KR102655866B1 - 정전 척 (electrostatic chuck, ESC) 페데스탈 전압 분리 - Google Patents

정전 척 (electrostatic chuck, ESC) 페데스탈 전압 분리 Download PDF

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Abstract

다양한 실시예들은 기존 플라즈마 기반 프로세싱 시스템의 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 으로 개장할 장치를 포함한다. 장치는 플라즈마 기반 프로세싱 시스템의 동작 동안, 튜브 어댑터 부분 내 고전압 전극들과 튜브 어댑터 부분의 메인 바디 사이에 아킹을 방지하도록 튜브 어댑터 부분의 내측 표면 상에 형성된 유전체 코팅, 내부에 봉지될 (enclosed) 고전압 전극들을 갖는 다수의 절연 튜브들, 및 아킹을 방지하기 위해 복수의 절연 튜브들 중 바깥쪽 절연 튜브에 근접한 튜브 어댑터 부분의 확대된 갭 부분을 갖는 튜브 어댑터를 포함한다. ESC를 형성하는 다른 방법들, 디바이스들, 장치들, 및 시스템들이 개시된다.

Description

정전 척 (electrostatic chuck, ESC) 페데스탈 전압 분리
우선권 주장
본 출원은 2018년 1월 31일 출원되고, 명칭이 “Electrostatic Chuck (ESC) Pedestal Voltage Isolation”인 미국 특허 가출원 번호 제 62/624,619 호의 우선권을 주장하는 2019년 1월 30일 출원된 PCT 출원 PCT/US2019/015865의 우선권의 이익을 주장하고, 이들 각각은 본 명세서에 전체가 참조로서 인용된다.
본 명세서에 개시된 주제는 프로세싱 툴에서 페데스탈 전압 분리를 증가시키도록 설계된 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 에 관한 것이다.
통상적인 플라즈마 기반 프로세싱 시스템에서, ESC에 사용된 현재 페데스탈들은 접지 평면으로부터 RF 신호 및 AC 신호를 분리하기 위해 물리적 분리에만 의존한다. 고전압들을 반송하는 추가 전극들 또는 가스 라인들 (예를 들어, 질소 (N2) 가스 퍼지 라인) 의 임의의 부가는 미리 결정된 RF (radio-frequency) 전압, AC (alternating current) 전압, 및/또는 DC (direct current) 전압에 대해 이하의 명세들로 물리적 분리 거리들을 감소시킨다. 감소된 물리적 분리 거리들은 ESC에서 아킹 (arcing) 및 다른 악영향들을 유발할 수 있다.
이 섹션에 기술된 정보는 이하에 개시된 주제에 대한 배경을 당업자에게 제공하기 위해 주어지고 인정된 종래기술로서 간주되지 않아야 한다.
도 1은 정전 척 (ESC) 을 포함하는 기판 지지부 어셈블리를 포함할 수 있는 플라즈마-기반 프로세싱 챔버의 간략화된 예를 도시한다.
도 2는 도 1의 플라즈마-기반 프로세싱 시스템의 몇몇 컴포넌트들을 예시하는 3D 표현의 일 예를 도시한다.
도 3a는 ESC 어셈블리의 일 예의 단면도를 도시한다.
도 3b는 도 3a의 ESC 어셈블리의 튜브 어댑터 부분의 일 예의 단면도를 도시한다.
도 3c는 도 3b의 튜브 어댑터 부분의 상단 부분의 3D (three-dimensional) 표현을 도시한다.
도 3d는 도 3b의 튜브 어댑터 부분의 세퍼레이터 슬리브의 상부 부분의 3D 표현을 도시한다.
도 3e은 도 3b의 튜브 어댑터 부분의 상부 부분의 단면도를 도시한다.
도 3f는 도 3b의 시일링 O-링 근방 튜브 어댑터 부분의 상부 부분의 단면도를 도시한다.
도 3g는 도 3b의 튜브 어댑터 부분의 하부 부분의 단면도를 도시한다.
도 4는 도 3a의 ESC 어셈블리의 3D 단면도를 도시한다.
개시된 주제는 이제 첨부된 도면들 중 다양한 도면들에 예시된 바와 같이 몇몇 일반적인 그리고 구체적인 실시예들을 참조하여 상세히 기술될 것이다. 이하의 기술에서, 다수의 구체적인 상세들은 개시된 주제의 완전한 이해를 제공하기 위해 언급된다. 그러나, 개시된 주제는 이들 구체적인 상세들 중 일부 또는 전부가 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 다른 예들에서, 공지의 프로세스 단계들 또는 구조체들은 개시된 주제를 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다.
다양한 타입들의 기판들 (예를 들어, 실리콘 웨이퍼들) 을 지지하고 고정하는 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 이 반도체 프로세싱 동작들에서 사용된다. ESC를 지지하는 페데스탈, 및 일반적인 ESC가 이하에, 도 3a를 참조하여 보다 상세히 도시되고 논의된다. LF (low-frequency) RF (radio-frequency) 전력, HF (high-frequency) RF 전력, AC 전력, DC 전력, 및 가스 퍼지 라인들은 페데스탈의 하부 부분을 통해 기판으로 모두 공급된다. 증가하는 수의 전력 및/또는 가스 퍼지 라인들이 페데스탈 내 한정된 공간 내에 피팅할 (fit) 필요가 있기 때문에, 채용된 고전압들은 접지된 표면들에 가로질러 아킹을 발생시킬 수도 있고 또는 이웃하는 전력 공급 라인들 상에 원치 않은 신호들을 유도할 수도 있다는 우려가 있다.
예를 들어, RF 전력은 예를 들어, 플라즈마 기반 프로세싱 시스템의 적어도 ESC로부터 송신될 수도 있다. 플라즈마 기반 프로세싱 시스템은 ESC의 제 1 부분에 배치된 제 1 가열 엘리먼트 및 ESC의 제 2 부분에 배치된 제 2 가열 엘리먼트를 포함할 수도 있다. 플라즈마 프로세싱 시스템은 가열 엘리먼트들에 전력공급하기 위한 AC (alternating current) 전력 공급부와 같은 전력 공급부를 더 포함할 수도 있다. AC 회로는 페데스탈을 통해 ESC의 가열기들로 전력을 공급한다. 당업자에게 이해되는 바와 같이, ESC 가열기들은 궁극적으로 기판 상에서 보다 우수한 균일도 및 에칭 레이트들을 야기하는 프로세스의 온도 프로파일을 유지하도록 중요한 제어를 제공한다.
특정한 예에서, ESC 페데스탈은 RF 신호, AC 신호, 및 DC 신호를 페데스탈의 스템의 니켈 로드들 (rods) 을 통해 ESC의 세라믹 상단 플레이트에 임베딩되는 (embedded) 그리드들로 송신한다. 이들 신호들은 ESC 상에 장착되는 동안 기판을 상승 또는 하강시키도록 사용된 가동성 (movable) 브라켓과 페데스탈 사이의 인터페이스로서 역할을 하는 튜브 어댑터 부분을 통해 통과한다. 튜브 어댑터는 또한 접지 평면으로서 역할을 한다. 본 명세서에 논의된 바와 같이, 페데스탈 설계에 사용된 개시된 주제의 다양한 실시예들은 접지 평면으로부터 RF 신호, AC 신호, 및 DC 신호를 분리하도록 다양한 기하구조들의 유전체-코팅된 내부 표면들 및 갭들을 갖는 절연 튜브들, 튜브 어댑터들을 사용하여, 아킹을 방지한다. 본 명세서에 개시된 발명의 주제는 플라즈마 기반 프로세싱 챔버를 참조하여 기술된다.
이제 도 1을 참조하면, 플라즈마-기반 프로세싱 챔버의 간략화된 예가 도시된다. 도 1은 샤워헤드 전극 (103) 및 기판 지지부 어셈블리 (107A) 가 배치되는 플라즈마-기반 프로세싱 챔버 (101A) 를 포함하는 것으로 도시된다. 통상적으로, 기판 지지부 어셈블리 (107A) 는 실질적으로 등온 표면을 제공하고 기판 (105) 에 대한 열 싱크 및 가열 엘리먼트 모두로 역할할 수도 있다. 기판 지지부 어셈블리 (107A) 는 상기 기술된 바와 같이 기판 (105) 을 프로세싱하는 것을 돕기 위해, 가열 엘리먼트들이 포함되는 ESC를 포함할 수도 있다. 당업자에게 이해되는 바와 같이, 기판 (105) 은 원소적 반도체들 (예를 들어, 실리콘 또는 게르마늄) 을 포함하는 웨이퍼, 화합물 원소들 (예를 들어, 갈륨 비소 (GaAs) 또는 갈륨 나이트라이드 (GaN)) 을 포함하는 웨이퍼, 또는 업계에 공지된 다양한 다른 기판 타입들 (도전성 기판, 반도전성 기판, 및 비도전성 기판을 포함함) 일 수도 있다.
동작시, 기판 (105) 은 로딩 포트 (109) 를 통해 기판 지지부 어셈블리 (107A) 상으로 로딩된다. 가스 라인 (113) 이 하나 이상의 프로세스 가스들을 샤워헤드 전극 (103) 으로 공급한다. 차례로, 샤워헤드 전극 (103) 은 하나 이상의 프로세스 가스들을 플라즈마-기반 프로세싱 챔버 (101A) 내로 전달한다. 하나 이상의 프로세스 가스들을 공급하기 위한 가스 소스 (111) 가 가스 라인 (113) 에 커플링된다. RF 전력 소스 (115) 가 샤워헤드 전극 (103) 에 커플링된다.
동작시, 플라즈마-기반 프로세싱 챔버 (101A) 는 진공 펌프 (117) 에 의해 배기된다. RF 전력은 샤워헤드 전극 (103) 과 기판 지지부 어셈블리 (107A) 내 또는 상에 포함된 하부 전극 (명시적으로 도시되지 않음) 사이에 용량성 커플링된다. 기판 지지부 어셈블리 (107A) 는 통상적으로 2 이상의 RF 주파수들로 공급된다. 예를 들어, 다양한 실시예들에서, RF 주파수들은 약 1 ㎒, 2 ㎒, 13.56 ㎒, 27 ㎒, 60 ㎒, 및 목표된다면 다른 주파수들의 적어도 하나의 주파수로부터 선택될 수도 있다. 그러나, 본 명세서에 제공된 개시를 읽고 이해하면, 당업자는 특정한 RF 주파수를 차단하거나 부분적으로 차단하기 위해 필요한 코일이 필요에 따라 설계될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 본 명세서에 논의된 특정한 주파수들은 단순히 이해의 용이성을 위해 제공된다. RF 전력은 기판 (105) 과 샤워헤드 전극 (103) 사이의 공간의 플라즈마로 하나 이상의 프로세스 가스들을 에너자이징 (energize) 하도록 사용된다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 플라즈마는 기판 (105) 상에 다양한 층들 (미도시) 을 증착하는 것을 보조할 수 있다. 다른 적용예들에서, 플라즈마는 기판 (105) 상의 다양한 층들로 디바이스 피처들을 에칭하도록 사용될 수 있다. 상기 주지된 바와 같이, 기판 지지부 어셈블리 (107A) 는 가열기들 (미도시) 를 내부에 통합할 수도 있다. 당업자는 플라즈마-기반 프로세싱 챔버 (101A) 의 상세한 설계가 가변할 수도 있지만, RF 전력은 적어도 기판 지지부 어셈블리 (107A) 를 통해 커플링된다는 것을 인식할 것이다.
도 2를 이제 참조하면, 도 1의 플라즈마-기반 프로세싱 시스템의 몇몇 컴포넌트들을 예시하는 3D (three-dimensional) 표현이 도시된다. 도 1의 플라즈마-기반 프로세싱 챔버 (101A) 의 챔버 부분 (101B) 이 RF-필터 인클로저 (201), AC 커넥터 (203), 전력 케이블 (205), 및 RF 전력 피드 케이블 (207) 을 포함하는 것으로 도시된다. 도 1의 기판 지지부 어셈블리 (107A) 의 최상위 부분 (107B) 이 또한 도시된다. 상기 주지된 바와 같이, 기판 지지부 어셈블리 (107A) 는 ESC일 수도 있다.
다양한 실시예들에서, ESC는 기판 지지부 어셈블리 (107A) 의 최상위 부분 (107B) 상의 2-존들에서 튜닝가능한 온도 제어를 할 수 있는 TESC (tunable ESC) 일 수도 있다. ESC의 온도 튜닝 능력은 기판 (105) 에 인접한, ESC의 최상위 부분 아래에 임베딩된 2 개의 (도 1의 기판 지지부 어셈블리 (107A) 에 점선들로 도시된) 전기 가열 엘리먼트들을 구현함으로써 달성될 수도 있다. 2-존 TESC의 경우, 일 전기 가열 엘리먼트가 2 존들 각각에 대해 구현된다.
전기 가열 엘리먼트들은 RF-필터 인클로저 (201) 및 전력 케이블 (205) 을 통해 AC 커넥터 (203) 를 통해 AC 전력 공급부 (도면들에는 미도시) 에 의해 공급된 AC에 의해 전력공급될 수도 있다. RF-필터 인클로저 (201) 는 또한 RF 전력이 전기 가열 엘리먼트들로 전달되는 것을 방지하거나 감소시키기 위해 (도시되지 않지만 당업계에 공지된) RF 필터를 포함한다. 전기 가열 엘리먼트들 각각의 온도는 당업계에 공지된 기법들에 의해 제어될 수도 있다.
도 1 및 도 2를 동시에 참조하면, 플라즈마-기반 프로세싱 챔버 (101A) 의 동작 동안, RF 전력은 RF 전력 소스 (115) 로부터 RF 전력 피드 케이블 (207) (도 1에 미도시) 을 통해, 기판 지지부 어셈블리 (107A) (ESC) 로, 뿐만 아니라 샤워헤드 전극 (103) 으로 공급된다. 따라서 ESC는 하부 전극으로서 역할한다. 등전위장 (equipotential field) 라인들이 기판 (105) 과 샤워헤드 전극 (103) 사이에서 기판 (105) 위에 설정된다. 플라즈마 프로세싱 동안, 양이온들이 등전위장 라인들을 가로질러 기판 (105) 의 표면 상에 충돌하도록 (impinge) 가속화되어, 목표된 에칭 효과, 예컨대 에칭 지향성 개선을 제공한다 (당업자는 에칭과 반대되는 막 증착을 위해 요구되는 임의의 적절한 수정들을 인식할 것이다).
이제 도 3a를 참조하면, 정전 척 (ESC) 어셈블리 (300) 의 일 예의 단면도가 도시된다. ESC 어셈블리 (300) 는 상기 기술된 바와 같이 기판 (105) 을 지지하는 상단 플레이트 (301), 페데스탈 (303), 및 튜브 어댑터 (307) 를 포함한다. 페데스탈 (303) 및 튜브 어댑터 (307) 는 일반적으로 볼트 연결된 플랜지 (305) 에 의 해 함께 고정된다. O-링 (315), 또는 당업계에 공지된 다른 타입의 기계적 가스켓 또는 시일링 디바이스가 대기압 (ESC 어셈블리 (300) 내부) 이 진공 분위기 (ESC 어셈블리 (300) 외부) 에 의해 압력이 풀링다운되는 (pull down) 것을 방지한다.
튜브 부분은 플라즈마 기반 프로세싱 시스템 내에서 직면하는 상대적으로 고온 (예를 들어, 온도가 대략 250 ℃일 수도 있는) 을 견딜 수 있는, 다양한 타입들의 금속들 (예를 들어, 알루미늄 (Al) 및 스테인리스 스틸 (예를 들어, 316L 합금) 또는 비금속들과 같은, 당업자에게 공지된 다수의 재료들로 형성될 수도 있다. 특정한 예시적인 실시예에서, 튜브 부분은 내측 부분 상의 절연 코팅을 갖고 알루미늄으로 형성된다 (이하에서, 도 3b와 관련하여 도시되고 기술됨).
튜브 어댑터 (307) 내에서, 3 개의 절연 튜브들 (309A, 309B, 309C) 이 도시되고, 이를 통해 예를 들어, RF 신호 전극들이 상단 플레이트 (301) 로 이동한다. 당업자는 ESC 어셈블리의 특정한 구현예에 기초하여, 보다 많은 수 또는 보다 적은 수의 절연 튜브들이 사용될 수도 있다는 것을 인식할 것이다.
절연 튜브들 (309A, 309B, 309C) 은 당업계에 공지된 다수의 절연 재료들, 예컨대 다양한 타입들의 폴리머들을 포함할 수도 있고, 플라즈마 기반 프로세싱 시스템 내에서 직면하는 상대적으로 고온 (예를 들어, 온도가 대략 250 ℃일 수도 있는) 에서 구조적 무결성을 유지하도록 선택되는 재료를 구비할 수도 있다. 또한, 유전체 재료는 상승된 온도들 및 전압들의 존재 하에 시간에 따라 실질적으로 변함없이 남아 있는 유전 강도를 갖도록 선택되어야 한다 (이하의 표 I과 관련하여 기술됨). 특정한 예시적인 실시예에서, 절연 튜브들 (309A, 309B, 309C) 은 폴리이미드를 포함한다 (예컨대 Kapton®, 이미드 모노머들의 폴리머). Kapton®는 1007 Market Street, Wilmington, Delaware, USA 소재의 E. I. du Pont de Nemours and Company로부터 입수가능하다.
절연 튜브들 (309A, 309B, 309C) 은 하부 세퍼레이터 슬리브들 (313B) 에 의해 분리되고 제자리에 홀딩된다. 이들 슬리브들은, 다양한 타입들의 비도전 세라믹들과 같은, 다수의 유전체 재료들로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 특정한 예시적인 실시예에서, 하부 세퍼레이터 슬리브들 (313B) 은 Macor®로부터 형성된다. Macor®는 1 Riverfront Plaza, Corning, New York, USA 소재의 Corning Incorporated로부터 입수가능한 가공가능한 유리 세라믹이다.
특정한 예시적인 실시예에서, 하부 세퍼레이터 슬리브들 (313B) 은 절연 튜브들 (309A, 309B, 309C) 이 ESC 어셈블리 (300) 의 정례적인 유지보수 또는 수리 동작들 동안 용이하게 제거되거나 삽입될 수도 있도록 사이즈가 결정된다.
튜브 어댑터 (307) 는 또한 AC 가열기 배선들 (311A, 311B) 및 열적 초크들 (325A, 325B, 325C) 을 포함하는 것으로 도시된다. ESC 어셈블리는 또한 예를 들어, 고전압 신호들을 반송하도록 구성된 다수의 도전성 로드들 (323A, 323B, 323C) 을 포함하는 것으로 도시된다.
특정한 예시적인 실시예에서, 열적 초크들 (325A, 325B, 325C) 은 예를 들어, 금 도금된 Inconel (오스테나이트 (austenitic), 니켈-크롬 기반 합금) 을 포함할 수도 있다. Inconel을 포함하는 컴포넌트들은 광범위한 온도들에 걸쳐 자신의 형상 및 강도를 지속하지만, 알루미늄 및 스틸과 같은 다른 금속-기반 컴포넌트들이 상승된 온도들에서 크리프하거나 (creep) 달리 변형될 수도 있다.
또한, 다양한 실시예들에서, 다수의 도전성 로드들 (323A, 323B, 323C) 은 예를 들어, 니켈을 포함할 수도 있다. 다수의 도전성 로드들 (323A, 323B, 323C) 은 스템 내부인 페데스탈 (303) 의 일부를 형성하는, 로드 지지부들 (313A) 에 의해 지지된다. 다양한 실시예들에서, 로드 지지부들 (313A) 은 예를 들어, 알루미나 (Al2O3) 를 포함할 수도 있다.
튜브 어댑터 (307) 는 또한 적어도 하나의 가스 퍼지 라인 (절연 튜브들 중 중간의 절연 튜브 (309B) 에 의해 눈에 띄지 않게 되기 때문에 미도시) 을 포함한다. 튜브 어댑터 (307) 는 또한 다른 전력 공급 라인들을 포함할 수도 있다. 가스 퍼지 라인들은 예를 들어, 황동 또는 스테인리스 스틸일 수도 있다. 그러나, 이들 재료들은 동시대의 ESC 디바이스에 현재 사용되는 것과 동일할 수 있고 따라서 개시된 주제의 관점에서 수정되거나 변화될 필요 없다. 황동은 비철 (non-ferrous) 재료여서 가까운 RF 신호들이 퍼지 가스 라인에 영향을 주지 않을 것이다. 적어도 하나의 가스 퍼지 라인은 상기 주지된 바와 같이 질소 (N2) 또는 아르곤 (Ar) 과 같은 다양한 가스들을 반송할 수도 있다.
전체적으로, ESC 어셈블리 내에서 직면할 수도 있는 다양한 전압들의 예가 이하의 표 I에 정리된다.
전압 타입 RMS 전압 피크 전압
HFmax 500 V 707 V
LFmax 800 V 1131 V
ESC 클램핑 전압max 1000 VDC NA
표 I에 도시된 다양한 전압들을 조합함으로써, 다음과 같이 ESC의 총 작동 전압에 도달할 수 있다:
ESCworking voltage = 707 V + 1131 V + 1000 V
ESCworking voltage = 2838 V
따라서, ESC 어셈블리 내 아킹을 방지하기 위해, 간격 (clearance) 명세가 예를 들어, 미리 결정된 상대적인 습도의 에어에 기초하여 당업자에 의해 결정될 수도 있다. 표 I에 의해 공급된 예시적인 전압들에 기초한 일 예에서, 아킹을 방지하기 위한 간격 명세는 약 394 V/㎜ (예를 들어, 대략 10 V/mil, 1 mil = 0.001 인치), 혼합된 주파수이다. 따라서, 간격 명세를 앎으로써 당업자는 또한 에어 갭 (air gap) 을 다음과 같이 계산할 수도 있다 (도 3f와 관련하여 도시되고 기술됨):
2838 V/(394 V/㎜ = 7.2 ㎜ (약 284 mil 또는 0.284 인치)
또한, 다양한 재료들의 유전 강도를 앎으로써, 당업자는 재료에 대해 요구된 최소 두께를 결정할 수 있다. 예를 들어, 폴리이미드는 약 118 V/㎜ (대략 3000 V/mil) 의 유전 강도를 갖는다. 비교하면, 알루미늄 상의 단단한 양극산화된 코팅은 약 25 V/㎜ (대략 640 V/mil) 이다. 미리 결정된 재료 또는 코팅에 대해 작동 전압 및 유전 강도 각각을 앎으로써, 당업자는 특정한 적용예를 위한 최소 두께를 결정할 수 있다.
당업자는 ESC 어셈블리 내에서 직면하는 실제 전압들이 미리 결정된 설계 요건들에 따라 가변할 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 따라서, 표 I은 본 명세서에 기술된 다양한 실시예들의 관점에서 개시된 주제의 보다 우수한 이해를 제공하도록 단순히 직면한 전압들의 예들을 제공하는 것으로 간주된다.
또한 당업자에게 공지된 바와 같이, 모든 박형의 코팅되거나 양극산화된 층들이 아래에 놓인 재료 (예를 들어, 튜브 어댑터 (307) 의 다양한 에지들 및 모서리들) 의 매우 박형의 또는 커버되지 않은 부분이 발생되는 것을 방지하기 위해, 뾰족한 모서리들 및 에지들에서 무너진 (예를 들어, 라운딩된) 반경을 가져야 한다. 또한, 박형의 코팅되고 양극산화된 층들은, 이를 통해 아킹이 발생될 수 있는, 균열들을 방지하거나 감소시키도록 형성되어야 한다.
이제 도 3b를 참조하면, 도 3a의 ESC 어셈블리의 튜브 어댑터 부분 (310) 의 일 예의 단면도이다. 도 3a를 참조하여 상기 기술된 바와 같이, 유전체 코팅 (317) 은 튜브 어댑터 (307) 의 내부 부분 상에 증착되거나 달리 형성될 수도 있다. 상기 주지된 바와 같이, 유전체 코팅은 예를 들어, 단단한 양극산화 코팅 또는 폴리이미드 코팅을 포함할 수도 있다. 당업자는 또한 튜브 어댑터 (307) 가 열적 분위기의 변화들을 겪을 때 임의의 플레이킹 (flaking) 또는 입자 쉐딩이 발생할 수도 있는지 여부에 대한 결정을 하기 위해, 튜브 어댑터 (307) 와 유전체 코팅 (317) 사이의 열 팽창 계수 (CTE) 의 차들을 고려할 수도 있다. 예를 들어, 유전체 코팅에 대한 CTE 및 튜브 어댑터 (307) 가 형성되는 재료에 대한 CTE는 실질적으로 유사하도록 선택될 수 있다. CTE 수 및 관련된 계산들은 당업계에 공지되었다.
다양한 실시예들에서, 확대된 갭 부분 (319) 은 예를 들어, 확대된 에어 갭을 형성함으로써 아킹을 제거하도록 도전성 로드들 (323A, 323B, 323C) 중 바깥쪽 도전성 로드에 근접하게 형성될 수도 있다. 확대된 갭 부분 (319) 의 사이즈에 대한 간격 명세의 결정은 도 3a를 참조하여 상기 논의되었고 확대된 갭 부분 (319) 내에 있는 선택된 재료 (예를 들어, 에어) 의 유전체-분해 (breakdown) 강도에 부분적으로 종속된다.
O-링 (315) 은 (프로세싱 동작 동안 일부 레벨의 진공에서) 튜브 어댑터 (307) 외부보다 튜브 어댑터 (307) 내에서 보다 높은 압력으로 인해, 외측으로 가압되기 (force) 때문에, O-링 (315) 은 튜브 어댑터 (307) 의 주변 (외측) 벽들에 대고 확대된 갭 부분 (319) 으로부터 멀어지게 푸시된다 (push). 따라서, 확대된 갭 부분 (319) 의 사이즈의 상승은 O-링 (315) 에 의해 제공된 시일링의 무결성을 완화시키지 않는다.
도 3c는 도 3b의 튜브 어댑터 부분의 상단 부분 (320) 의 3D 표현을 도시한다. 튜브 어댑터 (307) 의 절단된 부분은 튜브 어댑터 (307) 내에서 표준 직경으로부터 증가되는 확대된 갭 부분 (319) 의 치수를 도시한다. 상기 주지된 바와 같이, 확대된 갭 부분 (319) 은 아킹을 감소 또는 제거 (예를 들어, 제한) 하도록 도전성 로드들 (323A, 323B, 323C) 중 바깥쪽 도전성 로드에 근접하게 형성된다. 명시적으로 도시되지 않지만, 확대된 갭 부분 (319) 은 에어보다 높은 유전체-분해 강도를 갖는 또 다른 재료의 삽입에 의해 보충되거나 교체될 수도 있다. 이러한 재료들은 본 명세서에 기술되고 그렇지 않으면 당업계에 공지된다.
도 3d는 도 3b의 튜브 어댑터 (307) 부분의 하부 세퍼레이터 슬리브들 (313B) 중 하나의 상부 부분 (330) 의 3D 표현을 도시한다. 하부 세퍼레이터 슬리브 (313B) 가 상기 논의된 바와 같이 프로세싱 분위기로 인해 열의 상승을 경험할 때, CTE로 인해, 크리피지 (creepage) 거리의 증가의 결정. 크리피지 거리의 증가는 라인 (321) 에 의해 나타낸다. 라인 (321) 은 열적 초크들 (325A, 325B, 325C) 과 튜브 어댑터 (307) 의 내측 벽 (예를 들어, 도 3b 참조) 사이의 크리피지 거리를 나타낸다. 크리피지 거리의 증가의 결정은 컴포넌트들이 가열될 때에도 간격 명세가 유지되어야 하는지 여부의 체크를 제공한다. 상이한 재료들에 대한 미리 결정된 CTE, 또는 CTE들에 대해 크리피지 거리의 증가의 결정에 대한 이러한 계산들은 관련 분야에 공지되었다.
도 3e를 이제 참조하면, 도 3b의 시일링 O-링 (315) 근방의 튜브 어댑터 부분의 상부 부분의 단면도 (340) 가 도시된다. 단면도 (340) 는 확대된 갭 부분 (319) (도 3c 참조) 에 의해 형성된 에어 갭 (331) 을 도시한다. 이 실시예에서, 에어 갭 (331) 은 유전체 (절연체) 재료로서 에어에 의존한다. 그러나, 당업자는 다른 유전체 재료들이 사용될 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 그리고 상기 기술된 바와 같이, 튜브 어댑터 (307) 의 내측 표면들 상에 형성된 양극산화된 층은 유전체 코팅 (317) (도 3b 참조) 에 대한 유전체 층을 제공한다. 이에 더하여 또는 다른 실시예들에서, 폴리이미드 또는 다른 절연성 재료가 튜브 어댑터 (307) 의 내측 표면들 상에 형성될 수도 있다. 이에 더하여 또는 다른 실시예들에서, 에어 갭 (331) 의 사이즈는 전압 반송 전극들 중 임의의 하나 (예를 들어, 예컨대 도전성 로드들 (323A, 323B, 323C) 중 바깥쪽 도전성 로드 내에 포함된 전극들) 와 전극들 및 로드 지지부들 (313A) 에 근접한 튜브 어댑터 (307) 의 부분들 사이에 모든 잠재적인 아킹을 감소시키거나 제거함으로써 증가된다.
도 3f는 도 3b의 튜브 어댑터 부분의 중앙 부분의 단면도 (350) 를 도시한다. 도 3b를 참조하여 상기 주지된 바와 같이, O-링 (315) 은 튜브 어댑터 (307) 외부 (프로세싱 동작 동안 일부 레벨의 진공) 보다 튜브 어댑터 (307) 내에서 보다 높은 압력으로 인해 외측으로 가압된다. 결과적으로, O-링 (315) 은 튜브 어댑터 (307) 의 주변 (외측) 벽들에 대고 확대된 갭 부분 (319) 으로부터 멀어지게 그리고 로드 지지부들 (313A) 과 O-링 (315) 사이의 공간 (333) 으로부터 멀어지게 푸시된다. 따라서, 확대된 갭 부분 (319) 의 사이즈의 증가는 프로세싱 시스템의 진공 부분과 대기압 부분 사이의 O-링 (315) 에 의해 제공된 시일링의 무결성을 완화시키지 않는다.
도 3g는 도 3b의 튜브 어댑터 부분 (310) 의 하부 부분의 단면도 (360) 를 도시한다. 벨로우즈 (335) 가 프로세싱 동작들 동안 실질적으로 대기압의 ESC 어셈블리 (300) 의 내측 부분과 일부 레벨의 진공의 ESC 어셈블리 (300) 의 외부 부분 사이의 압력 차를 유지한다. 단면도 (360) 는 절연 튜브들 (309A, 309B, 309C), 및 AC 가열기 배선들 (311A, 311B) 의 위치들을 당업자가 보다 용이하게 식별하도록 제공된다. 또한, 단면도 (360) 는 모든 변화들이 ESC 어셈블리 (300) (도 3a) 의 내부 볼륨 상, 특히 튜브 어댑터 (307) (예를 들어, 도 3b 참조) 내에서 이루어지기 때문에, ESC 어셈블리 (300) 로부터 모든 외부 치수들 및 연결들이 유지되기 때문에, 본 명세서에 개시된 다양한 실시예들은 기존의 플라즈마 기반 프로세싱 시스템 또는 다른 기판-프로세싱 시스템 내로 용이하게 개장될 (retrofit) 수도 있다는 것을 예시하도록 역할을 한다. 따라서, 기존 프로세싱 시스템에 대한 수정들이 발생할 필요가 없다.
본 명세서에서 주지된 바와 같이, 에어 갭 (331) 및 절연 튜브들 (309A, 309B, 309C) 은 접지된 부분들 (예를 들어, 튜브 어댑터 (307) 의 접지된 부분들) 로부터 절연 튜브들 (309A, 309B, 309C) 내 그리고 근접한 고전압 라인들을 절연한다. 따라서, 절연 튜브들 (309A, 309B, 309C) 은 일반적으로 HV 라인들과 접지된 표면들 사이에 아킹이 더 이상 발생될 수 없는 지점 (예를 들어, 튜브 어댑터 (307) 의 하부 부분의 말단) 까지 연장한다. 이 지점은 도 3a를 참조하여 상기 제공된 계산들에 기초하여 결정될 수 있다.
도 4는 도 3a의 ESC 어셈블리의 3D 단면도를 도시한다. 벨로우즈 (335) 는 ESC 어셈블리 (300) (도 3a 참조) 로 하여금 가동성이 되게 하여, 벨로우즈 (335) 아래에 위치된 가동성 브라켓 부분에 대해 장착된 기판 (105) (도 1 참조) 을 이동시킨다.
전체적으로, 본 명세서에 도시되고 기술된 바와 같이, 도 3a의 ESC 어셈블리 (300) 내로 통합된 개시된 주제는 접지 평면으로부터 고전압 전기 신호들을 분리하기 위해 개시된 주제에 의해 기술된 다양한 실시예들을 사용할 수도 있다.
본 명세서에 도시되고 기술된 바와 같은 구체적인 예시적인 실시예들에서, 일 HV 분리 기법은 RF 신호 전극들 각각의 절연 배선들로의 접속 전에 RF 신호들의 분리를 허용하는 RF 신호 전극들을 봉지하기 (enclose) 위해 폴리이미드 튜브들 (예를 들어, 절연 튜브들 (309A, 309B, 309C)) 을 사용한다. 폴리이미드의 사용은 매우 우수한 절연체이고 이 위치에서 고온을 견딜 수 있기 때문에 이 적용예를 위해 적절하다.
또 다른 예시적인 실시예는 튜브 어댑터 (307) 의 내측 표면 상에 폴리이미드 코팅 처리 또는 단단한 양극산화된 표면을 채용하는 HV 분리 기법을 사용한다. 표면 처리 (예를 들어, 도 3b의 유전체 코팅 (317)) 는 HV 전극들과 접지 평면 (예를 들어, 튜브 어댑터 (307)) 사이의 전체 저항 및 분리를 제공한다.
또 다른 예시적인 실시예들은 (예를 들어, 절연 튜브들 (309A, 309B, 309C) 중 바깥쪽 절연 튜브들) 과 접지 평면 (예를 들어, 튜브 어댑터 (307)) 사이에 추가 분리를 제공하는, 상부 튜브 어댑터 기하구조 (예를 들어, 도 3c의 확대된 갭 부분들 (319)) 에 하나 이상의 컷아웃들을 채용하는 HV 분리 기법을 사용한다.
더욱이, 모든 변화들이 ESC 어셈블리 (300) 의 내부 볼륨 상에서, 특히 튜브 어댑터 (307) 내에서 이루어지기 때문에 (도 3a 참조), ESC 어셈블리 (300) 로부터 모든 외부 치수들 및 연결들이 유지되기 때문에, 본 명세서에 개시된 다양한 실시예들은 기존의 플라즈마 기반 프로세싱 시스템 또는 다른 기판-프로세싱 시스템 내로 용이하게 개장될 수도 있다는 것을 예시하도록 역할을 한다. 따라서, 기존 프로세싱 시스템에 대한 수정들이 발생할 필요가 없다.
따라서, 상기 기술은 개시된 주제를 구현하는 예시적인 예들, 디바이스들, 시스템들, 및 방법들을 포함한다. 이 기술에서, 설명의 목적들을 위해, 다수의 구체적인 상세들이 개시된 주제의 다양한 실시예들의 이해를 제공하기 위해 언급되었다. 그러나, 이 주제의 다양한 실시예들이 이들 구체적인 상세들 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 공지의 구조들, 재료들 및 기법들은 다양한 예시된 실시예들을 모호하게 하지 않도록, 상세히 기술되지 않았다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 “또는 (or)”은 포괄적이거나 배타적인 의미로 해석될 수도 있다. 또한, 제공된 개시를 읽고 이해하면 다른 실시예들이 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 본 명세서에 제공된 개시를 읽고 이해하면, 당업자는 본 명세서에 제공된 기법들 및 예들의 다양한 조합들이 모두 다양한 조합들에 적용될 수도 있다는 것이 당업자에게 용이하게 이해될 것이다.
다양한 실시예들이 별도로 논의되었지만, 이들 별도 실시예들은 독립된 기법들 또는 설계들로 간주되도록 의도되지 않는다. 상기 나타낸 바와 같이, 다양한 부분들 각각은 상호 관련될 수도 있고 각각은 별도로 또는 본 명세서에 논의된 다른 ESC 실시예들과 조합하여 사용될 수도 있다.
결과적으로, 많은 수정들 및 변동들이 이루어질 수 있고, 또한 본 명세서에 제공된 개시를 읽고 이해하면 당업자에게 자명할 것이다. 본 명세서에 열거된 것들에 더하여, 본 개시의 범위 내의 기능적으로 등가인 방법들 및 디바이스들은 전술한 기술들로부터 당업자에게 자명할 것이다. 일부 실시예들의 부분들 및 피처들은 다른 것들에 포함되거나 치환될 수도 있다. 이러한 수정들 및 변동들은 첨부된 청구항들의 범위 내에 속하도록 의도된다. 따라서, 본 개시는 첨부된 청구항들의 면에서만, 이러한 청구항들이 포괄하는 등가물들의 전체 범위와 함께, 제한된다. 이는 또한 본 명세서에 사용된 용어가 특정한 실시예들만을 기술할 목적이고 그리고 제한하도록 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
본 개시의 요약은 독자로 하여금 기술적 개시의 본질을 신속하게 확인하게 하도록 제공된다. 요약은 청구항들을 해석하거나 제한하도록 사용되지 않을 것이라는 이해와 함께 제출되었다. 이에 더하여, 전술한 상세한 기술에서, 다양한 피처들이 개시의 간소화를 목적으로 단일 실시예에 함께 그룹화될 수도 있다고 볼 수도 있다. 이 개시의 방법은 청구항들을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 따라서, 이하의 청구항들은 본 명세서에서, 청구항 각각이 별도의 실시예들로서 독립적으로 상세한 기술에 통합된다.

Claims (29)

  1. 플라즈마 기반 프로세싱 시스템의 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 어셈블리에서 사용하기 위한 튜브 어댑터 부분에 있어서,
    튜브 어댑터 부분의 내측 표면 상에 형성되고 플라즈마 기반 프로세싱 시스템의 동작 동안 상기 튜브 어댑터 부분 내의 고 전압 전극들과 상기 튜브 어댑터 부분의 메인 바디 사이에 아킹 (arcing) 을 방지하도록 구성된 유전체 코팅으로서, 상기 유전체 코팅은 상기 튜브 어댑터 부분이 동작하는 열적 분위기의 변화들로 인한 입자 쉐딩 (particle shedding) 을 방지하도록 선택되는 열 팽창 계수 (coefficient-of-thermal-expansion; CTE) 를 갖는, 상기 유전체 코팅을 포함하는, 튜브 어댑터 부분.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 코팅은 단단한 양극산화 코팅인, 튜브 어댑터 부분.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 코팅은 폴리이미드 코팅인, 튜브 어댑터 부분.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 ESC 어셈블리는 상기 튜브 어댑터 부분에 기계적으로 커플링되는 페데스탈을 더 포함하는, 튜브 어댑터 부분.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 튜브 어댑터 부분은 기존 플라즈마 기반 프로세싱 시스템의 상기 페데스탈로 개장되도록 (retrofit) 구성되는, 튜브 어댑터 부분.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브 어댑터 부분 내 복수의 절연 튜브들을 더 포함하고, 상기 복수의 절연 튜브들 각각은 내부에 봉지될 (enclosed) 복수의 RF (radio-frequency) 신호 전극들 중 하나를 수용하도록 구성되고, 상기 복수의 절연 튜브들 각각은 상기 플라즈마 기반 프로세싱 시스템의 동작 동안 내부에 봉지된 상기 RF 신호 전극들의 각각의 전극과 상기 튜브 어댑터 부분의 메인 바디 사이에 아킹을 방지하도록 구성되는, 튜브 어댑터 부분.
  8. 삭제
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  11. 삭제
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  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 플라즈마 기반 프로세싱 시스템의 ESC 어셈블리에서 사용하기 위한 튜브 어댑터 부분에 있어서,
    튜브 어댑터 부분 내 복수의 절연 튜브들로서, 상기 복수의 절연 튜브들 각각은 각각의 도전성 로드에 커플링되도록 구성되고, 상기 복수의 절연 튜브들 각각은 상기 복수의 절연 튜브들의 각각의 절연 튜브 내 고전압 라인과 상기 튜브 어댑터 부분의 접지된 표면들 사이에서 아킹이 발생할 수 없는 상기 튜브 어댑터 부분의 말단까지 적어도 연장되는, 상기 복수의 절연 튜브들; 및
    상기 도전성 로드들 중 바깥쪽 도전성 로드들에 근접하고, 상기 복수의 절연 튜브들 위에 있는 상기 튜브 어댑터 부분의 확대된 갭 부분으로서, 상기 확대된 갭 부분의 치수는 상기 플라즈마 기반 프로세싱 시스템의 동작 동안 상기 도전성 로드들의 각각의 도전성 로드에 의해 반송된 고전압 신호와 상기 튜브 어댑터 부분의 메인 바디 사이에 아킹을 방지하도록 구성되는, 상기 확대된 갭 부분을 포함하는, 튜브 어댑터 부분.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 ESC 어셈블리는 상기 튜브 어댑터 부분에 기계적으로 커플링되는 페데스탈을 더 포함하는, 튜브 어댑터 부분.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 튜브 어댑터 부분은 기존 플라즈마 기반 프로세싱 시스템의 상기 페데스탈로 개장하도록 구성되는, 튜브 어댑터 부분.
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