CN102918180A - 大面积电极上的紧密安装的陶瓷绝缘体 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例通常包括与喷头组件一起使用之屏蔽框组件，以及具有屏蔽框组件之喷头组件，屏蔽框组件包括绝缘体，该绝缘体紧密安装围绕于真空处理腔室中之喷头的外缘。于一实施例中，喷头组件包括气体分配板以及多片式框组件，多片式框组件界定气体分配板的外缘边缘。多片式框组件容许气体分配板膨胀，而不会产生可能导致电弧放电之间隙。在其它实施例中，绝缘体经定位而使集中于气体分配板外缘的电场位在绝缘体中，从而降低电弧放电的可能性。

Description

大面积电极上的紧密安装的陶瓷绝缘体
发明背景
技术领域
本发明大体而言系关于具有紧密安装之陶瓷绝缘体的电极，如喷头组件。
背景技术
于相同的固有处理条件(如RF频率及功率密度、电极间距、压力及气体化学成分)下操作时，相较于较小的腔室，用于处理大于1.5平方公尺的基板之大面积、矩形PECVD腔室中的受驱动电极的外缘周围倾向于遭受较大的电弧放电。对于在二维空间中具有大约二至三公尺之电极的腔室而言，可能在很低的施加RF功率级下就遭受电弧放电，而在这样低的施加RF功率级下无法完成有用的膜及/或足够好的沉积速率及商业级产量。
因此，对适用于大面积PECVD腔室等等中之改良电极有所需求。
发明内容
本发明的实施例通常包括与喷头组件一起使用之屏蔽框组件，以及具有屏蔽框组件之喷头组件，屏蔽框组件包括绝缘体，该绝缘体紧密安装围绕于真空处理腔室中之喷头的外缘。于一实施例中，兹提供一种多片式框组件，该多片式框组件用以界定气体分配板喷头组件的外缘边缘。该多片式框组件包括第一延长框构件，该第一延长框构件在第一端中具有孔洞且在第二端中具有狭槽；第二短延长框构件，该第二短延长框构件在第一端中具有孔洞且在第二端中具有狭槽；第一长延长框构件，该第一长延长框构件在第一端中具有孔洞且在第二端中具有狭槽；以及第二长延长框构件，在第一端中具有孔洞且在第二端中具有狭槽。
在本发明的另一实施例中，一种喷头组件包括气体分配板以及多片式框组件。多片式框组件界定气体分配板的外缘边缘。多片式框组件包括第一框构件以及第二框构件。第一框构件具有自由端邻接第二框构件的固定端。
于另一实施例中，喷头组件包括绝缘框组件，绝缘框组件界定气体分配板的外缘边缘。导电元件设置于绝缘框组件中并电气耦接至气体分配板。
在阅读以下关于本发明之较佳实施例的详述之后，本发明的目的将无疑地变得易于被本发明所属技术领域中具有通常知识者所了解，所述较佳实施例图解于随附图式及绘图中。
附图说明
本发明的教示可藉由考虑以下详细说明结合附图而容易理解，其中：
图1描绘具有屏蔽框组件的PECVD处理腔室的一个实施例之部分剖面图；
图2为固定至气体分配板组件之屏蔽框组件的一个实施例之底视图；
图3描绘经加热状态中的图2之屏蔽框组件及气体分配板组件；
图4A至图4C为处在经冷却及经加热状态之图2的屏蔽框组件之交界处的侧视及底视图；
图5A至图5F描绘屏蔽框组件之多种实施例的示范剖面轮廓；
图6为屏蔽框组件的另一实施例之平面图。
为了便于理解，尽可能使用相同的元件符号来表示图中共用的相同元件。然而，应当注意，附图仅示出本发明的典型实施例，从而不能认为限定其范围，因为本发明可接纳其他等效实施例。
具体实施方式
本发明的实施例通常包括屏蔽框组件，屏蔽框组件包括多片式绝缘体，该多片式绝缘体紧密安装围绕于PECVD喷头组件外缘。多片式绝缘体经配置以在喷头组件的热致膨胀及收缩期间维持紧密安装，从而最小化电弧放电的可能性。此外，多片式绝缘体的功能在于覆盖并密封喷头的外缘，以避免电弧放电至邻近的腔室部件。于一实施例中，屏蔽框组件可藉由以绝缘材料实体覆盖喷头组件的外缘来避免电弧放电。该绝缘材料可为陶瓷或其它合适的材料。此外，在其它实施例中，喷头组件的外缘及/或多片式陶瓷绝缘体可包括一半径，以降低电场集中度，同时降低电弧放电的可能性。在其它实施例中，屏蔽框组件中存在有导电元件，导电元件电连接喷头组件或喷头组件的一部份，致使导电元件以基本上与喷头组件相同的电压运作，从而降低喷头组件的暴露外缘上之电场。尽管本发明的实施例参照PECVD喷头组件作图解式描述，但应考虑到，本发明也可应用在其它等离子体辅助制程，如CVD、ALD、蚀刻等。也应考虑到，可将屏蔽框组件应用在相对于屏蔽框组件具有不同的热膨胀系数的其它四边形物件上。
图1描绘处理腔室100之一实施例的部分剖面视图，处理腔室100具有受屏蔽之喷头组件114。处理腔室100包括腔室本体102耦接RF功率源124以及气体面板122。腔室本体102包括壁104以及上盖106，上盖106通常以导电材料制造。腔室本体102限定位在基板支撑件132上方之处理区域160，基板130于基板支撑件132上进行处理。背板110设置于上盖106上。绝缘体108设置于背板110与上盖106之间，以提供电气隔离。
喷头组件114藉由托架112悬吊于背板110下方。喷头组件114通常包括气体分配板116以及介电屏蔽框组件118。制程及/或清洁气体自气体面板122经由穿过背板110的气体通道120传递，以提供气体进入气体分配板116与背板110之间的间隙空间。间隙空间中的气体流经穿过气体分配板116而形成的复数个气体管道140，并进入处理区域160，处理区域160界定于气体分配板116的底部138与基板支撑件132上所支撑的基板130之间。经过匹配电路126提供至气体分配板116的RF功率可激发设置于气体分配板116与基板130之间的气体，以维持等离子体而促进沉积于基板130上。
基板130的边缘由阴影框128覆盖，以防止于处理期间沿着基板130的外缘之沉积。阴影框128及/或基板支撑件132可藉由诸如导电带(conductive strap)等接地RF返回路径134电耦合腔室本体102的壁104。腔室壁104额外包括阴影框支撑件136，该阴影框支撑件136支撑并举升阴影框128离开基板支撑件132，且基板支撑件132被降低以促进基板转移。沿着腔室壁104及上盖106的表面行进之RF功率，可透过托架146及覆盖件148返回RF功率源124。
气体分配板116通常包括沿着该气体分配板116外缘设置之阶状件(step)150。转角154藉由阶状件150的内壁152与气体分配板116的底部138相交而形成，且因为它们的几何结构之故，转角154通常具有高电场。为了避免在这些位置处的电弧放电，介电屏蔽框组件118设置于阶状件150中，并紧密安装抵靠内壁152。由于沿着内壁152而产生的高度集中电场位在屏蔽框组件118的介电材料中，因此可显著减少介于气体分配板116与接地腔室部件(如上盖106及/或腔室壁104)之间的电弧放电。介电屏蔽框组件118可藉由紧固件或其它合适的方法(进一步于下文描述)紧固至气体分配板116。紧固件经配置而使屏蔽框组件118可适应气体分配板116的热膨胀及收缩，同时在气体分配板116的内壁152与介电屏蔽框组件118之间维持小的间隙或无间隙，也在屏蔽框组件本身的各部件之间维持小的间隙或无间隙。
图2图示屏蔽框组件118的一实施例之底视图。屏蔽框组件118包含经排列成四边形环之至少四个框构件。于图2所描绘之实施例中，屏蔽框组件118包括短框构件202、长框构件252、短框构件254以及长框构件256。短框构件202、254经延长且具有平行的定向。长框构件252、256经延长且具有平行的定向，且长框构件252、256的定向实质上垂直于短框构件202、254的定向。各个框构件202、252、254、256具有固定端，固定端紧固至气体分配板116，还具有自由端，自由端以允许气体分配板回应气体分配板116的热膨胀及收缩而相对于框构件移动的方式，紧固至气体分配板116。
于图2所绘示的实施例中，短框构件202具有实质上矩形的样式，具有固定端204、自由端206、外侧长边208以及内侧长边210。内侧长边210邻接气体分配板116的内壁152。外侧长边208具有一定向，该定向通常平行于内侧长边210。固定端204具有孔洞216，该孔洞216穿过固定端而形成，孔洞216接受静止销218，静止销218将短框构件202紧固至气体分配板116。订定孔洞216的尺寸使该孔洞216紧密配合(closefit)静止销218，致使短框构件202相对于静止销218仅能小幅动作或无动作，静止销218螺旋配合、压入配合或紧固至气体分配板116。于一实施例中，静止销218与形成于气体分配板116中之带螺纹的孔洞230(见于图5A中)啮合。
短框构件202的自由端206相对于固定端204而设置。狭槽212穿过短框构件形成且接近自由端206。狭槽212所具有之定向通常平行于长边208、210的定向，且可与穿过固定端204而形成之孔洞216对齐。导引销214穿过狭槽212而设置，以可滑动地将短框构件202的自由端206紧固至气体分配板116。导引销214及狭槽212具有余隙配合(clearance fit)，余隙配合容许短框构件202的自由端206在一方向上移动，该方向与狭槽212及长边208、210的定向平行，同时维持内侧长边210与气体分配板116的内壁152之间的紧密配合。
长框构件252包括固定端264、自由端266、外侧长边268以及内侧长边270。通常长框构件252的端264、266及边268、270所具有的定向类似于就短框构件202所描述的定向。长框构件252的固定端264在交界处220邻接短框构件202的内侧长边210，内侧长边210接近自由端206。静止销218将长框构件252的固定端264紧固至气体分配板116，而穿过狭槽212设置的导引销214将自由端266紧固至气体分配板116，如上关于短框构件202的描述般。由于长框构件252的固定端264被栓固在相对于气体分配板116的实质上静止位置，短框构件202的自由端206可自由的滑过长框构件252的固定端264，而不会在长框构件252的固定端264的邻接部分与短框构件202的内侧长边210之交界处220产生间隙。
短框构件254实质上与短框构件202一致。短框构件254具有实质上矩形的形式，该短框构件254具有固定端274、自由端276、外侧长边278以及内侧长边280。内侧长边280邻接气体分配板116的内壁152。外侧长边278具有通常平行于内侧长边280的定向。固定端274具有孔洞216，孔洞216穿过固定端274而形成，孔洞216接受静止销218，而静止销218将短框构件254紧固至气体分配板116。订定孔洞216的尺寸使该孔洞216紧密配合静止销218，致使短框构件254相对于静止销218仅能小幅动作或无动作，静止销218螺旋配合、压入配合或紧固至气体分配板116。于一实施例中，静止销218与形成于气体分配板116中之带螺纹的孔洞230啮合。
短框构件254的固定端274于交界处222邻接长框构件252的内侧长边270，内侧长边270接近自由端266。由于短框构件254的固定端274被栓固在相对于气体分配板116的实质上静止位置，长框构件252的自由端266可自由的滑过短框构件254的固定端274，而不会在短框构件254的固定端274的邻接部分与长框构件252的内侧长边270之交界处222产生间隙。
短框构件254的自由端276相对固定端274而设置。狭槽212穿过短框构件形成且接近自由端276。狭槽212所具有之定向通常平行于长边278、280的定向，且可与穿过固定端274而形成之孔洞216对齐。导引销214穿过狭槽212而设置，以可滑动地将短框构件254的自由端276紧固至气体分配板116。导引销214及狭槽212具有余隙配合，余隙配合容许短框构件254的自由端276在一方向上移动，该方向与狭槽212及长边278、280的定向平行，同时维持内侧长边280与气体分配板116的内壁152之间的紧密配合。
长框构件256实质上与长框构件252一致。长框构件256包括固定端284、自由端286、外侧长边288以及内侧长边290。通常长框构件256的端284、286及边288、290所具有的定向类似于就长框构件256所描述的定向。长框构件256藉由静止销218及导引销214耦接气体分配板116，静止销218穿过孔洞216而设置，且导引销214穿过狭槽212而设置。长框构件256的自由端286于交界处226邻接短框构件202的固定端204，固定端204接近自由端286。由于短框构件202的固定端204被栓固在一位置，该位置相对于气体分配板116的实质上静止，长框构件256的内侧长边290可自由滑过短框构件202的固定端204，而不会在短框构件202的固定端204的邻接部分与长框构件256的内侧长边290之交界处226产生间隙。
长框构件256的固定端284于交界处224邻接短框构件254的内侧长边280，内侧长边280接近自由端276。由于长框构件256的固定端284被栓固在一位置，该位置相对于气体分配板116的实质上静止，短框构件254的自由端276可自由的滑过长框构件256的固定端284，而不会在长框构件256的固定端284的邻接部分与短框构件254的内侧长边280之交界处224产生间隙。
如上所述，框构件254、252、254、256可适应气体分配板116自冷状态(如图2所示)热膨胀至热状态(如图3所示)。如进一步描绘于第4A至4B图中的交界处224之细节所示，因为静止销218对导引销214的相对位置的靠近(例如，接近(closeness))，所以当气体分配板116自冷状态(如图4A所示)膨胀至热状态(如图4B所示)时，长框构件256的固定端284实质上被安装抵靠短框构件254的内侧长边280(如图4C所示)。从长框构件256对短框构件254的自由端276之相对位置改变可见到长框构件256相对于短框构件254的动作，且狭槽212中的导引销214之位置从狭槽212的内侧端232改变至狭槽212的外侧端234显示了气体分配板116的膨胀，气体分配板116的膨胀增加了形成于气体分配板116中的多个孔洞之间的距离，该多个孔洞沿着气体分配板116的共同边缘(common edge)接受导引销214、218。
第5A至5F图描绘屏蔽框组件及气体分配板的轮廓之部分剖面视图。因为当气体分配板被供电时，气体分配板的转角将电场集中于气体分配板的外缘，可设计屏蔽框组件的轮廓，以使包含屏蔽框组件的绝缘材料内之电场集中的范围及/或位置最小化，使得气体分配板与其它部件(如腔室壁)之间的电弧放电可能性最小化。
图5A描绘供屏蔽框组件118的长框构件252所用之轮廓的一个实施例。屏蔽框组件118的其它框构件可以类似方式配置。长框构件252包括本体508，本体508具有向内延伸的唇部502。唇部502延伸至尖端506，唇部502位在气体分配板116的底部138上方并覆盖气体分配板116的底部138的一部份。既然唇部502覆盖气体分配板116的转角154，集中于转角154处的电场可被埋入长框构件252中，从而实质上降低气体分配板116与腔室本体102及/或其它腔室部件之间产生电弧放电的可能性。
图5B描绘供屏蔽框组件118的长框构件500B所用之轮廓的另一个实施例。屏蔽框组件118的其它框构件可以类似方式配置。长框构件500B包括本体508，本体508具有向内延伸的锥形唇部512。唇部512自本体508的顶表面514逐渐变窄，唇部512位在气体分配板116的底部138之上。既然唇部512覆盖气体分配板116的转角154，且本体508的顶表面514在气体分配板116的底部138上方与底部138隔开，集中于转角154处的电场可被埋入长框构件500B中，从而实质上降低气体分配板116与腔室本体102及/或其它腔室部件之间产生电弧放电的可能性。
图5C描绘供屏蔽框组件118的长框构件500C所用之轮廓的另一个实施例。屏蔽框组件118的其它框构件可以类似方式配置。长框构件500C包括本体508，本体508具有向内延伸的唇部522。唇部522通常与本体508的顶表面514共平面，而本体508的顶表面514实质上与气体分配板116的底部138共平面。唇部522延伸至端524，并经过弯曲表面520返回本体508。如图5C所示，表面520的轮廓或曲率可经选择以吻合转角154的形状，如具有半径。转角154的半径可用来减少集中于转角154处的电场。既然唇部522覆盖气体分配板116的弯曲转角154，集中于弯曲转角154处之经减少的电场仍可被埋入长框构件500C，从而实质上降低气体分配板116与腔室本体102及/或其它腔室部件之间产生电弧放电的可能性。
图5D描绘供屏蔽框组件118的长框构件500D所用之轮廓的另一个实施例。屏蔽框组件118的其它框构件可以类似方式配置。
在图5D所描绘的实施例中，长框构件500D的本体508的顶表面514在气体分配板116的底部138之外延伸。因此，即使本体508的内侧边缘530不吻合顶部弯曲转角154的整个轮廓，集中于弯曲转角154处之经减少的电场仍可被埋入长框构件500D的架高顶部514下方，从而实质上降低电弧放电的可能性。
图5E描绘供屏蔽框组件118的长框构件500E所用之轮廓的另一个实施例。屏蔽框组件118的其它框构件可以类似方式配置。在图5E所描绘之实施例中，长框构件500E的本体508实质上与气体分配板116的底部138共平面。长框构件500E包括唇部522，如类似参照长框构件500C所描述般，唇部522实质上吻合圆形转角154。长框构件500E额外包括狭槽540，狭槽540自本体508的底表面544朝向顶表面514延伸。电气耦接至气体分配板116的导电元件542设置于狭槽540中，或埋入长框构件500E的本体508中。狭槽540沿着长框构件500E的长度延伸。导电元件542以基本上与气体分配板116相同的电压运作，从而降低喷头组件的暴露转角154处之电场，另外将电场线实质上集中在本体508内，从而实质上降低电弧放电的可能性。在图5E所描绘之实施例中，所描绘的导电元件542如凸片(tab)般自气体分配板116延伸进入长框构件500E。应考虑到，导电元件542可具有其它配置，以实质上降低电弧放电的可能性之方式，埋入或者插入包含长框构件500E的材料内。
图5F描绘供屏蔽框组件118的长框构件500F所用之轮廓的另一个实施例。屏蔽框组件118的其它框构件可以类似方式配置。除了长框构件500F的本体508的顶表面514在气体分配板116的底部138之外延伸，长框构件500F的配置类似上述的长框构件500E，长框构件500F包括狭槽540，狭槽540接受导电元件542。虽然图5F所描绘的实施例未显示唇部，但应考虑到，可应用诸如唇部522及/或唇部502或唇部512等唇部来覆盖转角154，以促进降低电弧放电的可能性。
图6为屏蔽框组件600的另一实施例之平面图。屏蔽框组件600实质上类似于屏蔽框组件118，并包括短框构件602、长框构件606、短框构件604以及长框构件608。短框构件602、604经延长且具有平行的定向。长框构件606、608经延长且具有平行的定向，长框构件606、608的定向实质上垂直于短框构件602、604的定向。各框组件602、604、606、608具有固定端632，固定端632紧固至气体分配板116(未绘示于图6)，各框组件602、604、606、608还具有自由端630，自由端630以允许气体分配板回应气体分配板116的热膨胀及收缩而相对于框构件移动的方式，紧固至气体分配板116。
各框组件602、604、606、608包括外侧边缘610及内侧边缘622。框组件602、604、606、608的外侧边缘610可具有线性定向。屏蔽框组件600的内侧边缘622与屏蔽框组件118的内侧边缘不同之处在于，各框组件602、604、606、608的内侧边缘622具有凹陷部分612。所图示之内侧边缘622的凹陷部分612可与线性参考虚线614作比较，该线性参考虚线614自框组件602、604、606、608的内转角延伸。一旦气体分配板116被加热，气体分配板116的中央部分向外膨胀超过气体分配板116的转角部分时，内侧边缘622的凹陷部分612允许在屏蔽框组件600与气体分配板116之间维持实质上一致的间隙。因此，内侧边缘622的凹陷部分612可最小化与气体分配板116摩擦及微粒生成的可能性。
各内侧边缘622也包括线性表面部分618位在框构件的自由端630，而狭槽212形成于自由端630中。线性表面部分618通常与参考线614共线(co-linear)，参考线614自框组件602、604、606、608的内转角延伸。线性表面部分618提供了平坦表面，该平坦表面滑动抵靠固定端632之一端620，从而在屏蔽框组件600及气体分配板116因热或冷而膨胀及收缩时，最小化相邻框组件602、604、606、608之间的间隙。
因此，所提供之喷头组件包括绝缘屏蔽框组件，该绝缘屏蔽框组件紧密安装围绕于喷头的外缘。有利地，绝缘屏蔽框组件经配置以于喷头的热致膨胀及收缩期间维持紧密安装，从而最小化电弧放电的可能性。此外，绝缘屏蔽框组件的功能在于覆盖并密封喷头的外缘，以避免电弧放电至邻近的腔室部件。进一步，导电元件存在于屏蔽框组件的某些实施例中，导电元件电连接喷头或喷头的一部份，致使导电元件以基本上与喷头组件相同的电压运作，从而降低喷头组件的暴露外缘上之电场。
本发明的实施例之特征及精神伴随着以上实例及解说而被描述。本发明所属技术领域中的习知技艺者将易于发现可在完成所述装置的数种修饰及变化的同时保留本发明的教示。因此，仅能藉由随附申请专利范围的界标与界限来推断以上所揭示内容的限制。

Claims (14)

1.一种多片式框组件，用以界定气体分配板的外缘边缘，该多片式框组件包含：
第一短延长框构件，在第一端中具有孔洞，且在第二端中具有狭槽；
第二短延长框构件，在第一端中具有孔洞，且在第二端中具有狭槽；
第一长延长框构件，在第一端中具有孔洞，且在第二端中具有狭槽；以及
第二长延长框构件，在第一端中具有孔洞，且在第二端中具有狭槽。
2.如权利要求1所述的多片式框组件，其中该第一短延长框构件包含：
内侧边缘以及外侧边缘，该内侧边缘具有凹陷部分。
3.如权利要求2所述的多片式框组件，其中该第一短延长框构件的该内侧边缘包含：
线性表面部分。
4.如权利要求3所述的多片式框组件，其中该内侧边缘的该线性表面部分相邻于该第一短延长框构件的该狭槽设置。
5.如权利要求1所述的多片式框组件，其中该第一短延长框构件的该狭槽具有一定向，该定向平行对齐该第一短延长框构件的长边。
6.如权利要求1所述的多片式框组件，其中该第一长延长框构件包含:
本体，具有向内延伸的唇部。
7.如权利要求1所述的多片式框组件，其中该第一长延长框构件包含：
本体，该本体具有唇部及狭槽，该狭槽自该本体的底表面朝向该本体的顶表面延伸。
8.如权利要求7所述的多片式框组件，其中该狭槽沿着该第一长延长框构件的长度延伸。
9.如权利要求1所述的多片式框组件，其中该等框构件以陶瓷制成。
10.一种喷头组件，包含：
气体分配板；以及
多片式框组件，该多片式框组件界定该气体分配板的外缘边缘，该多片式框组件包含第一框构件，该第一框构件具有自由端，该自由端邻接第二框构件的固定端。
11.如权利要求10所述的喷头组件，其中该等框构件以陶瓷制成。
13.如权利要求10所述的喷头组件，其中该第一框构件的该自由端还包含：
狭槽，具有导引销，该导引销穿过该狭槽而设置，并将该自由端固定至该气体分配板。
14.如权利要求10所述的喷头组件，其中该第一框构件还包含：
固定端，与该自由端相对，该第一框构件的该固定端具有孔洞，该孔洞具有静止销，该静止销穿过该孔洞而设置，并将该第一框构件的该固定端固定至该气体分配板。
15.如权利要求10所述的喷头组件，其中该喷头组件更包含：
导电元件，设置于该多片式框组件的该第一框构件中，并电气耦接至该气体分配板。
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