JP7488421B2 - 半導体プロセスチャンバ構成要素のための改善されたネジ山の形状 - Google Patents
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Description
[0001] 本開示の実施形態は、広くは、基板処理設備に関する。
[0002] ファスナは、基板処理設備において２つの構成要素を共に結合するために広く使用されている。ファスナは、典型的には、その外面上に雄ネジを有する。雄ネジは、結合される任意の構成要素の雌ネジと嵌合する。しかし、従来の雌ネジの形状を有する特定の構成要素は、従来のファスナがその雌ネジと係合するときに亀裂を生じることがある。
[0003] したがって、発明者らは、他の構成要素との締結を容易にするために、改善されたネジ山の形状を有する構成要素の実施形態を提供している。
[0004] 基板プロセスチャンバ内で使用される構成要素の実施形態が、本明細書で提供される。幾つかの実施形態では、基板プロセスチャンバ内で使用される構成要素が、本体の上面から本体を部分的に通って延在する開口部を有する本体を含む。その場合、開口部は、本体を第２のプロセスチャンバ構成要素に締結するためのネジ部を含む。ネジ部は、複数の丸められた頂上及び複数の丸められた根本を画定する複数のネジ山を含む。ネジ部の深さは、複数の丸められた頂上のうちの丸められた頂上と複数の丸められた根本のうちの隣接する根本との間の半径方向距離であり、複数のネジ山のうちの最後のネジ山において第１の深さから第２の深さに減少する。
[0005] 基板プロセスチャンバ用の電極が、本体の上面から本体を部分的に通って延在する開口部を有するシリコンベースの材料で作製された本体を含む。その場合、開口部は、複数の丸められた頂上及び複数の丸められた根本を画定する螺旋状の複数のネジ山を有するネジ部、及びネジ部と開口部の下側面との間に配置されたネジ山の逃げを含む。ネジ部の深さは、複数の丸められた頂上のうちの丸められた頂上と複数の丸められた根本のうちの隣接する根本との間の半径方向距離であり、複数のネジ山のうちの最後のネジ山に沿って第１の深さから実質的にゼロ深さまで減少する。
[0006] 幾つかの実施形態では、プロセスチャンバ内で使用されるシャワーヘッドアセンブリが、ガス分配プレート、電極を部分的に通って延在する開口部を有する電極、及び、ガス分配プレートを貫通して且つ開口部内に配置される、電極をガス分配プレートに締結するためのファスナを含む。その場合、開口部は、複数の丸められた頂上及び複数の丸められた根本を画定する螺旋状の複数のネジ山を有するネジ部を含む。ネジ部の深さは、複数の丸められた頂上のうちの丸められた頂上と複数の丸められた根本のうちの隣接する根本との間の半径方向距離であり、複数のネジ山のうちの最後のネジ山に沿って第１の深さから第２の深さに減少する。
[0007] 本開示の他の及び更なる実施形態が、以下で説明される。
[0008] 上記で簡潔に要約され、以下でより詳細に説明される本開示の実施形態は、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、理解することができる。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態を許容し得ることから、付随する図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、範囲を限定するものと見なすべきではない。
[0013] 理解を容易にするために、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号が使用された。図は縮尺どおりではなく、分かりやすくするために簡略化されていることがある。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、その他の実施形態に有益に組み込まれてよい。
[0014] 基板プロセスチャンバ内で使用される構成要素の実施形態が、本明細書で提供される。構成要素は、別の構成要素に結合される基板プロセスチャンバの任意の適切な部分であってよい。幾つかの実施形態では、構成要素が、シャワーヘッドアセンブリやチャンバライナなどの一部である。構成要素は、概して、１以上のファスナを介して別の構成要素に結合するための雌ネジを有する１以上の開口部を含む。本発明者らは、鋭利なフィーチャを有する雌ネジが、構成要素の亀裂をもたらす可能性があることを確認した。本明細書で開示される構成要素の雌ネジは、１以上のファスナがそこを通ってトルクをかけられたときに、構成要素の亀裂を有利に低減させ又は防止するための丸められたフィーチャを含む。
［0015］ 図１は、本開示の幾つかの実施形態によるプロセスチャンバ１００を描いている。幾つかの実施形態では、プロセスチャンバ１００が、エッチング処理チャンバである。しかし、異なるプロセス用に構成された他の種類の処理チャンバも、本明細書で説明される構成要素の複数の実施形態で使用され又は使用されるように改修され得る。
[0016] プロセスチャンバ１００は、基板処理中に内部空間１２０内の大気圧以下の圧力を維持するように適切に適合された減圧チャンバである。プロセスチャンバ１００は、側壁及び下壁を有するチャンバ本体１０６を含む。チャンバ本体１０６は、リッド１０４によってカバーされ、チャンバ本体１０６とリッド１０４が共に、内部空間１２０を画定する。チャンバ本体１０６及びリッド１０４は、アルミニウムなどの金属で作製されてよい。チャンバ本体１０６は、アース端子１１５との結合を介して接地されてよい。
[0017] 基板支持体１２４が、例えば、半導体ウエハなどの基板１２２（又は静電的に保持されてよいような他のそのような基板）を支持及び保持するために、内部空間１２０内に配置される。基板支持体１２４は、概して、ペデスタル１２８及びペデスタル１２８を支持するための中空の支持シャフト１１２を備えてよい。ペデスタル１２８は、静電チャック（図示せず）を含んでよい。中空の支持シャフト１１２は、例えば、裏側ガス、プロセスガス、流体、冷却剤、電力などを、ペデスタル１２８に提供するための導管を提供する。
[0018] 基板支持体１２４は、RF源（例えば、RFバイアス電源１１７又はRFプラズマ電源１７０）に結合される。幾つかの実施形態では、RFバイアス電源１１７が、１以上のRFマッチネットワーク（図示せず）を介してペデスタル１２８に結合される。幾つかの実施形態では、基板支持体１２４が、ACバイアス電力又はDCバイアス電力を代替的に含んでよい。
[0019] プロセスチャンバ１００はまた、ガス供給１１８にも結合され、ガス供給１１８と流体連通する。ガス供給１１８は、内部に配置された基板１２２を処理するためにプロセスチャンバ１００に１種類以上のプロセスガスを供給してよい。シャワーヘッドアセンブリ１３２が、内部空間１２０内で基板支持体１２４に対向して配置される。幾つかの実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ１３２が、リッド１０４に結合される。シャワーヘッドアセンブリ１３２及び基板支持体１２４は、それらの間の処理空間１４４を部分的に画定する。シャワーヘッドアセンブリ１３２は、１種類以上のプロセスガスをガス供給１１８から処理空間１４４の中に分配するための複数の開口部１１０を含む。
［0020］ シャワーヘッドアセンブリ１３２は、概して、電極１３６に結合されたガス分配プレート１４２を備えてよい。幾つかの実施形態では、複数の開口部１１０が、ガス分配プレート１４２及び電極１３６を貫通して延在する。幾つかの実施形態では、電極１３６が、内部空間１２０内に基板支持体１２４と対向して配置される。電極１３６は、１種類以上のプロセスガスを点火するために、１以上の電源（例えば、RFプラズマ電源１７０）に結合される。幾つかの実施形態では、電極１３６が、シリコンベースの材料、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、炭化ケイ素など、又は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、炭化ケイ素などから本質的に構成される材料を含む。
[0021] 幾つかの実施形態では、内部にプラズマを閉じ込めるために、ライナ１４６が、内部空間１２０内で基板支持体１２４とシャワーヘッドアセンブリ１３２とのうちの少なくとも一方の周りに配置される。ライナ１４６はまた、チャンバ本体１０６の側壁を望ましくない堆積から保護してもよい。ライナ１４６は、基板１２２を、第１の方向１７２においてプロセスチャンバ１００の中に移動させ、第２の方向１７４においてプロセスチャンバ１００から出すための、チャンバ本体１０６のスリットバルブ１６０に対応する開口部１５５を含む。幾つかの実施形態では、ライナ１４６が、下側部分に結合された上側部分を含む。プロセスチャンバ１００は、減圧システム１１４に結合され、減圧システム１１４と流体連通する。減圧システム１１４は、プロセスチャンバ１００を排気するために使用されるスロットルバルブ及び減圧ポンプを含む。プロセスチャンバ１００の内側の圧力は、スロットルバルブ及び／又は減圧ポンプを調整することによって調節されてよい。
[0022] 動作では、例えば、１以上のプロセスを実行するために、プラズマが処理空間１４４内に生成されてよい。プロセスガスを点火してプラズマを生成するために、プラズマは、内部空間１２０の近くの又は内部空間１２０内の１以上の電極（例えば、電極１３６）を介して、プラズマ電源（例えば、RFプラズマ電源１７０）からの電力をプロセスガスに結合することによって生成されてよい。プラズマからのイオンを基板１２２に向けて引き寄せるために、バイアス電力がまた、バイアス電源（例えば、RFバイアス電源１１７）から、静電チャック１５０内の１以上の電極１５４に提供されてもよい。
[0023] 図２は、本開示の幾つかの実施形態による構成要素２００の断面側面図を描いている。幾つかの実施形態では、構成要素２００が、基板プロセスチャンバ（例えば、図１のプロセスチャンバ１００）で使用される任意の適切な構成要素である。例えば、構成要素２００は、電極１３６、ガス分配プレート１４２、ライナ１４６などであってよい。
[0024] 構成要素２００は、本体２０２の上面２０４から本体２０２を部分的に通って延在する開口部２０６を有する本体２０２を含む。開口部２０６は、本体２０２を第２のプロセスチャンバ構成要素（図４で示されている）に締結するためのネジ部２１２を含む。例えば、構成要素が電極１３６である場合、第２のプロセスチャンバ構成要素は、ガス分配プレート１４２であってよい。ネジ部２１２は、螺旋状の複数のネジ山２１４を含む。複数のネジ山２１４は、複数の丸められた頂上２２０及び複数の丸められた根本２２４を有する。幾つかの実施形態では、複数の丸められた頂上が、約０．０１から約０．０２５インチの半径を有する。したがって、複数のネジ山２１４は、従来のネジ山と比較して、減じられた又は鋭利ではないエッジを有する。
[0025] 複数のネジ山２１４は、最後のネジ山２１４Ａ、最初のネジ山２１４Ｂ、及び中央のネジ山２１４Ｃを含んでよい。幾つかの実施形態では、最後のネジ山２１４Ａが、開口部２０６の中心軸に対して約３６０度延在する複数のネジ山２１４の最終スパンを含む。幾つかの実施形態では、最初のネジ山２１４Ｂが、開口部２０６の中心軸に対して約３６０度延在する複数のネジ山２１４の最初のスパンを含む。中央のネジ山２１４Ｃは、最初のネジ山２１４Ｂから最後のネジ山２１４Ａまで連続的に延在する。幾つかの実施形態では、中央のネジ山２１４Ｃの外径が、約０．２５インチから約０．５０インチである。幾つかの実施形態では、中央のネジ山２１４Ｃの内径が、約０．２０インチから約０．４０インチである。
[0026] ネジ部の深さは、複数の丸められた頂上２２０のうちの丸められた頂上と複数の丸められた根本２２４のうちの隣接する根本との間の半径方向距離である。中央のネジ山２１４Ｃの深さは、第１の深さＤである。幾つかの実施形態では、第１の深さＤが、中央のネジ山２１４Ｃの経路に沿って実質的に一定である。幾つかの実施形態では、第１の深さが、約０．０１インチから約０．０４インチである。最後のネジ山２１４Ａの深さは、第２の深さである。幾つかの実施形態では、第２の深さが、最後のネジ山２１４Ａの経路に沿って減少し、複数のネジ山２１４と開口部２０６の側壁との間のより滑らかな移行を提供する。幾つかの実施形態では、第２の深さが、最後のネジ山２１４Ａの経路に沿って、第１の深さＤから実質的にゼロ深さＤ’まで減少する。最初のネジ山２１４Ｂの深さは、第３の深さである。幾つかの実施形態では、第３の深さが、最初のネジ山２１４Ｂの経路に沿ってから第１の深さまで増加する。幾つかの実施形態では、第３の深さが、実質的にゼロ深さＤ”から第１の深さＤまで増加し、開口部２０６の側壁から複数のネジ山２１４への滑らかな移行を提供する。
[0027] ネジ部２１２のピッチは、複数のネジ山２１４の隣接するネジ山上の等価点の間の軸方向距離である。幾つかの実施形態では、中央のネジ山２１４Ｃの中央のピッチＰが、約０．０４インチから約０．０７０インチである。幾つかの実施形態では、複数のネジ山２１４が、約４５度から約７５度のピッチ角を有する。
[0028] 幾つかの実施形態では、開口部２０６が、最後のネジ山２１４Ａと開口部２０６の下側面２１０との間に配置されたネジ山の逃げ２０８を含む。幾つかの実施形態では、ネジ山の逃げ２０８が、実質的に一定の直径を有する。幾つかの実施形態では、ネジ山の逃げ２０８の直径が、中央のネジ山２１４Ｃの内径と同じである。幾つかの実施形態では、ネジ山の逃げ２０８が、開口部２０６の長さ２３０の約５パーセントから約２５パーセントの長さ２４０を有する。幾つかの実施形態では、開口部２０６が、本体２０２の上面２０４に隣接するカウンタシンク２１８を含む。幾つかの実施形態では、本体２０２が、シリコンベースの材料、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、炭化ケイ素など、又は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、炭化ケイ素などから本質的に構成される材料で作製される。
[0029] 図３は、本開示の幾つかの実施形態によるネジ込みインサート３００の側面図を描いている。幾つかの実施形態では、ファスナが内部でトルクをかけられたときに、構成要素２００の本体２０２上への応力を低減させるために、ネジ込みインサート３００が開口部２０６内に配置されてよい。ネジ込みインサート３００は、本体２０２のネジ部２１２に対応する、その外面３０４上に形成された丸められたネジ部３０２を有する。丸められたネジ部３０２は、複数の丸められた頂上３２０及び複数の丸められた根本３２４を画定する。幾つかの実施形態では、複数の丸められた頂上が、約０．００７から約０．０２インチの半径を有する。幾つかの実施形態では、丸められたネジ部３０２が、構成要素２００の中央のネジ山２１４Ｃと同じピッチ角を有する。
[0030] ネジ込みインサート３００は、任意の適切な材料で作製されてよい。例えば、ネジ込みインサート３００は、プラスチックで作製される。幾つかの実施形態では、ネジ込みインサートの下側部分３１０が、ネジ山の逃げ３１４を有する。幾つかの実施形態では、ネジ山の逃げ３１４の長さが、開口部２０６のネジ山の逃げ２０８の長さ２４０と同様である。幾つかの実施形態では、ネジ込みインサート３００が、面取りされた上側エッジ３１８を含む。
[0031] 図４は、本開示の幾つかの実施形態による共に締結された複数の構成要素の等角断面図を描いている。幾つかの実施形態では、図４で描かれているように、構成要素２００が、第２の構成要素４０２に結合される。ファスナ４０８は、第２の構成要素４０２を貫通して且つ開口部２０６の中に延在し、第２の構成要素４０２を構成要素２００に結合してよい。
[0032] 幾つかの実施形態では、ネジ込みインサート３００の丸められたネジ部３０２が、本体２０２のネジ部２１２と係合する。幾つかの実施形態では、ネジ込みインサート３００の上面が、工具がネジ込みインサート３００を開口部２０６の中へトルクをかけることを容易にするための１以上の工具開口部４０４を含む。幾つかの実施形態では、１以上の工具開口部４０４が、正反対の（diametrically opposed）２つの開口部を含む。ネジ込みインサート３００は、トルクがかけられたとき又は締められたときに、ファスナ４０８からの応力を吸収することによって、構成要素２００を亀裂から有利に保護する。ファスナ４０８を締め過ぎると、ネジ込みインサート３００は亀裂を生じるが、構成要素２００を亀裂から保護してよい。
[0033] 幾つかの実施形態では、ネジ込みインサート３００が、雌ネジ４１２を有する中央開口部４０６を含む。幾つかの実施形態では、雌ネジ４１２が、ファスナ４０８の雄ネジ４１８と係合して、第２の構成要素４０２を構成要素２００に結合する。幾つかの実施形態では、螺旋状金属インサート４１４が、ネジ込みインサート３００の中央開口部４０６内に保持される。螺旋状金属インサート４１４は、ファスナ４０８の雄ネジ４１８と係合する雌ネジ４１６を含む。螺旋状金属インサート４１４は、ネジ込みインサート３００の雌ネジ４１２よりも堅牢な係合接触面をファスナ４０８に有利に提供してよい。
[0034] 上記は本開示の実施形態を対象とするが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態及び更なる実施形態を考案してもよい。
Claims (20)
- 基板プロセスチャンバ内で使用される構成要素であって、
本体の上面から前記本体を部分的に通って延在する開口部を有する本体を含み、前記開口部は、前記本体を第２のプロセスチャンバ構成要素に締結するためのネジ部を含み、前記ネジ部は、複数の丸められた頂上及び複数の丸められた根本を画定する複数のネジ山を含み、前記ネジ部の深さは、前記複数の丸められた頂上のうちの丸められた頂上と前記複数の丸められた根本のうちの隣接する根本との間の半径方向距離であり、前記複数のネジ山のうちの最後のネジ山において第１の深さから第２の深さに減少する、構成要素。 - 前記本体は、シリコンベースの材料で作製されている、請求項１に記載の構成要素。
- 前記第２の深さは、前記複数のネジ山のうちの前記最後のネジ山に沿って、前記第１の深さから実質的にゼロ深さまで減少する、請求項１に記載の構成要素。
- 前記ネジ部の深さは、前記複数のネジ山のうちの最初のネジ山の経路に沿って、実質的にゼロ深さから前記第１の深さまで増加する、請求項１に記載の構成要素。
- 前記開口部は、前記ネジ部の前記最後のネジ山と前記開口部の下側面との間に配置されたネジ山の逃げを含み、前記ネジ山の逃げは、実質的に一定の直径を有する、請求項１に記載の構成要素。
- 前記ネジ山の逃げは、前記開口部の長さの約５パーセントから約２５パーセントの長さを有する、請求項５に記載の構成要素。
- 前記複数のネジ山は、約４５度から約７５度のピッチ角を有する、請求項１に記載の構成要素。
- 前記第１の深さは、約０．０１インチから約０．０４インチである、請求項１に記載の構成要素。
- 前記開口部内に配置されるネジ込みインサートであって、前記本体の前記ネジ部に対応する、前記ネジ込みインサートの外面上に形成された丸められたネジ部を有するネジ込みインサートを更に含み、前記丸められたネジ部は、前記本体の前記ネジ部と係合する、請求項１から８のいずれか一項に記載の構成要素。
- 前記ネジ込みインサートは、プラスチックで作製されている、請求項９に記載の構成要素。
- 前記ネジ込みインサートの下側部分は、ネジ山の逃げを含む、請求項９に記載の構成要素。
- 前記構成要素は、基板プロセスチャンバ用の電極であり、前記複数のネジ山は螺旋状である、請求項１から８のいずれか一項に記載の構成要素。
- 前記ネジ部は、約０．２５インチから約０．５０インチの外径を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の構成要素。
- 前記ネジ部の深さは、前記複数のネジ山のうちの最初のネジ山の経路に沿って、実質的にゼロ深さから前記第１の深さまで増加する、請求項１から８のいずれか一項に記載の構成要素。
- 前記構成要素は、ファスナを介して第２の構成要素に結合される、請求項１から８のいずれか一項に記載の構成要素。
- プロセスチャンバ内で使用されるシャワーヘッドアセンブリであって、
ガス分配プレート、
請求項１から８のいずれか一項に記載の構成要素であって、基板プロセスチャンバ用の電極である構成要素、及び
前記ガス分配プレートを貫通して且つ前記開口部内に配置される、前記電極を前記ガス分配プレートに締結するためのファスナを含む、シャワーヘッドアセンブリ。 - ネジ込みインサートの外面上に形成された丸められたネジ部であって、前記複数のネジ山と係合する丸められたネジ部を有する、前記開口部内に配置されるネジ込みインサートを更に含み、前記ネジ込みインサートは、前記ファスナと係合する中央開口部を有する、請求項１６に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
- 前記ネジ込みインサートの前記中央開口部内に保持される螺旋状金属インサートであって、前記ファスナの雄ネジと係合する雌ネジを含む螺旋状金属インサートを更に含む、請求項１７に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
- 前記ネジ込みインサートは、プラスチックで作製されている、請求項１７に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
- 前記電極は、シリコンベースの材料で作製されている、請求項１９に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
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