用于下电极组件的封边的制作方法

用于下电极组件的封边的制作方法
【专利摘要】一种用于在等离子体处理室中支撑半导体衬底的下电极组件包括：温控下基板、上板以及包围粘结层的安装凹槽；以及封边，其包括在未压缩状态下具有外部凹面的弹性体带，所述弹性体带安装在所述凹槽中使得所述弹性体带的上端和下端被轴向压缩并且所述弹性体带的最大向外膨胀不大于预定的距离。
【专利说明】用于下电极组件的封边
相关申请的交叉引用
[0001]本申请是于2011年10月20日提交的题为“Edge Seal for ElectrodeAssembly (用于下电极组件的封边)”的美国专利申请N0.13/277，873的部分继续申请,该申请的全部内容通过引用的方式并入本申请中。
【技术领域】
[0002]本发明涉及在例如等离子体蚀刻反应器之类的等离子体处理室中使用的用于下电极组件的封边的改进。
【背景技术】
[0003]集成半导体电路已经成为大部分电子系统的主要部分。这些微型电子设备可以包括成百上千个晶体管和其他的电路，这些晶体管和电路组成微型计算机的中央处理器和其他集成电路的存储器和逻辑子系统。这些电路的低成本、高可靠性和速度已经使它们成为现代数字电子设备的广为存在的特征。
[0004]集成半导体电路的制造通常在反应离子蚀刻系统中进行，该系统例如平行板反应器或感应耦合等离子体反应器。反应离子蚀刻系统可以由蚀刻室组成，该蚀刻室中具有上电极或阳极以及下电极或阴极。阴极相对于阳极和容器壁具有负偏压。将被蚀刻的晶片被适当的掩模覆盖并且直接放置在阴极上。例如CF4、CHF3、CClF3、HBr、Cl2和SF6或它们与02、N2、He或Ar的混合物等化 学反应气体被引入蚀刻室中并且维持在通常在毫托的范围内的压强下。上电极设有气孔，所述气孔允许气体穿过电极均匀地分散到蚀刻室内。阳极与阴极之间建立的电场会电离反应气体，从而形成等离子体。晶片表面通过与活性离子发生化学反应并且通过传递撞击晶片表面的离子的动量而被刻蚀。电极所建立的电场会使离子撞击阴极，从而主要在垂直方向上使离子撞击表面，使得这个过程产生界线分明的垂直蚀刻的侧壁。

【发明内容】

[0005]一种用于在等离子体处理室中支撑半导体衬底的下电极组件包括:上板、温控下基板、包围所述下电极组件的粘结层的安装凹槽；以及封边，该封边包括在未压缩状态下具有外部凹面的弹性体带，所述弹性体带安装在所述凹槽中使得所述弹性体带的上端和下端被轴向压缩并且所述弹性体带的最大向外膨胀不大于预定的距离。
【专利附图】

【附图说明】
[0006]图1示出了适用于等离子体蚀刻半导体衬底的处理室的剖视图。
[0007]图2示出了电极组件的上陶瓷层与下基板的剖视图，上陶瓷层与下基板之间具有安装凹槽。
[0008]图3示出了设置在电极组件的上陶瓷层与下基板之间的安装凹槽中的矩形弹性体带的剖视图。
[0009]图4示出了安装在电极组件的上陶瓷层与下基板之间的安装凹槽中的具有凹形外表面的弹性体带的剖视图。
[0010]图5示出了具有处于未压缩状态的凹形外表面的弹性体带的剖视图。
[0011]图6示出了具有处于压缩状态的凹形外表面的弹性体带的剖视图，使得在轴向的压缩程度为10%至15%。
[0012]图7示出了安装在电极组件的上陶瓷层与下基板之间的安装凹槽中的具有倾斜外表面的弹性体带的剖视图。
[0013]图8示出了安装在电极组件的上陶瓷层与下基板之间的安装凹槽中的具有一对会聚的外表面的弹性体带的剖视图。
[0014]图9示出了具有凹形外表面以及在外表面的上端和下端的平坦部分的处于未压缩状态的弹性体带的替代实施例的剖视图。
[0015]图10示出了具有凹形外表面的处于未压缩状态的弹性体带的替代实施例的剖视图。
[0016]图11示出了具有凹形外表面的处于未压缩状态的弹性体带的替代实施例的剖视图。
【具体实施方式】
[0017] 下电极组件典型地包括静电夹层，晶片在等离子体室内的处理期间被夹持在该静电夹层上。下电极组件还包括粘结在温控基板上的多个层。例如，所述组件可以包括:上陶瓷层，其整合粘结到加热器板的上侧的一个或多个静电电极，粘结到加热器板底部上的一个或多个加热器，以及粘结到加热器和加热器板上的基板。为了保护暴露的粘结层，加热器板的直径比陶瓷层和基板的直径小，并且弹性体材料的封边位于陶瓷层与基板之间的安装凹槽中。为了提供有效的密封，封边在轴向上被压缩1%至20%,优选地约5%，以完全填充安装凹槽。对于圆环形式的具有矩形截面的封边，这种压缩会使得封边的外表面向外膨胀，并且这种向外膨胀会接触周围的边缘环。为了解决这个问题，封边被配置来应对(accountfor)由于径向膨胀而引起的直径变化。
[0018]为了保护粘结层，封边可以包括具有凹形外表面的弹性体带，由此当弹性体带安装在安装凹槽中时，弹性体带的轴向压缩不会使弹性体带的外表面的膨胀超出预定的直径，例如，弹性体带处于未压缩状态时的最大外径。弹性体带被设计成安装在矩形安装凹槽中，使得弹性体带在三侧受到约束，第四侧不受约束并且暴露于反应室条件，从而保护粘结层。
[0019]图1示出了用于蚀刻衬底的示例性等离子体反应器10的剖视图。如图1所示，等离子体反应器10包括等离子体处理室12以及设置在处理室12上方以产生等离子体的天线，该天线由平面线圈16来实施。射频线圈16经由匹配网络(未示出)典型地通过射频发生器18来激励。这种处理室可以被称为感应耦合等离子体(ICP)处理室。为了供应处理气体到处理室12的内部，设置优选地包括多个孔的气体分配盘或喷头14，这些孔用于释放例如蚀刻剂源气体之类的气态源材料到喷头14与被支撑在下电极组件28上的半导体衬底或晶片30之间的射频感应等离子体区中。虽然图1示出了感应耦合等离子体反应器，但是等离子体反应器10可以整合其他等离子体产生源，例如，电容耦合等离子体(CCP)、微波、磁控管、螺旋波或其他合适的等离子体产生设备，其中省略了天线。
[0020]气体源材料还可以通过其他装置被引入到处理室12中，例如，延伸穿过顶壁的一个或多个气体喷射器和/或嵌入处理室12的壁中的气体喷射口。当蚀刻铝或它的一种合金时，蚀刻剂源化学品包括例如卤素(例如Cl2)和BC13。也可以使用其他的蚀刻剂化学品(例如，CH4, HBr, HC1、CHCl3)以及聚合物形成物质，例如，用于蚀刻特征的侧壁钝化的烃类、碳氟化合物和氢氟碳化物。这些气体可以与任选的惰性气体和/或不反应的气体一起使用。
[0021]在使用中，晶片30被引入由处理室壁32所限定的处理室12中并且放置在下电极组件28上。晶片30优选地通过射频发生器24 (典型地还通过匹配网络)被加上偏置。晶片30可以包括制造在上面的多个集成电路(1C)。例如，IC可以包括:逻辑设备，例如，PLA、FPGA和ASIC ;或存储设备，例如随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)或只读存储器(ROM)。当应用射频电力时，(由气源形成的)反应物质蚀刻晶片30的暴露表面。可以挥发的副产品然后通过出口 26排出。在完成处理之后，晶片30可以经过进一步处理，并且最终被切割从而将IC分成单个芯片。
[0022]任何等离子体限制装置(未示出)的等离子体暴露表面、处理室壁32、处理室衬里(未示出)和/或喷头14可以设有等离子体喷涂的涂层20，其具有促进聚合物粘附的表面粗糙度特性。此外，衬底支撑28的等离子体暴露表面还可以设有等离子体喷涂的涂层(未示出)。这样，限制等离子体的基本上所有的表面会具有促进聚合物粘附的表面粗糙度特性。这样，可以实质上减小反应器内部的微粒子污染。
[0023]可以认识到，反应器10还可以用于金属、电介质和其他蚀刻过程。在等离子体蚀刻过程中，气体分配盘可以是位于ICP反应器中的电介质窗正下方的圆盘或者形成被称为平行板反应器的CCP反 应器中的上电极组件的一部分，其中气体分配盘是取向与半导体衬底或晶片30平行的喷头电极。气体分配盘/喷头电极包括特定直径和空间分布的孔阵列以优化将被蚀刻的层的均匀性，例如，光致抗蚀剂层、二氧化硅层和晶片上的衬底材料。
[0024]可以使用的示例性平行板等离子体反应器是双频等离子体蚀刻反应器(例如，参照共同所有的美国专利N0.6，090, 304，该专利的所有内容通过引用的方式并入本文中)。在这种反应器中，蚀刻气体可以从气体供应源被供应到喷头电极，并且可以通过以不同频率将射频能量从两个射频源供应到喷头电极和/或底电极来在反应器中产生等离子体。替代地，喷头电极可以电接地，并且两个不同频率的射频能量可以被供应到底电极上。
[0025]图2示出了具有粘结在一起的多个层的下电极组件150的剖视图，暴露的粘结层位于安装凹槽中，该安装凹槽被适配成接收包括弹性体带的封边。电极组件150包括上陶瓷构件180，该上陶瓷构件180整合静电夹持电极并且附接到例如温控基板之类的下构件100上。加热器板140设置在上构件180与下构件100之间，包括金属或陶瓷板以及连接在所述金属或陶瓷板的底部上的例如薄膜加热器之类的一个或多个加热器。粘结剂粘结层120设置在下构件100与加热器板140之间，并且将下构件100粘结到加热器板140上。粘结剂粘结层160设置在上构件180与加热器板140之间并且将上构件180粘结到加热器板140上。上构件180和下构件100延伸超出加热器板140和粘结层120、160以形成环槽190。加热器板140和粘结层120、160的外周145、125、165基本上彼此对齐。上构件180和下构件100的外周185、105可以垂直对齐或者不垂直对齐，并且上构件与下构件之间可以包括额外的层。
[0026]上构件180优选地是陶瓷材料和由例如W、Mo等金属材料组成的嵌入电极的静电夹持层。此外，上构件180优选地具有从中心到外缘或其直径的均匀的厚度。上构件180优选地是适用于支撑200mm、300mm或450mm直径的晶片的薄圆盘。在共同所有的美国公开专利申请2006/0144516中公开了具有上静电夹持层、加热器层和粘结层的下电极组件的细节，其中上静电夹持层具有约0.04英寸的厚度，上粘结层的厚度约0.004英寸，加热器板包括约0.04英寸厚度的金属或陶瓷板以及约0.01英寸厚度的加热器薄膜，并且下粘结层的厚度约0.013英寸至0.04英寸。上夹持层与基板之间的矩形安装凹槽的高度至少约0.05英寸至0.09英寸并且宽度约0.035英寸。在处理300mm晶片的优选实施例中，凹槽可以具有至少约0.07英寸的高度以及约0.035英寸的宽度。当插入凹槽中时，封边优选地径向膨胀并且在被垂直地压缩以牢固地安装在凹槽中。然而，如果封边具有矩形截面，则封边会向外膨胀并且会与围绕边缘的环接触，并且/或者封边外表面上的拉应力在暴露于氟或氧气等离子体时会导致裂纹。
[0027]下基板100优选地是具有上表面和下表面的圆盘。在一个实施例中，下构件100可以被配置为通过在其中包括流体通道(未示出)来提供温控，温控流体可以通过流体通道流通到电极组件150。在电极组件150中，下构件100通常是金属基板，该金属基板充当等离子体处理室中的下射频电极。下构件100优选地包括阳极电镀铝或铝合金。然而，可以认识到可以使用包括金属材料、陶瓷材料、导电材料和电介质材料等任何合适的材料。在一个实施例中，下构件100是由阳极化的机处理铝块形成的。或者，下构件100可以是由陶瓷材料形成的，其中并且/或者其上表面上具有一个或多个电极。
[0028]如图2所示，粘结层120将下构件100粘结到加热器板140上。粘结层160将上构件180粘结到加热器板140 上。粘结层120、160优选地是由例如弹性体有机硅或硅橡胶材料等低模量材料形成的。然而，可以使用任何合适的粘结材料。可以认识到，粘结层120、160的厚度可以根据期望的换热系数的变化而变化。因此，其厚度被适配成基于粘结层的制造公差来提供期望的换热系数。典型地，粘结层120、160在其粘附区域上通过加上或减去特定的变量而变化。通常，如果粘结层的厚度没有变化超过1.5%，则上构件180与下构件100之间的换热系数可以实质上做成均匀的。
[0029]例如，对于在半导体工业中使用的电极组件150，粘结层120、160优选地具有能够承受很宽的温度范围的化学结构。因此，可以认识到低模量材料可以包括任何合适的材料，例如，与真空环境兼容并且在高温(例如，高达5001)耐热降解的聚合材料。在一个实施例中，粘结材料120、160可以包括有机硅，并且厚度在约0.001英寸至约0.050英寸之间，更优选地，在约0.003英寸与约0.030英寸之间。
[0030]加热器板140可以包括粘结到上构件180的下表面上的层合物。例如，加热器板140可以具有金属或陶瓷板的形式，薄膜加热器连接到金属或陶瓷板的底部上。加热器膜可以是薄片层合物(未示出)，包括第一绝缘层(例如，电介质层)、加热层(例如，一条或多条电阻材料带)和第二绝缘层(例如，电介质层)。绝缘层优选地由具有在很宽的温度范围内维持其物理、电气和力学性能的能力的材料组成，这种能力包括在等离子体环境中耐腐蚀性气体，这种材料包括Kapton或其他合适的聚酰亚胺薄膜。加热器元件优选地由高强度合金组成，高强度合金如，铬镍铁合金(Inconel)或其他合适的合金或防腐蚀和耐热材料。通常，薄膜加热器具有Kapton、铬镍铁合金和Kapton的层合物的形式,总厚度约0.005英寸至约0.009英寸，并且更优选地，约0.007英寸。
[0031]如图2所示，下构件100和上构件180的外周105、185可以延伸超过加热器板140和粘结层120、160的外周145、125、165，从而在电极组件150中形成安装凹槽190。粘结层120、160的材料通常不耐半导体等离子体处理反应器的反应蚀刻化学过程，因此必须受到保护以达到有效的工作寿命。为了保护粘结层120、160，已经提出在凹槽190中放置弹性体带形式的封边以形成紧密密封，从而防止半导体等离子体处理反应器的腐蚀性气体的渗漏。例如，参照共同所有的美国公开专利申请2009/0290145和2010/0078899。
[0032]图3示出了电极组件150的剖面轮廓，电极组件150包括具有矩形截面轮廓的环形弹性体带200。当弹性体带200被放置在凹槽190中时，弹性体带200被轴向压缩使得其内壁膨胀远离加热器板140的外表面并且其外壁变成凸形形状。为了适应较大直径的弹性体带，包围边缘的环需要让其内径膨胀，或者零件会彼此接触并且由于热循环引起的摩擦会导致处理室中产生颗粒。为了解决这个问题，弹性体带的形状可以被修改成当被轴向压入凹槽中时避免不期望的膨胀。
[0033]图4示出了电极组件150以及包括弹性体带200的修改的封边的剖视图。图4的电极组件150与图2和图3的电极组件相同，但是弹性体带200具有凹形外表面以减少当弹性体带被轴向压 入凹槽190中时的膨胀。本文中使用的“凹形”的意思是外表面不具有均匀的直径，反而具有由一个或多个曲面或斜面沿着整个外表面或外表面的一部分形成的凹陷表面。内表面可以具有均匀的直径，或者内表面还可以是凹面。外表面可以包括在弹性体带的上端和/或下端具有均匀直径的一个或多个圆柱形段。
[0034]弹性体带200可以是由任何合适的半导体处理兼容的材料构造成的。例如，可以使用能够固化以形成含氟弹性体的能固化的全氟弹性体含氟聚合物(FFKM)或使用能固化的全氟弹性体全氟聚合物(FFKM)。弹性体带200优选地是由例如碳氟聚合物材料之类的聚合物构造成的，碳氟聚合物材料如，特氟隆(PTFE-聚四氟乙烯，由杜邦公司制造)。然而，可以使用塑料、聚合物材料、全氟烷氧基(PFA)、氟化聚合物和聚酰亚胺。弹性体带200优选地由具有以下性能的材料组成:高耐化学性、低温和高温性能、在等离子体反应器中耐等离子体腐蚀、低摩擦以及电气绝缘和绝热性能。优选的材料是全氟弹性体，其具有60至75的肖氏硬度A以及1.9至2.1的比重，例如购自Perlast公司的PERLAST。另一种带材料是购自DuPont Performance Elastomers 的 KALREZ。PERLAST 和 KALREZ 是 FFKM 弹性体。
[0035]优选地，弹性体带200由具有以下性能的材料组成:高耐化学性、低温和高温性能、在等离子体反应器中耐等离子体腐蚀、低摩擦、小于85的肖氏硬度A、更优选为小于75的肖氏硬度A以及电气绝缘和绝热性能。最优选地，弹性体带是未填充的弹性体，并且对于每一金属元素，每十亿份弹性体带具有少于5000份的金属含量，因为弹性体中的金属在处理操作期间会导致在半导体衬底上产生颗粒以及金属污染。
[0036]图5示出了弹性体带200在放置于凹槽190内之前处于未压缩状态的剖视图。弹性体带200的尺寸不受特别限制，只要尺寸能够形成，或者适于形成电极组件的安装凹槽中的封边，使得即使没有消除向外膨胀也会使向外膨胀最小化。优选地，弹性体带的几何形状被设计成适应高达20%的轴向压缩，优选为1%至15%的轴向压缩，并且最优选为1%至10%的轴向压缩，并且使超过未压缩状态的其最大外径的弹性体带的向外膨胀最小化。对于被设计成支撑200mm或300mm晶片的衬底支架，由于轴向压缩而产生的最大向外膨胀优选为0.004英寸，更优选为0.002英寸。在实施例中，弹性体带包括均匀直径的内圆周面、平坦的环形上表面、宽度比上表面小的平坦的环形下表面以及凹形外表面。在一个优选的实施例中，弹性体带的高度可以是约0.131英寸并且最大宽度是约0.035英寸，具有从上表面垂直延伸约0.01英寸的均匀直径的上圆柱形段、从上圆柱形面延伸的半径约0.35英寸的曲面以及从下表面垂直延伸的任选的下圆柱形面。弹性体带的每个角优选为被圆整成具有0.002英寸至0.01英寸的半径。对于其他凹槽尺寸，弹性体带200的高度214不受特别限制并且可以在约0.05英寸至约0.15英寸之间。弹性体带200的高度213不受特别限制并且可以在约0.02英寸至约0.10英寸之间，例如，在0.025英寸至0.050英寸之间。尺寸211至弹性 体带200的凹陷的深度。这个尺寸不受特别限制并且可以在约0.001英寸至约
0.010英寸之间，或者在约0.001英寸至约0.07英寸之间。尺寸212是根据本发明的弹性体带200的任选的平坦部分，因为凹陷没必要延伸弹性体带200的整个高度214。任选的上平坦部分可以有助于减小弹性体带200以及弹性体带200所保护的粘结层120、160的腐蚀速率。尺寸212可以是约0.01英寸至约0.1英寸。弹性体带200的凹陷的曲率半径可以从约0.2英寸至约0.8英寸或者可以由一个或多个斜面形成。
[0037]在替代实施例中，弹性体带200的凹陷的曲率半径可以从约0.02英寸至约0.8英寸或者可以由一个或多个斜面形成。
[0038]图6的弹性体带200被图示为压缩状态(例如，插入电极组件的凹槽中)。压缩状态指的是弹性体带200在插入电极组件的凹槽中时其高度214压缩。通常的压缩一般在1%至20%之间，或者在1%至15%之间，并且更具体地，在1%至10%之间，并且最优选地约为5%。换句话讲，如果弹性体带200的高度214在未压缩状态时是1.0英寸，则10%的压缩状态导致弹性体带200的高度214为0.9英寸。尺寸215是在给定压缩率的情况下与弹性体带200的容许膨胀公差相对应的预定距离。在压缩状态下，弹性体带200可以保持其凹形特性，如虚线218所示，或者弹性体带200可以不保持其凹形特性，如实线218所示。然而，假设膨胀程度并没有大到足以使弹性体带与包围边缘的环接触，那么弹性体带可以膨胀超过线218。作为实例，尺寸215可以被设置成使得容许膨胀公差不允许弹性体带200明显延伸超过上构件180和下构件100的外周185、105。尺寸215可以在约0.001英寸与约0.01英寸之间，并且优选地小于约0.004英寸。尺寸215可以局限于小于0.004英寸，如果任选的圆周段212 (如图5所示)包含在弹性体带的顶部并且高度约0.01英寸，外表面的剩余部分的曲率半径216约0.35英寸。弹性体带的高度:厚度比是2至5。
[0039]在替代实施例中，尺寸215可以局限于小于0.004英寸，如果任选的圆周段212(如图5所示)包含在弹性体带的顶部并且高度约0.01英寸，外表面的剩余部分的曲率半径216约0.04英寸。
[0040]制造具有弹性体带200的电极组件150的方法不受特别限制并且可以包括加热弹性体带以使其膨胀并且将受热的弹性体带压入上构件与下构件之间的凹槽中。在替代方法中，弹性体带在使上构件粘结到加热器板之前膨胀并且安装在加热器板周围。在使用中，在处理被支撑在上构件上的晶片期间，弹性体带保护粘结层。
[0041]图7示出了根据另一个实施例的弹性体带200的剖视图，其中弹性体带的外表面是斜面，该斜面被定向成使得弹性体带的上端较宽。[0042]图8示出了弹性体带200的剖视图，其中弹性体带的外表面包括两个会聚表面，这两个会聚表面彼此形成小于180°的角度。例如，两个表面形成的角度可以是110至140°，优选为约120°。
[0043]图9示出了根据另一个实施例的弹性体带200的剖视图，其中弹性体带200处于放置于凹槽190中之前的未压缩状态。优选地，弹性体的几何尺寸被设计成适应高达20%的轴向压缩，优选为1%至15%的轴向压缩，并且使弹性体的超过其未压缩状态的最大外径的向外膨胀最小化。对于被设计成支撑200mm或300mm晶片的衬底支架，由于轴向压缩而产生的最大向外膨胀优选为0.004英寸，更优选为0.002英寸。在实施例中，弹性体带包括均匀直径的内圆柱形表面、平坦的环形上表面、平坦的环形下表面和外表面，所述外表面包括从环形上表面延伸的均匀直径的外部上圆柱形段、从环形下表面延伸的均匀直径的外部下圆柱形段以及外部上圆柱形面与外部下圆柱形面之间延伸的均匀半径的弯曲表面。
[0044]弹性体带200的高度214优选地约0.087英寸，宽度213约0.031英寸。弹性体带200的内径约11.3英寸。尺寸211是弹性体带200的凹陷的深度，约0.013英寸。尺寸212a、b是弹性体带200的外部上圆柱形面与外部下圆柱形面的高度，因为凹陷不必延伸弹性体带200的整个高度214。尺寸212&士的高度约0.01英寸。外部上圆柱形面和外部下圆柱形面可以有助于减小弹性体200以及弹性体带200所保护的粘结层120、160的腐蚀速率。在外部上圆柱形面与外部下圆柱形面之间延伸的均匀半径的曲面的曲率半径216是优选地约0.04英寸。弹性体带的每个角优选为被圆整成具有0.002英寸至0.01英寸的半径。
[0045]图10示出了根据另一个实施例的弹性体带200的剖视图，其中弹性体带200在放置于凹槽190中之前处于未压缩状态。弹性体带200的高度214优选地约0.087英寸并且宽度213优选地约0.031英寸。弹性体带200的内径约11.3英寸。弹性体带200的凹陷的深度，尺寸211约0.01英寸。弹性体带200的凹陷的曲率半径216约0.085英寸。弹性体带的每个角优选为 被圆整成具有0.002英寸至0.01英寸的半径。
[0046]图11示出了根据另一个实施例的弹性体带200的剖视图，其中弹性体带200在放置于凹槽190中之前处于未压缩状态。弹性体带200的高度214优选地约0.087英寸并且宽度213优选地约0.031英寸。弹性体带200的内径约11.3英寸。弹性体带200的凹陷可以具有在约0.02英寸与0.8英寸之间的曲率半径216，并且优选地约0.20英寸。弹性体带的每个角优选为被圆整成具有0.002英寸至0.01英寸的半径。
[0047]在一个优选的实施例中，电极组件150是静电吸盘(ESC)，其用于在半导体制造用的真空处理室中(例如，像等离子体蚀刻反应器之类的等离子体反应器)处理例如半导体晶片之类的衬底期间夹持衬底。ESC可以是单极性或双极性设计。然而，电极组件150在化学气相沉积、溅镀、离子注入、脱胶等期间可以用于例如夹持衬底等其他目的。
[0048]电极组件150包括上陶瓷构件180。陶瓷构件180可以具有约Imm或3mm的厚度。弹性体带200的侵蚀模式取决于陶瓷板的厚度，因为具有不同尺寸的弹性体带的这些实施例适应不同的侵蚀模式。
[0049]可以认识到，电极组件150可以安装在适于等离子体处理半导体衬底的任何新的处理室中，或者用于翻新现有的处理室。应当理解，在特定系统中，上构件180、下构件100和加热器140的具体形状可以根据吸盘、衬底和/或其他部件的结构的变化而变化。因此，图2至图11所示的上构件180、下构件100和加热器140的确切形状用于说明目的，并且绝非限制。
[0050]封边可以安装在不包括加热器板的其他下电极组件上。例如，弹性体带可以安装在围绕下电极组件中的粘结层的安装凹槽中，下电极组件具有上板以及温控下基板，其中弹性体带安装凹槽中使得弹性体带的上端和下端处于压缩状态，并且弹性体带的最大向外膨胀不大于预定距离。
[0051]本文中公开的封边比矩形截面的弹性体带具有优势。例如，具有凹形外表面的封边可以在例如等离子体蚀刻室之类的处理室中提供下电极组件的增加的可用性。当封边被轴向压入安装凹槽中时，外表面开裂减小的趋势导致可用性增加，并且不容易与例如边缘环之类的包围部分粘结在一起。如有需要，弹性体带可以在其内表面包括几何形状特征，例如一个或多个凹槽或凸起，比如凹坑。这些特征在弹性体带安装在凹槽中时提供哪个表面应当面对凹槽的准备指示。
[0052]本文中对于尺寸使用的术语“约”的意思是尺寸的正负10%。
[0053] 虽然已结合本发明的优选实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行并未专门描述的增设、删除、修改和替换。
【权利要求】
1.一种用于在等离子体处理室中支撑半导体衬底的下电极组件，所述下电极组件包括: 温控下基板、上板以及包围所述下电极组件的粘结层的安装凹槽；以及 封边，其包括在未压缩状态下具有外部凹面的弹性体带，所述弹性体带安装在所述凹槽中使得所述弹性体带的上端和下端被轴向压缩并且所述弹性体带的最大向外膨胀不大于预定的距离。
2.如权利要求1所述的电极组件，其中所述凹面是:单个曲面；单个斜面，其被定向成使得所述弹性体带在其上端最 宽并且在其下端最窄；或者一对会聚的斜面，其被定向成使得所述弹性体带在其上端和下端最宽并且在其中部最窄。
3.如权利要求1所述的电极组件，其中所述弹性体带的外表面在所述弹性体带的上端包括均匀直径的圆柱形面，所述圆柱形面延伸少于所述弹性体带的高度的1/10。
4.如权利要求1所述的电极组件，其中所述弹性体带的高度为0.05英寸至0.15英寸，宽度为0.025英寸至0.040英寸，内径为11.3英寸至11.4英寸，并且所述弹性体带的每个边缘被圆整成具有0.001英寸至0.010英寸的半径。
5.如权利要求1所述的电极组件，其中所述弹性体带具有上环形面、宽度比所述上环形面小的下环形面、在所述上环形面与所述下环形面之间延伸的均匀直径的圆柱形内表面、从所述上环形面延伸约0.01英寸的均匀直径的外圆柱形面以及在所述外圆柱形面与所述下环形面之间延伸的均匀半径的曲面。
6.如权利要求1所述的电极组件，其中所述上层包括陶瓷材料，所述陶瓷材料中嵌有至少一个静电夹持电极。
7.如权利要求1所述的电极组件，其中所述下板是铝基板，所述铝基板中具有流体通道，冷却剂在所述流体通道中流通以维持所述基板在恒定温度。
8.如权利要求1所述的电极组件，其中所述预定的距离不大于0.004英寸并且/或者所述弹性体带被轴向压缩1%至20%。
9.如权利要求1所述的电极组件，其中所述下电极组件进一步包括加热器板，所述加热器板包括具有一个或多个空间分布的加热器的金属或陶瓷板，并且所述粘结层包括使所述下板粘结到所述加热器板的第一粘结层以及使所述加热器板粘结到所述上板的第二粘结层、由所述加热器板的外表面以及所述上板与下板的相对表面形成的安装凹槽。
10.如权利要求1所述的电极组件，其中所述弹性体带包括均匀直径的圆柱形内表面、相等宽度的平坦的上表面和下表面、在所述上表面与所述下表面之间延伸的外曲面，并且所述弹性体带的每个边缘被圆整。
11.一种等离子体蚀刻室，其中，如权利要求1所述的电极组件安装在所述等离子体蚀刻室的内部，并且所述电极组件的上层包括静电吸盘(ESC)。
12.一种制造如权利要求1所述的电极组件的方法，其包括将所述弹性体带压入所述凹槽中使得所述弹性体带被轴向压缩至少1%。
13.一种用于下电极组件的封边，所述下电极组件用于在等离子体处理室中支撑半导体衬底，其中所述下电极组件包括温控下基板、加热器板、上板、使所述下基板粘结到所述加热器板的第一粘结层、使所述加热器板粘结到所述上板的第二粘结层以及由所述加热器板的外表面和所述上板与所述下板的相对表面形成的安装凹槽，所述封边包括:弹性体带，所述弹性体带在未压缩状态下具有外部凹面，所述弹性体带的尺寸被设计为安装在所述凹槽中使得所述弹性体带的内周包围所述加热器板以及所述上粘结层和所述下粘结层，并且所述弹性体带的上端和下端被轴向压缩在所述上板与所述下板之间使得所述弹性体带的最大向外膨胀不大于预定的距离。
14.如权利要求13所述的封边，其中所述凹面是:单个曲面；单个斜面，其使得所述弹性体带在其上端最宽并且在其下端最窄；或者一对会聚的表面，其形成钝角使得所述弹性体带在其上端和下端最宽并且在其中部最窄。
15.如权利要求13所述的封边，其中所述弹性体带的外表面在所述弹性体带的上端包括均匀直径的圆柱形面，所述圆柱形面延伸少于所述弹性体带的高度的1/10。
16.如权利要求13所述的电极组件，其中所述弹性体带的高度为0.05英寸至0.15英寸，宽度为0.025英寸至0.050英寸，内径为11.3英寸至11.4英寸，并且所述弹性体带的每个边缘被圆整成具有0.001英寸至0.010英寸的半径。
17.如权利要求13所述的封边，其中所述弹性体带具有上环形面、宽度比所述上环形面小的下环形面、在所述上环形面与所述下环形面之间延伸的均匀直径的圆柱形内表面、从所述上环形面延伸约0.01英寸的均匀直径的外圆柱形面以及在所述外圆柱形面与所述下环形面之间延伸的均匀半径的曲面。
18.如权利要求13所述的封边，其中所述预定的距离不大于0.004英寸。
19.如权利要求13所述 的封边，其中所述弹性体带包括均匀直径的圆柱形内表面、相等宽度的平坦的上表面和下表面、在所述上表面与所述下表面之间延伸的外曲面，并且所述弹性体带的每个边缘被圆整。
20.如权利要求13所述的封边，其中所述封边由肖氏硬度A为60至75并且比重为1.9至2.1的全氟弹性体材料制成。
21.如权利要求13所述的封边，其中所述封边的高度:厚度的截面高厚比为2至5。
22.如权利要求13所述的封边，其中所述封边具有圆柱形内表面，所述圆柱形内表面上具有一个或多个几何形状特征。
23.如权利要求22所述的封边，其中所述一个或多个几何形状特征包括在所述内表面上的至少一个凹陷或者所述内表面上的至少一个凸起。
24.如权利要求16所述的封边，其中所述弹性体带具有上环形面、下环形面、在所述上环形面与所述下环形面之间延伸的均匀直径的圆柱形内表面、从所述上环形面延伸约0.01英寸的均匀直径的外部上圆柱形面、从所述下环形面延伸约0.01英寸的均匀直径的外部下圆柱形面以及在所述外部上圆柱形面与所述外部圆柱形面之间延伸的均匀半径的曲面。
25.如权利要求1所述的下电极组件，其中所述封边的外部凹面的曲率半径在约0.02英寸与0.8英寸之间。
26.如权利要求13所述的封边，其中所述封边的外部凹面的曲率半径在约0.02英寸与0.8英寸之间。
27.如权利要求1所述的下电极组件，其中，对于所述弹性体带中包含的每一金属元素，每十亿份所述弹性体带具有含量少于5000份的金属。
28.如权利要求13所述的封边，其中，对于所述弹性体带中包含的每一金属元素，每十亿份所述弹性体带具有含量少于5000份的金属。
【文档编号】H01L23/12GK104025286SQ201280051544
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年10月19日 优先权日:2011年10月20日
【发明者】李松, 大卫·谢弗, 安巴理什·查哈特, 基思·威廉·加夫, 布鲁克·梅思乐·赖 申请人:朗姆研究公司