JP7664403B2 - 極低温において電極を絶縁するためのシステム - Google Patents

Description

本出願は、２０２１年１月２７日出願の米国特許出願第１７／１５９，６３８号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本開示の実施形態は、電極を絶縁するためのシステム、より詳細には、熱収縮が起こる温度において電極を絶縁するためのシステムを対象とする。

各々がその外面に電気接点又は電極を有する２つの構成要素が互いに接続されて、電気的接続を形成する様々な状況がある。

例えば、幾つかの半導体処理システムにおいて、静電チャックは、ベース上の対応する接続部と嵌合するように意図された複数の電極をその底面に含み得る。これらの電極は、プラテンの底面上に平坦な導電性領域として形成され得る。ベースは、静電チャック内に異なる構成要素を収容するために、複数の電極を含んでいてよい。特定の実施形態では、「ポゴピン」とも呼ばれる可変長の金属ピンがベースから延在し、静電チャック上の電極に電気的に接続するために使用され得る。

この接続機構は、多くの実施形態において有効である。しかし、特定の実施形態では、ベースと静電チャックは極低温に維持されることがある。このような極低温は熱収縮を引き起こし、静電チャックとベースとの間の間隙の幅が変化する。

更に、チャンバ内の圧力が変化すると、アーク放電が発生する確率も変化する。パッシェンの法則で説明されるように、アーク放電が発生する電圧、又は絶縁破壊電圧は、ガス、間隙距離、圧力の非線形関数である。真空に近い条件では、電流を流す分子が少ないため、絶縁破壊電圧は非常に高くなる。更に、大気圧等の高い圧力では、絶縁破壊電圧は高くなる。しかし、純真空と大気圧との間には、絶縁破壊電圧が最小となる圧力が存在する。例えば、間隙が１ｃｍのアルゴン環境では、大気圧及び真空において絶縁破壊電圧は１０，０００Ｖを超える。しかし、１ｔｏｒｒの圧力では、絶縁破壊電圧は約２００Ｖであり得る。

従って、チャンバの圧力が変化し、絶縁破壊電圧が印加電圧より小さくなる圧力に達すると、アーク放電が発生する可能性がある。そのため、チャンバが大気に排気される、又は真空条件までポンプダウンされると、アーク放電の可能性が出てくる。

従って、圧力が変化したときにアーク放電が発生する可能性を最小限に抑える又は排除するシステムがあれば有利である。更に、万一アークが発生した場合に、そのエネルギーを低減させるシステムがあれば有益である。このシステムが極低温又は熱収縮が起こりうる広い温度範囲にわたって動作可能であれば有益である。

チャンバ内の圧力が変化している間、アーク放電の可能性を低減させる又は排除する絶縁システムが開示されている。本システムは極低温で動作可能であり、絶縁システムは熱収縮による寸法変化に対応できる。１又は複数のボアを有するハウジングを含む絶縁システムは、電気的に接続される２つの構成要素間に配置される。ばね付勢され得る電気接点はボアを貫通し、２つの構成要素を電気的に接続するために使用される。電気接点の端部は、ハウジングから延在する絶縁エクステンダによって取り囲まれる。一実施形態では、ばね付勢されたピストンが絶縁エクステンダとして使用される。この絶縁エクステンダは、熱収縮による寸法の変化を補正し、電気接点のうちハウジングの外面を越えて延在する部分を覆う。絶縁エクステンダは、アーク経路を拡大し、アーク放電の可能性を低減させ、万一アーク放電が発生した場合のアークエネルギーを低減させるために使用される。

一実施形態によれば、絶縁システムが開示される。絶縁システムは、第１の面と第２の面とを有するハウジングと、第１の面における開放端部と、第２の面に近接する閉鎖端部とを含むように、第１の面から第２の面に向かって延在するボアと、閉鎖端部に配置された開口部であって、電気接点が開口部及びボアを貫通し、第２の面から第１の面を通り越して延在できるように構成された開口部と、第１の面から外向きに延在し、電気接点の端部を取り囲む絶縁エクステンダとを備える。特定の実施形態では、ハウジングは、セラミック材料又はプラスチックを含む。幾つかの実施形態では、絶縁エクステンダは、ボア内に配置され、第１の面に近接するピストンを含み、ピストンは、電気接点が貫通する中空シリンダを含み、ピストンは絶縁材料を含み、ボアのピストンと閉鎖端部との間に配置され且つ第１の面を越えて延在するようにピストンにバイアスをかけるばねを更に含む。特定の実施形態では、絶縁システムは、ピストンの外面に配置されたＯリングを備える。幾つかの実施形態では、ピストンの直径は、ピストンの全体がボア内に収まるような直径である。幾つかの実施形態では、ピストンは、ボア内に収まる円筒部と、ピストンの一部が常にハウジングの外側に配置されるようにボアの直径よりも大きい直径を有する外向き突出部とを含む。幾つかの実施形態では、ボア内に配置されたピストンの外面は溝を含み、ねじ又はピンがハウジングを貫通して溝に入り、ピストンの可動範囲が溝の長さに制限されるようにピストンを捕捉保持する。

別の実施形態によれば、半導体処理システムが開示される。半導体処理システムは、１又は複数の電気接点を含むベースと、１又は複数のチャック電極を有する静電チャックと、ベースと静電チャックとの間に配置された絶縁システムであって、第１の面と、ベースに近接して配置された第２の面とを有するハウジングと、第１の面における開放端部と、第２の面に近接する閉鎖端部とを含むように、第１の面から第２の面に向かって延在するボアと、閉鎖端部に配置された開口部であって、ベースからの１又は複数の電気接点のうちの１つが開口部及びボアを貫通し、第２の面から第１の面を通り越して延在して１又は複数のチャック電極のうちの１つに接触するように構成された開口部と、第１の面から外向きに延在し、１又は複数の電気接点のうちの１つの端部を取り囲む絶縁エクステンダとを含む絶縁システムとを備える。特定の実施形態では、ハウジングの第２の面は、ベースに近接して配置される。幾つかの実施形態では、第２の面は、エポキシを用いてベースに接着される。幾つかの実施形態では、ベースと第２の面との間に、高誘電率を有する材料のシートが配置される。幾つかの実施形態では、ベースと第２の面との間にＯリングが配置される。

別の実施形態によれば、絶縁システムが開示される。絶縁システムは、第１の面と第２の面とを有するハウジングであって、第１の面から第２の面までこれらを貫通して延在するボアを有し、電気接点がボアを貫通するように構成されたハウジングと、第１の面及び第２の面に近接して配置され、電気接点の２つの端部を取り囲む絶縁エクステンダであって、第１の面及び第２の面のうちの少なくとも一方から外向きに延在する、絶縁エクステンダとを備える。特定の実施形態では、ハウジングは、セラミック材料又はプラスチックを含む。幾つかの実施形態では、絶縁エクステンダは、ボアの長さを通して配置され、電気接点を取り囲むベローズを含む。幾つかの実施形態では、絶縁エクステンダは、ボア内に配置された２つのピストンを含み、第１のピストンは第１の面に近接し、第２のピストンは第２の面に近接し、各ピストンは、電気接点が貫通する中空シリンダを含み、各ピストンは絶縁材料を含み、ばねはボアに配置され、第１のピストンに外向きに第１の面を越えてバイアスをかけ、第２のピストンに外向きに第２の面を越えてバイアスをかける。特定の実施形態では、絶縁システムは、第１のピストンの外面に配置されたＯリングと、第２のピストンの外面に配置されたＯリングとを含む。幾つかの実施形態では、ピストンの直径は、ピストンの全体がボア内に収まるような直径である。特定の実施形態では、ピストンは各々、ボア内に収まる円筒部と、ピストンの一部が常にハウジングの外側に配置されるように、ボアの直径よりも大きい直径を有する外向き突出部とを含む。

別の実施形態によれば、半導体処理システムが開示される。半導体処理システムは、１又は複数の電気接点を含むベースと、１又は複数のチャック電極を有する静電チャックと、ベースと静電チャックとの間に配置された絶縁システムであって、第１の面と、ベースに近接して配置された第２の面とを有するハウジングと、第１の面から第２の面まで延在するボアであって、１又は複数の電気接点のうちの１つはボアを貫通し、１又は複数のチャック電極のうちの１つに接触するように構成されたボアと、第１の面及び第２の面に近接して配置され、１又は複数の電気接点のうちいずれかの２つの端部を取り囲む絶縁エクステンダであって、第１の面及び第２の面のうちの少なくとも一方から外向きに延在する、絶縁エクステンダとを含む絶縁システムとを備える。特定の実施形態では、絶縁エクステンダは、ボア内に配置された２つのピストンを含み、第１のピストンは第１の面に近接し、第２のピストンは第２の面に近接し、各ピストンは、１又は複数の電気接点のうちの１つが貫通する中空シリンダを含み、各ピストンは絶縁材料を含み、ボアに配置され且つ第１のピストン及び第２のピストンに外向きのバイアスをかけるばねを更に含む。

本開示をより良く理解するために、参照により本明細書に組み込まれる添付図面を参照する。

室温における２つの構成要素と絶縁システムの一実施形態を示す図である。 極低温において熱収縮により間隙が生じている図１Ａの２つの構成要素と絶縁システムを示す図である。 一実施形態に係る２つの構成要素間に配置され得る絶縁システムである。 図２の絶縁システムを示す断面図である。 半導体処理システムに配置された図３の絶縁システムを示す図である。 ピストンを所定の位置に保持するために使用できる保持機構を示す図である。 別の実施形態に係る２つの構成要素間に配置され得る絶縁システムである。 第３の実施形態に係る２つの構成要素間に配置され得る絶縁システムである。

本開示は、熱膨張又は熱収縮が起こり得る構成要素上の電極が互いにアーク放電しないように絶縁するシステムについて説明するものである。

図１Ａは２つの構成要素を示しており、第１の構成要素はその外面に１又は複数の電極を含む。第２の構成要素は、第２の構成要素から第１の構成要素上の電極まで延在する電気接点１５１を含む。一実施形態では、第１の構成要素は、１又は複数のチャック電極１０１を有する静電チャック１００であってよい。チャック電極１０１は、静電チャック１００の底面に配置された導電性領域であってよい。

第２の構成要素は、半導体処理システムのベース１５０であってよい。より具体的には、第２の構成要素はアダプタプレートであってよい。ベース１５０は、ベース１５０の表面から延在する１又は複数の電気接点１５１を含む。各電気接点１５１は、静電チャック１００上の対応するチャック電極１０１に電圧を供給するために使用され得る。電気接点１５１は可変の長さを有していてよく、「ポゴピン」とも称され得る。静電チャック１００に供給される電圧は様々なものであってよく、本開示によって限定されない。電気接点１５１間の間隔は様々であってよく、３／８インチほどの小ささであってよいが、他の離間距離も可能である。上述したように、圧力、離間距離、及び電圧の組み合わせによって、アーク放電が発生する可能性が決まる。従って、離間距離が小さい場合、比較的低い電圧でアーク放電が発生する可能性がある。

静電チャック１００とベース１５０との間に、絶縁システム２００が配置されている。絶縁システム２００はハウジング２１０を含み、ハウジング２１０は絶縁材料でできている。１又は複数のボア２１１がハウジング２１０の一部又は全体を貫通しており、各ボア２１１には１つの電気接点１５１しか配置されていない。室温では、絶縁システム２００のハウジング２１０は、絶縁システム２００とベース１５０との間、及び絶縁システム２００と静電チャック１００との間に間隙がないような寸法であり得る。これらの間隙をなくすことにより、アーク放電１５５が２つのチャック電極１０１間の静電チャック１００の表面に沿って、又は２つの電気接点１５１間のベース１５０の表面に沿って移動することができなくなる。

第１及び第２の構成要素を静電チャック１００及びベース１５０として説明したが、本開示はこの実施形態に限定されない。絶縁システム２００は、電気的に接続される任意の２つの構成要素間に使用することができ、２つの構成要素間の距離は変化し得る。更に、図１Ａ～図１Ｂは、電気接点１５１がベース１５０からチャック電極１０１まで延在していることを開示しているが、電気接点１５１がチャック電極からベース電極まで延在するように構成を変更することができることを理解されたい。あるいは、電気接点１５１は、ベース１５０及び静電チャック１００から分離していてよい。

図１Ｂは、－１００℃以下等の極低温における図１Ａの２つの構成要素、及び絶縁システム２００を示している。極端な温度のために熱収縮が生じ、絶縁システム２００のハウジング２１０の寸法が、ベース１５０と静電チャック１００との間の間隙よりも小さくなっている。特定の実施形態では、この間隙は１／４インチ以上であり得る。修正を加えなければ、アーク放電１５５が隣接する電気接点１５１間を移動することができる経路が存在し得る。アーク放電１５５は、ベース１５０の表面に沿って、又はその近傍を移動し得る。あるいは、アーク１５５放電は静電チャック１００の表面に沿って、又はその近傍を移動し得る。

この潜在的な不具合に対処するために、絶縁システム２００は、絶縁システム２００のハウジング２１０から外向きに延在して電気接点１５１の露出端部を覆う絶縁エクステンダ２８０も有利に含む。これらの絶縁エクステンダ２８０は、電気接点１５１がハウジング２１０及び／又は絶縁エクステンダ２８０によってその長さ全体が取り囲まれるように、ボア２１１から延在していてよい。

絶縁システム２００は、様々な方法で形成することができる。

図２～図５は、一実施形態に係る絶縁システム２００を示す図である。図２は絶縁システム２００の外観を示す図であり、図３は絶縁システム２００の断面図である。図４は、絶縁システム２００が静電チャック１００とベース１５０との間に配置された断面を示す図である。図５は、ピストン２３０を所定の位置に保持するための保持機構を示す図である。

図４に最もよく示すように、絶縁システム２００は、静電チャック１００とベース１５０との間等の、２つの構成要素間に配置されている。絶縁システム２００は、０．２５から６インチ等の任意の所望の高さであってよい。特定の実施形態では、高さは１インチ未満であってよい。

絶縁システム２００はハウジング２１０を備える。ハウジング２１０は、高絶縁耐力材料で構成される。更に、ハウジング２１０の熱膨張係数は、２つの構成要素の熱膨張係数以下である。このように、温度にかかわらず、ハウジング２１０は、２つの構成要素間の離間距離よりも大きい高さまで膨張しない。特定の実施形態では、ハウジング２１０は、Ａｌ_２Ｏ_３又はサファイア等のセラミック材料で構築されていてよい。他の実施形態では、ハウジング２１０は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のプラスチックで構築されていてよい。ハウジング２１０は、第１の面２１５及び第２の面２１６を含む。

１又は複数のボア２１１が、第１の面２１５から延在し第２の面２１６に達しない高さ方向にハウジング２１０を貫通して形成される。従って、ボア２１１は、開放端部２１２と閉鎖端部２１３とを有する。ボア２１１は、ベース１５０と静電チャック１００の電極を接続し、絶縁する役割を果たす要素を保持するキャビティを形成するために使用される。ボア２１１の直径は、隣接する電気接点１５１間の離間距離よりも小さい。このように、ハウジング２１０に使用される材料は、隣接するキャビティも分離させる。ボア２１１の閉鎖端部２１３は、図３から最もよくわかるように、電気接点１５１が貫通し得る開口部２１７を有する。

各ボア２１１内には複数の要素が配置されている。例えば、上述したように、電気接点１５１がボア２１１内に配置されている。電気接点１５１を使用して、ベース１５０上の信号、電力又はグラウンドが、対応するチャック電極１０１に電気的に接続される。上述したように、電気接点１５１は、ばね付勢されていてよく、「ポゴピン」とも称され得る。本実施形態では、電気接点１５１は、導電性の複数の同心チューブを含む。ばねは同心チューブ内に配置され、ポゴピンの端部に外向きにバイアスをかける役割を果たす。これにより、電気接点１５１は、チャック電極１０１との物理的及び電気的接触を維持しながら、ベース１５０及び静電チャック１００の温度が変化したときに膨張及び収縮することが可能になる。電気接点１５１は、静電チャック１００であってよい第１の構成要素上の電極に接触する第１の端部と、半導体処理システムのベース１５０であってよい第２の構成要素から外向きに延在する第２の端部とを有する。

ピストン２３０が、ボア２１１の開放端部２１２に、第１の面２１５に近接して配置され得る。ピストン２３０は、ＰＥＥＫ又は他の適切な材料等の絶縁材料で構築されていてよい。

図３から最もよくわかるように、ピストン２３０は、高さ、及び直径を有する円筒部２３１を有する。円筒部２３１の外径は、ボア２１１の直径よりもわずかに小さくてよい。従って、この実施形態では、円筒部２３１はボア２１１内に収まる。円筒部２３１とボア２１１との間の間隙は、気密である必要はない。円筒部２３１の上方には、外向き突出部２３２が設けられている。外向き突出部２３２の外径は、ボア２１１の直径よりも大きく、外向き突出部２３２が常にボア２１１の外側に配置されるようになっている。外向き突出部２３２は、第１の面２１５の方を向いた第１の面と、静電チャック１００の方を向いた第２の面とを有する。完全に圧縮されると、外向き突出部２３２の第１の面は第１の面２１５に当接し得る。外向き突出部の上方には、捕捉部２３３がある。捕捉部２３３はピストン２３０の一部であり、外向き突出部２３２の第２の面と鋭角に接する内向き傾斜壁２３５を有する。内向き傾斜壁２３５と外向き突出部２３２の第２の面との組み合わせは、Ｏリング２５０を捕捉保持するために使用され得る構造を形成する。

中空シリンダ２３４がピストン２３０の高さいっぱいに配置されることにより、電気接点１５１がピストン２３０を貫通し得る。

ばね２４０がボア２１１に配置され、ボア２１１の閉鎖端部２１３とピストン２３０とを押圧する。つまり、ばね２４０は閉鎖端部２１３とピストン２３０との間に配置される。ばね２４０はピストン２３０に外向きにバイアスをかける役割を果たす。ばね２４０は導電性であってよい又は非導電性であってよい。特定の実施形態では、ばね２４０はニッケル合金であってよい。ばね２４０は、ピストン２３０に何オンスかの外向きの力を及ぼすように予圧されていてよい。特定の実施形態では、ばね２４０は、１ポンド未満の力、例えば約０．５ポンドの力を及ぼすことができる。このようにして、ピストン２３０を第１の面２１５を越えて延在させることができる。

特定の実施形態では、図５に示すように、ピストン２３０はハウジング２１０内に捕捉されている。つまり、ピストン２３０はハウジング２１０の第１の面２１５を越えて延在することができるが、ピストン２３０はハウジング２１０によって保持され、ボア２１１から脱落することはできない。これは、円筒部２３１の外面等に沿ってピストン２３０の外面に溝２３８を配置することによって達成することができる。ねじ又はピン２３９は、ハウジング２１０の穴を通って溝２３８内に挿入され得る。ねじ又はピン２３９の挿入により、ピストン２３０の可動範囲が溝２３８の長さに制限され、ピストン２３０が捕捉保持される。

上述のように、Ｏリング２５０がピストン２３０の外面に配置され得る。Ｏリング２５０は、シリコーン又は他の絶縁材料でできていてよい。この実施形態では、Ｏリング２５０は常にボア２１１の外側にあるため、Ｏリング２５０の外径はボア２１１の直径よりも大きくてもよい。Ｏリング２５０は、電気接点１５１の端部の周囲に、静電チャック１００に対してシールを形成し、構成要素の表面に沿って又はその近傍でアーク放電が発生するのを防止することができる。ピストン２３０とＯリング２５０は、電気接点１５１がハウジング２１０の外側に露出しないように、電気接点１５１を取り囲んでいる。特定の実施形態では、Ｏリング２５０は、上述のようにピストン２３０の外面に捕捉されている。

更に、特定の実施形態では、ボア２１１の内部がハウジング２１０の外部と連結されるように、ハウジング２１０を貫通してボア２１１内に穴が形成され得る。これにより、ボア２１１内の圧力がチャンバの外部環境と同じになるように、空気又は他のガスがボア２１１から排気される。特定の実施形態では、穴に角度を付けてその長さを増加させ、アーク放電の確率とエネルギーを更に最小限に抑えることができる。他の実施形態では、穴は利用されない。

図４に示すように、絶縁システム２００が静電チャック１００とベース１５０との間に配置されている。Ｏリング２５０は静電チャック１００に接触している。絶縁システム２００の反対側では、電気接点１５１の絶縁を得るために様々な技法が使用され得る。

一実施形態では、Ｏリング（図示せず）はハウジング２１０の第２の面２１６に配置されていてよく、電気接点１５１がＯリングを貫通している。Ｏリングは、ベース１５０の表面に沿って隣接する電気接点１５１間でアーク放電が発生するのを防止することができる。

別の実施形態では、シリコーンのような誘電体材料のシートがベース１５０の上面に配置され得る。このシートは、電気接点１５１がシートを自由に貫通し得るように、電気接点１５１にアライメントされた穴を有していてよい。次に、絶縁システム２００をこのシートに配置することができる。このシートは、ベース１５０の表面に沿って隣接する電気接点１５１間でアーク放電が発生するのを防止することができる。

別の実施形態では、絶縁システム２００をベース１５０に付着させることができる。例えば、高誘電率を有するエポキシを使用して絶縁システム２００をベース１５０に付着させることができる。エポキシは、ベース１５０の表面に沿って隣接する電気接点１５１間でアーク放電が発生するのを防止することができる。

当然ながら、絶縁システム２００は、第１の面がベース１５０に近接するように、静電チャック１００とベース１５０との間に配置され得る。この実施形態では、Ｏリング、エポキシ、又は誘電体材料は、静電チャックに近接して配置され得る。

従って、この実施形態では、絶縁システム２００は、第１の面２１５から高さ方向を通り、第２の面２１６に達しない１又は複数のボア２１１を有し、これにより開放端部２１２及び閉鎖端部２１３が形成されるハウジング２１０を備える。閉鎖端部２１３には開口部２１７が形成されていてよく、これにより、電気接点１５１がボア２１１内を貫通し得る。ピストン２３０であってよい絶縁エクステンダが、開放端部２１２内に挿入され、ばね２４０によって外向きにバイアスがかけられていてよい。Ｏリング２５０がピストン２３０の端部に配置されていてよい。電気接点１５１がピストン２３０を貫通できるように、ピストン２３０を貫通する中空シリンダ２３４が形成される。

こうすることで、アーク放電が移動する経路が大幅に長くなる。ある電気接点１５１から隣接する電気接点への経路は、次のように説明できる。Ｏリング２５０によってアーク放電がハウジング２１０の外側でベース１５０の表面に沿って移動することが防止されるため、電圧はまず電気接点１５１を上昇する。更に、ボア２１１内では、ピストン２３０が電圧のアーク放電を防止する。従って、アーク放電はピストン２３０の円筒部２３１を越えて形成されなければならない。従って、円筒部２３１の高さが高くなると、アーク放電の経路長が更に長くなる。次にアーク放電は、ハウジング２１０の外面に達するまで、ピストン２３０とボア２１１との間の空間を下降する。その後、アーク放電はハウジング２１０の外面に沿って隣接するボア２１１まで移動する。その後、アーク放電はピストン２３０と隣接するボア２１１との間の空間を、隣接するピストン２３０の円筒部２３１を通り越して上昇する。その後、アーク放電は電気接点１５１まで移動する。このように、経路の長さが既存のものよりも大幅に長くなり、アーク放電発生の可能性が最小限に抑えられる、又は排除される。

図６は、別の実施形態に係る絶縁システム６００を示す図である。上述したように、絶縁システム６００は、静電チャック１００とベース１５０との間等の、２つの構成要素間に配置されている。絶縁システム２００は、１から６インチ等の任意の所望の高さであってよい。

先の実施形態と同様に、絶縁システム６００はハウジング６１０を備える。ハウジング６１０は、高絶縁耐力材料で構成されている。更に、ハウジング６１０の熱膨張係数は、２つの構成要素の熱膨張係数以下である。このようにして、温度にかかわらず、ハウジング６１０は、２つの構成要素間の離間距離よりも大きい高さまで膨張しない。特定の実施形態では、ハウジング６１０は、Ａｌ_２Ｏ_３又はサファイア等のセラミック材料で構築され得る。他の実施形態では、ハウジング６１０は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のプラスチックで構築され得る。ハウジング６１０は、第１の面６１５及び第２の面６１６を含む。

１又は複数のボア６１１が、第１の面６１５から第２の面６１６まで延在する高さ方向にハウジング６１０を貫通して形成され、これにより、ボア６１１はハウジング６１０を完全に貫通する。ボア６１１を使用して、ベース１５０と静電チャック１００の電極を接続し絶縁するための要素を保持するキャビティが形成される。ボア６１１の直径は、隣接する電気接点１５１間の離間距離よりも小さい。このようにして、ハウジング６１０に使用される材料は、隣接するキャビティをも分離する。

各ボア６１１内には複数の要素が配置される。例えば、電気接点１５１がボア２１１内に配置される。電気接点１５１を使用して、ベース１５０の信号、電力又はグラウンドが対応するチャック電極１０１に電気的に接続される。上述したように、電気接点１５１は、ばね付勢されていてよく、「ポゴピン」とも称され得る。これにより、電気接点１５１は、チャック電極１０１との物理的及び電気的接触を維持しながら、静電チャック及びベース１５０の温度の変化に応じて膨張及び収縮し得る。電気接点１５１は、静電チャック１００であってよい第１の構成要素上の電極に接触する第１の端部と、半導体処理システムのベース１５０であってよい第２の構成要素に接触する第２の端部とを有する。特定の実施形態では、電気接点１５１はベース１５０の構成要素であり、ベース１５０の表面から外向きに延在していてよい。

２つのピストン６３０が、ボア６１１の対向する端部に、それぞれ第１の面６１５及び第２の面６１６に近接して配置されていてよい。具体的には、第１のピストンが第１の面６１５に近接して配置され、第２のピストンが第２の面６１６に近接して配置される。特定の実施形態では、第１のピストンと第２のピストンは同一である。ピストン６３０は、ＰＥＥＫ又は他の適切な材料等の絶縁材料で構築され得る。ピストン６３０は、高さ、及び直径を有する円筒形であってよい。ピストン６３０の外径は、ボア６１１の直径よりわずかに小さくてよい。従って、この実施形態では、ピストン６３０全体がボア６１１内に収まる。ピストン６３０とボア６１１との間の間隙は気密である必要はない。中空シリンダ６３３が各ピストン６３０の高さいっぱいに配置され、これにより、電気接点１５１がピストン６３０を貫通し得る。更に、特定の実施形態では、ばね６４０の端部を保持する空間が形成されるように、ピストン６３０の内部端部にカウンタボア６３２が形成され得る。カウンタボア６３２の外側でピストン６３０の内部端部に残る部分は、スカート６３１と称され得る。スカート６３１の高さは、以下により詳細に説明するように、変更可能である。

ばね６４０が２つのピストン６３０のカウンタボア６３２に配置され、ピストン６３０に外向きにバイアスをかける役割を果たす。ばね６４０は導電性であってよい又は非導電性であってよい。特定の実施形態では、ばね６４０はニッケル合金であってよい。ばね６４０は、ピストン６３０に何オンスかの外向きの力を及ぼすようにバイアスがかけられていてよい。特定の実施形態では、ばねは１ポンド未満の力、例えば約０．５ポンドの力を及ぼすことができる。このようにして、ピストン６３０は、第１の面６１５及び／又は第２の面６１６を越えて延在することが可能である。

特定の実施形態では、ピストン６３０はハウジング６１０内に捕捉されている。換言すれば、ピストン６３０はハウジング６１０の外面を越えて延在し得るが、ピストン６３０はハウジング２１０によって保持され、ボア６１１から脱落することはできない。これは、図５に関して上述した機構を用いて達成することができる。

図６に示すように、Ｏリング６５０が各ピストン６３０の外面に配置され得る。Ｏリング６５０は、シリコーン又は他の絶縁材料でできていてよい。Ｏリング６５０は、電気接点１５１の端部の周囲で構成要素に対してシールを形成し、構成要素の表面に沿った、又は表面近傍でのアーク放電を防止することができる。ピストン６３０及びＯリング６５０は、電気接点１５１がハウジング２１０の外側に露出しないように、電気接点１５１を取り囲んでいる。特定の実施形態では、Ｏリング６５０はピストン６３０の外面に捕捉されている。例えば、ピストン２３０の外面には凹部領域６３４が形成され、Ｏリング６５０がこの凹部領域６３４に配置され保持されるようになっていてよい。あるいは、図３に記載されているような捕捉部が使用され得る。

こうすることで、アーク放電が移動する経路が大幅に長くなる。ある電気接点１５１から隣接する電気接点への経路は、以下のように説明できる。Ｏリング６５０によってアーク放電がハウジング６１０の外側でベース１５０の表面に沿って移動することが防止されるため、電圧はまず電気接点１５１を上昇する。更に、ボア６１１内では、スカート６３１が電圧のアーク放電を防止する。従って、アーク放電はスカート６３１を越えて形成されなければならない。従って、スカート６３１が高くなると、アーク放電の経路長が更に長くなる。次にアーク放電は、ハウジング６１０の外面に達するまで、ピストン６３０とボア６１１との間の空間を下降する。その後、アーク放電はハウジング６１０の外面に沿って隣接するボア６１１まで移動する。その後、アーク放電はピストン６３０と隣接するボア６１１との間の空間を、スカート６３１を通り越して上昇する。その後、アーク放電は電気接点１５１まで移動する。従って、経路の長さが既存のものよりも大幅に長くなり、アーク放電の可能性が最小限に抑えられる、又は排除される。

更に、特定の実施形態では、穴６１２が、ハウジング６１０を貫通してボア６１１に形成され、これにより、ボア６１１の内部がハウジング６１０の外部と連結し得る。従って、ボア６１１内の圧力がチャンバの外部環境と同じになるように、空気又は他のガスをボア６１１から排気することが可能になる。

従って、この実施形態では、絶縁システム２００は、その全高を貫通するボアを有するハウジング６１０を備える。ばね付勢されていてよい電気接点１５１が、各ボア６１１に配置され、絶縁システム６００の外部の構成要素上の電極に接触するように適合されている。電気接点１５１の端部は、ハウジング６１０の外面のうちの少なくとも１つよりも更に延在していてよい。従って、アーク放電を防止するために、絶縁エクステンダもハウジング６１０の外面から延在して、電気接点１５１の第１の端部及び／又は第２の端部を覆っている。絶縁エクステンダは又、ハウジング６１０から外向きに押されるようにバイアスがかけられている。このようにして、電気接点１５１はハウジング６１０の外側に露出しない。この実施形態では、絶縁エクステンダは、ハウジング６１０の各端部に配置された２つのピストン２３０と、Ｏリング６５０とを含む。絶縁エクステンダがハウジング６１０の外面を越えて延在することを可能にするために、ピストン６３０に外向きのバイアスをかけるためのばね６４０がボアに配置され得る。

ハウジング６１０の配置により、第１のピストンが第１の面２１５を越えて延在するか、第２のピストンが第２の面２１６を越えて延在するか、又は両方のピストンがそれぞれの面を越えて延在するかが決定され得る。

もちろん、他の実施形態も可能である。例えば、図６は、ボア６１１の両端に配置されたピストン６３０を有する対称的な構成を示し、ピストン６３０は、ボア６１１内に完全に収まる。別の実施形態では、図６の実施形態は、図２～図５に示す実施形態と同様に、第１の面近傍に配置された１つのピストン６３０のみを含むように変更が可能である。

更に、ピストンの一部のみがボア２１１内に収まるようにピストン２３０が外向き突出部２３２を含む図２～図５に示す実施形態を、図６に示すものと同様に、２つのピストンを含むように変更することが可能である。

図７は、絶縁システム７００の第３の実施形態を示す図である。この実施形態では、図６の絶縁エクステンダがベローズ７６０に置き換えられている。ベローズ７６０は、シリコーン又は他の適切な絶縁材料を含み得る。ベローズ７６０は、シリコーンの一体片であってよい。ベローズ７６０は、ハウジング７１０内に収容されたときに圧縮下にあるように構成される。このようにして、ベローズ７６０は、ハウジング７１０を越えて延在するようにバイアスがかけられる。ベローズは柔軟であるため、電気接点１５１の端部の周囲で構成要素に対してシールを形成し、構成要素の表面に沿ったアーク放電を防止する。

従って、この実施形態では、絶縁エクステンダはベローズ７６０である。更に、この実施形態では、ベローズ７６０は、その長さ全体にわたって電気接点１５１を取り囲んでいる。

上記の開示では、隣接する構成要素がベース１５０と静電チャック１００であると説明したが、本明細書に記載の絶縁システムは、任意の２つの構成要素を電気的に接続するために使用可能であることを理解されたい。従って、本絶縁システムは、圧力が変化し、電極が高電圧を供給するために使用され、システムが熱収縮又は熱膨張を引き起こす温度範囲にわたって動作するあらゆる構成において有益である。

本明細書に記載のシステムには多くの利点がある。特定の実施形態では、半導体処理システムは、静電チャックと嵌合するベース又はアダプタプレートを含み得る。大気圧ではアーク放電は発生しない。しかし、極低温では、ベースとチャックが収縮し、これらの構成要素間に大きな間隙が生じる。更に、チャンバがポンプダウンされるにつれて圧力が低下し、絶縁破壊電圧が印加電圧未満になる圧力が存在する可能性がある。この圧力において、現在、構成要素の１つの隣接する電極間にアーク放電が発生する場合がある。これは構成要素を損傷し、場合によっては破壊する可能性がある。本明細書に記載の絶縁システムを組み込むことにより、アーク放電の可能性は、不利な結果をもたらすことなく大幅に減少する。更に、絶縁エクステンダが電気接点を常に取り囲むように移動できるため、熱収縮は絶縁システムの動作を阻害せず、アーク放電の可能性が最小限に抑えられる。更に、本絶縁システムは、それらの構成要素に変更を加えることなく、既存のシステムに簡単に組み込むことができる。

本開示は、本明細書に記載の特定の実施形態によって範囲が限定されるものではない。実際に、本明細書に記載されたものに加えて、本開示の他の様々な実施形態及び変更が、前述の説明及び添付の図面から当業者に明らかになるであろう。したがって、そのような他の実施形態及び変更は、本開示の範囲内に含まれるものとする。更に、本開示を、特定の目的のための特定の環境における特定の実装態様の文脈で本明細書で説明してきたが、当業者であれば、その有用性がそれらに限定されないこと、また本開示の実施形態が、任意の数の目的のための任意の数の環境で有益に実装され得ることを認識するであろう。したがって、以下に示す特許請求の範囲は、本明細書に記載の本開示の全域と主旨を考慮して解釈されるべきである。

Claims (20)

1. 絶縁システムであって、
   第１の面と第２の面とを有するハウジングと、
   前記第１の面における開放端部と、前記第２の面に近接する閉鎖端部とを含むように、前記第１の面から前記第２の面に向かって延在するボアと、
   前記閉鎖端部に配置された開口部であって、電気接点が前記開口部及び前記ボアを貫通し、前記第２の面から前記第１の面を通り越して延在し得るように構成された開口部と、
   前記第１の面から外向きに延在し、前記電気接点の端部を取り囲み、動作可能であるように前記第１の面から外向きにバイアスされている、絶縁エクステンダと
   を備える絶縁システム。
2. 前記ハウジングは、セラミック材料又はプラスチックを含む、請求項１に記載の絶縁システム。
3. 前記絶縁エクステンダは、前記ボア内に配置され、前記第１の面に近接するピストンを含み、
   前記ピストンは、前記電気接点が貫通する中空シリンダを含み、
   前記ピストンは絶縁材料を含み、前記ボアにて前記ピストンと前記閉鎖端部との間に配置され且つ前記第１の面を越えて延在するように前記ピストンにバイアスをかけるばねを更に含む、請求項１に記載の絶縁システム。
4. 前記ピストンの外面に配置されたＯリングを更に備える、請求項３に記載の絶縁システム。
5. 前記ピストンの直径は、前記ピストンの全体が前記ボア内に収まるような直径である、請求項３に記載の絶縁システム。
6. 前記ピストンは、前記ボア内に収まる円筒部と、前記ピストンの一部が常にハウジングの外側に配置されるように前記ボアの直径よりも大きい直径を有する外向き突出部とを含む、請求項３に記載の絶縁システム。
7. 前記ボア内に配置された前記ピストンの外面は溝を含み、ねじ又はピンがハウジングを貫通して前記溝に入り、前記ピストンの可動範囲が前記溝の長さに制限されるように前記ピストンを捕捉保持する、請求項３に記載の絶縁システム。
8. 半導体処理システムであって、
   １又は複数の電気接点を含むベースと、
   １又は複数のチャック電極を有する静電チャックと、
   前記ベースと前記静電チャックとの間に配置された絶縁システムであって、
   第１の面と、前記ベースに近接して配置された第２の面とを有するハウジングと、
   前記第１の面における開放端部と、前記第２の面に近接する閉鎖端部とを含むように、前記第１の面から前記第２の面に向かって延在するボアと、
   前記閉鎖端部に配置された開口部であって、前記ベースからの前記１又は複数の電気接点のうちの１つが前記開口部及び前記ボアを貫通し、前記第２の面から前記第１の面を通り越して延在して前記１又は複数のチャック電極のうちの１つに接触するように構成された開口部と、
   前記第１の面から外向きに延在し、前記１又は複数の電気接点のうちの１つの端部を取り囲み、動作可能であるように前記第１の面から外向きにバイアスされている、絶縁エクステンダと
   を含む、絶縁システムと
   を備える半導体処理システム。
9. 前記第２の面は、エポキシを用いて前記ベースに接着される、請求項８に記載の半導体処理システム。
10. 前記ベースと前記第２の面との間に、高誘電率を有する材料のシートが配置される、請求項８に記載の半導体処理システム。
11. 前記ベースと前記第２の面との間にＯリングが配置される、請求項８に記載の半導体処理システム。
12. 絶縁システムであって、
    第１の面と第２の面とを有するハウジングであって、前記第１の面から前記第２の面までこれらを貫通して延在するボアを有し、電気接点が前記ボアを貫通し得るように構成されたハウジングと、
    前記第１の面及び前記第２の面に近接して配置され、前記電気接点の２つの端部を取り囲む絶縁エクステンダであって、前記第１の面及び前記第２の面のうちの少なくとも一方から外向きに延在する、絶縁エクステンダと
    を備える絶縁システム。
13. 前記ハウジングは、セラミック材料又はプラスチックを含む、請求項１２に記載の絶縁システム。
14. 前記絶縁エクステンダは、前記ボアの長さを通して配置され、前記電気接点を取り囲むベローズを含む、請求項１２に記載の絶縁システム。
15. 前記絶縁エクステンダは、前記ボア内に配置された２つのピストンを含み、
    第１のピストンは前記第１の面に近接し、第２のピストンは前記第２の面に近接し、
    各ピストンは、電気接点が貫通する中空シリンダを含み、
    各ピストンは絶縁材料を含み、前記ボアに配置され且つ前記第１のピストン及び前記第２のピストンに外向きにバイアスをかけるばねを更に含む、
    請求項１２に記載の絶縁システム。
16. 前記第１のピストンの外面に配置されたＯリングと、前記第２のピストンの外面に配置されたＯリングとを更に含む、請求項１５に記載の絶縁システム。
17. 前記ピストンの直径は、前記ピストンの全体が前記ボア内に収まるような直径である、請求項１５に記載の絶縁システム。
18. 前記ピストンは各々、前記ボア内に収まる円筒部と、前記ピストンの一部が常に前記ハウジングの外側に配置されるように、前記ボアの直径よりも大きい直径を有する外向き突出部とを含む、請求項１５に記載の絶縁システム。
19. 半導体処理システムであって
    １又は複数の電気接点を含むベースと、
    １又は複数のチャック電極を有する静電チャックと、
    前記ベースと前記静電チャックとの間に配置された絶縁システムであって、
    第１の面と、前記ベースに近接して配置された第２の面とを有するハウジングと、
    前記第１の面から前記第２の面まで延在するボアであって、前記１又は複数の電気接点のうちの１つは前記ボアを貫通し、前記１又は複数のチャック電極のうちの１つに接触するように構成されたボアと、
    前記第１の面及び前記第２の面に近接して配置され、前記１又は複数の電気接点のうちいずれかの２つの端部を取り囲む絶縁エクステンダであって、前記第１の面及び前記第２の面のうちの少なくとも一方から外向きに延在する、絶縁エクステンダと
    を含む絶縁システムと
    を備える半導体処理システム。
20. 前記絶縁エクステンダは、前記ボア内に配置された２つのピストンを含み、
    第１のピストンは前記第１の面に近接し、第２のピストンは前記第２の面に近接し、
    各ピストンは、前記１又は複数の電気接点のうちの前記１つが貫通する中空シリンダを含み、
    各ピストンは絶縁材料を含み、前記ボアに配置され且つ前記第１のピストン及び前記第２のピストンに外向きにバイアスをかけるばねを更に含む、請求項１９に記載の半導体処理システム。

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