KR101986682B1 - 금속 본딩된 보호 층을 갖는 기판 지지 조립체 - Google Patents

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Abstract

기판 지지 조립체는 세라믹 본체 및 세라믹 본체의 하부 표면에 본딩되는 열 전도성 베이스를 포함한다. 기판 지지 조립체는 세라믹 본체의 상부 표면에 금속 본딩되는 보호 층을 더 포함하고, 보호 층은 벌크 소결된 세라믹 물품이다.

Description

금속 본딩된 보호 층을 갖는 기판 지지 조립체{SUBSTRATE SUPPORT ASSEMBLY HAVING METAL BONDED PROTECTIVE LAYER}
[0001] 본 발명의 일부 실시예들은 일반적으로, 플라즈마 저항성 보호 층을 갖는, 정전 척과 같은 기판 지지 조립체에 관한 것이다. 다른 실시예들은 반응성 다층 호일들(reactive multi-layer foils) 및 반응성 다층 호일들의 제조에 관한 것이다.
[0002] 반도체 산업에서, 디바이스들은 점점 줄어드는 크기의 구조물들을 생산하는 다수의 제조 프로세스들에 의해 제조된다. 플라즈마 에칭(plasma etch) 및 플라즈마 세정 프로세스들과 같은 일부 제조 프로세스들은, 기판을 에칭하거나 세정하기 위해 고속의 플라즈마 스트림에 기판 지지부(예를 들면, 웨이퍼 프로세싱 동안 기판 지지부의 에지 및 챔버 세정 동안 전체 기판 지지부)를 노출시킨다. 플라즈마는 매우 부식성일 수 있으며, 플라즈마에 노출되는 프로세싱 챔버들 및 다른 표면들을 부식시킬 수 있다.
[0003] 부가적으로, 전통적인 정전 척들은 금속 냉각 플레이트에 실리콘 본딩되는 세라믹 퍽(puck)을 포함한다. 그러한 전통적인 정전 척들의 세라믹 퍽은, 매립형 전극 및 가열 엘리먼트들을 형성하기 위해 비용이 많이 들 수 있는 다단계 제조 프로세스에 의해 제조된다.
[0004] (반응성 호일들로서 본원에서 지칭되는) 반응성 다층 호일들이 사용되어, 기판들 사이에 금속 본드(metal bond)를 형성한다. 전통적인 반응성 호일은 편평하고 피쳐가 없는(featureless) 시트들로 제조된다. 전통적인 반응성 호일은 전형적으로, 편평하지 않은 표면들을 갖는 기판들을 본딩하는데 적절하지 않다. 부가적으로, 전통적인 반응성 호일이, 표면 피쳐들을 갖는 기판들을 본딩하는데 사용되는 경우, 반응성 호일은 반응성 호일 내에 대응하는 피쳐들을 형성하도록 (예를 들면, 레이저 천공(drilling), 화학적 에칭, 등에 의해) 기계가공된다. 그러한 기계가공은 반응성 호일상에 열 부하를 야기하고 그리고 반응성 호일이 점화되게(ignite) 할 수 있다. 또한, 전통적인 반응성 호일은 9 평방 인치와 같은 사전설정된(preset) 크기를 갖는다. 전통적인 반응성 호일이 그 반응성 호일보다 더 큰 기판들을 본딩하는데 사용되면, 본딩을 수행하기 위해 다수의 반응성 호일 시트들이 사용된다. 이는 일반적으로, 반응성 호일 시트들 사이에 크랙들, 그루브들, 라인들, 등과 같은 누출 경로들을 도입하며, 그 결과로 생긴 금속 본드가 진공 밀봉되지 않게 한다.
[0005] 일 실시예에서, 정전 척은 세라믹 본체 및 세라믹 본체의 하부 표면에 본딩되는 열 전도성 베이스를 포함한다. 세라믹 본체는 금속 본드에 의해 또는 실리콘 본드에 의해 열 전도성 베이스에 본딩될 수 있다. 정전 척은 금속 본드에 의해 세라믹 본체의 상부 표면에 본딩되는 보호 층을 갖고 제조되며, 보호 층은 벌크 소결된 세라믹 물품(bulk sintered ceramic article)을 포함한다.
[0006] 다른 실시예에서, 반응성 호일이 제조된다. 하나 또는 그 초과의 표면 피쳐들을 갖는 템플릿(template)이 제공된다. 알루미늄과 니켈의 교번하는 나노스케일 층들(alternating nanoscale layers)이, 반응성 호일 시트를 형성하기 위해 템플릿 상에 증착된다. 반응성 호일 시트는 템플릿으로부터 제거된다. 그 결과로 생긴 반응성 호일 시트는, 하나 또는 그 초과의 표면 피쳐들에 대응하는 하나 또는 그 초과의 호일 피쳐들을 갖는다.
일 실시예에 따른 정전 척은, 제 1 표면과 제 2 표면을 갖는 세라믹 본체, 상기 세라믹 본체를 지지하고 제 2 홀을 포함하는 열 전도성 베이스, 및 상기 세라믹 본체와 상기 열 전도성 베이스 사이의 본딩 층을 포함할 수 있다. 상기 제 2 표면은 상기 제 1 표면에 대해 상기 세라믹 본체의 반대측 상에 있고, 상기 세라믹 본체는 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이에 제 1 직경을 갖는 관통 홀을 포함할 수 있다. 상기 제 2 홀은 상기 관통 홀과 일렬로 세워지며(line up with), 상기 제 2 홀은 열 전달 가스 소스에 유체적으로 커플링될 수 있다. 상기 본딩 층은, 상기 제 2 표면 상의 상기 관통 홀의 개구 및 상기 제 2 홀의 개구 사이의 공간(space)을 포함하며, 상기 본딩 층의 공간은, 상기 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 정전 척에서, 본딩 층은 실리콘계 화합물 및 아크릴계 화합물 중 적어도 하나로부터 형성될 수 있다. 실리콘계 화합물 및 아크릴계 화합물 중 적어도 하나는, 금속 필러(filler)들 및 세라믹 필러들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 금속 필러들은 Al, Mg, Ta, 및 Ti로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있고, 세라믹 필러들은 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 질화물(AlN), 및 티타늄 디보라이드(titanium diboride; TiB2)로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
일 실시예에 따른 정전 척은, 세라믹 본체의 제 1 표면 또는 제 2 표면 상에 배치되는 개스킷을 더 포함할 수 있으며, 개스킷이 관통 홀을 에워쌀 수 있다. 개스킷은 플루오로-폴리머(fluoro-polymer) 또는 액체 경화 폴리머(liquid cured polymer)일 수 있다. 개스킷은 세라믹 본체와 열 전도성 베이스 사이에 있을 수 있다.
일 실시예에 따른 정전 척에서, 세라믹 본체는 제 1 세라믹 물질 구성물(ceramic material composition)을 가질 수 있고, 정전 척은, 제 1 세라믹 물질 구성물과 상이한 제 2 세라믹 물질 구성물을 갖는 벌크 소결된 세라믹 물품(bulk sintered ceramic article)을 포함하는 플라즈마 저항성 보호 층, 및 세라믹 본체의 제 1 표면과 플라즈마 저항성 보호 층 사이의 금속 본드 층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 정전 척에서, 금속 본드 층은, 제 1 금속 층, 제 2 금속 층, 및 상기 제 1 금속 층과 상기 제 2 금속 층 사이의 제 3 금속 층을 포함할 수 있고, 제 3 금속 층은 적어도 두 개의 상이한 금속들의 조합을 포함할 수 있다.
금속 본드 층의 두께는 대략 5 내지 20 mil일 수 있으며, 플라즈마 저항성 보호 층의 두께는 대략 200 내지 900 미크론일 수 있다.
일 실시예에 따른 정전 척은, 세라믹 본체와 플라즈마 저항성 보호 층 사이에서 세라믹 본체 상에 배치되는 개스킷을 더 포함할 수 있으며, 개스킷이 관통 홀을 에워쌀 수 있다.
제 2 세라믹 물질 구성물은, YxAlyOz, 및 Y2O3-ZrO2의 고용체(solid-solution)와 Y4Al2O9를 포함하는 세라믹 화합물(ceramic compound)로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
일 실시예에 따른 정전 척은, 세라믹 본체 내에 매립된 전극, 상기 전극을 전력 소스 및 RF(radio frequency) 소스 중 적어도 하나에 전기적으로 연결하도록 상기 세라믹 본체 내에 형성되는 전극 연결부를 더 포함할 수 있고, 상기 전극 연결부는 전기 전도성 물질로 충진된 홀을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 정전 척은, 관통 홀 내의 다공성 세라믹 플러그를 더 포함할 수 있으며, 다공성 세라믹 플러그가 관통 홀을 막고(plug), 다공성 세라믹 플러그는 상기 다공성 세라믹 플러그를 통한 헬륨 유동을 허용하지만 상기 관통 홀 내의 유동된 플라즈마의 아킹(arcing)을 방지할 수 있다.
일 실시예에 따른 정전 척에서, 세라믹 본체는 알루미늄 질화물(AlN) 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함할 수 있고, 열 전도성 베이스는 알루미늄 또는 스테인리스 스틸을 포함할 수 있다.
[0007] 본 발명은, 유사한 참조 부호들이 유사한 엘리먼트들을 표시하는 첨부 도면들의 도면들에서, 예로서 그리고 비제한적으로 도시된다. 본 개시물에서의 단수형태("an" 또는 "one") 실시예에 대한 상이한 참조들은 반드시 동일한 실시예에 대한 것은 아니며, 그러한 참조들은 적어도 하나를 의미하는 것에 주목해야 한다.
[0008] 도 1은 프로세싱 챔버의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
[0009] 도 2는 기판 지지 조립체의 일 실시예의 분해도를 도시한다.
[0010] 도 3은 기판 지지 조립체의 일 실시예의 측면도를 도시한다.
[0011] 도 4는 기판 지지부의 일 실시예의 분해된 측면도를 도시한다.
[0012] 도 5는 정전 척을 제조하기 위한 프로세스의 일 실시예를 도시한다.
[0013] 도 6은 정전 척을 제조하기 위한 프로세스의 다른 실시예를 도시한다.
[0014] 도 7은 금속 본딩 프로세스를 수행하기 위한 프로세스의 일 실시예를 도시한다.
[0015] 도 8은 미리형성된 호일 피쳐들을 갖는 반응성 호일을 제조하기 위한 프로세스의 일 실시예를 도시한다.
[0016] 도 9a는 표면 피쳐들을 갖는 템플릿 상에 나노스케일 금속 층들을 증착하는 것을 도시한다.
[0017] 도 9b는 미리형성된 호일 피쳐들을 갖는 반응성 호일 시트를 도시한다.
[0018] 도 10a는 비-평면 템플릿 상에 나노스케일 금속 층들을 증착하는 것을 도시한다.
[0019] 도 10b는 비-평면 반응성 호일 시트를 도시한다.
[0020] 도 11은 인터로킹(interlocking) 반응성 호일 시트들을 도시한다.
[0021] 본 발명의 실시예들은, 기판 지지 조립체의 세라믹 본체 위에 형성되는 보호 층을 갖는 기판 지지 조립체(예를 들면, 정전 척)를 제공한다. 보호 층은 세라믹 본체의 보호를 위해 플라즈마 부식 저항(plasma corrosion resistance)을 제공할 수 있다. 보호 층은, 나노-본딩 기술을 사용하여 세라믹 본체에 금속 본딩되는 벌크 소결된 세라믹 물품(예를 들면, 세라믹 웨이퍼)일 수 있다. In, Sn, Ag, Au, Cu 및 이들의 합금들과 같은 다양한 본딩 물질들이 반응성 호일과 함께 이용될 수 있다.
[0022] 일 실시예에서, 세라믹 본체는 벌크 소결된 세라믹 본체(예를 들면, 다른 세라믹 웨이퍼)이다. 세라믹 본체가 척킹 전극을 포함하지 않는 경우, 금속 본드는 정전 척을 위한 척킹 전극으로서 기능할 수 있다. 세라믹 본체는 부가적으로, 다른 금속 본드에 의해 열 전도성 베이스에 금속 본딩될 수 있다. 열 전도성 베이스는, 가열 및/또는 냉각을 위해 액체를 유동시킴으로써 온도를 조절하는데 이용될 수 있는 채널들뿐 아니라 가열 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 열 전도성 베이스와 세라믹 본체 사이의 금속 본드는 우수한 열 접촉을 제공하며, 열 전도성 베이스가 프로세싱 중에 세라믹 본체, 정전 척에 의해 유지되는 임의의 기판 및 보호 층을 가열하고 냉각하는 것을 가능하게 한다. 실시예들은 종래의 정전 척들에 비해 제조하는데 4배(4x)만큼 값이 더 쌀 수 있는 정전 척을 제공한다. 또한, 실시예들은, 온도를 신속하게 조정할 수 있으며 그리고 플라즈마 저항성인 정전 척을 제공한다. 정전 척 및 지지되고 있는 기판은 빠르게 가열되거나 냉각될 수 있으며, 일부 실시예들은 2℃/s 또는 그보다 빠른 온도 변화들을 가능하게 한다. 이는 정전 척이 다단계 프로세스들에서 사용되는 것을 가능하게 하며, 이러한 다단계 프로세스들에서 예를 들면, 웨이퍼가 20-30℃에서 프로세싱되고, 그 후 추가의 프로세싱을 위해 80-90℃까지 신속하게 램핑 업될(ramped up) 수 있다. 본원에서 설명되는 실시예들은 쿨롱 정전 척킹 응용예들과 존슨 라벡(Johnson Raybek) 척킹 응용예들 둘 모두에 대해 사용될 수 있다.
[0023] 다른 실시예에서, 미리형성된 표면 피쳐들을 갖는 반응성 호일이 제조된다. 반응성 호일은, 표면 피쳐들을 갖는 템플릿 상에 알루미늄 및 니켈과 같은 2개의 반응성 물질들의 교번하는 나노스케일 층들을 증착함으로써 제조될 수 있다. 템플릿의 표면 피쳐들은, 본딩하기 위해 반응성 호일이 사용될 하나 또는 그 초과의 기판들의 표면 피쳐들에 대응할 수 있다. 예를 들면, 하나 또는 그 초과의 기판들이 이 기판들에 홀들을 가지면, 템플릿은 홀들에 대응하는 단차들(steps)을 가질 수 있다. 이러한 단차들은, 템플릿 상에 형성된 반응성 호일이, 기판의 홀들에 대응하는 미리형성된 홀들을 가지게 할 수 있다.
[0024] 도 1은 기판 지지 조립체(148)가 내부에 배치된 반도체 프로세싱 챔버(100)의 일 실시예의 단면도이다. 기판 지지 조립체(148)는 기판 지지 조립체(148)의 세라믹 본체에 금속 본딩된, 벌크 세라믹(bulk ceramic)으로 된 보호 층(136)을 갖는다. 금속 본드는, 금속들의 조합, 이를테면, 인듐, 주석, 알루미늄, 니켈의 조합 및 (예를 들면, 금 또는 은과 같은) 하나 또는 그 초과의 부가적인 금속들의 조합을 포함할 수 있다. 금속 본딩 프로세스는 하기에서 더 상세히 설명된다.
[0025] 보호 층은, Y2O3 (이트리아 또는 이트륨 산화물), Y4Al2O9 (YAM), Al2O3 (알루미나), Y3Al5O12 (YAG), YAlO3 (YAP), 석영, SiC (실리콘 탄화물), Si3N4 (실리콘 질화물), 시알론(Sialon), AlN (알루미늄 질화물), AlON (알루미늄 산질화물), TiO2 (티타니아), ZrO2 (지르코니아), TiC (티타늄 탄화물), ZrC (지르코늄 탄화물), TiN(티타늄 질화물), TiCN(티타늄 탄소 질화물), Y2O3 안정화 ZrO2 (YSZ), 등과 같은 벌크 세라믹(예를 들면, 세라믹 웨이퍼)일 수 있다. 보호 층은 또한, SiC-Si3N4 고용체(solid solution), Y2O3-ZrO2 고용체, 또는 Al2O3 매트릭스에 분배된 Y3Al5O12와 같은 세라믹 복합체(ceramic composite)일 수 있다. 보호 층은 또한, 이트륨 산화물(이트리아 및 Y2O3로 또한 공지되어 있음) 함유 고용체(yttrium oxide containing solid solution)를 포함하는 세라믹 복합체일 수 있다. 예를 들면, 보호 층은, 화합물 Y4Al2O9(YAM) 및 고용체(Y2- xZrxO3)(Y2O3-ZrO2 고용체)로 구성되는 세라믹 복합체일 수 있다. 이트륨 산화물 함유 고용체들뿐 아니라 순수한 이트륨 산화물은, ZrO2, Al2O3, SiO2, B2O3, Er2O3, Nd2O3, Nb2O5, CeO2, Sm2O3, Yb2O3, 또는 다른 산화물들 중 하나 또는 그 초과로 도핑될 수 있음에 주목한다. 또한, ZrO2, Al2O3, SiO2, B2O3, Er2O3, Nd2O3, Nb2O5, CeO2, Sm2O3, Yb2O3, 또는 다른 산화물들 중 하나 또는 그 초과를 갖는 도핑된 알루미늄 질화물뿐 아니라 순수한 알루미늄 질화물이 사용될 수 있음에 주목한다. 대안적으로, 보호 층은 사파이어 또는 MgAlON일 수 있다.
[0026] 보호 층은, 세라믹 파우더 또는 세라믹 파우더들의 혼합물로부터 생성된, 소결된 세라믹 물품일 수 있다. 예를 들면, 세라믹 복합체는, Y2O3 파우더, ZrO2 파우더 및 Al2O3 파우더의 혼합물로부터 생성될 수 있다. 세라믹 복합체는 50-75 몰%의 범위의 Y2O3, 10-30 몰%의 범위의 ZrO2, 및 10-30 몰%의 범위의 Al2O3를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, HPM 세라믹 복합체는 대략 77% Y2O3, 15% ZrO2 및 8% Al2O3를 포함한다. 다른 실시예에서, 세라믹 복합체는 대략 63% Y2O3, 23% ZrO2 및 14% Al2O3를 포함한다. 또 다른 실시예에서, HPM 세라믹 복합체는 대략 55% Y2O3, 20% ZrO2 및 25% Al2O3를 포함한다. 상대적인 비율들은 몰비(molar ratios)로 이루어질 수 있다. 예를 들면, HPM 세라믹 복합체는 77 몰% Y2O3, 15 몰% ZrO2 및 8 몰% Al2O3를 포함할 수 있다. 이러한 세라믹 파우더들의 다른 분포들이 또한 세라믹 복합체에 대해 사용될 수 있다.
[0027] 프로세싱 챔버(100)는 내부 용적(106)을 둘러싸는(enclose), 챔버 본체(102) 및 리드(104)를 포함한다. 챔버 본체(102)는 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 다른 적합한 물질로 제조될 수 있다. 챔버 본체(102)는 일반적으로, 측벽들(108) 및 바닥(110)을 포함한다. 챔버 본체(102)를 보호하기 위해 외측 라이너(116)가 측벽들(108) 근처에 배치될 수 있다. 외측 라이너(116)는, 플라즈마 또는 할로겐-함유 가스 저항성 물질로 제조되고 그리고/또는 코팅될 수 있다. 일 실시예에서, 외측 라이너(116)는 알루미늄 산화물로 제조된다. 다른 실시예에서, 외측 라이너(116)는 이트리아, 이트륨 합금, 또는 이들의 산화물로 제조되거나 코팅된다.
[0028] 배기 포트(126)가 챔버 본체(102)에 정의될 수 있으며, 내부 용적(106)을 펌프 시스템(128)에 커플링시킬 수 있다. 펌프 시스템(128)은, 프로세싱 챔버(100)의 내부 용적(106)의 압력을 진공배기하고(evacuate) 조절하기 위해 이용되는, 하나 또는 그 초과의 펌프들 및 스로틀 밸브들을 포함할 수 있다.
[0029] 리드(104)는 챔버 본체(102)의 측벽(108) 상에 지지될 수 있다. 리드(104)는 프로세싱 챔버(100)의 내부 용적(106)에 대한 액세스를 허용하도록 개방될 수 있으며, 폐쇄되는 경우, 프로세싱 챔버(100)에 대한 시일(seal)을 제공할 수 있다. 리드(104)의 일부인 가스 분배 조립체(130)를 통하여 내부 용적(106)에 프로세스 및/또는 세정 가스들을 제공하도록, 가스 패널(158)이 프로세싱 챔버(100)에 커플링될 수 있다. 특히, C2F6, SF6, SiCl4, HBr, NF3, CF4, CHF3, CH2F3, Cl2 및 SiF4와 같은 할로겐-함유 가스, 및 O2, 또는 N2O와 같은 다른 가스들을 포함하는, 프로세싱 가스들의 예들이, 프로세싱 챔버에서 프로세싱하기 위해 사용될 수 있다. 캐리어 가스들의 예들은, N2, He, Ar, 및 프로세스 가스들에 대해 비활성인 다른 가스들(예를 들면, 비반응성 가스들)을 포함한다. 가스 분배 조립체(130)는, 기판(144)의 표면에 가스 유동을 지향시키도록 가스 분배 조립체(130)의 하류(downstream) 표면 상에 다수의 개구들(132)을 가질 수 있다. 부가적으로, 가스 분배 조립체(130)는, 세라믹 가스 노즐을 통해 가스들이 피딩되는 중심 홀을 가질 수 있다. 가스 분배 조립체(130)는, 가스 분배 조립체(130)를 부식으로부터 방지하기 위해 할로겐-함유 화학물질들(chemistries)에 대한 저항을 제공하도록, 세라믹 물질, 이를테면 실리콘 탄화물, 이트륨 산화물, 등에 의해 제조되고 그리고/또는 코팅될 수 있다.
[0030] 기판 지지 조립체(148)는, 가스 분배 조립체(130) 아래의, 프로세싱 챔버(100)의 내부 용적(106)에 배치된다. 기판 지지 조립체(148)는 프로세싱 동안 기판(144)을 보유(hold)한다. 내측 라이너(118)가 기판 지지 조립체(148)의 주변부 상에 코팅될 수 있다. 내측 라이너(118)는, 외측 라이너(116)에 대해 논의된 것들과 같은 할로겐-함유 가스 저항 물질(halogen-containing gas resist meterial)일 수 있다. 일 실시예에서, 내측 라이너(118)는 외측 라이너(116)와 동일한 물질들로 제조될 수 있다.
[0031] 일 실시예에서, 기판 지지 조립체(148)는 페디스털(152)을 지지하는 장착 플레이트(162), 및 정전 척(150)을 포함한다. 일 실시예에서, 정전 척(150)은, 금속 또는 실리콘 본드(138)에 의해 정전 퍽(166)에 본딩되는 열 전도성 베이스(164)를 더 포함한다. 대안적으로, 도 3에 대해 보다 상세히 설명될 바와 같이, 정전 퍽(166) 대신 단순한 세라믹 본체가 사용될 수 있다. 정전 퍽(166)에 금속 본딩되는 보호 층(136)에 의해 정전 퍽(166)의 상부 표면이 커버된다. 일 실시예에서, 보호 층(136)은 정전 퍽(166)의 상부 표면 상에 배치된다. 다른 실시예에서, 보호 층(136)은, 정전 퍽(166) 및 열 전도성 베이스(164)의 외측 및 측면 주변부를 포함하는, 정전 척(150)의 전체 표면 상에 배치된다. 장착 플레이트(162)는 챔버 본체(102)의 바닥(110)에 커플링되며, 열 전도성 베이스(164) 및 정전 퍽(166)에 대한 라우팅 유틸리티들(routing utilities)(예를 들면, 유체들, 전력 라인들, 센서 리드들, 등)을 위한 통로들을 포함한다.
[0032] 열 전도성 베이스(164) 및/또는 정전 퍽(166)은, 지지 조립체(148)의 측면 온도 프로파일을 제어하기 위해, 하나 또는 그 초과의 선택적인 매립형 가열 엘리먼트들(176), 매립형 열 격리기들(174) 및/또는 도관들(168, 170)을 포함할 수 있다. 도관들(168, 170)은, 도관들(168, 170)을 통해 온도 조절 유체를 순환시키는 유체 소스(172)에 유체 커플링될 수 있다. 매립형 격리기(174)는, 일 실시예에서 도관들(168, 170) 사이에 배치될 수 있다. 히터(176)는 히터 전력 소스(178)에 의해 조절된다. 도관들(168, 170) 및 히터(176)는 열 전도성 베이스(164)의 온도를 제어하기 위해 이용될 수 있으며, 그에 따라 정전 퍽(166) 및 프로세싱 중인 기판(예를 들면, 웨이퍼)을 가열하고 그리고/또는 냉각시킨다. 정전 퍽(166) 및 열 전도성 베이스(164)의 온도는, 제어기(195)를 사용하여 모니터링될 수 있는 복수의 온도 센서들(190, 192)을 사용하여 모니터링될 수 있다.
[0033] 정전 퍽(166) 및/또는 보호 층은, 퍽(166) 및/또는 보호 층의 상부 표면에 형성될 수 있는, 그루브들, 메사들, 및 다른 표면 피쳐들과 같은 다수의 가스 통로들을 더 포함할 수 있다. 가스 통로들은, 퍽(166)에 천공된(drilled) 홀들을 통해, He와 같은 열 전달 (또는 후방(backside)) 가스의 소스에 유체 커플링될(fluidly coupled) 수 있다. 작동시, 후방 가스는, 정전 퍽(166)과 기판(144) 사이의 열 전달을 향상시키기 위해 가스 통로들 내로, 제어된 압력으로 제공될 수 있다.
[0034] 일 실시예에서, 정전 퍽(166)은 척킹 전력 소스(182)에 의해 제어되는 적어도 하나의 클램핑 전극(180)을 포함한다. 대안적인 실시예들에서, 금속 본드가 클램핑 전극으로서 기능할 수 있다. 대안적으로, 보호 층은 매립형 클램핑 전극(척킹 전극으로서 또한 지칭됨)을 포함할 수 있다. 전극(180)(또는, 보호 층 또는 퍽(166)에 배치되는 다른 전극)은, 프로세싱 챔버(100) 내의 프로세스 가스 및/또는 다른 가스로부터 형성된 플라즈마를 유지하기 위해, 매칭 회로(188)를 통하여 하나 또는 그 초과의 RF 전력 소스들(184, 186)에 추가로 커플링될 수 있다. 소스들(184, 186)은 일반적으로, 약 50 kHz 내지 약 3 GHz의 주파수 및 최대 약 10,000 와트의 전력을 갖는 RF 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, RF 신호가 금속 베이스에 인가되고, 교류(AC)가 히터에 인가되며, 직류(DC)가 척킹 전극에 인가된다.
[0035] 도 2는 기판 지지 조립체(148)의 일 실시예의 분해도를 도시한다. 기판 지지 조립체(148)는 정전 척(150) 및 페디스털(152)의 분해도를 도시한다. 정전 척(150)은 정전 퍽(166) 또는 다른 세라믹 본체뿐 아니라, 정전 퍽(166) 또는 세라믹 본체에 부착되는 열 전도성 베이스(164)를 포함한다. 정전 퍽(166) 또는 다른 세라믹 본체는, 그 위에 위치되는 기판(144)의 형상 및 크기와 실질적으로 매칭할 수 있는, 환형 주변부(222)를 갖는 디스크형 형상을 갖는다. 일 실시예에서, 정전 퍽(166) 또는 다른 세라믹 본체는 세라믹 물질에 의해 제조될 수 있다. 세라믹 물질들의 적합한 예들에는 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 질화물(AlN), 티타늄 산화물(TiO), 티타늄 질화물(TiN), 실리콘 탄화물(SiC), 등이 포함된다. 일 실시예에서, 세라믹 본체는, 웨이퍼의 형태일 수 있는 벌크 소결된 세라믹이다.
[0036] 정전 퍽(166) 또는 세라믹 본체 아래에 부착된 열 전도성 베이스(164)는, 디스크형 주(main) 부분(224), 및 페디스털(152) 상에 위치되고 주 부분(224)으로부터 외측으로 연장되는 환형 플랜지(220)를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 열 전도성 베이스(164)는, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸과 같은 금속, 또는 다른 적합한 물질들에 의해 제조될 수 있다. 대안적으로, 열 전도성 베이스(164)는, 세라믹 본체의 열 팽창 계수와 매칭하도록, 알루미늄-실리콘 합금 침윤된(infiltrated) SiC 또는 몰리브덴과 같은, 세라믹의 복합체에 의해 제조될 수 있다. 열 전도성 베이스(164)는 열 전달 특성들뿐 아니라 우수한 강도 및 내구성을 제공해야 한다. 보호 층(136)의 상부 표면은 외측 링(216), 다수의 메사들(210) 및 메사들 사이의 채널들(208, 212)을 가질 수 있다.
[0037] 도 3은 정전 척(150)의 측단면도를 도시한다. 도 3을 참조하면, 열 전도성 베이스(164)는 제 1 금속 본드(304)에 의해 세라믹 본체(302)에 커플링된다. 세라믹 본체(302)는, 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 질화물(AlN), 티타늄 산화물(TiO), 티타늄 질화물(TiN), 실리콘 탄화물(SiC), 등과 같은 벌크 소결된 세라믹일 수 있다. 세라믹 본체(302)는, 예를 들면 얇은 세라믹 웨이퍼로서 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 세라믹 본체는 약 1 mm의 두께를 갖는다. 세라믹 본체(302)는 (예를 들면, 세라믹 본체를 통하여 홀을 천공하고 그리고 열 전도성 물질로 이 홀을 충진시킴으로써) 내부에 형성되는 전극 연결부(306)를 가질 수 있다. 전극 연결부(306)는, 클램핑 전극으로서 기능하는 금속 본드를 척킹 전력 소스 및/또는 RF 소스에 연결할 수 있다.
[0038] 제 1 금속 본드(304)는 세라믹 본체(302)와 열 전도성 베이스(164) 사이의 열 에너지 교환을 용이하게 하게 하고, 세라믹 본체와 열전도성 베이스 사이의 열 팽창 미스매치를 감소시킬 수 있다. 금속 베이스(164)는 다수의 도관들(예를 들면, 내측 도관(168) 및 외측 도관(170))을 포함할 수 있으며, 이 도관들을 통해 유체들이 정전 척(150) 및 기판(144)을 가열하거나 냉각시키도록 유동될 수 있다. 금속 베이스(164)는 부가적으로, 저항성 가열 엘리먼트들일 수 있는 하나 또는 그 초과의 매립형 히터들(176)을 포함할 수 있다.
[0039] 제 1 금속 본드(304)는 열 전도성 베이스(164)를 세라믹 본체(302)에 기계적으로 본딩한다. 일 실시예에서, 금속 본딩 물질(304)은 주석 및/또는 인듐을 포함한다. 대안적으로, 다른 금속들이 사용될 수 있다. 부가적으로, 제 1 금속 본드(304)는 다른 금속들의 2개의 층들 사이에(예를 들면, 주석의 2개의 층들 사이에) 알루미늄 및 니켈의 얇은 층(예를 들면, 일 실시예에서 약 2-4 mil의 두께를 가짐)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 얇은 층은 초기에, 알루미늄 및 니켈과 같은 반응성 물질들의 교번하는 나노스케일 층들로 구성된 반응성 다층 호일(본원에서 반응성 호일로서 지칭됨)이다. 실온 금속 본딩 프로세스 동안, 반응성 호일은 활성화되어(예를 들면, 점화되어), 1500도씨 이상(upwards of)을 발생시키는 거의 순간적인 반응(near instantaneous reaction)을 생성한다. 이는, 땜납(solder)으로서 작용하는, 금속의 상부 및 하부 층들이 용융 및 리플로우(reflow)되어, 열 전도성 베이스(164)를 세라믹 본체(302)에 본딩하게 한다. 일 실시예에서, 반응성 호일은 미국의 Indium Corporation에 의해 제조되는 NanoFoil®이다.
[0040] 정전 척(150)은 부가적으로, 제 2 금속 본드(308)에 의해 세라믹 본체(302)에 커플링되는 보호 층(136)을 포함한다. 보호 층(136)은, 예를 들면 얇은 세라믹 웨이퍼로서 제공될 수 있다. 메사들(미도시)이 보호 층의 표면 상에 형성될 수 있으며, 보호 층 및 세라믹 본체는 헬륨의 유동을 위한 홀들 및 리프트 핀들을 위한 홀들을 포함할 수 있다. 그러한 홀들은 보호 층(136)이 세라믹 본체에 본딩되기 전에 또는 그 이후에 형성될 수 있다. 제 2 금속 본드(308)는 제 1 금속 본드(304)와 실질적으로 유사할 수 있으며, 실온 본딩 프로세스를 사용하여(예를 들면, 점화가능한 반응성 호일을 사용하여) 생성되었을 수 있다. 일 실시예에서, 반응성 호일은, 보호 층 및/또는 세라믹 본체의 표면 피쳐들에 대응하는 미리형성된 호일 피쳐들을 갖는다. 예를 들면, 반응성 호일은 보호 층 내의 헬륨 홀들 및 리프트 핀 홀들에 대응하는 미리형성된 홀들을 가질 수 있다. 미리형성된 호일 피쳐들을 갖는 반응성 호일은 도 8a-11에 관하여 하기에서 보다 상세히 설명된다.
[0041] 일 실시예에서, 제 1 금속 본드(304)와 제 2 금속 본드(308)는 둘 모두 동시에 형성된다. 예를 들면, 전체 구조는 고정물(fixture) 내에 함께 프레싱될 수 있으며, 열 전도성 베이스와 세라믹 본체 사이의 반응성 호일은 보호 층과 세라믹 본체 사이의 반응성 호일과 거의 동시에 활성화되어, 양쪽 금속 본드들을 동시에(in parallel) 형성할 수 있다. 본드 두께는 대략 25 미크론 내지 500 미크론(예를 들면, 일 실시예에서 150 내지 250 미크론)일 수 있다.
[0042] 보호 층(136)의 두께는 특정 파괴 전압(specific breakdown voltage)과 같은 희망 유전체 특성들을 제공하도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 정전 척이 쿨롱 모드에서 사용될 경우, 보호 층은 약 150-500 미크론(및 일 예시적인 실시예에서 약 200-300 미크론)의 두께를 갖는다. 정전 척이 존슨 라벡 모드(Johnson Raybek mode)에서 사용될 경우, 보호 층은 약 1 mm의 두께를 가질 수 있다.
[0043] 전술된 바와 같이, 보호 층(136)은 벌크 소결된 세라믹이다. 일 실시예에서, 보호 층은 전술된 바와 같은 세라믹 복합체이며, 이러한 세라믹 복합체는 플라즈마 프로세싱 동안 (기판과 퍽 사이의 열 특성 미스매치로 인한 상대 운동(relative motion)에 기인한) 마모에 저항하는 높은 경도를 갖는다. 일 실시예에서, 세라믹 복합체는 약 5 GPa 내지 약 11 GPa의 비커스 경도(Vickers hardness)(5 Kgf)를 제공한다. 일 실시예에서, 세라믹 복합체는 약 9-10 GPa의 비커스 경도를 제공한다. 부가적으로, 세라믹 복합체는 일 실시예에서, 약 4.90 g/cm3의 밀도, 약 215 MPa의 굽힘 강도(flexural strength), 약 1.6 MPa·m1/2의 파괴 인성(fracture toughness), 약 190 GPa의 영률(Youngs Modulus), 약 8.5 x 10-6/K(20~900℃)의 열 팽창, 약 3.5 W/mK의 열 전도성, (약 20℃, 13.56MHz에서 측정시) 약 15.5의 유전 상수, (20℃, 13.56MHz에서) 약 11 x 10-4의 유전체 손실 탄젠트(dielectric loss tangent), 및 실온에서 1015 Ω·cm보다 더 큰 체적 저항률(volume resistivity)을 가질 수 있다.
[0044] 다른 실시예에서, 보호 층은 YAG이다. 다른 실시예에서, 보호 층은 사파이어이다. 또 다른 실시예에서, 보호 층은 이트륨 알루미늄 산화물(YxAlyOz)이다.
[0045] 보호 층(136)과 세라믹 본체(302) 사이의 정전 척(150)의 주변부에 개스킷(310)이 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 개스킷(310)은 압축가능한 플루오로-폴리머(fluoro-polymer) o-링이다. 다른 실시예에서, 개스킷은, 압력하에서 경화되어 개스킷을 형성하는 액체 폴리머이다. 개스킷(310)은 금속 본드(308)를 플라즈마 또는 부식성 가스들에 대한 노출로부터 보호하는 보호 시일을 제공한다. 유사한 개스킷이 제 1 금속 본드(304)를 에워싸고 보호할 수 있다. 유사한 타입의 개스킷(314)이 제 1 금속 본드(304)로부터 전극 연결부(306)를 밀봉하고(seal off) 분리하는데 사용될 수 있음이 또한 주목된다.
[0046] 석영 링(146), 또는 다른 보호 링이 정전 척(150)의 일부분들을 둘러싸고 커버한다. 기판(144)은 정전 퍽(166) 위로 낮춰지며, 정전력들에 의해 제자리에 유지된다.
[0047] 정전 척(150)이 쿨롱 척킹을 위해 사용될 것이라면, 보호 층(전극 위의 유전체)의 두께는 약 200 미크론 내지 약 1 mm일 수 있다. 정전 척(150)이 존슨 라벡 척킹을 위해 사용될 것이라면, 보호 층의 두께는 약 1 mm 내지 약 1.5 mm일 수 있다.
[0048] 도 4는 정전 척(400)의 일 실시예의 측단면도를 도시한다. 정전 척(400)은, 금속 본드(420)에 의해 보호 층(415)에 금속 본딩되고 그리고 실리콘 본드 또는 다른 본드(496)에 의해 금속 플레이트(455)에 추가로 본딩되는 세라믹 본체(410)를 갖는다. 일 실시예에서, 세라믹 본체는 약 3 mm의 두께를 갖는다. 세라믹 본체(410)는 하나 또는 그 초과의 가열 엘리먼트들(418)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 세라믹 본체(410)는 그 안에 매립되는 전극을 포함한다. (도시된 바와 같은) 다른 실시예에서, 전극(485)은 보호 층(415)에 매립될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 금속 본드(420)는 전극으로서 작용할 수 있다. 일 실시예에서, 전극(485) 위에 놓이는 보호 층(415)의 상부 부분(492)은 200 미크론 초과의 두께(예를 들면, 일 실시예에서 5 mil)를 갖는다. 보호 층(415)의 상부 부분(492)의 두께는 특정 파괴 전압과 같은 희망 유전체 특성들을 제공하도록 선택될 수 있다.
[0049] 보호 층(415)이 배치되고 (그리고 일부 실시예들에서 최종 두께로 그라인딩된(ground)) 후, 메사들(418)이 보호 층(415)의 상부 표면 상에 형성된다. 메사들(418)은, 예를 들면, 보호 층(415)의 표면을 비드 블래스팅 또는 솔트 블래스팅(salt blasting)함으로써 형성될 수 있다. 메사들은 일부 실시예들에서 약 3-50 미크론 길이(일 실시예에서 약 10-15) 및 약 200 미크론의 직경일 수 있다.
[0050] 부가적으로, 다수의 홀들(475)이 세라믹 본체(410) 및/또는 보호 층(415)을 통하여 천공된다. 이러한 홀들(475)은, 보호 층(415)이 세라믹 본체(410)에 본딩되기 전 또는 그 후에 천공될 수 있으며, 그리고 보호 층(415) 내의 홀들은 세라믹 본체(410) 및/또는 베이스(455) 내의 홀들과 일렬로 세워질(line up with) 수 있다. 일 실시예에서, 본딩이 수행된 후에, 보호 층(415), 세라믹 본체(410) 및 베이스(455)를 통하여 홀들이 천공된다. 대안적으로, 본딩 이전에, 홀들이 별도로 천공된 후, 정렬될 수 있다. 홀들은 세라믹 본체(410)와 보호 층(415) 사이에 금속 본드(420)를 형성하기 위해 사용되는 반응성 호일 내의 미리 형성된 홀들과 일렬로 세워질 수 있다. 일 실시예에서, 개스킷들(490)이 금속 본드(420)의 둘레에 배치되거나 형성되며, 여기에서, 홀들(475)은 금속 본드(420)와 만난다. 홀들(475) 주위에 형성된 개스킷들은, 금속 본드(420)가 전극으로서 사용되지 않는 일부 실행예들에서 생략될 수 있다. 일 실시예에서, 홀들(475)은 약 4-7 mil의 직경을 갖는다. 일 실시예에서, 홀들은 레이저 천공에 의해 형성된다. 홀들(475)은 메사들(418) 사이의 골들(valleys) 또는 도관들에 헬륨과 같은 열 전도성 가스를 전달할 수 있다. 헬륨(또는 다른 열 전도성 가스)은 기판과 정전 척(400) 사이의 열 전달을 용이하게 할 수 있다. 기판 지지부의 최상부에(예를 들면, 보호 층(415) 상에) 메사들(418)을 증착하는 것이 또한 가능하다. 세라믹 플러그들(미도시)이 홀들을 충진시킬 수 있다. 세라믹 플러그들은 다공성일 수 있으며, 헬륨의 유동을 허용할 수 있다. 그러나, 세라믹 플러그들은 유동된 플라즈마의 아킹(arcing)을 방지할 수 있다.
[0051] 도 5는 정전 척을 제조하기 위한 프로세스(500)의 일 실시예를 도시한다. 프로세스(500)의 블록(505)에서, 세라믹 본체가 제공된다. 제공된 세라믹 본체는 세라믹 웨이퍼일 수 있다. 세라믹 웨이퍼는, 이를테면 전극 커넥터를 형성하기 위해, 일부 프로세싱을 겪을 수 있지만, 가열 엘리먼트들, 냉각 채널들, 및 매립형 전극이 없을 수 있다.
[0052] 블록(510)에서, 제 1 금속 본드를 형성하기 위해 금속 본딩 프로세스를 수행함으로써, 세라믹 본체의 하부 표면이 열 전도성 베이스에 본딩된다. 블록(515)에서, 제 2 금속 본드를 형성하기 위한 금속 본딩 프로세스에 의해, 벌크 소결된 세라믹 보호 층이 세라믹 본체의 상부 표면에 본딩된다. 보호 층은 약 700 미크론 내지 약 1-2 mm의 두께를 갖는 세라믹 웨이퍼일 수 있다. 금속 본딩 프로세스는 도 7에 관하여 설명된다. 일 실시예에서, 세라믹 본체의 상부 표면은, 보호 층에 상부 표면을 본딩하기 전에 편평하게 폴리싱된다. 블록(520)에서, 제 2 금속 본드는 밀봉된 전극 연결부에 커플링된다. 이러한 커플링은 제 2 금속 본드를 형성하는 금속 본딩 프로세스의 결과로서 일어날 수 있다.
[0053] 블록(525)에서, 보호 층의 표면은 희망 두께로 그라인딩된다. 보호 층은 클램핑 전극 위의 유전체 물질일 수 있으며, 따라서 희망 두께는 특정 파괴 전압을 제공하는 두께(예를 들면, 일 실시예에서 약 200-300 미크론)일 수 있다.
[0054] 블록(530)에서, 보호 층의 상부 표면에 메사들이 형성된다. 블록(535)에서, 홀들이 (예를 들면, 레이저 천공에 의해) 보호 층 및 세라믹 본체에 형성된다. 블록(530)의 동작들은, (도시된 바와 같이) 보호 층을 세라믹 본체에 본딩한 후에 수행될 수 있거나, 그러한 본딩 이전에 수행될 수 있음에 주목한다. 그 후, 플러그들이 홀들에 형성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 세라믹 본체는, 메사들이 형성된 후에, 홀들이 형성된 후에, 그리고/또는 보호 층이 본딩된 후에, 베이스에 본딩될 수 있다.
[0055] 도 6은 정전 척을 제조하기 위한 프로세스의 다른 실시예를 도시한다. 프로세스(600)의 블록(605)에서, 세라믹 본체가 제공된다. 제공된 세라믹 본체는, 하나 또는 그 초과의 가열 엘리먼트들을 포함하는 세라믹 퍽일 수 있다. 세라믹 퍽은 매립형 전극을 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다.
[0056] 블록(610)에서, 열 전도성 베이스에 세라믹 본체의 하부 표면이 본딩된다. 본드는 일 실시예에서 실리콘 본드일 수 있다. 다른 실시예에서, 본딩 물질은, 아크릴계 화합물과 실리콘계 화합물 중 적어도 하나를 갖는 열 전도성 페이스트 또는 테이프일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 본딩 물질은, 금속 또는 세라믹 필러(filler)들이 혼합되거나 부가될 수 있는, 아크릴계 화합물과 실리콘계 화합물 중 적어도 하나를 갖는 열 페이스트(thermal paste) 또는 테이프일 수 있다. 금속 필러는 Al, Mg, Ta, Ti, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나일 수 있으며, 세라믹 필러는 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 질화물(AlN), 티타늄 디보라이드(titanium diboride; TiB2), 또는 이들의 조합 중 적어도 하나일 수 있다.
[0057] 블록(615)에서, 금속 본드를 형성하기 위한 금속 본딩 프로세스에 의해, 벌크 소결된 세라믹 보호 층이 세라믹 본체의 상부 표면에 본딩된다. 금속 본딩 프로세스는 도 7에 관하여 설명된다.
[0058] 블록(620)에서, 보호 층의 표면이 희망 두께로 그라인딩된다. 보호 층은 클램핑 전극 위의 유전체 물질일 수 있으며, 그에 따라 희망 두께는 특정 파괴 전압을 제공하는 두께일 수 있다.
[0059] 블록(625)에서, 보호 층의 상부 표면 상에 메사들이 형성된다. 블록(630)에서, 홀들이 (예를 들면, 레이저 천공에 의해) 보호 층 및 세라믹 본체에 형성된다. 대안적인 실시예에서, 세라믹 본체는, 메사들이 형성된 후, 홀들이 형성된 후, 또는 보호 층이 본딩된 후에, 베이스에 본딩될 수 있다.
[0060] 도 7은 금속 본딩 프로세스를 수행하기 위한 일 실시예를 도시한다. 블록(705)에서, 제 1 금속 층으로 제 1 본체의 표면이 코팅된다. 금속 층은 주석, 인듐, 또는 다른 금속일 수 있다. 블록(710)에서, 제 2 금속 층으로 제 2 본체의 표면이 코팅된다. 제 1 본체 및 제 2 본체는, 예를 들면, 보호 층, 세라믹 본체, 또는 열 전도성 베이스일 수 있다. 세라믹 본체들(예를 들면, 세라믹 본체 또는 보호 층)에 대해, 표면을 금속 층으로 코팅하는 것은 먼저, 표면 상에 티타늄 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 티타늄은 (이를테면, 세라믹들(ceramics) 내의 산소 분자들과 본드들을 형성함으로써) 세라믹들과 강한 본드들을 형성하게 하는 특성들을 갖는다. 그 후, 금속 층이 티타늄 위에 형성될 수 있다.
[0061] 금속 층은, 예를 들면 주석 또는 인듐일 수 있다. 금속 층에 대해 주석이 사용된다면, 주석이 250 도씨의 용융 온도를 갖기 때문에, 정전 척을 사용하여 250 도씨 미만의 프로세스들이 수행될 수 있다. 금속 층에 대해 인듐이 사용된다면, 인듐은 150 도씨의 용융 온도를 갖기 때문에, 정전 척을 사용하여 150 도씨 미만의 프로세스들이 수행될 수 있다. 보다 높은 온도의 프로세스들이 수행될 것이라면, 금속 층들에 대해, 보다 높은 용융 온도를 갖는 금속이 사용되어야 한다. 티타늄 층 및 후속 금속 층은, 증발(evaporation), 전기도금, 스퍼터링, 또는 다른 금속 증착 또는 성장 기법들에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 제 1 금속 층은 제 1 본체에 대해 위치되는 땜납의 제 1 시트(예를 들면, 주석 또는 인듐의 시트)일 수 있으며, 제 2 금속 층은 제 2 금속 본체에 대해 위치되는 땝납의 제 2 시트일 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 금속 층 및 제 2 금속 층은 각각 대략 1-20 mil(예를 들면, 일 실시예에서 25-100 미크론)의 두께이다.
[0062] 블록(715)에서, 제 1 본체 또는 제 2 본체의 코팅된 표면의 주변부에 개스킷이 적용된다. 개스킷은 부식성 가스들 또는 플라즈마들과의 상호작용으로부터 코팅된 표면을 보호할 것이다. 일 실시예에서, 개스킷은 압축가능한 o-링이다. 대안적으로, 개스킷은, 압력하에서 경화되어 개스킷을 형성하는 액체일 수 있다.
[0063] 블록(720)에서, 제 1 본체의 코팅된 표면은 제 2 본체의 코팅된 표면에 대해, 이 둘 사이에 반응성 호일을 갖는 상태로 위치된다. 일 실시예에서, 반응성 호일은 대략 50-150 미크론 두께이다. 블록(725)에서, 제 1 본체를 제 2 본체에 대해 누르도록(compress) 압력이 가해진다. 압력은 일 실시예에서, 약 50 PSI(pounds per square inch)일 수 있다. 압력이 가해지는 동안, 블록(730)에서 반응성 호일이 활성화된다. 반응성 호일은, 이를테면 광학, 전기, 또는 열 에너지 소스들을 사용함으로써, 국부적인 에너지의 작은 폭발(burst)을 제공함으로써 활성화될 수 있다. 반응성 호일의 점화는, 최대 약 1500 도씨의 갑작스럽고 순간적인 국부화된 열 폭발을 생성하는 화학 반응을 일으키며, 이러한 화학 반응은 제 1 및 제 2 금속 층들을 용융시켜 이들 층들을 단일 금속 본드로 리플로우시킨다. 금속 본드를 형성하기 위한 이러한 나노-본딩 기법은, 본딩중인 본체들을 관통하지 않는 국부화된 열을 정밀하게 전달한다. 본체들이 가열되지 않기 때문에, 본체들은 해로운 영향 없이(예를 들면, 응력(stress) 또는 뒤틀림(warping)을 야기하지 않고) 열 팽창 계수(CTE)들의 상당한 미스매치를 가질 수 있다.
[0064] 도 8은 미리형성된 호일 피쳐들을 갖는 반응성 호일 시트를 제조하기 위한 프로세스(800)의 일 실시예를 도시한다. 프로세스(800)의 블록(805)에서, 표면 피쳐들을 갖는 템플릿이 제공된다. 템플릿은 일 실시예에서 임의의 강성 물질일 수 있다. 템플릿은 하나 또는 그 초과의 표면 피쳐들을 갖는 실질적으로 평면인 표면을 가질 수 있다. 대안적으로, 템플릿은 표면 피쳐들을 갖거나 갖지 않는 비-평면 표면을 가질 수 있다.
[0065] 표면 피쳐들은 템플릿의 표면에 포지티브 단차들(예를 들면, 스탠드오프들(standoffs)) 및/또는 네거티브 단차들(예를 들면, 홀들 또는 트렌치들)을 포함할 수 있다. 단차들은, 단차를 커버하는 증착된 반응성 호일 시트의 제 1 부분이, 템플릿의 나머지를 커버하는 반응성 호일 시트의 제 2 부분과 접촉하지 않게(discontiguous) 하기에 충분한, 높이 또는 깊이를 가질 수 있다. 예를 들면, 스탠드오프들은 약 1-25 mm의 높이를 가질 수 있으며, 홀들/트렌치들은 약 1-25 mm의 깊이를 가질 수 있다. 일 특정 실시예에서, 단차들은, 약 2-10 mm의, 높이 또는 깊이를 갖는다. 그 대신, 증착된 반응성 호일은 비-평면 영역들의 형상을 가질 수 있다.
[0066] 표면 피쳐들은 또한, 범프들, 딥들(dips), 커브들(curves), 등과 같은 비-평면 영역들을 포함할 수 있다. 이러한 표면 피쳐들은 증착된 반응성 호일 시트의 임의의 부분들이 반응성 호일 시트의 다른 부분들과 접촉하지 않게 하지 못할 수도 있다.
[0067] 블록(810)에서, 반응성 호일 시트를 형성하기 위해 적어도 2개의 반응성 물질들의 교번하는 나노스케일 층들이 템플릿 상에 증착된다. 일 실시예에서, 반응성 물질들은 템플릿 상에 스퍼터링되는 금속들이다. 반응성 물질들은 또한, 증발, 전기도금, 또는 다른 금속 증착 또는 성장 기법들에 의해 형성될 수 있다. 2개의 반응성 물질들의 수천개의 교번하는 층들이 템플릿 상에 증착될 수 있다. 각각의 층은 일 나노미터 내지 수십 나노미터의 스케일의 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 반응성 호일은, 반응성 호일이 포함하는 나노스케일 층들의 개수에 따라, 대략 10-500 미크론 두께이다. 추가의 실시예에서, 반응성 호일은 약 50-150 미크론 두께이다.
[0068] 일 실시예에서, 2개의 반응성 물질들은 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni)이며, 반응성 호일은 Al/Ni 층들의 스택이다. 대안적으로, 2개의 반응성 물질들은 (Al/Ti 층들의 스택을 생성하는) 알루미늄 및 티타늄(Ti), (Ti/B 층들의 스택을 생성하는) 티타늄 및 붕소(B), (Cu/Ni 층들의 스택을 생성하는) 구리(Cu) 및 니켈, 또는 (Ti/Si 층들의 스택을 생성하는) 티타늄 및 비정질 실리콘(Si)일 수 있다. 다른 반응성 물질들이 또한 반응성 호일을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
[0069] 일부 표면 피쳐들에 대해, 표면 피쳐의 높이 또는 깊이는, 증착된 반응성 호일 시트의 일부가 반응성 호일 시트의 다른 부분들과 접촉하지 않게 할 수 있다. 많은 경우들에, 이러한 불연속성(discontinuity)이 의도된다. 그러나, 불연속성이 요구되지 않는다면, 증착 소스에 대한 템플릿의 각도는 그러한 임의의 불연속성을 제거하도록 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 템플릿은 회전되며 그리고/또는 증착 소스에 대한 템플릿의 각도는 증착 프로세스 동안 변화된다. 다른 실시예에서, 상이한 위치들을 갖는 다수의 증착 소스들이 사용된다. 증착 소스들의 배열은, 교번하는 층들의 두께 변화들(variations)을 최소화하면서, 비-평면 표면 및/또는 표면 피쳐들의 커버리지를 최대화하도록 세트(set)될 수 있다.
[0070] 블록(815)에서, 반응성 호일 시트는 템플릿으로부터 제거된다. 반응성 호일 시트는 템플릿에 대해 약한 기계적 본드를 가질 수 있어서, 반응성 호일이 찢김(tearing) 없이 템플릿으로부터 제거되는 것을 가능하게 한다. 반응성 호일 시트는, 템플릿의 표면 피쳐들에 대응하는 호일 피쳐들을 가질 수 있다. 예를 들면, 반응성 호일 시트는, 단차들을 가진 템플릿의 영역들에 대응하는 보이드들을 가질 수 있다. 부가적으로, 반응성 호일 시트는, 템플릿 내의 3차원 피쳐들에 대응하는 비-평면(예를 들면, 3차원) 피쳐들을 가질 수 있다. 피쳐들은 다양한 크기들 및 형상들을 가질 수 있다. 미리형성된 호일 피쳐들은, 반응성 호일이 본딩하도록 설계된 하나 또는 그 초과의 기판들의 표면 피쳐들에 대응할 수 있다. 따라서, 형성된 반응성 호일은 생산 가치가 있을 수 있다(production worthy). 예를 들면, 반응성 호일은, 표면 피쳐들을 갖는 기판 상의 제위치에 세트되고, 표면 피쳐들을 수용하기 위해 반응성 호일을 먼저(first) 기계가공하지 않은 상태에서 금속 본드를 생성하도록 에너자이징될 수 있다.
[0071] 도 9a는 표면 피쳐들을 갖는 템플릿(900) 상에 나노스케일 금속 층들을 증착하는 것을 도시한다. 템플릿(900)은 3개의 표면 피쳐들(910, 915, 922)을 갖는 실질적으로 평면인 표면(905)을 갖는다. 표면 피쳐들(910 및 915)은 높이(920)를 갖는 단차들이다. 높이(920)는, 피쳐들(910, 915) 상에 증착되는(925) 나노스케일 금속 층들이 템플릿의 표면(905)의 나머지 상에 증착되는(925) 나노스케일 금속 층들과 접촉하지 않게 하기에 충분히 높다. 표면 피쳐(922)는 비-평면(예를 들면, 3차원) 피쳐이다. 피쳐(922) 상에 증착되는(925) 금속 층들은 템플릿의 표면(905)의 나머지 상에 증착되는 금속 층들과 접촉하고 있다.
[0072] 도 9b는 미리형성된 호일 피쳐들(960, 965, 970)을 갖는 반응성 호일 시트(950)를 도시한다. 반응성 호일 시트(950)는 도 9a의 템플릿(900) 상에 교번하는 나노스케일 금속 층들을 증착함으로써 형성된다. 반응성 호일 시트(950)는 실질적으로 평면이다. 그러나, 반응성 호일 시트(950)는 템플릿(900)의 표면 피쳐(922) 상으로의 증착에 의해 야기되는 비-평면 피쳐(970)를 포함한다. 호일 피쳐들(960 및 965)은 반응성 호일 시트(950) 내의 보이드들이며, 템플릿(900)의 표면 피쳐들(910, 920)에 대응한다.
[0073] 도 10a는 비-평면 표면(1005)을 갖는 템플릿(1000) 상에 나노스케일 금속 층들을 증착하는 것을 도시한다. 템플릿(1000)은 도시된 바와 같은 3차원 형상을 가질 수 있거나, 임의의 다른 3차원 형상을 가질 수 있다. 도 10b는 템플릿(1000)의 3차원 형상과 매칭하는 3차원 형상을 갖는 비-평면 반응성 호일 시트(1050)를 도시한다. 이러한 3차원 형상은, 반응성 호일을 사용하여 함께 본딩할 2개의 기판들의 3차원 형상에 대응할 수 있다. 따라서, 반응성 호일 시트(1050)는, 반응성 호일 시트(1050)의 형상 및 임의의 피쳐들이 기판의 형상 및 피쳐들과 일렬로 세워지게 하는 위치 및 배향으로 기판들 중 하나 상에 배치될 수 있다. 제 2 기판이 그 후 반응성 호일 시트 위에 배치될 수 있으며, 반응성 호일 시트는 점화될 수 있다. 반응성 호일 시트는, 자신이 본딩할 기판들과 매치하는 형상을 갖기 때문에, 반응성 호일 시트는 변형되거나 찢기지 않을 것이다. 이는, 그렇지 않을 경우, 비-평면 표면들을 본딩하기 위해 평면 반응성 호일 시트를 사용하고자 시도함으로써 야기될 수 있는 누출 경로들을 최소화하거나 제거할 수 있다.
[0074] 본원에서 설명된, 미리형성된 피쳐들을 갖는 반응성 호일 시트들은 임의의 2개의 기판들을 본딩하는데 사용될 수 있다. 반응성 호일 시트들은, 표면 피쳐들을 갖는 기판들 사이에 진공 없이, 실온의 신속한 본드가 형성될 응용예들에 대해 특히 유용할 수 있다. 예를 들면, 반응성 호일은, 헬륨 홀들을 갖는 정전 퍽을 냉각 베이스 플레이트에 본딩하는데 사용될 수 있다. 본원에서 설명된 반응성 호일 시트들은 또한, 샤워헤드 위에 보호 층을 본딩하기 위해 사용될 수 있으며, 샤워헤드는 수 천개의 가스 분배 홀들뿐 아니라 가스 분배 홀들 주위의 디벳들(divets) 및/또는 스탠드오프들을 가질 수 있다. 반응성 호일 시트들은 또한, 반도체 디바이스들, 태양열 디바이스들(solar devices), 및 다른 디바이스들을 본딩하는데 사용될 수 있다.
[0075] 도 11은 인터로킹 반응성 호일 시트들(1105, 1110, 1115, 1120)로 형성된 연속적인 반응성 호일(1100)을 도시한다. 반응성 호일 시트들(1105-1120)의 둘레들은, 반응성 호일 시트들(1105-1120)이 인터로킹하는 것을 가능하게 하는 모자이크식 퍼즐 형상(tessellating puzzle shape)을 가질 수 있다. 모자이크식 퍼즐 형상은, 모자이크식 퍼즐 형상을 갖는 템플릿의 둘레 주위에 단차를 갖는 템플릿 위에 교번하는 나노스케일 금속 층들을 증착함으로써 형성될 수 있다. 따라서, 전술된 프로세스(800)는 인터로킹 반응성 호일 시트들을 생성하는데 사용될 수 있다. 이러한 인터로킹 반응성 호일 시트들은, 누출 경로들을 도입하지 않고, 금속 본딩 프로세스를 사용하여 임의의 크기의 기판이 본딩되는 것을 가능하게 한다.
[0076] 전술한 설명은, 본 발명의 몇몇 실시예들의 양호한 이해를 제공하기 위해, 특정 시스템들, 컴포넌트들, 방법들, 등의 예들과 같은 다수의 특정한 세부사항들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 적어도 일부의 실시예들이 이러한 특정 세부사항들 없이 실행될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예들에서, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 잘 알려진 컴포넌트들 또는 방법들은 상세히 설명되지 않거나 단순한 블록도 형식으로 제시된다. 따라서, 설명된 특정한 세부사항들은 단지 예시적이다. 특정 실행예들이 이러한 예시적인 세부사항들로부터 변화될 수 있으며, 여전히 본 발명의 범위 이내인 것으로 고려될 수 있다.
[0077] 본 명세서 전체에 걸쳐서, "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 언급은, 실시예와 관련하여 설명된, 특정 피쳐, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐서 다양한 장소들에서 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"라는 문구의 출현들은 반드시 모두 동일한 실시예를 나타내지는 않는다. 또한, "또는" 이라는 용어는 배타적인 "또는"이 아니라 포괄적인 "또는"을 의미하도록 의도된다. "약" 또는 "대략"이라는 용어가 본원에서 사용될 때, 이는, 제시된 공칭 값(nominal value)이 ±10% 내에서 정확한 것을 의미하도록 의도된다.
[0078] 본원의 방법들의 동작들이 특정 순서로 도시되고 설명되지만, 각각의 방법의 동작들의 순서는, 특정 동작들이 역순으로 수행될 수 있도록, 또는 특정 동작이, 적어도 부분적으로, 다른 동작들과 동시에 수행될 수 있도록 변경될 수 있다. 다른 실시예에서, 별개의 동작들에 대한 하위-동작들 또는 명령들이 간헐적인 방식으로 및/또는 교번적인 방식으로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 다수의 금속 본딩 동작들은 단일 단계로서 수행된다.
[0079] 상기 설명은 예시적이며 비제한적인 것으로 의도됨이 이해되어야 한다. 상기 설명을 읽고 이해할 때, 많은 다른 실시예들이 당업자들에게 자명할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는, 첨부된 청구항들에 관하여, 그러한 청구항들이 부여하는 등가물들의 전체 범위에 따라 결정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 정전 척으로서:
    제 1 표면과 제 2 표면을 갖는 세라믹 본체 - 상기 제 2 표면은 상기 제 1 표면에 대해 상기 세라믹 본체의 반대측 상에 있고, 상기 세라믹 본체는 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이에 제 1 직경을 갖는 관통 홀을 포함함 - ;
    상기 세라믹 본체를 지지하고 제 2 홀을 포함하는 열 전도성 베이스 - 상기 제 2 홀은 상기 관통 홀과 일렬로 세워지며(line up with), 상기 제 2 홀은 열 전달 가스 소스에 유체적으로 커플링됨 - ;
    상기 세라믹 본체와 상기 열 전도성 베이스 사이의 본딩 층 - 상기 본딩 층은, 상기 제 2 표면 상의 상기 관통 홀의 개구와 상기 제 2 홀의 개구 사이에 공간(space)을 포함하며, 상기 본딩 층의 공간은, 상기 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 가짐 - ;을 포함하고,
    상기 본딩 층은:
    제 1 금속 층;
    제 2 금속 층; 및
    상기 제 1 금속 층과 상기 제 2 금속 층 사이의 제 3 금속 층;을 포함하며,
    상기 제 3 금속 층은 적어도 두 개의 상이한 금속들의 조합을 포함하는,
    정전 척.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 본딩 층은 실리콘계 화합물 및 아크릴계 화합물 중 적어도 하나로부터 형성된,
    정전 척.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 실리콘계 화합물 및 상기 아크릴계 화합물 중 적어도 하나는, 금속 필러(filler)들 및 세라믹 필러들 중 적어도 하나를 포함하는,
    정전 척.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속 필러들은 Al, Mg, Ta, 및 Ti로 이루어진 그룹으로부터 선택되며,
    상기 세라믹 필러들은 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 질화물(AlN), 및 티타늄 디보라이드(titanium diboride; TiB2)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
    정전 척.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 본체의 상기 제 1 표면 또는 상기 제 2 표면 상에 배치되는 개스킷을 더 포함하며, 상기 개스킷이 상기 관통 홀을 에워싸는,
    정전 척.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 개스킷은 플루오로-폴리머(fluoro-polymer) 또는 액체 경화 폴리머(liquid cured polymer)인,
    정전 척.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 개스킷은 상기 세라믹 본체와 상기 열 전도성 베이스 사이에 있는,
    정전 척.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 본체는 제 1 세라믹 물질 구성물(ceramic material composition)을 가지며,
    상기 정전 척은:
    상기 제 1 세라믹 물질 구성물과 상이한 제 2 세라믹 물질 구성물을 갖는 벌크 소결된 세라믹 물품(bulk sintered ceramic article)을 포함하는, 플라즈마 저항성 보호 층; 및
    상기 세라믹 본체의 상기 제 1 표면과 상기 플라즈마 저항성 보호 층 사이의 금속 본드 층;을 더 포함하는,
    정전 척.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속 본드 층은:
    제 1 금속 층;
    제 2 금속 층; 및
    상기 제 1 금속 층과 상기 제 2 금속 층 사이의 제 3 금속 층;을 포함하며,
    상기 제 3 금속 층은 적어도 두 개의 상이한 금속들의 조합을 포함하는,
    정전 척.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속 본드 층의 두께는 5 내지 20 mil이며, 상기 플라즈마 저항성 보호 층의 두께는 200 내지 900 미크론인,
    정전 척.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 세라믹 본체와 상기 플라즈마 저항성 보호 층 사이에서 상기 세라믹 본체 상에 배치되는 개스킷을 더 포함하며, 상기 개스킷이 상기 관통 홀을 에워싸는,
    정전 척.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 세라믹 물질 구성물은, YxAlyOz, 및 Y2O3-ZrO2의 고용체(solid-solution)와 Y4Al2O9를 포함하는 세라믹 화합물(ceramic compound)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
    정전 척.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 본체 내에 매립된 전극; 및
    상기 전극을 전력 소스 및 RF(radio frequency) 소스 중 적어도 하나에 전기적으로 연결하도록 상기 세라믹 본체 내에 형성되는, 전극 연결부;를 더 포함하며,
    상기 전극 연결부는 전기 전도성 물질로 충진된 홀을 포함하는,
    정전 척.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 관통 홀 내의 다공성 세라믹 플러그를 더 포함하며,
    상기 다공성 세라믹 플러그가 상기 관통 홀을 막고(plug), 상기 다공성 세라믹 플러그는 상기 다공성 세라믹 플러그를 통한 헬륨 유동을 허용하지만 상기 관통 홀 내의 유동된 플라즈마의 아킹(arcing)을 방지하는,
    정전 척.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 본체는 알루미늄 질화물(AlN) 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함하고;
    상기 열 전도성 베이스는 알루미늄 또는 스테인리스 스틸을 포함하는,
    정전 척.
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