(57)【要約】      （修正有）【課題】良好な接着構造を有するシャワーヘッド電極及び組立体を提供する。【解決手段】シャワーヘッド電極５０２は、その外部を囲む環状段差部５４２を有する平坦な円盤又はプレートであり、複数のガス注入孔を有する。組立体５００は、シャワーヘッド電極５０２と受け板５０６との間の熱的接触を改善するカムロック５６２を含む。カムロックは、シャワーヘッド電極に装着されたスタッドの拡大頭部に係合するカムシャフトを受け板内に含む。組立体は、シャワーヘッド電極を囲む環状シュラウド５１０を含むことが可能であり、受け板内のカムシャフトのうち８本は、環状シュラウド上のスタッドと、シャワーヘッド電極上のスタッドの外側列内のスタッドとに同時に係合する。別の８本のカムシャフトは、シャワーヘッド電極に装着されたスタッドの内側列及び中間列上にある一対のスタッドに係合する。【選択図】図１Ａ
0003175346.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
容量結合プラズマ処理チャンバ内のシャワーヘッド電極組立体での使用に適したシャワーヘッド電極であって、前記シャワーヘッド電極組立体は、上面及び下面間に延びるガス注入孔を有する受け板と、ガードリングと、整合リングと、前記シャワーヘッド電極を前記受け板に取り付ける複数の留め具と、複数の整合ピンとを備え、前記シャワーヘッド電極は、
前記シャワーヘッド電極の下面のプラズマ露出面と、
前記シャワーヘッド電極の上面の装着面と、
前記ガードリングを支持するように構成された、前記シャワーヘッド電極の外周の環状段差部と、
前記プラズマ露出面と前記装着面との間に延びると共に、前記受け板の前記ガス注入孔と一致するパターンで配置される複数のガス注入孔と、
前記整合ピンを受領するように構成された、前記装着面内の複数のネジ無し止まり穴と、
前記整合リングを受領するように構成された、前記装着面内の環状溝と、
前記シャワーヘッド電極を前記受け板に取り付ける留め具を受領するように構成されたネジ付き止まり穴の同心列であって、前記シャワーヘッド電極の中心から外縁部までの総距離の１／８〜１／２となる半径上に位置する内側列と、前記シャワーヘッド電極の前記中心から前記外縁部までの総距離の１／２〜３／４となる半径上に位置する中間列と、前記シャワーヘッド電極の前記中心から前記外縁部までの総距離の３／４〜７／８となる半径上に位置する外側列とを含む、前記装着面内のネジ付き止まり穴の同心列と、
を備えるシャワーヘッド電極。
【請求項２】
請求項１記載のシャワーヘッド電極であって、
前記シャワーヘッド電極は、１７インチの外径を有し、
前記ガス注入孔は、０．０４インチ以下の直径を有し、前記シャワーヘッド電極の前記中心に位置する１個の中心ガス注入孔と、８列のガス注入孔の同心列とを含むパターンで配列され、
第１の列は、前記シャワーヘッド電極の前記中心から約０．６〜０．７インチの半径距離に位置した７個のガス注入孔を有し、
第２の列は、前記シャワーヘッド電極の前記中心から約１．３〜１．４インチの半径距離に位置した１７個のガス注入孔を有し、
第３の列は、前記シャワーヘッド電極の前記中心から約２．１〜２．２インチの半径距離に位置した２８個のガス注入孔を有し、
第４の列は、前記シャワーヘッド電極の前記中心から約２．８〜３．０インチの半径距離に位置した４０個のガス注入孔を有し、
第５の列は、前記シャワーヘッド電極の前記中心から約３．６〜３．７インチの半径距離に位置した４８個のガス注入孔を有し、
第６の列は、前記シャワーヘッド電極の前記中心から約４．４〜４．５インチの半径距離に位置した５６個のガス注入孔を有し、
第７の列は、前記シャワーヘッド電極の前記中心から約５．０〜５．１インチの半径距離に位置した６４個のガス注入孔を有し、
第８の列は、前記シャワーヘッド電極の前記中心から約５．７〜５．８インチの半径距離に位置した７２個のガス注入孔を有し、
各列の前記ガス注入孔は、方位方向上で均等に間隔を空けている、シャワーヘッド電極。
【請求項３】
請求項１記載のシャワーヘッド電極であって、
前記ネジ付き止まり穴の同心列は、約０．２インチの深さを有し且つ７／１６−２８のネジ山寸法でネジ山を付けた８個のネジ付き止まり穴を各列のそれぞれに含み、
前記内側列は、前記シャワーヘッド電極の前記中心から約２．５インチの半径距離に位置し、
前記中間列は、前記シャワーヘッド電極の前記中心から約５．４インチの半径距離に位置し、
前記外側列は、前記シャワーヘッド電極の前記中心から約７．７インチの半径距離に位置する、シャワーヘッド電極。
【請求項４】
請求項３記載のシャワーヘッド電極であって、
前記シャワーヘッド電極の前記中心を通過する線は、前記内側列の前記ネジ付き止まり穴のうち２個と、前記中間列の前記ネジ付き止まり穴のうち２個とを通過する、シャワーヘッド電極。
【請求項５】
請求項３記載のシャワーヘッド電極であって、
前記外側列の前記ネジ付き止まり穴は、前記中間列の前記ネジ付き止まり穴から２５．５°又は１９．５°ずれている、シャワーヘッド電極。
【請求項６】
請求項１記載のシャワーヘッド電極であって、
前記整合ピンを受領するように構成された前記複数のネジ無し止まり穴は、第１の組の穴及び第２の組の穴を含み、
前記第１の組の穴は、２個の穴を含み、前記２個の穴は、（ａ）前記シャワーヘッド電極の前記中心から約１．７〜１．８インチの半径距離に位置し、（ｂ）半径的に整合し且つ互いに方位角で約１７５°ずれており、前記２個の穴の一方は、前記内側列の前記ネジ付き止まり穴の１つと方位方向上で整合しており、（ｃ）約０．１０〜０．１２インチの直径を有し、（ｄ）少なくとも約０．１インチの深さを有し、
前記第２の組の穴は、第１の穴、第２の穴、及び第３の穴を含み、前記第１、第２、及び第３の穴は、（ａ）前記シャワーヘッド電極の前記中心から約７．９〜８．０インチの半径距離に位置し、（ｂ）前記第１の穴は、前記中間列内の前記ネジ付き止まり穴の１つから反時計回りに方位角で約１５°ずれており、（ｃ）前記第２及び第３の穴は、前記第１の穴と半径的に整合しており、前記第１の穴から方位角で約１１５°及び約１２０°ずれており、（ｄ）約０．１１〜０．１２インチの直径を有し、（ｅ）少なくとも約０．１インチの深さを有する、シャワーヘッド電極。
【請求項７】
請求項１記載のシャワーヘッド電極であって、
前記シャワーヘッド電極は、約１６．８インチの外径を有すると共に、
約０．４インチの均一な厚さ及び約１２インチの直径を有する内側区域と、
約０．５８〜０．６５インチの均一な厚さと約１２．５〜１３．５インチの内径及び約１５．７〜１６．２インチの外径とを有する外側環状区域と、
前記内側区域と前記外側区域との間に延びる約２５°の角度の内側傾斜面と、
前記外側環状区域と前記外側段差部との間に延びる約２５°の角度の外側傾斜面と、
約０．１５インチ延びる垂直面及び約０．１２インチ延びる水平面により画成された前記環状段差部と、
約０．４４インチの外径、約０．２４インチの内径、及び少なくとも０．１インチの深さを有する前記環状溝と、
を含み、
前記シャワーヘッド電極は、抵抗率約０．００５〜０．０２０オームｃｍ、総重金属汚染１０ｐｐｍ未満である単結晶又は多結晶シリコンのプレートから製造される、シャワーヘッド電極。
【請求項８】
請求項１記載のシャワーヘッド電極を備えるシャワーヘッド電極組立体であって、
前記受け板及びカムロックは、前記シャワーヘッド電極内の前記ネジ付き止まり穴に装着されたネジ付きソケットから延びる拡大頭部を有するスタッドと、前記受け板内に装着された回転カムシャフトとを備え、
前記回転カムシャフトは、前記スタッドの前記拡大頭部に係合する偏心切り欠きを有し、
前記回転カムシャフトの少なくとも一部は、前記ネジ付き止まり穴の内側列に装着されたスタッド及び前記ネジ付き止まり穴の中間列に装着されたスタッドが前記回転カムシャフトの１本の切り欠きに同時に係合するように、複数の前記拡大頭部に係合する複数の偏心切り欠きを含む、シャワーヘッド電極組立体。
【請求項９】
請求項８記載のシャワーヘッド電極組立体であって、
更に、前記シャワーヘッド電極を囲む環状シュラウドを備え、
前記受け板は、前記シャワーヘッド電極に対向する前記受け板の表面を介して延びる開口部を４列の円形列として含み、
前記４列の円形列のそれぞれは、８個の開口部を含み、
前記４列の円形列のうち３列の前記開口部は、前記シャワーヘッド電極内の前記ネジ付き止まり穴の内側列、中間列、及び外側列に装着されたスタッドと整合され、
前記第４の列の前記開口部は、前記環状シュラウドに装着されたスタッドと整合され、
前記受け板は、前記カムシャフトを収容する２４個の穴を含み、
前記カムシャフトのうち８本は、前記環状シュラウドに装着された前記スタッドと、前記ネジ付き止まり穴の外側列に装着された前記スタッドとに同時に係合し、
前記カムシャフトのうち８本は、前記ネジ付き止まり穴の内側列及び中間列に装着されたスタッドに同時に係合する、シャワーヘッド電極組立体。
【請求項１０】
請求項８記載のシャワーヘッド電極組立体であって、
整合リングの下部は、前記シャワーヘッド電極の前記装着面上の前記環状溝において摩擦により保持され、
前記整合リングの上部は、前記受け板の前記対向する表面上の環状溝において摩擦により保持され、
前記整合ピンの下部は、前記シャワーヘッド電極の前記装着面上の前記複数のネジ無し止まり穴において摩擦により保持され、
前記整合ピンの上部は、前記受け板の前記対向する表面の整合ピン穴において摩擦により保持される、シャワーヘッド電極組立体。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実用新案は、半導体部品を製造可能な平行平板容量結合プラズマ処理チャンバのシャワーヘッド電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路チップの製造は、一般に、「基板」と呼ばれる高純度単結晶半導体材料基板（シリコン又はゲルマニウム等）の研磨薄片から開始される。各基板に対しては、基板上に様々な回路構造を形成する一連の物理及び化学処理ステップが施される。製造プロセス中には、二酸化シリコン膜を生成する熱酸化、シリコン、二酸化シリコン、及び窒化シリコン膜を生成する化学気相堆積、他の金属膜を生成するスパッタリング又は他の手法等、様々な手法を使用して、基板上に様々な種類の薄膜を堆積させ得る。
【０００３】
半導体基板上に膜を堆積させた後、ドーピングと呼ばれる処理を使用して、半導体結晶格子中において、選択された不純物による置換を行うことにより、半導体の特異的な電気特性を生成する。ドーピングされたシリコン基板は、次に、「レジスト」と呼ばれる感光性又は放射線感受性材料の薄層により均一に被覆し得る。その後、リソグラフィとして知られる処理を使用して、回路内の電子経路を画成する小さな幾何学的パターンをレジスト上に転写し得る。リソグラフィプロセス中、リソグラフィ回路パターンは、「マスク」と呼ばれるガラス板上に描画し、その後、光学的に縮小投影して、感光性被覆上に転写し得る。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
必要な電力の増加、及び付随するシャワーヘッド電極の加熱のため、シャワーヘッド電極と受け板との間のより良好な熱的接触と、加熱したシャワーヘッド電極の歪みの低減とをもたらす、より良好な装着構造が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書では、容量結合プラズマ処理チャンバ内のシャワーヘッド電極組立体での使用に適したシャワーヘッド電極を説明する。シャワーヘッド電極組立体は、上面及び下面間に延びるガス注入孔を有する受け板と、ガードリングと、整合リングと、シャワーヘッド電極を受け板に取り付ける複数の留め具と、複数の整合ピンとを備える。シャワーヘッド電極は、下面にプラズマ露出面を備え、上面に装着面を備える。シャワーヘッド電極の外周の環状段部は、ガードリングを支持するように構成される。プラズマ露出面と装着面との間に延びる複数のガス注入孔は、受け板のガス注入孔と一致するパターンで配置される。装着面内の複数のネジ無し止まり穴は、整合ピンを受領するように構成される。装着面内の環状溝は、整合リングを受領するように構成される。装着面内のネジ付き止まり穴の同心列は、シャワーヘッド電極を受け板に取り付ける留め具を受領するように構成され、同心列は、シャワーヘッド電極の中心から外縁部までの総距離の１／８〜１／２となる半径上に位置する内側列と、シャワーヘッド電極の中心から外縁部までの総距離の１／２〜３／４となる半径上に位置する中間列と、シャワーヘッド電極の中心から外縁部までの総距離の３／４〜７／８となる半径上に位置する外側列とを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】内側位置の２個のカムロックを示すシャワーヘッド電極組立体の断面図である。
【図１Ｂ】２個の外側カムロックを示す、異なる位置におけるシャワーヘッド電極組立体の断面図である。
【０００７】
【図２】図１のシャワーヘッド電極組立体におけるシャワーヘッド電極の底面図である。
【０００８】
【図３】図２の電極の断面図である。
【０００９】
【図４】図２の電極の上面図である。
【００１０】
【図５】図２の電極におけるピン整合穴の部分断面図である。
【００１１】
【図６】図２の電極における環状溝の部分断面図である。
【００１２】
【図７】図２の電極におけるネジ穴の部分断面図である。
【００１３】
【図８】図１のシャワーヘッド電極組立体における受け板の斜視図である
【００１４】
【図９】図８の受け板の底面図である。
【００１５】
【図１０】図８の受け板の部分断面図である。
【００１６】
【図１１】図１０の受け板の上面図である。
【００１７】
【図１２】図８の受け板の横断面図である。
【００１８】
【図１３】図８の受け板の半径方向断面図である。
【００１９】
【図１４】図８の受け板におけるカムシャフト穴及び２つの内側カムロック位置を介した部分断面図である。
【００２０】
【図１５】図８の受け板におけるカムシャフト穴及び２つの外側カムロック位置を介した部分断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００２１】
プラズマ反応チャンバは、一般に、上部電極組立体及び下部電極組立体が内部に位置決めされた真空チャンバから成る。処理対象の基板（通常、半導体）は、適切なマスクに覆われた状態で下部電極組立体上に直接配置する。ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＣｌＦ3、ＨＢｒ、Ｃｌ2、ＳＦ6等の処理ガス又はその混合物を、Ｏ2、Ｎ2、Ｈｅ、Ａｒ又はその混合物と共にチャンバへ導入する。チャンバは、通常、ミリトールの範囲の圧力に維持する。上部電極組立体には、上部電極組立体を介してチャンバ内へガスを均一に分散させることが可能なガス注入孔（群）を設ける。１つ以上の高周波（ＲＦ）電源によりＲＦ電力を真空チャンバ内へ伝達し、中性のプロセスガス分子を解離させてプラズマとする。プラズマ内の高反応性ラジカルを、上部電極及び下部電極間の電場により基板表面へ強制する。基板の表面では、ラジカルとの化学反応により、エッチング又は堆積が生じる。上部電極組立体は、異なる材料により形成された受け板に取り付けられたシャワーヘッド電極を含む。シャワーヘッド電極は、動作中にプラズマ及び／又はヒータ構造により加熱され、基板全体の処理率の均一性に悪影響を与える歪みを生じる恐れがある。加えて、シャワーヘッド電極と受け板との熱膨張の違いにより、熱サイクルの反復中、両者の間に摩擦が生じる場合がある。摩擦により、基板からの素子の歩留まりを悪化させる粒子汚染物が生じる恐れがある。
【００２２】
シャワーヘッド電極の歪みを低減するために、本明細書では、シャワーヘッド電極の装着面と係合する横方向に分布したカムロックを含む固定構造を説明する。
【００２３】
図１Ａは、半導体基板をエッチングするためのプラズマ反応チャンバのシャワーヘッド電極組立体５００の一部のある位置における部分断面図であり、図１Ｂは、異なる位置における部分断面図である。図１Ａに示したように、シャワーヘッド電極組立体５００は、シャワーヘッド電極５０２と、受け板５０６と、底部壁内にガス通路５１１を備えたＣ字形の断面を有する環状シュラウド延長部５１０とを含む。組立体５００は、真空チャンバの温度制御された上部壁（図示せず）に取り付けられた熱制御板（図示せず）に装着することができる。熱制御板及び上部壁の詳細は、出典を明記することによりその開示内容を本願明細書の一部とする、本願の譲受人に譲渡された米国出願公開番号第２０１０／０００３８２９号に記載される。シャワーヘッド電極５０２は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、炭化ケイ素、又は他の適切な材料等の伝導性高純度材料により作成し得る。シャワーヘッド電極５０２は、定期的に交換が必要な消耗部品である。受け板５０６は、後述するカムロック留め具により、シャワーヘッド電極５０２に対して機械的に固定される。
【００２４】
図１Ａに示したシャワーヘッド電極組立体５００は、プラズマチャンバに装着した時、シャワーヘッド電極５０２の下方に１〜５ｃｍの間隔を空けて基板を支持する平坦な下部電極組立体の一部を形成する静電チャック（図示せず）を組み込んだ基板支持部に対向して配置される。こうしたプラズマ反応チャンバの例は、カリフォルニア州フレモントのＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＥｘｅｌａｎTM誘電体エッチングシステム等の平行平板型リアクタである。こうしたチャッキング構造は、基板とチャックとの間の伝熱率を制御する裏面ヘリウム（Ｈｅ）圧力を供給することにより、基板の温度制御を行う。チャックは、垂直に移動して、Ｃシュラウド５１０の底部壁より上方にウェーハを配置することができる。ガスは、ウェーハとシャワーヘッド電極との間の隙間から、Ｃシュラウドの底部壁内で半径方向に延びるスリット５１１を介して除去することができる。プラズマ処理中、カムロックは、受け板とシャワーヘッド電極との間の熱的移動による過負荷を回避しつつ、シャワーヘッド電極に一定の負荷を与える。
【００２５】
使用中、ガス源からのプロセスガスは、シャワーヘッド電極と処理対象の基板との間の隙間内で、基板上方の単一の区域又は複数の区域へプロセスガスを供給することを可能にする上壁内の一本以上の通路を介して、シャワーヘッド電極５０２へ供給される。
【００２６】
シャワーヘッド電極５０２は、好ましくは、その外部を囲む環状段差部５４２を有する平坦な円盤又はプレートである。段差部５４２は、内側傾斜面５４４及び外側傾斜面５４８を含む。シャワーヘッド電極５０２は、処理対象の基板より大きな直径、例えば、３００ｍｍを超える直径を有することができる。３００ｍｍ基板を処理するために、シャワーヘッド電極５０２は、約１７インチの直径を有することができる（本明細書において、「約」は±１０％を示す）。シャワーヘッド電極５０２は、単一材料の部品にすることができる（例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、炭化ケイ素、又は他の適切な材料）。プロセスガスを基板とシャワーヘッド電極５０２との間の隙間に供給するために、シャワーヘッド電極５０２には、シャワーヘッド電極５０２下方の反応区域においてプラズマへと励起されるプロセスガスの供給に適したサイズ及び分布を有する複数のガス注入孔５０４（図２参照）を設ける。
【００２７】
単結晶シリコンは、シャワーヘッド電極５０２のプラズマ露出面に好適な材料である。高純度の単結晶シリコンは、望ましくない要素を反応チャンバに最低限の量しか持ち込まず、プラズマ処理中に滑らかに摩耗して、粒子を最小限にするため、プラズマ処理中に基板の汚染を最小限に抑える。シャワーヘッド電極５０２のプラズマ露出面として使用可能な複合材料を含む他の材料として、例えば、多結晶シリコン、Ｙ2Ｏ3、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、及びＡｌＮが含まれる。
【００２８】
実施形態において、シャワーヘッド電極組立体５００は、３００ｍｍの直径を有する半導体基板等の大型基板を処理する上で十分な大きさとする。しかしながら、シャワーヘッド電極組立体５００は、他の基板サイズを処理するようにサイズを定めることもできる。
【００２９】
受け板５０６は、好ましくは、プラズマ処理チャンバ内で半導体基板を処理するために使用するプロセスガスと化学的に適合する材料から作成され、電極材料のものと厳密に一致する熱膨張係数を有し、及び／又は、電気伝導性及び熱伝導性を有する。受け板５０６を作成するために使用できる好適な材料には、グラファイト、ＳｉＣ、アルミニウム（Ａｌ）、又は他の適切な材料等が含まれる。
【００３０】
受け板５０６は、好ましくは、ネジボルト、ネジ等にすることができる適切な機械的留め具により熱制御部板に取り付ける。例えば、ボルト（図示せず）を、熱制御板の孔に挿入し、受け板５０６内のネジ付き開口部へねじ入れることが可能である。熱制御板は、好ましくは、アルミニウム、アルミニウム合金等の機械加工された金属材料により作成される。上部温度制御板は、好ましくは、アルミニウム又はアルミニウム合金により作成される。
【００３１】
シャワーヘッド電極５０２は、出典を明記することによりその開示内容を本願明細書の一部とする、本願の譲受人に譲渡されたＷＯ２００９／１１４１７５（２００９年９月１７日公開）及び米国出願公開番号第２０１０／００３８２４号に記載されるカムロック機構により受け板５０６に機械的に取り付けることができる。図１Ａを参照すると、一対の内側カムロック５６２が、シャワーヘッド電極５０２を受け板５０６に取り付けた状態で図示されている。各カムロックは、プラズマエッチングチャンバ等、様々な製造関連ツールにおいて、シャワーヘッド電極５０２を、迅速且つ手際よく正確に、受け板５０６に取り付けることが可能である。
【００３２】
カムロックは、ソケット内に装着されるスタッド（ロッキングピン）を含み、スタッドは、例えば、ステンレス鋼製ベルビルワッシャ等のディスクスプリングスタックにより囲んでもよい。スタッド及びディスクスプリングスタックは、その後、ソケット内へ圧入するか、接着剤又は機械的留め具の使用により別の形で固定し得る。スタッド及びディスクスプリングスタックは、シャワーヘッド電極と受け板との間で所望の熱的及び電気的接触を維持するためにシャワーヘッド電極に一定の負荷を加えることが可能となる一方、熱サイクル中にシャワーヘッド電極５０２と受け板５０６との間で、限定された量の側方運動が可能となるように、ソケット内に配置される。側方運動の量を限定することにより、電極５０２と受け板５０６との密着が可能となり、これにより良好な熱的接触を確保すると同時に、ある程度の移動を依然として提供して、二部品間の熱膨張の差に対応する。限定側方運動機能についての付加的な詳細は、更に詳しく後述する。
【００３３】
特定の実施形態例において、ソケットは、高強度のＴｏｒｌｏｎ(R)から製造される。或いは、ソケットは、良好な強度といった特定の機械的特性と耐衝撃性、耐クリープ性、寸法安定性、耐放射線性、及び耐化学性とを有する他の材料から製造し、容易に利用し得る。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といった様々な材料は、全て適切となり得る。エッチングチャンバ等の用途において遭遇する一般的な最高温度は２３０℃であるため、高温用プラスチック及び他の関連する材料は、ソケットを形成するために必要ではない。一般に、通常の動作温度は、１３０℃前後である。
【００３４】
カムロックの他の部分は、一対のカムシャフトベアリングにより任意に各端部を囲まれたカムシャフト５１４を含む。カムシャフト５１４及びカムシャフトベアリング組立体は、受け板５０６内に機械加工された受け板穴５６０内に装着される。３００ｍｍ半導体基板用に設計されたエッチングチャンバ向けの一般的な応用において、カムロックは、シャワーヘッド電極５０２全体に同心列として配置することができる。
【００３５】
カムシャフトベアリングは、Ｔｏｒｌｏｎ(R)、Ｖｅｓｐｅｌ(R)、Ｃｅｌｃｏｎ(R)、Ｄｅｌｒｉｎ(R)、Ｔｅｆｌｏｎ(R)、Ａｒｉｏｎ(R)を含む様々な材料、或いは、低摩擦係数及び低粒子脱落性を有するフッ素重合体、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）等の他の材料から機械加工し得る。スタッド及びカムシャフトは、ステンレス鋼（例えば、３１６、３１６Ｌ、１７−７、ＮＩＴＲＯＮＩＣ−６０等）又は良好な強度及び耐腐食性を提供する他の任意の材料から機械加工し得る。
【００３６】
図２〜図７は、シャワーヘッド電極５０２の詳細を示す。シャワーヘッド電極５０２は、好ましくは、高純度（不純物１０ｐｐｍ未満）低抵抗率（０．００５〜０．０２オームｃｍ）の単結晶シリコンのプレートである。
【００３７】
図２は、プラズマ露出面５０３を示す、シャワーヘッド電極５０２の底面図である。適切な直径及び／又は構成のガス注入孔５０４は、装着面５０５からプラズマ露出面５０３へ延びており、段差部５４２の内側に、任意の適切なパターンで配置することができる。好ましくは、ガス注入孔５０４の直径は、０．０４インチ以下であり、より好ましくは、ガス注入孔５０４の直径は、０．０１〜０．０３インチであり、更に好ましくは、ガス注入孔５０４の直径は、約０．０２インチである。図示した実施形態では、１個のガス注入孔がシャワーヘッド電極５０２の中心に位置し、他のガス注入孔は、８列の同心列として配置されており、第１の列内の７個のガス注入孔が電極の中心から約０．６〜０．７（例えば、０．６８）インチに位置し、第２の列内の１７個のガス注入孔が中心から約１．３〜１．４（例えば、１．３４）インチに位置し、第３の列内の２８個のガス注入孔が中心から約２．１〜２．２（例えば、２．１２）インチに位置し、第４の列内の４０個のガス注入孔が中心から約２．８〜３．０（例えば、２．９０）インチに位置し、第５の列内の４８個のガス注入孔が中心から約３．６〜３．７（例えば、３．６７）インチに位置し、第６の列内の５６個のガス注入孔が中心から約４．４〜４．５（例えば、４．４５）インチに位置し、第７の列内の６４個のガス注入孔が中心から約５．０〜５．１（例えば、５．０９）インチに位置し、第８の列内の７２個のガス注入孔が中心から約５．７〜５．８（例えば、５．７３）インチに位置している。各列のガス注入孔は、方位角に関して均等に間隔を空けている。
【００３８】
図３は、シャワーヘッド電極５０２の直径に沿った断面図である。外周面は、段差部５４２を含む。図７は、図２の段差部５４２の拡大図である。段差部５４２は、シャワーヘッド電極５０２の全周に渡って延びる平坦環状面５４７を含む。好適な実施形態において、シャワーヘッド電極５０２は、段差部５４２の内側に均一な厚さの内側部５０７を有する。内側部５０７は、好ましくは、約０．４０インチの均一な厚さ及び約１２インチの外径を有する。内側傾斜面５４６は、内側部５０７の外縁部から始まり、内側傾斜面５４６の外径は、直径約１２．５〜１３．５インチとなる。外側傾斜面５４８は、約１５．７〜１６．２インチの内径及び約１６．８インチの外径を有する。内側傾斜面５４６は、好ましくは、平坦環状面５４７に対して２０°〜４５°、例えば、約２５°の角度で傾斜し、外側傾斜面５４８は、平坦環状面５４７に対して２０°〜３０°、例えば、約２５°の角度で傾斜させることができる。装着面５０５と環状面５４７との間の厚さは、約０．６５インチである。シャワーヘッド電極は、約０．１５インチ延びる垂直面５４９ａと約０．１２インチ延びる水平面５４９ｂとにより形成された外側段差部５４９を含む。
【００３９】
図４は、装着面５０５を示すシャワーヘッド電極５０２の上面図である。装着面５０５は、シャワーヘッド電極５０２と同心状の環状溝５０５ａ（詳細は図６）を含み、環状溝５０５ａは、約０．２４インチの内径と、約０．４４インチの外径と、少なくとも０．１インチの深さと、入り口縁部上の幅約０．０２インチの４５°面取り部と、底隅部上の半径０．０１５〜０．０３インチの隅肉部とを有する。
【００４０】
装着面５０５は、更に、整合ピンを受領するように構成された２個の平滑（ネジ無し）止まり穴５０５ｂ（詳細は図５）を、シャワーヘッド電極５０２の中心から１．７２〜１．７３インチとなる半径位置に、互いに約１７５°ずれた状態で含んでおり、止まり穴５０５ｂは、約０．１１〜０．１２インチの直径と、少なくとも０．１インチの深さと、入り口縁部上の約０．０２インチの４５°面取り部と、底隅部上の半径０．０２インチまでの隅肉部とを有する。
【００４１】
装着面５０５は、更に、装着面５０５を中心部、中間部、及び外側部に分割する環状装着穴領域に配置されたネジ付き止まり穴５０５ｃを含む。装着穴領域は、好ましくは、シャワーヘッド電極５０２の半径の１０〜３０％の内側半径、シャワーヘッド電極５０２の半径の５０〜７０％の中間半径、及びシャワーヘッド電極５０２の半径の８０〜９５％の外側半径上に位置する。好適な実施形態では、８個の７／１６−２８（ユニファイねじ規格（Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｔｈｒｅａｄ  Ｓｔａｎｄａｒｄ））ネジ付き止まり穴５０２ｃの列が、シャワーヘッド電極５０２の中心から２．４〜２．６インチ（例えば、２．５インチ）の内径上で、一対の隣接する穴５０２ｃの間で方位角について約４５°ずれた状態で配置され、８個のネジ穴の別の列が、５〜６インチ（例えば、５．４インチ）の半径上に配置され、８個のネジ穴の外側の列が、７〜８インチ（例えば、７．７インチ）の半径上に配置される。それぞれの穴５０２ｃは、約０．２インチの全深さと、入り口縁部からの少なくとも０．１６インチのネジ深さと、入り口縁部上の幅約０．０２インチの４５°面取り部とを有する。各列において、１個の穴５０２ｃは、別の１個の穴５０２ｃと方位方向上で整合している。本明細書での使用において、２つの物体が「方位方向上で整合」しているとは、２つの物体を結ぶ直線が円又は輪の中心、即ち、本実施形態ではシャワーヘッド電極５０２の中心を通過することを意味する。
【００４２】
装着面５０５は、更に、シャワーヘッド電極５０２の中心から７．９〜８インチ、好ましくは約７．９３インチの半径位置において半径的に整合した、整合ピン（図示せず）を受領するように構成された第１、第２、及び第３の平滑（ネジ無し）止まり穴５０５ｂを含む。「半径的に整合した」とは、中心までの距離が等しいことを意味する。穴５０５ｂは、０．１１〜０．１２インチの直径と、少なくとも０．１インチの深さと、入り口縁部上の幅約０．０２インチの４５°面取り部と、底隅部上の半径０．０２インチまでの隅肉部とを有する。３個の外側の穴５０５ｂの１つは、穴５０５ｃの第２の同心列内のネジ付き止まり穴５０５ｃの１つから、反時計回りに方位角で約１５°ずれている。３個の穴５０５ｂの第２のものは、第１の穴５０５ｂから、時計回りに方位角で約１２０°ずれている。第３の穴５０５ｂは、第２の穴５０５ｂから、時計回りに方位角で約１２５°ずれている。
【００４３】
図８は、受け板５０６の斜視図であり、カムロックのスタッドを受け入れるために孔５５０の同心列が４列設けられており、内側の３列は、シャワーヘッド電極上のスタッドと係合し、外側の列は、シャワーヘッド電極５０２を囲むＣシュラウド延長部５１０上のスタッドと係合する。図９は、受け板５０６の底面図であり、図１０は、水平穴５６０ａにより、カムシャフト５１４が２つの内側カムロックを同時に作動させることが可能となる位置における受け板５０６の断面図であり、図１１は、受け板を熱制御板に取り付けるための留め具穴５７０と、電気及び熱ガスケットを受け入れるための環状路５７２との位置を示す、受け板５０６の上面図であり、図１２は、カムロックの２つの内側列を作動させるカムシャフトを受領する穴５６０ａと、カムロックの２つの外側列を作動させるカムシャフトを受領する穴５６０ｂとを示す、受け板５０６の中央を介した断面図である。図１３は、シャワーヘッド電極５０２を受領する凹部５７４と、整合リングを受領する環状路５７６とを示す受け板５０６の断面図であり、図１４は、穴５６０ａの位置において受け板５０６の半分を示す断面図であり、図１５は、穴５６０ａの１つの位置における受け板の外側部分の断面図である。
【００４４】
シャワーヘッド電極５０２をシャワーヘッド電極組立体５００に設置する時には、まず、整合リング５２２、２本の内側整合ピン、及び３本の外側整合ピンを、環状溝５０５ａ及び穴５０５ｂにそれぞれ挿入し、カムロックのスタッド組立体を、ネジ穴５０５ｃに装着する。整合ピンは、受け板５０６の穴５５３に収容される。次に、受け板５０６の下面５５５上の環状座部５５４（図８参照）に嵌合するように設計されたガスケット構造を、シャワーヘッド電極５０２に装着し、シャワーヘッド電極５０２に装着したスタッド組立体のスタットを係合させるために、受け板５０６内のカムシャフト５１４を回転させることにより、シャワーヘッド電極５０２を受け板５０６に対して締結する。
【００４５】
カムロック５６２は、機械的な支持点を提供し、受け板５０６との熱的接触を改善し、シャワーヘッド電極５０２の歪みを低減し、これにより処理率の不均一性及び熱の不均一性を低減する。
【００４６】
図示した実施形態において、シャワーヘッド電極５０２は、２４個のカムロックにより受け板５０６に対して機械的に取り付けられる。カムロックは、ソケット内に装着されたスタッド（ロッキングピン）を備えるスタッド／ソケット組立体を含む。
【００４７】
シャワーヘッド電極においてカムロックの内側列及び中間列の同時係合を可能にするため、８本の細長いカムシャフトが、受け板に機械加工された受け板穴５６０ａ（図１０参照）内に装着される。各カムシャフトは、カムロックの内側列上にある１個のカムロックのスタッド／ソケット組立体と、カムロックの中間列上にある１個のカムロックのスタッド／ソケット組立体とに係合する。
【００４８】
各カムロックは、シャワーヘッド電極５０２を受け板５０６に近接させて配置し、各ソケット組立体のスタッドを受け板５０６の対応する穴に挿入し、カムシャフト内の切り欠きがスタッドの頭部に係合するようにカムシャフトを回転させることで動作する。各スタッド／ソケット組立体は、ソケットの雄ネジを用いて、シャワーヘッド電極５０２のネジ穴５０５ｃのねじ入れ得る。
【００４９】
カムシャフトは、六角形のキー等の工具を各カムシャフトの一方の端部にある六角開口部に係合させることで回転させることができる。
【００５０】
例えば、キーイングスタッドは、穴の入り口にある段差部と相互作用することにより、受け板穴内におけるカムシャフトの回転移動を制限することができる。各カムシャフトは、２つの内部偏心切り欠きを有する。一方の切り欠きは、シャワーヘッド電極５０２上のスタッドの内側列にあるスタッドの拡大頭部と係合し、他方の切り欠きは、スタッドの中間列にあるスタッドの拡大頭部と係合する。カムシャフトは、最初に、スタッドのカムシャフトへの進入が可能となるように、六角開口部を使用して一方向、例えば、反時計回りに回転させ、その後、時計回りに回転させて、スタッドを完全に係合させてロックし得る。シャワーヘッド電極を受け板に対して保持するために必要なクランプ力は、自由積層高さを超えてディスクスプリングスタックを圧縮することにより供給される。ディスクスプリングスタックが圧縮されると、クランプ力は、ディスクスプリングスタック内の個々のスプリングからソケットへ伝達されると共に、シャワーヘッド電極を介して受け板５０６へ伝達される。
【００５１】
動作モードの一例では、カムシャフトを受け板穴に挿入し、カムシャフトを反時計回りに回転させて完全に回転移動させ、その後、シャワーヘッド電極５０２内への軽いトルクを加えたスタッド／ソケット組立体を、水平に延びる受け板穴５６０の下方で垂直に延びる貫通孔５５０へ挿入して、スタッドの頭部をカムシャフトの偏心切り欠き内に係合させる。シャワーヘッド電極５０２は、受け板５０６に対して保持され、キーイングピンが穴の入り口にある段差部により制限されるまで、カムシャフトを時計回りに回転させる。動作モードの一例は、受け板５０６からシャワーヘッド電極５０２を取り外すために逆転させ得る。
【００５２】
８０００ワット程度の高出力で動作させるために、シャワーヘッド電極とアルミニウム製受け板との間、及び受け板と熱制御板との間に、熱ガスケットを設けることが望ましい。例えば、シャワーヘッド電極５０２と受け板５０６との間のガスケットは、好ましくは、電気伝導性及び熱伝導性を有し、例えば、約１０〜２００ｍＴｏｒｒの真空環境において過度のガス抜けが無く、粒子の発生が少なく、接触点における剪断に対応する追随性を有し、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ等、半導体基板の寿命を縮める金属成分を含まない材料により作成される。ガスケットは、シリコーンアルミホイルサンドイッチガスケット構造体、又はエラストマステンレス鋼サンドイッチガスケット構造体にすることができる。ガスケットは、プラズマエッチング等のステップが実施される半導体製造において使用される真空環境に適合した熱伝導性及び電気伝導性ゴムにより上側及び下側を被覆したアルミニウムシートにすることができる。ガスケットは、好ましくは、電極及び受け板を共に機械的にクランプした時に圧縮可能となるような追随性を有するが、シャワーヘッド電極の温度サイクル中に電極及び受け板の対向面が互いに対して摩擦されることを防止する。粒子の発生から保護するために、ガスケットは、適切なＯリング構造によりガス孔から分離することができる。ガスケットは、Ｂｅｒｇｑｕｉｓｔ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な「Ｑ−ＰＡＤ  ＩＩ」等の適切な材料から製造することができる。ガスケットの厚さは、好ましくは約０．００６インチである。ガスケットの様々な特徴部は、連続したシートから、ナイフ切断、型打ち、穿孔、或いは好ましくはレーザ切断することができる。ガスケットセットは、受け板とシャワーヘッド電極との間に装着し、両者の間に電気的及び熱的接触をもたらす。
【００５３】
ガスケットは、シャワーヘッド電極５０２のガス注入孔５０４、カムロック５６２、整合リング、又は整合ピンを妨害しない限り、任意の適切なパターンで配置された環状リング又は一連のリング及びスポークにすることができる。
【００５４】
以上、具体的な実施形態を参照して、シャワーヘッド電極組立体、内部電極、外部電極、ガスケットセットを詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な変更及び変形の実施及び等価物の利用が可能であることは、当業者には明らかであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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