KR101492414B1 - 신속한 기판 지지부 온도 제어 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에서는 기판 지지부의 온도를 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 일부 실시예에서는, 기판 지지부의 온도를 제어하기 위한 장치가, 제1 열 전달 루프(heat transfer loop) 및 제2 열 전달 루프를 포함할 수 있다. 제1 열 전달 루프는 제1 온도에서 제1 열 전달 유체를 구비하는 제1 용액조(bath)를 가질 수 있다. 제2 열 전달 루프는 제2 온도에서 제2 열 전달 유체를 구비하는 제2 용액조를 가질 수 있다. 제1 온도는 제2 온도와 동일하거나 다를 수 있다. 기판 지지부에 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체를 각각 제공하기 위하여 제1 및 제2 유동 제어기가 제공될 수 있다. 상기 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체를 상기 제1 및 제2 용액조로 복귀시키기 위해 하나 또는 다수의 복귀 라인이 상기 기판 지지부의 하나 또는 다수의 배출부를 상기 제1 및 제2 용액조에 결합시킬 수 있다.

Description

신속한 기판 지지부 온도 제어 {FAST SUBSTRATE SUPPORT TEMPERATURE CONTROL}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 프로세싱에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 기판 지지부(substrate support)의 온도를 제어하기 위한 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스들에 대한 임계 치수들(critical dimensions)이 계속해서 축소됨에 따라, 좁은 프로세스 윈도우(process window)에 걸쳐 반도체 기판을 균일하게 프로세싱할 수 있는 반도체 프로세싱 장비(processing equipment)에 대한 필요성이 증가하고 있다. 예를 들어, 에칭(etching), 증착(deposition) 등과 같은 많은 제조 프로세스들 동안, 프로세스 중의 기판의 온도는, 기판을 적절한 깊이 또는 치수로 에칭하는 것과 같은, 프로세스 제어에서 중요한 인자(critical factor)이다.
반도체 프로세스 챔버에서, 기판 온도는 온도 제어 장치에 의해서 제어되거나 유지될 수 있다. 이러한 장치는, 예를 들어, 기판 지지부를 통해 에너지 교환 매질(energy exchanging medium)이 순환되는, 에너지 교환 시스템을 포함할 수 있다. 이러한 시스템을 사용하여 기판 지지부가 원하는 온도로 가열 및/또는 냉각될 수 있다.
불행히도, 에너지 교환 시스템의 온도의 느린 상승(ramp up) 및 하강(ramp down) 시간으로 인해서, 각각의 프로세스 단계 동안 기판의 온도 변화는 가능하지 않다. 더욱이, 프로세스 단계들 사이에서 온도를 변화시키는 것은 느린 상승 및 하강 시간으로 인해서, 또한 시간이 많이 소요된다.
그러므로, 당업계에서는, 기판을 원하는 온도로 더욱 신속하게 냉각시키거나 가열할 수 있는 장치가 요구되고 있다.
본 명세서에서는 기판 지지부의 온도를 제어하기 위한 방법들 및 장치가 제공된다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부의 온도를 제어하기 위한 장치는, 제1 열 전달 루프(heat transfer loop) 및 제2 열 전달 루프를 포함할 수 있다. 제1 열 전달 루프는 제1 온도에서 제1 열 전달 유체를 지니는 제1 용액조(bath)를 가질 수 있다. 제2 열 전달 루프는 제2 온도에서 제2 열 전달 유체를 지니는 제2 용액조를 가질 수 있다. 제1 온도는 제2 온도와 동일하거나 상이할 수 있다. 기판 지지부에 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체를 각각 제공하기 위해 제1 유동 제어기 및 제2 유동 제어기가 제공될 수 있다. 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체를 제1 용액조 및 제2 용액조로 복귀시키기 위해 하나 또는 둘 이상의 복귀 라인이 기판 지지부의 하나 또는 둘 이상의 배출구를 제1 용액조 및 제2 용액조에 결합시킬 수 있다. 기판 온도 제어를 위해 필요한 열 전달을 제공하기에 충분한 지속시간의 유동 펄스들(flow pulses)로 기판 지지부에 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체를 공급함으로써 또는 제1 열 전달 유체와 제2 열 전달 유체를 혼합시킴으로써 제1 유동 제어기 및 제2 유동 제어기는 기판 베이스(substrate base)의 온도를 제어할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 열 전달 유체와 제2 열 전달 유체는 기판 지지부로 들어가기 전에 혼합될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 제1 열 전달 유체와 제2 열 전달 유체는 기판 지지부로 들어가기 전에 혼합되지 않을 수 있다. 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체는 하나 또는 둘 이상의 복귀 라인에 결합된 하나 또는 둘 이상의 배출구를 통해서 기판 지지부를 나갈 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체는 하나의 복귀 라인에 결합된 하나의 배출구를 통해서 기판 지지부를 나갈 수 있으며, 상기 복귀 라인은 제1 및 제2 용액조에 추가로 결합된다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 제1 열 전달 유체는 제1 복귀 라인에 결합된 제1 배출구를 통해서 기판 지지부를 나갈 수 있고, 제2 열 전달 유체는 제2 복귀 라인에 결합된 제2 배출구를 통해서 기판 지지부를 나갈 수 있으며, 여기서 제1 복귀 라인은 제1 용액조에 결합될 수 있고 제2 복귀 라인은 제2 용액조에 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 기판 지지부의 온도를 제어하기 위한 방법들이 제공된다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부의 온도를 제어하기 위한 방법은 제1 온도를 갖는 제1 열 전달 유체를 제1 용액조로부터 기판 지지부로 유동시키는 단계와 제2 온도를 갖는 제2 열 전달 유체를 제2 용액조로부터 기판 지지부로 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 온도는 동일하거나 상이할 수 있다. 이후 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체는 제1 및 제2 용액조로 복귀된다.
본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로 앞서 간략히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 예시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 열 전달 장치를 갖는 프로세스 챔버를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 열 전달 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 열 전달 장치를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기판 지지부의 온도를 제어하기 위한 방법을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 열 전달 장치를 도시한다.
이해를 돕기 위해, 도면들에 공통적인 동일한 엘리먼트들을 표시하기 위해 가능하면 동일한 참조 부호들이 사용되었다. 도면들은 척도대로 도시되지 않았고, 명료함을 위해 간략화될 수 있다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들은 추가 설명없이 다른 실시예들에 유리하게 통합될 수 있음이 고려된다.
본 발명의 실시예들은 기판 지지부 (그리고 그 위에 지지되는 기판)의 온도를 제어하기 위한 방법들 및 장치를 제공한다. 본 발명의 장치 및 방법들은, 종래의 방법들 및 장치와 비교하여 기판 지지부의 신속한 온도 제어를 유리하게 용이하게 할 수 있다. 본 발명의 장치 및 방법들은 기판들의 프로세싱을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 발명의 장치 및 방법들은 에칭 챔버(etch chamber), 반응성 이온 에칭 (reactive ion etch)(RIE) 챔버, 화학 기상 증착 (CVD) 챔버, 플라즈마 강화 CVD (PECVD) 챔버, 물리 기상 증착 (PVD) 챔버, 열 처리 챔버(thermal processing chamber) 등과 같은 기판 프로세싱 시스템의 프로세스 챔버에서 사용될 수 있다. 본 발명은 일반적으로 신속한 기판 온도 제어가 요망되는 애플리케이션들(applications)에서 사용될 수 있다.
예를 들어, 도 1은 본 발명의 일부분들을 실시하는데 사용될 수 있는 기판 지지부 온도 제어 장치(200)를 갖는 예시적인 에칭 반응기(etch reactor)(100)의 개략적인 다이어그램을 도시한다. 반응기(100)는 제어기(140) 및 전도성 본체(벽)(130) 내의 기판 지지 페디스털(substrate support pedestal)(116)을 갖는 프로세스 챔버(110)를 포함한다.
챔버(110)에는 유전체 천정(dielectric ceiling)(120)이 제공될 수 있다. 하나 이상의 유도성 코일 엘리먼트(112)를 포함하는 안테나가 천정(120) 위에 배치될 수 있다 (2개의 동축 엘리먼트(112)가 도시되어 있음). 유도성 코일 엘리먼트(112)는 제1 매칭 네트워크(matching network)(119)를 통해서 플라즈마 전력 공급원(plasma power source)(118)에 결합될 수 있다.
지지 페디스털 (캐소드(cathode))(116)은 제2 매칭 네트워크(124)를 통해서 바이어싱 전력 공급원(biasing power source)(122)에 결합될 수 있다. 바이어싱 전력은 연속형(continuous) 또는 펄스형(pulsed) 전력일 수 있다. 다른 실시예들에서, 바이어싱 전력 공급원(122)은 DC 또는 펄스형 DC 공급원일 수 있다.
제어기(140)는 중앙 처리 유닛 (CPU)(144), 메모리(142), 및 CPU(144)에 대한 지원 회로들(support circuits)(146)을 포함한다. 제어기(140)는, 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 챔버(110)의 컴포넌트들의 제어를 용이하게 하고, 이로써 챔버 내에서 수행되는 프로세스들의 제어를 용이하게 한다.
작동시에, 반도체 기판(114)은 페디스털(116) 상에 배치될 수 있고, 프로세스 가스들은 가스 패널(gas panel)(138)로부터 유입 포트들(entry ports)(126)을 통해 공급되어, 챔버(110) 내에서 가스상 혼합물(150)을 형성할 수 있다. 플라즈마 공급원(118) 및 바이어싱 전력 공급원(122)으로부터 전력을 유도성 코일 엘리먼트(112) 및 캐소드(116)에 각각 인가함으로써, 가스상 혼합물(150)이 챔버(110) 내에서 플라즈마(155)로 여기될 수 있다. 챔버(110) 내부의 압력은 스로틀 밸브(throttle valve)(127) 및 진공 펌프(vacuum pump)(136)를 이용하여 제어될 수 있다. 통상적으로, 챔버 벽(130)은 전기 접지부(electrical ground)(134)에 결합된다. 벽(130)의 온도는 벽(130)을 통해 이어진 액체-함유 도관들(도시되지 않음)을 이용하여 제어될 수 있다.
지지 페디스털(116)의 온도를 제어함으로써 기판(114)의 온도가 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 지지 페디스털(116)의 온도를 제어하기 위해 온도 제어 장치(200)가 사용될 수 있다. 이러한 열적 제어를 사용하는 경우, 기판(114)은 섭씨 약 -20도 내지 150도의 온도에서 유지될 수 있다. 기판 지지 페디스털(116)은, 하나 이상의 열 전달 유체가 관통하여 유동하는 것을 용이하게 하기 위해 채널들(channels, 미도시)이 내부에 형성된 임의의 적절한 기판 지지부를 포함할 수 있다. 채널들은 기판 지지 페디스털(116)과 열 전달 유체 사이의 효율적인 열 전달을 위해 임의의 적절한 배열로 구성될 수 있다. 온도 제어 장치(200)는 챔버(110)의 외부에 배치될 수 있거나 또는 부분적으로 챔버(110) 내부에 배치될 수 있다.
온도 제어 장치(200)는 일반적으로 기판 지지 페디스털(116)에 결합되는, 2개의 칠러들(chillers) 또는 용액조들을 포함할 수 있다. 2개의 칠러들은 2개의 상이한 온도에서 유지될 수 있다. 칠러들은 각자의 온도로 열 전달 유체들을 제공하는데, 이들은 2개의 열 전달 유체의 혼합 비율에 기초하여 2개의 온도 사이의 임의의 온도를 제공하기 위해 요망되는 바에 따라 혼합될 수 있다. 열 전달 유체들은 일반적으로 임의의 적절한 열 전달 유체일 수 있다. 적절한 열 전달 유체들의 예들은, (Solvay S.A.로부터 구입할 수 있는) Galden® 또는 (3M 사로부터 구입할 수 있는) FluorinertTM과 같은, 수성 혼합물들(water-based mixtures)을 포함한다. 기판 지지 페디스털(116)에 제공되는 열 전달 유체의 양을 각각 제어하기 위해 각각의 칠러에 유동 제어기가 제공될 수 있다. 이렇게 해서, 임의의 원하는 프로세싱 온도 변화가 신속하게 구현될 수 있으며, 이는 유동을 제어하는 유동 제어기들의 액추에이터들(actuators)의 속도에 의해서만 제한된다.
예를 들어, 일부 실시예들에서, 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 온도 제어 장치(200)는 제1 열 전달 루프(202) 및 제2 열 전달 루프(210)를 포함할 수 있다. 제1 열 전달 루프(202)는 제1 용액조(204) 및 제1 유동 제어기(206)를 포함할 수 있다. 제1 열 전달 유체는 제1 온도로 제1 용액조(204)에서 실질적으로 유지될 수 있다. 제1 유동 제어기(206)는 제1 용액조(204)에 결합되어 기판 지지 페디스털(116)로 제1 열 전달 유체를 제공할 수 있다. 제2 열 전달 루프(210)는 제2 용액조(212) 및 제2 유동 제어기(214)를 포함할 수 있다. 제2 열 전달 유체는 제2 온도로 제2 용액조(212)에서 실질적으로 유지될 수 있다. 제2 온도는 제1 온도와 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 제2 유동 제어기(214)는 제2 용액조(212)에 결합되어 기판 지지 페디스털(116)로 제2 열 전달 유체를 제공할 수 있다. 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체를 제1 및 제2 용액조(204, 212)로 복귀시키기 위해, 복귀 라인(217)이 기판 지지 페디스털(116)의 배출구(216)를 제1 및 제2 용액조(204, 212)에 결합시킬 수 있다. 유동 제어기들(206, 214)은 유동 분할기(flow splitter), 가변성 유동 분할기(variable flow splitter), 질량 유동 제어기 등과 같은 임의의 적절한 유동 제어 디바이스일 수 있다. 유동 제어기들(206, 214)은 챔버(110) 근처에 배치될 수 있거나, 또는 일부 실시예들에서는, 챔버(110)의 내부에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 열 전달 유체와 제2 열 전달 유체는 기판 지지 페디스털(116)의 유입구(215)로 들어가기 전에 도관(213)에서 혼합될 수 있다. 혼합된 열 전달 유체들 (이하 혼합 유체들로 언급됨)은 제1 및 제2 용액조(204, 212)의 각각의 개별 온도들을 포함하는 이들 온도 사이에 있는 어떠한 온도를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 혼합 유체들의 온도를 모니터하기 위해 도관(213)이 온도 센서(226)에 결합될 수 있다. 온도 센서는, 피드백을 제공하여 (예를 들어, 2개의 열 전달 유체의 혼합 비율을 제어함으로써) 혼합 유체들의 온도를 제어하기 위해 (도 1에 도시된 제어기(140)와 같은) 제어기에 결합될 수 있다.
혼합 유체들은 배출구(216)를 통해서 기판 지지 페디스털(116)을 나가며, 복귀 라인(217)을 통해서 제1 및 제2 용액조로 복귀한다. 일부 실시예들에서, 혼합 유체들이 제1 및 제2 용액조(204, 212) 사이에서 분배되는 방식을 제어하기 위해, 복귀 라인(217)은 복귀 라인 유동 제어기(218)를 통해서 제1 및 제2 용액조(204, 212)에 결합될 수 있다. 복귀 라인 유동 제어기(218)는 유동 분할기, 가변성 유동 분할기, 질량 유동 제어기 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 복귀 라인 유동 제어기(218)는 유동 분할기이다.
선택적으로, 제1 열 전달 루프(202)는 제1 용액조(204)와 제1 유동 제어기(206) 사이에 배치되는 제1 중간 유동 분할기(220)를 더 포함할 수 있다. 제1 중간 유동 분할기(220)는 제1 유동 제어기(206)와 제1 용액조(204) 사이에서 제1 열 전달 유체의 유동을 분할하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 열 전달 유체는 제1 중간 유동 분할기(220)에 의해서 약 1:4의 질량비로 분할될 수 있으며, 이 경우 제1 열 전달 유체의 약 20%가 제1 유동 제어기(206)로 유동할 수 있고, 제1 열 전달 유체의 80%는 제1 용액조(204)로 복귀할 수 있다. 제1 중간 유동 분할기(220)는 제1 용액조(204)에서 열 전달 유체의 혼합을 용이하게 할 수 있고, 이에 따라 기판 지지 페디스털(116)로부터의 혼합 유체들의 복귀 유동의 보다 균일한 혼입(incorporation)을 용이하게 한다.
일부 실시예들에서, 제1 유동 제어기(206)는 기판 지지 페디스털(116)과 제1 용액조(204) 사이에서 제1 열 전달 유체의 유동을 분할하기 위한 유동 분할기일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 열 전달 유체는 제1 유동 제어기(206)에서 약 0 내지 100 퍼센트의 질량비로 분할될 수 있으며, 이 경우 제1 열 전달 유체의 약 0 내지 100 퍼센트가 기판 지지 페디스털(116)로 유동할 수 있고, 나머지 0 내지 100 퍼센트는 제1 용액조(204)로 복귀할 수 있다.
선택적으로, 제2 열 전달 루프(210)는 제2 용액조(212)와 제2 유동 제어기(214) 사이에 배치되는 제2 중간 유동 분할기(222)를 더 포함할 수 있다. 제2 중간 유동 분할기(222)는 제2 유동 제어기(214)와 제2 용액조(212) 사이에서 제2 열 전달 유체의 유동을 분할하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 열 전달 유체는 제2 중간 유동 분할기(222)에 의해서 약 1:4의 질량비로 분할될 수 있으며, 이 경우 제2 열 전달 유체의 약 20%가 제2 유동 제어기(214)로 유동될 수 있으며, 제2 열 전달 유체의 80%는 제2 용액조(212)로 복귀할 수 있다. 제2 중간 유동 분할기(222)는 제2 용액조(212)에서 열 전달 유체의 혼합을 용이하게 할 수 있고, 이에 따라 기판 지지 페디스털(116)로부터의 혼합 유체들의 복귀 유동의 보다 균일한 혼입을 용이하게 한다.
일부 실시예들에서, 제2 유동 제어기(214)는 기판 지지 페디스털(116)과 제2 용액조(212) 사이에서 제2 열 전달 유체의 유동을 분할하기 위한 유동 분할기일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 열 전달 유체는 제2 유동 제어기(214)에서 약 0 내지 100 퍼센트의 질량비로 분할될 수 있으며, 이 경우 제2 열 전달 유체의 약 0 내지 100 퍼센트가 기판 지지 페디스털(116)로 유동할 수 있고, 나머지 0 내지 100 퍼센트는 제2 용액조(212)로 복귀할 수 있다.
일부 실시예들에서, 온도 제어 장치(200)는 제1 및 제2 용액조(204, 212) 내부의 액체 레벨을 제어하기 위한 제어기(224)를 더 포함할 수 있다. 제어기(224)는, 제1 및 제2 용액조(204, 212)로 복귀하는 혼합 유체들의 양을 제어하기 위해 복귀 라인 유동 제어기(218)에 결합될 수 있다. 제어기는, 제2 용액조(212) 내부의 유체 레벨을 모니터하기 위해 제2 용액조(212)에 결합될 수 있다. 제2 용액조(212) 내의 열 전달 유체의 레벨을 모니터함으로써, 제어기는 복귀 라인 유동 제어기(218)를 제어하여 제2 용액조(212)에서 원하는 액체 레벨을 유지할 수 있다. 시스템 내에는 고정된 양의 전체 열 전달 유체가 존재하므로, 제1 용액조(204)로 유동하는 나머지 혼합 유체들 (그리고 제1 용액조의 액체 레벨)은 유사하게 제어될 것이다. 대안적으로, 제어기(224)는, 앞서 설명한 것과 동일한 기능을 수행하기 위해, 복귀 라인 유동 제어기(218) 및 제1 용액조(204)에 결합될 수 있다.
작동시에, (각각 제1 및 제2 온도에 있는) 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체는 제1 및 제2 용액조(204, 212)로부터 도관(213)을 통해서 기판 지지 페디스털(116)의 유입구(215)로 유동될 수 있다. 제1 열 전달 유체와 제2 열 전달 유체는 기판 지지 페디스털(116)의 유입구로 들어가기 전에 도관(213)에서 혼합될 수 있다. 혼합 유체들은 배출구(216)를 통해서 기판 지지 페디스털(116)을 나갈 수 있으며, 복귀 라인(217)을 통해서 제1 및 제2 용액조(204, 212)로 복귀할 수 있다.
대안적으로, 기판 지지 페디스털(116)로 들어가기 전에 열 전달 유체들을 혼합하기 보다는, 열 전달 유체들을 서로 분리된 채로 유지시키는 온도 제어 장치가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 3은 상술한 온도 제어 장치(200)를 대신하여 사용될 수 있는 온도 제어 장치(300)를 도시한다. 일부 실시예들에서, 온도 제어 장치(300)는 제1 열 전달 루프(302) 및 제2 열 전달 루프(310)를 포함할 수 있다. 제1 열 전달 루프(302)는 제1 열 전달 유체를 제1 온도로 실질적으로 유지시키기 위해 제1 용액조(304)를 포함할 수 있다. 제어된 속도에서 기판 지지 페디스털(116)로 제1 열 전달 유체를 제공하기 위해 제1 용액조(304)에 제1 유동 제어기(306)가 결합될 수 있다. 제2 열 전달 루프(310)는 제2 열 전달 유체를 제2 온도로 실질적으로 유지시키기 위해 제2 용액조(312)를 포함할 수 있다. 제어된 속도에서 기판 지지 페디스털(116)로 제2 열 전달 유체를 제공하기 위해 제2 용액조(312)에 제2 유동 제어기(314)가 결합될 수 있다. 기판 지지 페디스털(116)을 제1 용액조(304)에 결합시키기 위해 제1 복귀 라인(316)이 제공될 수 있다. 기판 지지 페디스털(116)을 제2 용액조(312)에 결합시키기 위해 제2 복귀 라인(318)이 제공될 수 있다. 유동 제어기들(306, 314)은 도 2와 관련하여 앞서 설명한 것과 같이 임의의 적절한 유동 제어기를 포함할 수 있다. 유동 제어기들(306, 314)은 챔버(110) 근처에 배치될 수 있거나, 또는 일부 실시예들에서는, 챔버(110)의 내부에 배치될 수 있다.
제1 열 전달 유체는 제1 유입구(307)를 통해서 기판 지지 페디스털(116)로 들어갈 수 있고, 제2 열 전달 유체는 제2 유입구(311)를 통해서 기판 지지 페디스털로 들어갈 수 있다. 제1 열 전달 유체와 제2 열 전달 유체는 기판 지지 페디스털(116)을 통과하는 동안 혼합되지 않는다. 제1 열 전달 유체는 제1 배출구(309)를 통해서 기판 지지 페디스털(116)을 나갈 수 있다. 제1 배출구(309)는 제1 복귀 라인(316)을 통해서 제1 용액조(304)에 결합될 수 있다. 제2 열 전달 유체는 제2 배출구(313)를 통해서 기판 지지 페디스털(116)을 나갈 수 있다. 제2 배출구(313)는 제2 복귀 라인(318)을 통해서 제2 용액조(312)에 결합될 수 있다. 작동시에, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체의 각각의 유동은 (예를 들어, 도 1에 도시된 제어기(140)에 의하여) 제어되어 기판 지지 페디스털(116)의 원하는 온도를 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 열 전달 루프(302)의 제1 유동 제어기(306)는 기판 지지 페디스털(116)과 제1 용액조(304) 사이에서 제1 열 전달 유체의 유동을 분할하기 위한 유동 분할기일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 열 전달 유체는 제1 유동 제어기(306)에 의해서 약 0 내지 100 퍼센트의 질량비로 분할될 수 있으며, 이 경우 제1 열 전달 유체의 약 0 내지 100 퍼센트가 기판 지지 페디스털(116)로 유동할 수 있고, 나머지 0 내지 100 퍼센트는 제1 용액조(304)로 복귀할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제2 열 전달 루프(310)의 제2 유동 제어기(314)는 기판 지지 페디스털(116)과 제2 용액조(312) 사이에서 제2 열 전달 유체의 유동을 분할하기 위한 유동 분할기일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 열 전달 유체는 제2 유동 제어기(314)에서 약 0 내지 100 퍼센트의 질량비로 분할될 수 있으며, 이 경우 제2 열 전달 유체의 약 0 내지 100 퍼센트가 기판 지지 페디스털(116)로 유동할 수 있고, 나머지 0 내지 100 퍼센트는 제2 용액조(312)로 복귀할 수 있다.
작동시에, (각각 제1 및 제2 온도에 있는) 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체는 제1 및 제2 용액조(304, 312)로부터 유입구(307, 311)를 통해서 기판 지지 페디스털(116)의 각각의 배출구(309, 313)로 유동될 수 있다. 제1 열 전달 유체와 제2 열 전달 유체는 기판 지지 페디스털(116)로 들어가기 전에 혼합되지 않는다. 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체는 각각의 배출구(309, 313)를 통해서 기판 지지 페디스털(116)을 나갈 수 있고, 각각의 복귀 라인(316, 318)을 통해서 제1 및 제2 용액조(304, 312)로 복귀할 수 있다.
본 발명의 상기 실시예들은 단지 예시적인 것이고, 이러한 실시예들은 본 발명의 범위내에 있으면서 다수의 방식으로 변화될 수 있다. 예를 들어, 도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 열 전달 장치를 도시한다. 전술한 엘리먼트들과 동일한 도 5의 엘리먼트들은 앞의 도면들에서 사용된 것과 동일한 참조 번호로 표시된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 제1 열 전달 루프(502) 및 제2 열 전달 루프(510)를 갖는 온도 제어 장치(500)가 제공될 수 있다. 제1 열 전달 루프(502)는 제1 용액조(204) 및 제1 유동 제어기(506)를 포함할 수 있다. 제1 열 전달 유체는 제1 온도로 제1 용액조(204) 내에서 실질적으로 유지될 수 있다. 제1 유동 제어기(506)는, 0 내지 100 퍼센트의 유량으로 제1 열 전달 유체를 기판 지지 페디스털(116)로 선택적으로 제공하도록 제1 용액조(204)에 결합될 수 있다.
제2 열 전달 루프(510)는 제2 용액조(212) 및 제2 유동 제어기(514)를 포함할 수 있다. 제2 열 전달 유체는 제2 온도로 제2 용액조(212) 내에서 실질적으로 유지될 수 있다. 제2 온도는 제1 온도와 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 제2 유동 제어기(514)는 0 내지 100 퍼센트의 유량으로 제2 열 전달 유체를 기판 지지 페디스털(116)로 선택적으로 제공하도록 제2 용액조(212)에 결합될 수 있다.
유동 제어기들(506, 514)은 유동 분할기, 가변성 유동 분할기, 질량 유동 제어기, 밸브 등, 또는 이들의 임의의 조합들과 같은, 임의의 적절한 유동 제어 디바이스일 수 있다. 일부 실시예들에서, 유동 제어기들(506, 514)은 각각 질량 유동 제어기 및 2개의 밸브를 포함할 수 있으며, 여기서 하나의 밸브는 질량 유동 제어기와 용액조 사이에 배치될 수 있고, 다른 하나의 밸브는 질량 유동 제어기와 도관(213) 사이에 배치될 수 있다.
제1 용액조(204) 및 제2 용액조(214)를 유입구(215)를 통해서 기판 지지 페디스털(116)에 결합시키기 위해 도관(213)이 제공된다. 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체를 제1 및 제2 용액조(204, 212)로 복귀시키기 위해, 복귀 라인(217)이 기판 지지 페디스털(116)의 배출구(216)를 제1 용액조(204) 및 제2 용액조(212)에 결합시킬 수 있다. 제1 복귀 라인 유동 제어기(503) 및 제2 복귀 라인 유동 제어기(504)가 복귀 라인(217)에 배치될 수 있다. 제1 복귀 라인 유동 제어기(503)는 기판 지지 페디스털(116)을 제1 용액조(204)에 결합시킬 수 있다. 제2 복귀 라인 유동 제어기(504)는 기판 지지 페디스털(116)을 제2 용액조(212)에 결합시킬 수 있다. 복귀 라인 유동 제어기들(503, 504)은 질량 유동 제어기, 밸브 등, 또는 이들의 조합들과 같은 임의의 적절한 유동 제어 디바이스일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 복귀 라인 유동 제어기(503) 및 제2 복귀 라인 유동 제어기(504)는 밸브이다.
다시 도 1을 참조하면, 일부 실시예들에서, 전술한 바와 같이, 프로세스 챔버(110) 및/또는 온도 제어 장치(200) 또는 온도 제어 장치(300)의 제어를 용이하게 하기 위해, 제어기(140)는 다양한 챔버들을 제어하기 위해 산업 현장(industrial setting)에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서(general-purpose computer processor) 및 서브-프로세서들(sub-processors) 중 하나일 수 있다. 제어기(140)는 메모리(142), 또는 컴퓨터 판독가능 매체, CPU(144), 및 지원 회로들(146)을 포함할 수 있다. 메모리(142)는 로컬(local) 또는 원격(remote)인, 랜덤 액세스 메모리(random access memory)(RAM), 리드 온리 메모리(read only memory)(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 디지털 저장장치와 같은 용이하게 입수 가능한 메모리(readily available memory) 중 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 지원 회로들(146)은 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU(144)에 결합된다. 이러한 회로들은 캐쉬(cache), 전력 공급부들, 클럭 회로들(clock circuits), 입력/출력 회로소자(circuitry) 및 서브 시스템들 등을 포함한다. 본 명세서에서 설명된 바와 같은 장치를 제어하기 위한 본 발명의 방법들은, 실행될 때, 본 발명의 방법들을 수행하도록 에칭 반응기(100)를 제어할 수 있는 소프트웨어 루틴(software routine)으로서 메모리(142) 내에 일반적으로 저장될 수 있다. 이러한 소프트웨어 루틴은 또한 CPU(144)에 의해서 제어되는 하드웨어로부터 멀리 떨어져 위치한 제2 CPU (도시되지 않음)에 의하여 저장 및/또는 실행될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기판 지지부의 온도를 제어하기 위한 방법(400)을 도시한다. 이러한 방법(400)은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된다. 이러한 방법(400)은 상술한 바와 같이 기판 지지부 및 온도 제어 장치를 갖는 임의의 적절한 반도체 프로세스 챔버에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부는, 하나의 채널이 이를 관통하여 배치되며 하나의 유입구와 하나의 배출구를 가지도록 구성될 수 있고, 여기서 (도 2와 관련하여 앞서 설명한 바와 같이) 2개 이상의 열 전달 유체가 상기 채널을 통해 유동할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부는 적어도 둘 또는 셋 이상의 유입구 및 적어도 둘 또는 셋 이상의 배출구를 가질 수 있다. 추가로, 일부 실시예들에서 기판 지지부는 2개 이상의 채널을 포함할 수 있는데, 여기서 (도 3과 관련하여 앞서 설명한 바와 같이) 상기 채널들을 통해 유동하는 경우 2개 이상의 열 전달 유체는 분리된 채로 유지될 수 있다.
상기 방법(400)은 단계(402)에서 개시되는데, 여기서 하나 이상의 열 전달 유체가 (기판 지지 페디스털(116)과 같은) 기판 지지부로 유동할 수 있다. 일부 실시예들에서, 단계(404)에 설명된 바와 같이, 제1 온도를 갖는 제1 열 전달 유체가 제1 용액조로부터 기판 지지 페디스털(116)로 유동할 수 있고, 단계(406)에 설명된 바와 같이, 제2 온도를 갖는 제2 열 전달 유체가 제2 용액조로부터 기판 지지부로 유동할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 열 전달 유체와 제2 열 전달 유체는 기판 지지부로 들어가기 전에 혼합될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 제1 열 전달 유체와 제2 열 전달 유체는 기판 지지부로 들어가기 전에 혼합되지 않을 수 있고, 기판 지지부 내에서 서로 분리된 채로 유지될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체의 유량은 시간이 지남에 따라 변할 수 있다. 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체 중 하나 또는 둘 모두의 유량은 본 명세서에서 설명된 열 전달 장치의 최대 유량의 0 내지 100% 에서 변화될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 온도가 동일할 수 있으며, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체의 유량은 상이할 수 있다. 이러한 예는, 예를 들면 기판 지지부의 상이한 영역들, 예를 들어 기판 지지부의 에지(edge) 또는 중심부에서 가열/냉각 속도를 독립적으로 제어하기 위해 적용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판 지지부의 온도를 제어하기 위해, (동일하거나 상이한 온도를 갖는) 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체의 유동이 펄싱될(pulsed) 수 있다. 이러한 펄싱(pulsing)은, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체 중 하나 또는 둘 모두의 유동이 0 내지 100%의 제1 레이트(rate)에서 제공될 수 있는 제1 시간 기간 및 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체 중 하나 또는 둘 모두의 유동이 0 내지 100%의 제2 레이트에서 제공될 수 있는 제2 시간 기간을 적어도 포함하는 듀티-사이클(duty-cycle)에 의해서 정의될 수 있고, 상기 제1 레이트와 제2 레이트는 상이하다. 펄싱은, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체 둘 모두를 함께 펄싱하거나, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체 중 하나를 개별적으로 펄싱하거나, 또는 각각의 기간에서 제1 열 전달 유체와 제2 열 전달 유체 사이에서 교번적으로 펄싱하는, 상술한 바와 같은, 펄싱 기간들(periods of pulsing)을 포함할 수 있다. 각각의 펄스는 동일한 또는 상이한 시간 기간 동안 지속될 수 있다. 펄스들의 개수는 원하는 시간 기간(예를 들어, 원하는 프로세싱 시간)에 걸쳐 온도 제어를 용이하게 하기에 적합한 바에 따라 변화될 수 있다. 이러한 펄싱은 기판 지지부로 또는 기판 지지부로부터의 열 전달을 용이하게 하여, 기판 지지부의 온도를 원하는 온도 설정값으로 제어할 수 있게 한다.
예를 들어, 일부 실시예들에서, 기판 지지부를 원하는 설정 온도로 신속하게 냉각하는 것이 요망될 수 있다. 설정 온도 보다 낮은 온도에 있는 열 전달 유체가 제1 시간 기간 동안 제1 유량으로 공급될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부의 온도가 설정 온도로 다가감에 따라, 열 전달 유체의 유량은, 제2 시간 기간 동안, 제2 유량으로 감소되거나 정지될 수 있으며, 제2 시간 기간 이후에, 열 전달 유체의 유동이 다시 제1 유량으로 증가될 수 있다.
대안적으로, 기판 지지부의 온도가 설정 온도에 다가감에 따라, 듀티 사이클이 열 전달 유체 (또는 유체들)의 유량을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 유량은 지속적으로 유지(continuously on)될 수 있고, 기판 지지부의 온도가 설정 온도로 다가감에 따라 유량이 계속적으로 감소될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부의 온도를 설정 온도로 유지하기 위해 유량이 증가되거나 감소될 수 있다. 기판 지지부의 온도를 원하는 온도 설정값으로 유리하게 제어하기 위해 이러한 방법들의 조합들이 또한 사용될 수 있음이 고려된다.
다음으로, 단계(408)에서 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체는 하나 또는 둘 이상의 배출구를 통해 기판 지지부를 나가며, 하나 또는 둘 이상의 복귀 라인을 통해서 제1 및 제2 용액조로 복귀한다. 일부 실시예들에서, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체는 하나의 배출구를 통해서 기판 지지부를 나갈 수 있으며, 하나의 복귀 라인을 통해서 제1 및 제2 용액조로 복귀할 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체는 2개 이상의 배출구를 통해서 기판 지지부를 나갈 수 있으며, 2개 이상의 복귀 라인을 통해 제1 및 제2 용액조로 복귀할 수 있다.
이렇게 해서, 기판 지지부의 온도를 제어하기 위한 장치 및 방법들의 실시예들이 본 명세서에 제공되었다. 본 발명의 방법들 및 장치는 프로세스 동안에 기판 지지 페디스털 (그리고 그 위에 배치되는 기판) 온도의 신속한 변화를 용이하게 할 수 있다. 따라서 본 발명의 방법들 및 장치는 다양한 온도 요건들을 갖는 프로세스 단계들 사이에서의 더 빠른 변화들을 용이하게 할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 방법들은, 기판 지지부의 온도를 변화시키기 위해 필요한 응답 시간의 감소로 인해 개개의 프로세스 단계들이 온도 변화들을 수반하는 것을 가능하게 할 수 있다.
전술한 내용은 본 발명의 실시예들에 대한 것이지만, 본 발명의 그 밖의 실시예들 및 추가의 실시예들이 본 발명의 기본적인 범위를 벗어남이 없이 안출될 수 있고, 본 발명의 범위는 이하의 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판 지지부의 온도 제어 장치로서,
    제1 열 전달 유체를 기판 지지부로 제공하기 위해 제1 유동 제어기 및 제1 온도에서 제1 열 전달 유체를 지니는 제1 용액조를 갖는 제1 열 전달 루프;
    제2 열 전달 유체를 상기 기판 지지부로 제공하기 위해 제2 유동 제어기 및 제2 온도에서 제2 열 전달 유체를 지니는 제2 용액조를 갖는 제2 열 전달 루프; 및
    상기 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체를 상기 제1 용액조 및 제2 용액조로 복귀시키기 위해 상기 기판 지지부의 하나 또는 둘 이상의 배출구를 상기 제1 용액조 및 제2 용액조에 결합시키는 하나 또는 둘 이상의 복귀 라인을 포함하되,
    상기 제1 열 전달 유체 및 상기 제2 열 전달 유체는 상기 기판 지지부로 유입되기 전에 도관 내에서 혼합되는,
    기판 지지부의 온도 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도가 상기 제2 온도와 동일하지 않은,
    기판 지지부의 온도 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 열 전달 유체와 제2 열 전달 유체는, 상기 기판 지지부로 유입되기 전에, 온도 센서가 결합된 도관 내에서 혼합되는,
    기판 지지부의 온도 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 열 전달 유체와 제2 열 전달 유체는 상기 기판 지지부로 유입되기 전에 도관 내에서 혼합되며, 상기 하나 또는 둘 이상의 복귀 라인은 상기 기판 지지부와 상기 제1 및 제2 용액조를 결합시키는 하나의 복귀 라인인,
    기판 지지부의 온도 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복귀 라인에 배치되는 복귀 라인 유동 제어기를 더 포함하는,
    기판 지지부의 온도 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 용액조 또는 제2 용액조 중 하나 이상의 내부의 유체 레벨을 모니터하기 위해 상기 복귀 라인 유동 제어기에 결합되는 제어기를 더 포함하는,
    기판 지지부의 온도 제어 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 복귀 라인으로부터 상기 제1 용액조로 유동하는 열 전달 유체의 유동을 제어하기 위해 상기 복귀 라인에 배치되는 제1 복귀 라인 유동 제어기; 및
    상기 복귀 라인으로부터 상기 제2 용액조로 유동하는 열 전달 유체의 유동을 제어하기 위해 상기 복귀 라인에 배치되는 제2 복귀 라인 유동 제어기를 더 포함하는,
    기판 지지부의 온도 제어 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 용액조와 상기 제1 유동 제어기 사이에 배치되는 제1 중간 유동 제어기로서, 상기 제1 유동 제어기와 상기 제1 용액조 사이에서 상기 제1 열 전달 유체의 유동을 분할하기 위한 유동 분할기를 포함하는 제1 중간 유동 제어기 - 상기 제1 유동 제어기는 상기 기판 지지부와 상기 제1 용액조 사이에서 상기 제1 열 전달 유체의 유동을 분할하기 위한 유동 분할기를 포함함 -; 및
    상기 제2 용액조와 상기 제2 유동 제어기 사이에 배치되는 제2 중간 유동 제어기로서, 상기 제2 유동 제어기와 상기 제2 용액조 사이에서 상기 제2 열 전달 유체의 유동을 분할하기 위한 유동 분할기를 포함하는 제2 중간 유동 제어기 - 상기 제2 유동 제어기는 상기 기판 지지부와 상기 제2 용액조 사이에서 상기 제2 열 전달 유체의 유동을 분할하기 위한 유동 분할기를 포함함 - 를 더 포함하는,
    기판 지지부의 온도 제어 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 기판 지지부의 온도 제어 방법으로서,
    제1 온도를 갖는 제1 열 전달 유체를 제1 용액조로부터 기판 지지부로 유동시키는 단계;
    제2 온도를 갖는 제2 열 전달 유체를 제2 용액조로부터 기판 지지부로 유동시키는 단계; 및
    상기 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체를 상기 제1 용액조 및 제2 용액조로 복귀시키는 단계를 포함하되,
    상기 제1 열 전달 유체 및 상기 제2 열 전달 유체는 상기 기판 지지부로 유입되기 전에 도관 내에서 혼합되는,
    기판 지지부의 온도 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 온도가 상기 제2 온도와 동일하지 않은,
    기판 지지부의 온도 제어 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 기판 지지부에 유입되기 전에 상기 제1 열 전달 유체와 제2 열 전달 유체를 혼합시키는 단계; 및
    혼합된 상기 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체를 상기 제1 용액조 및 제2 용액조로 복귀시키는 단계를 더 포함하는,
    기판 지지부의 온도 제어 방법.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제1 열 전달 유체의 유동의 일부를 상기 기판 지지부로 제공하기 위해 그리고 상기 제1 열 전달 유체의 유동의 나머지 부분을 상기 제1 용액조로 복귀시키기 위해 상기 제1 열 전달 유체의 유동을 분할하는 단계; 및
    상기 제2 열 전달 유체의 유동의 일부를 상기 기판 지지부로 제공하기 위해 그리고 상기 제2 열 전달 유체의 유동의 나머지 부분을 상기 제2 용액조로 복귀시키기 위해 상기 제2 열 전달 유체의 유동을 분할하는 단계를 더 포함하는,
    기판 지지부의 온도 제어 방법.
  15. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체를 유동시키는 단계로서, 상기 제1 열 전달 유체와 제2 열 전달 유체가 혼합되지 않는, 상기 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체를 유동시키는 단계를 더 포함하는,
    기판 지지부의 온도 제어 방법.
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