KR101038046B1 - 기판 지지 장치 및 플라즈마 프로세싱 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분말 가루가 생성되는 것을 막을 수 있는 기판 지지 장치에 관한 것이다. 열전도성 중간 부재가 기대와 기판 지지대 사이에 삽입되고, 기대의 관통로와 기판 지지대의 관통로를 연결하는 연결 관통로를 구비한다. 벨로즈 튜브와 같은 탄성 부재는 연결 관통로를 통해 흐르는 비활성 기체로부터 열전도성 중간 부재를 절연하기 위해서 열전도성 중간 부재의 연결 관통로 내에 배치된다.
기판, 벨로즈, 비활성 기체, 탄성 부재, 절연, 반도체 웨이퍼, 분말

Description

기판 지지 장치 및 플라즈마 프로세싱 장치{SUBSTRATE SUPPORT DEVICE AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판의 온도 분포가 균일한 반도체 웨이퍼 같은 기판을 지지할 수 있는 기판 지지 장치 및 내부 기압이 진공으로 비워질 수 있는 프로세스 챔버에 기판 지지 장치를 구비하는 플라즈마 프로세싱 장치에 관한 것이다.
지금까지 에칭(etching), 화학증착법(Chemical Vapor Deposition), 스퍼팅(sputtering)의 공정에서 기판을 지지하기 위한 다양한 기술이 제안되었다.
예를 들어, 기판이 탑재되는 기판 탑재대가 정전력(electrostatic force)에 의해 기판을 들러붙게 하여 고정하기 위한 정전기적 접합 메커니즘을 갖는 기판 지지 장치가 제안되었다(일본 공개 특허 제2000-299288호 참조). 기판 지지 장치는 탑재대가 소정의 온도로 냉각될 수 있도록 기판 탑재대의 다른 측에 냉각 수단을 가지는 기대(base table)를 구비한다.
탑재대의 표면은 탑재대와 그 위에 위치되는 기판 사이에 틈(gap)을 형성하기 위해 울퉁불퉁한 형상으로 형성된다. 비활성 기체는 기판의 온도를 균일하게 하기 위해 틈 사이로 순환되어, 피막 형성 및 에칭 조건들이 전체 기판 위에서 불규 칙하게 되는 것을 막는다. 이와 유사하게, 전체 기판 위의 온도를 균일하게 하기 위해서, 기대와 탑재대 사이에 열전도율이 높은 탄소 시트가 삽입된다.
일본 공개 특허 제2000-299288호에 개시된 기판 지지 장치는 기판 위의 온도 분포를 균일하게 하기 위해서 기대와 탑재대 사이에 열 전도율이 높은 탄소 시트를 삽입한다. 그러나 탄소 시트는 분말 가루가 생성되는 경향이 있다는 문제점이 있다.
즉, 탑재대의 표면에 비활성 기체를 공급하기 위해서 기대와 탑재대 사이에 탄소 시트가 삽입되더라도, 비활성 기체가 통과하기 위한 흐름 통로가 구비되어야 한다. 이 경우에, 비활성 기체는 기판의 타 측에 탄소 분말을 수송할 수 있다. 만약 그러한 현상이 일어난다면, 비록 비활성 기체가 순환되더라도 기판의 타 측은 소정의 압력으로 유지될 수 없고, 온도가 균일하게 되는 것을 방해한다.
게다가, 챔버 내의 오염으로 인한 입자의 생성 및 도달 진공도의 저하와 같은 악영향이 미칠 것이다.
본 발명은 상기 환경들의 관점에서 이루어졌고, 본 발명의 목적은 기판 위에 온도를 균일하게 하기 위해서 분말 입자가 생산되는 것을 막을 수 있는 기판 지지 장치 및 상기 기판 지지 장치를 구비하는 플라즈마 프로세싱 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 기판의 뒷면에 비활성 기체(inert gas)를 공급하는 구조를 구비한 기판 지지 장치는 비활성 기체의 흐름 통로와 연결되는 관통로가 구비된 기대(base table), 기대 위에 위치하고 관통로가 구비된 기판 지지대, 기대와 기판 지지대 사이에 삽입되고 기대의 관통로와 기판 지지대의 관통로를 연결하는 연결관통로를 구비하는 열전도성 중간 부재 및 연결관통로를 흐르는 비활성 기체로부터 열전도성 중간 부재를 절연하기 위해 열전도성 중간 부재의 연결관통로 내에 위치하는 탄성 부재를 포함한다.
플라즈마 프로세싱 장치의 진공 챔버 내측에 설치되는 기판 지지 장치의 한 태양은 기체 흐름 배출구를 구비하는 기대 및 앞면의 기판을 지지하기 위해 기대 위에 배치되는 기판 지지대를 포함하고, 첫 번째 관통로는 기판 지지대의 뒷면에서 앞면으로 기판 지지대를 관통하고, 탄소 시트(carbon sheet) 부재는 기대와 기판 지지대 사이에 위치하며, 두 번째 관통로는 기판 지지대의 상기 첫 번째 관통로와 기대의 기체 흐름 배출구를 연결하기 위해 탄소 시트의 뒷면에서 앞면으로 탄소 시 트를 관통하고, 상기 두 번째 관통로의 내벽에, 상기 탄소 시트 부재의 두께방향으로 상기 탄소 시트 부재의 탄성계수보다 더 작은 탄성계수를 가지는 튜브형 메탈 부재가 설치된다. 이에 의해, 기판 지지대의 첫 번째 관통로를 통하여 기대의 기체 흐름 배출구로부터 기체가 흘러 기판 지지대의 앞면으로 분출될 때, 흐르는 기체는 탄소 시트 부재와 접촉하지 않는다.
기대는 가열(heating) 수단을 포함하고, 기판 지지대는 기판을 정전기로 흡착(adsorbing)하는 정전기 척을 포함한다. 기판 지지대의 표면은 울퉁불퉁하고, 상기 두 번째 관통로로부터 배출된 기체는 기판이 정전기 척(electrostatic chuck)에 의해 기판 지지대 상에 흡착될 때 기판과 기판지지대 사이의 틈으로 순환된다. 튜브형 메탈 부재는 벨로즈(bellows) 형태의 금속성 튜브이다.
본 발명에 따르면, 탄성 부재는 기대의 관통로와 지지대의 관통로가 연결되도록 하는 연결 관통로를 제공하고, 기대의 관통로를 기판 지지대의 관통로와 연결하기 위한 기체를 위한 흐름 통로로서의 역할을 한다. 그리고 탄성 부재는 연결 관통로로부터 중간 부재를 절연한다. 이것은 기판 위의 온도를 균일하게 하면서 소정의 압력으로 기판의 반대측을 유지하기 위해서 기판의 반대측으로 운반되는 기체에 의해 중간 부재에 형성되는 분말 입자를 막아준다.
본 발명의 실시예들은 도면을 참조하여 하기에서 설명된다. 본 발명은 실시예들로 제한되지 않는다.
[제 1 실시예]
도 1은 본 발명에 따른 기판 지지 장치를 구비한 스퍼터링(sputtering) 장치의 일반적인 형상을 설명하는 개략도이다. 도 2a는 제 1 실시예에 따른 기판 지지 장치의 개략적인 평면도이다. 도 2b는 도 2a의 라인 B-B의 단면도이다. 도 2c는 도 2a의 라인 C-C의 개략적인 단면도이다. 도 3은 본 실시예에 따른 기대를 설명하는 평면도이다. 도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 중간 부재를 형성하는 하부 탄소 시트의 평면도이다. 도 4b는 상부 탄소 시트의 평면도이다. 도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 벨로즈(micro bellows)의 평면도이다. 도 5b는 마이크로 벨로즈의 측면도이다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 프로세싱 장치로서 사용되는 스퍼터링(sputtering) 장치를 예시하고 있다. 스퍼터링 장치는 진공펌프(911)에 의해서 소정의 진공도로 비워질 수 있는 프로세스 챔버(901)를 포함한다.
타겟(903)은 환형의 절연 부재(902)를 통해 프로세스 챔버(901)의 천장부에 결합되고, 기판(2)을 지지하는 기판 지지장치(D)는 타겟(903)에 대항하는 위치에 결합된다.
요크 보드(yoke board, 904)는 타겟(903)의 타측에 결합되고, 자석(905)은 요크보드에 고정된다. 자석(905)은 타겟(903) 위에 고밀도 플라즈마를 형성하기 위해 자기장을 발생시킨다. 스퍼터링 전원은 타겟(903)에 연결되고, 필름 형성시에 타겟(903)에 직류 동력으로 보충된 고주파 동력을 인가한다. 기판(2)은 프로세스 챔버(901)에 제공된 슬릿 벨브(도시하지 않음)를 통해서 기판 지지 장치(D) 위에 위치된다.
기판 지지 장치(D)는 흡착 작용에 의해 기판(2)을 고정하는 기판 지지대로 작용하는 정전기 척(3), 정전기 척(3)을 지지하는 기대(510) 및 정전기 척(3)에 흡착 작용에 의해 고정되는 기판(2)의 뒷면으로 공급되는 비활성 기체(예를 들어 아르곤 기체)를 위한 흐름 통로(72A, 72B)를 포함한다. 게다가, 기판 지지 장치(D)는 기대(510) 및 정전기 척(3) 보다 탄성력이 더 있는 정전기 척(3)과 기대(510) 사이의 열전도성 중간 부재(4)와 탄성 부재인 복수 개의 마이크로 벨로즈(6)를 더 포함한다.
본 실시예에서, 정전기 척(3)은 단극 흡착 원리(a single-pole adsorption principle)로 작동하고, 디스크 형상의 유전체 판(310)과 유전체 판(310) 내부에 제공된 단일 전극(320)을 포함한다. 전극(320)은 전도성 막대(913)들을 통한 정전기적 흡착을 위해 사용되는 직류 전압을 공급하기 위해 정전기적 흡착을 위한 직류 전원(DC power source, 916)에 단극 흡착 원리에 의해 전기적으로 연결되고, 소정의 파지티브 또는 네거티브 전압(positive or negatave voltage)이 공급된다. 유전체 판(310)은 세라믹과 같은 유전체로 형성되고, 전압이 흡착 작용에 의해 기판(2)을 고정하기 위하여 전극(320)으로 공급될 때 정전기력을 발생시킨다. 나아가, 본 발명은 흡착 원리에 제한되지 않고, 양극의 정전기 척이 사용될 수 있다.
도 2a에 도시된 것과 같이, 정전기 척(3)은 유전체 판(310)의 표면을 관통하는 복수의 관통로(330, 340)를 구비한다. 복수의 관통로(330, 340)는 내측 둘레와 외측 둘레 모두에 형성된다. 외측 둘레의 원에 균일하게 이격된 간격으로 형성된 복수의 관통로(330)는 기판(2) 뒷면 위의 외측 둘레에 비활성 기체를 공급하기 위한 흐름 통로(72A, 이하 "외측 둘레 흐름 통로" 라 할 수 있다.)의 일부를 형성한다. 유사하게, 내측 둘레의 원에 균일하게 이격된 간격으로 형성된 복수의 관통로(340)는 기판(2) 뒷면 위의 내측 둘레에 비활성 기체를 공급하기 위한 흐름 통로(72B, 이하 "내측 둘레 흐름 통로" 라 할 수 있다.)의 일부를 형성한다.
도시되지는 않았지만, 유전체 판(310)의 전체 표면은 울퉁불퉁하다. 돌출부는 흡착 작용에 의해서 기판(2)을 고정한다. 흐름 통로(72A)에서 흐름 통로(72D)까지 공급되는 비활성 기체는 기판(2)의 뒷면에 펼쳐지기 위해 오목한 곳을 따라 흐른다.
기대(510)는 열 전도도 및 열 저항이 좋은 스테인리스 스틸(SUS) 또는 구리(Cu)와 같은 물질로 구성된다. 시즈 히터(sheath heater)와 같은 히팅 수단(520)은 필름을 형성할 때 소정의 온도로 기대를 가열하기 위해 기대의 내부에 제공된다. 게다가, 온도를 탐지하기 위한 온도 센서(도시하지 않음)는 기대(510)의 내측에 제공된다. 온도 센서의 출력 단말기는 온도 탐지 신호를 전송하기 위해 외부 유닛(도시하지 않음)의 온도 제어 유닛에 전기적으로 연결된다. 온도 제어 유닛은 소정의 피드백 제어 시스템(즉, PID 제어 시스템)에 의해 온도 탐지 신호를 기반으로 기대에 공급되는 가열 전기 동력의 출력을 제어한다.
복수의 고정 스프링(530)은 기대(510)의 외측 둘레의 표면에 고정된다. 도 2a 및 도 2b에서, 복수의 고정 스프링(530)은 균일하게 이격된 간격으로 기대(510)의 외측 둘레의 전체 표면에 볼트(Bt)를 사용하여 고정된다. 고정 스프링(530)은 기대(510)의 표면에 대하여 정전기 척(3)을 누르기 위한 굽은 판 스프링 물질이다.
도 3에 도시된 것과 같이, 기대(510)는 정전기 척(3)에 형성된 복수의 관통로(330, 340)와 연결되는 복수의 관통로(513, 514)를 구비한다. 복수의 관통로(513, 514)는 외측 및 내측 둘레에 모두 형성된다. 외측 둘레의 원 위에 균일한 간격으로 이격되어 형성된 복수의 관통로(513)는 외측 둘레 흐름 통로(72A)를 형성한다. 내측 둘레의 원 위에 균일한 간격으로 이격되어 형성된 복수의 관통로(514)는 내측 둘레 흐름 통로(72B)를 형성한다. 도 3의 중앙을 관통하는 두 개의 관통로는 전도성 막대(913)가 삽입되는 도체 막대용 관통로(512)이다.
흐름 통로(72A 내지 72D)는 도 1에 도시된 비활성 기체 공급원(71)에 연결된다. 비활성 기체 공급원(71)에는 소정의 유속으로 기체를 공급하기 위해 필요한 기체 흐름 메타(915)와 공급되는 기체의 압력을 모니터링하기 위한 압력 게이지(914)가 제공된다. 필름 형성 중에, 비활성 기체 공급원(71)은 정전기 척(3)과 기판(2) 사이의 열교환을 수행하기 위해 흐름 통로(72A 내지 72D)를 통하여 기판(2) 뒷면 위의 내측 및 외측 둘레에 비활성 기체를 공급한다.
본 실시예에서, 상기 설명된 것과 같이, 기대(510)는 가열된다. 기대(510)로부터 정전기 척(3)으로 전달된 열은 소정의 온도로 기판(2)을 제어하기 위해 비활성 기체를 통하여 기판(2)에 또한 전달된다. 이때, 비활성 기체의 압력은 정전기 척(3)과 기판(2) 사이의 틈 또는 접촉 면의 열 저항을 제어하기 위해 압력 게이지(914)의 측정에 기반하여 제어되어, 기판(2)의 온도를 제어할 수 있다.
중간 부재(4)와 흐름 통로(72A 내지 72D) 내의 마이크로 벨로즈(6)는 정전기 척(3)을 기대(510)에 연결하기 위해 사용된다. 탄성 물질의 마이크로 벨로즈를 사용하면 열팽창 특성이 다른 정전기 척(3)과 기대(510)를 변형 시키지 않고 서로 연결한다.
본 실시예에서, 중간 부재(4)는 열을 전달하기 위해 기대(510) 및 정전기 척(3)과 직면하여 접촉되는 열 전도성 부재를 사용한다. 중간 부재(4)로서, 열 전도성 및 부착성이 뛰어난 부재가 사용되는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에 서, 중간 부재(4)는 기대(510)와 정전기 척(3) 사이에 표면 압력을 발생시키는 탄성 물질을 사용하여, 흐름 통로(72A 내지 72D)를 통하여 지나가는 비활성 기체를 밀봉한다. 본 발명의 실시예에서, 중간 부재(4)의 중간 부분은 오목하게 들어가서, 중간 부재(4)의 내측은 탄성 계수가 더 작다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 것과 같이, 본 실시예의 중간 부재(4)는 기대(510)에 배치되는 하부 탄소 시트(a lower carbon sheet, 410)와 하부 탄소 시트(410) 위에 놓이는 상부 탄소 시트(420)를 포함한다. 탄소 시트는 흑연을 포함하는 시트 부재이다. 예를 들어, 그래파이트는 팽창 흑연을 생산하기 위해 산 처리 되며, 팽창 흑연을 말아 시트로 만든다.
하부 탄소 시트(410)는 둥글고 기대(510) 보다 지름이 조금 작다. 전도성 막대(913)가 삽입되는 관통로(411)들이 중간 부재의 중심에 형성된다. 기대(510)의 관통로(513, 514)에 이어진 위치에서, 관통로(513, 514)보다 조금 더 큰 지름의 벨로즈를 위한 관통로(412A, 412B)가 형성된다.
상부 탄소 시트(420)는 대체로 고리모양이고 외측 지름은 하부 탄소 시 트(410)의 지름과 같다. 탄소 시트(4)의 중심 부분은 오목하게 된다. 내주의 끝(421)은 하부 탄소 시트(410)의 벨로즈를 위한 관통로(412A)에 이어진 위치의 둘레로 간헐적으로 돌출된다. 돌출된 부분에, 하부 탄소 시트(410)의 벨로즈를 위한 관통로(412A)에 이어진 벨로즈를 위한 관통로(423A)가 형성된다. 본 실시예에서, 하부 탄소 시트(410)는 상부 탄소 시트(420)와 두께가 같다. 도 2c에 도시된 것과 같이, 하부 탄소 시트(410) 위에 상부 탄소 시트(420)를 적층하면 중심에 대체로 원형의 오목부(4A)를 형성한다.
도 2c에 도시된 것과 같이, 탄소 시트의 벨로즈를 위한 관통로(412A, 412B, 423A)의 내측에는 도 5a 및 도 5b에 도시된 것과 같은 탄성 부재인 마이크로 벨로즈(6)가 배치된다. 마이크로 벨로즈(6)는 높이 방향으로 연장될 수 있는 벨로즈 형태의 금속제의 튜브이다. 마이크로 벨로즈(6)는 녹는 점이 높은 금속, 예를 들어, 니켈(Ni)을 전기증착 함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 2.3 ㎜의 내부 지름, 5.7 ㎜의 길이와 0.75 ㎜의 팽창 길이를 가지는 마이크로 벨로즈는 본 실시예의 마이크로 벨로즈(6)로서 사용할 수 있다. 마이크로 벨로즈(6)의 재료는 녹는점이 높은 금속에 제한되지 않고, 합성 고무 또는 합성 수지가 사용될 수 있다. 그러나, 마이크로 벨로즈가 높은 온도에서 사용된다면, 금속제가 바람직하다.
마이크로 벨로즈(6)는 같은 높이의 중간 부재(4) 보다 두껍게 설계되고, 벨로즈를 위한 관통로(412A, 412B, 423A) 내측에 배치되며, 탄성적으로 변형된다. 마이크로 벨로즈(6)의 구멍 부분(61)은 기대(510)의 관통로를 정전기 척(3)의 관통로에 연결하고 흐름 통로(72A, 72B)의 일부를 형성한다. 카운터씽크된 홀(countersunk hole, 515)은 마이크로 벨로즈(6)가 배치되어 있는 기대(510)의 일부에 형성된다. 마이크로 벨로즈(6)는 카운터씽크된 홀(515)에 고정된다.
탄성 부재는 탄성 몸체가 원통형 판 스프링으로 될 수 있는 한 마이크로 벨로즈 같은 벨로즈 형태로 언제나 형성될 필요가 있는 것은 아니다. 탄성 부재는 내부 기체를 밀봉할 만큼 충분히 강한 표면 압력을 발생시키기 위해 항상 강한 탄성력을 가질 필요는 없고 탄성 부재가 기대(510)와 정전기 척(3) 사이 틈 안에서 변형을 일으킬 수 있으면 충분하다. 탄성 부재는 탄성 부재가 기대(510)와 정전기 척(3) 사이 틈 안에서 변형을 충분히 일으킬 수 있도록 중간 부재(4) 보다 탄성계수가 더 작은 것이 바람직하다.
이하, 본 실시예에 따른 기판 지지 장치(D)의 작동을 설명한다.
기대(510)가 가열되기 전에, 예를 들면, 필름 형성 과정 전에, 기판 지지 장치(D) 내에 중간 부재(4)의 둘레와 정전기 척(3)은 견고하게 눌려지고 스프링(530)을 고정하는 것에 의해서 기대(510)에 고정된다. 이 상태에서, 중간 부재(4)는 정전기 척(3)과 기대(510) 사이의 오목부(4A)에 의해 형성된 틈을 유지하고, 마이크로 벨로즈(6)는 두 탄소 시트(410, 420)의 높이로 변형된 마이크로 벨로즈(6)로 유지된다.
필름 형성 과정이 시작할 때, 기대(510)는 소정의 온도로 가열되고 비활성 기체는 비활성 기체 공급원(71)으로부터 공급된다. 이때, 탄소 시트(410, 420)는 기대(510)로부터 정전기 척(3)으로 열을 전달한다. 비활성 기체는 흐름 통로(72A, 72B)를 통하여 통과하고 정전기 척(3)으로부터 기판(2)으로 열을 전달하기 위해서 기판(2)의 뒷면 전체로 순환된다. 그리하여, 중간 부재(4)와 비활성 기체의 사용은 훌륭하게 반응하고 정확한 온도 제어를 할 수 있기 위한 열전달 계수를 증가시킨다. 중간 부재(4)와 정전기 척(3) 사이에 형성된 틈 뿐만 아니라 정전기 척(3)과 기대(510) 내의 흐름 통로(72A 내지 72D)는 마이크로 벨로즈(6)에 의해서 연결된다. 이것은 탄소 시트(410, 420)를 구성하는 탄소(C)의 분말 입자가 뒷면으로 기판(2)을 우회하는 것을 막아주어, 필름을 형성할 때 불순물의 발생과 온도 제어의 악화를 피하게 된다.
비활성 기체는 기대(510)와 정전기 척(3) 사이의 중간 부재(4)에 의해서 발생되는 표면 압력에 의해 밀봉된다. 상기 설명된 것과 같이, 상부 탄소 시트(420)의 내주 끝(421)의 돌출된 부분은 외측 둘레 흐름 통로(72A)를 형성하는 마이크로 벨로즈(6)의 둘레를 덮기 위해 형성되고, 비활성 기체는 완전히 밀봉된다.
기대(510)를 가열하는 것은 외측과 내측 둘레 사이에 온도 팽창의 차이 때문에 기대의 내부 둘레를 위쪽으로 감싼다(또는 기대의 외측 둘레를 아래쪽으로 감싼다). 이때, 만약 전체 중간 부재(4)가 균일한 두께인 경우, 기대(510)는 외측 둘레에서 정전기 척(3)으로부터 분리되며, 열이 외측 둘레에 전달되지 않아, 기판(2)의 내측과 외측 출레 사이에 온도 불균형을 만든다.
본 실시예에서, 기대(510)의 내측 둘레는 위쪽으로 감싸는 경우, 기대의 오목부(4A)에 의해서 중간 부재(4)의 중심의 근처에 미리 형성된 틈은 붕괴되고, 중간 부재(4)는 중심의 근처를 포함하는 전체 표면 위에 기대(510) 및 정전기 척(3)과 접촉하게 된다. 그것에 의하여, 열은 내측과 외측 둘레 모두에 균일하게 전달되 고, 온도 분포가 불균일하게 되는 것을 막는다.
이때, 오목부(4A)에 배치된 마이크로 벨로즈(6)는 오목부(4A)의 높이에 의해 눌려진다. 마이크로 벨로즈(6)는 벨로즈 형태의 물질로 구성된다. 그래서 확장 및 축소의 양은 증가 될 수 있고, 그러므로, 예를 들어, 마이크로 벨로즈(6)는 깨지거나 유연하게 변형되지 않을 수 있다.
오목부(4A)는 공간인 채로 남지 않고, 변형을 수반하기 때문에, 중간 부재(4)는 균일한 온도에 영향을 주기 위해 전체 표면 위에서 기대(510) 및 정전기 척(3)과 완전히 접촉될 수 있다. 마이크로 벨로즈(6)는 압축될 때 방사상의 변형이 작아서 변형에 의해 막히는 흐름 통로(72A, 72B)에 기인한 기체 압력의 제어 능력을 저하시키지 않는다.
상기 설명된 제 1 실시예의 기판 지지 장치(D)에 따르면, 마이크로 벨로즈(6)는 기대(510)의 관통로(513, 514)를 정전기 척(3)의 관통로(330, 340)에 연결하는 비활성 기체를 위한 흐름 통로(72a, 내지 72D)로서 작용하는 연결 관통로들을 제공한다. 게다가, 마이크로 벨로즈(6)는 탄소 시트(410, 420)로부터 연결 관통로들을 분리한다. 이것은 비활성 기체에 의해 생산된 탄소 분말이 기판(2)의 뒷면으로 운반되는 것을 막아서 기판(2)의 뒷면 전체 압력이 기판의 온도를 균일하게 하기 위한 소정의 압력 이내에 있도록 할 수 있다.
[제 2 실시예]
도 6은 제 2 실시예에 따른 기판 지지 장치의 형상을 설명하는 개략도이다. 제 1 실시예에서와 같은 구성요소들은 같은 도면 부호로 한다.
도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명의 다른 실시예에서, 가열 및 냉각 수단 모두는 기판(2)의 가열 및 냉각을 위해 제공된다. 구체적으로, 냉각 수단으로서 냉각 통로(541)는 기대(510)의 내측에 제공된다. 냉각제는 기대(510)가 냉각될 수 있도록 냉각 통로(541)를 순환한다. 가열 수단으로서 저항성의 가열 요소(351)는 예를 들어, 몰리브덴(molybdenum) 또는 텅스텐(tungsten)과 같은 녹는 점이 높은 금속으로 형성되고, 정전기 척(3) 내측에 제공된다. 전력을 저항성의 가열 수단(351)에 공급하면 정전기 척(3)을 가열하게 한다.
정전기 척(3)과 기대(510)의 내측에는 기판(2)의 뒷면의 중심 근처로 비활성 기체를 공급하기 위한 흐름 통로(72)가 제공된다. 균일한 두께의 단일 탄소 시트로 형성된 중간 부재(4)는 정전기 척(3)과 기대(510) 사이에 삽입되고, 마이크로 벨로즈(6)는 중간 부재(4)의 흐름 통로(72)를 형성하는 부분에 배치된다.
그리하여, 단일 흐름 통로(72)가 제공될 수 있다. 게다가, 가열 수단은 정전기 척(3)의 측면에 제공될 수 있고 냉각 수단은 기대(510)의 측면에 제공될 수 있다.
도 6의 정전기 척(3)은 양극 흡착형(bipolar adsorption type)이다. 한 쌍의 시트 전극(352A, 352B)은 직류 전원(923)에 연결되고, 정전기적 흡착을 위한 직류 전압이 공급된다. 전극(352A, 352B)은 매칭 박스(matching box, 920)를 통해 고주파 전원(921)에 연결되고, 스퍼터링(sputtering) 시에 플라즈마를 끌어당기기 위한 고주파 전압이 공급된다. 도 6에서 S부호는 절연시스(insulating sheath)를나타낸 다.
제 2 실시예의 기판 지지 장치(D)는 기본적으로 제 1 실시예와 같은 작동 효과를 제공한다. 기대(510)와 정전기 척(3) 사이의 틈이 기판(2)의 가열 및 냉각에 의해 변형되더라도, 탄소 분말이 기판(2)의 뒷면에 달라붙는 것을 막을 수 있다. 구체적으로, 가열시에, 비활성 기체는 정전기 척(3)이 저항 가열 요소(351)에 의해 가열되는 동안 기판(2)의 뒷면으로 순환되며, 그에 의하여 가열 효과도 증가한다. 냉각시에, 냉각제는 기대(2)로 순환되고, 비활성 기체는 기판(2)으로부터 정전기 척(3)으로의 열전달을 가속화하기 위해 기판(2)의 뒷면으로 순환되며, 그에 의하여 냉각 효과도 증가한다. 그리하여, 기대(510)와 정전기 척(3) 사이의 틈이 기판(2)을 가열 및 냉각하는 것에 의해서 변형되더라도, 마이크로 벨로즈(6)는 탄소 시트로부터 비활성 기체의 흐름 통로(72)를 분리여며, 탄소 분말이 기판(2)의 뒷면에 달라붙는 것을 막을 수 있다.
상기 실시예들에 따른 기판 지지 장치(D)는 상기 실시예로 제한되지 않는다. 예를 들어, 전술한 기판 지지 장치(D)는 플라즈마 프로세싱 장치로서 예시된 스퍼터링 장치에 뿐만 아니라 드라이 에칭(dry etching) 장치, 플라즈마 어셔(plasma usher) 장치, CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치 및 LCD(liquid crystal display) 생산 장치에 사용할 수 있다.
가열 수단(520)은 기대(510)에 뿐만 아니라 정전기 척(3)에도 제공될 수 있다. 유사하게, 냉각 수단이 정전기 척(3)에 제공될 수 있거나, 제 2 실시예와 같이 냉각 및 가열 수단 모두가 제공될 수 있다.
중간 부재(4)는 복수개의 카본 시트가 적층된 형태로 제한되지 않고, 단일 카본 시트가 그것의 외측 둘레를 굽혀서 사용될 수 있고, 특히 두께가 다른 단일 카본 시트가 사용되거나, 또는, 내측 둘레로부터 외측 둘레로 두께가 순차적으로 또는 계단식으로 증가하는 셋 이상의 카본 시트가 사용된다. 바꾸어 말하면, 탄성계수가 카본시트 내측에서 더 작아질 수 있다. 비활성 기체를 위한 흐름 통로는 오직 외측 둘레 또는 내측 둘레 상에 형성될 수 있다. 더욱이, 마이크로 벨로즈(6)는 내측 및 외측 둘레 사이에 다른 탄성 계수와 높이로 형성된다. 예를 들어, 높이 방향으로 탄성계수가 더 작은 마이크로 벨로즈가 사용되어서 내측 둘레가 쉽게 변형된다. 중간 부재(4) 이외에, 다른 밀봉 부재들이 마련될 것이다.
도 7에 도시된 것과 같이, 밀봉 기능을 제공하기 위해서, 밀봉 기능을 수행하기 위해서 요구되는 부분에 상응하는 상부 카본 시트 또는 다른 탄성체(444)가 내부 흐름 통로(72B)를 형성하는 마이크로 벨로즈(6)의 둘레에 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 지지 장치를 구비한 스퍼터링(sputtering) 장치의 일반적인 형상을 설명하는 개략도이다.
도 2a는 제 1 실시예에 따른 기판 지지 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 라인 B-B의 단면도이다.
도 2c는 도 2a의 라인 C-C의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 기대를 설명하는 평면도이다.
도 4a는 본 실시예에 따른 중간 부재를 형성하는 하부 탄소 시트의 평면도이다.
도 4b는 상부 탄소 시트의 평면도이다.
도 5a는 본 실시예에 따른 마이크로 벨로즈(micro bellows)의 평면도이다.
도 5b는 마이크로 벨로즈의 측면도이다.
도 6은 제 2 실시예에 따른 기판 지지 장치의 형상을 설명하는 개략도이다.
도 7은 탄소 시트 배열의 다른 예를 설명하는 개략도이다.

Claims (12)

  1. 기판의 뒷면에 비활성 기체를 공급하기 위한 구조를 구비하는 기판 지지 장치로서,
    관통로를 구비하고 비활성 기체의 흐름 통로와 연결된 기대(510);
    상기 기대 위에 위치하고 관통로를 구비하는 기판 지지대(3);
    상기 기대와 상기 기판 지지대 사이에 삽입되고 기대의 관통로와 기판 지지대의 관통로를 연결하기 위한 연결 관통로를 구비하는 열전도성 중간 부재(4); 및
    상기 연결 관통로를 통해 흐르는 비활성 기체로부터 상기 열전도성 중간 부재를 절연하기 위해서 상기 열전도성 중간 부재의 연결 관통로에 배치되는 탄성 부재를 포함하는 기판 지지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 판 스프링 물질의 튜브형 부재인 기판 지지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 벨로즈 형태의 튜브인 기판 지지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 중간 부재는 상기 기대 및 상기 기판 지지대의 탄성보다 더 높은 탄성을 가지는 기판 지지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 중간 부재는 카본으로 형성된 기판 지지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 중간 부재는 상기 탄성 부재의 외측 표면을 둘러싸는 기판 지지 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 상기 열전도성 중간 부재의 탄성 계수보다 더 작은 탄성 계수를 가지는 기판 지지 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 정전력에 의해 기판을 들러붙게 고정하기 위한 정전기적 접합 메커니즘을 가지는 기판 지지 장치.
  9. 내부 기압이 진공으로 비워질 수 있는 프로세스 챔버 및 프로세스 챔버 내측에 설치되는 제1항에 따른 기판 지지 장치를 포함하는 플라즈마 프로세싱 장치.
  10. 플라즈마 프로세싱 장치의 진공 챔버 내측에 설치되는 기판 지지 장치로서,
    기체 흐름 배출구를 구비하는 기대(510);
    전면에 기판을 지지하기 위해 상기 기대 위에 배치되고, 첫 번째 관통로가 기판 지지대의 뒷면으로부터 앞면으로 관통하는 기판 지지대(3); 및
    상기 기대와 상기 기판 지지대 사이에 삽입되고, 상기 기대의 기체 흐름 배출구와 상기 기판 지지대의 첫 번째 관통로를 연결하기 위해 두 번째 관통로가 뒷면으로부터 앞면으로 관통하는 카본 시트 부재;를 포함하고,
    상기 두 번째 관통로의 내측 벽에 상기 카본 시트 부재의 두께 방향으로 상기 카본 시트 부재의 탄성계수보다 더 작은 탄성계수를 갖는 튜브형 금속 부재가 놓이고, 상기 기판 지지대의 첫 번째 관통로를 통하여 상기 기대의 기체 흐름 배출구로부터 기체가 흘러, 상기 기판 지지대의 전면으로 분출될 때, 흐르는 기체는 상기 카본 시트 부재와 접하지 않는 기판 지지 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기대는 가열 수단을 포함하고, 상기 기판 지지대는 기판을 정전기로 흡착하는 정전기 척을 포함하고, 상기 기판 지지대의 표면은 울퉁불퉁하며, 상기 기판이 정전기 척에 의해 상기 기판 지지대에 흡착될 때 두 번째 관통로로부터 배출된 기체가 기판과 상기 기판 지지대 사이 틈으로 순환되는 기판 지지 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 튜브형 금속 부재는 벨로즈의 튜브인 기판 지지 장치.
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