KR101582785B1 - 정전 척 조립체 - Google Patents

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쳉-시웅 트사이
샴브후 엔. 로이
칼 엠. 브라운
비자이 디. 파르케
하리 케이. 폰네칸티
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명의 실시예들은 정전 척 조립체 내의 열적-기계적 응력들을 최소화하면서 초 고진공 환경 하의 폭넓은 온도 범위에 걸쳐서 작동할 수 있는 비용 효과적인 정전 척 조립체를 제공한다. 일 실시예에서, 정전 척 조립체는 유전체 몸체의 열 팽창 계수(CTE)와 일치하는 CTE를 갖는 금속 매트릭스 복합물 재료를 포함하는 척킹 전극을 갖는 유전체 몸체를 포함한다.

Description

정전 척 조립체 {ELECTROSTATIC CHUCK ASSEMBLY}
본 발명의 실시예들은 일반적으로, 초소형 전자 소자들의 제작을 위해 처리 챔버들 내에 사용되는 기판 지지대들에 관한 것이며, 더 구체적으로는 플라즈마 처리 챔버들 내에 사용되는 정전 척들에 관한 것이다.
정전 척들은 물리 기상 증착, 에칭, 또는 화학 기상 증착과 같은 다양한 적용 분야들에 사용되는 처리 챔버들 내에서의 기판 처리 중에 반도체 웨이퍼들과 같은 기판들을 유지하는데 널리 사용된다. 정전 척들은 통상적으로, 정전 클램핑 필드(clamping field)가 전역에 걸쳐서 생성될 수 있는 유전체 또는 반도체 세라믹 재료를 포함하는 단일 척 몸체 내에 매설된 하나 또는 둘 이상의 전극들을 포함한다. 존슨 라벡(Johnsen-Rahbek) 또는 넌-쿨롱(non coulombic) 정전 클램핑 필드들이 생성될 수 있도록 예를 들어, 알루미늄 질화물, 붕소 질화물, 또는 금속 산화물로 도프된 알루미늄 산화물과 같은 반도체 세라믹 재료들이 사용될 수 있다.
단 전극 척(monopolar electrode chuck)에 있어서, 척은 가해진 전압에 의해 기판에 대해 전기적으로 바이어스되는 단일 전극을 포함한다. 플라즈마는 기판을 척에 정전식으로 유지하는 정전 인력을 생성하기 위해 척과 기판 내에 대향 정전 전하를 유도하도록 처리 챔버 내측으로 유입된다. 쌍 전극 척에 있어서, 척은 기판을 척에 유지하는 정전기력을 제공하기 위해 서로에 대해 전기적으로 바이어스되는 두 개의 전극들을 포함한다. 단 전극 척과는 달리, 쌍 전극 척은 정전 클램핑력을 생성하기 위해 플라즈마의 존재를 요구하지 않는다.
정전 척들은 기계식 클램핑 장치들 및 진공 척들에 비해 여러 장점들을 제공한다. 예를 들어, 정전 척들은 기계식 클램핑에 의해 유발되는 응력 유도 크랙들을 감소시킴으로써, 기판의 보다 큰 영역들이 처리를 위해 노출될 수 있으며(에지 제외 부분이 아주 작거나 없음) 저압 또는 고 진공 환경들 하에서 사용될 수 있다. 또한, 정전 척은 척킹 표면에 기판을 더 균일하게 유지할 수 있음으로써 기판 온도에 대해 보다 정밀한 제어를 가능하게 한다. 이러한 제어는 척과 기판 간의 열적 커플링을 위한 열 전달 가스를 사용함으로써 더욱 개선될 수 있다.
집적 회로들의 제작에 사용되는 다양한 공정들은 기판 처리를 위한 높은 온도와 광범위한 온도 범위들을 필요로 할 수 있다. 그러한 온도들은 약 20 ℃ 내지 약 150 ℃ 범위, 몇몇 공정들에 대해서는 가능하다면 300 ℃ 내지 500 ℃ 만큼 높거나 그보다 더 높을 수 있다. 그러므로, 광범위한 온도들에서 작동할 수 있는 정전 척을 갖는 것이 종종 바람직하다.
정전 척의 장점들을 이용하기 위해, 정전 척은 통상적으로, 기판을 가열 및 냉각하고 전력을 척 전극들에 공급하기 위한 다양한 구성 요소들을 또한 포함하는 기판 지지대 조립체의 일부분을 형성한다. 또한, 기판 지지대 조립체는 또한 기판 바이어스를 제공하고 플라즈마 전력을 제공하기 위한 구성 요소들을 포함할 수 있다. 그 결과, 정전 척의 세라믹 몸체는 추가의 전극들, 및 두세 가지 예를 들어 가열 요소들, 가스 채널들, 및 냉각 채널들과 같은 다른 구성 요소들을 포함할 수 있다. 또한, 정전 척은 금속으로 제조된 지지대 구성 요소들에 부착될 수 있다.
그러나, 열적-기계적 응력들을 초래하여 열적 사이클 중에 세라믹에 파괴 또는 파편 생성을 유발할 수 있는 세라믹과 금속의 열 팽창 계수(CTE)들의 차이들로 인해 세라믹 척 몸체 내에 금속 구성 요소(예를 들어, 전극)들을 매설하거나 세라믹 척 몸체에 금속 구성 요소들을 부착하는 것이 어렵다. 또한, CTE들의 차이들은 온도에 따라 증가함으로써 더 높은 온도들에서 보다 큰 열적-기계적 응력들을 초래할 수 있다. 이러한 응력들을 보상하기 위해, 세라믹 척 몸체는 보다 큰 강도를 제공하고 파괴를 방지하기 위해 더 두껍게 제조될 수 있으나, 이는 종종 척 몸체에 대한 제조 비용을 추가시킨다.
또한, 가스 도관들 및 전기 도선들은 종종, 진공 밀봉들을 제공하는 인터페이스들 또는 피드쓰루(feed-through)들을 통해 정전 척에 커플링된다. 피드쓰루들은 폴리머 O-링들에 의해 밀봉될 수 있다. 그러나, 폴리머 O-링들은 종종, 고온들에서 컴플라이언스 및 탄성을 상실하여, 진공 밀봉의 파괴를 초래할 수 있다. 또한, CTE들의 차이들에 의해 유발되는 열적-기계적 응력들로 인한 세라믹 척의 임의의 파괴는 밀봉 파괴들 및 진공 누설들을 초래할 수 있다.
특정 적용들에 있어서, 기판에 바이어스를 가하고/하거나 정전 척의 전극들에 RF 전력을 커플링함으로써 플라즈마를 생성하는 것이 바람직할 수 있다. RF 전력 전송 효율은 전극들과 기판 사이의 유전체 층의 두께와 유전 상수와 같은, 척 몸체의 다양한 특성들에 부분적으로 의존한다. RF 전력이 예를 들어, 약 50 ㎑ 내지 약 60 ㎒ 범위와 같은 광범위 주파수들에 걸쳐 가해질 수 있는 적용들에 있어서, 광범위한 주파수 범위에 걸쳐서 효율적인 RF 전력 전송을 위해 비용 효과적인 방식으로 최적화될 수 있는 정전 척을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
그러므로, 파괴 없이 고 진공 환경에서 고온 및 폭넓은 범위의 온도들에 걸쳐서 작동할 수 있는 비용 효과적인 정전 척이 필요하다. 또한, 폭넓은 주파수 범위에 걸쳐서 RF 전력을 효율적으로 커플링할 수 있는 비용 효과적인 정전 척이 필요하다.
본 발명의 실시예들은 고 진공 환경에서 폭넓은 온도 범위들에 걸쳐서 작동할 수 있으며, 기판 바이어싱 및/또는 플라즈마 형성을 위해 폭넓은 주파수 범위에 결쳐서 RF 전력을 효율적으로 커플링할 수 있는 비용 효과적인 정전 척을 제공한다.
일 실시예에서, 정전 척 조립체는 지지대 베이스 및 퍽을 포함하며, 상기 퍽은 정면측 표면과, 전기 절연 퍽 베이스와, 상기 정면측 표면 상에 배열되는 하나 또는 둘 이상의 척킹 전극들, 및 상기 정면측 표면 상에 배열되며 하나 또는 둘 이상의 상기 척킹 전극들을 덮고 있는 유전체 층을 포함하며, 상기 하나 또는 둘 이상의 척킹 전극들은 전기 전도체 금속 매트릭스 복합물 재료를 포함한다.
다른 실시예에서, 정전 척 조립체는 지지대 하우징과; 하나 또는 둘 이상의 척킹 전극들 및 하나 또는 둘 이상의 가열 요소들을 갖춘 전기 절연 상부 퍽 판과, 상승부를 포함하는 접합 영역 내의 상기 상부 퍽 판에 접합되는 하부 퍽 판, 및 상기 접합 영역 외측의 상기 하부 퍽 판으로부터 상기 상부 퍽 판을 분리시키는 갭을 포함하는 퍽과; 상기 하부 퍽 판과 지지대 하우징 사이에 배열되는 하나 또는 둘 이상의 O-링들; 및 하나 또는 둘 이상의 냉각 채널들을 포함하며 상기 접합 영역과 하나 또는 둘 이상의 O-링들 사이에 배열되는 냉각 판을 포함하며; 상기 판은 상기 하부 퍽 판에 커플링되어 열적으로 소통된다.
또 다른 실시예에서, 정전 척 조립체는 벨로우즈 조립체와; 정면측 표면과, 하나 또는 둘 이상의 척킹 전극들, 및 복수의 퍽 볼트 구멍들을 갖는 퍽과; 중앙 개구 체적을 각각 갖는 하나 또는 둘 이상의 중앙 개구들과, 상기 퍽을 지지하는 지지대 표면을 각각 갖는 하나 또는 둘 이상의 외측 스텝들 및 내측 스텝들과, 그리고 냉각 판 내에 각각 형성되며, 상기 중앙 개구 체적의 측벽 내에 형성되는 제 1 구멍과 상기 냉각 판의 표면 상에 배열되는 제 2 구멍 사이에 유체 소통을 제공하는 채널을 각각 갖는 하나 또는 둘 이상의 통풍 구멍을 포함하는 냉각 판과; 그리고 상기 냉각 판으로부터 분리가능한 상기 퍽과 상기 냉각 판 사이에 배열되는 갭을 포함한다.
본 발명의 전술한 특징들이 더욱 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간단히 요약한 본 발명에 대해 첨부 도면들에 몇몇 실시예들이 도시된 실시예들을 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명이 다른 균등한 효과적인 실시예들을 포함할 수 있기 때문에, 첨부 도면들은 단지, 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 본 발명의 범주들을 한정하려는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 챔버의 개략적인 횡단면도이며,
도 2는 도 1에 도시된 정전 척 조립체의 일 실시예에 대한 분해도이며,
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1에 도시된 정전 척 조립체의 개략적인 횡단면도이며,
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3a에 도시된 정전 척 조립체의 개략적인 세부 횡단면도이며,
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1에 도시된 정전 척 조립체의 개략적인 횡단면도이며,
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4a에 도시된 정전 척 조립체의 개략적인 세부 횡단면도이며,
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1에 도시된 정전 척 조립체의 개략적인 횡단면도이며,
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 5a에 도시된 정전 척 조립체의 개략적인 횡단면도이며,
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1에 도시된 정전 척 조립체의 사시도이며,
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 6a에 도시된 정전 척 조립체의 개략적인 횡단면도이며,
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 6b에 도시된 통풍 구멍의 개략적인 세부 횡단면도이며,
도 6d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 6b에 도시된 볼트 구멍의 개략적인 세부 횡단면도이며,
도 6e도는 도 6a에 도시된 정전 척 조립체의 일 실시예에 대한 분해도이다.
이해를 촉진시키기 위해, 도면들에서 공통인 동일한 구성 요소들을 지칭하기 위해 가능하다면, 동일한 참조 부호들이 사용되었다. 일 실시예의 특징들은 추가의 언급 없이도 다른 실시예와 결합될 수 있다고 생각해야 한다.
본 발명은 일반적으로, 초 고진공 환경들에서 폭넓은 온도 범위들에 걸쳐서 작동할 수 있는 튼튼하고 비용 효과적인 정전 척을 제공한다. 본 발명의 실시예들은 기판 바이어싱 및/또는 플라즈마 형성을 위해 효율적인 RF 커플링을 제공하는 정전 척 조립체를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 챔버의 개략적인 횡단면도이다. 일 실시예에서, 플라즈마 처리 챔버는 스퍼터 에칭 처리 챔버이다. 그러나, 예를 들어 물리 기상 증착(즉, 스퍼터링) 챔버들과 같은 다른 형태들의 처리 챔버들도 본 발명을 실시하는데 또한 사용될 수 있다.
챔버(100)는 기판 처리 중에 챔버 내부 체적(120) 내에 대기압 이하의 압력들을 유지하는데 적합하게 구성되는 진공 챔버이다. 챔버(100)는 챔버 내부 체적(120)의 상반부에 위치되는 처리 체적(119)을 에워싸는 돔(104)에 의해 덮인 챔버 몸체(106)를 포함한다. 챔버(100)는 다양한 챔버 구성 요소들과 이온화된 공정 재료 사이의 원하지 않는 반응을 방지하기 위해 다양한 챔버 구성 요소들을 에워싸는 하나 또는 둘 이상의 차폐물(105)들을 또한 포함할 수 있다. 챔버 몸체(106)와 돔(104)은 알루미늄과 같은 금속으로 제조될 수 있다.
챔버 내부 체적(120) 내에는 예를 들어, 반도체 웨이퍼와 같은 기판(S)을 지지 및 척킹하기 위한 정전 척 조립체(124)가 배열된다. 정전 척 조립체(124)는 기판(S)이 위에 놓이는 퍽(150), 냉각 판(151), 및 지지대 베이스(152)를 포함한다. 지지대 베이스(152)는 지지대 하우징(149), 벨로우즈 조립체(110) 및 중공형 지지대 샤프트(112)를 포함한다. 지지대 샤프트(112)는 (도 1에 도시된 바와 같은)상부 처리 위치와 (도시 않은)하부 이송 위치 사이에 정전 척 조립체(124)의 수직 운동을 제공하는 리프트 기구(113)에 커플링된다. 벨로우즈 조립체(110)는 지지대 샤프트(112) 주위에 배열되며 챔버(100) 내부로부터 진공 손실을 방지하면서 정전 척 조립체(124)의 수직 운동을 허용하는 가요성 시일을 제공하도록 지지대 베이스(152)와 챔버 바닥면(126) 사이에 커플링된다. 벨로우즈 조립체(110)는 또한, 챔버 진공의 손실을 방지하는데 도움을 주도록 바닥면(126)과 접촉하는 O-링(165)과 접촉하는 하부 벨로우즈 플랜지(164)를 포함한다.
퍽(150)은 내부에 매설된 두 개의 척킹 전극(159)들을 갖는 전기 절연 퍽 베이스(162)를 포함하며 상기 척킹 전극은 DC 전력 공급원과 같은 척킹 전력원(140)에 전기 접속된다. 다른 예에서, 퍽(150)은 기판을 척킹하기 위한 하나의 척킹 전극(159) 또는 두 개 초과의 척킹 전극(159)들을 포함할 수 있다. 두 개의 전극들의 경우에, 척킹 전극(159)들은 각각 얇은 반원형 판 또는 "D"형 판들일 수 있으며, 각각의 척킹 전극(159)이 DC 전력 공급원의 하나의 터미널에 부착된다. 하나의 전극의 경우에, 척킹 전극(159)은 DC 전력 공급원의 하나의 터미널에 부착된(다른 하나의 DC 터미널은 접지 전위에 부착됨) 얇은 디스크일 수 있다. 그러나, 하나 또는 둘 이상의 척킹 전극(159)들은 링들, 웨지들, 스트립들 등을 포함할 수 있는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 척킹 전극(159)들은 예를 들어, 금속 또는 금속 합금과 같은 임의의 적합한 전기 전도성 재료로 제조될 수 있다.
두 개의 척킹 전극(159)들은 하나 또는 둘 이상의 RF 동조기(116)들을 통해 RF 플라즈마 전력원(117A) 및 RF 바이어스 전력원(117B)에 커플링된다. RF 플라즈마 전력 공급원(117A)은 플라즈마(102)를 형성하도록 전력을 제공하며, RF 바이어스 전력 공급원(117B)은 RF 바이어스를 기판(S)에 가한다. 다른 실시예에서, RF 전력 공급원들은 정전 척 조립체(124)에 커플링되지 않는다.
퍽(150)은 제 1 플랜지(153) 및 제 2 플랜지(155)를 포함한다. 제 1 플랜지(153)는 기판 에칭 중의 에지 효과들을 감소시키기 위해 에지 링(도시 않음)을 지지하는데 사용될 수 있으며, 제 2 플랜지(155)는 퍽(150)을 지지대 베이스(152)에 커플링하는데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 퍽(150)은 단지 제 1 플랜지(153)만을 포함하며 제 2 플랜지(155)를 포함하지 않는다.
퍽(150)은 또한, 기판(S)들을 지지하는 복수의 돌기들 또는 메사(mesa: 157)들을 포함하며, 상기 메사(157)들 사이에는 가스 공급원(141)과 유체 소통하는 가스 홈(158)들이 제공된다. 가스 공급원(141)은 퍽(150)과 기판(S) 사이의 열 전달률을 조정하는데 도움을 주기 위해 기판(S) 후면과 퍽(150) 사이로 유동하는 열 전달 가스를 제공한다. 일 예에서, 열 전달 가스는 아르곤과 같은 불활성 가스를 포함할 수 있다. 열 전달 가스는 하나 또는 둘 이상의 가스 홈(158)들과 유체 소통하는 퍽(150) 내의 하나 또는 둘 이상의 구멍(도시 않음)들을 통해 가스 홈(158)들로 분배될 수 있다. 퍽(150)은 또한 그의 에지 근처에서 기판(S)과 접촉하며 기판(S) 뒤로부터 이탈하는 열 전달 가스의 양을 제어하는데 도움을 줄 수 있는 외측 주변 링(161)을 가질 수 있다.
기판(S)의 온도 조절은 냉각 판(151) 내에 배열된 다중 냉각 채널(160)들에 의해 더욱 촉진되며, 냉각 채널(160)들은 임의의 적합한 냉각 유체, 가스 또는 액체가 사용될 수 있지만, 물과 같은 냉각 유체를 제공하는 유체 공급원(142)과 유체 소통되게 커플링된다. 다른 실시예에서, 퍽(150)은 또한 척 전극(159)들과 냉각 판(151) 사이에 배열되는 가열 요소(도 5a의 도면 부호 502 참조)들을 포함할 수 있다. 또한, 퍽(150), 냉각 판(151), 및/또는 정전 척 조립체(124)의 다른 구성 요소들의 온도는 하나 또는 둘 이상의 온도 모니터들에 커플링되는 열전쌍들 등과 같은 하나 또는 둘 이상의 온도 센서(도시 않음)들을 사용하여 모니터링될 수 있다. 일 예에서, 퍽(150)은 온도 모니터링을 위해 적어도 하나의 열전쌍에 커플링된다.
정전 척 조립체(124)는 볼트(도시 않음)들 또는 다른 적합한 체결 장치들을 사용하여 퍽(150)에 커플링되는 냉각 판(151)을 포함한다. 냉각 판(151)은 퍽(150)과 기판(S)에 더욱 양호한 열적 커플링을 제공하기 위해 퍽(150) 내에 부분적으로 오목한 형상으로 구성될 수 있다. 열 전도성 재료는 또한 퍽(150)과 냉각 판(151) 사이에 제공될 수 있어서, 퍽(150)과 냉각 판(151) 사이의 열적 커플링을 더욱 개선한다. 다른 실시예에서, 커플링 판(151)을 퍽(150)에 접착시키기 위해 접착제가 사용된다.
퍽(150)은 퍽(150)의 제 2 플랜지(155) 주위에 배열된 다중 볼트(도시 않음)들을 사용하여 지지대 베이스(152)의 지지대 하우징에 커플링된다. 정전 척 조립체(124) 내의 내부 체적(156)들과 챔버 내부 체적(120) 사이에 진공 밀봉을 제공하기 위해 하나 또는 둘 이상의 O-링(154)들이 퍽(150)과 지지대 하우징(149) 사이의 O-링 홈(도 5a 참조)들 내에 위치된다. 내부 체적(156)들은 도관들 및 도선의 경로를 위한, 지지대 하우징(149) 및 중공형 지지대 샤프트(112) 내부에 개방 공간들을 포함하며, 내부 체적(156)들은 챔버(100) 외측의 대기압과 유체 소통된다. 본 실시예에서, 퍽(150)은 지지대 하우징(149) 및 지지대 베이스(152)를 교체함이 없이 퍽(150)이 교체될 수 있도록 지지대 하우징(149)으로부터 분리될 수 있다. 다른 실시예에서, 퍽(150)과 지지대 하우징(149)은 단일체를 형성하도록 함께 접착된다.
지지대 샤프트(112) 및 벨로우즈 조립체(110)는 지지대 베이스(152)를 형성하도록 지지대 하우징(149)에 커플링된다. 일 실시예에서, 지지대 샤프트(112) 및 벨로우즈 조립체(110)는 지지대 하우징(149)에 용접된다. 다른 실시예에서, 지지대 샤프트(112) 및 벨로우즈 조립체(110)는 지지대 하우징(149)에 볼트 결합되는 별도의 조립체를 형성할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 정전 척 조립체(124)는 지지대 샤프트(112) 및 벨로우즈 조립체(110)가 냉각 판(151)에 직접적으로 커플링되어 지지대 하우징(149)이 사용되지 않도록 적합하게 구성될 수 있다.
기판 리프트(130)는 기판(S)이 퍽(150) 상에 놓이거나 퍽으로부터 제거될 수 있도록 기판 리프트(130)를 상승 및 하강시키기 위한 제 2 리프트 기구(132)에 커플링되는 샤프트(111)에 연결된 플랫폼(108) 상에 장착되는 리프트 핀(109)들을 포함한다. 정전 척 조립체(124)는 리프트 핀(109)들을 수용하기 위한 피드쓰루 구멍(도 2의 도면 부호 204 참조)들을 포함한다. 벨로우즈 조립체(131)는 기판 리프트(130)의 수직 운동 중에 챔버 진공을 유지하는 가요성 시일을 제공하기 위해 기판 리프트(130)와 바닥면(126) 사이에 커플링된다.
챔버(100)는 챔버(130)를 배기하는데 사용되는 드로틀 밸브(도시 않음)와 진공 펌프(도시 않음)를 포함하는 진공 시스템(114)과 유체 소통되게 커플링된다. 챔버(100) 내측의 압력은 드로틀 밸브 및/또는 진공 펌프를 조절함으로써 조정될 수 있다. 챔버(100)는 또한 에칭 공정을 위해 챔버에 아르곤과 같은 하나 또는 둘 이상의 공정 가스들을 공급할 수 있는 공정 가스 공급원(118)과 유체 소통되게 커플링된다.
기판(S)을 스퍼터 에칭하기 위한 플라즈마를 형성하기 위해, 척킹 전극(159)들은 챔버(100) 내의 기판(S)에 바이어스를 가하고 플라즈마(102)를 형성하기 위해 하나 또는 둘 이상의 RF 동조기(116)들을 통해 RF 플라즈마 전력 공급원(117A) 및 RF 바이어스 전력 공급원(117B)들에 커플링된다. 척킹 전극(159)들은 챔버 몸체(106) 및 돔(104)과 전기 절연된 RF 캐소드로서의 기능을 하며, 챔버 몸체(106) 및 돔(104) 모두는 접지(115)에 연결된다. 아르곤과 같은 공정 가스는 공정 가스 공급원(118)으로부터 챔버(100) 내측으로 유입되며 가스 압력은 플라즈마 점화를 위한 미리 조정된 값으로 조절된다. 플라즈마(102)는 RF 전력이 RF 플라즈마 전력 공급원(117A)으로부터 척킹 전극(159)들로 분배될 때 용량성 커플링을 통해 처리 체적(119) 내에서 점화된다. RF 동조기(116)는 RF 플라즈마 전력 공급원(117A)으로부터 플라즈마(102)로의 전력 전달 효율을 개선하도록 조절 또는 미리 조정될 수 있다. RF 바이어스 전력 공급원(117B)은 바이어스를 척킹 전극(159)들에 가함으로써, 플라즈마(102) 내의 양하전 이온들이 기판(S)의 표면으로 가속되며 기판 표면은 스퍼터 에칭된다.
RF 플라즈마 전력 공급원(117A) 및 RF 바이어스 전력 공급원(117B)은 약 0.5 ㎒ 내지 약 60 ㎒ 범위, 또는 더욱 바람직하게 약 2 ㎒ 및 약 13.56 ㎒ 근처의 주파수로 전력을 제공할 수 있다. 바이어스 및 그에 따른 이온 에너지를 구동시키는데에 저 주파수가 사용될 수 있으며 플라즈마(102)를 구동시키는데에 고 주파수가 사용될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 정전 척 조립체(124)의 일 실시예에 대한 분해도이다. 명료함을 위해, 지지대 샤프트(112) 내의 샤프트 피드쓰루 구멍(210)을 통해 지나가는 유체 운반 도관들 및 전기 도선은 도시되지 않았다. 지지대 하우징(149)은 리프트 핀(109)들이 퍽(150)의 정면측 표면(206)으로부터 기판을 상승 또는 하강시킬 수 있도록 리프트 핀 구멍(204)들과 정렬되는 플랜지 피드쓰루 구멍(203)들을 갖춘 플랜지(202)를 포함한다. O-링(154)은 퍽(150)이 지지대 하우징(149)에 커플링될 때 진공 시일이 형성될 수 있도록 플랜지(202) 상의 O-링 홈(도시 않음) 내에 배열된다.
정면측 표면(206)은 외측 주변 링(161)에 의해 경계 지워지며 전술한 바와 같이 열 전달 가스를 분배하는 가스 홈(158)과 교차함으로써 형성되는 복수의 상승된 웨지형 메사(157)들을 포함할 수 있다. 가스 홈(158)들은 원형 채널(212)들과 교차하는 방사상 채널(214)들을 포함한다. 가스 홈(158)들은 그리드형 패턴을 형성하도록 직각으로 교차하는 복수의 채널들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 방사상 패턴들이 그리드 및 원형 패턴들과 조합될 수 있으나, 다른 형상들도 가스 홈(158)들의 패턴에 사용될 수 있다.
교차하는 가스 홈(158)들 사이에 배열되는 하나 또는 둘 이상의 메사(157)들은 퍽(150)으로부터 위로 연장하고 기판을 지지하는 정방형 또는 장방형 블록들, 원추들, 웨지들, 피라미드들, 지주들, 원통형 마운드들, 다른 크기의 다른 돌기들, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 메사(157)들의 높이는 약 50 미크론(마이크로미터) 내지 약 700 미크론 범위일 수 있으며, 메사(157)들의 폭(또는 직경)은 약 500 미크론 내지 약 5000 미크론 범위일 수 있다. 다른 예에서, 퍽(150)은 메사(157)들을 포함하지 않으며 내부에 형성된 복수의 가스 홈(158)[예를 들어, 방사상 채널(214)들]들을 갖춘 정면측 표면(206)을 포함할 수 있다.
퍽 베이스(162)는 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 탄화물, 실리콘 질화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 다른 재료가 또한 사용될 수 있다. 퍽 베이스(162)는 퍽(150)의 최종 형상을 형성하도록 세라믹 분말을 고온 압축 및 소결한 후에 소결된 형체를 기계 가공함으로써 제조된 세라믹 단일체(unitary monolith)일 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1에 도시된 정전 척 조립체(124)의 개략적인 세부 횡단면도이다. 두 개의 척킹 전극(159)들은 퍽(150)의 정면측 표면(206) 상에 있는 전기 절연 퍽 베이스(162) 내측에 부분적으로 매설된다. 명료함을 위해, 기판(S)은 도시되지 않았다. 상기 문장에서, "부분적으로 매설된"은 척킹 전극(159)들이 퍽 베이스(162)의 재료에 의해 완전히 둘러싸이거나 동봉되지 않았으며, 각각의 척킹 전극(159)의 한 측면이 유전체 재료로 코팅될 수 있는 정면측 표면(206)의 일부를 형성함을 의미한다. 다른 실시예에서, 하나의 척킹 전극(159)이 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 퍽(150)은 두 개 초과의 척킹 전극(159)들을 포함할 수 있다.
퍽 베이스(162)는 서로로부터 그리고 기판(S)으로부터 척킹 전극(159)들을 전기 절연하기 위한 수단뿐만 아니라, 척킹 전극(159)들 및 퍽(150)의 다른 구성 요소들에 대한 열 전도 통로 및 기계식 지지를 제공하기 위한 수단을 제공한다. 퍽 베이스(162)는 척킹 전극(159)들과 냉각 판(151) 사이에 두께"D"를 가진다.
척킹 전극(159)들에 사용되는 재료는 열 사이클 중에 퍽(150)을 손상시킬 수 있는 열적-기계적 응력들을 피하고 열 팽창 계수(CTE)의 불일치를 최소화하기 위해 전극 재료에 대한 CTE가 전기 절연 퍽 베이스(162)의 CTE와 실질적으로 일치되도록 적합하게 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 전기 전도성 금속 매트릭스 복합물(MMC) 재료가 척킹 전극(159)들에 사용된다. MMC 재료는 금속 매트릭스 및 그 금속 매트릭스 내에 매설되고 금속 매트릭스를 통해 분산되는 보강 재료를 포함한다. 금속 매트릭스는 하나의 금속 또는 두 개 또는 세 개 이상의 금속들 또는 금속 합금들을 포함할 수 있다. 이에 한정되지 않지만, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 코발트, 코발트-니켈 합금, 니켈, 크롬, 금, 은 또는 이들의 다양한 조합을 포함하는 금속들이 사용될 수 있다. 보강 재료는 MMC를 위한 소정의 구조적 강도를 제공하도록 선택될 수 있으며, 또한 예를 들어, 열 전도성 및 CTE와 같은 MMC의 다른 특성들에 대한 소정의 값들을 제공하도록 선택될 수 있다. 사용될 수 있는 보강 재료들의 예들에는 실리콘, 카본, 또는 실리콘 탄화물(SiC)이 포함되나, 다른 재료들이 또한 사용될 수 있다.
척킹 전극(159)들을 위한 MMC 재료는 바람직하게, 정전 척 조립체(124)에 대한 작동 온도 범위에 걸쳐 퍽 베이스(162) 재료의 CTE와 실질적으로 일치되며 소정의 전기 전도성을 제공하도록 선택된다. 일 실시예에서, 상기 온도는 약 20 ℃ 내지 약 400 ℃ 범위일 수 있다. 일 실시예에서, CTE들을 일치시키는 것은 MMC 재료가 퍽 베이스(162) 재료에 또한 사용되는 하나 이상의 재료를 포함하도록 MMC 재료를 선택하는 것을 포함한다. 일 실시예에서, 퍽 베이스(162)는 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함한다. 일 실시예에서, MMC 재료는 알루미늄 및 실리콘을 포함한다. 일 실시예에서, MMC 조성은 약 13 중량% Al(중량에 의한 조성비) 및 약 87 중량% Si를 포함한다. 다른 실시예에서, MMC 조성은 약 50 중량% Al 및 약 50 중량% Si를 포함한다. 또 다른 실시예에서, MMC 조성은 약 30 중량% Al 및 약 70 중량% Si를 포함한다. 또 다른 실시예에서, MMC는 예를 들어, 알루미늄 실리콘 탄화물(AlSiC) 또는 티타늄 실리콘 탄화물(TiSiC)과 같은 3 개 이상의 재료들을 포함할 수 있다.
MMC의 구성 재료들과 조성비는 바람직한 설계 목적들에 부합하는 공학적 재료를 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 척킹 전극(159)들과 퍽 베이스(162)의 CTE들을 거의 일치시키도록 MMC 재료를 적합하게 선택함으로써, 퍽 베이스(162) 내의 열적-기계적 응력들이 감소되어 덜 육중하고 보다 얇은 퍽 베이스(162)의 사용을 가능하게 하는데, 이는 베이스 두께(TP)가 정상적인 온도 사이클 중에 퍽 베이스(162)의 크랙 또는 파괴를 방지하는데 필요한 구조적 강도에 의해 부분적으로 결정되기 때문이다. 퍽 베이스(162)의 두께 감소는 퍽(150)의 비용 감소를 제공할 수 있다. 또한, MMC 재료들은 몇몇 적용들을 위해 다른 재료들을 사용하는 것보다 저렴할 수 있다. 퍽 베이스(162)가 Al2O3를 포함할 때 척킹 재료를 위해 예를 들어, 몰리브덴이 사용될 수 있는데, 이는 몰리브덴이 Al2O3의 CTE에 대한 허용가능한 일치를 제공할 수 있는 CTE를 가지지만, 몰리브덴이 동일한 또는 거의 동일한 CTE 일치를 제공하는 MMC 재료를 사용하는 것보다 훨씬 더 비쌀 수 있기 때문이다.
도 3a를 참조하면, 각각의 척킹 전극(159)의 전극 바닥면(300)은 퍽 베이스(162)에 접합된다. 접합 방법으로서 확산 접합법이 사용될 수 있지만, 다른 접합 방법들도 또한 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 약 50 미크론(마이크로미터) 두께의 알루미늄 포일이 전극 바닥면(300)과 퍽 베이스(162) 사이에 놓이며 상기 알루미늄 포일과 Al-Si MMC 척킹 전극(159) 사이에 그리고 알루미늄 포일과 Al2O3 퍽 베이스(162) 사이에 확산 접합을 형성하도록 압력과 열이 가해진다. 다른 실시예에서, 척킹 전극(159)들은 알루미늄 포일과 같은 중간층 재료의 사용을 필요로 하지 않는 직접 확산 접합법을 사용하여 퍽 베이스(162)에 직접적으로 접합된다.
퍽 베이스(162)에 척킹 전극(159)들을 접합한 후에, 척킹 전극(159)들 및 퍽 베이스(162)는 정면측 표면(206)에 있는 메사(157)들, 가스 홈(158)들, 외측 주변 링(161), 및/또는 다른 퍽(150) 피쳐들을 형성하도록 기계 가공될 수 있지만, 전술한 피쳐들의 일부가 또한 전극 접합 이전에 기계 가공될 수 있다. 일 실시예에서, 메사(157)들 및 가스 홈(158)들이 도 3a에 도시된 바와 같이 정면측 표면(206)에 있는 척킹 전극(159)들 내에 형성되며, 메사 높이(MH)는 약 200 미크론 내지 약 1000 미크론 범위이다. 각각의 메사(157)는 또한 메사(157)들과 기판 사이의 전체 접촉 영역을 최소화하도록 작은 돌기 또는 범프(도시 않음)를 가질 수 있다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3a에 도시된 정전 척 조립체(124)의 개략적인 세부 횡단면도이다. 퍽 베이스(162)는 서로로부터 척킹 전극(159)들을 전기 절연시킨다. 기판의 정전 척킹을 가능하게 하기 위해, 척킹 전극(159)들은 또한 기판으로부터 전기 절연된다. 일 실시예에서, 척킹 전극(159)들 및 척킹 전극 상에 형성된 피쳐들은 척킹 전극(159)들과 기판(도시 않음) 사이에 전기 절연 유전체 층(301)을 제공하기 위해 정면측 표면(206)에서 표면 처리되거나 코팅된다. 다른 실시예에서, 유전체 층(301)은 척킹 전극(159)들에 사용되는 MCC 재료의 CTE와 실질적으로 일치하는 CTE를 갖는 유전체 재료를 포함하며, 유전체 재료는 척킹 전극(159)들 및 퍽 베이스(162)에 양호한 접합력을 제공하도록 적합하게 선택된다. 일 실시예에서, 유전체 층(301)은 퍽 베이스(162)의 CTE와 실질적으로 일치하는 CTE를 갖는 재료를 포함한다.
유전체 재료는 척킹 전극(159)들 및 상기 척킹 전극 위에 형성되는 예를 들어, 메사(157)들 및 가스 홈(158)들과 같은 피쳐들 위에 얇고 균일한 유전체 층(301) 또는 코팅을 형성하도록 척킹 전극(159)들 위에 등각으로 증착된다. 유전체 재료는 척킹 전극(159)들 및 상기 퍽(150)의 정면측 상의 퍽 베이스(162)의 일부분들을 덮는 블랭킷 코팅으로서 도포된다. 다른 실시예에서, 유전체 층(301)은 두 개 또는 세 개 이상의 층들을 포함하며, 그 각각 층은 블랭킷 코팅으로서 순차적으로 증착된다.
유전체 층(301)은 붕소 질화물, 알루미늄 산화물(Al2O3), 다이아몬드형 탄소(DLC), DLC 매트릭스 복합물 재료, Dylyn(등록상표), 또는 이들의 조합 중 하나를 포함할 수 있지만, 다른 형태들의 유전체 재료들이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 유전체 층(301)은 약 10 GPa(기가-파스칼) 내지 약 25 GPa 범위인 경도를 제공한다. 일 실시예에서, 유전체 층(301)은 약 0.15 내지 약 5.0 범위인 정지 마찰 계수를 가진다. 다른 실시예에서, 유전체 층(301)은 약 0.05 내지 약 0.2 범위인 정지 마찰 계수를 가진다. 유전체 층(301)은 아아크-스프레이, 화학 기상 증착(CVD), 스퍼터링, 또는 플라즈마-보조 CVD에 의해 증착될 수 있지만, 다른 증착 방법들이 또한 사용될 수 있다.
유전체 층(301)은 약 10 미크론 내지 약 1000 미크론 범위일 수 있는 두께"d"를 가지나, 다른 두께들이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 두께"d"는 약 200 미크론 내지 약 800 미크론 범위이다. 다른 실시예에서, 두께"d"는 약 1 미크론 내지 약 10 미크론 범위이다. 전극 두께(TE)는 메사(157)들 및 가스 홈(158)들과 같은 피쳐들을 기계 가공하고 유전체 층(301)의 증착 이후에 소정의 메사 높이(MH)를 제공하는데 충분한 두께를 제공하도록 적합하게 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 전극 두께(TE)는 약 500 미크론보다 크다.
일 실시예에서, 척킹 전극(159)들은 플라즈마(102)를 구동시키도록 RF 플라즈마 전력 공급원(117A)에 커플링된다(도 1 참조). 플라즈마(102)를 효과적으로 구동시키기 위해, 플라즈마(102) 쪽으로 지향되는 전방 RF 에너지(350)의 전송을 최대화하며 플라즈마(102)로부터 멀어지는 쪽으로 지향되는 후방 RF 에너지(351)의 전송을 최소화하는 것이 바람직하다. 퍽 베이스(162)는 척킹 전극(159)들 아래로 두께"D"를 가진다. 플라즈마(102) 쪽으로의 RF 에너지의 우선적인 전송은 퍽 베이스(162)에 대한, 유전체 층(301)을 통한 RF 전송을 위한 용량성 임피던스를 감소시킴으로써 촉진될 수 있다. 예를 들어, 두께비"d/D"를 감소시킴으로써, 전방 RF 에너지(350)는 증가되며 후방 RF 에너지(351)는 감소된다. RF 전송과 관련한 유사한 효과가 퍽 베이스(162) 재료를 위한 유전체 상수에 대한, 유전체 층(301)을 위한 유전체 상수를 증가시킴으로써 일정한 두께비"d/D"에 대해 달성될 수 있는데, 이는 용량성 임피던스가 전송 매체의 유전체 상수에 역관계일 수 있기 때문이다. 일 실시예에서, 퍽 베이스(162)는 유전체 상수(301)의 두께"d"보다 훨씬 큰 두께"D"를 가진다.
척킹 전극(159)들 위에 유전체 층(301)을 도포함에 있어서 하나의 장점은 상기 층의 특성들이 훨씬 더 쉽게 제어될 수 있다는 점이다. 예를 들어, 퍽 베이스(162)는 퍽 베이스(162) 전체에 걸친 유전체 상수의 변동을 유발할 수 있는 소결 공정을 사용하여 제작될 수 있다. 정면측 표면(206) 상의 척킹 전극(159)들을 덮기 위해 증착된 유전체 층(301)을 사용하는 것은 층 두께와 유전체 상수의 더 작은 변동을 제공하며, 이는 차례로 전방 RF 에너지(350)의 전송에 대한 더욱 양호한 제어를 제공할 수 있다. 또한, 척킹 전극(159)들을 덮기 위해 별도의 유전체 층(301)을 사용하는 것은 퍽 설계가 비용 효과적인 방식으로 폭넓은 주파수들에 걸친 효율적인 RF 전력 분배를 위해 바뀔 수 있도록 유전체 층(301)을 위한 재료와 두께의 선택을 허용한다. 일 실시예에서, 정전 척 조립체(124)는 최소 RF 전력 손실들로 약 0.5 메가헤르쯔 내지 약 60 메가헤르쯔의 주파수 범위에 걸쳐 RF 전력을 효율적으로 분배할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 3a에 도시된 정전 척 조립체의 개략적인 세부 횡단면도이다. 전술한 바와 같이, 두 개의 척킹 전극(159)들이 퍽 베이스(162) 내측에 부분적으로 매설된다. 척킹 전극(159)들 및 퍽 베이스(162)는 퍽(150)의 정면측 표면(206)을 형성한다. 유전체 재료가 정면측 표면(206) 상에 유전체 층(301)을 형성하도록 척킹 전극(159)들 및 퍽 베이스(162) 상에 증착된다. 유전체 층(301)의 두께는 예를 들어, 메사(157)들 및 가스 홈(158)들과 같은 피쳐들이 유전체 층(301) 내측으로 기계 가공될 수 있도록 적합하게 선택된다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4a에 도시된 정전 척 조립체의 개략적인 세부 횡단면도이다. 유전체 층(301)의 최대 두께(dMAX)는 피쳐들이 유전체 층(301) 내측으로 기계 가공된 이후에 유전체 층(301)의 소정의 최소 두께(dMIN)가 정면측 표면(206) 상의 척킹 전극(159)들 및 퍽 베이스(162)를 덮도록 남아 있게 선택된다. 일 실시예에서, 최소 두께(dMIN)는 약 10 미크론 내지 약 300 미크론 범위이다. 유전체 층(301)에 사용될 수 있는 유전체 재료들 및 증착 기술들은 본 명세서에서 설명되었다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1에 도시된 정전 척 조립체의 개략적인 세부 횡단면도이다. 퍽(150)은 상기 퍽(150) 상의 중앙에 위치된 접합 영역(504) 내에 배열되는 상승부(503)에서 함께 접합되는 정면측 표면(206), 상부 퍽 판(550A), 및 하부 퍽 판(550B)을 포함한다. 상부 퍽 판(550A)은 척킹 전극(159)들, 및 상부 퍽 판(550A)을 가열하기 위한 히터 전력 공급원(501)에 전기 접속되는 하나 또는 둘 이상의 가열 요소(502)들을 포함한다. 하부 퍽 판(550B)은 유체 공급원(142)과 유체 소통되는 하나 또는 둘 이상의 냉각 채널(506)들을 갖춘 냉각 판(505)과 열적으로 소통되게 커플링된다. 냉각 판(505)은 챔버 내부 체적(120)과 정전 척 조립체(124) 내의 내부 체적(156) 사이에 진공 밀봉을 제공하도록 하부 퍽 판(550B)과 지지대 하우징(149) 사이에 위치된 하나 또는 둘 이상의 O-링(154)들에 근접 배열된다. 하부 퍽 판(550B) 및/또는 지지대 하우징(149)은 O-링(154)용 O-링 홈(508)을 포함할 수 있다.
상부 퍽 판(550A)은 퍽 베이스(162)에 대해 여기서 전술한 전기 절연 재료들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상부 퍽 판(550A)은 가열 요소(502)들에 의해 생성된 열이 기판으로 더욱 효율적으로 분배될 수 있도록 하나 또는 둘 이상의 열 전도성 재료들을 포함한다. 하부 퍽 판(550B) 및 상부 퍽 판(550A)은 동일한 재료들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하부 퍽 판(550B)은 상부 퍽 판(550A)에 사용되는 재료들과 상이한 재료들을 포함한다. 일 실시예에서, 하부 퍽 판(550B)은 금속 매트릭스 복합물 재료를 포함한다. 일 양태에서, 금속 매트릭스 복합물 재료는 알루미늄 및 실리콘을 포함한다. 일 양태에서, 상부 퍽 판(550A)은 알루미늄 질화물을 포함하며 하부 퍽 판(550B)은 알루미늄 실리콘 탄화물의 복합물 재료를 포함한다. 또 다른 양태에서, 하부 퍽 판(550B)은 금속 또는 금속 합금을 포함한다.
도 5a를 참조하면, 두께(TG)를 갖는 갭(G)은 상부 퍽 판(550A) 및 하부 퍽 판(550B)이 퍽(150)을 형성하도록 함께 접합될 때 형성된다. 일 실시예에서, 확산 접합법이 접합 방법으로서 사용되나, 다른 접합 방법들이 또한 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 상부 퍽 판(550A) 및 하부 퍽 판(550B)은 알루미늄을 포함하는 재료들을 포함하며, 상승부(503)는 상부 퍽 판(550A)과 하부 퍽 판(550B) 사이의 접합 영역(504)에 놓이는 알루미늄 포일의 중간 층을 포함하며, 상기 알루미늄 포일과 상부 퍽 판(550A) 사이 및 상기 알루미늄 포일과 하부 퍽 판(550B) 사이에 확산 접합을 형성하도록 압력과 열이 가해진다. 다른 실시예에서, 확산 접합은 상부 퍽 판(550A) 및 하부 퍽 판(550B)에 사용되는 재료들을 기초로 선택되는 다른 중간 층 재료들을 사용하여 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 상부 퍽 판(550A)은 접합을 형성하는데 중간 층이 사용되지 않는 직접 확산 접합법을 사용하여 하부 퍽 판(550B)에 직접적으로 접합될 수 있다.
상승부(503)는 중간 층 재료, 또는 접착제, 또는 상부 퍽 판(550A)의 일부 및/또는 하부 퍽 판(550B)의 일부, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상승부(503)는 두께(TG)를 갖는 갭(G)을 형성한다. 일 실시예에서, 두께(TG)는 약 20 미크론 내지 약 1000 미크론 범위이다. 갭(G)은 상부 퍽 판(550A)과 하부 퍽 판(550B) 사이의 접촉 면적을 최소화하고, 따라서 상부 퍽 판(550A)과 하부 퍽 판(550B) 사이에 존재할 수 있는 임의의 온도 차이들이나 CTE 차이들로 인한 열적-기계적 응력들을 최소화한다. 상부 퍽 판(550A)과 하부 퍽 판(550B)은 열 사이클 중에 접합 영역(504)의 외측과 무관하게 자유롭게 팽창 또는 접촉한다(도 5b 참조).
또한, 접합 영역(504)은 가열된 상부 퍽 판(550A)으로부터 가열되지 않은 하부 퍽 판(550B)으로의 열 전도 경로를 제한함으로써 열적 쵸크(thermal choke)로서의 기능을 할 수 있다. 진공 환경에서, 열 전달은 전도 매체가 제공되지 않는 한 주로 복사 공정(radiative process)일 수 있다. 퍽(150)이 기판 처리 중에 진공 환경에 배열될 수 있기 때문에, 가열 요소(502)들에 의해 생성된 열은 방사상 교차 갭(G)에 의한 것보다 접합 영역(504)을 통한 전도에 의해 더 효율적으로 전달될 수 있다. 그러므로, 접합 영역(504)의 크기를 조절함으로써, 상부 퍽 판(550A)으로부터 하부 퍽 판(550B)으로 흐르는 열 플럭스가 제어될 수 있으며, 접합 영역(504)이 열적 쵸크로서의 기능을 한다. 기판의 효율적인 가열을 제공하기 위해, 상부 퍽 판(550A)으로부터 멀리 그리고 접합 영역(504)을 통해 전도되는 열량을 제한하는 것이 바람직하다. 다른 한편으로, 접합 영역(504)에 걸친 커다란 온도차는 접합 영역(504)에서의 수용 불가능한 열적-기계적 응력들의 원인이 될 수 있다. 그러므로, 접합 영역(504)의 면적은 바람직하게, 접합 영역(504)에서의 수용 불가능한 열적-기계적 응력들을 생성함이 없이 기판의 효율적인 가열을 제공하도록 선택된다.
접합 영역(504)에 의해 형성되는 열적 쵸크는 또한, 진공 시일을 형성하는데 사용되는 하나 또는 둘 이상의 O-링(154) 상의 열 응력을 최소화하기 위해 열 전도 경로를 지향시키고 길게 하는데 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 열 전도 경로(ABC)는 상부 퍽 판(550A)의 지점(A)에서 시작되어, 접합 영역(504)을 통해 하부 퍽 판(550B)의 지점(B)으로 계속되며, 냉각 판(505)을 지나 계속된 후에 O-링(154) 근처의 지점(C)에서 종결될 수 있다. 접합 영역(504)으로부터의 O-링(154)의 거리를 증가시킴으로써, 상부 퍽 판(550A) 내의 임의의 지점으로부터 O-링까지의 열 전도 경로의 길이가 또한 증가될 수 있는데, 이는 열 전도 경로(ABC)를 따라 발생할 수 있는 전도열 및 복사열 손실들로 인한 지점(A)으로부터 지점(C)까지의 상당한 온도 하강의 원인이 될 수 있다. 또한, 냉각 판(505)은 O-링(154)을 냉각 상태로 유지하는 것을 돕도록 접합 영역(504)과 O-링(154) 사이에 놓인다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 5a에 도시된 정전 척 조립체의 개략적인 횡단면도이다. 접합 영역(504)은 내측 반경(R1) 및 외측 반경(R2)을 갖는 환형 영역 내에 배열된 상승부(503)를 포함한다. 중앙 영역(507)은 내측 반경(R1) 내에 놓이며 가스 도관 및 전기 도선(도시 않음)을 포함할 수 있다. 냉각 판(505)은 환형 형상이며 폭(W)을 가지며, 접합 영역(504)으로부터의 거리(d23 = R3 - R2)에서 반경 거리(R3)에 위치된다. 냉각 판(505)에 인접한 것은 반경 거리(R4)에 위치되며 냉각 판(505)에 의해 냉각되는 0-링(154)이다. 바람직하게, 상부 퍽 판(550A)으로부터 하나 또는 둘 이상의 O-링(154)들로 긴 열 전도 경로(ABC)를 제공함으로써 하나 또는 둘 이상의 O-링(154)들을 냉각 상태로 유지하는데 도움을 주기 위한 반경 거리(R4)가 선택된다. 일 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 O-링(154)들은 하부 퍽 판(550B)의 하부 판 주변(552) 근처에 위치된다. 또한, 반경 거리(R3)는 바람직하게, 냉각 판(505)이 하나 또는 둘 이상의 O-링(154)들에 근접하도록 선택된다.
접합 영역(504)의 내측 반경(R1) 및 외측 반경(R2)을 조절하고 반경 거리(R3,R4)들을 조절함으로써, 접합 영역(504)을 통과하는 열 플럭스 및 O-링(154)의 온도는 상부 퍽 판(550A)을 위한 작동 온도들의 범위에 대해 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 상부 퍽 판(550A)을 위한 작동 온도는 약 250 ℃ 내지 약 450 ℃ 범위이다.
열 전도 경로는 도 5b에 도시된다. 열은 상부 퍽 판(550A)의 지점(A)으로부터 외측 반경(R2)에 있는 접합 영역(504)의 주변부 근처의 지점(B)으로, 그리고 그 후에 하부 퍽 판(550B)으로, 그리고 그 후에 하부 퍽 판(550B)의 지점(C)으로 전도된다. 지점(A)으로부터 지점(C)으로의 점선 화살표는 열이 지점(A)으로부터 지점(B)으로 직접적으로 전도되지 않음을 나타내는데, 이는 도 5a에 도시한 바와 같이 갭(G)이 두 개의 지점들을 분리시키기 때문이다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 1에 도시된 정전 척 조립체(124)의 사시도이다. 정전 척 조립체(124)는 퍽(150), 냉각 판(601), 및 지지대 샤프트(112)를 포함하는 벨로우즈 조립체(110)를 포함한다. 퍽(150)은 냉각 판(601)에 커플링되며, 냉각 판(601)은 벨로우즈 조립체(110)에 커플링된다. 정전 척 조립체(124)는 퍽(150)이 냉각 판(601)으로부터 분리될 수 있으며 냉각 판(601)이 벨로우즈 조립체(110)로부터 분리될 수 있도록(도 6e 참조) 분해될 수 있도록 적합하게 구성된다.
퍽(150)은 전기 절연 퍽 베이스(162), 그리고 가스 홈(158)들과 메사(157)들과 외측 주변 링(161)과 리프트 핀 구멍(204)들 및 에지 링(도시 않음)을 지지할 수 있는 제 1 플랜지(153)를 포함하는 정면측 표면(206)을 포함한다. 전술한 피쳐들에 대한 다양한 실시예들 및 퍽(150)의 상기 피쳐들을 위해 사용된 재료들에 대한 다양한 실시예들이 본 명세서에 설명된다. 퍽(150)은 또한 퍽(150)을 냉각 판(601)에 체결하기 위한 볼트(도 6b 참조)들을 수용하는 퍽 볼트 구멍(602)들을 포함한다. 단지 세 개의 퍽 볼트 구멍(602)들이 도 6a에 도시되었지만, 임의의 수의 퍽 볼트 구멍(602)들이 사용될 수 있으며, 이들 각각의 볼트 구멍은 퍽(150) 상의 임의의 위치에 배열될 수 있다. 각각의 퍽 볼트 구멍(602)은 또한, 각각의 볼트 헤드가 퍽(150)의 표면과 동일한 높이이거나 또는 퍽의 표면보다 오목한 중앙 보어(도 6d)를 포함할 수 있다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 6a에 도시된 정전 척 조립체의 개략적인 횡단면도이다. 기판(S)이 추가되었으며 가스 유동 패턴들을 명확히 나타내기 위해 메사(157)들은 도 6b에 도시되지 않았다. 기판(S)은 외측 주변 링(161) 및 메사(157)들에 의해 퍽(150)의 정면측 표면(206) 상에 지지된다. 냉각 판(601)은 냉각 판(601) 내의 구멍들을 통과하며 벨로우즈 장착 플랜지(614) 내에 배열된 나사 가공된 구멍들에 의해 수용되는 판 장착 볼트(615)들에 의해 벨로우즈 조립체(110)에 장착된다. 단지 두 개의 판 장착 볼트(615)들이 도 6b의 횡단면도에 도시되었지만, 냉각 판(601)을 벨로우즈 장착 플랜지(614)에 체결시키기 위해 임의의 수의 판 장착 볼트(615)들이 사용될 수 있다. 퍽(150)은 퍽 볼트 구멍(602)들 내에 위치된 퍽 장착 볼트(615)들에 의해 냉각 판(601)에 장착된다.
벨로우즈 조립체(110)는 벨로우즈 장착 플랜지(614), 지지대 샤프트(112), 벨로우즈 용접부(611), 상부 벨로우즈 플랜지(613), 및 하부 벨로우즈 플랜지(164)를 포함한다. 지지대 샤프트(112) 및 상부 벨로우즈 플랜지(613)는 벨로우즈 장착 플랜지(614)에 결합되며, 상기 벨로우즈 용접부(611)는 상부 벨로우즈 플랜지(613) 및 하부 벨로우즈 플랜지(164)에 결합된다. 사용된 결합 방법(예를 들어, 용접, 브레이징(brazing))들은 정전 척 조립체(124)가 챔버(100)에 장착될 때(도 1 참조) (대기압에 있을 수 있는)내부 체적(156)들과 (기판 처리 중에 대기압 이하에 있는)챔버 내부 체적(120) 사이에 진공 시일이 형성되도록 적합하게 선택되고 제어된다. 하부 벨로우즈 플랜지(164)는 복수의 볼트(도시 않음)들을 사용하여 챔버(100)의 바닥에 장착되며, O-링(165)은 정전 척 조립체(124)의 내부 체적(156)들로부터 챔버 내부 체적(120)을 격리시키도록 하부 벨로우즈 플랜지(164)와 챔버(100)의 바닥면(126) 사이에 배열된다. 하부 벨로우즈 플랜지(164)가 지지대 샤프트(112)에 연결되지 않음으로써, 지지대 샤프트(112)는 하부 벨로우즈 플랜지(164)에 대해 자유롭게 이동한다.
벨로우즈 장착 플랜지(614)는 챔버 내부 체적(120)이 정전 척 조립체(124)의 내부 체적(156)들과 유체 소통되지 않도록 진공 시일을 제공하는 O-링(619)을 위한 플랜지 O-링 홈(623)을 포함한다. 다른 실시예에서, 단지 냉각 판(601)이 O-링 홈을 가지며 벨로우즈 장착 플랜지(614)는 플랜지 O-링 홈(623)을 갖지 않는다. 또 다른 실시예에서, 하나 초과의 플랜지 O-링 홈(623) 및 O-링(619)이 진공 시일을 제공하는데 사용된다.
냉각 판(601)은 하나 또는 둘 이상의 판(608)들, 복수의 냉각 채널(160)들, 두 개 또는 세 개 이상의 냉각 유체 도관(628)들, 및 가스 도관(604)을 포함한다. 냉각 채널(168)들은 냉각 유체를 제공하는 유체 공급원(142)과 유체 소통되는 하나 또는 둘 이상의 냉각 루프들 또는 회로들을 형성한다. 냉각 채널(160)들은 정방형, 장방형, 원형, 또는 다른 형상의 횡단면들을 가질 수 있다. 두 개 또는 세 개 이상의 냉각 유체 도관(628)들은 판(608)에 커플링되며 냉각 채널(160)들과 유체 소통된다. 냉각 유체 도관(628)들은 냉각 판(601)으로부터 그리고 지지대 샤프트(112)의 중공형 내부를 통해 연장한다. 냉각 유체 도관(628)들은 임의의 적합한 누설 방지 커플링 장치(631)들을 사용하여 유체 공급원(142)에 커플링된다.
일 실시예에서, 냉각 유체 도관(628)들은 냉각 채널(160)들을 형성하도록 루프 형태이고 형상화된 튜브의 단부들을 포함한다. 형상화된 튜브는 튜브를 판(608)에 열적으로 커플링하도록 판(608)에 (예를 들어, 용접 또는 브레이징에 의해)접합된다. 다른 실시예에서, 냉각 채널(160)들은 판(608) 내에 (예를 들어, 기계 가공에 의해)형성된 채널들을 포함한다. 상기 판(608)은 알루미늄, 구리, 황동, 스테인리스 스틸, 또는 다른 적합한 재료들과 같은 임의의 열 전도성 재료를 포함할 수 있다.
가스 도관(604)은 가스 공급원(141)으로부터 기판(S)의 후면(606)으로 열 전달 가스(603)를 분배하기 위한 수단을 제공한다. 가스 도관(604)은 챔버 내부 체적(120)이 정전 척 조립체(124)의 내부 체적(156)들과 격리 상태를 유지하도록 냉각 판(601)에 커플링된다. 일 실시예에서, 가스 도관(604)은 상기 판(608)과 튜브 외측면 사이에 진공 시일을 형성하도록 상기 판(608)에 용접 또는 브레이징되는 튜브를 포함한다. 가스 도관(604)은 냉각 판(601)으로부터 지지대 샤프트(112)를 통해 연장하며 임의의 적합한 가스 라인 커플링 장치(633)를 사용하여 가스 공급원(141)에 커플링된다.
냉각 판(601)은 또한, 하나 또는 둘 이상의 중앙 개구(639), 복수의 제 1 볼트 구멍(634)들, 제 2 볼트 구멍(637)들, 및 상기 냉각 판(601)을 통해 연장하는 리프트 핀 구멍(635)들을 포함한다. 하나 또는 둘 이상의 중앙 개구(639)들은 퍽(150)으로부터의 전기 도선 및/또는 다른 요소(예를 들어, 열전쌍)들이 정전 척 조립체(124)의 지지대 샤프트(112) 및 냉각 판(601)을 통해 경로 설정될 수 있도록 냉각 판(601)의 중앙 근처에 구멍들을 포함한다. 제 1 볼트 구멍(634)들은 판 장착 볼트(615)들을 수용하며, 제 1 볼트 구멍(634)들은 각각의 판 장착 볼트(615)가 판(608)의 표면(636)과 동일한 높이이거나 또는 판(608)의 표면(636)으로부터 오목한 대응 보어들을 포함할 수 있다. 냉각 판(601)의 리프트 핀 구멍(635)들은 리프트 핀(109: 도 1 참조)들이 퍽(150) 또는 냉각 판(601)과의 접촉 없이 구멍들을 통해 이동될 수 있도록 퍽(150)의 리프트 핀 구멍(204)들과 정렬된다. 냉각 판(601)의 제 2 볼트 구멍(637)들은 퍽 장착 볼트(616)들을 사용하여 퍽(150)이 냉각 판(601)에 체결될 수 있게 한다.
냉각 판(601)은 냉각 판(601)의 표면(636)으로부터 상부로 연장하는 상승부들을 포함한다. 상기 상승부들은 하나 또는 둘 이상의 외측 스텝(609)들 및 내측 스텝(610)들을 포함하며, 이들 각각의 스텝은 퍽(150)을 지지하는 상부면(638)을 가진다. 하나 또는 둘 이상의 외측 스텝(609)들은 냉각 판(601)의 주변부 근처에 배열되며, 내측 스텝(610)들은 하나 또는 둘 이상의 외측 스텝(609)들에 대해 내측으로 위치된다. 일 실시예에서, 외측 스텝(609)은 냉각 판(601)의 주변부 근처에 배열된 상승된 환형 링을 포함하며, 내측 스텝(610)들은 각각 중앙 개구(639), 리프트 핀 구멍(635), 및 제 2 볼트 구멍(637)을 각각 에워싸는(도 6e 참조) 상승된 환형 링들을 포함한다.
각각의 외측 스텝(609)들 및 내측 스텝(610)들은 약 30 미크론 내지 약 1000 미크론 범위인 스텝 높이(HS)를 가진다. 일 실시예에서, 스텝 높이(HS)는 약 200 미크론 내지 약 400 미크론 범위이다. 퍽(150)이 냉각 판(601)에 장착될 때, 가스 전도 갭(632)이 퍽(150)과 냉각 판(601) 사이에 형성된다. 가스 전도 갭(632)은 대략 스텝 높이(HS)와 동일한 균일한 갭 높이를 가진다.
가스 전도 갭(632)은 이후에 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 부품들 사이의 접촉을 제한함으로써 퍽(150)과 냉각 판(601) 사이의 열적-기계적 응력들을 최소화하는데 도움을 준다. 가스 전도 갭(632)은 또한, 열 전달 가스(603)를 사용하여 퍽(150)과 냉각 판(601) 사이의 열적 커플링을 가능하게 한다. 퍽(150)과 냉각 판(601) 사이의 열적 커플링은 열 전달 가스(603)에 사용되는 가스의 압력, 유량 및/또는 형태를 변경시키는 것을 포함할 수 있는 하나 또는 둘 이상의 수단들에 의해 조절될 수 있다. 열 전달 가스(603)는 가스 도관(604)으로부터 가스 전도 갭(632) 및 퍽(150) 내의 복수의 가스 구멍(605)들로, 그리고 가스 구멍(605)들로부터 가스를 기판(S)의 후면(606)으로 분배하는 가스 홈(158)들로 유도된다.
도 6b를 참조하면, 퍽(150)은 가열 요소(502)들 및 두 개의 척킹 전극(159)들을 포함한다. 다른 실시예들에서, 퍽(150)은 하나의 척킹 전극(159) 또는 두 개 초과의 척킹 전극(159)들을 포함할 수 있다. 퍽(150)은 또한 열 전달 가스(603)가 가스 전도 갭(632)으로부터 가스 홈(158)들로 유동할 수 있도록 퍽(150)을 통해 연장하는 하나 또는 둘 이상의 가스 구멍(605)들을 포함한다. 일 실시예에서, 가스 구멍(605)들의 직경들은 대략적으로 가스 홈(158)들의 폭들과 같거나 더 작을 수 있다. 가스 구멍(605)들은 또한 정면측 표면(206) 상의 임의의 위치에 배열되거나 임의의 패턴으로 분포될 수 있다.
가열 요소(502)들은 전기 접점(640B)들에서 히터 전력 전도체(629)들에 전기 접속되는 한 쌍의 제 1 피드쓰루 전도체(625)들에 전기 접속된다. 히터 전력 전도체(629)들은 그 후에 전기 접점(640A)들에서 히터 전력 공급원(501)에 접속된다. 유사하게, 척킹 전극(159)들은 한 쌍의 제 2 피드쓰루 전도체(625)들 및 척킹 전력 전도체(630)들을 통해 척킹 전력원(140)에 전기 접속된다. 히터 전력 전도체(629)들 및 척킹 전력 전도체(630)들은 지지대 샤프트(112) 내에 부분적으로 경로 설정되는 전기 절연 도선들을 포함할 수 있다. 피드쓰루 전도체(625)들의 길이들은 명료함을 위해 과장되었으며, 전기 접점(640B)들은 지지대 샤프트(112) 내에 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 RF 전력 공급원들은 척킹 전력 공급원(140) 이외에도 척킹 전극(159)들에 전기 접속된다.
피드쓰루 전도체(625)들은 진공 피드쓰루(622)의 일부분을 형성하는 전기 전도 요소(예를 들어, 금속 로드 및/또는 도선들)들을 포함한다. 진공 피드쓰루(622)는 또한 복수의 볼트(도시 않음)들을 사용하여 중앙 개구(639) 위의 냉각 판(601)에 장착되는 피드쓰루 플랜지(621)를 포함한다. 피드쓰루 O-링(620)은 피드쓰루 플랜지(621)와 냉각 판(601) 사이에 진공 시일을 제공한다. 진공 피드쓰루(622)는 진공 시일이 또한, 각각의 피드쓰루 전도체(625)들과 피드쓰루 플랜지(621) 사이에 형성됨으로써, 이에 의해 중앙 개구(639)의 체적으로부터 내부 체적(156)을 격리시키는 동안 피드쓰루 전도체(625)들이 피드쓰루 플랜지(621)를 통과할 수 있도록 적합하게 구성된다. 또한, 진공 피드쓰루(622)는 전도체들이 플랜지를 통과할 때 피드쓰루 전도체(625)들이 서로로부터 그리고 (금속으로 제조될 수 있는)피드쓰루 플랜지(621)로부터 전기 절연되게 유지한다.
다른 실시예들에서, 진공 피드쓰루(622)는 예를 들어, 퍽(150) 내의 가열 요소(502)들과 척킹 전극(159)들의 수에 따라 4 개보다 많거나 적은 피드쓰루 전도체(625)들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 냉각 판(601)은 하나 초과의 중앙 개구(639)를 포함하며, 진공 피드쓰루(622)는 각각의 중앙 개구(639) 내에 장착된다. 예를 들어, 제 2 중앙 개구(639) 및 진공 피드쓰루(622)는 퍽(150)에 커플링된 하나 또는 둘 이상의 온도 센서(예를 들어, 열전쌍)들에 사용될 수 있다. 진공 피드쓰루(622)는 특정 적용을 위해 설계될 수 있거나, 또는 구성 요소 비용을 감소시키기 위해 상업적으로 이용가능한 피드쓰루가 사용될 수 있다.
내부 스텝(610)들 및 외부 스텝(609)의 상부면(638)들은 퍽(150)과 접촉하지만, 퍽(150)과 유체 시일을 형성하지 않을 수 있는데, 이는 퍽(150)이 퍽 장착 볼트(616)들의 힘에 의해 상부면(638)들에 대해 단순히 압박되기 때문이다. 따라서, 열 전달 가스(603)는 스텝들의 상부면(638)들과 퍽(150) 사이로 누설되어 챔버 내부 체적(120)으로 유동할 수 있다. 열 전달 가스(603)는 또한 예를 들어, 리프트 핀 구멍(635)들, 제 2 볼트 구멍(637)들, 및 중앙 개구(639) 내측으로 유동될 수 있으며, 그 후에 챔버 내부 체적(120)으로 유동할 수 있다. 그러나, 중앙 개구(639) 내측으로 누설되는 열 전달 가스(603)는 진공 피드쓰루(622)의 피드쓰루 O-링(620)을 지나쳐 유동할 수는 없다. 그러므로, 중앙 개구(639) 내의 열 전달 가스(603)의 압력은 기판 처리 중에 챔버 내부 체적(120) 내의 가스 압력을 초과하는 값들로 증가할 수 있다. 가스압의 증가와 전류 이송 피드쓰루 전도체(625)들의 존재로 중앙 개구(639) 내에 아아킹을 유발할 수 있다. 그와 같은 아아킹을 방지하기 위해, 중앙 개구(639) 내의 가스가 챔버 내부 체적(120)으로 배출될 수 있도록 통풍 구멍(627)이 냉각 판(601) 내에 형성된다.
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 6b에 도시된 통풍 구멍(627)의 상세도이다. 통풍 구멍(627)은 중앙 개구(639)의 측벽(642) 내의 제 1 구멍(643)을 냉각 판(601)의 바닥면(607)에 있는 제 2 구멍(644)에 연결함으로써 중앙 개구(639)의 중앙 개구 체적(645)이 챔버 내부 체적(120)과 유체 소통되게 하는 통풍 구멍 채널(641)을 포함한다. 제 2 구멍(644)은 챔버 내부 체적(120)과 유체 소통되는 냉각 판(601)의 표면 상에 제 2 구멍(644)이 배열되도록 O-링(619)의 외경의 바깥쪽에 배열된다. 통풍 구멍(627)은 각각의 체적의 압력들이 균등화되도록 중앙 개구 체적(645)과 챔버 내부 체적(120) 사이에 유체 소통을 제공하는 임의의 채널 형상을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 냉각 판(601)은 하나 초과의 중앙 개구(639)를 포함하며 각각의 중앙 개구(639)는 통풍 구멍(627)을 가진다.
중앙 개구 체적(645) 및 가스 전도 갭(632)은 정전 척 조립체(124) 내부에 두 개 이상의 압력 영역들을 포함할 수 있다. 제 1 압력 영역은 통풍 구멍(627)으로 인해 챔버 내부 체적(120)의 압력과 거의 동일한 압력을 가지는 중앙 개구 체적(645)을 포함한다. 제 2 압력 영역은 가스 도관(604)에 의해 공급되는 열 전달 가스(603)의 가스 압력 및 퍽(150) 내의 가스 구멍(605)을 통한 유동 컨덕턴스에 의해 부분적으로 결정되는 압력을 가지는 가스 전도 갭(632)을 포함한다.
도 6b를 참조하면, 퍽(150)은 제 2 볼트 구멍(637)들을 통과하며 냉각 판(601) 내측으로 나사결합되는 퍽 장착 볼트(616)들을 사용하여 냉각 판(601)에 체결된다. 퍽(150)과 냉각 판(601)이 기판 처리 중에 온도 사이클을 순환하기 때문에, 퍽(150)과 냉각 판(601)은 팽창 및 수축한다. 퍽(150)과 냉각 판(601)은 상이한 재료들로 제조될 수 있고 상이한 CTE들을 가지므로, 각각의 부품에 대한 팽창과 수축의 치수가 또한 상이할 수 있다. 퍽(150) 및/또는 냉각 판(601)을 손상시킬 수 있는, CTE 불일치로 인한 과도한 기계적 응력들을 방지하기 위해, 퍽(150)과 냉각 판(601)은 서로에 대해 이동될 수 있다. 전술한 바와 같이, 퍽(150)은 단지 내부 스텝(610)들 및 외부 스텝(609) 상에 놓이므로, 퍽(150)은 스텝들의 상부면(638)들을 가로질러 자유롭게 이동한다. 이동 자유도는 퍽 장착 볼트(616)들에 의해 제한되므로, 냉각 판(601)은 퍽 장착 볼트(616)들이 상부면(638)들에 거의 평행한 방향으로 조금 이동하고 상부면(638)들에 대한 퍽(150)의 바람직한 이동을 제공함으로써, 퍽(150) 내의 바람직하지 않은 기계적 응력들을 방지할 수 있도록 적합하게 구성된다. 냉각 판(601)은 또한 퍽 장착 볼트(616)들을 사용하여 온도 사이클 중에 냉각 판(601)과의 정렬 상태를 유지하고 냉각 판에 단단히 체결되도록 적합하게 구성된다.
일 실시예에서, 각각의 퍽 장착 볼트(616)는 인서트 오목부(618) 내에 위치된 인서트(617) 내측에 나사 결합된다. 인서트 오목부(618)는 상부면(638)들에 거의 평행한 방향으로 인서트(617)와 퍽 장착 볼트(616)가 조금 이동될 수 있도록 적합하게 구성된다. 제 2 볼트 구멍(637)들을 위한 구멍 직경들은 퍽 장착 볼트(616)들이 구멍들 내에서 조금 이동될 수 있도록 적합하게 선택된다. 일 실시예에서, 인서트 오목부(618)들은 냉각 판(601)의 반경들을 따라 정렬되는 슬롯들을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 인서트(617)는 인서트 오목부(618)에 의해 포획되는 부상식 인서트이다.
전술한 실시예들은 정전 척 조립체(124)에 상당히 얇은 퍽(150)이 사용될 수 있게 한다. 퍽(150)을 냉각 판(601)에 열적으로 커플링하기 위한 열 전달 가스(603)의 사용으로 퍽(150) 내의 바람직하지 않은 열적 응력들과 급격한 온도 구배들을 방지할 수 있다. 또한, 상부면(638)들에 거의 평행한 방향으로 냉각 판(601)과 무관하게 퍽(150)이 팽창 및 수축할 수 있는 퍽(150)의 성능은 퍽(150) 내의 기계적 응력들을 감소시키며, 퍽(150)이 냉각 판(601)에 의해 지지되기 때문에 퍽(150)은 최소 부하만을 받는다. 열적-기계적 응력들의 감소와 최소 부하는 퍽(150)에 요구되는 재료 강도의 감소를 가능하게 함으로써, 퍽(150)은 비용 감소를 위해 더 얇게 제조될 수 있다.
도 6d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 6b에 도시된 볼트 구멍의 상세도이다. 퍽 볼트 구멍(602)은 전기 절연 퍽 베이스(162) 내에 형성되는 볼트 쓰루 구멍(651), 제 1 대응 보어(649), 및 제 2 대응 보어(650)를 포함한다. 퍽 장착 볼트(616)는 제 1 대응 보어(649) 내에 위치된 볼트 헤드(646)를 포함하며, 제 2 대응 보어(650)는 플러그 나사(648)들을 가지는 플러그(647)를 수용하도록 나사 결합된다. 플러그(647)는 퍽(150)의 정면측 표면(206)으로부터 퍽 장착 볼트(616)를 전기 절연시키기 위해 전기 절연 재료로 제조된다. 일 실시예에서, 플러그(647)는 퍽 베이스(162)와 동일한 재료로 제조된다. 플러그(647)는 퍽 장착 볼트(616)가 진입될 수 있도록 플러그가 제거 및 재설치될 수 있도록 적합하게 구성된다. 다른 실시예에서, 플러그(647) 및 제 2 대응 보어(650)는 나사 결합되지 않으며 플러그(647)를 제거 및 재설치하기 위한 다른 수단이 사용된다. 퍽 볼트 구멍(602)들을 위한 전기 절연 플러그(647)들을 사용하는 것은, 정전 척 조립체(124)에 전기 바이어스를 가할 때 바람직할 수 있다.
도 6e는 도 6a 및 도 6b에 도시된 정전 척 조립체의 일 실시예에 따른 분해도이다. 기판(S), 전기 도선, 도관들, 볼트들, 및 진공 피드쓰루(622)는 명료함을 위해 생략되었다. 벨로우즈 조립체(110)는 벨로우즈 장착 플랜지(614), 및 지지대 샤프트 구멍(653)을 가지는 지지대 샤프트(112)를 포함하며, 지지대 샤프트 구멍을 통해서 도관들과 전기 도선(도 6b 참조)이 경로 설정된다. 벨로우즈 플랜지(614)는 제 1 볼트 구멍(634)들 내에 위치되는 판 장착 볼트(615)들을 수용하여 나사결합되는 복수의 장착 플랜지 구멍(652)들을 포함한다. 단지 4 개의 장착 플랜지 구멍(652)들이 도시되었지만, 벨로우즈 플랜지(614)는 제 1 볼트 구멍(634)들의 수와 일치하는 임의의 수의 장착 플랜지 구멍(652)들을 가질 수 있다.
냉각 판(601)은 둘러싸는 내측 스텝(610) 및 상부면(638)을 갖춘 중앙 개구(639)를 가진다. 리프트 핀 구멍(635)들 및 제 2 볼트 구멍(637)들을 위한 추가의 내측 스텝(610)들이 도시되어 있다. 환형 외측 스텝(609)은 냉각 판(601)의 주변부 주위로 연장한다. 판 표면(636)은 가스 전도 갭(632)의 한 측면을 형성하며(도 6b 참조), 퍽(150)은 퍽(150)이 냉각 판(601)에 장착될 때 가스 전도 갭의 다른 측면을 형성한다.
전술한 설명이 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가의 실시예들이 본 발명의 기본 범주로부터 이탈함이 없이 창안될 수 있으며, 본 발명의 범주는 다음의 특허청구범위에 의해 결정된다.

Claims (19)

  1. 삭제
  2. 삭제
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  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 정전 척 조립체로서;
    지지대 하우징과;
    하나 또는 둘 이상의 척킹 전극들 및 하나 또는 둘 이상의 가열 요소들을 갖춘 전기 절연 상부 퍽 판과, 상승부를 포함하는 접합 영역 내에서 상기 상부 퍽 판에 접합되는 하부 퍽 판, 및 상기 접합 영역 외측에서 상기 하부 퍽 판으로부터 상기 상부 퍽 판을 분리시키는 갭을 포함하는 퍽과;
    상기 하부 퍽 판과 지지대 하우징 사이에 배열되는 하나 또는 둘 이상의 O-링들; 및
    하나 또는 둘 이상의 냉각 채널들을 포함하며 상기 접합 영역과 상기 하나 또는 둘 이상의 O-링들 사이에 배열되는 냉각 판을 포함하며;
    상기 냉각 판은 상기 하부 퍽 판에 커플링되고 상기 하부 퍽 판과 열적으로 소통하는,
    정전 척 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    하나 또는 둘 이상의 상기 O-링들은 상기 하부 퍽 판의 외연 주변에 위치되며, 상기 냉각 판은 하나 또는 둘 이상의 상기 O-링들 주변에 위치되는,
    정전 척 조립체.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 갭의 두께는 20 미크론 내지 1000 미크론 범위인,
    정전 척 조립체.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 상부 퍽 판 및 하부 퍽 판은 열 사이클 중에 상기 접합 영역의 외측에서 독립적으로 자유롭게 팽창 및 수축하는,
    정전 척 조립체.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 7 항에 있어서,
    상기 상부 퍽 판은 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 티타늄 산화물, 실리콘 탄화물, 및 실리콘 질화물 중 적어도 하나를 포함하는,
    정전 척 조립체.
  17. 제 7 항에 있어서,
    상기 하부 퍽 판은 금속 매트릭스 복합물 재료를 포함하는,
    정전 척 조립체.
  18. 제 7 항에 있어서,
    상기 상승부는 알루미늄의 중간층을 포함하는,
    정전 척 조립체.
  19. 제 7 항에 있어서,
    상기 접합 영역은 열적 쵸크(thermal choke)를 포함하는,
    정전 척 조립체.
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