專利名稱：具有夾持電連接器的襯底支撐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及用于保持襯底處理室中的襯底的襯底支撐。
背景技術(shù)：
在電路和顯示器的制造中，半導體、電介質(zhì)和導電材料形成在襯底(如硅晶片或玻璃)上。這些材料可以通過化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、離子注入、氧化和氮化處理形成。這之后，沉積的材料可以被刻蝕以形成特征，如柵極(gate)、過孔、接觸孔和互連線。在典型的工序中，襯底暴露至襯底處理室中的等離子體以在襯底上沉積或刻蝕材料。借助于感應或電容地耦合能量至處理氣體或通過透過處理氣體的微波形成等離子體。
在處理過程中，襯底保持在具有襯底承接面的襯底支撐上。支撐可以具有嵌入電極，此嵌入的電極用作氣體激發(fā)器的一部分并且也可以被充電以靜電地支承襯底。在處理過程中支撐也可以具有加熱襯底的電阻加熱器、和/或冷卻襯底或冷卻支撐的水冷系統(tǒng)。這樣，支撐通常有多個電連接器和其它的延伸通過中空軸以為電阻加熱器、電極和其它設(shè)備提供功率的導電結(jié)構(gòu)。還可以設(shè)置熱電偶以允許更精確地測量襯底溫度。通常電連接器也需要允許連接結(jié)構(gòu)(如連接桿)的熱膨脹移動，在襯底處理過程中此熱膨脹移動來自部件的加熱。
當通過連接器的電流造成支撐軸中產(chǎn)生電弧或輝光放電時，支撐中的電連接器，尤其是向電極提供電功率或使電極接地的連接器就隨之出現(xiàn)問題。例如，電弧可以出現(xiàn)在用于使電極接地的RF連接器和圍繞軸的壁之間。當壓配合在功率供應桿上的電連接器隨時間松弛其緊固度，引起在電連接器和軸側(cè)壁之間的空隙產(chǎn)生電弧時，于是出現(xiàn)起弧。這種電弧是不希望的，因為它損害并氧化電連接器和軸壁之間的接觸點，進一步增加接觸點的電阻，最后導致接觸點處的嚴重侵蝕甚至熔化。最終，連接器或包圍它的區(qū)域燒壞并且襯底的處理突然停止，引起被處理的整個襯底的損失。
這樣，希望有這樣的用于襯底支撐的電連接器，它能在等離子體環(huán)境中減少電弧。也希望有這樣的電連接器，它在大量的處理周期內(nèi)可靠地允許RF電流流通而不需要替換或修理。也希望有這樣的電連接器，它允許連接器結(jié)構(gòu)的熱膨脹移動而不會失去電接觸。進一步需要這樣的電連接器，它能容易移除和更換。

發(fā)明內(nèi)容
襯底支撐包括具有承接襯底的表面的陶瓷盤。電極嵌入在陶瓷盤中，并且電極接線端具有與電極電耦合的第一端和延伸出陶瓷盤的第二端。提供電連接器用于連接外部電源和電極接線端，電連接器包括一對相對的鉗形臂、其尺寸在電極接線端的第二端環(huán)繞適配的槽、和用于承接緊固組件的一對通孔，所述緊固組件能緊固圍繞電極接線端的鉗形臂。
陶瓷盤也有帶有一對加熱器接線端的嵌入電阻加熱器，各加熱器接線端有連接至電阻加熱器的第一端和延伸出陶瓷盤的第二端。在此方案中，提供一對第二電連接器用于連接外部電源和電阻加熱器，第二電連接器各包括一對相對的鉗形臂、其尺寸與加熱器接線端的第二端環(huán)繞適配的槽、和用于承接緊固組件的一對通孔，所述緊固組件能緊固圍繞加熱器接線端的鉗形臂。
使用襯底支撐的襯底處理設(shè)備包括處理室，此處理室包括圍繞壁、襯底支撐、氣體分配器、氣體排出裝置和氣體激發(fā)器。外部電源向電極提供電功率?？刂破靼ㄏ蛲獠侩娫刺峁┲噶钜韵螂姌O提供選擇的功率能級的程序代碼。
使用電連接器的方法包括步驟將電連接器滑到電極接線端上以使接線端位于電連接器的槽內(nèi)，將緊固組件插入電連接器的通孔中；并且緊固緊固組件以便電連接器的相對的鉗形臂擠壓電接線端。
襯底支撐可以通過松開緊固組件并從電極接線端取出電連接器來刷新。電極接線端和電連接器中的至少一個被清洗或替換。然后將干凈的或更換的電連接器滑回到干凈的或更換的電極接線端以便接線端停駐在電連接器的槽內(nèi)。將緊固組件插入到電連接器的通孔中，并進行緊固以便鉗形臂擠壓到電極接線端上。


參照下面的描述、所附權(quán)利要求書和圖示本發(fā)明的示例特征的附圖，本發(fā)明的這些特征、方面和優(yōu)點將更為容易理解圖1為打開狀態(tài)下的電連接器的實施例的分解透視圖；圖2A為圖1所示的電連接器處于閉合狀態(tài)下并從右側(cè)觀測的透視圖；圖2B為圖2A所示的電連接器從左側(cè)觀測的透視圖；圖3A為打開狀態(tài)下的電連接器的又一個實施例的側(cè)視圖；圖3B為圖3A所示電連接器閉合狀態(tài)下的側(cè)視圖；圖4為示出與電極接線端連接的電連接器的支撐的實施例的透視圖；和圖5為包括圖4所示的襯底支撐和電連接器的襯底處理室的實施例的示意剖面?zhèn)纫晥D。
具體實施例方式
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的電連接器20的實施例是用于連接外部電源24和位于襯底處理室42(圖5所示的實施例)的處理區(qū)40中的室部件32的接線端28。外部電源24提供操作室42的部件的電功率，外部電源24可以包括例如電極功率供應44、加熱器功率供應46和操作室42的其它部件32的其它功率供應。室部件32可以是例如電極、感應線圈、電阻加熱器和燈。通常，電連接器20用于接地或為部件32的接線端28供應高電壓，這會造成部件暴露在電弧、輝光放電和其它會侵蝕部件或降低部件質(zhì)量的等離子體中。電連接器20尤其適用于減少或防止在連接器20與接線端28之間的電接觸的侵蝕或腐蝕，以此保持與部件32之間的電接觸。
在一種方案中，電連接器20用于連接包含電極功率供應44的外部電源24和室中的電極48的接線端28，該電極功率供應44提供交流電或直流電形式的電功率。例如，電極功率供應44可以在室中的第一和第二電極48a、48b之間施加射頻電壓，以從室42內(nèi)的處理氣體中產(chǎn)生等離子體。第一電極48a可以通過室42的圍繞壁54(如頂58或側(cè)壁60)形成，圍繞壁54由導電材料(例如金屬，如鋁)構(gòu)成；并且第一電極48a與在襯底支撐50中的第二電極48b分隔開，第二電極是電接地或電浮置的。第一和第二電極48a、48b將施加的RF能量電容耦合到處理氣體，以形成或保持等離子體。另外，電極功率供應44也可以為第二電極48b提供直流電壓，以允許其用作將襯底62靜電保持在襯底支撐50上的靜電吸引構(gòu)件。電極功率供應44通過電極接線端28提供電壓，此電極接線端28與電極48a、48b中的一個或兩個電連接。
在另一應用中，外部電源24也可以包括加熱器功率供應46，此加熱器功率供應46用于給位于襯底支撐50中的電阻加熱器64的一對加熱器接線端30a、30b提供可控電壓。例如，電阻加熱器64可以是位于襯底支撐50中的電阻元件66。在另一方案中，電阻加熱器64可以是一系列的輻照燈，它們位于襯底支撐周圍或上方。加熱器功率供應46可以提供橫穿電阻加熱器64的兩個接線端30a、30b的直流電壓，并且該加熱器功率供應的每一個接線端具有獨立的電壓極性。在這種方案中，使用兩個不同的電極連接器20a、20b，每個電連接器20分別連接到電阻加熱器64的單個接線端30a、30b，如圖5所示。
在一種方案中，接線端26成形為從襯底支撐50的一個或兩個電極48或電阻加熱器64伸出的長桿68。各接線端桿68有兩個端直接與電極48或電阻加熱器64連接或可以與接觸結(jié)點72壓配合的第一端70a，該接觸結(jié)點又與電極48或電阻加熱器64電連接；和與電連接器20連接的第二端70b。延長桿68從室42的處理區(qū)40伸出，以允許在遠離電極48或電阻加熱器64的端點處進行電連接。延伸的接線端桿68降低了接線端26在室42的處理區(qū)40的處理氣體環(huán)境中侵蝕的可能性。適合的桿68具有大約2mm到大約10mm的直徑，和從大約10cm到大約500cm的長度。
電連接器20包括一對相對的鉗形臂74a、74b，在他們的一個端處通過彎曲的耦合跨接部78連接在一起，其示例性方案如圖1、2A和2B所示。鉗形臂74a、74b包括相對的第一和第二板80a、80b，它們分別具有第一端84a、84b，第一端84a、84b從由它們的第二端86a、86b形成的彎曲耦合跨接部78向外延伸。彎曲耦合跨接部78可以是與相對的鉗形臂74a、74b連為一體的C形構(gòu)件88。一體的C形構(gòu)件88可以由與第一和第二板80a、80b相同的單一的金屬帶制造，以形成連續(xù)結(jié)構(gòu)。C形構(gòu)件88在它們的第二端86a、86b處與鉗形臂74a、74b彼此連接。鉗形臂74a、74b為導體，可以由如金屬(比如銅、鋼或鋁)制造，也可以鍍以活性金屬(如金)以進一步提高其耐侵蝕性。鉗形臂74a、74b可以通過如落錘鍛造、鑄造或噴射模塑法制造；并且臂的孔和其它特征(如削邊)通過鉆孔或倒角制造。
在一種方案中，第一鉗形臂74a包括具有均勻厚度的第一板80a，第二鉗形臂74b包括如圖2A和2B所示逐漸變細的第二板80b。第二板80b逐漸變細一定的量使得變細的第二板80b在所施加的力作用下可以彎向直的第一板80a。通常，錐度為大約5°到大約15°。
電連接器20有槽90，其尺寸與接線端26適配，槽90成形為具有對應于接線端26的外部輪廓98的內(nèi)部輪廓94。槽90可以是位于鉗形臂74a、74b或C形構(gòu)件88中的凹陷槽，并且形成這樣的尺寸，其半徑允許連接器20在接線端26周圍并圍繞它延伸。槽90可以從電連接器20的底部向著頂部逐漸變細，以達到電連接器20與接線端26之間的更牢固的連接。槽90具有這樣的尺寸，即當鉗形臂74a、74b在壓力下朝向彼此擠壓時，槽90與接線端26壓配合并牢固地保持它。
彼此分別對準的通孔104a-d穿過鉗形臂74a、74b的未連接端。通孔104a-d承接能緊固圍繞接線端26的鉗形臂74a、74b的緊固組件108。在一種方案中，螺釘板110具有帶螺紋的螺釘孔112，并且緊固組件108包括螺紋旋入螺釘板110的螺釘孔112中的一對螺釘114a、114b。各螺釘114a、114b還具有適合于六角形扳手臂以旋轉(zhuǎn)螺釘?shù)牧切慰?62a、162b，并且還可以使用墊圈118a、118b。如圖2B所示，螺釘板110也可以座落在鉗形臂74a、74b的一個中的適配凹槽120中。例如，凹槽120和帶螺紋孔的板110可以是具有圓角的矩形。
緊固組件108也可以通過其它緊固裝置構(gòu)成。例如，在另一個方案中，通孔104a-d的至少一個包括螺紋(未示出)且緊固組件108包括螺釘，其尺寸適于旋入螺紋中以逐漸使鉗形臂74a、74b相互抵靠緊固。在另一個方案中(也未示出)，緊固組件108可以包括一對配合的螺母和螺栓(也未示出)，它們延伸穿過鉗形臂74a、74b中的非螺紋孔104a-d。
使用中，電連接器20在接線端26上滑動直到接線端位于電連接器20的槽90中。然后組裝并緊固緊固組件108，這樣當緊固組件108緊固時，包含逐漸變細的第二板80b的第二鉗形臂74b彎向包含直的第一板80a的第一鉗形臂74a。
參照圖4，外部電源24通過柔性的線帶124與電連接器20連接，用于接地、或使電壓或電流通過連接器20到達接線端26。柔性線帶124可以通過緊固組件108與連接器20的鉗形臂74a、74b連接，這樣緊固組件自身將線帶124和電連接器20連接在一起。在這個方案中，線帶124具有一對帶孔126，它們?nèi)玢Q形臂74a中的通孔104a、104b一樣間隔開相同的距離，以允許緊固組件108的螺釘或螺母穿過。這樣緊固組件108用作使線帶124抵靠鉗形臂74a、74b牢固地連接并且還將夾緊鉗形臂74a、74b夾緊至接線端26的單一結(jié)構(gòu)。線帶124可以由為減少侵蝕而鍍金的編結(jié)的銅線構(gòu)成。
另一種方案中，如圖3A和3B所示，第一和第二鉗形臂74a、74b都逐漸變細，這樣當緊固組件108被緊固時，鉗形臂74a、74b朝向彼此移動。鉗形臂74a、74b包括相對的第一和第二板80a、80b，它們在它們的第一端84a、84b處均逐漸變細。臂74a、74b的第二端86a、86b從彎曲的耦合跨接部78向外延伸以形成槽90，此耦合跨接部為一個具有內(nèi)部輪廓94的C形構(gòu)件88，此內(nèi)部輪廓94匹配于接線端26的外部輪廓98。一體的C形構(gòu)件88也可以由與第一和第二板80a、80b相同的一體的金屬帶制造。較軟材料(如具有更高延展性的導電金屬，如鎳合金)形成的襯墊130覆蓋兩個鉗形臂74a、74b和槽90的內(nèi)表面，以更好地夾住接線端26。而且，在此方案中，緊固組件108包括帶螺紋的螺母128和螺栓132，以使鉗形臂74a、74b彼此緊固和壓靠在一起。
電連接器20提供了牢固的電連接，其能降低連接器20或接線端26附近的輝光放電或電弧，因為接線端桿68的延伸長度將整個組件的位置設(shè)置為遠離等離子體形成的處理區(qū)40。而且，彼此連接而不與中空軸148連接的接線端桿68、連接器20和柔性線帶124在不壓迫陶瓷盤140中的電極48b的情況下，可以在徑向和軸向兩個方向上自由熱膨脹。另外，僅單一的緊固組件108可以用于連接接線端桿68和電連接器20并且同樣連接線帶124和圍軸148中的地。這樣，本連接器組件具有減小侵蝕和降低陶瓷盤140中的電極48b上的熱應力的優(yōu)點。
使用電連接器20連接電極48的接線端26或電阻加熱器64的襯底支撐被示意地圖示在圖5中。一般地，襯底支撐20包括具有暴露于室內(nèi)等離子體的襯底承接面22的陶瓷盤140。陶瓷盤140是由氮化鋁或氧化鋁構(gòu)成的整體結(jié)構(gòu)。陶瓷盤140通常為平面并且其直徑或?qū)挾瘸叽?如大約200mm或大約300mm)適于承接襯底62。陶瓷盤140還具有升降銷孔(未示出)，該升降銷孔用作將襯底62提升或降低到陶瓷盤140上的升降銷的通道。
陶瓷盤140具有嵌入電極48b，其連同電極48a(室42的壁)起到氣體激發(fā)器的作用。例如，當RF能量被施加到電極48a并且電極48b接地時，電能電容地耦合穿透處理氣體，以形成或維持處理氣體的等離子體。電極48b還可以用作靜電吸引構(gòu)件，以將襯底靜電保持在支撐上。在一種方案中，電極48b包括嵌入在陶瓷盤140中的金屬網(wǎng)，其由金屬(如鉬)形成。銅焊在電極接線端28的第一端70a和接線端28的第二端70b的電極48b通過電連接器20與外部電源24的電極功率供應44電連接。在一種方案中，電極接線端28包括鎳基合金。
陶瓷盤140也可以包括電阻加熱器64，以加熱保持在支撐20上的襯底62。電阻加熱器64可以是基于施加的跨線的電壓從而發(fā)熱的電阻線。電阻加熱器64也可以連接到外部電源24，該外部電源24通過一對接線端桿和相應的電連接器20提供直流電壓，以為電阻加熱器64供以功率。例如，電阻加熱器64可以是具有圓形截面的金屬線，它們同心纏繞以從陶瓷盤140的中心到邊緣形成螺旋。適合的金屬線可以是鉬或鎳鉻合金線。
襯底支撐20也包括在處理室中保持和定位陶瓷盤140的中空軸148。中空軸148還提供保護層，接線端26(如電極接線端28和加熱器接線端30a、30b)穿過保護層以從室42外的外部環(huán)境到達陶瓷盤140。在一種方案中，中空軸148是由陶瓷(如氧化鋁)制成的空心圓柱體，并且通過機械的緊固件(如螺栓和螺釘)或者通過制造工序(如燒結(jié)、熱壓)和其它方法連接到陶瓷盤140。
襯底支撐20可以被用在襯底處理室42中以沉積或刻蝕襯底64上的材料。例如，室42可以是化學氣相沉積(CVD)室，如圖5所示，通過化學氣相沉積處理在襯底上沉積材料。室42可以是孤立的室或包括安裝在平臺上的多個室的較大處理系統(tǒng)的一部分。示例的室42具有圍繞處理區(qū)40的圍繞壁54，襯底62在處理區(qū)40中被加工。襯底支撐20在處理區(qū)40中保持襯底62，支撐中空軸148連接到驅(qū)動支撐20在室42內(nèi)上升和下降的升降電機152。在較低的位置，支撐20與端口154平齊，通過此端口可將襯底62引入室42并裝載在支撐20上。襯底62可以通過機械臂(未示出)裝載到室42中。室42也可以包括邊緣環(huán)156，以將位于襯底62上方的處理區(qū)40與室42的在襯底支撐20下面的部分分離。
從處理氣體源158通過處理氣體閥160和處理氣體入口162將處理氣體引入室42，以供給沿處理區(qū)40分配的處理氣體的氣體分配器164。氣體分配器164可以是帶有多個供處理氣體穿過的孔168的淋浴頭板166。凈化氣體也可以從凈化氣體入口170由凈化氣體閥172和凈化氣體供應174引入室內(nèi)。氣體通過氣體出口180從室42排出，此氣體出口180通過排氣閥182輸送到排氣裝置184中。
在所示的方案中，氣體激發(fā)器190利用由電極功率供應44供應到第一和第二電極48a、48b的的電功率激發(fā)室42內(nèi)的處理氣體，其中第一電極48a通過特別由導電材料制造的氣體分配器164形成。在此方案中，圍繞壁54和襯底支撐20中的第二電極48b相對于第一電極48a接地。電極功率供應44能向電極48a、48b提供大約100瓦到大約5000瓦的RF功率。
處理室42也包括向電阻加熱器64傳輸功率的電阻加熱器功率供應46。在一個例子中，加熱器功率供應46能向電阻加熱器64傳送大約100瓦到大約4000瓦的直流電。
控制器200用于控制襯底處理室42的室部件32，該室部件32包括加熱器功率供應46、電極功率供應44、升降電機152、處理氣體閥160、凈化氣體閥172、排氣閥182和其它部件。適合的控制器200包括具有中心處理單元(CPU)(如可從Santa Clara，California的intel Corporation購得的奔騰處理器)的計算機(未示出)，此控制器與存儲器、外部計算機部件和程序代碼耦合以向室42中的部件32提供指令?？刂破?00可以進一步包括許多接口卡(未示出)，接口卡例如包括模數(shù)輸入輸出板、接口板和電機控制板。操作者和控制器200之間的界面例如可以借助于顯示器和光筆。
襯底支撐20也可以被刷新來延長其使用壽命。刷新處理包括松開緊固組件108并且從電極接線端28或加熱器接線端30a、30b取出電連接器20。用如酒精或丙酮的清洗溶劑清洗電連接器20和接線端26。清洗后，組裝清洗干凈的電連接器20和接線端26，或者在舊的連接器20和接線端26顯示了侵蝕或腐蝕跡象的情況下組裝替換的連接器20或接線端26。然后將緊固組件108插入柔性線帶124的帶孔126和電連接器20的鉗形臂74a、74b的通孔104a-d。然后緊固緊固組件108，以將電連接器20夾緊在接線端16和線帶124上。然后線帶124的另一端連接到中空軸148內(nèi)的金屬殼體150上以將電極接線端28接地。
盡管參照優(yōu)選的實施例對本發(fā)明進行了詳細地描述，但也可能存在其它的實施例。例如，鉗形臂74a、74b可以具有其它的形狀，如具有圓形截面的圓柱形、或甚至具有正方形或矩形截面。緊固組件108也可以是使鉗形臂74a、74b彼此夾緊的彈性金屬片，或鉗形臂74a、74b自身被彈簧互相壓緊。而且，陶瓷盤140可以包括除那些特別提及外的陶瓷材料。另外，相關(guān)術(shù)語如底部、頂部、上和下在某些情況下是可以互換的并僅用于描述本發(fā)明的實施例。因此，所附權(quán)利要求書不應當限于優(yōu)選實施例和這里所包含的相關(guān)術(shù)語。
權(quán)利要求
1.一種用于襯底處理室的襯底支撐，該支撐包括(a)具有承接襯底的表面的陶瓷盤；(b)位于所述陶瓷盤中的電極；(c)具有與所述陶瓷盤中的所述電極電耦合的第一端和從所述陶瓷盤伸出的第二端的電極接線端；和(d)用于連接外部電源和所述電極接線端的電連接器，該電連接器包括一對相對的鉗形臂、其尺寸與所述電極接線端的第二端環(huán)繞適配的槽、和用于承接緊固組件的一對通孔，所述緊固組件能緊固圍繞所述電極接線端的鉗形臂。
2.如權(quán)利要求1所述的支撐，其特征在于所述通孔包含有螺紋并且所述緊固組件包括其尺寸適于旋入所述通孔中的螺釘。
3.如權(quán)利要求1所述的支撐，其特征在于所述緊固組件包括螺母和螺栓。
4.如權(quán)利要求1所述的支撐，包括用于承接所述通孔和所述緊固組件的凹槽部分。
5.如權(quán)利要求1所述的支撐，其特征在于所述槽位于其中一個所述鉗形臂中。
6.如權(quán)利要求1所述的支撐，其特征在于所述鉗形臂包括在一端處通過圓形耦合跨接部連接的第一和第二板。
7.如權(quán)利要求1所述的支撐，其特征在于所述第一板具有均勻的厚度并且所述第二板是逐漸變細的。
8.如權(quán)利要求1所述的支撐，其特征在于所述第二板逐步變細的量使得當緊固組件圍繞電極接線端緊固時，所述第二板彎向所述第一板。
9.如權(quán)利要求1所述的支撐，其特征在于所述陶瓷盤包含氮化鋁。
10.如權(quán)利要求1所述的支撐，進一步包括(a)位于所述陶瓷盤中的電阻加熱器；(b)一對加熱器接線端，每個接線端包括與所述電阻加熱器連接的第一端和伸出所述陶瓷盤的第二端；和(c)一對用于連接外部電源和所述電阻加熱器的第二電連接器，所述第二電連接器各包括一對相對的鉗形臂、其尺寸與加熱器接線端的第二端環(huán)繞適配的槽、和用于承接緊固組件的一對通孔，所述緊固組件能緊固圍繞加熱器接線端的鉗形臂。
11.一種襯底處理設(shè)備包括(1)處理室，其包括圍繞壁、權(quán)利要求1所述的襯底支撐、氣體分配器和氣體排出裝置；(2)為電極提供電功率的外部電源；和(3)控制器，其包含向所述外部電源提供指令以向所述電極提供選擇的功率能級的程序代碼。
全文摘要
一種襯底支撐，包括具有電極的陶瓷盤，該電極通過電極接線端是可充電的。電連接器連接外部電源和電極接線端。電連接器具有一對相對的鉗形臂、其尺寸環(huán)繞適配電極接線端的槽、和用于承接緊固組件的一對通孔，該緊固組件能緊固圍繞電極接線端的相對的鉗形臂。
文檔編號H01R4/42GK1877808SQ20061009987
公開日2006年12月13日 申請日期2006年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者前原和利, 韋斯瓦斯瓦仁·斯瓦瑞馬克瑞斯南, 和田賢太郎, 馬克·A·弗羅得, 安德則耶·卡祖巴 申請人:應用材料公司