CN1167103C

CN1167103C - 用于等离子加工的弹性接合部件及其制造方法和其应用

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Publication number: CN1167103C
Application number: CNB998096121A
Authority: CN
Inventors: J; J·利勒兰德; J·S·哈巴塞克; W·S·肯尼迪; R·A·马拉斯钦
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: WO2000000999A9; US6194322B1; DE69920453D1; US6376385B2; US6073577A; ES2264263T3; JP2003133296A; KR100426149B1; KR100329974B1; EP1105917A4; JP3408245B2; WO2000000999A1; KR20010071688A; DE69931168T2; KR100417846B1; US20010031557A1; MY120364A; CN100585794C; JP2002519862A; KR20030070142A

Abstract

一种其中可以进行半导体衬底(如单晶片)的加工的等离子体反应室用的弹性接头组件，一种制造所述组件的方法和一种用所述组件加工半导体衬底的方法。所述弹性接头组件可以包括一种部件，如电极、窗口、衬里或其它部件，通过弹性材料结合到支撑部件上。在一种电极组件中，支撑部件可以包括通过弹性接头结合到电极(如硅淋浴头式电极)上的石墨环。弹性接头使得在支撑部件与电极之间可以移动，来补偿由于电极组件的温度循环产生的热膨胀。弹性接头可以包括导电和/或导热填料，弹性体可以是高温稳定的催化剂固化的聚合物。

Description

用于等离子加工的弹性接合部件及其制造方法和其应用

技术领域

本发明涉及一种用于半导体衬底(如半导体晶片)的等离子加工的设备。

背景技术

在美国专利5,074,456和5,569,356中(其公开内容在本文中引作参考)公开了在用于加工半导体衬底(如硅晶片)的等离子加工反应器中所用的电极。专利5,074,456公开了一种用于平行板反应器装置中的电极，其中，上电极具有半导体纯度并用粘合剂、焊料或铜焊层结合在支撑框架上。焊接或铜焊层可以是低蒸气压金属，如铟、银及其合金，所结合的支撑框架表面和电极可以涂敷金属薄层，如钛或镍的薄层，以促进结合层的润湿性和结合性。已经发现，由于电极和结合有电极的部件之间的不同热膨胀/收缩，冶金结合(如In结合)引起电极弯曲。还发现这些冶金结合由于结合的热疲劳和/或熔化，在高等离子加工功率下失效。

为了克服半导体晶片的化学腐蚀的许多局限性，开发了干等离子腐蚀、反应性离子腐蚀和离子磨技术。特别是等离子腐蚀，可以使垂直腐蚀速度比水平腐蚀速度大的多，因此，可以充分控制腐蚀部件的所得纵横比(即所得凹口的高度与宽度的比值)。事实上，等离子腐蚀能在厚度为1微米范围的薄膜中形成具有高纵横比的非常细的部件。

在等离子腐蚀过程中，通过在较低压力下向气体施加大能量，产生气体的离子化，在晶片的遮蔽表面上形成等离子体。通过调节待腐蚀衬底的电压，可以引导等离子体中的荷电物质基本垂直撞击在晶片上，其中，在晶片的未遮蔽区域中的材料被去除。

通过使用相对被腐蚀材料具有化学活性的气体，通常可以使腐蚀过程更有效。所谓“反应性离子腐蚀”把等离子体的能量腐蚀作用与气体的化学腐蚀作用结合起来。然而，已经发现许多化学活性试剂导致电极的过度损耗。

为了在整个晶片表面上获得均匀的腐蚀速度，希望的是在晶片表面上使等离子体均匀分布。例如，美国专利4,595,484、4,792,378、4,820,371、4,960,488公开了淋浴头式电极，用于通过在电极中的许多孔来分配气体。这些专利一般描述具有孔排列的气体分配板，设计用于向半导体晶片提供均匀的气体蒸气流。

反应性离子腐蚀系统典型地由带有位于其中的上电极或阳极和下电极或阴极的腐蚀室组成。阴极相对于阳极和容器壁加有负偏压。待腐蚀晶片通过合适的遮蔽覆盖并直接放在阴极上。把化学反应性气体如CF₄、CHF₃、CClF₃和SF₆或其与O₂、N₂、He或Ar的混合物引入到腐蚀室中并保持在一定压力下，典型的是在毫乇范围内。上电极设置有气孔，使气体通过所述电极均匀分散进入所述室内。在阳极和阴极之间建立的电场使反应性气体解离，形成等离子体。通过与活性离子的化学作用并通过撞击晶片表面的离子的动量传递而腐蚀晶片表面。由电极产生的电场把离子吸引到阴极上，使离子主要在垂直方向上撞击所述表面，因此，该过程产生轮廓清晰的垂直腐蚀的侧壁。

用于单晶腐蚀器的组件的淋浴头式电极10表示于图1中。这种淋浴头式电极10通常与有平底电极的静电卡盘一起使用，其上支撑晶片，晶片在电极10之下，间隔为1-2厘米。这种卡盘布置通过提供控制晶片与卡盘之间的传热速度的背侧He压力，提供了晶片的温度控制。

所述电极组件是一种消耗性部件，必须周期性更换。因为电极组件连接在温度控制元件上，为了方便更换，通常把硅电极10的外边缘的上表面与石墨支撑环12用铟进行冶金结合，铟的熔点约为156℃。这样低的熔点限制了可以施加到电极上的RF功率的值，因为等离子体吸收的RF功率导致电极加热升温。电极10是从中心到其边缘具有均匀厚度的平盘。环12的外凸边缘用铝夹环16夹在具有水冷通道13的铝温度控制元件14上。水通过水进口/出口13a在冷却通道13中循环。等离子体限制环17由一叠隔开的石英环组成，环绕在电极10的外周边上。等离子体限制环17螺栓连接到电介质圈环18上，电介质圈环18又螺栓连接到电介质外壳18a上。限制环17的目的和功能是在反应器中产生压力差，并增大在反应室壁与等离子体之间的电阻，从而把等离子体限制在上下电极之间。夹环16径向向内延伸的凸缘与石墨支撑环12的外凸边缘相配合。因此，没有对电极10的暴露表面直接施加夹持压力。

来自供应气体的工艺气体通过温度控制元件14的中心孔20提供。然后，该气体通过一个或多个垂直隔开的挡板22分配，并通过电极10中的气体分配孔(未表示出)，使工艺气体均匀分散进入反应室24。为了增大从电极10到温度控制元件14的热传导，可以提供工艺气体填充在温度控制元件14和支撑环12的相对表面之间的空隙。此外，连接到环18或限制环17中的气体通道(未表示出)的气体通道27使得可以监测反应室24内的压力。为了保持工艺气体在温度控制元件14和支撑环12之间处于一定压力下，在支撑环12的内表面与温度控制元件14的相对表面之间提供第一个O形环密封28，在支撑环12的上表面的外面部分与部件14的相对表面之间提供第二个O形环密封29。为了保持室24中的真空环境，在温度控制元件14与圆筒形部件18b之间以及在圆筒部件18b和外壳18a之间设置另外的O形环30、32。

把硅电极10结合到支撑环12的过程要求把电极加热到结合温度，这可能造成由于硅电极10与石墨环12之间的热膨胀系数差而导致电极的弯曲或开裂。同时，来自电极10和环12之间的接头或环本身的焊料颗粒或汽化的焊料污染物可能导致晶片的污染。在高功率等离子体加工过程中，电极的温度可能变得甚至足够高使焊料熔化，并导致部分或全部电极10与环12分离。然而，即使电极部分地与环12分离，在环12与电极10之间的电和热功率传递可能导致在电极10之下的不均匀等离子体密度。

在半导体加工领域中，一般通过向真空室中提供腐蚀或淀积气体并向该气体施加RF场，使该气体激发成等离子体状态，使用真空加工室用于腐蚀和材料在衬底上的化学气相淀积(CVD)。在共同拥有的美国专利4,340,462、4,948,458、5,200,232和5,820,723中公开了平行板、变压器耦合等离子体(TCP^TM)的实例，也称为感应耦合等离子体(ICP)，和电子-回旋加速器共振(ECR)反应器及其部件。因为在这种反应器中的等离子体环境的腐蚀性质和使颗粒和/或重金属污染最小化的要求，非常希望这种设备的部件表现出高的耐腐蚀性。

在半导体衬底加工过程中，衬底一般通过机械夹具和静电夹具(ESC)在衬底支架上保持在真空室内。这种夹具系统及其部件的实例可以在共同拥有的美国专利5,262,029和5,838,529中找到。可以用各种方式向所述室内提供工艺气体，例如气体喷嘴、气体环、气体分配板等。一种用于感应耦合等离子体反应器的温度控制气体分配板的实例及其部件可以在共同拥有的美国专利5,863,376中看到。

通常使用铝和铝合金作为等离子体反应器的壁。为了防止所述壁的腐蚀，已经提出各种技术用各种涂层涂敷铝表面。例如，美国专利5,641,375公开了已经阳极化以减小所述壁的等离子体腐蚀和磨损的铝室壁。5,641,375专利说明了最终阳极化层被溅射或腐蚀掉而必须更换所述室。美国专利5,680,013说明了在美国专利4,491,496中公开了在腐蚀室的金属表面火焰喷涂Al₂O₃的技术。5,680,013专利说明了在铝和陶瓷涂层(如氧化铝)之间的热膨胀系数差由于热循环导致涂层开裂和涂层在腐蚀环境中的最终失效。美国专利5,085,727公开了一种用于等离子体室壁的碳涂层，其中，所述涂层通过等离子体辅助CVD淀积。

为了防护所述室壁，美国专利5,366,585、5,556,501、5,788,799、5,798,016和5,885,356提出了衬里布置。例如，5,366,585专利公开了厚度至少0.005英寸并用固体氧化铝加工的独立式陶瓷衬里。5,366,585专利还提到通过火焰喷涂或等离子体喷涂氧化铝可以提供不消耗底层铝而淀积的陶瓷层的使用。5,556,501专利公开了一种聚合物或石英或陶瓷的工艺相容性衬里。5,788,799公开了其中嵌有电阻加热器的温度控制陶瓷衬里，所述陶瓷可以是氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化锆、碳化硅、碳化钛、碳化锆、氮化铝、氮化硼、氮化硅和氮化钛。5,798,016专利公开了一种陶瓷、铝、钢和/或石英衬里，其中铝是优选的，因为它容易加工，并具有氧化铝、Sc₂O₃或Y₂O₃涂层，其中用于镀覆铝来提供铝对等离子体的防护时，氧化铝是优选的。5,885,356专利公开了一种氧化铝陶瓷衬里和一种氮化铝陶瓷保护遮蔽，用于在CVD室中使用的晶片底座。美国专利5,904,778公开了一种在独立式的SiC上的SiC CVD涂层，用于室壁、室顶或在晶片周围的套环(collar)。美国专利5,292,399公开了一种围绕晶片底座的SiC环。在美国专利5,182,059中公开了一种制备烧结SiC的技术。

关于等离子体反应器部件，如淋浴头式气体分配系统，关于淋浴头的材料已经提出了各种建议。例如，共同拥有的美国专利5,569,356公开了硅、石墨或碳化硅淋浴头。美国专利5,888,907公开了无定型碳、SiC或Al的淋浴头式电极。美国专利5,006,220和5,022,979公开了一种完全由SiC制成的或者通过CVD镀覆SiC提供高纯SiC表面层的碳基淋浴头式电极。

由于半导体加工设备的部件需要高纯度和耐腐蚀性，所以，需要改进用于这种部件的材料和/或涂层。而且，关于所述室的材料，能提高等离子体反应器室使用寿命并因此降低设备的停工时间的任何材料对于降低加工半导体晶片的成本都是有利的。

发明内容

本发明提供一种在半导体衬底加工中使用的等离子体反应室中的各部件的弹性接头(elastomeric joint)组件。所述部件包括衬底支架(support)、气体分配系统、衬里、电极、窗口、温度控制表面等的部件。所述弹性接头组件包括具有结合表面的第一部分，具有与第一部分的结合表面相配合的结合表面的第二部分，和在所述第一部分和第二部分之间的弹性接头，所述弹性接头把第一部分弹性地结合到第二部分上，使得在其温度循环过程中，在第一部分和第二部分之间可以发生移动。

弹性接头可以包含一种与真空环境相容的聚合物材料，并且该材料可以抵抗最高达到200℃(包括200℃)的温度降解。所述弹性接头可以包括一种聚合物材料和一种导电和/或导热颗粒填料。聚合物材料可以包含聚酰亚胺、聚酮、聚醚酮、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二酯、氟代乙烯丙烯共聚物、纤维素、三乙酸酯或有机硅。填料可以是金属颗粒，例如含有5-20重量％硅的铝合金。弹性接头可以位于配合表面之间，使配合表面具有一定的外形，以提供互锁和/或自定位(self aligning)排列。

根据一个实施方案，本发明提供一种电极组件，用于半导体衬底加工的等离子体反应室中。所述电极组件包括具有一个结合表面的支撑部件、RF驱动电极和它们之间的弹性接头。所述电极具有一个暴露表面，面向反应室内待加工的半导体衬底，和一个在通过弹性接头连接到支撑部件结合表面上的电极外边缘处的结合表面。弹性接头补偿热失配和/或热梯度，因为在所述组件的温度循环过程中，它使所述电极相对于支撑部件移动。

根据一个优选的实施方案，所述电极包括一个淋浴头式电极，所述电极组件可移动地结合到温度控制元件上，该温度控制元件有一个气体通道，向淋浴头式电极背面提供气体。在这种情况下，温度控制元件任选地包括一个空腔和一个或多个位于所述空腔内的挡板，从而使气体通道向空腔供应工艺气体时流动通过挡板和淋浴头式电极的出口。在电极和/或支撑部件内可以布置凹槽(recess)，以便配合弹性接头并提供完全围绕电极外边缘的密封。所述电极可以包括具有均匀或不均匀厚度的圆形硅盘，所述弹性接头可以包括一种含有导电填料(如金属颗粒)的导电材料。所述填料优选的是提供在电极与支撑部件之间的直接电接触。

在上述电极组件的一个具体实施方案中，所述弹性接头包括在电极与支撑部件之间的界面内的导电弹性材料，所述弹性材料包括导电填料，它提供在电极与支撑部件之间的电流通道。在其一个更具体实施方案中，还在所述界面内设置凹槽，并且所述填料包括导电和/或导热的颗粒，所述颗粒的平均尺寸比所述界面内的凹槽深度至少小5倍。在一个还更具体实施方案中，所述凹槽在支撑部件中具有均匀的深度，所述凹槽位于所述支撑部件的壁之间，所述壁的厚度大于所述凹槽的深度，但是小于所述凹槽深度的25倍。

在上述弹性接头组件的一个具体实施方案中，所述弹性接头包括在第一部分和第二部分之间的界面中的导热弹性材料，所述弹性材料包括导电填料，所述导电填料提供在第一部分和第二部分之间的热传导通路。在一个更具体实施方案中，还在所述界面内设置凹槽，所述填料包括导电和/或导热颗粒，所述颗粒的平均尺寸比所述界面内的凹槽深度至少小5倍。

本发明还提供一种组装RF驱动的电极的方法，如用于等离子体反应室内的淋浴头式电极。该方法包括向电极和支撑部件的一个或多个配合表面上施加弹性结合材料，把电极和支撑部件组装一起并固化所述结合材料，在电极和支撑部件之间形成弹性接头。所述配合表面优选涂敷随后固化的底涂层和/或所述结合材料在真空环境下经过致密化步骤除去气泡，然后施加到电极和/或支撑部件上。在一个优选的实施方案中，弹性结合材料施加到在石墨支撑环中的浅凹槽内，在接头的固化过程中，把硅电极压在支撑环上。

本发明还提供一种在等离子体反应室内加工半导体衬底的方法。所述方法包括向等离子反应室内提供半导体衬底，如晶片，向所述室内提供工艺气体，向电极组件提供电能来加工衬底。所述电极组件包括电极和支撑部件，电能通过弹性接头通到电极上，弹性接头把电极结合到支撑部件上，使得电极在所述组件的温度循环过程中相对于支撑部件移动。所述电极可以是淋浴头式电极，所述工艺气体可以通过安装在等离子体反应室内的温度控制元件中的气体通道供应到所述室内，使得工艺气体通过淋浴头式电极的一个暴露表面。支撑部件可以是一个可以移动地与温度控制元件连接的石墨环，所述电极可以是仅通过弹性接头连接到石墨环上的硅盘。

本发明提供了一种等离子加工系统，用于加工半导体衬底，包括等离子体室、衬底支架、气体供应、能源、陶瓷衬里和弹性支撑部件。等离子体加工室有一个由室侧壁限定的内部空间和位于内部空间之内的在其上加工衬底的衬底支架。所述室侧壁与衬底支架的外边缘隔开布置，气体供应向内部空间供应工艺气体。能源在衬底的加工过程中向内部空间的工艺气体施加能量，使其成为等离子态。在所述室侧壁与衬底支架周边之间通过弹性支撑部件支撑陶瓷衬里。

根据一个优选的实施方案，所述弹性支撑部件包括一个弹性接头或能弹性弯曲的金属框架，陶瓷部件包括整体型陶瓷衬里或陶瓷瓦的组件。例如，陶瓷部件可以包括陶瓷瓦和金属支撑部件的组合，弹性支撑可以包括连接每块陶瓷瓦到相应各个金属支撑部件的弹性接头。金属支撑部件可以支撑在通过热控制部件支撑的可以弹性弯曲的金属框架上，从而使热可以通过热通道从陶瓷瓦中排出，热通道通过弹性接头、金属支撑部件和可以弯曲的金属框架延伸到热控制部件。或者，陶瓷部件可以包括陶瓷瓦的组件，弹性支撑可以包括在每个陶瓷瓦与室侧壁之间的弹性接头。

根据另一个实施方案，用可弯曲的金属框架支撑加热器，使得加热器可以加热陶瓷部件。弹性支撑部件可以包括可以弹性弯曲的金属框架，所述金属框架包括内框架部件和外框架部件。弹性支撑部件还可包含在陶瓷部件和内框架部件之间的弹性接头，内框架部件由外框架部件支撑，外框架部件由所述室支撑，所述瓦是一系列互锁的陶瓷瓦。优选的是，所述陶瓷部件包含整体型SiC衬里或许多SiC瓦。

所述弹性部件可以包括内、外金属框架部件，其结构使得在等离子体加工系统运行过程中，在陶瓷部件和框架部件上的热应力差异得以被调节。在这种布置中，外框架部件的上部可以通过所述室的热控制部件支撑，外框架部件的下部可以连接到内框架部件的下部，陶瓷部件可以由内框架部件支撑。此外，可弯曲的金属框架可以包括连续的上部和分段的下部。例如，可弯曲的金属框架可以是圆筒形的，分段的下部可以包括轴向延伸的部分，彼此之间由轴向延伸的槽分开。如果内、外金属框架部件是圆筒形的并且包括连续的上部和分段的下部，那么，分段的下部包括轴向延伸的部分，彼此之间由轴向延伸的槽分开。

根据本发明的另一个实施方案，衬里还包括从陶瓷部件的下部向内延伸的陶瓷等离子体筛体(screen)，陶瓷等离子体筛体包括在衬底加工过程中从所述室内排出工艺气体和反应副产品的通道。例如，陶瓷等离子体筛体可以包含多个在室侧壁和衬底支架之间以环形间隙支撑的多个分段，所述通道包括从所述室侧壁径向向内延伸的槽。陶瓷等离子体筛体可以通过导电弹性接头连接到弹性支撑部件上，弹性支撑部件包括可弯曲的金属框架，等离子体筛体通过弹性接头电接地到可弯曲金属框架上。

附图说明

现在参考附图进一步描述本发明，其中：

图1是用于单晶片加工的现有技术的淋浴头式电极组件的侧视图；

图2是根据本发明的一个实施方案的淋浴头式电极组件的侧视图；

图3是在图2中所示的布置的一部分的侧视图；

图4表示根据本发明的一个实施方案的等离子体反应室，其中，支撑在弹性框架上的陶瓷衬里包围衬底支架；

图5表示图4的等离子体反应室，没有包括衬里在内的各种部件；

图6表示根据本发明的一个实施方案的等离子体反应室，其中，陶瓷衬里包括安装在支撑板上的一系列瓦片；

图7表示图6的等离子体反应室的透视图；

图8表示在图6的等离子体反应室内的晶片引入槽的细节；

图9表示图6的瓦边缘以互锁排列固定在一起的状态；

图10表示根据本发明的第四个实施方案用于支撑连续圆筒形陶瓷衬里的可弹性弯曲的框架的细节；

图11表示连接在图10的圆筒形衬里的下边缘上的分段金属框架的细节；和

图12是表示在200个晶片试验过程中，加热器凸缘、瓦和图3所示的布置的下部凸缘的温度的图。

具体实施方式

本发明的电极组件通过更好地调节由于在电极和支撑部件之间的热失配产生的应力，克服了图1所示的现有技术电极组件的缺点，延长了电极寿命，使得所述电极可以暴露于更高的温度，使得反应器可以在更高的功率下运行，降低了生产成本和电极组件的成本，在反应器运行过程中，提供了从电极外边缘到中心的更大的平整度，使得半导体衬底可以进行均匀的等离子体加工。等离子体加工包括材料如氧化层的腐蚀，材料如光刻胶的剥离，层如SiO₂的淀积等。然而，本发明的基本优点是降低在电极组件中由于电极部件的热膨胀系数失配和/或热梯度产生的应力，使得等离子体反应器可以在更高的功率下运行。

根据本发明的淋浴头式电极包括电极、支撑部件和用于把电极弹性结合到支撑部件上的弹性接头。因此，本发明避免了需要把电极焊接到支撑环上，这种焊接可能导致关于图1所示的布置的上述的各个缺点。

因为电极组件是消耗性部件，必须周期性更换，所以，所述电极优选的是结合到以可以机械夹持到反应器的永久部件上的环形式的支撑部件上。例如，电极组件的环可以以可移动方式结合到温度控制元件上，所述温度控制元件有提供工艺气体(例如，用于腐蚀晶片上的二氧化硅或其它材料层的合适的等离子体腐蚀气体)的气体通道，所述工艺气体通过含有挡板的空腔并通过电极内的出口向外排出。然而，如果需要，电极组件可以具有其它的布置，其中，所述电极不是淋浴头式电极和/或支撑部件不是环形的。例如，所述电极可以是结合到支撑板上的淋浴头式电极，所述支撑板具有与电极上的孔连通的气体分配孔。另一种可能性是电极结合到基础部件上的突出物、平板、圆筒等形式的支撑部件上。

根据本发明的优选的实施方案，所述支撑部件是环形的，在其一个边缘上有径向向外延伸的凸缘，用于把电极组件可移动地连接到位于等离子体反应室(如用于单晶等离子体腐蚀的类型)内部的温度控制元件上。在所述组合后的条件下，在温度控制元件的上表面内的冷却通道可以提供电极组件的水冷作用。

所述电极优选的是由导电材料如平板硅(例如单晶硅)、石墨或碳化硅电极盘组成，从其中心到外边缘具有均匀的厚度。然而，用根据本发明的电极组件，也可以使用具有不均匀厚度、不同材料和/或没有工艺气体分配孔的电极。在一个优选的实施方案中，所述电极是淋浴头式电极，设有多个隔开的气体排出通道，气体排出通道具有适于提供工艺气体的尺寸和分布，所述工艺气体通过电极激发并在电极下在反应室内形成等离子体。然而，可以使用在等离子体反应器或真空环境内可用的任何类型的电极作为根据本发明的电极组件的部件，这种电极包括溅射电极。

弹性接头可以包括任何合适的弹性(体)材料，例如可以使用与真空环境相容的并且在例如200℃以上的高温下可以抗热降解的聚合物材料。所述弹性材料任选地包括导电和/或导热颗粒的填料或其它形状的填料，如丝网、编织或非编织的导电织物等。可以在高于160℃的等离子体环境中使用的聚合物材料包括聚酰亚胺、聚酮、聚醚酮、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二酯、氟代乙烯丙烯共聚物、纤维素、三乙酸酯、有机硅和橡胶。高纯度弹性材料的实例包括来自General Electric的RTV133和RTV167单组分室温固化粘结剂、来自General Electric的TSE3221单组分可流动加热固化(例如超过100℃)粘结剂、来自DowConing的“SILASTIC”两部分加成固化弹性体。特别优选的弹性体是聚二甲基硅氧烷，含有例如催化剂固化的弹性体，例如来自Rhodia的V217 Pt固化的弹性体，一种在250℃和更高温度下稳定的弹性体。

在弹性体是导电弹性体的情况下，导电填料材料可以包括导电金属或金属合金的颗粒。用于等离子体反应室的杂质敏感环境中的优选的金属是铝合金，例如含有5-20重量％硅的铝基合金。例如，所述铝合金可以含有约15重量％的硅。

为了处于最终形成的接头的弹性极限内，已经发现在待连接的部件的至少一个上提供一个或多个凹槽是有用的。即太薄的接头在热循环中可能撕开，而太厚的接头可能影响电能传递和/或在待连接的部件之间的热配合。在连接硅电极到石墨支撑环上的情况下，为了在电极和支撑环之间保持足够薄的弹性体层以提供足够的电耦合，但同时又足够厚以调节在电极和支撑环之间的热失配，可以在石墨环上提供凹槽。作为一个实例，在填料含量约为45-55体积％且平均填料颗粒尺寸为0.7-2微米的导热弹性体的情况下，所述凹槽的深度可以为约2密耳(约50微米)。在凹槽周围的接触区域内，弹性体足够薄，以提供比弹性体本体更高的导电性，因为单个颗粒桥接相对的接触表面。此外，合适尺寸的颗粒和沟槽深度的结合使得RF流可以经所述接头通过。如果为了提供通过所述接头的更好的DC通道，填料含量增大到65-70体积％以上，这种高填料含量可能不利地影响接头的弹性。然而，使用导电和/或导热弹性体不是必须的，因为由于在电极和支撑部件之间的电容性耦合，通过弹性接头的薄区域可以向电极提供足够的RF能量。这种薄接头还提供在电极和支撑部件之间的足够的导热性。

电极和支撑部件的配合表面可以是平面的或非平面的。例如，一个配合表面可以是平面的，另一个配合表面可以包括凹槽，用于容纳上述的结合材料。或者，可以设计配合表面的轮廓来提供互锁和/或自定位布置。为了增强弹性结合材料的粘合性，所述配合表面优选的是涂敷合适的底涂层。如果结合材料是上述的V217材料，底涂层可以是在脂肪族溶剂中的硅氧烷，如Rhodia的VI-SIL V-06C。

所述底涂层可以通过任何合适的技术涂敷成薄层，如擦涂、刷涂、喷涂等，在配合表面上为后面施加的结合材料产生结合位置。如果底涂层含有溶剂，用擦涂涂敷底涂层可以通过清洗配合表面增强结合。含有硅氧烷的底涂层与空气反应并且在室温下在空气中固化时产生Si结合位置。这种底涂层提供结合位置数量的视觉表示，过量底涂层部位呈现粉末状。虽然底涂层为调节配合表面提供了容易有效的技术，但是也可以使用其它调节技术，如在氧等离子体中处理所述表面。

为了提供良好质量的弹性接头，希望的是在把其施加到配合表面上之前，使弹性结合材料致密化。例如，所述弹性结合材料可以在室温或较高温度的真空环境中经过振动。可以使用低于1乇，优选的是低于500毫乇的真空压力，使结合材料脱气。在致密化处理过程中，可以通过排气一次或多次进行脉动式抽真空，以增强由于真空产生的气泡的破裂。作为一个实例，可以在30分钟的时间内，使约200毫乇的真空脉动4或5次。在弹性结合材料中填料的存在也有助于破坏在真空中形成的气泡。不采用搅拌/脉动真空，弹性结合材料在真空下膨胀到其初始体积的约10倍，因此产生储存和清洁问题，这可能向材料中引入新的空气夹带。这种气体位置可能在结合材料的固化过程中形成气泡，因此降低最终形成的接头的质量。

配合表面的遮蔽提供有用的方法，以防护周围表面并在形成接头之后除去多余的结合材料。对于用作等离子体反应器部件的高纯材料，可以使用如含有硅/石墨相容粘合剂的MYLAR和KAPTON带的聚酯和/或聚酰亚胺材料。在硅淋浴头式电极的情况下，希望的是用MYLAR带覆盖电极上的气体出口，用KAPTON带覆盖电极的外边缘。在石墨支撑环的情况下，内、外边缘可以用KAPTON带覆盖。为了在形成接头之后帮助除去多余的结合材料，向遮蔽材料上涂敷底涂层促进弹性结合材料与其粘结是有用的。用这种方式，当遮蔽材料从所结合的部件去除时，粘合在遮蔽材料上的多余结合材料也被去除。

弹性结合材料可以涂敷到配合表面的一个或两个上。在硅电极和石墨支撑环的情况下，希望的是向石墨支撑环上施加结合材料，因为它是多孔的。例如，可以向在支撑环周围完全延伸的凹槽施加结合材料珠(bead)。结合材料的量优选超过最终形成的接头的体积。作为一个实例，结合材料可以以形成接头所需的量约5倍的量施加。

在结合材料施加到配合表面的至少一个上之后，结合材料可应经过致密化步骤，例如，其上施加了结合材料的石墨环可以放在上述真空环境中，来除去在施加结合材料步骤中引入的气泡。

在结合材料涂敷到配合表面的至少一个上之后，可组装所述各部件，使得配合表面压在一起。在上述电极和支撑环的情况下，所述电极可以夹持在夹具中，可以使用夹具的塑料销钉引导支撑环与电极精确连接。开始，可以使用微小的压力，例如手的压力使弹性体在待形成的接头中铺展。在弹性体铺展之后，在连接(bond)的固化过程中可以向电极施加静负荷，例如30磅。

可以在大气或保护气体环境中在室温或较高温度下固化所述连接。例如，所述组件可以放在传统的炉子中并加热到低温，来加速粘合剂的固化而没有向待连接的部件中引入热应变。在上述电极和支撑环的情况下，希望的是在温度低于60℃，例如45-50℃保持合适的时间，例如3-5小时。

在粘合剂固化形成弹性接头之后，冷却所述组件并除去遮蔽材料。此外，根据组件运行的要求，可以进行进行任何附加清洗和/或其它制造步骤，如在真空炉中脱气。

图2表示根据本发明的一个实施方案的淋浴头式电极布置40。电极布置40包括电极42和导电支撑环44。该电极组件可以代替由图1所示的电极10和支撑环12构成的电极组件。电极40不同于图1所示的In结合的组件，其不同之处在于电极42通过弹性接头46粘结到支撑环44上，弹性接头可以位于凹槽48中，如图3所示。

根据本发明的实施方案，凹槽48在支撑环44内壁(未表示出)和外壁50之间的支撑环44周围连续延伸。每个壁50可以尽可能薄，例如约30密耳宽，它使得弹性体可以在与每个壁50接触的区域内形成薄层(例如在弹性体包括0.7-2微米尺寸的填料的情况下为约2微米厚)，在凹槽48中形成较厚的层(例如约0.0025英寸)。通过所述壁形成的凹槽可以非常浅，例如约2密耳深，它提供非常薄的弹性接头，具有足够的强度以将所述电极粘附结合到支撑环上，但同时又使得电极在电极组件的温度循环过程中可以相对于支撑环移动。另外，凹槽的壁可以防止弹性接头受到反应器中的等离子体环境的腐蚀。

可以调节电极组件的尺寸来满足电极组件用途的要求。作为一个实例，如果所述电极用于加工8英寸晶片，电极的直径可以略小于9英寸，在电极与支撑环之间的界面处支撑环的宽度可以略小于0.5英寸。例如，在该界面处的支撑环的内径可以为8英寸，在该界面处的外径为8.8英寸。在这种情况下，在电极与支撑环之间的界面宽度可以为约0.4英寸，如果所述壁为0.030英寸宽，所述凹槽宽度可以为0.34英寸。

虽然已经描述了接头的特定实例，但是，可以利用其它弹性接头把电极结合到支撑部件上，所述支撑部件是支撑环的形式或者其它结构，假定所述接头在等离子体反应器环境中的较高温度和等离子体条件下具有足够的强度。所述弹性接头优选可以适应真空的，具有足够的韧性、撕裂强度、弹性、抗热降解性、导热性和/或导电性。在所述电极是淋浴头式电极的情况下，弹性接头必须能够承受电极的重量和供给到淋浴头式电极的工艺气体的气体压力。

根据本发明，与铟结合的电极相比，使用弹性材料把电极连接到支撑环上在降低电极破裂的可能性、降低由于热疲劳而使电极从支撑环上脱离的可能性、降低变形并因此改进在电极组件的温度循环过程中的支撑环与温度控制元件之间的热接触、通过保持在电极与支撑环之间的良好的电容性耦合/电接触而改进向电极的电能供应、降低来自颗粒或杂质的室污染和/或由于电极组件具有耐更高温度的能力而提高功率容限等方面提供了优点。

根据本发明的装置可用于在多晶或单晶加工中的晶片加工，例如等离子体腐蚀、淀积等。例如，所述装置可以用于腐蚀或淀积BPSG、氧化物如热成二氧化硅或热解氧化物和光刻胶材料。所述装置可以保持亚微米接触图案的期望水平、CDs和低颗粒污染。关于腐蚀BPSG，可以获得约8000埃/分钟的腐蚀速度，对于大于30,000RF分钟的电极寿命，腐蚀均匀性可以保持在约4％，而In结合电极组件早在2400RF分钟就可能要求更换。可以保持约800埃/分钟的光刻胶腐蚀速度，而腐蚀二氧化硅的腐蚀速度约为6000埃/分钟。关于CD线测量，通过腐蚀200秒在二氧化硅中提供通孔的晶片的SEM测量可以提供中心和边缘CDs小于0.02微米。

根据本发明的另一个实施方案，提供陶瓷衬里以便可以获得下列目的的一个或多个：通过衬里提供对地的电通路保持良好的等离子体形成，通过提供衬里的热控制避免工艺偏差，通过提供弹性衬里支撑克服在陶瓷和金属部件之间的热膨胀差异，通过使Al室壁和各部件与所加工的衬底相遮蔽防止Al污染。关于衬里的电接地，陶瓷衬里用导电材料制成。优选的陶瓷材料是Si或SiC，它们是可以以高纯度获得的材料，并且已经发现对等离子体反应器(如等离子体腐蚀室)中的腐蚀条件呈现高抗蚀性。

本发明提供一种等离子体室，其中，各种部件包括陶瓷衬里用Si或SiC制成。这种材料可以适应等离子体环境，因为Si或SiC的等离子体腐蚀产生气态的Si或C化合物，可以从所述室内排出而没有衬底的颗粒污染。关于热控制，已经发现SiC呈现出非常高的导热率，能使所述衬里在衬底(如硅晶片)的加工过程中加热或冷却到希望的温度范围。关于克服膨胀差，设计根据本发明的弹性支撑，使得陶瓷衬里可以在所述室内自由膨胀或收缩。关于防止Al污染，陶瓷衬里限制了等离子体以位于衬里之内，因此避免了等离子体对Al壁或各部件的侵蚀。

根据本发明的真空加工室可以用于各种半导体等离子体加工步骤，如腐蚀、淀积、光刻胶剥离等。具有感应耦合等离子源的真空加工室2的一个实例表示于图4，其中，工艺气体通过合适的装置(如气体分配环、气体分配板、喷嘴等)提供到加工室2中，并通过合适的真空泵装置保持所述室内部4的真空。在所述室内的待加工衬底可以包括支撑在衬底支架8上的硅半导体晶片6。衬底支架8可以包括一个静电夹具和对准(focus)环10。真空泵可以连接到端壁(如加工室底部)中的大的出口12上。真空加工室可以包括介电窗口14、气体分配板16，RF能源可以通过在端壁(如所述室的顶部)上的在介电窗口外面的外部RF天线(如平面线圈18)而供给到所述室。然而，等离子体发生源可以是任何其它类型的等离子体发生设备，如ECR反应器、平行板反应器、螺旋波(helicon)反应器、螺旋谐振器等。等离子体发生源可以连接到标准组件安装布置上，如可拆卸地安装在所述室端壁上的环形装配凸缘。

为了保持在装配凸缘与室2之间的真空密封，合适的O形环密封可以安装在室2的端壁上的凹槽内，RF遮蔽部件可以包围真空密封。如果通过真空泵提供大的真空力，那么，没必要利用紧固件把装配凸缘连接到室2上。相反，装配凸缘可以简单地放在室2的端壁上。如果需要，等离子体发生源组件的装配凸缘或另一个部件可以铰接到室2上，使得等离子体发生源可以对于一个取向转动，例如垂直取向，用于维修室2的内部4。

所述室包括陶瓷衬里，例如硅或碳化硅衬里20。用于把等离子体限制在晶片周围的空间内的等离子体筛体22在从衬里20下端向内延伸。衬里20可以通过可弹性弯曲的框架支撑，所述可弹性弯曲的框架包括内支撑框架24和外支撑框架26。为了在衬底加工过程中保持所述衬里在希望的温度，在内框架支撑24顶部提供加热器28。在操作中，加热器28有效地加热衬里20并通过温度控制元件30可实现热量从衬里20的排出，温度控制元件30通过内、外框架从所述衬里排出热量。

如图5所示，所述室可以具有模块设计，使得各种等离子体发生源可以安装在其上。此外，衬底支架8可以支撑在以悬臂形式安装的支撑臂的一端上，使得整个衬底支架/支撑臂组件可以通过使组件经过在所述室侧壁上的开口32从所述室内移出。

根据本发明的第一个实施方案，等离子体室衬里20包含互锁的陶瓷衬里元件，如平板瓦34。如图6和7所示。为了为等离子体提供电接地路径，衬里元件优选用导电材料制成，如硅或碳化硅。这种材料提供的附加优点在于它不含有铝，因此减少了所加工的衬里的Al污染。根据一个优选的实施方案，SiC瓦结合在铝支撑板36上。一种优选的结合材料是导电弹性体38，它可以吸收由于SiC和Al的热膨胀系数不同产生的横向应力。每个瓦和支撑板组件可以通过可弹性弯曲的框架40连接到Al室壁上，可弹性弯曲的框架40包括内框架42和外框架44。通过电引线49提供能量的加热器48和温度控制元件50进行衬里的温度控制。

所述弹性接头可以包含任何合适的弹性材料，例如可以适应真空环境并抵抗在高温(如200℃以上)下的热降解的聚合物材料。所述弹性材料任选地包括导电和/或导热颗粒的填料或其它形状的填料，如丝网、编织或非编织的导电织物等。可以在高于160℃的等离子体环境中使用的聚合物材料包括聚酰亚胺、聚酮、聚醚酮、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二酯、氟代乙烯丙烯共聚物、纤维素、三乙酸酯、有机硅和橡胶。高纯度弹性材料的实例包括来自General Electric的RTV 133和RTV167单组分室温固化粘结剂、来自General Electric的TSE3221单组分可流动加热固化(例如超过100℃)粘结剂、来自Dow Coning的“SILASTIC”两部分加成固化弹性体。特别优选的弹性体是聚二甲基硅氧烷，含有例如催化剂固化的弹性体，例如来自Rhodia作为V217的Pt固化的弹性体，是一种在250℃和更高温度下稳定的弹性体。

等离子体筛体52从瓦34的下边缘向内延伸。等离子体筛体52优选的是导电陶瓷材料，例如硅或碳化硅，并且包括开口54，开口54足够小以限制等离子体，但是可以使工艺气体和加工副产品通过真空泵排出。

加热器48可以包括包埋在铝铸件中的电阻加热元件。因此，通过使电流通过加热元件，向铝铸件提供热量，铝铸件又把热量传导到内框架42、铝支撑板36、导热弹性体38并进入瓦34中。在加热器的铝本体的加热和冷却过程中，加热器膨胀的程度大于由瓦34形成的陶瓷衬里的膨胀程度。弹性接头调和了这种膨胀和收缩。此外，可以确定内、外框架的结构，来提供希望的导热量，以便把操作温度确定在希望的范围内。

图8表示一部分室壁，其中，衬底(如晶片)可以通过传送槽55引入室内和从所述室内取出。在图8所室的布置中，瓦34中的一些在槽55附近在轴向上较短。槽55可以用整体陶瓷材料形成。图8表示内支撑框架如何固定在槽55周围的细节。可以以类似的方式确定外支撑框架(未表示出)的结构。

为了防止在晶片和Al室壁46之间的具有可视线路，每块瓦34有边缘56，与相邻的瓦配合边缘互锁，如图9所示。

图10表示本发明的另一个实施方案，其中，陶瓷衬里包括连续的独立式圆筒衬里70，它通过导电和导热弹性体粘合到支撑板36上。图10还表示内外框架42、44的细节。如图所示，外框架44包括通过一系列轴向延伸的槽45a分开的分段45。类似地，内框架42包括通过一系列轴向延伸的槽43a隔开的分段43。分段43、45在周边方向上与各个支撑板36具有相同的宽度。在图10中表示的分段结构的弹性框架可以用于上述本发明的实施方案的内、外框架配置。

根据本发明的另一个实施方案，Al凸缘72用导热和导电弹性结合到连续圆筒形陶瓷衬里70的外部上，如图11所示。在薄衬里的情况下，所述凸缘优选的是具有基本覆盖所述衬里外面的长度。但是，在厚衬里的情况下，所述凸缘可以较短，例如，厚衬里的凸缘长度可以较短，类似在图8中的位于晶片输送槽71之下的凸缘73。所述凸缘优选的是用金属制造，如铝，并且在其底部向外弯曲，用于连接到可弹性弯曲的支撑框架上。支撑框架优选的是通过经支撑框架和凸缘由加热器向衬里传热来提供衬里的温度控制。

为了从衬里排出热量，与支撑部件热接触的温度控制元件可以用作热阱，通过经各凸缘、支撑框架的热流通路从衬里中排出热量并进入温度控制元件中。所述凸缘可以是不连接在一起的分立部件，或者它们可以是分段的环的各部分。因此，可以设计所述凸缘来适应在弹性支撑与陶瓷圆筒之间的热膨胀差异。通过吸收离子能量产生的在圆筒上积累的热量可以通过凸缘流到所述室，并且通过连接凸缘的支撑流到碳化硅圆筒上。在所述支撑包括分段的内、外金属框架的情况下，分开的外支撑可以相对于其连接到所述室上的部分径向移动。然而，采用根据本发明的弹性支撑布置，这种径向移动产生径向力足够小，不会使在凸缘与陶瓷衬里之间的弹性接头过载。

在上述实施方案中，在所述室内的等离子体可以被衬里、等离子体筛体和通过等离子体筛体内边缘向上延伸的衬底支架、气体分配板的Si或SiC表面限制。因为Si和SiC表面位于等离子体和所述室的Al表面之间，所以，通过等离子体的Al表面的溅射最小化，与到所加工的晶片的视线内具有Al表面的室相比，减少了Al对加工晶片的污染。

在其中衬里包括由导电和/或导热弹性结合材料结合到铝支撑板上的Si或SiC瓦的实施方案中，可以确定所述瓦的尺寸和/或结构，以覆盖等离子体室内壁周围的方式配合在一起。合适的进口可以使各个晶片进入或取出所述室，可以提供另外的开口以便可以通过传统的附件(如工艺监测设备)进行各种测量。在所述瓦的实施方案中，所述室的内壁可以是圆筒形的或多边形的。在圆筒形内壁的情况下，可以把框架设在支撑板和内壁之间，或者支撑板可以具有用弹性结合材料结合到内壁上的配合曲面。所述瓦可以具有平的矩形表面，朝向所述室的内部。或者，所述瓦的暴露表面可以是曲面，使得所述瓦形成所述室的圆筒形内壁。

在其中瓦和支撑板组件螺栓连接到延伸于所述室的内壁周围的Al内支撑框架上的实施方案中，在等离子体室的启动、操作和关闭过程中产生的热应力可以被缓和。相反，如果连续的SiC环结合到支撑框架上，由于热膨胀系数的不同，部件和结合部位的应力会过大。因此，可以选择SiC瓦的数量，以便对因在等离子体室内出现的热的力产生的部件和/或结合部位的应力进行希望的限制。

在其中内支撑框架的下部凸缘螺栓连接到Al外支撑框架的下边缘并且外支撑框架的上边缘处的凸缘螺栓连接到位于所述室顶部的顶板上的实施方案中，使外支撑分段成由槽隔开的垂直延伸的板，所述槽从外支撑框架的下端延伸到顶部凸缘。为了提供覆碳化硅瓦的表面的温度控制，可将位于内支撑框架的顶部凸缘之上的加热器螺栓连接到内框架上。用这种布置，加热器可以产生热量，热量从内支撑框架传递到支撑板和SiC瓦上。加热器可以包括单一的电阻加热器，完全围绕所述室的内壁延伸。或者，加热器可以包含能获得希望的衬里的温度控制的任何合适的加热器布置，例如，如在二氧化硅等介电材料的等离子体腐蚀过程中保持衬里内表面在希望的温度下，如在80-150℃范围内。

所述室可以包括围绕衬底支架的等离子体筛体。环形筛体可以通过任何合适的技术连接到载体环上。例如，所述筛体可以通过前面讨论的弹性结合材料粘结到载体环上。此外，所述载体环可以螺栓连接到内框架的下部凸缘上，使得所述筛体夹持在载体环和所述凸缘之间。所述筛体可以用任何合适的材料制成，这些材料可以承受半导体生产的等离子体环境。碳化硅是优选的筛体材料。所述筛体可以包括一个单一的整体环或者许多分开的环段。例如，所述筛体可以包括周向隔开的分段。

在其中晶片通过输送槽进出所述室的实施方案中，内、外框架包括其中挖剪部分和排列在所述槽周围的瓦，使得较小的瓦在槽下面，较大的瓦在槽的上面。槽的内部可以通过晶片通道插件(insert)形成。用于插件的优选的材料是碳化硅。所述插件可以包括整块的材料或者数块材料的组合。中等高度瓦和短瓦优选的是用弹性体粘结到类似尺寸的支撑板上，该支撑板又螺栓连接到内框架上。

根据本发明的实施方案，其中，通过用SiC瓦覆盖铝部件的可见表面，避开了这些表面，优选的是设计瓦的边缘使得它们相互重叠。例如，所述瓦具有配合的边缘，其中，在一块瓦上的突出物嵌入相邻的瓦内的凹槽中。通过其中在瓦的相对表面之间不提供直线通道的任何边缘设计可以获得这种效果。因此，配合曲面的或多边的边缘表面如V形、U-形、W-形、凹槽形、凹口形、补偿(offset)形等类型的边缘可以提供希望的配合瓦边缘。

互锁瓦接头消除了可以看见的铝部件的路径并且缓和在等离子体反应器的启动、操作和/或关闭过程中衬里部件的热膨胀/收缩的差异。例如，来自加热器的热量和/或淀积在瓦上的等离子体离子热能利用内支撑传热，通过弹性结合到外支撑并进入室顶板。由于顶板通过冷却通道进行水冷，所以，通过外支撑传递的热量从室内排出。

在半导体衬底加工过程中，在所述室内产生等离子体之前，可以通过加热器预热所述瓦。例如，所述瓦可以用加热器加热到希望的温度，可以使用热控制系统调节加热器功率，以保持所述瓦在希望的温度。在所述室内产生等离子体之后，控制系统自动减小加热器功率，以保持希望的温度。此外，可以调节内和/或外支撑的热阻来获得希望的瓦操作温度范围并限制加热器最高温度。

图12表示在一批半导体晶片的等离子体腐蚀过程中，在内支撑加热器凸缘、内支撑下部凸缘和瓦支撑板处的测量温度。在腐蚀循环过程中，由于等离子体离子能量的变化产生了2℃的温度波动。下部凸缘的温度设定点为100℃。

在其中陶瓷衬里是连续的整体SiC的实施方案中，SiC圆筒通过在其下端的分段铝凸缘支撑。分段的铝凸缘连接到由所述室支撑的可以弹性弯曲的框架上。如同在其它实施方案中一样，加热器供应热量，热量通过内支撑、通过支撑板的下部凸缘、通过弹性接头传递并进入SiC衬里。内框架的下部凸缘连接到(例如螺栓连接)到外支撑框架的下部凸缘上，使得包括SiC衬里、支撑板和内、外支撑框架的整个衬里布置由连接到反应器水冷顶板的外支撑框架的上部凸缘支撑。各个支撑板和带槽的内、外支撑框架的提供使得SiC衬里可以以缓和在反应器的启动、操作和/或关闭过程中产生的热应力的差异的方式被支撑。例如，由于加热器的温度更高并且与碳化硅相比，铝的热膨胀系数更大，所以，加热器可以径向向外比SiC圆筒膨胀更大。通过弯曲内支撑的薄的垂直弯曲部分可以缓和相对的径向膨胀。类似地，由于垂直温度梯度产生的在外支撑的底部和顶部之间的径向长大的差异被外支撑的薄的垂直弯曲部分所缓和。

上面已经描述了本发明的原理、优选的实施方案和操作模式。但是，本发明不应该限制于所讨论的特定实施方案。因此，上述实施方案应该被认为是说明性的而非限制性的，并且应该理解熟悉该领域的人员可以对那些实施方案进行各种变化而不离开由下列权利要求确定的本发明的范围。

Claims

1.一种用于在半导体衬底加工中使用的等离子体反应室的电极组件，包括：

具有结合表面的支撑部件；

RF驱动电极，在其一侧具有RF能量化的表面，在其相对的一侧上的外边缘有结合表面，与所述支撑部件的结合表面相配合；和

在所述电极的外边缘和所述支撑部件之间的弹性接头，所述弹性接头把所述电极弹性连接到支撑部件上，使得在其温度循环过程中，所述电极与所述支撑部件之间可以移动。

2.根据权利要求1的电极组件，其中，所述支撑部件可移动地连接到等离子体反应室内部的温度控制元件上，所述支撑部件包括一个夹持到温度控制元件的支撑环，所述电极包括一个淋浴头式电极，所述温度控制元件包括向所述淋浴头式电极提供工艺气体的气体通道。

3.根据权利要求2的电极组件，其中，所述温度控制元件包括空腔和至少一个位于所述空腔内的挡板，由所述气体通道供应工艺气体以便在通过淋浴头式电极之前通过所述挡板。

4.根据权利要求1的电极组件，其中，所述弹性接头包括在电极与支撑部件之间的界面内的导电弹性材料，所述弹性材料包括导电填料，它提供在电极与支撑部件之间的电流通道。

5.根据权利要求4的电极组件，其中，在所述界面内设置凹槽，并且所述填料包括导电和/或导热的颗粒，所述颗粒的平均尺寸比所述界面内的凹槽深度至少小5倍。

6.根据权利要求5的电极组件，其中，所述凹槽在支撑部件中具有均匀的深度，所述凹槽位于所述支撑部件的壁之间，所述壁的厚度大于所述凹槽的深度，但是小于所述凹槽深度的25倍。

7.根据权利要求4的电极组件，其中，所述凹槽在所述支撑部件周围连续伸展，所述电极仅通过所述弹性接头连接到支撑部件上。

8.根据权利要求1的电极组件，其中，所述弹性接头包括一种催化剂固化的弹性体树脂。

9.根据权利要求1的电极组件，其中，所述电极包括硅电极，所述支撑部件包括石墨支撑环。

10.一种制造用于等离子反应室的电极组件的方法，包括：

向支撑部件和RF驱动电极的一个或多个配合表面上施加弹性结合材料；

形成支撑部件和电极的组件，使得所述弹性结合材料结合支撑部件和电极的各配合表面；和

固化所述弹性结合材料，以便在电极与支撑部件之间形成弹性接头，所述弹性接头使电极在其温度循环过程中可以相对与所述支撑部件移动。

11.根据权利要求10的方法，还包括通过把至少两种弹性体组分与任选的导电填料混合来制备弹性结合材料，并在室温或高于或者低于室温的温度下在真空环境中使所述弹性结合材料致密化。

12.根据权利要求10的方法，还包括向电极和支撑部件的表面施加遮蔽材料，以便留下配合表面暴露出来，并且任选地用底涂层材料涂敷遮蔽材料的暴露部分，在从所述电极和支撑部件上除去遮蔽材料时，所述底涂层材料可以除去从弹性接头中挤出的多余的弹性结合材料。

13.根据权利要求10的方法，其中，所述支撑部件包括支撑环，该支撑环具有沿所述支撑环周围完全延伸的环形凹槽，所述弹性结合材料的施加量使得弹性接头充满所述凹槽并且足够薄，以便从电极到支撑环导热。

14.根据权利要求10的方法，其中，所述弹性结合材料包括导电填料，所述弹性结合材料施加到配合表面上，以便提供在所述电极与所述支撑部件之间的基本上直接的电接触。

15.根据权利要求10的方法，其中，所述电极基本由单晶硅或多晶硅组成，所述支撑部件基本由石墨组成，所述硅电极只通过弹性接头结合到石墨支撑部件上。

16.根据权利要求10的方法，其中，所述电极包括具有均匀或不均匀厚度的硅盘，所述支撑部件包括石墨支撑环，所述方法包括将电极和支撑环布置在夹具中，施加足够的压力，使多余的结合材料排出电极与支撑环之间的界面，在炉子中在足够高以加速所述弹性结合材料固化但是同时足够低以便使电极或支撑环的热膨胀最小化的温度下加热所述组件。

17.根据权利要求10的方法，其中，所述弹性结合材料填充到确定尺寸的凹槽内，以提供固化的弹性接头，所述弹性接头使得在所述电极和支撑部件之间可以进行充分的移动，以防电极组件在等离子体反应器中的使用过程中由于电极和支撑部件的热膨胀或收缩的差异导致接头的撕裂。

18.根据权利要求10的方法，其中，所述弹性结合材料具有足够的粘度以获得所述结合材料在配合表面上的自流平和铺展，所述方法还包括把所述组件放在真空环境中使所述结合材料脱气。

19.根据权利要求10的方法，还包括向所述配合表面涂敷底涂层或者等离子体处理所述配合表面。

20.一种在等离子体反应室中加工半导体衬底的方法，其中，电极组件包括通过弹性接头结合在支撑部件上的RF驱动电极，该方法包括：

向所述等离子体反应室内提供半导体衬底；

向所述等离子体反应器内部提供工艺气体；

向所述电极提供RF能量，使得RF能量从所述支撑部件通过，通过弹性接头并到达所述电极，所述RF能量使工艺气体形成与半导体衬底暴露表面接触的等离子体，所述弹性接头使得所述电极在电极组件的温度循环过程中可以相对于所述支撑部件移动。

21.根据权利要求20的方法，其中，所述半导体衬底包括硅晶片，所述方法包括腐蚀在所述晶片上的介电材料层或导电材料层。

22.根据权利要求20的方法，其中，所述方法包括在半导体衬底上淀积一层材料。

23.根据权利要求20的方法，其中，所述电极包括硅淋浴头式电极，所述支撑部件包括石墨环，所述石墨环夹持在温度控制元件上，通过所述温度控制元件把工艺气体供给到淋浴头式电极上。

24.一种在半导体衬底加工中使用的等离子体反应室中的弹性接头组件，包括：

具有结合表面的第一部分；

具有与第一部分的结合表面配合的结合表面的第二部分；和

在第一部分和第二部分之间的弹性接头，所述弹性接头把第一部分弹性连接到第二部分上，以便使得在其温度循环过程中，在第一部分和第二部分之间可以发生移动。

25.根据权利要求24的弹性接头组件，其中，所述弹性接头包括能适应真空环境并抵抗最高达到(并包括)200℃的热降解的聚合物材料，所述聚合物材料包括聚酰亚胺、聚酮、聚醚酮、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二酯、氟代乙烯丙烯共聚物、纤维素、三乙酸酯或有机硅。

26.根据权利要求24的弹性接头组件，其中，所述弹性接头包括导电和/或导热颗粒的填料。

27.根据权利要求24的弹性接头组件，其中，所述弹性接头包括丝网、编织或非编织的织物的填料。

28.根据权利要求24的弹性接头组件，其中，所述弹性接头包括金属颗粒的填料。

29.根据权利要求28的弹性接头组件，其中，所述金属颗粒包括铝或铝合金。

30.根据权利要求29的弹性接头组件，其中，所述金属填料包括铝硅合金。

31.根据权利要求30的弹性接头组件，其中，所述铝硅合金包括5-20重量％的硅。

32.根据权利要求24的弹性接头组件，其中，所述弹性接头位于第一部分中的凹槽内。

33.根据权利要求24的弹性接头组件，其中，所述弹性接头包括颗粒尺寸为0.7-2微米的填料。

34.根据权利要求24的弹性接头组件，其中，所述弹性接头包括含量为45-55体积％的导电和/或导热填料。

35.根据权利要求24的弹性接头组件，其中，在第一和第二部分的配合表面之间设置所述弹性接头。

36.根据权利要求35的弹性接头组件，其中，确定所述配合表面的轮廓，以提供互锁和/或自定位布置。

37.根据权利要求24的弹性接头组件，其中，所述第一部分可以移动地连接到在等离子体反应室内部的温度控制元件上。

38.根据权利要求24的弹性接头组件，其中，第二部分包括淋浴头式电极。

39.根据权利要求24的弹性接头组件，其中，所述弹性接头包括在第一部分和第二部分之间的界面中的导热弹性材料，所述弹性材料包括导电填料，所述导电填料提供在第一部分和第二部分之间的热传导通路。

40.根据权利要求39的弹性接头组件，其中，在所述界面内设置凹槽，所述填料包括导电和/或导热颗粒，所述颗粒的平均尺寸比所述界面内的凹槽深度至少小5倍。

41.根据权利要求24的弹性接头组件，其中，第一部分包括电极，第二部分包括支撑部件。

42.一种用于加工半导体衬底的等离子加工系统，包括：

具有由室侧壁确定的内部空间的等离子体加工室；

在所述内部空间内在其上加工衬底的衬底支架，所述室的侧壁相对所述衬底支架的周边向外隔开；

气体供应装置，在衬底加工过程中，工艺气体可以通过所述装置供应到所述内部空间；

能源，在所述衬底加工过程中，可以把所述内部空间内的工艺气体激发成等离子态；

支撑在室侧壁与衬底支架周边之间的衬里，所述衬里包括通过弹性支撑部件支撑的陶瓷部件。

43.根据权利要求42的等离子体加工系统，其中，所述弹性支撑部件包括弹性接头或可弯曲的金属框架。

44.根据权利要求42的等离子体加工系统，其中，所述陶瓷部件包括整体式陶瓷衬里或陶瓷瓦的组合。

45.根据权利要求42的等离子体加工系统，其中，所述陶瓷部件包括金属支撑部件和陶瓷瓦的组合，所述弹性支撑包括弹性接头，所述弹性接头把每个陶瓷瓦连接到金属支撑部件的相应每一个上。

46.根据权利要求45的等离子体加工系统，其中，所述金属支撑部件支撑在可弯曲金属框架上，所述可弯曲金属框架通过热控制部件支撑，使得可以通过经弹性接头、金属支撑部件和可弯曲金属框架延伸到热控制部件上的热通道使热量从陶瓷瓦排出。

47.根据权利要求42的等离子体加工系统，其中，所述陶瓷部件包括陶瓷瓦的组合，弹性支撑包括在每个陶瓷瓦与室侧壁之间的弹性接头。

48.根据权利要求42的等离子体加工系统，其中，所述弹性支撑包括可弯曲金属框架，所述可弯曲金属框架通过热控制部件支撑，使得可以通过经可弯曲金属框架延伸到热控制部件上的热通道使热量从陶瓷部件排出。

49.根据权利要求48的等离子体加工系统，还包括加热器，支撑在可弯曲金属框架上，使得所述加热器可以加热所述陶瓷部件。

50.根据权利要求42的等离子体加工系统，其中，所述弹性支撑部件包括可弯曲金属框架，所述可弯曲金属框架包括内框架部件和外框架部件，所述弹性支撑部件还包括在陶瓷部件与内框架部件之间的弹性接头，所述内框架部件由外框架部件支撑，外框架部件由所述室支撑。

51.根据权利要求42的等离子体加工系统，其中，所述陶瓷部件包括许多互锁的陶瓷瓦。

52.根据权利要求42的等离子体加工系统，其中，所述陶瓷部件包括整体SiC衬里或许多SiC瓦。

53.根据权利要求42的等离子体加工系统，其中，所述弹性支撑部件包括一定结构的内、外金属框架部件，使得在等离子体加工系统的运行过程中，在陶瓷部件和框架部件上产生的热应力的差异可以被缓和。

54.根据权利要求53的等离子体加工系统，其中，所述外框架部件的上部由所述室的热控制部分支撑，所述外框架部件的下部连接到内框架部件的下部，陶瓷部件由内框架部件支撑。

55.根据权利要求42的等离子体加工系统，其中，所述弹性支撑部件包括可弯曲金属框架，所述可弯曲金属框架包括连续的上部和分段的下部。

56.根据权利要求55的等离子体加工系统，其中，所述可弯曲金属框架是圆筒形的，分段的下部包括通过轴向延伸的槽彼此分开的轴向延伸的分段。

57.根据权利要求53的等离子体加工系统，其中，所述内和外金属框架部件是圆筒形的，并且包括连续的上部和分段的下部，分段的下部包括通过轴向延伸的槽彼此分开的轴向延伸的分段。

58.根据权利要求42的等离子体加工系统，其中，所述衬里还包括陶瓷等离子体筛体，从所述陶瓷部件的下部向内延伸，所述陶瓷等离子体筛体包括在衬底加工过程中用于从所述室内部排出工艺气体和反应副产物的通道。

59.根据权利要求58的等离子体加工系统，其中，所述陶瓷等离子体筛体包括在所述室侧壁与衬底支架之间的环形空间内支撑的许多分段，所述通道包括从所述室侧壁径向向内延伸的槽。

60.根据权利要求58的等离子体加工系统，其中，所述陶瓷等离子体筛体通过导电的弹性接头连接到弹性支撑部件上，所述弹性支撑部件包括可弯曲的金属框架，所述等离子体筛体通过弹性接头电接地到所述可弯曲金属框架上。