KR19990076702A - 기판고정용 입술형태의 밀봉부를 구비한 정전클램프 - Google Patents

Abstract

진공처리챔버내에 기판들을 지지하기 위하여 입술형상의 밀봉부를 구비한 정전 클램핑장치가 개시된다. 정전클램핑장치는 정전클램프, 상기 정전클램프를 둘러싼 밀봉부재, 및 상기 밀봉부재를 둘러싸고 상기 정전클램프에 대해 상기 밀봉부재를 제위치에 지지하는 단부링을 포함한다. 상기 밀봉부재는 상기 정전클램프와 상기 기판 사이를 밀봉한다. 이렇게 밀봉시킴으로써, 온도제어기체가 처리챔버내로 누출되지 않도록 하고 처리기체가 정전클램프에 도달하지 않도록 하고, 및/또는 챔버내에 아크가 발생하지 않도록 한다. 더욱이, 탄성밀봉부재의 밀봉면과 정전클램프의 단부 사이에 소형 갭을 둠으로써, 헬륨공급채널이 정전클램프 상면의 외부에 형성되어, 상기 기판과 상기 클램프의 사이에 가용 접촉면적을 최대로 한다.

Description

기판고정용 입술형태의 밀봉부를 구비한 정전클램프

일반적으로 진공 처리 챔버들은 그 진공 챔버에 에칭 기체 또는 증착기체를 제공하고 무선주파수계(RF field)를 그 기체에 적용하여 기판들상의 물질들을 에칭하고 화학기상증착(CVD)하기 위하여 사용된다. 공유된 미국특허들 제4,340,462호, 제4,948,458호 및 제5,200,232호에는 평행판, 트랜스포머결합플라스마(TCP)와 전자-싸이클로트론 공명(ECR)반응기들의 예들이 개시되어 있다. 기판지지부에 의해 처리하는 중에 기판들은 진공 챔버내의 제위치에 놓여 있다. 종래의 기판지지부들은 기계적인 클램프들과 정전 클램프들(ESC)을 구비하고 있다. 기계적인 클램프들과 ESC기판지지부들의 예들이 공유된 미국특허 제5,262,029호와 1995년 3월 10일 출원된 미국특허출원 제08/401,524호에 개시되어 있다. 미국특허 제4,579,618호에 개시된 것처럼, 전극형태의 기판지지부들은 챔버내에 RF전력을 제공할 수 있다.

일반적으로, 기계적인 클램프들은 기판을 둘러싸고 그 주위에서 기판의 상면을 압박하는 클램프링을 채용한다. 미국특허들 제4,615,755호, 제5,013,400호 및 제5,326,725호에 기계적인 클램프링들의 예들이 개시되어 있다. 이들 공지된 기계적인 클램프들이 기판의 모서리부들을 덮고 있다는 사실 때문에, 기계적인 클램프들은 처리될 수 있는 기판의 영역을 감소시킨다. 이러한 기계적인 클램프들의 몇가지 추가적인 결점들은 클램프링이 기판의 모서리부를 손상시킬 수 있거나 또는 챔버내의 기판에 입자들이 달라붙어 기판을 오염시킬 수 있다는 것이다. 기계적인 클램프들이 소형 기판을 구비한 많은 응용예에 적절히 사용될 수 있음에도 불구하고, 평판디스플레이와 같은 대형 기판들이 기계적인 클램프들을 사용하여 처리될 때에는, 기판과 수냉식 기판지지부사이에 열전도를 증가시키기 위해 사용되는 가압 기체를 공급하기 때문에 평판들이 휘는 경향이 있다.

평판디스플레이들을 제작하는데 사용된 기판들은 통상 약 320mm×340mm, 360mm×465mm의 크기, 또는 0.7mm 또는 1.1mm의 두께를 갖는 600mm×720mm의 크기를 갖는다. 평판디스플레이처리에 관한 논의는 "박막트랜지스터의 처리에 관한 반응이온에칭기술"이라는 명칭의 자료(Y. Kuo, IBM J Res. Develop., V. 36 , No. 1, 1월 1992)에서 찾아 볼 수 있다. 과거에, 이들 대형 평판디스플레이 기판들은 기계적인 클램프들을 사용함으로써 처리챔버들내의 제위치에 놓일 수 있었다. 그러나, 기계적인 클램프들은 상술한 바와 같은 단점들을 가지고 있다.

평판디스플레이들을 구비한 기판들과 더 소형인 기판들은 처리과정중에 기판지지부에 의해 냉각될 수 있다. 기판지지부와 그 기판의 대향면사이에 헬륨과 같은 불활성기체를 인가함으로써 냉각이 수행된다. 예로써, 미국특허들 제5,160,152호, 제5,238,499호, 5,350,479호, 및 제4,534,816호가 참조된다. 전형적으로, 냉각기체는 기판지지부내의 채널들 또는 패턴홈들을 채우고, 기판의 뒤에 압력을 가하게 되어, 그 기판이 기계적인 클램핑장치에 의해 모서리를 따라서만 지지될 때 중앙부의 상방으로 휘게 된다. 그러한 휨현상은 평판디스플레이들을 제작하는데 사용되는 형태의 대형 기판들에 대해서는 더욱 더 명백하다. 평판의 휨현상은 기판지지부에 불균일한 열전달을 일으키기 때문에 바람직하지 않으며, 이로써 평판의 처리에 불리한 영향을 주게 된다.

기판의 상면부로 연장되는 클램프링을 회피하는 것이 바람직하는 상황에는, 반도체 및 도체 기판들을 진공챔버내의 제위치에 지지하기 위하여, 정전척들(electrostatic chucks)이 사용된다. 단극형의 정전척들은 단일 전극을 이용한다. 예로써, 미국특허 제4,665,463호가 참조된다. 이극형의 정전척들은 절연층에 의해 분리된 2개의 전기적으로 대전된 커패시터판들 사이에 발생하는 상호 인력을 이용한다. 예로써, 미국특허들 제4,692,836호와 제5,055,964호가 참조된다. 일반적으로 정전척은 전극상에 형성된 절연층을 구비한 전극을 구비한다. 절연층상에 위치한 도전재 또는 반도전재의 기판은 전극쪽으로 인력을 받는다. 이 정전 인력은 반도전 및 도전성 기판과 정전척사이에서 얻어질 수 있지만, 이 형태의 정전 인력은 절연재들로써는 얻어질 수 없다. 도전 및 반도전 기판들에 대해서, 정전척들은 기판의 후방에 인가된 냉각 기체의 힘에 반작용하는 전체 기판상에 지지력을 유지하고 그 기판이 휘거나 비틀리지 않도록 하는 장점들을 갖는다.

정전척의 장점들은 평판디스플레이들에 사용하기에 매우 바람직하다. 그러나, 평판디스플레이가 통상 유리와 같은 비도전재로 제작되기 때문에, 척들이 사용될 수 없다.

본 발명은 진공처리챔버내에서 기판을 클램핑하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공처리챔버내에서 기판을 클램핑하기 위하여 정전클램프 및 탄성밀봉부를 채용한 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따르는 진공처리챔버의 개략도이다.

도 2는 압축되지 않는 위치에서의 밀봉부재를 구비한 본 발명의 단면도이다.

도 3은 압축된 위치에서의 밀봉부재를 구비한 본 발명의 단면도이다.

도 4는 밀봉부재의 단면을 상세히 도시하는 도면이다.

본 발명은 절연기판들과 같은 개별 기판들을 클램핑하는 정전 클램프용 탄성 밀봉부재를 제공한다. 상기 탄성 밀봉부재는 기판이 처리되는 챔버내에서 기판을 지지하는 정전 클램프의 다양한 형태로 사용될 수 있다. 상기 탄성 밀봉부재는 클램프와 기판들의 접촉면적을 최대가 되도록 하고, 플라즈마가 클램프와 접촉되지 않도록 함으로써 정전 클램프에서 아크가 발생하는 것을 최소화하며, 기판의 하부에 공급된 온도제어기체에 의해 챔버내의 처리기제의 오염을 방지하며, 및/또는 클램프하우징내의 입자들에 의해 기판 상면이 입자오염되는 것을 방지한다.

본 발명의 일 태양에 의하면, 진공 처리 챔버내에 절연 기판을 클램핑하기 위한 클램핑장치는 기판에 직류 정전전하를 인가하여 그 기판이 정전클램프의 상면에 유지되도록 하는 정전클램프, 상기 정전클램프를 둘러싸며, 상기 정전클램프 의 상면과 거의 동일 평면인 상면을 가지는 단부링, 및 상기 정전클램프와 상기 단부링 사이에 제공되고 상기 정전클램프와 상기 기판 사이를 밀봉하도록 배치된 탄성 밀봉부재를 포함한다.

본 발명의 다른 태양에 의하면, 기판에 직류 정전전하를 인가하여 그 기판이 정전클램프의 상면에 유지되도록 하는 정전클램프를 포함하는 진공 처리 챔버내에 기판을 클램핑함으로써 기판을 처리하고, 상기 정전클램프를 둘러싸며, 상기 기판의 가압중 상기 정전클램프와 상기 기판의 하부면 사이에 기체밀봉시키는 탄성 밀봉부재가 제공되는 방법이 제공된다.

본 발명은 유사한 구성요소들은 유사한 참조번호들로 도시된 첨부 도면들을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따르는 진공 처리 챔버는 에칭, 증착, 저항스트리핑등과 같은 여러 가지 반도체 플라즈마 처리 과정들에 사용될 수 있다. 도 1에는 진공 처리 챔버(10)의 예가 도시되어 있으며, 기체공급링들, 샤워헤드전극등과 같은 적절한 장치에 의하여 처리기체가 처리챔버(10)에 공급되고, 적절한 진공펌프장치에 의하여 챔버의 내부에는 진공이 유지된다. 진공 처리 챔버는 챔버외부의 외부 코일을 통하여 RF전력이 공급될 수 있다. 그러나, 상기 반응기는 ECR반응기, 평행판 반응기, 나선형 반응기(helicon reactor)등의 형태와 같은 플라즈마 반응기의 어는 다른 형태일 수 있다.

본 발명에 의한 기판(30)은 정전클램프(32)와 밀봉부재(34)를 포함하는 실장장치에 의해 챔버내에 장착되며, 이는 도 2 및 도 3에 더 명확하게 도시되어 있다. 밀봉부재(34)는 클램프(32)를 챔버(10)의 내부와 전기적으로 절연시키는 세라믹 단부링(36)에 의해 제위치에 지지된다. 정전클램프(32)는 단극일 수 있고, 챔버내에 장착되며 챔버의 일부에 접지되는 수냉채널(38)을 구비한 알루미늄과 같은 전기적 도전재로 이루어진다.

밀봉부재(34)는 단극 및 이극 정전척들과 같이 다양한 형태의 클램핑 장치들로 사용될 수 있다. 특히, 밀봉부재는 플라즈마 또는 비플라즈마 환경에서 단극 또는 다극 ESC로 사용될 수 있다. 따라서, 이하 본 발명의 특정 실시예가 플라즈마 환경에 절연기판들을 지지하는데 사용된 단극의 척을 참조하여 설명되지만, 다른 척 장치들이 밀봉부재로 사용될 수도 있다. 예로써, 밀봉부재는 (1) 플라즈마, 비플라즈마, 진공 또는 비진공 환경에서 반도체 웨이퍼 또는 절연기판들을 지지하기 위한 단극 ESC 또는 이극, 다극 또는 자속선 ESC와 결합하여 사용되거나, 또는 (2) 플라즈마가 클램핑을 위하여 기판표면에 이온들을 공급하는 데 사용되는 것이 아니라 오히려 단극 ESC와 플라즈마 처리챔버의 벽부와 같은 접지면사이의 전기회로를 완성하는, 플라즈마 환경에서 절연기판들을 지지하기 위한 단극 ESC와 결합하여 사용될 수 있다. 비플라즈마 환경의 경우 및/또는 기판에 바람직하지 않은 기체냉각을 제공하지 않는 ESC의 경우에, 밀봉부재는 ESC에 이물질이 형성되지 않도록 보호하며, ESC내의 입자들이 기판을 오염시키는 것을 방지하며, 및/또는 챔버내의 처리기체가 ESC를 공격하지 않도록 한다. 기판의 기체 냉각의 경우에, 밀봉부재는 또한 냉각 기체가 챔버내로 누출되는 것을 방지한다. 클램프는 장방형, 정방형, 원형 또는 고정될 특정 기판을 클램핑하기 위해 적절한 형상을 갖는다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르는 정전클램프(32)는 장방형이고 유리시트(예를들면 코닝 7059)와 같은 절연성, 비플라스틱재로 이루어진 대형 작업편들을 지지하는데 적합한 고압 단극 정전클램프이다. 정전클램프(32)는 직류원(42)의 고압단에 접속되고 직류원의 접지단(44)은 챔버의 측벽과 같은 곳에 적절히 접지된다.

동작시, 절연기판(30)은 정전클램프(32)상에 위치하고 플라즈마는 챔버내에 발생된다. 플라즈마는 기판으로부터 접지(예로써 챔버벽)로 전기회로를 제공하고, 전하를 기판표면에 공급하여 기판표면상에 이온들이 축적되도록 한다. 따라서, 고압 직류원(42)이 -4000볼트 내지 -5000볼트의 전압을 정전클램프에 공급할 때, 기판(30)을 가로지르는 고압 전하는 이온들(이전에 플라즈마에 의하여 기판(30)의 상부 표면에 제공된)이 클램프(32)에 이끌리도록 하는 인력을 발생시킨다. 정전클램프에 의하여 축적된 이온들에 유지되는 힘은 정전 클램핑력으로 작용하여 절연기판을 정전클램프에 지지되도록 한다. 정전클램프(32)에 의해 생성된 정전 클램핑력은 기판과 정전클램프사이에 제공된 헬륨기체의 상향력을 극복하는데 충분한 힘을 갖는다.

RF 바이어스전압원(46)은 정합회로(48)와 하나 이상의 DC차단커패시터들(50)을 통하여 이온 에너지제어용 정전클램프(32)에 접속된다. 직류원(42)에 의해 정전클램프(32)에 인가된 전압은 바람직한 클램핑력, 전형적으로는 적어도 4000볼트정도의 클램핑력을 일으키기에 충분히 높은 전압이어야 한다. 실제 요구되는 전압은 기판(30)의 크기 및 두께, 클램프(32)상의 양극산화된 피복과 같은 절연층의 두께등의 변수에 종속될 것이다. 클램프(32)로서 사용될 수 있는 단극 정전클램프의 동작은 1995년 10얼 13일자 출원되고 공유된 미국특허출원 제08/542,958호와 1995년 9월 29일자 출원된 미국특허 일부계속출원(continuation-in-part application) 제08/536,923호에 보다 상세히 기술되어 있으며, 그 기재 내용들은 참조로써 본 명세서에 병합되어 있다.

동시계류중인 특허출원에 기술된 정전클램프는 본 발명에서 논의된 4가지 단점들을 갖는다. 첫째, 절연기판상에 원하는 클램핑력을 생성하는데 필요한 정전클램프(32)의 매우 높은 전압으로는, 챔버내에서 정전클램프로부터 플라즈마로 아크가 발생할 위험이 있다. 아크발생은 챔버로부터 플라즈마가 정전클램프와 접촉하게 될 때 발생할 수 있다. 두 번째로, 온도를 제어하기 위하여, 헬륨을 기판의 하부에 공급하기 위한 정전클램프(32)의 상면내의 리프트핀구멍들과 헬륨공급홈들의 상방에 있는 영역에서 에칭률이 감소된다. 상기 구멍들과 홈들은 그들의 직상부의 기판 표면에서 국부 RF계를 감소시키는 높은 RF임피던스를 갖는 소형 커패시터들로 작용하기 때문에, 에칭률이 감소된다. 이는 이온 구동 플라즈마 에칭처리들이 챔버내에서 수행할 때 상기 구멍들과 홈들의 상부에 더 낮은 에칭률의 결과를 초래한다. 따라서, 이렇게 에칭된 기판은 리프트핀구멍들 및/또는 헬륨 공급홈들에 의해 야기된 원치않는 불균일을 갖게 될 수 있다.

세 번째로, 평판 처리시 사용된 기판들의 주변이 크기 때문에, 기판 밑의 정전클램프내의 홈들에 공급된 많은 양의 헬륨은 챔버내로 누출될 수 있고 처리기체를 오염시킬 수 있다. 소형의 원형기판(가령, 6 및 8인치 웨이퍼)인 경우, 최외각 원주상 헬륨홈과 정전클램프의 단부 사이의 밀봉지폭(sealing land width)을 증가시킴으로써 누설되는 헬륨을 적절한 레벨로 감소시킬 수 있다. 그러나, 평판처리시, 상기 지폭은 넓게 제작될 수 없으므로, 평판의 단부주위에 불충분하게 냉각된 영역을 초래하지 않고 헬륨의 누출을 충분히 감소시킬 수 있다.

끝으로, 밀봉부재는 플라즈마내의 화학적인 물질에 의해 정전클램프의 정단부에 화학적 공격을 방지하며, 여기서 화학적 공격이란 정전클램프의 부식 또는 정전클램프상의 증착을 포함하는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 절연기판들을 지지하기 위한 정전클램프의 결점들은 정전클램프(32)의 단부 주위에 탄성 밀봉부재(34)와, 밀봉부재(34)를 제위치에 지지하는 단부링(36)을 제공함으로써 해결되었다. 본 발명은 대형 절연 기판들을 클램핑하기 위한 고압 정전클램프로 사용되는 것으로 설명되었으나, 본 발명은 종래의 저압 단극 또는 이극 정전클램프들로 동등하게 사용될 수 있다.

탄성 밀봉부재(34)를 구비한 정전클램프(32)의 확대도가 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. 탄성의 밀봉부재(34)는 단면이 쐐기형이고 정전클램프(32)의 외면에 형성된 홈(62)에 끼워맞춰지도록 구성된 베이스부(62)를 포함한다. 베이스부(60)는 단부링(36)의 내면(66)에 의해 홈(62)에 단단히 채워지도록 가압된다. 밀봉부재(34)의 플렉서블(flexible) 상부(64)는 베이스부(60)의 외단부에 연결된다. 플렉서블 상부(64)는 S형이고 기판(30)을 탄성적으로 결합하도록 위치하는 자유단을 갖는다. 탄성의 밀봉부재(34)는 바람직하게는 실리콘으로 형성된다. 그러나, 듀퐁(DuPong)의 제품으로 입수가능한 "TEWFLON", "VITON", "KALRAZ"와 3M을 위해 입수가능한 "KEL-F", 그린트위드(Greene Tweed & Co., Inc.)의 제품으로 입수가능한 "CHEMRAZ"등과 같은 다른 O-링형의 소재가 밀봉부재(34)로 사용될 수 있다. 처리기내에서 예상되는 온도변화범위 및 화학적 환경에 종속하여, 이들 소재를 정확하게 선택한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 밀봉부재(34)의 플렉서블 상부(64)는 정전클램프(32)와 단부링(36) 사이에서 연장되고, 상기 정전클램프(32)와 단부링(36)의 실질적으로 동일 평면의 상면의 상부로 연장된다. 정전클램프(32)가 채워져 있을 때, 기판(30)은 정전클램프와 탄성의 밀봉부재(34)와 대항하여 아래로 힘을 받으며, 이로써 플렉서블 상부(64)는 편향되어 도 3에 도시한 바와 같이 기판(30)과 정전클램프(32) 사이에서 액밀상태를 형성하게 한다.

또한, 정전클램프(32)는 채널들(68)이 제공되고 그 채널들을 통하여 헬륨 또는 다른 불활성 기체가 기판과 클램프(32) 사이의 공간에 공급된다. 헬륨 체널들은 클램프(32)를 완전히 관통하여 신장하여 플러그들(72)에 의해 대향 단부들에서 폐쇄된다. 헬륨은 밀봉부재(34)와 정전클램프(32)의 사이의 공간에 상향으로 경사진 채널들(70)을 통하여 공급된다. 상기 상향 경사진 채널들(70)은 채널들(68)을 정전클램프(32)와 탄성의 밀봉부재(34) 사이의 소형 갭(69)으로 연결시킨다. 본 발명은 클램프(32)가 갭(69)으로부터 헬륨을 공급받을 수 있어 연속하며 리프트핀구멍들(71)에 의해서 단지 중절되는 클램프 상면(32)을 제공하는 점에 있어서, 클램프의 상면에 열린 헬륨공급채널들을 구비한 개량된 정전클램프들을 제공한다. 더욱이, 헬륨을 공급하기 위하여 상면에 홈들을 제공할 필요가 없다. 그 대신에 헬륨냉각 기체는 헬륨이 초미세 통로들을 가지므로 그를 통해 클램프(32)와 기판(30)의 대향 면들 사이의 공간을 채우도록, 예를 들어 양극산화, 기계가공, 또는 비드블래스팅에 의하여, 간단하게 정전클램프(32)의 상면을 거칠게 함으로써 정전클램프의 전체 표면위로 순환될 수 있다.

정전클램프(32)는 절연기(40)와 절연재로 형성된 단부링(36)에 의해 처리챔버의 벽부(41)와 전기적으로 절연된다. 절연기(40)와 단부링(36)의 절연재는 바람직하기로는 세라믹이다, 그러나, 플라즈마 반응기 환경에서 사용하기 적합한 다른 절연기재료가 사용될 수 있다.

정전클램프(32)의 단부 외부에 탄성의 밀봉부재(34)를 추가함으로써, 여러 가지 장점들을 얻을 수 있다. 첫째, 처리챔버(10)내로의 헬륨의 누출이 무시할 수 있는 양으로 감소되어, 실질적인 처리 기체 오염을 피할 수 있게 된다. 둘째, 처리기체와 플라즈마가 정전클램프(32)에 물리적으로 도달하지 못하도록 한다. 그러므로, 아크발생의 기회, 높은 누설전류 또는 화학적 공격의 발생이 크게 감소된다. 셋째, 탄성의 밀봉부재(34)의 밀봉표면과 정전클램프(32)의 단부 사이에 소형 갭을 존재하도록 함으로써, 헬륨공급채널이 정전클램프의 상면의 외부에 생성된다. 따라서, 정전클램프의 상면의 헬륨공급홀들과 공급홈들에 대한 요구가 제거될 뿐만 아니라, 밀봉지(sealing land)가 또한 제거되어, 정전클램프의 단부까지 냉각이 항상 일어나도록 한다. 끝으로, 냉각기체와의 접촉이 일어나지 않는 기판(30)의 단부를 제외한 영역은 기판배치 오차허용도와 밀봉부재의 접촉표면의 폭을 수용하도록 요구되는 크기까지 감소된다.

밀봉부재(34)의 일 실시예가 도 4에 도시된다. 도시된 바와 같이, 베이스부(60)는 저벽(81), 측벽(82), 경사벽(93) 및 측벽(84)에 의해 한정되어 있다. 편향부(64)는 하부(85), 아암(86) 및 팁부(87)를 포함한다. 하부(85)와 경사벽(83)은 130°의 각을 형성한다. 하부(85)는 반경(R1)의 굴곡부에 의해 아암(86)에 결합된다. 팁부(87)는 반경(R2)의 굴곡부를 포함한다. 밀봉부재(34)의 칫수 및 구성은 밀봉부재(34)의 소재의 선택과 구체적인 척의 설계에 달려 있지만, 현재의 바람직한 설계는 다음과 같다.

도 4에 도시된 밀봉부재(34)는 다음과 같은 칫수를 갖는다. 전체적으로 높이는 0.401인치이고, 벽(81)의 폭은 0.345인치이도록 설계할 수 있다. 벽(82)은 0.091인치의 높이를 갖고 벽(84)은 0.207인치의 높이를 갖도록 설계할 수 있다. 하부(85)는 0.025인치의 높이를 가지며, 아암(86)은 0.025인치의 두께를 갖도록 설계할 수 있다. 벽(83)은 11.6°경사지고, 아암(86)은 16.9°경사지도록 설계할 수 있다. 반경 R1은 0.015인치이고 R2는 0.030인치이도록 설계할 수 있다. 밀봉은 바람직하게는 정전척의 형상을 갖는 주형으로 인발되는 것이 아니라 주조된다. 그렇게 주조된 밀봉부재는 정전척의 장방형 (또는 다른 비원형) 표면의 모서리부들의 주위를 적절히 밀봉하도록 할 수 있다.

밀봉부재의 형상은 여러 가지 면에서 유리하다. 예를 들면 편향부(64)는 베이스부(60)의 외측에 부착되기 때문에, 편향부(64)는 밀집 공간을 점유하는 베이스부(60) 쪽으로 및 베이스부(60)로부터 멀어지도록 수직으로 이동한다. 이러한 배열은 클램프의 상면의 외부 주변에 헬륨채널이 필요없게 하고, 기판과 정전척의 사이의 접촉면적을 최대로 크게 한다. 더욱이, 아암(86)은 내측으로 신장되어 헬륨 냉각기체(가령 2-30토르)로 공간(69)이 가압된다. 그 결과, 헬륨 압력은 아암(86)을 기판(30)쪽으로 미치게 하고, 팁(87)과 기판(30)사이에 압력을 단단히 밀봉되도록 한다. 팁(87)은 정전척(32)으로부터 외측으로 굴곡되어, 편향부(64)의 이동 중에 조차 팁(87)과 기판(30)의 하부사이에 최대 접촉이 이루어지도록 한다. 또한, 편향부(64)는 기판(30)상에 작은 상향 압력을 제공하여 기판의 중량이 편향부를 붕괴시키거나 또는 기판이 정전척의 상방에 약 0.008인치정도 지지되도록 한다. 이와 달리, 만일 편향부가 정전클램프의 상방에 너무 멀리에 기판을 지지한다면, 클램프는 그 상면에 대해 기판을 정전기적으로 고정하기 위하여 기판상에 충분한 인력을 발생시킬 수 없을 수도 있다.

요약하면, 본 발명에 의한 밀봉부재는 콤팩트한 밀봉장치를 제공하며, 다수의 민감한 요구조건들을 균형잡히게 한다. 예를 들면, 밀봉장치는 정전 클램핑장치의 표면 상방에 기판을 끌어들여, 반도체 웨이퍼의 중량하에 충분히 편향하기 때문에, 웨이퍼가 클램핑장치의 작동범위내에 있도록 클램핑장치의 면으로부터 가까운 거리안에 위치시킨다. 웨이퍼가 협소한 높이 범위밖에서 지지되면, 웨이퍼에 유도된 정전력은 웨이퍼를 고정된 상태로 당기기에 충분하지 않을 수 있다. 반면에, 밀봉장치는 액밀기능을 제공하기 위하여 웨이퍼에 충분한 힘을 제공하도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 밀봉장치는 상기 2가지 목적들을 적절히 균형되게 한다. 냉각기체가 작용하게 되면, 웨이퍼/클램핑장치 인터페이스는 가압되고, 그 기체압력은 밀봉팁이 웨이퍼의 후측에 더욱 밀접하게 접촉하게 함으로써 밀봉인터페이스를 단단히 조이게 한다. 이러한 독특한 밀봉의 기하학적 형상은 냉매를 역류하거나 배출하게 되는 밀봉의 위험이 없이 이 목적을 달성한다. 또한, 밀봉장치는 클램핑장치의 면에 냉각홈들을 구비하여 웨이퍼의 냉각을 국부적으로 전체적으로 제거되도록 저하시킨다. 본 발명의 밀봉장치는 냉각홈들을 단부공급계통(edge feed system)으로 교체한다. 그러나, 그런 단부공급계통은 실질적으로 누출이 없는 기체인터페이스에 단지 효과적으로 사용될 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 기체 단부공급계통은 웨이퍼상의 국부 냉각 저하를 제거하고 에칭처리에 더 높은 RF 전력이 사용되도록 하여, 더 높은 에칭률과 웨이퍼 생산성을 이룬다. 추가되는 하나의 장점은 세라믹면으로 된 클램핑장치들의 면상에 기체공급홈 또는 홈들을 제거하여, 값비싼 제조 과정을 제거하고 세라믹이 가장 손상되기 쉬운 세라믹면의 구조적으로 절충된 영역을 제거하는 것이다. S-형의 단면과 밀봉의 팁설계는 밀봉설계시 사용가능한 매우 한정된 공간에 맞추어지도록 하면서, 웨이퍼의 후부상의 슬라이딩동작을 최소화하는 방식으로 밀봉이 편향되도록 한다. 그 결과, 웨이퍼 단부 온도를 더 균일하게 하고 그 다음 제조되는 장치들의 웨이퍼상에 더 큰 유용한 영역을 제공하는 클램핑장치상의 웨이퍼 돌출(overhang)은 저감될 수 있다.

본 발명은 그 바람직한 실시예들에 따라서 상세히 기술되었지만, 당업자에게는 다양한 수정이 만들어질 수 있고 본 발명의 정신 및 청구범위를 벗어남이 없이 균등물이 채용될 수 있음은 명백하다.

Claims (37)

1. 처리 챔버내에 기판을 클램핑하기 위한 클램핑장치에 있어서,

   상기 기판이 정전클램프의 상면에 유지되도록 하는 정전클램프;

   상기 정전클램프를 둘러싸며, 상기 정전클램프의 상면과 거의 동일 평면인 상면을 가지는 단부링; 및

   상기 정전클램프와 상기 단부링 사이에 제공되고 상기 정전클램프와 상기 기판 사이를 밀봉하도록 배치된 탄성 밀봉부재를 포함하는 클램핑장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 처리 챔버는 진공챔버이고 상기 정전클램프는 기판의 온도를 제어하기 위하여 기판의 하면에 냉각기체를 제공하기 위한 적어도 하나의 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 클램핑장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 정전클램프의 상부면은 상기 정전클램프내의 채널에 의해 공급된 냉각기체가 정전클램프와 기판의 하부면사이에서 순환되도록 하는 거치른 단부 표면을 구비함을 특징으로 하는 클램핑장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 탄성밀봉부재는 상기 정전클램프와 단부링의 사이를 밀봉시키는 베이스부와, 상기 정전클램프와 기판의 사이를 밀봉시키는 상부 플렉서블 밀봉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 클램핑장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 상부 플렉서블 밀봉부는 S-형 단면을 구비함을 특징으로 하는 클램핑장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 정전클램프는 탄성의 밀봉부재의 베이스부를 수납하는 홈을 구비함을 특징으로 하는 클램핑장치.
7. 제4항에 있어서, 상기 정전클램프는 상기 기판이 상기 플렉서블 밀봉부를 하방으로 편향시키도록 하고 상기 기판과의 사이에 유밀상태를 유지하도록 하기에 충분한 클램핑력을 제공함을 특징으로 하는 클램핑장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 정전클램프는 절연기판을 지지하기 위한 고압 정전클램프임을 특징으로 하는 클램핑장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 단성 밀봉부재는 실리콘으로 형성됨을 특징으로 하는 클램핑장치.
10. 처리 챔버내에 기판을 클램핑하기 위한 클램핑장치에 있어서,

    상기 기판에 정전전하를 인가하여 상기 기판이 정전클램프의 상면에 유지되도록 하는 정전클램프; 및

    상기 정전클램프와 상기 정전클램프의 상면상에 위치한 기판의 하면사이를 기밀시키기에 적합한 탄성 밀봉부재를 포함하는 클램핑장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 정전클램프와 상기 탄성 밀봉부재를 둘러싸는 절연 단부링을 더 포함하며, 상기 단부링은 상기 탄성 밀봉부재를 제위치에 유지시키고 상기 처리챔버내의 처리기체로부터 상기 정전클램프를 전기적으로 절연함을 특징으로 하는 클램핑장치.
12. 제10항에 있어서, 상기 처리챔버는 진공챔버이고 상기 정전클램프는 기판의 온도를 제어하기 위하여 기판의 하면에 냉각기체를 제공하기 위한 적어도 하나의 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 클램핑장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 정전클램프의 상부면은 상기 정전클램프내의 채널에 의해 공급된 냉각기체가 정전클램프와 기판의 하부면사이에서 순환되도록 하는 거치른 단부 표면을 구비함을 특징으로 하는 클램핑장치.
14. 제11항에 있어서, 상기 탄성밀봉부재는 상기 정전클램프와 단부링의 사이를 밀봉시키는 베이스부와, 상기 정전클램프와 기판의 사이를 밀봉시키는 상부 플렉서블 밀봉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 클램핑장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 상부 플렉서블 밀봉부는 S-형 단면을 구비함을 특징으로 하는 클램핑장치.
16. 제14항에 있어서, 상기 정전클램프는 탄성의 밀봉부재의 베이스부를 수납하는 홈을 구비함을 특징으로 하는 클램핑장치.
17. 제14항에 있어서, 상기 정전클램프는 상기 기판이 상기 플렉서블 밀봉부를 하방으로 편향시키도록 하고 상기 기판과의 사이에 유밀상태를 유지하도록 하기에 충분한 클램핑력을 제공함을 특징으로 하는 클램핑장치.
18. 제10항에 있어서, 상기 정전클램프는 절연기판을 지지하기 위한 고압 정전클램프임을 특징으로 하는 클램핑장치.
19. 제10항에 있어서, 상기 단성 밀봉부재는 실리콘으로 형성됨을 특징으로 하는 클램핑장치.
20. 제10항에 있어서, 온도제어기체를 공급하기 위한 갭이 정전클램프와 탄성 밀봉부재 사이의 단부에 제공됨을 특징으로 하는 클램핑장치.
21. 처리중에 기판을 지지하기 위한 정전클램프를 구비한 처리챔버내에서 기판을 처리하는 방법에 있어서,

    상기 기판이 정전클램프의 상부에 유지되도록 기판을 처리챔버에 공급하여, 상기 클램프의 상부 기판지지면의 상부로 상기 플렉서블 밀봉부가 신장하도록 상기 클램프가 상기 탄성 밀봉부재에 의해 포위시키는 단계;

    상기 클램프에 충분한 전력을 공급하여 상기 클램프의 상면에 대해 상기 기판을 정전기적으로 끌어당겨 상기 기판을 클램핑하며, 상기 플렉서블 밀봉부가 상기 기판의 하면을 액밀시키는 단계; 및

    상기 기판을 처리하는 단계를 포함하는 기판처리방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 기판의 하면과 상기 클램프의 상면 사이에 열전달기체를 공급하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 기판처리방법.
23. 제21항에 있어서, 상기 기판의 상면이 처리단계중에 플라즈마 환경에서 에칭됨을 특징으로 하는 기판처리방법.
24. 제21항에 있어서, 상기 기판의 상면이 상기 처리단계중에 피복됨을 특징으로 하는 기판처리방법.
25. 제21항에 있어서, 상기 처리챔버는 ECR 반응기, TCP 반응기 또는 평행판 반응기의 부분임을 특징으로 하는 기판처리방법.
26. 제21항에 있어서, 상기 클램프는 단극 정전척이고 상기 기판은 평판디스플레이를 제작하는 데 사용하기 적합한 유리패널임을 특징으로 하는 기판처리방법.
27. 제21항에 있어서, 상기 클램프는 이극 정전척이고 상기 기판은 반도체 웨이퍼임을 특징으로 하는 기판처리방법.
28. 제21항에 있어서, 상기 클램프는 상기 클램핑 단계중에 최소한 4000볼트의 직류전압이 공급되는 단극 정전척임을 특징으로 하는 기판처리방법.
29. 제21항에 있어서, 상기 밀봉부재와 상기 클램프의 외측 주변부의 사이에 있는 갭속으로 열려 있는 클램프내에 하나 이상의 채널들로 헬륨을 통과시킴으로써, 상기 기판의 하면과 상기 클램프의 상면사이의 공간으로, 헬륨기체가 공급됨을 특징으로 하는 기판처리방법.
30. 제21항에 있어서, 상기 클램프는 알루미늄으로 만들어지고 상기 클램프의 상면은 양극산화되며, 상기 양극산화된 표면과 상기 기판의 하면 사이에 헬륨기체를 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
31. 정전척상에 지지된 기판의 하면을 밀봉시키는 탄성밀봉부재에 있어서,

    정전척의 외측 주변부와 결합하기에 적합한 연속 베이스부와, 상기 베이스부로부터 신장하는 연속 편향부를 포함하며, 상기 편향부는 상기 정전척상에 위치한 기판의 하부와 결합시 상기 베이스부를 향하여 편향함을 특징으로 하는 탄성밀봉부재.
32. 제31항에 있어서, 상기 편향부는 하나의 아암과 하나의 팁을 포함하며, 상기 아암의 일단은 상기 베이스부의 외측에 부착되고 그 타단은 상기 팁에 부착됨을 특징으로 하는 탄성밀봉부재.
33. 제32항에 있어서, 상기 아암은 상기 베이스부의 내측으로 향하여 신장하고 상기 베이스부와 예각을 형성함을 특징으로 하는 탄성밀봉부재.
34. 제32항에 있어서, 상기 팁은 상기 정전척상에 지지된 기판의 하부를 액밀시키는 굴곡면을 구비함을 특징으로 하는 탄성밀봉부재.
35. 제31항에 있어서, 상기 편향부는 반도체 기판의 중량하에 수직으로 이동함을 특징으로 하는 탄성밀봉부재.
36. 제31항에 있어서, 상기 베이스부는 유사한 형상의 정전척의 주위에 끼워지기에 적합한 정방형, 장방형 또는 원형 통로에 신장함을 특징으로 하는 탄성밀봉부재.
37. 제31항에 있어서, 상기 베이스부는 쐐기형이고 상기 편향부는 단면이 S-형임을 특징으로 하는 탄성밀봉부재.