(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体基板処理に使用されるプラズマ反応チャンバのための電極アセンブリを提供する。【解決手段】アセンブリは、相隔たれた一連のカムロックによって機械的に受け板に取り付けられた上側シャワーヘッド電極１１０を含む。シャワーヘッド電極１１０の中心から３〜４インチの場所では、突出部を上に備えた熱伝導性で且つ導電性のガスケットがシャワーヘッド電極１１０と受け板１４０との間で圧縮される。受け板は、ガードリング１７０で取り囲まれ、該ガードリング１７０は、ガードリング１７０内の開口が受け板内の開口に合わさる位置まで移動可能であり、その位置では、電極の上面から伸びるロックピンを解除するために、器具によってカムロックを回転させることができる。【選択図】図１
2010251752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャワーヘッド電極が受け板に留め付けられたシャワーヘッド電極アセンブリのためのガスケットであって、
前記ガスケットは、熱伝導性で且つ導電性の材料の環状片と、その表面上の複数の突出部とを備え、前記環状片は、前記シャワーヘッド電極の外径より小さい外径を有し、前記突出部は、各自、前記環状片の厚さの少なくとも２倍の高さを有する、ガスケット。
【請求項２】
請求項１に記載のガスケットであって、
前記突出部は、２つの円柱状突出部を含み、各自、前記環状片の幅の少なくとも半分の直径と、前記環状片の厚さの少なくとも４倍の厚さとを有する、ガスケット。
【請求項３】
請求項１に記載のガスケットであって、
前記環状片は、シリコーンゴムの層の間にアルミニウム箔を挟んだ積層体であり、前記突出部は、前記環状片の一方の側に接着接合される、ガスケット。
【請求項４】
請求項１に記載のガスケットであって、
前記複数の突出部は、１８０度相隔たった２つの円柱状突出部からなる、ガスケット。
【請求項５】
請求項１に記載のガスケットであって、
前記環状片は、平面状の上側表面及び下側表面と、０．００５〜０．０１インチの厚さとを有し、前記突出部は、０．０２〜０．０４インチの厚さを有する平面状の円板であり、前記突出部は、前記環状片の一方の側に接合される、ガスケット。
【請求項６】
請求項１に記載のガスケットであって、
前記環状片は、３〜４インチの外径と、２〜３インチの内径と、０．２〜０．４インチの幅とを有する、ガスケット。
【請求項７】
シャワーヘッド電極アセンブリであって、
外側部分に複数のカムロックを設けられた受け板と、
１２インチを超える直径を有するシャワーヘッド電極であって、
上面及び下面によって定められた中央部分及び周辺部分であって、前記上面は、前記中央部分を跨いで広がる平面状の表面を含み、前記下面は、前記中央部分を跨いで広がる平面状の内側表面と、前記周辺部分を跨いで広がる段状の外側表面とによって定められ、前記段状の外側表面は、前記シャワーヘッド電極の厚み増し領域を定める平面状の環状表面を含む、中央部分及び周辺部分と、
前記電極の前記中央部分に設けられた複数のガス出口であって、前記シャワーヘッド電極と、半導体基板を支える下側電極との間の隙間にプロセスガスを送ることができる、複数のガス出口と、
前記上面の前記周辺部分に円周方向に相隔てて設けられた複数のポケットであって、前記シャワーヘッド電極を前記受け板に留め付けるために前記受け板の前記カムロックに係合される上向きに伸びるロックピンを支える複数のポケットと、
を含む、シャワーヘッド電極と、
前記シャワーヘッド電極と前記受け板との間で圧縮される請求項１に記載のガスケットであって、前記シャワーヘッド電極内の凹所内に位置する前記ガスケットの前記突出部、及び前記環状片は、前記シャワーヘッド電極の温度サイクルの際の前記シャワーヘッド電極の前記上面と前記受け板の下面との擦れ合いを阻止する、ガスケットと、
を備えるシャワーヘッド電極アセンブリ。
【請求項８】
請求項７に記載のシャワーヘッド電極アセンブリであって、
前記突出部は、２つの円柱状突出部を含み、各自、前記環状片の幅の少なくとも半分の直径と、前記環状片の厚さの少なくとも４倍の厚さとを有する、シャワーヘッド電極アセンブリ。
【請求項９】
請求項７に記載のシャワーヘッド電極アセンブリであって、
前記環状片は、シリコーンゴムの層の間にアルミニウム箔を挟んだ積層体であり、前記突出部は、前記環状片の一方の側に接着接合される、シャワーヘッド電極アセンブリ。
【請求項１０】
請求項７に記載のシャワーヘッド電極アセンブリであって、
前記複数の突出部は、１８０度相隔たった２つの円柱状突出部からなる、シャワーヘッド電極アセンブリ。
【請求項１１】
請求項７に記載のシャワーヘッド電極アセンブリであって、
前記環状片は、平面状の上側表面及び下側表面と、０．００５〜０．０１インチの厚さとを有し、前記突出部は、０．０２〜０．０４インチの厚さを有する平面状の円板であり、前記突出部は、前記環状片の一方の側に接合される、シャワーヘッド電極アセンブリ。
【請求項１２】
請求項７に記載のシャワーヘッド電極アセンブリであって、
前記環状片は、３〜４インチの外径と、２〜３インチの内径と、０．２〜０．４インチの幅とを有する、シャワーヘッド電極アセンブリ。
【請求項１３】
請求項７に記載のシャワーヘッド電極アセンブリであって、更に、
前記受け板と前記シャワーヘッド電極との間にガスシールを備え、前記ガスシールは、前記ガス通路より外側に設けられ、前記シャワーヘッド電極は、多結晶シリコンを含み、前記受け板は、アルミニウムを含む、シャワーヘッド電極アセンブリ。
【請求項１４】
プラズマチャンバ内において半導体基板を処理する方法であって、
前記半導体基板を前記チャンバ内の下側電極で支える工程と、
前記チャンバにプロセスガスを供給する工程と、
上側電極の曝露表面の付近においてプラズマを発生させる工程と、
前記プラズマによって前記半導体基板を処理する工程と
を備え、
前記上側電極は、請求項７に記載のシャワーヘッド電極アセンブリのシャワーヘッド電極を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記シャワーヘッド電極の温度は、前記チャンバの温度制御上壁と、熱制御板と、前記受け板とによって制御され、前記熱制御板は、前記熱制御板と前記受け板との間にプレナムを形成する環状突出部を含み、前記プレナムは、前記シャワーヘッド電極内のガス通路に位置合わせされた前記受け板内のガス通路と流体連通しており、前記受け板は、前記シャワーヘッド電極と前記熱制御板との間に熱経路を提供する、方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であって、
前記半導体基板は、半導体ウエハを含み、前記処理する工程は、前記プラズマによって前記半導体ウエハをエッチングすることを含む、方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の方法であって、
前記上側電極は、接地され、前記下部電極は、前記処理する工程の際に通電される、方法。
【請求項１８】
請求項１４に記載の方法であって、
前記シャワーヘッド電極及び前記受け板の熱膨張に差を生じさせる高温に、前記シャワーヘッド電極及び前記受け板を加熱することと、
前記ガスケットによって前記シャワーヘッド電極と前記受け板との擦れ合いを阻止しつつ、前記ロックピンの動きによって前記熱膨張に順応させることと、
を備える方法。
【請求項１９】
請求項７に記載のシャワーヘッド電極アセンブリのシャワーヘッド電極を交換する方法であって、
前記カムロックを前記ロックピンから切り離すために前記カムロックを解除することと、
前記シャワーヘッド電極を取り外すことと、
新しいガスケットの下側表面上の突出部を新しい又は修復されたシャワーヘッド電極の上面内の凹所に入れることによって、前記ガスケットを新しいガスケットに交換することと、
前記新しい又は修復されたシャワーヘッド電極のロックピンを前記受け板内の軸方向孔に合わせることと、
前記カムロックを回転させて前記ロックピンのヘッドに係合させることと、
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体部品を製造することができるプラズマ処理チャンバのシャワーヘッド電極アセンブリに関するものである。
【発明の概要】
【０００２】
一実施形態にしたがって、一体的な段状電極が受け板に留め付けられたシャワーヘッド電極アセンブリのためのガスケットが提供され、シャワーヘッド電極アセンブリは、容量結合プラズマ処理チャンバの上側電極を含む。段状電極は、その下面にプラズマ曝露表面を有するとともにその上面に装着表面を有する円形の板である。装着表面は、受け板の位置合わせピン穴に一致するパターンで配置され位置合わせピンを受け入れるように構成された複数の位置合わせピン凹所を含み、受け板には、カムロックによって上記円形の板が押し当てられ、上記円形の板は、受け板のガス供給穴に一致するパターンで配置されたプロセスガス出口を含む。上面は、ガスケット上の位置合わせ特徴を受け入れる複数の凹所を含む。装着表面の外側領域に円周方向に相隔てて設けられた複数のポケットは、カムロックと相まって段状電極を受け板に留め付けるように適応されたロックピンを受け入れるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】ガードリングを伴った、基板をエッチングするための容量結合プラズマリアクタの上側電極を形成するシャワーヘッド電極アセンブリの断面図である。
【０００４】
【図２Ａ】図１に示されたリアクタ内において段状電極を留め付けるための例示的なカムロックの三次元表示を示す図である。
【０００５】
【図２Ｂ】図２Ａの例示的なカムロック電極クランプの断面図である。
【０００６】
【図３】図２Ａ及び図２Ｂのカムロッククランプに使用される例示的なロックピンの側面図及び組立図である。
【０００７】
【図４Ａ】図２Ａ及び図２Ｂのカムロッククランプに使用される例示的なカム軸の側面図及び組立図である。
【０００８】
【図４Ｂ】図４Ａのカム軸の一部分の例示的な切り抜き経路縁の断面図である。
【０００９】
【図５Ａ】段状電極と、受け板と、熱制御板と、ガードリングと、上板とを有するシャワーヘッド電極アセンブリを示す図である。
【００１０】
【図５Ｂ】変型シャワーヘッド電極の上面の斜視図である。
【図５Ｃ】変型受け板の下面の斜視図である。
【００１１】
【図６Ａ】図５Ａの段状電極の斜視図である。
【図６Ｂ】図５Ａの段状電極の斜視図である。
【００１２】
【図７】図５Ａの受け板の斜視図である。
【００１３】
【図８】ガードリングを伴わない状態の、図５Ａのシャワーヘッド電極アセンブリの斜視図である。
【００１４】
【図９】好ましい実施形態にしたがったガスケットの底面図である。
【００１５】
【図１０】図９に示されたガスケットの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
集積回路チップの製造は、通常、「ウエハ」と称される、研磨して薄切りにした高純度の単結晶半導体材料基板（シリコン又はゲルマニウムなど）から開始される。各ウエハは、ウエハ上に各種の回路構造を形成する一連の物理的及び化学的処理工程に通される。製造プロセスでは、二酸化シリコン膜を作成するための熱酸化や、シリコン膜、二酸化シリコン膜、窒化シリコン膜を作成するための化学気相蒸着、及び、その他の金属膜を作成するためのスパッタリング又はその他の技術などの、様々な技術を使用して、ウエハ上に様々なタイプの薄膜が蒸着されてよい。
【００１７】
半導体ウエハ上に膜を蒸着させた後は、ドーピングと称されるプロセスを使用して、選択された不純物で半導体結晶格子を置き換えることによって、半導体に固有な電気的特性が生成される。ドープされたシリコンウエハは、次いで、「レジスト」と称される感光性又は放射線感受性の薄い材料の層を均一にコーティングされてよい。次いで、リソグラフィとして知られるプロセスを使用して、回路内の電子経路を定める小さい幾何学パターンがレジスト上に転写されてよい。リソグラフィプロセスでは、「マスク」と称されるガラス板上に集積回路パターンが描画され、次いで、感光性のコーティング上で光学的に還元され、投影され、転写されてよい。
【００１８】
リソグラフィを経たレジストパターンは、次いで、エッチングとして知られるプロセスを通じて、半導体材料からなる下位の結晶表面上に転写される。基板上に材料をエッチング及び化学気相蒸着（ＣＶＤ）させるには、通常、真空処理チャンバが使用され、これは、エッチングガス又は蒸着ガスを真空チャンバに供給すること、そしてガスを通電してプラズマ状態にするためにガスに高周波（ＲＦ）電界を印加することによってなされる。
【００１９】
反応性イオンエッチングシステムは、通常、上側電極すなわちアノードと、下側電極すなわちカソードとを内部に配置されたエッチングチャンバで構成される。カソードは、アノード及び容器の壁に対して負にバイアスされる。エッチング対象となるウエハは、適切なマスクで覆われ、カソード上に直接置かれる。ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＣｌＦ3、ＨＢｒ、Ｃｌ2、及びＳＦ6、又はこれらとＯ2、Ｎ2、Ｈｅ、又はＡｒとの混合などの、高化学反応性ガスが、エッチングチャンバに導入され、通常はミリトール範囲である圧力に維持される。上側電極は、ガスが電極を通ってチャンバ内に均一に分散することを可能にする（１つ又は２つ以上の）ガス穴を提供される。アノードとカソードとの間に形成される電界は、反応性ガスを解離させ、プラズマを形成させる。ウエハの表面は、活性イオンとの化学的相互作用と、ウエハの表面にぶつかるイオンの運動量移動とによってエッチングされる。電極によって形成される電界は、イオンをカソードに惹き付けて、それらのイオンを主に垂直な方向で表面にぶつからせるので、このプロセスは、明確に垂直にエッチングされた側壁を形成する。エッチングリアクタ電極は、多くの場合、機械的に柔軟性で且つ／又は熱伝導性の接着剤によって２枚又は３枚以上の異種部材を接合することによって作成されてよく、これは、多様な機能を可能にする。
【００２０】
図１は、基板をエッチングするためのプラズマ処理システムのシャワーヘッド電極アセンブリ１００の一部分の断面図を示している。図１に示されるように、シャワーヘッド電極アセンブリ１００は、段状電極１１０と、受け板１４０と、ガードリング（又は外側リング）１７０とを含む。シャワーヘッド電極アセンブリ１００は、上側電極１１０及び受け板１４０の外周を取り巻くプラズマ閉じ込めアセンブリ（又はウエハ領域圧力（ＷＡＰ）アセンブリ）１８０も含む。
【００２１】
アセンブリ１００は、また、熱制御板１０２と、内部に液体流路を有するとともにチャンバの温度制御壁を形成する上側板（上板）１０４とを含む。段状電極１１０は、円柱状の板であることが好ましく、単結晶シリコン、多結晶シリコン、炭化シリコン、又はその他の適切な材料（アルミニウム若しくはその合金、陽極酸化アルミニウム、イットリアをコーティングされたアルミニウムなど）などの、導電性の高純度材料で作成されてよい。受け板１４０は、後述される機械的な留め具によって、電極１１０に機械的に固定される。ガードリング１７０は、受け板１４０を取り囲み、後述されるように、カムロック部材へのアクセスを提供する。
【００２２】
図１に示されたようなシャワーヘッド電極アセンブリ１００は、通常、下側電極１１０の下方約１〜２ｃｍの距離でウエハを支える平坦な下側電極を組み入れた静電チャック（不図示）とともに使用される。このようなプラズマ処理システムの一例は、カリフォルニア州フレモントのLam Research Corporationによって作成されたExelan（登録商標）誘電体エッチングシステムなどの、平行平板型リアクタである。このようなチャック配置構成は、ウエハとチャックとの間の熱伝導の速度を制御する裏面ヘリウム（Ｈｅ）圧力の供給によって、ウエハの温度制御を提供する。
【００２３】
上側電極１１０は、定期的な交換を必要とする消耗部品である。ウエハと上側電極との間の隙間にプロセスガスを供給するために、上側電極１１０は、プロセスガスの供給に適したサイズ及び分布を有するガス排出通路１０６を提供され、プロセスガスは、電極によって通電されて、上側電極１１０下の反応区域内においてプラズマを形成する。
【００２４】
シャワーヘッド電極アセンブリ１００は、また、上側電極１１０及び受け板１４０の外周を取り囲むプラズマ閉じ込めアセンブリ（又はウエハ領域プラズマ（ＷＡＰ）アセンブリ）１８０を含む。プラズマ閉じ込めアセンブリ１８０は、上側電極１１０及び受け板１４０の外周を取り囲む多数の又は複数の相隔たれた石英リングで構成されることが好ましい。処理の際、プラズマ閉じ込めアセンブリ１８０は、反応区域内に圧力差を発生させ、反応チャンバ壁とプラズマとの間の電気抵抗を増大させることによって、上側電極１１０と下側電極（不図示）との間にプラズマを閉じ込める。
【００２５】
使用の際、閉じ込めリング１９０は、チャンバ体積にプラズマを閉じ込め、反応チャンバ内のプラズマの圧力を制御する。反応チャンバへのプラズマの閉じ込めは、閉じ込めリング１９０間の間隔と、閉じ込めリングより外側の反応チャンバ内の及びプラズマ内の圧力と、ガスの種類及び流速と、ＲＦ電力のレベル及び周波数とを含む、数多くの要素の関数である。プラズマの閉じ込めは、閉じ込めリング１９０間の間隔が非常に小さい場合に、より容易に達成される。通常、閉じ込めには、０．１５インチ（約３．８１ｍｍ）又はそれ未満の間隔が必要とされる。しかしながら、閉じ込めリング１９０間の間隔は、プラズマの圧力も決定し、間隔は、プラズマを維持しつつ最適なプラズマパフォーマンスに必要とされる圧力を実現するように調整可能であることが望ましい。ガス供給部からのプロセスガスは、上側板１０４内の１本又は２本以上の通路を通して電極１１０に供給され、これは、プロセスガスをウエハ上方の１つ又は２つ以上の区域に供給可能にする。
【００２６】
電極１１０は、中心（不図示）から厚み増加領域にかけて均一な厚さを有する平面状の円板又は板であることが好ましく、この厚み増加領域は、プラズマ曝露表面上において外縁から内向きに広がる段を形成する。電極１１０は、例えば３００ｍｍを超えるなど、処理対象となるウエハより大きい直径を有することが好ましい。３００ｍｍウエハを処理するには、上側電極１１０の直径は、約１５インチ（約３８．１ｃｍ）から約１７インチ（約４３．２ｃｍ）までであってよい。上側電極１１０は、上側電極１１０の下方のプラズマ反応チャンバ内の空間にプロセスガスを注入するための複数のガス通路１０６を含むことが好ましい。
【００２７】
電極１１０のプラズマ曝露表面にとって好ましい材料は、単結晶シリコン及び多結晶シリコンである。高純度の単結晶シリコン又は多結晶シリコンは、プラズマ処理の際の基板の汚染を最小限に抑えられる。なぜならば、高純度の単結晶シリコン又は多結晶シリコンは、反応チャンバに導入される望ましくない要素の量を最小限に抑え、尚且つプラズマ処理の際に滑らかに磨り減ることによって、粒子を最低限に抑えられるからである。上側電極１１０のプラズマ曝露表面に使用することができる複合材料を含む代替材料としては、例えば、アルミニウム（本明細書において使用される「アルミニウム」とは、純粋なＡｌ及びその合金を指すものとする）、イットリアをコーティングされたアルミニウム、ＳｉＣ、ＳｉＮ、及びＡｌＮが挙げられる。
【００２８】
受け板１４０は、プラズマ処理チャンバ内において半導体基板を処理するために使用されるプロセスガスと化学的に共存可能な材料で作成され、電極材料の熱膨張係数と厳密に一致する熱膨張係数を有し、尚且つ／又は導電性で且つ熱伝導性であるような、材料で作成されることが好ましい。受け板１４０を作成するために使用することができる好ましい材料として、グラファイト、ＳｉＣ、アルミニウム（Ａｌ）、又はその他の適切な材料が非限定的に挙げられる。
【００２９】
上側電極１１０は、電極と受け板との間にいかなる接着接合も伴うことなく機械的に受け板１４０に取り付けれる、すなわち、熱伝導性で且つ導電性のエラストマー接合材料は、電極を受け板に取り付けるのに使用されない。
【００３０】
受け板１４０は、適切な機械的留め具によって熱制御板１０２に取り付けられることが好ましく、この留め具は、ネジボルトやネジくぎなどであってよい。例えば、ボルト（不図示）を熱制御板１０２内の穴に挿し込み、受け板１４０内のネジ開口に入れて締めることができる。熱制御板１０２は、曲がり部分１８４を含み、アルミニウムやアルミニウム合金などの機械加工された金属材料で作成されることが好ましい。上側の温度制御板１０４は、アルミニウム又はアルミニウム合金で作成されることが好ましい。プラズマ閉じ込めアセンブリ（又はウエハ領域プラズマアセンブリ（ＷＡＰ））１８０は、シャワーヘッド電極アセンブリ１００の外側に配置される。垂直方向に調整可能な複数のプラズマ閉じ込めリング１９０を含む適切なプラズマ閉じ込めアセンブリ１８０が、共同所有の米国特許第５，５３４，７５１号に記載されており、該特許は、引用によって全体を本明細書に組み込まれる。
【００３１】
上側電極は、２００８年３月１４日に出願された共同所有の米国特許出願第６１／０３６，８６２号に記載されるように、カムロックメカニズムによって機械的に受け板に取り付けることができる。該出願の開示内容は、引用によって本明細書に組み込まれる。図２Ａを参照すると、例示的なカムロック電極クランプの三次元像は、電極２０１及び受け板２０３の一部分を含む。電極クランプは、図１に示されたプラズマエッチングチャンバなどの様々な製造関連ツール内において迅速に、清潔に、且つ正確に消耗電極２０１を受け板に取り付けることができる。
【００３２】
電極クランプは、ソケット２１３に装入されるスタッド（ロックピン）２０５を含む。スタッドは、例えばステンレス製のBelleville座金などの皿バネスタック２１５によって囲われてよい。スタッド２０５及び皿バネスタック２１５は、次いで、ソケット２１３内にプレス嵌めされてよい、又は接着剤若しくは機械的留め具の使用を通じてその他の方法で留め付けられてよい。スタッド２０５及び皿バネスタック２１５は、電極２０１と受け板２０３との間で限られた量の側方運動が可能であるように、ソケット２１３内に配置される。側方運動の量の制限は、電極２０１と受け板２０３との熱膨張の差を相殺するための幾らかの運動を提供しつつ、これら２つの部品どうしの締まり嵌めを可能にすることによって、優れた熱的接触を保証している。側方運動の制限という特徴については、後ほど更に詳述される。
【００３３】
具体的な例示的実施形態では、ソケット２１３は、摺動グレードTorlon（登録商標）で作成される。或いは、ソケット２１３は、耐久性などの特定の機械的特性を有するその他の材料で作成されてよく、耐衝撃性、耐クリープ性、寸法安定性、耐放射線性、及び耐化学性が容易に採用可能である。ポリアミド、ポリイミド、アセタール、及び超高分子量ポリエチレン材料などの様々な材料は、全て適しているであろう。エッチングチャンバなどの応用で遭遇される代表的な最高温度は摂氏２３０度であるので、ソケット２１３の形成に、高耐熱性プラスチック及びその他の関連の材料は不要である。通常、代表的な動作温度は、より摂氏１３０度に近い。
【００３４】
電極クランプのその他の部分は、両端を１対のカム軸受け２０９によって囲われたカム軸２０７で構成される。カム軸２０７とカム軸受けとのアセンブリは、受け板２０３内に機械加工された受け板孔２１１に装入される。３００ｍｍ半導体ウエハ用に設計されたエッチングチャンバの代表的応用では、電極２０１と受け板２０３との組み合わせの周沿いに、間隔を空けて８つ又は９つ以上の電極クランプが配されてよい。
【００３５】
カム軸受け２０９は、Torlon（登録商標）、Vespel（登録商標）、Celcon（登録商標）、Delrin（登録商標）、Teflon（登録商標）、Arlon（登録商標）、又は摩擦係数が低く且つ粒子飛散が少ないフルオロポリマー、アセタール、ポリアミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などのその他の材料を含む、様々な材料から機械加工されてよい。スタッド２０５及びカム軸２０７は、ステンレス鋼（例えば３１６、３１６Ｌ、１７−７など）、又は耐久性及び耐腐食性を提供するその他の任意の材料から機械加工されてよい。
【００３６】
次に、図２Ｂを参照すると、電極カムクランプの断面図は、電極２０１を受け板２０３のすぐ近くまで引き寄せることによってカムクランプがどのように動作するかを更に例示している。スタッド２０５と皿バネスタック２１５とソケット２１３とのアセンブリは、電極２０１に装入される。図に示されるように、このアセンブリは、ソケット２１３上の雄ネジを使用することによって、電極２０１内のネジポケットに入れて締めることができる。しかしながら、ソケットは、接着剤又はその他のタイプの機械的留め具によって装着されてもよい。
【００３７】
図３において、張り出しヘッドを有するスタッド２０５、皿バネスタック２１５、及びソケット２１３は、カムロック電極クランプの例示的な設計についての更なる詳細を提供している。具体的な例示的実施形態では、スタットと皿バネとのアセンブリ３０１が、ソケット２１３内にプレス嵌めされる。ソケット２１３は、雄ネジと、軽いトルク（例えば具体的な例示的実施形態では約２０ｉｎ・ｌｂｆ（約２３ｋｇｆ・ｃｍ））によって電極２０１に容易に挿入（図２Ａ及び図２Ｂを参照せよ）することを可能にする六角上端部材とを有する。上記に示されるように、ソケット２１３は、様々なタイプのプラスチックから機械加工されてよい。プラスチックの使用は、粒子の生成を最低限に抑え、電極２０１上の嵌め合いポケットへのソケット２１３の無磨耗装入を可能にする。
【００３８】
スタッドとソケットとのアセンブリ３０３は、ソケット２１３の上側部分の内径がスタッド２０５の中央部分の外径より大きいことを示している。これらの２つの部分の直径の差は、上記のように、組み立てられた電極クランプ内において限られた側方運動を可能にする。スタッドと皿バネとのアセンブリ３０１は、直径の差によって幾らかの側方運動を可能にされつつ、ソケット２１３の基部においてソケット２１３に固着した状態に維持される。（図２Ｂも参照せよ）。
【００３９】
図４Ａを参照すると、カム軸２０７及びカム軸受け２０９の分解図４００には、定着ピン４０１も示されている。先ず、定着ピン４０１を有するカム軸２０７の一端が、受け板孔２１１に挿し込まれる（図２Ｂを参照せよ）。受け板孔２１１の遠端にある１対の小さな嵌め合い穴（不図示）が、受け板孔２１１内へのカム軸２０７の正しい位置合わせを可能にする。カム軸２０７の側面図４２０は、カム軸２０７の一方の端における六角開口４０３及びカム軸２０７の他方の端における定着ピン４０１として考えられる配置を明確に示している。
【００４０】
例えば、引き続き図４Ａ及び図２Ｂを参照すると、電極カムクランプは、カム軸２０７を受け板孔２１１に挿し込むことによって組み立てられる。定着ピン４０１は、１対の小さい嵌め合い穴の１つに当たることによって、受け板穴２１１内においてカム軸２０７の回転移動を制限する。カム軸は、先ず、カム軸２０７へのスタッド２０５の進入を可能にするために、六角開口４０３の使用を通じて例えば反時計回りなどの一方向に回転されてよく、次いで、スタッド２０５を完全に係止させるために、時計回りに回転されてよい。電極２０１を受け板２０３に対して保持するために必要とされるクランプ力は、皿バネスタック２１５をその自由スタック高を超えて圧縮することによって供給される。カム軸２０７は、軸２０５の張り出しヘッドに係合する偏心内部切り抜きを有する。皿バネスタック２１５が圧縮するにつれて、クランプ力は、皿バネスタック２１５の個々のバネからソケット２１３に、そして電極２０１を通して受け板２０３に伝達される。
【００４１】
例示的な動作モードにおいて、カム軸受けがカム軸２０７に取り付けられ、受け板孔２１１に挿し込まれると、カム軸２０７は、その全回転距離を反時計回りに回転される。スタッドとソケットとのアセンブリ３０３（図３）は、次いで、軽いトルクによって電極２０１に装入される。スタッド２０５のヘッドは、次いで、横方向受け板孔２１１の下方から縦方向貫通穴に挿し込まれる。電極２０１は、受け板２０３に押し当てられ、カム軸２０７は、固着ピンが２つの小さい嵌め合い穴（不図示）の第２の穴に落ち込むまで又はクリック音が聞こえるまで（後ほど詳述される）時計回りに回転される。受け板２０３から電極２０１を取り外すには、この例示的な動作モードを逆行させればよい。しかしながら、カムロック配置構成において、クリック音などの特徴は随意である。
【００４２】
図４Ｂを参照すると、図４Ａのカム軸２０７の側面図４２０の断面Ａ−Ａは、スタッド２０５のヘッドを完全に固定させる切り抜き経路縁４４０を示している。具体的な例示的実施形態では、スタッド２０５が完全に固定されたことを示すためにスタッド２０５のヘッドが上述の随意のクリック音を出すように、２つの直径Ｒ1及びＲ2が選択されている。
【００４３】
図５Ａは、容量結合プラズマチャンバのための上側電極アセンブリ５００であって、以下の特徴：（ａ）カムロックされた非接合電極５０２と、（ｂ）受け板５０６と、（ｃ）電極を受け板５０６に対して保持しているカムロックへのアクセスを可能にするガードリング５０８とを含む、上側電極アセンブリ５００を例示している。
【００４４】
電極アセンブリ５００は、チャンバの外側からチャンバの温度制御上壁５１２にボルト留めされた熱制御板５１０を含む。電極５０２は、図２〜４を参照にして先に説明されたカムロックメカニズム５１４によって、解除可能な方式でチャンバの内側から受け板に取り付けられる。
【００４５】
好ましい実施形態では、電極アセンブリ５００の電極５０２は、（ａ）受け板の外側部分に相隔てて設置された４つのカムロック５１４にガードリング内の４つの穴を合わせる第１の位置までガードリング５０８を回転させること、（ｂ）ガードリング内の各穴を通して六角レンチなどの器具を挿し込んで各カムロックを回転させ、それぞれのカムロックの縦方向ロックピンを解除すること、（ｃ）別の４つのカムロックにガードリング内の４つの穴を合わせる第２の位置までガードリングを９０度回転させること、及び（ｄ）ガードリング内の各穴を通して六角レンチなどの器具を挿し込んで各カムロックを回転させ、それぞれのカムロックのロックピンを解除することによって、分解することができる。こうして、電極５０２を降ろしてプラズマチャンバから取り除くことが可能になる。
【００４６】
図５Ａは、回転可能なカムロック５１４を受け板５０６の外側部分の横方向孔５６０内に設置されたカムロック配置構成の１つの断面図も示している。円筒状のカムロック５１４は、ロックピン５６２の張り出し端がカムロック５１４のカム表面によって係合されて持ち上げられるロック位置へ、又は（ｂ）ロックピン５６２がカムロック５１４によって係合されない解除位置へ、六角レンチなどの器具によって回転可能である。受け板は、その下面に縦方向孔を含み、ロックピンは、それらの孔に挿し込まれてカムロックに係合する。
【００４７】
図５Ａに示された実施形態では、受け板５０６の外側の段は、シャワーヘッド電極５０２の上面上の凹んだ環状装着表面と嵌り合う。代替の配置構成では、受け板の下面及びシャワーヘッド電極の上面を平面状の表面にするために、段及び凹みを省くことができる。図５Ｂは、平坦な上側表面５２２Ａと、５個の位置合わせピン穴５２０Ａと、８個のポケット５５０Ａと、ガス穴５２８Ａと、第３のガス穴列と第４のガス穴列との間に位置してガスケットの突出部と嵌り合うための２つの凹所５２０Ｂとを有する変型シャワーヘッド電極５０２Ａの断面を示している。図５Ｃは、平坦な下側電極５２２Ｂと、５個の位置合わせピン穴５２０Ｃと、８個のカムロック５１４Ｂと、環状のガスケット受け入れ表面Ｇ１及びＧ２とを有する変型受け板５０６Ａを示している。
【００４８】
図６Ａ〜６Ｂは、電極５０２の詳細を示している。電極５０２は、好ましくは、高純度（不純物が１０ｐｐｍ未満）で低抵抗率（０．００５〜０．０２オームｃｍ）の単結晶シリコンの板であり、その上面（装着表面）５２２に、位置合わせピン５２４を受け入れる位置合わせピン穴５２０を伴う。ガス穴５２８は、上面から下面（プラズマ曝露表面）５３０に達しており、任意の適切なパターンで配置することができる。図示された実施形態では、ガス穴は、円周方向に広がる１３の列に配置されており、第１の列の３個のガス穴は、電極の中心から約０．５インチ（約１．２７ｃｍ）に設けられ、第２の列の１３個のガス穴は、中心から約１．４インチ（約３．５６ｃｍ）に設けられ、第３の列の２３個のガス穴は、中心から約２．５インチ（約６．３５ｃｍ）に設けられ、第４の列の２５個のガス穴は、中心から約３．９インチ（約９．９１ｃｍ）に設けられ、第５の列の２９個のガス穴は、中心から約４．６インチ（約１１．７ｃｍ）に設けられ、第６の列の３４個のガス穴は、中心から約５．４インチ（約１３．７ｃｍ）に設けられ、第７の列の３９個のガス穴は、中心から約６インチ（約１５．２ｃｍ）に設けられ、第８の列の５０個のガス穴は、中心から約７．５インチ（約１９．１ｃｍ）に設けられ、第９の列の５２個のガス穴は、中心から約８．２インチ（約２０．８ｃｍ）に設けられ、第１０の列の５３個のガス穴は、中心から約９インチ（約２２．９ｃｍ）に設けられ、第１１の列の５７個のガス穴は、中心から約１０．３インチ（約２６．２ｃｍ）に設けられ、第１２の列の５９個のガス穴は、中心から約１０．９インチ（約２７．７ｃｍ）に設けられ、第１３の列の６３個のガス穴は、中心から約１１．４インチ（約２９．０ｃｍ）に設けられている。
【００４９】
代替の配置構成では、５６２個のガス穴を、４個の穴が中心から０．２５インチ（約６．３５ｍｍ）の第１の列にあり、１０個の穴が中心から約０．７２インチ（約１．８３ｃｍ）の第２の列にあり、２０個の穴が中心から約１．２５インチ（約３．１８ｃｍ）の第３の列にあり、２６個の穴が中心から約１．９３インチ（約４．９０ｃｍ）の第４の列にあり、３０個の穴が中心から約２．３インチ（約５．８４ｃｍ）の第５の列にあり、３６個の穴が中心から約２．６７インチ（約６．７８ｃｍ）の第６の列にあり、４０個の穴が中心から約３．０インチ（約７．６２ｃｍ）の第７の列にあり、５２個の穴が中心から約３．７３インチ（約９．４７ｃｍ）の第８の列にあり、５８個の穴が中心から約４．１インチ（約１０．４ｃｍ）の第９の列にあり、６２個の穴が中心から約４．４８インチ（約１１．４ｃｍ）の第１０の列にあり、７０個の穴が中心から約５．１７インチ（約１３．１ｃｍ）の第１１の列にあり、７４個の穴が中心から約５．４４インチ（約１３．８ｃｍ）の第１２の列にあり、８０個の穴が中心から約５．７１インチ（約１４．５ｃｍ）の第１３の列にあるように、配置することができる。
【００５０】
図５Ａに示された実施形態では、電極の上面は、９個の位置合わせピン穴を含み、そのうちの３個のピン穴を中心の近くに、３個のピン穴を環状凹所より内側に、８個のピン穴を環状凹所内で且つ電極の外縁の近くに有する。３個の中心ピン穴は、半径方向に一直線上に並んでおり、そのうちの１個のピン穴は内側電極の中心に、２個のピン穴は第３のガス穴列と第４のガス穴列との間に含まれる。環状凹所の近くの中間ピン穴は、中心ピン穴と半径方向に一直線上に並んだ１個のピン穴と、１２０度相隔たれた残り２個のピン穴とを含む。外側の３個のピン穴は、１２０度相隔てられ、隣り合うポケットどうしの間に位置している。
【００５１】
図６Ａは、１３列のガス穴を伴う電極５０２のプラズマ曝露表面５３０を示した正面斜視図である。図６Ｂは、１３列のガス穴を伴う上面の斜視図を示している。
【００５２】
電極５０２は、ガードリング５０８を支える外側の段（棚）５３６と、受け板５０６の下側表面に係合する上面（装着表面）５２２と、先細り内側表面５４４、水平表面５４６、及び先細り外側表面５４８を含む下面（プラズマ曝露段状表面）５３０と、ロックピンを装入される上面５４０内の８個のポケットとを含む。
【００５３】
図７は、受け板５０６の斜視図である。受け板は、シャワーヘッド電極５０２内の通路５２８に位置合わせされた１３列のガス通路５８４を含む。受け板の上面５８６は、熱制御板５１０の環状突出部に接触する３つの環状領域５８８ａ、５８８ｂ、５８８ｃを含む。開示内容の全体を引用によって本明細書に組み込まれる同一出願人による米国特許公開第２００５／０１３３１６０号、第２００７／００６８６２９号、第２００７／０１８７０３８号、第２００８／００８７６４１号、及び第２００８／００９０４１７号に開示されるように、熱制御板は、プラズマチャンバの上壁に、その上壁を通って熱制御板内に達する留め具によって取り付けることができる。ネジ開口５９０は、上板５１２及び熱制御板５１０を通って達する留め具を受け入れて、受け板５０６を熱制御板５１０に接触した状態で保持するために、上面５８６の外周及び環状領域５８８ａ、５８８ｂ、５８８ｃに設けられる。熱サイクルに順応することができる留め具の説明については、例えば、同一出願人による米国特許公開第２００８／００８７６４１号を参照せよ。上面５８６内の溝５９２は、受け板５０６と熱制御板５１０との間にガスシールを提供するＯリングを受け入れる。上面５８６内の位置合わせピン孔５９４は、熱制御板内の位置合わせピン孔にちょうど収まる位置合わせピンを受け入れる。孔５６０の間に位置する横方向ネジ開口５６１は、ガードリングの回転を阻止するとともにシャワーヘッド電極の組み立て後にガードリングのアクセス孔に挿し込むために使用される誘電性の留め具を受け入れる。
【００５４】
図８は、ガードリングを取り外された状態の、シャワーヘッド電極アセンブリ５００の斜視図である。前述のように、ガードリングを受け板の外周に接触しない状態に維持して受け板の熱膨張を可能にするために、ガードリングは、カムロックに係合することができる１つ又は２つ以上の組み立て位置へ回転させられ、次いで、誘電性の留め具を開口５６１に挿し込むことができるロック位置へ回転させられる。熱膨張板は、開口５９６を伴うフランジ５９５を含み、アクチュエータは、これらの開口を通してプラズマ閉じ込めリングを支える。プラズマ閉じ込めリングアセンブリの装着配置構成の詳細は、同一出願人による米国特許公開第２００６／０２０７５０２号及び第２００６／０２８３５５２号に見いだすことができ、これらの開示内容は、引用によって全体を本明細書に組み込まれる。
【００５５】
電極の装着表面５２２は、受け板内の８個のカムロックによって保持される８個のロックピンによって付与されるクランプ力の結果、受け板５０６の対向表面に接する。ガードリング５０８は、受け板５０６内の装着穴を覆い、ガードリング内のアクセス孔は、Torlon（登録商標）、Vespel（登録商標）、Celcon（登録商標）、Delrin（登録商標）、Teflon（登録商標）、Arlon（登録商標）などの耐プラズマ性ポリマー材料、又は摩擦係数が低く且つ粒子飛散が少ないフルオロポリマー、アセタール、ポリアミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などのその他の材料で作成された、着脱可能な挿入物で満たされる。
【００５６】
図５Ａを参照すると、受け板５０６と電極５０２との間の電気的接触は、Bergquist Companyから入手可能な「Q-PAD II」などの適切な材料の環状切片などの、１つ又は２つ以上のガスケット５５６によって提供される。このようなガスケットは、電極の外周と、中央の位置合わせピンと外側のガスケットとの間の１つ又は２つ以上の場所とに設置される。例えば、約４インチ（約１０．２ｃｍ）の直径及び約１２インチ（約３０．５ｃｍ）の直径を有する環状のガスケットを使用することができる。２００７年８月３１日に出願された共同所有の米国特許出願第１１／８９６，３７５号は、Q-PAD材料で作成されたガスケットの詳細を含んでおり、その開示内容は、引用によって本明細書に組み込まれる。異なるプロセスガス混合及び／又は流速を提供するために、中央の位置合わせピンと外側のガスケットとの間に１つ又は２つ以上の随意のガス仕切りシールを提供することができる。例えば、内側のガス分布区域を外側のガス分布区域から隔てるために、電極５０２と受け板５０６との間で内側のガスケットと外側のガスケットとの間の場所に、１つのＯリングを提供することができる。電極５０２と受け板５０６との間で外側ガスケットの内周沿いに設けられたＯリング５５８は、電極と受け板との間にガス及び粒子のシールを提供することができる。
【００５７】
図９は、複数の位置合わせ特徴を突出部９０２の形で下面９０４上に有する好ましいガスケット９００の底面図を示している。電極５０２Ａは、ガスケット９００の突出部を受け入れる大きさの複数の凹所（図５Ｂの５２０Ｂ）を含む。図示された実施形態では、２つの突出部９０２は、１８０度相隔てて設けられ、これらの突出部は、ガス通路５２８Ａの第３の環状列と第４の環状列との間に設けられた電極５０２Ａ内の丸い凹所５２０Ｂにちょうど収まる全く同じ円柱形状を有する。突出部は、電極５０２Ａの凹所５２０Ｂ内に摩擦係合する大きさであることが好ましい。図９には、ガスケットの幅の半分より大きい直径を有する円柱状突出部が示されているが、これらの突出部は、任意の所望の形状及び大きさを有してよく、突出部の数は、必要に応じて、３個、４個、５個、６個、７個、８個、又はそれより多いことが可能である。例えば、ガスケットは、０．０１インチ（約０．２５４ｍｍ）未満の均一な厚さの平坦リングであってよく、突出部は、その平坦リングの厚さの少なくとも２倍、３倍、４倍、又は５倍の厚さであってよい。突出部は、突出部を一体的に成形する又は平坦リングを部分的に突出部状に変形させることによって形成できると考えられるが、好ましいのは、平坦リングよりも分厚い異なる材料で突出部を形成し、それらの突出部をプラズマ処理チャンバの真空環境内において共存可能な接着剤によって平坦リングに取り付けることである。
【００５８】
ガスケットは、導電性で且つ熱伝導性であることが好ましく、好ましくは例えば約１０〜２００ミリトールなどの高真空環境内においてガス抜けせず、粒子発生性能が低く、接触点においてせん断に順応することができる柔軟性を持ち、半導体基板内における寿命キラーであるＡｇ、Ｎｉ、Ｃｕなどの金属成分を有さないような、材料で作成されることが好ましい。ガスケットは、シリコーンとアルミニウム箔とのサンドイッチ型ガスケット構造又はエラストマーとステンレス鋼とのサンドイッチ型ガスケット構造であってよい。好ましくは、ガスケットは、プラズエッチングなどの工程を実施される半導体製造の高真空環境内において共存可能な熱伝導性で且つ導電性のゴムを上側及び下側にコーティングされたアルミニウムシートである。ガスケットは、電極と受け板とが機械的に留め合わされるときに圧縮することができるがシャワーヘッド電極の温度サイクルの際の電極及び受け板の対向表面どうしの擦れ合いを阻止することができるように、柔軟性であることが好ましい。
【００５９】
図９に示されたガスケット９００は、導電性で且つ熱伝導性の材料（Bergquist Companyから入手可能な「Q-PAD」箔材料など）の積層体であることが好ましい。図５Ｃの場所Ｇ１用のガスケット９００は、約２．９３インチ（約７．４４ｃｍ）の内径と、約３．４３インチ（約８．７１ｃｍ）の外径と、約０．００６インチ（約０．１５２ｍｍ）の厚さとを有することが好ましい。このガスケットは、シリコーンゴムなどのシート材料を、約０．１８５インチ（約４．７０ｍｍ）の直径及び約０．０２６〜０．０３４インチ（約０．６６０〜０．８６４ｍｍ）の高さを有する円柱状にした、２つの突出部９０２を有する。突出部９０２は、例えばDow Corningから入手可能なRTV 3140シリコーン接着剤などのシリコーンエラストマー接着剤などの適切な接着剤によって、ガスケット９００の一方の側に接着接合されることが好ましい。ガスケットは、ガスケット材料のシートをリング状に切り抜く又は打ち抜くことによって作成することができる。同様に、突出部は、熱伝導性で且つ／又は導電性の弾力材料などの同じ又は異なる材料のシートから切り抜く又は打ち抜くことができる。例えば、突出部は、弾性的に変形してシャワーヘッド電極内の凹所に摩擦係合するブラックシリコーンゴムなどのゴム状材料であってよい。ガスケット９００は、したがって、シャワーヘッド電極の洗浄又は交換の際にガスケットを容易に取り外し可能にするために、接着剤を使用せずにシャワーヘッド電極に装着することができる。
【００６０】
本発明は、その具体的実施形態に関連して詳細に説明されてきたが、当業者ならば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく様々な変更及び修正を加えること及び均等物を用いることが可能であることが明らかである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2010251752.tif 000009
【図５Ｂ】
2010251752.tif 000010
【図５Ｃ】
2010251752.tif 000011
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
2010251752000001.pdf