KR20120067934A - 반도체 웨이퍼 프로세싱을 위한 고 효율 정전 척 조립체 - Google Patents

반도체 웨이퍼 프로세싱을 위한 고 효율 정전 척 조립체 Download PDF

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KR20120067934A
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아쉬쉬 바트나가르
모니카 아가왈
파드마 고팔라크리쉬난
다니엘 마르틴
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 일반적으로 두 개의 유전체 재료 층들 사이에 배치되는 전극을 가지는 플렉스 적층부를 포함하는 고 효율 정전 척을 제공한다. 하나 이상의 층들은 표준 또는 고 순도 열가소성 필름이다. 플렉스 적층부는 척의 표면을 가로질러 향상된 온도 분포와 같은 이익을 제공하도록 기판 지지 표면 상에 무광택 디스플레이를 가질 수 있다. 플렉스 적층부의 비-기판 지지 또는 페데스탈 수용 측면은 원하는 표면 마무리를 제공하도록 플라즈마 처리될 수 있으며, 이는 이어서 아크릴 또는 에폭시 접착제를 이용하여 페데스탈로 본딩되어 종래의 폴리머 정전 척에 비해 우수한 본딩 강도를 초래한다. 전극은 릴리스 라이너 상의 시트 전극일 수 있으며, 용이한 제조를 가능하게 한다.

Description

반도체 웨이퍼 프로세싱을 위한 고 효율 정전 척 조립체 {HIGH EFFICIENCY ELECTROSTATIC CHUCK ASSEMBLY FOR SEMICONDUCTOR WAFER PROCESSING}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 프로세싱 환경 내에서 기판을 홀딩하기 위한 정전 척에 관한 것이다.
기판 프로세싱 분야에서, 척은 프로세싱 동안 기판의 움직임 또는 오정렬을 방지하도록 기판을 홀딩하기 위해 이용된다. 정전 척은 기판을 제 위치에 홀딩하도록 정전 인력을 이용한다. 정전 척의 이용은 기판에서 크랙과 관련된 응력의 감소, 프로세싱 챔버 내의 오염의 감소, 및 기판을 저 진공 환경에 유지하기 위한 성능과 같은, 기계적 및 정전 척에 대한 진공 척들의 장점에 의해 널리 수용된다.
전형적인 정전 척은 전기 절연체 내에 매립된 전기 전도성 전극을 포함한다. 전압 소오스(source)는 전극에 대해 기판을 전기적으로 바이어스한다. 절연체는 절연체를 통한 전자의 흐름을 방지하여, 반대의(opposing) 정전 전하가 기판 내 및 전극 내에 축적하도록 한다. 따라서, 정전력은 기판을 척 상으로 끌어당겨서 홀딩하기 위해 발생된다.
보통의 정전 척은 구리 전극이 삽입되는 절연 층들에 대해 폴리이미드를 이용하여 제조된 다층 구조이다. 폴리이미드는 고온 안정성(다른 유기적 폴리머에 대해), 유용한 유전체 거동, 및 유용한 기계적 특성과 같은 원하는 특성을 가지는 열경화성 재료이다. 그러나, 전극을 절연하기 위한 폴리이미드의 이용은 소정의 기판 제조 프로세스들에서 척의 수명을 제한한다. 폴리이미드 및 유사한 폴리머들은 소정의 프로세스 가스 및 플라즈마에 대해 저 부식 저항을 가진다. 산소-함유 가스 및 플라즈마,-다양한 기판 프로세싱 작업들을 위해 이용됨,-는 정전 척 상의 폴리이미드 층에 대해 특히 유해하다. 이러한 프로세스들 동안, 절연체는 프로세스 가스에 의해 부식될 수 있으며 결과적인 전극의 노출은 프로세싱 동안 척의 고장 및 전체 기판의 손실을 초래하며 이는 상당한 비용이 든다.
또한, 기판이 부서지거나 잘라져서 날카로운 에지를 가지는 조각들이 형성될 때, 기판 조각들이 폴리이미드 필름을 용이하게 펀칭할 수 있어 척의 전극이 노출된다. 기판 조각들은 또한 기판 후방면으로부터 폴리이미드 필름으로 전달될 수 있다. 절연체 내의 심지어 하나의 핀구멍(pinhole)에서의 전극의 노출은 전극과 플라즈마 사이에 아킹(arcing)을 일으킬 수 있어, 전체 척의 교체를 요구할 수 있다.
또한, 전술된 정전 척을 제조하는 프로세스는 감압(pressure sensitive) 접착제 또는 감열(heat sensitive) 접착제의 이용 뿐만 아니라 어려운 회로 제조(build up)를 요구한다. 예를 들면, 구리 전극 회로는 폴리이미드 필름 상에 전기도금될 수 있다. 전극을 형성한 후, 제 2 폴리이미드 필름 층은 감압 접착제 또는 감열 접착제를 이용하여 전극 층 위에 부착될 수 있다. 다층 적층부는 이어서 감압 또는 감열 페놀-타입 접착제를 이용하여 척의 베이스에 부착된다. 이러한 프로세스는 복잡할 뿐만 아니라, 다수의 단계들 및 연장된 제조 시간을 요구한다. 따라서, 개선된 정전 척 및 이를 제조하는 간단한 방법에 대한 요구가 존재한다.
일 실시예에서, 정전 척 조립체는 제 1 유전체 층과 제 2 유전체 층 사이에 매립된 미리형성된 전극을 가지는 플렉스 적층부(flex stak)를 포함한다. 제 1 전극 층은 폴리아릴에테르케톤 재료(polyaryletherketone material)를 포함할 수 있다. 폴리아릴에테르케톤의 제 1 유전체 층은 노출된 기판 지지 표면을 가진다. 제 2 유전체 층은 노출된 본딩 표면(bonding surface)을 가진다. 또 다른 실시예에서, 정전 척 조립체는 플렉스 적층부의 제 2 유전체 층의 본딩 표면으로 본딩되는 페데스탈을 더 포함한다. 본딩 표면과 페데스탈 사이의 박리 강도(peel strength)는 선형 인치 당(per linear inch) 약 2 파운드(약 0.91 킬로그램) 내지 선형 인치 당 약 14 파운드(약 6.35 킬로그램) 사이이다.
다른 실시예에서, 정전 척 조립체는 기판 지지 페데스탈 및 접착층을 이용하여 기판 지지 페데스탈로 본딩되는 플렉스 적층부를 포함한다. 접착 층은 선형 인치 당 약 2 파운드(약 0.91 킬로그램) 내지 선형 인치 당 약 14 파운드(약 6.35 킬로그램) 사이의 박리 강도를 가진다. 플렉스 적층부는 제 1 유전체 층, 제 2 유전체 층 및 제 1 유전체 층과 제 2 유전체 층 사이에 배치되는 미리형성된 시트 전극을 더 포함한다. 제 1 및 제 2 유전체 층은 열가소적으로 또는 접착제로 본딩될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제 1 유전체 층은 폴리아릴에테르케톤으로 형성된다. 또 다른 실시예에서, 제 1 유전체 층은 폴리아릴에테르케톤으로 형성되며, 반면 제 2 유전체 층은 폴리이미드로 형성된다.
또 다른 실시예에서, 정전 척 조립체를 제조하는 방법은 폴리아릴에테르케톤 층과 유전체 층 사이에 미리형성된 시트 전극을 배치하는 단계, 폴리아릴에테르케톤 층 및 유전체 층을 함께 본딩하는 단계, 유전체 층의 표면을 플라즈마 처리하는 단계, 및 플라즈마 처리된 유전체 층을 기판 지지 페데스탈로 본딩하는 단계를 포함한다. 유전체 층과 기판 지지 페데스탈 사이의 본드는 선형 인치 당 약 2 파운드(약 0.91 킬로그램) 내지 선형 인치 당 약 14 파운드(약 6.35 킬로그램) 사이의 박리 강도를 가진다.
본 발명의 위에서 인용된 피쳐(feature)가 상세하게 이해될 수 있도록, 위에서 간단히 요약된, 본 발명에 대해 실시예들을 참조하여 더욱 상세히 설명하며, 이러한 실시예들 중 일부는 첨부된 도면에 도시된다. 그러나, 첨부된 도면은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않으며 본 발명에 대해 다른 균등 효과의 실시예들을 인정할 수 있다는 점에 주의해야 한다.
도 1a는 본 발명에 따른 정전 척 조립체의 일 실시예의 도식적인 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 정전 척 조립체의 도식적인 분해 단면도이다.
도 1c는 도 1a 내의 정전 척의 기판 수용 표면의 일 부분의 도식적인 확대 단면도이다.
도 2는 정전 척 조립체가 이용될 수 있는 예시적인 프로세싱 챔버의 도식적인 단면도이다.
도 3은 예시적인 프로세싱 챔버가 이용될 수 있는 예시적인 클러스터 툴의 개략적인 최상부의 평면도이다.
본 발명은 일반적으로 프로세싱 용적 내에 기판을 홀딩하기 위한 고 효율 정전 척 조립체를 제공한다. 고 효율 정전 척 조립체는 기판 지지 페데스탈에 본딩된 플렉스 적층부를 포함한다. 플렉스 적층부는 두 개의 유전체 층 사이에 배치되는 전극을 포함한다. 특히, 플렉스 적층부의 적어도 최상부(top) 또는 제 1 유전체 층은 예를 들면 표준 등급으로서 또는 내부에 존재하는 매우 낮은 레벨의 금속 이온을 가지는 고 순도 등급으로서의, 폴리아릴에테르케톤일 수 있다. 폴리아릴에테르케톤은 폴리이미드 또는 정전 척 내에 현재 이용되는 다른 필름에 비해 우수한 마모 저항, 고온 저항, 플라즈마 저항, 화학적 부식 저항, 전기 안정성, 및 강도를 가진다. 또한, 플렉스 적층부는 정전 척의 표면을 가로질러 개선된 온도 분포와 같은 이익을 제공하도록 제 1 유전체 층의 기판 지지 표면 상에 무광 마무리(matte finish)를 가질 수 있다. 플렉스 적층부의 비-기판 지지 측부는 원하는 표면 마무리를 제공하도록 플라즈마 처리될 수 있으며, 이어서 플렉스 적층부의 비-기판 지지 측부는 종래의 폴리머 정전 척에 비해 우수한 접착 강도 및 열 전도도를 초래하는 접착부를 이용하여 페데스탈에 본딩된다. 정전 척의 전극은 미리형성된 시트 전극일 수 있으며, 이러한 미리형성된 시트 전극은 더욱 균일한 두께 제어를 가능하게 하여, 증가된 제조의 용이성과 함께, 향상된 척킹 성능을 가능하게 한다.
도 1a는 본 발명에 따른 정전 척 조립체(100)의 일 실시예의 도식적인 단면도이다. 정전 척 조립체(100)는 적어도 플렉스 적층부(112)를 포함한다. 정전 척 조립체(100)는 또한 아크릴, 에폭시, 네오프렌 또는 다른 적절한 접착제와 같은, 접착제(108)의 층을 이용하여 플렉스 적층부(112)에 본딩되는 기판 지지 페데스탈(110)을 포함할 수 있다. 플렉스 적층부(112)는 매립된 전극(122)을 가지는 유전체 부재(120)를 포함한다. 전극(122)은 유전체 부재들(120) 중 하나에 미리형성되거나 전착(electro-deposit)될 수 있다. 전극(122)은 다양한 기하학적 형상으로 미리 구성될 수 있거나 단극 또는 이중극일 수 있다. 유전체 부재(120)는 적어도 제 1 유전체 층(124) 및 제 2 유전체 층(114)을 포함할 수 있으며 제 1 유전체 층과 제 2 유전체 층 사이에 전극(122)이 배치된다. 일 실시예에서, 제 1 유전체 층(124)은 기판 지지 페데스탈(110)에 본딩되고 기판 지지 페데스탈 위에 배치되는 전극(122)을 가진다. 제 2 유전체 층(114)은 제 1 유전체 층(124) 및 전극(122) 최상부(atop)에 배치된다. 제 1 및 제 2 유전체 층(124, 114)은 접착제를 이용하여 서로 본딩될 수 있어, 제 1 유전체 층과 제 2 유전체 층 사이에 전극(122)이 끼워진다. 대안적으로, 제 1 및 제 2 유전체 층(124, 114)은 그 사이에 전극(122)이 끼워지도록 열가소적으로 서로 접착될 수 있다.
제 1 및 제 2 유전체 층(124, 114) 각각은 약 25㎛ 내지 약 75㎛의 두께를 가질 수 있다. 각각의 층(124, 114)의 두께는 특정 분야에 대한 열 전도도 및 척킹 요구조건을 최적화하도록 선택될 수 있다. 유전체 층(124, 114)은 각각 단일 재료 층을 포함할 수 있고 또는 선택적으로 유전체 층들(124, 114) 중 하나 또는 모두가 다중 재료 층을 포함할 수 있다.
기판 지지 페데스탈(110)은 알루미늄 또는 스테인레스 강과 같은, 플라즈마 프로세싱 챔버에 이용된 종래의 재료로 형성된 페데스탈일 수 있다. 기판 지지 페데스탈(110)은 개구(111)를 포함할 수 있으며 이 개구를 통하여 전도성 연장부(116)가 전기 접촉 표면(118)을 제공하도록 연장될 수 있으며 이 전기 접촉 표면을 통하여 전력이 전극(122)으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 전도성 연장부(116)는 전극(122)의 일체형 부분인데, 즉 전도성 연장부(116) 및 전극(122)은 서브 부품의 개수를 최소화하는, 단일인, 하나의 피스 부품은 단단한 전기적 연결성을 보장하고, 비용을 줄이고 조립을 단순화한다. 전도성 연장부(116)는 지지 페데스탈(110)의 바닥에 부착될 수 있다. 대안적으로, 전도성 연장부(116)는 전극(122)으로부터 분리될 수 있고 전극으로 브레이징되거나 그렇지 않으면 전극으로 전기적으로 연결된다. 약 200 볼트 내지 약 3,000 볼트 범위의 고압이 전극(122)으로 인가될 수 있어 절연하는 유전체 필름의 분극화를 형성하도록 하여 제 2 유전체 층(114)의 기판 지지 표면(132) 상에 정전기를 형성하여, 기판이 정 전기의 쿨롱력에 의해 지지 페데스탈(110)로 이끌어져 그 위에 홀딩된다. 기판 지지 페데스탈(110)은 그 안에 배치된 도관(113)을 포함할 수 있으며 도관을 통하여 열 전달 유체가 기판의 온도를 제어하도록 유동할 수 있다.
제 1 유전체 층(124)의 기판 지지 표면(132)으로 홀딩되는, 기판과의 개선된 열 전달을 제공하도록, 열 전달 가스는 도관(128)을 통하여 제 1 유전체 층(124)의 표면으로 공급될 수 있다. 도관(128)은 제 1 유전체 층(124)의 기판 지지 표면(132) 내에 형성된 가스 지향 채널(도시안됨)로 리드될 수 있다. 채널은 다양한 기하학적 형태를 가질 수 있다. 열 전달 가스는 기판의 프로세싱 동안 도관(128)을 통하여 가스 지향 채널로 공급될 수 있다.
플렉스 적층부(112)의 제 1 유전체 층(124) 및 제 2 유전체 층(114)은 유전체 필름 또는 시트로 제조될 수 있다. 다른 실시예들에서, 플렉스 적층부(112)의 제 1 유전체 층(124) 및 제 2 유전체 층(114) 중 하나 또는 둘다 스핀 증착, 스프레이 증착 또는 다른 적절한 증착 프로세스로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 플렉스 적층부(112)의 제 1 유전체 층(124) 및 제 2 유전체 층(114) 중 하나 또는 둘다 폴리아릴에테르케톤과 같은 고순도의 열가소성 필름으로 형성될 수 있다. 플렉스 적층부(112)의 제 2 유전체 층(114) 및/또는 제 1 유전체 층(124)을 위해 이용된 폴리아릴에테르케톤 필름은 표준 등급 폴리아릴에테르케톤 또는 내부에 존재하는 매우 낮은 레벨의 금속 이온을 가지는 고 순도 등급 폴리아릴에테르케톤일 수 있다. 여기에서, 고-순도는 다음의 금속: 알루미늄, 안티몬, 비소, 바륨, 베릴륨, 비스무트, 붕소, 카드뮴, 칼슘, 크롬, 코발트, 구리, 갈륨, 게르마늄, 하프늄, 인듐, 철, 납, 리튬, 수은, 마그네슘, 망간, 몰리브덴, 니켈, 니오브, 인, 칼륨, 루비듐, 스칸듐, 셀레늄, 실리콘, 은, 나트륨, 스트론튬, 황, 탄탈, 텔루르, 탈륨, 주석, 티타늄, 텅스텐, 바나듐, 이트륨, 아연, 및 지르코늄 각각을 1 ppm 이하를 갖는 것으로 정의된다. 일 실시예에서, 제 1 유전체 층(124) 및 제 2 유전체 층(114) 중 하나 이상이 고-순도 폴리아릴에테르케톤이 아닌 다른 적절한 열가소성 필름 또는 폴리이미드로 제조된다. 예를 들면, 제 1 유전체 층(124)은 고-순도 폴리아릴에테르케톤으로 제조될 수 있지만, 제 2 유전체 층(1114)은 폴리이미드로 제조될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제 1 유전체 층(124)은 고-순도 폴리아릴에테르케톤을 포함하며, 전극(122) 및 제 2 유전체 층(114)에 스핀 또는 스프레이 증착되며, 여기서 제 2 유전체 층은 폴리이미드로 제조된다.
고-순도 폴리아릴에테르케톤으로 제조된 적어도 제 1 유전체 층(124)을 가지는 플렉스 적층부(112)는 폴리이미드 필름 하나로만 제조된 종래의 정전 척에 비해 우수한 기계적 강도 및 천공 저항을 가진다. 전술된 바와 같이, 기판 입자들은 웨이퍼의 후방면으로부터 또는 웨이퍼 파손으로부터 플렉스 적층부(112)의 표면으로 전달될 수 있다. 제 1 유전체 층(124)의 천공은 전극(122)과 챔버 내의 플라즈마 사이에 아킹을 초래할 수 있다. 따라서, 적어도 제 1 유전체 층(124)에 대한 고순도 폴리아릴에테르케톤의 이용은 기판 입자 천공으로부터 보호를 제공함으로써 플렉스 적층부(112)의 수명을 상당히 연장한다.
또한, 적어도 부분적으로 고-순도 폴리아릴에테르케톤으로 제조된 플렉스 적층부(112)를 가짐으로써 200℃를 초과하는 온도를 가지는 프로세싱 환경과 같은, 우수한 높은 온도 저항을 가진다. 고-순도 폴리아릴에테르케톤으로 제조된 플렉스 적층부(112)는 또한 알칼리, 방향족 탄화수소, 알콜, 및 수소첨가 탄화 수소를 포함하는, 넓은 범위의 화학적 환경에 대한 우수한 화학적 저항을 보여준다.
고-순도 폴리아릴에테르케톤은 또한 우수한 플라즈마 저항을 가진다. 예를 들면, 100 퍼센트 산소(O2) 가스를 구비한 예비-세정 에칭 플라즈마는 10.3 cm2 플래크(plaque) 상에 수행된 100 시간의 플라즈마 에칭에서 0.14 g/cm2 보다 작은 질량(mass) 손실을 초래할 수 있다. 이러한 특성은 폴리이미드 필름으로 구성된 정전 척의 기판 지지 표면을 세정하기 위해 요구되는 바와 같이 챔버를 개방하고 챔버를 오염물질에 노출할 필요 없이, 플렉스 적층부(112)의 기판 지지 표면(132)이 척킹 매개변수를 최적화하도록 예열되고 세정되도록 한다.
고-순도 폴리아릴에테르케톤은 또한 다수의 높은 부식성 가스에 대해 저항을 가진다. 예를 들면, 플렉스 적층부(112)는 부가 보호성 커버링에 대한 요구없이, 염소(Cl2), 삼염화붕소(BCl3), 테트라플루오로메탄(CF4), 및 트리플루오로메탄(CHF3)과 같은, 부식성 가스를 가지는 프로세싱 환경에 이용될 수 있다. 이러한 특성은 플렉스 적층부(112)가 챔버 세정 프로세스들 사이에서 연장된 시간 동안 이용되는 것을 허용하여, 순수하게 폴리이미드 필름으로 제조된 정전 척의 이용에 비해 더 큰 시스템 가동 시간(system up time)을 초래한다.
제 1 유전체 층(124)이 고-순도 폴리아릴에테르케톤으로 제조되고 반면 제 2 유전체 층(114)이 폴리이미드로 제조되는 실시예들에서, 플렉스 적층부(112)는 기판 및 플라즈마에 노출되는 폴리아릴에테르케톤이 개선된 프로세싱 결과 및 증가된 수명을 가지는 성능 이익을 향유하는 반면 기판 지지 페데스탈(110)과 전극(122) 사이에 배치되는 폴리이미드 재료는 비용 절감 및 지지 페데스탈(110)에 대한 향상된 접착을 제공한다.
도 1a의 플렉스 적층부(112)는 종래의 폴리이미드 필름에 비해 고-순도 폴리아릴에테르케톤의 이용으로부터 제조가 간단하고 용이한 추가의 이익을 가진다. 제 1 유전체 층(124) 및 제 2 유전체 층(114) 중 하나 이상을 형성하는데 고-순도 폴리아릴에테르케톤을 이용하는 하나의 장점은 소정의 실시예에서 제 1 유전체 층(124)이 제 2 유전체 층(114)에 열가소적으로 본딩되는 것을 용이하게 하는 재료의 열가소성 특성에 의한 것이다.
전술된 바와 같이, 전극(122)은 유전체 재료(120) 중 하나 상에 미리형성되거나 전착(electro-deposit)될 수 있으며 약 5 ㎛ 내지 약 40 ㎛ 두께 사이일 수 있다. 전극(122)에 대해 미리형성된 시트를 이용하는 하나의 장점은 제조의 용이성 및 감소된 결함이다. 예를 들면, 미리형성된 전극(122)은 더욱 균일하게 제조될 수 있거나 더욱 용이하게 검사될 수 있어, 제조 비용을 감소시키고 품질을 향상시킨다. 부가적으로, 전기도금된 구리 회로는 최고 22 퍼센트의 비-균일성을 가질 수 있으며 티타늄 시드 층과 같은 시드 층(seed layer)이 전극 형성 전에 유전체 부재(120) 상에 증착되도록 요구할 수 있다. 이 같은 비-균일성은 완성된 정전 척의 성능(즉, 홀딩력) 상에 해로운 효과를 가진다. 부가적으로, 전극(122)에 의해 덮히지 않는 시드 층의 부분들은 아킹 포텐셜(arcing potential)이 증가한다. 대조적으로, 전극(122)을 위한 미리형성된 시트를 이용하는 것은 플렉스 적층부에 대해 매우 일관된 두께의 플렉스 적층부를 제공하여, 종래의 정전 척에 비해 우수한 척 대 척 성능 균일성을 초래한다.
도 1b는 척 조립체(100)의 분해 단면도이다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 구리 전극과 같은, 전극(122)은 플렉스 적층부(122)를 형성하도록 제 1 유전체 층(124)과 제 2 유전체 층(114) 사이에 미리형성되고 매립된다. 전극(122)은 미리형성된 전도성 시트(즉, 필름), 예를 들며 구리 시트일 수 있다. 일 실시예에서, 전극(122)은 릴리스 리니어(release linear) 상에 전기-도금된 미리형성된 전도성 구리 시트이다. 전극(122)용 시트를 이용하는 것은 종래의 정전 척에서 이용되는 바와 같은 전기 도금된 층 또는 와이어 메시를 이용하여 달성되는 것보다 상당히 큰 두께 균일성을 가지는 전극을 초래한다. 부가적으로, 전극(122)을 위한 시트를 이용하는 것은 전극이 전기도금된 층을 이용하여 달성될 수 있는 것보다 상당히 더 큰 두께를 가지는 것을 허용한다. 일 예에서, 전극(122)은 약 5 ㎛ 내지 약 40 ㎛로 선택된 두께를 가지는 구리 시트로부터 형성될 수 있다. 두께 균일성은 약 10 퍼센트 보다 작을 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 전극(122)은 종래 기술의 종래의 정전 척에 비해 증가된 표면 균일성에 의한 정전 척 조립체(100)를 가로질러 더욱 균일한 기판 홀딩력을 제공한다. 또한 정전 척의 아크 저항은 전극(122)의 증가된 평탄성 및 두께 균일성에 의해 종래 기술의 정전 척에 비해 개선된다. 또한, 종래 기술의 전기도금 단계들을 제거함으로써, 본 발명에 따른 정전 척은 티타늄 등과 같은, 전기 도금 프로세스 동안 이용된 재료로부터 챔버 오염의 가능성을 감소시킨다.
전극(122)은 플렉스 적층부(112)의 제 1 및/또는 제 2 유전체 층(124, 114)에 본딩될 수 있다. 일 실시예에서, 전극(122)은 열 및 압력을 이용하여 플렉스 적층부(112)의 제 2 유전체 층(114)에 직접 융합된다. 플렉스 적층부(112)의 제 2 유전체 층(114)에 전극(122)을 직접 융합함으로써 미리형성된 전극(122)이 이용될 때 종래의 정전 척 조립체 상에서 발견된 도금된 전극과 유전체 층 사이에 배치되는 구리 시드 층의 요구를 제거한다. 구리 시드 층의 제거는 저급한 성능을 초래할 수 있는 박리 및 결함에 대한 민감성이 적은 더욱 튼튼한 본드를 초래하면서. 비용 및 제조상 복잡성을 감소시킨다.
접착제(150)는 플렉스 적층부(112)를 형성하도록 제 1 유전체 층(124)을 제 2 유전체 층(114)으로 본딩하기 위해 이용된다. 전술된 바와 같이, 플렉스 적층부(112)는 플렉스 적층부(112)를 형성하도록 제 1 유전체 층(124)을 제 2 유전체 층(114)으로 열가소적으로 본딩하도록 교대로 가열 및 가압될 수 있다. 일 실시예에서, 접착제(150)는 아크릴, 에폭시 또는 네오프렌 접착제일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 접착제(150)는 광학적으로 투명한 접착제, 예를 들면, 투명한 아크릴 접착제이다. 다른 적절한 광학적으로 투명한 접착제가 이용될 수 있다. 광학적으로 투명한 접착제의 이용은 저급한 본딩 및/또는 저급한 열 전달 성능에 기여할 수 있는 접착제(150) 내의 불순물 및 오염물에 대한 향상된 검사를 용이하게 한다. 따라서, 광학적으로 투명한 접착제(150)는 작은 척 대 척 진동을 구비한 더욱 튼튼한 정전 척 조립체(100)를 제공한다. 더욱이, 제 1 유전체 층(124)이 투명하기 때문에, 광학적으로 투명한 접착제(150)의 이용은 플렉스 적층부(112)의 층들(124, 114)이 연결된 후, 전극(122)의 검사를 허용한다. 일 실시예에서, 접착제(150)는 약 0.5 내지 약 2.0 ㎛의 두께를 가진다.
기판 지지 표면에 원하는 표면 거칠기 또는 무광 마무리를 제공하도록, 본딩 프로세스 전, 본딩 프로세스 동안, 또는 본딩 프로세스 후 중 어느 하나에서, 플렉스 적층부(112)의 기판 지지 표면(132)이 처리될 수 있다. 대안적으로, 기판 지지 표면(132)은 유광 마무리(glossy finish)를 가질 수 있다. 플렉스 적층부(112)의 기판 지지 표면(132) 상에 무광 마무리를 이용하는 것은 종래의 폴리머, 정전 척에 대해 다수의 장점을 초래한다. 예를 들면, 무광 마무리에서 피크가 기판 지지 표면(132) 위로 연장하기 때문에, 기판이 피크 상부에 지지되어 기판과의 감소된 접촉 영역을 초래하고 기판의 표면을 가로질러 도관(128)으로부터 열 전달 가스의 향상된 온도 분포를 허용한다. 또한, 플렉스 적층부(112)의 기판 지지 표면(132)과 기판 사이의 감소된 접촉 영역은 기판 및/또는 프로세싱 상태에 대한 적은 민감성을 초래한다. 예를 들면, 플렉스 적층부(112)는 종래의 마무리를 가지는 정전 척 보다 마모 및 입자 천공이 적은 경향이 있다. 도 1c는 플렉스 적층부(112)의 기판 지지 표면(132)의 확대된 도식적 단면도이다. 도 1c로부터 볼 수 있는 바와 같이, 기판 지지 표면(132)은 이를 가로질러 배치되는 복수의 피크들 또는 메사들(134)을 가질 수 있다. 메사들(134)은 기판 지지 표면(132)로부터 거리(d) 만큼 상방으로 이격되고 갭(136) 만큼 서로 분리된다.
플렉스 적층부(112)의 제 2 유전체 층(114) 상에 형성된 페데스탈 수용 표면(138)은 플렉스 적층부(112)와 지지 페데스탈(110) 사이의 본드 강도를 강화하도록 원하는 표면 마무리를 제공하기 위해 처리될 수 있다. 일 예에서, 페데스탈 수용 표면(138)은 산소 또는 부식성 가스(예를 들면, O2, CF4)로부터 발생된 플라즈마로 에칭함으로써 처리된다. 플라즈마 처리는 페데스탈 수용 표면(138) 상의 표면 마무리에 기판 페데스탈(110)로 본딩하기 위한 증가된 표면적을 제공한다. 예를 들면, 플라즈마 처리는 페데스탈 수용 표면(138) 내의 피크를 제곱 미크론 당 적어도 20 퍼센트만큼 증가시키기 위해 제공되었다. 또한, 플라즈마 처리는 페데스탈 수용 표면(138) 내의 피크의 외형을 더 많은 라운드형(rounded) 외형으로 변화하기 위해 제공되었다. 페데스탈 수용 표면(138) 상의 피크의 개수에서의 증가 및 피크의 라운드형 외형에서의 증가 모두 표면 거칠기가 63 Ra 보다 작게 유지되는 지지 페데스탈(110)로의 접착을 증가시킨다. 사실, 페데스탈 수용 표면(138)을 원하는 표면 마무리로 처리하는 것은 후술되는 바와 같이 플렉스 적층부(112)와 지지 페데스탈(110) 사이의 본딩 또는 박리 강도에서의 상당한 증가를 초래한다는 것을 알 수 있다. 표면 처리가 다른 기술을 이용하여 수행될 수도 있다는 것이 고려된다. 또한 표면을 플라즈마 처리하는 것은 불순물의 제거를 초래하여 기판 페데스탈(110)과 제 2 유전체 층(114)의 페데스탈 수용 표면 사이의 본드를 추가로 강화한다는 것을 알 수 있다.
페데스탈 수용 표면(138)을 처리한 후, 플렉스 적층부(112)는 접착제(108)를 이용하여 지지 페데스탈(110)에 본딩된다. 일 예에서, 접착제(108)는 아크릴, 에폭시 또는 네오프렌 접착제이다. 또 다른 실시예에서, 접착제(108)는 광학적으로 투명한 접착제, 예를 들면 투명한 아크릴 접착제이다. 다른 적절한 광학적으로 투명한 접착제가 이용될 수 있다. 광학적으로 투명한 접착제의 이용은 저급한 본딩 및/또는 저급한 열 전달 성능에 기여할 수 있는 접착제(108) 내의 불순물 및 오염물에 대한 향상된 검사를 용이하게 한다. 따라서, 광학적으로 투명한 접착제(108)의 이용은 작은 척 대 척 진동을 가지는 더욱 튼튼한 정전 척 조립체(100)를 제공한다. 정전 척 본딩 프로세스에서 종래에 이용된 페놀 타입의 접착제와 달리, 접착제(108)의 이용은 플렉스 적층부(112)의 균일한 측방향 온도 프로파일을 유지하기 위해, 열 전도도의 희생 없이 증가된 본딩 또는 박리 강도를 초래하는 증가된 두께의 접착제의 이용을 허용한다. 예를 들면, 접착제(108)는 약 0.5 mil 내지 약 1 mil의 두께로 이용될 수 있다. 또한, 페데스탈 수용 표면(138)의 플라즈마 처리 및 상기 접착제(108)의 이용의 조합은, 종래의 폴리머 정전 척의 박리 강도 보다 10 배 더 큰, 플렉스 적층부(112)와 기판 지지 페데스탈(110) 사이의 박리 강도를 초래한다. 일 예에서, 플렉스 적층부(112) 및 기판 지지 페데스탈(110) 사이의 박리 강도는 아크릴 접착제(108)를 이용하여 선형 인치 당 약 2 파운드(약 0.91 킬로그램) 내지 선형 인치 당 약 14 파운드(약 6.35 킬로그램)이다.
따라서, 전극 회로를 강화(build up)하고 감압 접착제 또는 감열 접착제에 의해 층들을 접착하는 요구 조건은 폴리이미드 층들이 이용될 때와 같이 요구되지 않는다. 따라서, 본 발명의 플렉스 적층부(112)의 일 실시예를 제조하는 프로세스는 단순화될 수 있어, 폴리이미드 필름으로 제조된 종래의 척 조립체에 비해 생산량(yield)이 향상되면서 더욱 신뢰성있고 재현가능한 척 조립체를 제공한다.
또한, 본 발명의 척 조립체(100)를 개장(refurbish)하는 프로세스는 종래의 정전 척 조립체에 비해 상당히 간단화될 수 있다. 일 실시예에서, 이용된 플렉스 적층부(112)는 산소 플라즈마 프로세스와 같은, 플라즈마 프로세스를 이용하는 지지 페데스탈(110)로부터 제거된다. 지지 페데스탈(110)은 이어서 부식성 가스 또는 플라즈마로 처리, 산성 용액으로 처리, 염기성 용액으로 처리, 비드 블래스팅(bead blasting), 또는 플라즈마 프로세스 챔버 부품들을 세정하기 위한 또 다른 종래의 프로세스 중 하나 또는 둘 이상에 의한 것으로 세정된다. 지지 페데스탈(110)의 상부면은 세라믹과 같은 코팅 또는 새로운 플렉스 적층부(112)를 수용하도록 상부면을 수리하기 위한 양극처리와 같은 변환 코팅을 기계가공 및 부가함으로써 표면이 재구성될 수 있다. 다음으로, 새로운 플렉스 적층부(112)가 전술된 바와 같이 준비되고 표면 처리된다. 플렉스 적층부(112)는 이어서 전술된 바와 같은 접착제(108)를 이용하여 세정된 기판 지지 페데스탈(110)에 본딩된다.
도 2는 정전 척 조립체(100)가 이용될 수 있는 예시적인 프로세싱 챔버(200)의 도식적인 개략도이다. 설명된 예시적인 프로세싱 챔버는 플라즈마 에칭에 적합할 수 있다. 그러나, 본 발명의 정전 척 조립체(100)는 화학 기상 증착, 물리 기상 증착, 및 이온 충격(ion bombardment)과 같은 다른 프로세스를 수행하는 다른 챔버 내에서 이용될 수 있다.
프로세싱 챔버(200)는 전체적으로 측벽(235), 천장(245), 및 바닥(250)을 가지며, 바닥 상에 정전 척 조립체(100)가 놓일 수 있다. 정전 척 조립체(100)는 전술된 바와 같이 기판(225)을 지지 및 유지한다. 가스는 프로세스 가스 소오스(283)로부터 공급되는 복수의 노즐(285)을 가지는 가스 공급원(28)에 의해 프로세싱 챔버(200) 내로 유입될 수 있다. 노즐(285)을 통한 가스 유동은 하나 또는 둘 이상의 가스 밸브(284)에 의해 제어될 수 있다. 가스는 무선 주파수(RF) 또는 마이크로파 에너지와 같은 전자기 에너지를 가스에 커플링함으로써 플라즈마를 형성하도록 에너자이징(energize)될 수 있다. 도 2에 도시된, 프로세싱 챔버(200)에서, 가스는 안테나 전원(290)으로부터 프로세싱 챔버(200)의 천장(245)에 인접한 인덕터 안테나(295)로 RF 전압을 인가함으로써 유도적으로 에너자이징될 수 있다. 선택적으로, 가스는 RF 전압을 전극 전압 공급원(210)으로부터 정전 척 조립체(100)의 전극(122)으로 인가하고 대면하는 천장(245)으로 전기적으로 접지함으로써 전기용량적으로 에너자이징될 수 있다. 기판(225)의 온도는 열 전달 가스 소오스(230)에 의해 공급되는 열 전달 가스를 통하여 제어될 수 있다. 소비된 가스 및 부산물은 진공 펌프(212) 및 트로틀 밸브(215)를 포함할 수 있는, 배기 시스템(220)을 통하여 프로세싱 챔버(200)로부터 배출될 수 있다.
도 3은 예시적인 프로세싱 챔버(200)가 이용될 수 있는, 예시적인 클러스터 툴(300)의 도식적인 최상부 평면도이다. 프로세싱 챔버(200)는 프로세싱 챔버(200)에 대한 전기적, 플러밍(plumbing), 및 다른 지지 기능을 포함하고 제공하는 클러스터 툴(300)에 부착될 수 있다. 클러스터 툴(300)은 진공을 손상시키지 않고 그리고 기판을 클러스터 툴(300) 외부의 습기 또는 다른 오염물로 노출하지 않고 클러스터 툴의 프로세싱 챔버들(200 내지 204) 사이에 기판(225)을 이송하는 성능을 가질 수 있다. 클러스터 툴(300)은 로드 록 챔버(206) 및 프로세싱 챔버(200 내지 204)로 커플링되는 이송 챔버(205)를 포함한다. 로드 록 챔버(206)는 기판(225)이 시스템 외부 대기 환경과 이송 챔버(205) 및 프로세싱 챔버들(200 내지 204) 내의 진공 환경 사이로 이송되도록 한다. 로드 록 챔버(206)는 하나 또는 둘 이상의 기판(225)을 홀딩하는 하나 또는 둘 이상의 배기가능한 영역을 포함할 수 있다. 배기가능한 영역은 클러스터 툴(300) 내로 기판(225)의 유입 동안 펌핑 다운(pump down)되고 클러스터 툴(300)로부터의 기판(225)의 유출 동안 벤팅(vent)된다. 이송 챔버(205)는 로드 록 챔버(206)와 프로세싱 챔버들(200 내지 204) 사이로 기판(225)을 이송하도록 적용된 이송 로봇(207)이 내부에 배치될 수 있다. 5개의 프로세스 챔버들이 도 3에 도시되지만, 클러스터 툴(300)은 적절한 개수의 프로세스 챔버들을 가질 수 있다.
요약하면, 고-순도 열가소성 필름의 두 개의 층들 사이에 매립되는 미리형성된 전극을 가지는 플렉스 적층부를 포함하는 고 효율 정전 척 조립체가 제공된다. 특히, 기판 지지 표면을 손상시키는 적어도 제 1 유전체 층은 내부에 존재하는 매우 낮은 레벨의 금속 이온들을 가지는 고-순도 폴리아릴에테르케톤과 같은 고-순도, 열가소성 필름으로 제조된다. 고-순도 폴리아릴에테르케톤은 정전 척에서 현재 이용되는 폴리이미드 또는 다른 폴리머 필름에 비해, 우수한 내마모성, 고온 저항, 플라즈마 저항, 부식성 화학적 저항, 전기적 안정성, 및 강도를 가진다. 또한, 플렉스 적층부의 몇몇 실시예들은 척의 표면을 가로질러 향상된 온도 분포와 같은 이익을 제공하도록 기판 지지 표면 상에 무광 마무리를 가질 수 있다. 플렉스 적층부의 비-기판 지지 또는 페데스탈 수용 측면은 원하는 표면 마무리를 제공하도록 플라즈마 처리될 수 있으며, 이어서 종래의 폴리머 정전 척에 비해 우수한 본딩 강도를 초래하는 접착제를 이용하여 페데스탈에 본딩된다. 선택적인 판 전극은 작은 척 대 척 진동을 가지면서 온도 균일성을 향상하는 동안 구성을 단순화하기 위해 이용될 수 있다.
전술된 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이며, 본 발명의 다른 및 추가의 실시예들은 본 발명의 기본적 범주로부터 벗어나지 않으면서 발명될 수 있으며, 본 발명의 범주는 아래의 청구범위들에 의해 결정된다.

Claims (17)

  1. 정전 척 조립체로서,
    플렉스 적층부를 포함하며,
    상기 플렉스 적층부는:
    기판 지지 표면을 가지는 폴리아릴에테르케톤(polyaryletherketone)을 포함하는 제 1 유전체 층;
    본딩 표면을 가지는 제 2 유전체 층으로서, 상기 제 1 유전체 층이 상기 제 2 유전체 층에 본딩되는, 제 2 유전체 층; 및
    상기 제 1 유전체 층과 상기 제 2 유전체 층 사이에 배치되는 미리형성된 시트 전극;을 포함하는,
    정전 척 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극은 약 5 ㎛ 내지 약 40 ㎛의 두께를 가지는 구리 시트인,
    정전 척 조립체.
  3. 정전 척 조립체로서,
    플렉스 적층부를 포함하며,
    상기 플렉스 적층부는:
    기판 지지 표면을 가지는 폴리아릴에테르케톤을 포함하는 제 1 유전체 층;
    본딩 표면을 가지는 제 2 유전체 층으로서, 상기 제 1 유전체 층이 상기 제 2 유전체 층에 본딩되는, 제 2 유전체 층; 및
    상기 제 1 유전체 층과 상기 제 2 유전체 층 사이에 전착(electro-deposit)되는 전극;을 포함하는,
    정전 척 조립체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 유전체 층의 본딩 표면에 본딩되는 페데스탈을 더 포함하며,
    상기 본딩 표면과 상기 페데스탈 사이의 박리 강도(peel strength)가 선형 인치 당 약 2 파운드(약 0.91 킬로그램) 내지 선형 인치 당 약 14 파운드(약 6.35 킬로그램)인,
    정전 척 조립체.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 유전체 층의 본딩 표면에 본딩되는 페데스탈로서, 상기 본딩 표면과 상기 페데스탈 사이의 박리 강도가 선형 인치 당 약 2 파운드(약 0.91 킬로그램) 내지 선형 인치 당 약 14 파운드(약 6.35 킬로그램)인, 페데스탈; 및
    상기 제 2 유전체 층의 본딩 표면으로 상기 페데스탈을 본딩하는 약 0.5 mil 내지 약 1 mil의 접착제 층으로서, 상기 접착제 층이 아크릴 또는 에폭시 접착제를 포함하는, 접착제 층을 더 포함하는,
    정전 척 조립체.
  6. 정전 척 조립체로서,
    기판 지지 페데스탈;
    접착제 층에 의해 상기 기판 지지 페데스탈에 본딩되는 제 1 유전체 층으로서, 상기 접착제 층은 선형 인치 당 약 2 파운드(약 0.91 킬로그램) 내지 선형 인치 당 약 14 파운드(약 6.35 킬로그램)의 박리 강도를 가지는, 제 1 유전체 층;
    제 2 유전체 층; 및
    상기 제 1 유전체 층과 상기 제 2 유전체 층 사이에 배치되는 시트 전극으로서, 상기 제 1 및 제 2 유전체 층들이 서로 본딩되는, 시트 전극을 포함하는,
    정전 척 조립체.
  7. 제 1 항, 제 2 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 제 2 유전체 층으로 융합되는,
    정전 척 조립체.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 유전체 층은 폴리아릴에테르케톤으로 제조되며 제 1 표면 및 상기 제 1 표면 반대쪽에 제 2 표면을 가지며, 상기 제 1 표면은 무광 마무리(matte finish)를 가지며 상기 제 2 표면은 상기 제 2 유전체 층에 본딩되는,
    정전 척 조립체.
  9. 제 1 항, 제 2 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시트 전극은 약 4 ㎛ 내지 약 40 ㎛의 두께 및 약 10 퍼센트 보다 작은 두께 균일성을 가지는 구리 시트인,
    정전 척 조립체.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 유전체 층을 상기 제 2 유전체 층으로 본딩하는 광학적으로 투명한 접착제를 더 포함하는,
    정전 척 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 유전체 층은 폴리이미드를 포함하고 상기 제 1 유전체 층은 표준 등급 또는 고 순도 등급의 폴리아릴에테르케톤을 포함하는,
    정전 척 조립체.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리아릴에테르케톤은 고 순도 폴리아릴에테르케톤 재료를 포함하며, 상기 고 순도 폴리아릴에테르케톤은 알루미늄, 안티몬, 비소, 바륨, 베릴륨, 비스무트, 붕소, 카드뮴, 칼슘, 크롬, 코발트, 구리, 갈륨, 게르마늄, 하프늄, 인듐, 철, 납, 리튬, 수은, 마그네슘, 망간, 몰리브덴, 니켈, 니오브, 인, 칼륨, 루비듐, 스칸듐, 셀레늄, 실리콘, 은, 나트륨, 스트론튬, 황, 탄탈, 텔루르, 탈륨, 주석, 티타늄, 텅스텐, 바나듐, 이트륨, 아연, 및 지르코늄 중 어느 하나를 1 ppm 이하 포함하는,
    정전 척 조립체.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 유전체 층의 기판 지지 표면은 무광 마무리 또는 유광 마무리를 가지는,
    정전 척 조립체.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 유전체 층은 폴리이미드로 제조되는,
    정전 척 조립체.
  15. 제 1 항 내지 제 3 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 유전체 층은 스프레이 증착 폴리아릴에테르케톤으로 제조되는,
    정전 척 조립체.
  16. 제 1 항 내지 제 3 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 유전체 층은 상기 제 2 유전체 층에 열가소적으로 본딩되는,
    정전 척 조립체.
  17. 정전 척 조립체 제조 방법으로서,
    폴리아릴에테르케톤 층과 또 다른 유전체 층 사이에 미리형성된 시트 전극을 배치하는 단계;
    플렉스 적층부를 형성하도록 상기 폴리아릴에테르케톤 층 및 상기 유전체 층을 함께 본딩하는 단계,
    상기 유전체 층의 표면을 플라즈마 처리하는 단계; 및
    상기 유전체 층을 기판 지지 페데스탈로 본딩하는 단계로서, 상기 본딩은 선형 인치 당 약 2 파운드(약 0.91 킬로그램) 내지 선형 인치 당 약 14 파운드(약 6.35 킬로그램)의 박리 강도를 가지는,
    정전 척 조립체 제조 방법.
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