TW201538037A - 固定嵌件、電極組件及電漿處理腔室 - Google Patents

固定嵌件、電極組件及電漿處理腔室 Download PDF

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Abstract

本發明提出一種矽基噴淋頭電極，其中背側嵌件係放置在沿著電極背側形成之背側凹部中。背側嵌件包括螺紋外周、螺紋內周、及工具接合部分，工具接合部分係形成於螺紋內周之中。工具接合部分係形成俾使背側嵌件更包括介於工具接合部分與螺紋外周之間的一或多個側面保護部分，以使得與背側嵌件之工具接合部分接合之工具不會延伸超出嵌件之螺紋外周。此外，背側嵌件之工具接合部分包括複數個轉矩接受槽，該等轉矩接受槽係排列在背側嵌件之旋轉軸線之周圍。轉矩接受槽係排列為藉由相對配對之轉矩接受槽以避免背側嵌件之繞軸線旋轉。

Description

固定嵌件、電極組件及電漿處理腔室
一般而言，本發明係關於電漿處理；具體而言，係關於電漿處理腔室及使用於其中之電極組件。
[相關專利及申請案之參照]
本申請案係關於2007年10月12日提出之美國專利申請案第11/871,586號之部分連續案。
藉由包括(但不限於)蝕刻、物理氣相沉積、化學氣相沉積、離子植入、光阻移除等的各種技術，電漿處理設備可用來處理基板。例如，但並非加以限制，一種電漿處理腔室包括上電極(通常稱為噴淋頭電極)及下電極。在電極之間建立電場，以使處理氣體激發成為電漿狀態，以便在反應腔室中處理基板。
根據本發明之一實施例，提供一種矽基噴淋頭電極，其中背側嵌件係放置在沿著該電極之背側形成之背側凹部中。背側嵌件包括螺紋外周、螺紋內周、及工具接合部分，工具接合部分係形成於螺紋內周之中。工具接合部分係形成俾使背側嵌件更包括介於工具接合部分與螺紋外周之間的一或多個側面保護部分，以使得與背側嵌件之工具接合部分接合之工具不會延伸超出嵌件之螺紋外周。
在另一實施例中，背側嵌件之工具接合部分包括複數個轉矩接受槽，排列在背側嵌件之旋轉軸線之周圍。轉矩接受槽係排列以藉由相對配對之轉矩接受槽、避免背側嵌件之繞軸線(on-axis)旋轉。
其它的實施例係關於包括以本文中所揭示之方式加以製造之矽基噴淋頭電極之電漿處理腔室。
10‧‧‧電漿處理腔室
15‧‧‧抽真空部分
20‧‧‧真空源
30‧‧‧處理氣體供應
40‧‧‧電漿功率供應
50‧‧‧基板支座
55‧‧‧下電極組件
60‧‧‧固定硬件
62‧‧‧彈簧負載式墊片
64‧‧‧螺旋彈簧
65‧‧‧電漿隔板
66‧‧‧對準銷
70‧‧‧熱控制板
72‧‧‧熱控制板之背側
74‧‧‧熱控制板之前側
75‧‧‧導熱性密合墊
76‧‧‧處理氣體通路
78‧‧‧固定硬件通路
80‧‧‧噴淋頭電極
82‧‧‧矽基噴淋頭電極之背側
84‧‧‧矽基噴淋頭電極之前側
85‧‧‧凹槽
86‧‧‧噴淋頭通路
88‧‧‧背側凹部
89‧‧‧底切部分
90‧‧‧背側嵌件
92‧‧‧背側伸出部
94‧‧‧縮小直徑部分
95‧‧‧突出部
96‧‧‧埋入端
98‧‧‧側面保護部分
100‧‧‧上電極組件
110‧‧‧背側嵌件
112‧‧‧外徑
114‧‧‧內徑
115‧‧‧側面保護部分
116‧‧‧工具接合部分
118‧‧‧側壁
120‧‧‧轉矩接受槽
130‧‧‧旋轉軸線
200‧‧‧安裝/移除工具
x‧‧‧厚度
圖1係包含本發明之某些實施例之特定態樣之電漿處理腔室之概要圖式。
圖2係根據本發明之一實施例之噴淋頭電極之背側之俯視圖。
圖3係根據本發明之一實施例之噴淋頭電極之一部分之橫剖面圖式。
圖4係根據本發明之一實施例之噴淋頭電極之背側及厚度尺寸之等角視圖。
圖5係包括根據本發明之一實施例之固定硬件之電極組件之橫剖面圖式。
圖6、7、8A及9係包括根據本發明之某些替代實施例之固定硬件之電極組件之一部分之橫剖面圖式。
圖8B及8C係用於闡明圖8A所示之標的物之結構及操作之概要圖式。
圖10及11係顯示根據本發明之又一替代實施例之電極組件之固定硬件及互補的加工部分。
圖12及13係根據本發明之一額外態樣之背側嵌件之等角視圖。
圖14及15係根據本發明之在背側嵌件中安排轉矩接受槽之兩種可選擇方式之概要圖式。
圖16係用於接合及旋轉圖12及13所示之背側嵌件之工具之等角視圖。
在閱讀時伴隨著圖式，將能夠最有效地了解下文中本發明之特定實施例之實施方式，其中，類似的結構係以類似的元件符號加以標示。
根據電漿處理腔室10之上下文，可說明本發明之各種態樣，在圖1中 僅僅概略地加以說明，以避免將本發明之概念限制為特定的電漿處理結構或元件，其可能不是本發明標的所不可或缺的。如圖1所示，電漿處理腔室10包括真空源20、處理氣體供應30、電漿功率供應40、包括下電極組件55之基板支座50、以及上電極組件100。
參考圖2至圖5，其說明本發明之一實施例之上電極組件100。一般而言，電極組件100包括固定硬件60、對準銷66、熱控制板70、矽基噴淋頭電極80、以及放置於熱控制板70之前側74與矽基噴淋頭電極80之背側82之間的導熱性密合墊75。具體而言，熱控制板70包括背側72、前側74、以及一或多個處理氣體通路76，處理氣體通路76係配置以將處理氣體導向熱控制板70之前側74。雖然本發明並未限制於特定的熱控制板材料或處理氣體通路結構，應當注意，合適的熱控制板材料包括鋁、鋁合金、或類似的熱導體。此外，應當注意，在設計熱控制板時，可參考各種的教示，包括(但不限於)公告號2005/0133160之美國專利申請案。
矽基噴淋頭電極80包括背側82、前側84、以及複數個噴淋頭通路86，噴淋頭通路86係從矽基噴淋頭電極80之背側82延伸至矽基噴淋頭電極80之前側84。矽基噴淋頭電極80更包括形成於電極80之背側82中之複數個背側凹部88。如圖5所示，背側凹部88在電極80之前側84與凹部88之間留下厚度x之矽基電極材料。背側嵌件90係沿著電極80之背側82放置在背側凹部中。藉由將背側嵌件90及固定硬件60與電漿腔室中之反應物種隔離開來，介於噴淋頭電極80之前側84與凹部88之間的矽基電極材料有助於減少電漿處理腔室10中潛在的污染源。為了確保在電極80之使用期限中可以維持上述的隔離，較佳的厚度x至少約為0.25cm或，換言之，至少約為矽基噴淋頭電極80之總厚度之25%。
參考圖1，藉由配置熱控制板70及矽基噴淋頭電極80以界定出密封的密閉電漿隔板65，俾使在電漿處理腔室10之抽真空部分15之內的氣體和反應物種不會到達固定硬件60及嵌件，可以加強上述的隔離。根據熱控制板70和噴淋頭電極80之各別結構，界定電漿隔板65之詳細方式將有所不同。應當了解，在大多數的情況下，形成熱控制板70和噴淋頭電極80之各別材料將界定出大部分的隔板。此外，應當了解，可使用各種的密封構 件以加強該隔板，特別是當熱控制板70及噴淋頭電極80係彼此接合、以及與電漿處理腔室10之其它構件接合時。
參考圖5，藉由將背側嵌件90放置在背側凹部88之中，俾使其相對於矽基噴淋頭電極80之背側82為嵌入或至少齊平，可以進一步地加強背側嵌件90及固定硬件60與電漿腔室10中之反應物種之上述隔離。類似地，可將固定硬件60放置在熱控制板70之固定硬件通路78中，俾使其相對於熱控制板70之背側72為嵌入或至少齊平。
除了處理氣體通路76之外，熱控制板70包括固定硬件通路78，固定硬通路78係配置以使固定硬件60能夠接近沿著矽基噴淋頭電極80之背側82放置在背側凹部88中之背側嵌件90。利用固定硬件60及背側嵌件90可以接合熱控制板70及矽基噴淋頭電極80。當處於接合狀態時，熱控制板70之前側74係面對矽基噴淋頭電極80之背側82，矽基噴淋頭電極80之噴淋頭通路86係與熱控制板70之處理氣體通路76對準。此外，固定硬件通路78係與沿著電極80之背側82放置在背側凹部88中之背側嵌件90對準。因此，固定硬件60可以延伸通過熱控制板70之固定硬件通路78，並且與背側嵌件90接合，背側嵌件90係沿著電極80之背側82放置在背側凹部88中。
固定硬件60及背側嵌件90係配置以保持熱控制板70與矽基噴淋頭電極80之接合。此外，固定硬件60及背側嵌件90係配置以使熱控制板70和噴淋頭電極80能夠脫離。在圖5所示之實施例及本文所述之其它實施例中，藉由背側嵌件90之具有相當彈性的材料，矽基噴淋頭電極80之矽基電極材料與固定硬件60在接合及脫離時被隔離為無摩擦接觸的。由背側嵌件90所提供之這種隔離，用於消除由固定硬件60所造成之矽基電極材料之磨損(這樣的磨損係電漿腔室10之中的污染源)。背側嵌件90之彈性也使得熱控制板70和矽基噴淋頭電極80能夠重複地、非破壞性地接合及脫離。
雖然可選擇各種材料以形成背側嵌件90，包含熱塑性塑膠或其他類型的塑膠、合成橡膠、陶瓷、金屬、或具有複合的材料層之嵌件，根據本發明之一些實施例，背側嵌件包括大量的經配方與製造之聚醚醚酮(PEEK)， 俾使背側嵌件90之硬度不超過矽基電極材料之硬度。其它的候選材料包括(但不限於)：經配製做為填充或無填充均聚物或共聚物之其他縮醛樹脂工程塑膠或Delrin®、尼龍(nylon)、聚四氟乙烯(PTFE)、或其組合物。
雖然熱控制板70與矽基噴淋頭電極80可以藉由與本發明之概念相符合之各種方式加以接合，但在圖5及7-11所示之實施例中，背側嵌件90可被配置做為背側凹部88之中的固定錨，背側凹部88係形成於矽基噴淋頭電極80之背側82中。具體而言，在圖5之實施例中，藉由在矽基電極材料中提供一具有螺紋的部分，將背側嵌件90固定在背側凹部中。當嵌件90位於該處，固定硬件60與背側嵌件90接合，以將噴淋頭電極80固定於熱控制板70，例如，固定硬件60可包括螺紋螺絲或螺栓。在圖7之實施例中，背側嵌件係藉由黏合劑被固定在該背側凹部中。在圖8A-8C所示之實施例中，背側凹部88經加工以包括底切部分89；藉由將嵌件90插入至凹部88中、並將其旋轉至背側凹部88之底切部分89中，背側嵌件90被固定在背側凹部88中。
參考圖9，應當注意，背側嵌件90可配置為包括背側伸出部92的螺椿，背側伸出部92係配置以伸入熱控制板70中之固定硬件通路78之一者。在此例中，例如藉由螺紋接合，固定硬件60係配置以接近在固定硬件通路78中之背側嵌件90之背側伸出部92。
在本文中所揭露之使用一或多個背側嵌件90之任一實施例中，最好能確保固定硬件60、背側嵌件90、及背側凹部88係配置俾使在熱負載時，且固定硬件60與背側嵌件90處於接合狀態時，背側嵌件能夠在背側凹部中隨著固定硬件移動，但不會從凹部脫離。例如，參考圖10-11所示之本發明實施例，其顯示參考圖8A-8C之上述底切實施例之改良，該背側嵌件90具有突出部95，突出部95係配置為與形成於噴淋頭電極80之電極材料中之底切部分89配合。藉由將突出部95對準在電極80中之對應凹槽85、將嵌件90插入凹部88中、以及將嵌件90旋轉，可以使嵌件90固定在凹部88中，如藉由凹槽85所界定。
在圖10及11之實施例中，藉由在嵌件90之埋入端96之縮小直徑部分94之周圍提供彈簧，可以使嵌件90以彈簧負載的狀態被固定在凹部88 中；嵌件90之外徑尺寸、及突出部95之尺寸和形狀係選擇為允許嵌件90以彈簧負載的狀態在背側凹部88中移動。因此，在通常存在於電漿處理中之熱負載期間，背側嵌件90可隨著固定硬件60在背側凹部88中移動，但不會從凹部88脫離，也不會使固定硬件60與嵌件90之接合變差。
本案發明人認為，與凹部88附近之電極材料之任何磨損接觸可能在電漿處理腔室10中產生潛在的污染源。因此，當本發明之背側嵌件90係配置為利用螺絲起子或其它潛在的磨損性工具加以安裝或移除時(如同在圖10-11之實施例中之情形下)，應當了解，背側嵌件90之槽形驅動頭可能具有側面保護部分98，位於槽或與移除工具配合之其它接合部分之邊緣。更廣泛言之，背側嵌件90可包括一或多個側面保護部分98，側面保護部分98係配置以使一工具能夠與背側嵌件接合於其工具接合部分處，並且不會延伸超出嵌件之周緣，在嵌件之周緣處其可能與電極材料中之凹部之內徑接觸。
各種彈簧負載結構可以被使用，以減少電漿處理期間所誘發之熱負載所導致之應力所造成之固定硬件60之脫離之任何傾向。例如，在圖5-7中說明一結構，用於提供熱控制板70與矽基噴淋頭電極80之彈簧負載式接合。在圖5及7中，背側嵌件90係配置在背側凹部88之一者中做為固定錨，背側凹部88係形成於噴淋頭電極80之背側82中；固定硬件60包括彈簧負載式墊片62形式之彈簧元件，彈簧負載式墊片62係配置以對抗當固定硬件60進入背側嵌件90時產生之接合力量。在圖6中，背側嵌件被省略，其有利於與電極材料中之螺孔之直接螺紋接合。或者，如圖9所示，彈簧元件可被提供為螺旋彈簧64，其係排列在固定硬件通路78中之固定硬件60之縱向伸出部之周圍。
圖12-14說明本發明之另一實施例之背側嵌件110。如同前文中所揭示之實施例一般，圖12-14中所示之背側嵌件110可以沿著矽基噴淋頭電極之背側放置在背側凹部中。在圖12-14之實施例中，背側嵌件110包括螺紋外周112、螺紋內周114、以及形成於螺紋內周114中之工具接合部分116。如圖10及11所示之背側嵌件90一般，背側嵌件110包括一或多個側面保護部分115，位於嵌件110之螺紋外周112與工具接合部分116之間。側面 保護部分115協助確保與背側嵌件110之工具接合部分116接合之工具不會不小心地延伸超出嵌件110之螺紋外周112。如同前文中所提及，此協助確保該工具不會接觸矽基噴淋頭電極，並且排除來自電極之材料成為污染物。
如圖12-14所示，背側嵌件110之工具接合部分116包括複數個轉矩接受槽120，排列在背側嵌件110之旋轉軸線130之周圍。為了協助確保使用者不會試圖以諸如平頭及十字頭型(Phillips head)螺絲起子等習知工具移除嵌件，轉矩接受槽120係排列成當試圖以(例如)平頭螺絲起子與相對配對之轉矩接受槽120接合時，將導致嵌件110之沈重的偏離軸線旋轉。具體而言，如同圖14中在相對配對之轉矩接受槽120之間延伸之虛線所示，任何在相對配對之轉矩接受槽之間的這類接合，將是完全偏離軸線的。相對地，在圖16中所示之形式之互補的安裝/移除工具200，將產生對於旋轉軸線130之較佳的繞軸線旋轉。
雖然圖12-14及16係明顯地關於一種情況，其中背側嵌件110之工具接合部分116包括三個轉矩接受槽120，排列在旋轉軸線130之周圍做為三個相對配對之轉矩接受槽120；應當了解，背側嵌件110之工具接合部分116可包括n個轉矩接受槽，排列在背側嵌件之旋轉軸線之周圍做為n(n-1)/2個相對配對之轉矩接受槽。在圖14及15中，轉矩接受槽120係在旋轉軸線之周圍等距離地分隔開，且n=3(圖14)或n=5(圖15)。在另一實施例中，應當了解，轉矩接受槽可能在旋轉軸線之周圍等距離或非等距離地分隔開；在大部分的實施例中，確保三個、四個或五個槽120之提供(3≦n≦5)係較佳的，因為某些多槽結構可能使得避免繞軸線旋轉之程度變差。
如圖12及13所示，轉矩接受槽120係均勻地向下進入嵌件110之本體，橫剖面尺寸並未減少，因此，可被稱為界定出非逐漸縮小的橫剖面輪廓。相對地，許多習知的硬件螺絲頭，諸如飛利浦式螺絲頭，界定出隨著深度而縮小之橫剖面輪廓，以協助確保螺絲及螺絲起子之緊密接合。然而，本案發明人認為，這種的縮小不利於本發明之背景，因為其可能導致在安裝/移除工具與嵌件之間之過大的摩擦接觸，及成為微粒污染之來源。
為了進一步免受移除工具與背側嵌件110之間的接觸所引起之污染， 應當了解，轉矩接受槽120可設計為使平行於旋轉軸線130延伸之側壁118為無尖端側壁。具體而言，側壁118沒有急劇的幾何不連續，這樣的幾何不連續通常係形成於兩個線性壁部分連接時。幾何不連續、以及在搭配的安裝/移除工具中之互補配對物可能是重大的污染源，因為它們通常形成相當脆弱、或可能有害的尖端，尖端可能在接觸時碎裂、或是在機械接合過程中從配合表面釋出污染物。如圖12及13所示，雖然可能有槽120之部分在弧形側壁部分與線性側壁部分之連接處，但是槽的設計應該沒有線對線且形成尖端之連接。因此，如圖16所示之例子，安裝/移除工具200也可以設計為俾使其沒有在線對線側壁連接中所常見之脆弱、或可能有害的尖端。
雖然在本文中已經利用例如單晶矽、多晶矽、氮化矽及碳化矽之矽基電極材料之背景描述本發明之各種概念，應當注意，本發明具有在多種背景下之效用，包含包括碳化硼、氮化鋁、氧化鋁或其組合之矽基電極材料之背景。此外，應當注意，在不脫離本發明之範圍下，矽基噴淋頭電極80可能以多種結構呈現出來，包括(但不限於)單件式圓形噴淋頭結構、或多組件式圓形噴淋頭結構，多組件式圓形噴淋頭結構包括圓形中心電極、及一或多個配置在中心電極之周邊之周圍之周邊電極。
應當注意，對於「配置」用來以特定方式實現特定特性或功能之本發明之構件，在本文中之敘述係結構上之敘述，而不是預期使用之敘述。更具體而言，在本文中，對於構件的「配置」方式之談論係表示該元件之現有物理條件，因此，可視為對該構件之結構特性之明確描述。
應當注意，當本文中使用「較佳」、「一般」及「通常」之類的用語，並非用來限制所請求發明之範圍、或用來暗示某些特徵對於所請求發明之結構或功能為關鍵的、必要的、或甚至重要的。這些名詞僅用來指出本發明之實施例之特定態樣、或在本發明之特定實施例中，用來強調替代選擇或額外的特徵。
為了描述及定義本發明，應當注意，本文中使用之用語「大約」代表著可歸因於任何數量比較、數值、測量值、或其它表示法之天生的不確定程度。在本文中，該用語也被用於代表著，在不造成討論中標的物之基本 功能之改變之情況下，一數量表示法可能偏離一所述參考點之程度。
藉由本發明之特定實施例之談論，已詳細地描述了本發明，明顯地，在不偏離附加的申請專利範圍中所界定之本發明之範圍下，修飾和變化是可能的。具體而言，雖然在本文中指出本發明之某些態樣係較佳的或特別有利的，應當了解，本發明不需要受限於本發明的該些較佳態樣。
應當注意，在下列的申請專利範圍中，有一個以上使用「其中」做為轉折連接詞。為了界定本發明，應當注意，這個詞被用在申請專利範圍中當作開放性轉折連接詞，其係用來引入一連串的結構特徵，並且應該以類似開放性之前言用語「包括」之方式加以解釋。
80‧‧‧噴淋頭電極
82‧‧‧矽基噴淋頭電極之背側
84‧‧‧矽基噴淋頭電極之前側
86‧‧‧噴淋頭通路
88‧‧‧背側凹部
90‧‧‧背側嵌件

Claims (12)

  1. 一種用於電漿處理腔室的上電極組件，該上電極組件包括：一熱控制板，配置於該上電極組件之氣體供應側上，該熱控制板包括：穿過該熱控制板之複數通路，該複數通路其中每一者包括一第一上凹部及窄於該第一上凹部之一第二上凹部；及一電極，配置於該上電極組件之電漿處理腔室側上，該電極包括：複數下凹部，該複數下凹部其中一者包括具有一凹槽之一底切部分，及複數嵌件，配置以分別插入在該複數下凹部中，該複數嵌件其中每一者包括一內螺紋表面，其中該複數嵌件其中一者包括一第一部分及一第二部分，其中，當該複數嵌件其中該一者旋轉時，該第二部分之一突出部與該凹槽接合及從該凹槽之一第一端滑動至該凹槽之一第二端，其中穿過該熱控制板之該複數通路其中每一者係配置以容納一固定硬件元件，其中該等固定硬件元件之上部係配置於該等第一上凹部中及不延伸於該熱控制板之一上表面之上，及其中該等固定硬件元件之下部係延伸穿過該等第二上凹部至該電極之該等下凹部中以與該等嵌件之該等內螺紋表面接合及固定該熱控制板至該電極。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理腔室的上電極組件，更包括一導熱性密合墊，配置於該熱控制板與該電極之間。
  3. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理腔室的上電極組件，其中該複數下凹部係延伸至該電極之厚度中小於75%。
  4. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理腔室的上電極組件，其中該熱控制板及該電極提供對於該電漿處理腔室係密封的密閉之一電漿隔板，以防 止在該電漿處理腔室之抽真空部分中的反應物種在該熱控制板之外邊緣附近流動及與該等固定硬件元件接觸。
  5. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理腔室的上電極組件，其中該複數嵌件相對於該電極之上表面係凹陷的。
  6. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理腔室的上電極組件，其中該複數嵌件之硬度係小於或等於該電極之硬度。
  7. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理腔室的上電極組件，更包括複數彈簧元件，配置於該固定硬件之該等上部與該等第一上凹部之個別下表面之間。
  8. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理腔室的上電極組件，其中：該複數嵌件其中每一者包括一工具接合部分，形成在該等內螺紋表面其中對應一者中；及該等工具接合部分其中每一者包括複數圓形轉矩接受槽，配置在該複數嵌件其中對應一者之旋轉軸線周圍。
  9. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理腔室的上電極組件，其中：該第二部分具有大於該第一部分之直徑；及當該複數嵌件其中該一者被旋轉時，該第一部分不旋轉至該底切部分中。
  10. 如申請專利範圍第1項之用於電漿處理腔室的上電極組件，其中：該凸出部係配置以被插入在該複數嵌件其中該一者中於該底切部分之第一端處；當該複數嵌件其中該一者被旋轉時，該凸出部被旋轉至該底切部分中；及 在被旋轉至該底切部分中之後，該凸出部係配置以，藉由該等固定硬件元件其中對應一者或一彈簧元件，被導向該熱控制板及進入該凹槽之該第二端中。
  11. 如申請專利範圍第10項之用於電漿處理腔室的上電極組件，其中：該第二部分具有大於該第一部分之直徑；及該彈簧元件係安裝於該第一部分上。
  12. 如申請專利範圍第2項之用於電漿處理腔室的上電極組件，其中：該導熱性密合墊包括複數孔；及該等固定硬件元件個別地延伸穿過該複數孔或氣體被引導從該氣體供應側穿過該複數孔至該電漿處理腔室側。
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