快速更换产线的模块化电浆反应腔室结构的制作方法

本发明涉及一种快速更换产线的模块化电浆反应腔室结构，特别是用于半导体、光电产业、电子功率组件其蚀刻制程的快速更换产线的模块化电浆反应腔室结构。

背景技术：

在半导体集成电路制造方面，举凡不同材料薄膜的成长、化学气相沉积(chemicalvapordeposition,cvd)、物理气相沉积(physicalvapordeposition,pvd)、蚀刻、離子布植、光阻剥除、或制程反应室的干式清洗…等，皆普遍可由电浆技术达成。

尤其是在蚀刻制程中，电浆密度的分布与控制，更是影响蚀刻速率及蚀刻均匀性的关键。以往的蚀刻机，不同的制程要求往往需要使用不同设计的蚀刻反应腔室，例如需要大于5微米/分钟(＞5um/min)的高蚀刻率的制程，假若将蚀刻反应腔室的直径缩小，将可产生高浓度电浆，因此可以很容易达到高蚀刻率。

但是也因为蚀刻率很快，对于一些例如厚度在500埃的薄膜制程，可容许变异范围的制程窗口(processwindow)很小，因此无法量产。此时，为了能够量产，就需要不同的反应腔体设计，使薄膜制程可以在较低电浆浓度区间作制程微调，此时又需使用蚀刻反应腔室直径很大空间，因此不同的制程通常会使用不同的蚀刻腔体来进行蚀刻，彼此不能混运作，仅仅具有单一蚀刻反应腔室，显然无法在高蚀刻速率下又同时兼顾到蚀刻的均匀性。

如图1所示，在习知制程中，要达成高蚀刻率或较佳蚀刻均匀性，往往需要使用不同的机台例如10部a机台为高蚀刻率机台，又10部b机台为较低蚀刻率但较佳蚀刻均匀性的机台。通常在半导体晶圆制造区也就是无尘室(fab)，因为制程需求不同，一种机台只会跑相类以的制程。因此在采买机台时，为了因应产能的配置，通常必需将不同制程所需要的机台数量购足，以确保能达到预定的产能，如此将造成机台数量的大幅膨胀。

又在真实的状况下，晶圆(wafer)在经过每一个站点的顺序及制程时间长短不一，常常会造成前制程机台堆货，后面制程机台却在闲置。又等到后面制程出现跑货高峰时，但前制程机台又出现闲置的情形，这些都是同一个机台无法进行制程弹性切换所造成。

以上种种现象，都会造成机台在厂区的配置、维护、及操作…等成本的增加，因此如何能设计出，可以通过快速更换反应腔室的机台，进而能够弹性切换的跑不同需求的制程，同时也因为利用反应腔室的更换，达成随着产能需求，不需要为了每一种制程就配置一批机台，以上的种种问题，已成为机台设计上，非常重要的课题。

有鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，经过不断的研究、设计,并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种快速更换产线的模块化电浆反应腔室结构，其主要是要解决如何针对不同蚀刻制程，可快速切换腔体，提升产线换线灵活度及有效降低成本等问题。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提供一种快速更换产线的模块化电浆反应腔室结构，其包括：主电浆反应腔体，其具有第一反应腔室，又主电浆反应腔体于第一反应腔室顶部，具有通孔部；以及置换件，密封结合于通孔部，又置换件为盖板或结合式电浆反应腔体，结合式电浆反应腔体具有第二反应腔室且于第二反应腔室的底部形成有连通口部；当使用盖板为置换件，则模块化电浆反应腔室结构，是以第一反应腔室进行电浆蚀刻反应；当使用合式电浆反应腔体为置换件，则连通口部与通孔部相连通，且模块化电浆反应腔室结构是以第一反应腔室及第二反应腔室共同进行电浆蚀刻反应。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下的技术措施来实现。

前述的模块化电浆反应腔室结构，其中该通孔部与该连通口部均为圆形结构。

前述的模块化电浆反应腔室结构，其中该结合式电浆反应腔体为圆柱体结构。

前述的模块化电浆反应腔室结构，其中该结合式电浆反应腔体的外缘延伸有第一固定件，又借由与第二固定件、第三固定件、第一内部结合件、及第二内部结合件，彼此以螺丝相互锁固及相互迭压结合，最后使该结合式电浆反应腔体与该主电浆反应腔体进行结合。

前述的模块化电浆反应腔室结构，其中该通孔部与该盖板间设有至少一个密封环。

前述的模块化电浆反应腔室结构，其中该结合式电浆反应腔体与该通孔部间设有至少一个密封环。

前述的模块化电浆反应腔室结构，其中该第一反应腔室的直径是大于该第二反应腔室的直径。

前述的模块化电浆反应腔室结构，其中该第一反应腔室的直径除以该第二反应腔室的直径的值是大于等于3。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。

一、可快速切换腔体；

二、可提升产线换线灵活度及提升产能；

三、可有效降低设备成本及厂区空间；以及

四、可有效节省维护及操作成本。

为了使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、申请专利范围及图式，任何熟习相关技艺者可轻易的理解本发明相关的目的及优点，因此将在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点。

附图说明

图1为习知a、b两种特性设备的厂区配置图；

图2为快速更换产线的模块化电浆反应腔室结构的立体实施例图；

图3为单独第一反应腔室的剖视实施例图；

图4为第一反应腔室及第二反应腔室连通运作的剖视实施例图；

图5a为第一反应腔室的电浆密度分布实施例图；

图5b为图5a在不同磁场功率下的电浆密度特性曲线实施例图；

图6a为第一及二反应腔室连通的电浆密度分布实施例图；

图6b为图6a在不同磁场功率下的电浆密度特性曲线实施例图；

图7为各反应腔室不同高频功率对应下的电浆浓度特性实施例图；以及

图8为使用本发明设备的厂区配置图。

符号说明

100：快速更换产线的模块化电浆反应腔室结构

10：主电浆反应腔体110：第一反应腔室

120：通孔部130：第一高频线圈

20：置换件210：盖板

220：结合式电浆反应腔体221：第二反应腔室

222：连通口部223：第二高频线圈

30：密封环401：第一固定件

402：第二固定件403：第三固定件

404：第一内部结合件405：第二内部结合件

50：螺丝b100:b:机台设置区域

r1:第一电浆区r2:第二电浆区

pr10:第一电浆分布图pr20:第二电浆分布图

regioni:第一反应区域regionii:第二反应区域

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的快速更换产线的模块化电浆反应腔室结构,其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

如图2所示，本实施例为一种快速更换产线的模块化电浆反应腔室结构100，其包括：主电浆反应腔体10；以及置换件20。借由置换件20的选择，可以达到快速完成生产线换线的目标。

主电浆反应腔体10，例如是可以完成蚀刻制程的电浆反应腔体，主电浆反应腔体10具有第一反应腔室110，又主电浆反应腔体10于第一反应腔室110顶部，具有通孔部120，且外围设有第一高频线圈130。

置换件20，密封结合于通孔部120，又置换件20依照所生产的产品，可以选择盖板210或者选择结合式电浆反应腔体220作为置换件20。其中结合式电浆反应腔体220，同样也例如可以是用以完成蚀刻制程的电浆反应腔体，因此结合式电浆反应腔体220具有第二反应腔室221且于第二反应腔室221的底部形成有连通口部222；同样的，结合式电浆反应腔体220也可以为圆柱体结构，且外围设有第二高频线圈223。

如图3所示，当例如要进行甲产品生产时，此时只需要以第一反应腔室110进行电浆蚀刻反应，因此可以选择使用盖板210作为置换件20，则此时通孔部120被盖板210所封闭，所以模块化电浆反应腔室结构100，只会以第一反应腔室110进行电浆蚀刻反应；又为了增加盖板210与主电浆反应腔体10结合时的密封效果，因此通孔部120与盖板210间可以设有至少一个密封环30。

如图4所示，又例如要进行乙产品生产时，此时需要以第一反应腔室110及第二反应腔室221共同进行电浆蚀刻反应，因此可以选择使用结合式电浆反应腔体220作为置换件20，则此时连通口部222与通孔部120相连通，因此模块化电浆反应腔室结构可以达成以第一反应腔室110及第二反应腔室221共同进行电浆蚀刻反应。

为了能有效的使结合式电浆反应腔体220与主电浆反应腔体10进行结合，因此结合式电浆反应腔体220的外缘延伸有第一固定件401，又借由与第二固定件402、第三固定件403、第一内部结合件404、及第二内部结合件405…等，彼此以螺丝50相互锁固及相互迭压结合，最后使结合式电浆反应腔体220与主电浆反应腔体10进行结合。

同样的，为了增加结合式电浆反应腔体220与主电浆反应腔体10结合时的密封效果，因此结合式电浆反应腔体220与通孔部120间亦可设有至少一个密封环30。

为了更方便了解不同反应腔室所产生的效果，因此以具体的模拟效果说明如下：

如图5a及图5b所示，当例如单独使用直径为28公厘(mm)的第一反应腔室110进行电浆蚀刻反应时，其在不同磁场功率，例如所有time＝0.001s，又toprfin＝500、600、700-1,000…等操作条件下(其中time表示是电浆稳定时间，其单位s为秒，又toprfin表示是高频入功率rfpowerinput，其单位为瓦w)，由每一特性曲线观之，其电浆密度分布均具有一致性，也就是中央电浆密度高，且距离中央越远处，其电浆密度将逐步递减的特性，但整体而言，由第一电浆分布图pr10观之，水平呈现较为均匀的分布特性，因此单独使用第一反应腔室110进行电浆蚀刻反应，可以使一般制程，得到更佳的蚀刻均匀性。

又如图6a及图6b所示，当例如使用直径为28公厘(mm)的第一反应腔室110又结合第二反应腔室221共同进行电浆蚀刻反应时，其在与上述不同磁场功率操作条件下，由每一特性曲线观之，电浆密度分布同样具有一致性，也就是中央电浆密度高，且距离中央越远处，但整体而言，由第二电浆分布图pr20观之，中央局部呈现较为高密度的分布特性，因此使用第二反应腔室221进行电浆蚀刻反应，将可以产生较高的蚀刻速率。

但特别的是，第一反应腔室110结合第二反应腔室221共同进行电浆蚀刻反应时，第二反应腔室221的第二电浆区r2，其电浆密度特性曲线的斜率较大，因此表示第二电浆区r2电浆密度增高；又第一反应腔室110的第一电浆区r1，其电浆密度特性曲线的斜率变得较小，因此表示整个第一反应腔室110，其第一电浆区r1在同一平面的电浆密度变得更为均匀。

利用上述的特性，使用第一反应腔室110结合第二反应腔室221共同进行电浆蚀刻反应，可以满足某些特殊产品的生产需求，例如借由第二电浆区r2具有高电浆密度的特性，因而在高蚀刻速率会有较佳的表现，又配合第一电浆区r1具有较低电浆密度，且可弹性调整蚀刻速率均匀性的特性，因此使第一反应腔室110结合第二反应腔室221共同进行电浆蚀刻反应，能符合特殊产品在制程上的需求。

上述的第一反应腔室110的直径是大于第二反应腔室221的直径。又第一反应腔室110的直径除以第二反应腔室221的直径，是可以例如大于等于3。

如图7所示，在实际实施时，第一反应区域(regioni)为第一反应腔室110进行半边模拟所产生的特性图，其中横轴为第一高频线圈130的功率，又緃轴为第一反应腔室110内产生的电浆浓度，如图所示，可看出第一反应腔室110的电浆浓度可以保持在相对低的准位(～3e17)，而且对于第一高频线圈130功率的增加也较不敏感，如此对于一般制程或是要准确度控制蚀刻量的制程，例如闸级蚀刻(gateetch)，通常可以使用此类设计。

而第二反应区域(regionii)为利用第二反应腔室221进行半边模拟所产生的特性图，其中横轴为第二高频线圈223的功率，又纵轴为第二反应腔室221内产生的电浆浓度，又如图所示，第二反应腔室221很容易产生高电浆浓度(1.2e181/m^3)，如此高电浆浓度，可以让蚀刻气体解离更多进而产生高蚀刻率，例如可应用于深度硅蚀刻(deepsietch)或是光阻去除(prstrip)等蚀刻深度深或厚度高的制程，都需要很高的蚀刻率(er～1-10umperminutes)，通常都可以使用类似的设计。

如图8所示，依照上述图7的相关说明，可以清楚的知道，不同的反应需求，腔体设计也不同，习知需要配置不同的机台，但相较于图1，当使用本实施例的快速更换产线的模块化电浆反应腔室结构100进行整厂配置时，已经可以将两种腔体整合在同一机台上，也就是可以利用盖板210或结合式电浆反应腔体220进行不同制程的切换使用，因此可以达成将上述第一反应区域(regioni)及第二反应区域(regionii)的特性，整合在同一个机台上实践，并且可以随着制程的需求，快速的完成产线的调整或更换，如此可以使机台在厂区的配置、维护、及操作…等成本，几乎只剩下图1规模的一半，此外原本b机台设置区域b100也将被空出，因此可以再加利用。

惟上述各实施例是用以说明本发明的特点，其目的在使熟习该技术者能了解本发明的内容并据以实施，而非限定本创作的专利范围，故凡其他未脱离本发明所揭示的精神而完成的等效修饰或修改，仍应包含在以下所述的申请专利范围中。