座(下電極)12、一反應氣體入口13、上電極14、抽氣幫浦15、射頻產生器16、壓力感測器17以及節流閥100。晶圓9經由傳送手臂置放在晶座(下電極)12上。反應氣體入口13設於該腔體反應室11的頂部，蝕刻氣體從上方經由上電極14注入腔體內。

該壓力感測器17感測該腔體反應室11內之該反應氣體之壓力，並提供一壓力感測值，該蝕刻反應設備1依據該壓力感測值控制該抽氣幫浦15以及該節流閥100的動作，以調整該腔體反應室11內之該反應氣體之壓力，藉此達到穩定的腔體壓力。接著，啟動射頻產生器16，產生電漿18，將蝕刻氣體離子化後，與晶圓9進行化學反應或加入物理性的撞擊，達到等向或非等向性蝕刻。

在此實施例中，節流閥100設於該腔體反應室11的底部，並位於左右對稱處。參照第2圖，其係顯示節流閥100的元件爆炸圖，其包括一第一基板110、一第二基板120、葉片 130(此實施例中葉片共五片，為清楚顯示葉片的連接方式，在此僅顯示單一葉片)、一齒輪(未圖示)以及一馬達(未圖示)。第一基板110包括複數個樞接結構111，其中，一第一開口112形成於該第一基板110之上。第二基板120包括複數個轉向結構121，其中，一第二開口122形成於該第二基板120之上。每一葉片130包括一樞接部131以及一連結部132，該樞接部131連接該等樞接結構111其中之一，該連結部132連接該等轉向結構121其中之一，透過該第一基板110與該第二基板120之間的相對轉動，該等葉片130於一第一方位以及一第二方位之間轉動。

參照第3A~3C圖，其係顯示該等葉片130的動作。當該等葉片130處於該第一方位時(第3A圖)，該等葉片共同定義一葉片開口133，當該等葉片130處於該第二方位時，該葉片開口被關閉(第3C圖)。

參照第2圖，在此實施例中，該等轉向結構121為直線型槽孔，該等連結部132為圓形凸柱。該等樞接結構111為圓形槽孔，該等樞接部131為圓形凸柱。然而，上述揭露並未限制本發明，例如，在一實施例中，該等樞接結構亦可以為圓形凸柱，而該等樞接部為圓形槽孔。

在本發明的實施例中，相鄰的兩該葉片130彼此分離，避免因為摩擦而產生微粒污染。在一實施例中，相鄰的兩該葉片130之間具有一間隙，該間隙之寬度約介於1公釐至2公釐之間。

在本發明的實施例中，該等葉片130的數量為三個以上，並依逆時針方向，等角度(例如，當葉片數量為三個時， 角度差為120度，當葉片數量為五個時，角度差為72度)，層疊設置。當葉片130數量越多時，葉片開口133的形狀越接近圓形，如此可降低擾流，但會增加節流閥的整體厚度。在此實施例中，該等葉片130的數量為五個，該等連結部132孔分別位於一等邊五角形101的五個角之上(參照第4A圖)。在此情況下，擾流的程度被適當的降低，且節流閥的整體厚度也不會過厚。

在此實施例中，該等葉片130的形狀為新月狀，然，實施例之揭露並未限制本發明，該等葉片130的形狀可視需要變化。此外，該等葉片130的數量以及排列方式，亦可視需要適度變化。

參照第4A~4C圖，其係顯示本發明實施例之節流閥的作動情形。在此實施例中，馬達連接並轉動該齒輪140，其中，該第二基板120包括複數個齒123，該等齒123形成於該第二基板120的邊緣，該齒輪140與該等齒123齧合，透過該馬達的旋轉帶動該齒輪140，該第二基板120相對於該第一基板110轉動，而使該等葉片130於該第一方位以及該第二方位之間轉動。在一實施例中，該馬達為步進馬達，藉此可達到精確的角度控制。

在上述實施例中，以齒輪以及馬達轉動第二基板，然，上述揭露並未限制本發明，第二基板亦可透過其他機構設計轉動。

應用本發明實施例之該節流閥，該蝕刻反應設備可依據該壓力感測值控制該抽氣幫浦以及該節流閥的動作，以調整該腔體反應室內之該反應氣體之壓力，藉此達到穩定的腔 體壓力。相較於習知的蝴蝶閥以及鐘擺式閥門等設計，本發明實施例之節流閥不使用皮帶，因此避免了微粒污染的情形。並且，本發明實施例之節流閥不會因氣流壓力產生槓桿效應，因此節流閥的可靠度被有效提高。

雖然本發明已以具體之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技術者，在不脫離本發明之精神和範圍內，仍可作些許的更動與潤飾，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。

110‧‧‧第一基板

111‧‧‧樞接結構

112‧‧‧第一開口

120‧‧‧第二基板

121‧‧‧轉向結構

122‧‧‧第二開口

123‧‧‧齒

130‧‧‧葉片

131‧‧‧樞接部

132‧‧‧連結部

Claims (9)

1. 一種節流閥，適於連接一齒輪，包括：一第一基板，包括複數個樞接結構，其中，一第一開口形成於該第一基板之上；一第二基板，包括複數個轉向結構以及複數個齒，其中，一第二開口形成於該第二基板之上，該等齒形成於該第二基板之邊緣，該等齒齧合該齒輪；複數個葉片，其中，每一葉片包括一樞接部以及一連結部，該樞接部連接該等樞接結構其中之一，該連結部連接該等轉向結構其中之一，透過該齒輪推動該等齒而使得該第一基板與該第二基板之間發生相對轉動，該等葉片於一第一方位以及一第二方位之間轉動，當該等葉片處於該第一方位時，該等葉片共同定義一葉片開口，該葉片開口對應該第一開口以及該第二開口，當該等葉片處於該第二方位時，該葉片開口被關閉。
2. 如申請專利範圍第1項所述之節流閥，其中，該等葉片為新月狀。
3. 如申請專利範圍第1項所述之節流閥，其中，該等葉片的數量為三個以上。
4. 如申請專利範圍第3項所述之節流閥，其中，該等葉片的數量為五個，該等轉向結構為直線型槽孔，該等連結部為圓形凸柱，該等連結部孔分別位於一等邊五角形的五個角之上。
5. 一種蝕刻反應設備，用以對一晶圓進行蝕刻，包括： 一腔體反應室；一晶座，設於該腔體反應室之中，其中，該晶圓置於該晶座之上；一反應氣體入口，設於該腔體反應室的頂部，其中，一製程氣體透過該反應氣體入口進入該腔體反應室；以及一節流閥，設於該腔體反應室的底部，其中，該節流閥包括：複數個葉片，其中，該等葉片於一第一方位以及一第二方位之間轉動，當該等葉片處於該第一方位時，該等葉片共同定義一葉片開口，當該等葉片處於該第二方位時，該葉片開口被關閉。
6. 如申請專利範圍第5項所述之蝕刻反應設備，其中，該節流閥更包括：一第一基板，包括複數個樞接結構，其中，一第一開口形成於該第一基板之上；以及一第二基板，包括複數個轉向結構，其中，一第二開口形成於該第二基板之上；其中，每一葉片包括一樞接部以及一連結部，該樞接部連接該等樞接結構其中之一，該連結部連接該等轉向結構其中之一，透過該第一基板與該第二基板之間的相對轉動，該等葉片於該第一方位以及該第二方位之間轉動。
7. 如申請專利範圍第5項所述之蝕刻反應設備，其中，該等葉片為新月狀。
8. 如申請專利範圍第5項所述之蝕刻反應設備，其中，該等葉 片的數量為三個以上。
9. 如申請專利範圍第8項所述之蝕刻反應設備，其中，該等葉片的數量為五個，該等轉向結構為直線型槽孔，該等連結部為圓形凸柱，該等連結部孔分別位於一等邊五角形的五個角之上。