KR101275336B1 - 페데스탈 커버 - Google Patents

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KR101275336B1
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네이탄 솔로몬
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노벨러스 시스템즈, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명에 따르면, 신규한 반도체 처리 페데스탈 및 이러한 페데스탈을 포함하는 장치들의 예가 기술된다. 특히, 이러한 페데스탈은 반도체 기판에 열을 일정하게 전달하고 유지하는 데 대한 복잡성 및/또는 주파수를 감소시키도록 구성된다. 구체적으로는, 페데스탈은 페데스탈의 금속판 위에 걸쳐 위치된 탈착식 커버를 포함할 수 있다. 탈착식 커버는, 커버를 지지하고 커버와 열 소통 상태에 있는 판의 상측 표면이 훨씬 낮은 균일한 온도 프로파일을 가질 수 있다 하더라도, 기판을 향하는 표면의 온도 프로파일을 일정하고 균일하게 유지하도록 구성된다. 탈착식 커버는 특정 세라믹 재료로 제작될 수 있으며 얇은 판 형태로 형성될 수 있다. 이러한 재료들은 처리 환경에 저항성을 가지며 다수의 공정 사이클에 걸쳐 열 성질들을 유지한다. 탈착식 커버는 판으로부터 용이하게 제거될 수 있으며 전체 장치를 해체할 필요 없이 새로운 커버로 교체할 수 있다.

Description

페데스탈 커버{PEDESTAL COVERS}
본 특허출원은 발명의 명칭이 "PEDESTAL COVERS"이고, 2011년 4월 13일에 출원된 미국 특허출원번호 13/086,010호를 기초로 우선권을 주장하고 있으며, 이 미국 특허는 본 명세세에서 참조문헌으로서 인용된다.
본 발명은 신규한 반도체 처리 페데스탈 및 이러한 페데스탈을 포함하는 장치, 및 방법에 관한 것이다.
다마신 처리 공법(Damascene processing techniques)은 이 공법에서 요구되는 처리 단계들이 상대적으로 작고 다른 공법들에 비해 일반적으로 높은 수율을 제공하기 때문에 현재 다수의 집적 회로 제작 방법에서 사용된다. 다마신 처리 공법은 트렌치(trench) 및 비아(vias) 내의 상응하는 인레이드 금속 라인(inlaid metal line)들을 절연막(dielectric layer)에 증착시킴으로써 집적 회로에 금속 컨덕터(metal conductor)를 형성하는 단계를 포함한다. 다마신 처리 공법의 일부분으로서, 절연막 위에 포토레지스트(photoresist) 층(layer)이 증착된다. 포토레지스트는 고체 필름(solid film)을 형성하도록 건조되고 액체 형태로 "스펀 온(spun on)"될 수 있는 광-감응성 유기 폴리머(light-sensitive organic polymer)이다. 그 뒤, 포토레지스트는 마스크(mask)를 통해 광을 통과시킴으로써 패터닝된다(patterned). 이 공정 후에는, 패터닝된 포토레지스트를(예를 들어, 절연막의 노출된 부분들을) 플라즈마로 에칭하여 절연막에 비아 및 트렌치를 형성하는 단계가 수행될 수 있다. 그 뒤, 포토레지스트는 박리되며(stripped), 그 후의 처리 단계가 수행되기 전에 임의의 에칭에 관련된 잔여물(residue)가 제거된다. 일반적으로, 포토레지스트 박리 공정은 산소 또는 그 외의 다른 산화제(oxidizing reagent)를 포함할 수 있는 하나 또는 그 이상의 처리 가스(processing gas)로부터 형성된 플라즈마를 사용한다. 매우 큰 활동성을 지닌(highly reactive) 플라즈마가 처리 챔버(processing chamber)로부터 방출되는(evacuated) 유기 포토레지스트를 에칭하여 휘발성 구성요소(volatile component)를 형성한다. 기판 온도는 (예를 들어, 에칭 속도(etch rate)에서 바람직하지 못한 변화를 피하기 위하여) 상기 박리 공정 동안 매우 정밀하게 조절되어야 한다.
본 발명에 따르면, 신규한 반도체 처리 페데스탈(pedestal) 및 이러한 페데스탈을 포함하는 장치들의 예가 기술된다. 특히, 이러한 페데스탈은 반도체 기판(semiconductor substrate)에 열을 일정하게 전달하고 유지하는 데 대한 복잡성 및/또는 주파수(frequency)를 감소시키도록 구성된다. 구체적으로는, 페데스탈은 페데스탈의 금속판 위에 걸쳐 위치된 탈착식 커버(removable cover)를 포함할 수 있다. 탈착식 커버는, 커버를 지지하고 커버와 열 소통(thermal communication) 상태에 있는 판의 상측 표면이 훨씬 낮은 균일한 온도 프로파일(temperature profile)을 가질 수 있다 하더라도, 기판을 향하는 표면(substrate-facing surface)의 온도 프로파일을 일정하고 균일하게 유지하도록 구성된다. 탈착식 커버는 특정 세라믹 재료로 제작될 수 있으며 얇은 판 형태로 형성될 수 있다. 이러한 재료들은 처리 환경(processing environment)에 저항성을 가지며 다수의 공정 사이클에 걸쳐 열 성질(thermal characteristics)들을 유지한다. 탈착식 커버는 판으로부터 용이하게 제거될 수 있으며 전체 장치를 해체할 필요 없이 새로운 커버로 교체할 수 있다.
반도체 기판을 지지하기 위한 페데스탈이 제공된다. 상기 페데스탈은 이러한 기판을 처리하기 위한 장치에서 사용될 수 있다. 페데스탈은 금속판과 판 위에 걸쳐 배치된 탈착식 커버를 포함한다. 판은 커버를 통해 반도체 기판에 열을 제공하기 위한 상측 표면을 가진다. 커버는 열을 분포시켜 기판을 처리하는 동안 커버의 기판을 향하는 표면에 걸쳐 위치된 기판에 실질적으로 일정한 열을 전달하도록 구성된다. 커버는 하나 또는 그 이상의 세라믹 재료, 또는 처리 환경에 적합하고 기판에 실질적으로 일정한 열을 전달할 수 있는 그 외의 다른 몇몇 재료들로 제작될 수 있다.
커버는 판의 상측 표면에 걸쳐 위치된다. 커버는 통상 기판을 향하는 표면에 맞은편에 있는 판을 향하는 표면(platen-facing surface)을 포함한다. 판을 향하는 표면의 실질적인 부분은 조립되고 작동 중인 페데스탈에서 판의 상측 표면과 직접적으로 접촉 상태에 있을 수 있다. 대안으로, 판을 향하는 표면은 조립되고 작동 중인 페데스탈에서 판의 상측 표면으로부터 미리 정해진 거리에 위치될 수 있다. 이 거리는 판과 커버 사이에 추가적인 열 저항성(heat resistance)을 제공하며 열을 보다 일정하게 분포시키기 위해 열 플럭스(heat flux)가 추가로 제한되어야 할 때(restricted) 사용될 수 있다. 특정 구체예들에서, 금속판은 알루미늄 6061, 알루미늄 7075, 및 알루미늄 3003으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 재료로 제작된다. 금속판은 판의 상측 표면을 가열시키기 위해 금속판 내에 배열된 히터(heater)를 포함할 수 있다. 히터의 출력(output)은 밑에서 추가로 기술되는 것과 같이 상측 표면을 약 100℃ 내지 450℃ 사이 또는 더 구체적인 여러 범위의 온도로 유지하기 충분할 수 있다.
특정 구체예들에서, 커버의 기판을 향하는 표면은 기판을 향하는 표면 위에서 미리 정해진 평균 거리에 기판을 지지하기 위해 지지부(support) 세트를 포함한다. 이 거리는 약 0.001인치 내지 0.015인치 사이, 또는 보다 구체적으로는, 약 0.004인치 내지 0.007인치 사이일 수 있다. 지지부 세트는 2개 또는 그 이상의 원형 패턴으로 배열된 6개 이상의 개별 지지부들을 포함할 수 있다. 이 패턴들의 중심은 커버의 중심에 상응할 수 있다. 그 외의 다른 구체예들에서, 기판 지지부들은 금속판의 상측 표면 위에 제공된다. 이 지지부들은 탈착식 커버에 있는 구멍(opening)들을 통해 돌출되며 커버의 기판을 향하는 표면 위로 연장된다. 상기 지지부들도 커버의 기판을 향하는 표면 위에서 기판으로부터 미리 정해진 평균 거리에 기판을 지지하도록 구성된다. 상기 거리는 위에서 기술한 범위 내에 있을 수 있다. 이 지지부들의 예는 금속판에 결부된(attached) 연장부(extension)의 자유 단부 위에 위치된 세라믹 볼(예를 들어, 사파이어 볼)을 포함한다. 상기 커버 구멍들은 판과 커버 사이의 열팽창 차이를 수용하기 위해 커버의 중심으로부터 반경 방향으로 연장되는 기다란 형태(elongated shape)를 가질 수 있다.
특정 구체예들에서, 페데스탈은 400℃의 설정 온도(set temperature)에 대해 기판을 향하는 표면의 온도 프로파일을 약 3℃ 미만으로 유지하도록 구성된다. 상측을 향하는 표면은 상기 작동 단계에서 훨씬 더 큰 온도 편차(temperature deviation)를 가질 수 있다. 몇몇 구체예들에서, 탈착식 커버는 약 0.075인치 내지 0.500인치 사이의 두께를 가진다. 커버의 기판을 향하는 표면과 판을 향하는 표면은 약 0.002인치 미만의 편차 내에서 평행할 수 있다(parallel).
탈착식 세라믹 커버는 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 니트라이드, 바륨 티타네이트, 보론 니트라이드, 실리콘 알루미늄 옥시니트라이드, 실리콘 카바이드, 실리콘 니트라이드, 마그네슘 실리케이트, 티타늄 카바이드, 징크 옥사이드, 및 지르코늄 다이옥사이드로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 세라믹 재료로 제작될 수 있다. 특정 구체예들에서, 탈착식 커버의 기판을 향하는 표면은 약 0.35 미만의 평균 방사율(average emissivity)을 가진다. 커버의 판을 향하는 표면은 10 마이크로인치 미만의 표면 거칠기(surface roughness)를 가질 수 있다. 상기 구체예 또는 그 외의 다른 구체예들에서, 금속판의 상측 표면은 10 마이크로인치 미만의 표면 거칠기를 가진다. 폴리싱된(polished) 표면은 일반적으로 두 표면들 사이에서 더 광범위한 접촉으로 인해 더 우수한 열전달을 제공한다.
특정 구체예들에서, 탈착식 커버는 판을 향하는 표면의 중심으로부터 연장되는 가이딩 핀(guiding pin)을 포함한다. 페데스탈 조립 동안, 가이딩 핀은 판과 커버의 상대 위치를 유지하기 위해 금속판의 상측 표면 내에 있는 상응하는 가이딩 리세스(guiding recess) 내로 돌출된다. 상기 구체예 또는 그 외의 다른 구체예들에서, 탈착식 커버는 판에 대해 커버를 적어도 수직 방향으로 고정시키기 위해 판을 향하는 표면으로부터 판의 상측 표면 상의 각각의 상측 리테이닝 캐비티(retaining cavity) 내로 연장되는 2개 또는 그 이상의 리테이닝 포스트(retaining post)를 포함한다. 또한, 페데스탈은 판의 측면 리테이닝 캐비티 내로 연장되고 커버의 상응하는 리테이닝 포스트와 결합하는 2개 또는 그 이상의 리테이닝 키(retaining key)를 포함할 수 있다. 상기 구체예들에서, 페데스탈은 측면 리테이닝 캐비티 내로 삽입하고 측면 리테이닝 캐비티 내부에서 리테이닝 키를 덮기(covering) 위해 상응하는 리테이닝 커버(retaining cover)를 포함할 수 있다.
특정 구체예들에서, 탈착식 커버는 커버의 기판을 향하는 표면 위로 연장되는 커버 에지 돌출부(cover edge protrusion)를 포함한다. 상기 커버 에지 돌출부는 기판을 처리하는 동안 반도체 기판의 외측 에지를 포획하도록(capture) 구성된다. 그 외의 다른 구체예들에서, 금속판은 커버의 기판을 향하는 표면 위로 연장되고 는 판 에지 돌출부(platen edge protrusion)를 포함한다. 상기 판 에지 돌출부는 기판을 처리하는 동안 반도체 기판의 외측 에지를 포획하도록 구성되며, 탈착식 커버는 상기 판 에지 돌출부에 의해 형성된 캐비티 내에 위치된다.
특정 구체예들에서, 금속판의 상측 표면은 하나 또는 그 이상의 가스배출 홈(outgassing groove)을 포함한다. 상기 가스배출 홈들은 약 0.005인치 내지 0,025인치 사이의 깊이를 가질 수 있다. 가스배출 홈들은 판의 중심으로부터 멀어지며 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 홈을 포함할 수 있다. 반경방향 홈은 판의 외측 에지로 연장되며 챔버 환경에 개방된다. 이 홈은 반경방향 홈 외에도 하나 이상의 동심구성 홈(concentric groove)을 포함할 수 있다. 동심구성 홈은 반경방향의 가스배출 홈들과 중첩되고(overlap) 이 두 홈들 아시에서 가스가 흐를 수 있게 한다. 특정 구체예들에서, 판의 상측 표면은 판의 외측 에지와 중심 사이에서 일정하게 거리가 떨어져 있는 2개의 동심구성의 가스배출 홈을 가진다. 또한, 이 상측 표면은 외측 에지와 판의 중심 사이에서 연장되는 8개의 반경방향 가스배출 홈을 가진다.
또한, 페데스탈의 조립 동안 금속판 위에 위치될 수 있는 탈착식 커버가 제공되며, 반도체 기판을 처리하기 위해 상기 페데스탈이 사용된다. 커버는 기판을 향하는 표면에 걸쳐 위치된 기판에 열을 균일하게 전달하기 위해 기판을 향하는 표면을 포함한다. 또한, 커버는 페데스탈의 금속판 위에, 또는 보다 구체적으로는 판의 상측 표면 위에 배치시키기 위해 판을 향하는 표면을 포함한다. 커버는 위에서 기술된 여러 세라믹 재료들로 제작될 수 있다. 특정 구체예들에서, 커버는 기판을 향하는 표면 위에서 미리 정해진 평균 거리에 기판을 지지하기 위해 복수의 지지부들을 가진다.
또한, 반도체 기판을 처리하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 기판을 수용하도록 구성된 챔버, 상기 챔버 내에서 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 공급원(plasma source), 및 기판을 가열하고 지지하기 위한 페데스탈을 포함한다. 페데스탈은 상측 표면을 가진 금속판을 포함할 수 있다. 상기 표면은 가열될 수 있으며 상기 표면에 걸쳐 위치된 탈착식 커버를 통해 기판으로 열을 제공할 수 있다. 탈착식 커버는 이 열을 재분포하도록(redistribute) 구성되며 기판을 향하는 표면에 걸쳐 위치된 기판에 열을 실질적으로 균일하게 전달하도록 구성된다. 상기 장치는 스테퍼(stepper)를 포함하는 시스템의 일부일 수 있다.
또한, 반도체 기판으로부터 포토레지스트를 박리하는(stripping) 방법이 제공된다. 이 방법은 기판을 반도체-처리 챔버 내에 있는 페데스탈 위에 배치하거나 또는 상기 페데스탈에 걸쳐(over) 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 페데스탈은 상측 표면에 걸쳐 위치된 탈착식 커버를 통해 기판에 열을 제공하기 위해 상측 표면을 가지는 금속판을 포함할 수 있다. 상기 탈착식 커버는 이 열을 재분포하도록 구성되며 기판을 향하는 표면에 걸쳐 위치된 기판에 열을 실질적으로 균일하게 전달하도록 구성된다. 본 방법은 기판으로부터 전체 포토레지스트 또는 포토레지스트의 일부를 제거하는 단계와 함께 진행될 수 있으며 이 단계 후에 기판을 페데스탈로부터 멀어지도록 이동시키는 단계를 포함한다. 이 단계들은 추가적인 기판들에 대해 반복될 수 있다. 기판을 처리하는 동안, 페데스탈은 기판을 제공하기 전에 약 120℃ 이상으로 가열될 수 있다. 이 설정 온도에서, 기판을 향하는 표면의 온도 프로파일은 약 3℃ 미만만큼 벗어날 수 있다(deviate). 이렇게 균일한 온도 프로파일로 인해 기판을 처리하는 동안 기판에 열을 일정하게 전달할 수 있다.
특정 구체예들에서, 상기 방법은 예를 들어 원래 커버를 사용하여 약 10,000개 이상의 기판을 처리한 후에 탈착식 커버를 새로운 커버로 교체하는 단계를 포함한다. 보다 구체적인 구체예들에서, 원래의 페데스탈은 커버를 교체할 필요 없이 약 100,000개 이상의 기판을 처리하도록 사용될 수 있다. 기판을 처리하는 동안, 커버는 실질적으로 동일한 초기 레벨에서 예를 들어 방사율과 같은 열 성질(thermal characteristics)을 유지할 수 있다.
또한, 상기 방법은 기판을 처리하기 위해 또 다른 기판을 삽입하기 전에 새로운 커버를 조절하는 단계(conditioning)를 포함할 수 있다. 상기 조절 단계는 새로운 커버의 방사율 성질, 또는 보다 구체적으로는 기판을 향하는 표면의 방사율 성질을 안정화시키도록 사용될 수 있다. 상기 방법은 기판에 포토레지스트를 제공하는 단계, 포토레지스트를 광에 노출시키는 단계, 포토레지스트를 패터닝하는 단계(patterning) 뿐만 아니라 이 패턴을 반도체 기판에 전달하는 단계, 및 반도체 기판으로부터 포토레지스트를 선택적으로 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 특징들과 그 외의 다른 특징들은 도면들을 참조하여 밑에서 추가로 기술된다.
도 1은 3개의 상이한 페데스탈을 사용하여 실험 결과를 예시한 처리 시간에 따른 3개의 박리 속도를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 특정 구체예들에 따른 탈착식 커버를 포함하는 반도체 처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 특정 구체예들에 따라 금속판과 상기 금속판의 상부 위에 위치된 탈착식 커버를 가진 페데스탈을 도시한 투시도이다.
도 3b는 본 발명의 특정 구체예들에 따라 금속판의 상부 위에 탈착식 커버를 배치하기 전의 페데스탈을 도시한 투시도이다.
도 4a는 본 발명의 특정 구체예들에 따라 탈착식 커버 위에 제공된 에지 돌출부(즉 커버 에지 돌출부)를 가진 페데스탈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 특정 구체예들에 따라 금속판 위에 제공된 에지 돌출부(즉 금속판 에지 돌출부)를 가진 페데스탈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 특정 구체예들에 따라 기판을 향하는 표면을 예시하는 탈착식 커버를 도시한 상부 투시도이다.
도 5b는 본 발명의 특정 구체예들에 따라 금속판을 향하는 표면을 예시하는 동일한 탈착식 커버를 도시한 바닥 투시도이다.
도 5c는 본 발명의 특정 구체에들에 따라 다양한 커버 에지 돌출부 기능들을 예시하는 탈착식 커버의 에지 부분을 도시한 분해도이다.
도 6a는 본 발명의 특정 구체예들에 따라 기판을 향하는 표면 위에 있는 여러 특징부들을 예시하는 상이한 커버를 개략적으로 도시한 상부도이다.
도 6b는 본 발명의 특정 구체예들에 따라 금속판을 향하는 표면 위에 있는 여러 특징부들을 예시하는 상이한 커버를 개략적으로 도시한 바닥도이다.
도 7은 본 발명의 특정 구체예들에 따라 금속판의 한 면 위에 뿐만 아니라 상측 표면 위에 있는 여러 특징부들을 예시하는 금속판을 도시한 상부 투시도이다.
도 8a는 본 발명의 특정 구체예들에 따라 커버의 금속판을 향하는 표면에 결부된 리테이닝 핀의 여러 특징부들을 예시하는 탈착식 커버를 도시한 바닥 투시도이다.
도 8b는 본 발명의 특정 구체예들에 따라, 커버를 금속판을 결부하기 전에, 리테이닝 메커니즘의 특징부들과 여러 구성요소들을 예시하는 페데스탈의 에지 부분을 도시한 투시도이다.
도 9는 본 발명의 특정 구체예들에 따라 똑같은 처리 챔버 내에 다수의 페데스탈을 가진 다중-스테이션 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 특정 구체예들에 따라 상이한 챔버들 내에 위치된 페데스탈을 가진 다중-스테이션 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 특정 구체예들에 따라 반도체 기판들로부터 포토레지스트를 제거하기 위한 방법에 해당하는 공정의 플로챠트이다.
도 12는 탈착식 세라믹 커버와 알루미늄 판을 포함하는 페데스탈의 열적 모델링 동안 얻어진 열 지도이다.
하기 내용에서, 본 발명의 개념을 잘 이해할 수 있게 하기 위해 다수의 특정 세부사항들이 설명된다. 이 개념들은 이러한 특정 세부사항들의 몇몇 사항들 또는 모든 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있다. 다른 경우에서는, 상기 기술된 개념들을 불필요하게 모호하게 만들지 않게 하기 위하여, 잘 알려져 있는 처리 공정들은 상세하게 기술되지 않는다. 몇몇 개념들이 특정 구체예들에 관해 기술되겠지만, 이러한 구체예들은 제한하려는 것이 아님을 이해할 수 있을 것이다.
개론( Introduction )
반도체 처리 장치들은 반도체 기판(semiconductor) 위에서 수행되는 여러 처리 공정 동안 반도체 기판을 지지하기 위한 페데스탈(pedestal)을 사용할 수 있다. 이러한 페데스탈은 지지된 기판을 가열하고 및/또는 냉각시키도록 구성될 수 있거나, 혹은, 보다 일반적으로는, 지지된 기판의 온도를 조절하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 페데스탈에는 금속 본체(metal body) 내에 위치된 히터(heater)가 구비될 수 있으며 기판을 향하는 표면(substrate-facing surface)을 통해 열플럭스(heat flux)를 기판에 제공하도록 구성될 수 있다. 기판은 기판을 향하는 표면 위로 미리 정해진 거리(예를 들어, 천 분의 수 인치)에 위치될 수 있으며 복사 및 대류 열전달 방법들의 조합에 의해 가열될 수 있다. 열을 균일하게 전달하기 위하여, 기판을 향하는 표면은 (전체 표면에 걸쳐 및/또는 다수의 공정 사이클 동안) 일정한 온도로서 유지될 필요가 있다. 게다가, 기판을 향하는 표면은 균일한 방사율(emissivity)를 가질 필요가 있다.
본 명세서의 목적을 위해, 실질적으로 균일한 온도는 미리 정해진 특정값 미만의 편차(deviation)를 가지는 온도 프로파일(temperature profile)로서 정의된다. 이 값은 여러 처리 필요조건(processing requirement)들에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 밑에서 기술되는 특정 박리 공정(ashing operation)에 대해, 상기 편차는 약 5℃ 미만, 또는 심지어 약 2℃ 미만일 수 있다. 위에서 언급한 것과 같이, 페데스탈의 기판을 향하는 표면 전체에 걸쳐 또는, 보다 구체적으로, 처리 공정 동안 실제로 기판을 향하도록 설계된 표면 부분에 걸쳐 상기 온도 프로파일이 고려될 수 있다. 상기 온도 프로파일을 구성하는 데 있어서 그 외의 다른 부분들, 가령, 에지 돌출부(edge protrusion)들은 제외될 수 있다. 게다가, 온도 프로파일의 균일성은 한 공정 사이클 내에서 고려될 수 있으며 다중 사이클에 걸쳐, 가령, 약 10,000 사이클 이상 또는 심지어 약 100,000 사이클 이상에 걸쳐 고려될 수 있다. 반도체 공정은 처리 장치의 특정 특성들을 확인한다. 이렇게 해서, 기판을 향하는 표면의 온도의 변화(shift)를 포함하는 상기 특성들에서의 변화가 최소화되어야 한다. "열을 실질적으로 균일하게 전달하는 것(substantially uniform heat transfer)"은 실질적으로 일정한 온도 프로파일을 가진 페데스탈을 향하는 표면에 의한 열전달로서 정의된다. 게다가, 이 표면은 미리 정해진 개수의 사이클에 걸쳐 실질적으로 일정한 방사율(emissivity)을 유지하여야 한다. 당업자는 온도 및 방사율 균일성에 대해 특정 반도체 공정의 구체적인 필요조건들을 이해할 것이다.
본 명세서에서, 용어 "반도체 기판(semiconductor substrate)", "반도체 웨이퍼(semiconductor wafer)", "웨이퍼(wafer)", 및 "부분 제작된 집적 회로(partially fabricated integrated circuit)"들은 상호교체가능하게 사용된다. 당업자는 이러한 용어들이 집적 회로 제작 공정의 여러 단계에서 다양한 기판들, 가령, 200mm 웨이퍼 및 300mm 웨이퍼를 가리키고 있음을 이해할 것이다. 하기 상세한 설명이 실리콘 웨이퍼를 처리하도록 실시되는 장치 및 방법들에 대해 반복적으로 기술하고 있지만, 범위는 상기 장치 및 방법들에만 제한되지 않는다. 전체적으로 보면, 반도체 기판은 다양한 형태, 크기 및 재료들을 가질 수 있다. 몇몇 예들에는 인쇄회로기판(printed circuit board), 디스플레이(display) 등이 포함된다. 페데스탈 구조물, 또는, 보다 구체적으로는, 본 명세서에 기술된 탈착식 커버(removable cover)의 여러 형상(configuration)들은 이러한 기판들을 처리하도록 특별히 변형될 수 있다(modified).
탈착식 커버를 가진 페데스탈을 포함하는 이러한 장치들은 다양한 반도체 제작 공정 용도로 사용될 수 있는데, 상기 다양한 반도체 제작 공정에는 대량 박리(bulk stripping) 공정 및/또는 고용량 임플란트 박리(high-dose implant stripping; HIDS) 공정이 포함되지만 이에만 제한되지는 않는다. 상기 대량 박리 공정은 고용량 이온(ion) 임플란트에 노출되지 않았으며 그 결과 표면 위에 주된(major) 외피 형태(crust formation)를 가지지 않은 포토레지스트(photoresist)를 제거하도록 사용될 수 있다. HDIS 공정은 고용량 이온 임플란트에 노출되어 따라서 상기 외피 형태를 포함하는 포토레지스트를 제거하도록 사용될 수 있다. HDIS 공정은 통상 대량 포토레지스트를 노출시키기 위해 외피(crust)를 제거하기에 최적화된 초기 박리 단계를 거친 뒤, 대량 포토레지스트를 제거하기 위해 상기 초기 박리 단계와는 다르게 최적화된 주 박리 단계를 포함하는 단계별 접근법을 가진다. HDIS 공정에서 한 공정 또는 두 단계 모두 대량 박리 공정과는 상이한 공정 조건(process condition)들을 사용할 수 있다. 예를 들어, 대량 박리 공정은 기판을 약 250℃ 이상, 예를 들어 약 280℃으로 매우 신속하게 가열시키는 단계를 포함할 수 있다. 그러면, 박리 단계는 상기 온도에서, 예를 들어, 산소-함유 플라즈마(oxygen-containing plasma)가 존재할 때 수행된다. 이에 비해, HDIS 공정은 기판을 그보다 낮은 온도, 예를 들어, 약 250℃ 내지 140℃ 사이의 온도로 가열시키는 단계로 시작할 수 있다. 기판이 상기와 같이 상대적으로 낮은 온도에 유지되는 동안 외피(crust)를 제거하도록 산소-함유 플라즈마가 사용된다. 그 뒤, 기판은 약 250℃ 이상, 예를 들어 약 280℃으로 가열되며, 이 지점에서 플라즈마는 해당 (그리고 이제 노출된) 대량 포토레지스트를 박리한다. 이 예들은 화학적(chemical) 및 열적 상태(thermal condition)들에 노출되어 성능이 저하될 수도 있는 페데스탈들을 예시한다. 게다가, 상기 페데스탈은 똑같은 HDIS 공정 사이클 동안 상이한 공정 조건들, 가령, 상이한 기판 온도들을 제공하도록 사용될 수 있다. 이러한 공정 조건들은 종종 다수의 공정 사이클들에 걸쳐 지속적으로 유지되어야 하는 제한된 작동 윈도(operating window)를 가진다.
페데스탈의 몇몇 구성요소들은 종종 알루미늄으로 제작된다. 알루미늄은 비용과 제작 측면에 있어서 선택하기에 우수한 재료이다. 알루미늄으로 제작된 구성요소들은 보호 코팅, 가령, 경질 애노다이즈(hard anodize)를 가질 수 있다. 특정 코팅들은 방사율과 같은 특별한 성능 특성을 제공하도록 사용될 수 있다. 페데스탈의 기판을 향하는 표면은 통상 낮은 방사율을 가질 필요가 있다. 이에 따라, 원상태의(bare) 알루미늄 표면이 종종 사용된다. 하지만, 이렇게 보호되지 않은 표면들은 모진 처리 환경에서 품질이 저하되고(deteriorate) 표면 성질이 변경되려는 경향이 있다.
이는 기판을 향하는 표면이 종종 방사율 성질을 변경시켜 그 결과 열전달이 불규칙적이고 균일하지 못하게 되는 일련의 실험에서 발견되었다. 구체적으로, 알루미늄 6061로 제작된 페데스탈은, 위에서 기술된 것과 같이, 약 10,000회의 사이클의 통상적인 대량 박리 공정을 수행하였다. 정상 작동 기간(regime)에서, 본 장치는 오직 약 1주일 동안 다수의 사이클을 수행한다. 상기 페데스탈의 기판을 향하는 표면은 원상태의 알루미늄으로 제작되었으며 상기 표면은 테스트 끝부분에서 현저하게 탈색되었다(discolored). 페데스탈의 중앙은 페데스탈의 에지 부분들보다 훨씬 더 짙었다. 특정 이론에 제한되지 않고도, 상대적으로 높은 마그네슘 농도를 가진 상기 등급(grade)의 알루미늄은 마그네슘의 일부가 기판을 향하는 표면으로 이동할 수 있게 하는 것으로 믿어진다. 기판을 향하는 표면의 방사율 지도(emissivity map)에 따르면, 더 짙은 중앙 부분이 약 0.15의 방사율을 가지며 상대적으로 옅은 에지 부분들을 오직 약 0.4의 방사율을 가진다. 테스트 전의, 원상태의 알루미늄 표면의 방사율은 0.4보다 컸다. 이러한 편차는 열전달 특히 복사에 의해 전달된 열플럭스의 일부분에 부정적인 영향을 끼친다.
추가적인 실험에서, 동일한 처리 조건들을 사용하여 다수의 웨이퍼를 처리하기 위해 3개의 서로 다른 페데스탈을 사용하였다. 그 뒤, 각각의 페데스탈에 상응하는 박리 속도(ashing rate)를 결정하기 위해 상기 처리된 웨이퍼들을 검사하였다(inspected). 이 실험의 결과는 도 1에 도시되어 있으며 상이한 페데스탈에 대해 실질적으로 상이한 박리 속도를 예시한다. 박리 속도들은 기판 온도에 매우 민감하다는 것을 유의해야 한다. 라인(20)은 알루미늄 6061로 제작된 신규한 페데스탈이다. 이 페데스탈의 표면은 가시적인 어떠한 탈색부분(discoloration)도 가지지 않았다. 라인(30)은 알루미늄 3003으로 제작된 신규한 페데스탈에 해당한다. 이 페데스탈의 표면도 가시적인 어떠한 탈색부분도 가지지 않는다. 마지막으로, 라인(10)은 앞에서 약 10,000회의 박리 사이클을 거쳤던 알루미늄 6061로 제작된 사용된 페데스탈에 해당한다. 이 페데스탈은, 위에서 기술한 것과 같이, 기판을 향하는 표면의 실질적인 탈색부분들을 가졌다. 상기 페데스탈은 훨씬 높은 박리 속도를 형성하였으며, 이는 도 1에 명백하게 도시되어 있다. 어떠한 특정 이론에 제한하지 않고도, 상기 페데스탈의 더 짙은 기판을 향하는 표면이 다른 두 페데스탈의 경우보다 훨씬 더 큰 복사 열플럭스를 야기시켰다고 믿어진다. 그 결과, 처리 공정 동안 웨이퍼들은 더 높은 온도에 유지되었으며 그에 따라 박리 속도가 훨씬 높아졌다. 이 박리 속도 차이는 다수의 경우에서 수용할 수 없으며 페데스탈은 교체될 필요가 있다. 달리 말하면, 페데스탈이 오기 10,000회의 사이클 동안만 사용될 수 있거나 혹은 심지어 10,000회 사이클 전에도 교체되어야 한다는 의미이다.
페데스탈 교체 작업은 시간이 매우 많이 소요되는 공정으로서, 처리 챔버(processing chamber)의 여러 압력/진공 밀봉부(seal)를 파열하는 단계 및 새로운 밀봉부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 페데스탈 교체작업은 그 외의 다른 구성요소들, 가령, 내부 기판-취급 로봇 및 로드 로크 전달 메커니즘(load lock transfer mechanism)에 대해 페데스탈을 새롭게 정렬시킬 필요가 있다. 또한, 전체 페데스탈은 매우 복잡하고 값비싼 구성요소일 가능성이 크다. 가능한 최대로, 페데스탈을 빈번하게 유지보수하고 교체하는 것을 피해야 한다. 이와 동시에, 페데스탈은 유지보수 동안 정지기간 동안 열전달 성질을 유지해야 하는데, 이는 위에서 명백하게 기술된 것과 같이 알루미늄의 기판을 향하는 표면으로는 구현하기 어려울 것이다. 게다가, 심지어 새로운 알루미늄 페데스탈은 기판을 향하는 표면 위에 실질적인 온도 변화(temperature variation)를 가질 수 있다.
특별히 구성된 커버를 페데스탈의 금속판 위에 배치함으로써, 반도체 기판에 열이 실질적으로 균일하게 전달될 수 있음이 밝혀졌다. 상기 커버는 판으로부터 쉽게 제거될 수 있으며 판을 교체하는 대신 새로운 커버로 교체될 수 있기 때문에 "탈착식 커버(removable cover)"로서 지칭될 수 있다. 상기 커버는 화학적으로 온도가 안정적인 재료로 제작되어 커버의 여러 열 성질들을 저하시키지 않고도 특정의 처리 환경 내에서 작동될 수 있다. 이러한 재료들 중 몇몇 재료는 (초기 "시즈닝(seasoning)" 사이클 후에) 상대적으로 낮은 초기 방사율을 가질 수 있으며 다수의 사이클에 걸쳐 상기 방사율을 실질적으로 변하지 않는 상태로 유지할 수 있다.
특정 구체예들에서, 탈착식 커버는 상응하는 금속판의 열전도성보다 실질적으로 더 낮은 열전도성을 가진 재료로 제작된다. 이 두 열전도성 간의 비율은 약 2 이상이거나 또는 심지어 약 5 이상일 수도 있다. 이와 같이 낮은 열전도성은 상측 판 표면 위의 임의의 핫스팟(hot spot)을 부드럽게 하고(smooth) 커버의 기판을 향하는 표면 위에 상응하는 스팟을 피하는 데 도움을 줄 수 있다. 달리 말하면, 상기 커버는 열 스프레더(thermal spreader)로서 사용될 수 있다.
게다가, 탈착식 커버는, 예를 들어 페데스탈이 상이한 가열 조건(heating condition)을 필요로 하는 상이한 타입의 공정을 수행하도록 사용될 때, 페데스탈의 열 성질을 쉽게 조절할 수 있게 한다. 탈착식 커버는 상이한 열전달 성질들을 가진 또 다른 커버로 쉽게 교체될 수 있거나, 혹은 페데스탈은 커버가 씌여지지 않은 상태로(uncovered) 남겨질 수 있다.
전반적으로, 탈착식 커버를 가진 페데스탈은 기판에 보다 안정적이고 일정하게 열을 전달하거나 기판으로부터 열을 전달받도록 구성될 수 있으며 이 페데스탈은 유지보수하고 작동하기자 용이하다.
장치 실시예( Apparatus Examples )
탈착식 커버를 가진 페데스탈의 여러 특징을 더 잘 이해하기 위하여, 여기서 처리 장치에 대해서 기술된다. 도 2는 특정 구체예들에 따라 반도체 기판을 처리하기 위한 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다. 상기 장치(100)는 일반적으로 예를 들어 포토레지스트 재료 및/또는 그 외의 다른 잔여 재료들을 반도체 기판으로부터 제거하고 그 의외 다른 반도체 처리 공정들을 수행하도록 구성된 다양한 타입의 기기들을 나타낸다. 몇몇 특정 실시예들은 GAMMA 2100, 2130 I2CP (격행형 유도결합 플라즈마; Interlaced Inductively Coupled Plasma), G400, GxT, 및 SIERRA를 포함하며, 이 모두는 미국, 캘리포니아, 산호세에 위치한 Novellus Systems사에서 구매가능하다. 그 외의 다른 시스템들은 미국, 메릴랜드, 록빌에 위치한 Axcelis Technologies사로부터 구매가능한 FUSION line, 한국의 PSK tech사로부터 구매가능한 TERA21; 및 미국 캘리포니아, 프레몬트에 위치한 Mattson Technology사로부터 구매가능한 ASPEN을 포함한다. 탈착식 커버를 가진 페데스탈을 포함하는 몇몇 처리 챔버들은 클러스터 공구(cluster tool)과 결합될 수 있다(associated). 예를 들어, 미국, 캘리포니아, 산타클라라에 위치한 Applied Materials사로부터 구매가능한 CENTURA 클러스터 공구에 스트립 챔버(strip chamber)가 추가될 수 있다.
본 장치(100)는 플라즈마 공급원(101)과 처리 챔버(103)를 가지며, 상기 처리 챔버(103)는 샤워헤드 어셈블리(105)에 의해 플라즈마 공급원(101)과 분리될 수 있다. 플라즈마 공급원(101)은 샤워헤드 어셈블리(105)를 통해 하나 또는 그 이상의 처리 가스를 처리 챔버(103) 내로 공급하는 처리 가스 유입부(111)에 연결된다. 진공 펌프 및 도관(119)을 통해 처리 챔버(103) 내에는 저압 환경이 구현된다. 샤워헤드(109)는 샤워헤드 어셈블리(105)의 바닥부분을 형성한다. 처리 챔버(103)는 금속판(117)을 가지는 페데스탈과 상기 금속판(117)의 상측 표면에 걸쳐 위치된 탈착식 커버(118)를 포함한다. 상기 페데스탈은 반도체 기판(116)을 지지하고, 특정 구체예들에서는, 반도체 기판(116)을 가열하거나 및/또는 냉각시키도록 사용된다. 이를 위해, 판(117)에는 가열/냉각 요소가 끼워질 수 있다(fitted). 몇몇 구체예들에서, 판(117)은 반도체 기판(116)에 편향력(bias)을 제공하도록 구성된다.
처리 공정 동안, 하나 또는 그 이상의 처리 가스가 플라즈마 공급원(101)을 통해 가스 유입부(111)에 의해 유입된다. 처리 가스는 하나 또는 그 이상의 화학적으로 활성적인(chemically active) 종(species)을 함유할 수 있다. 플라즈마 공급원(101)은 활성화된 종을 생성하고 플라즈마를 형성하기 위해 가스를 이온화하도록(ionize) 사용될 수 있다. 플라즈마 공급원(101)에는 무선주파수(RF) 유도 코일(115)이 구비될 수 있다. 샤워헤드(109)는 상기 플라즈마를 샤워헤드 홀(121)을 통해 처리 챔버(103) 내로 안내한다(direct). 플라즈마/가스 혼합물을 반도체 기판(116)의 표면을 향해 분포(distribution)하고 플라즈마/가스 혼합물의 균일성을 최대화하기 위하여 임의의 개수의 샤워헤드 홀(121)이 배열될 수 있다.
판(117)은 온도-조절식일 수 있으며 반도체 기판(116)을 가열시키도록 사용된다. 몇몇 구체예들에서, 열플럭스는 탈착식 커버(118)를 통해 전달된다. 처리 공정 동안 반도체 기판(116)과 탈착식 커버(118) 사이에는 특정 틈(gap)이 존재할 수 있다. 상기 틈은 최소 접촉 면적(minimum contact area; MCA)에 의해 제공될 수 있는데, 도 5a에 대해 밑에서 추가로 기술된다. 특정 구체예들에서, 반도체 기판(116)과 탈착식 커버(118)의 기판을 향하는 표면 사이에는 일부분 접촉될 수 있다. 상기 틈은 페데스탈을 내림으로써 증가될 수 있다. 페데스탈이 내려갈 때, 반도체 기판(116)은 페그(peg)(123)에 의해 지지되는데, 상기 페그(123)은 처리 챔버(103)에 결부될 수 있다. 그 외의 다른 다른 구체예들에서, 내부 로봇의 핑거(finger)들은 금속판이 내려간 위치에 있는 동안 반도체 기판을 지지할 수 있다.
열전도(thermal conduction)에 의해 열플럭스가 일부 제공될 수 있다. 복사(radiation)에 의해 열플럭스가 일부 제공될 수도 있다. 상기 두 열전달 방법들의 상대적 분포도(relative contribution)는 기판(116)과 탈착식 커버(118) 사이의 틈의 크기, 탈착식 커버(118)의 기판을 향하는 표면의 방사율, 처리 챔버(103) 내의 압력, 및 그 외의 다른 요인들에 좌우된다. 특정 구체예들에서, 열전도성은 전체 열플럭스에 대해 가장 큰 요인이다.
페데스탈 어셈블리( Pedestal Assembly )
도 3a는 특정 구체예들에서 따라 반도체 처리 장치에 사용하기 위한 페데스탈(200)을 개략적으로 도시한 도면이다. 이러한 반도체 처리 장치의 몇몇 예들이 위에 기술되어 있으며 밑에서 추가로 기술될 것이다. 페데스탈(200)의 상측 부분(202)이 반도체 기판(도시되지 않음)을 지지하도록 사용된다. 이 상측 부분(202)은 통상 특정 기판 타입(예를 들어 300mm 웨이퍼)을 수용하도록 크기가 정해지고 형태가 결정된다. 몇몇 구체예들에서, 상측 부분(202)은 실질적으로 원형이며 약 10인치 내지 15인치, 또는 보다 구체적으로는, 약 11인치 내지 14인치, 또는 더 구체적으로는, 약 12인치 내지 13인치(예를 들어, 약 12.4인치) 사이의 직경을 가진다. 상측 부분(202)은 금속판(204)과 탈착식 커버(206)를 포함한다. 탈착식 커버(206)는 금속판(204)의 상측 부분 위에 위치되거나, 혹은 보다 구체적으로, 금속판(204)의 상측 표면(도시되지는 않음) 위에 위치된다. 탈착식 커버(206)는 기판을 수용하기 위한 표면(즉 기판을 향하는 표면(substrate-facing surface))을 제공한다. 또한, 탈착식 커버(206)는 기판과 금속판(204) 사이의 열플럭스를 조절하며, 특정 구체예들에서, 실질적으로 일정한 열을 기판에 제공하도록 구성된다. 이제, 페데스탈(200) 내의 탈착식 커버(206)와 금속판(204)의 배열상태(arrangement)가 도 3b를 참조하여 보다 상세하게 기술될 것이다.
구체적으로, 도 3b는 탈착식 커버(206)를 금속판(204)에 배치하기 전의 페데스탈(200)을 도시한다. 금속판(204)은 탈착식 커버(206)의 판을 향하는 표면(판을 향하는 표면)(도시되지 않음)과 직접 접촉할 수 있는 상측 표면(220)을 가진다. 특정 구체예들에서, 상측 표면(220) 및/또는 판을 향하는 표면은 두 표면들 사이에 열전달과 기계적 접촉이 더 잘 되도록 폴리싱된다(polished). 상측 표면(220)은 탈착식 커버(206)의 후측면(back side)과 상측 표면(220)이 결부될 때(attached) 상기 탈착식 커버(206)의 후측면과 상측 표면(220)에 의해 형성된 포켓(pocket)들로부터 가스가 배출되기 위한 통로(path)를 제공하는 하나 또는 그 이상의 가스배출 홈(outgassing groove)을 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 탈착식 커버(206)는 금속판(204) 위로 들어 올려지고(elevated) 판(204)의 상측 표면(220)과 커버(206)의 판을 향하는 표면 사이에는 틈이 형성된다. 이 틈은 탈착식 커버(206)와 금속판(204) 사이의 열전달 저항(heat transfer resistance)을 증가시키도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 두 구성요소들 사이에 스페이서(spacer) 세트가 위치될 수 있다. 이 스페이서들은 탈착식 커버(206), 금속판(204), 그 외의 다른 구성요소(예를 들어 리테이닝 메커니즘(retaining mechanism)), 또는 단독 구성요소(standalone component)의 일부분일 수 있다.
위에서 언급한 것과 같이, 탈착식 커버(206)는 기판을 향하는 표면에 걸쳐 위치된 반도체 기판에 열이 실질적으로 균일하게 전달되도록 사용될 수 있다. 열은 금속판(204)에 의해 공급되는데, 이 금속판(204)에는 히터(heater)가 구비될 수 있다. 특정 구체예들에서, 히터는 저항 전기 히터, 가령, 판(204)의 하나 또는 그 이상의 하측면 홈(underside groove) 내에 배열된 금속 튜브 안에 있는 전류가 흐르는 코일(current carrying coil)이다. 가열 튜브는 판(204)에 용접될 수 있다. 그 외의 다른 구체예들에서, 히터는 판(204)을 통해 순환하는(circulating) 열교환 유체를 포함한다.
도 3a를 보면, 상측 부분(202)은 탈착식 커버(206)의 기판을 향하는 표면으로부터 일정한 거리에서 반도체 기판을 지지하기 위해 다수의 돌출부(208)를 포함할 수 있다. 이 돌출부들은 종종 MCA 지지부로서 지칭된다. MCA 지지부들은 탈착식 커버(206)의 기판을 향하는 표면과 기판의 후측면 사이의 커다란 접촉 면적을 피하는 데 도움을 주며, 상기 커다란 접촉 면적은 기판의 후측면을 손상시키고 오염시킬 수 있다. 게다가, 기판을 향하는 표면의 약간 위에 기판을 배치시키면, 기판을 보다 균일하게 가열시키는 데 도움을 줄 수 있다. MCA 지지부들은 탈착식 커버(206)의 일부분 혹은 판(204)의 일부분으로서 제공될 수 있다. 상기 두 구체예들은 밑에서 더 상세하게 기술된다.
페데스탈(200)의 상측 부분(202)은 내부 웨이퍼 전달 로봇 핑거 또는 챔버 페그를 수용하기 위해 다수의 리세스(210)를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3a는 한 암 위에 제공된 2개의 핑거와 내부 로봇의 또 다른 암 위에 제공된 2개의 다른 핑거를 수용하도록 사용될 수 있는 4개의 리세스를 예시한다. 하지만, 임의의 개수의 리세스도 사용될 수 있다. 핑거 또는 페그는 페데스탈(200)의 상측 부분(202)이 내려간 위치로 이동할 때 기판을 지지하도록 사용된다. 상측 부분(202)은 샤프트(212)에 결부되고, 리프팅 메커니즘(214)에 결합된다. 리프팅 메커니즘(214)은 상측 부분(202)을 수직 방향으로(즉 기판을 향하는 표면에 대해 수직인 방향으로) 이동시키도록 구성된다. 상기와 같이 수직 방향으로 이동하면 핑거 또는 페그가 리세스(210) 내에 삽입되고 리세스(210)로부터 나오게 할 수 있다. 리프팅 메커니즘(214), 히터, 및 페데스탈 어셈블리의 그 외의 다른 구성요소들은 본 장치의 컨트롤 시스템에 결합될 수 있으며 이는 밑에서 추가로 기술된다.
또한, 상측 부분(202)은 반도체 기판을 수평 방향으로(기판을 향하는 표면에 대해 평행하게) 지지하기 위해 하나 또는 그 이상의 에지 돌출부(edge protrusion)를 포함할 수 있다. 상기 에지 돌출부들은 금속판 위, 커버 위, 또는 이 두 구성요소 둘 모두 위에 제공될 수 있다. 도 4a 및 4b는 특정 구체예들에 따라 상이한 타입의 에지 돌출부를 개략적으로 도시한 2개의 도면이다. 구체적으로, 도 4a는 에지 돌출부(406)가 커버(404) 위에 제공된 한 구체예를 예시한다. 이 돌출부는 커버 에지 돌출부(커버 에지 돌출부)로 지칭될 수 있다. 금속판(402) 위에는 어떠한 돌출부도 제공되지 않는데, 금속판(402)은 판(402)의 외측 에지(409)에까지 연장되는 실질적으로 평평한 상측 표면(403)을 가질 수 있다. 상측 표면(403)은 가스배출 홈(outgassing groove)들을 가질 수 있는데, 이들 중 몇몇 홈들도 외측 에지(409)에까지 연장된다. 이러한 디자인은 판의 제작공정을 단순하게 할 수 있으며 상측 표면을 좀 더 매끄럽게 제작하고 허용오차(tolerance)를 더 줄일 수 있게 한다.
이러한 구성(configuration)에서, 기판(400)은 커버 에지 돌출부(406)에 의해 지지된다. 기판(400)과 돌출부(406) 사이에 작은 틈(408)이 존재할 수 있어서 기판을 배치하고 제거할 수 있으며 처리 공정 동안 기판(400)과 커버(406) 사이의 열팽창 차이(thermal expansion difference)를 수용할 수 있게 한다. 이와 동시에, 틈(408)은 기판을 나란하게 정렬한 상태로 유지하고 틈에 오염물질(contaminant)이 쌓이는 것을 방지하기 위해 충분히 작아야 한다. 특정 구체예들에서, 커버 에지 돌출부의 내측 직경은 300mm 웨이퍼를 지지하거나 및/또는 나란하게 정렬하기 위해서 약 11.987인치이다. 커버(404)는 여러 고정 특징부(retaining feature)들을 사용하여 금속판(402) 위에서 지지되는데, 이는 밑에서 기술될 것이다.
도 4b는 에지 돌출부(416)가 금속판(412) 위에 제공되는 또 다른 구체예를 예시한다. 이 돌출부는 판 에지 돌출부(416)로서 지칭된다. 커버(414)는 어떠한 에지 돌출부도 가지지 않으며, 이에 따라 커버(414)의 제작공정을 단순하게 할 수 있으며 커버 표면들을 좀 더 매끄럽게 제작하고 허용오차를 더 줄일 수 있게 한다. 판 에지 돌출부(416)는 커버(414)의 기판을 향하는 표면(415) 위로 연장되도록 설계된다. 따라서, 판 에지 돌출부(416)의 높이는 커버(414)의 두께에 좌우된다. 일반적으로, 판 에지 돌출부(416)가 커버(414)의 기판을 향하는 표면(415) 위로 연장되는 거리는 도 4a에 대해 위에서 기술된 커버 에지 돌출부의 높이와 동일하거나 혹은 이 커버 에지 돌출부의 높이에 상응한다. 판(412), 커버(414), 및 기판(410)의 열팽창 차이를 수용하고 커버(414)와 기판(410)을 판 에지 돌출부(416)에 의해 형성된 경계(boundary) 내에 배치할 수 있도록 하기 위하여, 커버(414)와 판 에지 돌출부(416) 사이 뿐만 아니라 기판(410)과 판 에지 돌출부(416) 사이에 틈이 제공된다. 커버(414)는 판 에지 돌출부(416) 및/또는 여러 고정 특징부(retaining feature)들을 사용하여 금속판(412) 위에서 지지될 수 있다.
탈착식 커버( Removable Cover )
이에 따라, 탈착식 커버는 커버 에지 돌출부들과 함께 제작될 수 있거나 혹은 커버 에지 돌출부들 없이도 제작될 수 있다. 이제, 커버 에지 돌출부가 있는 커버가 도 5a-5c를 참조하여 보다 상세하게 기술될 것이다. 또 다른 타입의 커버(즉 커버 에지 돌출부가 없는 커버)는 도 6a-6b를 참조하여 후에 기술될 것이다. 당업자는 한 타입의 커버에 관해 기술된 여러 특징들이 그 외에 달리 서술되지 않는다면 또 다른 타입의 커버에도 적용될 것이라는 것을 이해할 것이다. 따라서, 간략성을 위해, 기술내용은 커버 에지 돌출부가 있는 커버에 대부분 초점을 맞출 것이다.
도 5a는 특정 구체예들에 따른 탈착식 커버(500)를 도시한 상부도이다. 탈착식 커버(500)는 커버 에지 돌출부(504)에 의해 형성된 경계(boundary) 내에 포함된 기판을 향하는 표면(502)을 가진다. 커버가 에지 돌출부를 가지지 않는 그 외의 다른 구체예들에서, 기판을 향하는 표면은 커버의 외측 에지에 의해 형성될 수 있다. 또한, 탈착식 커버(500)는 내부 전달 로봇 핑거 또는 챔버 페그들을 수용하도록 구성된 다수의 리세스(508)를 포함한다. 리세스(508)들은 페데스탈의 조립 동안 금속판 위의 상응하는 리세스들과 나란하게 정렬된다. 이러한 정렬상태는 리테이닝 메커니즘에 의해 유지될 수 있는데 이는 밑에서 추가로 기술될 것이다.
다수의 MCA 지지부(506)를 가진 기판을 향하는 표면(502)이 도시되어 있다. MCA 지지부는 단독 구성요소, 가령, 커버(또는 판)의 리세스 내에 위치된 사파이어 볼(sapphire ball)일 수 있거나, 혹은 커버(또는 판)에 일체로 구성될 수 있다(integrated). 기판을 향하는 표면 위로 연장되는 MCA 지지부의 높이는 열전달을 조절하고 기판과 표면 사이의 과잉 접촉을 방지하도록 특정 방식으로 선택될 수 있다. 특정 구체예들에서, 상기 높이는 약 0.001인치 내지 0.010인치 사이, 혹은 보다 구체적으로는 약 0.004인치 내지 0.007인치 사이이다. 상기 높이는 탈착식 커버(500)의 기판을 향하는 표면(502)과 기판의 후측면 사이에 틈을 형성한다. 특정 구체예들에서, 기판은 상기 MCA 지지부들 사이에서 휘어질 수 있으며(sag) 심지어 기판을 향하는 표면과 접촉할 수도 있다. 따라서, 상기 틈은 일반적으로 평균 틈(average gap)으로 지칭된다. 이 평균 틈은 기판을 향하는 표면 위로 연장되는 MCA 지지부들의 높이보다 더 작을 수 있다.
도 5a는 탈착식 커버(500)의 기판을 향하는 표면의 전체에 걸쳐 균일하게 위치된 6개의 MCA 지지부(506)를 도시한다. 균일하게 배치하는 것은, 특히 기판이 상대적으로 높은 처리 온도로 가열될 때, 기판이 휘어지는 것을 최소화시키기 위해 필요하다. 하지만, 다른 개수의 MCA 지지부(예를 들어, 3개 내지 25개)도 사용될 수 있다. 특정 구체예들에서, 페데스탈은 지지부를 가지지 않으며 기판은 기판을 향하는 표면 위에 직접 위치되고 기판을 향하는 표면과 접촉하기도 한다.
도 5a에 예시된 6개의 지지부들은 2개의 동심 원들을 따라 균일하게 배열된다(즉 첫 번째의 3개의 지지부 세트는 내측 원을 따라 배치되고 두 번째의 3개의 지지부 세트는 외측 원을 따라 배열된다). 이 원들의 중심은 탈착식 커버(500)의 중심과 실질적으로 일치할 수 있다. 상기 두 지지부 세트들은, 각각, 균일하게 분포하기 위해 서로에 대해 약 120°만큼 오프셋배열될 수 있다. 한 지지부 세트는 또 다른 지지부 세트에 대해 약 60°만큼 오프셋배열될 수 있다. 이 원들의 직경들은 기판을 향하는 표면의 크기에 좌우된다. 예를 들어, 300mm 웨이퍼를 지지하기 위해 사용되는 페데스탈은 약 4인치 내지 6인치(예를 들어, 약 5인치) 사이의 내측 원 직경을 가질 수 있으며, 약 9인치 내지 11인치(예를 들어, 약 10인치) 사이의 외측 원 직경을 가질 수 있다.
탈착식 커버가 열이 균일하게 전달하기에 적합한 특정 열 성질(thermal characteristics)을 가진 내화학성 및 내열성 재료로 제작된다. 몇몇 열 성질 예는 열전달계수, 비열(specific heat) 및 방사율을 포함한다. 이러한 열 성질들은 상당히 많은 사이클 회수에 걸쳐 통상적인 작동 환경에서 사용되는 동안 실질적으로 일정한 상태로 유지되어야 한다. 안정성을 지속적으로 보장하기 위해 커버의 몇몇 초기 사전-처리 공정(예를 들어, "시즈닝(seasoning) 공정, 또는 "번 인(burn in)" 공정)이 수행될 수도 있다. 예를 들어, 커버에는 방사율 성질을 조절하기 위해 기판을 향하는 표면에 걸쳐 위치된 기판 없이 하나 또는 그 이상의 공정 사이클이 수행될 수 있다.
탈착식 커버에 적합한 재료의 예에는 다양한 세라믹 재료, 가령, 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 니트라이드, 바륨 티타네이트, 보론 니트라이드, 실리콘 알루미늄 옥시니트라이드, 실리콘, 실리콘 옥사이드, 실리콘 카바이드, 실리콘 니트라이드, 마그네슘 실리케이트, 티타늄 카바이드, 징크 옥사이드, 및 지르코늄 다이옥사이드를 포함한다. 특정 구체예에서, 커버는 알루미늄 옥사이드 또는, 보다 구체적으로는 약 99.5% 이상의 순수 알루미늄 옥사이드 또는, 보다 더 구체적으로는 약 99.9% 이상의 순수 알루미늄 옥사이드로 제작된다. 고순도 레벨(high purity level)은 가스배출(outgassing)을 방지하고 추후에 커버가 처리 공정에 노출될 때 입자가 형성되는 것을 방지하는데 도움이 된다. 99.5% 및 99.9% 순도 레벨은 위에서 언급한 다른 세라믹 재료에도 적용할 수 있다.
탈착식 커버 용도로 사용되는 재료는 열 성질에 따르는 것을 특징으로 할 수도 있다. 특정 구체예들에서, 커버 재료는 약 100 W/(m K) 미만 또는, 보다 구체적으로는 약 50 W/(m K) 미만, 또는 보다 더 구체적으로는 약 25 W/(m K) 미만의 열전달계수(실온에서)를 가진다. 앞에서 언급한 것과 같이, 낮은 열전달계수는 "열확산(thermal spreading)"에 도움이 되며 탈착식 커버의 기판을 향하는 표면 위에 핫스팟(hot spot)이 생성되는 것을 방지하는 데 도움이 된다.
탈착식 커버를 특징짓기 위한 또 다른 특성은 기판을 향하는 표면들의 방사율이다. 이 특성은 재료, 표면 마감질(surface finish), 그리고 그 외의 다른 요인들에 좌우될 수 있다. 특정 구체예들에서, 기판을 향하는 표면의 평균 방사율은 약 0.07 미만, 또는 보다 구체적으로는 약 0.03 미만, 또는 보다 더 구체적으로는 약 0.01 미만이다. 커버들은 일반적으로 상기 방사율 특성들이 다수의 사이클에 걸쳐 안정적인 상태로 유지되도록 형성된다. 특정 구체예들에서, 초기 방사율은 약 10,000회의 사이클 후에 약 50% 미만, 또는 보다 구체적으로는 약 25% 미만, 또는 보다 더 구체적으로는 약 5% 미만만큼 변경된다. 이러한 안정성은 커버용으로 특히 안정적인 재료를 선택할 뿐 아니라 기판을 향하는 표면의 거칠기(roughness)를 조절함으로써 구현될 수 있다. 어느 한 특정 이론에 제한되지 않고도, 상대적으로 거친 표면이 더 많이 폴리싱된 표면(polished surface)보다 더 작은 방사율 변화(emissivity drift)를 겪는다고 알려져 있다. 특정 구체예들에서, 기판을 향하는 표면은 약 0.001인치 내지 0.025인치 사이의 표면 거칠기를 가진다.
위에서 특정지어진 방사율값들은 방사율이 측정되는 특정 각도와 페데스탈의 통상적인 작동 온도에 대해 형성된다. 방사체(radiating body)에서, 온도는 방출 에너지의 스펙트라 분포(spectral distribution)에 영향을 끼친다. 따라서, 여기서 제공된 방사율값들은 작동 상태 하에서 방사율이 가장 큰 스펙트라 영역(spectral region)에 대한 값들이다. 예를 들어, 약 350℃ 내지 400℃ 사이에 있는 판의 웨이퍼를 향하는 표면에 대한 방사율값들은 일반적으로 약 2 내지 8 마이크로미터 사이의 파장(wavelength)와 약 90°의 방사율 각도에 상응한다. 또한, 적절한 경우, 상기 제공된 방사율값들은 평균값을 나타내거나 또는 판의 웨이퍼를 향하는 표면에 걸쳐 적분한 값(integral)이다. 국부(local) 방사율값들은 표면 위에 있는 여러 지점들 사이에서 다를 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 판은 작동 동안에 웨이퍼를 향하는 표면 위에 스크래치(scratch) 및/또는 국부 탈색(local discoloration)이 형성될 수 있으며 따라서 국부 방사율 피크(emissivity peak)를 가질 수 있다. 또한, 판의 웨이퍼를 향하는 표면은 방사율이 특정 범위 내에 있도록 주기적으로 재마감질할 수 있음(periodically refinished)을 이해해야 한다.
도 5b는 특정 구체예들에서 따라 판을 향하는 표면(510)을 예시하는 탈착식 커버(500)의 바닥 투시도이다. 조립된 페데스탈에서, 판을 향하는 표면(510)은 금속판의 상측 표면과 접촉 상태에 있을 수 있거나 혹은 상측 표면으로부터 미리 정해진 거리에 위치될 수 있다. 직접적으로 접촉 상태에 있는 구체예들은 더 낮은 열전달 저항성(heat transfer resistance)을 가지지만 열확산을 제공할 수 있다. 직접적으로 접촉 상태에 있는 구체예들에서, 열전달 저항성은 판의 상측 표면의 거칠기 및 판을 향하는 표면(510)의 거칠기에 좌우된다. 특정 구체예들에서, 이러한 표면들 중 한 표면 또는 두 표면은 둘 다 20 마이크로인치 미만, 또는 보다 구체적으로는 약 10 마이크로인치, 또는 보다 더 구체적으로는 약 5 마이크로인치 미만의 표면 거칠기를 가진다. 게다가, 열플럭스의 균일성은 실질적으로 평행한, 가령, 약 0.025인치 미만, 또는 보다 구체적으로는 약 0.010인치 미만, 또는 보다 더 구체적으로는 약 0.005인치 미만 내에 있는 두 표면들에 좌우된다. 다른 구체예들에서, 금속판의 상측 표면과 판을 향하는 표면(510) 사이에는 예를 들어 상기 표면들 중 한 표면 또는 두 표면 모두 위에 위치된 특징부 세트에 의해 틈이 제공된다. 이러한 틈은 약 0.001 인치 내지 0.0025 인치 사이, 또는 보다 구체적으로는 약 0.005인치 내지 0.010인치 사이일 수 있다.
도 5b는 (예를 들어, 커버(500)의 중앙에서) 판을 향하는 표면(510) 위에 위치된 가이딩 핀(514)을 예시한다. 가이딩 핀(514)은 판의 상측 표면 위에 있는 상응하는 가이딩 리세스(가이딩 리세스) 내로 돌출되고 판과 탈착식 커버(500)의 상대 위치를 구현하고 유지하도록 구성된다. 가이딩 핀(514)과 가이딩 리세스는 두 구성요소들을 충분히 나란하게 정렬시키기 위해 (실온에서) 타이트하게 끼워 맞출 수 있다(tight fit). 특정 구체예들에서, 가이딩 핀(514)의 직경은 약 0.125인치 내지 0.5인치 사이에 있거나, 또는 보다 구체적으로는 약 0.25인치이다. 상기 구체예 또는 그 외의 다른 구체예에서, 가이딩 핀(514)의 높이는 약 0.125인치 내지 0.5인치 사이에 있거나 혹은 보다 구체적으로는 약 0.25인치이다. 가이딩 핀(514)은 개별적인 구성요소로서 제작될 수 있으며 그 뒤 판을 향하는 표면(510)에 결부될 수 있다. 대안으로, 가이딩 핀(514)은 탈착식 커버(500)의 일체형 부분일 수 있다.
또한, 도 5b는 판을 향하는 표면(510) 위에 위치된 2개의 리테이닝 포스트(512a 및 512b)를 예시한다. 특정 구체예들에서, 2개의 리테이닝 포스트들은 가이딩 핀(514)과 일렬로(in line) 위치된다. 300mm 웨이퍼를 지지하도록 설계된 커버는 커버의 중심으로부터 약 4인치 내지 5.75인치 사이에 위치되거나, 또는 보다 구체적으로는 약 4.5인치 내지 5 인치 사이에(예를 들어, 약 4.8인치에) 위치된 2개의 리테이닝 포스트를 가질 수 있다. 리테이닝 포스트(512a 및 512b)는 금속판 위에 너무 깊은 측면 리테이닝 캐비티(retaining cavity)를 가지는 것을 방지하기 위해 탈착식 커버(500)의 외측 에지에 상대적으로 가깝게 위치되어야 한다. 리테이닝 포스트(512a 및 512b)를 달리 배열하는 것도 가능하다. 리테이닝 포스트(512a 및 512b)는 개별 구성요소들로서 제작될 수 있으며 판을 향하는 기판(510)에 결부될 수 있다. 대안으로, 리테이닝 포스트(512a 및 512b)는 탈착식 커버(500)의 일체형 부분일 수 있다.
가이딩 핀 및/또는 리테이닝 포스트를 개별 구성요소들로서 제작하면, 그 외의 다른 특징들부들, 가령, 판을 향하는 기판과 기판을 향하는 표면을 제작하는 동안 보다 정밀하게 제작할 수 있다. 예를 들어, 이러한 표면들 중 한 표면 또는 두 표면 모두 보다 정밀한 거칠기 특성을 가지게 제작할 수 있거나 또는 그 외의 다른 경우 가능한 경우보다 더 평평하거나 및/또는 평행하게 제작될 수 있다. 결부(attachment) 용도로, 다수의 상이한 기술, 가령, 글레이즈 본딩(glaze bonding) 또는 브레이징(brazing) 공법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 브레이징 공법은 커다란 입자(grain)들을 가지는 2개의 사전-제작된 세라믹 구성요소들 사이에 몇몇 작은 입자를 가진 세라믹 재료를 배치하는 단계를 포함한다. 그 후, 작은 입자를 가진 세라믹 재료를 용융시키고 이 재료를 그 외의 다른 두 구성요소들로 융합시켜, 이에 따라 연속적인 야금학적 결합(metallurigical bond)을 형성하기 위해, 상기 층(stack)에는 열이 가해지며, 특정 구체예들에서는 압력이 가해진다.
이제, 탈착식 커버(500)의 그 외의 몇몇 특징, 가령, 커버 에지 돌출부(존재한다면)의 두께 및 프로파일이 도 5c를 참조하여 보다 상세하게 기술될 것이다. 구체적으로, 도 5c는 특정 구체예들에 따라 탈착식 커버(500)의 에지 부분을 도시한 투시도이다. 이 도면은 커버 에지 돌출부(504)와 기판을 향하는 표면(502) 부분들을 예시한다. 또한, 도 5c에서는 리세스(508)도 예시되어 있는데, 이 리세스(508)로 인해 몇몇 추가적인 특징부들을 횡단면 형태로 볼 수 있게 해준다. 예를 들어, 탈착식 커버(500)의 두께는 이 도면으로부터 평가될 수 있다(assessed). 용어 "두께(thickness)"는 기판을 향하는 표면(502)과 판을 향하는 표면(도시되지 않음) 사이의 거리로서 정의된다. 이 정의법은 상기 표면들 위에 있는 여러 돌출부 또는 리세스들을 설명하지는 못한다. 특정 구체예들에서, 커버의 두께는 약 0.075인치 내지 약 0.500인치 사이, 또는 보다 구체적으로는 약 0.125인치 내지 0.250인치 사이(예를 들어, 약 0.198인치)일 수 있다. 특별한 열전도 필요조건들을 충족시키기 위해 특정 두께가 선택될 수도 있다. 예를 들어, 커버 구성을 위해 내열 재료가 사용될 때 상기 커버는 예를 들어 더 작은 저항성을 지닌 내열 재료가 사용될 때보다 더 얇게 제작될 수 있다. 위에서 기술된 값들은 알루미늄 옥사이드 또는 밑에서 기술되는 공정 상태에서 사용되는 그 외의 다른 세라믹 재료들로 제작되는 커버를 위해 적용할 수 있다. 제작 이유(예를 들어, 커버의 제작, 가이딩 핀 및 리테이닝 핀의 결합, 및 그 외의 다른 요인들)를 위해 특정의 최소 두께가 필요할 수 있다.
도 5c는 커버 에지 돌출부(504)를 도시한 도면으로서 상기 커버 에지 돌출부(504)의 높이를 평가할 수 있게 한다. 특정 구체예들에서, 상기 높이는 약 0.010인치 내지 0.100인치 사이, 또는 보다 구체적으로는 약 0.025인치 내지 0.050인치 사이(예를 들어, 약 0.040인치)이다. 상기 높이는 도 4a 및 4b에 관해 위에서 기술한 것과 같이 기판의 에지를 지지하기에 충분해야 한다. 하지만, 상기 높이는 상기 에지를 손상시키는 것을 방지하기 위해 너무 과도해서는 안 된다. 특정 구체예들에서, 커버 에지 돌출부(504)는 인터페이스(interface)에서 기판을 향하는 표면(502)을 가지는 챔퍼(chamfer)를 가진다. 상기 챔퍼는 기판에 어느 정도의 나란한 정렬상태(some alignment)를 제공하는 데 도움을 줄 수 있으며 기판을 배치하고 제거하는 데 도움을 줄 수도 있다. 특정 구체예들에서, 챔퍼는 기판을 향하는 표면(502)에 대해 약 30° 내지 60° 사이(예를 들어, 약 45°)의 각도를 가진다.
도 6a 및 6b는 특정 구체예들에 따라 상이한 탈착식 커버(600)를 개략적으로 도시한 상부도 및 바닥도면이다. 상기 탈착식 커버(600)는 도 6a에 도시된 것과 같이 기판을 향하는 표면(602) 위에 MCA 지지부를 가지지 않는다. 대신, 탈착식 커버(600)는 MCA 지지부들이 탈착식 커버(600)를 통해 돌출하고 기판을 향하는 표면(602) 위로 연장될 수 있게 하는 다수의 관통홀(606a 및 606b)을 가진다. 관통홀(606a 및 606b)은 도 6a에서 기판을 향하는 표면(602) 위에서 둘 다 볼 수 있으며 도 6b에서는 판을 향하는 표면(612) 위에서 둘 다 볼 수 있다. 상기 구체예들에서, MCA 지지부들은 금속판의 일부분일 수 있거나 혹은 금속판에 의해 지지된 단독 구성요소(예를 들어 사파이어 볼)일 수 있다. 금속판인 현저히 다른 열팽창계수를 가질 수 있기 때문에, MCA 지지부들은 탈착식 커버(600)에 대해 이동할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄의 열팽창계수는 약 22.2x10-6 m/(m K)이며 알루미늄계 세라믹에 대해서는 단지 5.4x10-6 m/(m K)이다. 따라서, 길이가 6인치(대략 통상적인 페데스탈의 반경)인 세라믹 및 알루미늄 물체를 실온으로부터 약 425℃(특정 작동 온도에 상응하는)로 가열하면 약 0.041인치의 팽창 차이가 발생할 것이다. 이렇게 해서, 특정 구체예들에서, 관통홀(606a 및 606b)은 탈착식 커버(600)의 중심에 대해 반경 방향으로 연장되는 기다란(elongated) 슬롯(slot)들로서 형성된다. 관통홀(606a 및 606b)은 하나 또는 그 이상의 원(도 6a에 2개의 원들이 점선으로 도시되어 있음)을 따라 배열될 수 있다. 탈착식 커버(600)는 에지(604)를 따라 제공된 커버 에지 돌출부를 가질 수 있다. 대안으로, 탈착식 커버(600)는 에지(604) 끝까지 연장되는 기판을 향하는 표면(602)을 가질 수 있으며 커버 에지 돌출부에 의해 둘러싸이지 않는다. 그 외의 다른 탈착식 커버(600) 특징들은 도 5a-5c에 관해 위에서 기술된 특징들과 똑같거나 혹은 유사할 수 있다. 예를 들어, 도 6b는 가이딩 핀(614)과 2개의 리테이닝 포스트(616a 및 616b)를 포함하는 핀을 향하는 표면(612)을 예시한다.
금속판(금속판)
이제, 금속판의 여러 특징들이 도 7에 관해 보다 상세하게 기술될 것이다. 탈착식 커버에 열을 전달하고 탈착식 커버를 지지하기 위해 금속판이 사용될 수 있다. 금속판은 가열 요소(heating element)로부터 초기 열 분포를 제공하는 커다란( bulky) 금속 구조물로서 형성될 수 있으며, 판 내에 위치되거나 또는 판의 바닥에 결부될 수 있다. 구체적으로, 도 7은 특정 구체예들에 따라 금속판(700)을 도시한 투시도이다. 금속판(700)은 다양한 열전도성 재료들로 구성될 수 있다. 이 재료들은 여러 처리 환경에서 내화학성 및 내열성을 가져야 한다. 금속판을 구성하기 위해 알루미늄(보다 구체적으로는 알루미늄 6061, 알루미늄 7075, 및 알루미늄 3003)이 사용될 수 있다. 다른 등급의 알루미늄 또는 금속들도 사용될 수 있다. 특정 구체예들에서, 금속판은 보호 코팅, 가령, 경질의 애노다이즈(hard anodize) 코팅을 가질 수 있다. 특정 코팅들은 커버와 금속판(700) 사이의 열전달을 향상시키거나 또는 그 외의 경우 상기 열전달을 조절하기 위해 상측 표면(702)을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상측 표면(702)의 방사율 및/또는 표면 거칠기를 변형시키기 위해 경질의 애노다이즈 코팅이 사용될 수 있다.
금속판(700)의 두께는 약 0.5인치 이상, 또는 보다 구체적으로는 약 1인치 이상(예를 들어, 약 1.4인치)일 수 있다. 일반적으로 상대적으로 두꺼운 판이 히터로부터 보다 균일하고 안정적인 온도 분포를 제공한다. 판(700)은 약 100℃ 내지 450℃ 사이에 있는 설정점(set point)에서 상측 표면(702)을 유지하도록 구성될 수 있다. 특정 작동 범위 예들은 약 120℃ 내지 140℃ 사이(예를 들어, 약 130℃), 약 280℃ 내지 320℃ 사이(예를 들어, 약 300℃), 또는 약 375℃ 내지 425℃ 사이(예를 들어, 약 400℃)의 온도를 포함한다.
또한, 금속판(702)은 챔버에 결부된 내부 웨이퍼 전달 로봇 핑거 또는 페그를 수용하기 위한 다수의 리세스(704)를 포함한다. 페데스탈 조립 동안, 리세스(704)는 커버의 상응하는 리세스들과 나란하게 정렬된다. 금속판(700)은 하나 또는 그 이상의 상측 리테이닝 캐비티(708)와 하나 또는 그 이상의 측면 리테이닝 캐비티(710)를 가질 수 있다. 각각의 상측 리테이닝 캐비티(708)는 상응하는 측면 리테이닝 캐비티(710)를 가질 수 있다. 도 8a 및 7b에 관해 밑에서 추가로 설명되는 것과 같이, 두 공동(708, 710)은 상측 리테이닝 캐비티(708) 내로 삽입된 커버의 리테이닝 핀이 측면 리테이닝 캐비티(710) 내로 삽입된 리테이닝 키(리테이닝 키)와 맞물릴 수 있도록 분할된다(intersect). 상측 리테이닝 캐비티(708)는 판(700)과 커버 사이의 열팽창 차이를 수용하기 위해 판(700)의 중심에 대해 반경 방향으로 연장되는 기다란 슬롯들로서 형태가 형성될 수 있다. 또한, 상측 표면(702)은 페데스탈의 조립 동안 커버의 가이딩 핀을 수용하기 위해 가이딩 리세스(706)를 포함한다. 위에서 기술된 것과 같이, 금속판(702)에 대해 커버를 제공하고 상기 커버의 정렬상태를 유지하도록 핀과 가이딩 리세스(706)의 조합이 사용된다.
상측 표면(702)은 하나 또는 그 이상의 가스배출 홈(712a 및 712b)을 가질 수 있다. 이 홈들은 상측 표면(702) 위의 여러 지점들로부터 판(700)의 외측 에지(714)에 대한 통로(path)를 제공하도록 구성된다. 커버가 상측 표면(702)에 걸쳐 위치될 때, 커버의 판을 향하는 표면과 상측 표면(702) 사이에서 상기 두 표면들 사이의 평평도 변화(flatness variation)로 인해 작은 포켓들이 형성된다. 챔버 내의 압력이 변할 때, 가스는 상기 포켓들로부터 배출하려 하거나(예를 들어, 챔버의 진공 동안) 또는 상기 포켓들을 채우려 할 것이다(예를 들어, 챔버 내의 압력이 올라갈 때). 이러한 현상은 종종 페데스탈의 "가스배출(outgassing)" 현상으로서 지칭된다. 가스배출 홈(712a 및 712b)은 포켓들로부터 그리고 포켓들로의 덜 차단된 경로(pathway)를 제공함으로써 가스배출을 처리하도록 도움을 준다. 상기 포켓들의 크기와 위치들은 예측하기가 어렵고 (예를 들어, 온도, 압력 및 그 외의 요인들에 의해 야기된 커버와 금속판의 변형으로 인해) 시간에 걸쳐 변할 수 있기 때문에, 가스배출 홈(712a 및 712b)은 상측 표면(702) 전체에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있다. 가스배출 홈의 깊이는 약 0.005인치 내지 0.025인치 사이(예를 들어, 약 0.015인치)일 수 있다.
특정 구체예들에서, 가스배출 홈들은 반경방향 가스배출 홈(712a)과 동심구성의 가스배출 홈(712b)을 포함할 수 있다. 구체적으로는, 반경방향의 가스배출 홈(712a)은 판(700)의 외측 에지(714)로 연장되며 챔버의 챔버 주변환경(chamber environment)으로의 통로(path)를 제공한다. 반경방향 가스배출 홈(712a)은 판(700)의 중심을 통과할 수 있거나 또는 판(700)의 중심을 통과할 수 없다. 구체적으로, 도 7은 중심에서 교차하는(intersecting) 8개의 반경방향 가스배출 홈(712a)을 예시한다. 이 홈들은 약 45°로 일정하게 거리가 떨어져 위치된다. 하지만, 그 외의 다른 개수와 형상을 가진 반경방향 가스배출 홈들도 사용될 수 있다.
또한, 도 7은 2개의 동심구성의 가스배출 홈(712b)을 예시한다. 동심구성의 가스배출 홈(712b)과 반경방향 가스배출 홈(712a)은 서로 교차하며 외측 에지(714)와 상측 표면(702) 위의 여러 위치들 사이에서 가스를 위한 흐름 통로(flow path)를 제공한다. 300mm 웨이퍼를 지지하도록 설계된 판에 대해서, 내측의 동심구성 홈은 약 3인치 내지 5인치 사이(예를 들어, 약 4인치)의 직경을 가질 수 있다. 외측의 동심구성 홈은 약 6인치 내지 10인치 사이, 또는 보다 구체적으로는 7인치 내지 9인치 사이(예를 들어, 약 4인치)의 직경을 가질 수 있다. 전체적으로, 홈의 패턴은 상측 표면(702) 전체가 이 홈들에 의해 일정하게 덮혀지고(covered) 외측 에지(714)에 상대적으로 직접적인 흐름 통로를 제공하도록 설계되어야 한다. 가스배출 홈들은 금속판 위에 제공된 가스배출 홈들 대신에 또는 이 가스배출 홈들에 추가하여 탈착식 커버 위에 제공될 수 있다.
리테이닝 메커니즘( Retaining Mechanism )
이제, 리테이닝 메커니즘의 다양한 특징들이 도 8a 및 8b에 관해 보다 상세하게 기술될 것이다. 리테이닝 메커니즘은 페데스탈의 취급(handling)과 작동 동안에 금속판에 대해 탈착식 커버를 지지하도록 사용되며 특정 구체예들에서는 상기 두 구성요소들 사이에서는 밀접한 접촉상태를 유지하도록 사용된다. 탈착식 커버 중량(weight)에 의해 특정 지지가 제공될 수도 있다.
리테이닝 메커니즘은 커버의 판을 향하는 표면에 견고하게 결부된(rigidly attached) 하나 또는 그 이상의 리테이닝 포스트를 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 8a는 리테이닝 포스트(804)의 여러 특징들을 도시한 커버(800)의 판을 향하는 표면(802)의 바닥도면이다. 리테이닝 포스트(804)는 스템(806)을 포함하며, 이 스템(806)의 한 단부는 판을 향하는 표면(802)에 결부된다. 스템(806)은 주변 슬롯(808)을 가진다. 스템(806)의 직경은 약 0.25인치 내지 0.5인치 사이(예를 들어, 약 0.375인치)일 수 있다. 주변 슬롯(808)의 깊이는 약 0.040인치 내지 0.125인치 사이(예를 들어, 약 0.063인치)일 수 있다. 판을 향하는 표면(802) 밑으로 연장되는 스템(806)의 높이는 약 0.040인치 내지 0.125인치 사이(예를 들어, 약 0.060인치)일 수 있다. 리테이닝 포스트(804)가 개별 구성요소로서 제작되면, 리테이닝 포스트(804)는 판을 향하는 표면(802), 또는 보다 구체적으로는, 판을 향하는 표면(802) 내의 리세스에 결합하기 위한 결부 헤드(attachment head)를 포함할 수 있다. 판을 향하는 표면(802)은 2개의 리테이닝 포스트(804) 또는 그 외의 다른 개수의 리테이닝 포스트(804)를 포함할 수 있다.
도 8b는 특정 구체예들에 따라 페데스탈의 조립 전에 리테이닝 메커니즘의 특징 및 다양한 구성요소들을 도시하는 페데스탈의 투시도면이다. 구체적으로, 커버(800)는 금속판(810)의 상측 표면(812)에 걸쳐 배치하기 전의 상태로 도시되어 있다. 커버(800)의 판을 향하는 표면 위의 각각의 리테이닝 포스트(도 8b에는 도시되지 않음)에 대해, 금속판(810)은 상측 리테이닝 캐비티(814)와 측면 리테이닝 캐비티(816)를 가진다. 상기 캐비티들의 위치들은 리테이닝 포스트들의 위치들에 상응한다. 상측 리테이닝 캐비티(814)는 리테이닝 포스트를 수용하도록 구성된다. 금속판(810)과 커버(800)의 열팽창 차이를 수용하기 위해 (위에서 설명한 것과 같이) 반경 방향으로 약간 연신될 수 있다(elongated). 조립 동안, 상기 리테이닝 포스트는 포스트의 주변 슬롯이 측면 리테이닝 캐비티(816)과 나란하게 정렬될 때까지 상측 리테이닝 캐비티(814) 내로 돌출된다. 특정 구체예들에서, 리테이닝 포스트와 리테이팅 캐비티는 커버의 판을 향하는 표면이 판의 상측 표면과 접촉하는 상태에 있을 때 리테이닝 포스트의 주변 슬롯이 측면 캐비티의 중심과 나란하게 정렬되도록 설계될 수 있다. 페데스탈의 조립은 리테이닝 키(820)를 측면 리테이닝 캐비티(816) 내로 삽입하여 진행될 수 있다. 리테이닝 키(820)는 바디(822), 슬롯 결합 립(826), 및 추출 립(extraction lip)(824)을 포함한다. 측면 리테이닝 캐비티(816) 내로 삽입하는 동안, 슬롯 결합 립(826)들은 상측 리테이닝 캐비티(814)로부터 제거될 수 없도록 리테이닝 포스트와 결합하고 주변 슬롯을 통해 연장된다. 리테이닝 키(820)가 측면 리테이닝 캐비티(816)의 외부로 미끄러지는 것을 방지하기 위해 리테이닝 커버(830)가 측면 리테이닝 캐비티(816) 내로 삽입하여 조립이 지속될 수 있다. 리테이닝 커버(830)와 리테이닝 키(820)는 열팽창 차이를 최소화시키기 위해 페데스탈과 같은 재료로 제작될 수 있다. 리테이닝 키(820)가 슬립 끼워맞춤부(slip fit)를 가질 수 있는 반면, 리테이닝 커버(830)는 측면 리테이닝 캐비티(816)에 대해 타이트한 끼워맞춤부(tight fit)를 가질 수 있다.
다중-스테이션 장치 실시예( Multi - Station Apparatus Examples )
위에서 기술된 여러 페데스탈 예들은 단일 스테이션 장치 또는 다중-스테이션 장치에 사용될 수 있다. 도 9는 특정 구체예들에 따라 다중-스테이션 장치(900)를 개략적으로 예시한 도면이다. 다중-스테이션 장치(900)는 처리되어야 하는 웨이퍼와 박리 공정(strip process)를 끝마친 웨이퍼들을 고정시키기 위해 하나 또는 그 이상의 카세트(903)(예를 들어, Front Opening Unified Ports)와 처리 챔버(901)를 포함한다. 처리 챔버(901)는 다수의 스테이션, 가령, 예를 들어, 2개의 스테이션, 3개의 스테이션, 4개의 스테이션, 5개의 스테이션, 6개의 스테이션, 7개의 스테이션, 8개의 스테이션, 10개의 스테이션, 또는 그 외의 다른 임의의 스테이션 개수를 가질 수 있다. 스테이션의 개수는 일반적으로 공유 환경(shared environment)에서 수행될 수 있는 처리 공정들의 개수와 상기 처리 공정의 복잡성에 의해 결정되었다. 도 9는 6개의 스테이션(911-916)을 포함하는 처리 챔버(901)를 도시한다. 단일의 처리 챔버 내에 있는 다중-스테이션 장치(900) 내의 모든 스테이션(911-916)은 똑같은 압력 환경에 노출된다. 하지만, 각각의 스테이션(911-916)은 독립적인 국부 플라즈마 상태 뿐만 아니라 전용 플라즈마 제너레이터, 히터, 및 판 형상(platen configuration)에 의해 구현된 독립적인 국부 가열 상태들을 가질 수 있다.
상기 장치(900)에서 처리되어야 하는 반도체 기판이 카세트(903)들 중 하나를 하나의 로드-로크(load-lock)(905a 및 905b) 또는 이 로드-로크 둘 모두를 통해 스테이션(911) 내에 적재된다(loaded). 로드-로크(905a 및 905b)와 카세트(903) 사이에서 기판을 전달하기 위해 외부 로봇(907)이 사용될 수 있다. 이 구체예에서, 2개의 개별 로드-로크(905a 및 905b)가 존재한다. 로드-로크(905a 및 905b)는 하나의 압력 환경(예를 들어, 처리 챔버(901)의 외부에 있는 대기압)과 또 다른 압력 환경(예를 들어, 처리 챔버(901) 내부에 있는 훨씬 낮은 압력) 사이에서 기판을 전달하도록 사용된다. 압력이 처리 챔버(901)의 내부 환경에 상응하는 수준으로 균형이 맞춰지고 나면(equilibrated), 기판을 로드-로크(905a)로부터 스테이션(911) 위로 이동시키기 위해 또 다른 전달 장치(도시되지 않음)가 사용될 수 있다. 처리 챔버(901)로부터 제거하기 위해 기판을 스테이션(916)으로부터 로드-로크(905b) 내로 이동시키기 위해 동일한 전달 장치 또는 또 다른 전달 장치가 사용될 수 있다. 처리 스테이션(911-916) 사이에서 기판을 전달하기 위해 내부 로봇(909)이 사용될 수 있다. 내부 로봇(909)은 처리 스테이션들을 향해 연장되는 복수의 암(arm)들을 가진 스핀들 어셈블리(spindle assembly)를 포함할 수 있다. 각각의 암은 4개의 핑거(예를 들어, 2개의 핑거가 스테이션을 향해 연장되는 암의 한 측면 위에 있음)를 가질 수 있다. 이 핑거들은 기판을 올리고, 내리고 처리 스테이션 내에 기판을 배치하기 위해 사용될 수 있다.
기판이 스테이션(911) 위에 배치되기 전에, 4개의 핑거(예를 들어, 스테이션(911)의 맞은편 측면 위에 위치된 2개의 인접한 암들의 한 측면 위에 2개의 핑거가 있음)가 탈착식 커버 및/또는 판의 리세스 내에 머무르도록(reside) 내부 로봇(909)의 상응하는 암들이 위치된다. 위에서 설명한 것과 같이, 상기 리세스들은 이 핑거들을 수용하기에 적합하다. 그 후, 상기 핑거들은 기판을 스테이션(911) 위에서 지지하고 이 기판을 또 다른 스테이션 위로 이동시키기 위해 스테이션(911)의 리세스들로부터 올라갈 수 있다. 이에 따라, 또 다른 스테이션의 리세스들도 상기 핑거를 수용하도록 구성된다. 전반적으로, 임의의 스테이션의 리세스는 내부 로봇(909)의 임의의 세트의 핑거를 수용하도록 구성된다. 내부 로봇(909)과 스테이션(911-916)의 페데스탈은 페데스탈의 표면 위로 기판을 올리고 이 기판을 페데스탈 표면 위에 배치시키기 위해 서로에 대해 수직 방향으로 이동시키도록 구성된다. 당업자는 기판을 페데스탈의 표면 위에 배치시키는 공정이 상기 구성요소들의 실질적인 부분들 사이가 직접적으로 접촉되는 것을 포함하거나 또는 포함하지 않는다는 사실을 이해할 것이다. 예를 들어, 페데스탈에는 기판의 후측면과 과도하게 접촉되는 것을(excessive contact) 방지하기 위해 MCA 지지부가 구비될 수 있다. 전체 반도체 처리 장치 구체예들과 처리 구체예들을 기술하기 위하여, MCA 지지부들에 의해 지지된다 하더라도 기판은 페데스탈 위에 위치되어야 한다. 게다가, 내부 로봇(909)과 스테이션(911-916)의 페데스탈은 기판을 한 스테이션으로부터 또 다른 스테이션으로 이동시키기 위해 서로에 대해 회전 이동시키도록(move rotationally) 구성된다. 모든 스테이션들이 똑같은 환경에 존재하기 때문에, 스테이션 사이에 로드-로크 또는 그 외의 다른 타입의 전달 포트(transfer port)가 있을 필요가 없다. 각각의 스테이션 또는 선택된 서브-세트(sub-set)의 스테이션 위에 하나의 기판이 처리될 수 있다(가열 단계 포함).
하나의 스테이션(예를 들어, 스테이션(911))이 새롭게 수용된 기판 웨이퍼의 초기 가열을 위해 예약될 수 있다(reserved). 이 스테이션에는 스테이션 위에 위치된 가열 램프(heating lamp)가 구비될 수 있다. 기판의 초기 온도는 대략 실온(예를 들어, 약 25℃)일 수 있다. 상기 사전-가열 공정 후의 온도는 300℃를 초과할 수 있으며 일반적으로 후속 공정, 가령, 외피 박리 공정(crust stripping) 또는 대량 박리 공정(bulk stripping)에 의해 결정된다.
다른 타입의 처리 공정을 위해 다른 스테이션(예를 들어, 스테이션(912, 913, 914, 915 및 916))들이 사용될 수 있다. 본 장치에서 다중 스테이션 위의 처리 공정은 일렬 방식으로(sequentially) 수행되거나 또는 병행 방식으로(in parallel) 수행될 수 있다. 특정 구체예들에서, 장치(900)의 모든 처리 스테이션들 또는 장치(900)의 몇몇 선택된 처리 스테이션들은 탈착식 커버가 있는 페데스탈을 가질 수 있다. 앞에서 언급한 것과 같이, 모든 처리 스테이션들 또는 이들 중 몇몇 처리 스테이션들에는 자체적인 무선주파수(RF) 전력 공급장치(power supply), 가령, 하위(downstream) 유도결합 플라즈마 RF 전력 공급원이 제공될 수 있다. 상기 스테이션들은 페데스탈 표면 위에 위치된 기판에 편향력(bias)을 가하도록 구비될 수 있다. 게다가, 모든 판들 또는 몇몇 판들에는 가열 요소가 구비될 수도 있다.
상이한 스테이션들은 내부 로봇(909)에 대해 상이한 수직 위치들에서 페데스탈을 가질 수 있다. 예를 들어, 스테이션(912 및 913)은 상기 페데스탈들로부터 상대적으로 낮은 열전달 플럭스를 가지도록 내려간 위치들에 머무르는 페데스탈을 가질 수 있다. 상기 스테이션들은 예를 들어 포토레지스트로부터 임플란트 외피(implant crust)를 제거하도록 사용될 수 있다. 따라서, 다른 스테이션에서 다른 공정들이 수행되는 동안보다 기판을 더 낮은 온도에 유지시키기 위해 상기 공정 동안 페데스탈(예를 들어, 탈착식 커버)과 기판 사이에서는 틈이 존재할 수 있다. 이 틈은 약 0.1인치 내지 3인치 사이, 또는 보다 구체적으로는 약 1.5인치 내지 2.5인치 사이일 수 있다. 상기 틈은 하나 또는 그 이상의 요인, 가령, 판의 웨이퍼를 향하는 표면의 방사율, 판의 온도, 스테이션에 전달될 때의 웨이퍼의 초기 온도, 공정 동안의 웨이퍼 온도 필요조건, 웨이퍼의 열적 수지(thermal budget), 웨이퍼의 저항성(resistivity), 기판 상의 포토레지스트 타입, 및 그 외의 다른 공정 변수들에 따라 공정 동안에 선택되거나 및/또는 조절될 수 있다. 페데스탈의 내려간 위치는 페데스탈(즉 페데스탈의 기판을 향하는 표면 또는 MCA 지지부)이 기판과 접촉하지 않는 임의의 위치로 정의된다. 페데스탈의 수직방향 배열상태에 있어 이러한 차이들(즉 올라간 위치와 내려간 위치들 간의 차이들)로 인해 (페데스탈의 구조와 가열 요소의 출력(output) 측면 모두에 있어서) 실질적으로 비슷한 페데스탈 가열 형상(heating configuration)을 유지하면서도 서로 다른 기판 온도를 구현할 수 있게 된다. 대안으로, 상이한 스테이션들은 상이한 타입의 페데스탈, 또는 보다 구체적으로는 상이한 타입의 커버를 가질 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 낮은 기판 온도가 요구되는 스테이션(912 및 913)의 페데스탈들에는 상대적으로 두꺼운 기판 커버가 구비될 수 있다. 같은 구체예 또는 그 외의 다른 구체예들에서, 이러한 페데스탈은 낮은 열전도성을 지닌 재료들로 제작된 커버를 가질 수 있다. 게다가, 상이한 기판 온도를 구현하기 위해 히터의 출력이 조절될 수 있다. 특정 구체예들에서, 기판의 온도를 조절하기 위해 상기 기술들(즉 페데스탈의 수직 위치들, 탈착식 커버의 열전달 성질, 및 히터의 출력)의 여러 조합들이 사용될 수 있다.
이제, 다중-스테이션 장치(900)를 이용하는 HDIS 박리 공정의 몇몇 예들이 간략하게 기술될 것이다. 상기 공정의 추가적인 세부내용들은 도 11을 참조하여 밑에서 제공된다. 우선, 페데스탈이 올라간 위치에 있는 기판이 스테이션(911) 위에 위치되며 이 기판은 약 120℃ 내지 140℃ 사이의 온도로 가열된다. 특정 구체예들에서, 상기 스테이션의 페데스탈은 탈착식 커버를 가지지 않으며 기판들은 금속판과 직접적으로 접촉하는 상태로 배치된다. 그 외의 다른 구체예들에서, 상기 스테이션의 페데스탈은 그 외의 다른 페데스탈 위에서 사용되는 그 외의 다른 커버들에 대해 높은 열전도성을 지닌 탈착식 커버를 가진다. 기판이 스테이션(912)으로 이동되고 그 뒤 스테이션(913)으로 이동될 때, 상기 스테이션들의 페데스탈은 내려간 위치에 있으며 이에 따라 상기 기판은 상기 페데스탈들과 접촉하지 않고 열전달은 최소로 된다. 대안으로, 스테이션(912 및 913)의 하나 또는 그 이상의 페데스탈은 전체 공정 동안 또는 전체 공정 중 일부분 동안 올라갈 수 있다. 예를 들어, 상기 페데스탈들에는 상대적으로 두껍고 열전달을 실질적으로 제한하는 고내열성 커버가 구비될 수 있다. 특정 구체예들에서, 상기 페데스탈들은 기판의 온도를 같은 레벨(예를 들어 스테이션(911) 위에서 도달되는 약 120℃ 내지 140℃ 사이)로 유지하도록 구성된다.
그 뒤, 기판은 스테이션(914)으로 이동되어 대량 박리(bulk stripping) 공정을 시작한다. 기판 온도는 약 250℃ 이상, 또는 보다 구체적으로는 약 280℃ 이상으로 올라갈 필요가 있을 수 있다. 이 스테이션의 페데스탈은 올라간 위치에 있을 수 있으며, 이에 따라 탈착식 커버가 기판과 접촉된다. 또한, 상기 페데스탈에는 우수한 열전달 성질을 가진 탈착식 커버가 구비될 수 있다.
특정 구체예들에서, 상이한 기판 타입을 처리하기 위한 장치가 사용된다. 예를 들어, 일반적으로 고온의 상태를 필요로 하는 "외피로 둘러싸여 지지 않은(un-crusted)" 포토레지스트를 박리하고, 상대적으로 낮은 온도 상태를 필요로 하는 "외피로 둘러싸인(crusted)" 포토레지스트를 박리하기 위해 똑같은 장치가 사용될 수 있다. 상기 상이한 온도 작동 단계(regime)들 사이에서 전환하기 위해, 페데스탈 커버들은 보다 더 정밀하게 조절하도록 변경될 수 있다. 상기 장치의 이러한 구조적 변화는 페데스탈의 수직 위치 및/또는 히터 출력에서의 변화들과 결합될 수 있다.
특정 구체예들에서, 밑에서 기술되는 박리 공정의 여러 작업을 위한 공정 상태를 조절하기 위해 시스템 컨트롤러(921)가 사용된다. 예를 들어, 시스템 컨트롤러(921)는 각각의 스테이션(911-916)에서 페데스탈의 위치들 뿐만 아니라 히터 출력들을 조절할 수 있다. 시스템 컨트롤러(921)는 여러 센서(페데스탈, 기판, 및 그 외의 다른 구성요소들의 온도를 측정하는 써모커플)들 및 유저 인터페이스(예를 들어, 각각의 페데스탈 위에 사용되는 특정 타입의 커버)로부터 입력(input)을 수신할 수 있다(receive). 시스템 컨트롤러(921)는 통상 하나 또는 그 이상의 메모리 장치 및 하나 또는 그 이상의 프로세서를 포함한다. 프로세서는 중앙처리유닛(CPU) 또는 컴퓨터, 아날로그 및/또는 디지털 입력/출력 연결부, 스테퍼 모터 컨트롤러 보드(stepper motor controller board) 등을 포함할 수 있다.
시스템 컨트롤러(921)는 상기 장치(900)의 작동(activity)의 일부 또는 심지어 상기 작동의 대부분을 조절할 수 있다. 예를 들어, 시스템 컨트롤러(921)는 다양한 처리 공정의 시간, 스테이션(911-916)의 페데스탈 위치, 기판 및 페데스탈 온도, 챔버(901) 내부의 압력, 및 그 외의 다른 공정 변수들을 조절하기 위해 여러 세트의 명령들을 포함하는 시스템 컨트롤 소프트웨어를 실행할 수 있다. 시스템 컨트롤러(921)와 연결된 메모리 장치에 그 외의 다른 컴튜터 프로그램들도 저장될 수 있다. 이러한 프로그램들은 다양한 처리 및 유지 임무를 위해 사용될 수 있다. 처리 공정들을 조절하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 종래의 임의의 컴퓨터 판독 프로그래밍 언어, 가령, 예를 들어, 어셈블리 언어, C, C++, 파스칼, 포트란, 또는 그 외의 언어들로 프로그래밍될 수 있다. 이러한 프로그램에서 인식된 임무들을 수행하기 위해 프로세서에 의해 컴파일링된 오브젝트 코드(compiled object code) 또는 스크립트(script)가 실행된다.
특정 구체예들에서, 시스템 컨트롤러(921)는 시스템 컨트롤러와 연결된 유저 인터페이스를 가진다. 이 유저 인터페이스는 디스플레이 스크린, 공정 상태 및/또는 본 장치의 그래픽 소프트웨어 디스플레이, 및 유저 입력 장치, 가령, 포인팅 장치, 키보드, 터치 스크린, 마이크로폰 등을 포함할 수 있다.
컨트롤러 변수는 공정 상태, 가령, 예를 들어, 처리 단계의 시간, 전구체(precusor)와 그 외의 다른 처리 가스의 온도 및 유속(flow rate) , 기판의 온도(예를 들어, 페데스탈에 전달된 에너지/파워 및/또는 기판에 대한 페데스탈의 위치에 의해 조절된 것과 같이), 챔버의 압력, 및 특정 공정의 그 외의 다른 변수들에 관한 것이다. 이러한 변수들은 레시피(recipe) 형태로 사용자에게 제공되며 유저 인터페이스를 이용하여 입력될 수 있다(entered).
시스템 소프트웨어는 다수의 서로 다른 방법들로 설계되거나 또는 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 몇몇 공정들을 수행하기에 필요한 챔버 구성요소들의 작동을 조절하기 위해 다양한 챔버 구성요소 서브루틴(subroutine) 또는 컨트롤 오브젝트(control object)가 프로그래밍될 수 있다. 이 목적을 위해 선택된 프로그램 또는 프로그램들의 예에는 처기 단계 코드의 기판 시간, 전구체 및 그 외의 다른 처리 가스 코드의 유속 및 온도, 및 챔버의 압력을 위한 코드가 포함된다.
시스템 컨트롤러(921)는 여러 센서(예를 들어, 기판 및 판 온도를 측정하는 써모커플, 복사(radiation) 측정 장치, 판과 기판의 센서 등록 위치, 압력 측정 장치, 및 그 외의 다른 센서) 및/또는 유저 인터페이스로부터 나온 입력(예를 들어, 운영자가 입력하는 공정 변수, 가령, 기판 타입, 온도 필요조건, 및 다양한 박리 공정들의 지속시간)을 수신할 수 있다(receive). 시스템 컨트롤러(921)는 처리 챔버(901) 내부에 있는 각각의 스테이션(911-916)의 액츄에이터 메커니즘(actuator mechanism)에 연결될 수 있으며 시스템 컨트롤러(921)에 제공된 입력에 따라 각각의 판의 위치(예를 들어, 올라간 위치, 내려간 위치, 중간 위치, 가변 위치, 또는 그 외의 다른 임의의 위치)를 조절하도록 구성될 수 있다. 여러 컨트롤 레시피(control recipe)는 본 명세서에서 박리 공정을 기술한 부분과 그 외의 다른 부분들에 기술되어 있다. 예를 들어, 시스템 컨트롤러(921)는 스테이션(912) 위에서 처리되어야 하는 추후 기판이 낮은 저항성(low resistivity)을 가지며 HDIS 박리 방법이 사용되어야 한다는 사실을 나타내는 입력을 수신할 수 있다. 시스템 컨트롤러(921)는 하나 또는 그 이상의 센서로부터 특정 공정 상태(예를 들어, 스테이션(912)의 판 위에 수신된 것과 같이 추후 기판의 온도, 판의 온도, 또는 기판 저항성(substrate resistivity))들을 입증할 수 있다(verify). 시스템 컨트롤러(921)는 모든 사용가능한 입력에 따라 결정될 수 있으며 페데스탈은 내려간 위치에 있어야 하고 페데스탈의 현 위치를 입증할 수 있다. 시스템 컨트롤러(921)는 스테이션(912)의 액츄에이터에 명령을 내려서(instruct) 페데스탈을 내려간 위치로 이동시킬 수 있다. 따라서, 페데스탈의 위치를 조절하고 입력을 수신하는 것은 활동적인 공정(dynamic process)일 수 있다. 시스템 컨트롤러(921)는 입력(예를 들어, 기판의 온도)을 지속적으로 수신할 수 있으며 기판의 온도를 더욱 정밀하게 조절하기 위해 전체 공정에 걸쳐 페데스탈의 위치를 재조절할 수 있다.
다중- 챔버 장치 실시예( Multi - chamber Apparatus Example )
도 10은 특정 구체예에 따라 탈착식 커버를 가진 페데스탈이 구비될 수 있는 다중-챔버 장치(1000)를 개략적으로 도시한 도면이다. 이 장치(1000)는 (도시된 것과 같이) 3개의 개별 챔버(1001, 1003, 및 1005)를 가질 수 있거나 또는 그 외의 다른 임의의 개수의 챔버를 가질 수 있다. 각각의 챔버(1001-1005)는 그 외의 다른 챔버들과 공유하지 않은 자체적인 압력 환경을 가진다. 예를 들어, 챔버(1001)는 챔버(1003 및 1005)에 비해 다른 압력 레벨에서 작동될 수 있거나 혹은 그 환경에서 상이한 화학 조성을 가질 수 있다. 이는 추가적인 처리 융통성(processing flexibility)을 제공할 뿐만 아니라 상이한 작동 환경 간에서 서로 교차하여 오염되는 것(cross-contamination)을 방지하기 위하여 상이한 작동 환경들 간의 전달 포트(transfer port)를 통하는 전달 기판(transferring substrate)를 필요로 한다. 구체적으로, 도 10은 3개의 로드-로크를 가진 각각의 챔버(즉, 로드-로크(1021) 세트를 가진 챔버(1001), 로드-로크(1023) 세트를 가진 챔버(1003), 및 로드-로크(1025) 세트를 가진 챔버(1005))를 예시한다. 각각의 개별 챔버를 위해 임의의 개수를 가진 로드-로크도 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 로드-로크(1021-1025)는 스토리지 카세트(1009)의 주변 환경(ambient environment)에 비해 다를 수 있는 중간 환경(1031)에 노출될 수 있으며 로드-로크 세트(도시되지 않음)에 의해 스토리지 카세트(1009)로부터 분리될 수 있다. 게다가, 하나 또는 그 이상의 챔버(1001-1005)는 자체 환경을 중간 환경(1031)과 공유할 수 있으며 따라서 하나 또는 그 이상의 상응하는 로드-로크 세트(1021-1025)는 제거될 수 있거나(omitted) 혹은 양 측면이 개방된 상태로 유지될 수 있다.
도 10은 2개의 스테이션이 구비된 각각의 챔버를 도시한다. 하지만, 임의의 개수를 가진 스테이션도 사용될 수 있다. 한 구체예에서, 다중-챔버 장치의 하나 또는 그 이상의 챔버는 도 9에 관해 위에서 구실한 6개의 스테이션 실시예와 비슷할 수 있다. 각각의 챔버는 동일한 개수의 스테이션을 가질 필요가 없다. 다중-챔버 장치(1000)의 하나 또는 그 이상의 스테이션은 위에서 기술한 것과 같이 탈착식 커버가 있는 페데스탈을 가진다. 특정 구체예들에서, 챔버들 중 한 챔버에 있는 모든 스테이션 또는 모든 챔버들은 탈착식 커버가 있는 페데스탈을 가진다.
다중-챔버 장치(1000)는 그 외의 다른 몇몇 구성요소들 혹은 하나 또는 그 이상의 카세트(1009) 및 로드-로크(1021-1025) 사이에서 웨이퍼를 전달하기 위해 공유된 기판 취급 로봇(1007)을 가질 수 있다. 각각의 챔버, 및 심지어 각각의 개별 스테이션은 도 9에 관해 위에서 기술한 것과 비슷하게 구성될 수 있는 시스템 컨트롤러(1011)에 의해 조절될 수 있다.
공정 실시예( Processing Examples )
도 11은 특정 구체예들에 따라 반도체 기판들로부터 포토레지스트를 박리하는 여러 방법들에 상응하는 공정 플로챠트를 예시한 도면이다. 이 내용은 탈착식 커버를 가진 페데스탈의 여러 특징들에 대한 추가적인 사항을 제공한다. 공정(1100)은 단계(1101)에서 페데스탈을 미리 정해진 온도로 가열하는 단계와 함께 시작할 수 있다. 특정 구체예들에서, 페데스탈은 약 200℃ 이상, 또는 보다 구체적으로는 약 300℃ 이상으로 가열된다. 이 단계 후에, 페데스탈의 기판을 향하는 기판, 가령, 페데스탈 커버의 기판을 향하는 기판은 전체 표면에 걸쳐 약 2℃ 미만, 또는 보다 구체적으로는 약 1℃ 미만의 온도 변화(temperature variation)를 가질 수 있다.
공정(1100)은 단계(1102)에서 기판을 상기 가열된 페데스탈 위에 배치하는 단계와 함께 지속될 수 있다. 특정 구체예들에서, 기판 표면은 낮은 k 유전체 재료 또는 BEOL(Back End of Line) 공정에서 사용되는 그 외의 다른 재료들을 포함한다. 대안으로, 표면은 실리콘(예를 들어, 단일의 크리스탈린 및/또는 폴리실리콘) 또는 FEOL(Front End of Line) 공정에서 사용되는 그 외의 다른 재료를 포함할 수 있다.
상기 페데스탈은 올라간 위치에 있을 수 있으며 (기판을 향하는 표면과 직접적으로 접촉하거나 또는 MCA 지지부와 직접적으로 접촉하거나 또는 이 둘 모두에 의해) 웨이퍼를 지지하도록 사용될 수 있다. 대안으로, 페데스탈은 내려간 위치에 있을 수 있으며 예를 들어 웨이퍼 전달 로봇의 핑거들에 의해 웨이퍼가 지지된다. 위에서 기술할 것과 같이, 페데스탈의 온도, 탈착식 커버의 타입, 및 페데스탈의 수직 위치는 대량 박리 공정 및 HDIS 박리 공정에 대해 서로 다를 수 있는 기판의 온도 필요조건들에 의해 결정된다.
그 뒤, 공정(1100)은 진행되어 단계(1104)에서 기판으로부터 포토레지스트의 일부 또는 모든 포토레지스트가 제거된다. 페데스탈은 원래 위치에 유지될 수 있거나(retained) 또는 보다 정밀하게 온도를 조절하기 위해 상기 공정 동안 조정될 수 있다. 포토레지스트를 박리하는 데 보조하기 위해 플라즈마가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 산화제, 가령, 산소, 이산화탄소, 일산화탄소, 카본 테트라-플루오라이드와 함께 비활성가스가 사용될 수도 있다. 임의의 공지되어 있는 플라즈마 공급원, 가령, RF 플라즈마, DC 플라즈마, 마이크로웨이브 플라즈마, 또는 그 외의 다른 임의의 공지되어 있는 플라즈마 공급원이 사용될 수 있다. 바람직한 한 구체예에서, 하위(downstream) RF 플라즈마 공급원이 사용된다. 통상, 300mm 웨이퍼를 위한 RF 플라즈마 파워는 약 300와트 내지 약 10킬로와트 사이의 범위에 있다. 바람직한 한 구체예에서, RF 플라즈마 파워는 약 3000와트 내지 6000와트 사이에 있다. 처리 챔버는 약 300 mTorr 내지 2 Torr 사이, 또는 보다 구체적으로는 약 0.9 Torr 내지 1.1 Torr 사이의 압력에 유지될 수 있다. 웨이퍼 온도는 약 220℃ 내지 약 300℃ 사이에 유지될 수 있다.
공정(1100)은 진행되어 단계(1106)에서 페데스탈로부터 상기 처리된 기판이 제거될 수 있다. 예를 들어, 공정 동안 페데스탈 리세스 내에 머무르는 내부 로봇의 핑거 세트는 기판을 올릴 수 있으며 기판을 또 다른 스테이션으로 이동시키거나 혹은 챔버로부터 제거하기 위해 또 다른 전달 메커니즘으로 기판을 전달할 수 있다.
공정(1100)은 온도 변화, 탈색, 및/또는 오염을 결정하기 위해 페데스탈의 기판을 향하는 표면을 주기적으로 검사하는 단계를 포함할 수 있다. 이 검사 단계는 미리 정해진 특정 개수의 기판을 처리한 후에 또는 각각의 웨이퍼를 처리한 후에 수행될 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 써모커플은 기판을 향하는 표면의 온도 상태들에 관해 시스템 컨트롤러에 피드백을 제공할 수 있다.
온도를 측정하는 단계는 써모커플, 고온도계(pyrometer), 웨이퍼를 차단하는(coming off) 적외선 방사선을 측정하는 방사율계(emissometer) 등을 포함하는 임의의 적합한 장치에 의해 수행될 수 있다. 일반적으로, 웨이퍼를 손상시키거나 혹은 오염시키는 것을 방지하기 위해 비-접촉식 온도 측정 장치가 사용된다. 접촉 장치가 사용되는 경우, 웨이퍼의 상측면(topside)보다는 웨이퍼의 에지 또는 하측면(underside)와 접촉할 수 있다. 특정 구체예에서, 웨이퍼 옆에 흑체(blackbody)가 배치될 수 있으며, 이 흑체 안에 있는 써모커플이 온도를 모니터링한다(monitor). 특정 구체예들에서, 하나 또는 그 이상의 써모커플이 매달려 있거나(suspended) 혹은 웨이퍼 곁에서 지지된다. 다양한 지점들에 위치된 다수의 써모커플이 추가적인 온도 정보를 공급하도록 사용될 수 있다. 써모커플은 온도를 가리키는 지시계로서 직류전압(direct voltage)을 출력한다(output).
언급된 것과 같이, 온도 감지 장치는 웨이퍼 온도 정보를 일반적으로 출력 전압(output voltage) 형태로 컨트롤러로 전송한다. 컨트롤러는 데이터를 분석하며 웨이퍼-페데스탈 틈을 변조하고(modulate) 온도를 원하는 레벨에 유지시키도록 선형 모터에 명령을 전송한다. 일반적으로, 작은 오버슈팅(overshoot)을 가진 정확한 피드백 컨트롤이 필요하다. 특정 구체예들에서, 컨트롤러는 안정적이고 정확하게 제어하기 위해 PID(Proportional Integral Derivative) 알고리즘으로 프로그래밍된다. 특정 구체예들에서, 웨이퍼 지지부 및/또는 페데스탈을 이동시키도록 사용되는 모터는 서보-제어식 선형 액츄에이터 모터(servo controlled linear actuator motor)이며, 이 모터는 온도측정 기구(thermometry equipment)로부터 나온 입력에 따른 모션(motion)을 위한 명령들을 수신한다. 상기 모터는 틈 변화율(gap variance)을 위한 PID 폐루프 알고리즘을 지지하기 위해 내장형 로직 회로를 가질 수 있다.
공정은 하나 또는 그 이상의 미리 정해진 변수를 위해 주기적으로 체크하는 단계(블록(1108))를 포함할 수 있는데, 이는 단계(1110)에서 교체될 수 있는 탈착식 커버의 교체를 유발할 수 있다. 상기 교체 단계의 특정 형태들이 도 8a 및 8b에 대해 위에서 기술된다. 페데스탈로부터 제거된 커버가 추가로 재가공될 수 있으며(reworked) 공정으로 다시 삽입될 수 있다는 점을 유의해야 한다. 예를 들어, 커버의 기판을 향하는 표면은 적합한 성질, 가령, 방사율을 구현하도록 폴리싱될 수 있다(polished).
공정(1100)은 추가적인 웨이퍼가 처리될 필요가 있는지 질문(1112)과 함께 지속될 수 있다. 만일 추가적인 웨이퍼가 처리되어야 한다면, 위에 기술된 것과 같이 단계(1102-1110)가 반복될 수 있다. 몇몇 공정 상태들은 이 새로운 사이클에서 다를 수도 있다는 점을 유의해야 한다. 실제로, 탈착식 커버는 이전 공정(1100)에서 교체될 수 있으며 구체적으로 새로운 공정 상태들로 변경되거나 또는 새로운 공정 상태들에 적합해 진다.
몇몇 구체예들에서, 박리 장치는 매우 높은 농도(예를 들어, 1 x 1016 cm-2 또는 그 이상)를 가진 도펀트(dopant)(통상, 보론(boron), 비소(arsenic), 또는 인(phosphorous))를 제공하는 PLAD (Plasma Assisted Doping) 공정과 관련된 박리 공정에서 사용될 수 있다. 높은 농도로 인해 외피를 제거하는 것이 어렵게 되는데 그 이유는 외피 내에 포획된(trapped) 도펀트가 일반적으로 산화 포토레지스트 재료(oxidized photoresist material)보다 덜 휘발성을 지니기 때문이다(less volatile). 제거 공정을 향상시키기 위해 종종 플루오린-함유 화합물(fluorine-containing compound)이 플라즈마에 첨가된다. 다른 실시예에서, 기판은 포밍 가스(forming gas)와 산소로부터 형성된 제 1 플라즈마(first plasma)에 노출된다. 포밍 가스는 수소(예를 들어, 약 0.5 내지 10 몰 백분율 사이, 또는 보다 구체적으로는 약 4 내지 6 몰 백분율 사이, 또는 보다 더 구체적으로는 약 5 몰 백분율)를 포함할 수 있다. 이 방법은 제 1 플라즈마에서 포밍 가스와 산소를 사용하여 기판 위에 얇은 옥사이드를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 옥사이드는 기판이 플루오린 라디칼(fluorine radical)에 노출될 때 실리콘이 손실되는 것을 방지하거나 혹은 적어도 실리콘의 손실을 최소화하기에 충분히 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 옥사이드는 약 0 내지 5 나노미터 사이, 또는 보다 구체적으로는 약 0 내지 약 2 나노미터 사이의 두께를 가질 수 있다.
제 1 플라즈마에서 포밍 가스는 포토레지스트의 외피를 줄이기 위해 환원제(reducing agent)로서 사용된다. 특히, 수소는 보론 옥사이드(boron oxide)를 다음의 메커니즘을 통해 보다 더 휘발성을 지닌 종(species)으로 상당히 효율적으로 환원한다.
B2O3+H+ -> BXHY+OZ.
상기 휘발성을 지닌 종은 환원되지 않은 외피(un-reduced crust)에 비해 반도체 기판으로부터 더 용이하게 제거될 수 있다. 특정 구체예들에서, 제 1 플라즈마는 약 0:1 내지 1:0 사이, 또는 보다 구체적으로는 약 1:19 내지 19: 1 사이(예를 들어, 4:1)의 산소-대-포밍 가스비(oxygen-to-forming gas ratio)를 포함한다.
반도체 기판이 포토레지스트의 일부분이 제거되고 옥사이드 층(oxide layer)이 기판 위에 형성될 수 있게 하기에 충분한 시간 동안 제 1 플라즈마에 노출되고 난 뒤, 상기 기판은 제 2 플라즈마(second plasma)에 노출된다(subjected). 특정 구체예들에서, 제 2 플라즈마는 산소, 포밍 가스 또는 비활성 희석제(inert dilutant)(가령, 예를 들어, 질소 또는 헬륨), 및 플루오린 라디칼의 공급원으로서 사용되는 플루오린-함유 가스(fluorine-containing gas)로부터 형성된다. 플루오린-함유 가스는 질소 트리플루오라이드(NF3), 황 헥사플루오라이드(SF6), 헥사플로오로에탄(C2F6), 테트라플루오로메탄(CF4), 트리플루오로메탄(CHF3), 디플로오로메탄(CH2F2), 옥토플루오로프로판(C3F8), 옥토플루오로사이클로부탄(C4F8), 옥토플루오로[1-]부탄(C4F8), 옥토플루오로[2-]부탄(C4F8), 옥토플루오로이소부틸렌(C4F8), 플루오린(F2) 등일 수 있다. 특정 구체예들에서, 제 2 플라즈마는 산소, 포밍 가스 또는 질소, 및 CF4로부터 형성된다. 특정 구체예들에서, 제 2 플라즈마는 약 10% 내지 약 100% 사이의 범위에 있는 산소, 약 0% 내지 약 50% 사이의 범위에 있는 질소 또는 포밍 가스, 및 약 0% 내지 약 20% 사이의 범위에 있는 CF4로부터 형성된다. 보다 구체적인 구체예들에서, 제 2 플라즈마는 약 16:2:0.05의 산소: 포밍 가스 또는 질소: CF4 비율에 있는 산소, 포밍 가스 또는 질소, 및 CF4로부터 형성된다. 포밍 가스는 플루오린 라디칼과의 수소 결합으로 인해 실리콘 손실을 보다 정밀하게 조절할 수 있게 한다. 제 2 플라즈마는 제 2 플라즈마 공정 동안 소모되는 실리콘을 최소화하면서도 포토레지스트 잔여물(photoresist residue)을 제거하며 얇은 옥사이드 층을 훨씬 느린 속도로 제거한다.
특정 구체예들에서, 반도체 기판은 제 2 플라즈마에 노출된 동안 약 16℃(즉 실온) 내지 약 300℃ 사이의 범위에 있는 온도에 유지되거나 또는 이 온도로 가열된다. 반도체 기판이 제 2 플라즈마에 노출되는 동안의 시간이 제 1 플라즈마 공정 후에 포토레지스트 잔여물의 두께에 따른다. 또한, 반도체 기판은 약 1 mTorr 내지 약 1 기압(atmosphere) 사이, 바람직하게는 약 0.1 Torr 내지 약 10 Torr 사이의 범위에 있는 압력에 유지된다. 제 1 플라즈마에 노출되는 단계와 제 2 플라즈마에 노출되는 단계가 예를 들어 상기 단계 사이에 수행된 퍼지 단계(purge step)를 가진 2개의 불연속 단계로서 수행될 수 있거나, 혹은 제 1 플라즈마의 조성(composition)으로부터 제 2 플라즈마의 조성으로 변경하는 연속 플라즈마 흐름(continuous plasma flow)의 조성을 가진 하나의 연속 플라즈마 단계로서 수행될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 전체적으로, 페데스탈의 탈착식 커버가 위에서 기술한 처리 환경에 대한 저항성을 지닌 하나 또는 그 이상의 재료들로 제작된다.
패터닝 방법/장치 실시예( Patterning Method / Apparatus Examples )
위에서, 본 명세서에 기술된 장치/공정은 예를 들어, 반도체 장치, 디스플레이, LED, 광전지 패널(photovoltaic panel) 등을 제작하거나 또는 제조하기 위해 리소그래픽 패터닝 공구(lithographic patterning tool) 또는 공정과 함께 사용될 수 있다. 일반적으로, 반드시 그럴 필요는 없지만, 이러한 공구/공정들은 공통의 제작 설비(common fabricating facility)에서 함께 수행되거나 또는 사용될 것이다. 필름의 리소그래픽 패터닝 공정은 통상적으로 다음 단계들 중 몇몇 단계 또는 모든 단계들을 포함하며, 상기 각각의 단계는 다수의 가능한 공구들을 이용하여 사용가능한데:
(1) 스핀-온(spin-on) 또는 스프레이-온(spray-on) 공구를 사용하여 워크피스(즉 기판)에 포토레지스트를 제공하는 단계;
(2) 핫 플레이트(hot plate), 노(furnace), 또는 UV 경화 공구를 사용하여 포토레지스트를 경화하는 단계;
(3) 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)와 같은 공구를 사용하여 포토레지스트를 가시광, UV, 또는 x-레이에 노출시키는 단계;
(4) 선택적으로 저항을 제거하도록 저항을 개발하고 이에 따라 습식 벤치(wet bench)와 같은 공구를 사용하여 패터닝하는 단계;
(5) 건식 또는 플라즈마-보조 에칭 공구를 사용하여 기본적인 필름 또는 워크피스 내에 저항 패턴을 전달하는 단계; 및
(6) RF 또는 마이크로웨이브 플라즈마 저항 스트리퍼(stripper)와 같은 공구를 사용하여 저항을 제거하는 단계를 포함한다.
실험 결과( Experimental Results )
알루미늄 페데스탈에 걸쳐 위치된 세라믹 커버가 도 12에 도시된 실험 결과들에 의해 뒷받침되는 효율적인 열 스프레더(thermal spreader)로 입증되었다. 구체적으로, 도 12는 모델링된 열적 정상상태(thermal steady state) 동안 상기 두 구성요소들의 열 지도(thermal map)를 예시한다. 커버(1204)는 99.9%의 순수 알루미늄 옥사이드로 제작되었다. 두께는 0.198 인치였다. 페데스탈(1202)는 알루미늄 6061로 제작되었다. 두께는 1.395 인치였다. 돌출부(1206a, 1206b, 및 1206c)는 가열 요소들의 위치들을 예시한다. 모델은 400℃의 설정 온도를 위해 생성되었다.
결과들에 따르면, 커버(1204)의 기판을 향하는 표면의 큰 부분이 397.8℃에 있으며 상대적으로 작은 외부 에지 부분은 398.4℃에 있음을 보여준다. 이와 동시에, 페데스탈(1202)의 상측 표면이 401.1℃ 영역, 401.6℃ 영역, 및 402.2℃ 영역으로 균일하게 분할되었다. 임의의 특정 이론에 제한되지 않고도, 상측 표면의 온도 프로파일은 커버(1204)가 사용되지 않은 경우 덜 균일할 수 있다고 믿어진다. 커버(1204)는 페데스탈(1202)의 상측 표면에 열 분포(heat distribution)로 도울 수 있다고 믿어진다. 전체적으로, 이 결과들이 지시하는 것에 따르면, 커버를 추가하면, 커버 없는 페데스탈 보다도 기판을 향하는 표면의 훨씬 더 일정한 온도 프로파일을 제공한다.
결론( Conclusion )
위에서 기술한 개념들이 더 잘 이해하기 위해 보다 상세하게 기술되긴 하지만, 하기 청구항들의 범위 내에서 특정의 변형예들과 개선예들이 실시될 수 있음은 명백할 것이다. 시스템, 및 장치, 공정을 실시하는 다수의 대안의 방법들이 있음을 유의해야 한다. 이에 따라, 본 구체예들은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 고려되어야 한다.

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  9. 반도체 기판을 처리하기 위한 장치에서 반도체 기판을 지지하기 위한 페데스탈(pedestal)에 있어서,
    상기 페데스탈은:
    - 반도체 기판에 열을 가하기 위해 상측 표면을 포함하는 금속판; 및
    - 상기 장치에서 반도체 기판을 처리하는 동안 탈착식 세라믹 커버(removable ceramic cover)의 기판을 향하는 표면(substrate-facing surface)에 걸쳐 위치된 반도체 기판에 열을 균일하게 전달하기 위한 탈착식 세라믹 커버를 포함하며, 상기 탈착식 세라믹 커버는 금속판의 상측 표면에 걸쳐 위치되고,
    상기 금속판의 상측 표면은 탈착식 세라믹 커버에 있는 구멍(opening)들을 통해 돌출되는 지지부(support) 세트를 포함하며, 상기 지지부 세트는 탈착식 세라믹 커버의 기판을 향하는 표면 위에서 미리 정해진 평균 거리에 반도체 기판을 지지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 지지하기 위한 페데스탈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 지지부 세트는 금속판에 결부된 연장부(extension)의 자유 단부 위에 위치된 세라믹 볼(ceramic ball)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 지지하기 위한 페데스탈.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 구멍들은 탈착식 세라믹 커버의 중심으로부터 반경 방향으로 연장되는 기다란 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 지지하기 위한 페데스탈.
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  18. 반도체 기판을 처리하기 위한 장치에서 반도체 기판을 지지하기 위한 페데스탈에 있어서,
    상기 페데스탈은:
    - 반도체 기판에 열을 가하기 위해 상측 표면을 포함하는 금속판; 및
    - 상기 장치에서 반도체 기판을 처리하는 동안 탈착식 세라믹 커버(removable ceramic cover)의 기판을 향하는 표면(substrate-facing surface)에 걸쳐 위치된 반도체 기판에 열을 균일하게 전달하기 위한 탈착식 세라믹 커버를 포함하며, 상기 탈착식 세라믹 커버는 금속판의 상측 표면에 걸쳐 위치되고,
    상기 탈착식 세라믹 커버는 금속판에 대해 탈착식 세라믹 커버를 고정시키기 위해 판을 향하는 표면으로부터 금속판의 상측 표면 상의 각각의 상측 리테이닝 캐비티 내로 연장되는 2개 또는 그 이상의 리테이닝 포스트를 포함하며,
    페데스탈은 금속판의 측면 리테이닝 캐비티 내로 연장되고 탈착식 세라믹 커버의 2개 또는 그 이상의 리테이닝 포스트와 결합하는 2개 또는 그 이상의 리테이닝 키를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 지지하기 위한 페데스탈.
  19. 제 18 항에 있어서,
    페데스탈은 금속판의 측면 리테이닝 캐비티 내로 삽입하고 측면 리테이닝 캐비티 내부에 있는 2개 또는 그 이상의 리테이닝 키를 덮기 위해 2개 또는 그 이상의 리테이닝 커버를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 지지하기 위한 페데스탈.
  20. 반도체 기판을 처리하기 위한 장치에서 반도체 기판을 지지하기 위한 페데스탈에 있어서,
    상기 페데스탈은:
    - 반도체 기판에 열을 가하기 위해 상측 표면을 포함하는 금속판; 및
    - 상기 장치에서 반도체 기판을 처리하는 동안 탈착식 세라믹 커버(removable ceramic cover)의 기판을 향하는 표면(substrate-facing surface)에 걸쳐 위치된 반도체 기판에 열을 균일하게 전달하기 위한 탈착식 세라믹 커버를 포함하며, 상기 탈착식 세라믹 커버는 금속판의 상측 표면에 걸쳐 위치되고,
    상기 탈착식 세라믹 커버는 탈착식 세라믹 커버의 기판을 향하는 표면 위로 연장되고 상기 장치에서 반도체 기판을 처리하는 동안 반도체 기판의 외측 에지를 포획하도록 구성된 커버 에지 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 지지하기 위한 페데스탈.
  21. 반도체 기판을 처리하기 위한 장치에서 반도체 기판을 지지하기 위한 페데스탈에 있어서,
    상기 페데스탈은:
    - 반도체 기판에 열을 가하기 위해 상측 표면을 포함하는 금속판; 및
    - 상기 장치에서 반도체 기판을 처리하는 동안 탈착식 세라믹 커버(removable ceramic cover)의 기판을 향하는 표면(substrate-facing surface)에 걸쳐 위치된 반도체 기판에 열을 균일하게 전달하기 위한 탈착식 세라믹 커버를 포함하며, 상기 탈착식 세라믹 커버는 금속판의 상측 표면에 걸쳐 위치되고,
    금속판은 탈착식 세라믹 커버의 기판을 향하는 표면 위로 연장되고 상기 장치에서 반도체 기판을 처리하는 동안 반도체 기판의 외측 에지를 포획하도록 구성된 판 에지 돌출부를 포함하며, 탈착식 세라믹 커버는 상기 판 에지 돌출부에 의해 형성된 캐비티 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 지지하기 위한 페데스탈.
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