KR20010039633A - 테이퍼 섀도우 클램프 링 및 개선된 에지 배제율을제공하기 위한 방법 - Google Patents

테이퍼 섀도우 클램프 링 및 개선된 에지 배제율을제공하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

전자소자의 조립에 유용한 기판에지를 클램핑하고 차폐하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 섀도우 링은 일반적으로 환형의 클램프 링의 상면의 내측 반경방향의 연장부로 형성된다. 상기 섀도우 링부는 오버행 형상으로 형성되지만 처리될 기판의 상면과 접촉하지 않는다. 섀도우 링 바닥면의 외측 연장부로부터 클램프 링의 바닥면으로 연장하는 유연한 테이퍼 기판 접촉면은 기판 외측에지와 결합할 수 있는 크기이다. 상기 기판 접촉면은 기판이 수직으로 상승되면서 클램프 링을 기판 지지부재에, 그리고 기판을 기판 지지부재 및 클램프 링에 정렬시킨다.

Description

테이퍼 섀도우 클램프 링 및 개선된 에지 배제율을 제공하기 위한 방법 {TAPERED SHADOW CLAMPING RING AND METHOD TO PROVIDE IMPROVED EDGE EXCLUSION}
본 발명은 일반적으로 반도체 처리장비의 개선에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 최소한의 에지 배제부분을 갖는 기판 에지의 클램프 및 차폐를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
통상적으로 반도체 소자들을 기판상에 조립하기 위해서는 기판 표면상에 다중 금속 층, 유전체 층 및 반도체 층의 증착을 필요로 한다. 이들 층들은 통상적으로, 진공 처리챔버내에서 기판상에 증착된다. 몇몇 처리방법들은 추가 층들의 증착을 필요로 하는 반면에, 다른 몇몇 방법들은 이전에 증착된 필름 층들의 에칭, 또는 부분 제거를 필요로 한다.
일반적으로 사용되는 하나의 진공 증착공정은 스퍼터링으로도 지칭되는 물리적 증착법(PVD)이다. 통상적인 PVD 공정에 있어서, 소정의 증착재료로 구성되는 타겟은 플라즈마에 노출되고 플라즈마로부터의 이온에 의해 충돌된다. 이러한 충돌은 원자 또는 커다란 입자들이 타겟으로부터 스퍼터되게 하여 처리될 기판상에 증착되게 한다. 통상적으로, PVD 공정에 있어서 챔버의 형상 및 처리될 기판으로부터의 타겟의 간격은 기판상에 타겟재료의 균일한 분배를 제어하는데 중요하다.
처리중에, 종종 받침대(pedestal), 서셉터, 또는 히터라 지칭되는 기판 지지부재가 처리챔버내에 배열되어 기판을 지지한다. 통상적으로, 클램핑 링은 챔버내에서 차폐물의 지지부재 위에 놓인다. 기판이 챔버내부로 도입되어 지지부재상에 놓이면, 지지부재 및 기판이 클램프 링을 픽업하도록 클램프 링에 대해 챔버 내부로 이동하여, 클램프 링은 기판의 에지와 접촉하여 기판을 지지부재상에 유지한다. 기판에지와 클램프 링과의 접촉의 결과로서, 클램프 링은 기판의 엣지를 피복재료로부터 차폐시킴으로써 기판 표면상의 사용가능한 영역을 최소화한다.
클램프 링은 기판의 상부면과 결합하는 위치 고정부 및 상기 기판의 상부와 접촉하지 않는 오버행 루프부를 가진다. 몇몇 적용예에서의 상기 오버행 루프부의 목적은 기판 에지를 증착으로부터 차폐시키는 것이다. 통상적으로, 상기 오버행 루프부는 기판의 상면으로부터 이격되어 있어서 클램프 링이 기판과 접촉하는 지점에서 증착재료가 도포되는 것을 방지한다. 증착재료가 상기 접촉지점에서 도포되면, 상기 기판은 클램프 링 다음 증착지점에 부착될 수 있어서 입자 발생을 포함한 다른 난점들 또한, 심지어는 기판을 제거하기 위해서 시스템들을 정지시켜야 하는 경우도 발생될 수 있다.
클램프 링은 일반적으로, 연속적인 환형 형상의 부재 또는 중단형 금속 링으로서 형성된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 링(58)의 일부는 기판 표면과 결합하며 지지부재상에 위치된 기판(12)의 상부 외측에지 상에 하향력을 가한다. 클램프 링(30)의 중량은 기판을 처리를 위한 정위치에 유지하고 기판의 굽음을 방지하는데 도움을 준다. 클램프 링이 기판의 상부면과 접촉한다는 사실로 인해 여러 가지 문제점이 발생한다. 첫째, 전술한 바와 같이, 클램프 링은 증착공정이 수행될 때 상부에 증착재료가 용이하게 퇴적될 수 있다. 이는 기판과 클램핑 링의 부착원인이 된다. 그러한 부착은 챔버 다음 공정으로부터 기판을 제거하는데 어려움을 준다. 둘째, 상기 클램프 링 또는 접촉부는 기판 표면의 외주변의 일부를 차폐하는데, 이는 전자소자들이 부착될 수 있는 기판상의 이용가능한 표면적을 감소시킨다. 이러한 문제점은 일반적으로 엣지 배제(edge exclusion)라 지칭한다.
기판의 에지를 차폐시키고 기판상의 이용가능한 표면적의 과도한 손실없이 클램프 링과 기판의 접합을 제어 또는 방지하는 클램프 링의 발전에 많은 노력이 기울여 졌다. 통상적으로, 클램프 링은 기판을 지지부재에 부적절하게 고정하나 기판 외주변의 희생의 댓가로써 이러한 유지력을 달성했다.
금속화(metallization)의 경향은 가능한한 기판 표면상에 많은 도포율을 제공하는 것인데, 이러한 완전한 도포율을 제공하는 증착시스템은 증착중에 클램프 링 또는 섀도우 링을 이용하지 않는 것이다. 또한, 상기 경향은 동을 증착하기 위한 선택과정과 같이 금속화 및 전기도금에 있어서의 재료의 선택으로서 동을 이용하는 것이다. 그러나, 기판의 경사진 에지상에 증착된 동은 화학 기계적 폴리싱중에 박리되는 경향이 있다. 그 결과로서, 에지 배제가 몇몇 증착법에 있어서 계속해서 필요로 했다.
도 2에 도시한 바와 같이, 에지 배제에 대한 하나의 일반적인 접근방법은 기판의 에지와 지지부재의 에지 사이의 간극을 가로지르도록 클램프 링을 연장시키고 기판의 에지 위로 연장하도록 립 또는 시트를 형성하는 것이다. 이용가능한 표면적의 손실을 최소화하기 위한 방법으로서 기판의 에지를 더욱 근접시키기 위해 기판의 에지를 외측으로 오버행시킨 클램프 링의 내측 종점을 이동시키기 위한 시도가 있어왔다. 기판상의 이용가능한 표면적의 손실으 최소화하기 위한 양호한 종횡비(기판위의 높이에 대한 립 오버행 폭의 비율)를 유지하는 것이 어렵다는 것이 증명되었다. 이러한 관점에서의 하나의 성공적인 방법은 본 발명의 양수인에게 양도되고 본 발명에 참조된 미국 특허 제 5,810,931호에 설명되어 있다.
그러므로, 본 발명은 에지 배제를 최소화(사 면적의 최대화)하고 기판 후면 및 기판 사면상의 동(또는 다른) 금속의 증착을 방지하고자 하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 PVD 기판 처리챔버 시스템의 사용개념을 나타내는 측면도.
도 2는 종래의 통상적인 클램프 링을 도시하는 부분 횡단면도.
도 3은 본 발명에 따른 클램프 링의 일 실시예를 도시하는 부분 횡단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 부분 횡단면도.
도 5는 본 발명에 따른 클램프 링의 저면 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
12 : 기판 20 : 챔버
22 : 타겟 24 : 외벽
26 : 지지부재 30 : 클램프 링
40 : 차폐물 42 : 구동기구
54 : 루프부 57 : 경사 에지
58 : 테이퍼 면
일반적으로, 본 발명은 기판을 지지면에 고정하기 위한 경사진 시트 설계를 갖는 클램프 링을 제공하고자 하는 것이다. 크램프 링의 테이퍼 면은 바람직하게 서로에 대해서 뿐만아니라 지지면에 대해 클램프 링 및 기판을 정렬시킨다.
본 발명의 일면으로서, 상기 클램프 링은 처리공정 중에 기판의 경사진 에지와 같은 기판의 에지상에 놓이는 하부 테이퍼 면을 포함한다. 상기 클램프 링의 상면은 기판 표면을 일부를 클램프 링과 기판 에지 사이의 접촉면 위에 매달리게 하는 클램프 링의 내측 립을 형성한다.
본 발명의 다른 일면으로서, 클램프 링의 하부 테이퍼면은 클램프 링과의 결합을 위해 클램프 링이 상승될 때 기판을 지지부재상에 정렬시킨다. 지지부재상의 기판의 어떠한 오정렬도 기판이 클램프 링의 하부 테이퍼면과 접촉하게 될 때의 기판의 측면운동에 의해 정정된다. 상기 클램프 링의 하부 테이퍼면은 기판의 에지상에 놓이고 상기 접촉면의 직경을 넘어선 어떤 재료의 증착을 방지하기 위한 경질의 스톱으로서 작용함으로써 기판상에의 재료의 에지 및 후면 증착을 방지하도록 구성되어 있다.
본 발명의 전술한 특징 및 장점들은 도면을 참조한 다음의 상세한 설명으로 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 클램프 링은 일반적으로 기판의 에지와 후면 및 기판 지지부재의 인접면상에 증착재료가 피복되는 것을 방지하도록 기판의 외측에지와 접촉되게 구성된 내측 종점에 있는 테이퍼 하부면을 제공한다. 상기 본 발명에 따른 클림프 링은 에지 배제율을 극대화하고 클램프 링과 기판 사이의 가교 층의 형성을 방지한다. 본 발명은 PVD 또는 CVD 챔버와 같은 반도체 소자의 제조를 위한 증착 챔버에 유용하다. 상기 시스템은 기판상에 동(Cu)과 같은 금속 필름을 증착시키기 위한 통상의 PVD 챔버와 관련하여 상세히 후술된다. 이러한 양호한 실시예가 환형부재로서 기술되지만, 상기 형상은 본 발명의 범주를 한정하려는 것이 아니다.
도 1은 챔버의 상부에 지지된 본 발명의 일 실시예에 따른 클램프 링(30)을 구비한 종래의 PVD 챔버(20)를 단순화한 단면도이다. 상기 챔버(20)는 일반적으로, 진공 펌핑시스템(도시않음)에 연결된 적어도 하나의 가스 입구(27) 및 출구(28)를 갖춘 챔버 외벽(24)을 포함한다. 기판 지지부재(26)는 챔버의 하단부에 배열되며 타겟(22)은 챔버의 상단부에 수용된다. 타겟(22)은 외벽(24)과 전기적으로 절연되어 있으며 상기 외벽은 바람직하게 접지되어 있다. 음전압이 챔버내에 플라즈마를 발생시키도록 외벽(24)과 관련하여 타겟에 인가된다. 차폐물(40)은 상기 챔버(20)의 내부에 배열되고 환형의 상향 벽(41)을 포함하며, 상기 상향 벽에는 도 1에 도시된 바와 같이 지지부재(26)가 챔버내에서 하향으로 수축될 때 클램프 링(30)이 기판 지지부재(26) 위에 현수될 수 있다.
기판을 챔버 내측에 수용하기 위한 준비시에, 기판 지지부재(26)는 클램프 링(30) 아래의 바람직한 위치로 구동기구(42)에 의해 하강한다. 지지부재(26)의 바닥은 하강위치에 있을 때 핀형 위치선정 플랫폼(36)에 도달한다. 지지부재(26)는 3 개 이상의 수직 구멍(도시않음)을 포함하며, 각각의 구멍은 수직으로 미끄럼할 수 있는 핀(34)을 가진다. 지지부재(26)가 하강위치에 있을 때, 각각의 핀(34)의 바닥 선단부는 플랫폼(36)상에 놓이며 각 핀의 상부 선단은 지지부재(26)의 상부면 위로 돌출한다. 핀의 상부 선단들은 처리될 기판의 수용을 위한 지지부재(26)의 상부면에 일반적으로 평행하다.
종래의 로봇 아암(도시않음)은 기판(20)을 챔버(20)내측으로 운반하여 기판을 핀(34)의 상부 선단위에 놓는다. 리프트 기구(43)는 기판의 상부측에 대해 핀들을 위치시키고 기판을 로봇아암으로부터 상승시키도록 핀 플랫폼을 상방향으로 이동시킨다. 상기 로봇 블레이드(도시않음)는 챔버(20)로부터 후퇴되며 리프트 기구는 지지부재를 상승시키고 핀은 지지부재(26)를 통해 하방향으로 미끄럼하여 그 위에 기판을 위치시킨다. 상기 리프트 기구는 지지부재(26)를 연속적으로 상승시켜 기판의 주변부가 상향 벽부(41)상에 놓인 환형 클램프 링(30)의 내측부와 접촉되게 한다.
도 3은 클램프 링(30) 및 기판(12) 에지의 일 실시예를 도시하는 부분 횡단면이다. 상기 클램프 링은 일반적으로, 클램프 링과 기판 에지 사이의 접점에 대한 차폐를 제공하기 위해 기판(12)의 상면 위쪽으로 부분적으로 연장하는 상부 루프부(54)를 포함한다. 일 실시예에서, 클램프 링 하면의 적어도 일부분은 기판과 접촉하도록 일반적으로 평탄한 테이퍼 면(58)을 가진다. 이와는 달리, 상기 면(58)은 오목 또는 볼록한 형상일 수 있다. 상기 테이퍼 면(58)은 상기 클램프 링이 챔버내에서 기판과 클램프 링 사이의 상대운동으로 기판과 접촉할 때 기판(12)의 경사 에지(57) 또는 다른 에지와 결합한다. 상기 테이퍼 면은 바람직하게 기판의 각진 에지에 조화될 수 있는 각도, 일반적으로 클램프 링의 종축으로부터 약 5 내지 85도 범위로 배열된다. 상기 테이퍼 면(58)은 바람직하게 상기 클램프 링이 기판 에지상에 적어도 일부분이 놓일 수 있어 기판의 처리를 위한 정위치에 유지할 수 있는 각도 배열된다. 상기 기판(12)은 기판 지지부재가 챔버내에서 클램프 링을 통해 이동할 때 클램프 링(30)을 지지한다. 바람직하게, 상기 클램프 링은 주변부가 기판(12)의 경사진 에지에 의해 균일하게 지지되며 지지부재와 클램프 링에 대한 기판위치를 안정화시킨다. 클램프 링(30)은 일단, 클램프 링이 기판과 결합하여 자체 중량에 의해 기판상에 지지될 때, 클램프 링 및/또는 기판이 지지부재(26)의 표면을 가로질러 미끄러지는 것을 방지하기에 충분한 중량을 가진다. 기판이 클램프 링을 통해 이동하면, 클램프 링의 경사면이 기판을 클램프 링의 내경범위내에서 지지부재와 일치시키기 때문에 기판의 어떠한 측면 오프셋도 방지된다. 그럼으로써 클램프 링의 테이퍼 면은 클램프 링의 내경을 한정할 때 고려해야 하는 기계적 허용오차, 즉 기판 크기의 오차를 감소시킨다. 테이퍼 면이 일반적으로 평탄한 면으로 도시되어 있지만, 본 발명에서는 오목 또는 볼록한 표면도 고려할 수 있다.
클램프 링(30)이 기판상에 위치되면서 PVD 공정이 시작된다. 상기 테이퍼 면(58)은 증착공정 중에 기판에 최소의 배제 표면적을 제공한다. 상기 테이퍼 면(58)은 증착중에 상기 지지부재(26)로부터 증기 또는 입자의 이탈을 방지하기 위한 고체 장벽 또는 스톱을 형성한다. 상기 공정이 완료되면, 처리된 기판(12)은 전술한 바와 같은 처리단계의 역으로 챔버(20)로부터 제거된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 클램프 링(30)의 경사진 에지면(58)과 기판(12)의 에지(57) 사이의 조속한 접촉은 지지부재에 의한 처리위치로의 상승을 초래하여 정렬위치쪽으로 지지부재의 상면에 따른 기판(12)의 측면운동을 초래한다. 이러한 정렬운동은 경사진 에지(58)의 대향측이 기판(12)의 대향측 경사 에지(57)와 접촉할 때까지 계속된다. 따라서, 본 발명의 클램프 링(30)은 기판(12)과 자체 정렬된다.
도 4는 본 발명에 따른 클램프 링의 다른 실시예를 도시한다. 클램프 링의 하면은 일반적으로 평탄한 테이퍼 면(58) 및 일반적으로 평탄한 하부 루프면(59)을 한정하고 있는 경사진 리세스(55)를 포함할 수 있다. 상기 하부 루프면(59)은 기판에 대한 클램프 링의 부착을 방지하면서 양호한 에지 배제를 제공하기에 적합한 루프 종횡비를 부여할 수 있도록 지지부재(26)상에 배열된 기판의 상부면에 일반적으로 평행한 방식으로 기판위에 배열된다. 경사진 위치 고정면(58)은 도 3에 도시된 실시예와 유사하게 기판의 에지와 접촉되게 제공된다. 그러나, 상기 위치 고정면의 내측에 배열된 루프부의 평면은 일반적으로 기판 표면과 평행하게 배열된다. 루프 종횡비(높이:폭)는 클램프 링과 기판 사이의 접촉 영역에서 에지 배제 및/또는 증착을 최소화하도록 선택될 수 있다. 또한, 일반적으로 평행한 하면은 일반적으로 평탄한 하면보다 양호한 효율적인 루프 종횡비를 제공하도록 계단형으로 형성될 수도 있다. 도 5는 경사진 리세스(55)를 한정하는 테이퍼 면(58) 및 하부 루프면(59)을 도시하는 클램프 링의 저부 사시도이다.
클램프 링은 바람직하게 알루미늄, 알루미늄 산화물 또는 알루미나와 같은 세라믹, 석영 등과 같은 양립가능한 재료로 제조된다.
본 발명의 클램프 링은 에지 배제율을 개선하기 위한 PVD, CVD, 에칭 또는 어떤 다른 처리시스템에 사용될 수 있다. 통상적으로, 그러한 시스템은 통상적으로 본 발명의 개념에 따라 클램프 링과 결합하도록 기판을 수직으로 상승시키는 기판 지지부재 및 챔버를 포함한다. 일단 결합되면, 클램프 링은 기판의 경사진 에지를 밀봉하여 처리중에 기판의 위치를 유지한다.
본 발명의 양호한 실시예에 대해 설명하였지만, 본 발명의 다른 또한 추가의 실시예가 본 발명의 기본 사상으로부터 벗어남이 없이 개작될 수 있다. 본 발명의 사상은 다음의 청구범위에 의해 결정된다.
이와 같은 본 발명에 따라, 기판의 에지 배제율을 최소화(사 면적의 최대화)하고 기판 후면 및 기판 사면상의 금속의 증착을 방지할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판 처리시스템으로서,
    진공 외벽과,
    상기 외벽내에 배열되는 기판 지지부재, 및
    기판의 에지와 접촉하는 기판 접촉면 및 상부 루프면을 갖춘 클램프 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 클램프 링은 기판 지지부재의 상면과 거의 평행하게 배열되는 하부 루프면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 접촉면은 기판 지지부재에 대해 각을 형성하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 기판 처리시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 기판 접촉면은 연속적으로 보통 유연한 환형면인 것을 특징으로 하는 기판 처리시스템.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 기판 접촉면은 일반적으로 볼록한 것을 특징으로 하는 기판 처리시스템.
  6. 기판 지지부재상에 기판을 고정하기 위한 장치로서,
    상부 루프부와 외측 기저부 및 상기 상부 루프부와 기저부 사이로 적어도 부분적으로 연장하는 기판 접촉부를 갖춘 프레임을 포함하며,
    상기 기판 접촉부는 프레임의 종축에 대해 테이퍼져 있는 것을 특징으로 하는 기판 지지부상의 기판 고정장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 기판 접촉면은 일반적으로 유연한 테이퍼 면을 포함하며, 상기 프레임은 일반적으로 환형인 것을 특징으로 하는 기판 지지부상의 기판 고정장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 테이퍼 면은 연속적인 일반적으로 환형면을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지부상의 기판 고정장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 프레임은 기판 접촉면에 대해 각을 형성하도록 배열된 하부 루프면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지부상의 기판 고정장치.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 기저부는 외측 플랜지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지부상의 기판 고정장치.
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