KR20090068284A - 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트들 - Google Patents

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라 렐라 안토니 데
사우랍 제이 우랄
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

열 순환 동안에 생성된 응력들을 수용하도록 적응된 패스너 부재들을 포함하는 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트들이 제공된다. 패스너들은, 추가적인 미립자 오염의 생성을 최소화하면서 열 팽창의 차이에 의해 생성된 힘들을 수용하기 위한 편향가능한 스페이서들을 포함한다.
Figure P1020097009768
플라즈마 프로세싱, 패스너, 스페이서

Description

플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트들{COMPONENTS FOR A PLASMA PROCESSING APPARATUS}
관련 출원들
본 출원은, "플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트들 (COMPONENTS FOR A PLASMA PROCESSING APPARATUS)" 의 명칭으로 2006년 10월 16일자로 출원된 미국 가출원 제 60/851,746 호에 대해 35 U.S.C. 119 하에서 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
배경
플라즈마 프로세싱 장치들은 에칭, 물리적 기상 증착법 (PVD), 화학적 기상 증착법 (CVD), 이온 주입법 및 레지스트 제거법을 포함하는 기술들에 의해 기판들을 프로세싱하는데 사용된다. 플라즈마 프로세싱에 사용되는 플라즈마 프로세싱 장치의 일 타입은 상부 및 하부 전극들을 포함하는 반응 챔버를 포함한다. 프로세스 가스를 플라즈마 상태로 여기시켜서 반응 챔버에서 기판들을 프로세싱하기 위해 전극들 사이에 전계가 확립된다.
개요
플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트가 제공된다. 그 컴포넌트는 제 1 열 팽창 계수를 가지는 제 1 부재, 제 1 부분 및 제 1 부분보다 넓은 제 2 부분을 가지는 복수의 관통 개구부들 (through aperture) 을 포함한다. 제 2 부분은 적어도 하나의 하중-베어링 표면 (load-bearing surface)에 의해 부분적으로 정의된다. 그 컴포넌트는, 제 2 열 팽창 계수를 가지며 제 1 부재의 개구부들에 장착되는 복수의 제 1 패스너 (fastener) 부재들을 포함한다. 제 1 패스너 부재들은 하중-베어링 표면을 포함한다. 적어도 하나의 편향가능한 스페이서 (deflectable spacer) 는 개구부의 제 2 부분을 정의하는 하중-베어링 표면과 제 1 패스너 부재의 하중-베어링 표면 사이에 장착된다. 제 2 패스너 부재는 소정의 클램핑력으로 제 1 부재를 제 2 부재에 고정하기 위해 각각의 제 1 패스너 부재와 맞물린다. 적어도 하나의 편향가능한 스페이서는 실온과 상승된 프로세싱 온도 사이의 열 순환 동안 생성된 힘들을 수용하도록 적응된다.
다른 실시형태에서, 제 1 열 팽창 계수를 가지는 제 1 부재를 포함하는 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트가 제공된다. 제 2 부재는 제 1 부분 및 제 1 부분보다 넓은 제 2 부분을 가지는 다수의 관통 개구부들을 포함한다. 제 2 부분은 적어도 하나의 하중-베어링 표면에 의해 부분적으로 정의된다. 제 2 열 팽창 계수를 가지는 복수의 제 1 패스너 부재들은 제 2 부재의 개구부들에 장착된다. 제 1 패스너 부재들은 하중-베어링 표면을 포함한다. 적어도 하나의 편향가능한 스페이서는 개구부의 제 2 부분을 정의하는 하중-베어링 표면과 제 1 패스너 부재의 하중-베어링 표면 사이에 장착된다. 제 2 패스너 부재는 소정의 클램핑력으로 제 1 부재를 제 2 부재에 고정하기 위해 각각의 제 1 패스너 부재와 맞물리며, 적어도 하나의 편향가능한 스페이서는 실온과 상승된 프로세싱 온도 사이의 열 순환 동안 생성된 힘들을 수용하도록 적응된다.
바람직한 실시형태에서, 그 컴포넌트는 플라즈마 프로세싱 장치 내의 샤워헤드 전극 어셈블리이다. 샤워헤드 전극 어셈블리는, 제 1 부분 및 제 1 부분보다 넓은 제 2 부분을 가지는 복수의 관통 개구부들을 포함하는 알루미늄 열 제어 플레이트를 포함한다. 제 2 부분은 적어도 하나의 하중-베어링 표면에 의해 부분적으로 정의된다. 복수의 스테인리스 스틸 패스너 부재들은 열 제어 플레이트의 개구부들에 장착되며, 제 1 패스너 부재들은 하중-베어링 표면을 포함한다. 복수의 편향가능한 스페이서들은 개구부의 제 2 부분의 하중-베어링 표면과 제 1 패스너 부재의 하중-베어링 표면 사이에 장착된다. 제 2 패스너 부재는 소정의 클램핑력으로 열 제어 플레이트를 백킹 (backing) 부재에 고정하기 위해 각각의 제 1 패스너 부재와 맞물린다. 편향가능한 스페이서들은, 실온과 상승된 프로세싱 온도 사이의 열 순환 동안에 열 제어 플레이트와 제 1 패스너 부재 간의 열 팽창 차이에 의해 생성되는 힘들을 수용하도록 적응된다. 실리콘 전극은 백킹 플레이트에 부착될 수 있다.
플라즈마 프로세싱 장치 내에서 반도체 기판을 프로세싱하는 방법이 제공된다. 기판은 플라즈마 프로세싱 장치의 반응 챔버 내의 기판 지지부에 배치된다. 프로세스 가스는 샤워헤드 전극 어셈블리로 반응 챔버에 도입된다. 플라즈마는 샤워헤드 전극 어셈블리 사이의 프로세스 가스로부터 생성된다. 기판은 플라즈마로 프로세싱된다.
도면의 간단한 설명
도 1은 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 샤워헤드 전극 어셈블리 및 기판 지지부의 일 실시형태의 일 부분을 예시한다.
도 2는 열 제어 플레이트를 백킹 부재에 부착하는데 사용되는 제 1 패스너 부재 및 제 2 패스너 부재를 예시한다.
도 3은 소정의 클램핑력으로 주위 온도에서 열 제어 플레이트를 백킹 부재에 부착하는 제 1 패스너 부재 및 제 2 패스너 부재를 예시한다.
도 4는 상승된 프로세싱 온도에서의 도 3의 구성을 예시한다.
도 5는 편향가능한 스페이서 부재와 함께, 열 제어 플레이트를 백킹 부재에 부착하는데 사용되는 제 1 패스너 부재 및 제 2 패스너 부재를 예시한다.
도 6은 제 1 패스너 부재가 거꾸로 된 다른 방법의 패스닝 구성을 예시한다.
도 7은 편향가능한 스페이서 부재와 함께, 소정의 클램핑력으로 주위 온도에서 열 제어 플레이트를 백킹 부재에 부착하는 제 1 패스너 부재 및 제 2 패스너 부재를 예시한다.
도 8은 상승된 프로세싱 온도에서 도 7의 구성을 예시한다.
상세한 설명
집적 회로의 제조 동안 웨이퍼와 같은 반도체 기판들의 표면상의 미립자 오염의 제어는 신뢰성 있는 디바이스들을 달성하고 고수율을 획득하는데 중요하다. 플라즈마 프로세싱 장치들과 같은 프로세싱 장비는 미립자 오염의 소스일 수 있 다. 예를 들어, 웨이퍼 표면상의 입자들의 존재는 포토리소그래피 및 에칭 단계들 동안에 패턴 전사를 국부적으로 방해할 수 있다. 그 결과로, 이 입자들은 게이트 구조물들, 금속간 절연층들 또는 금속 배선들을 포함하는 중요한 피쳐 (feature) 들에 결함을 도입할 수 있으며, 이는 집적 회로 컴포넌트의 오작동 또는 고장을 발생시킨다.
미립자 오염을 감소시킬 수 있고 우선적으로 미립자 오염을 최소화할 수 있는 플라즈마 프로세싱 장치의 컴포넌트들이 제공된다. 그 컴포넌트들은, 추가적인 미립자 오염의 생성을 최소로 하면서, 컴포넌트의 부재들의 열 팽창 계수의 차이에 기인하여 플라즈마 프로세싱 컴포넌트들의 열 순환 동안에 생성되는 응력들을 수용할 수 있는 패스너 부재들을 포함한다. 패스너 부재들은 다양한 컴포넌트들의 임의의 부재들을 고정시키기 위해 사용될 수 있으며, 부재들 둘 모두는 플라즈마 프로세싱 동안 가열되며 열 팽창을 겪는다. 하나 이상의 그 컴포넌트들을 포함하는 플라즈마 프로세싱 챔버들 내에서의 반도체 기판들의 프로세싱 방법들이 또한 제공된다.
도 1은, 반도체 기판들, 예를 들어 실리콘 웨이퍼들이 프로세싱되는 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 샤워헤드 전극 어셈블리 (10) 의 예시적인 실시형태를 예시한다. 샤워헤드 전극 어셈블리는, 예를 들어, 공동 소유된 미국 특허 출원 공개 제 2005/0133160 호에 기술되어 있으며, 이는 본 명세서에 완전히 참조로 포함된다. 샤워헤드 전극 어셈블리 (10) 는, 상부 전극 (12), 상부 전극 (12) 에 고정되는 백킹 부재 (14) 및 열 제어 플레이트 (16) 를 포함하는 샤워헤드 전극을 포함한다. 하부 전극 및 선택적인 정전기 클램핑 전극을 포함하는 기판 지지부 (18) (도 1에서는 일 부분만 도시됨) 는 플라즈마 프로세싱 장치의 진공 프로세싱 챔버 내에서 상부 전극 (12) 의 아래에 위치한다. 플라즈마 프로세싱을 받는 기판 (20) 은 기계적으로 또는 정전기적으로 기판 지지부 (18) 의 상부 지지 표면 (22) 상에 클램핑된다.
예시된 실시형태에서, 샤워헤드 전극의 상부 전극 (12) 은 내부 전극 부재 (24) 및 선택적인 외부 전극 부재 (26) 를 포함한다. 내부 전극 부재 (24) 는, 바람직하게는, 원통형 플레이트 (예를 들어, 실리콘으로 이루어진 플레이트) 이다. 내부 전극 부재 (24) 는 프로세싱될 웨이퍼보다 작거나 같거나, 또는 큰 직경을 가질 수 있으며, 예를 들어, 만약 플레이트가 실리콘으로 제조된다면 직경은 최대 12 인치 (300 mm) 이다. 바람직한 실시형태에서, 샤워헤드 전극 어셈블리 (10) 는 300 mm 이상의 직경을 가지는 반도체 웨이퍼들과 같은 큰 기판들을 프로세싱하도록 충분히 크다. 300 mm 웨이퍼들을 위해, 상부 전극 (12) 은 직경이 적어도 300 mm 이다. 그러나, 샤워헤드 전극 어셈블리는 다른 웨이퍼 사이즈 또는 비-원형 구성을 가지는 기판들을 프로세싱하도록 사이징될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 내부 전극 부재 (24) 는 기판 (20) 보다 넓다. 300 mm 웨이퍼들을 프로세싱하기 위해, 상부 전극 (12) 의 직경을 약 15 인치부터 약 17 인치까지 확장하기 위해 외부 전극 부재 (26) 가 제공된다. 외부 전극 부재 (26) 는 연속적인 부재 (예를 들어, 연속적인 폴리-실리콘 링), 또는 세그먼팅된 부재 (예를 들어, 실리콘으로 이루어진 세그먼트들과 같은 링 구성으로 배열된 2개 내지 6개의 별개의 세그먼트들을 포함) 일 수 있다. 다수의 세그먼트의 외부 전극 부재 (26) 를 포함하는 상부 전극 (12) 의 실시형태들에서, 세그먼트들은, 바람직하게는, 에지들을 가지며, 이 에지들은 하위의 접착 재료를 플라즈마로의 노출로부터 보호하기 위해 서로 중첩한다. 내부 전극 부재 (24) 는, 바람직하게는, 상부 전극 (12) 과 하부 전극 (18) 사이에 위치한 플라즈마 반응 챔버 내의 공간에 프로세스 가스를 주입시기키기 위해 백킹 부재 (14) 를 통해 연장된 다수의 가스 통로들 (28) 을 포함한다.
실리콘은 내부 전극 부재 (24) 및 외부 전극 부재 (26) 의 플라즈마 노출 표면을 위해 선호된 재료이다. 고-순도 단결정 실리콘은 플라즈마 프로세싱 동안에 기판들의 오염을 최소화하고, 또한 플라즈마 프로세싱 동안에 평활하게 마모시키고, 그에 의해 입자들을 최소화한다. 상부 전극 (12) 의 플라즈마-노출 표면들에 사용될 수 있는 다른 재료는, 예를 들어, SiC 또는 AlN 을 포함한다.
예시된 실시형태에서, 백킹 부재 (14) 는 백킹 플레이트 (30) 및 백킹 플레이트 (30) 의 외연 둘레로 연장하는 백킹 링 (32) 를 포함한다. 그 실시형태에서, 내부 전극 부재 (24) 는 백킹 플레이트 (30) 와 같이 연장하고, 외부 전극 부재 (26) 는 둘러싸는 백킹 링 (32) 과 같이 연장한다. 그러나, 백킹 플레이트 (30) 는, 단일 백킹 플레이트가 내부 전극 부재 (24) 및 세그먼팅된 외부 전극 부재 (26) 를 지지하는데 사용될 수 있도록 내부 전극 부재 (24) 의 범위를 넘어서 연장할 수 있다. 내부 전극 부재 (24) 및 외부 전극 부재 (26) 는, 바람직하게는, 접착 재료에 의해 백킹 부재 (14) 에 부착된다.
백킹 플레이트 (30) 와 백킹 링 (32) 은, 바람직하게는, 플라즈마 프로세싱 챔버내에서 반도체 기판들의 프로세싱을 위해 사용되는 프로세스 가스와 화학적으로 친화성이 있고, 전기적으로 그리고 열적으로 전도성이 있는 물질로 제조된다. 백킹 부재 (14) 를 제조하는데 사용될 수 있는 예시적으로 적합한 물질들은 알루미늄, 알루미늄 합금들, 흑연 그리고 SiC 를 포함한다.
상부 전극 (12) 은, 열 응력들을 수용하고 상부 전극 (12), 백킹 플레이트 (30) 및 백킹 링 (32) 사이에 열 및 전기 에너지를 전달하는 적합한 열적 그리고 전기적 전도성 엘라스토머 (elastomeric) 접착 재료로 백킹 플레이트 (30) 및 백킹 링 (32) 에 부착될 수 있다. 전극 어셈블리의 표면들을 서로 접착시키기 위한 엘라스토머들의 사용은, 예를 들어, 공동 소유된 미국 특허 제 6,073,577 호에서 기술되어 있으며, 이는 본 명세서에 완전히 참조로 포함된다.
백킹 플레이트 (30) 및 백킹 링 (32) 은 적합한 패스너 부재들로 열 제어 플레이트 (16) 에 부착된다. 도 2는 백킹 부재 (14) (또는 백킹 플레이트 (30)) 를 도 1에 도시된 열 제어 플레이트 (16) 에 부착시키는 패스너 부재들 (34/36) 의 확대도이다. 이 실시형태에서, 패스너 부재 (34/36) 들은 제 1 패스너 부재 (34) 및 제 2 패스너 부재 (36) 를 포함한다. 제 1 패스너 부재 (34) 는, 바람직하게는, 헤드 (38), 샤프트 (40), 수나사 (external thread) (41) 및 하중-베어링 표면 (42) 을 포함한다. 예를 들어, 제 1 패스너 부재 (34) 는 나사못, 볼트 등일 수 있다. 이 실시형태에서, 각각의 제 2 패스너 부재 (36) 는 각각의 제 1 패스너 부재 (34) 의 수나사들과 맞물린다. 제 2 패스너 부재 (36) 는 헬 리코일 (helicoil), 임의의 암나사 (internally thread) 구조 등일 수 있다. 패스너 부재들 (34/36) 을 위한 바람직한 재료는 Nitronic-60 이며, 이는 진공 환경에서 마모에 대한 내성을 제공하는 스테인리스 스틸이다.
이 실시형태로부터의 패스너 부재들 (34/36) 은 또한 도 1 에 도시된 백킹 링 (32) 을 열 제어 플레이트 (16) 에 부착시키는데 사용될 수 있다.
도 2 에 도시된 것과 같이, 제 1 패스너 부재 (34) 는 열 제어 플레이트 (16) 의 관통 개구부 (44/46) 에 삽입된다. 열 제어 플레이트 (16) 내의 개구부 (44/46) 는 계단형 구조를 가지고, 제 2 부분 (46) 보다 넓은 제 1 부분 (44) (예를 들어, 카운터 보어 홀 (counter bored hole)) 및 하중-베어링 표면 (42) 을 포함한다. 제 2 패스너 부재 (36) 는 백킹 부재 (14) 의 리세스부 (recess) 에 부착되거나 리세스부 내에 내장된다. 제 1 패스너 부재 (34) 의 나사들이 제 2 패스너 부재 (36) 의 나사들과 맞물림에 따라, 열 제어 플레이트 (16) 는 백킹 부재 (14) 에 고정된다. 이 맞물림은 소정의 클램핑력을 제공하며, 이 소정의 클램핑력은 제 1 패스너 부재 (34) 의 하중-베어링 표면 (42) 과 열 제어 플레이트 (16) 의 관통 개구부 (44/46) 의 하중-베어링 표면 사이에 분배된다.
만약 제 1 패스너 부재 (34) 의 재료가 열 제어 플레이트 (16) 의 재료보다 낮은 열 팽창 계수를 가진다면, 백킹 부재 (14) 와 열 제어 플레이트 (16) 사이의 클램핑력은, 이 컴포넌트들이 약 80℃ 내지 약 160℃ 와 같은 상승된 반도체 기판 플라즈마 프로세스 온도까지 가열됨에 따라 상당히 증가할 수 있다는 것이 결정되었다.
예를 들어, 일 실시형태에서, 제 1 패스너 부재 (34) 는 Nitronic-60 과 같은 스테인리스 스틸로 제조될 수 있고, 알루미늄 열 제어 플레이트 (16) 의 관통 개구부 (44/46) 에 삽입될 수 있다. 이 실시형태에서, 제 2 패스너 부재 (36) 는 알루미늄 또는 흑연 백킹 부재 (14) 에 부착된 스테인리스 스틸 헬리코일이다. 열 제어 플레이트 (16) 는 소정의 클램핑력을 제공하기 위해 조여진 패스너 부재들 (36/38) 로 백킹 부재 (14) 에 고정된다. 도 3은 주위 온도에서의 이 구성의 예시이다.
도 4에서 예시된 바와 같이, 도 3에서 도시된 구조를 상승된 프로세싱 온도 (예를 들어, 약 80°C 내지 약 160°C) 까지 가열할 시, 알루미늄 열 제어 플레이트 (16) (열 팽창 계수 = 14 x 10-6 (℉)-1) 및 스테인리스 스틸 제 1 패스너 부재 (34) (열 팽창 계수 = 9.89 x 10-6 (℉)-1) 는 상이한 비율로 팽창한다. 제 1 패스너 부재 (34) 는 열 제어 플레이트 (16) 의 더 큰 열 팽창 (도 4의 화살표 B) 을 수용하기 위해서 축 방향 (도 4의 화살표 A) 으로 팽창하여야 한다. 또한, 열 제어 플레이트 (16) 및 제 1 패스너 부재 (34) 의 인접한 하중-베어링 표면 (42) 은 열 제어 플레이트 (16) 의 열 팽창을 수용하도록 변형될 수도 있다. 그 결과로, 알루미늄 열 제어 플레이트 (16) 와 백킹 부재 (14) 사이의 클램핑력은 상승된 프로세싱 온도에서 증가한다. 열 순환으로부터 기인한 힘은, 제 1 패스너 부재 (34), 열 제어 플레이트 (16) 및 나사산 (screw thread) 들의 하중-베어링 표면들 (42) 에 대한 국부적 손상뿐만 아니라 미립자들의 생성에 기인하여 패스너 부 재들 (34/36) 의 느슨해짐을 야기한다.
하중-베어링 표면들 (42) 및 나사산들에 대한 국부적 손상을 감소시키기 위한 일 접근법은, 열 제어 플레이트 (16) 와 동일한 재료 또는 열 제어 플레이트 (16) 의 열 팽창 계수와 비슷한 열 팽창 계수를 가지는 다른 재료로 이루어진 제 1 패스너 부재 (34) 를 사용하는 것이다. 이 접근법은, 제 1 패스너 부재 (34) 와 열 제어 플레이트 (16) 가 대략 같은 비율로 열적으로 팽창하기 때문에, 차동의 열 팽창에 기인하여, 제 1 패스너 부재 (34) 및 열 제어 플레이트 (16) 의 하중-베어링 표면들 (42) 로의 힘들을 최소화할 수 있다.
양극산화처리 알루미늄 제 1 패스너 부재 (34) 의 사용은, 바람직하게는, 클램핑력의 상당한 증가를 방지할 수 있으며, 따라서 제 1 패스너 부재 (34), 열 제어 플레이트 (16) 및 나사산들의 하중-베어링 표면들 (42) 에 대한 국부적 손상을 방지할 수 있다는 것이 결정되었다. 예를 들어, 제 1 패스너 부재 (34) (예를 들어, 나사못) 는 양극산화처리 알루미늄으로 제조될 수 있고, 알루미늄으로 만들어진 열 제어 플레이트 (16) 의 관통 개구부 (44/46) 에 삽입될 수 있다. 스테인리스 스틸 헬리코일인 제 2 패스너 부재 (36) 는 흑연 백킹 부재 (14) 에 부착된다. 열 제어 플레이트 (16) 는 소정의 클램력으로 패스너 부재들 (34/36) 로 백킹 부재 (14) 에 고정된다. 그러나, 대다수의 입자들은, 양극산화처리 알루미늄 제 1 패스너 부재들 (34) (예를 들어, 나사) 과 스테인리스 스틸 제 2 패스너 부재들 (36) (예를 들어, 헬리코일) 간의 차동 팽창에 기인하여, 제 1 패스너 부재 (34) 로부터의 양극산화처리 코팅의 플레이킹 (flaking) 으로부터 생성될 수 있다. 따라서, 그러한 오염이 매우 바람직하지 않은 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서, 제 1 패스닝 부재 (34) 는 적합한 열 팽창 계수를 가지며 또한 플라즈마 프로세싱 동안에 오염물들을 들여오지 않는 재료로 제조되어야 한다.
도 5는, 백킹 부재 (14) (또는 백킹 플레이트 (30)) 를 열 제어 플레이트 (16) 에 부착키는 것에 대한 예시적인 실시형태의 확대도이며, 이는 이전의 문제들, 즉, 열 팽창에 의해 생성된 응력들과 미립자 오염물들의 플레이킹 둘 모두를 해결할 수 있다. 이 실시형태에서, 제 1 패스너 부재 (34) (예를 들어, 나사못) 재료는 스테인리스 스틸이며 알루미늄 열 제어 플레이트 (16) 의 관통 개구부 (44/46) 에 삽입된다. 제 2 패스너 부재 (36) 는 알루미늄 또는 흑연 백킹 부재 (14) 에 부착된 스테인리스 스틸 Nitronic-60 헬리코일이다. 편향가능한 스페이서 부재 (48) 는 제 1 패스너 부재 (34) 의 하중-베어링 표면과 열 제어 플레이트 (16) 의 하중-베어링 표면 (42) 사이의 개구부 (44) 의 제 1 부분에 장착된다. 예를 들어, 편향가능한 스페이서 부재 (48) 는, 동일하거나 상이한 스프링 상수들을 가지는 하나 이상의 디스크 스프링들 (예를 들어, 접시 와셔 (BELLEVILLE washer)) , 나선 스프링, 또는 편향가능한 스페이서 부재 (48) 를 편향시키기 위해 요청되는 힘이 제 1 패스너 부재 (34) 또는 하중-베어링 표면 (42) 을 변형시키기 위해 요청되는 힘보다 상당히 적은 (예를 들어, 일 크기 차수) 임의의 기계적 구조일 수 있다.
도 6은 관통 개구부 (44/46) 가 백킹 부재 (14) 내에 형성되는 다른 예시적인 실시형태이다. 이 구성에 있어서, 개구부 (44/46) 는 백킹 부재 (14) 내에 형성되고, 제 2 부분 (46) 보다 넓은 제 1 부분 (44) (예를 들어, 카운터 보어 홀) 및 하중-베어링 표면 (42) 을 포함하는 계단형 구조를 가진다. 편향가능한 스페이서 부재 (48) 는, 제 1 패스너 부재 (34) 의 하중-베어링 표면 (42) 과 백킹 부재 (14) 의 하중-베어링 표면 (42) 사이의 개구부 (44) 의 제 1 부분에 장착된다. 제 2 패스너 부재 (36) 는 열 제어 플레이트 (16) 에 부착되거나 열 제어 플레이트 (16) 내에 내장된다.
도 7에서 예시된 바와 같이, 편향가능한 스페이서 부재 (48) (예를 들어, 디스크 스프링) 가 주위 온도에서 완벽하게 평평하지 않도록, 제 1 패스너 부재 (34) 는 제 2 패스너 부재 (36) 에 고정된다. 도 8은 도 7에서 도시된 구조를 상승된 온도 (예를 들어, 약 80℃ 내지 약 160℃) 에서 도시한 것이다. 도 8에서 보이는 바와 같이, 열 팽창력은, 제 1 패스너 부재 (34) 를 변형시키는 것 또는 열 제어 플레이트 (16) 및 제 1 패스너 부재 (34) 의 하중-베어링 표면들 (42) 을 변형시키는 것보다 오히려 변형가능한 스페이서 부재 (48) 에 의해 수용된다 (즉, 디스크 스프링이 압축된다).
이 실시형태로부터의 변형가능한 스페이서 부재 (48) 와 함께 패스너 부재들 (34/36) 은 또한 도 1에서 도시된 백킹 링 (32) 을 열 제어 플레이트 (16) 에 부착하는데 사용될 수 있다.
열 제어 플레이트 (16) 의 양극산화처리 알루미늄 코팅에 대한 변형가능한 스페이서 부재 (48) 의 힘은 또한 잠재적으로 웨이퍼에 미립자 물질을 도입하는 양극 산화처리 코팅의 약간의 플레이킹을 야기할 수도 있다. 그러한 피쳐들을 최 소화하기 위해, 평평한 와셔 (50) 는 열 제어 플레이트 (16) 의 하중-베어링 표면 (42) 과 변형가능한 스페이서 부재 (48) 의 사이에 장착될 수 있다. 바람직하게는, 평평한 와셔 (50) 는 경화 스테인리스 스틸 (예를 들어, 석출 경화 스테인리스 스틸 PH17-4-H900) 로 제조된다.
도 5 내지 도 8의 실시형태들은, (i) 변형가능한 스페이서 부재 (48) 가 열 제어 플레이트 (16) 의 열 팽창에 의해 생성된 응력들을 수용하고, 따라서 하중-베어링 표면들 (42) 및 나사산에 대한 손상을 최소화하기 때문에, 그리고 (ii) 변형가능한 스페이서 부재 (48) 는 진공 환경에서 마모에 대한 내성을 제공하는 재료인 Nitronic-60 스테인리스 스틸 헬리코일을 사용할 수 있기 때문에 유리하다. 상기에 기술되고 도 4에서 도시된 바와 같이, 변형가능한 스페이서 부재 (48) 없이 스테인리스 스틸 나사만을 사용하는 것과 관련된 불이익은, 열 팽창에 의해 생성된 응력들이 하중-베어링 표면들 (42) 및 나사산들을 손상시킬 수 있고, 입자 생성을 야기할 수 있다는 것이다. 비록 양극산화처리 알루미늄 패스너들이 열 팽창에 의해 생성된 응력들을 완화시킬 수 있더라도, 양극산화처리 알루미늄 패스너들은 미립자 오염물들의 플레이킹의 영향을 받기 쉽다. 따라서, 변형가능한 스페이서 부재 (48) 의 사용은, 다양한 재료들의 열 팽창 계수의 차이와 관련된 해로운 영향들을 최소화하면서 진공 프로세싱 환경에 적합한 재료들을 선택하는데 추가적인 유동성을 제공한다. 또한, 열 제어 플레이트 (16), 변형가능한 스페이서 부재 (48) 및 제 1 패스너 부재 (34) 는, 플라즈마 프로세싱 동안에 미립자 오염을 최소화하면서 플라즈마 환경에서 사용되는 가스들에 의한 침식에 대한 내성을 제공 할 수 있는 임의의 적합한 재료들로 형성될 수 있다.
도 5 내지 도 8의 실시형태들은, 가열되고 잠재적으로 미립자 물질을 도입할 수 있는 플라즈마 프로세싱 장치 내의 임의의 2개의 부재들을 부착하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 패스너 부재들 (34/36) 과 변형가능한 스페이서 부재 (48) 는 플라즈마 프로세싱 장치의 가열 및 냉각에서 기인하는 열 응력들을 받는 기판 지지부 (18) 의 컴포넌트들을 부착하는데 사용될 수 있다.
실시예 1
캘리포니아주 프리몬트에 위치한 Lam Research Corporation 에 의해 제조된 EXELAN ® FLEX™ 유전체 플라즈마 에칭 시스템에서, 상승된 프로세싱 온도까지의 가열 동안에 제 1 패스너 부재 (36) 재료가 입자 생성에 미치는 영향을 결정하기 위해 열 순환 테스트들이 수행되었다. 이 테스트들을 위해, 양극산화처리 알루미늄 나사들에 대한 0.09 ㎛ 를 초과하는 입자들의 생성이 Nitronic-60 스테인리스 스틸 나사들로부터의 입자들의 생성과 비교되었다. 테스트들은 도 3에서 예시된 구성과 유사하게, 알루미늄 열 제어 플레이트 (16) 를 흑연 백킹 부재 (14) 에 클램핑함에 의해 수행되었다. 양극산화처리 알루미늄 나사들의 테스팅 동안, 평평한 와셔 (50) 와 유사한 평평한 와셔는 열 제어 플레이트 (16) 의 하중-베어링 표면 (42) 과 나사 사이에 장착되었다. Nitronic-60 스테인리스 스틸 헬리코일인 제 2 패스너 부재 (36) 는 흑연 백킹 부재 (14) 내에 내장되었다. 클램핑된 알루미늄 열 제어 플레이트 (16) 및 흑연 백킹 부재 (14) 는 플라즈마 에칭 챔버 내에 배치됐으며, 실리콘 웨이퍼 상에 기준 입자 수 (particle count) 로 위치되었다. 챔버는 플라즈마를 생성함이 없이 비활성 기체에서 약 110°C 내지 115°C 의 온도로 가열되었으며, 이는 클램핑된 알루미늄 열 제어 플레이트 (16) 및 흑연 백킹 부재 (14) 의 열적 팽창을 야기하였다. 그 후, 챔버는 비활성 기체에서 주위 온도로 냉각되었으며, 이는 클램핑된 알루미늄 열 제어 플레이트 (16) 및 흑연 백킹 부재 (14) 가 수축하게 하였다. 그 후, 다수의 테스트들에 대해, 실리콘 웨이퍼 표면들은 광 표면 분석기로 0.09 ㎛ 보다 큰 입자들의 수에 대해 분석되었다 (분석기는 약 20,000개의 입자 수에 대해 포화상태가 되게 한다). 표 1에서 보이는 바와 같이, 스테인리스 스틸 나사들은 양극산화처리 알루미늄 나사들에 비교하였을 때 0.09 ㎛ 보다 큰 입자들을 실질적으로 (즉, 일 크기 차수) 더 적게 생성했다.
표1
Figure 112009028575099-PCT00001
실시예 2
열 제어 플레이트 (16) 와 백킹 부재 (14) 사이의 클램핑력을 (i) 스테인리스 스틸 나사; (ii) 양극산화처리 알루미늄 나사; 및 (iii) 디스크 스프링이 있는 스테인리스 스틸 나사의 3개의 나사 구성들에 대해 측정하기 위해 테스트들이 수행되었다. 500 파운드 하중 셀은, 관통 개구부 (44/46) 가 있는 열 제어 플레이 트 (16) 및 백킹 부재 (14) 를 시뮬레이션하기 위해 구성된 2개의 알루미늄 테스트 구조체들 사이에 결합되었다. Nitronic-60 스테인리스 스틸 헬리코일인 제 2 패스닝 부재 (36) 는 백킹 부재 (14) 를 시뮬레이션하는 알루미늄 구조체에 내장되었다. 양극산화처리 알루미늄 나사들의 테스팅 동안, 평평한 와셔 (50) 와 유사한 평평한 와셔는 열 제어 플레이트 (16) 를 시뮬레이션하기 위해 구성된 구조체와 나사 사이에 장착되었다. 각각의 다른 나사 구성들은 최종 토크의 절반까지 조여졌으며, 뒤이어 최종 토크 (예를 들어, 12 in-lb 또는 15 in-lb) 까지 조이고 500 파운드 하중 셀로부터 클램핑력 측정을 획득한다. 나사의 산 및 관통 개구부의 제 2 부분은 테스트가 반복되기 전에 세정되었다. 아래의 표 2에서 요약된 바와 같이, 스프링 디스크들이 있는 스테인리스 스틸 나사가 낮은 최종 토크에 대해 최고의 메디안 (median) 클램핑력 및 최저의 표준 편차를 나타내었다. 이 특성들은, 통상의 유지보수 동안에 플라즈마 프로세싱 장치의 분해 및 재조립을 용이하게 하기 위해, 낮은 토크에서, 더 높고 더 균일한 클램핑력을 제공하는데 유익하다.
표2
Figure 112009028575099-PCT00002
본 발명은 그 특정 실시형태에 관하여 상세히 기술되었지만, 첨부된 청구항들의 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 변형예들 및 변경예들이 행해질 수 있으며, 균등물들이 채용될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (35)

  1. 제 1 열 팽창 계수를 가지며, 제 1 부분 및 상기 제 1 부분보다 넓은 제 2 부분을 갖는 복수의 관통 개구부들을 포함하는 제 1 부재로서, 상기 제 2 부분은 적어도 하나의 하중-베어링 표면 (load-bearing surface) 에 의해 부분적으로 정의되는, 상기 제 1 부재;
    제 2 열 팽창 계수를 가지며, 상기 제 1 부재의 상기 개구부들에 장착되는 복수의 제 1 패스너 부재들로서, 상기 제 1 패스너 부재들은 하중-베어링 표면을 포함하는, 상기 복수의 제 1 패스너 부재들;
    상기 개구부의 상기 제 2 부분을 정의하는 하중-베어링 표면과 상기 제 1 패스너 부재의 하중-베어링 표면 사이에 장착되는 적어도 하나의 편향가능한 스페이서; 및
    소정의 클램핑력으로 제 2 부재에 상기 제 1 부재를 고정하기 위해 각각의 제 1 패스너 부재와 맞물리는 제 2 패스너 부재로서, 상기 적어도 하나의 편향가능한 스페이서는 실온과 상승된 프로세싱 온도 사이의 열 순환 동안에 생성된 힘들을 수용하도록 구성된, 상기 제 2 패스너 부재를 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편향가능한 스페이서 부재는, 상기 열 순환 동안에 상기 제 1 부재 또 는 상기 제 1 패스너 부재로부터의 입자들의 생성을 실질적으로 감소시키도록 구성된, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향가능한 스페이서는 동일 개구부 내의 하나 이상의 디스크 스프링들인, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    각각의 편향가능한 스페이서와 상기 제 1 부재의 하중-베어링 표면 사이에 장착되는 평평한 와셔를 더 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패스너 부재들의 각각은 수나사들을 포함하고, 상기 제 2 패스너 부재들의 각각은 상기 각각의 제 1 패스너 부재의 수나사들과 맞물리는 암나사들을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 열 팽창 계수는 상기 제 2 열 팽창 계수보다 큰, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 열 팽창 계수는 상기 제 2 열 팽창 계수와 실질적으로 동일한, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 부재는 열 제어 플레이트인, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 열 제어 플레이트는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재료로 이루어진, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 부재는 백킹 부재인, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 백킹 부재는, 백킹 플레이트 및 상기 백킹 플레이트의 외연 둘레로 연장하는 백킹 링을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 백킹 부재는 알루미늄 또는 흑연으로 이루어진, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 부재에 부착되는 제 3 부재를 더 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 3 부재는 전극인, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전극은 내부 실리콘 전극 및 외부 실리콘 전극을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  16. 제 1 열 팽창 계수를 가지는 제 1 부재;
    제 1 부분 및 상기 제 1 부분보다 넓은 제 2 부분을 갖는 복수의 관통 개구부들을 포함하는 제 2 부재로서, 상기 제 2 부분은 적어도 하나의 하중-베어링 표면에 의해 부분적으로 정의되는, 상기 제 2 부재;
    제 2 열 팽창 계수를 가지며, 상기 제 2 부재의 상기 개구부들에 장착되는 복수의 제 1 패스너 부재들로서, 상기 제 1 패스너 부재들의 각각은 하중-베어링 표면을 포함하는, 상기 복수의 제 1 패스너 부재들;
    상기 개구부의 상기 제 2 부분을 정의하는 하중-베어링 표면과 상기 제 1 패스너 부재의 하중-베어링 표면 사이에 장착되는 적어도 하나의 편향가능한 스페이서; 및
    소정의 클램핑력으로 상기 제 2 부재에 상기 제 1 부재를 고정하기 위해 각각의 제 1 패스너 부재와 맞물리는 제 2 패스너 부재로서, 상기 적어도 하나의 편향가능한 스페이서는 실온과 상승된 프로세싱 온도 사이의 열 순환 동안에 생성된 힘들을 수용하도록 구성된, 상기 제 2 패스너 부재를 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 편향가능한 스페이서 부재는, 상기 열 순환 동안에 상기 제 1 부재 또는 상기 제 1 패스너 부재로부터의 입자들의 생성을 실질적으로 감소시키도록 구성된, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향가능한 스페이서는 하나 이상의 디스크 스프링들인, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  19. 제 18 항에 있어서,
    각각의 편향가능한 스페이서와 상기 제 2 부재의 하중-베어링 표면 사이에 장착되는 평평한 와셔를 더 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 패스너 부재들의 각각은 수나사들을 포함하고, 상기 제 2 패스너 부재들의 각각은 상기 각각의 제 1 패스너 부재의 수나사들과 맞물리는 암나사들을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 열 팽창 계수는 상기 제 2 열 팽창 계수보다 큰, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 열 팽창 계수는 상기 제 2 열 팽창 계수와 실질적으로 동일한, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  23. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 부재는 열 제어 플레이트인, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 열 제어 플레이트는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재료로 이루어진, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  25. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 부재는 백킹 부재인, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 백킹 부재는 백킹 플레이트 및 상기 백킹 플레이트의 외연 둘레로 연장하는 백킹 링을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 백킹 부재는 알루미늄 또는 흑연으로 이루어진, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  28. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 부재에 부착되는 제 3 부재를 더 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 3 부재는 전극인, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 전극은 내부 실리콘 전극 및 외부 실리콘 전극을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 컴포넌트.
  31. 플라즈마 프로세싱 장치를 위한 샤워헤드 전극 어셈블리로서,
    제 1 부분 및 상기 제 1 부분보다 넓은 제 2 부분을 갖는 복수의 관통 개구부들을 포함하는 알루미늄 열 제어 플레이트로서, 상기 제 2 부분은 적어도 하나의 하중-베어링 표면에 의해 부분적으로 정의되는, 상기 알루미늄 열 제어 플레이트;
    상기 열 제어 플레이트의 개구부들에 장착되는 복수의 스테인리스 스틸 패스너 부재들로서, 제 1 패스너 부재들은 하중-베어링 표면을 포함하는, 상기 복수의 스테인리스 스틸 패스너 부재들;
    상기 개구부의 상기 제 2 부분의 하중-베어링 표면과 상기 제 1 패스너 부재의 하중-베어링 표면 사이에 장착되는 복수의 편향가능한 스페이서들;
    소정의 클램핑력으로 백킹 부재에 상기 열 제어 플레이트를 고정하기 위해 각각의 제 1 패스너 부재와 맞물리는 제 2 패스너 부재로서, 상기 편향가능한 스페이서들은, 실온과 상승된 프로세싱 온도 사이의 열 순환 동안 상기 열 제어 플레이트와 제 1 패스너 부재들 간의 열 팽창 차이에 의해 생성된 힘들을 수용하도록 구성된, 상기 제 2 패스너 부재; 및
    백킹 플레이트에 부착된 실리콘 전극을 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향가능한 스페이서는 하나 이상의 디스크 스프링들인, 샤워헤드 전극 어셈블리.
  33. 제 32 항에 있어서,
    각각의 편향가능한 스페이서와 상기 열 제어 플레이트의 하중-베어링 표면 사이에 장착되는 평평한 와셔를 더 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
  34. 제 31 항에 있어서,
    상기 스테인리스 스틸 패스너 부재들의 각각은 수나사들을 포함하고, 상기 제 2 패스너 부재들의 각각은 각각의 스테인리스 스틸 패스너 부재의 암나사들과 맞물리는 암나사들을 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
  35. 플라즈마 프로세싱 장치 내에서 반도체 기판을 프로세싱하는 방법으로서,
    플라즈마 프로세싱 장치의 반응 챔버 내의 기판 지지부 상에 기판을 배치시키는 단계;
    제 31 항에 기재된 상기 샤워헤드 전극 어셈블리로 상기 반응 챔버에 프로세스 가스를 도입시키는 단계;
    상기 샤워헤드 전극 어셈블리와 상기 기판 사이에서 상기 프로세스 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    상기 플라즈마로 상기 기판을 프로세싱하는 단계를 포함하는, 반도체 기판 프로세싱 방법.
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