KR20200033207A - 지지체 - Google Patents

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KR20200033207A
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electrostatic
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KR1020190115274A
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로나이 니콜라스
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에스피티에스 테크놀러지스 리미티드
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Abstract

본 발명에 따르면, 상부 표면을 포함하는 정전척; 및 상기 정전척의 상부 표면을 덮도록 정전척 상에 위치된 커버로서, 상기 정전척의 상부 표면에 인접한 제1 면, 기판을 지지하기 위한 제2 면, 및 상기 커버를 통해 연장되어 냉각 가스가 제2 면으로부터 제1 면으로 흐르도록 하는 하나 이상의 도관을 포함하는 커버;를 포함하는 기판 지지체가 제공된다. 상기 커버는 유전체 재료로 만들어진다.

Description

지지체{A support}
본 발명은 기판을 지지하기 위한 지지체, 특히 플라즈마 처리 장치에 사용할 반도체 기판을 지지하기 위한 기판 지지체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 관련된 플라즈마 처리 장치 및 기판 지지 방법에 관한 것이다.
정전척(ESC)은 종종 마이크로일렉트로닉(microelectronic) 제조 공정 동안에 기판을 제자리에 클램핑하는 데 사용된다. 예를 들어, 정전척(ESC)은 플라즈마 식각 및 증착 공정에서 정전척(ESC)에 반도체 기판을 정전기적으로 클램핑하기 위해 사용될 수 있다. 정전척(ESC)은 또한 일반적으로 이러한 공정에서 기판 온도를 조절하는 데 사용된다. 예를 들어, 기판은 일반적으로 플라즈마 처리 동안 플라즈마에 의해 가열된다. 또한, RF 바이어스가 기판에 용량성 결합되도록하기 위한 프로세스 요건이 있을 수 있으며, 이는 기판 열 부하(substate heat load)에 추가로 기여할 수 있다. 정전척(ESC)은 열이 기판으로부터 멀리 전달될 수 있도록 냉각된 정전척(ESC)에 기판을 정전기적으로 클램핑함으로써 기판 온도를 조절한다. 정전척(ESC)은 종종 플라즈마 처리 장치에서 중요하고 고가의 구성 요소인 것이 명백하다.
그러나, 처리 조건에 노출된 정전척(ESC) 표면은 예를 들어 스퍼터링 또는 이온 충격(bombardment)에 의해 시간이 지남에 따라 침식될 수 있다. 또한, 예를 들어 박막 증착에 의한 기판 파손(substrate breakage) 및/또는 정전척(ESC) 표면의 오염은 정전척(ESC)의 열화(degradation)에 기여할 수 있다. 이러한 요인으로 인해 비용이 많이 드는 정전척(ESC) 교체 및 툴 다운타임(tool downtime)이 발생할 수 있다.
도 1은 플래튼(platen)(5)에 부착된 정전척(ESC)(4)을 포함하는 공지된 기판 지지체(2)를 도시한다. 환형 커버(6)는 정전척(4)의 다른 노출된 에지 영역을 보호한다. 기판(7)은 정전척(4) 상에 위치된다. 환형 포커스 링(8)은 기판 처리 동안 플라즈마 균일성을 제어하기 위해 사용된다. 이러한 기판 지지체(2)가 플라즈마 처리 장치,예를 들어 플라즈마 에칭 툴에 사용될 때, 미립자 퇴적물(particulate deposit)(9)은 환형 커버(6) 상에 형성 될 수 있다. 폴리머 퇴적물과 같은 미립자 퇴적물(9)의 축적은 오염 문제를 야기할 수 있다.
도 2는 사용을 통해 폴리머 퇴적물(12)이 환형 커버(16) 상에 축적된 정전척(10)의 평면도를 도시한다. 리프트 핀(14)도 도시되어있다. 미립자 퇴적물(12)은 후속 처리 단계를 오염시킬 수 있다. 환형 커버(16) 또는 정전척(10) 상에 이러한 퇴적물의 축적을 피하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 표면을 포함하는 정전척(ESC); 및 상기 정전척의 상부 표면을 덮도록 정전척 상에 위치된 커버로서, 상기 정전척의 상부 표면에 인접한 제1 면, 기판을 지지하기 위한 제2 면, 및 상기 커버를 통해 연장되어 냉각 가스가 제2 면에서 제1 면으로 흐르도록 하는 하나 이상의 도관을 포함하는 커버;를 포함하는 기판 지지체가 제공된다. 상기 커버는 유전체 재료로 만들어진다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 챔버; 및 상기 챔버 내에 배치되는 본 발명의 제1 측면에 따른 상기 기판 지지체;를 포함하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 본 발명의 제2 측면에 따른 플라즈마 처리 장치가 상기 커버의 상기 제2 면에 배치된 기판과 조합되어 제공된다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 상부 표면을 포함하는 정전척을 제공하는 단계; 상기 정전척의 상기 상부 표면을 덮도록 상기 정전척 상에 커버를 위치시키는 단계 -상기 커버는 상기 정전척의 상기 상부 표면에 인접한 제1 면, 기판을 지지하기 위한 제2 면, 냉각 가스가 상기 제1 면에서 상기 제2 면으로 흐를 수 있도록 상기 커버를 통해 연장되는 하나 이상의 도관을 포함함-; 상기 커버의 상기 제2 면 상에 기판을 위치시키는 단계; 상기 정전척을 작동시켜 상기 기판을 제자리에 정전기적으로 클램핑하는 단계 -상기 기판은 상기 커버를 통해 정전기 척에 정전기적으로 결합됨-; 상기 기판을 냉각시키기 위해 상기 하나 이상의 도관을 통해 제1 면에서 제2 면으로 냉각 가스를 흘리는 단계; 및 상기 기판을 처리하는 단계;를 포함하는, 본 발명의 제1 측면의 기판 지지체를 사용하여 기판을 처리하는 방법이 제공된다.
상기 방법의 단계들은 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 예를 들어, 냉각 가스를 흘리는 단계는 기판을 처리하는 단계 이전, 이후 또는 동시에 수행될 수 있다.
상기 커버는 예를 들어 플라즈마 에칭 또는 증착과 같은 플라즈마 처리 동안 혹독한 처리 조건에 노출되는 것을 방지하기 위해 정전척의 상부 표면을 덮는다. 이는 정전척의 침식을 방지하여 정전척의 수명을 크게 증가시킨다. 대신, 상기 커버는 상대적으로 저렴한 소모품으로 설계된다. 상기 커버는 플라즈마 처리 동안 처리 조건에 노출되며 시간이 지남에 따라 침식될 수 있다.
기판을 처리하는 단계 후에, 제4 측면의 방법은 제1 측면에 따른 커버를 제2 커버로 교체하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법의 단계들은 제2 기판을 처리하기 위해 반복될 수 있으며, 상기 제2 커버는 상기 커버를 대체한다. 예를 들어, 상기 방법은 상기 제2 커버를 상기 정전척 상에 그 상부 표면을 덮도록 위치시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 제2 커버는 정전척의 상부 표면에 인접한 제1 면, 제2 기판을 지지하기 위한 제2 면, 및 냉각 가스가 제1 면에서 제2 면으로 흐르도록하기 위해 덮개를 통해 연장되는 하나 이상의 도관을 포함할 수 있다. 상기 방법은 커버의 제2 면 상에 제2 기판을 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 제2 기판을 제자리에 정전기적으로 클램핑하기 위해 정전척을 작동시키는 단계를 포함할 수 있고, 제2 기판은 제2 커버를 통해 정전척에 정전기적으로 결합된다. 상기 방법은 하나 이상의 도관을 통해 냉각 가스를 제1 면에서 제2 커버의 제2 면으로 흘려서 제2 기판을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 제2 기판을 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 정전척은 상기 커버를 통해 상기 기판을 상기 기판 지지체에 클램핑하는 정전기 클램핑 력(electrostatic clamping force)을 제공하도록 작동 가능할 수 있다. 상기 정전척은 상기 커버를 통해 상기 기판에 정전기적으로 결합된다. 상기 기판에 작용하는 정전기 클램핑 력은 상기 커버를 상기 정전척에 고정하는 역할을 한다. 바람직하게는, 상기 커버는 정전기적으로 또는 기계적으로 정전척에 클램핑되지 않는다. 기판과 상기 정전척 사이에 커버를 사용하는 것은 직관적이지 않으며 간단하지 않습니다. 커버는 상기 정전척과 처리되는 기판 사이의 열 전도성을 감소시킬 것으로 예상된다. 유사하게, 이러한 커버는 상기 정전척에 대한 상기 기판의 클램핑 효과를 감소시킬 것으로 예상된다. 그러나, 본 발명자들은 하나 이상의 도관을 포함하고 적절한 두께를 갖는 커버가 기판의 적절한 열 조절(thermal regulation) 및 클램핑을 제공할 수 있음을 발견하였다.
상기 커버는 100-1500 μm, 바람직하게는 300-1000 μm의 두께를 가질 수 있으며, 더 두꺼운 커버는 더 긴 수명을 가지는 소모품을 제공한다. 그러나, 더 두꺼운 커버는 상기 기판과 상기 정전척 사이의 정전 결합(electrostatic coupling)을 더 크게 감쇠시켜 기판에 의해 느껴지는 클램핑 력을 감소시킨다. 클램핑 력이 너무 약한 경우, 후방 냉각 가스(backside cooling gas)가 가해질 때 상기 기판이 부분적으로 들리거나 변위될 수 있다. 바람직하게는, 25 Torr 이상의 후방 냉각 가스가 적용될 때 상기 기판은 지지체에 고정된 상태로 유지된다. 대조적으로, 더 얇은 커버는 수명이 더 짧지만 상기 정전척과 상기 기판 사이의 더 큰 정전 결합을 가능하게 한다.
상기 커버의 제2 면은 평면일 수 있다. 상기 커버는 디스크 또는 디스크 형(disk-like)일 수 있다. 여기서 디스크 또는 디스크 형은 실질적으로 편평하고 원형 모양 또는 외관을 갖는 기판을 의미하기 위해 사용된다. 상기 커버의 평면 제2 면은 상기 커버와 상기 기판 사이에 높은 표면 영역 접촉을 제공하는 것을 돕는다. 이는 상기 커버와 상기 기판 사이의 양호한 열 접촉을 보장하여 상기 기판의 냉각을 향상시킬 수 있다. 선택적으로, 상기 커버의 제2 면은 제2 면을 가로지르는 가스 컨덕턴스(gas conductance)를 향상시키기 위해 채널들(channels) 또는 홈들(grooves)을 포함할 수 있다.
상기 제2 면은 기판 지지 영역 및 상기 기판 지지 영역의 반경 방향 외측에 있는 주변 영역을 포함 할 수 있어서, 상기 기판이 지지될 때 상기 기판은 상기 기판 지지 영역을 덮는다. 상기 주변 영역은 노출되지 않은 채로 남아 있을 수 있다. 상기 기판 지지 영역 및 상기 주변 영역은 동일 평면에 있을 수 있다.
바람직하게는, 상기 커버는 지지되는 상기 기판의 직경보다 큰 직경을 갖는다. 상기 커버의 상기 기판 지지 영역은 상기 기판을 직접 지지하는 커버의 영역에 대응한다. 상기 기판의 직경을 넘어 연장되는 커버를 제공하는 것은 상기 기판 지지체 상에 미립자 퇴적물의 축적을 감소시키는 것을 돕는다. 특히, 처리 동안 노출되는 주변 영역을 갖는 것은 노출 영역에서 이온 충격이 발생할 수 있게 한다. 어떠한 이론 또는 추측에 구속되지 않고, 플라즈마 처리 동안, 플라즈마로부터의 이온이 상기 커버의 노출된 주변 영역을 폭격하여 미립자 퇴적물 또는 오염물이 주변 영역으로부터 제거되는 것으로 여겨진다. 이는 기판 지지체 상에 오염물의 축적을 방지하거나 적어도 감소시키는 데 도움이 된다.
하나 이상의 도관은 기판지지 영역에 배치될 수 있다. 전형적으로, 상기 도관은 지지되는 기판의 하부에 냉각 가스를 공급한다. 상기 냉각 가스는 상기 기판에 효율적인 냉각을 제공할 수 있다. 바람직하게는, 상기 도관은 실질적으로 균일한 냉각 가스 흐름이 지지되는 상기 기판의 하부에 공급되도록 배열된다
상기 정전척의 상부 표면은 정전기 클램핑 력을 제공하기 위한 클램핑 영역을 포함할 수 있다. 정전기 클램핑 력은 상기 클램핑 영역 아래에 있는 상기 정전척의 몸체 내에 포함된 적절한 전극 구조에 의해 제공될 수 있다. 상기 정전척의 상부 표면은 상기 클램핑 영역의 반경 방향 외측으로 연장되는 에지 영역을 더 포함할 수 있다. 상기 클램핑 력은 정전기 클램핑 력일 수 있다. 상기 정전척의 상부 표면은 평면일 수 있다. 상기 클램핑 영역은 상기 에지 영역과 동일 평면에 있을 수 있다.
상기 클램핑 영역은 상기 기판 지지 영역의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 상기 클램핑 영역은 지지되는 상기 기판의 직경을 넘어 연장될 수 있다. 이는 상기 기판과 상기 정전척 사이의 정전 결합을 향상시킨다. 상기 기판은 전체 직경을 가로 질러 정전척에 정전기적으로 결합될 수 있다.
상기 커버 및 상기 정전척은 각각 직경을 가질 수 있고, 상기 커버의 직경은 상기 정전척의 직경과 같거나 더 크다. 바람직하게는, 상기 커버는 상기 정전척의 상부 표면을 완전히 덮는다. 상기 커버의 주변 영역은 상기 정전척의 에지 영역을 넘어 연장될 수 있다. 상기 커버는 상기 정전척 위에 보호 장벽을 제공한다. 이는 가혹한 처리 환경으로부터 상기 정전척의 상부 표면을 보호할 수 있으며 상기 정전척의 수명을 늘리는 데 도움이 될 수 있다.
상기 커버는 Al2O3 또는 AlN과 같은 유전체 재료로 만들어질 수 있다. Al2O3와 AlN은 쉽게 가공될 수 있으며 이 응용 분야에 적합하다. AlN은 Al2O3에 비해 향상된 열 전도성을 제공하지만 추가 비용이 발생한다.
상기 커버는 상기 정전척의 작동에 의해 야기되는 상기 기판의 정전 클램핑을 통하지 않고 상기 정전척에 부착되지 않기 때문에 상기 커버를 교체할 수 있다. 교체 가능한 커버는 소모품일 수 있다. 상기 커버에는 전극이 없을 수 있다.
상기 정전척은 냉각 가스를 상기 커버의 제1 면에 제공하기위한 하나 이상의 냉각 채널을 더 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 냉각 채널은 상기 커버 내의 상기 하나 이상의 도관을 통해 흐르는 냉각 가스를 제공할 수 있다.
상기 냉각 가스는 헬륨일 수 있다. 상기 정전척과 상기 커버의 제1 면 사이의 상기 냉각 가스는 10 Torr 이상, 바람직하게는 25 Torr 이상일 수 있다. 더 높은 가스 압력은 상기 기판으로부터의 열 전달을 향상시킬 수 있다.
상기 정전척은 상부 유전체 플레이트를 포함할 수 있다. 상기 정전척의 상부 표면은 상부 유전체 플레이트일 수 있다. 상기 커버는 상부 유전체 플레이트 상에 위치될 수 있다. 상기 커버는 상기 정전척의 상부 유전체 플레이트를 완전히 덮을 수 있다. 상기 커버의 직경은 상기 상부 유전체 플레이트의 직경보다 클 수 있다.
상기 정전척은 DC 전원에 의해 공급되는 적어도 하나의 DC 전극을 더 포함할 수 있다. 일반적으로 DC 전원 공급기는 고전압 DC 전원 공급기이다. 상기 정전척은 RF 바이어스에 의해 공급되는 적어도 하나의 RF 전극을 더 포함할 수 있다. DC 전극 및/또는 RF 전극은 금속 전극일 수 있고, DC 전극 또는 전극들은 상기 정전척의 클램핑 영역을 정의할 수 있다. RF 전극 또는 전극들은 상기 기판 지지 영역을 넘어 연장될 수 있다. RF 바이어스는 약 380 kHz 내지 약 13.56 MHz의 주파수를 가질 수 있다. 상기 금속 전극은 상부 유전체 플레이트와 하부 유전체 플레이트 사이에 상기 정전척에 내장될 수 있다. 상기 정전척의 상부 표면은 유전체 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 상기 정전척의 상부 표면은 Al2O3 또는 AlN으로 만들어질 수 있다. 상기 정전척의 상부 표면은 상기 커버와 동일하거나 상이한 유전체 재료로 제조될 수 있다. 상기 정전척의 상부 표면은 상기 커버와 유사하거나 동일한 열 팽창 특성을 갖는 재료로 제조될 수 있다. 상기 상부 유전체 플레이트는 상기 정전척의 상부 표면을 포함할 수 있다. 상기 상부 유전체 플레이트는 상기 커버의 두께와 유사하거나 작은 두께를 가질 수 있으며, 상기 상부 유전체 플레이트는 3 mm 이하, 2 mm 이하 또는 1 mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 상기 상부 유전체 플레이트는 100-1500 μm, 200-1500 μm, 또는 300-1000 μm의 두께를 가질 수 있으며, 상기 커버는 사용 시 가혹한 플라즈마 처리 조건으로부터 상기 상부 유전체 플레이트를 보호할 수 있다. 따라서, 상기 정전척의 사용 가능한 수명에 영향을 미치지 않으면서 상기 정전척의 상부 유전체 플레이트의 두께는 알려진 정전척의 상부 유전체 플레이트보다 얇게 만들어질 수 있다. 더 얇은 상부 유전체 플레이트는 또한 개선된 정전기 클램핑 력을 제공할 수 있다.
상기 DC 전원 공급기(power supply)는 약 1500 V 이상, 바람직하게는 약 2000 V 이상 ,보다 바람직하게는 약 3000 V 이상, 가장 바람직하게는 약 3500 V 이상의 전압을 공급할 수 있다. 상기 DC 전원 공급기는 약 2kV의 전압을 공급할 수 있다. 상기 DC 전원 공급기는 약 3.5 kV의 전압을 공급할 수 있다. 상기 DC 전원 공급기는 약 5 kV의 전압을 공급할 수 있다.
상기 기판 지지체는 사용시 상기 기판을 상기 커버로부터 분리하도록 작동 가능한 리프팅 조립체를 더 포함할 수 있다. 상기 리프팅 조립체는 상기 커버로부터 기판을 리프팅하도록 작동 가능하다. 즉, 상기 리프팅 조립체는 상기 커버와는 독립적으로 상기 기판 지지체로부터 상기 기판을 들어 올릴 수 있어서, 상기 기판이 상기 커버로부터 들어 올려질 때 상기 커버는 상기 정전척 상의 그 위치에 유지된다. 상기 리프팅 조립체는 하나 이상의 리프팅 부재를 포함할 수 있고, 상기 리프팅 조립체는 상기 커버로부터 상기 기판을 분리하기 위해 상기 커버 내의 대응하는 개구를 통해 상기 리프팅 부재를 이동시키도록 작동 가능하다. 상기 리프팅 부재는 리프트 핀일 수 있다. 상기 리프팅 조립체는 중앙 리프트 핀 및 상기 중앙 리프트 핀으로부터 연장되는 적어도 3 개의 아암(arm)을 포함할 수 있다. 이는 상기 기판에 대한 안정적인 리프팅 지지를 제공합니다. 상기 커버는 상기 리프팅 조립체에 형상이 상보적인 개구를 포함할 수 있다. 제2 리프팅 조립체가 상기 정전척의 상부 표면으로부터 상기 커버를 들어올리도록 작동될 수 있다.
상기 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 에칭 장치일 수 있다. 상기 플라즈마 처리 장치는 포커스 링을 더 포함할 수 있다. 상기 포커스 링은 처리 동안 상기 챔버 내의 플라즈마의 균일성을 개선하는 것을 도울 수 있다. 상기 포커스 링은 처리될 상기 기판의 에지를 둘러쌀 수 있다. 상기 포커스 링은 상기 커버, 상기 기판 지지 영역 및/또는 상기 커버의 주변 영역을 둘러쌀 수 있다.
상기 기판은 반도체 기판일 수 있다. 상기 기판은 실리콘 기판일 수 있다. 상기 기판은 웨이퍼일 수 있다.
상기 커버의 제2 면은 기판 지지 영역 및 상기 기판지지 영역의 외측에 주변 영역을 포함할 수 있고, 상기 기판은 상기 기판 지지 영역을 덮는다. 상기 주변 영역은 아무 것도 덮여 있지 않은 채로 있을 수 있다. 상기 도관은 상기 기판 지지 영역에 배치될 수 있다.
본 발명은 위에서 설명되었지만, 위에서 설명된 특징들, 또는 다음의 설명, 도면 또는 청구 범위에서 임의의 독창적 인 조합으로 확장된다. 예를 들어, 본 발명의 한 측면과 관련하여 개시된 임의의 특징은 본 발명의 임의의 다른 측면의 임의의 특징과 조합될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 이제 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술의 기판 지지체의 단면도이다.
도 2는 종래 기술의 평평한 정전척의 평면도이며, 여기서 삽도(inset)는 정전척의 일부를 더 높은 배율로 도시한다.
도 3은 제1 실시예에 따른 기판 지지대의 단면도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 기판 지지대의 절단 사시도이다.
도 5는 제1 실시예에 따른 커버의 사시도이다.
도 6은 제1 실시예의 커버에 대한 정규화된 블로우오프 압력을 나타내는 차트이다.
도 3 및 도 4는 제1 실시예에 따라 일반적으로 20으로 표시된 기판 지지체의 도면을 도시한다. 의심의 여지를 없애기 위해, 동일한 참조 번호는 동일한 특징을 지칭하기 위해 사용되었다. 기판 지지체(20)는 정전척(ESC)(22) 및 정전척(22) 상에 위치된 커버(24)를 포함한다. 정전척(22)는 일반적으로 플래튼(25)에 부착되고 플래튼(25)에 의해 지지된다. 플래튼(25)은 전형적으로 알루미늄 또는 스테인레스 스틸로 만들어진 금속 몸체이다. 커버(24)는 일반적으로 Al2O3 또는 AlN과 같은 유전체 재료 또는 세라믹 재료로 만들어진다. 커버(24)는 필요에 따라 교체될 수 있도록 정전척(22)로부터 분리 가능하다. 커버(24)는 정전척(22)의 상부 표면(26)을 덮어씌운다. 제1 실시예에서, 커버(24)는 정전척(22)의 상부 표면(26)을 완전히 덮어서 상부 표면(26)이 노출되지 않도록 한다. 특히, 정전척(22)의 상부 표면(26)은 플라즈마 처리 동안 완전히 덮인다. 일부 실시 예에서, 커버는 정전척(22)의 상부 표면(26)이 플라즈마 처리 동안 완전히 덮이도록하기 위해 하나 이상의 보조 커버 부재(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
커버(24)(도 5에 보다 상세히 도시됨)는 정전척(22)의 상부 표면(26)에 인접한 제1 면(24a)을 갖는다. 제1 면(24a)은 전형적으로 상부 표면(26)의 전체 영역을 가로 질러 상부 표면(26)과 접촉한다. 이는 상부 표면(26)과 커버(24) 사이의 양호한 열 접촉을 제공하며, 정전척(22)과 커버(24) 사이의 효율적인 열 교환을 가능하게 한다. 커버(24)는 정전척(22)으로부터 멀리 향하는 제2 면(24b)을 갖는다. 제2 면(24b)은 기판(28)을 지지하기 위해 위쪽으로 향한다. 전형적으로, 기판(28)은 커버(24)의 제2 면(24b) 상에 놓인다. 기판(28)은 일반적으로 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판이다. 도 3은 커버(24)상의 기판(28)의 위치를 도시한다.
커버(24)는 커버(24)를 통해 연장되는 하나 이상의 구멍 또는 도관(27)을 추가로 포함한다. 보다 구체적으로, 도관(27)은 냉각 가스가 통과하도록 제1 면(24a)으로부터 제2 면(24b)으로 연장된다.
제1 실시예에서, 커버(24)는 기판(28)보다 큰 직경을 갖는다. 즉, 기판(28)은 커버(24)의 둘레에 돌출되지 않는다. 커버(24)는 기판(28)을 지지하는 기판 지지 영역(30)을 포함한다. 기판(28)은 기판 지지 영역(30)을 덮는다. 커버(24)는 기판 지지 영역(30)으로부터 바깥쪽으로 연장되는 주변 영역(32)을 더 포함한다. 제1 실시예에서, 기판 지지 영역(30) 및 주변 영역(32)은 동일 평면에 있다. 주변 영역(32)은 기판(28)에 의해 덮이지 않으며 플라즈마 처리 동안 덮이지 않은 상태로 유지된다. 일부 실시예들에서, 추가적인 환형 포커스 링(50)이 커버(24)의 외주(예컨대, 주변 영역(32)의 외주)를 덮을 수 있다.
본 발명자들은 웨이퍼(28)의 직경을 넘어 연장되는 커버(24)가 놀랍게도 기판 지지체(20) 상에 폴리머 퇴적물과 같은 미립자 퇴적물의 축적을 방지하거나 적어도 감소시키는 것을 돕는다는 것을 발견했다. 어떤 이론이나 추측에 구속되는 것을 바라지 않으면서, 플라즈마 처리 동안 커버(24)의 노출된 영역의 이온 충격(ion bombardment)은 위쪽을 향하는 표면(24b)으로부터 미립자 퇴적물을 제거하는 것으로 여겨진다. 따라서, 기판(28)보다 더 큰 직경을 갖는 커버(24)는 원하지 않는 퇴적물의 형성을 감소시키는 것을 돕는다.
도관(27)은 기판(28)의 후면에 냉각 가스가 인가될 수 있도록 기판 지지 영역(30)에 위치된다. 냉각 가스는 기판으로부터 열을 전달하여 기판(28)을 냉각시키는 효율적인 방법을 제공한다. 냉각 가스는 본 기술 분야에 공지된 다른 냉각제가 사용될 수 있지만, 일반적으로 헬륨이다.
정전척(22) 및/또는 플래튼(25)은 전형적으로 냉각 연결부(36)에 의해 공급되는 하나 이상의 냉각 채널을 포함한다. 냉각 채널은 냉각 가스를 ESC를 통해 상부 표면(26)에 인접한 커버의 제1 면(24a)으로 흐른다. 냉각 가스층은 일반적으로 가스가 공급될 때 정전척의 상부 표면(26)과 커버의 제1 면(24a) 사이에 냉각 가스층이 존재한다. 이는 정전척(22)과 커버(24) 사이의 효율적인 냉각을 제공한다. 또한, 냉각 가스는 도관(27)을 통해 흘러 기판(28)과 커버의 상부 표면(24b) 사이에 냉각 가스층을 형성한다. 이는 커버(24)를 통해 기판(28)과 냉각된 정전척(22) 사이에서 효율적인 열 교환이 발생하게 한다. 냉각 가스 층은 기판(28)과 정전척(22) 사이의 열 교환을 용이하게 한다.
정전척(22)은 전형적으로 상부 및 하부 유전체 플레이트(22a, 22b) 사이에 매립된(embedded) 하나 이상의 금속 전극(34)을 포함한다. 일부 실시예에서, 금속 전극은 DC 바이어스에 의해 공급되는 DC 전극이다. DC 바이어스는 일반적으로 정전기 클램핑 력을 생성합니다. 일부 실시예에서, 금속 전극은 RF 바이어스에 의해 공급되는 RF 전극이다. RF 바이어스는 처리되는 기판에 용량적으로 결합될 수 있다. 하나 이상의 전극의 직경은 클램핑 영역(clamping region)을 정의한다. 제1 실시예에서, 클램핑 영역은 기판 지지 영역(30)을 넘어서 기판(28)의 직경을 넘어서 연장된다. 이는 유리하게는 RF 전극에 의해 기판이 용량적으로 결합되는 확장 영역(extended area)(즉, 기판(28)의 직경을 넘어서)을 제공한다. 상부 표면(26)은 클램핑 영역의 바깥쪽으로 연장되는 에지 영역(edge region)을 추가로 포함한다.
기판 지지체(20)는 리프팅 조립체(42)를 더 포함한다. 리프팅 조립체(42)는 커버(24)를 정전척(22) 상에 제자리에 유지하면서 기판 지지부(20)로부터 기판(28)을 들어올리도록 구성된다. 제1 실시예에서, 리프팅 조립체(42)는 3개의 아암(46)이 외부로 연장되는 중앙 리프트 핀(44)을 포함한다. 일부 실시예에서, 리프팅될 때 기판(28)을 안정화시키는 것을 돕기위해 추가적인 리프트 핀이 제공될 수 있다. 커버(24)는 3개의 아암(46)이 커버(24)를 통과할 수 있는 상보적인(complementary)개구(48)를 포함하고 있어서 기판(28)이 커버(24)와 독립적으로 들어올려질 수 있다.
작동 시, 정전척(22)은 기판(28)을 제자리에 클램핑하는 정전기 클램핑 력을 제공한다. 즉, 기판(28)과 정전척(22) 사이에 쿨롱 인력이 존재한다. 전형적으로, 커버(24)는 정전척(22)에 직접 정전기적으로 또는 기계적으로 클램핑되지 않는다. 커버(24)는 기판(28)과 정전척(22) 사이의 정전기 클램핑 력에 의해 제자리에 고정된다. 기판(28)에 의해 경험되는 정전기 결합(coupling)의 범위는 커버(24)의 재료 및 두께에 의존한다. 커버는 일반적으로 Al2O3 또는 AlN과 같은 유전체 재료 또는 세라믹 재료로 제작된다. 이러한 유전체 재료는 기판(28)과 정전척(22) 사이에 충분한 정전기 결합을 유지하면서 우수한 열 전도성을 제공한다. 커버(24)의 두께는 전형적으로 원하는 조건을 제공하도록 최적화된다. 커버(24)의 두께는 전형적으로 정전척의 상부 유전체 플레이트(22a)와 유사한 두께이다.
더 두꺼운 커버(24)는 정전척(22)과 기판(28) 사이의 정전기 결합을 감소시킨다. 따라서, 기판(28)과 정전척(22) 사이의 정전 클램핑 력이 약해지고, 기판(28)을 분리하거나(dislodge) 들어 올리는 데 필요한 "블로우 오프(blow off)" 압력이 감소된다. "블로우 오프(blow off)" 압력은 지지체로부터 기판을 분리하거나 들어 올리기 위해 요구되는 후방 압력(backside pressure)이다. 한편, 더 두꺼운 커버(24)는 커버(24)의 가용 수명을 증가시키고, 따라서 커버(24)의 교체 빈도를 감소시킨다.
대조적으로, 더 얇은 커버(24)는 정전척(22)과 기판 (28) 사이에 더 큰 정전기 결합을 나타내고, 더 높은 "블로우 오프" 압력을 나타낸다. 그러나, 더 얇은 커버(24)는 교체가 필요하기 전에 사용 가능한 수명이 짧다. 커버는 전형적으로 100-1500 μm, 바람직하게는 300-1000 μm의 두께를 갖는다.
도 6은 정전척에 5kV (라인 60) 및 2kV (라인 62)가 공급 될 때 예측된 "블로우 오프" 압력(단위 Torr)이 커버(24)의 두께(단위 μm)에 따라 어떻게 변하는 지에 대한 도표를 보여줍니다. 이 예에서 상부 유전체 플레이트(22a)의 두께는 1mm이다. 전형적으로, "블로우 오프" 압력은 바람직하게는 10 Torr 이상, 더욱 바람직하게는 25 Torr 이상이다. 블로우 오프 압력이 높을수록 기판 지지체(20)로부터 이탈되기 전에 기판(28)의 후면에 더 높은 압력의 냉각 가스가 가해질 수 있다. 냉각 가스의 더 높은 후방 압력은 기판(28)과 정전척(22) 사이의 열 전달을 도울 수 있다. 커버(24)는 도관(27) 및 커버(24)의 유전체 재료를 통해 기판(28)과 정전척(22) 사이에 열 전도성 경로를 제공한다.
이와 관련하여 제한되지는 않지만, 제1 실시예의 기판 지지체(20)는 플라즈마 에칭 및 증착 장치와 같은 플라즈마 처리 장치에서의 특정 용도를 갖는다. 플라즈마의 균일성을 제어하고 플라즈마에서 이온의 방향을 제어하기 위해 환형 포커스 링(50)이 기판 지지체(20) 주위에 배치될 수 있다. 플라즈마 처리에서, 커버(24)의 노출된 주변 영역(32)은 플라즈마 조건으로부터 보호되지 않으며 시간이 지남에 따라 부식될 수 있다. 커버(24)는 지지되는 기판(28)보다 큰 직경을 갖기 때문에(즉, 돌출부가 존재하지 않기 때문에), 미립자 퇴적물의 형성이 회피되거나 적어도 감소된다. 또한, 커버(24)는 정전척(22)의 상부 표면(26)이 플라즈마 처리 조건에 노출되는 것을 방지하여 정전척(22)의 침식을 방지한다. 이는 정전척(22)의 사용가능한 수명을 증가시킨다.

Claims (17)

  1. 상부 표면을 포함하는 정전척; 및
    상기 정전척의 상기 상부 표면을 덮으며 상기 정전척 상에 위치한 커버;를 포함하고,
    상기 커버는 상기 정전척의 상기 상부 표면에 인접한 제1 면, 기판을 지지하는 제2 면, 및 냉각 가스가 상기 제2 면에서 상기 제1 면으로 흐르도록 상기 커버를 통해 연장되는 하나 이상의 도관을 포함하고,
    상기 커버는 유전체 재료로 만들어진 기판 지지체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 커버는 100-1500　μm의 두께, 바람직하게는 300-1000　μm의 두께를 가지는 기판 지지체.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 커버는 디스크이거나 디스크 형(disk-like)인 기판 지지체.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 제2 면은 기판 지지 영역, 및 반경 방향에서 상기 기판 지지 영역의 바깥쪽에 있는 주변 영역을 포함하고,
    기판이 지지될 때 상기 기판이 상기 기판 지지 영역을 덮는 기판 지지체.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 하나 이상의 도관은 상기 기판 지지 영역에 배치되는 기판 지지체.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서, 상기 정전척의 상기 상부 표면은 정전기 클램핑 력을 제공하는 클램핑 영역 및 상기 클램핑 영역의 바깥쪽으로 연장되는 에지 영역을 포함하는 기판 지지체.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 클램핑 영역은 상기 기판 지지 영역의 직경보다 더 큰 직경을 가지는 기판 지지체.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 커버와 상기 정전척은 각각 직경을 가지고, 상기 커버의 직경은 상기 정전척의 직경과 동일하거나 상기 정전척의 직경보다 큰 기판 지지체.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 커버는 Al2O3 또는 AlN으로 만들어진 기판 지지체.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 커버는 상기 정전척의 작동에 의해 야기되는 상기 기판의 정전 클램핑을 통하지 않고서는 정전척에 부착되지 않기 때문에 교체 가능한 기판 지지체.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 정전척은 상기 커버의 상기 제1 면에 상기 냉각 가스를 제공하는 하나 이상의 냉각 채널을 더 포함하는 기판 지지체.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 정전척은 DC 전원 공급기에 의해 공급되는 적어도 하나의 DC 전극을 더 포함하는 기판 지지체.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 정전척은 RF 전원 공급기에 의해 공급되는 적어도 하나의 RF 전극을 더 포함하는 기판 지지체.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 사용 시 기판을 상기 커버에서 분리하도록 작동 가능한 리프팅 조립체를 포함하는 기판 지지체.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 리프팅 조립체는 하나 이상의 리프팅 부재를 포함하고, 상기 리프팅 조립체는 상기 커버에서 상기 기판을 분리하기 위해 상기 커버의 대응되는 구멍을 통해 상기 리프팅 부재를 이동시키도록 작동 가능한 기판 지지체.
  16. 챔버; 및
    상기 챔버 내에 배치되는 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 하나의 청구항의 기판 지지체를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  17. 상부 표면을 포함하는 정전척을 제공하는 단계;
    상기 정전척의 상기 상부 표면을 덮도록 상기 정전척 상에 커버를 위치시키는 단계 -상기 커버는 상기 정전척의 상기 상부 표면에 인접한 제1 면, 기판을 지지하기 위한 제2 면, 냉각 가스가 상기 제1 면에서 상기 제2 면으로 흐를 수 있도록 상기 커버를 통해 연장되는 하나 이상의 도관을 포함함-;
    상기 커버의 상기 제2 면 상에 기판을 위치시키는 단계;
    상기 정전척을 작동시켜 기판을 제자리에 정전기적으로 클램핑하는 단계 -상기 기판은 상기 커버를 통해 정전기 척에 정전기적으로 결합됨-;
    상기 기판을 냉각시키기 위해 상기 하나 이상의 도관을 통해 제1 면에서 제2 면으로 냉각 가스를 흘리는 단계; 및
    기판을 처리하는 단계를 포함하는 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 하나의 청구항의 기판 지지체를 이용하여 기판을 처리하는 방법.
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