CN1877808B - 具有夹持电连接器的衬底支撑 - Google Patents

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Abstract

一种衬底支撑，包括具有电极的陶瓷盘，该电极通过电极接线端是可充电的。电连接器连接外部电源和电极接线端。电连接器具有一对相对的钳形臂、其尺寸环绕适配电极接线端的槽、和用于承接紧固组件的一对通孔，该紧固组件能紧固围绕电极接线端的相对的钳形臂。

Description

具有夹持电连接器的衬底支撑
技术领域
本发明的实施例涉及用于保持衬底处理室中的衬底的衬底支撑。
背景技术
在电路和显示器的制造中，半导体、电介质和导电材料形成在衬底(如硅晶片或玻璃)上。这些材料可以通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、离子注入、氧化和氮化处理形成。这之后，沉积的材料可以被刻蚀以形成特征，如栅极(gate)、过孔、接触孔和互连线。在典型的工序中，衬底暴露至衬底处理室中的等离子体以在衬底上沉积或刻蚀材料。借助于感应或电容地耦合能量至处理气体或通过透过处理气体的微波形成等离子体。
在处理过程中，衬底保持在具有衬底承接面的衬底支撑上。支撑可以具有嵌入电极，此嵌入的电极用作气体激发器的一部分并且也可以被充电以静电地支承衬底。在处理过程中支撑也可以具有加热衬底的电阻加热器、和/或冷却衬底或冷却支撑的水冷系统。这样，支撑通常有多个电连接器和其它的延伸通过中空轴以为电阻加热器、电极和其它设备提供功率的导电结构。还可以设置热电偶以允许更精确地测量衬底温度。通常电连接器也需要允许连接结构(如连接杆)的热膨胀移动，在衬底处理过程中此热膨胀移动来自部件的加热。
当通过连接器的电流造成支撑轴中产生电弧或辉光放电时，支撑中的电连接器，尤其是向电极提供电功率或使电极接地的连接器就随之出现问题。例如，电弧可以出现在用于使电极接地的RF连接器和围绕轴的壁之间。当压配合在功率供应杆上的电连接器随时间松弛其紧固度，引起在电连接器和轴侧壁之间的空隙产生电弧时，于是出现起弧。这种电弧是不希望的，因为它损害并氧化电连接器和轴壁之间的接触点，进一步增加接触点的电阻，最后导致接触点处的严重侵蚀甚至熔化。最终，连接器或包围它的区域烧坏并且衬底的处理突然停止，引起被处理的整个衬底的损失。
这样，希望有这样的用于衬底支撑的电连接器，它能在等离子体环境中减少电弧。也希望有这样的电连接器，它在大量的处理周期内可靠地允许RF电流流通而不需要替换或修理。也希望有这样的电连接器，它允许连接器结构的热膨胀移动而不会失去电接触。进一步需要这样的电连接器，它能容易移除和更换。
发明内容
衬底支撑包括具有承接衬底的表面的陶瓷盘。电极嵌入在陶瓷盘中，并且电极接线端具有与电极电耦合的第一端和延伸出陶瓷盘的第二端。提供电连接器用于连接外部电源和电极接线端，电连接器包括一对相对的钳形臂、其尺寸在电极接线端的第二端环绕适配的槽、和用于承接紧固组件的一对通孔，所述紧固组件能紧固围绕电极接线端的钳形臂。
陶瓷盘也有带有一对加热器接线端的嵌入电阻加热器，各加热器接线端有连接至电阻加热器的第一端和延伸出陶瓷盘的第二端。在此方案中，提供一对第二电连接器用于连接外部电源和电阻加热器，第二电连接器各包括一对相对的钳形臂、其尺寸与加热器接线端的第二端环绕适配的槽、和用于承接紧固组件的一对通孔，所述紧固组件能紧固围绕加热器接线端的钳形臂。
使用衬底支撑的衬底处理设备包括处理室，此处理室包括围绕壁、衬底支撑、气体分配器、气体排出装置和气体激发器。外部电源向电极提供电功率。控制器包括向外部电源提供指令以向电极提供选择的功率能级的程序代码。
使用电连接器的方法包括步骤：将电连接器滑到电极接线端上以使接线端位于电连接器的槽内，将紧固组件插入电连接器的通孔中；并且紧固紧固组件以便电连接器的相对的钳形臂挤压电接线端。
衬底支撑可以通过松开紧固组件并从电极接线端取出电连接器来刷新。电极接线端和电连接器中的至少一个被清洗或替换。然后将干净的或更换的电连接器滑回到干净的或更换的电极接线端以便接线端停驻在电连接器的槽内。将紧固组件插入到电连接器的通孔中，并进行紧固以便钳形臂挤压到电极接线端上。
附图说明
参照下面的描述、所附权利要求书和图示本发明的示例特征的附图，本发明的这些特征、方面和优点将更为容易理解：
图1为打开状态下的电连接器的实施例的分解透视图；
图2A为图1所示的电连接器处于闭合状态下并从右侧观测的透视图；
图2B为图2A所示的电连接器从左侧观测的透视图；
图3A为打开状态下的电连接器的又一个实施例的侧视图；
图3B为图3A所示电连接器闭合状态下的侧视图；
图4为示出与电极接线端连接的电连接器的支撑的实施例的透视图；和
图5为包括图4所示的衬底支撑和电连接器的衬底处理室的实施例的示意剖面侧视图。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明的电连接器20的实施例是用于连接外部电源24和位于衬底处理室42(图5所示的实施例)的处理区40中的室部件32的接线端28。外部电源24提供操作室42的部件的电功率，外部电源24可以包括例如电极功率供应44、加热器功率供应46和操作室42的其它部件32的其它功率供应。室部件32可以是例如电极、感应线圈、电阻加热器和灯。通常，电连接器20用于接地或为部件32的接线端28供应高电压，这会造成部件暴露在电弧、辉光放电和其它会侵蚀部件或降低部件质量的等离子体中。电连接器20尤其适用于减少或防止在连接器20与接线端28之间的电接触的侵蚀或腐蚀，以此保持与部件32之间的电接触。
在一种方案中，电连接器20用于连接包含电极功率供应44的外部电源24和室中的电极48的接线端28，该电极功率供应44提供交流电或直流电形式的电功率。例如，电极功率供应44可以在室中的第一和第二电极48a、48b之间施加射频电压，以从室42内的处理气体中产生等离子体。第一电极48a可以通过室42的围绕壁54(如顶58或侧壁60)形成，围绕壁54由导电材料(例如金属，如铝)构成；并且第一电极48a与在衬底支撑50中的第二电极48b分隔开，第二电极是电接地或电浮置的。第一和第二电极48a、48b将施加的RF能量电容耦合到处理气体，以形成或保持等离子体。另外，电极功率供应44也可以为第二电极48b提供直流电压，以允许其用作将衬底62静电保持在衬底支撑50上的静电吸引构件。电极功率供应44通过电极接线端28提供电压，此电极接线端28与电极48a、48b中的一个或两个电连接。
在另一应用中，外部电源24也可以包括加热器功率供应46，此加热器功率供应46用于给位于衬底支撑50中的电阻加热器64的一对加热器接线端30a、30b提供可控电压。例如，电阻加热器64可以是位于衬底支撑50中的电阻元件66。在另一方案中，电阻加热器64可以是一系列的辐照灯，它们位于衬底支撑周围或上方。加热器功率供应46可以提供横穿电阻加热器64的两个接线端30a、30b的直流电压，并且该加热器功率供应的每一个接线端具有独立的电压极性。在这种方案中，使用两个不同的电极连接器20a、20b，每个电连接器20分别连接到电阻加热器64的单个接线端30a、30b，如图5所示。
在一种方案中，接线端26成形为从衬底支撑50的一个或两个电极48或电阻加热器64伸出的长杆68。各接线端杆68有两个端：直接与电极48或电阻加热器64连接或可以与接触结点72压配合的第一端70a，该接触结点又与电极48或电阻加热器64电连接；和与电连接器20连接的第二端70b。延长杆68从室42的处理区40伸出，以允许在远离电极48或电阻加热器64的端点处进行电连接。延伸的接线端杆68降低了接线端26在室42的处理区40的处理气体环境中侵蚀的可能性。适合的杆68具有大约2mm到大约10mm的直径，和从大约10cm到大约500cm的长度。
电连接器20包括一对(例如，第一和第二)相对的钳形臂74a、74b，在他们的一个端处通过弯曲的耦合跨接部78连接在一起，其示例性方案如图1、2A和2B所示。钳形臂74a、74b包括相对的第一和第二板80a、80b，它们分别具有第一端84a、84b，第一端84a、84b从由它们的第二端86a、86b形成的弯曲耦合跨接部78向外延伸。弯曲耦合跨接部78可以是与相对的钳形臂74a、74b连为一体的C形构件88。一体的C形构件88可以由与第一和第二板80a、80b相同的单一的金属带制造，以形成连续结构。C形构件88在它们的第二端86a、86b处与钳形臂74a、74b彼此连接。钳形臂74a、74b为导体，可以由如金属(比如铜、钢或铝)制造，也可以镀以活性金属(如金)以进一步提高其耐侵蚀性。钳形臂74a、74b可以通过如落锤锻造、铸造或喷射模塑法制造；并且臂的孔和其它特征(如削边)通过钻孔或倒角制造。
在一种方案中，第一钳形臂74a包括具有均匀厚度的第一板80a，第二钳形臂74b包括如图2A和2B所示逐渐变细的第二板80b。第二板80b逐渐变细一定的量使得变细的第二板80b在所施加的力作用下可以弯向直的第一板80a。通常，锥度为大约5°到大约15°。
电连接器20有槽90，其尺寸与接线端26适配，槽90成形为具有对应于接线端26的外部轮廓98的内部轮廓94。槽90可以是位于钳形臂74a、74b或C形构件88中的凹陷槽，并且形成这样的尺寸，其半径允许连接器20在接线端26周围并围绕它延伸。槽90可以从电连接器20的底部向着顶部逐渐变细，以达到电连接器20与接线端26之间的更牢固的连接。槽90的纵向轴线沿槽90的长度方向、沿接线端26插入的方向并且在连接器20的顶部和底部之间定向。槽90具有这样的尺寸，即当钳形臂74a、74b在压力下朝向彼此挤压时，槽90与接线端26压配合并牢固地保持它。
彼此分别对准的通孔104a-d穿过钳形臂74a、74b的未连接端。通孔104a-d包括第一组通孔104a、104b和第二组通孔104c、104d。每组通孔104a、104b、104c、104d包括彼此对准的一对孔，并且每组通孔104a、104b或104c、104d沿基本上平行于电连接器20中的槽90的纵向轴线的轴线定位。通孔104a-d承接能紧固围绕接线端26的钳形臂74a、74b的紧固组件108。在一种方案中，螺钉板110具有带螺纹的螺钉孔112，并且紧固组件108包括螺纹旋入螺钉板110的螺钉孔112中的一对螺钉114a、114b。各螺钉114a、114b还具有适合于六角形扳手臂以旋转螺钉的六角形孔162a、162b，并且还可以使用垫圈118a、118b。如图2B所示，螺钉板110也可以座落在钳形臂74a、74b的一个中的适配凹槽120中。例如，凹槽120和带螺纹孔的板110可以是具有圆角的矩形。
紧固组件108也可以通过其它紧固装置构成。例如，在另一个方案中，通孔104a-d的至少一个包括螺纹(未示出)且紧固组件108包括螺钉，其尺寸适于旋入螺纹中以逐渐使钳形臂74a、74b相互抵靠紧固。在另一个方案中(也未示出)，紧固组件108可以包括一对配合的螺母和螺栓(也未示出)，它们延伸穿过钳形臂74a、74b中的非螺纹孔104a-d。
使用中，电连接器20在接线端26上滑动直到接线端位于电连接器20的槽90中。然后组装并紧固紧固组件108，这样当紧固组件108紧固时，包含逐渐变细的第二板80b的第二钳形臂74b弯向包含直的第一板80a的第一钳形臂74a。
参照图4，外部电源24通过柔性的线带124与电连接器20连接，用于接地、或使电压或电流通过连接器20到达接线端26。柔性线带124可以通过紧固组件108与连接器20的钳形臂74a、74b连接，这样紧固组件自身将线带124和电连接器20连接在一起。在这个方案中，线带124具有一对带孔126，它们如钳形臂74a中的通孔104a、104b一样间隔开相同的距离，以允许紧固组件108的螺钉或螺母穿过。这样紧固组件108用作使线带124抵靠钳形臂74a、74b牢固地连接并且还将夹紧钳形臂74a、74b夹紧至接线端26的单一结构。线带124可以由为减少侵蚀而镀金的编结的铜线构成。
另一种方案中，如图3A和3B所示，第一和第二钳形臂74a、74b都逐渐变细，这样当紧固组件108被紧固时，钳形臂74a、74b朝向彼此移动。钳形臂74a、74b包括相对的第一和第二板80a、80b，它们在它们的第一端84a、84b处均逐渐变细。臂74a、74b的第二端86a、86b从弯曲的耦合跨接部78向外延伸以形成槽90，此耦合跨接部为一个具有内部轮廓94的C形构件88，此内部轮廓94匹配于接线端26的外部轮廓98。一体的C形构件88也可以由与第一和第二板80a、80b相同的一体的金属带制造。较软材料(如具有更高延展性的导电金属，如镍合金)形成的衬垫130覆盖两个钳形臂74a、74b和槽90的内表面，以更好地夹住接线端26。而且，在此方案中，紧固组件108包括带螺纹的螺母128和螺栓132，以使钳形臂74a、74b彼此紧固和压靠在一起。
电连接器20提供了牢固的电连接，其能降低连接器20或接线端26附近的辉光放电或电弧，因为接线端杆68的延伸长度将整个组件的位置设置为远离等离子体形成的处理区40。而且，彼此连接而不与中空轴148连接的接线端杆68、连接器20和柔性线带124在不压迫陶瓷盘140中的电极48b的情况下，可以在径向和轴向两个方向上自由热膨胀。另外，仅单一的紧固组件108可以用于连接接线端杆68和电连接器20并且同样连接线带124和围轴148中的地。这样，本连接器组件具有减小侵蚀和降低陶瓷盘140中的电极48b上的热应力的优点。
使用电连接器20连接电极48的接线端26或电阻加热器64的衬底支撑被示意地图示在图5中。一般地，衬底支撑20包括具有暴露于室内等离子体的衬底承接面22的陶瓷盘140。陶瓷盘140是由氮化铝或氧化铝构成的整体结构。陶瓷盘140通常为平面并且其直径或宽度尺寸(如大约200mm或大约300mm)适于承接衬底62。陶瓷盘140还具有升降销孔(未示出)，该升降销孔用作将衬底62提升或降低到陶瓷盘140上的升降销的通道。
陶瓷盘140具有嵌入电极48b，其连同电极48a(室42的壁)起到气体激发器的作用。例如，当RF能量被施加到电极48a并且电极48b接地时，电能电容地耦合穿透处理气体，以形成或维持处理气体的等离子体。电极48b还可以用作静电吸引构件，以将衬底静电保持在支撑上。在一种方案中，电极48b包括嵌入在陶瓷盘140中的金属网，其由金属(如钼)形成。铜焊在电极接线端28的第一端70a和接线端28的第二端70b的电极48b通过电连接器20与外部电源24的电极功率供应44电连接。在一种方案中，电极接线端28包括镍基合金。
陶瓷盘140也可以包括电阻加热器64，以加热保持在支撑20上的衬底62。电阻加热器64可以是基于施加的跨线的电压从而发热的电阻线。电阻加热器64也可以连接到外部电源24，该外部电源24通过一对接线端杆和相应的电连接器20提供直流电压，以为电阻加热器64供以功率。例如，电阻加热器64可以是具有圆形截面的金属线，它们同心缠绕以从陶瓷盘140的中心到边缘形成螺旋。适合的金属线可以是钼或镍铬合金线。
衬底支撑20也包括在处理室中保持和定位陶瓷盘140的中空轴148。中空轴148还提供保护层，接线端26(如电极接线端28和加热器接线端30a、30b)穿过保护层以从室42外的外部环境到达陶瓷盘140。在一种方案中，中空轴148是由陶瓷(如氧化铝)制成的空心圆柱体，并且通过机械的紧固件(如螺栓和螺钉)或者通过制造工序(如烧结、热压)和其它方法连接到陶瓷盘140。
衬底支撑20可以被用在衬底处理室42中以沉积或刻蚀衬底64上的材料。例如，室42可以是化学气相沉积(CVD)室，如图5所示，通过化学气相沉积处理在衬底上沉积材料。室42可以是孤立的室或包括安装在平台上的多个室的较大处理系统的一部分。示例的室42具有围绕处理区40的围绕壁54，衬底62在处理区40中被加工。衬底支撑20在处理区40中保持衬底62，支撑中空轴148连接到驱动支撑20在室42内上升和下降的升降电机152。在较低的位置，支撑20与端口154平齐，通过此端口可将衬底62引入室42并装载在支撑20上。衬底62可以通过机械臂(未示出)装载到室42中。室42也可以包括边缘环156，以将位于衬底62上方的处理区40与室42的在衬底支撑20下面的部分分离。
从处理气体源158通过处理气体阀160和处理气体入口162将处理气体引入室42，以供给沿处理区40分配的处理气体的气体分配器164。气体分配器164可以是带有多个供处理气体穿过的孔168的淋浴头板166。净化气体也可以从净化气体入口170由净化气体阀172和净化气体供应174引入室内。气体通过气体出口180从室42排出，此气体出口180通过排气阀182输送到排气装置184中。
在所示的方案中，气体激发器190利用由电极功率供应44供应到第一和第二电极48a、48b的的电功率激发室42内的处理气体，其中第一电极48a通过特别由导电材料制造的气体分配器164形成。在此方案中，围绕壁54和衬底支撑20中的第二电极48b相对于第一电极48a接地。电极功率供应44能向电极48a、48b提供大约100瓦到大约5000瓦的RF功率。
处理室42也包括向电阻加热器64传输功率的电阻加热器功率供应46。在一个例子中，加热器功率供应46能向电阻加热器64传送大约100瓦到大约4000瓦的直流电。
控制器200用于控制衬底处理室42的室部件32，该室部件32包括加热器功率供应46、电极功率供应44、升降电机152、处理气体阀160、净化气体阀172、排气阀182和其它部件。适合的控制器200包括具有中心处理单元(CPU)(如可从Santa Clara，California的intel Corporation购得的奔腾处理器)的计算机(未示出)，此控制器与存储器、外部计算机部件和程序代码耦合以向室42中的部件32提供指令。控制器200可以进一步包括许多接口卡(未示出)，接口卡例如包括模数输入输出板、接口板和电机控制板。操作者和控制器200之间的界面例如可以借助于显示器和光笔。
衬底支撑20也可以被刷新来延长其使用寿命。刷新处理包括松开紧固组件108并且从电极接线端28或加热器接线端30a、30b取出电连接器20。用如酒精或丙酮的清洗溶剂清洗电连接器20和接线端26。清洗后，组装清洗干净的电连接器20和接线端26，或者在旧的连接器20和接线端26显示了侵蚀或腐蚀迹象的情况下组装替换的连接器20或接线端26。然后将紧固组件108插入柔性线带124的带孔126和电连接器20的钳形臂74a、74b的通孔104a-d。然后紧固紧固组件108，以将电连接器20夹紧在接线端16和线带124上。然后线带124的另一端连接到中空轴148内的金属壳体150上以将电极接线端28接地。
尽管参照优选的实施例对本发明进行了详细地描述，但也可能存在其它的实施例。例如，钳形臂74a、74b可以具有其它的形状，如具有圆形截面的圆柱形、或甚至具有正方形或矩形截面。紧固组件108也可以是使钳形臂74a、74b彼此夹紧的弹性金属片，或钳形臂74a、74b自身被弹簧互相压紧。而且，陶瓷盘140可以包括除那些特别提及外的陶瓷材料。另外，相关术语如底部、顶部、上和下在某些情况下是可以互换的并仅用于描述本发明的实施例。因此，所附权利要求书不应当限于优选实施例和这里所包含的相关术语。

Claims (11)

1.一种用于衬底处理室的衬底支撑，该支撑包括：
(a)具有承接衬底的表面的陶瓷盘；
(b)位于所述陶瓷盘中的电极；
(c)具有与所述陶瓷盘中的所述电极电耦合的第一端和从所述陶瓷盘伸出的第二端的电极接线端；和
(d)用于连接外部电源和所述电极接线端的电连接器，该电连接器包括：
(i)第一和第二相对的钳形臂；
(ii)其尺寸与所述电极接线端的第二端环绕适配的槽，所述槽具有纵向轴线；以及
(iii)用于承接紧固组件的第一组通孔和第二组通孔，所述紧固组件能紧固围绕所述电极接线端的钳形臂，所述第一组通孔在所述第一钳形臂中，所述第二组通孔在所述第二钳形臂中，所述第一组通孔和第二组通孔沿平行于所述槽的所述纵向轴线的轴线对准。
2.如权利要求1所述的支撑，其特征在于所述通孔包含有螺纹并且所述紧固组件包括其尺寸适于旋入所述通孔中的所述螺纹的螺钉。
3.如权利要求1所述的支撑，其特征在于所述紧固组件包括螺母和螺栓。
4.如权利要求1所述的支撑，包括用于承接所述通孔和所述紧固组件的凹槽部分。
5.如权利要求1所述的支撑，其特征在于所述槽位于其中一个所述钳形臂中。
6.如权利要求1所述的支撑，其特征在于所述钳形臂包括在一端处通过圆形耦合跨接部连接的第一和第二板。
7.如权利要求6所述的支撑，其特征在于所述第一板具有均匀的厚度并且所述第二板是逐渐变细的。
8.如权利要求6所述的支撑，其特征在于所述第二板逐步变细的量使得当紧固组件围绕电极接线端紧固时，所述第二板弯向所述第一板。
9.如权利要求1所述的支撑，其特征在于所述陶瓷盘包含氮化铝。
10.如权利要求1所述的支撑，进一步包括：
(e)位于所述陶瓷盘中的电阻加热器；
(f)一对加热器接线端，每个接线端包括与所述电阻加热器连接的第一端和伸出所述陶瓷盘的第二端；和
(g)一对用于连接外部电源和所述电阻加热器的第二电连接器，所述第二电连接器各包括一对相对的钳形臂、其尺寸与加热器接线端的第二端环绕适配的槽、和用于承接紧固组件的一对通孔，所述紧固组件能紧固围绕加热器接线端的钳形臂。
11.一种衬底处理设备包括：
(1)处理室，其包括围绕壁、权利要求1所述的衬底支撑、气体分配器和气体排出装置；
(2)为电极提供电功率的外部电源；和
(3)控制器，其包含向所述外部电源提供指令以向所述电极提供选择的功率能级的程序代码。
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