喷头电极总成的边缘卡紧且机械紧固的内电极的制作方法

专利名称：喷头电极总成的边缘卡紧且机械紧固的内电极的制作方法
技术领域：
喷头电极总成的边缘卡紧且机械紧固的内电极
背景技术：
这里公开的是等离子处理室的喷头电极总成，其中可制造半导体组件。集成电路 的制造通常开始于高纯度单晶硅半导体材料基片(如硅或锗)(称作“基片”)的薄、抛光切 片。每个基片经受一系列物理和化学处理步骤，这些步骤在基片上形成各种各样的电路结 构。在制造工艺过程中，可使用各种各样的技术来将各种类型的薄膜沉积在基片上，如热氧 化以产生二氧化硅膜、化学气相沉积以产生硅、二氧化硅和氮化硅膜，以及喷溅或者其他技 术以产生其他材料膜。在半导体基片上沉积膜之后，通过使用称作掺杂的工艺将选取的杂质代替进半导 体晶格而产生半导体材料唯一的电器属性。掺杂的硅基片然后可均勻地涂覆光敏或辐射敏 感材料(称作“抗蚀剂”)薄层。然后使用称作光刻的工艺将电路中的小电子路径几何图案 转移到该光刻胶上。在光刻工艺期间，该集成电路图案绘制在玻璃板上(称作“掩模”)，然 后光学缩小、投影并转移到该光敏涂层上。该光刻抗蚀剂图案然后通过称作蚀刻的工艺转移到下面的半导体材料晶面上。真 空处理室通常用于材料在基片上的蚀刻或化学气相沉积(CVD)，通过提供蚀刻或沉积气体 至该真空室并施加射频(RF)场至该气体来将该气体激发为等离子态。
发明内容一种半导体基片处理中使用的等离子反应室的喷头电极总成包括内电极，其通过 卡紧环和螺纹紧固件以机械方式连接到垫板，如多个螺栓或凸轮锁。该螺纹紧固件和该卡 紧环提供横向隔开的支撑点，改进该等离子反应室运行期间与该垫板的热接触并降低该内 电极的翘曲。该内电极在其安装表面上具有多个布置为至少一个同心排的气体喷射孔，多 个配置为容纳定位销的非螺纹盲孔，配置为容纳定位环的环形凹槽，以及配置为容纳该螺 纹紧固件(如螺栓)的多个螺纹盲孔，或多个螺纹套筒，其保持能够与安装在该垫板内的可 转动凸轮轴啮合的弹簧偏转螺柱。一组垫圈夹在该内电极和该垫板之间以及外电极和该垫 板之间以提供它们之间的热和电接触并消除它们之间的摩擦接触。该垫圈具有与装配过程 中插入该内电极的定位销对齐的孔和/或切口。该定位销确保该垫圈相对该内电极的准确 定位。该垫圈还具有与该内电极上的螺纹盲孔和气体喷射孔对齐的孔和/或切口。

图1A示出按照一个实施例，用于电容耦合等离子反应室的喷头电极总成的局部 剖视图。图1B示出按照另一个实施例，用于电容耦合等离子反应室的喷头电极总成的局 部剖视图。图1C示出安装在卡紧环上的压缩环的细节。图2A是用于在图1A所示该喷头电极总成中连接外电极的示例性凸轮锁的三维示 意图。[0009]图2B是图2A的示例性凸轮锁的剖视图。图2C是用于在图1B所示的该喷头电极总成中连接外电极和内电极的示例性凸轮
锁三维示意图。图2D是图2C的该示例性凸轮锁的剖视图。图3示出用于图2A-2D的该凸轮锁的示例性螺柱的侧视图和装配图。图4A示出图2A和2B的该凸轮锁的示例性凸轮轴的侧视图和装配图。图4B示出图4A或图4C的该凸轮轴的一部分的示例性刀具路径边缘剖视图。图4C示出用于图2C和2D的该凸轮锁的示例性凸轮轴的侧视图和装配图。图4D示出图4C中该凸轮轴的局部立体图，安装在垫板的孔中。图5A是图1A中该喷头电极总成中的内电极仰视图，示出等离子暴露表面。图5B是图5A中内电极的剖视图。图5C是图5B中区域A的放大视图。图5D是图5A中该内电极的俯视图，示出安装表面。图5E是图5D或图5K的内电极穿过环形凹槽550A或550B的局部剖视图。图5F是图5D或图5K中的该内电极穿过图5D的孔540A或图5K中孔540Ba或 540Bb的局部剖视图。图5G是图5D中的内电极穿过图5D中孔530aa、530ab或530ac的局部剖视图。图5H是图1B的该喷头电极总成中内电极的仰视图，示出等离子暴露表面。图51是图5H中内电极的局部剖视图。图5J是图51中区域A的放大视图。图5K是图5H的该内电极的俯视图，示出安装表面。图5L是图5K的该内电极穿过图5K的孔530ba、530bb或530bc的局部剖视图。图6是图1A的螺栓160A附近区域的放大视图。图7A是内垫圈、中垫圈和外垫圈的俯视图。图7B是图7A中该内垫圈7100的放大视图。图7C是内垫圈、第一环形垫圈、第二环形垫圈和第三环形垫圈的俯视图。图7D是图7C中该内垫圈7400的放大视图。图7E是内垫圈、第一环形垫圈、第二环形垫圈和第三环形垫圈的俯视图。图7F是图7E中该内垫圈7800的放大视图。
具体实施方式
等离子反应室通常由具有设在其中的上电极总成和下电极总成的真空室组成。待 处理的基片(通常是半导体)由合适的掩模覆盖并直接设在该下电极总成上。工艺气体 (如CF4、CHF3、CC1F3、HBr、Cl2、SF6或其混合物)与气体(如02、N2、He、Ar或其混合物)一 起引入该室。该室的压力通常保持在毫托范围。该上电极总成设有气体喷射孔，其允许气 体通过该上电极总成均勻地分散进该室。一个或多个射频(RF)功率供应源将RF功率传送 进该真空室并将中性工艺气体分子分解为等离子。通过该上和下电极之间的电场迫使该等 离子中的高反应性基团移向该基片表面。通过与这些基团的化学反应来蚀刻该基片表面或 者在该表面上沉积。该上电极总成可包括内电极，其连接于由与该内电极不同的材料制成的垫板。在运行期间，该内电极被该等离子和/或加热器装置加热，并可能翘曲，这会对纵 贯该基片的处理速率的一致性产生不利影响。另外，该内电极和该垫板不同的热膨胀会在 反复的热循环过程中在它们之间产生摩擦。摩擦会产生颗粒污染物，污染物降低从该基片 得到的器件成品率。为了降低该内电极的翘曲，这里描述了喷头电极总成，包括多个螺纹紧固件，如与 该内电极的安装表面的内部啮合的螺栓或凸轮锁以及围绕该内电极边缘的卡紧环。该螺栓 或凸轮锁和卡紧环在纵贯该内电极分布的多个位置将该内电极紧固于该垫板。图1A示出用于蚀刻半导体基片的等离子反应室的喷头电极总成100A的一部分的 局部剖视图。如图1A所示的，该喷头电极总成100A包括上电极110A和垫板140A。该总 成100A还包括热控制板102A、其中具有液体流动通道(未示)的温度受控上板(顶板) 104A。该上电极110A优选地包括内电极120A和外电极130A。该内电极120A可由导电高 纯度材料制成，如单晶硅、多晶硅、碳化硅或其他合适材料。该内电极120A是消耗部件，其 必须定期更换。该垫板140A利用下面描述的机械紧固件以机械方式固定于该内电极120A 和该外电极130A。图1A所示的该喷头电极总成100A通常与静电卡盘(未示)一起使用，该卡盘形成 该平的下电极总成的一部分且在其上支撑基片，并与该上电极110A间隔1至5cm。这样的等 离子反应室的一个示例是平行板类型反应器，如该ExelanTM电介质蚀刻系统，由Fremont， Calif的LamResearchCorporation制造。这种卡紧装置通过提供背侧氦(He)压力而提供 对该基片的温度控制，该背侧氦压力控制该基片和该卡盘之间的热传递速率。在使用期间，来自气体源的工艺气体通过该上板104A中的一个或多个通道提供 至该内电极120A，该上板允许将工艺气体提供至该基片上方的单个区域或多个区域。该内电极120A优选地是平面碟片或板。该内电极120A的直径可小于、等于或大 于待处理的基片，例如，如果该板由单晶硅制成的，则可高达300mm，这是当前可以得到的用 于300mm基片的单晶硅材料的直径。为了处理300mm基片，该外电极130A适于将该内电极 120A从大约12英寸扩展到大约17英寸(这里所使用的“大约”指的是士 10% )。该外电 极130A可以是连续的构件(例如，环形式的单晶硅、多晶硅、碳化硅或其他合适的材料)或 分段构件(例如，布置为环形构造的2-6个独立的分段，如单晶硅、多晶硅、碳化硅或其他材 料的分段)。为了将工艺气体提供至该基片和该上电极110A之间的间隙，该内电极120A设 有多个气体喷射孔106A，其尺寸和分布适于提供工艺气体，该工艺气体在该上电极110A下 方的反应区域内被激发为等离子。单晶硅是用于该内电极120A和该外电极130A的等离子暴露表面的优选材料。高 纯度单晶硅最小化等离子处理期间的基片污染，因为在等离子处理期间其仅将最低量的不 希望的元素引入该反应室，并且还平滑地磨损，由此最小化颗粒。包括可用于该内电极120A 和该外电极130A的等离子暴露表面的材料的成分的替代材料包括例如多晶硅、Y203、SiC、 Si3N4 禾口 A1N。在一个实施例中，该喷头电极总成100A足够大以处理大基片，如直径300mm的半 导体基片。对于300mm基片，该内电极120A直径至少300mm。然而，该喷头电极总成100A 大小可设为处理其他基片尺寸。该垫板140A优选地由与用来在该等离子处理室中处理半导体基片的工艺气体化
7学相容的材料制成，其热膨胀系数与该电极材料的系数十分相配，和/或导电且导热。可用 来制作该垫板140A的优选材料包括，但不限于，石墨、SiC、铝(A1)或其他合适的材料。该垫板140A优选地利用合适的机械紧固件连接于该热控制板102A，该紧固件可 以是螺栓、螺钉。例如，螺栓(未示)可插入该热控制板102A的孔中并旋入该垫板140A中 的螺纹孔。该热控制板102A优选地由机加工的金属材料制成，如铝、铝合金等。该上部温 度受控板104A优选地由铝或铝合金制成。如在共同受让的W02009/114175(于2009年9月17日公布)和美国申请号 No. 12/421，845 (递交于2009年4月10日)中所描述的，该外电极130A可通过凸轮锁机构 以机械方式连接于该垫板，特此通过引用结合其公开内容。参照图2A、示例性凸轮锁的三维 视图，包括部分外电极130A和垫板140A。该凸轮锁能够在多种多样的半导体制造工具中 快速、清洁、准确的将该外电极130A连接到该垫板140A，如图1A所示的该等离子蚀刻室。该凸轮锁包括安装进插口 213的螺柱(锁定销)205。该螺柱可由碟型弹簧栈215 围绕，例如，不锈钢Belleville垫圈。该螺柱205和碟型弹簧栈215然后可通过使用粘结 剂或机械紧固件压力安装或以其他方式紧固在该插口 213内。该螺柱205和该碟型弹簧栈 215布置进该插口 213，从而在该外电极130A和该垫板140A之间可能有有限量的横向移 动。限制该横向移动的量允许该外电极130A和该垫板140A之间的紧密配合，因此确保良 好的热接触，同时仍提供一些移动，这是因为这两个部件之间的热膨胀不同。关于受限的横 向移动结构的更多细节将在下面更详细地讨论。在一个具体的示例性实施例中，该插口 213是由高强度Torlon 制造。或者，该 插口 213可由其他具备某种机械特性的材料制造，如良好的强度和耐冲击性、耐蠕变性、尺 寸稳定性、耐辐射性，以及容易采用耐化学性。多种多样的材料，如聚酰胺_酰亚胺、缩醛和 超高分子量聚乙烯材料，都是合适的。不需要高温度特定塑料和其他相关的材料来形成该 插口 213，因为230°C是如蚀刻室的应用中通常遇到的最高温度。通常，典型的运行温度接 近 130°C。该凸轮锁的其他部分由凸轮轴207A组成，其可选地在每端被一对凸轮轴轴承209 包围。该凸轮轴207A和凸轮轴轴承总成安装进在该垫板140A中机加工出来的垫板孔211A。 在设计用于300mm半导体基片的蚀刻室的通常应用中，八个或更多的凸轮锁围绕该外电极 130A/垫板140A组合件的周缘间隔开。该凸轮轴轴承209可由多种多样的材料机械加工得到，包括 Torlon 、Vespel 、Celcon 、Delrin 、Teflon 、Arlon ,或其他材料，
如含氟聚合物、缩醛、聚酰胺、聚酰亚胺、聚四氟乙烯和聚醚醚酮(PEEK)，具有低摩擦系数 和低颗粒脱落。该螺柱205和凸轮轴207A可由不锈钢(例如，316、316L、17-7、NITR0NIC-60 等)或任何其他提供良好强度和耐磨性的材料机械加工得到。现在参考图2B，该凸轮锁的剖视图进一步举例说明该凸轮锁如何运转以将该外电 极130A拉到靠近该垫板140A。该螺柱205/碟型弹簧栈215/插口 213总成安装在该外电 极130A中。如图所示，该总成可凭借该插口 213上的外螺纹旋进该外电极130A中的螺纹 孔。图3中，具有增大的头部的螺柱205、碟型弹簧栈215和插口 213的正视和装配图 300提供该凸轮锁的示例性设计中更多的细节。在一个具体的示例性实施例中，螺柱/碟型弹簧总成301压力装配进该插口 213。该插口 213具有外螺纹和六角形顶部构件，使得 利用较小的扭矩(例如，在一个具体的示例性实施例中，大约20英寸-磅)就容易插入该 外电极130A(见图2A和2B)。如上所指出的，该插口 213可由多种类型的塑料机械加工得 到。使用塑料可最小化颗粒生成并允许该插口 213无擦伤安装进该外电极130A上的配对插口。该螺柱/插口总成303说明该插口 213的上部的内径大于该螺柱205的中端部分 的外径。这两部分之间直径的不同是考虑到在装配好的凸轮锁中受限横向移动，如上面所 讨论的。该螺柱/碟型弹簧总成301至少在该插口 213的底部保持与该插口 213刚性接触， 而直径的不同允许一些横向移动(也见图2B)。参照图4A，该凸轮轴207A和凸轮轴轴承209的分解视图400A还示出键控销401。 该凸轮轴207A具有该键控销401的末端首先插入该垫板孔211A (见图2B)。该垫板孔211A 远端的一对小的配对孔(未示)提供该凸轮轴207A与该垫板孔211A的正确对齐。该凸轮 轴207A的侧视图420A清楚地表明该凸轮轴207A —端的六角形开口 403A和在相对端的该 键控销401的一种可能的布置。例如，继续参照图4A和2B，通过将该凸轮轴207A插入该垫板孔211A来装配该凸 轮锁。该键控销401通过与该孔211A底部的狭槽接触而限制该凸轮轴207A在该垫板孔 211A中的转动行程。该凸轮轴207A可通过使用六角形开口 403A先在一个方向转动(例 如，逆时针方向)以允许该螺柱205进入该凸轮轴207A，然后顺时针转动以完全啮合并锁紧 该螺柱205。将该外电极130A保持于该垫板140A所需的夹紧力通过将该碟型弹簧栈215 压缩超过其自由堆叠高度而提供。该凸轮轴207A具有内部偏心切口，其啮合该螺柱205的 增大的头部。随着该碟型弹簧栈215压缩，该夹紧力从该碟型弹簧栈215中独立的弹簧传 递到该插口 213并通过该外电极130A至该垫板140A。在一个示例性的运行模式中，一旦将该凸轮轴轴承209连接到该凸轮轴207A并插 入该垫板孔211A，该凸轮轴207A逆时针转动至其完全转动行程。该螺柱/插口总成303 (图 3)然后轻轻地扭进该外电极130A。该螺柱205的头部然后插入该水平延伸的垫板孔211A 下方的垂直延伸通孔。该外电极130A保持为抵靠该垫板140A，以及顺时针转动该凸轮轴 207A直到该键控销到达该孔211A底部的狭槽的末端或听到“咔嗒”的声音(在下面详细讨 论)。该示例性运行模式可反转以将该外电极130A从该垫板140A拆除。参照图4B，图4A的该凸轮轴207A的侧视图的A_A剖视图示出刀具路径边缘440A， 该螺柱205的头部凭借该边缘完全固定。在一个具体的示例性实施例中，两个半径R1和R2 接近，从而该螺柱205的头部发出上述的咔嗒声以表明该螺柱205何时完全固定。图5A-G示出该内电极120A的细节。该内电极120A优选地是高纯度(杂质小于 lOppm)、低电阻率(0. 005至0. 02ohm-cm)单晶硅板。图5A是该内电极120A的仰视图，示出该等离子暴露表面120aa。合适直径和/或 构造的气体喷射孔106A从该安装表面120ab延伸到该等离子暴露表面120aa(图5B)，并 布置为任何合适的图形。优选地，该气体喷射孔106A的直径小于或等于0. 04英寸；更优选 地，该气体喷射孔106A的直径在0. 01和0. 03英寸之间；进一步优选地，该气体喷射孔106A 的直径是0. 02英寸。在所示的实施例中，一个气体喷射孔位于该内电极120A的中心；其他 气体喷射孔布置为八个同心排，其中位于距该电极中心大约0. 6-0.7(例如0. 68)英寸的第
9一排中有八个气体喷射孔，在距该中心大约1. 3-1. 4 (例如1. 34)英寸的第二排有十八个气 体喷射孔，在距该中心大约2. 1-2. 2 (例如2. 12)英寸的第三排有二十八个气体喷射孔，在 距该中心大约2. 8-3. 0(例如2. 90)英寸的第四排有三十八个气体喷射孔，在距该中心大约 3. 6-3. 7 (例如3. 67)英寸的第五排有四十八个气体喷射孔，在距该中心大约4. 4-4. 5 (例 如4. 45)英寸的第六排有五十八个气体喷射孔，在距该中心大约5. 0-5. 1(例如5. 09)英寸 的第七排有六十六个气体喷射孔，和在距该中心大约5. 7-5. 8 (例如5. 73)英寸的第八排有 七十四个气体喷射孔。这些排每个中的气体喷射孔都角向均勻间隔开。图5B是该内电极120A沿其直径的剖视图。其外周表面包括两个台阶。图5C是图 5B中区域A的放大视图。内台阶532a和外台阶534a延伸完全围绕该内电极120A。在一 个优选实施例中，硅板的厚度大约0. 40英寸和外径大约12. 5英寸；该内台阶532a内径大 约12. 0英寸，外径大约12. 1英寸；以及该外台阶534a内径大约12. 1英寸，外径大约12. 5 英寸。该内台阶532a具有大约0. 13英寸长的垂直表面532aa和大约0. 07英寸长的水平 表面532ab，该外台阶534a具有大约0. 11英寸长的垂直表面534aa和大约0. 21英寸长的 水平表面534ab。图5D是该内电极120A的俯视图，示出安装表面120ab。该安装表面120ab包括 与该内电极120A同心的环形凹槽550A(细节如图5E所示)，该环形凹槽550A内径大约 0. 24英寸、外径大约0. 44英寸、深度至少0. 1英寸，在该入口边缘上具有大约0. 02英寸宽 的45°倒角以及在底角上具有半径在0. 015和0. 03英寸之间的圆角。该安装表面120ab还包括两个平滑的(非螺旋)盲孔540A，配置为容纳定位销(细 节如图5F所示)，其位于该距该内电极120A的中心1. 72和1. 73英寸之间的半径上并且彼 此偏移大约180°，盲孔540A直径大约0. 11英寸、深度至少0.2英寸，在入口边缘具有大约 0. 02英寸的45°倒角，以及在底角上具有半径最大0. 02英寸的圆角。该安装表面120ab还包括多个布置在环形安装孔区域中的螺纹盲孔，该区域将该 安装表面分为中心部分和外围部分。该安装孔区域优选地设在该内电极120A半径的1/4 至1/2处。在一个优选实施例中，一排八个1/4-32 (统一螺纹标准)螺纹盲孔520A，位于距 该内电极120A的中心2. 49和2. 51英寸之间的半径上并且每一对邻近的孔520A之间角向 偏移大约45°。各该孔520A总的深度大约0.3英寸，螺纹深度距该入口边缘至少0.25英 寸，以及在入口边缘具有大约0.05英寸宽的45°倒角。这些孔520A之一与孔540A角向对 齐。这里所使用的，两个物体“角向对齐”意思是连接这两个物体的直线通过圆或者环的中 心，在这个实施例中是该内电极120A的中心。该安装表面120ab进一步包括在距该内电极120A的中心6. 02和6. 03英寸之间的 半径处径向排列的第一、第二和第三平滑(非螺纹)盲孔(分别为530aa、530ab和530ac， 或总称为530a)(细节如图5G所示的)，配置为容纳定位销。“径向排列”意思是距中心的 距离相等。这些孔530a直径在0. 11和0. 12英寸之间、深度至少0. 1英寸，在入口边缘处 具有大约0.02英寸宽的45°倒角，以及在底角上具有半径最大0.02英寸的圆角。第一孔 530aa与该非螺纹盲孔540A之一顺时针角向偏移大约10° ；第二孔530ab与第一孔530aa 逆时针角向偏移大约92. 5° ；第三孔530ac与第一孔530aa逆时针角向偏移大约190°。参考图1A，通过在下表面卡紧环150A啮合该外台阶534a和多个螺栓160A啮合 该螺纹盲孔520A的该安装表面120ab而将该内电极120A卡紧于该垫板140A。该卡紧环150A包括一系列孔，其容纳旋进该垫板140A下侧的螺纹孔中的紧固件(如螺栓(螺丝))。 为了避免该卡紧环150A与该内电极120A上的台阶534a接触，将硬材料(如硬聚酰亚胺材 料，如CIRLEX )制成的压缩环170A压在该内电极120A和该卡紧环150A的暴露表面 之间(图1C)。图6示出图IA中靠近该螺栓160A之一的放大部分。该螺栓160A为8_32的规 格。在该内电极120A安装期间，将优选地由TORLON 5030制成的塑料塞610A旋进 每个螺纹盲孔520A。该塑料塞610A具有8-32的内螺纹以及1/4-32的外螺纹。将8_32螺 栓160A旋进每个塑料塞610A。在该喷头电极总成100A运行期间，该内电极120A被等离子 和/或加热装置加热，这个加热会导致该内电极120A中的翘曲，并对纵贯该等离子室的等 离子处理速率的一致性产生不利影响。这些螺栓160A与该卡紧环150A组合提供机械支撑 点，降低该内电极120A的翘曲，并因此降低处理速率的不一致性和热不一致性。图7A示出导热导电垫圈组的俯视图。这个垫圈组包括内垫圈7100，包括通过多 个辐条连接的多个同心环；环形中垫圈7200，在外部和内部周界上具有多个切口 ；和环形 外垫圈7300，其在外部周界具有多个切口而在内部周界具有一个切口。这些垫圈优选地 导热导电，并且由与真空环境中(例如大约10至200mTorr)的半导体处理相容的材料制 成，该材料具有低颗粒生成并且是柔性的以容纳接触点的剪切，并且不含金属成分(这是 半导体基片中的寿命杀手)，如Ag、Ni、Cu等。这些垫圈可以是硅胶_铝箔层状垫圈结构 或弹性体-不锈钢层状垫圈结构。该垫圈可以是在上、下侧面涂有导电导热橡胶的铝片， 该橡胶在用于半导体制造的真空环境中相容，在该环境中执行如等离子蚀刻的步骤。该 垫圈优选地是柔性的从而其可在该电极和垫板机械卡紧在一起时压缩但是防止在喷头电 极热循环期间该电极和垫板彼此摩擦。该垫圈可由合适的材料制造，如“Q-PADII”，可从 BergquistCompany获得。该垫圈的厚度是优选地大约0. 006英寸。该垫圈各种不同的特征 可以由连续的片材切割、锻、冲压或优选地激光切割得到。该垫圈组安装在该垫板140A与 该内电极120A和外电极130A之间以在其间提供电和热接触。图7B示出该内垫圈7100的细节。该内垫圈7100优选地包括由径向辐条相互连 接的七个同心环。A第一环701内径至少0. 44英寸(例如在0. 62和0. 65英寸之间)和外 径至多1. 35英寸(例如在0. 97和1. 00英寸之间)。第一环701通过八个径向延伸并角向 均勻隔开的辐条712连接到第二环702。每个辐条712宽度大约0. 125英寸。第二环702内径至少1. 35英寸(例如在1. 74和1. 76英寸之间)和外径至多2. 68 英寸(例如在2. 26和2. 29英寸之间)。第二环通过四个径向延伸并角向均勻隔开的辐条连 接到第三环703。这四个辐条中的两个723a和723b关于该内垫圈7100的中心彼此相对， 每个宽度大约0.5英寸，并具有大约0.25英寸X大约0.46英寸的圆角矩形开口(723ah 或723bh)。这四个辐条另外两个723c和723d关于该内垫圈7100的中心彼此相对，并且每 个宽度大约0.25英寸。一个辐条723c与该辐条712之一角向偏移大约22. 5°。第三环703内径至少2. 68英寸(例如在3. 17和3. 20英寸之间)、外径至多4. 23 英寸(例如在3. 71和3. 74英寸之间)。第三环通过四个径向延伸并角向均勻隔开的辐条 734连接到第四环704。每个辐条宽度大约0. 18英寸。这些辐条734之一与该辐条723c角 向偏移大约45°。第三环703还包括彼此角向偏移大约180°的两个圆孔703x和703y，并 且位于距该内垫圈7100的中心1. 72和1. 74英寸之间的径向距离处。该圆孔703x和703y直径大约0.125英寸。一个圆孔703x与该辐条723c角向偏移大约90°。该圆孔703x和 703y配置为容纳定位销。第四环704内径至少4. 23英寸(例如在4. 78和4. 81英寸之间)、外径至多5. 79 英寸(例如在5. 19和5. 22英寸之间)。第四环704通过四个径向延伸并角向均勻隔开的 辐条连接到第五环705。这四个辐条中的两个745a和745b关于该内垫圈7100的中心彼此 相对，并且每个宽度大约0. 5英寸，以及具有大约0. 25英寸X大约0. 51英寸的圆角矩形 开口(745ah或745bh)。这四个辐条另外两个745c和745d关于该内垫圈7100的中心彼 此相对，并且每个宽度大约0. 25英寸。一个辐条745a与该辐条723c逆时针角向偏移大约 90°。第四环 704 还包括八个圆孔 704s、704t、704u、704v、704w、704x、704y 和 704z (构造 为容纳螺栓)，在每个邻近对之间角向偏移大约45°并且位于距该内垫圈7100的中心2. 49 和2. 51英寸之间的径向距离。这些圆孔704s、704t、704u、704v、704w、704x、704y和704z 直径大约0.18英寸。一个圆孔704s与该辐条723c逆时针角向偏移大约90°。围绕该圆 孔704s、704u、704w和704y的每个，第四环704在其内部边缘具有圆形突起。围绕该圆孔 704t、704v、704x和704z的每个，第四环704在其外部边缘具有圆形突起。每个突起外径大 约0. 36英寸。第五环705内径至少5. 79英寸(例如在6. 35和6. 37英寸之间)、外径至多7. 34 英寸(例如在6. 73和6. 75英寸之间)。第五环705通过四个径向延伸并角向均勻隔开的 辐条756连接到第六环706。这些辐条756之一与该辐条723c角向偏移大约45°。各该 辐条756宽度大约0. 5英寸并具有大约0. 25英寸X大约0. 60英寸的矩形开口 756h。第六环706内径至少7. 34英寸(例如在7. 92和7. 95英寸之间)、外径至多8. 89 英寸(例如在8. 16和8. 36英寸之间)。第六环706通过四个径向延伸并角向均勻隔开的 辐条连接到第七环707。这四个辐条的两个767a和767b关于该内垫圈7100的中心彼此 相对，每个宽度大约0.5英寸并具有大约0.25英寸宽的矩形开口(767ah或767bh)。该开 口 767ah和767bh径向向外延伸并将第七环707分成两个半环。这四个辐条另外两个767c 和767d关于该内垫圈7100的中心彼此相对，每个宽度大约0. 25英寸。辐条767d与该辐 条723c角向偏移大约180°。第七环707内径至少8. 89英寸(例如在9. 34和9. 37英寸之间)、外径至多10. 18 英寸(例如在9. 66和9. 69英寸之间)。该内垫圈7100中在该环和辐条之间的连接处的每 个角是半径大约0. 06英寸的圆角。该中垫圈7200(见图7A)内径大约11. 95英寸、外径大约12. 47英寸。该中垫圈 7200在其内部周界具有三个小直径切口 708a、708b和708c。该切口 708b和708c与该切口 708a分别角向偏移大约逆时针92. 5°和大约顺时针190°。该切口 708a、708b和708c的 中心位于具有该中垫圈7200的中心大约6. 02英寸的径向距离。该切口 708a、708b和708c 面向内并包括直径大约0. 125英寸的半圆形外缘，以及包括具有径向直边的内部开口。该 中垫圈7200在其外部周界还具有三个大直径并面向外的圆切口 708x、708y和708z。该切 口 708x、708y和708z角向均勻隔开并且直径大约0. 72英寸。它们的中心位于距该中垫圈 7200的中心大约6. 48英寸的径向距离处。该切口 708x与该切口 708a顺时针角向偏移大 约37. 5°。当安装在该喷头电极总成(如此后将详细描述的)时，该切口 708a与该内垫圈 7100中的第三环703上的孔703x角向对齐。
12[0076]该外垫圈7300内径大约13. 90英寸、外径大约15. 31英寸。该外垫圈7300在其 外部周界具有八个角向均勻隔开的面向外的半圆切口 709a。该切口 709a的中心位于距该 外垫圈7300的中心大约7. 61英寸的径向距离。该切口 709a直径大约0. 62英寸。当安装 在该喷头电极总成(如此后将详细描述的)时，该切口 709a之一与该内垫圈7100中的第 三环703上的孔703x角向对齐。该外垫圈7300还具有在其内部周界上的面向内的一个圆 形切口 709b。这个切口 709b的中心位于距该外垫圈7300的中心大约6. 98英寸的距离。 该切口 709b直径大约0. 92英寸。当安装在该喷头电极总成(如此后将详细描述的)时， 该切口 709b与该孔703x逆时针角向偏移大约22. 5°。当该内电极120A安装在该喷头电极总成100A内时，定位环108A(图1A)、两个内 部定位销109A(图1A)和三个外部定位销(图IA未示)首先分别插入该环形凹槽550A、孔 540A和孔530a (图5D)。该内垫圈7100然后安装于该内电极120A。该孔703x和703y (图 7B)对应该内部定位销109A ；该内垫圈7100的中心孔对应该定位环108A和该内电极120A 中的中心气体喷射孔。在这七个环和该内垫圈7100的辐条中的矩形和方形环形开口对应 该内电极120A中的第一排至第六排气体喷射孔。该中垫圈7200安装在该内电极120A上。 该切口 708a、708b和708c分别对应该孔530ac、530ab和530aa。第七和第八排气体喷射孔 落在该内垫圈7100和该中垫圈7200之间的开口内。八个螺栓160A与它们相应的塞610A 旋进该八个螺纹盲孔520A以将该内电极120A紧固于该垫板140A，其中该内垫圈7100和中 垫圈7200夹在其间。该卡紧环150A通过将多个螺栓旋进该垫板140A下侧的螺纹开口而紧 固于该垫板140A上。该螺栓160A和该卡紧环150A分别在该中心和该外部边缘之间的位 置以及在该外部边缘支撑该内电极120A，以便降低基片处理期间温度循环所导致的该内 电极120A的翘曲。该外垫圈7300设在该外电极130A上。这八个切口 709a对应该八个凸 轮锁机构。该外电极130A通过转动每个凸轮锁的该凸轮轴207A而紧固抵靠该垫板140A。图IB示出蚀刻半导体基片的等离子反应室的另一喷头电极总成100B的剖视图。 如图IB所示的，该喷头电极总成100B包括上电极IlOB和垫板140B。该总成100B还包括 热控制板102B和其中具有液体流动通道的顶板104B。该上电极IlOB优选地包括内电极 120B和外电极130B。该内电极120B可由导电高纯材料制成，如单晶硅、多晶硅、碳化硅或其 他合适的材料。该内电极120B是消耗部件，其必须定期更换。具有C形剖面的环形罩190 围绕该外电极130B。该垫板140B利用下面描述的机械紧固件以机械方式固定于该内电极 120B、该外电极130B和该罩190。在使用中，来自气体源的工艺气体通过该上板104B中的一个或多个通道提供至 该内电极120B，该上板允许将工艺气体提供至该基片下方的单个区域或多个区域。该内电极120B是优选地平的圆盘或板。该内电极120B直径可小于、等于或大于 待处理的基片，例如，如果该板由单晶硅制成，则可高达300mm，这是当前可以得到的用于 300mm基片的单晶硅材料的直径。为了处理300mm基片，该外电极130B适于将该内电极 120B的直径从大约12英寸之间延伸到大约17英寸。该外电极130B可以是连续构件(例 如，单晶硅、多晶硅、碳化硅或其他合适的材料的环)或分段构件(例如，布置为环形构造的 2-6个独立的分段，如单晶硅，多晶硅，碳化硅或其他材料的分段)。为了将工艺气体提供至 该基片和该上电极IlOB之间的间隙，该内电极120B设有多个气体喷射孔106B，其大小和分 布适于提供工艺气体，该气体在该上电极IlOB下方的反应区域中被激励为等离子。[0081]单晶硅是用于该内电极120B和该外电极130B的等离子暴露表面的优选材料。高 纯度单晶硅最小化等离子处理期间的基片污染，因为在等离子处理期间其仅将最低量的不 希望的元素引入该反应室，并且还平滑地磨损，由此最小化颗粒。包括可用于该内电极120B 和该外电极130B的等离子暴露表面的材料的成分的替代材料包括例如多晶硅、Y203、SiC、 Si3N4 禾口 AlN0在一个实施例中，该喷头电极总成IOOB足够大以处理大基片，如直径300mm的半 导体基片。对于300mm基片，该内电极120B直径至少300mm。然而，该喷头电极总成100B 大小可设为处理其他基片尺寸。该垫板140B优选地由与用来在该等离子处理室中处理半导体基片的工艺气体化 学相容的材料制成，其热膨胀系数与该电极材料的系数十分相配，和/或导电且导热。可用 来制作该垫板140B的优选材料包括，但不限于，石墨、SiC、铝(Al)或其他合适的材料。该垫板140B优选地利用合适的机械紧固件连接于该热控制板102B，该紧固件可 以是螺栓、螺钉。例如，螺栓(未示)可插入该热控制板的孔中并旋入该垫板140B的螺纹 孔。该热控制板102B优选地由机加工的金属材料制成，如铝、铝合金等。该温度受控顶板 104B优选地由铝或铝合金制成。图5H-5L示出该内电极120B的细节。该内电极120B优选地是高纯度(杂质小于 IOppm)、低电阻率(0. 005至0. 02ohm-cm)单晶硅板。图5H是该内电极120B的仰视图，示出该等离子暴露表面120ba。合适直径和/或 构造的气体喷射孔106B从该安装表面120bb延伸到该等离子暴露表面120ba(图51)，并 布置为任何合适的图形。优选地，该气体喷射孔106B的直径小于或等于0.04英寸；更优 选地，该气体喷射孔106B的直径在0. 01和0. 03英寸之间；进一步优选地，该气体喷射孔 106B的直径是0. 02英寸。在所示的实施例中，一个气体喷射孔位于该内电极120B ；该其他 气体喷射孔布置为八个同心排，其中在距该电极中心大约0. 6-0. 7 (例如0. 68)英寸的第一 排有8个气体喷射孔，在距该中心大约1. 3-1. 4(例如1. 34)英寸的第二排有18个气体喷 射孔，在距该中心大约2. 1-2. 2 (例如2. 12)英寸的第三排有28个气体喷射孔，在距该中心 大约2. 8-3. 0 (例如2. 90)英寸的第四排有40个气体喷射孔，在距该中心大约3. 6-3. 7 (例 如3. 67)英寸的第五排有48个气体喷射孔，在距该中心大约4. 4-4.5(例如4. 45)英寸的 第六排有56个气体喷射孔，在距该中心大约5. 0-5. 1(例如5. 09)英寸的第七排有64个气 体喷射孔，和在距该中心大约5. 7-5.8 (例如5. 73)英寸的第八排有72个气体喷射孔。这 些排每个中的该气体喷射孔都角向平均间隔开。图51是该内电极120B沿其直径的剖视图。该外周表面包括两个台阶。图5J是 图51中区域A的放大视图。内台阶532b和外台阶534b延伸完全围绕该内电极120B。在 一个优选实施例中，该硅板的厚度大约0. 40英寸、外径大约12. 5英寸；该内台阶532b内径 大约12. 00英寸、外径大约12. 1英寸；该外台阶534b内径大约12. 1英寸、外径大约12. 5 英寸。该内台阶532b具有大约0. 13英寸长的垂直表面532ba和大约0.07英寸长的水平 表面532bb，和该外台阶534b具有大约0. 11英寸长的垂直表面534ba和大约0. 21英寸长 的水平表面534bb。该表面534ba和534bb之间的环形交线形成半径大约0. 06英寸的圆 图5K是该内电极120B的俯视图，示出该安装表面120bb。该安装表面120bb包括与该内电极120B同心的环形凹槽550B (细节如图5E所示的)，该环形凹槽550B内径大约 0. 24英寸、外径大约0. 44英寸、深度至少0. 1英寸、在该入口边缘上具有大约0. 02英寸宽 的45°倒角，以及在底角上具有半径在0. 015和0. 03英寸之间的圆角。该安装表面120bb还包括两个平滑(非螺纹)盲孔540Ba和540Bb，配置为容纳定 位销(细节如图5F所示)，在其位于距该内电极120B的中心1. 72和1. 73英寸之间半径 处。该盲孔540Bb与该盲孔540Ba顺时针偏移大约175°。该盲孔540Ba和540Bb直径在 0. 11和0. 12英寸之间、深度至少0.2英寸，在入口边缘具有大约0.02英寸的45°倒角，以 及在底角上具有半径最大0. 02英寸的圆角。该安装表面120bb还包括多个布置在环形安装孔区域中的螺纹盲孔520B，该区域 将该安装表面分为中心部分和外围部分。该安装孔区域优选地设在该内电极120B半径的 1/4至半径的1/2。在一个优选实施例中，八个7/16-28(统一螺纹标准)或其他适当尺寸 的螺纹孔520B，其每个配置为容纳螺柱/插口总成303，在距该内电极120B的中心2. 49和 2. 51英寸之间的半径上轴向隔开并且每一对邻近的螺纹孔520B之间角向偏移大约45°。 各该螺纹孔520B总的深度大约0. 2英寸、螺纹深度距该入口边缘至少0. 163英寸，以及在 入口边缘具有大约0.03英寸宽的45°倒角。这些孔520A之一与孔540Ba角向对齐。 该安装表面120bb进一步包括在距该内电极120B的中心6. 02和6. 03英寸之间的 半径处径向排列的第一、第二和第三平滑(非螺纹)盲孔(分别为530ba、530bb和530bc， 或总称为530b)(细节如图5K所示)，配置为容纳定位销。该孔530b直径在0. 11和0. 12 英寸之间、深度至少0. 1英寸，在入口边缘处具有大约0. 02英寸宽的45°倒角，以及在底 角上具有半径最大0. 02英寸之间的圆角。第一孔530ba与该非螺纹盲孔540Ba之一顺时 针角向偏移大约10° ；第二孔530bb与第一孔530ba逆时针角向偏移大约92. 5° ；第三孔 530bc与第一孔530ba逆时针角向偏移大约190°。在图5K的该内电极120B的俯视图中(该安装表面120bb的视图)，第一排的气体 喷射孔与该孔530bc角向对齐；第二排的气体喷射孔与该孔530bc角向对齐；第三排的气 体喷射孔与该孔530bc逆时针角向偏移大约3. 2。；第四排的气体喷射孔与该孔530bc逆 时针角向偏移大约4. 5° ；第五排的气体喷射孔与该孔530bc逆时针角向偏移大约3. 75° ； 第六排的气体喷射孔与该孔530bc逆时针角向偏移大约3. 21° ；第七排的气体喷射孔与该 孔530bc逆时针角向偏移大约2. 81° ；第八排的气体喷射孔与该孔530bc逆时针角向偏移 大约2. 5°。参考图1B，通过在下表面卡紧环150B啮合该外台阶以及在上表面多个凸轮锁 160B(如4到8个凸轮锁)啮合该螺纹孔而将该内电极120B卡紧于该垫板140B。该卡紧环 150B包括一系列孔，其容纳旋进该垫板140B下侧的螺纹孔中的紧固件(如螺栓(螺丝))。 为了避免该卡紧环150B与该内电极120B上的台阶534b接触，将硬材料(如硬聚酰亚胺材 料，如CIRLEX )制成的压缩环170B压在该内电极120B和该卡紧环150B的暴露表面之 间(图1C)。该凸轮锁160B与该卡紧环150B组合提供机械支撑点，提高与该垫板140B的热接 触，降低该内电极120B的翘曲，并因此降低处理速率的不一致性和热不一致性。
在所示的实施例中，该外电极130B由八个凸轮锁机械连接到该垫板，以及 该内电极120B由另外八个凸轮锁机械连接到该垫板。图2C示出示例性凸轮锁的三维视图，包括该外电极130B和该垫板140B的部分。如图2C和2D所示的该凸轮锁包括螺柱/插口总成303，包括安装进插口 213的螺 柱(锁定销)205，如上所述以及图3所示。为了允许凸轮锁同时啮合在内、外电极上，八个加长的凸轮轴207B安装进在该垫 板140B中机械加工的垫板孔211B。每个凸轮轴207B啮合在该外电极130B上的一个凸轮 锁的螺柱/插口总成303上以及该内电极120B上的一个凸轮锁螺柱/插口总成303上。现在参考图2D，该凸轮锁的剖视图进一步举例说明该凸轮锁如何运转以将该外电 极130B和该内电极120B设在该垫板140B附近。该螺柱205/碟型弹簧栈215/插口 213 总成安装在该外电极130B和该内电极120B中。如图所示，该螺柱/插口总成可凭借该插 口 213上的外螺纹旋进该外电极130B或该内电极120B中的螺纹孔。参照图4C，该凸轮轴207B的分解视图400B还示出在该凸轮轴207B —端的键控螺 柱402和六角形开口 403B。例如，继续参照图4C、2C和2D，通过将该凸轮轴207B插入该垫板孔2IlB来装配该 凸轮锁。该键控螺柱402通过与该孔211B入口的台阶接触而限制该凸轮轴207B在该垫板 孔211B中的转动行程，如图4D所示。该凸轮轴207B具有两个内部偏心切口。一个切口啮 合该外电极130B上的螺柱205的增大的头部，另一切口啮合该内电极120B上的螺柱205 的增大的头部。该凸轮轴207B可通过使用六角形开口 403B先在一个方向转动(例如，逆 时针方向)以允许该螺柱205进入该凸轮轴207B，然后顺时针转动以完全啮合并锁紧该螺 柱205。将该外电极130B和该内电极120B保持于该垫板140B所需的夹紧力通过将该碟型 弹簧栈215压缩超过其自由堆叠高度而提供。随着该碟型弹簧栈215压缩，该夹紧力从该 碟型弹簧栈215中独立地弹簧传递到该插口 213并通过该外电极130B和该内电极120B至 该垫板140B。在一个示例性的运行模式中，将该凸轮轴207B插入该垫板孔211B。该凸轮轴207B 逆时针转动至其完全转动行程。轻轻旋进该外电极130B和该内电极120B的该螺柱/插口 总成303 (图3)然后插入该水平延伸的垫板孔211B下方的垂直延伸通孔，从而该螺柱205 的头部啮合在该凸轮轴207B的偏心切口中。该外电极130B和该内电极120B保持为抵靠 该垫板140B，以及顺时针转动凸轮轴207B直到该键控销受到该孔211B入口的台阶限制。 该示例性运行模式可反转以将该外电极130B和该内电极120B从该垫板140B拆除。参照图4B，图4C的该凸轮轴207B的侧视图420B的A-A剖视图示出刀具路径边缘 440B，该螺柱205的头部凭借该边缘完全固定。图7C示出另一垫圈组的俯视图。这个垫圈组包括内垫圈7400，包括通过多个 辐条连接的多个同心环；第一环形垫圈7500，在外部和内部周界具有多个切口 ；第二环形 垫圈7600，具有多个孔和一个切口 ；以及第三环形垫圈7700，具有多个切口。该垫圈优选 地导热导电，并由在真空环境中(例如，大约10至200mTorr)没有过多漏气的材料制成， 该材料具有低颗粒生成并且是柔性的以容纳接触点的剪切，并且不含金属成分，金属成分 是半导体基片中的寿命杀手，如Ag、Ni、Cu等。该垫圈可以是硅胶-铝箔层状垫圈结构 或弹性体-不锈钢层状垫圈结构。该垫圈可以是在上、下侧面涂有导电导热橡胶的铝片， 该橡胶在用于半导体制造的真空环境中相容，在该环境中执行如等离子蚀刻的步骤。该 垫圈优选地是柔性的从而其可在该电极和垫板机械卡紧在一起时压缩但是防止在喷头电
16极热循环期间该电极和垫板彼此摩擦。该垫圈可由合适的材料制造，如“Q-PADII”，可从 BergquistCompany获得。该垫圈的厚度是优选地大约0. 006英寸。该垫圈各种不同的特征 可以由连续的片材切割、锻、冲压或优选地激光切割得到。该垫圈组安装在该垫板140B与 该内电极120B和外电极130B之间以在其间提供电和热接触。图7D示出该内垫圈7400的细节。该内垫圈7400优选地包括由径向辐条相互连 接的七个同心环。第一环7401内径至少0.44英寸(例如在0.62和0.65英寸之间)、外径 至多1. 35英寸(例如在0. 97和1. 00英寸之间)。第一环7401通过八个径向延伸并角向 均勻隔开的辐条7412连接到第二环7402。每个辐条7412宽度大约0. 125英寸。第二环7402内径至少1.35英寸(例如在1. 74和1. 76英寸之间)、外径至多2. 68 英寸(例如在2. 26和2. 29英寸之间)。第二环7402通过四个径向延伸并角向均勻隔开的 辐条连接到第三环7403。这四个辐条的两个7423a和7423b关于该内垫圈7400的中心彼 此相对，以及每个宽度大约0. 56英寸，并具有大约0. 31英寸X大约0. 46英寸的圆角矩形 开口(7423ah或7423bh)。这四个辐条另外两个7423c和7423d关于该内垫圈7400的中心 彼此相对，以及每个宽度大约0. 125英寸。一个辐条7423c与该辐条7412之一角向偏移大 约 22. 5°。第三环7403内径至少2. 68英寸(例如在3. 17和3. 20英寸之间)、外径至多4. 23 英寸(例如在3. 71和3. 74英寸之间)。第三环通过四个径向延伸并角向均勻隔开的辐条 7434连接到第四环7404。每个辐条宽度大约0. 125英寸。这些辐条7434之一与该辐条 7423c逆时针角向偏移大约22. 5°。第三环7403还包括位于距该内垫圈7400的中心1. 72 和1. 74英寸之间的径向距离处的两个圆孔7403x和7403y。该圆孔7403x和7403y直径 大约0.125英寸。该圆孔7403x与该辐条7423c逆时针角向偏移大约95°。该圆孔7403y 与该辐条7423c顺时针角向偏移大约90°。该圆孔7403x和7403y配置为容纳定位销。第四环7404内径至少4. 23英寸(例如在4. 78和4. 81英寸之间)、外径至多5. 79 英寸(例如在5. 19和5. 22英寸之间)。第四环7404通过一组八个径向延伸并角向均勻隔 开的辐条7445a和另一组八个径向延伸并角向均勻隔开的辐条7445b连接到第五环7405。 这些辐条7445b之一与该辐条7423c逆时针角向偏移大约8. 5°。这些辐条7445a之一与 该辐条7423c顺时针角向偏移大约8.5°。每个辐条7445a和7445b宽度大约0. 125英寸。 该辐条7445a和7445b径向向内延伸并将第四环7404分成八个扇形，其每个具有大约28° 的中心角。第五环7405内径至少5. 79英寸(例如在6. 35和6. 37英寸之间)、外径至多7. 34 英寸(例如在6. 73和6. 75英寸之间)。第五环7405通过四个径向延伸并角向均勻隔开 的辐条7456连接到第六环7406。这些辐条之一 7456与该辐条7423c角向偏移大约90°。 各该辐条7456宽度大约0. 125英寸。第六环7406内径至少7. 34英寸(例如在7. 92和7. 95英寸之间)、外径至多8. 89 英寸(例如在8. 16和8. 36英寸之间)。第六环7406通过一组四个径向延伸并角向均勻隔 开的辐条7467a和另一组四个径向延伸并角向均勻隔开的辐条7467b连接到第七环7407。 这些辐条之一 7467b与该辐条7423c逆时针角向偏移大约6. 4°。这些辐条之一 7467a与该 辐条7423c顺时针角向偏移大约6. 4°。每个辐条7467a和7467b宽度大约0. 125英寸。第七环7407内径至少8. 89英寸(例如在9. 34和9. 37英寸之间)、外径至多10. 18英寸(例如在9. 66和9. 69英寸之间)。宽度大约0. 25英寸的两个切口 7407ah和7407bh 将第七环7407分成两部分。该切口 7407ah与该辐条7423c逆时针角向偏移大约90°。该 切口 7407bh与该辐条7423c顺时针角向偏移大约90°。第一环形垫圈7500(见图7C)内径大约11. 95英寸、外径大约12. 47英寸。第一 环形垫圈7500在其内部周界具有三个小直径切口 7508a、7508b和7508c。该切口 7508b 和7508c与该切口 7508a分别角向偏移大约逆时针92. 5°和大约顺时针190°。该切口 7508a、7508b和7508c的中心位于距第一环形垫圈7500的中心大约6. 02英寸的径向距离。 该切口 7508a、7508b和7508cf面向内并包括直径大约0. 125英寸的半圆形外缘，以及包括 具有径向直边的内部开口。该第一环形垫圈7500在其外部周界还具有三个大直径并面向 外的圆切口 7508x、7508y和7508z。该切口 7508x、7508y和7508z角向均勻隔开并且直径 大约0. 72英寸。它们的中心位于距第一环形垫圈7500的中心大约6. 48英寸的径向距离 处。该切口 7508x与该切口 7508a顺时针角向偏移大约37. 5°。当安装在该喷头电极总成 100B(如此后将详细描述的)时，该切口 7508a与该内垫圈7400中的该辐条7423c逆时针 角向偏移大约90°。第二环形垫圈7600内径大约13. 90英寸、外径大约16. 75英寸。第二环形垫圈 7600具有八个角向均勻隔开的圆孔7609a。该孔7609a的中心位于距第二环形垫圈7600的 中心大约7. 61英寸的径向距离。该孔7609a直径大约0.55英寸。当安装在该喷头电极总 成100B内时(如此后将详细描述的)，该孔7609a之一与该内垫圈7400中的第三环7403 上的孔7403y角向对齐。第二环形垫圈7600还具有在其内部周界上的面向内的一个圆形 切口 7609b。这个切口 7609b的中心位于距第二环形垫圈7600的中心大约6. 98英寸的距 离。该切口 7609b直径大约0.92英寸。当安装在该喷头电极总成100B(如此后将详细描 述的)时，该切口 7609b与该孔7403y逆时针角向偏移大约202. 5°。第二环形垫圈7600 进一步具有三个圆孔7610、7620和7630，构造为允许工具进入。这些孔位于大约7. 93英寸 的径向距离处，并且直径大约0. 14英寸。该孔7610、7620和7630分别与该切口 7609b顺 时针角向偏转大约7. 5°、大约127. 5°和大约252. 5°。第三环形垫圈7700内径大约17. 29英寸、外径大约18. 69英寸。第三环形垫圈 7700在其外部周界角具有八个向均勻隔开的面向外的圆切口 7701。该切口 7701的中心 位于距第三环形垫圈7700的中心大约9. 30英寸的径向距离。该切口 7701直径大约0. 53英寸。当该内电极120B安装在该喷头电极总成100B内，定位环108B(图1B)、两个内部 定位销109B (图IB未示)和三个外部定位销(图IB未示)首先分别插入该环形凹槽550B、 孔540Ba/540Bb和孔530b (图5K)。该内垫圈7400然后安装于该内电极120B。该孔7403x 和7403y (图7D)对应该内部定位销109B ；以及该内垫圈7400的中心孔对应该定位环108B 和该内电极120B中的中心气体喷射孔。在这七个环和该内垫圈7400的辐条之间的开口 对应该内电极120B中的第一排至第六排气体喷射孔。第一环形垫圈7500安装在该内电极 120B。该切口 7508a,7508b和7508c分别对应该孔530bc、530bb和530ba。第七和第八排 气体喷射孔落在该内垫圈7400和第一环形垫圈7500之间的开口中。八个螺柱/插口总成 303旋进该八个螺纹孔520B以将该内电极120B紧固于该垫板140B，其中该内垫圈7400和 第一环形垫圈7500夹在其间。该卡紧环150B通过将多个螺栓旋进该垫板140B下侧的螺纹开口而紧固于该垫板140B。该螺柱/插口总成303和该卡紧环150B在该中心和该外部 边缘之间的位置以及在该外部边缘支撑该内电极120B，提高与该垫板140B的热接触并降 低基片处理期间温度循环所导致的该内电极120B的翘曲。第二环形垫圈7600设在该外电 极130B上。该八个孔7609a对应该旋在该外电极130B上的八个凸轮锁。该外电极130B 和该内电极120B通过转动该凸轮轴207B而紧固抵靠该垫板140B。图IB的C形罩190通 过多个(优选地八个)凸轮锁固定于该垫板140B。第三环形垫圈7700设在该罩190和该 垫板140B之间。该切口 7701对应该罩190和该垫板140B之间的凸轮锁。该内垫圈7400中的这些环7401-7407和辐条可布置为任何合适的图案，只要它 们不会妨碍该内电极120B中的该气体喷射孔106B、该凸轮锁160B、定位环108B或定位销 109B。图7E示出又一垫圈组的俯视图。这个垫圈组包括内垫圈7800，包括通过多个辐 条连接的多个同心环；第一环形垫圈7500，在外部和内部周界具有多个切口 ；第二环形垫 圈7600，具有多个孔和一个切口 ；以及第三环形垫圈7700，具有多个切口。这个垫圈组与图 7C和7D中示出的该垫圈组完全相同，除了该内垫圈7800 (如图7F所示)没有第七环以及 连接第六和第七环的辐条。该内垫圈7800中的环和辐条可布置为任何合适的图案，只要它们不会妨碍该内 电极120B中的该气体喷射孔106B、该凸轮锁160B、定位环108B或定位销109B。尽管参照具体实施例详细描述了该喷头电极总成、内电极、外电极和垫圈组，但是 对于本领域技术人员，显然在不背离所附权利要求范围的情况下，可作出多种改变和修改 以及采用等同方式。
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权利要求1.一种用于电容耦合等离子处理室中喷头电极总成的内电极，该喷头电极总成包括具 有在其上、下表面之间延伸的气体喷射孔的垫板、具有向内延伸的凸缘和配置为容纳啮合 该垫板的下表面中开口的紧固件的孔的卡紧环、具有向内延伸的凸缘和配置为容纳啮合该 垫板的下表面中开口的紧固件的孔的外电极、定位环、多个将该内电极连接到该垫板的螺 纹紧固件和多个定位销；该内电极包括在其下表面上的等离子暴露表面； 在其上表面上的安装表面；在其外缘上的第一环形台阶和第二环形台阶，该第一和第二台阶配置为分别与该卡紧 环的向内延伸凸缘以及该外电极的向内延伸凸缘配对；多个气体喷射孔，其在该等离子暴露表面和其该安装表面之间延伸并布置为与该垫板 中的该气体喷射孔匹配的图案；该安装表面中的多个非螺纹盲孔，配置为容纳该定位销； 该安装表面中的环形凹槽，配置为容纳该定位环；以及 该安装表面中的多个螺纹盲孔，配置为容纳该螺纹紧固件。
2.根据权利要求1所述的内电极，其中该气体喷射孔直径小于或等于0.04英寸并且布 置为在该内电极的中心有一个中心气体喷射孔以及有八个同心气体喷射孔排的图案，第一排具有八个气体喷射孔，位于距该内电极的中心大约0. 6-0. 7英寸的径向距离； 第二排具有十八个气体喷射孔，位于距该内电极的中心大约1.3-1. 4英寸的径向距离；第三排具有二十八个气体喷射孔，位于距该内电极的中心大约2. 1-2. 2英寸的径向距离；第四排具有三十八个气体喷射孔，位于距该内电极的中心大约2. 8-3. 0英寸的径向距离；第五排具有四十八个气体喷射孔，位于距该内电极的中心大约3. 6-3. 7英寸的径向距离；第六排具有五十八个气体喷射孔，位于距该内电极的中心大约4. 4-4. 5英寸的径向距离；第七排具有六十六个气体喷射孔，位于距该内电极的中心大约5. 0-5. 1英寸的径向距离；第八排具有七十四个气体喷射孔，位于距该内电极的中心大约5. 7-5. 8英寸的径向距离；每排中的该气体喷射孔角向均勻隔开。
3.根据权利要求1所述的内电极，其中该气体喷射孔直径小于或等于0.04英寸，并且 布置为在该内电极的中心有一个中心气体喷射孔以及有八个同心气体喷射孔排的图案，第一排具有八个气体喷射孔，位于距该内电极的中心大约0. 6-0. 7英寸的径向距离； 第二排具有十八个气体喷射孔，位于距该内电极的中心大约1.3-1. 4英寸的径向距离；第三排具有二十八个气体喷射孔，位于距该内电极的中心大约2. 1-2. 2英寸的径向距离；第四排具有四十个气体喷射孔，位于距该内电极的中心大约2. 8-3.0英寸的径向距离；第五排具有四十八个气体喷射孔，位于距该内电极的中心大约3. 6-3. 7英寸的径向距离；第六排具有五十六个气体喷射孔，位于距该内电极的中心大约4. 4-4. 5英寸的径向距离；第七排具有六十四个气体喷射孔，位于距该内电极的中心大约5. 0-5. 1英寸的径向距离；第八排具有七十二个气体喷射孔，位于距该内电极的中心大约5. 7-5. 8英寸的径向距离；每排中的该气体喷射孔角向均勻隔开。
4.根据权利要求1所述的内电极，其中该多个螺纹盲孔包括八个均勻隔开的螺纹盲孔 组成的环形排；这八个螺纹盲孔每个加工为1/4-32的螺纹规格；位于距该内电极的中心大 约2. 4-2. 6英寸的径向距离；并且深度至少0. 2英寸。
5.根据权利要求4所述的内电极，该八个螺纹盲孔位于该内电极的半径的1/4至1/2处。
6.根据权利要求1所述的内电极，其中该多个螺纹盲孔包括八个均勻隔开的螺纹盲 孔组成的环形排，该螺纹盲孔加工为7-16/28的螺纹规格；位于距该内电极的中心大约 2. 4-2. 6英寸的径向距离；以及深度至少0. 15英寸。
7.根据权利要求1所述的内电极，其中该多个非螺纹盲孔配置为容纳该定位销，其包 括第一组孔和第二组孔；该第一组孔包括两个孔(a)位于距该内电极的中心大约1.7-1. 8英寸的径向距离； (b)彼此径向排列并角向偏移大约180°或大约175° ； (c)直径大约0. 10-0. 12英寸；(d) 深度至少0. 2英寸；该第二组孔包括第一孔、第二孔和第三孔(a)位于距该内电极的中心大约6. 0-6. 1英 寸的径向距离；(b)该第一孔与该第一组中一个孔顺时针角向偏转大约10° ； (c)该第二和 第三孔与该第一孔径向排列并与该第一孔逆时针角向偏转大约92. 5°和大约190° ； (d) 直径大约0. 11-0. 12英寸；(e)深度至少0. 1英寸。
8.根据权利要求1所述的内电极，其中该内电极是平面碟片，具有大约0. 4英寸的等厚和大约12. 5英寸的直径；该第一台阶 内径大约12. 1英寸和垂直表面大约0. 11英寸长；该第二台阶内径大约12. 0英寸，和垂直 表面大约0. 13英寸长；该环形凹槽外径大约0. 44英寸、内径大约0. 24英寸和深度至少0. 1 英寸；该内电极由单晶硅或多晶硅板制造，其电阻率在0. 005和0. 0200hm-cm之间并且总的 重金属污染物小于百万分之10。
9.一种喷头电极总成包括权利要求1所述的、具有八个气体喷射孔的环形排的内电 极；外电极，具有多个用于容纳紧固机构的螺纹孔；环形罩，具有多个用于容纳紧固机构的 螺纹孔；以及垫圈组，由下列部件组成内垫圈，配置为安装在该内电极上，包括多个由多个辐条连接的同心扁环；第一环形垫圈，配置为围绕该内垫圈并与之同心且安装在该内电极上，包括具有多个 切口的扁环形环；第二环形垫圈，配置为围绕该第一环形垫圈并与之同心且安装在该外电极上，包括具 有多个切口的扁环形环；第三环形垫圈，配置为围绕该第二环形垫圈并与之同心且安装在该环形罩上，包括具 有多个切口的扁环形环；其中该垫圈容纳该气体喷射孔、该定位销孔、该定位环槽和/或该螺纹孔。
10.根据权利要求9所述的喷头电极总成，其中该内垫圈中的同心扁环连续或分段。
11.根据权利要求9所述的喷头电极总成，其中该内垫圈包括至少六个同心扁环，厚度 大约0. 006英寸以及宽度至少0. 1英寸，其中第一环内径至少0. 44英寸、外径至多1. 35英 寸；第二环内径至少1. 35英寸、外径至多2. 68英寸；第三环内径至少2. 68英寸、外径至多 4. 23英寸；第四环内径至少4. 23英寸、外径至多5. 79英寸；第五环内径至少5. 79英寸、外 径至多7. 34英寸；第六环内径至少7. 34英寸、外径至多8. 89英寸。
12.根据权利要求9所述的喷头电极总成，其中(a)第一环形垫圈在外部周界有三个配置为容纳紧固机构的切口以及内部周界有三个 配置为容纳定位销的切口；(b)第二环形垫圈在内部周界上有一个切口，并具有八个孔组成的第一组，其配置为容 纳紧固机构，以及三个孔组成的第二组，配置为允许工具进入，其中该第一组中孔的直径大 于该第二组中孔的直径；以及(c)该第三环形垫圈在外部周界上具有配置为容纳紧固机构的八个切口而在内部周界 没有切口。
13.根据权利要求9所述的喷头电极总成，其中(a)第一环形垫圈厚度大约0.006英寸、宽度至少0. 1英寸、内径大约11. 95英寸、外径 大约12. 47英寸；(b)第二环形垫圈厚度大约0.006英寸、宽度至少0. 1英寸、内径大约13. 90英寸、外径 大约16. 75英寸；以及(c)第三环形垫圈厚度大约0.006英寸、宽度至少0. 1英寸、内径17. 29英寸、外径大约 18. 69英寸。
14.一种包括根据权利要求1所述的内电极的喷头电极总成，该垫板通过该卡紧环和 该螺纹紧固件连接到该内电极，其中该螺纹紧固件旋进该螺纹盲孔。
15.根据权利要求14所述的喷头电极总成，进一步包括外电极，其具有与该内电极的第二台阶配对的向内延伸的凸缘；该外电极通过安装在 该外电极上的、包括增大的头部的螺柱的凸轮锁连接到该垫板；以及安装在该垫板中的可 转动的凸轮轴，该可转动的凸轮轴具有偏心切口，其啮合该螺柱的增大的头部。
16.根据权利要求15所述的喷头电极总成，其中该螺纹盲孔位于该内电极半径的1/4 至1/2处，该螺纹紧固件包括与该螺纹盲孔螺纹啮合的插口，该插口包括具有增大头部的 螺柱，该头部啮合该可转动凸轮轴中的偏心切口从而安装在该内电极上的螺柱和安装在该 外电极上的螺柱同时啮合该可转动凸轮轴之一中的切口。
专利摘要提供用于蚀刻半导体基片的等离子反应室中的内电极、垫圈组。该内电极包括其下表面上的等离子暴露表面、其上表面上的安装表面、在其外缘上的第一环形台阶和第二环形台阶、多个气体喷射孔、该安装表面中的多个非螺纹盲孔、该安装表面中的环形凹槽以及该安装表面中的多个螺纹盲孔。该垫圈组包括内垫圈、第一环形垫圈、第二环形垫圈和第三环形垫圈。以及提供包括上述内电极的喷头电极总成，该垫板通过该卡紧环和该螺纹紧固件连接到该内电极，其中该螺纹紧固件旋进该盲螺纹孔。具有提高的位置准确度和降低的翘曲，翘曲会导致增大等离子处理速率的不一致性。
文档编号H01L21/00GK201781676SQ201020114128
公开日2011年3月30日 申请日期2010年1月22日 优先权日2009年10月13日
发明者安东尼·德拉列拉, 普拉提克·芒科迪 申请人:朗姆研究公司