KR200478781Y1

KR200478781Y1 - 샤워헤드 전극

Info

Publication number: KR200478781Y1
Application number: KR2020137000011U
Authority: KR
Inventors: 라 렐라 안토니 데; 프라티크 만키디; 마이클 씨 켈로그; 라진더 딘드사
Original assignee: 램 리써치 코포레이션
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2015-11-13
Also published as: TW201218270A; US20120055632A1; TWI533372B; CN203481190U; WO2012030382A3; US8573152B2; SG188356A1; JP3189241U; WO2012030382A2; KR20130002985U

Abstract

반도체 기판들을 에칭하기 위한 플라즈마 반응 챔버에서의 샤워헤드 전극, 가스켓 세트 및 그 어셈블리에는 향상된 가스 주입 홀 패턴, 포지셔닝 정확도 및 감소된 휘어짐이 제공되며, 이는 플라즈마 프로세싱 레이트의 강화된 균일도를 초래한다. 내측 전극 및 가스켓 세트를 지지 부재에 어셈블링하는 방법은 캠 록들의 동시적 맞물림을 포함한다.

Description

샤워헤드 전극{SHOWERHEAD ELECTRODE}

반도체 컴포넌트들이 제조될 수 있는 플라즈마 프로세싱 챔버의 샤워헤드 전극이 본원에 개시된다. 집적 회로 칩의 제조는 통상적으로 "기판" 이라 지칭된 고 순도의 단결정 반도체 재료 기판 (예컨대, 실리콘 또는 게르마늄) 의 얇고, 폴리싱된 슬라이스로 시작한다. 각각의 기판은 기판 상에 각종 회로 구조물들을 형성하는 일련의 물리적 및 화학적 프로세싱 단계들의 대상이 된다. 제조 프로세스 동안, 각종 기법들, 예컨대 실리콘 산화막을 생성하기 위한 열산화, 실리콘, 실리콘 이산화물, 및 실리콘 질화막들을 생성하기 위한 화학적 기상 증착, 및 다른 금속 막들을 생성하기 위한 스퍼터링 또는 다른 기법들을 사용하여 기판 상에 각종 유형들의 박막들이 증착될 수도 있다.

반도체 기판 상에 막을 퇴적한 후에, 도핑이라 지칭된 프로세스를 사용하여 선택된 불순물들을 반도체 결정 격자 안에 치환함으로써 반도체들의 고유한 전기적 특성들이 생성된다. 도핑된 실리콘 기판은 그 후, 얇은 감광성 층, 또는 "레지스트" 라 지칭된 감광성 재료로 균일하게 코팅될 수도 있다. 그 후, 회로에 전자 경로들을 디파이닝 (defining) 하는 작은 기하학적 패턴들이 리소그래피로서 알려진 프로세스를 사용하여 레지스트 위에 전사될 수도 있다. 리소그래피 프로세스 동안, 집적 회로 패턴은 "마스크" 로 지칭된 유리판 상에 그려지고, 그 후 감광성 코팅물 위로 광학적으로 환원, 투영, 및 전사될 수도 있다.

리소그래피된 레지스트 패턴은 그 후, 플라즈마 에칭으로 알려진 프로세스를 통해 반도체 재료의 언더라잉 결정체 면 (underlying crystalline surface) 위로 전사된다. 일반적으로, 진공 프로세싱 챔버들은, 진공 챔버에 에칭 또는 증착 가스를 공급함으로써 에칭하고 기판 상에 재료들의 화학적 기상 증착 (CVD) 을 위해 그리고 가스에 무선 주파수 (RF) 필드의 인가하여 가스를 플라즈마 상태로 에너자이징하기 위해 사용된다.

용량성 결합 플라즈마 프로세싱 챔버에서의 샤워헤드 전극 어셈블리용 샤워헤드 전극이 본원에 설명되고, 샤워헤드 전극 어셈블리는 백킹 플레이트, 복수의 스터드/소켓 어셈블리들 및 캠 샤프트들, 정렬 링, 및 복수의 정렬 핀들을 포함하고, 상기 백킹 플레이트는 그 상부 면과 하부 면 사이에서 연장되는 가스 주입 홀들을 갖고, 샤워헤드 전극은, 그 하부 면 상의 플라즈마 노출 면; 그 상부면 상의 탑재 면; 및 그 플라즈마 노출 면과 탑재 면 사이에서 연장되고 백킹 플레이트의 가스 주입 홀들에 매칭하는 패턴으로 배열된 복수의 가스 주입 홀들을 포함하고, 가스 주입 홀들은 0.04 인치 이하의 직경을 갖고 전극의 센터에 하나의 센터 가스 주입 홀이 있고 가스 주입 홀들의 8 개의 동심형 로우들을 갖는 패턴으로 배열되고, 제 1 로우는 전극의 센터로부터 약 0.6-0.7 인치의 반경 거리에 위치된 7 개의 가스 주입 홀들을 갖고; 제 2 로우는 전극의 센터로부터 약 1.3-1.4 인치의 반경 거리에 위치된 17 개의 가스 주입 홀들을 갖고; 제 3 로우는 전극의 센터로부터 약 2.1-2.2 인치의 반경 거리에 위치된 28 개의 가스 주입 홀들을 갖고; 제 4 로우는 전극의 센터로부터 약 2.8-3.0 인치의 반경 거리에 위치된 40 개의 가스 주입 홀들을 갖고; 제 5 로우는 전극의 센터로부터 약 3.6-3.7 인치의 반경 거리에 위치된 48개의 가스 주입 홀들을 갖고; 제 6 로우는 전극의 센터로부터 약 4.4-4.5 인치의 반경 거리에 위치된 56 개의 가스 주입 홀들을 갖고; 제 7 로우는 전극의 센터로부터 약 5.0-5.1 인치의 반경 거리에 위치된 64 개의 가스 주입 홀들을 갖고; 제 8 로우는 전극의 센터로부터 약 5.7-5.8 인치의 반경 거리에 위치된 72 개의 가스 주입 홀들을 가지며; 가스 주입 홀들은 각 로우에서 방위각적으로 동일하게 이격된다.

도 1a 는 일 실시형태에 따른 용량 결합 플라즈마 반응 챔버에 대한 직경을 따른 샤워헤드 전극 어셈블리의 부분 단면도를 나타낸다.
도 1b 는 다른 직경에 따른 도 1a 의 샤워헤드 전극 어셈블리의 부분 단면도를 나타낸다.
도 1c 는 바람직한 가스 홀 패턴을 갖는 샤워헤드 전극을 나타낸다.
도 2a 는 도 1a 및 도 1b 에 도시된 샤워헤드 전극 어셈블리의 외측 전극, 내측 전극 및 환상 슈라우드 (shroud) 를 부착하기 위한 예시적인 캠 록의 3 차원 표현이다.
도 2b 는 도 2a 의 예시적인 캠 록의 부분 단면도이다.
도 3 은 도 2a 및 도 2b 의 캠 록에서 사용된 예시적인 스터드 (stud) 의 측면도 및 어셈블리 도들을 나타낸다.
도 4a 는 도 2a 및 도 2b 의 캠 록에서 사용된 예시적인 캠 샤프트의 측면도를 나타낸다.
도 4b 는 도 4a 의 캠 샤프트의 측면도를 나타낸다.
도 4c 는 도 4a 의 캠 샤프트의 단면도를 나타낸다.
도 4d 는 도 4b 의 캠 샤프트의 일부분의 예시적인 커터-경로 에지의 단면도를 나타낸다.
도 4e 는 백킹 플레이트의 보어에 탑재된, 도 4a 의 캠 샤프트의 부분 사시도를 나타낸다.
도 5a 는 플라즈마 노출 면을 나타내는, 도 1a 및 도 1b 의 샤워헤드 전극 어셈블리의 내측 전극의 하부도이다.
도 5b 는 도 5a 의 내측 전극의 단면도이다.
도 5c 는 도 5b 의 영역 A 의 확대도이다.
도 5d 는 탑재 면을 나타내는, 도 5a 의 내측 전극의 상면도이다.
도 5e 는 환경 홈 (550) 에 걸친 도 5d 의 내측 전극의 부분 단면도이다.
도 5f 는 도 5d 의 홀 (540a 또는 540b) 에 걸친 도 5d 의 내측 전극의 부분 단면도이다.
도 5g 는 홀 (530a, 530b 또는 530c) 에 걸친 도 5d 의 내측 전극의 부분 단면도이다.
도 6a 는 내측 가스켓, 제 1 환경 가스켓 및 제 2 환경 가스켓의 상면도이다.
도 6b 는 도 6a 의 내측 가스켓의 확대도이다.

평행 플레이트 용량성 결합 플라즈마 반응 챔버는 통상적으로, 그 안에 위치된 상부 전극 어셈블리 및 하부 전극 어셈블리를 갖는 진공 챔버로 이루어진다. 프로세싱될 기판 (주로 반도체) 은 적합한 마스크에 의해 커버되고 하부 전극 어셈블리 상에 직접 배치된다. 프로세스 가스, 예컨대 CF₄, CHF₃, CClF₃, HBr, Cl₂, SF₆ 또는 그 혼합물들은 가스들, 예컨대 0₂, N₂, He, Ar 또는 그 혼합물들과 함께 챔버 안으로 도입된다. 챔버는 통상적으로, 밀리토르 범위의 압력으로 유지된다. 상부 전극 어셈블리는 가스 주입 홀(들)을 갖는 샤워헤드 전극을 포함하는데, 이 가스 주입 홀들은 가스가 상부 전극 어셈블리를 통해 챔버 안으로 균일하게 분산되는 것을 허용한다. 하나 이상의 무선 주파수 (RF) 전력은 송신 RF 전력을 진공 챔버 안으로 공급하고, 중성의 프로세스 가스 분자들을 플라즈마로 해리한다. 플라즈마에서의 고 반응 라디컬들은 상부 전극과 하부 전극 사이의 전계에 의해 기판 표면을 향하게 된다. 기판의 표면은 라디컬들을 이용한 화학적 반응에 의해 에칭 또는 증착된다. 상부 전극 어셈블리는 단일 (모놀리식) 전극 또는 내측 및 외측 전극들을 포함할 수 있고, 모놀리식 전극 및 내측 전극은 상이한 재료로 만들어진 백킹 플레이트 (backing plate) 에 부착된다. 모놀리식/내측 전극은 동작 동안 플라즈마 및/또는 히터 장치에 의해 가열되고, 휘어질 수도 있는데 이는 기판 전체에 걸친 프로세싱 레이트의 균일도에 악영향을 줄 수 있다. 또한, 모놀리식/내측 전극 및 백킹 플레이트의 차동의 열 팽창은 반복된 열적 사이클들 동안 그 사이에서 러빙 (rubbing) 을 초래할 수 있다. 러빙은 기판으로부터의 디바이스 수율을 열화시키는 입자 오염물들을 생성할 수 있다.

모놀리식/내측 전극의 휘어짐을 감소시키기 위해, 모놀리식/내측 전극의 탑재 면의 내부와 맞물리는 복수의 캠 록 (cam lock) 들을 포함하는 샤워헤드 전극 어셈블리가 본원에 설명된다. 모놀리식/내측 전극은 그 외측 에지 주변에서 클램프 링과 에지 클램핑되지 않는다. 대신에, 단지 전극 전체에 걸쳐 분포된 복수의 포지션들에서 모놀리식/내측 전극을 백킹 플레이트에 고정시키는 캠 록들에 의해 백킹 플레이트에의 부착이 달성된다.

도 1a 는 반도체 기판들을 에칭하기 위한 플라즈마 반응 챔버의 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 의 일부의 부분 단면도이다. 도 1a 에 도시된 바와 같이, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는 상부 전극 (110), 및 백킹 플레이트 (140) 를 포함한다. 어셈블리 (100) 는 또한, 열 제어 플레이트 (미도시), 액체 플로우 채널들을 안에 갖는 온도 제어된 상부 플레이트 (탑 플레이트, 미도시) 를 포함할 수 있다. 상부 전극 (110) 은 바람직하게, 내측 전극 (120), 및 외측 전극 (130) 을 포함한다. 상부 전극 (110) 은 또한, 모놀리식 샤워헤드 전극일 수 있다. 상부 전극 (110) 은 전도성의 고순도 재료, 예컨대 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 실리콘 탄화물 또는 다른 적합한 재료로 만들어질 수도 있다. 내측 전극 (120) 은 주기적으로 대체되어야 하는 소모 부품이다. C-형 단면을 갖는 환상 슈라우드 (annular shroud; 190) 는 상부 전극 (110) 을 둘러싼다. 환상 슈라우드 (190) 의 상세들은 2009년 8월 31일자로 출원된 공동 소유의 미국 가특허출원 제 61/238656, 61/238665, 61/238670 호 모두에 설명되어 있고, 이것의 개시들은 여기에서 참조로서 포함된다. 백킹 플레이트 (140) 는 이하에 설명된 캠 록들을 이용하여 내측 전극 (120), 외측 전극 (130) 및 슈라우드 (190) 에 기계적으로 고정된다. 도 1a 의 단면은 내측 전극 (120) 상에 맞물린 2 개의 캠 록들 (151 및 152) 에 의해 공유된 캠 샤프트 (150) 를 따른다.

도 1a 에 도시된 바와 같은 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는 통상적으로, 평평한 하부 전극의 일부를 형성하는 정전 척 (미도시) 과 사용되는데, 평평한 하부 전극 상에는 기판이 상부 전극 (110) 아래로 1 내지 5 cm 이격되어 지지된다. 평행 플레이트 유형의 리액터의 예는 캘리포니아, 프레몬트의 램 리써치 사에 의해 제조된 Exelan™ 유전체 에칭 리액터이다. 이러한 척킹 장치들은, 기판과 척 사이의 열 전달율을 제어하는, 백사이드 헬륨 (He) 압력을 공급함으로써 기판의 온도 제어를 제공한다.

사용 동안, 가스 소스로부터의 프로세스 가스는 백킹 플레이트의 하나 이상의 통로들을 통해 상부 전극 (110) 으로 공급되는데, 이는 프로세스 가스가 기판 위의 단일 구역 또는 다중 구역들로 공급되는 것을 허용한다.

내측 전극 (120) 은 바람직하게, 평면 디스크 또는 플레이트이다. 내측 전극 (120) 은 프로세싱될 기판보다 더 작은, 동일한, 또는 더 큰, 예를 들어 플레이트가 단결정 실리콘으로 만들어지는 경우 300 mm 까지의 직경을 가질 수 있고, 이는 300 mm 기판에 대해 사용된 현재 이용 가능한 단결정 실리콘 재료의 직경이다. 300 mm 기판을 프로세싱하는데 있어서, 외측 전극 (130) 은 내측 전극 (120) 의 직경을 약 12 인치에서 약 17 인치까지 (본원에 사용된 바와 같이, "약" 은 ±10% 을 지칭함) 연장시키도록 구성된다. 외측 전극 (130) 은 연속적 부재 (예를 들어, 링 형태의 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 탄화 규소 또는 다른 적합한 재료) 또는 세그먼트화된 부재 (예를 들어, 링 구성으로 배열된 2-6 분리형 세그먼트들, 예컨대 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 탄화 규소 또는 다른 재료의 세그먼트들) 일 수 있다. 기판과 상부 전극 (110) 사이의 갭에 프로세스 가스를 공급하기 위해, 내측 전극 (120) 에는 복수의 가스 주입 홀들 (미도시) 이 제공되는데, 이 홀들은 프로세스 가스를 공급하기에 적합한 크기 및 분포이며 프로세스 가스는 상부 전극 (110) 아래의 반응 구역에서 플라즈마로 에너자이징된다.

가스 주입 홀 패턴의 상세들은 일부 플라즈마 프로세스들에 중요할 수 있다. 바람직하게, 가스 주입 홀들 (106) 의 직경은 0.04 인치 이하이고; 더 바람직하게, 가스 주입 홀들 (106) 의 직경은 0.01 과 0.03 인치 사이이고; 가장 바람직하게, 가스 주입 홀들 (106) 의 직경은 0.02 인치이다. 바람직한 가스 주입 홀 패턴은 도 1c 에 도시되는데, 이 패턴은 (모놀리식) 단일 피스 전극 (예컨대, 여기에 참조로서 포함되는 공동 소유의 미국 공개특허출원 제 2010/0003829 에 설명된 바와 같은 전극) 또는 내측 전극 및 내측 전극을 둘러싸는 외측 환상 전극을 갖는 어셈블리의 내측 전극 (예컨대, 여기에 참조로서 포함되는 공동 소유의 미국 공개특허출원 제 2010/0003824 에 설명된 바와 같은 내측 전극) 상에서 사용될 수 있고, 하나의 가스 주입 홀은 전극 (120) 의 센터에 위치되고; 다른 가스 주입 홀들은, 전극의 센터로부터 약 0.6-0.7 (예를 들어, 0.68) 인치로 위치된 제 1 로우 (row) 에서 7 개의 가스 주입 홀들, 센터로부터 약 1.3-1.4 (예를 들어, 1.34) 인치로 위치된 제 2 로우에서 17 개의 가스 주입 홀들, 센터로부터 약 2.1-2.2 (예를 들어, 2.12) 인치로 위치된 제 3 로우에서 28 개의 가스 주입 홀들, 센터로부터 약 2.8-3.0 (예를 들어, 2.90) 인치로 위치된 제 4 로우에서 40 개의 가스 주입 홀, 센터로부터 약 3.6-3.7 (예를 들어, 3.67) 인치로 위치된 제 5 로우에서 48 개의 가스 주입 홀들, 센터로부터 약 4.4-4.5 (예를 들어, 4.45) 인치로 위치된 제 6 로우에서 56 개의 가스 주입 홀들, 센터로부터 약 5.0-5.1 (예를 들어, 5.09) 인치로 위치된 제 7 로우에서 64 개의 가스 주입 홀들, 및 센터로부터 약 5.7-5.8 (예를 들어, 5.73) 인치로 위치된 제 8 로우에서 72 개의 가스 주입 홀들을 갖는 8 개의 동심형 로우들로 배열된다. 이들 로우들 각각에서 가스 주입 홀들은 방위각적으로 균등하게 이격된다.

단결정 실리콘은 상부 전극 (110) 의 플라즈마 노출 면들에 대해 바람직한 재료이다. 고 순도의, 단결정 실리콘은 그것이 단지 최소 양의 바람직하지 않은 엘리먼트들을 반응 챔버 안으로 도입하고, 또한 플라즈마 프로세싱 동안 부드럽게 마모시키고, 이로써 입자들을 최소화하기 때문에 플라즈마 프로세싱 동안 기판들의 오염을 최소화한다. 상부 전극 (110) 의 플라즈마 노출 면들에 대해 사용될 수 있는 재료들의 합성물들을 포함하는 대안의 재료들은 예를 들어 다결정 실리콘, Y₂0₃, SiC, Si₃N₄, 및 AlN 을 포함한다.

일 실시형태에서, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는 300 mm 의 직경을 갖는 반도체 기판과 같은 대형 기판들을 프로세싱하기에 충분히 크다. 300 mm 기판들에 대해, 내측 전극 (120) 은 적어도 300 mm 의 직경이다. 그러나, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는 다른 기판 크기들을 프로세싱하기 위한 크기일 수 있다.

백킹 플레이트 (140) 는 바람직하게, 플라즈마 프로세싱 챔버의 반도체 기판들을 프로세싱하기 위해 사용된 프로세스 가스들과 화학적으로 양립 가능하고, 전극 재료의 것과 밀접하게 매칭되는 열 팽창 계수를 갖고/갖거나 전기적으로 그리고 열적으로 전도성인 재료로 만들어진다. 백킹 플레이트 (140) 를 만드는데 사용될 수 있는 바람직한 재료들은 그래파이트, SiC, 알루미늄 (Al), 또는 다른 적합한 재료들을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.

백킹 플레이트 (140) 는 바람직하게, 스레딩된 (threaded) 볼트들, 스크류들 등일 수 있는 적합한 기계적 패스너 (fastener) 들을 이용하여 열 제어 플레이트에 부착된다. 예를 들어, 볼트들은 열 제어 플레이트의 홀들 안에 삽입되고 백킹 플레이트 (140) 의 나사산 개구들 안으로 돌려져 조여질 수 있다. 열 제어 플레이트는 바람직하게, 머시닝된 기계 재료, 예컨대 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 만들어진다. 상부 온도 제어된 플레이트는 바람직하게, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진다.

외측 전극 (130) 및 환상 슈라우드 (190) 는 캠 록들에 의해 백킹 플레이트 (140) 에 기계적으로 부착될 수 있다. 도 1b 는 환상 슈라우드 (190) 및 외측 전극 (130) 에 각각 맞물린 2 개의 캠 록들 (161 및 162) 에 의해 공유된 다른 캠 샤프트 (160) 를 따르는 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 의 단면을 나타낸다.

도 1a 및 도 1b 에 도시된 캠 록들은 공동 소유의 WO2009/114175 (2009년 9월 17일자로 공개됨) 및/또는 미국 특허출원 공개 제 2010/0003829 호에 설명된 캠 록들일 수 있고, 이 개시물들은 여기서 참조로서 포함된다.

도 2a 를 참조하면, 예시적인 캠 록의 3 차원도는 외측 전극 (130) 또는 내측 전극 (120) 또는 환상 슈라우드 (190), 및 백킹 플레이트 (140) 의 일부분들을 포함한다. 캠 록은 외측 전극 (130), 내측 전극 (120) 또는 환상 슈라우드 (190) 를 백킹 플레이트 (140) 에 빠르게, 청결하게, 그리고 정확하게 부착할 수 있다.

캠 록은 소켓 (213) 안에 탑재된 스터드 (stud) (록킹 핀)(205) 를 포함한다. 스터드는 디스크 스프링 스택 (215), 예를 들어 스테인리스 스틸 벨레이유 와셔들에 의해 둘러싸일 수도 있다. 스터드 (205) 및 디스크 스프링 스택 (215) 은 그 후, 프레스 피팅 (press-fit) 되거나 그렇지 않으면 접착제 또는 기계적 패스너들의 사용을 통해 소켓 (213) 안으로 고정될 수도 있다. 스터드 (205) 및 디스크 스프링 스택 (215) 은, 외측 전극 (130) 또는 내측 전극 (120) 또는 환상 슈라우드 (190) 와, 백킹 플레이트 (140) 사이에서 제한된 양의 래트럴 이동 (lateral movement) 이 가능하도록 소켓 (213) 안에 배열된다. 래트럴 이동의 양을 제한하는 것은 외측 전극 (130) 또는 내측 전극 (120) 또는 환상 슈라우드 (190) 와, 백킹 플레이트 (140) 사이의 타이트 피팅 (tight fit) 을 허용하므로, 우수한 열 접촉을 보장하면서 2 개의 부품들 사이의 열 팽창에서의 차이들을 고려하도록 약간의 이동을 여전히 제공한다. 제한된 래트럴 이동 피처에 대한 추가의 상세들은 이하에서 더 상세히 논의된다.

특정 예시적인 실시형태에서, 소켓 (213) 은 고장력 Torlon® 으로부터 제조된다. 대안으로, 소켓 (213) 은 다른 재료들로부터 제조될 수도 있고, 우수한 견고성 및 내충격성, 크리프 내성 (creep resistance), 치수 안정성, 방사선 저항력, 및 화학적 저항력과 같은 소정의 기계적 특징들을 프로세싱하는 것이 용이하게 이용될 수도 있다. 폴리아미드-이미드, 아세탈, 및 초-고 분자량 폴리에틸렌 재료들과 같은 각종 재료들이 모두 적합할 수도 있다. 230 ℃ 는 에칭 챔버들과 같은 애플리케이션들에서 조우된 통상의 최대 온도이기 때문에 고온-특정 플라스틱들 및 다른 관련 재료들이 소켓 (213) 을 형성하는데 필요하지 않다. 일반적으로, 통상의 동작 온도는 130 ℃ 에 더 가깝다.

캠 샤프트 (160 또는 150) 는 백킹 플레이트 (140) 안에 머시닝된 보어 안에 탑재된다. 300 mm 반도체 기판들에 대해 설계된 에칭 챔버의 통상적인 애플리케이션에서, 8 개 이상의 캠 샤프트들은 백킹 플레이트 (140) 의 주변부 주위에서 이격될 수도 있다.

스터드 (205) 및 캠 샤프트 (160 또는 150) 는 우수한 견고성 및 내식성을 제공하는 임의의 다른 재료 또는 스테인리스 스틸 (예를 들어, 316, 316L, 17-7, NITRONIC-60, 등) 으로부터 머시닝될 수도 있다.

이제 도 2b 를 참조하면, 캠 록의 단면도는, 백킹 플레이트 (140) 에 아주 근접하여 외측 전극 (130), 내측 전극 (120) 또는 환상 슈라우드 (190) 를 잡아당김으로써 캠 록이 동작하는 방법을 추가로 예시한다. 스터드 (205)/디스크 스프링 스택 (215)/소켓 (213) 어셈블리는 외측 전극 (130), 내측 전극 (120) 또는 환상 슈라우드 (190) 안에 탑재된다. 도시된 바와 같이, 어셈블리는 외측 전극 (130), 내측 전극 (120) 또는 환상 슈라우드 (190) 내의 나사산 소켓 안으로 소켓 (213) 상의 외면 나사산 (external thread) 들에 의해 돌려져 조여질 수도 있다.

도 3 에서, 확장된 헤드를 갖는 스터드 (205), 디스크 스프링 스택 (215), 및 소켓 (213) 의 측면 및 어셈블리도 (300) 는 캠 록의 예시적인 설계에 추가의 상세를 제공한다. 특정 예시적인 실시형태에서, 스터드/디스크 스프링 어셈블리 (301) 는 소켓 (213) 안으로 프레스 피팅된다. 소켓 (213) 은 외면 나사산 및 가벼운 토크 (예를 들어, 특정 예시적인 실시형태에서 약 20 인치-파운드) 를 갖고 외측 전극 (130), 내측 전극 (120) 또는 환상 슈라우드 (190)(도 2a 및 도 2b 참조) 안으로의 용이한 삽입을 허용하는 6각형 탑 부재를 갖는다. 상기에 나타낸 바와 같이, 소켓 (213) 은 각종 유형들의 플라스틱들로부터 머시닝될 수도 있다. 플라스틱들을 사용하는 것은 입자 생성을 최소화하고, 외측 전극 (130), 내측 전극 (120) 또는 환상 슈라우드 (190) 상의 메이팅 (mating) 소켓 안으로의 소켓 (213) 의 골 프리 (gall-free) 삽입을 허용한다.

스터드/소켓 어셈블리 (303) 는 스터드 (205) 의 중간-섹션부의 외측 직경보다 큰 소켓 (213) 의 상부 부분에서의 내경을 예시한다. 2 개의 부분들 간의 직경에서의 차이는 전술된 바와 같은 어셈블링된 캠 록에서 제한된 래트럴 이동을 허용한다. 직경들에서의 차이가 약간의 래트럴 이동을 허용하면서 (또한, 도 2b 참조), 스터드/디스크 스프링 어셈블리 (301) 는 소켓 (213) 의 기저부에서 소켓 (213) 과 단단히 접촉하여 유지된다.

도 4a 를 참조하면, 캠 샤프트 (160 또는 150) 의 사시도 (400) 는 또한 캠 샤프트 (160 또는 150) 의 일단 상의 키잉 스터드 (keying stud; 402) 및 6각 개구 (403) 를 나타낸다.

예를 들어, 도 4a, 도 2a 및 도 2b 를 참조하면, 캠 록은 캠 샤프트 (160 또는 150) 를 백킹 플레이트 보어 (211) 안으로 삽입함으로써 어셈블링된다. 키잉 스터드 (402) 는 도 4e 에 도시된 바와 같이 보어 (211) 의 입구 상에서 스텝과 인터페이싱함으로써 백킹 플레이트 보어 (211) 에서 캠 샤프트 (160 또는 150) 의 회전 이동을 제한한다. 캠 샤프트 (160 또는 150) 는 2 개의 내부 편심적 컷아웃 (eccentric cutout) 들을 갖는다. 캠 샤프트 (160) 에서, 하나의 컷아웃은 외측 전극 (130) 상의 스터드 (205) 의 확장된 헤드와 맞물리고 다른 컷 아웃은 환상 슈라우드 (190) 상의 스터드 (205) 의 확장된 헤드와 맞물린다. 캠 샤프트 (150) 에서, 2 개의 컷아웃들 각각은 내측 전극 (120) 상의 스터드 (205) 의 확장된 헤드와 맞물린다. 캠 샤프트 (160 또는 150) 는 6각 개구들 (403) 의 사용을 통해 일 방향, 예를 들어 반시계 방향으로 터닝되어, 캠 샤프트 (160 또는 150) 안으로의 스터드들 (205) 의 진입을 허용하고, 그 후 시계 방향으로 터닝되어 스터드들 (205) 과 완전히 맞물리고 록킹할 수도 있다. 외측 전극 (130), 내측 전극 (120) 또는 환상 전극 (190) 을 백킹 플레이트 (140) 에 홀딩하는데 필요한 클램프 힘은 디스크 스프링 스택들 (215) 을 그 프리 스택 높이 이상으로 압축함으로써 공급된다. 디스크 스프링 스택들 (215) 을 압축함에 따라, 클램프 힘은 디스크 스프링 스택들 (215) 에서의 개별의 스프링들로부터 소켓들 (213) 로 그리고 외측 전극 (130), 내측 전극 (120) 또는 환상 슈라우드 (190) 를 거쳐 백킹 플레이트 (140) 로 전송된다.

예시적인 동작 모드에서, 캠 샤프트 (160 또는 150) 는 백킹 플레이트 보어 (211) 안으로 삽입된다. 캠 샤프트 (160 또는 150) 는 그 충분한 회전 이동에 대해 반시계 방향으로 회전된다. 외측 전극 (130), 내측 전극 (120) 및/또는 환상 슈라우드 (190) 안으로 가볍게 토크된 스터드/소켓 어셈블리들 (303)(도 3) 은 그 후, 수평으로 연장된 백킹 플레이트 보어 (211) 아래의 홀들을 통해 수직으로 연장되어 삽입되므로, 스터드들 (205) 의 헤드들은 캠 샤프트 (160 또는 150) 의 편심적 컷아웃들에서 맞물린다. 외측 전극 (130), 내측 전극 (120) 또는 환상 슈라우드 (190) 는 백킹 플레이트 (140) 에 대해 홀딩되고, 캠 샤프트 (160 또는 150) 는 키잉 핀이 보어 (211) 의 입구 상의 스텝에 의해 제한될 때까지 시계 방향으로 회전된다. 예시적인 동작 모드는 외측 전극 (130), 내측 전극 (120) 또는 환상 슈라우드 (190) 를 백킹 플레이트 (140) 로부터 내리도록 반전될 수도 있다.

도 4d 를 참조하면, 도 4a 의 캠 샤프트 (160 또는 150) 의 측면도 (420) 의 단면 A-A 는 스터드 (205) 의 헤드가 완전히 고정되는 커터 경로 에지 (440) 를 나타낸다.

도 5a 내지 도 5g 는 내측 전극 (120) 의 상세들을 나타낸다. 내측 전극 (120) 은 바람직하게, 고 순도 (10 ppm 미만의 불순물) 의 저 저항률 (0.005 내지0.02 ohm-cm) 단결정 실리콘의 플레이트이다.

도 5a 는 플라즈마 노출 면 (120a) 을 나타내는, 내측 전극 (120) 의 하면도이다. 적합한 직경 및/또는 구성의 가스 주입 홀들 (106) 은 탑재 면 (120b) 으로부터 플라즈마 노출 면 (120a) 으로 연장되고 (도 5b), 임의의 적합한 패턴으로 배열될 수 있다. 바람직하게, 가스 주입 홀들 (106) 은 도 1c 에 도시된 패턴으로 배열된다.

도 5b 는 직경을 따른 내측 전극 (120) 의 단면도이다. 외측 원주면은 단일의 환상 단차 (532) 를 포함한다. 도 5c 는 도 5b 의 영역 A 의 확대도이다. 스텝 (532) 은 내측 전극 (120) 둘레에서 완전히 연장된다. 바람직한 실시형태에서, 내측 전극 (120) 은 약 0.40 인치의 두께 및 약 12.5 인치의 외경을 갖는다; 스텝 (532) 은 약 12.0 인치의 내경 및 약 12.5 인치의 외경을 갖는다. 스텝 (532) 은 약 0.20 인치 길이의 수직 면 (532a) 및 약 0.25 인치 길이의 수평 면 (532b) 을 갖는다. 면들 (532a 과 532b) 사이의 내부 코너는 약 0.06 인치의 반경인 필릿 (fillet) 을 갖는다.

도 5d 는 탑재 면 (120b) 을 나타내는, 내측 전극 (120) 의 상면도이다. 탑재 면 (120b) 은 내측 전극 (120) 과 동심인 환상 홈 (550)(도 5e 에 상세히 도시됨) 을 포함하고, 이 환상 홈 (550) 은 약 0.24 인치의 내경, 약 0.44 인치의 외경, 적어도 0.1 인치의 깊이, 입구 에지들 상에서 약 0.02 인치 폭의 45°챔퍼들, 및 하부 코너들 상에서 0.015 와 0.03 인치 사이의 반경의 필릿을 갖는다.

탑재 면 (120b) 은 또한, 내측 전극 (120) 의 센터로부터 1.72 와 1.73 인치 사이의 반경에 위치된 정렬 핀들 (도 5f 에 상세히 도시됨) 을 수용하도록 구성된 2 개의 스무드 (무나사산) 블라인드 홀들 (540a 및 540b) 을 포함한다. 블라인드 홀 (540b) 은 블라인드 홀 (540a) 로부터 시계방향으로 약 175°만큼 오프셋된다. 블라인드 홀들 (540a 및 540b) 은 약 0.11 인치의 직경, 적어도 0.2 인치의 깊이, 입구 에지 상에서 약 0.02 인치 폭의 45°챔퍼, 및 하부 코너 상에서 최소 0.02 인치의 반경을 갖는 필릿을 갖는다.

탑재 면 (120b) 은 또한, 탑재 면 (120b) 을 중심부, 중간부 및 외측부로 분할하는 제 1 원형 로우 및 제 2 원형 로우로 배열된 나사산 소켓들을 포함한다. 제 1 원형 로우는 바람직하게, 내측 전극 (120) 의 1/4 내지 1/2 반경 상에, 더 바람직하게는 내측 전극 (120) 의 센터로부터 약 2.4-2.6 인치의 반경 거리에 위치되고; 제 2 원형 로우는 바람직하게 내측 전극 (120) 의 1/2 반경보다 큰 반경 상에, 더 바람직하게는 내측 전극 (120) 의 센터로부터 약 5.3-5.5 인치의 반경 거리에 위치된다. 바람직한 실시형태에서, 각각 스터드/소켓 어셈블리 (303) 를 수용하도록 구성된 8 개의 7/16-28 (Unified Thread Standard) 나사산 소켓들 (520a) 의 제 1 로우는 내측 전극 (120) 의 센터로부터 2.49 와 2.51 인치 사이의 반경 상에서 원주 방향으로 이격되어 분리되고, 인접한 나사산 소켓들 (520a) 의 각 쌍 사이에서 약 45°만큼 방위각적으로 오프셋된다. 나사산 소켓들 (520a) 각각은 약 0.2 인치의 총 깊이, 입구 에지로부터 적어도 0.163 인치의 나사산 깊이, 및 입구 에지 상에서 약 0.03 인치 폭의 45°챔퍼를 갖는다. 나사산 소켓들 (520a) 중 하나는 블라인드 홀 (540a) 과 방위각적으로 정렬된다. 각각 스터드/소켓 어셈블리 (303) 를 수용하도록 구성된 8 개의 7/16-28 (Unified Thread Standard) 나사산 소켓들 (520b) 의 제 2 로우는 내측 전극 (120) 의 센터로부터 5.40 와 5.42 인치 사이의 반경으로 원주 방향으로 이격되어 분리되고, 인접한 나사산 홀들 (520b) 의 각 쌍 사이에서 약 45°만큼 방위각적으로 오프셋된다. 나사산 소켓들 (520b 및 520a) 각각은 약 0.2 인치의 총 깊이, 입구 에지로부터 적어도 0.163 인치의 나사산 깊이, 및 입구 에지 상에서 약 0.03 인치 폭의 45°챔퍼를 갖는다. 홀들 (520b) 중 하나는 블라인드 홀 (540a) 과 방위각적으로 정렬된다.

탑재 면 (120b) 은 내측 전극 (120) 의 센터로부터 6.02 와 6.03 인치 사이의 반경에서 방사상으로 정렬된 정렬 핀들 (각각 530a, 530b 및 530c, 또는 총괄하여 530)(도 5g 에 상세히 도시됨) 의 수신을 수용하도록 구성된 제 1, 제 2 및 제 3 스무드 (무나사산) 블라인드 홀들을 더 포함한다. "방사상으로 정렬된" 은 센터까지의 거리들이 동일한 것을 의미한다. 홀들 (530a) 은 0.11 과 0.12 인치 사이의 직경, 적어도 0.1 인치의 깊이, 입구 에지 상에서 약 0.02 인치 폭의 45°챔퍼, 및 하부 코너 상에서 최대 0.02 인치의 반경을 갖는 필릿을 갖는다. 제 1 홀 (530a) 은 블라인드 홀들 (540a) 로부터 방위각적으로 시계방향으로 약 10°만큼 오프셋되고; 제 2 홀 (530b) 은 제 1 홀 (530a) 로부터 방위각적으로 반시계 방향으로 약 92.5°만큼 오프셋되며; 제 3 홀 (530c) 은 제 1 홀 (530a) 로부터 방위각적으로 반시계 방향으로 약 190°만큼 오프셋된다.

도 1a 를 참조하면, 내측 전극 (120) 은 상부 면 (120b) 에서의 나사산 소켓들 (520a) 을 맞물리는 복수의 (예를 들어, 8 개) 캠 록들 (152) 및 나사산 소켓들 (520b) 을 맞물리는 복수의 (예를 들어, 8 개) 캠 록들 (151) 에 의해 백킹 플레이트 (140) 에 고정된다.

캠 록들 (151 및 152) 은 기계적 지지 포인트들을 제공하고, 백킹 플레이트 (140) 와의 열 접촉을 향상시키고, 내측 전극 (120) 의 휘어짐을 감소시키며, 따라서 프로세싱 레이트 불균일도 및 열적 불균일도를 감소시킨다.

도 6a 는 열적으로 그리고 전기적으로 전도성 가스켓 세트의 상면도를 나타낸다. 이 가스켓 세트는 복수의 스포크 (spoke) 들에 의해 연결된 복수의 동심 링들을 포함하는 내측 가스켓 (6100), 복수의 홀들 및 하나의 컷아웃을 갖는 제 1 환상 가스켓 (6200), 및 복수의 컷아웃들을 갖는 제 2 환상 가스켓 (6300) 을 포함한다. 가스켓들은 바람직하게, 낮은 입자 생성을 갖고, 접촉 포인트들에서 응력 (shear) 을 수용하도록 양립 가능하며, Ag, Ni, Cu 등과 같은 반도체 기판들에서 라이프타임 킬러 (lifetime killer) 들인 금속 컴포넌트들이 없는, 전기적 및 열적으로 전도성이고 진공 환경, 예를 들어 약 10 내지 200 mTorr 에서 과도한 아웃가스 (excessive outgas) 가 없는 재료로 만들어진다. 가스켓들은 실리콘-알루미늄 포일 샌드위치 가스켓 구조 또는 엘라스토머-스테인리스 스틸 샌드위치 가스켓 구조일 수 있다. 가스켓들은 플라즈마 에칭과 같은 단계들이 수행되는 반도체 제조에 사용된 진공 환경에서 양립 가능한 열적 및 전기적으로 전도성 러버로 상부 및 하부 면들 상에 코팅된 알루미늄 시트일 수 있다. 가스켓들은 바람직하게, 전극 및 백킹 플레이트가 함께 기계적으로 클램핑되지만 샤워헤드 전극의 온도 사이클링 동안 전극 및 백킹 플레이트의 반대 표면들이 서로에 대해 러빙되는 것을 방지하는 경우 그들이 압축될 수 있도록 양립가능하다. 가스켓들은 버그퀴스트 (Bergquist) 회사로부터 이용 가능한 "Q-PAD Π" 와 같은 적합한 재료로 제조될 수 있다. 가스켓의 두께는 바람직하게 약 0.006 인치이다. 가스켓들의 각종 피처들은 연속 시트로부터 나이프-커팅 (knife-cut), 스탬핑, 펀칭, 또는 바람직하게 레이저-커팅 (laser-cut) 될 수 있다. 가스켓 세트는 내측 전극 (120), 외측 전극들 (130) 및 환상 슈라우드 (190), 및 백킹 플레이트 (140) 사이에 탑재되어, 그들 사이에서 전기적 및 열적 접촉을 제공한다.

도 6b 는 내측 가스켓 (6100) 의 상세들을 나타낸다. 내측 가스켓 (6100) 은 바람직하게, 반경 스포크들에 의해 상호연결된 9 개의 동심형 링들을 포함한다. 제 1 링 (6101) 은 적어도 0.44 인치 (예를 들어, 0.60 과 0.65 인치 사이) 의 내경 및 최대 1.35 인치 (예를 들어, 0.95 와 1.00 인치 사이) 의 외경을 갖는다. 제 1 링 (6101) 은 7 개의 방사상으로 연장되고 방위각적으로 균등하게 이격된 스포크들 (6112) 에 의해 제 2 링 (6102) 에 연결된다. 각각의 스포크 (6112) 는 약 0.125 인치의 폭을 갖는다.

제 2 링 (6102) 은 적어도 1.35 인치 (예를 들어, 1.72 과 1.78 인치 사이) 의 내경 및 최대 2.68 인치 (예를 들어, 2.25 와 2.35 인치 사이) 의 외경을 갖는다. 제 2 링 (6102) 은 3 개의 방사상으로 연장되고 방위각적으로 균등하게 이격된 스포크들 (6123a, 6123b 및 6123c) 에 의해 제 3 링 (6103) 에 연결되는데, 스포크들 각각은 약 0.125 인치의 폭을 갖는다. 하나의 스포크 (6123a) 는 약 180°만큼 스포크들 (6112) 중 하나로부터 방위각적으로 오프셋된다.

제 3 링 (6103) 은 적어도 2.68 인치 (예를 들어, 3.15 과 3.20 인치 사이) 의 내경 및 최대 4.23 인치 (예를 들어, 3.70 와 3.75 인치 사이) 의 외경을 갖는다. 제 3 링은 4 개의 방사상으로 연장되고 방위각적으로 균등하게 이격된 스포크들 (6134) 에 의해 제 4 링 (6104) 에 연결된다. 각각의 스포크는 약 0.125 인치의 폭을 갖는다. 스포크 (6134) 들 중 하나는 스포크 (6123a) 로부터 반시계 방향으로 약 22.5°만큼 방위각적으로 오프셋된다. 제 3 링 (6103) 은 또한, 내측 가스켓 (6100) 의 센터로부터 1.70 과 1.75 인치 사이의 반경 거리에서 위치된 2 개의 라운드 홀들 (6103x 및 6103y) 을 포함한다. 라운드 홀들 (6103x 및 6103y) 은 약 0.125 인치의 직경을 갖는다. 라운드 홀 (6103x) 은 스포크 (6123a) 로부터 반시계 방향으로 약 5°만큼 방위각적으로 오프셋된다. 라운드 홀 (6103y) 은 스포크 (6123a) 로부터 약 180°만큼 방위각적으로 오프셋된다. 라운드 홀들 (6103x 및 6103y) 은 정렬 핀들을 수용하도록 구성된다.

제 4 링 (6104) 은 적어도 4.23 인치 (예를 들어, 4.68 과 4.73 인치 사이) 의 내경 및 최대 5.79 인치 (예를 들어, 5.27 와 5.32 인치 사이) 의 외경을 갖는다. 제 4 링 (6104) 은 8 개의 방사상으로 연장되고 방위각적으로 균등하게 이격된 스포크들 (6145a) 의 일 세트 및 8 개의 방사상으로 연장되고 방위각적으로 균등하게 이격된 스포크들 (6145b) 의 다른 세트에 의해 제 5 링 (6105) 에 연결된다. 스포크 (6145b) 들 중 하나는 스포크 (6123a) 로부터 반시계 방향으로 약 8.5°만큼 방위각적으로 오프셋된다. 스포크 (6145a) 들 중 하나는 스포크 (6123a) 로부터 시계 방향으로 약 8.5°만큼 방위각적으로 오프셋된다. 각각의 스포크 (6145a 및 6145b) 는 약 0.125 인치의 폭을 갖는다. 스포크들 (6145a 및 6145b) 은 방사상으로 내측으로 연장되어 약 28°의 중심각을 갖는 8 개의 정확한 섹션들 각각으로 제 4 링 (6104) 을 분리한다.

제 5 링 (6105) 은 적어도 5.79 인치 (예를 들어, 6.33 과 6.38 인치 사이) 의 내경 및 최대 7.34 인치 (예를 들어, 6.71 와 6.76 인치 사이) 의 외경을 갖는다. 제 5 링 (6105) 은 4 개의 방사상으로 연장되고 방위각적으로 균등하게 이격된 스포크들 (6156) 에 의해 제 6 링 (6106) 에 연결된다. 스포크 (6156) 들 중 하나는 스포크 (6123a) 로부터 약 90°만큼 방위각적으로 오프셋된다. 스포크 (6156) 들 각각은 약 0.125 인치의 폭을 갖는다.

제 6 링 (6106) 은 적어도 7.34 인치 (예를 들어, 7.90 과 7.95 인치 사이) 의 내경 및 최대 8.89 인치 (예를 들어, 8.23 와 8.28 인치 사이) 의 외경을 갖는다. 제 6 링 (6106) 은 4 개의 방사상으로 연장되고 방위각적으로 균등하게 이격된 스포크들 (6167a) 의 일 세트 및 4 개의 방사상으로 연장되고 방위각적으로 균등하게 이격된 스포크들 (6167b) 의 다른 세트에 의해 제 7 링 (6107) 에 연결된다. 스포크 (6167b) 들 중 하나는 스포크 (6123a) 로부터 약 6.4°만큼 반시계 방향으로 방위각적으로 오프셋된다. 스포크 (6167a) 들 중 하나는 스포크 (6123a) 로부터 약 6.4°만큼 시계 방향으로 방위각적으로 오프셋된다. 스포크 (6167a 및 6167b) 들 각각은 약 0.125 인치의 폭을 갖는다.

제 7 링 (6107) 은 적어도 8.89 인치 (예를 들어, 9.32 과 9.37 인치 사이) 의 내경 및 최대 10.18 인치 (예를 들어, 9.65 와 9.70 인치 사이) 의 외경을 갖는다. 제 7 링 (6107) 은 8 개의 방사상으로 연장되고 방위각적으로 균등하게 이격된 스포크들 (6178a) 의 일 세트 및 8 개의 방사상으로 연장되고 방위각적으로 균등하게 이격된 스포크들 (6178b) 의 다른 세트에 의해 제 8 링 (6108) 에 연결된다. 스포크 (6178b) 들 중 하나는 스포크 (6123a) 로부터 약 5°만큼 반시계 방향으로 방위각적으로 오프셋된다. 스포크 (6167a) 들 중 하나는 스포크 (6123a) 로부터 약 5°만큼 시계 방향으로 방위각적으로 오프셋된다. 스포크 (6167a 및 6167b) 들 각각은 약 0.125 인치의 폭을 갖는다.

제 8 링 (6108) 은 적어도 10.18 인치 (예를 들어, 10.59 과 10.64 인치 사이) 의 내경 및 최대 11.46 인치 (예를 들어, 10.95 와 11.00 인치 사이) 의 외경을 갖는다. 제 8 링 (6108) 은 8 개의 방사상으로 연장되고 방위각적으로 균등하게 이격된 스포크들 (6189a) 의 일 세트 및 8 개의 방사상으로 연장되고 방위각적으로 균등하게 이격된 스포크들 (6189b) 의 다른 세트에 의해 제 9 링 (6109) 에 연결된다. 스포크 (6189b) 들 중 하나는 스포크 (6123a) 로부터 약 5°만큼 반시계 방향으로 방위각적으로 오프셋된다. 스포크 (6189a) 들 중 하나는 스포크 (6123a) 로부터 약 5°만큼 시계 방향으로 방위각적으로 오프셋된다. 스포크 (6167a 및 6167b) 들 각각은 약 0.125 인치의 폭을 갖는다. 약 6°인치의 중심각을 갖는 8 개의 정확한 컷아웃들 (6108h) 은 제 8 링 (6108) 을 8 개의 섹션들로 분리한다. 컷아웃들 (6108h) 은 방위각적으로 동일하게 이격된다. 컷아웃 (6108h) 중 하나는 스포크 (6123a) 와 방위각적으로 정렬된다.

제 9 링 (6109) 은 11.92 와 11.97 인치 사이의 내경 및 12.45 와 12.50 인치 사이의 외경을 갖는다. 제 9 링 (6109) 은 그 내측 둘레 상에 3 개의 작은 직경 컷아웃들 (6109a, 6109b 및 6109c) 을 갖는다. 컷아웃들 (6109b 및 6109c) 은 각각 컷아웃 (6109a) 으로부터 반시계 방향으로 약 92.5°만큼 그리고 반시계 방향으로 약 190°만큼 방위각적으로 오프셋된다. 컷아웃 (6109c) 은 스포크 (6123a) 와 방위각적으로 정렬된다. 컷아웃들 (6109a, 6109b 및 6109c) 의 센터들은 내측 가스켓 (6100) 의 센터로부터 약 6.02 인치의 반경 거리에 위치된다. 컷아웃들 (6109a, 6109b 및 6109c) 은 내측을 향하고 약 0.125 인치의 직경을 갖는 반-원형 외측 주변부를 포함하고 직선의 반경 에지들을 갖는 내측 개구를 포함한다. 제 9 링 (6109) 은 또한, 그 외측 둘레 상에 3 개의 큰-직경 라운드 및 외측으로 향하는 컷아웃들 (6109x, 6109y 및 6109z) 을 갖는다. 컷아웃들 (6109x, 6109y 및 6109z) 은 방위각적으로 동일하게 이격되고 약 0.72 인치의 직경을 갖는다. 그 센터들은 내측 가스켓 (6100) 의 센터로부터 약 6.48 인치의 반경 거리에 위치된다. 컷아웃 (6109z) 은 시계 방향으로 약 37.5°만큼 스포크 (6123a) 로부터 방위각적으로 오프셋된다.

제 1 환상 가스켓 (6200) 은 약 14.06 인치의 내경 및 약 16.75 인치의 외경을 갖는다. 제 1 환상 가스켓 (6200) 은 방위각적으로 동일하게 이격된 8 개의 원형 홀들 (6209a) 을 갖는다. 홀들 (6209a) 의 센터들은 제 1 환상 가스켓 (6200) 의 센터로부터 약 7.61 인치의 반경 거리에 위치된다. 홀들 (6209a) 은 약 0.55 인치의 직경을 갖는다. (이하에서 상세히 설명되는 바와 같이) 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 에 인스톨되는 경우, 홀들 (6209a) 중 하나는 내측 가스켓 (6100) 의 스포크 (6123a) 와 방위각적으로 정렬된다. 제 1 환상 가스켓 (6200) 은 또한, 제 1 환상 가스켓 (6200) 의 내측 주변부 상의 하나의 라운드 내측으로 향하는 컷아웃 (6209b) 을 갖는다. 이 컷아웃 (6209b) 의 센터는 제 1 환상 가스켓 (6200) 의 센터로부터 약 6.98 인치의 거리에 위치된다. 컷아웃 (6209b) 은 약 0.92 인치의 직경을 갖는다. (이하에서 상세히 설명되는 바와 같이) 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 에 인스톨되는 경우, 컷아웃 (6209b) 은 반시계 방향으로 약 202.5°만큼 스포크 (6123a) 로부터 방위각적으로 오프셋된다. 제 1 환상 가스켓 (6200) 은 또한, 툴 액세스를 허용하도록 구성된 3 개의 원형 홀들 (6210, 6220 및 6230) 을 갖는다. 이들 홀들은 약 7.93 인치의 반경 거리에 위치되고 약 0.14 인치의 직경을 갖는다. 홀들 (6210, 6220 및 6230) 은 컷아웃 (6209b) 으로부터 각각 시계 방향으로 약 7.5°, 약 127.5°및 약 252.5°만큼 방위각적으로 오프셋된다.

제 2 환상 가스켓 (6300) 은 약 17.29 인치의 내경 및 약 18.69 인치의 외경을 갖는다. 제 2 환상 가스켓 (6300) 은 외측 주변부 상에서 방위각적으로 동일하게 이격된 8 개의 라운드 외측으로 향하는 컷아웃들 (6301) 을 갖는다. 컷아웃들 (6301) 의 센터들은 제 3 환상 가스켓 (6300) 의 센터로부터 약 9.30 인치의 반경 거리에 위치된다. 컷아웃들 (6301) 은 약 0.53 인치의 직경을 갖는다.

내측 전극 (120) 이 챔버 (100) 에 인스톨되는 경우, 정렬 링, 2 개의 내측 정렬 핀들 및 3 개의 외측 정렬 핀들은 환상 홈 (550), 홀들 (540a 및 540b) 및 홀들 (530) 각각 안으로 먼저 삽입된다. 내측 가스켓 (6100) 은 그 후, 내측 전극 (120) 에 탑재된다. 홀들 (6103x 및 6103y) 은 내측 정렬 핀들에 대응하고; 내측 가스켓 (6100) 의 센터 홀은 내측 전극 (120) 의 정렬 링 및 센터 가스 주입 홀에 대응한다. 내측 가스켓 (6100) 의 스포크들 내 및 9 개의 링들 사이의 개구들은 내측 전극 (120) 의 가스 주입 홀들의 제 1 로우 내지 제 8 로우에 대응한다. 9 개의 링 상의 컷아웃들 (6109a, 6109b 및 6109c) 은 홀들 (530a, 530b 및 530c) 각각에 대응한다. 8 개의 스터드/소켓 어셈블리들 (303) 은 8 개의 나사산 소켓들 (520a) 안으로 스레딩되고 8 개의 스터드/소켓 어셈블리들 (303) 은 8 개의 나사산 소켓들 (520b) 안으로 스레딩되어 내측 전극 (120) 을 백킹 플레이트 (140) 에 고정하는데, 내측 가스켓 (6100) 이 그들 사이에 샌드위치된다. 스터드/소켓 어셈블리들 (303) 은 센터와 외측 에지 사이의 로케이션에서 내측 전극 (120) 을 지지하고, 백킹 플레이트 (140) 와의 열 접촉을 향상시키며 기판의 프로세싱 동안 온도 사이클링에 의해 야기된 내측 전극 (120) 의 휘어짐을 감소시킨다. 내측 전극 (120) 은 캠 샤프트들 (150) 을 회전시킴으로써 백킹 플레이트 (140) 에 대해 고정된다. 8 개의 스터드 소켓 어셈블리들 (303) 은 외측 전극 (130) 의 8 개의 나사산 소켓들 안으로 스레딩된다. 제 1 환상 가스켓 (6200) 은 외측 전극 (130) 상에 배치된다. 8 개의 스터드/소켓 어셈블리들 (303) 은 환상 슈라우드 (190) 의 8 개의 나사산 소켓들 안으로 스레딩된다. 제 2 환상 가스켓 (6300) 은 환상 슈라우드 (190) 상에 배치된다. 외측 전극 (130) 및 환상 슈라우드 (190) 는 캠 샤프트들 (160) 을 회전시킴으로써 백킹 플레이트 (140) 에 고정된다. 8 개의 홀들 (6209a) 은 외측 전극 (130) 상에 스레딩된 8 개의 스터드/소켓 어셈블리들 (303) 에 대응한다. 컷아웃들 (6301) 은 슈라우드 (190) 상에 스레딩된 8 개의 스터드/소켓 어셈블리들 (303) 에 대응한다.

내측 가스켓 (6100) 의 스포크들 및 링들 (6101-6109) 은, 그들이 내측 전극 (120) 의 가스 주입 홀 (106), 캠 록들 (151 및 152), 정렬 링, 또는 정렬 핀들을 방해하지 않는 한 임의의 적합한 패턴으로 배열될 수도 있다.

샤워헤드 전극 어셈블리, 샤워헤드 전극, 외측 전극, 가스켓 세트 및 가스 홀 패턴은 그 특정 실시형태들을 참조하여 상세히 설명되었으나, 첨부된 청구범위의 범위를 벗어남 없이 각종 변형들 및 변경들이 이루어지고 등가물들이 이용될 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다.

Claims

평행 플레이트 용량성 결합 플라즈마 프로세싱 챔버에서의 샤워헤드 전극 어셈블리용 샤워헤드 전극으로서,
상기 샤워헤드 전극 어셈블리는 백킹 플레이트, 복수의 스터드 (stud)/소켓 어셈블리들과 캠 샤프트들, 정렬 링, 및 복수의 정렬 핀들을 포함하고, 상기 백킹 플레이트는 상기 백킹 플레이트의 상부 면과 하부 면 사이에서 연장되는 가스 주입 홀들을 갖고,
상기 샤워헤드 전극은,
상기 샤워헤드 전극의 하부 면 상의 플라즈마 노출 면;
상기 샤워헤드 전극의 상부 면 상의 탑재 면; 및
상기 플라즈마 노출 면과 상기 탑재 면 사이에서 연장되고 상기 백킹 플레이트의 상기 가스 주입 홀들에 매칭하는 패턴으로 배열된 복수의 가스 주입 홀들을 포함하고,
상기 가스 주입 홀들은 0.04 인치 이하의 직경을 갖고, 상기 전극의 센터에 하나의 센터 가스 주입 홀 및 가스 주입 홀들의 8 개의 동심형 로우 (row) 들을 갖는 패턴으로 배열되고,
제 1 로우는 상기 전극의 센터로부터 약 0.6-0.7 인치의 반경 거리에 위치된 7 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 2 로우는 상기 전극의 센터로부터 약 1.3-1.4 인치의 반경 거리에 위치된 17 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 3 로우는 상기 전극의 센터로부터 약 2.1-2.2 인치의 반경 거리에 위치된 28 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 4 로우는 상기 전극의 센터로부터 약 2.8-3.0 인치의 반경 거리에 위치된 40 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 5 로우는 상기 전극의 센터로부터 약 3.6-3.7 인치의 반경 거리에 위치된 48개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 6 로우는 상기 전극의 센터로부터 약 4.4-4.5 인치의 반경 거리에 위치된 56개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 7 로우는 상기 전극의 센터로부터 약 5.0-5.1 인치의 반경 거리에 위치된 64개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 8 로우는 상기 전극의 센터로부터 약 5.7-5.8 인치의 반경 거리에 위치된 72개의 가스 주입 홀들을 가지며;
각각의 로우에서 상기 가스 주입 홀들은 방위각적으로 동일하게 이격되는, 샤워헤드 전극.
제 1 항에 있어서,
상기 샤워헤드 전극은, 상기 백킹 플레이트의 상기 하부 면의 개구들과 맞물리는 스터드/소켓 어셈블리들을 수용하도록 구성된 나사산 소켓들 및 내측으로 연장된 플랜지를 갖는 외측 전극, 상기 백킹 플레이트의 상기 하부면의 개구들과 맞물리는 스터드/소켓 어셈블리들을 수용하도록 구성된 복수의 나사산 소켓들을 갖는 환상 슈라우드 (annular shroud) 를 포함하는 샤워헤드 전극 어셈블리의 내측 전극이고,
상기 내측 전극은,
상기 내측 전극의 외측 주변부 상의, 상기 외측 전극의 상기 내측으로 연장된 플랜지와 메이팅 (mate) 하도록 구성된 단일의 환상 단차;
상기 정렬 핀들을 수용하도록 구성된 상기 탑재 면에서의 복수의 무나사산 (unthreaded) 블라인드 홀들;
상기 정렬 링을 수용하도록 구성된 상기 탑재 면에서의 환상 홈; 및
상기 캠 샤프트들과 맞물리는 상기 스터드/소켓 어셈블리들을 수용하고 클램핑 링을 사용하지 않고 상기 백킹 플레이트에 상기 내측 전극을 부착하도록 구성된 상기 탑재 면에서의 복수의 나사산 소켓들을 포함하는, 샤워헤드 전극.
제 2 항에 있어서,
상기 복수의 나사산 소켓들은 8 개의 동일하게 이격된 나사산 소켓들의 제 1 원형 로우 및 8 개의 동일하게 이격된 나사산 소켓들의 제 2 원형 로우를 포함하고;
상기 나사산 소켓들 각각은 7/16-28 의 나사산 크기로 나사산이 형성되고 적어도 0.163 인치의 나사산 깊이를 갖고;
상기 제 1 원형 로우는 상기 내측 전극의 센터로부터 약 2.4-2.6 인치의 반경 거리들에 위치되며;
상기 제 2 원형 로우는 상기 내측 전극의 센터로부터 약 5.3-5.5 의 반경 거리에 위치되는, 샤워헤드 전극.
제 2 항에 있어서,
상기 나사산 소켓들은 상기 내측 전극의 반경 중 1/4 내지 1/2 반경 상에 위치된 제 1 원형 로우에서의 8 개의 나사산 소켓들 및 상기 내측 전극의 반경 중 1/2보다 큰 반경 상에 위치된 제 2 원형 로우에서의 8 개의 나사산 소켓들을 포함하는, 샤워헤드 전극.
제 2 항에 있어서,
상기 정렬 핀들을 수용하도록 구성된 상기 복수의 무나사산 블라인드 홀들은 제 1 세트의 홀들 및 제 2 세트의 홀들을 포함하고,
상기 제 1 세트의 홀들은, (a) 상기 내측 전극의 센터로부터 약 1.7-1.8 인치의 반경 거리에 위치되고; (b) 방사상으로 정렬되고 서로로부터 약 175°만큼 방위각적으로 오프셋되고; (c) 약 0.10-0.12 인치의 직경을 가지며; (d) 적어도 0.2 인치의 깊이를 갖는, 2 개의 홀들을 포함하고,
상기 제 2 세트의 홀들은, (a) 상기 내측 전극의 센터로부터 약 6.0-6.1 인치의 반경 거리에 위치되고; (b) 제 1 홀이 상기 제 1 세트에서의 하나의 홀로부터 시계 방향으로 약 10°만큼 방위각적으로 오프셋되고; (c) 제 2 홀 및 제 3 홀이 상기 제 1 홀과 방사상으로 정렬되고, 상기 제 1 홀로부터 반시계 방향으로 약 92.5°및 약 190°만큼 방위각적으로 오프셋되고; (d) 약 0.11-0.12 인치의 직경을 가지며; (e) 적어도 0.1 인치의 깊이를 갖는, 상기 제 1 홀, 제 2 홀 및 제 3 홀을 포함하는, 샤워헤드 전극.
제 2 항에 있어서,
상기 내측 전극은 약 0.4 인치의 균일한 두께 및 약 12.5 인치의 직경을 갖는 평면 디스크이고;
상기 환상 단차는 약 12.0 인치의 내경 및 약 0.2 인치 길이의 수직 면을 갖고;
상기 환상 홈은 약 0.44 인치의 외경, 약 0.24 인치의 내경 및 적어도 0.1 인치의 깊이를 갖고;
상기 내측 전극은 0.005 와 0.020 Ohm-cm 사이의 저항률 및 10 ppm (parts per million) 미만의 총 중금속 오염을 갖는 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘의 플레이트로부터 제조되는, 샤워헤드 전극.
제 2 항에 기재된 상기 내측 전극을 포함하는 샤워헤드 전극 어셈블리로서,
상기 내측 전극의 각각의 나사산 소켓 안으로 스레딩된 스터드/소켓 어셈블리; 및
캠 샤프트들이 탑재되는 보어 (bore) 들을 갖는 백킹 플레이트를 더 포함하고,
상기 샤워헤드 전극은 단지 상기 캠 샤프트들과 맞물리는 상기 스터드/소켓 어셈블리들에 의해 상기 백킹 플레이트에 고정되는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 7 항에 있어서,
상기 샤워헤드 전극의 상기 나사산 소켓들 안에 스레딩된 스터드/소켓 어셈블리들 중 2 개는 단일의 캠 샤프트와 맞물리는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 2 항에 기재된 상기 내측 전극을 포함하는 샤워헤드 전극 어셈블리로서,
상기 백킹 플레이트의 하부 면의 개구들과 맞물리는 스터드/소켓 어셈블리들을 수용하도록 구성된 스레딩된 소켓들 및 내측 플랜지를 포함하는 외측 전극;
상기 백킹 플레이트의 하부 면의 개구들과 맞물리는 스터드/소켓 어셈블리들을 수용하도록 구성된 복수의 스레딩된 소켓들을 포함하는 환상 슈라우드;
상기 외측 전극의 각각의 나사산 소켓 안에 스레딩된 스터드/소켓 어셈블리로서, 상기 외측 전극은 외측 플랜지 및 상기 내측 플랜지를 포함하고, 상기 내측 플랜지는 상기 내측 전극의 상기 환상 단차 위에 있는, 상기 외측 전극의 각각의 나사산 소켓 안에 스레딩된 스터드/소켓 어셈블리; 및
상기 환상 슈라우드의 각각의 나사산 소켓 안에 스레딩된 스터드/소켓 어셈블리로서, 상기 환상 슈라우드는 상기 외측 전극의 상기 외측 플랜지 위에 있는 내측 플랜지를 갖는, 상기 환상 슈라우드의 각각의 나사산 소켓 안에 스레딩된 스터드/소켓 어셈블리를 더 포함하고,
상기 외측 전극 및 상기 환상 슈라우드는 상기 캠 샤프트들과 맞물린 상기 스터드/소켓 어셈블리들에 의해 상기 백킹 플레이트에 고정되는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 9 항에 있어서,
상기 외측 전극의 나사산 소켓 내에 스레딩된 스터드/소켓 어셈블리 및 상기 환상 슈라우드의 나사산 소켓 내에 스레딩된 스터드/소켓 어셈블리는 단일의 캠 샤프트와 맞물리는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 9 항에 기재된 샤워헤드 전극 어셈블리를 어셈블링하는 방법으로서,
상기 내측 전극의 상기 탑재 면 상의 상기 환상 홈 안으로 정렬 링을 삽입하는 단계;
상기 내측 전극의 상기 탑재 면 상의 복수의 무나사산 블라인드 홀들 안으로 정렬 핀들을 삽입하는 단계;
상기 내측 전극의 상기 탑재 면 상에 내측 가스켓을 탑재하는 단계;
상기 내측 가스켓이 탑재되어 있는 상기 내측 전극을 캠 록들을 이용하여 백킹 플레이트에 고정하는 단계;
상기 외측 전극의 상기 상부 면 상에 제 1 환상 가스켓을 배치하는 단계;
상기 환상 슈라우드 상에 제 2 환상 가스켓을 배치하는 단계;
상기 제 1 환상 가스켓이 탑재되어 있는 상기 외측 전극 및 상기 제 2 환상 가스켓이 탑재되어 있는 상기 환상 슈라우드를 캠 록들을 이용하여 상기 백킹 플레이트에 고정하는 단계를 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리를 어셈블링하는 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 샤워헤드 전극 어셈블리에 탑재되도록 구성된 열적 및 전기적 전도성 가스켓 세트를 더 포함하고,
상기 가스켓 세트는,
상기 내측 전극 상에 탑재되고, 복수의 스포크들에 의해 연결된 복수의 동심형 평평한 링들을 포함하는 내측 가스켓;
상기 내측 가스켓과 동심형이고 상기 외측 전극 상에 탑재되고, 복수의 컷아웃들을 갖는 평평한 환상 링을 포함하는 제 1 환상 가스켓; 및
상기 제 1 환상 가스켓과 동심형이고 상기 환상 슈라우드 상에 탑재되고, 복수의 컷아웃들을 갖는 평평한 환상 링을 포함하는 제 2 환상 가스켓으로 이루어지고,
상기 가스켓 세트는 가스 주입 홀들, 정렬 핀 홀들, 상기 정렬 링 홈 및 상기 나사산 소켓들을 수용하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 12 항에 있어서,
상기 내측 가스켓에서의 상기 동심형 평평한 링들은 연속적이거나 세그먼트화되는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 12 항에 있어서,
상기 내측 가스켓은 약 0.006 인치의 두께 및 적어도 0.1 인치의 폭을 갖는 적어도 6 개의 동심형 평평한 링들을 포함하고,
제 1 링은 적어도 0.44 인치의 내경 및 최대 1.35 인치의 외경을 갖고;
제 2 링은 적어도 1.35 인치의 내경 및 최대 2.68 인치의 외경을 갖고;
제 3 링은 적어도 2.68 인치의 내경 및 최대 4.23 인치의 외경을 갖고;
제 4 링은 적어도 4.23 인치의 내경 및 최대 5.79 인치의 외경을 갖고;
제 5 링은 적어도 5.79 인치의 내경 및 최대 7.34 인치의 외경을 가지며;
제 6 링은 적어도 7.34 인치의 내경 및 최대 8.89 인치의 외경을 갖는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 14 항에 있어서,
상기 내측 가스켓은 9 개의 동심형 평평한 링들을 포함하고,
제 7 링은 적어도 8.89 인치의 내경 및 최대 10.18 인치의 외경을 갖고;
제 8 링은 적어도 10.18 인치의 내경 및 최대 11.46 인치의 외경을 가지며;
제 9 링은 11.92 와 11.97 인치 사이의 내경 및 12.45 와 12.50 인치 사이의 외경을 갖는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 12 항에 있어서,
(a) 상기 제 1 환상 가스켓은 내측 주변부 상의 하나의 컷아웃 및 스터드/소켓 어셈블리들을 수용하도록 구성된 8 개의 홀들의 제 1 세트 및 툴 액세스를 허용하도록 구성된 3 개의 홀들의 제 2 세트를 갖고, 상기 제 1 세트에서의 홀들의 직경은 상기 제 2 세트에서의 홀들의 직경보다 크고;
(b) 상기 제 2 환상 가스켓은 스터드/소켓 어셈블리들을 수용하도록 구성된 외측 주변부 상의 8 개의 컷아웃들을 갖고 내측 주변부 상에는 컷아웃들이 없는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 12 항에 있어서,
(a) 상기 제 1 환상 가스켓은 약 0.006 인치의 두께, 약 1.3 인치의 폭, 약 14.06 인치의 내경 및 약 16.75 인치의 외경을 가지며;
(b) 상기 제 2 환상 가스켓은 약 0.006 인치의 두께, 약 0.7 인치의 폭, 약 17.29 인치의 내경 및 약 18.69 인치의 외경을 갖는, 샤워헤드 전극 어셈블리.