可抗腐蚀的喷嘴头及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种干法刻蚀工艺所使用的喷嘴头，特别涉及一种关于干法刻蚀工艺中可抗腐蚀的喷嘴头及其制造方法。
背景技术
在干法刻蚀机台的反应室(chamber)内，利用一喷嘴头(show head)喷出刻蚀气体。请参照图1A，其示出一种现有技术的喷嘴头的正面示意图。现有技术的喷嘴头100是由一片大十字型的铝基座102及一片小十字型的陶瓷板104所组成，其中铝基座102具有正面与背面，而陶瓷板104嵌于铝基座的正面106的中心处。图1B示出图1A中喷嘴头的背面示意图。铝基座102的背面108相对于陶瓷板104处还是铝材，并且在铝材上形成多个喷孔(gas hole)110，以喷出刻蚀气体。
现有技术的喷嘴头100是置于硫酸溶液(H2SO4)中进行电镀，以使铝材表面形成一层三氧化二铝膜(Al2O3 film)，这种处理称为硬膜阳极氧化。一般而言，用硫酸溶液进行电镀所产生的Al2O3膜厚约为45～55μm之间。在干法刻蚀工艺反应室里(process chamber)，使用一很高的射频功率(radiofrequency，RF)来产生并维持等离子体。并且，干法刻蚀时所用的刻蚀气体(例如SF6、Cl2、BCl3、HCl)均具有腐蚀性。假设以本身无毒的SF6作为刻蚀气体，加一高射频功率可使SF6解离而产生具有腐蚀性的氟离子，而喷嘴头的铝材表面所形成的三氧化二铝膜，不但可以抵抗等离子体，也可抗腐蚀(corrosion)。
然而，喷嘴头100的正面106虽有十字形的陶瓷板104，但是背面仍是铝材，而且工艺压力非常低(一般大约2mtorr)，再加上很高的射频功率，使得腐蚀性气体以一定流速自喷孔110喷出时，喷嘴头100的背面108中心处和喷孔110受到严重腐蚀，特别是喷孔110地尖角处。
请参照图2A，其示出单一喷孔镀上三氧化二铝膜的侧视图。尚未使用过的喷嘴头100，其单一喷孔200上显现完整且均匀的一层三氧化二铝膜202，但尖端处的膜厚较两侧薄。图2B示出单一喷孔上三氧化二铝膜剥落的侧视图。当喷嘴头100使用过一段期间后，三氧化二铝膜会渐渐受到等离子体冲击和气体腐蚀，特别是喷孔尖端204处的三氧化二铝膜会先剥落，而使尖端204裸露在外。
铝材表面的三氧化二铝膜，除了抗腐蚀外，还有绝缘作用。若喷孔尖端204裸露在外，在施以高射频功率的情况下，会使尖端204附近的空气被电离产生气体放电，此现象称为“尖端放电”，进而造成电流短路。即使再重新电镀(recoating)，或是将喷孔尖端204的角度变圆一些，还是会很快地发生腐蚀现象。另外，腐蚀的过程中，会有微粒污染的问题(particle issue)，进而影响产品合格率。一般而言，大约一星期就得将喷嘴头取下进行清理和维护(PM)，而大约两星期就得更换新的喷嘴头(PM cycle time≈1week，life time≈2week)。至于在清理和维护喷嘴头方面，也是一项非常耗时费神的工作。由于拆下的喷嘴头表面仍残留一层酸气，如果与空气中的水份接触，会马上起化学反应变成强酸，因此需立即浸泡于异丙醇(isopropylalcohol，IPA)中，浸泡后以氮气清理表面残余物，再以高温烘烤30分钟，整个清理维护工作至少需要约8小时。
综上所述，刻蚀工艺中所使用的现有技术喷嘴头，在短时间内就被严重腐蚀，令使用寿命变短，而且在清理维护方面也很不容易。频繁地更换要价昂贵的喷嘴头，对半导体业者而言是一大负担。另外，腐蚀产生的微粒亦会降低产品合格率。
【发明内容】
有鉴于此，本发明的目的就是提供一种抗腐蚀性优良的喷嘴头及提高抗腐蚀性的方法，使改良后的喷嘴头可大幅提高使用寿命，进而降低生产成本。
根据本发明的目的，提出一种可抗腐蚀的喷嘴头，用于干法刻蚀机台中，包括一铝基座及一陶瓷喷孔板，该陶瓷喷孔板嵌于该铝基座上，且具有多个喷孔以喷出刻蚀气体。其中，该铝基座具有一正面与一背面，该陶瓷喷孔板嵌于铝基座的正面处，而该铝基座的背面与该陶瓷喷孔板相对处呈镂空状。另外，也可选用工程塑料，例如全芳香族聚酰亚胺树脂(VESPEL，杜邦公司)，嵌于铝基座的中心处以喷出刻蚀气体。
根据本发明的目的，提出另一种提高喷嘴头抗腐蚀性的方法，将喷嘴头置于草酸(oxalic acid)溶液中进行电镀，以在喷嘴头的表面产生一层三氧化二铝(Al2O3)膜。本发明的喷嘴头不但因为具出色的抗腐蚀性而延长使用寿命，而且降低了生产成本，更无微粒污染问题，容易清理与维护。
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明。
【附图说明】
图1A示出一种现有技术的喷嘴头的正面示意图；
图1B示出图1A中喷嘴头的背面示意图；
图2A示出单一喷孔镀上三氧化二铝膜的侧视图；
图2B示出单一喷孔上三氧化二铝膜剥落的侧视图；
图3A示出根据本发明一优选实施例的喷嘴头的正面示意图；以及
图3B示出图3A中喷嘴头的背面示意图。
附图标记说明
100、300：喷嘴头
102、302：铝基座
104、304：陶瓷板
106、306：铝基座的正面
108、308：铝基座的背面
110：喷孔
200：单一喷孔
202：三氧化二铝膜
204：喷孔尖端
314：陶瓷板的背面
【具体实施方式】
本发明将现有技术喷嘴头进行电镀时所用的硫酸溶液改为草酸溶液替代。实验结果显示，选用草酸溶液作为电镀液，所形成的Al2O3膜厚大约在25～35μm之间，虽然比现有技术的Al2O3膜要薄，但却有更佳的抗腐蚀性，大幅度地延长喷嘴头的使用寿命达3个月，约为现有技术喷嘴头使用寿命(2周)的6倍。
除了电镀液更换为草酸溶液，以下更针对喷嘴头的物理构造做进一步的改良。
图3A示出根据本发明一优选实施例的喷嘴头的正面示意图。改良后的喷嘴头300，从正面306看来与现有技术的喷嘴头的正面106无异，也是在大十字型的铝基座(aluminum base)302的中央，嵌上一块小十字型的陶瓷板(ceramic plate)304。只是经过草酸液电镀，铝基座302颜色略深，而陶瓷板304亦呈现金黄色。
图3B示出图3A中喷嘴头的背面示意图。本发明主要是将铝基座的背面308且相对于陶瓷板304处镂空。也就是将图1B中具有喷孔的十字铝板完全挖除，而直接裸露出陶瓷板的背面314。并在陶瓷板304上形成喷孔(未显示)，以喷出刻蚀气体。其中，所述陶瓷板304的陶瓷纯度多采用纯度达99.5％以上的材料，而本发明实施例中采用陶瓷纯度达99.7％的陶瓷板304，以达优选效果。
由于中心铝材镂空，使得具有腐蚀性的刻蚀气体直接与陶瓷板304接触。但陶瓷具有出色的抗腐蚀性和抵抗等离子体的能力，且绝缘又耐高温，因此，喷嘴头的使用寿命(life time)大大地提高至约6个月以上，约为现有技术喷嘴头使用寿命的12倍以上。此外，原先因腐蚀所造成的微粒污染问题亦迎刃而解，使产品合格率提高。
在喷嘴头300的清理维护(PM)方面，由于腐蚀与微粒污染问题已经解决，因此可将清理维护的时间周期(PM cycle time)延长。且清理工作可省略，只需浸泡拆下的喷嘴头300，再取出擦干即可，整个清理维护工作仅需要约3小时(现有技术的喷嘴头需至少8小时清理)。
另外，上述的陶瓷喷孔板也可用耐热耐磨性好的工程塑料做替换，例如杜邦公司所开发的VESPEL。VESPEL是以全芳香族聚酰亚胺树脂的粉末成形所形成的零件的总称。VESPEL为现在已上市并被批量生产的高机能树脂中，耐热性与耐磨性最好的产品，1962年商品化以来，就被作为飞机、太空、军用产品的零件，现在则广泛运用于汽车、OA机器、电子、电气设备、科学仪器、产业机械、生产设备等的零件。此外，VESPEL也可耐离子撞击并具有出色的抗腐蚀性，使用在喷嘴头上可延长其使用寿命至约12个月。
本发明的一种可抗腐蚀的喷嘴头及其制造方法，系选用草酸溶液作为喷嘴头的电镀液，并将陶瓷喷孔版(或工程塑料制成的喷孔板)背面的铝材挖空，以避免腐蚀，并改善一连串的相关问题。综合而言，本发明喷嘴头的优点包括：具出色的抗腐蚀性，大幅提高使用寿命(long life time)，无微粒污染问题(no particle issue)，容易清理维护(easy to PM)，延长清理维护的时间周期(PM cycle time)，及降低生产成本(cost down)。
综上所述，虽然本发明已以一优选实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可以作出各种的改进与调整，因此本发明的保护范围应当以所附权利要求为标准。