DE202010012763U1

DE202010012763U1 - Festgeklemmte monolithische Gasverteilungselektrode

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Publication number: DE202010012763U1
Application number: DE202010012763U
Authority: DE
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: US8419959B2; SG169960A1; FR2950478B1; FR2950478A1; CN201919233U; TWM412457U; JP3167751U; US20110070740A1

Abstract

Gasverteilungselektrode zur Verwendung in einer Plasmareaktionskammer, wobei die Gasverteilungselektrode umfasst:
einen mittigen Teil und einen peripheren Teil, die durch Ober- und Unterseite der Gasverteilungselektrode begrenzt werden, wobei die Oberseite eine plane Oberfläche umfasst, die sich über den mittigen Teil und den peripheren Teil erstreckt, die Unterseite durch eine plane innere Oberfläche, die sich über den mittigen Teil erstreckt, und eine gestufte äußere Oberfläche, die sich über den peripheren Teil erstreckt, begrenzt wird, wobei die gestufte äußere Oberfläche mindestens eine ringförmige plane Oberfläche umfasst, die einen Bereich von erhöhter Dicke der Gasverteilungselektrode begrenzt;
eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Aushöhlungen in der Oberseite im peripheren Teil, wobei die Aushöhlungen ausgebildet sind, um Nockenarretierungen darin aufzunehmen, die angepasst sind, um die Gasverteilungselektrode an einer Trägerplatte festzuklemmen;
eine Mehrzahl von Gasauslässen im mittigen Teil der Gasverteilungselektrode, durch die Prozessgas zu einem Spalt zwischen der Gasverteilungselektrode und einer...

Description

HINTERGRUND
Die Herstellung eines IC-Chips beginnt typischerweise mit einer dünnen polierten Kristallscheibe eines hochreinen Einkristallhalbleitermaterialsubstrats (wie z. B. Silicium oder Germanium), die ein ”Wafer” genannt wird. Jeder Wafer wird einer Aufeinanderfolge von physikalischen und chemischen Verarbeitungsschritten unterzogen, die die verschiedenen Schaltungsstrukturen auf dem Wafer bilden. Während des Herstellungsverfahrens können unter Verwendung von verschiedenen Techniken, wie z. B. thermische Oxidation, um Siliciumdioxidfilme zu erzeugen, chemische Abscheidung aus der Gasphase, um Silicium-, Siliciumdioxid- und Siliciumnitridfilme zu erzeugen, und Sputtern, oder anderen Techniken, um andere Metallfilme zu erzeugen, verschiedene Typen von Dünnfilmen auf dem Wafer abgelagert werden.
Nach Ablagerung eines Films auf dem Halbleiterwafer werden die einzigartigen elektrischen Eigenschaften von Halbleitern erzeugt, indem ausgewählte Verunreinigungen unter Verwendung eines Verfahrens, das Dotieren genannt wird, in dem Halbleiterkristallgitter substituiert werden. Der dotierte Siliciumwafer kann dann mit einer dünnen Schicht von fotoempfindlichem oder strahlungsempfindlichem Material, das ein ”Resist” genannt wird, gleichförmig beschichtet werden. Kleine geometrische Muster, die Elektronenwege in der Schaltung begrenzen, können dann unter Verwendung eines als Lithografie bekannten Verfahrens auf den Resist übertragen werden. Während des lithografischen Verfahrens können die IC-Muster auf einer als eine ”Maske” bezeichneten Glasplatte gezeichnet werden und dann optisch verkleinert, auf die fotoempfindliche Beschichtung projiziert und übertragen werden.
Das lithografierte Resistmuster wird dann auf die darunter liegende kristalline Oberfläche des Halbleitermaterials durch ein Verfahren übertragen, das als Ätzen bekannt ist. Vakuumverarbeitungskammern werden im Allgemeinen zum Ätzen und zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase (CVD) von Materialien auf Substraten verwendet, indem ein Ätz- oder Ablagerungsgas zur Vakuumkammer zugeführt wird und ein Radiofrequenz(RF)-Feld an das Gas angelegt wird, um das Gas in einen Plasmazustand zu aktivieren.
Ein reaktives Ionenätzsystem besteht typischerweise aus einer Ätzkammer mit einer oberen Elektrode oder Anode und einer unteren Elektrode oder Kathode, die darin positioniert sind. Die Kathode ist in Bezug zur Anode und zu den Behälterwänden negativ vorgespannt. Der zu ätzende Wafer wird durch eine geeignete Maske bedeckt und direkt auf die Kathode platziert. Ein chemisch reaktives Gas, wie z. B. CF₄, CHF₃, CClF₃, HBr, Cl₂ und SF₆ oder Mischungen davon mit O₂, N₂, He oder Ar, wird in die Ätzkammer eingeleitet und bei einem Druck gehalten, der typischerweise im Millitorrbereich liegt. Die obere Elektrode ist eine Gasverteilungselektrode, die mit einem Gasauslass (Gasauslässen) versehen ist, der (die) ermöglicht(chen), dass das Gas durch die Elektrode in die Kammer gleichförmig verteilt wird. Das zwischen der Anode und der Kathode erstellte elektrische Feld dissoziiert das reaktive Gas, wobei ein Plasma gebildet wird. Die Oberfläche des Wafers wird durch chemische Wechselwirkung mit den aktiven Ionen und durch Momentübertragung der Ionen, die auf die Oberfläche des Wafers auftreffen, geätzt. Das durch die Elektroden erzeugte elektrische Feld zieht die Ionen zur Kathode an, wobei bewirkt wird, dass die Ionen die Oberfläche in einer vorherrschend vertikalen Richtung treffen, so dass das Verfahren wohldefinierte vertikal geätzte Seitenwände erzeugt.
Eine zuverlässige und reproduzierbare Temperaturregelung der Gasverteilungselektrode während einer Plasmaverarbeitung von Halbleitersubstraten ist wünschenswert, um eine gewünschte Plasmachemie an der zum Plasma hin freiliegenden Oberfläche der Gasverteilungselektrode zu erzielen. Die in unserem Besitz befindlichen veröffentlichten US-Patentanmeldungs-Nos. 2009/0081878 und 2008/0308228, deren Offenbarungen hierdurch durch Bezug aufgenommen werden, offenbaren Temperaturregelmodule für Gasverteilungselektrodenanordnungen.
Aufgrund von komplizierten Montageanordnungen kann eine Instandhaltung von Gasverteilungselektroden schwierig sein. Eine gemeinsam übertragene nicht-vorläufige US-Patentanmeldung 12/216524, eingereicht am 7. Juli 2008, offenbart eine monolithische Gasverteilungselektrode, die durch eine Reihe von Nockenarretierungen entfernbar an einer Trägerplatte angebracht ist. In der dargestellten Ausführungsform weist die Trägerplatte einen ringförmigen Vorsprung auf, der die Nockenarretierungen beherbergt, und die Gasverteilungselektrode weist eine ringförmige Ausnehmung auf, die mit dem Vorsprung auf der Trägerplatte ineinandergreift.
Bei einigen Plasmaverfahren würde es wünschenswert sein, ein Gasauslassmuster bereitzustellen, das Prozessgas gleichförmiger in der Kammer verteilt.
Hierin wird eine festgeklemmte monolithische Gasverteilungselektrode mit einer verbesserten Gasverteilung und Temperaturregelung offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Gasverteilungselektrode zur Verwendung in einer Plasmareaktionskammer einen mittigen Teil und einen peripheren Teil, die durch Ober- und Unterseite der Gasverteilungselektrode begrenzt werden. Die Oberseite umfasst eine plane Oberfläche, die sich über den mittigen Teil und den peripheren Teil erstreckt, und die Unterseite wird durch eine plane innere Oberfläche, die sich über den mittigen Teil erstreckt, und eine gestufte äußere Oberfläche, die sich über den peripheren Teil erstreckt, begrenzt. Die gestufte äußere Oberfläche umfasst mindestens eine ringförmige plane Oberfläche, die einen Bereich von erhöhter Dicke der Gasverteilungselektrode begrenzt, und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Aushöhlungen ist in der Oberseite im peripheren Teil angeordnet, wobei die Aushöhlungen ausgebildet sind, um Nockenarretierungen darin aufzunehmen, die angepasst sind, um die Gasverteilungselektrode an einer Trägerplatte festzuklemmen. Eine Mehrzahl von Gasauslässen ist im mittigen Teil der Gasverteilungselektrode angeordnet, durch die Prozessgas zu einem Spalt zwischen der Gasverteilungselektrode und einer unteren Elektrode geliefert werden kann, auf der ein Wafer getragen wird. Die Gasauslässe sind in einem Muster mit einem mittigen Gasauslass und 13 in Umfangsrichtung verlaufenden Reihen von Gasauslässen angeordnet, wobei 10 Gasauslässe in der ersten Reihe etwa 12,7 mm (0,5 Inch) von der Mitte der Gasverteilungselektrode angeordnet sind, 18 Gasauslässe in der zweiten Reihe etwa 22,86 mm (0,9 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 28 Gasauslässe in der dritten Reihe etwa 35,56 mm (1,4 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 38 Gasauslässe in der vierten Reihe etwa 45,72 mm (1,8 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 46 Gasauslässe in der fünften Reihe etwa 58,42 mm (2,3 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 56 Gasauslässe in der sechsten Reihe etwa 68,58 mm (2,7 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 66 Gasauslässe in der siebten Reihe etwa 81,28 mm (3,2 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 74 Gasauslässe in der achten Reihe etwa 91,44 mm (3,6 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 84 Gasauslässe in der neunten Reihe etwa 104,14 mm (4,1 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 94 Gasauslässe in der zehnten Reihe etwa 116,84 mm (4,6 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 104 Gasauslässe in der elften Reihe etwa 129,54 mm (5,1 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 110 Gasauslässe in der zwölften Reihe etwa 137,16 mm (5,4 Inch) von der Mitte angeordnet sind und 120 Löcher in der dreizehnten Reihe etwa 144,78 mm (5,7 Inch) von der Mitte angeordnet sind. Ein Temperatursensoraufnahmeloch in der Oberseite ist ausgebildet, um einen Temperatursensor aufzunehmen.
Die gestufte äußere Oberfläche kann eine Einstufen- oder Mehrstufenausbildung umfassen. Die Einstufenausbildung umfasst eine einzige ringförmige plane Oberfläche und eine innere und äußere geneigte Oberfläche, wobei sich die innere geneigte Oberfläche zwischen der planen inneren Oberfläche und der einzigen ringförmigen planen Oberfläche erstreckt und sich die äußere geneigte Oberfläche zwischen der einzigen ringförmigen planen Oberfläche und einem äußeren Rand der Gasverteilungselektrode erstreckt.
Die Mehrstufenausbildung umfasst eine innere und äußere ringförmige plane Oberfläche und eine innere, dazwischenliegende und äußere geneigte Oberfläche. Die innere geneigte Oberfläche erstreckt sich zwischen der planen inneren Oberfläche und der inneren ringförmigen planen Oberfläche, die dazwischenliegende geneigte Oberfläche erstreckt sich zwischen der inneren ringförmigen planen Oberfläche und der äußeren ringförmigen planen Oberfläche, und die äußere geneigte Oberfläche erstreckt sich zwischen der äußeren ringförmigen planen Oberfläche und einem äußeren Rand der Gasverteilungselektrode. Die Dicke der Mehrstufen-Gasverteilungselektrode über die plane innere Oberfläche ist kleiner als die Dicke über die innere ringförmige plane Oberfläche, und die Dicke über die innere ringförmige plane Oberfläche ist kleiner als die Dicke über die äußere ringförmige plane Oberfläche.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt eine Teil-Querschnittsansicht einer Gasverteilungselektrodenanordnung dar.
2A ist eine dreidimensionale Darstellung einer beispielhaften Nockenarretierung zum Festklemmen einer Gasverteilungselektrode in dem in 1 dargestellten Reaktor.
2B ist eine Querschnittsansicht der beispielhaften Nockenarretierelektrodenfestklemmeinrichtung von 2A.
3 stellt Seitenaufriss- und Zusammenbauzeichnungen eines beispielhaften Arretierstifts dar, der in der Nockenarretierfestklemmeinrichtung der 2A und 2B verwendet wird.
4A stellt Seitenaufriss- und Zusammenbauzeichnungen einer beispielhaften Nockenwelle dar, die in der Nockenarretierfestklemmeinrichtung der 2A und 2B verwendet wird.
4B stellt eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Werkzeugbahnrands eines Teils der Nockenwelle von 4A dar.
5 stellt eine Gasverteilungselektrodenanordnung mit einer Gasverteilungselektrode, Trägerplatte, Temperaturregelplatte, Schutzring und Deckenplatte dar.
6A ist eine Ansicht von oben der Gasverteilungselektrode.
6B ist eine Querschnittsansicht der Gasverteilungselektrode entsprechend einer Ausführungsform der Gasverteilungselektrode.
6C ist eine vergrößerte Ansicht des Teils C von 6B.
6D ist eine Teil-Querschnittsansicht der Gasverteilungselektrode durch eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Temperatursensors.
6E ist eine Teil-Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Gasverteilungselektrode.
6F ist eine Teil-Querschnittsansicht noch einer anderen Ausführungsform der Gasverteilungselektrode.
7 ist eine Perspektivansicht der in 5 dargestellten Trägerplatte. Das Gasdurchlassmuster und das Ausrichtstiftlochmuster, die dargestellt sind, sind nicht exakt.
8 ist eine Perspektivansicht der Gasverteilungselektrodenanordnung ohne den Schutzring. Das Gasdurchlassmuster, das dargestellt ist, ist nicht exakt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 stellt eine Teil-Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Gasverteilungselektrodenanordnung 100 eines Plasmaverarbeitungssystems zum Ätzen von Substraten dar. Wie in 1 dargestellt, umfasst die Gasverteilungselektrodenanordnung 100 eine Gasverteilungselektrode 110, eine Trägerplatte 140 und einen Schutzring (oder äußeren Ring) 170. Die Gasverteilungselektrodenanordnung 100 umfasst auch eine Plasmaeinschlussringanordnung (oder Waferbereich-Druck(WAP)-Anordnung) 180, die die äußere Peripherie der Gasverteilungselektrode 110 und der Trägerplatte 140 umgibt.
Die Anordnung 100 umfasst auch eine Temperaturregelplatte 102 und eine obere (Decken-)Platte 104, die Flüssigkeitsströmungskanäle darin aufweist und eine temperaturgeregelte Wand der Kammer bildet. Die Gasverteilungselektrode 110 ist vorzugsweise eine kreisförmige Platte und kann aus einem leitenden hochreinen Material, wie z. B. einkristallinem Silicium, polykristallinem Silicium, Siliciumcarbid, oder einem anderen geeigneten Material (wie z. B. Aluminium oder dessen Legierung, eloxiertem Aluminium, Yttriumoxid-beschichtetem Aluminium) hergestellt sein. Ein Temperatursensor 580 (5) mit einem geeigneten Temperaturbereich, wie z. B. ein Thermoelement, ein faseroptischer Temperatursensor oder ein Widerstandstemperaturdetektor, ist so ausgebildet, dass es/er die Gasverteilungselektrode 110 direkt berührt. Die Trägerplatte 140 ist mit unten beschriebenen mechanischen Befestigungseinrichtungen an der Gasverteilungselektrode 110 mechanisch gesichert. Der Schutzring 170 umgibt die Trägerplatte 140 und gewährt einen Zugriff auf Nockenarretierelemente, wie unten beschrieben. Der Temperatursensor 580 gibt Temperaturdaten zu einem Kontroller 581 aus, der ein oder mehrere Heizer 582 aktiviert, die die Temperatur der Gasverteilungselektrode einstellen.
Die Gasverteilungselektrodenanordnung 100, wie in 1 dargestellt, wird typischerweise mit einem elektrostatischen Halter (nicht dargestellt) einschließlich einer ebenen unteren Elektrode verwendet, auf der ein Wafer in einem Abstand von ungefähr 1 bis 2 cm unter der Gasverteilungselektrode 110 getragen wird. Ein Beispiel für ein solches Plasmaverarbeitungssystem ist ein Reaktor vom Parallelplattentyp, wie z. B. die Exelan^®-Dielektrika-Ätzsysteme, die von Lam Research Corporation of Fremont, Kalifornien, hergestellt werden. Solche Halteranordnungen liefern eine Temperaturregelung des Wafers, indem für einen rückseitigen Helium(He)-Druck gesorgt wird, der die Wärmedurchgangszahl zwischen dem Wafer und dem Halter steuert.
Die Gasverteilungselektrode 110 ist ein Verbrauchsteil, das regelmäßig ersetzt werden muss. Um Prozessgas zum Spalt zwischen dem Wafer und der Gasverteilungselektrode 110 zuzuführen, ist die Gasverteilungselektrode 110 mit Gasauslässen 106 versehen, die von einer Größe und Verteilung sind, die geeignet sind, um ein Prozessgas zuzuführen, das durch die Elektrode aktiviert wird und in einer Reaktionszone unterhalb der Gasverteilungselektrode 110 ein Plasma bildet.
Die Gasverteilungselektrodenanordnung 100 umfasst auch eine Plasmaeinschlussringanordnung (oder Waferbereich-Plasma(WAP)-Anordnung) 180, die die äußere Peripherie der Gasverteilungselektrode 110 und der Trägerplatte 140 umgibt. Die Plasmaeinschlussanordnung 180 besteht vorzugsweise aus einem Stapel oder einer Mehrzahl von im Abstand voneinander angeordneten Ringen 190, die die äußere Peripherie der Gasverteilungselektrode 110 und der Trägerplatte 140 umgeben. Während einer Verarbeitung bewirkt die Plasmaeinschlussanordnung 180 einen Druckunterschied in der Reaktionszone und erhöht den elektrischen Widerstand zwischen den Reaktionskammerwänden und dem Plasma, wodurch das Plasma zwischen der Gasverteilungselektrode 110 und der unteren Elektrode (nicht dargestellt) eingeschlossen wird.
Während eines Gebrauchs beschränken die Einschlussringe 190 das Plasma auf das Kammervolumen und steuern den Druck des Plasmas in der Reaktionskammer. Die Beschränkung des Plasmas auf die Reaktionskammer ist eine Funktion von vielen Faktoren, einschließlich des Zwischenraums zwischen den Einschlussringen 190, dem Druck in der Reaktionskammer außerhalb der Einschlussringe und in dem Plasma, dem Typ und Durchsatz des Gases, sowie dem Pegel und der Frequenz von RF-Leistung. Ein Einschluss des Plasmas wird leichter erreicht, wenn der Zwischenraum zwischen den Einschlussringen 190 sehr klein ist. Typischerweise wird ein Zwischenraum von 3,81 mm (0,15 Inch) oder weniger zum Einschluss benötigt. Jedoch bestimmt der Zwischenraum der Einschlussringe 190 auch den Druck des Plasmas, und es ist wünschenswert, dass der Zwischenraum eingestellt werden kann, um den Druck zu erzielen, der zur optimalen Verfahrensausführung unter Aufrechterhaltung eines Plasmas erforderlich ist. Prozessgas von einer Gasversorgung wird durch einen oder mehrere Durchlässe in der oberen Platte 104 zur Gasverteilungselektrode 110 zugeführt, die ermöglichen, dass Prozessgas zu einer einzigen Zone oder mehreren Zonen über dem Wafer zugeführt wird.
Die Gasverteilungselektrode 110 ist vorzugsweise eine kreisförmige Platte mit einer gleichförmigen Dicke von der Mitte (linke Seite von 1) zu einem Bereich von erhöhter Dicke, der mindestens eine Stufe auf der zum Plasma hin freiliegenden Oberfläche bildet, die sich von einem äußeren Rand einwärts erstreckt. Die Gasverteilungselektrode 110 weist vorzugsweise einen Durchmesser auf, der größer als ein zu verarbeitender Wafer ist, z. B. über 300 mm. Der Durchmesser der Gasverteilungselektrode 110 kann von etwa 381 mm (15 Inch) bis etwa 431,8 mm (17 Inch) reichen, um 300 mm-Wafer zu verarbeiten (wie hierin verwendet, bezieht sich ”etwa” auf ±10%).
Einkristallines Silicium und polykristallines Silicium sind bevorzugte Materialien für zum Plasma hin freiliegende Oberflächen der Gasverteilungselektrode 110. Hochreines einkristallines oder polykristallines Silicium minimiert eine Verunreinigung von Substraten während einer Plasmaverarbeitung, da es nur eine minimale Menge von unerwünschten Elementen in die Reaktionskammer einführt und während einer Plasmaverarbeitung auch unmerklich verschleißt, wodurch Teilchen minimiert werden. Alternative Materialien einschließlich Zusammensetzungen von Materialien, die für zum Plasma hin freiliegende Oberflächen der Gasverteilungselektrode 110 verwendet werden können, umfassen z. B. Aluminium (wie hierin verwendet, bezieht sich ”Aluminium” auf reines Al und dessen Legierungen mit oder ohne eloxierte oder andere beschichtete Oberflächen), polykristallines Silicium, Yttriumoxid-beschichtetes Aluminium, SiC, SiN und AlN.
Die Trägerplatte 140 ist vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das chemisch mit Prozessgasen verträglich ist, die zum Verarbeiten von Halbleitersubstraten in der Plasmaverarbeitungskammer verwendet werden, einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der demjenigen des Elektrodenmaterials genau entspricht, und/oder strom- und wärmeleitend ist. Bevorzugte Materialien, die verwendet werden können, um die Trägerplatte 140 herzustellen, umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, Grafit, SiC, Aluminium (Al) oder andere geeignete Materialien.
Die Gasverteilungselektrode 110 ist ohne jegliches Kleben zwischen der Elektrode und Trägerplatte mechanisch an der Trägerplatte 140 angebracht, d. h. es wird kein wärme- und stromleitendes elastomeres Bindemittel verwendet, um die Elektrode an der Trägerplatte anzubringen.
Die Trägerplatte 140 wird vorzugsweise mit geeigneten mechanischen Befestigungseinrichtungen, die Gewindebolzen, Schrauben oder dergleichen sein können, an der Temperaturregelplatte 102 angebracht. Z. B. können Bolzen (nicht dargestellt) in Löchern in der Temperaturregelplatte 102 eingesetzt sein und in Gewindeöffnungen in der Trägerplatte 140 eingeschraubt sein. Die Temperaturregelplatte 102 umfasst einen Krümmteil 184 und ist vorzugsweise aus einem maschinell bearbeiteten metallischen Material hergestellt, wie z. B. Aluminium oder dergleichen. Die obere temperaturgeregelte Platte 104 ist vorzugsweise aus Aluminium hergestellt. Die Plasmaeinschlussanordnung (oder Waferbereich-Plasmaanordnung (WAP)) 180 ist außen an der Gasverteilungselektrodenanordnung 100 positioniert. Eine geeignete Plasmaeinschlussanordnung 180 einschließlich einer Mehrzahl von vertikal einstellbaren Plasmaeinschlussringen 190 ist in dem in unserem Besitz befindlichen US-Patent No. 5,534,751 beschrieben, das in seiner Gesamtheit durch Bezug hierin aufgenommen wird.
Die Gasverteilungselektrode 110 kann durch einen Nockenarretiermechanismus an der Trägerplatte 140 mechanisch angebracht werden, wie in der in unserem Besitz befindlichen PCT/US2009/001593 beschrieben, die Priorität der US-Anmeldung Serial No. 61/036,862 beansprucht, eingereicht am 14. März 2008, deren Offenbarungen hierdurch durch Bezug aufgenommen werden. Mit Bezug auf 2A umfasst eine dreidimensionale Ansicht einer beispielhaften Nockenarretierelektrodenfestklemmeinrichtung Teile einer Elektrode 201 und einer Trägerplatte 203. Die Elektrodenfestklemmeinrichtung kann in den verschiedensten mit einer Fertigung in Beziehung stehenden Geräten, wie z. B. der in 1 dargestellten Plasmaätzkammer, eine selbstverzehrende Elektrode 201 schnell, sauber und genau an einer Trägerplatte anbringen.
Die Elektrodenfestklemmeinrichtung umfasst einen Zapfen (Arretierstift) 205, der in einem Sockel 213 eingebaut ist. Der Zapfen kann durch ein Tellerfederstapel 215 umgeben sein, wie beispielsweise Edelstahl-Belleville-Federscheiben. Der Zapfen 205 und der Tellerfederstapel 215 können dann durch die Verwendung von Klebemitteln oder mechanischen Befestigungseinrichtungen durch Presssitz in den Sockel 213 eingepasst oder anders darin befestigt werden. Der Zapfen 205 und der Tellerfederstapel 215 sind im Sockel 213 so angeordnet, dass ein beschränkter Betrag einer lateralen Bewegung zwischen der Elektrode 201 und der Trägerplatte 203 möglich ist. Beschränken des Betrags einer lateralen Bewegung ermöglicht eine Feinpassung zwischen der Elektrode 201 und der Trägerplatte 203, wodurch ein guter Wärmekontakt sichergestellt ist, während doch noch für eine gewisse Bewegung gesorgt ist, um Unterschieden in einer Wärmeausdehnung zwischen den zwei Teilen Rechnung zu tragen. Zusätzliche Einzelheiten über das beschränkte laterale Bewegungsmerkmal werden in größerer Einzelheit unten erörtert.
In einer spezifischen beispielhaften Ausführungsform ist der Sockel 213 aus Torlon^® von Lager-Güteklasse hergestellt. Alternativ kann der Sockel 213 aus anderen Materialien hergestellt sein, die gewisse mechanische Eigenschaften besitzen, wie z. B. gute Festigkeit und Schlagfestigkeit, Kriechfestigkeit, Dimensionsstabilität, Strahlungsbeständigkeit und chemische Beständigkeit können ohne weiteres verwendet werden. Verschiedene Materialien, wie z. B. Polyamide, Polyimide, Acetale und Polyethylen-Materialien von ultrahohem Molekulargewicht können alle geeignet sein. Hochtemperatur-spezifische Kunststoffe und andere verwandte Materialien sind zur Bildung des Sockels 213 nicht erforderlich, da 230°C eine typische Maximaltemperatur ist, die in Anwendungen, wie z. B. Ätzkammern, angetroffen wird. Allgemein liegt eine typische Betriebstemperatur näher bei 130°C.
Andere Teile der Elektrodenfestklemmeinrichtung bestehen aus einer Nockenwelle 207, die an jedem Ende durch ein Paar von Nockenwellenlagern 209 umgeben wird. Die Anordnung aus Nockenwelle 207 und Nockenwellenlager ist in eine Trägerplattenbohrung 211 eingebaut, die in die Trägerplatte 203 maschinell eingearbeitet ist. In einer typischen Anwendung für eine Ätzkammer, die für 300 mm-Halbleiterwafer ausgelegt ist, können acht oder mehr der Elektrodenfestklemmeinrichtungen um die Peripherie der Elektroden 201/Trägerplatten 203-Kombination räumlich angeordnet sein.
Die Nockenwellenlager 209 können aus den verschiedensten Materialien maschinell hergestellt sein, einschließlich Torlon^®, Vespel^®, Celcon^®, Delrin^®, Teflon^®, Arlon^® oder anderen Materialien, wie z. B. Fluorpolymeren, Acetalen, Polyamiden, Polyimiden, Polytetrafluorethylenen und Polyetheretherketonen (PEEK) mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten und einer niedrigen Teilchenablösung. Der Zapfen 205 und die Nockenwelle 207 können aus Edelstahl (z. B. 316, 316L, 17-7 usw.) oder einem beliebigen anderen Material maschinell gefertigt sein, wobei für gute Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit gesorgt ist.
Mit Bezug nun auf 2B erläutert eine Querschnittsansicht der Elektroden-Nockenfestklemmeinrichtung weiter, wie die Nockenfestklemmeinrichtung arbeitet, indem die Elektrode 201 in enge Nachbarschaft zur Trägerplatte 203 gezogen wird. Die Zapfen 205/Tellerfederstapel 215/Sockel 213-Anordnung ist in der Elektrode 201 eingebaut. Wie dargestellt, kann die Anordnung mittels Außengewinden auf dem Sockel 213 in eine mit Gewinde versehene Aushöhlung in der Elektrode 201 eingeschraubt werden. Jedoch kann der Sockel durch Klebemittel oder andere Typen von mechanischen Befestigungseinrichtungen ebensogut montiert werden.
In 3 liefert eine Aufriss- und Zusammenbauansicht 300 des Zapfens 205 mit einem vergrößerten Kopf, Tellerfederstapels 215 und Sockels 213 eine zusätzliche Einzelheit bei einer beispielhaften Konstruktion der Nockenarretierelektrodenfestklemmeinrichtung. In einer spezifischen beispielhaften Ausführungsform wird eine Zapfen/Tellerfeder-Anordnung 301 durch Presssitz in den Sockel 213 eingepasst. Der Sockel 213 weist ein Außengewinde und ein hexagonales Deckenelement auf, was eine leichte Einsetzung in die Elektrode 201 (siehe die 2A und 2B) mit einem leichten Drehmoment (z. B. in einer spezifischen beispielhaften Ausführungsform etwa 2,26 Nm (20 Inch-Pounds)) ermöglicht. Wie oben angegeben, kann der Sockel 213 aus verschiedenen Typen von Kunststoffen maschinell gefertigt sein. Eine Verwendung von Kunststoffen minimiert eine Teilchenerzeugung und ermöglicht eine scheuerfreie Montage des Sockels 213 in einer passenden Aushöhlung auf der Elektrode 201.
Die Zapfen/Sockel-Anordnung 303 veranschaulicht, dass ein Innendurchmesser in einem oberen Teil des Sockels 213 größer als ein Außendurchmesser eines Abschnittmittelteils des Zapfens 205 ist. Der Unterschied in Durchmessern zwischen den zwei Teilen ermöglicht eine begrenzte laterale Bewegung in der zusammengebauten Elektrodenfestklemmeinrichtung, wie oben erörtert. Die Zapfen/Tellerfeder-Anordnung 301 wird an einem Basisteil des Sockels 213 in starrem Kontakt mit dem Sockel 213 gehalten, während der Unterschied in Durchmessern eine gewisse laterale Bewegung ermöglicht. (Siehe auch 2B.)
Mit Bezug auf 4A zeigt eine auseinandergezogene Ansicht 400 der Nockenwelle 207 und der Nockenwellenlager 209 auch einen Verkeilstift 401. Das Ende der Nockenwelle 207 mit dem Verkeilstift 401 wird zuerst in die Trägerplattenbohrung 211 eingesetzt (siehe 2B). Ein Paar von kleinen passenden Löchern (nicht dargestellt) an einem entfernten Ende der Trägerplattenbohrung 211 sorgt für eine richtige Ausrichtung der Nockenwelle 207 in der Trägerplattenbohrung 211. Eine Seitenaufrissansicht 420 der Nockenwelle 207 zeigt deutlich eine mögliche Platzierung einer hexagonalen Öffnung 403 auf einem Ende der Nockenwelle 207 und des Verkeilstifts 401 auf dem entgegengesetzten Ende.
Mit fortgesetztem Bezug auf die 4A und 2B wird z. B. die Elektroden-Nockenfestklemmeinrichtung zusammengebaut, indem die Nockenwelle 207 in die Trägerplattenbohrung 211 eingesetzt wird. Der Verkeilstift 401 beschränkt eine Drehwegstrecke der Nockenwelle 207 in der Trägerplattenbohrung 211 durch Koppeln mit einem der Paare von kleinen passenden Löchern. Die Nockenwelle kann durch Verwendung der hexagonalen Öffnung 403 zuerst in einer Richtung, z. B. gegen den Uhrzeigersinn, gedreht werden, um einen Eintritt des Zapfens 205 in die Nockenwelle 207 zu ermöglichen, und dann im Uhrzeigersinn gedreht werden, um den Zapfen 205 voll in Eingriff zu nehmen und zu arretieren. Die Festklemmkraft, die erforderlich ist, um die Elektrode 201 an der Trägerplatte 203 zu halten, wird geliefert, indem der Tellerfederstapel 215 weiter als seine freie Stapelhöhe zusammengepresst wird. Die Nockenwelle 207 weist einen internen exzentrischen Innenausschnitt auf, der mit dem vergrößerten Kopf der Welle 205 in Eingriff tritt. Wenn der Tellerfederstapel 215 zusammengedrückt wird, wird die Klemmkraft von einzelnen Federn im Tellerfederstapel 215 zum Sockel 213 und durch die Elektrode 201 zur Trägerplatte 203 übertragen.
In einem beispielhaften Betriebsmodus wird, sobald die Nockenwellenlager an der Nockenwelle 207 angebracht sind und in die Trägerplattenbohrung 211 eingesetzt sind, die Nockenwelle 207 gegen den Uhrzeigersinn bis zu ihrer maximalen Drehwegstrecke gedreht. Die Zapfen/Sockel-Anordnung 303 (3) wird dann unter Anwendung einer Drehkraft leicht in die Elektrode 201 eingeschraubt. Der Kopf des Zapfens 205 wird dann in das vertikal verlaufende Durchgangsloch unter der horizontal verlaufenden Trägerplattenbohrung 211 eingesetzt. Die Elektrode 201 wird gegen die Trägerplatte 203 gehalten, und die Nockenwelle 207 wird im Uhrzeigersinn gedreht, bis sich entweder der Verkeilstift in das zweite der zwei kleinen passenden Löcher (nicht dargestellt) senkt oder ein vernehmbares Klicken gehört wird (in Einzelheit unten erörtert). Der beispielhafte Betriebsmodus kann umgekehrt werden, um die Elektrode 201 von der Trägerplatte 203 zu demontieren. Jedoch sind Merkmale, wie z. B. das vernehmbare Klicken in der Nockenarretieranordnung fakultativ.
Mit Bezug auf 4B stellt eine Schnittansicht A-A der Seitenaufrissansicht 420 der Nockenwelle 207 von 4A einen Werkzeugbahnrand 440 dar, durch den der Kopf des Zapfens 205 voll gesichert wird. In einer spezifischen beispielhaften Ausführungsform werden die zwei Radien R₁ und R₂ so gewählt, dass der Kopf des Zapfens 205 das fakultative vernehmbare Klickgeräusch macht, das oben beschrieben ist, um anzuzeigen, wenn der Zapfen 205 voll gesichert ist.
5 veranschaulicht eine Gasverteilungselektrodenanordnung 500 für eine kapazitiv gekoppelte Plasmakammer, die die folgenden Merkmale umfasst: (a) eine nockenarretierte nicht gebundene Gasverteilungselektrode 502; (b) eine Trägerplatte 506; und (c) einen Schutzring 508, der einen Zugriff auf Nockenarretierungen ermöglicht, die die Elektrode an der Trägerplatte 506 halten.
Die Elektrodenanordnung 500 umfasst eine Temperaturregelplatte 510, die von außerhalb der Kammer an eine temperaturgeregelte Deckenwand 512 der Kammer gebolzt ist. Die Gasverteilungselektrode 502 ist durch Nockenarretiermechanismen 514, die früher mit Bezug auf die 2–4 beschrieben sind, von innerhalb der Kammer lösbar an der Trägerplatte 506 angebracht.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Gasverteilungselektrode 502 der Elektrodenanordnung 500 auseinandergebaut werden durch: (a) Drehen des Schutzrings 508 zu einer ersten Position, wobei vier Löcher im Schutzring 508 mit vier Nockenarretierungen 514 ausgerichtet werden, die an beabstandeten Positionen im äußeren Teil der Trägerplatte 506 angeordnet sind; (b) Einsetzen eines Werkzeugs, wie z. B. eines Sechskantsteckschlüssels, durch jedes Loch im Schutzring 508 und Drehen jeder Nockenarretierung 514, um einen vertikal sich erstreckenden Arretierstift 562 von jeder jeweiligen Nockenarretierung 514 zu lösen; (c) Drehen des Schutzrings 508 um 90° zu einer zweiten Position, wobei die vier Löcher im Schutzring 508 mit vier anderen Nockenarretierungen 514 ausgerichtet werden; und (d) Einsetzen eines Werkzeugs, wie z. B. eines Sechskantsteckschlüssels, durch jedes Loch im Schutzring 508 und Drehen jeder jeweiligen Nockenarretierung 514, um einen Arretierstift 562 von jeder jeweiligen Nockenarretierung 514 zu lösen; wodurch die Gasverteilungselektrode 502 abgesenkt und aus der Plasmakammer entfernt werden kann.
5 stellt auch eine Querschnittsansicht von einer von den Nockenarretieranordnungen dar, wobei sich eine drehbare Nockenarretierung 514 in einer horizontal verlaufenden Bohrung 560 in einem äußeren Teil der Trägerplatte 506 befindet. Die zylindrische Nockenarretierung 514 ist durch ein Werkzeug, wie z. B. einen Sechskantsteckschlüssel, drehbar zu: (a) einer Arretierposition, bei der ein vergrößertes Ende eines Arretierstifts 562 durch eine Nockenoberfläche der Nockenarretierung 514 in Eingriff genommen wird, die den vergrößerten Kopf des Arretierstifts hochhebt, oder (b) einer Freigabeposition, bei der der Arretierstift 562 nicht durch die Nockenarretierung 514 in Eingriff genommen wird. Die Trägerplatte 506 umfasst vertikal verlaufende Bohrungen in ihrer Unterseite, durch die die Arretierstifte 562 eingesetzt werden, um mit den Nockenarretierungen 514 in Eingriff zu treten.
Die Gasverteilungselektrode 502 ist vorzugsweise eine Platte von hochreinem (weniger als 10 ppm Verunreinigungen) Einkristallsilicium niedrigen spezifischen elektrischen Widerstands (0,005 bis 0,02 Ohm-cm). Die Gasverteilungselektrodenanordnung 500 umfasst drei Ausrichtstifte 524, die in drei Ausrichtstiftlöchern 521 in der Oberseite 522 der Gasverteilungselektrode 502 im Eingriff stehen, einen oder mehrere O-Ringe 558 und eine Mehrzahl von Temperaturdichtungselementen, wie z. B. Q-Pads 556, zwischen der Gasverteilungselektrode 502 und der Trägerplatte 506. Jeder Q-Pad 566 weist Vorsprünge auf, die in Aussparungen 520 in der Oberseite 522 im Eingriff stehen. Einzelheiten von solchen Dichtungselementen sind in der in unserem Besitz befindlichen US-Anmeldung Serial No. 12/421,845 offenbart, eingereicht am 10. April 2009, deren Offenbarung hierdurch durch Bezug aufgenommen wird. Die zum Plasma hin freiliegende Oberfläche 530 auf der Gasverteilungselektrode 502 ist dem Substrat zugewandt, das in der Kammer verarbeitet wird.
Die 6A und 6C stellen die Montageoberfläche und eine Teil-Querschnittsansicht der Gasverteilungselektrode 502 dar. Die Montageoberfläche weist eine plane Oberfläche 610 auf, die sich fast bis zum äußeren Rand erstreckt, und einen schmalen ringförmigen äußeren vorspringenden Rand 620, der aus der planen Oberfläche 610 ausgespart ist und im äußeren Rand der Gasverteilungselektrode 502 vorhanden ist. Der ringförmige äußere vorspringende Rand 620 trägt einen ringförmigen Vorsprung des Schutzrings 508. Die plane Oberfläche 610 weist einen Außendurchmesser von etwa 425,45 mm (16,75 Inch) auf. Der ringförmige äußere vorspringende Rand 620 weist einen Innendurchmesser von etwa 425,45 mm (16,75 Inch), einen Außendurchmesser von etwa 431,8 mm (17 Inch), eine vertikale Oberfläche 620a mit einer Länge von etwa 1,9304 mm (0,076 Inch) und eine horizontale Oberfläche 620b von etwa 3,1496 mm (0,124 Inch) auf. Acht 12,7 mm (0,5 Inch) im Durchmesser messende Aushöhlungen 550, die Tiefen von 8,255 mm (0,325 Inch) aufweisen, sind in der Nähe des Rands der Montageoberfläche angeordnet, um Arretierstifte 562 aufzunehmen. Die Aushöhlungen 550 sind voneinander gleich beabstandet und auf einem Radius etwa 193,548 mm (7,62 Inch) von der Mitte angeordnet.
Die plane Oberfläche 610 umfasst drei 2,9464 mm (0,116 Inch) im Durchmesser messende Ausrichtstiftlöcher 521, die Tiefen von etwa 5,08 mm (0,2 Inch) aufweisen, die in einem Abstand von etwa 201,422 mm (7,93 Inch) von der Mitte angeordnet sind, und sieben 5,461 mm (0,215 Inch) im Durchmesser messende Aussparungen 520, die Tiefen von etwa 1,016 mm (0,04 Inch) aufweisen, um die Vorsprünge auf den drei Q-Pads 556 aufzunehmen. Zwei Aussparungen 520 sind in einem Abstand von etwa 40,386 mm (1,59 Inch) von der Mitte angeordnet und um 180° gegeneinander azimutal versetzt. Weitere zwei Aussparungen 520 sind in einem Abstand von etwa 86,106 mm (3,39 Inch) von der Mitte angeordnet und um 180° gegeneinander azimutal versetzt. Weitere drei Aussparungen 520 sind in einem Abstand von etwa 185,42 mm (7,30 Inch) von der Mitte angeordnet und um 120° gegeneinander azimutal versetzt.
Die plane Oberfläche 610 umfasst weiter ein Loch 590, um einen Temperatursensor 580 aufzunehmen. Das Loch 590 ist in einem Abstand von etwa 122,682 mm (4,83 Inch) von der Mitte angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform, wie in 6D dargestellt, weist das Loch 590 eine Tiefe von höchstens 2,032 mm (0,08 Inch) auf; das Loch 590 umfasst eine zylindrische Seitenoberfläche 590a mit einem Durchmesser von höchstens 0,7366 mm (0,029 Inch) und einer Höhe von etwa 0,0889 mm (0,0035 Inch) an der Basis des Lochs 590 und eine kegelstumpfartige Seitenoberfläche 590b mit einer kreisförmigen Basis von etwa 3,8862 mm (0,153 Inch) im Durchmesser und einem Öffnungswinkel von etwa 90°, wobei sich die kegelstumpfartige Seitenoberfläche 590b zwischen der zylindrischen Seitenoberfläche und der Montageoberfläche erstreckt. Ein Temperatursensor (Thermoelement) 580, der sich durch Öffnungen in der Deckenplatte, der Temperaturregelplatte und der Trägerplatte erstreckt, umfasst eine Spitze, die in dem Boden 590a des Lochs 590 federvorgespannt ist. Die konische Oberfläche 590b zentriert die Spitze des Sensors 580 im Boden des Lochs 590.
Gasauslässe 528 verlaufen von der Montageoberfläche zur zum Plasma hin freiliegenden Oberfläche und können in einem beliebigen geeigneten Muster angeordnet sein. In der dargestellten Ausführungsform sind 849 Gasauslasslöcher 528 mit Durchmessern von 0,4318 mm (0,017 Inch) in einem Muster von einem mittigen Gasauslass und 13 in Umfangsrichtung verlaufenden Reihen von Gasauslässen angeordnet, wobei sich 10 Gasauslässe in der ersten Reihe etwa 12,7 mm (0,5 Inch) von der Mitte der Elektrode befinden, sich 18 Gasauslässe in der zweiten Reihe etwa 22,86 mm (0,9 Inch) von der Mitte befinden, sich 28 Gasauslässe in der dritten Reihe etwa 35,56 mm (1,4 Inch) von der Mitte befinden, sich 38 Gasauslässe in der vierten Reihe etwa 45,72 mm (1,8 Inch) von der Mitte befinden, sich 46 Gasauslässe in der fünften Reihe etwa 58,42 mm (2,3 Inch) von der Mitte befinden, sich 56 Gasauslässe in der sechsten Reihe etwa 68,58 mm (2,7 Inch) von der Mitte befinden, sich 66 Gasauslässe in der siebten Reihe etwa 81,28 mm (3,2 Inch) von der Mitte befinden, sich 74 Gasauslässe in der achten Reihe etwa 91,44 mm (3,6 Inch) von der Mitte befinden, sich 84 Gasauslässe in der neunten Reihe etwa 104,14 mm (4,1 Inch) von der Mitte befinden, sich 94 Gasauslässe in der zehnten Reihe etwa 116,84 mm (4,6 Inch) von der Mitte befinden, sich 104 Gasauslässe in der elften Reihe etwa 129,54 mm (5,1 Inch) von der Mitte befinden, sich 110 Gasauslässe in der zwölften Reihe etwa 137,16 mm (5,4 Inch) von der Mitte befinden und sich 120 Löcher in der dreizehnten Reihe etwa 144,78 mm (5,7 Inch) von der Mitte befinden.
Wie in 6C dargestellt, weist eine einzelne gestufte Gasverteilungselektrode 502 eine zum Plasma hin freiliegende Oberfläche auf, die umfasst: eine kreisförmige innere Oberfläche 640 mit einem Durchmesser von etwa 304,8 mm (12 Inch), eine ringförmige äußere Oberfläche 650 mit einem Innendurchmesser von etwa 318,77 mm (12,55 Inch) und einem Außendurchmesser von etwa 406,4 mm (16 Inch), eine innere geneigte Oberfläche 645, die sich zwischen der kreisförmigen inneren Oberfläche 640 und der ringförmigen äußeren Oberfläche 650 unter einem Winkel von etwa 145° in Bezug zur Oberfläche 640 erstreckt, und eine äußere geneigte Oberfläche 635, die sich zwischen der ringförmigen äußeren Oberfläche 650 und einer zylindrischen peripheren Oberfläche 630 der Gasverteilungselektrode 502 unter einem Winkel von etwa 155° in Bezug zur Oberfläche 650 erstreckt. Die Dicke zwischen der ringförmigen äußeren Oberfläche 650 und der Oberfläche 610 beträgt etwa 11,176 mm (0,44 Inch). Die Dicke zwischen der kreisförmigen inneren Oberfläche 640 und der Oberfläche 610 beträgt etwa 6,604 mm (0,26 Inch).
Eine Mehrstufen-Gasverteilungselektrode 502 ist in 6E dargestellt, wobei die zum Plasma hin freiliegende Oberfläche umfasst: eine kreisförmige innere Oberfläche 640 mit einem Durchmesser von etwa 304,8 mm (12 Inch), eine innere ringförmige Oberfläche 660 mit einem Innendurchmesser von etwa 309,88 mm (12,2 Inch) und einem Außendurchmesser von etwa 335,28 mm (13,2 Inch), eine äußere ringförmige Oberfläche 670 mit einem Innendurchmesser von etwa 340,36 mm (13,4 Inch) und einem Außendurchmesser von etwa 406,4 mm (16 Inch), eine innere geneigte Oberfläche 646, die sich zwischen der kreisförmigen inneren Oberfläche 640 und der inneren ringförmigen Oberfläche 660 unter einem Winkel von etwa 145° in Bezug zur Oberfläche 640 erstreckt, eine dazwischenliegende geneigte Oberfläche 667, die sich zwischen der inneren ringförmigen Oberfläche 660 und der äußeren ringförmigen Oberfläche 670 unter einem Winkel von etwa 135° in Bezug zur Oberfläche 670 erstreckt, und eine äußere geneigte Oberfläche 637, die sich zwischen der äußeren ringförmigen Oberfläche 670 und einer zylindrischen peripheren Oberfläche 630 der Gasverteilungselektrode unter einem Winkel von etwa 155° in Bezug zur Oberfläche 670 erstreckt. Die Dicke zwischen der äußeren ringförmigen Oberfläche 670 und der Oberfläche 610 beträgt etwa 11,176 mm (0,44 Inch). Die Dicke zwischen der inneren ringförmigen Oberfläche 660 und der Oberfläche 610 beträgt etwa 9,144 mm (0,36 Inch). Die Dicke zwischen der ringförmigen inneren Oberfläche 640 und der Oberfläche 610 beträgt etwa 6,604 mm (0,26 Inch).
In noch einer anderen Ausführungsform der Mehrstufen-Gasverteilungselektrode 502, deren Querschnitt in 6F dargestellt ist, umfasst die zum Plasma hin freiliegende Oberfläche: eine kreisförmige innere Oberfläche 640 mit einem Durchmesser von etwa 304,8 mm (12 Inch), eine innere ringförmige Oberfläche 680 mit einem Innendurchmesser von etwa 314,96 mm (12,4 Inch) und einem Außendurchmesser von etwa 337,82 mm (13,3 Inch), eine äußere ringförmige Oberfläche 690 mit einem Innendurchmesser von etwa 340,36 mm (13,4 Inch) und einem Außendurchmesser von etwa 406,4 mm (16 Inch), eine innere geneigte Oberfläche 648, die sich zwischen der kreisförmigen inneren Oberfläche 640 und der inneren ringförmigen Oberfläche 680 unter einem Winkel von etwa 145° in Bezug zur Oberfläche 640 erstreckt, eine dazwischenliegende geneigte Oberfläche 689, die sich zwischen der inneren ringförmigen Oberfläche 680 und der äußeren ringförmigen Oberfläche 690 unter einem Winkel von etwa 135° in Bezug zur Oberfläche 690 erstreckt, und eine äußere geneigte Oberfläche 639, die sich zwischen der äußeren ringförmigen Oberfläche 690 und einer zylindrischen peripheren Oberfläche 630 der Gasverteilungselektrode 502 unter einem Winkel von etwa 155° in Bezug zur Oberfläche 690 erstreckt. Die Dicke zwischen der äußeren ringförmigen Oberfläche 690 und der Oberfläche 610 beträgt etwa 11,176 mm (0,44 Inch). Die Dicke zwischen der inneren ringförmigen Oberfläche 680 und der Oberfläche 610 beträgt etwa 10,16 mm (0,40 Inch). Die Dicke zwischen der kreisförmigen inneren Oberfläche 640 und der Oberfläche 610 beträgt etwa 6,604 mm (0,26 Inch).
7 ist eine Perspektivansicht der Trägerplatte 506. Die Trägerplatte 506 umfasst einen mittigen Gasdurchlass und 13 Reihen von Gasdurchlässen 584, die sich mit den Auslässen 528 in der Gasverteilungselektrode 502 ausrichten. Die Oberseite 586 der Trägerplatte umfasst drei ringförmige Bereiche 588a, 588b, 588c, die ringförmige Vorsprünge der Temperaturregelplatte 510 berühren. Die Temperaturregelplatte kann an der Deckenwand der Plasmakammer durch Befestigungseinrichtungen angebracht werden, die sich durch die Deckenwand in die Temperaturregelplatte erstrecken, wie in den Veröffentlichungen Nos. 2005/0133160 , 2007/0068629 , 2007/0187038 , 2008/0087641 und 2008/0090417 der gemeinsam übertragenen US-Patente offenbart, deren Offenbarungen hierdurch in ihrer Gesamtheit aufgenommen werden. Gewindeöffnungen 599 befinden sich in einer äußeren Peripherie der Oberseite 586 und den ringförmigen Bereichen 588a, 588b, 588c, um Befestigungseinrichtungen aufzunehmen, die sich durch Öffnungen in der Deckenplatte 512 und Temperaturregelplatte 510 erstrecken, um die Trägerplatte 506 in Berührung mit der Temperaturregelplatte 510 zu halten.
Siehe z. B. die Veröffentlichung No. 2008/0087641 des gemeinsam übertragenen US-Patents für eine Beschreibung von Befestigungseinrichtungen, die einer Temperaturwechselbeanspruchung Rechnung tragen können. Eine Nut 592 in der Oberseite 586 nimmt einen O-Ring auf, der eine Gasdichtung zwischen der Trägerplatte 506 und der Temperaturregelplatte 510 liefert. Ausrichtstiftbohrungen 594 in der Oberseite 586 nehmen Ausrichtstifte auf, die in Ausrichtstiftbohrungen in der Temperaturregelplatte passen. Horizontal verlaufende Gewindeöffnungen 561 an Positionen zwischen den Bohrungen 560 nehmen dielektrische Befestigungseinrichtungen auf, die verwendet werden, um zu verhindern, dass sich der Schutzring 508 dreht, und um die Zugriffsbohrungen im Schutzring 508 nach Zusammenbau der Gasverteilungselektrode 512 zu verstopfen.
8 ist eine Perspektivansicht der Gasverteilungselektrodenanordnung 500, wobei der Schutzring 508 entfernt ist. Wie früher erklärt, kann der Schutzring 508 zu einer oder mehreren Anordnungspositionen gedreht werden, bei denen die Nockenarretierungen 514 in Eingriff genommen werden können, und zu einer Arretierposition gedreht werden, bei der dielektrische Befestigungseinrichtungen in die Öffnungen 561 eingesetzt werden können, um den Schutzring außer Kontakt mit der äußeren Peripherie der Trägerplatte zu halten und folglich eine Wärmeausdehnung der Trägerplatte zu ermöglichen. Die Temperaturregelplatte umfasst einen Flansch 595 mit Öffnungen 596, durch die Aktuatoren die Plasmaeinschlussringe tragen. Einzelheiten der Montageanordnung von Plasmaeinschlussringanordnungen können in den Veröffentlichungen No. 2006/0207502 und 2006/0283552 der gemeinsam übertragenen US-Patente gefunden werden, deren Offenbarungen hierdurch in ihrer Gesamtheit aufgenommen werden.
Die Montageoberfläche 610 der Gasverteilungselektrode liegt an einer gegenüberliegenden Oberfläche der Trägerplatte 506 infolge der Festklemmkraft an, die durch die 8 Arretierstifte ausgeübt wird, die durch die 8 Nockenarretierungen in der Trägerplatte gehalten werden. Der Schutzring 508 bedeckt die Montagelöcher in der Trägerplatte 506, und die Zugriffsöffnungen im Schutzring sind mit entfernbaren Einsätzen gefüllt, die aus plasmabeständigem Polymermaterial hergestellt sind, wie z. B. Torlon^®, Vespel^®, Celcon^®, Delrin^®, Teflon^®, Arlon^®, oder anderen Materialien, wie z. B. Fluorpolymeren, Acetalen, Polyamiden, Polyimiden, Polytetrafluorethylenen und Polyetheretherketonen (PEEK), die einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine geringe Teilchenablösung aufweisen.
Mit Bezug auf 5 wird ein Strom- und Wärmekontakt zwischen der Trägerplatte 506 und der Gasverteilungselektrode 502 durch Dichtungselemente, wie z. B. Q-Pads 556, geliefert, die sich an der äußeren Peripherie der Elektrode und an einer oder mehreren Stellen einwärts von dem äußeren Q-Pad befinden. Z. B. können Q-Pads mit Durchmessern von etwa 81,28, 172,72 und 304,8 mm (3,2, 6,8 und 12 Inch) verwendet werden. Die in unserem Besitz befindliche US-Anmeldung Serial No. 11/896,375, eingereicht am 31. August 2007, umfasst Einzelheiten von Q-Pads, deren Offenbarung hierdurch durch Bezug aufgenommen wird. Um unterschiedliche Prozessgasmischungen und/oder Durchsätze zu liefern, können ein oder mehrere fakultative Gasunterteilungsdichtungen über der Oberseite der Elektrode bereitgestellt werden. Z. B. kann ein einzelner O-Ring zwischen der Gasverteilungselektrode 502 und der Trägerplatte 506 an einer Stelle zwischen den inneren und äußeren Q-Pads bereitgestellt werden, um eine innere Gasverteilungszone von einer äußeren Gasverteilungszone zu trennen. Ein O-Ring 558, der sich zwischen der Gasverteilungselektrode 502 und der Trägerplatte 506 entlang der inneren Peripherie des äußeren Q-Pads befindet, kann eine Gas- und Teilchendichtung zwischen der Elektrode und Trägerplatte liefern.
Während die Erfindung mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen derselben in Einzelheit beschrieben worden ist, ist es Fachleuten ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen und Äquivalente verwendet werden können, ohne dass man vom Umfang der angefügten Ansprüche abweicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5534751 [0037]
US 2009/001593 [0038]
US 2005/0133160 [0062]
US 2007/0068629 [0062]
US 2007/0187038 [0062]
US 2008/0087641 [0062, 0063]
US 2008/0090417 [0062]
US 2006/0207502 [0064]
US 2006/0283552 [0064]

Claims

Gasverteilungselektrode zur Verwendung in einer Plasmareaktionskammer, wobei die Gasverteilungselektrode umfasst: einen mittigen Teil und einen peripheren Teil, die durch Ober- und Unterseite der Gasverteilungselektrode begrenzt werden, wobei die Oberseite eine plane Oberfläche umfasst, die sich über den mittigen Teil und den peripheren Teil erstreckt, die Unterseite durch eine plane innere Oberfläche, die sich über den mittigen Teil erstreckt, und eine gestufte äußere Oberfläche, die sich über den peripheren Teil erstreckt, begrenzt wird, wobei die gestufte äußere Oberfläche mindestens eine ringförmige plane Oberfläche umfasst, die einen Bereich von erhöhter Dicke der Gasverteilungselektrode begrenzt; eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Aushöhlungen in der Oberseite im peripheren Teil, wobei die Aushöhlungen ausgebildet sind, um Nockenarretierungen darin aufzunehmen, die angepasst sind, um die Gasverteilungselektrode an einer Trägerplatte festzuklemmen; eine Mehrzahl von Gasauslässen im mittigen Teil der Gasverteilungselektrode, durch die Prozessgas zu einem Spalt zwischen der Gasverteilungselektrode und einer unteren Elektrode geliefert werden kann, auf der ein Wafer getragen wird, wobei die Gasauslässe in einem Muster mit einem mittigen Gasauslass und 13 in Umfangsrichtung verlaufenden Reihen von Gasauslässen angeordnet sind, wobei 10 Gasauslässe in der ersten Reihe etwa 12,7 mm (0,5 Inch) von der Mitte der Gasverteilungselektrode angeordnet sind, 18 Gasauslässe in der zweiten Reihe etwa 22,86 mm (0,9 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 28 Gasauslässe in der dritten Reihe etwa 35,56 mm (1,4 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 38 Gasauslässe in der vierten Reihe etwa 45,72 mm (1,8 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 46 Gasauslässe in der fünften Reihe etwa 58,42 mm (2,3 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 56 Gasauslässe in der sechsten Reihe etwa 68,58 mm (2,7 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 66 Gasauslässe in der siebten Reihe etwa 81,28 mm (3,2 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 74 Gasauslässe in der achten Reihe etwa 91,44 mm (3,6 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 84 Gasauslässe in der neunten Reihe etwa 104,14 mm (4,1 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 94 Gasauslässe in der zehnten Reihe etwa 116,84 mm (4,6 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 104 Gasauslässe in der elften Reihe etwa 129,54 mm (5,1 Inch) von der Mitte angeordnet sind, 110 Gasauslässe in der zwölften Reihe etwa 137,16 mm (5,4 Inch) von der Mitte angeordnet sind und 120 Löcher in der dreizehnten Reihe etwa 144,78 mm (5,7 Inch) von der Mitte angeordnet sind; und ein Temperatursensoraufnahmeloch in der Oberseite, das ausgebildet ist, um eine Spitze eines Temperatursensors aufzunehmen.
Gasverteilungselektrode nach Anspruch 1, weiter umfassend Ausrichtstiftlöcher in der Oberseite, wobei die Ausrichtstiftlöcher ausgebildet sind, um sich mit Ausrichtstiften auszurichten, die sich in die Trägerplatte erstrecken, und das Temperatursensoraufnahmeloch, das zwischen der zehnten und elften Reihe von Gasauslässen angeordnet ist.
Gasverteilungselektrode nach Anspruch 1, weiter umfassend ein eingeschränktes Muster von Gasauslässen in der gestuften äußeren Oberfläche, das angepasst ist, um mit einer Manometereinheit zusammenzuwirken, um Vakuumdruckmessungen in der Kammer zu liefern.
Gasverteilungselektrode nach Anspruch 1, wobei die Oberseite der Gasverteilungselektrode einen ringförmigen vorspringenden Rand in ihrem äußeren Rand umfasst, wobei der vorspringende Rand ausgebildet ist, um einen Schutzring zu tragen, so dass eine äußere Oberfläche des Schutzrings mit der äußeren Oberfläche der Gasverteilungselektrode bündig ist.
Gasverteilungselektrode nach Anspruch 1, bei der die gestufte äußere Oberfläche eine einzige ringförmige plane Oberfläche, eine innere und eine äußere geneigte Oberfläche umfasst, wobei sich die innere geneigte Oberfläche zwischen der planen inneren Oberfläche und der einzigen ringförmigen planen Oberfläche erstreckt, sich die äußere geneigte Oberfläche zwischen der einzigen ringförmigen planen Oberfläche und einem äußeren Rand der Gasverteilungselektrode erstreckt.
Gasverteilungselektrode nach Anspruch 1, bei der die gestufte äußere Oberfläche umfasst: eine innere und äußere ringförmige plane Oberfläche, eine innere, dazwischenliegende und äußere geneigte Oberfläche, wobei sich die innere geneigte Oberfläche zwischen der planen inneren Oberfläche und der inneren ringförmigen Oberfläche erstreckt, sich die dazwischenliegende geneigte Oberfläche zwischen der inneren ringförmigen Oberfläche und der äußeren ringförmigen Oberfläche erstreckt und sich die äußere geneigte Oberfläche zwischen der äußeren ringförmigen Oberfläche und einem äußeren Rand der Gasverteilungselektrode erstreckt; die Dicke der Gasverteilungselektrode über die plane innere Oberfläche kleiner als die Dicke der Gasverteilungselektrode über die innere ringförmige Oberfläche ist; und die Dicke der Gasverteilungselektrode über die erste ringförmige Oberfläche kleiner als die Dicke der Gasverteilungselektrode über die zweite ringförmige Oberfläche ist.
Gasverteilungselektrodenanordnung, umfassend: die Gasverteilungselektrode nach Anspruch 1; eine Trägerplatte, die axial verlaufende Bohrungen, die mit den Aushöhlungen in der Gasverteilungselektrode ausgerichtet sind, und radial verlaufende Bohrungen, die mit den axial verlaufenden Bohrungen in Verbindung stehen, umfasst; drehbare Nockenwellen, die in den radial verlaufenden Bohrungen montiert sind; Arretierstifte, die in den Aushöhlungen in der Gasverteilungselektrode angeordnet sind, wobei die Arretierstifte vergrößerte Köpfe an ihren freien Enden umfassen, wobei die Nockenwellen Ausschnitte umfassen, die angepasst sind, um mit den Köpfen der Arretierstifte in Eingriff zu treten und sie zu arretieren, um die Gasverteilungselektrode mechanisch an der Trägerplatte festzuklemmen.
Gasverteilungselektrodenanordnung nach Anspruch 7, weiter umfassend einen Temperatursensor in direktem Kontakt mit dem Temperatursensoraufnahmeloch in der Oberseite der Gasverteilungselektrode.
Gasverteilungselektrodenanordnung nach Anspruch 7, bei der Basen der Arretierstifte in Sockeln angeordnet sind, wobei die Sockel Gewinde auf ihrer äußeren Oberfläche umfassen, die mit Gewinden auf der inneren Oberfläche der Aushöhlungen in Eingriff stehen, wobei die Sockel Flansche umfassen, die mit der Oberseite der Gasverteilungselektrode im Eingriff stehen, wobei die axial verlaufenden Bohrungen in der Trägerplatte weite Teile und schmale Teile umfassen, wobei die weiten Teile die Flansche aufnehmen und die schmalen Teile die Arretierstifte aufnehmen.
Gasverteilungselektrodenanordnung nach Anspruch 9, bei der die Arretierstifte axial und lateral in den Sockeln bewegbar sind, um eine verschiedene Wärmeausdehnung der Trägerplatte und der Gasverteilungselektrode aufzunehmen.
Gasverteilungselektrodenanordnung nach Anspruch 9, bei der die Gasverteilungselektrode eine Platte von polykristallinem Silicium, einkristallinem Silicium, Siliciumcarbid, Aluminium, eloxiertem Aluminium oder Yttriumoxidbeschichtetem Aluminium ist, und die Trägerplatte eine Platte von Aluminium ist.
Gasverteilungselektrodenanordnung nach Anspruch 9, bei der die Trägerplatte ohne Temperaturregelkühlmitteldurchlässe und Heizelemente ist.
Gasverteilungselektrodenanordnung nach Anspruch 8, weiter umfassend eine Temperaturregelplatte, die an der Trägerplatte angebracht ist, wobei die Temperaturregelplatte ringförmige Vorsprünge auf ihrer unteren Oberfläche, die Gasplenums in Verbindung mit den Gasdurchlässen in der Trägerplatte begrenzen, und ein oder mehrere Heizelemente aufweist, die durch einen Kontroller aktiv gesteuert werden, der das eine oder die mehreren Heizelemente aktiviert, um die Temperatur der Gasverteilungselektrode auf Grundlage von Daten einzustellen, die von dem Temperatursensor empfangen werden.
Gasverteilungselektrodenanordnung nach Anspruch 7, weiter umfassend eine Gasdichtung zwischen der Trägerplatte und der Gasverteilungselektrode, wobei die Gasdichtung auswärts von den Gasdurchlässen und eine Mehrzahl von ringförmigen Dichtungselementen einwärts von der Gasdichtung angeordnet sind.