專利名稱：石英保護環(huán)定中心結構的制作方法
石英保護環(huán)定中心結構

發(fā)明內容
:接照一個實施例， 一種用于在半導體基片處理中^f吏用的等離子反應室的電極總成包括上電極；背襯構件，該背襯構件可貼附于該上電極的上表面；外環(huán)，圍繞該背襯構件的外部表面；以及至少 一個定心元<牛，i殳在該背^3"構4牛的外部表面和該外環(huán)的內部表面之間。按照進一步的實施例， 一種保護環(huán)總成，用于在半導體基片處理中使用的等離子應室的電極總成，其中該電極總成包括粘結與背襯構件的噴頭電極和圍繞該電極總成限制環(huán)總成，該保護環(huán)總成包括保護環(huán)，配置為安裝在該背襯構件的外緣和該限制環(huán)總成的內緣之間；以及至少一個定心元件，適于將該保護環(huán)圍繞該背襯構件定中心。按照另 一實施例， 一種將保護環(huán)圍繞電極總成的背襯構件定中心的方法，其中該背襯構件粘結到在半導體基片處理中使用的等離子反應室中生成等離子的電極，該方法包括圍繞該背襯構件的外部表面設置該保護環(huán)；將至少一個定心元件插在該保護環(huán)和該背襯構件之間從而將該保護環(huán)圍繞該背襯構件定中心。


圖1示出用來蝕刻基片的具有保護環(huán)的等離子反應器的
噴頭電極總成的剖視圖。
圖6示出4安照一個實施例的{呆護環(huán)的剖一見圖。 的剖^見圖。圖7示出按照另一實施例，具有保護環(huán)的外部電極一部分圖8示出4要照一個實施例，定心元件的側一見圖。
「0012]圖9示出圖8的定心元ff沿線9-9的剖—見圖。圖IO示出圖8的定心元件的一部分的剖4見圖。圖ll示出按照一個實施例，外環(huán)的俯視圖。圖12示出圖11的保護環(huán)的分解^L圖。圖13示出按照另 一 實施例，定心元件的剖視圖。圖14示出圖13的定心元件的仰一見圖。圖15示出圖13的定心元件沿線15-15的剖一見圖。圖16示出4安照進一步的實施例，定心元件的上部的側視圖，其適于與圖17所示的定心元件的下部裝配。
圖17示出按照進一步的實施例，定心元件的下部的側一見圖。圖18示出圖16的定心元件上部沿線18-18的剖^L圖。
圖19示出圖17的定心元件下部沿線19-19的剖視圖。
圖20示出圖16的定心元件上部的俯一見圖。圖21示出圖16和17的定心元件沿線18-18和19-19的剖—見
圖，分別具有彈簧元件。圖22示出按照另 一實施例，具有保護環(huán)的外部電極總成一部分的剖視圖。圖23示出如圖22所示的保護環(huán)的剖—見圖。
具體實施例方式
1—0027]集成電路芯片的制造通常開始于高純度、單晶半導體材料(如硅或鍺)基片(稱為"晶片")的薄的、拋光切片。每個晶片經過一 系列物理和化學處理步驟，這些步驟在該晶片上形成各種電^各結構。在制造過程期間，各種類型的薄膜可4吏用多種4支術沉積在該晶片上，如熱氧化以產生二氧化硅膜，化學氣相沉積以產生石圭、二氧化石圭和氮氧化石圭膜，以及濺射或其他:技術以產生其他金屬膜。在半導體晶片上沉積膜之后，通過使用稱為摻雜的工藝
將選取的雜質代入該半導體晶格而產生唯一的半導體電器屬性。該摻雜的硅晶片然后均勻地涂上一層光敏或對輻射敏感材料層，稱為
"抗蝕劑，，。限定電3各中電子i 各徑的小的幾4可圖案然后4吏用稱為光刻的工藝傳遞到該抗蝕劑上。在光刻工藝期間，該集成電^^圖案可繪在玻璃板上，其稱為"掩模"，然后光學縮小、投影并傳遞到光 敏涂層上。然后通過稱為蝕刻的工藝將該光每丈抗蝕劑圖案傳遞到下
面的半導體材料結晶表面上。真空處理室通過提供蝕刻或沉積氣體
至該真空室并且施加射頻(RF)場至該氣體以將該氣體激發(fā)為等離 子態(tài)，通常用于蝕刻基片以及在基片上化學氣相沉積(CVD)。反應性離子蝕刻系統(tǒng)通常由蝕刻室組成，其中設有上電
極或陽極和下電極或陰極。該陰極相對于該陽極和該容器壁負偏 置。待蝕刻晶片由合適的掩模覆蓋并且直接設在該陰極上。化學反 應氣體如CF4、 CHF3、 CC1F3、 HBr、 Cl2和SF6或其與02、 N2、 He或 Ar的混合物引入該蝕刻室并且保持在通常為毫托范圍的壓力。該上 電極提供有氣孔，其允許氣體均勻地通過該電極分散進入該室。建 立在該陽極和該陰極之間的電場將分離形成等離子的反應性氣體。 該晶片表面通過與該反應性離子的化學反應以及撞擊該晶片表面 的離子的動量轉移而受到蝕刻。由這些電極產生的電場把這些離子 向該陰極吸引，使得這些離子以主要垂直的方向撞擊該表面，從而 該工藝產生輪廓分明的垂直蝕刻的側壁。這些蝕刻反應器電極往往 通過將兩個不相似的構件利用枳4成上相適應和/或導熱粘結劑粘合 在一起來制造，這是為多重功能留出余地。圖1示出用于蝕刻基片的等離子處理系統(tǒng)的噴頭電^l總 成100的一部分的剖視圖。如圖l所示，該噴頭電極總成100包括上 電才及IIO、背襯構件140和^f呆護環(huán)形式的外環(huán)170。該噴頭電^l總成 1 OO還包括等離子限制總成(或晶片區(qū)域等離子(WAP )總成)180, 其圍繞該上電極110和該背襯構件140的外部邊緣。該外環(huán)或保護環(huán) 170圍繞該背襯構件140，并且優(yōu)選地適于繞該背襯構件140同心"i殳 置或以該背襯構件為中心，從而在4吏用期間，該保護環(huán)170最小化 該保護環(huán)170和該限制總成180之間的變化或距離。可以i人識到盡管
9該外環(huán)或J呆護環(huán)170結合反應性離子蝕刻系統(tǒng)示出，j旦是該j呆護環(huán) 和定中心結構可用于^f^f可合適的系統(tǒng)，包^舌清潔蝕刻系統(tǒng)或干蝕刻系統(tǒng)。該總成100還包括熱控制構件102和上板104。該上電極 ll(H尤選;也包4舌內部電才及120和可選的外部電才及130。該內部電才及120
優(yōu)選地為圓柱形板并且可由單晶硅組成。該背襯構件140優(yōu)選地利 用彈性材沖牛固定于該內部電才及120和該外部電才及130。該背4于構科-140可包括內部背襯構件150和可選的外部背襯構件160。如果該背 一十構件140由單個圓^主形玲反組成，該4呆護環(huán)170圍繞該背^"構4牛140。 或者，如果該背襯構件140是由內部和外部背襯構件150、 160組成， 該i呆護環(huán)170調整為圍繞該外部背^N"構件160。圖1所示的噴頭電極總成100通常用于靜電卡盤(未示)， 該卡盤具有平的下電才及，該下電才及上支撐晶片并且在該上電才及iio 下方與之隔開l至2cm。這種等離子處理系統(tǒng)的一個示例是平行板型 反應器，^口該Exelan 介電々蟲刻系纟充，由Calif ， Fremont的Lam Research Corporation制造。這種卡緊裝置通過4是供背面氦氣壓力(其 控制晶片和卡盤之間的熱傳遞速率)而提供對晶片的溫度控制。該噴頭電極總成100還包括等離子限制總成(或晶片區(qū)域 等離子(WAP)總成)180,其圍繞該上電極110和該背襯構件140 的外部邊緣。該等離子限制總成180是優(yōu)選地由 一摞或多個分隔開 的限制環(huán)190組成，其圍繞上電極110和該背襯構件140的外部邊緣。
在處理期間，該等離子限制總成180在反應區(qū)域中產生壓力差，并且增加該反應室壁和該等離子之間的電阻，由此限制該上電才及110 和該下電才及(未示)之間的等離子。將該等離子限制在該反應室是許多因素的函數，包括該 限制環(huán)190之間的間3巨、該反應室中該限制環(huán)外側和等離子內部的 壓力、氣體類型和流率以及RF功率水平和頻率。為了有效限制等離 子，該限制環(huán)l卯外的壓力應當盡可能地低，優(yōu)選地低于30毫托。 如果限制環(huán)l卯之間的間距非常小，那么該等離子的限制更容易實 現。通常，對于這種限制，要求0.15英寸或更小的間距。然而，這 些限制環(huán)190之間的間距還決定等離子的壓力，而且希望該間距可 以調節(jié)以得到最佳工藝性能所需要的壓力同時維持等離子。來自氣 體源的工藝氣體通過該上板104中的一個或多個通道提供到電極 110。然后，該氣體通過一個或多個垂直方向間隔開的隔才反分配并 且穿過該電極IIO中的氣體分配孔106以均勻地將該工藝氣體分散 進反應區(qū)域102。
10037]該內部電極120優(yōu)選地是平的圓盤或板，其從中心(未示) 到外緣具有一致的厚度?？梢?i人識到，如果該并反由單晶硅材料制成， 該內部電極120的直徑可小于、等于或大于待處理晶片(例如，高 達300mm，這是現有的單晶硅材料的最大直徑)。為了處理300mm 晶片，該外部電極130適于將該上電極110的直徑從大約15英寸擴展 至17英寸。該外部電才及130可以是連續(xù)構件(例如，多晶石圭構4牛， 如環(huán))，或分段構件(例如，2-6個布置為環(huán)形構造的分開的片段， 如單晶硅段)。該內部電極120優(yōu)選地包括多個氣體通道106,用于 將工藝氣體噴射入等離子反應室內該上電杉U10下方的空間中。單晶^圭是用于該內部電才及120和該外部電才及130的等離子
暴露表面的優(yōu)選材料。高純度、單晶硅使得等離子處理期間基片的 污染最小，因為其僅向該反應室引入最小量的不希望元素，而且還在等離子處理期間平滑磨損，由此使得顆粒最少?？捎糜谠撋想姌O
IIO的等離子暴露表面的可選材料包括，例如，SiC、 SiN和AlN。構造上，該噴頭電極總成100足夠大以處理大的基片，如 300mm直徑的半導體晶片。對于300mm晶片，該上電極110直徑至 少是300mm(毫米)。然而，該噴頭電極總成100的尺寸可以設為處
理其他晶片尺寸或非圓形構造的基片。圖2示出圖1具有保護環(huán)170的噴頭電極總成的 一 部分的 剖牙見圖。如圖2所示，該噴頭電才及總成100包^舌內部電才及120、該內 部背襯構件150、該外部電才及130、該外部背4于構件160、該保護環(huán) 170和該等離子限制總成180。在這種構造中，該內部電才及120是^尤 選地與該內部背襯構件150共同延伸，該外部電極130與該圍繞的背 襯構件160基本上共同延伸。然而，該內部背襯構件150可延伸超出 該內部電極120,從而該背襯構件140 (圖3)可以是用來支撐該內 部電極120和該外部電極130的單個圓盤或玲反。該內部背襯構件150 包括氣體通道108，其與該內部電才及120內的氣體通道106對準，以 將氣流-提供進該等離子處理室。該內部背襯構件150的氣體通道108 通常直徑為大約0.04英寸，該內部電才及120的氣體通道106直徑通常 為大約0.025英寸。該背襯構件140，包括該內部和該外部背襯構件150、 160,
優(yōu)選地由與用來在該等離子處理室中處理半導體基片的工藝氣體 化學相容的材料制成。另外，該背襯構件140的材料優(yōu)選地導電且 導熱，其熱膨"長系凄t與該上電才及110的密切匹配?？捎脕碇谱髟摫?襯構件140 (包括該內部和外部背襯構件150、 160)的優(yōu)選材料可 包括，但不限于，石墨、碳化硅、鋁(Al)或其他合適的材料。該內部電4及120和該外部電才及130優(yōu)選i也利用導熱和導電 彈性粘合材沖十(未示)貼附于該內部和外部背^3"構件150、 160。該彈性粘合材料考慮到在由于熱循環(huán)導致的熱應力期間該上電才及iio 和該背4于構4牛140之間的相只t移動。該粘合才才沖十還在該內部與該外 部電才及120、 130以及該內部與該外部背4于構件150、 160之間傳遞熱
一起，例如，在共同擁有的美國專利No.6，073,577中，其整體通過 引用結合在這里。該內部背襯構件150和該外部背襯構件160優(yōu)選地利用合
適的緊固件連接到該熱控制構件102，該緊固件可以是螺栓、螺釘 等。例如，螺一全(未示)可以插進該熱控制構件102中的孔內并且 擰進該背襯構件140中的螺紋開口中。該熱控制構件102包括彎曲部 分184，并且優(yōu)選地由機械加工的金屬材料制造，如鋁、鋁合金等。 該上板104優(yōu)選地由鋁或鋁合金制成。該等離子限制總成(或晶片 區(qū)域等離子總成(WAP)) 180設在該噴頭電極總成100之外。包括 多個垂直方向可調節(jié)的等離子限制環(huán)190的合適的等離子限制總成 18()在共同擁有美國專利No.5,534,751中描述，其整體通過引用結合 在這里。圖3示出圖2的噴頭電極總成一部分的剖視圖，包括具有 內部電才及l(fā)20和外部電4及130的上電才及110 、由單個圓盤或片反組成的 背襯構件140和保護環(huán)170。如圖3所示，該背襯構件140可改成延伸 超出該內部電極120的外緣121，從而可^吏用單個背襯構件140,而 不是如圖2所示的內部背襯構件150和外部背襯構件160 。該內部電 才及120的外纟彖121通常是垂直的，如圖3所示。然而，可以-認識到， 該內部電才及120的外緣121可以具有非垂直的方向。4要照一個實施例，該外部電才及130優(yōu)選;t也由多個萃史組成， 其中這些段利用彈性粘合材料(未示)彼此貼附。該多個段為在處 理區(qū)域102中處理半導體或基片期間該外部電極130的膨脹留出余 地。在處理期間，熱量通過熱傳導,人該內部電才及120和該外部電極130傳遞到該內部背坤寸構件150 、該外部背4于構4牛160和該 <呆護環(huán) 170，然后至該上^反104。圖4示出按照一個實施例，保護環(huán)170的俯一見圖。如圖4 所示，該保護環(huán)170優(yōu)選地是圓形，具有內徑171和外徑173 (圖5 )。 可以i人識到，該《呆護環(huán)170的內徑和外徑171、 173依賴于該背斗于構 件140的外徑(包括該外部背襯構件160的外徑)而變化。該保護環(huán) 170優(yōu)選地是由與鄰接的晶片區(qū)域等離子(WAP)限制環(huán)l卯相同的 材料(如石英)或者具有相似熱膨脹系數(CTE)的材料制成，并 且其在較寬的溫度范圍內直徑保持穩(wěn)定。該保護環(huán)170還優(yōu)選地由 具有絕緣和/或電介質屬性的材;扦制成?？梢証人識到，在該等離子室 使用或運行期間，該保護環(huán)170優(yōu)選地以與該多個限制環(huán)190相似的 速率膨脹和/或收縮。因此，在4交寬的溫度范圍上，在該保護環(huán)l70 和該多個限制環(huán)190之間可以優(yōu)選;也保4寺恒定的徑向間隙224 (圖 7),而提供恒定的氣流性能。
L0047]圖5示出圖4的保護環(huán)170沿5-5的剖一見圖。如圖5所示，該 保護環(huán)170是圓形，具有內徑171和外徑173。圖6示出按照一個實施例，該保護環(huán)170的剖浮見圖。如圖6 所示，該保護環(huán)170優(yōu)選地具有矩形截面，其有內邊172、外邊174、 下表面176和上表面178。該內邊l72、該外邊l74、該下表面1冗和 該上表面178之間的角優(yōu)選地為圓角，半徑在大約0.025到0.010之間。4耍照一個實施例，該內邊172和該外邊174^尤選;t也具有大 約0.380到0.394英寸的高度177，更優(yōu)選地大約0.384到0.390英寸以 及最優(yōu)選地大約0.387英寸，具有大約0.140到0.150英寸的寬度179, 更優(yōu)選地大約0.142至0.147英寸，最優(yōu)選地大約0.145英寸。
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圖7示出按照一個實施例，外部電極110的一部分的剖視 圖，具有帶有定心元件210的保護環(huán)170。如圖7所示，該Y呆護環(huán)170 圍繞該外部背襯構件160并優(yōu)選地配置為圍繞該外部背襯構件160 的外緣164同心設置或者以其為中心?？梢哉J識到，該保護環(huán)170的 定中心可以彌補運行和/或使用期間該上電極IIO、包括該內部背村 構件150和該外部背襯構件160的背襯構件140 ，以及包括該等離子 限制環(huán)190的該等離子限制總成180之間熱膨脹系數的不匹配。4安照一個實施例，如圖7所示，該〗呆護環(huán)17(H吏用具有彈 簧加載定心元件220的合適的定心元件210而圍繞該外部背^H"構件 140的外緣164。該彈簧加載定心元件220優(yōu)選地由中空圓柱體252 (圖9)組成，其容納彈簧或類似彈簧的元件224。該外部背襯構件 160優(yōu)選地包^舌多個孔或腔212，其適于容納該定心元件210，在該 外部背襯構件160的外緣164和該保護環(huán)170的內邊172之間產生內 部間隙200。這些孔或腔212具有直徑214,其稍大于該定心元件210 的外徑。該定心元件210試圖在該外部背襯構件160和該保護環(huán)170 的內邊172之間產生平衡的負載，其使該保護環(huán)170以該外部背襯構 件160的外緣164為中心。該彈簧或類似彈簧的元件224可以是懸臂葉片彈簧、雙支 撐葉片彈簧、開口的徑向移動螺旋線圈、徑向才展動圓柱活塞或其他 合適的類似、彈簧元件。可以i人識到，該彈簧或類似、彈簧的元件224 優(yōu)選地具備低彈簧剛性系凄t以最小4匕該^呆護環(huán)170中的彎曲和應 力。然而，該彈簧或類似彈簧的元件224還優(yōu)選地包括足夠高的彈 簧剛性系數以克服任何系統(tǒng)摩擦。可以認識到，該彈簧或類似彈簧 的元件224可替換地為合適的彈性材沖+。按照一個實施例，該彈簧 或類似彈簧的元件224可由不銹鋼、鉻鎳鐵合金或其他合適的金屬
的元件224可以在限定范圍上支撐各種負載。
另夕卜，如圖7所示，徑向間隙(或外部間隙)240存在于 該上電才及IIO、背^)"構件140與該等離子限制總成180之間。該徑向 間隙或外部間隙包4舌下徑向間隙242和上4圣向間隙244。該下徑向間 隙242在該外部電極130的外緣134和該限制總成180的內邊182之 間。該上徑向間隙244在該保護環(huán)170的外緣174和該限制總成180的 內邊182之間。該上徑向間隙244是優(yōu)選地保持在恒定的距離，從而 該系統(tǒng)100可運行在較寬的溫度范圍上，這個范圍在使用期間提供 恒定的氣體性能并且使得該系統(tǒng)100性能提高。可以認識到，由于 通常用于該上電極110、卩艮制環(huán)190和背襯構件140的材料不同，所 以該下徑向間隙242在該系統(tǒng)運4亍期間會變化。在該上電極110、該背襯構件140和該保護環(huán)170的熱膨脹 和/或收縮期間，該定心元件210試圖通過^:該保護環(huán)170以該外部背 襯構件160的外緣164為中心而在該外部背襯構件160和該保護環(huán) 170的內邊172之間產生平tf的負載。使用中，該定心元4牛21(H尤選 地圍繞該背襯構件140的外緣164等距隔開設在三個或多個對稱角 度位置。該圓形保護環(huán)170以該背襯構件140為中心還通過避免使 用或者處理期間該系統(tǒng)內工藝氣體流量變4匕而為該系統(tǒng)1004是供均 一性。另外，通過利用多個定心元件210形式的自定形4交正元件消 除該外部背襯構件140和該4呆護環(huán)170之間4壬^T偏心電阻，該系統(tǒng) IOO可在系統(tǒng)裝配期間保持同心度而沒有徑向碰撞負載(radial bump load)。另外，可以i/v識到，該系統(tǒng)100的固有拔、動可用來^f吏該^呆護 環(huán)170以該上電才及背坤十構件140為中心。該保護環(huán)170還可最小化或消除該保護環(huán)170與該等離子 限制總成180 (或WAP)或限制環(huán)190之間、該^呆護環(huán)170與該上電 極背襯構件140之間局部電弧放電或點燃的可能性。
該定心元件210還優(yōu)選:l也配置為在該外部背^t構件160和 該保護環(huán)170之間提供足夠的間距以避免粘結并且同心對準該保護 環(huán)170和該上電極背襯構件140。該彈簧或類似彈簧的元件224還允 "i午該4呆護環(huán)170在該上電才及110 (或夕卜部電才及130)的上表面138上軸 向支撐其自身，這樣就消除了在該保護環(huán)170下方的軸向間隙?？?以認識到，通過消除該軸向間隙，該保護環(huán)170可以保護該上電極
由基團和離子轟擊腐蝕影響。另外，通過允許該^呆護環(huán)170在該上 電極表面138上支撐其自身，該保護環(huán)170還保護該背^f構件140(包 括該內部背襯構件150和該外部背襯構件160,包括該外部背襯構件 的外表面164)不暴露于來自等離子的自由基團和離子轟擊，以及 沒有相關的氟化鋁形成?？梢詉人識到，該定心元4牛210還可集成防止或最小4匕壓縮 形變并防止暴露的金屬材料如不銹鋼彈簧得機械元件。另外，該定 心元件210優(yōu)選地由低摩擦材料制成，其避免接觸部件或元件的粘 著。該定心元ff210還^尤選;也i殳計為這些元^f牛210為三維的、耐溫、 符合人體工程學便于裝配/拆解、幾何上盡可能簡單以使制造成本最 低并且使用低成本且化學穩(wěn)定的材料。圖8示出按照一個實施例，具有網狀^求或滾子頂端總成 250的定心元件210的側^見圖。如圖8所示，該網狀^求或滾子頂端總 成250由中空圓柱體252(圖9)組成，其具有第一端254和第二端256。 該第一端254開口以容納彈簧或類似彈簧的元件224 (圖7)。該第二 端256具有球形容納部258,適于容納球260。該球260保留在該球形 容納部258內并且在適于與該^呆護環(huán)1704妄觸時#4居需要在該^求形 容納部258中轉動。該網狀J求或滾子頂端總成250優(yōu)選地由氟化聚合物組成， 如Teflon⑧(或聚四氟乙歸(PTFE ))。然而，可以i人識到，該網狀球或滾子頂端總成250可由聚醚醚酮或聚酮(PEEK)、聚酰亞胺(如 Vespel )或其他合適聚合材料組成?？梢哉J識到，如果由于其他 原因而不能使用PTFE材料，那么優(yōu)選具有最低摩擦系數的材料。圖9示出圖8的滾子頂端總成250沿線9-9的剖浮見圖。如圖9 所示，該滾子頂端總成250由中空的圓柱體252組成，其具有第一端 254、第二端256和球形容納部258。該球形容納部258容納可滾動的 球(或網狀球)260,其固定地保留在該滾子頂端總成250的第二端 256內。圖IO示出圖8的定心元件210的一部分的剖碎見圖。如圖10 所示，該滾子3求總成250的^求形容納部258適于容納5求260。該3求形 容納部258包纟舌具有第一直徑264的上部262和具有大體上^求形或半 J求月空體268的下"^266, i亥下4p適于容纟內i亥J求260。 ^亥J求260大體上為 球形，當與 一 個物體如該保護環(huán)170接觸時，該球260在該球形或半 球腔體268內轉動。該球260在^求形或半J求腔體268內的轉動在由于 該上電極110 、該背襯構件140和該等離子限制總成180的熱膨脹產 生的系統(tǒng)運動而導致的該上電才及IIO、該背襯構件140和該等離子限 制總成180的運動期間，使該保護環(huán)170以該外部背襯構件160的外 纟彖164為中心。圖11示出按照另一實施例，該外環(huán)170的俯視圖。如圖ll
孔腔270。該至少三個插口或孔腔270適于容納具有圓形頂端290(圖 13-15)的定心元件210。該至少三個插口或孔腔270優(yōu)選地在該保護 環(huán)170的內邊172上彼此等距隔開，從而這三個插口或孔腔270每個 距彼此120度?？梢哉J識到，可4吏用多于至少三個的插口或孔腔270, 例如至少六個(6)、至少十二個(12)或至少十/\個(18)。
圖12示出圖11的i呆護環(huán)和該插口或孔腔270的一部分。如 圖12所示，該插口或孔腔270包括凹槽272,其適于容納具有圓形頂 端2卯(圖13)的定心元件210。該凹槽272可延伸該保護環(huán)170的內 邊172的高度，或者，該內邊172可包括球形凹槽，其適于容納該定 心元件210的圓形頂端2卯，或其組合，其中該凹4曹272并不延伸該 保護環(huán)170的內邊172全部長度。在可選實施例中，如圖12所示，該保護環(huán)170的內邊172 可包括襯套274,其寬度276為大約0.018至0.022英寸，更優(yōu)選地大 約0.020英寸。優(yōu)選地，該襯套274設在該保護環(huán)170的內邊172內， 并在沿該內邊l72的那些沒有該襯套274的位置形成凹槽270。圖13示出按照另 一個實施例，具有圓柱形體280和圓形頂 端290的定心元件210的剖視圖。如圖13所示，該定心元件210包4舌 中空的圓柱形體280 (圖15),其具有帶有圓形頂端290的第一端282 和第二端284。該第二端284開口以容納彈簧或類似彈簧的元件224 (圖7)。按照一個實施例，該定心元件210的總的高度286為大約1.38 至1.44英寸，其優(yōu)選地大約1.41英寸。圖14示出圖13的該定心元件210的第二端284的仰視圖。 如圖14所示，該第二端284的內徑292為大約0.196至0.206英寸，更 優(yōu)選地為大約0.199至0.202英寸，最優(yōu)選地大約0,199英寸。另夕卜， 該第二端284的外徑294優(yōu)選;也為大約0.242至0.254英寸，更優(yōu)選地 大約0.248至0.251英寸，最優(yōu)選地大約0.248英寸。圖15示出圖13的定心元件210沿線15-15的剖一見圖。如圖 ]5所示，該定心元件210包括中空圓柱形體280、第一端282、第二 端284和圓形頂端290。該第二端284開口并且適于容納彈簧或類似、 彈簧的元件224 。該第二端284還可包括倒角的或傾斜的內邊296 。 該圓形頂端290優(yōu)選地具有直徑為大約O. 120至0.140英寸的球徑，更優(yōu)選地大約0.130。該第一端282優(yōu)選地具有大約0.242至0.254英寸的 直徑294,更優(yōu)選地大約0.248至0.251英寸，最優(yōu)選地大約0.248英寸。 該第 一端282還優(yōu)選地包括稍微圓形的邊。如圖15所示，該定心元件210包括腔體298，其適于容納 彈簧或類似彈簧的構件224。該腔體298從該定心元件210的第二端 284朝向該第一端282延伸。按照一個實施例，該腔體298優(yōu)選地具 有大約1.000至1,100英寸的高度287,更優(yōu)選地大約1.055英寸。該定 心元件210的第一端282優(yōu)選地是實心或半實心，高度285為大約 0.330至0.390英寸，更優(yōu)選地大約0.355英寸。圖16-21示出4要照進一步實施例，定心元件300—系列側 一見圖和剖一見圖。如圖16-21,該定心元件300由上部302 (圖16)、下 部304 (圖17)和彈簧或類似彈簧的元件350 (圖21 )組成。由該上部302和該下部304組成的該定心元件300的總高 度為大約0.68至0.76英寸，更優(yōu)選地大約0.72英寸。該圓柱形體310 的高度316在大約0.49和0.57英寸之間，更優(yōu)選地大約0.53英寸。該 圓柱形頂端320的高度318在大約0.028和0.032之間。該圓柱形頂端 320優(yōu)選地由上段322和下段324組成，其半徑分別在0.005到0.010英 寸以及0.005到0.0]5英寸之間。
圖17示出該定心元件300的下部304的側一見圖。如圖17所 示，該下部304由圓柱形插入物330組成，該插入物由上部332和下 部334組成，其具有第一外徑336和第二外徑338，其中該上部332的 第一外徑大于該下部334的外徑，乂人而該上部4呆留在該上部302的圓 柱形體310的中空部分326內。該圓柱形插入物330優(yōu)選地具有大約 0.34和0.38英寸之間的高度340,更優(yōu)選地大約0.36英寸。圖18示出圖16的定心元件300的該上部302沿線18-18的 剖視圖。如圖18所示，該定心元件300的上部302包括腔體326，其 適于容納彈簧或類似彈簧元件350。該腔體326具有上邊372和下邊 374。該腔體326的下邊374是該定心元件300的第二端314上該凸緣 或內邊328的上表面。該凸緣或內邊328適于在4吏用期間將圓柱形插 入物330和彈簧元件350保留在該定心元件300的上部302的腔體326內。如圖18所示的按照 一個實施例，該圓柱形體31 O具有從該 第一端312延伸到該第二端314的大約0.500英寸的總體高度360。該
圓柱形體310包括在該第一端上的實心部分和最接近該第二端314 的腔體部分。該腔體326具有大約0.31英寸的總體高度362，而該實 心部分具有大約0,19英寸的高度364。該圓柱形體310的外徑366為大 纟勺0.248英寸。4妾照一個實施例，該圓柱形頂端320優(yōu)選地在頂端的 外徑368大約0.070英寸。圖19示出圖17的定心元件300的下部304沿19-19的剖視 圖。如圖19所示，該下部304由圓斥主形插入物330ia成，該4翁入物由 上部332和下部334組成，其具有第一外徑336和第二外徑338。該上 部332的第一外徑優(yōu)選地大于該下部334的外徑，從而該上部保留在 該上部302的圓柱形體310的中空部分326之內。該上部332和該下部 334的交界形成圍繞該圓柱形插入物330外表面的脊突382。 4姿照一 個實施例，該圓柱形插入物330優(yōu)選地具有大約0.34至0.38英寸之間的總體高度340,更優(yōu)選地大約0.36英寸，該上部336具有大約0.140 至0.150英寸的高度392，更優(yōu)選地大約0.145英寸。該下部304包括 其中具有腔體329的圓柱形插入物330。該腔體329具有大約0.091英 寸到大約0.097英寸的內徑390。該上部302的外徑388為大約0.194至 0.200英寸，包括傾斜表面394,其相對水平面大約80度角度，并且 具有大約0.03到0.05英寸的高度386,更優(yōu)選地大約0.04英寸。該下 部338的外徑400為大約0.141英寸到大約0.144英寸。該腔體329的高 度380為大約0.340英寸，以及厚度384為大約0.025英寸，內徑396為 大約0.005英寸，以及外徑398為大約0.02英寸。圖20示出圖16的定心元件的俯一見圖。按照 一個實施例， 如圖20所示，該第二端314的內徑378為大約0.196至0.206英寸，更 優(yōu)選地大約0.199至0.202英寸，最優(yōu)選地大約0.199英寸。另外，該 第二端314的外徑366優(yōu)選地為大約0.242至0.254英寸，更優(yōu)選地大 約0.248至0.251英寸，最優(yōu)選地大約0.248英寸。圖21分別示出圖16和17的定心元件300沿線18-18和19-19 的剖一見圖。如圖21所示，該彈簧元件350是容納在該圓柱形體310和 該圓柱形插入物330的該中空部分或腔體326、 329中?？梢哉J識到， 因為該圓柱形體310的內徑378和該圓柱形插入物330的夕卜徑388之 間產生的吸力效應，該定心元件300在該保護環(huán)170去除過程中可保 留在背^反孔212中。該圓柱形體310的容積326用作減震器以在去除 該保護環(huán)170期間將該圓柱形體310和該圓柱形插入物330之間的相 對加速度調節(jié)為可以接受的量。這個可接受的加速度量防止該定心
在該背板中。圖22示出按照另 一實施例，外部電才及130的一部分的剖視 圖，其具有圍繞外部上部背4于構4牛160的^f呆護環(huán)170。 3口圖22所示， 該系統(tǒng)包括具有傾斜下邊175 (或倒角面)的保護環(huán)170,該下邊從
22該內邊172延伸至該保護環(huán)170的下表面176。圓環(huán)230形式的定心元 件210位于該外部電極160的外緣164和該保護環(huán)170的傾斜的下邊 175之間，并且i殳在該外部電極130的上表面138。該圓環(huán)230優(yōu)選地 是中空環(huán)，由Teflon⑧(聚四氟乙烯(PTFE))、含氟聚合物材泮牛、
果由于其他原因不能使用PTFE材料，那么優(yōu)選具有最低摩擦系數的 材*+。該圓環(huán)230用來在該背襯構件和該保護環(huán)170使用中的熱膨月長 和收縮期間將該外部背襯構件和該保護環(huán)170之間的間隙200在其
整個周長保持一致?？梢哉J識到，該圓環(huán)230允許該保護環(huán)170由于其本身重 量而自定心其自身。該圓環(huán)230還阻擋4壬〗可至該上電4及粘合劑(未 示)和外部圓錐表面的視線或氣流路徑，這就保護該上電極粘合劑
不受來自等離子的自由基團和離子轟擊腐蝕影響。另外，該圓環(huán)保 護該背板160的外表面164不暴露于來自等離子的自由基團和離子 轟擊，以及沒有相關的氟化鋁形成。圖23示出如圖22所示的該保護環(huán)170的剖視圖。如圖23, 該<呆護環(huán)170具有傾殺+的下邊175 (或倒角面)，其乂人該內邊172延伸 至該下表面176。該內邊172和該外》彖174優(yōu)選地具有大約0.3:32至 0.372英寸的高度177,更優(yōu)選地大約0.342至0.362英寸，最優(yōu)選地大 約0.352英寸，以及寬度179為大約0.140至0.150英寸，更優(yōu)選地大約 0.142至0.147英寸，最優(yōu)選地大約0.145英寸。該傾斜的下邊175從該 內邊172延伸至該外緣174，距離為大約0.090至0.110英寸，更優(yōu)選 地大約0.100英寸，并且與該內邊形成大約50到70度的角，更優(yōu)選地 大約60度。該內邊172、該外緣174、該下表面176、該上表面178， 和該傾斜的下邊17 5之間的角優(yōu)選地為圓角，半徑在大約0.02 5至 O.OIO英寸之間?？梢詉人識到，在該內邊172和該下邊175相交的角， 該角包括最大大約0.005英寸邊折(edge break )。
已經參照多個優(yōu)選實施例描述本發(fā)明。然而，對于本領 域技術人員來說顯而易見的是，在不背離本發(fā)明主旨的情況下，還 可以將本發(fā)明實現為不同于所述的其他具體形式。該優(yōu)選實施例是 說明性的，無論如何不能認為是限制性的。本發(fā)明的范圍由所附權 利要求給出，而不是前面的描述，并且落入權利要求范圍的所有變 化和等同方式均包含在其中。
權利要求
1.一種在半導體基片處理中使用的等離子反應室的電極總成包括上電極；背襯構件，該背襯構件可貼附于該上電極的上表面；外環(huán)，圍繞該背襯構件的外部表面；和至少一個定心元件，設在該背襯構件的外部表面和該外環(huán)的內部表面之間。
2. 如權利要求l所述的總成，其中；(a)該至少一個定心元件包 括多個具有與該外環(huán)接觸的第 一端和支撐與該背襯構件接觸 的彈簧的第二端的定心元4牛；(b)該至少一個定心元件包4舌多 個容納于該背襯構件的外部表面內的腔體內的定心元件；(c ) 該外環(huán)由石英組成；(d)該背一于構件由鋁或鋁合金組成；和/ 或(e)該上電才及包4舌內部電才及和外部電極。
3. 如權利要求2所述的總成，其中該外部電極包括多個段，其形 成外部電^^及環(huán)并且在該多個^殳每個的分界面處具有重疊的表面。
4. 如權利要求l所迷的總成，其中(a)該背襯構件包括內部背 襯構件和外部背襯構件；(b )粘結材料將該上電極的上表面貼 附到該背襯構件；(c)該上電極由硅組成；(d)該至少一個定 心元件包括多個彈簧加栽定心元件,其一端具有網狀球構件; 和/或(e)該至少一個定心元4牛包4舌三個或多個圍繞該背碎于構 件的外部表面對稱i殳置的彈簧加載元件。
5. 如權利要求1所述的總成，其中該至少一個定心元件包括多個這樣的定心元件，其每個包括在其中具有腔體的圓柱形體和在其中具有腔體的圓柱形插入物，其中彈簧容納在該圓柱形構件和該圓柱形插入物內的腔體中。
6. 如4又利要求5所述的總成，其中該圓沖主形體具有4妄觸該外環(huán)的圓4主形頂端。
7. 如權利要求1所述的總成，其中該至少一個定心元件包括定心環(huán)。
8. 如權利要求7所述的總成，其中(a)該定心環(huán)是中空的；(b)該外環(huán)具有大體上矩形的截面，帶有與該定心環(huán)4妾觸的下部傾斜表面；(c)該背襯構件由鋁或鋁合金組成；和/或(d)該外環(huán)由石英ia成。
9. 一種保護環(huán)總成，其用于在半導體基片處理中使用的等離子反應室的電極總成，其中該電極總成包括粘結到背襯構件的噴頭電極和圍繞該電極總成的限制環(huán)總成，該保護環(huán)總成包括保護環(huán)，配置為安裝在該背襯構件的外緣和該限制環(huán)總成的內纟彖之間；和至少 一 個定心元件，適于使該保護環(huán)以該背襯構件為中
10. 如4又利要求9所述的總成，其中該至少一個定心元件包々舌多個具有與該保護環(huán)接觸的第 一端和支撐彈簧的第二端的定心元件，這些定心元件協(xié)作4吏該保護環(huán)以該背襯構件為中心。
11. 如權利要求10所述的總成，其中這些定心元件每個容納在該背襯構件的外部表面上的腔體內。
12. 如纟又利要求9所述的總成，其中該至少一個定心元件包4舌定心環(huán)。
13. 如權利要求12所述的總成，其中該定心環(huán)是可壓縮環(huán)，該保護環(huán)的內》彖 一 部分壓著該可壓縮環(huán)^氐靠該背4于構件的外*彖以及4氐靠該電纟及的上表面。
14. 如權利要求9所述的總成，其中該至少一個定心元件包括多個這樣的定心元件，其每個包括中空體，該中空體在其與該保護環(huán)才妻觸一端具有滾子而在另一端具有容納彈簧元件的腔體，該彈簧元件與該背襯構件接觸。
15. 如權利要求9所述的總成，其中該至少一個定心元件包括多個這才羊的定心元件，其每個包4舌在其一端的頂端，該〗呆護環(huán)具有多個凹部，每個凹部分別容納一個該定心元4牛的頂端。
16. 如權利要求9所述的總成，其中該保護環(huán)由石英組成，并且可選地包括在其內緣上的涂層。
17. —種4吏保護環(huán)以電才及總成的背襯構件為中心的方法，其中該背襯構件粘結到用于在半導體基片處理中使用的等離子反應室中生成等離子的電才及，該方法包4舌圍繞該背襯構件的外部表面i殳置該保護環(huán)；和將至少 一 個定心元件插在該<果護環(huán)和該背 一十構件之間以亍更4吏該保護環(huán)以該背襯構件為中心。
18. 如沖又利要求17所述的方法，其中該至少一個定心元件包4舌多個彈簧加載定心元件，其在該背^于構件的外部表面和該^呆護環(huán)的內部表面之間保持最小距離。
19. 如權利要求17所述的方法，其中該至少一個定心元件包4舌可壓縮環(huán)，其與該保護環(huán)的內緣、該背襯構件的外緣和該電極的上表面4妄觸。
20. 如權利要求17所述的方法，其中該至少一個定心元件包括多個這樣的定心元件，其每個包括中空體，該中空體在其與該保護環(huán)接觸的一端具有頂端，容納在該中空體內腔體中的插入物，該腔體中的彈簧元件將該插入物壓向該背邱于構件。
全文摘要
一種電極總成和在用于半導體基片處理的等離子反應室中將外環(huán)圍繞電極總成定中心的方法。該方法包括圍繞該電極總成的背襯構件的外部表面設置外環(huán)，以及將至少一個定心元件插在該外環(huán)和該背襯構件之間。該定心元件可以是容納在該背襯構件的外部表面的腔體中的多個彈簧加載定心元件，該定心元件具有適于接觸該外環(huán)的第一端和適于容納彈簧的第二端。該外環(huán)圍繞該背襯構件的外部表面，從而該多個彈簧加載定心元件位于該背襯構件的外部表面和該外環(huán)的內部表面之間。
文檔編號H01L21/3065GK101529562SQ200780038501
公開日2009年9月9日 申請日期2007年10月10日 優(yōu)先權日2006年10月16日
發(fā)明者丹尼爾·布朗, 基思·科門丹特, 維克托·王, 迪安·J·拉松 申請人:朗姆研究公司