KR101045730B1 - 기판의 온도를 제어하기 위한 장치 - Google Patents

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존 홀랜드
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

처리 동안 기판의 온도를 제어하기 위한 페디스털 어셈블리가 제공된다. 일 실시예에서, 상기 페디스털 어셈블리는 금속 베이스에 결합된 정전 척을 포함한다. 상기 정전 척은 적어도 하나의 척킹 전극을 포함하고 금속 베이스는 정전 척의 온도를 조정하기 위하여 내부에 배치된 적어도 유체 도관 루프를 포함한다. 상기 루프의 라우팅은 상기 척을 관통하여 형성된 공간을 보상하도록 배치된다.

Description

기판의 온도를 제어하기 위한 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING TEMPERATURE OF A SUBSTRATE}
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 페디스털을 포함하는 예시적인 반도체 기판 처리 장치의 개념도이다.
도 1b-1c는 기판 페디스털의 물질층에서 상이한 위치들에 형성된 갭들을 갖는 기판 페디스털의 실시예들의 부분 횡단면도들이다.
도 2는 도 1a의 라인 2-2를 따라 절개한 기판 페디스털의 개념적 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예의 개념적 부분 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 개념적 부분 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 개념적 부분 횡단면도이다.
도 6은 기판 페디스털 상에 배치된 기판의 온도를 제어하기 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 7은 페디스털 어셈블리의 베이스의 다른 실시예의 수직 단면도이다.
도 8은 도 7의 베이스의 저면도이다.
도 9는 도 7의 베이스의 부분 단면도이다.
도 10a-h는 그 내부에 형성된 도관을 경로지정하기 위한 상이한 구성들을 갖 는 베이스의 저면도들이다.
도 11은 페디스털 어셈블리의 베이스의 다른 실시예의 저면도이다.
도 12는 도 11의 베이스의 부분 단면도들이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100: 에칭 반응기 110: 처리 챔버
114: 베이스 116: 기판 페디스털 어셈블리
120: 실링 126: 지지 부재
160: 도관들 166, 168: 삽입물
188: 정전 척 158, 184: 히터
본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 기판 처리 시스템들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반도체 기판 처리 시스템에서 기판의 온도를 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
집적회로들의 제조시에, 다양한 처리 파라미터들의 정확한 제어는 기판에서 기판으로 재현가능한 결과물들 뿐만 아니라 기판내의 일정한 결과물들을 달성하는데 요구된다. 처리 동안, 온도 변화들 및 온도 기울기들은 물질 증작, 에칭율, 스텝 커버리지, 피쳐 테이퍼 각도들, 및 반도체 소자들의 다른 파라미터들에 유해할 수 있다. 이와 같이, 기판에 대한 미리 결정된 패턴의 온도 분포 생성은 높은 수 율을 달성하기 위한 임계적 요구조건들 중 하나이다.
몇몇 처리 애플리케이션들에서, 기판은 처리 동안 정전 척에 의해 기판 페디스털에 유지된다. 정전 척은 클램프들, 접착제 또는 패스너들에 의해 패디스털의 베이스에 결합된다. 상기 척은 처리 동안 기판 온도를 제어하기 위한 후면 열 전달 가스의 소스에 유동적으로 결합될 뿐만 아니라 내장된 전기 히터가 제공될 수 있다. 그러나, 종래의 기판 페디스털들은 기판의 직경에 대해 기판 온도 분포를 제어하기 위한 충분한 수단을 갖지 않는다. 기판 온도 균일성을 제어할 수 없으면 단일 기판내에서와 기판들 사이의 처리 균일성, 소자 수율 및 처리 기판들의 전체 품질에 악영향을 미친다.
따라서, 반도체 기판 처리 장치에서 기판을 처리하는 동안 기판의 온도를 제어하기 위한 개선된 방법 및 장치가 종래기술에서 요구된다.
본 발명은 일반적으로 반도체 기판 처리 장치에서 기판을 처리하는 동안 기판의 온도를 제어하기 위한 방법 및 장치이다. 상기 방법 및 장치는 기판의 직경에 대해 온도 제어를 향상시키고, 공작물의 온도 프로파일 제어가 요구될 수 있는 다른 애플리케이션들 중에서 에칭, 증착, 주입, 및 열 처리 시스템들에 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 정전 척의 바닥면에 결합된 금속 베이스를 포함하는 기판 페디스털 어셈블리가 제공된다. 개구가 베이스를 관통하여 연장한다. 유체 도관이 상기 베이스 또는 정전 척 중 적어도 하나에 배치되며, 상기 유체 도관은 상기 개구의 둘레를 감싸는 세그먼트를 포함한다.
다른 실시예에서, 기판 지지면과 바닥면 사이에 배치된 적어도 하나의 척을 갖는 정전 척, 상기 정전 척의 바닥면(bottom surface)에 결합된 최상부면(top surface)을 갖는 금속 베이스 - 상기 정전 척 또는 상기 베이스 중 적어도 하나는 그 내부에 형성된 공간을 가짐 -을 포함하는 기판 페디스털 어셈블리가 제공된다. 유체 도관이 상기 베이스 내에 배치되고 상기 최상부면에 실질적으로 평행하게 배치된다. 상기 유체 도관은 상기 베이스의 중심 주위에 배향된 메이저 만곡과 상기 개구 주위에 배향된 마이너 만곡을 가진다.
본 발명의 다른 실시예에서, 금속 베이스에 결합된 정전 척을 포함하는 기판 페디스털 어셈블리가 제공된다. 정전 척은 적어도 하나의 척킹(chucking) 전극을 포함하고 금속 베이스는 그 내부에 배치된 유동적으로 절연된 적어도 2개의 도관 루프들을 포함한다.
다른 실시예에서, 페디스털 어셈블리는 물질층에 의해 베이스에 결합된 지지 부재를 포함한다. 상기 물질층은 상이한 열 전도율 계수들을 갖는 적어도 2개의 영역들을 갖는다. 다른 실시예에서, 상기 기판 페디스털 어셈블리는 정전 척을 포함한다. 추가적인 실시예들에서, 페디스털 어셈블리는 지지 부재와 베이스 사이의 열 전달을 추가적으로 제어하도록 물질층에 인접한 냉각 가스를 제공하기 위해 베이스와 지지 부재 사이에 형성된 채널들을 가짐으로써, 지지 부재 상에 배치된 기판의 온도 프로파일을 제어할 수 있다.
상기 페디스털 어셈블리는 물질층을 이용하여 베이스에 결합된 지지 부재를 포함한다. 상기 물질층은 상이한 열 전도율 계수들을 갖는 적어도 2개의 영역들을 갖는다. 다른 실시예에서, 상기 지지 부재는 정전 척이다. 추가적인 실시예들에서, 페디스털 어셈블리는 상기 지지 부재와 베이스 사이의 열 전달을 추가로 제어하도록 상기 물질층에 인접한 냉각 가스를 제공하기 위해 베이스와 지지 부재 사이에 형성된 채널들을 가짐으로써, 상기 지지 부재 상에 배치된 기판의 온도 프로파일 제어를 용이하게 할 수 있다.
상기 인용된 본 발명의 특징들을 상세히 이해할 수 있도록 하는 방식으로, 첨부된 도면들에 도시된 몇몇 실시예들을 참조로 상기에서 간단히 요약된 본 발명이 보다 상세히 기술된다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시한 것이므로 그 범주를 제한해서는 안되며 본 발명에 대한 다른 동일한 효과적인 실시예들이 허용될 수 있음을 주의해야 한다.
이해를 돕기 위해 가능한 도면들에 공통인 동일한 엘리먼트들을 지칭하도록 동일한 참조부호들이 사용된다. 또한 일 실시예의 엘리먼트들과 특징들은 추가적인 설명 없이 다른 실시예들 상에 포함될 수 있다.
본 발명은 일반적으로 처리 동안 기판의 온도를 제어하기 위한 방법 및 장치이다. 본 발명이 캘리포니아 산타 클레라의 어플라이드 머티어리얼스사에서 이용가능한 CENTURA® 집적 반도체 웨이퍼 처리 시스템의 처리 반응기(또는 모듈)와 같은 반도체 기판 처리 장치에 도시적으로 기술되지만, 본 발명은 에칭, 증착, 주입 및 열 처리, 또는 기판 또는 다른 공작물의 온도 프로파일의 제어가 요구될 수 있는 다른 애플리케이션을 포함하는 다른 처리 시스템들에 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명을 실시하는데 예시적으로 사용될 수 있는 기판 페디스털 어셈블리(116)의 일 실시예를 갖는 예시적인 에칭 반응기(100)의 개념도를 도시한다. 본 발명에 도시된 에칭 반응기(100)의 특정 실시예는 예시적인 목적들을 위해 제공되며 본 발명의 범주를 제한하는데 사용되어서는 안된다.
에칭 반응기(100)는 일반적으로 처리 챔버(110), 가스 패널(138) 및 컨트롤러(140)를 포함한다. 처리 챔버(110)는 처리 부피를 둘러싸는 전도성 몸체(벽)(130) 및 실링(120)을 포함한다. 처리 가스들은 가스 패널(138)로부터 챔버(110)의 처리 부피에 제공된다.
컨트롤러(140)는 중앙 처리 유닛(CPU)(144), 메모리(142), 및 지원 회로들(146)을 포함한다. 컨트롤러(140)는 에칭 반응기(100)에 결합되어 그 컴포넌트들, 챔버(110)에서 수행되는 처리들을 제어하고, 집적 회로 설비의 데이터베이스들과 선택적인 데이터 교환을 용이하게 할 수 있다.
도시된 실시예에서, 실링(120)은 실질적으로 평탄한 유전체 부재이다. 처리 챔버(110)의 다른 실시예들은 예를 들어, 돔 형상의 실링과 같은 다른 형태들의 실링들을 가질 수 있다. 실링(120) 상부에는 하나 이상의 유도성 코일 엘리먼트들(2개의 동축 코일 엘리먼트들(112A, 112B)이 예시적으로 도시됨)을 포함하는 안테나(112)가 배치된다. 안테나(112)는 제 1 매칭(matching: 정합) 네트워크(170)를 통해 무선 주파수(RF) 플라즈마 전원(118)에 결합된다.
일 실시예에서, 기판 페디스털 어셈블리(116)는 지지 부재(126), 열전도성 층(134), 베이스(114), 칼라(collar) 링(152), 접합 링(154), 스페이서(178), 접지 슬리브(164), 및 장착 어셈블리(162)를 포함한다. 장착 어셈블리(162)는 베이스(114)를 처리 챔버(110)에 결합시킨다. 베이스(114)는 일반적으로 알루미늄 또는 다른 금속 물질로 형성된다. 다른 도시된 실시예에서, 베이스(114)는 적어도 하나의 선택적 내장 히터(158)(하나의 히터(158)가 예시적으로 도시됨), 적어도 하나의 선택적 내장 삽입물(insert)(168)(하나의 환형 삽입물(168)이 예시적으로 도시됨), 및 가열 또는 냉각수의 소스(182)에 유동적으로 결합된 다수의 선택적 도관들(160)을 더 포함한다. 이러한 실시예에서, 베이스(114)는 선택적 스페이서(178)를 이용하여 추가로 접지 슬리브(164)로부터 열적으로 분리된다.
도관들(160) 및 히터(158)는 베이스(114)의 온도를 제어하는데 사용될 수 있기 때문에, 지지 부재(126)를 가열 또는 냉각시킴으로써, 처리 동안 지지 부재(126) 상에 배치된 기판(150)의 온도를 부분적으로 제어할 수 있다.
삽입물(168)은 베이스(114)의 인접 영역들의 물질과 상이한 열 전도율 계수를 갖는 물질로 형성된다. 전형적으로, 삽입물들(168)은 베이스(114) 보다 더 작은 열 전도율 계수를 갖는다. 다른 실시예에서, 삽입물들(168)은 비등방성(즉, 방향 의존적인 열 전도율 계수)을 가진 물질로 형성될 수 있다. 삽입물(168)은 열 전달 경로에서 삽입물(168)을 갖지 않는 베이스(114)의 인접 부분들을 통한 열 전달율에 대하여 베이스(114)를 통한 지지 부재(126)와 도관들(160) 사이의 열 전달율을 국부적으로 변화시키는 기능을 한다. 따라서, 삽입물들의 개수, 형상, 크기, 위치 및 열 전달 계수를 제어함으로써, 지지 부재(126) 및 그 상부에 안착된 기판(150)의 온도 프로파일이 제어될 수 있다. 삽입물(168)은 환형 링으로서 형상화 되어 도 1에 도시되지만, 삽입물(168)의 형상은 임의의 형태들일 수 있다.
열전도성 층(134)은 베이스(114)의 척 지지 표면(180)상에 배치되어 지지 부재(126)와 베이스(114) 사이의 열적 커플링(즉, 열 교환)을 용이하게 한다. 하나의 예시적인 실시예에서, 열전도성 층(134)은 지지 부재(126)를 부재 지지 표면(180)에 기계적으로 결합시키는 접착층이다. 선택적으로(미도시), 기판 페디스털 어셈블리(116)는 지지 부재(126)를 베이스(114)에 결합시키기 위해 제공되는 하드웨어(예, 클램프, 스크류들 등)를 포함할 수 있다. 지지 부재(126) 및 베이스(114)의 온도는 열전쌍들 등과 같이 온도 모니터(174)에 결합되는 다수의 센서들(미도시)를 이용하여 모니터링된다.
지지 부재(126)는 베이스(114)상에 배치되고 링들(152, 154)에 의해 둘러싸인다. 지지 부재(126)는 알루미늄, 세라믹 또는 처리 동안 기판(150)을 지지하는데 적합한 다른 물질들로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 지지 부재(126)는 세라믹이다. 기판(150)은 중력에 의해 지지 부재(126)상에 놓일 수 있거나, 선택적으로 진공, 정전력, 기계적 클램프들 등에 의해 지지 부재(126)에 고정될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 지지 부재(126)는 정전척(188)이다.
정전 척(188)은 일반적으로 세라믹 또는 유사한 유전체 물질로 형성되고 전력 공급기(128)를 이용하여 제어되는 적어도 하나의 클램핑 전극(186)를 포함한다. 추가적인 실시예에서, 정전 척(188)은 제 2 매칭(정합) 네트워크(124)를 통해 기판 바이어스의 전원(122)에 결합되는 적어도 하나의 RF 전극(미도시)을 포함할 수 있으며, 전력 공급기(132)를 이용하여 제어되는 적어도 하나의 내장 히터(184)를 포 함할 수도 있다.
정전 척(188)은 척의 기판 지지 표면(176)에 형성되어 열 전달(또는 후면) 가스의 소스(148)에 유동적으로 결합되는 그루브들과 같은 다수의 가스 통로들(미도시)을 더 포함할 수 있다. 동작시, 후면 가스(예, 헬륨(He))는 정전 척(188)과 기판(150) 사이의 열 전달을 향상시키기 위해 제어되는 압력에서 상기 가스 통로들로 제공된다. 통상적으로, 상기 정전 척의 적어도 기판 지지 표면(176)에는 기판들의 처리 동안 사용되는 화학제들과 온도들에 내성(resistant)인 코팅이 제공된다.
일 실시예에서, 지지 부재(126)는 지지 부재(126)의 인접 영역들의 물질(들)과 상이한 열 전도율 계수를 갖는 적어도 하나의 물질로 형성된 적어도 하나의 내장 삽입물(166)(하나의 환형 삽입물(166)이 예시적으로 도시됨)을 포함한다. 전형적으로, 삽입물들(166)은 인접 영역들의 물질(들) 보다 더 작은 열 전도율 계수를 갖는 물질들로 형성된다. 추가적인 실시예에서, 삽입물들(166)은 비등방성 열 전도율 계수를 갖는 물질들로 형성될 수 있다. 선택적 실시예(미도시)에서, 적어도 하나의 삽입물(166)은 기판 지지 표면(176)과 동일 평면에 배치될 수 있다.
베이스(114)의 삽입물들(168), 열 전도율, 및 지지 부재(126)에서 삽입물들(166)의 형상, 치수, 위치 및 개수는 동작시 지지 부재(126)의 기판 지지 표면(176)상에 및 기판(150)의 직경에 대해 미리 결정된 패턴의 온도 분포를 달성하도록 페디스털 어셈블리(116)를 통한 열 전달을 제어하기 위해 선택될 수 있다.
열전도성 층(134)은 다수의 물질 영역들(2개의 환형 영역들(102, 104) 및 원 형 영역(106)이 예시적으로 도시됨)을 포함하고, 이들 중 적어도 2개는 상이한 열 전도율 계수들을 갖는다. 각각의 영역(102, 104, 108)은 열전도성 층(134)의 인접 영역들의 물질(들)과 상이한 열 전도율 계수를 갖는 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다. 추가적인 실시예에서, 영역들(102, 104, 106)을 포함하는 하나 이상의 물질들은 비등방성 열 전도율 계수를 가질 수 있다. 예를 들어, 부재 지지 표면(180)에 직교하거나 평행한 방향들에서 층(134)의 열 전도율 계수들은 적어도 하나의 다른 방향에서의 계수들과 상이할 수 있다. 층(134)의 영역들(102, 104, 1060 사이의 열 전도율 계수는 척(126)과 베이스(114) 사이의 상이한 열 전달율들을 가로방향으로 촉진시키는데 사용될 수 있기 때문에, 기판(150)의 직경에 대한 온도 분포를 제어할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 갭들(190)(도 2a에 도시된 바와 같이)은 열전도성 층(134)의 적어도 2개의 인접 영역들 사이에 제공될 수 있다. 층(134)에서, 상기 갭들(190)은 미리 결정된 형태 인자(form factor)들을 갖는 가스 충진되거나 진공상태인 부피들을 형성할 수 있다. 갭(190)은 층(134)의 영역내에서 선택적으로 형성될 수 있다(도 1c에 도시된 바와 같이).
도 2는 도 1a의 라인 2-2를 따라 절개한 기판 페디스털의 개념적 횡단면도를 도시한다. 도시된 실시예에서, 열전도성 층(134)은 환형 영역들(102, 104) 및 원형 영역(106)을 예시적으로 포함한다. 선택적 실시예들에서, 층(134)은 3개 보다 많거나 적은 영역들 및 상이한 형태 인자들을 갖는 영역들을 포함할 수 있으며, 상기 영역들은 다른 것들 중에서 그리드들, 반경으로 배향되는 형상들, 및 극(polar) 어레이들로서 배치될 수 있다. 열전도성 층(134)의 영역들은 하드 접착제 화합물로 추가로 전개되는 페이스트(paste) 형태, 및 접착제 테이프 또는 업착제 포일의 형태로 인가되는 물질들(예, 접착성 물질들)로 이루어질 수 있다. 열전도성 층(134)의 물질들의 열 전도율은 0.01 내지 200W/mK 범위에서 선택될 수 있으며, 예시적인 일 실시예로서 0.1 내지 10W/mK 범위에서 선택될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 인접 영역들은 약 0.1 내지 10W/mK 범위의 상이한 열 전도율들을 가지며, 층(134)의 최내부 및 최외부 영역들 사이에서 약 0.1 내지 약 10W/mK의 상이한 전도율을 가질 수 있다. 적절한 접착 물질들의 예들은 이에 제한됨이 없이 아크릴 및 실리콘 기질의 화합물들을 포함하는 페이스트 및 테이프들을 포함한다. 상기 접착 물질들은 예를 들어, 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 질화물(AlN), 및 티타늄 디보라이드(TiB2) 등과 같은 적어도 하나의 열 전도성 세라믹 충진재를 부가적으로 포함할 수 있다. 전도성 층(134)에 적합한 접착제 테이프의 일 예는 메사추세츠 울번에 위치한 Parker Hannifin Corporation의 계열사인 Chomerics에서 이용가능한 상표명 THERMATTACH®로 판매중이다.
열전도성 층(134)에서, 열 전도율, 및 미리 결정된 열 전도율 계수들을 갖는 영역들의 형태 인자, 치수들과 개수는 동작시 척의 기판 지지 표면(176) 및 기판(150)에서 미리 결정된 패턴의 온도 분포를 달성하기 위해 정전 척(126)과 베이스(114) 사이의 열 전달을 제어하도록 선택될 수 있다. 전도성 층(134)을 통한 베이스(114)와 지지 부재(126) 사이의 열 전달을 추가로 제어하기 위해, 하나 이상의 채널들(108)은 열 전달 매체를 관통하도록 제공된다. 채널들(108)은 베이스(114)를 통해 냉각 가스와 같은 열 전달 매체의 소스(150)에 결합된다. 적절한 냉각 가스들의 몇몇 예들은 다른 것들 중에서 헬륨 및 질소를 포함한다. 채널들(108)에 배치된 냉각 가스가 척(126)과 베이스(114) 사이의 열 전달 경로의 일부이기 때문에, 채널들(108)의 위치, 제공되는 냉각 가스의 열 전달 매체의 압력, 유속, 온도, 밀도 및 조성은 페디스털 어셈블리(116)를 통한 열 전달 프로파일의 향상된 제어를 제공한다. 더욱이, 채널(108)에서 밀도와 유속은 기판(150)의 처리 동안 인-시튜(in-situ)로 제어될 수 있기 때문에, 처리 성능을 추가로 향상시키기 위해 처리 동안 기판(150)의 온도 제어가 변화될 수 있다. 냉각 가스의 단일 소스(156)가 도시되지만, 개별 채널들(108)내에서 냉각 가스들의 타입들, 압력들 및/또는 유속이 독립적으로 제어될 수 있는 방식으로 하나 이상의 냉각 가스 소스들이 채널들(108)에 결합될 수 있기 때문에, 더 큰 레벨의 온도 제어를 용이하게 할 수 있다.
도 1a에 도시된 실시예에서, 채널들(108)은 부재 지지 표면(180)에 형성되는 것으로 도시된다. 그러나, 채널들(108)은 이들의 조합들에 따라, 부재 지지 표면(180), 지지 부재(126)의 바닥면, 또는 열전도성 층(134)에 적어도 부분적으로 형성될 수 있다는 것을 고려한다. 일 실시예에서, 약 2개 내지 10개 채널들(108)이 페디스털 어셈블리(116)에 배치되고 약 760 Torr(대기압) 내지 약 10 Torr의 압력에서 유지되는 선택도가 제공된다. 예를 들어, 채널들(108) 중 적어도 하나는 도 3-4에 도시된 것처럼, 정전 척(126)에 부분적으로 또는 전체적으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 3은 기판 페디스털 어셈블리(116)의 일부분의 개념도를 도시하며, 여기서 채널들(108)은 정전 척(126)에 전체적으로 형성된다. 도 4는 기판 페디스털 어셈블리(116)의 일부분의 개념도를 도시하며, 여기서 채널들(108)은 베이스(114) 및 정전 척(126)에 부분적으로 형성된다. 도 5는 기판 페디스털 어셈블리(116)의 일부분의 개념도를 도시하며, 여기서 채널들(108)은 열전도성 층(134)에 형성된다. 도 5에서 상기 채널들은 열전도성 층(134)의 상이한 영역들(102, 104, 106) 사이에 배치되는 것으로 도시되지만, 하나 이상의 채널들이 하나 이상의 영역들(102, 104, 106)을 통해 형성될 수 있다.
도 1a로 돌아가면, 채널들(108)과 삽입물들(166, 168)의 위치, 형상, 치수들과 개수 중 적어도 하나, 및 삽입물들(166, 168)의 열 전도율과 채널들(108)에 배치된 가스는 동작시, 척(126)의 기판 지지 표면(176)상에서 미리 결정된 패턴의 온도 분포 및 기판(150)의 온도 프로파일 제어를 달성하기 위해 지지 부재(126)와 베이스(114) 사이의 열 전달을 제어하도록 선택될 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 적어도 하나의 채널(108)에서 냉각 가스의 압력, 및 적어도 하나의 도관(156)에서 냉각수의 흐름은 기판의 온도 제어를 달성 및/또는 향상시키도록 선택적으로 제어될 수도 있다. 상기 열 전달율은 각각의 채널들(108) 사이의 가스 타입, 압력 및/또는 유속을 개별적으로 제어함으로써 제어될 수도 있다.
다른 추가적인 실시예들에서, 기판(150)에서 미리 결정된 패턴의 온도 분포는 예를 들어, 열전도성 층(134), 삽입물들(166, 168), 채널들(108), 도관들(160), 채널들(108)에서의 냉각 가스의 압력, 및 도관들(160)에서의 냉각수의 흐름과 같은 기술된 개별적 제어 수단 또는 그 조합들을 이용하여 달성될 수 있다. 또한, 기술 된 상기 실시예들에서, 기판 지지 표면(176)상 및 기판(150)에서 미리 결정된 패턴들의 온도 분포는 부가적으로 처리 가스의 플라즈마 및/또는 기판 바이어스에 의해 기판(150)을 처리하는 동안 배향되는 열 플럭스들의 불균일성을 보상하도록 선택적으로 제어될 수 있다.
도 6은 프로세스(600)으로서 반도체 기판 처리 장치에서 처리되는 기판의 온도를 제어하기 위한 진보적 방법의 일 실시예의 흐름도를 도시한다. 프로세스(600)는 상기 실시예들에서 기술된 반응기(100)에서 처리 동안 기판(150)상에 수행되는 처리 단계들을 예시적으로 포함한다. 프로세스(600)는 다른 처리 시스템들에서 수행될 수 있다는 것을 고려한다.
프로세스(600)는 단계 601에서 시작하여 단계 602로 진행한다. 단계 602에서, 기판(150)은 처리 챔버(110)에 배치된 페디스털 어셈블리(116)로 전달된다. 단계 604에서, 기판(150)은 정전 척(188)의 기판 지지 표면(176)상에 위치된다(예, 기판 로봇(미도시)을 이용). 단계 606에서, 전력 공급기(132)는 정전 척(188)과 결합되어 척(188)의 지지 표면(176)에 기판(150)을 클램핑시킨다. 단계 608에서, 기판(150)은 컨트롤러(140)에 의해 유도되는 바와 같이 수행되는 처리 수단에 따라 처리 챔버(110)에서 처리된다(예, 에칭된다). 단계 608 동안, 기판 페디스털 어셈블리(116)는 상기 도 1-5를 참조로 기술된 페디스털 어셈블리(1160의 하나 이상의 온도 제어 특성들을 이용하여 기판(150)에서 미리 결정된 패턴의 온도 분포를 용이하게 한다. 선택적으로, 단계 608 동안 척(114)을 통해 전달되는 열의 속도 및/또는 프로파일은 하나 이상의 채널들(108)에 존재하는 가스의 하나 이상의 특성들을 변경함으로써 인-시튜로 조절될 수 있다. 처리 완료시, 단계 610에서, 전력 공급기(132)는 정전 척(188)과 결합해제되고, 처리 챔버(110)로부터 추가로 제거되는 기판(150)을 디-척킹한다. 단계 612에서, 프로세스(600)는 종료된다.
도 7-9는 베이스(700)의 일 실시예의 수직 단면도, 저면도 및 부분 단면도이다. 베이스(700)는 본 발명에 기술된 임의의 기판 페디스털 어셈블리들에 바람직하도록 사용될 수 있다는 것을 고려한다. 도 7-9에 도시된 실시예에서, 베이스(700)는 최상부면(702)과 바닥면(704)을 포함한다. 채널(706)은 베이스(700)의 바닥면(704)에 형성된다. 채널(706)은 유체 도관(710)을 형성하도록 캡(708)에 의해 커버된다. 도관(710)은 도 1에 도시된 바와 같은 열 전달 유체 제어 소스(182)에 설치, 용이한 부착을 허용하도록 구성되는 입구(714) 및 출구(716)를 포함한다.
도 7-9에 도시된 실시예에서, 채널(706)은 베이스(700)의 바닥면(704)으로 기계가공된다. 기계가공 동작은 채널(706)에 의해 규정된 영역으로 연장하도록 하나 이상의 핀들(712)을 남겨두는 방식으로 수행된다. 핀(712)은 열 전달에 이용가능한 도관(710)의 표면적을 증가시키기 때문에, 도관(710)과 베이스(700)에서 흐르는 유체 사이의 열 전달을 향상시킬 수 있다.
캡(708)은 채널(706)에 배치되고 도관(710)을 규정하도록 베이스(700)에 결합된다. 도 7-9에 도시된 실시예에서, 캡(708)은 진공 조건들하에서 도관(710)에 흐르는 유체의 누출을 방지하기 위해 베이스(700)에 연속적으로 용접된다. 캡(708)은 다른 기밀 방법들을 이용하여 베이스(700)에 밀봉 결합될 수 있다는 것을 고려한다.
도 10a-10h는 도관(710)의 경로설정(routing)을 위한 상이한 구성들을 갖는 베이스(700)의 저면도들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 도관(710)은 지지 어셈블리의 미리 결정된 온도 프로파일을 제공하도록 경로설정될 수 있기 때문에, 그 상부에 지지되는 기판의 온도 프로파일을 제어할 수 있다.
도 11-12는 본 발명에서 기술된 기판 페디스털 어셈블리들에 사용될 수 있는 베이스(1100)의 다른 실시예의 저면도 및 부분 단면도를 도시한다. 도 11-12에 도시된 베이스(1100)는 독립적으로 제어될 수 있는 적어도 2개의 온도 영역들(1106, 1108)을 규정하도록 베이스(1100)에 형성된 적어도 2개의 개별 냉각 루프들(1102, 1104)을 포함한다. 냉각 루프들(1102, 1104)은 일반적으로 상술한 바와 같이 형성되거나 다른 적절한 방법으로 형성되는 도관들이다. 일 실시예에서, 제 1 냉각 루프(1102)는 온도 제어 영역들(1106, 1108)이 집중되도록 제 2 냉각 루프(1104)의 외부로 방사형으로 배치된다. 루프들(1102, 1104)은 방사형으로 배향되거나, 다른 기하학적 구성들을 가질 수 있다는 것을 고려한다. 냉각 루프들(1102, 1104)은 온도 제어되는 열 전달 유체의 단일 소스에 결합될 수 있거나, 도 11에 도시된 실시예에서처럼, 영역들(1106, 1108)에서의 온도가 독립적으로 제어될 수 있도록 각각의 루프(1102, 1104)는 개별 열 전달 유체 소스(1112, 1114)에 각각 결합될 수 있다. 선택적으로, 영역들(1106, 1108) 사이의 열적 분리를 향상시키기 위해 상술한 삽입물(168)과 유사한 삽입물(1110)이 제 1 및 제 2 냉각 루프 삽입물(168) 사이에 측방향으로 배치된다. 삽입물(1110)은 도 11에 도시된 바와 같이 베이스(1100)의 하부 표면으로 연장될 수 있거나, 도 12에 도시된 바와 같이 베이스(1100)에 내장 될 수 있다.
따라서, 그 상부에 지지되는 기판의 플렉서블한 온도 제어를 할 수 있는 기판 지지 페디스털 어셈블리가 제공된다. 상기 기판 지지 페디스털 어셈블리에 대한 상이한 특징들이 다수 영역들의 온도 제어를 제공하도록 선택될 수 있기 때문에, 기판의 온도 프로파일이 제어될 수 있다.
전술한 상세한 설명은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가적인 실시예들이 그 기본 범주를 벗어남이 없이 안출될 수 있으며, 그 범주는 이하의 청구범위에 의해 결정된다.
본 발명에 의하면, 반도체 기판 처리 장치에서 기판을 처리하는 동안 기판의 온도를 제어하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

Claims (20)

  1. 기판 페디스털(pedestal) 어셈블리로서,
    내부에 적어도 하나의 척킹(chucking) 전극이 배치된 정전 척;
    상기 정전 척의 바닥면에 결합된 금속 베이스;
    상기 베이스 또는 상기 정전 척 중 적어도 하나를 통하여 연장하는 개구(aperture); 및
    상기 정전 척 및 상기 베이스 중 적어도 하나에 배치된 유체 도관 ― 상기 유체 도관은 입구 및 출구를 포함하고, 상기 입구로부터 연장하는 상기 유체 도관의 일부분은 단부를 갖는 루프 부분을 추가적으로 포함하여, 상기 루프 부분의 상기 단부로부터 상기 입구까지 한정된(defined) 도관 길이가 상기 출구로부터 상기 루프 부분의 상기 단부에 방사상으로(radially) 인접한 위치까지 한정된 도관 길이와 실질적으로 동일하며, 상기 유체 도관은 상기 개구의 둘레를 감싸는 세그먼트를 포함함 ―
    을 포함하는 기판 페디스털 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전 척에 결합되며 상기 개구를 통하여 연장하는 전기 도체들을 더 포함하는,
    기판 페디스털 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전 척의 기판 지지면 내에 형성되며 상기 개구에 결합된 적어도 하나의 후면 가스 채널을 더 포함하는,
    기판 페디스털 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구는 상기 베이스와 정전 척을 통하여 형성된 다수의 리프트 핀 홀들 중 하나를 더 포함하고, 상기 리프트 핀 홀들은 극선 어레이(polar array)로 배치되는,
    기판 페디스털 어셈블리.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 도관은,
    상기 유체 도관의 상기 입구와 상기 출구 사이에 한정된 중간점 ― 상기 유체 도관의 제 1 부분은 상기 중간점과 상기 출구 사이에 한정되고, 상기 유체 도관의 제 2 부분은 상기 중간점과 상기 출구 사이에 한정되며, 상기 제 1 부분은 상기 유체 도관의 상기 제 2 부분을 이격된 관계로 추적함 ―
    을 더 포함하며, 상기 도관의 상기 중간점으로부터 제 1 위치까지 한정된 제 1 길이는 상기 도관의 상기 중간점으로부터 상기 제 1 위치의 방사상으로 외향하는 제 2 위치까지 한정된 제 2 길이와 실질적으로 동일한,
    기판 페디스털 어셈블리.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 도관은,
    상기 베이스를 통하는 상기 유체 도관의 경로를 실질적으로 한정하는 메이저 반경(major radius)의 만곡(curvature); 및
    상기 세그먼트의 경로를 한정하는 마이너 반경(minor radius)의 만곡
    을 더 포함하고, 상기 메이저 반경은 상기 마이너 반경보다 실질적으로 더 큰,
    기판 페디스털 어셈블리.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 도관의 인접 부분들 사이에 배치되며 상기 베이스의 열 전도율 계수보다 작은 열 전도율 계수를 가지는 삽입물(insert)을 더 포함하는,
    기판 페디스털 어셈블리.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 도관의 방사상으로 내향하는 상기 베이스에 형성된 제 2 유체 도관을 더 포함하는,
    기판 페디스털 어셈블리.
  13. 기판 페디스털 어셈블리로서,
    기판 지지면과 바닥면 사이에 배치된 적어도 하나의 척킹 전극을 갖는 정전 척;
    상기 정전 척의 상기 바닥면에 결합된 최상부면을 갖는 금속 베이스 ― 상기 정전 척 또는 상기 베이스 중 적어도 하나는 그 내부에 한정된 개구를 가짐 ―; 및
    상기 베이스 내에 배치되고 상기 최상부면에 실질적으로 평행하게 배열되는 유체 도관 ― 상기 유체 도관은 입구 및 출구를 포함하고, 상기 입구로부터 연장하는 상기 유체 도관의 일부분은 단부를 갖는 루프 부분을 추가적으로 포함하여, 상기 루프 부분의 상기 단부로부터 상기 입구까지 한정된 도관 길이가 상기 출구로부터 상기 루프 부분의 상기 단부에 방사상으로 인접한 위치까지 한정된 도관 길이와 실질적으로 동일하며, 상기 유체 도관은 상기 베이스의 중심 주위에 배향된 메이저 만곡과 상기 개구 주위에 배향된 마이너 만곡을 가짐 ―
    을 포함하는 기판 페디스털 어셈블리.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 메이저 만곡은 상기 마이너 만곡의 반경보다 실질적으로 더 큰 반경을 갖는,
    기판 페디스털 어셈블리.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 정전 척에 결합되며 상기 개구를 통하여 연장하는 전기 도체들을 더 포함하는,
    기판 페디스털 어셈블리.
  16. 삭제
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 개구는,
    상기 베이스와 정전 척을 통하여 형성된 다수의 리프트 핀 홀들 중 하나
    를 더 포함하고, 상기 리프트 핀 홀들은 극선 어레이로 배열되는,
    기판 페디스털 어셈블리.
  18. 기판 페디스털 어셈블리로서,
    기판 지지면과 바닥면 사이에 배치된 적어도 하나의 척킹 전극을 갖는 세라믹 정전 척;
    상기 정전 척의 상기 바닥면에 결합된 금속 베이스;
    상기 정전 척 및 상기 베이스를 통하여 연장하는 다수의 리프트 핀 홀들;
    대체로 나선형 배향으로 상기 베이스에 배치된 유체 도관 루프 ― 상기 유체 도관 루프는 입구 및 출구를 포함하고, 상기 입구로부터 연장하는 상기 유체 도관의 일부분은 단부를 갖는 루프 부분을 추가적으로 포함하여, 상기 루프 부분의 상기 단부로부터 상기 입구까지 한정된 도관 길이가 상기 출구로부터 상기 루프 부분의 상기 단부에 방사상으로 인접한 위치까지 한정된 도관 길이와 실질적으로 동일하며, 상기 리프트 핀 홀 둘레에 집중된 배향을 갖는 상기 리프트 핀 홀들 중 적어도 하나에 인접하게 한정된 세그먼트를 포함함 ―
    를 포함하는 기판 페디스털 어셈블리.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 세그먼트는 일정한 반경을 갖는,
    기판 페디스털 어셈블리.
  20. 삭제
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