本发明大体涉及等离子处理，更具体地，涉及等离子处理室和其中的电极组件。按照本发明一个实施方式，提供一种电极组件，包括热控板、硅基喷头电极和导热垫圈，其中该热控板的前侧和该喷头电极的背侧各自的轮廓配合以形成脱节的热界面，其包括邻近该喷头电极的喷头通道的部分和远离该喷头通道的部分。该远离部分相对该邻近部分凹下和通过该热界面的该邻近部分与该喷头通道隔开。该垫圈是沿该远离部分设置从而该垫圈与该喷头通道隔开并可促进跨过该热界面、从该喷头电极到该热控板的热传递。
1.电极组件，包括热控板、硅基喷头电极和导热垫圈，其中：该热控板包括前侧、背侧和多个工艺气体通道；
该热控板和该喷头电极啮合从而该热控板的前侧面向该喷头电极的背侧；
该热控板的多个工艺气体通道和该喷头电极的多个喷头通道结合以允许工艺气体通过该电极组件；
该热控板的前侧和该喷头电极的背侧各自的轮廓配合以形成脱节的热界面，该热界面包括邻近该喷头通道的部分和远离该喷头通道的部分；
该脱节的热界面的远离部分相对该脱节的热界面的邻近部分凹下并通过该脱节的热界面的该邻近部分与该喷头通道分开；以及该导热垫圈沿该脱节的热界面的该远离部分设置从而该垫圈与该喷头通道隔开，其中该隔开是指该垫圈既完全与该喷头通道物理隔开，又至少与该喷头通道气体隔绝，其中该脱节的热界面限定该导热垫圈的间接位移的程度足以将该垫圈与该喷头通道隔开，其中该导热垫圈的间接位移的程度由该垫圈距该喷头通道的横向位移（d1）的程度和该垫圈距该脱节的热界面的该邻近部分的平面的垂直位移（d2）的程度限定，其中所述横向位移和所述垂直位移都不为0。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中该导热垫圈基本上完全覆盖该脱节的热界面的远离部分。
3.根据权利要求1或2所述的电极组件，其中该导热垫圈不沿该脱节的热界面的该邻近部分设置。
4.根据权利要求1或2所述的电极组件，其中该导热垫圈与该热控板的前侧和该喷头电极的背侧直接连通。
5.根据权利要求4所述的电极组件，其中该导热垫圈与该热控板的前侧和该喷头电极的背侧的该直接连通提高在低接触压力下该喷头电极的背侧和该热控板的前侧之间的连通，从而该垫圈促进跨过该喷头电极和该热控板限定的该脱节的热界面的热传递。
6.根据权利要求1所述的电极组件，其中该导热垫圈包括碳纳米管填充物。
7.根据权利要求1所述的电极组件，其中该脱节的热界面的该邻近部分与可通过该电极组件的工艺气体直接连通。
8.一种等离子处理室，包括真空源、工艺气体供应源、等离子功率供应源、衬底支撑件和上部电极组件，其中：该真空源构造为至少部分排空该等离子处理室；
该衬底支撑件设在该等离子处理室的排空部分，并包括与该上部电极组件隔开的衬底电极；
该衬底电极和该上部电极组件运行中耦接该等离子功率供应源；
该上部电极组件包括热控板、硅基喷头电极和导热垫圈；
该热控板和该喷头电极啮合从而该热控板的前侧面向该喷头电极的背侧；
该热控板的多个工艺气体通道和该喷头电极的多个喷头通道结合以允许工艺气体通过该电极组件；
该热控板的前侧和该喷头电极的背侧各自的轮廓配合以形成脱节的热界面，该热界面包括邻近该喷头通道的部分和远离该喷头通道的部分；
该脱节的热界面的远离部分相对该脱节的热界面的邻近部分凹下，并通过该脱节的热界面的该邻近部分与该喷头通道分开；以及该导热垫圈沿该脱节的热界面的该远离部分设置从而该垫圈与该喷头通道隔开，其中该隔开是指该垫圈既完全与该喷头通道物理隔开，又至少与该喷头通道气体隔绝，其中该脱节的热界面限定该导热垫圈的间接位移的程度足以将该垫圈与该喷头通道分隔，其中该导热垫圈的间接位移的程度由该垫圈距该喷头通道的横向位移（d1）的程度和该垫圈距该脱节的热界面的该邻近部分的平面的垂直位移（d2）的程度限定，其中所述横向位移和所述垂直位移都不为0。
9.根据权利要求8所述的等离子处理室，其中该导热垫圈基本上完全覆盖该脱节的热界面的远离部分。
10.根据权利要求8所述的等离子处理室，其中该导热垫圈不沿该脱节的热界面的该邻近部分设置。
11.根据权利要求8所述的等离子处理室，其中该导热垫圈与该热控板的前侧和该喷头电极的背侧直接连通。
12.根据权利要求8所述的等离子处理室，其中该脱节的热界面的该邻近部分与可通过该喷头电极的喷头通道的工艺气体直接连通。
采用导热垫圈的电极组件和等离子处理室
背景技术
[0001] 本发明大体涉及等离子处理，更具体地，涉及等离子处理室和其中的电极组件。等离子处理设备可用于通过各种技术处理衬底，所述技术包括但不限于，蚀刻、物理气相沉积、化学气相沉积、离子注入、抗蚀剂去除等。例如，不是作为限制，一种等离子处理室包含上部电极（通常称作喷头电极）和底部电极。在电极之间建立电场以将工艺气体激发为等离子态以在该反应室中处理衬底。
发明内容
[0002] 按照本发明一个实施方式，提供一种电极组件，包括热控板、硅基喷头电极和导热垫圈。该热控板包括前侧、背侧和多个工艺气体通道，而该喷头电极包括前侧、背侧和多个喷头通道。该热控板和该喷头电极啮合从而该热控板的前侧面向该喷头电极的背侧，该热控板的多个工艺气体通道和该喷头电极的多个喷头通道结合以允许工艺气体通过该电极组件。该热控板的前侧和该喷头电极的背侧各自的轮廓配合以形成脱节的（disjointed）热界面，该热界面包括邻近该喷头通道的部分和远离该喷头通道的部分。该热界面的远离部分相对该脱节的热界面的邻近部分凹下，并通过该脱节的热界面的该邻近部分与该喷头通道分开。该导热垫圈沿该热界面的远离部分设置从而该垫圈与该喷头通道隔开。
[0003] 按照本发明另一实施方式，提供一种等离子处理室，包括真空源、工艺气体供应源、等离子功率供应源、衬底支撑件和上部电极组件，其制造为结合了本发明的一个或多个方面。
附图说明
[0004] 当参照附图阅读时，可最佳地理解本发明的具体实施方式的详细描述，类似的结构利用相似的参考标记，其中：
[0005] 图1是结合本发明某些实施方式特定方面的等离子处理室的示意图；
[0006] 图2是按照本发明一个实施方式的喷头电极的背侧的俯视图；
[0007] 图3是按照本发明一个实施方式的喷头电极的背侧和厚度尺寸的轴测图；
[0008] 图4是按照本发明一个实施方式的包括脱节的热界面的电极组件的剖视图；
[0009] 图5是图4中的该电极组件的放大图；以及
[0010] 图6A-6E按照本发明某些可选实施方式的各种脱节的热界面构造的剖视图。
具体实施方式
[0011] 附图中阐述的实施方式本质上是说明性的，而不是为了限制由权利要求所限定的本发明。此外，根据该详细的描述，附图和本发明的各个方面将更充分表现并且可以更充分地理解。
[0012] 本发明的各种不同方面可在等离子处理室10的环境中描述，其在图1只是示意性示出以避免将本发明的概念限制于特定的等离子处理构造或部件，这些可能不是本发明主题的组成部分。如图1中大体上示出的，该等离子处理室10包括真空源20、工艺气体供应源30、等离子功率供应源40、包括下部电极组件55的衬底支撑件50和上部电极组件60。
[0013] 参照图4和5，示出本发明的上部电极组件60的实施方式。大体上，该电极组件60包括热控板70、硅基喷头电极80和导热垫圈90。该热控板70包括前侧72、背侧74和多个工艺气体通道76。这些工艺气体通道76通常从该热控板70的背侧74延伸穿过该前侧72。尽管本发明不限于特定的热控板材料或工艺气体通道构造，但是注意合适的热控板材料包括铝、铝合金或类似的导热体。另外，注意许多教导可依赖于热控板的设计包括，但不限于，美国公开No.2005/0133160。
[0014] 该硅基喷头电极80，图2-5中所示，包括背侧82、前侧84和多个喷头通道86。这些喷头通道86通常从该喷头电极80的背侧82延伸穿过前侧84。尽管本发明不限于特定的硅基喷头电极材料或喷头通道构造，注意合适的喷头电极材料包括，但不限于，单晶硅、多晶硅、氮化硅、碳化硅、碳化硼、氮化铝、氧化铝或其组合。另外，可以设想该硅基喷头电极80表现为多种不同的构造而不背离本发明的范围，包括但不限于整体、环形喷头构造，或者是多部件、环形喷头构造，其包括环形中心电极和一个或多个围绕该中心电极圆周布置的边缘电极。
[0015] 如图4和5中所示，该热控板70和该喷头电极80啮合，从而该热控板70的前侧72面向该喷头电极80的背侧82。另外，该热控板70的多个工艺气体通道76和该喷头电极80的多个喷头通道86配合以允许工艺气体通过该电极组件60。
[0016] 按照一个实施方式，图4和5中所示，电极组件60构造为热控板70的前侧72和该喷头电极80的背侧82各自的轮廓配合以形成脱节的热界面100。该脱节的热界面100包括邻近该喷头通道86的部分102和远离该喷头通道86的部分104。当该电极组件60结合在等离子处理室10中，该邻近该喷头通道的部分102通常与可通过该喷头通道86的工艺气体直接连通。然而，该脱节的热界面100的该远离部分104，相对该脱节的热界面100的该邻近部分102凹下，并由该脱节的热界面100的该邻近部分102与该喷头通道86隔开。该远离部分104的这个凹下和隔开帮助分隔该导热垫圈90，如这里所述，以基本上防止等离子处理室10内工艺气体和反应物质的污染。这里，词语“分隔”的意思是该导热垫圈90既完全与该喷头通道以及可通过该通道的工艺气体物理隔开，又至少基本上与它们气体隔绝。
[0017] 该导热垫圈90通常沿该脱节的热界面100的该远离部分104设置，从而垫圈90与该喷头通道86分隔，并因此与可通过该通道的工艺气体分隔。该导热垫圈90通常基本上完全覆盖该脱节的热界面100的该远离部分104。可以设想多个导热垫圈90可沿该脱节的热界面100的该远离部分104设置，然而，通常，仅有单个垫圈90基本上完全覆盖该脱节的热界面100的该远离部分104。另外，通常，该垫圈90不沿该脱节的热界面100的该邻近部分102设置，以便允许更大程度的将该垫圈90与该喷头通道86分隔。
[0018] 进而，该脱节的热界面100限定该导热垫圈90的间接位移的程度足以将该垫圈与该喷头通道86分隔。图5示出该垫圈90的这个间接位移程度可由该垫圈90距该喷头通道86的横向位移（d1）程度和该垫圈90距该脱节的热界面100的该邻近部分102平面的垂直位移（d2）程度限定。按照一个实施方式，该间接位移的程度等于横向位移（d1）的程度和该垂直位移（d2）的程度的和。该间接位移的程度可根据不同脱节的热界面构造而变化，只要该间接位移的程度足以如这里所述的分隔该垫圈。例如，在一个实施方式中，该横向位移（d1）的程度是大约0.25英寸，而该垂直位移（d2）的程度是大约0.15英寸，因此使得该垫圈的间接位移的程度等于大约0.40英寸。
[0019] 图6A-6E示出许多可能的脱节的热界面100构造中的一些，该界面可限定足以将该垫圈与该喷头通道86隔开的该导热垫圈90的间接位移的程度，并且可集成在本发明的电极组件各种不同实施方式中。图6A更清楚的示出图4和5中示出的该脱节的热界面100。图6C-6E示出的脱节的热界面100分别包括弯曲轮廓、V-槽轮廓和台阶状轮廓。同时，图
6B示出从图6A所示反转得到的脱节的热界面100。可以设想图6C-6E中示出的那些脱节的热界面100构造的反转也可同样用作可行的脱节的热界面100构造，为了该等离子处理的目的和/或本发明的实施方式。进而，可以设想这里没有描述以及没有在本申请附图中示出的许多其他脱节的热界面100构造也可以用于本发明的实施方式，只要所采用的该脱节的热界面限定的该导热垫圈90的间接位移的程度足以将该垫圈与该喷头通道86分隔。
[0020] 该导热垫圈90沿该脱节的热界面100设置在该热控板70的前侧72和该喷头电极80的背侧82之间促进低接触压力条件下从该喷头电极80至该热控板70的跨过该热界面100的热传递。通常，等离子处理过程中，该硅基喷头电极80的温度由于来自该等离子的离子轰击而升高。为了提供对该喷头电极80的温度更好的控制，该导热垫圈90促进从该喷头电极80到该热控板70的热传递。
[0021] 更具体地，如图4和5所示，该导热垫圈90与该热控板70的前侧72和该喷头电极80的背侧82直接连通。该导热垫圈90与该热控板70的前侧72和该喷头电极80的背侧82的这个直接连通提高了在低接触压力下、该喷头电极80的背侧82和该热控板70的前侧72之间的连通，从而该垫圈90促进跨过由该喷头电极80和该热控板70限定的热界面100的热传递。
[0022] 为了有效地在低接触压力条件下跨过该热界面100传递热量，该垫圈90通常基本上由导热材料构造。例如，在一个实施方式中，该垫圈可由涂覆导电导热橡胶的铝箔组成。这种合成物的一个例子是Q-Pad II，来自Bergquist Company。因此，可以设想该导热材料还可以导电。按照一个实施方式，该导热垫圈90包括碳纳米管填充物。然而，可以设想许多其他导热导电的垫圈可用于本发明的实施方式以有效跨过该热界面100传递热量。
[0023] 回头参照图1，按照本发明另一实施方式，等离子处理室10包括真空源20、工艺气体供应源30、等离子功率供应源40、衬底支撑件50和上部电极组件60。该真空源20构造为至少部分排空该等离子处理室10。同时，该衬底支撑件50设在该等离子处理室10的排空部分15中，并包括与该上部电极组件60隔开的衬底电极。该衬底电极和该上部电极组件60可操作地耦接该等离子功率供应源40。用于该等离子处理室10的上部电极组件60可以是在本申请的具体描述和权利要求中所显而易见的该电极组件60的任何实施方式之一。例如，该等离子处理室10可包括限定脱节的热界面100的电极组件。
[0024] 该等离子处理室10内的该上部电极组件60通常限定气密的等离子隔区65，从而该等离子处理室10的该排空部分15内的气体和反应物质不会渗透超出该等离子隔区65并不会干扰该电极组件60和/或该等离子处理室10的运行。限定该等离子隔区65的具体方式将取决于该热控板70和该喷头电极80各自的构造变化。可以设想，在大多数情况下，形成该热控板70和该喷头电极80的各自材料将限定该隔区65的主要部分。另外，可以设想许多密封构件可用来强化该隔区65，特别是在该热控板70和该喷头电极80彼此面接的地方以及与该等离子处理室10的其他部件连接的地方。
[0025] 进而，参照图4，该电极组件60通常还包括紧固硬件110。更具体地，该热控板70可包括紧固硬件通道78，其构造为允许紧固硬件110进入设在沿该硅基喷头电极80的背侧82的局部凹口89中的背侧插件88。该热控板70和该硅基喷头电极80可使用该紧固硬件
110和该背侧插件88啮合。在啮合状态，该紧固硬件通道78可与沿该喷头电极80的背侧
82的该局部凹处89中的该背侧插件88对齐。结果，该紧固硬件110可延伸穿过该热控板
70中的该紧固硬件通道78并啮合该背侧插件88，其设在沿该喷头电极80的背侧82的该局部凹处89中。
[0026] 该紧固硬件110和该背侧插件88构造为保持该热控板70和该硅基喷头电极80的啮合，并允许该热控板70和该喷头电极80重复的、无破坏性的啮合和脱开。按照一个实施方式，图4中示出，该背侧插件88可构造成钉状，包括背侧延伸部88A，该延伸部构造为延伸进入该热控板70的该紧固硬件通道78之一。这种情况下，该紧固硬件110构造为通过例如螺纹啮合进入该紧固硬件通道78中的该背侧插件88的背侧延伸部88A。按照另一实施方式，该背侧插件88可构造成在该喷头电极80的背侧82中形成的该局部凹处89中的锚状物。当该插件88处于适当的位置，该紧固硬件110（其可包括例如螺钉或螺栓）啮合该背侧插件88以将该喷头电极80固定于该热控板70。
[0027] 在这里公开的采用一个或多个背侧插件88的任何实施方式中，其优点往往是确保该紧固硬件110、该背侧插件88和该局部凹处89构造为在热负载过程中，在该紧固硬件110和背侧插件88处于啮合状态时，该背侧插件88能够与该紧固硬件130一起在该局部凹处89内移动而不会从该凹处89脱落。
[0028] 因而，在另一实施方式中，该插件88可通过提供弹簧而以弹簧加载状态固定在该凹处89中，该插件88构造为允许该插件88在弹簧加载状态下在该局部凹处89中移动。结果，在等离子处理中常出现的热负载过程中，该背侧插件88可与该紧固硬件110一起在该局部凹处89内移动而不会从该凹处89脱落，也不会降低该紧固硬件110和该插件88的啮合。
[0029] 多种弹簧加载构造可用来减少在等离子处理过程中引起的热负载所引起的应力导致的该紧固硬件110脱开的趋势。例如，在一种用于提供该热控板70和该喷头电极80的弹簧加载啮合的构造，该背侧插件88构造成在该喷头电极80的背侧82中形成的该局部凹处89中的锚状物，该紧固硬件110包括弹簧加载垫圈形式的弹簧元件，构造为反抗当该紧固硬件110接近该背侧插件88时提供的啮合力。另一构造中，该背侧插件88可以省略，有利于与该电极材料中的锥形孔直接螺纹啮合。或者，该弹簧元件可提供为螺旋弹簧，其布置为围绕该紧固硬件通道78中的该紧固硬件110的纵向延伸部。
[0030] 注意这里对“构造”为以特定的方式实现特定的属性或功能的本发明部件的详述是结构性的详述，与用途详述不同。更具体地，这里对部件“构造”的方式的参考表示该部件已有的物理条件，由此可作为该部件结构特征的明确的详述。
[0031] 注意类似“通常”和“一般”的词语，当在这里使用时，不是用来限制所请求保护的发明的范围，或者也不是暗示特定的特征对于所请求保护的发明的结构或功能是关键的、基本的、甚至是重要的。而是，这些词语只是为了示出本发明的实施方式的特定方面，或强调可在本发明的特定实施方式中采用或者不采用的替代或额外特征。
[0032] 已经通过参照其具体实施方式详细描述本发明，显然，可以在不背离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下进行修改和变化。更具体地，尽管本发明的某些方面这里表现为优选的或特别有利，但是可以设想本发明不必限于本发明的这些优选方面。
[0033] 注意下面权利要求的一个或多个使用词语“其中”作为过渡词。出于限定本发明的目的，注意这个词语引入权利要求作为开放过渡词，其用来引入对一系列结构特征的详细描述，并且应以与开放式前导词语“包括”类似的方式解释。
