TWI662595B - 噴淋頭結構及其多孔質陶瓷盤之製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明係揭露一種適用於晶圓表面處理之噴淋頭結構及其多孔質陶瓷盤之製造方法，所述噴淋頭結構包含：一座體及一多孔質陶瓷盤；所述多孔質陶瓷盤之製造方法包含一備料步驟、一混合步驟、一造粒步驟、一壓型步驟、一脫脂步驟、一燒結步驟及一研磨成型步驟。本發明能夠降低傳統使用金屬材質噴淋頭的製造成本，並能夠減少雜質產生，且增長噴淋頭使用壽命，進而改善製程作業穩定性。

Description

噴淋頭結構及其多孔質陶瓷盤之製造方法

本發明是有關於一種噴淋頭，特別是有關於一種用於晶圓表面處理的設備之噴淋頭結構及其多孔質(Porous)陶瓷盤之製造方法。

噴淋頭通常用於半導體製程設備中，可對晶圓之表面分佈製程氣體，進而執行沈積、蝕刻或其他製程作業。

如第1圖所示，一般之噴淋頭結構係包含有座體1及花盤2，花盤2係設置於座體1之一面，且花盤2係具有複數個獨立孔洞201。當製程氣體經由座體1之進氣口101進氣時，可透過花盤2之複數個獨立孔洞201噴出，進而得以對晶圓之表面進行沈積或蝕刻等處理作業。

然而，習知之花盤2係為金屬材料所製，而每一個獨立孔洞201則是在花盤2製作完成之後再透過鑽頭進行鑽孔之方式逐一鑽孔加工形成，如此一來，不但鑽頭之損耗大，造成製造成本增加之外，鑽孔之作業也相當地費時費力。而且，金屬材質的噴淋頭因不耐製程氣體的腐蝕與沖蝕，會產生金屬微粒子雜質(particle)，汙染晶圓表面。又，花盤孔洞的孔徑受製程氣體的沖蝕逐漸擴大將造成製程作業之不穩定性。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種可降低傳統之金屬材質噴淋頭的製造成本，減少雜質(particle)產生，並增長噴淋頭使用壽命進而改善製程作業穩定性的多孔質陶瓷盤之噴淋頭結構及其多孔質陶瓷盤之製造方法。

根據本發明之目的，提出一種噴淋頭結構，適用於晶圓表面處理，所述噴淋頭結構包含：一座體，該座體的一面係設有一進氣口，且座體係設有連通進氣口之一槽區；以及一多孔質陶瓷盤，係設置於座體之另一面並覆蓋槽區，且多孔質陶瓷盤係具有複數個連通槽區之連通孔隙，所述複數個連通孔隙係為多孔質陶瓷盤於生產製程中經乾壓成型與燒結作業所生成，其中，多孔質陶瓷盤之孔隙率係為10%至50%，各連通孔隙之直徑係為500μm以下。

依據上述技術特徵，所述多孔質陶瓷盤之厚度為0.1mm至20mm。

依據上述技術特徵，所述多孔質陶瓷盤係由碳化矽所製。

依據上述技術特徵，所述多孔質陶瓷盤可選自由碳化矽、氧化鋁、氮化鋁及氮化矽所組成的群組中之至少其中之一所製或其他陶瓷材料或各種陶瓷複合材料所製。

根據本發明之目的，又提出一種適用於噴淋頭結構之多孔質陶瓷盤之製造方法，其包含下列步驟：

一備料步驟：提供至少一種陶瓷粉末。

一混合步驟：將該陶瓷粉末與高分子材料、水或其他溶劑以及黏著劑進行混合攪拌以形成一泥漿物料。

一造粒步驟：將該泥漿物料放置於一造粒設備中，以使該泥漿物料經一噴霧造粒作業而形成複數個小粉體顆粒。

一壓型步驟：將該複數個小粉體顆粒放置於一模具內，並利用加壓設備對該複數個小粉末顆粒物進行乾壓成型作業，以獲得具有複數個連通孔隙之一生胚。

一脫脂步驟：將該生胚的結構中所含之高分子材料以及黏著劑脫除，以獲得一胚體。

一燒結步驟：將脫脂完成的該胚體放置於一燒結設備中進行燒結作業，以獲得一多孔質陶瓷盤半成品。

一研磨成型步驟：將該多孔質陶瓷盤半成品放置於一研磨設備，並對該多孔質陶瓷盤半成品進行研磨加工作業，以獲得具該複數個連通孔隙之一多孔質陶瓷盤，其中，該多孔質陶瓷盤之孔隙率係為10%至50%，各該連通孔隙之直徑係為500μm以下。

依據上述技術特徵，該脫脂步驟獲得之該胚體具有30%至60%之緻密度。

依據上述技術特徵，所述陶瓷粉末可選自由碳化矽、氧化鋁、氮化鋁及氮化矽所組成的群組中之至少其中之一或其他陶瓷材料或各種陶瓷複合材料。

依據上述技術特徵，該壓型步驟中係以100至2,000kg/cm ²之壓力對該複數個粉體顆粒進行乾壓成型作業。

承上所述，本發明之噴淋頭結構主要係利用碳化矽或其他陶瓷材料製作出多孔質陶瓷盤，且多孔質陶瓷盤所具有之複數個連通孔隙，是在多孔質陶瓷盤於生產製程中經乾壓成型與燒結作業即可控制生成，相較於習知技術之金屬花盤，可省去後續之鑽孔加工作業，不僅可降低製造成本及作業工時之外，不會被製程氣體因沖蝕而產生小微粒雜質(particle)，並且孔徑不易受製程氣體之沖蝕擴大而造成製程作業之不穩定性，以更為符合晶圓表面處理之製程作業需求。

為利 貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

請參閱第2圖，其係為本發明之噴淋頭結構之第一示意圖。如圖所示，本發明之噴淋頭結構主要包含有一座體10及一多孔質陶瓷盤20；所述座體10的一面係設有一進氣口11，且座體10係設有連通進氣口11之一槽區12；所述多孔質陶瓷盤20係具有複數個連通孔隙21，需特別注意的是，所述複數個連通孔隙21係為多孔質陶瓷盤20於生產製程中經乾壓成型與燒結作業所控制生成，並且，所述多孔質陶瓷盤20之孔隙率係為10%至50%，各連通孔隙21之直徑則可控制在500μm以下。此外，所述多孔質陶瓷盤20之厚度較佳為0.1mm至20mm，但不以此為限。

上述中，所述多孔質陶瓷盤20可由各種陶瓷材料所製成，所述各種陶瓷材料可選自碳化矽、氧化鋁、氮化鋁或氮化矽的其中之一或其他陶瓷材料或各種陶瓷複合材料，但不以此等所列舉而有所限制。

再請一併參閱第3圖及第4圖，其分別係為本發明之噴淋頭結構之第二示意圖及第三示意圖。如圖所示，本發明之多孔質陶瓷盤20係設置於座體10之一面，並且多孔質陶瓷盤20係覆蓋住座體10之槽區12，當製程氣體經由座體10之進氣口11進入至槽區12時，所述製程氣體可透過多孔質陶瓷盤20之各連通孔隙21來噴出。

再請參閱第5圖，其係為本發明之噴淋頭結構之實施例之示意圖。本發明之噴淋頭結構可用於半導體製作模組中，以對晶圓之表面分佈製程氣體，進而執行沈積、蝕刻或其他製程作業。如圖所示，所述座體10之進氣口11可提供製程氣體進入至槽區12中，進而槽區12中的氣體可藉由多孔質陶瓷盤20之複數個連通孔隙21分佈至位於載台200上之晶圓300之表面，以達到表面處理之目的。

請參閱第6圖，其係為本發明之噴淋頭結構之多孔質陶瓷盤之製造方法之流程圖，其流程步驟包含如下：

一備料步驟S11：提供至少一種陶瓷粉末，其中，所述陶瓷粉末可為碳化矽、氧化鋁、氮化鋁、氮化矽之其中之一或其他陶瓷材料或各種陶瓷複合材料。

一混合步驟S12：將所述陶瓷粉末與高分子材料、水或其他溶劑以及黏著劑進行濕式混合攪拌以形成一泥漿物料。

一造粒步驟S13：將所述泥漿物料放置於造粒設備中，以使泥漿物料經噴霧造粒作業而形成複數個小粉體顆粒。

一壓型步驟S14：將所述複數個小粉體顆粒放置於模具內，並利用油壓設備對複數個粉體顆粒進行乾壓成型作業，以獲得具有複數個連通孔隙之生胚；其中，可透過100至2,000kg/cm ²之壓力對複數個粉體顆粒進行乾壓成型作業。

一脫脂步驟S15：將所述生胚的結構中所含之高分子材料以及黏著劑脫除，脫脂完成的胚體具有30%至60%之緻密度。胚體的緻密度係為胚體的實體密度除以胚體的材料之理論密度，其中，胚體的實體密度係為胚體的重量除以胚體的體積，胚體的材料之理論密度係為胚體的材料之單位晶格(unit cell)內原子的重量除以單位晶格體積。基本上，材料的理論密度可查表得到，例如本發明之實施例中以碳化矽為材料的胚體而言，其理論密度為3.21g/cm ³。本發明之實施例中以碳化矽材料為例，碳化矽胚體具有長、寬、高分別為5cm、5cm 和1cm，因此胚體的體積係為25cm ³；又經過秤重得知胚體的重量係為45g，因此胚體的實體密度係為1.8g/cm ³，胚體的緻密度為56.1%，而剩餘的43.9%即為孔隙所佔的比率，換言之胚體的孔隙率係為43.9%。

一燒結步驟S16：將脫脂完成的胚體放置於燒結設備中進行燒結作業，以獲得一多孔質陶瓷盤半成品；其中，可依產品需求與陶瓷粉末種類使用1,000℃至2,150℃之燒結溫度，數小時之時間來對胚體進行燒結作業，例如，若多孔質陶瓷材料係採用碳化矽粉末，則燒結溫度可採用1,900℃至2,050℃，藉此多孔質陶瓷盤半成品可達70%至90%之緻密度。

一研磨成型步驟S17：將所述多孔質陶瓷盤半成品放置於研磨加工設備，並對多孔質陶瓷盤半成品進行研磨加工作業，以獲得多孔質陶瓷盤的外型尺寸；其中，多孔質陶瓷盤之孔隙率係為10%至50%，各連通孔隙之直徑係為500μm以下。

具體而言，本發明之噴淋頭結構主要係利用多孔質陶瓷材料製作出具有複數個連通孔隙之多孔質陶瓷盤，而其中該連通孔隙是在多孔質陶瓷盤於製造途中經乾壓成型與燒結作業就已生成，相較於習知技術之金屬花盤，可省去後續之鑽孔加工作業，不但可降低製造成本及作業工時之外，還可較不易被製程氣體因沖蝕而產生小微粒雜質(particle)，並且孔徑不易受製程氣體之沖蝕擴大而造成製程作業之不穩定性，藉以提供更為符合晶圓表面處理之製程作業需求。

綜觀上述，可見本發明在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，再者，本發明申請前未曾公開，且其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

1、10‧‧‧座體

101、11‧‧‧進氣口

2‧‧‧花盤

201‧‧‧獨立孔洞

21‧‧‧連通孔隙

12‧‧‧槽區

20‧‧‧多孔質陶瓷盤

200‧‧‧載台

300‧‧‧晶圓

S11‧‧‧備料步驟

S12‧‧‧混合步驟

S13‧‧‧造粒步驟

S14‧‧‧壓型步驟

S15‧‧‧脫脂步驟

S16‧‧‧燒結步驟

S17‧‧‧研磨成型步驟

第1圖 為習知技術之噴淋頭結構之示意圖。 第2圖 為本發明之噴淋頭結構之第一示意圖。 第3圖 為本發明之噴淋頭結構之第二示意圖。 第4圖 為本發明之噴淋頭結構之第三示意圖。 第5圖 為本發明之噴淋頭結構之實施例之示意圖。 第6圖 為本發明之噴淋頭結構之多孔質陶瓷盤之製造方法之流程圖。

Claims (8)

1. 一種噴淋頭結構，適用於晶圓表面處理，該噴淋頭結構包含：一座體(10)，該座體(10)的一面係設有一進氣口(11)，且該座體(10)係設有連通該進氣口(11)之一槽區(12)；以及一多孔質陶瓷盤(20)，係設置於該座體(10)之另一面並覆蓋該槽區(12)，且該多孔質陶瓷盤(20)係為複數個連通該槽區(12)之相互連通孔隙(21)結構所組成；其中，該多孔質陶瓷盤(20)之孔隙率係為10%至50%，各該連通孔隙(21)之直徑係為500μm以下。
2. 如請求項1所述之噴淋頭結構，其中該多孔質陶瓷盤(20)之厚度為0.1mm至20mm。
3. 如請求項1所述之噴淋頭結構，其中該多孔質陶瓷盤(20)係由碳化矽所製。
4. 如請求項1所述之噴淋頭結構，其中該多孔質陶瓷盤(20)係選自由氧化鋁、氮化鋁及氮化矽所組成的群組中之至少其中之一所製。
5. 一種之多孔質陶瓷盤之製造方法，包含下列步驟：一備料步驟(S11)：提供至少一種陶瓷粉末；一混合步驟(S12)：將該陶瓷粉末與高分子材料、水或其他溶劑以及黏著劑進行混合攪拌以形成一泥漿物料；一造粒步驟(S13)：將該泥漿物料放置於一造粒設備中，以使該泥漿物料經一噴霧造粒作業而形成複數個小粉體顆粒；一壓型步驟(S14)：將該複數個小粉體顆粒放置於一模具內，並利用加壓設備對該複數個小粉末顆粒物進行乾壓成型作業，以獲得具有複數個連通孔隙(21)之一生胚；一脫脂步驟(S15)：將該生胚的結構中所含之高分子材料以及黏著劑脫除，以獲得一胚體；一燒結步驟(S16)：將脫脂完成的該胚體放置於一燒結設備中進行燒結作業，以獲得一多孔質陶瓷盤半成品；以及一研磨成型步驟(S17)：將該多孔質陶瓷盤半成品放置於一研磨設備，並對該多孔質陶瓷盤半成品進行研磨加工作業，以獲得具該複數個連通孔隙(21)之一多孔質陶瓷盤(20)，其中，該多孔質陶瓷盤(20)之孔隙率係為10%至50%，各該連通孔隙(21)之直徑係為500μm以下。
6. 如請求項5所述之多孔質陶瓷盤之製造方法，其中該脫脂步驟(S15)獲得之該胚體具有30%至60%之緻密度。
7. 如請求項5所述之多孔質陶瓷盤之製造方法，其中該陶瓷粉末係選自由碳化矽、氧化鋁、氮化鋁及氮化矽所組成的群組中之至少其中之一。
8. 如請求項5所述之多孔質陶瓷盤之製造方法，其中該壓型步驟(S14)中係以100至2,000kg/cm²之壓力對該複數個粉體顆粒進行乾壓成型作業。