专利名称：喷淋头电极总成和包含该喷淋头电极总成的等离子体处理室的利记博彩app
喷淋头电极总成和包含该喷淋头电极总成的等离子体处理
室
背景技术：
本发明大体涉及等离子体处理，尤其涉及等离子体处理中使用的等离子体处理室 和电极总成。等离子体处理装置可用于通过各种技术处理衬底，包括但不限于，刻蚀、物理 气相沉积、化学气相沉积、离子注入、抗蚀剂(resist)除去等。举例来说(而不是用限制的 方式)，一种类型的等离子体处理室包含上电极(通常被称为喷淋头电极)和下电极。在这 些电极之间建立电场以将处理气体激励到等离子态以处理反应室中的衬底。
发明内容
根据本发明的一个实施方式，提供一种包含热控制板、硅基喷淋头电极和紧固硬 件的电极总成，其中该硅基喷淋头电极包含在该硅基喷淋头电极的背部中形成的多个部 分缺口和位于该部分缺口中的背部插入件。该热控制板包含被配置为允许紧固硬件进入 (access)该背部插入件的紧固硬件通道。该紧固硬件和该背部插入件被配置为保持该热控 制板和该硅基喷淋头电极的啮合并允许该热控制板和该硅基喷淋头电极的拆卸，在拆卸过 程中隔离该硅基喷淋头电极的该硅基电极材料与该紧固硬件免于摩擦接触。相应于本发明的另一个实施方式，提供一种包含真空源、处理气体供应、等离子体 电力供应、衬底支座和上电极总成的等离子体处理室，其中该上电极总成被制造为包括本 发明的一个或多个方面。相应于本发明的又一个实施方式，提供一种包含热控制板、硅基喷淋头电极和紧 固硬件的电极总成，其中该硅基喷淋头电极包含在该硅基喷淋头电极的背部中形成的多个 螺纹部分缺口。该热控制板包含被配置为允许紧固硬件进入该螺纹部分缺口的紧固硬件通 道且该紧固硬件沿着该硅基喷淋头电极的背部啮合该螺纹部分缺口。
结合附图，阅读下面对本发明的具体实施方式
的详细说明，可以更好的理解本发 明，其中同类的结构用同类的参考标号表示，且其中图1是包含本发明的实施方式的特定方面的等离子体处理室的示意图；图2是依照本发明的一个实施方式的喷淋头电极的背部的俯视图；图3是依照本发明的一个实施方式的喷淋头电极的一部分的横截面示意图；图4是依照本发明的一个实施方式的喷淋头电极的背部和厚度尺寸的等比示意 图；图5是依照本发明的一个实施方式，包括紧固硬件的电极总成的横截面示意图；图6、7、8A和9是依照本发明的一些替代实施方式，包括紧固硬件的电极总成的一 部分的横截面示意图；图8B和8C是为了阐明图8A中描绘的主题的结构和操作而展示的示意图；图10和11描绘了依照本发明的进一步的替代实施方式的电极总成的紧固硬件和补充机加工部分。
具体实施例方式本发明的各个方面是以等离子体处理室10为背景描绘的，其在图1中只是示意性 地进行描绘以避免将本发明的思想限定于特定的等离子体处理配置或元件，这些配置或元 件可能不是本发明的主题的组成部分。如图1中大体描绘的，等离子体处理室10包含真空 源20、处理气体供应30、等离子体电力供应40、衬底支座50(包括下电极总成55)和上电极 总成100。参考图2-5，描绘了依照本发明的一个实施方式的上电极总成100。通常，电极总 成100包含紧固硬件60、定位销66、热控制74板70、硅基(silicon-based)喷淋头电极80 和位于热控制板70的前部和硅基喷淋头电极80的背部82之间的导热垫圈75。更具体地 说，热控制板70包含背部72、前部74和被配置为将处理气体导向热控制板70的前部74的 一个或多个处理气体通道76。尽管本发明不限于特定的热控制板材料或处理气体通道配 置，然而注意到，合适的热控制板材料包括铝、铝合金或类似的导热体。还注意到，设计可以 基于各种教导，包括但不限于公开号为2005/0133160的美国专利公开。该硅基喷淋头电极80包含背部82、前部84和从该硅基喷淋头电极80的背部82 延伸到该硅基喷淋头电极80的前部84的多个喷淋头通道86。硅基喷淋头电极80进一步 包含在电极80的背部82中形成的多个部分缺口 88。如图5所示，部分缺口 88在缺口 88 和电极80的前部84之间留下了厚度为χ的硅基电极材料。背部插入件(inSertS)90位于 沿电极80的背部82的该部分缺口中。缺口 88和喷淋头电极80的前部84之间的硅基电 极材料通过将该背部插入件90和紧固硬件60与等离子体室10中的活性组分隔离，有助于 最小化等离子体处理室10中的潜在污染源。为了帮助保证上述隔离可以在电极80的整个 寿命期间得以保持，厚度χ优选地至少为大约0. 25厘米或，换句话说，至少为硅基喷淋头电 极80的总厚度的大约25%。参考图1，通过将热控制板70和硅基喷淋头电极80配置为限定气密等离子体隔板 65从而等离子体处理室10的抽空部15内的气体和活性组分不会接触紧固硬件60和该插 入件，可以增强该隔离。限定等离子体隔板65的特定方式可以根据热控制板70和喷淋头 电极80的各自的配置而改变。可以预料，在大多数情况下，形成热控制板70和喷淋头电极 80的各自的材料将限定该隔板的大部分。另外，可以预料，各种密封件可用于增强该隔板， 特别是在热控制板70和喷淋头电极80彼此交界处以及与等离子体处理室10的其它元件 的交界处。参考图5，背部插入件90和紧固硬件60与等离子体室10中的活性组分的上述隔 离可以通过将背部插入件90在部分缺口 88中定位为它们相对于硅基喷淋头电极80的背 部82被嵌入(inset)或至少齐平(flush)而被进一步增强。类似地，紧固硬件60可以被 置于热控制板70中的紧固硬件通道78中从而它相对于热控制板70的背部72被嵌入或至 少齐平。除了处理气体通道76之外，热控制板70包含紧固硬件通道78，紧固硬件通道78 被配置为允许紧固硬件60进入位于沿着硅基喷淋头电极80的背部82的部分缺口 88中的 背部插入件90。热控制板70和硅基喷淋头电极80可以使用紧固硬件60和背部插入件90啮合起来。在啮合状态时，热控制板70的前部74面对硅基喷淋头电极80的背部82，而硅 基喷淋头电极80中的喷淋头通道86对准热控制板70中的处理气体通道76。另外，紧固硬 件通道78对准位于沿着电极80的背部82的部分缺口 88中的背部插入件90。因此，紧固 硬件60可以贯穿热控制板70中的紧固硬件通道78并啮合背部插入件90，该背部插入件 90位于沿着电极80的背部82的部分缺口 88中。紧固硬件60和背部插入件90被配置为保持热控制板70和硅基喷淋头电极80的 啮合。另外，紧固硬件60和背部插入件90被配置为允许热控制板80和喷淋头电极80的 拆卸。在图5所示的实施方式，以及本文所述的其它实施方式中，硅基喷淋头电极80的硅 基电极材料在啮合和拆卸过程中被背部插入件90的相对有弹性的材料隔离而不与紧固硬 件60摩擦接触。由背部插入件90提供的这种隔离用于消除紧固硬件60对硅基电极材料 的磨损(这是等离子体室10中的污染源)。背部插入件90的弹性还允许热控制板70和硅 基喷淋头电极80的可重复的非破坏性的啮合和拆卸。尽管可以选择各种材料以形成背部插入件90，包括热塑料或其它的种类的塑料、 合成橡胶、陶瓷、金属或具有材料的复合层的插入件，然而，根据本发明的某些实施方式，该 背部插入件包含大量的聚醚醚酮(PEEK)，其被配置并制造为背部插入件90的硬度不超过 硅基电极材料的硬度。其它备选材料包括，但不限于，Delrin 或其它缩醛树脂工程塑料， 其被配置为填充或非填充同聚物或共聚物、尼龙、聚四氟乙烯(PTFE)或其组合。尽管热控制板70和硅基喷淋头电极80可以用与本发明的思想相一致的各种方式 啮合，在图5和7-11中所示的实施方式中，背部插入件90可以被配置作为在硅基喷淋头电 极80的背部82中形成的部分缺口 88中的锚。更具体地说，在图5的实施方式中，通过在 硅基电极材料中提供螺纹部分而将背部插入件90固定(anchored)在该部分缺口中。插入 件90在位时，紧固硬件60 (例如它可以包含螺纹螺丝或螺栓)啮合背部插入件90以将喷 淋头电极80固定到热控制板70。在图7的实施方式中，背部插入件通过粘合剂被固定在该 部分缺口中。在图8A-8C所示的实施方式中，部分缺口 88被机加工为包含底切部89，而通 过将该插入件90插入缺口 88并将其转入部分缺口 88的底切部89中而将背部插入件90 固定在部分缺口 88中。参考图9，注意，背部插入件90可以被配置为包含背部延长部92的立柱，该背部延 长部92被配置为延伸到热控制板70中的紧固硬件通道78之一中。在那种情况下，紧固硬 件60被配置为例如经由螺纹啮合进入紧固硬件通道78中的背部插入件90的背部延长部 92。在本文公开的使用一个或多个背部插入件90的任何实施方式中，保证紧固硬件 60、背部插入件90和部分缺口 88被配置为在热负载(thermal loading)过程中，在紧固硬 件60和背部插入件90在啮合状态时，背部插入件能够在部分缺口内与该紧固硬件一起移 动而不从该缺口撞出通常是有利的。例如，参考图10-11中所示的本发明的实施方式，其中 描述了参考图8A-8C描述的底切实施方式的改进，背部插入件90具有接头(tab)95，其被 配置为补充在喷淋头电极80的电极材料中形成的底切部分89。可以通过将接头95与电 极80中相应的凹槽85对准，将插入件90插入缺口 88中并旋转插入件90 (如由凹槽85限 定)，而将插入件90固定于缺口 88中。在图10和11的实施方式中，通过提供围绕插入件90的埋入端96的更小的直径
7部94的弹簧可以将插入件90以弹簧负载状态固定在缺口 88中，而插入件90的外径尺寸 和接头95的大小和形状都被选择以允许在弹簧负载状态下插入件90在部分缺口 88中移 动。因此，在等离子体处理中通常出现的热负载过程中，背部插入件90可以在部分缺口 88 内与紧固硬件60 —起移动而不从缺口 88撞出，也不会降低紧固硬件60和插入件90的啮
口 O本发明的发明人意识到，与缺口 88附近的电极材料的任何磨擦接触都可能在等 离子体处理室10中形成潜在污染源。相应地，在背部插入件90根据本发明被配置为用于 用螺丝刀或其它潜在磨擦工具进行安装或拆卸的情况下(如图10-11的实施方式的情况 下)，可以料到，背部插入件90的狭槽传动头可以在该槽的边缘有横向遮蔽部98或其它啮 合部，拆卸工具可以与该啮合部配对。更一般地说，背部插入件90可包含一个或多个横向 遮蔽部98，其被配置为允许工具在其工具啮合部啮合该背部插入件而不延伸突出该插入件 的边缘，在该处它可以与该电极材料中的缺口的内径进行接触。可以使用各种弹簧负载配置以减少紧固硬件60因为在等离子体处理过程中带来 的热负荷带来的应力而变得松开的任何趋势。例如，图5-7描绘了一种用于提供热控制板 70和硅基喷淋头电极80的弹簧负载啮合的配置。在图5和7中，背部插入件90被配置为 在喷淋头电极80的背部82中形成的部分缺口 88之一中的锚，且紧固硬件60包含弹簧负 载垫圈62形式的弹簧元件，该弹簧负载垫圈62被配置为对抗当紧固硬件60进入背部插入 件90时提供的啮合力。在图6中，该背部插入件被略去，以利于与电极材料中的螺纹孔的 直接螺纹啮合。替代地，如图9所示，该弹簧元件可以作为螺旋弹簧64提供，该螺旋弹簧64 围绕紧固硬件通道78中紧固硬件60的纵向延长部排列。尽管此处以硅基电极材料(比如单晶硅、多晶硅、氮化硅和碳化硅)为背景描述了 本发明的各种思想，然而应当注意，本发明可用于各种背景，包括其中硅基电极材料包含碳 化硼、氮化铝、氧化铝或其组合的那些背景。另外，可以预料，硅基喷淋头电极80可以以各 种配置呈现而不背离本发明的范围，包括但不限于，单片、环形喷淋头配置或包含环形中心 电极和围绕该中心电极的圆周排列的一个或多个周边电极的多元件、环形喷淋头配置。注意，此处对于被“配置”为以特定方式具体体现特定特性或功能的本发明的元件 的叙述是结构上的叙述而不是对预定用途的叙述。更准确地说，此处对一个元件被“配置” 的方式的指示表示该元件的现有物理状态以及，同样地，应被当作该元件的结构特性的明 确叙述。注意，在此处使用的类似“优选地” “公共的”和“通常”的术语不被用来限制用权 利要求表示的本发明的范围或被用来暗示某些特征对本发明的结构或功能来说是关键的、 必要的、甚至是重要的。相反，这些属于仅仅意在说明本发明的一个实施方式的特定方面或 为了强调在本发明的一个特定实施方式中可能用到或可能不会用到的替代的或附加的特 征。为了描述和限定本发明的目的，注意，本文使用术语“大约”是为了表示固有的不 确定度，其可归因于任何数量比较、值、测量值或其它表示。本文使用该术语表示与所称参 考值有差异而又不会导致所讨论的主题的基本功能的变化的数量表示的度。通过参考具体实施方式
，详细地描述了本发明，显然，在不背离所附权利要求限定 的本发明范围的情况下的修改和变形是可能的。更准确地说，尽管本发明的一些方面在此处被确定为优选的或特别有利的，然而可以预料，本发明不必限于本发明的这些优选方面。
注意，所附权利要求中的一项或多项中使用了术语“其中”作为连接用语。为了限 定本发明的目的，注意，这个术语是作为开放性连接用语引入权利要求中的，该连接用语用 于引入对该结构的一系列特征的叙述并且应当以与开放性起语“包含”类似的方式解读。
权利要求
一种包含热控制板、硅基喷淋头电极和紧固硬件的电极总成，其中该热控制板包含背部、前部和被配置为将处理气体引导到该热控制板的前部的一个或多个处理气体通道；该硅基喷淋头电极包含背部、前部和从该硅基喷淋头电极的背部延伸到该硅基喷淋头电极的前部的多个喷淋头通道；该硅基喷淋头电极进一步包含在该硅基喷淋头电极的背部中形成的多个部分缺口，该部分缺口在该缺口和该硅基喷淋头电极的前部之间留下一定厚度的硅基电极材料；该硅基喷淋头电极进一步包含位于沿着该硅基喷淋头电极的背部的该部分缺口中的背部插入件；该热控制板进一步包含被配置为允许紧固硬件进入位于沿着该硅基喷淋头电极的背部的该部分缺口中的该背部插入件的紧固硬件通道；该热控制板和该硅基喷淋头电极啮合为该热控制板的前部面对该硅基喷淋头电极的背部，该硅基喷淋头电极中的该喷淋头通道与该热控制板中的该处理气体通道对准，且该紧固硬件通道与位于沿着该硅基喷淋头电极的背部的该部分缺口中的该背部插入件对准；该紧固硬件延伸至少部分穿过该热控制板中的该紧固硬件通道，与位于沿着该硅基喷淋头电极的背部的该部分缺口中的该背部插入件啮合；以及该紧固硬件和该背部插入件被配置为保持该热控制板和该硅基喷淋头电极的啮合并允许该热控制板和该硅基喷淋头电极的拆卸，同时在拆卸过程中隔离该硅基喷淋头电极的该硅基电极材料与该紧固硬件免于摩擦接触。
2.根据权利要求1所述的电极总成，其中该紧固硬件和该背部插入件被配置为允许该 热控制板和该硅基喷淋头电极的重复啮合和拆卸，该热控制板和该硅基喷淋头电极的非破 坏性拆卸，或允许两者。
3.根据权利要求1所述的电极总成，其中该紧固硬件、该背部插入件和该部分缺口被 配置为当该紧固硬件和背部插入件在啮合状态时，该背部插入件能够与该紧固硬件一起在 该部分缺口内移动，而不会从该缺口撞出。
4.根据权利要求1所述的电极总成，其中该背部插入件的硬度不超过该硅基电极材料 的硬度。
5.根据权利要求1所述的电极总成，其中该背部插入件包含聚醚醚酮(PEEK)，该聚醚 醚酮被配置和制造为该背部插入件的硬度不超过该硅基电极材料的硬度。
6.根据权利要求1所述的电极总成，其中该缺口和该硅基喷淋头电极的前部之间的硅 基电极材料的厚度至少是约0. 25厘米。
7.根据权利要求1所述的电极总成，其中该缺口和该硅基喷淋头电极的前部之间的硅 基电极材料的厚度至少是该硅基喷淋头电极的总厚度的约25%。
8.根据权利要求1所述的电极总成，其中该背部插入件位于该部分缺口中以便它们相 对于该硅基喷淋头电极的背部被嵌入。
9.根据权利要求1所述的电极总成，其中该背部插入件包含工具啮合部和被配置为允 许工具啮合该背部插入件而不延伸超出该插入件的边缘的一个或多个横向遮蔽部分。
10.根据权利要求1所述的电极总成，其中至少一个背部插入件被配置为在该硅基喷淋头电极的背部中形成的该部分缺口之一的锚。
11.根据权利要求10所述的电极总成，其中该背部插入件包含接头，其被配置为以插 入并旋转的方式补充该喷淋头电极的该电极材料中形成的底切部分。
12.根据权利要求11所述的电极总成，其中该背部插入件以弹簧负载状态固定在该缺口中。
13.根据权利要求12所述的电极总成，其中选择该背部插入件的外径尺寸和该接头的 大小和形状以允许该插入件在弹簧负载状态时在该部分缺口中移动。
14.根据权利要求10所述的电极总成，其中该背部插入件通过在该硅基电极材料中形 成的螺纹部分固定在该部分缺口中。
15.根据权利要求10所述的电极总成，其中该部分缺口包含底切部而通过将该背部插 入件定位为至少部分延伸到该部分缺口的该底切部分而将其固定在该部分缺口中。
16.根据权利要求10所述的电极总成，其中该背部插入件被配置为包含背部延长部的 立柱，该延长部被配置为延伸到该热控制板中的一个紧固硬件通道中而该紧固硬件被配置 为进入该紧固硬件通道中的该背部插入件的该背部延长部。
17.根据权利要求1所述的电极总成，其中该紧固硬件和该背部插入件被配置为提供 该热控制板和该硅基喷淋头电极的弹簧负载啮合。
18.根据权利要求17所述的电极总成，其中至少一个背部插入件被配置为在该硅基喷 淋头电极的该背部中形成的该部分缺口之一中的锚，而该紧固硬件包含被配置为对抗当该 紧固硬件进入该背部插入件时提供的啮合力的弹簧元件。
19.根据权利要求1所述的电极总成，其中该硅基电极材料包含单晶硅。
20.根据权利要求1所述的电极总成，其中该硅基电极材料包含多晶硅、氮化硅、碳化 硅、碳化硼、氮化铝、氧化铝或其组合。
21.根据权利要求1所述的电极总成，其中该硅基喷淋头电极包含单片、环形喷淋头结 构或包含环形中心电极和围绕该中心电极的圆周排列的一个或多个周边电极的多元件、环 形喷淋头结构。
22.根据权利要求1所述的电极总成，其中该电极总成进一步包含位于该热控制板的 前部和该硅基喷淋头电极的背部之间的导热垫圈。
23.一种包含真空源、处理气体供应、等离子体电力供应、衬底支座和上电极总成的等 离子体处理室，其中该真空源被配置为至少部分排空该等离子体处理室；该衬底支座位于该等离子体处理室的排空部分并包含与该上电极总成间隔开的衬底 电极；该衬底电极和该上电极总成可操作地耦合于该等离子体电力供应；该上电极总成包含热控制板、硅基喷淋头电极和紧固硬件；该热控制板包含背部、前部和被配置为将处理气体从该处理气体供应引导到该热控制 板的前部的一个或多个处理气体通道；该硅基喷淋头电极包含背部、前部和从该硅基喷淋头电极的背部延伸到该硅基喷淋头 电极的前部的多个喷淋头通道；该硅基喷淋头电极进一步包含在该硅基喷淋头电极的背部中形成的多个部分缺口，该部分缺口在该缺口和该硅基喷淋头电极的前部之间留下一定厚度的硅基电极材料；该硅基喷淋头电极进一步包含位于沿着该硅基喷淋头电极的背部的该部分缺口中的 插入件；该热控制板进一步包含被配置为允许紧固硬件进入沿着该硅基喷淋头电极的背部的 该部分缺口中的该背部插入件的紧固硬件通道；该热控制板和该硅基喷淋头电极被啮合为该热控制板的前部面对该硅基喷淋头电极 的背部，该硅基喷淋头电极中的该喷淋头通道与该热控制板中的该处理气体通道对准，且 该紧固硬件通道与位于沿着该硅基喷淋头电极的背部的该部分缺口中的该背部插入件对 准；该紧固硬件延伸至少部分穿过该热控制板中的该紧固硬件通道，与位于沿着该硅基喷 淋头电极的背部的该部分缺口中的该背部插入件啮合；以及该紧固硬件和该背部插入件被配置为保持该热控制板和该硅基喷淋头电极的啮合并 允许该热控制板和该硅基喷淋头电极的拆卸，同时在拆卸过程中隔离该硅基喷淋头电极的 该硅基电极材料与该紧固硬件免于摩擦接触。
24.根据权利要求23所述的等离子体处理室，其中该上电极总成的该热控制板和该硅基喷淋头电极被配置为限定等离子体隔板；以及 该紧固硬件和该硅基喷淋头电极的该插入件通过该等离子体隔板与该等离子体处理 室的抽空部分内的活性组分隔离。
25.一种包含热控制板、硅基喷淋头电极和紧固硬件的电极总成，其中该热控制板包含背部、前部和被配置为将处理气体引导到该热控制板的该前部的一个 或多个处理气体通道；该硅基喷淋头电极包含背部、前部和从该硅基喷淋头电极的背部延伸到该硅基喷淋头 电极的前部的多个喷淋头通道；该硅基喷淋头电极进一步包含在该硅基喷淋头电极的背部中形成的多个螺纹部分缺 口，该螺纹部分缺口在该缺口和该硅基喷淋头电极的前部之间留下一定厚度的硅基电极材 料；该热控制板进一步包含被配置为允许紧固硬件进入沿着该硅基喷淋头电极的该背部 的该螺纹部分缺口的紧固硬件通道；该热控制板和该硅基喷淋头电极啮合为该热控制板的前部面对该硅基喷淋头电极的 背部，该硅基喷淋头电极中的该喷淋头通道与该热控制板中的该处理气体通道对准，且该 紧固硬件通道与位于沿着该硅基喷淋头电极的背部的该螺纹部分缺口对准；该紧固硬件延伸至少部分穿过该热控制板中的该紧固硬件通道，与沿着该硅基喷淋头 电极的背部的该螺纹部分缺口啮合；以及该紧固硬件和该螺纹部分缺口被配置为保持该热控制板和该硅基喷淋头电极的啮合 并允许该热控制板和该硅基喷淋头电极的拆卸。
全文摘要
本发明大体涉及等离子体处理，尤其涉及等离子体处理中使用的等离子体处理室和电极总成。根据本发明的一个实施方式，提供一种包含热控制板、硅基喷淋头电极和紧固硬件的电极总成，其中该硅基喷淋头电极包含在该硅基喷淋头电极的背部中形成的多个部分缺口和位于该部分缺口中的背部插入件。该热控制板包含被配置为允许紧固硬件进入该背部插入件的紧固硬件通道。该紧固硬件和该背部插入件被配置为保持该热控制板和该硅基喷淋头点击的啮合并允许该热控制板和该硅基喷淋头电极的拆卸，在拆卸过程中隔离该硅基喷淋头电极的该硅基电极材料与该紧固硬件，免于摩擦接触。
文档编号C23C16/455GK101896637SQ200880121177
公开日2010年11月24日 申请日期2008年9月9日 优先权日2007年10月12日
发明者乔恩·科尔, 乔治·迪尔克斯, 兰德尔·A·哈丁, 拉金德尔·德辛德萨, 杜安·莱特尔, 格雷格·贝当古, 约翰·佩格, 罗杰·帕特里克, 莎伦·斯宾塞, 阿列克谢·马拉赫塔诺夫 申请人:朗姆研究公司