KR20050091673A - 기판 지지 장치 - Google Patents

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KR20050091673A
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윌리엄 알. 하쉬버거
로버트 아이. 그리네
이치로 시미즈
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판을 디처킹(dechucking)하기 위한 기판 지지대 어셈블리와 방법을 제공한다. 실시예의 한가지로서, 지지대 어셈블리는 지지 표면, 상기 기판 지지대를 관통하며 이동 가능하게 배치된 제 1 리프트 핀 세트, 및 하나 또는 그 이상의 다른 리프트 핀을 가진 기판 지지대를 포함한다. 상기 제 1 리프트 핀 세트와 상기 하나 또는 그 이상의 리프트 핀들이 작동 위치에 있는 경우에, 상기 핀들이 상기 지지 표면으로부터 돌출된다. 상기 작동 위치에 있는 경우에, 상기 제 1 리프트 핀 세트는 상기 하나 또는 그 이상의 다른 리프트 핀보다 상기 지지 표면으로부터 더 먼 거리로 돌출된다. 본 발명의 또 다른 실시예로서는, 기판 지지대로부터 기판을 디처킹하는 방법이 제시되어 있다. 실시예의 한 가지로서, 상기 방법은 기판 지지대의 표면 위로 제 1 거리만큼 제 1 리프트 핀 세트를 돌출시키는 단계와, 그리고 상기 기판 지지대의 표면 위로 상기 제 1 거리보다 작은 제 2 거리만큼 제 2 리프트 핀 세트를 돌출시키는 단계를 포함한다.

Description

기판 지지 장치{APPARATUS FOR SUPPORTING A SUBSTRATE}
본 발명은 개략적으로 반도체 프로세싱 챔버에 있어 기판과 같은 작업편을 기판 지지대 어셈블리와 같은 지지대 어셈블리로부터 들어올리기 위한(예를 들어, 디처킹(dechucking)하기 위한) 방법 및 장치에 관한 것이다.
컴퓨터 및 텔레비젼 모니터와 같은 능동 매트릭스형 디스플레이(active matrix display)로는 액정 디스플레이(liquid crystal displays) 또는 평면 패널(flat panel)등이 사용된다. 대체로, 평면 패널은 액정 재료 층을 그들 사이에 구비하는 두 개의 유리 플레이트를 포함한다. 하나 또는 그 이상의 유리 플레이트는, 그 위에 배치되고 전원에 연결되는 하나 또는 그 이상의 전도성 필름을 포함한다. 전원으로부터 전도성 필름에 공급되는 전력은 액정 재료의 배향(orientation)을 변화시켜, 패턴화된 디스플레이를 형성한다. 평면 패널 제조에 주로 사용되는 제조 프로세스로는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition)이 있다.
일반적으로 플라즈마 강화 화학 기상 증착은 평면 패널 또는 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 박막을 증착하는데 사용된다. 플라즈마 강화 화학 기상 증착은 일반적으로 전구체 가스(precursor gas)를 진공 챔버에 도입함으로써 이루어진다. 대체로 전구체 가스는 챔버 상단 부근에 위치한 배분 플레이트를 거쳐 도입된다. 챔버에 연결된 하나 또는 그 이상의 RF 전원으로부터 챔버로 RF 전력을 인가함으로써, 챔버 내의 전구체 가스가 플라즈마로 활성화된다(예를 들어, 여기된다; excited). 여기된 가스가 가열된 기판 지지대 상에 배치된 기판 표면 상에서 반응하여 재료 층을 형성한다. 통상적으로 상기 기판의 모서리를 덮도록 형성된 새도우 프레임(shadow frame)은, 상기 기판이 상기 기판 지지대에 고착되지 않도록 하기 위하여 상기 기판 모서리와 기판 지지대에서 증착이 일어나는 것을 방지한다. 선택적으로는, 퍼지 가스(purge gas)가 새도우 프레임과 기판 지지대 사이에 전달되어 기판 모서리에서의 증착이 일어나는 것을 방지한다. 반응이 일어나는 동안 생성된 휘발성 부산물들은 배기 시스템을 통하여 챔버로부터 펌핑된다.
증착 프로세스 후에, 기판 지지대를 관통하도록 배치된 다수개의 리프트 핀에 의하여 기판 지지대로부터 기판이 들어 올려진다(예를 들어, 디척킹된다). 리프트 핀이 위로 작동하여 기판의 배면과 접촉하고, 기판을 기판 지지대의 상부 표면 위로 들어올린다. 이 위치로부터, 기판 이송 메커니즘, 통상적으로 로봇에 결합된 블레이드가, 기판과 기판 지지대 사이에 배치될 수도 있다. 상기 리프트 핀은 기판을 기판 이송 매커니즘 상에 남겨둔채 후퇴하게 되는데, 이제 기판 이송 매커니즘은 프로세싱 챔버로부터 기판을 자유롭게 제거할 수 있게 된다.
증착 프로세스 동안, 기판은 기판 지지대에 대한 인력을 가질 수 있다. 예를 들어 플라즈마 프로세싱하는 동안, 플라즈마 내에서 이온 및 전자 사이의 이동성의 차이로 인하여 기판상에 전하가 축적되는 것이 통상적이다. 대체로, 활성 및 이동성이 더욱 높은 전자들이 이온들보다 더 많은 수로 기판에 도달하여, 순 전하(net charge)의 축적을 초래한다. 플라즈마와 맞닿아 있는 기판 표면 상에 축적된 전자는, 이에 상응하는 양전하를 기판의 배면에 축적시키고, 상기 기판과 기판 지지대 사이에 정전기적 인력(static attraction)을 일으킨다.
리프트 핀이 상기 기판 지지대로부터 기판을 들어올리기 시작할 때, 상기 기판의 중심부(예를 들어, 리프트 핀들 사이의 영역)가 기판 지지대와의 인력을 가지게 되어, 기판을 휘게 한다. 계속하여 기판이 기판 지지대로부터 멀어질수록 기판 지지대로부터 기판을 분리시키는 힘이 정전기적 인력을 극복하여, 기판이 기판 지지대로부터 이격된 상태로 리프트 핀에 의하여 지지된 상태에서는 기판이 실질적으로 평면이나 약간 휜 형태로 복귀되도록 한다.
그러나, 디처킹 프로세스 동안 정전기적 인력이 충분히 크다면, 기판은 기판 지지대로부터 완전하게 분리되기도 전에 과도하게 휘어지게 된다. 기판이 과도하게 휘게 되면 기판 및/또는 기판에 배치된 재료 층 또는 소자(device)에 크랙, 파손 또는 다른 손상을 초래할 수도 있다. 부가적으로, 기판이 과도하게 휘게 되면 리프트 핀들이 기판의 배면 상에서 다소 미끌어져서 기판이 긁히게 되고, 나아가 상기 기판 또는 챔버 내에서 연속적으로 프로세싱되는 다른 기판을 오염시킬 수도 있는 미립자의 발생 가능성을 증가시킨다.
이러한 정전기적 인력은 디처킹 프로세스 동안 챔버 내의 불활성 가스로부터 형성된 플라즈마를 도입함으로써 없앨 수 있다. 플라즈마가 기판을 가로질러 전하를 재분배하여, 기판과 기판 지지대 사이의 정전기적 인력을 최소화한다. 이와 같이 정전기적 인력을 감소시키기 위한 프로세스는 Robertson 등에 의하여 1995년 6월 10일에 공고된 미국 특허 제 5,380,566호에 기술되어 있다.
비록 불활성 가스로부터 형성된 플라즈마에 2초 정도의 짧은 시간 동안 노출시킴으로 정전기적 인력을 충분히 감쇠시키고 손상없이 기판을 디처킹할 수 있다고 하더라도, 가능한한 적은 수의 단계로 기판을 프로세싱하고 그리고 프로세싱동안 사용되는 가스들과 같은 소모제 사용을 최소화하는 것이 요구된다.
그러므로, 기판을 디처킹하는 동안 기판이 과도하게 휘는 것을 방지하는 기판 지지대에 대한 필요성이 부각되고 있다.
통상적으로, 작업편을 지지하기 위한 지지대 어셈블리로서, 지지 표면을 가진 지지대 어셈블리, 상기 지지대 어셈블리를 관통하며 이동 가능하게 배치된 제 1 리프트 핀 세트 및, 상기 지지대 어셈블리를 관통하며 이동 가능하게 배치된 제 2 리프트 핀 세트를 포함하고, 상기 제 1 리프트 핀 세트는 작동된 위치에 있는 경우 지지 표면으로부터 제 1 거리만큼 돌출되고, 상기 제 2 리프트 핀 세트는 작동된 위치에 있는 경우 지지 표면으로부터 제 2 거리만큼 돌출되며, 상기 제 1 거리가 상기 제 2 거리보다 큰 지지대 어셈블리를 제공하는 것이 본 발명의 관점 중의 한 가지이다.
본 발명의 다른 관점으로서는 작업편을 지지하기 위한 지지대 어셈블리를 제공하는 것이다. 일실시예로서, 지지대 어셈블리는 지지 표면을 구비한 지지대 어셈블리, 상기 지지대 어셈블리를 관통하며 이동 가능하게 배치된 제 1 리프트 핀 세트 및, 상기 제 1 리프트 핀 세트의 방사상 내측에서 상기 지지대 어셈블리를 관통하며 이동 가능하게 배치된 제 2 리프트 핀 세트를 포함하고, 상기 제 1 리프트 핀 세트는 제 1 길이를 가지며, 상기 제 2 리프트 핀 세트는 상기 제 1 리프트 핀 세트의 제 1 길이보다 짧은 제 2 길이를 가진다.
본 발명의 또 다른 관점으로서는 반도체 프로세스 챔버를 제공하는 것이다. 일실시예로서, 상기 반도체 프로세스 챔버는 챔버, 지지 표면을 가지는 지지대 어셈블리, 상기 지지대 어셈블리를 관통하며 이동 가능하게 배치된 제 1 리프트 핀 세트 및, 상기 지지대 어셈블리를 관통하며 이동 가능하게 배치된 제 2 리프트 핀 세트를 포함하고, 상기 제 1 리프트 핀 세트는 작동된 위치에 있는 경우 상기 지지 표면으로부터 제 1 거리만큼 돌출하고, 상기 제 2 리프트 핀 세트는 작동된 위치에 있는 경우 상기 지지 표면으로부터 제 2 거리만큼 돌출하며, 상기 제 1 거리는 상기 제 2 거리보다 크다.
상세하게는, 기판을 프로세싱하는 동안 기판을 지지하기 위한 기판 지지대 어셈블리를 제공하는 것이 본 발명의 관점 중의 한 가지이다. 일실시예에서, 지지대 어셈블리는, 지지 표면을 구비한 기판 지지대, 상기 기판 지지대를 관통하며 이동 가능하게 배치된 제 1 리프트 핀 세트와 제 2 리프트 핀 세트를 포함한다. 상기 핀들이 작동된 위치에 있는 경우에, 제 1 리프트 핀 세트 및 제 2 리프트 핀 세트가 지지 표면으로부터 돌출된다. 작동 위치에 있는 경우에, 제 1 리프트 핀 세트는 제 2 리프트 핀 세트보다 지지 표면으로부터 더 먼 거리로 돌출된다. 다른 실시예에서, 지지대 어셈블리는 제 2 리프트 핀 세트와 접촉하기 전에 제 1 리프트 핀 세트와 접촉하는 리프트 플레이트를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 관점으로서, 기판 지지대로부터 기판을 디처킹하기 위한 방법이 제공된다. 일실시예에서, 상기 방법은 기판을 들어올리기 위하여 기판 지지 표면 위로 제 1 리프트 핀 세트를 제 1 거리만큼 돌출시키는 단계와, 제 1 리프트 핀 세트에 의한 제 1 거리보다 작은 제 2 거리만큼 기판 지지 표면 위로 제 2 리프트 핀 세트를 돌출시키는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 기판이 사전 설정된 양보다 많이 휜다면, 제 2 리프트 핀 세트가 기판과 접촉한다.
본 발명은 후술되는 프로세싱 챔버 내에 기판 지지대 어셈블리의 실시예에 대한 상세한 설명과 첨부된 도면을 통하여 용이하게 이해될 수 있다. 이해를 돕기 위하여, 도면에서 공통되는 구성 요소를 지칭하는데 가능한한 동일한 도면 부호를 사용하였다.
본 발명은 기판 지지대 어셈블리와 같은 지지대 어셈블리로부터 기판과 같은 작업편을 들어올리는데 유리한, 기판을 디처킹하기 위한 기판 지지대 및 방법을 일반적으로 제시한다. 본 발명은 미국 Santa Clara, California에 소재한 Applied Materials, Inc.의 한 부문인 AKT로부터 입수 가능한 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 시스템과 같은 플라즈마 강화 화학 기상 증착 시스템에 관하여 아래에 기술한다. 하지만, 본 발명은 기판 지지대로부터 기판을 들어올리는 것을 요구하는 물리 기상 증착 시스템, 이온 주입 시스템, 에칭 시스템, 화학 기상 증착 시스템 및 다른 시스템과 같은 다른 여러 시스템 구성에서도 유용성을 가지는 것으로 이해된다.
도 1은 플라즈마 강화 화학 기상 증착 시스템(100)의 실시예의 한가지를 나타내는 단면도이다. 시스템(100)은 일반적으로 가스 소스(source)(104)에 연결된 챔버(102)를 포함한다. 챔버(102)는 프로세스 체적(112)을 형성하는 벽(106), 하부(108) 및 리드(lid) 어셈블리(110)를 구비한다. 일반적으로 기판(140)을 챔버(102) 내로, 그리고 챔버(102)로부터 밖으로 이송하는 것을 용이하게 하는, 벽(106)에 있는 포트(도시 안됨)를 통하여 프로세스 체적(112)에 접근한다. 일반적으로 벽(106) 및 하부(108)는 알루미늄으로 이루어진 단일 블록으로 제조된다. 리드 어셈블리(110)는 프로세스 체적(112)을 배기 포트(다양한 펌핑 요소를 포함함, 도시 안됨)에 연결시키는 펌핑 플리넘(pumping plenum, 114)을 포함한다.
리드 어셈블리(110)는 벽(106)에 의하여 지지되고, 챔버(102)를 수리하기 위하여 제거될 수 있다. 리드 어셈블리(110)는 일반적으로 알루미늄으로 구성되어 있고, 부가적으로 열전달 유체 채널을 통하여 열전달 유체를 유동시킴으로써 리드 어셈블리(110)의 온도를 조절하기 위한 열전달 유체 채널을 포함할 수도 있다.
배분 플레이트(118)는 리드 어셈블리(110)의 내면(interior side, 120)에 연결되어 있다. 배분 플레이트(118)는 일반적으로 알루미늄으로 제조된다. 일반적으로 배분 플레이트는 접시 형상(dish-shaped)의 중심부를 둘러싸고 있는 주변 장착 링(perimeter mounting ring)을 포함한다. 장착 링은 관통된 다수 개의 장착 구멍을 포함하는데, 각각의 장착 구멍은 상기 리드 어셈블리(110)의 짝을 이루는 구멍에 나사 결합되고 통기공이 형성된(vented) 장착 나사를 수용한다. 중심부는 통공부를 포함하는데, 가스 소스(104)로부터 공급되는 프로세스 가스 및 다른 가스들이 상기 통공부를 거쳐 프로세스 체적(112)으로 운송된다. 상기 배분 플레이트(118)의 통공부는 배분 플레이트(118)를 거쳐 챔버(102)로 전달되는 가스가 일정하게 배분되도록 형성된다.
챔버(102)의 중앙에 가열되는 지지대 어셈블리(138)가 배치된다. 지지대 어셈블리(138)는 프로세싱동안 기판(140)을 지지한다. 지지대 어셈블리(138)는 일반적으로 알루미늄, 세라믹 또는 알루미늄과 세라믹이 조합된 재료로 제조되며, 일반적으로 진공 포트(도시 안됨) 및 매립된 하나 또는 그 이상의 가열 요소(132)를 포함한다. 진공 포트는 기판(140)과 지지대 어셈블리(138) 사이에 진공을 일으키는데 사용된다. 지지대 어셈블리(138)에 배치된 전극과 같은 가열 요소(132)는 전원(130)과 결합되어, 지지대 어셈블리(138) 및 그 위에 배치된 기판(140)을 사전 설정된 온도로 가열한다. 실시예의 한가지로서, 상기 가열 요소(132)가 기판(140)을 약 150 도 내지 400 도의 일정한 온도로 유지시킨다. 대안적으로, 기판을 가열하는데 가열 램프 또는 다른 가열 공급원들이 기판을 가열하는데 이용할 수도 있다.
일반적으로, 지지대 어셈블리(138)는 스템(142)에 결합된다. 스템(142)은 시스템(100)의 지지대 어셈블리(138)와 다른 요소들 사이에 전기 도선(electrical leads), 진공 및 가스 공급선을 위한 도관을 제공한다. 스템(142)은 지지대 어셈블리(138)를 상승 위치(도시된 바와 같이)와 하강 위치 사이에서 이동시키는 리프트 시스템(도시 안됨)과 결합된다. 벨로우즈(146)는 챔버 체적(112)과 챔버(102) 밖의 대기 사이에 진공 실(seal)을 제공하며, 지지대 어셈블리(138)의 이동을 용이하게 한다.
일반적으로 지지대 어셈블리(138)는, 전원(130)에 의하여 배분 플레이트(118)(또는 챔버의 리드 어셈블리 내 또는 어셈블리 부근에 배치된 다른 전극)에 공급되는 RF 전력이 지지대 어셈블리(138)와 배분 플레이트(118) 사이의 프로세스 체적(112)에 배치된 가스를 여기시킬 수 있도록 접지된다. 일반적으로 수 ㎐ 내지 13㎒ 또는 그 이상 사이의 주파수를 가진 RF 전력이 기판 표면적에 대하여 적합한 전력량(Wattage)으로 제공된다. 실시예의 한 가지로서, 전원(130)은 약 2 ㎒보다 낮은 저주파(바람직하게는 약 200 ㎑ 내지 500 ㎑) 전력과 그리고 13 ㎒보다 큰 고주파(바람직하게는 약 13.56 ㎒) 전력을 제공하는 이중 주파수 전원을 포함한다. 주파수는 고정되거나 가변적일 수 있다. 예를 들어 550 ㎜×650 ㎜ 크기의 기판의 경우, 저주파 전력은 약 0.3 내지 약 2 ㎾인 반면, 고주파 전력은 약 1 내지 5 ㎾이다. 일반적으로, 기판의 크기가 감소하거나 증가함에 상응하여 소요 전력이 감소하거나 증가한다.
지지대 어셈블리(138)는 부가적으로 환형 새도우 프레임(148)을 지지한다. 새도우 프레임(148)은 기판(140)의 모서리를 덮도록 형성되고, 통상적으로 세라믹으로 구성된다. 일반적으로 기판이 지지대 어셈블리(138)에 고착되지 않도록, 새도우 프레임(148)은 기판(140)의 모서리와 지지대 어셈블리(138)에 증착이 이루어지는 것을 방지한다. 선택적으로, 퍼지 가스(purge gas)가 새도우 프레임(148)과 지지대 어셈블리(138) 사이에 공급되어 기판 모서리에 증착이 일어나는 것을 방지하도록 도와준다.
지지대 어셈블리(138)는 이를 관통하도록 배치된 다수 개의 구멍(128)을 가지는데, 이 다수 개의 구멍들은 제 1 세트(180)를 포함한 다수 개의 리프트 핀(150)과 그리고 제 2 세트(182)를 포함하는 하나 또는 그 이상의 다른 리프트 핀(152)을 수용한다. 상기 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)는 상기 리프트 핀(150)의 제 1 세트(180)의 방사상 내측에 배치된다. 상기 리프트 핀(150 및 152)은 대체로 세라믹 또는 양극 처리 알루미늄(anodized aluminum)을 포함한다. 일반적으로, 리프트 핀(150 및 152)이 정상 위치(즉, 지지대 어셈블리(138)에 대하여 상대적으로 후퇴된 위치)에 있는 경우, 각각의 리프트 핀(150 및 152)은 지지대 어셈블리(138)의 지지 표면(134)과 실질적으로 동일한 높이 이거나 약간 들어간 제 1 단부(160 및 162)를 각각 가지고 있다. 제 1 단부(160, 162)는 리프트 핀(150, 152)이 구멍(128)을 통해 낙하하는 것을 방지하도록 대체적으로 펼쳐져 있다. 부가적으로, 각각의 리프트 핀(150 및 152)은 지지대 어셈블리(138)의 저면(126)을 지나서 연장된 제 2 단부(164 및 166)를 각각 가지고 있다.
핀들이 작동하는 경우, 리프트 핀(150 및 152)은 지지 표면(130)으로부터 돌출된 위치로 이동할 수 있다. 작동 위치에서, 상기 리프트 핀(150)은 하나 혹은 그 이상의 리프트 핀(152)보다 지지 표면(134)으로부터 더 멀리 돌출된다. 일반적으로, 리프트 핀(150)의 제 1 세트(180)는 하나 혹은 그 이상의 리프트 핀(152)의 외측에 배치된 세 개 또는 그 이상의 리프트 핀을 포함한다. 실시예의 한 가지로서, 리프트 핀(150)의 제 1 세트(180)는 쌍으로 배치된 8개의 핀을 포함하며, 각 쌍들은 기판의 네 변의 각 변에 인접하게 배치된다. 또 다른 실시예로서, 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)는 지지대 어셈블리(138)의 중심의 양측에 배치된 두 개의 리프트 핀을 포함한다.
리프트 플레이트(154)가 지지 표면의 저면(126)에 인접하게 배치된다. 리프트 플레이트(154)는 하나 또는 그 이상의 리프트 핀(150 또는 152)의 제 2 단부(164 또는 166) 아래에 배치된다. 리프트 플레이트(154)는 일반적으로 프로세스 체적(112)의 외부에 배치된 공압 실린더, 유압 실린더, 리이드 스크류, 솔레노이드, 스텝 모터 또는 다른 이동 장치(도시 안됨)와 같은 액츄에이터에 결합되어 있다. 리프트 플레이트(154)는 스템(142)의 일부를 둘러싸고 있는 칼라(collar, 156)에 의하여 액츄에이터에 결합되어 있다. 벨로우즈(146)는 상측부(168)와 하측부(170)를 포함하는데, 스템(142)과 칼라(156)를 독립적으로 이동할 수 있게 하면서 챔버(102)의 외부 환경으로부터 프로세스 체적(112)을 격리시킨다. 대안적으로, 리프트 플레이트(154)와 지지대 어셈블리(138)를 이동시키는 것이 단일 엑츄에이터를 통하여 제어될 수 있는데, 이를 위하여 상기 엑츄에이터는 리프트 플레이트(154) 또는 지지대 어셈블리(138) 사이에서 상대적인 운동을 제어하는 스프링 및 이동 멈추개(motion stop)를 사용한다.
일반적으로 리프트 플레이트(154)가 작동되면, 지지대 어셈블리(138) 및 리프트 플레이트(154)가 서로 가까워지도록 이동함에 따라, 리프트 핀(150, 152)이 지지 표면(134)으로부터 연장된다. 지지대 어셈블리(138)를 하강시키거나, 리프트 플레이트(154)를 상승시키거나, 리프트 플레이트(154)를 지지대 어셈블리(138)가 하강하는 속도보다 느린 속도로 하강시키거나 또는 이들의 조합을 통하여, 지지대 어셈블리(138)를 리프트 플레이트(154)에 상대적으로 가깝게 이동시킬 수 있다.
도 2a는 지지대 어셈블리(138)의 지지 표면(134)로부터 들어 올려지는 기판(140)의 실시예의 한 가지를 도시한다. 일반적으로, 지지대 어셈블리(138)가 리프트 플레이트(154)에 대하여 보다 가깝게 이동할수록, 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)보다 대체로 더 긴 리프트 핀(150)의 제 1 세트(180)는 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)에 앞서 리프트 플레이트(154)에 의하여 접촉된다. 그런 후, 리프트 핀(150)의 제 1 세트(180)는 기판(140)의 둘레를 지지 표면(134)로부터 제 1 거리만큼 들어 올린다. 일단, 리프트 핀(150)의 제 1 세트(180)가 지지 표면(134)로부터 거리(L)만큼 연장되면, 보다 짧은 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)가 리프트 플레이트(154)와 접촉한다. 또한 거리(L)는 리프트 핀(150 및 152)의 길이 차이를 나타낸다. 실시예의 한 가지로서, 상기 거리(L)는 적어도 약 2 ㎜ 이다.
일반적으로, 기판(140)은 지지 표면(134)로부터 들어 올려지는 경우에 휘어지게 된다. 리프트 핀(150)의 평면 아래로 휘는 부분은 처짐(sag: S)으로 표시한다. 기판(140)의 중심에 대한 리프트 핀(150)의 제 1 세트(180)의 위치는 기판의 처짐(S)이 거리(L)보다 일반적으로 작게 되도록 형성된다. 처짐(S)을 일으키는 특성들로는 여러 요인 중, 기판의 전체 크기, 기판의 두께, 기판 상에 현존하는 층의 조성, 리프트 핀(150)들 사이의 간격과, 그리고 기판의 온도를 포함한다. 즉, 기판(140)이 리프트 핀(150)의 제 1 세트(180)에 의하여 지지 표면(134)로부터 들어 올려지는 경우, 기판(140)은 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)와 접촉되는 것이 방지되는데, 이는 기판(140)이 지지 표면(134)으로부터 더욱 들어 올려지고나서 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)가 연장되기 시작하기 때문이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일단 기판(140)이 지지대 어셈블리(138)로부터 완전히 들어 올려지는 경우, 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)가 지지 표면(134)로부터 거리(D')만큼 돌출되는 반면, 리프트 핀의 제 1 세트는 지지 표면(134)로부터 거리(D")만큼 돌출된다. 거리(D')는 다른 거리(D")보다 작아서, 일단 기판이 지지 표면(134)으로부터 분리되면 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)는 기판(140)과 떨어져 있게 된다. 즉, 기판(140)이 지지대 어셈블리(138)로부터 들어 올려지는 경우, 리프트 핀과 최소한의 접촉이 이루어져, 기판(140)의 중심부가 긁힐 수 있는 가능성을 줄인다.(예를 들어, 리프트 핀(152)은 기판(140)과 접촉하지 않는다.)
도 2b에 도시된 바와 같이, 기판(140')과 지지대 어셈블리(138) 사이에 잔류하는 힘(정전기적 인력과 같은 힘)은 기판(140')을 도 2a의 "S"로 표시되는 사전 설정된 양 이상으로 휘게 하는 원인이 될 수도 있다. 만약 잔류하는 힘들이 충분히 크거나 충분하게 방출될 수 없다면, 기판(140')이 리프트 핀(150)의 제 1 세트(180)에 의하여 지지 표면(134)으로부터 들어 올려지는 경우 기판(140')의 처짐(S')은 거리(L)와 같게 된다. 이때, 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)는 기판(140')의 중심부와 접촉한다. 리프트 플레이트(154)와 기판 지지대(138)가 서로 가까워질수록, 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)는 리프트 핀(150)의 제 1 세트(180)의 방사상 내측에서 기판(140')과 접촉한다. 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)는 기판(140')의 중심부를 들어올려서, 이들 사이에 작용하고 또 일반적으로 기판의 중심에 집중되는 잔류 인력을 극복하고, 그에 따라 기판 및/또는 그 위에 증착된 층이나 소자에 손상을 일으킬 수도 있는 사전 설정된 처짐(S') 양을 초과하여 기판이 더 많이 휘는 것을 방지한다. 기판(140')이 지지대 어셈블리(138)의 지지 표면(134)로부터 분리되는 경우, 기판(140')은 처짐(S')을 일으켰던 잔류하는 힘들에 의하여 더 이상 영향을 받지 아니하고, 점선으로 도시된 처짐(S)을 가진 정상 배향(orientation)으로 복귀하여, 기판(140)은 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)와 더 이상 접촉하지 않는다. 계속하여 리프트 플레이트(154)가 리프트 핀(150 및 152)을 완전히 작동된 위치에 배치하는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 기판(140)은 지지 표면(134)에 이격된 관계로 배치된다.
도 4는 본 발명 하나의 실시예에 따른 지지 표면으로부터 기판을 들어 올리는(예를 들어, 디처킹) 방법의 흐름도(400)이다. 단계(402)에서 시작하고 도 3을 참조하면, 리프트 핀(150)의 제 1 세트(180)는 지지대 어셈블리(138)의 지지 표면(134)로부터 제 1 거리(D")만큼 연장된다. 다음 단계(404)에서, 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)는 지지대 어셈블리(138)의 지지 표면(134)로부터 제 2 거리(D')만큼 연장된다. 일반적으로, 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)는 리프트 핀(150)의 제 1 세트(180)의 방사상 내측에 배치된다. 다음 단계(406)에서, 기판(140)과 지지대 어셈블리(138) 사이의 잔류 인력이 기판에 제 1 및 제 2 거리의 차(D"-D'=L)와 같은 처짐(S')을 일으킨다면(도 2b 참조), 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)는 기판(140)과 접촉한다.
도 5에서는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 시스템(500)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 상기 시스템(500)은 일반적으로 지지대 어셈블리(502)가 동일한 길이를 가지고 있는 리프트 핀(506)의 제 1 세트(580)와 리프트 핀(520)의 제 2 세트(582)를 포함하고 있다는 점을 제외하고는 도 1 내지 도 3에 언급되고 기술된 시스템(100)에 상당히 유사하다. 리프트 핀(506 및 520)은 기판 지지대(502)의 지지 표면(528)로부터 기판(140)을 들어올리기 위한 나팔꽃형의 제 1 단부(508 및 522)를 각각 가지고 있다. 리프트 핀(506 및 520)은 제 2 단부(510 및 524)를 가지고 있는데, 이들 각각은 기판 지지대(502)의 저면(underside, 530)을 지나서 연장된다. 기판 지지대(502)의 아래에 리프트 플레이트(512)가 배치된다. 리프트 플레이트(512)는 일반적으로 중심부(514)의 위쪽으로 돌출된 림(516)을 포함한다.
리프트 플레이트(512)가 지지 표면(528)으로부터 기판을 상승시키도록 작동되는 경우, 중심부(514)가 리프트 핀(520)의 제 2 세트(582)와 접촉하기 전에 리프트 플레이트(512)의 상승된 림(516)이 리프트 핀(506)의 제 1 세트(580)와 접촉한다. 림(516)과 중심부(514) 사이의 높이 차이(D)는 지지 표면(528)으로부터 리프트 핀(520)의 제 2 세트(582)에 앞서 리프트 핀(506)의 제 1 세트(580)가 돌출되도록 한다. 상기 높이 차이(D)는 전술한 리프트 핀의 차이(L)와 동일한 결과를 가지도록 선택된다. 선택적으로, 상기 리프트 플레이트(512)가 동일한 길이의 리프트 핀(506 및 520)들과 같이 사용될 수도 있다. 또한 도면을 통하여 도시되지는 않았으나, 선택적으로, 상기 리프트 플레이트(512)가 길이 차를 갖는 서로 다른 길이를 갖는 리프트 핀(150 및 152)들과 같이 사용될 수 있으며, 이 경우에는 전술한 실시예들과 동일한 결과를 가지도록 리프트 플레이트(512)의 높이 차이(D)와 리프트 핀(150, 152)의 길이 차이가 적절히 선택된다.
작동 상태에서, 도 1에 도시된 반도체 기판(140)은 다수 개의 방법에 의하여 프로세싱될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 나이트라이드(silicon nitride) 층을 증착하기 위하여, 먼저 지지대 어셈블리(138)와의 사이에 진공을 유지함으로써 기판(140)이 지지대 어셈블리(138)에 장착된다. 지지대 어셈블리(138)가 상승하여, 일반적으로 기판(140)과 배분 플레이트(118)를 약 500 내지 1000 mils 정도 이격시킨다. 기판(140)의 온도는 주로 전극(132)에 전력을 공급함으로써 약 150 ℃ 내지 약 400 ℃ 사이의 사전 설정된 프로세스 온도까지 상승한다. 실시예의 한가지로서 실란(silane)과 암모니아(ammonia) 그리고 질소(nitrogen)를 포함할 수 있는 가스 구성 요소들이 가스 혼합체를 형성하기 위하여 가스 패널로부터 배분 플레이트(118)를 거쳐 프로세스 챔버로 공급된다. RF 전력이 배분 플레이트(118)와 지지대 어셈블리(138) 사이에 인가되어 가스 혼합체로부터 플라즈마를 형성한다. 가스 혼합체가 반응하여 기판(140) 상에 실리콘 나이트라이드(silicon nitride) 층을 형성한다.
프로세싱 후에, 기판(140)은 선택적으로 불활성 가스(예를 들어, 기판 상에 배치된 층에 좋지 않은 영향을 미치지 않고, 부가적인 물질이 기판 상에 놓여지지 않도록 하는 가스)로부터 형성된 플라즈마에 의하여 약 5초 동안 영향을 받아서, 기판(140)과 지지대 어셈블리(138) 사이의 인력을 감소시킬 수 있다. 이러한 프로세스는 앞서 설명된 미국 특허 제 5,380,566호에 기술되어 있다.
프로세싱된 기판(140)의 제거가 가능하도록 지지대 어셈블리(138)가 낮춰진다. 리프트 플레이트(154)가 작동하여, 리프트 핀(150, 152) 및 기판(140)이 지지 표면(134) 위로 연장된다. 만약 지지 표면(134)과 기판(140) 사이에 잔류하는 인력이 기판으로 하여금 사전 설정된 양만큼 처지게 한다면, 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)가 기판(140)과 접촉하여 기판(140)으로 하여금 지지 표면(134)으로부터 떨어지도록 한다. 일단 지지 표면(134)으로부터 떨어지면, 기판 처리 로봇이 챔버(102)에 진입할 수 있고 다른 장치에서 더 프로세싱하기 위하여 기판(140)을 회수할 수도 있는 위치에서 기판(140)이 리프트 핀(150)의 제 1 세트(180) 상에 안착된다.
지지 표면(134)과 기판(140) 사이의 잔류하는 인력이 기판으로 하여금 거리(L)와 동일한 만큼 처지도록 하기에 충분하지 않다면, 리프트 핀(152)의 제 2 세트(182)는 기판(140)과 접촉하지 않게 되고, 그 위에 흔적을 남길 수도 없다.
비록 지금까지 본 발명이 플라즈마 강화 화학 기상 증착 챔버에 대하여 기술되고 설명되었지만, 당업자라면 본 발명의 범위와 취지를 벗어나지 않고 본 발명의 기술 사상을 구체화하여, 지지 표면으로부터 기판을 분리하기 위하여 리프트 핀을 사용하는 다른 프로세싱 챔버에서 본 발명의 다른 다양한 실시예를 용이하게 유추할 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 예컨대 반도체 프로세싱 챔버내에서 기판 지지대로부터 기판을 디처킹하는 방법 및 장치를 제공함에 의하여 기판이 과도하게 휘는 것이 방지되어서, 기판 및/또는 기판에 배치된 재료 층 또는 소자에 크랙, 파손 또는 다른 손상의 발생, 리프트 핀들이 기판의 배면 상에서 다소 미끄러져 발생하는 기판의 긁힘, 그리고 미립자의 발생 가능성의 증가등이 방지된다. 그리고 기판 프로세싱이 수 개의 단계로 구성될 수 있고 프로세싱하는 동안 가스 등의 사용을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 프로세싱 챔버의 실시예의 한 가지로서 개략적인 부분도를 도시하고;
도 2a는 기판 지지대로부터 들어 올려진 기판을 도시하는 기판 지지대의 실시예의 한가지로서의 확대 부분도이고;
도 2b는 기판 지지대로부터 들어 올려진 기판을 도시하는 기판 지지대의 실시예의 한 가지로서, 상기 기판이 정상 처짐 이상으로 처지는 경우의 확대 부분도이고;
도 3은 기판 지지대 위로 들어 올려진 위치에 있는 기판을 도시하는 기판 지지대의 실시예의 한가지로서의 확대 부분도이고;
도 4는 디처킹 프로세스를 도시하는 흐름도이며; 그리고
도 5는 지지대로부터 들어 올려진 기판을 도시하는 기판 지지대의 또 다른 실시예의 부분도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
102 챔버 104 가스 소스
110 리드 어셈블리 114 플리넘
118 배분 플레이트 128 구멍
138 지지대 어셈블리 140 기판
150, 152 리프트 핀 154 리프트 플레이트
164, 166 제 2 단부 506 리프트 핀
512, 516 림 530 지지대 어셈블리

Claims (20)

  1. 기판을 지지하기 위한 장치로서,
    지지 표면을 가진 지지대 어셈블리;
    상기 기판의 둘레부의 밑에서 상기 지지대 어셈블리를 관통하여 이동 가능하게 배치된 제 1 리프트 핀 세트; 및
    상기 기판의 중심부 밑에서 상기 지지대 어셈블리를 관통하여 이동 가능하게 배치된 제 2 리프트 핀 세트를 포함하고,
    상기 제 2 리프트 핀 세트가 상기 제 1 리프트 핀 세트 밑에서 고정된 거리로 돌출되는, 기판 지지 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 리프트 핀 세트가 적어도 하나의 리프트 핀을 포함하는, 기판 지지 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 2 리프트 핀 세트가 상기 지지대 어셈블리의 중심에 대하여 마주하여 위치하는 두 개의 리프트 핀을 포함하는, 기판 지지 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 리프트 핀 세트가 적어도 세 개의 리프트 핀을 포함하는, 기판 지지 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1 리프트 핀 세트가 여덟 개의 리프트 핀을 포함하는, 기판 지지 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 리프트 핀 세트가 상기 제 2 리프트 핀 세트의 제 2 길이보다 긴 제 1 길이를 가지는, 기판 지지 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제 1 길이가 상기 제 2 길이보다 적어도 2 ㎜ 더 긴, 기판 지지 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 기판의 중심부가 상기 지지 표면으로부터 이격된 후에 상기 제 2 리프트 핀 세트가 상기 기판과 접촉하지 않는 상태에서 상기 제 1 리프트 핀 세트가 상기 기판을 상기 지지 표면과 공간적으로 떨어져서 지지하도록 조절되는, 기판 지지 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 리프트 핀 세트가 상기 지지 표면과 공간적으로 떨어져서 상기 기판의 적어도 일부를 상승시키고 상기 기판의 중심부에서 기판이 휘어지도록 하는, 기판 지지 장치.
  10. 기판을 지지하기 위한 장치로서,
    지지 표면을 가진 지지대 어셈블리;
    상기 기판의 둘레부의 밑에서 상기 지지대 어셈블리를 관통하여 이동 가능하게 배치된 제 1 리프트 핀 세트;
    상기 기판의 중심부 밑에 위치하고 상기 제 1 리프트 핀 세트 밑에서 고정된 거리로 상기 지지대 어셈블리를 관통하여 이동 가능하게 배치된 제 2 리프트 핀 세트 - 상기 제 2 리프트 핀 세트는 작동된 상태에 있는 경우 상기 지지 표면으로부터 돌출되며, 상기 제 1 리프트 핀 세트는 상기 제 2 리프트 핀 세트가 상기 기판의 중심부를 상승시키기 전에 상기 기판의 둘레부를 상승시킴 - ; 및
    상기 제 2 리프트 핀 세트와 접촉하기 전에 상기 제 1 리프트 핀과 접촉하는 림(rim)을 갖는 표면을 포함하는, 기판 지지 장치.
  11. 기판을 지지하기 위한 장치로서,
    지지 표면을 가진 지지대 어셈블리;
    상기 기판의 둘레부의 밑에서 상기 지지대 어셈블리를 관통하여 이동 가능하게 배치된 제 1 리프트 핀 세트;
    상기 기판의 중심부 밑에서 상기 제 1 리프트 핀 세트 밑으로 고정된 거리로 위치하고 상기 지지대 어셈블리를 관통하여 이동 가능하게 배치된 제 2 리프트 핀 세트 - 상기 제 2 리프트 핀 세트는 상기 제 1 리프트 핀 세트 밑에서 고정된 거리로 상기 지지 표면으로부터 돌출되며 상기 제 1 리프트 핀 세트는 상기 제 2 리프트 핀 세트가 상기 기판의 중심부를 상승시키기 전에 상기 기판의 둘레부를 상승시킴 - ; 및
    상기 제 1 리프트 핀 세트와 접촉하는 림과 상기 제 2 리프트 핀 세트와 접촉하는 중앙부를 갖는 표면을 포함하는, 기판 지지 장치.
  12. 반도체 프로세스 챔버로서,
    지지 표면을 가지는 지지대 어셈블리;
    기판의 둘레부의 밑에서 상기 지지대 어셈블리를 관통하여 이동 가능하게 배치되며, 작동된 위치에 있는 경우 상기 지지대 어셈블리로부터 상기 기판의 둘레부를 상승시키기 위하여 상기 지지 표면으로부터 돌출하는 제 1 리프트 핀 세트;
    상기 기판의 중심부 밑에서 상기 제 1 리프트 핀 세트의 방사상 내측에 위치하며 상기 지지대 어셈블리를 관통하여 이동 가능하게 배치되고, 작동된 위치에 있는 경우 상기 지지 표면으로부터 돌출하는 제 2 리프트 핀 세트 - 상기 제 2 리프트 핀 세트는 상기 기판의 중심부가 상기 지지 표면에 부착되어 있는 경우에만 상기 기판의 중심부와 접촉함 - ;
    상기 지지대 어셈블리의 지지 표면 반대측에 배치되는 리프트 플레이트를 포함하며,
    상기 리프트 플레이트는 중앙부; 및
    상기 중앙부로부터 돌출하는 림을 더 포함하는, 반도체 프로세스 챔버.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 제 2 리프트 핀 세트가 적어도 하나의 리프트 핀을 포함하는, 반도체 프로세스 챔버.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 제 2 리프트 핀 세트가 상기 지지대 어셈블리의 중심에 대하여 마주하여 위치하는 두 개의 리프트 핀을 포함하는, 반도체 프로세스 챔버.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 제 1 리프트 핀 세트가 적어도 세 개의 리프트 핀을 포함하는, 반도체 프로세스 챔버.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 제 1 리프트 핀 세트가 여덟 개의 리프트 핀을 포함하는, 반도체 프로세스 챔버.
  17. 제 12항에 있어서, 상기 제 1 리프트 핀 세트가 상기 지지 표면과 공간적으로 떨어져서 상기 기판의 적어도 일부를 상승시키고 상기 기판의 중심부에서 기판이 휘어지도록 하는, 반도체 프로세스 챔버.
  18. 제 12항에 있어서, 상기 기판의 중심부가 지지 표면으로부터 이격된 후에 상기 제 2 리프트 핀 세트가 상기 기판과 접촉하지 않는 상태에서 상기 제 1 리프트 핀 세트가 상기 기판을 상기 지지 표면과 공간적으로 떨어져서 지지하도록 조절되는, 반도체 프로세스 챔버.
  19. 반도체 프로세스 챔버로서,
    지지 표면을 가진 지지대 어셈블리;
    기판의 둘레부의 밑에서 상기 지지대 어셈블리를 관통하여 이동 가능하게 배치된 제 1 리프트 핀 세트;
    상기 기판의 중심부 밑에서 상기 제 1 리프트 핀 세트의 방사상 내측에 위치하고 상기 지지대 어셈블리를 관통하여 이동 가능하게 배치된 제 2 리프트 핀 세트 - 상기 제 2 리프트 핀 세트는 상기 제 1 리프트 핀 세트로부터 고정된 거리로 돌출되며 상기 제 2 리프트 핀 세트는 상기 기판의 중심부가 상기 지지대 표면에 부착되어 있는 경우에만 상기 기판의 중심부와 접촉함 - ; 및
    상기 제 2 리프트 핀 세트와 접촉하기 전에 상기 제 1 리프트 핀 세트와 접촉하는 림을 갖는 표면을 포함하는, 반도체 프로세스 챔버.
  20. 반도체 프로세스 챔버로서,
    지지 표면을 가지는 지지대 어셈블리;
    기판의 둘레부의 밑에서 상기 지지대 어셈블리를 관통하여 이동 가능하게 배치된 제 1 리프트 핀 세트;
    상기 기판의 중심부 밑에서 상기 제 1 리프트 핀 세트의 방사상 내측에 위치하며 상기 지지대 어셈블리를 관통하여 이동 가능하게 배치되는 제 2 리프트 핀 세트 - 상기 제 2 리프트 핀 세트는 상기 제 1 리프트 핀 세트로부터 고정된 거리로 상기 지지 표면으로부터 돌출되고, 상기 제 2 리프트 핀 세트는 상기 기판의 중심부가 상기 지지 표면에 부착되어 있는 경우에만 상기 기판의 중심부와 접촉함 - ; 및
    상기 제 1 리프트 핀 세트와 접촉하는 림과 제 2 리프트 핀 세트와 접촉하는 중앙부를 갖는 표면을 포함하는, 반도체 프로세스 챔버.
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