專利名稱：夾持式噴淋頭電極總成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種等離子處理室中的噴淋頭(showerhead)電極總成，在所述等離 子處理室中可生產(chǎn)半導(dǎo)體部件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一種實施方式，噴淋頭電極總成包括夾持在墊板上的內(nèi)電極和外電極，其中 所述噴淋頭電極總成形成電容耦合等離子處理室的上電極。所述內(nèi)電極為圓形盤，有在其 下表面的等離子體暴露面和在其上表面的安裝面，所述下表面包括在所述盤外周的內(nèi)部臺 階和外部臺階。所述內(nèi)部臺階的直徑比所述外部臺階的直徑小，所述外部臺階位于所述內(nèi) 部臺階和所述安裝面之間。所述外部臺階配置為與夾持環(huán)向內(nèi)延伸的法蘭緊密配合，所述 內(nèi)部臺階配置為與所述外電極的內(nèi)部臺階緊密配合，所述外電極環(huán)繞所述內(nèi)電極，以使所 述外電極的內(nèi)錐面由所述等離子體暴露面的外緣延伸出來。所述安裝面包括多個定位銷凹 槽(alignment pin recess)，所述定位銷凹槽配置為容納定位銷，所述定位銷的排布方式 匹配墊板上定位銷孔，所述盤通過所述夾持環(huán)固定并緊靠所述墊板，且所述盤包括加工氣 體出口，所述加工氣體出口的排布方式匹配所述墊板上的氣體供應(yīng)孔。所述外電極為圓環(huán)形板狀，包括在其下表面的等離子體暴露面和在其上表面的安 裝面，所述上表面包括在內(nèi)部臺階和外部臺階之間的平面環(huán)形面，所述等離子體暴露面包 括內(nèi)部和外部傾斜表面。在所述平面環(huán)形面上有多個在周向彼此間隔的銷座(pocket)，其 被配置為在其中容納鎖銷(locking pin)，所述鎖銷適合將所述外電極夾持在墊板上。根據(jù)另一個實施方式，電容耦合等離子處理室的噴淋頭電極總成包括熱控板、墊 板、保護環(huán)、內(nèi)電極、外電極和夾持環(huán)。所述熱控板通過所述等離子體處理室的溫度控制壁 支撐，所述熱控板直徑大于在所述等離子體處理室中擬加工的晶圓直徑，并包括在其下表 面上的環(huán)形凸起，在所述環(huán)形凸起之間具有集氣室。所述墊板通過所述熱控板支撐，且其直 徑小于所述熱控板直徑，所述墊板有貫通的氣體通道，并且在水平延伸孔內(nèi)有凸輪鎖(cam lock)。所述保護環(huán)環(huán)繞所述墊板，并且是可旋轉(zhuǎn)到將其上的開孔對準至少一個凸輪鎖。所 述內(nèi)電極有貫通的氣體通道，其與所述墊板上的所述氣體通道之間流體相通，所述內(nèi)電極 的外周包括內(nèi)部臺階和外部臺階，所述外部臺階位于所述內(nèi)部臺階和所述內(nèi)電極的面對所 述墊板的表面之間。所述夾持環(huán)有覆蓋在所述內(nèi)電極的所述外部臺階上的內(nèi)法蘭，可選在 所述內(nèi)法蘭和所述外部臺階之間配置壓縮環(huán)，所述夾持環(huán)包括垂直延伸的階梯開口，所述 階梯開口對準所述墊板上的螺紋開口，所述階梯開口上的緊固件將所述夾持環(huán)固定在所述 墊板上，并在所述內(nèi)電極的所述外部臺階上施加壓力。所述外電極環(huán)繞所述內(nèi)電極并包括 垂直延伸的鎖銷，所述鎖銷與所述凸輪鎖相嚙合，所述外電極支撐所述保護環(huán)，通過將所述 鎖銷從所述凸輪鎖中移出即可拆除所述外電極。附圖簡要說明

圖1所示為噴淋頭電極總成的截面圖，所述噴淋頭電極總成形成用于蝕刻基板的 電容耦合等離子反應(yīng)室中的帶有保護環(huán)的上電極。
圖2A所示為典型凸輪鎖的三維視圖，所述凸輪鎖用于夾持圖1中所示的反應(yīng)室中 的外電極。圖2B所示為圖2A中的典型凸輪鎖電極夾的截面圖。圖3所示為用于圖2A和2B中的凸輪鎖夾中的典型柱頭螺栓側(cè)視圖和裝配圖。圖4A所示為用于圖2A和2B中的凸輪鎖夾中的典型凸輪桿的側(cè)視圖和裝配圖。圖4B所示為圖4A中的凸輪桿的一部分的典型刀具路徑邊界(cutter-path edge) 的截面圖。圖5A所示為帶有機械夾持在墊板上的內(nèi)電極和外電極的噴淋頭電極總成的截面 圖，圖5B所示為該噴淋頭電極在另一個位置上的截面圖，圖5C為圖5B的局部放大圖。圖6A-D圖示了所述內(nèi)電極的細節(jié)。圖7A-G圖示了所述外電極的細節(jié)。圖8A-D圖示了夾持所述內(nèi)電極的夾持環(huán)的細節(jié)。圖9A-F圖示了帶有熱膨脹區(qū)域的夾持環(huán)的細節(jié)。圖10A-C圖示了墊板的細節(jié)。
具體實施例方式集成電路芯片的生產(chǎn)通常開始于高純度單晶半導(dǎo)體材料基板(如硅或鍺)的拋光 薄片，稱為“晶圓”。每個晶圓經(jīng)過一系列的物理和化學加工工序，所述加工工序在所述晶圓 上形成各種電路結(jié)構(gòu)。在生產(chǎn)過程中，可采用各種技術(shù)在所述晶圓上沉積各種薄膜，所述技 術(shù)例如熱氧化技術(shù)以產(chǎn)生二氧化硅膜，化學霧化沉積技術(shù)以產(chǎn)生硅、二氧化硅、氮化硅膜， 以及噴濺或其他幾乎以產(chǎn)生其他金屬膜。在半導(dǎo)體晶圓上沉積一層膜后，使用一種稱為“摻雜”的工藝將晶圓中的選定的雜 質(zhì)替換為半導(dǎo)體晶格，以產(chǎn)生半導(dǎo)體的獨特電特性。經(jīng)摻雜的硅晶圓隨后可均勻涂敷光敏 或輻射敏感材料的薄層，所述材料稱“抗蝕劑(resist)”。隨后可使用一種稱為光刻的技術(shù) 將限定電路中電子通路的小幾何圖案轉(zhuǎn)印到所述抗蝕劑上。在光刻工序中，所述集成電路 圖案可被畫在稱為“掩?！钡牟ＡО迳?，然后所述集成電路圖案被光學還原、投射并轉(zhuǎn)印到 光敏涂層上。所述平面印刷的抗蝕劑圖案隨后通過一種稱為蝕刻的技術(shù)轉(zhuǎn)印到下方的半導(dǎo)體 材料晶體表面上。通常使用真空處理室進行蝕刻并在所述基板上化學霧化沉積(CVD)材 料，上述工序通過向所述真空處理室中供應(yīng)蝕刻或沉積氣體，并向所述氣體施加一射頻 (RF)場激勵所述氣體進入等離子體狀態(tài)實現(xiàn)。反應(yīng)離子蝕刻系統(tǒng)通常包含蝕刻室，所述蝕刻室中安裝有上電極(或稱陽極)和 下電極(或稱陰極)。所述陰極具有相對所述陽極和容器壁的負向偏壓。擬蝕刻的晶圓覆 蓋合適的掩模并被直接放置于所述陰極上?；瘜W反應(yīng)氣U^^nCF4、CHF3、CClF3、HBr、Cl2、 SF6或其混合物)與02、N2, He或Ar被導(dǎo)入所述蝕刻室中，并保持其壓強，所述壓強通常在 毫托范圍內(nèi)。所述上電極設(shè)有氣孔，使氣體通過所述電極均勻擴散到所述室中。在所述正 極和所述負極之間建立的電場使所述反應(yīng)氣體離解形成等離子體。通過晶圓與活性離子的 化學作用和所述離子碰撞所述晶圓的表面引起的動量交換蝕刻所述晶圓表面。所述電極產(chǎn) 生的所述電場會將所述離子吸引向所述負極，從而使所述離子碰撞所述表面的方向幾乎都呈垂直方向，由此該工序產(chǎn)生輪廓分明的垂直蝕刻側(cè)壁面。所述蝕刻反應(yīng)電極的生產(chǎn)可使 用機械方法和/或?qū)崮z連結(jié)兩個或更多的不同部件，由此實現(xiàn)功能多樣性。圖1所示為用于蝕刻基板的等離子體加工系統(tǒng)的噴淋頭電極總成100的部分截面 圖。如圖1所示，所述噴淋頭電極總成100包括上電極110，墊板140和保護環(huán)170。所述 噴淋頭電極總成100還包括環(huán)繞在上電極110和墊板140外周的等離子體限制總成(或稱 晶圓區(qū)域等離子體(WAP)總成)180。總成100還包括熱控部件102，以及在其中帶有液體流道并構(gòu)成所述室的溫度控 制壁的上板104。上電極110優(yōu)選包含內(nèi)電極120和外電極130。內(nèi)電極120優(yōu)選為圓柱 狀板并可由導(dǎo)電高純度材料制成，如單晶硅、多晶硅、碳化硅或其他合適的材料。如下文所 述，墊板140通過機械緊固件被機械鎖定在內(nèi)電極120和外電極130上。保護環(huán)170包繞 墊板140并且(如下文所述)開有通往凸輪鎖部件的開口。如圖1所示的噴淋頭電極總成100通常與靜電卡盤(未圖示)共同使用，所述靜電 卡盤帶有一平整的下電極，晶圓被支撐在所述下電極上，位于上電極110下方間隔l-2cm。 這樣的等離子體加工系統(tǒng)的一個實例是平行板式反應(yīng)器，例如加州Fremont的朗姆研究公 司制造的Exelan 電介質(zhì)蝕刻系統(tǒng)。這樣的夾持配置通過提供背面氦氣(He)壓力控制所 述晶圓與所述卡盤之間的熱交換率，由此提供晶圓的溫度控制。上電極110是消耗件，需要定期更換。為了向所述晶圓與所述上電極之間的間隙 供應(yīng)加工氣體，上電極110帶有氣體釋放通道106，所述排氣通道的尺寸和分布適應(yīng)于加 工氣體的供氣，所述加工氣體被所述電極激勵并在反應(yīng)區(qū)域內(nèi)上電極110下方形成等離子 體。噴淋頭電極總成100還包括環(huán)繞在上電極110和墊板140外周的等離子體限制總 成(或稱晶圓區(qū)域等離子體(WAP)總成)180。等離子體限制總成180優(yōu)選包括一堆或多個 彼此間隔開的石英環(huán)190，所述石英環(huán)環(huán)繞在上電極110和墊板140的外周。在加工過程中， 等離子體限制總成180在反應(yīng)區(qū)域中形成壓力梯度，并增加反應(yīng)室壁面與等離子體之間的 電阻，從而將所述等離子體限制在上電極110和所述下電極(未圖示)之間。在使用過程中，限制環(huán)190將所述等離子體限制在所述室容積內(nèi)，并控制所述反 應(yīng)室內(nèi)的等離子體的壓力。將所述等離子體限制在反應(yīng)室內(nèi)的功能決定于許多因素，包括 限制環(huán)190之間的間距、反應(yīng)室內(nèi)限制環(huán)外和等離子體內(nèi)的壓力、氣體的種類和流量、也包 括射頻能量的等級和頻率。如果限制環(huán)190之間的間距很小能夠更容易地實現(xiàn)對所述等離 子體的限制。通常為了實現(xiàn)所述限制需要0.15英寸或更小的間距。但是，限制環(huán)190之間 的間距還會決定所述等離子體的壓力，需要將所述間距調(diào)整到所述壓力能夠在維持等離子 體的同時，達到最佳加工性能。由氣源供應(yīng)的加工氣體通過上板104中的一個或多個通道 被供應(yīng)到電極110，上板104允許加工氣體被供應(yīng)到所述晶圓上方的單個或多個區(qū)域。內(nèi)電極120優(yōu)選由中心(未圖示)到外邊界具有均勻厚度的平盤/板狀。內(nèi)電極 120的直徑可小于、等于或大于擬加工的晶圓直徑，例如若所述板由單晶硅制成的話不超過 300mm，這是用于300mm晶圓的現(xiàn)有單晶硅材料的直徑。為加工300mm晶圓，外電極130被 相應(yīng)調(diào)整將上電極110的直徑由約15英寸擴大到約17英寸。外電極130可以是一個連續(xù) 部件(如，環(huán)狀的單晶硅、多晶硅、碳化硅或其他合適材料)或分段部件(如2-6個單獨部 分拼成的環(huán)，如單晶硅、多晶硅、碳化硅或其他合適材料的部分)。內(nèi)電極120優(yōu)選包括多個氣體通道106，以將加工氣體射入等離子體反應(yīng)室內(nèi)上電極110下方的空間。內(nèi)電極120和外電極130的等離子體暴露面優(yōu)選單晶硅材料。高純度單晶硅由于 其向反應(yīng)室中導(dǎo)入了最小量的非必須元素，因而在等離子體加工中能夠使基板的污染最小 化，并且其在等離子體加工中平滑磨損，因而能夠使顆粒最少化?？捎糜谏想姌O110的等離 子體暴露面的替代材料(包括材料混合物)包括例如SiC，SiN和A1N。在配置中，噴淋頭電極總成110的尺寸足夠大，可加工大基板，例如直徑為300mm 的半導(dǎo)體晶圓。對300mm晶圓，上電極110的直徑至少為300mm。但是加工其他尺寸的晶圓 時，可采用不同尺寸的噴淋頭電極總成100。制作墊板140的優(yōu)選材料應(yīng)當針對加工氣體具有化學耐性，所述加工氣體用于在 等離子體處理室中加工半導(dǎo)體基板；具有與電極材料接近的導(dǎo)熱系數(shù)；和/或具有導(dǎo)電性 及導(dǎo)熱性?？捎糜谥圃靿|板140的優(yōu)選材料包括，但不限于，石墨、SiC、鋁(Al)、或其他合 適的材料。內(nèi)電極120和外電極130可機械緊靠在墊板140上，而不在所述電極和所述墊板 之間使用任何粘性膠連接，即不使用導(dǎo)熱和導(dǎo)電的彈性連接材料將所述電極黏連在所述墊 板上。墊板140優(yōu)選采用合適的機械緊固件緊靠在熱控部件102上，所述機械緊固件可 以是螺紋栓、螺釘或類似物。例如，可將螺栓(未圖示)插入熱控部件102的孔內(nèi)，并轉(zhuǎn)入 墊板140上的螺紋開口內(nèi)。熱控部件102包括彎曲部分184，所述熱控部件優(yōu)選由機加工金 屬材料制造，例如鋁、鋁合金或類似材料。上溫控板104優(yōu)選由鋁或鋁合金制造。等離子體 限制總成(或稱晶圓區(qū)域等離子體總成(WAP))180位于噴淋頭電極總成100外部。包括多 個垂直可調(diào)等離子體限制環(huán)190的合適的等離子體限制總成180在專利號5534751的共 同所有美國專利中被披露，該專利被全文引述在此作為參考。如2008年3月14日提交的專利申請?zhí)朜o. 61/036862的共同轉(zhuǎn)讓美國專利所描 述的，所述外電極可通過凸輪鎖結(jié)構(gòu)機械連接到所述墊板上，該專利的披露內(nèi)容被引述在 此作為參考。圖2A所示為典型凸輪鎖電夾盤的三維視圖，包括電極201和墊板203的一部 分。所述電夾盤能夠快速、清潔并準確地將可消耗電極201緊靠在墊板上，所述墊板位于各 種生產(chǎn)相關(guān)的工具中，例如如圖1所示的等離子體蝕刻室。電極201可由各種材料構(gòu)成，包 括，但不限于，硅(Si)、碳化硅(SiC)或多晶(4-Si)。所述墊板通常由鋁或其他合適材料構(gòu) 成。所述凸輪鎖夾盤包括安裝在插孔(socket) 213中的柱頭螺栓(鎖銷)205。所述柱 頭螺栓可由彈簧盤堆棧(disc spring stack) 215包繞，例如不銹鋼Belleville墊圈。柱 頭螺栓205與彈簧盤堆棧215可通過使用粘性膠或機械緊固件壓入或扣入插孔213中。柱 頭螺栓205與彈簧盤堆棧215的排布方式使電極201與墊板203之間可能發(fā)生限量的側(cè)向 運動。限制側(cè)向移動的量使電極201與墊板203之間形成緊密的連接，由此保證良好的熱 接觸，同時為補償兩部件的熱膨脹差異提供了移動空間。關(guān)于受限側(cè)向移動特征的其他細 節(jié)將在下文中進行更詳細的討論。在一個特定典型實施方式中，插孔213由軸承級Torlon 生產(chǎn)。作為替代方式， 插孔213可由具有某些機械特性的其他材料生產(chǎn)，所述機械特性例如高強度和抗壓性、抗 蠕變性、尺寸穩(wěn)定性、抗輻射和化學物質(zhì)耐受性。多種材料，例如聚酰胺、聚酰亞胺、乙縮醛和極高分子量的聚乙烯材料，均可適用。無需采用高溫特種塑料和其他相關(guān)材料形成插孔 213，因為使用(例如蝕刻室)中所遇到的典型最高溫度為230°C。通常，典型的工作溫度更 靠近130°C。電極凸輪鎖夾的其他部分包括凸輪桿207，所述凸輪桿兩端被一對凸輪桿軸承 209包繞。凸輪桿207及凸輪桿軸承總成安裝在墊板孔211中，所述墊板孔通過機加工在 墊板203上形成。在為300mm半導(dǎo)體晶圓設(shè)計的蝕刻室的典型應(yīng)用中，可在電極201/墊板 203的結(jié)合體的周邊間隔排布八個或更多的電極夾。凸輪桿軸承209可使用多種材料機加工而成，包括Torlon 、Vespel 、Celcon 、 Delrin 、Teflon 、Arlon 或其他具有低摩擦系數(shù)和低顆粒脫落特性的材料例如含氟聚合 物，乙縮醛，聚酰胺，聚酰亞胺，聚四氟乙烯，聚醚醚酮(PEEK)。柱頭螺栓205與凸輪桿207 可使用不銹鋼進行機加工(如316，316L，17-7等)或任何其他提供高強度和抗腐蝕性的材 料?，F(xiàn)在參見圖2B，所述電極凸輪夾的截面圖進一步示例了凸輪夾拉動電極201緊靠 墊板203的工作。柱頭螺栓205/彈簧盤堆棧215/插孔213的總成被安裝在電極201中。 如圖所示，可轉(zhuǎn)動該總成，將插孔213的外螺紋轉(zhuǎn)入電極201的螺紋銷座中。但是，所述插 孔也可采用粘性膠或其他形式的機械緊固件安裝。在圖3中，柱頭螺栓205的正視圖和裝配圖300提供了凸輪鎖電夾盤的典型設(shè)計 的附加細節(jié)，所述柱頭螺栓有放大的頭部、彈簧盤堆棧215和插孔213。在一個特定典型實 施方式中，柱頭螺栓/彈簧盤總成301被壓入插孔213內(nèi)。插孔213有外螺紋和六角頭部 件，允許電極201(參見圖2A，2B)能夠以小轉(zhuǎn)矩(例如，在一個特定典型實施方式中，約20 英寸-磅)容易地插入。如前所述，插孔213可由多種塑料機加工生產(chǎn)。使用塑料能夠使 顆粒的產(chǎn)生最小化，并且在將插孔213裝入電極201上的匹配銷座時不發(fā)生磨損。柱頭螺栓/插孔總成303圖示了插孔213上部的內(nèi)徑大于柱頭螺栓205中部的外 徑。這兩部分之間的直徑差異允許組裝電極夾中發(fā)生受限的側(cè)向移動，如前所述。柱頭螺 栓/彈簧盤總成301與插孔213之間在插孔213底部保持剛性接觸，同時所述直徑差異允 許發(fā)生一定的側(cè)向移動。(也可見圖2B。)參考圖4A，凸輪桿207和凸輪桿軸承209的分解圖400還顯示了鍵銷401。有鍵 銷401的凸輪桿207的端部首先被插入墊板孔211(見圖2B)中。在墊板孔211遠端的一 對小匹配孔(未圖示)使凸輪桿207能夠在墊板孔211中合適地定位。凸輪桿207的側(cè)面 立視圖420清晰的顯示了六角開孔403在凸輪桿207 —端的可能位置，和鍵銷401在另一 端的可能位置。例如，繼續(xù)參考圖4A和2B，電極凸輪夾通過將凸輪桿207插入墊板孔211中組裝 起來。鍵銷401通過與所述一對小匹配孔之一相接，限制凸輪桿207在墊板孔211中的旋 轉(zhuǎn)移動。盡管使用了六角形開口 403，所述凸輪桿可首先向一個方向旋轉(zhuǎn)(例如逆時針方 向)使柱頭螺栓205能夠進入凸輪桿207，然后順時針方向旋轉(zhuǎn)至完全嚙合，并鎖定柱頭螺 栓205。將電極201固定在墊板203上所需的夾持力，通過將彈簧盤堆棧215壓縮超過其自 由堆積高度提供。凸輪桿207上有內(nèi)切偏心孔，與柱頭螺栓205的放大的頭部相嚙合。當彈 簧盤堆棧215被壓縮時，所述夾持力被轉(zhuǎn)移到彈簧盤堆棧的各個單獨的彈簧盤，至插孔213 并經(jīng)過電極201傳遞到墊板203。
在一個典型的實施模式中，一旦所述凸輪桿軸承被安裝到凸輪桿207上并插入墊 板孔211中，凸輪桿207被逆時針旋轉(zhuǎn)至其最大旋轉(zhuǎn)路徑。隨后柱頭螺栓/插孔總成303 (圖 3)以小力矩旋轉(zhuǎn)進入電極201中。隨后柱頭螺栓205頭部插入水平延伸的墊板孔211下 方的垂直延伸通孔。電極201緊靠墊板203放置，凸輪桿207順時針旋轉(zhuǎn)直到所述鍵銷進 入所述兩個小匹配孔中的第二個(未圖示)或者聽到一可聽到的“咔噠”聲(下文詳細討 論)。該典型的實施模式可逆向操作，將電極201從墊板203中拆卸下來。參考圖4B，圖4A中的凸輪桿207的側(cè)面立視圖402中A-A截面的截面圖顯示了將 柱頭螺栓205的頭部充分鎖定的刀具路徑邊界440。在一特定典型實施方式中，選擇兩個半 徑R1A2使柱頭螺栓205的頭部，當柱頭螺栓205被充分鎖定時，如前所述，發(fā)出一聲可聽到 的咔噠聲。圖5A所示為用于電容耦合等離子體室的上電極總成500，所述電容耦合等離子體 室具有下述特征(a)凸輪鎖定的非連結(jié)的外電極502; (b)夾持的非連結(jié)的內(nèi)電極504; (c)墊板506 ；以及(d)保護環(huán)508，所述保護環(huán)允許將所述外電極固定在墊板506上的凸輪 鎖穿過。圖5B所示為該電極總成在另一個位置上的截面圖；圖5C為圖5B的部分放大圖， 其中顯示了用于從所述墊板拆卸所述內(nèi)電極的螺旋頂(jackscrew)的細節(jié)。電極總成500包括熱控板510，所述熱控板從所述室外側(cè)通過螺栓連接到所述室 的溫度控制上壁面512。所述外電極以可拆卸的方式通過凸輪鎖514連接到墊板上，參考圖 2-4如前所述。所述內(nèi)電極通過一夾持環(huán)516夾持到所述熱控板上。所述夾持環(huán)包括一系 列的孔，所述孔容納轉(zhuǎn)入螺紋開口的緊固件(例如螺栓、螺釘)，所述螺紋開口位于墊板506 的下表面。為避免所述夾持環(huán)與所述內(nèi)電極外邊界的臺階發(fā)生接觸，硬質(zhì)材料(例如硬聚 酰亞胺材料，如CIRLEX)的壓縮環(huán)518被壓縮在所述內(nèi)電極和所述夾持環(huán)相對表面之間的 空間內(nèi)。在優(yōu)選實施方式中，電極總成500的外電極502可通過下述步驟拆卸(a)旋轉(zhuǎn)保 護環(huán)508至第一位置，使所述保護環(huán)上的四個孔對準四個凸輪鎖514，所述凸輪鎖在所述墊 板的外圍間隔分布；(b)將扳手插入并穿過所述保護環(huán)上的每個孔中，并旋轉(zhuǎn)每個凸輪鎖， 松弛每個凸輪鎖的垂直延伸的鎖銷；(c)將所述保護環(huán)旋轉(zhuǎn)90度至第二位置，使所述保護 環(huán)上四個孔對準另四個凸輪鎖；(d)將扳手插入并穿過所述保護環(huán)上的每個孔中，并旋轉(zhuǎn) 每個凸輪鎖，松弛每個凸輪鎖的垂直延伸的鎖銷；由此可放低外電極502并將其從等離子 室中取出。圖5A還顯示了凸輪鎖裝置之一的截面圖，其中可旋轉(zhuǎn)凸輪鎖514位于在墊板506 的外圍部分中延伸的水平延伸孔560中。圓柱狀的凸輪鎖514可通過工具(例如扳手)旋 轉(zhuǎn)至鎖定位置，在該鎖定位置上鎖銷562的放大端與凸輪鎖514的凸輪面嚙合，所述凸輪鎖 拉舉所述鎖銷的所述放大端；或者可旋轉(zhuǎn)至釋放位置，在釋放該位置上鎖銷562與凸輪鎖 514不嚙合。所述墊板包括垂直延伸孔，所述鎖銷插入并穿過該垂直延伸孔與所述凸輪鎖嚙合。圖5B圖示了所述電極總成的截面圖，所述截面位于通過螺旋頂570和插入拴571 的位置，所述插入拴進入保護環(huán)508上的入孔574中，并轉(zhuǎn)入所述墊板上的螺紋孔中，以防 所述保護環(huán)發(fā)生轉(zhuǎn)動。優(yōu)選地，間隔120度配置三個合適材料(例如不銹鋼)的螺旋頂570 以便拆卸所述內(nèi)電極。插入拴571優(yōu)選聚合物或陶瓷螺釘，將其轉(zhuǎn)入墊板506的螺紋開口中。所述外電極的外部階梯與所述保護環(huán)上的匹配階梯相接，并在墊板506的外圍與保護 環(huán)508的內(nèi)邊界之間保持環(huán)形空隙575。螺旋頂570包括上螺紋桿570a，所述上螺紋桿進 入墊板506上的螺紋開口中；下桿570b，所述下桿帶有鍵孔570c以便于工具(例如扳手) 嚙合；環(huán)形法蘭570d，所述環(huán)形法蘭位于上、下桿之間。聚合物環(huán)572，例如CIRCLEX環(huán)，承 受墊板506與每個法蘭570d的相對表面之間的壓力；聚合物墊圈573，例如TEFLON環(huán)，承受 每個法蘭570d的下表面與內(nèi)電極504、夾持環(huán)516之間的相對表面之間的壓力。在優(yōu)選實 施方式中，聚合物環(huán)572約0. 031英寸厚、0. 5英寸寬，帶有12個供緊固件(用于將所述夾 持環(huán)固定在墊板上)穿過的孔和3個供所述螺旋頂?shù)臈U570a穿過的孔。墊板506包括部 分在內(nèi)電極外邊界下方延伸的開口，每個孔的深度足以容納單獨的法蘭570和墊圈573。聚 合物環(huán)572被容納在所述墊板的環(huán)形槽內(nèi)。在將所述內(nèi)電極從所述墊板上拆卸的過程中， 扳手旋轉(zhuǎn)的方向使法蘭570向所述內(nèi)電極的上表面移動，由此克服由熱交換環(huán)、0型環(huán)或類 似中間插入物引起的可能的所述內(nèi)電極和所述墊板之間的黏附。圖6A-D圖示了內(nèi)電極504的細節(jié)。內(nèi)電極504優(yōu)選高純度(雜質(zhì)少于IOppm)、 低電阻(0.005至0.02歐-厘米)的單晶硅板，其帶有在上表面(安裝面)522的定位銷 孔(alignment pin hole) 520，所述定位銷孔容納聚合物材料(例如T0RL0N5030)的定位 銷524 ；并帶有在外邊界5 上的階梯，所述階梯與夾持環(huán)516、外電極502的內(nèi)邊界緊密配 合。具有合適直徑和/或構(gòu)造(例如，直徑0.017英寸的孔)的氣孔528由所述上表面延 伸到所述下表面(等離子體暴露面)530，且可依照任何合適的圖案分布。在所示的實施方 式中，所述氣孔沿周向排布為13排，在距離電極中心點0. 25英寸的第一排有4個氣孔，在 距離電極中心點0. 7英寸的第二排有10個氣孔，在距離電極中心點1. 25英寸的第三排有 20個氣孔，在距離電極中心點1. 95英寸的第四排有沈個氣孔，在距離電極中心點2. 3英寸 的第五排有30個氣孔，在距離電極中心點2. 7英寸的第六排有36個氣孔，在距離電極中心 點3. 05英寸的第七排有40個氣孔，在距離電極中心點3. 75英寸的第八排有52個氣孔，在 距離電極中心點4. 1英寸的第九排有58個氣孔，在距離電極中心點4. 5英寸的第十排有62 個氣孔，在距離電極中心點5. 2英寸的第十一排有70個氣孔，在距離電極中心點5. 45英寸 的第十二排有74個氣孔，在距離電極中心點5. 75英寸的第十三排有80個氣孔。所述電極的所述上表面包括6個定位銷孔520，其中3個銷孔在中心點附近，3個 銷孔在所述電極的外邊界附近。所述銷孔的直徑可為約0.116英寸。所述3個中心附近的 銷孔徑向分布，并包括一個在所述內(nèi)電極中心點的約0. 160英寸深的銷孔，和兩個距離所 述內(nèi)電極中心點約1. 6英寸(在所述氣孔的第三排和第四排之間)的約0. 200英寸深的銷 孔。所述外邊界附近的銷孔約0. 100英寸深，并包括一個與所述中心附近的銷孔徑向?qū)R 的銷孔，該銷孔距離中心點的銷孔約6英寸；和與第一個外邊界附近的銷孔偏移97. 5°和 170°的另兩個銷孔，所述另兩個銷孔距離中心點銷孔的距離與第一個外邊界附近的銷孔 相等，所述兩個銷孔之間偏移92. 5°。所述外部階梯包括機加工至所述硅板上的內(nèi)部臺階532和外部臺階534，由此完 全圍繞所述硅板周圍延伸。在一個優(yōu)選實施方式中，所述硅板厚度約0. 400英寸、外徑約 12. 560英寸，所述內(nèi)部臺階532內(nèi)徑約12. 004英寸、外徑12. 135英寸并向等離子體暴露面 530中延伸約0. 13英寸，外部臺階534內(nèi)徑約12. 135英寸、外徑12. 560英寸，并向等離子 體暴露面530中延伸約0. M英寸。內(nèi)部臺階532有約0. 13英寸長的縱向表面53 和約0. 065英寸長的橫向表面532b，外部臺階534有0. 11英寸長的縱向表面53 和約0. 218 英寸長的橫向表面534b。圖6A顯示了內(nèi)電極504的等離子體暴露面530及其帶有的13排氣孔的正視圖。 圖6B顯示了上表面522及其帶有的13排氣孔和6個銷孔520的正視圖。圖6C顯示了最 靠近等離子體暴露面的內(nèi)部臺階和最靠近所述內(nèi)電極的所述上表面的外部臺階的側(cè)視圖。 圖6D為圖6C中細節(jié)D的放大圖，顯示了帶有6個圓角的內(nèi)部和外部階梯，所述圓角分別位 于上表面522的外緣、下表面530的外緣、水平和垂直表面(53^i、532b、53^、534b)與彼此 之間以及其與上下表面之間的夾角處(例如以0. 025的半徑導(dǎo)圓角)。外電極502包括外部臺階536 (支撐保護環(huán)508)、內(nèi)部臺階538 (覆蓋所述夾持環(huán) 和所述內(nèi)電極的內(nèi)部臺階)、上表面(即安裝面)540 (與墊板506的下表面相嚙合)、下表 面(即等離子體暴露面)542 (包括內(nèi)錐面M4、水平表面M6、外錐面548和8個位于上表 面討0的安裝所述鎖銷的銷座550)。圖7A-G顯示了所述外電極的不同視圖。圖7A顯示了外電極502的等離子體暴露 面討2的俯視平面圖，圖7B顯示了所述外電極的側(cè)視圖。所述外電極是圓環(huán)，所述圓環(huán)帶 有內(nèi)/外錐面M4548以及在其之間形成等離子體暴露面542的水平表面M6。所述外電 極優(yōu)選高純度低電阻的單晶硅或高純度多晶硅單片。作為替代方式，所述外電極可由高純 度單晶硅或多晶硅散片拼接而成。圖7C顯示了通過整個外電極的截面圖，圖7D顯示了圖 7C中細節(jié)D的局部放大圖。在優(yōu)選實施方式中，所述外電極外徑約17英寸、內(nèi)徑約12. 024 英寸。水平表面討6由其約12. 552英寸的內(nèi)徑徑向延伸1.709英寸，至其約15. 97英寸的 外徑。所述外電極的所述上表面包括內(nèi)部臺階538和外部臺階536，以及在內(nèi)外部臺階之 間延伸的平面環(huán)形水平安裝面552。安裝面552內(nèi)徑約13. 665英寸，外徑約16. 752英寸。 圖7C顯示了 8個安裝鎖銷的銷座550中的兩個。圖7D圖示了內(nèi)、外錐面討4、548和外電極502上的內(nèi)部、外部階梯536、538的優(yōu) 選實施方式的細節(jié)，其中所述錐面形成與水平等離子體暴露面546的20到40°的夾角。更 優(yōu)選地，內(nèi)錐面討4的形成的夾角為34. 3°，外錐面548形成的夾角為9°。內(nèi)部臺階 538包括高約0. 145英寸的縱向表面538a，和徑向延伸約0. 825英寸的橫向表面538b。外 部臺階536約0. 076英寸的縱向表面536a，和徑向延伸約0. 124英寸的橫向表面536b。內(nèi) 部臺階538與內(nèi)錐面548之間的內(nèi)縱向表面538c的高度約0. 115英寸。外部臺階536和 外錐面544之間的外縱向表面536c的高度約0. 125英寸。安裝鎖銷的銷座550深約0. 325 英寸，所述外電極的整個厚度約0. 440英寸。所述銷座可為寬0. 5英寸的螺紋孔，用于安裝 鎖銷的螺紋安裝基底(圖2-3中所示的插孔213)。所述銷座的開口處可包括一個錐角，而 所述銷座的底部可包括無螺紋的螺紋隙段(thread relief section)，其最大長度為0. 040 英寸。所述內(nèi)部/外部階梯和內(nèi)/外錐面的所有夾角均導(dǎo)圓角(例如以0.025的半徑導(dǎo)圓 角)。圖7E為外電極502的上表面540的俯視圖，其中8個安裝鎖銷的8個銷座550的 位置為所述鎖銷的中心點與彼此間隔15. 244英寸。還圖示了一組37個孔552(與真空壓 強感應(yīng)裝置，例如壓力計，相通)，所述孔直徑約0. 025英寸、排列成7排、間隔0. 07英寸，在 安裝面540上的部分排列成六邊形形狀，所述安裝面沿約0. 480英寸的半徑略微延伸至所 述內(nèi)部臺階以內(nèi)。三個定位銷孔5M半徑約0. 016英寸、深0. 200英寸、在所述安裝面的外周附近間隔120°布置。圖7F是顯示外電極502的所述上表面的立體圖，圖7G是顯示外電 極502的所述下表面的立體圖。夾持環(huán)516用螺栓固定到墊板506上，并緊壓高硬度的聚合物壓縮環(huán)518。聚合 物環(huán)518緊壓內(nèi)電極504的外部臺階534和貼合在夾持環(huán)516上的外電極502的內(nèi)部臺階 538，所述外電極與所述內(nèi)電極的內(nèi)部臺階534貼合，所述外電極帶有內(nèi)錐面M4，所述內(nèi)錐 面由內(nèi)電極504的平面暴露面開始延伸。由于8個鎖銷施加的夾持力，所述外電極的安裝面 540緊靠墊板506的上的相對面，所述鎖銷通過所述墊板內(nèi)的8個凸輪鎖固定。保護環(huán)508 覆蓋墊板506的安裝孔，所述保護環(huán)上的通孔5 填入可移除的插入物571，所述插入物由 抗等離子體聚合材料制成，例如 1"01"1011 、￥68 61 丄61(；011 、0611^11 、16打011 、六1~1011 或其他具有低摩擦系數(shù)和低顆粒脫落的材料，例如含氟聚合物、乙縮醛、聚酰胺、聚酰亞胺、 聚四氟乙烯、聚醚醚酮(PEEK)。參考圖5，墊板506和內(nèi)電極504之間的電接觸通過一個或多個熱交界材料(TIM) 和/或Q-墊556實現(xiàn)，所述TIM和/或Q-墊位于所述內(nèi)電極的外圍及所述中心定位銷和 外部Q墊之間的一個或多個位置。這樣的TIM可以是帶有導(dǎo)電材料的聚合物層壓環(huán)，例如 Geltec 交界材料 C0H-4000、C0H-2003、RE-10、C0H-1002、DP-100、DP-200 或 DP-300，其使 用的厚度可以是0. 5mm、l. 0mm,2. Omm或3. 0mm，優(yōu)選厚度0. 012或0. 02英寸和0. 31英寸。 例如TIM環(huán)或Q-墊可位于距離所述內(nèi)電極中心2英寸和6英寸的位置。為了提供不同的 加工氣混合物和/或流量，可在中心定位銷和外部Q-墊之間配置一種或多種可選氣體分隔 密封物。例如可在內(nèi)電極504和墊板506之間配置一個0型環(huán)，其位置在內(nèi)部和外部Q-墊 之間，由此將內(nèi)部氣體分布區(qū)域與外部氣體分布區(qū)域區(qū)分開來。0型環(huán)558位于內(nèi)電極504 和墊板506之間，沿所述外部Q-墊的內(nèi)周布置，可實現(xiàn)所述內(nèi)電極和墊板之間的氣體和顆 粒密封。圖8A-D圖示了夾持環(huán)516的細節(jié)，所述夾持環(huán)厚0. 419英寸、外徑約13. 575英寸、 內(nèi)徑約12. 590英寸、法蘭由內(nèi)徑開始延伸約0. 212英寸。夾持環(huán)516包括徑向向內(nèi)延伸的 法蘭564，所述法蘭與內(nèi)電極504的外部臺階534緊密配合。12個階梯孔566穿過所述夾 持環(huán)的上、下表面，容納緊固件，例如螺釘、螺栓或其他合適的機械緊固件，所述緊固件轉(zhuǎn)入 墊板506上的螺紋開口內(nèi)。法蘭564和內(nèi)電極504的相對面之間的壓縮環(huán)518保護內(nèi)電極 免受由于鋁墊板在緊固螺釘過程中的破裂導(dǎo)致的磨損。所述環(huán)優(yōu)選0. 031英寸厚、0. 071英 寸寬的矩形截面的CIRLEX。法蘭564可包括容納壓縮環(huán)518的矩形槽。例如，所述槽可具 有0. 10英寸的寬度和0. 01英寸的厚度。圖8A為夾持環(huán)516的側(cè)視圖，圖8B是顯示均勻分布的孔566的仰視圖。圖8C是 所述夾持環(huán)在細節(jié)C位置的截面圖，圖8D是圖8B中細節(jié)D的所述夾持環(huán)平面圖。由8B和 8D可見，階梯孔566的較大部分為多邊形，可防止多邊形鎖定墊圈的旋轉(zhuǎn)，所述多邊形鎖定 墊圈在面對螺釘頭的面上帶有鋸齒以防在噴淋頭電極總成的溫度循環(huán)中螺釘發(fā)生松動。所 述夾持環(huán)可包括開口 568，以容納由墊板506延伸出的螺旋頂570的下桿。所述螺旋頂?shù)姆?蘭容納在所述夾持環(huán)的反面的凹處內(nèi)。由此，在內(nèi)電極的安裝過程中，所述螺旋頂有助于將 所述夾持環(huán)對準墊板。如前文所解釋的，考慮到拆卸，可采用三個均勻間隔的螺旋頂將所述 內(nèi)電極從墊板506上拆除。如前文所解釋的，夾持環(huán)516可包括鎖定墊圈，以防將夾持環(huán)固定在墊板上的緊固件由于熱膨脹與收縮的差異發(fā)生松動。例如，鎖定墊圈包括上、下兩半的墊圈，一端具有 徑向槽，另一端具有一系列傾斜臺階，所述鎖定墊圈被用于具有相對的傾斜表面的螺釘，以 保持開槽的上、下表面在螺栓緊固過程中保持平行。在所述室對單獨晶圓的一系列加工中， 熱膨脹與收縮的差異可引起緊固件(例如螺釘或螺栓)退出。所述夾持環(huán)為所述內(nèi)電極提 供適度夾持的時間至少需要達到500射頻小時(在晶圓加工中在所述室中產(chǎn)生等離子體的 時間)。假設(shè)每塊晶圓的等離子體加工時間為300秒，500射頻小時即可加工6000塊晶圓。為了抵消熱膨脹的差異，夾持環(huán)516可被設(shè)計成吸收熱載荷，這是由于利用了熱 膨脹區(qū)域577的膨脹，所述熱膨脹區(qū)域在溫度的循環(huán)中沿周向壓縮以保持基本一致的夾持 環(huán)直徑。合適的夾持環(huán)設(shè)計在美國專利號6200415的共同所有專利中被披露，該專利被全 文引述在此作為參考。圖9A-F圖示了另一個合適的夾持環(huán)設(shè)計，其中圖9A是夾持環(huán)576的側(cè)視圖，圖9B 顯示了圖9A中的特征B的細節(jié)，圖9C是所述夾持環(huán)的部分俯視圖，顯示了槽578形成的熱 膨脹區(qū)域577的特征，圖9D是圖9A中所示的環(huán)的俯視圖，圖9E顯示了圖9D中的細節(jié)E，圖 9F顯示了圖9D中的細節(jié)F。如圖9A所示，夾持環(huán)576可包括徑向延伸槽578形式的熱膨脹區(qū)域577。優(yōu)選地， 槽578配置為多個組，帶有由所述夾持環(huán)的內(nèi)周或外周延伸鄰近槽。例如每組槽可包括兩 個或更多的槽，所述槽形成U型擴張/收縮區(qū)域577 (例如，3個槽形成一個U型區(qū)域，5個 槽形成兩個U型區(qū)域)。在5個槽的實施方式中，3個槽578a由外周576a開始向內(nèi)延伸， 兩個槽578b由內(nèi)周576b開始向外延伸，向外延伸的槽位于向內(nèi)延伸的槽之間。每個槽的 末端可采取一個圓形端壁578c，位于內(nèi)周/外周附近。例如，所述向內(nèi)延伸的槽其延伸長度 可超過50%的夾持環(huán)寬度，由此所述圓形端壁的位置在距離內(nèi)周1/2寬度以內(nèi)。優(yōu)選地，所 述槽延伸超過75 %，更優(yōu)選地超過80 %，最佳地超過90 %的夾持環(huán)寬度。為了加工300mm的晶圓，所述內(nèi)電極具有寬度12到13英寸，所述夾持環(huán)直徑略 大，帶有向內(nèi)延伸的法蘭580以嚙合內(nèi)電極504的外部臺階534。夾持環(huán)576可包括至少4 組槽，優(yōu)選至少8組槽，更優(yōu)選16組槽，最佳地M組槽。在一個優(yōu)選實施方式中，所述槽的 寬度約0. 03到0. 1英寸，優(yōu)選0. 05到0. 09英寸，最優(yōu)選0. 06到0. 08英寸，所述圓形端壁 直徑大于所述槽的寬度。每個容納夾持緊固件的階梯孔582可位于每組槽之間；或者如果 所使用的緊固件數(shù)量少于所述槽的組數(shù)，階梯孔582可在每組槽之間間隔分布，或者以其 他任何的所需方式排布。為了防止緊固件的退出，緊固件的桿可包括鎖定墊圈，例如上述的成對的兩半的 鎖定墊圈。例如，可使用一個或多個鎖定墊圈嚙合所述緊固件頭部的下表面，以防止所述 緊固件在所述夾持環(huán)溫度的循環(huán)變化中的轉(zhuǎn)動，由于所述階梯孔上較大部分區(qū)域的對應(yīng)形 狀，所述鎖定墊圈無法轉(zhuǎn)動。圖10A-C圖示了墊板506的細節(jié)，其中圖IOA是所述墊板的正面584的正視圖，圖 IOB是所述墊板下表面586的正視圖，圖IOC是截面位置在兩個凸輪鎖的鎖孔560的截面圖。墊板506的上表面584與熱控板510上的三個環(huán)形凸出511(見圖5A)在環(huán)形區(qū) 域588內(nèi)嚙合，環(huán)形區(qū)域588包括螺紋開口，所述螺紋開口用于容納延伸穿過熱控板510并 將其緊靠在所述墊板上的緊固件。額外的螺紋開口位于所述上表面的周邊部分，以安裝額外的緊固件。十三排孔590在上、下表面之間延伸，以便對準所述內(nèi)電極上的所述氣孔?？?590比內(nèi)電極氣體通道大，以在熱膨脹的差異中保持對準。調(diào)節(jié)熱膨脹的孔尺寸的細節(jié)在共 同轉(zhuǎn)讓的美國專利，公布號2008/0141941和2008/0090417中被披露，其內(nèi)容被引述在此作 為參考。熱交界墊優(yōu)選插入在凸出511和區(qū)域588之間以強化熱與電傳導(dǎo)。為監(jiān)控室的真 空壓強，將一組孔592布置在槽594內(nèi)側(cè)，所述孔與所述外電極上的孔522緊密配合，所述 槽中安裝氣體密封件，例如0型圈。下表面586包括環(huán)形區(qū)域596，在該環(huán)形區(qū)域中熱交界材料(例如Q-墊)被插入 所述墊板和所述內(nèi)電極之間。用于安裝氣體密封件(0型圈)的凹槽598將氣孔590分隔 至中心區(qū)域和外部環(huán)形區(qū)域。確定定位銷孔600的尺寸以容納定位銷，所述定位銷由內(nèi)、外 電極向上延伸，距離中心銷孔相對較遠的定位孔被放大或加長以適應(yīng)所述電極和所述墊板 之間熱膨脹或收縮的差異。所述下表面包括8個縱向延伸的階梯孔602，所述階梯孔容納鎖 銷562，所述鎖銷由外電極向上延伸。水平延伸孔604容納前文所述的圓柱凸輪鎖514。盡管本發(fā)明參考特定的實施方式進行了細節(jié)的描述，但顯然對本領(lǐng)域的技術(shù)人員 而言，在所附的權(quán)利要求范圍內(nèi)可進行多種變化和調(diào)整，并可采用等價物替換。
權(quán)利要求
1.噴淋頭電極總成，其中所述噴淋頭電極構(gòu)成電容耦合等離子處理室的上電極，其包括墊板，所述墊板具有在其上、下表面之間延伸的氣體通道；夾持環(huán)，所述夾持環(huán)具有法蘭和階梯孔，所述法蘭向內(nèi)延伸，所述階梯孔配置為容納緊 固件，所述緊固件與所述墊板的所述下表面中的螺紋開口相嚙合；噴淋頭電極，所述噴淋頭電極包括圓形板，所述板具有位于下表面的等離子體暴露面； 位于上表面的安裝面；內(nèi)表面，所述內(nèi)表面包括在所述板外周的臺階，所述臺階被配置為與 所述夾持環(huán)的所述向內(nèi)延伸的法蘭配合；所述板包括按圖案排列的加工氣體出口，所述圖 案與所述墊板上的所述氣體通道相匹配；以及壓縮環(huán)，所述壓縮環(huán)位于所述夾持環(huán)法蘭和所述噴淋頭電極的臺階的相對表面之間；螺旋頂，所述螺旋頂安裝在所述墊板的下表面，可旋轉(zhuǎn)所述螺旋頂使環(huán)形法蘭在所述 螺旋頂上向所述內(nèi)電極的所述上表面移動，從而在所述內(nèi)電極的拆卸過程中將所述內(nèi)電極 從所述墊板上分離。
2.如權(quán)利要求1所述的噴淋頭電極總成，其中所述螺旋頂包括與所述墊板的所述下表 面上的螺紋開口相嚙合的上螺紋桿，和帶有鍵槽以便與工具相嚙合的下桿，所述工具旋轉(zhuǎn) 每一個所述螺旋頂；所述電極總成進一步包括上聚合物環(huán)和聚合物墊圈，所述上聚合物環(huán) 帶有容納緊固件的開口和容納所述上桿的開口，所述緊固件將所述夾持環(huán)固定在所述墊板 上，所述聚合物環(huán)位于每個環(huán)形法蘭和所述墊板的相對表面之間，所述聚合物墊圈環(huán)繞所 述下桿并位于每個環(huán)法蘭和所述噴淋頭電極的相對表面之間。
3.如權(quán)利要求1所述的噴淋頭電極總成，其中所述夾持環(huán)包括熱膨脹區(qū)域，以容納所 述夾持環(huán)的熱膨脹。
4.如權(quán)利要求3所述的噴淋頭電極總成，其中所述熱膨脹區(qū)域包括由所述夾持環(huán)的所 述外邊界向內(nèi)延伸的槽，以及由所述夾持環(huán)的所述內(nèi)邊界向外延伸的槽。
5.如權(quán)利要求4所述的噴淋頭電極總成，其中所述槽被布置為交替的向內(nèi)和向外的槽 的組，每組槽包括兩個由所述夾持環(huán)的所述內(nèi)邊界向外延伸的槽，該槽的終點采取圓形端 壁；和三個由所述夾持環(huán)的所述外邊界向內(nèi)延伸的槽，該槽的終點采取圓形端壁。
6.如權(quán)利要求1所述的噴淋頭電極總成，進一步包括在所述墊板和所述噴淋頭電極之 間的熱交界環(huán)和氣體密封件，所述氣體密封件位于所述氣體通道和所述熱交界環(huán)的外側(cè)。
7.如權(quán)利要求1所述的噴淋頭電極總成，進一步包括壓縮環(huán)，所述壓縮環(huán)位于所述夾 持環(huán)的所述法蘭和所述噴淋頭電極的所述外部臺階之間。
8.噴淋頭電極總成的外電極，其中所述外電極環(huán)繞內(nèi)電極，所述噴淋頭電極總成構(gòu)成 電容耦合等離子處理室的上電極，其包括環(huán)形板，所述環(huán)形板具有在下表面的等離子體暴露面，和在上表面的安裝面，所述上表 面包括位于上部內(nèi)部臺階和上部外部臺階之間的平面環(huán)形表面，所述等離子體暴露面包括 內(nèi)、外錐面；多個周向間隔的銷座，所述銷座位于所述平面環(huán)形表面上，所述銷孔被配置為在其中 容納鎖銷，所述鎖銷用于將所述外電極夾持在所述噴淋頭電極總成的墊板上。
9.如權(quán)利要求8所述的外電極，進一步包括在所述上表面上的定位銷孔，所述定位銷 孔配置為對準延伸到所述墊板中的定位銷，所述外部上方臺階配置為支撐所述噴淋頭電極總成的保護環(huán)，由此所述保護環(huán)的外表面與所述外電極的所述外表面齊平。
10.如權(quán)利要求8所述的外電極，進一步包括在所述下表面的平面環(huán)形表面上的氣孔， 所述氣孔適于與壓力計單元共同作用測量所述室中的真空壓強；在內(nèi)、外錐面之間延伸的 平面環(huán)形表面，所述外錐面與所述平面環(huán)形表面形成小于30度的夾角，所述內(nèi)錐面與所述 平面環(huán)形表面形成大于30度的夾角。
11.電容耦合等離子處理室的噴淋頭電極總成，包括熱控板，所述熱控板由所述等離子處理室的溫度控制壁支撐，所述熱控板直徑大于等 離子處理室中擬加工的晶圓直徑，并且包括在下表面上的至少一個集氣室；墊板，所述墊板由所述熱控板支撐，所述墊板直徑小于所述熱控板直徑，氣體通道垂直 延伸貫通所述墊板并與所述至少一個集氣室相通，在孔內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)的凸輪鎖水平延伸進入 所述墊板的外周；保護環(huán)，所述保護環(huán)環(huán)繞所述墊板，所述保護環(huán)包括至少一個水平延伸通過所述保護 環(huán)的通孔，所述保護環(huán)可環(huán)繞所述墊板旋轉(zhuǎn)，以使所述通孔對準至少一個所述凸輪鎖；內(nèi)電極，所述內(nèi)電極具有垂直貫通延伸并與所述墊板內(nèi)的所述氣體通道流體相通的氣 體通道，所述內(nèi)電極的外周包括內(nèi)部和外部臺階，所述外部臺階位于所述內(nèi)臺階和所述內(nèi) 電極的面對所述墊板的表面之間；夾持環(huán)，所述夾持環(huán)具有覆蓋在所述內(nèi)電極的所述外部臺階上的內(nèi)部法蘭，在所述夾 持環(huán)和所述內(nèi)電極的所述外部臺階之間可選擇帶有壓縮環(huán)，所述夾持環(huán)包括垂直延伸的階 梯開口，所述階梯開口對準所述墊板上的螺紋孔，所述階梯開口內(nèi)的緊固件將所述夾持環(huán) 緊靠在所述墊板上；以及外電極，所述外電極環(huán)繞所述內(nèi)電極并包括垂直延伸的鎖銷，所述鎖銷與所述凸輪鎖 相嚙合，所述外電極支撐所述保護環(huán)，并可通過將所述鎖銷從所述凸輪鎖中松弛拆卸所述 外電極。
12.如權(quán)利要求11所述的電極總成，其中所述墊板包括垂直延伸孔和水平延伸孔，所 述垂直延伸孔對準所述外電極上的所述鎖銷，所述水平延伸孔與所述軸向延伸孔相通，所 述凸輪鎖包括可旋轉(zhuǎn)的凸輪桿，所述凸輪桿安裝在所述水平延伸孔中，所述鎖銷包括在自 由端帶有放大頭部的桿和位于插孔中的鎖銷基底，所述凸輪桿包括凸輪面，所述凸輪面與 所述鎖銷的頭部相嚙合，以將所述外電極機械夾持在所述墊板上。
13.如權(quán)利要求12所述的電極總成，其中所述鎖銷可在所述插孔內(nèi)垂直和水平移動， 以容納所述墊板和所述外電極在熱膨脹中的差異。
14.如權(quán)利要求11所述的電極總成，其中所述夾持環(huán)包括熱膨脹區(qū)域，以容納所述夾 持環(huán)的熱膨脹。
15.如權(quán)利要求11所述的電極總成，其中所述內(nèi)電極為單晶硅板，所述墊板為鋁合金板。
16.如權(quán)利要求11所述的電極總成，進一步包括安裝在所述墊板的所述下表面的螺旋 頂，所述螺旋頂可旋轉(zhuǎn)將所述螺旋頂上的法蘭向所述內(nèi)電極的所述上表面移動，以在所述 內(nèi)電極的拆卸過程中將所述內(nèi)電極與所述墊板分離開來。
17.如權(quán)利要求11所述的電極總成，其中所述熱控板包括在其下表面的環(huán)形凸起，所 述環(huán)形突起限制與所述墊板上的所述氣體通道相通的集氣室，并且在所述內(nèi)電極和所述墊板之間至少有兩個熱交界環(huán)。
18.如權(quán)利要求17所述的電極總成，進一步包括所述墊板和所述噴淋頭電極之間的氣 體密封件，所述氣體密封件位于所述氣體通道和所述最靠外的熱交界環(huán)外側(cè)。
19.在具有上、下電極的電容耦合等離子室中處理半導(dǎo)體基板的方法，其中所述上電極 包括如權(quán)利要求11所述的噴淋頭電極總成，所述方法包括如下步驟將所述半導(dǎo)體基板支撐在所述下電極上；向所述室中供應(yīng)加工氣體；通過在所述上下電極之間提供射頻能量激勵所述加工氣體進入等離子體狀態(tài)；利用所述等離子體加工所述半導(dǎo)體基板。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述半導(dǎo)體基板包括半導(dǎo)體晶圓，所述加工步驟 包括利用所述等離子體蝕刻所述半導(dǎo)體晶圓。
21.如權(quán)利要求11所述的電極總成的拆卸方法，包括去除所述保護環(huán)的通孔內(nèi)的插入 物；旋轉(zhuǎn)所述保護環(huán)至第一位置，使所述通孔對準第一組凸輪鎖；旋轉(zhuǎn)所述凸輪鎖，拆除所 述第一組凸輪鎖固定的鎖銷；旋轉(zhuǎn)所述保護環(huán)至第二位置，使所述通孔對準第二組凸輪鎖； 旋轉(zhuǎn)所述第二組凸輪鎖，拆除所述第二組凸輪鎖固定的鎖銷，由此將所述外電極從所述墊 板上拆除；并移除所述夾持環(huán)中的緊固件并由此將所述夾持環(huán)和所述內(nèi)電極從所述墊板上 拆除。
全文摘要
用于半導(dǎo)體基板加工的等離子體反應(yīng)室的電極總成。所述總成包括上噴淋頭電極，所述上噴淋頭電極包括通過夾持環(huán)機械緊靠在墊板上的內(nèi)電極和通過一系列間隔布置的凸輪鎖緊靠在所述墊板上的外電極。保護環(huán)環(huán)繞所述墊板，并可移動至使所述保護環(huán)上的開口對準所述墊板上的開口的位置，從而能夠使用工具旋轉(zhuǎn)所述凸輪鎖拆卸凸輪銷，所述凸輪銷從所述外電極的上表面向上延伸。為容納熱膨脹的差異，所述夾持環(huán)可包括位于間隔位置的膨脹部分，所述膨脹部分使所述夾持環(huán)能夠吸收熱應(yīng)力。
文檔編號H05H1/38GK102084726SQ200980126812
公開日2011年6月1日 申請日期2009年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月7日
發(fā)明者安東尼·德拉列拉, 巴巴克·卡德庫達彥, 拉金德爾·德辛德薩, 邁克爾·C·凱洛格 申請人:朗姆研究公司