JP2014515882A - ガス分配プレート表面を改修するための方法及び装置 - Google Patents

ガス分配プレート表面を改修するための方法及び装置 Download PDF

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Abstract

本明細書内に記載される実施形態は、概して、堆積チャンバ又はエッチングチャンバ内で利用されるガス分配プレートアセンブリを改修するための方法及び装置に関する。一実施形態では、ガス分配プレートアセンブリを改修するための方法が提供される。本方法は、複数のガス分配孔が内部に配置された、ガス分配プレートアセンブリのフェイスプレートを、研磨装置の研磨パッドに対して付勢する工程と、フェイスプレートと研磨パッドの間に相対運動を提供する工程と、研磨パッドでフェイスプレートを研磨する工程を含む。

Description

背景
（分野）
本明細書内に記載される実施形態は、概して、ガス分配プレート表面などの半導体処理チャンバコンポーネントの表面を改修して、未使用又は未使用に近い状態に表面を復元することに関する。
（関連技術の説明）
半導体基板などの基板上への電子デバイスの製造においては、複数の処理工程が利用される。例えば、堆積及びエッチングプロセスが基板上で行われる。ガスがチャンバに流され、基板の上方に位置するガス分配プレートを通過する。ガスが熱的に又はプラズマの形成によって解離して、基板に材料を堆積又は基板から材料を除去する処理領域が、ガス分配プレートと基板の間に形成される。
処理中、処理ゾーンに近接しているチャンバの表面は、堆積又はエッチャントの副生成物で汚染される。コンポーネント表面上の汚染は、プロセスパラメータが大きく影響される点に到達し、表面の洗浄が必要となるだろう。コンポーネント表面の従来の洗浄は、通常、副生成物を除去する溶剤又は酸で表面を手動でワイピングする（拭う）ことによって行われる。この方法は、非常に労働集約的で時間が掛かり、かなりのチャンバのダウンタイムとコストの原因となる。
更に、従来の洗浄技術では、コンポーネントの表面は、洗浄した後、新品の表面と同じようには機能しない場合がある。例えば、プラズマ処理において電極として利用されるガス分配プレートの表面は、新品の場合、典型的に特定の表面粗さを有する。表面粗さは、ガス分配プレートの電気的特性に寄与し、それは同様に処理条件及び処理結果に影響する。処理中、表面は、表面粗さを変化させる、及び／又は孔食を生成する処理化学物質によって攻撃される。したがって、表面のワイピングは副生成物を除去することができるが、洗浄された表面は、元の（新品の）ガス分配プレートとは異なる電気的特性を有する。したがって、洗浄されたガス分配プレートは、望ましくないことに、異なる処理結果を生み出すだろう。
したがって、チャンバ内のコンポーネントの表面を改修し、チャンバコンポーネントを未使用又は未使用に近い状態に復元する方法及び装置が必要である。
概要
本明細書内に記載される実施形態は、概して、ガス分配プレート表面を未使用又は未使用に近い状態に改修するための方法及び装置に関する。より具体的には、堆積チャンバ又はエッチングチャンバで利用されるガス分配プレートアセンブリを改修するための方法及び装置に関する。
一実施形態では、ガス分配プレートアセンブリを改修するための方法は、複数のガス分配孔が内部に配置された、ガス分配プレートアセンブリのフェイスプレートを、研磨装置の研磨パッドに対して付勢する工程と、フェイスプレートと研磨パッドの間に相対運動を提供する工程と、研磨パッドでフェイスプレートを研磨する工程を含む。
別の一実施形態では、ガス分配プレートアセンブリを改修するための方法は、ガス分配プレートアセンブリの本体からフェイスプレートの第１の主面をデボンディング（接着外し）する工程と、約６マイクロインチ又はより滑らかな表面仕上げ（仕上げ面）にフェイスプレートの第２の主面を研磨する工程と、研磨されたフェイスプレートを真空環境下で熱処理する工程を含む。
更に別の一実施形態では、フェイスプレートに結合された本体を含むガス分配プレートアセンブリが提供される。本体は、第１の複数のガス分配孔が内部に配置される。フェイスプレートは、内部に配置され、本体の第１の複数のガス分配孔と同心に揃った第２の複数のガス分配孔を有する。フェイスプレートは、本体から離れて対向する熱処理された表面を有する。熱処理された表面は、６マイクロインチ又はより滑らかな表面仕上げを有する。
本発明の上述した構成を詳細に理解することができるように、上記に簡単に要約した本発明のより具体的な説明を、実施形態を参照して行う。実施形態のいくつかは添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがってこの範囲を制限していると解釈されるべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
従来のガス分配プレートアセンブリの断面図である。 切断線１Ｂ−１Ｂに沿った図１Ａのガス分配プレートアセンブリの概略平面図である。 本明細書内に記載された実施形態に係るガス分配プレートアセンブリの断面図である。 図２のガス分配プレートアセンブリを研磨する改修方法で利用することができる研磨装置の一実施形態の上面平面図を示す。 図２のガス分配プレートアセンブリを研磨する改修方法で利用することができる研磨装置の別の一実施形態の上面平面図である。 図３Ｂに示される研磨パッドとして利用することができる研磨材料の一実施形態の側面断面図である。 研磨前後で図２のガス分配プレートアセンブリの表面の表面粗さを比較したグラフである。 本明細書に記載されるような改修方法を行う前後におけるガス分配プレートアセンブリの表面のフッ素含有量を示す。 本明細書に記載されるような改修方法を行う前後におけるガス分配プレートアセンブリの表面のアルミニウム含有量を示す。 研磨されていないガス分配プレートアセンブリのエッチング速度（ＥＲ）を研磨後のガス分配プレートを用いたエッチング速度と比較したグラフである。 標準ブレーク直流（ＤＣ）条件対ＤＣブレークショート条件のエッチング速度の比較を示すグラフである。
理解を促進するために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用している。一実施形態で開示される要素を特別な説明なしに他の実施形態で有益に利用してもよいと理解される。
詳細な説明
本発明の実施形態は、概して、堆積チャンバ又はエッチングチャンバ内で利用されるガス分配プレートアセンブリを改修するための方法及び装置に関する。本方法は、ガス分配プレートアセンブリの表面を未使用又は未使用に近い状態に復元することを含む。特定の実施形態では、本方法は、堆積チャンバ、エッチングチャンバ又は他のプラズマ処理チャンバの他のコンポーネントで利用してもよい。本明細書内に記載される実施形態は、エッチングチャンバ又はエッチングシステム（例えば、カリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．）から入手可能なＡＤＶＡＮＴＥＤＧＥ（商標名）エッチングシステム）で使用されるコンポーネントで実施することができる。本明細書内で議論される実施形態は、他の製造業者によって販売されるものを含む他の処理システムで使用される他のコンポーネントにおいて実施可能であることが理解される。
図１Ａは、従来のガス分配プレートアセンブリ１００の断面図である。ガス分配プレートアセンブリ１００は、エッチングチャンバ、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバ、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）チャンバ等のプラズマ処理チャンバ（図示せず）内に配置することができる。ガス分配プレートアセンブリ１００は、高周波電源（図示せず）に結合して、チャンバ内でプラズマを形成する際の電極として機能させることができる。ガス分配プレートアセンブリ１００は、矢印の方向に複数のガス分配孔１０５を通して処理ガスを送出するために利用されるシャワーヘッドであってもよい。図１Ｂに示されるように、ガス分配孔１０５は、列又は円形リングのパターンを形成することができる。
図１Ａを再び参照すると、ガス分配プレートアセンブリ１００は、本体１１０とフェイスプレート１１５を含む。本体１１０は、導電性材料（例えば、アルミニウム又はステンレス鋼）で作ることができる。本体１１０は、第１面１１２Ａと、対向する第２面１１２Ｂを含む。フェイスプレート１１５は、本体１１０の第２面１１２Ｂに面して配置される。ガス分配孔１０５が、フェイスプレート１１５と本体１１０の両方を通って一直線に延びている。フェイスプレート１１５は、セラミックス材料（例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、石英、バルクイットリウム、酸化イットリウム）又は他の耐プロセス材料（例えば、アルミニウム）であることができる。フェイスプレート１１５は、第１の主面１１４Ａと、第１の主面１１４Ａに対向する第２の主面１１４Ｂを含む。フェイスプレート１１５は、本体１１０に接着、クランプ止め、又は他の方法で固定することができる。一実施形態では、フェイスプレート１１５の第１の主面１１４Ａは、接着剤１２０によって本体１１０の第２面１１２Ｂに接着される。ガス分配プレートアセンブリ１００は、単一の一体型部材として、材料の単一の塊から形成されたフェイスプレート１１５及び本体１１０で構成することもできる。
フェイスプレート１１５の第２の主面１１４Ｂは、プラズマ処理チャンバ内の処理ゾーン１２５と対向する。複数の処理サイクル中に、第２の主面１１４Ｂは、処理の副生成物で汚染される。副生成物は、後で除去するかもしれない粒子を含み、基板を汚染する可能性がある。副生成物はまた、ガス分配孔１０５を詰まらせる可能性があり、これはガス分配プレートアセンブリ１００を通るガスの流れを制限する可能性がある。第２の主面１１４Ｂはまた、熱、処理化学物質、及び第２の主面１１４Ｂを侵食するイオン衝撃にさらされる。したがって、第２の主面１１４Ｂの特性とガス分配プレートアセンブリ１００の動作は、時間と共に変化し、プロセスドリフトを引き起こす。
例えば、ガス分配プレートアセンブリ１００が新品の場合、第２の主面１１４Ｂは、「設計通りの」平均表面粗さ（Ｒａ）を備えることができ、例示的に約２０マイクロインチ以下とすることができるが、これに限定するつもりはない。エッチングプロセスでは、エッチャントの化学物質とイオンが第２の主面１１４Ｂを攻撃し、第２の主面１１４Ｂがより粗くなることを引き起こす。一例では、第２の主面１１４Ｂの平均表面粗さは、複数の処理サイクル後に、約３０マイクロインチ〜約１０００マイクロインチのＲＡに増加する場合がある。第２の主面１１４Ｂの粗さがプラズマの電気的特性に影響を与えるので、第２の主面１１４Ｂの粗さの変化は、プラズマアプリケーションにおけるプロセスドリフトを引き起こす可能性がある。異なるプラズマ特性はエッチング速度のドリフトを引き起こすので、プラズマ特性の変化は弊害をもたらす。エッチング速度のドリフトは、ウェハ内の不均一性のみならず、ウェハ毎の不均一性を引き起こす可能性がある。不均一性は、チャンバのスループットに大きく影響を与える。
第２の主面１１４Ｂをワイピングすることによって、第２の主面１１４Ｂから副生成物を除去することはできるが、ワイピングは第２の主面１１４Ｂの過度の粗さを取り除くことはしない。本発明者らは、あらゆる副生成物を除去し、新品又は未使用のガス分配プレートに等しい表面粗さ（例えば、Ｒａ）に第２の主面１１４Ｂを復元するように第２の主面１１４Ｂを洗浄することができる改修プロセスを発見した。本改修プロセスは、ガス分配プレートアセンブリ１００の第２の主面１１４Ｂを未使用又は未使用に近い状態へ復元し、これによってプロセスドリフトを実質的に除去する。更に、本改修方法は、ガス分配プレートアセンブリ間のばらつきを実質的に除去するので、異なるガス分配プレートアセンブリを使用して製造された製品間のばらつきを低減する。
ガス分配プレートアセンブリ１００がチャンバから取り外されると、ガス分配プレートアセンブリ１００は改修のために調製（準備）されることができる。一実施形態では、少なくともフェイスプレート１１５の第２の主面１１４Ｂは、改修プロセスで平坦化又は研磨される。いくつかの実施形態では、フェイスプレート１１５は、ガス分配プレートアセンブリ１００の本体１１０から取り外され、改修プロセスを受ける。他の実施形態では、ガス分配プレートアセンブリ１００とフェイスプレート１１５は、一体ユニットとして改修される。いくつかの実施形態では、ガス分配孔１０５は、研磨屑がガス分配孔１０５に進入するのを防止するために塞がれる。一実施形態では、ガス分配孔１０５は、固体材料で塞がれる。他の実施形態では、圧縮ガス、加圧流体、又はそれらの組み合わせが、ガス分配孔１０５に提供される、又はガス分配孔１０５を通して流される。研磨後、フェイスプレート１１５及び／又はガス分配プレートアセンブリ１００は、残留研磨屑を除去するために洗浄され、熱処理され、焼成され、及び出荷のために調製される。
改修プロセスの一実施形態では、フェイスプレート１１５は、接着剤１２０を除去することを含むことができるデボンディング処置によって、本体１１０から除去される。デボンディング処置は、化学的又は熱的であることができる。化学的デボンディングは、改修プロセスの後にフェイスプレート１１５に同じ本体１１０を再度固定することを可能にする。熱的デボンディングは、多くの場合、フェイスプレート１１５の取り外し時に、本体１１０にダメージを与え、これによって元の本体１１０は廃棄され、新たな本体１１０が改修プロセスの後、フェイスプレート１１５に固定される。フェイスプレート１１５は、デボンディング後に、酸性浴（例えば、ＨＦ浴）を用いて洗浄することができる。
フェイスプレート１１５は、第２の主面１１４Ｂから材料を除去する研磨装置で処理することができる。研磨装置は、後述されるように、研削ツール、化学的機械的研磨機、ラッピングツール、又は所望の表面仕上げ（ＲＡ）を得るのに適した他のツールであることができる。一実施形態では、フェイスプレート１１５の第１の主面１１４Ａと第２の主面１１４Ｂの一方又は両方を、研磨装置で研磨することができる。例えば、フェイスプレート１１５の第２の主面１１４Ｂは、スラリー及び／又は脱イオン水（ＤＩＷ）の存在下で、研磨装置の研磨面に付勢され、これによって副生成物を除去し、第２の主面１１４Ｂを所望のＲａに平坦化することができる。フェイスプレート１１５の第１の主面１１４Ａはまた、ガス分配プレートアセンブリ１００の本体１１０の第２面１１２Ｂと再接着するための第１の主面１１４Ａを調製するために平坦化することができる。以下に更に述べるように、研磨装置は、平面、凹面又は凸面のいずれかであるフェイスプレート１１５の第２の主面１１４Ｂ上にプロファイルを生成するように用いることができる。
一実施形態では、フェイスプレート１１５の第２の主面１１４Ｂは、所望のＲａに研磨される。一実施形態では、研磨プロセスは、フェイスプレート１１５から材料を約２５ミクロン（μｍ）〜約５０μｍ除去する。別の一実施形態では、研磨プロセスは、フェイスプレート１１５から材料を最大約２５４μｍ又はそれ以上除去する。フェイスプレート１１５の研磨終点は計時することができるが、一実施形態では、終点は典型的には第２の主面１１４Ｂの所望の仕上がりに依存する。このため、フェイスプレート１１５から除去される材料は、第２の主面１１４Ｂに望まれる任意の非平面性のみならず所望の仕上がりに依存しているかもしれない。一実施形態では、第２の主面１１４Ｂの所望の仕上がり（すなわち、表面ＲＡ）は、約２０マイクロインチ未満である。一実施形態では、第２の主面１１４Ｂの所望の仕上がり（すなわち、表面ＲＡ）は、約１０マイクロインチ又はより滑らかである。表面ＲＡが約６マイクロインチ又はより滑らか（例えば、約４マイクロインチ又はより滑らか）である場合に、第２の主面１１４Ｂはより良好な粒子性能を有することが見出された。
フェイスプレート１１５の第１の主面１１４Ａと第２の主面１１４Ｂの一方又は両方が、所望のＲａ及び／又は平坦度に研磨された後、フェイスプレート１１５を洗浄することができる。フェイスプレート１１５は、１以上の溶剤、酸性浴、パワーウォッシュ（高圧洗浄）、及び／又はＤＩＷによる洗浄を用いて洗浄することができる。ガス分配プレートアセンブリ１００の本体１１０の第２面１１２Ｂは、デボンディング処置から残ったままのいかなる残留接着剤１２０をも除去するために洗浄することができる。一実施形態では、フェイスプレート１１５は、研磨後に、酸性浴（例えば、ＨＦ浴）中で洗浄される。ガス分配プレートアセンブリ１００の本体１１０もまた、１以上の溶剤、酸性浴、パワーウォッシュ、及び／又はＤＩＷによる洗浄を用いて洗浄することができる。
本体１１０の第２面１１２Ｂにフェイスプレート１１５を再接着する前に、フェイスプレート１１５は、熱処理される。一実施形態では、フェイスプレート１１５は、真空炉内で熱処理される。真空炉の温度は、フェイスプレート１１５の熱処理の間、摂氏約１２００度〜約１３００度の範囲であることができる。ＳｉＣを含むフェイスプレート１１５を熱処理することによって、パーティクル発生の大幅な低減が得られることが見出された。パーティクル発生の減少は、未使用のＳｉＣ表面と同様の状態に戻す研磨により、変化した状態からのフェイスプレートの表面形態のまさに復元であると考えられる。熱処理して、研磨して、フェイスプレート１１５からかなりの量の材料を除去した後でさえ、たとえフェイスプレート１１５の表面形態が復元されたとしても、孔食のすべてを除去することはできないので、フェイスプレート１１５はプラズマ照射の証拠を依然として示すことになるだろう。
熱処理した後、フェイスプレート１１５は、酸性浴（例えば、ＨＦ浴）を用いて洗浄することができる。フェイスプレート１１５は、超音波励起を用いて洗浄することができる。
その後、フェイスプレート１１５は、本体１１０の第２面１１２Ｂに再接着することができる。改修されたフェイスプレート１１５が取り付けられた本体１１０は、その後、パワーウォッシュ及びＤＩＷによるすすぎ洗浄の一方又は組み合わせを用いて更に洗浄し、これによってガス分配プレートアセンブリ１００の本体１１０及びフェイスプレート１１５に存在する可能性のあるいかなる残留研磨副生成物をも除去することができる。改修されたフェイスプレート１１５を備えたガス分配プレートアセンブリ１００は、その後、焼成され、出荷のために包装することができる。
改修プロセスの別の一実施形態では、ガス分配プレートアセンブリ１００のフェイスプレート１１５及び本体１１０は、一体ユニットとして改修される。本体１１０が取り付けられたフェイスプレート１１５の研磨は、デボンディングを必要とせず、改修方法のコストを約６０％削減する。ガス分配プレートアセンブリ１００の本体１１０は、フェイスプレート１１５の第２の主面１１４Ｂが研磨装置の研磨面に対向するように研磨装置に結合される。一実施形態では、スラリー及び／又はＤＩＷが、研磨装置の研磨面に供給される。一態様において、スラリー及び／又はＤＩＷが、フェイスプレート１１５の第２の主面１１４Ｂからの材料の除去を促進するために利用される。別の一態様において、スラリー及び／又はＤＩＷが、ガス分配プレートアセンブリ１００のガス分配孔１０５を通して研磨パッドの研磨面に流され、これによってガス分配孔１０５の目詰まりを防ぐことができる。別の一実施形態では、スラリー及び／又は研磨副生成物がガス分配孔１０５に進入するのを防止するために、ブロッカー材料が利用される。
図２は、使用後で、改修の準備ができているガス分配プレートアセンブリ１００を示している。図２に示されるガス分配プレートアセンブリ１００は、第２の主面１１４Ｂでフェイスプレート１１５を出るガス分配孔１０５の少なくとも一部にブロッカー材料２０５が配置されていることを除いて、図１Ａに示されるガス分配プレートアセンブリ１００と同様である。また、ガス分配プレートアセンブリ１００の第２の主面の表面粗さ（ＲＡ）は、処理からの腐食に起因して、約３０マイクロインチ〜約１０００マイクロインチ又はそれ以上である場合がある。ガス分配孔１０５は、本体１１０内に形成された第１の複数のガス分配孔２１０と、フェイスプレート１１５内に形成された第２の複数のガス分配孔２１５を含むことができる。一実施形態では、フェイスプレート１１５が本体１１０に結合される場合、第１の複数のガス分配孔２１０は、第２の複数のガス分配孔２１５と実質的に同軸上に整列する。ブロッカー材料２０５は、ガス分配孔１０５を少なくとも部分的に埋めるために利用され、これによって、流体の流れ、処理副生成物、及びスラリーが第２の主面１１４Ｂからガス分配孔１０５に進入するのを防止する。ブロッカー材料２０５は、研磨プロセス中に存在する可能性のあるスラリーの化学物質及び／又はＤＩＷに対して実質的に耐性のある任意の材料が可能である。ブロッカー材料２０５は、研磨プロセス後に容易に除去される材料である必要もある。一実施形態では、ブロッカー材料２０５は、水又は化学溶剤に可溶である硬化性エマルションである。一実施形態では、ブロッカー材料はレジストエマルション（例えば、米国ミネソタ州ダルースにあるＩＫＯＮＩＣＳ（商標名）社から入手可能なＳＢＸ（商標名）液体レジストエマルション）である。
一実施形態では、フェイスプレート１１５のガス分配孔１０５及び／又はガス分配プレートアセンブリ１００にスラリーを進入させることなくフェイスプレート１１５を研磨する方法は、図２に示されるように、ガス分配孔１０５内部で液体エマルション又はブロッカーをスキージーするようにブロッカー材料２０５を付けることを含む。フェイスプレート１１５の第２の主面１１４Ｂが研磨される場合、ブロッカー材料２０５は、フェイスプレート１１５の第２の主面１１４Ｂのガス分配孔１０５に付けることができる。別の一実施形態（図示せず）では、フェイスプレート１１５の両面が研磨される場合、ブロッカー材料２０５は、フェイスプレート１１５の第１の主面１１４Ａと第２の主面１１４Ｂの両方に付けることができる。
ブロッカー材料２０５は、機械的手段又は手動の手段を使用して付けることができる。一実施形態では、非常に正確かつ制御された量で、液体ブロッカー材料２０５をガス分配孔１０５内に分配するために、アプリケータマシンを利用することができる。別の一実施形態では、液体ブロッカー材料２０５を付けるために、スキージーを用いた機械を使用することができる。ブロッカー材料２０５は、ガス分配孔１０５内に手動でスキージーされることもできる。
ブロッカー材料２０５をフェイスプレート１１５の片面又は両面に付けた後、表面に残っている過剰な液体ブロッカー材料２０５は、拭き取ることができる。過剰なブロッカー材料２０５を除去するために、ＤＩＷを使用してもよい。いくつかの実施形態では、ブロッカー材料２０５は、紫外（ＵＶ）光又は熱によって硬化させることができる。これにより、表面に残留する過剰な液体ブロッカー材料２０５は、硬化のための露光の前に洗浄及び／又は一掃する必要がある。ブロッカー材料２０５が硬化すると、フェイスプレート１１５を研磨することができる。
図３Ａは、フェイスプレート１１５を研磨する改修方法で利用することができる研磨装置３００の一実施形態の上面平面図を示す。研磨装置３００は、ラッピングマシン又は化学的機械的研磨装置であることができる。基板３０３が、研磨装置３００の研磨パッド３０５の上方に配置されて図３Ａに示されている。図３Ａに示される上面平面図において、基板３０３は、フェイスプレート１１５の第１の主面１１４Ａ又は第２の主面１１４Ｂ、又はガス分配プレートアセンブリ１００の本体１１０の第１面１１２Ａのいずれかであることができる。研磨装置３００は、研磨パッド３０５を支持する回転可能なプラテンと、プラテンを回転させるモータと、流体送出装置３１０Ａ、３１０Ｂを有する従来の研磨装置であることができる。円形の研磨パッドを用いた研磨装置３００が示されているが、他の研磨装置（例えば、リニアベルトやウェブシステム）を利用することもできる。研磨パッド３０５は、ポリマー材料（例えば、ポリウレタン、ポリカーボネート、フルオロポリマー、ＰＴＦＥ、ＰＴＦＡ、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、又はこれらの組み合わせ）と、基板表面を研磨する際に使用される他の研磨材料を含むことができる。
基板３０３がフェイスプレート１１５単独であるかどうか、又はガス分配プレートアセンブリ１００とフェイスプレート１１５が一緒であるかどうかにかかわらず、被研磨面（すなわち、フェイスプレート１１５の第１の主面１１４Ａ又は第２の主面１１４Ｂ（この図では図示せず））が研磨パッド３０５に接触するように、基板３０３の表面は位置決めされる。基板３０３は、研磨パッド３０５に隣接する位置に基板３０３を保持するキャリア装置（図示せず）に結合することができる。キャリア装置は電動化され、これによって基板３０３の回転を促進することもできる。キャリア装置はアクチュエータに結合され、基板３０３に制御可能な下向きの力を提供することもでき、これによって基板３０３は研磨パッド３０５に対して制御可能に付勢することができる。また、キャリア装置は、直線運動又は円弧運動で研磨パッド３０５に対して横方向に基板３０３を移動させるように使用することができる。
基板３０３から材料を除去するために、研磨パッド３０５は、第１方向（例えば、矢印で示されるような反時計回り）に回転させることができる。基板３０３は、反時計回り又は時計回りが可能な第２方向に回転させることができる。一実施形態では、研磨パッド３０５は、第１方向に回転され、一方基板３０３は、第１方向とは反対の第２方向に回転される。研磨中に、流体送出装置３１０Ａによって化学合成物（例えば、スラリー又は砥粒が混入した又は混入していない他の研磨剤）を研磨パッド３０５に供給することができる。追加的又は代替的に、流体送出装置３１０Ｂによって脱イオン水（ＤＩＷ）を研磨パッド３０５に供給することができる。ブロッカー材料２０５が利用されない実施形態では、スラリー及び／又はＤＩＷがガス分配孔１０５を通して研磨パッド３０５に加えられ、これによって研磨屑がガス分配孔１０５に進入するのを防止することができる。代替的に又は追加的に、ガス分配孔１０５を通して空気又は他の気体を流し、これによって研磨屑がガス分配孔１０５に進入するのを防止してもよい。
図３Ｂは、基板３０３を研磨する改修方法で利用することができる研磨パッド３１５を有する研磨装置３００の別の一実施形態の上面平面図である。図３Ｂに示される上面平面図において、基板３０３は、フェイスプレート１１５の第１の主面１１４Ａ又は第２の主面１１４Ｂ、又はガス分配プレートアセンブリ１００の本体１１０の第１面１１２Ａのいずれであることができる。研磨装置３００は、図３Ａに記載されるように、研磨パッド３１５に対して基板３０３を保持する、キャリア装置（図示せず）を含む。図３Ａに記載されるように、被研磨面（すなわち、フェイスプレート１１５の第１の主面１１４Ａ又は第２の主面１１４Ｂ（この図では図示せず））が研磨パッド３１５に接触するように、基板３０３の表面が位置決めされる。
本実施形態における研磨パッド３１５は、研磨パッド３１５の研磨面に分散した複数の研磨粒子３２５を含む。研磨粒子３２５は、セラミックス粒子、ダイヤモンド粒子、又はこれらの組み合わせが可能である。研磨パッド３１５は溝３３０も含み、これによって研磨パッド３１５の研磨面から研磨副生成物及び研磨屑を除去するのを助けることができる。一実施形態では、研磨パッド３１５は、米国ミネソタ州セントポールにある３Ｍ（商標名）社から入手可能なＴＲＩＺＡＣＴ（商標名）の名で市販されている研磨パッドを含むが、研磨粒子及び／又は溝付き表面を有する他の研磨パッドを利用することもできる。研磨パッド３１５は、基板３０３を研磨する前に、コンディショナ装置３２０によってコンディショニングできる。コンディショナ装置３２０は、研磨パッド３１５の表面の一部を機能させ及び／又は除去し、これによって研磨粒子３２５を露出させる研磨ディスクを含む。研磨粒子３２５は、被研磨基板３０３の表面（すなわち、フェイスプレート１１５の第１の主面１１４Ａ又は第２の主面１１４Ｂ（この図では図示せず））から材料を除去するのを助ける。
図４は、図３Ｂに示される研磨パッド３１５として利用することができる研磨材料４００の一実施形態の側面断面図である。研磨材料４００は、チャネル４１０間に形成された複数の隆起構造４０５を含む。チャネル４１０は溝３３０と交差し、これによって隆起構造４０５は格子状に配置されることができる。隆起構造４０５には、研磨粒子３２５が内部に配置される。一実施形態では、研磨粒子３２５は、ダイヤモンド粒子である。ダイヤモンド粒子は、特定の大きさ（サイジング）であるか、又はダイヤモンドの粒径の組み合わせを含むことができる。例えば、ダイヤモンドのサイズは、Ａ３００、Ａ１６０、Ａ８０、Ａ４５、Ａ３０、Ａ２０、Ａ１０、Ａ６、Ａ５、Ａ３又はこれらの組み合わせであることができる。隆起構造４０５は、隆起構造４０５に機械的強度を提供するバッキング材４１５に結合することができる。研磨材料４００内に形成されたチャネル４１０及び／又は溝３３０の構成は、チャネル４１０及び／又は溝３３０内を流れる流体によって屑が洗い流されるので、研磨屑除去を助けることができる。このように、研磨屑は研磨材料４００の表面から容易に除去され、フェイスプレート１１５のガス分配孔１０５内に押し入ることは無い。ブロッカー材料２０５を利用する場合は、チャネル４１０及び／又は溝３３０は、基板３０３を研磨材料４００から持ち上げて離すことなく、スラリー及び研磨屑を基板３０３の下から容易に流し出すことができる。
研磨中、研磨パッド３１５の研磨面はコンディショニングされ、これによって研磨面をリフレッシュし、研磨粒子３２５を露出させることができる。スラリー又はＤＩＷが、流体送出装置３１０Ａによって研磨パッド３１５に提供され、これによって研磨パッド３１５の研磨面から研磨屑を除去するのを助けることができる。ブロッカー材料２０５が利用されない実施形態では、１以上の流体がガス分配孔１０５を通して研磨パッド３１５に加えられ、これによって研磨屑がガス分配孔１０５に進入するのを防止することができる。好適な流体は、ＤＩＷ、窒素、空気又は他の気体を含む。
フェイスプレート１１５は、図２Ａ及び図２Ｂで説明したように研磨パッド３０５又は研磨パッド３１５を用いた研磨装置３００で研磨することができる。フェイスプレート１１５の第２の主面１１４Ｂが研磨される実施形態では、第２の主面１１４Ｂは、熱及び／又はエッチャントの化学物質への曝露から歪み、第２の主面１１４Ｂは平坦とはならない場合がある。第２の主面１１４Ｂが平面ではない例では、研磨パッド３０５又は３１５は、フェイスプレート１１５の第２の主面１１４Ｂの全体が研磨パッド３０５又は３１５に接触していることを確実にするために位置調整する（シムを入れる）必要がある場合がある。研磨パッド３０５又は３１５はまた、フェイスプレート１１５の少なくとも第２の主面１１４Ｂ上に平面、凹面又は凸面を生成するようにして位置調整することもできる。研磨プロセスの一部が完了した後、位置調整を利用してもよい。シムの位置は、基板３０３の目視検査を通して決定され、これによって効果的に研磨されていない領域を補償することができる。
一実施形態では、フェイスプレート１１５の研磨は、計時される、及び／又はフェイスプレート１１５の第１の主面１１４Ａ及び／又は第２の主面１１４Ｂの所望のＲａに応じて決定することができる。一実施形態では、研磨プロセスは、フェイスプレート１１５から材料を約２５ミクロン（μｍ）〜約５０μｍ除去する。別の一実施形態では、研磨プロセスは、フェイスプレート１１５から材料を最大約２５４μｍ又はそれ以上除去する。フェイスプレート１１５の研磨終点は計時することができるが、一実施形態では、終点は典型的には第２の主面１１４Ｂの所望の仕上がりに依存する。このため、フェイスプレート１１５から除去される材料は、第２の主面１１４Ｂに望まれる任意の非平面性のみならず所望の仕上がりに依存する場合がある。一実施形態では、第２の主面１１４Ｂの所望の仕上がり（すなわち、表面ＲＡ）は、約２０マイクロインチ未満である。一実施形態では、第２の主面１１４Ｂの所望の仕上がり（すなわち、表面ＲＡ）は、約１０マイクロインチ又はより滑らかである。表面ＲＡが約６マイクロインチ又はより滑らか（例えば、約４マイクロインチ又はより滑らか）である場合に、第２の主面１１４Ｂはより良好な粒子性能を有することが見出された。
研磨した後、フェイスプレート１１５を洗浄してもよい。ブロッカー材料２０５がフェイスプレート１１５のガス分配孔１０５を充填するために利用された場合、ブロッカー材料２０５を除去しなければならない。ガス分配孔１０５内のブロッカー材料２０５を除去するために、除去剤が利用される。フェイスプレート１１５が単独で研磨された場合、又は研磨中にガス分配プレートアセンブリ１００の本体１１０がフェイスプレート１１５に取り付けられていた場合、フェイスプレート１１５、又はガス分配プレートアセンブリ１００のフェイスプレート１１５と本体１１０は、除去剤内に浸漬される。浸漬プロセスは、数時間掛かる場合がある。好適な除去剤は、アセトン又は他の好適な溶剤又はストリッパーが可能である。市販の除去剤は、米国ミネソタ州ダルースのＩＫＯＮＩＣＳ（商標名）社から入手できる。ブロッカー材料２０５が水溶性である場合には、水が除去剤として使用される。
フェイスプレート１１５は、浸漬プロセス後、パワーウォッシュすることができる。パワーウォッシュは、フェイスプレート１１５の少なくとも第２の主面１１４Ｂに加圧されたＤＩＷを印加することによって行われ、これによってガス分配孔１０５からブロッカー材料２０５を除去することができる。加圧されたＤＩＷは、ガス分配孔１０５をパージするために使用され、これによって残留するいかなるブロッカー材料２０５をも除去する。更に、ガス分配導入孔１０５から残留ブロッカー材料２０５を完全に洗浄する前に、浸漬及びパージサイクルを何度か実行する必要がある場合もある。
出荷用にガス分配プレートアセンブリ１００を準備する前に、フェイスプレート１１５は熱処理される。一実施形態では、フェイスプレート１１５は、真空炉内で熱処理される。真空炉の温度は、フェイスプレート１１５の熱処理の間、摂氏約１２００度〜約１３００度の範囲が可能である。ＳｉＣを含むフェイスプレート１１５を熱処理することによって、パーティクル発生の大幅な低減が得られることが見出された。パーティクル発生の減少は、未使用のＳｉＣ表面と同様の状態に研磨で戻すことによって、変化した状態からのフェイスプレートの表面形態のまさに復元であると考えられる。
熱処理後、ガス分配プレートアセンブリ１００は、出荷のために準備される。ガス分配プレートアセンブリ１００の本体１１０は、研磨工程のためにフェイスプレート１１５に取り付けられると、ガス分配プレートアセンブリ１００は、パワーウォッシュの後に完全に洗浄され、そして焼成され、包装してもよい。フェイスプレート１１５を単独で研磨する場合は、本体１１０の第２面１１２Ｂは、フェイスプレート１１５に結合するために調製することができる。新しい接着剤１２０が、本体１１０の第２面１１２Ｂとフェイスプレート１１５の第１の主面１１４Ａとの間に塗布され、接着を促進する。接着後、ガス分配プレートアセンブリ１００を焼成し、出荷のために包装してもよい。
本明細書内に記載されたような改修方法の実施形態は、第２の主面１１４Ｂを新品のガス分配プレートと同等の表面粗さに実質的に復元する。第２の主面１１４Ｂは、本改修方法の後には仕様の範囲内にあり、一実施態様では約２０Ｒａ以下の表面粗さを含む。また、粒子汚染を引き起こす可能性のある堆積、洗浄又はエッチングの副生成物（例えば、ＡｌＦｘ）は、研磨中にフェイスプレート１１５から除去され、これによってガス分配プレートアセンブリ１００を手動でワイピングする必要がなくなる。したがって、改修されたガス分配プレートアセンブリ１００をチャンバ内に設置することができ、ガス分配プレートアセンブリ１００の電気的特性は、あたかもガス分配プレートアセンブリ１００が新品であるかのように機能することができる。
図５Ａは、フェイスプレート１１５の研磨前後の第２の主面１１４Ｂの表面粗さを比較したグラフである。ライン５０５は、従来、本明細書内に記載されたような改修方法を実行する前の第２の主面１１４Ｂの表面粗さ（μｍ単位）である。ライン５１０は、本明細書内に記載されたようにガス分配プレートアセンブリ１００を改修した後の第２の主面１１４Ｂの表面粗さ（μｍ単位）である。
図５Ｂ及び５Ｃは、本明細書内に記載されたような改修方法前と改修方法後における第２の主面１１４Ｂの化学物質汚染の結果を示すグラフである。図５Ｂは、改修方法を実行する前のフッ素含有量をライン５１５で、改修方法を実行した後のフッ素含有量をライン５２０で示している。図５Ｃは、改修方法を実行する前のアルミニウム含有量をライン５２５で、改修方法を実行した後のアルミニウム含有量をライン５３０で示している。図示のように、第２の主面１１４Ｂは、ケイ素元素と炭素元素のみを含み、フッ素元素又はアルミニウム元素は含んでいなかった。
図６Ａは、研磨されなかったガス分配プレートのエッチング速度（ＥＲ）を、研磨後のガス分配プレートを用いたエッチング速度と比較したグラフである。図６Ｂは、本明細書内で記載された実施形態に係る改修されたガス分配プレートを用いたエッチング速度（ＥＲ）を示すグラフである。図６Ｂは、標準ブレーク直流（ＤＣ）条件対ＤＣブレークショート条件のエッチング速度における比較を示している。エッチング速度は、ＤＣブレークショート条件で毎分３７７２オングストローム（Å／ｍｉｎ）から４０２２Å／ｍｉｎへ増加した。
本明細書内で記載された実施形態は、フェイスプレート１１５の第２の主面１１４Ｂを、新品のガス分配プレートと同等の表面粗さに実質的に復元する。更に、粒子汚染を引き起こす可能性のある堆積、洗浄又はエッチングの副生成物（例えば、ＡｌＦｘ）は、フェイスプレート１１５から完全に除去される。本改修方法は、新品の材料のように見えるように表面形態を完全に変化させ、中心部から端部まで均一である。したがって、改修されたガス分配プレートアセンブリ１００をチャンバ内に設置することができ、ガス分配プレートアセンブリ１００の電気的特性は、ガス分配プレートアセンブリ１００があたかも新品であるかのように機能することができる。
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施形態は本発明の基本的範囲を逸脱することなく創作することができる。

Claims (20)

  1. ガス分配プレートアセンブリを改修するための方法であって、
    複数のガス分配孔が内部に配置された、ガス分配プレートアセンブリのフェイスプレートを、研磨装置の研磨パッドに対して付勢する工程と、
    フェイスプレートと研磨パッドの間に相対運動を提供する工程と、
    研磨パッドでフェイスプレートを研磨する工程を含む方法。
  2. ガス分配孔をブロッカー材料で充填する工程を含む請求項１記載の方法。
  3. 研磨中、研磨パッドに向かう方向に複数のガス分配孔を通して流体を流す工程を含む請求項１記載の方法。
  4. ブロッカー材料は、研磨前に硬化される請求項２記載の方法。
  5. フェイスプレートは、研磨中にガス分配プレートアセンブリの本体に結合される請求項１記載の方法。
  6. 溶剤にブロッカー材料をさらすことによって、研磨後にブロッカー材料を除去する工程を含む請求項２記載の方法。
  7. 洗浄した後、ガス分配プレートアセンブリの本体にフェイスプレートを接着する工程を含む請求項６記載の方法。
  8. 研磨された基板を熱処理する工程を含む請求項１記載の方法。
  9. ガス分配プレートアセンブリを改修するための方法であって、
    ガス分配プレートアセンブリの本体からフェイスプレートの第１の主面をデボンディングする工程と、
    約６マイクロインチ又はより滑らかな表面仕上げにフェイスプレートの第２の主面を研磨する工程と、
    研磨されたフェイスプレートを真空環境下で熱処理する工程を含む方法。
  10. 熱処理する工程が、フェイスプレートを摂氏約１２００度〜約１３００度に加熱する工程を含む請求項９記載の方法。
  11. フェイスプレート内の複数のガス分配孔をブロッカー材料で充填する工程と、
    複数のガス分配孔内に配置されたブロッカー材料を硬化させる工程を含む請求項９記載の方法。
  12. 研磨後にブロッカー材料を溶剤で溶解させる工程を含む請求項１１記載の方法。
  13. フェイスプレートの第１の主面及び第２の主面にブロッカー材料を付ける工程を含む請求項１０記載の方法。
  14. 熱処理前に、研磨されたフェイスプレートを酸性浴内で洗浄する工程を含む請求項９記載の方法。
  15. デボンディングする工程が、本体からフェイスプレートを化学的にデボンディングする工程を含む請求項９記載の方法。
  16. 洗浄した後、ガス分配プレートアセンブリの本体にフェイスプレートの第１の主面を接着する工程を含む請求項１５記載の方法。
  17. 第１面と第２面を有し、第１の複数のガス分配孔が内部に配置された本体と、
    本体の第２面に結合されたフェイスプレートであって、フェイスプレートは、内部に配置され、本体内の第１の複数のガス分配孔と同心に揃った第２の複数のガス分配孔を有し、フェイスプレートは本体から離れて対向する熱処理された表面を有し、熱処理された表面は６マイクロインチ又はより滑らかな表面仕上げを有するフェイスプレートを含むガス分配プレートアセンブリ。
  18. 熱処理された表面が４マイクロインチ又はより滑らかな表面仕上げを有する請求項１７記載のガス分配プレートアセンブリ。
  19. 熱処理された表面がプラズマ照射の証拠を有する請求項１７記載のガス分配プレートアセンブリ。
  20. アルミニウム本体に接着された請求項９記載のフェイスプレートを含み、アルミニウム本体とフェイスプレートは整列したガス分配孔を有するガス分配プレートアセンブリ。
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