专利名称：喷淋头电极总成和包含该喷淋头电极总成的等离子体处理室的制作方法
喷淋头电极总成和包含该喷淋头电极总成的等离子体处理室本申请是申请日为2008年9月9日，申请号为200880121177. X，申请人为朗姆研究公司，名称为“喷淋头电极总成和包含该喷淋头电极总成的等离子体处理室”的专利申请的分案申请。
背景技术：
本发明大体涉及等离子体处理，尤其涉及等离子体处理中使用的等离子体处理室和电极总成。等离子体处理装置可用于通过各种技术处理衬底，包括但不限于，刻蚀、物理 气相沉积、化学气相沉积、离子注入、抗蚀剂(resist)除去等。举例来说(而不是用限制的方式)，一种类型的等离子体处理室包含上电极(通常被称为喷淋头电极)和下电极。在这些电极之间建立电场以将处理气体激励到等离子态以处理反应室中的衬底。
发明内容
根据本发明的一个实施方式，提供ー种包含热控制板、硅基喷淋头电极和紧固硬件的电极总成，其中该硅基喷淋头电极包含在该硅基喷淋头电极的背部中形成的多个部分缺口和位于该部分缺口中的背部插入件。该热控制板包含被配置为允许紧固硬件进入(access)该背部插入件的紧固硬件通道。该紧固硬件和该背部插入件被配置为保持该热控制板和该娃基喷淋头电极的哨合并允许该热控制板和该娃基喷淋头电极的拆卸，在拆卸过程中隔离该硅基喷淋头电极的该硅基电极材料与该紧固硬件免于摩擦接触。相应于本发明的另ー个实施方式，提供ー种包含真空源、处理气体供应、等离子体电カ供应、衬底支座和上电极总成的等离子体处理室,其中该上电极总成被制造为包括本发明的ー个或多个方面。相应于本发明的又一个实施方式，提供ー种包含热控制板、娃基喷淋头电极和紧固硬件的电极总成，其中该硅基喷淋头电极包含在该硅基喷淋头电极的背部中形成的多个螺纹部分缺ロ。该热控制板包含被配置为允许紧固硬件进入该螺纹部分缺ロ的紧固硬件通道且该紧固硬件沿着该硅基喷淋头电极的背部啮合该螺纹部分缺ロ。
结合附图，阅读下面对本发明的具体实施方式
的详细说明，可以更好的理解本发明，其中同类的结构用同类的參考标号表示，且其中图I是包含本发明的实施方式的特定方面的等离子体处理室的示意图；图2是依照本发明的一个实施方式的喷淋头电极的背部的俯视图；图3是依照本发明的一个实施方式的喷淋头电极的一部分的横截面示意图；图4是依照本发明的一个实施方式的喷淋头电极的背部和厚度尺寸的等比示意图；图5是依照本发明的一个实施方式，包括紧固硬件的电极总成的横截面示意图6、7、8A和9是依照本发明的ー些替代实施方式，包括紧固硬件的电极总成的一部分的横截面示意图；图8B和8C是为了阐明图8A中描绘的主题的结构和操作而展示的示意图；图10和11描绘了依照本发明的进ー步的替代实施方式的电极总成的紧固硬件和补充机加工部分。
具体实施例方式本发明的各个方面是以等离子体处理室10为背景描绘的，其在图I中只是示意性地进行描绘以避免将本发明的思想限定于特定的等离子体处理配置或元件，这些配置或元 件可能不是本发明的主题的组成部分。如图I中大体描绘的，等离子体处理室10包含真空源20、处理气体供应30、等离子体电カ供应40、衬底支座50 (包括下电极总成55)和上电极总成100。參考图2-5，描绘了依照本发明的一个实施方式的上电极总成100。通常，电极总成100包含紧固硬件60、定位销66、热控制74板70、娃基(silicon-based)喷淋头电极80和位于热控制板70的前部和硅基喷淋头电极80的背部82之间的导热垫圈75。更具体地说，热控制板70包含背部72、前部74和被配置为将处理气体导向热控制板70的前部74的一个或多个处理气体通道76。尽管本发明不限于特定的热控制板材料或处理气体通道配置，然而注意到，合适的热控制板材料包括铝、铝合金或类似的导热体。还注意到，设计可以基于各种教导，包括但不限于公开号为2005/0133160的美国专利公开。该硅基喷淋头电极80包含背部82、前部84和从该硅基喷淋头电极80的背部82延伸到该硅基喷淋头电极80的前部84的多个喷淋头通道86。硅基喷淋头电极80进ー步包含在电极80的背部82中形成的多个部分缺ロ 88。如图5所示，部分缺ロ 88在缺ロ 88和电极80的前部84之间留下了厚度为X的硅基电极材料。背部插入件(inserts)90位于沿电极80的背部82的该部分缺口中。缺ロ 88和喷淋头电极80的前部84之间的硅基电极材料通过将该背部插入件90和紧固硬件60与等离子体室10中的活性组分隔离，有助于最小化等离子体处理室10中的潜在污染源。为了帮助保证上述隔离可以在电极80的整个寿命期间得以保持，厚度X优选地至少为大约0. 25厘米或，换句话说，至少为硅基喷淋头电极80的总厚度的大约25%。參考图I，通过将热控制板70和硅基喷淋头电极80配置为限定气密等离子体隔板65从而等离子体处理室10的抽空部15内的气体和活性组分不会接触紧固硬件60和该插入件，可以增强该隔离。限定等离子体隔板65的特定方式可以根据热控制板70和喷淋头电极80的各自的配置而改变。可以预料，在大多数情况下，形成热控制板70和喷淋头电极80的各自的材料将限定该隔板的大部分。另外，可以预料，各种密封件可用于增强该隔板，特别是在热控制板70和喷淋头电极80彼此交界处以及与等离子体处理室10的其它元件的交界处。參考图5，背部插入件90和紧固硬件60与等离子体室10中的活性组分的上述隔离可以通过将背部插入件90在部分缺ロ 88中定位为它们相对于硅基喷淋头电极80的背部82被嵌入(inset)或至少齐平(flush)而被进一歩增强。类似地，紧固硬件60可以被置于热控制板70中的紧固硬件通道78中从而它相对于热控制板70的背部72被嵌入或至少齐平。除了处理气体通道76之外，热控制板70包含紧固硬件通道78，紧固硬件通道78被配置为允许紧固硬件60进入位于沿着硅基喷淋头电极80的背部82的部分缺ロ 88中的背部插入件90。热控制板70和硅基喷淋头电极80可以使用紧固硬件60和背部插入件90啮合起来。在啮合状态时，热控制板70的前部74面对硅基喷淋头电极80的背部82，而硅基喷淋头电极80中的喷淋头通道86对准热控制板70中的处理气体通道76。另外，紧固硬件通道78对准位于沿着电极80的背部82的部分缺ロ 88中的背部插入件90。因此，紧固硬件60可以贯穿热控制板70中的紧固硬件通道78并啮合背部插入件90，该背部插入件90位于沿着电极80的背部82的部分缺ロ 88中。
紧固硬件60和背部插入件90被配置为保持热控制板70和硅基喷淋头电极80的啮合。另外，紧固硬件60和背部插入件90被配置为允许热控制板80和喷淋头电极80的拆卸。在图5所示的实施方式，以及本文所述的其它实施方式中，硅基喷淋头电极80的硅基电极材料在啮合和拆卸过程中被背部插入件90的相对有弹性的材料隔离而不与紧固硬件60摩擦接触。由背部插入件90提供的这种隔离用于消除紧固硬件60对硅基电极材料的磨损(这是等离子体室10中的污染源)。背部插入件90的弹性还允许热控制板70和硅基喷淋头电极80的可重复的非破坏性的啮合和拆卸。尽管可以选择各种材料以形成背部插入件90，包括热塑料或其它的种类的塑料、合成橡胶、陶瓷、金属或具有材料的复合层的插入件，然而，根据本发明的某些实施方式，该背部插入件包含大量的聚醚醚酮(PEEK)，其被配置并制造为背部插入件90的硬度不超过硅基电极材料的硬度。其它备选材料包括，但不限干，Delrm 或其它缩醛树脂工程塑料，其被配置为填充或非填充同聚物或共聚物、尼龙、聚四氟こ烯(PTFE)或其组合。尽管热控制板70和硅基喷淋头电极80可以用与本发明的思想相一致的各种方式哨合，在图5和7-11中所不的实施方式中，背部插入件90可以被配置作为在娃基喷淋头电极80的背部82中形成的部分缺ロ 88中的锚。更具体地说，在图5的实施方式中，通过在硅基电极材料中提供螺纹部分而将背部插入件90固定(anchored)在该部分缺口中。插入件90在位吋，紧固硬件60 (例如它可以包含螺纹螺丝或螺栓)啮合背部插入件90以将喷淋头电极80固定到热控制板70。在图7的实施方式中，背部插入件通过粘合剂被固定在该部分缺口中。在图8A-8C所示的实施方式中，部分缺ロ 88被机加工为包含底切部89，而通过将该插入件90插入缺ロ 88并将其转入部分缺ロ 88的底切部89中而将背部插入件90固定在部分缺ロ 88中。參考图9，注意，背部插入件90可以被配置为包含背部延长部92的立柱，该背部延长部92被配置为延伸到热控制板70中的紧固硬件通道78之一中。在那种情况下，紧固硬件60被配置为例如经由螺纹啮合进入紧固硬件通道78中的背部插入件90的背部延长部92。在本文公开的使用ー个或多个背部插入件90的任何实施方式中，保证紧固硬件60、背部插入件90和部分缺ロ 88被配置为在热负载(thermal loading)过程中，在紧固硬件60和背部插入件90在啮合状态时，背部插入件能够在部分缺口内与该紧固硬件一起移动而不从该缺ロ撞出通常是有利的。例如，參考图10-11中所示的本发明的实施方式，其中描述了參考图8A-8C描述的底切实施方式的改进，背部插入件90具有接头(tab) 95，其被配置为补充在喷淋头电极80的电极材料中形成的底切部分89。可以通过将接头95与电极80中相应的凹槽85对准，将插入件90插入缺ロ 88中并旋转插入件90(如由凹槽85限定)，而将插入件90固定于缺ロ 88中。在图10和11的实施方式中，通过提供围绕插入件90的埋入端96的更小的直径部94的弹黃可以将摘入件90以弹黃负载状态固定在缺ロ 88中，而摘入件90的外径尺寸和接头95的大小和形状都被选择以允许在弹簧负载状态下插入件90在部分缺ロ 88中移动。因此，在等离子体处理中通常出现的热负载过程中，背部插入件90可以在部分缺ロ 88内与紧固硬件60 —起移动而不从缺ロ 88撞出，也不会降低紧固硬件60和插入件90的啮
ム
ロ o
本发明的发明人意识到，与缺ロ 88附近的电极材料的任何磨擦接触都可能在等离子体处理室10中形成潜在污染源。相应地，在背部插入件90根据本发明被配置为用于用螺丝刀或其它潜在磨擦工具进行安装或拆卸的情况下(如图10-11的实施方式的情况下)，可以料到，背部插入件90的狭槽传动头可以在该槽的边缘有横向遮蔽部98或其它啮合部，拆卸工具可以与该啮合部配对。更一般地说，背部插入件90可包含ー个或多个横向遮蔽部98，其被配置为允许工具在其工具啮合部啮合该背部插入件而不延伸突出该插入件的边缘，在该处它可以与该电极材料中的缺ロ的内径进行接触。可以使用各种弹簧负载配置以减少紧固硬件60因为在等离子体处理过程中带来的热负荷带来的应カ而变得松开的任何趋势。例如，图5-7描绘了ー种用于提供热控制板70和娃基喷淋头电极80的弹簧负载卩齿合的配置。在图5和7中，背部插入件90被配置为在喷淋头电极80的背部82中形成的部分缺ロ 88之一中的锚，且紧固硬件60包含弹簧负载垫圈62形式的弹簧元件，该弹簧负载垫圈62被配置为对抗当紧固硬件60进入背部插入件90时提供的啮合力。在图6中，该背部插入件被略去，以利于与电极材料中的螺纹孔的直接螺纹啮合。替代地，如图9所示，该弹簧元件可以作为螺旋弹簧64提供，该螺旋弹簧64围绕紧固硬件通道78中紧固硬件60的纵向延长部排列。尽管此处以硅基电极材料(比如单晶硅、多晶硅、氮化硅和碳化硅)为背景描述了本发明的各种思想，然而应当注意，本发明可用于各种背景，包括其中硅基电极材料包含碳化硼、氮化铝、氧化铝或其组合的那些背景。另外，可以预料，硅基喷淋头电极80可以以各种配置呈现而不背离本发明的范围，包括但不限于，单片、环形喷淋头配置或包含环形中心电极和围绕该中心电极的圆周排列的ー个或多个周边电极的多元件、环形喷淋头配置。注意，此处对于被“配置”为以特定方式具体体现特定特性或功能的本发明的元件的叙述是结构上的叙述而不是对预定用途的叙述。更准确地说，此处对ー个元件被“配置”的方式的指示表示该元件的现有物理状态以及，同样地，应被当作该元件的结构特性的明确叙述。注意，在此处使用的类似“优选地” “公共的”和“通常”的术语不被用来限制用权利要求表示的本发明的范围或被用来暗示某些特征对本发明的结构或功能来说是关键的、必要的、甚至是重要的。相反，这些属于仅仅意在说明本发明的一个实施方式的特定方面或为了强调在本发明的ー个特定实施方式中可能用到或可能不会用到的替代的或附加的特征。为了描述和限定本发明的目的，注意，本文使用术语“大约”是为了表示固有的不确定度，其可归因于任何数量比较、值、測量值或其它表示。本文使用该术语表示与所称參考值有差异而又不会导致所讨论的主题的基本功能的变化的数量表示的度。通过參考具体实施方式
，详细地描述了本发明，显然，在不背离所附权利要求限定的本发明范围的情况下的修改和变形是可能的。更准确地说，尽管本发明的ー些方面在此处被确定为优选的或特别有利的，然而可以预料，本发明不必限于本发明的这些优选方面。注意，所附权利要求中的ー项或多项中使用了术语“其中”作为连接用语。为了限 定本发明的目的，注意，这个术语是作为开放性连接用语引入权利要求中的，该连接用语用于引入对该结构的一系列特征的叙述并且应当以与开放性起语“包含”类似的方式解读。
权利要求
1.一种娃基喷淋头电极，其包含 背部、前部和从该硅基喷淋头电极的背部延伸到该硅基喷淋头电极的前部的多个喷淋头通道，其中所述硅基喷淋头电极包含单晶硅；和 沿着该硅基喷淋头电极的背部在该单晶硅中形成的多个部分缺口，该多个部分缺口在每一个该多个部分缺口和该硅基喷淋头电极的前部之间留下一定厚度的单晶硅。
2.根据权利要求I所述的硅基喷淋头电极，其中，所述硅基喷淋头电极进一步包含位于沿着该硅基喷淋头电极的背部的该多个部分缺口中的一个的背部插入件。
3.根据权利要求2所述的硅基喷淋头电极，其中，所述背部插入件的硬度不超过该单晶硅的硬度。
4.根据权利要求2所述的硅基喷淋头电极，其中，该背部插入件包含聚醚醚酮(PEEK)，该聚醚醚酮被配置和制造为该背部插入件的硬度不超过该单晶硅的硬度。
5.根据权利要求2所述的硅基喷淋头电极，其中，该背部插入件位于该多个部分缺口中的一个，以便该背部插入件相对于该娃基喷淋头电极的背部被嵌入。
6.根据权利要求2所述的硅基喷淋头电极，其中，该背部插入件包含工具啮合部和被配置为允许工具啮合该背部插入件而不延伸超出该插入件的边缘的一个或多个横向遮蔽部分。
7.根据权利要求2所述的硅基喷淋头电极，其中，该背部插入件被配置为在该硅基喷淋头电极的背部中形成的该多个部分缺口中的一个中的锚。
8.根据权利要求7所述的硅基喷淋头电极，其中，该背部插入件包含接头，该接头以插入并旋转的方式补充在该单晶硅中形成的底切部分。
9.根据权利要求8所述的硅基喷淋头电极，其中，该背部插入件以弹簧负载状态固定在该多个缺口中的一个中。
10.根据权利要求9所述的硅基喷淋头电极，其中，该背部插入件的外径尺寸和该接头的大小和形状以允许该插入件在弹簧负载状态时在该多个部分缺口中的一个中移动。
11.根据权利要求7所述的硅基喷淋头电极，其中，该背部插入件通过在该单晶硅中形成的螺纹部分固定在该多个部分缺口中的一个中。
12.根据权利要求7所述的硅基喷淋头电极，其中，该多个部分缺口中的一个包含底切部，且该背部插入件固定在该多个部分缺口中的一个中，以便该背部插入件至少部分延伸到该多个部分缺口中的一个的该底切部分中。
13.根据权利要求7所述的硅基喷淋头电极，其中，该背部插入件为包含背部延长部的立柱。
14.根据权利要求I所述的娃基喷淋头电极，其中，每一个该多个部分缺口和该娃基喷淋头电极的前部之间的单晶硅的厚度至少是约O. 25厘米。
15.根据权利要求I所述的娃基喷淋头电极，其中，每一个该多个部分缺口和该娃基喷淋头电极的前部之间的单晶硅的厚度至少是该硅基喷淋头电极的总厚度的约25%。
16.根据权利要求I所述的硅基喷淋头电极，其中，所述硅基喷淋头电极是单片、环形嗔淋头。
17.根据权利要求I所述的硅基喷淋头电极，其中，所述硅基喷淋头电极是包含环形中心电极和围绕该中心电极的圆周排列的一个或多个周边电极的多元件、环形喷淋头。
全文摘要
本发明大体涉及等离子体处理，尤其涉及等离子体处理中使用的等离子体处理室和电极总成。根据本发明的一个实施方式，提供一种包含热控制板、硅基喷淋头电极和紧固硬件的电极总成，其中该硅基喷淋头电极包含在该硅基喷淋头电极的背部中形成的多个部分缺口和位于该部分缺口中的背部插入件。该热控制板包含被配置为允许紧固硬件进入该背部插入件的紧固硬件通道。该紧固硬件和该背部插入件被配置为保持该热控制板和该硅基喷淋头点击的啮合并允许该热控制板和该硅基喷淋头电极的拆卸，在拆卸过程中隔离该硅基喷淋头电极的该硅基电极材料与该紧固硬件，免于摩擦接触。
文档编号C23C16/455GK102766855SQ20121027373
公开日2012年11月7日 申请日期2008年9月9日 优先权日2007年10月12日
发明者乔恩·科尔, 乔治·迪尔克斯, 兰德尔·A·哈丁, 拉金德尔·德辛德萨, 杜安·莱特尔, 格雷格·贝当古, 约翰·佩格, 罗杰·帕特里克, 莎伦·斯宾塞, 阿列克谢·马拉赫塔诺夫 申请人:朗姆研究公司