特許 7084707 温度再現性及びインサイチューシャワーヘッド温度監視

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-07

(45)【発行日】2022-06-15

(54)【発明の名称】温度再現性及びインサイチューシャワーヘッド温度監視

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20220608BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101G

【請求項の数】 17

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2017195675

(22)【出願日】2017-10-06

(65)【公開番号】P2018082156

(43)【公開日】2018-05-24

【審査請求日】2020-09-09

(31)【優先権主張番号】62/424,197

(32)【優先日】2016-11-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】15/405,758

(32)【優先日】2017-01-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100101502

【弁理士】

【氏名又は名称】安齋 嘉章

(72)【発明者】

【氏名】ティモシー ジョセフ フランクリン

(72)【発明者】

【氏名】スティーブン イー ババヤン

(72)【発明者】

【氏名】フィリップ アラン クラウス

【審査官】田中 崇大

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００９／００３２１８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１０－５２４２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００５／０２４９２８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－２３５３３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シャワーヘッドアセンブリであって、
上面及び底面を有するガス分配プレートと、
ガス分配プレートの上面に接触する１以上の温度検出アセンブリであって、各温度検出アセンブリは、
ガス分配プレートの上面に接触する突出構造と、
突出構造内に配置された温度プローブと、
ガス分配プレートの上面に接触し、温度プローブと結合されていない突出構造であって、ガス分配プレートをガスプレートに付勢するように軸方向に負荷が掛けられた突出構造を含む温度検出アセンブリとを含むシャワーヘッドアセンブリ。

【請求項2】

ガス分配プレートは、複数の貫通孔を含み、複数の貫通孔は、ガス分配プレート上に１以上のゾーンで配置される、請求項１記載のシャワーヘッドアセンブリ。

【請求項3】

１以上の温度検出アセンブリは、１以上のゾーンの外側の領域内のガス分配プレート上に配置される、請求項２記載のシャワーヘッドアセンブリ。

【請求項4】

上面及び底面を有するガスプレートを含み、ガスプレートは、上面及び底面からガスプレートを貫通して形成された１以上の開口部を有し、ガスプレートの底面は、ガス分配プレートの上面の上に配置され、これによって各温度検出アセンブリの突出構造が、ガスプレートの開口部を通って延びる、請求項１記載のシャワーヘッドアセンブリ。

【請求項5】

シャワーヘッドアセンブリは、１以上の絶縁スリーブを更に含み、各絶縁スリーブは、突出構造を少なくとも部分的に取り囲む、請求項１記載のシャワーヘッドアセンブリ。

【請求項6】

突出構造の少なくともいくつかは、ガス分配プレートと同心のリング状に配置される、請求項１記載のシャワーヘッドアセンブリ。

【請求項7】

温度検出アセンブリ及びガス分配プレートは、単一体から形成される、請求項１記載のシャワーヘッドアセンブリ。

【請求項8】

処理チャンバであって、
基板を支持するように構成された基板支持部材と、
シャワーヘッドアセンブリであって、
上面及び底面を有するガス分配プレートと、
ガス分配プレートの上面に結合された１以上の温度検出アセンブリであって、各温度検出アセンブリは、
ガス分配プレートの上面に接合された突出構造と、
突出構造内に配置された温度プローブと、
突出構造の上面で、チルプレートの上方で温度プローブを支持するように構成されたプローブ支持体を含む温度検出アセンブリとを含むシャワーヘッドアセンブリとを含む処理チャンバ。

【請求項9】

上面及び底面を有するガスプレートを含み、ガスプレートは、上面及び底面からガスプレートを貫通して形成された１以上の開口部を有し、ガスプレートの底面は、ガス分配プレートの上面の上に配置され、これによって各温度検出アセンブリの突出構造が、ガスプレートの開口部を通って延びる、請求項８記載の処理チャンバ。

【請求項10】

上面及び底面を有するチルプレートを含み、チルプレートは、上面から底面まで形成された１以上の開口部を有し、チルプレートの底面は、ガスプレートの上面の上に配置され、これによって各温度検出アセンブリの突出構造は、チルプレートの開口部を通って延びる、請求項９記載の処理チャンバ。

【請求項11】

シャワーヘッドアセンブリは、１以上の絶縁スリーブを更に含み、各絶縁スリーブは、突出構造を少なくとも部分的に取り囲む、請求項８記載の処理チャンバ。

【請求項12】

突出構造のうちの少なくとも１つは、ガス分配プレートをガスプレートに付勢するように軸方向に負荷が掛けられる、請求項８記載の処理チャンバ。

【請求項13】

ガス分配プレートの上面に接触し、温度プローブと結合されていない突出構造であって、ガス分配プレートをガスプレートに付勢するように軸方向に負荷が掛けられた突出構造を含む、請求項８記載の処理チャンバ。

【請求項14】

突出構造の少なくともいくつかは、ガス分配プレートと同心のリング状に配置される、請求項８記載の処理チャンバ。

【請求項15】

温度検出アセンブリ及びガス分配プレートは、単一体から形成される、請求項８記載の処理チャンバ。

【請求項16】

基板を処理する方法であって、
ガス分配プレートを有するシャワーヘッドアセンブリと、基板を支持するように構成された基板支持アセンブリとの間に画定された処理チャンバの処理領域内にプラズマを形成する工程と、
ガス分配プレートの上面と結合された温度検出アセンブリによってシャワーヘッドアセンブリの温度を検出して、これによってガス分配プレートと温度検出アセンブリとの間に熱結合が形成される工程であって、温度検出アセンブリは、
ガス分配プレートの上面と結合された突出構造と、
突出構造によって支持され、ガス分配プレートの温度を監視するように構成された温度プローブと
ガス分配プレートの上面に接触し、温度プローブと結合されていない突出構造であって、ガス分配プレートをガスプレートに付勢するように軸方向に負荷が掛けられた突出構造を含む工程と、
温度検出アセンブリによって監視された温度に基づいてプロセスレシピを調節する工程とを含む方法。

【請求項17】

温度検出アセンブリによって検出された温度に応答して、ガス分配プレートの上に配置されたチルプレートに温度制御流体を供給する工程を含む、請求項１６記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【背景】

【0001】

（分野）
本明細書に記載の実施形態は、概して、基板処理装置に関し、より詳細には、基板処理装置用の改良されたシャワーヘッドアセンブリに関する。

【0002】

（関連技術の説明）
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）としても知られている、プラズマガスを介して半導体基板の「ドライ」エッチングを実行する半導体処理システムは、常時監視する必要がある。エッチングパラメータを予め定義し、システムがエッチングプロセスを監視せずに実行可能とすることもできるが、システム内の状態は経時的に変化する可能性がある。例えば、基板処理装置用のシャワーヘッドアセンブリの温度を監視することは、安定したプロセス制御を維持するのを助けることができる温度フィードバックを提供することを助ける。エッチングガスの組成又は圧力又は処理チャンバ又は基板温度のわずかな変化は、望ましくないエッチング結果を生じさせる。

【0003】

したがって、基板処理装置用の向上したシャワーヘッドアセンブリが必要とされている。

【概要】

【0004】

本明細書に記載の実施形態は、概して、基板処理装置に関し、より詳細には、基板処理装置用の改良されたシャワーヘッドアセンブリに関する。シャワーヘッドアセンブリは、ガス分配プレートと、１以上の温度検出アセンブリとを含む。ガス分配プレートは、上面及び底面を有する本体を含む。１以上の温度検出アセンブリは、ガス分配プレートの上面と物理的に結合（インターフェース接続）される。各温度検出アセンブリは、突出構造及び温度プローブを含む。突出構造は、ガス分配プレートの上面と接触している。温度プローブは、突出構造内に配置される。

【0005】

別の一実施形態では、処理チャンバが本明細書に開示される。処理チャンバは、基板支持部材と、シャワーヘッドアセンブリとを含む。基板支持部材は、基板を支持するように構成される。シャワーヘッドアセンブリは、ガス分配プレートと、１以上の温度検出アセンブリとを含む。ガス分配プレートは、上面及び底面を有する本体を含む。１以上の温度検出アセンブリは、ガス分配プレートの上面と結合される。各温度検出アセンブリは、軸方向に負荷が掛けられた突出構造及び温度プローブを含む。突出構造は、ガス分配プレートの上面に接合される。温度プローブは、突出構造内に配置される。

【0006】

別の一実施形態では、基板を処理する方法が本明細書に開示される。プラズマは、処理チャンバの処理領域内に形成される。処理領域は、シャワーヘッドアセンブリと基板支持アセンブリとの間に画定される。シャワーヘッドアセンブリは、ガス分配プレートを含む。基板支持アセンブリは、基板を支持するように構成される。ガス分配プレートの温度は、温度検出アセンブリによって監視される。温度検出アセンブリは、ガス分配プレートの上面と結合され、これによってガス分配プレートと温度検出アセンブリとの間に熱結合が形成される。温度検出アセンブリは、突出構造と温度プローブとを含む。突出構造は、ガス分配プレートの上面と結合され、これによって軸方向負荷が突出構造の軸に沿ってガス分配プレート上に与えられる。温度プローブは、突出構造によって支持される。温度プローブは、ガス分配プレートの温度を監視するように構成される。次いで、プロセスレシピは、温度検出アセンブリによって監視された温度に基づいて調節される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

本開示の上述した構成を詳細に理解することができるように、上記に簡単に要約した本開示のより具体的な説明を、実施形態を参照して行うことができる。実施形態のいくつかは添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は本開示の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがってこの範囲を制限していると解釈されるべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。

【0008】

【図1】一実施形態に係る、処理チャンバの断面図を示す。

【図2】一実施形態に係る、図１のシャワーヘッドアセンブリの部分断面図を示す。

【図3A】一実施形態に係る、図１及び図２のガス分配プレートの上面図を示す。

【図3B】一実施形態に係る、図１及び図２のガス分配プレートの上面図を示す。

【図4】一実施形態に係る、図１及び図２のシャワーヘッドアセンブリの上面図を示す。

【0009】

明確にするために、図面間で共通する同一の要素を示す際には適用可能な限り同一の参照番号を使用している。また、一実施形態の要素は、本明細書に記載される他の実施形態での利用に有利に適合させることができる。

【詳細な説明】

【0010】

図１は、一実施形態に係る、改良されたシャワーヘッドアセンブリ１５０を有する処理チャンバ１００の断面図である。図示されるように、処理チャンバ１００は、基板（例えば、基板１０１）をエッチングするのに適したエッチングチャンバである。本開示の例示的な実施形態から恩恵を受けるように適合可能である処理チャンバの例は、Ｓｙｍ３（商標名）処理チャンバ、及びＭｅｓａ（商標名）処理チャンバであり、これらはカリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．）から市販されている。他の製造業者からのものを含む他の処理チャンバが、本開示の例示的な実施形態から恩恵を受けるように適合可能であることが理解される。

【0011】

処理チャンバ１００は、様々なプラズマ処理のために使用することができる。一実施形態では、処理チャンバ１００を使用して、１以上のエッチング剤によってドライエッチングを行うことができる。例えば、処理チャンバは、前駆体Ｃ_ｘＦ_ｙ（ここでｘ及びｙは異なる許容される組み合わせとすることができる）、Ｏ_２、ＮＦ_３、又はそれらの組み合わせからのプラズマの点火のために使用することができる。

【0012】

処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２と、蓋アセンブリ１０４と、支持アセンブリ１０６とを含む。蓋アセンブリ１０４は、チャンバ本体１０２の上端に配置される。支持アセンブリ１０６は、チャンバ本体１０２によって画定される内部容積１０８内にさらされる。チャンバ本体１０２は、その側壁に形成されたスリットバルブ開口部１１０を含む。スリットバルブ開口部１１０は選択的に開閉され、基板搬送用の基板ハンドリングロボット（図示せず）によって内部容積１０８へのアクセスを可能にする。

【0013】

チャンバ本体１０２は、支持アセンブリ１０６を取り囲むライナ１１２を更に含むことができる。ライナ１１２は、修理及び洗浄のために取り外し可能である。ライナ１１２は、金属（例えば、アルミニウム）、セラミックス材料、又は任意の他のプロセス適合性材料で作製することができる。１以上の実施形態では、ライナ１１２は、１以上の開口部（アパーチャ）１１４と、真空ポート１１８と流体連通する内部に形成されたポンピングチャネル１１６とを含む。開口部１１４は、ガスがポンピングチャネル１１６に流入するための流路を提供する。ポンピングチャネル１１６は、真空ポート１１８へのチャンバ１００内のガスの出口を提供する。

【0014】

真空システム１２０は、真空ポート１１８に結合されている。真空システム１２０は、真空ポンプ１２２と、スロットルバルブ１２４とを含むことができる。スロットルバルブ１２４は、チャンバ１００を通るガスの流れを調節する。真空ポンプ１２２は、内部容積１０８内に配置された真空ポート１１８に結合されている。

【0015】

蓋アセンブリ１０４は、プラズマ容積又はキャビティ（空洞）をその間に形成するように構成された少なくとも２つの積み重ねられたコンポーネントを含む。１以上の実施形態では、蓋アセンブリ１０４は、第２の電極（「下部電極」）１２８の鉛直上方に配置された第１の電極（「上部電極」）１２６を含む。上部電極１２６及び下部電極１２８は、プラズマキャビティ１３０をその間に閉じ込める。第１の電極１２６は、電源１３２（例えば、ＲＦ電源）に結合される。第２の電極１２８は、グランドに接続され、２つの電極１２６、１２８の間にコンデンサを形成する。上部電極１２６は、ガス入口１３４と流体連通している。１以上のガス入口１３４の第１の端部は、プラズマキャビティ１３０内に開放する。

【0016】

蓋アセンブリ１０４はまた、第１の電極１２６を第２の電極１２８から電気的に絶縁するアイソレータリング１３６を含むことができる。アイソレータリング１３６は、酸化アルミニウム又は任意の他の絶縁性の処理適合性材料から作製することができる。

【0017】

蓋アセンブリ１０４はまた、シャワーヘッドアセンブリ１５０と、オプションとしてブロッカプレート１４０とを含むことができる。シャワーヘッドアセンブリ１５０は、ガス分配プレート１３８と、ガスプレート１３９と、チル（冷却）プレート１５１を含む。シャワーヘッドアセンブリ１５０は、図２～図３と併せて以下で詳細に説明する。第２の電極１２８、ガス分配プレート１３８、チルプレート１５１、及びブロッカプレート１４０は、チャンバ本体１０２に結合された蓋リム１４２上に積み重ねられて配置することができる。

【0018】

１以上の実施形態では、第２の電極１２８は、プラズマキャビティ１３０の下に形成された複数のガス通路１４４を含み、プラズマキャビティ１３０からのガスがそこを通って流れることを可能にすることができる。ガス分配プレート１３８は、ガス流がそこを通って分配されるように構成された複数の開口部１４６を含む。ブロッカプレート１４０は、第２の電極１２８とガス分配プレート１３８との間にオプションとして配置されてもよい。ブロッカプレート１４０は、複数の開口部１４８を含み、第２の電極１２８からガス分配プレート１３８までの複数のガス通路を提供する。

【0019】

支持アセンブリ１０６は、支持部材１８０を含むことができる。支持部材１８０は、処理用の基板１０１を支持するように構成される。支持部材１８０は、チャンバ本体１０２の底面を貫通して延びるシャフト１８４を介してリフト機構１８２に結合されてもよい。リフト機構１８２は、シャフト１８４の周囲からの真空漏れを防止するベローズ１８６によってチャンバ本体１０２にフレキシブルにシールされてもよい。リフト機構１８２は、支持部材１８０が下部搬送部分と多数の上方の処理位置との間でチャンバ本体１０２内を鉛直方向に移動することを可能にする。また、１以上のリフトピン１８８が、支持部材１８０を貫通して配置されてもよい。１以上のリフトピン１８８は、支持部材１８０を貫通して延びるように構成され、これによって基板１０１は、支持部材１８０の表面から持ち上げられることができる。１以上のリフトピン１８８は、リフトリング１９０によってアクティブにすることができる。

【0020】

処理チャンバはまた、コントローラ１９１を含むことができる。コントローラ１９１は、メモリ１９４及び大容量記憶装置、入力制御ユニット、及びディスプレイユニット（図示せず）（例えば、処理システムの様々なコンポーネントに結合された、電源、クロック、キャッシュ、入出力（Ｉ／Ｏ）回路、及びライナ）と共に動作可能なプログラマブルな中央処理装置（ＣＰＵ）１９２を含み、基板処理の制御を促進にする。

【0021】

上述したチャンバ１００の制御を促進するために、ＣＰＵ１９２は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための工業環境で使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサ（例えば、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ））のうちの１つであってもよい。メモリ１９４がＣＰＵ１９２に結合され、メモリ１９４は非一時的であり、容易に利用可能なメモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピー（商標名）ディスクドライブ、ハードディスク、又はローカル又はリモートの他の形態のデジタル記憶装置）のうちの１以上とすることができる。サポート回路１９６はＣＰＵ１９２に結合され、従来の方法でプロセッサをサポートする。荷電種の生成、加熱、及び他のプロセスは、一般的に、通常はソフトウェアルーチンとしてメモリ１９４内に記憶される。ソフトウェアルーチンはまた、ＣＰＵ１９２によって制御される処理チャンバ１００から遠隔に位置する第２のＣＰＵ（図示せず）によって記憶及び／又は実行されてもよい。

【0022】

メモリ１９４は、ＣＰＵ１９２によって実行されるとチャンバ１００の動作を促進する命令を含むコンピュータ可読記憶媒体の形態である。メモリ１９４内の命令は、プログラム製品（例えば、本開示の方法を実施するプログラム）の形態である。プログラムコードは、多数の異なるプログラミング言語のうちのいずれか１つに準拠することができる。一例では、本開示は、コンピュータシステムと共に使用するためのコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたプログラム製品として実施することができる。プログラム製品のプログラムは、（本明細書に記載の方法を含む）実施形態の機能を定義する。例示的なコンピュータ可読記憶媒体には、（ｉ）情報が永久に記憶される書込み不能な記憶媒体（例えば、コンピュータ内の読出し専用メモリデバイス（例えば、ＣＤ－ＲＯＭドライブによって読出し可能なＣＤ－ＲＯＭディスク）、フラッシュメモリ、ＲＯＭチップ、又は任意のタイプの固体（ソリッドステート）不揮発性半導体メモリ）、及び（ｉｉ）変更可能な情報が記憶される書込み可能な記憶媒体（例えば、ディスケットドライブ内のフロッピー（商標名）ディスク又はハードディスクドライブ又は任意のタイプの固体ランダムアクセス半導体メモリ）が含まれるが、これらに限定されない。このようなコンピュータ可読記憶媒体は、本明細書に記載の方法の機能を指示するコンピュータ可読命令を備えている場合、本開示の実施形態である。

【0023】

図２は、一実施形態に係る、シャワーヘッドアセンブリ１５０の部分断面図を示す。シャワーヘッドアセンブリ１５０は、ガス分配プレート１３８と、ガス分配プレート１３８の上面に配置されたガスプレート１３９と、ガスプレート１３９の上面に配置されたチルプレート１５１とを含む。ガス分配プレート１３８は、上面２０４及び底面２０６を有する本体２０２を含む。底面２０６は、処理チャンバ１００の処理領域に面する。１以上の貫通孔２０８が、本体２０２を貫通して形成され、上面２０４から底面２０６まで延びる。１以上の貫通孔２０８は、ガス分配プレート１３８を通って処理領域内への処理ガスの通過が可能となるように構成される。

【0024】

図３Ａは、一実施形態に係る、ガス分配プレート１３８の上面図を示す。図示のように、シャワーヘッドアセンブリ１５０は、１以上の温度検出アセンブリ２５０を更に含む。一実施形態では、１以上の温度検出アセンブリ２５０は、ガス分配プレート１３８の上面２０４に結合される。１以上の温度検出アセンブリ２５０は、処理中にガス分配プレート１３８の温度を監視するように構成される。各温度検出アセンブリ２５０は、突出構造２５２と、温度プローブ２５６とを含む。突出構造２５２は、ガス分配プレート１３８の上面２０４と接触して配置される。突出構造２５２は、ガス分配プレート１３８と同様の材料又は同一材料から形成されてもよい。例えば、一実施形態では、突出構造２５２はシリコンから形成され、ガス分配プレート１３８はシリコンから形成される。ガス分配プレート１３８の材料と同様又は同一の材料から突出構造２５２を形成することにより、ガス分配プレート１３８から突出構造２５２を通って温度プローブ２５６への熱伝達が向上可能となり、これにより、温度読み取り値の精度が向上する。別の一実施例では、突出構造２５２は、ガス分配プレート１３８の熱伝導率とは異なる良好な熱伝導率を有する材料から形成されてもよい。例えば、突出構造２５２は、アルミニウム、ステンレス鋼、炭化ケイ素、窒化アルミニウム等から形成することができるが、これらに限定されない。

【0025】

温度検出アセンブリ２５０は、ガス分配プレート１３８上に選択的に配置されてもよい。例えば、温度検出アセンブリ２５０は、ガス分配プレート１３８の中心の周りにアレイ状に配置されてもよい。１つの温度検出アセンブリ２５０は、温度検出アセンブリ２５０の中心線を通って形成された開口部２２８、２７２を通って配置されてもよい。図３Ａに示される実施形態では、温度検出アセンブリ２５０は、ガス分配プレート１３８の中心線の周りに格子パターンに又は円形配列状に配置され、一例では、温度検出アセンブリ２５０の中心線２８２は、等間隔に離間している。別の一実施例では、温度検出アセンブリ２５０は、ガス分配プレート１３８の中心と同心のリング状に配置される。一般的に、温度検出アセンブリ２５０は、ガス分配プレート１３８上で１以上の貫通孔空乏領域２９０内に配置されてもよい。孔空乏領域２９０は、貫通形成されたガス貫通孔２０８を有さないガス分配プレート１３８の領域である。温度検出アセンブリ２５０を貫通孔空乏領域２９０内に配置することは、温度検出アセンブリ２５０が処理領域内への均一な処理ガスの分配を妨害するのを防止する。

【0026】

突出構造２５２は、上面２５８及び底面２６０を有する細長い本体を含む。突出構造２５２の底面２６０は、ガス分配プレート１３８の上面２０４と結合される。一実施形態では、突出構造２５２は、高熱伝導材料を使用して底面２６０を上面２０４に接合することによって上面２０４に熱的に結合され、こうして熱結合２８０を生成することができる。例えば、高熱伝導材料は、アルミニウム、チタン、ニッケル－コバルト鉄合金（例えば、ＫＯＶＡＲ（商標名））などから形成することができるが、これらに限定されない。別の一実施形態では、突出構造２５２は、ガス分配プレート１３８の一部として一体的に形成（すなわち、均質な単一体として形成）されてもよい。例えば、突出構造２５２及びガス分配プレート１３８は、１つの単一体とすることができる。ガス分配プレート１３８と１以上の温度検出アセンブリ２５０のそれぞれとの間の熱結合２８０は、温度プローブ２５６によるガス分配プレート１３８の温度変化の高速かつ信頼性のある検出を保証する。

【0027】

オプションとして、チルプレート１５１の（最）上面２２２の上方に延在する突出構造２５２のうちの少なくとも１つの少なくとも一部は、ねじ部２６２を有する。ねじ部２６２は、ナット２６４がガス分配プレート１３８に熱結合された突出構造２５２のねじ部２６２にねじ込まれることを可能にし、弾性エネルギー貯蔵構造２６６を圧縮する。弾性エネルギー貯蔵構造２６６は、圧縮ばね、コイルばね、平ばね形状、皿ばね座金（すなわち、円錐ばね座金）、弾性エラストマー、又は他の力発生装置／構造とすることができる。エネルギー貯蔵構造２６６は、ナット２６４によって圧縮されたとき、圧縮矢印２６８によって示されるように、軸方向に突出構造２５２に負荷を掛けて、チルプレート１５１、ガスプレート１３９、及びガス分配プレート１３８を共に圧縮する。有利には、ガスプレート１３９及びガス分配プレート１３８は、圧縮されたエネルギー貯蔵構造２６６による軸方向負荷によって共に付勢されるので、突出構造２５２に隣接するガスプレート１３９とガス分配プレート１３８との間の接触面の領域２７０は、物理的に密接な接触が維持され、こうして突出構造２５２を介して温度プローブ２５６によって感知された温度が、突出構造２５２の直下の温度のみを表すピンポイントの読み取り値ではなく、プローブ２５６に隣接するガス分配プレート１３８の領域の正確な読み取り値となることを保証する。突出構造２５２は、突出構造２５２に隣接するガスプレート１３９とガス分配プレート１３８との間に良好な圧縮を提供する他の方法で軸方向に負荷を掛けてもよいことが理解される。

【0028】

１つの実施例では、各々がそれぞれの温度プローブ２５６と結合されている１つの又はそれ以上の又は更には全ての突出構造２５２は、軸方向に負荷が掛けられている。他の実施例では、アレイを含む突出構造２５２のいくつかは、温度プローブ２５６と結合されていなくてもよく、温度プローブ無しの（すなわち、温度プローブ２５６と結合されていない）突出構造２５２のうちの１つ又はそれ以上又は更にはすべては、軸方向に負荷が掛けられている。プローブ無しであるか否かにかかわらず、軸方向に負荷が掛けられた突出構造２５２のアレイは、ガスプレート１３９のより大きな表面積を更に保証し、ガス分配プレート１３８は、密接した物理的接触で共にクランプされ、こうして使用時にプラズマ状態に曝された場合であっても、ガス分配プレート１３８全域にわたって横方向に温度の均一性を促進する。要約すると、突出構造２５２のアレイ内に含まれる少なくとも第１の突出構造２５２は、温度プローブ２５６を含み、第１の突出構造２５２は、軸方向に負荷が掛けられていても、軸方向に負荷が掛けられていなくてもよい。突出構造２５２のアレイ内に含まれる第１の突出構造２５２以外の突出構造２５２は、温度プローブ２５６を含んでいても、含んでいなくてもよく、軸方向に負荷が掛けられていても、掛けられていなくてもよい。

【0029】

図２を続けて参照すると、上面２５８は、底面２６０の反対側にある。上面２５８は、温度プローブ２５６を支持するように構成される。例えば、一実施形態では、プローブ支持体２５４は、プローブ構造２５２の上面２５８内に形成されてもよい。プローブ支持体２５４は、突出構造２５２を貫通して形成された開口部とすることができ、これによって温度プローブ２５６が内部に摺動可能に配置される。図２に示される実施例では、プローブ支持体２５４は、突出構造２５２を貫通して形成された横穴である。別の一実施例では、プローブ支持体２５４は、突出構造２５２の中心軸と同軸又は平行に形成された穴（例えば、温度プローブ２５６が突出構造２５２の内部に、少なくとも部分的にチルプレート１５１の下に、ガス分配プレート１３８のより近くに配置されるのを可能にする、突出構造２５２の上面２５８に形成された止まり穴など）である。

【0030】

図３Ｂは、別の一実施形態に係る、ガス分配プレート１３８の上面図を示す。図示の実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ１５０は、温度検出アセンブリ３００を含む。温度検出アセンブリ３００は、温度検出アセンブリ２５０と実質的に同様である。温度検出アセンブリは、１以上の突出構造３０２を含む。１以上の突出構造の各々は、ガス分配プレート１３８と同心であるリング状本体３０４を有する。例えば、図３Ｂは、（ガス分配プレート１３８の中心から測定して）第１の半径ｒ_１を有する第１の突出構造３０２_１と、第２の半径ｒ_２を有する第２の突出構造３０２_２を示す。第１の半径ｒ_１は、ガス分配プレート１３８の半径Ｒよりも小さい。第２の半径ｒ_２は、第１の半径ｒ_１よりも小さい。更に、１以上の突出構造３０２は、１以上の貫通孔空乏領域３０６内のガス分配プレート１３８上に配置される。１以上の突出構造３０２を貫通孔空乏領域３０６内に配置することは、処理ガスが、処理領域内に均一に分配されることを保証する。

【0031】

従来の温度監視システムは、ガス分配プレートに埋め込まれたコンポーネントを使用する。しかしながら、そのようなコンポーネントを内部に埋め込むことにより、ガス分配プレートの本体内に熱的不一致を有するベースコンポーネント（すなわち、ガス分配プレート）内に熱的不一致が生じる可能性がある。内部に埋め込まれるのではなく、ガス分配プレート１３８から延在する突出構造２５２（例えば、本明細書に開示されるもの）を有することは、ガス分配プレート１３８の熱的均一性を保証する。

【0032】

温度検出アセンブリ３００は、１以上の突出構造と一体的に形成された１以上のプローブ支持部材３０８を更に含むことができる。プローブ支持部材３０８は、１以上の突出構造３０２と同じ材料から形成されてもよい。各プローブ支持部材３０８は、温度プローブ２５６を支持するように構成される。各プローブ支持部材３０８は、温度プローブ２５６がチルプレート１５１の上及び上方に支持されることができるように配置される。

【0033】

図２に戻って参照すると、ガスプレート１３９は、上面２１２及び底面２１４を有する本体２１０を含む。底面２１４は、ガス分配プレート１３８の上面２０４の上に配置され、これによってガスプレート１３９とガス分配プレート１３８との間には実質的にギャップが形成されない。ガスプレート１３９は、１以上のガス通路２１８と、１以上のガス供給チャネル２２０とを含む。１以上のガス通路２１８は、ガス源から処理チャンバ内に処理ガスの供給を可能にする。１以上のガス供給チャネル２２０は、１以上のガス通路２１８からガスプレート１３９の底面２１４まで延在し、ガスが１以上のガス通路２１８から１以上の貫通孔２０８内に及び処理領域内に流入することを可能にする。ガスプレート１３９は、本体２１０を貫通して形成された開口部２７２を更に含む。開口部２７２は、ガス分配プレート１３８に結合された突出構造２５２が貫通して延在することを可能にする。開口部２７２の各々は、突出構造２５２がガスプレート１３９に接触しないような直径を有する。そのような接触は、温度プローブ２５６の温度測定値の汚染を招く可能性がある。

【0034】

チルプレート１５１は、上面２２２及び底面２２４を有する本体２１６を含む。底面２２４は、ガスプレート１３９の上面２１２の上に配置される。チルプレート１５１は、処理中のガス分配プレート１３８の温度を調節するように構成される。例えば、チルプレート１５１は、貫通形成された１以上の温度制御チャネル２２６を含むことができ、これによって温度制御流体を内部に供給してガス分配プレート１３８の温度を調節することができる。チルプレート１５１は、貫通形成された１以上の開口部２２８を更に含む。１以上の開口部２２８は、ガス分配プレート１３８に結合された突出構造２５２が貫通して延在することを可能にする。１以上の開口部２２８の各々は、突出構造２５２がチルプレート１５１に接触しないような直径を有する。そのような接触は、温度プローブの温度測定値の汚染を招く可能性がある。

【0035】

図２に示される実施形態では、温度検出アセンブリ２５０は、プローブ支持体２５４（又は図３のプローブ支持部材３０８）を少なくとも部分的に取り囲む絶縁スリーブ２４０を更に含むことができる。絶縁スリーブ２４０は、ポリマー又は他の適切な材料から製造することができる。絶縁スリーブ２４０は、チルプレート１５１及びガスプレート１３９から温度検出アセンブリ２５０を絶縁するように構成される。例えば、図２に示される実施形態では、絶縁スリーブ２４０は、チルプレート１５１の開口部２２８及びガスプレート１３９の開口部２７２内へ下方に延びており、これによって絶縁スリーブ２４０は、開口部２７２及び２２８内にある温度検出アセンブリ２５０の部分を完全に取り囲む。

【0036】

図４は、一実施形態に係る、シャワーヘッドアセンブリ１５０の上面図を示す。図４に示されるように、１以上の温度検出アセンブリ２５０は、ガス分配プレート１３８上に配置される。１以上の温度検出アセンブリ２５０は、ガスプレート１３９及びチルプレート１５１を貫通して延び、これによって温度プローブ２５６は、チルプレート１５１の上方に支持される。一旦、プローブ支持体２５４内に配置されると、温度プローブ２５６は、突出構造２５２まで伝達した熱を測定することによって、ガス分配プレート１３８の温度を測定するように構成される。ガス分配プレート１３８のインサイチューリアルタイム温度監視は、安定したプロセス制御を維持するのに役立つ重要な温度フィードバックを提供する。

【0037】

上記は特定の実施形態を対象としているが、他の及び更なる実施形態は本発明の基本的範囲を逸脱することなく創作することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】