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KR102667399B1 - 극저온 냉각식 회전가능 정전 척 - Google Patents

극저온 냉각식 회전가능 정전 척 Download PDF

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KR102667399B1
KR102667399B1 KR1020207019956A KR20207019956A KR102667399B1 KR 102667399 B1 KR102667399 B1 KR 102667399B1 KR 1020207019956 A KR1020207019956 A KR 1020207019956A KR 20207019956 A KR20207019956 A KR 20207019956A KR 102667399 B1 KR102667399 B1 KR 102667399B1
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cryogenic
tube
shaft assembly
disposed
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샤들 파텔
로버트 미첼
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 개시내용의 실시예들은 회전가능 정전 척에 관한 것이다. 일부 실시예들에서, 회전가능 정전 척은, 적어도 하나의 척킹 전극 및 복수의 냉각제 채널들을 갖는 유전체 디스크; 유전체 디스크에 커플링되고, 냉각제 유입구 및 냉각제 유출구를 갖는 극저온 매니폴드 ― 냉각제 유입구와 냉각제 유출구 둘 모두는 복수의 냉각제 채널들에 유동적으로 커플링됨 ―; 극저온 매니폴드에 커플링된 샤프트 조립체; 샤프트 조립체에 커플링된 극저온 공급 챔버; 극저온 공급 챔버 및 냉각제 유입구에 커플링되어, 복수의 냉각제 채널들에 극저온 매체를 공급하는 공급 튜브 ― 공급 튜브는 샤프트 조립체의 중앙 개구를 통해 연장됨 ―; 및 냉각제 유출구 및 극저온 공급 챔버에 커플링된 리턴 튜브를 포함하며, 여기서, 공급 튜브는 리턴 튜브 내에 배치된다.

Description

극저온 냉각식 회전가능 정전 척
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 마이크로전자 디바이스 제작 프로세스들에서 기판들을 유지하기 위해 사용되는 정전 척들에 관한 것이다.
[0002] 기판들 상의 일부 디바이스들의 형성은 PVD(physical vapor deposition) 챔버와 같은 증착 챔버에서 증착되는 박막들의 다수의 층들을 요구한다. 일부 실시예들에서, 양호한 막 균일성을 획득하기 위해, 증착 프로세스 동안 기판이 회전될 필요가 있다. 일부 층들의 증착은 또한, 기판이 냉각되도록 요구할 수 있다. 추가로, 증착 프로세스는 고 진공 압력을 요구한다. 정전 척은 흔히, 증착 프로세스 동안 기판 지지부 상에 기판을 정전기적으로 유지하기 위해 사용된다. 통상적으로, 정전 척은 세라믹 바디(body)를 포함하고, 그 세라믹 바디는 세라믹 바디에 배치된 하나 이상의 전극들을 갖는다. 전형적인 회전가능 정전 척들은 실온 또는 더 높은 온도에서만 가능하다. 그러나, 본 발명자들은 일부 프로세스들이 현재의 정전 척들로 가능한 온도들보다 상당히 더 낮은 온도들까지 기판이 냉각되도록 요구한다는 것을 관찰하였다.
[0003] 따라서, 본 발명자들은 개선된 회전가능 정전 척의 실시예들을 제공하였다.
[0004] 본 개시내용의 실시예들은 회전가능 정전 척에 관한 것이다. 일부 실시예들에서, 정전 척은, 기판을 지지하기 위한 지지 표면 및 대향하는 제2 표면을 갖는 유전체 디스크 ― 지지 표면과 제2 표면 사이에서 유전체 디스크 내에 적어도 하나의 척킹 전극이 배치되고, 유전체 디스크 내에 복수의 냉각제 채널들이 배치됨 ―; 유전체 디스크의 제2 표면에 커플링되고, 냉각제 유입구 및 냉각제 유출구를 갖는 극저온 매니폴드(cryogenic manifold) ― 냉각제 유입구와 냉각제 유출구 둘 모두는 복수의 냉각제 채널들에 유동적으로(fluidly) 커플링됨 ―; 샤프트 조립체 ― 샤프트 조립체는 샤프트 조립체의 제1 단부에서 극저온 매니폴드에 커플링되고, 샤프트 조립체는 샤프트 조립체를 통해 연장되는 중앙 개구를 포함함 ―; 제1 단부 반대편에 있는, 샤프트 조립체의 제2 단부에서 샤프트 조립체에 커플링된 극저온 공급 챔버; 공급 튜브(supply tube) ― 공급 튜브는 극저온 매체를 수용하기 위해 공급 튜브의 제1 단부에서 극저온 공급 챔버에 커플링되고, 그리고 복수의 냉각제 채널들에 극저온 매체를 공급하기 위해 공급 튜브의 제2 단부에서 냉각제 유입구에 커플링되고, 공급 튜브는 중앙 개구를 통해 연장되고, 샤프트 조립체와 동심임 ―; 및 리턴 튜브(return tube)를 포함하며, 리턴 튜브는, 극저온 매체가 복수의 냉각제 채널들을 통해 유동된 후에, 극저온 공급 챔버로 극저온 매체를 리턴하기 위해, 리턴 튜브의 제1 단부에서 냉각제 유출구에 커플링되고, 리턴 튜브의 제2 단부에서 극저온 공급 챔버에 커플링되고, 리턴 튜브는 중앙 개구를 통해 연장되고, 공급 튜브와 동심이고, 공급 튜브는 리턴 튜브 내에 배치된다.
[0005] 일부 실시예들에서, 정전 척은, 기판을 지지하기 위한 지지 표면 및 대향하는 제2 표면을 갖는 유전체 디스크 ― 지지 표면과 제2 표면 사이에서 유전체 디스크 내에 적어도 하나의 척킹 전극이 배치되고, 유전체 디스크 내에 복수의 냉각제 채널들이 배치됨 ―; 유전체 디스크의 제2 표면에 커플링되고, 냉각제 유입구 및 냉각제 유출구를 갖는 극저온 매니폴드 ― 냉각제 유입구와 냉각제 유출구 둘 모두는 복수의 냉각제 채널들에 유동적으로 커플링됨 ―; 샤프트 조립체 ― 샤프트 조립체는 샤프트 조립체의 제1 단부에서 극저온 매니폴드에 커플링되고, 샤프트 조립체는 샤프트 조립체를 통해 연장되는 중앙 개구를 포함함 ―; 제1 단부 반대편에 있는, 샤프트 조립체의 제2 단부에서 샤프트 조립체에 커플링된 극저온 공급 챔버; 극저온 공급 챔버를 진공 압력으로 유지하기 위해, 극저온 공급 챔버에 유동적으로 커플링된 진공 펌프; 공급 튜브 ― 공급 튜브는 극저온 매체를 수용하기 위해 공급 튜브의 제1 단부에서 극저온 공급 챔버에 커플링되고, 그리고 복수의 냉각제 채널들에 극저온 매체를 공급하기 위해 공급 튜브의 제2 단부에서 냉각제 유입구에 커플링되고, 공급 튜브는 중앙 개구를 통해 연장되고, 샤프트 조립체와 동심임 ―; 공급 튜브의 외측 표면 상에 배치된 단열성 층; 리턴 튜브 ― 리턴 튜브는, 극저온 매체가 복수의 냉각제 채널들을 통해 유동된 후에, 극저온 공급 챔버로 극저온 매체를 리턴하기 위해, 리턴 튜브의 제1 단부에서 냉각제 유출구에 커플링되고, 리턴 튜브의 제2 단부에서 극저온 공급 챔버에 커플링되고, 리턴 튜브는 중앙 개구를 통해 연장되고, 공급 튜브와 동심이고, 공급 튜브는 리턴 튜브 내에 배치됨 ―; 전력 소스로부터의 전력을 적어도 하나의 척킹 전극에 커플링시키는 것을 가능하게 하기 위해, 샤프트 조립체의 제2 단부에 커플링된 슬립 링(slip ring); 및 샤프트 조립체 및 유전체 디스크를 회전시키기 위해, 샤프트 조립체에 커플링된 구동 조립체를 포함한다.
[0006] 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버는 내부 볼륨을 갖는 챔버 바디; 및 내부 볼륨의 하부 부분 내에 배치된 정전 척을 포함한다. 정전 척은, 기판을 지지하기 위한 지지 표면 및 대향하는 제2 표면을 갖는 유전체 디스크 ― 지지 표면과 제2 표면 사이에서 유전체 디스크 내에 적어도 하나의 척킹 전극이 배치되고, 유전체 디스크 내에 복수의 냉각제 채널들이 배치됨 ―; 유전체 디스크의 제2 표면에 커플링되고, 냉각제 유입구 및 냉각제 유출구를 갖는 극저온 매니폴드 ― 냉각제 유입구와 냉각제 유출구 둘 모두는 복수의 냉각제 채널들에 유동적으로 커플링됨 ―; 샤프트 조립체 ― 샤프트 조립체는 샤프트 조립체의 제1 단부에서 극저온 매니폴드에 커플링되고, 샤프트 조립체는 샤프트 조립체를 통해 연장되는 중앙 개구를 포함함 ―; 제1 단부 반대편에 있는, 샤프트 조립체의 제2 단부에서 샤프트 조립체에 커플링된 극저온 공급 챔버; 공급 튜브 ― 공급 튜브는 극저온 매체를 수용하기 위해 공급 튜브의 제1 단부에서 극저온 공급 챔버에 커플링되고, 그리고 복수의 냉각제 채널들에 극저온 매체를 공급하기 위해 공급 튜브의 제2 단부에서 냉각제 유입구에 커플링되고, 공급 튜브는 중앙 개구를 통해 연장되고, 샤프트 조립체와 동심임 ―; 및 리턴 튜브를 포함하며, 리턴 튜브는, 극저온 매체가 복수의 냉각제 채널들을 통해 유동된 후에, 극저온 공급 챔버로 극저온 매체를 리턴하기 위해, 리턴 튜브의 제1 단부에서 냉각제 유출구에 커플링되고, 리턴 튜브의 제2 단부에서 극저온 공급 챔버에 커플링되고, 리턴 튜브는 중앙 개구를 통해 연장되고, 공급 튜브와 동심이고, 공급 튜브는 리턴 튜브 내에 배치된다.
[0007] 본 개시내용의 다른 및 추가적인 실시예들이 아래에서 더 상세히 설명된다.
[0008] 앞서 간략히 요약되고 아래에서 더 상세히 논의되는 본 개시내용의 실시예들은 첨부된 도면들에 도시된 본 개시내용의 예시적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은 본 개시내용의 적어도 일부 실시예들에 따른 정전 척을 갖는 적합한 프로세스 챔버의 개략적인 측면도를 도시한다.
[0010] 도 2a는 본 개시내용의 적어도 일부 실시예들에 따른 정전 척의 상부 부분의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0011] 도 2b는 본 개시내용의 적어도 일부 실시예들에 따른 정전 척의 하부 부분의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0012] 도 2c는 도 2b의 정전 척의 일부의 개략적인 확대 단면도를 도시한다.
[0013] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 도면들은 실척대로 도시된 것이 아니고, 명확성을 위해 간략화될 수 있다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들은 추가적인 설명 없이 다른 실시예들에 유익하게 포함될 수 있다.
[0014] 극저온 냉각 기능성을 갖는 회전가능 ESC(electrostatic chuck)의 실시예들이 본원에서 제공된다. 본 발명의 정전 척은 회전 ESC에 극저온 냉각 매체를 제공함으로써, 유리하게, 종래의 회전가능 ESC들을 이용하는 종래의 냉각 방법들을 사용하여 가능한 온도들보다 더 낮은 온도들을 요구하는 프로세스들에 회전 ESC가 사용될 수 있게 한다.
[0015] 도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버(예컨대, 플라즈마 프로세싱 챔버)의 개략적인 단면도이다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 프로세싱 챔버는 PVD(physical vapor deposition) 프로세싱 챔버이다. 그러나, 상이한 프로세스들을 위해 구성된 다른 타입들의 프로세싱 챔버들이 또한, 본원에서 설명되는 본 발명의 정전 척의 실시예들과 함께 사용될 수 있거나 또는 본 발명의 정전 척의 실시예들과 함께 사용되기 위해 변형될 수 있다.
[0016] 챔버(100)는 기판 프로세싱 동안 챔버 내부 볼륨(120) 내에 대기압-미만(sub-atmospheric) 압력들을 유지하도록 적합하게 적응된 진공 챔버이다. 챔버(100)는 챔버 내부 볼륨(120)의 상반부에 위치된 프로세싱 볼륨(119)을 밀폐하는 덮개(104)에 의해 덮인 챔버 바디(106)를 포함한다. 챔버(100)는 또한, 하나 이상의 차폐부들(105)을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 차폐부들(105)은 다양한 챔버 컴포넌트들을 에워싸서 그러한 컴포넌트들과 이온화된 프로세스 재료 사이의 원하지 않는 반응을 방지한다. 챔버 바디(106) 및 덮개(104)는 금속, 이를테면 알루미늄으로 제조될 수 있다. 챔버 바디(106)는 접지(115)에 대한 커플링을 통해 접지될 수 있다.
[0017] 기판 지지부(124)는 기판(S), 이를테면, 예컨대 반도체 웨이퍼, 또는 정전기적으로 유지될 수 있는 다른 그러한 기판을 지지하고 유지하기 위해 챔버 내부 볼륨(120) 내에 배치된다. 기판 지지부(124)는 일반적으로, (도 2a 및 도 2b에 대하여 아래에서 더 상세히 설명되는) 정전 척(150), 및 정전 척(150)을 지지하기 위한 중공 지지 샤프트(112)를 포함할 수 있다. 중공 지지 샤프트(112)는, 예컨대 프로세스 가스들, 유체들, 냉각제들, 전력 등을 정전 척(150)에 제공하기 위한 도관을 제공한다.
[0018] 일부 실시예들에서, 중공 지지 샤프트(112)는 상부 프로세싱 포지션(도 1에 도시된 바와 같음)과 하부 이송 포지션(미도시) 사이의 정전 척(150)의 수직 이동을 제공하는 리프트 메커니즘(113), 이를테면 액추에이터 또는 모터에 커플링된다. 벨로즈 조립체(110)가 중공 지지 샤프트(112) 주위에 배치되고, 정전 척(150)과 챔버(100)의 하단 표면(126) 사이에 커플링되어, 챔버(100) 내부로부터의 진공의 손실을 방지하면서 정전 척(150)의 수직 모션을 가능하게 하는 가요성 밀봉부를 제공한다. 벨로즈 조립체(110)는 또한, 챔버 진공의 손실을 방지하는 것을 돕기 위해 바닥 표면(126)과 접촉하는 o-링(165) 또는 다른 적합한 밀봉 엘리먼트와 접촉하는 하부 벨로즈 플랜지(164)를 포함한다.
[0019] 중공 지지 샤프트(112)는 정전 척(150)에 유체 소스(142), 가스 공급부(141), 척킹 전력 공급부(140), 및 RF 소스들(예컨대, RF 플라즈마 전력 공급부(170) 및 RF 바이어스 전력 공급부(117))을 커플링시키기 위한 도관을 제공한다. 일부 실시예들에서, RF 플라즈마 전력 공급부(170) 및 RF 바이어스 전력 공급부(117)는 각각의 RF 정합 네트워크들(RF 정합 네트워크(116)만이 도시됨)을 통해 정전 척에 커플링된다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부는 대안적으로, AC, DC, 또는 RF 바이어스 전력을 포함할 수 있다.
[0020] 기판 리프트(130)는, 기판 "S"가 정전 척(150) 상에 배치될 수 있거나 또는 정전 척(150)으로부터 제거될 수 있도록, 기판 리프트(130)를 상승시키고 하강시키기 위한 제2 리프트 메커니즘(132)에 커플링된 샤프트(111)에 연결된 플랫폼(108) 상에 탑재된 리프트 핀들(109)을 포함할 수 있다. 정전 척(150)은 리프트 핀들(109)을 수용하기 위해 스루-홀(thru-hole)들을 포함한다. 벨로즈 조립체(131)가 기판 리프트(130)와 최하부 표면(126) 사이에 커플링되어, 기판 리프트(130)의 수직 운동 동안 챔버 진공을 유지하는 가요성 밀봉을 제공한다.
[0021] 챔버(100)는 챔버(100)를 진공배기시키기 위해 사용되는, 스로틀 밸브(미도시) 및 진공 펌프(미도시)를 포함하는 진공 시스템(114)에 커플링되고, 그 진공 시스템(114)과 유체 연통한다. 챔버(100) 내부의 압력은 스로틀 밸브 및/또는 진공 펌프를 조정함으로써 조절될 수 있다. 챔버(100)는 또한, 챔버(100)에 배치된 기판을 프로세싱하기 위해 챔버(100)에 하나 이상의 프로세스 가스들을 공급할 수 있는 프로세스 가스 공급부(118)에 커플링되고, 그 프로세스 가스 공급부(118)와 유체 연통한다.
[0022] 동작 시, 예컨대, 하나 이상의 프로세스들을 수행하기 위해, 플라즈마(102)가 챔버 내부 볼륨(120)에 생성될 수 있다. 플라즈마(102)는, 챔버 내부 볼륨(120) 근처의 또는 챔버 내부 볼륨(120) 내의 하나 이상의 전극들을 통해, 플라즈마 전력 소스(예컨대, RF 플라즈마 전력 공급부(170))로부터 프로세스 가스에 전력을 커플링시켜서 프로세스 가스를 점화시키고 플라즈마(102)를 생성함으로써, 생성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마로부터 기판(S) 쪽으로 이온들을 끌어당기기 위해, 용량성 커플링 바이어스 플레이트(아래에서 설명됨)를 통해, 바이어스 전력 공급부(예컨대, RF 바이어스 전력 공급부(117))로부터 정전 척(150) 내에 배치된 하나 이상의 전극들(아래에서 설명됨)에 바이어스 전력이 또한 제공될 수 있다.
[0023] 예컨대 챔버(100)가 PVD 챔버인 일부 실시예들에서, 기판(S) 상에 증착될 소스 재료를 포함하는 타겟(166)이 기판 위에 그리고 챔버 내부 볼륨(120) 내에 배치될 수 있다. 타겟(166)은 챔버(100)의 접지된 전도성 부분에 의해 지지될 수 있고, 예컨대 유전체 아이솔레이터를 통해 알루미늄 어댑터에 의해 지지될 수 있다. 다른 실시예들에서, 챔버(100)는 동일한 챔버를 사용하여 상이한 재료의 층들을 증착하기 위해 멀티-캐소드 어레인지먼트로 복수의 타겟들을 포함할 수 있다.
[0024] 제어가능 DC 전력 소스(168)가 타겟(166)에 음의 전압 또는 바이어스를 인가하기 위해 챔버(100)에 커플링될 수 있다. RF 바이어스 전력 공급부(117)는 기판(S) 상에 음의 DC 바이어스를 유도하기 위해 기판 지지부(124)에 커플링될 수 있다. 부가하여, 일부 실시예들에서, 음의 DC 셀프-바이어스가 프로세싱 동안 기판(S) 상에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, RF 플라즈마 전력 공급부(170)가 또한, 기판(S) 상의 증착 레이트의 반경방향 분포의 제어를 가능하게 하도록, 타겟(166)에 RF 전력을 인가하기 위해 챔버(100)에 커플링될 수 있다. 동작 시, 챔버(100)에 생성된 플라즈마(102) 내의 이온들은 타겟(166)으로부터의 소스 재료와 반응한다. 반응은 타겟(166)이 소스 재료의 원자들을 방출하게 하고, 이어서, 그 원자들은 기판(S) 쪽으로 지향되고, 그에 따라 재료가 증착된다.
[0025] 다음의 설명은 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 이루어질 것이다. 도 2a는 본 개시내용의 적어도 일부 실시예들에 따른 정전 척(200)의 상부 부분의 개략적인 단면도를 도시한다. 도 2b는 본 개시내용의 적어도 일부 실시예들에 따른 정전 척(200)의 하부 부분의 개략적인 단면도를 도시한다. 도 2c는 도 2b의 정전 척의 일부의 개략적인 확대 단면도를 도시한다. 정전 척(200)은 유전체 디스크(202)를 포함하며, 유전체 디스크(202)는 기판을 지지하기 위한 지지 표면(204), 대향하는 제2 표면(206), 및 지지 표면(204)과 제2 표면(206) 사이에서 유전체 디스크(202) 내에 배치된 적어도 하나의 척킹 전극(208)을 갖는다. 유전체 디스크(202)는 복수의 냉각제 채널들(210)을 더 포함하며, 복수의 냉각제 채널들(210)은 또한, 지지 표면(204)과 제2 표면(206) 사이에서 유전체 디스크(202) 내에 배치된다. 복수의 냉각제 채널들(210)은 극저온 매체의 누설을 방지하기 위해 비-투과성 튜빙을 포함할 수 있거나 또는 유전체 디스크(202)에 형성될 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 정전 척(200)의 상부 부분은 접시-형 형상을 갖는 하우징(221) 내에 배치된다. 하우징(221)은 또한, 프로세스 흐름에 필요한 부가적인 피처(feature)들, 이를테면 예컨대, 하우징 리프트 핀 홀들(223)(도 2a에 하나가 도시됨)을 포함하며, 하우징 리프트 핀 홀들(223)은 대응하는 디스크 리프트 핀 홀들(225)과 정렬되어, 대응하는 리프트 핀들(240)(도 2a에 하나가 도시됨)이 통과하여 지지 표면(204)으로부터 기판을 리프팅할 수 있게 한다.
[0026] 일부 실시예들에서, 극저온 매니폴드(212)가 유전체 디스크(202)의 제2 표면(206)에 커플링된다. 극저온 매니폴드(212)는 냉각제 유입구(214) 및 냉각제 유출구(216)를 포함하며, 이들 둘 모두는 복수의 냉각제 채널들(210)에 유동적으로 커플링된다. 샤프트 조립체(218)는 샤프트 조립체(218)의 제1 단부(220)에서 극저온 매니폴드(212)에 커플링된다. 샤프트 조립체(218)는 샤프트 조립체(218)를 통해 연장되는 중앙 개구(222)를 포함하며, 중앙 개구(222)를 통해 극저온 매체 공급/리턴 튜브들(아래에서 논의됨)이 연장된다. 샤프트 조립체(218)는 샤프트(224) 및 굴곡 커플링(flexure coupling)(226)을 포함한다. 샤프트(224) 및 굴곡 커플링(226)은 제1 및 제2 중앙 채널들(228, 230)을 각각 포함하며, 제1 및 제2 중앙 채널들(228, 230)은 함께 중앙 개구(222)를 형성한다. 굴곡 커플링(226)은 정전 척(200)의 회전 동안 유전체 디스크(202)를 실질적으로 수평으로 유지하도록 구성된다.
[0027] 구동 조립체(227)는 샤프트 조립체(218) 및 유전체 디스크(202)를 회전시키기 위해 샤프트 조립체(218)에 커플링된다. 슬립 링(232)(아래에서 논의됨)이 전력 소스(236)로부터의 전력을 정전 척(200)의 다양한 컴포넌트들, 이를테면 예컨대, 하나 이상의 척킹 전극들(208), 하나 이상의 열전대들(241) 등에 커플링시키는 것을 가능하게 하기 위해, 샤프트(224)의 제1 단부(234)에 커플링된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 전력 커플링들(243)(제1 전력 커플링)은 회전되는 슬립 링(232)의 부분을 통해 그리고 샤프트(224)의 최하부 부분 내로 연장될 수 있다. 전력 커플링(243)은 제2 전력 커플링(245)에 전기적으로 커플링되며, 제2 전력 커플링(245)은 굴곡 커플링(226)의 하부 부분을 통해 그리고 샤프트(224)의 상부 부분 내로 연장된다. 굴곡 커플링(226)은 슬립 링(232) 반대편에 있는 샤프트(224)의 제2 단부(242)에 커플링된다. 일부 실시예들에서, 베어링 조립체(233)가, 특히 회전 동안, 정전 척(200)의 상부 부분에 부가적인 지지/견고성을 제공하기 위해, 굴곡 커플링(226) 주위에 배치된다.
[0028] 극저온 공급 챔버(244)는 유전체 디스크(202)에 극저온 매체를 공급하기 위해, 제1 단부(220) 반대편에 있는 샤프트 조립체(218)의 제2 단부(247)에서 샤프트 조립체(218)에 커플링된다. 극저온 공급 챔버(244)에 의해 유전체 디스크(202)에 공급되는 극저온 매체는 약 5 켈빈 내지 약 293 켈빈이다. 일부 실시예들에서, 극저온 매체는 액체 질소, 냉매 가스들과 혼합된 액체 헬륨 등일 수 있다.
[0029] 극저온 공급 챔버(244)로부터 유전체 디스크(202)로의 극저온 매체의 전달을 가능하게 하기 위해, 공급 튜브(246)가 공급 튜브(246)의 제1 단부(248)에서 극저온 공급 챔버(244)에 커플링되고, 공급 튜브(246)의 제2 단부(250)에서 극저온 매니폴드(212)의 냉각제 유입구(214)에 커플링되어, 복수의 냉각제 채널들(210)에 극저온 매체를 공급한다. 일부 실시예들에서, 공급 튜브(246)는 중앙 개구(222)를 통해 연장되고, 샤프트 조립체(218)와 동심이다.
[0030] 극저온 매체가 복수의 냉각제 채널들(210)을 통해 유동된 후에, 극저온 공급 챔버(244)로의 극저온 매체의 리턴을 가능하게 하기 위해, 리턴 튜브(252)가 리턴 튜브(252)의 제1 단부(254)에서 극저온 매니폴드(212)의 냉각제 유출구(216)에 커플링되고, 리턴 튜브(252)의 제2 단부(256)에서 극저온 공급 챔버(244)에 커플링된다. 일부 실시예들에서 그리고 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 리턴 튜브(252)는 중앙 개구(222)를 통해 연장되고, 그리고 공급 튜브(246) 내에 그리고 공급 튜브(246)와 동심으로 배치된다. 일부 실시예들에서, 공급 튜브(246)를 통해 유동하는 극저온 매체와 리턴 튜브(252)를 통해 유동하는 사용된 극저온 매체 사이의 열 전달을 최소화하거나 또는 실질적으로 방지하기 위해, 도 2c에 도시된 바와 같이, 단열성 층(258)이 공급 튜브(246)의 외측 표면 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 단열성 층(258)은, 예컨대, 폴리테트라플루오로에틸렌, 세라믹 등과 같은 코팅일 수 있다. 일부 실시예들에서, 단열성 층(258)은 대안적으로 세라믹 튜브일 수 있으며, 그 세라믹 튜브 내에 공급 튜브(246)가 삽입된다.
[0031] 극저온 공급 챔버(244)는 내부 볼륨(262)을 정의하는 챔버 바디(260)를 포함한다. 극저온 매체의 공급 및 리턴을 위한 칠러(chiller)(266)에 커플링된 피드스루(feedthrough) 블록(264)이 내부 볼륨(262) 내에 배치된다. 피드스루 블록(264)은 공급 튜브(246)에 유동적으로 커플링된 피드스루 유입구(268), 및 리턴 튜브(252)에 유동적으로 커플링된 피드스루 유출구(270)를 포함한다. 피드스루 블록(264)을 통해 유동하는 극저온 매체가 그렇게 낮은 온도이기 때문에, 피드스루 블록(264) 상에 얼음 또는 서리가 축적될 수 있다. 그러한 얼음 축적을 방지하기 위해, 진공 펌프(272)가 내부 볼륨(262)을 진공 압력으로 유지하기 위해, 챔버 바디(260)에 형성된 진공 포트(274)를 통해 내부 볼륨(262)에 유동적으로 커플링된다. 일부 실시예들에서, 진공 펌프(272)는 내부 볼륨 내의 압력을 대략 러프 진공 압력(rough vacuum pressure)으로 유지하도록 구성된 러핑 펌프(roughing pump)이다. 피드스루 블록(264)은 공급 튜브(246) 및 리턴 튜브(252)가 회전하는 동안 고정된 상태로 유지된다.
[0032] 일부 실시예들에서, 정전 척(200)은 밀봉 튜브(276)를 더 포함할 수 있으며, 밀봉 튜브(276)는 리턴 튜브(252)의 하부 부분에 커플링되고, 리턴 튜브(252)와 동심이다. 밀봉 튜브(276)는 프로세싱 압력으로 있는 프로세싱 볼륨(예컨대, 프로세싱 볼륨(119))으로부터, 러프 진공 압력으로 있는 극저온 공급 챔버(244)의 유효 볼륨을 밀봉하도록 구성된다. 그러한 밀봉을 달성하기 위해, 밀봉 튜브(276)는 리턴 튜브(252)의 하부 부분에 커플링된 천장 부분(278), 및 개방 최하부 단부(280)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 천장 부분(278)은 리턴 튜브(252)에 용접된다. 리턴 튜브(252)는 밀봉 튜브(276)의 일부를 통해 연장되고, 밀봉 튜브(276) 내의 포인트에서 종결된다. 일부 실시예들에서, 환상 밀봉부(261)가 환상 밀봉부(261) 위의 프로세스 진공 환경으로부터 환상 밀봉부(261) 아래의 러핑 진공 환경을 격리시키기 위해, 밀봉 튜브(276)의 최하부 부분 주위에 배치될 수 있다.
[0033] 일부 실시예들에서, 벨로즈(282)가 리턴 튜브(252)의 최하측 표면(284)에 커플링되고, 밀봉 튜브(276) 내에 배치된다. 벨로즈(282)는 피드스루 유출구(270)에 리턴 튜브(252)를 유동적으로 커플링시킨다. 벨로즈(282)는 리턴 튜브(252)의 열 팽창, 공급 튜브(246)에 대한 리턴 튜브(252)의 임의의 오정렬, 및 정전 척(200)의 회전에 의해 야기되는 관성으로부터 기인하는 임의의 느슨함(slack)을 보상하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 벨로즈(282)는 스테인리스 강으로 형성된다.
[0034] 유전체 디스크(202)의 최상부에 배치된 기판으로의 냉각의 전달을 가능하게 하기 위해, 정전 척(200)은 배면 가스 전달 시스템(286)을 더 포함하며, 배면 가스 전달 시스템(286)은 유전체 디스크(202)의 주변부 근처에서 지지 표면(204)을 통해 형성된 복수의 배면 가스 유출구들(288)에 배면 가스를 공급하기 위해 유전체 디스크(202)에 유동적으로 커플링된다. 일부 실시예들에서, 배면 가스 전달 시스템(286)은, 샤프트(224) 주위에 그리고 샤프트(224)와 동심으로 배치된 회전식 피드스루(290), 샤프트(224)의 제2 단부(242)에 커플링된 배면 가스 도관(292), 및 샤프트(224) 반대편에서 배면 가스 도관(292)에 커플링된 배면 가스 매니폴드(294)를 포함한다. 회전식 피드스루(290)는 고정된 하우징(251), 및 하우징 내에 배치되고 회전가능한 원통형 부분(253)을 포함한다. 2개의 환상 베어링 조립체들(255, 257)이 하우징(251)과 원통형 부분(253) 사이에 배치된다. 회전식 피드스루(290)는 회전식 피드스루(290)에 배면 가스 공급부를 커플링시키는 것을 가능하게 하기 위해 배면 가스 커플링(296)을 더 포함한다. 배면 가스 매니폴드(294)는 극저온 매니폴드(212)와 굴곡 커플링(226) 사이에 배치되고, 매니폴드 채널(298)을 포함하며, 매니폴드 채널(298)은, 극저온 매니폴드(212)에 형성되어 매니폴드 채널(298)과 정렬된 대응하는 도관(299)과 함께, 유전체 디스크(202) 내의 배면 가스 유입구(203)와 배면 가스 도관(292)을 유동적으로 커플링시킨다. 샤프트(224)는 배면 가스 도관(292)에 배면 가스 커플링(296)을 유동적으로 커플링시키기 위해 배면 가스 채널(265)을 포함한다.
[0035] 일부 실시예들에서, 샤프트(224)는 환상 리세스(recess)(229)를 포함하며, 환상 리세스(229)는 샤프트(224)의 외측 표면(231)에 형성되고, 그리고 배면 가스 커플링(296)에 인접하게 배치된다. 배면 가스 채널(265)은 배면 가스 도관(292)에 환상 리세스(229)를 유동적으로 커플링시키고, 그에 따라, 배면 가스는 배면 가스 커플링(296)으로부터 환상 리세스(229) 내로 유동하여, 샤프트(224)의 배면 가스 채널(265)을 통해, 배면 가스 도관(292)을 통해, 배면 가스 유입구(203)를 통해, 그리고 복수의 배면 가스 유출구들(288)을 통해 유동한다. 배면 가스의 누설을 방지하기 위해, 제1 환상 밀봉부(239)가 배면 가스 커플링(296) 위에 배치되고, 제2 환상 밀봉부(249)가 배면 가스 커플링(296) 아래에 배치되며, 이들 둘 모두는 하우징(251)과 원통형 부분(253) 사이에 배치된다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 환상 밀봉 엘리먼트들(239, 249)은 페로플루이드(ferrofluidic) 밀봉부들이다. 부가하여, 제3 환상 밀봉 엘리먼트(235)가 배면 가스 커플링(296) 위에서 샤프트(224) 주위에 배치되고, 제4 환상 밀봉 엘리먼트(237)가 배면 가스 커플링(296) 아래에서 샤프트(224) 주위에 배치되어, 제3 및 제4 환상 밀봉 엘리먼트들(235, 237) 위의 프로세스 진공 압력 환경으로부터, 제3 및 제4 환상 밀봉 엘리먼트들(235, 237) 아래의 러핑 진공 압력 환경을 유동적으로 격리시킨다.
[0036] 유전체 디스크(202)의 최상부에 배치된 기판의 냉각 레이트를 제어하기 위하여, 원하는 냉각 레이트를 발생시키는, 기판의 클램핑 및 기판 아래의 원하는 압력을 달성하기 위해, 척킹 전극에 의해 제공되는 클램핑력 및 배면 가스의 유량이 제어된다. 하나 이상의 열전대들(241)은 유전체 디스크(202)의 온도를 모니터링할 수 있다. 복수의 냉각제 채널들(210)로의 극저온 매체의 공급 및 배면 가스의 유량은 열전대(241)에 의해 제공되는 온도 판독들에 기반하여 제어된다.
[0037] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 및 추가적인 실시예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있다.

Claims (15)

  1. 기판을 지지하기 위한 지지 표면 및 대향하는 제2 표면을 갖는 유전체 디스크 ― 상기 지지 표면과 상기 제2 표면 사이에서 상기 유전체 디스크 내에 적어도 하나의 척킹 전극이 배치되고, 상기 유전체 디스크 내에 복수의 냉각제 채널들이 배치됨 ―;
    상기 유전체 디스크의 제2 표면에 커플링되고, 냉각제 유입구 및 냉각제 유출구를 갖는 극저온 매니폴드(cryogenic manifold) ― 상기 냉각제 유입구와 상기 냉각제 유출구 둘 모두는 상기 복수의 냉각제 채널들에 유동적으로(fluidly) 커플링됨 ―;
    샤프트 조립체 ― 상기 샤프트 조립체는 상기 샤프트 조립체의 제1 단부에서 상기 극저온 매니폴드에 커플링되고, 상기 샤프트 조립체는 상기 샤프트 조립체를 통해 연장되는 중앙 개구를 포함함 ―;
    상기 제1 단부 반대편에 있는, 상기 샤프트 조립체의 제2 단부에서 상기 샤프트 조립체에 커플링된 극저온 공급 챔버;
    공급 튜브(supply tube) ― 상기 공급 튜브는 극저온 매체를 수용하기 위해 상기 공급 튜브의 제1 단부에서 상기 극저온 공급 챔버에 커플링되고, 그리고 상기 복수의 냉각제 채널들에 상기 극저온 매체를 공급하기 위해 상기 공급 튜브의 제2 단부에서 상기 냉각제 유입구에 커플링되고, 상기 공급 튜브는 상기 중앙 개구를 통해 연장되고, 상기 샤프트 조립체와 동심임 ―;
    리턴 튜브(return tube) ― 상기 리턴 튜브는, 상기 극저온 매체가 상기 복수의 냉각제 채널들을 통해 유동된 후에, 상기 극저온 공급 챔버로 상기 극저온 매체를 리턴하기 위해, 상기 리턴 튜브의 제1 단부에서 상기 냉각제 유출구에 커플링되고, 상기 리턴 튜브의 제2 단부에서 상기 극저온 공급 챔버에 커플링되고, 상기 리턴 튜브는 상기 중앙 개구를 통해 연장되고, 상기 공급 튜브와 동심이고, 상기 공급 튜브는 상기 리턴 튜브 내에 배치됨 ―;
    전력 소스로부터의 전력을 상기 적어도 하나의 척킹 전극에 커플링시키는 것을 가능하게 하기 위해, 상기 샤프트 조립체의 제2 단부에 커플링된 슬립 링(slip ring); 및
    상기 샤프트 조립체 및 상기 유전체 디스크를 회전시키기 위해, 상기 샤프트 조립체에 커플링된 구동 조립체를 포함하고,
    상기 샤프트 조립체는, 중앙 채널을 갖고 그리고 상기 샤프트의 제1 단부에서 상기 슬립 링에 커플링되는 샤프트, 및 상기 제1 단부 반대편에 있는 상기 샤프트의 제2 단부에 커플링되고 그리고 회전 동안 상기 유전체 디스크를 실질적으로 수평으로 유지하도록 구성된 굴곡 커플링(flexure coupling)을 포함하는,
    정전 척.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 굴곡 커플링 주위에 배치된 베어링 조립체를 더 포함하는,
    정전 척.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 디스크에 유동적으로 커플링된 배면 가스 전달 시스템을 더 포함하며,
    상기 배면 가스 전달 시스템은,
    상기 샤프트 주위에 배치되고, 상기 샤프트와 동심이고, 배면 가스 커플링을 갖는 회전식 피드스루(rotary feedthrough) ― 상기 회전식 피드스루는 고정식 하우징(stationary housing), 및 상기 하우징 내에 배치된 회전가능 원통형 부분을 포함하고, 상기 고정식 하우징과 상기 회전가능 원통형 부분 사이에 2개의 환상 베어링 조립체들이 배치됨 ―;
    상기 샤프트의 제2 단부에 커플링된 배면 가스 도관; 및
    상기 샤프트 반대편에서 상기 배면 가스 도관에 커플링된 배면 가스 매니폴드를 포함하고,
    상기 배면 가스 매니폴드는 상기 극저온 매니폴드와 상기 굴곡 커플링 사이에 배치되고,
    상기 배면 가스 매니폴드는 상기 유전체 디스크 내의 배면 가스 유입구와 상기 배면 가스 도관을 유동적으로 커플링시키기 위한 매니폴드 채널을 포함하고,
    상기 배면 가스 도관에 상기 배면 가스 커플링을 유동적으로 커플링시키기 위해, 상기 샤프트를 통해 배면 가스 채널이 형성되는,
    정전 척.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 샤프트는 상기 샤프트의 외측 표면에 형성된 환상 리세스(recess)를 포함하며,
    상기 환상 리세스는 상기 배면 가스 커플링에 인접하게 배치되고,
    상기 배면 가스 채널은 상기 배면 가스 도관에 상기 환상 리세스를 유동적으로 커플링시키는,
    정전 척.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 배면 가스 커플링 위에서 상기 고정식 하우징과 상기 회전가능 원통형 부분 사이에 배치된 제1 환상 밀봉 엘리먼트; 및
    상기 배면 가스 커플링 아래에서 상기 고정식 하우징과 상기 회전가능 원통형 부분 사이에 배치된 제2 환상 밀봉 엘리먼트를 더 포함하며,
    상기 제1 환상 밀봉 엘리먼트 및 상기 제2 환상 밀봉 엘리먼트는 상기 배면 가스 커플링을 통해 공급되는 배면 가스들의 누설을 방지하도록 구성되는,
    정전 척.
  6. 기판을 지지하기 위한 지지 표면 및 대향하는 제2 표면을 갖는 유전체 디스크 ― 상기 지지 표면과 상기 제2 표면 사이에서 상기 유전체 디스크 내에 적어도 하나의 척킹 전극이 배치되고, 상기 유전체 디스크 내에 복수의 냉각제 채널들이 배치됨 ―;
    상기 유전체 디스크의 제2 표면에 커플링되고, 냉각제 유입구 및 냉각제 유출구를 갖는 극저온 매니폴드 ― 상기 냉각제 유입구와 상기 냉각제 유출구 둘 모두는 상기 복수의 냉각제 채널들에 유동적으로 커플링됨 ―;
    샤프트 조립체 ― 상기 샤프트 조립체는 상기 샤프트 조립체의 제1 단부에서 상기 극저온 매니폴드에 커플링되고, 상기 샤프트 조립체는 상기 샤프트 조립체를 통해 연장되는 중앙 개구를 포함함 ―;
    상기 제1 단부 반대편에 있는, 상기 샤프트 조립체의 제2 단부에서 상기 샤프트 조립체에 커플링된 극저온 공급 챔버;
    공급 튜브 ― 상기 공급 튜브는 극저온 매체를 수용하기 위해 상기 공급 튜브의 제1 단부에서 상기 극저온 공급 챔버에 커플링되고, 그리고 상기 복수의 냉각제 채널들에 상기 극저온 매체를 공급하기 위해 상기 공급 튜브의 제2 단부에서 상기 냉각제 유입구에 커플링되고, 상기 공급 튜브는 상기 중앙 개구를 통해 연장되고, 상기 샤프트 조립체와 동심임 ―; 및
    리턴 튜브 ― 상기 리턴 튜브는, 상기 극저온 매체가 상기 복수의 냉각제 채널들을 통해 유동된 후에, 상기 극저온 공급 챔버로 상기 극저온 매체를 리턴하기 위해, 상기 리턴 튜브의 제1 단부에서 상기 냉각제 유출구에 커플링되고, 상기 리턴 튜브의 제2 단부에서 상기 극저온 공급 챔버에 커플링되고, 상기 리턴 튜브는 상기 중앙 개구를 통해 연장되고, 상기 공급 튜브와 동심이고, 상기 공급 튜브는 상기 리턴 튜브 내에 배치됨 ―를 포함하고,
    상기 극저온 공급 챔버는, 내부 볼륨을 정의하는 챔버 바디(body), 및 상기 공급 튜브에 유동적으로 커플링된 피드스루 유입구, 및 상기 리턴 튜브에 유동적으로 커플링된 피드스루 유출구를 갖는 피드스루 블록(feedthrough block)을 포함하는,
    정전 척.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 내부 볼륨을 진공 압력으로 유지하기 위해, 상기 챔버 바디에 형성된 진공 포트를 통해 상기 내부 볼륨에 유동적으로 커플링된 진공 펌프를 더 포함하는,
    정전 척.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 리턴 튜브의 하부 부분에 커플링되고, 상기 리턴 튜브와 동심으로 배치된 밀봉 튜브를 더 포함하며,
    상기 리턴 튜브는 상기 밀봉 튜브의 일부를 통해 연장되고,
    상기 밀봉 튜브는 상기 리턴 튜브의 하부 부분에 커플링된 천장 부분, 및 개방 최하부 단부를 포함하고,
    상기 천장 부분은 상기 리턴 튜브의 하부 부분에 커플링되는,
    정전 척.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 리턴 튜브의 최하측 표면에 커플링되고, 상기 밀봉 튜브 내에 배치된 벨로즈를 더 포함하며,
    상기 벨로즈는 상기 피드스루 유출구에 유동적으로 커플링되는,
    정전 척.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 벨로즈는 스테인리스 강으로 형성되고, 상기 리턴 튜브의 최하측 표면에 용접되는,
    정전 척.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 공급 튜브의 외측 표면 상에 배치된 단열성 층을 더 포함하는,
    정전 척.
  12. 내부 볼륨을 갖는 챔버 바디; 및
    상기 내부 볼륨의 하부 부분 내에 배치된 정전 척을 포함하며,
    상기 정전 척은 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같은,
    프로세스 챔버.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 극저온 공급 챔버를 통해 상기 정전 척에 극저온 매체를 공급하기 위해, 상기 극저온 공급 챔버에 커플링된 칠러(chiller)를 더 포함하는,
    프로세스 챔버.
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