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KR100286993B1 - 부식 방지 전극 접속을 가지는 정전형 척 - Google Patents

부식 방지 전극 접속을 가지는 정전형 척 Download PDF

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KR100286993B1
KR100286993B1 KR1019950003424A KR19950003424A KR100286993B1 KR 100286993 B1 KR100286993 B1 KR 100286993B1 KR 1019950003424 A KR1019950003424 A KR 1019950003424A KR 19950003424 A KR19950003424 A KR 19950003424A KR 100286993 B1 KR100286993 B1 KR 100286993B1
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조셉 제이. 스위니
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Abstract

본 발명은 반도체 프로세싱 챔버내에서 정전형 척의 전그에 고전압 전원을 연결해 주는 고전압 연결부가 페디스털 몸체를 통과하도록 하는 것이다. 고전압 연결부는 페디스털 가장자리가 아니라 기판이 수용되는 페디스털 영역 아래에 위치한다. 페디스털 내부를 관통하는 고전압 연결부는 기존의 페디스털의 가장자리로 나와 있는 정전형 적층부의 스트랩 부분을 제거함으로써 정전형 적층부를 플라즈마에의 노출로부터 보호할 수 있다.

Description

부식 방지 전극접속을 가지는 정전형 척
본 발명은 기판 처리 공정 중 프로세싱 챔버 내에서 반도체 기판을 고정(holding)하고 위치(positioning)시키는 분야에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 프로세싱 챔버 내에서 반도체 기판을 고정 및 위치시키는데 사용되는 정전형 척 구조의 개선에 관한 것이다.
정전형 척은 페디스털과 같은 챔버 구조 부재(chamber structural member)상에서 개개의 반도체 기판을 고정시키는 데 사용된다. 정전형 척은 챔버 페디스털상에 위치하거나 챔버 페디스털의 필수적인 부분으로서 형성되는 적어도 하나의 유전층(dielectric layer)과 전극(electrode)을 가진다. 반도체 기판은 유전층과 접촉되고, 직류 전압이 전극에 가해져 척상에 기판을 붙들수 있는 정전 인력이 발생된다. 정전형 척은 저압 챔버와 척 표면 사이에서 발생할 수 있는 최대 압력 차이(differential pressure)가 척 상에 기판을 단단히 고정시킬 수 있기에 충분하지않거나, 기판을 척에 기계적으로 죄는 것이(clamping) 바람직하지 않은 진공 프로세싱 환경에서 특히 유용하다.
정전형 척은 단일 유전층과 전극으로부터 만들정도로 작게 만들수 있으나, 통상적인 동작 구조의 하나는 챔버 페디스털 상에 위치하여 기판을 수용하고 지지하는 얇은 적층형 부재(laminate member)이다. 적층형 부재는 폴리이미드(polyimide)와 같은 유기물질로 된 상하부의 유전층 사이에 끼인 전극 코아 -이 전극 코아는 얇은 구리 부재(copper member)로 이루어지는 것이 바람직하다-를 구비하는 것이 바람직하다. 전극 코아에 폴리이미드 층을 부착하기 위하여 폴리아미드(polyamide)와 같은 접착제가 사용될 수 있다. 적층형 부재의 하부 유전층은 챔버 페디스털의 상부 표면과 폴리아미드(polyamide)와 같은 접착성분으로 직접 부착되고, 상부 유전층은 기판을 수용하는 평면 표면이 된다. 챔버 환경에 전극이 노출되는 것을 막기 위해 상ㆍ하부의 유전층과 접착층은 전극 코어의 가장자리 부분까지 확장되어 있고, 전극 코어를 챔버 환경으로부터 보호 할 수 있는 유전체 장벽(dielectric barrier)을 만들기 위해 상ㆍ하부가 붙어 있게 된다. 전극에 고전압을 공급하기 위해, 적층형 부재가 일체로 연장되어 형성된 스트랩(strap)이 페티스탈의 가장자리 주변으로 연장되어 페디스털의 하부에 있는 고전압 연결기(high voltage connector)와 결합된다.
폴리이미드를 포함하는 유기 물질은 많은 프로세스 가스와 플라즈마(특히 산소와 산소계 플라즈마)에 대하여 내구성이 비교적 약하므로, 정전형 척에서 유전층으로 유기 물질을 사용하는 것은 척의 유효수명에 있어서 타고난 제한을 갖게 된다. 유전체 척의 유전체 표면 대부분이 기판에 의해 플라즈마로부터 보호되지만, 페디스탈의 가장자리와 기판 밑 정전형 척의 가장자리로 나와 있는 도전 스트랩 표면의 경우에는 이를 구성하는 유전 물질이 챔버 플라즈마에 그대로 노출된다. 많은 공정과 청정 사이클을 거치면서 유전체 영역은 전극과 플라즈마 사이의 아아크(arc) 발생지점에서 부식되고 척의 성능은 점점 저하된다. 플라즈마 가스로 CHF3와 CF4를 쓰고, 유전 물질로 폴리이미드와 같은 유기 물질을 쓰는 산화 에칭 챔버에서는 프로세스 플라즈마에 의해 유기물 유전층이 미세하게 부식된다. 그러나, 중합체(polymer) 오염원을 포함하는 탄소 및 불소를 챔버에서 제거하는데 사용되는 산소플라즈마가 유기 유전층의 부식되고 이에 따라 전극 코어가 플라즈마에 노출되는데 있어서 주요 요인이 된다. 얇은 폴리이미드 물질이 척의 유전층으로 이용되는 경우 약 1000번의 공정과 청청 사이클에 한 번씩 이러한 노출이 일어난다. 위에서 언급된 어떠한 것보다 유전 물질은 공정 및 청정 가스와 플라즈마에 의해 손상을 입을 수 있다. 예를 들어, 수정과 석영 같은 유전체는 CHF3와 CF4플라즈마 환경에서 부식된다. 마찬가지로, 적층형 부재 구조를 사용하는 것 외의 척 구성은 공정과 청정 가스, 플라즈마에 의해 손상되므로, 유전층은 전극과 플라즈마 간에 아아크가 생기는 지점에서 부식될 것이다.
제1도는 단면 도시된 정전형 척을 포함하는 플라즈마 에칭 챔버의 개략도.
제2도는 정전형 척과 페디스털의 정면도.
제3도는 페디스털과 캐소오드 상에 수용된 제2도의 정전형 척을 섹션 3-3을 따라 절취한 단면도.
제4도는 기판이 위치한 상태에서 제3도의 정전형 척과 페디스털을 섹션 4-4를 따라 절취한 부분 확대 단면도.
제5도는 정전형 박판에 고전압 전원을 연결한 것을 도시한 캐소오드상에 수용된 제2도의 정전형 척과 페디스털을 섹션 5-5를 따라 절취한 부분 단면도.
제6도는 제2도의 정전형 척과 페디스탈의 저면도.
제7도는 챔버 페디스털 상에 위치한 본 발명 정전형 척의 대체 실시례의 단면도.
본 발명은 정전형 척에 있어서 유전체, 즉 절연 부분이 플라즈마 또는 가스에 노출됨으로 인하여 생기는 부식을 줄이는 수단을 제공함으로써 척의 전극이 플라즈마에 노출되기 전까지 수행될 수 있는 공정 및 청정 사이클 수를 증가시킨다. 바람직한 실시예에서, 산소계 청정 플라즈마가 척의 유전체 부분의 부식에 주요한 원인이 되는 산화 플라즈마 에칭 챔버(oxide plasma etch chamber)에서 사용될 수 있는 정전형 척이 설명되며, 유전 물질층 사이에 배치된 전기적으로 도전성인 코어를 포함하는 얇은 적층형 부재(laminate member)(32)를 포함하는 척의 구조를 기술한다. 그러나, 본 발명은, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도, CVD, PVD, 금속에칭(metal etch), 산화 실리콘, 폴리 실리콘, 습식 에칭(w-etch) 및 실리콘 에칭 등의 여타 기판 공정에도 이용될 수 있을 뿐 아니라 다른 구조의 정전형 척에도 이용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 에칭 챔버의 개략 단면도가 도시되어 있다. 챔버(10)는 베이스(14) 위에 수용되어 플라즈마 에칭 공정에 대한 밀폐실(enclosure)을 형성하는 외측 하우징(housing)(12)을 포함한다. 공정 중에 밀폐실(16)은 미리 정해진 1 기압 이하의 압력으로 비워지고 유지된다. 하우징(12)에는 가스 유입구(22)가 있어 밀폐실(16)로 프라즈마를 형성하는 가스 종(gas species)을 유입시킬 수 있고, 베이스(14)에는 반응 플라즈마와 생성 가스를 밀폐실(16)에서 배출하기 위한 쓰로를 배기관(throttled exhaust)(24)가 있다. 최상부층로 도전성 페디스털(30)을 포함하는 캐소오드(15)는 베이스(14)의 개구(aperture)에 수용되고, 캐소오드(15)를 하우징(12)와 베이스(14)로부터 전기 절연시키기 위해서 절연 플렌지(insulator flange, 18)가 캐소오드(15)와 베이스(14) 사이에 삽입되어 있다. 실시예에서 정전형 척은 페디스털(30)에 설치된 적층형 부재(32)로 구성되고, 적층형 부재(32)가 접착된 페디스털(30)은 캐소오드(15)와 볼트로 결합되어 있다. 적층형 부재(32)는 정전적으로 기판(8)을 척에 고정시키기 위한 고전압 전원이 인가되는, 전기적으로 절연된 도전성 부분을 가진다. RF 전원(26)은 캐소오드(15)와 결합되어 전원 인가시 캐소오드(15)와 접지된 밀폐실 벽 사이에 RF 전기장을 생성시켜 빈 밀폐실 내로 주입된 가스가 플라즈마로 바뀔수 있도록 해 준다. 고전압 전원(28)이 공급되어 적층형 부재에 전류를 통하게 함(energize)으로써, 기판(8)을 적층형 부재(32)에 고정시킬 수 있는 정전 인력이 생기도록 한다.
챔버(10)에서 기판을 처리하기 위해, 기판(8)은 슬릿 밸브(도면에 도시되지않았음)을 통해 빈 챔버(10)으로 들어가고, 정전 적층형 부재(32)의 상부 표면에 위치한다. 공정 가스가 밀폐실 유입구(22)를 통해 주입되고 기판(8)의 에칭을 위해 가스를 플라즈마 상태로 바꾸어 주는 RF 전원 (26)이 인가된다. 그 대신, 산소와 같은 청정 가스가 밀폐실(16)으로 인가되어 챔버(10)의 청정을 위한 청정 플라즈마로 활성화 된다. 에칭과 청정 주기동안, 고전압 전원 (28)이 적층형 부재(32)의 도전성 부분에 전류를 흐르게 하여, 기판(8)을 정전기적으로 적층형 부재(32)는 고정시킬 수 있게 된다. 에칭과 청정 주기가 종료되면, RF 전원(26)은 꺼지고, 가스는 챔버에서 방출된다.
본 발명의 바람직한 실시에에서 마스킹 가스는 공정 가스와 플라즈마로부터 노출된 척의 유전체 부분을 보호해 준다. 공정 또는 청정 주기 동안 적층형 부재(32) 상에 위치한 기판(8)은 적층형 부재(32) 표면 대부분을 공정 가스와 플라즈마로부터 보호해 주지만, 적층형 부재(32)의 주변부(45)와 주변부(45)를 따라 위치한 유전물질은 청정 및 에칭 주기동안 챔버 환경에 노출된다. 마스킹 가스는 주변부(45)를 공정 가스와 플라즈마로부터 보호하기 위해 주변부(45)에 인접한 부분으로 주입된다. 마스킹 가스의 보호 효과를 높히기 위해 원주형 채널(60)이 적층형 부재(32)의 주변부(45) 옆에 위치하여 가스의 방사 및 그들 사이의 간격을 유지케 해 준다. 원주형 채널(60)은 척 주위로 연장된 칼라 또는 고리로 정의될 수 있다. 공정 또는 청정 주기동안 마스킹 가스, 바람직하게는 아르곤이나 헬륨 등의 불활성 기체가 적층 주변부(45) 근처에서의 반응 플라즈마 종류의 농도를 감소시키기 위해 전술한 간격에 유입된다. 그 결과로 적층 주변부(45) 근처의 유전 물질의 부식율은 현저히 낮아지고 이로써 적층형 부재(32)의 사용 수명은 늘어나게 된다.
도 2,3 및 4를 참조하면, 마스킹 가스가 유지되는 간격을 형성하기 위하여 사용되는 페디스털(30), 적층형 부재(32), 및 마스킹 가스 채널(60)의 바람직한 구성이 도시되어 있다. 페디스털(30)은 원형 적층 부재 수용부(laminate receiving portion)(48)을 형성하는 중앙 돌출부와 외부로 연장된 환형 칼라 레지(collar ledge)(52)를 구비하는 일반적인 원형 부재이며, 환형 칼라 레지(52)는 돌출된 적층 수용부(48) 주위로 원형으로 연장되며 페디스털(30)에서 높이가 감소한 부분으로서 그 위에 채널(60), 또는 척 주위로 연장된 칼라(60)를 수용하도록 구성된다. 칼라레지(52)의 내부 반경 경계면은 칼라 레지(52)의 상방으로 연장되고 돌출된 적층 수용부(48)의 외측 가장자리에서 종단되는 원주벽 또는 표면(50)에서 종단되게 된다. 도 4에서 가장 잘 기술된 것처럼, 적층형 부재(32)의 원주 외측 주변부(45)가 원주표면(50)과 돌출된 적층 수용부(48)의 교선에 정렬되도록 적층형 부재(32)는 적층 수용부(48)에 부착되어 있다. 또한, 레지(52)는, 도 3및 4에 도시된 바와 같이, 페디스털(30)을 캐소오드(15)에 접속하기 위해 다수의 카운터 보어 홀(counter-bored hole)을 포함하고, 여기에서 밀폐실(16)까지 다수의 DC 픽업 핀(pickup pin)(58)이 위쪽으로 연장된다. 픽업 핀(58)은 밀폐실(16) 내에서 플라즈마 생성을 위한 전도성 경로를 형성한다.(도 2와 3에 도시)
도 2를 참조하면, 적층형 부재(32)는 가운데에 일반적으로 구리로 된 평면 전극(34)를 포함하고 이는 폴리이미드 또는 다른 유기 물질인 유전 물질로 된 상부층(36)과 하부층(38) 사이에 겹쳐져 있다. 상ㆍ하부 유전층(36과 38)은 폴리아미드와 같은 에폭시류의 접착층을 사용하여 전극(34)에 부착되는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 도 2에 가장 잘 도시되어 있듯이, 적층형 부재(32)는 내부를 가로지르는 다수의 방사형 슬롯(87)을 가지는 원형 부재이다. 이 슬롯들은 에칭 작업동안 헬륨 등의 가스로 기판(8)을 냉각시키는데 이용된다. 전극(34)를 절연시키기 위해 외측 가장자리를 따라 유전층(36과 38)이 뻗어 나와 외측 원형 주변부(45)를 형성한다. 이런 유전층(36과 38)의 연장부는 전극(34)을 유전층(36과 38)과 연결해 주는 접착층이 연장됨으로써 서로 연결된다. 이런 유전층(36과 38)의 상호 접속은 슬롯(87), 적층 주변부(45), 및 적층형 부재(32)를 통하는 다른 모든 개구(aperture)에서 보호 장벽을 형성한다.
도 4에 정전형 척의 노출된 외측 가장자리 표면, 특히 유전층의 주변부(45)에 마스킹 가스를 주입하기 위한 마스킹 가스 보호 시스템이 상세히 도시되어 있다. 바람직하게는, 마스킹 가스 보호 시스템과 결합하여 사용되는 마스킹 가스는 아르곤과 헬륨 등의 불활성 기체이기는 하나, 마스킹 가스는 반응 가스 등의 다른 가스를 소량 포함할 수 있으며 이는 여전히 실질적으로 유용하다. 바람직하게는, 마스킹 가스 보호 시스템은 페디스털(30)의 칼라 레지(52) 상에 위치하는 칼라(60)를 포함하고, 칼라(60)는 칼라 레지(52)내의 다수의 가스 주입구(gas injection hole, 62)에 연결되어 플라스마 에칭 및/또는 챔버 청정 작업 중에 적층형 부재(32)의 주변부(45)근처에 아르곤이나 헬륨 등의 불활성 가스를 계속하여 공급해 준다.
칼라(60)는 척의 유전체 부분과 접촉하도록 마스킹 가스를 유도하고 유지하도록 구성된 환형(annular) 부재인 것이 바람직하다. 칼라(60)은 페디스털(30)의 칼라 레지(52) 상에 수용되도록 구성된 환형 기저부(annular base)(66)와 이 윤곽을 따르는 상부(contoured top, 68)을 포함한다. 상기 상부(68)은 상부 외측 환형 표면(70), 기저부(66)로부터의 칼라(60)의 전체 높이의 일부에 위치하는 내부 환형 표면(72), 및 외부 환형 표면(70)과 내부 환형 표면(72) 사이에 뻗어 있는 환형 원뿔대표면(78)을 포함한다. 칼라(60)은 기저부(66)과 내부 환형 표면(72) 사이로 연장된 내부 원형 표면(74)를 더 포함한다. 칼라(60)은 챔버 환경에서 부식과 입자 생성이 가장 작도록 견딜수 있는 수정, 세라믹 또는 다른 물질로 만들어질 수 있다.
마스킹 가스 보호 시스템의 배치, 특히 칼라(60), 페디스털(30), 및 적층형 부재(32)와 적층형 부재(32) 상에 고정되는 기판(8)과의 관계는 주변 가스 분기관 기능(circumferential gas manifold fuction)을 효과적으로 정의하므로, 균일하고 주변의 연속된 보호 마스킹 가스의 장벽 커튼이 적층형 부재(32)의 유전층의 주변부, 구체적으로는 주변부(45) 근처로 향하고 또한 계속 유지되는 것을 보장한다. 비록, 칼라(60)과 페디스털(30)이 주변부(45)를 보호하기 위해 적층형 부재(32)의 가장자리인 주변부(45)에 인접한 가스 주입구(62)에서 배출되는 마스킹 가스의 일부를 유도하는 충분한 구조를 가지고 있으나, 본 발명의 바람직한 실시예에서 기판(8)은 페디스털(30)과 채널(60)과 공존함으로써 가스 분기관 기능을 제공한다. 도 4에 도시된 것처럼, 적층형 부재(32)에 수용된 기판(8)은 적층형 부재(32) 및 페디스털(30)의 적층 수용부(48)보다 약간 넓다. 그리하여, 외부 원형 에지(82)와 기판(8)의 하부에 있는 부분(84)은 적층형 부재(32)로부터 외부로 연정되어 있다. 기판 돌출부(84)는 돌출되어 있으나 가스 주입구(62)에서의 가스 흐름을 방해하지는 않는다. 그리하여, 가스 주입구(62), 칼라(60), 주위벽(circumferential wall)(50), 적층 주변부(45), 기판 돌출부(84), 및 에지(82)는 모두 바람직한 가스 분기관 배열(gas manifold arrangement)(86)을 정의하는 것으로 볼 수 있다. 분기관 배열(86)은 기판(8), 칼라(60)의 각각의 부분과 페디스털(30) 간에 형성된 일련의 주위 간격을 바람직하게 제공한다. 일반적으로 이 첫 번째 간격(88)은 칼라(60)의 내부 원형 표면(74)와 페디스털 간에 위치하고, 두 번째 간격(90)은 칼라(60)의 내부 환형 표면(72)와 기판(8)의 돌출부(42) 간에 위치하며, 세 번째 간격(92)은 기판(8)의 외부 에지(82)와 칼라(60)의 원뿔대 표면(78) 간에 위치한다. 헬륨 또는 아르곤 등의 불활성 기체는 주입구(62)를 통해 분기관 배열(86)로 향하고, 간격(88-92)를 통해 기판 에지(82)에 인접한 분기관 배열(86)을 빠져나오게 된다. 상기 간격(88-92)의 구성을 통해, 주입구(62)를 빠져나오는 가스가 최상부 간격(92)를 빠져나오기 전에 분기관 배열(86)을 채우고, 불활성 기체의 연속된 스트림, 다시 말해 커튼이 간격(92)를 빠져나와 공정 플라즈마 및/또는 플라즈마 청정 매체가 적층 주변부(45)로 접근하는 것을 제한하도록 할 수 있다.
분기관 배열(86)의 효율성을 극대화하기 위해, 간격(88-92)의 크기는 주위벽(50), 적층 주변부(45), 기판 돌출부(84), 및 에지(82)의 상대적 부분에 대해 내부 원형 표면(74), 내부 환형 표면(72), 및 원뿔대 표면(78)을 조정하거나 주입구(62)를 통하는 가스 흐름율을 조정함으로서 조절될 수 있다. 예컨데, 분기관 배열(86)을 통과하는 아르곤의 총 가스 흐름율이 100sccm에서 산소 플라즈마 청정 사이클 동안 챔버 압력이 700millitorr이고, 산소로 형성된 청정 플라즈마의 흐름율이 300sccm 이며, 간격(88-92)가 0.2cm의 길이를 가지는 경우에, 적층 주변부(45)에서의 이론적인 산소 농도는 보호 받지 아니하는 주변부의 39%에 불과하다. 만일 간격(90,92)가 더욱 좁아진다면 적층 주변부(45) 주위의 이론적인 플라즈마의 양 또한 감소된다. 그러나 간격(88)이 감소되면 적층 주변부(45) 주위의 이론적인 산소양 또는 플라즈마 양은 증가하게 된다. 간격(88-92)을 통과하는 가스 흐름율의 감소와 분기관 배열(86)에서의 더 높은 확산도의 가스 이용은 적층 주변부(45) 주위의 반응성 플라즈마 종의 농도를 증가시킬 것이다. 본 발명에 의한 가스 흐름은 실제적으로 플라즈마 가스로부터 적층 주변부(45)를 보호해 주고, 이를 통해 실제적으로 종래 기술에서 발견되는 적층 주변부(45)의 부식을 줄여준다. 적층 주변부(45)의 근처에서 불활성 가스의 주입으로 야기되는 반응 가스양의 감소는 분기관 배열 내의 반응 가스가 주변부(45) 근처에서 플라즈마로 형성되는 것을 방지할 수 있다.
분기관 배열(86)의 마스킹 효과에 덧붙여, 이를 통과하는 불활성 가스는 적층형 부재(32) 근처에서 적층형 부재(32)의 부식율과 폴리머 형성 범위를 줄이고 에칭 작업에서 생성되는 폴리머와 다른 입자 불순물이 적층형 부재(32)의 주변부(45) 근처의 영역으로 들어오는 것을 막기위한 분기관 배열(86)에서 유출되는 가스의 연속된 커튼의 형태로 장벽을 유지함으로써 주변부(45) 근처와 분기관 배열(86) 내부 및 근처에서의 폴리머 형성 범위와 불순물의 축적을 줄이는데 이용된다. 폴리머 또는 다른 불순물이 기판에 닿고 부착되면, 기판(8)을 손상시키게 되고, 이로인해 수율(dieyield)이 감소하게 된다. 적층형 부재(32)의 적층 주변부(45) 근처에서 연속적인 상향으로 흐르는 가스의 장벽을 유지함으로써 장벽이 없다면, 이 장소에 축적될 폴리머 또는 다른 불순물들이 챔버(10)에서 제거되어 챔버 배출구(24)로 깨끗이 씻겨 나가게 된다. 적층형 부재(32)의 주변부(45)에 인접한 영역의 폴리머 또는 다른 불순물이 감소 또는 제거됨으로써 기판(8)의 불순물의 축적이 줄어들게 되는데 이는 기판(8)에 부착되는 폴리머 입자 또는 다른 불순물이 거의 없어지게 되기 때문이다. 이에 덧붙여, 분기관 배열(86)을 통과하는 가스는 간격(88-92) 영역 내에서는 플라즈마를 형성하지 않으므로, 분기관 배열(86) 내에서는 폴리머가 생성되지 아니한다.
도3 과 도 4를 참조하면, 불활성 가스를 분기관 배열(86)으로 공급하는 바람직한 수단이 도시되어 있다. 페디스털(30)은 가스 주입구(62) 아래의 페디스털 몸체 내에 주위로 연장된 환형 가스 채널(91)을 가지고 있다. 채널(91)은 페디스털(30)의 아래면에서 원주형 홈(93)을 자르고 용접하고, 압축 정합(press fitting) 또는 기타 방법으로 홈(groove)(93) 기저부에 덮개(95)를 부착하는 방법으로 형성된다. 다수의 홀(62) 각각은 분기관 배열(86)으로 청정 가스를 주입하기 위해 홈(93)의 내부 단부로부터 위로는 벽(50) 근처의 칼라 레지(52)를 통하여 연장되어 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 홀(62)는 칼라 레지(52)를 통하여 연장되는 정밀 보어(precision bore) 부분을 포함하고, 정밀 보어 부분(97)로 가스를 계속하여 공급하기 위한 채널(91)에서 정밀 보어(97)까지 연장된 확장 카운터 보어(99)를 포함한다. 도 3을 참조하면, 채널(91)에 가스를 공급하기 위해, 크로스보어(crossbore)(111)은 페디스털 외부 반경(54)에서부터 형성되어 채널(91)을 관통하여 페디스털(30) 내부에서 종단한다. 공급 보어(113)은 페디스털(30) 내에서 크로스보어(111)의 안쪽 끝단에 형성되어 있고, 가스 공급선(115)는 크로스보어(111)에서 가스 공급부로 연장되어 있다. 페디스털(30)의 외부 반경(54)를 통과하여 연장된 크로스보어(111)의 종단에는 플러그(117)가 설치되어 있다.
상기 기술된 바람직한 실시례에서는 페디스털(30) 내에 마스킹 가스 보호 시스템의 많은 부분이 결합되어 있으나, 이것은 필수적인 것이 아니다. 예를 들면, 가스 주입구(62)는 다른 곳, 예를 들면 챔버 벽에 설치되고 페디스털의 원주 근처에 위치하는 분리된 가스 분기관 부재 내의 구멍으로 제공될 수 있다. 상기 분리된 분기관 부재는 적층형 부재(32)의 노출된 원주 위로 분사된 가스가 통과하기 위한 분기관 통로 간격을 정의할 수 있다. 또한, 바람직한 실시예가 적층 시트(sheet)내에 형성된 유기 절연물에 대해 기술하고 있지만, 분기관 배열(86)은 CHF3와 CF4등의 플라즈마 환경에서 부식되는 수정이나 SiO2와 같은 비유기 물질을 포함하는 다른 절연 또는 유전체 구성과, 다른 종류의 절연물과 유전 물질을 보호하는데 매우 적합하다.
가스 분기관 배열(86)이 제공하는 보호 효과에 덧붙여, 도전성 스트랩(40)은 페디스털의 가장자리를 통해 연장되는 것 보다는 내부를 직접 관통하여 연장됨으로써 부식을 막을 수 있다. 도 2와 도 5를 참조하면, 도전성 스트랩(40)은 페디스탈(30)의 상부 표면(32)의 슬롯(87) 중 하나의 종단에서부터 개구(44)의 내부를 관통하여 뻗어 있고, 페디스털(30)의 아래면에 위치한 고전압 픽업(46)에 연결되는 스트랩 끝단(end)(122)에서 종단된다. 스트랩(40)은 적층형 부재(32)의 연장이며, 적층형 부재의 전극(34)의 연장으로서 형성된 중앙 도전성 코어(39)를 포함하며, 적층형 부재(32)의 상ㆍ하부 유전층(36과 38)의 연장으로서 각각 형성된 제1, 2의 유전층(41과 43)이 도전성 코아를 둘러싸고 있다. 페디스털(30)의 개구(44)는 페디스털(30)의 적층 수용부(48)을 통해 연장된 슬롯부(100)와, 페디스털(30)의 아래면에서 위로 연장되며 슬롯부(100)와 페디스털의 상부 표면 밑에서 교차하는 확장된 카운터보어(102)를 포함한다. 스트랩(40)은 적층형 부재(32)로부터 슬롯(100)과 보어(102)를 관통하여 연장되고, 고전압 픽업(46)과 연결되어 종단된다. 술롯(100)의 크기는 슬롯(100)을 통하여 가스가 세는 것을 막기 위해서 최소한의 틈을 가지고 스트랩(40)을 수용할 수 있도록 결정된다. 스트랩(40)은 페디스털(30)의 아래면을 따라 연장되고 픽업(46)에 연결된다. 픽업(46)은 적층형 전극(34)에 고전압을 공급하기 위하여 제공된다.
픽업(46)은 캐소오드(15)와 페디스털(30)의 접촉면에 수용되고, 스트랩(40)과 전기적으로 접촉되도록 구성되어 있다. 픽업(46)은 캐소오드(15)에 수용된 절연 고정부내에 위치하는 픽업 보어(110)에 수용된 스프링이 장착된 핀 부재(106)와, 리세스(recess)(101)내의 페디스털 하부에 제공된 접점 어셈블리(110)를 포함한다. 핀 부재(106)는 일반적인 원형 절연 부재인데, 원형 절연 부재는 제 1 주요 지름부분(114)과 바람직하게는 금 도금 구리인 전도성 단지(118)에서 끝나는 상부로 돌출된 제 2의 부지름 부분(minor diameter portion, 116)을 포함한다. 스위칭 가능한 고압 파워 소오스(28; 제 1 도)와 접속된 리드(120)는 단자(118)과 접촉하도록 핀 부재(106)를 통하여 연장된다. 상기 스프링(123)은 핀 부재(106)를 위로 바이어스하여 접점 어셈블리(110)와 접촉하도록 하기 위하여 핀 부재(106)의 저부에 결합되며 보어(108)에 수용된다.
접점 어셈블리(110)는 핀 부재(106)에서 스트랩(40)으로 전기 회로 경로를 형성하도록 스트랩(40)의 단부(122)를 수용하도록 구성된다. 상기 스트랩(40)은 보어(102)를 경유하여 리세스(101)내로 연장되며, 스트랩(40)의 제 2 절연층(43)은 전도성 코어(39)를 노출하도록 스트랩(40)의 단부(122)의 내부쪽으로 제거된다. 스트랩(40)의 전도성 코어(39)의 노출 부분은 접점 어셈블리(110)내에 수용되는데, 접점 어셈블리(110)는 전도성 디스크(124), 상부 절연 디스크(126), 슬롯 디스크(125), 및 중앙 개구(130)룰 갖는 저부 워셔(128)를 구비한 적층 부재이다. 남아있는 절연층(41)과 스트랩(40)의 단부(122)와 인접하게 노출된 코어(39)의 부분은 슬롯 디스크(125)내의 슬롯으로 삽입되며, 슬롯 디스크(125)와 코어(39)의 노출 부분은 전도성 접착제등에 의해 전도성 디스크(124)와 접속된다. 전도성 디스크(124)는 외측의 절연 환상부분을 포함하거나 또는 고체 전도성 디스크일 수 있다. 전도성 디스크(124), 스트랩 단부(122)와 슬롯 디스크(125)는 절연 디스크(124)와 워셔(128)사이에서 적층된다. 적층된 접점 어셈블리(110)의 절연 디스크(126)은 리세스(101)내의 페디스털(30)의 아랫면에 부착된다. 페디스털(30)이 캐소오드(15) 상부에 위치할 때, 스프링 장착 핀(106)은 바이어스되어 하부 워셔(128)의 중앙 개구(130)를 통하여 디스크와 접촉함으로써, 직류원(28; 제 1 도)으로부터 전극(34)으로 고압이 제공된다.
슬롯(87)으로부터 개구(44)를 통하여 페디스털(30)과 캐소오드(15)간을 통과하여 엔클로져(16)내로 통과 할수 있는 냉각 가스의 누출을 방지 하기 위하여 페디스털(30)과 캐소오드(15)의 인터페이스는 밀봉된다. 제 5,6도에 도시된 바와 같이, 알모양의(ovoi) 밀봉링 홈(136)은 페디스털(30)의 저부에서 보어(102)와 접점 어셈블리(110)의 주변부에 제공되며 밀봉부(138)는 그안에 수용된다. 제 5도에 도시된 바와 같이, 하부 워셔(128) 본체와 정렬된 밀봉 홈(140)이 캐소오드(15)내에 제공되며 밀봉부(142)는 하부 워셔(128)과 접촉하여 그 안에 수용된다. 밀봉부(138, 142)는 O링 밀봉부인 것이 바람직하다.
페디스털(30) 본체를 통하여 전극(34)에 대한 리드를 연장함에 의하여, 스트랩이 페디스털의 가장자리 주의로 연장하며 플라즈마에 노출되는 경우에 발생하는 스트랩 부식이 완전히 제거되므로, 적층 부재(32)의 수명의 실질적으로 증가하게 된다.
제 7도를 참조하여 본 발명에 따른 정전형 척 어셈블리의 다른 실시예가 도시되어 있는데, 여기서는 스트랩(40)이 완전히 제거되며 페디스털이 페디스털을 관통하는 전도성 플러그 어셈 블리(200)를 수용하도록 변형된다. 변형된 페디스털(201)은 환형 상부(204), 환형 베이스(206) 및 상부(204)로부터 베이스(206)로 관통하여 연장되는 중앙보어(208)를 구비하는 원형 전도성 부재이다. 보어(208)는 베이스(206)의 내부 쪽으로 연장되어 변형된 페디스털(201)내에서 끝나는 하부 대반경 부분(major diameter portion, 210)과 변형된 페디스털(201)내의 대반경 부분(208)의 종단으로부터 상부(204)로 연장되는 상부 소반경 부분(minor diameter portion, 212)을 포함한다. 환상 레지(214)는 변형된 페디스털(201)에서 소반경 부분(212)과 대반경부분(210)의 상호 교차지점에 위치한다. 절연/전극 적층부재(32)는 접착제로 페디스털 상부(204)에 접착하며, 그 중앙부는 보어(208)의 중심과 정렬된다. 전도성 플러그 어셈블리(200)는 공정중에 기판을 정전기적으로 적층 부재에 부착하기 위하여 적층 부재(32)에 직류 전압을 제공하도록 보어(208)를 통하여 연장된다. 적층 부재(32)는 상부 및 하부 절연층(36, 38)에 둘러싸인 중앙 전극(34)을 포함하는데, 상부 및 하부 절연층은 접착제층에 의하여 전극(34)에 접착된다.
전도성 플러그 어셈블리(200)는 보어(208)내에 수용되며, 절연 슬리브(218)내에 수용된 내부 구리 도체(216)을 포함한다. 도체(216)는 외측으로 돌출된 플랜지(224)에서 교차하는 하부 대반경 부분(220)과 상부 소반경 부분(222)를 포함하는 고체 구리 부재인 것이 바람직하다. 절연 슬리브(218)는 듀퐁사에서 구입가능한 Vespelⓡ과 같은 폴리이미드 물질로부터 형성하는 것이 바람직하며, 마찬가지로 하부 대반경 부분(226), 상부 소반경 부분(228)과 내부로 돌출한 방사상 정렬 레지(inwardly projecting radial alignment ledge, 230)를 포함하는데, 방사상 정렬 레지(230)에 대하여 도체(216)의 플랜지(224)가 수용된다. 미세한 나선형 홈(232)은 슬리브 소반경 부분(228)의 외측 지름에 제공된다. 슬리브(218)는 중앙 보어(208)내로 압착되는 것이 바람직하며 에폭시 또는 다른 접착제는 슬리브의 소반경 부분(228)과 보어의 소반경 부분(212)의 접촉면에 위치하는 것이 바람직하다. 미세한 나선형 홈(232)은 에폭시에 접촉하기 위한 표면 영역을 증가시키며, 슬리브(218)와 보어(208)간에 효과적인 에폭시 밀봉을 보장한다. 플랜지(224)가 레지(230)에 대하여 배치된 상태에서, 도체(216)는 슬리브(218)내로 압착하는 것이 바람직하다. 슬리브(218)와 도체(216)가 변형된 페디스털(201)에 고정되고 에폭시가 경화된 후, 페디스털의 상부(204)는 적층 부재(32)를 수용하기 위한 깨끗하고 평평한 표면을 제공하도록 연마된다.
적층부재(32)를 고압원에 접속하기 위하여, 적층 부재(32)의 하부 절연층(38)의 중심이 제거되어 도체 개구가 형성되는데, 이 크기는 도체 소반경 부분(222)에 대응된다. 전도성 접착 디스크(236), 바람직하게는 Z절연 전도성 접착 디스크는 도체(216)의 상부로부터 전극(34)으로 전류 경로를 제공하도록 개구(234)내에 배치된다. 페디스털 베이스(206)상에 노출된 도체(216)의 하부 단부는 제 5도에 도시된 바와 같은 스프링 장착 핀(106) 또는 다른 수단과 같은 전도성 어셈블리를 통하여 직류 전원에 접속된다.
전도성 플러그 어셈블리(200)는 적층 부재에 고전압 전원에 대한 누설되지 않는 전류경로를 제공하는 동시에, 플라즈마에 노출되지 않는 경로를 제공한다. 전도성 플러그 어셈블리(200)는 적층형 부재(32)의 가장자리에 대하여 감소된 플라즈마 또는 가스 농도를 제공하기 위한 마스킹 가스 인입부재와 함께 사용될 수 있다.
본 발명이 플라즈마 산화 에칭 챔버와 관련하여 설명되었다 할지라도, 본 발명의 장점은 절연층의 부식때문에 처리 환경에 의하여 정전형 척의 수명이 제한되는 다른 챔버나 처리환경에서도 이용할 수 있다. 또한, 노출된 절연 적층 가장자리에 인접한 플라즈마의 농도를 감소하기 위하여 비반응 가스를 사용하는 것은 도전 경로가 페디스털을 경유하도록 하는 것과 함께 또는 별도로 이용될 수 있다. 또한, 바람직한 실시예에서는 절연/전극 적층을 사용하는 것으로 기술되어 있다할지라도, 다른 구조가 본 발명을 구현하는데 이용될 수 있다. 예컨데, 마스킹 가스 주입 부재는 척의 상부층이 전극을 보호하는 절연층 또는 유전층으로서 플라즈마 환경에서 부식되는 임의의 정전형 척에 유용하게 사용될 수 있다. 여기에는 전극을 형성하도록 캐소오드로부터 분리되는 페디스털이 포함되며, 기판을 수용하기 위한 절연층 또는 유전층이 포함된다.
정전형 척은 프로세싱 챔버 내에서 반도체 기판을 고정시키는데 이용된다. 본 발명은 공정 과정에서의 가스 및 플라즈마로 인해 야기되는 부식으로부터 척의 스트랩 부분을 보호하기 위하여 페디스털 내부를 관통하여 정전형 척의 전극에 전기를 인가하는 구성으로써 척의 수명을 늘리기 위한 것이다.

Claims (20)

  1. 페디스털상에 위치하며, 처리 챔버 내에서 처리하기 위하여 기판을 수용하기 위한 정전형 척에 있어서, 전극으로 사용되도록 충전될 수 있는 도전성 코아를 포함하며, 상기 페디스털 상에 수용되는 정전형 부재, 및 상기 페디스털을 관통하여 연장되어 상기 전극과 결합되는 전극 전압 공급 리드를 포함하며, 상기 전극 전압 공급 리드는 상기 전극과 일체로 연장되며(integral extension), 상기 도전성 코아로부터 형성되는 정전형 척.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정전형 부재는 기판을 수용하는 제 1 절연층과 페디스털 상에 수용된 제 2 절연층을 포함하고, 상기 전극은 상기 절연층간에 위치하는 정전형 척.
  3. 제1항에 있어서, 상기 페디스털은 상기 처리챔버내의 캐소오드상에 수용되고, 상기 전압 공급리드는 상기 페디스털과 상기 캐소오드의 경계면에 배치된 접점 어셈블리에서 종료되는 정전형 척.
  4. 제3항에 있어서, 상기 접점 어셈블리는 상기 캐소오드내의 캐소오드 보어에 정렬되고, 보어 둘레의 원주에 밀봉이 -상기 밀봉은 상기 캐소오드와 상기 페디스털의 경계면으로부터 상기 캐소오드 보어를 밀봉하도록 상기 접점 어셈블리와 접촉함- 제공되는 정전형 척.
  5. 제4항에 있어서, 상기 페디스털은 상기 페디스털을 관통하는 관통 보아(through bore)를 포함하고, 상기 스트랩은 정전형 부재로부터 상기 보어를 통하여 상기 접점 어셈블리로 연장되는 정전형 척.
  6. 제5항에 있어서, 상기 캐소오드 및 페디스털의 경계면에서 상기 캐소오드 보아 및 상기 관통 보아의 주변부에 밀봉이 제공되는 정전형 척.
  7. 제4항에 있어서, 상기 캐소오드 보어는 바이어스된 접점 핀을 포함하며 상기 접점 핀은 상기 접점 어셈블리와 결합하는 정전형 척.
  8. 제1항에 있어서, 상기 페디스털과 전극은 상기 정전형 척상에 상기 기판을 유지하도록 서로 다른 전압으로 유지되는 정전형척.
  9. 제5항에 있어서, 상기 페디스털 보어는 최소 간극으로 상기 스트랩을 수용하는 크기의 슬롯부와, 그로부터 연장된 확대된 카운터 보어를 포함하는 정전형 척.
  10. 제2항에 있어서, 상기 전압 공급리드는 페디스털을 경유하여 단단하게 배치된 고체 도체(solid conductor)인 정전형 척.
  11. 제10항에 있어서, 상기 도체는 페디스털을 관통하여 배치된 절연 슬리브에 수용되는 정전형 척.
  12. 제11항에 있어서, 개구가 상기 하부 절연층을 관통하여 연장되며, 전도성 디스크가 상기 컨덕터와 상기 전극에 전기적으로 접속되어 상기 개구에 수용되는 정전형 척.
  13. 처리챔버의 환경으로부터 정전형 척에 대한 전력 접속(power connection)을 보호하는 방법에 있어서, 페디스털을 처리 챔버내에 위치시키는 단계; 정전형 부재를 상기 페디스털상에 제공하는 단계; 페디스털을 관통하여 상기 정전형 부재에 대한 전력 공급 스트랩을 연장하는 단계를 포함하며, 상기 전력 공급 스트랩은 상기 정전형 부재와 일체로 연장되는(integral extension)방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전력 공급 스트랩의 크기에 일치하는 제1 보어를 상기 페디스털을 관통하여 제공하는 단계; 상기 페디스털 내로 연장되며, 상기 제1 보어와 정렬되어 상기 페디스털 내부 쪽에서 종료되는 제2 확장 보어를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 챔버의 구조부재(structural member)상에 상기 페디스털을 위치시키는 단계, 및 상기 구조부재 및 페디스털의 경계면에 전력 공급 접점을 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 전력 공급 접점은 상기 구조부재 내의 보어 내에 스프링으로 바이어스된 접점 핀을 포함하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 접점 어셈블리와의 전도성 결합되도록 상기 스트랩의 단부를 삽입하는 단계, 및 상기 접점 어셈블리를 상기 전력 공급 접점과 접촉하는 단계를 더 포함하는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 구조 부재 내의 보어를 상기 접점 어셈블리에 대하여 밀봉하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 구조부재와 페디스털 사이에서 상기 카운터 보어 및 전력 공급 접점 주위에 밀봉 부재를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 구조부재가 캐소오드인 방법.
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