KR100406692B1 - 기판유지 방법 및 기판유지 장치 - Google Patents

기판유지 방법 및 기판유지 장치 Download PDF

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오가와요시후미
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Abstract

본 발명은 배면에 외부 이물질의 양이 감소되어질 수 있고, 이물질의 적은 양이 설치대로부터 기판에 전달되어질 수 있는 기판유지방법 및 기판유지장치를 제공한다. 본 발명에 따른 기판유지장치는, 상기 기판의 원주부에 대응하는 시료대에 매끈한 표면을 갖는 링형상 누설방지면과, 상기 기판의 원주부에 대응하는 위치와 상기 기판의 중심에 대응하는 위치 사이의 시료대의 기판에 대향한 복수개의 접촉유지부와, 그리고 상기 기판의 배면을 링형상 누설방지면에 접촉함으로써 고정하기 위한 정전흡착수단으로 이루어져 있다.
상기 기판은 링형상 누설방지면에서 냉각면에 접촉하고 상기 접촉유지부는 링형상 누설방지면의 내측부에 설치되어 있다. 상기 기판의 배면과 냉각면은 나머지 영역의 큰 부분에서 서로 접촉하지 않는다.

Description

기판유지방법 및 기판유지장치{SUBSTRATE HOLDING SYSTEM AND SUBSTRATE HOLDING METHOD}
본 발명은 반도체장치등의 기판을 처리하기 위한 제조과정에서 냉각공정중 기판을 확실하게 유지하기 위한 기판유지방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체장치 제조과정의 기판처리장치들중에서, 기판의 냉각을 요하는 것에는 플라즈마 처리장치, 스패터링(spattering)장치, 건조에칭장치, CVD(Chemical Vapor Deposition)장치 및 고에너지 이온주입장치와 같은 많은 기판처리장치가 있다. 이러한 장치들내의 처리 분위기는 일반적으로 진공이므로, 기판을 냉각면에 접촉시켜 냉각시키는 것은 열전도성이 감소하기 때문에 대기중의 경우보다 곤란하다. 진공(희박기체)상태에서의 열전도성에 관하여는 많은 문헌들이 존재하고 있지만, 통상의 접촉면이 서로 접촉하게 될 때 실제 접촉면이 작기 때문에 접촉에 의하여 전달된 열의 양은 작게 된다. 특히 기판과 냉각면 사이의 열전달에 있어서, 기판을 냉각면에 강하게 압착할 경우 기판을 손상시킬 가능성이 있으므로 곤란하다. 그래서, 기판의 접촉면에 부드러운 탄성체를 배치하는 등의 다양한 제안이 제시되어 있다. 그러나, 최근에는, 기판에 열부하가 증가하게 되어 기판을 저온으로 냉각할 필요성이 증가함에 따라, 냉매로써 가스를 사용하여 기판과 냉각면 사이에 가스를 도입시켜 기판을 냉각시키는 것이 주류로 되었다.
가스냉각식 기판유지장치는 다양한 방식이 있다. 이들을 개략적으로 분류하면 다음과 같다: 즉, (1) 기판의 배면과 냉각면이 서로 접촉하고 가스가 표면 거칠기에 의해 형성된 양표면 사이의 간극으로 도입되는 가스냉각식과, (2) 기판의 배면과 냉각면이 서로 접촉하지 않고 가스가 상기와 동일한 방법으로 양표면 사이의 틈새로 도입되는 가스냉각식이 그것이다.
전자에 속하는 가스냉각식의 종래 기술은, 예를 들면, 일본의 특공평2-27778호(1990), 특개소62-274625호(1987), 특개평1-251375호(1988), 특개소3-154334호(1991) 및 실개평4-8439호(1992)에 개시되어 있다. 그리고 후자에 속하는 가스냉각식의 종래 기술은, 예를 들면, 일본의 특개소63-102319호(1988), 특개평2-312223호(1990), 특개평3-174719호(1991)에 개시되어 있다. 또한, 특개평2-30128호(1990)에 개시된 또 하나의 방식에서는, 냉각가스가 도입되기 전에는 기판의 배면과 냉각면이 서로 접촉하고 있지만, 냉각중에 기판은 가스의 도입에 의해 발생된 가스압력에 비해 밀어올려져 냉각면에 접촉하지 않게 된다.
이러한 냉각에 있어서, 특정의 냉각가스를 사용할 경우, 냉각가스에 의한 냉각용량(전도된 열의 양)은 가스압력과, 기판의 배면과 냉각면 사이의 거리(기판 배면에서의 간극)에 의존한다. 제 8도는 저압에서의 열전도 특성을 개략적으로 도시한 것이다. 냉각가스의 압력이 낮을 때, 전도된 열의 양은 가스압력에 비례하고,양표면 사이의 간극의 크기에는 무관하다. 냉각가스의 평균 자유행정(the mean free path)이 간극과 거의 일치하게 되는 압력 Po보다 냉각가스의 압력이 높을 때, 전달된 열의 양은 일정하게 되고 가스압력에는 무관하다. 전술한 (1)형식에서의 냉각가스의 압력은 일반적으로 열전달이 압력에 비례하는 영역내에 있고, 전술한 (2)형식에서의 냉각가스의 압력은 일반적으로 열전달이 압력에 무관하게 되는 영역내에 있다.
이하에서는 여러가지 기판냉각방식에서의 특성과 문제점에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 기판과 냉각면이 접촉하는 조건하에서 냉각이 행하여지는 경우에 대하여 설명한다. 이러한 형식에 속하는 냉각방법들은 일본 특공평2-27778호(1990), 특개소62-274625호(1987), 특개평1-251375호(1989), 특개평3-154334호(1991), 실개소4-8439호(1992)에 개시되어 있다. 이러한 방식의 냉각방법에 있어서는, 기판과 냉각면이 서로 접촉하기는 하지만, 자세히 관찰하면 냉각면상에서 가장 돌출된 부분들만이 기판과 접촉한다. 냉각면과 기판의 오목부는 서로 접촉하지 않으며, 그 간극은 표면 거칠기에 따라 다르겠지만 대략 10㎛ 내지 50㎛이다. 냉각가스가 그 간극내에 도입되어지는 경우에, 평균 자유행정과 거의 동일한 영역에서의 압력은 일반적으로 수 Torr이다. 따라서, 제 8도에 도시된 바와 같이, 압력을 적당하게 설정함으로써 충분한 냉각효율이 얻어질 수 있다.
그러나, 냉각가스가, 일본 특공평2-27778호(1990)의 도면에 도시된 바와 같이, 특정한 한부분으로부터 공급되는 경우에는, 압력은 냉각가스 공급부에서 최고치가 되고 기판의 원주부로 향하여 감에 따라 감소한다. 냉각효율은 압력의존성을 가지므로, 냉각효율의 불균일성으로 인하여 온도분포의 균일성이 손상되게 된다는 문제점을 야기시킨다. 가스누설이 없다면, 즉, 가스가 유동하지 않는다면, 압력분포는 발생하지 않고 온도분포는 균일하게 된다. 그러나, 이러한 것을 달성하기 위해서는, 기판의 원주부는 차폐되어 있어야 한다. 이러한 예는 일본 특개 소62-274625호 또는 실개 평2-135140에 개시되어 있다. 또한, 냉각가스가 복수 개소로부터 공급되어 기판의 배면상의 압력분포를 균일하게 하는 방법이 일본 특개 평1-251735호 또는 일본 특개 평4-61325호에 개시되어 있다. 이러한 냉각방법들에서는, 어느 경우에서도, 기판의 배면과 냉각면의 상호 접촉면적이 넓기 때문에, 기판의 배면에 냉각면과의 접촉시 부착되는 이물질이 많게 된다는 결점이 있다. 또한, 냉각가스가 기판의 원주부를 통하여 누설되는 것을 차폐물질을 사용하여 방지하기 때문에 그 차폐를 위한 하중이 가해져야 할 필요가 있다. 따라서 어떠한 방법으로든 기판을 확고하게 고정하는 수단이 필요하다.
다음에는, 기판과 냉각면이 처음부터 서로 접촉하지 않고, 냉각가스가 그 간극 사이로 공급되는 냉각방법에 대하여 설명하기로 한다. 이러한 방법의 종래 기술은, 일본 특개평3-174719호(1991) 또는 특개평4-6270호(1992)에 개시되어 있으며, 여기에서는 기판이 기판의 상면 또는 기판의 측면에서 냉각면에 기계적으로 고정된다. 이러한 예에서는, 기판이 기계적으로 고정되므로, 이물질이 그 고정부에서 발생되기 쉽다는 문제점이 있다. 일본 특개소63-102319호 및 특개평2-30128호에 개시된 방법에서는, 기판은 특별히 고정되지 않고, 그 자중에 의하여 유지된다. 이러한 경우에는, 냉각가스의 누설량을 너무 크게 증가시키지 아니하고 또 기판이 부상되지 않도록 하기 위해서는, 냉각가스의 압력을 낮게 제한해야 한다. 이점이 냉각효율을 저하시킨다는 단점을 야기시킨다.
정전흡착법(Electrostatic adhesion)은 기판을 전기적으로 고정하는 방법의 하나로서 알려져 있다. 이러한 방법으로 기판을 냉각면에 고정하고, 돌기부를 기판의 원주부에 마련한 하나의 예가 일본 특개소62-208647호에 개시되어 있다. 기판은 기판의 외주부와 내주부에 이격되어 분산되게 마련된 복수개의 돌기부에서만 냉각면과 접촉하며, 이것은 일본 특개소62-208647호에 종래 기술로써 개시되어 있다. 그리고 이러한 예에서는, 냉각가스가 쉽게 누설하고 흡착력은 불안정하다고 기술되어 있다. 또한, 이 방법을 개선하기 위해서는, 외주부가 돌출되지 않고 내주부에만 돌기부들이 마련되고, 내주부의 돌기부들이 분산되지 않고 중앙부에 설치되는 것이 효과적이다. 이 경우에, 기판과 냉각면 사이의 간극은 기판의 면에 걸쳐 불균일하게 되어, 이것이 기판의 배면상에 불균일 압력분포를 발생시킨다. 기판의 배면과 냉각면 사이의 간극이 위치에 따라 다를 경우에는, 냉각가스의 평균 자유행정과 간극의 비가 기판의 전면에 걸쳐 어떤 분포를 갖게 된다. 따라서, 제 8도로부터 알 수 있는 바와 같이, 압력분포가 그다지 크지 않더라도 냉각효율의 차이때문에 기판의 온도분포가 커질 수 있다는 결점이 있다. 이 예에 개시되어 있는 정전흡착방식에서는, 냉각부에 양음 전극을 설치하고, 직류 고전압을 인가하여 정전흡착력을 발생시키게 된다. 이러한 형식의 정전흡착방법에서는, 기판이 플라즈마(plasma)중에서 처리될 경우, 기판에 조사된 이온이나 전자에 의해 기판표면의 전하량이 불균일하게 될 수 있고, 기판의 표면에 전류가 흘러 기판을 손상시키게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
각각의 종래 기술들은, 상술한 바와 같이, 기판을 효과적으로 냉각시키는 것을 주목적으로 한다. 그러나, 최근에 반도체 디바이스의 집적도가 증가함에 따라, 입자나 먼지와 같은 작은 이물질의 양 및 중금속 오염을 과거의 허용치보다 더 낮게 감소시킬 필요가 있다. 기판의 배면에 부착된 이물질에 대해서도 마찬가지이다. 기판의 배면에 부착된 이물질의 양이 많은 경우에, 다음 공정에서 배면상의 이물질이 인접한 기판의 상면에 부착되게 되거나, 또는 한 기판으로부터 일단 제거되어 다른 기판에 부착되게 되는 등의 문제가 있다. 따라서, 이물질 양의 감소는 반도체 제조공정의 안정화나 수율의 향상시키는데 있어 중요한 문제이다. 따라서, 기판이 냉각면에 접촉할 때 많은 이물질이 기판에 부착되게 된다.
또한, 위 종래 기술에서는 기판 크기에 대한 고려는 언급되어 있지 않다. 냉각가스를 처리실내로 누설시켜 흡착력을 가능한한 작게 하여 공정에 주는 영향을 감소시킨다고 언급되어 있기는 하지만, 흡착력과 냉각가스압력 사이의 관계에 대해서는 언급되어 있지 않다.
기판의 에칭장치내 종래의 기판유지장치는, 일본 특개평2-148837호 또는 특개평2-267271에 개시된 바와 같이, 기판을 유지하기 위하여 훅(hook)으로 기판의 원주부를 압착하는 방법을 일반적으로 채용한다. 기판의 표면에 접촉하는 그와 같은 부재가 있는 경우에, 기판에서 접촉부가 에칭되는 것이 방해되고, 접촉부재 자체도기판과 같은 방법으로 에칭된다는 문제를 발생시킨다. 결과적으로, 반응생성물과 같은 이물질원이 접촉부재에 부착되어 접촉부재가 손상되며, 또 이것이 이물질의 생성으로 이어지게 된다.
한편, 정전력(이하, 정전흡착이라 함)을 사용하여 기판을 유지하는 기판유지방법에 있어서는, 예를 들어, 일본 특개 평2-135753호에 개시되어 있는 바와 같이, 유전성물질로 만들어진 정전흡착부상에 기판을 설치하고, 고전압을 가하여 기판을 정전흡착력으로 유지한다. 이 경우에는, 기판의 원주부에서 기판을 압착하기 위한 특별한 부재가 필요없게 된다. 따라서, 상기 예에서 기술한 바와 같은, 이물질의 생성가능성에 대한 문제는 해결되었다. 그러나, 기판과 정전흡착부재 사이의 위치관계는 기판이 최상측(기판의 에칭구역측)에 놓여지고, 정전부재에 계단이 형성되어 정전흡착부재가 기판 아래에 놓여지게 된다. 그러한 계단이 존재하는 경우, 기판에 에칭이 행하여지는 동안 가스유동이 기판의 원주부에서 급격히 변화되어 기판에 불균일한 에칭을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 목적은, 배면상의 이물질의 양을 감소시킬 수 있고, 설치대로부터 기판에 전달되는 이물질의 양을 줄일 수 있는 기판유지방법 및 기판유지장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 대구경의 기판에서 변형을 억제하고, 기판의 냉각효율을 충분히 높게 유지할 수 있는 기판유지방법 및 기판유지장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 기판의 처리과정중 발생되는 기판의 손상을 방지할 수 있는 기판유지방법 및 기판유지장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 기판이 정전적으로 흡착된 후 냉각가스가 도입될 때, 냉각가스가 기판의 배면내에 신속하게 채워질 수 있고, 높은 생산성에 적합한 기판의 온도조절이 실행될 수 있는 기판유지방법 및 기판유지장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전술한 바와 같이 이물질이 감소된 기판유지장치를 구비하고 균일한 에칭을 실행할 수 있도록 하여, 기판에칭의 생산수율과 기판에칭장치의 유용성을 향상시키는데 있다.
본 발명에 의하면, 기판의 원주부에 대응하여 시료대상의 평활면을 갖는 링형상 누설방지면과, 상기 기판의 원주부에 대응하는 위치와 상기 기판의 중심부에 대응하는 위치 사이에서 상기 시료대상의 상기 기판을 유지하는 복수개의 접촉유지부와, 상기 링형상 누설방지면과 상기 접촉유지부에 상기 기판을 흡착하기 위하여 정전흡착력을 발생시키는 정전흡착수단이 마련되어 있다.
기판에 부착될 수 있는 이물질을 감소시키기 위해서는 냉각면과 기판 사이의 접촉면을 감소시키는 것이 효과적이다. 그러나, 상기 냉각면과 상기 기판의 배면 사이의 거리는 냉각가스에 의한 냉각효율이 저하되지 않도록 적정한 거리로 유지되어야 할 필요가 있다. 이것을 실현하기 위하여는, 상기 냉각면에 작은 단차를 두어 냉각가스의 유무에 관계없이 기판의 배면과 냉각면이 서로 접촉하지 않도록 한다. 냉각면의 단차에 설치된 볼록부에서, 냉각면과 기판의 배면이 서로 접촉하지만, 그 접촉부의 면적은 필요 최소한으로 제한되어질 필요가 있다. 따라서, 본 발명에서는, 기판을 냉각면의 볼록부에 흡착하기 위하여 정전흡착기능을 냉각면에 부여하고 있다.
냉각가스의 누설방지가 고려되어야 한다. 본 발명에 따르면, 냉각가스 누설방지는, 평활면을 갖는 환상의 돌출부, 즉 기판의 원주부에 대응하는 냉각면에 누설방지면을 마련하고, 기판의 배면을 정전흡착력으로 냉각면에 고정하여 냉각가스의 누설을 방지함으로써 달성될 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 다음의 효과들이 얻어진다. 효과들중의 하나는, 기판의 취급과 관련하여 가압부에서 이물질이 이송되는 문제를 해결한 것이다. 설치대를 관통하거나 혹은 그 내측에 설치되는 가압부는 다른 부재에 접촉하여 이물질원으로부터 피할 수 없다. 본 발명에서는, 과잉의 냉각가스가 구멍을 통해 설치대의 반대측을 향하여 흐른다. 발생된 이물질이 기판의 반대방향으로 이송되어지므로, 기판에 부착된 이물질의 양이 감소되게 된다.
본 발명의 또 하나의 효과는, 설치대의 배면에 커버가 설치되어, 설치대의 배면에 있는 기구가 가능한한 오랫동안 반응생성물의 부착으로부터 보호될 수 있게 한다. 냉매공급장치와 설치대의 수직구동기구와 같은 복잡한 기구가 설치대의 후부에 설치되어 있는 경우가 일반적이므로, 에칭에 의해 발생된 반응생성물이 이러한 부분에 부착되면 그 처리가 곤란하다. 이러한 것을 피하기 위해서, 본 발명에 따르면, 커버가 설치대의 배면에 설치되어 있고, 냉각가스중 과잉가스가 상기 커버의 내측으로 흘러, 커버의 내부압력이 처리작업중 처리실내의 압력보다 높은 상태로 유지되도록 하여, 반응생성물이 처리실에 유입되는 것을 억제하며, 이에 의해 설치대의 배면의 기구는 가능한한 오랫동안 반응생성물의 부착으로부터 보호되게 된다.
기판에 대한 손상의 방지는, 정전흡착용 전기회로를 기판측으로부터 플라즈마를 통해여 진공실과 같은 접지부에 연결하여 기판의 표면상의 전위를 최소화함으로써 달성된다.
본 발명에 따르면, 기판은 링형상 누설방지면과 링형상 누설방지면의 내측에 위치하는 접촉유지부에서 냉각면에 접촉한다. 그러나, 기판의 배면은 대개 나머지 부분의 면적에서 상기 냉각면에 접촉하지 않으므로, 접촉에 의해 발생된 이물질의 부착이 방지되어질 수 있게 된다. 기판 냉각을 위한 냉각효율이 동일 냉각가스 압력하에서 기판이 냉각면에 접촉되는 경우에 비해 조금 감소되기는 하지만, 냉각면의 단차를 냉각가스의 자유 평균행정의 대략 100배보다 작게 형성함으로써 충분한 냉각효율이 얻어질 수 있다. 기판의 배면과 냉각면 사이의 간극은, 기판과 냉각면이 전면에 걸쳐 서로 접촉하는 종래의 냉각방법의 간극에 비해 크다. 따라서, 양표면 사이의 전도성이 크므로 냉각가스의 공급 및 배출이 용이하게 실행되어질 수 있다. 즉, 냉각가스의 공급 및 배기시간이 짧아져, 기판의 처리시간이 단축되어질 수 있다. 또한, 기판의 원주부와 냉각면의 접촉부에서의 전도성이 상기 기판의 내측부의 비접촉부에 비해 아주 작게 되고(분자유동영역에서, 전도성은 간극의 제곱에 비례한다), 비접촉부에 걸쳐 압력차는 작아진다. 즉, 냉각효율이 균일하게 되는 작용이 있다.
기판의 온도가 냉매로써 냉각가스를 사용하여 제어되어지는 경우에, 냉각가스의 압력은 2Torr 이상이 되어야 한다. 그리고 그 압력이 높을 수록 열전달의 효율도 높아지게 된다. 한편, 정전흡착력은 제어될 기판의 온도에 대한 의존성이 크다. 현재 생산라인의 공정내에서는, 온도가 대략 -60 내지 +100℃이며, 이때, 일반적인 300 내지 1000V의 공급전압하에 40 내지 100gf/㎠의 흡착력이 안정적으로 얻어질 수 있다. 냉각가스의 압력조절에 관하여는, 압력이 가스공급장치의 시정수 또는 기판과 설치대의 접촉면의 상대적인 거칠기 관계에 대한 의존성이 크기 때문에, 압력을 정밀하게 제어하기는 어렵다. 따라서, 압력조절의 목표치는, 예를 들어, 10Torr±5Torr가 될 것이다.
기판의 외주부가 종래 방법에 의해 흡착으로 고정되고, 가스가 상기 표면의 배면에 10Torr의 압력으로 채워질 경우, 기판은 0.1 내지 0.25㎜ 정도 변형된다. 이러한 변형의 크기가 냉각가스에 의한 열전도 효율을 감소시킬 뿐만 아니라, 기판에칭공정의 작업정밀도를 저하시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 기판의 외주부상에 있는 흡착부에 부가하여, 기판의 중앙측에 예를 들어, 6" 기판의 경우 하나의 환상 흡착부를, 8" 기판의 경우 두개의 환상 흡착부를 추가로 설치한다. 그렇게 함으로써, 변형은 방지될 수 있다.
기판이 다른 부재에 접촉할 때 이물질은 거의 그 중심부에 부착된다는 것이 잘알려져 있다. 이러한 관점에서 보면, 정전흡착면은 작은 것이 매우 바람직하다. 그러나, 전술한 바와 같은, 압력제어레벨과 흡착력을 고려할 때, 최근의 기술수준에서는 흡착면을 대략 기판의 총면적의 절반 이하로 하는 것이 적절하다. 그 이유는, 정전흡착력이 40gf/㎠이고 흡착면이 총면적의 절반일 때, 8" 기판의 총흡착력은 대략 6280gf가 되고, 15Torr의 냉각가스에 의한 분리력은 대략 6100gf가 되기 때문이다.
또한, 설치대의 배면에 관통하는 구멍에 기판이송을 돕기 위한 가압부재를 설치할 경우, 과잉 냉각가스는 가압부에서 생성된 이물질을 반송하여 그 이물질이 기판에 부착되는 것을 방지하는 반송가스로서 역할한다. 이외에도, 과잉 냉각가스는 설치대의 배면상의 커버의 내측으로 도입되어, 처리실에서의 압력보다 더 높은 압력을 커버 내측에 형성함으로써, 설치대의 배면상의 기구에 반응생성물의 부착 또는 오염을 방지하게 된다.
기판에 고주파전압을 가하여 기판의 에칭을 위한 바이어스전압을 생성시킬 때, 비정상적인 방전이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 고주파전압 공급부와 표준 전위부를 전기적 절연물로 절연하여 서로 직접 대면하는 것을 방지한다. 상기 조치에 부가하여, 기판 이송용 핀을 마련하고 이것을 도전체가 되도록 구성한다. 잔류 전하에 기인한 정전흡착력은 기판이 이송될 때, 기판에 핀이 접촉함으로써 기판에 축적된 전하가 제거되어, 순간적으로 사라질 수 있으므로, 기판을 불필요한 힘에 의해 상승되지 않는다.
기판의 온도를 제어하기 위한 냉매의 이송유로는 확산 용접이나 납접에 의해 유로를 형성하는 부분이 완전히 연결되어 있는 하나의 구조물로 형성되어 있으므로, 관통구멍이 유로를 제외한 어떤 위치에 마련되어 있는 경우에도 시일(seal)이 필요없게 된다. 따라서, 온도검출기 또는 기판의 유무를 검지하는 검출기의 설치가 용이하다.
기판의 표면상에서의 가스유동을 균일하게 하기 위하여, 가스유동 균일화부재(이하 서셉터라 칭함)가 기판의 외주부에 설치되어 있다. 상기 서셉터의 표면은 기판의 표면보다 높은 레벨에 있으므로, 가스유동이 기판의 원주부에서 급격히 변동하지 않는다. 기판의 원주부에 대향하는 서셉터의 표면은 기판의 표면에 대하여 연직방향으로 형성되어 있으므로 측면방향 또는 기판의 용접방향으로 이동을 억제하게 된다. 또한, 기판에칭 또는 플라즈마에 의해 생성된 반응생성물이 원주부와 기판의 배면으로 향하는 커버부재 사이의 간극에 개재되는 경우가 있다. 이러한 현상은 기판의 배면과 커버부재 사이에 거리를 둠으로써 방지된다.
전술한 바와 같이, 기판에 부착된 이물질원이 가능한 멀리 제거되므로, 이물질을 감소시킬 수 있다. 또한 가스유동이 균일하므로, 전 표면에 걸쳐 기판에칭에 대한 균일성이 향상되어질 수 있다. 기판의 온도를 측정하기 위한 검출기와 기판의 유무를 검지하기 위한 검출기가 구조의 변형 및 기판유지장치의 제조방법에 의하여 용이하게 설치되어질 수 있으므로, 장치의 신뢰성 및 작동성이 향상될 수 있다.
제 1도는 본 발명에 따른 기판유지장치가 적용된 기판처리장치의 외관을 나타낸 수직 단면도,
제 2도는 제 1도의 기판유지장치의 일실시예를 도시한 수직 단면도,
제 3도는 제 1도의 기판유지장치의 다른 실시예를 나타낸 수직 단면도,
제 4도는 제 3도의 기판유지장치를 도시한 평면도,
제 5도는 기판유지장치의 다른 실시예를 도시한 평면도,
제 6도는 기판유지장치의 또 다른 실시예를 도시한 평면도,
제 7도는 본 발명에 따른 기판유지장치의 다른 실시예를 도시한 수직 단면도,
제 8도는 진공상태에서의 열전달특성의 설명도,
제 9도는 본 발명에 따른 기판유지장치의 다른 실시예를 나타낸 설명도,
제 10도는 본 발명에 따른 기판유지장치를 구비하는 기판에칭장치를 도시한 설명도,
제 11도는 기판유지장치의 외주부를 도시하는 확대도,
제 12도는 기판이송시 축적된 전하의 제거방법을 나타낸 설명도,
제 13도는 본 발명에 따른 기판유지장치의 다른 실시예를 도시한 수직 단면도,
제 14도는 기판유지장치에서 냉매유로를 제조하기 위한 방법의 일실시예를 도시하는 설명도,
제 15도는 기판유지장치의 다른 실시예의 설명도,
제 16도는 제 15도의 유지부재(홀더)의 냉매유로의 설명도.
본 발명에 따른 제 1 실시예로써, 제 1도는 기판(1) 및 유지부재(홀더)(2)를 고정하기 위한 정전흡착회로를 채용한 하나의 실시예를 도시한다. 제 1도에서, 마이크로 웨이브 플라즈마 에칭장치는 기판(1)을 처리하는데 사용되어진다. 기판을 장착하기 위한 설치대(9)는 에칭실(10)내에 위치되어 있다. 에칭실(10)은 진공펌프(11)로 진공상태가 되며, 에칭용 가스는 가스공급부로부터 공급되어진다. 설치대(9)는 고주파 전원(12) 및 직류전원(13)에 연결되어진다. 마이크로 웨이브는 석영 유리창(15)으로부터 웨이브 이송관을 통하여 에칭실(10)내로 도입되어진다. 고주파 전원(12)이 작동하게 될 때 또는 마이크로 웨이브가 도입되어질 때, 플라즈마(16)은 에칭실(10)에서 생성되어진다. 그 때에, 정전흡착회로(17)는 설치대(9), 기판(1), 플라즈마(16)를 통하여 직류전원의 전하에 의해 형성되어진다. 이러한 상태에서, 기판(1)은 설치대(9)에 고정되며 즉, 설치대(9)에 의해 생성된 정전력에 의해 고정되어진다.
제 2도는, 제 1도의 기판유지장치의 단면도를 도시한다. 기판(1)은 기판용 유지부재(홀더)(2)의 돌기부(3, 20)상에 설치되어지고, 유지부재(2)의 돌기부(3)는 정전흡착회로(17)에 연결되어 있으므로, 상기 기판(1)은 돌기부(3, 20)에서 유지부재(2)에 고정되어진다. 냉매(4)를 연통시키기 위한 유로는 유지부재(2)에 설치되어 기판(1)을 냉각시키게 된다. 상기 냉매는 개략적으로 도시된 공급부(5)로부터 공급되어져 출구부(6)에서 배출되어 유지부재(2)의 온도를 제어하게 된다. 또한, 냉각가스용 유로는 유지부재(2)의 중심부에 설치되어 냉각가스(7)를 공급 및 배출하게 된다. 상기 기판(1)의 온도조절은 유지부재(2)의 오목부(8)에 채워진 냉각가스에 의해 유지부재(2)와 기판(1) 사이에서 열전달을 시켜 얻어질 수 있게 된다. 정전흡착력은 유지부재(2)의 표면상에 부착 또는 형성된 절연물(18)에 의해 발생된다.
산화티타늄이 첨가된 산화알루미늄 혼합물 또는 산화알루미늄이 절연물(18)로써 사용되어질 수 있다. 수백 볼트의 전압이 직류 전압으로써 정전력을 발생시키기 위하여 유지부재(2)에 공급되어질 수 있다. 따라서, 기판(1)의 전면에 걸쳐 발생된 전하는 기판(1)상에 조사된 전자 또는 이온의 분포에 의해 발생되어지며, 그리고 전하는 너무 높지 않도록 하여 기판이 손상되지 않게 한다. 한편, 음양 전극들이 유지부재(2)에 형성되어 전극으로 기판을 전기적으로 흡착하는 방법에서, 기판에서 높은 전하는 기판에 손상을 주게 될 가능성이 있다.
그때 냉각가스(7)는 그러한 방법으로 고정된 기판의 배면에 공급되어진다. 냉각가스(7)는 유지부재(2)의 오목부(8)에 채워져, 압력은 수 Torr 내지 수십 Torr 범위내에 있게 된다. 상기 오목부(8)의 간극이 15㎛ 내지 0.1 또는 0.2㎜일 때, 냉각효율의 감소는 무시되어질 수 있다. 즉, 입자의 존재나 표면 거칠기가 고려되어질 때, 상기 간극은 15㎛보다 더 크게 되어질 필요가 있고, 가스의 열전도성을 고려할 때 간극의 상한은 0.2㎜이다.
정전흡착력은 간극이 있는 오목부(8)에서 거의 제로가 되고, 돌기부(3)에서만 발생되어진다는 것이 고려되어질 수 있다. 그러나, 직류전원의 전압을 적당히 설정함으로써 냉각가스(7)의 압력을 유지하기 위하여 충분히 강한 흡착력을 설정하는 것이 가능하므로, 상기 기판(1)은 상기 냉각가스(7)에 의해 이동 및 분리되어지지 않는다.
상기 유지부재(2)의 온도는 냉매(4)에 의한 냉각으로 제어되어진다. 따라서, 상기 유지부재의 오목부(8)의 표면에 냉각된 냉각가스(7)의 분자가 직접 또는 냉각가스의 다른 분자와 충돌한 후 기판(1)에 도달한다. 상기 기판(1)에 도달된 상기냉각가스의 분자는 상기 기판(1)으로부터 에너지를 받게 되며, 즉, 기판(1)을 냉각하고, 다시 유지부재로 돌아가게 된다. 상기 사이클을 반복함으로써, 상기 기판(1)은 냉각되어진다. 냉각가스(7)의 압력이 상기 오목부(8)의 간극에 대응하는 평균 자유행정을 갖는 압력보다 아주 높게 되는 경우에는 가스분자들의 상기 현상 외에, 가스분자들은 서로 충돌하여 에너지를 교환하게 되며, 기판(1)의 열에너지를 상기 유지부재(2)의 냉각면에 이동하는 현상도 많아진다. 그러나, 본 발명의 범위내에 열에너지의 전달은 열적 매개체로써 냉각가스를 통한 열전달이다. 바꾸어 말하면, 예를 들어, 냉각가스는 미리 별개로 마련되고 기판(1)의 배면에 이송된 냉각부로 냉각되어 가스의 열용량으로 기판을 냉각시키는 것이 아니다. 상기 조건을 만족시킬 수 있도록 냉각가스(7)의 압력과 오목부(8)의 간극이 선택되어진다.
상기 냉각가스(7)와 상기 유지부재(2) 사이의 열전달비는 열적 적응인자로 부르는 값으로 표시되어진다. 상기 열적 적응인자는 냉각가스의 종류와 부재(오염의 상태)의 표면조건에 의존한다. 기판(1)과 냉각가스(7) 사이의 열전달에도 동일하게 적용될 수 있다. 헬륨은 그것이 누설될 때 에칭특성에 영향을 끼치지 않고 냉각가스의 공급 및 배출하는 시간은 다른 가스들보다 더 짧기 때문에 냉각가스로써 헬륨이 사용되어질 수 있다. 그러나, 냉각효율이 변함에도 불구하고 니트로겐, 아르곤, 에칭가스와 같은 다른 가스가 사용되어질 수 있다. 또한 상기 냉각가스는 이러한 것들에 특별히 한정되지 않는다.
전술한 바와 같이, 상기 기판(1)은 냉각가스에 의하여 충분히 냉각되어진다. 또한, 상기 기판은 단지 돌기부(3)에서 유지부재(2)와 접촉한다. 상기 기판의 배면을 다른 부재에 접촉함으로써 발생된 이물질이 부착될 가능성이 있는 부분은 단지 돌기부(3)에 대응하는 기판의 배면부이다. 제 2도에 도시된 바와 같이, 상기 기판(1)이 유지부재(2)보다 더 큰 면적을 가지거나 유지부재의 표면부가 제 2도에 도시된 기판(1)에 부착하는 경우에, 플라즈마는 부착면에 방사되어 에칭하게 되며, 상기 기판(1)으로부터 에칭 반응생성물이 부착면에 접착되어진다. 그래서, 상기 이물질은 부착면을 통하여 상기 기판(1)의 상면에 부착한다.
이러한 것은 유지부재의 직경이 기판(1)의 직경보다 더 작기 때문이다. 그러나, 본 발명에 따른 배면상의 이물질을 감소시키는 작용은, 유지부재(2)의 직경이 기판(1)의 직경보다 더 크더라도 반감되지 않는다.
제 3도는 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시한다. 비록 제 3도에서의 실시예는 제 2도의 실시예와 기본적으로 동일하고, 제 3도에서의 실시예는 상기 기판(1)을 이송하기 위한 가압부재(19)를 구비한다. 상기 기판은 유지부재(2)로부터 가압부재(19)를 상하 방향으로 이동시킴으로써 이송되어진다. 상기 가압부재(19)는 처리시 마다 상하 방향으로 이동되어져야만 한다. 즉, 가압부재는 유지부재(2)와는 독립적으로 이동되어질 필요가 있다. 따라서, 상기 유지부재(2)와 가압부재(19) 사이에 간극을 설치할 필요가 있다. 냉각가스는 간극을 통하여 누설한다. 냉각가스의 누설양은 가능한 적게 억제될 필요가 있다. 이것을 실현하기 위하여, 상기 돌기부(3)의 표면과 높이가 동일하거나 거의 동일한 표면을 갖는 내측 돌기부(20)는 상기 가압부재의 둘레에 설치되어 있다. 상기 표면은 평활하고 상기 기판(1)에 접촉하므로 냉각가스의 누설양은 허용치내로 억제되어질 수 있다.상기 가압부재가 돌기부(20)의 중심부에 설치되어지는 이유는 다음 세가지이다.
(1) 과잉 가스를 배출하기 위하여,
(2) 가스유동과 함께 가압부재에 돌출된 이물질을 배출하기 위하여,
(3) 비정상적인 배출을 방지하기 위하여,
비정상적인 배출의 경우는 가스의 종류, 주위의 압력, 전압을 가하는 간극 거리와 전압에 의존하고, 상기 부재가 설치되어 있는 경우에, 예를 들어, 냉각가스의 주위에서, 전압을 가하는 상기 간극 거리는 냉각가스 주위의 압력이 8 내지 10Torr(mHg)이고, 정전흡착에 대한 전압이 450 내지 700V일 때, 0.16 내지 0.2㎜가 될 필요가 있다. 그러나, 그러한 간극을 형성하는 것은 어려운 작업이다. 본 발명에 따른 실시예의 경우에, 가압부재(19)를 포함한 주위의 압력은 배출을 용이하게 일으키는 압력보다 극히 낮도록 할 수 있고 가압부재(19)를 포함한 주위의 압력차이, 예를 들어 10㎜Torr(1/102㎜Hg)에 의해 전도성을 증가시킬 목적으로 3 내지 5㎜Torr의 에칭실에서 압력보다 더 높을 때에서도 비정상적인 배출이 발생하는 것이 방지되어질 수 있고 간극 거리는 대략 1㎜이다.
제 4도는, 제 3도에서 상기 기판(1)을 제거한 상태에서 상측에서 하측으로 본 설치대(9)의 도면이다. 냉각가스(7)용 공급 및 배출구멍(21)은 유지부재(2)의 중심부에 설치되어 있고, 가압부재(19)와 내측 돌기부(20)는 공급 및 배출구멍의 둘레에 설치되어 있다. 상기 내측 돌기부(20)는 상기 기판(1)의 벤딩부에 대한 유지체로써 역시 제공된다.
비록 내측 돌기부(20)가 제 4도에서는 곡면형이지만, 그 형상은 곡면형에 한정되지 않는다. 제 5도는 환상의 기판유지장치의 한 실시예를 도시한다. 환상의 돌기부(22)에 기판(1)용 온도센서(23), 기판의 유무를 감지하기 위한 기판감지센서(24), 상기 기판(1)의 전위를 가압부재 이외의 접지전위로 이동시키기 위한 접지단자(25)가 설치되어 있다. 냉각가스(7)의 공급 및 배출을 오목부(8)에서 신속하게 실행하기 위하여, 환상의 돌기부(22)의 부분들은 그 부분들을 통하여 용이하게 통과시킬 수 있도록 절개되어져 있다.
플라즈마를 사용한 장치에서, 온도센서(23)로써 형광온도계를 채용하는 것은 소음문제를 제거하게 된다. 기판을 감지하기 위한 센서의 한 예는 광섬유이며, 레이지비임이 광섬유를 통하여 기판(1) 배면을 조사하기 위하여 도입되어진다. 상기 기판의 존재는 반사된 빛의 유무에 의해 감지되어진다. 온도센서(23)의 출력은 상기 기판의 존재에 따라 변하므로, 그러한 변화치는 상기 기판(1)의 존재를 감지하는데 사용되어질 수 있다.
상기 접지단자는 가압부재(19)를 사용함으로써 전기적으로 고정된 상기 기판(1)을 밀어 올리기에 앞서 사용되어진다. 잔류 흡착력이 전기적으로 고정된 상기 기판(1)에 존재하는 동안에는, 상기 가압부재(19)는 사용되어질 수 없다. 따라서 기다리는 시간을 단축하기 위하여, 상기 기판(1)이 접지되어질 필요가 있는 경우가 있다. 접지단자(25)를 상하 방향으로 이동시켜 기판에 접촉되게 함으로써, 상기 기판(1)의 전하는 접지되어진다. 비록 접지단자(25)는 전도성 재료로 만들어져 있지만, 플라즈마 처리 작업시 비정상적인 방전을 피하기 위하여 일반 금속보다더 큰 저항성을 갖는 실리콘 카바이드를 채용하는 것이 효과적이다. 또한, 그러한 작용이 상기 가압부재(19)에 주어져 그러한 작용을 달성하도록 하는 것이 가능하다. 비록 제 5도에서 다양한 종류의 센서가 단일의 유지부재에 배치되어 있지만, 상기 센서는 본 발명의 목적을 감쇠함이 없이 별개로 사용되어질 수 있다. 본 발명에 다른 설치대(9)를 채택함으로써, 기판(1)의 배면에 부착되는 이물질의 양은 감소되어진다. 또한, 기판유지장치로 피처리 기판(1)을 사용함으로써, 배면상의 이물질이 다른 인접 기판의 상면에 부착하여, 배면으로부터 떨어지거나, 용융된 이물질에 의해 기판을 오염시키는 것이 방지되어질 수 있다. 헤드부(61)의 커버로써 사용하는 서셉터(68)는 에칭되어지고, 헤드부의 측면이 주위의 전기적인 공간으로부터 절연되어질 수 있다.
제 6도는 본 발명에 따른 기판유지장치의 또 다른 실시예를 도시한다. 상기 유지부재는 동심적으로 배치되는 섬형상 돌기부(22A, 22B)를 갖는다. 이러한 실시예에서 기판은 동심적인 세개의 부분, 원주부에서 돌출부분인 섬형상 돌기부(22A, 22B)로 유지되어 있다. 이러한 형상은 기판의 지름이 큰 경우에 특히 효과적이다.
제 7도는 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 도시한다. 제 7도는 기판유지장치의 단면도이다. 정전흡착을 위한 유전성 필름은 헤드부(61)의 상면에 도포되어 있고, 기판(1)에 접촉하여 고정하기 위한 위어(weir)(62a)는 기판의 외주부에 설치되어 있고, 설치대의 배면으로 관통하는 관통구멍(66)은 위어(62c)의 중심부에 설치되어 있다. 냉매를 수용하기 위한 공간(64)은 헤드부(61)의 내측에 설치되어 있고, 통로는 공급된 냉매를 이송 및 배출을 가능하게 한다. 헤드부(61)에 고정된샤프트(63)는 설치대(9)의 중심부 근처에 설치되어져 있고, 냉각가스를 유입하는 안내 통로는 샤프트 내측에 설치되어 있다. 기판을 이송하기 위한 가압기구(65)는 전술한 관통구멍(66)과 맞물린 상태로 설치되어 있다. 커버(67)는 설치대의 배면에서 관통구멍(66)의 외주부에 위치되어 있다.
기판(웨이퍼)(1)이 제 7도의 실시예에 따라 처리되어지는 경우에, 기판(1)은 로딩수단(도시되지 않음)을 사용하여 진공조건하에서 처리실내로 도입되어지고, 상기 기판(1)은 냉매의 진행에 따라 온도가 조절되는 설치대(9)상에 설치되고, 전자석 코일(4A)에 전류가 제공되어 주어진 자장을 형성하게 되며, 처리가스가 도입되고, 전류가 마그네트론에 공급되어져 마이크로 웨이브를 생성하게 되며, 상기 가스는 처리실에서 ECR(Electron Cyclotron Resonance)에 의해 플라즈마로 변하며, 상기 플라즈마에 의해 형성된 DC회로는 정전흡착력을 발생시키게 된다. 그 후, 상기 가스는 기판(1)과 설치대(9) 사이에 채워진다. 상기 냉각가스는 흡착된 접촉부를 제외한 간극 내측에 급속히 분사되며, 기판(1)내 플라즈마로 인하여 들어 온 열을 헤드부에 전달하여 냉매로 열을 반송하게 된다. 냉각효과를 기판의 외주부 근처에 까지 확장하기 위하여, 상기 냉각가스는 기판의 외주부를 통하여 처리실에 누설되어진다. 동시에, 상기 냉각가스는 냉각가스가 활발히 누설되도록 치수관계를 갖는 관통구멍(66)을 통하여 과잉 가스로써 설치대의 배면에 배출되어진다. 기판과 설치대 사이의 가스는 상기 주어진 압력으로 유지되어질 필요가 있으므로, 가스는 항상 누설양에 대응하는 양으로 공급되어진다.
상기 실시예에 따르면, 기판의 배면에 전달된 이물질의 양은 냉각에 필요한냉각가스 압력을 유지한 상태에서 접촉면을 감소시킴으로써 감소되어지고, 제조장치로서 우수한 반복성을 가지며, 기판온도를 조절하는 조건하에서 플라즈마로 처리가 가능하고, 우수한 생산성을 갖는 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이 가능하다.
또한, 가압부에서 생성된 이물질은 설치대(기판의 반대측)의 후부에 과잉 냉각가스를 배출함으로써 기판의 반대측에 전달되어져 기판에 부착되는 이물질의 양을 감소시키게 되고, 동시에 상기 가스는 처리실에서 설치대의 배면에 설치된 커버 내측에 배출되어져 커버 내측의 압력이 처리실에서 압력보다 더 높은 상태를 유지하게 되어 반응생성물이 설치대의 기구에 부착되는 것을 방지하고, 특성치의 변화량이 적은 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이 가능하다. 일반적으로 여기서 헬륨이 냉각가스로써 사용되어진다. 비록 본 발명에서 냉각가스는 수 ccm(cubic centimeter per minute)에서 10ccm(분당 ㎤)씩 처리실내로 누설되어지지만, 그러한 양은 프로세스 가스로 공급된 양의 1/100 내지 1/수10이므로, 누설양이 공정에는 효과적이지 못하다는 것이 실험에 의해 확인되었다.
비록 본 발명이 각각의 상기 실시예에서 기판의 냉각을 고려에 넣은 것으로 기술되어 있지만, 유일한 차이는 유지부재의 온도가 기판의 온도보다 더 높은 상태를 유지하므로, 기판을 가열하는 경우에도 실제적인 차이가 없다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판은 확실하게 냉각되어질 수 있고, 동시에 기판의 배면에 부착되는 이물질의 양도 감소되어질 수 있다. 또한, 기판이 정전흡착으로 고정되어지고, 기판의 상면에 기판이 접촉하도록 어떠한 기판고정장치를 사용할 필요가없으므로, 기판의 상면에 부착되는 이물질의 양도 역시 감소되어질 수 있다. 더욱이, 기판고정장치와 같은 장애물이 없으므로 기판의 상면에 대한 기판의 처리는 기판의 표면을 통하여 행하여질 수 있다. 따라서, 기판처리시 배면상의 이물질의 양을 감소시킴으로써 생산수율이 향상되어질 수 있다. 상기 생산수율은 더욱 향상되어질 수 있고, 단일의 기판으로부터 얻어지는 디바이스칩의 수는 기판의 상면에 부착되는 이물질의 양을 감소시킴으로써 역시 증가되어질 수 있다.
종래의 정전흡착 전극에 기인한 기판의 손상이 본 발명에서는 발생되지 않으며, 그러한 것은 생산수율을 향상시키게 된다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 도면을 참조하면서, 아래에서 상세히 기술되어질 것이다.
제 9도는 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 도시한다. 제 9도에서, 기판(1)은 유지부재(2)에 형성된 절연성의 재료로 유지되어 있다. 유지부재(2)의 하부에는, 절연부재(40)와 베이스(41)가 샤프트(63)로 유지설치되어 있다. 유지부재에는, 냉매를 연통시키기 위한 냉매유로(42)가 형성되어 기판(1)의 온도를 제어하게 된다. 상기 냉매를 냉매유로에 공급하기 위하여, 베이스(41)와 절연부재(40)를 관통하는 관통구멍이 설치되어 있고, 냉매 공급부가 역시 설치되어 있다. 가압부재(19)는 유지부재(2), 절연부재(40)와 베이스(41), 절연 파이프(44)에 형성되어 있는 관통구멍의 측면을 통하여 관통하는 관통구멍에 삽입되어 있다. 가압부재(19)는 샤프트(63) 둘레에 설치된 가이드(45)에 의해 안내되고, 샤프트(63)의 축방향으로 상하구동기구로 이동되어 도면에 도시되지 않았지만, 기판(1)을 이송하게된다. 고주파 공급샤프트(47)는 절연재료(46)를 통하여 샤프트(63) 내측에 설치되어 있고, 파이프 형상으로 된 고주파 공급샤프트인 고주파 샤프트의 내측에는 기판 냉각가스 이송구멍(21)을 형성한다. 절연재료(46)은 베이스(41)로부터 절연부재(40)로 관통한다. 상기 고주파 공급샤프트(47)는 절연부재(40)로부터 고전압 전원에 연결되어 있는 고주파 공급샤프트(47)의 일단(제 9도에서 저부측)인 유지부재(2)로 관통하고, 고주파 공급샤프트의 일단(제 9도에서 저부측)은 도면에는 도시되지 않았지만, 고전압을 제공하기 위한 고전압 전원과 고주파 바이어스를 기판에 가하기 위한 전원에 연결하여 절연재료로 정전흡착에 의해 기판을 유지하게 된다. 상기 기판의 온도를 검지함으로써 기판의 유무를 감지하기 위한 기판감지센서(24)는 제 9도에 설치되어 있다. 이러한 위치에, 기판의 온도를 검지하는 대신에 냉각가스 압력에 의한 기판감출기가 역시 설치되어질 수 있다. 이러한 경우에, 압력센서는 기판감지센서(24)의 핀의 상단에 설치되어 있고, 상기 압력센서로부터 출력신호 와이어는 핀의 내측을 통하여 인출되어 신호프로세서에 연결되어지게 된다. 기판감지센서(24)에서 상기 핀의 상단부 둘레의 공간에서의 압력은 기판이 존재할 경우에는 높고, 기판이 존재하지 않은 경우에는 낮게 되므로, 신호프로세서는 압력센서로부터 압력신호가 본 발명에 따른 값을 초과하는지 여부를 판단함으로써 기판의 유무를 검지하게 된다. 상기 절연물질(18)과 상기 유지부재(2)에 대한 커버로써 사용되는 서셉터(36)는 기판(1)의 외주부에 설치되어 기판에칭용 가스유동을 균일하게 하게 된다. 서셉터(36)의 내원주면은 상기 기판(1)의 배면에 대하여 수직이다. 서셉터(36)는 알루미나와 같은 전기적 절연물질로 형성되어, 상기 유지부재(2)의 외측 둘레, 절연부재(40)와 베이스(41)를 덮게 된다.
제 9도에 도시된 기판유지장치는, 예를 들어, 제 10도에 도시된 바와 같은 플라즈마 분위기에서 사용되어진다. 제 11도는 기판(1)의 원주부를 확대한 단면도이다. 비록 제 10도는 마이크로파 플라즈마 에칭장치의 개략도이지만, 본 발명에 대한 기판유지장치가 에칭장치에 적용되어진 경우에 대한 설명을 아래에서 한다.
진공실(27)은 다른 진공실에 연결되어져 밸브를 통하여 대기 주위로부터 대기속으로 상기 기판을 장착 및 해제하게 된다. 기판 로딩기구를 통하여 진공실(27)에 장착된 기판(1)은 제 10도에서 이점쇄선으로 도시된 이송레벨로 이송되어진다. 따라서, 상기 기판유지장치는 이송레벨로 하강되어진다. 상기 기판(1)은 가압부재(19)를 이러한 레벨에서 상하 방향으로 이동시킴으로써 절연물 표면으로 이송되어 장착된다. 상기 기판의 온도를 조절하기 위한 냉매는 별개로 설치된 냉매온도 콘트롤러를 통하여 냉매공급부(43)로부터 냉매유로(42)로 도입되어지고, 주어진 온도에서 절연부재(18)와 유지부재(18)의 온도를 조절하기 위하여 냉매유로에서 재순환되어진다. 상기 기판(1)이 설치대(9)에 설치되어 졌을 때, 기판감지센서(24)로부터 도입된 레이저 비임은 상기 기판의 배면에 반사되고, 반사빛은 신호로써 감지되어, 상기 기판의 설치를 확인하게 된다. 상기 기판의 온도는 기판온도검출기(형광온도계)를 사용하여 검출되어지기 시작하고, 제 9도에는 도시되지 않았지만, 기판감지센서(24)와 동일한 방법으로 설치되어 있다. 에칭가스(48)가 공급되고 마이크로파가 웨이브 가이드(14)를 통하여 마이크로파 발생기(26)으로부터 도입되어 졌을 때, 방전이 시작되어진다. 이러한 상태에서, 정전흡착용 직류는 직류동력원(13)으로부터 공급되어지고, 정전흡착용 전기회로가 플라즈마(16)를 통하여 형성되어지며, 상기 기판(1)은 절연부재(18)에 흡착되어진다. 그 후, 헬륨가스가 가스 공급구멍(21)로부터 공급되어 졌을 때, 헬륨가스를 통하여 기판의 온도조절이 수행되어진다. 이러한 상태로 에칭에 대한 준비가 완료되어지므로 주어진 값으로 마이크로파를 설정하고 고주파전압을 가함으로써 에칭이 시작되어진다. 에칭처리의 완료 후, 고주파전압의 공급이 중단된다. 동시에, 플라즈마는 여전히 잔류한다. 즉, 상기 기판은 여전히 전기적으로 흡착된 상태를 유지하게 된다. 상기 에칭가스는 공급이 중단되어지고, 에칭가스 대신에 아르곤가스와 같은 비에칭가스는 정전흡착시 단계적으로 축적된 전위를 제거하는 것에 의하여 도입되어진다. 반면에, 헬륨가스의 공급이 중단되면, 상기 기판(1)의 배면으로부터 기판(1)을 상부로 상승시키는 힘이 작용하지 않게 된다. 에칭가스와 방전용가스를 소비하여 고진공상태가 된 후, 설치대(9)가 하부로 이동되어 상기 기판(1)을 해제하기 위한 공정이 시작된다. 상기 해제공정은 로딩공정의 역공정으로 수행하게 된다. 새로운 기판이 다음 에칭작업을 위하여 장착되어진다. 그 후 에칭은 상기와 동일한 방법으로 수행되어진다.
비록 반응생성물(가스)이 에칭가스와 함께 생성되고 상기 기판 표면에 대한 에칭이 상기 기판의 표면에 걸쳐 대략 균일한 밀도로 분포되어 있지만, 원주부에서의 에칭특성은 상기 기판의 외주부에서 반응생성물을 생성하는 부분이 기판의 외측에 존재하지 않기 때문에 중심부에서의 에칭특성과는 다를 수 있고, 가스유동의 유동경계는 급격히 변한다. 따라서, 본 발명에서 서셉터(36)는 상기 기판과 대략 동일한 레벨로 설치되어 있으므로 가스흐름이 급격하게 변하는 것을 방지할 수 있게 된다. 상기 에칭가스와 반응생성물의 유동은 서셉터(36)면의 존재로 인하여 상방향으로 조금씩 이동되어져 반응생성물이 생성되고, 마치 기판의 외주부에 에칭작용부가 있는 것과 같은 현상을 일으킨다. 따라서, 에칭은 기판의 외주부에서 균일하게 실행되어진다.
상기 외에, 기판(1)의 원주부는 서셉터(36)에 수용되어진 상태에 있고, 상기 서셉터(36)의 측벽(36A)은 상기 기판(1)이 광범위하게 이동하는 것을 억제 때문에, 상기 기판이 이송되어질 수 없고, 에칭실의 진공은 정전흡착력이 어떤 비정상적인 상태로 사라지거나 상기 기판이 상기 기판(1)의 배면에 공급된 헬륨가스의 압력에 의해 움직일 때 조차도 에칭실의 진공이 깨어져야만 하는 상황을 피하는 것이 가능하다. 이때에, 기판의 외주부에 접촉한 서셉터(36)의 내표면(36A)이 거의 수직이기 때문에 기판이 미끄러지더라도 상기 기판은 서셉터(36)의 수평면상에 오르지 않는다. 이러한 경우는 상기 서셉터의 표면이 테이퍼형인 경우와는 다르다.
기판(1)의 배면과 서셉터(36) 사이의 간극에 대해서는 아래에 설명한다.
기판에칭면측에는, 플라즈마(16)가 발생되고 에칭가스와 반응생성물이 흐르고 있다. 따라서, 기판(1)의 배면과 서셉터(36) 사이의 간극이 좁은 경우에, 에칭가스와 반응생성물이 간극으로 들어가 기판의 배면에 축적되어진다. 그러한 것들은 이물질을 형성하게 된다. 이러한 것은 에칭공정의 생산수율이 감소하기 때문에 바람직하지 않다. 반대로, 그들 사이의 간극이 가능한 작게 감소되어질 때, 에칭가스와 반응생성물은 간극내에 들어가도록 감소되어지고, 기판의 배면에 축적된 이물질은 감소되어질 수 있다. 다른 실험결과에 따르면, 상기 기술한 효과는 틈새가 0.3㎜보다 적을 때 효과적이었다.
에칭처리는 고주파전압을 기판에 가함으로써 실행되어진다. 이때에, 고주파전압이 직접 가하여진 유지부재(2)와 베이스(41) 사이에 비정상적인 방전이 일어나는 경우가 있다. 비정상적인 방전이 발생할 경우, 고주파전압은 기판(1)에 올바르게 가하여지지 않아, 에칭 자체가 비정상적으로 된다. 이러한 것은 에칭에 한정되지 않고, 고주파전압을 사용하여 플라즈마를 발생하는 기판처리장치의 방식에도 일반적으로 적용되어질 수 있다. 이러한 현상을 방지하기 위하여, 본 발명에 따른 기판유지장치에서, 고주파전압이 가하여진 부분과는 다른 전기 전위에 있는 베이스(41)는 절연파이프(44)를 삽입함으로써 특별히 절연되어진다. 따라서, 비정상적인 방전이 방지되어질 수 있다.
상기 기판의 이송에 대하여 설명한다. 방전은 그것이 정전적으로 흡착되어지고 있는 동안 기판에 축적되어진다. 방전은 기판(1)을 절연부재(18)에 흡착할 수 있게 하고, 상기 기판은 정전흡착용 직류전원(13)이 오프(off)로 변환되어질 때에도 정전적으로 유전성 필름에 흡착되어진다. 따라서, 기판의 이송은 축적된 전위가 사라질 때까지 기다려야만 한다. 따라서 축적된 전위가 존재하는지의 여부를 판단해야 할 부가적인 문제가 있게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 가압부재(19)는 제 12도에 도시된 바와 같이, 탄화실리콘과 같은 작은 전도성을 갖은 물질로 만들어진다. 그렇게 함으로써, 축적된 전하는 가압부재(19)를 통하여 접지선을 따라 흘러 사라진다. 그렇게 함으로써, 기판의 이송에 대한 곤란성은 피하여질수 있고, 바람직한 기판이송이 실현되어질 수 있다. 가압부재(19)에 연결된 접지회로는 플라즈마의 발생시 차단되어진다. 접지선과 고주파가 가하여진 부분이 서로 인접되게 설치되어지고 비정상적인 방전이 일어나는 경우에 이러한 방식을 채용하는 것이 바람직하다.
비록 상기 기판이 가압부재(19)의 상하운동으로 이송되어지더라도, 상기 기판이 이송되는 동안 떨린다면 비정상적인 상태가 발생한다. 따라서, 가압부재(19)는 평탄하게 이송되어야만 한다. 가압부재를 확실하게 안내하기 위하여, 본 발명에서는, 상기 가이드(45)가 샤프트(63)상에 설치되어 있다. 이렇게 함으로써, 가압부재(19)의 길이는 과도하게 길지 않게 되고 매우 바람직한 이송이 실현되어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 매우 바람직한 기판유지장치의 부재들이 명확하게 되었다. 기판이송레벨이 기판처리위치의 레벨과 다른 경우에 대략 해결에 대하여 아래에서 설명한다(제 10도에 도시된 위치에 대응한 기판의 위치).
제 13도는 기판유지장치의 상세한 구조를 도시한다. 상기 장치의 상부는 제 9도와 거의 동일하다. 제 9도와 다른 부분은, 고주파전압이 가해진 유지부재(2)의 외측면이 절연부재(40)로 덮여 있다는 것이다. 그렇게 함으로써, 고주파전압이 가해진 부분과 접지부분 사이의 거리는 길게 되고, 비정상적인 방전에 대한 방지효과가 향상되어질 수 있다.
기판이송위치와 기판에칭위치 사이에서 상하방향으로 이동시키기 위해서, 본 발명에서 벨로우즈(50)는 기판유지장치의 샤프트(63)와 플랜지(49) 사이에 설치되어 있다. 벨로우즈(50)는 역시 대기와 진공실 사이에서 진공시일로써 사용되며 샤프트(63)의 가이드와 함께 연장되어 있고, 상하 구동기구가 제 13도에 도시되지 않은 외부에 설치되어 있다. 본 발명에서, 벨로우즈(50)는 샤프트(63)와 플랜지(49) 사이에 설치되어 벨로우즈(50)의 직경을 최소화하게 된다. 벨로우즈(50)의 직경이 작을 때, 기판이송기구에 작용하는 힘은 역시 작고, 따라서 상하 구동기구를 단순화시키는 것이 용이하게 얻어진다. 일래스토머 시일(elastomer seal)을 사용하는 슬라이딩부를 채용하는 경우에 비하여, 슬라이딩부에서 마찰에 의해 생성된 이물질이 제거되어지고, 진공시일(seal)에 대한 신뢰성이 향상되는 것이 명확하다.
비록 그러한 구조를 채용함으로써, 기판유지장치는 상하방향으로 이동되지만, 플라즈마에 대한 벨로우즈(50), 샤프트(63), 가압부재(19)의 노출은 부착되어진 에칭생성물에 의해 형성된 이물질에 대한 문제나 그러한 물질에 대한 플라즈마 저항성의 견지에서는 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명에서, 서로 교차하는 원통형 커버(67A, 67B)는 베이스(41)과 플랜지(49)에 설치되어 있다. 상기 커버(67A, 67B)는 서로 교차하고, 상기 교차는 기판유지장치가 상하 방향으로 이동되더라도 유지되는 그러한 치수를 갖는다. 양커버(67A, 67B)는 접지전위로 유지되어지고, 상기 커버내의 부재들은 항상 플라즈마로부터 격리 오염으로부터 방지되어진다.
상기 실시예에서 기술된 바와 같이, 본 발명에 다르면, 적은 이물질을 갖고 균일한 에칭을 실행하는 기판유지장치 및 기판유지방법이 얻어질 수 있다. 본 발명은 에칭장치를 한정하는 것이 아니다. 기판(처리된 목적물)을 정전흡착으로 유지할 필요가 있는 기판처리장치 및 처리방법에 널리 적용할 수 있음을 알 수 있다.
상기 기판유지장치의 제조를 고려하여, 제 9도 또는 제 13도를 참조하면, 유지부재(2)는 냉매유로를 가지므로 제조하는 것이 곤란하다. 당연히, 제 9도에 도시된 바와 같이, 두부분으로 분할하거나 서로 연결하여 유지부재(2)를 제조함으로써 동일한 효과를 갖는 부재를 얻는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 방법에서, 신뢰성의 감소, 복잡성, 고장의 문제가 야기되어 밀봉면이 요구되어지고, 제 9도에 도시된 바와 같이, 관통구멍(예를 들어, 제 9도에서 절연파이프가 삽입된 구멍)이 유지부재(2)에 설치되어 있을 때 시일이 부품의 각 구멍에 요구되므로, 별도의 연결부 또는 별도의 공간이 요구되어진다.
따라서, 본 발명은 유지부재(2)가 단일체 구조로 형성되어 있는 제조방법을 채용한다.
본 발명에서, 로스트 왁스(lost wax)기술이 본 발명을 해결하기 위한 방법으로 채용된다. 제 14도는 이러한 실시예를 도시한다. 첫째로, 냉매유로와 같은 형상을 갖는 부재는 왁스를 사용하여 제조된다. 다음에 유지부재의 외측 형상과 동일한 형상을 갖는 몰드가 준비되고, 왁스로 만들어진 유로몰드는 상기 몰드내에 설치되며, 그리고 그 후 주조가 실행되어진다. 왁스를 제거한 후, 유지부재(2)가 완성되어진다.
제 15도 및 16도는 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 금속부재(52)는 진행방향으로 냉매유로를 가공하고 다른 금속부재(53)는 접합재료(54)을 통하여 서로 연결되어 있다. 상기 다른 금속부재가 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어지는 경우, 저융점(예를 들어, 알루미늄 합금이 포함된실리콘)을 갖는 알루미늄 합금은 접합재료(54)로 사용되어진다. 그 다음 상기 금속 부재(52, 53)는 압축된 진공분위기에서 대략 600℃까지 가열되고, 저용점을 갖는 접합재료(54)가 녹게 되어 금속부재(52, 53)과 반응하여 서로 연결되어진다. 제 16도에 도시된 밀봉면은 확산용접방법을 채용함으로써 확실히 접합되어질 수 있기 때문에, 상기 관통구멍은 어떤 특별한 고려없이 제작되어질 수 있다. 용접공정에서, 하나의 세트로 한정되지 않고, 다수의 부재세트가 한번에 용접되어질 수 있고, 금속부재(52, 53)를 미리 제조하여 두고, 그들을 한번에 접합하면, 가격경쟁에서 아무런 문제가 없다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 정전흡착에 의한 기판유지는 기판이송시 슬라이드를 방지하고 기판 배면상의 가스압력에 기인한 상승을 방지하기 위하여 기판상에 웨이트와 같은 부재를 사용함이 없이 확실히 실행되어질 수 있으므로, 기판의 에칭작업동안 이물질의 생성이 감소되어질 수 있고 기판의 생산수율이 향상되는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 이물질을 제거하기 위한 기판에칭장치의 청소작업 사이에 작동가능한 기간이 연장되어지므로, 장치의 작동성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 기판의 외측 원주부의 표면이 거의 기판의 표면과 거의 동일한 높이에 있으므로, 기판의 표면에서 가스흐름이 균일하게 되고, 기판에칭이 표면에 대하여 아주 균일하게 실행되어질 수 있는 효과가 있다. 더욱이, 기판유지장치를 형성함에 있어 냉매 실링용으로 아무런 일래스토머시일 요구되어지지 않으므로, 기판유지장치는 용이하게 제조되어질 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 기판으로부터 열을 제거하는 기판 유지장치에 있어서,
    상기 기판의 원주 영역에 배열되고, 기판유지부재에 기판을 유지하는 환상 돌출부와;
    상기 환상 돌출부의 내측 영역에 배열된 또 다른 복수의 돌출부와;
    상기 환상 돌출부와 상기 또 다른 복수의 돌출부와의 사이에 배열되고, 상기 기판유지부재에 제공되는 오목부와;
    상기 오목부에 설치되어 전열가스를 공급하는 가스공급구멍과, 상기 전열가스를 상기 기판유지부재상에 제공된 상기 오목부에 공급하는 전열가스 공급수단과;
    상기 기판의 이면을 상기 환상 돌출부와 상기 또 다른 복수의 돌출부와의 사이에 흡착하여 상기 기판을 클램핑하는 정전 흡착 수단; 및
    상기 가스공급구멍으로부터 이간하여 설치되어 상기 기판을 밀어올리는 밀어올림 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 유지장치.
  2. 기판으로부터 열을 제거하는 기판 냉각 장치에 있어서,
    환상 돌출 영역과;
    상기 기판과 접촉하는 복수의 돌기 배열과, 상기 기판과의 접촉에 의해서 공동을 형성하는 오목부를 포함하고, 상기 환상 돌출 영역과 상기 복수의 접촉 표면이 실질적으로 동일 평면상에 있는 중앙영역과, 상기 공동 내에 가스를 도입하는 적어도 하나의 가스공급구멍을 포함하여 기판을 유지하는 기판유지부재와;
    상기 기판유지부재 상의 상기 가스공급구멍으로부터 이간한 위치에 설치되고, 상기 기판을 밀어올리는 밀어올림 핀과;
    상기 기판에 열적으로 결합되어 액체 냉매가 통과하는 유로를 포함하는 지지 부재, 및 상기 기판을 상기 기판유지부재에 흡착하는 정전흡착력을 부여하는 정전 흡착 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 냉각 장치.
  3. 기판으로부터 열을 제거하는 기판 냉각 장치에 있어서,
    상기 기판의 이면의 원주영역과 접촉하는 환상 돌출부와;
    상기 기판과의 접촉에 의해서 공동을 형성하는 오목부와 상기 기판의 이면과 접촉하는 복수의 내부 돌기의 배열과, 상기 오목부에 설치된 가스공급구멍을 포함하고, 상기 환상 돌출부의 접촉 표면과 상기 복수의 내부돌기의 접촉 표면이 실질적으로 동일 평면상에 있는 중앙 영역을 포함하는 상부 표면을 구비하는 절연부재와;
    상기 기판을 상기 절연부재에 클램프하는 정전력을 제공하는 정전 흡착 수단과;
    상기 절연부재를 상면에 설치하여, 액체 냉매를 통과시키는 유로를 포함하는 금속지지부재와;
    상기 절연부재와 상기 금속지지부재를 관통하여 상기 가스공급구멍으로부터 이간한 위치에 설치된, 상기 기판을 밀어올리는 밀어올림 핀과;
    상기 금속지지부재와 상기 절연부재를 관통하여 설치되고, 냉각가스를 상기 가스공급구멍에 공급하는 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 냉각 장치.
  4. 기판의 온도를 제어하는 방법에 있어서,
    원주에 형성된 환상 돌출부와, 그 내측에 설치된 복수의 돌기부와;
    상기 기판의 유지에 의해서 상기 환상 돌출부와 상기 복수의 돌기부와의 사이에 오목부를 구비하는 기판 유지부재를 제공하는 단계와;
    상기 환상 돌출부의 표면에 상기 기판을 정전흡착하는 단계와;
    상기 기판 이면의 상기 오목부에 냉각가스를 공급하는 단계와;
    상기 기판의 온도와 상기 기판 유지부재의 온도의 차가 설정값이 되도록 상기 오목부 내의 상기 가스 압력을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 온도 제어방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 진공처리실, 가스도입수단 및 상기 진공처리실내에 기판을 올려놓기 위한 시료대를 구비하고,
    상기 기판이 정전 흡착력에 의하여 상기 시료대에 유지되고, 상기 기판과 상기 시료대와의 사이에 전열가스를 도입함으로써, 상기 기판의 온도가 제어되는 진공처리장치의 기판 유지장치에 있어서,
    상기 기판의 둘레 가장자리부에 대응하는 상기 시료대의 위치에 설치된 평활면을 가지는 환상 돌출부와, 상기 기판의 중심부에 대응하는 위치와 상기 기판의 외주부에 대응하는 위치와의 사이에 설치된 복수개의 접촉유지부를 포함하고,
    또한, 상기 기판을, 상기 환상 돌출부와 상기 접촉유지부에 접촉시켜 상기 기판을 고정시키는 정전 흡착 수단을 포함하고,
    상기 정전 흡착 수단은 상기 환상 돌출부 및 접촉유지부를 포함하는 상기 시료대의 표면에 부착 또는 형성된 유전체를 포함하고,
    상기 접촉유지부는 관통구멍을 구비하고, 상기 기판을 밀어 올리는 핀이 상기 관통구멍에 설치되어 있고,
    상기 시료대의 상기 접촉유지부의 상기 관통구멍으로부터 떨어진 위치에 상기 가스도입수단의 가스공급구멍이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공처리장치의 기판유지장치.
  8. 진공처리실, 가스도입수단 및 상기 진공처리실내에 기판을 올려놓기 위한 시료대를 구비하고,
    상기 기판이 정전흡착력에 의하여 상기 시료대에 유지되고, 상기 기판과 상기 시료대와의 사이에 전열가스를 도입함으로써, 상기 기판의 온도가 제어되는 진공처리장치의 기판유지장치에 있어서,
    상기 기판의 원주부에 대응하는 상기 시료대의 위치에 설치된 평활면을 가지는 환상 돌출부와, 상기 기판의 중심부에 대응하는 위치와 상기 기판의 외주부에 대응하는 위치와의 사이에 설치된 복수개의 접촉유지부를 포함하고,
    또한, 상기 기판을, 상기 환상 돌출부와 상기 접촉유지부에 접촉시켜 상기 기판을 고정시키는 정전 흡착 수단을 포함하고,
    상기 정전 흡착 수단은 상기 환상 돌출부 및 접촉유지부를 포함하는 상기 시료대의 표면에 부착 또는 형성된 유전체를 포함하고,
    상기 가스도입수단의 가스공급구멍은 상기 시료대의 상기 기판과의 비접촉부에 설치되어 있고,
    상기 기판을 밀어 올리는 핀이 상기 시료대의 상기 가스공급구멍으로부터 떨어진 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공처리장치의 기판유지장치.
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