CN101442872A - 电极组件以及包含该电极组件的等离子处理室 - Google Patents
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Abstract
本发明大体上涉及等离子处理室以及用于其中的电极组件。根据一个实施例，电极组件包含热控板、硅基喷头电极以及包含导电的探针主体以及硅基盖的探针组件。该电极组件如此配置，即该硅基盖与该探针主体头部螺纹啮合的旋向性以及该热控板与该探针主体的中部螺纹啮合的旋向性具有共同的旋转方向。因此，对该硅基盖在紧固的旋转方向上施加扭矩使两个螺纹啮合变得紧固。进一步地，该电极组件如此配置，即该硅基盖与该探针主体头部的螺纹啮合允许该硅基盖与该探针主体重复非破坏性啮合和分开。
Description
背景技术
[0001]本发明大体上涉及等离子工艺，尤其涉及等离子处理室以及其中使用的电极组件。等离子处理装置可用来以各种技术处理基片，包含但不限于蚀刻、物理气相沉积、化学气相沉积、离子注入、光刻胶移除等。例如，且并非作为限定，一种等离子处理室包含上电极(通常称为喷头电极)，以及下电极。电场建立在这些电极之间，用以将工艺气体激发至等离子状态以在反应室内处理基片。等离子处理室以及其中使用的喷头电极组件的实施例描述于2007年10月12日递交的美国专利申请No.11/871,586，其全部公开内容通过引用结合于此处。
发明内容
[0002]根据本发明的一个实施例，提供电极组件，其包含热控板、硅基喷头电极、以及探针组件，其中该探针组件与该硅基喷头电极电气绝缘，且包含导电探针主体以及由与构成该硅基喷头电极的材料基本相同的硅基材料构成的硅基盖。该导电探针主体包含头部，该头部具有配置为与该硅基盖的内螺纹匹配的外螺纹，从而使该硅基盖与该探针主体可释放地啮合并允许该硅基盖与该探针主体重复非破坏性地啮合与分开。该导电探针主体包含中部，该中部包括配置为与该热控板的板基探针组件通道的内螺纹匹配的外螺纹，从而使该热控板与该探针主体可释放地啮合。该电极组件如此配置，即使该硅基盖与该探针主体头部螺纹啮合的旋向性以及该热控板与该探针主体中部螺纹啮合的旋向性为共同的旋转方向，从而在紧固旋转方向上施加于该硅基盖的扭矩能紧固该硅基盖与该探针主体头部的螺纹啮合以及该热控板与该探针主体中部的螺纹啮合。
[0003]根据本发明的另一实施例，提供等离子处理室，其包含真空源、工艺气体源、等离子电源、基片支撑件以及制作为包含本发明的一个或多个方面的上电极组件。
[0004]根据本发明的又一实施例，提供电极组件，其包含热控板、硅基喷头电极、探针组件以及O形环，其中该O形环配置为在该探针主体中部与该热控板的螺纹啮合以及限定在该探针组件边缘与该喷头电极的电极基探针组件通道的内径间的间隙之间形成气密密封。
附图说明
[0005]当结合所附附图阅读时，可以更好地理解下述本发明具体实施例的详细描述，其中相似的结构由相似的参考符号标示，其中：
[0006]图1是根据本发明一个实施例的探针组件的说明；
[0007]图2是根据本发明的一个实施例的电极组件的剖视图；以及
[0008]图3是结合本发明某些实施例的具体方面的等离子处理室的示意图。
具体实施方式
[0009]可以在等离子处理室10的情况中说明本发明的不同方面，在图3中仅仅示意性地描述该处理室以避免将本发明的概念限制为特定的等离子处理构造，或可能不是构成本发明的主题所必需的元件。如图3的一般描述，该等离子处理室80包含真空源82、工艺气体源84、等离子电源86、包含底电极组件的基片支撑件88、以及上电极组件10(此处也简称为电极组件10)。
[0010]参考图2，电极组件10大体包含硅基喷头电极20、热控板30、以及探针组件40。该探针组件40一般配置为监测与位于等离子处理室内的电极组件10有联系的活性组分的电荷。照这样，该探针组件40通常与该硅基喷头电极20电气绝缘。因此，该喷头电极20的电流基本上不会干扰由该探针组件40监测的电荷。该探针组件40的电绝缘可由间隙70提供。这个间隙70通常限定在该探针组件40的边缘45与该硅基喷头电极20的电极基探针组件通道28的内径29之间。
[0011]参考图1，该探针组件40可包含导电探针主体42以及硅基盖44。根据一个实施例，该导电探针主体42基本上由铝构成。然而，可以预期，该导电探针主体42可基本上由任何导电材料的一种或多种构成。然而，该硅基盖44由硅基材料构成，其在成分上与构成该硅基喷头电极20的材料基本上相同，这个盖与该电极组件10一起帮助防止该探针组件40污染活性物质。根据一个实施例，该硅基盖44的硅基材料包含单晶硅。根据另一个实施例，该硅基盖44的硅基材料包含多晶硅、氮化硅、碳化硅、碳化硼、氮化铝、氧化铝、或其组合。
[0012]该热控板30，如图2的剖面所示，大体包含正面32、背面34、配置为引导工艺气体至该热控板30的正面32的一个或多个气体通道36、以及配置为允许至少部分该导电探针主体42通过的板基(plate-based)探针组件通道38。
[0013]该硅基喷头电极20，同样示于图2，包含正面22、背面24、从该硅基喷头电极20的背面24延伸至该硅基喷头电极20的正面22的多个喷头通道26、以及配置为允许至少部分该探针主体42通过并容纳该探针组件40的硅基盖44于其中的电极基(electrode-based)探针组件通道28。仅作为示例，根据一个实施例，该硅基喷头电极20包含单片、环形的喷头结构，或具有环形的中央电极以及一个或多个设置在该中央电极圆周附近的边缘电极的多部件、环形的喷头结构。
[0014]通常，该热控板30以及该硅基喷头电极20像这样啮合，即该热控板30的正面32面对该硅基喷头电极20的背面24。根据一个实施例，示于图2，该电极组件10进一步包含设于该热控板30的正面32与该硅基喷头电极20的背面24之间的导热粘结材料74。根据另一实施例，该电极组件10进一步包含设于该热控板30的正面32与该硅基喷头电极20的背面24之间的导热垫圈。
[0015]另外，该热控板30与该硅基喷头电极20通常像这样啮合，即该喷头电极20内的至少一个喷头通道26基本上与该热控板30内的至少一个工艺气体通道36对齐。因此，提供至等离子处理室内(其中设置电极组件10)的工艺气体可通过对齐的工艺气体通道36与喷头通道26。
[0016]进而，该热控板30与该硅基喷头电极20通常像这样啮合，即该电极基探针组件通道28至少部分与该板基探针组件通道38对齐。这样，该对齐的电极基探针组件通道28与板基探针组件通道38可容纳该探针组件40。
[0017]如图1及2所示，该探针组件40的导电探针主体42包含具有外螺纹48的头部46。这个外螺纹48配置为与该硅基盖44的内螺纹50匹配。该探针主体42的外螺纹48与该盖44的内螺纹50的匹配可释放地使该硅基盖44与该探针主体42啮合，并允许该硅基盖44与该探针主体42重复的非破坏性地啮合与分开。
[0018]该导电探针主体42进一步包含具有外螺纹54的中部52。该中部52的这个外螺纹54配置为与该板基探针组件通道38的内螺纹39匹配，从而使该热控板30与该探针主体42可释放地啮合。
[0019]该导电探针主体42的头部46可包含位于该头部46的外螺纹48与该中部52的外螺纹54之间扶壁(buttress)58。该导电探针主体42的头部46的扶壁58可配置为形成对该硅基盖44与该导电探针主体42的头部46的啮合的限制，从而防止啮合超出限定范围。
[0020]通常，该电极组件10像这样配置，即该硅基盖44与该探针主体42头部46螺纹啮合的旋向性以及该热控板30与该探针主体42中部52螺纹啮合的旋向性(handedness)为共同的旋转方向。这样，在紧固旋转方向上施加于该硅基盖44的扭矩能紧固该硅基盖44与该探针主体42头部46的螺纹啮合以及该热控板30与该探针主体42中部52的螺纹啮合。该硅基喷头电极20、该热控板30、以及该探针组件40可如此配置，即当该硅基盖44与该探针主体42的头部46的螺纹啮合以及该热控板30与该探针主体42的中部52的螺纹啮合基本上完全啮合时，该硅基盖44的基本上平的面66与该喷头电极20的正面22位于共同的平面。
[0021]该硅基盖44的基本上平的面66与该喷头电极20的正面22位于共同的平面的这种构造有助于维持等离子处理室内的电荷均匀。进而，为了确保结构完整并有助于防止污染，根据一个实施例，介于由该内螺纹50限定的螺纹孔68与该硅基盖44的基本上平的面66之间的该硅基盖44的硅基材料，包含至少大约0.25cm的厚度。根据另一个实施例，介于由该内螺纹50限定的螺纹孔68与该硅基盖44的基本上平的面66之间的该硅基盖44的硅基材料具有该硅基喷头电极20总厚度至少大约25％的厚度。当该电极组件20位于等离子处理室内时，介于该螺纹孔50与该基本上平的面66之间的该硅基盖44的硅基材料的这些以及其它厚度，与该喷头电极20以及该硅基盖44的基本上平的面66一起，通过将该探针主体42与活性组分完全隔离来帮助避免污染。
[0022]该电极组件10可进一步包含O形环72，其配置为在该探针主体42的中部52与该热控板30的螺纹啮合以及在该探针组件40的边缘45与该硅基喷头电极20的电极基探针组件通道28的内径29间形成的该间隙70之间形成气密密封。当该电极组件10设置于该等离子处理室中时，这个O形环72可有助于维持等离子处理时内的抽空部。
[0023]该导电探针主体42，除了上述该头部46及该中部52外，通常还包含尾部62。这个尾部62可包含电性耦合64，其配置为当该电极组件10设置在等离子处理室内时，导电耦合至等离子监控装置。
[0024]根据一个实施例，示于图3，该电极组件10为等离子处理室80的上电极组件10。该等离子处理室80通常进一步包含真空源82、工艺气体源84、等离子电源86、以及基片支撑件88。该真空源82配置为至少部分抽空该等离子处理室80。该基片支撑件88位于该等离子处理室80的抽空部，且包含与该上电极组件10隔开的基片电极。该基片电极与该上电极组件10两者均在工作中耦合至该等离子源86。
[0025]该上电极组件10通常配置为在该等离子处理室80内限定等离子隔断90。该上电极组件10的探针组件40的导电探针主体42通常用该等离子处理室80的抽空部与活性组分隔开。如上所述，该探针主体42与该活性组分的这种隔开大大避免该活性组分被该探针主体42污染。
[0026]为了描述并定义本发明的实施例，应当注意：这里使用的词语“基本上(substantially)”表示可归因于任何定量对比、数值、测量或其它表现(representation)的固有的不确定程度。例如，该硅基盖配置为由成分上与构成该硅基喷头电极的材料基本上相同的硅基材料构成。可以预计，在由与构成该硅基喷头电极的材料相同的硅基材料构造硅基盖中存在固有的不确定程度。进一步地，对于本发明的目的，确实完全相同的该硅基盖的成分并不是必须的。正因如此，此处用短语“基本上相同(substantially identical)”。这里还使用术语“基本上”以表示定量表述会偏离陈述的参照但不会导致所讨论主题的基本功能改变的程度。例如，该硅基盖包含基本上平的面。可以预计，对平的面的某些偏离也是允许的，且并没有改变该硅基盖、该探针组件或该电极组件的基本功能。正因如此，此处用短语“基本上平的”。
[0027]应当注意：这里对本发明的元件的详述(“构造”为以具体的方式实现具体的属性或功能)是结构上的描述，而不是预定用途的详述。更具体地，此处对构造远近的方式的引用表示元件存在的物理状况，以及正因如此，被视为该元件的结构特征的确切详述。
[0028]应当注意：术语如“通常(generally)”及“一般(typically)”，当用于此处时，并不是用于限定所要求保护的发明的范围或暗示某些特征对所要求保护的发明的结构或功能是关键的、必不可少的或甚至重要的。而是，这些术语仅仅用于识别本发明实施例的特定方面或者强调本发明具体实施例中可以使用或可以不使用的的可选的或额外的特征。
[0029]已经详细地并基于其具体实施对本发明进行描述，显然，对本发明的修正或改变是可能的而并没有脱离本发明所附权利要求的范围。更具体地，尽管本发明的某些方面在此处被认为是优选的或有特别的优点，但是可以预计本发明并不一定限于本发明这些优选方面。
[0030]应当注意：一个或多个下述权利要求使用术语“其中(wherein)”作为转折语。为了限定本发明，应当注意：这个术语是作为开放式转折语用于权利要求中，其用于引出对一系列结构特征的详述，且应当以与开放式前置语“包含(comprising)”类似的方式进行解释。
Claims (20)
1.一种电极组件，包含硅基喷头电极、热控板、以及探针组件，其中：
该探针组件与该硅基喷头电极电气绝缘，且包含导电的探针主体以及硅基盖，该硅基盖由成分上与构成该硅基喷头电极的材料基本上相同的硅基材料构成；
该热控板包含正面、背面、配置为引导工艺气体至该热控板的正面的一个或多个工艺气体通道以及配置为允许至少部分该导电的探针主体通过的板基探针组件通道；
该硅基喷头电极包含正面、背面、从该硅基喷头电极的背面延伸至该硅基喷头电极的正面的多个喷头通道、以及配置为允许至少部分该导电探针主体通过并且容纳该探针组件的硅基盖于其中的电极基探针组件通道；
该热控板与该硅基喷头电极啮合以便该热控板的正面面对该硅基喷头电极的背面，该硅基喷头电极内的至少一个喷头通道与该热控板内的至少一个工艺气体通道对齐，以及该电极基探针组件通道与该板基探针组件通道至少部分对齐；
该导电探针主体包含头部，该头部包含配置为与该硅基盖的内螺纹配合的外螺纹，以便使该硅基盖与该探针主体可释放地啮合且允许该硅基盖与该探针主体重复非破坏性啮合与分开；
该导电探针主体包含中部，该中部包含与板基探针组件通道的内螺纹匹配的外螺纹，以便使该热控板与该探针主体可释放地啮合；
该导电探针主体包含具有电性耦合的尾部，配置为导电耦合至等离子监控装置；
该电极组件如此配置，即使得该硅基盖与该探针主体头部螺纹啮合的旋向性以及该热控板与该探针主体中部螺纹啮合的旋向性为共同的旋转方向，从而在紧固旋转方向上施加于该硅基盖的扭矩能够紧固该硅基盖与该探针主体头部的螺纹啮合以及该热控板与该探针主体中部的螺纹啮合；以及
该硅基喷头电极、该热控板、以及该探针组件如此配置，即当该硅基盖与该探针主体头部的螺纹啮合以及该热控板与该探针主体中部的螺纹啮合基本上完全啮合时，该硅基盖的基本上平的面与该硅基喷头电极的正面位于共同的平面。
2.如权利要求1所述的电极组件，其中该导电探针主体头部进一步包含位于该头部的外螺纹与该中部的外螺纹之间的扶壁。
3.如权利要求2所述的电极组件，其中该导电探针主体头部的扶壁配置为形成对该硅基盖与该导电探针主体头部的啮合的限制，从而防止啮合超出限定范围。
4.如权利要求1所述的电极组件，其中介于由该内螺纹限定的螺纹孔与该硅基盖的基本上平的面之间的该硅基盖的硅基材料厚度为至少大约0.25cm。
5.如权利要求1所述的电极组件，其中介于由该内螺纹的螺纹孔与该硅基盖的基本上平的面之间的该硅基盖的硅基材料厚度为该硅基喷头电极总厚度的至少大约25％。
6.如权利要求1所述的电极组件，其中该硅基盖的硅基材料包含单晶硅。
7.如权利要求1所述的电极组件，其中该硅基盖的硅基材料包含多晶硅、氮化硅、碳化硅、碳化硼、氮化铝、氧化铝、或其组合。
8.如权利要求1所述的电极组件，其中该硅基喷头电极包含单片、环形的喷头结构或者包含环形的中央电极以及设置在该中央电极圆周附近的一个或多个边缘电极的多部件、环形的喷头结构。
9.如权利要求1所述的电极组件，其中该电极组件进一步包含位于该热控板正面与该硅基喷头电极背面之间的导热垫圈。
10.如权利要求1所述的电极组件，其中该电极组件进一步包含位于该热控板正面与该硅基喷头电极背面之间的导热粘结材料。
11.如权利要求1所述的电极组件，其中该电极组件包含限定在该探针组件的边缘与该硅基喷头电极的电极基探针组件通道的内径之间的间隙，从而该探针组件与该硅基喷头电极电气绝缘。
12.如权利要求11所述的电极组件，其中该电极组件进一步包含O形环，其配置为在该探针主体中部与该热控板之间的螺纹啮合以及限定在该探针组件的边缘与该硅基喷头电极的电极基探针组件通道内径间的间隙之间形成气密密封。
13.如权利要求1所述的电极组件，其中该电极组件是等离子处理室的上电极组件，该等离子处理室进一步包含真空源、工艺气体源、等离子电源、以及基片支撑件。
14.如权利要求13所述的电极组件，其中：
该真空源被配置为至少部分抽空该等离子处理室；
该基片支撑件位于该等离子处理室的抽空部，且包含与该上电极组件隔开的基片电极；以及
该基片电极与该上电极组件操作中耦合至该等离子源。
15.如权利要求14所述的电极组件，其中：
该上电极组件配置为在该等离子处理室内限定等离子隔断；以及
该上电极组件的探针组件的导电探针主体与该等离子处理室的抽空部内的活性组分隔开，从而使该活性组分基本上避免被该导电探针主体污染。
16.一种等离子处理室，包含真空源、工艺气体源、等离子电源、基片支撑件以及上电极组件，其中：
该真空源配置为至少部分抽空该等离子处理室；
该基片支撑件位于该等离子处理室的抽空部，且包含与该上电极组件隔开的基片电极；
该基片电极与该上电极组件操作中耦合至该等离子源；
该上电极组件包含硅基喷头电极、热控板、以及探针组件；
该探针组件与该硅基喷头电极电气绝缘，且包含导电探针主体以及硅基盖，该硅基盖由成分上与构成该硅基喷头电极的材料基本相同的硅基材料构成；
该热控板包含正面、背面、配置为引导工艺气体至该热控板正面的一个或多个工艺气体通道、以及配置为允许至少部分导电探针主体通过的板基探针组件通道；
该硅基喷头电极包含正面、背面、从该硅基喷头电极背面延伸至该硅基喷头电极正面的多个喷头通道、以及配置为允许至少部分该导电探针主体通过且容纳该探针组件的硅基盖于其中的电极基探针组件通道；
该热控板与该硅基喷头电极啮合以便该热控板的正面面对该硅基喷头电极的背面，该硅基喷头电极内的至少一个喷头通道与该热控板内的至少一个工艺气体通道对齐，且该电极基探针组件通道至少部分与该板基探针组件通道对齐；
该导电探针主体包含头部，该头部包含与该硅基盖的内螺纹匹配的外螺纹，以便可释放地将该硅基盖与该探针主体啮合并允许将该硅基盖与该探针主体重复非破坏性地啮合与分开；
该导电探针主体包含中部，该中部具有配置为与该板基探针组件通道的内螺纹匹配的外螺纹，以便可释放地将该热控板与该探针主体啮合；
该导电探针主体包含具有电性耦合的尾部，该尾部配置为导电耦合至等离子监控装置；
该电极组件如此配置，即该硅基盖与该探针主体头部螺纹啮合的旋向性以及该热控板与该探针主体中部螺纹啮合的旋向性为共同的旋转方向，从而在紧固旋转方向上施加于该硅基盖的扭矩能紧固该硅基盖与该探针主体头部的螺纹啮合以及该热控板与该探针主体中部的螺纹啮合；以及
该硅基喷头电极、该热控板、以及该探针组件如此配置，即当该硅基盖与该探针主体头部的螺纹啮合以及该热控板与该探针主体中部的螺纹啮合基本上完全啮合时，该硅基盖的基本上平的面与该硅基喷头电极的正面位于共同的平面。
17.如权利要求16所述的等离子处理室，其中：
该上电极组件配置为在该等离子处理室内限定等离子隔断；以及
该上电极组件的探针组件的导电探针主体与该等离子处理室的抽空部内的活性组分隔开，从而基本上避免了该活性组分被该导电探针主体污染。
18.如权利要求16所述的电极组件，其中该电极组件包含限定在该探针组件边缘与该电极基探针组件通道内径之间的间隙，从而该探针组件与该硅基喷头电极电气绝缘。
19.如权利要求18所述的等离子处理室，其中该电极组件进一步包含O形环，用以在该探针主体中部与该热控板的螺纹啮合以及限定在该探针组件边缘与该硅基喷头电极的电极基探针组件通道的内径间的间隙之间形成气密密封。
20.一种电极组件，包含硅基喷头电极、热控板、以及探针组件，其中：
该探针组件与该硅基喷头电极通过限定在该探针组件边缘与该喷头电极的电极基探针组件通道之间的间隙电气绝缘；
该探针组件包含导电探针主体、由成分上与构成该硅基喷头电极的材料基本相同的硅基材料构成的硅基盖、以及O形环；
该热控板包含正面、背面、配置为引导工艺气体至该热控板正面的一个或多个工艺气体通道、以及配置为允许至少部分该导电探针主体通过的板基探针组件通道；
该硅基喷头电极包含正面、背面、从该硅基喷头电极背面延伸至该硅基喷头电极正面的多个喷头通道、以及配置为允许至少部分该导电探针主体通过并且容纳该探针组件的硅基盖于其中的电极基探针组件通道；
该热控板与该硅基喷头电极啮合以便使该热控板正面面对该硅基喷头电极背面、该硅基喷头电极内的至少一个喷头通道与该热控板内的至少一个工艺气体通道对齐，且该电极基探针组件通道与该板基探针组件通道至少部分对齐；
该导电探针主体包含头部，该头部包含与该硅基盖的内螺纹匹配的外螺纹，从而使该硅基盖与该探针主体可释放地啮合，并且允许该硅基盖与该探针主体重复非破坏性地啮合与分开；
介于由该内螺纹限定的螺纹孔与该硅基盖的基本上平的面之间的该硅基盖的硅基材料包含至少大约0.25cm的厚度；
该导电探针主体包含中部，该中部包含配置为与该板基探针组件通道的内螺纹匹配的外螺纹，从而使该热控板与该探针主体可释放地啮合；
该O形环配置为在该探针主体中部与该热控板的螺纹啮合以及限定在该探针组件边缘与该喷头电极的电极基探针组件通道的内径间的间隙之间形成气密密封。
该导电探针主体包含具有电性耦合的尾部，该尾部配置为导电耦合至等离子监控装置；
该电极组件如此配置，即使该硅基盖与该探针主体头部螺纹啮合的旋向性以及该热控板与该探针主体中部螺纹啮合的旋向性为共同的旋转方向，从而在紧固旋转方向上施加于该硅基盖的扭矩能紧固该硅基盖与该探针主体头部的螺纹啮合以及该热控板与该探针主体中部的螺纹啮合；以及
该硅基喷头电极、该热控板、以及该探针组件如此配置，即当该硅基盖与该探针主体头部的螺纹啮合以及该热控板与该探针主体中部的螺纹啮合基本上完全啮合时，该硅基盖的基本上平的面与该硅基喷头电极正面位于共同的平面。
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