KR100722057B1 - 멀티존 저항가열기 - Google Patents

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동경 엘렉트론 주식회사
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Abstract

플라즈마 처리 도중에 기판(예를 들면, 웨이퍼나 LCD패널)을 유지하는 기판 홀더에 관한 것이다. 상기 기판홀더는 적어도 하나의 기능을 각각 실행하는 처리요소의 적층이다. 상기 요소는 정전기적 척(102), He가스 분배시스템(122), 멀티존 가열플레이트(132), 멀티존 냉각시스템(152)을 포함한다. 각 요소는, 예를 들면 정규처리 도중에 기판의 열손실 특성에 기초하여 열을 인가함으로써, 처리시스템의 특성에 부합하도록 설계된다. 일체화된 설계에 의해, 이에 한정되는 것은 아니지만, 기판의 급속가열 및 급속냉각을 포함한 작동조건의 정밀한 제어가 가능하게 된다.

Description

멀티존 저항가열기{MULTI-ZONE RESISTANCE HEATER}
본 발명은 일련번호 60/156,595(1999년 9월 29일 미국출원)호 출원에 기초하여 우선권주장을 한 것이고, 그에 관련된 것이며, 그 내용은 참조로서 본 출원에 합체된다.
본 발명은 일반적으로 플라즈마 시스템에서 처리 중에 웨이퍼(또는 기타 기판)를 유지하는 다목적 웨이퍼 홀더에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 상기 홀더는, 클램핑(clamping), 전도, 가열 및/또는 냉각을 제공하기 위하여, 하나 이상의 적층된 층(stacked layer)을 포함한다. 층들의 예는, 정전기 척(chuck), 멀티존 He가스 전달시스템, 멀티존 저항가열기, 및 멀티존 냉각시스템을 포함한다.
처리가스가 현존하는 반도체 웨이퍼를 저항가열기를 사용하여 가열하는 것은 반도체 처리분야에서는 공지이다. 가열은 반도체 웨이퍼에 발생하는 반응공정의 특성을 변화시킨다. 예를 들면, 그러한 저항가열기는 준-열벽(quasi-hot wall), 또는 온벽(warm wall), 저항가열기가 실리콘웨이퍼 지지부로서 기능함과 동시에 웨이퍼를 가열하여 소정의 공정단계를 실행하는 반응기내에서 사용되어 왔다. 가끔, 소정의 순도 및/또는 압력의 처리가스는 가열된 실리콘웨이퍼로 순환되어 실리콘웨이퍼의 표면특성을 변형시킨다. 화학적 기상증착은 그러한 저항가열기가 반도체 웨이퍼를 처리하는 데 사용되는 환경의 하나이다.
전형적으로, 그러한 저항가열기는 (1) 니켈-크롬 합금(니크롬) 또는 (2) 알루미늄-철 합금의 발열체를 채용하고 있으며, 이들은 전기저항성이고 전류가 상기 발열체를 통하여 인가될 때 열을 발생시키는 것이다. 렌지(oven)에 채용된 저항발열체를 제작하는 데 통상적으로 사용되는 상업적으로 이용가능한 원료의 예는 칸탈(Kanthal), 니크로탈(Nichrothal) 및 알크로탈(Alchrothal)이며, 이들은 Bethel, CT의 칸탈 주식회사에 의해 제조되는 금속합금의 등록상표명이다. 칸탈족은 페라이트 합금(ferritic alloys)(FeCrAl)을 포함하며, 니코탈족은 오스테나이트 합금(austenitic alloys)(NiCr,NiCrFe)을 포함한다.
그러나, 과거에는 저항가열기 요소(resistance heater element)는 반응기 내에서 실리콘웨이퍼 위로 순환되는 처리가스에 노출되어 있지 않았다. 게다가, 공지의 플라즈마 시스템에서 가열하는 경우에, 큰 열 질량(thermal mass)을 가지는 큰 가열기 요소는 웨이퍼와 가열기 요소 사이에 물질의 장벽을 제공할 필요가 있었다. 몇몇 칸탈합금 같은 공지의 전기저항물질은 요소의 긴 수명을 위하여 산화된 환경을 요구한다. 산소의 존재로 인해, 칸탈합금의 표면에는 가열기 요소의 증발 (evaporation)을 방해하는 알루미늄 산화물이 형성된다. 합금표면과 반응하는 다른 기체들이 없는 경우에 산소의 수용가능한 수준은 760토르(Torr)의 5%이다. 한편, 산소가 더 적은 환경에서는 산화물 층은 다공성이 되고, 철 산화물이 결정립계 (grain boundaries)를 따라 이동하여, 시스템의 오염을 유발한다.
전통적으로, 웨이퍼 처리시스템의 가열기 요소는 또한 웨이퍼나 기판을 가열 한 열 질량보다 상당히 더 큰 열 질량을 갖는다. 공지의 시스템에 있어서, 수 십 파운드의 무게가 나가는 가열기 요소가 2온스(ounce) 무게 밖에 나가지 않는 웨이퍼를 가열하는 데 사용된다. 큰 열 질량의 결과, 상기 가열기는 웨이퍼의 가장자리 영역에 비교하여 그 중앙영역에서 훨씬 더 웨이퍼를 가열하는 뚜렷한 측면프로파일(lateral profile)을 갖는다. 열적 프로파일(thermal profile)을 보충하기 위하여, 약 30개의 부품을 갖는 복잡한 장치가 인가된 열을 조정하기 위하여 공지의 시스템에서 사용되어 왔다. 큰 열 질량은 또한 높은 열적 관성-웨이퍼가 원하는 온도에 도달한 후에도 가열기 요소가 웨이퍼(또는 다른 기판)에 계속하여 열을 인가하는 효과로 안내한다. 또한, 공지의 시스템에서는, 방사상(radial)이나 측면의 열전달은 처리되고 있는 기판에서보다 높아서, 웨이퍼에서 온도변화를 격리하기가 더욱 어렵게 한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 각 요소(element)가 하나 이상의 웨이퍼처리기능을 실행하는 적층된 하나 이상의 요소로써 제조된 웨이퍼 홀더를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 비정전기적으로 조임고정된 웨이퍼보다 더 균일한 웨이퍼의 열전도를 제공하기 위하여 정전기적 클램핑(clamping)을 사용하는 개량된 웨이퍼 척을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 (1) 웨이퍼와 (2) 클램핑을 제공하는 척 내에 저장된 인접한 2개의 전극의 커패시턴스(capacitance)를 측정함으로써, 정전기적 척으로의 웨이퍼의 효과적인 클램핑을 측정하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은, 웨이퍼로의 전도를 증가시키는 He가스 전달시스템{헬륨 백사이드(Helium back side)로서 알려짐}을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상이한 존(zone)에 상이한 압력을 제공함으로써 웨이퍼의 다른 영역에서보다 어느 한 영역에서 전도를 증가시키는 멀티존 He가스 전달시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 웨이퍼 주위로 순환되는 처리가스가 저항가열기 요소로부터 격리되는 웨이퍼 처리반응기 내에서 반도체 웨이퍼를 가열하는 저항가열기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 칸탈합금, 하스탈로이(Hastaloy), 및 몰리브덴 (molybdenum) 등의 물질을 사용하는 저항가열기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 낮은 산소환경에서라면 품질이 떨어졌을 고저항가열기 요소에 산화된 환경을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 온도 균일성을 보다 우수하게 제어하기 위하여 복수의 가열대(heating zone)를 가지는 그러한 저항가열기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 저항가열기를 둘러싸는 가스환경이 반도체 웨이퍼 반응기 내의 가스환경과 상이하고, 완전히 격리되는 저항가열기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 피가열 기판의 열전달 특성을 측정하는 것이고, 열손실이 높은 지역에 추가적인 열을 인가하도록 된 저항가열기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 가열되는 비원형 요소를 가로질러 균일한 가열을 제공하도록 설치된 저항가열기를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은 피가열 웨이퍼의 열질량에 거의 동등한 열질량을 가지는 저항가열기를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 플라즈마 공정 전후에, 또는 도중에 기판의 온도를 감소시키는 냉각시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은, 웨이퍼의 열손실 패턴에 따라서 플라즈마 처리 단계 전후에, 또는 도중에 웨이퍼를 냉각시키는 멀티존 냉각시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하나 이상의 상기 요소(즉, 하나 이상의 멀티존 정전기적 척, 멀티존 He가스 전달시스템, 멀티존 저항가열기, 및 멀티존 냉각시스템)의 결합된 스택(stack)을 제공하는 것이다.
제 1 실시예를 따라서 간단하게 설명하면, 본 발명은 일련의 하나 이상의 플라즈마 또는 열적 처리단계 도중에 기판(예를 들면, 웨이퍼나 LCD패널)이 위치될 수 있는 요소의 적층에 관한 것이다. 적층된 요소의 타입은 정전기적 클램프(단일 존 또는 멀티존의 하나), He가스 전달시스템(단일 존 또는 멀티존의 하나), 및/또는 냉각시스템(단일 존 또는 멀티존의 하나)을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 적어도 하나의 요소는 실행되는 처리단계에 기초하여 선택된다. 각 요소는 각각의 다른 요소와 처리환경으로부터 용접밀봉된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예는 정전기적 클램핑을 가지는 정전기적 척, 저항가열기, 냉각시스템의 하나 이상 으로서 작동한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판을 정전기적 척에 조임고정(clamp)하며, 피측정 기판을 클램핑(clamping)할 수 있는 정전기적 척이 설치된다. 이 실시예에서, 제 1 및 제 2 전극은 정전기적 척 내부에 저장되고 기판을 척에 조임고정한다. 기판의 효과적인 클램핑을 결정하기 위하여 기판이 척에 인가된 후에, 제 1 및 제 2 전극사이의 전기용량(capacitance)이 측정된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 플라즈마 처리챔버에서 기판의 후측 위에 He가스 전달시스템을 위한 압력제어를 제공하기 위하여 복수의 밀봉플레이트(seal plate)가 함께 사용된다. He가스 전달시스템은, 기판과 척 사이의 열전도를 향상시키기 위하여, 챔버(처리) 압력(즉, 전형적으로는 30 - 50토르) 보다 상당히 큰 압력으로 기판의 배면측에 He을 제공한다. 기판을 척에 전기적으로 조임고정함으로써, 챔버 압력보다 실질적으로 더 큰 배면측 가스압력을 사용하는 것이 가능하다. 기판과 척의 영역은 양호한 가스밀봉을 제공하기에 충분할 만큼 매끄럽다. 일 실시예에 있어서는, He가스 전달시스템은, 기판의 전도 프로파일에 부합하기 위하여, 기판의 다른 부분에 다른 He양을 제공하도록 구획된다. He가스 전달시스템은 상술한 정전기적 척과 결합되어 사용될 수도 있다. 결합의 일 실시예에 있어서, 정전기적 척은 가스홀(gas hole)을 포함하며, He가스 전달시스템은 정전기적 척 아래에 위치된다. 그런 다음, He가스는 정전기적 척에 있는 홀을 통과하여 웨이퍼에 전도를 제공한다. 가스전도는 압력(예를 들면 15토르까지)에 따라 직접 변화한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 저항가열기는 웨이퍼 처리 반응기 내의 반도체 웨이퍼를 가열하기 위하여 마련된다. 가열기는 하나 이상의 석영 플레이트 (quartz plate)에 형성된 가열기 채널에 배치된 저항가열기 요소를 포함한다. 저항가열기의 일 실시예는, 가열 및 냉각 도중에 발생하는 가열기 요소의 팽창·수축을 수용하는 공급끝단 부속실(head room)을 구비한 가열기 채널을 포함한다.
저항가열기용 하우징을 형성하는 석영 플레이트는 복수의 인접면에서, 바람직하게는 모든 인접면에서 함께 용융접합(fused)된다. 저항가열기 요소는 그 사이에 고정되어 기밀챔버(gas-tight chamber)를 형성한다. 플라즈마 처리챔버의 감소된 압력 분위기인 경우에 저항가열기의 내부압력이 융점을 포핑(popping)하는 것을 방지하기 위하여 충분히 많은 융점이 제공된다. 저항가열기 요소에 결합된 전기단자는 전류를 전도하기 위하여 마련된다. 적어도 하나의 실시예에서, 웨이퍼 홀더의 외부면 주위를 순환하는 처리가스의 성분 및 압력에 상관없이 소정의 성분 및 압력의 가스를 출입시키기 위하여 가스덕트는 석영 플레이트 사이에 형성된 기밀챔버에 연결되어 있다.
바람직하게는, 저항가열기 요소는 칸탈 합금이나 백금 등의 재료로 형성되어 있으며, 이는 이러한 물질들은 공기 중에서 손상 없이 가열될 수 있기 때문이다. 재료 시이트는 용해, 인발, 화학적 에치, 스퍼터, 레이저 커트, 워터제트 커트 되거나, 달리 형상되어 피가열 요소의 열전달 특성에 부합하는 저항가열기 요소를 형성할 수도 있다. 한편, 하나 이상의 상기 재료의 하나 이상의 와이어(wire)는 가열기 요소로서 사용될 수도 있다. 석영 플레이트는 가열기 요소에 부합하는 성질 을 갖도록 구성된다. 함께 용융된 경우에, 그 성질은 처리환경을 컨덕터에 대한 가스로부터 분리하도록 용접밀봉을 제공한다. 밀봉은 가열기의 초고온도를 신뢰가능하게 수용하여야 한다.
피가열 요소의 열손실에 상응하는 형상을 가지는 저항가열기 요소를 제공하기 위하여, 열전달 특성은 3가지의 공개된 기술 중 적어도 하나를 사용하여 시험된다. 첫 번째 기술에 있어서, 정전기적 척 위에 위치된 사전에 균일하게 가열된 기판에 LCD페이퍼가 인가될 때, LCD페이퍼에서의 변화를 시험한다. 상기 페이퍼에서의 변화의 사진은 가열된 기판의 열손실의 형상을 나타낸다. 두 번째 기술에 있어서는, 척 위에서 냉각됨에 따라 사전에 가열된 기판의 표면을 가로지르는 열방출의 변화를 적외선 스캐너 또는 감지기가 측정한다. 플라즈마 부존재시에 공간적으로, 시간적으로 전개되는 온도를 모니터하는 그러한 감지기의 하나로는 열전쌍을 갖춘 상용가능한 웨이퍼(예를 들면, 센스어레이 주식회사, 모델번호 1530A)가 있다. 세 번째 기술에 있어서는, 척 위의 기판의 전달 특성은 피가열 기판의 형상 및 열적 특성과 기판이 가열되는 척의 형상 및 열전달 특성에 기초하여 컴퓨터에 의해 시뮬레이트 된다.
또한 본 발명에 따르면, (1) 처리 전에 기판의 냉각, (2) 처리 도중에 기판의 냉각온도 유지, (3) 처리 후에 기판의 냉각 중의 하나 이상을 위한 일련의 냉각플레이트이 마련된다. 냉각시스템의 일 실시예는 기판의 열손실 특성에 따라 기판을 냉각시키는 멀티존 냉각시스템이다. 보다 천천히 냉각될 수도 있는 지역에 보다 신속하게 냉각제를 사용함으로써, 기판은 보다 균일하게 냉각된다. 또한, 처리 후에 신속하게 기판온도를 감소시킴으로써, 온도에 기초한 임의의 반응이 처리 끝단점에서 보다 효과적으로 정지된다.
특히, 첨부도면과 함께 후술하는 상세한 설명을 참조하면 본 발명에 대해 보다 완전한 이해와 그 이점이 해당 기술의 당업자에게 보다 명백해 질 것이다.
도 1A는 멀티존 정전기적 척, 멀티존 He가스 분포시스템, 멀티존 저항가열기, 및 멀티존 냉각시스템의 적층을 실시하는 완전한 웨이퍼 홀더의 단면이다.
도 1B는 도 1A에 나타낸 서로 다른 층에 전기적 연결, 가스 및 냉각제를 통과시키는 제 1 전기적/유체 도관의 측면도이다.
도 1C는 도 1A에 나타낸 서로 다른 층에 전기적 연결, 가스 및 냉각제를 통과시키는 제 2 전기적/유체 도관의 단면도이다.
도 1D는 도 1A에 나타낸 서로 다른 층에 전기적 연결, 가스 및 냉각제를 통과시키는 제 3 전기적/유체 도관의 측면도이다.
도 1E는 도 1A에 나타낸 서로 다른 층에 전기적 연결, 가스 및 냉각제를 통과시키는 제 4 전기적/유체 도관의 단면도이다.
도 1F는 웨이퍼 홀더의 상단층의 초점 링(focus ring)의 평면도이다.
도 1G는 도 1F의 층에 결합된 초점 링의 평면도이다.
도 1H는 각 단면에 대한 개개의 커버와 바닥플레이트을 가지는 단면들이 분리형성되는 방법을 나타내는 단면이다.
도 1I는 도 1H의 개개의 단면을 사용하여 실행되는 웨이퍼 홀더의 상단 위의 초점 링의 평면도이다.
도 2는 멀티 전극 정전기적 척 아래의 He가스 분포시스템을 포함하는 냉각된 정전기적 척의 단면도이다.
도 3A는 제 1 실시예에 따른 정전기적 척의 상부플레이트의 평면도이다.
도 3B는 제 1 실시예에 따른 정전기적 척의 중간플레이트의 평면도이다.
도 3C는 제 1 실시예에 따른 정전기적 척의 중간플레이트의 단면도이다.
도 3D는 제 1 실시예에 따른 정전기적 척의 바닥플레이트의 평면도이다.
도 3E는 제 2 실시예에 따른 정전기적 척의 절개평면도이다.
도 4A는 제 1 실시예에 따른 He가스 전달시스템의 상부플레이트의 평면도이다.
도 4B는 제 1 실시예에 따른 He가스 전달시스템의 중간플레이트의 평면도이다.
도 4C는 제 1 실시예에 따른 He가스 전달시스템의 중간플레이트의 단면도이다.
도 4D는 제 1 실시예에 따른 He가스 전달시스템의 바닥플레이트의 평면도이다.
도 4E는 제 1 실시예에 따른 도 4D의 바닥플레이트의 단면도이다.
도 4F는 제 2 실시예에 따른 He가스 전달시스템의 절개평면도이다.
도 4G는 제 2 실시예에 따른 He가스 전달시스템의 플레이트의 평면도이다.
도 4H는 제 3 실시예에 따른 He가스 전달시스템의 절개평면도이다.
도 5A는 전기적 저항가열기의 상부플레이트의 평면도이다.
도 5B는 제 1 실시예에 따른 내부 존과 외부 존을 가지는 전기적 저항가열기의 중간플레이트의 평면도이다.
도 5C는 전기적 저항가열기의 바닥플레이트의 평면도이다.
도 6A는 전기적 저항가열기의 상부플레이트의 평면도이다.
도 6B는 제 2 실시예에 따른 중간플레이트 부분의 확대평면도이다.
도 6C는 전기적 저항가열기의 바닥플레이트의 평면도이다.
도 6D는 제 2 실시예에 따른 중간플레이트 부분의 확대평면도이다.
도 6E는 제 2 실시예에 따른 중간플레이트의 내부 존 부분의 단면도이다.
도 7A는 제 3 실시예에 따른 제 5부분 가열기의 개략적인 예시도이다.
도 7B는 제 4 실시예에 따른 제 4부분 가열기의 개략적인 예시도이다.
도 7C는 제 5 실시예에 따른 제 8부분 가열기의 개략적인 예시도이다.
도 7D는 제 6 실시예에 따른 제 5부분 가열기의 개략적인 예시도이다.
도 7E는 제 7 실시예에 따른 제 5부분 가열기의 개략적인 예시도이다.
도 8A는 실질적으로 사각 채널 내의 와이어 발열체의 개략적인 예시도이다.
도 8B는 실질적으로 장방형 채널 내의 스트립(strip) 발열체의 개략적인 예시도이다.
도 8C는 석영/채널/석영/채널의 규칙적인 패턴을 가지는 사각 채널내의 와이어 발열체의 개략적인 예시도이다.
도 8D는 실질적으로 원형 채널 내의 와이어 발열체의 개략적인 예시도이다.
도 8E는 채널 내의 지지부에 얹혀 있는 와이어 발열체의 개략적인 예시도이다.
도 8F(1)는 실질적으로 장방형 채널 내의 탭(tab)에 얹혀 있는 스트립 발열체의 개략적인 예시도이다.
도 8F(2)는 상기 스트립이 실질적으로 장방형 채널 내에 있을 때에 스트립 발열체가 얹혀지는 탭의 정면단면도이다.
도 8F(3)는 상기 스트립이 실질적으로 장방형 채널 내에 있을 때에 스트립 발열체가 얹혀지는 탭의 측면도이다.
도 8G는 석영/채널/석영/채널의 규칙적인 패턴을 가지는 석영 채널 내의 와이어 발열체의 개략적인 예시도이다.
도 8H는 굴곡되고 폭이 변화가능한 와이어 발열체의 개략적인 예시도이다.
도 8I는 가열기 요소 단면의 확대도이다.
도 8J는 채널 내의 와이어 가열기 요소에 부착되는 와이어 리드(wire lead)의 확대도이다.
도 9A는 제 1 실시예에 따른 냉각시스템의 상부플레이트의 평면도이다.
도 9B는 제 1 실시예에 따른 냉각시스템의 제 2 플레이트의 평면도이다.
도 9C는 도 9B에 나타낸 냉각시스템의 제 2 플레이트의 단면도이다.
도 9D는 제 1 실시예에 따른 냉각시스템의 제 3 플레이트의 평면도이다.
도 9E는 도 9D에 나타낸 냉각시스템의 제 3 플레이트의 단면도이다.
도 9F는 제 1 실시예에 따른 냉각시스템의 제 4 플레이트의 평면도이다.
도 9G는 도 9F에 나타낸 냉각시스템의 제 4 플레이트의 단면도이다.
도 9H는 제 1 실시예에 따른 냉각시스템의 제 5 플레이트의 평면도이다.
도 9I는 도 9H에 나타낸 냉각시스템의 제 5 플레이트의 단면도이다.
도 10A는 제 2 실시예에 따른 냉각시스템의 상부플레이트의 평면도이다.
도 10B는 제 2 실시예에 따른 냉각시스템의 제 2 플레이트의 평면도이다.
도 10C는 도 10B에 나타낸 냉각시스템의 제 2 플레이트의 단면도이다.
도 10D는 제 2 실시예에 따른 냉각시스템의 제 3 플레이트의 평면도이다.
도 10E는 제 3 플레이트의 바닥에 결합된 열차단기와 반사물질을 포함하는 도 10D에 나타낸 냉각시스템의 제 3 플레이트의 단면도이다.
도 11A는 멀티존 냉각부 내의 냉각제 스트립의 평면도이다.
도 11B는 도 11A의 냉각 스트립의 단면도이다.
도 12는 개개의 플레이트 또는 분리된 부분으로부터 기판 홀더를 형성하기 위한 렌지(oven)의 개략적인 예시도이다.
도 13은 플라즈마 처리환경에서 기판 홀더와 초점 링의 측면도이다.
도 14는 원통형 링으로 둘러싸인 원형 내부지역을 포함하는 기판 홀더의 개략적인 예시도이고, 여기서 냉각제는 나선방사상으로 외향하는 별개의 채널로 공급된다.
도 15는 냉각플레이트의 리프트 오프(lifted off)될 수 있는 가열플레이트의 개략적인 예시도이다.
도 16A 내지 16D는 본 발명의 층들을 제조하는 방법을 예시하는 도면이다.
도면에 관하여는, 몇몇 도면을 통하여 동일하거나 상응하는 부분에 대하여는 같은 참조번호를 붙였다. 도 1은 요소의 적층의 바람직한 실시예를 예시한다. 본 발명에 따르면, 적층(stack)은 결합된 정전기적 척(102), He가스 분포시스템(122), 전기적 저항가열기(132), 및 냉각조합(152)으로서 작동한다. 도시한 적층구조에서는, 상단에서부터 바닥까지, 처음 3개의 플레이트(100, 105, 110)는 정전기적 척(102)을 구비하고, 다음의 2개의 플레이트(120, 125)는 He가스 분포시스템(122)을 구비하며, 다음의 3개의 플레이트(130, 135, 140)는 전기적 저항가열기(132)를 구비하며, 마지막 5개의 플레이트(145, 150, 155, 160, 165)는 냉각시스템(152)을 구비한다. 다른 실시예에서는, 복수의 플레이트는 "슈퍼 플레이트(super-plate)"가 대체하는 플레이트와 동일한 기능성을 가지는 하나 이상의 슈퍼 플레이트를 형성하도록 결합된다. 예를 들면, He가스 분포시스템(122)은 정전기적 척과 결합되어 사용되고, 정전기적 척(102)의 최하부 바닥플레이트(110)는 He가스 분포시스템의 상부플레이트(120)와 결합될 수 있다. 이와 유사하게, He가스 분포시스템(122)의 바닥플레이트(125)는 전기적 저항가열기(132)의 상부플레이트(130)에 결합될 수 있다. 13개 플레이트 모두는 서로의 상부에 동심으로 적층되며, 전기적/유체 도관(180)에 부착된 기초플레이트(170)에 얹혀진다.
도 1B에 나타낸 바와 같이, 전기적/유체 도관(180)의 일 실시예에 있어서, 10개의 뚜렷한 존이 동심(concentrically)으로 배치된다. 각 존은 적어도 하나의 전기적 신호, 가스, 및 냉각제를 다양한 층에 전송한다. 전기적/유체 도관(180)의 예시적 실시예에 있어서, 존은 다음과 같은 순서로 외부에서부터 내부로 배치된다: 냉각제 출구-외부 존(200), 냉각제 출구-내부 존(205), 냉각제 입구-외부 존(210), 냉각제 입구-내부 존(215), 가열플레이트-외부 존(220), 가열플레이트-내부 존 (225), He가스 외부 존(230), He가스 내부 존(235), 정전기적 척 전기배선-외부 존(240), 및 정전기적 척 전기적 내부존(245). 그러나, 도시한 실시예는 단지 예시적인 것일 뿐이며, 내부 존과 외부 존의 순서 및 입구와 출구의 순서는 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 한 변경될 수 있다.
도 1C는 도 10E에 나타낸 추가적인 입구 및 출구와 결합되어 사용되는 전기적/유체 도관(180)의 제 2 실시예를 나타낸다. 본 실시예에 있어서, 정전기적 척(102)의 내부 존(245) 및 외부 존(240)을 위한 전기도관은 가열플레이트(132)의 내부 존(225)과 외부 존(220)과 결합되어 전기도관(181)을 형성한다. 도관(180)의 나머지는 내부 링(175)과 외부 링(173)을 포함한다. 노치(176, 178)를 포함하는 내부 링은 He가스 외부 존(230)과 He가스 내부 존(235)을 위한 2개의 도관을 형성한다. 노치(172, 174)를 포함하는 외부 링(173)은 냉각제 출구-내부 존(205)과 냉각제 입구-내부 존(215)을 위한 도관을 형성한다. 이러한 구성을 사용하면, 원통형 구역과 비교하여, 각각의 내부 도관이 외부도관에 부착되기 때문에 추가적인 구조적 강성이 얻어진다. 링을 각각 상이한 목적으로 사용될 수 있는 두 부분으로 나눔으로써, 도 1B에 나타낸 실시예와 비교하여 링의 수는 또한 감소된다. 또한, 내부 리빙(ribbing)으로써, 동심의 도관, 인접한 도관의 용융을 위한 장소, 냉각제 및 가스흐름을 위한 개선된 덕트의 적절한 정렬이 가능하게 된다. 도 1C의 정렬에 서는 모든 노치(172, 174, 176 및 178)를 갖는 것으로 기술되었지만, 링(173, 175)은 회전되어 노치는 서로에 대하여 상이한 각도가 될 수도 있다. 이와 유사하게, 각 링은 보다 작은 수의 기밀하게 밀봉된 부분으로 나누어져, 층의 각각에 대하여 상이한 수의 존을 수용할 수 있다. 예를 들면, 3개의 He가스 공급영역이 He가스 분포시스템(122)에서 사용된다면, 내부 링(175)은 예시된 2개 대신에 3개 부분을 함유할 것이다.
도 1D에 나타낸 또 다른 실시예에서는, 도관(180)은 함께 묶인 다발의 튜브로서 실행된다. 이 구조에 있어서, 튜브는 (1) 도관(180) 전체에 거쳐 일정한 크기이거나 (2) 부피가 증가하고 석영 플레이트 적층에서 튜브가 더 이상 보다 높게 요구되지 않을 때 재정렬될 수도 있다. 예를 들면, 6개의 튜브가 도 1D의 외부 링에 도시되어 있지만, 적어도 하나의 튜브는 그 페이로드(payload)(예를 들면, 냉각제)를 적절한 플레이트에 전달하기 때문에, 적어도 하나의 튜브는 더 이상 다음의 높은 플레이트에서 필요하지 않다. 그리하여, 외부 링의 5개의 튜브는 도관(180)까지 계속될 수 있다. 도관의 또 다른 실시예에서는, 보다 작은 도관은 보다 큰 도관 내에 포함될 수 있다. 그러한 일 실시예에서는, 도 1D에 유사한 구조는 그 자체가 원형도관에 둘러싸여져서 도 1E의 구성을 만들어 낼 수도 있다.
도 1A에 나타낸 각각의 플레이트는 열전도적이지만 전기적 차단층(예컨대, 석영)으로 형성되며, 접착제로서 "프릿(frit)"을 사용하는 도 1B 내지 도 1E의 상응하는 도관구조에 결합된다. 접착 전에, 와이어는 도관을 통하며, 그런 다음 프릿은 홀 주위의 플레이트 위에, 그리고 플레이트 사이의 각각의 인접한 에지(edge) 에 위치된다. 프릿을 제조하기 위하여, 혼입제(dopant)는 바닥 석영에 위치되어 그 용해온도를 낮춘다. 그런 다음, 접착되는 부분은 가마(kiln)에서 기계적 압력하에 조합되고 첨가된 석영을 녹이기에 충분한 온도로 공기 중에서 가열된다. 첨가된 석영의 외주 부분이 용해됨에 따라, 함께 용융되어 기밀한 밀봉을 형성한다. 석영용융처리(quartz fusing process)는 석영처리 분야에서 지식을 가진 자들에게 공지이다. 도 12를 참조하여 보다 자세히 설명하는 바와 같이, 접착이 슬리브에서 실행된다면, 동심정렬은 보다 용이하게 유지된다. 이러한 정렬슬리브 특성은 정렬 핀(pin)의 배치로 보충·대체될 수 있다. 이러한 설계는 석영제 및 고상접착된 것으로서 설명되었지만, 또한 알루미나 등의 다른 물질과 유리소결접착(glass frit bonding)으로 된 것일 수도 있다. 이 기술분야에서 통상적인 기술을 가진 자라면 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 한 다른 절연 및 접착물질이 사용될 수 있음을 인정할 것이다.
모든 플레이트들을 함께 조합함으로써, 다목적 기판 홀더가 만들어진다. 도 1A의 구조를 도 1F에 요약된 형태로 나타내었다. 플레이트에 추가하여, 척의 웨이퍼를 동심으로 정렬하고 웨이퍼(190) 위로 에지 플라즈마를 작용하는 초점 링(900)을 나타내었다. 일단 조합되면, 초점 링(900)과 도 1F의 기판 홀더는 도 1G에 나타낸 바와 같이 완전한 구조를 형성한다.
대체 실시예에 있어서, 도 1H에 나타낸 바와 같이, 섹션(section)을 형성하는 하나 이상의 일련의 플레이트들은 독립적으로 형성되고, 커버플레이트, 일차 플레이트(primary plate), 기초플레이트을 포함한다. 이 대체 실시예에 따르면, 일 차 플레이트는 일련의 채널 또는 요소(예컨대, 가열요소 및 용량성 요소)를 수용하는 홈, 또는 채널이나 홈에 위치된 캐리어(예컨대, 가스나 냉각제)로써 형성된다. 커버플레이트과 기초플레이트은 요소와 캐리어를 채널이나 홈에 유지하도록 사용된다. 상기 실시예에 있어서, 각 섹션은 커버플레이트, 일차 플레이트 및 기초플레이트를 사용함으로써 별개의 "독립" 구성요소로서 사용될 수 있다. 즉, 처리환경이 하나의 기능{예를 들면, (1) 냉각 및 클램핑 없이 가열만 하거나, (2) 가열 또는 냉각을 하지 않고 클램핑}만을 요구한다면, 임의의 섹션은 전기적/유체 도관에 부착되고, 초점 링에 결합될 수 있다.
일반적으로, 반도체 공정에서 기판의 형상은 원형이므로 여기에 기술된 척형상은 도 1I에 나타낸 후술하는 주요 크기를 가지는 원통형이다. 그러나, 척의 형상은 원통형 형상구조에 한정되지 않는다. 척은 그 반경R, 그 높이H로 나타낼 수 잇다. 척의 높이는 그 설계와 그 각각의 두께 내에 포함된 구성요소의 기능일 것이다. 도 1I는 각 섹션의 바람직한 배치순서 뿐만 아니라 이 두께를 예시한다. 척위에 웨이퍼(또는 기판)의 반복가능한 위치결정을 허용하는 초점 링을 위한 공간을 제공하기 위하여, 척의 반경R은 웨이퍼의 반경 rw보다 크다. 도 1G는 서로에 대한 크기를 나타낸다. 척의 반경은 피처리 기판의 크기에 따라 스케일(scale)될 수 있다.(예를 들면, 직경 8인치와 12인치) 마지막으로, 존 패턴은 기판의 반경과 실질적으로 동등한 반경을 갖는다.
척 베이스는 척 구성요소에 대한 구조적 베이스로 기능하며, 전기배선, 냉각 제 및 가스 모두가 또한 각각의 구성요소 수신지에 분포될 수 있는 다기관으로서 작동한다.
도 2에 나타낸 대체 실시예에 있어서, 웨이퍼 홀더는 도 1A에 나타낸 플레이트들의 부분집합(subset)만을 포함한다. 이 실시예에서, 웨이퍼 홀더는 기초플레이트의 상단 위에 정전기적 척과 He가스 분포시스템만을 실행한다. 따라서, 전기적/유체 도관은 도 1B-1D에 나타낸 도관의 부분집합만을 포함한다. He가스 분포시스템(122)을 가지는 가열기(132)와 같이, 다른 조합도 가능하다. 이 구성에서는, 플레이트(100)는 He가스 분포시스템(122)의 부분으로 되고, 플레이트(12) 위에 밀봉된다. 게다가, 조합의 순서는 달성되어야 할 가장 중요한 기능으로서 기재되어 있다. 예를 들면, 냉각이 가열보다 중요하다면, 냉각기능이 기판에 가장 근접하는 것을 확보하기 위하여, 가열조합(132)의 순서는 냉각조합(152)의 순서와 바뀌어진다.
정전기적 척 섹션
이제, 층들을 개별적으로 설명한다. 정전기적 척(102)은 각각 제 1, 제2 및 제 3 플레이트로서 작동하는 플레이트(100, 105 및 110)를 포함하며, 이는 도 3A-3D에 나타내었다. 제 1 플레이트(100)는 (1) 웨이퍼가 척으로부터 떨어져 들어올려질 수 있게 하는 리프트 핀 관통구멍(300)과, (2) 가스를 웨이퍼(190)의 뒤에 결합하는 가스분포 관통구멍(305)을 포함한다. 제 1 플레이트(100)에서 이러한 관통구멍의 정렬은 제 2 및 제 3 플레이트(105 및 110)에서의 관통구멍(300 및 305)과 유사하다. 도시하지 않았지만, 플레이트(100)는 헬륨 가스를 더욱 분포하기 위하 여 웨이퍼 측에 홈을 형성할 수도 있다.
도 3B에 나타낸 바와 같이, 제 1 및 제 2 정전기적 파지요소(또는 간단히 "전극")가 위치되는 2개의 동심채널(310 및 315)이 또한 제 2 플레이트(105)에 형성된다. 웨이퍼가 웨이퍼 홀더에 존재할 때, 제 1 및 제 2 정전기적 파지요소는 웨이퍼(190)에 정전기적 결합을 제공한다. 웨이퍼(190)가 웨이퍼 홀더 상에 위치할 때, 웨이퍼와 제 1 및 제 2 정전기적 파지요소 사이의 전기용량을 측정함으로써 웨이퍼 상의 정전기적 척의 유지력을 간접적으로 결정할 수 있다. 웨이퍼(190)가 정전기적 척(102)에 의해 올바르게 유지되지 않는다면, 오퍼레이터에 경고신호가 발하여 웨이퍼(190)를 다시 놓을 수 있다. 한편으로, 자동 웨이퍼 조작시스템이 사용된다면, 웨이퍼(190)는 자동으로 놓여질 수도 있다. 양자의 경우에, 신호는 웨이퍼가 기밀하게 유지되는 것이 요구되는 공정이 시작되는 것을 방지하도록 작용한다.
도 3C는 제 2 플레이트(105)의 단면을 나타내고, 채널이 플레이트(105)의 전체 깊이로 연장되지 않는 것을 예시한다. 이로써, 상단의 정전기적 파지요소는, 도관(180)을 통과함에 따라 그 하부의 와이어로부터 전기적으로 격리될 수 있다. 와이어는 도 3D에 나타낸 전기적 홈(320)에서 제 2 플레이트(105) 밑을 통과한다. 와이어는 존(240 및 245)을 사용하는 도관으로부터 위로 지나간다. 채널(310 및 315)은 또한 평평한 상단으로 형성된 제 2 플레이트와 함께 최상단 플레이트(100)에 형성될 수 있음은 명백하다.
도 3E는 제 2 실시예에 따른 정전기적 척의 절개평면도이다. 5개의 존은 4 개의 외부 존으로 둘러싸인 내부 존으로 나누어진다. 특별 제어를 위하여, 내부 존 등은 4개의 서브존(sub-zone)으로 분할되어 동심의 4분면을 형성할 수 있다. 각 정전기적 파지요소는 격리되어 각자의 별개의 전압으로 유지될 수 있다. 정전기적 척 구획은 단극이거나 양극(인접한 파지요소 사이의 전위신호를 대체하는)의 어느 하나이어도 좋다. 양자의 경우에, 정전기력은 기판(예컨대, 웨이퍼)을 척에 고정하는 데 사용된다. 정전기적 파지요소는 평행한 선 요소로 구성되어 요소 나선은 도 7D와 도7E에 나타낸 발열체를 분리하는 석영 위에 정렬된다. 즉, 합성구조를 위에서 본다면, 발열체는 정전기적 플레이트 아래에서 볼 수 있다. 그러므로, 웨이퍼를 직접 "보는" 것이 가능하고 복사열 전달을 제공할 수 있다. 또한, 정전기적 파지요소는 가열되어, 효과적으로 복사영역을 증가시키는 웨이퍼에 복사할 수도 있다. 그러나, 이 효과는 작은 것으로 생각된다. 개개의 정전기적 파지요소로의 안내는 도 3E에 나타내었다. 이는 He가스 분포플레이트으로 사용된 He가스 주입로와 일치할 수도 있다. 또한, 예시적인 리프트 핀구멍(300)을 나타내었다. 마지막으로, 일차 플레이트 두께 H는 얇은 것, 예를 들면 대략 1 또는 40mm인 것일 수 있다.
또한, 도 3E에는 5개의 존이 도시되었지만, 다른 실시예에서는 추가적인 존이 형성될 수 있다는 것은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 상기 존은 동심이거나, 4분면을 형성하거나, 동심의 4분면을 형성하거나 또는 그 조합이어도 좋다. 도 3E는 바람직한 실시예를 나타낸다. 이와 유사하게, 결합된 기판이 비원형이라면, 균일한 결합을 제공하기 위하여 필요한 선택된 패턴의 일련 의 스트립으로서 형성될 수도 있다.
정전기적 파지요소는 석영채널에 배치된다. 석영 내에 요소를 넣기 위하여 매우 두꺼운 석영 플레이트가 사용될 수도 있다. 또한, 가열기 요소채널의 경우와 마찬가지로, 정전기적 파지요소 채널에서 클리어런스(clearance)는 파지요소와 석영 사이의 상이한 열팽창 계수를 수용하기 위하여 필요하다(가열사용이 시험된 경우에는, 파지요소와 둘러싸는 석영은 주위의 온도보다 실질적으로 더 큰 온도까지 가열될 수도 있다).
가스분포 섹션
가스분포 시스템(122)의 일 실시예를 도 4A-4E에 예시하였다. 그러한 가스분포 시스템의 일 실시예에 있어서는, He가스가 분포된다. 다른 실시예에서는, 다른 가스, 바람직하게는 불활성 기체가 분포된다. 도 4A는, 정전기적 척(102)이 사용되지 않을 때에는, 정전기적 척(102)의 상부플레이트가 가스분포 시스템(122) 내로 하강되는 것을 나타낸다. 정전기적 척이 사용될 때에는, 이러한 플레이트들에서 관통구멍(300 및 305)은 정전기적 척(102)에서의 관통구멍과 동심으로 정렬된다. 이와 유사하게, 그러한 플레이트들의 중심에 있는 구멍(235)(예컨대, 카운터홀)은 가스를 플레이트 내로 통과시키고 와이어가 보다 높은 플레이트에서 정전기적 파지요소로 전도되도록 하는데 사용된다. 예시한 바와 같이, 8개 라인에서 방사상으로 연장된 상부플레이트(100)에는 64개의 구멍(305A 및 305B)이 있다.
도 4B-4E에는 가스분포시스템(122)을 2개의 존으로 분리하는 것을 예시하였다. 가스는 가스-내부존(235)을 통과하고 링(331)으로 제한되는 전체 가스분포-내 부 존(330)으로 퍼져 들어간다. 도 4C에 도시한 바와 같이, 내부 존(330)은 플레이트(120)의 깊이의 약 절반이다. 존(330) 내의 가스는 링(331)에 의해 제한되는 원 위에 있는 32개의 내부 관통구멍(305A)의 하나를 통과하여 나가도록 된다.
제 2 존은, 도 4D에 나타낸 가스분포 외부 존(335) 내로 충진하는 가스-외부 존(230)에 의해 공급된다. 도 4C에 나타낸 내부 존(230)과 마찬가지로, 플레이트(125)의 깊이의 절반인 외부 존(335)을 도 4E에 나타내었다. 가스-외부 존(230)으로서 작용하는 도관(180) 부분은 제 5 플레이트 바로 밑에서 끝나고, 가스-내부 존(235)만이 위로 계속된다. 이 층에서부터 더 높은 층으로 지나가는 가스는 32개의 외부관통구멍(305B)의 하나를 경유하여 지나간다. 그리하여, 각 존에 대한 유속(및 가스타입)은 변경되어 2개의 방사상 존 내의 웨이퍼와 웨이퍼 홀더 사이의 압력장(pressure field)(및 전도)을 조정한다. 교대로, 열전달 계수의 방사상 분포는 변화되어 전도-대류 열유속(heat flux)의 방사상 분포를 변화시킬 수도 있다.
멀티존 정전기적 척을 참조하여 상술한 바와 같이, 멀티존 He가스 분포시스템(및 본 발명의 다른 요소)은, 웨이퍼나 기판에 필요한 전도에 부합하기에 적당한 임의의 구성 또는 형태이며, 또한 2개 이상의 존을 가지는 다른 실시예에서 실행될 수 있다. 도 4F는 제 2 실시예에 따른 He가스 분포시스템의 절개평면도이다. 도 4G는 He가스 분포성분을 위한 기초플레이트(base plate)를 예시한다. He가스 분포플레이트의 두께 H2는 작은 것, 즉 1mm 또는 전체 40mm보다 작은 것일 수 있다.
도 4F 및 4H는 2개의 상이한 He가스 샤워기 헤드디자인을 예시한다. 이 플 레이트는 초점 링의 아래의 척의 커버플레이트(cover plate)로서 기능한다. 이는 단지 웨이퍼의 배면측에 가스를 통과시키는 목적으로서 기능한다. 도 4F의 실시예는 방사상 디자인을 사용하며, 도 4H의 실시예는 바람직한 평행선 디자인을 예시한다. 도 4H의 실시예를 사용하여, 가스구멍의 평행선은 정전기적 요소 사이에 섞어 짜여진다. 일반적으로, 정전기적 성분과 He가스 분포성분이 사용되면(He가스가 사용되면, 정전기적 성분 또는 기타 기계적 파지요소는 웨이퍼 배면측의 가스압력을 중화하기 위해 사용되어야 한다), 그 배치는 도 1F에 나타낸 바와 같이 될 것이다. 이는, 도 4H에 나타낸 구멍분포가 도 3E(비록 도 3E에는 구성이 도시되지 않았지만)에 나타낸 상응하는 정전기적 플레이트의 구멍분포와 일치한다는 것을 의미한다. 기초플레이트(도 3E의)는 이러한 구멍을 갖도록 설계되었다. 따라서, 구멍은 인접한 정전기적 나선사이에 평행할 것이다. 커버플레이트의 두께 H2'는 매우 작은 것, 즉 0.5mm 또는 20mm이하의 것일 수 있다. He가스 분포플레이트는 정전기적 플레이트 아래에 위치되어, 정전기적 플레이트와 웨이퍼 사이의 거리는 최소이고, 따라서 정전기적 결합을 최대화한다.
도 4A-4E의 실시예와 반대로, 존의 분할은 또한 웨이퍼 홀더 자체에 외부적으로 달성될 수도 있다. 이 실시예에서, 관통구멍(305A 및 305B)을 통과하는 가스는 웨이퍼 홀더의 상단으로부터 바닥까지(즉, 전체 웨이퍼 홀더를 거쳐 다기관까지) 연장된 별개의 입구(480 및 490)에 의해 주입된다. 그런 다음, 입구(480 및 490)의 바닥에 결합된 가스라인은 가스를 개개의 구멍이나 구멍의 그룹에 공급한다. 이 입구(480 및 490)는 또한 정전기적 파지요소의 전기적 도관으로서 기능할 수도 있다.
각 구멍이나 구멍의 그룹은 별개로 제어될 수 있기 때문에, 이러한 접근방법은 전도의 미세-입자 제어를 제공한다. 그러나, 이러한 접근방법은, 구멍(305A 및 305B)이 이하 기술하는 발열체의 경로 또는 냉각채널과 간섭하지 않도록 석영 플레이트의 준비에 매우 주의를 요한다.
저항발열 섹션
도 5A-5C에 나타낸 저항가열기는 일반적으로 참조번호 132로 지시되고, 일반적인 중앙 저항가열기 요소채널(340)과 둘러싸는 외주 저항가열기 요소채널(345)을 포함한다. 도 5B에 나타낸 바와 같이, 중앙 저항가열기 요소채널(340)은 주위의 원통형 배치 또는 요소의 내부테두리에 실질적으로 상응하는 외부 테두리를 갖는다. 채널(340 및 345)에 대한 저항가열기 요소는 전기적/유체 도관(180)을 통과하는 와이어에 연결된다.
상기 채널은 제 8 석영 플레이트(135)의 상부표면 내로 절개되거나 상부표면에 형성된다. 한편, 채널은 제 7 플레이트(130)의 하부표면에 형성될 수도 있다. 석영플레이트의 두께는, 저항가열기 요소와 저압처리 영역 사이의 레지스트 (resist) 압력차에 충분한 기계적 강도를 제공하도록 선택된다. 그러나, 두께는 (1) 플레이트(130 및 135)를 통하여 최대 열전달을 제공할 필요성과, (2) 감소된 열질량과 열관성을 갖고자 하는 요구에 의해 밸런스된다. 그러한 열은, 표면의 온도와 재료특성에 기초하여, 기본적으로 복사와 전도에 의해 전달된다. 이러한 구조에서는, 고저항성 재료로써 5-25kW 가열기(척 직경 또는 웨이퍼 직경, 즉 5 내지 12인치의 웨이퍼 직경에 기초한)를 얻는 것이 가능하다. 저열질량의 가열기를 사용함으로써, 기판보다 상당히 더 큰 열질량을 갖는 가열기를 사용할 때보다 더 빠른 기판의 가열 및 냉각이 가능하다. 정전기적 척에서의 정전기적 파지요소에서와 같이, 채널(340 및 345)에 저항가열기 요소를 결합하는 와이어가 위치되는 제 9 플레이트(140)에 홈(355)이 마련된다.
멀티존 정전기적 척과 멀티존 가스분포시스템을 참조하여 상술한 바와 같이, 본 발명은 또한 멀티존 가열기를 포함한다. 도 7C 내지 7E는 도 5B와 비교하여 대체 구획을 예시한다.
일반적으로, 방사 및 방위 방향 양자에서 특성의 조정 및 제어가 가능하기 때문에, 도 7E가 바람직하다. 상기 바람직한 경우에 있어서는, 5개의 존으로 구성되지만, 보다 큰 방사 또는 방위 분해능(resolution)이 제공될 수 있는 때에는 더 많은 수이어도 좋다. 예를 들면, 에지 로스(edge loss)를 보충하기 위하여, 일반적으로 웨이퍼 에지에서 더 큰 방사 분해능(radial resolution)을 가지는 것이 바람직하다. 도 5B는 조정 및/또는 제어가 축대칭(방위 조정이 아님)인 추가적 제약조건(constraint)을 더하는 디자인을 예시한다. 따라서, 존은 링으로, 예시적으로는 2개의 동심 링으로 구성된다. 방사방향에서 보다 큰 분해능을 제공하기 위하여 그 수는 증가될 수도 있다. 물론, 본 발명은 상술한 디자인의 존 형태화에 제한되는 것은 아니다. 사실, 상기 형태화(patterning)는 처리된 기판의 총 비균일성을 보충하기 위하여 표면적의 약간 복잡한 공식화(formulation)일 수 있다. 그러한 예의 하나는 도 7C에 예시되어 있다.
도 6B에 나타낸 다른 실시예에 있어서, 도 5B의 채널(340 및 345)은 웨이퍼 홀더 표면적의 약 80%를 커버하는 채널(340' 및 345')에 의해 대체된다. 이러한 채널의 확대도를 도 6D에 나타내었다. 다른 대체방법은 2개의 플레이트를 사용함으로써 만드는 것이다. 2개의 플레이트를 접착함으로써 도 6E에 나타낸 바와 같이 동일한 단면을 제공한다. 이러한 채널은 도 5B의 것보다 상당히 크다. 요소 표면적의 디자인은, 인접한 석영플레이트와 실리콘웨이퍼로의 발열체의 방사성 열전달을 최대화함으로써 지시된다. 이 실시예에서, 채널사이의 거리에 대한 채널의 깊이는 조정되어야 한다. 도 6E에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서, 각 석영 핑거(quartz finger)(361)의 폭은 적어도, 채널이 형성된 후에 남아있는 석영의 두께와 같다. 이는 석영의 팽창으로 인한 내부하중을 견디어 내는 양호한 장력 (tensile strength)을 제공한다. 가열기의 실시예 양자에 있어서, 웨이퍼를 가열하는 열수송 메커니즘은 (1) 발열체와 웨이퍼 사이의 전체 조합을 통한 전도, (2) 발열체와 웨이퍼 사이의 복사교환, 및 (3) 석영과 웨이퍼 사이의 복사교환이 뒤따르는 인접한 발열체와 웨이퍼 사이의 전도를 포함한다. 추가적인 열수송 메커니즘이 존재할 수도 있지만, 상기 3가지 기술된 방법이 가장 중요하다. 또한, 존의 수와 그 공간적 분포는 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 한 변경될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 저항가열기 요소는 꾸불꾸불한 것이다. 그러나, 다른 실시예에서는, 꾸불꾸불하지 않은 형상, 예를 들면 둥근 에지에 반대되는 사각 에지를 가지는 V자 형상과 U자 형상이 사용된다. 도 6B에 나타낸 바와 같이, 채널(340' 및 345')은 인접한 그 안내 세그먼트(segment)에 일반적으로 평행하게 연장된다. 예를 들면, 세그먼트(340A)는 인접한 세그먼트(340B)에 일반적으로 평행하게 연장된다.
일반적으로, 기판 홀더의 다른 부와 마찬가지로, 본 발명의 가열부는 도 7A에 나타낸 바와 같은 5개의 존 구성에서, 또는 도 7B에 나타낸 바와 같은 일련의 동심 존에서 실행될 수 있다. 도 7A의 내부 존은 4분면 또는 내부 존을 가지는 4분면으로 더욱 나누어질 수 있다. 즉, 도 7A의 5개의 존(A1 - A5)은 더 큰 내부 존 A1로 결합될 수 있다. 그리하여, 그 형상은 완전히 제어되거나 별개의 내부 존 없이도 4분면에 의해 제어되는 최소 내부존 아래로 순환적으로 정의될 수 있다. 방사 방향에서 4분면의 각 폭은 동일한 크기일 필요는 없다.
도 7B의 동심 존에 관하여는, 각 존은 동일한 크기일 필요는 없다. 반경r이 증가함에 따라, 방사 방향에서 각 존의 폭은, 중심 근처에 비교하여 에지 근처에서 더 크거나 더 작게 변화할 수 있다. 도 7A가 실행되어 각각 4개의 4분면으로 쪼개진 같은 수의 링을 가질 때, 이러한 구성은 도 7A의 상응하는 설계보다 개개의 제어를 더 못한다.
도 7C - 7E에는 3개의 추가적인 설계를 나타낸다. 그 각 실시예에서는, 발열체는 상응하는 4분면의 에지에 연결된다. 발열체의 위치를 정전기적 파지요소에 의해 차단되지 않도록 정렬함으로써, 복사열은 피처리 중인 기판에 보다 효과적으로 결합된다. 가열부의 레이아웃(layout)은, 방사상 뿐만 아니라 가열부의 평면을 레이아웃 및 재료적으로 고려하는 것을 포함한다. 도 8A-8G는, 발열체의 타입과 그 상응하는 채널이 또한 종합 열전달에 영향을 미친다는 것을 예시한다. 발열체 는, (1) 실질적으로 사각 채널에서의 와이어(도 8A에 나타낸 바와 같음), (2) 실질적으로 원형의 채널에서의 와이어(도 8D에 나타낸 바와 같음), (3) 실질적으로 장방형 채널에서의 장방형 스트립(도 8B에 나타낸 바와 같음), (4) 반원형 채널에서의 장방형 스트립, 또는 (5) 상대적으로 큰 반경의 곡률로 된 둥근 코너를 가지는 실질적으로 장방형 채널에서의 장방형 스트립일 수 있다. 다른 실시예(도시하지 않음)에 있어서는, 스트립은 실질적으로 사각이고 상응하는 크기의 실질적으로 사각인 채널에 놓인다.
도 8C는 발열체를 저장하는 일차 플레이트로 만들어지는 채널의 크기결정에 대한 보수적 설계기준을 예시한다. 예시된 채널은 대략 d의 직경을 가지는 발열체에 대한 충분한 간극의 깊이와 폭 d를 갖는다. 또한, 발열체 사이의 간격, 커버 플레이트의 두께, 및 일차 플레이트의 남은 두께는 거리 d이어야 한다(따라서, 일차 플레이트는 2d의 두께를 갖는다). 도 8D의 둥근 바닥 어프로우치를 사용함으로써, 통상 사각 채널의 코너에서 발생하는 응력 집중은 최소화된다. 일차 플레이트를 구비하는 재료 내의 응력은 급가열 동안에 발생하며, 여기에서 응력은 상이한 재료(즉, 석영과 칸탈)의 상이한 열팽창률과 단일 재료 내에 존재하는 온도구배와 관련된 상이한 팽창률에 의해 발생한다. 예를 들면, 상단이 바닥보다 더 따뜻한 것과 같은 석영 일차 플레이트의 두께를 가로지르는 온도구배로 인해 바닥표면보다 상부표면의 더 큰 팽창으로 되고, 따라서 (전체 내부 긴장과 압축 하에) 플레이트를 휘게 한다.
도 8E 및 8F는 각각 그 길이를 따라 간격배치된 "탭"을 가지는 와이어 및 스 트립 발열체를 나타낸다. 상기 "탭"은, 발열체를 저장하는 석영(기타 다른 재료)과 발열체 사이의 접촉면적을 간단히 최소화한다. 발열체의 열팽창 계수는 석영보다 큰(대략 20 인수만큼) 것이기 때문에, 발열체는 이동하는 경향이 있다. 탭은, 도 8H에 나타낸 바와 같이, 하우징 채널 내의 굴곡이 발열체의 열적 성장을 수용할 수 있는 위치에 머물 수 있도록 돕는다. 도 8H는 발열체에서 180도 굴곡을 나타낸다. 채널이 두께 1mm라면, 굴곡 내의 두께는 발열체 성장을 수용하는 1.5 내지 2mm일 수도 있다. 예를 들면, 실의 온도 이상의 1000도로 가열되는 1m 길이의 발열체는 대략 1cm(이 거리는 모든 굴곡 사이에 동등하게 분포될 수도 있다) 성장하는 것으로 예상된다.
또한, 요소가 가열될 때 이동하여 석영 용기와의 접촉으로 인한 발열체에서의 임의의 응력을 최소화하도록 가열기 요소채널을 매우 크게 만드는 것도 가능하다. 또한, 기계제조를 위한 더 큰 체적은 덜 복잡한 기계가공을 요구한다. 그러나, 거기에는 몇몇 불리한 점이 있다. 채널이 단순히 상술한 것보다 더 크게 된다면, 발열체의 정면 표면적은 희생될 수도 있다. 다음으로, 공동(空洞)의 체적이 사용된다면, 요소의 이동은 요소의 단락(shorting)을 야기할 수도 있다.
도 8G는 가열 성분의 일차 플레이트와 커버 플레이트에 대한 실제 크기결정의 예를 나타낸다. 모든 중요한 크기는 대략 1mm(또는 40밀리)이다. 그러므로, 복합 성분 척에서 이 발열체의 사용으로 도 1I에 나타낸 바와 같이 두께 H3은 2mm(또는 80밀리)가 된다. 도 8I는 3개의 존(특히, 센터 존과 2개의 외부 존)의 교차점을 나타내며 별개의 존에서 요소의 공간배치를 위한 약간의 크기를 제공한다. 이는 종래의 크기임을 주의해야 한다. 이들은 플레이트의 열적 반응을 개선하고 구조적 일체성을 유지하기 위하여 감소될 수도 있다.
도 8J는 일차 플레이트와 커버 플레이트를 포함하는 가열성분의 부분단면도이다. 특히, 발열체로의 리드(lead)가 가열성분(일차 플레이트)으로부터 그 아래의 구조로 지나가는 지점의 확대도를 나타낸다. 저항발열체를 둘러싸는 갭에 있어서, 고압공기(산소)는 강제되거나 강제되지 않을 수 있다. 고압은 단순히 대기압(진공압보다 상대적으로 높다)을 의미하는 것일 수도 있다. 발열체를 둘러싸는 고리(annulus)를 통한 공기(또는 산소)의 통과는 2가지의 목적으로서 작용할 수 있다. 첫 번째로, 칸탈(Kanthal) 표면 근처에 산소의 존재는, 철, 알루미늄, 크롬, 탄소 및 코발트를 포함하여 구성되는 칸탈합금의 표면에 퍼지는 알루미늄의 산화를 야기할 수 있다. 알루미늄 산화물의 전체 층은 발열체를 보호하여 그 수명을 연장할 수 있다. 또한, 알루미늄 산화물 층은 관련된 IR스펙트럼에서 양호한 방출성질을 갖는다. 다음으로, 공기가 고리를 통하여 강제되면, 발열체에 전원을 차단하는 때에 발열체를 신속하게 냉각하는 추가 수단으로서 사용될 수 있다. 강제 대류를 사용하면, 발열체 내에 남은 열을 제거할 수 있고, 따라서 냉각시스템의 전체의 반응을 향상시킬 수 있다. 각 존에 대한 발열체 채널은 그 자체로서 전기적으로 또한 유체역학적으로 별개의 폐쇄된 고리이다. 그러므로, 전원 및/또는 공기유속은 존 사이에서 변화된다.
저항발열기 요소는 많은 상이한 방법에 의해 형성될 수 있다. 레이저 및 워터 제트 커팅은 원하는 가열기 요소패턴을 커팅하는 좋은 방법이다. 바람직하게 는, 전기적 저항물질의 시이트는 원하는 꾸불꾸불한 형상을 갖는 구조를 제공하기 위하여 꾸불꾸불한 형상으로 패턴되고, 에치(예를 들면, 화학적으로 또는 레이저나 물로써)된다. 바람직한 재료는 원하는 작동온도범위, 요소가 작동해야 하는 조건, 및 시이트 크기와 피처리 기판의 두께에 의존한다. 백금은 비산화 환경에서 사용될 수 있는 반면에, 니크롬은 산화환경에서 사용될 수 있다. 니켈은 저온환경에서 유용하며, 도금된 몰리브덴은 또한 비용문제가 없는 때에 효과적이다. 몇몇 칸탈 합금이 이용될 수 있지만, 바람직한 칸탈합금은 알루미늄, 크롬, 코발트, 및 철을 포함하여 구성된다. 그러한 물질은, 알루미늄 산화물의 보호층이 그 표면 위로 유지된다면, 고온에서 내열화성이다. 그러한 보호 산화물 층의 형태화 및 유지를 용이하게 하기 위하여, 가스덕트가 사용되어, 웨이퍼 홀더를 둘러싸는 가스 내용이나 압력에 상관없이 제 7플레이트와 제 8 플레이트(130, 135) 사이에 형성된 챔버를 산소가 출입하는 것을 허용하도록 한다.
다른 가스가 제 1 및 제 2 채널(340' 및 345')에서 가열기요소를 둘러싸도록 되거나, 2개의 다른 요소에 대해 2개의 다른 유속이 요구된다면, 이 기능성을 허용하도록 2개의 가스덕트가 제공된다. 그런 다음, 가스는 상응하는 존의 특성에 기초하여 별개로 공급된다. 링(343)을 제 7 플레이트(130)의 하부측에 용융접합하고 각 링에 가스덕트를 마련함으로써 2개의 존은 분리된다. 본 발명의 또 다른 실시예(도시하지 않음)에 따르면, 제 7 플레이트(130)는 원형의 동심 링으로 분할된다. 원의 외부 에지는 링(343)의 내부 에지에 용융접합되고, 동심 링은 (1) 내부에지에서 링(343)의 외부에, 그리고 (2) 외부에지에서 플레이트(135)의 내부에 용융접합 된다. 그리하여, 원 및 동심 링은 수직이 아닌 평행으로 접합된다.
냉각부
웨이퍼를 가열하는 것에 더하여, 본 발명은 또한 냉각시스템(152)을 사용하여 웨이퍼의 신속한 냉각을 제공한다. 냉각제 입구(215 및 210)를 통하여 내부 존과 외부 존에 각각 냉각제를 분배하는 냉각시스템에 플레이트(145, 150, 155, 160 및 165)가 결합된다. 내부 존에 대한 냉각제는 입구(215)로부터 냉각제 채널(360)을 통하여 상응하는 출구(205)로 이동된다. 이와 유사하게, 외부 존에 대한 냉각제는 입구(210)로부터 냉각제 채널(370)을 통하여 상응하는 출구(200)로 이동된다. 본 실시예에서, 입구 및 출구 냉각제 도관은 웨이퍼 홀더의 중앙에 동심으로 위치되어 있다.
다른 실시예에 있어서, 플레이트(150, 155, 160 및 165)는 도 10B 및 10C에 나타낸 2개의 플레이트(162 및 167)로 대체될 수 있다. 도 10B에 나타낸 바와 같이, 내부 입구(215)로부터 냉각제는 내부 존 냉각채널(360)을 통하여 내부존 출구 링(380)으로 지나간다. 그런 다음, 냉각제는 구멍(214)을 통하여 아래로 강제흐름되고 출구 존(205)(도 10E에 도시함) 밖으로 축출된다. 도 8D와 8E에 나타낸 바와 같이, 도관(180)의 부분이 아닌 외부 존 입구(430)와 외부존 출구(420)를 사용하여, 외부 존에 대한 냉각제는 입구(430)(도 10E에서)를 통하여 도달하고 구멍 (211)(도 10D에 도시함)을 통하여 위로 지나간다. 그런 후, 냉각제는 채널(213)을 통과하고, 구멍(212)을 통하여 되돌려진다. 그런 다음, 냉각제는 링(440)(도 10E에 도시함) 아래에 모여서 출구(420)를 경유하여 나간다. 이러한 구성을 사용하 면, 내부 및 외부 냉각 존은 보다 균일한 냉각 효과를 위하여 동일한 평면에 위치된다. 플레이트(400 및 410)는 요소의 방사선 스펙트럼에 대한 반사물질을 가지는 열적 차단물질이다. 그러한 물질들은 도관(180)으로의 열전도를 방지하는 데 도움이 된다. 도 10E에 나타낸 바와 같이, 외부 존에 대한 냉각제 입구(430) 및 출구(420)는 도관(180)을 통과하기보다는 냉각조합(152) 아래의 냉각 다기관에 직접 연결된다.
각 존에서의 냉각은 냉각제 타입과 냉각제 유속을 독립적으로 변경함으로써 별개로 조정될 수 있다. 냉각제 유속은 열전달 계수에 직접 관련된다. 그러나, 냉각제 유속을 변경하는 반면에, 냉각라인을 통하여 압력강하를 바꾼다. 그러므로, 냉각을 증가시키고자 한다면, 유속을 증가시킬 수는 있지만, 더 큰 압력강하를 겪게 된다. 내부의 난류(turbulent flow)에 있어서, 열전달 계수는 열전도도, 밀도, 특정 열(일정압력), 속도, 점성, 및 (약하게) 유동덕트(flow duct)의 수력직경 (hydraulic diameter)에 의존한다. 주어진 냉각제에 대하여, 단지 속도와 수력직경만이 존재한다(일대일 선형관계이기 때문에, 속도는 많은 보답을 한다). 다음으로, 라인을 통한 압력강하는 밀도, 마찰계수(레이놀드 수의 기능), 덕트길이, 수력직경 및 속도(사실, 속도제곱에 비례한다)에 의존한다. 현재의 시스템은 합당한 압력강하(Δp ~ 20 Psi)를 가지는 양호한 냉각율(h~3600W/㎡-K)을 얻기 위하여 고안되어 왔다. 또한, 이 고안은 라인의 길이에 따라 가열에 관련된 ΔT를 최소화하기 위한(즉, Q = mcpΔT) 짧은 덕트길이를 갖는다.
냉각부의 제 2 실시예를 도 11A 및 11B에 예시하였다. 도 11A는 멀티존 냉 각성분에 대한 일차 플레이트를 나타낸다. 외부 존에 대하여 냉각제 유체는, 도시한 바와 같이, 입구구멍으로부터 출구구멍으로 신속히 흐른다. 이와 유사하게, 냉각제 유체는 중앙의 고리형 도관으로부터 내부 존 방사상 스핀들(radial spindle)로 주입된다. 냉각제 입구 및 출구는 척 베이스 내이 적당한 분배 및 수신 채널에 연결된다. 특정 존에 대한 유로는, 냉각제 저장고, 열교환기, 및 냉각덕트를 통하여 냉각제를 순환시키기 위해 사용된 펌프에 외향으로 연결되어 있는 폐쇄고리이다. 이러한 방식으로, 냉각제 타입 및 유속은, 원하는 공간적 냉각특성을 생성하기 위하여 존 사이에서 변화된다. 또한, 가열성분으로의 전기적 리드를 위한 주입로 구멍(feed-through hole), He가스 분배플레이트와 정전기적 플레이트로의 가스/전기 도관, 리프트 핀구멍(300)을 도 11A에 나타내었다.
도 11B는 도 11A에서 A로 지시된 외부 존 방사스핀들의 단면을 나타낸다. 각각의 냉각제 입구 및 출구를 도시하였고, 입구의 깊이는 h이고, 출구에서 채널 깊이는 h'이다. 외향으로 방사상으로 이동함에 따라(도 11A에 도시함), 방사스핀들의 폭은 증가하기 때문에, 동일한 채널 단면적을 유지하기 위해서 채널깊이는 h에서부터 h'로 감소될 수도 있다. 질량보존에 의해, 일정한 면적은 일정한 유속을 유지한다. 깊이가 일정하게 유지된다면, 면적의 증가는 유속의 감소로 될 것이고, 따라서, 열전달 계수의 감소로 이어진다. 그러나, 일정한 유속을 유지하기 위하여 깊이를 감소시킴으로써, 출구에서 채널의 접수주변(wetted perimeter)의 약간의 감소에 있어서 작은 페널티만이 주어진다. 이는 유속이 감소와 관련된 열유속의 상당한 감소인 경우와 대조된다. 이 현상은 열전달계수의 방사부분 Δr, 즉 Q=hAΔT 에 대한 관계를 조사함으로써 관찰될 수 있다(여기서, h는 열전달 계수, A는 접수표면적, ΔT는 물질표면과 유체 사이의 온도차이다). 접수표면적 A는 접수주변에 Δr을 곱한 것이다. 이제, 일정한 단면적의 경우와 단면적이 2가지 요인에 의해 증가하는 경우를 비교한다. 후자의 경우에, 유속은 2가지 요인에 의해 감소하고, 열전달 계수는 2가지 요인과 대략 20% 증가한 접수주변에 의해 감소된다. 결과적으로, 주어진 Δr과 ΔT에 대하여, 열유속은 2가지 요인에 의해 감소하고, 방사부분에 대한 열전달율은 거의 2가지 요인에 의해 감소한다. 바람직하게는, 냉각제 흐름채널은 대략 일정한 단면적을 가지고 전체에 거쳐 유지된다. 예를 들면, 입구의 단면적의 합과, 냉각채널의 단면적의 합과, 출구의 단면적의 합은 대략 동등하다. 이로써 전체에 거쳐 일정한, 거의 균일한 흐름이 가능하다.
두 번째 순서효과는, 열전달 계수를 또한 증가시키는(매우 작지만) 반경을 가지는 수력직경에서의 미소한 감소이다. 이러한 2가지 효과는 반경을 가지는 일정한 열유속의 달성하는 것을 돕기 위해 필요하다(열전달 계수의 증가는 냉각제 온도의 증가와 균형을 맞출 수 있다).
대체 실시예는 증가하는 반경을 가지는 채널의 감소하는 단면적을 포함한다. 방사상으로 이동하여 나감에 따라, 열유속(일정한 단면의 경우와 관계 있는)은 증가하게 된다. 유속의 증가로 인해 열전달 계수는 증가한다. 예를 들면, 2가지 요인의 면적감소(즉, 2가지 요인에 의해 깊이 h가 h'=h/2로 감소)는 출구에서의 열전달 계수의 거의 2배의 증가로 될 수 있다. 그러나, 저항이 증가함에 따라 압력강하가 증가한다. 냉각채널은 다양한 냉각효과(특히 방사상의 변동)를 생성하도록 설계될 수도 있다.
마지막으로, 냉각성분에 대한 일차 플레이트의 두께 H4는 일반적으로 다른 성분보다 클 것이다. 냉각채널은 두께 4mm, 폭 1cm만큼 클 수 있다. 이로써, 1cm의 일차 플레이트에 대하여 두께 H4는 보존될 것이다.
열전달 분석
특정한 형상과 구성의 가열기 요소 및 냉각부에 대하여 기술하였지만, 가열기부와 냉각부의 실제 형상은 피가열 또는 피냉각 기판의 열적 특성에 부합하도록 결정된다. 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따르면, 상기 형상 및 두께의 피처리 기판은, 기판이 척 위에서 가열될 때의 작동온도까지 렌지(oven)에서 균일하게 가열된다. 그런 다음, 액정 디스플레이(LCD) 페이퍼의 색은 온도에 따라 변화하기 때문에, 가열된 웨이퍼는 척 위에 위치되고 LCD페이퍼의 조각이 가열된 웨이퍼에 인가된다. 냉각되어 감에 따라, LCD페이퍼의 사진을 찍고, 그리하여 온도변화를 관찰/기록하기 위하여 LCD페이퍼의 색을 관찰/기록한다. 냉각처리의 사진은 기판이 인가된 열을 필요로 하는 방법의 역을 보여준다. 즉, 급속한 열손실 영역에서는, 나머지 기판과 비교하여 균일한 온도로 기판을 유지하기 위하여 여분의 열이 인가될 필요가 있을 것이다. 따라서, 가열기 요소는, 기판의 급속냉각영역의 바로 아래에 추가적인 코일이 위치되도록 하는 형상으로 된다.
열분석 방법의 제 2 실시예에 있어서는, 냉각됨에 따라 기판의 온도변화를 감지하는 적외선감지기를 사용하여 동일한 열분석이 실행될 수 있다. 냉각되어 감에 따라 열이 기판으로부터 어떻게 흩어지는 지를 보여주기 위해, 컴퓨터에 열의 샘플치를 나타낼 수 있다. 이는 실제 기판이기 때문에, 이 방법은 보다 정확한 열전도와 복사를 가지는 기판을 측정하는 장점을 갖는다. 또한, 이 기판과 측정방법은 실제 처리에서 기대되는 것보다 더 높은 온도에서 작동할 수 있다. 세 번째로, 이 방법은 공정의 실제 가스환경에서 작동될 수 있다.
열분석 방법의 제 3 실시예에 있어서, 기판이 가열될 척과 기판의 컴퓨터화된 모델에 기초하여 열전달 특성을 시뮬레이트하는데 컴퓨터가 사용된다. 컴퓨터 시뮬레이션은, 기판의 두께와, 석영의 두께와, 처리챔버의 예상되는 주위온도를 요인으로서 고려할 수 있다. 최선의 방법은 컴퓨터 시뮬레이션과 적외선 측정기구를 비교하여, 진실로 예견할 수 있을 때까지 컴퓨터 시뮬레이션의 에러를 개선하는 것이다.
제조시의 고려
척 구성요소(및 최종적으로는 척)를 제조하는 2가지의 기본적인 단계가 있다. 이러한 2가지 구성요소는 (i) 개개의 플레이트의 기계가공과, (ii) 인접한 플레이트의 접착(또는 함께 용융접합)으로서 기술될 수 있다. 바람직한 실시예로서 석영(물론, 이 척이 어떤 에치환경에서 사용된다면, 다른 물질이 요구될 것이다)을 사용하는 척의 제조에 대한 것이다. 석영제 척이 사용될 수 있는 환경의 하나는 포토레지스트가 기판으로부터 제거(또는 벗겨내어지는)되는 그러한 공정인 애쉬(ash) 챔버 또는 스트립 챔버(strip chamber)이다.
기계가공의 단계는 몇몇 서브스텝(substep)으로 구성될 수 있다. 홈 또는 채널을 커팅하는 것, 구멍을 드릴링하는 것, 또는 플레이트의 일반적 형상을 단순 히 커팅하는 것을 포함할 수도 있다. 플레이트의 형상을 커팅하고, 구멍을 가공할 때에, 홈 또는 채널은 이하의 임의의 하나 또는 조합에 의해 실행될 수 있다 : (i) 워터 또는 레이저 커팅, (ⅱ) 다이아몬드 그라인딩 비트의 사용, 및 (ⅲ) 화학적 에칭. 예를 들면, 패턴을 마스크(포토레지스트로써)하고, 채널을 에치할 수 있다. 플레이트를 함께 용융접합하는 단계는 도 12에 나타낸 바와 같이 실행될 수 있다. 도 12는 열입력 Q가 적용될 때의 렌지(oven)를 나타낸다. 함께 용융접합되는 플레이트는, 인접하는 플레이트를 정렬하는데 사용되는 원통형 정렬 링을 포함하는 렌지 지지부에 설치된다. 가열플레이트를 제조하는 경우에는, 일차 플레이트가 먼저 설치되고, 발열체가 삽입되며, 용융접합될 표면에 프릿이 인가되며, 커버 플레이트(또는 인접한 플레이트)가 위에 위치된다. 그런 다음, 이러한 2개의 플레이트는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 상부 표면을 가로질러 분포된 균일한 힘이 재하된다. 물론, 몇몇 플레이트가 한번에 용융접합될 수도 있다. 실제로, 전체 척이 한 번에 제조될 수 있다. 인접한 플레이트를 접착하는 데 사용되는 프릿은 기본적으로는 접착제(적용을 용이하게 하기 위하여)가 혼합된 미세석영분말로 구비되어 있다. 렌지는 대략 1시간 동안 1050℃의 온도까지 가열되어 침지된 후, 냉각된다. 인접한 플레이트를 용융접합할 때, 분리되어 누수 일체성(leak integrity)을 시험받을 수도 있다. 예시한 제조방법은 도 16A 내지 16D에 나타내었다.
정전기적 척 또는 가열기 요소로서 작용하는 전극은 패턴증착(patterned deposition), 또는 블랭킷 증착(blanket deposition) 및 패턴 에치백(patterned etch back)에 의해 제조될 수 있다. 또한, 석영조각은 석영 위에 첨가된 석영의 블랭킷 증착(CVD) 위에 포토레지스트의 패턴증착과 에칭, 또는 석영 위에 첨가된 석영의 패턴증착(CVD)과 패턴 에치백 중 어느 하나를 사용하여 제조될 수 있다. 어느 하나의 절차를 사용하여, 가열기 요소채널 또는 가스 주입로 등을 제조할 수 있다. 그러한 구성요소를 제조하는 에치와 증착을 사용하는 이점은 미세성질 (micro-feature)(즉, 채널), 요소 및 매우 얇은 구성성분(즉, 가열기 플레이트)을 발생시킬 수 있다는 것이다. 그렇게 할 때, 웨이퍼의 열적관성에 가까운 열적 관성을 가지는 가열기 플레이트를 제조할 수 있다. 도 16B, 16C, 16D는 그러한 제조기술의 그림설명을 제공한다. 도 16B는 얇은 석영플레이트 최상단에 설치된 가열기 요소를 제조하는 2가지 대체 방법을 나타낸다. 도 16C는 접합면에서 석영 및 첨가된 석영 내의 채널과 대응하는 플레이트 대응부를 제조하는 하나의 방법을 나타낸다. 마지막으로, 도 16D는 2개의 조각을 고상접착(diffusion bond)하는 마지막 단계를 나타낸다. 양자택일적으로, 상기 특징은 재료의 에칭과 증착으로부터 둥근 표면을 가질 수도 있다. 요약하면, 그러한 기술을 사용하여 밀리미터 이하(또는 더 작은) 특징이 가능하게 된다.
열전달
도 13은 플라즈마 처리장치의 처리환경 내에서 기본적인 열전달 경로를 나타낸다. 이 경우에, 상기 장치는 기판 또는 웨이퍼로부터 포토레지스트를 벗겨내는 데 사용되는 유도결합된 플라즈마 챔버이다. 처리챔버로의 가스흐름과 나가는 가스흐름이 있다. 상기 챔버는 나선코일과 정전기적 쉴드(electrostatic shield)로 둘러싸여 있다. 플라즈마는 챔버로의 유도결합 RF파워에 의해 발생한다. 초점 링, 가열성분, 냉각성분 및 척 베이스를 나타내기 위하여 척을 과장된 비율로 예시하였다. 도시한 바와 같이, 웨이퍼는 척 최상단에 위치한다. 바닥에서부터 시작하여, 척 베이스는 전기적 라인을 가지는 가열 및 냉각성분, 냉각제 고리, 강제된 공기고리(가열요소에 대한) 등을 작용한다.
냉각성분은 척 베이스 위에 얹혀진다. 냉각제는 냉각성분으로 흐르고, 통과하며, 그 밖으로 흐른다. 냉각제는 냉각 플레이트를 냉각시키고, 이어서 냉각제가 흐르고 있을 때 그 위 구조를 냉각시킨다. 냉각제와 냉각 플레이트 사이의 열전달은 강제된 대류(전도-대류적 열전달)를 통하여 발생한다. 냉각제를 경유하여 척으로부터 대류되어 나온 열은 열교환기에서 냉수공급원과 교환된다. 냉각성분과 척 베이스 사이에는 절연체(나머지 척 구조보다 상당히 작은 열전도도를 가지는, 즉 두 개의 척 구성요소 사이의 열흐름이 열전도도가 낮은 물질인 외부링에 제한되는 밀봉된 저압가스환경이나 절연물질)와 중복 IR반사물질(redundant IR reflecting material)이 있다. 절연체는 척 베이스로부터 냉각성분으로의 전도를 통한 열흐름을 최소화한다(시스템이 냉각모드인 경우에는 중요하다). 다음으로, 상기 IR 반사물질은 임의의 열복사를 척 베이스로 반사한다.
가열성분은 냉각성분 위에 위치된다. 또한, 절연체와 IR반사물질이 상기 성분들 사이에 위치된다. 절연체는 2가지 목적으로 작용한다: (1) 가열성분과 냉각성부 사이의 경계면을 가로질러 큰 ΔT를 생성한다는 것(채널표면에서 냉각제 끓임 없이도 효과적인 냉각을 제공)과, (2) 가열성분의 열적 반응을 개선, 즉 냉각제가 흐르고 있지 않는 때에도 이 경우에는 큰 히트싱크(heat sink)인 냉각플레이트에 많은 열을 빼앗기지 않기 때문에, 가열 플레이트의 열적 관성이 감소된다. 절연체가 냉각플레이트의 효율성을 방해할 것이라는 것이 역효과이다. 그러므로, 이 층에 대한 최적의 설계가 있다. 또한, 냉각 동안에 발열체 위로 강제된 공기는 냉각 반응을 개선할 것이다. 열은 전도를 통하여 가열성분과 냉각성분 사이에서 교환된다. 가열성분은 2개의 열전달 모드를 통하여 웨이퍼를 가열한다. 그것은 전도 열전달과 복사 열전달이다. 낮은 발열체 온도(예컨대, 300℃)에서는, 전도 열전달이 지배적이다. 이 온도 이상에서는, 복사 열전달이 중요한 역할을 한다. 특히, 칸탈 요소를 100℃로 급속히 가열함으로써, 열복사에 의해 웨이퍼를 급속히 가열하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이, 웨이퍼는 척의 상단에 위치된다. 척과 웨이퍼 사이의 전도는 두 표면 사이의 접촉에 의해 제한된다. 갭 사이의 열전달은 정전기적 파지요소의 사용과 가스를 웨이퍼의 배면측에 적용함에 의해 개선된다. 웨이퍼는 또한 플라즈마에 의해 가열된다. 표면에서의 이온의 충돌 동안에 에너지는 웨이퍼 표면에 전달된다. 또한, 웨이퍼는 그 자체와 챔버 벽과의 사이에 복사적으로 열교환할 수 있다.
변경 실시예
상술한 바와 같이, 가열/냉각 시스템의 열적 반응에 영향을 주는 절연층이 가열플레이트와 냉각플레이트 사이에 위치될 수 있다. 이러한 구성에 대한 대체방법의 하나는 가열플레이트와 냉각플레이트 사이에 변화가능한 열전도도를 가지는 시스템을 사용하는 것이다. 일반적으로, 준-일차원적 전도성 열흐름에 대하여, 성 분들 사이의 전도성 열흐름은 열전달 계수, 표면접촉면적 및 온도차의 기능, 즉 Q=hAΔT이다. 여기서, 열전달 계수 h는 두 표면사이의 접촉성질에 의존한다. 고압에서 열전달 계수는 가스 전도도에 직접 관련되고, 가스층의 두께에 역으로 관계되지만, 저압에서는 보다 더 복잡해진다. 명백히, 저압가스 층이 어디서든지 두 표면 사이에 위치하도록(즉, 두 표면사이에 어떠한 접촉점이 없도록) 두 표면을 단순히 분리함으로써, 두 표면사이의 열전도율을 상당히 감소시킬 수 있다. 그러므로, 일 실시예에서는 두 구성요소의 두 개의 대향면 사이의 열전달을 최적으로 제어하기 위하여 가변 간격을 채용한다. 즉 간격(심지어는 접촉점)을 줄임으로써 전도성 열전달을 증가시키거나 간격을 증가시킴으로써 전도성 열전달을 감소시킨다.
도 15는 가열플레이트가 냉각플레이트 위에 약간의 (가변)거리로 상승된 설계의 개략적인 예시도이다. 웨이퍼는 가열 플레이트의 최상단에 위치된다. 가열 플레이트는 냉각 플레이트로 연장되는 몇 개(예컨대, 3개)의 석영 로드(quartz rod)로 용융접합(fused)되며, 여기서 승강기구는 그 상승 및 하강 이동을 활성화한다. 상승로드(또는 석영로드)는 또한 전기 및/또는 유체 도관으로서 작용한다. 진공밀봉은 챔버 진공일체성을 유지하기 위하여 필요한 경우 채용된다. 또한, 냉각 플레이트는 승강기구를 넣어 둘 수 있도록 크다. 그러나, 가열기는 완전히 격리된 채로 있다. 냉각플레이트는 실제로 높은 열전도도의 알루미늄으로 제조되고, 특정처리를 수용하는 물질, 예컨대 석영으로 피복될 수도 있다. 냉각제는 소정의 특정온도에서 유지되기 위하여 냉각 플레이트를 통하여 계속하여 흐를 수 있다. 가열 공정 동안에, 가열기(및 웨이퍼)는 웨이퍼의 높은 열적 반응 가열을 위하여 상승될 수도 있다. 냉각 공정을 위하여, 가열기 요소로의 전력은 차단될 수도 있고, 그 동안에 가열기와 웨이퍼는 외부환경과의 복사교환에 의해 급속히 냉각될 수 있다. 300 내지 500℃의 온도에 도달하면, 가열기는 냉각플레이트를 향해 낮아지게 된다. 가열기가 접근함에 따라, 냉각 플레이트로의 전도성 열전달은 증가될 수 있고, 따라서 가열플레이트를 더욱 냉각시킬 수 있다. 이는 근접냉각(proximity cooling)으로서 언급된다. 결국, 가열기는 냉각플레이트로의 최대 전도성 열전달을 위하여 냉각플레이트 최상단에 위치될 수 있다. (발열체에 전원을 인가하는 것뿐만 아니라)가열기를 승강하는 절차는, 어떤 구성요소에도 열적으로 (고장으로 이끌 수도 있는)충격을 주지 않도록 가열 및 냉각 플레이트의 안전한 사용을 유지하면서 가열/냉각시스템의 열적 반응을 최대화하도록 설계된다. 그러한 한 층의 승강은 또한 이동되는 층의 바로 아래에 적어도 하나의 가스를 주입 및 제거함으로써 실행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 저항가열기 요소는, 알루미늄, 코발트, 크롬 및 철을 포함하여 구성되는 칸탈합금의 시이트로 형성되는 것이 바람직하다. 몰리브덴 합금으로 형성된 것을 포함하여 기타 칸탈합금이 또한 사용될 수도 있다. 텅스텐 합금, 백금 및 탄화규소를 포함하여 칸탈합금 이외의 물질이 저항가열기 요소를 형성하는 데 사용될 수도 있다. 몰리브덴을 사용하는 경우에는, 화학적 에칭이 바람직하다.
이 분야의 지식을 가진 자라면, 이제 반도체 웨이퍼 반응기에서 사용되기 위해 적용된 개량된 멀티존 저항가열기가 기재되었음을 이해할 것이다. 상술한 저항 가열기는 저항가열기 요소를 처리가스 분위기로부터 격리하도록 작용하여, 처리가스의 성질 및/또는 압력이나 상승된 온도에서 열화 등에 대한 걱정 없이 이상적인 저항가열기 재료를 선택할 수 있게 한다. 상기 저항가열기는 또한 가열되는 기판의 열질량의 단지 작은 배수인 열질량을 제공하여 기판이 신속하게 가열되고 냉각될 수 있게 한다. 반응기 벽으로부터 떨어진 구조로서 예시하였지만, 그러한 저항가열기는 반응기 벽 내에 최적으로 일체화될 수도 있다.
가열기 요소로서 어떤 물질(예를 들면, 칸탈)을 사용할 때에는, 채널을 통하여 공기를 강제하는 것이 또한 가능하다. 발열체를 둘러싸는 채널을 통한 공기의 통과의 추가적 특징은 발열체의 강제된 대류냉각이다. 예를 들면, 웨이퍼가 냉각될 때, 발열체로의 전력은 차단된다. 그 후, 발열체는 주위의 구조로 복사적으로, 전도적으로 냉각된다. 채널을 통한 공기의 통과는 발열체의 냉각을 향상시킬 수 있고, 가열기 플레이트에서 남은 열을 제거하는 시간을 줄일 수 있다.
처리진공환경으로부터 완전히 격리된 용적을 캡슐화(encapsulate)하도록 석영플레이트를 제조할 필요는 없다. 가열기 요소가 칸탈로부터 제조된다면, 대기 조건(산소 환경을 가진)에 있는 것이 바람직하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 석영을 고상접착할 때 양호한 밀봉이 얻어지지 않는다면, 몰리브덴 등의 기타 물질이 가열기 요소로서 사용될 수 있다. 그리하여, 상기 요소를 둘러싸는 환경은, 가열기요소를 둘러싸는 용적의 펌핑(pumping)을 분리함으로써, 불활성 대기 또는 심지어 진공 중의 어느 하나에 노출될 수도 있다. 상기 용적으로의 접근은 칸탈을 포함하는 경우에 채널을 통한 공기의 강제와 유사하다.
공정에 따라서는, 석영 척 대(對) 알루미나 척을 갖는 것이 바람직하다. 알루미나 플레이트는 그라인딩 및/또는 에칭 등을 통한 석영 플레이트의 제조와 유사한 방식으로 제조될 수 있다. 상기 플레이트는, 석영을 용융접합하는 것에 유사한 방식으로 알루미나 프릿(alumina frit)을 사용하여 함께 용융접합될 수 있다. 알루미나는 유사한 전달 특성을 갖는다.
또 다른 실시예에 있어서는, 도관(도면에서 웨이퍼 홀더의 중심을 통하여 올라가도록 도시함)은 적층된 임의의 부분의 층 사이의 도관으로 대체된다. 도관은, 도관이 각 층의 측면 에지에 도달하도록 심지어는 웨이퍼 홀더의 외부 에치 상에 형성될 수도 있다. 또한, 내부 및 외부 존에 대한 연결을 물리적으로 분리하기 위하여, 에지 연결과 센터 연결과의 혼합 설계가 사용될 수 있다.
본 발명을 그 바람직한 실시예를 참조하여 기술하였지만, 그 설명은 단지 예시적인 목적인 것이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 첨부된 특허청구범위에 규정한 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 이 분야의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경 및 변형이 만들어 질 수 있다.

Claims (46)

  1. 처리반응기 내의 처리가스에서 기판을 가열하는 가열기로서,
    외부면과 상기 외부면에 대향하는 내부면을 가지는 제 1 석영플레이트와,
    내부면을 가지는 제 2 석영 플레이트로서, 상기 제 2 석영 플레이트의 내부면에 실질적으로 인접한 상기 제 1 석영플레이트의 내부면을 가지는 상기 제 1 석영플레이트에 인접하여 일반적으로 평행하게 위치되는 제 2 석영플레이트와,
    제 1 가열기 요소와,
    상기 제 1 가열기 요소를 그 안에 수용하는 상기 제 1 가열기 요소의 구성과 동등한 구성의 상기 제 1 및 제 2 석영 플레이트의 내부면의 하나 이상에 형성된 제 1 채널과,
    (a) 상기 제 1 및 제 2 석영 플레이트 사이와, (b) 제 1 채널 주위에 기밀챔버를 형성하기 위하여, 상기 제 1 및 제 2 석영플레이트를 그 사이에 고정된 상기 제 1 가열기 요소와 함께 밀봉하는 제 1 시일과,
    상기 가열기의 외부에 존재하는 처리가스의 성분 및 압력에 관계없이 상기 제 1 채널로의 소정의 성분과 압력의 가스를 출입시키는 제 1 보호 가스덕트를 포함하여 구성되는 가열기.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 석영플레이트에 출입된 가스는 산소인 것을 특징으로 하는 가열기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 석영플레이트는 제 1 리프트 핀구멍을 더욱 구비하며,
    상기 제 2 석영플레이트는 제 1 석영플레이트의 상기 제 1 리프트 핀구멍에 상응하는 위치에 제 2 리프트 핀 구멍을 더욱 구비하며,
    상기 가열기는,
    제 1 및 제 2 리프트 핀구멍을 통과하는 리프트 핀과,
    상기 제 1 및 제 2 석영플레이트 사이에 출입된 가스가 제 1 및 제 2 리프트 핀구멍을 빠져나가지 않도록 상기 제 1 및 제 2 리프트 핀구멍을 상호 밀봉하는 제 2 시일을 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가열기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 가열기 요소는 칸탈합금을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가열기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 칸탈합금은 알루미늄, 코발트, 크롬 및 철을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가열기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 가열기 요소는 텅스텐 합금을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가열기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 가열기 요소는 몰리브덴, 백금, 및 탄화규소로 구성되는 군으로부터 선택된 재료를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가열기.
  8. 제 1 항에 있어서, 제 1 가열기 요소의 과열을 피하기 위하여 제 1 채널 내로 주입된 냉각가스를 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가열기.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 가열기 요소는 화학적으로 에치된 칸탈합금 및 화학적으로 에치된 몰리브덴으로 구성된 군으로부터 선택된 재료를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가열기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 가열기 요소를 전력원에 결합하기 위하여 상기 제 1 보호 가스덕트를 통하여 연장된 전기도체를 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가열기.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 석영플레이트의 하나의 내부면은 그 테두리로부터 연장된 종속플랜지를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 석영플레이트의 다른 하나의 내부면은 그 테두리를 따라 형성된 홈을 가지며, 상기 홈은 그 사이의 기밀 밀봉의 형성에 도움이 되도록 상기 종속플랜지를 걸어맞춤하는 것을 특징으로 하는 가열기.
  12. 제 1 항에 있어서, 제 3 석영플레이트와,
    상기 가열기에 상기 제 3 석영플레이트를 밀봉하는 제 2 시일과,
    상기 제 3 석영플레이트와 가열기 사이에서 웨이퍼를 가열기에 조임고정하기 위한 두 개 이상의 전극을 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가열기.
  13. 제 1 항에 있어서, 제 1 전도가스를 제 1 압력에서 전달하는 제 1 전도가스 덕트와,
    가열기에 위치한 기판으로의 전도를 증가시키기 위하여, 제 1 전도가스 덕트로부터의 제 1 전도가스를 수용하는 제 1 전도가스 구멍과 제 1 전도가스를 통과시키는 제 1 영역에서의 일련의 제 1 전도가스구멍을 포함하는 제 3 석영플레이트와,
    제 1 전도가스가 제 1 보호가스 덕트로 흘러 들어가지 않도록 제 3 석영플레이트를 가열기에 밀봉하는 제 2 시일을 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가열기.
  14. 제 13 항에 있어서, 제 2 압력의 제 2 전도가스를 전도하는 제 2 전도가스 덕트와,
    제 2 전도가스 덕트로부터의 제 2 전도가스를 수용하는 제 2 전도가스 구멍과 기판으로 제 2 전도가스를 통과시키는 제 2 영역에서의 일련의 제 2 전도가스구멍을 포함하는 제 4 석영플레이트와,
    제 1 및 제 2 전도가스의 제 1 및 제 2 압력이 독립적으로 되게 하도록 제 3 및 제 4 석영플레이트를 함께 동심으로 밀봉하는 제 3 시일을 더욱 포함하여 구성되며,
    상기 제 1 및 제 2 영역은 실질적으로 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 가열기.
  15. 제 1 항에 있어서, 제 1 석영플레이트는 제 1 영역에서 일련의 제 1 전도가스구멍을 더욱 구비하며,
    제 2 석영플레이트는 제 1 영역에서 일련의 제 2 전도가스구멍을 더욱 구비하며,
    상기 가열기는, 제 1 전도가스가 일련의 제 1 전도가스 채널을 통과하도록 일련의 제 1 전도가스 채널을 형성하기 위하여 일련의 제 2 전도가스구멍의 상응하는 구멍에 일련의 제 1 전도가스구멍을 밀봉하는 제 2 시일을 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가열기.
  16. 제 15 항에 있어서, 제 1 석영플레이트는 제 2 영역에서 일련의 제 3 전도가스구멍을 더욱 구비하며,
    제 2 석영플레이트는 제 2 영역에서 일련의 제 4 전도가스 구멍을 더욱 구비하며,
    상기 가열기는, 제 2 전도가스가 제 1 보호 가스덕트 및 일련의 제 1 전도가 스채널의 어느 하나로 통과함이 없이, 제 2 전도가스가 일련의 제 2 전도가스 채널을 통과하도록 일련의 제 2 전도가스 채널을 형성하기 위하여 일련의 제 4 전도가스구멍의 상응하는 구멍에 일련의 제 3 전도가스구멍을 밀봉하는 제 3 시일을 더욱 포함하여 구성되며, 상기 제 1 및 제 2 영역은 실질적으로 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 가열기.
  17. 제 13 항에 있어서, 제 2 압력에서 제 2 전도가스를 전달하는 제 2 전도가스덕트를 더욱 포함하여 구성되며,
    상기 제 3 석영플레이트는, 기판으로의 전도를 증가시키기 위하여, 제 2 전도가스 구멍과 제 2 전도가스를 통과시키는 제 2 영역에서의 일련의 제 2 전도가스구멍으로부터의 제 2 전도가스를 수용하는 제 2 전도가스 덕트구멍을 더욱 포함하여 구성되며, 상기 제 1 및 제 2 영역은 실질적으로 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 가열기.
  18. 제 1 항에 있어서, 제 1 압력에서 제 1 냉각된 냉각제를 전달하는 제 1 냉각제 진입덕트와,
    제 1 냉각제가 가열기 내의 열을 흡수한 후에, 제 1 냉각제를 전달하는 제 1 냉각제 출구덕트와,
    제 1 냉각제 진입덕트에 연결된 제 1 진입구멍과, 제 1 냉각제 출구덕트에 연결된 제 1 출구구멍을 포함하는 제 3 석영플레이트와,
    제 1 냉각제가 제 1 보호가스덕트로 흘러 들어가지 않도록 제 3 석영플레이트를 가열기에 밀봉하는 제 2 시일을 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가열기.
  19. 제 18 항에 있어서, 제 2 압력에서 제 2 냉각된 냉각제를 전달하는 제 2 냉각제 진입덕트와,
    제 2 냉각제가 가열기 내의 열을 흡수한 후에, 제 2 냉각제를 전달하는 제 2 냉각제 출구덕트와,
    제 2 냉각제 진입덕트에 연결된 제 2 진입구멍과, 제 2 냉각제 출구덕트에 연결된 제 2 출구구멍을 포함하는 제 4 석영플레이트와,
    제 2 냉각제가 제 1 보호가스덕트로 흘러 들어가지 않도록 제 4 석영플레이트를 가열기에 밀봉하는 제 3 시일을 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가열기.
  20. 처리반응기 내의 처리가스에서 기판을 가열하는 멀티존 가열기로서,
    처리가스에 노출된 외부면을 가지며, 상기 외부면에 대향하는 내부면을 또한 가지는 제 1 석영플레이트와,
    내부면을 가지는 제 2 석영 플레이트로서, 상기 제 2 석영 플레이트의 내부면에 실질적으로 인접한 상기 제 1 석영플레이트의 내부면을 가지는 상기 제 1 석영플레이트에 인접하여 일반적으로 평행하게 위치되는 제 2 석영플레이트와,
    제 1 존 내의 제 1 가열기 요소와,
    상기 제 1 가열기 요소를 그 안에 수용하는 상기 제 1 가열기 요소의 구성과 동등한 구성의 상기 제 1 및 제 2 석영 플레이트의 내부면의 하나 이상에 형성된 제 1 채널과,
    상기 제 1 및 제 2 석영플레이트 사이에 기밀챔버를 형성하기 위하여, 상기 제 1 및 제 2 석영플레이트를 그 사이에 고정된 상기 제 1 가열기 요소와 함께 밀봉하는 제 1 시일과,
    상기 가열기의 외부에 존재하는 처리가스의 성분 및 압력에 관계없이 상기 제 1 채널로 제 1 소정의 성분과 압력의 가스를 출입시키는 제 1 보호 가스덕트와,
    제 2 존 내의 제 2 가열기 요소와,
    상기 제 2 가열기 요소를 그 안에 수용하는 상기 제 2 가열기 요소의 구성과 동등한 구성의 상기 제 1 및 제 2 석영 플레이트의 내부면의 하나 이상에 형성된 제 2 채널과,
    상기 제 1 및 제 2 석영플레이트를 함께 밀봉하여 그 사이에 고정된 상기 제 2 가열기 요소를 제 1 가열기 요소로부터 분리하며, 상기 제 2 채널 주위에 기밀 밀봉을 제공하는 제 2 시일과,
    상기 가열기의 외부에 존재하는 처리가스의 성분 및 압력에 관계없이 상기 제 2 채널로 제 2 소정의 성분과 압력의 가스를 출입시키는 제 2 보호 가스덕트를 포함하여 구성되는 멀티존 가열기.
  21. 제 20 항에 있어서, 제 2 덕트로 출입된 가스는 산소인 것을 특징으로 하는 멀티존 가열기.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 제 2 가열기 요소는 칸탈합금을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티존 가열기.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 칸탈합금은 알루미늄, 코발트, 크롬, 및 철을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티존 가열기.
  24. 제 20 항에 있어서, 상기 제 2 가열기 요소는 백금, 탄화규소 및 텅스텐 합금으로 구성된 군으로부터 선택된 재료를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티존 가열기.
  25. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 석영플레이트의 하나 이상의 면은 평활도를 향상시키는 광택 플레이트인 것을 특징으로 하는 가열기.
  26. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 석영플레이트의 하나 이상은 증착과 에칭을 사용하여 형성된 것을 특징으로 하는 가열기.
  27. 제 20 항에 있어서, 상기 제 2 가열기 요소는 화학적으로 에치된 칸탈합금을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티존 가열기.
  28. 제 20 항에 있어서, 상기 제 2 가열기 요소를 전력원에 결합하기 위하여 상기 제 2 보호 가스덕트를 통하여 연장된 전기도체를 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티존 가열기.
  29. 제 20 항에 있어서, 제 3 석영플레이트와,
    제 3 석영플레이트를 가열기에 밀봉하는 제 3 시일과,
    제 3 석영플레이트와 가열기 사이에서 가열기에 웨이퍼를 조임고정하는 두 개 이상의 전극을 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티존 가열기.
  30. 제 12 항에 있어서, 두 개 이상의 전극 중 두 개의 전극 사이의 전기용량을 측정하는 전기용량 측정장치를 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가열기.
  31. 제 29 항에 있어서, 두 개 이상의 전극 중 두 개의 전극 사이의 전기용량을 측정하는 전기용량 측정장치를 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티존 가열기.
  32. 제 12 항에 있어서, 두 개 이상의 전극 중 인접한 두 개의 전극 사이의 전기 용량을 측정하는 전기용량 측정장치를 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가열기.
  33. 제 29 항에 있어서, 두 개 이상의 전극 중 인접한 두 개의 전극 사이의 전기용량을 측정하는 전기용량 측정장치를 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티존 가열기.
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 처리반응기 내의 처리가스에서 기판을 가열하는 가열기로서,
    외부면과 상기 외부면에 대향하는 내부면을 가지는 제 1 알루미나플레이트와,
    내부면을 가지는 제 2 알루미나 플레이트로서, 상기 제 2 알루미나 플레이트의 내부면에 실질적으로 인접한 상기 제 1 알루미나플레이트의 내부면을 가지는 상기 제 1 알루미나플레이트에 인접하여 일반적으로 평행하게 위치되는 제 2 알루미나플레이트와,
    제 1 가열기 요소와,
    상기 제 1 가열기 요소를 그 안에 수용하는 상기 제 1 가열기 요소의 구성과 동등한 구성의 상기 제 1 및 제 2 알루미나 플레이트의 내부면의 하나 이상에 형성된 제 1 채널과,
    (a) 상기 제 1 및 제 2 알루미나 플레이트 사이와, (b) 제 1 채널 주위에 기밀챔버를 형성하기 위하여, 상기 제 1 및 제 2 알루미나 플레이트를 그 사이에 고정된 상기 제 1 가열기 요소와 함께 밀봉하는 제 1 시일과,
    상기 가열기의 외부에 존재하는 처리가스의 성분 및 압력에 관계없이 상기 제 1 채널로의 소정의 성분과 압력의 가스를 출입시키는 제 1 보호 가스덕트를 포함하여 구성되는 가열기.
  37. 처리반응기 내의 처리가스에서 기판을 가열하는 가열기로서,
    외부면과 상기 외부면에 대향하는 내부면을 가지는 제 1 석영플레이트와,
    상부면과 하부면을 가지는 특정 석영 스페이서로서, 상기 스페이서는 상기 제 1 석영플레이트의 내부면에 근접하여 일반적으로 평행하게 배치되며, 상기 스페이서는 제 1 석영플레이트에 용융접합될 때 채널을 형성하는 개구를 함유하는 스페이서와,
    상부면과 하부면을 가지는 제 2 석영 플레이트로서, 상기 스페이서의 하부면에 근접하여 일반적으로 평행하게 배치되는 제 2 석영플레이트와,
    상기 채널의 형상과 동등한 형상의 제 1 가열기 요소와,
    제 1 채널 주위에 기밀챔버를 형성하기 위하여, 상기 제 1 석영플레이트, 상기 스페이서 및 상기 제 2 석영플레이트를 그 사이에 고정된 상기 제 1 가열기요소와 함께 밀봉하는 제 1 시일을 포함하여 구성되는 가열기.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 스페이서의 개구는 레이저 커팅으로 형성된 것을 특징으로 하는 가열기.
  39. 제 37 항에 있어서, 상기 스페이서의 개구는 워터제트로써 커팅함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 가열기.
  40. 제 37 항에 있어서, 상기 스페이서의 개구는 그라인딩에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 가열기.
  41. 처리반응기 내의 처리가스에서 기판을 가열하는 가열기로서,
    외부면과 상기 외부면에 대향하는 내부면을 가지는 제 1 석영플레이트와,
    내부면을 가지는 제 2 석영 플레이트로서, 상기 제 2 석영 플레이트의 내부면에 실질적으로 인접한 상기 제 1 석영플레이트의 내부면을 가지는 상기 제 1 석영플레이트에 인접하여 일반적으로 평행하게 위치되는 제 2 석영플레이트와,
    제 1 가열기 요소와,
    상기 제 1 가열기 요소를 그 안에 수용하기 위하여, 상기 제 1 및 제 2 석영 플레이트의 내부면의 하나 이상에 형성된 제 1 채널로서, 상기 제 1 채널은 제 1 가열기요소와 유사한 형상이지만 그 보다 실질적으로 큰 제 1 채널과,
    (a) 상기 제 1 및 제 2 석영 플레이트 사이와, (b) 제 1 채널 주위에 기밀챔버를 형성하기 위하여, 상기 제 1 및 제 2 석영플레이트를 그 사이에 고정된 상기 제 1 가열기 요소와 함께 밀봉하는 제 1 시일을 포함하여 구성되는 가열기.
  42. 입구 및 출구를 형성하기 위하여 석영플레이트를 에칭하는 단계와,
    입구를 출구에 연결하는 채널을 형성하기 위하여 석영플레이트를 에칭하는 단계와,
    채널, 입구 및 출구에 금속을 침전하는 단계와,
    금속을 둘러싸기 위하여 플레이트를 채널의 상단에 밀봉하는 단계를 포함하여 구성되는 기판 홀더의 제조방법.
  43. 입구 및 출구를 형성하기 위하여 석영플레이트를 에칭하는 단계와,
    입구를 출구에 연결하는 채널을 형성하기 위하여 석영플레이트를 에칭하는 단계와,
    채널, 입구 및 출구에 금속을 침전하는 단계와,
    금속을 둘러싸기 위하여 채널 위에 석영을 침전하는 단계를 포함하여 구성되는 기판 홀더의 제조방법.
  44. 피처리 기판상에 제 1 작동을 용이하게 하는 제 1 처리층과,
    피처리 기판상에 제 2 작동을 용이하게 하는 제 2 처리층과,
    제 1 및 제 2 작동 중 하나 이상의 작동 중에 제 1 및 제 2 처리층을 분리시키는 승강장치를 포함하여 구성되는 다층 기판홀더.
  45. 제 44 항에 있어서, 제 1 처리층은 가열요소를 포함하여 구성되며, 제 2 처리층은 냉각요소를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다층 기판홀더.
  46. 제 44 항에 있어서, 승강장치는 기계적 승강장치인 것을 특징으로 하는 다층 기판홀더.
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