KR20230030576A - 반도체 프로세싱 툴들을 위한 제거 가능한 샤워헤드 대면 플레이트 (removable showerhead faceplate) - Google Patents

Abstract

제거 가능한 대면 플레이트들 및 제거 가능한 대면 플레이트들의 맥락에서 부가적인 이점을 제공하는 다양한 피처들을 갖는 반도체 프로세싱 동작들을 위한 샤워헤드들이 개시된다.

Description

반도체 프로세싱 툴들을 위한 제거 가능한 샤워헤드 대면 플레이트 (removable showerhead faceplate)

반도체 프로세싱 툴들은 통상적으로 페데스탈 또는 척에 의해 반도체 프로세싱 챔버 내에서 지지되는 기판 또는 웨이퍼에 걸쳐 반도체 프로세싱 가스들을 분배하기 위해 "샤워헤드"를 사용한다. 샤워헤드들은 통상적으로 샤워헤드의 아랫면에 걸쳐 분포되고 반도체 프로세싱 동작들 동안 프로세싱 가스들이 흐르는 많은 수의 가스 분배 포트들을 특징으로 한다. 반도체 프로세싱 툴들에 사용되는 2 개의 일반적인 부류들의 샤워헤드들―"샹들리에 (chandelier)" 타입 샤워헤드들 및 "플러시-마운트 (flush-mount)" 샤워헤드들―가 있다. 샹들리에-타입 샤워헤드들은 통상적으로 가스 분배 포트들을 하우징하는 디스크-유사 구조체, 이들 가스 분배 포트들로 프로세싱 가스들을 분배하기 위한 하나 이상의 내부 플레넘들, 및 디스크-유사 구조체의 상단 측면에 연결되거나 디스크-유사 구조체의 상단 측면으로부터 샹들리에-타입 샤워헤드가 위치된 프로세싱 챔버의 천장까지 또는 천장을 통해 연장하는 스템 (stem) 을 포함한다. 스템은 프로세싱 챔버 내에서 디스크형 구조체를 지지하고 또한 디스크형 구조체 내 플레넘(들)으로 프로세싱 가스들을 라우팅하도록 작용한다. 플러시-마운트 샤워헤드는 스템 또는 등가의 구조를 갖지 않고, 대신 단순히 반도체 프로세싱 챔버의 벽들에 장착되고, 종종, 사실상 반도체 프로세싱 챔버에 대한 리드로서 작용한다.

반도체 프로세싱 샤워헤드를 위한 제거 가능한 대면 플레이트를 위한 설계가 본 명세서에 제시된다.

관련 출원들

PCT 신청 양식은 본 출원의 일부로서 본 명세서와 동시에 제출되었다. 본 출원이 동시에 제출된 PCT 신청 양식에서 식별된 바와 같이 우선권 또는 이익을 주장하는 출원 각각은 전체가 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된다.

본 명세서에 기술된 주제의 하나 이상의 구현 예들의 세부사항들은 첨부된 도면들 및 이하의 기술 (description) 에 제시된다. 다른 특징들, 양태들 및 이점들은 기술, 도면들 및 청구항으로부터 명백해질 것이다.

본 발명자들은 제거 가능한 샤워헤드 대면 플레이트 (faceplate) 를 특징으로 하는 반도체 프로세싱 샤워헤드를 구상하였다. 통상적인 반도체 프로세싱 샤워헤드는 내부에 장착되는 반도체 프로세싱 챔버 내에서 발견되는 가혹한 (harsh) 환경들에 대한 노출로 인해 시간이 흐름에 따라 열화될 (degrade) 것이다. 이러한 열화는, 일부 경우들에서, 세정 프로세스를 통해 개선될 (remedy) 수 있다―예를 들어, 증착 환경에서 사용되는 샤워헤드들은 증착이 샤워헤드의 표면들 상에서 발생하는 형태로 열화를 경험할 수도 있고, 이는 웨이퍼 프로세싱 균일성에 영향을 줄 수도 있는 가스 분배 포트들의 수축, 또는 웨이퍼와 대면하는 샤워헤드의 아랫면의 프로파일의 변화들을 유발할 수도 있다. 이러한 경우에, 문제의 샤워헤드는 이러한 원치 않은 축적 (build-up) 을 제거하도록 제거되고 세정/리퍼브될 (refurbish) 수도 있고 그리고 이어서 반도체 프로세싱 툴 (또는 또 다른 유사한 툴) 상에 재설치될 수도 있다. 그러나, 다른 경우들에서, 열화는 예를 들어, 에칭 프로세스에서 경험될 수도 있는 것과 같이, 대면 플레이트의 부식으로 인한 것일 수도 있다. 이러한 경우들에서, 샤워헤드는 단순히 제거 및 교체를 요구할 수도 있다.

어느 경우든, 전체 샤워헤드는 통상적으로 교체되기 전에 하우징되는 프로세싱 챔버로부터 제거되고, 이 프로세스는 그동안 시간이 걸리고 챔버가 수익 (revenue)-생성 동작들을 위해 사용될 수 없다. 부가적으로, 이러한 교체는 매우 비용이 많이 들 수 있다―새로운 샤워헤드는 고-비용 부품이고, 그리고 심지어 샤워헤드가 단순히 리퍼브되거나 세정되는 경우들에서, 이러한 리퍼브 또는 세정은 또한 상당한 비용들을 발생시킬 수 있다. 장비 다운 타임 (down time) 및 샤워헤드들을 사용하는 반도체 프로세싱 장비를 동작시키기 위한 비용을 감소시키기 위해, 본 발명자들은 우수한 열적 성능, 새깅 (sagging) 에 대한 내성, 및/또는 제거 가능한 샤워헤드 대면 플레이트와 샤워헤드 대면 플레이트가 장착되는 샤워헤드의 부분들 사이의 인터페이스 (interface) 에서의 낮은 가스 누설 레이트를 제공하도록 구성될 수도 있는 용이하게 설치 가능하고 제거 가능한 샤워헤드 대면 플레이트를 구상했다.

특히, 본 발명자들은 상대적으로 높은 동작 온도들, 예를 들어, 250 ℃ 내지 350 ℃ 범위에서 사용하기 위한 샤워헤드를 설계하는 동안 본 명세서에 논의된 샤워헤드 대면 플레이트들을 구상했고; 따라서 이하에 기술된 다양한 피처들은 상승된 온도 환경들에서 사용하기 위한 샤워헤드들의 특정한 유용성을 제공할 수도 있지만, 다소 극단적인 온도 환경들에서 사용하기 위한 샤워헤드들에서 또한 유용할 수도 있다.

일부 구현 예들에서, 샤워헤드 대면 플레이트를 포함하거나 샤워헤드 대면 플레이트인 장치가 제공될 수도 있다. 샤워헤드 대면 플레이트는 샤워헤드 백 플레이트 (backplate) 와 제거 가능하게 메이팅하도록 (mate) 구성될 수도 있고 그리고 내부에 위치된 복수의 가스 분배 포트들을 갖는 플레이트 영역을 가질 수도 있다. 가스 분배 포트 각각은 샤워헤드 대면 플레이트를 통해 연장할 수도 있고, 그리고 샤워헤드 대면 플레이트는 하나 이상의 제 1 평면형 열적 콘택트 표면들을 포함할 수도 있고, 그리고 제 1 평면형 열적 콘택트 표면 각각은 샤워헤드 대면 플레이트가 샤워헤드 백 플레이트에 메이팅될 때 샤워헤드 백 플레이트 상의 대응하는 제 2 평면형 열적 콘택트 표면과 콘택트하도록 구성될 수도 있다. 하나 이상의 제 1 평면형 열적 콘택트 표면들은 12 인치 내지 18 인치의 외경을 갖고 그리고 환형 평면형 (annular planar) 열적 콘택트 표면에 수직인 (perpendicular) 제 1 축을 따라 볼 때 플레이트 영역을 둘러싸는 환형 평면형 열적 콘택트 표면을 포함할 수도 있고, 그리고 환형 평면형 열적 콘택트 표면은 800 μin 내지 1200 μin의 값 이하의 평탄도 (flatness) 및 24 μin 내지 40 μin의 값 이하의 표면 거칠기 Ra를 가질 수도 있다.

일부 구현 예들에서, 장치는 플레이트 영역 내에 위치되고 그리고 플레이트 영역으로부터 멀어지게 연장하는 복수의 포스트들을 더 포함할 수도 있다. 하나 이상의 제 1 평면형 열적 콘택트 표면들은, 포스트들 각각에 대해, 환형 평면형 열적 콘택트 표면에 평행한 엔드 포스트 (endpost) 열적 콘택트 표면을 포함할 수도 있다.

일부 이러한 구현 예들에서, 제 1 평면형 열적 콘택트 표면들은 1000 μin 이하의 평탄도 값들 및 24 μin 이상의 평균 표면 거칠기 Ra를 가질 수도 있다. 일부 다른 이러한 구현 예들에서, 제 1 평면형 열적 콘택트 표면들은 1000 μin 이하의 평탄도 값들 및 30 μin 이상의 평균 표면 거칠기 Ra를 가질 수도 있고, 그리고 또 다른 이러한 구현 예들에서, 제 1 평면형 열적 콘택트 표면들은 1000 μin 이하의 평탄도 값들 및 40 μin 이상의 평균 표면 거칠기 Ra를 가질 수도 있다.

장치의 일부 구현 예들에서, 샤워헤드 대면 플레이트는 알루미늄 합금으로 이루어질 수도 있다.

장치의 일부 구현 예들에서, 샤워헤드 대면 플레이트는 상기 플레이트 영역 둘레에 분포되고 그리고 상기 환형 평면형 열적 콘택트 표면에 위치된 복수의 제 1 쓰레드된 홀들 (threaded holes) 을 포함할 수도 있다. 일부 이러한 구현 예들에서, 제 1 쓰레드된 홀들은 인접한 제 1 쓰레드된 홀들 사이에서 최대 20 °의 각도 간격 (spacing) 을 갖는 원형 어레이로 배치될 (arrange) 수도 있다.

장치의 일부 구현 예들에서, 샤워헤드 대면 플레이트는 샤워헤드 대면 플레이트가 샤워헤드 백 플레이트에 메이팅될 때 샤워헤드 백 플레이트 상의 제 2 열적 간섭 피팅 피처 (thermal interference fit feature) 와 인터페이싱하도록 (interface) 구성된 제 1 열적 간섭 피팅 피처를 더 포함할 수도 있고, 제 1 열적 간섭 피팅 피처는 방사상으로 외향을 대면하고 그리고 플레이트 영역과 제 1 쓰레드된 홀들 사이에 위치되는 제 1 축 방향으로 대칭인 표면을 포함할 수도 있고, 그리고 제 1 축 방향으로 대칭인 표면은 샤워헤드 대면 플레이트가 샤워헤드 백 플레이트에 대해 센터링되고 그리고 샤워헤드 대면 플레이트 및 샤워헤드 백 플레이트 모두가 20 ℃로 있을 때 샤워헤드 대면 플레이트가 샤워헤드 백 플레이트에 메이팅될 때 샤워헤드 백 플레이트 상의 제 2 열적 간섭 피팅 피처의 대응하는 제 2 단면 프로파일의 0.01 인치 내지 0.014 인치 이내가 되도록 치수가 결정된 (dimension) 제 1 단면 프로파일을 가질 수도 있다.

장치의 일부 이러한 구현 예들에서, 제 1 열적 간섭 피팅 피처는 제 1 직경을 갖는 제 1 원통형 표면일 수도 있고, 샤워헤드 대면 플레이트가 샤워헤드 백 플레이트에 장착될 때 제 1 열적 간섭 피팅 피처가 인터페이싱하도록 구성될 수도 있는 샤워헤드 백 플레이트 상의 제 2 열적 간섭 피팅 피처는 제 2 직경을 갖는 제 2 원통형 표면이고, 그리고 제 1 직경은 샤워헤드 대면 플레이트 및 샤워헤드 백 플레이트 모두가 20 ℃로 있을 때 제 2 직경보다 보다 작고 그리고 제 2 직경의 0.02 인치 이내일 수도 있다.

장치의 일부 추가의 이러한 구현 예들에서, 샤워헤드 대면 플레이트는 플레이트 영역 둘레로 연장하고 그리고 제 1 쓰레드된 홀들과 플레이트 영역 사이에 개재되는 (interpose) 내측 벽을 포함할 수도 있고, 내측 벽은 환형 평면형 열적 콘택트 표면으로부터 멀어지게 연장할 수도 있고, 그리고 제 1 열적 간섭 피팅 피처는 내측 벽의 외향-대면 표면에 의해 제공될 수도 있다.

장치의 일부 구현 예들에서, 장치는 제 1 쓰레드된 홀들의 수와 동일한 수의 복수의 제 1 쓰레드된 패스너들 (threaded fasteners), 제 1 쓰레드된 홀들의 수와 적어도 동일한 수의 복수의 와셔들 (washers), 및 제 1 쓰레드된 홀들의 수와 적어도 동일한 수의 복수의 원추형 (conical) 스프링 와셔들을 더 포함할 수도 있다. 이러한 구현 예들에서, 장치는 반도체 프로세싱 툴의 샤워헤드 백 플레이트에 부착된 수명을 다 한 (expire) 샤워헤드 대면 플레이트의 교체를 용이하게 하도록 구성된 키트일 수도 있다.

일부 이러한 구현 예들에서, 샤워헤드 대면 플레이트는 제 1 재료로 이루어질 수도 있고, 제 1 쓰레드된 패스너들은 제 2 재료로 이루어질 수도 있고, 원추형 스프링 와셔들은 제 1 합금으로 이루어질 수도 있고, 그리고 와셔들은 제 2 합금으로 이루어질 수도 있다. 제 1 재료 및 제 2 재료는 각각 알루미늄 합금, 6061-T6 알루미늄 합금, 또는 알루미나일 수도 있고, 그리고 제 1 합금 및 제 2 합금은 니켈 합금, 알루미늄 합금, 또는 6061-T6 알루미늄 합금으로 이루어질 수도 있다. 제 2 재료는 제 1 재료와 동일하거나 상이할 수도 있고 그리고 제 2 합금은 제 1 합금과 동일하거나 상이할 수도 있다.

일부 구현 예들에서, 장치는 제 1 쓰레드된 홀들의 수와 동일한 수의 복수의 쓰루-홀들 (through-holes) 을 갖는 샤워헤드 백 플레이트, 제 1 쓰레드된 홀들의 수와 동일한 수의 복수의 제 1 쓰레드된 패스너들, 제 1 쓰레드된 홀들의 수와 적어도 동일한 수의 복수의 와셔들, 및 제 1 쓰레드된 홀들의 수와 적어도 동일한 수의 복수의 원추형 스프링 와셔들을 더 포함할 수도 있다. 복수의 제 1 쓰레드된 패스너들의 제 1 쓰레드된 패스너 각각은 와셔들 중 적어도 하나, 원추형 스프링 와셔들 중 하나, 쓰루-홀들 중 하나를 통해 삽입되고, 그리고 제 1 쓰레드된 홀들 중 대응하는 홀에 스크루 결합될 (screw) 수도 있고, 그리고 적어도 하나의 와셔는 원추형 스프링 와셔들 각각과 샤워헤드 백 플레이트 사이에 개재될 수도 있다.

일부 이러한 구현 예들에서, 샤워헤드 백 플레이트 내의 하나 이상의 쓰루-홀들은 쓰루-홀을 통해 삽입된 제 1 쓰레드된 패스너가 쓰레드된 홀의 쓰레드들과 제 1 쓰레드된 패스너들의 쓰레드들의 인게이지먼트 (engagement) 없이 삽입될 수 있는 충분히 큰 내측 쓰레드 직경을 갖는 쓰레드된 홀들일 수도 있다.

장치의 일부 구현 예들에서, 샤워헤드 대면 플레이트는 제 1 재료로 이루어질 수도 있고, 샤워헤드 백 플레이트는 제 2 재료로 이루어질 수도 있고, 쓰레드된 패스너들은 제 3 재료로 이루어질 수도 있고, 원추형 스프링 와셔들은 제 1 합금으로 이루어질 수도 있고, 그리고 와셔들은 제 2 합금으로 이루어질 수도 있다. 이러한 구현 예들에서, 제 1 재료, 제 2 재료, 및 제 3 재료는 각각 알루미늄 합금, 6061-T6 알루미늄 합금, 또는 알루미나일 수도 있고, 그리고 제 1 합금 및 제 2 합금은 각각 니켈 합금, 알루미늄 합금, 또는 6061-T6 알루미늄 합금일 수도 있다. 제 1 재료, 제 2 재료 및 제 3 재료 각각은 동일한 재료들, 상이한 재료들, 또는 동일하고 상이한 재료들의 혼합일 수도 있다. 유사하게, 제 1 합금 및 제 2 합금은 서로 동일하거나 상이할 수도 있다.

일부 구현 예들에서, 제 1 쓰레드된 패스너 각각은 6 in-lb 내지 8 in-lb로 토크될 (torque) 수도 있다.

도 1은 반도체 프로세싱 시스템들에서 사용하기 위한 일 예시적인 샤워헤드의 절반의 단면도를 도시하고, 예시적인 샤워헤드는 일반적으로 중심 축을 중심으로 대칭이다.
도 1a는 가스 분배 홀들 및 포스트의 패턴을 도시하는 샤워헤드 대면 플레이트의 영역의 평면도를 도시한다.
도 1b는 대안적인 샤워헤드 백 플레이트/샤워헤드 대면 플레이트 에지 인터페이스의 상세도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 것과 유사한 일 예시적인 샤워헤드 대면 플레이트의 절반의 단면도를 도시한다.
도 2a는 상이한 열적 간섭 피팅 피처를 갖는 대안적인 샤워헤드 대면 플레이트의 상세도를 도시한다.
도 3은 도 1에 도시된 것과 유사한 일 예시적인 샤워헤드 백 플레이트 및 스템 (stem) 의 절반의 단면도를 도시한다.
도 3a는 상이한 열적 간섭 피팅 피처를 갖는 대안적인 샤워헤드 백 플레이트의 상세도를 도시한다.
도 4는 상승된 프로세스 온도에서 열적 변위 (displacement) 효과들을 도시하는 열적 변위 맵과 함께 도 1의 예시적인 샤워헤드를 도시한다.
도 5는 도 1의 예시적인 샤워헤드의 분해도를 도시한다.
도 6은 본 개시에 따른 반도체 프로세싱 시스템의 도면을 도시한다.

상기 논의된 바와 같이, 본 명세서에 논의된 제거 가능한 (removable) 샤워헤드 대면 플레이트 (faceplate) 시스템들은 고온 반도체 프로세싱 애플리케이션들, 예를 들어 샤워헤드 대면 플레이트가 250 ℃ 내지 350 ℃의 온도들에 도달할 수도 있는 애플리케이션들에 특히 유용할 수도 있지만, 이러한 시스템들은 또한 보다 고온 및 보다 저온의 맥락들을 포함하여, 적절한 수정과 함께 다른 반도체 프로세싱 맥락들에서 사용될 수도 있다는 것이 인식될 것이다.

도 1은 반도체 프로세싱 시스템들에서 사용하기 위한 일 예시적인 샤워헤드의 절반의 단면도를 도시하고, 예시적인 샤워헤드는 일반적으로 중심 축을 중심으로 대칭이다. 도 1에서, 샤워헤드 (100) 는 일 단부에서 샤워헤드 백 플레이트 (backplate) (108) 에 연결되는 스템 (stem) (104) 을 특징으로 하고, 스템 (104) 의 다른 단부 (미도시) 는 반도체 프로세싱 챔버의 천장 또는 리드와 인터페이싱될 (interface) 수도 있다. 도시된 바와 같이, 스템 (104) 및 샤워헤드 백 플레이트 (108) 는 결합된 컴포넌트에 의해 제공되지만, 이러한 피처들은 어셈블리로 함께 어셈블된 (assemble) 2 개 이상의 컴포넌트에 의해 제공될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 일반적으로 말하면, 스템은 샤워헤드 백 플레이트 (108) 의 외경 또는 폭보다 직경 또는 폭이 훨씬 보다 작은 구조적 부재 (member) 일 수도 있다. 이 예에서, 스템 (104) 은 제 1 축 (114) 상에 센터링되는 중심 통로를 포함하고, 이를 통해 프로세싱 가스들이 샤워헤드 (102) 로 전달될 수도 있다. 제 1 축 (114) 은 일반적으로 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 및/또는 제 1 열적 콘택트 표면들 (나중에 논의됨) 의 아랫면에 수직일 (normal) 수도 있다. 지금까지 도 1을 참조하여 논의된 샤워헤드 (102) 의 컴포넌트들은 모두 일반적으로 반도체 프로세싱 챔버 내에 영구적으로 장착되도록 의도된다 (또는 샤워헤드 대면 플레이트의 복수의 교체들에 걸친 시간 기간 동안 적어도 반도체 프로세싱 챔버 내에 남아 있도록 의도된다). 본 예들이 제거 가능한 대면 플레이트들을 갖는 샹들리에-타입 샤워헤드들에 관한 것이지만, 플러시-마운트 샤워헤드들은 유사한 원리들에 따라 설계될 수도 있고, 유사한 피처들을 포함할 수도 있고, 그리고 또한 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주된다는 것이 이해될 것이다.

샤워헤드 (102) 는 또한 이를 통해 연장하는 복수의 가스 분배 포트들 (110) 을 특징으로 하는 제거 가능한 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 를 포함할 수도 있다. 도시된 예에서, 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 는 복수의 패스너들, 예를 들어, 제 1 쓰레드된 패스너들 (threaded fasteners) (144) 및 제 2 쓰레드된 패스너들 (146) (예를 들어, 소켓-헤드 캡 스크루들 (socket-head cap screws)) 에 의해 제공된 클램핑 힘 (clamping force) 을 통해 샤워헤드 백 플레이트 (108) 에 대고 (against) 클램핑될 수도 있다. 도시된 예에서, 쓰레드된 패스너 (144 또는 146) 각각은 대응하는 원추형 (conical) 스프링 와셔 (washer) (148) 및 와셔 (150) 와 쌍을 이루지만, 원추형 스프링 와셔 (148 및 150) 각각의 사이즈들은 목표된 클램핑 힘에 따라 상이하도록 선택될 수도 있다. 제 1 쓰레드된 패스너들 (144) 은 각각 샤워헤드 백 플레이트 (108) 의 대응하는 홀을 통해 삽입될 수도 있고 그리고 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 제 1 쓰레드된 홀 (threaded hole) (140) 내로 쓰레드될 수도 있다. 유사하게, 제 2 쓰레드된 패스너들 (146) 은 샤워헤드 백 플레이트 (108) 내의 대응하는 홀들을 통해 삽입될 수도 있고 그리고 제 2 쓰레드된 홀들 (142) 내로 쓰레드될 수도 있다.

도시된 예시적인 샤워헤드 (102) 에서, 제 2 쓰레드된 홀들 (142) 은 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 표면으로부터 상향으로 그리고 샤워헤드 백 플레이트 (108) 를 향해 돌출하는 (protrude) 대응하는 포스트 (116) 의 단부에 각각 위치된다. 도시된 것과 같은 일부 구현 예들에서, 포스트들 (116) 이 사용된다면, 테이퍼링될 수도 있고 그렇지 않으면 포스트 (116) 각각이 연장하는 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 표면에 도달하기 전에 제 1 축 (114) 에 수직인 (perpendicular) 평면에서 단면적의 감소를 겪을 수도 있다. 이러한 구현 예들에서, 이는 가스 분배 포트들 (110) 사이의 간격 (spacing) 을 포스트들 (116) 이 샤워헤드 백 플레이트 (108) 와 인터페이싱하는 포스트들 (116) 의 직경 또는 단면 폭보다 보다 작게 할 수도 있고, 이에 따라 포스트들 (116) 과 샤워헤드 백 플레이트 (108) 사이의 증가된 열적 콘택트를 허용하고, 뿐만 아니라 가스 분배 포트들 (110) 의 간격에 실질적으로 (materially) 영향을 주지 않고 제 2 쓰레드된 홀들 (142) 의 영역의 쓰레드된 인터페이스 (interface) 를 강화할 수도 있는 제 2 쓰레드된 홀들 (142) 의 영역의 증가된 재료를 허용하고, 예를 들어, 포스트들 (116) 의 증가된 직경은 쓰레드된 조인트를 위한 포스트 재료만을 사용하여 달성될 수도 있는 것보다 보다 강한 쓰레드된 조인트를 제공할 수도 있는 쓰레드된 삽입부들을 하우징하도록 사용될 수도 있다 (도시된 바와 같이, 쓰레드된 삽입부들은 도시되지 않지만―(Helicoil??과 같은) 나선형 삽입부들과 같은 쓰레드된 삽입부들이 이러한 쓰레드된 홀들에 사용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다). 도 1에서, 단면 평면은 최-우측 (right-most) 포스트 (116) 의 중심 및 샤워헤드 (102) 의 중심을 통과한다는 것 그리고 가스 분배 포트들 (110) 은 이 평면에서 이들의 간격을 실제로 나타내지 않을 수도 있는 포지션들에 도시된다는 것을 주의한다. 예를 들어, 가스 분배 포트들 (110) 이 도 1a에 도시된 바와 같이 삼각형 어레이로 샤워헤드 대면 플레이트에 걸쳐 배치되면 (arrange), 포스트 (116) 각각은, 포스트 (116) 가 일반적으로 3 개의 가스 분배 포트들 (110') 각각에 대고 버팅 업하는 (butt up) 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 표면과 만나는 (meet) 포스트 (116) 의 외측 에지 (116) 와 함께, 3 개의 인접한 가스 분배 포트들 (110') 의 그룹 내 센터링될 수도 있다. 이러한 시나리오에서, 포스트 (116) 의 중심 및 포스트의 중심에 인접한 3 개의 가스 분배 포트들 (110') 중 2 개 이상을 통과하는 단면 평면이 없을 것이다. 대조적으로, 도 1에서 최-우측 포스트 (116) 에 바로 인접하게 도시된 2 개의 가스 분배 포트들 (110) 이 있다. 이러한 구성은 상기 기술된 바와 같이 그리고 도 1a와 관련하여 삼각형 패턴으로 배치된 가스 분배 포트들 (110) 로 가능하지 않을 것이다 (이러한 단면도는 가스 분배 포트들 (110) 의 정사각형 패턴에 대해 존재할 수 있지만, 이는 또한 본 개시의 범위 내에서 고려됨). 그러므로 도시된 가스 분배 포트들 (110) 의 배치 (arrangement) 는 단지 가스 분배 포트들 (110) 이 일반적으로 샤워헤드 (102) 의 아랫면에 걸쳐 분포되고 그리고 이러한 샤워헤드 대면 플레이트의 실제 단면을 나타내지 않는다는 이해를 제공하기 위한 것이라는 것이 이해되어야 한다.

도 1에서 보이는 또 다른 특징은 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 표면으로부터의 그리고 샤워헤드 백 플레이트 (108) 내의 수용하는 홈 (receiving groove) 내로 돌출하는 내측 벽 (152) 의 포함이다. 알 수 있는 바와 같이, 내측 벽 (152) 의 외향-대면 표면과 샤워헤드 백 플레이트 (108) 내의 내측 벽 (152) 을 수용하는 홈의 내향-대면 표면 사이에 존재하는 작은 갭 (154) 이 있다.

내측 벽 (152') 이 샤워헤드 백 플레이트 (108') 상에 위치되고 그리고 샤워헤드 대면 플레이트 (106') 상의 대응하는 홈 내로 돌출하는, 대안적인 배치가 도 1b에 도시되고; 내측 벽 (152') 의 내향-대면 표면과 내측 벽 (152') 을 수용하는 홈의 외향-대면 표면 사이에 갭 (154') 이 형성된다.

샤워헤드 대면 플레이트 (106) 는 샤워헤드 백 플레이트로부터 제 1 쓰레드된 패스너들 (144) 및 제 2 쓰레드된 패스너들 (146) 을 제거하는 간단한 방법 (expedient) 을 통해 샤워헤드 백 플레이트 (108) 로부터 용이하게 제거될 수도 있고, 이어서 일단 쓰레드된 패스너들이 제거되면, 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 로 하여금 샤워헤드 백 플레이트 (108) 로부터 떨어져 나가고 (drop away) 그리고 샤워헤드 백 플레이트 (108) 아래 (underneath) 로부터 이동되게 한다. 이어서 새로운 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 가 설치될 수도 있다. 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 와 샤워헤드 백 플레이트 (108) 사이의 다양한 방사상 인터페이스들, 예를 들어, 포스트들 (116) 을 수용하기 위한 샤워헤드 백 플레이트 (108) 의 홀들 및 내측 벽 (152) 을 수용하기 위한 샤워헤드 백 플레이트 (108) 의 홈은 실온에서 간극이 피팅되도록 사이징될 수도 있고, 이에 따라 쓰레드된 패스너들 (144 및 146) 에 의해 제공된 지지부가 제거되면 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 로 하여금 일반적으로 샤워헤드 백 플레이트 (108) 로부터 (실온에서) 자유롭게 떨어지게 (free to fall away) 한다.

반도체 프로세싱 동작들 동안, 샤워헤드 (102) 는 사용되는 반도체 제조 프로세스로부터 발생하는 상당한 양의 열을 흡수할 수도 있다. 예를 들어, 다량의 열은 반도체 프로세싱 동작들 동안 웨이퍼를 지지하도록 사용된 가열된 페데스탈 또는 척으로부터 샤워헤드 (102) 로 복사적으로 (radiatively) 전달될 수도 있다. 부가적인 열은 예를 들어, 샤워헤드 (102) 와 프로세싱될 웨이퍼 사이에서 생성된 플라즈마로부터 샤워헤드 (102) 에 의해 흡수될 수도 있고; 샤워헤드 (102) 로 전달된 열의 일부는 플레넘 공간 (및 그 내부에 위치된 가스) 을 통해 샤워헤드 백 플레이트 (108) 로 이동할 (travel) 수도 있지만, 샤워헤드 (102) 로 전달된 열의 보다 많은 열은 포스트들 (116) 을 통해 그리고 제 1 쓰레드된 홀들 (140) 이 위치되는 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 주변부를 중심으로 전도성 열 전달을 통해 샤워헤드 백 플레이트 (108) 로 전도될 수도 있다. 이어서 열은 스템 (104) 을 위로 흐르기 전에 그리고 주변 환경 (또는 챔버 하우징 및/또는 냉각 시스템) 으로 전달되기 전에 일반적으로 내향 방향으로 샤워헤드 백 플레이트 (108) 를 통해 흐를 수도 있다.

영구적으로 부착된 샤워헤드 대면 플레이트, 예를 들어 제자리에 용접되거나 (weld) 납땜되는 (braze) 샤워헤드 대면 플레이트를 갖는 종래의 샤워헤드에서, 샤워헤드 대면 플레이트가 샤워헤드 백 플레이트와 만나는 존들에 걸쳐 열 전달 효율의 손실이 거의 없거나 전혀 없다. 그러나, 본 발명자들은 도 1에 도시된 것과 같은 제거 가능한 대면 플레이트들을 갖는 샤워헤드들이 열 전달에 대해 특정한 과제들을 제시할 수도 있다는 것을 깨달았다. 특히, 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 와 샤워헤드 백 플레이트 (108) 사이의 인터페이스를 가로질러 불량한 열 전달이 있다면, 이는 샤워헤드 대면 플레이트의 목표된 동작 온도를 유지하기에 충분한 레이트로 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 로부터 열이 흘러 나오는 것 (flowing out) 을 방지할 수도 있다. 예를 들어, 15 ℃ 이하인 샤워헤드 대면 플레이트에 걸친 온도 변동과 함께 200 ℃ 내지 250 ℃ 사이의 샤워헤드 대면 플레이트 온도로 유지하는 것이 바람직할 수도 있고; 샤워헤드 대면 플레이트로부터 샤워헤드 백 플레이트로의 열 흐름이 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 내에 축적되는 바람직하지 않은 양의 열을 방지하기에 불충분하다면, 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 온도는 구현될 특정한 반도체 프로세스에 대해 목표된 온도 이상으로 상승할 수도 있고, 이는 결국, 프로세싱될 웨이퍼를 오염시킬 수도 있는 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 금속으로부터의 잠재적인 가스 배출 (outgas) 을 증가시킨다. 부가적으로, 샤워헤드 대면 플레이트의 보다 높은 온도는 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 와 샤워헤드 백 플레이트 (108) 사이에 보다 큰 온도 차를 발생시킬 수도 있고, 이는 결국, 샤워헤드 백 플레이트 (108) 에 대해 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 보다 큰 열적 팽창을 발생시킬 수도 있고, 이는 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 원치 않은 변형을 발생시킨다.

샤워헤드 대면 플레이트 (106) 와 샤워헤드 백 플레이트 (108) 사이에 보다 효과적인 열 전달을 제공하기 위해, 도 1에 도시된 것과 같은 제거 가능한 샤워헤드 대면 플레이트들은 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 가 샤워헤드 (102) 상에 설치될 때 샤워헤드 백 플레이트 (108) 상에 위치된 대응하는 평면형 열적 콘택트 표면들과 콘택트하도록 구성된 다양한 평면형 열적 콘택트 표면들을 특징으로 할 수도 있다.

도 2는 도 1에 도시된 것과 유사한 일 예시적인 샤워헤드 대면 플레이트의 절반의 단면도를 도시한다. 도 2에서, 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 는 샤워헤드 백 플레이트 (108) 로부터 제거된 것으로 도시된다. 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 는 예를 들어, 엔드 포스트 (endpost) 열적 콘택트 표면들 (124) 및 환형 열적 콘택트 표면 (122) 을 포함할 수도 있는 복수의 제 1 열적 콘택트 표면들 (118) 을 가질 수도 있다. 알 수 있는 바와 같이, 제 1 열적 콘택트 표면들 (118) 은 모두 일반적으로 서로 평행할 수도 있지만, 일부 이러한 제 1 열적 콘택트 표면들 (118) 은 서로에 대해 상이한 높이들 (elevations) 에 있을 수도 있다. 참조의 용이성을 위해, 제 1 열적 콘택트 표면들 (118) 은 실제 제 1 열적 콘택트 표면들 (118) 로부터 상향으로 수직으로 (vertically) 오프셋되는 점선들로 나타낸다. 엔드 포스트 열적 콘택트 표면들 (124), 예를 들어, 포스트들 (116) 의 상단 단부들은 포스트 (116) 가 샤워헤드 백 플레이트 (108) 와 콘택트하도록 의도되는 포스트 (116) 각각의 단부들에 위치될 수도 있다. 포스트들 (116) 은 제 1 축 (114) 둘레에 배치된 하나 이상의 일반적으로 원형인 패턴들로 배치될 수도 있고, 그리고 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 로부터 샤워헤드 백 플레이트 (108) 로의 열 전달 경로들, 뿐만 아니라 샤워헤드 대면 플레이트의 중심 부분을 예를 들어, 새깅 (sagging) 을 방지하기 위한 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 중심 부분으로의 구조적 지지부를 제공할 수도 있다.

부가적인 또는 대안적인 열 전달 경로들은, 예를 들어, 제 1 축 (114) 을 따라 볼 때 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 플레이트 영역 (112) 을 둘러쌀 수도 있는, 환형 열적 콘택트 표면 (122) 에 의해 제공될 수도 있다. 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 플레이트 영역 (112) 은 일반적으로 가스 분배 포트들 (110) 이 위치되는 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 영역을 지칭할 수도 있고, 그리고 예를 들어, 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 중심으로부터 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 벽 또는 환형 상승된 영역에 의해 규정되는 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 내향-대면 표면 (또는 샤워헤드 백 플레이트 상의 유사한 표면) 으로 연장할 수도 있다. 환형 열적 콘택트 표면 (122) 은 예를 들어, 샤워헤드 대면 플레이트의 벽의 최상단 표면 또는 환형 상승된 영역일 수도 있다.

일부 이러한 평면형 열적 콘택트 표면들은 이러한 사이즈의 피처들에 대해 비정상적으로 낮은 평탄도 (flatness) 사양들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 는 대략 15 인치, 예를 들어, 12 인치 내지 18 인치의 공칭 직경을 가질 수도 있고, 그리고 (유사한 외경을 가질 수도 있는) 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 환형 열적 콘택트 표면 (122) 은, 예를 들어, 전체 환형 열적 콘택트 표면 (122) 에 걸쳐, 800 μin 내지 1200 μin, 예를 들어, 1000 μin의 값으로 유지되는 평탄도를 가질 수도 있다. 유사하게, 열적 콘택트 표면들의 표면 거칠기는, 예를 들어, 24 μin 내지 30 μin Ra 또는 24 μin 내지 40 μin Ra (또는 이하) 의 값들로 유지될 수도 있다. 이러한 평탄도 공차들 (tolerances) 은 이러한 사이즈의 피처에 대해―특히 함께 클램핑되도록 의도된 피처들에 대해―통상적이지 않다는 것이 인식될 것이다.

일부 구현 예들에서, 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 는 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 와 샤워헤드 백 플레이트 (108) 사이에 우수한 열적 콘택트를 제공하기 위한 피처들을 포함하는 것에 더하여, 제 1 열적 간섭 피팅 피처 (thermal interference fit feature) (126) 를 포함할 수도 있다. 제 1 열적 간섭 피팅 피처 (126) 는 제 1 단면 프로파일 (132) 에 의해 규정된 제 1 축 방향으로 대칭인 표면 (130) 에 의해 제공될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 축 방향으로 대칭인 표면 (130) 은 제 1 직경 (136) 을 갖고 예를 들어, 내측 벽 (152) 에 의해 제공되는 외향-대면 원추형 또는 원통형 표면일 수도 있다. 도 1b로부터 주지된 바와 같이, 다른 구현 예들은 샤워헤드 백 플레이트 (108) 상에 위치된 내측 벽 피처를 수용할 수도 있는 홈의 외향-대면 표면을 통해 제 1 축 방향으로 대칭인 표면 (130) 을 제공할 수도 있다.

도 3은 도 1에 도시된 것과 유사한 일 예시적인 샤워헤드 백 플레이트 및 스템 (stem) 의 절반의 단면도를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 샤워헤드 백 플레이트 (108) 는 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 상의 제 1 열적 콘택트 표면들 (118) 에 위치가 대응할 수도 있는 제 2 평면형 열적 콘택트 표면들 (120) 을 포함할 수도 있다. 샤워헤드 백 플레이트 (108) 는 또한 예를 들어, 제 2 축 방향으로 대칭인 표면을 규정할 수도 있는 제 2 단면 프로파일 (134) 을 가질 수도 있는 제 2 열적 간섭 피팅 피처 (128) 를 포함할 수도 있다. 도 3a는 샤워헤드 백 플레이트 (108') 가, 제 2 단면 프로파일 (134') 을 가질 수도 있는, 내향-대면 제 2 열적 간섭 피팅 피처 (128) 를 제공하는 내측 벽 (152') 을 가질 수도 있는, 도 1b에 도시된 것과 유사한 대안적인 샤워헤드 백 플레이트 설계의 상세도를 도시한다.

샤워헤드 대면 플레이트 (106) 및 샤워헤드 백 플레이트 (108) 의 치수들은 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 및 샤워헤드 백 플레이트 (108) 는 모두 공칭 상온, 예를 들어, 20 ℃에 있을 때 갭 (154) 이 존재하도록 (그리고 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 용이한 제거를 허용하는 간극 피팅 또는 다른 피팅을 규정하도록) 제어될 수도 있지만, 샤워헤드 (102) 가 정상 상태 동작 조건들에 도달할 때 갭이 전이 (transition) 피팅 또는 약한 간섭 피팅으로 폐쇄되도록 감소된다. 이는 샤워헤드 백 플레이트 (108) 에 대해 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 를 중심에 위치시키면서 또한 샤워헤드 백 플레이트 (108) 및 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 가 동작 조건들에서 정상 상태에 있을 때 샤워헤드 백 플레이트 (108) 와 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 사이에 일반적으로 가스-기밀 (gas-tight) 시일을 확립하도록 작용한다. 예를 들어, 실온에서, 대략 0.012 인치, 예를 들어 0.009 인치 내지 0.015 인치 또는 0.010 인치 내지 0.014 인치의 간극 갭이 제공될 수도 있고, 이는 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 가 정상 상태 동작 온도에 도달할 때 완전히 사라질 수도 있다. 예를 들어, 갭은 0으로 감소될 수도 있거나 압축 인터페이스로 바뀔 수도 있고, 예를 들어, 갭은 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 및 샤워헤드 백 플레이트 (108) 사이에서 수천 분의 1까지, 예를 들어, 최대 약 0.005 인치 내지 0.010 인치까지의 압축 변형이 발생하게 할 수도 있다.

이러한 시일링 효과들이 제공되는 방법을 보다 잘 예시하기 위해, 상승된 프로세스 온도에서 열적 변위 (displacement) 효과들을 도시하는 열적 변위 맵과 함께 도 1의 예시적인 샤워헤드를 도시하는, 도 4를 참조한다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 외측 주변부는 샤워헤드 백 플레이트 (108) 와 비교하여 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 상승된 온도로 인해 샤워헤드 백 플레이트 (108) 의 대응하는 위치보다 보다 큰 양의 방사상 열적 변위를 경험한다. 따라서, 내측 벽 (152), 및 제 1 축 방향으로 대칭인 표면 (130) 은 일반적으로 제 1 축 방향으로 대칭인 표면 (130) 과 대면하는 샤워헤드 백 플레이트 (108) 내의 홈의 제 2 축 방향으로 대칭인 표면보다 보다 외향으로 방사상 열적 변위를 경험할 수도 있고, 이에 따라 갭 (154) 을 폐쇄한다. 샤워헤드 백 플레이트 (108) 와 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 사이의 온도 불일치들 (mismatches) 은 따라서 심지어 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 및 샤워헤드 백 플레이트 (108) 가 유사한 열적 팽창 특성들의 재료들로 이루어질 때 간섭 피팅 또는 전이 피팅 (156) 을 생성하도록 갭 (154) 이 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 와 샤워헤드 백 플레이트 (108) 사이에서 폐쇄되게 하는 열적 팽창 불일치들을 생성한다. 예를 들어, 둘 모두가 알루미늄 합금, 예를 들어, 6061-T6 알루미늄으로 이루어진 샤워헤드 백 플레이트 (108) 및 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 에 대해, 제 1 축 방향 대칭 표면 (130) 과 제 2 축 방향 대칭 표면 사이의 갭 (154) 은 샤워헤드 (102) 가 실온일 때 0.01 인치일 수도 있다. 달리 말하면, 제 1 직경 (136) 과 제 2 직경 (138) 사이의 차는 샤워헤드가 실온에 있을 때 약 0.02 인치일 수도 있지만, 280 ℃ 내지 320 ℃의 온도로 가열될 때 0 인치에 가까울 수도 있다.

본 명세서에 논의된 것과 같은 제거 가능한 샤워헤드 대면 플레이트들은 또한 사용 동안 발생할 수도 있는 잠재적인 문제들 (complications) 을 해결하도록 (address) 설계된 피처들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금으로 이루어진 샤워헤드 대면 플레이트들 및 샤워헤드 백 플레이트들에 대해, 샤워헤드 대면 플레이트를 샤워헤드 백 플레이트에 부착하도록 사용될 수도 있는 패스너 시스템들의 사용을 방해할 (interfere) 수도 있는 다양한 문제들이 발생할 수도 있다. 예를 들어, 패스너들에 대해 샤워헤드 백 플레이트 (108) 및 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 와, 상이한 재료, 예를 들어 스테인리스 강 (stainless steel) 또는 인코넬 (Inconel) 이 사용된다면, 이는 열적 사이클링 동안 쓰레드된 연결들의 풀림 (loosen) 을 유발할 수도 있다. 예를 들어, 스테인리스 강 쓰레드된 패스너들이 사용된다면, 패스너들의 스테인리스 강과 샤워헤드 컴포넌트들의 알루미늄 합금의 상이한 열적 팽창 특성들은 스테인리스 강 패스너들이 알루미늄 컴포넌트들보다 훨씬 보다 낮은 정도로 팽창하게 할 수도 있다. 이는 동작 조건들로 가열될 때 이러한 패스너들의 예압 (preload) 을 상승시키게 할 수도 있고, 이는 결국, 샤워헤드가 다시 냉각될 때, 스테인리스 강 패스너들이 요구되는 것보다 훨씬 보다 낮은 예압을 가질 수도 있도록 알루미늄 컴포넌트들에 영구적인 국부화된 변형을 유발할 수도 있다. 일부 경우들에서, 예압은 거의 완전히 사라질 수도 있고, 이에 따라 미립자들 (particulates) 을 생성하고 그리고 웨이퍼 프로세싱 균일성에 영향을 줄 수도 있는 느슨한 연결을 발생시킨다.

일부 패스너들, 특히 보다 높은 토크 (torque) 요건들을 갖는 패스너들에서 발생할 수도 있는 또 다른 문제는, 샤워헤드 대면 플레이트가 상승된 온도들에서 그리고 충분히 높은 클램핑 부하, 예컨대 반도체 프로세싱 챔버 내에서 정상-상태 동작 조건들 동안 직면할 수도 있는 클램핑 부하 하에서 홀딩될 (hold) 때 평면형 열적 콘택트 표면들의 하나 이상의 위치들에서 샤워헤드 백 플레이트에 확산 본딩될 (diffusion bond) 수도 있다는 것이다. 이러한 확산 본딩은, 사실상, 샤워헤드 백 플레이트에 샤워헤드 대면 플레이트를 클램핑하는 쓰레드된 패스너들이 제거될 때에도, 샤워헤드 대면 플레이트를 샤워헤드 백 플레이트에 영구적으로 또는 반영구적으로 부착할 (affix) 수도 있다. 이는 샤워헤드 대면 플레이트가 제거되는 것을 방지할 수도 있고, 또는 샤워헤드 대면 플레이트가 여전히 제거될 수 있다면, 샤워헤드 대면 플레이트 및/또는 샤워헤드 백 플레이트의 본딩된 부분들이, 본질적으로, 이들 컴포넌트들 중 하나 또는 다른 컴포넌트로부터 분리될 (tear free) 수도 있기 때문에 평면형 열적 콘택트 인터페이스들에 손상을 유발할 수도 있다.

(샤워헤드가 사용되는 반도체 프로세스의 요건들에 의해 결정되는) 이러한 제거 가능한 샤워헤드 대면 플레이트들의 동작 온도들은 쉽게 변화되지 않기 때문에, 이러한 확산 본딩의 가능성을 감소시키기 위한 주된 메커니즘은 샤워헤드 대면 플레이트/샤워헤드 백 플레이트 인터페이스를 가로질러 가해지는 (exert) 클램핑 힘을 감소시키는 것이다. 그러나, 클램핑 위치에서 확산 본딩을 방지하기 위해 필요한 정도로 (클램핑 힘을 감소시키기 위해) 쓰레드된 패스너들 상의 예압을 감소시키는 것은, 많은 경우들에서, 열적 사이클링이 발생한 후 예압의 급격한 감소를 발생시키고, 이는 볼트 체결된 (bolt) 조인트들이 풀리고, 볼트 체결된 조인트에 걸친 열적 투과율을 감소시키고, 그리고 잠재적으로 볼트 체결된 조인트를 통한 가스 누설이 발생하게 할 것이다. 예를 들어, 샤워헤드 대면 플레이트 및 샤워헤드 백 플레이트를 함께 클램핑하기 위해 다양한 6 내지 32 개의 소켓 헤드 캡 스크루들 (socket head cap screws; SHCSs) 를 사용하여 테스트가 수행되었다. 샤워헤드 대면 플레이트 및 샤워헤드 백 플레이트는 모두 알루미늄 합금, 예를 들어, 6061-T6으로 이루어지고, 그리고 SHCS들을 수용하는 샤워헤드 대면 플레이트의 쓰레드된 홀들은 고-니켈 합금 쓰레드된 삽입부들, 예를 들어, 나선 삽입부들을 구비한다. 예를 들어, 알루미늄 합금 (6061-T6) SHCS들 및 고-니켈 합금 SHCS들 모두를 포함하는, 상이한 구성들의 쓰레드된 패스너들이 상이한 위치들에서 사용되었다. 부가적으로, 예를 들어, 이러한 부하 분배 메커니즘 (샤워헤드 백 플레이트와 직접 콘택트하는 SHCS) 의 부재, SHCS와 샤워헤드 백 플레이트 사이의 단일 편평한 와셔 (flat washer) 의 사용, SHCS와 샤워헤드 백 플레이트 사이의 단일 원추형 스프링 와셔의 사용, SHCS와 샤워헤드 백 플레이트 사이의 단일 원추형 스프링 와셔 및 단일 편평한 와셔의 사용, 직렬 (in series) 및 병렬 (in parallel) 모두인, 2 개의 원추형 스프링 와셔, 및 SHCS 와 샤워헤드 백 플레이트 사이의 단일 편평한 와셔의 사용, 및 SHCS와 샤워헤드 백 플레이트 사이의 직렬인 3 개의 원추형 스프링 와셔들 및 단일 편평한 와셔의 사용을 포함하는 상이한 부하 분배 메커니즘들이 SHCS 각각에 대해 테스트되었다.

원추형 스프링 와셔들, 예를 들어, "벨빌 (Belleville)" 와셔들은 네스팅된 (nest) 원추형 절두체들 (frustums) 인 상부 표면 및 하부 표면을 갖도록 엔지니어링된다 (engineer). 원추형 스프링 와셔에서, 예를 들어, a) 원추형 스프링 와셔의 반대편 측면들 상에, b) 다른 내측 에지와 원추형 스프링 와셔의 다른 외측 에지 사이의 거리보다 더 이격되고, 그리고 c) 이러한 원추형 스프링 와셔의 상단 표면과 하단 표면 사이의 정상 거리보다 더 이격된, 원추형 스프링 와셔의 외측 에지 및 내측 에지가 있을 수도 있다. 이러한 경우들에서, 압축 하중이 원추형 스프링 와셔의 중심선을 따라 이들 내측 에지 및 외측 에지에 인가될 때, 압축 하중은 원추형 스프링 와셔로 하여금 탄성적으로 변형되게 하고 그리고 원추형 형상으로부터 편평한 와셔 형상으로 편평하게 할 수도 있다. 원추형 스프링 와셔들은 짧은 이동 거리와 함께 상대적으로 뻣뻣한 (stiff) 스프링을 제공한다.

5 in-lb의 값으로 토크된 고-니켈 합금 SHCS들을 사용하고 그리고 상기 부하-분배 메커니즘들 중 임의의 부하-분배 메커니즘을 사용하는 것은 확산 본딩이 발생하는 것을 방지하지만, 대부분의 경우, 또한 상당한, 예를 들어, 250 ℃ 내지 350 ℃의 목표된 동작 온도에 도달한 후, 50 ％ 초과의 예압 손실을 경험한다는 것이 발견되었다. 명확성을 위해, 고-니켈 합금들은 합금의 조성에서 니켈이 우세한 (prevalent) 원소인 합금들이다. 고-니켈 합금 SHCS들을 5 in-lb보다 보다 높은 값, 예를 들어, 6.5 in-lb로 토크시키는 것은 열적 사이클링 하에서 예압의 손실을 완화시키는 (mitigate) 것으로 밝혀졌지만, 또한 확산 본딩 문제의 재발 (resurgence) 을 발생시켰다. 보다 복잡한 원추형 스프링 와셔 배치들, 예를 들어, 직렬인 복수의 원추형 스프링 와셔들을 활용하는 것은 또한 예압의 손실을 완화시키는 것으로 밝혀졌지만, 부가적인 원추형 스프링 와셔(들)가 생략되거나 또는 부정확한 배향으로 설치될 수 있기 때문에 부가적인 컴포넌트들을 필요로 하고 그리고 부정확한 어셈블리에 대한 기회를 증가시킨다. 명료성을 위해, 병렬인 원추형 스프링 와셔들은 원추형 스프링 와셔들의 원추형 표면들이 네스팅되고 동일한 방향으로 배향되도록 스택된다 (stack). 모든 다른 원추형 스프링 와셔가 일 방향으로 배향되고 그리고 다른 원추형 스프링 와셔들이 다른 방향으로 배향되도록 (측면으로부터 볼 때 "주름진 (pleated)" 모양을 제공함) 직렬인 원추형 스프링 와셔들이 스택된다.

대략 4 in-lb의 값으로 토크된 알루미늄 합금 SHCS들을 사용할 때 보다 만족스러운 결과들이 관찰되었고; 단일 원추형 스프링 와셔 및 이러한 SHCS들을 갖는 단일 편평한 와셔의 사용은, 심지어 복수의 열적 사이클들 후에도 유지되는 예압의 80 % 이상을 발생시키는 것으로 밝혀졌다. 보다 복잡한 원추형 와셔 구현 예들이 알루미늄 합금 SHCS에 대해 테스트되지 않았지만, 원추형 스프링 와셔들의 직렬 구현 예들은 이러한 SHCS들을 사용하여 유사하게 용인 가능한 예압 성능을 제공할 수도 있다. 일 구현 예에서 제 1 쓰레드된 패스너들로서 사용되고 그리고 목표된 예압의 정도를 얻기 위해 6 내지 8 in-lbs, 예를 들어, 7 in-lbs의 값들로 토크된, 10 내지 24 개의 SHCS들로 실행된 유사한 테스트에 대해 필적할 만한 (comparable) 결과들이 밝혀졌다.

사용된 편평한 와셔들 및 원추형 스프링 와셔들은 고-니켈 합금, 예를 들어, 인코넬의 고강도 및 내 화학성으로 인해 사용되었다. 이러한 조인트들에서 편평한 와셔들의 사용은 편평한 와셔들과 SHCS들 사이에 개재되는 (interpose) 원추형 와셔들의 에지 부하를 분배하는 것을 도울 수도 있고, 이에 따라 원추형 스프링 와셔들의 에지들이 샤워헤드 백 플레이트의 재료와 직접적으로 콘택트하는 것을 방지한다. 알루미늄 합금으로 이루어진 샤워헤드 백 플레이트들에 대해, 이는 SHCS의 기밀 (tightening) 에 의해 압축되고 방사상으로 팽창할 때 원추형 스프링 와셔에 의해 (바람직하지 않은 미립자 생성을 발생시킬 수도 있는) 샤워헤드 백 플레이트 재료에 의한 골링 (galling) 또는 가우징 (gouging) 의 기회를 감소시킬 수도 있다.

원추형 스프링 와셔들의 사용은, 조인트에 인가된 예압으로 하여금, 보다 높은 스프링 상수 (constant) 로 인해, 예압되지 않은 상태와 상당히 예압된 상태 사이의 전이를 위해 변위가 거의 없어야 하는, 주로 SHCS의 신장 (stretching) 을 통한 것이 아니라, 원추형 스프링 와셔들의 변형에 의해 주로 관리되게 한다. 보다 큰 범위의 이동을 갖는 원추형 스프링 와셔들은 예압으로 하여금 열적 팽창으로 인한 보다 큰 범위의 잠재적인 변위에 대해 목표된 최소값 이상으로 유지되게 할 수도 있고, 이에 따라 적절한 (adequate) 클램핑 힘으로 하여금 열적 사이클링 동안 샤워헤드 대면 플레이트/샤워헤드 백 플레이트 인터페이스의 풀림 가능성뿐만 아니라 샤워헤드 대면 플레이트 및 샤워헤드 백 플레이트의 원치 않은 확산 본딩 가능성을 방지하는 동안 샤워헤드 대면 플레이트와 샤워헤드 백 플레이트 사이의 우수한 열적 콘택트를 촉진하도록 (promote) 유지되게 한다.

도 5는 도 1의 예시적인 샤워헤드의 분해도를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 제 1 쓰레드된 패스너 (144) 및 제 2 쓰레드된 패스너 (146) 각각은 샤워헤드 백 플레이트 (108) 내의 대응하는 홀들을 통해 삽입되기 전에 그리고 제 1 쓰레드된 홀들 (140) 및 제 2 쓰레드된 홀들 (142) 내로 각각 쓰레드되기 전에 먼저 원추형 스프링 와셔 (148) 를 통과하고 그리고 이어서 편평한 와셔 (150) (또는 단순히 "와셔") 를 통과한다.

사용된 제 1 쓰레드된 패스너들의 수는 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 의 구조적 지지를 위해 일반적으로 요구되는 것보다 훨씬 보다 많을 수도 있다는 것이 또한 인식될 것이다. 예를 들어, 샤워헤드 (102) 의 외측 주변부 둘레에 위치된 6 또는 8 개의 쓰레드된 패스너들은 통상적으로 샤워헤드 대면 플레이트 (106) 를 구조적으로 지지하기에 충분한 것으로 간주될 것이다. 그러나, 제거 가능한 샤워헤드 대면 플레이트의 일부 구현 예들에서, 훨씬 보다 많은 수의 이러한 패스너들이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 샤워헤드 (102) 의 외측 주변부 둘레의 쓰레드된 패스너들의 수를 증가시키는 것은 보다 고르게 분포된 부하를 발생시키고 그리고 따라서 샤워헤드 대면 플레이트로부터의 열 플로우에 대해 보다 고르게 분포된 열적 콘택트 경로들을 발생시킨다는 것이 밝혀졌다. 특히, 성능 이점은 샤워헤드 백 플레이트에 샤워헤드 대면 플레이트를 고정하기 (secure) 위해 샤워헤드 (102) 의 주변부 둘레에 배치된, 예를 들어, 18, 20, 22, 24 개 이상의 쓰레드된 패스너들을 갖는 추가 비용을 상당히 능가하는 (outweigh) 것으로 밝혀졌다. 따라서 이러한 구현 예들에서 샤워헤드의 중심 축을 중심으로 샤워헤드 대면 플레이트의 쓰레드된 홀들 사이의 각도 간격은 20 ° 이하일 수도 있다.

일부 구현 예들에서, 쓰레드된 패스너들이 샤워헤드 대면 플레이트 #HH06 내로 쓰레드되기 전에 삽입될 수도 있는 샤워헤드 백 플레이트 #HH08 내의 쓰루-홀들 (through-holes) 중 일부는 대면 플레이트 제거 피처들로서 역할하도록 특별히 구성될 수도 있다. 예를 들어, 이러한 쓰루-홀들은 쓰레드된 패스너들의 쓰레드들의 가장 큰 직경보다 보다 큰 내측 쓰레드 직경을 갖는 쓰레드된 홀들, 또는 쓰레드된 홀들을 통해 삽입될 그리고 샤워헤드 대면 플레이트의 쓰레드된 홀들 내로 쓰레드될 패스너들의 섕크들 (shanks) 일 수도 있다. 이는 이러한 홀들로 하여금 쓰레드된 패스너들을 사용하여 샤워헤드 대면 플레이트와 샤워헤드 백 플레이트 사이에 클램핑된 연결을 제공하도록 다른 홀들과 같이 사용되게 한다. 그러나, 샤워헤드 대면 플레이트 및 샤워헤드 백 플레이트가 이들 쓰레드된 패스너들이 제거된 후, 분리하기 어렵다는 것을 나중에 증명한다면, 샤워헤드 백 플레이트 내 쓰레드된 홀들에 제공된 쓰레드들의 사이즈와 매칭하는 쓰레드 사이즈를 갖는 보다 큰 사이즈의 쓰레드된 패스너가 이들 패스너들이 샤워헤드 대면 플레이트에 대고 바닥에 닿을 (bottom out) 때까지 이러한 쓰레드된 홀들 내로 쓰레드될 수도 있다. 이러한 보다 큰 패스너들에 인가된 부가적인 토크는 이후 보다 큰 패스너들로 하여금 샤워헤드 대면 플레이트에 대고 밀게 (push) 하고, 샤워헤드 대면 플레이트로 하여금 샤워헤드 백 플레이트로부터 분리되게 한다.

본 명세서에 논의된 다양한 구조체들, 예를 들어, 제거 가능한 샤워헤드 대면 플레이트들, 샤워헤드 백 플레이트들, 제 1 쓰레드된 패스너들, 제 2 쓰레드된 패스너들, 등은 반도체 프로세싱 동작들 동안 반도체 프로세싱 챔버들의 가혹한 환경들에서 사용하기에 적합한 다양한 상이한 재료들로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 상기 논의된 바와 같이, 6061-T6과 같은 알루미늄 합금들이 샤워헤드 대면 플레이트, 샤워헤드 백 플레이트, 및 제 1 쓰레드된 패스너 및 제 2 쓰레드된 패스너에 사용될 수도 있다. 이러한 컴포넌트들에 유사한 재료들을 사용하는 것은 이러한 컴포넌트들 사이에서 발생할 수도 있는 열적 팽창 불일치의 양을 감소시킬 수도 있고, 이는 컴포넌트가 매우 응력을 받고 그리고 잠재적으로 고장나거나 또는 그렇지 않으면 바람직하지 않은 방식으로 거동하는 (behave) 시나리오들을 방지할 수도 있다. 그러나, 일부 샤워헤드들은 이들 컴포넌트들 중 일부 또는 전부에 대해 상이한 재료들을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 고-니켈 합금 쓰레드된 패스너들이 알루미늄 합금 샤워헤드 대면 플레이트들 및 샤워헤드 백 플레이트들을 특징으로 하는 일부 구현 예들에서 사용될 수도 있다. 샤워헤드 대면 플레이트들 및 샤워헤드 백 플레이트들을 제공하도록 사용될 수도 있는 다른 재료들은 세라믹들, 알루미늄 옥사이드, 및 다른 알루미늄 합금들을 포함한다.

상기 논의된 쓰레드된 패스너들, 원추형 스프링 와셔들, 및 편평한 와셔들은 인코넬과 같은 고-니켈 합금들, 6061-T6과 같은 알루미늄 합금들, 또는 다른 합금들을 포함하는 다양한 합금들로 이루어질 수도 있다. 고 응력이 관찰되는 (seeing) 영역들에서, 예를 들어, 쓰레드된 조인트 인터페이스들 및 와셔 로딩/패스너 로딩 영역들에서 이들 인터페이스들에 걸친 확산 본딩을 방지하기 위한 재료들을 사용하는 것이 유리할 수도 있다. 따라서, 예를 들어, 와셔들 (편평한 와셔 및 원추형 와셔 모두) 은 일부 구현 예들에서, 고-니켈 합금으로 제조될 수도 있는 한편, 샤워헤드 대면 플레이트 및 샤워헤드 백 플레이트는 알루미늄 합금으로 제조될 수도 있다.

본 명세서에 논의된 샤워헤드들은 반도체 프로세싱 툴, 예를 들어, 반도체 웨이퍼들 또는 다른 기판들을 수용하고 그리고 그 위에서 하나 이상의 반도체 프로세싱 동작들을 수행하도록 구성된 하나 이상의 반도체 프로세싱 챔버들로 구성된 장비에서 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 도 6은 본 개시에 따른 일 예시적인 반도체 프로세싱 시스템의 도면을 도시한다. 도 6에서, 프로세싱 동작들 동안 웨이퍼 (105) 를 지지하도록 구성된 웨이퍼 지지부 (103) 를 내부에 포함하는 반도체 프로세싱 챔버 (101) 가 도시된다. 프로세싱 챔버 (101) 는 본 명세서에 논의된 바와 같이, 하나 이상의 프로세스 가스 소스들 (111) 과 유체로 연결될 (fluidically connect) 수도 있는 샤워헤드 (102) 를 더 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 샤워헤드 (102) 는 웨이퍼 (105) 위에 생성될 수도 있는 플라즈마 (107) 를 스파크 (spark) 및/또는 유지하도록 사용된 전극으로서 작용하도록 구성될 수도 있다. 이러한 구현 예들에서, 샤워헤드 (102) 는 예를 들어, 무선 주파수 생성기 (109) 와 전기적으로 접속될 수도 있다.

본 명세서에 사용된다면, "하나 이상의 <아이템들> 의 <아이템> 각각에 대한", "하나 이상의 <아이템들> 의 <아이템> 각각의" 등의 문구들은 단일 아이템 그룹 및 복수의 아이템 그룹들 모두를 포함하는 것으로 이해되어야 한다, 즉, 프로그래밍 언어들에서 아이템들의 집단이 참조되는 모든 아이템의 각각을 참조하기 위해 사용된다는 의미에서 문구 "… 각각에 대해"가 사용된다. 예를 들어, 참조된 아이템들의 집단이 단일 아이템이면, ("각각"의 사전적 정의들이 "둘 이상의 것들의 모든 하나"를 지칭하는 용어를 빈번하게 규정한다는 사실에도 불구하고) "각각 (each)"은 그 단일 아이템만을 지칭하고, 이 아이템들 중 적어도 2 개가 있어야 한다는 것을 암시하지 않는다. 유사하게, 용어 "세트" 또는 "서브 세트"는 그 자체가 복수의 아이템들을 반드시 아우르는 것으로 간주되어서는 안된다―세트 또는 서브 세트는 (문맥이 지시하지 않는 한) 단지 하나의 멤버 또는 복수의 멤버들을 아우를 수 있다는 것이 이해될 것이다.

본 개시 및 청구항들에서, 순서 지표들, 예를 들어, (a), (b), (c) … 등의 사용은, 이러한 순서 또는 시퀀스가 명시적으로 지시된 범위를 제외하고, 임의의 특정한 순서 또는 시퀀스를 전달하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, (i), (ii) 및 (iii) 로 라벨링된 3 개의 단계들이 있다면, 이들 단계들은 달리 지시되지 않는 한 임의의 순서로 (또는 달리 금기 사항이 아니라면 동시에) 수행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 단계 (ii) 가 단계 (i) 에서 생성된 엘리먼트의 핸들링을 수반한다면, 단계 (ii) 는 단계 (i) 후에 어떤 지점에서 일어나는 것으로 보일 수도 있다. 유사하게, 단계 (i) 가 단계 (ii) 에서 생성된 엘리먼트의 핸들링을 수반한다면, 그 반대가 이해되어야 한다.

"약", "대략", "실질적으로", "공칭" 등과 같은 용어들은 양들 또는 유사한 정량화 가능한 특성들과 관련하여 사용될 때, 달리 명시되지 않는 한, 지정된 값들 또는 관계의 ± 10 % 이내의 값들을 포함 (뿐만 아니라 지정된 실제 값들 또는 관계를 포함) 하는 것으로 이해되어야 한다.

전술한 개념들의 모든 조합들 (이러한 개념들이 서로 모순되지 않는다면) 이 본 명세서에 개시된 발명의 주제의 일부인 것으로 고려된다는 것이 인식되어야 한다. 특히, 본 개시의 끝에 나타나는 청구된 주제의 모든 조합들은 본 명세서에 개시된 발명의 주제의 일부인 것으로 고려된다. 또한 참조로서 인용된 임의의 개시에 나타날 수도 있는 본 명세서에 명시적으로 채용된 용어들은 본 명세서에 개시된 특정한 개념들과 가장 일치하는 의미를 부여해야 한다는 것이 또한 인식되어야 한다.

상기 개시는 특정한 예시적인 구현 예 또는 구현 예들에 집중하지만, 논의된 예로만 제한하는 것이 아니라 유사한 변형들 및 메커니즘들에도 또한 적용될 수도 있고, 이러한 유사한 변형들 및 메커니즘들은 또한 본 개시의 범위 내인 것으로 간주된다.

Claims (17)

1. 샤워헤드 대면 플레이트 (faceplate) 를 포함하고,
   상기 샤워헤드 대면 플레이트는 샤워헤드 백 플레이트 (backplate) 와 제거 가능하게 (removably) 메이팅하도록 (mate) 구성되고,
   상기 샤워헤드 대면 플레이트는 내부에 위치된 복수의 가스 분배 포트들을 갖는 플레이트 영역을 갖고,
   가스 분배 포트 각각은 상기 샤워헤드 대면 플레이트를 통해 연장하고,
   상기 샤워헤드 대면 플레이트는 하나 이상의 제 1 평면형 열적 콘택트 표면들을 포함하고, 상기 제 1 평면형 열적 콘택트 표면 각각은 상기 샤워헤드 대면 플레이트가 상기 샤워헤드 백 플레이트에 메이팅될 때 상기 샤워헤드 백 플레이트 상의 대응하는 제 2 평면형 열적 콘택트 표면과 콘택트하도록 구성되고,
   상기 하나 이상의 제 1 평면형 열적 콘택트 표면들은 12 인치 내지 18 인치의 외경을 갖고 그리고 환형 평면형 (annular planar) 열적 콘택트 표면에 수직인 (perpendicular) 제 1 축을 따라 볼 때 상기 플레이트 영역을 둘러싸는 상기 환형 평면형 열적 콘택트 표면을 포함하고, 그리고
   상기 환형 평면형 열적 콘택트 표면은 800 μin 내지 1200 μin의 값 이하의 평탄도 (flatness) 및 24 μin 내지 40 μin의 값 이하의 표면 거칠기 Ra를 갖는, 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 플레이트 영역 내에 위치되고 그리고 상기 플레이트 영역으로부터 멀어지게 연장하는 복수의 포스트들을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 제 1 평면형 열적 콘택트 표면들은, 상기 포스트들 각각에 대해, 상기 환형 평면형 열적 콘택트 표면에 평행한 엔드 포스트 (endpost) 열적 콘택트 표면을 포함하는, 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 평면형 열적 콘택트 표면들은 1000 μin 이하의 평탄도 값들 및 24 μin 이상의 평균 표면 거칠기 Ra를 갖는, 장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 평면형 열적 콘택트 표면들은 1000 μin 이하의 평탄도 값들 및 30 μin 이상의 평균 표면 거칠기 Ra를 갖는, 장치.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 평면형 열적 콘택트 표면들은 1000 μin 이하의 평탄도 값들 및 40 μin 이상의 평균 표면 거칠기 Ra를 갖는, 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 샤워헤드 대면 플레이트는 알루미늄 합금으로 이루어진, 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 샤워헤드 대면 플레이트는 상기 플레이트 영역 둘레에 분포되고 그리고 상기 환형 평면형 열적 콘택트 표면에 위치된 복수의 제 1 쓰레드된 홀들 (threaded holes) 을 포함하는, 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 1 쓰레드된 홀들은 인접한 제 1 쓰레드된 홀들 사이에서 최대 20 °의 각도 간격을 갖는 원형 어레이로 배치되는 (arrange), 장치.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 샤워헤드 대면 플레이트는 상기 샤워헤드 대면 플레이트가 상기 샤워헤드 백 플레이트에 메이팅될 때 상기 샤워헤드 백 플레이트 상의 제 2 열적 간섭 피팅 피처 (thermal interference fit feature) 와 인터페이싱하도록 (interface) 구성된 제 1 열적 간섭 피팅 피처를 더 포함하고,
   상기 제 1 열적 간섭 피팅 피처는 방사상으로 외향을 대면하고 그리고 상기 플레이트 영역과 상기 제 1 쓰레드된 홀들 사이에 위치되는 제 1 축 방향으로 대칭인 표면을 포함하고, 그리고
   상기 제 1 축 방향으로 대칭인 표면은 상기 샤워헤드 대면 플레이트가 상기 샤워헤드 백 플레이트에 대해 센터링되고 그리고 상기 샤워헤드 대면 플레이트 및 상기 샤워헤드 백 플레이트 모두가 20 ℃로 있을 때 상기 샤워헤드 대면 플레이트가 상기 샤워헤드 백 플레이트에 메이팅될 때 상기 샤워헤드 백 플레이트 상의 상기 제 2 열적 간섭 피팅 피처의 대응하는 제 2 단면 프로파일의 0.01 인치 내지 0.014 인치 이내가 되도록 치수가 결정된 (dimension) 제 1 단면 프로파일을 갖는, 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 열적 간섭 피팅 피처는 제 1 직경을 갖는 제 1 원통형 표면이고,
    상기 샤워헤드 대면 플레이트가 상기 샤워헤드 백 플레이트에 장착될 때 상기 제 1 열적 간섭 피팅 피처가 인터페이싱하도록 구성되는 상기 샤워헤드 백 플레이트 상의 제 2 열적 간섭 피팅 피처는 제 2 직경을 갖는 제 2 원통형 표면이고, 그리고
    상기 제 1 직경은 상기 샤워헤드 대면 플레이트 및 상기 샤워헤드 백 플레이트 모두가 20 ℃로 있을 때 상기 제 2 직경보다 보다 작고 그리고 상기 제 2 직경의 0.02 인치 이내인, 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 샤워헤드 대면 플레이트는 상기 플레이트 영역 둘레로 연장하고 그리고 상기 제 1 쓰레드된 홀들과 상기 플레이트 영역 사이에 개재되는 (interpose) 내측 벽을 포함하고,
    상기 내측 벽은 상기 환형 평면형 열적 콘택트 표면으로부터 멀어지게 연장하고, 그리고
    상기 제 1 열적 간섭 피팅 피처는 상기 내측 벽의 외향-대면 표면에 의해 제공되는, 장치.
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 쓰레드된 홀들의 수와 동일한 수의 복수의 제 1 쓰레드된 패스너들 (threaded fasteners);
    상기 제 1 쓰레드된 홀들의 수와 적어도 동일한 수의 복수의 와셔들 (washers); 및
    상기 제 1 쓰레드된 홀들의 수와 적어도 동일한 수의 복수의 원추형 (conical) 스프링 와셔들을 더 포함하고, 상기 장치는 반도체 프로세싱 툴의 상기 샤워헤드 백 플레이트에 부착된 수명을 다 한 (expire) 샤워헤드 대면 플레이트의 교체를 용이하게 하도록 구성된 키트인, 장치.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 샤워헤드 대면 플레이트는 제 1 재료로 이루어지고,
    상기 제 1 쓰레드된 패스너들은 제 2 재료로 이루어지고,
    상기 원추형 스프링 와셔들은 제 1 합금으로 이루어지고,
    상기 와셔들은 제 2 합금으로 이루어지고,
    상기 제 1 재료 및 상기 제 2 재료는, 알루미늄 합금, 6061-T6 알루미늄 합금, 및 알루미나로 구성된 그룹으로부터 각각 선택되고,
    상기 제 1 합금 및 상기 제 2 합금은, 니켈 합금, 알루미늄 합금, 및 6061-T6 알루미늄 합금으로 구성된 그룹으로부터 각각 선택되고,
    상기 제 2 재료는 상기 제 1 재료 및 상기 제 1 재료 이외의 재료로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 그리고
    상기 제 2 합금은 상기 제 1 합금 및 상기 제 1 합금 이외의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 장치.
14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 쓰레드된 홀들의 수와 동일한 수의 복수의 쓰루-홀들 (through-holes) 을 갖는 상기 샤워헤드 백 플레이트;
    상기 제 1 쓰레드된 홀들의 수와 동일한 수의 복수의 제 1 쓰레드된 패스너들 (threaded fasteners);
    상기 제 1 쓰레드된 홀들의 수와 적어도 동일한 수의 복수의 와셔들 (washers); 및
    상기 제 1 쓰레드된 홀들의 수와 적어도 동일한 수의 복수의 원추형 스프링 와셔들을 더 포함하고,
    상기 복수의 제 1 쓰레드된 패스너들의 상기 제 1 쓰레드된 패스너 각각은 상기 와셔들 중 적어도 하나, 상기 원추형 스프링 와셔들 중 하나, 상기 쓰루-홀들 중 하나를 통해 삽입되고, 그리고 상기 제 1 쓰레드된 홀들 중 대응하는 홀에 스크루 결합되고 (screw), 그리고
    상기 적어도 하나의 와셔는 상기 원추형 스프링 와셔들 각각과 상기 샤워헤드 백 플레이트 사이에 개재되는, 장치.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 샤워헤드 백 플레이트 내의 하나 이상의 쓰루-홀들은 쓰루-홀을 통해 삽입된 상기 제 1 쓰레드된 패스너가 상기 쓰레드된 홀의 상기 쓰레드들과 상기 제 1 쓰레드된 패스너들의 상기 쓰레드들의 인게이지먼트 (engagement) 없이 삽입될 수 있는 충분히 큰 내측 쓰레드 직경을 갖는 쓰레드된 홀들인, 장치.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 샤워헤드 대면 플레이트는 제 1 재료로 이루어지고,
    상기 샤워헤드 백 플레이트는 제 2 재료로 이루어지고,
    상기 쓰레드된 패스너들은 제 3 재료로 이루어지고,
    상기 원추형 스프링 와셔들은 제 1 합금으로 이루어지고,
    상기 와셔들은 제 2 합금으로 이루어지고,
    상기 제 1 재료, 상기 제 2 재료 및 상기 제 3 재료는, 알루미늄 합금, 6061-T6 알루미늄 합금, 및 알루미나로 구성된 그룹으로부터 각각 선택되고,
    상기 제 1 합금 및 상기 제 2 합금은, 니켈 합금, 알루미늄 합금, 및 6061-T6 알루미늄 합금으로 구성된 그룹으로부터 각각 선택되고,
    상기 제 2 재료는 상기 제 1 재료, 상기 제 3 재료 및 상기 제 1 재료와 상기 제 3 재료 이외의 재료로 구성된 그룹으로부터 선택되고,
    상기 제 3 재료는 상기 제 1 재료, 상기 제 2 재료 및 상기 제 1 재료와 상기 제 2 재료 이외의 재료로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 그리고
    상기 제 2 합금은 상기 제 1 합금 및 상기 제 1 합금 이외의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 장치.
17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 쓰레드된 패스너 각각은 6 in-lb 내지 8 in-lb로 토크되는 (torque), 장치.

Images