CN111383880B - 一种等离子体处理器的安装结构及相应的等离子体处理器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子体处理器的安装结构及相应的等离子体处理器，等离子处理器包括一反应腔，反应腔顶部包括一安装基板，安装基板下方设有一气体喷淋头板，其中气体喷淋头板由陶瓷材料制成，安装基板由金属材料制成，该安装结构包括：弹性紧固组件，气体喷淋头板通过弹性紧固组件连接于安装基板上，弹性紧固组件包括第一端固定于所述安装基板，第二端固定于气体喷淋头板，还包括连接在两端之间的弹性杆，安装基板和气体喷淋头板在温度变化过程中，安装基板相对于气体喷淋头板横向延展，弹性紧固组件中的弹性杆发生横向弹性变形，同时保持安装基板和气体喷淋头板之间的紧固。

Description

一种等离子体处理器的安装结构及相应的等离子体处理器

技术领域

本发明涉及热膨胀技术领域，特别涉及一种等离子体处理器的安装结构及相应的等离子体处理器。

背景技术

目前使用螺丝(Screw)把两个及两个以上零件固定在一起形成装配体，一般在室温下进行安装，螺丝本身有一定的预紧力。在本发明所应用的等离子处理器中，由于需要施加高功率的射频功率到反应器的腔体中，所以在处理过程中，陶瓷制成(如SiC或Si)的气体喷淋头和铝制的安装基板均会上升到较高温度，但是在等离子处理完成后气体喷淋头又会下降到室温。在频繁进行的等离子处理工艺中，安装基板和气体喷淋头的温度也经常波动，由于两者的热膨胀系数不同，在这种频繁温度变化的环境中会导致两者之间的紧固结构变得非常难以设计。一旦两者之间的缝隙变大或者相对变形都会导致整个等离子处理器中的射频电场分布和热量分布的变化，这些因素又会导致等离子处理效果的变化，所以无法稳定固定安装基板和气体喷淋头会导致整个等离子处理器处理效果的不均一和不稳定。但是，当在常温下安装好的装配体(用螺丝3’及螺母4’将安装基板2’与气体喷淋头板1’固定连接)处于高温的条件时，如果安装基板与气体喷淋头板材料的热膨胀系数不同就会带来一些问题(本发明主要考虑的是沿螺丝横向上的热膨胀量问题)，例如：

脆性材料如硅、石英等，由于其材料热膨胀系数较小，特性比较脆，容易破裂。当采用螺丝将脆性材料和热膨胀系数较大的零件(比如上述的铝制的安装基板)进行刚性连接时，常温状态下该螺丝为竖直方向(参加图1)，当高温时，由于铝制的安装基板热膨胀系数比硅或石英大，铝零件外径方向膨胀量比硅或石英大，螺丝会倾斜并形成一个杠杆力弄坏硅或石英的零件(参见图2)。

发明内容

本发明的目的是提供一种等离子体处理器的安装结构及相应的等离子体处理器，通过一柔性连接件将两种不同热膨胀系数的材料连接，解决了由于在高温状态下两者热膨胀量不同形成杠杆力，并造成气体喷淋头板可能被破坏的问题。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种等离子体处理器的安装结构，所述的等离子体处理器包括一反应腔，反应腔顶部包括一安装基板，安装基板下方设有一气体喷淋头板，其中所述气体喷淋头板由陶瓷材料制成，所述安装基板由金属材料制成，包括：

弹性紧固组件，所述的气体喷淋头板通过弹性紧固组件连接于安装基板上，所述弹性紧固组件包括第一端固定于所述安装基板，第二端固定于气体喷淋头板，还包括连接在两端之间的弹性杆，所述的安装基板和气体喷淋头板在温度变化过程中，所述安装基板相对于气体喷淋头板横向延展，所述弹性紧固组件中的弹性杆发生横向弹性变形，同时保持安装基板和气体喷淋头板之间的紧固。

优选地，所述的安装基板纵向贯穿设置一孔洞，所述弹性杆位于所述孔洞中，且所述弹性杆与所述孔洞内壁之间具有间隙，在等离子处理器的工作温度变化范围内，所述弹性杆发生的横向弹性变形幅度小于等于所述间隙距离。

优选地，所述安装基板上的孔洞上端包括一个具有第一直径的沉孔，一个通孔从所述沉孔向下延伸到达面向气体喷淋头板的下端，所述通孔具有第二直径，且所述第一直径大于第二直径。

优选地，所述具有第一直径的沉孔与具有第二直径的通孔之间耦接处形成一肩部。

优选地，所述的肩部设置一螺母，所述的螺母设置于具有第一直径的沉孔中；所述弹性连接杆通过所述螺母固定到所述安装基板。

优选地，所述弹性杆和孔洞上端内壁之间具有第一间隙，与孔洞下端内壁之间具有第二间隙，其中第二间隙大于所述第一间隙。

优选地，所述的弹性连接杆包括钢丝绳或钢带。

优选地，所述钢带的厚度小于宽度，且钢带宽度沿半径方向展开，使得所述钢带可以沿安装基板的由外向内的放射线方向弹性变形。

优选地，所述弹性杆与孔洞内侧内壁的距离大于与所述孔洞外侧内壁的距离。

根据本发明又一实施例，提供了一种等离子体处理器，采用上述的等离子体处理器的安装结构将安装基板与气体喷淋头板弹性紧固连接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明通过一弹性杆将两种不同热膨胀系数的材料连接，解决了由于在高温状态下两者外径方向热膨胀量不同形成杠杆力，并造成气体喷淋头板可能被破坏的问题。

附图说明

图1为现有技术中的常温状态下两种不同材料的连接安装图；

图2为现有技术中的高温状态下两种不同材料的连接安装图；

图3为本发明的等离子体处理器的安装结构的示意图；

图4为本发明实施例中的高温状态下的结构示意图；

图5为本发明的等离子体处理器的结构图；

图6为图4中X-X向视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合图3～图6，以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图3示出了本发明的等离子体处理器的安装结构的示意图，参考图3，所述等离子体处理器包括一反应腔，反应腔顶部包括一安装基板2，安装基板2下方包括一气体喷淋头板1，其中所述气体喷淋头板1由陶瓷材料制成，所述的气体喷淋头板通过弹性紧固组件连接于安装基板2上，并且在所述的安装基板2和气体喷淋头板在温度变化过程中，所述弹性紧固组件中的弹性杆发生横向弹性变形，同时保持安装基板和气体喷淋头板之间的紧固。

具体地，所述的弹性紧固组件一端固定于所述的安装基板，另一端固定于气体喷淋头板，同时包括连接在两端之间的一弹性杆32，上述的安装基板的材料包括铝或铝合金，其热膨胀系数大于采用陶瓷材料制成的气体喷淋头板，因此在高温状态下安装基板的膨胀量多于采用陶瓷材料制成的气体喷淋头板，安装基板相对于气体喷淋头板产生横向延展，此时由于在横向延展的过程中，气体喷淋头板1与安装基板2保持弹性连接，进而不会在气体喷淋头板1产生一杠杆力，解决了由于两种材料热膨胀量系数不一致造成气体喷淋头板1受到杠杆力进而被破坏的问题。

继续参考图3，在本实施例中，所述的安装基板2纵向贯穿设置一孔洞，所述弹性杆位于所述孔洞中，且所述弹性杆与所述孔洞内壁之间具有间隙，在等离子处理器的工作温度变化范围内，所述弹性杆发生的横向弹性变形幅度小于等于所述间隙距离。所述安装基板上的孔洞上端包括一个具有第一直径的沉孔21，一个通孔22从所述沉孔向下延伸到达面向气体喷淋头板的下端，所述通孔22具有第二直径，其中所述的第一直径大于第二直径。

需要说明的是，由于两者的直径不同，所述具有第一直径的沉孔21与具有第二直径的通孔22之间耦接处形成一肩部。

进一步地，上述的弹性紧固组件还包括：一螺母31，所述的螺母31设置于具有第一直径的沉孔21中，且对应安装在上述肩部位置处；所述的弹性杆32两端设有螺纹部321，一端螺纹部通过螺纹连接于气体喷淋头板1，另一端螺纹部(图中未示出)穿过具有第二直径的通孔22并螺纹连接于螺母31。

本发明中安装基板的孔洞中也可以不设置沉孔，螺母31直接设置在安装基板的上表面，这样的结构同样能够固定弹性杆32。

需要说明的是，本实施例的柔性组件仅为示例性说明，并不对柔性组件的连接方式进行限制。比如，在其他实施例中，可以将弹性杆一端直接焊接固定于安装基板，另一端通过螺纹连接于气体喷淋头板，或者两端均直接焊接于安装基板和气体喷淋头板，以有效的将安装基板和气体喷淋头板进行柔性连接，本发明对此不做限制。

另外，第一直径应该大于螺母31的直径，同时第二直径应该大于弹性杆32的外径，即在完成装配后，螺母31在具有第一直径的沉孔中及弹性杆在具有第二直径的通孔中均留有间隙，给材料的变形留有一定的空间，具体地，所述弹性杆32和孔洞上端内壁之间具有第一间隙，与孔洞下端内壁之间具有第二间隙，其中第二间隙大于所述第一间隙。

继续参考图3，在具体实施例中，所述弹性杆32可以采用钢丝绳或钢带，采用钢丝绳时，需要对钢丝绳的两端加工成螺纹状，钢丝绳两端的螺纹分别与气体喷淋头板及螺母连接；采用钢带时，可在钢带的两端通过铆接的方式连接一螺纹部，实现柔性装配，该铆接方式为现有技术，在此不再赘述。

图4示出了本发明实施例中的高温状态下的结构示意图，参见图4，在高温状态下安装基板2的膨胀量多于采用陶瓷材料制成的气体喷淋头板1，上方的安装基板2相对于下方的气体喷淋头板1产生横向运动，此时钢丝绳倾斜，由于钢丝绳为柔性连接件，所以不会在气体喷淋头板作用一杠杆力，从而避免了气体喷淋头板被破坏。

以上结合附图3、4描述了根据本发明实施例的等离子体处理器的安装结构。进一步地，本发明还可以应用于等离子体处理器。

图5示出了本发明等离子体处理器的结构示意图，如图5所示，该等离子体处理器包括：包括真空反应腔400，真空反应腔包括由金属材料制成的大致为圆柱形的反应腔侧壁。反应腔侧壁上方设置一气体喷淋头，气体喷淋头与气体供应装置相连，所述的气体喷淋头包括一气体喷淋头板100。气体供应装置中的反应气体经过气体喷淋头进入真空反应腔400。

真空反应腔400的下方设置一支撑静电夹盘的基座，静电夹盘上用于放置待处理基片。真空反应腔400的侧壁上设有传片门，即该传片门为反应腔一侧侧壁上的开口，用于将晶圆在反应腔内外之间传输。本发明的静电夹盘包含下极板，气体喷淋头还作为上极板，两者之间的距离为极板间距。

射频功率源的射频功率施加到基座，在真空反应腔400内产生将反应气体解离为等离子体的电场，等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待处理基片的表面发生多种物理和化学反应，使得基片表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。真空反应腔400的下方还设置一排气泵，用于将反应副产物排出真空反应腔400。

常温状态下，本发明的等离子体处理器反应腔400上方的安装基板200柔性连接于气体喷淋头板100，柔性连接的方式如上述实施例所述，室温时，柔性件为竖直设置，优选地，可以沿着气体喷淋头板圆周方向均匀布置若干个柔性件。

如图4所示，通孔22的下端直径可以大于上端直径，这样也正好能够匹配弹性杆32的弹性变形的运动范围。图6示出了图4中X-X向的剖面结构，从图6中可以看到弹性杆32呈带状，其截面是一个长方形，其中带状弹性杆的宽度B远大于厚度A。为了在等离子处理器温度变化过程中带状弹性杆的宽度方向最佳的沿半径方向，也就是垂直于放射线方向，这样使得厚度较薄的钢带很容易沿放射线方向弹性变形。由于安装基板2一般采用铝制成，其在升温过程中膨胀幅度远大于下方气体喷淋头，所以弹性杆会向安装基板中心方向变形，所以弹性杆32与通孔22内侧壁的间隙可以大于弹性杆32与孔洞外侧壁的间隙。其中间隙的大小受不同的等离子处理器的工作温度范围和安装基板尺寸的影响，典型的弹性杆与孔洞之间的间隙需要大于1mm，甚至大于5mm。现有技术中的螺杆与孔洞中不会为了实现弹性变形留很大的间隙，一般间隙小于1mm。本发明的特殊的弹性杆截面设计既能保证足够的弹性变形运动空间，防止弹性杆32与孔洞内壁碰撞产生应力造成下方喷淋头板变形碎裂，还能使得弹性杆的截面积更大，保证安装基板和气体喷淋头板之间足够的机械压力，从而保持两者互相紧贴的状态，最终实现在温度大幅变化的等离子处理过程中上电极组件的导电和导热性能的稳定性。

本发明实施例提供的等离子体处理器，与上述实施例提供的等离子体处理器的安装结构具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

综上所述，本发明一种等离子体处理器的安装结构及相应的等离子体处理器，通过一柔性连接件将两种不同热膨胀系数的材料连接，解决了由于在高温状态下两者热膨胀量不同形成杠杆力，并造成气体喷淋头板可能被破坏的问题。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种等离子体处理器的安装结构，所述的等离子体处理器包括一反应腔，反应腔顶部包括一安装基板，安装基板下方设有一气体喷淋头板，其中所述气体喷淋头板由陶瓷材料制成，所述安装基板由金属材料制成，其特征在于，包括：

弹性紧固组件，所述的气体喷淋头板通过弹性紧固组件连接于安装基板上，所述弹性紧固组件包括第一端固定于所述安装基板，第二端固定于气体喷淋头板，还包括连接在两端之间的弹性杆，所述的安装基板和气体喷淋头板在温度变化过程中，所述安装基板相对于气体喷淋头板横向延展，所述弹性紧固组件中的弹性杆发生横向弹性变形，同时保持安装基板和气体喷淋头板之间的紧固；

所述的安装基板纵向贯穿设置一孔洞，所述弹性杆位于所述孔洞中，且所述弹性杆与所述孔洞内壁之间具有间隙，在等离子处理器的工作温度变化范围内，所述弹性杆发生的横向弹性变形幅度小于等于所述间隙宽度。

2.如权利要求1所述的等离子体处理器的安装结构，其特征在于，所述安装基板上的孔洞上端包括一个具有第一直径的沉孔，一个通孔从所述沉孔向下延伸到达面向气体喷淋头板的下端，所述通孔具有第二直径，且所述第一直径大于第二直径。

3.如权利要求2所述的等离子体处理器的安装结构，其特征在于，所述具有第一直径的沉孔与具有第二直径的通孔之间耦接处形成一肩部。

4.如权利要求3所述的等离子体处理器的安装结构，其特征在于，所述的肩部设置一螺母，所述的螺母设置于具有第一直径的沉孔中；所述弹性杆通过所述螺母固定到所述安装基板。

5.如权利要求1所述的等离子体处理器的安装结构，其特征在于，所述弹性杆和孔洞上端内壁之间具有第一间隙，与孔洞下端内壁之间具有第二间隙，其中第二间隙大于所述第一间隙。

6.如权利要求1所述的等离子体处理器的安装结构，其特征在于，所述的弹性杆包括钢丝绳或钢带。

7.如权利要求6所述的等离子体处理器的安装结构，其特征在于，所述钢带的厚度小于宽度，且钢带宽度沿半径方向展开，使得所述钢带可以沿安装基板的由外向内的放射线方向弹性变形。

8.如权利要求1所述的等离子体处理器的安装结构，其特征在于，所述弹性杆与孔洞内侧内壁的距离大于与所述孔洞外侧内壁的距离。

9.一种等离子体处理器，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的等离子体处理器的安装结构将安装基板与气体喷淋头板弹性紧固连接。

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