(57)【要約】      （修正有）【課題】熱膨張又は収縮によるシャワーヘッドの前面の輪郭の歪みを最小にするか又は排除する支持装置を提供する。【解決手段】第１の態様は、シャワーヘッド２２のリム５２を支持棚５４に載せることにより可動に支持される。第２の態様は、シャワーヘッドは複数のハンガーによりチャンバー壁から懸架され、スロット内をスライドするピンによりシャワーヘッド、チャンバー壁又はその両方に取り付けられ、ハンガーを半径方向にスライドさせることが許される。第３の態様は、シャワーヘッドは複数のロッド又は柔軟性ワイヤにより真空チャンバーの壁から懸架される。第４の態様は、シャワーヘッドの周囲付近で、シャワーヘッドより熱膨張係数が大きい第２材料に取り付けられる。第５の態様は、シャワーヘッドの後方にヒーターが取り付けられ、シャワーヘッドの上面と下面との間の温度差を減少するか、又はワークピースからシャワーヘッドへの熱伝達を減少する。【選択図】図２
2011089208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャワーヘッドを支持する装置において、
上方を向いた面を有する棚と、
周囲リム、上面、下面、及び該上面と下面との間に延びる１つ以上のガスオリフィスを有するシャワーヘッドと、
を備え、
上記シャワーヘッドの上記リムは、下方を向いた面を含み、更に、
上記シャワーヘッドは、上記シャワーヘッドの上記リムの上記下方を向いた面が上記棚の上記上方を向いた面に載せられ且つ上記シャワーヘッドの上記リムが上記棚の上記上方を向いた面に沿って自由にスライドするように配置された装置。
【請求項２】
上記シャワーヘッドの上記リムの上記下方を向いた面と上記棚の上記上面との間にベアリングを更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記シャワーヘッドの上記リムの上記下方を向いた面と上記棚の上記上面との間にベアリングを更に備え、上記ベアリングが、上記シャワーヘッドの上記リムの上記下方を向いた面と上記棚の上記上面との間の摩擦を減少させる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
上記シャワーヘッドの上記リムの上記下方を向いた面と上記棚の上記上面との間に滑走体を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
上記シャワーヘッドの上記リムの上記下方を向いた面と上記棚の上記上面との間に滑走体を更に備え、上記滑走体が、上記シャワーヘッドの上記リムの上記下方を向いた面と上記棚の上記上面との間の摩擦を減少させる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
上記シャワーヘッドの上記リムの上記下方を向いた面と上記棚の上記上面との間に滑走体と、
上記シャワーヘッドの上記リムの下面内にソケットと、
を更に備え、
上記滑走体は、上記ソケット内を自由に転がるように上記ソケットに嵌合されている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
上記シャワーヘッドの上記リムの上記下方を向いた面と上記棚の上記上面との間に滑走体と、
上記棚の上面内にソケットと、
を更に備え、
上記滑走体は、上記ソケット内を自由に転がるように上記ソケットに嵌合されている、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
上記滑走体は、ロッドである、請求項４〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
上記滑走体は、ボールを備える、請求項４〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
プラズマチャンバー内でシャワーヘッドを支持する方法において、
プラズマチャンバー内で、上方を向いた面を有する棚を設けるステップと、
上記プラズマチャンバー内で、周囲リム、上面、下面、及び該上面と下面との間に延びる１つ以上のガスオリフィスを有するシャワーヘッドを設けるステップであって、上記シャワーヘッドの央軌リムが下方に向いた面を含む、上記ステップと、
上記シャワーヘッドの上記リムの上記下方面が上記棚の上記上方を向いた面に載せられ且つ上記シャワーヘッドの上記リムが上記棚の上記上方を向いた面に沿って自由にスライドするように上記シャワーヘッドを配置するステップと、
を備える、方法。
【請求項１１】
上記シャワーヘッドの上記リムの上記下方面と上記棚の上記上面との間に滑走体を設けるステップを更に備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
上記シャワーヘッドの上記リムの上記下方面と上記棚の上記上面との間に滑走体を設け、上記滑走体が、上記シャワーヘッドの上記リムの上記下方面と上記棚の上記上面との間の摩擦を減少させる、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
上記シャワーヘッドの上記リムの上記下方面と上記棚の上記上面との間に滑走体を設けるステップと、
上記シャワーヘッドの上記リムの下面内にソケットを設けるステップと、
を更に備え、
上記滑走体は、上記ソケット内を自由に転がるように上記ソケットに嵌合されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
上記シャワーヘッドの上記リムの上記下方面と上記棚の上記上面との間に滑走体を設けるステップと、
上記棚の上面内にソケットを設けるステップと、
を更に備え、
上記滑走体は、上記ソケット内を自由に転がるように上記ソケットに嵌合されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
上記滑走体がロッドである、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
上記滑走体がボールを備える、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
フラットパネルディスプレイや集積回路のような電子デバイスは、通常、ワークピースに層を堆積する一連の堆積プロセスステップと、堆積された材料を希望のパターンにエッチングするエッチングプロセスステップとによって製造される。このようなプロセスは、一般に、真空チャンバー内で遂行される。
【０００２】
通常、堆積又はエッチングプロセスのための化学反応物は、集合的にプロセスガスと称される１つ以上のガスで構成され、これらのガスは、ワークピースの真上に配置されたシャワーヘッドを通して真空チャンバーへ付与される。このプロセスガスは、シャワーヘッドの表面にわたって分布された数百又は数千のオリフィスを経て付与され、ワークピース付近にプロセスガスの希望の空間分布を形成する。
【０００３】
プラズマプロセスでは、シャワーヘッドが、ＲＦ電源に電気的に接続されて、電極として機能してもよい。この場合には、シャワーヘッドとＲＦ電源との間に信頼性のある低インピーダンスの電気的接続を設けなければならない。
【０００４】
このようなＲＦ電力供給のシャワーヘッドが、チャン氏等に８９年８月８日に発行された、共通に譲渡された米国特許第４，８５４，２６３号に説明されている。
【０００５】
通常、ワークピースは、実質的にフラットであり、シャワーヘッドは、ワークピースに対向する表面（ここでは、シャワーヘッドの「前面」と称される）を有し、これも実質的にフラットである。或いは又、シャワーヘッドの前面は、ワークピースに対して実行される堆積又はエッチングプロセスの空間的均一性を最大にするよう意図された若干凸状又は凹状の曲率を有してもよい。
【０００６】
シャワーヘッドは、一般に、真空チャンバーで実行されるプロセスにより加熱される。非プラズマプロセスでは、ワークピースは、電気抵抗加熱又は放射加熱のような何らかの手段により加熱され、これは、一般に、シャワーヘッドへの熱伝達を生じさせる。プラズマプロセスでは、プラズマが付加的な熱源となる。
【０００７】
加熱は、一般にシャワーヘッドの熱膨張を引き起こし、シャワーヘッドの前面の元々の輪郭（即ち平坦さ又は曲率）を歪ませてしまう。このような歪みは、ワークピースに対して実行されるプロセスの空間的均一性を損なうことがあるので、望ましいものではない。
【０００８】
シャワーヘッドの前面の平坦さ又は曲率の歪みは、多くの従来設計のように、シャワーヘッドの周囲が真空チャンバーの壁に堅固に取り付けられた場合に、特に生じ易い。周囲が固定されるので、シャワーヘッドが熱膨張すると、シャワーヘッドの表面に曲がりが生じる。
【０００９】
このように熱膨張に応答してシャワーヘッドの前面の平坦さ又は曲率が歪む問題に対する１つの解決策は、本出願が優先権を請求するところの前記特許出願第０９／９２２，２１９号に説明されたような柔軟性シートによりシャワーヘッドを取り付けることである。
【００１０】
柔軟性シートは、シートへのダメージを回避するために取り扱いにある程度の注意を必要とする。従って、取り扱い易い別の設計が要望される。
【発明の概要】
【００１１】
好ましい実施形態の詳細な説明のセクション２及び３に述べる本発明の第１の態様においては、シャワーヘッド即ち拡散器が、シャワーヘッドリムを支持棚に載せることで支持される。シャワーヘッドリムは、支持棚の表面を自由にスライドし、これにより、シャワーヘッドは、温度変化に応答して半径方向に膨張及び収縮することができ、シャワーヘッドがチャンバーに固定されて非スライド取り付けされた場合に生じる応力及び曲げ力はほとんど又は全く生じない。その結果、本発明は、熱膨張又は収縮によるシャワーヘッドの前面の輪郭（即ち平坦さ又は曲率）の歪みを最小にするか又は排除することができる。
【００１２】
詳細な説明のセクション４に述べる本発明の第２の態様においては、スロット内をスライドするピンによりシャワーヘッド、チャンバー壁又はその両方に取り付けられた複数のハンガーによりチャンバー壁からシャワーヘッドが懸架され、ハンガーは、半径方向のシャワーヘッドの熱膨張を受け容れるように半径方向にスライドすることが許容される。
【００１３】
詳細な説明のセクション５に述べる本発明の第３の態様においては、複数の柔軟性ワイヤにより真空チャンバーの壁からシャワーヘッドが懸架される。
【００１４】
詳細な説明のセクション６に述べる本発明の第４の態様においては、複数のロッドにより真空チャンバーの壁からシャワーヘッドが懸架される。各ロッドの上端は、第１の関節ジョイントを経て真空チャンバーに取り付けられると共に、各ロッドの下端は、第２の関節ジョイントを経てシャワーヘッドに取り付けられる。関節ジョイントは、シャワーヘッドの熱膨張に応答してロッドが枢着回転するのを許容する。
【００１５】
詳細な説明のセクション７に述べる本発明の第５の態様においては、シャワーヘッドが、その周囲付近で、シャワーヘッドより熱膨張係数の大きい第２の材料に固定される。この第２材料は、一般に、シャワーヘッド程は加熱されないが、その大きな熱膨張係数は、チャンバー内で行われるプロセスからの熱に応答してシャワーヘッドとほぼ同じ量だけ膨張できるようにする。シャワーヘッドを取り付けるこの設計は、スライド式又は柔軟性懸架を必要とせずに、シャワーヘッドの熱膨張を受け容れる。
【００１６】
詳細な説明のセクション８に述べる本発明の第６の態様においては、シャワーヘッドの後方にヒーターが取り付けられる。ヒーターの１つの効果は、シャワーヘッドの温度を上昇させて、ワークピースからシャワーヘッドへの熱伝達を減少させることである。ヒーターの別の効果は、シャワーヘッドの前面が、チャンバー内で行なわれるプロセスからの熱伝達によりシャワーヘッドの後面より高温になるのを防止し、これにより、前面と後面との間の温度差で前面が曲がるのを減少又は排除できるようにすることである。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００１７】
１．プラズマチャンバーのあらまし
図１は、本発明の一実施形態により懸架されたシャワーヘッドを備えた真空チャンバーを示し、シャワーヘッドに固定されたハンガーが、チャンバー壁に固定された棚の上を自由にスライドするようにされる。新規な懸架体について説明する前に、真空チャンバーの他のコンポーネントを説明する。
【００１８】
真空チャンバーは、半導体又は他の電子デバイスをワークピース上に製造する一連のステップの中の１ステップである化学的プロセスをワークピース即ち基板１０に受けさせるよう意図される。ワークピースは、チャック又はサセプタとも称されるワークピース支持体１２によりチャンバー内に支持される。チャンバー内で処理されるワークピース１０は、その一般例として、フラットパネルディスプレイが製造される長方形ガラス基板、又は集積回路が製造される円形半導体ウェアを含む。
【００１９】
真空チャンバーは、チャンバー内部に対する真空包囲体を形成するハウジング又はチャンバー壁を有する。例示された実施形態では、チャンバーの側壁及び底壁が一体壁１４として実施される。チャンバー壁の最上部には、ヒンジ式の蓋１６と、ガス入口マニホールド最上壁１８とが設けられる。個人は、蓋１６を持ち上げることによりチャンバーの内部にアクセスすることができる。Ｏリング１９（幾つかは図示せず）は、側壁１４と蓋１６とガス入口マニホールド最上壁１８との間に真空シールを形成する。側壁及び底壁１４、蓋１６及びガス入口マニホールド最上壁１８は、全て、チャンバー壁の部分であると考えられる。
【００２０】
本明細書内でチャンバーのコンポーネントの異なる側又は面を参照するときには、ワークピースに面した方の側又は面と、ワークピースから離れた方の側又は面を指すのに各々「前」及び「後」という語を使用する。例えば、ワークピース支持体１２の上面は、ワークピース支持体の上面と称され、シャワーヘッド２２の下面及び上面は、各々、シャワーヘッドの前面２３及びシャワーヘッドの後面と称される。
【００２１】
ワークピース上に半導体デバイス又は他の電子デバイスを製造するプロセスを遂行するときには、１つ以上のガスがガス入口マニホールドを経てチャンバー内に付与される。ガス入口マニホールドは、ガスが貫通してガス入口マニホールドに入って来るところのガス入口マニホールド最上壁１８と、ガス入口マニホールドからプラズマチャンバーの内部へガスが貫通して流れるところのシャワーヘッド２２（拡散器又はガス分配プレートとも称される）とを備えている。ガス入口マニホールドは、更に、最上壁１８とシャワーヘッド２２との間に延びるガスシールを形成するガスシール側壁とも称されるガス入口マニホールド側壁も備えている。ガス入口マニホールド最上壁、側壁及びシャワーヘッドは、集合的に、ガス入口マニホールドの内部領域即ち充満部２６と称される容積部を包囲する。
【００２２】
図示されていない外部ガス源は、ガス入口マニホールド最上壁１８における少なくとも１つのガス入口オリフィス２８にプロセスガスを供給し、これを経てプロセスガスはガス入口マニホールドの充満部２６へ流れ込む。次いで、プロセスガスは、充満部から、シャワーヘッド２２における１つ以上の、通常、数百又は数千のガス出口オリフィス３０を経て、チャンバーの内部へ流れ込む。
【００２３】
図１から図５の実施形態では、ガス入口マニホールドのガスシール側壁は、チャンバー蓋１６の内面を覆う誘電体ライナー２４で主として構成される。図６の別の実施形態では、ガス入口マニホールドの側壁は、以下に説明するハンガー７０で主として構成される。図１２から図１４及び図１７から図２０の種々の実施形態では、柔軟性シート８８がガス入口マニホールドのガスシール側壁として機能する。
【００２４】
ガス入口マニホールドの側壁は、充分な気密シールを与え、即ちガス漏れを充分に防ぎ、ガス入口オリフィス２８を経て充満部へ流れ込むほとんどのガスが、ガス入口マニホールド側壁のギャップを経て漏れるのではなく、シャワーヘッドガス出口オリフィス３０を経て流れることにより、真空チャンバーの内部に入り込むようにしなければならない。受け容れられる漏れの量は、ワークピースにおいて実行されるプロセスに依存するが、ほとんどのプロセスでは、漏れが１０％未満でなければならない。即ち、ガス入口オリフィス２８を経て充満部に入るガスのうち、ガス入口マニホールド側壁を経て漏れるのは、１０％（１／１０）未満でなければならず、従って、少なくとも９０％のガスは、ガス出口オリフィス３０を経て真空チャンバーへ付与されねばならない。最悪でも、ガス入口マニホールド側壁を経て漏れるのは、充満部に入るガスの４０％以下でなければならない。
【００２５】
図示されていない従来の真空ポンプが、チャンバー内に希望の真空レベルを維持し、プロセスガス及び反応生成物をチャンバーから環状の排気スリット３２を経て環状の排気充満部３３へ、次いで、図示されていない排気チャンネルを経てポンプへと排気する。
【００２６】
ここに示す好ましい実施形態では、シャワーヘッド２２は、３ｃｍ厚みのアルミニウムプレートである。好ましくは、これは、チャンバー内に真空が形成されるときに大気圧のもとで著しく変形しないように充分な厚みでなければならない。
【００２７】
このようなチャンバー内で実行されるある形式のワークピース製造プロセス、例えば、化学気相堆積（熱ＣＶＤ）プロセスは、プラズマが存在しない状態で行われる。他の多くのプロセス、例えば、プラズマエンハンスト化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）やプラズマエッチングプロセスは、プラズマを必要とする。プラズマプロセスに使用するよう意図された真空チャンバーは、プラズマチャンバーと称される。
【００２８】
一形式のプラズマチャンバーでは、チャンバー内の電極に接続された高周波（ＲＦ）電源でプラズマへ電力を容量性結合することによりチャンバー内にプラズマが発生され又は持続される。このようなプラズマチャンバーでは、シャワーヘッドは、電気的に接地されたチャンバー壁に接続されるか、或いはチャンバー壁から電気的に絶縁されてＲＦ電源の非接地（ＲＦホット）出力へ電気的に接続されることにより、電極の１つとして一般的に機能する。従って、通常、１キロワット程度の高レベルの高周波電力を導通するに充分な導電率及び信頼性の電気的接触をシャワーヘッドに与えることが重要である。
【００２９】
シャワーヘッドのガス出口オリフィス３０は、プラズマチャンバー内のプラズマが、充満部２６、即ちシャワーヘッド２２とガス入口マニホールド最上壁１８との間のガス入口マニホールドの内部領域に入るのを防止するために、その直径がプラズマダークスペースの巾より小さくなければならない。ダークスペースの巾、ひいては、ガス出口オリフィスの最適直径は、チャンバーの圧力と、チャンバー内で実行することが望まれる特定の半導体製造プロセスの他のパラメータとに依存する。或いは又、特に解離が困難な反応ガスを使用してプラズマプロセスを実行するために、前記チャン氏等の米国特許第４，８５４，２６３号に説明されたように、狭い入口及びフレアの付いた広い出口を有するオリフィスを使用することが望ましい。
【００３０】
又、ガス入口マニホールドは、ガス入口オリフィス２８より直径が若干大きく且つ図示されないポストによりオリフィスの下に懸架された円盤３４より成るガス入口偏向板も含むのが好ましい。この偏向板は、ガスが、ガス入口２８から、シャワーヘッド中央の直接隣接ガス出口オリフィス３０へまっすぐな経路に流れるのを阻止し、これにより、シャワーヘッドの中央及び周囲を通る各ガスの流量を等化する上で助けとなる。
【００３１】
ガス入口マニホールド最上壁及びシャワーヘッドがＲＦホットである用途では、これらＲＦホットのコンポーネントと、電気的に接地されたチャンバー蓋１６との間に誘電体ライナー２４、３５が取り付けられる。ワークピース支持体１２とシャワーヘッドとの間のチャンバー領域にプラズマを集中させるために、シャワーヘッド又はワークピース支持体の付近にあるチャンバーの他の金属面は、一般に、誘電体ライナーで覆われる。例えば、図１は、チャンバー蓋１６の下面を覆う誘電体ライナー３６と、チャンバー側壁１４を覆う誘電体ライナー３８とを示している。
【００３２】
カバー３９は、一般に、チャンバー蓋１６の上部に固定され、個人をＲＦホットの最上壁１８又はシャワーヘッドに偶発的に接触することから保護する。カバー３９は、ここに述べる他のチャンバーコンポーネントの機能に対して重要でないので、これ以上説明しない。
【００３３】
チャンバーのコンポーネントは、チャンバー内で実行されるべき半導体製造プロセスを汚染することない材料であって、プロセスガスによる腐食に耐える材料で構成されねばならない。アルミニウムは、以下に述べるように、Ｏリング並びに誘電体スペーサ及びライナー以外の全てのコンポーネントにとって好ましい材料である。
【００３４】
従来のプラズマＣＶＤ及びエッチングチャンバーの設計及び運転は、参考としてここに全体の内容を援用する共通に譲渡された以下の米国特許に説明されている。９８年１２月１日にホワイト氏等に発行された米国特許第５，８４４，２０５号、及び８９年８月８日にチャン氏等に発行された米国特許第４，８５４，２６３号。
【００３５】
２．シャワーヘッドのためのスライド式支持体
前記「発明の背景」のセクションで述べたように、チャンバー内で実行されているプロセスからの熱は、シャワーヘッド２２の熱膨張を引き起こす。シャワーヘッドがチャンバー壁１８に堅固に且つ非可撓的に取り付けられた場合には、このような熱膨張によりシャワーヘッドが曲がり、シャワーヘッドの前面即ち下面２３が変形され、即ち下面の平坦さ又は曲率が変化し又は歪むことになる。
【００３６】
図１から図３は、シャワーヘッドの周囲リム５２をシャワーヘッド支持棚５４に載せて、シャワーヘッドのリムが棚の上面を自由にスライドするようにシャワーヘッドを支持するという、この問題に対する１つの解決策を示す。従って、シャワーヘッドが温度の変化に応答して半径方向に膨張及び収縮するときには、シャワーヘッドのリムが棚を横切って各々外方及び内方にスライドする。この自由なスライドは、このような半径方向の熱膨張及び収縮に応答してシャワーヘッドにかかる応力を実質的に排除する。
【００３７】
棚５４は、シャワーヘッドの重量を支持できる真空チャンバーのいかなる部分に固定することもできる。好ましくは、棚は、チャンバー壁１８に直接的又は間接的に固定される。例示された好ましい実施形態では、棚は、蓋１６の内面を覆う誘電体ライナー２４の内方に突出する延長部である。
【００３８】
本特許出願が優先権を請求するところの米国特許第６，４７７，９８０号に説明されたように、シャワーヘッド２２の周囲から、シャワーヘッドが直接的又は間接的に取り付けられる真空チャンバーの冷えたコンポーネント（例えば、チャンバー蓋１６及びチャンバー側壁１４）への熱伝達を最小にすることが望まれる。より詳細には、真空チャンバー内にシャワーヘッドを取り付けて支持する構造体は、好ましくは、シャワーヘッドとこのような冷えたチャンバーコンポーネントとの間に高い熱インピーダンスを介在させねばならない。このような熱伝達を最小にすることは、少なくとも２つの理由で効果的である。即ち、第１に、シャワーヘッドの温度を最大にして、ワークピースからシャワーヘッドへの熱ロスを最小にし、第２に、シャワーヘッドの周囲がシャワーヘッドの中央より速く熱を失う程度を最小にすることによりシャワーヘッドの下面の温度の空間的均一性を最大にする。
【００３９】
この原理を本発明に適用すると、支持棚５４、又は支持棚とチャンバーの大きな冷えたコンポーネント（例えば、チャンバー蓋１６及びチャンバー側壁１４）との間のコンポーネントが、好ましくは、シャワーヘッドとこれらの冷えたコンポーネントとの間に高い熱インピーダンスを介在させねばならない。図３に例示された実施形態では、これは、誘電体ライナー２４及びその一体的な支持棚５４を熱伝導率の低い誘電体材料で製造して、誘電体ライナー及び支持棚がシャワーヘッドとチャンバー蓋１６との間に高い熱インピーダンスを介在させることにより、達成される。
【００４０】
前記セクション１で述べたように、１つ以上のプロセスガスがガス入口マニホールドを経てチャンバーへ付与される。ガス入口マニホールドは、ガス入口マニホールド最上壁１８と、シャワーヘッド２２（拡散器又はガス分配プレートとも称される）と、ガス入口マニホールド最上壁、側壁及びシャワーヘッドが、集合的に、ガス入口マニホールドの内部領域即ち充満部２６と称される容積部を包囲するように、最上壁１８とシャワーヘッドとの間に延びるガスシール側壁と、を備えている。図１から図５の実施形態では、ガス入口マニホールドの側壁は、主として、誘電体ライナー２４、支持棚５４及びシャワーヘッドリム５２で構成される。
【００４１】
又、前記セクション１で述べたように、ガス入口マニホールドのガスシール側壁は、ガス入口オリフィス２８を経て充満部に流れ込むガスのほとんどが、ガス入口マニホールドの側壁のギャップを経て漏れるのではなく、シャワーヘッドのガス出口オリフィス３０を経て流れることにより、真空チャンバーの内部に入るように、充分な気密シールを与えねばならない。従って、シャワーヘッドリム５２及びシャワーヘッド支持棚５４は、いずれの１つのコンポーネント内にも又は隣接コンポーネント間にも、プロセスガスの著しい部分が充満部から漏れ得るような著しく大きなギャップを有してはならない。好ましくは、ガス入口オリフィス２８を経て充満部に入るガスのうち、ガス入口マニホールド側壁を経て漏れるのは、１０％（１／１０）未満でなければならず、従って、少なくとも９０％のガスは、ガス出口オリフィス３０を経て真空チャンバーへ付与されねばならない。それ故、前記ギャップの合成断面積（側壁ギャップ面積）は、好ましくは、シャワーヘッドの出口オリフィスの最も狭い部分の合成断面積（シャワーヘッドオリフィス面積）の１０％（１／１０）未満でなければならない。最悪でも、側壁ギャップ面積は、シャワーヘッドオリフィス面積の４０％未満でなければならない。
【００４２】
リム及び棚の両方は、１つの連続する部片として製造することもできるし、或いは充分な気密シールを形成するように密接に当接する多数の部片として製造することもできる。例えば、図３は、シャワーヘッドリム５２が連続部片である一方、支持棚５４が突出する誘電体ライナー２４が４つの個別の部片を有し、長方形のチャンバー蓋１６の４つの内面を各々覆うところを示している。シャワーヘッドのリム５２は、シャワーヘッドの一体的部分として加工することもできるし、又は中央が開いた長方形フレームで、その周囲付近でシャワーヘッドに固定されるような長方形フレームでもよい。
【００４３】
図４は、長方形ではなく円筒状のシャワーヘッド２２にこの設計をいかに適応できるかを示す。この実施形態では、シャワーヘッドリム５２、シャワーヘッド支持棚５４及び誘電体ライナー２４は、全て、円筒状で、シャワーヘッド２２と同心的である。
【００４４】
信頼性のある高導電率のＲＦ電気接続をシャワーヘッドに与えるために、図２に示すように、ＲＦ電気ケーブル５６（上部ケーブルと称される）をガス入口マニホールド最上壁１８に電気的に接続することができると共に、第２のＲＦケーブル５７（下部ケーブルと称される）を最上壁１８とシャワーヘッドとの間に直結することができる。
【００４５】
シャワーヘッドリム５２とシャワーヘッド支持棚５４との間のスライド接触における摩擦が接触面を磨耗して粒子を形成する。チャンバー蓋１６の下面を覆う誘電体ライナー３６は、このような粒子のほとんど又は全部を捕獲してそれらがワークピース１０に落下するのを防止するように棚５４の下に少なくとも部分的に延びるのが好ましい。任意であるが、シャワーヘッドは、誘電体ライナー３６で捕え損なうことのある粒子を捕獲するように第１のリム５２の下に配置された第２の周囲リム即ちトラフ５８を含むことができる。
【００４６】
シャワーヘッドリム５２の下面とシャワーヘッド支持棚５４の上面との間の摩擦及び磨耗を減少するために、滑らかな低摩擦滑走体即ちベアリング６１をこれらの面のいずれか又は両方に取り付けることができる。例えば、滑走体は、これら表面の１つに埋め込まれたロッド又は１つ以上のボールである。任意であるが、この滑走体は、このような面内のソケットであってその中で滑走体を自由に転がすことのできるソケットに嵌合させることもできる。
【００４７】
図５は、図２の設計の変形態様を示すもので、ここでは、シャワーヘッド支持棚５４の内端が、上方に延びるリップ６２を有し、棚とシャワーヘッドリム５２との間の磨耗により発生された粒子を棚により捕獲して、ワークピースへ落下しないよう確保する。棚のリップ６２のための間隙を与えるために、シャワーヘッドリム５２の外端は、周囲リップ６４を有し、これは、棚リップ６２の高さより少なくとも若干大きな長さで下方に延びて、シャワーヘッドリップ６４の下端がシャワーヘッドリム５２と支持棚５４との間の唯一の接触点となるようにしなければならない。シャワーヘッドリップ６４は、支持棚リップ６２の半径方向外方にある支持棚５２の上方を向いた面に載せねばならない。好ましくは、上述した滑走体６１がシャワーヘッドリップ６４の下面に取り付けられる。
【００４８】
シャワーヘッドが外方にスライドしたときに支持棚の立ち上がったリップ６２がシャワーヘッドの側部に当たって粒子を発生するのを防止するために、シャワーヘッドリム５２は、好ましくは、その半径方向の巾が支持棚の半径方向の巾より大きくなければならない。より詳細には、シャワーヘッドリムのリップ６４は、このシャワーヘッドリップ６４がスライドする支持棚上面の半径方向巾より大きな長さで、シャワーヘッドの側部の半径方向外方に離間されねばならない。
【００４９】
３．ハンガーでシャワーヘッド支持棚を上壁から懸架する
図６は、図５の実施形態と同一であるが、シャワーヘッド支持棚５４が誘電体ライナー２４に固定されない別の実施形態を示す。むしろ、シャワーヘッド支持棚５４は、ガス入口マニホールド最上壁１８からハンガー７０により懸架されている。図６の実施形態は、図１から図５の実施形態と同様に、シャワーヘッドリム５２を、それが載せられた支持棚５４の面にスライドさせるのを許容することにより、シャワーヘッドの半径方向熱膨張を受け容れる。以下に述べる相違点を除くと、図１から図５の実施形態を参照して説明した全ての変形及び設計事項が図６の実施形態にも適用される。
【００５０】
最上壁１８、ハンガー７０、支持棚５４、滑走体６１及びシャワーヘッドリム５２の全部がアルミニウム又は他の金属のような導電性材料で構成される場合には、これらコンポーネントは、最上壁１８をシャワーヘッド２２に電気的に接続し、上壁からシャワーヘッドへＲＦ電力を確実に導通させる。支持棚に載せられるシャワーヘッドの重みは、シャワーヘッドリムと支持棚との間の接触領域において信頼性のある高導電率の電気的接続を達成する上で助けとなる。それ故、図２の実施形態のように、上壁とシャワーヘッドとの間を個別の電気ケーブルで接続する必要はないであろう。
【００５１】
本特許出願が優先権を請求するところの米国特許第６，４７７，９８０号に説明された柔軟性懸架体とは異なり、シャワーヘッドリムが支持棚を自由にスライドするので、ハンガー７０が柔軟性である必要はない。ハンガー７０は、最上壁１８と一緒に一体的なモノリシック部片として製造されてもよいし、又は最上壁１８にボルト固定又は他の仕方で固定できる個別の部片でもよい。
【００５２】
前記セクション２に説明されたように、ガス入口マニホールドは、好ましくは、プロセスガスの過剰な部分が充満部２６から漏れるのを防止するに充分な気密シールを与えねばならない。上述したように、漏れの量は、ワークピースに対して実行されるプロセスに大きく依存するが、ほぼ全ての用途では、漏れの量が、シャワーヘッドガス出口オリフィス３０を通るガス流の４０％未満、好ましくは１０％未満、でなければならない。ハンガー７０でシャワーヘッド支持棚をガス入口マニホールド最上壁１８に取り付ける図６の実施形態では、ハンガー７０が、シャワーヘッド支持棚５４及びシャワーヘッドリム５２と協働するガス入口マニホールドの側壁として機能する。それ故、これらコンポーネントの各々は、好ましくは、いずれの１つのコンポーネント内でも又は隣接コンポーネント間にも、プロセスガスの前記部分より多くが充満部から漏れ得るような実質的なギャップを有してはならない。これらコンポーネントは、どれも、１つの連続する部片として製造することもできるし、或いは充分な気密シールを形成するように密接に当接する多数の部片として製造することもできる。これら製造解決策の実施例は、前記セクション２に述べた。
【００５３】
図１から図５の実施形態の説明で述べたように、真空チャンバー内にシャワーヘッドを取り付けて支持する構造体は、好ましくは、シャワーヘッドとこのような冷えたチャンバーコンポーネントとの間に高い熱インピーダンスを介在させねばならない。ハンガー７０を有する図５の実施形態では、これは、シャワーヘッドと最上壁１８との間にハンガーが介在させる熱インピーダンスを最大にすることにより達成できる。このような熱インピーダンスは、ハンガーを非常に薄く作るか、或いはプラズマチャンバーの内部に使用するのに適したほとんどの他の電気導体より熱伝導率の低いステンレススチールのような低熱伝導率の材料でハンガーを製造することにより、最大にすることができる。１つの好ましい実施形態では、前者の解決策が使用され、即ち希望の低い熱伝導率を有するに充分なほど薄くハンガーが作られる。厚みが３ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下のアルミニウムシートでハンガー７０を製造することが推奨される。
【００５４】
４．ピンがスロット内をスライドするハンガー
図７から図９は、複数のハンガー８０がシャワーヘッド及び最上壁１８にピン８１により取り付けられ、ピン８１はスロット８２内をスライドし、半径方向のシャワーヘッドの熱膨張を受け容れるようにハンガーが半径方向にスライドするのを許容するような懸架体により、シャワーヘッド２２がガス入口マニホールド最上壁１８から懸架された実施形態を示す。
【００５５】
シャワーヘッド２２の上面は、図７に示すように、シャワーヘッドの周囲付近で周辺方向に分布した位置に複数のスロット８２を有する。各スロットの最も長い寸法（長さ）は、シャワーヘッドの長手軸５５（図１及び７を参照）に対して半径方向に延びている。これらスロットは、シャワーヘッドの本体に製造できるが、図７から図９に示すように、シャワーヘッドの外方に延びるリム７８にスロットを製造するのが容易である。
【００５６】
ここに示す長方形のシャワーヘッドでは、シャワーヘッドは、その上面の４つのコーナー各々の付近に１つのスロットを有すると共に、４つのコーナー各々の間の中間に１つのスロットを有する。或いは又、シャワーヘッドは、それより多数又は少数のスロットを含むこともでき、例えば、コーナー付近に４つのスロットだけを含むか、コーナー間の中間に４つのスロットだけを含むか、シャワーヘッドの上面の対向する側部に２つのスロットだけを含むか、又は周囲方向に分布した３つのスロットだけを含むことができる。
【００５７】
シャワーヘッドのスロット８２ごとに、対応するハンガー８０には、そのスロットを通して延びるピン８１が設けられる。ピン８１の下端から横方向に延びる肩部８３は、スロットの横巾、即ちシャワーヘッドの方位又は周囲に平行なスロットの寸法より広い。従って、肩部８３は、図９に示すように、スロットを横方向に境界定めするシャワーヘッドの部分８５の下面に係合して支持する。（スロットを横方向に境界定めするシャワーヘッドの部分は、スロット側壁８５と称する。）各ピン８１及びその肩部８３は、円形又は長方形断面のような断面形状をもつことができる。例えば、各ピンは、ねじ切りされたボルトとして実施することができ、各ピンの肩部は、ボルトの頭でよい。
【００５８】
上述したようにシャワーヘッドに直接係合して支持するハンガー８０は、ハンガーの第１又は最下「層」と称される。考えられる１つの実施形態では、懸架体は、ハンガーの単一層しか含まず、この場合、各ハンガーは、シャワーヘッド２２と最上壁１８との間に延びるに充分なほど背が高くなければならない。
【００５９】
より詳細には、懸架体は、図８及び９に示すようにハンガー８０の多数の層を含み、これら層の数を整数Ｎとすれば、各ハンガーの高さは、おおよそ、シャワーヘッドと上壁との間の距離をＮで除算したものとなる。ここに示す実施形態では、シャワーヘッドと上壁との間にハンガーの２つの層があり、即ちＮ＝２である。
【００６０】
各ハンガー８０の上面は、シャワーヘッドにおける対応スロットと同じ方向のスロット８２を有する。より詳細には、各ハンガーのスロットは、その最も長い寸法がシャワーヘッドの半径に平行に向けられ、即ちシャワーヘッドの長手軸５５（図１）に垂直に向けられる。スロット８２の真下でそれに隣接して、各ハンガーはグルーブ８４も有し、このグルーブは、スロットを通して延びるピン８１の肩部８３より巾が広く、ピンがスロット内をスライドする間に肩部８３をスライドできるところの空洞を形成する。
【００６１】
ガス入口マニホールド最上壁１８の下面は、最も上の層のハンガー８０の数に等しい多数の下方に突出するピン８１を含む。これらピン８１は、上壁の周囲付近で周囲方向に分布した位置に配置され、最上壁１８の個別のピンが最も上の層の各ハンガーに係合するようにされる。又、各ハンガーの下面も、下方に突出するピン８１を有する。上壁の各ピン８１及びハンガーの各ピン８１は、上述した肩部８３を有する。
【００６２】
最上壁１８の各ピンは、それに対応するハンガー８０のスロット８２を通過する。各ハンガーのスロットは、シャワーヘッドの各スロットの側壁８５と同様に、側壁８５を有するものとして説明する。即ち、スロット８２を横方に境界定めし且つグルーブ８４に垂直にオーバーハングするハンガーの部分を、スロット側壁８５と称する。各ハンガーのスロット側壁８５は、スロットを通過するピン８１の肩部８３に載せられる。というのは、ピンの肩部は、図９に示すようにスロットの横断巾より広いからである。従って、ピン及び肩部はスロットの側壁８５を支持し、ひいては、それが一部分であるところのハンガーを支持する。
【００６３】
同様に、ハンガーの層が２つ以上ある場合には、最下層の上の１つ以上の層における各ハンガーが、その下のハンガーを支持する。というのは、このような各ハンガーは、その真下のハンガーのスロットを通過するピンを有し、且つ各ピンは、その真下のハンガーの対応スロット８２の横断巾より広い肩部８３を有するからである。
【００６４】
従って、最下層のハンガーの肩部及びピンは、集合的に、シャワーヘッドの全重量を支持する。上壁の肩部及びピンは、集合的に、ハンガーの最上層の重量を支持する。最下層以外のハンガーの各層の肩部及びピンは、集合的に、その真下のハンガーの次の層の重量を支持する。
【００６５】
ピン及びスロットは、各ハンガーが下ではシャワーヘッド及び上ではガス入口マニホールド最上壁に対して半径方向にスライドするのを許容するので、シャワーヘッドは、温度変化に応答して自由に膨張及び収縮することができる。
【００６６】
図１０は、シャワーヘッドリム７８と、それが載せられたピンの肩部との間の磨耗により発生される粒子を捕獲することが望まれる場合に、（１）スロット８２の下のグルーブ８４、及び（２）グルーブの下の内実部分７９を含むようにリムを変更できることを示している。
【００６７】
図１１は、図７から１０に示す実施形態に対してピン及びスロットが逆転された別の実施形態を示すもので、ここでは、各ピン８１がハンガー８０又はその上の最上壁１８のスロット８２へと上方に延びると共に、各ピンの肩部８３の下面が、ハンガー又はその上の上壁のスロット８２を横方向に境界定めするスロット側壁８５に載せられてそれにより支持される。しかしながら、各ピン８１がスロット８２へと下方に延びる実施形態が好ましい。というのは、上方を向いたグルーブ８４が、肩部８３とスロットの側壁８５との間の磨耗により発生される粒子を捕獲して、このような粒子がワークピースへ落下しないようにできるからである。
【００６８】
前記セクション１に述べたように、１つ以上のプロセスガスがガス入口マニホールドを経てチャンバーに付与される。ガス入口マニホールドは、ガス入口マニホールド最上壁１８と、シャワーヘッド２２（拡散器又はガス分配プレートとも称される）と、これら最上壁１８とシャワーヘッドとの間に延びるガス入口マニホールド側壁とを備え、ガス入口マニホールドの側壁、上壁及びシャワーヘッドは、集合的に、ガス入口マニホールドの内部領域即ち充満部２６と称される容積部を包囲する。
【００６９】
図８から図１１の各実施形態において、各ハンガー８０の横断巾は、ハンガー内のグルーブ８４の横断巾より著しく大きい必要はない。（横断巾とは、ハンガーがスライドする方向に垂直な方向におけるハンガーの巾で、図８において左から右へのハンガーの巾を意味する。）従って、ハンガー８０は、ガス入口マニホールドのための側部シールとして機能するに充分な広さでなくてもよい。即ち、隣接ハンガー間に大きな横断間隔がある場合には、ハンガーがガス入口マニホールドのためのガスシール側壁を形成しない。
【００７０】
この場合には、ガス入口マニホールドのためのガスシール側壁は、好ましくは、ガス入口マニホールド最上壁１８とシャワーヘッド２２との間に１つ以上のガスシール部材８８を取り付けることにより形成されねばならない。このガス入口マニホールド側壁８８は、最上壁１８のガス入口オリフィス２８とシャワーヘッドのガス出口オリフィス３０との間に延びる容積部即ち充満部２６を包囲しなければならない。このガス入口マニホールド側壁８８は、半径方向のシャワーヘッドの熱膨張を受け容れるに充分なほど柔軟性でなければならない。
【００７１】
図１２は、ガス入口マニホールド最上壁１８の周囲とシャワーヘッド２２のリム７８とに取り付けられてそれらの間に延びる１つ以上の柔軟性シート又は膜８８で構成されたガス入口マニホールドのための１つの適当なガスシール側壁を示す。シャワーヘッドの長手軸５５の方向におけるシート又は膜８８の長さ又は高さは、このシートがシャワーヘッドの熱膨張を受け容れるに充分なたるみ又はゆるみをもつように最上壁１８とシャワーヘッドとの間の距離をまたぐために必要以上に大きくなければならない。ここに示す長方形のシャワーヘッドの場合には、ガスシール８８は、最上壁及びシャワーヘッドの全周にわたって延びる単一のシートでもよいし、或いは最上壁及びシャワーヘッドの４つの辺に各々取り付けられる４つの別々のシートを含んでもよい。
【００７２】
図１３及び図１４は、柔軟性シート又は膜８８の下端が、ハンガー８０の半径方向内方で且つガス出口オリフィス３０の半径方向外方の面に沿ってシャワーヘッド２２に取り付けられる別の実施形態を示す。
【００７３】
シャワーヘッドの重量は、シート８８ではなくハンガー８０により完全に支持される。それ故、シート８８は、重たいシャワーヘッドを支持するに充分な強さではなく、入口マニホールドに供給されるガスとチャンバーの真空との間の圧力差に耐えるに充分な強さであればよい。従って、シートは、非常に柔軟であるに充分な薄い材料で構成することができる。
【００７４】
図１５は、ハンガー８０がガス入口マニホールドのガスシール側壁として機能し、付加的な柔軟性シール８８の必要性を排除する別の実施形態を示している。これは、ハンガー８０の各々が充分に大きな横断巾を有し、隣接するハンガーの横端を互いに充分に接近させて、充満部２６内のプロセスガスの著しい部分がシャワーヘッドのガス出口オリフィス３０を経て流れるのではなくハンガー間のギャップを経て漏れるのを防止することを必要とする。
【００７５】
前記セクション１で述べたように、受け容れられる漏れの量は、ワークピースに対して実行されるプロセスに依存するが、ほとんどのプロセスでは、漏れが１０％未満でなければならない。即ち、ガス入口オリフィス２８を経て充満部２６に入るガスのうち、ガス入口マニホールド側壁を経て漏れるのは、１０％（１／１０）未満でなければならず、従って、少なくとも９０％のガスは、ガス出口オリフィス３０を経て真空チャンバーへ付与されねばならない。最悪でも、ガス入口マニホールド側壁を経て漏れるのは、充満部に入るガスの４０％以下でなければならない。
【００７６】
それ故、好ましくは、ハンガーの横断巾が充分大きく、且つハンガー間のギャップが充分小さくて、ハンガー間のギャップの合成断面積（側壁ギャップ面積）が、シャワーヘッドの出口オリフィスの最も狭い部分の合成断面積（シャワーヘッドオリフィス面積）の１０％（１／１０）未満でなければならない。最悪でも、側壁ギャップ面積は、シャワーヘッドオリフィス面積の４０％未満でなければならない。
【００７７】
ハンガーの隣接端が、隣接ハンガー間のギャップを橋絡する柔軟性シート又はベロー（図示せず）に取り付けられる場合には、隣接ハンガーの横端間のギャップを通るガス漏れを更に減少することができる。
【００７８】
図１６は、ハンガー８０が、充分に巾の広い横方向延長部８９を含み、各対の隣接ハンガーの横方向延長部が重畳するような別の設計を示す。各対の重畳する延長部は、互いに充分接近離間されて、それらの間のギャップが充満部からのガスの漏れを防ぎ、充満部に入るガスのうち、シャワーヘッドのガス出口オリフィス３０を経て流れるのではなく全ての前記ギャップを経て漏れるのが４０％（２／５）を越えるのを防止し、好ましくは、１０％（１／１０）未満にしなければならない。或いは又、ハンガー間のギャップの合成断面積は、シャワーヘッドの出口オリフィスの最も狭い部分の合成断面積の４０％（２／５）未満でなければならず、好ましくは、１０％（１／１０）未満でなければならない。
【００７９】
５．ワイヤ懸架体
図１７及び図１８は、シャワーヘッド２２が３つ以上の柔軟なワイヤ８６により懸架される実施形態を示す。各ワイヤの上端は、ガス入口マニホールド最上壁１８の周囲付近のポイントに取り付けられ、一方、各ワイヤの下端は、シャワーヘッドの周囲付近のポイントに取り付けられる。上部取り付けポイントは、最上壁１８において周囲方向に分布され、下部取り付けポイントは、シャワーヘッドにおいて周囲方向に分布される。
【００８０】
ここに示す好ましい実施形態では、シャワーヘッド及びガス入口マニホールド最上壁１８は長方形であり、ワイヤの本数は４であり、ワイヤの取り付けポイントは、シャワーヘッド及びガス入口マニホールド最上壁の４つのコーナー付近である。（４本のワイヤ及びそれらの取り付けポイントをより明確に示すために、図１７及び図１８は、４本のワイヤ、シャワーヘッド、ガス入口マニホールド最上壁、及び以下に述べるガスシール８８以外の全てのコンポーネントを省略している。）
ワイヤが柔軟であるので、シャワーヘッドは、温度変化に応答して、応力を生じることなく、自由に膨張及び収縮する。
【００８１】
好ましくは、ワイヤは、ガス入口マニホールド最上壁からシャワーヘッドへＲＦ電力を導通するよう機能できるように導電性金属で構成される。
【００８２】
ワイヤの直径は、シャワーヘッドの横断巾の僅かな部分に過ぎないので、ワイヤは、ガス入口マニホールドの充満部即ち内部領域２６を包囲する側壁として機能することができない。従って、ガス入口マニホールドの側部を包囲するために個別のガスシール８８を設けねばならない。このガスシールは、シャワーヘッドの熱膨張を受け容れるために充分に柔軟でなければならない。
【００８３】
前記セクション４（図１２から１４）で述べたガスシール８８の設計は、いずれも、ワイヤ懸架体８６と組み合わせて使用するのに等しく適している。図１７及び図１８は、図１２に示したものと同様の周囲シール８８を示す。図１９は、図１３及び１４に示すシール８８と同様に、ワイヤ８６の半径方向内方で且つガス出口オリフィス３０の半径方向外方にある面に沿ってシャワーヘッド２２に取り付けられた別のシール８８を示す。
【００８４】
６．関節ジョイントを伴う懸架ロッド
図２０は、図１９と同様であるが、シャワーヘッドがワイヤではなくロッド９０により懸架された実施形態を示す。各ロッドの上端及び下端は、関節ジョイント９１によりシャワーヘッド及びガス入口マニホールド最上壁に各々取り付けられる。関節ジョイントは、ロッドが柔軟である必要性を排除し、従って、ロッドは、太くて堅固なものでよい。
【００８５】
関節ジョイントは、従来のボール及びソケットジョイントのように、ロッドがジョイントで枢着回転するのを許容する従来設計のものでよい。ボール及びソケットジョイントの低廉な近似は、図２０に示すように、ボールに代わってショルダースクリューの頭を、そしてソケットに代わってホール又はスロットを使用することができる。スロットは、横断又は半径方向に細長くして、ロッドが枢着回転に加えて横断又は半径方向にスライドするのを許容する。
【００８６】
「ワイヤ懸架体」と題するセクション５で説明したように、ガス入口マニホールドの側部に対するガスシールを与えるために、シート８８を設けねばならない。
【００８７】
７．高い熱膨張係数をもつ支持体への堅固な取り付け
図２１及び２２は、柔軟性又はスライド式コンポーネントを必要とせずにシャワーヘッドを堅固に取り付けるのを許し、しかも、半径方向の熱膨張及び収縮を受けるときにシャワーヘッドにかかる応力を緩和する別の設計を示す。この設計の独特の要素は、シャワーヘッド２２の材料より高い熱膨張係数を有する材料で構成されたシャワーヘッド支持部材１００である。シャワーヘッドは、熱膨張係数の高い支持部材１００から堅固に懸架される。懸架体は少なくとも１つのスペーサ１０２を含み、各スペーサは、その上端が支持部材１００の周囲付近に取り付けられ、又、その下端がシャワーヘッド２２の周囲付近に取り付けられる。
【００８８】
シャワーヘッド支持部材１００、スペーサ１０２及びシャワーヘッド２２は、集合的に、プロセスガスがシャワーヘッドガス出口オリフィス３０を経て真空チャンバーの内部へ付与される前に流れ込むところの容積部即ち充満部１０１を包囲する。これらコンポーネントは、充満部の周りに実質的な気密シールを与え、従って、シャワーヘッド出口オリフィス３０を通過せずに充満部から真空チャンバーの内部へ漏れるガスの量が無視できる程度より多くならないようにしなければならない。
【００８９】
シャワーヘッドが円形である場合には、スペーサ１０２が円筒状であるのが好ましい。例示された実施形態では、シャワーヘッドが長方形であり、スペーサ１０２が、開いた中央部を取り巻く長方形フレームである。或いは又、多数のスペーサ１０２をシャワーヘッド２２の周辺部に周囲方向に分布させることもできるが、このときには、隣接スペーサ間にガスシールを設けなければならない。
【００９０】
ガスコンジット１０６は、その上端が真空チャンバー最上壁１８に取り付けられ、そこで、ガス入口オリフィス２８に結合される。ガスコンジット１０６の下端は、シャワーヘッド支持部材１００に取り付けられ、そこで、シャワーヘッド支持部材の少なくとも１つのガスオリフィス１０４に結合される。従って、ガスコンジット１０６は、プロセスガスが、ガス入口オリフィス２８から、シャワーヘッド支持部材のガスオリフィス１０４を経て、充満部１０１を経て、次いで、シャワーヘッドのガス出口オリフィス３０を経て流れるための流路を形成する。
【００９１】
この設計の動作原理は、次の通りである。充満部１０１内のプロセスガスによる熱伝導及び対流は、シャワーヘッド２２とシャワーヘッド支持部材１００との間に熱を伝達するように機能する。それ故、シャワーヘッドの温度が上下するときに、シャワーヘッド支持部材１００の温度が上下する。又、スペーサ１０２も、シャワーヘッドと支持部材との間に熱を伝達することができる。ガス及びスペーサによる熱伝達は、効率が１００％未満であるために、支持部材は、一般に、シャワーヘッドより冷たくなる。それ故、支持部材及びシャワーヘッドが同じ熱膨張係数を有する場合には、支持部材が、チャンバー内で実行されているプロセスからの熱に応答してシャワーヘッドほど膨張及び収縮しない。
【００９２】
しかしながら、本発明によれば、支持部材がシャワーヘッドとほぼ同じ量だけ半径方向に膨張するように、支持部材１００の熱膨張係数は、シャワーヘッドの熱膨張係数を最適な量だけ越えねばならない。換言すれば、支持部材１００は、これが高い温度に応答してシャワーヘッドの半径方向膨張にほぼ等しい量だけ半径方向に膨張するように、熱膨張係数がシャワーヘッドを最適な量だけ越える材料で構成されねばならない。支持部材の最適な熱膨張係数は、支持部材１００を異なる材料で製造し、チャンバー内で実行されるプロセス中におそらく遭遇する温度変化に応答してシャワーヘッドとほぼ同じ量だけ支持部材を膨張及び収縮させる材料を選択することにより、実験で決定することができる。
【００９３】
ガスコンジット１０６は、シャワーヘッド支持部材１００にその中央付近で取り付けられるので、そのポイントにおける支持部材の半径方向膨張は、その周囲付近での半径方向膨張に比して無視できるものである。それ故、ガスコンジットは、シャワーヘッド支持部材に堅固に取り付けることができる。１つの意図された実施形態では、ガスコンジットは、シャワーヘッド支持部材及びシャワーヘッドの全重量を支持する。より好ましくは、支持部材１００の周囲と最上壁１８との間に前記セクション２から６で述べた柔軟性又はスライド式懸架体を取り付けることにより、ヒーター及びシャワーヘッドの重量に対する付加的な支持を与えることができる。或いは又、「関連出願へのクロスレファレンス」という見出しで本特許明細書の初めに示した、本出願が優先権を請求するところの２つの以前の特許出願に説明された懸架設計のものを、支持部材１００と最上壁１８との間に取り付けることもできる。図２１及び図２２に示す好ましい実施形態では、このような支持は、４本の柔軟性ワイヤ８６により与えられ、これらワイヤは、セクション５で述べた図１７から図１９の実施形態のように、シャワーヘッドの４つのコーナーに各々取り付けられる。
【００９４】
ガスコンジット１０６、支持部材１００及びスペーサ１０２は、それらが全て導電性材料で構成された場合には、チャンバーの最上壁１８からシャワーヘッドへＲＦ電力を導通するように機能することができる。これらコンポーネントの各々は堅固に取り付けできるので、上述した取り付けポイントの各々は、優れたＲＦ電気的コンダクタンスを与えるように容易に実施することができる。
【００９５】
８．シャワーヘッド後方のヒーター
上述した種々の懸架設計は、全シャワーヘッドの温度の上下に応答したシャワーヘッドの半径方向の膨張及び収縮による応力を防止することが意図される。これまでの設計で完全に対処されていない付加的な問題は、シャワーヘッドの前面（下面）が一般にシャワーヘッドの後面（上面）より高温になることである。というのは、前面が、チャンバー内の主熱源、即ち（１）ワークピース１０を加熱するために通常ヒーターを含むワークピース支持体１２、及び（２）プラズマプロセスの場合には、シャワーヘッドとワークピース支持体との間の領域のプラズマ、を向いているからである。これに対して、シャワーヘッドの後面は、ガス入口マニホールド最上壁１８のように、シャワーヘッドより通常冷たい表面に露出される。
【００９６】
シャワーヘッドの前面が後面より高温になると、前面は後面より膨張して、シャワーヘッドを熱源に向って外方に曲げさせる。即ち、前面はより凸状になる。「発明の背景」で述べたように、シャワーヘッドの前面の輪郭（平坦さ又は曲率）に対する変化は、望ましくない。というのは、ワークピースに対して行なわれているプロセスの空間均一性を損なうことになるからである。
【００９７】
図２３は、この曲がりの問題に対する解決策を示す。図２３の設計は、図１６に示す設計と同様であるが、高い温度係数を有するシャワーヘッド支持部材１００がヒーター１１０に置き換えられる。このヒーターは、シャワーヘッドの後面に熱を供給することにより、前面より冷えた後面を有するというシャワーヘッドの問題を克服する。ヒーターは、シャワーヘッド全体の温度を上昇させ、ワークピースからの熱損失を減少するのに有益であるという付加的な効果を与える。
【００９８】
ヒーターは、ヒーターの本体に埋め込まれた電気加熱素子、或いはヒーターの本体を通して高温流体を圧送するチャンネルのような従来のいかなる熱源を使用することもできる。熱は、ヒーター１１０から、放射により、及びヒーターとシャワーヘッドとの間の充満領域１０１を経て流れるプロセスガス流を介しての伝導と対流により、シャワーヘッド２２の後面へ伝達される。これらの熱伝達メカニズムは、スペーサ１０２を良熱導体にする必要がないほど優れている。
【００９９】
上述した熱伝達により、シャワーヘッドの温度は、ヒーターとほとんど同じであるか、それより若干冷たいだけである。それ故、ヒーターの本体が、シャワーヘッドと同じ又はそれより若干低い熱膨張係数を有する材料で構成される場合には、ヒーター及びシャワーヘッドは、温度に応答してほぼ同じ量の半径方向膨張を受ける。その結果、スペーサ１０２をヒーターとシャワーヘッドとの間に堅固に取り付けることができる。
【０１００】
ヒーター１１０は、前記セクション７で述べたシャワーヘッド支持体１００のガスオリフィス１０４のように、少なくとも１つのガスオリフィス１０４を有していなければならない。同様に、セクション７で述べたように、ガスコンジット１０６は、真空チャンバーの最上壁１８とヒーター１１０との間に堅固に取り付けて、ヒーター及びシャワーヘッドの重量を支持すると共に、プロセスガスをガス入口オリフィス２８から、ヒーターのガスオリフィス１０４を経て、充満部１０１を経て、次いで、シャワーヘッドの出口オリフィス３０を経てチャンバーの内部へ搬送することができる。
【０１０１】
ガスコンジット１０６、ヒーター１１０、及びスペーサ１０２は、これら全てが導電性材料で構成された場合には、チャンバーの最上壁１８からシャワーヘッドへＲＦ電力を導通するように機能することができる。これらコンポーネント各々は堅固に取り付けできるので、上述した各取り付けポイントは、優れたＲＦ電気コンダクタンスを与えるように容易に実施することができる。
【０１０２】
スペーサ１０２は、セクション７で上述したように、ヒーター１１０及びシャワーヘッド２２と組み合わせて、充満部１０１のための実質的に気密の包囲体を形成するように実施できる。又、セクション７で述べたように、ヒーター及びシャワーヘッドの重量に対する付加的な支持体を、ヒーターの周囲と最上壁１８との間に前記セクション２から６で述べた柔軟性又はスライド式懸架体を取り付けることにより、設けることができる。或いは又、「関連出願へのクロスレファレンス」という見出しで本特許明細書の初めに示した、本出願が優先権を請求するところの２つの以前の特許出願に説明された柔軟性懸架設計のものを、ヒーター１１０と最上壁１８との間に取り付けることもできる。図２３に示す好ましい実施形態では、このような支持は、長方形ヒーター１１０の４つのコーナーと最上壁１８との間に各々取り付けられた４本の柔軟性ワイヤ８６により与えられる。
【０１０３】
或いは又、図２３に示す懸架ワイヤ８６は、前記セクション２から４に説明した懸架体の１つに置き換えることができ、この場合、シャワーヘッドを支持する部材（支持棚５４或いはハンガー７０又は８０）は、チャンバー壁１８と組み合わされて、ガス入口マニホールド充満部２６を密封包囲する。このような場合には、付加的なシールコンジット１０６が不要となる。この別の形態は、複数の空間的に分布されたガスオリフィス１０４をヒーターに設けて、充満部１０１においてプロセスガスの希望の空間的分布又は混合物を得ることが希望される場合に特に有用である。
【０１０４】
より一般的には、前記セクション２から６に或いは上述した以前の特許出願に述べた柔軟性又はスライド式懸架体のいずれの設計においても、ここに述べたシャワーヘッド２２を、ヒーター１１０、スペーサ１０２及びシャワーヘッド２２で構成されるこのセクション８で述べた全アッセンブリに置き換えることができる。柔軟性又はスライド式懸架部材又はハンガーが前記設計の１つにおいてシャワーヘッドに取り付けられる場合には、このような懸架部材又はハンガーを、このセクション８で述べたアッセンブリにおいてヒーター１１０、スペーサ１０２又はシャワーヘッド２２に取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】支持棚にスライド可能に載せられるシャワーヘッドリムで支持されたシャワーヘッドを備えたプラズマチャンバーの断面部分概略側面図である。
【図２】図１のシャワーヘッドリム及び支持棚の縦断面詳細図である。
【図３】図２の長方形シャワーヘッド及び支持棚のみを示す上面図である。
【図４】シャワーヘッドが円筒状である図３の設計の変形を示す上面図で、シャワーヘッド及び支持棚のみを示す図である。
【図５】粒子の落下を防止するためのリップを更に含むシャワーヘッドリム及び支持棚の改良形態を示す縦断面詳細図である。
【図６】ハンガーで支持棚をガス入口マニホールド最上壁に固定する図５のシャワーヘッドリム及び支持棚の別の実施形態を示す縦断面詳細図である。
【図７】シャワーヘッドがスロットを有し、これらスロット内をスライドするピンをもつハンガーと嵌合されるシャワーヘッドを示す横断面図である。
【図８】スロット内をスライドするピンをもつハンガーにより懸架されるシャワーヘッドの縦断面図である。
【図９】スロット内をスライドするピンをもつハンガーにより懸架されるシャワーヘッドの縦断面詳細図である。
【図１０】シャワーヘッドリムが粒子を捕獲するためのグルーブを含むような図９の実施形態の変形を示す縦断面詳細図である。
【図１１】ピン及びスロットが逆転された図９の実施形態の変形を示す縦断面詳細図である。
【図１２】シャワーヘッドリムとガス入口マニホールド最上壁の周囲との間に延びるガスシールを有する図８及び図９のガス入口マニホールドの縦断面詳細図である。
【図１３】ガス出口オリフィスとシャワーヘッドリムとの間でシャワーヘッドに固定されたガスシールを有する図８及び図９のガス入口マニホールドの縦断面詳細図である。
【図１４】ガス出口オリフィスとシャワーヘッドリムとの間でシャワーヘッドに固定されたガスシールを有する図８及び９のガス入口マニホールドの分解斜視図である。
【図１５】ハンガーがガス入口マニホールドのガスシール側壁として機能するに充分なほど巾が広い図８及び９のガス入口マニホールドの変形を示す縦断面図である。
【図１６】ハンガーが重畳横方向延長部を含む図１５のガス入口マニホールドの変形を示す横断面図である。
【図１７】シャワーヘッドがガス入口マニホールド最上壁からのワイヤで懸架された実施形態の１つのコーナーを示す縦断面詳細図である。
【図１８】図１７の実施形態のシャワーヘッド、ワイヤ及びガス入口マニホールド最上壁のみを示す分解斜視図である。
【図１９】入口マニホールドの側部をシールするためのシートが懸架ワイヤの内側にある図１７の実施形態の変形の１つのコーナーを示す縦断面詳細図である。
【図２０】シャワーヘッドが、関節ジョイントで取り付けられたロッドにより懸架される実施形態の１つのコーナーを示す縦断面詳細図である。
【図２１】温度補償部材及びシャワーヘッドの縦断面図である。
【図２２】温度補償部材及びシャワーヘッドの分解斜視図である。
【図２３】ヒーター及びシャワーヘッドの縦断面図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０…ワークピース（基板）、１２…ワークピース支持体、１４…一体壁、１６…蓋、１８…最上壁、２２…シャワーヘッド、２３…前面（下面）、２４、３５、３６、３８…誘電体ライナー、２６…充満部、２８…ガス入口オリフィス、３０…ガス出口オリフィス、３２…環状排気スリット、３３…環状排気充満部、３９…カバー、５２…シャワーヘッドリム、５４…シャワーヘッド支持棚、５５…シャワーヘッドの長手軸、５６、５７…ＲＦケーブル、５８…第２のリム、６２…支持棚リップ、６４…シャワーヘッドリップ、７０、８０…ハンガー、８１…ピン、８２…スロット、８３…肩部、８４…グルーブ、８５…スロットの側壁、８６…柔軟性ワイヤ、８８…ガスシール部材、９０…ロッド、９１…関節ジョイント、１００…シャワーヘッド支持部材、１０１…充満部、１０２…スペーサ、１０４…ガスオリフィス、１０６…ガスコンジット、１１０…ヒーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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