TWI821614B - 等離子體蝕刻裝置及其工作方法 - Google Patents

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楊金全
黃允文
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Abstract

本發明涉及一種等離子體蝕刻裝置及其工作方法。等離子體蝕刻裝置包括反應腔、上電極元件、冷卻器件、第一驅動裝置及加熱器件；反應腔內具有放置待處理基片的基座；上電極元件位於反應腔的頂部，並與基座相對設置。冷卻器件設置於上電極元件上；第一驅動裝置與冷卻器件連接，用於驅動冷卻器件離開或接觸上電極元件；加熱器件設置於上電極元件上，用於對上電極元件進行加熱。

Description

等離子體蝕刻裝置及其工作方法
本發明涉及半導體領域的裝置，特別涉及一種等離子體蝕刻裝置及其工作方法。
在習知等離子體蝕刻製程的過程中，要求機台反應腔(電容極板)在閒置(idle)狀態和蝕刻過程(process)狀態希望保持恆定高溫狀態，所以需要加熱裝置和冷卻裝置。
目前的冷卻裝置始終處於工作狀態，在閒置狀態的時候就需要大功率的加熱裝置才能保持反應腔(電容極板)的高溫，因為冷卻裝置帶走部分熱量。
在蝕刻過程狀態，等離子也會使反應腔(電容極板)溫度上升，想要使反應腔保持恆定高溫，就需要通過冷卻能力較強的冷卻裝置把多餘的熱量儘快帶走。然而，習知的等離子體蝕刻裝置中冷卻裝置始終處於工作狀態，使得等離子體蝕刻裝置在閒置狀態的時候就需要大功率的加熱裝置才能保持反應腔(電容極板)內溫度的恆定。
然而，大功率加熱裝置會受限於設計空間或發熱功率，使得加熱器的壽命受影響，且浪費電能。
本發明的目的在於提供一種等離子體蝕刻裝置及其工作方法，用以解決前述背景技術中所面臨在反應腔閒置狀態保持恆定高溫狀態時所產生的加熱器的壽命受影響及浪費電能等問題。
為了達到上述目的，本發明的第一技術方案是提供一種等離子體蝕刻裝置，包括反應腔、上電極元件、冷卻器件、第一驅動裝置及加熱器件。反應腔內具有放置待處理基片的基座。上電極元件位於反應腔的頂部，並與基座相對設置。冷卻器件設置於上電極元件上。第一驅動裝置與冷卻器件連接，用於驅動冷卻器件離開或接觸上電極元件。加熱器件設置於上電極元件上，用於對上電極元件進行加熱。
較佳地，上電極元件朝向所述冷卻器件和加熱器件的表面設置導熱片。
較佳地，導熱片是柔性石墨片
較佳地，冷卻器件內設置流體通道，所述流體通道內容納流體，利用流體對所述上電極元件進行冷卻。
較佳地，所述加熱器件連接第二驅動裝置，第二驅動裝置用於驅動所述加熱器件離開或接觸所述上電極元件。
較佳地，加熱器件設置於上電極元件上，通過控制加熱器件是否通電對上電極元件進行加熱或者不加熱
較佳地，反應腔與所述上電極元件之間設置接地襯墊。
較佳地，接地襯墊所包含的材料有鋁。
較佳地，反應腔與所述上電極元件之間設置隔熱襯墊。
較佳地，隔熱襯墊所包含的材料有聚四氟乙烯。
為了達到上述目的，本發明的第二技術方案是提供一種等離子體蝕刻裝置的工作方法，包括：提供如前述技術方案中的等離子體蝕刻裝置。當等離子體蝕刻裝置內進行等離子體蝕刻製程時，通過第一驅動裝置驅動冷卻器件與上電極元件接觸，用於對上電極元件進行降溫，加熱器件不對上電極元件加熱。當等離子體蝕刻裝置內不進行等離子體蝕刻製程時，通過第一驅動裝置驅動冷卻器件離開上電極元件，不對上電極元件進行降溫，加熱器件對上電極元件進行加熱。
較佳地，當所述加熱器件連結所述第二驅動裝置時，等離子體蝕刻裝置的工作方法還包括下列步驟：當等離子體蝕刻裝置內進行等離子體蝕刻製程時，通過第一驅動裝置驅動冷卻器件與上電極元件接觸，用於對上電極元件進行降溫，通過第二驅動裝置驅動加熱器件離開上電極元件，不對上電極元件加熱。當等離子體蝕刻裝置內不進行等離子體蝕刻製程時，通過第一驅動裝置驅動冷卻器件離開上電極元件，不對上電極元件進行降溫，通過第二驅動裝置驅動加熱器件與上電極元件接觸，用於對上電極元件進行加熱。
較佳地，所述加熱器件設置於所述上電極元件上，通過控制所述加熱器件是否通電對所述上電極元件進行加熱或者不加熱時，等離子體蝕刻裝置的工作方法還包括下列步驟：當等離子體蝕刻裝置內進行等離子體蝕刻製程時，通過第一驅動裝置驅動冷卻器件與上電極元件接觸，用於對上電極元件進行降溫，使加熱器件斷電，不對上電極元件加熱；以及當等離子體蝕刻裝置內不進行等離子體蝕刻製程時，通過第一驅動裝置驅 動冷卻器件離開上電極元件，不對上電極元件進行降溫，使加熱器件通電，用於對上電極元件進行加熱。
與習知技術相比，本發明的等離子體蝕刻裝置及其工作方法當等離子體蝕刻裝置用於進行等離子體蝕刻製程時，第一驅動裝置控制冷卻器件接觸上電極元件，冷卻器件能夠帶走多餘的熱量，就能使得反應腔保持恆定高溫狀態；當等離子體蝕刻裝置在空閒狀態時，第一驅動裝置控制冷卻器件離開上電極元件，使得冷卻器件不對上電極元件進行降溫，加熱器件只需要較小的加熱功率就能使得反應腔保持恆定高溫狀態，無須額外增大加熱器件，且達到延長加熱器件使用壽命與節約電能的功效。
100,200:等離子體蝕刻裝置
110:上電極元件
111:導熱片
112:氣體噴淋頭
113:氣道
114:氣體檔板
121:冷卻器件
1211:流體通道
122:第一驅動裝置
123:第一連桿
131:加熱器件
132:第二驅動裝置
133:第二連桿
210:反應腔
213:接地襯墊
214:隔熱襯墊
300:基座
400:待處理基片
圖1是本發明的一種等離子體蝕刻裝置的結構示意圖；圖2是本發明的另一種等離子體蝕刻裝置的的結構示意圖；圖3是本發明的等離子體蝕刻裝置的工作流程圖；圖4是圖1等離子體處理裝置在製程過程中的結構示意圖；圖5是圖1等離子體處理裝置在空閒狀態下的結構示意圖。
為利瞭解本發明的特徵、內容與優點及其所能達成的功效，茲將本發明配合附圖，並以實施方式的表達形式詳細說明如下，而其中所使用的附圖，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後的真實比例與精準配置，故不應就所附的附圖式的比例與配置關係解讀、局限本發明於實際實施上的權利範圍。
圖1是本發明的一種等離子體蝕刻裝置100的結構示意圖；圖2是本發明的另一種等離子體蝕刻裝置200的結構示意圖。
請參閱圖1及圖2，等離子體蝕刻裝置100包括：反應腔210，反應腔210內具有放置待處理基片400的基座300；上電極元件110位於所述反應腔210的頂部，並與基座300相對設置；冷卻器件121設置於所述上電極元件110上；第一驅動裝置122與所述冷卻器件121連接，用於驅動所述冷卻器件121離開或接觸所述上電極元件110；加熱器件131設置於所述上電極元件110上，用於對所述上電極元件110進行加熱。
其中，上電極元件110包括氣體噴淋頭112、複數個氣道113、氣體檔板114。氣體噴淋頭112設置在上電極元件110上，用於向反應腔210內噴淋反應氣體。上電極元件110內還包含氣路連接設置在外部的氣體供應裝置與氣體噴淋頭112之間的複數個氣道113。所述氣道113用以向反應腔210內輸送反應氣體。氣體擋板114設置在上電極元件110對應冷卻器件121的一面，用以改善反應腔210內的反應氣體的流暢均勻性。
冷卻器件121設置於上電極元件110上。第一驅動裝置122與冷卻器件121連接，用於驅動冷卻器件121離開或接觸上電極元件110。第一驅動裝置122可為氣缸，以氣動方式控制冷卻器件121離開或接觸上電極元件110；冷卻器件121進一步地以第一連桿123連結第一驅動裝置122。
加熱器件131設置於上電極元件110上，用於對上電極元件110進行加熱。
進一步地，上電極元件110朝向所述冷卻器件121和加熱器件131的表面設置導熱片111。導熱片111將與冷卻器件121或加熱器件131 是狀態選擇性地接觸。其中，導熱片111具有一定強度、較高的導熱率及有一定的可壓縮性，例如：柔性石墨片。導熱片111可用以加快傳導加熱器件131所產生的熱，以及加快散去上電極元件110所產生的熱。
冷卻器件121內設置有流體通道1211，所述流體通道1211內容納流體，利用流體對所述上電極元件110進行冷卻，所述流體可為氣體或液體。
在本實施例中，第二驅動裝置132與所述加熱器件131連接，用於驅動所述加熱器件131離開或接觸所述上電極元件110。所述第二驅動裝置132可為氣缸，用以氣動方式控制加熱器件131離開或接觸上電極元件110。加熱器件131進一步地以第二連桿133連結第二驅動裝置132。加熱器件131可包括加熱板及加熱管。
在本實施例中，加熱器件131設置於所述上電極元件110上，通過控制加熱器件131是否通電對所述上電極元件110進行加熱或不加熱。
此外，反應腔210與所述上電極元件110之間設置接地襯墊213，接地襯墊213可以保證上電極元件110的電路通路。
其中，接地襯墊213為鋁材質。但是，其僅為舉例，並不以此為限。
另一方面，反應腔210與所述上電極元件110之間設置隔熱襯墊214，隔熱襯墊214可以減少上電極元件110的零部件和機台其他零件進行熱交換。
其中，隔熱襯墊214所包含的材料有塑膠，例如聚四氟乙烯。但是，其僅為舉例，並不以此為限。
圖3是本發明的等離子體蝕刻裝置的工作流程圖。請參閱圖3，
步驟S31：提供等離子體蝕刻裝置。
步驟S32：當等離子體蝕刻裝置內進行等離子體蝕刻製程時，通過第一驅動裝置驅動冷卻器件與上電極元件接觸，用於對上電極元件進行降溫，加熱器件不對上電極元件加熱。
步驟S33：當等離子體蝕刻裝置內不進行等離子體蝕刻製程時，通過第一驅動裝置驅動冷卻器件離開上電極元件，不對上電極元件進行降溫，加熱器件對上電極元件進行加熱。
在一實施例中，所述加熱器件131連接第二驅動裝置132，從而等離子體蝕刻裝置的工作方法還包括下列步驟：當等離子體蝕刻裝置100內進行等離子體蝕刻製程時，通過第一驅動裝置122驅動冷卻器件121與上電極元件110接觸，用於對上電極元件110進行降溫，通過第二驅動裝置132驅動加熱器件131離開上電極元件110，不對上電極元件110加熱；當等離子體蝕刻裝置100內不進行等離子體蝕刻製程時，通過第一驅動裝置122驅動冷卻器件121離開上電極元件110，不對上電極元件110進行降溫，通過第二驅動裝置132驅動加熱器件131與上電極元件110接觸，用於對上電極元件110進行加熱。
在另一實施例中，等離子體蝕刻裝置200的工作方法還包括下列步驟：當等離子體蝕刻裝置200內進行等離子體蝕刻製程時，通過第一驅動裝置122驅動冷卻器件121與上電極元件110接觸，用於對上電極元件110進行降溫，通過加熱器件131對加熱器件斷電，不對上電極元件110加熱；當等離子體蝕刻裝置200內不進行等離子體蝕刻製程時，通過第一驅動裝置122驅動冷卻器件121離開上電極元件110，不對上電極元件110進行降溫，通過對加熱器件131通電，實現對上電極元件110進行加熱。
當進行等離子體蝕刻製程時，第一驅動裝置122控制冷卻器件121接觸上電極元件110，冷卻器件121可以帶走多餘的熱量就能使得反應腔保持恆定高溫狀態；當等離子體蝕刻裝置200在空閒狀態時，第一驅動裝置122控制冷卻器件121離開上電極元件110，使得冷卻器件121不對上電極元件110造成影響，加熱器件131只需要較小的加熱功率就能使得反應腔保持恆定高溫狀態，無須額外增大加熱器件131，且達到延長加熱器件131使用壽命與節約電能的功效。
圖4是圖1的等離子體蝕刻裝置100在製程過程中的結構示意圖。請參閱圖4，當等離子體蝕刻裝置100在進行等離子體蝕刻製程時，第一驅動裝置122控制冷卻器件121接觸上電極元件110，加熱器件131不對上電極元件110加熱，冷卻器件121可以帶走多餘的熱量就能使得反應腔保持恆定高溫狀態。
圖5是圖1等離子體蝕刻裝置在空閒狀態下的結構示意圖；請參閱圖5，當等離子體蝕刻裝置在空閒狀態時，第一驅動裝置122控制冷卻器件121離開上電極元件110，冷卻器件121不對上電極元件110冷卻，加熱器件131只需要較小的加熱功率就能使得反應腔保持恆定高溫狀態。
此外，當等離子體蝕刻裝置在蝕刻狀態，但射頻功率較低時，且所述射頻功率難以使反應腔內達到所需的溫度，需要所述加熱器件對上電極加熱以達到所需溫度；當反應腔內部進行蝕刻製程時，更加需要所述加熱器件對上電極加熱以達到所需溫度。由此可見，當所述射頻功率較低時，無論反應腔內進行蝕刻製程還是停止蝕刻製程，所述加熱器件都要對上電極進行加熱，同時所述冷卻器件無需對上電極進行降溫。
儘管本發明的內容已經通過上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在所屬技術領域中具有通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
100:等離子體蝕刻裝置
110:上電極元件
111:導熱片
112:氣體噴淋頭
113:氣道
114:氣體檔板
121:冷卻器件
1211:流體通道
122:第一驅動裝置
123:第一連桿
131:加熱器件
132:第二驅動裝置
133:第二連桿
210:反應腔
213:接地襯墊
214:隔熱襯墊
300:基座
400:待處理基片

Claims (13)

  1. 一種等離子體蝕刻裝置，其中，包括：一反應腔，其內具有放置一待處理基片的一基座；一上電極元件，位於該反應腔的頂部，並與該基座相對設置；一冷卻器件，設置於該上電極元件上；一第一驅動裝置，與該冷卻器件連接，用於驅動該冷卻器件離開或接觸該上電極元件，以實現對該上電極元件不降溫或降溫；以及一加熱器件，設置於該上電極元件上，用於對該上電極元件進行加熱。
  2. 如請求項1所述的等離子體蝕刻裝置，其中，該上電極元件朝向該冷卻器件和該加熱器件的表面設置一導熱片。
  3. 如請求項2所述的等離子體蝕刻裝置，其中，該導熱片是柔性石墨片。
  4. 如請求項1所述的等離子體蝕刻裝置，其中，該冷卻器件內設置一流體通道，該流體通道內容納一流體，利用該流體對該上電極元件進行冷卻。
  5. 如請求項1所述的等離子體蝕刻裝置，其中，該加熱器件連接一第二驅動裝置，該第二驅動裝置用於驅動該加熱器件離開或接觸該上電極元件。
  6. 如請求項1所述的等離子體蝕刻裝置，其中，該加熱器件設置於該上電極元件上，通過控制該加熱器件是否通電對該上電極元件進行加熱或者不加熱。
  7. 如請求項1所述的等離子體蝕刻裝置，其中，該反應腔與該 上電極元件之間設置一接地襯墊。
  8. 如請求項7所述的等離子體蝕刻裝置，其中，該接地襯墊所包含的材料有鋁。
  9. 如請求項1所述的等離子體蝕刻裝置，其中，該反應腔與該上電極元件之間設置一隔熱襯墊。
  10. 如請求項9所述的等離子體蝕刻裝置，其中，該隔熱襯墊包含塑膠。
  11. 一種等離子體蝕刻裝置的工作方法，其中，包括下列步驟：提供請求項1至10中的任一項所述的一等離子體蝕刻裝置；當該等離子體蝕刻裝置內進行等離子體蝕刻製程時，通過該第一驅動裝置驅動該冷卻器件與該上電極元件接觸，對該上電極元件進行降溫，該加熱器件不對該上電極元件加熱；當該等離子體蝕刻裝置內不進行等離子體蝕刻製程時，通過該第一驅動裝置驅動該冷卻器件離開該上電極元件，並利用該加熱器件對該上電極元件進行加熱。
  12. 如請求項11所述的等離子體蝕刻裝置的工作方法，其中，當該加熱器件連結該第二驅動裝置時，該等離子體蝕刻裝置的工作方法包括：當該等離子體蝕刻裝置內進行等離子體蝕刻製程時，通過該第一驅動裝置驅動該冷卻器件與該上電極元件接觸，對該上電極元件進行降溫，通過該第二驅動裝置驅動該加熱器件離開該上電極元件，不對該上電極元件加熱；以及當該等離子體蝕刻裝置內不進行等離子體蝕刻製程時，通過該第一驅 動裝置驅動該冷卻器件離開該上電極元件，不對該上電極元件進行降溫，通過該第二驅動裝置驅動該加熱器件與該上電極元件接觸，用於對該上電極元件進行加熱。
  13. 如請求項11所述的等離子體蝕刻裝置的工作方法，其中，該加熱器件設置於該上電極元件上，通過控制該加熱器件是否通電對該上電極元件進行加熱或者不加熱時，該等離子體蝕刻裝置的工作方法包括：當該等離子體蝕刻裝置內進行等離子體蝕刻製程時，通過該第一驅動裝置驅動該冷卻器件與該上電極元件接觸，對該上電極元件進行降溫，使該加熱器件斷電，不對該上電極元件加熱；以及當該等離子體蝕刻裝置內不進行等離子體蝕刻製程時，通過該第一驅動裝置驅動該冷卻器件離開該上電極元件，不對該上電極元件進行降溫，使該加熱器件通電，對該上電極元件進行加熱。
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