CN201503845U - 用于等离子体处理室的内部组件及气体喷头组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于等离子体处理室的内部组件，包括具有第一连接表面的第一处理室部件、涂覆于第一连接表面上的聚四氟乙烯涂层、以及第二处理室部件，其具有与聚四氟乙烯涂层相接触的第二连接表面。本实用新型还提供了包括温度控制元件和气体喷头的气体喷头组件，温度控制元件包括加热板和涂覆于加热板上的聚四氟乙烯涂层，气体喷头具有接触聚四氟乙烯涂层的第二连接表面。本实用新型的内部组件消除了在等离子体处理过程中第一处理室部件与第二处理室部件之间因热膨胀产生位移而引起的颗粒污染的问题，并且通过聚四氟乙烯涂层提供了更光滑的接触面，提供由于温度的变化导致的两等离子体处理室部件在横向移动上的灵活性，提高了加工效率，降低了使用成本，也提高了等离子体处理室的稳定性，适合于大规模工业化生产。

Description

用于等离子体处理室的内部组件及气体喷头组件

技术领域

本实用新型涉及等离子体处理室技术领域，更具体地，涉及用于等离子体处理室的内部组件技术领域，特别是指一种用于等离子体处理室的内部组件及气体喷头组件。

背景技术

众所周知，等离子体处理室(plasma chamber)应用于半导体制造工艺中，用以在半导体衬底、基片或晶片上沉积或刻蚀各种物质层。为了在等离子体处理室中产生等离子体，该等离子体处理室内部需要被抽成真空，然后再注入前驱气体(precursor gas)，并将射频能量耦合到等离子体处理室内。大体来说，等离子体刻蚀反应室分为两大类：电感耦合型等离子体处理室(inductive-coupled plasma chambers)和电容耦合型等离子体处理室(capacitive-coupled plasma chambers)。在电感耦合型等离子体处理室中，射频能量主要是以电感耦合的方式耦合到等离子体中，而在电容耦合型等离子体处理室中，射频主要通过在射频放电表面(比如，气体喷头(shower head)或阴极(cathode))上通过电容放电耦合到等离子体中。

在等离子体处理中，以刻蚀反应为例，为了达到刻蚀的一致性，有必要控制和维持稳定的等离子体处理室部件的表面温度。比如，在真空处理室中，将一温度控制元件连接至气体喷头可以控制反应气体的温度及所形成的等离子体温度。在实际操作中，气体喷头也同时作用为上电极。由于温度控制元件和上电极是由不同的材料制成，它们的热膨胀的不同导致这两部分在等离子体处理过程中会产生相对移动，使二者的接触表面相互挤压或横向摩擦，因此产生颗粒污染问题，产生的颗粒污染经由气体冲击到被加工的半导体部件如晶片，从而导致晶片的污染。另外，温度控制元件和上电极容易因温度的变化会产生横向移动，从而导致连接温度控制元件和上电极的短螺钉断裂，因为其没有足够的空间用于剪应力释放，由此导致的结果是影响到等离子体处理过程的进行，影响加工效率，增加使用成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于等离子体处理室的内部组件，其克服了现有技术存在的问题与不足，解决了现有技术中两个等离子体处理室部件之间由于两者的热膨胀系数差而导致的颗粒污染产生的问题，并提供两者在横向移动上的灵活性。

本实用新型的另一目的是提供一种用于等离子体处理室的气体喷头组件，该气体喷头组件的温度控制元件和气体喷头之间不存在由于两者的热膨胀系数差而导致的颗粒污染产生的问题，且横向移动灵活，提高了加工效率，降低了使用成本，提高了等离子体处理室的稳定性。

为了实现上述目的，本实用新型一方面提供了一种用于等离子体处理室的内部组件，包括：

第一处理室部件，其具有第一连接表面；

第二处理室部件，其与所述第一处理室部件相连接，并具有与所述第一连接表面相邻的第二连接表面，所述第一处理室部件与第二处理室部件具有不同的热膨胀系数；以及

聚四氟乙烯涂层，其涂覆于所述第一处理室部件的第一连接表面，并且与所述第二处理室部件的第二连接表面相接触。

较佳地，所述第一处理室部件为温度控制元件。

更佳地，所述温度控制元件由铝制成，并且铝内部设置有控制温度用的电加热线圈。

较佳地，所述第二处理室部件为气体喷头。

更佳地，所述第二处理室部件具有第一气体输送孔，所述聚四氟乙烯涂层具有与所述第一气体输送孔连通的第二气体输送孔。

更进一步地，所述第一处理室部件具有第三气体输送孔，所述第三气体输送孔与所述第二气体输送孔相连通。

较佳地，所述聚四氟乙烯涂层的厚度为10～200μm。

较佳地，所述的内部组件还包括安装基座和至少一螺栓，所述第一处理室部件和所述第二处理室部件通过所述至少一螺栓固定在所述安装基座上。

较佳地，所述第一处理室部件为支撑部件，所述第二处理室部件为电极。

较佳地，所述第一处理室部件或第二处理室部件选自以下部件之一：腔壁、腔室内衬、挡环、气体喷头、等离子密封环、内衬支架。

在本实用新型的第二方面，提供了一种用于等离子体处理室的气体喷头组件，包括：

温度控制元件，其包括聚四氟乙烯涂层和具有第一连接表面的加热板，所述聚四氟乙烯涂层涂覆于所述第一连接表面上；和

气体喷头，其具有与所述聚四氟乙烯涂层接触的第二连接表面；

所述加热板、聚四氟乙烯涂层以及气体喷头上设置有若干个相互连通的气体输送孔。

较佳地，所述聚四氟乙烯涂层的厚度为10～200μm。

较佳地，所述气体喷头由硅或碳化硅材料制成。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型的内部组件消除了在等离子体处理过程中第一处理室部件与第二处理室部件之间因热膨胀产生位移而引起的颗粒污染的问题，并且通过聚四氟乙烯涂层提供了更光滑的接触面，提供由于温度的变化导致的两等离子体处理室部件在横向移动上的灵活性，提高了加工效率，降低了使用成本，也提高了等离子体处理室的稳定性，适合于大规模工业化生产。

2、本实用新型在温度控制元件的加热板上增加聚四氟乙烯涂层(即特富龙涂层)，该涂层位于邻近气体喷头的第一连接表面上，从而消除了加热板和气体喷头在接触表面上颗粒污染的产生，并提供一个更加平滑的接触，即使在高温下，从而更有利于两者因热膨胀不同而导致的相对移动；

3、另外，本实用新型采用螺栓将温度控制元件和气体喷头附着于安装基座上，在气体喷头中采用螺旋插入，在加热板中采用穿设穿孔插入，螺栓的使用提供由于温度的变化导致的温度控制元件和气体喷头在横向移动上的灵活性，其具有足够的空间用于剪应力释放，防止了螺栓的断裂，提高了加工效率，降低了使用成本，提高了等离子体处理室的稳定性，适合于大规模工业化生产。

附图说明

图1是本实用新型的用于等离子体处理室的内部组件的主视剖面图。

图2是本实用新型的用于等离子体处理室的内部组件的一具体实施例的温度控制元件的主视剖面图。

图3是本实用新型的具有图2所示的温度控制元件的气体喷头组件的主视剖面图。

具体实施方式

为更好的理解本实用新型的内容，下面结合具体实施例作进一步说明。

请参阅图1所示，图1是本实用新型的用于等离子体处理室的内部组件的主视剖面图。如图所示，用于等离子体处理室的内部组件10包括第一处理室部件20、第二处理室部件40和聚四氟乙烯涂层30。所述第一处理室部件20具有第一连接表面22；所述第二处理室部件40与所述第一处理室部件20相连接，并具有与所述第一连接表面22相邻的第二连接表面42，所述第一处理室部件20与第二处理室部件40具有不同的热膨胀系数；所述聚四氟乙烯涂层30涂覆于所述第一处理室部件20的第一连接表面22，并且与所述第二处理室部件40的第二连接表面42相接触。

在等离子体处理过程中，用于等离子体处理室的内部组件10的第一处理室部件20与第二处理室部件40会产生热膨胀，由于二者具有不同的热膨胀系数，因而二者会产生相对的位移和/或挤压，本实用新型在二者之间设置一聚四氟乙烯涂层30，使第一处理室部件20与第二处理室部件40在相对位移和/或挤压时的接触表面上不会产生颗粒污染，从而不会产生被加工件污染和处理腔室污染的问题，并且为两个处理室部件提供了一个更加平滑的接触，即使在高温下，也有利于两者因热膨胀不同而导致的相对移动。所述聚四氟乙烯涂层的厚度可以根据实际需要不同，优选厚度为10～200μm。

所述的聚四氟乙烯涂层可以被广泛地运用于等离子体处理室中需要相互连接的两个处理室部件之间。通常，可以涂覆聚四氟乙烯的第一处理室部件可以是：气体喷头组件、处理室腔壁、处理室内衬、挡环、气体喷头、等离子密封环或处理室内衬支架等。

请参阅图2所示，图2是本实用新型的用于等离子体处理室的内部组件的一具体实施例的温度控制元件的主视剖面图，该温度控制元件包括具有第一连接表面的加热板1和涂覆于所述第一连接表面上的聚四氟乙烯涂层2。所述加热板1具有第一气体输送孔11，所述聚四氟乙烯涂层2具有与所述第一气体输送孔11连通的第二气体输送孔21。所述聚四氟乙烯涂层2的厚度为10～200μm。所述聚四氟乙烯涂层2还可以选择性地包括导电填料。所述导电填料可以是RF衬垫，当然，也可以采用导电颗粒。导电颗粒可以包括导电金属或金属合金的颗粒。该温度控制元件由铝制成，并且铝内部设置有控制温度用的电加热线圈，加热线圈也可以设置在温控元件外部，只要能够与温控元件紧密接触实现热量传递。

采用上述的温度控制元件之后，在加工晶片过程中，温度控制元件与气体喷头因热膨胀的不同导致这两部分相对移动，由于聚四氟乙烯涂层2的存在，接触表面上不会产生颗粒污染，从而不会产生晶片污染的问题，并且提供了一个更加平滑的接触，即使在高温下，从而更有利于两者因热膨胀不同而导致的相对移动。

请参阅图3所示，本实用新型还提供了一种用于等离子体处理室的气体喷头组件，包括：温度控制元件6，其包括聚四氟乙烯涂层3和具有第一连接表面40的加热板4，所述聚四氟乙烯涂层3涂覆于所述第一连接表面40上；和气体喷头5，其具有与所述聚四氟乙烯涂层3接触的第二连接表面50。该温度控制元件6可以由金属制成，比如由铝制成，并且铝内部设置有控制温度用的电加热线圈(未图示)。

所述加热板4具有第一气体输送孔41，所述聚四氟乙烯涂层3具有与所述第一气体输送孔41连通的第二气体输送孔31。所述聚四氟乙烯涂层3的厚度为10～200μm。所述聚四氟乙烯涂层3还可以包括导电填料。所述导电填料是RF衬垫，当然，也可以采用导电颗粒。如上所述，导电颗粒可以包括导电金属或金属合金的颗粒。

较佳地，所述气体喷头5上连接有支撑部件51，所述支撑部件51具有与所述聚四氟乙烯涂层3接触的连接表面55。所述气体喷头5是电极，可以是硅电极，或碳化硅电极，当然也可以是其它合适材料制成的电极。所述电极在等离子体处理室内作为RF驱动电极，当然也可以不作为RF驱动电极。较佳地，所述电极的所述气体喷射穿孔53包括具有第一直径的第一部分气体喷射孔以及具有比所述第一直径小的第二直径的第二部分气体喷射孔，当然也可以是等直径圆柱形孔，为了解决微尘颗粒污染问题，所述气体喷射孔53是在所述气体喷头上钻孔后再对所述气体喷头进行退火而形成的。所述支撑部件51是支撑环，可以是石墨支撑环，也可以用其它合适的支持件代替支撑环。

所述的气体喷头组件还可以包括安装基座8和至少一螺栓7，所述温度控制元件6的加热板4和所述气体喷头5上的支撑环51通过所述至少一螺栓7固定在所述安装基座8上。所述安装基座可以为设置于温度控制元件6上方的连接件，也可以是其它部位的部件，比如，等离子体处理室的侧壁。所述加热板4与穿设其中的螺栓7螺纹啮合，所述支撑环51通过穿设其内的通孔的螺栓7固定在所述安装基座8上。

所述气体喷头5也可以不连接支撑部件51，此时，所述气体喷头5具有与所述聚四氟乙烯涂层3接触的所述第二连接表面50。所述气体喷头5是电极，可以是硅电极，或碳化硅电极，当然也可以是其它合适材料制成的电极。所述电极在等离子体处理室内作为RF驱动电极，当然也可以不作为RF驱动电极。较佳地，所述电极的所述气体喷射穿孔53包括具有第一直径的第一部分气体喷射孔以及具有比所述第一直径小的第二直径的第二部分气体喷射孔，当然也可以是等直径圆柱形孔，为了解决微尘颗粒污染问题，所述气体喷射孔53是在所述气体喷头上钻孔后再对所述气体喷头进行退火而形成的。在这种情况下，电极上开有通孔，螺栓穿设其中，电极直接通过螺栓固定在所述安装基座上。

安装有上述气体喷头组件的等离子体处理室在加工半导体衬底、基片或晶片等部件时，所述气体喷头具有两种作用，一方面可以作为气体喷头，向反应室内喷射和输入反应气体；另一方面，也作为等离子体处理室的导电的上电极。加工气体通过温度控制元件6的加热板4的第一气体输送孔41及其上涂覆的聚四氟乙烯涂层3的第二气体输送孔31提供。然后，该气体通过电极中的气体喷射孔53，使加工气体均匀分散进入反应室。并通过电极对气体施加RF功率使气体形成等离子体，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，从而出现轮廓清晰的垂直腐蚀。

在此过程中，温度控制元件6与气体喷头5因热膨胀的不同导致这两部分相对移动，由于聚四氟乙烯涂层3的存在，接触表面上不会产生颗粒污染，从而不会产生晶片污染的问题，并且提供了一个更加平滑的接触，即使在高温下，从而更有利于两者因热膨胀不同而导致的相对移动。

而且，由于温度控制元件和气体喷头5采用螺栓附着于安装基座上，较佳地，在气体喷头5中采用螺旋插入，在加热板4中采用穿孔插入，螺栓的使用提供由于温度的变化导致的温度控制元件和气体喷头5在横向移动上的灵活性，因其具有足够的空间用于剪应力释放，防止了螺栓的断裂，提高了加工效率，降低了使用成本，提高了等离子体处理室的稳定性，适合于大规模工业化生产。

需要说明的是，上面内容对本实用新型的两个具体实施例进行了描述，通过该描述，使得本实用新型更加清楚，但是上述实施例是示例性的，而不是用于限制本实用新型范围的，比如本实用新型的电极可以不作为RF驱动电极，其也可以采用其它材料制造的电极，而气体喷头5也不局限于电极，其可以包括一切用于加工半导体部件的其它部件。

综上所述，本实用新型的用于等离子体处理室的内部组件元件消除了颗粒污染产生的问题，提供了更光滑的接触面，本实用新型的用于等离子体处理室的内部组件还提供由于温度的变化导致的温度控制元件和等离子体处理室部件在横向移动上的灵活性，提高了加工效率，降低了使用成本，提高了等离子体处理室的稳定性，适合于大规模工业化生产。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (13)

1.一种用于等离子体处理室的内部组件，其特征在于，包括：

第一处理室部件，其具有第一连接表面；

第二处理室部件，其与所述第一处理室部件相连接，并具有与所述第一连接表面相邻的第二连接表面，所述第一处理室部件与第二处理室部件具有不同的热膨胀系数；以及

聚四氟乙烯涂层，其涂覆于所述第一处理室部件的第一连接表面，并且与所述第二处理室部件的第二连接表面相接触。

2.根据权利要求1所述的内部组件，其特征在于，所述第一处理室部件为温度控制元件。

3.根据权利要求2所述的内部组件，其特征在于，所述温度控制元件由铝制成，并且铝内部设置有控制温度用的电加热线圈。

4.根据权利要求1所述的内部组件，其特征在于，所述第二处理室部件为气体喷头。

5.根据权利要求4所述的内部组件，其特征在于，所述第二处理室部件具有第一气体输送孔，所述聚四氟乙烯涂层具有与所述第一气体输送孔连通的第二气体输送孔。

6.根据权利要求5所述的内部组件，其特征在于，所述第一处理室部件具有第三气体输送孔，所述第三气体输送孔与所述第二气体输送孔相连通。

7.根据权利要求1所述的内部组件，其特征在于，所述聚四氟乙烯涂层的厚度为10～200μm。

8.根据权利要求1所述的内部组件，其特征在于，所述的内部组件还包括安装基座和至少一螺栓，所述第一处理室部件和所述第二处理室部件通过所述至少一螺栓固定在所述安装基座上。

9.根据权利要求1所述的内部组件，其特征在于，所述第一处理室部件为支撑部件，所述第二处理室部件为电极。

10.根据权利要求1所述的内部组件，其特征在于，所述第一处理室部件选自以下部件之一：处理室腔壁、处理室内衬、挡环、气体喷头、等离子密封环、处理室内衬支架。

11.一种用于等离子体处理室的气体喷头组件，其特征在于，包括：

温度控制元件，其包括聚四氟乙烯涂层和具有第一连接表面的加热板，所述聚四氟乙烯涂层涂覆于所述第一连接表面上；和

气体喷头，其具有与所述聚四氟乙烯涂层接触的第二连接表面；

所述加热板、聚四氟乙烯涂层以及气体喷头上设置有若干个相互连通的气体输送孔。

12.根据权利要求11所述的气体喷头组件，其特征在于，所述聚四氟乙烯涂层的厚度为10～200μm。

13.根据权利要求11所述的气体喷头组件，其特征在于，所述气体喷头是硅气体喷头或碳化硅气体喷头。

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