KR20110016489A

KR20110016489A - 클램핑된 샤워헤드 전극 어셈블리

Info

Publication number: KR20110016489A
Application number: KR1020117000367A
Authority: KR
Inventors: 바바크 카드코다얀; 라진더 딘드사; 라 렐라 안토니 데; 마이클 씨 켈로그
Original assignee: 램 리써치 코포레이션
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2011-02-17
Also published as: JP5615813B2; KR101168847B1; US8161906B2; EP2301309A2; TWM402580U; WO2010005541A2; WO2010005541A3; US20120171872A1; JP2011527520A; US20100003824A1; EP2301309B1; US8313805B2; TW201018321A; EP2301309A4; TWI504317B; CN102084726B; CN102084726A

Abstract

반도체 기판 프로세싱에 사용되는 플라즈마 반응 챔버를 위한 전극 어셈블리. 어셈블리는 클램프 링에 의해 백킹 플레이트에 기계적으로 부착된 내부 전극 및 이격된 캠 록의 시리즈에 의해 백킹 플레이트에 부착된 외부 전극을 포함하는, 상부 샤워헤드 전극을 포함한다. 가드 링은 백킹 플레이트를 둘러싸고, 캠 록이 외부 전극의 상부면으로부터 위쪽 방향으로 연장하는 캠 핀을 릴리징하기 위한 툴과 함께 회전될 수 있도록 가드 링의 개구부가 백킹 플레이트의 개구부와 정렬되는 위치로 움직일 수 있다. 상이한 열 팽창을 보상하기 위해, 클램프 링은 클램프 링이 열 스트레스를 흡수하는 것을 허용하는 이격된 위치에서 팽창 연결부를 포함할 수 있다.

Description

클램핑된 샤워헤드 전극 어셈블리 {CLAMPED SHOWERHEAD ELECTRODE ASSEMBLY}

본 발명은 반도체 컴포넌트들이 제조될 수 있는 플라즈마 프로세싱 챔버의 샤워헤드 전극 어셈블리에 관한 것이다.

일 실시형태에 따르면, 샤워헤드 전극 어셈블리는 백킹 플레이트에 클램핑된 내부 전극 및 외부 전극을 포함하고, 샤워헤드 전극 어셈블리는 용량성 커플링된 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 전극을 포함한다. 내부 전극은, 그 하부면에 플라즈마 노출면을 갖고 그 상부면에 탑재면을 갖는 원형 플레이트로, 하부면은 플레이트의 외주부 (outer periphery) 에서 내부 단차 및 외부 단차를 포함한다. 내부 단차는 외부 단차보다 작은 직경을 갖고, 외부 단차는 내부 단차와 탑재면 사이에 위치한다. 외부 단차는 클램프 링의 내부로 연장하는 플랜지와 끼워 맞도록 구성되고, 내부 단차는 외부 전극의 내부 단차와 끼워 맞도록 구성되며, 외부 전극의 내부 테이퍼링면 (tapered surface) 은 플라즈마 노출면의 외부 에지로부터 연장되도록 하여 외부전극은 내부 전극을 둘러싼다. 탑재면은, 백킹 플레이트 내의 정렬 핀 홀에 매칭하는 패턴으로 배열된 정렬 핀을 수용하도록 구성된 복수 개의 정렬 핀 리세스 (alignment pin recess) 를 포함하고, 이 때, 플레이트는 클램프 링에 의해 지지되고, 백킹 플레이트 내의 가스 공급 홀에 매칭하는 패턴으로 배열된 프로세스 가스 배출구 (outlet) 를 포함한다.

외부 전극은, 하부면에 플라즈마 노출면 및 상부면에 탑재면을 갖는 환상 플레이트를 포함하고, 상부면은 내부 단차와 외부 단차 사이에 평면 환상면 (planar annular surface) 을 포함하고, 플라즈마 노출면은 내부 경사면 및 외부 경사면을 포함한다. 평면 환상면 내의 복수 개의 원주방향으로 이격된 포켓은, 외부 전극을 백킹 플레이트에 클램핑하도록 구성된 로킹 핀 (locking pin) 을 그 포켓 내에 수용하도록 구성된다.

다른 실시형태에 따르면, 용량성 커플링된 플라즈마 프로세싱 챔버의 샤워헤드 전극 어셈블리는 열 제어 플레이트, 백킹 플레이트, 가드 링, 내부 전극, 외부 전극 및 클램프 링을 포함한다. 열 제어 플레이트는 플라즈마 프로세싱 챔버의 온도 제어된 벽에 의해 지지되고, 열 제어 플레이트는 플라즈마 프로세싱 챔버에서 프로세싱될 웨이퍼보다 큰 직경을 갖으며, 그 하부면에 환상 돌출부 (annular projection) 를 환상 돌출부 사이의 가스 플레넘 (gas plenum) 과 함께 포함한다. 백킹 플레이트는 열 제어 플레이트에 의해 지지되고, 열 제어 플레이트보다 작은 직경을 가지며, 가스 통로는 그 백킹 플레이트를 관통하고, 캠 록 (cam lock) 은 수평으로 연장하는 보어 (bore) 내에 있다. 가드 링은 백킹 플레이트를 둘러싸고, 백킹 플레이트 내의 액세스 보어 (access bore) 를 적어도 하나의 캠 록에 맞추어 정렬하도록 회전가능하다. 내부 전극은 백킹 플레이트 내의 가스 통로와 유체 소통하는 내부 전극을 관통하는 가스 통로를 갖고, 내부 전극의 외주부는 내부 단차 및 외부 단차를 가지며, 외부 단차는 내부 단차와 내부 전극의 백킹 플레이트를 마주보는 면 사이에 위치한다. 클램프 링은 내부 전극의 외부 단차 위에 놓인 내부 플랜지를 그 사이의 선택적인 (optional) 압축 링과 함께 가지고, 클램프 링은 수직으로 연장하는 단차부가 형성된 개구부 (stepped opening) 를 포함하고, 단차부가 형성된 개구부는 백킹 플레이트 내의 나사산이 있는 홀 (threaded hole) 에 맞추어 정렬되며, 단차부가 형성된 개구부의 패스너 (fastner) 는 클램프 링을 백킹 플레이트에 부착하고 내부 전극의 외부 단차에 압축적인 힘을 부여한다. 외부 전극은 내부 전극을 둘러싸고, 캠 록과 맞물리는 수직으로 연장하는 로킹 핀을 포함하며, 외부 전극은 가드 링을 지지하고, 로킹 핀을 캠 록으로부터 릴리징 (release) 함으로써 제거가능하다.

도 1 은 가드 링을 갖는 기판을 에칭하기 위한, 용량성 커플링된 플라즈마 리액터의 상부 전극을 형성하는 샤워헤드 전극 어셈블리의 단면도를 도시한다.
도 2a 는 도 1 에 나타난 리액터에서 외부 전극을 클램핑하기 위한 일 예시적인 캠 록의 3 차원 도면이다.
도 2b 는 도 2a 의 일 예시적인 캠 록 전극 클램프의 단면도이다.
도 3 은 도 2a 및 도 2b 의 캠 록 클램프에 사용되는 일 예시적인 스터드의 정면 및 조립도이다.
도 4a 는 도 2a 및 도 2b 의 캠 록 클램프에 사용되는 일 예시적인 캠샤프트의 정면 및 조립도이다.
도 4b 는 도 4a 의 캠샤프트의 일부분의 일 예시적인 커터-경로 에지의 단면도이다.
도 5a 는 백킹 플레이트에 기계적으로 클램핑된 내부 및 외부 전극을 갖는 샤워헤드 전극 어셈블리의 단면을 도시하고, 도 5b 는 상이한 위치에서의 샤워헤드 전극의 단면도를 도시하며, 도 5c 는 도 5b 의 일부분의 확대도이다.
도 6a 내지 6d 는 내부 전극의 상세도이다.
도 7a 내지 7g 는 외부 전극의 상세도이다.
도 8a 내지 8d 는 내부 전극을 클램핑하는 클램프 링의 상세도이다.
도 9a 내지 9f 는 열 팽창 영역을 갖는 클램프 링의 상세도이다.
도 10a 내지 10c 는 백킹 플레이트의 상세도이다.

집적 회로 칩의 제작은 통상적으로 "웨이퍼" 라고 불리는 (실리콘 또는 게르마늄과 같은) 고순도, 단결정 반도체 재료 기판의 얇고, 연마된 슬라이스에서 시작된다. 각 웨이퍼에는 그 웨이퍼 상에 다양한 회로 구조를 형성하는 물리적 및 화학적 프로세싱 단계들의 시퀀스가 실시된다. 제작 프로세스 동안, 실리콘 이산화물 막을 생성하기 위한 열 산화, 실리콘, 실리콘 이산화물, 및 실리콘 질화물 막을 생성하기 위한 화학 기상 증착, 및 다른 금속 막들을 생성하기 위한 스퍼터링 (sputtering) 또는 다른 기술들과 같은 다양한 기술을 이용하여, 다양한 타입의 얇은 막들이 웨이퍼 상에 증착될 수도 있다.

반도체 웨이퍼 상에 막을 증착한 후에, 도핑이라 불리는 프로세스를 이용하여 선택된 불순물을 반도체 결정 격자로 치환함으로써, 반도체의 고유한 전기적 특성이 생성된다. 그 후, 도핑된 실리콘 웨이퍼에는 "레지스트" 라고 불리는, 감광성, 또는 감방사선성 재료의 얇은 층이 균일하게 코팅될 수도 있다. 그 후, 리소그래피 (lithography) 로 알려진 프로세스를 이용하여, 회로 내의 전자 경로를 정하는 작은 기하학적 패턴이 그 레지스트 상에 전사될 수도 있다. 리소그래피 프로세스 동안, 집적 회로 패턴이 "마스크" 라 불리는 유리 플레이트 상에 묘화된 후 감광성 코팅 상에 광학적으로 축소, 투영 및 전사될 수도 있다.

그 후, 리소그래피된 레지스트 패턴은 에칭으로 알려진 프로세스를 통하여, 반도체 재료의 기저의 결정면 (underlying crystalline surface) 상에 전사된다. 진공 프로세싱 챔버는 일반적으로, 에칭 또는 증착 가스를 진공 챔버에 공급하고 그 가스에 무선 주파수 (RF) 필드를 인가하여 그 가스를 플라즈마 상태로 에너자이징함으로써, 기판 상의 재료의 에칭 및 화학 기상 증착 (CVD) 을 위해 사용된다.

반응성 이온 에칭 시스템은 통상적으로, 그 내부에 위치한, 상부 전극 또는 애노드 (anode) 및 하부 전극 또는 캐소드 (cathode) 를 갖는 에칭 챔버로 구성된다. 캐소드는 애노드 및 컨테이너 벽에 대하여 네거티브로 바이어싱된다. 에칭될 웨이퍼는 적절한 마스크에 의해 커버되고 캐소드 바로 위에 배치된다. CF₄, CHF₃, CClF₃, HBr, Cl₂ 및 SF₆ 또는 이들의 O₂, N₂, He 또는 Ar 과의 혼합물과 같은 화학적 반응성 가스가 에칭 챔버 내로 도입되고 통상적으로 밀리토르 범위에 있는 압력으로 유지된다. 상부 전극에는 그 전극을 통하여 챔버 내로 가스가 균일하게 소산되는 것을 허용하는 가스 홀(들)이 제공된다. 애노드와 캐소드 사이에 확립되는 전계는 플라즈마를 형성하는 반응성 가스를 해리시킬 것이다. 웨이퍼의 표면은, 활성 이온과의 화학적 상호작용에 의해, 그리고 웨이퍼의 표면에 부딪치는 이온들의 운동량 전달 (momentum transfer) 에 의해 에칭된다. 전극들에 의해 생성되는 전계는 이온들을 캐소드로 끌어당겨, 그 이온들이 대부분 수직 방향으로 표면에 부딪치도록 하여, 프로세스는 명확하게 (well-defined) 수직으로 에칭된 측벽을 생성한다. 에칭 리액터 전극은 종종 기계적 컴플라이언트 (compliant) 및/또는 열 전도성 접착제로 2 개 이상의 다른 부재들을 본딩함으로써 제작될 수도 있어, 기능의 다양성을 허용한다.

도 1 은 기판을 에칭하기 위한 플라스마 프로세싱 시스템의 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 의 일부분의 단면도를 도시한다. 도 1 에서 도시한 바와 같이, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는 상부 전극 (110), 백킹 플레이트 (140), 및 가드 링 (170) 을 포함한다. 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는 또한, 상부 전극 (110) 및 백킹 플레이트 (140) 의 외주부를 둘러싸는, 플라즈마 한정 (confinement) 어셈블리 (또는 웨이퍼 영역 압력 (wafer area pressure; WAP) 어셈블리) (180) 를 포함한다.

또한, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는 열 제어 부재 (102), 및 그 내부에 액체 플로우 채널을 가지며 챔버의 온도 제어된 벽을 형성하는 상부 플레이트 (104) 를 포함한다. 상부 전극 (110) 은 내부 전극 (120), 및 외부 전극 (130) 을 포함하는 것이 바람직하다. 내부 전극 (120) 은 원통형 플레이트인 것이 바람직하고, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 실리콘 탄화물 또는 다른 적절한 재료와 같은, 전도성의 고순도 재료로 제조될 수도 있다. 백킹 플레이트 (140) 는 후술되는 기계적 패스너 (fastener) 를 이용하여 내부 전극 (120) 및 외부 전극 (130) 에 기계적으로 고정된다. 가드 링 (170) 은 백킹 플레이트 (140) 를 둘러싸고, 후술되는 바와 같이 캠 로킹 부재에 액세스를 제공한다.

도 1 에 도시한 바와 같이, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는 통상적으로, 상부 전극 (110) 하방의 1cm 내지 2cm 의 거리를 둔 웨이퍼를 지지하는, 편평한 하부 전극을 갖는 정전척 (electrostatic chuck) (미도시) 으로 사용된다. 이러한 플라즈마 프로세싱 시스템의 일 예는 캘리포니아주, 프레몬트 소재의 Lam Research Corporation 에 의해 제조된 Exelan^TM 유전체 에칭 시스템과 같은, 평행 플레이트 타입 리액터이다. 이러한 척킹 장치는, 웨이퍼와 척 사이의 열 전달의 레이트를 제어하는, 후면측 헬륨 (He) 압력을 공급함으로써, 웨이퍼의 온도 제어를 제공한다.

상부 전극 (110) 은 주기적으로 교체되어야 하는 소모성 부품이다. 웨이퍼와 상부 전극 사이의 갭에 프로세스 가스를 공급하기 위해, 상부 전극 (110) 에는, 전극에 의해 에너자이징되고 상부 전극 (110) 바로 밑의 반응 구역에서 플라즈마를 형성하는 프로세스 가스를 공급하기에 적합한 사이즈 및 분포의 가스 배출 통로 (106) 가 제공된다.

샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는 또한 상부 전극 (110) 및 백킹 플레이트 (140) 의 외주부를 둘러싸는, 플라즈마 한정 어셈블리 (또는 웨이퍼 영역 플라즈마 (WAP) 어셈블리) (180) 를 포함한다. 플라즈마 한정 어셈블리 (180) 는, 상부 전극 (110) 및 백킹 플레이트 (140) 의 외주부를 둘러싸는, 복수 개의 이격된 석영 링 (190) 또는 그 스택 (stack) 으로 구성되는 것이 바람직하다. 프로세싱 동안, 플라즈마 한정 어셈블리 (180) 는 반응 구역 내에 압력차를 야기하고, 반응 챔버 벽과 플라즈마 사이의 전기 저항을 증가시켜, 그에 의해 상부 전극 (110) 과 하부 전극 (미도시) 사이에 플라즈마를 한정한다.

이용 중에, 한정 링 (190) 은 플라즈마를 챔버 부피에 한정하고, 반응 챔버 내의 플라즈마의 압력을 제어한다. 반응 챔버로의 플라즈마의 한정은, 한정 링 (190) 들 간의 스페이싱, 한정 링 외부의 그리고 플라즈마 내에서의 반응 챔버 내의 압력, 가스의 타입 및 플로우 레이트뿐만 아니라 RF 파워의 레벨 및 주파수를 포함하는, 다수의 팩터들의 작용이다. 플라즈마의 한정은 한정 링 (190) 들간의 스페이싱이 매우 작은 경우에 보다 쉽게 달성된다. 통상적으로, 0.15 인치 이하의 스페이싱이 한정을 위해 요구된다. 그러나, 한정 링 (190) 의 스페이싱은 또한 플라즈마의 압력을 결정하고, 그 스페이싱은 플라즈마를 유지하는 동안 최적의 프로세스 성능을 위해 요구되는 압력을 달성하도록 조정될 수 있는 것이 바람직하다. 가스 공급부로부터의 프로세스 가스는, 프로세스 가스가 웨이퍼의 상방의 단일의 구역 또는 다수의 구역으로 공급되는 것을 허용하는, 상부 플레이트 (104) 내의 하나 이상의 통로를 통하여 전극 (110) 에 공급된다.

내부 전극 (120) 은, 중심 (미도시) 으로부터 외부 에지까지 균일한 두께를 갖는, 평면 디스크 또는 플레이트인 것이 바람직하다. 내부 전극 (120) 은, 그 플레이트가 단결정 실리콘인 경우에, 프로세싱될 웨이퍼보다 작은, 같은, 또는 보다 큰, 예를 들면, 300 mm 까지의 직경을 가질 수 있는데, 이는 300 mm 웨이퍼에 대해 사용되는 현재 이용할 수 있는 단결정 실리콘 물질의 직경이다. 300mm 웨이퍼를 프로세싱하기 위해, 외부 전극 (130) 은 상부 전극 (110) 의 직경이 약 15 인치 내지 약 17 인치로 연장되도록 적용될 수 있다. 외부 전극 (130) 은 연속적인 부재 (예를 들면, 링 형태의 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 실리콘 탄화물 또는 다른 적절한 재료) 또는 분할된 부재 (예를 들면, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 실리콘 탄화물 또는 다른 재료의 조각과 같은, 링 형태로 배열된 2 내지 6 개로 분리된 조각) 일 수 있다. 내부 전극 (120) 은, 프로세스 가스를 상부 전극 (110) 하방의 플라즈마 반응 챔버 내의 공간으로 주입하기 위해 다수의 가스 통로 (106) 들을 포함하는 것이 바람직하다.

단결정 실리콘 및 다결정 실리콘은 내부 전극 (120) 및 외부 전극 (130) 의 플라즈마 노출면에 대한 바람직한 재료이다. 고순도, 단결정 실리콘은, 오직 최소량의 바람직하지 않은 엘리먼트들만을 반응 챔버 내로 도입하기 때문에 플라즈마 프로세싱 동안 기판의 오염을 최소화시키며, 또한 플라즈마 프로세싱 동안 스무스하게 마모시켜, 입자를 최소화한다. 상부 전극 (110) 의 플라즈마 노출면을 위해 사용될 수 있는 복합재료를 포함하는 대안의 재료에는, 예를 들면, SiC, SiN 및 AlN 를 포함한다.

구성에 있어서, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는 300 mm 의 직경을 갖는 반도체 웨이퍼와 같은 큰 기판을 프로세싱하기에 충분히 크다. 300 mm 웨이퍼에 대해, 상부 전극 (110) 은 직경이 최소한 300 mm 이다. 그러나, 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는 다른 웨이퍼 사이즈를 프로세싱하기 위해 사이즈가 조절될 수 있다.

백킹 플레이트 (140) 는, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 반도체 기판을 프로세싱하는데 이용되는 프로세스 가스와 화학적으로 양립가능한 재료로 제조되는 것이 바람직하고, 전극 재료의 열팽창 계수와 근접하게 매칭하는 열팽창 계수를 가지며, 및/또는 전기 및 열 전도성이 있다. 백킹 플레이트 (140) 를 제조하는데 사용될 수 있는 바람직한 재료로는 그래파이트, SiC, 알루미늄 (Al) 또는 다른 적절한 재료를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.

내부 전극 (120) 및 외부 전극 (130) 은, 전극과 백킹 플레이트 사이에 임의의 접착제 본딩 없이 백킹 플레이트 (140) 에 기계적으로 부착되고, 즉, 열 및 전기 전도성 엘라스토머 본딩 재료가 전극을 백킹 플레이트에 부착시키는데 사용되지 않는다.

백킹 플레이트 (140) 는 나사산이 있는 볼트, 스크류 등일 수 있는 적절한 기계적 패스너를 이용하여 열 제어 부재 (102) 에 부착되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 볼트 (미도시) 는 열 제어 부재 (102) 내의 홀들 내에 삽입될 수 있고 백킹 플레이트 (140) 내의 나사산이 있는 개구 내로 스크류될 수 있다. 열 제어 부재 (102) 는 굴곡부 (flexure portion; 184) 를 포함하고, 알루미늄, 알루미늄 합금 등과 같은 머시닝된 (machined) 금속성 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 상부 온도 제어된 플레이트 (104) 는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조되는 것이 바람직하다. 플라즈마 한정 어셈블리 (또는 웨이퍼 영역 플라즈마 어셈블리 (WAP)) (180) 는 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 의 외부에 위치한다. 복수 개의 수직방향으로 조절할 수 있는 플라즈마 한정 링 (190) 을 포함하는 적절한 플라즈마 한정 어셈블리 (180) 는 본원에 참조에 의해 완전히 포함되는 공동 소유의 미국 특허 제5,534,751호에 기재되어 있다.

개시물이 본원에 참조에 의해 포함되는 2008년 3월 14일자로 출원된 공동 소유의 미국 출원 제61/036,862호에 기재된 바와 같이, 외부 전극이 캠 록 메커니즘에 의해 백킹 플레이트에 기계적으로 부착될 수 있다. 도 2a 와 관련하여, 일 예시적인 캠 록 전극 클램프의 3 차원 도면은 전극 (201) 및 백킹 플레이트 (203) 의 부분들을 포함한다. 전극 클램프는 도 1 에 도시된 플라즈마 에칭 챔버와 같은 다양한 제작-관련 툴에서 소모성 전극 (201) 을 백킹 플레이트에 신속하게, 깨끗하게, 그리고 정확하게 부착시킬 수 있다. 전극 (201) 은, 예를 들면, 실리콘 (Si), 실리콘 탄화물 (SiC), 또는 폴리실리콘을 포함하는 다양한 재료를 포함할 수도 있다. 백킹 플레이트는 대개 알루미늄 또는 다른 적합한 재료를 포함한다.

전극 캠 록 클램프는 소켓 (213) 내에 탑재되는 스터드 (로킹 핀) (205) 를 포함한다. 스터드는, 예를 들면, 스테인레스 강 벨빌 와셔 (Belleville washer) 와 같은 디스크 스프링 스택 (215) 에 의해 둘러싸이게 될 수도 있다. 스터드 (205) 및 디스크 스프링 스택 (215) 은 그 때 압입 끼워맞춤 (press-fit) 될 수도 있고, 또는 그렇지 않으면 접착제 또는 기계적 패스너의 이용을 통하여 소켓 (213) 내에 고정될 수도 있다. 스터드 (205) 및 디스크 스프링 스택 (215) 은 제한된 양의 측방 이동이 전극 (201) 과 백킹 플레이트 (203) 사이에서 가능하도록 소켓 (213) 내에 배열된다. 측방 이동량을 제한하는 것은 전극(201) 과 백킹 플레이트 (203) 사이에 타이트한 끼워맞춤을 허용하여 우수한 열 접촉을 보장하는 동시에, 여전히 2 개의 부품들 사이의 열팽창의 차이를 설명하기 위해 약간의 이동을 제공한다. 제한된 측방 이동 피쳐에 대한 추가적인 상세는 이하 더 상세하게 논의된다.

특정 예시적인 실시형태에서, 소켓 (213) 은 베어링-그레이드 Torlon^® 으로부터 제작된다. 대안으로, 소켓 (213) 은 우수한 강도와 같은 소정의 기계적 특성들을 지닌 다른 재료들로부터 제작될 수도 있고, 내충격성, 크립 저항성 (creep resistance), 치수 안정성, 내방사선 (radiation resistance) 및 내화학성이 쉽게 이용될 수도 있다. 폴리아미드, 폴리이미드, 아세탈 및 초고분자량 폴리에틸렌 재료들과 같은 다양한 재료들이 모두 적합할 수도 있다. 230℃가 에칭 챔버와 같은 애플리케이션에서 접하게 되는 통상의 최대 온도이기 때문에, 고온-특정 플라스틱 및 다른 관련 재료들이 소켓 (213) 을 형성하기 위해 요구되지 않는다. 일반적으로, 통상의 동작 온도는 130℃에 더 가깝다.

전극 캠 록 클램프의 다른 부분들은 각 단에서 한 쌍의 캠샤프트 베어링 (209) 에 의해 둘러싸이게 되는 캠샤프트 (207) 로 구성된다. 캠샤프트 (207) 및 캠샤프트 베어링 어셈블리는 백킹 플레이트 (203) 에 머시닝된 백킹 플레이트 보어 (211) 내에 탑재된다. 300mm 반도체 웨이퍼를 위해 설계된 에칭 챔버에 대한 통상의 애플리케이션에서는, 8개 이상의 전극 클램프가 전극 (201)/백킹 플레이트 (203) 조합의 주변부 주위에 간격을 두고 배치될 수도 있다.

캠샤프트 베어링 (209) 은 Torlon^®, Vespel^®, Celcon^®, Delrin^®,Teflon^®, Arlon^®, 또는 낮은 마찰 계수 및 낮은 입자 박리 (particle shedding) 를 갖는 다른 재료들, 이를 테면 플루오로폴리머 (fluoropolymer), 아세탈 (acetal), 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌 (polytetrafluoroethylene) 및 폴리에테르에테르케톤 (polyetheretherketone)(PEEK) 을 포함하는, 다양한 재료로부터 머시닝될 수도 있다. 스터드 (205) 및 캠샤프트 (207) 는 스테인레스 강 (예를 들면, 316, 316L, 17-7 등) 또는 우수한 강도 및 내식성을 제공하는 임의의 다른 재료로부터 머시닝될 수도 있다.

이제, 도 2b 를 참조하면, 전극 캠 클램프의 단면도는 또한, 전극 (201) 을 백킹 플레이트 (203) 로 밀접하게 잡아당김으로써 캠 클램프가 어떻게 동작하는지를 예시한다. 스터드 (205)/디스크 스프링 스택 (215)/소켓 (213) 어셈블리는 전극 (201) 내에 탑재된다. 도시한 바와 같이, 상기 어셈블리는 소켓 (213) 상의 외부 나사산에 의하여 전극 (201) 내의 나사산이 있는 포켓 안으로 스크류될 수도 있다. 그러나, 소켓은 접착제 또는 다른 타입의 기계적 패스너에 의해서도 탑재될 수도 있다.

도 3 에서, 확장 헤드 (enlarged head) 를 갖는 스터드 (205), 디스크 스프링 스택 (215) 및 소켓 (213) 의 정면 및 조립도 (300) 는 캠 록 전극 클램프의 일 예시적인 설계에 대해 추가적인 상세를 제공한다. 특정 예시적인 실시형태에서, 스터드/디스크 스프링 어셈블리 (301) 는 소켓 (213) 내에 압입 끼워맞춤된다. 소켓 (213) 은 가벼운 토크 (torque) (예를 들면, 특정 예시적인 실시형태에서는, 약 20inch-pounds) 로 전극 (201) (도 2a 및 도 2b 참조) 내로의 용이한 삽입을 허용하는, 외부 나사산 및 6각형의 최상부 부재를 갖는다. 전술한 바와 같이, 소켓 (213) 은 다양한 타입의 플라스틱으로부터 머시닝될 수도 있다. 플라스틱을 이용하는 것은 입자 생성을 최소화하고, 전극 (201) 상의 결합 (mating) 포켓 내로 소켓 (213) 의 골이 없는 (gall-free) 설치를 허용한다.

스터드/소켓 어셈블리 (303) 는 소켓 (213) 의 상부 부분에서의 내부 직경이 스터드 (205) 의 중간 부분의 외부 직경보다 크다는 것을 나타낸다. 2 개의 부분들 사이의 직경의 차이는 상기 논의한 바와 같이 어셈블링된 전극 클램프에 있어서의 제한된 측방 이동을 허용한다. 스터드/디스크 스프링 어셈블리 (301) 는 직경의 차이가 약간의 측방 이동을 허용하는 반면에 소켓 (213) 의 기저부에서 소켓 (213) 과 단단하게 접촉하여 유지된다 (또한, 도 2b 참조).

도 4a 와 관련하여, 캠샤프트 (207) 및 캠샤프트 베어링 (209) 의 분해 조립도 (400) 는 또한 키잉 핀 (401) 을 나타낸다. 키잉 핀 (401) 을 갖는 캠샤프트 (207) 의 단이 먼저 백킹 플레이트 보어 (211) (도 2b 참조) 내로 삽입된다. 백킹 플레이트 보어 (211) 의 원단 (a far end) 에 있는 한 쌍의 작은 결합 홀 (미도시) 이 캠샤프트 (207) 의 백킹 플레이트 보어 (211) 내로의 정확한 정렬을 제공한다. 캠샤프트 (207) 의 측면도 (420) 는 캠샤프트 (207) 의 일단의 6각형 개구 (403) 및 반대쪽 단의 키잉 핀 (401) 의 가능한 배치를 명확하게 나타낸다.

예를 들어, 도 4a 및 도 2b 를 계속 참조하여, 전극 캠 클램프는 캠샤프트 (207) 를 백킹 플레이트 보어 (211) 내로 삽입함으로써 어셈블링된다. 키잉 핀 (401) 은 한 쌍의 작은 결합 홀 중 하나와 인터페이스함으로써 백킹 플레이트 보어 (211) 에서의 캠샤프트 (207) 의 회전 이동을 제한한다. 캠샤프트는 먼저 6 각형 개구 (403) 의 이용을 통하여 일 방향으로, 예를 들어 반시계 방향으로 터닝되어 스터드 (205) 의 캠샤프트 (207) 로의 진입을 허용한 후, 시계방향으로 터닝되어 스터드 (205) 를 완전히 맞물리게 하여 로킹할 수도 있다. 전극 (201) 을 백킹 플레이트 (203) 에 유지하기 위해 요구되는 클램프력은 디스크 스프링 스택 (215) 을 그들의 자유 스택 높이를 넘어 압축함으로써 공급된다. 캠샤프트 (207) 는 샤프트의 확장 헤드 (205) 와 맞물리는 내부 편심 내부 컷아웃 (internal eccentric internal cutout) 을 갖는다. 디스크 스프링 스택 (215) 이 압축됨에 따라, 클램프력은 디스크 스프링 스택 (215) 내의 개별 스프링으로부터 소켓 (213) 으로, 그리고 전극 (201) 을 통하여 백킹 플레이트 (203) 로 전달된다.

예시적인 동작 모드에서, 일단 캠샤프트 베어링이 캠샤프트 (207) 에 부착되고 백킹 플레이트 보어 (211) 내로 삽입되면, 캠샤프트 (207) 는 완전 회전 이동될 때까지 반시계 방향으로 회전된다. 스터드/소켓 어셈블리 (303) (도 3) 는 그 후 전극 (201) 으로 약간 토크된다. 스터드 (205) 의 헤드는 그 후 수평으로 연장하는 백킹 플레이트 보어 (211) 하방의 수직으로 연장하는 스루 홀 내로 삽입된다. 키잉 핀이 2 개의 작은 결합 홀 (미도시) 중 두번째 홀까지 드롭할 때까지 또는 (이하 더 상세하게 논의되는) 딸각하는 소리 (audible click) 가 들리게 될 때까지, 전극 (201) 은 백킹 플레이트 (203) 에 대하여 유지되고, 캠샤프트 (207) 는 시계 방향으로 회전된다. 예시적인 동작 모드는 전극 (201) 을 백킹 플레이트 (203) 로부터 분해하기 위해 순서를 거꾸로 할 수도 있다.

도 4b 와 관련하여, 도 4a 의 캠샤프트 (207) 의 측면도 (420) 의 단면 A-A 는 스터드 (205) 의 헤드가 완전히 고정되는 커터 경로 에지 (440) 를 나타낸다. 특정 예시적인 실시형태에서, 2 개의 반경 (R1 및 R2) 은 스터드 (205) 의 헤드가, 스터드 (205) 가 완전히 고정될 때를 나타내기 위해 전술된, 딸각하는 소리 잡음을 만들도록 선택된다.

도 5a 는 다음의 피쳐들 : (a) 캠-로킹된 비-본딩 외부 전극 (502); (b) 캠-로킹된 비-본딩 내부 전극 (504) (c) 백킹 플레이트 (506); 및 (d) 외부 전극을 백킹 플레이트 (506) 에 유지하는 캠 록에 액세스를 허용하는 가드 링 (508) 을 포함하는 용량성 커플링된 플라즈마 챔버에 대한 상부 전극 어셈블리 (500) 를 나타낸다. 도 5b 는 상이한 위치에서의 전극 어셈블리의 단면도이고, 도 5c 는 내부 전극을 백킹 플레이트로부터 분리하기 위한 잭스크류 배열의 상세를 나타내는 도 5b 의 일부분의 확대도이다.

전극 어셈블리 (500) 는 챔버 외부로부터 챔버의 온도 제어된 최상부 벽 (512) 까지 볼트된 열 제어 플레이트 (510) 를 포함한다. 외부 전극은 도 2 내지 도 4 를 참조하여 전술된 캠 록 (514) 에 의해 백킹 플레이트에 릴리징할 수 있게 부착된다. 내부 전극은 클램프 링 (516) 에 의해 열 제어 플레이트에 클램핑된다. 클램프 링은 나사산이 있는 볼트 (스크류) 와 같은 패스너를 백킹 플레이트 (506) 의 하부의 나사산이 있는 개구들로 수용하는 홀들의 시리즈를 포함한다. 클램프 링과 내부 전극의 외부 에지상의 단차와의 접촉을 피하기 위해, CIRLEX 와 같이 딱딱한 폴리이미드 재료와 같은 딱딱한 재료의 압축 링 (518) 은 내부 전극의 대향면과 클램프 링 사이의 공간에서 압축된다.

바람직한 실시형태에서, 전극 어셈블리 (500) 의 외부 전극 (502) 은 (a) 가드 링 (508) 을, 그 가드 링 내의 4 개의 홀을 백킹 플레이트의 외부 부분에 간격을 두고 배치된 위치에 위치하는 4 개의 캠 록 (514) 과 정렬시키는 제 1 위치로 회전시킴으로써; (b) 가드 링 내의 각 홀을 통하여 앨렌 렌치 (allen wrench) 를 삽입하고 각각의 캠 록에서 수직으로 연장하는 로킹 핀을 릴리징하기 위해 각 캠 록을 회전시킴으로써; (c) 가드 링을, 그 가드 링 내의 4 개의 홀을 다른 4 개의 캠 록과 정렬시키는 제 2 위치로 90°회전시킴으로써; 및 (d) 가드 링 내의 각 홀을 통하여 앨렌 렌치를 삽입하고 각각의 캠 록의 로킹 핀을 릴리징하기 위해 각각의 캠 록을 회전시킴으로써 분해될 수 있으며; 이로써 외부 전극 (502)은 플라즈마 챔버로부터 하강 및 제거될 수 있다.

도 5a 는 또한 회전가능한 캠 록 (514) 이 백킹 플레이트 (506) 의 외부 부분 내의 수평으로 연장하는 보어 (560) 내에 위치되는 캠 록 배열 중 하나의 단면도를 도시한다. 원통형 캠 록 (514) 은 앨렌 렌치와 같은 툴에 의해 로킹 핀 (562) 의 확장 단이 그 로킹 핀의 확장 헤드를 리프팅하는 캠 록 (514) 의 캠 표면에 의해 맞물리게 되는 록 위치로 또는 로킹 핀 (562) 이 캠 록 (514) 에 의해 맞물리게 되지 않는 릴리즈 위치로 회전가능하다. 백킹 플레이트는 수직으로 연장하는 보어를 포함하며, 그 보어를 통하여 로킹 핀이 삽입되어 캠 록과 맞물리게 한다.

도 5b 는 가드 링 (508) 의 액세스 개구부 (574) 를 채우고 가드링이 회전하는 것을 방지하기 위해 백킹 플레이트 내의 나사산이 있는 홀을 관통하는 잭스크류 (570) 및 삽입물 (571) 을 통과하는 위치에서의 전극 어셈블리의 단면도를 도시한다. 바람직하게는, 스테인레스 스틸과 같은 적절한 재료의 세 개의 잭스크류 (570) 는 내부 전극의 제거를 용이하게 하기 위해 120°떨어져 배열된다. 백킹 플레이트 (506) 내의 나사산이 있는 개구부를 관통하는 삽입물 (571) 은 폴리머 또는 세라믹 스크류인 것이 바람직하다. 외부 전극의 외부 단차는 가드 링 상의 결합 단차와 맞물리고, 백킹 플레이트 (506) 의 외주부와 가드 링 (508) 의 내주부 사이의 환상 갭 (575) 을 유지한다. 잭스크류 (570) 는 백킹 플레이트 (506) 의 나사산이 있는 개구부에서 수용되는 상부 나사산이 있는 샤프트 (570a), 앨렌 렌치와 같은 툴과 맞물리게 하기 위한 키잉된 개구부 (570c) 를 갖는 하부 샤프트 (570b), 및 상부와 하부 샤프트 사이에 낀 환상 플랜지 (570d) 를 포함한다. CIRCLEX 링과 같은 폴리머 링 (572) 은 백킹 플레이트 (506) 의 대향면과 각각의 플랜지 (570d) 를 지탱하고, TEFLON 와셔와 같은 폴리머 와셔 (573) 는 각 플랜지 (570d) 의 하부면과 내부 전극 (504) 및 클램프 링 (516) 의 대향면을 지탱한다. 바람직한 실시형태에서, 폴리머 링 (572) 은 약 0.31 inch 의 두께 및 0.5 inch 의 너비를 갖고, 클램프 링을 백킹 플레이트에 지지하는 패스너를 수용하기 위한 12 개의 홀 및 잭스크류의 샤프트 (570a) 를 수용하기 위한 3 개의 홀을 갖는다. 백킹 플레이트 (506) 는 개구들을 포함하고, 그 개구들은 내부 전극의 외부 에지 아래에서 부분적으로 연장되며, 각각의 플랜지 (570d) 및 와셔 (573) 를 수용하기에 충분한 깊이를 갖는다. 폴리머 링 (572) 은 백킹 플레이트 내의 환상 채널에 수용된다. 외부 전극을 백킹 플레이트로부터 분해하는 동안에, 잭스크류는 플랜지 (570d) 를 내부 전극의 상부면 방향으로 이동하도록 야기하는 방향으로 회전되는데, 내부 전극과 백킹 플레이트 사이에 삽입된 열 인터페이스 링, O-링 등 때문에 그로 인해 내부 전극이 백킹 플레이트로의 잠재적인 접착을 극복하도록 한다.

도 6a 내지 도 6d 는 내부 전극 (504) 의 상세를 도시한다. 내부 전극 (504) 은 TORLON 5030 과 같은 폴리머 재료의 정렬 핀 (524) 및 클램프 링 (516) 과 외부 전극 (502) 의 내부 립 (lip) 과 결합하는 외부 에지 (526) 의 단차를 수용하는, 상부면 (탑재면; 522) 에 정렬 핀 홀 (520) 을 가진 고순도 (10ppm 미만의 불순물) 저저항율 (0.005 내지 0.02ohm-cm) 단결정 실리콘의 플레이트인 것이 바람직하다. 적절한 직경 및/또는 형태의 가스 홀 (528) (예를 들면, 0.017 인치 직경의 홀) 은 상부면으로부터 하부면 (플라즈마 노출면; 530) 까지 연장되며, 임의의 적절한 패턴으로 배열될 수 있다. 도시된 실시형태에서, 가스 홀은 13 개의 원주방향으로 연장하는 로우 (row) 들로 배열되는데, 제 1 로우의 4 개의 가스 홀은 전극의 중심으로부터 약 0.25 인치 떨어져 위치하고, 제 2 로우의 10 개의 가스 홀은 중심으로부터 약 0.7 인치 떨어져 위치하고, 제 3 로우의 20 개의 가스 홀은 중심으로부터 약 1.25 인치 떨어져 위치하고, 제 4 로우의 26 개의 가스 홀은 중심으로부터 약 1.95 인치 떨어져 위치하고, 제 5 로우의 30 개의 가스 홀은 중심으로부터 약 2.3 인치 떨어져 위치하고, 제 6 로우의 36 개의 가스 홀은 중심으로부터 약 2.7 인치 떨어져 위치하고, 제 7 로우의 40 개의 가스 홀은 중심으로부터 약 3.05 인치 떨어져 위치하고, 제 8 로우의 52 개의 가스 홀은 중심으로부터 약 3.75 인치 떨어져 위치하고, 제 9 로우의 58 개의 가스 홀은 중심으로부터 약 4.1 인치 떨어져 위치하고, 제 10 로우의 62 개의 가스 홀은 중심으로부터 약 4.5 인치 떨어져 위치하고, 제 11 로우의 70 개의 가스 홀은 중심으로부터 약 5.2 인치 떨어져 위치하고, 제 12 로우의 74 개의 가스 홀은 중심으로 부터 약 5.45 인치 떨어져 위치하며, 제 13 로우의 80 개의 가스 홀은 중심으로부터 약 5.75 인치 떨어져 위치한다.

전극의 상부면은 중심 근방의 3 개의 핀 홀 및 전극의 외부 에지 근방의 3 개의 핀 홀을 가진 6 개의 정렬 핀 홀 (520) 을 포함한다. 핀 홀은 약 0.116 인치의 직경을 가질 수 있다. 3 개의 중앙 핀 홀은 방사상으로 정렬되며 내부 전극의 중심에 약 0.160 인치 깊이의 한 개의 핀 홀 및 제 3 및 제 4 로우의 가스 홀 사이에 위치에서 중앙 핀 홀로부터 약 1.6 인치 떨어져 위치한 약 0.200 인치 깊이의 2 개의 핀 홀을 포함한다. 외부 핀 홀들은 약 0.100 인치 깊이이고, 중앙 핀 홀로부터 약 6 인치 떨어진 중앙 핀 홀과 방사상으로 정렬된 하나의 핀 홀 및 이로부터 97.5° 및 170°오프셋 된 2 개의 다른 핀 홀을 포함하며, 제 2 및 제 3 외부 핀 홀들은 중앙 핀 홀로부터 같은 거리를 갖지만 서로 92.5°의 오프셋을 갖는다.

외부 단차는 실리콘 플레이트 주변으로 완전히 연장되도록 실리콘 플레이트로 머시닝된 내부 단차 (532) 및 외부 단차 (534) 를 포함한다. 바람직한 실시형태에서, 실리콘 플레이트는 약 0.400 인치의 두께와 약 12.560 인치의 외부 직경을 갖고, 내부 단차 (532) 는 약 12.004 인치의 내부 직경, 약 12.135 인치의 외부 직경을 갖고, 플라즈마 노출면 (530) 으로 약 0.13 인치 연장되며, 외부 단차 (534) 는 약 12.135 인치의 내부 직경과 약 12.560 인치의 외부 직경을 갖고, 플라즈마 노출면 (530) 으로 약 0.24 인치 연장된다. 내부 단차 (532) 는 약 0.13 인치 길이의 수직면 (532a) 및 약 0.065 인치 길이의 수평면 (532b) 을 갖고, 외부 단차 (534) 는 약 0.11 인치 길이의 수직면 (534a) 및 약 0.218 인치 길이의 수평면 (534b) 을 갖는다.

도 6a 는 13 개의 로우의 가스 홀을 가진 내부 전극 (504) 의 플라즈마 노출면 (530) 을 도시하는 전면 평면도이다. 도 6b 는 13 개의 로우의 가스 홀 및 6 개의 핀 홀 (520) 을 가진 상부면 (522) 의 전면 평면도를 도시한다. 도 6c 는 플라즈마 노출면에 가장 가까운 내부 단차 및 내부 전극의 상부면에 가장 가까운 외부 단차의 측면도를 도시한다. 도 6d 는, 6개의 둥근 (예를 들면, 0.025 인치 반경으로 둥근) 모서리를 갖는 내부 및 외부 단차를 도시하는, 도 6c 의 상세 D 의 확대도를 도시하며, 6개의 둥근 모서리는 상부면 (522) 의 외부 에지, 하부면 (530) 의 외부 에지, 및 서로 모서리를 갖는 수평 및 수직면 (532a, 532b, 534a, 534b) 사이의 트랜지션부 (transition) 및 상부 및 하부면 (522, 530) 에서 제공된다.

외부 전극 (502) 은 가드 링 (508) 을 지지하는 외부 단차 (536), 클램프 링 및 내부 전극의 내부 단차 위에 놓인 내부 단차 (538), 백킹 플레이트 (506) 의 하부면과 맞물리는 상부면 (탑재면; 540), 내부 테이퍼링면 (544), 수평면 (546), 및 외부 테이퍼링면 (548) 을 포함하는 하부면 (단차부가 형성된 플라즈마 노출면; 542) 및 로킹 핀이 탑재되는 상부면 (540) 내의 8 개의 포켓 (550) 을 포함한다.

도 7a 내지 7g 는 외부 전극의 다양한 도면을 도시한다. 도 7a 는 외부 전극 (502) 의 플라즈마 노출면 (542) 의 평면도이고, 도 7b 는 외부 전극의 측면도이다. 외부 전극은 내부 및 외부 테이퍼링면 (544, 548) 및 그 사이에서 플라즈마 노출면 (542) 을 형성하는 수평면 (546) 을 갖는 환상 링이다. 외부 전극은 고순도 저저항률 단결정 실리콘 또는 고순도 다결정 실리콘의 단일조각인 것이 바람직하다. 대안으로는, 외부 전극은 고순도 단결정 또는 다결정 실리콘의 조각으로 구성될 수 있다. 도 7c 는 전체 외부 전극을 통과하는 단면도를 도시하고, 도 7d 는 도 7c 의 상세 D 의 확대도를 도시한다. 바람직한 실시형태에서, 외부 전극은 약 17 인치의 외부 직경 및 약 12.024 인치의 내부 직경을 갖는다. 수평면 (546) 은 약 12.552 인치의 내부 직경으로부터 약 15.97 인치의 외부 직경으로 방사형으로 약 1.709 인치 연장된다. 외부 전극의 상부면은 내부 단차 (538) 및 외부 단차 (536) 를 갖고, 이들 사이에 연장되는 평면 환상 수평 탑재면 (552) 을 갖는다. 탑재면 (552) 은 약 13.655 인치의 내부 직경 및 약 16.752 인치의 외부 직경을 갖는다. 로킹 핀을 수용하는 8 개의 포켓 (550) 중의 두 개가 도 7c 에서 도시된다.

도 7d 는 외부 전극 (502) 상의 내부 및 외부 테이퍼링면 (544, 548) 및 내부 및 외부 단차 (536, 538) 의 바람직한 실시형태의 상세를 도시하고, 이 때, 테이퍼링면은 수평 플라즈마 노출면과 20°내지 40°의 각도를 형성한다. 내부 테이퍼링면 (544) 은 34.3°의 각도로, 그리고 외부 테이퍼링면 (548) 은 24.9°의 각도인 것이 더욱 바람직하다. 내부 단차 (538) 는 약 0.145 인치의 높이를 갖는 수직면 (538a) 및 방사형으로 연장하는 약 0.825 인치의 수평면 (538b) 을 포함한다. 외부 단차 (536) 는 0.076 인치의 높이를 갖는 수직면 (536a) 및 방사형으로 연장하는 약 0.124 인치의 수평면 (536a) 을 포함한다. 내부 단차 (538) 와 내부 테이퍼링면 (548) 사이의 내부 수직면 (538c) 은 약 0.115 인치의 높이를 갖는다. 외부 단차 (536) 와 외부 테이퍼링면 (544) 사이의 외부 수직면 (536c) 은 약 0.125 인치의 높이를 갖는다. 로킹 핀에 대한 포켓 (550) 은 약 0.325 인치의 깊이를 갖고, 외부 전극의 전체 두께는 약 0.440 인치이다. 포켓은 로킹 핀의 나사산이 있는 탑재 베이스 (도 2 내지 도 3 에 기술된 소켓 (213)) 를 수용하기 위한 0.5 인치 너비의 나사산이 있는 홀일 수 있다. 포켓으로의 입구는 테이퍼를 포함할 수 있고, 포켓의 바닥은 0.040 인치의 최대 길이를 갖는 나사산이 없는 나사산 릴리프 섹션을 포함할 수 있다. 내부 및 외부 단차의 모든 모서리 및 내부 및 외부 테이퍼링면은 둥글게 (예를 들면, 0.025 인치 반경으로 둥글게) 되어있다.

도 7e 는, 8 개의 로킹 핀을 수용하기 위한 8 개의 포켓 (550) 이 위치하고 포켓들의 중심들이 약 15.244 인치씩 떨어진, 외부 전극 (502) 의 상부면 (540) 의 평면도이다. 또한, 0.480 인치의 반경을 따라 조금씩 내부 단차로 연장하는 탑재면 (540) 의 일부분에서 8 각형 패턴의 홀을 형성하고 0.07 인치씩 이격된 7 개의 로우로 배열되며 약 0.025 인치의 직경을 갖는, (압력계와 같이 진공 압력 센싱 장치와 이어진) 37 개의 홀들 (552) 의 그룹이 도시되어 있다. 약 0.116 인치의 직경 및 0.200 인치의 깊이를 갖는 3 개의 정렬 핀 홀 (554) 은 탑재면의 외주부 근방의 탑재면 내의 위치에서 120°이격되어 있다. 도 7f 는 외부전극 (502) 의 상부면을 도시하는 투시도이고, 도 7g 는 외부 전극 (502) 의 하부면을 도시하는 투시도이다.

클램프 링 (516) 은 백킹 플레이트 (506) 로 볼트되고 고경도의 폴리머 압축 링 (518) 을 프레스한다. 폴리머 링 (518) 은 내부 전극 (504) 의 외부 단차 (534) 를 프레스하고, 외부 전극 (502) 의 내부 단차 (538) 는 클램프 링 (516) 에 꼭 맞고, 내부 전극의 내부 단차 (534) 이내에 꼭 들어맞으며, 내부 전극 (504) 의 평면 노출면으로부터 연장하는 내부 테이퍼링면 (544) 을 갖는다. 외부 전극의 탑재면 (540) 은 백킹 플레이트 내의 8 개의 캠 록에 의해 유지되는 8 개의 로킹 핀에 의해 가해지는 클램핑력의 결과로서 백킹 플레이트 (506) 의 대향면과 인접한다. 가드 링 (508) 은 백킹 플레이트 (506) 내의 탑재 홀을 커버하고, 가드 링 내의 액세스 개구 (524) 는 내플라즈마성 폴리머 재료, 이를 테면, Torlon^®, Vespel^®, Celcon^®, Delrin^®, Teflon^®, Arlon^®, 또는 낮은 마찰 계수 및 낮은 입자 박리를 갖는 다른 재료, 이를 테면 플루오로폴리머, 아세탈, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 및 폴리에테르에테르케톤 (PEEK) 으로 제조된 제거가능한 삽입물 (571) 로 충진된다.

도 5 와 관련하여, 백킹 플레이트 (506) 와 내부 전극 (504) 사이의 전기적 접촉은 전극의 외주부에 그리고 중앙 정렬 핀과 외부 Q-패드 사이의 하나 이상의 위치에 위치한 하나 이상의 열 인터페이스 재료 (thermal interface material; TIM) 및/또는 Q-패드 (556) 에 의해 제공된다. 그러한 TIM 은, 0.5 mm, 1.0 mm, 2.0 mm 또는 3.0 mm 의 두께로, 바람직하게는 0.012 mm 또는 0.020 인치 두께 및 0.31 인치 너비로 사용될 수 있는, 전기 전도성 재료, 예를 들면, 젤텍 (Geltec) 인터페이스 재료 COH-4000, COH-2003, RE-10, COH-1002, DP-100, DP-200 또는 DP-300 을 포함하는 폴리머 라미네이트 링일 수 있다. 예를 들면, TIM 링 또는 Q-패드는 내부 전극의 중심으로부터 약 2 인치 내지 6 인치의 거리로 위치할 수 있다. 상이한 프로세스 가스 혼합물 및/또는 플로우 레이트를 제공하기 위해, 중심 정렬 핀과 외부의 Q-패드 사이에는 하나 이상의 선택적 가스 파티션 시일 (seal) 이 제공될 수 있다. 예를 들어, 내부 가스 분배 구역을 외부 가스 분배 구역과 분리하기 위해 내부 Q-패드와 외부 Q-패드 사이의 위치에서 내부 전극 (504) 과 백킹 플레이트 (506) 사이에는 단일의 O-링이 제공될 수 있다. 외부 Q-패드의 내주부를 따라 내부 전극 (504) 과 백킹 플레이트(506) 사이에 위치한 O-링 (558) 은 내부 전극과 백킹 플레이트 사이에 가스 및 입자 시일 (seal) 을 제공할 수 있다.

도 8a 내지 8d 는 0.419 인치의 두께, 약 13.575 인치의 외부 직경, 약 12.590 인치의 내부 직경 및 내부 직경으로부터 약 0.212 인치 연장된 플랜지를 갖는 클램프 링 (516) 의 상세를 도시한다. 클램프 링 (516) 은 내부 전극 (504) 상에서 외부 단차 (534) 와 결합하는 방사형으로 내부로 연장하는 플랜지 (564) 를 포함한다. 클램프 링의 상부면 및 하부면을 통과하는 단차부가 형성된 12 개의 보어 (566) 는, 백킹 플레이트 (506) 내의 나사산이 있는 개구로 끼워넣는 엘리먼트들을 고정시키는, 스크류, 볼트 또는 다른 적절한 기계적 패스너와 같은 패스너를 수용한다. 플랜지 (564) 와 내부 전극 (504) 의 대향면 사이의 압축 링 (518) 은 스크류를 조임에 따라 부서지는 알루미늄 (Al) 백킹 플레이트의 마모로부터 내부 전극을 보호한다. 링은 약 0.031 인치 두께 및 0.071 인치 너비의 치수를 갖는 직사각형 단면을 갖는 CIRLEX 인 것이 바람직하다. 플랜지 (564) 는 압축 링 (518) 을 수용하기 위한 직사각형 홈을 포함할 수 있다. 예를 들면, 홈은 약 0.10 인치의 너비 및 약 0.01 인치의 깊이를 가질 수 있다.

도 8a 는 클램프 링 (516) 의 측면도이고 도 8b 는 고르게 이격된 보어 (566) 들을 도시하는 하면도이다. 도 8c 는 도 8a 의 상세 C 로부터의 클램프 링의 단면도이고, 도 8d 는 도 8b 의 상세 D 로부터의 클램프 링의 평면도이다. 도 8b 및 8d 에서 볼 수 있듯이, 단차부가 형성된 보어 (566) 의 확장 부분은 다각형으로, 샤워헤드 전극 어셈블리의 온도 사이클링 동안에 스크류들의 느슨해짐을 억제하기 위해 스크류들의 헤드와 마주하고 있는 톱니 모양을 갖는, 다각형 록 와셔의 회전을 방지한다. 클램프 링은 백킹 플레이트 (506) 으로부터 연장하는 잭스크류 (570) 의 하부 샤프트를 수용하기 위한 개구부 (568) 를 포함할 수 있다. 잭스크류의 플랜지는 클램프 링의 반대면의 함몰부에서 수용된다. 그러므로 내부 전극의 탑재 동안에, 잭스크류는 클램프 링을 백킹 플레이트와 정렬하는 것을 돕는다. 분해를 위해, 상기에서 설명한 바대로, 3 개의 동일하게 이격된 잭스크류는 내부 전극을 백킹 플레이트 (506) 로부터 제거하기 위해 사용될 수 있다.

상기에 설명한 대로, 클램프 링 (516) 은 클램프 링을 백킹 플레이트 (506) 에 대해 지지하고 있는 패스너가 상이한 열 팽창 및 열 수축으로 인해 느슨해지는 것으로부터 방지하기 위해 록 와셔를 포함할 수 있다. 예를 들면, 일 면에 방사형 홈을 갖고 반대 면에 연속적인 테이퍼링 단차를 갖는 상부 및 하부 와셔의 절반을 포함하는 록 와셔는, 스크류를 조이는 동안에 홈이 패인 상부면 및 하부면을 서로 평행하게 유지하기 위해 서로를 마주보고 있는 테이퍼링면과 함께 스크류에 꼭 들어맞는다. 상이한 열 팽창 및 열 수축은 챔버에서 개별적인 웨이퍼의 연속적인 프로세싱 동안에 패스너 (예를 들면, 스크류 또는 볼트) 로부터 백킹하는 것을 이끌 수도 있다. 클램프 링이 적어도 500 RF 시간동안 (플라즈마가 웨이퍼 프로세싱 동안에 챔버에서 생성되는 동안의 시간) 내부 전극의 적절한 클램핑을 제공하는 것이 바람직하다. 웨이퍼 당 300 초의 플라즈마 프로세스 시간을 가정하면, 500 RF 시간은 6000 개의 웨이퍼의 프로세싱을 허용할 것이다.

상이한 열 팽창을 보상하기 위하여, 클램프 링 (516) 은 온도 사이클링 동안에 상당히 일정한 클램프 링 직경을 유지하기 위하여 원주방향으로 압축하는 열 팽창 영역 (577) 을 포함함으로써 팽창에 의한 열 로드를 흡수하도록 설계될 수 있다. 적절한 클램프 링 설계는 본원에 참조에 의해 완전히 포함되는 공동 소유의 미국 특허 제6,200,415호에 기재되어 있다.

다른 적절한 클램프 링 설계는 도 9a 내지 9f 에 도시되고, 도 9a 는 클램프 링 (576) 의 측면도이고, 도 9b 는 도 9a 의 상세 B 의 피쳐들을 도시하고, 도 9c 는 슬롯 (578) 에 의해 형성된 열 팽창 영역 (577) 의 피쳐들을 도시하는 클램프 링의 부분 평면도이고, 도 9d 는 도 9a 에서 도시된 링의 평면도이고, 도 9e 는 도 9d 의 상세 E 의 피쳐들을 도시하며, 그리고 도 9f 는 도 9d 의 상세 F 의 피쳐들을 도시한다.

도 9a 에서 도시된 바대로, 클램프 링 (576) 은 방사형으로 연장하는 슬롯 (578) 의 형태의 열 팽창 영역 (577) 을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 슬롯 (578) 은 클램프 링의 내주부 또는 외주부로부터 연장하는 인접한 슬롯들과 함께 슬롯의 그룹으로 배열된다. 예를 들면, 각각의 슬롯의 그룹은 하나 이상의 U-모양 팽창/수축 영역 (577) (예를 들면, 3 개의 슬롯은 하나의 U-모양 영역을 형성하고 5 개의 슬롯은 2 개의 U-모양 영역을 형성한다) 을 형성하는, 2개 이상의 슬롯을 포함할 수 있다. 5 개 슬롯 실시형태에서, 3 개의 슬롯 (578a) 는 외주부 (576a) 로부터 내부로 연장되고, 2 개의 슬롯 (578b) 은 내주부 (576b) 로부터 외부로 연장되며, 외부로 연장하는 슬롯들은 내부로 연장하는 슬롯들 사이에 위치한다. 각각의 슬롯은 내주부 또는 외주부에 가깝게 위치한 둥근 단부 벽 (578c) 을 종단할 수 있다. 예를 들면, 둥근 단부 벽이 내주부로의 거리 1/2 이내에 위치하도록 내부로 연장하는 슬롯은 클램프 링의 너비를 50% 넘게 연장할 수 있다. 바람직하게는, 슬롯은 클램프 링의 너비를 75% 넘게, 더욱 바람직하게는 80% 넘게, 가장 바람직 하게는 90% 넘게 연장한다.

300 mm 웨이퍼 프로세싱을 위해, 내부 전극은 12 내지 13 인치의 직경을 갖고, 클램프 링은 내부 전극 (504) 의 외부 단차 (534) 와 맞물리도록 하는 내부로 연장하는 플랜지 (580) 과 함께 약간 커진 직경을 갖는다. 클램프 링 (576) 은 최소한 4 개 그룹의 슬롯들을, 바람직하게는 최소한 8 개의 그룹의 슬롯들, 더욱 바람직 하게는 최소한 16 개 그룹의 슬롯들, 및 가장 바람직하게는 24 개 그룹의 슬롯들을 포함할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 슬롯들은 약 0.03 내지 0.1 인치, 바람직하게는 0.05 내지 0.09 인치, 및 가장 바람직하게는 0.06 내지 0.08 인치의 너비를 갖고, 둥근 단부 벽은 슬롯 너비보다 큰 직경을 갖는다. 클램핑 패스너를 수용하기 위한 각각의 단차부가 형성된 보어 (582) 는 각각의 그룹의 슬롯 사이에 위치할 수 있고, 또는 슬롯들의 그룹의 수보다 더 적은 패스너가 사용되는 경우에, 단차부가 형성된 보어 (582) 는 모든 다른 슬롯의 그룹들 사이에 위치하거나 임의의 다른 바람직한 배열로 위치할 수 있다.

패스너로부터의 백킹을 방지하기 위해, 패스너의 샤프트는 전술한 짝지어진 록 와셔 절반들과 같은 록 와셔를 포함할 수 있다. 예를 들면, 단차부가 형성된 보어의 확장 부분의 대응하는 모양 때문에 회전가능하지 않은, 하나 이상의 록 와셔는 클램프 링의 온도 사이클링 동안에 패스너의 회전을 방지하기 위해 패스너 헤드의 밑면에 맞물리게 하는데 사용될 수 있다.

도 10a 내지 10c 는 백킹 플레이트 (506) 의 상세를 도시하고, 도 10a 는 백킹 플레이트의 상부면 (584) 의 정면도이고, 도 10b 는 백킹 플레이트의 하부면 (586)의 정면도이며, 도 10c 는 2 개의 캠 록에 대해 보어 (560) 들을 가로지르는 위치에서 얻어지는 횡단면도이다.

백킹 플레이트 (506) 의 상부면 (584) 은, 열 제어 플레이트 (510) 을 통해 백킹플레이트를 거기로 접착하기 위해 연장하는 패스너들을 수용하기 위한 나사산이 있는 개구들을 포함하는, 환상 영역 (588) 에서 열 제어 플레이트 (510) 상의 3 개의 환상 돌출부 (511) (도 5a 참조) 와 맞물린다. 추가적인 나사산이 있는 개구는 추가적인 패스너들을 수용하기 위한 상부 면의 주변부에 위치한다. 13 개의 로우의 홀 (590) 은 내부 전극의 가스 홀들과 정렬되도록 상부면과 하부면 사이에서 연장된다. 홀 (590) 은 차별적인 열 팽창을 보상하는 동안에 정렬을 유지하기 위해 내부 전극 가스 통로보다 크다. 열 팽창을 수용하기 위한 홀의 사이즈의 상세는 본원에 참조에 의해 포함되는 공동 소유의 미국 출원공개 제2008/0141941호 및 2008/0090417호에 기재되었다. 열 인터페이스 패드는 열 및 전기 전도성을 강화하기 위해 돌출부 (511) 와 영역 (588) 사이에 삽입되는 것이 바람직하다. 챔버 진공 압력을 감시하기 위해, 외부 전극의 홀들 (552) 에 매칭되는 홀 들의 그룹 (592) 은 O-링과 같은 가스 시일 (seal) 을 수용하는 홈 (594) 의 내부로 위치한다.

하부면 (586) 은 Q-패드와 같은 열 인터페이스 재료가 백킹 플레이트와 내부 전극 사이에 삽입된, 환상 영역 (596) 을 포함한다. 가스 시일 (O-링) 을 수용하기 위한 홈 (598) 은 가스 홀 (590) 을 중앙 구역 및 외부 환상 영역으로 분리한다. 정렬 핀 홀 (600) 은 내부 전극 및 외부전극으로부터 위쪽으로 연장하는 정렬 핀을 수용하도록 사이즈가 조절되고, 정렬 홀들이 또한 전극과 백킹 플레이트 사이의 차별적인 열 팽창 및 수축을 수용하도록 확대되거나 연장하는 중앙 핀 홀로부터 위치하도록 한다. 하부면은 외부 전극으로부터 위쪽으로 연장하는 로킹 핀 (562) 을 수용하는, 8 개의 수직으로 연장하는 단차부가 형성된 보어 (602) 를 포함한다. 수평으로 연장하는 보어 (604) 는 전술한 원통형 캠 록 (514) 을 수용한다.

본 발명이 본 발명의 특정 실시형태들을 참조하여 상세히 설명되었지만, 첨부된 특허청구범위로부터 벗어남 없이 다양한 변경 및 변형이 행해질 수 있고 등가물이 사용될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims

샤워헤드 전극 어셈블리로서,
상기 샤워헤드 전극은 용량성 커플링된 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 전극을 포함하고,
상기 샤워헤드 전극 어셈블리는:
백킹 플레이트로서, 상기 백킹 플레이트의 상부면과 하부면 사이에서 연장하는 가스 통로들을 갖는, 상기 백킹 플레이트;
상기 백킹 플레이트의 상기 하부면 내의 나사산이 있는 개구들과 맞물리는 패스너들을 수용하도록 구성된, 내부로 연장하는 플랜지 및 단차부가 형성된 보어들을 갖는 클램프 링;
상기 샤워헤드 전극은 원형 플레이트를 포함하고, 상기 원형 플레이트는 상기 원형 플레이트의 하부면에 플라즈마 노출면, 상기 원형 플레이트의 상부면에 탑재면, 상기 원형 플레이트의 외주부에 단차를 포함하는 내부면을 갖고, 상기 단차는 상기 클램프 링의 상기 내부로 연장하는 플랜지와 끼워맞춰지도록 구성되고, 상기 원형 플레이트는 상기 백킹 플레이트 내의 상기 가스 통로들과 매칭되는 패턴으로 배열된 프로세스 가스 배출구들을 포함하는, 상기 샤워헤드 전극;
상기 클램프 링 플랜지와 상기 샤워헤드 전극의 상기 단차의 대향면들 사이의 압축 링; 및
상기 백킹 플레이트의 상기 하부면에 탑재된 잭스크류들을 포함하고,
상기 잭스크류들은 내부 전극을 분해하는 동안에 상기 백킹 플레이트로부터 상기 내부 전극을 분리하기 위해 상기 내부 전극의 상부면에 대해 상기 잭스크류들상에서 환상 플랜지들을 움직이도록 회전가능한, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 잭스크류들은 상기 백킹 플레이트의 상기 하부면 내의 나사산이 있는 개구들과 맞물리는 나사산이 있는 상부 샤프트들, 및 상기 잭스크류들의 각각을 회전시키는 툴과 맞물리도록 키잉된 개구들을 갖는 하부 샤프트들 포함하고,
상기 샤워헤드 전극 어셈블리는,
상기 클램프 링을 상기 백킹 플레이트에 유지하는 상기 패스너들을 수용하는 개구들 및 상기 상부 샤프트들을 수용하는 개구들을 갖는 상부 폴리머 링으로서, 상기 환상 플랜지들의 각각과 상기 백킹 플레이트의 대향면들 사이에 위치한 상기 폴리머 링, 및
상기 하부 샤프트들을 둘러싸고 상기 환상 플랜지들의 각각과 상기 샤워헤드 전극의 대향면들 사이에 위치한 폴리머 와셔들을 더 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 클램프 링은 상기 클램프 링의 열 팽창을 수용하기 위한 열팽창 영역들을 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 3 항에 있어서,
상기 열 팽창 영역은 상기 클램프 링의 외주부로부터 연장하는 내부 슬롯들과 상기 클램프 링의 내주부로부터 연장하는 외부 슬롯들을 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 4 항에 있어서,
상기 슬롯들은 교번되는 내부 및 외부 슬롯들의 그룹들로 배열되고, 슬롯들의 각 그룹은 상기 클램프 링의 상기 내주부로부터 연장되고 둥근 단부 벽들에서 종단하는 2 개의 외부 슬롯들 및 상기 클램프 링의 상기 외주부로부터 연장되고 둥근 단부 벽들에서 종단하는 3 개의 내부 슬롯들을 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 백킹 플레이트와 상기 샤워헤드 전극 사이에 열 인터페이스 링 및 가스 시일을 더 포함하고, 상기 가스 시일은 상기 가스통로들 및 상기 열 인터페이스 링의 외부에 위치하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 클램프 링의 상기 플랜지와 상기 샤워헤드 전극의 외부 단차 사이의 압축 링을 더 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
샤워헤드 전극 어셈블리의 외부 전극으로서,
상기 외부 전극은 내부 전극을 둘러싸고, 상기 샤워헤드 전극은 용량성 커플링된 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 전극을 포함하며,
상기 외부전극은,
환상 플레이트로서, 상기 환상 플레이트의 하부면에 플라즈마 노출면과 상기 환상 플레이트의 상부면에 탑재면을 가지며, 상기 상부면은 상부 내부 단차와 상부 외부 단차 사이에 평면 환상면을 포함하고, 상기 플라즈마 노출면은 내부 경사면 및 외부 경사면을 포함하는, 상기 환상 플레이트; 및
상기 평면 환상면 내의 원주방향으로 이격된 복수 개의 포켓들로서, 상기 포켓들 내부에 상기 외부 전극을 상기 샤워헤드 전극 어셈블리의 백킹 플레이트에 클램핑하도록 적응된 로킹 핀들을 수용하도록 구성된, 상기 복수 개의 포켓들을 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리의 외부 전극.
제 8 항에 있어서,
상기 상부면 상의 정렬 핀 보어들을 더 포함하고, 상기 정렬 핀 보어들은 상기 백킹 플레이트내로 연장하는 정렬 핀들과 정렬되도록 구성되고, 상기 상부 외부 단차는 가드 링의 외부면이 상기 외부 전극의 외부면과 동일면이 되도록 상기 샤워헤드 전극 어셈블리의 상기 가드 링을 지지하도록 구성되는, 샤워헤드 전극 어셈블리의 외부 전극.
제 8 항에 있어서,
상기 하부면의 평면 환상면 내의 가스 홀들을 더 포함하고, 상기 가스 홀들은 상기 챔버의 진공 압력 측정치들을 제공하도록 압력계 유닛과 협력하도록 적응되고, 상기 평면 환상면은 상기 내부 경사면과 상기 외부 경사면 사이에서 연장되고, 상기 외부 경사면은 상기 평면 환상면과 30도보다 작은 각도를 형성하며, 상기 내부 경사면은 상기 평면 환상면과 30도보다 큰 각도를 형성하는, 샤워헤드 전극 어셈블리의 외부 전극.
용량성 커플링된 플라즈마 프로세싱 챔버의 샤워헤드 전극 어셈블리로서,
상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 온도 제어된 최상부 벽에 의해 지지되는 열 제어 플레이트로서, 상기 열 제어 플레이트는 플라즈마 프로세싱 챔버에서 프로세싱될 웨이퍼보다 큰 직경을 갖고, 상기 열 제어 플레이트의 하부면에 적어도 하나의 가스 플레넘을 포함하는, 상기 열 제어 플레이트;
상기 열 제어 플레이트에 의해 지지되는 백킹 플레이트로서, 상기 백킹 플레이트는 상기 열 제어 플레이트보다 작은 직경, 수직으로 관통하여 연장되고 적어도 하나의 가스 플레넘과 연통하는 가스 통로들, 및 상기 백킹 플레이트의 외주부 내로 수평으로 연장하는 보어 내의 회전가능한 캠 록들을 갖는, 상기 백킹 플레이트;
상기 백킹 플레이트를 둘러싸는 가드 링으로서, 상기 가드 링은 상기 가드 링을 통과하는 적어도 하나의 수평으로 연장하는 액세스 보어를 포함하고, 상기 가드 링은 상기 액세스 보어를 적어도 하나의 상기 캠 록과 정렬하기 위해 상기 백킹 플레이트 주위로 회전가능한, 상기 가드 링;
내부 전극으로서, 상기 내부 전극은 상기 내부 전극을 수직으로 관통하여 연장하여 상기 백킹 플레이트 내의 상기 가스 통로들과 유체 소통하는 가스 통로들을 갖고, 상기 내부 전극의 외주부는 내부 및 외부 단차들을 포함하고, 상기 외부 단차는 상기 내부 단차와 상기 백킹 플레이트를 대향하는 상기 내부 전극의 표면 사이에 위치하는, 상기 내부 전극;
상기 내부 전극의 상기 외부 단차 위에 놓인 내부 플랜지를 갖는 클램프 링으로서, 상기 내부 전극의 상기 외부 단차와 상기 내부 플랜지 사이에 선택적 압축 링을 갖고, 상기 클램프 링은 수직으로 연장하는 단차부가 형성된 개구들을 포함하고, 상기 단차부가 형성된 개구들은 상기 백킹 플레이트의 나사산이 있는 홀들과 정렬되며, 상기 단차부가 형성된 개구들 내의 패스너들은 상기 클램프 링을 상기 백킹 플레이트에 부착시키는, 상기 클램프 링; 및
상기 내부 전극을 둘러싸고 상기 캠 록과 맞물리고 수직으로 연장하는 로킹 핀들을 포함하는 외부 전극으로서, 상기 외부 전극은 상기 가드 링을 지지하고 상기 로킹 핀들을 상기 캠 록들로부터 릴리징함으로써 제거할 수 있는, 상기 외부 전극을 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 11 항에 있어서,
상기 백킹 플레이트는 상기 외부 전극 내의 상기 로킹 핀들과 정렬된 수직으로 연장하는 보어들 및 축 방향으로 연장하는 보어들과 연통하는 수평으로 연장하는 보어들을 포함하고, 상기 캠 록들은 상기 수평으로 연장하는 보어들 내에 탑재된 회전가능한 캠샤프트들을 포함하고, 상기 로킹 핀들은 상기 로킹 핀들의 자유 단들에서 확장된 헤드들을 갖는 샤프트들 및 소켓들 내에 위치한 상기 로킹 핀들의 베이스들을 포함하고, 상기 캠샤프트들은 상기 외부 전극을 상기 백킹 플레이트에 기계적으로 클램핑하도록 상기 로킹 핀들의 상기 헤드들과 맞물리도록 적응된 캠 표면을 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 12 항에 있어서,
상기 로킹 핀들은 상기 백킹 플레이트와 상기 외부 전극의 차별적인 열 팽창을 수용하도록 상기 소켓들 내에서 수직으로 및 수평으로 이동할 수 있는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 11 항에 있어서,
상기 클램프 링은 상기 클램프 링의 열 팽창을 수용하기 위한 열 팽창 영역들을 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 11 항에 있어서,
상기 내부 전극은 단결정 실리콘의 플레이트이고 상기 백킹 플레이트는 알루미늄 합금의 플레이트인, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 11 항에 있어서,
상기 백킹 플레이트의 하부면에 탑재된 잭스크류들을 더 포함하고, 상기 잭스크류들은 상기 내부 전극을 분해하는 동안에 상기 내부 전극을 상기 백킹 플레이트로부터 분리하도록 상기 잭스크류들 상에서 상기 내부 전극의 상부면에 대해 상기 플랜지들을 움직이기 위해 회전가능한, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 11 항에 있어서,
상기 열 제어 플레이트는 상기 백킹 플레이트 내의 상기 가스 통로들과 연통하는 가스 플레넘들을 규정하는, 상기 열 제어 플레이트의 하부면의 환상 돌출부들을 포함하고, 적어도 2 개의 열 인터페이스 링들이 상기 내부 전극과 상기 백킹 플레이트 사이에 있는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
제 17 항에 있어서,
상기 백킹 플레이트와 상기 샤워헤드 전극 사이의 가스 시일을 더 포함하고, 상기 가스 시일은 상기 가스 통로들 및 가장 바깥쪽의 열 인터페이스 링의 외부에 위치하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
상부 전극 및 하부 전극을 갖는 용량성 커플링된 플라즈마 챔버에서 반도체 기판을 처리하는 방법으로서,
상기 상부 전극은 제 11 항의 상기 샤워헤드 전극 어셈블리를 포함하고,
상기 반도체 기판을 처리하는 방법은,
상기 하부 전극 상에 상기 반도체 기판을 지지하는 단계;
상기 챔버로 프로세스 가스를 공급하는 단계;
상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 RF 에너지를 공급함으로써 상기 프로세스 가스를 플라즈마 상태로 에너자이징하는 단계; 및
상기 반도체 기판을 상기 플라즈마를 이용하여 프로세싱하는 단계를 포함하는, 반도체 기판 처리 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 반도체 기판은 반도체 웨이퍼를 포함하고, 상기 프로세싱하는 단계는 상기 반도체 웨이퍼를 상기 플라즈마로 에칭하는 단계를 포함하는, 반도체 기판 처리 방법.
제 11 항의 상기 샤워헤드 전극 어셈블리를 분해하는 방법으로서,
상기 가드 링 내의 액세스 보어들 내의 삽입물들을 제거하는 단계;
상기 액세스 보어들이 캠 록들의 제 1 그룹과 정렬되는 제 1 위치로 상기 가드 링을 회전시키는 단계;
상기 캠 록들의 제 1 그룹에 의해 유지되는 로킹 핀들을 릴리징하기 위해 상기 캠 록들을 회전시키는 단계;
상기 액세스 보어들이 캠 록들의 제 2 그룹과 정렬되는 제 2 위치로 상기 가드 링을 회전시키는 단계;
상기 캠 록들의 제 2 그룹에 의해 지지되는 로킹 핀들을 릴리징하기 위해 상기 캠 록들의 제 2 그룹을 회전시켜 상기 백킹 플레이트로부터 상기 외부 전극을 릴리징하는 단계; 및
상기 클램프 링의 패스너들을 제거하여 상기 클램프 링 및 상기 내부 전극을 상기 백킹 플레이트로부터 릴리징하는 단계를 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리를 분해하는 방법.