(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
プロセスチャンバの基板処理シャワーヘッドのためのセラミック面板であって、第１のパターンの第１の貫通孔を含むセラミック面板と、
第２のパターンの第２の貫通孔を含む電極と、
それぞれが導電性である１本以上の支持棒を備える導電性の接触リングであって、前記接触リングと共に互いに電気的に導電された接触リングと、
を備え、
前記電極は、前記セラミック面板に埋め込まれており、前記第２のパターンは、前記第１のパターンに一致し、
前記第１のパターンは、前記セラミック面板が前記プロセスチャンバの前記基板処理シャワーヘッドにインストールされた場合、前記セラミック面板を通してプロセスガスが流れるスルーホールの全てを含み、
前記各第２の貫通孔は、前記対応する第１の貫通孔よりも大きいサイズであり、
前記接触リングは、前記第１のスルーホールの前記第１のパターンを取り囲み、
前記セラミック面板は、前記電極を終端とする１つ以上の支持棒止まり穴を備え、
前記支持棒は、前記各支持棒止まり穴に装着され、前記電極に電気的に導通し、
前記電極は、前記セラミック面板が前記プロセスチャンバの前記基板処理シャワーヘッドに装着されたときに、プラズマ発生のためのＲＦ源のアノードまたはカソードのいずれかを構成する
装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記セラミック面板は、前記プロセスチャンバから前記基板処理シャワーヘッドを取り外す必要なく前記基板処理シャワーヘッドから取り外し可能であるように構成される、装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の装置であって、
各第２の貫通孔は、少なくとも、前記対応する第１の貫通孔の直径に０．０４インチ（約０．１０１６センチ）を加えたものと、前記対応する第１の貫通孔の直径の２倍とのうちの大きい方である直径を有する、装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の装置であって、
前記第１の貫通孔は、おおよそ０．０５インチ（約０．１２７センチ）の直径を有する、装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の装置であって、
前記第１の貫通孔は、０．０２インチ（約０．０５０８センチ）から０．０６インチ（約０．１５２４センチ）の直径を有する、装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の装置であって、
前記電極は、前記セラミック面板が前記基板処理シャワーヘッドに装着されたときに前記基板処理シャワーヘッドの内部とは反対を向く前記セラミック面板の面からおおよそ０．０５インチ（約０．１２７センチ）の深さで前記セラミック面板に埋め込まれる、装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載の装置であって、
前記電極は、おおよそ０．００２インチ（約０．００５０８センチ）の厚さである、装置。
【請求項８】
請求項１または請求項２に記載の装置であって、
前記電極は、前記セラミック面板が前記基板処理シャワーヘッドに装着されたときに前記基板処理シャワーヘッドの内部の方を向く前記電極の面上に位置する１つ以上の電気接触パッチを除いて前記セラミック面板のセラミック材料に完全に封入される、装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、更に、
１本以上の導電性経路を備え、
前記１本以上の導電性経路は、少なくとも前記接触リングを含み、
前記導電性経路の少なくとも一部分は、前記基板処理シャワーヘッドの電極電源又は接地源との導電性接触界面を提供するために露出される、装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置であって、更に、
裏板を備え、
前記裏板は、前記基板処理シャワーヘッドの一部であり、
前記裏板は、前記接触リングと機械的に境界を接するように構成され、
前記裏板は、前記基板処理シャワーヘッドのガス分配心棒又はガス分配心棒スリーブと機械的に境界を接するように構成され、
前記裏板は、前記接触リングから前記ガス分配心棒又はガス分配心棒スリーブへの導電性経路を形成する、装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置であって、
前記セラミック面板は、前記セラミック面板の中心近くに位置付けられ且つ前記基板処理シャワーヘッドのガス分配心棒の相補的機械的界面と嵌り合うように構成された機械的界面を含み、
前記セラミック面板が前記基板処理シャワーヘッドに装着されたときに、前記機械的界面と前記相補的機械的界面とは、嵌まり合い、前記ガス分配心棒は、前記嵌まり合った前記機械的界面及び前記相補的機械的界面を通じて前記セラミック面板の中心を支える、装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、更に、
前記ガス分配心棒と、ガス分配心棒スリーブとを備え、
前記ガス分配心棒は、滑り界面を通じて前記ガス分配心棒スリーブと嵌まり合い、
前記滑り界面は、前記ガス分配心棒スリーブに対する前記ガス分配心棒の滑動を抑制するバネを含み、
前記ガス分配心棒スリーブと前記セラミック面板とは、互いに対して、及び前記滑り界面の進行方向に沿った動きに対して空間的に実質的に固定され、
前記セラミック面板の中心に提供される支えの大きさは、前記バネの変位によって支配される、装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の装置であって、
前記接触リングは、前記接触リングを前記基板処理シャワーヘッドに剛結合するように構成された界面特徴を含み、
前記支持棒は、前記接触リングを前記セラミック面板に対して支え、逆に前記セラミック面板を前記接触リングに対して支える、装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置であって、更に、
ＲＦつばを備え、
前記ＲＦつばは、導電性材料で作成され、
前記セラミック面板よりも大きく且つ前記接触リングの内径よりも小さい直径を有する薄壁状の輪と、
複数の内側つばタブであって、各内側つばタブは、
前記薄壁状の輪から前記セラミック面板に向かって突き出し、
前記セラミック面板に重なり、
前記薄壁状の輪の中心軸に垂直な面に実質的に平行である、複数の内側つばタブと、
複数の外側つばタブであって、各外側つばタブは、
前記薄壁状の輪から前記セラミック面板の反対に突き出し、
前記接触リングに重なり、
前記薄壁状の輪の中心軸に垂直な面に実質的に平行である、複数の外側つばタブと、
を含む、装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって、
前記薄壁状の輪は、輪状の全体形状を形成するために端と端とが合わさるように配置された１つ以上の部分で形成される、装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の装置であって、更に、
少なくとも１つのヒータ素子を備え、
前記少なくとも１つのヒータ素子は、
前記セラミック面板に埋め込まれ、
前記電極に電気的に接触しておらず、
前記第１の貫通孔のいずれとも交わらない経路をたどり、
少なくとも０．０４インチ（約０．１０１６センチ）と、前記第１の貫通孔の半径とのうちの大きい方である最短距離を各第１の貫通孔から維持する、装置。
【請求項１７】
請求項１に記載の装置であって、更に、
前記セラミック面板に埋め込まれたヒータ素子を備え、
前記ヒータ素子は、前記第１のパターンの第１の貫通孔を実質的に取り巻き、前記セラミック面板の最外呼び径の極めて近くに位置付けられる、装置。
【請求項１８】
基板処理装置であって、
プロセスチャンバと、
請求項１、請求項２、請求項１６または請求項１７のいずれか一項に記載の装置と、
台座と、
を備え、前記装置及び前記台座は、実質的に前記プロセスチャンバ内に位置付けられる、基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、２０１１年３月４日出願の米国仮特許出願第６１／４４９，５３７号の優先権を主張する。該出願は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
シャワーヘッドアセンブリは、半導体加工モジュールにおいて、デポジションプロセス、エッチングプロセス、又はその他のプロセスの際にウエハ又は基板の表面全域にプロセスガスを分配するためにしばしば使用される。
【０００３】
シャワーヘッドは、摩耗や断裂ゆえの頻繁な交換を必要とし、シャワーヘッドの定期的な交換は、交換パーツのコストの面でも機器のダウンタイムの面でも半導体メーカにとって大きな負担になるだろう。
【０００４】
半導体加工の方法次第では、従来のシャワーヘッドの寿命を縮め、その結果、更に頻繁な交換が必要になることがある。
【発明の概要】
【０００５】
埋め込み電極を含むハイブリッドセラミックシャワーヘッドが開示される。このようなシャワーヘッドの様々な実施形態が、以下で、本出願全体を通して説明される。なお、以下で論じられる実施形態は、示された実施形態のみに本開示内容を限定するものと見なされるのではなく、むしろ、本明細書で概述される原理及び概念と矛盾しないその他の実施形態もまた、本開示の範囲に入るものとみなすべきである。
【０００６】
幾つかの実施形態では、ガス分配装置が提供される。該ガス分配装置は、基板処理シャワーヘッドのためのセラミック面板を含み得る。セラミック面板は、セラミック面板が基板処理シャワーヘッドに装着され基板処理シャワーヘッドが基板処理装置に装着されたときに半導体プロセスガスを基板全域に分配するように構成された第１のパターンの第１の貫通孔を含んで良い。セラミック面板は、また、第２のパターンの第２の貫通孔を含む電極も含んで良い。該電極は、セラミック面板に埋め込むことができ、第２のパターンは、第１のパターンに一致してよく、各第２の貫通孔は、対応する第１の貫通孔よりも大きいサイズであってよい。幾つかの更なる実施形態では、セラミック面板は、基板処理装置から基板処理シャワーヘッドを取り外す必要なく基板処理シャワーヘッドから取り外し可能であるように構成して良い。
【０００７】
幾つかの更なる実施形態では、各第２の貫通孔は、少なくとも、対応する第１の貫通孔の直径に０．０４インチ（約０．１０１６センチ）を加えたものと、対応する第１の貫通孔の直径の２倍とのうちの大きい方である直径を有して良い。ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、第１の貫通孔は、０．０２インチ（約０．０５０８センチ）から０．０６インチ（約０．１５２４センチ）の直径を有して良い。ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、第１の貫通孔は、おおよそ０．０５インチ（約０．１２７センチ）の直径を有して良い。
【０００８】
ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、電極は、ガス分配装置が基板処理シャワーヘッドに装着されたときに基板処理シャワーヘッドの反対を向くセラミック面板の面からおおよそ０．０５インチ（約０．１２７センチ）の深さでセラミック面板に埋め込んでよい。ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、電極は、おおよそ０．００２インチ（約０．００５０８センチ）の厚さであってよい。
【０００９】
ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、電極は、ガス分配装置が基板処理シャワーヘッドに装着されたときに基板処理シャワーヘッドの方を向く導電性板の面上に位置する１つ以上の電気接触パッチを除いてセラミック材料に完全に封入してよい。ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、ガス分配装置は、１本以上の導電性経路を含んでよい。該１本以上の導電性経路は、１つ以上の電気接触パッチと導電接触していてよく、導電性経路の少なくとも一部分は、基板処理シャワーヘッドねの電極電源又は接地源との導電性接触界面を提供するために露出させてよい。
【００１０】
ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、ガス分配装置は、導電性接触界面に電気的に接続可能なＤＣ電圧源を含んでよい。ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、ＤＣ電圧源は、０から２００ボルトまでの間の１つ以上のＤＣ電圧を供給するように構成してよい。
【００１１】
ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、ガス分配装置は、接触リングと、１本以上の支持棒とを含んでよい。接触リング及び１本以上の支持棒は、導電性であってよく、１本以上の支持棒は、それぞれ、電極の１つ以上の電気接触パッチのうちの異なる接触パッチと導電接触していてよく、各支持棒は、導電性経路を通じて接触リングに電気的に接続してよい。また、セラミック面板は、セラミック面板が基板処理シャワーヘッドに装着されたときに基板の反対を向く開口端をそれぞれ含む１つ以上の支持棒止まり穴を含んでよい。各支持棒止まり穴は、電極を終点とすることができ、各支持棒止まり穴は、１本以上の支持棒のうちの対応する支持棒を受けるように構成してもよい。
【００１２】
ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、ガス分配装置は、裏板も含んでよい。裏板は、接触リングと、及び基板処理シャワーヘッドのガス分配心棒又はガス分配心棒スリーブと機械的に境界を接するように構成してよい。裏板は、接触リングからガス分配心棒又はガス分配心棒スリーブへの導電性経路を形成してもよい。
【００１３】
ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、セラミック面板は、セラミック面板の中心近くに位置付けられ且つ基板処理シャワーヘッドのガス分配心棒の相補的機械的界面と嵌り合うように構成された機械的界面を含んでよい。セラミック面板が基板処理シャワーヘッドに装着されたときに、機械的界面と相補的機械的界面とは、嵌まり合うことができ、ガス分配心棒は、嵌まり合った機械的界面及び相補的機械的界面を通じてセラミック面板の中心を支えてもよい。
【００１４】
ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、ガス分配装置は、ガス分配心棒と、ガス分配心棒スリーブとを含んでよい。ガス分配心棒は、滑り界面を通じてガス分配心棒スリーブと嵌まり合うことができ、滑り界面は、ガス分配心棒スリーブに対するガス分配心棒の滑動を抑制するバネを含んでよい。ガス分配心棒スリーブとセラミック面板とは、互いに対して、及び滑り界面の進行方向に沿った動きに対して空間的に実質的に固定することができ、セラミック面板の中心に提供される支えの大きさは、バネの変位によって支配しても良い。
【００１５】
ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、接触リングは、接触リングを基板処理シャワーヘッドに剛結合するように構成された界面特徴を含むことができ、支持棒は、接触リングをセラミック面板に対して支えてよく、逆に前記セラミック面板を前記接触リングに対して支えてよい。
【００１６】
ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、界面特徴は、接触リングの周縁近辺に形成されたねじ切りされた界面と、接触リングの周縁近辺に形成されたバイヨネット式の取り付け具と、接触リングの周縁近辺において間隔を空けてパターンに配されたねじ式の締結特徴とからなる群から選択してよい。
【００１７】
ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、ガス分配装置は、ＲＦつばを含んでよい。ＲＦつばは、導電性材料で作成することができ、セラミック面板の直径よりも大きく且つ接触リングの内径よりも小さい直径を有する薄壁状の輪を含んでよい。ＲＦつばは、複数の内側つばタブも含むことができ、各内側つばタブは、薄壁状の輪からセラミック面板に向かって突き出し、セラミック面板に重なり、薄壁状の輪の中心軸に垂直な面に実質的に平行である。ＲＦつばは、複数の外側つばタブも含むことができ、各外側つばタブは、薄壁状の輪からセラミック面板の反対に突き出し、接触リングに重なり、薄壁状の輪の中心軸に垂直な面に実質的に平行である。
【００１８】
ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、薄壁状の輪は、輪状の全体形状を形成するために端と端とが合わさるように配置された１つ以上の部分で形成してよい。ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、各外側つばタブは、ＲＦつばの周縁近辺において、対をなす隣り合う内側つばタブの間のおおよそ中間に位置付けてよい。ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、各内側つばタブは、ＲＦつばの周縁近辺において、対をなす隣り合う外側つばタブの間のおおよそ中間に位置付けてよい。
【００１９】
ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、ガス分配装置は、少なくとも１つのヒータ素子を含んでよい。該少なくとも１つのヒータ素子は、セラミック面板に埋め込むことができ、電極に電気的に接触していなくてよく、どの第１の貫通孔とも交わらない経路をたどることができ、少なくとも０．０４インチ（約０．１０１６センチ）と、第１の貫通孔の半径とのうちの大きい方である最短距離を各第１の貫通孔から維持してよい。
【００２０】
ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、ガス分配装置は、ガス分配装置のセラミック部分に埋め込まれたヒータ素子を含んでよい。この実施形態のヒータ素子は、第１のパターンの第１の貫通孔を実質的に取り巻くことができ、基板処理シャワーヘッドの最外呼び径の極めて近くに位置付けてよい。
【００２１】
ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、ガス分配装置は、セラミック裏板を含んでよい。セラミック面板とセラミック裏板とは、一体の面板／裏板を形成するために、セラミック面板の外径及びセラミック裏板の外径と実質的に同じ外径を有する環状のセラミック壁によって合体させてよい。一体の面板／裏板内には、シャワーヘッドプレナム空間が存在していてよく、第１の貫通孔は、このシャワーヘッドプレナム空間に流体的に接触していてよい。セラミック裏板は、少なくとも１つの機械的界面特徴を含むことができ、該特徴は、一体の面板／裏板の外径よりも大幅に小さい第１の直径の近辺に位置付けられ、一体の面板／裏板を基板処理シャワーヘッドの心棒に剛結合するように構成される。
【００２２】
ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、ガス分配装置は、ＲＦガスケットと、シールとを含んでよい。少なくとも１つの機械的界面特徴は、セラミック裏板内の実質円形のポートの近辺に位置付けられたねじ切りされた又はバイヨネット式の取り付け具を含んでよい。シールは、実質円形のポートの最内径と、少なくとも１つの機械的界面特徴の最外径との間に位置付けることができ、ＲＦガスケットは、少なくとも１つの機械的界面特徴の最外径と、シールとの間に位置付けてよい。
【００２３】
ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、ガス分配装置は、更に、複数のねじと、シールとを含んでよい。少なくとも１つの機械的界面特徴は、穴パターンに配されたねじ穴特徴を含むことができ、各ねじ穴特徴は、ねじの１本を受けるように構成される。ねじ穴特徴は、セラミック裏板内の実質円形のポートの近辺に位置付けることができ、シールは、穴パターンと、実質円形のポートの最内径との間に位置付けてよい。この実施形態の幾つかの更なる実施形態では、ガス分配装置は、ＲＦピンを含んでよい。ＲＦピンは、電極に導電接触していてよく、セラミック面板からシャワーヘッドプレナム空間内へ突き出すことができ、少なくとも１つの機械的界面特徴を通じて一体の面板／裏板が心棒に接続されたときに導電方式で心棒に接触するのに十分な長さであってよい。
【００２４】
ガス分配装置の幾つかの更なる実施形態では、ガス分配装置は、更に、バッフル板を含むものとしてもよい。バッフル板は、シャワーヘッドプレナム空間内に位置付けることができ、セラミック裏板から間隔を空けてセラミック裏板に対して実質的に中心合わせすることができ、心棒の内径よりも大きい最外径を有してもよい。
【００２５】
幾つかの実施形態では、基板処理装置が提供される。基板処理装置は、プロセスチャンバと、上に及び本文書の全体を通して説明されるようなガス分配装置と、台座とを含むものとしてもよい。ガス分配装置及び台座は、実質的にプロセスチャンバ内に位置付けるものとしてよい。
【００２６】
基板処理装置の幾つかの更なる実施形態では、ガス分配装置の電極は、ＤＣ電圧源に及び接地インピーダンスに電気的に接続してよく、台座内の台座電極は、ＲＦ電源に電気的に接続してよい。
【００２７】
基板処理装置の幾つかの更なる実施形態では、基板処理装置は、第１の端と第２の端とを伴うガス分配心棒を含むものとしてよい。第１の端は、ガス分配心棒の第２の端の反対側であってよく、プロセスチャンバの頂部に接続するものとしてよい。ガス分配心棒の第２の端は、ガス分配装置に接続するものとしてよい。ガス分配装置は、プロセスチャンバの頂部からガス分配心棒を取り外すことなくガス分配心棒から取り外し可能であってよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
本明細書で説明される内容の１つ以上の実施形態の詳細が、添付の図面及び以下の説明で述べられる。説明、図面、及び特許請求の範囲から、その他の特徴、態様、及び利点が明らかになる。
【００２９】
【図１】半導体プロセスチャンバのハイレベル切開図である。
【００３０】
【図２Ａ】ハイブリッドセラミックシャワーヘッドを等角投影法を用いて示す切開図である。
【００３１】
【図２Ｂ】ハイブリッドセラミックシャワーヘッドを等角投影法を用いて示す図であり、詳細図２Ｂ’が差し込まれた図である。
【００３２】
【００３３】
【図２Ｃ】ハイブリッドセラミックシャワーヘッドの切開側面図である。
【００３４】
【図２Ｄ】ハイブリッドセラミックシャワーヘッドを等角投影法を用いて示す図である。
【００３５】
【図２Ｅ】図２Ｄに示されたハイブリッドセラミックシャワーヘッドを分解組立表示を使用して示す図である。
【００３６】
【図２Ｆ】セラミック面板及び地板／電力面の断面図であり、詳細図２Ｆ’が差し込まれた図である。
【００３７】
【００３８】
【図３Ａ】裏板を等角投影法を用いて示す図である。
【００３９】
【図３Ｂ】心棒スリーブを取り付けられた裏板を等角投影法を用いて示す図である。
【００４０】
【図３Ｃ】セラミック面板アセンブリを等角投影法を用いて示す図である。
【００４１】
【図３Ｄ】ガス分配心棒を取り付けられたセラミック面板アセンブリを等角投影法を用いて示す図である。
【００４２】
【図４Ａ】本明細書で説明される構成部品を作成するために使用す可能な製造プロセスの様々な段階の一つを示した図である。
【図４Ｂ】本明細書で説明される構成部品を作成するために使用す可能な製造プロセスの様々な段階の一つを示した図である。
【図４Ｃ】本明細書で説明される構成部品を作成するために使用す可能な製造プロセスの様々な段階の一つを示した図である。
【図４Ｄ】本明細書で説明される構成部品を作成するために使用す可能な製造プロセスの様々な段階の一つを示した図である。
【図４Ｅ】本明細書で説明される構成部品を作成するために使用す可能な製造プロセスの様々な段階の一つを示した図である。
【図４Ｆ】本明細書で説明される構成部品を作成するために使用す可能な製造プロセスの様々な段階の一つを示した図である。
【図４Ｇ】本明細書で説明される構成部品を作成するために使用す可能な製造プロセスの様々な段階の一つを示した図である。
【図４Ｈ】本明細書で説明される構成部品を作成するために使用す可能な製造プロセスの様々な段階の一つを示した図である。
【図４Ｉ】本明細書で説明される構成部品を作成するために使用す可能な製造プロセスの様々な段階の一つを示した図である。
【図４Ｊ】本明細書で説明される構成部品を作成するために使用す可能な製造プロセスの様々な段階の一つを示した図である。
【００４３】
【図５Ａ】別の実施形態のハイブリッドセラミックシャワーヘッドを等角投影法を用いて示す図である。
【００４４】
【図５Ｂ】図５Ａに示された実施形態を等角投影法を用いて示す組立分解図である。
【００４５】
【図５Ｃ】図５Ａに示された実施形態を等角投影法を用いて示す切開図である。
【００４６】
【図５Ｄ】図５Ａに示された実施形態のセラミック面板アセンブリの底面図である。
【図５Ｅ】図５Ａに示された実施形態のセラミック面板アセンブリの上面図である。
【００４７】
【図５Ｆ】図５Ｄ及び図５Ｅに示したセラミック面板アセンブリを等角投影法を用いて示す図である。
【００４８】
【図５Ｇ】図５Ｆのセラミック面板アセンブリを等角投影法を用いて示す組立分解図である。
【００４９】
【図６】別の実施形態のハイブリッドセラミックシャワーヘッド設計の概念的な断面図である。
【００５０】
【図７】別の実施形態のハイブリッドセラミックシャワーヘッド設計の概念的な断面図である。
【００５１】
【図８Ａ】半導体処理チャンバのハイレベル図である。
【図８Ｂ】半導体処理チャンバのハイレベル図である。
【図８Ｃ】半導体処理チャンバのハイレベル図である。
【００５２】
【図８Ｄ】図８Ａ〜８Ｃからの各種の条件を表にまとめた図である。
【００５３】
図２Ａ〜３Ｄ’及び図５Ａ〜５Ｇは、原寸比例の図である。ただし、厳密な縮尺は、図ごとに異なるかもしれない。これらの図は、本明細書で説明される技術及び装置を実現するための幾つかの異なるやり方を伝えることを意図しており、図示された実施形態のみに開示内容を限定するものと解釈されてはならない。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
次に、本発明の具体的な実施形態が詳しく言及される。具体的な実施形態の例が、添付の図面に示されている。本発明は、これらの具体的な実施形態に関連付けて説明されるが、これは、このような具体的な実施形態に本発明を限定することを意図していないことを理解されるべきである。反対に、これは、代替形態、変更形態、及び等価形態を、添付の特許請求の範囲に定められる発明の趣旨及び範囲に含まれうるものとして網羅することを意図している。以下の説明では、本発明の完全な理解を与えるために、数々の具体的詳細が述べられている。本発明は、これらの詳細の一部または全部を伴わずとも実施可能である。また、本発明を不必要に不明瞭にしないように、周知のプロセス動作の詳細な説明は省かれている。
【００５５】
半導体処理では、エッチング停止層としてハードマスクが使用される。アッシャブルハードマスク（ＡＨＭ）は、その役目を果たした後にアッシングと呼ばれる技術によって除去可能な化学組成を有する。アッシャブルハードマスクは、炭素及び水素と、微量の１種以上のドーパント（例えば窒素、フッ素、ホウ素、ケイ素）とで構成されるのが一般的である。これらのハードマスクのなかの結合構造は、デポジション条件に応じてｓｐ２（グラファイト状）からｓｐ３（ダイヤモンド状）まで幅があってよい、又は両者の混合であってよい。
【００５６】
代表的な応用では、エッチング後において、ハードマスクは、その役目を果たした後に下位の誘電体酸化物（例えばＳｉＯ２）から除去されなくてはならない。これは、少なくとも一部には、「プラズマアッシング」又は「ドライストリッピング」とも呼ばれるアッシングによって達成されるのが一般的である。アッシングされるべきハードマスクを伴う基板は、一部加工された半導体ウエハであるのが一般的であり、真空下でチャンバ内に置かれ、酸素を導入され、酸素ラジカル（プラズマ）を発生させる高周波数電力を印加される。ラジカルは、ハードマスクと反応してそれを酸化させ、水、一酸化炭素、及び二酸化炭素にする。場合によっては、例えば、アッシャブルハードマスクがアッシング単独では除去することができない残留物を残したときに、アッシングに続いて追加のウェットエッチングプロセス又はドライエッチングプロセスを実施することによってハードマスクの完全な除去を達成するものとしてよい。
【００５７】
ＡＨＭプロセスは、処理されているウエハ付近において、高温すなわち５００〜６５０℃の発生を伴うことが多い。半導体加工ツールによく使用される６０００シリーズアルミニウム合金などのアルミニウム合金の融点は、６４５〜６６０℃の範囲であることが多く、したがって、このようなＡＨＭ処理温度に曝される構成部品に使用するには不適切だろう。
【００５８】
ＡＨＭプロセスは、米国特許出願第１／３１８，２６９号、米国特許出願第１２／０４８，９６７号、米国特許出願第１１／４４９，９８３号、米国特許出願第１１／６１２，３８２号、米国特許出願第１１／７１０，３７７号、米国特許出願第１１／８４９，２０８号、米国特許出願第１２／１６３，６７０号、米国特許出願第１２／３３４，２２０号、米国特許出願第１２／１３３，２２３号、及び米国特許出願第１２／７８６，８４２で更に詳しく説明されており、これらの出願は、全て、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００５９】
本出願で論じられる実施形態にしたがって構成されたシャワーヘッドは、ＡＨＭプロセスなどの高温半導体加工プロセスにおけるパフォーマンスを向上させるとともに、クリーンング及びメインテナンスを更に容易にすることができる。
【００６０】
ＡＨＭ、及びその他の半導体加工プロセスは、通常は、プロセスチャンバ又はリアクタチャンバともよく呼ばれるリアクタ内で実施される。リアクタは、ウエハ処理の際の制御環境を提供することができ、ウエハ処理の際に使用される様々な機械的及び電気的システムを含むものとしてよい。リアクタの一実施形態のハイレベル概略図が、図１に示されている。リアクタ１００は、台座１１０上にウエハ１０５を受けることができ、台座１１０は、処理動作の際のウエハ１０５の移動又はズレを防ぐために、チャックを含むものとしてよい。台座１１０は、台座１１０への／からのウエハ１０５の装荷／除荷を促すために、又はウエハ１０５とシャワーヘッド１１５との間に最適な間隔を確立するために、駆動アクチュエータによって上昇させる又は下降させるものとしてよい。ガス入口１２０によって供給されるプロセスガスは、シャワーヘッド１１５によってウエハ１０５の表面全域に分配するものとしてよい。リアクタ１００内のガスは、真空ポンプ又は真空源の使用を通じて排気するものとしてよい。
【００６１】
図１に示されたリアクタは、半導体加工プロセスに使用可能なリアクタの一実施形態に過ぎない。必要に応じて更なる構成部品が追加可能であり、なかには、全ての場合に必ずしも必要ではない構成部品もある。また、図示された構造は、リアクタの設計ごとに著しく異なってよく、例えば、シャワーヘッド１１５は、「シャンデリア」型のシャワーヘッドとして示されているが、代わりに、「埋め込み式」シャワーヘッドであってもよい。本開示は、図示されて論じられる実施形態のみに限定されると解釈されるべきではなく、総じて、あらゆるタイプの半導体加工プロセス及びツールに適用可能である。
【００６２】
半導体加工では、多くの場合、処理を経ている半導体ウエハ又は基板の上をデポジションガス及びエッチングガスなどのプロセスガスが一様に又は被制御式に流されることが必要とされる。そのためには、ガス分配器とも呼ばれる「シャワーヘッド」ガスフローマニホールドを使用して、ウエハの表面全域にプロセスガスを分配するものとしてよい。プロセスガスは、シャワーヘッドから流出させてウエハ全域に分配することができ、ウエハは、シャワーヘッドを収容しているプロセスチャンバのなかで台座アセンブリによって支えるものとしてよい。ウエハ全域へのプロセスガスの分配は、シャワーヘッド内部からウエハへのガスの流れを方向付けるガス分配穴のパターンを通じて達成するものとしてよい。
【００６３】
多くのシャワーヘッドは、限られた寿命の構成部品（ＬＬＣ）であり、例えばシャワーヘッドの幾何学形状及びパフォーマンスを徐々に変化させるデポジション動作又はエッチング動作などの様々なプロセス工程から引き起こされるシャワーヘッドの劣化ゆえに、定期的な交換（限られた寿命の構成部品の交換、すなわちＬＬＣＥ）を必要とするだろう。ＬＬＣＥ前にシャワーヘッドによって処理されうるウエハの数は、可変であり、通常は、例えば６５，０００枚から１００，０００枚にわたるだろうが、ＬＬＣＥ前に最多で６００，０００枚ものウエハの処理に使用可能なシャワーヘッドもある。シャワーヘッドは、また、ウエハ処理動作の間で定期的なクリーニングサイクルを経ることもでき、このようなサイクルは、例えば、２５〜１００ウエハ処理サイクルおきに生じるだろう。シャワーヘッドの寿命は、処理中に曝される環境の種類、クリーニング動作の頻度、及び半導体メーカのプロセス品質要件などの多くの要因に依存するだろう。
【００６４】
シャワーヘッドのＬＬＣＥは、シャワーヘッドプレナム内に集まる望ましくない微粒子、ウエハに面するシャワーヘッド表面内に生じてプラズマの形成に影響を及ぼす表面のばらつき、シャワーヘッド面板内に位置付けられるガス分配穴の寸法のばらつき、並びにプロセスの可制御性及び歩留りに影響を及ぼすその他の要因などの数々の要因ゆえに必要になるだろう。
【００６５】
ＡＨＭ処理中に遭遇されるだろう熱的環境は、その他のタイプの半導体加工よりも厳しいゆえに、ＡＨＭプロセスにおいて従来のシャワーヘッドを使用して処理可能なウエハの数は、例えば１０，０００枚から２０，０００枚までの間のように、大幅に少ないだろう。これは、シャワーヘッド交換を更に頻繁にし、その結果、構成部品の費用の増加、及びＬＬＣＥが起きている際の製造機会の喪失をもたらす恐れがある。セラミックシャワーヘッド面板に埋め込まれたＲＦ電極を特徴とするハイブリッドセラミック（ＨＣ）シャワーヘッドは、ＡＨＭを背景とするなかではもちろん、シャワーヘッド機器に対して同様に過酷な環境条件を課すその他の半導体プロセスのなかでも長寿命シャワーヘッドの解決策を提供するものとしてよい。
【００６６】
図２Ａ〜２Ｆは、ＨＣシャワーヘッド２００の一実施形態を様々に示した図である。ＨＣシャワーヘッド２００は、図２Ａ及び図２Ｂの等角断面図に示されるように、裏板２０２と、セラミック面板アセンブリ２１０と、ガス分配心棒２１２とを含むものとしてよい。裏板２０２は、心棒スリーブ２２０につなぐものとしてよい。セラミック面板アセンブリ２１０は、セラミック面板２１４と、電極としても知られる埋め込み地板／電力面２１６と、接触リング２１８とを含むものとしてよい。ガス分配心棒２１２は、心棒スリーブ２２０と、セラミック面板アセンブリ２１０との間に架かるものとしてよい。ガス分配心棒２１２は、「埋め込み式」シャワーヘッドである場合のＨＣシャワーヘッド２００の実施形態では、省略する又は大幅に短くするものとしてよい。
【００６７】
ウエハ処理が行われるプロセスチャンバ内には、様々なウエハ処理段階においてプラズマ環境が形成されるだろう。ＨＣシャワーヘッド２００は、したがって、プラズマ環境に曝されるだろう、及び／又はプラズマ環境を形成するために使用されるだろう。例えば、一構成では、ＨＣシャワーヘッド２００又はそのなかの構成部品は、プラズマを放電させるために使用されるＲＦ電源として使用するものとしてよい。台座、又は処理チャンバ内のその他の構造は、このような状況では、ＲＦ接地として使用するものとしてよい。その他の構成では、ＨＣシャワーヘッド２００又はそのなかの構成要素は、ＲＦ接地として使用することができ、台座、又は処理チャンバ内のその他の構造は、プラズマを発生させるためのＲＦ電力を供給するために使用するものとしてよい。
【００６８】
プラズマは、処理されているウエハの付近で様々なプロセスガスを活性化させるために使用するものとしてよい。プロセスガスの時期尚早な、すなわちＨＣシャワーヘッド２００によるウエハ表面上へのプロセスガスの分配前における活性化を防ぐために、ＨＣシャワーヘッド２００は、ＨＣシャワーヘッド２００の容積内自体にプラズマを誘発するかもしれないあらゆる漂遊ＲＦエネルギからプロセスガスを遮断する。ＨＣシャワーヘッド２００は、ＨＣシャワーヘッド２００の内部容積の周りにファラデーケージが形成されるように構築するものとしてよい。ファラデーケージの実現を通じて、プロセスチャンバ内におけるプラズマ処理からのＲＦエネルギがＨＣシャワーヘッド２００の内部体積内でアーク放電する機会が排除される又は大幅に軽減されるだろう。ＨＣシャワーヘッド２００の内部体積内における、プロセスガスの時期尚早な活性化の防止は、プロセスガスと、ＨＣシャワーヘッド２００の内壁との間における化学的相互作用の量を軽減するものとしてよい。
【００６９】
図２Ａ〜図２Ｆに描かれた実施形態では、地板／電力面２１６、接触リング２１８、裏板２０２、及び心棒スリーブ２２０における導電性材料の使用を通じて、ＨＣシャワーヘッド２００内に、ファラデーケージを形成するものとしてよい。これらの構造は、ＨＣシャワーヘッド電極２００の内部を漂遊ＲＦエネルギから遮断する連続した導電性経路を形成するように構成するものとしてよい。ファラデーケージのなかの、ガス分配のためのガス分配穴２２２などの穿孔は、それらの穿孔を通じたＲＦ漏出が最小限に抑えられる又は排除されるようにサイズ決定するものとしてよい。
【００７０】
図２Ａについて言及すると、裏板２０２は、円盤状の裏壁２０４を含む実質的に放射対称性のパーツであり、裏壁２０４は、その縁において円筒壁２０６に移行する。「円盤状」及び「円筒壁」という用語は、これらの特徴の全体形状を説明するために使用されるが、一方では、例えば僅かに先細る又は円錐形の裏壁及び円筒壁はもちろん、このような構造間の斜面及び隅肉／丸みなどの移行表面などの実質的に同様な構造を含むことも意図している。図２Ａは、溶接継ぎ目２０８で溶接されて裏板２０２を形成する個別の裏壁２０４及び円筒壁２０６を示しており、裏板２０２は、１つの一体パーツとして製造するものとしてよい、又は２つ以上の構成要素から製造するものとしてよい。例えば、裏板２０２は、固体アルミニウムの塊から機械加工するものとしてよい。図３Ａ及び図３Ａ’は、裏板２０２を等角投影法で描いた図である。非溶接型の裏板構造には、溶接継ぎ目２０８は存在しないだろう。
【００７１】
図２Ｂについて言及すると、裏板２０２の裏壁２０４は、裏壁２０４の中心エリアに穴を含むものとしてよい。該穴は、その穴の内縁部と、ガス分配心棒２１２の外表面との間に環状のガスフロー間隙を維持しつつ、その穴にガス分配心棒２１２が挿入されることを可能にするようにサイズ決定するものとしてよい。穴は、また、図２Ｂに示されるように、裏板２０２への心棒スリーブ２２０の装着を可能にするようにもサイズ決定するものとしてよい。穴は、裏板２０２への心棒スリーブ２２０の装着を促すための段又はその他の特徴を含むものとしてよい。心棒スリーブ２２０は、裏板２０２に溶接、ろう接、拡散接合、又はその他のやり方で融着するものとしてよい。ガス分配心棒２１２が無くガスが単純に心棒スリーブ２２０に導入されるヴァリエーションなどのその他の構成も考えられる。図３Ｂ及び図３Ｂ’は、裏板２０２及び心棒スリーブ２２０を等角投影法を用いて描いた２つの図である。
【００７２】
心棒スリーブ２２０は、実質的に円筒形状であってよい。心棒スリーブ２２０は、第１の内径を伴うガス分配領域と、第２の内径を伴うガス分配心棒界面領域とを含むものとしてよい。第１の内径は、ガス分配心棒２１２の外表面と、心棒スリーブ２２０の内表面との間に環状のガスフロー間隔を形成するようにサイズ決定することができ、第１の内径は、裏板２０２の裏壁内の穴の直径とおおよそ同じ直径であってよい。第２の内径は、ガス分配心棒２１２と、心棒スリーブ２２０のガス分配領域との間の滑り係合を可能にするようにサイズ決定するものとしてよい。
【００７３】
裏板２０２及び心棒スリーブ２２０は、アルミニウムで製造するものとしてよいが、その他の伝導性材料も使用するものとしてよい。アルミニウムは、機械加工が容易であり、比較的安価であり、フッ素に曝されたときに材料浸食を受けるのではなく不動態化アルミニウムフッ化物（ＡｌＦ３）層を構築するゆえに、本用途に特によく適している。
【００７４】
図２Ａ〜図２Ｆに示された実施形態では、セラミック面板アセンブリ２１０は、実質的に環状の円盤である。上記のように、セラミック面板アセンブリ２１０は、セラミック面板２１４と、地板／電力面２１６と、接触リング２１８とを含むものとしてよい。地板／電力面２１６は、セラミック面板２１４に埋め込むものとしてよい。図２Ｅは、ＨＣシャワーヘッド２００の組立分解図を示しており、更なる詳細のために参照するものとしてよい。図３Ｃ及び図３Ｃ’は、セラミック面板アセンブリ２１０を等角投影法を用いて描いた２つの図である。
【００７５】
図２Ｂ、図２Ｂ’、及び図２Ｅに示されるように、接触リング２１８上の支持棒ポスト２４４は、セラミック面板２１４の支持棒止まり穴２４６を通じてセラミック面板２１４を通り抜けることができ、接触パッチ２３２を介して地板／電力面２１６に電気的に接触していてよい。地板／電力面２１６は、例えば拡散接合又はろう接を使用して、接触パッチ２３２のところで支持棒２４４に融着するものとしてよい。導電接合を確立するその他の同等な融着技術を使用することもできる。接触リング２１８上の支持棒２４４は、接触リング２１８とは別に製造されて、後ほど接触リング２１８に接合するものとしてよい。例えば、接触リング２１８は、次いで接触リング２１８に取り付けられる支持棒ポスト２４４をそれぞれ受けるように設計された１つ以上の穴を含むものとしてよい。接触リング２１８への支持棒ポスト２４４の結合は、例えば、融着やろう接のように永久的であってよい、又は例えばねじ式の結合やねじのように可逆的であってよい。接触リング２１８及び支持棒２４４は、ＲＦ電源又は接地源がガス分配心棒２１２及び／又は支持棒スリーブ２２０から電極に到達するための１本又は複数本の導電性経路を提供するものとしてよい。この１本又は複数本の導電性経路と、ガス分配心棒２１２及び／又は心棒スリーブ２２０との間に導電性を提供するために、導電性のねじ特徴、ＲＦガスケット、又は接触ピンなどの、導電性の接触界面を使用するものとしてよい。
【００７６】
接触リング２１８は、図２Ａ〜２Ｆでは実質的に矩形の断面を有するが、その他の断面を使用することもできる。支持棒ポスト２４４が突き出している表面に追加して、接触リング２１８は、セラミック面板アセンブリ２１０を裏板２０２に機械的に及び電気的に接続するように設計された界面特徴を伴うように構成可能な外表面２３０も含むものとしてよい。例えば、接触リング２１８の外表面が、ねじ切りされ、対応する裏板２０２の内表面が、突き合わされるねじ特徴を含むことによって、これら２つのパーツ間のねじ式の係合を可能にするものとしてよい。その他のタイプの機械的及び電気的接続を使用することもでき、例えば、バイヨネット式の接続又はねじを使用することもできる。
【００７７】
地板／電力面２１６及びセラミック面板２１４は、ともに、パターンに配された小さなガス分配穴２２２を含むものとしてよい。一実施形態では、地板／電力面２１６及びセラミック面板２１４の全域におおよそ３０００個のガス分配穴を分布させることができ、両パーツ上の穴パターンは、位置が揃うように設計するものとしてよい。ただし、地板／電力面２１６内のガス分配穴の穴直径は、対応するセラミック面板２１４内のガス分配穴２２２よりも大きい直径であってよい。
【００７８】
図２Ｆは、セラミック面板アセンブリ２１０の切開図を示しており、その断面は、地板／電力面２１６の面全体に平行であり、地板／電力面２１６と交わっている。地板／電力面２１６を示すために、網掛けが使用されており、セラミック面板２１４は、網掛けされていない。挿入図２Ｆ’は、セラミック面板アセンブリ２１０の一部分を拡大表示している。図からわかるように、地板／電力面２１６は、ガス分配穴２２２よりも大きい直径の穴２５０を特徴としてよい。これは、破線の円として示された接触パッチ２３２を別として、地板／電力面２１６がセラミック面板２１４に完全に封入されることを可能にするだろう。
【００７９】
一実施形態では、セラミック面板２１４内のガス分配穴２２２は、直径が０．０５０インチ（約０．１２７センチ）であってよく、対応する地板／電力面２１６内のガス分配穴２５０は、直径が０．１００インチ（約０．２５４センチ）であってよい。その他のガス分配穴サイズも同様に使用することができ、例えば、直径が０．０２インチ（約０．０５０８センチ）から０．０６インチ（約０．１５２４センチ）までの範囲のサイズを使用するものとしてよい。原則として、地板／電力面２１６内の穴２５０は、対応するセラミック面板２１４内のガス分配穴２２２の１００％の直径又はそれよりも大きい直径であればよいが、ただし、地板／電力面２１６内の穴２５０は、セラミック面板２１４内のガス分配穴２７５よりも少なくとも０．０４インチ（約０．１０１６センチ）大きい直径であることが望ましい。
【００８０】
ガス分配穴２２２は、格子配列、極性配列、らせん、心ずれしたらせん、六角形配列などの幾つかの異なる構成のうちの任意に配置するものとしてよい。穴配置は、シャワーヘッドの場所に応じて穴密度が異なってよい。所望のガス流量に応じて、場所ごとに異なる直径のガス分配穴を使用するものとしてよい。図２Ｆに描かれた実施形態では、ガス分配穴２２２は、全て同じ呼び径であり、直径及び穴の数が異なる穴サークルを使用してパターン化されている。
【００８１】
ガス分配穴２２２は、セラミック面板２１４の厚みのなかで直径を変化させることもできる。例えば、ガス分配穴２２２は、裏板２０２に面したセラミック面板２１４の面上では第１の直径であって、ガス分配穴２２２がセラミック面板２１４の反対側から出るときは第２の直径であってよい。第１の直径は、第２の直径よりも大きくてよい。ガス分配穴のサイズが変化する可能性にかかわらず、地板／電力面２１６内の穴２５０は、地板／電力面２１６と同じ面内で測定されるセラミック面板２１４内のガス分配穴２２２の直径に相対的にサイズ決定するものとしてよい。
【００８２】
幾つかの実施形態では、地板／電力面２１６に追加して、ヒータ素子をセラミック面板２１４に埋め込むものとしてよい。ヒータ素子は、地板／電力面２１６に電気的に接触していなくてよく、セラミック面板２１４からのセラミック材料の介在によって地板／電力面２１６から絶縁するものとしてよい。
【００８３】
ヒータは、１００〜２４０Ｖの交流を使用した被制御式の閉ループヒータコントローラを通じて通電するものとしてよい。ヒータコントローラは、既定の温度設定点にプログラムすることができ、温度は、熱電対などの温度センサを通じてヒータコントローラに報告することができ、電力は、その設定点を維持するためにオンオフ切り替えするものとしてよい。
【００８４】
図３Ａ及び図３Ａ’は、裏板２０２の等角図及び偏角背面図をそれぞれ示している。図３Ｂ及び図３Ｂ’は、図３Ａ及び図３Ａ’の図に対応してはいるものの、心棒スリーブ２２０を取り付けられた状態を示している。図３Ｃ及び図３Ｃ’は、セラミック面板アセンブリ２１０の等角図及び偏角背面図をそれぞれ示している。
【００８５】
図２Ａ〜２Ｅに示されるように、ガス分配心棒２１２は、セラミック面板アセンブリ２１０と、心棒スリーブ２２０のガス分配領域との間に架かるものとしてよい。図３Ｄ及び図３Ｄ’は、セラミック面板アセンブリ２１０及びそれに取り付けられたガス分配心棒２１２を描いた２つの等角図を示している。ガス分配心棒２１２は、実質的に円筒形状であってよく、その大部分が中空であってよい。ガス分配心棒２１２の一端２３５は、中空領域へのガスの流入を可能にするために１本以上のプロセスガス入口供給線路を取り付けるための接続点を特徴としてよい。ガス分配心棒２１２は、また、１つ以上のプロセスガス入口供給部を通じてガス分配心棒２１２の中空領域に導入されたプロセスガスが心棒スリーブ２２０とガス分配心棒２１２の外表面との間の環状のガスフロー間隙に逃げ込むことを可能にするように構成された複数の穴特徴２２４も特徴としてよい。複数の穴特徴２２４は、ガス分配心棒２１２の直径を突っ切って穿孔された穴を含むことができ、各穴の中心線は、その前の穴に直交していてよい。穴は、例えば、ガス分配心棒２１２の各側に１つずつで合計１２個の穴をそれぞれ含む６つの貫通孔であってよい。例えば、内部にガス分配心棒を伴わない心棒スリーブのような、その他の構成の心棒も使用するものとしてよい。
【００８６】
ガス分配心棒２１２は、また、セラミック面板２１４と境界を接するための境界エリアも含むものとしてよい。例えば、ガス分配心棒２１２は、その一端に、ＨＣシャワーヘッド２００の反対を向いたセラミック面板２１４の面内の中心穴周りの浅い座ぐりに入れ子式に入るように構成された突縁又は肩部を含むものとしてよい。ガス分配心棒２１２は、また、セラミック面板２１４の中心穴の側壁にも滑り嵌め又は締まり嵌めの形で係合するものとしてよい。
【００８７】
ガス分配心棒２１２は、また、温度効果に起因して生じるかもしれないセラミック面板２１４の下垂又は反りを打ち消すように構成されたバイアス構成部品も含むものとしてよい。バイアス構成部品は、図２Ａにおけるバネ２０１などのバネであってよい。
【００８８】
ガス分配心棒２１２は、また、セラミック面板アセンブリ２１０から接地又は電源のいずれかへの追加の又は代替の導電性経路を提供するために、地板／電力面２１６に電気的に接続することもできる。
【００８９】
上記のように、地板／電力面は、セラミック面板に埋め込むものとしてよい。埋め込みは、例えば、機械加工プロセス、焼結プロセス、拡散接合プロセス、及び／又はろう接プロセスを使用し、幾つかの段階を経てセラミック面板を形成することによって達成するものとしてよい。図４Ａ〜４Ｊは、様々な製造段階におけるセラミック面板アセンブリ４１０の断面図を示している。便宜上、図２Ａ〜２Ｆに示された構造と同様な構造は、下２桁を共通とする数字を振られている。すなわち、図２Ａ〜２Ｆにおけるセラミック面板２１４は、図４Ａ〜４Ｊにおけるセラミック面板４１４と同様である。この取り決めは、単純に、読者が参照しやすいためのものであり、いかなる意味でも制限的だとみなされるべきでない。
【００９０】
図４Ａは、組み立て後におけるセラミック面板アセンブリ４１０の切開図を示している。図４Ｂ〜４Ｊは、図４Ａに示された構成部品を様々な製造段階を経て示したものである。
【００９１】
図４Ｂは、製造プロセスの早い段階におけるセラミック面板４１４を示している。セラミック材料は、様々なガス分配穴４２２と、ガス分配心棒用の中心穴とともに、例えば円盤などの面板の全体形状に形成するものとしてよい（図４Ｉ及び図４Ｊを参照せよ）。早い段階のセラミック面板４１４は、粉末状態のセラミック材料を所望の粗形状に静水圧プレスして、次いでその粗形状をグリーン機械加工することによって形成するものとしてよい。グリーン機械加工された粗形状は、次いで、焼結されて、必要に応じて仕上げ機械加工するものとしてよい。これらのプロセス、又は類似のプロセスは、地板／電力面４１６に関して以下で概略を述べられる後続の処理段階、又は後続のセラミック面板４１４の形成においても使用するものとしてよい。
【００９２】
部分的に形成されたセラミック面板４１４の上面には、地板／電力面凹所４５２を形成するものとしてよい。地板／電力面凹所４５２は、幾つかの実施形態では、地板／電力面４１６の頂部、すなわち地板／電力面４１６のうちウエハ処理エリアから最も遠い面が、セラミック面板４１４の外面、すなわちセラミック面板４１４のうちウエハ処理エリアに最も近い表面からおおよそ０．０５０インチ（約０．１２７センチ）であるように位置付けるものとしてよい。その他の地板／電力面−面板オフセット距離もまた、同様に使用することができ、例えば、セラミック面板の面から０．０２インチ（約０．０５０８センチ）のように近い距離を使用することもできる。
【００９３】
図４Ｃは、図４Ｂに示されたのと同じ段階におけるセラミック面板４１４を示しており、ただし、ここでは、地板／電力面４１６が、地板／電力面凹所４５２内に形成されている。地板／電力面４１６は、例えば、０．００２インチ（約０．００５０８センチ）の厚さであってよいが、その他の厚さも考えられる。
【００９４】
部分的に形成されたセラミック面板４１４への地板／電力面４１６の埋め込みに続いて、地板／電力面４１６は、更なるセラミック材料の追加を通じて封入するものとしてよい。図４Ｄに示されるように、地板／電力面４１６は、地板／電力面４１６のうち支持棒貫通孔４４６を通じて露出されているだろう部分を除いてセラミック材料に完全に封入するものとしてよい。ガス分配穴４２２は、図４Ｄに示されるように、直径が変化するように形成するものとしてよい。ガス分配穴４２２は、しかしながら、単一直径であってもよい。更に進んで形成されたセラミック面板４１４の上表面内には、随意のヒータ凹所４５４を形成するものとしてよい。封入は、地板／電力面４１６に被せてセラミック材料を蒸着させる追加の焼結工程を通じて行なうものとしてよい、又は部分的に形成されたセラミック面板４１４と、該部分的に形成されたセラミック面板４１４にセラミック材料の拡散接合、ろう接、若しくは溶射を使用して接合するものとしてよい別個に形成された対応するセラミック面板４１４部分との間に地板／電力面４１６を挟むことを通じて行なうものとしてよい。
【００９５】
図４Ｅは、抵抗性ヒータ素子４５６用の材料をヒータ凹所４５４に埋め込むものとしてよい随意の処理工程を示している。ヒータ素子４５６は、随意であり、ＨＣシャワーヘッドによっては、ヒータ素子４５６又はヒータ凹所４５４を含まないものもある。ヒータ素子は、セラミック面内に敷かれた又はセラミック面内の通路上若しくは凹所内に形成された蛇行状の配線又は経路の形態をとるものとしてよい。ヒータ素子は、セラミック面板を通る回り道の形態をとるものとしてよい。また、幾つかのヒータ素子は、面板に埋め込まれて個別に制御されることが可能である。幾つかの実施形態では、共通の終点を有し且つ並列に動作する幾つかのヒータ素子を面板に埋め込むものとしてよい。（１つ以上の）ヒータ素子は、そのヒータ素子に電流が流れたときに熱を発生させるのに十分な電気抵抗を有する導電性材料で形成するものとしてよい。ヒータ素子は、また、熱膨張の問題を回避するために、その埋め込み先であるセラミックのＣＴＥと同様なＣＴＥを有する材料で作成することもできる。ヒータ素子材料としては、例えば、タングステン又はモリブデンの使用が適しているだろう。
【００９６】
ヒータ素子は、使用されるセラミックの熱膨張係数に非常に近い熱膨張係数を有する導電性材料などの、多種多様な材料で作成するものとしてよい。ヒータ素子によっては、例えば、タングステン及びモリブデンを使用することもできる。
【００９７】
図４Ｆは、セラミック材料の最終層の受け入れ後におけるセラミック面板４１４を示している。地板／電力面４１６及び随意のヒータ素子４５６は、ともに、導電性接触経路部分を例外とする可能性を除いてセラミック面板４１４用のセラミック材料に完全に封入するものとしてよい。封入は、地板／電力面４１６を封入するために使用されたのと同様なやり方で実現するものとしてよい。セラミック面板４１４は、例えば、焼結が完了したときの厚さの公称値が０．２６０インチ（約０．６６０４センチ）であってよい。
【００９８】
図４Ｇは、接触リング４１８がセラミック面板４１４の頂部へ下降される様子を示しており、支持棒４４４は、地板／電力面４１６に接触するために、支持棒貫通孔４４６に挿入するものとしてよい。支持棒４４４は、次いで、図４Ｈに示されるように、領域４５８において地板／電力面４１６に接合するものとしてよい。領域４５８内で過度なストレスを引き起こすことなくセラミック面板４１４が熱膨張することを可能にするために、接触リング４１８の大部分と、セラミック面板４１４との間には、例えば０．０４０インチ（約０．１０１６センチ）の間隙を形成するものとしてよい。
【００９９】
図４Ｉは、セラミック面板アセンブリ４１０へのガス分配心棒４１２の挿入を示している。図４Ｊは、ガス分配心棒４１２を伴う完全に組み立てられた状態のセラミック面板アセンブリ４１０を示している。
【０１００】
セラミック面板アセンブリ２１０又は４１０に含まれる構成部品、及び本明細書で論じられるその他のセラミック面板に含まれる構成部品は、多種多様な材料で製造するものとしてよい。
【０１０１】
セラミック面板２１４又は４１４は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）、又はシリコン炭化物で製造するものとしてよい。フッ素による攻撃に対する強い抵抗性と、高温すなわち５００〜６００℃における優れた寸法安定性とを示すその他の材料を使用することもできる。使用される特定のセラミックは、特定の半導体処理用途で使用されるプロセスガスとの化学的相互作用を回避するように選択される必要があるだろう。この用途に使用可能なセラミックの更なる例として、窒化ホウ素（ＢＮ）及びアルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）が挙げられるが、これらの材料は、製造上の問題ゆえに、実現するのが困難だろう。
【０１０２】
地板／電力面２１６又は４１６、及び地板／電力面２１６又は４１６に至る導電性経路の構成要素は、例えば、タングステン又はモリブデンで製造するものとしてよい。高温抵抗性と、セラミック面板材料と同様な熱膨張係数とを有するその他の導電性材料を使用することもできる。地板／電力面２１６又は４１６は、セラミック面板２１４又は４１４に埋め込むことができ、セラミック面板２１４又は４１４によって保護されるだろうゆえに、地板／電力面２１６又は４１６は、フッ素による攻撃に対して抵抗性の材料で作成する必要はない。地板／電力面２１６又は４１６に至る導電性経路のうちセラミック面板２１４又は４１４に封入されていないだろう部分は、ニッケルめっきなどの保護コーティングで被膜することができ、これは、プロセスガスへの暴露ゆえの導電性経路への損傷を防ぐ又は軽減するものとしてよい。例えば、金、プラチナ、パラジウム、又はイリジウムのように、昇温における腐食及び酸化に対する抵抗性を維持する貴金属のコーティングなどの、その他の保護コーティングを使用することもできる。
【０１０３】
抵抗性ヒータ素子４５６は、例えばタングステン又はモリブデンで製造するものとしてよい。高温抵抗性と、セラミック面板材料と同様な熱膨張係数とを有するその他の導電性材料を使用することもできる。抵抗性ヒータ素子４５６は、セラミック面板２１４又は４１４に埋め込むことができ、セラミック面板２１４又は４１４によって保護されるだろうゆえに、抵抗性ヒータ素子４５６は、フッ素による攻撃に対して抵抗性の材料で作成する必要はない。ただし、抵抗性ヒータ素子又は抵抗性ヒータ素子に通じる導体のうちプロセスガスに暴露されるだろう部分は、ニッケルめっきなどの保護コーティングで被膜される必要があるだろう。例えば、金、プラチナ、パラジウム、又はイリジウムのように、昇温における腐食及び酸化に対する抵抗性を維持する貴金属のコーティングなどの、その他の保護コーティングを使用することもできる。
【０１０４】
接触リング２１８又は４１８も、タングステン又はモリブデンで製造することができ、接触リング２１８又は４１８は、通常は、地板／電力面２１６又は４１６との接合に適合し且つ同様な熱膨張特性を有する材料で形成するものとしてよい。
【０１０５】
図５Ａ〜５Ｇは、ＨＣシャワーヘッドの別の一実施形態を示している。図５Ａからわかるように、ＨＣシャワーヘッド５００は、図２Ｄに示されたＨＣシャワーヘッド２００と外見上は類似している。ＨＣシャワーヘッド５００は、ガス分配心棒５１２につながれた裏板５０２を含む。入口５３６は、プロセスガスがＨＣシャワーヘッド５００の内部に導入されることを可能にする。
【０１０６】
図５Ｂは、ＨＣシャワーヘッド５００を等角投影法を用いて示す組立分解図である。裏板ねじ５０４を外すと、裏板５０２からの接触リング５１８の取り外しが可能になる。裏板５０２と接触リング５１８との間に挟まれたセラミック面板アセンブリ５１０は、接触リング５１８が取り外された後に解放するものとしてよい。裏板ねじ５０４は、接触リング５１８上のねじ穴に回し込むものとしてよい。セラミック面板アセンブリ５１０は、ＲＦつば５２０を含むことができ、該つばは、セラミック面板５１４を取り巻き且つその厚みよりもその直径のほうが著しく大きい（例えば、直径が数インチ／数十インチの規模であるのに対し、厚みは数千分の１又は数百分の１インチの規模である）薄壁状の輪の全体形状をとるものとしてよい。幾つかの実施形態では、ＲＦつば５２０は、端どうしを合わされて外観が環状を形成するように配された１つ以上の区分で形成するものとしてよい。例えば、ＲＦつば５２０は、１本の細長い片の端どうしを重ならせて輪形状にすることによって形成するものとしてよい。別の一例では、ＲＦつば５２０は、短めの４本の細長い片のそれぞれの端を隣接する細長い片の端に重ならせる又は極めて接近させることによって形成するものとしてよい。ＲＦつば５２０からは、外側つばタブ５２６が突き出すことができ、したがって、セラミック面板アセンブリ５１０が接触リング５１８と裏板５０２との間に挟まれたときに、裏板ねじ５０４は、外側つばタブ５２６の穴に通されて、外側つばタブ５２６を適所に固定するものとしてよい。これは、ＲＦつば５２０が外側つばタブ５２６を通じて裏板５０２に電気的に接触することを可能にする。
【０１０７】
図５Ｃは、ＨＣシャワーヘッド５００を等角投影法を用いて示す切開図である。図からわかるように、ガス分配心棒５１２は、裏板５０２とセラミック面板アセンブリ５１０との間のプレナム空間と流体的に連通している。裏板５０２は、裏板５０２の外周を走る環状溝５３２を特徴としてよい。環状溝５３２は、ＲＦつば５２０をセラミック面板アセンブリ５１０に取り付けるために使用される留め具（図５Ｆ及び図５Ｇにおける面板ねじ５２４を参照せよ）を回避するようにサイズ決定することができ、セラミック面板アセンブリ５１０との間に軽い圧縮性接触を形成する内縁部を含むものとしてよい。セラミック面板アセンブリ５１０は、セラミック面板５１４を含むことができ、該面板は、埋め込み地板／電力面５１６を含むものとしてよい。複数のガス分配穴５２２は、プレナムをＨＣシャワーヘッド５００の外側の周囲環境に流体的に接続するものとしてよい。
【０１０８】
図５Ｄ及び図５Ｅは、セラミック面板アセンブリ５１０の底面図及び上面図をそれぞれ示している。図示された実施形態では、ガス分配穴５２２は、セラミック面板アセンブリ５１０の直径のおおよそ３分の１以内のゾーンでは低密度のパターンを形成し、セラミック面板アセンブリ５１０の残りのエリアでは高密度パターンを形成している。位置合わせ用特徴５３８も見えており、これは、組み立ての際にセラミック面板アセンブリ５１０の構成部品を回転によって位置合わせするために使用するものとしてよい。
【０１０９】
図５Ｆは、セラミック面板アセンブリ５１０の等角上面図を示している。ＲＦつば５２０は、セラミック面板５１４及び裏板５０２が重大な歪み誘起ストレスを引き起こすことなく異なる量の膨張を生じることを可能にする。これは、加熱の大きい環境のなかで、裏板５０２又はセラミック面板アセンブリ５１０の温度誘起亀裂のリスクを伴わずにＨＣシャワーヘッド５００が使用されることを可能にするだろう。裏板５０２とセラミック面板アセンブリ５１０との間の熱膨張の不一致は、ＲＦつば５２０によって調整することができ、ＲＦつば５２０は、例えばアルミニウム、チタン、モリブデン、タングステン、又は抵抗性、浸透性、及び／若しくはクリープ（高弾性）特性が低いその他の材料で作成するものとしてよい。ＲＦつば５２０は、その薄さゆえに、非常に小さい負荷下で大きく反るかもしれず、これは、裏板５０２及びセラミック面板アセンブリ５１０のいずれにも重大なストレスを引き起こすことなくＲＦつば５２０が撓むことを可能にするだろう。ＲＦつば５２０の撓み性の増大を可能にするために、外側つばタブ５２６のおおよそ中ほどに、内側つばタブ５３０を配するものとしてよい、又はその逆に、内側つばタブ５３０の中ほどに、外側つばタブ５２６を配するものとしてよい。ＲＦつば５２０は、セラミック面板５１４に埋め込まれないだろうゆえに、ニッケルめっきなどの保護コーティングで被膜するものとしてよい。ＲＦつば５２０は、面板ねじ５２４及び内側つばタブ５３０を使用して、セラミック面板アセンブリ５１０に取り付けるものとしてよい。例えば、金、プラチナ、パラジウム、又はイリジウムのように、昇温における腐食及び酸化に対する抵抗性を維持する貴金属のコーティングなどの、その他の保護コーティングを使用することもできる。
【０１１０】
図５Ｇは、セラミック面板アセンブリ５１０を等角投影法を用いて示す組立分解図を示している。この実施形態におけるＲＦつば５２０の全体形状は、大きな薄壁状の輪すなわちリングであること、並びに内側つばタブ５３０及び外側つばタブ５２６は、輪の中心軸に垂直になるように曲げられていることがわかる。面板ねじ５２４は、必要に応じ、ワッシャ５４４及びロックワッシャ５４２を使用して補強するものとしてよい。
【０１１１】
セラミック面板５１４は、本出願で開示された埋め込み地板／電力面と同様な、埋め込み地板／電力面（セラミック面板に埋め込まれているゆえに、図には示されていない）を含むものとしてよい。埋め込み地板／電力面には、一連の導電性支持棒５４０が導電接触しているものとしてよい。導電性支持棒５４０は、埋め込み地板／電力面に接合されて、ニッケルめっきなどの保護コーティングで被膜するものとしてよい。例えば、金、プラチナ、パラジウム、又はイリジウムのように、昇温における腐食及び酸化に対する抵抗性を維持する貴金属のコーティングなどの、その他の保護コーティングを使用することもできる。導電性支持棒５４０（及び本明細書で論じられる埋め込み地板／電力面に接続されたその他の導電性構成要素）は、例えば、ろう接又は拡散接合された接続を使用して埋め込み地板／電力面に接合するものとしてよい。導電性支持棒５４０と、該環状の支持棒５４０を通される穴との間には、環状の間隙が存在するかもしれない。もし存在するならば、そのような間隙は、ニッケルめっきなどの保護コーティング材料で充填するものとしてよい。例えば、金、プラチナ、パラジウム、又はイリジウムのように、昇温における腐食及び酸化に対する抵抗性を維持する貴金属などの、その他の充填材料を使用することもできる。埋め込み地板／電力面にろう接される導電性支持棒５４０を特徴とする幾つかの実施形態では、間隙充填剤は、使用されるろう接材料と同じであってよい。これは、導電性支持棒と埋め込み地板／電力面との界面を密閉して、プロセスガスによる埋め込み地板／電力面への攻撃を防ぐものとしてよい。図５Ｇでは、このような保護用の間隙充填は示されていないが、環状の間隙が見えており、保護用の間隙充填を施す必要があると考えられる。ＬＬＣＥでは、セラミック面板５１４及びＲＦつば５２０を含むセラミック面板アセンブリ５１０を取り外して新しいユニットに交換するものとしてよい。
【０１１２】
図６は、ＨＣシャワーヘッドの別の一実施形態の概略断面図を示している。ＨＣシャワーヘッド６００は、例えばアルミナなどのセラミックで作成可能な一体の面板／裏板６５８を特徴とする。一体の面板／裏板６５８は、上述されたものと同様な構造を含むことができ、例えば、一体の面板／裏板６５８は、面板部分と、裏板部分と、これら２つの部分を合体させる環状の外壁とを含むものとしてよい。これらの部分の幾つかは、単体として製造することができ、製造の際に、例えば拡散接合などを通じてその他の部分と合体するものとしてよい。一体の面板／裏板６５８内には、シャワーヘッドプレナム空間を囲い込むものとしてよい。
【０１１３】
一体の面板／裏板６５８の面板部分は、パターンに配されたガス分配穴６２２を含むことができ、本文書で説明されたその他の実施形態の面板内の埋め込み地板／電力面と同様にセラミックに埋め込まれた埋め込み地板／電力面６１６を特徴としてよい。複数の導電性ビア６５４は、埋め込み地板／電力面６１６を、一体の面板／裏板６５８の裏板部分に埋め込まれた導電性経路６５２に接続するものとしてよい。導電性ビア６５４もまた、一体の面板／裏板６５８のセラミック部分に埋め込むものとしてよい。
【０１１４】
例えばアルミニウムで作成されたガス分配心棒６１２は、一体の面板／裏板６５８につなげるものとしてよい。ガス分配心棒６１２は、例えば、ねじ切りされた界面６５０などの機械的界面特徴を通じて一体の面板／裏板６５８につながるものとしてよい。バイヨネット式の界面などのその他の機械的界面特徴も使用するものとしてよい。一体の面板／裏板の裏板部分に開かれたポート、すなわち１つ以上の穿孔が、ガス分配心棒６１２からシャワーヘッドプレナム空間への流体流路を提供するものとしてよい。ポートは、実質的に円形の１つの開口であってよい、又は外観が円状のエリア内に実質的に収まる一群の開口であってよい。同様なポートは、その他の裏板部分又は裏板にも見られるだろう。ＲＦガスケット６４６は、一体の面板／裏板６５８に埋め込まれた導電性経路６５２と、ガス分配心棒６１２との間の電気的接触を提供するものとしてよい。ガス分配心棒６１２に付与された電力（又は接地）は、したがって、埋め込み地板／電力面６１６に伝わるものとしてよい。Ｏリングシール６４８は、ねじ切りされた界面６５０を通ってプロセスガスが漏出する事態を防ぐものとしてよい。一体の面板／裏板６５８にプレナム空間内には、例えば円形の又は円形に近い板のようなバッフル６３４が配されて、プレナムに送られるプロセスガスの均等な分配を助けるものとしてよい。バッフル板は、１本又は複数本の支持棒によって、裏板から間隔を空けるものとしてよい。一体の面板／裏板６５８には、その縁周りに抵抗性ヒータ素子６５６を埋め込むことができ、このようなヒータ素子は、導電性ビア６５４の内側又は外側に埋め込むものとしてよい。一体の面板／裏板６５８は、複数の部分で作成される必要があり、それらは、最終的な構成部品を形成するために、例えば拡散接合を通じて合体される。例えば、バッフル６３４は、一体の面板／裏板６５８の裏板部分にある穴に通らせて取り付けるには大きすぎるので、バッフル６３４は、一体の面板／裏板６５８が完全に組み立てられる前に装着するものとしてよい。一体の面板／裏板６５８の裏板部分にバッフル６３４が装着された後は、一体の面板／裏板６５８の面板部分は、裏板部分に接合されて、バッフルを一体の面板／裏板６５８内に封じるものとしてよい。
【０１１５】
ＨＣシャワーヘッド６００は、熱膨張の問題のリスクを小さくし、その他のＨＣシャワーヘッド設計と比べて改善されたＲＦ伝送路を提供するものとしてよい。例えば、一体の面板／裏板６５８と、ガス分配心棒６１２とが、ねじ切りされた界面６５０において合体するという事実、及びねじ切りされた界面６５０が、比較的小直径であるという事実ゆえに、（例えば、一体の面板／裏板６５８がアルミナで作成され、ガス分配心棒がアルミニウムで作成された場合における、）ガス分配心棒６１２と、一体の面板／裏板６５８との間の熱膨張特性の違いに起因する歪みの不一致の結果としてもたらされるこれら２つのパーツ間の相対的変位は、大幅に小さく、これは、熱的ストレスを大幅に軽減し、温度誘起亀裂のリスクを小さくするものとしてよい。このような設計では、ガス分配心棒６１２と、一体の面板／裏板６５８との間の熱膨張変位が、一体の面板／裏板６５８の外縁近くに位置する界面と比べて著しく低減されるだろうゆえに、ＲＦつば５２０は、不要だろう。
【０１１６】
図７は、一体の面板／裏板を特徴とする別のＨＣシャワーヘッドを示している。ＨＣシャワーヘッド７００は、図６に示された一体の面板／裏板６１４と同様であってよい一体の面板／裏板７５８を含むものとしてよい。例えば、一体の面板／裏板７５８は、図６のバッフル６３４と同様に構成されたバッフル７３４を含むものとしてよい。この特定の実施形態では、一体の面板／裏板７５８は、一体の面板／裏板６１４と比べて幾つかの追加特徴も含んでいる（そして、幾つかのその他の特徴を省かれている）。例えば、心棒７１２は、ボルト円を伴う突縁を介して一体の面板／裏板７５８につながるものとしてよい。心棒ねじ７６４は、一体の面板／裏板７５８内のねじ穴を介して心棒７１２を一体の面板／裏板７５８に固定するものとしてよい。Ｏリングシール７４８は、心棒７１２を通じてＨＣシャワーヘッド７００に送られるプロセスガスが突縁界面を通って漏出して心棒ねじ７６４を攻撃する事態を防ぐために使用するものとしてよい。
【０１１７】
一体の面板／裏板７５８の面板部分は、パターンに配されたガス分配穴７２２と、本明細書で説明されたその他の埋め込み地板／電力面と同様なやり方で埋め込み可能な埋め込み地板／電力面７１６とを含むものとしてよい。埋め込み地板／電力面７１６は、ＲＦ突部すなわちピン７６２を介して心棒７１２に導電接触することができ、該ピンは、埋め込み地板／電力面７１６に接合するものとしてよい。一体の面板／裏板７５８の面板部分は、また、図４Ｅにおける埋め込み抵抗性ヒータ素子４５６と同様な埋め込みヒータ素子７６０を含むこともできる。
【０１１８】
図８Ａ〜図８Ｃは、半導体処理装置のハイレベル図を示している。チャンバ８１０は、シャワーヘッド８３０及び台座８４０と境界を接する（１つ以上の）界面８２０を備えている。台座８４０によって、ウエハ８８０を支えるものとしてよい。図８Ａは、シャワーヘッドに電極を埋め込まれていない半導体処理装置の一実施形態を示しており、このような実施形態は、現在使用されている多くの処理装置に代表的なものだと考えられる。
【０１１９】
図８Ａでは、シャワーヘッド８３０は、電極を埋め込まれていない標準的なシャワーヘッドであると考えられ、カソードを形成するために、ＲＦ源８８５に接続するものとしてよい。台座８４０は、アノードとして機能することができ、接地インピーダンス８９０に接続するものとしてよい。接地インピーダンス８９０は、この議論の手前、ゼロであってよい（ただし、実際の実施形態では、非ゼロの接地インピーダンスを使用するものとしてよい）。このような配置において、もし、ＲＦ源８８５がおおよそ１００ＶのｅＳＨを提供し、台座８４０がおおよそ５ＶのｅＰＥＤに維持されるならば、プラズマ電位ｅＰは、おおよそ１０Ｖになり、ウエハ電圧ｅＷは、おおよそ７Ｖになるだろう。
【０１２０】
図８Ｂでは、台座８４０は、カソードを形成するために、ＲＦ源８８５に接続されており、図８Ｂにおける台座８４０は、埋め込み電極８６０を特徴としてよい。シャワーヘッド８３０は、アノードとして機能することができ、接地インピーダンス８９０に接続するものとしてよい。接地インピーダンス８９０は、上記のように、この議論のためにはゼロであってよい。図８Ｂに示された構成は、現在の一部のＡＨＭチャンバの代表的なものであると考えられる。このような実施形態では、ＲＦ源８８５から台座８４０にＲＦ電力を供給することによって、プラズマ８５０は、おおよそ１０ＶのｅＰに維持され、ウエハは、−７０Ｖの電位ｅＷに維持されるだろう。
【０１２１】
図８Ｃでは、シャワーヘッド８３０は、本文書で上述されたような、埋め込み電極８７０（埋め込み地板／電力面）を備えている。図に示された構成では、シャワーヘッド８３０は、アノードとして機能し、接地インピーダンス８９０を通じてチャンバ８１０に接地される。台座８４０は、図８Ｂにあるように、埋め込み電極８６０を含み、該電極は、ＲＦ源８８５に接続されている。ここまでに論じられたシナリオでは、図８Ｃにおいて、プラズマ電位ｅＰは、おおよそ−１０Ｖであり、ウエハ電位ｅＷは、おおよそー９０Ｖである。しかしながら、もし、埋め込み電極８７０にＤＣ電圧源ｅＺが印加される場合は、プラズマ電位ｅＰは、おおよそ１０Ｖにシフトし、ウエハ電位ｅＷは、おおよそー７０Ｖにシフトするだろう。これは、図８Ｂに示されるような、現在使用されている機器で達成される電位に相関しており、これは、ＨＣシャワーヘッドが、現在使用されているプロセスの適格性確認を必要とせずともそれらのプロセスに使用されることを可能にする。このようなバイアスを、広範囲のチャンバ形状及びＨＣシャワーヘッド設計に対して提供するためには、最大で約＋２００Ｖを供給可能なＤＣ電圧源を使用するものとしてよい。例えば、チャンバ壁とＨＣシャワーヘッドとの間の隔離距離は、必要とされうるＤＣ電圧バイアスの量に影響を及ぼすだろう。
【０１２２】
図８Ｄは、図８Ａ〜８Ｃのシステムのなかの様々な地点における各種の電圧をまとめたものである。第１の行は、電位ｅＺを含み、これは、接地（０）又はＤＣ電圧源の印加（２０）のいずれかに対応している。第２の行は、電位ｅＰを含み、これは、プラズマ電位に対応している。第３の行は、ウエハにおける電位ｅＷを含み、第４の行は、プラズマとウエハとの間の電位差ｅＰ−ｅＷを挙げている。表からわかるように、図８Ｃに示されるようにＤＣ電圧をシャワーヘッド電極に加えることによって、（ウエハ／プラズマの視点からの）プロセス電位条件は、図８Ｂの装置を使用して生成されるものを大きく反映したものになる。半導体処理チャンバにおける電極とプラズマとの相互作用については、例えば、B. Chapman, “GLOW DISCHARGE PROCESSES: SPUTTERING AND PLASMA ETCHING,” 162, (John Wiley & Sons, 1980)、H.R. Koenig and L.I. Maissel, “APPLICATION OF RF DISCHARGES TO SPUTTERING,” 14 IBM Journal of Research Development 168 (1970)、及びJ.W. Coburn and Eric Kay, 43 Journal of Applied Physics 4965 (1972)で更に論じられており、これらの文献は、その全体を参照によって本明細書に組み込まれる。
【０１２３】
ＨＣシャワーヘッドのなかのセラミック面板アセンブリ（或いは一部の実施形態では一体の面板／裏板）は、例えば完全に溶着されたユニットのように密閉されるのではなく、取り外し可能であるので、ＨＣシャワーヘッドの内部空間は、クリーニングのためにアクセスすることが可能だろう。
【０１２４】
クリーニング動作の際は、ＨＣシャワーヘッドをツールから取り外し、セラミック面板を取り外すものとしてよい。セラミック面板が取り外されると、シャワーヘッドの内部空間からの微粒子物質の除去が容易になるだろう。セラミック面板自体は、超音波クリーニングするものとしてよい。シャワーヘッド自体は、理論上は、無制限回数にわたって再利用することが可能だろうが、セラミック面板アセンブリは、定期的な交換が必要だろう。
【０１２５】
以上に説明された装置／プロセスは、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、光起電性パネルなどの加工又は製造のための、リソグラフィパターン化ツール又はプロセスと併用するものとしてよい。必ずしもそうとは限らないが、通常は、このようなツール／プロセスは、共通の加工施設のなかで併せて使用又は実施される。膜のリソグラフィパターン化は、通常は、（１）スピン又はスプレーツールを使用して、加工対象物にフォトレジストを塗布すること、（２）加熱板又は加熱炉又は紫外線硬化ツールを使用して、フォトレジストを硬化させること、（３）ウエハステッパなどのツールによって、可視光又は紫外線又はＸ線にフォトレジストを暴露させること、（４）レジストを選択的に除去してパターン化するために、ウェットベンチなどのツールを使用して、レジストを現像すること、（５）ドライ又はプラズマ強化式のエッチングツールを使用することによって、レジストパターンをその下の膜又は加工対象物に転写すること、並びに（６）ＲＦ又はマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを使用して、レジストを除去することのうちの幾つか又は全部を含み、各工程は、考えられる幾つかのツールによってそれぞれ可能にされるものである。更に、開示された方法は、開示された方法に先行する又はその後に続く、リソグラフィ及び／又はパターン化プロセスを伴うプロセスのなかで実施することもできる。
【０１２６】
幾つかの実施形態では、ＨＣシャワーヘッドは、リアクタ内に設置されて、プロセス動作を制御するための命令を有するシステムコントローラに接続するものとしてよい。システムコントローラは、通常は、１つ以上のメモリデバイスと、装置に様々な半導体加工プロセスを実施せるために命令を実行するように構成された１つ以上のプロセッサとを含む。システムコントローラには、プロセス動作を制御するための命令を含むマシン可読媒体を接続するものとしてよい。プロセッサは、ＣＰＵ又はコンピュータを含むことができ、また、１つ以上のアナログ及び／若しくはデジタル入出力接続やステッピングモータコントローラボードなどを含むものとしてよい、又はそれに可通信式に接続するものとしてよい。システムコントローラは、例えば、シャワーヘッドへのガス供給、台座の動き、リアクタを排気するための真空ポート吸引、プラズマ電極への電力及び周波数、並びに／又は特定の実施形態においてもし存在するならば加熱素子及び冷却素子を制御するように構成するものとしてよい。
【０１２７】
通常は、システムコントローラに、ユーザインターフェースが関連付けられる。ユーザインターフェースとしては、ディスプレイ画面、装置状態及び／又はプロセス条件のグラフィカルソフトウェア表示、並びにポインティングデバイス、キーボード、タッチ画面、マイクロフォンなどのユーザ入力装置などが挙げられる。システムコントローラは、本出願の図面に示されたもののように、ツール又はモジュールのなかに示された任意又は全部のコンポーネントに接続することができ、システムコントローラの配置及び接続性は、特定の実施形態に基づいて可変である。
【０１２８】
特定の実施形態では、システムコントローラは、処理チャンバ内の圧力を制御する。システムコントローラは、また、供給システムのなかのバルブ、液体供給コントローラ、及びＭＦＣを、並びに排気ラインのなかの流量制限バルブを調節することによって、チャンバ内の様々なプロセスガスの濃度を制御することもできる。システムコントローラは、タイミング、ガス及び液体の流量、チャンバ圧力、チャンバ／シャワーヘッド／台座／基板温度、並びに／又は例えば電極のＲＦ電圧及びＤＣ電圧などの特定のプロセスのその他のパラメータを制御するための命令セットを含むシステム制御ソフトウェアを実行する。実施形態によっては、コントローラに関連付けられたメモリデバイスに記憶されたその他のコンピュータプログラムを用いることもできる。特定の実施形態では、システムコントローラは、図に示された様々な装置への／からの基板の移送を制御する。
【０１２９】
プロセス手順に含まれるプロセスを制御するためのコンピュータプログラムコードは、例えばアセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎなどの従来の任意のコンピュータ可読プログラミング言語で書くことができる。プログラムのなかで特定されたタスクを実施するために、プロセッサによって、コンパイル済みのオブジェクトコード又はスクリプトが実行される。システムソフトウェアは、様々に設計又は構成するものとしてよい。例えば、説明されたプロセスを実行に移すために必要とされるチャンバ構成部品の動作を制御するために、様々なチャンバ構成部品サブルーチン又は制御オブジェクトを書くものとしてよい。この目的のためのプログラム又はプログラムセクションの例として、プロセスガス制御コード、圧力制御コード、及びプラズマ制御コードが挙げられる。
【０１３０】
コントローラパラメータは、例えば、各動作のタイミング、チャンバ内部の圧力、基板温度、プロセスガス流量、ＲＦ電力、及び上述されたその他のものなどのプロセス条件に関する。これらのパラメータは、レシピの形でユーザに提供されて、ユーザインターフェースを用いて入力するものとしてよい。プロセスを監視するための信号は、システムコントローラのアナログ及び／又はデジタル入力接続によって提供するものとしてよい。プロセスを制御するための信号は、装置のアナログ及びデジタル出力接続に載せて出力される。
【０１３１】
添付の図面を参照にして、本発明の幾つかの実施形態が詳細に説明されてきたが、本発明がこれらの厳密な実施形態に限定されないこと、並びに添付の特許請求の範囲に定められた発明の趣旨の範囲から逸脱することなく当業者によって様々な変更及び修正がなされうることが理解されるべきである。例えば、本発明は以下の適用として実施することも可能である。
［適用例１］
ガス分配装置であって、
基板処理シャワーヘッドのためのセラミック面板であって、前記セラミック面板が前記基板処理シャワーヘッドに装着され前記基板処理シャワーヘッドが基板処理装置に装着されたときに半導体プロセスガスを基板全域に分配するように構成された第１のパターンの第１の貫通孔を含むセラミック面板と、
第２のパターンの第２の貫通孔を含む電極であって、前記セラミック面板に埋め込まれ、前記第２のパターンは、前記第１のパターンに一致し、各第２の貫通孔は、前記対応する第１の貫通孔よりも大きいサイズである、電極と、
を備えるガス分配装置。
［適用例２］
適用例１に記載のガス分配装置であって、
前記セラミック面板は、基板処理装置から前記基板処理シャワーヘッドを取り外す必要なく前記基板処理シャワーヘッドから取り外し可能であるように構成される、ガス分配装置。
［適用例３］
適用例１に記載のガス分配装置であって、
各第２の貫通孔は、少なくとも、前記対応する第１の貫通孔の直径に０．０４インチ（約０．１０１６センチ）を加えたものと、前記対応する第１の貫通孔の直径の２倍とのうちの大きい方である直径を有する、ガス分配装置。
［適用例４］
適用例１に記載のガス分配装置であって、
前記第１の貫通孔は、おおよそ０．０５インチ（約０．１２７センチ）の直径を有する、ガス分配装置。
［適用例５］
適用例１に記載のガス分配装置であって、
前記第１の貫通孔は、０．０２インチ（約０．０５０８センチ）から０．０６インチ（約０．１５２４センチ）の直径を有する、ガス分配装置。
［適用例６］
適用例１に記載のガス分配装置であって、
前記電極は、前記ガス分配装置が前記基板処理シャワーヘッドに装着されたときに前記基板処理シャワーヘッドの反対を向く前記セラミック面板の面からおおよそ０．０５インチ（約０．１２７センチ）の深さで前記セラミック面板に埋め込まれる、ガス分配装置。
［適用例７］
適用例１に記載のガス分配装置であって、
前記電極は、おおよそ０．００２インチ（約０．００５０８センチ）の厚さである、ガス分配装置。
［適用例８］
適用例１に記載のガス分配装置であって、
前記電極は、前記ガス分配装置が前記基板処理シャワーヘッドに装着されたときに前記基板処理シャワーヘッドの方を向く前記導電性板の面上に位置する１つ以上の電気接触パッチを除いてセラミック材料に完全に封入される、ガス分配装置。
［適用例９］
適用例８に記載のガス分配装置であって、更に、
１本以上の導電性経路を備え、
前記１本以上の導電性経路は、前記１つ以上の電気接触パッチと導電接触しており、
前記導電性経路の少なくとも一部分は、前記基板処理シャワーヘッドの電極電源又は接地源との導電性接触界面を提供するために露出される、ガス分配装置。
［適用例１０］
適用例９に記載のガス分配装置であって、更に、
前記導電性接触界面に電気的に接続されたＤＣ電圧源を備えるガス分配装置。
［適用例１１］
適用例１０に記載のガス分配装置であって、
前記ＤＣ電圧源は、０から２００ボルトまでの間の１つ以上のＤＣ電圧を供給するように構成される、ガス分配装置。
［適用例１２］
適用例８に記載のガス分配装置であって、更に、
接触リングと、１本以上の支持棒とを備え、
前記接触リング及び前記１本以上の支持棒は、導電性であり、
前記１本以上の支持棒は、それぞれ、前記電極の前記１つ以上の電気接触パッチのうちの異なる接触パッチと導電接触しており、
各支持棒は、導電性経路を通じて前記接触リングに電気的に接続され、
前記セラミック面板は、１つ以上の支持棒止まり穴であって、
各支持棒止まり穴は、前記セラミック面板が前記基板処理シャワーヘッドに装着されたときに前記基板の反対を向く開口端を含み、
各支持棒止まり穴は、前記電極を終点とし、
各支持棒止まり穴は、前記１本以上の支持棒のうちの対応する支持棒を受けるように構成される、１つ以上の支持棒止まり穴を含む、ガス分配装置。
［適用例１３］
適用例１２に記載のガス分配装置であって、更に、
裏板を備え、
前記裏板は、前記接触リングと機械的に境界を接するように構成され、
前記裏板は、前記基板処理シャワーヘッドのガス分配心棒又はガス分配心棒スリーブと機械的に境界を接するように構成され、
前記裏板は、前記接触リングから前記ガス分配心棒又はガス分配心棒スリーブへの導電性経路を形成する、ガス分配装置。
［適用例１４］
適用例１２に記載のガス分配装置であって、
前記セラミック面板は、前記セラミック面板の中心近くに位置付けられ且つ前記基板処理シャワーヘッドのガス分配心棒の相補的機械的界面と嵌り合うように構成された機械的界面を含み、
前記セラミック面板が前記基板処理シャワーヘッドに装着されたときに、前記機械的界面と前記相補的機械的界面とは、嵌まり合い、前記ガス分配心棒は、前記嵌まり合った前記機械的界面及び前記相補的機械的界面を通じて前記セラミック面板の中心を支える、ガス分配装置。
［適用例１５］
適用例１４に記載のガス分配装置であって、更に、
前記ガス分配心棒と、ガス分配心棒スリーブとを備え、
前記ガス分配心棒は、滑り界面を通じて前記ガス分配心棒スリーブと嵌まり合い、
前記滑り界面は、前記ガス分配心棒スリーブに対する前記ガス分配心棒の滑動を抑制するバネを含み、
前記ガス分配心棒スリーブと前記セラミック面板とは、互いに対して、及び前記滑り界面の進行方向に沿った動きに対して空間的に実質的に固定され、
前記セラミック面板の中心に提供される支えの大きさは、前記バネの変位によって支配される、ガス分配装置。
［適用例１６］
適用例１２に記載のガス分配装置であって、
前記接触リングは、前記接触リングを前記基板処理シャワーヘッドに剛結合するように構成された界面特徴を含み、
前記支持棒は、前記接触リングを前記セラミック面板に対して支え、逆に前記セラミック面板を前記接触リングに対して支える、ガス分配装置。
［適用例１７］
適用例１６に記載のガス分配装置であって、
前記界面特徴は、前記接触リングの周縁近辺に形成されたねじ切りされた界面と、前記接触リングの前記周縁近辺に形成されたバイヨネット式の取り付け具と、接触リングの前記周縁近辺において間隔を空けてパターンに配されたねじ式の締結特徴とからなる群から選択される、ガス分配装置。
［適用例１８］
適用例１２に記載のガス分配装置であって、更に、
ＲＦつばを備え、
前記ＲＦつばは、導電性材料で作成され、
前記セラミック面板よりも大きく且つ前記接触リングの内径よりも小さい直径を有する薄壁状の輪と、
複数の内側つばタブであって、各内側つばタブは、
前記薄壁状の輪から前記セラミック面板に向かって突き出し、
前記セラミック面板に重なり、
前記薄壁状の輪の中心軸に垂直な面に実質的に平行である、複数の内側つばタブと、
複数の外側つばタブであって、各外側つばタブは、
前記薄壁状の輪から前記セラミック面板の反対に突き出し、
前記接触リングに重なり、
前記薄壁状の輪の中心軸に垂直な面に実質的に平行である、複数の外側つばタブと、
を含む、ガス分配装置。
［適用例１９］
適用例１８に記載のガス分配装置であって、
前記薄壁状の輪は、輪状の全体形状を形成するために端と端とが合わさるように配置された１つ以上の部分で形成される、ガス分配装置。
［適用例２０］
適用例１８に記載のガス分配装置であって、
各外側つばタブは、前記ＲＦつばの周縁近辺において、対をなす隣り合う内側つばタブの間のおおよそ中間に位置付けられる、ガス分配装置。
［適用例２１］
適用例１８に記載のガス分配装置であって、
各内側つばタブは、前記ＲＦつばの周縁近辺において、対をなす隣り合う外側つばタブの間のおおよそ中間に位置付けられる、ガス分配装置。
［適用例２２］
適用例１に記載のガス分配装置であって、更に、
少なくとも１つのヒータ素子を備え、
前記少なくとも１つのヒータ素子は、
前記セラミック面板に埋め込まれ、
前記電極に電気的に接触しておらず、
前記第１の貫通孔のいずれとも交わらない経路をたどり、
少なくとも０．０４インチ（約０．１０１６センチ）と、前記第１の貫通孔の半径とのうちの大きい方である最短距離を各第１の貫通孔から維持する、ガス分配装置。
［適用例２３］
適用例１に記載のガス分配装置であって、更に、
前記ガス分配装置のセラミック部分に埋め込まれたヒータ素子を備え、
前記ヒータ素子は、前記第１のパターンの第１の貫通孔を実質的に取り巻き、前記基板処理シャワーヘッドの最外呼び径の極めて近くに位置付けられる、ガス分配装置。
［適用例２４］
適用例１に記載のガス分配装置であって、更に、
セラミック裏板を備え、
前記セラミック面板と前記セラミック裏板とは、一体の面板／裏板を形成するために、前記セラミック面板の外径及び前記セラミック裏板の外径と実質的に同じ外径を有する環状のセラミック壁によって合体され、
前記一体の面板／裏板内には、シャワーヘッドプレナム空間が存在し、
前記第１の貫通孔は、前記シャワーヘッドプレナム空間に流体的に接触しており、
前記セラミック裏板は、少なくとも１つの機械的界面特徴であって、
前記一体の面板／裏板の外径よりも大幅に小さい第１の直径の近辺に位置付けられ、
前記一体の面板／裏板を前記基板処理シャワーヘッドの心棒に剛結合するように構成される、少なくとも１つの機械的界面特徴を含む、ガス分配装置。
［適用例２５］
適用例２４に記載のガス分配装置であって、更に、
ＲＦガスケットと、シールとを備え、
前記少なくとも１つの機械的界面特徴は、前記セラミック裏板内の実質円形のポートの近辺に位置付けられたねじ切りされた又はバイヨネット式の取り付け具を含み、
前記シールは、前記実質円形のポートの最内径と、前記少なくとも１つの機械的界面特徴の最外径との間に位置付けられ、
前記ＲＦガスケットは、前記少なくとも１つの機械的界面特徴の最外径と、前記シールとの間に位置付けられる、ガス分配装置。
［適用例２６］
適用例２４に記載のガス分配装置であって、更に、
複数のねじと、シールとを備え、
前記少なくとも１つの機械的界面特徴は、穴パターンに配されたねじ穴特徴を含み、各穴特徴は、前記ねじの１本を受けるように構成され、
前記ねじ穴特徴は、前記セラミック裏板内の実質円形のポートの近辺に位置付けられ、
前記シールは、前記穴パターンと、前記実質円形のポートの最内径との間に位置付けられる、ガス分配装置。
［適用例２７］
適用例２６に記載のガス分配装置であって、更に、
ＲＦピンを備え、
前記ＲＦピンは、
前記電極に導電接触しており、
前記セラミック面板から前記シャワーヘッドプレナム空間内へ突き出し、
前記少なくとも１つの機械的界面特徴を通じて前記一体の面板／裏板が前記心棒に接続されたときに導電方式で前記心棒に接触するのに十分な長さである、ガス分配装置。
［適用例２８］
適用例２４に記載のガス分配装置であって、更に、
バッフル板を備え、
前記バッフル板は、
前記シャワーヘッドプレナム空間内に位置付けられ、
前記セラミック裏板から間隔を空けられて、前記セラミック裏板に対して実質的に中心合わせされ、
前記心棒の内径よりも大きい最外径を有する、ガス分配装置。
［適用例２９］
基板処理装置であって、
プロセスチャンバと、
適用例１に記載のガス分配装置と、
台座と、
を備え、前記ガス分配装置及び前記台座は、実質的に前記プロセスチャンバ内に位置付けられる、基板処理装置。
［適用例３０］
適用例２９に記載の基板処理装置であって、
前記ガス分配装置の前記電極は、ＤＣ電圧源に及び接地インピーダンスに電気的に接続され、
前記台座内の台座電極は、ＲＦ電源に電気的に接続される、基板処理装置。
［適用例３１］
適用例２９に記載の基板処理装置であって、更に、
第１の端と第２の端とを伴うガス分配心棒を備え、
前記第１の端は、前記ガス分配心棒の前記第２の端の反対側であり、
前記ガス分配心棒の前記第１の端は、前記プロセスチャンバの頂部に接続され、
前記ガス分配心棒の前記第２の端は、前記ガス分配装置に接続され、
前記ガス分配装置は、前記プロセスチャンバの前記頂部から前記ガス分配心棒を取り外すことなく前記ガス分配心棒から取り外し可能である、基板処理装置。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図４Ｊ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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