专利名称：电极组件以及包含该电极组件的等离子处理室的制作方法
电极组件以及包含该电极组件的等离子处理室
背景技术：
本发明大体上涉及等离子工艺，尤其涉及等离子处理室以及
其中使用的电极组件。等离子处理装置可用来以各种技术处理基
片，包含^f旦不限于蚀刻、物理气相沉积、4匕学气相;;冗积、离子注入、
光刻胶移除等。例如，且并非作为限定， 一种等离子处理室包含上 电极(通常称为喷头电极)，以及下电极。电场建立在这些电极之 间，用以将工艺气体激发至等离子状态以在反应室内处理基片。等
离子处理室以及其中使用的喷头电极组件的实施例描述于2007年 IO月12日递交的美国专利申i青No. 11/871,586,其全部7>开内容通过 引用结合于此处。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供电极组件，其包含热控板、 硅基喷头电极、以及探针组件，其中该探针组件与该硅基喷头电极
料基本相同的硅基材料构成的硅基盖。该导电探针主体包含头部， 该头部具有配置为与该石圭基盖的内螺紋匹配的外螺紋，乂人而 <吏该石圭
基盖与该採:针主体可释》文地啮合并允许该石圭基盖与该4罙针主体重 复非破坏性地啮合与分开。该导电探针主体包含中部，该中部包括 配置为与该热控泽反的板基探针组件通道的内螺紋匹配的外螺紋，从 而使该热控板与该探针主体可释放地啮合。该电极组件如此配置， 即使该硅基盖与该探针主体头部螺紋啮合的旋向性以及该热控板 与该探针主体中部螺紋啮合的旋向性为共同的旋转方向，从而在紧固旋转方向上施加于该硅基盖的扭矩能紧固该硅基盖与该探针主 体头部的螺紋"齿合以及该热控^反与该一笨4十主体中部的螺紋P齿合。根据本发明的另一实施例，提供等离子处理室，其包含真空 源、工艺气体源、等离子电源、基片支撑件以及制作为包含本发明 的一个或多个方面的上电拟j且4牛。根据本发明的又一实施例，提供电极组件，其包含热控板、
石圭基喷头电才及、揮^十组件以及o形环，其中该o形环配置为在该揮: 针主体中部与该热控斧反的螺紋啮合以及限定在该纟罙针组件边缘与 该喷头电极的电极基探针组件通道的内径间的间隙之间形成气密
密封。
当结合所附附图阅读时，可以更好地理解下述本发明具体实 施例的详细描述，其中相似的结构由相似的参考符号标示，其中图l是根据本发明一个实施例的探针组件的说明；图2是根据本发明的一个实施例的电极组件的剖视图；以及图3是结合本发明某些实施例的具体方面的等离子处理室的 示意图。
具体实施例方式可以在等离子处理室10的情况中说明本发明的不同方面，在 图3中仅仅示意性地描述该处理室以避免将本发明的概念限制为特 定的等离子处理构造，或可能不是构成本发明的主题所必需的元 件。如图3的一般描述，该等离子处理室80包含真空源82、工艺气体源84、等离子电源86、包含底电极组件的基片支撑件88、以及上 电极组件IO (此处也简称为电极组件IO)。参考图2，电极组件10大体包含硅基喷头电极20、热控板30、 以及探针组件40。该探针组件40—般配置为监测与位于等离子处理 室内的电极组件10有联系的活性组分的电荷。照这样，该探针组件 40通常与该硅基喷头电极20电气绝缘。因此，该喷头电极20的电流 基本上不会干扰由该探针组件40监测的电荷。该探针组件40的电绝 缘可由间隙70^是供。这个间隙70通常限定在该:探针组件40的边缘45 与该硅基喷头电极20的电极基探针组件通道28的内径29之间。参考图l，该探针组件40可包含导电探针主体42以及硅基盖 44。根据一个实施例，该导电探针主体42基本上由铝构成。然而， 可以预期，该导电揮:针主体42可基本上由任何导电材料的一种或多 种构成。然而，该石圭基盖44由石圭基材^"构成，其在成分上与构成该 硅基喷头电极20的材料基本上相同，这个盖与该电极组件10—起帮 助防止该探针组件40污染活性物质。根据一个实施例，该硅基盖 44的硅基材料包含单晶石圭。才艮据另一个实施例，该石圭基盖44的硅基 材料包含多晶硅、氮化硅、碳化硅、碳化硼、氮化铝、氧化铝、或 其组合。该热控寺反30,如图2的剖面所示，大体包含正面32、背面34、 配置为引导工艺气体至该热控4反30的正面32的一个或多个气体通 道36 、以及配置为允许至少部分该导电探针主体42通过的板基 (plate-based )探针组件通道38。该硅基喷头电极20，同样示于图2，包含正面22、背面24、从 该石圭基喷头电才及20的背面24延伸至该石圭基喷头电才及20的正面22的 多个喷头通道26、以及配置为允许至少部分该:探针主体42通过并容 纳该探针组件40的硅基盖44于其中的电极基(electrode-based )探针组件通道28。仅作为示例，根据一个实施例，该珪基喷头电极20包 含单片、环形的喷头结构，或具有环形的中央电才及以及一个或多个 i殳置在该中央电才及圆周附近的边缘电才及的多部件、环形的喷头结 构。通常，该热控板30以及该硅基喷头电极20像这样喷合，即该 热控才反30的正面32面对该石圭基喷头电才及20的背面24。 4艮据一个实施 例，示于图2，该电才及组件10进一步包含设于该热控板30的正面32 与该硅基喷头电极20的背面24之间的导热粘结材料74。根据另 一实 施例，该电极组件IO进一步包含设于该热控板30的正面32与该硅基 喷头电极20的背面24之间的导热垫圏。另外，该热控^反30与该硅基喷头电极20通常^f象这样啮合，即 该喷头电才及20内的至少一个喷头通道26基本上与该热控4反30内的 至少一个工艺气体通道36对齐。因此，提供至等离子处理室内(其 中设置电才及组件IO )的工艺气体可通过对齐的工艺气体通道36与喷 头通道26。进而，该热控板30与该硅基喷头电极20通常像这样啮合，即 该电极基探针组件通道28至少部分与该板基探针组件通道38对齐。 这样，该对齐的电才及基纟果针组件通道28与纟反基纟笨4f组件通道38可容 纳该揮:4十组件40。如图l及2所示，该探针组件40的导电探针主体42包含具有外 螺紋48的头部46。这个外螺紋48配置为与该石圭基盖44的内螺紋50匹 配。该4笨4十主体42的外螺紋48与该盖44的内螺紋50的匹配可释方文地 使该硅基盖44与该探针主体42啮合，并允许该硅基盖44与该探针主 体42重复的非^C坏性地啮合与分开。
该导电揮:4十主体42进一步包含具有外螺紋54的中部52。该中 部52的这个外螺紋54配置为与该板基^1针组件通道38的内螺紋39 匹配，从而^f吏该热控板30'与该探针主体42可释力文地啮合。
与该中部52的外螺紋54之间扶壁(buttress ) 58。该导电撰:针主体42 的头部46的扶壁58可配置为形成对该硅基盖44与该导电探针主体 42的头部46的啮合的限制，从而防止啮合超出限定范围。通常，该电;f及组件l(H象这样配置，即该石圭基盖44与该:深针主 体42头部46螺紋啮合的旋向性以及该热控板30与该探针主体42中 部52螺紋啮合的旋向性(handedness)为共同的旋转方向。这样， 在紧固旋转方向上施加于该硅基盖44的扭矩能紧固该硅基盖44与 该探针主体42头部46的螺紋啮合以及该热控^反30与该探针主体42 中部52的螺乡丈p齿合。该石圭基喷头电才及20、该热4空^反30、以及该撰:4f" 组件40可如此配置，即当该硅基盖44与该探针主体42的头部46的螺 紋啮合以及该热控板30与该探针主体42的中部52的螺紋啮合基本 上完全啮合时，该石圭基盖44的基本上平的面66与该喷头电极20的正 面22^f立于共同的平面。该硅基盖44的基本上平的面66与该喷头电极20的正面22位于 共同的平面的这种构造有助于维持等离子处理室内的电荷均匀。进 而，为了确l呆结构完整并有助于防止污染，才艮才居一个实施例，介于 由该内螺紋50限定的螺紋孔68与该硅基盖44的基本上平的面66之 间的该硅基盖44的硅基材料，包含至少大约0.25cm的厚度。根据另 一个实施例，介于由该内螺紋50限定的螺紋孔68与该硅基盖44的基 本上平的面66之间的该硅基盖44的硅基材料具有该石圭基喷头电极 20总厚度至少大约25%的厚度。当该电极组件20位于等离子处理室 内时，介于该螺紋孔50与该基本上平的面66之间的该硅基盖44的珪 基材料的这些以及其它厚度，与该喷头电极20以及该硅基盖44的基本上平的面66—起，通过将该探针主体42与活性组分完全隔离来帮 助避免污染。该电极组件10可进一步包含O形环72，其配置为在该探针主体 42的中部52与该热控板30的螺紋啮合以及在该揮:针组件40的边缘 45与该石圭基喷头电才及20的电才及基^笨4十组件通道28的内径29间形成 的该间隙70之间形成气密密封。当该电极组件10设置于该等离子处 理室中时，这个O形环72可有助于维持等离子处理时内的4由空部。该导电4笨4十主体42,除了上述该头部46及该中部52外，通常 还包含尾部62。这个尾部62可包含电性耦合64,其配置为当该电^f及 组件10设置在等离子处理室内时，导电耦合至等离子监控装置。根据一个实施例，示于图3，该电极组件10为等离子处理室80 的上电才及组件IO。该等离子处理室80通常进一步包含真空源82、工 艺气体源84、等离子电源86、以及基片支撑件88。该真空源82配置 为至少部分抽空该等离子处理室80。该基片支撑件88位于该等离子 处理室80的抽空部，且包含与该上电极组件10隔开的基片电极。该 基片电极与该上电极组件10两者均在工作中耦合至该等离子源86。该上电才及组件10通常配置为在该等离子处理室80内限定等离 子隔断90 。该上电极组件10的探针组件40的导电探针主体42通常用 该等离子处理室80的抽空部与活性组分隔开。如上所述，该探针主 体42与该活性组分的这种隔开大大避免该活性组分被该探针主体 42污染。为了描述并定义本发明的实施例，应当注意这里4吏用的词 语"基本上(substantially)"表示可归因于任何定量对比、数值、 测量或其它表玉见(representation)的固有的不确定程度。例如，该 石圭基盖配置为由成分上与构成该石圭基喷头电才及的材并+基本上相同
15的硅基材料构成。可以预计，在由与构成该硅基喷头电极的材料相 同的硅基材料构造硅基盖中存在固有的不确定程度。进一步地，对 于本发明的目的，确实完全相同的该硅基盖的成分并不是必须的。
正因:i口jt匕，》匕处用4豆i吾"基本上相同(substantially identical)"。这 里还使用术语"基本上"以表示定量表述会偏离陈述的参照但不会 导致所讨论主题的基本功能改变的程度。例如，该硅基盖包含基本 上平的面。可以预计，对平的面的某些偏离也是允"i午的，且并没有 改变该硅基盖、该探针组件或该电极组件的基本功能。正因如此， 此处用短i吾"基本上平的"。应当注意这里对本发明的元件的详述("构造，，为以具体的 方式实现具体的属性或功能)是结构上的描述，而不是预定用途的 详述。更具体地，此处对构造远近的方式的引用表示元件存在的物 理状况，以及正因如此，被视为该元件的结构特征的确切详述。应当注意术语如"通常(generally )"及"一般(typically )，，， 当用于此处时，并不是用于限定所要求保护的发明的范围或暗示某 些特征对所要求保护的发明的结构或功能是关键的、必不可少的或 甚至重要的。而是，这些术语仅仅用于识别本发明实施例的特定方 面或者强调本发明具体实施例中可以 <吏用或可以不^f吏用的的可选
的或额外的特4正。已经详细地并基于其具体实施对本发明进行描述，显然，对 本发明的^f奮正或改变是可能的而并没有脱离本发明所附权利要求 的范围。更具体地，尽管本发明的某些方面在此处一皮认为是优选的 或有特别的优点，^f旦是可以预计本发明并不一定限于本发明这些优 选方面。应当注意 一个或多个下述4又利要求4吏用术语"其中 (wherein)"作为转折语。为了限定本发明，应当注意这个术语是作为开放式转折语用于权利要求中，其用于引出对一系列结构特
征的详述，且应当以与开放式前置语"包含(comprising)"类似的 方式进行解释。
权利要求
1. 一种电极组件，包含硅基喷头电极、热控板、以及探针组件，其中该探针组件与该硅基喷头电极电气绝缘，且包含导电的探针主体以及硅基盖，该硅基盖由成分上与构成该硅基喷头电极的材料基本上相同的硅基材料构成；该热控板包含正面、背面、配置为引导工艺气体至该热控板的正面的一个或多个工艺气体通道以及配置为允许至少部分该导电的探针主体通过的板基探针组件通道；该硅基喷头电极包含正面、背面、从该硅基喷头电极的背面延伸至该硅基喷头电极的正面的多个喷头通道、以及配置为允许至少部分该导电探针主体通过并且容纳该探针组件的硅基盖于其中的电极基探针组件通道；该热控板与该硅基喷头电极啮合以便该热控板的正面面对该硅基喷头电极的背面，该硅基喷头电极内的至少一个喷头通道与该热控板内的至少一个工艺气体通道对齐，以及该电极基探针组件通道与该板基探针组件通道至少部分对齐；该导电探针主体包含头部，该头部包含配置为与该硅基盖的内螺纹配合的外螺纹，以便使该硅基盖与该探针主体可释放地啮合且允许该硅基盖与该探针主体重复非破坏性啮合与分开；该导电探针主体包含中部，该中部包含与板基探针组件通道的内螺纹匹配的外螺纹，以便使该热控板与该探针主体可释放地啮合；该导电探针主体包含具有电性耦合的尾部，配置为导电耦合至等离子监控装置；该电极组件如此配置，即使得该硅基盖与该探针主体头部螺纹啮合的旋向性以及该热控板与该探针主体中部螺纹啮合的旋向性为共同的旋转方向，从而在紧固旋转方向上施加于该硅基盖的扭矩能够紧固该硅基盖与该探针主体头部的螺纹啮合以及该热控板与该探针主体中部的螺纹啮合；以及该硅基喷头电极、该热控板、以及该探针组件如此配置，即当该硅基盖与该探针主体头部的螺纹啮合以及该热控板与该探针主体中部的螺纹啮合基本上完全啮合时，该硅基盖的基本上平的面与该硅基喷头电极的正面位于共同的平面。
2. 如权利要求1所述的电极组件，其中该导电探针主体头部进一 步包含位于该头部的外螺紋与该中部的外螺紋之间的扶壁。
3. 如权利要求2所述的电极组件，其中该导电探针主体头部的扶壁配置为形成对该硅基盖与该导电#:针主体头部的啮合的限 制，乂人而防止啮合超出限定范围。
4. 如权利要求1所述的电极组件，其中介于由该内螺紋限定的螺 紋孔与该硅基盖的基本上平的面之间的该硅基盖的硅基材料 厚度为至少大约0.25cm。
5. 如权利要求1所述的电极组件，其中介于由该内螺紋的螺紋孔 与该硅基盖的基本上平的面之间的该硅基盖的硅基材料厚度 为该石圭基喷头电极总厚度的至少大约25%。
6. 如权利要求1所述的电极组件，其中该硅基盖的硅基材料包含 单晶硅。
7. 如权利要求1所述的电极组件，其中该硅基盖的硅基材料包含 多晶硅、氮化硅、碳化硅、碳化硼、氮化铝、氧化铝、或其组 合。
8. 如权利要求1所述的电极组件，其中该硅基喷头电极包含单 片、环形的喷头结构或者包含环形的中央电才及以及i殳置在该中 央电才及圓周附近的 一个或多个边纟彖电才及的多部4牛、环形的喷头 结构。
9. 如权利要求1所述的电极组件，其中该电极组件进一步包含位 于该热4空4反正面与该石圭基喷头电才及背面之间的导热垫圈。
10. 如权利要求1所述的电极组件，其中该电极组件进一步包含位 于该热控^反正面与该石圭基喷头电才及背面之间的导热粘结材泮牛。
11. 如斗又利要求1所述的电极组件，其中该电极组件包含限定在该 探针组件的边缘与该硅基喷头电极的电极基探针组件通道的 内径之间的间隙，从而该探针组件与该硅基喷头电极电气绝缘。
12. 如权利要求11所述的电极组件，其中该电极组件进一步包含 O形环，其配置为在该纟罙4十主体中部与该热4空^反之间的螺紋喷合以及限定在该揮:针组件的边缘与该石圭基喷头电极的电极基 探针组件通道内径间的间隙之间形成气密密封。
13. 如权利要求1所述的电极组件，其中该电极组件是等离子处理室的上电才及组件，该等离子处理室进一步包含真空源、工艺气 体源、等离子电源、以及基片支撑件。
14. 如权利要求13所述的电极组件，其中该真空源净皮配置为至少部分4由空该等离子处理室；该基片支撑件位于该等离子处理室的抽空部，且包含与 该上电才及组件隔开的基片电极；以及该基片电极与该上电极组件操作中耦合至该等离子源。
15. 如权利要求14所述的电极组件，其中该上电极组件配置为在该等离子处理室内限定等离子隔 断；以及该上电极组件的探针组件的导电探针主体与该等离子处 理室的抽空部内的活性组分隔开，从而使该活性组分基本上避 免被该导电探针主体污染。
16. —种等离子处理室，包含真空源、工艺气体源、等离子电源、 基片支撑件以及上电极组件，其中该真空源配置为至少部分4由空该等离子处理室；该基片支撑件位于该等离子处理室的抽空部，且包含与 该上电极组件隔开的基片电极；该基片电极与该上电极组件操作中耦合至该等离子源；该上电极组件包含硅基喷头电极、热控板、以及探针组件；该探针组件与该硅基喷头电极电气绝缘，且包含导电探 针主体以及石圭基盖，该石圭基盖由成分上与构成该石圭基喷头电;f及 的材料基本相同的硅基材料构成；该热控々反包含正面、背面、配置为引导工艺气体至该热 控才反正面的一个或多个工艺气体通道、以及配置为允许至少部 分导电4罙针主体通过的才反基4冢针组件通道；该硅基喷头电极包含正面、背面、从该硅基喷头电极背 面延伸至该硅基喷头电极正面的多个喷头通道、以及配置为允 许至少部分该导电纟笨针主体通过且容纳该纟笨针组件的硅基盖于其中的电才及基4笨针组件通道；该热控板与该硅基喷头电极啮合以便该热控板的正面 面对该》圭基喷头电4及的背面，该-圭基喷头电4及内的至少 一个喷 头通道与该热4空4反内的至少 一个工艺气体通道只于齐，且该电招_ 基4采针组件通道至少部分与该板基一果针组件通道对齐；该导电探针主体包含头部，该头部包含与该硅基盖的内 螺紋匹配的外螺紋，以便可释放地将该硅基盖与该探针主体啮 合并允许将该硅基盖与该探针主体重复非破坏性地啮合与分 开；该导电撰:针主体包含中部，该中部具有配置为与该才反基 探针组件通道的内螺紋匹配的外螺紋，以便可释放地将该热控^反与该纟笨针主体啮合；该导电4果4十主体包含具有电性津馬合的尾部，该尾部配置 为导电耦合至等离子监控装置；该电极组件如此配置，即该硅基盖与该探针主体头部螺紋嗜合的旋向性以及该热控板与该#:针主体中部螺紋啮合的 旋向性为共同的旋转方向，从而在紧固旋转方向上施加于该硅 基盖的扭矩能紧固该硅基盖与该探针主体头部的螺紋啮合以及该热控板与该探针主体中部的螺紋啮合；以及该石圭基喷头电才及、该热控并反、以及该採:针组件如此配置， 即当该硅基盖与该探针主体头部的螺紋啮合以及该热控板与 该探针主体中部的螺紋啮合基本上完全啮合时，该硅基盖的基本上平的面与该石圭基喷头电极的正面4立于共同的平面。
17. 如权利要求16所述的等离子处理室，其中该上电才及组件配置为在该等离子处理室内限定等离子隔断；以及该上电才及组件的探针组件的导电纟笨针主体与该等离子处 理室的抽空部内的活性组分隔开，从而基本上避免了该活性组 分4皮该导电探3十主体污染。
18. 如权利要求16所述的电极组件，其中该电极组件包含限定在 该探针组件边缘与该电极基探针组件通道内径之间的间隙，从 而该揮:4t纟且^牛与该石圭基喷头电4及电气绝纟彖。
19. 如片又利要求18所述的等离子处理室，其中该电才及组件进一步 包含O形环，用以在该探针主体中部与该热控板的螺紋啮合 以及限定在该探针组件边缘与该硅基喷头电极的电极基探针 组件通道的内径间的间隙之间形成气密密封。
20. —种电极组件，包含硅基喷头电极、热控板、以及探针组件， 其中该4笨针组件与该硅基喷头电极通过限定在该4笨针组件边 缘与该喷头电极的电极基探针组件通道之间的间隙电气绝缘；该探针组件包含导电探针主体、由成分上与构成该硅基 喷头电极的材料基本相同的硅基材料构成的硅基盖、以及O 形环；该热控4反包含正面、背面、配置为引导工艺气体至该热 4空4反正面的一个或多个工艺气体通道、以及配置为允i午至少部 分该导电揮:针主体通过的玲反基一果针组件通道；该硅基喷头电极包含正面、背面、从该硅基喷头电极背 面延伸至该石圭基喷头电才及正面的多个喷头通道、以及配置为允许至少部分该导电探针主体通过并且容纳该探针组件的硅基 盖于其中的电才及基#1针组件通道；该热控板与该硅基喷头电极啮合以便使该热控板正面面 对该石圭基喷头电才及背面、该石圭基喷头电4及内的至少一个喷头通 道与该热控板内的至少 一个工艺气体通道对齐，且该电极基探针组件通道与该才反基#:针组件通道至少部分对齐；该导电揮:针主体包含头部，该头部包含与该石圭基盖的内 螺紋匹配的外螺紋，从而使该硅基盖与该探针主体可释放地啮 合，并且允i午该石圭基盖与该揮:针主体重复非-皮坏性地啮合与分 开；介于由该内螺紋限定的螺紋孔与该石圭基盖的基本上平的面之间的该硅基盖的硅基材料包含至少大约0.25cm的厚度；该导电揮:4十主体包含中部，该中部包含配置为与该才反基:探针組件通道的内螺紋匹配的外螺紋，从而4吏该热控板与该探针主体可释力文地啮合；该o形环配置为在该揮:4十主体中部与该热控一反的螺紋啮 合以及限定在该揭:针组件边缘与该喷头电才及的电极基纟果4十组 件通道的内径间的间隙之间形成气密密封。该导电纟笨针主体包含具有电性耦合的尾部，该尾部配置为导电耦合至等离子监控装置；该电极组件如此配置，即使该硅基盖与该探针主体头部螺紋啮合的旋向性以及该热控板与该揮:针主体中部螺紋啮合 的旋向性为共同的旋转方向，从而在紧固旋转方向上施加于该 硅基盖的扭矩能紧固该硅基盖与该探针主体头部的螺紋啮合以及该热控板与该:探针主体中部的螺紋啮合；以及该名圭基喷头电才及、该热控;f反、以及该4罙4十组件如此配置， 即当该硅基盖与该探针主体头部的螺紋啮合以及该热控板与该探针主体中部的螺紋啮合基本上完全啮合时，该硅基盖的基 本上平的面与该硅基喷头电极正面位于共同的平面。
全文摘要
本发明大体上涉及等离子处理室以及用于其中的电极组件。根据一个实施例，电极组件包含热控板、硅基喷头电极以及包含导电的探针主体以及硅基盖的探针组件。该电极组件如此配置，即该硅基盖与该探针主体头部螺纹啮合的旋向性以及该热控板与该探针主体的中部螺纹啮合的旋向性具有共同的旋转方向。因此，对该硅基盖在紧固的旋转方向上施加扭矩使两个螺纹啮合变得紧固。进一步地，该电极组件如此配置，即该硅基盖与该探针主体头部的螺纹啮合允许该硅基盖与该探针主体重复非破坏性啮合和分开。
文档编号H05H1/24GK101442872SQ200810179010
公开日2009年5月27日 申请日期2008年11月21日 优先权日2007年11月21日
发明者乔恩·科尔, 兰德尔·A·哈丁, 莎伦·斯宾塞 申请人:朗姆研究公司