CN101715605B - 采用导热垫圈和o形环的电极总成和等离子处理室 - Google Patents

Abstract

本发明大体涉及等离子处理，更具体地，涉及其中使用的等离子处理室和电极总成。按照本发明一个实施例，提供一种电极总成，包括热控制板、硅基喷头电极、导热垫圈和多个O形环，其中该热控制板的前侧和该喷头电极的后侧各自的轮廓配合以限定热分界面。该导热垫圈和该O形环沿这个热分界面设置，该O形环将该导热垫圈与该喷头通道隔开从而该垫圈与该喷头通道隔开。该垫圈可促进跨过该热分界面从该喷头电极到该热控制板的热传递。

Description

采用导热垫圈和O形环的电极总成和等离子处理室

技术领域

本发明大体上涉及等离子处理，更具体地，涉及其中使用的等离子处理室和电极总成。

背景技术

等离子处理设备可用来以多种技术处理基片，包括但不限于，蚀刻、物理气相沉积、化学气相沉积、离子注入、抗蚀剂去除等。例如，不是作为限制，一种等离子处理室包含上部电极(一般称为喷头电极)以及下部电极。在这些电极之间建立电场以将工艺气体激发为等离子而处理反应室中的基片。

发明内容

按照本发明的一个实施例，一种电极总成包括热控制板、硅基喷头电极、导热垫圈和多个O形环。该热控制板包括前侧、后侧和多个工艺气体通道，以及该喷头电极包括前侧、后侧和多个喷头通道。该热控制板和该喷头电极啮合为该热控制板的前侧面向该喷头电极的后侧，而该热控制板的多个工艺气体通道和该喷头电极的多个喷头通道配合以容许工艺气体通过该电极总成。该热控制板的前侧和该喷头电极的后侧各自的轮廓配合以限定热分界面。该导热垫圈和该O形环沿这个热分界面设置，该O形环将该导热垫圈与该喷头通道隔开从而该垫圈与该喷头通道隔开。

按照本发明另一实施例，提供一种等离子处理室，包括真空源、工艺气体供应源、等离子功率供应源、基片支撑件和上部电极总成，其制造为集成本发明的一个或多个方面。

附图说明

当结合附图阅读时可最佳地理解下面对本发明具体实施例的具体描述，其中类似的结构用类似的参考标号指出，其中：

图1是集成本发明某些实施例的特定方面的等离子处理室的示意图；

图2是按照本发明一个实施例的喷头电极的后侧的平面视图；

图3是按照本发明一个实施例的喷头电极的后侧和厚度尺寸的轴测视图；

图4是按照本发明一个实施例的电极总成的剖视图；以及

图5是图4中所示的该电极总成的放大视图。

具体实施方式

附图中阐述的这些实施例自然是说明性的而不是为了限制由权利要求所限定的本发明。此外，附图和本发明的多个独立方面在详细描述中将可以更完全地公开和理解。

本发明的多个不同方面可在等离子处理室10的上下文环境中说明，其只是在图1中示意性说明以避免将本发明的概念限制为可能不是构成本发明的主题所必需的特定的处理构造或部件。如大体在图1中所示，该等离子处理室10包括真空源20、工艺气体供应源30、等离子功率供应源40、基片支撑件50(包括下部电极总成55和上部电极总成60)。

参见图4和5，说明本发明的上部电极总成60的实施例。通常，该电极总成60包括热控制板70、硅基喷头电极80、导热垫圈90和多个O形环100。该热控制板70包括前侧72、后侧74和多个工艺气体通道76。这些工艺气体通道76通常从该热控制板70的后侧74延伸到前侧72。尽管本发明不限于特定的热控制板材料或工艺气体通道构造，但是注意合适的热控制板材料包括铝、铝合金或类似的导热体。另外，注意从热控制板的设计中可得到许多教导，包括但不限于美国公开号No.2005/0133160。

该硅基喷头电极80(图2-5所示)包括后侧82、前侧84和多个喷头通道86。这些喷头通道86通常从该喷头电极80的后侧82延伸到前侧84。尽管本发明不限于特定的硅基喷头电极材料或喷头通道构造，但是注意合适的喷头电极材料包括，但不限于，单晶硅、多晶硅、氮化硅、碳化硅、碳化硼、氮化铝、氧化铝或其组合。另外，构想该硅基喷头电极80在不背离本发明范围的情况下包括多种多样的构造，包括但不限于，整体的、环形喷头构造，或者多部件、环形喷头构造，包括环形中央电极以及一个或多个围绕该中央电极圆周布置的边缘电极。

如图4和5所示，该热控制板70和该喷头电极80啮合为该热控制板70的前侧72面向该喷头电极80的后侧82。另外，该热控制板70的多个工艺气体通道76和该喷头电极80的多个喷头通道86配合以允许工艺气体通过该电极总成60。

按照一个实施例，如图4和5所示，该电极总成60构造为该热控制板70的前侧72和该喷头电极80的后侧82各自的轮廓配合以限定热分界面110。按照这个实施例，该导热垫圈90沿该热控制板的前侧72和该喷头电极80的后侧82之间的该热分界面110设置。构想可沿该热分界面110设置多个导热垫圈90，然而，通常沿该热分界面110仅设置单个垫圈90。

该导热垫圈90沿该热控制板70的前侧72和该喷头电极80的后侧82之间的热分界面110设置促进热量跨过该热分界面110从该喷头电极80到该热控制板70的传递，通常在低接触压力条件下。一般来说，在等离子处理期间，该硅基喷头电极80的温度由于来自等离子的离子轰击而升高。为了提供对该喷头电极80温度的更好控制，该导热垫圈90促进从该喷头电极80至该热控制板70的热传递。进一步构想该导热垫圈90可促进热量跨过该热分界面从该热控制板70到该喷头电极80的传递，通常在低接触压力条件下，以便在不使用时将该喷头电极80保持在指定的温度。

更具体地，如图4和5所示，该导热垫圈90直接与该热控制板70的前侧72和该喷头电极80的后侧82相通。该导热垫圈90与该热控制板70的前侧72和该喷头电极80的后侧82的这种直接相通提高了在低接触压力下该喷头电极80的后侧82和该热控制板70的前侧72之间的导通，从而该垫圈90促进跨过由该喷头电极80和该热控制板70限定的该热分界面110的热传递。

为了有效地跨过该热分界面110传递热量，该垫圈90通常基本上由导热材料构造。例如，在一个实施例中，该垫圈可以是涂有导热且导电橡胶的铝箔复合材料。这种复合材料的一个示例是Bergquist Company的Q-PadII。因此，构想该导热材料也可导电。按照一个实施例，该导热垫圈90包括碳纳米管填料。然而，构想许多其他的导热、导电垫圈可用于本发明的实施例以有效跨过该热分界面110传递热量。

还如图4和5所示，该电极总成60通常进一步包括多个O形环100。该O形环100也沿该热分界面110设置，并将该垫圈90与该喷头通道86分开从而该垫圈90与该喷头通道86隔开，并因此也与从那里通过的该工艺气体隔开。如这里所使用的，术语“隔开”意思是该导热垫圈90完全实体上与该喷头通道和通过那里的工艺气体隔开以及至少基本上对该喷头通道和通过那里的工艺气体气动密封。

另外，该O形环100构造为通过该喷头电极80、该热控制板70或两者的移动来基本上防止该垫圈90的磨损，并且基本防止该垫圈90磨损产生的颗粒进入该喷头通道86。例如，电极总成中明显的温度变化(这往往与等离子处理相关)会导致该喷头电极80、该热控制板70或两者移动。更具体地，由温度变化导致的该喷头电极80、该热控制板70或两者的分子膨胀和收缩会磨损设在喷头电极80和该热控制板70之间的该热分界面110中的该垫圈90，有可能导致该垫圈90的颗粒物质脱落。该O形环100可有助于防止该垫圈90的磨损，以及防止该垫圈90的任何脱落的颗粒跑进该喷头通道86并干扰该电极总成60和/或该等离子处理室10的运行。

回头参考图1，按照本发明另一实施例、等离子处理室10包括真空源20、工艺气体供应源30、等离子功率供应源40、基片支撑件50和上部电极总成60。该真空源20构造为至少部分排空该等离子处理室10。与此同时，该基片支撑件50设置在该等离子处理室10的排空部分15中，并包括与该上部电极总成60隔开的基片电极。该基片电极和该上部电极总成60运行中与该等离子功率供应源40耦合。用于该等离子处理室10的该上部电极总成60可以是本申请的说明书中具体实施方式部分和权利要求中呈现的任何该电极总成60的实施例之一。例如，在一个实施例中，该等离子处理室10可包括电极总成，其限定热分界面110并包括沿该热分界面110设置的O形环100，该O形环将导热垫圈与该电极总成60的喷头通道86分开。

该等离子处理室10内的该上部电极总成60通常形成气密密封等离子分隔区65从而该等离子处理室10的排空部分15内的气体和反应物质不会穿出该等离子分隔区65而影响该电极总成60和/或该等离子处理室10的运行。限定该等离子分隔区65的具体方式将依赖于该热控制板70和该喷头电极80各自的构造而变化。在大多数情况下，构想形成该热控制板70和该喷头电极80的各自的材料将限定该分隔区65的主要部分。另外，构想各种密封构件可用来增强该分隔区65，特别是在该热控制板70和该喷头电极80彼此干扰以及干扰该等离子处理室10的其他部件的情况下。

进而，参见图4，该电极总成60通常还包括固定硬件120。更具体地，该热控制板70可包括固定硬件通道78，其构造为允许固定硬件120进入设在沿该硅基喷头电极80的后侧82的局部凹腔89中的后侧嵌块88。该热控制板70和该硅基喷头电极80可使用该固定硬件120和该后侧嵌块88来啮合。在啮合状态，该固定硬件通道78与设在沿该硅基喷头电极80的后侧82的局部凹腔89中的后侧嵌块88对齐。结果，该固定硬件120可延伸通过该热控制板70中的该固定硬件通道78，并啮合设在沿该喷头电极80的后侧82的该局部凹腔89中的该后侧嵌块88。

该固定硬件120和该后侧嵌块88构造为保持该热控制板70和该硅基喷头电极80的啮合并允许该热控制板70和该喷头电极80可重复、非破坏性的啮合和脱离。按照一个实施例，图4中所示，该后侧嵌块88可构造成大头钉的样子，包括后侧延伸部88A，其构造为延伸进该热控制板70中的该固定硬件通道78之一。在这个例子中，该固定硬件120构造为通过例如螺纹啮合进入该固定硬件通道78中的该后侧嵌块88的该后侧延伸部88A。按照另一实施例，该后侧嵌块88可构造为在形成于该喷头电极80的后侧82中的该局部凹腔89中的锚。在该嵌块88处于合适的位置时，该固定硬件120，其可包括例如螺钉或螺栓，啮合该后侧嵌块88以将该喷头电极80固定于该热控制板70。

在这里公开的任何采用一个或多个后侧嵌块88的实施例中，确保该固定硬件120、该后侧嵌块88和该局部凹腔89构造为在热负载期间，该固定硬件120和后侧嵌块88处于啮合状态，该后侧嵌块88能够与该固定硬件120一起在该局部凹腔89内移动而不会移出该凹腔89将会是有利的。

因而，在另一实施例中，该嵌块88可通过提供弹簧而在弹簧负载状态固定在该凹腔89中，该嵌块88构造为允许该嵌块88在弹簧负载状态下在该局部凹腔89中移动。结果，在等离子处理中通常存在的热负载过程中，该后侧嵌块88可与该固定硬件120一起在该局部凹腔89内移动而不移出该凹腔89并且不会降低该固定硬件120和该嵌块88的啮合。

各种弹簧负载构造可用来降低该固定硬件120任何由于等离子处理期间热负载引起的应力所导致变得脱开的趋势。例如，在一种用于提供该热控制板70和该喷头电极80的弹簧负载啮合的构造中，该后侧嵌块88构造成在形成于该喷头电极80的后侧82中的该局部凹腔89之一中的锚，该固定硬件120包括弹簧负载垫圈形式的弹簧元件，构造为反抗该固定硬件120进入该后侧嵌块88时啮合所提供的力。在另一构造中，该后侧嵌块88可以省略，有利于与该电极材料中的锥孔直接螺纹啮合。或者，该弹簧元件可提供为螺旋弹簧，围绕该固定硬件通道78中的该固定硬件120的纵向延伸部布置。

注意这里的本发明的部件“构造为”以特定的方式实现特定的属性或功能的详述是结构性描述，而不是预定用途的描述。更具体地，这里对部件的“构造”方式的描述表示该部件已有的物理状态，因此应当看作是该部件结构特性的定义详述。

注意这里使用的像“通常”和“一般”的词语不是用来限制请求保护的权利要求的范围，也不是用来暗示某些特征对于请求保护的发明的结构或功能是关键的、本质的甚至是重要的。而是，这些词语仅仅为了识别本发明实施例的特定方面或强调在本发明特定实施例中可以使用也可以不使用的可选或额外特征。

上面已经详细地并且通过参考其具体实施例来描述本发明，显然在不背离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，多种修改和变化是可能的。更具体地，尽管本发明的有些方面这里定义为优选的或特别有利的，但是构想本发明不必限于本发明的这些优选方面。

注意下面的权利要求中的一个或多个采用词语“其中”作为过渡短语。为了定义本发明，注意这个词语作为开放式的过渡短语引入权利要求，其用来引起对一系列结构特征的详述，并且应当以与开放式的引导词“包括”相似的方式来解释。

Claims (13)

1.一种电极总成，包括热控制板、硅基喷头电极、导热垫圈和多个O形环，其中：

该热控制板包括前侧、后侧和多个工艺气体通道；

该喷头电极包括前侧、后侧和多个喷头通道；

该热控制板和该喷头电极啮合从而该热控制板的前侧面向该喷头电极的后侧；

该热控制板的多个工艺气体通道和该喷头电极的多个喷头通道配合以允许工艺气体通过该电极总成；

该热控制板的前侧和该喷头电极的后侧的各自轮廓配合以限定热分界面；

该导热垫圈沿该热控制板的前侧和该喷头电极的后侧之间的该热分界面设置；和

该O形环沿该热分界面设置并将该导热垫圈与该喷头通道隔开从而该导热垫圈与该喷头通道隔开。

2.根据权利要求1所述的电极总成，其中该导热垫圈与该热控制板的前侧和该喷头电极的后侧直接相通。

3.根据权利要求2所述的电极总成，其中该导热垫圈与该热控制板的前侧和该喷头电极的后侧直接相通提高了在低接触压力下该喷头电极的后侧和该热控制板的前侧之间的导通，从而该导热垫圈促进跨过由该喷头电极和该热控制板限定的该热分界面的热传递。

4.根据权利要求1所述的电极总成，其中该导热垫圈由导热且导电的材料构造。

5.根据权利要求1所述的电极总成，其中该导热垫圈包括碳纳米管填料。

6.根据权利要求1所述的电极总成，其中该O形环构造为通过该喷头电极、该热控制板或两者的移动防止该导热垫圈的磨损。

7.根据权利要求6所述的电极总成，其中该O形环构造为防止该导热垫圈磨损产生的颗粒进入该喷头通道。

8.一种电极总成，包括热控制板、硅基喷头电极、导热垫圈和多个O形环，其中：

该热控制板包括前侧、后侧和多个工艺气体通道；

该喷头电极包括前侧、后侧和多个喷头通道；

该热控制板和该喷头电极啮合从而该热控制板的前侧面向该喷头电极的后侧；

该热控制板的多个工艺气体通道和该喷头电极的多个喷头通道配合以允许工艺气体通过该电极总成；

该热控制板的前侧和该喷头电极的后侧的各自轮廓配合以限定热分界面；

该导热垫圈沿该热控制板的前侧和该喷头电极的后侧之间的该热分界面设置且与该热控制板的前侧和该喷头电极的后侧直接相通；

该O形环沿该热分界面设置并将该导热垫圈与该喷头通道隔开从而该导热垫圈与该喷头通道隔开；以及

该O形环构造为通过该喷头电极、该热控制板或两者的移动防止该导热垫圈的磨损。

9.根据权利要求8所述的电极总成，其中该导热垫圈与该热控制板的前侧和该喷头电极的后侧直接相通提高了在低接触压力下该喷头电极的后侧和该热控制板的前侧之间的导通，从而该导热垫圈促进跨过由该喷头电极和该热控制板限定的该热分界面的热传递。

10.根据权利要求8所述的电极总成，其中该导热垫圈由导热且导电的材料构造。

11.根据权利要求8所述的电极总成，其中该导热垫圈包括碳纳米管填料。

12.根据权利要求8所述的电极总成，其中该O形环构造为防止该导热垫圈磨损产生的颗粒进入该喷头通道。

13.一种等离子处理室，包括真空源、工艺气体供应源、等离子功率供应源、基片支撑件和上部电极总成，其中：

该真空源构造为至少部分排空该等离子处理室；

该基片支撑件设在该等离子处理室的排空部分中并包括与该上部电极总成隔开的基片电极；

该基片电极和该上部电极总成运行时与该等离子功率供应源耦合；

该上部电极总成包括热控制板、硅基喷头电极、导热垫圈和多个O形环；

该热控制板包括前侧、后侧和多个工艺气体通道；

该喷头电极包括前侧、后侧和多个喷头通道；

该热控制板和该喷头电极啮合从而该热控制板的前侧面向该喷头电极的后侧；

该热控制板的多个工艺气体通道和该喷头电极的多个喷头通道配合以允许工艺气体通过该电极总成；

该热控制板的前侧和该喷头电极的后侧的各自轮廓配合以限定热分界面；

该导热垫圈沿该热控制板的前侧和该喷头电极的后侧之间的该热分界面设置；和

该O形环沿该热分界面设置并将该导热垫圈与该喷头通道隔开从而该导热垫圈与该喷头通道隔开。

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