TW202033058A

TW202033058A - 一種電漿處理器的安裝結構及相應的電漿處理器

Info

Publication number: TW202033058A
Application number: TW108145297A
Authority: TW
Inventors: 楊金全; 仲禮雷; 徐朝陽
Original assignee: 大陸商中微半導體設備（上海）股份有限公司
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-09-01
Also published as: CN111385955A; TWI734293B; CN111385955B

Abstract

本發明公開了一種電漿處理器的安裝結構，電漿處理器包括安裝基板、陶瓷材料製成的氣體噴淋頭板，一螺絲用於把安裝基板及氣體噴淋頭板固定在一起形成組合體，螺絲與氣體噴淋頭板之間透過調節螺絲與安裝基板的熱膨脹量差值的結構進行連接，調節螺絲與安裝基板的熱膨脹量差值的結構包含：彈性浮動機構，其包含螺紋部、彈性體、以及透過彈性體彈性連接螺紋部的固定部，且螺紋部連接螺絲；連接件，用於將彈性浮動機構的固定部與氣體噴淋頭板固定到一起，溫度變化時，借助螺紋部的彈性浮動來調節螺絲與安裝基板之間的熱膨脹差值。其優點是：同時解決了溫度變化時熱膨脹量差值導致的氣體噴淋頭板被破壞以及螺絲鬆動的問題。

Description

一種電漿處理器的安裝結構及相應的電漿處理器

本發明涉及熱膨脹技術領域，具體涉及一種電漿處理器的安裝結構及相應的電漿處理器。

目前使用螺絲（Screw）把兩個及兩個以上零件固定在一起形成組合體，一般在室溫下進行安裝，螺絲本身有一定的預緊力。在本發明所應用的電漿處理器中，由於需要施加高功率的射頻功率到反應器的腔體中，所以在處理過程中，陶瓷製成（例如，SiC或Si）的氣體噴淋頭和鋁製的安裝基板均會上升到較高溫度，但是在電漿處理完成後氣體噴淋頭又會下降到室溫。在頻繁進行的電漿處理製程中，安裝基板和氣體噴淋頭的溫度也經常波動，由於兩者的熱膨脹係數不同，在這種溫度頻繁變化的環境中會導致兩者之間的緊固結構變得非常難以設計。一旦兩者之間的縫隙變大或者相對變形都會導致整個電漿處理器中的射頻電場分佈和熱量分佈的變化，這些因素又會導致電漿處理效果的變化，所以無法穩定固定安裝基板和氣體噴淋頭會導致整個電漿處理器處理效果的不均一和不穩定。但是，當在常溫下安裝好的組合體（用螺絲將安裝基板與氣體噴淋頭板固定連接）處於高溫的條件時，如果螺絲材料與鎖緊零件材料的熱膨脹係數不同，就會帶來一些問題（本發明主要考慮的是沿螺絲軸向上的熱膨脹量問題），例如：當螺絲材料的熱膨脹係數大於鎖緊零件材料的熱膨脹係數，隨著溫度升高，螺絲的熱膨脹量就大於鎖緊零件材料的熱膨脹量，螺絲就會鬆動；當螺絲材料的熱膨脹係數小於鎖緊零件材料的熱膨脹係數，隨著溫度升高，螺絲的熱膨脹量就小於鎖緊零件材料的熱膨脹量，螺絲的內應力就不斷加大，就有可能把螺母所在位置的零件拉壞；具體的：比如室溫20℃條件下，規格M3 × 20的哈氏合金（Hastlloy）材料螺絲穿過鋁材料安裝基板（Mount Base）鎖緊另外一個零件氣體噴淋頭板，哈氏合金（Hastlloy），熱膨脹係數為CTEH = 10.5 × 10 - 6 / K，AL6061 - T6鋁，熱膨脹係數為CTEAL = 24 × 10 - 6 / K，熱膨脹量計算過程如下：當120 ℃，△L = 120 ℃ - 20 ℃ = 100 ℃；螺絲△L1 = 20 × 100 × 10.5 × 10 - 6 = 0.021 mm；安裝基板△L2 = 20 × 100 × 24 × 10 - 6 = 0.048 mm； △L = △L2 - △L1 = 0.027 mm；哈氏合金彈性模量E = 213GPa； E = （F / A） / （△L / L），其中F為外力，A為螺絲的橫截面積，△L為長度差異量，L為原始長度； F = EA△L / L = 213 × 109 × 3.14 × 1.52 × 10 - 6 × 0.027 × 10 - 3 / （20 × 10 - 3） = 2031.5 N 即，室溫時扭矩30 cn*m ，那麼預緊力大約500 N，當溫度到120攝氏度，20 mm 鋁膨脹量是 0.048 mm，20 mm 哈氏合金膨脹量是 0.021 mm，那麼螺絲就會被拉長△L = 0.027 mm，從而螺絲的內應力就會增加2031.5 N。如果被鎖緊的零件氣體噴淋頭板強度不夠就會被破壞，也可能把螺母所在位置的零件拉壞。

本發明的目的在於提供一種電漿處理器的安裝結構及相應的電漿處理器，透過設計一個固定部以及與原螺母位置處重新設計的螺紋部之間的彈性變形來調節調節不同材料的螺絲與安裝基板之間熱膨脹量差值，同時解決了溫度變化情況下氣體噴淋頭板可能被破壞以及螺絲鬆動的問題。

一種電漿處理器的安裝結構，電漿處理器包括反應腔，反應腔頂部包括安裝基板，安裝基板下方包括氣體噴淋頭板，其中氣體噴淋頭板由陶瓷材料製成，其中，具有螺絲用於把安裝基板及氣體噴淋頭板固定在一起形成組合體，螺絲與氣體噴淋頭板之間透過調節螺絲與安裝基板的熱膨脹量差值的結構進行連接，調節螺絲與安裝基板的熱膨脹量差值的結構包含：彈性浮動機構，其包含螺紋部、彈性體、以及透過彈性體彈性連接螺紋部的固定部，且螺紋部連接螺絲；連接件，用於將彈性浮動機構的固定部與氣體噴淋頭板固定到一起，溫度變化時，借助螺紋部的彈性浮動來調節螺絲與安裝基板之間的熱膨脹差值。

上述的電漿處理器的安裝結構，其中：氣體噴淋頭板上對應固定部的位置設置一個具有側向槽的沉孔，連接件的至少一部分嵌設在沉孔的側向槽中。

上述的電漿處理器的安裝結構，其中：彈性浮動機構的螺紋部與安裝基板及氣體噴淋頭板之間存在間隙，以便有空間可以變形。

上述的電漿處理器的安裝結構，其中：螺紋部兩側分別設置一個固定部，每個固定部分別包含：檯面、彈性連接的螺紋部，且中間設有第一通孔；

連接件包含：蓋板，位於檯面下方，其為柱狀結構且下方設有一個口部，口部對應於第一通孔的位置同軸設置一個第二通孔，蓋板的至少一部分嵌設在沉孔的側向槽中； T型螺母，其凸緣部位於蓋板的口部中，其軸部依序穿過第二通孔、第一通孔； T型螺栓，從上方旋入T形螺母的螺紋槽並擰緊使得蓋板的頂部與沉孔的側向槽的上底面抵緊以將氣體噴淋頭板與彈性浮動機構嵌緊。

上述的電漿處理器的安裝結構，其中：蓋板採用塑膠材質。

上述的電漿處理器的安裝結構，其中：彈性體為具有彎曲或波浪形輪廓的結構。

一種電漿處理器，其中：採用上述的電漿處理器的安裝結構來將設有螺絲的安裝基板與氣體噴淋頭板連接固定。

本發明與現有技術相比具有以下優點： 1、透過設計一個固定部以及與原螺母位置處重新設計的螺紋部之間的彈性變形來調節調節不同材料的螺絲與安裝基板之間熱膨脹量差值，同時解決了溫度變化情況下氣體噴淋頭板可能被破壞以及螺絲鬆動的問題； 2、和目前的標準彈簧墊圈相比，有更大的變形量，不僅能發揮防止鬆動的作用，還能釋放螺絲由於熱膨脹產生的內應力。

以下結合附圖，透過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。

本發明提出一種電漿處理器的安裝結構，如第1圖所示，電漿處理器包括反應腔，反應腔頂部包括安裝基板2，安裝基板2下方包括氣體噴淋頭板1，其中氣體噴淋頭板1由陶瓷材料製成，螺絲3用於把安裝基板2及氣體噴淋頭板1固定在一起形成組合體，螺絲3與氣體噴淋頭板1之間透過調節螺絲3與安裝基板2的熱膨脹量差值的結構進行連接，如第2圖至第4圖所示，調節螺絲3與安裝基板2的熱膨脹量差值的結構包含：彈性浮動機構4，包含螺紋部41、彈性體43，以及透過彈性體43彈性連接螺紋部41的固定部42，且螺紋部41連接螺絲3；連接件5，用於將彈性浮動機構4的固定部42與待安裝零件1固定到一起，其原理是，溫度變化時，借助螺紋部41的彈性浮動來調節螺絲3與安裝基板2之間的熱膨脹差值，以達到同時解決當螺絲3熱膨脹係數大於安裝基板2熱膨脹係數時溫度升高導致的螺絲鬆動問題，以及當螺絲3熱膨脹係數小於安裝基板2熱膨脹係數時溫度升高導致的氣體噴淋頭板1受到過大拉力進而被破壞的問題的目的。

為了保證常溫下氣體噴淋頭板1上表面與安裝基板2下表面之間的貼合效果在高溫狀態下依舊保持，較佳的，在彈性浮動機構4的螺紋部41與安裝基板2及螺紋部41與氣體噴淋頭板1之間均設置間隙，這樣對螺紋部41的變形預留了適當空間，變形後氣體噴淋頭板1與安裝基板2之間依舊可以在連接件5作用下保持最初彼此接觸的狀態不脫離也不會過度貼合，具體的實施結構可以是在氣體噴淋頭板1上設置個沉孔111，螺紋部41被容納在沉孔111中，螺紋部41根據沉孔111的大小設計的短一點。

本實施例中，連接件5與氣體噴淋頭板1的嵌入關係是透過如下結構實現的：在氣體噴淋頭板1上對應固定部42的位置設置具有側向槽的沉孔111，連接件5的至少一部分嵌設在沉孔111的側向槽中。螺紋部41兩側分別設置一個固定部42，對稱的結構設計進一步確保結構穩定，每個固定部42分別包含：檯面、彈性連接的螺紋部41，且中間設有第一通孔；連接件5包含：蓋板52，位於檯面下方，其為柱狀結構且下方設有一個口部，口部對應於第一通孔的位置同軸設置一個第二通孔，蓋板52的至少一部分嵌設在沉孔111的側向槽中；T型螺母53，其凸緣部位於蓋板52的口部中，其軸部依序穿過第二通孔、第一通孔；T型螺栓51，從上方旋入T形螺母53的螺紋槽並擰緊使得蓋板52的頂部與沉孔111的側向槽的上底面抵緊以將氣體噴淋頭板1與彈性浮動機構4嵌緊。

彈性體43的實現方式有很多，可以是透過撓性材料實現，但較佳的採用具有彈性形變可能的機械結構，例如，在本實施例中，如第2圖、第6圖所示，採用的是具有彎曲或波浪形輪廓的結構，例如，V型、M型等，可以平面佈置也可以豎直佈置，具體的根據空間大小進行調整。

如第5圖所示，為了證明本發明的效果，對採用了如第2圖所示V型彈性機械機構的彈性浮動機構4進行模擬實驗，對彈性浮動機構4兩端固定，中間加載500 N（相當於螺紋預緊力），這樣的話螺紋部41中間的變形量是0.06 mm，如果把螺紋部41的變形量和所收到的力看作正比關係的話，那麼之前提到的熱膨脹量差值L = 0.027 mm使螺母增加的力為220 N，可以發揮調節調節熱膨脹量差值的技術效果。

由於氣體噴淋頭板1是陶瓷材料製成（矽或者石英材料），因此較佳的，與氣體噴淋頭板1接觸的蓋板52應當採用軟硬適中的塑膠材質，以避免在熱膨脹情況下碰傷氣體噴淋頭板1。

本發明安裝時，首先將調節螺絲3與安裝基板2的熱膨脹量差值的結構整體與氣體噴淋頭板1連接，再將安裝基板2放置到安裝有調節螺絲3與安裝基板2的熱膨脹量差值的結構的氣體噴淋頭板1上的對應位置，最後用螺絲3依序穿過安裝基板2的螺紋孔以及本發明結構中螺紋部41的螺紋孔中擰緊，以完成裝配。

儘管本發明的內容已經透過上述較佳的實施例做了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域具有通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。

1:氣體噴淋頭板 2:安裝基板 3:螺絲 4:彈性浮動機構 5:連接件 111:沉孔 41:螺紋部 42:固定部 43:彈性體 51:T型螺栓 52:蓋板 53:T型螺母 RF:射頻功率 ESC:靜電吸盤

第1圖為本發明的實施例中的使用場景結構示意圖；第2圖為本發明的實施例中的整體結構使用狀態示意圖；第3圖為本發明的實施例中的整體結構分解圖；第4圖為本發明的實施例中的整體結構立體圖；第5圖為本發明的彈性浮動機構受力時的變形量模擬圖；第6圖為本發明的實施例中的彈性浮動機構的變形圖。

1:氣體噴淋頭板

2:安裝基板

3:螺絲

4:彈性浮動機構

5:連接件

Claims

一種電漿處理器的安裝結構，該電漿處理器包括一反應腔，該反應腔頂部包括一安裝基板，該安裝基板下方包括一氣體噴淋頭板，其中該氣體噴淋頭板由陶瓷材料製成，其中，具有一螺絲用於把該安裝基板及該氣體噴淋頭板固定在一起形成一組合體，該螺絲與該氣體噴淋頭板之間透過一調節該螺絲與該安裝基板的熱膨脹量差值的結構進行連接，該調節該螺絲與該安裝基板的熱膨脹量差值的結構包含：一彈性浮動機構，包含一螺紋部、一彈性體、以及透過該彈性體彈性連接該螺紋部的一固定部，且該螺紋部連接該螺絲；一連接件，用於將該彈性浮動機構的該固定部與該氣體噴淋頭板固定到一起，溫度變化時，借助該螺紋部的彈性浮動來調節調節該螺絲與該安裝基板之間的熱膨脹差值。
如申請專利範圍第1項所述的電漿處理器的安裝結構，其中，該氣體噴淋頭板上對應該固定部的位置設置一個具有側向槽的一沉孔，該連接件的至少一部分嵌設在該沉孔的側向槽中。
如申請專利範圍第1項所述的電漿處理器的安裝結構，其中，該彈性浮動機構的該螺紋部與該安裝基板及該氣體噴淋頭板之間存在間隙，以便有空間變形。
如申請專利範圍第2項至第3項中任意一項所述的電漿處理器的安裝結構，其中，該螺紋部兩側分別設置一個該固定部，每個該固定部分別包含：一檯面、彈性連接的一螺紋部，且中間設有一第一通孔；該連接件包含：一蓋板，位於該檯面下方，其為柱狀結構且下方設有一個一口部，該口部對應於該第一通孔的位置同軸設置一個一第二通孔，該蓋板的至少一部分嵌設在該沉孔的側向槽中；一T型螺母，其凸緣部位於該蓋板的該口部中，其軸部依序穿過該第二通孔、該第一通孔；一T型螺栓，從上方旋入一T形螺母的螺紋槽並擰緊使得該蓋板的頂部與該沉孔的側向槽的上底面抵緊以將該氣體噴淋頭板與該彈性浮動機構嵌緊。
如申請專利範圍第4項所述的電漿處理器的安裝結構，其中，該蓋板採用塑膠材質。
如申請專利範圍第1項所述的電漿處理器的安裝結構，其中，該彈性體為具有彎曲或波浪形輪廓的結構。
一種電漿處理器，其中，採用如申請專利範圍第1項至第6項中任意一項所述的電漿處理器的安裝結構來將設有該螺絲的該安裝基板與該氣體噴淋頭板連接固定。