KR20080005047A - 내식성 웨이퍼 가공 장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

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KR20080005047A
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벤자민 제이 올레크노위츠
데이비드 엠 루신코
웨이 팬
데메트리우스 사리기아니스
마크 šv켄스
더글라스 에이 롱워쓰
빅터 엘 로우
시앙 리우
제니퍼 클럭
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

본 발명은 전기 접속, 기체 공급 채널, 오목부, 돌출부, 융기부(MESA), 리프트-핀(lift pin) 홀, 전산볼트 홀, 블라인드 홀(blind hole)과 같은 관통구멍 등을 위한 내식성 접속부, 및 우수한 화합물 내성 및 최적의 CTE, 즉 베이스 기판층, 전극(들)의 CTE 뿐만 아니라 코팅층의 CTE에 근접한 열팽창계수(CTE)를 갖는 커넥터와 충전제를 이용하는 특수한 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 한 양태에서 유리-세라믹 물질을 포함하는 충전제 조성물이 이용된다.

Description

내식성 웨이퍼 가공 장치 및 그의 제조방법{CORROSION RESISTANT WAFER PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR MAKING THEREOF}
도 1은 웨이퍼 또는 기판 가공 장치의 한 양태를 나타내는 사시도이다.
도 2a, 2b 및 2c는 상이한 적층 구성을 갖는, 도 9의 기판 가공 장치의 다양한 양태의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 웨이퍼 가공 장치의 한 양태의 횡단면도이다.
도 4는 테이퍼형 구조물을 갖는 커넥터가 있는 웨이퍼 가공 장치인 본 발명의 제 2 양태의 횡단면도이다.
도 5는 내식성 충전제를 이용하는 웨이퍼 가공 장치인 본 발명의 또 다른 양태의 횡단면도이다.
도 6은 다수의 전극을 갖는 웨이퍼 가공 장치의 상이한 양태의 횡단면도이다.
도 7은 다수의 전극을 갖는, 도 4에 도시된 웨이퍼 가공 장치의 상이한 양태의 횡단면도이다.
도 8은 다수의 전극을 갖는, 도 5에 도시된 웨이퍼 가공 장치의 상이한 양태의 횡단면도이다.
도 9는 접촉 부분에서 오버코트 일부를 제거시킨, 도 3에 도시된 웨이퍼 가공 장치의 상이한 양태의 횡단면도이다.
도 10은 전극이 전기 전도성 보호 코팅층으로 도금/코팅된, 도 9에 도시된 웨이퍼 가공 장치의 상이한 양태의 횡단면도이다.
도 11은 내식성 충전제를 적용시킨 것을 제외하고는 도 9에 도시된 웨이퍼 가공 장치의 상이한 양태의 횡단면도이다.
도 12는 기계가공된 전도성 삽입물과 함께 사용하기 위해 세라믹 코어 기판에 추가로 오목부가 천공되어 있는, 도 3에 도시된 웨이퍼 가공 장치의 상이한 양태의 횡단면도이다.
도 13은 트레드(threaded) 삽입물이 로드 및 추가의 너트로 대체되는 것을 제외하고는 도 12에 도시된 웨이퍼 가공 장치의 상이한 양태의 횡단면도이다.
도 14는 기계가공된 트레드 삽입물과 함께 사용하기 위해 세라믹 코어 기판에 추가로 오목부가 천공되어 있는, 도 3에 도시된 웨이퍼 가공 장치의 상이한 양태의 횡단면도이다.
도 15는 오버코트층이 웨이퍼에 접촉되지 않을 표면상에만 적용되는, 도 14에 도시된 웨이퍼 가공 장치의 상이한 양태의 횡단면도이다.
도 16은 오목부 및/또는 돌출부 및/또는 융기부(mesa)가 기판 표면상에 구체화된, 도 14에 도시된 웨이퍼 가공 장치의 상이한 양태의 횡단면도이다.
도 17은 도 15와 도 16 둘의 구조물을 결합시킨, 도 15와 도 16에 도시된 웨이퍼 가공 장치의 상이한 양태의 횡단면도이다.
도 18은 전기 전도성 기판이 이용되는 경우 본 발명의 웨이퍼 가공 장치의 또 다른 양태의 횡단면도이다.
도 19는 코팅된 관통구멍이 이용되는, 도 18에 도시된 웨이퍼 가공 장치의 상이한 양태의 횡단면도이다.
도 20은 전극이 부분적으로 노출되고 내식성 와셔(washer)가 적용되는, 본 발명의 웨이퍼 가공 장치의 또 다른 양태의 횡단면도이다.
도 21은 코팅된 관통구멍과 함께 볼트가 사용되는, 도 20에 도시된 웨이퍼 가공 장치의 상이한 양태의 횡단면도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 웨이퍼 가공 장치
12 세라믹 기판
13 상부 표면
15 전기 단자
16 가열 저항기
18 기판
25 보호 코팅층
200, 202 전극
205 코팅물
210, 250 로드
211 연결층
212, 240 삽입물
213 베이스코트층
219 관통구멍
220, 221 너트
230 충전제
240 삽입물
270 융기부
300 코팅층
402 전기절연층
403 절연코팅층
404 와셔
405 흑연코팅층
406 압력접촉부
본 출원은 본원에서 전체적으로 참고문헌으로 인용된 2006년 7월 6일자 출원된 미국특허출원 제60/806648호의 이익을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 반도체 제조에서 사용하기 위한 웨이퍼 가공 장치에 관한 것이다.
전자 소자의 제작 공정은 물질의 조절된 침착 또는 성장, 또는 이미 침착된/성장된 물질의 조절된, 또한 종종 선택적인 변형에 의존하는 수많은 공정 단계를 포함한다. 예시적인 공정은 화학증착법(CVD), 열화학증착법(TCVD), 플라즈마 화학증착법(PECVD), 고밀도 플라즈마 화학증착법(HDP CVD), 팽창 열플라즈마 화학 증착법(ETP CVD), 유기금속 화학증착법(MOCVD) 등을 포함한다. CVD와 같은 몇몇 공정에서 하나 이상의 기상 반응물이 저압 및 고온 조건하에 반응기 내부에서 사용되어서 반도체 웨이퍼 표면상에 고체 절연층 또는 전도층을 형성하며, 이는 반응기에 놓인 기판(웨이퍼) 홀더상에 위치한다.
CVD 공정에서 기판 홀더는 전형적으로는 웨이퍼를 가열하기 위한 하나 이상의 가열 성분을 함유하는 가열기로 작용하거나, 웨이퍼를 정전기적으로 클램핑(clamp)하기 위해 하나 이상의 전극을 포함하는 정전척(ESC)으로 작용하거나, 또는 가열 및 클램핑 둘다를 위한 전극을 갖는 가열기/ESC 조합물일 수 있다. 기판 홀더 조합물은 웨이퍼를 지지하기 위한 서셉터(susceptor), 및 웨이퍼를 가열시키기 위해 서셉터 아래에 위치하는 다수의 가열기를 포함할 수 있다. 반도체 웨이퍼는 비교적 고온에서, 종종은 고 부식성인 분위기에서 가공 용기내의 한정된 환경내에서 가열된다.
반도체 웨이퍼상에 예정된 두께의 필름을 침착시킨 후에 반응기 내의 다른 노출 표면상에는 종종 기생(spurious) 침착이 있다. 상기 기생 침착은 후속 침착 에서 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 이것은 세정 공정에 의해 주기적으로, 즉 일부 경우에는 모든 웨이퍼가 가공된 후에, 다른 경우에는 일정 배치(batch)의 웨이퍼가 가공된 후에 제거된다. 당업계에서의 통상적인 세정 공정은 원자 불소계 세정, 탄화불소 플라즈마 세정, 육불화 황 플라즈마 세정, 삼불화 질소 플라즈마 세정 및 삼불화 염소 세정을 포함한다. 세정 공정에서 반응기 구성성분, 예컨대 벽, 윈도우, 기판 홀더 및 조합물 등은 종종 부식되고/화학적으로 공격받는다. 부식은 예컨대 전형적으로는 400 내지 500℃ 범위이지만 600 내지 1000℃ 정도로 높을 수 있는 전형적인 가열기의 작동 온도와 같은 승온으로 가열되는 표면상에서 극히 활발하게 될 수 있다.
선행 기술의 웨이퍼 지지에 관련하여 알려진 문제점은 전기 접속부가 전형적으로 내식성이 아닌 점이다. 따라서, 가열기, 척 또는 서셉터가 AlN과 같은 보호 코팅에 의해 부식성, 고온 환경에서 사용하기에 충분힌 수명을 가질 수 있는 경우에도 접촉 부분이 부식성 환경에 노출되는 것을 피할 필요가 있다. 미국특허 제6,066,836호는 전기 접속부를 그 내부에 갖는 샤프트(shaft)를 포함하는 웨이퍼 가공 장치를 개시하고 있다. 중심 샤프트 용액은 장치에 응력 집중 지점을 추가하여, 상기 지점은 열 응력을 받을 때 보다 쉽게 크랙을 발생시킬 수 있고, 그 결과 열 상승 속도를 더욱 제한할 수 있거나 장치의 이용할 수 있는 사용수명을 단축시킨다.
미국특허공보 제2005/0077284호는 전기 리드를 차폐/보호하기 위해 세라믹 관형 튜브에 전기 리드가 수용되어 있는 웨이퍼 홀더를 개시하고 있다. 상기 개시 내용에는 유리 접합부 또는 브레이징(brazing) 물질, 예컨대 유기물 수지는 관형 튜브를 세라믹 기판에 접속시키기 위해 사용될 수 있다. O형-고리가 관형 튜브내의 리드를 외부 영향받지 않게 밀봉시키기 위해 사용된다. O형-고리, 유리 접합부, 브레이징 물질 등을 사용하는 경우에도 전극과 리드는 챔버내의 분위기에 노출될 것으로 예상된다. 따라서, 부식성 기체의 사용을 권하지 않고 낮은-κ 필름 베이킹을 위해 상기 장치를 권한다.
부식성 기체를 사용하는 것을 포함하여 모든 반도체-가공 환경에 적합한 구조 구성성분을 갖는 웨이퍼 가공 장치가 필요하다. 한 양태에서 본 발명은 전기 접촉부 및 접속부가 반도체 소자 가공 환경에서 흔히 만나게 되는 부식성 기체로부터 차폐되도록 고안된 웨이퍼 가공 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 장치는 반도체 가공에서의 혹독한 열 응력 요구조건, 즉 20℃/min보다 큰 높은 열 상승속도, 및 20℃보다 높은 비교적 큰 온도차를 견딜 수 있다.
한 측면에서 본 발명은 흑연, 내화성 금속, 전이 금속, 희토류 금속 및 그의 합금중 하나 이상을 포함하고 웨이퍼가 그 위에 놓이는 베이스 기판; 저항 가열전극, 플라즈마-발생 전극, 정전척 전극 및 전자-빔 전극으로부터 선택되는 하나 이상의 전기 전극; 일정 간격으로 전기 전극에 침투하고 하나 이상의 전극을 외부 전원 공급장치에 접속시키기 위한 리드(lead); 및 리드와 전극 사이의 간격을 충전/밀봉시키기 위한 충전제를 포함하고, 이 때 전극이 기판 각각의 0.75 내지 1.25배 범위의 열팽창계수(CTE)를 갖는 웨이퍼 가공 장치에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 장치는 전극상에 위치하고 B, Al, Si, Ga, Y, 내화성 초경합금, 전이 금속 및 그의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 산질화물중 하나 이상을 포함하고, 이 때 리드가 일정 간격으로 코팅층과 전극에 침투하고 상기 간격을 충전/밀봉하기 위한 충전제는 코팅층 CTE의 0.75 내지 1.25배의 CTE를 갖는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면에서 전극은 소결된 베이스 기판에 매립되어 있고, 베이스 기판을 구성하는 물질은 B, Al, Si, Ga 및 Y로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 산화물, 질화물, 탄화물, 탄질화물 또는 산질화물; NaZr2(PO4)3의 NZP 구조를 갖는 고-열안정성 지르코늄 포스페이트; 내화성 초경합금; 전이 금속; 알루미늄의 산화물, 산질화물; 및 이들의 조합물 및 임의로는 소결제로 이루어진 군으로부터 선택된다.
한 측면에서, 리드는 몰리브덴, 니켈, 코발트, 철, 텅스텐, 루테늄 및 그의 합금중 하나 이상을 포함한다. 또 다른 측면에서, 리드는 니켈, 또는 지르코늄, 하프늄, 세륨 및 그의 혼합물의 산화물 또는 탄화물중 하나 이상에 의해 추가로 코팅된다.
한 측면에서, 장치는 리드 및 다른 기능성 부재를 장치에 고정시키기 위하여 너트, 리벳(rivet), 볼트, 나사 등과 같은 다수의 패스너를 갖고, 이 때 리드 및/또는 패스너는 코팅되는 구성성분의 열팽창계수에 적합하고 연성인 내에칭성 전기 전도성 물질로 코팅된다. 한 양태에서 리드 및/또는 패스너는 니켈, 또는 지르코늄, 하프늄, 세륨 및 그의 혼합물의 산화물 또는 탄화물중 하나 이상에 의해 추가로 코팅된다.
또 다른 측면에서, 내식성 접속부를 보호/충전하기 위하여 웨이퍼 가공 장치에서 사용하는 충전제 물질은 NaZr2(PO4)3의 NZP 구조를 갖는 고-열안정성 지르코늄 포스페이트; 란탄 알루미노실리케이트(LAS), 마그네슘 알루미노실리케이트(MAS), 칼슘 알루미노실리케이트(CAS) 및 이트륨 알루미노실리케이트(YAS)와 같은 원소주기율표의 2a족, 3a족 및 4a족 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 함유하는 유리-세라믹 조성물; BaO-Al2O3-B2O3-SiO2 유리; 및 SiO2, 및 Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy 등의 산화물, 상기 금속중 하나의 불화물 또는 이트륨-알루미늄-가닛(YAG)을 포함하는 내플라즈마성 물질의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 이 때 상기 충전제 조성물이 25 내지 600℃ 범위의 온도에서 작동하는 가공 환경에서 1000Å/min 미만의 에칭 속도를 갖는다.
본원에서 사용될 때 관련된 기본적인 기능을 변화시키지 않으면서 변할 수 있는 임의의 정량적인 표현을 조정하기 위하여 어림잡는(approximating) 용어가 이용될 수 있다. 따라서, "약" 및 "실질적으로"와 같은 용어에 의해 조정되는 값은 일부 경우에서는 명시된 정확한 값에 한정되지 않을 수 있다.
본원에서 사용될 때 "기판" 및 "웨이퍼"란 용어는 본 발명의 장치에 의해 지지/가열되는 반도체 위이퍼 기판을 언급하기 위한 것이며, 서로 바꿔 사용할 수 있다. 또한, 본원에서 사용될 때 "처리(treating) 장치"는 장치 위에 지지된 웨이퍼를 가열하기 위해 하나 이상의 가열 요소를 함유하는 장치를 언급하기 위하여 "취급(handling) 장치", "가열기", "가열 장치" 또는 "가공(processing) 장치"와 바꿔 사용할 수 있다.
본원에서 사용될 때 "회로"는 "전극"과 바꿔 사용할 수 있고, "저항 가열 요소"란 용어는 "저항기" 또는 "가열 저항기"와 바꿔 사용할 수 있다. "회로"란 용어는 하나 이상의 단위가 존재함을 나타내며 단수 또는 복수 형태로 사용할 수 있다.
본원에서 사용될 때 근접한 열팽창계수(CTE)를 갖는 구성성분(예: 층 또는 부분)은 그 구성성분의 CTE가 인접 구성성분(또 다른 층, 기판 또는 또 다른 부분)의 CTE의 0.75 내지 1.25배임을 의미한다.
본원에서 사용될 때 웨이퍼 가공 장치의 "기능성 부재"란 용어는 웨이퍼 가공 장치의 기타 기능성 요구조건을 만족시키기 위한 기판내의 홀(hole), 가열기 가장자리상의 탭, 전극에의 접촉부 또는 삽입물을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본원에서 사용될 때 "내에칭성"이란 용어는 제 1 양태에서는 400℃ 이상, 제 2 양태에서는 500℃ 이상, 제 3 양태에서는 800℃ 이상의 작동 온도에서 악조건 환경, 즉 할로겐을 포함하는 환경에서 또는 플라즈마 에칭, 반응성 이온 에칭, 플라 즈마 세정 및 기체 세정에 노출될 때에 내에칭성이거나 느린 에칭 속도를 갖는 물질을 언급하는 것으로, "내식성"과 바꿔 사용할 수 있다.
제 1 양태에서, 내에칭성 속도는 25 내지 600℃ 온도에서 작동하는 악조건 환경에서 1000Å/min 미만이다. 제 2 양태에서, 에칭 속도는 25 내지 600 온도 범위에서 500Å/min 미만이다. 제 3 양태에서, 상기 속도는 25 내지 600 온도 범위에서 100Å/min 미만이다. 제 4 양태에서, 상기 속도는 200 내지 600 온도에서 1000Å/min 미만이다. 제 5 양태에서, 상기 속도는 200 내지 600 온도에서 500Å/min 미만이다.
본 발명의 한 측면에서, 전극은 몰리브덴, 니켈, 코발트, 철, 텅스텐, 루테늄 및 그의 합금중 하나 이상을 포함하고, 보호 코팅층은 베이스 기판 CTE의 0.75 내지 1.25배 범위의 CTE를 갖는 알루미늄 질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 산질화물 또는 이들의 조합물중 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 웨이퍼 가공 장치의 양태가 이용되는 물질, 그의 제조방법을 설명하는 방식으로 도면에 대한 설명과 함께 하기에 예시되어 있다.
웨이퍼 가공 장치의 일반적인 양태
도 1에 예시된 바와 같은 한 양태에서, 웨이퍼 가공 장치는 내부에 매립되어 있는(보이지 않음) 가열 저항기(16)를 갖는 디스크(disk)형의 조밀한 세라믹 기판(12)을 말하며, 그 상부 표면(13)은 웨이퍼(W)에 대한 지지 표면으로 기능한다. 전기를 가열 저항기에 공급하기 위한 전기 단자(15)는 세라믹 기판(12)의 하부 표 면 중심에 부착되어 있을 수 있거나, 한 양태에서는 세라믹 기판의 측면에 부착되어 있을 수 있다. 가열기의 상부 표면(14)상에 놓인 웨이퍼(W)는, 전압을 공급 단자(15)에 인가시키고 그 결과 가열 저항기가 열을 발생시키도록 함으로써 균일하게 가열된다.
본 발명의 웨이퍼 가공 장치의 베이스 기판과 관련하여 도 2a에 예시된 바와 같은 한 양태에서 베이스 기판은, 전기 전도성 물질을 함유하고 전기 절연성인 오버코트층을 갖는 디스크 또는 기판(18), 및 임의로는 전기 절연 코팅층(19)과 베이스 기판(18)간의 부착을 강화시키기 위한 연결층(보이지 않음)을 포함한다. 디스크(18)의 전기 전도성 물질은 흑연; W 및 Mo와 같은 내화성 금속, 전이 금속, 희토류 금속 및 합금; 하프늄, 지르코늄 및 세륨의 산화물 및 탄화물, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
전기 전도성 디스크(18)의 오버코트층(19)과 관련하여, 상기 층(19)은 B, Al, Si, Ga, Y, 내화성 초경합금, 전이 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 산화물, 질화물, 탄화물, 탄질화물, 산질화물; 알루미늄의 산화물, 산질화물; 및 이들의 조합물중 하나 이상을 포함한다. 임의적인 연결층과 관련하여, 상기 층은 Al, Si, 및 Ta, W, Mo을 비롯한 내화성 금속, 티탄, 크롬, 철을 비롯한 전이 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 붕소화물, 산화물, 산질화물, 및 그의 혼합물중 하나 이상을 포함한다. 한 양태에서 상기 연결층은 TiC, TaC, SiC, MoC 및 이들의 혼합물중 하나 이상을 포함한다.
베이스 기판(18)이 전기 절연 물질(예컨대, 소결된 기판)을 포함하는 도 2b 에 예시된 바와 같은 한 양태에서, 상기 물질은 B, Al, Si, Ga 및 Y로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 산화물, 질화물, 탄화물, 탄질화물 또는 산질화물; NaZr2(PO4)3의 NZP 구조를 갖는 고-열안정성 지르코늄 포스페이트; 내화성 초경합금; 전이 금속; 알루미늄의 산화물, 산질화물; 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되며, 높은 내마모성 및 내열성을 갖는다. 한 양태에서, 베이스 기판(18)은 특히 50W/mk 보다 큰(또는 때때로는 100W/mk 보다 큰) 높은 열 전도성, 불소 및 염소 기체와 같은 부식성 기체에 대한 높은 내식성, 및 플라즈마에 대한 높은 저항성을 갖는 AlN을 포함한다. 한 양태에서, 베이스 기판은 99.7%보다 높은 순도의 고순도 알루미늄 질화물 및 Y2O3, Er2O3 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 소결제를 포함한다.
도 2c에 예시된 바와 같은 한 양태에서 최적화 회로 디자인을 갖는 가열 요소 또는 전극(16)은 세라믹 기판(12)에 "매립"된다. 가열 요소(16)는 높은 융점을 갖는 금속, 예컨대 텅스텐, 몰리브덴, 루테늄, 백금 및 그의 합금; 주기율표의 IVa, Va 및 VIa족에 속하는 금속의 탄화물 및 질화물; 하프늄, 지르코늄 및 세륨의 탄화물 또는 산화물, 및 이들의 조합물로부터 선택된 물질을 포함한다. 한 양태에서 가열 요소(16)는 기판(또는 그의 코팅층)의 CTE에 근접한 CTE를 갖는 물질을 포함한다.
도 2a 및 2b에 예시된 바와 같은 또 다른 양태에서 가열 요소는 1 내지 1000㎛ 범위의 두께를 갖는 필름 전극(16)을 포함한다. 제 2 양태에서 필름 전극(16) 은 5 내지 500㎛ 두께를 갖는다. 필름 전극(16)은 스크린-프린팅, 스핀 코팅, 플라즈마 스프레이, 스프레이 열분해, 반응성 스프레이 침착, 졸-겔, 연소 토치(torch), 전기 아크, 이온 도금, 이온 주입, 이온 플라즈마 침착, 스퍼터링(sputtering) 침착, 레이저 융제, 증발, 전기도금 및 레이저 표면 합금을 비롯한 당업계에 공지된 공정에 의해 전기 절연성 베이스 기판(18)(도 2b) 또는 코팅층(19)(도 2a)상에 형성될 수 있다. 한 양태에서, 필름 전극(16)은 고 융점을 갖는 금속, 예컨대 텅스텐, 몰리브덴, 레늄, 백금 또는 그의 합금을 포함한다. 제 2 양태에서 필름 전극(16)은 귀금속 또는 귀금속 합금을 포함한다. 제 3 양태에서 필름 전극(16)은 하프늄, 지르코늄, 세륨의 탄화물 또는 산화물, 및 그의 혼합물중 하나 이상을 포함한다.
한 양태에서, 전극의 박막 저항은 전극에 대한 전기저항 요구조건을 충족시키기 위하여 0.001 내지 0.10Ω/sq 범위내에서 조절되는 반면, 전극 패턴 경로사이에서 최적 경로 폭 및 공간을 유지한다. 제 2 양태에서, 박막 저항은 0.005 내지 0.05Ω/sq 범위내에서 조절된다. 박막 저항은 전기 저항률 대 필름 두께의 비로 정의된다.
본 발명의 웨이퍼 가공 장치에서 하나 이상의 전극이 사용될 수 있다. 용도에 따라, 전극은 저항 가열 요소, 플라즈마-발생 전극, 정전척 전극 또는 전자-빔 전극으로 기능할 수 있다.
도 2a 및 2b에 예시된 바와 같은 본 발명의 한 양태에서 웨이퍼 가공 장치(10)는 내에칭성인 보호 코팅 필름(25)으로 추가로 코팅된다.
한 양태에서 보호 코팅층(25)은 B, Al, Si, Ga, Y, 내화성 초경합금, 전이 금속 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물 또는 산질화물 하나 이상을 포함하고 25 내지 1000℃ 온도 범위에서 2.0 x 10-6/K 내지 10 x 10-6/K 범위의 CTE를 갖는다.
한 양태에서, 보호 코팅층(25)은 NZP 구조를 갖는 고-열안정성 지르코늄 포스페이트를 포함한다. NZP란 용어는 NaZr2(PO4)3 뿐만 아니라 유사한 결정 구조를 갖는 관련된 동일구조 포스페이트 및 실리코포스페이트를 의미한다. 한 양태에서 상기 물질은 알칼리금속 포스페이트 또는 카보네이트, 암모늄 이수소 포스페이트(또는 다이암모늄 포스페이트) 및 4가 금속 산화물의 혼합물을 가열함으로써 제조된다.
한 양태에서, NZP형 코팅층(25)은 일반식(L, M1, M2, Zn, Ag, Ga, In, Ln, Y, Sc)l (Zr, V, Ta, Nb, Hf, Ti, Al, Cr, Ln)m (P, Si, V, Al)n (O, C, N)12을 가지며, 여기에서 L은 알칼리이고, M은 알칼리토금속이며, M2는 전이금속이고, Ln은 희토산화물이고, l, m 및 n 값은 전하 평형이 유지되도록 선택된다. 한 양태에서, NZP형 보호 코팅층(25)은 알칼리토금속 산화물, 희토산화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 산화제를 포함한다. 예로는 이트리아(Y2O3) 및 칼시아(CaO)가 포함된다.
제 3 양태에서, 보호 코팅층(25)은 원소주기율표의 2a족, 3a족 및 4a족 원소 로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 함유하는 유리-세라믹 조성물을 함유한다. 본원에서 사용될 때 2a족은 Be, Mg, Ca, Sr 및 Ba를 비롯한 알칼리토금속 원소를 의미한다. 본원에서 사용될 때 3a족은 Sc, Y 또는 란타노이드(lanthanoid) 원소를 의미한다. 본원에서 사용될 때 4a족은 Ti, Zr 또는 Hf를 의미한다. 코팅층(25)으로 사용하기에 적합한 유리-세라믹 조성물의 예는 란탄 알루미노실리케이트(LAS), 마그네슘 알루미노실리케이트(MAS), 칼슘 알루미노실리케이트(CAS) 및 이트륨 알루미노실리케이트(YAS)를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
한 예에서 보호 코팅층(25)은 SiO2, 및 Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy 등의 산화물, 이들 금속중 하나의 불화물 또는 이트륨-알루미늄-가닛(YAG)을 포함하는 내플라즈마성 물질의 혼합물을 함유한다. 상기 금속의 산화물의 조합물 및/또는 상기 금속 산화물과 알루미늄 산화물의 조합물이 사용될 수 있다. 제 3 양태에서, 보호 코팅층(25)은 산소를 제외한 금속 원자의 원자비 측면에서 2a족, 3a족 및 4a족 원소 1 내지 30원자% 및 Si 원소 20 내지 99원자%를 포함한다. 한 실시예에서 층(25)은 Si 원소 20 내지 98원자%, Y, La 또는 Ce 원소 1 내지 30원자% 및 Al 원소 1 내지 50원자%를 포함하는 알루미노실리케이트 유리, 및 Si 원소 20 내지 98원자%, Y, La 또는 Ce 원소 1 내지 30원자% 및 Zr 원소 1 내지 50원자%를 포함하는 지르코니아실리케이트 유리를 포함한다.
또 다른 양태에서, 보호 코팅층(25)은 Y2O3-Al2O3-SiO2(YAS)을 함유하며, 이트리아 함량은 1600℃ 미만의 융점 및 884 내지 895℃의 좁은 범위의 유리전이온 도(Tg)의 경우에 25 내지 55중량%에서 변하며, 인접 기판의 CTE에 필적하도록 CTE를 조정하기 위하여 임의적인 도판트가 첨가된다. 도판트의 예는 유리의 CTE를 증가시키기 위하여는 BaO, La2O3 또는 NiO를, 유리의 CTE를 감소시키기 위하여는 ZrO2를 포함한다. 또 다른 양태에서, 보호 코팅층(25)은 BaO-Y2O3-B2O3-SiO2 유리를 함유하며, 이 때 기판의 CTE에 근접하도록 유리의 CTE를 조정하기 위하여 La2O3, ZrO2 또는 NiO가 임의로 첨가된다. 한 실시예에서, 코팅층(25)은 BaO 30 내지 40몰%, Al2O3 5 내지 15몰%, B2O3 10 내지 25몰%, SiO2 25 내지 40몰%, La2O3 0 내지 10몰%, ZrO2 0 내지 10몰%, NiO 0 내지 10몰%를 포함하며, 0.25 내지 0.75 범위의 B2O3/SiO2 몰비를 갖는다.
보호 코팅층(25)은 내식성 또는 내에칭성에 대한 어떠한 부정적인 효과 없이 질소, 산소 및/또는 수소와 같은 다른 비금속 원소를 저농도로 수용할 수 있다. 하나의 양태에서, 코팅층은 수소 및/또는 산소를 약 20원자% 이하로 함유한다. 다른 양태에서, 보호 코팅층(25)은 수소 및/또는 산소를 약 10원자% 이하로 포함한다.
보호 코팅층(25)은 열/화염 분무, 플라즈마 배출 분무, 팽창 열 플라즈마(ETP), 이온 도금, 화학증착법(CVD), 플라즈마 화학증착법(PECVD), 금속 유기 화학 증착법(MOCVD)(또한 유기금속 화학적 증착(OMCVD)라고도 지칭됨), 유기금속 기상 성장법(MOVPE), 스퍼터링과 같은 물리적 증착 공정, 반응성 전자 빔(e-빔) 침 착, 이온 플라즈마 침착 및 플라즈마 분무를 비롯해 당해 공지된 공정에 의해 기판 상에 침착될 수 있다. 예시적인 공정은 ETP, CVD 및 이온 도금이다.
보호 코팅층(25)의 두께는 용도에 따라 1㎛ 내지 수백㎛로 변하는 등, 용도 및 이용되는 공정(예컨대, CVD, 이온 도금, ETP 등)에 따라 변한다. 일반적으로, 더욱 두꺼운 보호 층들이 사용되는 경우 더욱 긴 수명 사이클이 기대된다.
내식성 커넥터 및 구조형태:
부식성 기체를 사용하는 전형적인 웨이퍼 가공 환경에서, 불소계 기체의 원자 투입은, 전기적 접속부, 기체 공급채널, 오목부, 돌출부, 융기부(MESA), 관통구멍(예: 리프트-핀 홀, 전산볼트 홀, 블라인드 홀)을 포함하지만 이에 국한되지 않는, 삽입물 등과 같은 기계적 구성요소를 갖는 접촉 영역 또는 기능성 부재를 통해 웨이퍼 가공 장치의 구성요소를 급속하게 침범할 수 있다. 기능적 부재의 예로는 전기적 리드, 탭, 삽입물, 관통구멍 등을 포함하지만 이에 국한되지 않고, 이는 접촉 영역에 침투하며, 이로 인해 부식성 기체를 위한 갭이 생성되어 기판과 같은 기본 구성요소를 침범하게 된다.
본 발명의 하나의 양태에서, 전극으로의 리드, 기계적 구성요소 및 기능성 부재들을 부착하기 위한 패스너는 기본 물질의 열 팽창에 부합되기에 충분한 연성을 갖는 전도성의 내에칭성 물질로 코팅된다. 다른 양태에서, 전극 자체는 전도성의 내에칭성 물질로 코팅된다. 적합한 내에칭성 물질의 예로는 코팅층으로서 적용되는 경우 연신율 5% 초과의 연성을 갖는 다른 전도성 물질, 또는 니켈, 크롬 또는 초경합금이 포함되지만 이에 국한되지 않는다. 하나의 양태에서, 코팅층은, 오버 코팅층이 승온에서 악조건의 반도체 가공 환경에 노출되는 경우 90% 이상의 크랙-부재가 유지되도록 베이스 기판의 CTE에 부합하기에 충분한 연성을 갖는 물질을 포함해 0.000004 내지 0.010인치의 평균 두께를 갖는다. 제 2 양태에서, 코팅층은 코팅 물질이 CTE 차이/미스매칭에 대해 보상하지만 여전히 그의 표면에는 90% 이상의 크랙-부재가 유지되도록 연성을 갖는 물질을 포함한다. 크랙-부재는 크랙이 육안으로 관찰될 수 없거나 SEM 하에서도 확인될 수 없는 것을 의미한다. 제 3 양태에서, 코팅층은 0.00001 내지 0.005인치의 두께를 갖는다. 제 4 양태에서, 0.00005 내지 0.025인치의 두께를 갖는다.
본 발명의 하나의 양태에서, 맞춤형(customized) 커넥터들이 사용되어 접속부에 대해 내에칭성 보호를 제공한다. 제 2 양태에서, 내에칭성의 전도성 물질들이 사용되어 부식성 환경으로부터 노출된 전기적 커넥터를 보호한다.
다른 양태에서, 내에칭성 조성물은 충전제, 접착제, 아교 또는 밀봉제로서 사용되어 접촉 접속부들에 대해 부식성 기체의 원자 투입으로부터의 보호를 추가로 제공한다.
본 발명의 내식성 접속부의 양태들은 하기 도면을 참고하여 추가로 설명된다.
도 3은, 내식성 코팅층(300)으로 오버코팅되어 있는 베이스 기판(100)의 표면 상의 패턴화된 전극(200)을 갖는 본 발명의 웨이퍼 조작 장치(10)의 한 양태의 단면도이다. 패턴화된 전극(200)은 용도에 따라 가열기 전극 및/또는 척(chucking) 전극으로서 기능할 수 있다.
커넥터 너트(220)는 트레드 커넥터 로드(210)를 소정의 위치로 고정시키는데 사용된다. 하나의 양태에서, 트레드 커넥터 로드(210) 및 커넥터 너트(220)는 기판(100) 및 오버코팅층(300)의 CTE와 근접하게 매칭하는 CTE를 갖는 동일한 내화성 금속 물질로 제조된다. 그 예는 AlN 층의 CTE와 근접하게 매칭하는 CTE를 갖는 몰리브덴이다. 제 2 양태에서, 이들은 근접하게 매칭된 CTE를 갖는 여러 물질들로 이루어진다. 하나의 양태에서, 로드(210) 및/또는 너트(220)는 니켈 또는 다른 전도성의 내에칭성 물질로 추가로 도금된다(제시되지 않음). 예시된 바와 같이, 로드(210)는 기판(100) 내의 트레드 구멍 내로 트레딩(thread)된다. 하나의 양태(제시되지 않음)에서, 로드(210)는 기판 내의 블라인드 홀 내로 압력-정합(press-fit)된다.
때로는 웨이퍼 조작 장치의 수명을 제한하고 더욱 얇은 오버코팅을 초래할 수 있는 침착 공정에서 날카로운 코너 또는 간격 내에 충분한 코팅(즉, 소위 "부분 섀도우잉(partial shadowing)")을 제공하기 어렵기 때문에, 도 4는 상기 부분 섀도우잉을 해결하기 위한 도 3의 다른 양태의 단면도이다. 이 양태에서, 커넥터 너트(221)는 전이 구역에서 너트(221)로부터 기판(100)까지 충분하게 코팅하도록 오버코팅 공정을 촉진시키는 테이퍼형 구조물을 갖는다. 다른 구조형태(제시되지 않음)에서, 너트(221)는 오버코팅에서의 응력 및 작업에서 층분리 가능성을 감소시키는 둥근 코너를 갖는다.
도 5에 도시된 바와 같은 웨이퍼 조작 장치(10)의 다른 양태에서, 커넥터 너트(221)에는 전이 구역에서 너트로부터 기판까지 밀봉제가 추가로 제공된다. 즉, 내식성 고온 상용성 충전제(230)의 비이드가 추가로 제공된다. 하나의 양태에서, 충전제(230)는 도 4에서 테이퍼형 너트로서 기능하여 침착 공정의 부분 섀도우잉을 최소화한다. 다른 양태에서, 충전제(230)는 부식성 종류에 대한 제 2 라인의 방어를 제공하여서 오버코팅층(300)이 충분한 보호를 제공하지 못해 이르게 소모되는 경우가 발생된다.
도 6은, 추가 전극(202)의 부가를 제외한, 도 3에 예시된 조합물(10)의 다른 양태의 단면도이다. 예시된 바와 같이, 전극(200)은 가열기 전극이고, 다른 전극(202)은 척 전극이다. 다르게는, 상기 2개의 전극은 독립적으로 제어된 가열기 전극들이다. 다른 양태에서, 전극들은 독립적으로 제어된 척 전극이다.
도 7은, 테이퍼형 커넥터 너트(221), 하나의 추가 전극(202)의 부가(이는 가열기 전극 또는 척 전극으로서 기능할 수 있다)를 제외한, 도 4에 예시된 조합물(10)의 다른 양태의 단면도이다.
도 8은, 제 2 전극(202)이 기판에 부가된, 도 5에 예시된 조합물(10)의 가열기 양태의 단면도이다. 제시된 바와 같이, 밀봉제/충전제(230)는 모든 전기적 접속부들에 대해 너트로부터 기판까지의 전이 구역을 제공한다.
도 9는 웨이퍼 조작 장치(10)의 다른 양태의 단면도이다. 이 양태에서, 내식성 커넥터 로드(210) 및 너트(220)는 오버코트(300)가 적용되고 접촉 영역에서 부분적으로 제거된 후 적용된다. 또한, 이 양태에서, (부분적으로 노출된) 전극(200), 커넥터 로드(210), 너트(220), 다른 구성요소, 예컨대 와셔, 스프링 등(제시되지 않음)은 전도성이고 내식성이다. 하나의 양태에서, 이들 구성요소는 니 켈, 코발트, 철, 및 하프늄, 지르코늄 및 세륨의 산화물 및 탄화물, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 기판(100)의 CTE에 근접하게 매칭되는 CTE를 갖는 내식성의 전도성 물질을 포함한다. 그 예로는 인바(Invar) 및 코바(Kovar)의 상표명으로 시판 중인 초경합금이 포함되지만 이에 국한되지 않는다. 이 구조형태로 인해, 저융점의 내식성 커넥터 물질, 예컨대 오버코팅 공정에서 존속시킬 필요가 없는 알루미늄 및 합금, 하프늄 및 지르코늄 탄화물 및 질화물 등이 커넥터 구성요소로서 사용되게 한다. 오버코팅층(300)을 적용하기 위한 오버코팅 공정은 흔히 열 분무, 고온 CVD 또는 기타 침착 공정과 같은 고온 공정일 수 있다.
도 10은 도 9의 변형된 양태의 단면도이다. 이 양태에서, 전극(200)은 전도성 보호 코팅(205)으로 도금/코팅된다. 하나의 양태에서, 보호 코팅(205)은 전극(200)의 CTE와 근접하게 매칭하는 CTE를 갖는, 니켈, 코발트, 철; 하프늄, 지르코늄 및 세륨의 산화물 및 탄화물, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 내에칭성 및 전도성 물질을 포함한다. 코팅(205)은 전기도금, 무전극 도금(electroless plating), 페인팅, 분무, 증발, 스퍼터링, CVD 등을 포함하지만 이에 국한되지 않는 당해 분야에 공지된 공정을 사용하여 전극(200) 상에 적용될 수 있다.
도 11은, 전극(200)에 내식성 충전제(230)가 제공되는 본 발명의 다른 양태의 단면도이다. 내식성 충전제/밀봉제(230)의 사용은 전극 상에 전극(200) 또는 보호 코팅층(205)을 위한 내식성 물질에 대한 요구를 없앤다(도 10에서 도시된 바와 같음). 하나의 양태에서, 전극(200)은 몰리브덴(이는 기판으로서 AlN의 CTE와 근접하게 매칭하는 CTE를 갖지만 부식성 불소 기체를 사용하는 특정 웨이퍼 가공 환경을 위한 필수 내식성을 갖지 않는 물질임)을 포함한다.
다른 양태의 도 12에서, 홈은 장치(10)의 세라믹 코어 기판 내로 천공되어 있고, 기계가공된 전도성 트레드 삽입물(240)은 상기 오목부 내에 설치되어 오목한 너트(220)와 소정의 위치에서 볼트-체결된다. 로드 및 너트 주위의 공간은 내식성 충전제(230)로 충전된다. 이 양태에서, 트레드 삽입물(240), 너트(220) 및 충전제(230)는 우선 전극(200) 및 후속적인 오버코팅층(300) 전에 소정의 위치에 적용 및 조립된다. 커넥터 로드(210)(제시되지 않음)는 기계가공된 트레드 삽입물 내에 스크류-체결될 수 있다. 이 양태에서 트레드 삽입물 및 충전제의 사용은 이것이 세라믹 기판 내의 트레드 구멍들을 기계가공하는 경우에 특히 유리하다. 또한, 삽입물은 이것이 압력 정합 조합물에 사용하기 위한 매칭 CTE와 함께 접착제를 적용 또는 선택하는데 어려울 수 있는 경우에 사용될 수 있다.
도 13은 로드(250) 조합물이 트레드 삽입물 대신에 사용되고 접속부에 강도 및 보호를 추가로 부여하기 위해 추가 너트(220)가 제공되는 도 12의 양태의 변형된 도면이다.
도 14는 삽입물을 사용하는 다른 양태의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 기계가공된 전도성 삽입물(240)은 세라믹 기판 내에 천공된 오목부 내에 설치된다. 삽입물은 니켈 또는 다른 전도성 내에칭성 물질로 추가로 도금된다(제시되지 않음). 삽입물은 너트(220)로 소정의 위치에 볼트-체결된다. 삽입물들은 이들이 기판의 표면에서 이탈되기에 충분한 길이를 갖는다(상기 측면의 반대에서는, 웨이퍼가 웨이퍼 가공 장치와 접촉하게 된다). 너트(220) 주위의 자유 공간은 내식성 충전제(230)로 충전된다. 이 양태에서, 삽입물(240), 너트(220) 및 충전제(230)는 전극(200)의 적용 후이지만 오버코팅층(300)의 적용 전에 최종 조합물 내에 적용된다.
도 15는 도 14의 웨이퍼 가공 장치의 약간 변형된 도면이다. 이 양태에서, 오버코팅층(300)은 웨이퍼와 접촉하지 않는 표면에만 적용된다. 일부 경우, 오버코팅층(300)은 때때로 더스트 및 기상 핵형성 또는 비평탄한 코팅/불균일한 코팅 두께로 인해 비이상적인 것들(non-ideality), 즉 결점 및 원하지 않는 소자, 예컨대 노듈(nodule)을 포함한다. 표면 내의 비이상적인 것들은 웨이퍼가 최적의 열 접촉을 막고/막거나 웨이퍼가 정렬되지 못하게 막는다. 도 15의 양태에서와 같이 웨이퍼 접촉 표면 상의 침착을 방지함으로써, 불완전한 것들은 완화될 수 있다.
도 16은 오목부 및/또는 돌출부 및/또는 융기부(mesa)(270)와 같은 구조물을 기판 내에 추가로 포함하는 도 14에서의 양태의 변형된 도면을 나타낸다. 하나의 양태에서, 돌출부는 전체적인 기판 표면을 위한 것이다. 다른 양태에서, 융기부(270)는 적어도 웨이퍼와 접촉하는 표면을 위한 것이다. 오버코팅층(300)은 이들 구조물(270)의 일반적인 윤곽에 따라 적용된다. 일부 양태에서, 상승된 표면 영역은 또한 웨이퍼와의 감소된 전체 접촉 영역으로 인한 비이상적인 것들 때문에 불완전한 것들/위험한 것들을 완화시킨다.
도 17은, 노듈과 같은 비이상적인 것들 및 비평탄한 또는 불균질한 오버코팅 두께 때문에 미코팅된 융기부(270)를 가지며 이로 인해 불량한 웨이퍼 접촉 문제점 들을 최소화하는 도 15 및 16에서의 장치의 구조물을 조합하는 양태를 나타내는 단면도이다.
도 18은 웨이퍼 조작 장치(10)의 다른 양태를 도시한다. 이 양태에서, 기판(100)은 세라믹이 아닌 전도성 물질, 예컨대 흑연 또는 고융점 금속(예: 몰리브덴)이다. 예시된 바와 같이, 기판(100)은 (선택적) 매듭층 또는 접착 촉진 층(211)(예: TaC)으로 추가로 코팅된다. 절연 삽입물(212)은 당해 분야에 공지된 수단, 예컨대 압력-정합, 아교 또는 트레드에 의해 기판(210) 내에 삽입된다. 기판은 후속적으로 절연 베이스코트 층(213)으로 코팅된다. 다음 단계에서, 전극(200)은 설치된 후, 로드(210) 및 너트(220)를 삽입하고, 최종적으로 오버코팅층(300)을 적용한다. 절연 베이스코트 층(213)은 오버코팅층(300)으로부터 동일한 또는 상이한 물질일 수 있으며, 상기 층 모두는 CVD, 열 CVD, ETP, 이온 도금 등을 포함하지만 이에 국한되지 않는 당해 분야에 공지된 코팅 공정에 의해 적용된다.
도 19는 도 18에서의 양태의 변형된 도면이다. 이 양태에서, 세라믹 삽입물은 코팅된 관통구멍(219)을 사용함으로써 교체되며, 이를 통해 전극 로드(210)가 삽입되며, 너트(220)는 오버코팅층(300)의 적용 전에 로드(210)의 양 측면에 부착될 수 있다. 하나의 양태(제시되지 않음)에서, 너트(220)는 테이퍼형/둥근 형태를 갖는다. 다른 양태(제시되지 않음)에서, 충전제(230)는 접속부에 대한 추가 밀봉/보호를 제공하는데 사용된다.
도 20은 웨이퍼 조작 장치(10)의 다른 양태의 단면도이다. 이 양태에서, 기판(401)은 열분해성 질화붕소와 같은 물질을 포함하는 전기 절연 층(402)으로 오버 코팅된 전도성 물질(예: 흑연)을 포함한다. 전극(200), 예컨대 열분해성 흑연의 전극(200)은 코팅층(402) 상에 적용된다. 예시된 바와 같은 하나의 양태에서, 전극(200)은 하나 이상의 추가 절연 코팅층(403)으로 코팅된다. 다음 단계에서, 전극(200)은 내식성 와셔(404), 예컨대 소결된 질화알루미늄이 적용되도록 부분적으로 노출된다. 그 다음, 전체 조합물은 내에칭성의 열분해성 흑연 코팅층(405)으로 오버코팅된다. 최종적으로, 전도성의 내식성 압력 접촉부(406), 예컨대 질화하프늄, 코발트, 니켈, 코바 초경합금 등과 같은 물질을 포함하는 스프링-적재된 접촉부가 소정의 위치에 놓인다.
도 21은 볼트(407)가 내식성 압력 접촉부 대신에 사용되는 도 20의 양태의 변형된 도면이다. 이 양태에서, 볼트(407)는 내식성의 절연 라이너(408)로 라이닝된 관통구멍을 통해 삽입된다. 하나의 양태에서, 라이닝된 관통구멍은 소결된 세라믹 튜브 형태로 존재한다.
본 발명의 내식성 구조형태는 예시된 양태들에 국한되지 않고, 양태의 특징들이 내식성 접속부를 사용하는 웨이퍼 가공의 개념으로부터 벗어나지 않고서 양태의 변형이 가능하도록 조합되고/되거나 변형됨을 주지해야 한다.
내식성 충전제/접착제/보호 밀봉제:
내식성 접속부들과 함께 본 발명의 다양한 양태의 도면들에서 예시된 바와 같이, 내식성 충전제(230)는 다수의 양태에 사용된다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "충전제"는, 웨이퍼 가공 장치에서의 구성요소, 예컨대 전극, 커넥터, 로드, 패스너, 예컨대 너트, 리벳 등이 웨이퍼 가공 챔 버 내에서 현미경적 침범으로부터 추가로 보호할 수 있는 물질을 지칭하는, "밀봉제", "아교", "접착제" 또는 "보호 밀봉제"와 서로 바꿔 사용될 수 있다. 충전제는 승온에 대한 내성을 나타내고 기판 및 다른 구성요소, 예컨대 흑연 가열기 소자, 금속 패스너 등과 열 호환성인 임의의 세라믹, 유리 또는 유리-세라믹 물질을 포함할 수 있다. 또한, 충전제는 반도체 가공 환경과 화학적으로 호환성이다.
본원에서 충전제는, 충전제 매트릭스의 열 팽창 계수(CTE)가 인접 기판의 CTE와 근접하게 매칭하며 이로 인해 열 순환 동안 물질의 상이한 열 팽창이 충전제의 층분리 또는 박리를 초래하지 않는 열 호환성인 것으로 여겨진다. 하나의 양태에서, 충전제는 세라믹 기판과 금속 상호접속부/패스너 사이의 값을 갖는 CTE를 갖는 물질을 포함한다. 보로실리케이트 유리, 알루미노실리케이트 유리 및 고 실리카 유리, 및 유리 혼합물이 적합한 충전제의 예들이다.
본원에서 반도체 가공 환경에서 사용하기 위한 화학적 호환성이 있는 것으로 고려되는 충전제는, 부식성 기체 또는 그의 플라즈마와 반응성이 낮고, 부식성 기체 중에 불소와의 반응이 발생하는 경우에도 형성된 물질이 고비점 화합물이고; 플라즈마 또는 부식성 기체에 의해 부식이 효과적으로 억압되는 충전제를 의미한다.
하나의 양태에서, 충전제 조성물은 원소 주기율표의 2a, 3a 및 4a족 원소들로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 함유한다. 본원에 언급된 2a족은 Be, Mg, Ca, Sr 및 Ba를 비롯한 알칼리 토금속 원소를 의미한다. 본원에 언급된 3a족은 Sc, Y 또는 란탄계 원소를 의미한다. 본원에 언급된 4a족은 Ti, Zr 또는 Hf를 의미한다.
충전제로서 사용하기에 적합한 조성물의 예로는 란탄 알루미노실리케이트(LAS), 마그네슘 알루미노실리케이트(MAS), 칼슘 알루미뉴실리케이트(CAS) 및 이트륨 알루미노실리케이트(YAS)가 포함되지만 이에 국한되지 않는다. 특정 매트릭스 물질의 선택은 의도된 용도에 대한 예측된 요구에 기초한 것이다. 한 양태에서, 매트릭스 물질은 AlN 코팅층을 사용하는 가열기 용도가 4.9×10-6K의 이론 평균 CTE, 5.3×10-6K의 이론 CTE를 갖는 흑연 가열기 소자와 매칭되도록 선택된다. 다른 양태에서, 충전제는 4.9×10-6K의 AlN 코팅층의 CTE와 내화성 금속 패스너의 CTE 사이의 CTE 값에 대해 선택되며, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 또는 구리 텅스텐(CuW), 구리 몰리브덴(85/15 MoCu에 대해 6.9ppm의 CTE를 갖는 CuMo), 몰리브덴 망가니즈(MoMn) 등과 같은 물질이 포함된다.
하나의 양태에서, 충전제는 BaO-Al2O3-B2O3-SiO2 유리에 기초한 조성물이며, 여기서 유리의 CTE가 기판의 CTE와 적절하게 매칭하게 조정되도록 La2O3, ZrO2 및 NiO가 선택적으로 첨가된다. 하나의 양태에서, 조성물은 30 내지 40몰% BaO, 5 내지 15몰% Al2O3; 10 내지 25몰% B2O3, 25 내지 40몰% SiO2; 0 내지 10몰% La2O3; 0 내지 10몰% ZrO2; 0 내지 10몰% NiO를 포함하되, B2O3/SiO2의 몰비는 0.25 내지 0.75이다. 다른 양태에서, La2O3, ZrO2 및 NiO는 충전제가 코팅층으로서의 AlN 및 베이스 층으로서 흑연의 CTE와 매칭되는 CTE를 갖기에 충분한 양으로 첨가되며, La2O3 및 NiO의 첨가는 유리의 CTE를 증가시키고, ZrO2의 첨가는 유리의 CTE를 감소시킨다.
다른 양태에서, 충전제는 바륨 란타늄 실리케이트(BLS) 유리계 조성물이며, 전체 조성은 10 내지 12ppm의 CTE 및 750 내지 850℃의 연화점을 갖는 유리에 대해 30 내지 35몰% BaO, 10 내지 15몰% La2O3, 및 50 내지 60몰% SiO2를 갖는다.
다른 양태에서, 충전제는 Y2O3-Al2O3-SiO2-(YAS) 유리에 기초한 조성물이며, 이트리아 함량은 1600℃ 미만의 융점 및 884 내지 895℃ 좁은 범위의 유리전이온도(Tg)에 대해 25 내지 55중량%로 변하고, 여기서 CTE는 일반적으로 Y2O3의 증가와 함께 증가하고, SiO2의 증가와 함께 감소한다. 하나의 양태에서, YAS 충전제 조성물은 31 내지 70×10-7/K의 CTE에 대해 25 내지 55중량% Y2O3, 13 내지 35중량% Al2O3 및 25 내지 55중량% SiO2을 포함한다. 제 2 양태에서, YAS 조성물은 우수한 화학적 내구성을 위해 17몰% Y2O3-19몰% Al2O3-64몰% SiO2를 포함한다.
하나의 양태에서, 도판트는 인접한 기판의 CTE와 매칭하도록 CTE를 최적화하기에 충분한 양으로 YAS 유리 조성물에 첨가된다. 도판트의 예로는 BaO, La2O3, ZrO2 또는 NiO이 포함되며, 대부분의 구성성분들은 유리의 CTE를 증가시키지만, 예외적으로 ZrO2는 유리의 CTE를 감소시킨다.
하나의 양태에서, 중전제 조성물은 산소를 제외한 금속 원자의 원자 비율에 대해 2a, 3a 및 4a족 원소 1 내지 30원자%, 및 Si 원소 20 내지 99원자%를 포함한다. 알루미노실리케이트 유리의 하나의 양태에서, 조성물은 Si 원소 20 내지 98원자%, Y, La 또는 Ce 원소 1 내지 30원자%, 및 Al 원소 1 내지 50원자%를 포함한다. 다른 양태에서, 알루미노실리케이트 유리는 각 금속 원소의 원자 비율(Si;Al:3a족)이 (70:20:10), (50:20:30), (30:40:30), (30:50:20), (45:50:5) 및 (70:25:5)의 각 지점들과 연결된 범위 내에 속하는 조성물이다. 지르코니아 실리케이트 유리 충전제의 하나의 양태에서, 조성물은 Si 원소 20 내지 98원자%, Y, La 또는 Ce 원소 1 내지 30원자%, 및 Zr 원소 1 내지 50원자%를 포함한다. 하나의 양태에서, 지르코니아 실리케이트 유리는 각 금속 원소의 원자 비율(Si;Zr:3a족)이 (70:25:5), (70:10:20), (50:20:30), (30:40:30), (30:50:20) 및 (45:50:5)의 각 지점들과 연결된 범위 내에 속하는 조성물이다. 지르코니아 실리케이트 유리 충전제의 다른 양태에서, 각 금속 원소의 원자 비율(Si;Zr:3a족)은 (70:25:5), (70:10:20), (50:22:28), (30:42:28), (30:50:20) 및 (45:50:5)의 각 지점들과 연결된 범위 내에 속하는 조성물이다.
2a족-함유 지르코니아 실리케이트 유리의 경우, 지르코니아 실리케이트 유리는 각 금속 원소의 원자 비율(Si;Zr:3a족)이 (70:25:5), (45:25:30), (30:40:30), (30:50:20) 및 (50:45:5)의 각 지점들과 연결된 범위 내에 속하는 조성물이다.
하나의 양태에서, 충전제 조성물은 Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy 등의 산화물, 또는 이들 금속들 중 하나의 불소화물, 또는 이트륨-알루미늄-가닛(YAG)을 포함하 는 내플라즈마성 물질과 SiO2의 혼합물이다. 이러한 금속의 산화물들의 조합, 및/또는 상기 금속 산화물과 알루미늄 산화물의 조합이 사용될 수 있다. 예를 들면, Y2O3은 유리 충전제 조성물의 CTE가 가열기의 하위 기판과 매칭하도록 낮은 퍼센트의 Al2O3과 조합되어(전형적으로 약 20부피% 미만) 사용될 수 있다.
충전제 조성물의 형성 방법 및 그의 용도:
하나의 양태에서, 충전제 조성물은 본 발명의 웨이퍼 가공 장치의 접촉 소자들 주위에 "충전제"로서 적용되도록 페이스트 또는 도료의 형태로 존재한다. 하나의 양태에서, 상기 조성물은 페이스트로서 적용되고, 접촉 소자 또는 패스너 주위에 전개되어 "비이드"를 형성한다. 제 2 양태에서, 상기 조성물은 도료로서 적용되고, 접촉 소자 또는 패스너 상에 분사 또는 브러슁되어 0.1mil 이상의 보호 코팅층을 형성하고, 반도체 가공 환경에서 염소 또는 불소 종류로부터 접속부들을 보호한다. 제 3 양태에서, 0.5mil 이상의 보호 코팅층이 적용된다.
다른 양태에서, 충전제 조성물은 유리-세라믹을 적용하기 위해 당해 분야 공지된 공정, 예컨대 접촉 소자들과 인접하는 부품들 사이의 개구, 크랙 등을 밀봉하기 위한 코팅/밀봉제 층을 위해 그리고 가열기 상에 보호 코팅층을 제공하기 위해, 열/화염 분무, 플라즈마 배출 분무, 스퍼터링 및 화학 증착법을 사용하여 가열기 조합물 상에 넓게 적용된다. 하나의 양태에서, 보호 밀봉제 코팅층은 0.5 내지 약 4mil의 두께를 갖는다. 다른 양태에서, 밀봉되는 기판의 표면은 우선 150 내지 200℃ 이상으로 가열된 후, 유리-세라믹 조성물의 층으로 코팅된다.
접착제/코팅층으로서 또는 가열기 또는 웨이퍼 홀더 장치를 위한 밀봉제로서의 용도에서, 조성물은 반도체 가공 환경에서 연장된 기간(10시간)에 걸쳐 400℃ 초과의 산화 및 환원 분위기 하에서 보호를 제공한다. 또한, 충전제 조성물은 수백회 열 순환을 통해 다양한 가열기 구성요소들 사이의 잠재적 CTE 미스매칭으로 인해 발생되는 응력을 순응시킨다. 페이스트 용도를 위한 하나의 양태에서, 충전제 조성물은 우선 밀링되어 100메쉬 미만의 평균 입자 크기를 갖는 "유리 프릿(frit)"을 형성한다. 하나의 양태에서, 유리 프릿은 80메쉬 미만의 평균 입자 크기를 갖는다. 제 2 양태에서, 60메쉬 미만이다. 제 3 양태에서, 40메쉬 미만이다.
하나의 양태에서, 유리 프릿은 우선 80:20 내지 95:5의 유리 프릿 대 금속 산화물의 비율로 금속 산화물 분말(용액)과 혼합된다. 금속 산화물의 예로는 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화칼슘, 이트륨 산화물 및 산화아연이 포함되지만 이에 국한되지 않는다. 하나의 양태에서, 금속 산화물은 약 0.05㎛의 평균 입자 크기를 갖는 Al2O3이다. 제 3 양태에서, 유리 프릿은 용액 형태로 금속 산화물, 예컨대 콜로이드성 실리카, 콜로이드성 알루미나, 콜로이드성 이트리아, 콜로이드성 지르코니아 및 이들의 혼합물과 혼합된다.
하나의 양태에서, 혼합물은 당해 분야에 공지된 장비, 예컨대 볼 밀 내에서 슬러리 또는 페이스트를 형성하는 캐리어 용액과 10 내지 25중량% 캐리어 용액의 비율로 블렌딩되어 75 내지 90중량%의 유리 프릿/금속 산화물 혼합물을 수득한다. 하나의 양태에서, 캐리어 용액은 1중량% 미만의 질산으로 희석된 물의 혼합물이다. 제 2 양태에서, 캐리어 용액은 희석된 물과 에탄올의 혼합물이다. 제 3 양태에서, 캐리어 용액은 LiOH이다.
실시예 1:
실시예에서, 45중량% 이트륨 산화물, 20중량% 산화알루미늄 및 35중량% 이산화규소의 양으로 시약 등급 원료 물질로부터의 균질한 분말 혼합물로부터 유리를 제조하였다. 분말 혼합물을 1시간 동안 1400℃에서 백금 도가니 내에서 용융시켰다. 유리 용융물을 스틸 몰드 내에 붓고, 12시간 이내에 680℃로부터 실온까지 어닐링시켰다. 각각의 유리를 분쇄하고, Al2O3 원소와 함께 밀을 사용하는 프로판올 중에서 밀링하여, 100㎛의 평균 입자 크기를 갖는 유리 그릿 조성물을 형성하였다.
다음 단계에서, 유리 그릿을 75중량% 유리 그릿 및 25중량% 콜로이드성 알루미나의 양으로 콜로이드성 알루미나에 첨가하여, 유리-세라믹 접착제 도료/접착제를 형성하였다. 콜로이드성 알루미나 용액은 니카올 나노 테크놀로지스(Nycaol Nano Technologies)로부터 니아콜(Nyacol)(등록상표) AL20DW로서 시판 중이며, 75 내지 79중량% 증류수 중 20 내지 25중량% 및 1중량% 미만의 질산을 함유한다. 사용시, 페이스트를 내에칭성 층이 형성되도록 1000℃ 미만으로 가열하여 하위 구성요소를 보호한다. 고온으로 인해, 페이스트는 기능 부재, 리드, 패스너, 예컨대 너트, 볼트, 리벳 등을 포함하지만 이에 국한되지 않는 접촉 표면 상에 밀봉을 형성하게 된다.
실시예 2:
전도성 가열 소자(몰리브데늄 망가니즈)를 세라믹 기판(AlN) 상에 침착시켰다. 기판은 전기 접촉부의 설치를 위해 관통구멍을 함유하였다. 다음 단계에서, 몰리브덴 패스너를 사용하여 Ni-도금된 몰리브덴 포스트를 설치하였다. 실시예 1의 접착제를 Ni-도금된 몰리브덴 포스트, 몰리브덴 패스너, AlN 기판 상의 가열 소자 및 AlN 기판 사이의 접촉 지점들 주위에 칠하였다. 그 다음, 접촉부를 포함하는 전체 가열기 조합물을 CVD 공정을 통해 AlN으로 코팅하였다.
반도체 가공 환경 하에 AlN 기판을 사용하는 가열기의 모의시험 조건에서, 가열기 및 접촉부의 부식 시험을 45℃/분의 램프 비율로 400 내지 500℃의 100회 열 순환 후 실시하였다. 다른 시험에서, 흑연 코어를 갖는 가열기를 60℃/분의 램프 비율로 400 내지 500℃에서 100회 순환시켰다. 상기 시험들은 유리 세라믹 접착제가 열 응력 하에서 충분하게 수행하는지 여부에 대해 측정하는 것이다. 100회 열 순환 후, 육안 검사에서는 가열기 코팅이 열 응력으로 인한 결함 흔적을 갖지 않은 것으로 나타났으며, 이는 구성요소들의 CTE가 가열기 코팅을 보호하기 위한 유리 세라믹 접착제의 것을 비롯해 충분히 매칭되는 것을 나타낸다.
또한, 가열기를 진공 챔버 내에 설치하여 약 1밀리토르의 압력으로 만들었다. 그 다음, 가열기가 400℃가 될 때까지 가열기의 동력을 넣었다. 일단 400℃에서 가열기를 10시간 동안 불소/아르곤 플라즈마에 노출시켰다. NF3 400sccm(표준 ㎤) 및 Ar 기체 1200sccm을 사용하여 플라즈마를 생성시켰다. 시험 동안 챔버 압 력은 2.8토르이었다.
10시간 에칭 공정 동안 가열기들 모두에 대해 유의적인 전기 내성 변화가 없었다(0.4% 미만). 챔버로부터 가열기를 제거하고, 10시간 후에 육안으로 관찰하였다. 접촉 패스너 주위에 AlN 코팅에 대한 어떠한 결함도 없었다. 전기 접촉 조합물과 가열기 사이 및 그 안에는 어떠한 접촉 지점에 대한 결합이 없었다. 유리 세라믹 접착제는 본 발명의 가열기에 대해 우수한 밀봉제 물질로서 기능하였다.
실시예 3:
45중량% 이트륨 산화물, 20중량% 산화알루미늄 및 35중량% 이산화규소의 양으로 시약 등급 원료 물질로부터의 분말 혼합물을 포함하는 충전제 조성물을, 알루미나, 몰리브덴, TaC, AlN, 흑연 및 니켈을 비롯한 당해 분야에 공지된 다른 물질과 비교하였다. 시험에서, a) 시험 전에 샘플의 치수 및 질량을 측정하고; b) 부품들을 진공 챔버 내에 위치시킨 후, 약 1밀리토르의 압력까지 펌핑 저하시키고; c) 상기 부품들을 목적하는 시험 온도까지 가열하고; d) 목적하는 기간 동안 부품 상에서 불소/아르곤 플라즈마가 생성되었고; e) 시험 후, 부품들을 챔버로부터 제거하고, 노출 후의 질량을 기록하였다. 부식률을 다음과 같이 계산한다:
부식률 = 질량 손실/밀도/노출된 표면적/시간
여기서, 음(-)의 부식률은 노출 후 질량 획득을 나타내며, 이는 우수한 내식성으로 해석된다.
다른 물질을 갖는 YAS 충전제 조성물과 비교되는 실험들의 결과는 다음과 같다. Mo 데이터는 일반적으로 과학 문헌들로부터 입수 가능하다.
Figure 112006089163209-PAT00001
이 기재된 상세한 설명에서는 최선의 방식을 비롯해 본 발명을 개시하기 위하여, 또한 당해 분야의 숙련자가 본 발명을 제조 및 사용할 수 있게 하기 위하여 예들을 이용한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 특허청구범위에 의해 한정되며, 당해 분야의 숙련자에게 알려져 있는 다른 예들을 포함할 수 있다. 이러한 다른 예들은 특허청구범위의 문자상 용어와 다르지 않은 구조적 요소를 갖거나 또는 특허청구범위의 문자상 용어와 실질적으로 차이가 없는 동등한 구조적 요소를 포함하는 경우, 특허청구범위의 영역 내에 속하는 것이다. 본원에 인용된 모든 인용문헌들은 본원에서 특별히 참고문헌으로 이용된다.
본 발명에 따르는 웨이퍼 가공 장치는 모든 반도체-가공 환경에 적합하며, 한 양태에서 본 발명은 전기 접촉부 및 접속부가 반도체 소자 가공 환경에서 흔히 만나게 되는 부식성 기체로부터 차폐되며, 또한 본 발명의 장치는 반도체 가공에서 의 혹독한 열 응력 요구조건, 즉 20℃/min보다 큰 높은 열 상승속도, 및 20℃보다 높은 비교적 큰 온도차를 견딜 수 있다.

Claims (30)

  1. 일정한 열팽창계수(CTE)를 갖고 웨이퍼(wafer)가 그 위에 놓이는 베이스 기판(base substrate);
    저항 가열전극, 플라즈마-발생 전극, 정전척(electrostatic chuck) 전극 및 전자-빔 전극으로부터 선택되고 베이스 기판 CTE의 0.75 내지 1.25배 범위의 열팽창계수를 가지며 베이스 기판에 매립되어 있거나 그의 하나 이상의 표면위에 위치한 하나 이상의 전기 전극;
    전기 리드(lead), 탭(tab), 삽입물 및 관통구멍(through-hole)으로 이루어진 군으로부터 선택되고 일정 간격으로 웨이퍼 가공 장치를 침투하여 갭(gap)을 형성하는 하나 이상의 기능성 부재(functional member); 및
    웨이퍼 가공 장치의 상기 갭을 밀봉하기 위한 충전제를 포함하고, 이 때
    장치가 25 내지 600℃ 온도 범위에서, 할로겐을 포함하는 환경, 플라즈마 에칭(etching) 환경, 반응성 이온 에칭 환경, 플라즈마 세정 환경 및 기체 세정 환경중 하나인 작동 환경에 노출될 때에 충전제가 1000Å/min 미만의 에칭 속도를 갖는
    가공 챔버(processing chamber)에서 사용하기 위한 가공 장치(processing apparatus).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전제가 1000Å/min 미만의 에칭 속도를 갖고, 상기 환경이 200 내지 600℃ 온도 범위에서 작동되는 가공 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    충전제가 500Å/min 미만의 에칭 속도를 갖고, 상기 환경이 200 내지 600℃ 온도 범위에서 작동되는 가공 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    충전제가 NaZr2(PO4)3의 NZP 구조를 갖는 고-열안정성 지르코늄 포스페이트; 2a족, 3a족 및 4a족 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 함유하는 유리-세라믹 조성물; BaO-Al2O3-B2O3-SiO2 유리; 및 SiO2, 및 Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy 등의 산화물, 이들 금속중 하나의 불화물 또는 이트륨-알루미늄-가닛(YAG)을 포함하는 내플라즈마성 물질의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성물을 포함하는 가공 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    충전제가 란탄 알루미노실리케이트(LAS) 유리, 마그네슘 알루미노실리케이트(MAS) 유리, 칼슘 알루미노실리케이트(CAS) 유리, 이트륨 알루미노실리케이트(YAS) 유리 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 유리-세라믹 조성물인 가공 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    충전제 조성물이 이트륨 알루미노실리케이트(YAS), 및 알루미늄 산화물, 마그네슘 산화물, 칼슘 산화물 및 아연 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물 분말의 혼합물을 포함하는 가공 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    충전제가 이트륨 알루미노실리케이트(YAS), 및 콜로이드성 실리카, 콜로이드성 알루미나, 콜로이드성 이트리아(yttria), 콜로이드성 지르코니아 및 이들의 혼합물중 하나 이상의 혼합물을 포함하는 가공 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,
    충전제가 Y2O3 25 내지 55중량%, Al2O3 13 내지 35중량% 및 SiO2 25 내지 55중량%를 포함하는 유리 조성물 50 내지 80중량%; 및 Al2O3 20 내지 25중량%, 질산 1중량% 미만 및 증류수 75 내지 79중량%의 조성을 갖는 콜로이드성 알루미나 20 내지 50중량%을 포함하는 가공 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서,
    갭을 밀봉시키는 충전제가 전극 CTE의 0.75 내지 1.25배 범위의 CTE를 갖는 가공 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,
    베이스 기판이 흑연, 내화성 금속, 전이 금속, 희토류 금속 및 그의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 전기 전도성 물질을 포함하는 가공 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,
    베이스 기판상에 위치한 하나 이상의 전기절연 코팅층을 추가로 포함하고, 이 때
    상기 코팅층이 B, Al, Si, Ga, Y, 내화성 초경합금, 전이 금속 및 그의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 산질화물 하나 이상을 포함하며,
    상기 전극이 필름 전극이고,
    상기 필름 전극이 팽창열플라즈마(ETP), 화학증착법(CVD), 플라즈마 화학증착법, 이온 플라즈마 증착법, 유기금속 화학 증착법, 유기금속 기상 성장법, 스퍼터링(sputtering), 전자빔 및 플라즈마 스프레이중 하나 이상에 의해 전기 절연 코팅층위에 배치되는 가공 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,
    베이스 기판이 B, Al, Si, Ga 및 Y로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 산화물, 질화물, 탄화물, 탄질화물 또는 산질화물; NaZr2(PO4)3의 NZP 구조를 갖는 고-열안정성 지르코늄 포스페이트; 내화성 초경합금; 전이 금속; 알루미늄의 산화물, 산질화물 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 전기 절연 물질인 가공 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 전기 전극이 저항 가열 전극 또는 정전척인 가공 장치.
  14. 일정한 열팽창계수(CTE)를 갖고 웨이퍼가 그 위에 놓이는 베이스 기판;
    저항 가열전극, 플라즈마-발생 전극, 정전척 전극 및 전자-빔 전극으로부터 선택되고 베이스 기판 CTE의 0.75 내지 1.25배 범위의 열팽창계수를 가지며 베이스 기판에 매립되거나 그 아래에 위치한 하나 이상의 전극;
    B, Al, Si, Ga, Y, 내화성 초경합금, 전이 금속 및 그의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 산질화물중 하나 이상을 포함하며 베이스 기판상에 위치하는 하나 이상의 코팅층;
    전기 리드, 탭, 삽입물 및 관통구멍으로 이루어진 군으로부터 선택되고 일정 간격으로 웨이퍼 가공 장치를 침투하여 갭을 형성하는 하나 이상의 기능성 부재; 및
    장치가 25 내지 600℃ 온도 범위에서 할로겐을 포함하는 환경, 플라즈마 에칭 환경, 반응성 이온 에칭 환경, 플라즈마 세정 환경 및 기체 세정 환경으로 이루어진 군으로부터 선택된 작동 환경에 노출될 때에 1000Å/min 미만의 에칭 속도를 가지며 웨이퍼 가공 장치의 갭을 밀봉하기 위한 충전제를 포함하는
    반도체 가공 챔버에서 사용하기 위한 웨이퍼 가공 장치.
  15. 일정한 열팽창계수(CTE)를 갖고 B, Al, Si, Ga 및 Y로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 산화물, 질화물, 탄화물, 탄질화물 또는 산질화물; NaZr2(PO4)3의 NZP 구조를 갖는 고-열안정성 지르코늄 포스페이트; 내화성 초경합금; 전이 금속; 알루미늄의 산화물, 산질화물 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 전기 절연 물질을 포함하며 웨이퍼가 그 위에 놓이는 베이스 기판;
    저항 가열전극, 플라즈마-발생 전극, 정전척 전극 및 전자-빔 전극으로부터 선택되고 베이스 기판 CTE의 0.75 내지 1.25배 범위의 열팽창계수(CTE)를 가지며 베이스 기판에 매립되어 있거나 그 아래에 위치한 하나 이상의 전극;
    B, Al, Si, Ga, Y, 내화성 초경합금, 전이 금속 및 그의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 산질화물중 하나 이상을 포함하며 베이스 기판상에 위치하는 하나 이상의 코팅층;
    전기 리드, 탭, 삽입물 및 관통구멍으로 이루어진 군으로부터 선택되고 일정 간격으로 웨이퍼 가공 장치를 침투하여 갭을 형성하는 하나 이상의 기능성 부재; 및
    웨이퍼 가공 장치의 갭을 밀봉하기 위한 충전제를 포함하고, 이 때
    충전제가 NaZr2(PO4)3의 NZP 구조를 갖는 고-열안정성 지르코늄 포스페이트; 2a족, 3a족 및 4a족 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 함유하는 유리-세라믹 조성물; BaO-Al2O3-B2O3-SiO2 유리; 및 SiO2, 및 Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy 등의 산화물, 이들 금속중 하나의 불화물 또는 이트륨-알루미늄-가닛(YAG)을 포함하는 내플라즈마성 물질의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 조성물을 포함하고,
    장치가 25 내지 600℃ 온도 범위에서, 할로겐을 포함하는 환경, 플라즈마 에칭 환경, 반응성 이온 에칭 환경, 플라즈마 세정 환경 및 기체 세정 환경으로 이루어진 군으로부터 선택된 작동 환경에 노출될 때에 충전제가 1000Å/min 미만의 에칭 속도를 갖고, 기능성 부재가 전기 리드이고, 상기 갭이 전극을 외부 전원 공급장치에 접속시키기 위한 리드에 의해 형성되는
    반도체 가공 챔버에서 사용하기 위한 웨이퍼 가공 장치.
  16. 일정한 열팽창계수(CTE)를 갖고, 웨이퍼가 그 위에 놓이는 베이스 기판;
    저항 가열전극, 플라즈마-발생 전극, 정전척 전극 및 전자-빔 전극으로부터 선택되고 베이스 기판의 0.75 내지 1.25배 범위의 열팽창계수(CTE)를 갖는 하나 이상의 전기 전극;
    전기 리드, 커넥터, 탭, 삽입물 및 관통구멍으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 기능성 부재;
    전극을 외부 전원 공급장치에 부착하기 위한 커넥터를 포함하고, 이 때
    하나 이상의 전극 및 커넥터의 일부가 전기 전도성 내에칭성 물질로 코팅되어 베이스 기판의 CTE에 적합한 충분한 연성을 갖는 0.000004 내지 0.010 인치 두께를 갖는 코팅을 형성함으로써 코팅이 90% 이상 크랙을 갖지 않게 유지되고,
    가공 장치가 600℃ 이상의 온도에서, 할로겐을 포함하는 환경, 플라즈마 에칭 환경, 반응성 이온 에칭 환경, 플라즈마 세정 환경 및 기체 세정 환경중 하나인 작동 환경에서 사용하기 위한 것인
    가공 챔버에서 사용하기 위한 웨이퍼 가공 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    작동 환경에 노출되는 커넥터의 일부가, 니켈, 크롬 및 그의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되고 5% 연신율보다 큰 연성을 갖는 전기 전도성 내에칭성 물질로 코팅되는 가공 장치.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    커넥터가 로드(rod)이고, 커넥터 로드가 둥근(radiused) 너트 또는 테이퍼형(tapered) 상부를 갖는 너트중 하나에 의해 웨이퍼 가공 장치에 부착되고, 상기 너트가 니켈, 크롬 및 그의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 5% 연신율보다 큰 연성을 갖는 전기 전도성 내에칭성 물질로 코팅되는 가공 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    너트가 NaZr2(PO4)3의 NZP 구조를 갖는 고-열안정성 지르코늄 포스페이트; 2a족, 3a족 및 4a족 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 함유하는 유리-세라믹 조성물; BaO-Al2O3-B2O3-SiO2 유리; 및 SiO2, 및 Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy 등의 산화물, 이들 금속중 하나의 불화물 또는 이트륨-알루미늄-가닛(YAG)을 포함하는 내플라즈마성 물질의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 충전제 조성물로 추가로 감싸 입혀지는 가공 장치.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항중 어느 한 항에 있어서,
    전극을 웨이퍼 가공 장치에 부착하기 위한 커넥터가 둥근 너트 또는 테이퍼형 상부를 갖는 너트중 하나이고, 상기 너트가 니켈, 크롬 및 그의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 5% 연신율보다 큰 연성을 갖는 전기 전도성 내에칭성 물질로 코팅되는 가공 장치.
  21. 제 16 항 내지 제 20 항중 어느 한 항에 있어서,
    커넥터가 NaZr2(PO4)3의 NZP 구조를 갖는 고-열안정성 지르코늄 포스페이트; 2a족, 3a족 및 4a족 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 함유하는 유리-세라믹 조성물; BaO-Al2O3-B2O3-SiO2 유리; 및 SiO2, 및 Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy 등의 산화물, 이들 금속중 하나의 불화물 또는 이트륨-알루미늄-가닛(YAG)을 포함하는 내플라즈마성 물질의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 충전제 조성물 로 추가로 감싸 입혀지는 가공 장치.
  22. 제 16 항 내지 제 21 항중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 기능성 부재가 일정 간격으로 웨이퍼 가공 장치에 침투하여 갭을 형성하고, 상기 갭이 니켈, 크롬 및 그의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 5% 연신율보다 큰 연성을 갖는 전기 전도성 내에칭성 물질로 코팅된 커넥터에 의해 밀봉되는 가공 장치.
  23. 제 16 항 내지 제 22 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커넥터가 전극을 장치에 부착하기 위한 너트, 볼트, 리벳(rivet), 로드, 와셔(washer), 스프링 또는 관(tubing)중 하나이고, 패스너와 장치 사이에 하나 이상의 균열이 존재하며,
    하나 이상의 균열이 NaZr2(PO4)3의 NZP 구조를 갖는 고-열안정성 지르코늄 포스페이트; 2a족, 3a족 및 4a족 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 함유하는 유리-세라믹 조성물; BaO-Al2O3-B2O3-SiO2 유리; 및 SiO2, 및 Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy 등의 산화물, 이들 금속중 하나의 불화물 또는 이트륨-알루미늄-가닛(YAG)을 포함하는 내플라즈마성 물질의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 조성물로 충전되는 가공 장치.
  24. 제 16 항 내지 제 23 항중 어느 한 항에 있어서,
    장치가 B, Al, Si, Ga, Y, 내화성 초경합금, 전이 금속 및 그의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 산질화물중 하나를 포함하는 코팅층으로 추가로 코팅되고, 전극이 하프늄, 지르코늄, 세륨 및 그의 혼합물의 탄화물 및 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 가공 장치.
  25. 제 16 항 내지 제 24 항중 어느 한 항에 있어서,
    베이스 기판이 흑연, 내화성 금속, 전이 금속, 희토류 금속 및 그의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 전기 전도성 물질을 포함하는 가공 장치.
  26. 제 16 항 내지 제 25 항중 어느 한 항에 있어서,
    베이스 기판위에 배치된 하나 이상의 전기 절연 코팅층을 추가로 포함하고, 상기 코팅층이 B, Al, Si, Ga, Y, 내화성 초경합금, 전이 금속 및 그의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 산질화물중 하나 이상을 포함하는 가공 장치.
  27. 제 16 항 내지 제 24 항중 어느 한 항에 있어서,
    베이스 기판이 B, Al, Si, Ga 및 Y로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 산화물, 질화물, 탄화물, 탄질화물 또는 산질화물; NaZr2(PO4)3의 NZP 구조를 갖는 고-열안정성 지르코늄 포스페이트; 내화성 초경합금; 전이 금속; 알루미늄의 산화물, 산질화물 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 전기 절연 물질인 가공 장치.
  28. 일정한 열팽창계수(CTE)를 갖고 웨이퍼가 그 위에 놓이는 베이스 기판;
    저항 가열전극, 플라즈마-발생 전극, 정전척 전극 및 전자-빔 전극으로부터 선택되고 베이스 기판 CTE의 0.75 내지 1.25배 범위의 열팽창계수(CTE)를 가지며 베이스 기판내에 매립되어 있거나 그 아래에 위치한 하나 이상의 전극;
    B, Al, Si, Ga 및 Y, 내화성 초경합금, 전이 금속 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 산질화물중 하나 이상을 포함하며 베이스 기판상에 위치하는 하나 이상의 코팅층;
    전기 리드, 커넥터, 탭, 삽입물 및 관통구멍으로 이루어진 군으로부터 선택되고 일정 간격으로 웨이퍼 가공 장치를 침투하여 갭을 형성하는 하나 이상의 기능성 부재; 및
    전극을 외부 전원 공급장치에 부착하기 위한 커넥터를 포함하고, 이 때
    하나 이상의 전극 및 커넥터의 일부가 전기 전도성 내에칭성 물질로 코팅되어 베이스 기판 CTE에 적합한 충분한 연성을 갖는 0.000004 내지 0.010 인치 두께를 갖는 코팅을 형성함으로써 코팅이 90% 이상 크랙을 갖지 않게 유지되며,
    가공 장치가 600℃ 이상의 온도에서, 할로겐을 포함하는 환경, 플라즈마 에칭 환경, 반응성 이온 에칭 환경, 플라즈마 세정 환경 및 기체 세정 환경중 하나인 작동 환경에서 사용하기 위한 것인
    반도체 가공 챔버에서 사용하기 위한 웨이퍼 가공 장치.
  29. 일정한 열팽창계수(CTE)를 갖고, B, Al, Si, Ga 및 Y로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 산화물, 질화물, 탄화물, 탄질화물 또는 산질화물; NaZr2(PO4)3의 NZP 구조를 갖는 고-열안정성 지르코늄 포스페이트; 내화성 초경합금; 전이 금속; 알루미늄의 산화물, 산질화물 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 전기 절연 물질을 포함하며 웨이퍼가 그 위에 놓이는 베이스 기판;
    저항 가열전극, 플라즈마-발생 전극, 정전척 전극 및 전자-빔 전극으로부터 선택되고 베이스 기판 CTE의 0.75 내지 1.25배 범위의 열팽창계수(CTE)를 가지며 베이스 기판에 매립되어 있거나 그 아래에 위치하는 하나 이상의 전극;
    B, Al, Si, Ga, Y, 내화성 초경합금, 전이 금속 및 그의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 산질화물중 하나 이상을 포함하고 베이스 기판상에 위치하는 하나 이상의 코팅층;
    전기 리드, 커넥터, 탭, 삽입물 및 관통구멍으로 이루어진 군으로부터 선택되고 일정 간격으로 웨이퍼 가공 장치에 침투하여 갭을 형성하는 하나 이상의 기능성 부재; 및
    웨이퍼 가공 장치에 침투하는 리드에 의해 형성된 갭을 밀봉하기 위한 충전제를 포함하는
    반도체 가공 챔버에서 사용하기 위한 웨이퍼 가공 장치.
  30. 일정한 열팽창계수(CTE)를 갖고 웨이퍼가 그 위에 놓이는 베이스 기판;
    저항 가열전극, 플라즈마-발생 전극, 정전척 전극 및 전자-빔 전극으로부터 선택되고 베이스 기판 CTE에 비해 0.75 내지 1.25배 범위의 열팽창계수(CTE)를 가지며 베이스 기판에 매립되어 있거나 그 아래에 위치한 하나 이상의 전극;
    B, Al, Si, Ga, Y, 내화성 초경합금, 전이 금속 및 그의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 원소의 질화물, 탄화물, 탄질화물, 산질화물중 하나 이상을 포함하며 베이스 기판상에 위치하는 하나 이상의 코팅층;
    전기 리드, 커넥터, 탭, 삽입물 및 관통구멍으로 이루어진 군으로부터 선택되고 일정 간격으로 웨이퍼 가공 장치에 침투하여 갭을 형성하는 하나 이상의 기능성 부재;
    웨이퍼 가공 장치의 상기 갭을 밀봉하기 위한 충전제; 및
    전극을 외부 전원 공급장치에 부착시키기 위한 커넥터를 포함하고, 이 때
    상기 가공 장치가 600℃ 이상의 온도에서, 할로겐을 포함하는 환경, 플라즈마 에칭 환경, 반응성 이온 에칭 환경, 플라즈마 세정 환경 및 기체 세정 환경중 하나인 작동 환경에서 사용하기 위한 것이고,
    하나 이상의 전극 및 커넥터의 일부가 전기 전도성 내에칭성 물질로 코팅되어 0.000004 내지 0.010인치 두께를 갖는 코팅을 형성하여서 베이스 기판의 CTE에 적합한 충분한 연성을 가짐으로써 코팅이 90% 이상 크랙을 갖지 않게 유지되며,
    충전제가 NaZr2(PO4)3의 NZP 구조를 갖는 고-열안정성 지르코늄 포스페이트; 2a족, 3a족 및 4a족 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 함유하는 유리-세라믹 조성물; BaO-Al2O3-B2O3-SiO2 유리; 및 SiO2, 및 Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy 등의 산화물, 이들 금속중 하나의 불화물 또는 이트륨-알루미늄-가닛(YAG)을 포함하는 내플라즈마성 물질의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 조성물을 포함하며, 작동 환경에 노출될 때에 1000Å/min 미만의 에칭 속도를 갖는
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