專利名稱：用于等離子體處理裝置的組合噴淋頭電極總成的制作方法
用于等離子體處理裝置的組合噴淋頭電極總成交叉引用本申請(qǐng)主張序列號(hào)為61/008，152，提交日為2007年12月19日的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的 權(quán)益，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用并入此處。
背景技術(shù)：
等離子體處理裝置被用于使用包括蝕刻、物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積 (CVD)、離子注入和光阻去除等技術(shù)處理襯底。用于等離子體處理的一種類型的等離子體處 理裝置包括包含上下電極的反應(yīng)室。在電極之間建立電場(chǎng)以將工藝氣體激勵(lì)到等離子態(tài)以 在反應(yīng)室中處理襯底。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施方式中，提供一種用于在等離子體處理裝置生成等離子體的組合噴淋 頭電極總成。該組合噴淋頭電極總成包括包含頂面和底面的支撐板，在該頂面和該底面之 間有第一氣體通道，該底面具有粘結(jié)和非粘結(jié)區(qū)域，該第一氣體通道在非粘結(jié)區(qū)域中有出 口以向該等離子體處理裝置的內(nèi)部供應(yīng)工藝氣體；具有頂面、等離子體暴露底面和在該頂 面和該底面之間延伸并與該第一氣體通道流體連通的第二氣體通道的電極板，其中該第二 氣體通道在該電極板的頂面的非粘結(jié)區(qū)域中有進(jìn)口 ；以及在每個(gè)粘結(jié)區(qū)域、位于配合表面 之間的彈性膠粘片接縫，該膠粘接縫允許在溫度周期變化過程中由于該電極板和該支撐板 中熱膨脹系數(shù)的不匹配而產(chǎn)生的該電極板相對(duì)于該支撐板的橫向移動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，提供一種連接等離子體處理裝置的組合噴淋頭電極總成的 各元件的方法。以粘結(jié)區(qū)域的預(yù)定圖案將未固化彈性膠粘片的第一表面施加到支撐構(gòu)件的 底面，該粘結(jié)區(qū)域排除要保持非粘結(jié)的區(qū)域，該支撐構(gòu)件具有頂面和在該頂面和該底面之 間延伸并在非粘結(jié)區(qū)域中有出口的多個(gè)第一氣體通道。以粘結(jié)區(qū)域的預(yù)定圖案將電極的頂 面施加到該未固化彈性膠粘片的第二表面，該電極具有等離子體暴露底面和多個(gè)在該電極 的該頂面和該底面之間延伸的第二氣體通道，其中該第二氣體通道在該電極的該頂面的非 粘結(jié)區(qū)域中有進(jìn)口。通過其間的彈性膠粘片將該電極的該頂面粘結(jié)到該支撐構(gòu)件的該底 面，其中該第二氣體通道與該第一氣體通道流體連通。另一個(gè)實(shí)施方式提供一種在等離子體處理裝置中處理半導(dǎo)體襯底的方法。將該襯 底放入等離子體處理裝置的反應(yīng)室的襯底支座上。使用該組合噴淋頭電極總成將工藝氣體 引入該反應(yīng)室。在該反應(yīng)室中在該組合噴淋頭電極總成和該襯底之間從該工藝氣體生成等 離子體。用該等離子體處理該襯底。在又一個(gè)實(shí)施方式中，提供一種用于等離子體處理裝置的組合噴淋頭電極總成， 其包括支撐構(gòu)件，該支撐構(gòu)件包含具有待粘結(jié)區(qū)域，排除保持不被粘結(jié)的區(qū)域的底面以及 在該底面和該支撐構(gòu)件的頂面之間延伸的多個(gè)第一氣體通道，其中該第一氣體通道在保持 不被粘結(jié)的區(qū)域中有出口，以將工藝氣體供應(yīng)到等離子體處理裝置的內(nèi)部；在該等離子體 處理裝置中產(chǎn)生等離子體的電極，該電極具有有待粘結(jié)區(qū)域的頂面和與該第一氣體通道流體連通的多個(gè)第二氣體通道，該第二氣體通道在保持不被粘結(jié)的區(qū)域中有進(jìn)口，該第二氣 體通道從該頂面到該電極的等離子體暴露底面延伸穿過該電極；以及未固化彈性膠粘片， 其要被固化在每個(gè)待粘結(jié)區(qū)域的配合表面之間的接縫中以允許在溫度周期變化過程中由 于該支撐構(gòu)件和電極的熱膨脹系數(shù)的不匹配而產(chǎn)生的該電極相對(duì)于該支撐構(gòu)件在橫向方 向上的移動(dòng)，其中彈性膠粘片是填充的、熱固化的、未硫化的彈性體硅酮片。


圖1描繪了用于等離子體處理裝置的組合噴淋頭電極總成和襯底支架的一個(gè)實(shí) 施方式的一部分的橫截面視圖。圖2是內(nèi)部電極的一個(gè)實(shí)施方式的局部俯視圖，描繪了相對(duì)于氣體通道以預(yù)定的 圖案施加粘結(jié)劑。圖3A描繪了圖1中顯示的支撐板的一個(gè)實(shí)施方式的橫截面部分，該支撐板支撐粘 結(jié)之前未固化的漿糊或液體粘結(jié)劑的液珠；圖3B描繪了在用漿糊或液體粘結(jié)劑將該內(nèi)部 電極粘結(jié)于該支撐板之后的圖3A中的橫截面。圖4A和4B描繪了用膠粘片粘結(jié)于該支撐板的圖1中的內(nèi)部電極的一個(gè)實(shí)施方式 的橫截面部分。圖5A-5C描繪了膠粘片切割圖案的一個(gè)實(shí)施方式。圖6顯示了一個(gè)或多個(gè)扁平環(huán)形式的膠粘片的一個(gè)實(shí)施方式的橫截面，該扁平環(huán) 具有凸起部(elevation jog)以被放置于圖1中所示的該支撐板上。圖7描繪了圖6中所示的具有凸起部的膠粘片的扁平環(huán)的一個(gè)實(shí)施方式的細(xì)節(jié)。圖8描繪了圖6中的支撐板中的缺口的細(xì)節(jié)。圖9描繪了支撐板的一個(gè)實(shí)施方式的橫截面。圖10描繪了具有不同共面特性的膠粘片的各實(shí)施方式。圖11描繪了具有凸起部的膠粘片的一個(gè)實(shí)施方式。圖12描繪了各種形狀的膠粘片的各實(shí)施方式。圖13描繪了膠粘片的一個(gè)實(shí)施方式。圖14顯示了膠粘片實(shí)施例1在室溫下執(zhí)行的剪切試驗(yàn)結(jié)果。圖15顯示了膠粘片實(shí)施例2在180攝氏度下執(zhí)行的剪切試驗(yàn)結(jié)果。圖16顯示了膠粘片實(shí)施例3在180攝氏度下執(zhí)行的疲勞試驗(yàn)結(jié)果。圖17顯示了在疲勞試驗(yàn)之后膠粘片實(shí)施例3在180攝氏度下執(zhí)行的剪切試驗(yàn)結(jié)^ ο
具體實(shí)施例方式為了實(shí)現(xiàn)可靠的器件并獲得較高的產(chǎn)量，在集成電路制造過程中對(duì)半導(dǎo)體晶圓表 面上的微粒污染物進(jìn)行控制是必要的。處理設(shè)備，比如等離子體處理裝置，可以是微粒污染 物的來源。例如，該晶圓表面上微粒的存在可能局部破壞光刻和蝕刻步驟過程中的圖形轉(zhuǎn) 移。結(jié)果是，這些微?？赡軐⑷毕菀腙P(guān)鍵特征，包括柵極結(jié)構(gòu)、金屬間介電層或金屬互連 線，導(dǎo)致集成電路元件的故障或失效。具有相對(duì)較短壽命的反應(yīng)器部件通常被稱為“易消耗品”，例如硅電極。如果易消耗部件的壽命很短，那么擁有成本會(huì)很高。在大量射頻小時(shí)(使用射頻電力產(chǎn)生等離子體 的以小時(shí)計(jì)的時(shí)間)之后，電介質(zhì)蝕刻工具中使用的硅電極總成退化。易消耗品及其他部 件的腐蝕在等離子體處理室中產(chǎn)生微粒污染物。噴淋頭電極總成可以是通過用機(jī)械兼容的和/或?qū)岬恼辰Y(jié)材料粘結(jié)兩個(gè)或多 個(gè)不相似的構(gòu)件而制造成的，能夠?qū)崿F(xiàn)許多功能。元件的表面可以用底膠(primer)進(jìn)行處 理以提高粘結(jié)材料的粘結(jié)性。為了提高導(dǎo)電或?qū)嵝?，粘結(jié)材料可以包含導(dǎo)電和/或?qū)?的填充劑微粒。然而，與粘結(jié)材料有關(guān)的該底膠和該填充劑微粒也可能是微粒污染物的潛 在來源。而且，因?yàn)閲娏茴^電極總成包含氣體通道，所以必須要控制該粘結(jié)材料的流動(dòng)，從 而使該氣體通道保持不被該粘結(jié)材料阻塞。提供聯(lián)接等離子體處理裝置的各元件的方法， 其能夠減少源自該粘結(jié)材料的污染物，并能夠精確地控制粘結(jié)材料的放置。圖1描繪了用于等離子體處理裝置的噴淋頭電極總成10的一個(gè)示例性實(shí)施方式， 其中半導(dǎo)體襯底(例如硅晶圓)在該等離子體處理裝置中被處理。該噴淋頭電極總成在例 如公開號(hào)為2005/0133160的共同擁有的美國(guó)專利申請(qǐng)中描述過，其內(nèi)容通過引用并入此 處。噴淋頭電極總成10包含噴淋頭電極，該噴淋頭電極包括上電極12、固定到上電極12的 支撐構(gòu)件14和熱控制板16。襯底支架18(圖1中只顯示了它的一部分)，其包括下電極和 可選的靜電夾持電極，被置于該等離子體處理裝置的真空處理室中的上電極12下方。經(jīng)受 等離子體處理的襯底20被以機(jī)械或靜電方式夾持在襯底支架18的上支撐表面22上。在圖示實(shí)施方式中，該噴淋頭電極的上電極12包括內(nèi)部電極構(gòu)件24和可選的外 部電極構(gòu)件30。內(nèi)部電極構(gòu)件24優(yōu)選地是圓柱板(例如，由硅組成的板)并包括暴露于等 離子體的底面26和頂面28。內(nèi)部電極構(gòu)件的直徑可以小于、等于或大于待處理晶圓(例 如，直到約8英寸(約200mm)，或直到約12英寸(約300mm)，如果該板是由硅制成的話)。 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，噴淋頭電極總成10足夠大以處理大襯底，比如具有300mm或更大 的直徑的半導(dǎo)體晶圓。對(duì)于300mm晶圓，上電極12的直徑最小為300mm。然而，該噴淋頭電 極總成的尺寸可以處理其它的晶圓尺寸或具有非圓形外形的襯底。在圖示實(shí)施方式中，內(nèi) 部電極構(gòu)件24比襯底20更寬。為了處理300mm晶圓，提供外部電極構(gòu)件30以將上電極12的直徑從約15英寸擴(kuò) 展到約17英寸。外部電極構(gòu)件30可以是連續(xù)構(gòu)件(例如，連續(xù)多晶硅環(huán))或分段構(gòu)件(例 如，包括2-6個(gè)成圓環(huán)外形排列的獨(dú)立段，比如由硅組成的段)。在上電極12包括多個(gè)段的 外部電極構(gòu)件30的實(shí)施方式中，各段優(yōu)選地具有邊緣，該邊緣彼此重疊以保護(hù)下面的粘結(jié) 材料，避免其暴露于等離子體中，并且其中沒有氣體通道。內(nèi)部電極構(gòu)件24優(yōu)選地包括氣 體通道32的圖案或陣列，其中氣體通道32延伸穿過該支撐構(gòu)件14以將工藝氣體注射到位 于上電極12和下電極18之間的等離子體反應(yīng)室中的空間中?？蛇x地，外部電極構(gòu)件30也 包括氣體通道的圖案或陣列(未示)，該氣體通道延伸穿過該支撐構(gòu)件14的支撐環(huán)36以將 工藝氣體注射到位于上電極12和下電極18之間的等離子體反應(yīng)室中的空間中。 硅是一種用作內(nèi)部電極構(gòu)件24和外部電極構(gòu)件30的等離子體暴露表面的優(yōu)選材 料。兩個(gè)電極都優(yōu)選地是由高純度單晶硅制成的，高純度單晶硅使等離子體處理過程中襯 底的污染最少，并且在等離子體處理過程中平穩(wěn)磨損，從而使微粒最少?？捎糜谏想姌O12 的等離子體暴露表面的替代材料包括例如SiC或A1N。 在圖示實(shí)施方式中，支撐構(gòu)件14包括支撐板34和圍繞支撐板34外圍延伸的支撐環(huán)36。支撐板34包括底面38。在該實(shí)施方式中，內(nèi)部電極構(gòu)件24是與支撐板34共同延伸的 (co-extensive)，而外部電極構(gòu)件30是與周圍的支撐環(huán)36共同延伸的(co-extensive)。 然而，支撐板34可以延伸超出內(nèi)部電極構(gòu)件24，從而單一支撐板可以用于支撐內(nèi)部電極構(gòu) 件24和分段外部電極構(gòu)件30。內(nèi)部電極構(gòu)件24和外部電極構(gòu)件30通過粘結(jié)材料固定于 支撐構(gòu)件14。射頻(RF)環(huán)形墊片80可以位于內(nèi)部電極構(gòu)件24和內(nèi)部電極構(gòu)件24的外部 外圍的支撐板34之間。支撐構(gòu)件14包含多個(gè)孔40，孔40適于接收加固構(gòu)件42以將支撐 構(gòu)件14固定于熱控制板16。支撐板34還包括多個(gè)氣體通道44，氣體通道44延伸穿過支 撐板34并與內(nèi)部電極構(gòu)件24中的氣體通道32流體連通。可選地，支撐環(huán)36也包括多個(gè) 氣體通道(未示)，該氣體通道延伸穿過支撐板36并與外部電極構(gòu)件30中的可選氣體通道 (未示)流體連通。支撐板34和支撐環(huán)36優(yōu)選地是由與等離子體處理室中用來處理半導(dǎo)體襯底的工 藝氣體化學(xué)兼容，并且導(dǎo)電導(dǎo)熱的材料制成的。可用于制造支撐構(gòu)件14的示例性的合適材 料包括鋁、鋁合金、石墨和SiC。支撐板34和支撐環(huán)36的優(yōu)選材料是沒有被陽極化的鋁合 金6061?？梢杂煤线m的導(dǎo)電并導(dǎo)熱的彈性體的粘結(jié)材料將上電極12固定于支撐板34和支 撐環(huán)36，該彈性體粘結(jié)材料適應(yīng)熱應(yīng)力，并在上電極12和支撐板34和支撐環(huán)36間傳遞熱 和電能。使用彈性體將電極總成的各表面粘結(jié)起來在例如專利號(hào)為6，073，577的共同持有 的美國(guó)專利中描述過，其內(nèi)容通過引用并入此處。在一個(gè)實(shí)施方式中，該彈性體接縫是彈性膠粘片。該膠粘片可以是任何合適的彈 性體材料，比如與真空環(huán)境兼容并且在高溫(比如200攝氏度)下耐熱老化的聚合物材料。 該彈性體材料可選地包括導(dǎo)電和/或?qū)嵛⒘Ｖ瞥傻奶畛鋭蚱渌螤畹奶畛鋭?，比?金屬絲網(wǎng)、編織或非編織導(dǎo)電纖維?？捎糜?60攝氏度以上的等離子體環(huán)境的聚合粘結(jié)材 料包括聚酰亞胺、聚酮、聚醚酮、聚醚砜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、氟乙烯丙烯共聚物、纖維 素、三乙酸鹽、硅酮和橡膠。優(yōu)選地，該膠粘片是將上電極鋁(Al)支撐板粘結(jié)到單晶硅(Si)噴淋頭的導(dǎo)熱硅 酮粘結(jié)劑。優(yōu)選地，在室溫到180攝氏度或更高(例如室溫到300攝氏度)的溫度范圍內(nèi)， 該粘結(jié)劑承受至少200%的高剪切應(yīng)變(shear strain)(例如，200到500%或200到300)。 更優(yōu)選地，該粘結(jié)劑承受至少300%的高剪切應(yīng)變(例如，300到500%)。該粘結(jié)劑需要 340psi量級(jí)的切變應(yīng)力以達(dá)到300%的應(yīng)變(在室溫到180攝氏度或更高溫度下)。優(yōu)選 地，該粘結(jié)劑需要20到300psi量級(jí)的切變應(yīng)力以達(dá)到300%的應(yīng)變(在室溫到180攝氏度 或更高溫度下)。例如，該粘結(jié)劑可需要20-50psi、50-100psi、100-200psi、或200-300psi 的切變應(yīng)力以達(dá)到300%的應(yīng)變(在室溫到180攝氏度或更高溫度下)。最優(yōu)選地，該粘結(jié) 劑可需要20-80psi量級(jí)的切變應(yīng)力以達(dá)到200-400%的應(yīng)變(在室溫到180攝氏度或更 高溫度下)。優(yōu)選地，該粘結(jié)劑呈現(xiàn)線性切變應(yīng)力/應(yīng)變曲線，直到至少200%或直到至少 300%，在從室溫到180攝氏度或從室溫到300攝氏度的溫度范圍內(nèi)，然而近似線性也是優(yōu) 選的。更優(yōu)選地，該粘結(jié)劑具有在最終故障處的最低可能最大切變應(yīng)力，例如，在400 %應(yīng)變 下(在從室溫到180攝氏度或室溫到300攝氏度的溫度范圍內(nèi))小于或等于SOpsi的切變 應(yīng)力。優(yōu)選地，當(dāng)該電極板是直徑至少200mm的單晶硅圓片時(shí)，該膠粘片呈現(xiàn)線性切變應(yīng)力/應(yīng)變曲線，直到至少200%或直到至少300%，在室溫到180攝氏度或室溫到300攝 氏度的溫度范圍內(nèi)，來自約5，000個(gè)將該電極總成從室溫加熱到250攝氏度的溫度循環(huán)之 后，20到340psi的切變應(yīng)力。當(dāng)該鋁支撐板和硅噴淋頭以不同速率熱膨脹時(shí)，用于將這兩個(gè)部件粘結(jié)起來的該 粘結(jié)劑耦合這兩個(gè)部件之間的負(fù)載。相反，當(dāng)該粘結(jié)劑是軟的(根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，在給定 應(yīng)變下有低切變應(yīng)力)時(shí)，這兩個(gè)部件不會(huì)引起應(yīng)力或隔板偏轉(zhuǎn)到彼此中。優(yōu)選地，該支撐 板和噴淋頭具有在這兩個(gè)配合表面的非粘結(jié)區(qū)域間有空隙。隔板偏轉(zhuǎn)可能使得在兩個(gè)部件 的熱膨脹過程中，該支撐板表面的非粘結(jié)區(qū)域與該噴淋頭表面的非粘結(jié)區(qū)域接觸并摩擦。 這樣的摩擦可能從一個(gè)或兩個(gè)表面上磨掉微粒。而且當(dāng)隔板偏轉(zhuǎn)存在于該上電極總成中 時(shí)，在該鋁支撐板與該熱控制板配合的地方可能出現(xiàn)更高的局部接觸負(fù)載。這可能導(dǎo)致該 支撐板和該熱控制板之間的擦傷，在該系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生微粒。因此，當(dāng)該粘結(jié)劑是軟的時(shí)，由于 沒有或很少隔板偏轉(zhuǎn)以及在該支撐板和熱控制板之間沒有或很少來自由于熱膨脹系數(shù)不 匹配而帶來的部件變形帶來的擦傷，所以產(chǎn)生更少的微粒污染物。該膠粘片可以是僅用高分子量二甲基硅酮和可選的填充劑配制的，或者它可以是 圍繞玻璃纖維篩(紗布)或金屬篩成長(zhǎng)的或者與玻璃微珠和/或玻璃或其它材料的納米珠 混合成的，以適應(yīng)各種應(yīng)用的要求。優(yōu)選地，該膠粘片是用圍繞Al2O3微珠成母體的高分子 量二甲基硅酮配制的。膠粘片的組合層可以被制造或疊層，其具有不同的物理性質(zhì)。在一 個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，該膠粘片的共面區(qū)域可以被離散地配制為具有不同的物理性質(zhì)。物理 性質(zhì)的例子是導(dǎo)熱性、彈性、拉伸和切變強(qiáng)度、厚度、熱膨脹系數(shù)、耐化學(xué)性、微粒腐蝕和工 作溫度范圍。例如，填充用彈性體材料可以經(jīng)受等離子體腐蝕并且有可能在等離子體處理過程 中釋放導(dǎo)電填充劑微粒。在等離子體處理過程中，離子或基團(tuán)可能移動(dòng)到氣體通道32中， 導(dǎo)致圍繞該孔的接縫交界處的該填充用彈性體材料的腐蝕。例如，在蝕刻工藝過程中，源自 被等離子體腐蝕的彈性體材料的鋁合金填充劑微?？赡艹练e在晶圓上而產(chǎn)生缺陷。在用于 減少導(dǎo)電填充劑微粒的釋放的一個(gè)實(shí)施方式中，該膠粘片的共面區(qū)域可以被離散地配置有 不同的填充劑微粒密度。例如，暴露于通過氣體通道32遷移過來的離子或基團(tuán)的接縫交界 處的該膠粘片的區(qū)域可以不被填充(沒有填充劑微粒)，而不暴露于該離子或基團(tuán)的該膠 粘片的共面區(qū)域可以包括填充劑微粒。優(yōu)選地，該彈性膠粘片的該高純度彈性體材料是基于聯(lián)苯二甲基硅酮共聚物的熱 固化導(dǎo)熱硅酮。優(yōu)選的彈性膠粘片是從導(dǎo)熱室溫未硫化的硅酮片配制的，該硅酮片是可以 從NUSIL TECHNOLOGY公司得到的商品HCR-9800-30。優(yōu)選地，該硅酮膠粘片產(chǎn)品使用Al2O3 填充劑，并被配制為是熱固化的，也就是說，優(yōu)選地，該膠粘片不需要單獨(dú)的活化劑施加來 啟動(dòng)交聯(lián)(cross-linking)反應(yīng)。優(yōu)選地，該膠粘片被配置為具有合適的熱活化成分以在 預(yù)定固化溫度下執(zhí)行該交聯(lián)反應(yīng)，例如，該熱活化交聯(lián)劑可以是過氧化物。這樣配制的膠粘 片可以從NUSIL TECHNOLOGY公司獲得。在該彈性體是導(dǎo)電彈性體的情況下，該導(dǎo)電填充劑材料可以包含導(dǎo)電材料的微 粒?？捎糜诘入x子體反應(yīng)室的對(duì)雜質(zhì)敏感的環(huán)境的潛在導(dǎo)電材料是鍍鎳碳粉、鎳粉、碳納米 管、石墨烯、石墨及其結(jié)合。在該彈性體是導(dǎo)熱彈性體的情況下，該導(dǎo)熱填充劑金屬可以包含導(dǎo)熱金屬或金屬合金微粒?？捎糜诘入x子體反應(yīng)室的對(duì)雜質(zhì)敏感的環(huán)境中的一種優(yōu)選金屬是鋁合金、氧化 鋁(Al2O3)或氮化硼(BN)。優(yōu)選地，該彈性膠粘片具有低強(qiáng)度，可以承受高剪切應(yīng)變并具有 高導(dǎo)熱率。優(yōu)選地，熱傳導(dǎo)率在0. 5ff/mK,更優(yōu)選地在0. 8ff/mK,最優(yōu)選地至少1. OW/mK。在 彈性膠粘片中比在液體或漿糊彈性體粘結(jié)材料中能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)熱和/或?qū)щ娢⒘５母鶆?分布。為了保持在最終形成的接縫的彈性極限內(nèi)，可以使用合適的粘結(jié)厚度。也就是說 太薄的膠粘片接縫在熱循環(huán)過程中可能撕裂而太厚的膠粘片接縫會(huì)減少其連接的部件間 的熱傳導(dǎo)率。不是一定要使用導(dǎo)電和/或?qū)岬膹椥泽w，因?yàn)橛捎谠撾姌O和該支承構(gòu)件之 間的電容耦合，足夠的RF電力可以通過該彈性體接縫的薄的區(qū)域提供給該電極。圖1顯示了多個(gè)缺口 48位于支撐板34中的實(shí)施方式，其中支撐板34具有位于其 中的膠粘片52的扁平環(huán)以粘結(jié)內(nèi)部電極構(gòu)件28和支撐板38的配合表面。圖1的實(shí)施方 式顯示了缺口 54，缺口 54具有更大的深度以接收扁平環(huán)膠粘片56。這個(gè)實(shí)施方式還顯示， 在內(nèi)部電極構(gòu)件24和內(nèi)部電極構(gòu)件24的外圍附近的支撐板34之間有RF墊圈80。在圖1 的實(shí)施方式中，外部環(huán)電極30可以通過支撐環(huán)58的缺口中的膠粘片60的單一扁平環(huán)粘結(jié) 于支撐環(huán)36。該電極和支承構(gòu)件的配合表面可以是平面的或非平面的。例如，一個(gè)吻合表面可 以是平面的，而另一個(gè)可以包括用于接收該膠粘片粘結(jié)材料的缺口。例如，這樣的缺口可以 保護(hù)該膠粘片免于暴露于等離子體。替代地，該配合表面的外形可以提供連鎖和/或自我 對(duì)準(zhǔn)布置。為了提高該彈性體粘結(jié)材料的粘結(jié)性，該配合表面優(yōu)選地涂覆有合適的底膠。當(dāng) 該粘結(jié)材料是從上述NUSILTECHNOLOGY HCR-9800-30材料配制而成時(shí)，該底膠可以是NUSIL TECHNOLOGY制造的商品名為SP-120或SP-270的硅酮底膠。優(yōu)選地，這樣的底膠被用于該 配合表面，并在將該膠粘片放置在待粘結(jié)表面位置之前被干燥。該底膠可以作為薄涂層通過任何合適技術(shù)施加，比如擦拭、刷、噴淋，優(yōu)選地在該 噴淋頭總成元件的離散的粘結(jié)表面上以形成后來施加的粘結(jié)材料的粘結(jié)點(diǎn)。如果該底膠包 含溶劑，通過擦拭施加該底膠可以通過清潔該表面而增強(qiáng)粘結(jié)。當(dāng)在空氣中在室溫下固化 時(shí)，含硅氧烷的底膠與空氣反應(yīng)并產(chǎn)生硅粘結(jié)點(diǎn)。這樣的底膠提供粘結(jié)點(diǎn)的量的可視指示， 因?yàn)橛羞^量底膠的位置顯得滿是粉末。該膠粘片優(yōu)選地在用于處理的轉(zhuǎn)移片之間。優(yōu)選地，該轉(zhuǎn)移片是由DUPONT制造的 TEFLON。轉(zhuǎn)移片優(yōu)選地阻止例如未固化的膠粘片的變形和損害。通過除去一個(gè)轉(zhuǎn)移片并將 該膠粘片的暴露表面應(yīng)用到第一配合表面、除去另一個(gè)轉(zhuǎn)移片并將第二配合表面應(yīng)用到該 膠粘片的另一個(gè)暴露表面，而將該膠粘片應(yīng)用到到配合表面或底涂過的配合表面。該膠粘 片表面可以是粘的(tacky)并且優(yōu)選地，可以使用工具以精確地除去轉(zhuǎn)移片而將該膠粘片 放在配合表面上。更優(yōu)選地，該配合表面上的該膠粘片可以被放在真空下以吸出該粘結(jié)劑 下方的任何空隙或空穴并施加臨時(shí)固定載荷(seating load)，比如通過真空裝袋。在該膠粘片粘結(jié)材料被施加到該表面中的至少一個(gè)之后，該部件可以被組合從而 各表面在壓縮下、在靜態(tài)重量下或通過真空袋內(nèi)的大氣壓而被壓在一起。因此該彈性體是 膠粘片形式的，所以不是一定要施加初始輕微壓力(比如手的壓力)以使該彈性體在整個(gè) 待形成的接縫上展開。然而，輕微壓力(比如手的壓力)或真空袋內(nèi)的輕的大氣壓負(fù)載是 需要的，以使該粘結(jié)劑固定(seat)于該配合表面。在大約五分鐘或更少的固定載荷之后，優(yōu)選地，除去該粘結(jié)劑上的所有載荷。該固化應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地在沒有任何顯著的靜態(tài)重量或真 空袋負(fù)載的情況下被執(zhí)行。該粘結(jié)可以在較高溫度下在大氣壓或保護(hù)氣體環(huán)境下固化。該 總成可以被放于對(duì)流烘箱中并被加熱以活化固化該粘結(jié)的交聯(lián)處理。例如，熱固化的粘結(jié) 材料被在110攝氏度到122攝氏度之間的初級(jí)固化溫度下(例如，116攝氏度)處理10到 20分鐘(例如15分鐘)。在成功檢查該總成之后，該粘結(jié)材料被在140攝氏度和160攝氏 度之間的次級(jí)固化溫度(例如，150攝氏度)下處理1. 5到2. 5小時(shí)(例如，2小時(shí))。替代 地，只有該次級(jí)固化被施加2. 5到3. 5小時(shí)(例如，3. 5小時(shí))，跳過初級(jí)固化。優(yōu)選地，該膠粘片保持其幾何形狀從而在粘結(jié)和固化過程中該膠粘片不凸起或流 動(dòng)。然而，固化過程中該膠粘片的體積變化可以達(dá)到5%的體積收縮。優(yōu)選地，該膠粘片在 固化過程中經(jīng)歷不多于2到3%的體積收縮。在等離子體處理過程中，該彈性體粘結(jié)電極總成能夠保持高工作溫度、大功率密 度和長(zhǎng)射頻小時(shí)。而且，在半導(dǎo)體晶圓的等離子體處理過程中，使用粘結(jié)劑彈性體材料作為 連接電極總成的機(jī)構(gòu)相對(duì)非膠粘片有額外的優(yōu)點(diǎn)。具有殘留的未使用的底膠的元件的區(qū)域(非粘結(jié)區(qū)域)可能是污染源。例如，使用 硅氧烷底膠(例如，RHODIA SILICONES VI-SILV06C)已經(jīng)確定具有引入污染物(包括鈦) 水平的可能。鈦污染物有可能與硅襯底反應(yīng)，在蝕刻處理過程中在該襯底的不想要的區(qū)域 中形成硅化鈦。通過將該底膠選擇性施加在該噴淋頭總成上稍后會(huì)施加膠粘片粘結(jié)材料的區(qū)域， 而不是用該底膠涂覆所有表面，膠粘片允許減少源自該底膠材料的污染物。圖2是內(nèi)部電 極構(gòu)件24的俯視圖，內(nèi)部電極構(gòu)件24包括多個(gè)延伸穿過底部等離子體暴露表面26的氣體 通道32。在此實(shí)施方式中，該膠粘片彈性體材料作為環(huán)形區(qū)圖案46被施加到包含氣體通 道32的區(qū)域之間。然而，在施加該彈性體材料之前，可以以對(duì)應(yīng)于該彈性體材料的同樣的 環(huán)形區(qū)圖案施加底膠。盡管圖中顯示該膠粘片是施加在環(huán)形區(qū)的然而施加膠粘片的圖案不受限制而且 可以以其它圖案(比如不是環(huán)形的區(qū)域)施加。膠粘片可以被以任何期望的圖案切割以及 從該轉(zhuǎn)移片除去的部分以允許該膠粘片的離散部分向相連接的部件的轉(zhuǎn)移。該底膠可以以預(yù)定的粘結(jié)區(qū)域圖案(被非粘結(jié)區(qū)域圍繞)被施加到內(nèi)部電極構(gòu)件 24的頂面28。在一個(gè)實(shí)施例中，通過圍繞其中心點(diǎn)C旋轉(zhuǎn)內(nèi)部電極構(gòu)件24，并通過在單一 位置或相對(duì)于該中心點(diǎn)C的多個(gè)半徑位置接觸分發(fā)器的一個(gè)或多個(gè)出口，每次生成一個(gè)或 多個(gè)環(huán)形區(qū)，而用該分發(fā)器(例如，神經(jīng)末梢分發(fā)器)按圖案46施加該底膠。在另一個(gè)實(shí) 施例中，該環(huán)形區(qū)圖案(或任何期望圖案)可以通過用具有預(yù)定圖案的開口的掩模覆蓋內(nèi) 部電極構(gòu)件24的頂面28而施加。然而，該底膠可以以任何適當(dāng)?shù)念A(yù)定圖案(例如，多個(gè)離 散區(qū)域、半徑和/或間斷的環(huán)形區(qū))施加，只要該底膠只施加到該膠粘片彈性體材料下的區(qū) 域。該底膠還可以通過該掩模的開口通過擦拭、刷、噴淋施加。上面描述的兩種方法還可以 用于將底膠施加到支撐板34的底面38。在只將該底膠施加到該膠粘片彈性體材料下方的 選定區(qū)域46中時(shí)，與該底膠的施加有關(guān)的污染物可以顯著減少。掩模材料的例子可以包括KAPTON (聚酰亞胺基材料)>MYLAR (聚酯 基材料)或TEFLON (氟聚合物樹脂)，都可以從DU PONT得到。該膠粘片比液體、凝膠和漿糊狀粘結(jié)劑好的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是流量控制或流量消除。
12例如，如圖3A所示，當(dāng)待連接的噴淋頭總成元件包含氣體通道32/44時(shí)，液體或漿糊狀的未 固化彈性體材料50的流動(dòng)在該彈性體被固化之前在該元件被壓在一起時(shí)必須被控制。當(dāng) 未固化的漿糊50被施加到兩個(gè)元件之間并被按壓時(shí)，難以控制該未固化的彈性體材料的 流動(dòng)。如圖3B所示，未固化彈性體材料50的無控制流動(dòng)導(dǎo)致氣體通道32/44的阻塞或堵 塞。結(jié)果是，需要額外的清潔或機(jī)械加工來清潔被阻塞或堵塞的氣體通道32/44。該膠粘片 彈性體材料可以避免這樣的問題，因?yàn)樵撃z粘片52可以以比圖4A所示的液體或漿糊彈性 體材料更細(xì)微的容差被放置在待連接的噴淋頭總成元件之間。該膠粘片可被配置為呈現(xiàn)出 良好的體積控制從而不會(huì)滲漏或流入不期望的區(qū)域。同樣地，膠粘片彈性體材料52可以比 液體、漿糊或凝膠更靠近氣體通道32/44而沒有阻塞或堵塞氣體通道32/44的危險(xiǎn)。當(dāng)上電極12和支撐構(gòu)件14是由具有不同熱膨脹系數(shù)的材料組成的時(shí)，該彈性體 材料的厚度可以被改變以適應(yīng)熱膨脹的差異。例如，上電極12可以是硅而支撐構(gòu)件14可 以是金屬(例如，鋁、不銹鋼、銅、鉬或其合金)。然而，如果具有更大的熱膨脹系數(shù)差異的兩 個(gè)元件被粘結(jié)起來(即，鋁和硅)，在溫度固化過程中或該電極操作過程中加熱時(shí)，在該彈 性體粘結(jié)材料中會(huì)由于不同的熱膨脹率而產(chǎn)生不均勻的切變應(yīng)力。例如，如果圓形的鋁支 撐構(gòu)件14被同心地粘結(jié)于圓形硅上電極12的話，支撐構(gòu)件14和上電極12的中心附近的 彈性體粘結(jié)材料中的切變應(yīng)力在更高的處理溫度下是最小的。然而，鋁支撐構(gòu)件14的外部 部分會(huì)比硅上電極12的外部部分經(jīng)受更大量的熱膨脹。因此，當(dāng)這兩個(gè)材料粘結(jié)起來時(shí)， 在支撐構(gòu)件14或上電極12的外部圓周邊緣中(在那里熱膨脹的差異是最大的)出現(xiàn)最大 的切變應(yīng)力。片的形式的粘結(jié)劑可以提供卓越的粘結(jié)厚度控制以精確控制粘結(jié)表面在很大面 積上的平行度從而不需要插入物或墊片來控制粘結(jié)厚度或平行度。圖4A顯示了粘結(jié)于氣 體通道44之間的支撐板34的底面中的缺口 48的膠粘片52的一個(gè)實(shí)施方式。圖4B顯示 了粘結(jié)于氣體通道32/44之間的支撐板34的底面38和上電極24的頂面28的膠粘片52。片的形式允許卓越的體積控制以限制或阻止粘結(jié)劑泄漏到不期望的區(qū)域。膠粘片 的應(yīng)用免除了對(duì)用于施加液體或漿糊粘結(jié)劑的精確的分發(fā)設(shè)備的需要。因此消除了自動(dòng)化 和/或人工分發(fā)過程的供料速度問題，以及相關(guān)的粘結(jié)劑分發(fā)小珠的干燥、頸縮(necking) 或成球(globing)問題。該膠粘片有更均勻的導(dǎo)熱填充劑的懸浮、預(yù)期更好的貨架壽命，并 可以提供更高效而可靠的制造處理過程?？梢栽O(shè)計(jì)預(yù)成形(pre-form)膠粘片的形狀以符合不規(guī)則形狀的平面特征，并可 以被優(yōu)化以最大化與配合部件的表面接觸面積。例如，在圖3A中，液體或粘結(jié)漿糊50的小 珠沿著缺口 48中的橫截面顯示的小珠50的彎曲表面接觸支撐板34。小珠50和支撐板38 的配合表面之間的接觸面積比小珠50更窄，并且難以控制粘結(jié)的均勻性和可再現(xiàn)性。在圖 3B中，當(dāng)電極24被配合到支撐板34時(shí)，液體或漿糊粘結(jié)劑小珠50和支撐板和電極38/28 的配合表面之間的接觸被限制，并且難以控制，從而該接觸面積會(huì)比小珠50的直徑更小， 為了實(shí)現(xiàn)支撐板34和電極24之間合適的粘結(jié)強(qiáng)度和導(dǎo)熱和/或?qū)щ娐仕璧慕佑|面積， 需要過量的液體或漿糊粘結(jié)劑。在圖4A中，彈性膠粘片52沿著平行于支撐板表面的缺口 48中橫截面顯示的膠粘 片的預(yù)定表面精確地接觸支撐板34。膠粘片52和支撐板34和電極24的配合表面38/28 之間的接觸面積提供了對(duì)于圖4B中所示的彈性體粘結(jié)劑的體積的最大接觸面積比例。膠粘片52的更大的接觸面積允許在粘結(jié)時(shí)使用更少的彈性膠粘片52來達(dá)到支撐板34和電 極24之間合適的導(dǎo)熱和/或?qū)щ娐?、粘結(jié)強(qiáng)度和粘結(jié)彈性。優(yōu)選地，該膠粘片可以被切割為預(yù)成形形狀，例如通過激光、水力噴射、沖模切割、 繪圖切割及其他切割方法。該膠粘片還可以被澆鑄成預(yù)成形形狀，例如通過澆鑄，比如帶 式澆鑄、滾筒或噴墨印刷。圖5A-C顯示了膠粘片100被切割為扁平環(huán)52的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施 方式。圖5A顯示了膠粘片100和有各種內(nèi)徑和外徑的扁平環(huán)52(即，該扁平環(huán)可以有各種 平面寬度)的平面圖。圖5B顯示了圖5A中的膠粘片實(shí)施方式的側(cè)視圖。圖5C顯示了圖 5A中的膠粘片實(shí)施方式的區(qū)域“A”的細(xì)節(jié)視圖，描繪了從片100切割出的有很窄的平面寬 度和很大直徑的膠粘片環(huán)。例如，膠粘片100的厚度可以是0.012英寸(305μπι)，且扁平 環(huán) 52 的內(nèi)徑和外徑可以是(以英寸計(jì))(0. 195,0. 464)，(0. 854，1. 183)，(1. 573，1. 902)， (2. 725，3. 625)，(4. 449,4. 778)，(5. 168，5. 497)，(6. 320，7. 220)，(8. 043,8. 372)，(9. 196， 10. 096)，(10. 919，11. 248)，(11. 638，11. 724)和(11. 913，12. 000)。優(yōu)選地，該膠粘片和膠粘片52的扁平環(huán)是作為TEFLON(未示)的轉(zhuǎn)移片之間的疊 層被切割、處理和轉(zhuǎn)移的。圖6顯示了被置于支撐板34的配合表面38中的缺口 48上方的 膠粘片52的扁平環(huán)的橫截面。這樣的缺口 48是跑道凹槽形式的。盡管不是優(yōu)選的，膠粘 片的扁平環(huán)可以具有凸起部(elevation jog)。圖6顯示扁平環(huán)膠粘片56具有凸起部從 而該扁平環(huán)沿著它的平面寬度有不斷改變的厚度。扁平環(huán)膠粘片56匹配支撐板34中的跑 道凹槽54。圖7顯示了圖6中的膠粘片環(huán)56中的凸起部的細(xì)節(jié)視圖“B”，其中膠粘片環(huán)在 該環(huán)的中心更厚。這樣的凸起部可以是例如通過層壓(laminating)具有不同徑向?qū)挾群? 或不同軸向高度(厚度)的膠粘片的扁平環(huán)制成的。圖8顯示了為了接收膠粘片環(huán)56而 在支撐板34中形成的缺口 54的細(xì)節(jié)視圖“D”。圖9顯示了圖6中顯示的支撐板34(未反轉(zhuǎn)的)的細(xì)節(jié)視圖‘ ”。配合表面 38中的缺口 48可以被定位以精確控制粘結(jié)和非粘結(jié)區(qū)域。該非粘結(jié)區(qū)域可以是配合表 面38的表面面積的到95%。例如，該非粘結(jié)區(qū)域可以是配合表面38的表面面積的 1-5 %、5-10 %、10-15 %、15-20 %、20-30 %、30-40 %、40-50 %、50-60 %、60-70 %、70-80 %、 80-90%或90-95%。氣體通道44在非粘結(jié)區(qū)域中而該膠粘片粘結(jié)該粘結(jié)區(qū)域。膠粘片的 邊緣(例如，扁平環(huán)52的內(nèi)徑或外徑)和表面38中的氣體通道44的開口之間的距離可以 被精確控制以優(yōu)化粘結(jié)性質(zhì)，并且如同前面提到的，消除了非片狀彈性體粘結(jié)劑的泄漏或 膨脹堵塞氣體通道44的危險(xiǎn)。優(yōu)選地，該膠粘片在固化前、固化過程中和固化后基本上保 持它的原始尺寸并且保持同樣的形狀而不會(huì)縮小或縮小很少，例如，固化后有2-3%的體積 縮小。作為優(yōu)選實(shí)施方式，該膠粘片可以是在厚度方向(疊層的)或平面方向(共平面 的)上有一個(gè)或多個(gè)不同物理性質(zhì)的各種平面寬度的扁平環(huán)的組合層。圖10顯示了具有 不同的共平面物理性質(zhì)的扁平環(huán)膠粘片102的一部分。例如，內(nèi)部部分62和外部部分64 可以是用于低微粒污染物釋放的未填充的硅酮彈性膠粘片，而中間部分66可以包含用于 熱傳導(dǎo)的A1203微粒。圖11顯示了膠粘片104的一個(gè)實(shí)施方式。膠粘片104可以是各種寬度的具有凸 起部68(小臺(tái)階)的多個(gè)扁平圓形或半圓形環(huán)。表面70和72可粘結(jié)于電極配合表面中的 缺口(未示，但是類似于支撐構(gòu)件14中的缺口 48、54和58)或表面70可粘結(jié)于沒有缺口的電極配合表面，比如內(nèi)部電極配合表面28和/或外部電極環(huán)30的配合表面。表面74和 76可粘結(jié)于類似于缺口 48、54和58的支撐構(gòu)件14的配合表面中的缺口或表面76可粘結(jié) 于沒有缺口的支撐板和/或支撐環(huán)配合表面(未示)。例如，該膠粘片可以被排列為各種寬度和厚度的點(diǎn)、三角形、行列、及其他幾何形 狀的均勻或非均勻圖案而不受限制。圖12顯示了圓錐體106、方形條108、三角形110、圓點(diǎn) 112和具有凸起部114的圓點(diǎn)式的膠粘片。該膠粘片可以是多個(gè)這樣的幾何形狀以粘結(jié)支 撐構(gòu)件14和電極12的配合表面上的粘結(jié)區(qū)域。然而，在另一個(gè)實(shí)施方式中該膠粘片可以 是具有“蜘蛛網(wǎng)”幾何形狀的單一一片以精確匹配粘結(jié)區(qū)域同時(shí)為氣體通道32/44留出非 粘結(jié)區(qū)域。圖12顯示了用于粘結(jié)例如配合表面28和38的單片116的實(shí)施方式的平面圖。 相應(yīng)地，膠粘片116中的空隙78對(duì)應(yīng)于非粘結(jié)區(qū)域。在此實(shí)施方式中，這樣的非粘結(jié)區(qū)域 會(huì)對(duì)應(yīng)于配合表面面積的90%以上。在固化以前，該膠粘片優(yōu)選地具有物理上穩(wěn)定的性質(zhì)。固化以前的膠粘片是具有 尺寸穩(wěn)定性的未硫化的、未交聯(lián)的成分。該未固化的膠粘片可以是可延展的。如同提到過 的，優(yōu)選使用轉(zhuǎn)移片來處理未固化的膠粘片以防止該膠粘片在固化前變形。在加熱時(shí)，交聯(lián) 劑(比如過氧化物填充劑)優(yōu)選地以與未固化的膠粘片總體相同的形狀固化該膠粘片。在 固化以后，該膠粘片在機(jī)械力被除去以后回到相同的形狀。更大的接觸面積控制增加了粘 結(jié)的部件之間的導(dǎo)熱和/或?qū)щ娐省９袒哪z粘片還保持可與固化的凝膠彈性體相比在高 容量的填充劑微粒下的彈性，以及比固化的液體和漿糊彈性體在高容量填充劑微粒下的更 大的彈性。對(duì)于給定容量的彈性體粘結(jié)劑，通過在該彈性膠粘片中使用高容量填充劑微粒， 在各粘結(jié)部件之間可以實(shí)現(xiàn)更大的導(dǎo)熱和/或?qū)щ娐识粫?huì)犧牲粘結(jié)強(qiáng)度或彈性。優(yōu)選地，預(yù)成形的形狀被安裝到該配合總成的捕獲腔(captivating cavities)48 中。安裝可以通過比如人工執(zhí)行、用安裝工具人工執(zhí)行或用自動(dòng)化機(jī)械執(zhí)行等方法執(zhí)行。該 膠粘片可以被配制為具有有限或無限的工作時(shí)間，然后當(dāng)方便固化時(shí)被熱固化。如圖4A和4B所示，支撐構(gòu)件34以這種方式被連接于內(nèi)部電極24，即該內(nèi)部電極 24的第一氣體通道32和支撐構(gòu)件34的第二氣體通道44流體聯(lián)通。為了增強(qiáng)粘結(jié)性，底膠 46也可以被以與施加到內(nèi)部電極構(gòu)件24的頂面28的相同的預(yù)定圖案被施加到支撐構(gòu)件 34的底面38。在替代實(shí)施方式中，支撐構(gòu)件34或內(nèi)部電極構(gòu)件24可包含增壓室(plenums) 從而以期望的氣體分配圖案分配一個(gè)或多個(gè)氣體供應(yīng)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，氣體通道32 可以與一個(gè)或多個(gè)氣體通道44流體連通。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，該膠粘片將電極28的頂面粘結(jié)于支撐板38的底面，使得 在非粘結(jié)區(qū)域中之間有51到381 μ m(0. 002到0.015英寸)的空隙。例如，該支撐板底面 和/或該電極頂面上的缺口 48的深度優(yōu)選地是102到508 μ m(0. 004到0. 020英寸)，例如 100到200 μ m或200到500 μ m。更優(yōu)選地，該缺口 48的深度是178 μ m(0. 007英寸)。然 而，該支撐板底面和電極頂面可以通過該膠粘片粘結(jié)而無需缺口。更優(yōu)選地，該膠粘片將該 支撐板底面平行于該電極頂面粘結(jié)，其中兩個(gè)配合表面之間的距離在小于+/-25 μ m(0. 001 英寸)之間變化。該支撐板34被通過合適的加固構(gòu)件附著于熱控制板16，例如，在共同持有的美國(guó) 專利申請(qǐng)公開號(hào)2007/006829中所描述的，其內(nèi)容皆由引用而納入此處。支撐構(gòu)件34容納 多個(gè)適于接收加固構(gòu)件42的孔40以將支撐構(gòu)件34附著于熱控制板16。
實(shí)施例膠粘片的非限制性實(shí)施例被像上面描述的那樣配制、熱固化和測(cè)試。試驗(yàn)樣品是 由膠粘片組成的以模擬膠粘片在配合表面之間的粘結(jié)中的性能，然而應(yīng)當(dāng)注意，電極和支 撐構(gòu)件之間的實(shí)際粘結(jié)的試驗(yàn)結(jié)果沒有在這里顯示。剪切試驗(yàn)是在室溫下和在較高溫度下 (例如，在180攝氏度下)執(zhí)行的。高溫疲勞測(cè)試是在例如180攝氏度下執(zhí)行的。圖14顯 示了在室溫下實(shí)施例1膠粘片的剪切試驗(yàn)結(jié)果。實(shí)施例1顯示了一個(gè)近似線性的應(yīng)力應(yīng)變 曲線，有超過300 %的剪切應(yīng)變以及在高剪切應(yīng)變下的低切變應(yīng)力。用這樣的軟的膠粘片制 成的粘結(jié)適于適應(yīng)高剪切應(yīng)變而沒有耦合力引起的粘結(jié)的電極和支承板之間的隔膜形成 (diaphraming) 0圖15和17顯示了在180攝氏度下實(shí)施例2膠粘片的剪切試驗(yàn)結(jié)果。實(shí)施例2經(jīng) 歷了近似線性的線性應(yīng)力應(yīng)變曲線，在180攝氏度下有超過300%的剪切應(yīng)變和高應(yīng)變下 的低強(qiáng)度。這樣的軟膠粘片粘結(jié)適于適應(yīng)高剪切應(yīng)變而沒有粘結(jié)的電極和支撐板之間的隔 膜形成(diaphraming)。圖16顯示了在180攝氏度下實(shí)施例3膠粘片的疲勞試驗(yàn)結(jié)果。該疲勞試驗(yàn)被執(zhí) 行超過36，000個(gè)循環(huán)(cycles)(顯示了約35，000個(gè))。盡管只測(cè)試了膠粘片的樣品，然而 每個(gè)循環(huán)模擬了一次熱循環(huán)，其中在等離子體處理過程中由于該支撐板和電極的材料的熱 膨脹系數(shù)的差異，支撐板擴(kuò)展的量不同于電極的擴(kuò)展的量。圖17顯示了在超過36，000個(gè) 循環(huán)的疲勞試驗(yàn)后在180攝氏度下實(shí)施例3膠粘片的剪切試驗(yàn)結(jié)果。實(shí)施例3呈現(xiàn)了近似 線性的應(yīng)力應(yīng)變曲線，在180攝氏度下有超過300%的剪切應(yīng)變以及在高應(yīng)變下的低強(qiáng)度。 例如，實(shí)施例3呈現(xiàn)了接近線性的應(yīng)力應(yīng)變曲線，剪切應(yīng)變范圍為約0%到約450%。這樣 的軟膠粘片粘結(jié)適于適應(yīng)高剪切應(yīng)變而即便在36，000個(gè)溫度循環(huán)后仍沒有粘結(jié)的電極和 支撐板之間的隔膜形成(diaphraming)。盡管本發(fā)明是參考其具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)描述的，然而，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員 來說，顯然，可以在不悖離所附權(quán)利要求的范圍的基礎(chǔ)上，對(duì)本發(fā)明作出變更和修改。
權(quán)利要求
一種用于在等離子體處理裝置生成等離子體的組合噴淋頭電極總成，包含包含頂面和底面的支撐板，在該頂面和該底面之間有第一氣體通道，該底面具有粘結(jié)和非粘結(jié)區(qū)域，該第一氣體通道在非粘結(jié)區(qū)域中有出口以向該等離子體處理裝置的內(nèi)部供應(yīng)工藝氣體；具有頂面、等離子體暴露底面和在該頂面和該底面之間延伸并與該第一氣體通道流體連通的第二氣體通道的電極板，其中該第二氣體通道在該電極板的頂面的非粘結(jié)區(qū)域中有進(jìn)口；以及在每個(gè)粘結(jié)區(qū)域、位于配合表面之間的彈性膠粘片接縫，該膠粘接縫允許在溫度周期變化過程中由于該電極板和該支撐板中熱膨脹系數(shù)的不匹配而產(chǎn)生的該電極板相對(duì)于該支撐板的橫向移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合噴淋頭電極總成，其中該支撐板包含內(nèi)部支撐板和外部 支撐環(huán)，該外部支撐環(huán)圍繞該內(nèi)部支撐板，其中該第一氣體通道在該內(nèi)部支撐板中并可選 地在該外部支撐環(huán)中，該電極板包含粘結(jié)于該內(nèi)部支撐板的內(nèi)部噴淋頭電極和粘結(jié)于該外部支撐環(huán)的外部 環(huán)形電極，其中該第二氣體通道在該內(nèi)部噴淋頭電極中并可選地在該外部環(huán)形電極中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合噴淋頭電極總成，其中(a)該支撐板的配合表面平行于 該噴淋頭電極的配合表面和/或(b)該電極是單晶硅、多晶硅、石墨或碳化硅的；以及該支 撐構(gòu)件是鋁、石墨或碳化硅的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合噴淋頭電極總成，其中該彈性膠粘片接縫包含導(dǎo)熱硅酮 膠粘片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合噴淋頭電極總成，其中該彈性膠粘片接縫在室溫到200 攝氏度的溫度范圍內(nèi)從約20到340psi的切變應(yīng)力在橫向方向上可以彈性變形到至少 200%的剪切應(yīng)變。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合噴淋頭電極總成，其中該彈性膠粘片接縫從約20到 SOpsi的切變應(yīng)力在橫向方向上可以彈性形變到至少300%的剪切應(yīng)變。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合噴淋頭電極總成，其中該電極板是直徑為至少200mm的 單晶硅圓盤而該彈性膠粘片接縫是在5000個(gè)將該噴淋頭電極總成的溫度從室溫加熱到 250攝氏度的溫度循環(huán)之后，在室溫到300攝氏度的溫度范圍內(nèi)，從約20到340psi的切變 應(yīng)力在橫向方向上可以彈性形變到至少200%的剪切應(yīng)變。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合噴淋頭電極總成，其中該導(dǎo)熱硅酮膠粘片包含兩個(gè)或多 個(gè)有不同物理性質(zhì)的疊層和/或該導(dǎo)熱硅酮膠粘片包含兩個(gè)或多個(gè)有不同物理性質(zhì)的共 平面部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合噴淋頭電極總成，其中該導(dǎo)熱硅酮膠粘片的一個(gè)部分具 有0. 5ff/mK到0. 8ff/mK的導(dǎo)熱率，該導(dǎo)熱硅酮膠粘片的至少一個(gè)部分有0. 8ff/mK到lW/mK 的導(dǎo)熱率和/或該導(dǎo)熱硅酮膠粘片的至少一個(gè)部分有超過lW/mK的導(dǎo)熱率。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合噴淋頭電極總成，其中(a)該彈性膠粘片接縫進(jìn)一步包 含在該支撐構(gòu)件和/或該電極背部的一個(gè)或多個(gè)配合表面上的底膠；和/或(b)該導(dǎo)熱硅 酮膠粘片包含均勻分布的導(dǎo)熱填充劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的組合噴淋頭電極總成，其中(a)該導(dǎo)熱填充劑是氮化硼(BN)、氧化鋁(A1203)、硅、碳化硅及其結(jié)合之一和/或(b)該導(dǎo)熱硅酮膠粘片是(i)高分子 量二甲基硅酮和該導(dǎo)熱填充劑，( )高分子量二甲基硅酮和圍繞玻璃纖維篩(紗布)成長(zhǎng) 的導(dǎo)熱填充劑，(iii)高分子量二甲基硅酮和圍繞金屬篩成長(zhǎng)的導(dǎo)熱填充劑或(iv)高分子 量二甲基硅酮和與玻璃微珠或納米珠混合的導(dǎo)熱填充劑制成的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合噴淋頭電極總成，其中一該配合表面之間的空隙距離 的變化小于士 25μπι(0· 001英寸)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合噴淋頭電極總成，其中(a)該彈性膠粘片接縫包含被澆 鑄或被軋制成預(yù)成形形狀的彈性膠粘片；(b)該彈性膠粘片接縫包含沖模切割的預(yù)成形形 狀的彈性膠粘片；(c)該彈性膠粘片接縫包含激光切割、繪圖切割和/或水力噴射切割成預(yù) 成形形狀的彈性膠粘片；和/或(d)該配合表面之一包含空腔。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的組合噴淋頭電極總成，其中(a)該空腔的深度在100到 200 μ m范圍內(nèi)；(b)在空腔的深度在200到500 μ m范圍內(nèi)；(c)該空腔包含凸起部，該凸起 部的尺寸與該膠粘片的尺寸相匹配；(d)該膠粘片將該電極的頂面粘結(jié)到該支撐構(gòu)件的底 面，其中該電極的頂面和該支撐構(gòu)件的底面之間的間隔為50到400微米；(e)該膠粘片接 縫包含單片形式的硅酮膠粘片；(f)該膠粘片接縫包含一個(gè)或多個(gè)扁平環(huán)、具有凸起部的 扁平環(huán)、圓柱體、扁平或柱狀多角形、塊狀或其結(jié)合的形式的硅酮膠粘片；和/或(g)該彈性 膠粘片接縫包含熱固化粘結(jié)劑。
15.一種用于等離子體處理裝置的用于連接組合噴淋頭電極總成的各元件的方法，包含以預(yù)定圖案將未固化彈性膠粘片的第一表面施加到粘結(jié)區(qū)域的預(yù)定圖案的支撐構(gòu)件 的底面，該粘結(jié)區(qū)域不包括要保持非粘結(jié)的區(qū)域，該支撐構(gòu)件具有頂面和在該頂面和該底 面之間延伸并在非粘結(jié)區(qū)域中有出口的多個(gè)第一氣體通道；以粘結(jié)區(qū)域的預(yù)定圖案將電極的頂面施加到未固化彈性膠粘片的第二表面，該電極具 有等離子體暴露底面和多個(gè)在該電極的該頂面和該底面之間延伸的第二氣體通道，其中該 第二氣體通道在該電極的該頂面的非粘結(jié)區(qū)域中有進(jìn)口 ；以及將該電極的該頂面粘結(jié)到該支撐構(gòu)件的該底面，該彈性膠粘片在該電極的該頂面與該 支撐構(gòu)件的該底面之間，其中該第二氣體通道與該第一氣體通道流體連通。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于連接組合噴淋頭電極總成的各元件的方法，進(jìn)一步包括以預(yù)定圖案向該支撐構(gòu)件的底面施加底膠；以及以預(yù)定圖案向該電極的該頂面施加底膠。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于連接組合噴淋頭電極總成的各元件的方法，其中向該 電極的該頂面施加底膠包含圍繞其中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)該電極并通過使分發(fā)器的出口與該旋轉(zhuǎn)電極在相對(duì)于該中心點(diǎn)的 多個(gè)徑向位置接觸而用該分發(fā)器沉積該底膠的環(huán)形區(qū)；或用具有預(yù)定圖案的開口的掩模覆蓋該頂面并在該頂面的無屏蔽區(qū)域上涂覆該底膠。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于連接組合噴淋頭電極總成的各元件的方法，其中該掩 模中的該預(yù)定圖案是多個(gè)半環(huán)形區(qū)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于連接組合噴淋頭電極總成的各元件的方法，其中向該支撐構(gòu)件的該底面施加底膠包括圍繞其中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)該支撐構(gòu)件并通過使該分發(fā)器的出口與該旋轉(zhuǎn)支撐構(gòu)件在相對(duì)于 該中心點(diǎn)的多個(gè)徑向位置接觸而用該分發(fā)器沉積該底膠的環(huán)形區(qū)；或用具有預(yù)定圖案的開口的掩模覆蓋該底面并在該底面的無屏蔽區(qū)域上涂覆該底膠。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于連接組合噴淋頭電極總成的各元件的方法，其中(a)施加該彈性膠粘片的該第一表面包含使用機(jī)械切割、沖模切割、激光切割、水力噴 射切割、等離子切割、繪圖切割及其組合將該彈性膠粘片的粘結(jié)材料預(yù)切割為預(yù)定圖案；(b)該電極的頂面和/或該支撐構(gòu)件的底面包含在該預(yù)定圖案的至少一部分上方的通道；(c)該彈性膠粘片是填充的、未固化的彈性硅酮片；和/或(d)該填充的、未固化的彈性硅酮片是用鋁、氧化鋁、硅、碳化硅、氮化硼或其合金制成 的導(dǎo)熱顆粒。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于連接組合噴淋頭電極總成的各元件的方法，其中(a)粘結(jié)進(jìn)一步包括通過在壓縮下、在靜態(tài)重量下或可選地通過真空袋內(nèi)的氣壓將該 電極的頂面和該支撐構(gòu)件的底面壓在一起而固定該膠粘片，其中該彈性膠粘片是熱固化 的；(b)當(dāng)該靜態(tài)重量或可選的真空袋內(nèi)的氣壓被除去時(shí)，在固定后，加熱該組合噴淋頭電 極總成以固化該粘結(jié)材料；(c)該電極是硅、石墨或碳化硅的；以及該支撐構(gòu)件是鋁、石墨或碳化硅的；(d)施加該彈性膠粘片的該第一表面包含在向該支撐構(gòu)件的底面施加該第一表面之前 從該第一表面除去轉(zhuǎn)移片；(e)施加該電極的頂面包含在向該膠粘片的該第二表面施加該電極的頂面之前，從該 彈性膠粘片的該第二表面除去轉(zhuǎn)移片；(f)施加彈性膠粘片的該第一表面包含在向該支撐構(gòu)件的底面施加該第一表面以后施 加真空以除去其間的空隙；(g)施加該電極的頂面包含在向該彈性膠粘片的該第二表面施加該電極的頂面之后施 加真空以除去其間的空隙；和/或(h)該電極包含內(nèi)部噴淋頭電極和外部環(huán)形電極而該支撐構(gòu)件包含內(nèi)部支撐板和外部 支撐環(huán)。
22.—種在等離子體處理裝置中處理半導(dǎo)體襯底的方法，該方法包括將該襯底放入等離子體處理裝置的反應(yīng)室的襯底支座上；使用權(quán)利要求1的該組合噴淋頭電極總成將工藝氣體引入該反應(yīng)室；在該反應(yīng)室中在該組合噴淋頭電極總成和該襯底之間從該工藝氣體生成等離子體；用該等離子體處理該襯底。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中該處理包含蝕刻該襯底。
24.一種用于等離子體處理裝置的組合噴淋頭電極總成，包含支撐構(gòu)件，該支撐構(gòu)件包括具有待粘結(jié)區(qū)域、排除保持不被粘結(jié)的區(qū)域的底面以及在 該底面和該支撐構(gòu)件的頂面之間延伸的多個(gè)第一氣體通道，其中該第一氣體通道在保持不 被粘結(jié)的區(qū)域中有出口，以將工藝氣體供應(yīng)到等離子體處理裝置的內(nèi)部；在該等離子體處理裝置中產(chǎn)生等離子體的電極，該電極具有有待粘結(jié)區(qū)域的頂面和與 該第一氣體通道流體連通的多個(gè)第二氣體通道，該第二氣體通道在保持不被粘結(jié)的區(qū)域中 有進(jìn)口，該第二氣體通道從該頂面到該電極的等離子體暴露底面延伸穿過該電極；以及未固化彈性膠粘片，其要被固化在每個(gè)待粘結(jié)區(qū)域的配合表面之間的接縫中以允許在 溫度周期變化過程中由于該支撐構(gòu)件和該電極的熱膨脹系數(shù)的不匹配而產(chǎn)生的該電極相 對(duì)于該支撐構(gòu)件在橫向方向上的移動(dòng)，其中彈性膠粘片是填充的、熱固化的、未硫化的彈性硅酮片。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的組合噴淋頭電極總成，其中該未固化的彈性膠粘片是用過氧 化物作為熱活化成分以執(zhí)行交聯(lián)反應(yīng)而配制的，該彈性膠粘片在固化過程中的體積收縮是 3-5%，或小于3%0
全文摘要
一種用于等離子體處理裝置的噴淋頭電極包括彈性膠粘片，其粘結(jié)于電極和支撐構(gòu)件的配合表面之間以適應(yīng)由于熱膨脹系數(shù)的不匹配在溫度循環(huán)過程中產(chǎn)生的應(yīng)力。該彈性片包含導(dǎo)熱硅酮粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑能夠承受溫度范圍在室溫到3000C下≥300％的剪切應(yīng)變，比如有填充劑的可熱固化高分子量二甲基硅酮。該片狀粘結(jié)劑對(duì)于很大區(qū)域上的粘結(jié)表面的平行度有粘結(jié)厚度控制。該膠粘片可以被澆鑄或沖模切割為預(yù)成形的形狀，該形狀適應(yīng)不規(guī)則形狀的特征，最大化了與配合的電極表面的接觸面積，并安裝到該配合總成的空腔中。安裝可以是手工進(jìn)行、用安裝工具手工進(jìn)行或用自動(dòng)化機(jī)械進(jìn)行的。具有不同物理性質(zhì)的膠粘片的組合層可以是層疊的或共面的。
文檔編號(hào)H01L21/205GK101903979SQ200880123061
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者湯姆·史蒂文森, 維克托·王, 迪恩·杰伊·拉森 申請(qǐng)人:朗姆研究公司