JP2023512103A - シャワーヘッドアセンブリ - Google Patents

Abstract

シャワーヘッドアセンブリ、及びその形成方法が提供される。装置は、例えば、内側部分と外側部分とを含み、内側部分は単結晶シリコン（Ｓｉ）でできており、外側部分は単結晶Ｓｉ又はポリシリコン（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）の一方でできており、内側部分又は外側部分の少なくとも一方の裏面にボンディング層が設けられたガス分配プレートと、シリコン（Ｓｉ）及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）をその主成分として形成され、ガス分配プレートの内側部分又は外側部分の少なくとも一方の裏面の少なくとも１つに結合されたバッキングプレートとを含む。【選択図】図２Ｃ

Description

［０００１］本開示の実施形態は概して、シャワーヘッドアセンブリに関し、より具体的には、基板処理システムで使用するためのシャワーヘッドアセンブリに関する。

［０００２］例えばマイクロエレクトロニクスデバイスの製造に使用されるもの等、プロセスチャンバと共に使用するように構成された従来のシャワーヘッドアセンブリは通常、それに結合されたバッキングプレートを有するガス分配プレートを含む。例えば、バッキングプレートは、１又は複数の接続装置、例えば、ボルト、ネジ、クランプ等を用いてガス分配プレートに結合され得る。そのような接続装置は、バッキングプレートをガス分配プレートに接続するのに適しているが、ガス分配プレートアセンブリを長期間使用した後に、接続装置に存在するトルク及びモーメント力が、時々、ガス分配プレートとバッキングプレートとの間の接続を損ない、その結果、ガス分配プレートアセンブリが意図したように動作しないことがあり得る。

［０００３］従って、改良されたシャワーヘッドアセンブリ及びその製造方法が本明細書に記載される。

［０００４］少なくとも幾つかの実施形態では、例えば、シャワーヘッドアセンブリは、内側部分と外側部分とを含み、内側部分は単結晶シリコン（Ｓｉ）でできており、外側部分は単結晶Ｓｉ又はポリシリコン（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）の一方でできており、内側部分又は外側部分の少なくとも一方の裏面にボンディング層が設けられたガス分配プレートと、シリコン（Ｓｉ）及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）をその主成分として形成され、ガス分配プレートの内側部分又は外側部分の少なくとも一方の裏面の少なくとも１つに結合されたバッキングプレートとを備える。

［０００５］内側部分及び外側部分は、単結晶シリコンＳｉからできた均質な単体であってよい。ボンディング層は、内側部分又は外側部分の少なくとも一方の裏面上の対応する同心溝内に着座した少なくとも１つの同心リングを含み得る。ボンディング層は、ある割合のチタン（Ｔｉ）を有するアルミニウムシリコン合金又はアルミニウムでできていてよい。Ｔｉの割合は約０．１％から約１０％の範囲であってよい。ガス分配プレートとバッキングプレートとの間の熱膨張係数（ＣＴＥ）は約２から約７であってよい。

［０００６］少なくとも幾つかの実施形態では、プロセスチャンバは、シャワーヘッドアセンブリであって、内側部分と外側部分とを含み、内側部分は単結晶シリコン（Ｓｉ）でできており、外側部分は単結晶Ｓｉ又はポリシリコン（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）の一方でできており、内側部分又は外側部分の少なくとも一方の裏面にボンディング層が設けられたガス分配プレートと、シリコン（Ｓｉ）及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）をその主成分として形成され、ガス分配プレートの内側部分又は外側部分の少なくとも一方の裏面の少なくとも１つに結合されたバッキングプレートとを含むシャワーヘッドアセンブリを備える。

［０００７］内側部分及び外側部分は、単結晶シリコンＳｉからできた均質な単体であってよい。ボンディング層は、内側部分又は外側部分の少なくとも一方の裏面上の対応する同心溝内に着座した少なくとも１つの同心リングを含み得る。ボンディング層は、ある割合のチタン（Ｔｉ）を有するアルミニウムシリコン合金又はアルミニウムでできていてよい。Ｔｉの割合は約０．１％から約１０％の範囲であってよい。ガス分配プレートとバッキングプレートとの間の熱膨張係数（ＣＴＥ）は約２から約７であってよい。

［０００８］少なくとも幾つかの実施形態では、シャワーヘッドアセンブリを形成する方法は、単結晶シリコン（Ｓｉ）又はポリシリコン（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）の少なくとも一方からできたガス分配プレートの裏面にボンディング層を堆積させることと、ガス分配プレートの裏面に、シリコン（Ｓｉ）及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）をその主成分として形成されたバッキングプレートを結合させることとを含む。

［０００９］ガス分配プレートは内側部分と外側部分とを含み、内側部分及び外側部分は、単結晶シリコンＳｉからできた均質な単体である。ボンディング層は、内側部分又は外側部分の少なくとも一方の裏面上の対応する同心溝内に着座した少なくとも１つの同心リングを含む。ボンディング層は、ある割合のチタン（Ｔｉ）を有するアルミニウムシリコン合金又はアルミニウムでできている。Ｔｉの割合は約０．１％から約１０％の範囲である。

［００１０］本方法は更に、バッキングプレートをガス分配プレートの裏面に結合させる前に、ガス分配プレートの裏面の上にハードマスク層を堆積させることを含み得る。

［００１１］本方法は更に、ガス分配プレートの裏面の上にハードマスク層を堆積させた後且つバッキングプレートをガス分配プレートの裏面に結合させる前に、ハードマスク層を除去することを含み得る。

［００１２］本方法は更に、ガス分配プレートとバッキングプレートとの間の結合を検査するために、走査型超音波顕微鏡（ＳＡＭ）計測、ソナー走査、又はソナー撮像の少なくとも１つを実行することを含み得る。

［００１３］バッキングプレートをガス分配プレートの裏面に結合させることは、約３５０℃から約７５０℃の温度を提供する炉プロセスを用いることと、炉プロセスを実行している間に逆流ガスを導入することとを含み得る。

［００１４］本開示の他の及び更なる実施形態を、以下に記載する。

［００１５］添付の図面に示す本開示の例示的な実施形態を参照することにより、上記に要約し、以下により詳細に説明する本開示の実施形態を理解することができる。しかし、添付の図面は本開示の典型的な実施形態を単に示すものであり、したがって、範囲を限定するものと見なすべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうる。

本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る処理チャンバの断面図である。 Ａは、本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリのガス分配プレート及びバッキングプレートの側面切取図であり、Ｂは、本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る図２Ａのガス分配プレートの側面切取図であり、Ｃは、本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る図２Ａのガス分配プレートの上面分解等角図であり、Ｄは、本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係るガス分配プレートのリング体の上面立面図である。 本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る、図２Ａ～図２Ｃのガス分配プレート及びバッキングプレートの製造方法のフロー図である。 Ａは、本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリのガス分配プレートの断面における上面等角図であり、Ｂは、本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る図４Ａのガス分配プレートの分解図である。 本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る図４Ａ～図４Ｂのガス分配プレート及びバッキングプレートの製造方法のフロー図である。 本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリのガス分配プレート及びバッキングプレートの側面切取図である。 本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る図６のガス分配プレート及びバッキングプレートの製造方法のフロー図である。

［００２７］理解を容易にするために、可能な限り、図面に共通の同一要素を示すのに同一の参照番号を使用している。図面は縮尺どおりに描かれておらず、わかりやすくするために簡略化されている場合がある。一実施形態の要素及び特徴は、更に詳述することなく、他の実施形態に有益に組み込まれ得る。

［００２８］本明細書では、それに結合されたコネクタを含むガス分配プレートを含むシャワーヘッドアセンブリの実施形態、及びその製造方法が提供される。より具体的には、本明細書に記載のガス分配アセンブリは、それぞれ単結晶シリコン（Ｓｉ）及び単結晶Ｓｉ又はポリシリコン（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）からできた内側部分と外側部分とを含むガス分配プレートを含む。更に、内側部分及び外側部分の一方又は両方は、Ｓｉ及び様々な量の炭化ケイ素（ＳｉＣ）で形成されたコネクタをその上に結合している。この接合されたコネクタは、ガス分配プレートをシャワーヘッドアセンブリのバッキングプレートに接続するために使用される。バッキングプレートをガス分配プレートに接続するためにボルト、ネジ、クランプ等のうちの１又は複数を使用する従来のガス分配プレートアセンブリとは異なり、コネクタと内側部分及び／又は外側部分との間に設けられた比較的強い結合により、バッキングプレートに接続されたガス分配プレートがシャワーヘッドアセンブリの動作中に存在するトルク及びモーメント力の下に維持される。更に、結合されたコネクタは、ガス分配プレートに沿った荷重の均等な分配を提供する。更に、コネクタ（例えば、リング体）に結合されたジャケットにより、ガス分配プレートを交換するためにバッキングプレートからガス分配プレートを取り外すことが可能になる（例えば、結合解除は必要ない）。

［００２９］図１は、本開示の少なくとも１つの実施形態に係る、改良されたシャワーヘッドアセンブリ１５０を有する処理チャンバ１００の断面図である。図示したように、処理チャンバ１００は、基板１０１等の基板をエッチングするのに適したエッチングチャンバである。本開示の実施形態から利益を得るように適合され得る処理チャンバの例は、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライドマテリアルズ社から市販されているＳｙｍ３（登録商標）Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｃｈａｍｂｅｒ、及びＭｅｓａ（商標）Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｃｈａｍｂｅｒである。他の製造業者からのものを含む他の処理チャンバも、本開示の実施形態から利益を得るように適合可能である。

［００３０］処理チャンバ１００は、様々なプラズマ処理に使用され得る。一実施形態では、処理チャンバ１００は、１又は複数のエッチング剤を用いたドライエッチングを行うために使用され得る。例えば、処理チャンバは、前駆体ＣｘＦｙ（ｘ及びｙは異なる許容組合わせであり得る）、Ｏ_２、ＮＦ_３、又はそれらの組み合わせからのプラズマの点火のために使用され得る。

［００３１］処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２と、リッドアセンブリ１０４と、支持アセンブリ１０６とを含む。リッドアセンブリ１０４は、チャンバ本体１０２の上端部に位置決めされる。支持アセンブリ１０６は、チャンバ本体１０２によって画定された内部領域１０８内に取り囲まれる。チャンバ本体１０２は、その側壁に形成されたスリットバルブ開口部１１０を含む。スリットバルブ開口部１１０は、基板移送のための基板ハンドリングロボット（図示せず）による内部領域１０８へのアクセスを可能にするために、選択的に開閉される。

［００３２］チャンバ本体１０２は、支持アセンブリ１０６を囲むライナ１１２を更に含み得る。ライナ１１２は、（Ａｌ）等の金属、セラミック材料、又は任意の他のプロセス適合性材料でできていてよい。１又は複数の実施形態では、ライナ１１２は、１又は複数の開孔１１４と、その中に形成され、真空ポート１１８と流体連結しているポンピングチャネル１１６とを含む。開孔１１４は、ポンピングチャネル１１６内へのガスのための流路を提供する。ポンピングチャネル１１６は、処理チャンバ１００内のガスの真空ポート１１８への出口を提供する。

［００３３］真空システム１２０は、真空ポート１１８に結合される。真空システム１２０は、真空ポンプ１２２及びスロットルバルブ１２４を含み得る。スロットルバルブ１２４は、処理チャンバ１００を通るガスの流れを調節する。真空ポンプ１２２は、内部領域１０８に配置された真空ポート１１８に結合される。

［００３４］リッドアセンブリ１０４は、その間にプラズマ領域又はキャビティを形成するように構成された少なくとも２つの積層構成要素を含む。１又は複数の実施形態では、リッドアセンブリ１０４は、第２の電極（「下部電極」）１２８の上方に垂直に配置された第１の電極（「上部電極」）１２６を含む。第１の電極１２６及び第２の電極１２８は、その間にプラズマキャビティ１３０を封じ込めている。第１の電極１２６は、ＲＦ電源等の電源１３２に結合される。第２の電極１２８は、グラウンドに接続され、第１の電極１２６と第２の電極１２８との間にキャパシタを形成する。第１の電極１２６は、ガス入口１３４を介してプロセスチャンバ１００にガスを供給するガス供給装置（図示せず）に接続されたガス入口１３４と流体連結している。１又は複数のガス入口１３４の第１の端部は、プラズマキャビティ１３０内に開口している。

［００３５］リッドアセンブリ１０４は、第１の電極１２６を第２の電極１２８から電気的に隔離するアイソレータリング１３６も含み得る。アイソレータリング１３６は、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）又は任意の他の絶縁性、処理適合性材料でできていてよい。

［００３６］リッドアセンブリ１０４はまた、シャワーヘッドアセンブリ１５０と、オプションでブロッカプレート１４０とを含み得る。シャワーヘッドアセンブリ１５０は、ガス分配プレート１３８と、バッキング（ガス）プレート１３９と、チルプレート１５１とを含む。第２の電極１２８、ガス分配プレート１３８、チルプレート１５１、及びブロッカプレート１４０は、チャンバ本体１０２に結合されるリッドリム１４２に積層配置され得る。

［００３７］チルプレート１５１は、処理中にガス分配プレート１３８の温度を調節するように構成される。例えば、チルプレート１５１は、ガス分配プレート１３８の温度を調節するために温度制御流体がその中に供給され得るように、それを貫通して形成された１又は複数の温度制御チャネル（図示せず）を含み得る。

［００３８］１又は複数の実施形態では、第２の電極１２８は、プラズマキャビティ１３０からのガスがそこを通って流れることを可能にするために、プラズマキャビティ１３０の下方に形成された複数のガス通路１４４を含み得る。バッキングプレート１３９は、１又は複数のガス通路２１７及び１又は複数のガス供給チャネル２１９（例えば、図２Ａ参照）を含み、これにより、ガスが１又は複数のガス通路２１７から処理領域内へ流れることが可能になる。同様に、ガス分配プレート１３８は、それを通してガスの流れを分配するように構成された複数の開孔１４６を含む。ブロッカプレート１４０は、オプションで、第２の電極１２８とガス分配プレート１３８との間に配置され得る。ブロッカプレート１４０は、第２の電極１２８からガス分配プレート１３８への複数のガス通路を提供するために、複数の開孔１４８を含む。

［００３９］支持アセンブリ１０６は、支持部材１８０を含み得る。支持部材１８０は、処理のために基板１０１を支持するように構成される。支持部材１８０は、チャンバ本体１０２の底面を通って延在するシャフト１８４を介してリフト機構１８２に結合され得る。リフト機構１８２は、シャフト１８４の周囲からの真空漏れを防止するベローズ１８６によってチャンバ本体１０２に柔軟に密閉され得る。リフト機構１８２は、支持部材１８０を、チャンバ本体１０２内の下側移送部分と多数の上昇プロセス位置との間で垂直に移動させることができる。更に、１又は複数のリフトピン１８８が、支持部材１８０を貫通して配置され得る。１又は複数のリフトピン１８８は、基板１０１が支持部材１８０の表面から持ち上げられ得るように、支持部材１８０を貫通して延在するように構成される。１又は複数のリフトピン１８８は、リフトリング１９０によって作動し得る。

［００４０］処理チャンバはまた、コントローラ１９１を含み得る。コントローラ１９１は、基板処理の制御を容易にするために処理システムの様々な構成要素に結合された、電源、クロック、キャッシュ、入出力（Ｉ／Ｏ）回路、及びライナ等のメモリ１９４及び大容量ストレージデバイス、入力制御装置、及び表示装置（図示せず）と共に動作可能なプログラマブル中央処理装置（ＣＰＵ）１９２を含む。

［００４１］上述した処理チャンバ１００の制御を容易にするために、ＣＰＵ１９２は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するためのプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等の産業環境で使用できる汎用コンピュータプロセッサの任意の形式の１つであってよい。メモリ１９４はＣＰＵ１９２に結合され、メモリ１９４は非一過性であり、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスクドライブ、ハードディスク、又はローカルもしくはリモートの他の形態のデジタルストレージ等の容易に利用できるメモリの１又は複数であってよい。支援回路１９６は、従来の方法でプロセッサを支援するために、ＣＰＵ１９２に結合される。荷電種生成、加熱、及び他のプロセスは、一般に、ソフトウェアルーチンとしてメモリ１９４に記憶される。ソフトウェアルーチンはまた、ＣＰＵ１９２によって制御されている処理チャンバ１００から遠隔に位置する第２のＣＰＵ（図示せず）によって記憶及び／又は実行され得る。

［００４２］メモリ１９４は、ＣＰＵ１９２によって実行されると処理チャンバ１００の工程を促進する命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体の形態である。メモリ１９４内の命令は、本開示の方法を実施するプログラム等のプログラム製品の形態である。プログラムコードは、多数の異なるプログラミング言語の任意の１つに適合し得る。一例では、本開示は、コンピュータシステムと共に使用するためにコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたプログラム製品として実施され得る。プログラム製品のプログラム（複数可）は、実施形態（本明細書に記載の方法を含む）の機能を定義する。例示的なコンピュータ可読記憶媒体は、非限定的に、（ｉ）情報が恒久的に記憶される書込不可記憶媒体（例えば、ＣＤ－ＲＯＭドライブによって読取り可能なＣＤ－ＲＯＭディスク、フラッシュメモリ、ＲＯＭチップ、又は任意の種類の固体型不揮発性半導体メモリ等のコンピュータ内の読取り専用メモリデバイス）、及び（ｉｉ）変更可能な情報が記憶される書込可能記憶媒体（例えば、ディスケットドライブ又はハードディスクドライブ内のフロッピーディスク又は任意の種類の固体型ランダムアクセス半導体メモリ）を含む。このような非一過性コンピュータ可読記憶媒体は、本明細書に記載の方法の機能を指示するコンピュータ可読命令を担持する場合、本開示の実施形態となる。

［００４３］図２Ａは、シャワーヘッドアセンブリ１５０のガス分配プレート１３８及びバッキングプレート１３９の側面図であり、図３は、本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る、図２Ａ～図２Ｃのガス分配プレート１３８及びバッキングプレート１３９の製造方法３００のフロー図である。上述のように、シャワーヘッドアセンブリ１５０は、ガス分配プレート１３８と、ガス分配プレート１３８の上面に位置決めされたバッキングプレート１３９と、バッキングプレート１３９の上面に位置決めされたチルプレート１５１（図２Ａ～図２Ｃには図示せず）とを含む。ガス分配プレート１３８は、処理チャンバ１００の処理領域に面する上面２０４及び下面２０６を有する内側部分２０２を含む。同様に、ガス分配プレート１３８の外側部分２０８は、処理チャンバ１００の処理領域に面する上面２１０及び下面２１２を含む。

［００４４］少なくとも幾つかの実施形態では、内側部分２０２及び外側部分２０８は、同じ材料（例えば、単結晶Ｓｉ、ｐｏｌｙ－Ｓｉ等）でできている場合、モノリシックに形成され得る（例えば、均質な単体として形成される）。代替的又は追加的に、内側部分２０２及び外側部分２０８は、１又は複数の適切な接続装置又は方法を介して互いに接続させることができる。例えば、図示した実施形態では、内側部分２０２及び外側部分２０８は、内側部分２０２及び外側部分２０８が互いに連結され得るように、プレスフィットを使用する機械的インターフェース（例えば、対応するくぼみ／デテント）を介して互いに接続される。１又は複数の熱ガスケット、Ｏリング、又は他の適切なデバイス（複数可）を機械的インターフェースに設けて、内側部分２０２と外側部分２０８との間にシールが設けられるようにすることができる。

［００４５］内側部分２０２及び外側部分２０８は、１又は複数のコネクタ２０１に結合されるのに適した１又は複数の材料でできていてよい。例えば、内側部分２０２及び外側部分２０８は、単結晶シリコン（Ｓｉ）及び／又はポリシリコン（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）でできていてよい。少なくとも幾つかの実施形態では、内側部分２０２は単結晶シリコン（Ｓｉ）でできていてよく、外側部分２０８は単結晶Ｓｉ又はｐｏｌｙ－Ｓｉの一方でできていてよい。

［００４６］１又は複数のコネクタ２０１は、ガス分配プレート１３８の内側部分２０２及び／又は外側部分２０８に結合されるように構成され、以下により詳細に説明するように、ガス分配プレート１３８をバッキングプレート１３９に接続するように構成される（例えば、図３の３０２を参照）。ボンディング層（明示せず）は、有機ボンディング材料又は拡散ボンディング材料であってよい。例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、ボンディング層は、１又は複数のコネクタ２０１をガス分配プレート１３８の内側部分２０２及び／又は外側部分２０８に結合することができる１又は複数の適切な材料でできていてよい。例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、ボンディング層は、Ａｌ、アルミニウムシリコン合金（ＡｌＳｉ）材料、及び／又はチタン（Ｔｉ）でできていてよい。例えば、ボンディング材料は、Ａｌ及び／又はＡｌＳｉと、例えば約０．１％から約１０％の割合のＴｉとを含み得る。少なくとも幾つかの実施形態では、Ｔｉの割合は約２．５％であってよい。１又は複数の熱ガスケットをボンディング層と組み合わせて使用することができる。炉プロセス（例えば、真空炉又は他の適切な種類の炉）を用いて、１又は複数のコネクタ２０１をガス分配プレート１３８の内側部分２０２及び／又は外側部分２０８に結合させることができる。例えば、炉プロセスは、約５５０℃から約６００℃の温度をボンディング層に加え得る。少なくとも幾つかの実施形態では、ボンディング層は、約２ミクロンから４０，０００ミクロンの厚さを有し得る。更に、ボンディングプロセスは、約２時間から約４時間の滞留時間及び約３Ｋ／分から約７Ｋ／分の冷却速度を有し得る。

［００４７］少なくとも幾つかの実施形態では、ガス分配プレート１３８（例えば、Ｓｉ）とバッキングプレート１３９（例えば、ＳｉＣ）との間の熱膨張係数（ＣＴＥ）は約２から約７であり、幾つかの実施形態では約３．１から約３．３である。

［００４８］少なくとも幾つかの実施形態では、１又は複数のコネクタ２０１は、内側部分２０２及び／又は外側部分２０８に結合され得る１又は複数のリング体（図２Ｂ及び図２Ｃ参照）を含む。図示した実施形態では、内側リング体２１４（例えば、第１のリング体）が内側部分２０２の上面２０４から延在する。追加のリング体が内側部分２０２に設けられ得る。内側リング体２１４は、その間に空間又はボイド２２０を有する第１のステップ２１６及び第２のステップ２１８を含む段差構成（例えば、２つのステップ）を含む。同様に、外側リング体２２２（例えば、第２のリング体）は、内側部分２０２の上面２１０から延在し、その間に空間又はボイド２２８を有する第１のステップ２２４及び第２のステップ２２６を含む段差構成（例えば、２つのステップ）を含む。追加のリング体が内側部分２０２及び／又は外側部分２０８に設けられ得る。

［００４９］少なくとも幾つかの実施形態では、内側部分２０２及び外側部分２０８の一方のみがリング体を含み得る。例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、内側部分２０２にリング体を設けることができ、外側部分２０８はリング体を設けない場合があり、又はその逆もまた可能である。

［００５０］内側リング体２１４及び外側リング体２２２の各々は、内側部分２０２及び外側部分２０８に結合されるのに適した１又は複数の材料でできていてよい。例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、内側リング体２１４及び外側リング体２２２の各々は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）をその主成分とする様々な量のシリコン（Ｓｉ）を有する材料（例えば、ＳｉＳｉＣ）でできていてよい。リング体のＳｉ含有量（体積％）は、約２０～約３０であり、残りはＳｉＣであってもよい。

［００５１］その円周に沿って連続的又は非中断的な構成を有する内側リング体２１４及び外側リング体２２２を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、内側リング体２１４及び外側リング体２２２の一方又は両方は、不連続又は中断された構成を有し得る。そのような実施形態では、内側リング体２１４及び／又は外側リング体２２２の円周に沿って１又は複数の間隙又は空間２２３が提供され得る。例示の目的で、図２Ｄは、複数の間隙２２３（例えば、４つの隙間２２３）を有する内側リング２２２の上部を示す図である。

［００５２］図２Ａ～図２Ｃを引き続き参照すると、１又は複数の適切な材料からできた対応するジャケット２３０、２３２が、内側リング体２１４及び外側リング体２２２を覆っている。ジャケット２３０、２３２は、Ａｌ、ステンレス鋼、ＳｉＣ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等でできていてよい。例えば、図示の実施形態では、ジャケット２３０、２３２は、Ａｌでできていてよい。

［００５３］ジャケット２３０、２３２は、機械的インターフェースを介して対応する内側リング体２１４及び外側リング体２２２に結合するように構成される。例えば、リング体２１４及び外側リング体２２２は、その中に形成された１又は複数の特徴を有し、ジャケット２３０、２３２は、リング体２１４及び外側リング体２２２をジャケット２３０、２３２にロックし、したがって組み立てられたときにそれらの分離を防止する１又は複数の対応する嵌合（連結）特徴を有する。例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、ジャケット２３０、２３２は、対応する段差構成を含む。対応する段差構成は、ジャケット２３０、２３２を対応する内側リング体２１４及び外側リング体２２２にプレスフィットを介して結合する（例えば、互いに連結される）ことを可能にする（例えば図２Ｂの詳細２３４、２３６に示すエリアを参照）。

［００５４］ジャケット２３０、２３２の上面２３８、２４０に沿って配置されるのは、対応する複数の螺合ネジ又はボルト（図示せず）を受け入れるように構成された複数の螺合開孔２４２である。複数のネジ又はボルトは、バッキングプレート１３９をガス分配プレート１３８に接続するためにバッキングプレート１３９の上面２４６を通って延在する対応する複数の開孔２４４を通して貫通する（例えば、図２Ａ参照）。より具体的には、開孔２４４は、バッキングプレート１３９の底面２４９に画定された環状溝２４８（図２Ａ）と垂直にアライメントされている。環状溝２４８は、内側部分２０２及び外側部分２０８上のリング体（例えば、内側リング体２１４及び外側リング体２２２）に対応し、リング体を受け入れるように構成される。受け入れられると、複数の螺合ネジ又はボルトは、バッキングプレート１３９の開孔２４４を貫通して、ジャケット２３０、２３２の螺合開孔２４２内に入り、ガス分配プレート１３８をバッキングプレート１３９に接続する（例えば、図３の３０４参照）。

［００５５］１又は複数の温度検出アセンブリ２５０（図２Ａ及び図２Ｂ）は、例えば、上述したボンディングプロセスの１つを用いて、内側部分２０２及び外側部分２０８の上面上でガス分配プレート１３８に結合され得る。例示の目的で、内側部分２０２の上面２０４に結合された温度検出アセンブリ２５０を示す。温度検出アセンブリ２５０は、処理中にガス分配プレート１３８の温度を監視するように構成される。温度検出アセンブリ２５０及びそれに使用される監視プロセスのより詳細な説明については、その内容を全て参照により本明細書に援用する、アプライドマテリアルズ社が保有する「ＴＨＥＲＭＡＬ ＲＥＰＥＡＴＡＢＩＬＩＴＹ ＡＮＤ ＩＮ－ＳＩＴＵ ＳＨＯＷＥＲＨＥＡＤ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ」と題する米国特許公開２０１８０１４４９０７を参照されたい。温度検出アセンブリ２５０は、バッキングプレート１３９の底面２４９内に画定された対応する開孔（明示せず）内に受け入れられるように構成される（例えば、図２Ａ参照）。

［００５６］図４Ａは、本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る、シャワーヘッドアセンブリ１５０と共に使用するように構成されたガス分配プレート４００の側面図であり、図４Ｂは、図４Ａのガス分配プレート４００の分解図であり、図５は、図４Ａ～図４Ｂのガス分配プレート及びバッキングプレートの製造方法５００のフロー図である。ガス分配プレート４００は、ガス分配プレート１３８と同様である。したがって、本明細書では、ガス分配プレート４００に固有の特徴のみを説明する。

［００５７］ガス分配プレート４００は、内側部分２０２及び外側部分２０８に関して上述したのと同じ材料でできていてよい内側部分４０２及び外側部分４０４を含む。しかしながら、ガス分配プレート１３８の内側部分２０２及び外側部分２０８とは異なり、ガス分配プレート４００の内側部分４０２及び外側部分４０４の一方又は両方は、複数の同心溝を含む。図示した実施形態では、内側部分４０２及び外側部分４０４の各々は、内側部分４０２の上面４０７及び外側部分４０４の上面４０９上に画定された複数の同心溝４０６、４０８をそれぞれ含む。同心溝４０６、４０８は、コネクタ４０１を内側部分２０２及び外側部分２０８に結合するために使用される対応する複数のリング４１０を受け入れるように構成される。リング４１０は、例えば、Ａｌ又はアルミニウムシリコン合金ＡｌＳｉ材料でできていてよい。

［００５８］図２Ａ～図２Ｃのリング体を含むコネクタ２０１とは異なり、図４Ａ及び図４Ｂのコネクタ４０１は、概して円形の構成を有し、ガス分配プレート４００の内側部分４０２及び外側部分４０４の一方又は両方を実質的に覆っている。例えば、幾つかの実施形態では、コネクタ４０１は、内側部分４０２のみに配置され得る。幾つかの実施形態では、コネクタ４０１は、外側部分４０４のみに配置され得る。図示した実施形態では、コネクタ４０１は、内側部分４０２及び外側部分４０４の両方に配置され、両方から延在している。

［００５９］コネクタ４０１の底面４１２は、例えば、コネクタ２０１を内側部分４０２及び外側部分４０４に結合するために、内側部分４０２の上面４０７及び外側部分４０４の上面４０９、並びに複数のリング４１０の上に支持される（図５の５０２参照）。

［００６０］１又は複数のガス通路（又はチャネル）４１４は、コネクタ４０１に画定され、その底面４１２まで延在する。１又は複数のガス通路４１４は、コネクタ４０１の上面４１８を通して画定された対応する１又は複数の開孔４１６と、内側部分４０２及び外側部分４０４の底面４１９及び底面４２１上の複数の開孔４４６とそれぞれ流体連結しているため、プロセスガスがバッキングプレート１３９からコネクタ４０１を通って、処理領域内に流れることが可能である。

［００６１］複数の螺合開孔４２０が、コネクタ４０１の上面４１８を通して画定され、ガス分配プレート４００をバッキングプレート１３９に接続するために１又は複数の対応するネジ又はボルトを受け入れるように構成される（図５の５０４参照）。更に、１又は複数の温度検出アセンブリ４２２は、上述のボンディングプロセスの１つを用いて、ガス分配プレート４００の内側部分４０２又は外側部分４０４の一方又は両方、例えば外側部分４０４の上面４０９に結合され得る。１又は複数の温度検出アセンブリ４２２は、バッキングプレート１３９上の対応する開孔内に受容され得る。

［００６２］図６は、シャワーヘッドアセンブリのガス分配プレート及びバッキングプレートの側面切取図であり、図７は、本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る、図６のガス分配プレート及びバッキングプレートの製造方法７００のフロー図である。

［００６３］ガス分配プレート６００は、ガス分配プレート１３８と同様のものである。従って本明細書では、ガス分配プレート６００に固有の特徴のみを説明する。

［００６４］ガス分配プレート１３８とは異なり、ガス分配プレート６００は、上述したコネクタの１又は複数を含まない。むしろ、ガス分配プレート６００は、バッキングプレート１３９に直接接続される。例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、図２Ａ～図２Ｄに関して上述したように、ガス分配プレート６００の裏面（例えば、内側部分及び／又は外側部分又は均質な単体）にボンディング層（例えば、複数のリング４１０（図４Ｂ）の少なくとも１つを含むボンディング層及び／又は１又は複数のコネクタ２０１をガス分配プレート１３８に結合するために使用するボンディング層）が設けられ得る。代替的に又は追加的に、ガス分配プレート６００の裏面（例えば、内側部分及び／又は外側部分）に１又は複数の同心溝を設けることができ、ボンディング層は、図４Ａ及び図４Ｂに関して上述したように、対応する同心リングを含み得る。少なくとも幾つかの実施形態では、ボンディング層を、バッキングプレート１３９の底面、又はガス分配プレート６００の上面及びバッキングプレート１３９の底面の両方に堆積させ得る。

［００６５］従って、少なくとも幾つかの実施形態では、７０２において、ボンディング層が、上述のように、単結晶シリコン（Ｓｉ）又はポリシリコン（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）の少なくとも一方でできていてよいガス分配プレート６００の裏面に堆積され得る。少なくとも幾つかの実施形態では、例えば、ボンディング層を、物理的気相堆積（ＰＶＤ）を用いて堆積させ得る。ボンディング層を堆積させるために使用することができるＰＶＤ装置の一例は、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライドマテリアルズ社から入手可能なＰＶＤ装置のＥＮＤＵＲＡ（登録商標）ライン（例えば、スタンドアロン又はクラスタツールの一部）である。ボンディング層の厚さは、約１ミクロンから約１００ミクロンであってよい。少なくとも幾つかの実施形態では、例えば、ボンディング層の厚さは、約５０ミクロンであってよい。

［００６６］その後、バッキングプレート（例えば、バッキングプレート１３９）が、ガス分配プレート６００上に（又はその逆に）位置決めされ得る。例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、バッキングプレートをガス分配プレート６００の裏面に完全に接触するように位置決めすることにより、ガス分配プレート６００全体で均一かつ均等な負荷を達成し、臨界アライメント閾値を満たすことができる。

［００６７］７０４において、バッキングプレートは、上記の方法で、ガス分配プレート６００の裏面に結合され得る。例えば、炉プロセスは、約３５０℃から約７５０℃の温度、例えば共晶点の直下の温度を提供し得る。少なくとも幾つかの実施形態では、炉の時間は比較的短くてよい。少なくとも幾つかの実施形態では、バッキングプレートがガス分配プレート６００に結合されているときに（例えば、炉のプロセス中に）、窒素（Ｎ）、アルゴン（Ａｒ）、又は他の適切な逆流ガス等の逆流ガスが導入され得る。

［００６８］少なくとも幾つかの実施形態では、バッキングプレートをガス分配プレート６００の裏面に結合させる前に、ハードマスク層をガス分配プレート６００の裏面に堆積させ得る。例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、ポリイミドからできたハードマスク層を、例えば物理的気相堆積（ＰＶＤ）を用いてガス分配プレート６００の裏面に堆積させ得る。代替的に又は追加的に、ハードマスク層は、（例えば、バッキングプレートにボンディング層を堆積させる場合に）バッキングプレート１３９に適用され得る。ハードマスク層を堆積させるのに使用可能なＰＶＤ装置の一例は、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライドマテリアルズ社から入手可能なＰＶＤ装置のＥＮＤＵＲＡ（登録商標）ライン（例えば、スタンドアロン又はクラスタツールの一部）である。ハードマスク層は、ＰＶＤ中にボンディング層を形成するために使用されるボンディング材料によって開孔が充填されないように、ガス分配プレート６００の開孔（例えば、開孔１４６）及び／又は裏面の一部を覆う／保護するために使用され得る。ボンディング層がガス分配プレート６００の裏面に堆積された後に、ハードマスク層を、上述のエッチングプロセス等の１又は複数の適切なプロセスを用いて除去することができる。

［００６９］７０４の後、ガス分配プレート６００とバッキングプレートとの間の結合を検査するために、１又は複数のプロセス（例えば、測定技法）が使用され得る。例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、走査型超音波顕微鏡（ＳＡＭ）計測、又はソナー走査及び／又はソナー撮像等の他の適切な計測技法を用いて、ガス分配プレート６００とバッキングプレートとの間の結合が検査され得る。更に、７０４の後、１又は複数の適切な洗浄プロセスを用いて、ガス分配プレート６００及びそれに接合されたバッキングプレート（例えば、組み立てられたシャワーヘッド）の最終洗浄を提供することができる。例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、エッチングプロセスを用いて、組み立てられたシャワーヘッドを洗浄することができる。

［００７０］上述したように、その長期間の利用の後等にガス分配プレートを取り外すことは、有利な結果をもたらし得る。したがって、少なくとも幾つかの実施形態では、方法７００は、バッキングプレートからガス分配プレート６００を取り外して、新たなガス分配プレートを設置することを含み得る。ガス分配プレートは、１又は複数の適切な取り外しプロセスを用いて取り外すことができる。例えば、１又は複数の化学溶液を使用して、ガス分配プレート６００とバッキングプレートとの間のボンディング層を除去することが可能である。少なくとも幾つかの実施形態では、例えば、低濃度の塩酸（ＨＣｌ）を使用して、ガス分配プレート６００とバッキングプレートとを互いに分離させることができる。

［００７１］ガス分配プレート６００及びバッキングプレートが分離されると、方法７００は、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）、エッチング等の１又は複数の洗浄プロセスを用いてバッキングプレートを洗浄することを含み得る。例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、ＣＭＰを用いて、底面のバッキングプレート（例えば、新たなガス分配プレートに結合される面）を洗浄し得る。

［００７２］その後、例えば、方法７００に関して説明したプロセスの１又は複数を用いて、新たなガス分配プレートがバッキングプレートに再装着され得る。

［００７３］前述の内容は本開示の実施形態を対象としているが、その基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他のさらなる実施形態を考案することが可能である。

Claims (20)

1. シャワーヘッドアセンブリであって、
   内側部分と外側部分とを含み、前記内側部分は単結晶シリコン（Ｓｉ）でできており、前記外側部分は単結晶Ｓｉ又はポリシリコン（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）の一方でできており、前記内側部分又は前記外側部分の少なくとも一方の裏面にボンディング層が設けられたガス分配プレートと、
   シリコン（Ｓｉ）及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分として形成され、前記ガス分配プレートの前記内側部分又は前記外側部分の少なくとも一方の裏面の少なくとも１つに結合されたバッキングプレートと
   を備えるシャワーヘッドアセンブリ。
2. 前記内側部分及び前記外側部分は、単結晶シリコンＳｉからできた均質な単体である、請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
3. 前記ボンディング層は、前記内側部分又は前記外側部分の少なくとも一方の裏面上の対応する同心溝内に着座した少なくとも１つの同心リングを含む、請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
4. 前記ボンディング層は、ある割合のチタン（Ｔｉ）を有するアルミニウムシリコン合金又はアルミニウムでできている、請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
5. Ｔｉの割合は約０．１％から約１０％の範囲である、請求項１から４のいずれか一項に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
6. 前記ガス分配プレートと前記バッキングプレートとの間の熱膨張係数（ＣＴＥ）は約２から約７である、請求項１から４のいずれか一項に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
7. プロセスチャンバであって、
   シャワーヘッドアセンブリであって、
   内側部分と外側部分とを含み、前記内側部分は単結晶シリコン（Ｓｉ）でできており、前記外側部分は単結晶Ｓｉ又はポリシリコン（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）の一方でできており、前記内側部分又は前記外側部分の少なくとも一方の裏面にボンディング層が設けられたガス分配プレートと、
   シリコン（Ｓｉ）及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分として形成され、前記ガス分配プレートの前記内側部分又は前記外側部分の少なくとも一方の裏面の少なくとも１つに結合されたバッキングプレートと
   を含むシャワーヘッドアセンブリ
   を備えるプロセスチャンバ。
8. 前記内側部分及び前記外側部分は、単結晶シリコンＳｉからできた均質な単体である、請求項７に記載のプロセスチャンバ。
9. 前記ボンディング層は、前記内側部分又は前記外側部分の少なくとも一方の裏面上の対応する同心溝内に着座した少なくとも１つの同心リングを含む、請求項７に記載のプロセスチャンバ。
10. 前記ボンディング層は、ある割合のチタン（Ｔｉ）を有するアルミニウムシリコン合金又はアルミニウムでできている、請求項７に記載のプロセスチャンバ。
11. Ｔｉの割合は約０．１％から約１０％の範囲である、請求項７から１０のいずれか一項に記載のプロセスチャンバ。
12. 前記ガス分配プレートと前記バッキングプレートとの間の熱膨張係数（ＣＴＥ）は約２から約７である、請求項７から１０のいずれか一項に記載のプロセスチャンバ。
13. シャワーヘッドアセンブリを形成する方法であって、
    単結晶シリコン（Ｓｉ）又はポリシリコン（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）の少なくとも一方からできたガス分配プレートの裏面にボンディング層を堆積させることと、
    前記ガス分配プレートの裏面に、シリコン（Ｓｉ）及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分として形成されたバッキングプレートを結合させることと
    を含む方法。
14. 前記ガス分配プレートは内側部分と外側部分とを含み、前記内側部分及び前記外側部分は、単結晶シリコンＳｉからできた均質な単体である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記ボンディング層は、前記内側部分又は前記外側部分の少なくとも一方の裏面上の対応する同心溝内に着座した少なくとも１つの同心リングを含む、請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 前記ボンディング層は、ある割合のチタン（Ｔｉ）を有するアルミニウムシリコン合金又はアルミニウムでできている、請求項１３に記載の方法。
17. Ｔｉの割合は約０．１％から約１０％の範囲である、請求項１３、１４、又は１６に記載の方法。
18. 前記ガス分配プレートと前記バッキングプレートとの間の結合を検査するために、走査型超音波顕微鏡（ＳＡＭ）計測、ソナー走査、又はソナー撮像の少なくとも１つを実行することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
19. 前記バッキングプレートを前記ガス分配プレートの裏面に結合させることは、約３５０℃から約７５０℃の温度を提供する炉プロセスを用いることを含む、請求項１３に記載の方法。
20. 前記炉プロセスを実行している間に逆流ガスを導入することを更に含む、請求項１３、１４、１６、１８、又は１９に記載の方法。

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