DE60125608T2

DE60125608T2 - Hängende Gasverteilungvorrichtung für Plasmakammer

Info

Publication number: DE60125608T2
Application number: DE60125608T
Authority: DE
Inventors: John M. Hayward White; Ernst Sunnyville Keller; Wendell T. Union City Blonigan
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2021-01-18
Also published as: KR20060122798A; US20040118345A1; KR100737228B1; US6477980B1; EP1118693B1; EP1118693A2; TW477830B; KR100882072B1; US6823589B2; KR20100033988A; KR20050033573A; JP2001284271A; DE60125608D1; EP1118693A3; KR20110004343A; SG87200A1; US7017269B2; KR101287100B1; KR20010076391A; KR20060121781A

Description

Die Erfindung bezieht sich insgesamt auf Gasverteiler zum Zuführen von Gas zu einer Plasmakammer. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Verteiler mit einer perforierten Gasverteilungsplatte, die durch flexible Seitenwände aufgehängt ist, die die Wärmeausdehnung der Platte aufnehmen.
Elektronische Vorrichtungen, wie Flachbildschirme und integrierte Schaltungen, werden gewöhnlich in einer Reihe von Verfahrensschritten hergestellt, bei denen Schichten auf einem Substrat abgeschieden werden und das abgeschiedene Material zu gewünschten Mustern geätzt wird. Die Verfahrensschritte weisen üblicherweise plasmaverstärkte chemische Gasphasenabscheidungsprozesse (CVD = Chemical Vapor Deposition) und Plasmaätzprozesse auf.
Plasmaprozesse erfordern die Zuführen einer Prozessgasmischung zu einer Vakuumkammer, die Plasmakammer genannt wird, und dann das Anlegen einer elektrischen oder elektromagnetischen Leistung, um das Prozessgas auf einen Plasmazustand anzuregen. Das Plasma zersetzt die Gasmischung in Ionenspezies, die den gewünschten Abscheidungs- oder Ätzprozess ausführen.
In kapazitiv erregten CVD-Kammern wird das Plasma durch HF-Leistung erregt, die zwischen einer Anodenelektrode und einer Kathodenelektrode angelegt wird. Insgesamt ist das Substrat auf einem Sockel oder einem Suszeptor angebracht, der als Kathodenelektrode wirkt, während die Anodenelektrode in einer geringen Entfernung von dem Substrat und parallel zu ihm angebracht ist. Üblicherweise wirkt die Anodenelektrode auch als Gasverteilungsplatte zum Zuführen der Prozessgasmischung in die Kammer. Die Anodenelektrode ist mit Hunderten oder Tausenden von Öffnungen durchbrochen, durch welche die Prozessgasmischung in den Spalt zwischen der Anode und der Kathode strömt. Die Öffnungen sind über der Oberfläche der Gasverteilungsplatte so beabstandet, dass die räumliche Gleichförmigkeit der Prozessgasmischung angrenzend an das Substrat maximiert ist. Eine solche Gasverteilungsplatte, die auch Diffusorplatte oder "Duschkopf" genannt wird, ist in dem gemeinschaftlich übertragenen US-Patent 4,854,263, ausgegeben am 8.8.1998 für Chang et al., beschrieben.
Perforierte Gasverteilungsplatten sind gewöhnlich starr an dem Deckel oder an der oberen Wand der Plasmakammer angebracht. Die starre Montage hat den Nachteil, dass die Wärmeausdehnung der perforierten Platte, wenn sie Wärme von dem Plasma aufnimmt, nicht ausgeglichen wird. Die daraus folgenden mechanischen Spannungen an der Platte können zum Verwinden oder Reißen der Platte führen. Eine Milderung der mechanischen Spannung ist besonders wichtig bei größeren Verteilungsplatten, die für die Behandlung von größeren Werkstücken benötigt werden, beispielsweise für große Flachbildschirme. Es besteht deshalb ein Bedürfnis für eine Gasverteilungsvorrichtung, die solche thermisch induzierten mechanischen Spannungen minimiert.
Ein weiterer Nachteil von herkömmlichen Gasverteilungsplatten besteht darin, dass sie im Allgemeinen während des CVD-Prozesses kalt bleiben und somit zu einem unerwünschten Wärmeverlust von der Oberfläche des Substrats beitragen. Insbesondere sind herkömmliche Gasverteilungsplatten im Allgemeinen direkt mit einem Kammerdeckel oder einer Seitenwand verbolzt, die eine hohe thermische Masse und eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, so dass der Deckel oder die Seitenwand als Wärmesenke wirkt und Wärme von der Verteilungsplatte abzieht. Deshalb halten herkömmliche Auslegungen gewöhnlich die Wärmeverteilungsplatte auf einer unerwünscht niedrigen Temperatur.
Die US 5,882,411 zeigt einen Duschkopf mit einem Umfangsflansch, der Nuten aufweist. Diese versetzen den Flansch in die Lage, sich wie ein Balg auszudehnen und zusammenzuziehen, um eine Wärmeausdehnung des Duschkopfs zu erlauben.
Die Erfindung besteht aus einem Gaseinlassverteiler für eine Plasmakammer, wie er im Anspruch 1 definiert ist. Der Verteiler hat eine perforierte Gasverteilungsplatte, die durch eine flexible Seitenwand aufgehängt ist, die die Wärmeausdehnung und Wärmekontraktion der Gasverteilungsplatte aufnimmt. Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine Verwindung oder ein Reißen der Gasverteilungsplatte ansprechend auf eine solche Wärmeausdehnung oder Wärmekontraktion vermieden wird. Die Erfindung besteht auch in einem Verfahren, wie es im Anspruch 11 definiert ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die flexible Seitenwand eine Vielzahl von Segmenten, die durch kleine Spalte getrennt sind, während der Verteiler einen neuen Dichtungsflansch hat, der die Gasleckage durch die Spalte minimiert, obwohl eine Bewegung der flexiblen Seitenwandsegmente gewährleistet ist.
Es folgt eine Beschreibung spezieller Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen
1 eine teilweise schematische, geschnittene Seitenansicht einer Plasmakammer ist, die den Gaseinlassverteiler der vorliegenden Erfindung aufweist,
2 eine auseinandergezogene perspektivische Teilansicht einer Ecke des Gaseinlassverteilers ist,
3 eine Querschnittsansicht der Ecke des Gaseinlassverteilers ist,
4 eine vertikale Schnittansicht einer Seite des Gaseinlassverteilers ist,
5 eine vertikale Schnittansicht einer Ecke des Gaseinlassverteilers ist,
6 eine auseinandergezogene Ansicht der in 2 gezeigten Ecke ist,
7 eine Draufsicht auf eine alternative Eckenverbindung oder Koppelung vor ihrer Faltung ist,
8 eine auseinandergezogene Ansicht einer Ecke mit der alternativen Koppelung von 7 ist,
9 eine Ansicht ähnlich wie 4 ist und eine alternative Ausführung zeigt, die einen Gaseinlassverteiler hat, bei welchem ein Teil des oberen Flansches der flexiblen Seitenwand dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist,
10 eine Einzelheit von 9 ist,
11 in einer zu 2 ähnlichen Ansicht die alternative Ausgestaltung von 9 zeigt,
12 eine Ansicht ähnlich wie 10 ist und ein elektrisches Kabel zeigt, das direkt mit dem oberen Flansch der Seitenwand des Gaseinlassverteilers verbunden ist, und
13 eine teilweise auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Ecke einer alternativen Gaseinlassverteilung ist, bei der die flexiblen Seitenwände an den Ecken anstoßen und die Eckverbindungen weggelassen sind.
Übersicht über die Plasmakammer
1 zeigt eine Plasmakammer mit einem erfindungsgemäßen Gaseinlassverteiler 20 bis 32, der auch Gasverteiler oder Zwischenkammer genannt wird. Die gezeigte Kammer ist in der Lage, plasmagestützte Prozesse auszuführen, wie eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder ein Ätzen eines großen Substrats. Sie ist insbesondere zur Ausführung von CVD-Prozessen zur Herstellung der elektronischen Schaltung eines Flachbildschirms auf einem Glassubstrat geeignet.
Die Plasmakammer oder Vakuumkammer hat ein Gehäuse oder eine Wand 10, die vorzugsweise aus Aluminium besteht und das Innere der Kammer umschließt. Die Kammerwand 10 bildet den Vakuumeinschluss für die Seite und einen Großteil des Bodens des Kammerinneren. Als Kathodenelektrode wirkt ein Metallsockel oder -suszeptor 12, der eine flache Oberfläche hat, die ein Werkstück oder Substrat 14 trägt. Alternativ braucht das Substrat den Suszeptor nicht direkt zu berühren, sondern kann etwas über der oberen Fläche des Suszeptors gehalten werden, beispielsweise durch eine Vielzahl von nicht gezeigten Hubstiften.
Eine nicht gezeigte externe Gaszuführung liefert ein oder mehrere Prozessgase in die Prozesskammer. Die Kammer hat insbesondere einen Gaseinlassverteiler oder eine Zwischenkammer 20 bis 32 (im Einzelnen nachstehend beschrieben), die einen Bereich umschließt, auf den als Verteilerinnenraum Bezug genommen wird. Eine Gasleitung, die sich von einer externen Gasversorgung zu einer Gaseinlassöffnung 30 in einer Außen- oder Rückwand 28 des Gaseinlassverteilers erstreckt, führt die Prozessgase in den Verteilerinnenraum. Die Gase strömen dann aus dem Verteiler durch Hunderte oder Tausende von Öffnungen 22 in der Gasverteilungsplatte oder Diffusorplatte 20 aus und treten so in den Bereich des Kammerinneren zwischen der Gasverteilungsplatte und dem Suszeptor 12 ein.
Eine nicht gezeigte herkömmliche Vakuumpumpe hält ein gewünschtes Vakuumniveau innerhalb der Kammer aufrecht und zieht Prozessgase und Reaktionsprodukte aus der Kammer durch einen ringförmigen Abführschlitz 42, von da in einen ringförmige Abführkammer 44 und dann durch einen nicht gezeigten Auslasskanal zu der Pumpe hin ab.
Die Gasverteilungsplatte oder die Diffusorplatte 20 setzt sich aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise Aluminium, zusammen, so dass sie als eine Anodenelektrode wirken kann. Zwischen die Gasverteilungsplatte und die elektrisch geerdeten Kammerbauteile ist eine HF-Leistungsversorgung geschaltet. Eine typische Frequenz für die HF-Leistungsversorgung ist 13 MHz. Da die Gasverteilungsplatte 20 durch HF heiß ist, ist sie von dem Deckel durch ringförmige dielektrische Distanzstücke 34, 35, 36 elektrisch isoliert. Die Kammerseiten- und -bodenwand 10 und der Deckel 18 sind mit elektrischer Masse verbunden. Der Suszeptor oder der Werkstückhaltesockel 12 ist gewöhnlich ebenfalls geerdet, kann jedoch fakultativ an eine zweite HF-Leistungsversorgung angeschlossen sein, die gewöhnlich als Vorspann-Leistungsversorgung bezeichnet wird.
Die zwischen der Kathodenelektrode (dem Suszeptor 12) und der Anodenelektrode (der Gasverteilungsplatte 20) angelegte HF-Leistung erzeugt ein elektromagnetisches Feld in dem Bereich zwischen zwei Elektroden, welches die Gase in diesem Bereich zu einem Plasmazustand erregt. Das Plasma erzeugt reaktive Spezies aus dem Prozessgasgemisch, die mit freigesetztem Material auf dem Werkstück reagieren und die gewünschte Abscheidung oder den Ätzprozess ausführen.
Um das Plasma in dem Bereich der Kammer zwischen dem Werkstück 14 und der Gasverteilungsplatte 20 zu konzentrieren, werden andere Metalloberflächen in der Kammer, die sich in der Nähe der Verteilungsplatte befinden, vorzugsweise mit dielektrischen Auskleidungen bedeckt. Insbesondere ist mit der Unterseite des Deckels 18 eine dielektrische Auskleidung 37 verbolzt, während eine dielektrische Auskleidung 38 die Kammerseitenwand 10 abdeckt. Zur Verhinderung einer Plasmabildung und zur Minimierung einer HF-Leistungsleitung wird der ringförmige Spalt zwischen dem Gaseinlassverteiler und dem Deckel von einer dielektrischen Auskleidung 41 besetzt.
Auf der Kammerseitenwand 10 sitzt ein abnehmbarer Deckel 18 so, dass er als zusätzlicher Teil der Kammerwand wirkt. Der Gaseinlassverteiler 20 bis 32 sitzt auf einem ringförmigen, sich nach innen erstreckenden Sims des Deckels. An die Oberseite des Deckels 10 ist eine Abdeckung 16 angeklemmt. Der einzige Zweck der Abdeckung besteht darin, Personen vor einem zufälligen Kontakt mit den Teilen des Gaseinlassverteilers zu schützen, die HF-heiß sind, was nachstehend beschrieben wird.
Die Kammerbauelemente sollten aus Materialien bestehen, welche die in der Kammer auszuführenden Halbleiterherstellungsprozesse nicht verunreinigen und die gegenüber den Prozessgasen korrosionsfest sind. Für alle Bauelemente mit Ausnahme der dielektrischen Distanzstücke und der Auskleidungen 34 bis 41 sowie der O-Ringe 45 bis 48 ist das bevorzugte Material Aluminium.
Alle Teile der Plasmakammer mit Ausnahme des Gaseinlassverteilers sind konventionell. Der Aufbau und die Funktion von herkömmlichen Plasma-CVD- und Ätzkammern sind in dem US-Patent 5,844,205 und in dem US-Patent 4,854,263 beschrieben.
Gaseinlassverteiler
2 bis 4 zeigen den Gaseinlassverteiler oder die Zwischenkammer im Einzelnen. Der Gaseinlassverteiler hat einen Innenraumbereich, der am Boden von der Gasverteilungs- oder Diffusorplatte 20, an den Seiten von der flexiblen Seitenwand oder Aufhängung 24 und auf der Oberseite von der Außenwand oder Rückwand 28 begrenzt ist. (Der dreieckige Eckpfosten 28, der in 2 und 3 gezeigt ist, wird später beschrieben.)
Bei den gezeigten Ausführungsformen ist die Gasverteilungsplatte 20 eine Aluminiumplatte, die 3 cm dick ist. Sie sollte vorzugsweise dick genug sein, da sie unter Atmosphärendruck, wenn ein Vakuum in der Kammer erzeugt wird, nicht merklich verformt wird.
Bei unserer neuen Konstruktion des Gaseinlassverteilers ist die Gasverteilungsplatte 20 durch eine dünne flexible Seitenwand oder Aufhängung 24 so aufgehängt, dass die Aufhängung das gesamte Gewicht der Gasverteilungsplatte trägt. Wie in dem nachstehenden Abschnitt mit dem Titel "Aufnahme der thermisch induzierten mechanischen Expansion/Kontraktion" erläu tert ist, ist die Aufhängung flexibel, um eine Spannung an der Gasverteilungsplatte ansprechend auf ihre Wärmeausdehnung und -kontraktion zu minimieren. Das obere Ende der flexiblen Seitenwand hat eine obere Lippe 26, die direkt oder indirekt an der Kammerwand 10 angebracht und von ihr gehalten wird. "Indirekt" bedeutet bei der Anbringung und Halterung, dass das obere Ende der Aufhängung der Kammer über Zwischenbauelemente gehalten werden kann, die zwischen der oberen Lippe 26 und der Kammerwand 10 angeordnet sind, beispielsweise die Rückwand 28 und der Deckel 18 bei der Ausführungsform von 1.
Die Rückwand 28 des Gaseinlassverteilers ist so angebracht, dass sie an dem oberen Ende 26 der Aufhängung anliegt, so dass die Rückwand die obere Grenze oder Umhüllung des Innenraumbereichs des Gaseinlassverteilers bildet.
Bei den gezeigten Ausführungsformen mit einer rechteckigen Gasverteilungsplatte 20 besteht die flexible Seitenwand oder Aufhängung 24 vorzugsweise aus vier gesonderten Stücken aus dünnem, flexiblem Metallblech, von denen sich jeweils eines auf jeder der vier Seiten der Gasverteilungsplatte befindet. Die vier Stücke oder Seiten der Seitenwand oder der Aufhängung 24 umschließen zusammengenommen den Innenraum des Gaseinlassverteilers.
Die Öffnungen 22 in der Gasverteilungsplatte sollten einen Durchmesser haben, der kleiner ist als die Breite des Plasmadunkelraums, um zu verhindern, dass Plasma in der Plasmakammer in den Bereich eintritt, der von dem Gaseinlassverteiler umschlossen ist, d.h. in den Bereich zwischen der Gasverteilungsplatte 20 und der Rückwand 28. Die Breite des Dunkelraums und somit der optimale Durchmesser der Öffnungen hängen von dem Kammerdruck und anderen Parametern der spezifischen Halbleiterherstellungsprozesse ab, die in der Kammer ausgeführt werden sollen. Alternativ kann es zur Ausführung von Plasmaprozessen unter Verwendung von Reaktionsgasen, deren Dissoziation besonders schwierig ist, erwünscht sein, Öffnungen zu verwenden, die einen schmalen Einlass und einen breiteren, sich erweiternden Auslass haben, wie sie in dem vorstehend erwähnten US-Patent 4,854,263 für Chang et al. beschrieben sind.
Der Gaseinlassverteiler hat vorzugsweise auch einen Gaseinlassdeflektor, der aus einer Kreisscheibe 32 besteht, die einen Durchmesser hat, der etwas größer ist als der der Gaseinlassöffnung 30, und die unter der Öffnung durch nicht gezeigte Pfosten aufgehängt ist. Der Deflektor versperrt das Strömen von Gasen auf einem geraden Weg von dem Gaseinlass 30 zu den di rekt angrenzenden Löchern 22 in der Mitte des Gasverteilungsplatte und unterstützt dadurch die Gleichmachung der jeweiligen Gasdurchsätze durch die Mitte und den Umfang der Gasverteilungsplatte.
Ausführungsform 1 – die Rückwand bildet eine Vakuumdichtung
Bei den in 1 bis 8 gezeigten Ausführungsformen ist die obere Fläche der Rückwand 28 das einzige Bauelement des Gaseinlassverteilers, das dem Umgebungsatmosphärendruck ausgesetzt ist, so dass die Rückwand das einzige Bauelement des Gaseinlassverteilers ist, das eine Vakuumdichtung benötigt. Insbesondere wird eine Vakuumdichtung zwischen dem Kammerinnenraum und der Umgebungsatmosphäre außerhalb der Kammer durch ein erstes Vakuumabdichtmaterial 45 zwischen der Rückwand 28 und dem dielektrischen Distanzstück 34 und durch ein zweites Vakuumabdichtungsmaterial 46 zwischen dem dielektrischen Distanzstück 34 und der Oberfläche der Kammerwand vorgesehen. Bei den gezeigten Ausführungsformen ist die letztere Oberfläche die Oberfläche des Deckels 18, an dem das dielektrische Distanzstück sitzt. Da die gezeigten Ausführungsformen einen abnehmbaren Deckel 18 aufweisen, ist ein zusätzliches Vakuumabdichtungsmaterial 48 zwischen dem Deckel und der Kammerseitenwand 10 erforderlich. Die Dichtungsmaterialien 45, 46 und 48 sind vorzugsweise O-Ringe.
Bei dieser Ausführungsform ist eine gasdichte Dichtung zwischen der Rückwand 28 und der oberen Lippe 26 der flexiblen Seitenwände 24 nicht erforderlich. Die einzige Folge bei einem Gasleck bei dieser Verbindung wäre, dass eine geringe Menge an Prozessgas in den Kammerinnenraum durch das Leck statt durch die Öffnungen 22 in der Gasverteilungsplatte 20 eintreten würde. Demzufolge ist bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform zwischen der Rückwand 28 und der oberen Lippe 26 der flexiblen Seitenwand kein O-Ring vorhanden. Die obere Lippe 26 ist mit der Rückwand 28 durch eine Vielzahl von im Abstand um den Rand der Rückwand herum angeordneten Schraubenbolzen 72 (siehe 4) verschraubt.
Da die Einlassverteiler-Seitenwände 24 aus Metall bestehen, können sie für einen guten elektrischen HF-Kontakt zwischen der Gasverteilungsplatte 20 und der Rückwand 28 sorgen. Deshalb kann das elektrische Kabel, das die Gasverteilungsplatte mit der HF-Leistungsversorgung verbindet, direkt an der Außenfläche der Rückwand anstatt an der Verteilungsplatte befestigt werden. Das Befestigen des HF-Kabels direkt an der Gasverteilungsplatte wäre uner wünscht, weil dadurch das HF-Verbindungsstück dem potenziell korrosiven Prozessgasgemisch ausgesetzt wäre. Die Schraubenbolzen 72 tragen dazu bei, einen guten elektrischen HF-Kontakt zwischen der oberen Lippe 26 der flexiblen Seitenwände 24 zu gewährleisten, während Verschweißungen 56 die Gewährleistung eines guten elektrischen HF-Kontakts zwischen der unteren Lippe 54 der Seitenwände und der Gasverteilungsplatte unterstützen.
Ausführungsform 2 – der obere Flansch der Seitenwand sorgt ebenfalls für eine Vakuumabdichtung
Bei der in den 9 bis 11 gezeigten alternativen Ausführungsform ist der obere Flansch 70 der flexiblen Seitenwand oder Aufhängung 24 des Gaseinlassverteilers der äußeren Umgebungsatmosphäre teilweise ausgesetzt. Dies bildet einen Gegensatz zu den Ausführungsformen der 1 bis 8, bei denen die gesamte Aufhängung 24 einschließlich der oberen Lippe 26 vollständig von dem Umfang der Rückwand 28 des Gaseinlassverteilers umschlossen ist. Demzufolge muss bei der Ausführungsform von 9 bis 11 der obere Flansch 70 der flexiblen Seitenwand zur Vakuumabdichtung zwischen dem Kammerinnenraum und der äußeren Umgebungsatmosphäre beitragen, was einen O-Ring mehr als bei den früheren Ausführungsformen erfordert.
Wie bei den vorherigen Ausführungsformen sind zwei O-Ringe 45, 46 oder ein anderes Dichtungsmaterial auf jeder Seite des dielektrischen Distanzstücks 34 erforderlich, d.h. ein erster O-Ring 45 zwischen dem dielektrischen Distanzstück und dem oberen Flansch 70 der flexiblen Seitenwand 24 und ein zweiter O-Ring 46 zwischen dem elektrischen Distanzstück und dem Deckel 18. Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsformen erfordert die vorliegende Ausführungsform zusätzlich einen dritten O-Ring 37 oder ein anderes Dichtungsmaterial zwischen dem oberen Flansch 70 und der Rückwand 28.
Um eine Vakuumdichtung zwischen dem oberen Flansch 70 und der Rückwand 28 zu bewirken, muss der Teil des oberen Flansches 70, der in Kontakt mit dem dritten O-Ring 47 steht, kontinuierlich und ohne Unterbrechung um den vollständigen Kreis des O-Rings (siehe 11) herum verlaufen, während sich bei den vorherigen Ausführungsformen im Gegensatz dazu die obere Lippe 26 nicht um irgendeine der vier Ecken des Gaseinlassverteilers erstreckt.
Es besteht keine Notwendigkeit, dass die flexible Seitenwand oder Aufhängung 24 durchgehend und ohne Unterbrechung ausgebildet ist, da sie nicht Teil der Vakuumdichtung zwischen dem Kammerinnenraum und der äußeren Umgebungsatmosphäre ist. Deshalb kann sie aus vier gesonderten Stücken wie bei den vorherigen Ausführungsformen bestehen.
Eine Vielzahl von Bolzen 72, die um den Rand der Rückwand 28 herum im Abstand angeordnet sind, befestigt den oberen Flansch 70 der Aufhängung 24 an der Rückwand.
Der obere Flansch 70 ist vorzugsweise als rechteckiger Rahmen mit einer offenen Mitte geformt. Er kann dadurch hergestellt werden, dass die offene Mitte aus einer rechteckigen Platte ausgeschnitten oder ausgestanzt wird. Der obere Flansch 70 dieser Ausführungsform ersetzt die vier verstärkenden Stäbe 27 der vorhergehenden Ausführungsformen. Der obere Flansch 70 sollte vorzugsweise ein glatte, flache obere Fläche haben, die an der Rückwand 28 anliegt. Um zu verhindern, dass die obere Lippe 26 der Aufhängung 24 über die Ebene dieser oberen Fläche vorsteht, wird die obere Lippe 26 vorzugsweise (beispielsweise durch eine Verschweißung 57) an dem oberen Flansch 70 an einem Sims befestigt, der unter der oberen Fläche des Flansches ausgespart ist.
Wie bei den vorstehend erörterten Ausführungsformen von 1 bis 8 wird bei unserer bevorzugten Ausgestaltung nach 9 bis 11 das HF-Kabel vorzugsweise direkt mit der oberen Fläche der Rückwand 28 verbunden. Die Schraubenbolzen 27 drücken den oberen Flansch 70 der Aufhängung 24 gegen die Rückwand 28 und tragen dadurch dazu bei, einen guten elektrischen HF-Kontakt zwischen der Rückwand und der Aufhängung zu gewährleisten. Ein bedeutender Vorteil der vorliegenden Ausführungsform gegenüber den Ausführungsformen von 1 bis 8 besteht darin, dass die Schraubenbolzen 72 radial außerhalb des O-Rings 47 angeordnet werden können. Demzufolge schützt der O-Ring 47 die Schraubenbolzen 72 und, was besonders wichtig ist, die angrenzenden Bereiche des elektrischen Kontakts zwischen der Rückwand 28 und dem oberen Flansch 70 der Aufhängung davor, dass sie den korrosiven Prozessgasen und dem Plasma in der Kammer ausgesetzt werden, was schließlich den elektrischen Kontakt verschlechtern könnte.
Im Gegensatz zu den Ausführungsformen von 1 bis 8 lässt die Ausführungsform von 9 bis 11 den radial äußeren Teil des oberen Flansches 70 ohne Abdeckung durch die Rückwand 28. Deshalb ist es bei dieser Ausführungsform möglich, das elektrische Kabel 74 von der HF-Leistungsversorgung direkt mit dem oberen Flansch 70 an einer Fläche radial außerhalb des Umfangs der Rückwand 28 anzuschließen, wie es in 12 gezeigt ist. Bei dieser alternativen Ausführung besteht, da das elektrische Kabel nicht an die Rückwand angeschlossen ist, keine Notwendigkeit, einen elektrischen Kontakt mit niedriger Impedanz zwischen der Seitewand 24 und der Rückwand zu gewährleisten. Bei der Ausführungsform von 12 ist der obere Flansch 70 vorzugsweise mechanisch an der Rückwand 28 unter Verwendung der gleichen Schraubenbolzen 72 wie bei der Ausführungsform von 9 bis 11 montiert, obwohl in 12 die Schraubenbolzen nicht gezeigt sind.
Aufnahme der thermisch induzierten Ausdehnung/Kontraktion
Eine neue und wertvolle Funktion der flexiblen Seitenwand oder Aufhängung 24 unseres Einlassverteilers besteht darin, dass er mechanische Spannungen minimiert, die die Gasverteilungsplatte oder den Diffusor 20 verwinden oder reißen lassen könnte, wenn der Diffusor einer Wärmeausdehnung und -kontraktion unterliegt. (Auf die Gasverteilungsplatte wird zur Abkürzung als Diffusor Bezug genommen.) Die Größe, mit der sich der Diffusor 20 ausdehnt, ist sowohl zu seiner Größe als auch seiner Temperatur proportional. Deshalb ist eine Minderung der mechanischen Spannung besonders wichtig bei größeren Diffusoren, die zur Behandlung von größeren Werkstücken, wie großen Flachbildschirmen, erforderlich sind. Bei unserem Prototyp war die Breite des Diffusors 300 mm × 350 mm. Aus den nachstehend beschriebenen Gründen möchte man den Diffusor während der Ausführung eines CVD-Prozesses auf 250° bis 325°C halten. Es zeigt sich, dass bei solchen Temperaturen ein Aluminiumdiffusor sich um etwa ein Prozent in jeder Dimension ausdehnt, d.h. die Breite des beispielsweisen Diffusors von 300 mm × 350 mm expandiert um etwa 3 mm.
Wenn sich die Breite des Diffusors 20 ansprechend auf Temperaturänderungen während des Normalbetriebs der Kammer ausdehnt und zusammenzieht, wird die flexible Seitenwand oder Aufhängung 24 zwangsweise um den gleichen Betrag gebogen. Die Seitenwand sollte flexibel genug sein, um sich um diese Größe ohne wesentliche Kraft zu biegen. Insbesondere sollte die Biegekraft zwischen dem Diffusor und der Seitenwand gering genug sein, um ein Reißen oder Verwinden des Diffusors zu vermeiden. Insbesondere sollte die Biegekraft niedrig genug sein, um ein Verwinden der Form des Diffusors um mehr als 0,1 mm = 100 μm, bevorzugt um nicht mehr als 0,025 mm = 25 μm, und besonders bevorzugt von nicht mehr als 0,01 mm = 10 μm zu verhindern. Besonders wichtig ist es, mehr als diese Verformungsgröße der Eben heit oder Kontur der Oberfläche des Diffusors zu vermeiden, die dem Substrat 14 zugewandt ist.
Bei der erfolgreich geprüften Ausführungsform gemäß 1 war unsere Einlassverteileraufhängung oder Seitenwand 24 ein Aluminiumblech mit einer Dicke von 1 mm und einer Höhe von 50 mm.
Obwohl es das Einfachste ist, die flexible Seitenwand oder Aufhängung 24 vollständig aus flexiblem Aluminiumblech zu bauen, so dass die Seitenwand auf ihrer ganzen Höhe flexibel ist, ist dies nicht erforderlich. Es genügt für die Aufhängung, wenigstens einen flexiblen Teil irgendwo zwischen dem oberen Ende 26 und dem unteren Ende 54 vorzusehen.
Auslegungsparameter, welche die Biegungskraft verringern, sind (1) das Auswählen eines flexibleren Materials für den flexiblen Teil der Aufhängung, (2) das Verringern der Dicke des flexiblen Teils und (3) das Erhöhen der Länge (d.h. der Höhe) des flexiblen Teils. Länge oder Höhe bedeutet die Abmessung des flexiblen Teils der Seitenwand längs der Richtung senkrecht zur Ebene des Diffusors.
Wie vorstehend erwähnt, dehnt sich unser Diffusor von 300 mm × 350 mm ansprechend auf die Erwärmung während des Betriebs der Kammer in der Breite um ein Prozent oder 3 mm aus. Deshalb wurde jede der vier Seitenwände um die Hälfte dieses Betrags, also 1,5 mm, seitlich gebogen. Der Winkel, mit dem sich jede Seitenwand biegt, ist die seitliche Auslenkung der Seitenwand geteilt durch die Höhe der Seitenwand, was bei diesem Beispiel 1,5 mm/50 mm = 0,03 Radians = 1,7 Grad ergibt. Deshalb sollte bei unserem Beispiel die Seitenwand oder Aufhängung 24 flexibel genug (d.h. ausreichend dünn und lang) sein, um sich wenigstens 1,7 Grad zu biegen, ohne eine wesentliche Kraft auf den Diffusor auszuüben. Wie vorstehend erwähnt, sollte eine solche Biegekraft vorzugsweise die Form des Diffusors nicht um mehr als 10 oder 25 μm verformen.
Bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform sind das Substrat 14 und der Diffusor 20 rechteckig. Obwohl die flexible Seitenwand 24 ein einziger, nicht unterbrochener Ring mit einem rechteckigen Querschnitt sein kann, wird eine durchgehende Auslegung nicht bevorzugt, da eine thermisch induzierte mechanische Expansion und Kontraktion des Diffusors eine übermäßige Spannung an den Ecken der Seitenwand 24 erzeugen würden. Unsere bevorzugte Auslegung zur Vermeidung einer solchen Spannung besteht darin, die flexible Seitenwand in vier Segmente oder Stücke zu unterteilen, nämlich jeweils eines für jede Seite des rechteckigen Diffusors, und an jeder Ecke eine neue Ausdehnungsverbindung bereitzustellen, die es nur einer vernachlässigbaren Gasmenge ermöglicht, als Leckstrom an der Verbindung auszutreten.
Insbesondere besteht die Einlassverteiler-Seitenwand oder -aufhängung 24 vorzugsweise aus vier gesonderten Teilen aus dünnem, flexiblem Aluminiumblech, die jeweils an den vier Seiten des rechteckigen Einlassverteilers angeordnet sind (siehe 2 und 3). Jede der vier Seiten 24 wird vorzugsweise von einem flachen, rechteckigen Metallblechstück gebildet, dessen oberes Ende um 90° gebogen ist, um eine sich nach außen erstreckende obere Lippe 26 zu bilden, und dessen unteres Ende um 90 Grad gebogen ist, um einen sich nach innen erstreckenden unteren Flansch 54 zu bilden (siehe 4). Der untere Flansch ist vorzugsweise an dem Diffusor 20 befestigt, indem er in eine Nut in dem Diffusor eingeführt und dann durch einen Schweißwulst 54 verstärkt wird.
Jede der vier Lippen 26 ist durch einen starren Stab 27, vorzugsweise einen 5 nun Aluminiumstab, verstärkt. Jeder verstärkende Stab 27 ist an der Unterseite der Rückwand 28 verbolzt, und die entsprechende obere Lippe 26 ist sandwichartig zwischen dem verstärkenden Stab und der Rückwand angeordnet, wodurch die obere Lippe an die Rückwand geklemmt wird.
Zur Befestigung des Diffusors an den Einlassverteiler-Seitenwandstücken 24 erstreckt sich eine Nut fast über die gesamte Breite einer jeden der vier Seiten des Diffusors (2). Jedes der vier Seitenwandstücke 24 hat eine rechtwinklige Abbiegung an seinem unteren Ende, und der sich nach innen erstreckende Teil 54 unter der Abbiegung bildet einen unteren Halteflansch, der in eine entsprechende Nut des Diffusors (4) passt. Mit dem unteren Halteflansch 54 und dem Diffusor 20 werden für ihre Befestigung aneinander ein oder mehrere Schweißwulste 56 verschweißt.
Da bei der bevorzugten Ausführungsform die Einlassverteiler-Seitenwand 24 in Form von vier gesonderten Segmenten oder Stücken ausgebildet ist, treffen zwei benachbarte Seitenwandstücke in der Nähe jeder der vier Ecken des Diffusors aufeinander. In jeder Ecke sollte eine Verbindung oder Abdichtung zwischen den Rändern benachbarter Seitenwandstücke 24 vorgesehen werden, so dass Prozessgas nicht übermäßig im Leckstrom von dem Einlassver teiler in die Kammer an der Verbindung gelangt. Um den Vorteil unserer flexiblen Einlassverteiler-Seitenwand hinsichtlich der Aufnahme der Wärmeausdehnung des Diffusors beizubehalten, sollte die Verbindung das Biegen der Einlassverteiler-Seitenwand aufnehmen, wenn sich der Diffusor ausdehnt und zusammenzieht.
2, 3 und 6 zeigen unsere bevorzugte Verbindung an jeder der vier Ecken des Diffusors. Beide Enden 60 eines jeden der vier Seitenwandstücke 24 sind nach innen in einem Winkel von 45 Grad so gebogen, dass an einer vorgegebenen Ecke die jeweiligen Enden von zwei benachbarten Seitenwandstücken 24 koplanar sind. Durch eine geschlitzte Abdeckung oder Verbindungseinrichtung 62, 64, die über die beiden Enden 60 gesteckt wird, wird eine moderat gasdichte Abdichtung zwischen den benachbarten Enden 60 erreicht. Die Verbindungseinrichtung wird so hergestellt, dass zwei Teile aus Aluminiumblech längs einer vertikalen Mittelnaht verschweißt werden und dass eine Verbindungsstück 62 so gebogen wird, dass es einen Schlitz zwischen sich und dem äußeren Verbindungsstück 64 bildet. Das geschlitzte Verbindungsstück wird so installiert, dass es über die beiden Enden 60 so gesteckt wird, dass die Naht der Verbindungseinrichtung in etwa in dem Spalt zwischen den beiden Enden 60 zentriert wird, wodurch jedes Ende 60 im Gleitsitz in den entsprechenden der beiden Schlitze der Verbindungseinrichtung passt. Der Schlitz ist so bemessen, dass er um das Ende 60 mit einem ausreichenden Spiel passt, so dass er von dem Einlassverteiler zur Kammer eine Gasleckstrommenge zulässt, die nicht mehr als ein kleiner Bruchteil des beabsichtigten Gasstroms durch die Durchbrechungen 22 ist. Unabhängig davon ist der Schlitz groß genug bemessen, um eine Radialbewegung der Enden 60 zu ermöglichen, wenn sich der Diffusor ausdehnt und zusammenzieht.
7 und 8 zeigen eine alternative Ausgestaltung für die geschlitzte Abdeckung oder Verbindungseinrichtung, die aus einem einzigen rechteckigen Metallblechstück 66 besteht. Wie in 7 gezeigt ist, ist ein Paar von rechteckigen Einkerbungen so ausgeschnitten, dass nur eine dünne Brücke 68 zwischen den beiden Hälften der Verbindungseinrichtung 66 verbleibt. Die Verbindungseinrichtung 66 wird an der Brücke, wie in 8 gezeigt, halb umgefaltet. Die Breite W der Brücke 68 ist schmal genug, um zwischen die zwei Enden 60 der zwei Einlassverteiler-Seitenwände zu rutschen, die sich an einer Ecke treffen. Die geschlitzte Verbindungseinrichtung 66 wird genauso wie die vorstehend beschriebene Verbindungseinrichtung 62, 64 installiert, nämlich durch Schieben der Verbindungseinrichtung 66 über die beiden Enden 60. Die Länge L der Brücke 68 bestimmt den Spalt zwischen den beiden Hälften der Verbindungseinrichtung 6, wenn sie, wie in 8 gezeigt, gefaltet wird. Der Spalt sollte groß genug sein, um eine Bewegung der Enden 60 zu ermöglichen, wenn sich die Einlassverteiler-Seitenwand ansprechend auf die Expansion und Kontraktion des Diffusors biegt, sollte jedoch klein genug sein, so dass die beiden Hälften der geschlitzten Verbindungseinrichtung 66 im Gleitsitz über die Enden 60 passen und dadurch den Gasleckstrom, wie im vorstehenden Absatz beschrieben, minimieren.
Unsere bevorzugte Ausführungsform hat zusätzlich in jeder der vier Ecken des Gaseinlassverteilers einen stationären Eckenhaltepfosten 58 mit einem dreieckigen Querschnitt, wie es in 2, 3, 5 und 6 gezeigt ist. Der Eckenhaltepfosten ist mit dem Diffusor 20, wie in 5 und 6 gezeigt, verbolzt und außerhalb des geschlitzten Verbindungsstücks 62, 64 mit einem Abstand angeordnet, um die Bewegung des geschlitzten Verbindungsstücks nicht zu beeinträchtigen, wenn der Diffusor expandiert und kontrahiert. Der Eckenstützpfosten hat keine Funktion während des Betriebs der Plasmakammer und kann deshalb weggelassen werden. Seine einzige Funktion besteht darin, zu verhindern, dass die dünnen Seitenwände 24 zusammenfallen, wenn die Gaseinlassverteileranordnung 20 bis 32 außerhalb der Plasmakammer gelagert wird, beispielsweise wenn die Verteileranordnung als Ersatzteil gelagert oder wenn sie aus der Plasmakammer entfernt wird, um eine Wartung der Kammer zu ermöglichen.
Bei einer alternativen, in 13 gezeigten Auslegung können die vier Eckabdeckungen oder Verbindungseinrichtungen 60 bis 66 einfach weggelassen werden, indem jedes der vier Stücke der flexiblen Seitenwände 24 so verlängert wird, dass sie an den vier Ecken des Diffusors aneinanderstoßen. Die vereinfachte Auslegung kann einen stärkeren Prozessgasstrom an den Ecken erzeugen, jedoch kann bei vielen Anwendungen die Leckstromlänge so klein sein, dass sie den an dem Werkstück auszuführenden Plasmaprozess nicht merklich beeinflusst.
In einer für eine Behandlung eines kreisförmigen Werkstücks 14, wie eines Siliciumwafers, vorgesehenen Kammer sollte der Diffusor 20 vorzugsweise im Querschnitt kreisförmig anstatt rechteckig wie bei den vorhergehenden Beispielen sein. In diesem Fall kann die flexible Aufhängung oder Seitenwand 24 des Gaseinlassverteilers ein einziges durchgehendes Stück mit einer Ringform sein. Alternativ kann die Flexibilität der Aufhängung dadurch erhöht werden, dass sie in irgendeine Anzahl von sich axial erstreckenden Segmenten unterteilt wird, die durch kleine, axial verlaufende Spalte ähnlich wie bei den vier Segmenten der rechteckigen Seitenwand bei den vorher erörterten Ausführungsformen getrennt sind.
Obwohl die Wärmeausdehnung des Diffusors in den Kammern, die heutzutage am häufigsten für die Behandlung von Siliciumwafern mit einem Durchmesser von 200 mm verwendet werden, kein ernstes Problem ist, gewinnt die Wärmeausdehnung an Bedeutung, wenn sich die Industrie zu Wafern mit größerem Durchmesser und somit Diffusoren mit größerem Durchmesser zuwendet. Es ist deshalb eine wesentliche, in die Zukunft weisende Anwendung der Erfindung.
Wärmeisolierung
Um eine zuverlässige Vakuumabdichtung zwischen dem Kammerinnenraum und der Außenatmosphäre zu gewährleisten, ist es wichtig, die O-Ringe 45 bis 48 vor einer übermäßigen Temperatur zu schützen. Billige O-Ringe (beispielsweise aus Viton-Elastomer) werden von ihren Herstellern gewöhnlich auf 250°C oder weniger bewertet, wobei einige Fachleute glauben, solche O-Ringe sollten zur Maximierung ihrer Betriebssicherheit auf 100°C oder darunter gehalten werden.
Die O-Ringe 46 und 48 berühren direkt den Deckel 18, während der O-Ring 47 die Rückwand 28 des Gaseinlassverteilers direkt berührt, so dass man davon ausgehen kann, dass die Temperaturen dieser O-Ringe etwa der Temperatur des Deckels bzw. der Rückwand entsprechen. Bei der ersten Ausführungsform berührt der O-Ring 45 die Rückwand direkt, während bei der zweiten Ausführungsform (9 bis 11) der O-Ring 45 den oberen Flansch 70 der Aufhängung 24 direkt berührt. Da der obere Flansch vorzugsweise in gutem Wärmekontakt mit der Rückwand angeordnet ist, geht man davon aus, dass der O-Ring 45 nur etwas wärmer als die anderen O-Ringe ist.
Wir sind der Auffassung, dass das bloße Aussetzen gegenüber der Umgebungsatmosphäre ausreicht, um den Deckel 18 und die Kammerwand 10 auf Temperaturen von 100° bis 140°C zu halten. Die Einlassverteiler-Rückwand 28 ist insgesamt kälter, da sie der Wärmestrahlung aus dem Plasma in der Kammer nicht direkt ausgesetzt ist. Deshalb erwarten wir, dass die Temperaturen der O-Ringe 45 bis 48 140°C nicht überschreiten. Diese Temperatur ist niedrig genug, so dass wir davon ausgehen, dass keine zusätzliche Kühlung, wie eine Wasserkühlung, erforderlich ist.
Wahlweise kann jedoch die Kammerseitenwand 10 weiter gekühlt werden, indem sie mit einem nicht gezeigten Wassermantel umgeben wird, durch den kaltes Wasser gepumpt werden kann. Auf ähnliche Weise können der Deckel 18, die Rückwand 28 und die Abdeckung 16 gekühlt werden, indem das gleiche Wasser durch einen abgedichteten Wassermantel (nicht gezeigt) gepumpt wird, der an der oberen Fläche der Rückwand 28 unter der Abdeckung 16 montiert wird. Eine solche Wasserkühlung kann verhindern, dass die Temperaturen der O-Ringe 45 bis 48 100°C überschreiten.
Da die Rückwand 28 des Gaseinlassverteilers HF-gespeist ist, sollte zwischen dem Wassermantel und der Rückwand ein Dielektrikum angeordnet werden. Wenn man den Temperaturunterschied zwischen dem Wassermantel und der Rückwand vergrößern möchte, kann ein dickeres Dielektrikum gewählt werden. Dies kann bei Anwendungen zweckmäßig sein, bei denen man die Rückwand auf einer Temperatur halten möchte, die wesentlich höher als die Temperatur des Wassers ist, beispielsweise auf über 100°C. Das Halten der Rückwand auf einer derart hohen Temperatur würde die Temperatursteigerung der Gasverteilungsplatte unterstützen, was aus den im nächsten Absatz erläuterten Gründen vorteilhaft sein kann.
Während eine niedrige Temperatur für die O-Ringe wichtig ist, ist sie für die Gasverteilungsplatte oder den Diffusor 20 unerwünscht. Eine Erhöhung der Temperatur der Gasverteilungsplatte auf 250° bis 325°C ist vorteilhaft, um den Wärmeverlust von der Oberfläche des Substrats 14 zu verringern. Wenn man einen herkömmlichen In-situ-Plasmaprozess verwenden möchte, um Rückstände aus dem Innenraum der Kammer durch Reinigen zu entfernen, wird die Reinigung der Gasverteilungsplatte auch beschleunigt, wenn die Temperatur der Gasverteilungsplatte angehoben wird.
Bei herkömmlichen Konstruktionen ist die Gasverteilungsplatte direkt mit einem Kammerdeckel oder einer Seitenwand verschraubt, die eine hohe thermische Masse und eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, so dass der Deckel oder die Seitenwand als Wärmesenke wirkt und Wärme von der Verteilungsplatte wegzieht. Im Gegensatz dazu kann unsere neue Einlassverteiler-Seitenwand 24 die Gasverteilungsplatte dadurch thermisch isolieren, dass zwischen der Gasverteilungsplatte und den anderen Kammerbauteilen, wie dem Deckel 18 und der Kammerwand 10, ein thermischer Widerstand vorgesehen wird. Deshalb kann die Gasverteilungsplatte bei einer höheren Temperatur als herkömmliche Konstruktionen arbeiten.
Bei einer bevorzugten Auslegung zur Ausbildung der gewünschten thermischen Isolation der Gasverteilungsplatte 20 ist unsere Einlassverteiler-Seitenwand 24 (oder ein Teil von ihr) ausreichend dünn und hat eine ausreichende Länge oder Höhe, so dass der thermische Widerstand der Seitenwand 24 (oder eines solchen Teils) groß genug ist, um für eine wesentliche Temperaturdifferenz zwischen der Gasverteilungsplatte und den Kammerbauteilen, an denen sie montiert ist, d.h. der Rückwand 28, dem Kammerdeckel 18, der Kammerseitenwand 10 und den O-Ringen 45 bis 47, zu sorgen. Mit Länge oder Höhe meinen wir eine Abmessung längs der Richtung senkrecht zur Ebene der Gasverteilungsplatte. Bei der erfolgreich geprüften Ausführungsform von 1 ist die Einlassverteiler-Seitenwand ein Aluminiumblech mit einer Dicke von 1 mm und einer Höhe von 5 cm.
Unsere bevorzugte Temperatur für die Gasverteilungsplatte 20 bei der Ausführung eines Plasma-CVD-Prozesses beträgt wenigstens 200°C, vorzugsweise 250°C bis 325°C, und besonders bevorzugt etwa 300°C. Unsere Einlassverteiler-Seitenwand 24 hat einen ausreichenden thermischen Widerstand, um es der Gasverteilungsplatte zu ermöglichen, solche Temperaturen zu erreichen, während die äußeren Kammerbauteile 100°C bis 140°C nicht überschreiten. Die Kammerwand 10, der Deckel 18 und die Einlassverteiler-Rückwand 28 können als Wärmesenken wirkend angesehen werden, um die O-Ringe 45 bis 48 auf einer ausreichend niedrigen Temperatur zu halten.
Wenn die Temperatur an der Gasverteilungsplatte 20 während der Plasmabehandlung 300°C und an der Rückwand 28 und den O-Ringen 45 bis 48 140°C beträgt, liegt die Temperaturdifferenz über der Einlassverteiler-Seitenwand 24 bei etwa 160°C. Unsere Erfindung zieht in Betracht, dass die Seitenwanddicke und -höhe vorzugsweise ausreichend klein bzw. groß sein sollten, so dass eine solche Temperaturdifferenz wenigstens 100°C beträgt, wenn die Kammerbauelemente ihre normalen Betriebstemperaturen während der Plasmabehandlung erreicht haben.
Bei einer alternativen Auslegung kann eine thermische Isolation der Gasverteilungsplatte 20 dadurch erreicht werden, dass der Wärmewiderstand von einer oder beiden der folgenden beiden Kontaktflächen erhöht wird, nämlich (1) der Kontaktfläche zwischen der Aufhängung und der Gasverteilungsplatte und (2) der Kontaktfläche zwischen der Aufhängung und den anderen Kammerbauelementen, die thermisch mit der Kammerwand gekoppelt sind.
Eine Ausführung dieser Methode besteht darin, den Oberflächenbereich von wenigstens einer der beiden Kontaktflächen zu verringern. Beispielsweise kann der thermische Widerstand zwischen der Aufhängung und der Gasverteilungsplatte dadurch erhöht werden, dass der Oberflächenbereich, der von den Schweißwulsten 56 zwischen der Gasverteilungsplatte und dem unteren Flansch 54 der Aufhängung (4 und 10) bedeckt ist, verringert wird. Als alternatives Beispiel kann bei den Ausführungen von 9 bis 12 der thermische Widerstand zwischen der Aufhängung und den anderen Kammerbauelementen (Deckel 18 und Rückwand 28) dadurch erhöht werden, dass der Oberflächenbereich verringert wird, der von den Wulsten 57 zwischen der oberen Lippe 26 und dem Flansch 70 der Aufhängung abgedeckt wird. Bei jedem Beispiel wäre eine mögliche Ausführung, nur sechs oder acht Schweißwulste 56 oder 57, die jeweils nur eine Breite von einem halben Zoll längs des Umfangs der Aufhängung haben, anzubringen. Da die Schweißwulste auch HF-Leistung zu der Gasverteilungsplatte leiten, sollten sie gleichförmig um den Umfang der Aufhängung 24 herum beabstandet sein, um eine gleichförmige Verteilung der HF-Leistung zu gewährleisten.

Claims

Gaseinlassverteiler für eine Plasmakammer – mit einer Rückwand (28), die von einer Gaseinlassöffnung (30) durchbrochen ist, – mit einer Gasverteilungsplatte (20), die von einer Anzahl von Gasauslassöffnungen (22) durchbrochen und in einem Abstand weg von der Rückwand angeordnet ist, und – mit einer Aufhängung, die eine Anzahl von Seitenwandsegmenten (24) aufweist, die so angeordnet sind, dass sie in dem Gaseinlassverteiler einen Bereich kollektiv umschließen, der sich zwischen der Rückwand und der Gasverteilungsplatte erstreckt, so dass die Gaseinlassöffnung und die Gasauslassöffnungen in Fluidverbindung mit dem Bereich stehen, – wobei jedes Seitenwandsegment ein erstes Ende (26), das an der Rückwand des Gaseinlassverteilers befestigt ist und daran anstößt, ein zweites Ende (54), das an der Gasverteilungsplatte befestigt ist und daran anstößt, und einen Zwischenteil (24) aufweist, der sich von dem Gaseinlassverteiler zu der Gasverteilungsplatte erstreckt, und – wobei im Wesentlichen der ganze Zwischenteil eines jeden Seitenwandsegments flexibel ist.
Gaseinlassverteiler nach Anspruch 1, bei welchem jedes Seitenwandsegment ein dünnes flexibles Metallblech ist.
Gaseinlassverteiler nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem jedes Seitenwandsegment vertikal ausgerichtet ist.
Gaseinlassverteiler nach Anspruch 1, bei welchem – die Gasverteilungsplatte eine der Rückwand zugewandte Oberfläche hat, die insgesamt rechteckig ist, – die Anzahl der Seitenwandsegmente vier ist und – jedes Seitenwandsegment ein insgesamt rechteckiges Blech ist.
Gaseinlassverteiler nach Anspruch 4, bei welchem – die rechteckige Oberfläche der Gasverteilungsplatte vier Seiten hat und – das zweite Ende eines jeden der vier entsprechenden Seitenwandsegmente an der Gasverteilungsplatte angrenzend jeweils an eine der vier Seiten der Platte befestigt ist.
Gaseinlassverteiler nach Anspruch 1, bei welchem – die Gasverteilungsplatte eine der Rückwand zugewandte Oberfläche hat, die insgesamt kreisförmig ist, – die Anzahl der Seitenwandsegmente eins ist und – das Seitenwandsegment ein insgesamt zylindrisches Blech ist.
Gaseinlassverteiler nach Anspruch 1, welcher weiterhin – einen Dichtungsflansch mit einem Innenelement (62) und einem Außenelement (64) aufweist, die miteinander längs einer langgestreckten Verbindung zusammengeschlossen sind, die sowohl das Innenelement als auch das Außenelement halbiert, – wobei die Seitenwandsegmente erste und zweite Seitenwandsegmente aufweisen, die durch einen Spalt getrennt sind, der sich zwischen der Rückwand und der Gasverteilungsplatte erstreckt, und – wobei der Dichtungsflansch so angeordnet ist, dass die Verbindung des Dichtungsflansches innerhalb des Spalts liegt und ein Seitenteil des ersten Seitenwandsegments und ein Seitenteil des zweiten Seitenwandsegments zwischen dem Innen- und Außenelement des Dichtungsflansches liegen.
Gaseinlassverteiler nach Anspruch 1, welcher weiterhin – eine geschlitzte Abdeckung mit ersten und zweiten parallelen Elementen (66) aufweist, die durch ein Querelement (68) verbunden sind, – wobei die Seitenwandsegmente erste und zweite Seitenwandsegmente aufweisen, die durch einen Spalt getrennt sind, der sich zwischen der Rückwand und der Gasverteilungsplatte erstreckt, und – wobei die Abdeckung so angeordnet ist, dass sich der Spalt zwischen den beiden parallelen Elementen befindet, wodurch jedes Element von den ersten und zweiten parallelen Elementen den Spalt rittlings übergreift und sich ein Seitenteil des ersten Seitenwandsegments und ein Seitenteil des zweiten Seitenwandsegments zwischen den Innen- und Außenelementen der Abdeckung befinden.
Gaseinlassverteiler nach Anspruch 8, bei welchem die zwei parallelen Elemente der Abdeckung in einem Abstand angeordnet sind, der zueinander und zu den ersten und zweiten Seitenwandsegmenten ausreichend nahe ist, um Gas in dem Bereich des Gaseinlassverteilers davon abzuhalten, durch den Spalt zu strömen.
Gaseinlassverteiler nach Anspruch 1, bei welchem die Seitenwandsegmente – ein erstes Seitenwandsegment mit einem ersten Blech, das ein erstes Ende, ein zweites Ende und einen ersten Rand aufweist, der sich von dem ersten Ende des ersten Blechs zu dem zweiten Ende des ersten Blechs erstreckt, – ein zweites Seitenwandsegment mit einem zweiten Blech, das ein erstes Ende, ein zweites Ende und einen zweiten Rand hat, der sich von dem ersten Ende des zweiten Blechs zu dem zweiten Ende des zweiten Blechs erstreckt, – ein drittes Seitenwandsegment und – ein viertes Seitenwandsegment aufweist, – wobei das erste Blech in einem Winkel von 45° längs einer ersten Biegelinie gebogen ist, die sich zwischen dem ersten Ende des ersten Blechs und dem zweiten Ende des ersten Blechs erstreckt, so dass sich ein Seitenteil (60) des ersten Blechs zwischen der ersten Biegelinie und dem ersten Rand erstreckt, – wobei das zweite Blech mit einem Winkel von 45° längs einer zweiten Biegelinie gebogen ist, die sich zwischen dem ersten Ende des zweiten Blechs und dem zweiten Ende des zweiten Blechs erstreckt, so dass sich ein Seitenteil (60) des zweiten Blechs zwischen der zweiten Biegelinie und dem zweiten Rand erstreckt, und – wobei die ersten und zweiten Seitenwandsegmente so angeordnet sind, dass die ersten und zweiten Ränder benachbart, jedoch gegenseitig durch einen Spalt beabstandet sind und das Seitenteil des ersten Blechs koplanar zu dem Seitenteil des zweiten Blechs ist.
Verfahren zum Anbringen einer Gasverteilungsplatte an einer Rückwand eines Gaseinlassverteilers, welches die Schritte aufweist: – Bereitstellen einer Rückwand (28), die von einer Gaseinlassöffnung (30) durchbrochen ist, – Bereitstellen einer Gasverteilungsplatte (20), die von einer Anzahl von Gasauslassöffnungen (22) durchbrochen ist, – Bereitstellen einer Aufhängung mit einer Anzahl von Seitenwandsegmenten (24), von denen jedes ein erstes Ende (26), ein zweites Ende (24) und einen Zwischenteil aufweist, der sich zwischen dem ersten und zweiten Ende erstreckt, – Anordnen der Seitenwandsegmente so, dass sie in dem Gaseinlassverteiler einen Bereich kollektiv umschließen, der sich zwischen der Rückwand und der Gasverteilungsplatte so erstreckt, dass die Gaseinlassöffnung und die Gasauslassöffnungen in Fluidverbindung mit dem Bereich stehen, – Befestigen des ersten Endes (26) eines jeden Seitenwandsegments (24) an der Rückwand (28) derart, dass der Zwischenteil eines jeden Seitenwandsegments (24) an die Rückwand anstößt, und – Befestigen des zweiten Endes (54) eines jeden Seitenwandsegments (24) an der Gasverteilungsplatte (20) derart, dass der Zwischenteil eines jeden Seitenwandsegments (24) an die Gasverteilungsplatte (20) anstößt, – wobei im Wesentlichen der gesamte Zwischenteil eines jeden Seitenwandsegments (24) flexibel ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem der Zwischenteil eines jeden Seitenwandsegments (24) ein dünnes flexibles Metallblech ist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem der Schritt des Befestigens des ersten Endes eines jeden Seitenwandsegments (24) weiterhin den Schritt aufweist: – Befestigen des ersten Endes eines jeden Seitenwandsegments (24) derart, dass der Zwischenteil eines jeden Seitenwandsegments vertikal ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem – der Schritt des Bereitstellens der Gasverteilungsplatte (20) weiterhin den Schritt aufweist, die Gasverteilungsplatte (20) mit einer der Rückwand (28) zugewandten Oberfläche zu versehen, die insgesamt rechteckig ist, – die Anzahl der Seitenwandsegmente (24) vier beträgt und – der Zwischenteil eines jeden Seitenwandsegments (24) ein insgesamt rechteckiges Blech ist.
Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem – die rechteckige Oberfläche der Gasverteilungsplatte (20) vier Seiten hat und – der Schritt des Befestigens des zweiten Endes (54) eines jeden Seitenwandsegments weiterhin den Schritt aufweist, das zweite Ende einer jeden der vier jeweiligen Seitenwandsegmente (24) angrenzend an eine entsprechende Seite der vier Seiten der Gasverteilungsplatte (20) zu befestigen.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem – der Schritt des Bereitstellens der Gasverteilungsplatte (20) weiterhin den Schritt aufweist, die Gasverteilungsplatte (20) mit einer der Rückwand (28) zugewandten Oberfläche zu versehen, die insgesamt kreisförmig ist, – die Anzahl der Seitenwandsegmente (24) eins beträgt und – der Zwischenteil des Seitenwandsegments (24) ein insgesamt zylindrisches Blech ist.
Verfahren nach Anspruch 11, welches weiterhin den Schritt aufweist, – Bereitstellen eines Dichtungsflansches mit einem Innenelement (62) und einem Außenelement (64), die miteinander längs einer langgestreckten Verbindung zusammengeschlossen sind, die sowohl das Innenelement (62) als auch das Außenelement (64) halbiert, – wobei der Schritt des Bereitstellens einer Aufhängung das Bereitstellen wenigstens eines ersten Seitenwandsegments, eines zweiten Seitenwandsegments, eines dritten Seitenwandsegments und eines vierten Seitenwandsegments aufweist, – wobei der Schritt des Befestigens des ersten Endes der ersten und zweiten Seitenwandsegmente (24) weiterhin den Schritt aufweist, das erste Ende der ersten und zweiten Seitenwandsegmente so zu befestigen, dass die ersten und zweiten Seitenwandsegmente durch einen Spalt getrennt sind, der sich zwischen der Rückwand und der Gasverteilungsplatte erstreckt, und – wobei das Verfahren weiterhin den Schritt aufweist, den Dichtungsflansch so zu positionieren, dass der Anschluss des Dichtungsflansches innerhalb des Spaltes liegt und ein Seitenteil (60) des ersten Seitenwandsegments und ein Seitenteil (60) des zweiten Seitenwandsegments sich zwischen dem Innenelement (62) und dem Außenelement (64) des Dichtungsflansches befinden.
Verfahren nach Anspruch 11, welches weiterhin den Schritt aufweist: – Bereitstellen einer Abdeckung mit ersten und zweiten parallelen Elementen (66), die durch ein Querelement (68) verbunden sind, – wobei der Schritt des Bereitstellens einer Aufhängung das Bereitstellen wenigstens eines ersten Seitenwandsegments, eines zweiten Seitenwandsegments, eines dritten Seitenwandsegments und eines vierten Seitenwandsegments aufweist, – wobei der Schritt des Befestigens des ersten Endes der ersten und zweiten Seitenwandsegmente weiterhin den Schritt aufweist, die Seitenwandsegmente so zu positionieren, dass die ersten und zweiten Seitenwandsegmente durch einen Spalt getrennt sind, und – wobei das Verfahren weiterhin den Schritt aufweist, die Abdeckung so zu positionieren, dass sich der Spalt zwischen den beiden parallelen Elementen befindet, wodurch jedes der beiden parallelen Elemente den Spalt rittlings übergreift und ein Seitenteil des ersten Seitenwandsegments und ein Seitenteil des zweiten Seitenwandsegments sich zwischen beiden parallelen Elementen befinden.
Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem der Schritt des Positionierens der Abdeckung weiterhin den Schritt aufweist: – Anordnen der beiden parallelen Elemente der Abdeckung ausreichend nahe zueinander und zu den ersten und zweiten Seitenwandsegmenten, um ein Strömen des Gases durch den Spalt zu unterbinden.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem der Schritt des Bereitstellens einer Aufhängung die Schritte aufweist: – Bereitstellen eines ersten Seitenwandsegments, das ein erstes Blech mit einem ersten Ende, einem zweiten Ende und einem ersten Rand aufweist, der sich von dem ersten Ende des ersten Blechs zu dem zweiten Ende des ersten Blechs erstreckt, – Bereitstellen eines zweiten Seitenwandsegments, das ein zweites Blech mit einem ersten Ende, einem zweiten Ende und einem zweiten Rand aufweist, der sich von dem ersten Ende des zweiten Blechs zu dem zweiten Ende des zweiten Blechs erstreckt, – Bereitstellen eines dritten Seitenwandsegments und – Bereitstellen eines vierten Seitenwandsegments, – Biegen des ersten Blechs mit einem 45°-Winkel längs einer ersten Biegelinie, die sich zwischen dem ersten Ende des ersten Blechs und dem zweiten Ende des ersten Blechs erstreckt, so dass sich ein Seitenteil (60) des ersten Blechs zwischen der ersten Biegelinie und dem ersten Rand erstreckt, und – Biegen des zweiten Blechs mit einem 45°-Winkel längs einer zweiten Biegelinie, die sich zwischen dem ersten Ende des zweiten Blechs und dem zweiten Ende des zweiten Blechs erstreckt, so dass sich ein Seitenteil (60) des zweiten Blechs zwischen der zweiten Biegelinie und dem zweiten Rand erstreckt, und – wobei der Schritt des Befestigens des ersten Endes eines jeden Seitenwandsegments weiterhin den Schritt aufweist, die ersten und zweiten Seitenwandsegmente so zu positionieren, dass die ersten und zweiten Ränder benachbart, jedoch gegenseitig durch einen Spalt beabstandet sind und der Seitenteil des ersten Blechs koplanar zu dem Seitenteil des zweiten Blechs ist.