TWI709361B - 電漿處理裝置中氣體噴淋頭的接地連接結構、電漿處理裝置及導電連接結構 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種電漿體處理裝置中氣體噴淋頭的接地連接結構，藉由連接緊固件，使氣體噴淋頭、安裝基座及兩者之間的墊板緊密配合；安裝基座的安裝孔設置有導電部及彈性元件，導電部形成一內部空間，用以容納插入安裝孔內的連接緊固件的前端，彈性元件的彈力作用於導電部，使導電部與安裝基座緊密接觸，且導電部與連接緊固件緊密接觸。本發明具有防鬆機制，可以保證元件的安裝牢固，並且對使用過程中在連接緊固件附近產生的偏移進行修正。當連接緊固件用於傳導電流時，還能有效保證導電部與連接緊固件及安裝基座之間緊密接觸，保證電流傳輸路徑的穩定可靠。

Description

電漿處理裝置中氣體噴淋頭的接地連接結構、電漿處理裝置及導電連接結構

本發明涉及電漿體處理領域，特別涉及一種電漿體處理裝置中氣體噴淋頭的接地連接結構。

習知的一種電容耦合電漿體處理裝置，包括可抽真空的反應腔，向反應腔內均勻注入反應氣體的氣體噴淋頭，通常被作為上電極與反應腔頂部一接地的安裝基座相連；與氣體噴淋頭相對的基片支撐裝置，通常被作為下電極並與至少一個射頻功率源連接，在上下電極之間建立電場，將引入至反應腔內的反應氣體解離形成電漿。射頻功率耦合到氣體噴淋頭，再傳導到安裝基座，形成射頻電流的接地路徑。在大功率的工藝條件下，會產生較大的射頻電流。

所述安裝基座例如採用流通加熱介質的通道來調控溫度，所述安裝基座例如是鋁製的，具有良好的導電傳熱能力。所述氣體噴淋頭的下表面暴露在電漿中，會受到電漿體的濺射並有熱量產生；所述氣體噴淋頭例如由碳化矽製成，熱膨脹係數與安裝基座不同，可能在兩者之間產生側向的應力。

一般採用螺栓作為裝配的連接件，使螺杆旋入所述安裝基座開設的螺紋孔內，螺栓頭部插入氣體噴淋頭在對應位置開設的插孔處，實現所述氣體噴淋頭與安裝基座的緊密配合。通常由不銹鋼材料製成所述螺釘，以滿足強度要求，及應對諸如大電流、溫度變化、側向應力等情況。

所述螺栓還在接地路徑中，將耦合到氣體噴淋頭處的射頻電流傳遞到安裝基座。然而，所述螺栓上，如螺牙的位置，容易產生電弧，並會在表面積聚氧化物（如氧化鐵），從而增大所述螺栓的電阻，使其在接地路徑中的導電效果不穩定，並且使射頻電路具有高的阻抗，從而對射頻能量大量消耗，降低導通效率。

螺栓同時也承受來自安裝基座及氣體噴淋頭的熱量，且與所連接的部件具有不同的熱膨脹係數，因而容易在螺栓與安裝基座和氣體噴淋頭的連接交界部位出現鬆動或滑動，導致射頻回路的接地路徑發生偏移。這些都會縮短螺栓的使用壽命，破壞反應腔內電場的均勻分佈，並且引起射頻放電的條件偏移，導致反應腔內電漿體分佈不均勻，從而影響基片加工的均勻性。

本發明提供一種電漿體處理裝置中氣體噴淋頭的接地連接結構，能對螺栓實現防鬆動，保證接地路徑中部件的良好接觸，使射頻回路得以在螺栓處具有低阻抗。

為了達到上述目的，本發明的一個技術方案是提供一種電漿體處理裝置中氣體噴淋頭的接地連接結構，電漿體處理裝置在反應腔內的頂部設有一接地的安裝基座，所述安裝基座下方設置有氣體噴淋頭；所述安裝基座外圍被一墊板的側部環繞，所述墊板底部有一延伸段夾設在安裝基座與氣體噴淋頭的邊緣之間；藉由連接緊固件，使所述氣體噴淋頭、墊板的延伸段、安裝基座之間緊密配合；

所述安裝基座開設有安裝孔，所述安裝孔內設置有導電部及彈性元件，所述導電部形成一內部空間，容納插入安裝孔內的所述連接緊固件的前端，所述彈性元件的彈力作用於導電部，使所述導電部的外側壁與安裝基座緊密接觸，且所述導電部的內側壁與連接緊固件緊密接觸；所述連接緊固件處於導電路徑中，傳遞到所述連接緊固件的電流，經導電部傳輸到所述安裝基座，所述導電部的材料電阻率低於所述連接緊固件的材料電阻率。

可選地，所述導電部具有與所述安裝基座相似或相同的熱膨脹係數；

所述安裝基座設有溫度調控部件，並藉由所述墊板傳導熱量。

可選地，所述導電部包含導電環，其側壁設有凹槽來容納彈性元件；所述導電環側壁的內表面圍成的空間，供所述連接緊固件的前端插入；藉由所述彈性元件的彈力作用，使所述導電環側壁的內表面與所述連接緊固件前端的外圍緊密接觸，所述導電環側壁的外表面與所述安裝基座的安裝孔內壁緊密接觸。

可選地，所述導電部前部的開口周圍設置有多個可滑動的導電片；所述導電部的後部設有空腔來容納彈性元件，所述彈性元件與各導電片的後端連接或接觸，相鄰導電片的前端、側片相互隔開，所述連接緊固件的前端插入所述導電部的開口；所述彈性元件的彈力作用下，各導電片前端滑動，使各導電片的前端及側片的內表面與所述連接緊固件的前端外圍緊密接觸；各導電片的側片外表面與安裝孔的內壁緊密接觸。

可選地，所述連接緊固件是螺栓；所述螺栓的螺杆前端進入安裝孔，並插入到所述導電部的內部空間；所述螺杆前端與導電部緊密接觸的部位沒有設置外螺紋。

可選地，所述彈性元件是彈性片或彈簧。

可選地，所述墊板開設有貫穿的沉孔，包含大口徑的前段和小口徑的後段，螺栓的螺杆穿過所述後段，所述前段容納螺栓頭部的一部分；所述氣體噴淋頭開設有插孔，套設在螺栓頭部沒有被所述前段容納的剩餘部分；

所述螺栓的螺杆穿過墊板後，旋入所述安裝基座的安裝孔中；所述安裝孔一端開口，另一端封閉；所述安裝孔包含連續的第一孔段和第二孔段；所述第一孔段是從安裝孔的開口向內延伸的一段，設置有內螺紋與螺杆上的外螺紋嚙合；螺杆前端插入到第二孔段，並插入到所述導電部的內部空間。

可選地，所述螺栓是不銹鋼的；

所述安裝基座、墊板、導電部分別是鋁製的；

所述氣體噴淋頭由碳化矽製成；

所述氣體噴淋頭外環繞設置有接地環，所述接地環由石墨製成並在表面包覆有碳化矽的塗層。

本發明的另一個技術手段是提供一種電漿體處理裝置，使用上述任意一種氣體噴淋頭的接地連接結構；所述電漿體處理裝置包含可抽真空的反應腔，氣體供應裝置輸出的反應氣體經過氣體噴淋頭上分佈的通氣孔，均勻地輸送到反應腔內；反應腔下方設置有基片支撐基座，所述基片支撐基座上藉由靜電夾盤來固定基片，所述基片支撐基座作為下電極施加有至少一個射頻功率源；

所述氣體噴淋頭與基片支撐基座相對設置，同時用作射頻功率訊號耦合的上電極；藉由將射頻功率耦合到反應腔內，將反應腔內的氣體解離為電漿體，實現對基片的加工處理；所述氣體噴淋頭外圍環繞設置有接地環；

所述安裝基座外圍被墊板的側部環繞，所述墊板底部有一延伸段夾設在安裝基座與氣體噴淋頭的邊緣之間；藉由連接緊固件，使氣體噴淋頭、墊板的延伸段、安裝基座之間緊密配合；

所述安裝基座開設有安裝孔，所述安裝孔內設置有導電部及彈性元件，所述導電部形成一內部空間，容納插入安裝孔內的所述連接緊固件的前端，所述彈性元件的彈力作用於導電部，使所述導電部與安裝基座緊密接觸，且所述導電部與連接緊固件緊密接觸；所述連接緊固件處於射頻電流回路的接地路徑中，耦合到氣體噴淋頭的射頻電流，經由所述連接緊固件、導電部傳輸到所述安裝基座。

本發明的又一個技術手段是提供一種導電連接結構，藉由設置連接緊固件，將第一部件與第二部件緊固連接；所述第二部件設有凹孔，並在凹孔內佈置有帶彈性元件的導電部；所述連接緊固件的前端進入所述第二部件的凹孔時，所述導電部包圍著所述連接緊固件，並藉由所述彈性元件使導電部與連接緊固件緊密接觸；所述連接緊固件處於導電路徑中，輸送到所述連接緊固件的電流藉由導電部向第二部件傳遞；所述導電部具有與所述安裝基座相似或相同的熱膨脹係數。

本發明在螺栓等連接緊固件與其所連接的元件之間設置導電部，所述導電部與彈性元件配合，實現防鬆機制，可以有效避免螺栓在緊固元件時可能發生的鬆動，保證元件的安裝牢固，並且對使用過程中產生的偏移進行修正。當螺栓與導電部用於傳導電流時，還能有效保證螺栓與導電部的接觸緊密，保證電流傳輸路徑的穩定可靠。

本發明作為電漿體處理裝置中氣體噴淋頭的接地連接結構時，藉由螺栓使氣體噴淋頭、墊板和安裝基座緊密配合；導電部與安裝基座具有相似或相同的熱膨脹係數，並且藉由配合導電部設置的彈性元件，使導電部能夠與螺栓前端緊密接觸，防止鬆動且修正偏移，從而確保在螺栓、導電部及安裝基座之間具有良好的導電傳熱效果，則接地路徑中藉由氣體噴淋頭傳遞到螺栓的射頻電流，可以經過導電部傳遞到安裝基座，使電流傳輸路徑穩定，避免射頻回路的阻抗發生變化，保證射頻條件不會漂移，提高電漿體分佈的均勻性。

第1圖所示是一種電容耦合電漿體處理裝置，包含可抽真空的反應腔10，反應腔10下方設置有基片支撐基座20，基片支撐基座20上藉由靜電夾盤30來固定基片40，基片支撐基座20通常作為下電極施加有至少一個射頻功率源，藉由將射頻功率耦合到反應腔10內，將氣體供應裝置60輸送到反應腔10內的氣體解離為電漿體，實現對基片40的加工處理。

氣體供應裝置60輸出的反應氣體經過一氣體噴淋頭50上分佈的通氣孔，均勻地輸送到反應腔10內；所述氣體噴淋頭50與基片支撐基座20相對設置，同時用作射頻功率訊號耦合的上電極。為了形成射頻電流回路，氣體噴淋頭50通常與反應腔10頂部一接地的安裝基座相連。所述安裝基座還例如藉由設置加熱介質的流通管路等方式，來實現溫度控制。

進一步參見第2圖所示，設置有一墊板72，所述墊板72的側部環繞在安裝基座71的外圍，所述墊板72的底部延伸到安裝基座71邊緣的下方。所述墊板72的側部及底部與安裝基座71的相應部位緊密接觸，具備良好的導電傳熱功能。

所述氣體噴淋頭50為圓盤狀，所述氣體噴淋頭50頂部的大部分位置與安裝基座71的底部緊密接觸，所述氣體噴淋頭50頂部的邊緣位於墊板72的下方，藉由螺栓90實現墊板72與安裝基座71的緊密連接，並實現氣體噴淋頭50與墊板72及安裝基座71的緊密配合。所述氣體噴淋頭50外圍還環繞設置一接地環51，所述接地環51還在墊板72的下方與所述墊板72緊密接觸，實現支撐及接地的功能。

示例地，所述氣體噴淋頭50由碳化矽製成，下表面可以進一步設置抗電漿侵蝕的塗層；所述接地環51由石墨製成並在表面包覆有碳化矽的塗層；所述安裝基座71及墊板72分別是鋁製的；所述螺栓90是不銹鋼的。

配合參見第2圖、第3圖所示，在氣體噴淋頭50、墊板72、安裝基座71藉由螺栓90緊密配合的位置，通常在這些部位相對應的邊緣位置。在此處，所述墊板72開設有貫穿的沉孔，包含大口徑的前段和小口徑的後段，螺栓90的螺杆穿過後段，螺栓90頭部被前段與後段的交界部位限制藉由，並藉由前段容納螺栓90頭部的一部分；所述後段可以具有內螺紋與螺杆上的外螺紋嚙合（或者所述後段沒有螺紋）。所述氣體噴淋頭50開設有插孔，套設在螺栓90頭部沒有被前段容納的部分，即套設在露出於所述墊板72底面的剩餘部分上。所述螺栓90的螺杆穿過墊板72後，繼續旋入所述安裝基座71開設的安裝孔中。

所述安裝基座71的安裝孔一端開口，另一端封閉；在安裝孔從開口向內延伸（本例為向上）的一段距離為第一孔段，設有內螺紋與旋入的螺杆的外螺紋嚙合；所述第一孔段繼續向前延伸直到安裝孔封閉端為第二孔段，其內部環繞設置有一導電環81，使螺杆的前端插入到由所述導電環81內壁圍成的空間。第一孔段與第二孔段連續設置，第二孔段的口徑可以略大，以容納導電環81。

所述導電環81包含側壁，側壁內表面圍成的空間可以軸向貫通，其兩端開口，使螺杆的前端面最終抵靠在安裝基座71所述安裝孔的後端面（本例為孔內的頂面）。或者，所述空間沒有軸向貫通，其一端開口另一端封閉，螺杆的前端面抵靠至所述封閉面。所述導電環81使用與安裝基座71具有相似或相同熱膨脹係數的材料製成，如鋁材料。較佳地，在螺杆前端，即對應插入導電環81內的部位，沒有螺紋，使其與導電環81更貼合。

所述導電環81還配置有彈性元件，例如在側壁本身開設有凹槽，用來放置所述彈性元件（本例使用彈性鋼片82）。所述的凹槽可以是一個環形，也可以是沿環形開設的一些相互隔開的弧段或凹孔，或者是其他可以容納所述彈性元件的任意一種開槽形式。例如在螺杆前端插入時經導電環81的側壁向彈性元件施加有壓力，則所述彈性元件始終存在一個反向的抗力，從而使導電環81側壁的外表面與安裝孔第二孔段的內壁得以緊密接觸，並且使導電環81側壁的內表面與螺杆的前端外圍得以緊密接觸。又例如，當周邊元件的溫度有不同程度的升高，而產生側向應力，使螺栓90附近出現少許鬆動或偏移時，彈性元件也會產生變形而提供與偏移方向相反的抗力，對偏移予以修正。

配合參見第4圖、第5圖、第6圖，是本發明所述接地連接結構的另一個實施例，包含一導電部，置於安裝基座71所述安裝孔的第二孔段內，並使用與安裝基座71具有相似或相同熱膨脹係數的材料製成，如鋁材料；所述導電部的前部開口周圍設有多個可滑動的導電片83（本例為四個），導電部的後部有一空腔85並設置了彈性元件（本例為彈簧84）與導電片83的後端連接或接觸，相鄰的導電片83在前端、側片相互隔開，可供螺栓90的前端插入所述導電部的開口，而與各導電片83的前端及側片內表面相貼合；並且，螺栓90前端插入時，還使彈性元件受力壓縮，帶動各導電片83滑動而使導電片83前端相互靠近，進而使導電片83的側片與螺栓90的前端外圍實現緊密接觸。各導電片的側片外表面與安裝孔的內壁緊密接觸。又例如當周邊溫度變化產生側向應力，使螺栓90附近出現少許鬆動或偏移時，彈性元件也會產生變形而提供與偏移方向相反的抗力，對偏移予以修正。

綜上所述，本發明所述氣體噴淋頭的接地連接結構中，藉由螺栓90使氣體噴淋頭50、墊板72和安裝基座71緊密配合，安裝基座71的安裝孔內設有導電部（導電環81或可滑動導電片83等），其內部空間在螺栓90插入安裝孔時可以容納所述螺栓90的前端；所述導電部與安裝基座71具有相似或相同的熱膨脹係數，並且藉由配合導電部設置的彈性元件，使導電部能夠與螺栓90前端緊密接觸，防止鬆動且修正偏移，從而確保在螺栓90、導電部及安裝基座71之間具有良好的導電傳熱效果，則接地路徑中藉由氣體噴淋頭50傳遞到螺栓90的射頻電流，可以經過導電部傳遞到安裝基座71，使電流傳輸路徑穩定，避免射頻回路的阻抗發生變化，保證射頻條件不會漂移，提高電漿體分佈的均勻性。

儘管本發明的內容已經藉由上述較佳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。在所述技術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。

10:反應腔 20:基片支撐基座 30:靜電夾盤 40:基片 50:氣體噴淋頭 51:接地環 60:氣體供應裝置 71:基座 72:墊板 81:導電環 82:彈性鋼片 83:導電片 84:彈簧 85:空腔 90:螺栓

第1圖是電漿體處理裝置的整體結構示意圖； 第2圖是第1圖中X處所示氣體噴淋頭在角落位置連接關係的放大圖； 第3圖是本發明一個實施例中所述接地連接結構的示意圖； 第4圖是本發明另一個實施例中所述接地連接結構的示意圖； 第5圖、第6圖是第4圖所述接地連接結構分別對應彈簧壓縮及恢復時在A-A向的剖面圖。

50:氣體噴淋頭

51:接地環

71:基座

72:墊板

81:導電環

90:螺栓

Claims (10)

1. 一種電漿處理裝置中一氣體噴淋頭的接地連接結構，該電漿體處理裝置在反應腔內的頂部設有接地的一安裝基座，該安裝基座下方設置有該氣體噴淋頭；該安裝基座外圍被一墊板的側部環繞，該墊板底部有一延伸段夾設在該安裝基座與該氣體噴淋頭的邊緣之間；藉由一連接緊固件，使該氣體噴淋頭、該墊板的該延伸段、該安裝基座之間緊密配合，其中： 該安裝基座開設有一安裝孔，該安裝孔內設置有一導電部及一彈性元件，該導電部形成一內部空間，容納插入該安裝孔內的該連接緊固件的前端，該彈性元件的彈力作用於該導電部，使該導電部的外側壁與該安裝基座緊密接觸，且該導電部的內側壁與該連接緊固件緊密接觸；該連接緊固件處於導電路徑中，傳遞到該連接緊固件的電流，經該導電部傳輸到該安裝基座，該導電部的材料電阻率低於該連接緊固件的材料電阻率。
2. 如申請專利範圍第1項所述的接地連接結構，其中， 該導電部具有與該安裝基座相似或相同的熱膨脹係數； 該安裝基座設有一溫度調控部件，並藉由該墊板傳導熱量。
3. 如申請專利範圍第1項所述的接地連接結構，其中， 該導電部包含一導電環，其側壁設有一凹槽來容納該彈性元件；該導電環側壁的內表面圍成的空間，供該連接緊固件的前端插入；藉由該彈性元件的彈力作用，使該導電環側壁的內表面與該連接緊固件前端的外圍緊密接觸，該導電環側壁的外表面與該安裝基座的該安裝孔內壁緊密接觸。
4. 如申請專利範圍第1項所述的接地連接結構，其中， 該導電部前部的開口周圍設置有可滑動的複數個導電片；該導電部的後部設有一空腔來容納該彈性元件，該彈性元件與各該導電片的後端連接或接觸，相鄰該導電片的前端、側片相互隔開，該連接緊固件的前端插入該導電部的開口；該彈性元件的彈力作用下，各該導電片前端滑動，使各該導電片的前端及側片的內表面與該連接緊固件的前端外圍緊密接觸；各該導電片的側片外表面與該安裝孔的內壁緊密接觸。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的接地連接結構，其中， 該連接緊固件是一螺栓；該螺栓的一螺杆前端進入該安裝孔，並插入到該導電部的內部空間；該螺杆前端與該導電部緊密接觸的部位沒有設置外螺紋。
6. 如申請專利範圍第5項所述的接地連接結構，其中， 該彈性元件是彈性片或彈簧。
7. 如申請專利範圍第5項所述的接地連接結構，其中， 該墊板開設有貫穿的一沉孔，包含大口徑的一前段和小口徑的一後段，該螺栓的該螺杆穿過該後段，該前段容納該螺栓頭部的一部分；該氣體噴淋頭開設有一插孔，套設在該螺栓頭部沒有被該前段容納的剩餘部分；以及 該螺栓的該螺杆穿過該墊板後，旋入該安裝基座的該安裝孔中；該安裝孔一端開口，另一端封閉；該安裝孔包含連續的一第一孔段和一第二孔段；該第一孔段是從該安裝孔的開口向內延伸的一段，設置有內螺紋與該螺杆上的外螺紋嚙合；該螺杆前端插入到該第二孔段，並插入到該導電部的內部空間。
8. 如申請專利範圍第5項所述的接地連接結構，其中， 該螺栓是不銹鋼的； 該安裝基座、該墊板、該導電部分別是鋁製的； 該氣體噴淋頭由碳化矽製成； 該氣體噴淋頭外環繞設置有一接地環，該接地環由石墨製成並在表面包覆有碳化矽的塗層。
9. 一種電漿處理裝置，使用如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的電漿體處理裝置中該氣體噴淋頭的接地連接結構，其中， 該電漿體處理裝置包含可抽真空的該反應腔，一氣體供應裝置輸出的反應氣體經過該氣體噴淋頭上分佈的一通氣孔，均勻地輸送到該反應腔內；該反應腔下方設置有一基片支撐基座，該基片支撐基座上藉由一靜電夾盤來固定一基片，該基片支撐基座作為下電極施加有至少一個射頻功率源； 該氣體噴淋頭與該基片支撐基座相對設置，同時用作射頻功率訊號耦合的上電極；藉由將射頻功率耦合到該反應腔內，將該反應腔內的氣體解離為電漿，實現對該基片的加工處理；該氣體噴淋頭外圍環繞設置有該接地環； 該安裝基座外圍被該墊板的側部環繞，該墊板底部有該延伸段夾設在該安裝基座與該氣體噴淋頭的邊緣之間；藉由該連接緊固件，使該氣體噴淋頭、該墊板的延伸段、該安裝基座之間緊密配合； 該安裝基座開設有該安裝孔，該安裝孔內設置有該導電部及該彈性元件，該導電部形成該內部空間，容納插入該安裝孔內的該連接緊固件的前端，該彈性元件的彈力作用於該導電部，使該導電部與該安裝基座緊密接觸，且該導電部與該連接緊固件緊密接觸；該連接緊固件處於射頻電流回路的接地路徑中，耦合到該氣體噴淋頭的射頻電流，經由該連接緊固件、該導電部傳輸到該安裝基座。
10. 一種導電連接結構，其中， 藉由設置一連接緊固件，將一第一部件與一第二部件緊固連接；該第二部件設有一凹孔，並在該凹孔內佈置有帶一彈性元件的一導電部；該連接緊固件的前端進入該第二部件的該凹孔時，該導電部包圍著該連接緊固件，並藉由該彈性元件使該導電部與該連接緊固件緊密接觸；該連接緊固件處於導電路徑中，輸送到該連接緊固件的電流藉由該導電部向該第二部件傳遞；該導電部具有與該安裝基座相似或相同的熱膨脹係數。

Images