TWM587359U - 密封機構 - Google Patents

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sealing
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張祐語
黃俊堯
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麥豐密封科技股份有限公司
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Abstract

一種環狀之密封機構，設置於一半導體製程設備中，包括一密封層、一彈性層以及一保護層。前述密封層設置於前述半導體製程設備之一溝槽內，前述彈性層覆蓋前述密封層之一外側表面，前述保護層設置於前述彈性層的外側，其中前述保護層的硬度大於前述彈性層的硬度，且前述保護層朝前述密封機構之一內側方向壓迫前述彈性層，以防止一製程流體侵蝕半導體製程設備內部之電極。

Description

密封機構
本創作是有關於一種密封機構，特別是有關於一種可方便拆裝之密封機構。
首先請參閱第1、2圖，其中第1圖表示一習知半導體製程設備1於一腔體30中對一晶圓2實施半導體製程的示意圖，第2圖則表示第1圖中A部分的放大圖。
如第1、2圖所示，前述半導體製程設備1例如為一電漿蝕刻設備，其主要包括一晶座10以及一延伸覆蓋元件20。前述晶座10設置於一腔體30內部，且其包括一晶座本體11、一流體供應單元13以及一承載元件12，其中承載元件12設於晶座本體11之上，晶圓2設置於承載元件12之上，流體供應單元13則設置於晶座本體11內部，並可經過該承載元件12而對該晶圓2提供一流體3；其中，一溝槽14形成於該晶座10之一晶座側面15，且位於晶座本體11與承載元件12的連接處。
請繼續參閱第2圖，在習知技術中，由於晶座本體11與承載元件12的連接處存在有微小縫隙，因此流體3往往容易經過此縫隙而於溝槽14處洩漏。
第3圖表示在第2圖中的溝槽14填入黏膠4的示意圖，第4圖則表示第3圖中的黏膠4被電漿粒子蝕刻而損耗的示意圖。如第3圖，為了防止流體3洩漏，可於前述溝槽14中填入黏膠4，然而由於黏膠4會在半導體製程中被電漿粒子蝕刻而損耗(第4圖)，因此在長期使用後將失去其密封效果。此外，由於黏膠4損毀後難以卸除且無法重複使用，因此不利於定期補強或更換，從而會嚴重影響到整體製程的良率。
有鑑於前述習知問題點，本創作之一實施例提供一種密封機構，設置於一半導體製程設備中，其中前述半導體製程設備包括一連接層以及一晶座，前述晶座包括一晶座本體以及用以承載一晶圓之一承載元件，前述連接層設置於前述晶座本體以及前述承載元件之間，連接層內包含電極等元件，且一環狀之溝槽形成於前述晶座本體、前述承載元件以及前述連接層之間。
前述密封機構包括一環狀之密封層、一環狀之彈性層以及一環狀之保護層。前述密封層設置於前述溝槽內，並且連接前述晶座本體、前述承載元件以及前述連接層，前述彈性層設置於前述溝槽內並覆蓋前述密封層，前述保護層設置於前述彈性層的外側。
需特別說明的是，前述保護層的硬度大於前述彈性層的硬度，且前述保護層朝前述密封機構之一內側方向壓迫前述彈性層，以防止一製程流體侵蝕前述連接層。
於一實施例中，前述密封層含有矽膠或氟素橡膠。
於一實施例中，前述彈性層含有橡膠材質。
於一實施例中，前述保護層含有鐵氟龍(PTFE)材質。
於一實施例中，前述彈性層於一垂直方向上具有一第一厚度，且前述保護層於前述垂直方向上具有一第二厚度，其中前述第二厚度等於或小於前述第一厚度。
於一實施例中，前述溝槽具有一倒角面，且前述密封層以及前述彈性層抵接前述倒角面。
於一實施例中，前述彈性層具有長條形、弧狀或波浪狀之一軸向截面。
於一實施例中，前述彈性層具有一軸向截面，且前述軸向截面具有一凸出或內凹之曲面結構。
於一實施例中，前述保護層具有一長條形之軸向截面，且前述軸向截面具有一倒角結構。
於一實施例中，前述晶座本體具有一絕緣層，連接前述密封層以及前述彈性層。
以下說明本創作實施例之密封機構。然而，可輕易了解本創作實施例提供許多合適的創作概念而可實施於廣泛的各種特定背景。所揭示的特定實施例僅僅用於說明以特定方法使用本創作，並非用以侷限本創作的範圍。
除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有一與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在此特別定義。
有關本創作之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下各實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，實施方式中所使用的方向用語是用來說明並非用來限制本創作。
請參閱第5圖，其中第5圖表示本新型一實施例之半導體製程設備對一晶圓W實施半導體製程的示意圖。如第5圖所示，本實施例中之半導體設備例如為一電漿蝕刻設備，其主要包括一晶座50以及一圍繞前述晶座50之一延伸覆蓋元件60，前述延伸覆蓋元件60可包含陶瓷、碳化矽或是石英材質之聚焦環(focus ring)，以利於電漿蝕刻製程之進行。
需特別說明的是，前述晶座50包括一晶座本體51、一承載元件52以及一連接層53，前述連接層53設置於晶座本體51和承載元件52之間，前述晶圓W則設置在承載元件52之上，其中一環狀之溝槽54形成於晶座本體51、承載元件52以及連接層53之間，且在前述溝槽54內填設有一密封機構R，以防止製程流體(例如電漿氣體)從溝槽54往內側侵蝕到連接層53內的電極等元件。
接著請參閱第6圖，其中第6圖表示第5圖所示之半導體製程設備的局部放大圖。如第6圖所示，本實施例中之連接層53內部設有兩個金屬導體E1、E2(例如為鋁電極)，且在兩個金屬導體E1、E2的周圍填設有黏膠G，用以黏接晶座本體51和承載元件52，其中前述黏膠G例如為一導熱膠(thermal glue)。
此外，在前述晶座本體51表面另塗佈有一絕緣層C，其例如可含有氧化鋁材質，並且連接連接層53和密封機構R中之密封層R1、彈性層R2以及保護層R3，藉此可確保連接層53內部的電極不會和晶座本體51內部的導體產生短路。
需特別說明的是，本實施例中的溝槽54具有一梯形截面，且密封機構R由內而外包括有一環狀之密封層R1、一環狀之彈性層R2以及一環狀之保護層R3，其中密封層R1例如可含有矽材質，設置於溝槽54內側並且同時連接晶座本體51、承載元件52以及連接層53之黏膠G；此外，前述彈性層R2例如可含有橡膠材質，設置在密封層R1的外側並且覆蓋該密封層R1。
另一方面，前述保護層R3係設置在彈性層R2的外側，其例如可含有聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene, PTFE)或鐵氟龍(Teflon)材質，由於保護層R3的硬度係大於彈性層R2的硬度，因此可利用保護層R3朝密封機構R的內側方向產生一緊箍效果，以壓迫彈性層R2以及密封層R1確實與溝槽54的表面密合，以防止製程流體(例如電漿氣體)侵蝕到連接層53內部的電極等元件。
再者，從第6圖中也可以看出，前述溝槽54具有朝外側方向擴張之一倒角面541(例如斜面)，其中密封層R1、彈性層R2以及保護層R3皆觸及該倒角面541並完全覆蓋溝槽54之開口。
在本實施例中，前述彈性層R2於垂直方向上具有一第一厚度h1，前述保護層R3於垂直方向上則具有一第二厚度h2，其中該第二厚度h2大於該第一厚度h1，且該第二厚度h2大致等於凹槽54之開口於垂直方向上的寬度H。
接著請參閱第7圖，其中第7圖表示本新型另一實施例之半導體製程設備的局部放大圖。本實施例與第6圖之實施例的主要差異在於：保護層R3可不必接觸到溝槽54之倒角面541(僅密封層R1以及彈性層R2觸及倒角面541)，藉此可減少保護層R3與晶座本體51之間的干涉，同時能使保護層R3朝內側方向收縮的緊箍力可充分作用至彈性層R2，進而大幅提升密封機構R的密封效果。
詳細而言，本實施例中之彈性層R2於垂直方向上具有一第一厚度h1，且前述保護層R3於垂直方向上具有一第二厚度h2，其中該第二厚度h2可以等於或小於該第一厚度h1，且該第二厚度h2係小於凹槽54之開口於垂直方向上的寬度H。
再請一併參閱第8~11圖，其中第8~11圖表示前述彈性層R2於組裝前之一軸向截面的示意圖。如第8圖所示，前述彈性層R2例如可由含有橡膠材質之O形環(O-ring)所構成，且其具有一長條形之軸向截面，前述軸向截面於垂直方向上具有一第一厚度h1，且於水平方向上具有一第一寬度d1，其中h1>d1。
此外，如第9~11圖所示，前述彈性層R2也可以具有弧狀(第9圖)或波浪狀(第10圖)之軸向截面，或者彈性層R2也可以具有內凹(第9圖)或凸出(第11圖)之曲面結構，如此一來，當彈性層R2受到保護層R3朝密封機構R的內側方向所產生之緊箍力壓縮時，可更加提昇彈性層R2和晶座本體51、承載元件52以及密封層R1之間的密封效果，從而能有效防止製程流體(例如電漿氣體)侵蝕到連接層53內部的電極等元件。
接著請參閱第12圖，其中第12圖表示前述保護層R3之一軸向截面的示意圖。如第12圖所示，前述保護層R3可由含有聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene, PTFE)或鐵氟龍(Teflon)材質之O形環(O-ring)所構成，且其具有一長條形之軸向截面，前述軸向截面於垂直方向上具有一第二厚度h2，且於水平方向上具有一第二寬度d2，其中h2>d2；此外，前述保護層R3亦可形成有至少一倒角結構R31，以避免在組裝時與其他元件產生干涉，從而能降低安裝的困難度並提升密封機構R整體的組裝效率。
再請一併參閱第13~15圖，其中第13~15圖表示溝槽54具有不同類型之倒角面541、542的示意圖。如第13圖所示，前述倒角面541也可以為一曲面；或者，如第14圖所示，前述溝槽54也可以同時具有兩個朝外側方向漸擴的倒角面541、542，其中前述倒角面541、542可為斜面或曲面；又，如第15圖所示，也可僅於溝槽54的上側形成倒角面542，且在該倒角面542上也可以形成有絕緣層C。
綜上所述，本實施例藉由在晶座本體51、承載元件52以及連接層53之間的溝槽54內填設一密封機構R，可有效防止製程流體(例如電漿氣體)侵蝕到連接層53內部的電極等元件，以防止微弧放電(Micro-Arcing)、漏電、電壓異常或氣體(例如氦氣)洩漏等狀況產生。應了解的是，前述密封機構R包含有密封層R1、彈性層R2以及保護層R3，其中透過硬度較彈性層R2更高的保護層R3提供朝密封機構R內側方向之緊箍力，可使彈性層R2略為變形並緊密地覆蓋住內側的密封層R1，從而能大幅提升密封機構R整體的密封效果。
於實際組裝時，可先將密封層R1(例如矽膠)填入溝槽54底側，然後再將彈性層R2(例如橡膠環)套設於密封層R1外側，接著再將保護層R3(例如鐵氟龍環)套設在彈性層R2外側，前述密封機構R不僅組裝方便，且由於彈性層R2以及保護層R3皆可採用O形環(O-ring)結構，因此在受到製程流體(例如電漿氣體)長時間侵蝕而損壞後可直接更換，從而可有效降低製造與維修成本，並能大幅提升產品的良率。
雖然本創作的實施例及其優點已揭露如上，但應該瞭解的是，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。此外，本創作之保護範圍並未侷限於說明書內所述特定實施例中的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本創作揭示內容中理解現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大抵相同功能或獲得大抵相同結果皆可根據本創作使用。因此，本創作之保護範圍包括上述製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟。另外，每一申請專利範圍構成個別的實施例，且本創作之保護範圍也包括各個申請專利範圍及實施例的組合。
雖然本創作已以較佳實施例揭露於上，然其並非用以限定本創作，任何熟習此項工藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧半導體製程設備
2‧‧‧晶圓
3‧‧‧流體
4‧‧‧黏膠
10‧‧‧晶座
11‧‧‧晶座本體
12‧‧‧承載元件
13‧‧‧流體供應單元
14‧‧‧溝槽
15‧‧‧晶座側面
20‧‧‧延伸覆蓋元件
30‧‧‧腔體
50‧‧‧晶座
51‧‧‧晶座本體
52‧‧‧承載元件
53‧‧‧連接層
54‧‧‧溝槽
541、542‧‧‧倒角面
60‧‧‧延伸覆蓋元件
C‧‧‧絕緣層
d1‧‧‧第一寬度
d2‧‧‧第二寬度
E1、E2‧‧‧金屬導體
G‧‧‧黏膠
H‧‧‧寬度
h1‧‧‧第一厚度
h2‧‧‧第二厚度
R‧‧‧密封機構
R1‧‧‧密封層
R2‧‧‧彈性層
R3‧‧‧保護層
W‧‧‧晶圓
第1圖表示一習知半導體製程設備1於一腔體30中對一晶圓2實施半導體製程的示意圖。
第2圖則表示第1圖中A部分的放大圖。
第3圖表示在第2圖中的溝槽14填入黏膠4的示意圖。
第4圖則表示第3圖中的黏膠4被電漿粒子蝕刻而損耗的示意圖。
第5圖表示本新型一實施例之半導體製程設備對一晶圓W實施半導體製程的示意圖。
第6圖表示第5圖所示之半導體製程設備的局部放大圖。
第7圖表示本新型另一實施例之半導體製程設備的局部放大圖。
第8~11圖表示前述彈性層R2於組裝前之一軸向截面的示意圖。
第12圖表示前述保護層R3之一軸向截面的示意圖。
第13~15圖表示溝槽54具有不同類型之倒角面541、542的示意圖。

Claims (10)

  1. 一種密封機構，設置於一半導體製程設備中，其中該半導體製程設備包括一連接層以及一晶座，該晶座包括一晶座本體以及用以承載一晶圓之一承載元件，該連接層設置於該晶座本體以及該承載元件之間，且一環狀之溝槽形成於該晶座本體、該承載元件以及該連接層之間，該密封機構包括：
    一環狀之密封層，設置於該溝槽內，並且連接該晶座本體、該承載元件以及該連接層；以及
    一環狀之彈性層，設置於該溝槽內並覆蓋該密封層；以及
    一環狀之保護層，設置於該彈性層的外側，其中該保護層的硬度大於該彈性層的硬度，且該保護層朝該密封機構之一內側方向壓迫該彈性層，以防止一製程流體侵蝕該連接層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之密封機構，其中該密封層含有矽膠。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之密封機構，其中該彈性層含有橡膠材質。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之密封機構，其中該保護層含有鐵氟龍(PTFE)材質。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之密封機構，其中該溝槽具有一倒角面，且該密封層以及該彈性層抵接該倒角面。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之密封機構，其中該彈性層於一垂直方向上具有一第一厚度，且該保護層於該垂直方向上具有一第二厚度，其中該第二厚度等於或小於該第一厚度。
  7. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之密封機構，其中該彈性層具有長條形、弧狀或波浪狀之一軸向截面。
  8. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之密封機構，其中該彈性層具有一軸向截面，且該軸向截面具有一內凹或凸出之曲面結構。
  9. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之密封機構，其中該保護層具有一長條形之軸向截面，且該軸向截面具有一倒角結構。
  10. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之密封機構，其中該晶座本體具有一絕緣層，連接該密封層以及該彈性層。
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