KR20110003902U

KR20110003902U - 샤워헤드 전극 어셈블리의 에지-클램핑되고 기계적으로 패스닝된 내부 전극

Info

Publication number: KR20110003902U
Application number: KR2020100000703U
Authority: KR
Inventors: 라 렐라 안토니 데; 프라티크 만키디
Original assignee: 램 리써치 코포레이션
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2011-04-20
Also published as: JP3161173U; US10262834B2; DE202010014257U1; CN201781676U; FR2951317B1; US20110083809A1; KR200464037Y1; US9245716B2; SG170697A1; US20160086776A1; TWM396561U; JP3160877U; FR2951317A1

Abstract

바람직한 실시형태에 따르면, 플라즈마 프로세싱 레이트의 강화된 일관성을 유도하는, 개선된 위치 정확도 및 감소된 왜곡을 갖는 반도체 기판들을 에칭하기 위한 플라즈마 반응 챔버 내의 내부 전극, 개스킷 세트 및 그 어셈블리가 제공된다. 또한, 지지 부재에 내부 전극 및 개스킷 세트를 어셈블링하는 고안이 제공된다.

Description

샤워헤드 전극 어셈블리의 에지-클램핑되고 기계적으로 패스닝된 내부 전극{EDGE-CLAMPED AND MECHANICALLY FASTENED INNER ELECTRODE OF SHOWERHEAD ELECTRODE ASSEMBLY}

본 명세서에는, 반도체 컴포넌트들이 제조될 수 있는 플라즈마 프로세싱 챔버의 샤워헤드 전극 어셈블리가 개시된다. 통상적으로, 집적 회로 칩의 제조는, "기판" 으로 지칭되는, 고순도, 단결정 반도체 재료 기판 (예를 들어, 실리콘 또는 게르마늄) 의 얇은, 연마된 슬라이스로 시작한다. 각각의 기판에는, 기판상에 다양한 회로 구조를 형성하는 물리적 및 화학적 프로세싱 단계들의 시퀀스가 수행된다. 제조 프로세스 동안, 실리콘 이산화물막을 생산하기 위한 열 산화, 실리콘, 실리콘 이산화물, 및 실리콘 질화물막을 생산하기 위한 화학적 기상 증착, 및 다른 금속 막을 생산하기 위한 스퍼터링 또는 다른 기술들과 같은 다양한 기술들을 이용하여 다양한 유형의 박막들이 기판상에 증착될 수도 있다.

반도체 기판상에 필름을 증착시킨 후에, 도핑 (doping) 으로 지칭되는 프로세스를 이용하여 반도체 결정 격자내로 선택된 불순물들을 대체함으로써 반도체의 고유한 전기적 특성이 생성된다. 다음으로, 도핑된 실리콘 기판은 "레지스트" 로 지칭되는 감광성 (photosensitive), 또는 감방사선성 (radiation sensitive) 재료의 얇은 층으로 균일하게 코팅될 수도 있다. 회로에서 전자 경로를 정의하는 작은 기하학적 패턴이 리소그래피로 알려진 프로세스를 사용하여 레지스트 상에 전사될 수도 있다. 리소그래피 프로세스 동안, 집적 회로 패턴이 "마스크" 로 지칭되는 유리판 상에 그려지고, 그후, 감광성 코팅 상으로 광학적으로 축소되고, 투영되고, 전사될 수도 있다.

다음으로, 리소그래핑된 레지스트 패턴이 에칭으로 알려진 프로세스를 통해서 반도체 재료의 하부에 놓인 결정 표면으로 전사될 수도 있다. 일반적으로, 가스 상태에서 플라즈마 상태로 에너자이징하기 위해 진공 챔버에 에칭 가스 또는 증착 가스를 공급하고 RF (radio frequency) 전계를 이 가스에 인가함으로써 기판상에서 재료의 에칭 및 화학 기상 증착 (CVD; chemical vapor deposition) 을 위한 진공 프로세싱 챔버가 이용된다.

반도체 기판 프로세싱에 이용되는 플라즈마 반응 챔버용 샤워헤드 전극 어셈블리는, 복수의 볼트 또는 복수의 캠 록 (cam lock) 과 같은 스레딩된 패스너 (threaded fastener) 및 클램프 링 (clamp ring) 에 의해 백킹 플레이트 (backing plate) 에 기계적으로 부착된 내부 전극을 포함한다. 스레딩된 패스너들 및 클램프 링은 지지체의 측방향으로 이격된 포인트들을 제공하고, 백킹 플레이트와의 열접촉을 개선시키고, 플라즈마 반응 챔버의 동작 동안 내부 전극의 워핑 (warping) 을 감소시킨다. 내부 전극은, 그 탑재 표면상에, 적어도 하나의 동심 로우에 배열된 복수의 가스 주입 홀, 얼라인먼트 핀들을 수용하도록 구성된 복수의 스레딩되지 않은 블라인드 홀, 얼라인먼트 링을 수용하도록 구성된 환상 그루브 (annular groove), 및 백킹 플레이트에 탑재된 회전가능한 캠 샤프트 (cam shaft) 와 결합가능한 스프링 편향된 스터드 (spring biased stud) 를 홀딩하는 복수의 스레딩된 소켓 또는 스레딩된 패스너 (예를 들어, 볼트) 를 수용하도록 구성된 복수의 스레딩된 블라인드 홀들을 갖는다. 내부 전극과 백킹 플레이트 사이에 그리고 외부 전극과 백킹 플레이트 사이에 개스킷의 세트가 끼워져서 열접촉 및 전기적 접촉을 제공하고 그 사이의 러빙 접촉부를 제거한다. 개스킷은 어셈블리 동안 내부 전극에 삽입된 얼라인먼트 핀들과 정렬되는 홀 및/또는 컷아웃을 갖는다. 얼라인먼트 핀은 내부 전극에 대한 개스킷의 정확한 위치지정 (positioning) 을 확보한다. 또한, 개스킷은 스레딩된 블라인드 홀과 정렬되는 홀 및/또는 컷아웃, 및 내부 전극 상에 가스 주입 홀을 갖는다.

도 1a 는, 일 실시형태에 따른, 용량 결합 플라즈마 반응 챔버 용 샤워헤드 전극 어셈블리의 부분적인 단면도.
도 1b 는, 다른 실시형태에 따른, 용량 결합 플라즈마 반응 챔버 용 샤워헤드 전극 어셈블리의 부분적인 단면도.
도 1c 는, 클램프 링 상에 탑재된 압축 링의 상세한 도면.
도 2a 는, 도 1a 에 도시된 샤워헤드 전극 어셈블리에 외부 전극을 부착하기 위한 예시적인 캠 록의 3 차원 도면.
도 2b 는 도 2a 의 예시적인 캠 록의 단면도.
도 2c 는 도 1b 에 도시된 샤워헤드 전극 어셈블리에 외부 전극 및 내부 전극을 부착하기 위한 예시적인 캠 록의 3 차원 도면.
도 2d 는 도 2c 의 예시적인 캠 록의 단면도.
도 3 은 도 2a 내지 도 2d 의 캠 록에 이용된 예시적인 스터드의 측입면도 및 어셈블리 도면.
도 4a 는 도 2a 및 도 2b 의 캠 록에 이용된 예시적인 캠 샤프트의 측입면도 및 어셈블리 도면.
도 4b 는 도 4a 또는 도 4c 의 캠 샤프트의 일부의 예시적인 커터-경로 에지의 단면도.
도 4c 는 도 2c 및 도 2d 의 캠 록에 이용된 예시적인 캠 샤프트의 측입면도 및 어셈블리 도면.
도 4d 는 백킹 플레이트 내의 구멍 (bore) 에 탑재된, 도 4c 의 캠 샤프트의 부분 사시도.
도 5a 는 플라즈마 노출 표면을 나타내는 도 1a 의 샤워헤드 전극 어셈블리 내의 내부 전극의 저부도.
도 5b 는 도 5a 의 내부 전극의 단면도.
도 5c 는 도 5b 의 영역 A 의 확대도.
도 5d 는 탑재 표면을 나타내는 도 5a 의 내부 전극의 평면도.
도 5e 는 환상 그루브 (550A 또는 550B) 를 가로지르는 도 5d 또는 도 5k 의 내부 전극의 부분 단면도.
도 5f 는 도 5d 의 홀 (540A) 또는 도 5k 의 홀 (540Ba 또는 540Bb) 을 가로지르는 도 5d 또는 도 5k 의 내부 전극의 부분 단면도.
도 5g 는 도 5d 의 홀 (530aa, 530ab 또는 530ac) 을 가로지르는 도 5d 의 내부 전극의 부분 단면도.
도 5h 는 플라즈마 노출 표면을 나타내는 도 1b 의 샤워헤드 전극 어셈블리의 내부 전극의 저부도.
도 5i 는 도 5h 의 내부 전극의 부분 단면도.
도 5j 는 도 5i 의 영역 A 의 확대도.
도 5k 는 탑재 표면을 나타내는 도 5h 의 내부 전극의 평면도.
도 5l 은 도 5k 의 홀 (530ba, 530bb 또는 530bc) 에 걸친 도 5k 의 내부 전극의 부분 단면도.
도 6 은 도 1a 의 볼트 (160A) 부근의 확대도.
도 7a 는 내부 개스킷, 중간 개스킷 및 외부 개스킷의 평면도.
도 7b 는 도 7a 의 내부 개스킷 (7100) 의 확대도.
도 7c 는 제 1 환상 개스킷, 제 2 환상 개스킷 및 제 3 환상 개스킷의 평면도.
도 7d 는 도 7c 의 내부 개스킷 (7400) 의 확대도.
도 7e 는 제 1 환상 개스킷, 제 2 환상 개스킷 및 제 3 환상 개스킷의 평면도.
도 7f 는 도 7e 의 내부 개스킷 (7800) 의 확대도.

통상적으로, 플라즈마 반응 챔버는 그 내부에 위치된 상부 전극 어셈블리 및 하부 전극 어셈블리를 갖는 진공 챔버로 구성된다. 프로세싱되는 기판 (일반적으로, 반도체) 은 적절한 마스크로 커버되고 하부 전극 어셈블리 바로 위에 위치된다. O₂, N₂, He, Ar 또는 그 혼합물과 같은 가스를 갖는 챔버에 프로세스 가스 (예를 들어, CF₄, CHF₃, CClF₃, HBr, Cl₂, SF₆ 또는 그 혼합물) 가 도입된다. 챔버는, 통상 millitorr 범위의 압력에서 유지된다. 상부 전극 어셈블리에는, 상부 전극 어셈블리를 통해서 챔버에 가스가 균일하게 분산되도록 허용하는 가스 주입 홀(들) 이 제공된다. 하나 이상의 RF 전원 공급 장치는 RF 전원을 진공 챔버로 보내고, 중성 프로세스 가스 분자들을 플라즈마로 해리시킨다. 상부 전극과 하부 전극 사이의 전계에 의해 기판 표면을 향해서 플라즈마에서의 고반응 라디칼 (highly reactive radical) 이 가해진다. 기판의 표면은 라디칼과의 화학적 반응에 의해 에칭되고 증착된다. 상부 전극 어셈블리는 백킹 플레이트 (이는, 내부 전극과는 상이한 재료로 형성됨) 에 부착된 내부 전극을 포함할 수 있다. 내부 전극은 동작 도중에 플라즈마 및/또는 히터 장치 (heater arrangement) 에 의해 가열되고 워핑될 수도 있는데, 이는 기판에 걸쳐서 프로세싱 레이트의 균일성에 악영향을 줄 수 있다. 또한, 내부 전극 및 백킹 플레이트의 상이한 열 팽창은 반복되는 열 사이클 도중에 그들 사이에서 러빙 (rubbing) 을 유발할 수 있다. 러빙은 기판의 디바이스 수율을 저하시키는 미립자 오염물질을 생성할 수 있다.

내부 전극의 워핑 (warping) 을 감소시키기 위해, 내부 전극의 에지 주위의 클램프 링 및 내부 전극의 탑재 표면의 내측과 결합되는 볼트 또는 캠 록들과 같은 복수의 스레딩된 패스너들을 포함하는 샤워헤드 전극 어셈블리가 본 명세서에 설명된다. 볼트 또는 캠 록 및 클램프 링은 내부 전극에 걸쳐 분산된 복수의 지점들에서 백킹 플레이트에 내부 전극을 단단히 고정시킨다.

도 1a 는 반도체 기판을 에칭하기 위한 플라즈마 반응 챔버의 샤워헤드 전극 어셈블리 (100A) 의 일부의 부분 단면도를 나타낸다. 도 1a 에 도시된 바와 같이, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100A) 는 상부 전극 (110A), 및 백킹 플레이트 (140A) 를 포함한다. 또한, 어셈블리 (100A) 는 열 제어판 (102A), 액류 채널들 (미도시) 을 그 내부에 갖는 온도 제어된 상판 (탑 플레이트) (104A) 을 포함한다. 상부 전극 (110A) 은 내부 전극 (120A), 및 외부 전극 (130A) 을 포함하는 것이 바람직하다. 내부 전극 (120A) 은, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 실리콘 카바이드 또는 다른 적절한 재료와 같은 전도성 고순도 재료로 형성될 수도 있다. 내부 전극 (120A) 은 주기적으로 교체되어야만 하는 소모 부품이다. 백킹 플레이트 (140A) 는 후술하는 기계적 패스너를 통해서 내부 전극 (120A) 및 외부 전극 (130A) 에 기계적으로 고정되어 있다.

도 1a 에 도시된 것과 같이 샤워헤드 전극 어셈블리 (100A) 는, 상부 전극 (110A) 아래로 1 내지 5㎝ 이격되어 기판이 지지된 플랫 하부 전극 어셈블리의 부분을 그 상부에 형성하는 정전척 (미도시) 과 함께 통상적으로 사용된다. 플라즈마 반응 챔버와 같은 예시는 평행판 유형의 반응기 (예를 들어, 캘리포니아, 프레몬트의 Lam Research Corporation 이 제조한 Exelan^TM 유전체 에칭 시스템) 이다. 이러한 척킹 장치는 후방측 헬륨 (He) 압력을 공급함으로써 기판의 온도 제어를 제공하고, 이는, 기판과 척 사이의 열 전달 레이트를 제어한다.

사용 도중에, 가스 소스로부터의 프로세스 가스는 기판 상부의 단일 구역 또는 다수의 구역으로 프로세스 가스가 공급되도록 허용하는 상판 (104A) 내의 하나 이상의 패시지들을 통해서 내부 전극 (120A) 으로 공급된다.

내부 전극 (120A) 은 평면 디스크 또는 플레이트인 것이 바람직하다. 내부 전극 (120A) 은, 프로세싱될 기판보다 작거나, 이와 동일하거나, 또는 더 큰 직경 (예를 들어, 300㎜ 이하) 을 가질 수 있는데, 이 플레이트가 단결정 실리콘으로 형성된 경우, 300㎜ 기판용으로 이용되는 현재 이용가능한 단결정 실리콘 재료의 직경을 갖는다. 300㎜ 기판을 프로세싱하기 위해, 외부 전극 (130A) 은 내부 전극 (120A) 의 직경을 약 12 인치 내지 약 17 인치 (본 명세서에서 "약" 은 ±10% 를 지칭함) 확장된 것으로 사용된다. 외부 전극 (130A) 은, 연속적인 부재 (예를 들어, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 실리콘 카바이드 또는 링 형태의 다른 적절한 재료) 일 수 있거나, 또는, 분할된 부재 (예를 들어, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 실리콘 카바이드 또는 다른 재료와 같은 링 구성으로 배열된 2-6 개의 분할된 세그먼트들) 일 수 있다. 기판과 상부 전극 (110A) 사이의 갭에 프로세스 가스를 공급하기 위해, 상부 전극 (110A) 하부의 반응 구역 내에 플라즈마로 에너자이징된 프로세스 가스를 공급하기에 적절한 사이즈 및 분포인 복수의 가스 주입 홀 (106A) 들이 내부 전극 (120A) 에 제공된다.

내부 전극 (120A) 및 외부 전극 (130A) 의 플라즈마 노출 표면용으로는 단결정 실리콘이 바람직한 재료이다. 고순도, 단결정 실리콘은, 원치않는 엘리먼트들의 최소량만을 반응 챔버로 도입하고 또한 플라즈마 프로세싱 동안 매끄럽게 마모되어 파티클들을 최소화하기 때문에, 플라즈마 프로세싱 동안 기판의 오염물질을 최소화한다. 내부 전극 (120A) 및 외부 전극 (130A) 의 플라즈마-노출 표면들 용으로 이용될 수 있는 재료의 조성물을 포함하는 대안적인 재료는, 예를 들어, 다결정 실리콘, Y₂O₃, SiC, Si₃N₄, 및 AlN 을 포함한다.

일 실시형태에서, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100A) 는 큰 기판 (예를 들어, 300㎜ 의 직경을 갖는 반도체 기판) 을 프로세싱하는데 충분히 크다. 300㎜ 기판에서, 내부 전극 (120A) 의 직경은 적어도 300㎜ 이다. 그러나, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100A) 는 다른 기판 사이즈들을 프로세싱하기 위해 크기 조절될 수 있다.

백킹 플레이트 (140A) 는 플라즈마 프로세싱 챔버에서 반도체 기판을 프로세싱하는데 이용된 프로세스 가스와 화학적으로 상용가능하고, 전극 재료의 열 팽창 계수와 거의 일치하는 열 팽창 계수를 갖고, 및/또는 전기적 열적 전도성인 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 백킹 플레이트 (140A) 를 형성하는데 이용될 수 있는 바람직한 재료는, 흑연, SiC, 알루미늄 (Al), 또는 다른 적절한 재료들을 포함하지만 이에 한정하지 않는다.

백킹 플레이트 (140A) 는 (스레딩된 볼트, 스크류 등일 수 있는) 적절한 기계적 패스너를 통해서 열 제어판 (102A) 에 부착되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 볼트 (미도시) 가 열 제어판 (102A) 의 홀들에 삽입되고, 백킹 플레이트 (140A) 내의 스레딩된 개구들내로 스크류된다 (screwed). 열 제어판 (102A) 은, 기계가공된 금속 재료 (예를 들어, 알루미늄, 알루미늄 합금 등) 로 형성된 것이 바람직하다. 온도 제어된 상판 (104A) 은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된 것이 바람직하다.

외부 전극 (130A) 은, 본 명세서에 참조로서 통합된 개시물인, (2009년 9월 17일 발행된) 공동-양도된 WO2009/114175 및 (2009년 4월 10일 출원된) 미국 출원 일련 번호 제12/421,845호에 설명된 것과 같은 캠 록 메커니즘에 의해 백킹 플레이트에 기계적으로 부착될 수 있다. 도 2a 를 참조하여, 예시적인 캠 록의 3 차원 도면은 외부 전극 (130A) 및 백킹 플레이트 (140A) 의 부분을 포함한다. 캠 록은, 도 1a 에 도시된 플라즈마 에칭 챔버와 같은 다양한 반도체 제조-관련 툴을 통해서 외부 전극 (130A) 을 백킹 플레이트 (140A) 에 신속하고, 청결하고, 정확하게 부착할 수 있다.

캠 록은 소켓 (213) 에 탑재된 스터드 (로킹 핀; 205) 를 포함한다. 스터드는, 예를 들어, 스테인레스 스틸 벨빌와셔 (stainless steel Belleville washer) 와 같은 디스크 스프링 스택 (215) 에 의해 둘러싸여 있을 수도 있다. 다음으로, 스터드 (205) 및 디스크 스프링 스택 (215) 은 압입될 수도 있고, 그렇지 않으면 접착제 또는 기계적 패스너의 이용을 통해서 소켓 (213) 으로 패스닝된다. 외부 전극 (130A) 및 백킹 플레이트 (140A) 사이에서 제한된 양의 측방향 움직임이 가능하게 되도록, 소켓 (213) 내부에 스터드 (205) 및 디스크 스프링 스택 (215) 이 정렬된다. 측면 움직임의 양을 제한하는 것은, 2 개 부품 사이에서 열 팽창의 차이를 고려한 약간의 움직임을 제공하면서도, 외부 전극 (130A) 과 백킹 플레이트 (140A) 사이의 조밀한 끼워맞춤 (tight fit) 을 가능하게 하여, 이에 따라, 우수한 열접촉을 가능하게 한다. 제한된 측면 움직임 특성에 대한 추가적인 세부사항은 이하에 더욱 상세하게 설명된다.

구체적인 예시 실시형태에서, 고강도 Torlon

로부터 소켓 (213) 이 제조된다. 이와 다르게, 소켓 (213) 은 우수한 강도 및 우수한 내충격성과 같은 특정 기계적 특성을 소유하는 다른 재료로부터 제조될 수도 있고, 내 크리프성, 치수 안정성, 내방사선성, 및 내약품성이 용이하게 채용될 수도 있다. 폴리아미드-이미드, 아세탈, 및 초고분자량 폴리에틸렌 재료와 같은 다양한 재료가 모두 적절할 수도 있다. 에칭 챔버와 같은 어플리케이션에서 사용되는 통상적인 최대의 온도가 230℃ 이기 때문에, 소켓 (213) 을 형성하는데 고온-특정 플라스틱 및 다른 관련 재료가 요구되지 않는다. 일반적으로, 통상적인 동작 온도는 130℃ 에 가깝다.

캠 록의 다른 부분들은, 한 쌍의 캠 샤프트 베어링 (209) 에 의해 각각의 말단에서 선택적으로 둘러싸여 있는 캠 샤프트 (207A) 로 구성된다. 캠 샤프트 (207A) 및 캠 샤프트 베어링 어셈블리는 백킹 플레이트 (140A) 로 기계가공된 백킹 플레이트 구멍 (211A) 내에 탑재된다. 300㎜ 반도체 기판용으로 디자인된 에칭 챔버용 통상적인 어플리케이션에서, 8 개 이상의 캠 록들이 외부 전극 (130A)/백킹 플레이트 (140A) 결합의 주변에서 이격되어 있을 수도 있다.

캠 샤프트 베어링 (209) 은, Torlon

, Vespel

, Celcon

, Delrin

, Teflon

, Arlon

, 또는 다른 재료 (예를 들어, 낮은 마찰 계수 및 낮은 파티클 쉐딩 (particle shedding) 을 갖는 폴리에테르에테르케톤 (PEEK), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 아세탈, 플루오로폴리머) 를 포함하는 다양한 재료로부터 기계가공될 수도 있다. 스터드 (205) 및 캠 샤프트 (207A) 는 스테인레스 스틸 (예를 들어, 316, 316L, 177, NITRONIC-60 등) 또는 우수한 강도 및 우수한 내부식성을 제공하는 임의의 다른 재료로부터 기계가공될 수도 있다.

이제, 도 2b 를 참조하여, 캠 록의 단면도는, 캠 록이 밀접하게 근접하는 백킹 플레이트 (140A) 로 외부 전극 (130A) 을 어떻게 끌어당기는지에 대한 방법을 더 예시한다. 스터드 (205)/디스크 스프링 스택 (215)/소켓 (213) 어셈블리는 외부 전극 (130A) 으로 탑재된다. 도시된 바와 같이, 이 어셈블리는 외부 전극 (130A) 의 스레딩된 홀로 소켓 (213) 의 외부 스레드들에 의해 고정될 수도 있다.

도 3 에서, 확대된 헤드를 갖는 스터드 (205), 디스크 스프링 스택 (215), 및 소켓 (213) 의 입면도 및 어셈블리 뷰 (300) 는 캠 록의 예시적인 디자인에 대한 추가적인 세부사항을 제공한다. 구체적인 예시적인 실시형태에서, 스터드/디스크 스프링 어셈블리 (301) 는 소켓 (213) 으로 압입된다. 소켓 (213) 은 외부 스레드 및 육각형의 탑 부재를 갖고, 약한 토크 (예를 들어, 구체적인 예시적인 실시형태에서는, 약 20 인치-파운드) 에 의해 외부 전극 (130A) 으로의 쉬운 삽입을 가능하게 한다 (도 2a 및 도 2b 참조). 전술한 바와 같이, 소켓 (213) 은 다양한 유형의 플라스틱으로부터 기계가공될 수도 있다. 플라스틱을 이용하는 것은 파티클 발생을 최소화하고, 외부 전극 (130A) 상의 합치 소켓 (mating socket) 으로 소켓 (213) 의 원만한 설치를 허용한다.

스터드/소켓 어셈블리 (303) 는 스터드 (205) 의 중간 부분의 외부 직경보다 큰 소켓 (213) 상부의 내부 직경을 도시한다. 앞서 언급한 2 개의 부분 사이의 직경 차이는 전술한 바와 같이 어셈블링된 캠 록에서의 제한적인 측면 움직임을 허용한다. 직경의 차이가 약간의 측면 움직임을 허용하면서, 스터드/디스크 스프링 어셈블리 (301) 는 소켓 (213) 의 기저부에서 소켓 (213) 과 단단한 콘택트로 유지된다. (도 2b 참조.)

도 4a 를 참조하여, 캠 샤프트 (207A) 및 캠 샤프트 베어링 (209) 의 확대도 (400A) 는 또한 키 핀 (keying pin; 401) 을 나타낸다. 키 핀 (401) 을 갖는 캠 샤프트 (207A) 의 말단이 백킹 플레이트 구멍 (211A) 으로 먼저 삽입된다 (도 2b 참조). 백킹 플레이트 구멍 (211A) 의 제일 말단에 있는 한 쌍의 작은 합치 홀 (mating hole; 미도시) 은 백킹 플레이트 구멍 (211A) 으로의 캠 샤프트 (207A) 의 적절한 조정을 제공한다. 캠 샤프트 (207A) 의 측입면도 (420A) 는 캠 샤프트 (207A) 의 일 단면상에 육각형 개구 (403A) 및 반대 말단 상에 키 핀 (401) 의 가능한 위치를 확실하게 나타낸다.

예를 들어, 도 4a 및 도 2b 를 연속으로 참조하여, 캠 록은 캠 샤프트 (207A) 를 백킹 플레이트 구멍 (211A) 으로 삽입함으로써 어셈블링된다. 키 핀 (401) 이 구멍 (211A) 의 바닥에 있는 슬롯과 연결됨으로써 백킹 플레이트 구멍 (211A) 의 캠 샤프트 (207A) 의 회전 운동을 한정한다. 캠 샤프트 (207A) 는 육각형 개구 (403A) 의 사용을 통해서 하나의 방향으로, 예를 들어, 시계 반대방향으로, 스터드 (205) 가 캠 샤프트 (207A) 로 도입하는 것을 허용하도록 먼저 회전되고, 그후, 시계방향으로 회전되어 스터드 (205) 와 완전하게 결합하여 로킹할 수도 있다. 외부 전극 (130A) 을 백킹 플레이트 (140A) 에 홀딩하는데 요구되는 클램프 력 (clamp force) 은 디스크 스프링 스택 (215) 을 그 프리-스택 높이 이상으로 압착함으로써 공급된다. 캠 샤프트 (207A) 는 스터드 (205) 의 확대된 헤드를 결합하는 내부 이심 컷아웃 (internal eccentric cutout) 을 갖는다. 디스크 스프링 스택 (215) 이 압착됨에 따라서, 클램프 력은 디스크 스프링 스택 (215) 의 개별적인 스프링들로부터 소켓 (213) 으로 그리고 외부 전극 (130A) 을 통해서 백킹 플레이트 (140A) 로 전달된다.

동작의 예시적인 모드에서, 캠 샤프트 베어링 (209) 이 캠 샤프트 (207A) 에 부착되고 백킹 플레이트 구멍 (211A) 으로 삽입되면, 캠 샤프트 (207A) 는 완전한 회전 운동으로 시계 반대방향으로 회전된다. 그후, 스터드/소켓 어셈블리 (303) (도 3) 는 외부 전극 (130A) 으로 약하게 토크된다 (torqued). 그후, 스터드 (205) 의 헤드가 수평으로 연장하는 백킹 플레이트 구멍 (211A) 하부에서 수직으로 연장하는 관통 홀로 삽입된다. 외부 전극 (130A) 은 백킹 플레이트 (140A) 에 대항하여 홀딩되고, 캠 샤프트 (207A) 는 키 핀이 구멍 (211A) 의 바닥에 있는 슬롯의 말단에 도달하거나 또는 가청 클릭 (audible click) 이 들릴때까지 시계방향으로 회전된다 (이하, 더욱 상세하게 설명됨). 동작의 예시적인 모드는 백킹 플레이트 (140A) 로부터 외부 전극 (130A) 을 탑재해제하기 위해 역으로 행해질 수도 있다.

도 4b 를 참조하여, 도 4a 의 캠 샤프트 (207A) 의 측입면도 (420A) 의 단면도 A-A 는, 스터드 (205) 의 헤드가 완전하게 고정된 커터 경로 에지 (440A) 를 나타낸다. 구체적인 예시적인 실시형태에서, 스터드 (205) 가 완전하게 고정되었을 경우를 나타내기 위해 스터드 (205) 의 헤드가 전술한 가청 클릭 노이즈를 생성하도록, 2 개의 반경 (R1 및 R2) 이 선택된다.

도 5a 내지 도 5g 는 내부 전극 (120A) 의 세부사항을 나타낸다. 내부 전극 (120A) 은 (10ppm 불순물 미만의) 고순도 (0.005 내지 0.02Ω·㎝ 의) 낮은 저항률 단결정 실리콘의 플레이트가 바람직하다.

도 5a 는, 플라즈마 노출 표면 (120aa) 을 나타내는 내부 전극 (120A) 의 저면도이다. 적당한 직경 및/또는 구성을 갖는 가스 주입 홀 (106A) 은 탑재 표면 (120ab) 으로부터 플라즈마 노출 표면 (120aa) (도 5b) 으로 연장하고, 임의의 적절한 패턴으로 배열될 수 있다. 바람직하게, 가스 주입 홀 (106A) 의 직경은 0.04 인치 이하이고; 더욱 바람직하게는, 가스 주입 홀 (106A) 의 직경은 0.01 와 0.03 인치 사이이고; 보다 더욱 바람직하게는, 가스 주입 홀 (106A) 의 직경은 0.02 인치이다. 도시된 실시형태에서, 하나의 가스 주입 홀은 내부 전극 (120A) 의 중심부에 위치해 있고, 다른 가스 주입 홀들은; 전극의 중심부로부터 약 0.6 - 0.7 (예를 들어, 0.68) 인치에 위치된 제 1 로우에 8 개의 가스 주입 홀들, 전극의 중심부로부터 약 1.3 - 1.4 (예를 들어, 1.34) 인치에 위치된 제 2 로우에 18 개의 가스 주입 홀들, 전극의 중심부로부터 약 2.1 - 2.2 (예를 들어, 2.12) 인치에 위치된 제 3 로우에 28 개의 가스 주입 홀들, 전극의 중심부로부터 약 2.8 - 3.0 (예를 들어, 2.90) 인치에 위치된 제 4 로우에 38 개의 가스 주입 홀들, 전극의 중심부로부터 약 3.6 - 3.7 (예를 들어, 3.67) 인치에 위치된 제 5 로우에 48 개의 가스 주입 홀들, 전극의 중심부로부터 약 4.4 - 4.5 (예를 들어, 4.45) 인치에 위치된 제 6 로우에 58 개의 가스 주입 홀들, 전극의 중심부로부터 약 5.0 - 5.1 (예를 들어, 5.09) 인치에 위치된 제 7 로우에 66 개의 가스 주입 홀들, 및 전극의 중심부로부터 약 5.7 - 5.8 (예를 들어, 5.73) 인치에 위치된 제 8 로우에 74 개의 가스 주입 홀들을 갖는, 8 개의 동심 로우들로 배열되어 있다. 이들 로우들 각각의 가스 주입 홀들은 방위각으로 균등하게 이격되어 있다.

도 5b 는 그 직경을 따른 내부 전극 (120A) 의 단면도이다. 외주 표면은 2 개의 스텝을 포함한다. 도 5c 는 도 5b 에서 영역 A 의 확대도이다. 내부 스텝 (532a) 및 외부 스텝 (534a) 은 내부 전극 (120A) 부근에서 완전하게 연장한다. 바람직한 실시형태에서, 실리콘 플레이트는 약 0.40 인치의 두께 및 약 12.5 인치의 외부 직경을 갖고; 내부 스텝 (532a) 은 약 12.0 인치의 내부 직경 및 약 12.1 의 외부 직경을 갖고; 외부 스텝 (534a) 은 약 12.1 인치의 내부 직경 및 약 12.5 인치의 외부 직경을 갖는다. 내부 스텝 (532a) 은 약 0.13 인치 길이의 수직 표면 (532aa) 및 약 0.07 인치 길이의 수평 표면 (532ab) 을 갖고, 외부 스텝 (534a) 은 약 0.11 인치 길이의 수직 표면 (534aa) 및 약 0.21 인치 길이의 수평 표면 (534ab) 을 갖는다.

도 5d 는 탑재 표면 (120ab) 을 나타내는 내부 전극 (120A) 의 평면도이다. 탑재 표면 (120ab) 은, 내부 전극 (120A) 과 동심인 환상 그루브 (550A) (도 5e 에 도시됨) 를 포함하는데, 이 환상 그루브 (550A) 는 약 0.24 인치의 내부 직경, 약 0.44 인치의 외부 직경, 적어도 0.1 인치의 깊이, 입구 에지에 약 0.02 인치 너비의 45°챔퍼 (chamfer), 및 저부 코너에 0.015 와 0.03 인치 사이 반경의 필렛 (fillet) 을 갖는다.

또한, 탑재 표면 (120ab) 은 내부 전극 (120A) 의 중심부로부터 1.72 와 1.73 인치 사이 반경에 위치되고 서로 약 180°만큼 오프셋된 얼라인먼트 핀을 수용하도록 구성된 2 개의 매끄러운 (스레딩되지 않는) 블라인드 홀 (540A) 을 포함하는데, 이 블라인드 홀 (540A) 은 약 0.11 인치의 직경, 적어도 0.2 인치의 깊이, 입구 에지에 약 0.02 인치의 45°챔퍼, 및 저부 코너에 최고 0.02 인치 반경의 필렛을 갖는다.

또한, 탑재 표면 (120ab) 은, 탑재 표면을 중심부 및 외부로 분할하는 환상 탑재 홀 구역에 배열되는 스레딩된 블라인드 홀을 포함한다. 탑재 홀 구역은 내부 전극 (120A) 의 1/4 내지 1/2 반경에 위치되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시형태에서, 8 개의 1/4 - 32 (통일된 스레드 표준) 스레딩된 블라인드 홀 (520A) 의 로우가 내부 전극 (120A) 의 중심부로부터 2.49 와 2.51 인치 사이의 반경에 위치되고 인접 홀들 (520A) 의 각각의 쌍들 사이에서 약 45°만큼의 방위각으로 오프셋된다. 홀 (520A) 각각은 약 0.3 인치의 전체 깊이, 입구 에지로부터 적어도 0.25 인치의 스레딩된 깊이, 및 입구 에지에서 약 0.05 인치 너비의 45°챔퍼를 갖는다. 홀 (520A) 들 중 하나의 홀이 홀 (540A) 과 방위각으로 정렬된다. 본 명세서에 이용된 바와 같이, 이 실시형태에서, "방위각으로 정렬된" 2 개의 오브젝트들은, 2 개의 오브젝트들 경로들을 연결하는 직선이, 원 또는 링의 중심부 (내부 전극 (120A) 의 중심부) 를 통과하는 것을 의미한다.

탑재 표면 (120ab) 은 내부 전극 (120) 의 중심부로부터 6.02 와 6.03 인치 사이 반경에서 방사상으로 정렬된 얼라인먼트 핀들 (각각 530aa, 530ab 및 530ac 이고, 집합적으로는 530a) 을 수용하도록 구성된 제 1, 제 2 및 제 3 매끄러운 (스레딩되지 않은) 블라인드 홀들을 더 포함한다. "방사상으로 정렬된" 은, 중심부까지의 거리가 동일하다는 것을 의미한다. 홀 (530a) 은 0.11 과 0.12 인치 사이의 직경, 적어도 0.1 인치의 깊이, 입구 에지에서 약 0.02 인치 너비의 45°챔퍼, 및 저부 코너에서 최고 0.02 인치 반경의 필렛을 갖는다. 제 1 홀 (530aa) 은 스레딩되지 않은 블라인드 홀 (540A) 들 중 하나로부터 시계방향으로 약 10°만큼의 방위각으로 오프셋되고; 제 2 홀 (530ab) 은 제 1 홀 (530aa) 로부터 시계 반대방향으로 약 92.5°만큼의 방위각으로 오프셋되고; 제 3 홀 (530ac) 은 제 1 홀 (530aa) 로부터 시계 반대방향으로 약 190°만큼의 방위각으로 오프셋된다.

도 1a 를 참조하여, 내부 전극 (120A) 은 저부면에서 외부 스텝 (534a) 과 결합되는 클램프 링 (150A) 및 탑재 표면 (120ab) 에서 스레딩된 블라인드 홀 (520A) 과 결합되는 복수의 볼트 (160A) 에 의해 백킹 플레이트 (140A) 에 클램핑된다. 클램프 링 (150A) 은 백킹 플레이트 (140A) 의 하부측의 스레딩된 개구로 스레딩된 볼트 (스크류) 와 같은 패스너들을 수용하는 일련의 홀들을 포함한다. 내부 전극 (120A) 상의 스텝 (534a) 과 클램프 링 (150A) 의 접촉을 피하기 위해, 경질의 폴리이미드 재료 (예를 들어, CIRLEX

) 와 같은 딱딱한 재료의 압축 링 (170A) 이 클램프 링 (150A) (도 1c) 과 내부 전극 (120A) 의 대향하는 표면들 사이에서 압착된다.

도 6 은 볼트들 (160A) 중 하나의 볼트를 가까이서 본 도 1a 의 확대도를 나타낸다. 볼트 (160A) 는 8-32 사이즈가 있다. 내부 전극 (120A) 의 설치 도중에, TORLON

5030 로 형성되는 것이 바람직한 플라스틱 삽입물 (610A) 이 각각의 스레딩된 블라인드 홀 (520A) 로 스레딩된다. 플라스틱 삽입물 (610A) 은 8-32 의 내부 스레드 및 1/4-32 의 외부 스레드를 갖는다. 8-32 볼트 (160A) 는 각각의 플라스틱 삽입물 (610A) 로 스레딩된다. 샤워헤드 전극 어셈블리 (100A) 의 동작 도중에, 내부 전극 (120A) 은 플라즈마 및/또는 가열 장치에 의해 가열되고, 이러한 가열은 내부 전극 (120A) 의 워핑 (warping) 을 야기할 수도 있고, 플라즈마 챔버에 걸친 플라즈마 프로세싱 레이트의 균일성에 악영향을 줄 수 있다. 클램프 링 (150A) 과 조합된 볼트 (160A) 는 기계적 지지체의 포인트들을 제공하고, 내부 전극 (120A) 의 워핑을 감소시키고, 이에 따라서, 프로세스 레이트 불균일성 및 열적 불균일성을 감소시킨다.

도 7a 는 열적으로 그리고 전기적으로 전도성인 개스킷 세트의 평면도를 나타낸다. 개스킷 세트는, 복수의 스포크 (spoke) 들에 의해 연결된 복수의 동심 링들을 포함하는 내부 개스킷 (7100), 외주 및 내주에 복수의 컷아웃들을 갖는 환상 중간 개스킷 (7200), 및 외주에 복수의 컷아웃들 및 내주에 하나의 컷아웃을 갖는 환상 외부 개스킷 (7300) 을 포함한다. 개스킷들은 진공 환경 (예를 들어, 약 10 내지 200mTorr) 에서 반도체 프로세싱에 대해 호환가능하고, 낮은 파티클 발생을 갖고, 콘택트 포인트들에서 전단 (shear) 을 수용하고, 반도체 기판에서 수명 킬러 (lifetime killer) 인 금속 컴포넌트 (예를 들어, Ag, Ni, Cu 등) 들이 아닌 재료로 형성되고, 전기적으로 그리고 열적으로 전도성인 것이 바람직하다. 개스킷은 실리콘-알루미늄 포일이 협지된 개스킷 구조 또는 엘라스토머-스테인레스 스틸이 협지된 개스킷 구조일 수 있다. 개스킷은, 플라즈마 에칭과 같은 단계들이 수행되는 반도체 제조에 이용된 진공 환경에서 호환가능한 열적으로 그리고 전기적으로 전도성인 러버 (rubber) 를 통해서 상부측 및 하부측에 코팅된 알루미늄 시트일 수 있다. 개스킷은, 전극과 백킹 플레이트가 기계적으로 함께 클램핑되지만 전극과 백킹 플레이트의 대향하는 표면들이 샤워헤드 전극의 온도 사이클링 도중에 서로 대항하여 러빙하는 것으로부터 방지되도록, 컴플라이언트한 것이 바람직하다. 개스킷은 Bergquist Company 가 제조한 "Q-PAD II" 와 같은 적절한 재료로 제조될 수 있다. 개스킷의 두께는 약 0.006 인치인 것이 바람직하다. 개스킷의 다양한 피쳐들은 나이프-절단되고, 스탬핑되고, 펀칭될 수 있고, 또는 바람직하게는 연속 시트들로부터 레이저-절단될 수 있다. 개스킷 세트는 백킹 플레이트 (140A) 과 내부 전극 (120A) 및 외부 전극 (130A) 사이에 탑재되어 그들 사이에서 전기적 및 열적 콘택트를 제공한다.

도 7b 는 내부 개스킷 (7100) 의 상세한 사항을 도시한다. 내부 개스킷 (7100) 은 방사상 스포크에 의해 서로 연결된 7 개의 동심 링들을 포함하는 것이 바람직하다. 제 1 링 (701) 은 적어도 0.44 인치 (예를 들어, 0.62 와 0.65 인치 사이) 의 내부 직경 및 최고 1.35 인치 (예를 들어, 0.97 과 1.00 인치 사이) 의 외부 직경을 갖는다. 제 1 링 (701) 은 8 개의 방사상으로 연장되고 방위각으로 균등하게 이격된 스포크 (712) 에 의해 제 2 링 (702) 에 연결된다. 각각의 스포크 (712) 는 약 0.125 인치의 폭을 갖는다.

제 2 링 (702) 은 적어도 1.35 인치 (예를 들어, 1.74 와 1.76 인치 사이) 의 내부 직경 및 최고 2.68 인치 (예를 들어, 2.26 과 2.29 인치 사이) 의 외부 직경을 갖는다. 제 2 링은 4 개의 방사상으로 연장하고 방위각으로 균등하게 이격된 스포크들에 의해 제 3 링 (703) 에 연결된다. 이들 4 개의 스포크들 중 2 개의 스포크들 (723a 및 723b) 은 내부 개스킷 (7100) 의 중심부에 대해 서로 대향하고, 이들 각각은 약 0.5 인치의 폭을 갖고 약 0.25 인치 × 약 0.46 인치의 둥근 직사각형 개구 (723ah 또는 723bh) 을 갖는다. 이들 4 개의 스포크 중 다른 2 개의 스포크들 (723c 및 723d) 은 내부 개스킷 (7100) 의 중심부에 대해 서로 대향하고, 이들 각각은 약 0.25 인치의 폭을 갖는다. 하나의 스포크 (723c) 는 스포크 (712) 들 중 하나의 스포크로부터 약 22.5° 만큼의 방위각으로 오프셋된다.

제 3 링 (703) 은 적어도 2.68 인치 (예를 들어, 3.17 과 3.20 인치 사이) 의 내부 직경 및 최고 4.23 인치 (예를 들어, 3.71 과 3.74 인치 사이) 의 외부 직경을 갖는다. 제 3 링은 4 개의 방사상으로 연장하고 방위각으로 균등하게 이격된 스포크들 (734) 에 의해 제 4 링 (704) 에 연결된다. 각각의 스포크들은 약 0.18 인치의 폭을 갖는다. 스포크들 (734) 중 하나의 스포크는 스포크 (723c) 로부터 약 45°만큼의 방위각으로 오프셋된다. 또한, 제 3 링 (703) 은 내부 개스킷 (7100) 의 중심부로부터 1.72 인치와 1.74 인치 사이의 방사상 거리에 위치되고 서로 약 180°만큼의 방위각으로 오프셋된 2 개의 둥근 홀 (703x 및 703y) 을 포함한다. 둥근 홀 (703x 및 703y) 은 약 0.125 인치의 직경을 갖는다. 하나의 둥근 홀 (703x) 은 스포크 (723c) 로부터 약 90° 만큼의 방위각으로 오프셋된다. 둥근 홀 (703x 및 703y) 은 얼라인먼트 핀들을 수용하도록 구성된다.

제 4 링 (704) 은 적어도 4.23 인치 (예를 들어, 4.78 과 4.81 인치 사이) 의 내부 직경 및 최고 5.79 인치 (예를 들어, 5.19 와 5.22 인치 사이) 의 외부 직경을 갖는다. 제 4 링 (704) 은 4 개의 방사상으로 연장하고 방위각으로 동일하게 이격된 스포크들에 의해 제 5 링 (705) 에 연결된다. 이들 4 개의 스포크들 중 2 개의 스포크들 (745a 및 745b) 은 내부 개스킷 (7100) 의 중심부에 대해 서로 대향하고, 이들 각각은 약 0.5 인치의 폭 및 약 0.25 인치 × 약 0.51 인치의 둥근 직사각형 개구 (745ah 또는 745bh) 를 갖는다. 이들 4 개의 스포크들 중 다른 2 개의 스포크들 (745a 및 745b) 은 내부 개스킷 (7100) 의 중심부에 대해 서로 대향하고, 이들 각각은 약 0.25 인치의 폭을 갖는다. 하나의 스포크 (745a) 는 스포크 (723c) 로부터 시계 반대방향으로 약 90° 만큼의 방위각으로 오프셋된다. 또한, 제 4 링 (704) 은, 각각의 인접 쌍들 사이에서 약 45°만큼의 방위각으로 오프셋되고, 내부 개스킷 (7100) 의 중심부로부터 2.49 와 2.51 인치 사이의 방사상 거리에 위치된 (볼트들을 수용하도록 구성된) 8 개의 둥근 홀들 (704s, 704t, 704u, 704v, 704w, 704x, 704y 및 704z) 를 포함한다. 이러한 둥근 홀 (704s, 704t, 704u, 704v, 704w, 704x, 704y 및 704z) 은 약 0.18 인치의 직경을 갖는다. 하나의 둥근 홀 (704s) 은 스포크 (723c) 로부터 시계 반대방향으로 약 90° 만큼의 방위각으로 오프셋된다. 각각의 둥근 홀 (704s, 704u, 704w 및 704y) 주위에서, 제 4 링 (704) 은 그 내주에 둥근 돌출부를 갖는다. 각각의 둥근 홀 (704t, 704v, 704x 및 704z) 주위에서, 제 4 링 (704) 은 그 외주에 둥근 돌출부를 갖는다. 각각의 돌출부는 약 0.36 인치의 외부 직경을 갖는다.

제 5 링 (705) 은 적어도 5.79 인치 (예를 들어, 6.35 와 6.37 인치 사이) 의 내부 직경 및 최고 7.34 인치 (예를 들어, 6.73 과 6.75 인치 사이) 의 외부 직경을 갖는다. 제 5 링 (705) 은 4 개의 방사상으로 연장하고 방위각으로 균등하게 이격된 스포크들 (756) 에 의해 제 6 링 (706) 에 연결된다. 스포크들 (756) 중 하나의 스포크는 스포크 (723c) 로부터 약 45°만큼의 방위각으로 오프셋된다. 각각의 스포크들 (756) 은 약 0.5 인치의 폭 및 약 0.25 인치 ×약 0.60 인치의 직사각형 개구 (756h)를 갖는다.

제 6 링 (706) 은 적어도 7.34 인치 (예를 들어, 7.92 와 7.95 인치 사이) 의 내부 직경 및 최고 8.89 인치 (예를 들어, 8.16 과 8.36 인치 사이) 의 외부 직경을 갖는다. 제 6 링 (706) 은 4 개의 방사상으로 연장하고 방위각으로 균등하게 이격된 스포크들에 의해 제 7 링 (707) 에 연결된다. 이들 4 개의 스포크들 중 2 개의 스포크들 (767a 및 767b) 은 내부 개스킷 (7100) 의 중심에 대해 서로 대향하고, 이들 각각은 약 0.5 인치의 폭 및 약 0.25 인치 너비의 직사각형 개구 (767ah 또는 767bh) 를 갖는다. 개구 (767ah 및 767bh) 는 방사상으로 외측으로 연장하고 제 7 링 (707) 을 2 개의 1/2 원으로 분할한다. 이들 4 개의 스포크들 중 다른 2 개의 스포크들 (767c 및 767d) 은 내부 개스킷 (7100) 의 중심부에 대해 서로 대향하고, 이들 각각은 약 0.25 인치의 폭을 갖는다. 스포크 (767d) 는 스포크 (723c) 로부터 약 180° 만큼의 방위각으로 오프셋된다.

제 7 링 (707) 은 적어도 8.89 인치 (예를 들어, 9.34 및 9.37 인치 사이) 의 내부 직경 및 최고 10.18 인치 (예를 들어, 9.66 과 9.69 인치 사이) 의 외부 직경을 갖는다. 내부 개스킷 (7100) 의 링들과 스포크들 사이의 조인트에 있는 각각의 코너들은 약 0.06 인치의 반경으로 라운딩된다.

중간 개스킷 (7200) (도 7a 참조) 은 약 11.95 인치의 내부 직경 및 약 12.47 인치의 외부 직경을 갖는다. 중간 개스킷 (7200) 은 그 내주에 3 개의 작은 직경 컷아웃 (708a, 708b 및 708c) 을 갖는다. 컷아웃 (708b 및 708c) 은, 각각 컷아웃 (708a) 으로부터 시계방향으로 약 92.5° 및 시계방향으로 190° 만큼의 방위각으로 오프셋된다. 컷아웃 (708a, 708b 및 708c) 의 중심부는 중간 개스킷 (7200) 의 중심부로부터 약 6.02 인치의 방사상 거리에 위치된다. 컷아웃 (708a, 708b 및 708c) 은 내측 대면하고 약 0.125 인치의 직경을 갖는 반원형 외주을 포함하며 직선 방사상 에지를 갖는 내부 개구를 포함한다. 또한, 중간 개스킷 (7200) 은 3 개의 큰 직경 라운드를 갖고 그 외주에 외측으로 대면하는 컷아웃 (708x, 708y 및 708z) 를 갖는다. 컷아웃 (708x, 708y 및 708z) 은 방위각으로 균등하게 이격되어 있고 약 0.72 인치의 직경을 갖는다. 이들의 중심부는 중간 개스킷 (7200) 의 중심부로부터 약 6.48 인치의 방사상 거리에 위치된다. 컷아웃 (708x) 은 컷아웃 (708a) 으로부터 시계방향으로 약 37.5°만큼의 방위각으로 오프셋된다. (이하 상세하게 설명되는 바와 같이) 샤워헤드 전극 어셈블리내에 설치될 때, 컷아웃 (708a) 은 내부 개스킷 (7100) 의 제 3 링 (703) 상에서 홀 (703x) 과 방위각으로 정렬된다.

외부 개스킷 (7300) 은 약 13.90 인치의 내부 직경 및 약 15.31 인치의 외부 직경을 갖는다. 외부 개스킷 (7300) 은 그 외주에서 방위각으로 동일하게 이격된 8 개의 반원형 외측 대면 컷아웃 (709a) 을 갖는다. 컷아웃 (709a) 의 중심부는 외부 개스킷 (7300) 의 중심부로부터 약 7.61 인치의 방사상 거리에 위치된다. 컷아웃 (709a) 은 약 0.62 인치의 직경을 갖는다. (이하 상세하게 설명되는 바와 같이) 샤워헤드 전극 어셈블리에 설치될 때, 컷아웃 (709a) 은 내부 개스킷 (7100) 의 제 3 링 (703) 상에 홀 (703x) 과 방위각으로 정렬된다. 외부 개스킷 (7300) 은 또한 외부 개스킷 (7300) 의 내주에 하나의 원형 내측 대면 컷아웃 (709b) 을 갖는다. 이 컷아웃 (709b) 의 중심부는 중간 개스킷 (7300) 의 중심부로부터 약 6.98 인치의 거리에 위치된다. 컷아웃 (709b) 은 약 0.92 인치의 직경을 갖는다. (이하 상세하게 설명되는 바와 같이) 샤워헤드 전극 어셈블리 내에 설치되는 경우, 컷아웃 (709b) 은 홀 (703x) 으로부터 시계 반대방향으로 약 22.5°만큼의 방위각으로 오프셋된다.

내부 전극 (120A) 이 챔버 (100A) 내에 설치되는 경우, 얼라인먼트 링 (108A) (도 1a), 2 개의 내부 얼라인먼트 핀 (109A) (도 1a) 및 3 개의 외부 얼라인먼트 핀 (도 1a 에 도시되지 않음) 이 환상 그루브 (550A), 홀 (540A) 및 홀 (530a) (도 5d) 로 각각 삽입된다. 그후, 내부 개스킷 (7100) 이 내부 전극 (120A) 으로 탑재된다. 홀 (703x 및 703y) (도 7b) 은 내부 얼라인먼트 핀 (109A) 에 대응하고; 내부 개스킷 (7100) 의 중심 홀은 내부 전극 (120A) 내의 중심 가스 주입 홀 및 얼라인먼트 링 (108A) 에 대응한다. 내부 개스킷 (7100) 의 스포크들 내에 그리고 7 개의 링들 사이의 직사각형의 1/4-원형 개구들은 내부 전극 (120A) 의 가스 주입 홀들의 제 1 로우 내지 제 6 로우에 대응한다. 중간 개스킷 (7200) 이 내부 전극 (120A) 상으로 탑재된다. 컷아웃 (708a, 708b 및 708c) 은 홀 (530ac, 530ab 및 530aa) 에 각각 대응한다. 가스 주입 홀의 제 7 로우 및 제 8 로우는 내부 개스킷 (7100) 및 중간 개스킷 (7200) 사이의 개구와 일치한다. 그에 해당하는 삽입물 (610A) 을 갖는 8 개의 볼트들 (160A) 은 8 개의 스레딩된 블라인드 홀들 (520A) 로 스레딩되어 내부 전극 (120A) 을 내부 개스킷 (7100) 과 중간 개스킷 (7200) 사이에 끼워진 백킹 플레이트 (140A) 로 고정시킨다. 클램프 링 (150A) 이 백킹 플레이트 (140A) 의 밑면의 스레딩된 개구들로 스레딩된 복수의 볼트들에 의해 백킹 플레이트 (140A) 로 고정된다. 볼트 (160A) 및 클램프 링 (150A) 은, 기판의 프로세싱 도중에 온도 사이클링에 의해 야기된 내부 전극 (120A) 의 워핑을 감소시키기 위해, 중심부와 외부 에지 사이 및 외부 에지 각각에 위치된 내부 전극 (120A) 을 지지한다. 외부 개스킷 (7300) 은 외부 전극 (130A) 상에 위치된다. 8 개의 컷아웃들 (709a) 은 8 개의 캠 록 메커니즘에 대응한다. 외부 전극 (130A) 은 각각의 캠 록의 캠 샤프트 (207A) 를 회전시킴으로써 백킹 플레이트 (140A) 에 대해 고정된다.

도 1b 는 반도체 기판을 에칭하기 위해 플라즈마 반응 챔버의 다른 샤워헤드 전극 어셈블리 (100B) 의 부분의 단면도를 나타낸다. 도 1b 에 나타난 바와 같이, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100B) 는 상부 전극 (110B), 및 백킹 플레이트 (140B) 를 포함한다. 어셈블리 (100B) 는 또한 열 제어판 (102B), 및 그 내부에 액류 채널을 갖는 탑 플레이트 (104B) 를 포함한다. 바람직하게, 상부 전극 (110B) 은 내부 전극 (120B), 및 외부 전극 (130B) 을 포함한다. 내부 전극 (120B) 은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 실리콘 카바이드 또는 다른 적절한 재료와 같은 전도성 고순도 재료로 형성될 수도 있다. 내부 전극 (120B) 은 주기적으로 교체되어야만 하는 소모 부품이다. C-형상의 단면을 갖는 환상 쉬라우드 (annular shroud; 190) 가 외부 전극 (130B) 을 둘러싼다. 백킹 플레이트 (140B) 는 내부 전극 (120B), 외부 전극 (130B) 및 후술하는 기계적 패스너들을 갖는 쉬라우드 (190) 에 기계적으로 고정된다.

사용 도중에, 가스 소스로부터의 프로세스 가스는 기판 상부의 단일 구역 또는 다수의 구역으로 프로세스 가스가 공급되도록 허용하는 상부 플레이트 (104B) 의 하나 이상의 패시지들을 통해서 내부 전극 (120B) 으로 공급된다.

내부 전극 (120B) 은 평면 디스크 또는 플레이트인 것이 바람직하다. 내부 전극 (120B) 은, 프로세싱될 기판보다 작거나, 이와 동일하거나, 또는 더 큰 직경 (예를 들어, 300㎜ 이하) 을 가질 수 있는데, 이 플레이트가 단결정 실리콘으로 형성된 경우, 300㎜ 기판용으로 이용되는 현재 이용가능한 단결정 실리콘 재료의 직경을 갖는다. 300㎜ 기판을 프로세싱하기 위해, 외부 전극 (130B) 은 약 12 인치에서 약 17 인치로 내부 전극 (120B) 의 직경을 확장시키도록 채택된다. 외부 전극 (130B) 은 연속 부재 (예를 들어, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 실리콘 카바이드 또는 링 형상의 다른 적절한 재료) 또는 분할된 부재 (예를 들어, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 실리콘 카바이드 또는 다른 재료의 세그먼트와 같이, 링 배치로 배열된 2-6 분할 세그먼트들) 일 수 있다. 기판과 상부 전극 (110B) 사이의 갭에 프로세스 가스를 공급하기 위해, 내부 전극 (120B) 에는, 상부 전극 (110B) 아래에 반응 구역에서 플라즈마로 에너자이징되는 프로세스 가스를 공급하기에 적절한 사이즈 및 분포를 갖는 복수의 가스 주입 홀 (106B) 이 제공된다.

단결정 실리콘은 내부 전극 (120B) 및 외부 전극 (130B) 의 플라즈마 노출 표면들에 대한 바람직한 재료이다. 고순도의 단결정 실리콘은, 반응 챔버로 원치않는 엘리먼트들의 최소의 양만을 도입시키고 또한 플라즈마 프로세싱 도중에 매끄럽게 마모되어 파티클을 최소화하기 때문에, 플라즈마 프로세싱 도중에 기판의 오염물질을 최소화한다. 내부 전극 (120B), 외부 전극 (130B) 및 환상 쉬라우드 (190) 의 플라즈마-노출 표면에 이용될 수 있는 재료의 조성물을 갖는 대안적인 재료들은 예를 들어 다결정 실리콘, Y₂O₃, SiC, Si₃N₄, 및 AlN 을 포함한다.

실시형태에서, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100B) 는, 300㎜ 의 직경을 갖는 반도체 기판과 같은 큰 기판을 프로세싱하는데 충분히 크다. 300㎜ 기판에 대해, 내부 전극 (120B) 은 그 직경이 적어도 300㎜ 이다. 그러나, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100B) 는 다른 기판 사이즈들을 프로세싱하도록 크기가 조절될 수 있다.

백킹 플레이트 (140B) 는, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 반도체 기판을 프로세싱하는데 이용되는 프로세스 가스와 화학적으로 호환가능한 재료로 형성되고, 전극 재료의 열 팽창 계수에 가까운 열 팽창 계수를 갖고, 및/또는 전기적으로 열적으로 전도성인 것이 바람직하다. 백킹 플레이트 (140B) 를 형성하는데 이용될 수 있는 바람직한 재료는 흑연, SiC, 알루미늄 (Al), 또는 다른 적절한 재료들을 포함하지만 이에 한정하지 않는다.

백킹 플레이트 (140B) 는, 적절한 기계적 패스너 (예를 들어, 스레딩된 볼트, 스크류 등일 수 있음) 를 통해서 열 제어판 (102B) 에 부착되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 볼트 (미도시) 는 열 제어판 (102B) 의 홀에 삽입될 수 있고 백킹 플레이트 (140B) 의 스레딩된 개구로 스크류될 수 있다. 열 제어판 (102B) 은 기계가공된 금속 재료 (예를 들어, 알루미늄, 알루미늄 합금 등) 로 형성되는 것이 바람직하다. 온도 제어된 탑 플레이트 (104B) 는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 5h 내지 도 5l 은 내부 전극 (120B) 의 세부사항을 나타낸다. 내부 전극 (120B) 은 고순도 (10ppm 불순물 미만) 낮은 저항률 (0.005 내지 0.02Ω·㎝) 단결정 실리콘의 플레이트인 것이 바람직하다.

도 5h 는 내부 전극 (120B) 의 저부도이며, 플라즈마 노출 표면 (120ba) 을 나타낸다. 적절한 직경 및/또는 구성의 가스 주입 홀 (106B) 은 탑재 표면 (120bb) 에서 플라즈마 노출 표면 (120ba) (도 5l) 로 연장하고 임의의 적절한 패턴으로 배열될 수 있다. 바람직하게, 가스 주입 홀 (106B) 의 직경은 0.04 인치 이하이고; 더욱 바람직하게, 가스 주입 홀 (106B) 의 직경은 0.01 과 0.03 인치 사이이고; 보다 더욱 바람직하게, 가스 주입 홀 (106B) 의 직경은 0.02 인치이다. 나타난 실시형태에서, 하나의 가스 주입 홀은 내부 전극 (120B) 의 중심부에 위치되고; 다른 가스 주입 홀은, 전극의 중심부로부터 약 0.6 - 0.7 (예를 들어, 0.68) 인치에 위치된 제 1 로우의 8 개의 가스 주입 홀들, 전극의 중심부로부터 약 1.3 - 1.4 (예를 들어, 1.34) 인치에 위치된 제 2 로우의 18 개의 가스 주입 홀들, 전극의 중심부로부터 약 2.1 - 2.2 (예를 들어, 2.12) 인치에 위치된 제 3 로우의 28 개의 가스 주입 홀들, 전극의 중심부로부터 약 2.8 - 3.0 (예를 들어, 2.90) 인치에 위치된 제 4 로우의 40 개의 가스 주입 홀들, 전극의 중심부로부터 약 3.6 - 3.7 (예를 들어, 3.67) 인치에 위치된 제 5 로우의 48 개의 가스 주입 홀들, 전극의 중심부로부터 약 4.4 - 4.5 (예를 들어, 4.45) 인치에 위치된 제 6 로우의 56 개의 가스 주입 홀들, 전극의 중심부로부터 약 5.0 - 5.1 (예를 들어, 5.09) 인치에 위치된 제 7 로우의 64 개의 가스 주입 홀들, 및 전극의 중심부로부터 약 5.7 - 5.8 (예를 들어, 5.73) 인치에 위치된 제 8 로우의 72개의 가스 주입 홀들을 갖는 8 개의 동심 로우들로 배열된다. 이들 로우들 각각의 가스 주입 홀들은 방위각으로 동일하게 이격되어 있다.

도 5i 는 그 직경에 따른 내부 전극 (120B) 의 부분 단면도이다. 외주 표면은 2 개의 스텝을 포함한다. 도 5j 는 도 5i 의 영역 A 의 확대도이다. 내부 스텝 (532b) 및 외부 스텝 (534b) 은 내부 전극 (120B) 주위에서 완전하게 확장된다. 바람직한 실시형태에서, 실리콘 플레이트는 약 0.40 인치의 두께 및 약 12.5 인치의 외부 직경을 갖고; 내부 스텝 (532b) 은 약 12.00 인치의 내부 직경 및 약 12.1 인치의 외부 직경을 갖고; 외부 스텝 (534b) 은 약 12.1 인치의 내부 직경 및 약 12.5 인치의 외부 직경을 갖는다. 내부 스텝 (532b) 은 약 0.13 인치 길이의 수직 표면 (532ba) 및 약 0.07 인치 길이의 수평 표면 (532bb) 을 갖고, 외부 스텝 (534b) 은 약 0.11 인치 길이의 수직 표면 (534ba) 및 약 0.21 인치 길이의 수평 표면 (534bb) 을 갖는다. 표면 (534ba 및 534bb) 사이 인터섹션의 둥근 라인은 약 0.06 인치의 반경으로 라운딩된다.

도 5k 는 내부 전극 (120B) 의 평면도이고, 탑재 표면 (120bb) 을 나타낸다. 탑재 표면 (120bb) 은 내부 전극 (120B) 과 동심의 환상 그루브 (550B) (도 5e 에 상세하게 도시됨) 를 포함하고, 환상 그루브 (550B) 는 약 0.24 인치의 내부 직경, 약 0.44 인치의 외부 직경, 적어도 0.1 인치의 깊이, 입구 에지에 약 0.02 인치 너비의 45°챔퍼, 및 저부 코너에서 0.015 와 0.03 인치 사이 반경의 필렛을 갖는다.

또한, 탑재 표면 (120bb) 은 내부 전극 (120B) 의 중심부로부터 1.72 와 1.73 인치 사이의 반경에 위치된 얼라인먼트 핀 (도 5f 에 상세하게 도시됨) 들을 수용하도록 구성된 2 개의 매끄러운 (스레딩되지 않은) 블라인드 홀 (540Ba 및 540Bb) 을 포함한다. 블라인드 홀 (540Bb) 은 블라인드 홀 (540Ba) 로부터 시계방향으로 약 175° 만큼 오프셋된다. 블라인드 홀 (540Ba 및 540Bb) 은 0.11 과 0.12 인치 사이의 직경, 적어도 0.2 인치의 깊이, 입구 에지에서 약 0.02 인치의 45°챔퍼, 및 저부 코너에서 최고 0.02 인치 반경을 갖는 필렛을 갖는다.

또한, 탑재 표면 (120bb) 은 탑재 표면을 중심 부분 및 외부 부분으로 분할하는 원형 탑재 홀 구역에 배열된 스레딩된 블라인드 홀 (520B) 을 포함한다. 탑재 홀 구역은 내부 전극 (120B) 의 1/4 내지 1/2 반경에 위치되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시형태에서, 8 개의 7/16 - 28 (통일된 스레드 표준) 또는 다른 적절한 사이즈로 스레딩된 홀 (520B) (각각은 스터드/소켓 어셈블리 (303) 를 수용하도록 구성됨) 은 내부 전극 (120B) 의 중심부로부터 2.49 와 2.51 인치 사이의 반경에서 원주 주위로 이격되고, 인접하는 스레딩된 홀 (520B) 의 각각의 쌍들 사이에서 약 45°만큼의 방위각으로 오프셋된다. 각각의 스레딩된 홀 (520B) 은 약 0.2 인치의 전체 깊이, 입구 에지로부터 적어도 0.163 인치의 스레딩된 깊이, 입구 에지에서 약 0.03 인치 너비의 45°챔퍼를 갖는다. 홀 (520B) 들 중 하나의 홀은 홀 (540Ba) 과 방위각으로 정렬된다.

탑재 표면 (120bb) 은, 내부 전극 (120B) 의 중심부로부터 6.02 와 6.03 사이 반경에서 방사상으로 정렬된 얼라인먼트 핀 (각각 530ba, 530bb 및 530bc, 또는 집합적으로는 530b) (도 5k 에 상세하게 나타남) 들을 수용하도록 구성된 제 1, 제 2 및 제 3 매끄러운 (스레딩되지 않은) 블라인드 홀을 더 포함한다. 홀 (530b) 은 0.11 과 0.12 인치 사이의 직경, 적어도 0.1 인치의 깊이, 입구 에지에서 약 0.02 인치 폭의 45°챔퍼, 및 저부 코너에서 최고 0.02 인치의 반경을 갖는 필렛을 갖는다. 제 1 홀 (530ba) 은 스레딩되지 않은 블라인드 홀 (540Ba) 로부터 시계방향으로 약 10°만큼의 방위각으로 오프셋되고; 제 2 홀 (530bb) 은 제 1 홀 (530ba) 로부터 시계 반대방향으로 약 92.5°만큼의 방위각으로 오프셋되고; 제 3 홀 (530bc) 은 제 1 홀 (530ba) 로부터 시계 반대방향으로 약 190°만큼의 방위각으로 오프셋된다.

도 5k 의 내부 전극 (120B) 의 평면도 (탑재 표면 (120bb) 의 도면) 에서, 제 1 로우의 가스 주입 홀은 홀 (530bc) 과 방위각으로 정렬되고, 제 2 로우의 가스 주입 홀은 홀 (530bc) 과 방위각으로 정렬되고; 제 3 로우의 가스 주입 홀은 홀 (530bc) 로부터 시계 반대방향으로 약 3.2° 만큼의 방위각으로 오프셋되고; 제 4 로우의 가스 주입 홀은 홀 (530bc) 로부터 시계반대방향으로 약 4.5° 만큼의 방위각으로 오프셋되고; 제 5 로우의 가스 주입 홀은 홀 (530bc) 로부터 시계 반대방향으로 약 3.75°만큼의 방위각으로 오프셋되고; 제 6 로우의 가스 주입 홀은 홀 (530bc) 로부터 시계 반대방향으로 약 3.21° 만큼의 방위각으로 오프셋되고; 제 7 로우의 가스 주입 홀은 홀 (530bc) 로부터 시계 반대방향으로 약 2.81° 만큼의 방위각으로 오프셋되고; 제 8 로우의 가스 주입 홀은 홀 (530bc) 로부터 시계 반대방향으로 약 2.5° 만큼의 방위각으로 오프셋된다.

도 1b 를 참조하여, 내부 전극 (120B) 은, 하부면의 외부 스텝과 결합되는 클램프 링 (150B) 및 상부 표면의 스레딩된 홀과 결합되는 복수의 캠 록 (160B; 예를 들어, 4 개 내지 8 개의 캠 록) 에 의해 백킹 플레이트 (140B) 에 클램핑된다. 클램프 링 (150B) 은 백킹 플레이트 (140B) 의 밑면에서 스레딩된 개구내로 스레딩된 볼트 (스크류) 와 같은 패스너들을 수용하는 일련의 홀들을 포함한다. 내부 전극 (120B) 상의 스텝 (534b) 과 클램프 링 (150B) 의 접촉을 피하기 위해, 경질의 폴리이미드 재료 (예를 들어, CIRLEX

) 와 같은 딱딱한 재료의 압축 링 (170B) 이 클램프 링 (150B) (도 1c) 과 내부 전극 (120B) 의 노출 표면들 사이에서 압착된다.

클램프 링 (150B) 과 결합된 캠 록 (160B) 은 기계적 지지체의 포인트들을 제공하고, 백킹 플레이트 (140B) 와의 열 접촉을 개선하고, 내부 전극 (120B) 의 워핑을 감소시켜서, 이에 따라, 프로세싱 레이트의 불균일성 및 열 불균일성을 감소시킨다.

도시된 실시형태에서, 외부 전극 (130B) 은 8 개의 캠 록에 의해 백킹 플레이트에 기계적으로 부착되고, 내부 전극 (120B) 은 다른 8 개의 캠 록에 의해 백킹 플레이트에 기계적으로 부착된다. 도 2c 는 외부 전극 (130B) 및 백킹 플레이트 (140B) 의 부분을 포함하는 예시적인 캠 록의 3 차원 도면을 나타낸다.

도 2c 및 도 2d 에 도시된 것과 같은 캠 록은, 전술하고 도 3 에 도시된 바와 같이, 소켓 (213) 으로 탑재된 스터드 (205; 로킹 핀) 을 포함하는 스터드/소켓 어셈블리 (303) 를 포함한다.

내부 전극 및 외부 전극의 캠 록의 동시 결합을 허용하기 위해, 8 개의 연장된 캠 샤프트 (207B) 들은 백킹 플레이트 (140B) 로 기계가공된 백킹 플레이트 구멍 (211B) 으로 탑재된다. 각각의 캠 샤프트 (207B) 는 외부 전극 (130B) 상의 하나의 캠 록의 스터드/소켓 어셈블리 (303) 및 내부 전극 (120B) 상의 하나의 캠 록의 스터드/소켓 어셈블리 (303) 에서 결합된다.

이제 도 2d 를 참조하여, 캠 록의 단면도는, 캠 록이 백킹 플레이트 (140B) 에 밀접하게 근접하여 외부 전극 (130B) 및 내부 전극 (120B) 을 위치시킴으로써 어떻게 동작하는지에 대한 방법을 더 예시한다. 스터드 (205)/디스크 스프링 스택 (215)/소켓 (213) 어셈블리는 외부 전극 (130B) 과 내부 전극 (120B) 으로 탑재된다. 도시된 바와 같이, 스터드/소켓 어셈블리는, 외부 전극 (130B) 또는 내부 전극 (120B) 의 스레딩된 홀로 소켓 (213) 상의 외부 스레드들을 통해 스크류될 수도 있다.

도 4c 를 참조하여, 캠 샤프트 (207B) 의 확대도 (400B) 는 캠 샤프트 (207B) 의 일 말단에 있는 키 스터드 (402) 및 육각형 개구 (403B) 를 나타낸다.

예를 들어, 도 4c, 도 2c 및 도 2d 를 연속적으로 참조하여, 캠 록은 캠 샤프트 (207B) 를 백킹 플레이트 구멍 (211B) 으로 삽입함으로써 어셈블링된다. 키 스터드 (402) 는, 도 4d 에 도시된 바와 같이 구멍 (211B) 의 입구에서 스텝과 인터페이싱함으로써 백킹 플레이트 구멍 (211B) 에서의 캠 샤프트 (207B) 의 회전 운동을 제한한다. 캠 샤프트 (207B) 는 2 개의 내부 이심 컷아웃들을 갖는다. 하나의 컷아웃은 외부 전극 (130B) 의 스터드 (205) 의 확대된 헤드와 결합되고, 다른 컷아웃은 내부 전극 (120B) 의 스터드 (205) 의 확대된 헤드와 결합된다. 캠 샤프트 (207B) 는 육각형 개구 (403B) 를 이용하여 일 방향으로 먼저 터닝 (예를 들어, 시계 반대방향으로) 될 수도 있어서, 캠 샤프트 (207B) 로의 스터드 (205) 의 도입을 허용하여, 이에 따라, 스터드 (205) 를 완전하게 결합되고 로킹하기 위해 시계방향으로 터닝된다. 프리 스택 높이 이상으로 디스크 스프링 스택 (215) 을 압축함으로써 외부 전극 (130B) 및 내부 전극 (120B) 을 백킹 플레이트 (140B) 로 홀딩하도록 요구되는 클램프력이 공급된다. 디스크 스프링 스택 (215) 이 압축됨에 따라서, 클램프 력은 디스크 스프링 스택 (215) 의 개별적인 스프링들로부터 소켓 (213) 으로 전달되고 외부 전극 (130B) 및 내부 전극 (120B) 을 통해서 백킹 플레이트 (140B) 로 전달된다.

동작의 예시적인 모드에서, 캠 샤프트 (207B) 는 백킹 플레이트 구멍 (211B) 으로 삽입된다. 캠 샤프트 (207B) 는 완전 회전 운동을 위해 시계 반대방향으로 회전된다. 외부 전극 (130B) 및 내부 전극 (120B) 으로 약하게 회전력이 가해진 스터드/소켓 어셈블리 (303) (도 3) 는, 스터드 (205) 의 헤드가 캠 샤프트 (207B) 의 이심 컷아웃들에서 결합되도록, 수형으로 연장하는 백킹 플레이트 구명 (211B) 하부의 수직으로 연장하는 관통 홀들로 삽입된다. 외부 전극 (130B) 및 내부 전극 (120B) 은 백킹 플레이트 (140B) 에 대항하여 홀딩되고, 캠 샤프트 (207B) 는, 키 핀이 구멍 (211B) 의 입구의 스텝에 의해 제한될 때까지, 시계방향으로 회전된다. 동작의 예시적인 모드는 백킹 플레이트 (140B) 로부터 외부 전극 (130B) 및 내부 전극 (120B) 을 탑재해제하기 위해 역으로 행해질 수도 있다.

도 4b 를 참조하여, 도 4c 의 캠 샤프트 (207B) 의 측입면도의 단면도 A-A 는, 스터드 (205) 의 헤드가 완전하게 고정된 커터 경로 에지 (440B) 을 나타낸다.

도 7c 는 다른 개스킷 세트의 평면도를 나타낸다. 이 개스킷 세트는 복수의 스포크로 연결된 복수의 동심 링들을 포함하는 내부 개스킷 (7400), 외주 및 내주의 복수의 컷아웃들을 갖는 제 1 환상 개스킷 (7500), 복수의 홀들 및 하나의 컷아웃을 갖는 제 2 환상 개스킷 (7600), 및 복수의 컷아웃들을 갖는 제 3 환상 개스킷 (7700) 을 포함한다. 이 개스킷들은 전기적으로 열적으로 전도성이고 낮은 파티클 발생을 갖는 진공 환경 (예를 들어, 약 10 내지 200mTorr) 에서 과잉 가스방출 (outgas) 이 없는 재료로 형성되고, 콘택트 포인트들에서 전단을 수용하기 위해 컴플라이언트하고, 반도체 기판에서 수명 킬러인 금속 컴포넌트들 (예를 들어, Ag, Ni, Cu 등) 이 없는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 개스킷은 실리콘-알루미늄 포일 협지된 개스킷 구조 또는 엘라스토머-스테인레스 스틸 협지된 개스킷 구조일 수 있다. 개스킷은, 플라즈마 에칭과 같은 단계가 수행되는 반도체 제조시에 이용된 진공 환경에서 호환가능한 열적으로 전기적으로 전도성인 러버로 상부측 및 하부측에 코팅된 알루미늄 시트일 수 있다. 개스킷은, 전극 및 백킹 플레이트가 함께 기계적으로 함께 클램핑되지만 전극과 백킹 플레이트들의 대향 표면들이 샤워헤드 전극의 온도 주기 동안 서로 대향하여 러빙되는 것으로부터 방지될 때, 이들이 압축될 수 있도록, 호환되는 것이 바람직하다. 개스킷은 Bergquist Company 가 제조한 "Q-PAD II" 와 같은 적절한 재료로 제조될 수 있다. 개스킷의 두께는 약 0.006 인치인 것이 바람직하다. 개스킷의 다양한 피쳐들은 나이프-절단, 스탬핑, 펀칭될 수 있고, 또는 바람직하게 연속적인 시트로부터 레이저-절단될 수 있다. 개스킷 세트는 백킹 플레이트 (140B) 및 내부 전극 (120B) 및 외부 전극 (130B) 사이에 탑재되어 그들 사이에 전기적 및 열 접촉을 제공한다.

도 7d 는 내부 개스킷 (7400) 의 세부사항을 나타낸다. 내부 개스킷 (7400) 은 방사상 스포크에 의해 상호접속된 7 개의 동심 링들을 포함하는 것이 바람직하다. 제 1 링 (7401) 은 적어도 0.44 인치 (예를 들어, 0.62 와 0.65 인치 사이) 의 내부 직경 및 최고 1.35 인치 (예를 들어, 0.97 과 1.00 인치 사이) 의 외부 직경을 갖는다. 제 1 링 (7401) 은 8 개의 방사상으로 연장하고 방위각으로 균등하게 이격된 스포크 (7412) 들에 의해 제 2 링 (7402) 에 연결된다. 각각의 스포크 (7412) 는 약 0.125 인치의 폭을 갖는다.

제 2 링 (7402) 은 적어도 1.35 인치 (예를 들어, 1.74 와 1.76 인치 사이) 의 내부 직경 및 최고 2.68 인치 (예를 들어, 2.26 과 2.29 인치 사이) 의 외부 직경을 갖는다. 제 2 링 (7402) 은 4 개의 방사상으로 연장하고 방위각으로 동일하게 이격된 스포크들에 의해 제 3 링 (7403) 에 연결된다. 이들 4 개의 스포크들 중 2 개의 스포크들 (7423a 및 7423b) 은 내부 개스킷 (7400) 의 중심부에 대해 서로 대향하고, 이들 각각은 약 0.56 인치의 폭 및 약 0.31 인치 ×약 0.46 인치의 둥근 직사각형 개구 (7423ah 또는 7423bh) 를 갖는다. 이들 4 개의 스포키들 중 다른 2 개의 스포크들 (7423c 및 7423d) 은 내부 개스킷 (7400) 의 중심부에 대해 서로 대향하고, 이들 각각은 약 0.125 인치의 폭을 갖는다. 하나의 스포크 (7423c) 는 스포크 (7412) 들 중 하나의 스포크로부터 약 22.5° 만큼의 방위각으로 오프셋된다.

제 3 링 (7403) 은 적어도 2.68 인치 (예를 들어, 3.17 과 3.20 인치 사이) 의 내부 직경 및 최고 4.23 인치 (예를 들어, 3.17 및 3.74 인치 사이) 의 외부 직경을 갖는다. 제 3 링은 4 개의 방사상으로 연장하고 방위각으로 동일하게 이격된 스포크 (7434) 에 의해 제 4 링 (7404) 에 연결된다. 각각의 스포크는 약 0.125 인치의 폭을 갖는다. 스포크 (7434) 들 중 하나의 스포크는 스포크 (7423c) 로부터 시계 반대방향으로 약 22.5° 만큼의 방위각으로 오프셋된다. 또한, 제 3 링 (7403) 은 내부 개스킷 (7400) 의 중심부로부터 1.72 와 1.74 인치 사이의 방사상 거리에 위치된 2 개의 둥근 홀 (7403x 및 7403y) 을 포함한다. 둥근 홀 (7403x 및 7403y) 은 약 0.125 인치의 직경을 갖는다. 둥근 홀 (7403x) 은 스포크 (7423c) 로부터 시계 반대방향으로 약 95°만큼의 방위각으로 오프셋된다. 둥근 홀 (7403y) 은 스포크 (7423c) 로부터 시계방향으로 약 90°만큼의 방위각으로 오프셋된다. 둥근 홀 (7403x 및 7403y) 은 얼라인먼트 핀들을 수용하도록 구성된다.

제 4 링 (7404) 은 적어도 4.23 인치 (예를 들어, 4.78 과 4.81 인치 사이) 의 내부 직경 및 최고 5.79 인치 (예를 들어, 5.19 와 5.22 인치 사이) 의 외부 직경을 갖는다. 제 4 링 (7404) 은, 8 개의 방사상으로 연장하고 방위각으로 균등하게 이격된 스포크 (7445a) 의 일 세트 및 8 개의 방사상으로 연장하고 방위각으로 균등하고 이격된 스포크 (7445b) 의 다른 세트에 의해 제 5 링 (7405) 에 연결된다. 스포크 (7445b) 들 중 하나의 스포크는 스포크 (7423c) 으로부터 시계 반대방향으로 약 8.5°만큼의 방위각으로 오프셋된다. 스포크들 (7445a) 중 하나의 스포크는 스포크 (7423c) 로부터 시계방향으로 약 8.5°만큼의 방위각으로 오프셋된다. 각각의 스포크 (7445a 및 7445b) 는 약 0.125 인치의 폭을 갖는다. 스포크 (7445a 및 7445b) 는 내측 방사상으로 연장하고, 각각이 약 28°의 중심 각도를 갖는 8 개의 호 (arc) 로 제 4 링 (7404) 을 분할한다.

제 5 링 (7405) 은 적어도 5.79 인치 (예를 들어, 6.35 와 6.37 인치 사이) 의 내부 직경 및 최고 7.34 인치 (예를 들어, 6.73 과 6.75 인치 사이) 의 외부 직경을 갖는다. 제 5 링 (7405) 은 4 개의 방사상으로 연장하고 방위각으로 동일하게 이격된 스포크 (7456) 에 의해 제 6 링 (7406) 에 연결된다. 스포크 (7456) 들 중 하나의 스포크는 스포크 (7423c) 로부터 약 90° 만큼 방위각으로 오프셋된다. 각각의 스포크 (7456) 는 약 0.125 인치의 폭을 갖는다.

제 6 링 (7406) 은 적어도 7.34 인치 (예를 들어, 7.92 와 7.95 인치 사이) 의 내부 직경 및 최고 8.89 인치 (예를 들어, 8.16 과 8.36 인치 사이) 의 외부 직경을 갖는다. 제 6 링 (7406) 은 4 개의 방사상으로 연장하고 방위각으로 동일하게 이격된 스포크 (7467a) 의 일 세트 및 4 개의 방사상으로 연장하고 방위각으로 동일하게 이격된 스포크 (7467b) 의 다른 세트에 의해 제 7 링 (7407) 에 연결된다. 스포크 (7467b) 들 중 하나의 스포크는 스포크 (7423c) 로부터 시계 반대방향으로 약 6.4° 만큼의 방위각으로 오프셋된다. 스포크 (7467a) 들 중 하나의 스포크는 스포크 (7423c) 로부터 시계방향으로 약 6.4°만큼의 방위각으로 오프셋된다. 각각의 스포크 (7467a 및 7467b) 는 약 0.125 인치의 폭을 갖는다.

제 7 링 (7407) 은 적어도 8.89 인치 (예를 들어, 9.34 와 9.37 인치 사이) 의 내부 직경 및 최고 10.18 인치 (예를 들어, 9.66 과 9.69 인치 사이) 의 외부 직경을 갖는다. 약 0.25 인치의 폭을 갖는 2 개의 컷아웃 (7407ah 및 7407bh) 은 제 7 링 (7407) 을 2 개의 섹션으로 분할한다. 컷아웃 (7407ah) 은 스포크 (7423c) 로부터 시계 반대방향으로 약 90°만큼 방위각으로 오프셋된다. 컷아웃 (7407bh) 은 스포크 (7423c) 로부터 시계방향으로 약 90°만큼 방위각으로 오프셋된다.

제 1 환상 개스킷 (7500) (도 7c 참조) 은 약 11.95 인치의 내부 직경 및 약 12.47 인치의 외부 직경을 갖는다. 제 1 환상 개스킷 (7500) 은 그 내주에서 3 개의 작은-직경의 컷아웃 (7508a, 7508b 및 7508c) 을 갖는다. 컷아웃 (7508b 및 7508c) 은 컷아웃 (7508a) 으로부터 시계방향으로 약 92.5°만큼 그리고 시계방향으로 약 190°만큼 각각 방위각으로 오프셋된다. 컷아웃 (7508a, 7508b 및 7508c) 의 중심부는 중간 개스킷 (7500) 의 중심부로부터 약 6.02 인치의 방사상 거리에 위치된다. 컷아웃 (7508a, 7508b 및 7508c) 은 내측 대면하고 약 0.125 인치의 직경을 갖는 반원 외주을 포함하고 직선 방사상 에지를 갖는 내부 개구를 포함한다. 또한, 중간 개스킷 (7500) 은 그 외주에 3 개의 큰-직경의 둥근 외측 대면 컷아웃 (7508x, 7508y 및 7508z) 을 갖는다. 컷아웃 (7508x, 7508y, 및 7508z) 은 방위각으로 동일하게 이격되어 있고 약 0.72 인치의 직경을 갖는다. 이들의 중심부는 중간 개스킷 (7500) 의 중심부로부터 약 6.48 인치의 방사상 거리에 위치된다. 컷아웃 (7508x) 은 컷아웃 (7508a) 으로부터 시계방향으로 약 37.5° 만큼 방위각으로 오프셋된다. (이하 상세하게 설명되는 바와 같이) 샤워헤드 전극 어셈블리 (100B) 내에 설치되는 경우, 컷아웃 (7508a) 은 내부 개스킷 (7400) 의 스포크 (7423c) 로부터 시계 반대방향으로 약 90°만큼 방위각으로 오프셋된다.

제 2 환상 개스킷 (7600) 은 약 13.90 인치의 내부 직경 및 약 16.75 인치의 외부 직경을 갖는다. 제 2 환상 개스킷 (7600) 은 방위각으로 동일하게 이격된 8 개의 원형 홀 (7609a) 을 갖는다. 홀 (7609a) 의 중심부는 제 2 환상 개스킷 (7600) 의 중심부로부터 약 7.61 인치의 방사상 거리에 위치된다. 홀 (7609a) 은 약 0.55 인치의 직경을 갖는다. (이하 상세하게 설명되는 바와 같이) 샤워헤드 전극 어셈블리 (100B) 내에 설치되는 경우, 홀 (7609a) 들 중 하나의 홀은 내부 개스킷 (7400) 의 제 3 링 (7403) 상의 홀 (7403y) 과 방위각으로 정렬된다. 또한, 제 2 환상 개스킷 (7600) 은 외부 개스킷 (7300) 의 내주에 하나의 둥근 내측 대면 컷아웃 (7609b) 을 갖는다. 이 컷아웃 (7609b) 의 중심부는 중간 개스킷 (7600) 의 중심부로부터 약 6.98 인치의 거리에 위치된다. 컷아웃 (7609b) 은 약 0.92 인치의 직경을 갖는다. (이하 상세하게 설명되는 바와 같이) 샤워헤드 전극 어셈블리 (100B) 내에 설치되는 경우, 컷아웃 (7609b) 은 홀 (7403y) 로부터 시계 반대방향으로 약 202.5° 만큼의 방위각으로 오프셋된다. 제 2 환상 개스킷 (7600) 은 툴 액세스를 허용하도록 구성된 3 개의 원형 홀 (7610, 7620 및 7630) 을 더 갖는다. 이들 홀은 약 7.93 인치의 방사상 거리에 위치되고 약 0.14 인치의 직경을 갖는다. 홀 (7610, 7620 및 7630) 은 컷아웃 (7609b) 으로부터 시계방향으로 각각 약 7.5°, 약 127.5° 및 약 252.5°만큼 방위각으로 오프셋된다.

제 3 환상 개스킷 (7700) 은 약 17.29 인치의 내부 직경 및 약 18.69 인치의 외부 직경을 갖는다. 제 3 환상 개스킷 (7700) 은 외주에 방위각으로 동일하게 이격된 8 개의 둥근 외측 대면 컷아웃 (7701) 을 갖는다. 컷아웃 (7701) 의 중심부는 제 3 환상 개스킷 (7700) 의 중심부로부터 약 9.30 인치의 방사상 거리에 위치된다. 컷아웃 (7701) 은 약 0.53 인치의 직경을 갖는다.

내부 전극 (120B) 이 챔버 (100B) 내부에 설치되는 경우, 얼라인먼트 링 (108B) (도 1b), 2 개의 내부 얼라인먼트 핀 (109B) (도 1b 에는 도시되지 않음) 및 3 개의 외부 얼라인먼트 핀 (도 1b 에 도시되지 않음) 이 환상 그루브 (550B), 홀 (540Ba/540Bb) 및 홀 (530b) (도 5k) 로 각각 먼저 삽입된다. 그후, 내부 개스킷 (7400) 이 내부 전극 (120B) 로 탑재된다. 홀 (7403x 및 7403y) (도 7d) 은 내부 얼라인먼트 핀 (109B) 에 대응하고; 내부 개스킷 (7400) 의 중심 홀은 얼라인먼트 링 (108B) 및 내부 전극 (120B) 의 중심 가스 주입 홀에 대응한다. 내부 개스킷 (7400) 의 7 개의 링들 사이 그리고 스포크들 내의 개구들은 내부 전극 (120B) 의 가스 주입 홀의 제 6 로우를 통해서 제 1 로우에 대응한다. 제 1 환상 개스킷 (7500) 은 내부 전극 (120B) 로 탑재된다. 컷아웃 (708a, 708b 및 708c) 은 홀 (530bc, 530bb 및 530ba) 각각에 대응한다. 가스 주입 홀의 제 7 로우 및 제 8 로우는 내부 개스킷 (7400) 과 제 1 환상 개스킷 (7500) 사이의 개구에 일치한다. 8 개의 스터드/소켓 어셈블리 (303) 는 8 개의 스레딩된 홀 (520B) 로 스레딩되어, 내부 개스킷 (7100) 과 제 1 환상 개스킷 (7500) 을 사이에 끼운채로 내부 전극 (120B) 을 백킹 플레이트 (140B) 에 고정시킨다. 클램프 링 (150B) 은 백킹 플레이트 (140B) 의 하부측에 있는 스레딩된 개구로 스레딩된 복수의 볼트들에 의해 백킹 플레이트 (140B) 로 고정된다. 스터드/소켓 어셈블리 (303) 및 클램프 링 (150B) 은 중심부와 외부 에지 사이 그리고 외부 에지 위치에서 내부 전극 (120B) 을 각각 지지하고, 백킹 플레이트 (140B) 와의 열 접촉을 개선하고, 기판의 프로세싱 도중에 온도 주기에 의해 야기된 내부 전극 (120B) 의 워핑을 감소시킨다. 제 2 환상 개스킷 (7600) 은 외부 전극 (130B) 상에 위치된다. 8 개의 홀 (7609a) 은 외부 전극 (130B) 상에서 스레딩된 8 개의 캠 록에 대응한다. 외부 전극 (130B) 및 내부 전극 (120B) 은 캠 샤프트 (207B) 를 회전시킴으로써 백킹 플레이트 (104B) 에 대해 고정된다. 도 1b 의 C-형상 쉬라우드 (190) 는 복수의 (바람직하게는 8 개의) 캠 록에 의해 백킹 플레이트 (140B) 에 고정된다. 제 3 환상 개스킷 (7700) 은 쉬라우드 (190) 와 백킹 플레이트 (140B) 사이에 위치된다. 컷아웃 (7701) 은 쉬라우드 (190) 와 백킹 플레이트 (140B) 사이의 캠 록에 대응한다.

내부 개스킷 (7400) 내의 링 (7401 - 7407) 및 스포크들은, 이들이 내부 전극 (120B) 내의 가스 주입 홀 (106B), 캠 록 (160B), 얼라인먼트 링 (108B), 또는 얼라인먼트 핀 (109B) 을 방해하지 않는 한, 임의의 적절한 패턴으로 배열될 수도 있다.

도 7e 는 또 다른 개스킷 세트의 평면도를 나타낸다. 이 개스킷 세트는 복수의 스포크에 의해 연결된 복수의 동심 링들을 포함하는 내부 개스킷 (7800), 외주 및 내주에 복수의 컷아웃들을 갖는 제 1 환상 개스킷 (7500), 복수의 홀 및 하나의 컷아웃을 갖는 제 2 환상 캐스킷 (7600), 및 복수의 컷아웃들을 갖는 제 3 환상 개스킷 (7700) 을 포함한다. 이 개스킷 세트는, (도 7f 에 도시된 것과 같이) 내부 개스킷 (7800) 이 제 7 링 및 제 6 링 및 제 7 링을 연결하는 스포크를 갖지 않는 것을 제외하고는, 도 7c 및 도 7d 에 도시된 개스킷 세트와 동일하다.

내부 개스킷 (7800) 의 링 및 스포크는, 이들이 내부 전극 (120B) 의 가스 주입 홀 (106B), 캠 록 (160B), 얼라인먼트 링 (108B), 또는 얼라인먼트 핀 (109B) 을 방해하지 않는 한, 임의의 적절한 패턴으로 배열될 수도 있다.

샤워헤드 전극 어셈블리, 내부 전극, 외부 전극 및 개스킷 세트들에 대해 그 구체적인 실시형태를 참조하여 상세하게 설명되지만, 첨부된 청구범위의 범위를 벗어나지 않는 한 다양한 변화 및 변형이 이루어질 수 있고 등가물이 채용될 수 있다는 것이 당업자에게는 명백하다.

100A : 샤워헤드 전극 어셈블리 102A, 102B : 열 제어판
104A, 104B : 온도 제어된 상판 106A, 106B : 가스 주입 홀
108A, 108B : 얼라인먼트 링 109A, 109B : 얼라인먼트 핀
110A, 110B : 상부 전극 120A, 120B : 내부 전극
130A, 130B : 외부 전극 140A, 140B : 백킹 플레이트
150A, 150B : 클램프 링 160A, 160B : 볼트
170A, 170B : 압축 링 190 : 환상 쉬라우드
205 : 스터드 207A : 캠 샤프트
209 : 캠 샤프트 베어링 211A : 백킹 플레이트 구멍
213 : 소켓 215 : 디스크 스프링 스택
301 : 스터드/디스크 스프링 어셈블리 303 : 스터드/소켓 어셈블리
401 : 키 핀 402 : 키 스터드
403A : 육각형 개구 440A : 커터 경로 에지
520A : 스레딩된 블라인드 홀 540A : 매끄러운 블라인드 홀
610A : 플라스틱 삽입물 712 : 스포크
7100 : 내부 개스킷 7200 : 환상 중간 개스킷
7300 : 환상 외부 개스킷 7500 : 제 1 환상 캐스킷
7600 : 제 2 환상 캐스킷 7700 : 제 3 환상 캐스킷

Claims

용량 결합 플라즈마 프로세싱 챔버내의 샤워헤드 전극 어셈블리용 내부 전극으로서,
상기 샤워헤드 전극 어셈블리는, 상면과 하면 사이에서 연장하는 가스 주입 홀들을 갖는 백킹 플레이트 (backing plate), 상기 백킹 플레이트의 상기 하면의 개구들과 결합되는 (engage) 패스너들을 수용하도록 구성된 홀들 및 내측 연장 플랜지 (inwardly extending flange) 를 갖는 클램프 링, 상기 백킹 플레이트의 상기 하면의 개구들과 결합되는 패스너들을 수용하도록 구성된 홀들 및 내측 연장 플랜지를 갖는 외부 전극, 얼라인먼트 링, 상기 백킹 플레이트에 상기 내부 전극을 부착하는 복수의 스레딩된 패스너들 (threaded fasterner), 및 복수의 얼라인먼트 핀들을 포함하고,
상기 내부 전극은,
상기 내부 전극의 하면의 플라즈마 노출 표면;
상기 내부 전극의 상면의 탑재 표면;
상기 외부 전극의 상기 내측 연장 플랜지, 및 상기 클램프 링의 상기 내측 연장 플랜지와 각각 합치하도록 (mate) 구성된, 상기 내부 전극의 외주 (out periphery) 상의 제 1 환상 스텝 및 제 2 환상 스텝;
상기 플라즈마 노출 표면과 상기 탑재 표면 사이에서 연장하고, 상기 백킹 플레이트의 상기 가스 주입 홀들과 일치하는 패턴으로 배열된 복수의 가스 주입 홀들;
상기 얼라인먼트 핀들을 수용하도록 구성된 상기 탑재 표면내의 복수의 스레딩되지 않은 블라인드 홀들 (unthreaded blind hole);
상기 얼라인먼트 링을 수용하도록 구성된 상기 탑재 표면내의 환상 그루브 (annular groove); 및
상기 내부 전극을 상기 백킹 플레이트에 부착하는 스레딩된 패스너들을 수용하도록 구성된 상기 탑재 표면 내의 복수의 스레딩된 블라인드 홀들을 포함하는, 내부 전극.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 주입 홀들은, 0.04 인치 이하의 직경을 갖고, 상기 내부 전극의 중심부에서의 1 개의 중심 가스 주입 홀 및 가스 주입 홀들의 8 개의 동심 로우 (concentric row) 들을 갖는 패턴으로 배열되고,
상기 8 개의 동심 로우들에서,
제 1 로우는, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 0.6 - 0.7 인치의 방사상 거리 (radial distance) 에 위치된 8 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 2 로우는, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 1.3 - 1.4 인치의 방사상 거리에 위치된 18 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 3 로우는, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 2.1 - 2.2 인치의 방사상 거리에 위치된 28 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 4 로우는, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 2.8 - 3.0 인치의 방사상 거리에 위치된 38 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 5 로우는, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 3.6 - 3.7 인치의 방사상 거리에 위치된 48 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 6 로우는, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 4.4 - 4.5 인치의 방사상 거리에 위치된 58 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 7 로우는, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 5.0 - 5.1 인치의 방사상 거리에 위치된 66 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 8 로우는, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 5.7 - 5.8 인치의 방사상 거리에 위치된 74 개의 가스 주입 홀들을 갖고,
상기 각각의 로우에서의 가스 주입 홀들은 방위각으로 동일하게 이격된, 내부 전극.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 주입 홀들은, 0.04 인치 이하의 직경을 갖고, 상기 내부 전극의 중심부에서의 1 개의 중심 가스 주입 홀 및 가스 주입 홀들의 8 개의 동심 로우들을 갖는 패턴으로 배열되고,
상기 8 개의 동심 로우들 에서,
제 1 로우는, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 0.6 - 0.7 인치의 방사상 거리에 위치된 8 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 2 로우는, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 1.3 - 1.4 인치의 방사상 거리에 위치된 18 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 3 로우는, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 2.1 - 2.2 인치의 방사상 거리에 위치된 28 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 4 로우는, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 2.8 - 3.0 인치의 방사상 거리에 위치된 40 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 5 로우는, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 3.6 - 3.7 인치의 방사상 거리에 위치된 48 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 6 로우는, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 4.4 - 4.5 인치의 방사상 거리에 위치된 56 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 7 로우는, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 5.0 - 5.1 인치의 방사상 거리에 위치된 64 개의 가스 주입 홀들을 갖고;
제 8 로우는, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 5.7 - 5.8 인치의 방사상 거리에 위치된 72 개의 가스 주입 홀들을 갖고,
상기 각각의 로우에서의 가스 주입 홀들은 방위각으로 동일하게 이격된, 내부 전극.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 스레딩된 블라인드 홀들은 8 개의 동일하게 이격된 스레딩된 블라인드 홀들의 원형 로우 (circular row) 를 포함하고;
상기 8 개의 동일하게 이격된 스레딩된 블라인드 홀들 각각은, 1/4 - 32 의 스레드 사이즈로 스레딩되고, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 2.4 - 2.6 인치의 방사상 거리에 위치되고, 적어도 0.2 인치의 깊이를 갖는, 내부 전극.
제 4 항에 있어서,
상기 8 개의 동일하게 이격된 스레딩된 블라인드 홀들은, 상기 내부 전극의 1/4 내지 1/2 반경에 위치되는, 내부 전극.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 스레딩된 블라인드 홀들은, 7-16/28 의 스레드 사이즈로 스레딩되고, 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 2.4 - 2.6 인치의 방사상 거리에 위치되고, 적어도 0.15 인치의 깊이를 갖는, 8 개의 동일하게 이격된 스레딩된 블라인드 홀들의 원형 로우를 포함하는, 내부 전극.
제 1 항에 있어서,
상기 얼라인먼트 핀들을 수용하도록 구성된 상기 복수의 스레딩되지 않은 블라인드 홀들은, 제 1 세트의 홀들 및 제 2 세트의 홀들을 포함하며;
상기 제 1 세트의 홀들은, (a) 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 1.7 - 1.8 인치의 방사상 거리에 위치되고; (b) 서로 약 180° 또는 약 175° 만큼의 방위각으로 오프셋되고 방사상으로 정렬되고; (c) 약 0.10 - 0.12 인치의 직경을 갖고; (d) 적어도 0.2 인치의 깊이를 갖는, 2 개의 홀들을 포함하고;
상기 제 2 세트의 홀들은, (a) 상기 내부 전극의 중심부로부터 약 6.0 - 6.1 인치의 방사상 거리에 위치되고; (b) 제 1 홀은 상기 제 1 세트의 홀들 중 1 개의 홀로부터 시계방향으로 약 10°만큼의 방위각으로 오프셋되고; (c) 제 2 홀 및 제 3 홀은 상기 제 1 홀과 방사상으로 정렬되고, 상기 제 1 홀로부터 시계 반대 방향으로 약 92.5° 및 약 190° 만큼의 방위각으로 오프셋되고, (d) 약 0.11 - 0.12 인치의 직경을 갖고, (e) 적어도 0.1 인치의 깊이를 갖는, 상기 제 1 홀, 상기 제 2 홀 및 상기 제 3 홀을 포함하는, 내부 전극.
제 1 항에 있어서,
상기 내부 전극은, 약 0.4 인치의 균일한 두께 및 약 12.5 인치의 직경을 갖는 평면 디스크 (planar disk) 이고;
상기 제 1 환상 스텝은 약 12.1 인치의 내부 직경 및 약 0.11 인치 길이의 수직 표면을 갖고;
상기 제 2 환상 스텝은 약 12.0 인치의 내부 직경, 및 약 0.13 인치 길이의 수직 표면을 갖고;
상기 환상 그루브는 약 0.44 인치의 외부 직경, 약 0.24 인치의 내부 직경 및 적어도 0.1 인치의 깊이를 갖고;
상기 내부 전극은, 0.005 와 0.020Ω·㎝ 사이의 저항률 및 10 ppm 미만의 전체 중금속불순물 (heavy metal contamination) 을 갖는 단결정 또는 다결정 실리콘의 플레이트로 제조된, 내부 전극.
샤워헤드 전극 어셈블리 내에 탑재되도록 구성된 개스킷 세트의 열적 그리고 전기적으로 전도성인 개스킷으로서,
상기 샤워헤드 전극 어셈블리는, 가스 주입 홀들의 8 개의 원형 로우들, 복수의 얼라인먼트 핀 홀들, 패스닝 메커니즘을 수용하기 위한 복수의 스레딩된 홀들 및/또는 얼라인먼트 링 그루브를 갖는 내부 전극; 패스닝 메커니즘을 수용하기 위한 복수의 스레딩된 홀들을 갖는 외부 전극; 패스닝 메커니즘을 수용하기 위한 복수의 스레딩된 홀들을 갖는 환상 쉬라우드 (annular shroud) 를 포함하고,
상기 개스킷 세트는:
상기 내부 전극 상에 탑재되도록 구성되고 복수의 스포크 (spoke) 로 연결된 복수의 동심 플랫 링들을 포함하는 내부 개스킷;
상기 내부 개스킷을 둘러싸고 상기 내부 개스킷과 동심이고 상기 내부 전극상에 탑재되도록 구성되고, 복수의 컷아웃 (cutout) 을 갖는 플랫 환상 링 (flat annular ring) 을 포함하는 제 1 환상 개스킷;
상기 제 1 환상 개스킷을 둘러싸고 상기 제 1 환상 개스킷과 동심이고 상기 외부 전극상에 탑재되도록 구성되고, 복수의 컷아웃을 갖는 플랫 환상 링을 포함하는 제 2 환상 개스킷; 및
상기 제 2 환상 개스킷을 둘러싸고 상기 제 2 환상 개스킷과 동심이고 상기 환상 쉬라우드 상에 탑재되도록 구성되고, 복수의 컷아웃을 갖는 플랫 환상 링을 포함하는 제 3 환상 개스킷으로 구성되고,
상기 개스킷은, 상기 가스 주입 홀들, 상기 얼라인먼트 핀 홀들, 상기 얼라인먼트 링 그루브 및/또는 상기 스레딩된 홀들을 수용하는, 개스킷.
제 9 항에 있어서,
상기 내부 개스킷 내의 상기 동심 플랫 링들은 연속적이거나 또는 분리되어 있는, 개스킷.
제 9 항에 있어서,
상기 내부 개스킷은 약 0.006 인치의 두께 및 적어도 0.1 인치의 폭을 갖는 적어도 6 개의 동심 플랫 링들을 포함하고,
상기 6 개의 동심 플랫 링들에서, 제 1 링은 적어도 0.44 인치의 내부 직경 및 최고 1.35 인치의 외부 직경을 갖고; 제 2 링은 적어도 1.35 인치의 내부 직경 및 최고 2.68 인치의 외부 직경을 갖고; 제 3 링은 적어도 2.68 인치의 내부 직경 및 최고 4.23 인치의 외부 직경을 갖고; 제 4 링은 적어도 4.23 인치의 내부 직경 및 최고 5.79 인치의 외부 직경을 갖고; 제 5 링은 적어도 5.79 인치의 내부 직경 및 최고 7.34 인치의 외부 직경을 갖고; 제 6 링은 적어도 7.34 인치의 내부 직경 및 최고 8.89 인치의 외부 직경을 갖는, 개스킷.
제 9 항에 있어서,
(a) 상기 제 1 환상 개스킷은, 패스닝 메커니즘을 수용하도록 구성된 외주 (outer perimeter) 상의 3 개의 컷아웃들 및 얼라인먼트 핀들을 수용하도록 구성된 내주 (inner perimeter) 상의 3 개의 컷아웃들을 갖고;
(b) 상기 제 2 환상 개스킷은, 내주상의 1 개의 컷아웃, 패스닝 메커니즘을 수용하도록 구성된 8 개 홀들의 제 1 세트 및 툴 액세스를 허용하도록 구성된 3 개의 홀의 제 2 세트를 가지며, 상기 제 1 세트의 상기 홀들의 직경이 상기 제 2 세트의 상기 홀들의 직경보다 크고;
(c) 상기 제 3 환상 캐스킷은 패스닝 메커니즘을 수용하도록 구성된 외주상의 8 개의 컷아웃들을 가지며 내주상에는 컷아웃을 가지지 않는, 개스킷.
제 9 항에 있어서,
(a) 상기 제 1 환상 개스킷은 약 0.006 인치의 두께, 적어도 0.1 인치의 폭, 약 11.95 인치의 내부 직경 및 약 12.47 인치의 외부 직경을 갖고;
(b) 상기 제 2 환상 개스킷은 약 0.006 인치의 두께, 적어도 0.1 인치의 폭, 약 13.90 인치의 내부 직경 및 약 16.75 인치의 외부 직경을 갖고;
(c) 상기 제 3 환상 개스킷은 약 0.006 인치의 두께, 적어도 0.1 인치의 폭, 17.29 인치의 내부 직경 및 약 18.69 인치의 외부 직경을 갖는, 개스킷.
제 1 항에 기재된 내부 전극, 상기 클램프 링 및 상기 스레딩된 패스너들에 의해 상기 내부 전극에 부착된 백킹 플레이트를 포함하고,
상기 스레딩된 패스너들은 상기 블라인드 스레딩된 홀들로 스레딩되는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 14 항에 있어서,
상기 내부 전극의 제 2 환상 스텝과 합치하는 내측 연장 플랜지를 갖는 상기 외부 전극을 더 포함하고,
상기 외부 전극은 상기 외부 전극상에 탑재되는 확장된 헤드들을 갖는 스터드들 (stud) 및 상기 백킹 플레이트 내에 탑재되는 회전가능한 캠 샤프트 (rotatable cam shaft) 들을 포함하는 캠 록 (cam locks) 들에 의해 상기 백킹 플레이트에 부착되고, 상기 회전가능한 캠 샤프트들은 상기 스터드들의 확장된 헤드들과 결합되는 이심 (eccentric) 컷아웃들을 갖는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 15 항에 있어서,
상기 스레딩된 블라인드 홀들은 상기 내부 전극의 1/4 내지 1/2 의 반경에 위치되고,
상기 스레딩된 패스너들은 상기 스레딩된 블라인드 홀들과 나사 결합되는 소켓들을 포함하고,
상기 소켓들은, 상기 내부 전극 상에 탑재되는 스터드 및 상기 외부 전극 상에 탑재되는 스터드가 상기 회전가능한 캠 샤프트들 중 하나의 캠 샤프트의 상기 이심 컷아웃들에 동시에 결합되도록, 상기 회전가능한 캠 샤프트들의 상기 이심 컷아웃들과 결합되는 확장된 헤드들을 갖는 스터드들을 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.