(57)【要約】      （修正有）【課題】金属汚染を回避し、内部の洗浄が容易で耐熱性のある容量結合プラズマリアクタのための埋め込みＲＦ電極を備えたセラミックシャワーヘッドを提供する。【解決手段】基板処理システムのためのシャワーヘッドアセンブリ１０が、ガス流路３４に結合された背面プレート２０を備えている。前面プレート３０が、背面プレート２０の第１の表面に隣接して結合されており、ガス拡散面を備えている。電極５０が、背面プレート２０および前面プレート３０の一方の中に配置され、１または複数の導体５４に接続されている。ガスプレナム３２が、背面プレート２０と前面プレート３０との間に規定されており、ガス流路３４と流体連通している。背面プレート２０および前面プレート３０は、非金属材料すなわちセラミック材料（窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等）から成る。【選択図】図１Ａ
2014170742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理システムのためのシャワーヘッドアセンブリであって、
ガス流路に結合されている背面プレートと、
前記背面プレートの第１の表面に隣接して結合され、ガス拡散面を備えている前面プレートと、
１または複数の導体と、
前記背面プレートおよび前記前面プレートの一方に配置され、前記１または複数の導体に接続されている電極と、
を備え、
ガスプレナムが、前記背面プレートと前記前面プレートとの間に規定され、前記ガス流路と流体連通しており、
前記背面プレートおよび前記前面プレートは、非金属材料製造から成る、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、さらに、
前記背面プレートに結合され、前記ガス流路を規定するステムを備え、
前記ステムは、非金属材料から成る、
前記１または複数の導体は、前記ステムを貫通している、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項３】
請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、
前記前面プレートの前記ガス拡散面は、離間した穴を備えるか、
前記前面プレートの前記ガス拡散面は、穿孔を備えるか、もしくは、
前記前面プレートの前記ガス拡散面は、多孔質である、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項４】
請求項２に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、さらに、前記背面プレートの第２の表面に隣接して配置されているプラズマ抑制構造を備え、前記背面プレートの前記第１の表面は、前記背面プレートの前記第２の表面の反対側の面である、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項５】
請求項４に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、前記プラズマ抑制構造は、離間して互いに平行に配置されたＮ個のプレートを備え、Ｎは２以上の整数であり、前記Ｎ個のプレートは、誘電材料から成る、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項６】
請求項５に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、前記プラズマ抑制構造は、前記Ｎ個のプレートの１つから前記基板処理システムの処理チャンバの上面に向かって伸びるカラーを備え、前記カラーは、誘電材料から成る、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項７】
請求項５に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、Ｎは３以上であり、前記Ｎ個のプレートは、均一に離間されている、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項８】
請求項５に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、Ｎは３以上であり、前記Ｎ個のプレートの内の少なくとも一部は、不均一に離間されている、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項９】
請求項５に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、前記Ｎ個のプレートの内の少なくとも１つは、複数の穿孔を備える、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項１０】
請求項５に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、前記Ｎ個のプレートの内の少なくとも１つは、鋸歯状の表面を備える、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項１１】
請求項２に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、前記ステム、前記背面プレート、および、前記前面プレートは、セラミック材料から成る、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項１２】
請求項２に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、前記ステム、前記背面プレート、および、前記前面プレートは、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムの少なくとも一方から成る、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、さらに、前記ガス流路と前記ガスプレナムとの間に配置されたバッフルを備える、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項１４】
請求項２に記載のシャワーヘッドであって、さらに、前記ステムを基板処理チャンバの上面に結合するカラーを備える、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項１５】
請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、前記前面プレートは、前記背面プレートに対する前記前面プレートの側方運動を許容しつつ、前記前面プレートと前記背面プレートとの間のシールを維持するように、前記背面プレートに結合されている、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項１６】
請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、前記ガスプレナムの高さ寸法は、予測されるプラズマシース厚さの２倍未満である、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項１７】
請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、前記電極と前記背面プレートの前記第１の表面との間の第１の寸法は、前記電極と前記背面プレートの第２の表面との間の第２の寸法より小さく、前記背面プレートの前記第１の表面は、前記背面プレートの前記第２の表面の反対側の面である、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項１８】
請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、前記電極は円板状である、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項１９】
請求項２に記載のシャワーヘッドであって、前記１または複数の導体は、前記ガス流路を囲む円筒形の導体を含む、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項２０】
基板処理システムであって、
反応空間を含む処理チャンバと、
前記反応空間内に配置されている請求項１のシャワーヘッドアセンブリと、
前記反応空間内で前記前面プレートに隣接して配置されている載置台と、
を備える、基板処理システム。
【請求項２１】
請求項１９に記載の基板処理システムであって、さらに、
１ＭＨｚより大きい周波数を有するＲＦ信号を前記１または複数の導体に供給するよう構成されている高周波（ＲＦ）回路と、
前記ガス流路に流れる処理ガスを制御すると共に、前記ＲＦ回路の動作を制御するよう構成されているコントローラと、
を備える、基板処理システム。
【請求項２２】
請求項２１に記載の基板処理システムであって、前記背面プレートは、前記処理チャンバの壁に直接結合されている、基板処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願への相互参照］
本願は、参照によって出願の開示全体が本明細書に組み込まれる２０１３年２月２８日出願の米国仮特許出願第６１／７７０，８９４号に基づく利益を主張する。
【０００２】
本開示は、基板処理システムに関し、特に、基板処理システムのためのシャワーヘッドに関する。
【背景技術】
【０００３】
本明細書で提供されている背景技術の記載は、本開示の背景を概略的に提示するためのものである。ここに名を挙げられている発明者の業績は、この背景技術に記載された範囲において、出願時に従来技術として通常見なされえない記載の態様と共に、明示的にも黙示的にも本開示に対する従来技術として認められない。
【０００４】
基板処理システムは、通常、１または複数の反応空間を備えている処理チャンバを含む。載置台が、通常、反応空間内に配置される。半導体ウエハなどの基板は、載置台に配置される。１または複数の処理ガスがシャワーヘッドを用いて反応空間に供給され、プラズマが反応空間内で点火されうる。誘電体層などの薄膜が、基板上に形成される。
【０００５】
シャワーヘッドは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）リアクタ内で利用されうる。シャワーヘッドは、基板に全体にわたって処理ガスを分配しつつ、高周波（ＲＦ）電極として機能することにより、プラズマを駆動する。シャワーヘッドは、通常、金属材料から製造される。金属電極が、シャワーヘッドのガスプレナム内の電界を実質的に低減つまり排除し、シャワーヘッド内でのプラズマ形成およびガスの早期活性化を防ぐ。
【０００６】
ＣＣＰリアクタのためのシャワーヘッドは、通常、アルミニウム製であり、本体に溶接された前面プレートを備える。シャワーヘッドの前面プレートは、通常、基板の露出面にわたって均一なガス分配を提供するために、複数の離間したガス穴を有する。ＲＦ電圧が、シャワーヘッド、別の電極（載置台など）、または、それら両方に印加されうる。
【０００７】
アルミニウムシャワーヘッドは、多くの処理剤（またはガス組成物）に適合する。しかしながら、アルミニウムは、金属表面から元素を浸出させる処理ガスとは適合しない。特に、塩素系の化学物質は、３００℃を超える動作温度でアルミニウムを浸出させる傾向がある。塩素含有ガスによるシャワーヘッドの金属表面への化学的侵食の結果として、金属材料が薄膜として基板上に蒸着されうる。これは、しばしば、基板上のデバイス加工に有害である。例えば、一部の例において、金属材料は、集積デバイスの動作を損なう可能性があるドーパントである。
【０００８】
望ましくない金属汚染は、処理チャンバの洗浄中にも起こりうる。一般にフッ素原子が洗浄に用いられるので、前面プレート（シャワーヘッドで最も熱い領域）が、フッ素と反応し、フッ化アルミニウムを形成する。フッ化アルミニウムの厚さが時間と共に増大すると、シャワーヘッド表面の特性（例えば、粗さ、伝導性、および、放射率）が変化する。結果として、蒸着処理が変動するため、粒子汚染のリスクも高くなる。
【０００９】
また、シャワーヘッドの構造（設計）は、シャワーヘッドが処理チャンバ内に設置された状態では、（溶接されている）シャワーヘッドの内部の洗浄を許さない。極端な場合、前面プレートのガス穴の中のアルミニウム表面のフッ素化が、穴の直径を変化させ、ガス流の均一性を変えることがある。
【００１０】
アルミニウムなど一部の金属材料は、高温（４００℃以上）で柔らかくなるため、シャワーヘッドの前面プレートが垂れ下がり始めうる。これは、ガス流およびプラズマ密度分布を変化させうる。
【発明の概要】
【００１１】
基板処理システムのためのシャワーヘッドアセンブリが、ガス流路に結合されている背面プレートを備える。前面プレートが、背面プレートの第１の表面に隣接して結合されており、ガス拡散面を備えている。電極が、背面プレートおよび前面プレートの一方の中に配置され、１または複数の導体に接続されている。ガスプレナムが、背面プレートと前面プレートとの間に規定されており、ガス流路と流体連通している。背面プレートおよび前面プレートは、非金属材料から成る。
【００１２】
他の特徴において、ステムが、背面プレートに結合されており、ガス流路を規定する。１または複数の導体は、ステムを貫通している。
【００１３】
他の特徴において、前面プレートのガス拡散面は、離間した穴を備えるか、前面プレートのガス拡散面は、穿孔を備えるか、もしくは、前面プレートのガス拡散面は、多孔質である。
【００１４】
他の特徴において、プラズマ抑制構造が、背面プレートの第２の表面に隣接して配置されている。背面プレートの第１の表面は、背面プレートの第２の表面の反対側の面である。
【００１５】
他の特徴において、プラズマ抑制構造は、離間して互いに平行に配置されているＮ個のプレートを備える。Ｎは２以上の整数であり、Ｎ個のプレートは、誘電材料から成る。
【００１６】
他の特徴において、プラズマ抑制構造は、Ｎ個のプレートの１つから基板処理システムの処理チャンバの上面に向かって伸びるカラーを備える。カラーは、誘電材料から成る。
【００１７】
他の特徴において、Ｎは３以上であり、Ｎ個のプレートは、均一に離間されている。Ｎは３以上であり、Ｎ個のプレートの内の少なくとも一部は、不均一に離間されている。Ｎ個のプレートの内の少なくとも１つは、複数の穿孔を備える。Ｎ個のプレートの内の少なくとも１つは、鋸歯状の表面を備える。ステム、背面プレート、および、前面プレートは、セラミック材料から成る。ステム、背面プレート、および、前面プレートは、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムの少なくとも一方から成る。
【００１８】
他の特徴において、前面プレートは、背面プレートに対する前面プレートの側方運動を許容しつつ、前面プレートと背面プレートとの間のシールを維持するように、背面プレートに結合されている。
【００１９】
他の特徴において、バッフルが、ガス流路とガスプレナムとの間に配置されている。カラーが、ステムを基板処理チャンバの上面に結合する。背面プレートは、留め具を用いて、前面プレートに結合されている。ガスプレナムの高さ寸法は、予測されるプラズマシース厚さの２倍未満である。電極と背面プレートの第１の表面との間の第１の寸法は、電極と背面プレートの第２の表面との間の第２の寸法より小さい。背面プレートの第１の表面は、背面プレートの第２の表面の反対側の面である。電極は円板状である。
【００２０】
他の特徴において、基板処理システムが、反応空間を含む処理チャンバを備える。シャワーヘッドアセンブリは、反応空間内に配置される。載置台が、反応空間内で前面プレートに隣接して配置されている。
【００２１】
他の特徴において、高周波（ＲＦ）回路が、１ＭＨｚより大きい周波数を有するＲＦ信号を１または複数の導体に供給するよう構成されている。コントローラが、ガス流路に流れる処理ガスを制御すると共に、ＲＦ回路の動作を制御するよう構成されている。
【００２２】
他の特徴において、１または複数の導体は、ガス流路を囲む円筒形の導体を含む。
【００２３】
詳細な説明、特許請求の範囲、および、図面から、本開示を適用可能なさらなる領域が明らかになる。詳細な説明および具体的な例は、単に例示を目的としており、本開示の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本開示は、詳細な説明および以下に説明する添付図面から、より十分に理解できる。
【００２５】
【図１Ａ】本開示に従って、基板処理システムの例を示す機能ブロック図および概略断面図。
【図１Ｂ】本開示に従って、基板処理システムの例を示す機能ブロック図および概略断面図。
【００２６】
【図２Ａ】本開示に従って、シャワーヘッドの例の一部を示す部分断面図。
【図２Ｂ】本開示に従って、シャワーヘッドの例の一部を示す部分断面図。
【００２７】
【図３】プラズマ抑制構造のプレートの間の非均一な間隔の一例を示す図。
【００２８】
【図４】プラズマ抑制構造のプレートにおける波状の表面の一例を示す図。
【００２９】
【図５】プラズマ抑制構造の穿孔されたプレートの一例を示す図。
【００３０】
図面において、同様および／または同一の要素を特定するために、同じ符号を用いる場合がある。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、および、図２Ｂは、本開示に従うシャワーヘッド１０の例を示す。図１Ａにおいて、シャワーヘッド１０は、背面プレート２０、ステム２４、および、前面プレート３０を備える。いくつかの例において、シャワーヘッド１０の背面プレート２０、ステム２４、および、前面プレート３０は、セラミック材料などの非金属材料から成る（を用いて製造されている、非金属材料製である）。ステム２４が図示されているが、ステム２４を省いてもよく、背面プレートを処理チャンバの表面上に配置する、隣接させる、および／または、はめ込むことが可能である（図１Ｂ）。いくつかの例において、セラミック材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、または、他の適切なセラミック材料を含む。
【００３２】
いくつかの例において、背面プレート２０は、略平面のディスクを備える。ステム２４は、背面プレート２０に結合されている。いくつかの例において、ステム２４は円筒形であり、ステム２４の軸は、背面プレート２０を含む平面と垂直に結合されている。例えば、ステム２４および背面プレート２０は、拡散接合またはろう付けを用いて固定して結合されてよい。あるいは、ステム２４および背面プレート２０は、締め具、オスおよびメスコネクタ、もしくは、その他の方法で着脱可能に結合されてもよい。
【００３３】
ステム２４は、ステム２４を通して軸方向に伸びるガス流路３４を規定する。ガスが、ガス流路３４を通って、任意選択的に設けられるバッフル３８上に流れ、背面プレート２０および前面プレート３０の間に規定されたガスプレナム３２に流れ込む。背面プレート２０および前面プレート３０の一方または両方が、ガスプレナム３２の高さを規定するための凹部３６を備えうる。
【００３４】
前面プレート３０は、ガスプレナム３２および反応空間４４の間でガス拡散器として機能するガス拡散面４１を規定する。ガス拡散面４１は、穿孔される、穴を有する、多孔質である、などであってよい。例えば、図１Ａにおいて、ガスプレナム３２内の処理ガスは、前面プレート３０の離間した穴４２を通って反応空間４４内へ流れうる。離間した穴４２は、載置台４８上に配置された基板４６の露出面にわたって比較的均一に処理ガスを分配する。
【００３５】
高周波（ＲＦ）電極５０が、背面プレート２０（図１および図２Ａ）または前面プレート３０（図２Ｂ）のいずれかに埋め込まれている。１または複数の導体すなわちロッド５４が、ステム２４と背面プレート２０の一部を貫通している。導体５４は、ＲＦ電極５０と電気的に接触している。いくつかの例では、４つの導体５４が用いられるが、より多いまたは少ない導体５４が用いられてもよい。ガス流路３４に沿った電界は、ロッドの数が増えると低下する。いくつかの例において、導体５４は円筒形であり、ガス流路３４を囲んでいる。１または複数の導体５４は、ＲＦ電圧に接続されてもよいし、シャワーヘッド１０が接地電極として構成される場合に基準電位（接地など）に接続されてもよい。
【００３６】
シャワーヘッド１０は、背面プレート２０を通して駆動される寄生放電を低減または排除するために、背面プレート２０の上面と処理チャンバの上面との間に配置されたプラズマ抑制構造６０を備える。いくつかの例において、プラズマ抑制構造６０は、同一出願人による２０１１年１１月２３日出願の米国特許出願第１３／３０３，３８６号「ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ  ＳＵＰＰＲＥＳＳＩＯＮ  ＯＦ  ＰＡＲＡＳＩＴＩＣ  ＰＬＡＳＭＡ  ＩＮ  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  ＣＨＡＭＢＥＲ」に従って製造されてよく、この出願は参照によって全体が本明細書に組み込まれる。
【００３７】
ステム２４は、カラー８０に取り付けられてよい。次いで、カラー８０は、処理チャンバの上面に取り付けられてよい。カラー８０は、ステム８５と、カラー８０の上部に隣接してステム８５から半径方向外向きに伸びるフランジ８６と、を備えてよい。カラー８０は、誘電体（絶縁）材料で製造されてよく、接地への容量結合を最小化する寸法（すなわち、厚さまたは高さ）を有しうる。バルブ９０およびポンプ９２が、反応空間４４内を真空にするために用いられてよい。
【００３８】
前面プレート３０は、ガスシールを提供しつつ熱膨張の差による背面プレート２０との間のいくらかの相対的な側方運動を許容するように、背面プレート２０に取り付けられる。本明細書で用いられているように、側方運動とは、前面プレートを含む平面に平行な運動のことである。換言すると、前面プレート３０は、背面プレート２０に応力を伝達することなく熱膨張すると同時にガスプレナム３２内のガス／蒸気をシールできるように、背面プレート２０に取り付けられる。
【００３９】
図２Ａで最もよくわかるように、いくつかの例において、背面プレート２０および前面プレート３０の縁部は、締め具６４を用いて結合される。いくつかの例において、締め具６４は、座金６７を予め組み込んだねじ６６を備える。ねじ６６は、前面プレート３０と背面プレート２０との間の接触を維持するために所定のトルクが印加されるまで回転されてよい。いくつかの例において、締め具６４は、段付きねじであってよく、座金６７は、ばね座金であってよい。段付きねじは、ばね座金に所定の圧迫を加えて、所定の負荷を生み出す。いくつかの例において、シャワーヘッド１０の前面プレート３０は、締め具６４を取り外し、新たな前面プレートを設置して、締め具６４を再び取り付けることによって交換できる。
【００４０】
いくつかの例において、前面プレート３０の離間した穴４２は、離間した穴４２の内部でのプラズマ点火を防ぐために、０．０２インチから０．０６インチの範囲の直径を有する。前面プレート３０の離間した穴４２は、ウエハ上の薄膜の特性を最適化するために、様々なパターンで配置されうる。離間した穴４２の数は、５０から６０００の範囲であってよいが、それよりも多いまたは少ない穴を用いてもよい。離間した穴４２の直径は、与えられた前面プレートについて同じであってもよいし、与えられた前面プレートについて２以上の異なるサイズを用いてもよい。
【００４１】
いくつかの例において、背面プレート２０に埋め込まれたＲＦ電極５０は、円板状であり、シャワーヘッド１０に用いられた材料の第２の熱膨張係数（ＣＴＥ）に匹敵する第１のＣＴＥを有する金属から成る。図２Ｂからわかるように、電極５０は、前面プレート３０内に配置されうる。理解できるように、電極５０は、離間した穴４２のパターンに対応するようにパターニングされる。背面プレート２０または前面プレート３０内のＲＦ電極５０は、高周波ＲＦが、点火することなしにシャワーヘッド１０のガスプレナム３２を通ることを可能にする。
【００４２】
図２Ａからわかるように、いくつかの例において、ＲＦ電極５０は、電力結合を向上させるために、基板に対向する背面プレート２０の下面のできるだけ近くに配置される（図２Ａの寸法ｄ２）。いくつかの例において、寸法ｄ１は寸法ｄ２よりも大きい。導体５４は、ＲＦ電極５０をＲＦ回路７０に接続するために、ステム２４の壁に埋め込まれる。いくつかの例において、導体５４は、ガスを導入するための流路に沿った電界を最小化するように構成される。前面プレート３０は、任意の適切な厚さ（寸法ｄ４）を有してよい。
【００４３】
ＲＦ電極５０が背面プレート２０に埋め込まれた場合、放電を駆動する電界は、ガスプレナム３２および前面プレート３０を通る必要がある。いくつかの例において、ガスプレナムの高さ（図２Ａの寸法ｄ３）は、予期されるプラズマシース厚さの２倍未満である。このアプローチを用いることで、確実に寄生プラズマ放電が維持されえなくなる。いくつかの例において、寸法ｄ３は、ガスプレナム３２内部で寄生プラズマを維持する条件を回避すると共にガスプレナム３２にわたる電圧降下を最小化するために、１／８インチ（３．１７５ｍｍ）以下である。
【００４４】
図１Ａで最もよくわかるように、ＲＦ電極５０が背面プレート２０内に埋め込まれた場合、シャワーヘッド１０の背面すなわち上面における寄生放電の抑制は、プラズマ抑制構造６０を用いて実行されてよい。いくつかの例において、プラズマ抑制構造６０は、２以上の離間したプレート１００−１、１００−２、・・・、および、１００−Ｎ（集合的にプレート１００）を備えており、ここで、Ｎは２以上の整数である。いくつかの例において、Ｎは５に等しいが、より多いまたは少ないプレート１００が用いられてもよい。いくつかの例において、プレート１００は、セラミック材料または任意の他の適切な誘電材料から成る。寄生放電がプラズマ抑制構造６０の背後で維持されえないように、プレート１００の間隔は、プレート１００の間の自続放電を防ぐと共にプラズマ抑制構造６０内で大幅に電圧を降下させるように最適化される。１または複数のスペーサ１０２が、プラズマ抑制構造６０のプレート１００の間隔を規定するために提供されてよい。また、カラー１１０が、最上部のプレート１００（図１Ａの例では１００−５）の上方、かつ、カラー８０のステム８５の周囲に提供されてよい。カラー１１０は、誘電材料で製造されてよい。
【００４５】
コントローラ１２０が、１または複数のセンサ１２４に接続されてよく、センサ１２４は、処理チャンバの内部および外部の両方に配置されてよい。センサ１２４は、システム動作条件を検知し、圧力センサ、温度センサ、および／または、その他のセンサを含みうる。コントローラ１２０は、１または複数のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２８およびバルブ１３０を用いてガス源１２６からガス流路３４に処理ガスを選択的に供給する。
【００４６】
いくつかの例において、ＲＦ電極５０は、ＲＦ回路７０に接続されており、ＲＦ回路７０は、高周波励起を提供する。いくつかの例において、高周波励起は、１ＭＨｚ以上である。セラミック材料の積層体およびガスプレナム３２が、放電インピーダンスを増大させる容量性構造を形成する。励起周波数が増大すると、インピーダンスは減少する。シャワーヘッド１０の効率的な動作を提供するには、供給された電力の大部分が、基板上方での放電で消費されることが好ましい。シャワーヘッド１０の背後のプラズマは、寄生プラズマであると考えられる。基板での電力消費を最大化するために、前面プレート３０のインピーダンスは、背面プレート２０のインピーダンスよりも小さい（そうでなければ、背面のプラズマが、供給電力のかなりの部分を消費しうる）。シャワーヘッド１０が、背面プレート２０に埋め込まれたＲＦ電極５０を備える場合、より多い電力が背面プレート２０を通して結合する傾向がある。この挙動は、プラズマ抑制構造６０を用いて低減されうる。
【００４７】
電力結合は、インピーダンスモデルによって解析できる。前面プレートの前（すなわち、ウエハの上方）で生じるプラズマ放電について、インピーダンスＺｆａｃｅは以下のように推定される：
【数１】
2014170742.tif 000003
ここで、Ｃｉは層ｉの静電容量、Ａは面積、ｆは周波数、ｄｉは層ｉの厚さ、ε０は誘電率、ε２＝ε４＝９（ＡｌＮまたはＡｌ２Ｏ３の誘電率）、ε３＝１（真空の誘電率）である。
【００４８】
ＡｌＮおよびＡｌ２Ｏ３の誘電率が約９であるため、プレートは、同等の厚さの真空ギャップよりもインピーダンスへの寄与が大幅に低い。シャワーヘッドの背面の上方で生じるプラズマ放電（寄生プラズマ）について、プラズマ抑制構造６０がない場合のインピーダンスは、Ｚｂａｃｋ＝（１／２πｆＡε０）・（ｄ１／９）で算出される。プラズマ抑制構造６０を持たないシャワーヘッドについては、ガスプレナムの高インピーダンス（＝１）により、Ｚｆａｃｅ＞Ｚｂａｃｋである。これに抗するために、大きいインピーダンスＺｓｕｐｐを有するプラズマ抑制構造６０が背面プレート２０上に設置されると、Ｚｆａｃｅ＜＜Ｚｂａｃｋ＋Ｚｓｕｐｐが保証される。
【００４９】
プラズマ抑制構造６０のインピーダンスは、ほとんどがプレート１００の間の真空ギャップによって決まる。しかしながら、ギャップが広すぎると、容量性の寄生放電がプレート１００の間で生じうる。
【００５０】
上記で用いたインピーダンスモデルは、平行板コンデンサおよび一様電界を仮定している。実際には、フリンジ電界が生じて、上記の結果と異なるものになるが、この効果は小さいと期待される。その効果は、ＲＦ電極５０のすぐ近くで最も大きくなる。結果として、第１のギャップ（背面プレート２０とプラズマ抑制構造６０の第１のプレート１００−１との間のギャップ）が、最も寄生放電を点火しやすい。
【００５１】
いくつかの例において、プレート間ギャップは均一である。他の例において、プレート間ギャップは均一でない。例えば、図３において、プレート間ギャップ２００−１、２００−２、２００−３、２００−４、および、２００−５（集合的にプレート間ギャップ２００）の一部または全部が、背面プレート２０からの距離に伴って増加してよい。例えば、プレート間ギャップ２００は、４０−６０−１００−１５０−２００（ミル）の順で増加してよいが、その他の値が用いられてもよい。理解できるように、プレート２００の端部は、例えば、１または複数のプラグ（図示せず）を用いて閉じられてよい。
【００５２】
プラズマ抑制構造６０のプレート１００の間のプレート間寄生放電を防ぐことは、ギャップの幅およびプラズマシース厚さの関係性に依存する。例えば、図４において、１または複数の鋸歯状すなわち波状の表面２３０を含むプレート２２０−１、２２０−２、２２０−３、および、２２０−４（集合的にプレート２２０）によって、望ましくない点火に対する保護が改善されうる。プレート２２０の各々に対して、片面のみが波状の表面２３０であるよう図示されているが、各プレート２２０の両面が波状であってもよい。広い表面積が、イオンおよび電子に対してより多くの再結合の場所を提供し、それらの損失率を高め自続寄生放電を起こしにくくする。理解できるように、プレート２２０の端部は、例えば、１または複数のプラグ（図示せず）を用いて閉じられてよい。
【００５３】
例えば、図５において、１または複数の穿孔２６０をそれぞれ含むプレート２５０−１、２５０−２、および、２５０−３（集合的にプレート２５０）によって、望ましくない点火に対する保護が改善されうる。広い表面積が、イオンおよび電子に対してより多くの再結合の場所を提供し、それらの損失率を高め自続寄生放電を起こしにくくする。理解され得るように、プレート２５０の端部は、例えば、１または複数のプラグ（図示せず）を用いて閉じられてよい。
【００５４】
理解され得るように、基板処理チャンバのためのプラズマ抑制構造６０は、均一および不均一な間隔、１または複数の波状の表面、および／または、穿孔など、上述の特徴の変形例を含みうる。
【００５５】
上述の記載は、本質的に例示に過ぎず、本開示、応用例、または、利用法を限定する意図はない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施されうる。したがって、本開示には特定の例が含まれるが、図面、明細書、および、以下の特許請求の範囲を研究すれば他の変形例が明らかになるため、本開示の真の範囲は、それらの例には限定されない。本明細書で用いられているように、「Ａ、Ｂ、および、Ｃの少なくとも１つ」という表現は、非排他的な論理和ＯＲを用いて、論理（ＡまたはＢまたはＣ）を意味すると解釈されるべきである。方法に含まれる１または複数の工程が、本開示の原理を改変することなく、異なる順序で（または同時に）実行されてもよいことを理解されたい。
【００５６】
本願では、以下の定義を含め、コントローラという用語は、回路という用語と交換可能である。コントローラという用語は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル、アナログ、または、アナログ／デジタル混合ディスクリート回路、デジタル、アナログ、または、アナログ／デジタル混合集積回路、組み合わせ論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コードを実行する（共有、専用、または、グループ）プロセッサ、プロセッサによって実行されるコードを格納する（共有、専用、または、グループ）メモリ、記述された機能を提供するその他の適切なハードウェアコンポーネント、もしくは、システムオンチップなどの上記の一部または全部の組み合わせ、を指しうる、の一部でありうる、もしくは、を含みうる。
【００５７】
コードという用語は、上記で用いられているように、ソフトウェア、ファームウェア、および／または、マイクロコードを含んでよく、プログラム、ルーチン、関数、クラス、および／または、オブジェクトを指しうる。共有プロセッサという用語は、複数のコントローラからのコードの一部または全部を実行する単一のプロセッサを含む。グループプロセッサという用語は、さらなるプロセッサと共に、１または複数のコントローラからのコードの一部または全部を実行するプロセッサを含む。共有メモリという用語は、複数のコントローラからのコードの一部または全部を格納する単一のメモリを含む。グループメモリという用語は、さらなるメモリと共に、１または複数のコントローラからのコードの一部または全部を格納するメモリを含む。メモリという用語は、コンピュータ読み取り可能な媒体という用語のサブセットでありうる。コンピュータ読み取り可能な媒体という用語は、媒体を通して伝搬する一時的な電気および電磁気信号を含まず、したがって、有形および持続的なものであると見なされうる。持続的な有形のコンピュータ読み取り可能媒体の例は、不揮発性メモリ、揮発性メモリ、磁気ストレージ、および、光学ストレージを含むが、これらに限定されない。
【００５８】
本願に記載の装置および方法は、１または複数のプロセッサによって実行される１または複数のコンピュータプログラムによって部分的または完全に実施されうる。コンピュータプログラムは、少なくとも１つの持続的な有形コンピュータ読み取り可能媒体に格納されたプロセッサ実行可能な命令を含む。また、コンピュータプログラムは、格納されたデータを含みうるおよび／または格納されたデータに依存しうる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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