JP2023529166A - 半導体処理ツールのための着脱可能シャワーヘッドフェースプレート - Google Patents

Abstract

【解決手段】着脱可能フェースプレートと、着脱可能フェースプレートの文脈でさらなる利点を提供する様々な特徴部とを有する半導体処理動作用のシャワーヘッドが開示されている。【選択図】図２

Description

関連出願
ＰＣＴ要求フォームが、本願の一部として本明細書と同時に提出される。同時に提出されるＰＣＴ要求フォームで特定されるように本願が利益または優先権を主張する各出願は、参照によって本明細書にその全体が全ての目的で援用される。

半導体処理ツールは、一般に、「シャワーヘッド」を用いて、ペデスタルまたはチャックによって半導体処理チャンバ内で支持されている基板またはウエハ全体にわたって半導体処理ガスを分配する。シャワーヘッドは、典型的には、シャワーヘッドの下側にわたって分布する多数のガス分散ポートを特徴とし、それらのポートを通して、処理ガスが半導体処理動作中に流される。半導体処理ツール内で用いられる２つの一般的な種類のシャワーヘッド、すなわち、「シャンデリア型」シャワーヘッドおよび「埋め込み型」シャワーヘッドがある。シャンデリア型シャワーヘッドは、典型的には、ガス分配ポートを収容しているディスク状構造と、それらのガス分配ポートへ処理ガスを分配するための１または複数の内部プレナムと、ディスク状構造の上側に接続しもしくは上側からシャンデリア型シャワーヘッドの位置する処理チャンバの天井までまたは天井を貫通して伸びているステムと、を備える。ステムは、処理チャンバ内でディスク状構造を支持し、また、ディスク状構造内のプレナムへ処理ガスを送るよう機能する。埋め込み型シャワーヘッドは、ステムも等価の構造も有しておらず、その代わり、半導体処理チャンバの壁に単に取り付けられ、しばしば、実質的に、半導体処理チャンバの蓋として機能する。

半導体処理シャワーヘッドのための着脱可能フェースプレートの設計が、本明細書で提示されている。

添付の図面および以下の説明において、本明細書に記載された主題の１または複数の実施例の詳細について説明する。他の特徴、態様、および、利点については、説明、図面、および、特許請求の範囲から明らかになる。

本発明者は、着脱可能シャワーヘッドフェースプレートを特徴とする半導体処理シャワーヘッドを考案した。典型的な半導体処理シャワーヘッドは、時間と共に、それが取り付けられている半導体処理チャンバ内で見られる厳しい環境への暴露によって劣化する。かかる劣化は、一部の例では、洗浄処理で改善可能であり、例えば、蒸着環境で用いられるシャワーヘッドは、シャワーヘッドの表面上への蒸着が起きる形の劣化を受ける可能性があり、これは、ウエハ処理均一性に影響しうるガス分配ポートの狭窄またはウエハに対向するシャワーヘッドの下側のプロファイルの変化を引き起こしうる。かかる場合に、問題のあるシャワーヘッドは取り外されて、かかる望ましくない堆積物を除去するために洗浄／修復され、その後、半導体処理ツール（または別の同様のツール）に再設置されうる。しかしながら、他の場合に、劣化が、フェースプレートの腐食（例えば、エッチング処理で受けうるようなもの）に起因することもある。かかる場合、シャワーヘッドは、単に取り外して交換する必要がありうる。

いずれの場合でも、典型的には、交換の前に、シャワーヘッドが収容されている処理チャンバからシャワーヘッド全体が取り出され、このプロセスには時間が掛かり、その間、収益を生み出す動作にチャンバを利用できない。さらに、かかる交換は、極端にコストが掛かりうるものであり、新しいシャワーヘッドは高コストの部品であり、シャワーヘッドが単に修復または洗浄される場合でも、かかる修復または洗浄にもかなりのコストが掛かりうる。装置の休止時間と、シャワーヘッドを用いて半導体処理装置を動作させるためのコストとを削減するために、本発明者は、着脱可能シャワーヘッドフェースプレートと、それが取り付けられるシャワーヘッドの部分との間の界面において、良好な熱性能、たわみへの耐性、および／または、低いガス漏れ率を提供するよう構成されうる簡単に設置可能な着脱可能シャワーヘッドフェースプレートを考案した。

特に、本発明者は、比較的高い動作温度（例えば、２５０℃～３５０℃の範囲）で利用するシャワーヘッドを設計しつつ、本明細書で論じられているシャワーヘッドフェースプレートを考案した。したがって、以下で説明する様々な特徴は、高温環境で利用するシャワーヘッドに特有の有用性を提供しうるが、より高いまたは低い極端な温度環境でもシャワーヘッドに有用でありうる。

いくつかの実施例において、シャワーヘッドフェースプレートを備える、または、シャワーヘッドフェースプレートである装置が提供されうる。シャワーヘッドフェースプレートは、シャワーヘッドバックプレートと着脱可能に係合するよう構成されていてよく、複数のガス分配ポートを配置されたプレート領域を有してよい。各ガス分配ポートは、シャワーヘッドフェースプレートを通して伸びていてよく、シャワーヘッドフェースプレートは、１または複数の第１平坦熱接触面を備えてよく、各第１平坦熱接触面は、シャワーヘッドフェースプレートがシャワーヘッドバックプレートに係合されたときに、シャワーヘッドバックプレート上の対応する第２平坦熱接触面に接触するよう構成されていてよい。１または複数の第１平坦熱接触面は、環状平坦熱接触面を備え、環状平坦熱接触面は、３０．５ｃｍ～４５．７ｃｍ（１２インチ～１８インチ）の間の外径を有し、環状平坦熱接触面に垂直な第１軸に沿って見ると、プレート領域を取り囲んでおり、環状平坦熱接触面は、２０．３μｍ～３０．５μｍ（８００μインチ～１２００μインチ）の間の値以下の平面度と、０．６１μｍ～１．０２μｍ（２４μインチ～４０μインチ）の間の値以下の表面粗さＲａとを有してよい。

いくつかの実施例において、装置は、さらに、プレート領域内に配置されプレート領域から伸びている複数のポストを備えてよい。１または複数の第１平坦熱接触面は、ポストの各々に対して、環状平坦熱接触面と平行なエンドポスト熱接触面を含んでよい。

いくつかのかかる実施例において、第１平坦熱接触面は、２５．４μｍ（１０００μインチ）以下の平面度と、０．６１μｍ（２４μインチ）以上の平均表面粗さＲａとを有してよい。いくつかの他のかかる実施例において、第１平坦熱接触面は、２５．４μｍ（１０００μインチ）以下の平面度と、０．７６μｍ（３０μインチ）以上の平均表面粗さＲａとを有してよく、さらに他のかかる実施例において、第１平坦熱接触面は、２５．４μｍ（１０００μインチ）以下の平面度と、１．０２μｍ（４０μインチ）以上の平均表面粗さＲａとを有してよい。

装置のいくつかの実施例において、シャワーヘッドフェースプレートは、アルミニウム合金で形成されていてよい。

装置のいくつかの実施例において、シャワーヘッドフェースプレートは、プレート領域の周りに分散され環状平坦熱接触面内に配置された複数の第１ネジ穴を備えてよい。いくつかのかかる実施例において、第１ネジ穴は、隣接する第１ネジ穴の間に２０°以下の角度間隔を備えた円形配列で配置されていてよい。

装置のいくつかの実施例において、シャワーヘッドフェースプレートは、さらに、シャワーヘッドフェースプレートがシャワーヘッドバックプレートに係合されたときにシャワーヘッドバックプレート上の第２熱締まりばめ特徴部と結合するよう構成されている第１熱締まりばめ特徴部を備えてよく、第１熱締まりばめ特徴部は、プレート領域と第１ネジ穴との間に配置された半径方向外向きの第１軸対称面を備えてよく、第１軸対称面は、シャワーヘッドフェースプレートがシャワーヘッドバックプレートに関して中心に置かれるようにシャワーヘッドフェースプレートがシャワーヘッドバックプレートに係合されると共にシャワーヘッドフェースプレートおよびシャワーヘッドバックプレートが両方とも２０℃であるときに、シャワーヘッドバックプレート上の第２熱締まりばめ特徴部の対応する第２断面プロファイルの０．０１”～０．０１４”以内に収まるような寸法の第１断面プロファイルを有してよい。

装置のいくつかのかかる実施例において、第１熱締まりばめ特徴部は、第１直径を有する第１円筒面であってよく、シャワーヘッドフェースプレートがシャワーヘッドバックプレートに取り付けられたときに第１熱締まりばめ特徴部が結合するよう構成されているシャワーヘッドバックプレート上の第２熱締まりばめ特徴部は、第２直径を有する第２円筒面であってよく、第１直径は、第２直径よりも小さく、シャワーヘッドフェースプレートおよびシャワーヘッドバックプレートが両方とも２０℃であるときに第２直径の０．０２”以内に収まっていてよい。

装置のいくつかのさらなるかかる実施例において、シャワーヘッドフェースプレートは、プレート領域の周りに伸びると共に第１ネジ穴とプレート領域との間に挟まれている内壁を備えてよく、内壁は、環状平坦熱接触面から伸びていてよく、第１熱締まりばめ特徴部は、内壁の外向きの面によって提供されいてよい。

装置のいくつかの実施例において、装置は、さらに、第１ネジ穴と等しい数の複数の第１ネジ式締め具と、第１ネジ穴と少なくとも等しい数の複数の座金と、第１ネジ穴と少なくとも等しい数の複数の皿ばね座金と、を備えてよい。かかる実施例において、装置は、半導体処理ツールのシャワーヘッドバックプレートに取り付けられた期限切れのシャワーヘッドフェースプレートの交換を容易にするよう構成されているキットであってよい。

いくつかのかかる実施例において、シャワーヘッドフェースプレートは、第１材料で形成されていてよく、第１ネジ式締め具は、第２材料で形成されていてよく、皿ばね座金は、第１合金で形成されていてよく、座金は、第２合金で形成されていてよい。第１材料および第２材料は各々、アルミニウム合金、６０６１－Ｔ６アルミニウム合金、または、アルミナであってよく、第１合金および第２合金は各々、ニッケル合金、アルミニウム合金、または、６０６１－Ｔ６アルミニウム合金で形成されていてよい。第２材料は、第１材料と同じであっても異なっていてもよく、第２合金は、第１合金と同じであっても異なっていてもよい。

いくつかの実施例において、装置は、さらに、第１ネジ穴と等しい数の複数の貫通孔を有するシャワーヘッドバックプレートと、第１ネジ穴と等しい数の複数の第１ネジ式締め具と、第１ネジ穴と少なくとも等しい数の複数の座金と、第１ネジ穴と少なくとも等しい数の複数の皿ばね座金と、を備えてよい。複数の第１ネジ式締め具の各第１ネジ式締め具は、少なくとも、座金の１つ、皿ばね座金の１つ、貫通孔の１つを通して挿入され、第１ネジ穴の内の対応する１つに螺入されてよく、少なくとも１つの座金が、皿ばね座金の各々とシャワーヘッドバックプレートとの間に挿入されていてよい。

いくつかのかかる実施例において、シャワーヘッドバックプレートにおける貫通孔の内の１または複数は、ネジ穴であってよく、そこに挿入される第１ネジ式締め具が第１ネジ式締め具のネジ山とネジ穴のネジ山との係合なしにそこに挿入されるのに十分な大きさのネジ内径を有する。

装置のいくつかの実施例において、シャワーヘッドフェースプレートは、第１材料で形成されていてよく、シャワーヘッドバックプレートは、第２材料で形成されていてよく、第１ネジ式締め具は、第３材料で形成されていてよく、皿ばね座金は、第１合金で形成されていてよく、座金は、第２合金で形成されていてよい。かかる実施例において、第１材料、第２材料、および、第３材料は各々、アルミニウム合金、６０６１－Ｔ６アルミニウム合金、または、アルミナであってよく、第１合金および第２合金は各々、ニッケル合金、アルミニウム合金、または、６０６１－Ｔ６アルミニウム合金であってよい。第１、第２、および、第３材料の各々は、同じ材料、異なる材料、または、同じ材料と異なる材料との混合であってよい。同様に、第１および第２合金は、同じであっても互いに異なっていてもよい。

いくつかの実施例において、各第１締め具は、０．６８Ｎｍ～０．９ＮＭ（６インチ－ポンド～８インチ－ポンド）の間のトルクで締め付けられてよい。

半導体処理システムで用いるシャワーヘッド例の半分を示す断面図（シャワーヘッド例は、中心軸に関して略対称である）。

ガス分配穴のパターンとポストとを示すシャワーヘッドフェースプレートの領域の平面図。

別のシャワーヘッドバックプレート／シャワーヘッドフェースプレートの端部の界面を示す詳細図。

図１に示したものと同様のシャワーヘッドフェースプレート例の半分を示す断面図。

異なる熱締まりばめ特徴部を有する別のシャワーヘッドフェースプレートを示す詳細図。

図１に示したものと同様のシャワーヘッドバックプレートおよびステムの例の半分を示す断面図。

異なる熱締まりばめ特徴部を有する別のシャワーヘッドバックプレートを示す詳細図。

高い処理温度での熱変位効果を示す熱変位マップと共に図１のシャワーヘッド例を示す図。

図１のシャワーヘッド例の分解図。

本開示に従って、半導体処理システムを示す図。

上述したように、本明細書で論じられている着脱可能シャワーヘッドフェースプレートシステムは、特に、高温半導体処理用途（例えば、シャワーヘッドフェースプレートが２５０℃～３５０℃の温度に到達しうる用途）に有用でありうるが、かかるシステムは、より高い温度およびより低い温度の文脈を含め、適切な変形を伴う他の半導体処理の文脈で利用されてもよいことを理解されたい。

図１は、半導体処理システムで用いるシャワーヘッド例の半分を示す断面図であり、シャワーヘッド例は、中心軸に関して略対称である。図１において、シャワーヘッド１００は、一端でシャワーヘッドバックプレート１０８に接続されているステム１０４を特徴とし、ステム１０４の他端（図示せず）は、半導体処理チャンバの天井または蓋と結合されていてよい。図に示すように、ステム１０４およびシャワーヘッドバックプレート１０８は、一体的な構成要素によって提供されているが、かかる特徴は、１つのアセンブリに組み立てられる２以上の構成要素によって提供されてもよいことが理解される。一般的に言うと、ステムは、シャワーヘッドバックプレート１０８の外径または幅よりもはるかに小さい直径または幅を有してよい。この例において、ステム１０４は、第１軸１１４を中心とした中央通路を備えており、中央通路を通して、処理ガスがシャワーヘッド１０２へ供給されうる。第１軸１１４は、シャワーヘッドフェースプレート１０６の下側および／または第１熱接触面（後述する）と略垂直であってよい。図１を参照しつつ上述したシャワーヘッド１０２の構成要素はすべて、一般に、半導体処理チャンバ内に永久的に取り付けられるよう意図されている（または、シャワーヘッドフェースプレートの複数回の交換にわたる期間中に半導体処理チャンバ内に少なくとも残るよう意図されている）。本例は、着脱可能フェースプレートを備えたシャンデリア型シャワーヘッドに向けられているが、埋め込み型シャワーヘッドが、同様の原理に従って設計されてよく、類似の特徴を備えてよく、同様に本開示の範囲内にあると見なされることが理解される。

シャワーヘッド１０２は、さらに、着脱可能シャワーヘッドフェースプレート１０６を備えてよく、着脱可能シャワーヘッドフェースプレート１０６は、それを通して伸びている複数のガス分配ポート１１０を特徴とする図の例において、シャワーヘッドフェースプレート１０６は、複数の締め具（例えば、第１ネジ式締め具１４４および第２ネジ式締め具１４６（例えば、ソケットヘッドキャップネジ））によって提供されるクランプ力でシャワーヘッドバックプレート１０８に対してクランプされていてよい。図の例において、各ネジ式締め具１４４または１４６は、対応する皿ばね座金１４８および座金１５０と対になっているが、各皿ばね座金１４８および１５０のサイズは、所望のクランプ力に応じて異なるように選択されてよい。第１ネジ式締め具１４４は各々、シャワーヘッドバックプレート１０８における対応する穴を通して挿入され、シャワーヘッドフェースプレート１０６における第１ネジ穴１４０に螺入されていてよい。同様に、第２ネジ式締め具１４６は、シャワーヘッドバックプレート１０８における対応する穴を通して挿入され、第２ネジ穴１４２に螺入されていてよい。

図のシャワーヘッド例１０２において、第２ネジ穴１４２は各々、シャワーヘッドフェースプレート１０６の表面からシャワーヘッドバックプレート１０８に向かって上方へ突出している対応するポスト１１６の端部に配置されている。いくつかの実施例（図の実施例など）において、ポスト１１６（利用される場合）は、各ポスト１１６伸びているシャワーヘッドフェースプレート１０６の表面に到達する前に、第１軸１１４と垂直な平面における断面積が縮小するように、テーパ状などの形状であってよい。かかる実施例において、これは、ガス分配ポート１１０の間の間隔が、それらのポスト１１６がシャワーヘッドバックプレート１０８と結合する場所のポスト１１６の直径または断面幅よりも小さいことを可能にすることにより、ポスト１１６とシャワーヘッドバックプレート１０８との間の熱的接触の増大と、ガス分配ポート１１０の間隔へ実質的に影響を与えることなしに第２ネジ穴１４２の領域におけるネジ接合を強化しうるその領域の材料の増大とを可能にしうる（例えば、ポスト１１６の直径の増大は、ネジ接合にポスト材料だけを用いて達成されうるよりも強いネジ接合を提供しうるネジ切りインサート（図に示すように、ネジ切りインサートは図示されていないが、螺旋インサート（Ｈｅｌｉｃｏｉｌ（商標）など）などのネジ切りインサートが、かかるネジ穴で用いられてよいことを理解されたい）を収容するために用いられてよい）。図１において、切断面は、最も右側のポスト１１６の中心およびシャワーヘッド１０２の中心を通っており、ガス分配ポート１１０は、この平面におけるそれらの間隔を実際には代表しえない位置に示されていることに注意されたい。例えば、ガス分配ポート１１０が、三角形の配列でシャワーヘッドフェースプレートにわたって配置されている場合、図１Ａに示すように、各ポスト１１６は、ポスト１１６がシャワーヘッドフェースプレート１０６の表面と交わる場所におけるポスト１１６の外縁１１６’が、３つのガス分配ポート１１０’の各々に対して略当接するように、一群の３つの隣接するガス分配ポート１１０’の中心にあってよい。かかるシナリオにおいて、ポスト１１６の中心と、それに隣接する３つのガス分配ポート１１０’の内の２以上とを通過する切断面は存在しない。対照的に、図１の最も右側のポスト１１６に直接隣接して示されている２つのガス分配ポート１１０が存在する。かかる構成は、図１Ａに関して上述したように三角形パターンで配置されているガス分配ポート１１０では不可能である（ただし、かかる断面図は、ガス分配ポート１１０の正方形パターン（これも、本開示の範囲内であると見なされる）に対しては存在しうる）。したがって、図のガス分配ポート１１０の配置は、単に、ガス分配ポート１１０が、一般に、シャワーヘッド１０２の下側にわたって分布していることの理解を提供するためのものであり、かかるシャワーヘッドフェースプレートの実際の断面を代表するものではないことを理解されたい。

図１で見られる別の特徴は、シャワーヘッドフェースプレート１０６の表面からシャワーヘッドバックプレート１０８の受け溝内へ突出している内壁１５２を備えることである。図からわかるように、内壁１５２の外向きの面と、シャワーヘッドバックプレート１０８における内壁１５２を受け入れる溝の内向きの面との間に小さいギャップ１５４が存在する。

別の構成が、図１Ｂに示されており、その構成では、内壁１５２’は、シャワーヘッドバックプレート１０８’に配置され、シャワーヘッドフェースプレート１０６’上の対応する溝の中へ突出し、ギャップ１５４’は、内壁１５２’の内向きの面と、内壁１５２’を受け入れる溝の外向きの面との間に形成されている。

シャワーヘッドフェースプレート１０６は、第１ネジ式締め具１４４および第２ネジ式締め具１４６をシャワーヘッドバックプレートから取り外し、次いで、ネジ式締め具が取り外されたときに、シャワーヘッドフェースプレート１０６がシャワーヘッドバックプレート１０８から落ちて、シャワーヘッドバックプレート１０８の下から移動されることを可能にする簡単な方法で、シャワーヘッドバックプレート１０８から容易に除去されうる。次いで、新しいシャワーヘッドフェースプレート１０６が設置されてよい。シャワーヘッドフェースプレート１０６とシャワーヘッドバックプレート１０８（例えば、ポスト１１６を受け入れるためのシャワーヘッドバックプレート１０８における穴、および、内壁１５２を受け入れるためのシャワーヘッドバックプレート１０８における溝）との間の様々な半径方向の境界は、室温で隙間ばめになるようなサイズであってよく、それにより、ネジ式締め具１４４および１４６によって提供されている支持が取り除かれたときに、シャワーヘッドフェースプレート１０６が（室温で）シャワーヘッドバックプレート１０８から自由に落下することが可能になる。

半導体処理動作中、シャワーヘッド１０２は、半導体製造処理に起因するかなりの量の熱を吸収しうる。例えば、大量の熱が、半導体処理動作中にウエハを支持するために用いられる加熱ペデスタルまたはチャックからシャワーヘッド１０２へ放射伝達されうる。さらなる熱が、例えば、シャワーヘッド１０２と処理中のウエハ１との間で生成されたプラズマから、シャワーヘッド１０２によって吸収されうる；シャワーヘッド１０２へ伝えられた熱の一部は、プレナム空間（およびその中にあるガス）を通してシャワーヘッドバックプレート１０８へ伝わりうるが、シャワーヘッド１０２へ伝えられた熱のより多くは、ポスト１１６を通して、および、第１ネジ穴１４０が配置されたシャワーヘッドフェースプレート１０６の外周の周りで、伝導性熱伝達によってシャワーヘッドバックプレート１０８へ伝えられうる。次いで、熱は、ステム１０４を上に流れて、周囲環境（もしくは、チャンバハウジングおよび／または冷却システム）に伝達される前に略内向きにシャワーヘッドバックプレート１０８を通して流れうる。

永久的に取り付けられたシャワーヘッドフェースプレート（例えば、所定位置に溶接またはろう付けされたシャワーヘッドフェースプレート）を備えた従来のシャワーヘッドでは、シャワーヘッドフェースプレートがシャワーヘッドバックプレートに接触する区画にわたって熱伝達効率のロスがほとんどないか全くない。しかしながら、本発明者は、図１に示すものなど、着脱可能フェースプレートを備えたシャワーヘッドが、熱伝達に関して特定の課題を提示しうることに気付いた。特に、シャワーヘッドフェースプレート１０６とシャワーヘッドバックプレート１０８との間の界面にわたって熱伝達が乏しい場合、これは、シャワーヘッドフェースプレートの所望の動作温度を維持するのに十分な速度で、熱がシャワーヘッドフェースプレート１０６から流れ出るのを妨げうる。例えば、シャワーヘッドフェースプレートにわたって１５℃以下の温度のばらつきで２００℃～２５０°の間のシャワーヘッドフェースプレート温度を維持することが望ましい場合がある；シャワーヘッドフェースプレートからシャワーヘッドバックプレートへの熱の流れが、シャワーヘッドフェースプレート１０６における望ましくない量の熱の蓄積を防ぐのに不十分である場合、シャワーヘッドフェースプレート１０６の温度は、実施されている特定の半導体処理にとって望ましい温度を超える場合があり、ひいては、処理中のウエハを汚染しうるシャワーヘッドフェースプレート１０６の金属からの潜在的なガス放出を増大させうる。さらに、シャワーヘッドフェースプレートにおける温度が高くなると、結果として、シャワーヘッドフェースプレート１０６とシャワーヘッドバックプレート１０８との間の温度差が大きくなりうるため、ひいては、シャワーヘッドバックプレート１０８と比べてシャワーヘッドフェースプレート１０６の１１熱膨張が大きくなりうるため、シャワーヘッドフェースプレート１０６の望ましくない変形につながりうる。

シャワーヘッドフェースプレート１０６とシャワーヘッドバックプレート１０８との間のより効果的な熱伝達を提供するために、着脱可能シャワーヘッドフェースプレート（図１に示すものなど）は、シャワーヘッドフェースプレート１０６がシャワーヘッド１０２に設置されたときに、シャワーヘッドバックプレート上に配置された対応する平坦熱接触面に接触するよう構成されている様々な平坦熱接触面を特徴としてよい。

図２は、図１に示したものと同様のシャワーヘッドフェースプレート例の半分を示す断面図である。図２において、シャワーヘッドフェースプレート１０６は、シャワーヘッドバックプレート１０８から取り外された様子が示されている。シャワーヘッドフェースプレート１０６は、複数の第１熱接触面１１８を有してよく、熱接触面１１８は、例えば、エンドポスト熱接触面１２４および環状熱接触面１２２を含みうる。第１熱接触面１１８はすべて、互いに略平行であってよいが、図からわかるように、一部のかかる第１熱接触面１１８は、互いに対して異なる高さにあってよい。参照しやすいように、第１熱接触面１１８は、実際の第１熱接触面１１８から幾分上方へ垂直にずれた破線で示されている。エンドポスト熱接触面１２４は、例えば、各ポスト１１６がシャワーヘッドバックプレート１０８と接触するよう意図されているそのポスト１１６の端部（例えば、ポスト１１６の上端部）に配置されていてよい。ポスト１１６は、第１軸１１４の周りに配置された１または複数の略円形パターンに配置されてよく、シャワーヘッドフェースプレート１０６からシャワーヘッドバックプレート１０８への熱伝達経路と、シャワーヘッドフェースプレートの中央部分が例えばたわむのを防ぐためのシャワーヘッドフェースプレート１０６の中央部分に対する構造支持とを提供しうる。

追加的または代替的な熱伝達経路が、環状熱接触面１２２によって提供されてよく、環状熱接触面１２２は、例えば、第１軸１１４に沿って見ると、シャワーヘッドフェースプレート１０６のプレート領域１１２を取り囲んでいてよい。シャワーヘッドフェースプレート１０６のプレート領域１１２は、一般に、ガス分配ポート１１０が配置されているシャワーヘッドフェースプレート１０６の領域を意味しうるものであり、例えば、シャワーヘッドフェースプレート１０６の中心から、シャワーヘッドフェースプレート１０６の壁すなわち環状隆起領域（またはシャワーヘッドバックプレート上の同様の面）によって規定されるシャワーヘッドフェースプレート１０６の内向きの面まで広がっていてよい。環状熱接触面１２２は、例えば、シャワーヘッドフェースプレートの壁すなわち環状隆起領域の最上面であってよい。

一部のかかる平坦熱接触面は、かかるサイズの特徴部としては非常に低い平面度仕様を有してよい。例えば、シャワーヘッドフェースプレート１０６は、約３８．１ｃｍ（約１５インチ）（例えば、３０．５ｃｍ～３８．１ｃｍ（１２インチ～１８インチ）の間）の公称直径を有してよく、シャワーヘッドフェースプレート１０６の環状熱接触面１２２（同様の外径を有しうる）は、環状熱接触面１２２全体にわたって、例えば、２０．３μｍ～３０．５μｍ（８００μインチ～１２００μインチ）の間（またはそれ未満）の値（例えば、２５．４μｍ（１０００μインチ））に維持された平面度を有してよい。同様に、熱接触面の表面粗さは、例えば、０．６１μｍ～０．７６μｍ（２４μインチ～３０μインチ）の間のＲａまたは０．６１μｍ～１．０２μｍ（２４μインチ～４０μインチ）の間のＲａ（もしくは、それ未満）の値に維持されてよい。かかる平面度公差は、かかるサイズの特徴部（特に、一緒にクランプされるよう意図されている特徴部）に典型的ではないことが理解される。

いくつかの実施例において、シャワーヘッドフェースプレート１０６は、シャワーヘッドフェースプレート１０６とシャワーヘッドバックプレート１０８との間の良好な熱接触を提供するための特徴部を備えることに加えて、第１熱締まりばめ特徴部１２６を備えてもよい。第１熱締まりばめ特徴部１２６は、第１断面プロファイル１３２によって規定された第１軸対称面１３０によって提供されてよい。例えば、第１軸対称面１３０は、第１直径１３６を有し、例えば、内壁１５２によって提供された外向きの円錐形または円筒形の面であってよい。図１Ｂからわかるように、他の実施例が、シャワーヘッドバックプレート１０８上に配置された内壁特徴部を受け入れうる溝の外向きの面によって第１軸対称面１３０を提供してもよい。

図３は、図１に示したものと同様のシャワーヘッドバックプレートおよびステムの例の半分を示す断面図である。図３に見られるように、シャワーヘッドバックプレート１０８は、第２平坦熱接触面１２０を備えてよく、第２平坦熱接触面１２０は、シャワーヘッドフェースプレート１０６上の第１熱接触面１１８と位置が対応していてよい。シャワーヘッドバックプレート１０８は、さらに、第２熱締まりばめ特徴部１２８も備えてよく、第２熱締まりばめ特徴部１２８は、例えば、第２軸対称面を規定しうる第２断面プロファイル１３４を有してよい。図３Ａは、図１Ｂに示したものと同様の代替シャワーヘッドバックプレート設計を示す詳細図であり、その設計では、シャワーヘッドバックプレート１０８’が、第２断面プロファイル１３４’を有しうる内向きの第２熱締まりばめ特徴部１２８を提供する内壁１５２’を有してよい。

シャワーヘッドフェースプレート１０６およびシャワーヘッドバックプレート１０８の寸法は、シャワーヘッドフェースプレート１０６およびシャワーヘッドバックプレート１０８が両方とも公称室温（例えば、２０℃）であるときにギャップ１５４が存在する（そして、シャワーヘッドフェースプレート１０６の容易な取り外しを可能にする隙間ばめまたはその他のはめ合いを規定する）ように制御されてよいが、シャワーヘッド１０２が定常動作条件に達したときにギャップが中間ばめまたは穏やかな締まりばめに近づくように減少する。これは、シャワーヘッドバックプレート１０８およびシャワーヘッドフェースプレート１０６が定常動作条件にあるときに、シャワーヘッドバックプレート１０８に対してシャワーヘッドフェースプレート１０６を中心に置くと共に、シャワーヘッドバックプレート１０８とシャワーヘッドフェースプレート１０６との間に略気密シールも確立するように機能する。例えば、室温で、約０．０３０ｃｍ（約０．０１２インチ）（例えば、０．０２３ｃｍ～０．０３８ｃｍ（０．００９インチ～０．０１５インチ）または０．０２５ｃｍ～０．０３６ｃｍ（０．０１０インチ～０．０１４インチ））の隙間が提供されてよく、これは、シャワーヘッドフェースプレート１０６が定常動作温度に到達したときに完全に無くなりうる。例えば、ギャップは、ゼロまで減らされてよく、または、圧縮界面に変化してもよく、例えば、ギャップは、最大１０００分のいくつ（例えば、最大約０．００５”インチ～０．０１０”の間）の圧縮変形を、シャワーヘッドフェースプレート１０６とシャワーヘッドバックプレート１０８との間で生じさせうる。

かかるシール効果が提供される様子をより良く説明するために、図４を参照する。図４は、高い処理温度での熱変位効果を示す熱変位マップと共に図１のシャワーヘッド例を示す。図４でわかるように、シャワーヘッドフェースプレート１０６の外周は、シャワーヘッドバックプレート１０８と比べると、シャワーヘッドフェースプレート１０６における温度上昇に起因して、シャワーヘッドバックプレート１０８における対応する位置よりも大きい半径方向の熱変位を経験する。したがって、内壁１５２および第１軸対称面１３０は、一般に、第１軸対称面１３０と向かい合うシャワーヘッドバックプレート１０８における溝の第２軸対称面よりも大きい半径方向外向きの熱変位を経験し、それによってギャップ１５４を閉じうる。このように、シャワーヘッドバックプレート１０８とシャワーヘッドフェースプレート１０６との間の温度の不一致は、シャワーヘッドフェースプレート１０６とシャワーヘッドバックプレート１０８との間のギャップ１５４が閉じられることを可能にする熱膨張の不一致を生み出すことで、シャワーヘッドフェースプレート１０６およびシャワーヘッドバックプレート１０８が同様の熱膨張特性の材料で形成されている場合でも締まりばめまたは中間ばめ１５６を生み出す。例えば、両方ともアルミニウム合金（例えば、６０６１－Ｔ６アルミニウム）で形成されているシャワーヘッドバックプレート１０８およびシャワーヘッドフェースプレート１０６について、第１軸対称面１３０と第２軸対称面との間のギャップ１５４は、シャワーヘッド１０２が室温であるときに、０．０２５ｃｍ（０．０１インチ）のオーダーでありうる。言い換えると、第１直径１３６と第２直径１３８との間の差は、シャワーヘッドが室温にある時、０．０５１ｃｍ（０．０２インチ）のオーダーでありうるが、２８０℃～３２０℃の間の温度まで加熱されたときには、０インチに近づきうる。

着脱可能シャワーヘッドフェースプレート（本明細書で論じられているものなど）は、さらに、利用中に起きうる潜在的な問題に対処するよう設計された特徴を備えてよい。例えば、アルミニウム合金で形成されたシャワーヘッドフェースプレートおよびバックプレートについては、シャワーヘッドフェースプレートをシャワーヘッドバックプレートに取り付けるために用いられうる締め具システムの利用を妨げうる様々な問題が起きる場合がある。例えば、シャワーヘッドバックプレート１０８およびシャワーヘッドフェースプレート１０６とは異なる材料（例えば、ステンレス鋼またはインコネル）が、締め具に用いられている場合、これは、温度サイクリング中にネジ接続の緩みを引き起こしうる。例えば、ステンレス鋼のネジ式締め具が用いられる場合、締め具のステンレス鋼およびシャワーヘッド構成要素のアルミニウム合金の熱膨張特性が異なっている結果として、ステンレス鋼の締め具の膨張の程度は、アルミニウム構成要素よりもはるかに小さくなりうる。これにより、かかる締め具における予荷重が、動作条件まで加熱されたときに増大し、ひいては、シャワーヘッドが再び冷却されたときに、必要とされるよりもはるかに低い予荷重をステンレス鋼の締め具が有しうるように、アルミニウム構成要素における永久的な局所的変形を引き起こしうる。一部の例では、予荷重が、ほぼ完全に消失することにより、粒子を生成してウエハ処理均一性に影響しうる緩い接続につながりうる。

一部の締め具（特に、より高いトルク要件を有する締め具）で起こりうる別の問題は、シャワーヘッドフェースプレートが、高温に保持され、かつ、十分に高い締め付け荷重下にあるときに、平坦熱接触面の１または複数の位置でシャワーヘッドバックプレートに拡散接合しうることであり、例えば、半導体処理チャンバ内で定常動作条件中に生じうる。かかる拡散接合は、シャワーヘッドフェースプレートをシャワーヘッドバックプレートにクランプしたネジ式締め具が取り外された時でも、実際的には、永久的または半永久的に、シャワーヘッドフェースプレートをシャワーヘッドバックプレートに固定しうる。これは、シャワーヘッドフェースプレートが取り外されるのを妨げる場合があり、あるいは、シャワーヘッドフェースプレートがまだ取り外し可能である場合、基本的に、シャワーヘッドフェースプレートおよび／またはシャワーヘッドバックプレートの接合部分をそれらの構成要素の一方または他方から引き離すことができるので、平坦熱接触界面に対する損傷を引き起こす場合がある。

かかる着脱可能シャワーヘッドフェースプレートの動作温度は、容易に変更されない（シャワーヘッドが利用されている半導体処理の要件によって決定される）ので、かかる拡散接合の可能性を低減するための主なメカニズムは、シャワーヘッドフェースプレート／シャワーヘッドバックプレートの界面にわたって加えられるクランプ力を低減することである。しかしながら、クランプ位置での拡散接合を防ぐために必要な程度まで（クランプ力を低減するために）ネジ式締め具上の予荷重を低減する結果として、多くの場合、温度サイクリングが起きた後に予荷重の極端な低下が生じ、これは、ボルト締めされた接合部を緩め、ボルト締めされた接合部にわたって熱透過率を低減させ、潜在的に、ボルト締めされた接合部を通したガス漏れにつながる。例えば、様々な６－３２ソケットヘッドボルト（ＳＨＣＳ）を用いてシャワーヘッドフェースプレートおよびシャワーヘッドバックプレートをクランプする試験を実行した。シャワーヘッドフェースプレートおよびシャワーヘッドバックプレートは両方とも、アルミニウム合金（例えば、６０６１－Ｔ６）で形成されたものであり、ＳＨＣＳを受け止めるシャワーヘッドフェースプレートのネジ穴には、高ニッケル合金ねじ込みインサート（例えば、螺旋インサート）を備えた。例えば、アルミニウム合金（６０６１－Ｔ６）ＳＨＣＳおよび高ニッケル合金ＳＨＣＳの両方を含め、異なる構成のネジ式締め具を、異なる位置で用いた。さらに、異なる荷重分散メカニズム、例えば、かかる荷重分散メカニズム（シャワーヘッドバックプレートと直接接触するＳＨＣＳ）の不在、ＳＨＣＳとシャワーヘッドバックプレートとの間での単一の平座金の利用、ＳＨＣＳとシャワーヘッドバックプレートとの間での単一の皿ばね座金の利用、ＳＨＣＳとシャワーヘッドバックプレートとの間での単一の皿ばね座金および単一の平座金の利用、ＳＨＣＳとシャワーヘッドバックプレートとの間での直列および並列の両方での２つの皿ばね座金と単一の平座金との利用、ならびに、ＳＨＣＳとシャワーヘッドバックプレートとの間での直列の３つの皿ばね座金と単一の平座金の利用などを、各ＳＨＣＳと共に試験した。

皿ばね座金（例えば、「ベルビル」座金）は、入れ子状の円錐台である上面および下面を有するように加工される。皿ばね座金において、例えば、ａ）皿ばね座金の反対側にあり、ｂ）皿ばね座金の他方の内縁および他方の外縁の間の距離よりも離れ、ｃ）かかる皿ばね座金の上面および底面の間の垂直距離よりも離れている皿ばね座金の外縁および内縁が存在しうる。かかる場合に、圧縮荷重が皿ばね座金の中心線に沿ってそれらの内縁および外縁に印加されると、圧縮荷重は、円錐形状から平座金の形状へ皿ばね座金を弾性的に変形させて平坦化させ始めうる。皿ばね座金は、短い移動距離と共に比較的硬いバネを提供する。

５ｉｎ－ｌｂの値のトルクで締め付けられた高ニッケル合金ＳＨＣＳを用いると共に、上記の荷重分散メカニズムを用いると、拡散接合の発生が防止されたが、ほとんどの場合、２５０℃～３５０℃の間の所望の動作温度になった後に、予荷重の著しい損失（例えば、５０％を超える損失）を経験することも発見された。わかりやすくために、高ニッケル合金は、ニッケルが合金の組成の中で最も多い元素である合金である。高ニッケル合金ＳＨＣＳを５ｉｎ－ｌｂより高い値（例えば、６．５ｉｎ－ｌｂ）のトルクで締め付けることが、温度サイクリング下で予荷重の損失を緩和することがわかったが、結果として、拡散接合の問題が再び生じた。より複雑な皿ばね座金の配置（例えば、直列の複数の皿ばね座金）を利用することも、予荷重の損失を緩和することがわかったが、さらなる構成要素を必要とし、さらなる皿ばね座金を省略する可能性または不正確な向きに設置する可能性があるので、不正確な組み立ての可能性が高くなった。わかりやすくするために、並列の皿ばね座金は、皿ばね座金の円錐面が入れ子状になって同じ方向を向くように重ねられる。直列の皿ばね座金は、一方の１つおきの皿ばね座金が一方の方向を向いて、他方の皿ばね座金が他方の方向を向くように重ねられる（側方から見ると「プリーツがある」ように見える）。

約４ｉｎ－ｌｂの値のトルクで締め付けられたアルミニウム合金ＳＨＣＳを用いた時、より満足できる結果が観察され、かかるＳＨＣＳと共に単一の皿ばね座金および単一の平座金を用いることで、複数回の温度サイクルの後でも、予荷重の８０％超が維持される結果になることがわかった。より複雑な皿座金の実施例については、アルミニウム合金ＳＨＣＳに対して試験しなかったが、皿ばね座金の一連の実施例は、かかるＳＨＣＳと共に同様に許容可能な予荷重性能を提供しうる。一実施例において第１ネジ式締め具として用いられ、所望の程度の予荷重を得るために、６～８ｉｎ－ｌｂの間の値、たとえば７ｉｎ－ｌｂのトルクで締め付けられた１０－２４ＳＨＣＳでの同様の試験の実行について、同様の結果が見られた。

用いた平座金および皿ばね座金は、高ニッケル合金（例えば、インコネル）製であり、高ニッケル合金は、その高い強度および耐化学性により用いられた。かかる接合における平座金の利用は、平座金とＳＨＣＳとの間に挟まれた（これにより、皿ばね座金の端部がシャワーヘッドバックプレートの材料に直接触れることが防がれる）皿座金の端部荷重を分散させるのに役立ちうる。アルミニウム合金で形成されたシャワーヘッドバックプレートについて、これは、皿ばね座金がＳＣＨＳの締め付けによって圧縮されて半径方向に広がったときに皿ばね座金によってシャワーヘッドバックプレート材料の摩耗またはえぐれ（望ましくない粒子の発生につながりうる）が生じる機会を低減しうる。

皿ばね座金の利用は、接合部に印加される予荷重が、主にＳＨＣＳ（これは、はるかに高いバネ定数により、予荷重のない状態と著しく予荷重を与えられた状態との間で移行するめに、ほとんど変位を必要としない）の伸張によってではなく、皿ばね座金の変形によって主に管理されることを可能にする。皿ばね座金は、より広い移動範囲を有しており、予荷重が、熱膨張に起因するより広い範囲の潜在的な変位に対して所望の最小値未満に維持されることを可能にすることにより、シャワーヘッドフェースプレートとシャワーヘッドバックプレートとの間の良好な熱接触を促進するために適切なクランプ力が維持されることを可能にしつつ、温度サイクル中のシャワーヘッドフェースプレート／シャワーヘッドバックプレートの結合部の緩みの可能性と、シャワーヘッドフェースプレートおよびシャワーヘッドバックプレートの望ましくない拡散接合の可能性とを回避しうる。

図５は、図１のシャワーヘッド例の分解図を示す。図からわかるように、各第１ネジ式締め具１４４および第２ネジ式締め具１４６は、シャワーヘッドバックプレート１０８における対応する穴を通して挿入され、第１ネジ穴１４０および第２ネジ穴１４２にそれぞれ螺入される前に、最初に皿ばね座金１４８、次に平座金１５０（または単に「座金」）を通される。

さらに、用いられる第１ネジ式締め具の数は、シャワーヘッドフェースプレート１０６の構造支持にとって一般に必要とされるよりもはるかに多くてよいことが理解される。例えば、シャワーヘッド１０２の外周の周りに６または８個のネジ式締め具を配置すれば、典型的には、シャワーヘッドフェースプレート１０６を構造的に支持するのに十分であると考えられる。しかしながら、着脱可能シャワーヘッドフェースプレートのいくつかの実施例において、はるかに多くのかかる締め具が用いられてもよい。例えば、シャワーヘッド１０２の外周の周りのネジ式締め具の数が増加すると、荷重がより均等に分散され、ひいては、シャワーヘッドフェースプレートからの熱流の熱接触経路がより均等に分散されることがわかった。特に、性能利点は、例えば、１８、２０、２２、２４、または、それより多いネジ式締め具を、シャワーヘッドフェースプレートをシャワーヘッドバックプレートに固定するためにシャワーヘッド１０２の外周の周りに配置するさらなるコストを大幅に上回ることがわかった。したがって、かかる実施例において、シャワーヘッドの中心軸の周りのシャワーヘッドフェースプレートにおけるネジ穴の間の角度間隔は、２０°以下であってよい。

いくつかの実施例において、ネジ式締め具がシャワーヘッドフェースプレート＃ＨＨ０６に螺入される前に挿入されうるシャワーヘッドバックプレート＃ＨＨ０８の貫通孔の一部は、フェースプレート取り外し特徴部として機能するよう特別に構成されてもよい。例えば、かかる貫通孔は、それを通して挿入されてシャワーヘッドフェースプレートのネジ穴に螺入されるネジ式締め具のネジまたはそれらのシャンクの最大径よりも大きいネジ内径を有するネジ穴であってよい。これは、かかる穴が、ネジ式締め具を用いてシャワーヘッドフェースプレートとシャワーヘッドバックプレートとの間のクランプ接続を提供するために、他の穴と同様に利用されることを可能にする。しかしながら、シャワーヘッドフェースプレートおよびシャワーヘッドバックプレートが、それらのネジ式締め具の取り外し後に、分離困難であると後にわかった場合、シャワーヘッドバックプレートのネジ穴に提供されたネジ山と一致するネジサイズを有するより大きいサイズのネジ式締め具が、シャワーヘッドフェースプレートの底部に当たるまで、かかるネジ穴に通されてよい。次いで、かかるより大きいサイズの締め具に印加されるさらなるトルクが、より大きいサイズの締め具にシャワーヘッドフェースプレートを押させることで、シャワーヘッドフェースプレートをシャワーヘッドバックプレートから分離させうる。

本明細書で論じられている様々な構造（例えば、着脱可能シャワーヘッドフェースプレート、シャワーヘッドバックプレート、第１ネジ式締め具、第２ネジ式締め具、など）は、半導体処理動作中に半導体処理チャンバの厳しい環境内で用いるのに適した様々な異なる材料で形成されてよい。例えば、上述したように、６０６１－Ｔ６などのアルミ合金が、シャワーヘッドフェースプレート、シャワーヘッドバックプレート、ならびに、第１および第２ネジ式締め具に用いられてよい。かかる構成要素に同様の材料を用いることで、かかる構成要素の間で起こりうる熱膨張の不一致の量を低減することができ、それにより、構成要素が、高い応力を受けて潜在的に故障するか、または、望ましくない方法で振る舞うシナリオを避けることができる。ただし、一部のシャワーヘッドが、これらの構成要素の一部または全部に、異なる材料を用いてもよい。例えば、高ニッケル合金のネジ式締め具が、アルミニウム合金のシャワーヘッドフェースプレートおよびシャワーヘッドバックプレートを特徴とするいくつかの実施例で用いられてよい。シャワーヘッドフェースプレートおよびシャワーヘッドバックプレートを提供するために利用できるその他の材料は、セラミック、酸化アルミニウム、および、その他のアルミニウム合金を含む。

上述のネジ式締め具、皿ばね座金、および、平座金は、様々な合金（インコネルなどの高ニッケル合金、６０６１－Ｔ６などのアルミニウム合金、または、その他の合金など）から形成されてよい。高い応力を経験する領域（例えば、ネジ接合界面および座金荷重／締め具荷重領域）に複数の材料を用いて、それらの界面にわたって拡散接合を回避することが有利でありうる。したがって、例えば、座金（平座金および皿座金の両方）が、いくつかの実施例において、高ニッケル合金から形成されてよく、一方、シャワーヘッドのフェースプレートおよびバックプレートが、アルミニウム合金から形成されてよい。

本明細書で論じられているシャワーヘッドは、半導体処理ツール（例えば、半導体ウエハまたはその他の基板を受け入れて、それらに対して１または複数の半導体処理動作を実行するよう構成されている１または複数の半導体処理チャンバを備えるよう構成された装置）で用いられてよいことが理解される。図６は、本開示に従って、半導体処理システムの一例を示す図である。図６において、処理動作中にウエハ１０５を支持するよう構成されているウエハ支持体１０３を中に備える半導体処理チャンバ１０１が示されている。処理チャンバ１０１は、さらに、１または複数の処理ガス源１１１と流体接続されうる本明細書で論じられているシャワーヘッド１０２を備えてよい。いくつかの実施例において、シャワーヘッド１０２は、ウエハ１０５の上方で生成されうるプラズマ１０７を点火および／または維持するために用いられる電極として機能するよう構成されてもよい。かかる実施例において、シャワーヘッド１０２は、例えば、高周波発生器１０９と電気的に接続されていてよい。

「１または複数の＜アイテム＞の内の各＜アイテム＞に対して」、「１または複数の＜アイテム＞の内の各＜アイテム＞」などの表現は、本明細書で用いられている場合、単一アイテムグループおよび複数アイテムグループの両方を含み、つまり、「・・・に対して、各」という表現は、どのアイテム集団の各アイテムに言及するのにもプログラミング言語で用いられる意味で用いられていることを理解されたい。例えば、言及されたアイテム集団が単一アイテムである場合、「各」は、（「各」の辞書の定義が、その用語を「２以上のものの内の一つ一つ」に言及するものであるとしばしば定義するのに関わらず）その単一アイテムのみに言及し、それらのアイテムが少なくとも２つ存在しなければならないことを暗示しない。同様に、「セット」または「サブセット」という用語は、それ自体、必ずしも複数のアイテムを包含すると見なされるべきではなく、セットまたはサブセットは、（文脈から他に示唆されない限り）１つのみの部材または複数の部材を包含しうると理解される。

本開示および特許請求の範囲において序数詞（例えば、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）・・・、または、同様のもの）の利用があった場合に、かかる順序または順番が明示的に示されている場合を除いては、任意の特定の順序または順番を示すものではないと理解すべきである。例えば、（ｉ）、（ｉｉ）、および、（ｉｉｉ）とラベル付けされた３つの工程がある場合に、これらの工程は、別段の指示が無い限りは、任意の順序で（または、特に問題が無ければ、同時に）実行されてよい。例えば、工程（ｉｉ）が、工程（ｉ）で生成される要素の操作を含む場合、工程（ｉｉ）は、工程（ｉ）後の或る時点に実行されるものと見なされうる。同様に、工程（ｉ）が、工程（ｉｉ）で生成される要素の操作を含む場合、その逆であると理解されるべきである。

「約」、「およそ」、「実質的に」、「公称」などの用語は、量または同様の定量化可能な特性に関して用いられた場合、別段の指示が無い限り、（指定された実際の値または関係性を含むだけでなく）指定された値または関係性の±１０％以内の値を含むと理解されるべきである。

上述の概念のすべての組みあわせが、（かかる概念が互いに矛盾するものではないという条件で）本明細書で開示されている発明の主題の一部であると考えられることを理解されたい。特に、本開示の最後にある請求項の主題のすべての組みあわせが、本明細書で開示されている発明の主題の一部であると考えられる。また、参照によって組み込まれた任意の開示でも出現しうる本明細書で明示的に用いられている用語は、本明細書で開示されている特定の概念と最も合った意味を与えられるべきであることを理解されたい。

さらに、上記の開示は、１または複数の特定の実施例に焦点を当てているが、上述の例のみに限定されるものではなく、同様の変形例およびメカニズムにも適用可能であり、かかる同様の変形例およびメカニズムも、本開示の範囲内にあると見なされることを理解されたい。

図１は、半導体処理システムで用いるシャワーヘッド例の半分を示す断面図であり、シャワーヘッド例は、中心軸に関して略対称である。図１において、シャワーヘッド１０２は、一端でシャワーヘッドバックプレート１０８に接続されているステム１０４を特徴とし、ステム１０４の他端（図示せず）は、半導体処理チャンバの天井または蓋と結合されていてよい。図に示すように、ステム１０４およびシャワーヘッドバックプレート１０８は、一体的な構成要素によって提供されているが、かかる特徴は、１つのアセンブリに組み立てられる２以上の構成要素によって提供されてもよいことが理解される。一般的に言うと、ステムは、シャワーヘッドバックプレート１０８の外径または幅よりもはるかに小さい直径または幅を有してよい。この例において、ステム１０４は、第１軸１１４を中心とした中央通路を備えており、中央通路を通して、処理ガスがシャワーヘッド１０２へ供給されうる。第１軸１１４は、シャワーヘッドフェースプレート１０６の下側および／または第１熱接触面（後述する）と略垂直であってよい。図１を参照しつつ上述したシャワーヘッド１０２の構成要素はすべて、一般に、半導体処理チャンバ内に永久的に取り付けられるよう意図されている（または、シャワーヘッドフェースプレートの複数回の交換にわたる期間中に半導体処理チャンバ内に少なくとも残るよう意図されている）。本例は、着脱可能フェースプレートを備えたシャンデリア型シャワーヘッドに向けられているが、埋め込み型シャワーヘッドが、同様の原理に従って設計されてよく、類似の特徴を備えてよく、同様に本開示の範囲内にあると見なされることが理解される。

永久的に取り付けられたシャワーヘッドフェースプレート（例えば、所定位置に溶接またはろう付けされたシャワーヘッドフェースプレート）を備えた従来のシャワーヘッドでは、シャワーヘッドフェースプレートがシャワーヘッドバックプレートに接触する区画にわたって熱伝達効率のロスがほとんどないか全くない。しかしながら、本発明者は、図１に示すものなど、着脱可能フェースプレートを備えたシャワーヘッドが、熱伝達に関して特定の課題を提示しうることに気付いた。特に、シャワーヘッドフェースプレート１０６とシャワーヘッドバックプレート１０８との間の界面にわたって熱伝達が乏しい場合、これは、シャワーヘッドフェースプレートの所望の動作温度を維持するのに十分な速度で、熱がシャワーヘッドフェースプレート１０６から流れ出るのを妨げうる。例えば、シャワーヘッドフェースプレートにわたって１５℃以下の温度のばらつきで２００℃～２５０°の間のシャワーヘッドフェースプレート温度を維持することが望ましい場合がある；シャワーヘッドフェースプレートからシャワーヘッドバックプレートへの熱の流れが、シャワーヘッドフェースプレート１０６における望ましくない量の熱の蓄積を防ぐのに不十分である場合、シャワーヘッドフェースプレート１０６の温度は、実施されている特定の半導体処理にとって望ましい温度を超える場合があり、ひいては、処理中のウエハを汚染しうるシャワーヘッドフェースプレート１０６の金属からの潜在的なガス放出を増大させうる。さらに、シャワーヘッドフェースプレートにおける温度が高くなると、結果として、シャワーヘッドフェースプレート１０６とシャワーヘッドバックプレート１０８との間の温度差が大きくなりうるため、ひいては、シャワーヘッドバックプレート１０８と比べてシャワーヘッドフェースプレート１０６の熱膨張が大きくなりうるため、シャワーヘッドフェースプレート１０６の望ましくない変形につながりうる。

さらに、上記の開示は、１または複数の特定の実施例に焦点を当てているが、上述の例のみに限定されるものではなく、同様の変形例およびメカニズムにも適用可能であり、かかる同様の変形例およびメカニズムも、本開示の範囲内にあると見なされることを理解されたい。
本発明は、たとえば、以下のような態様で実現することもできる。
適用例１：
装置であって、
シャワーヘッドフェースプレートを備え、
前記シャワーヘッドフェースプレートは、シャワーヘッドバックプレートと着脱可能に係合するよう構成され、
前記シャワーヘッドフェースプレートは、複数のガス分配ポートを配置されたプレート領域を有し、
各ガス分配ポートは、前記シャワーヘッドフェースプレートを通して伸び、
前記シャワーヘッドフェースプレートは、１または複数の第１平坦熱接触面を備え、各第１平坦熱接触面は、前記シャワーヘッドフェースプレートが前記シャワーヘッドバックプレートに係合されたときに、前記シャワーヘッドバックプレート上の対応する第２平坦熱接触面に接触するよう構成され、
前記１または複数の第１平坦熱接触面は、環状平坦熱接触面を備え、前記環状平坦熱接触面は、３０．５ｃｍ～３８．１ｃｍ（１２インチ～１８インチ）の間の外径を有し、前記環状平坦熱接触面に垂直な第１軸に沿って見ると、前記プレート領域を取り囲んでおり、
前記環状平坦熱接触面は、２０．３μｍ～３０．５μｍ（８００μインチ～１２００μインチ）の間の値以下の平面度と、０．６１μｍ～１．０２μｍ（２４μインチ～４０μインチ）の間の値以下の表面粗さＲａとを有する、装置。
適用例２：
適用例１に記載の装置であって、さらに、前記プレート領域内に配置され前記プレート領域から伸びている複数のポストを備え、前記１または複数の第１平坦熱接触面は、前記ポストの各々に対して、前記環状平坦熱接触面と平行なエンドポスト熱接触面を含む、装置。
適用例３：
適用例２に記載の装置であって、前記第１平坦熱接触面は、２５．４μｍ（１０００μインチ）以下の平面度と、１．０２μｍ（２４μインチ）以上の平均表面粗さＲａとを有する、装置。
適用例４：
適用例２に記載の装置であって、前記第１平坦熱接触面は、２５．４μｍ（１０００μインチ）以下の平面度と、０．７６μｍ（３０μインチ）以上の平均表面粗さＲａとを有する、装置。
適用例５：
適用例２に記載の装置であって、前記第１平坦熱接触面は、２５．４μｍ（１０００μインチ）以下の平面度と、１．０２μｍ（４０μインチ）以上の平均表面粗さＲａとを有する、装置。
適用例６：
適用例１に記載の装置であって、前記シャワーヘッドフェースプレートは、アルミニウム合金で形成されている、装置。
適用例７：
適用例（エラー：参照先ナシ）１に記載の装置であって、
前記シャワーヘッドフェースプレートは、前記プレート領域の周りに分散され前記環状平坦熱接触面内に配置された複数の第１ネジ穴を備える、装置。
適用例８：
適用例７に記載の装置であって、
前記第１ネジ穴は、隣接する第１ネジ穴の間に２０°以下の角度間隔を備えた円形配列で配置されている、装置。
適用例９：
適用例７に記載の装置であって、
前記シャワーヘッドフェースプレートは、さらに、前記シャワーヘッドフェースプレートが前記シャワーヘッドバックプレートに係合されたときに前記シャワーヘッドバックプレート上の第２熱締まりばめ特徴部と結合するよう構成されている第１熱締まりばめ特徴部を備え、
前記第１熱締まりばめ特徴部は、前記プレート領域と前記第１ネジ穴との間に配置された半径方向外向きの第１軸対称面を備え、
前記第１軸対称面は、前記シャワーヘッドフェースプレートが前記シャワーヘッドバックプレートに関して中心に置かれるように前記シャワーヘッドフェースプレートが前記シャワーヘッドバックプレートに係合されると共に前記シャワーヘッドフェースプレートおよび前記シャワーヘッドバックプレートが両方とも２０℃であるときに、前記シャワーヘッドバックプレート上の前記第２熱締まりばめ特徴部の対応する第２断面プロファイルの０．０１”～０．０１４”以内に収まるような寸法の第１断面プロファイルを有する、装置。
適用例１０：
適用例９に記載の装置であって、
前記第１熱締まりばめ特徴部は、第１直径を有する第１円筒面であり、
前記シャワーヘッドフェースプレートが前記シャワーヘッドバックプレートに取り付けられたときに前記第１熱締まりばめ特徴部が結合するよう構成されている前記シャワーヘッドバックプレート上の前記第２熱締まりばめ特徴部は、第２直径を有する第２円筒面であり、
前記第１直径は、前記第２直径よりも小さく、前記シャワーヘッドフェースプレートおよび前記シャワーヘッドバックプレートが両方とも２０℃であるときに前記第２直径の０．０２”以内に収まる、装置。
適用例１１：
適用例１０に記載の装置であって、
前記シャワーヘッドフェースプレートは、前記プレート領域の周りに伸びると共に前記第１ネジ穴と前記プレート領域との間に挟まれている内壁を備え、
前記内壁は、前記環状平坦熱接触面から伸びており、
前記第１熱締まりばめ特徴部は、前記内壁の外向きの面によって提供されている、装置。
適用例１２：
適用例９に記載の装置であって、さらに、
前記第１ネジ穴と等しい数の複数の第１ネジ式締め具と、
前記第１ネジ穴と少なくとも等しい数の複数の座金と、
前記第１ネジ穴と少なくとも等しい数の複数の皿ばね座金と、
を備え、
前記装置は、半導体処理ツールの前記シャワーヘッドバックプレートに取り付けられた期限切れのシャワーヘッドフェースプレートの交換を容易にするよう構成されているキットである、装置。
適用例１３：
適用例１２に記載の装置であって、
前記シャワーヘッドフェースプレートは、第１材料で形成され、
前記第１ネジ式締め具は、第２材料で形成され、
前記皿ばね座金は、第１合金で形成され、
前記座金は、第２合金で形成され、
前記第１材料および前記第２材料は各々、アルミニウム合金、６０６１－Ｔ６アルミニウム合金、および、アルミナ、からなる群より選択され、
前記第１合金および前記第２合金は各々、ニッケル合金、アルミニウム合金、および、６０６１－Ｔ６アルミニウム合金、からなる群より選択され、
前記第２材料は、前記第１材料および前記第１材料以外の材料からなる群より選択され、
前記第２合金は、前記第１合金および前記第１合金以外の合金からなる群より選択される、装置。
適用例１４：
適用例９に記載の装置であって、さらに、
前記第１ネジ穴と等しい数の複数の貫通孔を有する前記シャワーヘッドバックプレートと、
前記第１ネジ穴と等しい数の複数の第１ネジ式締め具と、
前記第１ネジ穴と少なくとも等しい数の複数の座金と、
前記第１ネジ穴と少なくとも等しい数の複数の皿ばね座金と、
を備え、
前記複数の第１ネジ式締め具の各第１ネジ式締め具は、少なくとも、前記座金の１つ、前記皿ばね座金の１つ、前記貫通孔の１つを通して挿入され、前記第１ネジ穴の内の対応する１つに螺入され、
少なくとも１つの座金が、前記皿ばね座金の各々と前記シャワーヘッドバックプレートとの間に挿入されている、装置。
適用例１５：
適用例１４に記載の装置であって、
前記シャワーヘッドバックプレートにおける前記貫通孔の内の１または複数は、ネジ穴であり、そこに挿入される前記第１ネジ式締め具が前記第１ネジ式締め具のネジ山と前記ネジ穴のネジ山との係合なしにそこに挿入されるのに十分な大きさのネジ内径を有する、装置。
適用例１６：
適用例１４に記載の装置であって、
前記シャワーヘッドフェースプレートは、第１材料で形成され、
前記シャワーヘッドバックプレートは、第２材料で形成され、
前記ネジ式締め具は、第３材料で形成され、
前記皿ばね座金は、第１合金で形成され、
前記座金は、第２合金で形成され、
前記第１材料、前記第２材料、および、前記第３材料は各々、アルミニウム合金、６０６１－Ｔ６アルミニウム合金、および、アルミナ、からなる群より選択され、
前記第１合金および前記第２合金は各々、ニッケル合金、アルミニウム合金、および、６０６１－Ｔ６アルミニウム合金、からなる群より選択され、
前記第２材料は、前記第１材料、前記第３材料、ならびに、前記第１材料および前記第３材料以外の材料、からなる群より選択され、
前記第３材料は、前記第１材料、前記第２材料、ならびに、前記第１材料および前記第２材料以外の材料、からなる群より選択され、
前記第２合金は、前記第１合金および前記第１合金以外の合金からなる群より選択される、装置。
適用例１７：
適用例１４に記載の装置であって、各第１締め具は、０．６８Ｎｍ～０．９Ｎｍ（６インチ－ポンド～８インチ－ポンド）の間のトルクで締め付けられる、装置。

Claims (17)

1. 装置であって、
   シャワーヘッドフェースプレートを備え、
   前記シャワーヘッドフェースプレートは、シャワーヘッドバックプレートと着脱可能に係合するよう構成され、
   前記シャワーヘッドフェースプレートは、複数のガス分配ポートを配置されたプレート領域を有し、
   各ガス分配ポートは、前記シャワーヘッドフェースプレートを通して伸び、
   前記シャワーヘッドフェースプレートは、１または複数の第１平坦熱接触面を備え、各第１平坦熱接触面は、前記シャワーヘッドフェースプレートが前記シャワーヘッドバックプレートに係合されたときに、前記シャワーヘッドバックプレート上の対応する第２平坦熱接触面に接触するよう構成され、
   前記１または複数の第１平坦熱接触面は、環状平坦熱接触面を備え、前記環状平坦熱接触面は、３０．５ｃｍ～３８．１ｃｍ（１２インチ～１８インチ）の間の外径を有し、前記環状平坦熱接触面に垂直な第１軸に沿って見ると、前記プレート領域を取り囲んでおり、
   前記環状平坦熱接触面は、２０．３μｍ～３０．５μｍ（８００μインチ～１２００μインチ）の間の値以下の平面度と、０．６１μｍ～１．０２μｍ（２４μインチ～４０μインチ）の間の値以下の表面粗さＲａとを有する、装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、さらに、前記プレート領域内に配置され前記プレート領域から伸びている複数のポストを備え、前記１または複数の第１平坦熱接触面は、前記ポストの各々に対して、前記環状平坦熱接触面と平行なエンドポスト熱接触面を含む、装置。
3. 請求項２に記載の装置であって、前記第１平坦熱接触面は、２５．４μｍ（１０００μインチ）以下の平面度と、１．０２μｍ（２４μインチ）以上の平均表面粗さＲａとを有する、装置。
4. 請求項２に記載の装置であって、前記第１平坦熱接触面は、２５．４μｍ（１０００μインチ）以下の平面度と、０．７６μｍ（３０μインチ）以上の平均表面粗さＲａとを有する、装置。
5. 請求項２に記載の装置であって、前記第１平坦熱接触面は、２５．４μｍ（１０００μインチ）以下の平面度と、１．０２μｍ（４０μインチ）以上の平均表面粗さＲａとを有する、装置。
6. 請求項１に記載の装置であって、前記シャワーヘッドフェースプレートは、アルミニウム合金で形成されている、装置。
7. 請求項（エラー：参照先ナシ）１に記載の装置であって、
   前記シャワーヘッドフェースプレートは、前記プレート領域の周りに分散され前記環状平坦熱接触面内に配置された複数の第１ネジ穴を備える、装置。
8. 請求項７に記載の装置であって、
   前記第１ネジ穴は、隣接する第１ネジ穴の間に２０°以下の角度間隔を備えた円形配列で配置されている、装置。
9. 請求項７に記載の装置であって、
   前記シャワーヘッドフェースプレートは、さらに、前記シャワーヘッドフェースプレートが前記シャワーヘッドバックプレートに係合されたときに前記シャワーヘッドバックプレート上の第２熱締まりばめ特徴部と結合するよう構成されている第１熱締まりばめ特徴部を備え、
   前記第１熱締まりばめ特徴部は、前記プレート領域と前記第１ネジ穴との間に配置された半径方向外向きの第１軸対称面を備え、
   前記第１軸対称面は、前記シャワーヘッドフェースプレートが前記シャワーヘッドバックプレートに関して中心に置かれるように前記シャワーヘッドフェースプレートが前記シャワーヘッドバックプレートに係合されると共に前記シャワーヘッドフェースプレートおよび前記シャワーヘッドバックプレートが両方とも２０℃であるときに、前記シャワーヘッドバックプレート上の前記第２熱締まりばめ特徴部の対応する第２断面プロファイルの０．０１”～０．０１４”以内に収まるような寸法の第１断面プロファイルを有する、装置。
10. 請求項９に記載の装置であって、
    前記第１熱締まりばめ特徴部は、第１直径を有する第１円筒面であり、
    前記シャワーヘッドフェースプレートが前記シャワーヘッドバックプレートに取り付けられたときに前記第１熱締まりばめ特徴部が結合するよう構成されている前記シャワーヘッドバックプレート上の前記第２熱締まりばめ特徴部は、第２直径を有する第２円筒面であり、
    前記第１直径は、前記第２直径よりも小さく、前記シャワーヘッドフェースプレートおよび前記シャワーヘッドバックプレートが両方とも２０℃であるときに前記第２直径の０．０２”以内に収まる、装置。
11. 請求項１０に記載の装置であって、
    前記シャワーヘッドフェースプレートは、前記プレート領域の周りに伸びると共に前記第１ネジ穴と前記プレート領域との間に挟まれている内壁を備え、
    前記内壁は、前記環状平坦熱接触面から伸びており、
    前記第１熱締まりばめ特徴部は、前記内壁の外向きの面によって提供されている、装置。
12. 請求項９に記載の装置であって、さらに、
    前記第１ネジ穴と等しい数の複数の第１ネジ式締め具と、
    前記第１ネジ穴と少なくとも等しい数の複数の座金と、
    前記第１ネジ穴と少なくとも等しい数の複数の皿ばね座金と、
    を備え、
    前記装置は、半導体処理ツールの前記シャワーヘッドバックプレートに取り付けられた期限切れのシャワーヘッドフェースプレートの交換を容易にするよう構成されているキットである、装置。
13. 請求項１２に記載の装置であって、
    前記シャワーヘッドフェースプレートは、第１材料で形成され、
    前記第１ネジ式締め具は、第２材料で形成され、
    前記皿ばね座金は、第１合金で形成され、
    前記座金は、第２合金で形成され、
    前記第１材料および前記第２材料は各々、アルミニウム合金、６０６１－Ｔ６アルミニウム合金、および、アルミナ、からなる群より選択され、
    前記第１合金および前記第２合金は各々、ニッケル合金、アルミニウム合金、および、６０６１－Ｔ６アルミニウム合金、からなる群より選択され、
    前記第２材料は、前記第１材料および前記第１材料以外の材料からなる群より選択され、
    前記第２合金は、前記第１合金および前記第１合金以外の合金からなる群より選択される、装置。
14. 請求項９に記載の装置であって、さらに、
    前記第１ネジ穴と等しい数の複数の貫通孔を有する前記シャワーヘッドバックプレートと、
    前記第１ネジ穴と等しい数の複数の第１ネジ式締め具と、
    前記第１ネジ穴と少なくとも等しい数の複数の座金と、
    前記第１ネジ穴と少なくとも等しい数の複数の皿ばね座金と、
    を備え、
    前記複数の第１ネジ式締め具の各第１ネジ式締め具は、少なくとも、前記座金の１つ、前記皿ばね座金の１つ、前記貫通孔の１つを通して挿入され、前記第１ネジ穴の内の対応する１つに螺入され、
    少なくとも１つの座金が、前記皿ばね座金の各々と前記シャワーヘッドバックプレートとの間に挿入されている、装置。
15. 請求項１４に記載の装置であって、
    前記シャワーヘッドバックプレートにおける前記貫通孔の内の１または複数は、ネジ穴であり、そこに挿入される前記第１ネジ式締め具が前記第１ネジ式締め具のネジ山と前記ネジ穴のネジ山との係合なしにそこに挿入されるのに十分な大きさのネジ内径を有する、装置。
16. 請求項１４に記載の装置であって、
    前記シャワーヘッドフェースプレートは、第１材料で形成され、
    前記シャワーヘッドバックプレートは、第２材料で形成され、
    前記ネジ式締め具は、第３材料で形成され、
    前記皿ばね座金は、第１合金で形成され、
    前記座金は、第２合金で形成され、
    前記第１材料、前記第２材料、および、前記第３材料は各々、アルミニウム合金、６０６１－Ｔ６アルミニウム合金、および、アルミナ、からなる群より選択され、
    前記第１合金および前記第２合金は各々、ニッケル合金、アルミニウム合金、および、６０６１－Ｔ６アルミニウム合金、からなる群より選択され、
    前記第２材料は、前記第１材料、前記第３材料、ならびに、前記第１材料および前記第３材料以外の材料、からなる群より選択され、
    前記第３材料は、前記第１材料、前記第２材料、ならびに、前記第１材料および前記第２材料以外の材料、からなる群より選択され、
    前記第２合金は、前記第１合金および前記第１合金以外の合金からなる群より選択される、装置。
17. 請求項１４に記載の装置であって、各第１締め具は、０．６８Ｎｍ～０．９Ｎｍ（６インチ－ポンド～８インチ－ポンド）の間のトルクで締め付けられる、装置。

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