TW202042274A - 電漿處理器的安裝結構及相應的電漿處理器 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種電漿處理器的安裝結構及相應的電漿處理器，電漿處理器包括反應腔，反應腔頂部包括安裝基板，安裝基板下方設有氣體噴淋頭板，其中氣體噴淋頭板由陶瓷材料製成，安裝基板由金屬材料製成，安裝結構包括彈性緊固元件，氣體噴淋頭板通過彈性緊固元件連接於安裝基板上，彈性緊固元件包括第一端以及第二端，第一端固定於安裝基板，第二端固定於氣體噴淋頭板，彈性緊固元件還包括連接在兩端之間的彈性桿，安裝基板和氣體噴淋頭板在溫度變化過程中，安裝基板相對於氣體噴淋頭板橫向延展，彈性緊固元件中的彈性桿發生橫向彈性變形，同時保持安裝基板和氣體噴淋頭板之間的緊固。

Description

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，特別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裝配體，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（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，在這種頻繁溫度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裝配體（參見圖1，用螺絲3’及螺母4’將安裝基板2’與氣體噴淋頭板1’固定連接）處於高溫的條件時，如果安裝基板與氣體噴淋頭板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橫向上的熱膨脹量問題），例如：

脆性材料如矽、石英等，由於其材料熱膨脹係數較小，特性比較脆，容易破裂。當採用螺絲將脆性材料和熱膨脹係數較大的零件（譬如上述的鋁製的安裝基板）進行剛性連接時，常溫狀態下該螺絲為豎直方向（參見圖1），當高溫時，由於鋁製的安裝基板熱膨脹係數比矽或石英大，鋁零件外徑方向膨脹量比矽或石英大，螺絲會傾斜並形成一個槓桿力弄壞矽或石英的零件（參見圖2）。

本發明的目的是提供一種電漿處理器的安裝結構及相應的電漿處理器，通過一柔性連接件將兩種不同熱膨脹係數的材料連接，解決了由於在高溫狀態下兩者熱膨脹量不同形成槓桿力，並造成氣體噴淋頭板可能被破壞的問題。

為了實現以上目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種電漿處理器的安裝結構，所述的電漿處理器包括反應腔，反應腔頂部包括安裝基板，安裝基板下方設有氣體噴淋頭板，其中氣體噴淋頭板由陶瓷材料製成，安裝基板由金屬材料製成，包括：

彈性緊固元件，氣體噴淋頭板通過彈性緊固元件連接於安裝基板上，彈性緊固元件包括第一端和第二端，第一端固定於安裝基板，第二端固定於氣體噴淋頭板，彈性緊固元件還包括連接在兩端之間的彈性桿，安裝基板和氣體噴淋頭板在溫度變化過程中，安裝基板相對於氣體噴淋頭板橫向延展，彈性緊固元件中的彈性桿發生橫向彈性變形，同時保持安裝基板和氣體噴淋頭板之間的緊固。

較佳地，安裝基板縱向貫穿設置一孔洞，彈性桿位於孔洞中，且彈性桿與孔洞內壁之間具有間隙，在電漿處理器的工作溫度變化範圍內，彈性桿發生的橫向彈性變形幅度小於等於間隙距離。

較佳地，安裝基板上的孔洞上端包括一個具有第一直徑的沉孔，一個通孔從沉孔向下延伸到達面向氣體噴淋頭板的下端，通孔具有第二直徑，且第一直徑大於第二直徑。

較佳地，具有第一直徑的沉孔與具有第二直徑的通孔之間耦接處形成肩部。

較佳地，肩部設置螺母，螺母設置於具有第一直徑的沉孔中；彈性桿通過螺母固定到安裝基板。

較佳地，彈性桿和孔洞上端內壁之間具有第一間隙，與孔洞下端內壁之間具有第二間隙，其中第二間隙大於第一間隙。

較佳地，彈性桿包括鋼絲繩或鋼帶。

較佳地，鋼帶的厚度小於寬度，且鋼帶寬度沿半徑方向展開，使得鋼帶可以沿安裝基板的由外向內的放射線方向彈性變形。

較佳地，彈性桿與孔洞內側內壁的距離大於與孔洞外側內壁的距離。

根據本發明又一實施例，提供了一種電漿處理器，採用上述的電漿處理器的安裝結構將安裝基板與氣體噴淋頭板彈性緊固連接。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：

本發明通過彈性桿將兩種不同熱膨脹係數的材料連接，解決了由於在高溫狀態下兩者外徑方向熱膨脹量不同形成槓桿力，並造成氣體噴淋頭板可能被破壞的問題。

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的圖式，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

以下結合圖3～圖6，以具體的實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。下面這幾個具體的實施例可以相互結合，對於相同或相似的概念或過程可能在某些實施例不再贅述。

圖3示出了本發明的電漿處理器的安裝結構的示意圖，參考圖3，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，氣體噴淋頭板1通過彈性緊固元件連接於安裝基板2上，並且在安裝基板2和氣體噴淋頭板1在溫度變化過程中，彈性緊固元件中的彈性桿發生橫向彈性變形，同時保持安裝基板2和氣體噴淋頭板1之間的緊固。

具體地，彈性緊固元件一端固定於安裝基板2，另一端固定於氣體噴淋頭板1，彈性緊固元件同時包括連接在兩端之間的彈性桿32，安裝基板2的材料包括鋁或鋁合金，其熱膨脹係數大於採用陶瓷材料製成的氣體噴淋頭板1，因此在高溫狀態下安裝基板2的膨脹量多於採用陶瓷材料製成的氣體噴淋頭板1，安裝基板2相對於氣體噴淋頭板1產生橫向延展，此時由於在橫向延展的過程中，氣體噴淋頭板1與安裝基板2保持彈性連接，進而不會在氣體噴淋頭板1產生槓桿力，解決了由於兩種材料熱膨脹量係數不一致造成氣體噴淋頭板1受到槓桿力進而被破壞的問題。

繼續參考圖3，在本實施例中，安裝基板2縱向貫穿設置孔洞，彈性桿位於孔洞中，且彈性桿與孔洞內壁之間具有間隙，在電漿處理器的工作溫度變化範圍內，彈性桿發生的橫向彈性變形幅度小於等於間隙距離。安裝基板上的孔洞上端包括一個具有第一直徑的沉孔21，一個通孔22從沉孔21向下延伸到達面向氣體噴淋頭板1的下端，通孔22具有第二直徑，其中第一直徑大於第二直徑。

需要說明的是，由於兩者的直徑不同，具有第一直徑的沉孔21與具有第二直徑的通孔22之間耦接處形成肩部。

進一步地，上述的彈性緊固元件還包括：螺母31，螺母31設置於具有第一直徑的沉孔21中，且對應安裝在肩部位置處；彈性桿32兩端設有螺紋部321，螺紋部321一端通過螺紋連接於氣體噴淋頭板1，螺紋部321另一端（圖中未示出）穿過具有第二直徑的通孔22並螺紋連接於螺母31。

本發明中安裝基板的孔洞中也可以不設置沉孔，螺母31直接設置在安裝基板2的上表面，這樣的結構同樣能夠固定彈性桿32。

需要說明的是，本實施例的柔性元件僅為示例性說明，並不對柔性元件的連接方式進行限制。比如，在其他實施例中，可以將彈性桿一端直接焊接固定於安裝基板，另一端通過螺紋連接於氣體噴淋頭板，或者兩端均直接焊接於安裝基板和氣體噴淋頭板，以有效的將安裝基板和氣體噴淋頭板進行柔性連接，本發明對此不做限制。

另外，第一直徑應該大於螺母31的直徑，同時第二直徑應該大於彈性桿32的外徑，即在完成裝配後，螺母31在具有第一直徑的沉孔中及彈性桿在具有第二直徑的通孔中均留有間隙，給材料的變形留有一定的空間，具體地，彈性桿32和孔洞上端內壁之間具有第一間隙，與孔洞下端內壁之間具有第二間隙，其中第二間隙大於第一間隙。

繼續參考圖3，在具體實施例中，彈性桿32可以採用鋼絲繩或鋼帶，採用鋼絲繩時，需要對鋼絲繩的兩端加工成螺紋狀，鋼絲繩兩端的螺紋分別與氣體噴淋頭板及螺母連接；採用鋼帶時，可在鋼帶的兩端通過鉚接的方式連接螺紋部，實現柔性裝配，該鉚接方式為現有技術，在此不再贅述。

圖4示出了本發明實施例中的高溫狀態下的結構示意圖，參見圖4，在高溫狀態下安裝基板2的膨脹量多於採用陶瓷材料製成的氣體噴淋頭板1，上方的安裝基板2相對於下方的氣體噴淋頭板1產生橫向運動，此時鋼絲繩傾斜，由於鋼絲繩為柔性連接件，所以不會在氣體噴淋頭板作用一槓桿力，從而避免了氣體噴淋頭板被破壞。

以上結合圖3、圖4描述了根據本發明實施例的電漿處理器的安裝結構。進一步地，本發明還可以應用於電漿處理器。

圖5示出了本發明電漿處理器的結構示意圖，如圖5所示，該電漿處理器包括：真空反應腔400， 真空反應腔400包括由金屬材料製成的大致為圓柱形的反應腔側壁。反應腔側壁上方設置氣體噴淋頭，氣體噴淋頭與氣體供應裝置相連，氣體噴淋頭包括氣體噴淋頭板100。 氣體供應裝置中的反應氣體經過氣體噴淋頭進入真空反應腔400。

真空反應腔400的下方設置了支撐靜電夾盤ESC的基座，靜電夾盤ESC上用於放置待處理基片。真空反應腔400的側壁上設有傳片門，即該傳片門為反應腔一側側壁上的開口，用於將晶圓在反應腔內外之間傳輸。本發明的靜電夾盤ESC包含下極板，氣體噴淋頭還作為上極板，兩者之間的距離為極板間距。

射頻功率源的射頻功率RF施加到基座，在真空反應腔400內產生將反應氣體解離為電漿的電場，電漿中含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待處理基片的表面發生多種物理和化學反應， 使得基片表面的形貌發生改變，即完成蝕刻過程。 真空反應腔400的下方還設置排氣泵，用於將反應副產物排出真空反應腔400。

常溫狀態下，本發明的電漿處理器反應腔400上方的安裝基板200柔性連接於氣體噴淋頭板100，柔性連接的方式如上述實施例所述，室溫時，柔性件為豎直設置，較佳地，可以沿著氣體噴淋頭板圓周方向均勻佈置若干個柔性件。

如圖4所示，通孔22的下端直徑可以大於上端直徑，這樣也正好能夠匹配彈性桿32的彈性變形的運動範圍。圖6示出了圖4中X-X方向的剖面結構，從圖6中可以看到彈性桿32呈帶狀，其截面是一個長方形，其中帶狀彈性桿的寬度B遠大於厚度A。為了在電漿處理器溫度變化過程中帶狀彈性桿的寬度方向最佳的沿半徑方向，也就是垂直於放射線方向，這樣使得厚度較薄的鋼帶很容易沿放射線方向彈性變形。由於安裝基板2一般採用鋁製成，其在升溫過程中膨脹幅度遠大於下方氣體噴淋頭，所以彈性桿會向安裝基板中心方向變形，所以彈性桿32與通孔22內側壁的間隙可以大於彈性桿32與孔洞外側壁的間隙。其中間隙的大小受不同的電漿處理器的工作溫度範圍和安裝基板尺寸的影響，典型的彈性桿與孔洞之間的間隙需要大於1mm，甚至大於5mm。現有技術中的螺桿與孔洞中不會為了實現彈性變形留很大的間隙，一般間隙小於1mm。本發明的特殊的彈性桿截面設計既能保證足夠的彈性變形運動空間，防止彈性桿32與孔洞內壁碰撞產生應力造成下方噴淋頭板變形碎裂，還能使得彈性桿的截面積更大，保證安裝基板和氣體噴淋頭板之間足夠的機械壓力，從而保持兩者互相緊貼的狀態，最終實現在溫度大幅變化的電漿處理過程中上電極元件的導電和導熱性能的穩定性。

本發明實施例提供的電漿處理器，與上述實施例提供的電漿處理器的安裝結構具有相同的技術特徵，所以也能解決相同的技術問題，達到相同的技術效果。

綜上所述，本發明提供一種電漿處理器的安裝結構及相應的電漿處理器，通過一柔性連接件將兩種不同熱膨脹係數的材料連接，解決了由於在高溫狀態下兩者熱膨脹量不同形成槓桿力，並造成氣體噴淋頭板可能被破壞的問題。

儘管本發明的內容已經通過上述較佳的實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，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’, 1, 100:氣體噴淋頭板 2’, 2, 200:安裝基板 3’:螺絲 4’, 31:螺母 21:沉孔 22:通孔 32:彈性桿 321:螺紋部 400:真空反應腔 B:彈性桿寬度 A:彈性桿厚度 ESC:靜電夾盤 RF:射頻功率

圖1為現有技術中的常溫狀態下兩種不同材料的連接安裝圖； 圖2為現有技術中的高溫狀態下兩種不同材料的連接安裝圖； 圖3為本發明的電漿處理器的安裝結構的示意圖； 圖4為本發明實施例中的高溫狀態下的結構示意圖； 圖5為本發明的電漿處理器的結構圖； 圖6為圖4中X-X方向的剖面結構視圖。

1:氣體噴淋頭板

2:安裝基板

31:螺母

21:沉孔

22:通孔

32:彈性桿

321:螺紋部

Claims (10)

1. 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，該安裝基板下方設有一氣體噴淋頭板，其中該氣體噴淋頭板由陶瓷材料製成，該安裝基板由金屬材料製成，該安裝結構包括： 一彈性緊固元件，該氣體噴淋頭板通過該彈性緊固元件連接於該安裝基板上，該彈性緊固元件包括一第一端以及一第二端，該第一端固定於該安裝基板，該第二端固定於該氣體噴淋頭板，該彈性緊固元件還包括連接在該第一端和該第二端之間的一彈性桿，該安裝基板和該氣體噴淋頭板在溫度變化過程中，該安裝基板相對於該氣體噴淋頭板橫向延展，該彈性緊固元件中的該彈性桿發生橫向彈性變形，同時保持該安裝基板和該氣體噴淋頭板之間的緊固。
2. 如請求項1所述的電漿處理器的安裝結構，其中該安裝基板縱向貫穿設置一孔洞，該彈性桿位於該孔洞中，且該彈性桿與該孔洞內壁之間具有一間隙，在該電漿處理器的工作溫度變化範圍內，該彈性桿發生的橫向彈性變形幅度小於等於該間隙距離。
3. 如請求項2所述的電漿處理器的安裝結構，其中該安裝基板上的該孔洞上端包括一個具有一第一直徑的一沉孔，一通孔從該沉孔向下延伸到達面向該氣體噴淋頭板的下端，該通孔具有一第二直徑，且該第一直徑大於該第二直徑。
4. 如請求項3所述的電漿處理器的安裝結構，其中具有該第一直徑的該沉孔與具有該第二直徑的該通孔之間耦接處形成一肩部。
5. 如請求項4所述的電漿處理器的安裝結構，其中該肩部設置一螺母，該螺母設置於具有該第一直徑的該沉孔中；該彈性桿通過該螺母固定到該安裝基板。
6. 如請求項2所述的電漿處理器的安裝結構，其中該彈性桿和該孔洞上端內壁之間具有一第一間隙，與該孔洞下端內壁之間具有一第二間隙，其中該第二間隙大於該第一間隙。
7. 如請求項2所述的電漿處理器的安裝結構，其中該的彈性桿包括一鋼絲繩或一鋼帶。
8. 如請求項7所述的電漿處理器的安裝結構，其中該鋼帶的厚度小於寬度，且該鋼帶寬度沿半徑方向展開，使得該鋼帶可以沿該安裝基板的由外向內的放射線方向彈性變形。
9. 如請求項2所述的電漿處理器的安裝結構，其中該彈性桿與該孔洞內側內壁的距離大於與該孔洞外側內壁的距離。
10. 一種電漿處理器，採用如請求項1-9任一項所述的電漿處理器的安裝結構將該安裝基板與該氣體噴淋頭板彈性緊固連接。

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