DE202010014257U1

DE202010014257U1 - Am Rand festgeklemmte und mechanisch befestigte innere Elektrode einer Gasverteilungselektrodenanordnung

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Publication number: DE202010014257U1
Application number: DE202010014257U
Authority: DE
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2020-10-14
Also published as: US20110083809A1; JP3161173U; CN201781676U; SG170697A1; FR2951317B1; KR200464037Y1; US20160086776A1; FR2951317A1; JP3160877U; KR20110003902U; TWM396561U; US10262834B2; US9245716B2

Abstract

Innere Elektrode für eine Gasverteilungselektrodenanordnung in einer kapazitiv gekoppelten Plasmaverarbeitungskammer, wobei die Gasverteilungselektrodenanordnung umfasst: eine Trägerplatte mit Gaseinspritzlöchern, die sich zwischen ihrer Ober- und Unterseite erstrecken, einen Klemmring mit einem sich einwärts erstreckenden Flansch und Löchern, die ausgebildet sind, um Befestigungseinrichtungen aufzunehmen, die mit Öffnungen in der Unterseite der Trägerplatte in Eingriff treten, eine äußere Elektrode mit einem sich einwärts erstreckenden Flansch und Löchern, die ausgebildet sind, um Befestigungseinrichtungen aufzunehmen, die mit Öffnungen in der Unterseite der Trägerplatte in Eingriff treten, einen Ausrichtring, eine Mehrzahl von Gewindebefestigungseinrichtungen, die die innere Elektrode an der Trägerplatte anbringen, und eine Mehrzahl von Ausrichtstiften; wobei die innere Elektrode umfasst:
eine zum Plasma hin freiliegende Oberfläche auf ihrer Unterseite;
eine Montageoberfläche auf ihrer Oberseite;
eine erste ringförmige Stufe und eine zweite ringförmige Stufe auf ihrer äußeren Peripherie, wobei die erste und zweite Stufe ausgebildet sind, um mit dem sich einwärts erstreckenden Flansch...

Description

Hintergrund
Hierin wird eine Gasverteilungselektrodenanordnung einer Plasmaverarbeitungskammer offenbart, in der Halbleiterbauelemente hergestellt werden können. Die Fertigung eines IC-Chips beginnt typischerweise mit einer dünnen polierten Kristallscheibe eines hochreinen Einkristallhalbleitermaterialsubstrats (wie z. B. Silicium oder Germanium), die ein ”Substrat” genannt wird. Jedes Substrat wird einer Aufeinanderfolge von physikalischen und chemischen Verarbeitungsschritten unterzogen, die die verschiedenen Schaltungsstrukturen auf dem Substrat bilden. Während des Fertigungsverfahrens 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 Substrat abgelagert werden.
Nach Ablagerung eines Films auf dem Halbleitersubstrat werden die einzigartigen elektrischen Eigenschaften von Halbleitern erzeugt, indem ausgewählte Verunreinigungen unter Verwendung eines Verfahrens, das Dotieren genannt wird, in dem Halbleiterkristallgitter substituiert werden. Das dotierte Siliciumsubstrat 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 kann das 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.
Zusammenfassung
Eine Gasverteilungselektrodenanordnung für eine Plasmareaktionskammer, die bei einer Halbleitersubstratverarbeitung verwendet wird, umfasst eine innere Elektrode, die durch einen Klemmring und Gewindebefestigungseinrichtungen, wie z. B. eine Mehrzahl von Bolzen oder Nockenarretierungen, mechanisch an einer Trägerplatte angebracht ist. Die Gewindebefestigungseinrichtungen und der Klemmring sorgen für lateral beabstandete Unterstützungspunkte, verbessern einen Wärmekontakt mit der Trägerplatte und verringern eine Verwerfung der inneren Elektrode während eines Betriebs der Plasmareaktionskammer. Die innere Elektrode weist auf ihrer Montageoberfläche auf: eine Mehrzahl von Gaseinspritzlöchern, die in mindestens einer konzentrischen Reihe angeordnet sind, eine Mehrzahl von gewindefreien Sacklöchern, die ausgebildet sind, um Ausrichtstifte aufzunehmen, eine ringförmige Nut, die ausgebildet ist, um einen Ausrichtring aufzunehmen, und eine Mehrzahl von Gewindesacklöchern, die ausgebildet sind, um die Gewindebefestigungseinrichtungen, wie z. B. Bolzen, oder eine Mehrzahl von Gewindesockeln, die federvorgespannte Zapfen halten, aufzunehmen, die sich mit drehbaren Nockenwellen in Eingriff bringen lassen, die in der Trägerplatte montiert sind. Ein Satz von Dichtungselementen ist zwischen der inneren Elektrode und der Trägerplatte und zwischen einer äußeren Elektrode und der Trägerplatte eingefügt, um einen thermischen und elektrischen Kontakt zu liefern und einen Reibkontakt dazwischen zu beseitigen. Die Dichtungselemente weisen Löcher und/oder Ausschnitte auf, die mit Ausrichtstiften ausgerichtet sind, die während eines Zusammenbaus in der inneren Elektrode eingesetzt werden. Die Ausrichtstifte gewährleisten eine genaue Positionierung der Dichtungselemente in Bezug zur inneren Elektrode. Die Dichtungselemente weisen auch Löcher und/oder Ausschnitte, die mit den Gewindesacklöchern ausgerichtet sind, und Gaseinspritzlöcher auf der inneren Elektrode auf.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A stellt eine Teil-Querschnittsansicht einer Gasverteilungselektrodenanordnung für eine kapazitiv gekoppelte Plasmareaktionskammer dar, gemäß einer Ausführungsform.
1B stellt eine Teil-Querschnittsansicht einer Gasverteilungselektrodenanordnung für eine kapazitiv gekoppelte Plasmareaktionskammer dar, gemäß einer anderen Ausführungsform.
1C stellt die Einzelheiten eines Druckrings dar, der auf einem Klemmring montiert ist.
2A ist eine dreidimensionale Darstellung einer beispielhaften Nockenarretierung zum Anbringen einer äußeren Elektrode in der Gasverteilungselektrodenanordnung, die in 1A dargestellt ist.
2B ist eine Querschnittsansicht der beispielhaften Nockenarretierung von 2A.
2C ist eine dreidimensionale Darstellung einer beispielhaften Nockenarretierung zum Anbringen einer äußeren Elektrode und einer inneren Elektrode in der Gasverteilungselektrodenanordnung, die in 1B dargestellt ist.
2D ist eine Querschnittsansicht der beispielhaften Nockenarretierung von 2C.
3 stellt eine Seitenaufriss- und Zusammenbauzeichnung eines beispielhaften Zapfens dar, der bei der Nockenarretierung der 2A–2D verwendet wird.
4A stellt eine Seitenaufriss- und Zusammenbauzeichnung einer beispielhaften Nockenwelle dar, die in der Nockenarretierung der 2A und 2B verwendet wird.
4B stellt eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Werkzeugbahnrands eines Teils der Nockenwelle von 4A oder 4C dar.
4C stellt eine Seitenaufriss- und Zusammenbauzeichnung einer beispielhaften Nockenwelle dar, die bei der Nockenwelle der 2C und 2D verwendet wird.
4D stellt eine Teil-Perspektivansicht der Nockenwelle in 4C dar, die in einer Bohrung in einer Trägerplatte montiert ist.
5A ist eine Draufsicht von unten auf eine innere Elektrode in der Gasverteilungselektrodenanordnung in 1A, wobei eine zum Plasma hin freiliegende Oberfläche dargestellt ist.
5B ist eine Querschnittsansicht der inneren Elektrode in 5A.
5C ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs A in 5B.
5D ist eine Draufsicht von oben auf die innere Elektrode in 5A, wobei eine Montageoberfläche dargestellt ist.
5E ist eine Teil-Querschnittsansicht der inneren Elektrode in 5D oder 5K über eine ringförmige Nut 550A oder 550B.
5F ist eine Teil-Querschnittsansicht der inneren Elektrode in 5D oder 5K über ein Loch 540A in 5D oder ein Loch 540Ba oder 540Bb in 5K.
5G ist eine Teil-Querschnittsansicht der inneren Elektrode in 5D über ein Loch 530aa, 530ab oder 530ac in 5D.
5H ist eine Draufsicht von unten auf eine innere Elektrode in der Gasverteilungselektrodenanordnung in 1B, wobei eine zum Plasma hin freiliegende Oberfläche dargestellt ist.
5I ist eine Teil-Querschnittsansicht der inneren Elektrode in 5H.
5J ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs A in 5I.
5K ist eine Draufsicht von oben auf die innere Elektrode in 5H, wobei eine Montageoberfläche dargestellt ist.
5L ist eine Teil-Querschnittsansicht der inneren Elektrode in 5K über ein Loch 530ba, 530bb oder 530bc in 5K.
6 ist eine vergrößerte Ansicht der unmittelbaren Umgebung eines Bolzens 160A in 1A.
7A ist eine Draufsicht von oben auf ein inneres Dichtungselement, ein mittleres Dichtungselement und ein äußeres Dichtungselement.
7B ist eine vergrößerte Ansicht des inneren Dichtungselements 7100 in 7A.
7C ist eine Draufsicht von oben auf ein inneres Dichtungselement, ein erstes ringförmiges Dichtungselement, ein zweites ringförmiges Dichtungselement und ein drittes ringförmiges Dichtungselement.
7D ist eine vergrößerte Ansicht des inneren Dichtungselements 7400 in 7C.
7E ist eine Draufsicht von oben auf ein inneres Dichtungselement, ein erstes ringförmiges Dichtungselement, ein zweites ringförmiges Dichtungselement und ein drittes ringförmiges Dichtungselement.
7F ist eine vergrößerte Ansicht des inneren Dichtungselements 7800 in 7E.
Ausführliche Beschreibung
Eine Plasmareaktionskammer besteht typischerweise aus einer Vakuumkammer mit einer oberen Elektrodenanordnung und einer unteren Elektrodenanordnung, die darin positioniert sind. Ein zu verarbeitendes Substrat (normalerweise ein Halbleiter) wird durch eine geeignete Maske bedeckt und direkt auf die untere Elektrodenanordnung platziert. Ein Prozessgas, wie z. B. CF₄, CHF₃, CClF₃, HBr, Cl₂, SF₆ oder Mischungen davon, wird in die Kammer mit Gasen, wie z. B. O₂, N₂, He, Ar oder Mischungen davon, in die Kammer eingeleitet. Die Kammer wird bei einem Druck gehalten, der typischerweise im Millitorrbereich liegt. Die obere Elektrodenanordnung ist mit einem Gaseinspritzloch (Gaseinspritzlöchern) versehen, das (die) ermöglicht(chen), dass das Gas durch die obere Elektrodenanordnung in die Kammer gleichförmig verteilt wird. Ein oder mehrere Radiofrequenz(RF)-Stromversorgungen übertragen RF-Leistung in die Vakuumkammer und dissoziieren neutrale Prozessgasmoleküle in ein Plasma. Hochreaktive Radikale im Plasma werden durch ein elektrisches Feld zwischen der oberen und der unteren Elektrode in Richtung auf die Substratoberfläche getrieben. Die Oberfläche des Substrats wird durch chemische Reaktion mit den Radikalen geätzt, oder es findet durch die Reaktion eine Ablagerung darauf statt. Die obere Elektrodenanordnung kann eine innere Elektrode umfassen, die an einer Trägerplatte angebracht ist, die aus einem von der inneren Elektrode verschiedenen Material hergestellt ist. Die innere Elektrode wird durch das Plasma und/oder eine Heizeranordnung während eines Betriebs geheizt und kann sich verwerfen, was eine Gleichförmigkeit einer Verarbeitungsgeschwindigkeit über das Substrat nachteilig beeinflussen kann. Zusätzlich kann eine unterschiedliche Wärmeausdehnung der inneren Elektrode und der Trägerplatte während wiederholter Wärmezyklen zu einem Reiben dazwischen führen. Ein Reiben kann Teilchenverunreinigungen erzeugen, die die Bauelementausbeute von dem Substrat verschlechtern.
Um eine Verwerfung der inneren Elektrode zu verringern, wird hierin eine Gasverteilungselektrodenanordnung beschrieben, die eine Mehrzahl von Gewindebefestigungseinrichtungen, wie z. B. Bolzen oder Nockenarretierungen, die mit dem Innern einer Montageoberfläche der inneren Elektrode im Eingriff stehen, und einen Klemmring um den Rand der inneren Elektrode umfasst. Die Bolzen oder Nockenarretierungen und der Klemmring befestigen die innere Elektrode an der Trägerplatte an einer Mehrzahl von Positionen, die über die innere Elektrode verteilt sind.
1A stellt eine Teil-Querschnittsansicht eines Teils einer Gasverteilungselektrodenanordnung 100A einer Plasmareaktionskammer zum Ätzen von Halbleitersubstraten dar. Wie in 1A dargestellt, umfasst die Gasverteilungselektrodenanordnung 100A eine obere Elektrode 110A und eine Trägerplatte 140A. Die Anordnung 100A umfasst auch eine Temperaturregelplatte 102A, eine temperaturgeregelte obere Platte (Deckenplatte) 104A, die Flüssigkeitsströmungskanäle (nicht dargestellt) darin aufweist. Die obere Elektrode 110A umfasst vorzugsweise eine innere Elektrode 120A und eine äußere Elektrode 130A. Die innere Elektrode 120A kann aus einem leitenden hochreinen Material, wie z. B. Einkristallsilicium, polykristallinem Silicium, Siliciumcarbid, oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein. Die innere Elektrode 120A ist ein selbstverzehrendes Teil, das periodisch ersetzt werden muss. Die Trägerplatte 140A ist mit unten beschriebenen mechanischen Befestigungseinrichtungen an der inneren Elektrode 120A und der äußeren Elektrode 130A mechanisch gesichert.
Die Gasverteilungselektrodenanordnung 100A, wie in 1A dargestellt, wird typischerweise mit einem elektrostatischen Halter (nicht dargestellt) verwendet, der Teil einer ebenen unteren Elektrodenanordnung bildet, auf der ein Substrat in einem Abstand von 1 bis 5 cm unter der oberen Elektrode 110A getragen wird. Ein Beispiel für eine solche Plasmareaktionskammer ist ein Reaktor vom Parallelplattentyp, wie z. B. die Exelan^TM-Dielektrika-Ätzsysteme, die von Lam Research Corporation of Fremont, Kalifornien, hergestellt werden. Solche Halteranordnungen liefern eine Temperaturregelung des Substrats, indem für einen rückseitigen Helium(He)-Druck gesorgt wird, der die Wärmedurchgangszahl zwischen dem Substrat und dem Halter steuert.
Während eines Gebrauchs wird Prozessgas von einer Gasquelle zur inneren Elektrode 120A durch einen oder mehrere Durchlässe in der oberen Platte 104A zugeführt, die ermöglichen, dass Prozessgas zu einer einzigen Zone oder mehreren Zonen über dem Substrat zugeführt wird.
Die innere Elektrode 120A ist vorzugsweise eine plane Scheibe oder Platte. Die innere Elektrode 120A kann einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als, gleich oder größer als ein zu verarbeitendes Substrat ist, z. B. bis zu 300 mm, wenn die Platte aus Einkristallsilicium hergestellt ist, was der Durchmesser von gegenwärtig erhältlichem Einkristallsiliciummaterial ist, das für 300 mm-Substrate verwendet wird. Zur Verarbeitung von 300 mm-Substraten wird die äußere Elektrode 130A angepasst, um den Durchmesser der inneren Elektrode 120A von etwa 304,8 mm (12 Inch) auf etwa 431,8 mm (17 Inch) (wie hierin verwendet, bezieht sich ”etwa” auf ±10%) zu erweitern. Die äußere Elektrode 130A kann ein durchgehendes Element (z. B. Einkristallsilicium, polykristallines Silicium, Siliciumcarbid oder ein anderes geeignetes Material in der Form eines Rings) oder ein segmentiertes Element (z. B. 2–6 separate Segmente, die in einer Ringkonfiguration angeordnet sind, wie z. B. Segmente von Einkristallsilicium, polykristallinem Silicium, Siliciumcarbid oder einem anderen Material) sein. Um Prozessgas zum Spalt zwischen dem Substrat und der oberen Elektrode 110A zuzuführen, ist die innere Elektrode 120A mit einer Mehrzahl von Gaseinspritzlöchern 106A versehen, die von einer Größe und Verteilung sind, die geeignet sind, um ein Prozessgas zuzuführen, das in einer Reaktionszone unter der oberen Elektrode 110A in ein Plasma aktiviert wird.
Einkristallsilicium ist ein bevorzugtes Material für zum Plasma hin freiliegende Oberflächen der inneren Elektrode 120A und der äußeren Elektrode 130A. Hochreines Einkristallsilicium 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 inneren Elektrode 120A und der äußeren Elektrode 130A verwendet werden können, umfassen z. B. polykristallines Silicium, Y₂O₃, SiC, Si₃N₄ und AlN.
In einer Ausführungsform ist die Gasverteilungselektrodenanordnung 100A groß genug, um große Substrate zu verarbeiten, wie z. B. Halbleitersubstrate mit einem Durchmesser von 300 mm. Für 300 mm-Substrate weist die innere Elektrode 120A einen Durchmesser von mindestens 300 mm auf. Jedoch kann die Gasverteilungselektrodenanordnung 100A dimensioniert sein, um andere Substratgrößen zu verarbeiten.
Die Trägerplatte 140A ist vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das mit Prozessgasen chemisch 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 140A herzustellen, umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, Grafit, SiC, Aluminium (Al) oder andere geeignete Materialien.
Die Trägerplatte 140A ist vorzugsweise mit geeigneten mechanischen Befestigungseinrichtungen, die Gewindebolzen, Schrauben oder dergleichen sein können, an der Temperaturregelplatte 102A angebracht. Z. B. können Bolzen (nicht dargestellt) in Löchern in der Temperaturregelplatte 102A eingesetzt sein und in Gewindeöffnungen in der Trägerplatte 140A eingeschraubt sein. Die Temperaturregelplatte 102A ist vorzugsweise aus einem maschinell bearbeiteten metallischen Material hergestellt, wie z. B. Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder dergleichen. Die obere temperaturgeregelte Platte 104A ist vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt.
Die äußere Elektrode 130A kann durch einen Nockenarretiermechanismus an der Trägerplatte mechanisch angebracht werden, wie in der in unserem Besitz befindlichen WO2009/114175 (veröffentlicht am 17. September 2009) und der veröffentlichten U.S.-Anmeldung 2010/0003824 beschrieben, deren Offenbarungen hierdurch durch Bezug aufgenommen werden. Mit Bezug auf 2A umfasst eine dreidimensionale Ansicht einer beispielhaften Nockenarretierung Teile der äußeren Elektrode 130A und der Trägerplatte 140A. Die Nockenarretierung kann in den verschiedensten mit einer Halbleiterfertigung in Beziehung stehenden Arbeitsgeräten, wie z. B. der in 1A dargestellten Plasmaätzkammer, die äußere Elektrode 130A schnell, sauber und genau an der Trägerplatte 140A anbringen.
Die Nockenarretierung 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 äußeren Elektrode 130A und der Trägerplatte 140A möglich ist. Beschränken des Betrags einer lateralen Bewegung ermöglicht eine Feinpassung zwischen der äußeren Elektrode 130A und der Trägerplatte 140A, 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 hochfestem Torlon^® gefertigt. Alternativ kann der Sockel 213 aus anderen Materialien gefertigt 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. Polyamidimid, 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 Nockenarretierung bestehen aus einer Nockenwelle 207A, die fakultativ an jedem Ende durch ein Paar von Nockenwellenlagern 209 umgeben wird. Die Anordnung aus Nockenwelle 207A und Nockenwellenlager ist in eine Trägerplattenbohrung 211A eingebaut, die in die Trägerplatte 140A maschinell eingearbeitet ist. In einer typischen Anwendung für eine Ätzkammer, die für 300 mm-Halbleitersubstrate ausgelegt ist, können acht oder mehr der Nockenarretierungen um die Peripherie der äußere Elektrode 130A/Trägerplatte 140A-Kombination räumlich angeordnet sein.
Die Nockenwellenlager 209 können aus den verschiedensten Materialien maschinell gefertigt 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 geringen Teilchenablösung. Der Zapfen 205 und die Nockenwelle 207A können aus Edelstahl (z. B. 316, 316L, 17-7, NITRONIC-60 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 Nockenarretierung weiter, wie die Nockenarretierung arbeitet, indem die äußere Elektrode 130A in unmittelbare Nachbarschaft zur Trägerplatte 140A gezogen wird. Die Zapfen 205/Tellerfederstapel 215/Sockel 213-Anordnung wird in die äußere Elektrode 130A eingebaut. Wie dargestellt, kann die Anordnung mittels Außengewinden auf dem Sockel 213 in ein Gewindeloch in der äußeren Elektrode 130A eingeschraubt 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 Nockenarretierung. 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 oberes Element auf, was eine leichte Einsetzung in die äußere Elektrode 130A (siehe die 2A und 2B) mit einem leichten Drehmoment (z. B. in einer spezifischen beispielhaften Ausführungsform etwa 2,26 Nm (etwa 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 äußeren Elektrode 130A.
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 eingeschränkte laterale Bewegung in der zusammengebauten Nockenarretierung, 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 400A der Nockenwelle 207A und der Nockenwellenlager 209 auch einen Verkeilstift 401. Das Ende der Nockenwelle 207A mit dem Verkeilstift 401 wird zuerst in die Trägerplattenbohrung 211A eingesetzt (siehe 2B). Ein Paar von kleinen passenden Löchern (nicht dargestellt) an einem entfernten Ende der Trägerplattenbohrung 211A sorgt für eine richtige Ausrichtung der Nockenwelle 207A in der Trägerplattenbohrung 211A. Eine Seitenaufrissansicht 420A der Nockenwelle 207A zeigt deutlich eine mögliche Platzierung einer hexagonalen Öffnung 403A auf einem Ende der Nockenwelle 207A und des Verkeilstifts 401 auf dem entgegengesetzten Ende.
Mit fortgesetztem Bezug auf die 4A und 2B wird die Nockenarretierung z. B. zusammengebaut, indem die Nockenwelle 207A in die Trägerplattenbohrung 211A eingesetzt wird. Der Verkeilstift 401 beschränkt eine Drehwegstrecke der Nockenwelle 207A in der Trägerplattenbohrung 211A durch Koppeln mit einem Schlitz am Boden der Bohrung 211A. Die Nockenwelle 207A kann durch Verwendung der hexagonalen Öffnung 403A zuerst in einer Richtung, z. B. gegen den Uhrzeigersinn, gedreht werden, um einen Eintritt des Zapfens 205 in die Nockenwelle 207A zu ermöglichen, und dann im Uhrzeigersinn gedreht werden, um den Zapfen 205 ganz in Eingriff zu nehmen und zu arretieren. Die Klemmkraft, die erforderlich ist, um die äußere Elektrode 130A an der Trägerplatte 140A zu halten, wird geliefert, indem der Tellerfederstapel 215 weiter als seine freie Stapelhöhe zusammengepresst wird. Die Nockenwelle 207A weist einen exzentrischen Innenausschnitt auf, der mit dem vergrößerten Kopf des Zapfens 205 in Eingriff tritt. Wenn der Tellerfederstapel 215 zusammengepresst wird, wird die Klemmkraft von einzelnen Federn im Tellerfederstapel 215 zum Sockel 213 und durch die äußere Elektrode 130A zur Trägerplatte 140A übertragen.
In einem beispielhaften Betriebsmodus wird, sobald die Nockenwellenlager 209 an der Nockenwelle 207A angebracht sind und in die Trägerplattenbohrung 211A eingesetzt sind, die Nockenwelle 207A gegen den Uhrzeigersinn bis zu ihrer maximalen Drehwegstrecke gedreht. Die Zapfen/Sockel-Anordnung 303 (3) wird dann unter Anwendung einer leichten Drehkraft in die äußere Elektrode 130A eingeschraubt. Der Kopf des Zapfens 205 wird dann in das vertikal verlaufende Durchgangsloch unter der horizontal verlaufenden Trägerplattenbohrung 211A eingesetzt. Die äußere Elektrode 130A wird gegen die Trägerplatte 140A gehalten, und die Nockenwelle 207A wird im Uhrzeigersinn gedreht, bis entweder der Verkeilstift das Ende des Schlitzes am Boden der Bohrung 211A erreicht oder ein vernehmbares Klicken gehört wird (in Einzelheit unten erörtert). Der beispielhafte Betriebsmodus kann umgekehrt werden, um die äußere Elektrode 130A von der Trägerplatte 140A zu demontieren.
Mit Bezug auf 4B stellt eine Schnittansicht A-A der Seitenaufrissansicht 420A der Nockenwelle 207A von 4A einen Werkzeugbahnrand 440A 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 vernehmbare Klickgeräusch macht, das oben beschrieben ist, um anzuzeigen, wenn der Zapfen 205 voll gesichert ist.
Die 5A–G stellen Einzelheiten der inneren Elektrode 120A dar. Die innere Elektrode 120A ist vorzugsweise eine Platte von hochreinem (weniger als 10 ppm Verunreinigungen) niederohmigem (0,005 bis 0,02 Ohm-cm) Einkristallsilicium.
5A ist eine Draufsicht von unten auf die innere Elektrode 120A, die die zum Plasma hin freiliegende Oberfläche 120aa darstellt. Gaseinspritzlöcher 106A von geeignetem Durchmesser und/oder Ausbildung erstrecken sich von der Montageoberfläche 120ab zur zum Plasma hin freiliegenden Oberfläche 120aa (5B) und können in einem beliebigen geeigneten Muster angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Gaseinspritzlöcher 106A kleiner als oder gleich 1,016 mm (0,04 Inch); bevorzugter liegt der Durchmesser der Gaseinspritzlöcher 106A zwischen 0,254 und 0,762 mm (0,01 und 0,03 Inch); weiter vorzugsweise, beträgt der Durchmesser der Gaseinspritzlöcher 106A 0,508 mm (0,02 Inch). In der dargestellten Ausführungsform befindet sich ein Gaseinspritzloch in der Mitte der inneren Elektrode 120A; die anderen Gaseinspritzlöcher sind in acht konzentrischen Reihen angeordnet, wobei sich 8 Gaseinspritzlöcher in der ersten Reihe etwa 15,24–17,78 (z. B. 17,272) mm (0,6–0,7 (z. B. 0,68) Inch) von der Mitte der Elektrode befinden, sich 18 Gaseinspritzlöcher in der zweiten Reihe etwa 33,02–35,56 (z. B. 34,036) mm (1,3–1,4 (z. B. 1,34) Inch) von der Mitte befinden, sich 28 Gaseinspritzlöcher in der dritten Reihe etwa 53,34–55,88 (z. B. 53,848) mm (2,1–2,2 (z. B. 2,12) Inch) von der Mitte befinden, sich 38 Gaseinspritzlöcher in der vierten Reihe etwa 71,12–76,2 (z. B. 73,66) mm (2,8–3,0 (z. B. 2,90) Inch) von der Mitte befinden, sich 48 Gaseinspritzlöcher in der fünften Reihe etwa 91,44–93,98 (z. B. 93,218) mm (3,6–3,7 (z. B. 3,67) Inch) von der Mitte befinden, sich 58 Gaseinspritzlöcher in der sechsten Reihe etwa 111,76–114,3 (z. B. 113,03) mm (4,4–4,5 (z. B. 4,45) Inch) von der Mitte befinden, sich 66 Gaseinspritzlöcher in der siebten Reihe etwa 127–129,54 (z. B. 129,286) mm (5,0–5,1 (z. B. 5,09) Inch) von der Mitte befinden und sich 74 Gaseinspritzlöcher in der achten Reihe etwa 144,78–147,32 (z. B. 145,542) mm (5,7–5,8 (z. B. 5,73) Inch) von der Mitte befinden. Die Gaseinspritzlöcher in jeder von diesen Reihen sind azimutal abstandsgleich angeordnet.
5B ist eine Querschnittsansicht der inneren Elektrode 120A entlang ihrem Durchmesser. Die Außenumfangsoberfläche umfasst zwei Stufen. 5C ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs A in 5B. Eine innere Stufe 532a und eine äußere Stufe 534a verlaufen vollständig um die innere Elektrode 120A. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Siliciumplatte eine Dicke von etwa 10,16 mm (0,40 Inch) und einen Außendurchmesser von etwa 317,5 mm (12,5 Inch) auf; weist die innere Stufe 532a einen Innendurchmesser von etwa 304,8 mm (12,0 Inch) und einen Außendurchmesser von etwa 307,34 mm (12,1 Inch) auf und; weist die äußere Stufe 534a einen Innendurchmesser von etwa 307,34 mm (12,1 Inch) und einen Außendurchmesser von etwa 317,5 mm (12,5 Inch) auf. Die innere Stufe 532a weist eine vertikale Oberfläche 532aa, die etwa 3,302 mm (0,13 Inch) lang ist, und eine horizontale Oberfläche 532ab, die etwa 1,778 mm (0,07 Inch) lang ist, auf, und die äußere Stufe 534a weist eine vertikale Oberfläche 534aa, die etwa 2,794 mm (0,11 Inch) lang ist, und eine horizontale Oberfläche 534ab, die etwa 5,334 mm (0,21 Inch) lang ist, auf.
5D ist eine Draufsicht von oben auf die innere Elektrode 120A, die die Montageoberfläche 120ab darstellt. Die Montageoberfläche 120ab umfasst eine ringförmige Nut 550A (Einzelheiten sind in 5E dargestellt), die mit der inneren Elektrode 120A konzentrisch ist, wobei die ringförmige Nut 550A einen Innendurchmesser von etwa 6,096 mm (0,24 Inch), einen Außendurchmesser von etwa 11,176 mm (0,44 Inch), eine Tiefe von mindestens 2,54 mm (0,1 Inch), eine 45°-Abschrägung von etwa 0,508 mm (0,02 Inch) Weite auf dem Zutrittsrand und eine Ausrundung mit einem Radius zwischen 0,381 und 0,762 mm (0,015 und 0,03 Inch) auf den Bodenecken aufweist.
Die Montageoberfläche 120ab umfasst auch zwei glatte (gewindefreie) Sacklöcher 540A, die ausgeführt sind, um Ausrichtstifte aufzunehmen (Einzelheiten sind in 5F dargestellt), die bei einem Radius zwischen 43,688 und 43,942 mm (1,72 und 1,73 Inch) von der Mitte der inneren Elektrode 120A angeordnet sind und um etwa 180° gegeneinander versetzt ist, wobei die Sacklöcher 540A einen Durchmesser von etwa 2,794 mm (0,11 Inch), eine Tiefe von mindestens 5,08 mm (0,2 Inch), eine 45°-Abschrägung von etwa 0,508 mm (0,02 Inch) auf einem Zutrittsrand und eine Ausrundung mit einem Radius von höchstens 0,508 mm (0,02 Inch) auf einer Bodenecke aufweist.
Die Montageoberfläche 120ab umfasst auch Gewindesacklöcher, die in einer ringförmigen Montagelochzone angeordnet sind, die die Montageoberfläche in einen mittigen Teil und einen äußeren Teil unterteilt. Die Montagelochzone befindet sich vorzugsweise auf einem Radius von 1/4 bis 1/2 des Radius der inneren Elektrode 120A. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Reihe von acht 1/4''-32UTS(Unified Thread Standard)-Gewindesacklöchern 520A auf einem Radius zwischen 60,96 und 66,04 mm (2,4 und 2,6 Inch) (z. B. 63,5 mm (2,5 Inch)) von der Mitte der inneren Elektrode 120A angeordnet und um etwa 45° zwischen jedem Paar von benachbarten Löchern 520A azimutal versetzt. Jedes der Löcher 520A weist eine Gesamttiefe von etwa 7,62 mm (0,3 Inch), eine Gewindetiefe von mindestens 6,35 mm (0,25 Inch) vom Zutrittsrand und eine 45°-Abschrägung von etwa 1,27 mm (0,05 Inch) Weite auf dem Zutrittsrand auf. Eines von den Löchern 520A ist mit einem anderen der Löcher 540A azimutal ausgerichtet. Wie hierin verwendet, bedeutet zwei Objekte sind ”azimutal ausgerichtet”, dass eine Gerade, die diese zwei Gegenstände verbindet, durch die Mitte eines Kreises oder Rings, in dieser Ausführungsform die Mitte der inneren Elektrode 120A, hindurchgeht.
Die Montageoberfläche 120ab umfasst weiter ein erstes, zweites und drittes glattes (gewindefreies) Sackloch, die ausgebildet sind, um Ausrichtstifte aufzunehmen (530aa, 530ab bzw. 530ac oder zusammengefasst 530a) (Einzelheiten sind in 5G dargestellt), die bei einem Radius zwischen 152,4 und 154,94 mm (6,0 und 6,1 Inch), vorzugsweise zwischen 152,908 und 153,62 mm (6,02 und 6,03 Inch), von der Mitte der inneren Elektrode 120A radial ausgerichtet sind. ”Radial ausgerichtet” bedeutet, dass die Abstände zur Mitte gleich sind. Die Löcher 530a weisen einen Durchmesser zwischen 2,794 und 3,048 mm (0,11 und 0,12 Inch), eine Tiefe von mindestens 2,54 mm (0,1 Inch), eine 45°-Abschrägung von etwa 0,508 mm (0,02 Inch) Weite auf einem Zutrittsrand und eine Ausrundung mit einem Radius von höchstens 0,508 mm (0,02 Inch) auf einer Bodenecke auf. Das erste Loch 530aa ist um etwa 10° im Uhrzeigersinn gegen eines der gewindefreien Sacklöcher 540A azimutal versetzt; das zweite Loch 530ab ist um etwa 92,5° gegen den Uhrzeigersinn gegen das erste Loch 530aa azimutal versetzt; das dritte Loch 530ac ist um etwa 190° gegen den Uhrzeigersinn gegen das erste Loch 530aa azimutal versetzt.
Mit Bezug auf 1A ist die innere Elektrode 120A durch einen Klemmring 150A, der mit der äußeren Stufe 534a auf der Unterseite im Eingriff steht, und eine Mehrzahl von Bolzen 160A, die mit den Gewindesacklöchern 520A in der Montageoberfläche 120ab im Eingriff stehen, an der Trägerplatte 140A festgeklemmt. Der Klemmring 150A umfasst eine Reihe von Löchern, die Befestigungseinrichtungen aufnehmen, wie z. B. Bolzen (Schrauben), die in Gewindeöffnungen in einer unteren Seite der Trägerplatte 140A eingeschraubt sind. Um einen Kontakt des Klemmrings 150A mit der Stufe 534a auf der inneren Elektrode 120A zu vermeiden, ist ein Druckring 170A aus einem steifen Material, wie z. B. einem harten Polyimidmaterial, wie z. B. CIRLEX^®, zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der inneren Elektrode 120A und des Klemmrings 150A zusammengepresst (1C).
6 stellt einen vergrößerten Teil in 1A in der Nähe eines von den Bolzen 160A dar. Die Bolzen 160A sind von 8''-32UTS Größe. Während einer Montage der inneren Elektrode 120A wird ein Kunststoffeinsatz 610A, der vorzugsweise aus TORLON^® 5030 hergestellt ist, in jedes Gewindesackloch 520A eingeschraubt. Der Kunststoffeinsatz 610A weist ein Innengewinde von 8''-32UTS und ein Außengewinde von 1/4''-32UTS auf. Ein 8''-32UTS-Bolzen 160A wird in jeden Kunststoffeinsatz 610A eingeschraubt. Während eines Betriebs der Gasverteilungselektrodenanordnung 100A wird die innere Elektrode 120A durch ein Plasma und/oder eine Heizanordnung geheizt, und dieses Heizen kann in der inneren Elektrode 120A eine Verwerfung hervorrufen und die Gleichförmigkeit der Plasmaverarbeitungsgeschwindigkeit über die Plasmakammer nachteilig beeinflussen. Die Bolzen 160A in Kombination mit dem Klemmring 150A liefern Punkte einer mechanischen Unterstützung, verringern eine Verwerfung der inneren Elektrode 120A und verringern folglich eine Verarbeitungsgeschwindigkeits-Ungleichförmigkeit und thermische Ungleichförmigkeit.
7A stellt eine Draufsicht von oben auf einen wärme- und stromleitenden Dichtungselementsatz dar. Dieser Dichtungselementsatz umfasst ein inneres Dichtungselement 7100, das eine Mehrzahl von konzentrischen Ringen umfasst, die durch eine Mehrzahl von Speichen verbunden sind, ein ringförmiges mittleres Dichtungselement 7200 mit einer Mehrzahl von Ausschnitten auf einem äußeren und einem inneren Perimeter, und ein ringförmiges äußeres Dichtungselement 7300 mit einer Mehrzahl von Ausschnitten auf einem äußeren Perimeter und einem Ausschnitt auf einem inneren Perimeter. Die Dichtungselemente sind vorzugsweise strom- und wärmeleitend und aus einem Material hergestellt, das für eine Halbleiterverarbeitung in einer Vakuumumgebung, z. B. etwa 10 bis 200 mTorr, angemessen ist, das eine geringe Teilchenerzeugung aufweist, nachgiebig ist, um eine Scherung an Kontaktpunkten aufzunehmen, und ohne metallische Komponenten ist, die Lebensdauervernichter in Halbleitersubstraten sind, wie z. B. Ag, Ni, Cu und dergleichen. Die Dichtungselemente können eine Silicon-Aluminiumfolien-Sandwich-Dichtungselementstruktur oder eine Elastomer-Edelstahl-Sandwich-Dichtungselementstruktur sein. Die Dichtungselemente können ein Aluminiumblech sein, das auf einer oberen und unteren Seite mit einem wärme- und stromleitenden Kautschuk beschichtet ist, der in einer Vakuumumgebung angemessen ist, die bei einer Halbleiterherstellung verwendet wird, wobei Schritte, wie z. B. Plasmaätzen, durchgeführt werden. Die Dichtungselemente sind vorzugsweise nachgiebig, so dass sie zusammengepresst werden können, wenn die Elektrode und die Trägerplatte mechanisch zusammengeklemmt werden, aber verhindern, dass gegenüberliegende Oberflächen der Elektrode und der Trägerplatte während einer Temperaturwechselbeanspruchung der Gasverteilungselektrode gegeneinander reiben. Die Dichtungselemente können aus einem geeigneten Material, wie z. B. ”Q-PAD II” hergestellt sein, das von der Bergquist Company erhältlich ist. Die Dicke der Dichtungselemente beträgt vorzugsweise etwa 0,1524 mm (0,006 Inch). Die verschiedenen Merkmale der Dichtungselemente können aus einer Endlosfolie mit einem Messer geschnitten, gestanzt, gelocht oder vorzugsweise mit einem Laserstrahl geschnitten sein. Der Dichtungselementsatz ist zwischen der Trägerplatte 140A und der inneren Elektrode 120A und der äußeren Elektrode 130A montiert, um einen elektrischen und thermischen Kontakt dazwischen zu liefern.
7B stellt die Einzelheiten des inneren Dichtungselements 7100 dar. Das innere Dichtungselement 7100 umfasst vorzugsweise sieben konzentrische Ringe, die durch Radialspeichen miteinander verbunden sind. Ein erster Ring 701 weist einen Innendurchmesser von mindestens 11,176 mm (0,44 Inch) (z. B. zwischen 15,748 und 16,51 mm (0,62 und 0,65 Inch)) und einen Außendurchmesser von höchstens 34,29 mm (1,35 Inch) (z. B. zwischen 24,638 und 25,4 mm (0,97 und 1,00 Inch)) auf. Der erste Ring 701 ist mit einem zweiten Ring 702 durch acht radial verlaufende und azimutal abstandsgleiche Speichen 712 verbunden. Jede Speiche 712 weist eine Breite von etwa 3,175 mm (0,125 Inch) auf.
Der zweite Ring 702 weist einen Innendurchmesser von mindestens 34,29 mm (1,35 Inch) (z. B. zwischen 44,196 und 44,704 mm (1,74 und 1,76 Inch)) und einen Außendurchmesser von höchstens 68,072 mm (2,68 Inch) (z. B. zwischen 57,404 und 58,166 mm (2,26 und 2,29 Inch)) auf. Der zweite Ring ist mit einem dritten Ring 703 durch vier radial verlaufende und azimutal abstandsgleiche Speichen verbunden. Zwei von diesen vier Speichen, 723a und 723b, liegen einander um die Mitte des inneren Dichtungselements 7100 gegenüber, und jede weist eine Breite von etwa 12,7 mm (0,5 Inch) und eine gerundete rechteckige Öffnung (723ah oder 723bh) von etwa 6,35 mm (0,25 Inch) mal etwa 11,684 mm (0,46 Inch) auf. Die anderen zwei von diesen vier Speichen, 723c und 723d, liegen einander um die Mitte des inneren Dichtungselements 7100 gegenüber, und jede weist eine Breite von etwa 6,35 mm (0,25 Inch) auf. Eine Speiche 723c ist gegen eine von den Speichen 712 um etwa 22,5° azimutal versetzt.
Der dritte Ring 703 weist einen Innendurchmesser von mindestens 68,072 mm (2,68 Inch) (z. B. zwischen 80,518 und 81,28 mm (3,17 und 3,20 Inch)) und einen Außendurchmesser von höchstens 107,442 mm (4,23 Inch) (z. B. zwischen 94,234 und 94,996 mm (3,71 und 3,74 Inch)) auf. Der dritte Ring ist mit einem vierten Ring 704 durch vier radial verlaufende und azimutal abstandsgleiche Speichen 734 verbunden. Jede Speiche weist eine Breite von etwa 4,572 mm (0,18 Inch) auf. Eine von den Speichen 734 ist um etwa 45° gegen die Speiche 723c azimutal versetzt. Der dritte Ring 703 umfasst auch zwei Rundlöcher 703x und 703y, die um etwa 180° gegeneinander azimutal versetzt sind und in einem radialen Abstand zwischen 43,688 und 44,196 mm (1,72 und 1,74 Inch) von der Mitte des inneren Dichtungselements 7100 angeordnet sind. Die Rundlöcher 703x und 703y weisen einen Durchmesser von etwa 3,175 mm (0,125 Inch) auf. Ein Rundloch 703x ist um etwa 90° gegen die Speiche 723c azimutal versetzt. Die Rundlöcher 703x und 703y sind ausgebildet, um Ausrichtstifte aufzunehmen.
Der vierte Ring 704 weist einen Innendurchmesser von mindestens 107,442 mm (4,23 Inch) (z. B. zwischen 121,412 und 122,174 mm (4,78 und 4,81 Inch)) und einen Außendurchmesser von höchstens 147,066 mm (5,79 Inch) (z. B. zwischen 131,826 und 132,588 mm (5,19 und 5,22 Inch)) auf. Der vierte Ring 704 ist mit einem fünften Ring 705 durch vier radial verlaufende und azimutal abstandsgleiche Speichen verbunden. Zwei von diesen vier Speichen, 745a und 745b, liegen einander um die Mitte des inneren Dichtungselements 7100 gegenüber, und jede weist eine Breite von etwa 12,7 mm (0,5 Inch) und eine gerundete rechteckige Öffnung (745ah oder 745bh) von etwa 6,35 mm (0,25 Inch) mal etwa 12,954 mm (0,51 Inch) auf. Die anderen zwei von diesen vier Speichen, 745c und 745d, liegen einander um die Mitte des inneren Dichtungselements 7100 gegenüber, und jede weist eine Breite von etwa 6,35 mm (0,25 Inch) auf. Eine Speiche 745a ist um etwa 90° gegen den Uhrzeigersinn gegen die Speichen 723c azimutal versetzt. Der vierte Ring 704 umfasst auch acht Rundlöcher 704s, 704t, 704u, 704v, 704w, 704x, 704y und 704z (die ausgebildet sind, um Bolzen aufzunehmen), die um etwa 45° zwischen jedem benachbarten Paar azimutal versetzt sind und in einem radialen Abstand zwischen 63,246 und 63,754 mm (2,49 und 2,51 Inch) von der Mitte des inneren Dichtungselements 7100 angeordnet sind. Diese Rundlöcher 704s, 704t, 704u, 704v, 704w, 704x, 704y und 704z weisen einen Durchmesser von etwa 4,572 mm (0,18 Inch) auf. Ein Rundloch 704s ist um etwa 90° gegen den Uhrzeigersinn gegen die Speiche 723c azimutal versetzt. Um jedes von den Rundlöchern 704s, 704u, 704w und 704y weist der vierte Ring 704 einen runden Vorsprung auf seiner inneren Peripherie auf. Um jedes von den Rundlöchern 704t, 704v, 704x und 704z weist der vierte Ring 704 einen runden Vorsprung auf seiner äußeren Peripherie auf. Jeder Vorsprung weist einen Außendurchmesser von etwa 9,144 mm (0,36 Inch) auf.
Der fünfte Ring 705 weist einen Innendurchmesser von mindestens 147,066 mm (5,79 Inch) (z. B. zwischen 161,29 und 161,798 mm (6,35 und 6,37 Inch)) und einen Außendurchmesser von höchstens 186,436 mm (7,34 Inch) (z. B. zwischen 170,942 und 171,45 mm (6,73 und 6,75 Inch)) auf. Der fünfte Ring 705 ist mit einem sechsten Ring 706 durch vier radial verlaufende und azimutal abstandsgleiche Speichen 756 verbunden. Eine von den Speichen 756 ist um etwa 45° gegen die Speiche 723c azimutal versetzt. Jede der Speichen 756 weist eine Breite von etwa 12,7 mm (0,5 Inch) und eine rechteckige Öffnung 756h von etwa 6,35 mm (0,25 Inch) mal etwa 15,24 mm (0,60 Inch) auf.
Der sechste Ring 706 weist einen Innendurchmesser von mindestens 186,436 mm (7,34 Inch) (z. B. zwischen 201,168 und 201,93 mm (7,92 und 7,95 Inch)) und einen Außendurchmesser von höchstens 225,806 mm (8,89 Inch) (z. B. zwischen 207,264 und 212,344 mm (8,16 und 8,36 Inch)) auf. Der sechste Ring 706 ist mit einem siebten Ring 707 durch vier radial verlaufende und azimutal abstandsgleiche Speichen verbunden. Zwei von diesen vier Speichen, 767a und 767b, liegen einander um die Mitte des inneren Dichtungselements 7100 gegenüber, und jede weist eine Breite von etwa 12,7 mm (0,5 Inch) und eine rechteckige Öffnung (767ah oder 767bh) von etwa 6,35 mm (0,25 Inch) Weite auf. Die Öffnungen 767ah und 767bh erstrecken sich radial auswärts und separieren den siebten Ring 707 in zwei Halbkreise. Die anderen zwei von diesen vier Speichen, 767c und 767d, liegen einander um die Mitte des inneren Dichtungselements 7100 gegenüber, und jede weist eine Breite von etwa 6,35 mm (0,25 Inch) auf. Die Speiche 767d ist um etwa 180° gegen die Speiche 723c azimutal versetzt.
Der siebte Ring 707 weist einen Innendurchmesser von mindestens 225,806 mm (8,89 Inch) (z. B. zwischen 237,236 und 237,998 mm (9,34 und 9,37 Inch)) und einen Außendurchmesser von höchstens 258,572 mm (10,18 Inch) (z. B. zwischen 245,364 und 246,126 mm (9,66 und 9,69 Inch)) auf. Jede Ecke an Verbindungsstellen zwischen den Ringen und Speichen im inneren Dichtungselement 7100 ist zu einem Radius von etwa 1,524 mm (0,06 Inch) gerundet.
Das mittlere Dichtungselement 7200 (siehe 7A) weist einen Innendurchmesser von etwa 303,53 mm (11,95 Inch) und einen Außendurchmesser von etwa 316,738 mm (12,47 Inch) auf. Das mittlere Dichtungselement 7200 weist drei Ausschnitte mit kleinem Durchmesser 708a, 708b und 708c auf seinem inneren Perimeter auf. Die Ausschnitte 708b und 708c sind gegen den Ausschnitt 708a um etwa 92,5° im Uhrzeigersinn bzw. etwa 190° im Uhrzeigersinn azimutal versetzt. Die Mitten der Ausschnitte 708a, 708b und 708c sind in einem radialen Abstand von etwa 152,908 mm (6,02 Inch) von der Mitte des mittleren Dichtungselements 7200 angeordnet. Die Ausschnitte 708a, 708b und 708c sind einwärts gewandt und umfassen eine halbkreisförmige äußere Peripherie mit einem Durchmesser von etwa 3,175 mm (0,125 Inch) und umfassen eine innere Öffnung mit geraden radialen Rändern. Das mittlere Dichtungselement 7200 weist auch drei runde und auswärts gewandte Ausschnitte mit großem Durchmesser 708x, 708y und 708z auf seinem äußeren Perimeter auf. Die Ausschnitte 708x, 708y und 708z sind azimutal abstandsgleich angeordnet und weisen einen Durchmesser von etwa 18,288 mm (0,72 Inch) auf. Ihre Mitten sind in einem radialen Abstand von etwa 164,592 mm (6,48 Inch) von der Mitte des mittleren Dichtungselements 7200 angeordnet. Der Ausschnitt 708x ist gegen den Ausschnitt 708a um etwa 37,5° im Uhrzeigersinn azimutal versetzt. Bei Montage in der Gasverteilungselektrodenanordnung (wie nachstehend in Einzelheiten beschrieben) wird der Ausschnitt 708a mit dem Loch 703x auf dem dritten Ring 703 im inneren Dichtungselement 7100 azimutal ausgerichtet.
Das äußere Dichtungselement 7300 weist einen Innendurchmesser von etwa 353,06 mm (13,90 Inch) und einen Außendurchmesser von etwa 388,874 mm (15,31 Inch) auf. Das äußere Dichtungselement 7300 weist acht halbkreisförmige auswärts gewandte Ausschnitte 709a auf, die auf seinem äußeren Perimeter azimutal abstandsgleich angeordnet sind. Die Mitten der Ausschnitte 709a sind in einem radialen Abstand von etwa 193,294 mm (7,61 Inch) von der Mitte des äußeren Dichtungselements 7300 angeordnet. Die Ausschnitte 709a weisen einen Durchmesser von etwa 15,748 mm (0,62 Inch) auf. Bei Montage in der Gasverteilungselektrodenanordnung (wie nachstehend in Einzelheiten beschrieben) wird einer der Ausschnitte 709a mit dem Loch 703x auf dem dritten Ring 703 im inneren Dichtungselement 7100 azimutal ausgerichtet. Das äußere Dichtungselement 7300 weist auch einen runden einwärts gewandten Ausschnitt 709b auf seinem inneren Perimeter auf. Die Mitte dieses Ausschnitts 709b ist in einem Abstand von etwa 177,292 mm (6,98 Inch) von der Mitte des äußeren Dichtungselements 7300 angeordnet. Der Ausschnitt 709b weist einen Durchmesser von etwa 23,368 mm (0,92 Inch) auf. Bei Montage in der Gasverteilungselektrodenanordnung (wie nachstehend in Einzelheiten beschrieben) wird der Ausschnitt 709b gegen das Loch 703x um etwa 22,5° gegen den Uhrzeigersinn azimutal versetzt.
Wenn die innere Elektrode 120A in der Gasverteilungselektrodenanordnung 100A montiert wird, werden ein Ausrichtring 108A (1A), zwei innere Ausrichtstifte 109A (1A) und drei äußere Ausrichtstifte (in 1A nicht dargestellt) zuerst in die ringförmige Nut 550A, Löcher 540A bzw. Löcher 530a (5D) eingesetzt. Das innere Dichtungselement 7100 wird dann an der inneren Elektrode 120A montiert. Die Löcher 703x und 703y (7B) entsprechen den inneren Ausrichtstiften 109A; und das mittige Loch des inneren Dichtungselements 7100 entspricht dem Ausrichtring 108A und dem mittigen Gaseinspritzloch in der inneren Elektrode 120A. Rechteckige und viertelkreisförmige Öffnungen zwischen den sieben Ringen und in den Speichen im inneren Dichtungselement 7100 entsprechen der ersten Reihe bis zur sechsten Reihe von Gaseinspritzlöchern in der inneren Elektrode 120A. Das mittlere Dichtungselement 7200 wird auf die innere Elektrode 120A montiert. Die Ausschnitte 708a, 708b und 708c entsprechen den Löchern 530ac, 530ab bzw. 530aa. Die siebte und achte Reihe von Gaseinspritzlöchern fallen in die Öffnung zwischen dem inneren Dichtungselement 7100 und dem mittleren Dichtungselement 7200. Acht Bolzen 160A mit ihren entsprechenden Einsätzen 610A werden in die acht Gewindesacklöcher 520A eingeschraubt, um die innere Elektrode 120A an der Trägerplatte 140A zu befestigen, wobei das innere Dichtungselement 7100 und das mittlere Dichtungselement 7200 dazwischen eingefügt sind. Der Klemmring 150A wird auf der Trägerplatte 140A durch eine Mehrzahl von Bolzen befestigt, die in Gewindeöffnungen in der unteren Seite der Trägerplatte 140A eingeschraubt werden. Die Bolzen 160A und der Klemmring 150A tragen die innere Elektrode 120A an einer Stelle zwischen der Mitte und dem äußeren Rand bzw. am äußeren Rand, um eine Verwerfung der inneren Elektrode 120A zu verringern, die durch eine Temperaturwechselbeanspruchung während eines Verarbeitens von Substraten hervorgerufen wird. Das äußere Dichtungselement 7300 wird auf der äußeren Elektrode 130A platziert. Die acht Ausschnitte 709a entsprechen den acht Nockenarretiermechanismen. Die äußere Elektrode 130A wird gegen die Trägerplatte 140A durch Drehen der Nockenwelle 207A jeder Nockenarretierung befestigt.
1B stellt eine Querschnittsansicht eines Teils einer anderen Gasverteilungselektrodenanordnung 100B einer Plasmareaktionskammer zum Ätzen von Halbleitersubstraten dar. Wie in 1B dargestellt, umfasst die Gasverteilungselektrodenanordnung 100B eine obere Elektrode 110B und eine Trägerplatte 140B. Die Anordnung 100B umfasst auch eine Temperaturregelplatte 102B und eine Deckenplatte 104B, die Flüssigkeitsströmungskanäle darin aufweist. Die obere Elektrode 110B umfasst vorzugsweise eine innere Elektrode 120B und eine äußere Elektrode 130B. Die innere Elektrode 120B kann aus einem leitenden hochreinen Material, wie z. B. Einkristallsilicium, polykristallinem Silicium, Siliciumcarbid, oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein. Die innere Elektrode 120B ist ein selbstverzehrendes Teil, das periodisch ersetzt werden muss. Eine ringförmige Verkleidung 190 mit einem C-förmigen Querschnitt umgibt die äußere Elektrode 130B. Die Trägerplatte 140B ist mit unten beschriebenen mechanischen Befestigungseinrichtungen an der inneren Elektrode 120B, der äußeren Elektrode 130B und der Verkleidung 190 mechanisch gesichert.
Während eines Gebrauchs wird Prozessgas von einer Gasquelle zur inneren Elektrode 120B durch einen oder mehrere Durchlässe in der oberen Platte 104B zugeführt, die ermöglichen, dass Prozessgas zu einer einzigen Zone oder mehreren Zonen über dem Substrat zugeführt wird.
Die innere Elektrode 120B ist vorzugsweise eine plane Scheibe oder Platte. Die innere Elektrode 120B kann einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als, gleich oder größer als ein zu verarbeitendes Substrat ist, z. B. bis zu 300 mm, wenn die Platte aus Einkristallsilicium hergestellt ist, was der Durchmesser von gegenwärtig erhältlichem Einkristallsiliciummaterial ist, das für 300 mm-Substrate verwendet wird. Zur Verarbeitung von 300 mm-Substraten wird die äußere Elektrode 130B angepasst, um den Durchmesser der inneren Elektrode 120B von etwa 304,8 mm (12 Inch) auf etwa 431,8 mm (17 Inch) zu erweitern. Die äußere Elektrode 130B kann ein durchgehendes Element (z. B. ein Einkristallsilicium, polykristallines Silicium, Siliciumcarbid oder ein anderes geeignetes Material in der Form eines Rings) oder ein segmentiertes Element (z. B. 2–6 separate Segmente, die in einer Ringkonfiguration angeordnet sind, wie z. B. Segmente von Einkristallsilicium, polykristallinem Silicium, Siliciumcarbid oder einem anderen Material) sein. Um Prozessgas zum Spalt zwischen dem Substrat und der oberen Elektrode 110B zuzuführen, ist die innere Elektrode 120B mit einer Mehrzahl von Gaseinspritzlöchern 106B versehen, die von einer Größe und Verteilung sind, die geeignet sind, um ein Prozessgas zuzuführen, das in einer Reaktionszone unter der oberen Elektrode 110B in ein Plasma aktiviert wird.
Einkristallsilicium ist ein bevorzugtes Material für zum Plasma hin freiliegende Oberflächen der inneren Elektrode 120B und der äußeren Elektrode 130B. Hochreines Einkristallsilicium 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 inneren Elektrode 120B, der äußeren Elektrode 130B und der ringförmigen Verkleidung 190 verwendet werden können, umfassen z. B. polykristallines Silicium, Y₂O₃, SiC, Si₃N₄ und AlN.
In einer Ausführungsform ist die Gasverteilungselektrodenanordnung 100B groß genug, um große Substrate zu verarbeiten, wie z. B. Halbleitersubstrate mit einem Durchmesser von 300 mm. Für 300 mm-Substrate weist die innere Elektrode 120B einen Durchmesser von mindestens 300 mm auf. Jedoch kann die Gasverteilungselektrodenanordnung 100B dimensioniert sein, um andere Substratgrößen zu verarbeiten.
Die Trägerplatte 140B ist vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das mit Prozessgasen chemisch 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 140B herzustellen, umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, Grafit, SiC, Aluminium (Al) oder andere geeignete Materialien.
Die Trägerplatte 140B ist vorzugsweise mit geeigneten mechanischen Befestigungseinrichtungen, die Gewindebolzen, Schrauben oder dergleichen sein können, an der Temperaturregelplatte 102B angebracht. Z. B. können Bolzen (nicht dargestellt) in Löchern in der Temperaturregelplatte 102B eingesetzt sein und in Gewindeöffnungen in der Trägerplatte 140B eingeschraubt sein. Die Temperaturregelplatte 102B ist vorzugsweise aus einem maschinell bearbeiteten metallischen Material hergestellt, wie z. B. Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder dergleichen. Die temperaturgeregelte Deckenplatte 104B ist vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt.
Die 5H–5L stellen Einzelheiten der inneren Elektrode 120B dar. Die innere Elektrode 120B ist vorzugsweise eine Platte von hochreinem (weniger als 10 ppm Verunreinigungen) niederohmigem (0,005 bis 0,02 Ohm-cm) Einkristallsilicium.
5H ist eine Draufsicht von unten auf die innere Elektrode 120B, die die zum Plasma hin freiliegende Oberfläche 120ba darstellt. Gaseinspritzlöcher 106B von geeignetem Durchmesser und/oder Ausbildung erstrecken sich von der Montageoberfläche 120bb zur zum Plasma hin freiliegenden Oberfläche 120ba (5I) und können in einem beliebigen geeigneten Muster angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Gaseinspritzlöcher 106B kleiner als oder gleich 1,016 mm (0,04 Inch); bevorzugter liegt der Durchmesser der Gaseinspritzlöcher 106B zwischen 0,254 und 0,762 mm (0,01 und 0,03 Inch); weiter vorzugsweise, beträgt der Durchmesser der Gaseinspritzlöcher 106B 0,508 mm (0,02 Inch). In der dargestellten Ausführungsform befindet sich ein Gaseinspritzloch in der Mitte der inneren Elektrode 120B; die anderen Gaseinspritzlöcher sind in acht konzentrischen Reihen angeordnet, wobei sich 8 Gaseinspritzlöcher in der ersten Reihe etwa 15,24–17,78 (z. B. 17,272) mm (0,6–0,7 (z. B. 0,68) Inch) von der Mitte der Elektrode befinden, sich 18 Gaseinspritzlöcher in der zweiten Reihe etwa 33,02–35,56 (z. B. 34,036) mm (1,3–1,4 (z. B. 1,34) Inch) von der Mitte befinden, sich 28 Gaseinspritzlöcher in der dritten Reihe etwa 53,34–55,88 (z. B. 53,848) mm (2,1–2,2 (z. B. 2,12) Inch) von der Mitte befinden, sich 40 Gaseinspritzlöcher in der vierten Reihe etwa 71,12–76,2 (z. B. 73,66) mm (2,8–3,0 (z. B. 2,90) Inch) von der Mitte befinden, sich 48 Gaseinspritzlöcher in der fünften Reihe etwa 91,44–93,98 (z. B. 93,218) mm (3,6–3,7 (z. B. 3,67) Inch) von der Mitte befinden, sich 56 Gaseinspritzlöcher in der sechsten Reihe etwa 111,76–114,3 (z. B. 113,03) mm (4,4–4,5 (z. B. 4,45) Inch) von der Mitte befinden, sich 64 Gaseinspritzlöcher in der siebten Reihe etwa 127–129,54 (z. B. 129,286) mm (5,0–5,1 (z. B. 5,09) Inch) von der Mitte befinden und sich 72 Gaseinspritzlöcher in der achten Reihe etwa 144,78–147,32 (z. B. 145,542) mm (5,7–5,8 (z. B. 5,73) Inch) von der Mitte befinden. Die Gaseinspritzlöcher in jeder von diesen Reihen sind azimutal abstandsgleich angeordnet.
5I ist eine Teil-Querschnittsansicht der inneren Elektrode 120B entlang ihrem Durchmesser. Die Außenumfangsoberfläche umfasst zwei Stufen. 5J ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs A in 5I. Eine innere Stufe 532b und eine äußere Stufe 534b verlaufen vollständig um die innere Elektrode 120B. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Siliciumplatte eine Dicke von etwa 10,16 mm (0,40 Inch) und einen Außendurchmesser von etwa 317,5 mm (12,5 Inch) auf; weist die innere Stufe 532b einen Innendurchmesser von etwa 304,8 mm (12,00 Inch) und einen Außendurchmesser von etwa 307,34 mm (12,1 Inch) auf und; weist die äußere Stufe 534b einen Innendurchmesser von etwa 307,34 mm (12,1 Inch) und einen Außendurchmesser von etwa 317,5 mm (12,5 Inch) auf. Die innere Stufe 532b weist eine vertikale Oberfläche 532ba, die etwa 3,302 mm (0,13 Inch) lang ist, und eine horizontale Oberfläche 532bb, die etwa 1,778 mm (0,07 Inch) lang ist, auf, und die äußere Stufe 534b weist eine vertikale Oberfläche 534ba, die etwa 2,794 mm (0,11 Inch) lang ist, und eine horizontale Oberfläche 534bb, die etwa 5,334 mm (0,21 Inch) lang ist, auf. Die kreisförmige Schnittlinie zwischen den Oberflächen 534ba und 534bb ist zu einem Radius von etwa 1,524 (0,06) gerundet.
5K ist eine Draufsicht von oben auf die innere Elektrode 120B, die die Montageoberfläche 120bb darstellt. Die Montageoberfläche 120bb umfasst eine ringförmige Nut 550B (Einzelheiten sind in 5E dargestellt), die mit der inneren Elektrode 120B konzentrisch ist, wobei die ringförmige Nut 550B einen Innendurchmesser von etwa 6,096 mm (0,24 Inch), einen Außendurchmesser von etwa 11,176 mm (0,44 Inch), eine Tiefe von mindestens 2,54 mm (0,1 Inch), eine 45°-Abschrägung von etwa 0,508 mm (0,02 Inch) Weite auf dem Zutrittsrand und eine Ausrundung mit einem Radius zwischen 0,381 und 0,762 mm (0,015 und 0,03 Inch) auf der Bodenecke aufweist.
Die Montageoberfläche 120bb umfasst auch zwei glatte (gewindefreie) Sacklöcher 540Ba und 540Bb, die ausgeführt sind, um Ausrichtstifte aufzunehmen (Einzelheiten sind in 5F dargestellt), die bei einem Radius zwischen 43,688 und 43,942 mm (1,72 und 1,73 Inch) von der Mitte der inneren Elektrode 120B angeordnet sind. Das Sackloch 540Bb ist um etwa 175° im Uhrzeigersinn gegen das Sackloch 540Ba versetzt. Die Sacklöcher 540Ba und 540Bb weisen einen Durchmesser zwischen 2,794 und 3,048 mm (0,11 und 0,12 Inch), eine Tiefe von mindestens 5,08 mm (0,2 Inch), eine 45°-Abschrägung von etwa 0,508 mm (0,02 Inch) auf einem Zutrittsrand und eine Ausrundung mit einem Radius von höchstens 0,508 mm (0,02 Inch) auf einer Bodenecke auf.
Die Montageoberfläche 120bb umfasst auch Gewindesacklöcher 520B, die in einer ringförmigen Montagelochzone angeordnet sind, die die Montageoberfläche in einen mittigen Teil und einen äußeren Teil unterteilt. Die Montagelochzone befindet sich vorzugsweise auf einem Radius von 1/4 bis 1/2 des Radius der inneren Elektrode 120B. In einer bevorzugten Ausführungsform sind acht 7/16''-28UTS (Unified Thread Standard)- oder andere geeignet dimensionierte Gewindelöcher 520B, die jeweils ausgebildet sind, um eine Zapfen/Sockel-Anordnung 303 aufzunehmen, auf einem Radius zwischen 63,246 und 63,754 (2,49 und 2,51 Inch) von der Mitte der inneren Elektrode 120B in Umfangsrichtung voneinander beabstandet und um etwa 45° zwischen jedem Paar von benachbarten Gewindelöchern 520B azimutal versetzt. Jedes der Gewindelöcher 520B weist eine Gesamttiefe von etwa 5,08 mm (0,2 Inch), eine Gewindetiefe von mindestens 4,1402 mm (0,163 Inch) vom Zutrittsrand und eine 45°-Abschrägung von etwa 0,762 mm (0,03 Inch) Weite auf dem Zutrittsrand auf. Eines von den Löchern 520B ist mit dem Loch 540Ba azimutal ausgerichtet.
Die Montageoberfläche 120bb umfasst weiter ein erstes, zweites und drittes glattes (gewindefreies) Sackloch, die ausgebildet sind, um Ausrichtstifte aufzunehmen (530ba, 530bb bzw. 530bc oder zusammengefasst 530b) (Einzelheiten sind in 5K dargestellt), die bei einem Radius zwischen 152,908 und 153,162 mm (6,02 und 6,03 Inch) von der Mitte der inneren Elektrode 120B radial ausgerichtet sind. Die Löcher 530b weisen einen Durchmesser zwischen 2,794 und 3,048 mm (0,11 und 0,12 Inch), eine Tiefe von mindestens 2,54 mm (0,1 Inch), eine 45°-Abschrägung von etwa 0,508 mm (0,02 Inch) Weite auf einem Zutrittsrand und eine Ausrundung mit einem Radius von höchstens 0,508 mm (0,02 Inch) auf einer Bodenecke auf. Das erste Loch 530ba ist um etwa 10° im Uhrzeigersinn gegen die gewindefreien Sacklöcher 540Ba azimutal versetzt; das zweite Loch 530bb ist um etwa 92,5° gegen den Uhrzeigersinn gegen das erste Loch 530ba azimutal versetzt; das dritte Loch 530bc ist um etwa 190° gegen den Uhrzeigersinn gegen das erste Loch 530ba azimutal versetzt.
In der Draufsicht von oben auf die innere Elektrode 120B in 5K (die Ansicht der Montageoberfläche 120bb) ist ein Gaseinspritzloch in der ersten Reihe mit dem Loch 530bc azimutal ausgerichtet; ist ein Gaseinspritzloch in der zweiten Reihe mit dem Loch 530bc azimutal ausgerichtet; ist ein Gaseinspritzloch in der dritten Reihe um etwa 3,2° gegen den Uhrzeigersinn gegen das Loch 530bc azimutal versetzt; ist ein Gaseinspritzloch in der vierten Reihe um etwa 4,5° gegen den Uhrzeigersinn gegen das Loch 530bc azimutal versetzt; ist ein Gaseinspritzloch in der fünften Reihe um etwa 3,75° gegen den Uhrzeigersinn gegen das Loch 530bc azimutal versetzt; ist ein Gaseinspritzloch in der sechsten Reihe um etwa 3,21° gegen den Uhrzeigersinn gegen das Loch 530bc azimutal versetzt; ist ein Gaseinspritzloch in der siebten Reihe um etwa 2,81° gegen den Uhrzeigersinn gegen das Loch 530bc azimutal versetzt; ist ein Gaseinspritzloch in der achten Reihe um etwa 2,5° gegen den Uhrzeigersinn gegen das Loch 530bc azimutal versetzt.
Mit Bezug auf 1B ist die innere Elektrode 120B durch einen Klemmring 150B, der mit der äußeren Stufe auf der Unterseite im Eingriff steht, und eine Mehrzahl von Nockenarretierungen 160B (wie z. B. 4 bis 8 Nockenarretierungen), die mit den Gewindelöchern in der oberen Oberfläche im Eingriff stehen, an der Trägerplatte 140B festgeklemmt. Der Klemmring 150B umfasst eine Reihe von Löchern, die Befestigungseinrichtungen aufnehmen, wie z. B. Bolzen (Schrauben), die in Gewindeöffnungen in einer unteren Seite der Trägerplatte 140B eingeschraubt sind. Um einen Kontakt des Klemmrings 150B mit der Stufe 534b auf der inneren Elektrode 120B zu vermeiden, ist ein Druckring 170B aus einem steifen Material, wie z. B. einem harten Polyimidmaterial, wie z. B. CIRLEX^®, zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der inneren Elektrode 120B und des Klemmrings 150B zusammengepresst (1C).
Die Nockenarretierungen 160B in Kombination mit dem Klemmring 150B liefern Punkte einer mechanischen Unterstützung, verbessern einen Wärmekontakt mit der Trägerplatte 140B, verringern eine Verwerfung der inneren Elektrode 120B und verringern folglich eine Verarbeitungsgeschwindigkeits-Ungleichförmigkeit und thermische Ungleichförmigkeit.
In der dargestellten Ausführungsform ist die äußere Elektrode 130B durch 8 Nockenarretierungen an der Trägerplatte mechanisch angebracht, und die innere Elektrode 120B ist durch weitere 8 Nockenarretierungen an der Trägerplatte mechanisch angebracht. 2C stellt eine dreidimensionale Ansicht einer beispielhaften Nockenarretierung einschließlich Teilen der äußeren Elektrode 130B und der Trägerplatte 140B dar.
Die Nockenarretierungen, wie in den 2C und 2D dargestellt, umfassen eine Zapfen/Sockel-Anordnung 303, die einen Zapfen (Arretierstift) 205 umfasst, der in einem Sockel 213 montiert ist, wie oben beschrieben und in 3 dargestellt.
Um einen simultanen Eingriff von Nockenarretierungen auf der inneren und äußeren Elektrode zu ermöglichen, sind acht langgestreckte Nockenwellen 207B in Trägerplattenbohrungen 211B montiert, die in die Trägerplatte 140B maschinell eingearbeitet sind. Jede Nockenwelle 207B tritt bei einer Zapfen/Sockel-Anordnung 303 einer Nockenarretierung auf der äußeren Elektrode 130B und einer Zapfen/Sockel-Anordnung 303 einer Nockenarretierung auf der inneren Elektrode 120B in Eingriff.
Mit Bezug nun auf 2D erläutert eine Querschnittsansicht der Nockenarretierung weiter, wie die Nockenarretierung arbeitet, indem die äußere Elektrode 130B und die innere Elektrode 120B in unmittelbare Nachbarschaft zur Trägerplatte 140B platziert werden. Die Zapfen 205/Tellerfederstapel 215/Sockel 213-Anordnung wird in die äußere Elektrode 130B und die innere Elektrode 120B eingebaut. Wie dargestellt, kann die Zapfen/Sockel-Anordnung mittels Außengewinden auf dem Sockel 213 in ein Gewindeloch in der äußeren Elektrode 130B oder der inneren Elektrode 120B eingeschraubt werden.
Mit Bezug auf 4C zeigt eine auseinandergezogene Ansicht 400B der Nockenwelle 207B auch einen Verkeilzapfen 402 und eine hexagonale Öffnung 403B auf einem Ende der Nockenwelle 207B.
Mit fortgesetztem Bezug auf die 4C, 2C und 2D wird die Nockenarretierung z. B. zusammengebaut, indem die Nockenwelle 207B in die Trägerplattenbohrung 211B eingesetzt wird. Der Verkeilzapfen 402 beschränkt eine Drehwegstrecke der Nockenwelle 207B in der Trägerplattenbohrung 211B durch Koppeln mit einer Stufe auf einer Zutrittsöffnung der Bohrung 211B, wie in 4D dargestellt. Die Nockenwelle 207B weist zwei exzentrische Innenausschnitte auf. Ein Ausschnitt tritt mit einem vergrößerten Kopf des Zapfens 205 auf der äußeren Elektrode 130B in Eingriff, und der andere Ausschnitt tritt mit einem vergrößerten Kopf des Zapfens 205 auf der inneren Elektrode 120B in Eingriff. Die Nockenwelle 207B kann durch Verwendung der hexagonalen Öffnung 403B zuerst in einer Richtung, z. B. gegen den Uhrzeigersinn, gedreht werden, um einen Eintritt der Zapfen 205 in die Nockenwelle 207B zu ermöglichen, und dann im Uhrzeigersinn gedreht werden, um die Zapfen 205 ganz in Eingriff zu nehmen und zu arretieren. Die Klemmkraft, die erforderlich ist, um die äußere Elektrode 130B und die innere Elektrode 120B an der Trägerplatte 140B zu halten, wird geliefert, indem der Tellerfederstapel 215 weiter als seine freie Stapelhöhe zusammengepresst wird. Wenn die Tellerfederstapel 215 zusammengepresst werden, wird die Klemmkraft von einzelnen Federn in den Tellerfederstapeln 215 zu den Sockeln 213 und durch die äußere Elektrode 130B und innere Elektrode 120B zur Trägerplatte 140B übertragen.
In einem beispielhaften Betriebsmodus wird die Nockenwelle 207B in die Trägerplattenbohrung 211B eingesetzt. Die Nockenwelle 207B wird gegen den Uhrzeigersinn bis zu ihrer maximalen Drehwegstrecke gedreht. Die Zapfen/Sockel-Anordnungen 303 (3), die unter Anwendung einer leichten Drehkraft in die äußere Elektrode 130B und die innere Elektrode 120B eingeschraubt werden, werden dann in vertikal verlaufende Durchgangslöcher unter der horizontal verlaufenden Trägerplattenbohrung 211B eingesetzt, so dass die Köpfe der zapfen 205 mit den exzentrischen Ausschnitten in der Nockenwelle 207B in Eingriff treten. Die äußere Elektrode 130B und die innere Elektrode 120B werden gegen die Trägerplatte 140B gehalten, und die Nockenwelle 207B wird im Uhrzeigersinn gedreht, bis dem Verkeilstift durch die Stufe auf der Zutrittsöffnung der Bohrung 211B eine Grenze gesetzt wird. Der beispielhafte Betriebsmodus kann umgekehrt werden, um die äußere Elektrode 130B und die innere Elektrode 120B von der Trägerplatte 140B zu demontieren.
Mit Bezug auf 4B stellt eine Schnittansicht A-A der Seitenaufrissansicht 420B der Nockenwelle 207B von 4C einen Werkzeugbahnrand 440B dar, durch den der Kopf des Zapfens 205 voll gesichert wird.
7C stellt eine Draufsicht von oben auf einen anderen Dichtungselementsatz dar. Dieser Dichtungselementsatz umfasst ein inneres Dichtungselement 7400, das eine Mehrzahl von konzentrischen Ringen umfasst, die durch eine Mehrzahl von Speichen verbunden sind, ein erstes ringförmiges Dichtungselement 7500 mit einer Mehrzahl von Ausschnitten auf einem äußeren und einem inneren Perimeter, ein zweites ringförmiges Dichtungselement 7600 mit einer Mehrzahl von Löchern und einem Ausschnitt und ein drittes ringförmiges Dichtungselement 7700 mit einer Mehrzahl von Ausschnitten. Die Dichtungselemente sind vorzugsweise strom- und wärmeleitend und aus einem Material gefertigt, das kein übermäßiges Entgasen in einer Vakuumumgebung, z. B. etwa 10 bis 200 mTorr, zeigt, das eine geringe Teilchenerzeugung aufweist, nachgiebig ist, um eine Scherung an Kontaktpunkten aufzunehmen, und ohne metallische Komponenten ist, die Lebensdauervernichter in Halbleitersubstraten sind, wie z. B. Ag, Ni, Cu und dergleichen. Die Dichtungselemente können eine Silicon-Aluminiumfolien-Sandwich-Dichtungselementstruktur oder eine Elastomer-Edelstahl-Sandwich-Dichtungselementstruktur sein. Die Dichtungselemente können ein Aluminiumblech sein, das auf einer oberen und unteren Seite mit einem wärme- und stromleitenden Kautschuk beschichtet ist, der in einer Vakuumumgebung angemessen ist, die bei einer Halbleiterherstellung verwendet wird, wobei Schritte, wie z. B. Plasmaätzen, durchgeführt werden. Die Dichtungselemente sind vorzugsweise nachgiebig, so dass sie zusammengepresst werden können, wenn die Elektrode und die Trägerplatte mechanisch zusammengeklemmt werden, aber verhindern, dass gegenüberliegende Oberflächen der Elektrode und der Trägerplatte während einer Temperaturwechselbeanspruchung der Gasverteilungselektrode gegeneinander reiben. Die Dichtungselemente können aus einem geeigneten Material, wie z. B. ”Q-PAD II” hergestellt sein, das von der Bergquist Company erhältlich ist. Die Dicke der Dichtungselemente beträgt vorzugsweise etwa 0,1524 mm (0,006 Inch). Die verschiedenen Merkmale der Dichtungselemente können aus einer Endlosfolie mit einem Messer geschnitten, gestanzt, gelocht oder vorzugsweise mit einem Laserstrahl geschnitten sein. Der Dichtungselementsatz ist zwischen der Trägerplatte 140B und der inneren Elektrode 120B und der äußeren Elektrode 130B montiert, um einen elektrischen und thermischen Kontakt dazwischen zu liefern.
7D stellt die Einzelheiten des inneren Dichtungselements 7400 dar. Das innere Dichtungselement 7400 umfasst vorzugsweise sieben konzentrische Ringe, die durch Radialspeichen miteinander verbunden sind. Ein erster Ring 7401 weist einen Innendurchmesser von mindestens 11,176 mm (0,44 Inch) (z. B. zwischen 15,748 und 16,51 mm (0,62 und 0,65 Inch)) und einen Außendurchmesser von höchstens 34,29 mm (1,35 Inch) (z. B. zwischen 24,638 und 25,4 mm (0,97 und 1,00 Inch)) auf. Der erste Ring 7401 ist mit einem zweiten Ring 7402 durch acht radial verlaufende und azimutal abstandsgleiche Speichen 7412 verbunden. Jede Speiche 7412 weist eine Breite von etwa 3,175 mm (0,125 Inch) auf.
Der zweite Ring 7402 weist einen Innendurchmesser von mindestens 34,29 mm (1,35 Inch) (z. B. zwischen 44,196 und 44,704 mm (1,74 und 1,76 Inch)) und einen Außendurchmesser von höchstens 68,072 mm (2,68 Inch) (z. B. zwischen 57,404 und 58,166 mm (2,26 und 2,29 Inch)) auf. Der zweite Ring 7402 ist mit einem dritten Ring 7403 durch vier radial verlaufende und azimutal abstandsgleiche Speichen verbunden. Zwei von diesen vier Speichen, 7423a und 7423b, liegen einander um die Mitte des inneren Dichtungselements 7400 gegenüber, und jede weist eine Breite von etwa 14,224 mm (0,56 Inch) und eine gerundete rechteckige Öffnung (7423ah oder 7423bh) von etwa 7,874 mm (0,31 Inch) mal etwa 11,684 mm (0,46 Inch) auf. Die anderen zwei von diesen vier Speichen, 7423c und 7423d, liegen einander um die Mitte des inneren Dichtungselements 7400 gegenüber, und jede weist eine Breite von etwa 3,175 mm (0,125 Inch) auf. Eine Speiche 7423c ist gegen eine von den Speichen 7412 um etwa 22,5° azimutal versetzt.
Der dritte Ring 7403 weist einen Innendurchmesser von mindestens 68,072 mm (2,68 Inch) (z. B. zwischen 80,518 und 81,28 mm (3,17 und 3,20 Inch)) und einen Außendurchmesser von höchstens 107,442 mm (4,23 Inch) (z. B. zwischen 94,234 und 94,996 mm (3,71 und 3,74 Inch)) auf. Der dritte Ring ist mit einem vierten Ring 7404 durch vier radial verlaufende und azimutal abstandsgleiche Speichen 7434 verbunden. Jede Speiche weist eine Breite von etwa 3,175 mm (0,125 Inch) auf. Eine von den Speichen 7434 ist um etwa 22,5° gegen den Uhrzeigersinn gegen die Speiche 7423c azimutal versetzt. Der dritte Ring 7403 umfasst auch zwei Rundlöcher 7403x und 7403y, die in einem radialen Abstand zwischen 43,688 und 44,196 mm (1,72 und 1,74 Inch) von der Mitte des inneren Dichtungselements 7400 angeordnet sind. Die Rundlöcher 7403x und 7403y weisen einen Durchmesser von etwa 3,175 mm (0,125 Inch) auf. Das Rundloch 7403x ist um etwa 95° gegen den Uhrzeigersinn gegen die Speiche 7423c azimutal versetzt. Das Rundloch 7403y ist um etwa 90° im Uhrzeigersinn gegen die Speiche 7423c azimutal versetzt. Die Rundlöcher 7403x und 7403y sind ausgebildet, um Ausrichtstifte aufzunehmen.
Der vierte Ring 7404 weist einen Innendurchmesser von mindestens 107,442 mm (4,23 Inch) (z. B. zwischen 121,412 und 122,174 mm (4,78 und 4,81 Inch)) und einen Außendurchmesser von höchstens 147,066 mm (5,79 Inch) (z. B. zwischen 131,826 und 132,588 mm (5,19 und 5,22 Inch)) auf. Der vierte Ring 7404 ist mit einem fünften Ring 7405 durch einen Satz von 8 radial verlaufenden und azimutal abstandsgleichen Speichen 7445a und einen weiteren Satz von 8 radial verlaufenden und azimutal abstandsgleichen Speichen 7445b verbunden. Eine von den Speichen 7445b ist um etwa 8,5° gegen den Uhrzeigersinn gegen die Speiche 7423c azimutal versetzt. Eine von den Speichen 7445a ist um etwa 8,5° im Uhrzeigersinn gegen die Speiche 7423c azimutal versetzt. Jede Speiche 7445a und 7445b weist eine Breite von etwa 3,175 mm (0,125 Inch) auf. Die Speichen 7445a und 7445b verlaufen einwärts radial und separieren den vierten Ring 7404 in acht Bögen, die jeweils einen Mittelwinkel von etwa 28° aufweisen.
Der fünfte Ring 7405 weist einen Innendurchmesser von mindestens 147,066 mm (5,79 Inch) (z. B. zwischen 161,29 und 161,798 mm (6,35 und 6,37 Inch)) und einen Außendurchmesser von höchstens 186,436 mm (7,34 Inch) (z. B. zwischen 170,942 und 171,45 mm (6,73 und 6,75 Inch)) auf. Der fünfte Ring 7405 ist mit einem sechsten Ring 7406 durch vier radial verlaufende und azimutal abstandsgleiche Speichen 7456 verbunden. Eine von den Speichen 7456 ist um etwa 90° gegen die Speiche 7423c azimutal versetzt. Jede der Speichen 7456 weist eine Breite von etwa 3,175 mm (0,125 Inch) auf.
Der sechste Ring 7406 weist einen Innendurchmesser von mindestens 186,436 mm (7,34 Inch) (z. B. zwischen 201,168 und 201,93 mm (7,92 und 7,95 Inch)) und einen Außendurchmesser von höchstens 225,806 mm (8,89 Inch) (z. B. zwischen 207,264 und 212,344 mm (8,16 und 8,36 Inch)) auf. Der sechste Ring 7406 ist mit einem siebten Ring 7407 durch einen Satz von vier radial verlaufenden und azimutal abstandsgleichen Speichen 7467a und einen weiteren Satz von vier radial verlaufenden und azimutal abstandsgleichen Speichen 7467b verbunden. Eine von den Speichen 7467b ist um etwa 6,4° gegen den Uhrzeigersinn gegen die Speiche 7423c azimutal versetzt. Eine von den Speichen 7467a ist um etwa 6,4° im Uhrzeigersinn gegen die Speiche 7423c azimutal versetzt. Jede Speiche 7467a und 7467b weist eine Breite von etwa 3,175 mm (0,125 Inch) auf.
Der siebte Ring 7407 weist einen Innendurchmesser von mindestens 225,806 mm (8,89 Inch) (z. B. zwischen 237,236 und 237,998 mm (9,34 und 9,37 Inch)) und einen Außendurchmesser von höchstens 258,572 mm (10,18 Inch) (z. B. zwischen 245,364 und 246,126 mm (9,66 und 9,69 Inch)) auf. Zwei Ausschnitte 7407ah und 7407bh mit einer Breite von etwa 6,35 mm (0,25 Inch) separieren den siebten Ring 7407 in zwei Abschnitte. Der Ausschnitt 7407ah ist um etwa 90° gegen den Uhrzeigersinn gegen die Speiche 7423c azimutal versetzt. Der Ausschnitt 7407bh ist um etwa 90° im Uhrzeigersinn gegen die Speiche 7423c azimutal versetzt.
Das erste ringförmige Dichtungselement 7500 (siehe 7C) weist einen Innendurchmesser von etwa 303,53 mm (11,95 Inch) und einen Außendurchmesser von etwa 316,738 mm (12,47 Inch) auf. Das erste ringförmige Dichtungselement 7500 weist drei Ausschnitte mit kleinem Durchmesser 7508a, 7508b und 7508c auf seinem inneren Perimeter auf. Die Ausschnitte 7508b und 7508c sind gegen den Ausschnitt 7508a um etwa 92,5° im Uhrzeigersinn bzw. etwa 190° im Uhrzeigersinn azimutal versetzt. Die Mitten der Ausschnitte 7508a, 7508b und 7508c sind in einem radialen Abstand von etwa 152,908 mm (6,02 Inch) von der Mitte des ersten ringförmigen Dichtungselements 7500 angeordnet. Die Ausschnitte 7508a, 7508b und 7508c sind einwärts gewandt und umfassen eine halbkreisförmige äußere Peripherie mit einem Durchmesser von etwa 3,175 mm (0,125 Inch) und umfassen eine innere Öffnung mit geraden radialen Rändern. Das erste ringförmige Dichtungselement 7500 weist auch drei runde und auswärts gewandte Ausschnitte mit großem Durchmesser 7508x, 7508y und 7508z auf seinem äußeren Perimeter auf. Die Ausschnitte 7508x, 7508y und 7508z sind azimutal abstandsgleich angeordnet und weisen einen Durchmesser von etwa 18,288 mm (0,72 Inch) auf. Ihre Mitten sind in einem radialen Abstand von etwa 164,592 mm (6,48 Inch) von der Mitte des ersten ringförmigen Dichtungselements 7500 angeordnet. Der Ausschnitt 7508x ist gegen den Ausschnitt 7508a um etwa 37,5° im Uhrzeigersinn azimutal versetzt. Bei Montage in der Gasverteilungselektrodenanordnung 100B (wie nachstehend in Einzelheiten beschrieben) wird der Ausschnitt 7508a um etwa 90° gegen den Uhrzeigersinn gegen die Speiche 7423c im inneren Dichtungselement 7400 azimutal versetzt.
Das zweite ringförmige Dichtungselement 7600 weist einen Innendurchmesser von etwa 353,06 mm (13,90 Inch) und einen Außendurchmesser von etwa 425,45 mm (16,75 Inch) auf. Das zweite ringförmige Dichtungselement 7600 weist acht kreisförmige Löcher 7609a auf, die azimutal abstandsgleich angeordnet sind. Die Mitten der Löcher 7609a sind in einem radialen Abstand von etwa 193,294 mm (7,61 Inch) von der Mitte des zweiten ringförmigen Dichtungselements 7600 angeordnet. Die Löcher 7609a weisen einen Durchmesser von etwa 13,97 mm (0,55 Inch) auf. Bei Montage in der Gasverteilungselektrodenanordnung 100B (wie nachstehend in Einzelheiten beschrieben) wird eines der Löcher 7609a mit dem Loch 7403y auf dem dritten Ring 7403 im inneren Dichtungselement 7400 azimutal ausgerichtet. Das zweite ringförmige Dichtungselement 7600 weist auch einen runden einwärts gewandten Ausschnitt 7609b auf dem inneren Perimeter des äußeren Dichtungselements 7300 auf. Die Mitte dieses Ausschnitts 7609b ist in einem Abstand von etwa 177,292 mm (6,98 Inch) von der Mitte des zweiten ringförmigen Dichtungselements 7600 angeordnet. Der Ausschnitt 7609b weist einen Durchmesser von etwa 23,368 mm (0,92 Inch) auf. Bei Montage in der Gasverteilungselektrodenanordnung 100B (wie nachstehend in Einzelheiten beschrieben) wird der Ausschnitt 7609b gegen das Loch 7403y um etwa 202,5° gegen den Uhrzeigersinn azimutal versetzt. Das zweite ringförmige Dichtungselement 7600 weist weiter drei kreisförmige Löcher 7610, 7620 und 7630 auf, die ausgebildet sind, um einen Werkzeugzugriff zu ermöglichen. Diese Löcher sind in einem radialen Abstand von etwa 201,422 mm (7,93 Inch) angeordnet und weisen einen Durchmesser von etwa 3,556 mm (0,14 Inch) auf. Die Löcher 7610, 7620 und 7630 sind um etwa 7,5°, etwa 127,5° bzw. etwa 252,5° im Uhrzeigersinn gegen den Ausschnitt 7609b azimutal versetzt.
Das dritte ringförmige Dichtungselement 7700 weist einen Innendurchmesser von etwa 439,166 mm (17,29 Inch) und einen Außendurchmesser von etwa 474,726 mm (18,69 Inch) auf. Das dritte ringförmige Dichtungselement 7700 weist acht runde auswärts gewandte Ausschnitte 7701 auf, die auf dem äußeren Perimeter azimutal abstandsgleich angeordnet sind. Die Mitten der Ausschnitte 7701 sind in einem radialen Abstand von etwa 236,22 mm (9,30 Inch) von der Mitte des dritten ringförmigen Dichtungselements 7700 angeordnet. Die Ausschnitte 7701 weisen einen Durchmesser von etwa 13,462 mm (0,53 Inch) auf.
Wenn die innere Elektrode 120B in der Gasverteilungselektrodenanordnung 100B montiert wird, werden ein Ausrichtring 108B (1B), zwei innere Ausrichtstifte 109B (in 1B nicht dargestellt) und drei äußere Ausrichtstifte (in 1B nicht dargestellt) zuerst in die ringförmige Nut 550B, Löcher 540Ba/540Bb bzw. Löcher 530b (5K) eingesetzt. Das innere Dichtungselement 7400 wird dann an der inneren Elektrode 120B montiert. Die Löcher 7403x und 7403y (7D) entsprechen den inneren Ausrichtstiften 109B; und das mittige Loch des inneren Dichtungselements 7400 entspricht dem Ausrichtring 108B und dem mittigen Gaseinspritzloch in der inneren Elektrode 120B. Öffnungen zwischen den sieben Ringen und in den Speichen im inneren Dichtungselement 7400 entsprechen der ersten Reihe bis zur sechsten Reihe von Gaseinspritzlöchern in der inneren Elektrode 120B. Das erste ringförmige Dichtungselement 7500 wird auf die innere Elektrode 120B montiert. Die Ausschnitte 708a, 708b und 708c entsprechen den Löchern 530bc, 530bb bzw. 530ba. Die siebte und achte Reihe von Gaseinspritzlöchern fallen in die Öffnung zwischen dem inneren Dichtungselement 7400 und dem ersten ringförmigen Dichtungselement 7500. Acht Zapfen/Sockel-Anordnungen 303 werden in die acht Gewindesacklöcher 520B eingeschraubt, um die innere Elektrode 120b an der Trägerplatte 140B zu befestigen, wobei das innere Dichtungselement 7400 und das erste ringförmige Dichtungselement 7500 dazwischen eingefügt sind. Der Klemmring 150B wird auf der Trägerplatte 140B durch eine Mehrzahl von Bolzen befestigt, die in Gewindeöffnungen in der unteren Seite der Trägerplatte 140B eingeschraubt werden. Die Zapfen/Sockel-Anordnungen 303 und der Klemmring 150B tragen die innere Elektrode 120B an einer Stelle zwischen der Mitte und dem äußeren Rand bzw. am äußeren Rand, verbessern einen Wärmekontakt mit der Trägerplatte 140B und verringern eine Verwerfung der inneren Elektrode 120B, die durch eine Temperaturwechselbeanspruchung während eines Verarbeitens von Substraten hervorgerufen wird. Das zweite ringförmige Dichtungselement 7600 wird auf der äußeren Elektrode 130B platziert. Die acht Löcher 7609a entsprechen den acht Nockenarretierungen, die auf die äußere Elektrode 130B aufgeschraubt werden. Die äußere Elektrode 130B und die innere Elektrode 120B werden gegen die Trägerplatte 140B durch Drehen der Nockenwellen 207B befestigt. Die C-förmige Verkleidung 190 in 1B wird durch eine Mehrzahl von (vorzugsweise acht) Nockenarretierungen an der Trägerplatte 140B befestigt. Das dritte ringförmige Dichtungselement 7700 wird zwischen der Verkleidung 190 und der Trägerplatte 140B platziert. Die Ausschnitte 7701 entsprechen den Nockenarretierungen zwischen der Verkleidung 190 und der Trägerplatte 140B.
Die Ringe 7401–7407 und die Speichen im inneren Dichtungselement 7400 können in einem beliebigen geeigneten Muster angeordnet sein, vorausgesetzt, dass sie die Gaseinspritzlöcher 106B, die Nockenarretierungen 160B, den Ausrichtring 108B oder die Ausrichtstifte 109B in der inneren Elektrode 120B nicht blockieren.
7E stellt eine Draufsicht von oben auf noch einen anderen Dichtungselementsatz dar. Dieser Dichtungselementsatz umfasst ein inneres Dichtungselement 7800, das eine Mehrzahl von konzentrischen Ringen umfasst, die durch eine Mehrzahl von Speichen verbunden sind, ein erstes ringförmiges Dichtungselement 7500 mit einer Mehrzahl von Ausschnitten auf einem äußeren und einem inneren Perimeter, ein zweites ringförmiges Dichtungselement 7600 mit einer Mehrzahl von Löchern und einem Ausschnitt und ein drittes ringförmiges Dichtungselement 7700 mit einer Mehrzahl von Ausschnitten. Dieser Dichtungselementsatz ist mit dem Dichtungselementsatz, der in den 7C und 7D dargestellt ist, identisch, außer dass das innere Dichtungselement 7800 (wie in 7F dargestellt) den siebten Ring und die Speichen, die den siebten und den achten Ring verbinden, nicht aufweist.
Die Ringe und die Speichen im inneren Dichtungselement 7800 können in einem beliebigen geeigneten Muster angeordnet sein, vorausgesetzt, dass sie die Gaseinspritzlöcher 106B, die Nockenarretierungen 160B, den Ausrichtring 108B oder die Ausrichtstifte 109B in der inneren Elektrode 120B nicht blockieren.
Während die Gasverteilungselektrodenanordnungen, inneren Elektroden, äußeren Elektroden und Dichtungselementsätze mit Bezug auf ihre spezifischen Ausführungsformen in Einzelheit beschrieben worden sind, ist es Fachleuten ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können und Äquivalente verwendet werden können, ohne dass man vom Bereich der angefügten Ansprüche abweicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/114175 [0046]

Claims

Innere Elektrode für eine Gasverteilungselektrodenanordnung in einer kapazitiv gekoppelten Plasmaverarbeitungskammer, wobei die Gasverteilungselektrodenanordnung umfasst: eine Trägerplatte mit Gaseinspritzlöchern, die sich zwischen ihrer Ober- und Unterseite erstrecken, einen Klemmring mit einem sich einwärts erstreckenden Flansch und Löchern, die ausgebildet sind, um Befestigungseinrichtungen aufzunehmen, die mit Öffnungen in der Unterseite der Trägerplatte in Eingriff treten, eine äußere Elektrode mit einem sich einwärts erstreckenden Flansch und Löchern, die ausgebildet sind, um Befestigungseinrichtungen aufzunehmen, die mit Öffnungen in der Unterseite der Trägerplatte in Eingriff treten, einen Ausrichtring, eine Mehrzahl von Gewindebefestigungseinrichtungen, die die innere Elektrode an der Trägerplatte anbringen, und eine Mehrzahl von Ausrichtstiften; wobei die innere Elektrode umfasst: eine zum Plasma hin freiliegende Oberfläche auf ihrer Unterseite; eine Montageoberfläche auf ihrer Oberseite; eine erste ringförmige Stufe und eine zweite ringförmige Stufe auf ihrer äußeren Peripherie, wobei die erste und zweite Stufe ausgebildet sind, um mit dem sich einwärts erstreckenden Flansch des Klemmrings bzw. dem sich einwärts erstreckenden Flansch der äußeren Elektrode ineinanderzugreifen; eine Mehrzahl von Gaseinspritzlöchern, die sich zwischen der zum Plasma hin freiliegenden Oberfläche und der Montageoberfläche derselben erstrecken und in einem Muster angeordnet sind, das den Gaseinspritzlöchern in der Trägerplatte entspricht; eine Mehrzahl von gewindefreien Sacklöchern in der Montageoberfläche, die ausgebildet sind, um die Ausrichtstifte aufzunehmen; eine ringförmige Nut in der Montageoberfläche, die ausgebildet ist, um den Ausrichtring aufzunehmen; und eine Mehrzahl von Gewindesacklöchern in der Montageoberfläche, die ausgebildet sind, um Gewindebefestigungseinrichtungen aufzunehmen, die die innere Elektrode an der Trägerplatte anbringen.
Innere Elektrode nach Anspruch 1, bei der die Gaseinspritzlöcher einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als oder gleich 1,016 mm (0,04 Inch) ist, und in einem Muster mit einem mittigen Gaseinspritzloch in einer Mitte der inneren Elektrode und acht konzentrischen Reihen von Gaseinspritzlöchern angeordnet sind, wobei die erste Reihe acht Gaseinspritzlöcher aufweist, die sich in einem radialen Abstand von etwa 15,24–17,78 mm (0,6–0,7 Inch) von der Mitte der inneren Elektrode befinden; wobei die zweite Reihe achtzehn Gaseinspritzlöcher aufweist, die sich in einem radialen Abstand von etwa 33,02–35,56 mm (1,3–1,4 Inch) von der Mitte der inneren Elektrode befinden; wobei die dritte Reihe achtundzwanzig Gaseinspritzlöcher aufweist, die sich in einem radialen Abstand von etwa 53,34–55,88 mm (2,1–2,2 Inch) von der Mitte der inneren Elektrode befinden; wobei die vierte Reihe achtunddreißig Gaseinspritzlöcher aufweist, die sich in einem radialen Abstand von etwa 71,12–76,2 mm (2,8–3,0 Inch) von der Mitte der inneren Elektrode befinden; wobei die fünfte Reihe achtundvierzig Gaseinspritzlöcher aufweist, die sich in einem radialen Abstand von etwa 91,44–93,98 mm (3,6–3,7 Inch) von der Mitte der inneren Elektrode befinden; wobei die sechste Reihe achtundfünfzig Gaseinspritzlöcher aufweist, die sich in einem radialen Abstand von etwa 111,76–114,3 mm (4,4–4,5 Inch) von der Mitte der inneren Elektrode befinden; wobei die siebte Reihe sechsundsechzig Gaseinspritzlöcher aufweist, die sich in einem radialen Abstand von etwa 127–129,54 mm (5,0–5,1 Inch) von der Mitte der inneren Elektrode befinden; wobei die achte Reihe vierundsiebzig Gaseinspritzlöcher aufweist, die sich in einem radialen Abstand von etwa 144,78–147,32 mm (5,7–5,8 Inch) von der Mitte der inneren Elektrode befinden; die Gaseinspritzlöcher in jeder Reihe azimutal abstandsgleich angeordnet sind.
Innere Elektrode nach Anspruch 1, bei der die Mehrzahl von Gewindesacklöchern eine kreisförmige Reihe von acht abstandsgleichen Gewindesacklöchern umfasst; jedes von diesen acht Gewindesacklöchern mit Gewinde einer Gewindegröße von 1/4''-32UTS versehen ist; in einem radialen Abstand von etwa 60,96–66,04 mm (2,4–2,6 Inch) von der Mitte der inneren Elektrode angeordnet ist; und eine Tiefe von mindestens 5,08 mm (0,2 Inch) aufweist.
Innere Elektrode nach Anspruch 1, bei der die acht Gewindesacklöcher auf einem Radius von 1/4 bis 1/2 des Radius der inneren Elektrode angeordnet sind.
Innere Elektrode nach Anspruch 1, bei der die Mehrzahl von Gewindesacklöchern eine kreisförmige Reihe von acht abstandsgleichen Gewindesacklöchern umfasst, die mit Gewinde einer Gewindegröße von 7''-16/28UTS versehen sind; in einem radialen Abstand von etwa 60,96–66,04 mm (2,4–2,6 Inch) von der Mitte der inneren Elektrode angeordnet sind; und eine Tiefe von mindestens 3,81 mm (0,15 Inch) aufweisen.
Innere Elektrode nach Anspruch 1, bei der die Mehrzahl von gewindefreien Sacklöchern, die ausgebildet sind, um die Ausrichtstifte aufzunehmen, einen ersten Satz von Löchern und einen zweiten Satz von Löchern umfasst; wobei der erste Satz von Löchern zwei Löcher umfasst: (a) in einem radialen Abstand von etwa 43,18–45,72 mm (1,7–1,8 Inch) von der Mitte der inneren Elektrode angeordnet; (b) radial ausgerichtet und um etwa 180° oder etwa 175° gegeneinander azimutal versetzt; (c) mit einem Durchmesser von etwa 2,54–3,048 mm (0,10–0,12 Inch); (d) mit einer Tiefe von mindestens 5,08 mm (0,2 Inch); wobei der zweite Satz von Löchern ein erstes Loch, ein zweites Loch und ein drittes Loch umfasst: (a) in einem radialen Abstand von etwa 152,4–154,94 mm (6,0–6,1 Inch) von der Mitte der inneren Elektrode angeordnet; (b) wobei das erste Loch um etwa 10° im Uhrzeigersinn gegen ein Loch in dem ersten Satz azimutal versetzt ist; (c) wobei das zweite und dritte Loch mit dem ersten Loch radial ausgerichtet und um etwa 92,5° und etwa 190° gegen den Uhrzeigersinn gegen das erste Loch azimutal versetzt sind; (d) mit einem Durchmesser von etwa 2,794–3,048 mm (0,11–0,12 Inch); (e) mit einer Tiefe von mindestens 2,54 mm (0,1 Inch).
Innere Elektrode nach Anspruch 1, wobei: die innere Elektrode eine plane Scheibe mit einer gleichförmigen Dicke von etwa 10,16 mm (0,4 Inch) und einem Durchmesser von etwa 317,5 mm (12,5 Inch) ist; die erste Stufe einen Innendurchmesser von etwa 307,34 mm (12,1 Inch) und eine vertikale Oberfläche von etwa 2,794 mm (0,11 Inch) Länge aufweist; die zweite Stufe einen Innendurchmesser von etwa 304,8 mm (12,0 Inch) und eine vertikale Oberfläche von etwa 3,302 mm (0,13 Inch) Länge aufweist; die ringförmige Nut einen Außendurchmesser von etwa 11,176 mm (0,44 Inch), einen Innendurchmesser von etwa 6,096 mm (0,24 Inch) und eine Tiefe von mindestens 2,54 mm (0,1 Inch) aufweist; die innere Elektrode aus einer Platte von einkristallinem oder polykristallinem Silicium mit einem spezifischen elektrischen Widerstand zwischen 0,005 und 0,020 Ohm-cm und einer Gesamtschwermetallverunreinigung von weniger als 10 Teile pro Million hergestellt ist.
Wärme- und stromleitendes Dichtungselement eines Dichtungselementsatzes, das ausgebildet ist, um in einer Gasverteilungselektrodenanordnung montiert zu werden, wobei die Gasverteilungselektrodenanordnung umfasst: eine innere Elektrode mit acht kreisförmigen Reihen von Gaseinspritzlöchern, eine Mehrzahl von Ausrichtstiftlöchern, eine Ausrichtringnut und/oder eine Mehrzahl von Gewindelöchern, um Befestigungsmechanismen aufzunehmen; eine äußere Elektrode mit einer Mehrzahl von Gewindelöchern, um Befestigungsmechanismen aufzunehmen; eine ringförmige Verkleidung mit einer Mehrzahl von Gewindelöchern, um Befestigungsmechanismen aufzunehmen; wobei der Dichtungselementsatz zusammengesetzt ist aus: einem inneren Dichtungselement, das ausgebildet ist, um auf der inneren Elektrode montiert zu werden, umfassend eine Mehrzahl von konzentrischen ebenen Ringen, die durch eine Mehrzahl von Speichen verbunden sind; einem ersten ringförmigen Dichtungselement, das so ausgebildet ist, dass es das innere Dichtungselement umgibt und damit konzentrisch ist, und ausgebildet ist, um auf der inneren Elektrode montiert zu werden, umfassend einen ebenen Ring mit kreisförmigem Querschnitt mit einer Mehrzahl von Ausschnitten; einem zweiten ringförmigen Dichtungselement, das so ausgebildet ist, dass es das erste ringförmige Dichtungselement umgibt und damit konzentrisch ist, und ausgebildet ist, um auf der äußeren Elektrode montiert zu werden, umfassend einen ebenen Ring mit kreisförmigem Querschnitt mit einer Mehrzahl von Ausschnitten; einem dritten ringförmigen Dichtungselement, das so ausgebildet ist, dass es das zweite ringförmige Dichtungselement umgibt und damit konzentrisch ist, und ausgebildet ist, um auf der ringförmigen Verkleidung montiert zu werden, umfassend einen ebenen Ring mit kreisförmigem Querschnitt mit einer Mehrzahl von Ausschnitten; wobei das Dichtungselement Gaseinspritzlöcher, Ausrichtstiftlöcher, die Ausrichtringnut und/oder die Gewindelöcher aufnimmt.
Dichtungselement nach Anspruch 8, bei dem die konzentrischen ebenen Ringe im inneren Dichtungselement durchgehend oder segmentiert sind.
Dichtungselement nach Anspruch 8, bei dem das innere Dichtungselement mindestens sechs konzentrische ebene Ringe mit einer Dicke von etwa 0,1524 mm (0,006 Inch) und einer Breite von mindestens 2,54 mm (0,1 Inch) umfasst, wobei der erste Ring einen Innendurchmesser von mindestens 11,176 mm (0,44 Inch) und einen Außendurchmesser von höchstens 34,29 mm (1,35 Inch) aufweist; der zweite Ring einen Innendurchmesser von mindestens 34,29 mm (1,35 Inch) und einen Außendurchmesser von höchstens 68,072 mm (2,68 Inch) aufweist; der dritte Ring einen Innendurchmesser von mindestens 68,072 mm (2,68 Inch) und einen Außendurchmesser von höchstens 107,442 mm (4,23 Inch) aufweist; der vierte Ring einen Innendurchmesser von mindestens 107,442 mm (4,23 Inch) und einen Außendurchmesser von höchstens 147,066 mm (5,79 Inch) aufweist; der fünfte Ring einen Innendurchmesser von mindestens 147,066 mm (5,79 Inch) und einen Außendurchmesser von höchstens 186,436 mm (7,34 Inch) aufweist; der sechste Ring einen Innendurchmesser von mindestens 186,436 mm (7,34 Inch) und einen Außendurchmesser von höchstens 225,806 mm (8,89 Inch) aufweist.
Dichtungselement nach Anspruch 8, bei dem: (a) das erste ringförmige Dichtungselement aufweist: drei Ausschnitte auf einem äußeren Perimeter, die ausgebildet sind, um Befestigungsmechanismen aufzunehmen, und drei Ausschnitte auf einem inneren Perimeter, die ausgebildet sind, um Ausrichtstifte aufzunehmen; (b) das zweite ringförmige Dichtungselement aufweist: einen Ausschnitt auf einem inneren Perimeter und einen ersten Satz von acht Löchern, die ausgebildet sind, um Befestigungsmechanismen aufzunehmen, und einen zweiten Satz von drei Löchern, die ausgebildet sind, um einen Werkzeugzugriff zu ermöglichen, wobei der Durchmesser der Löcher in dem ersten Satz größer als der Durchmesser der Löcher in dem zweiten Satz ist; und (c) das dritte ringförmige Dichtungselement aufweist: acht Ausschnitte auf einem äußeren Perimeter, die ausgebildet sind, um Befestigungsmechanismen aufzunehmen, und keine Ausschnitte auf einem inneren Perimeter.
Dichtungselement nach Anspruch 8, bei dem: (a) das erste ringförmige Dichtungselement eine Dicke von etwa 0,1524 mm (0,006 Inch), eine Breite von mindestens 2,54 mm (0,1 Inch), einen Innendurchmesser von etwa 303,53 mm (11,95 Inch) und einen Außendurchmesser von etwa 316,738 mm (12,47 Inch) aufweist; (b) das zweite ringförmige Dichtungselement eine Dicke von etwa 0,1524 mm (0,006 Inch), eine Breite von mindestens 2,54 mm (0,1 Inch), einen Innendurchmesser von etwa 353,06 mm (13,90 Inch) und einen Außendurchmesser von etwa 425,45 mm (16,75 Inch) aufweist; und (c) das dritte ringförmige Dichtungselement eine Dicke von etwa 0,1524 mm (0,006 Inch), eine Breite von mindestens 2,54 mm (0,1 Inch), einen Innendurchmesser von 439,166 mm (17,29 Inch) und einen Außendurchmesser von etwa 474,726 mm (18,69 Inch) aufweist.
Gasverteilungselektrodenanordnung, umfassend die innere Elektrode nach Anspruch 1, die Trägerplatte, die durch den Klemmring und die Gewindebefestigungseinrichtungen an der inneren Elektrode angebracht ist, wobei die Gewindebefestigungseinrichtungen in die Gewindesacklöcher eingeschraubt sind.
Gasverteilungselektrodenanordnung nach Anspruch 13, weiter umfassend: die äußere Elektrode, die einen sich einwärts erstreckenden Flansch aufweist, der mit der zweiten Stufe der inneren Elektrode ineinandergreift; wobei die äußere Elektrode, die durch Nockenarretierungen an der Trägerplatte angebracht ist, umfasst: Zapfen mit vergrößerten Köpfen, die auf der äußeren Elektrode montiert sind, und drehbare Nockenwellen, die in der Trägerplatte montiert sind, wobei die drehbaren Nockenwellen exzentrische Ausschnitte aufweisen, die mit vergrößerten Köpfen der Zapfen im Eingriff stehen.
Gasverteilungselektrodenanordnung nach Anspruch 14, bei der die Gewindesacklöcher auf einem Radius von 1/4 bis 1/2 des Radius der inneren Elektrode angeordnet sind und die Gewindebefestigungseinrichtungen Sockel umfassen, die mit den Gewindesacklöchern im Gewindeeingriff stehen, wobei die Sockel Zapfen mit vergrößerten Köpfen umfassen, die exzentrische Ausschnitte in den drehbaren Nockenwellen in Eingriff nehmen, so dass ein Zapfen, der auf der inneren Elektrode montiert ist, und ein Zapfen, der auf der äußeren Elektrode montiert ist, simultan in Ausschnitten auf einer der drehbaren Nockenwellen in Eingriff genommen werden.