KR20110003073U

KR20110003073U - Clamped monolithic showerhead electrode

Info

Publication number: KR20110003073U
Application number: KR2020100009838U
Authority: KR
Inventors: 그레고리 알 베텐코트; 가우탐 바타차리야; 응 사이먼 고셀린; 샌디 차오; 라 렐라 안토니 데; 프라티크 만키디
Original assignee: 램 리써치 코포레이션
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2010-09-18
Publication date: 2011-03-24
Also published as: KR200462655Y1

Abstract

반도체 기판 처리에 사용된 플라즈마 반응 챔버를 위한 전극 어셈블리가 개시된다. 어셈블리는 일련의 이격된 캠 락에 의해 배킹 플레이트에 기계적으로 부착되는 상부 샤워헤드 전극을 포함한다. 가드 링은 배킹 플레이트를 둘러싸고 가드 링 내의 개구와 배킹 플레이트 내 개구가 정렬되는 위치로 이동가능하여, 샤워헤드 전극의 상부면으로부터 연장된 락킹 핀들을 풀기 위해 캠 락이 툴을 이용하여 회전될 수 있다.An electrode assembly for a plasma reaction chamber used in semiconductor substrate processing is disclosed. The assembly includes an upper showerhead electrode that is mechanically attached to the backing plate by a series of spaced cam locks. The guard ring is movable to a position surrounding the backing plate and the opening in the guard ring and the opening in the backing plate are aligned so that the cam lock can be rotated with the tool to release the locking pins extending from the top surface of the showerhead electrode.

Description

Clamp type monolithic showerhead electrode {CLAMPED MONOLITHIC SHOWERHEAD ELECTRODE}

본 출원은, 2009년 9월 18일에 출원되고 발명의 명칭이 "CLAMPED MONOLITHIC SHOWERHEAD ELECTRODE"인 미국 가출원 제 61/243,647호를 35 U.S.C. §119 하에서 우선권 주장하며, 그 전체 내용은 여기에 참조로서 통합된다.This application is filed on Sep. 18, 2009 and is entitled "CLAMPED MONOLITHIC SHOWERHEAD ELECTRODE" US Provisional Application No. 61 / 243,647 to 35 U.S.C. Priority claims under §119, the entire contents of which are hereby incorporated by reference.

집적 회로 칩의 제작은 통상적으로 "웨이퍼"로 불리는 (실리콘 또는 게르마늄과 같은) 고순도의 단결정 반도체 재료 기판의 얇고 연마된 슬라이스로 시작된다. 각 웨이퍼는 웨이퍼 상에 다양한 회로 구조를 형성하는 물리 및 화학적 프로세싱 단계의 시퀀스에 처해진다. 제작 프로세스 중에, 다양한 타입의 박막은, 실리콘 산화막을 생성하기 위한 열 산화, 실리콘 막, 실리콘 산화막, 및 실리콘 질화막을 생성하기 위한 화학적 기상 증착, 및 다른 금속막을 생성하기 위한 스퍼터링 또는 다른 기술과 같은 다양한 기술을 이용하여 웨이퍼 상에 증착될 수도 있다.Fabrication of integrated circuit chips begins with thin, polished slices of high purity single crystal semiconductor material substrates (such as silicon or germanium), commonly referred to as "wafers." Each wafer is subjected to a sequence of physical and chemical processing steps that form various circuit structures on the wafer. During the fabrication process, various types of thin films can be used, such as thermal oxidation to produce silicon oxide films, chemical vapor deposition to produce silicon films, silicon oxide films, and silicon nitride films, and sputtering or other techniques to produce other metal films. It may be deposited on a wafer using a technique.

반도체 웨이퍼 상에 막을 증착한 후에, 반도체의 고유한 전기적 특성은 도핑으로 불리는 프로세스를 이용하여 반도체 결정 격자로 선택된 불순물을 치환함으로써 생성된다. 도핑된 실리콘 웨이퍼는 이후, "레지스트"로 불리는 감광성, 또는 감방사선성 재료의 얇은 층으로 균일하게 코팅될 수도 있다. 회로에 전자 경로를 정의하는 작은 기하학적 패턴은 이후 리소그래피로 알려진 프로세스를 이용하여 레지스트로 전사될 수도 있다. 리소그래픽 프로세스 중에, 집적된 회로 패턴은 "마스크"로 불리는 유리 플레이트 상에 그려진 후, 광학적으로 환원되고, 투사되며, 감광성 코팅으로 전사될 수도 있다.After depositing a film on a semiconductor wafer, the intrinsic electrical properties of the semiconductor are produced by substituting the selected impurities with the semiconductor crystal lattice using a process called doping. The doped silicon wafer may then be uniformly coated with a thin layer of photosensitive, or radiation sensitive material, referred to as a "resist." Small geometric patterns that define electron paths in the circuit may then be transferred to the resist using a process known as lithography. During the lithographic process, the integrated circuit pattern may be drawn on a glass plate called a "mask" and then optically reduced, projected, and transferred to the photosensitive coating.

리소그래프 레지스트 패턴은 이후 에칭으로 알려진 프로세스를 통해 반도체 재료의 기저 결정질 표면으로 전사된다. 진공 프로세싱 챔버는 일반적으로, 진공 챔버에 에칭 또는 증착 가스를 공급하고 이 가스를 무선 주파수 (RF) 필드에 도포하여 이 가스를 플라즈마 상태로 에너자이징함으로써 기판 상의 재료의 화학적 기상 증착 및 에칭에 이용된다.The lithographic resist pattern is then transferred to the underlying crystalline surface of the semiconductor material through a process known as etching. Vacuum processing chambers are generally used for chemical vapor deposition and etching of materials on a substrate by supplying an etch or deposition gas to the vacuum chamber and applying the gas to a radio frequency (RF) field to energize the gas into a plasma state.

반응성 이온 에칭 시스템은 통상적으로 그 안에 위치한 상부 전극 또는 애노드 및 하부 전극 또는 캐소드를 갖는 에칭 챔버로 구성된다. 캐소드는 애노드 및 컨테이너 벽에 대해 음극으로 바이어스된다. 에칭될 웨이퍼는 적절한 마스크에 의해 커버되고 바로 캐소드 상에 위치한다. CF₄, CHF₃, CClF₃, HBr, Cl₂, 및 SF₆ 와 같은 화학 반응성 가스 또는 O₂, N₂, He 또는 Ar 과의 이들의 혼합물은 에칭 챔버로 도입되고, 통상적으로 밀리토르 (millitorr) 범위에 있는 압력으로 유지된다. 상부 전극은, 가스가 전극을 통해 챔버로 균일하게 분산되게 하는 가스 아웃렛(들)이 제공되는 샤워헤드 전극이다. 애노드와 캐소드 사이에 구축된 전계는 반응 가스 형성 플라즈마를 해리할 것이다. 웨이퍼의 표면은 웨이퍼의 표면을 마찰하는 이온의 모멘텀 전달에 의해 그리고 활성 이온과의 화학 반응에 의해 에칭된다. 전극에 의해 발생하는 전계는 이온을 캐소드로 끌어 당겨서, 프로세스가 잘 정의된 수직 에칭된 측벽을 생성하도록 우세한 수직 방향으로 표면을 마찰하게 할 것이다.A reactive ion etch system typically consists of an etch chamber having an upper electrode or anode and a lower electrode or cathode located therein. The cathode is biased with the cathode against the anode and container walls. The wafer to be etched is covered by a suitable mask and placed directly on the cathode. Chemically reactive gases such as CF ₄ , CHF ₃ , CClF ₃ , HBr, Cl ₂ , and SF ₆ or mixtures thereof with O ₂ , N ₂ , He or Ar are introduced into the etching chamber and are typically millitorr Is maintained at a pressure in the range. The upper electrode is a showerhead electrode provided with gas outlet (s) to allow gas to be uniformly distributed through the electrode into the chamber. The electric field built up between the anode and the cathode will dissociate the reactant gas forming plasma. The surface of the wafer is etched by momentum transfer of ions rubbing the surface of the wafer and by chemical reaction with active ions. The electric field generated by the electrodes will attract ions to the cathode, causing the process to rub the surface in the predominant vertical direction to create a well defined vertical etched sidewall.

샤워헤드 전극의 플라즈마 노출 표면에서 원하는 플라즈마 화학작용을 달성하기 위해, 반도체 기판의 플라즈마 프로세싱 중에 샤워헤드 전극의 신뢰성 있고 반복가능한 온도 제어가 바람직하다. 개시물이 여기에 참조로서 통합된 공동 소유인 미국특허출원 제 2009/0081878호 및 제 2008/0308228호는 샤워헤드 전극 어셈블리에 대한 온도 제어 모듈을 개시한다.In order to achieve the desired plasma chemistry at the plasma exposed surface of the showerhead electrode, reliable and repeatable temperature control of the showerhead electrode is desirable during plasma processing of the semiconductor substrate. Co-owned US patent applications 2009/0081878 and 2008/0308228, the disclosures of which are incorporated herein by reference, disclose a temperature control module for a showerhead electrode assembly.

샤워헤드 전극의 유지관리는 복잡한 탑재 배열로 인해 어려울 수 있다. 2008년 7월 7일에 출원된 공동 소유인 미국 가출원이 아닌 특허출원 제 12/216524호는 일련의 캠 락에 의해 배킹 플레이트에 제거가능하게 부착되는 모놀리식 샤워헤드 전극을 개시한다. 도시된 실시형태에서, 배킹 플레이트는 캠 락을 하우징하는 환형 돌출부를 갖고, 샤워헤드 전극은 배킹 플레이트 상의 돌출부와 짝이 되는 환형 오목부를 가진다.Maintenance of the showerhead electrodes can be difficult due to complex mounting arrangements. Co-owned US Provisional Application No. 12/216524, filed on July 7, 2008, discloses a monolithic showerhead electrode that is removably attached to a backing plate by a series of cam locks. In the embodiment shown, the backing plate has an annular protrusion housing the cam lock and the showerhead electrode has an annular recess mating with the protrusion on the backing plate.

몇몇 플라즈마 프로세스에서, 챔버에서 보다 균일하게 처리 가스를 분배하는 가스 아웃렛 패턴을 제공하는 것이 바람직하다.In some plasma processes, it is desirable to provide a gas outlet pattern that distributes the processing gas more uniformly in the chamber.

개선된 가스 분배 및 온도 제어를 갖는 클램프형 모놀리식 샤워헤드 전극이 본 명세서에서 개시된다.Clamped monolithic showerhead electrodes with improved gas distribution and temperature control are disclosed herein.

일 실시형태에 따라서, 플라즈마 반응 챔버에서 사용하기 위한 샤워헤드 전극은, 샤워헤드 전극의 상부면 및 하부면에 의해 정의된 중앙부 및 주변부를 포함한다. 상부면은 중앙부 및 주변부를 가로질러 연장된 평면을 포함하고, 하부면은 중앙부를 가로질러 연장된 내부 평면 및 주변부를 가로질러 연장된 스텝형 외부 표면에 의해 정의된다. 스텝형 외부 표면은 샤워헤드 전극의 증가된 두께의 면적을 정의하는 적어도 하나의 환형 평면을 포함하고 복수의 원주형으로 이격된 소켓들은 주변부의 상부 표면에 위치되고 샤워헤드 전극을 배킹 플레이트에 클램핑하도록 구성된 캠 락을 수용하도록 구성된다. 복수의 가스 아웃렛은 샤워헤드 전극과 웨이퍼가 지지되는 하부 전극 간의 갭으로 처리 가스가 전달될 수 있는 샤워헤드 전극의 중앙부에 위치된다. 가스 아웃렛은 하나의 중심 가스 아웃렛과, 샤워헤드 전극의 중심으로부터 약 0.5 인치에 위치된 제 1 로우의 10개의 가스 아웃렛, 중심으로부터 약 0.9 인치에 위치된 제 2 로우의 18개의 가스 아웃렛, 중심으로부터 약 1.4 인치에 위치된 제 3 로우의 28개의 가스 아웃렛, 중심으로부터 약 1.8 인치에 위치된 제 4 로우의 38개의 가스 아웃렛, 중심으로부터 약 2.3 인치에 위치된 제 5 로우의 46개의 가스 아웃렛, 중심으로부터 약 2.7 인치에 위치된 제 6 로우의 56개의 가스 아웃렛, 중심으로부터 약 3.2 인치에 위치된 제 7 로우의 66개의 가스 아웃렛, 중심으로부터 약 3.6 인치에 위치된 제 8 로우의 74개의 가스 아웃렛, 중심으로부터 약 4.1 인치에 위치된 제 9 로우의 84개의 가스 아웃렛, 중심으로부터 약 4.6 인치에 위치된 제 10 로우의 94개의 가스 아웃렛, 중심으로부터 약 5.1 인치에 위치된 제 11 로우의 104개의 가스 아웃렛, 중심으로부터 약 5.4 인치에 위치된 제 12 로우의 110개의 가스 아웃렛 및 중심으로부터 약 5.7 인치에 위치된 제 13 로우의 120개의 홀을 갖는 13개의 원주형으로 연장된 로우의 가스 아웃렛을 갖는 패턴으로 배열된다. 상부면의 홀을 수용하는 온도 센서는 온도 센서를 수용하도록 구성된다.According to one embodiment, a showerhead electrode for use in a plasma reaction chamber includes a central portion and a peripheral portion defined by the top and bottom surfaces of the showerhead electrode. The top surface comprises a plane extending across the center and periphery, the bottom surface being defined by an inner plane extending across the center and a stepped exterior surface extending across the periphery. The stepped outer surface includes at least one annular plane defining an area of increased thickness of the showerhead electrode and the plurality of circumferentially spaced sockets are located at the upper surface of the periphery and clamp the showerhead electrode to the backing plate. Configured to receive the configured cam lock. The plurality of gas outlets is located at the center of the showerhead electrode through which process gas can be delivered into the gap between the showerhead electrode and the lower electrode on which the wafer is supported. The gas outlet includes one central gas outlet, ten gas outlets of a first row located about 0.5 inches from the center of the showerhead electrode, eighteen gas outlets of a second row located about 0.9 inches from the center, from the center 28 gas outlets of a third row located about 1.4 inches, 38 gas outlets of a fourth row located about 1.8 inches from the center, 46 gas outlets of a fifth row located about 2.3 inches from the center, center 56 gas outlets of a sixth row located about 2.7 inches from, 66 gas outlets of a seventh row located about 3.2 inches from the center, 74 gas outlets of an eighth row located about 3.6 inches from the center, 84 gas outlets of the ninth row located about 4.1 inches from the center, 94 gas outlets of the tenth row located about 4.6 inches from the center, from the center 13 with 104 gas outlets of the 11th row located at about 5.1 inches, 110 gas outlets of the 12th row located at about 5.4 inches from the center and 120 holes of the 13th row located at about 5.7 inches from the center Are arranged in a pattern having two circumferentially extending rows of gas outlets. The temperature sensor that receives the hole in the top surface is configured to receive the temperature sensor.

스텝형 외부 표면은 싱글 스텝 또는 멀티 스텝 구성을 포함할 수 있다. 싱글 스텝형 구성은 하나의 환형 평면과 내부 및 외부 경사면들을 포함하며, 내부 경사면은 내부 평면과 하나의 환형 평면 사이에서 연장되고, 외부 경사면은 하나의 환형 평면과 샤워헤드 전극의 외부 에지 사이에서 연장된다.The stepped outer surface may comprise a single step or multi step configuration. The single stepped configuration includes one annular plane and inner and outer inclined planes, the inner inclined plane extending between the inner plane and one annular plane, and the outer inclined plane extending between one annular plane and the outer edge of the showerhead electrode do.

멀티 스텝형 구성은 내부 및 외부 환형 평면들 및 내부, 중간 및 외부 경사면을 포함한다. 내부 경사면은 내부 평면과 환형 내부 평면 사이에서 연장되고, 중간 경사면은 내부 환형 표면과 외부 환형 평면 사이에서 연장되고, 그리고 외부 경사면은 외부 환형 표면과 샤워헤드 전극의 외부 에지 사이에서 연장된다. 내부 평면에 걸친 멀티 스텝형 샤워헤드 전극의 두께는 내부 환형 평면에 걸친 두께보다 얇고 환형 평면에 걸친 두께는 외부 환형 평면에 걸친 두께보다 얇다.The multi-stepped configuration includes inner and outer annular planes and inner, middle and outer sloped surfaces. The inner inclined plane extends between the inner plane and the annular inner plane, the intermediate inclined plane extends between the inner annular surface and the outer annular plane, and the outer inclined plane extends between the outer annular surface and the outer edge of the showerhead electrode. The thickness of the multi-step showerhead electrode across the inner plane is thinner than the thickness across the inner annular plane and the thickness across the annular plane is thinner than the thickness across the outer annular plane.

플라즈마 반응 챔버에서 보다 균일하게 처리 가스를 분배하는 가스 아웃렛 패턴을 제공한다.It provides a gas outlet pattern for more uniformly distributing the process gas in the plasma reaction chamber.

도 1 은 샤워헤드 전극 어셈블리의 부분 단면도.
도 2a 는 도 1 에 도시된 리액터에서 샤워헤드 전극을 클램핑하기 위한 예시적인 캠 락의 3차원 표현도.
도 2b 는 도 2a 의 예시적인 캠 락 전극 클램프의 단면도.
도 3 은 도 2a 및 도 2b 의 캠 락 클램프에 이용되는 예시적인 락킹 핀의 측면도 및 어셈블리도.
도 4a 는 도 2a 및 도 2b 의 캠 락 클램프에 이용되는 예시적인 캠 샤프트의 측면도 및 어셈블리도.
도 4b 는 도 4a 의 캠 샤프트의 일부의 예시적인 커터-경로 에지의 단면도.
도 5 는 샤워헤드 전극, 배킹 플레이트, 열 제어 플레이트, 가드 링 및 탑 플레이트를 갖는 샤워헤드 전극 어셈블리를 도시한 도면.
도 6a 는 샤워헤드 전극의 상면도.
도 6b 는 샤워헤드 전극의 일 실시형태에 따른 샤워헤드 전극의 단면도.
도 6c 는 도 6b 의 부분 C의 확대도.
도 6d 는 온도 센서의 수용을 위한 오목부를 지나는 샤워헤드 전극의 부분 단면도.
도 6e 는 샤워헤드 전극의 다른 실시형태의 부분 단면도.
도 6f 는 샤워헤드 전극의 또 다른 실시형태의 부분 단면도.
도 7 은 도 5 에 도시된 배킹 플레이트의 사시도. 도시된 가스 통로 패턴 및 정렬 핀 홀 패턴은 정확하지 않다.
도 8 은 가드 링이 없는 샤워헤드 전극 어셈블리의 사시도. 도시된 가스 통로 패턴은 정확하지 않다.1 is a partial cross-sectional view of a showerhead electrode assembly.
FIG. 2A is a three dimensional representation of an exemplary cam lock for clamping a showerhead electrode in the reactor shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 2B is a cross-sectional view of the exemplary cam lock electrode clamp of FIG. 2A.
3 is a side and assembly view of an exemplary locking pin used in the cam lock clamp of FIGS. 2A and 2B.
4A is a side and assembly view of an exemplary cam shaft used in the cam lock clamps of FIGS. 2A and 2B.
4B is a cross-sectional view of an exemplary cutter-path edge of a portion of the cam shaft of FIG. 4A.
5 shows a showerhead electrode assembly having a showerhead electrode, a backing plate, a thermal control plate, a guard ring and a top plate.
6A is a top view of the showerhead electrode.
6B is a cross-sectional view of the showerhead electrode according to one embodiment of the showerhead electrode.
FIG. 6C is an enlarged view of part C of FIG. 6B.
6D is a partial cross-sectional view of the showerhead electrode passing through the recess for receiving the temperature sensor.
6E is a partial cross-sectional view of another embodiment of a showerhead electrode.
6F is a partial cross-sectional view of yet another embodiment of a showerhead electrode.
FIG. 7 is a perspective view of the backing plate shown in FIG. 5. FIG. The gas passage pattern and alignment pin hole pattern shown are not accurate.
8 is a perspective view of the showerhead electrode assembly without the guard ring. The gas passage pattern shown is not accurate.

상세한 설명details

도 1 은 기판을 에칭하기 위한 플라즈마 프로세싱 시스템의 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 의 실시형태의 부분 단면도를 도시한다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는 샤워헤드 전극 (110), 배킹 플레이트 (140), 및 가드 링 (또는 외부 링)(170) 을 포함한다. 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는, 배킹 플레이트 (140) 및 샤워헤드 전극 (110) 의 외부 주변을 둘러싸는 플라즈마 한정 링 어셈블리 (도는 웨이퍼 영역 압력 (WAP) 어셈블리)(180) 를 더 포함한다.1 shows a partial cross-sectional view of an embodiment of a showerhead electrode assembly 100 of a plasma processing system for etching a substrate. As shown in FIG. 1, the showerhead electrode assembly 100 includes a showerhead electrode 110, a backing plate 140, and a guard ring (or outer ring) 170. The showerhead electrode assembly 100 further includes a plasma confinement ring assembly (or wafer region pressure (WAP) assembly) 180 that surrounds the outer periphery of the backing plate 140 and the showerhead electrode 110.

어셈블리 (100) 는, 유체 흐름 채널을 갖고 챔버의 온도 제어되는 벽을 형성하는 상부 (상단) 플레이트 (104), 및 열 제어 플레이트 (102) 를 더 포함한다. 샤워헤드 전극 (110) 은 원형 플레이트인 것이 바람직하고, 단결정 실리콘, 다결정질 실리콘, 실리콘 카바이드 또는 다른 적절한 재료 (예를 들어, 알루미늄 또는 그 합금, 양극 처리된 알루미늄, 산화이트륨-코팅된 알루미늄) 와 같은 전도성 고순도 재료로 이루어질 수도 있다. 열전대와 같은 적절한 온도 범위를 갖는 온도 센서 (580, 도 5), 광섬유 온도 센서 또는 저항 온도 검출기는 샤워헤드 전극 (110) 을 직접 접촉하도록 구성된다. 배킹 플레이트 (140) 는 이하 설명되는 기계적 패스너 (fastener) 로 샤워헤드 전극 (110) 에 기계적으로 고정된다. 가드 링 (170) 은 이하 설명되는 바와 같이 배킹 플레이트 (140) 를 둘러싸고, 캠 락킹 부재에 대한 접근을 제공한다. 온도 센서 (580) 는, 샤워헤드 전극의 온도를 조절하는 하나 이상의 가열기 (582) 를 활성화하는 제어기 (581) 로 온도 데이터를 출력한다.Assembly 100 further includes a top (top) plate 104, and a thermal control plate 102, which have fluid flow channels and form a temperature controlled wall of the chamber. The showerhead electrode 110 is preferably a circular plate, with monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, silicon carbide or other suitable material (e.g., aluminum or alloys thereof, anodized aluminum, yttrium-coated aluminum) and It may be made of the same conductive high purity material. A temperature sensor 580 (FIG. 5), an optical fiber temperature sensor or a resistance temperature detector with a suitable temperature range, such as a thermocouple, is configured to directly contact the showerhead electrode 110. The backing plate 140 is mechanically fixed to the showerhead electrode 110 with a mechanical fastener described below. The guard ring 170 surrounds the backing plate 140 as described below and provides access to the cam locking member. The temperature sensor 580 outputs temperature data to a controller 581 that activates one or more heaters 582 that adjust the temperature of the showerhead electrode.

도 1 에 도시된 것과 같은 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는 통상적으로, 플랫 하부 전극 (이 위에 웨이퍼가 대략 1 내지 2 cm 의 거리로 샤워헤드 전극 (110) 아래에 지지됨) 을 통합하는 정전 척 (미도시) 과 함께 이용된다. 이러한 플라즈마 프로세싱 시스템의 예는 캘리포니아주 프레몬트의 램 리서치 코포레이션에 의해 제조된 Exelan^® 유전체 에칭 시스템과 같은 평행 플레이트 타입 리액터이다. 이러한 처킹 배열은, 웨이퍼와 척 사이의 열 전달의 레이트를 제어하는 백사이드 헬륨 (He) 압력을 공급함으로써 웨이퍼의 온도 제어를 제공한다.The showerhead electrode assembly 100 as shown in FIG. 1 typically has an electrostatic chuck incorporating a flat bottom electrode (on which a wafer is supported below the showerhead electrode 110 at a distance of approximately 1 to 2 cm). Used with (not shown). An example of such a plasma processing system is a parallel plate type reactor, such as the Exelan ^® dielectric etch system made by Lam Research Corporation of California Fremont. This chucking arrangement provides temperature control of the wafer by supplying backside helium (He) pressure that controls the rate of heat transfer between the wafer and the chuck.

샤워헤드 전극 (110) 은 주기적으로 교체되어야 하는 소비성 부품이다. 처리 가스를 웨이퍼와 샤워헤드 전극 (110) 사이의 갭에 공급하기 위해, 샤워헤드 전극 (110) 아래의 반응 구역에 플라즈마를 형성하고 전극에 의해 에너자이징되는 처리 가스를 공급하는데 적절한 분배 및 사이즈로 이루어진 가스 아웃렛 (106) 이 샤워헤드 전극 (110) 에 제공된다.The showerhead electrode 110 is a consumable part that must be replaced periodically. In order to supply the processing gas into the gap between the wafer and the showerhead electrode 110, it is made of a distribution and size suitable for forming a plasma in the reaction zone below the showerhead electrode 110 and supplying the processing gas energized by the electrode. A gas outlet 106 is provided to the showerhead electrode 110.

샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는, 배킹 플레이트 (140) 및 샤워헤드 전극 (110) 의 외주부를 둘러싸는 플라즈마 한정 링 어셈블리 (또는 웨이퍼 영역 플라즈마 (WAP) 어셈블리) (180) 를 또한 포함한다. 플라즈마 한정 어셈블리 (180) 는 배킹 플레이트 (140) 및 샤워헤드 전극 (110) 의 외주부를 둘러싸는 복수의 이격 링 (190) 또는 스택으로 구성되는 것이 바람직하다. 프로세싱 동안, 플라즈마 한정 어셈블리 (180) 은 반응 구역에서의 압력차를 야기하고 반응 챔버 벽과 플라즈마 사이의 전기 저항을 증가시킴으로써 샤워헤드 전극 (110) 과 하부 전극 (도시하지 않음) 사이에 플라즈마를 한정한다.The showerhead electrode assembly 100 also includes a plasma confinement ring assembly (or wafer region plasma (WAP) assembly) 180 that surrounds the backing plate 140 and the outer periphery of the showerhead electrode 110. The plasma confinement assembly 180 preferably consists of a plurality of spacing rings 190 or stacks surrounding the outer periphery of the backing plate 140 and the showerhead electrode 110. During processing, the plasma confinement assembly 180 confines the plasma between the showerhead electrode 110 and the lower electrode (not shown) by causing a pressure difference in the reaction zone and increasing the electrical resistance between the reaction chamber wall and the plasma. do.

사용 동안, 한정 링 (190) 은 플라즈마를 챔버 체적에 한정시키고, 반응 챔버 내의 플라즈마의 압력을 제어한다. 반응 챔버로의 플라즈마의 한정은, RF 전력의 주파수 및 레벨뿐만 아니라, 플라즈마에 있어서 가스의 유량 및 종류, 한정 링 외측의 반응 챔버 내의 압력, 및 한정 링들 (190) 사이의 간격을 포함하는 여러가지 요인의 함수이다. 플라즈마의 한정은 한정 링들 (190) 사이의 간격이 매우 작은 경우에 보다 용이하게 달성된다. 통상, 한정을 위해 0.15 인치 이하의 간격이 요구된다. 그러나, 한정 링들 (190) 의 간격은 플라즈마의 압력을 또한 결정하며, 이 간격은 플라즈마를 유지하면서도 최적 프로세스 성능을 위해 요구되는 압력을 달성하도록 조절될 수 있는 것이 바람직하다. 가스 공급부로부터의 처리 가스는 상부 플레이트 (104) 에서의 하나 이상의 통로를 통하여 샤워헤드 전극 (110) 에 공급되는데, 하나 이상의 통로는 처리 가스가 웨이퍼 위의 하나의 구역 또는 다수의 구역에 공급되게 한다.During use, confinement ring 190 confines the plasma to the chamber volume and controls the pressure of the plasma in the reaction chamber. The confinement of the plasma to the reaction chamber may include various factors including the frequency and level of RF power, as well as the flow rate and type of gas in the plasma, the pressure in the reaction chamber outside the confinement ring, and the spacing between confinement rings 190. Is a function of. Confinement of the plasma is more easily achieved when the spacing between confinement rings 190 is very small. Typically, a spacing of 0.15 inches or less is required for limitation. However, the spacing of the confinement rings 190 also determines the pressure of the plasma, which preferably can be adjusted to achieve the pressure required for optimal process performance while maintaining the plasma. The process gas from the gas supply is supplied to the showerhead electrode 110 through one or more passages in the top plate 104, the one or more passages causing the process gas to be supplied to one zone or multiple zones on the wafer. .

샤워헤드 전극 (110) 은, 중심 (도 1 의 좌측) 으로부터 외부 에지에서 안쪽으로 연장하는 플라즈마 노출면 상에 적어도 스텝을 형성하는 증가된 두께의 영역까지 균일한 두께를 갖는 원형 플레이트인 것이 바람직하다. 샤워헤드 전극 (110) 은 프로세싱될 웨이퍼 보다 더 큰 직경, 예컨대 300 mm를 초과하는 직경을 갖는 것이 바람직하다. 샤워헤드 전극 (110) 의 직경은 300 mm 웨이퍼를 프로세싱하기 위해 약 15 인치 내지 약 17 인치일 수 있다 (본 명세서에서 사용되는 "약" 은 ±10% 를 지칭한다).The showerhead electrode 110 is preferably a circular plate having a uniform thickness from the center (left side of FIG. 1) to an area of increased thickness that forms at least a step on the plasma exposed surface extending inward at the outer edge. . The showerhead electrode 110 preferably has a larger diameter than the wafer to be processed, such as a diameter exceeding 300 mm. The diameter of the showerhead electrode 110 can be from about 15 inches to about 17 inches to process a 300 mm wafer (“about” as used herein refers to ± 10%).

단결정 실리콘 및 다결정성 실리콘이 샤워헤드 전극 (110) 의 플라즈마 노출면에 대한 재료인 것이 바람직하다. 고순도의 단결정 또는 다결정성 실리콘은 반응 챔버에 바람직하지 않은 엘리먼트의 최소량만을 도입하고 또한 플라즈마 프로세싱 동안 부드럽게 마모되어 파티클을 최소화하기 때문에, 플라즈마 프로세싱 동안 기판의 오염을 최소화한다. 샤워헤드 전극 (110) 의 플라즈마 노출면에 대해 사용될 수 있는 재료의 복합물을 포함하는 대안적인 재료는, 예컨대, 알루미늄 (본 명세서에서 사용되는 "알루미늄" 은 순수 Al 및 그 합금 (양극산화되거나 양극산화되지 않거나 또는 다른 코팅된 표면을 갖거나 또는 갖지 않음) 을 지칭한다), 다결정성 실리콘, 산화이트륨 코팅 알루미늄, SiC, SiN, 및 AlN 을 포함한다.Preferably, single crystal silicon and polycrystalline silicon are materials for the plasma exposed surface of the showerhead electrode 110. High purity monocrystalline or polycrystalline silicon minimizes contamination of the substrate during plasma processing because it introduces only a minimum amount of undesirable elements into the reaction chamber and also wears smoothly during plasma processing to minimize particles. Alternative materials, including composites of materials that can be used for the plasma exposed surface of the showerhead electrode 110, include, for example, aluminum ("aluminum" as used herein is pure Al and its alloys (anodized or anodized). Or with or without other coated surfaces), polycrystalline silicon, yttria coated aluminum, SiC, SiN, and AlN.

배킹 플레이트 (140) 는, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 반도체 기판을 프로세싱하기 위해 사용되는 처리 가스와 화학적으로 상용가능하고, 전극 재료의 열팽창 계수와 거의 일치하는 열팽창 계수를 가지며, 및/또는 전기 전도성과 열 전도성이 있는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 배킹 플레이트 (140) 를 제작하기 위해 사용될 수 있는 바람직한 재료는 그래파이트, SiC, 알루미늄 (Al), 또는 다른 적합한 재료를 포함하지만, 이들에 한정되지 않는다.The backing plate 140 is chemically compatible with the processing gas used to process the semiconductor substrate in the plasma processing chamber, has a coefficient of thermal expansion that closely matches that of the electrode material, and / or electrical conductivity and thermal conductivity. It is preferable that it consists of a material with this. Preferred materials that can be used to fabricate backing plate 140 include, but are not limited to, graphite, SiC, aluminum (Al), or other suitable materials.

샤워헤드 전극 (110) 은 전극과 배킹 플레이트 사이의 임의의 부착성 본딩 없이 배킹 플레이트 (140) 에 기계적으로 부착되고, 즉, 전극을 배킹 플레이트에 부착하기 위해 열 전도성 및 전기 전도성 엘라스토머성 본딩 재료가 사용되지 않는다.The showerhead electrode 110 is mechanically attached to the backing plate 140 without any adhesive bonding between the electrode and the backing plate, i.e., a thermally conductive and electrically conductive elastomeric bonding material is attached to attach the electrode to the backing plate. Not used.

배킹 플레이트 (140) 는 볼트, 스크류 등으로 쓰레딩될 수 있는, 적합한 기계적 패스너로 열적 제어 플레이트 (102) 에 부착되는 것이 바람직하다. 예컨대, 볼트 (도시하지 않음) 가 열적 제어 플레이트 (102) 의 홀에 삽입되어, 배킹 플레이트 (140) 의 쓰레딩된 개구에 나사결합될 수 있다. 열적 제어 플레이트 (102) 는 굴곡부 (184; flexure portion) 를 포함하고, 알루미늄 등과 같은 가공된 금속성 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 온도 제어된 상부 플레이트 (104) 는 알루미늄으로 이루어지는 것이 바람직하다. 플라즈마 한정 어셈블리 (또는 웨이퍼 영역 플라즈마 어셈블리 (WAP)) (180) 는 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 의 바깥쪽에 위치된다. 복수의 수직 조절가능 플라즈마 한정 링 (190) 을 포함하는 적절한 플라즈마 한정 어셈블리 (180) 는, 공동 소유된 미국 특허 제5,534,751호에 기재되어 있고, 그 전체내용이 참조로서 본 명세서에 통합되어 있다.The backing plate 140 is preferably attached to the thermal control plate 102 with a suitable mechanical fastener, which may be threaded with bolts, screws, or the like. For example, a bolt (not shown) can be inserted into the hole of the thermal control plate 102 and screwed into the threaded opening of the backing plate 140. The thermal control plate 102 includes a flexure portion 184 and is preferably made of a processed metallic material such as aluminum. The temperature controlled top plate 104 preferably consists of aluminum. The plasma confinement assembly (or wafer region plasma assembly (WAP)) 180 is located outside of the showerhead electrode assembly 100. A suitable plasma confinement assembly 180 that includes a plurality of vertically adjustable plasma confinement rings 190 is described in co-owned US Pat. No. 5,534,751, which is incorporated herein by reference in its entirety.

2008년 3월 14일자로 출원된 미국 특허출원 제61/036,862호를 우선권 주장하는 공동 소유된 PCT/US2009/001593 에 기재된 바와 같이, 샤워헤드 전극 (110) 은 캠 락 메커니즘에 의해 배킹 플레이트 (140) 에 기계적으로 부착될 수 있고, 그 개시내용이 참조로서 본 명세서에 통합되어 있다. 도 2a 를 참조하면, 예시적인 캠 락 전극 클램프의 3 차원 도면은 배킹 플레이트 (203) 및 전극 (201) 의 일부를 포함한다. 전극 클램프는 도 1 에 나타낸 플라즈마 에칭 챔버와 같은, 다양한 제조관련 툴 내에서 배킹 플레이트에 소모성 전극 (201) 을 신속하게, 청결하게 그리고 정확하게 부착할 수 있다.As described in co-owned PCT / US2009 / 001593, which claims priority in US patent application Ser. No. 61 / 036,862, filed March 14, 2008, the showerhead electrode 110 is backed by a cam lock mechanism. Mechanically attached), the disclosure of which is incorporated herein by reference. Referring to FIG. 2A, a three-dimensional view of an exemplary cam lock electrode clamp includes a backing plate 203 and a portion of electrode 201. The electrode clamp can quickly, cleanly and accurately attach the consumable electrode 201 to the backing plate within various fabrication related tools, such as the plasma etching chamber shown in FIG. 1.

전극 클램프는 소켓 (213) 내에 장착된 스터드 (락킹 핀) (205) 를 포함한다. 스터드는, 예컨대, 스테인리스 강 베르빌 와셔 (stainless steel Belleville washer) 와 같은 디스크 스프링 스택 (215) 에 의해 둘러싸여 있을 수도 있다. 그후, 스터드 (205) 및 디스크 스프링 스택 (215) 은 접착제 또는 기계적 패스너를 사용하여 소켓 (213) 에 압입되거나 또는 다른 방식으로 고정될 수도 있다. 스터드 (205) 및 디스크 스프링 스택 (215) 은, 전극 (201) 과 배킹 플레이트 (203) 사이에서 제한된 양의 횡방향 이동이 가능하도록 소켓 (213) 내에 배열된다. 횡방향 이동량을 제한하는 것은, 2 개의 부품 사이의 열팽창의 차이를 고려하여 약간의 이동을 여전히 제공하면서, 전극 (201) 과 배킹 플레이트 (203) 사이의 기밀한 끼움을 허용함으로써 양호한 열적 접촉을 보장한다. 제한된 횡방향 이동 특징에 대한 추가적인 상세내용은 이하에 더욱 상세하게 서술된다.The electrode clamp includes a stud (locking pin) 205 mounted in the socket 213. The stud may be surrounded by a disc spring stack 215, such as, for example, a stainless steel Belleville washer. The stud 205 and disk spring stack 215 may then be pressed into or otherwise secured to the socket 213 using an adhesive or mechanical fastener. Stud 205 and disk spring stack 215 are arranged in socket 213 to allow a limited amount of lateral movement between electrode 201 and backing plate 203. Limiting the amount of lateral movement ensures good thermal contact by allowing a tight fit between the electrode 201 and the backing plate 203 while still providing some movement in view of the difference in thermal expansion between the two parts. do. Further details of the limited transverse movement feature are described in more detail below.

특정 예시적인 실시형태에 있어서, 소켓 (213) 은 베어링-급 Torlon^® 로부터 제조된다. 대안으로서, 소켓 (213) 은, 양호한 강도와 내충격성, 크리프 내성 (creep resistance), 치수 안정성, 복사 저항, 및 내약품성이 용이하게 채용될 수도 있듯이 특정 기계적 특성을 가지는 다른 재료로부터 제조될 수도 있다. 폴리아미드, 폴리이미드, 아세탈, 및 초고분자량 폴리에틸렌 재료와 같은 다양한 재료가 모두 적합할 수도 있다. 에칭 챔버와 같은 어플리케이션에서 마주치는 일반적인 최대 온도가 230 ℃ 이기 때문에 고온-특정 플라스틱 및 다른 관련 재료는 소켓 (213) 을 형성하는데 요구되지 않는다. 일반적으로 통상 동작 온도는 130 ℃ 에 더 가깝다.In certain exemplary embodiments, the socket 213 is made from bearing-grade Torlon ^® . As an alternative, the socket 213 may be made from other materials having specific mechanical properties, as good strength and impact resistance, creep resistance, dimensional stability, radiation resistance, and chemical resistance may be readily employed. . Various materials may also be suitable, such as polyamide, polyimide, acetal, and ultra high molecular weight polyethylene materials. High temperature-specific plastics and other related materials are not required to form the socket 213 because the typical maximum temperature encountered in an application such as an etch chamber is 230 ° C. In general, the normal operating temperature is closer to 130 ° C.

전극 클램프의 다른 부분은 한쌍의 캠샤프트 베어링 (209) 에 의해 각 단부에서 둘러싸여진 캠샤프트 (207) 로 구성된다. 캠샤프트 (207) 와 캠샤프트 베어링 어셈블리가 배킹 플레이트 (203) 내에 가공되는 배킹 플레이트 보어 (211) 내로 장착된다. 300 mm 반도체 웨이퍼에 대해 디자인되는 에칭 챔버에 대한 통상의 어플리케이션에 있어서, 8 개 이상의 전극 클램프가 전극 (201)/배킹 플레이트 (203) 조합의 주변부 둘레에 간격을 두고 배치될 수도 있다.The other part of the electrode clamp consists of a camshaft 207 surrounded at each end by a pair of camshaft bearings 209. The camshaft 207 and camshaft bearing assembly are mounted into a backing plate bore 211 that is machined into the backing plate 203. In a typical application for an etch chamber designed for 300 mm semiconductor wafers, eight or more electrode clamps may be spaced around the periphery of the electrode 201 / backing plate 203 combination.

캠샤프트 베어링 (209) 은, 낮은 마찰 계수 및 낮은 파티클 셰딩 (particle shedding) 을 갖는 플루오로폴리머, 아세탈, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 및 폴리에테르에테르케톤 (PEEK) 과 같은 Torlon^®, Vespel^®, Celcon^®, Delrin^®, Teflon^®, Arlon^®, 또는 다른 재료를 포함하는 다양한 재료로부터 가공될 수도 있다. 스터드 (205) 및 캠샤프트 (207) 는, 스테인리스 강 (예컨대, 316, 316L, 17-7 등) 또는 양호한 강도 및 내부식성을 제공하는 임의의 다른 재료로부터 가공될 수도 있다.The camshaft bearing 209 is a Torlon such as fluoropolymer, acetal, polyamide, polyimide, polytetrafluoroethylene, and polyetheretherketone (PEEK) with low coefficient of friction and low particle shedding. ^It may also be processed from a variety of materials including ^® , Vespel ^® , Celcon ^® , Delrin ^® , Teflon ^® , Arlon ^® , or other materials. Stud 205 and camshaft 207 may be machined from stainless steel (eg, 316, 316L, 17-7, etc.) or any other material that provides good strength and corrosion resistance.

이제 도 2b 를 참조하면, 전극 (201) 을 배킹 플레이트 (203) 에 근접하게 풀링함으로써 캠 클램프가 어떻게 동작하는지에 대해 전극 캠 클램프의 단면도가 예시하고 있다. 스터드 (205)/디스크 스프링 스택 (215)/소켓 (213) 어셈블리가 전극 (201) 에 탑재된다. 도시된 바와 같이, 어셈블리는 소켓 (213) 상의 외곽 쓰레드에 의해 전극 (201) 의 쓰레드된 소켓으로 스크류될 수도 있다. 그러나, 소켓은 또한 접착제 또는 다른 타입의 기계적 패스너에 의해 탑재될 수도 있다.Referring now to FIG. 2B, a cross-sectional view of the electrode cam clamp illustrates how the cam clamp operates by pulling the electrode 201 close to the backing plate 203. A stud 205 / disc spring stack 215 / socket 213 assembly is mounted to the electrode 201. As shown, the assembly may be screwed into the threaded socket of the electrode 201 by an outer thread on the socket 213. However, the socket may also be mounted by adhesive or other type of mechanical fasteners.

도 3 에서는, 확대된 헤드, 디스크 스프링 스택 (215) 및 소켓 (213) 을 갖는 스터드 (205) 의 정면 및 집합 도면 (300) 이 캠 락 전극 클램프의 예시적인 설계에 대한 추가적 세부사항을 제공한다. 특정한 예시적인 실시형태에서, 스터드/디스크 스프링 어셈블리 (301) 는 소켓 (213) 에 압입된다. 소켓 (213) 은 작은 토크 (예를 들어, 특정한 예시적인 실시형태에서는 약 20 인치-파운드) 로 전극 (201) 으로의 용이한 삽입을 허용하는 외곽 쓰레드 및 육각형 상단 부재를 갖는다 (도 2a 및 도 2b 참조). 전술한 바와 같이, 소켓 (213) 은 다양한 타입의 플라스틱으로부터 머시닝될 수도 있다. 플라스틱을 이용하는 것은 파티클 발생을 최소화시키고, 소켓 (213) 의 전극 (201) 상의 메이팅 소켓으로의 돌출없는 (gall-free) 인스톨을 허용한다.In FIG. 3, the front and assembly view 300 of the stud 205 with the enlarged head, the disk spring stack 215 and the socket 213 provides additional details on the exemplary design of the cam lock electrode clamp. . In a particular illustrative embodiment, the stud / disk spring assembly 301 is press fit into the socket 213. Socket 213 has an outer thread and a hexagonal top member that allows for easy insertion into electrode 201 with a small torque (eg, about 20 inch-pounds in certain exemplary embodiments) (FIGS. 2A and FIG. 2b). As mentioned above, the socket 213 may be machined from various types of plastic. The use of plastic minimizes particle generation and allows a gall-free installation of the socket 213 into the mating socket on the electrode 201.

스터드/소켓 어셈블리 (303) 는, 스터드 (205) 의 중간 부분의 외부 직경보다 큰 소켓 (213) 의 상부의 내부 직경을 도시한다. 이 2 개 부분 사이의 직경에서의 차이는 전술한 바와 같은 어셈블된 전극 클램프의 한정된 측방향 운동을 허용한다. 스터드/디스크 스프링 어셈블리 (301) 는 소켓 (213) 의 베이스 부분에서 소켓 (213) 과 견고한 접촉을 유지하는 한편, 직경에서의 차이가 약간의 측방향 운동을 허용한다 (도 2b 참조).Stud / socket assembly 303 shows the inner diameter of the top of the socket 213 larger than the outer diameter of the middle portion of the stud 205. The difference in diameter between these two parts allows for limited lateral movement of the assembled electrode clamp as described above. The stud / disk spring assembly 301 maintains a firm contact with the socket 213 at the base portion of the socket 213, while the difference in diameter allows some lateral movement (see FIG. 2B).

도 4a 를 참조하면, 캠샤프트 (207) 및 캠샤프트 베어링 (209) 의 확대도 (400) 가 또한 키잉 핀 (401) 을 나타낸다. 키잉 핀 (401) 을 갖는 캠샤프트 (207) 의 말단이 배킹 플레이트 보어 (211; 도 2b 참조) 에 먼저 삽입된다. 배킹 플레이트 보어 (211) 의 최말단에 있는 한 쌍의 작은 메이팅 홀 (미도시) 은 캠샤프트 (207) 의 배킹 플레이트 보어 (211) 로의 적절한 정렬을 제공한다. 캠샤프트 (207) 의 측면도 (420) 가 캠샤프트 (207) 의 일단의 육각 개구부 (403) 및 타단의 키잉 핀 (401) 의 가능한 배치를 명확하게 나타낸다.Referring to FIG. 4A, an enlarged view 400 of the camshaft 207 and the camshaft bearing 209 also shows the keying pin 401. The end of the camshaft 207 with the keying pin 401 is first inserted into the backing plate bore 211 (see FIG. 2B). A pair of small mating holes (not shown) at the end of backing plate bore 211 provides proper alignment of camshaft 207 to backing plate bore 211. The side view 420 of the camshaft 207 clearly shows the possible arrangement of the hexagonal opening 403 at one end of the camshaft 207 and the keying pin 401 at the other end.

예를 들어, 도 4a 및 2b 를 계속하여 참조하면, 전극 캠 클램프는 캠샤프트 (207) 를 배킹 플레이트 (211) 에 삽입함으로써 어셈블된다. 키잉 핀 (401) 은, 한 쌍의 작은 메이팅 홀 중 하나와 인터페이싱함으로써 배킹 플레이트 보어 (211) 내의 캠샤프트 (207) 의 회전 이동을 제한한다. 캠샤프트는 먼저 육각 개구부 (403) 를 이용하여 일 방향으로, 예를 들어, 반시계방향으로 턴되어, 스터드 (205) 의 캠샤프트 (207) 로의 도입을 허용한 후, 시계방향으로 턴되어 스터드 (205) 를 완전히 맞물고 락시킬 수도 있다. 전극 (201) 을 배킹 플레이트 (203) 에 홀딩하기 위해 요구되는 클램프력은 디스크 스프링 스택 (215) 을 자유 스택 높이를 넘어 압박함으로써 공급된다. 캠샤프트 (207) 는, 샤프트 (205) 의 확대된 헤드와 맞물리는 내부의 편심 컷아웃을 갖는다. 디스크 스프링 스택 (215) 이 압박함에 따라, 클램프력은 디스크 스프링 스택 (215) 의 개별적 스프링으로부터 소켓 (213) 으로 전달되고, 전극 (201) 을 통해 배킹 플레이트 (203) 로 전달된다.For example, continuing with reference to FIGS. 4A and 2B, the electrode cam clamp is assembled by inserting the camshaft 207 into the backing plate 211. The keying pin 401 limits the rotational movement of the camshaft 207 in the backing plate bore 211 by interfacing with one of the pair of small mating holes. The camshaft is first turned in one direction, for example counterclockwise, using the hexagonal opening 403, allowing the introduction of the stud 205 into the camshaft 207 and then turning clockwise to stud. 205 may be fully engaged and locked. The clamp force required to hold the electrode 201 to the backing plate 203 is supplied by pressing the disk spring stack 215 beyond the free stack height. The camshaft 207 has an internal eccentric cutout that engages with the enlarged head of the shaft 205. As the disc spring stack 215 is pressed, the clamp force is transmitted from the individual springs of the disc spring stack 215 to the socket 213 and through the electrode 201 to the backing plate 203.

예시적인 동작 모드에서, 캠샤프트 베어링이 캠샤프트 (207) 에 부착되어 배킹 플레이트 보어 (211) 에 삽입되면, 캠샤프트 (207) 는 반시계방향으로 회전가능한 범위까지 완전히 회전된다. 그 후, 스터드/소켓 어셈블리 (303; 도 3) 는 전극 (201) 으로 약하게 토크된다. 그 후, 스터드 (205) 의 헤드가 수평으로 연장된 배킹 플레이트 보어 (211) 아래의 수직으로 연장된 쓰루 홀로 삽입된다. 전극 (201) 은 배킹 플레이트 (203) 에 대해 홀딩되고, 캠샤프트 (207) 는, 키잉 핀이 2 개의 작은 메이팅 홀 중 두번째 홀까지 드롭되거나 (미도시) 가청 클릭이 들릴 때까지 (이하, 상세히 후술함) 시계방향으로 회전된다. 예시적인 동작 모드는 반전되어, 전극 (201) 을 배킹 플레이트 (203) 로부터 탑재해제될 수도 있다. 그러나, 캠 락 구조에서 가청 클릭과 같은 특성은 선택적이다.In an exemplary mode of operation, when the camshaft bearing is attached to the camshaft 207 and inserted into the backing plate bore 211, the camshaft 207 is rotated fully to the counterclockwise rotational range. Thereafter, the stud / socket assembly 303 (FIG. 3) is weakly torqued to the electrode 201. The head of the stud 205 is then inserted into a vertically extending through hole below the horizontally extending backing plate bore 211. The electrode 201 is held against the backing plate 203 and the camshaft 207 is held until the keying pin is dropped to the second of two small mating holes (not shown) or an audible click is heard (hereinafter, in detail). Rotated clockwise). The exemplary operating mode may be reversed to dismount the electrode 201 from the backing plate 203. However, properties such as an audible click in the cam lock structure are optional.

도 4b 를 참조하면, 도 4a 의 캠샤프트 (207) 에 대한 측면도 (420) 의 A-A 단면도가, 스터드 (205) 의 헤드를 완전히 고정시키는 커터 경로 에지 (440) 를 나타낸다. 특정한 예시적인 실시형태에서, 2 개의 반경 R₁ 및 R₂ 는, 스터드 (205) 의 헤드가 전술한 선택적 가청 클릭 잡음을 발생시켜 스터드 (205) 가 완전히 고정되었음을 나타내도록 선택된다.Referring to FIG. 4B, an AA cross-sectional view of the side view 420 of the camshaft 207 of FIG. 4A shows a cutter path edge 440 that completely secures the head of the stud 205. In a particular exemplary embodiment, the two radii R ₁ and R ₂ are selected such that the head of the stud 205 generates the optional audible click noise described above to indicate that the stud 205 is fully fixed.

도 5 는 다음의 특성들: (a) 캠 락 비-결합 샤워헤드 전극 (502); (b) 배킹 플레이트 (506); 및 (c) 전극을 배킹 플레이트 (506) 에 홀딩시키는 캠 락으로의 액세스를 허용하는 가드 링 (508) 을 포함하는, 용량적으로 커플링된 플라즈마 챔버를 위한 샤워헤드 전극 어셈블리 (500) 를 도시한다.5 shows the following characteristics: (a) cam lock non-coupled showerhead electrode 502; (b) backing plate 506; And (c) a guard ring 508 to allow access to a cam lock that holds the electrode to the backing plate 506, the showerhead electrode assembly 500 for a capacitively coupled plasma chamber. do.

전극 어셈블리 (500) 는 챔버의 외부로부터 챔버의 온도 제어 상단 벽 (512) 으로 볼트된 열 제어 플레이트 (510) 를 포함한다. 샤워헤드 전극 (502) 은, 전술한 도 2 내지 도 4 를 참조하여 설명된 캠 락 메커니즘 (514) 에 의해 챔버 내부로부터 배킹 플레이트 (506) 에 릴리스가능하게 부착된다.The electrode assembly 500 includes a thermal control plate 510 bolted from the outside of the chamber to the temperature controlled top wall 512 of the chamber. The showerhead electrode 502 is releasably attached to the backing plate 506 from inside the chamber by the cam lock mechanism 514 described with reference to FIGS. 2-4 described above.

바람직한 실시형태에서, 전극 어셈블리 (500) 의 샤워헤드 전극 (502) 은, (a) 배킹 플레이트 (506) 의 외곽부에서 이격된 위치에 위치된 4 개의 캠 락 (514) 에 가드 링 (508) 의 4 개의 홀을 정렬시키는 제 1 위치로 가드 링 (508) 을 회전시키고; (b) 가드 링 (508) 의 각각의 홀을 통해 육각 렌치와 같은 툴을 삽입하고, 각각의 캠 락 (514) 을 회전시켜 각각의 캠 락 (514) 의 수직으로 확장된 락킹 핀 (562) 을 릴리스시키고; (c) 가드 링 (508) 의 4 개의 홀을 또 다른 4 개의 캠 락 (514) 에 정렬시키는 제 2 위치로 가드 링 (508) 을 90°회전시키고; 그리고 (d) 가드 링 (508) 의 각각의 홀을 통해 육각 렌치와 같은 툴을 삽입하고, 각각의 캠 락 (514) 을 회전시켜 각각의 캠 락 (514) 의 락킹 핀 (562) 을 릴리스시킴으로써 디스어셈블될 수 있고, 이에 의해, 샤워헤드 전극 (502) 은 하강되어 플라즈마 챔버로부터 제거될 수 있다.In a preferred embodiment, the showerhead electrode 502 of the electrode assembly 500 is (a) a guard ring 508 to four cam locks 514 located at a position spaced apart from the outside of the backing plate 506. Rotate the guard ring 508 to a first position to align the four holes of the; (b) Insert a tool such as a hexagon wrench through each hole of the guard ring 508 and rotate each cam lock 514 to vertically extend the locking pin 562 of each cam lock 514. Release it; (c) rotate the guard ring 508 by 90 ° to a second position to align the four holes of the guard ring 508 with another four cam locks 514; And (d) inserting a tool such as a hexagon wrench through each hole of the guard ring 508, rotating each cam lock 514 to release the locking pin 562 of each cam lock 514. It can be disassembled, whereby the showerhead electrode 502 can be lowered and removed from the plasma chamber.

도 5 는 또한, 회전가능한 캠 락 (514) 이 배킹 플레이트 (506) 의 외곽부의 수평으로 확장된 보어 (560) 에 위치되는 캠 락 구조 중 하나에 대한 단면도를 도시한다. 실린더형 캠 락 (514) 은 육각 렌치와 같은 툴에 의해, (a) 그 락킹 핀의 확대된 헤드를 리프트시키는 캠 락 (514) 의 캠 표면에 의해 락킹 핀 (562) 의 확대된 말단이 맞물리는 락 위치, 또는 (b) 락킹 핀 (562) 이 캠 락 (514) 에 의해 맞물리지 않는 릴리스 위치로 회전가능하다. 배킹 플레이트 (506) 는, 캠 락 (514) 과 맞물리도록 락킹 핀 (562) 이 삽입되는 수직으로 연장된 보어를 하부면에 포함한다.5 also shows a cross-sectional view of one of the cam lock structures in which the rotatable cam lock 514 is located in the horizontally extended bore 560 of the outer portion of the backing plate 506. The cylindrical cam lock 514 is fitted by a tool, such as a hexagon wrench, by (a) the enlarged end of the locking pin 562 by the cam surface of the cam lock 514 which lifts the enlarged head of the locking pin. The pinch lock position, or (b) the locking pin 562 is rotatable to a release position where the cam lock 514 is not engaged. The backing plate 506 includes a vertically extending bore in the lower surface into which the locking pin 562 is inserted to engage the cam lock 514.

샤워헤드 전극 (502) 은 고순도 (10 ppm 미만의 불순물) 저 저항성 (0.005 내지 0.02 옴-cm) 인 단결정 실리콘의 판인 것이 바람직하다. 샤워헤드 전극 어셈블리 (500) 는 샤워헤드 전극 (502) 의 상부면 (522) 에 있는 3 개의 정렬 핀 홀 (521) 에서 맞물리는 3 개의 정렬 핀 (524), 하나 이상의 O-링 (558), 및 샤워헤드 전극 (502) 과 배킹 플레이트 (506) 사이의 Q-패드 (556) 과 같은 복수의 열 개스킷을 포함한다. 각각의 Q-패드 (566) 는 상부면 (522) 의 오목부 (520) 에 맞물리는 돌출부를 갖는다. 이러한 개스킷의 상세는, 2009 년 4 월 10 일 출원되고, 공동 소유된 미국 출원 제 12/421,845 호에 개시되어 있으며, 그 개시가 본 명세서에 참조로 통합되었다. 샤워헤드 전극 (502) 상의 플라즈마 노출 표면 (530) 은 챔버 내에서 처리되는 기판에 대면한다.The showerhead electrode 502 is preferably a plate of single crystal silicon of high purity (less than 10 ppm impurities) and low resistivity (0.005 to 0.02 ohm-cm). The showerhead electrode assembly 500 includes three alignment pins 524, one or more O-rings 558, which engage in three alignment pin holes 521 in the top surface 522 of the showerhead electrode 502, And a plurality of thermal gaskets, such as a Q-pad 556 between the showerhead electrode 502 and the backing plate 506. Each Q-pad 566 has a protrusion that engages the recess 520 of the upper surface 522. Details of such gaskets are disclosed in commonly owned US application 12 / 421,845, filed April 10, 2009, the disclosure of which is incorporated herein by reference. The plasma exposed surface 530 on the showerhead electrode 502 faces the substrate to be processed in the chamber.

도 6a 및 도 6c 는 샤워헤드 전극 (502) 의 탑재 표면 및 부분 단면도를 도시한다. 탑재 표면은, 거의 외곽 에지까지 연장된 평면 표면 (610), 및 평면 표면 (610) 으로부터 오목하게 들어가고 샤워헤드 전극 (502) 의 외곽 에지에 있는 좁은 환형 외곽 레지 (620) 를 갖는다. 환형 외곽 레지 (620) 는 가드 링 (508) 의 환형 돌출부를 지지한다. 환형 표면 (610) 은 약 16.75 인치의 외부 직경을 갖는다. 환형 외곽 레지 (620) 는 약 16.75 인치의 내부 직경, 약 17 인치의 외부 직경, 약 0.076 인치 길이의 수직 표면 (620a), 및 약 0.124 인치의 수평 표면 (620b) 을 갖는다. 0.325 인치의 깊이를 갖는 8 개의 0.5 인치 직경의 소켓 (550) 이 락킹 핀 (562) 을 수용하기 위한 탑재 표면의 에지 근처에 배치된다. 소켓 (550) 은 서로로부터 등거리이고, 중심으로부터 약 7.62 인치의 반경에 위치된다.6A and 6C show a mounting surface and a partial cross-sectional view of the showerhead electrode 502. The mounting surface has a planar surface 610 extending almost to the outer edge, and a narrow annular outer ledge 620 that recesses from the planar surface 610 and is at the outer edge of the showerhead electrode 502. The annular outer ledge 620 supports the annular projection of the guard ring 508. Annular surface 610 has an outer diameter of about 16.75 inches. The annular outer ledge 620 has an inner diameter of about 16.75 inches, an outer diameter of about 17 inches, a vertical surface 620a of about 0.076 inches long, and a horizontal surface 620b of about 0.124 inches. Eight 0.5 inch diameter sockets 550 having a depth of 0.325 inch are disposed near the edge of the mounting surface for receiving the locking pin 562. The sockets 550 are equidistant from each other and are located at a radius of about 7.62 inches from the center.

평면 표면 (610) 은, 중심으로부터 약 7.93 인치의 거리에 위치된 약 0.2 인치의 깊이를 갖는 3 개의 0.116 인치 직경의 정렬 핀 홀 (521), 및 3 개의 Q-패드 (556) 상에 돌출부를 수용하기 위한 약 0.04 인치의 깊이를 갖는 7 개의 0.215 인치 직경의 오목부 (520) 를 포함한다. 2 개의 오목부 (520) 가 중심으로부터 약 1.59 인치의 거리에 위치되어, 서로로부터 방위각에서 180°만큼 오프셋된다. 다른 2 개의 오목부 (520) 는 중심으로부터 약 3.39 인치의 거리에 위치되어, 서로로부터 방위각에서 180°만큼 오프셋된다. 또 다른 3 개의 오목부 (520) 는 중심으로부터 약 7.30 인치의 거리에 위치되어, 서로로부터 방위각에서 120°만큼 오프셋된다.The planar surface 610 has three 0.116 inch diameter alignment pin holes 521 having a depth of about 0.2 inches located at a distance of about 7.93 inches from the center, and protrusions on the three Q-pads 556. Seven 0.215 inch diameter recesses 520 having a depth of about 0.04 inch for receiving. Two recesses 520 are located at a distance of about 1.59 inches from the center, offset from each other by 180 ° in azimuth. The other two recesses 520 are located at a distance of about 3.39 inches from the center, offset from each other by 180 ° in azimuth. The other three recesses 520 are located at a distance of about 7.30 inches from the center, offset from each other by 120 ° in azimuth.

평탄한 표면 (610) 은 온도 센서 (580) 를 수용하기 위한 홀 (590) 을 더 포함한다. 홀 (590) 은 중심으로부터 약 4.83 인치의 거리에 위치된다. 도 6d에 도시된 바와 같은 바람직한 실시형태에서, 홀 (590) 은 최대 0.08 인치의 깊이를 갖고, 홀 (590) 은 홀 (590) 의 베이스에서 최대 0.029 인치의 직경 및 약 0.0035 인치의 높이를 갖는 원통형 측면 (590a), 및 직경이 약 0.153 인치인 원형 베이스 및 약 90°의 개구 각도를 갖는 절두 원추형 측면 (590b) 을 포함하며, 절두 원추형 측면 (590b) 은 원통형 측면과 탑재 표면 사이에서 연장한다. 상부 플레이트, 열 제어 플레이트, 및 배킹 플레이트에서의 개구들을 통해 연장하는 온도 센서 (열전대) (580) 는 홀 (590) 의 바닥 (590a) 에서 스프링 바이어스된 팁을 포함한다. 원추형 표면 (590b) 은 센서 (580) 의 팁을 홀 (590) 의 바닥의 중심에 놓는다.The flat surface 610 further includes a hole 590 for receiving the temperature sensor 580. The hole 590 is located about 4.83 inches from the center. In a preferred embodiment as shown in FIG. 6D, the hole 590 has a depth of at most 0.08 inches, and the hole 590 has a diameter of at most 0.029 inches and a height of about 0.0035 inches at the base of the hole 590. Cylindrical side 590a, and a truncated conical side 590b having a circular base about 0.153 inches in diameter and an opening angle of about 90 °, wherein the truncated conical side 590b extends between the cylindrical side and the mounting surface. . The temperature sensor (thermocouple) 580 extending through the openings in the top plate, thermal control plate, and backing plate includes a spring biased tip at the bottom 590a of the hole 590. Conical surface 590b centers the tip of sensor 580 at the bottom of hole 590.

가스 아웃렛 (528) 은 탑재 표면으로부터 플라즈마 노출 표면까지 연장하고, 임의의 적합한 패턴으로 배열될 수 있다. 도시된 실시형태에서, 0.017 인치의 직경들을 갖는 849 개의 가스 아웃렛 홀들 (528) 이, 1 개의 중심 가스 아웃렛과, 전극의 중심으로부터 약 0.5 인치에 위치된 제 1 로우에서 10 개의 가스 아웃렛들, 중심으로부터 약 0.9 인치에 위치된 제 2 로우에서 18 개의 가스 아웃렛들, 중심으로부터 약 1.4 인치에 위치된 제 3 로우에서 28 개의 가스 아웃렛들, 중심으로부터 약 1.8 인치에 위치된 제 4 로우에서 38 개의 가스 아웃렛들, 중심으로부터 약 2.3 인치에 위치된 제 5 로우에서 46 개의 아웃렛들, 중심으로부터 약 2.7 인치에 위치된 제 6 로우에서 56 개의 가스 아웃렛들, 중심으로부터 약 3.2 인치에 위치된 제 7 로우에서 66 개의 가스 아웃렛들, 중심으로부터 약 3.6 인치에 위치된 제 8 로우에서 74 개의 가스 아웃렛들, 중심으로부터 약 4.1 인치에 위치된 제 9 로우에서 84 개의 가스 아웃렛들, 중심으로부터 약 4.6 인치에 위치된 제 10 로우에서 94 개의 가스 아웃렛들, 중심으로부터 약 5.1 인치에 위치된 제 11 로우에서 104 개의 가스 아웃렛들, 중심으로부터 약 5.4 인치에 위치된 제 12 로우에서 110 개의 가스 아웃렛들, 그리고 중심으로부터 약 5.7 인치에 위치된 제 13 로우에서 120 개의 홀들을 갖는 가스 아웃렛들의 13 개의 원주형으로 연장되는 로우들의 패턴으로 배열된다.The gas outlet 528 extends from the mounting surface to the plasma exposure surface and can be arranged in any suitable pattern. In the embodiment shown, 849 gas outlet holes 528 with diameters of 0.017 inches are centered on one central gas outlet and ten gas outlets in a first row located about 0.5 inches from the center of the electrode. 18 gas outlets in a second row located about 0.9 inches from, 28 gas outlets in a third row located about 1.4 inches from the center, 38 gas in a fourth row located about 1.8 inches from the center Outlets, 46 outlets in a fifth row located about 2.3 inches from the center, 56 gas outlets in a sixth row located about 2.7 inches from the center, in a seventh row located about 3.2 inches from the center 66 gas outlets, 74 gas outlets in the eighth row located about 3.6 inches from the center, 84 gas outlets in the ninth row located about 4.1 inches from the center Gas outlets, 94 gas outlets in a tenth row located about 4.6 inches from the center, 104 gas outlets in an eleventh row located about 5.1 inches from the center, and a 5.4 inch located in the center It is arranged in a pattern of thirteen circumferentially extending rows of gas outlets having 110 gas outlets in twelve rows and 120 holes in a thirteenth row located about 5.7 inches from the center.

도 6c에 도시된 바와 같이, 싱글 스텝형 샤워헤드 전극 (502) 은, 약 12 인치의 직경을 갖는 원형 내부 표면 (640), 약 12.55 인치의 내경 및 약 16 인치의 외경을 갖는 환형 외부 표면 (650), 표면 (640) 에 대하여 약 145°의 각도로 원형 내부 표면 (640) 과 환형 외부 표면 (650) 사이에서 연장하는 내부 경사면 (645), 및 표면 (650) 에 대하여 약 155°의 각도로 샤워헤드 전극 (502) 의 원통형 주변 표면 (630) 과 환형 외부 표면 (650) 사이에서 연장하는 외부 경사면 (635) 을 포함하는 플라즈마 노출 표면을 갖는다. 환형 외부 표면 (650) 과 표면 (610) 사이의 두께는 약 0.44 인치이다. 원형 내부 표면 (640) 과 표면 (610) 사이의 두께는 약 0.26 인치이다.As shown in FIG. 6C, the single stepped showerhead electrode 502 has a circular inner surface 640 having a diameter of about 12 inches, an annular outer surface having an inner diameter of about 12.55 inches and an outer diameter of about 16 inches. 650, an inclined surface 645 extending between the circular inner surface 640 and the annular outer surface 650 at an angle of about 145 ° with respect to the surface 640, and an angle of about 155 ° with respect to the surface 650. It has a plasma exposure surface that includes an outer inclined surface 635 extending between the cylindrical peripheral surface 630 of the furnace showerhead electrode 502 and the annular outer surface 650. The thickness between annular outer surface 650 and surface 610 is about 0.44 inches. The thickness between the circular interior surface 640 and the surface 610 is about 0.26 inches.

멀티 스텝형 샤워헤드 전극 (502) 이 도 6e에 도시되어 있으며, 플라즈마 노출 표면은, 약 12 인치의 직경을 갖는 원형 내부 표면 (640), 약 12.2 인치의 내경 및 약 13.2 인치의 외경을 갖는 내부 환형 표면 (660), 약 13.4 인치의 내경 및 약 16 인치의 외경을 갖는 외부 환형 표면 (670), 표면 (640) 에 대하여 약 145°의 각도로 원형 내부 표면 (640) 과 내부 환형 표면 (660) 사이에서 연장하는 내부 경사면 (646), 표면 (670) 에 대하여 약 135°의 각도로 내부 환형 표면 (660) 과 외부 환형 표면 (670) 사이에서 연장하는 중간 경사면 (667), 및 표면 (670) 에 대하여 약 155°의 각도로 샤워헤드 전극의 원통형 주변 표면 (630) 과 외부 환형 표면 (670) 사이에서 연장하는 외부 경사면 (637) 을 포함한다. 외부 환형 표면 (670) 과 표면 (610) 사이의 두께는 약 0.44 인치이다. 내부 환형 표면 (660) 과 표면 (610) 사이의 두께는 약 0.36 인치이다. 원형 내부 표면 (640) 과 표면 (610) 사이의 두께는 약 0.26 인치이다.A multi-step showerhead electrode 502 is shown in FIG. 6E, wherein the plasma exposed surface has a circular inner surface 640 having a diameter of about 12 inches, an inner diameter of about 12.2 inches, and an outer diameter of about 13.2 inches. An outer annular surface 670 having an annular surface 660, an inner diameter of about 13.4 inches and an outer diameter of about 16 inches, a circular inner surface 640 and an inner annular surface 660 at an angle of about 145 ° relative to the surface 640. Inner slope 646 extending between), intermediate slope 667 extending between inner annular surface 660 and outer annular surface 670, and surface 670 at an angle of about 135 ° with respect to surface 670. External sloping surface 637 extending between the cylindrical peripheral surface 630 and the outer annular surface 670 of the showerhead electrode at an angle of about 155 °. The thickness between the outer annular surface 670 and the surface 610 is about 0.44 inches. The thickness between inner annular surface 660 and surface 610 is about 0.36 inches. The thickness between the circular interior surface 640 and the surface 610 is about 0.26 inches.

멀티 스텝형 샤워헤드 전극 (502) 의 또 다른 실시형태에서, 그 단면도는 도 6f에 도시되어 있으며, 플라즈마 노출 표면은, 약 12 인치의 직경을 갖는 내부 표면 (640), 약 12.4 인치의 내경 및 약 13.3 인치의 외경을 갖는 내부 환형 표면 (680), 약 13.4 인치의 내경 및 약 16 인치의 외경을 갖는 외부 환형 표면 (690), 표면 (640) 에 대하여 약 145°의 각도로 원형 내부 표면 (640) 및 내부 환형 표면 (680) 사이에서 연장하는 내부 경사면 (648), 표면 (690) 에 대하여 약 135°의 각도로 내부 환형 표면 (680) 과 외부 환형 표면 (690) 사이에서 연장하는 중간 경사면 (689), 및 표면 (690) 에 대하여 약 155°의 각도로 샤워헤드 전극 (502) 의 원통형 주변 표면 (630) 과 외부 환형 표면 (690) 사이에서 연장하는 외부 경사면 (639) 을 포함한다. 외부 환형 표면 (690) 과 표면 (610) 사이의 두께는 약 0.44 인치이다. 내부 환형 표면 (680) 과 표면 (610) 사이의 두께는 약 0.40 인치이다. 원형 내부 표면 (640) 과 표면 (610) 사이의 두께는 약 0.26 인치이다.In another embodiment of the multi-step showerhead electrode 502, its cross-sectional view is shown in FIG. 6F, wherein the plasma exposure surface includes an inner surface 640 having a diameter of about 12 inches, an inner diameter of about 12.4 inches, and An inner annular surface 680 having an outer diameter of about 13.3 inches, an outer annular surface 690 having an inner diameter of about 13.4 inches and an outer diameter of about 16 inches, a circular inner surface at an angle of about 145 ° relative to the surface 640 ( An internal inclined surface 648 extending between 640 and the inner annular surface 680, an intermediate inclined surface extending between the inner annular surface 680 and the outer annular surface 690 at an angle of about 135 ° with respect to the surface 690. 689, and an external inclined surface 639 extending between the cylindrical peripheral surface 630 of the showerhead electrode 502 and the outer annular surface 690 at an angle of about 155 ° relative to the surface 690. The thickness between the outer annular surface 690 and the surface 610 is about 0.44 inches. The thickness between inner annular surface 680 and surface 610 is about 0.40 inches. The thickness between the circular interior surface 640 and the surface 610 is about 0.26 inches.

도 7은 배킹 플레이트 (506) 의 투시도이다. 배킹 플레이트 (506) 는 중심 가스 통로, 및 샤워헤드 전극 (502) 내의 아웃렛들 (528) 과 정렬되는 가스 통로들 (584) 의 13 개의 로우들을 포함한다. 배킹 플레이트의 상부면 (586) 은 열 제어 플레이트 (510) 의 환형 돌출부들에 접촉하는 3 개의 환형 영역들 (588a, 588b, 588c) 을 포함한다. 공동 양도된 미국 특허 공개 공보 제 2005/0133160 호, 제 2007/0068629 호, 제 2007/0187038 호, 제 2008/0087641 호, 및 제 2008/0090417 호에서 개시된 바와 같이, 열 제어 플레이트는 상부 벽을 통해 열 제어 플레이트로 연장하는 패스너들에 의해 플라즈마 챔버의 상부 벽에 부착될 수 있으며, 상기 특허 공개 공보들의 개시들은 그 전체가 여기에 통합된다. 쓰레딩된 개구들 (599) 은, 배킹 플레이트 (506) 가 열 제어 플레이트 (510) 와 접촉하도록 유지하기 위해, 상부 플레이트 (512) 및 열 제어 플레이트 (510) 내의 개구들을 통해 연장하는 패스너들을 수용하도록, 상부면 (586) 의 외부 주변 및 환형 영역들 (588a, 588b, 588c) 내에 위치된다. 열 순환을 수용할 수 있는 패스너들의 설명에 대해서는 예컨대, 공동 양도된 미국 특허 공개 공보 제 2008/0087641 호를 참조한다. 상부면 (586) 내의 그루브 (592) 는 배킹 플레이트 (506) 와 열 제어 플레이트 (510) 사이에 가스 시일을 제공하는 O-링을 수용한다. 상부면 (586) 내의 정렬 핀 보어 (594) 는 열 제어 플레이트 내의 정렬 핀 보어들 내에 피팅되는 정렬 핀들을 수용한다. 보어들 (560) 사이의 위치들에서 수평으로 연장하는 쓰레딩된 개구들 (561) 은 가드 링 (508) 이 회전하는 것을 방지하기 위해 사용되는 전기 패스너들을 수용하고, 샤워헤드 전극 (512) 의 조립 이후에 가드 링 (508) 내에 액세스 보어들을 플러그한다.7 is a perspective view of the backing plate 506. The backing plate 506 includes thirteen rows of gas passages 584 that align with a central gas passage and outlets 528 in the showerhead electrode 502. The top surface 586 of the backing plate includes three annular regions 588a, 588b, 588c that contact the annular protrusions of the thermal control plate 510. As disclosed in commonly assigned US Patent Publication Nos. 2005/0133160, 2007/0068629, 2007/0187038, 2008/0087641, and 2008/0090417, the thermal control plate is directed through the top wall. Fasteners extending to the thermal control plate may be attached to the top wall of the plasma chamber, the disclosures of which are incorporated herein in their entirety. The threaded openings 599 are configured to receive fasteners extending through the openings in the top plate 512 and the thermal control plate 510 to maintain the backing plate 506 in contact with the thermal control plate 510. , In the outer periphery of the top surface 586 and in the annular regions 588a, 588b, 588c. See, for example, commonly assigned US Patent Publication No. 2008/0087641 for a description of fasteners that can accommodate thermal cycling. Groove 592 in top surface 586 houses an O-ring that provides a gas seal between backing plate 506 and thermal control plate 510. Alignment pin bore 594 in top surface 586 houses the alignment pins that fit within the alignment pin bores in the thermal control plate. Threaded openings 561 extending horizontally at the positions between the bores 560 accommodate electrical fasteners used to prevent the guard ring 508 from rotating, and the assembly of the showerhead electrode 512. The access bores are then plugged into guard ring 508.

도 8은 가드 링 (508) 이 제거된 샤워헤드 전극 어셈블리 (500) 의 투시도이다. 이전에 설명된 바와 같이, 가드 링 (508) 은, 개구들 (561) 내에 전기 패스너들이 삽입되어 배킹 플레이트의 외부 주변과 접촉하지 않도록 가드 링을 유지함으로써 배킹 플레이트의 열 팽창을 허용할 수 있는 락 위치로 캠 락들 (514) 이 맞물리고 회전될 수 있는 하나 이상의 어셈블리 위치들까지 회전될 수 있다. 열 제어 플레이트는 개구들 (596) 을 갖는 플랜지 (595) 를 포함하며, 그 개구들 (596) 을 통해 액츄에이터들이 플라즈마 한정 링들을 지지한다. 플라즈마 한정 링 어셈블리들의 탑재 배열의 세부사항들은 공동-양도된 미국 특허 공개 공보 제 2006/0207502 호 및 제 2006/0283552 호에서 발견될 수 있으며, 상기 미국 특허 공개 공보의 개시들은 그 전체가 본원에 통합된다.8 is a perspective view of the showerhead electrode assembly 500 with the guard ring 508 removed. As previously described, the guard ring 508 is a lock capable of allowing thermal expansion of the backing plate by holding the guard ring such that electrical fasteners are inserted into the openings 561 so as not to contact the outer periphery of the backing plate. The cam locks 514 can be rotated to one or more assembly positions where the cam locks 514 can be engaged and rotated. The thermal control plate includes a flange 595 with openings 596 through which the actuators support the plasma confinement rings. Details of the mounting arrangement of plasma confinement ring assemblies can be found in co-transferred US Patent Publication Nos. 2006/0207502 and 2006/0283552, the disclosures of which are incorporated herein in their entirety. do.

샤워헤드 전극의 탑재 표면 (610) 은, 배킹 플레이트 내의 8 개의 캠 락들에 의해 홀딩되는 8 개의 락킹 핀들에 의해 가해진 클램핑력의 결과로서 배킹 플레이트 (506) 의 대향 표면에 접한다. 가드 링 (508) 은 배킹 플레이트 (506) 내의 탑재 홀들을 커버하고, 가드 링 내의 액세스 개구들은, 낮은 마찰 계수 및 낮은 입자 셰딩을 갖는, Torlon^®, Vespel^®, Celcon^®, Delrin^®, Teflon^®, Arlon^® 과 같은 플라즈마 저항성 폴리머 재료, 또는 플루오로폴리머, 아세탈, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 및 폴리에테르에테르케톤 (PEEK) 으로 이루어진 제거가능한 삽입물들로 채워진다.The mounting surface 610 of the showerhead electrode abuts the opposing surface of the backing plate 506 as a result of the clamping force applied by the eight locking pins held by the eight cam locks in the backing plate. The guard ring 508 covers the mounting holes in the backing plate 506, and the access openings in the guard ring have Torlon ^® , Vespel ^® , Celcon ^® , Delrin ^® , Teflon ^® , with a low coefficient of friction and low particle shedding. filled with the plasma-resistant polymeric material, or a fluoropolymer, acetal, polyamide, polyimide, poly removable insert consisting of ethylene, and polyether ether ketone (PEEK) tetrafluoroethylene, such as Arlon ^®.

도 5를 참조하면, 배킹 플레이트 (506) 와 샤워헤드 전극 (502) 사이의 전기 및 열 접촉은, 전극의 외부 주변 및 외부 Q-패드의 내부의 하나 이상의 위치들에 위치된 Q-패드들 (556) 과 같은 가스켓들에 의해 제공된다. 예컨대, 약 3.2, 6.8, 및 12 인치의 직경들을 갖는 Q-패드들이 사용될 수 있다. 2007년 8월 31일자로 출원된 공유인 미국 출원 제 11/896,375 호는 Q-패드들의 세부사항들을 포함하며, 그 출원의 개시는 참조로 여기에 통합된다. 상이한 처리 가스 혼합물들 및/또는 유량들을 제공하기 위해, 하나 이상의 선택적인 가스 파티션 시일들이 전극의 상부면에 걸쳐 제공될 수 있다. 예컨대, 단일 O-링이 내부 및 외부 Q-패드들 사이의 위치에서 샤워헤드 전극 (502) 과 배킹 플레이트 (506) 사이에 제공되어, 외부 가스 분배 구역으로부터 내부 가스 분배 구역을 분리시킬 수 있다. 외부 Q-패드의 내부 주변을 따라 샤워헤드 전극 (502) 과 배킹 플레이트 (506) 사이에 위치된 O-링 (558) 은 전극과 배킹 플레이트 사이에 가스 및 입자 시일을 제공할 수 있다.Referring to FIG. 5, electrical and thermal contact between the backing plate 506 and the showerhead electrode 502 may include Q-pads positioned at one or more locations within the outer periphery of the electrode and the interior of the outer Q-pad ( 556, such as gaskets. For example, Q-pads with diameters of about 3.2, 6.8, and 12 inches can be used. Share US application Ser. No. 11 / 896,375, filed August 31, 2007, contains details of Q-pads, the disclosure of which is incorporated herein by reference. In order to provide different process gas mixtures and / or flow rates, one or more optional gas partition seals may be provided over the top surface of the electrode. For example, a single O-ring can be provided between the showerhead electrode 502 and the backing plate 506 at a position between the inner and outer Q-pads to separate the inner gas distribution zone from the outer gas distribution zone. O-rings 558 located between the showerhead electrode 502 and the backing plate 506 along the inner periphery of the outer Q-pad can provide gas and particle seal between the electrode and the backing plate.

본 발명이 본 발명의 특정 실시형태들을 참조하여 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구의 범위로부터 벗어나지 않으면서, 다양한 변화들 및 변형들이 이루어질 수 있고 균등물들이 채용될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.Although the invention has been described in detail with reference to specific embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications may be made and equivalents may be employed without departing from the scope of the appended claims.

100 샤워헤드 전극 어셈블리 102 열 제어 플레이트
104 상부 플레이트 110 샤워헤드 전극
140 배킹 플레이트 170 가드 링
180 플라즈마 한정 어셈블리 190 플라즈마 한정 링100 Showerhead Electrode Assembly 102 Thermal Control Plate
104 Top plate 110 Showerhead electrode
140 backing plate 170 guard ring
180 Plasma Constrained Assembly 190 Plasma Constrained Ring

Claims

A showerhead electrode for use in a plasma reaction chamber,
A central portion and a peripheral portion defined by upper and lower surfaces of the showerhead electrode, the upper surface including a plane extending across the central portion and the peripheral portion, the lower surface extending inside the central portion The central and peripheral portions defined by a plane and a stepped outer surface extending across the periphery, the stepped outer surface comprising at least one annular plane defining an area of increased thickness of the showerhead electrode. ;
A plurality of circumferentially spaced sockets of an upper surface of the periphery, the sockets configured to receive a cam lock configured to clamp the showerhead electrode to a backing plate;
A plurality of gas outlets in the central portion of the showerhead electrode through which a processing gas can be delivered to a gap between the lower electrode on which the wafer is supported and the showerhead electrode, wherein the gas outlet is about 0.5 inches from the center of the showerhead electrode; 10 gas outlets of the first row located, 18 gas outlets of the second row located about 0.9 inches from the center, 28 gas outlets of the third row located about 1.4 inches from the center, from the center 38 gas outlets of a fourth row located about 1.8 inches, 46 gas outlets of a fifth row located about 2.3 inches from the center, 56 gas outlets of a sixth row located about 2.7 inches from the center 66 gas outlets of a seventh row located about 3.2 inches from the center, and an eighth furnace located about 3.6 inches from the center 74 gas outlets, 84 gas outlets of a ninth row located about 4.1 inches from the center, 94 gas outlets of a tenth row located about 4.6 inches from the center, located about 5.1 inches from the center 13 gas cylinders with 104 gas outlets of the 11th row, 110 gas outlets of the 12th row located about 5.4 inches from the center and 120 holes of the 13th row located about 5.7 inches from the center A plurality of gas outlets arranged in a pattern having a row of gas outlets extending into the one, and one central gas outlet; And
And a temperature sensor for receiving a hole in the upper surface, the showerhead electrode being configured to receive a tip of the temperature sensor.

The method of claim 1,
Further comprising alignment pin holes in the top surface, the alignment pin holes being configured to align with alignment pins extending to the backing plate and the temperature sensor between the gas outlet of the tenth row and the gas outlet of the eleventh row. A showerhead electrode for receiving a located hole.

The method of claim 1,
And a confined pattern of gas outlets in the stepped outer surface configured to cooperate with a manometer unit to provide vacuum pressure measurements in the chamber.

The method of claim 1,
The top surface of the showerhead electrode comprises an annular ledge of an outer edge and the ledge is configured to support the guard ring such that the outer surface of the guard ring is coplanar with the outer surface of the showerhead electrode electrode.

The method of claim 1,
The stepped outer surface includes a single annular plane, an inner inclined plane and an outer inclined plane, the inner inclined plane extends between the inner plane and the single annular plane, the outer inclined plane of the single annular plane and the showerhead electrode. A showerhead electrode extending between outer edges.

The method of claim 1,
The stepped outer surface comprises an inner annular plane, an outer annular plane, an inner inclined plane, an intermediate inclined plane and an outer inclined plane,
The inner inclined plane extends between the inner plane and the inner annular plane, the intermediate inclined plane extends between the inner annular plane and the outer annular plane, and the outer inclined plane of the outer annular plane and the showerhead electrode Extends between the outer edges; The thickness of the showerhead electrode across the inner plane is thinner than the thickness of the showerhead electrode across the inner annular plane; The thickness of the showerhead electrode over the first annular surface is thinner than the thickness of the showerhead electrode over the second annular surface.

A showerhead electrode according to claim 1;
A backing plate comprising axially extending bores aligned with the sockets in the showerhead electrode and radially extending bores in communication with the axially extending bores;
A rotatable camshaft mounted within said radially extending bores; And
Locking pins located in sockets in the showerhead electrode, the locking pins comprising an enlarged head at a free end, the camshaft for locking the mechanically clamping the showerhead electrode to the backing plate; And the locking pins, the cutouts configured to engage and lock with the heads of the pins.

The method of claim 7, wherein
And a temperature sensor in direct contact with the temperature sensor that receives a hole in the top surface of the showerhead electrode.

The method of claim 7, wherein
Bases of the locking pins are located in sockets, the sockets comprising threads on an outer surface that engage threads on the inner surface of the sockets, and the sockets include flanges that engage an upper surface of the showerhead electrode. And the axially extending bores in the backing plate include a wide portion and a narrow portion, the wide portion receiving the flanges and the narrow portion receiving the locking pins.

The method of claim 9,
And the locking pins are axially and transversely movable within the sockets to accommodate different thermal expansion of the backing plate and the showerhead electrode.

The method of claim 9,
Wherein the showerhead electrode is a plate of polycrystalline silicon, monocrystalline silicon, silicon carbide, aluminum, anodized aluminum or yttrium-coated aluminum and the backing plate is a plate of aluminum.

The method of claim 9,
And the backing plate is free of thermally controlled coolant passages and heating elements.

The method of claim 8,
Further comprising a thermal control plate attached to the backing plate,
The thermal control plate may include one or more annular protrusions on a bottom surface defining a gas plenum in communication with the gas passages in the backing plate and one or more temperature adjustments for adjusting the temperature of the showerhead electrode based on data received from the temperature sensor. A showerhead electrode assembly having at least one heating element actively controlled by a controller to activate the heating element.

The method of claim 7, wherein
And a gas seal between the backing plate and the showerhead electrode, wherein the gas seal is located outside of the gas passages and a plurality of annular gaskets is located inside the gas seal.

A method of processing a semiconductor substrate in a plasma chamber,
Supporting the semiconductor substrate on a lower electrode in the plasma chamber;
Supplying a processing gas to the plasma chamber;
Forming a plasma adjacent the exposed surface of the showerhead electrode; And
Treating the semiconductor substrate with the plasma;
And the showerhead electrode comprises the showerhead electrode of claim 1.

The method of claim 15,
The temperature of the showerhead electrode is controlled by one or more heating elements measured by a temperature sensor in direct contact with the showerhead electrode and heating the thermal control plate based on data received from the temperature sensor, the thermal control plate An annular protrusion forming a plenum between the thermal control plate and the backing plate, the plenum in fluid communication with gas passages in the backing plate aligned with a gas outlet in the showerhead electrode, the backing plate being And providing a thermal path between the showerhead electrode and the thermal control plate.

The method of claim 15,
Wherein the semiconductor substrate comprises a semiconductor wafer and the processing step comprises etching the semiconductor wafer using the plasma.

The method of claim 15,
And wherein the showerhead electrode is grounded and power is supplied to the lower electrode during the processing step.

The method of claim 15,
Heating the showerhead electrode and the backing plate to an elevated temperature causing differential thermal expansion of the showerhead electrode and the backing plate, and receiving the thermal expansion by movement of the locking pins, A method of processing a semiconductor substrate in a plasma chamber.

A method for replacing a showerhead electrode of the showerhead electrode assembly according to claim 7,
Releasing the cam locks to remove cam locks from the locking pins, removing the showerhead electrode, locking pins of a new or refurbished showerhead electrode with axial bores in the backing plate. Aligning, and rotating the cam lock to engage the heads of the locking pins.