KR101509419B1 - 기판 지지부의 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법 - 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

기판 지지부의 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법 {APPARATUS AND METHOD TO CONTROL TEMPERATURE OF SUBSTRATE SUPPORT}
본 발명의 실시예는 일반적으로 반도체 프로세싱에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 기판 지지부(substrate support) 온도를 제어하기 위한 장치에 관한 것이다.
반도체 장치에 대한 임계 치수(critical dimensions)가 계속해서 작아짐에 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) 등등과 같은 많은 제조 프로세스 동안, 프로세스 중의 기판의 온도는, 기판을 적절한 깊이 또는 치수로 에칭하는 것과 같은, 프로세스 제어에서의 중요한 인자(critical factor)이다.
반도체 프로세스 챔버에서, 기판의 온도는 온도 제어 장치에 의해서 제어되거나 유지될 수 있다. 이러한 장치는, 예를 들어, 기판 지지부를 통해 에너지 교환 매체(energy exchanging medium)가 순환되는, 에너지 교환 시스템을 포함할 수 있다. 이러한 시스템을 사용하여 기판 지지부가 원하는 온도로 가열 및/또는 냉각될 수 있다.
불행히도, 에너지 교환 시스템 온도의 느린 상승(ramp up) 및 하강(ramp down) 시간으로 인해서, 각각의 프로세스 단계 중의 기판의 온도에서의 변화는 가능하지 않다. 더욱이, 프로세스 단계들 사이의 온도 변화도 느린 상승 및 하강 시간으로 인해서 시간이 많이 소요된다.
그러므로, 본 발명이 속하는 기술분야에서는, 기판을 원하는 온도로 더욱 신속하게 냉각시키거나 가열할 수 있는 장치가 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 기판 지지부(substrate support) 온도를 제어하기 위한 장치로서, 기판을 원하는 온도로 더욱 신속하게 냉각시키거난 가열할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
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 용액조를 가질 수 있다. 제2 열 전달 루프도 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 유동 제어기 및 제2 유동 제어기가 제공될 수 있다. 상기 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체를 상기 제1 용액조 및 제2 용액조로 복귀시키기 위해 하나 또는 다수의 복귀 라인이 상기 기판 지지부의 하나 또는 다수의 배출부를 상기 제1 용액조 및 제2 용액조에 결합시킬 수 있다. 제1 유동 제어기 및 제2 유동 제어기는 기판 온도 제어를 위해 필요한 열 전달을 제공하기 위해 충분한 지속기간(duration)의 유동 펄스(flow pulses)로 상기 기판 지지부에 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체를 공급함으로써 또는 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체를 혼합시킴으로써 기판 베이스(substrate base)의 온도를 제어할 수 있다.
일부 실시예에서는, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체가 기판 지지부로 들어가기에 앞서 혼합될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예에서는, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체가 기판 지지부로 들어가기 전에 혼합되지 않을 수 있다. 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체는 하나 또는 다수의 복귀 라인에 결합되는 하나 또는 다수의 배출부를 통해서 기판 지지부를 떠날 수 있다. 일부 실시예에서는, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체가 하나의 복귀 라인에 결합된 하나의 배출부를 통해서 기판을 떠날 수 있으며, 상기 복귀 라인은 추가로 제1 및 제2 용액조에 결합된다. 대안적으로, 일부 실시예에서는, 제1 열 전달 유체가 제1 복귀 라인에 결합된 제1 배출부를 통해서 기판 지지부를 떠날 수 있으며, 제2 열 전달 유체는 제2 복귀 라인에 결합되는 제2 배출부를 통해서 기판 지지부를 떠날 수 있으며, 여기서 제1 복귀 라인은 제1 용액조에 결합될 수 있으며 제2 복귀 라인은 제2 용액조에 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서는 기판 지지부의 온도를 제어하기 위한 방법이 제공된다. 일부 실시예에서는, 기판 지지부의 온도를 제어하기 위한 방법이 제1 용액조로부터 기판 지지부로 제1 온도를 가지는 제1 열 전달 유체를 유동시키는 단계와 제2 용액조로부터 기판 지지부로 제2 온도를 가지는 제2 열 전달 유체를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 온도는 동일하거나 다를 수 있다. 이후 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체는 제1 및 제2 용액조로 복귀하게 된다.
상술한 본 발명의 특징이 상세히 이해될 수 있도록 하기 위하여, 위에서 간략히 요약한 본 발명의 더욱 구체적인 설명이 실시예를 참조하여 이루어지며, 이들 실시예 중 일부는 첨부된 도면에 도시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 전형적인 실시예를 도시할 뿐이며, 따라서 본 발명은 균등한 다른 실시예에 대해서도 허용할 수 있으므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른 열 전달 장치를 구비하는 프로세스 챔버를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른 열 전달 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예에 따른 열 전달 장치를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예에 따라 기판 지지부의 온도를 제어하기 위한 방법을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예에 따른 열 전달 장치를 도시한다.
이해를 돕기 위하여 도면에서 공통되는 동일한 구성요소를 표시하는 데 있어서는 가능한 한 동일한 참조부호가 사용되었다. 도면은 축척에 맞게 도시되지는 않았으며 또한 명확성을 위해 간략하게 도시될 수 있다. 일 실시예의 구성요소 및 특징들은 다른 언급이 없더라도 다른 실시예에 유리하게 사용될 수 있음이 고려된다.
본 발명에 따른 실시예들은 기판 지지부 (그리고 상부에 지지되는 기판)의 온도를 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 장치 및 방법은, 바람직하게도, 종래의 방법 및 장치와 비교하여 기판 지지부의 빠른 온도 제어를 도울 수 있다. 본 발명에 따른 장치 및 방법은 기판의 프로세싱을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예에 있어서는, 본 발명에 따른 장치 및 방법이 식각 챔버(etch chamber), 반응성 이온 식각 (reactive ion etch; RIE) 챔버, 화학 기상 증착 (CVD) 챔버, 플라스마 강화 CVD (PECVD) 챔버, 물리 기상 증착 (PVD) 챔버, 열 처리 챔버(thermal processing chamber) 등등과 같은 기판 프로세싱 시스템의 프로세스 챔버에서 사용될 수 있다. 본 발명은 일반적으로 신속한 기판 온도 제어가 요구되는 분야에서 사용될 것이다.
예를 들어, 도 1은 본 발명의 일부분을 실시하는데 사용될 수 있는 기판 지지부 온도 제어 장치(200)를 가지는 예시적인 식각 반응기(etch reactor)(100)의 개략적인 다이어그램을 도시한다. 반응기(100)는 전도성 본체(벽)(130) 내부의 기판 지지 받침대(substrate support pedestal)(116) 및 제어기(140)를 가지는 프로세스 챔버(110)를 포함한다.
챔버(110)에는 유전성 천장(dielectric ceiling)(120)이 제공될 수 있다. 하나 이상의 유도성 코일 부재(112)를 포함하는 안테나가 천장(120) 위에 배치될 수 있다(2개의 동축 부재(112)가 도시되어 있다). 유도성 코일 부재(112)는 제1 매칭 네트워크(matching network)(119)를 통해서 플라스마 전력 공급원(plasma power source)(118)에 결합될 수 있다.
지지 받침대 (캐소드(cathode))(116)는 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 실시예에서는, 바이어싱 전력 공급원(122)이 DC 또는 펄스형 DC 공급원일 수 있다.
제어기(140)는 중앙 처리 유닛 (CPU)(144), 메모리(142), 및 CPU(144)에 대한 지원 회로(support circuits)(146)를 포함한다. 제어기(140)는, 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 챔버(110)의 부품의 제어, 그리고 이로써, 챔버 내에서 실행되는 프로세스의 제어를 용이하게 한다.
작동에 있어서, 반도체 기판(114)은 받침대(116) 상에 배치될 수 있으며, 프로세스 가스는 챔버(110) 내부에 가스상 혼합물(150)을 형성하기 위하여 유입 포트(entry ports)(126)를 통해 가스 패널(gas panel)(138)로부터 공급될 수 있다. 가스상 혼합물(150)은 플라스마 공급원(118) 및 바이어싱 전력 공급원(122)으로부터의 전력을 각각 유도성 코일 부재(112) 및 캐소드(116)에 인가함으로써, 챔버(110) 내에서 플라스마(155)가 되도록 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 연장하는 액체-함유 도관(도시되지 않음)을 이용하여 제어될 수 있다.
기판(114)의 온도는 지지 받침대(116)의 온도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 일부 실시예에 있어서는, 온도 제어 장치(200)가 지지 받침대(116)의 온도를 제어하는데 사용될 수 있다. 이와 같은 열적 제어를 사용하게 되면, 기판(114)이 약 섭씨 -20 내지 150도 사이의 온도에서 유지될 수 있다. 기판 지지 받침대(116)는 하나 이상의 열 전달 유체가 통관하여 유동하는 것을 용이하게 하기 위하여 채널(channels, 미도시)이 내부에 형성되는 임의의 적절한 기판 지지부를 포함할 수 있다. 이러한 채널은 기판 지지 받침대(116)와 열 전달 유체 사이의 효과적인 열 전달을 위한 어떠한 적절한 배치방식으로 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 받침대(116)에 결합되는, 2개의 칠러(chillers) 또는 용액조(baths)를 포함할 수 있다. 2개의 칠러는 2개의 상이한 온도에서 유지될 수 있다. 칠러는 각자의 온도에 있는 열 전달 유체를 제공하는데, 이들은 2개의 열 전달 유체의 혼합 비율에 기초하여 2개의 온도 사이의 임의의 온도를 제공하기 위해 요구되는 바에 따라 혼합될 수 있다. 열 전달 유체는 일반적으로 어떠한 적절한 열 전달 유체도 될 수 있다. 적절한 열 전달 유체의 예로는, (Solvay S.A.사로부터 구입할 수 있는) Galden® 또는 (3M 사로부터 구입할 수 있는) FluorinertTM과 같은, 수성 혼합물(water-based mixtures)을 포함한다. 기판 지지 받침대(116)에 제공되는 열 전달 유체의 양을 각기 제어하기 위하여 각각의 칠러에는 유동 제어기가 제공될 수 있다. 이렇게 해서, 프로세싱 온도에서 요구되는 어떠한 변화도, 유동을 제어하는 유동 제어기의 액추에이터(actuators)의 속도에 의해서만 제한되면서, 신속하게 구현될 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예에서는, 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 온도 제어 장치(200)는 제1 열 전달 루프(loop)(202) 및 제2 열 전달 루프(210)를 포함할 수 있다. 제1 열 전달 루프(202)는 제1 용액조(bath)(204) 및 제1 유동 제어기(206)를 포함할 수 있다. 제1 열 전달 유체는 실질적으로 제1 온도로 제1 용액조(204)에서 유지될 수 있다. 제1 유동 제어기(206)는 제1 용액조(204)에 결합되어 기판 지지 받침대(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 실질적으로 제2 온도로 제2 용액조(212)에서 유지될 수 있다. 제2 온도는 제1 온도와 동일하거나 또는 다를 수 있다. 제2 유동 제어기(214)는 제2 용액조(212)에 결합되어 기판 지지 받침대(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 위하여, 복귀 라인(return line)(217)이 기판 지지 받침대(116)의 배출부(216)를 제1 및 제2 용액조(204, 212)에 결합시킬 수 있다. 유동 제어기(206, 214)는 유동 분할기(flow splitter), 가변성 유동 분할기(variable flow splitter), 질량 유동 제어기 등과 같은 어떠한 적절한 유동 제어 장치도 될 수 있다. 유동 제어기(206, 214)는 챔버(110) 근방에 배치될 수 있거나, 또는 일부 실시예에 있어서는, 챔버(110)의 내부에 배치될 수도 있다.
일부 실시예에서는, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체가 기판 지지 받침대(116)의 유입부(215)로 들어가기에 앞서, 도관(213)에서 혼합될 수 있다. 혼합된 열 전달 유체 (여기서는 혼합 유체로 언급됨)는 제1 및 제2 용액조(204, 212)의 각각의 온도 및 이들 사이의 어떠한 온도도 가질 수 있다. 일부 실시예에서는, 도관(213)이 혼합 유체의 온도를 모니터하기 위하여 온도 센서(226)에 결합될 수 있다. 온도 센서는 (예를 들어, 2개의 열 전달 유체의 혼합 비율을 제어함으로써) 혼합 유체의 온도를 제어하기 위한 피드백을 제공하기 위하여 (도 1에 도시된 제어기(140)와 같은) 제어기에 결합될 수 있다.
혼합 유체는 배출부(216)를 통해서 기판 지지 받침대(116)를 나가며, 복귀 라인(217)을 통해서 제1 및 제2 용액조로 복귀한다. 일부 실시예에서는, 혼합 유체가 제1 및 제2 용액조(204, 212) 사이에서 분배되는 방식을 제어하기 위하여, 복귀 라인(217)이 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 실시예에서는, 복귀 라인 유동 제어기(218)가 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 분할시키는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서는, 제1 열 전달 유체가 제1 중간 유동 분할기(220)에 의해서 약 1:4의 질량 비율로 분할될 수 있으며, 이 경우 제1 열 전달 유체의 약 20%가 제1 유동 제어기(206)로 유동할 수 있으며, 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 하여, 기판 지지 받침대(116)로부터의 혼합 유체의 복귀 유동의 보다 균일한 혼합(incorporation)을 용이하게 한다.
일부 실시예에서는, 제1 유동 제어기(206)가 기판 지지 받침대(116) 및 제1 용액조(204) 사이에서 제1 열 전달 유체의 유동을 분할시키기 위한 유동 분할기일 수 있다. 일부 실시예에서는, 제1 열 전달 유체가 제1 유동 제어기(206)에서 약 0 내지 100 퍼센트의 질량 비율로 분할될 수 있으며, 이때는 제1 열 전달 유체의 약 0 내지 100 퍼센트가 기판 지지 받침대(116)로 유동할 수 있으며 나머지 0 내지 100 퍼센트는 제1 용액조(204)로 복귀할 수 있다.
선택적으로, 제2 열 전달 루프(210)는 제2 용액조(212) 및 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 분할시키는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서는, 제2 열 전달 유체가 제2 중간 유동 분할기(222)에 의해서 약 1:4의 질량 비율로 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 하여, 기판 지지 받침대(116)로부터의 혼합 유체의 복귀 유동의 보다 균일한 혼합(incorporation)을 용이하게 한다.
일부 실시예에서는, 제2 유동 제어기(214)가 기판 지지 받침대(116) 및 제2 용액조(212) 사이에서 제2 열 전달 유체의 유동을 분할시키기 위한 유동 분할기일 수 있다. 일부 실시예에서는, 제2 열 전달 유체가 제2 유동 제어기(214)에서 약 0 내지 100 퍼센트의 질량 비율로 분할될 수 있으며, 이때는 제2 열 전달 유체의 약 0 내지 100 퍼센트가 기판 지지 받침대(116)로 유동할 수 있으며 나머지 0 내지 100 퍼센트는 제2 용액조(212)로 복귀할 수 있다.
일부 실시예에서는, 온도 제어 장치(200)가 제1 및 제2 용액조(204, 212) 내부의 액체 수위를 제어하기 위한 제어기(224)를 더 포함할 수 있다. 제어기(224)는 제1 및 제2 용액조(204, 212)로 복귀하는 혼합 유체의 양을 제어하기 위하여 복귀 라인 유동 제어기(218)에 결합될 수 있다. 제어기는 제2 용액조(212) 내부의 유체 수위를 모니터하기 위하여 제2 용액조(212)에 결합될 수 있다. 제2 용액조(212) 내부의 열 전달 유체의 수위를 모니터함으로써 제어기는 복귀 라인 유동 제어기(218)를 제어하여 제2 용액조(212) 내에 목표 액체 수위를 유지할 수 있다. 시스템 내부에는 고정된 양의 전체 열 전달 유체가 존재하므로, 제1 용액조(204)로 유동하는 나머지 혼합 유체 (그리고 제1 용액조의 액체 수위)는 유사하게 제어될 것이다. 대안적으로 제어기(224)는, 앞서 설명한 것과 동일한 기능을 수행하기 위하여, 복귀 라인 유동 제어기(218) 및 제1 용액조(204)에 결합될 수 있다.
작동에 있어서, (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 받침대(116)의 유입부(215)로 유동될 수 있다. 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체는 기판 지지 받침대(116)의 유입부로 들어가기에 앞서 도관(213) 내에서 혼합될 수 있다. 혼합 유체는 배출부(216)를 통해서 기판 지지 받침대(116)를 나갈 수 있으며, 복귀 라인(217)을 통해서 제1 및 제2 용액조(204, 212)로 복귀할 수 있다.
대안적으로, 열 전달 유체들을 기판 지지 받침대(116)로 들어가기 이전에 혼합하기보다는, 열 전달 유체들을 서로로부터 분리하여 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 실시예에서, 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 온도에서 실질적으로 유지시키는 제1 용액조(304)를 포함할 수 있다. 제어된 속도(controlled rate)에서 기판 지지 받침대(116)로 제1 열 전달 유체를 제공하기 위하여 제1 용액조(304)에 제1 유동 제어기(306)가 결합될 수 있다. 제2 열 전달 루프(310)는 제2 열 전달 유체를 제2 온도에서 실질적으로 유지시키는 제2 용액조(312)를 포함할 수 있다. 제어된 속도(controlled rate)에서 기판 지지 받침대(116)로 제2 열 전달 유체를 제공하기 위하여 제2 용액조(312)에 제2 유동 제어기(314)가 결합될 수 있다. 기판 지지 받침대(116)를 제1 용액조(304)에 결합시키기 위하여 제1 복귀 라인(316)이 제공될 수 있다. 기판 지지 받침대(116)를 제2 용액조(312)에 결합시키기 위하여 제2 복귀 라인(318)이 제공될 수 있다. 유동 제어기(306, 314)는 도 2와 관련하여 앞서 설명한 것과 같이 적절한 어떠한 유동 제어기도 포함할 수 있다. 유동 제어기(306, 314)는 챔버(110) 부근에 배치될 수 있거나, 또는 일부 실시예에서는, 챔버(110)의 내부에 배치될 수 있다.
제1 열 전달 유체는 제1 유입부(307)를 통해서 기판 지지 받침대(116)로 들어갈 수 있으며, 제2 열 전달 유체는 제2 유입부(311)를 통해서 기판 지지 받침대로 들어갈 수 있다. 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체는 기판 지지 받침대(116)를 통과하는 동안 혼합되지 않는다. 제1 열 전달 유체는 제1 배출부(309)를 통해서 기판 지지 받침대(116)를 나갈 수 있다. 제1 배출부(309)는 제1 복귀 라인(316)을 통해서 제1 용액조(304)에 결합될 수 있다. 제2 열 전달 유체는 제2 배출부(313)를 통해서 기판 지지 받침대(116)를 나갈 수 있다. 제2 배출부(313)는 제2 복귀 라인(318)을 통해서 제2 용액조(312)에 결합될 수 있다. 작동에 있어서, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체의 각각의 유동은 (예를 들어, 도 1에 도시된 제어기(140)에 의하여) 제어되어 기판 지지 받침대(116)의 목표 온도를 제공할 수 있다.
일부 실시예에서는, 제1 열 전달 루프(302)의 제1 유동 제어기(306)가 기판 지지 받침대(116)와 제1 용액조(304) 사이에서 제1 열 전달 유체의 유동을 분할하기 위한 유동 분할기일 수 있다. 일부 실시예에서는, 제1 열 전달 유체가 제1 유동 제어기(306)에 의해서 약 0 내지 100 퍼센트의 질량 비율로 분할될 수 있으며, 이때는 제1 열 전달 유체의 약 0 내지 100 퍼센트가 기판 지지 받침대(116)로 유동할 수 있으며 나머지 0 내지 100 퍼센트는 제1 용액조(304)로 복귀할 수 있다.
일부 실시예에서는, 제2 열 전달 루프(310)의 제2 유동 제어기(314)가 기판 지지 받침대(116)와 제2 용액조(312) 사이에서 제2 열 전달 유체의 유동을 분할하기 위한 유동 분할기일 수 있다. 일부 실시예에서는, 제2 열 전달 유체가 제2 유동 제어기(314)에서 약 0 내지 100 퍼센트의 질량 비율로 분할될 수 있으며, 이때는 제2 열 전달 유체의 약 0 내지 100 퍼센트가 기판 지지 받침대(116)로 유동할 수 있으며 나머지 0 내지 100 퍼센트는 제2 용액조(312)로 복귀할 수 있다.
작동에 있어서, (각각 제1 및 제2 온도에 있는) 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체는 제1 및 제2 용액조(304, 312)로부터 유입부(307, 311)를 통해서 기판 지지 받침대(116)의 각각의 배출부(309, 313)로 유동될 수 있다. 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체는 기판 지지 받침대(116)로 들어가기에 앞서 혼합되지 않는다. 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체는 각각의 배출부(309, 313)를 통해서 기판 지지 받침대(116)를 나갈 수 있으며, 각각의 복귀 라인(316, 318)을 통해서 제1 및 제2 용액조(304, 312)로 복귀할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예들은 단지 설명을 위한 것일 뿐이며, 따라서 본 발명의 범위 내에서 다양한 방식으로 변화될 수 있다. 예를 들어, 도 5는 본 발명의 일부 실시예에 따른 열 전달 장치를 도시한다. 전술한 부재들과 동일한 도 5의 부재들에 대해서는 앞의 도면에서 사용된 것과 동일한 참조 번호가 사용되었다.
도 5에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서는, 제1 열 전달 루프(502) 및 제2 열 전달 루프(510)를 가지는 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 - 100 퍼센트 사이의 유량에서 제1 열 전달 유체를 기판 지지 받침대(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 다를 수 있다. 제2 유동 제어기(514)는 0 - 100 퍼센트 사이의 유량에서 제2 열 전달 유체를 기판 지지 받침대(116)로 선택적으로 제공하도록 제2 용액조(212)에 결합될 수 있다.
유동 제어기(506, 514)는 유동 분할기, 가변성 유동 분할기, 질량 유동 제어기, 밸브 등등, 또는 이들의 임의의 조합과 같은, 임의의 적절한 유동 제어 장치일 수 있다. 일부 실시예에서는, 유동 제어기(506, 514)가 각각 질량 유동 제어기 및 2개의 밸브를 포함할 수 있으며, 이중 하나의 밸브는 질량 유동 제어기 및 용액조 사이에 배치될 수 있고, 다른 하나의 밸브는 질량 유동 제어기 및 도관(213) 사이에 배치될 수 있다.
제1 용액조(204) 및 제2 용액조(214)를 유입부(215)를 통해서 기판 지지 받침대(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 받침대(116)의 배출부(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) 내에 배치될 수 있다. 제1 복귀 라인 유동 제어기(503)는 기판 지지 받침대(116)를 제1 용액조(204)에 결합시킬 수 있다. 제2 복귀 라인 유동 제어기(504)는 기판 지지 받침대(116)를 제2 용액조(212)에 결합시킬 수 있다. 복귀 라인 유동 제어기(503, 504)는 질량 유동 제어기, 밸브 등등, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 적절한 유동 제어 장치일 수 있다. 일부 실시예에서는, 제1 복귀 라인 유동 제어기(503) 및 제2 복귀 라인 유동 제어기(504)가 밸브이다.
다시 도 1을 참조하면, 일부 실시예에서는, 전술한 바와 같이, 프로세스 챔버(110) 및/또는 온도 제어 장치(200) 또는 온도 제어 장치(300)의 제어를 용이하게 하기 위하여, 제어기(140)가 다양한 챔버를 제어하기 위해 산업적 설정(industrial setting)에서 사용될 수 있는 임의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서(general-purpose computer processor) 및 서브-프로세스(sub-processors) 중 하나일 수 있다. 제어기(140)는 메모리(142), 컴퓨터 판독가능 매체, CPU(144), 및 지원 회로(146)를 포함할 수 있다. 메모리(142)는 로컬(local) 또는 원격(remote)방식의 랜덤 엑세스 메모리(random access memory)(RAM), 리드 온리 메모리(read only memory)(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 디지털 저장부와 같은 용이하게 입수 가능한 메모리(readily available memory) 중 하나 또는 다수일 수 있다. 지원 회로(146)는 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위하여 CPU(144)에 결합된다. 이러한 회로는 캐쉬(cache), 전력 공급부, 클럭 회로(clock circuits), 입력/출력 회로소자(circuitry) 및 서브 시스템 등등을 포함한다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이 장치를 제어하기 위한 본 발명의 방법은, 실행될 때, 식각 반응기(100)가 본 발명의 방법을 실행하도록 제어할 수 있는 소프트웨어 루틴(software routine)으로서 메모리(142) 내에 일반적으로 저장될 수 있다. 상기 소프트웨어 루틴은 또한 CPU(144)에 의해서 제어되는 하드웨어로부터 원격적으로 떨어져 배치된 제2 CPU (도시되지 않음)에 의하여 저장 및/또는 실행될 수도 있다.
*도 4는 본 발명의 일부 실시예에 따라 기판 지지부의 온도 제어를 위한 방법(400)을 도시한다. 상기 방법(400)은 도 2-3을 참조하여 설명된다. 상기 방법(400)은 상술한 바와 같이 기판 지지부 및 온도 제어 장치를 가지는 임의의 적절한 반도체 프로세스 챔버에서 실행될 수 있다. 일부 실시예에서 기판 지지부는 하나의 채널이 관통 형성되는 하나의 유입부 및 하나의 배출부를 가지도록 구성될 수 있으며, 여기서 (도 2와 관련하여 위에서 설명한 바와 같이) 2개 이상의 열 전달 유체가 상기 채널을 통해 유동할 수 있다. 일부 실시예에서는, 기판 지지부가 적어도 2개 또는 그보다 많은 유입부 및 적어도 2개 또는 그보다 많은 배출부를 가질 수 있다. 일부 실시예에서는 기판 지지부는, (도 3과 관련하여 위에서 설명한 바와 같이) 2개 이상의 열 전달 유체가 통과하여 유동할 때 별개로 유지될 수 있는, 2개 이상의 채널을 더 포함할 수 있다.
상기 방법(400)은 단계(402)에서 개시되는데, 여기서는 하나 이상의 열 전달 유체가 (기판 지지 받침대(116)와 같은) 기판 지지부로 유동할 수 있다. 일부 실시예에서는, 단계(404)에 설명된 바와 같이, 제1 온도를 가지는 제1 열 전달 유체가 제1 용액조로부터 기판 지지 받침대(116)로 유동할 수 있으며, 단계(406)에서 설명된 바와 같이, 제2 온도를 가지는 제2 열 전달 유체가 제2 용액조로부터 기판 지지부로 유동할 수 있다. 일부 실시예에서는, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체가 기판 지지부로 들어가기 전에 혼합될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예에서는, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체가 기판 지지부로 들어가기 전에 혼합되지 않을 수 있으며, 기판 지지부 내에서 서로로부터 독립되어 유지될 수 있다.
일부 실시예에서는, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체의 유량이 시간에 따라 변할 수 있다. 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체 중 하나 또는 이들 모두의 유량은 본 명세서에서 설명된 열 전달 장치의 최대 유량의 0-100% 사이에서 변화될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서는, 제1 및 제2 온도가 동일할 수 있으며, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체의 유량이 상이할 수 있다. 이러한 예는, 예를 들면, 예를 들어 기판 지지부의 에지(edge)나 중심부와 같이, 기판 지지부의 상이한 영역에서 가열/냉각 속도를 독립적으로 제어하기 위해 적용할 수 있다.
일부 실시예에서는, (동일하거나 다른 온도를 가지는) 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체의 유동이 기판 지지부의 온도를 제어하기 위하여 펄스화(pulsed) 될 수 있다. 이러한 펄스는 적어도, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체 중 하나 또는 모두의 유동이 0 - 100% 사이의 제1 속도에서 제공될 수 있는 제1 시간 기간 및 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체 중 하나 또는 모두의 유동이 0 - 100% 사이의 제2 속도에서 제공될 수 있는 제2 시간 기간으로서 상기 제1 속도와 제2 속도가 상이한 제1 시간 기간 및 제2 시간 기간을 적어도 포함하는 듀티-사이클(duty-cycle)에 의해서 정의될 수 있다. 상기 펄스는 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체 모두를 함께 펄스화시키거나, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체 중 하나를 개별적으로 펄스화시키거나, 또는 각각의 주기에서 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체 사이에서 교번적으로 펄스화시키는, 상술한 바와 같은, 펄스 주기(periods of pulsing)를 포함할 수 있다. 각각의 펄스는 동일한 또는 다른 시간 기간 동안 지속될 수 있다. 펄스의 개수는 원하는 시간 기간(예를 들어 원하는 프로세싱 시간)에 걸쳐 온도 제어를 용이하게 하기에 적합한 바에 따라 변화될 수 있다. 이러한 펄스는 기판 지지부 내외로의 열 전달을 용이하게 하여 기판 지지부의 온도를 원하는 온도 설정값으로 제어할 수 있게 할 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예에서는, 기판 지지부를 원하는 설정 온도로 신속하게 냉각하는 것이 요구될 수 있다. 설정 온도 아래의 온도에 있는 열 전달 유체가 제1 시간 기간 동안 제1 유량으로 공급될 수 있다. 일부 실시예에서는, 기판 지지부의 온도가 설정 온도로 다가감에 따라, 열 전달 유체의 유량이, 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 실시예에서는, 유량이 지속적으로 계속될 수 있고, 기판 지지부의 온도가 설정 온도로 다가감에 따라 유량이 지속적으로 감소될 수 있다. 일부 실시예에서는, 기판 지지부의 온도를 설정 온도로 유지하기 위하여 유량이 증가하거나 감소할 수 있다. 또한 기판 지지부의 온도를 원하는 온도 설정값으로 유리하게 제어하기 위하여 이러한 방법의 조합도 사용될 수 있음이 고려될 수 있다.
다음으로, 단계(408)에서 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체는 하나 또는 다수의 배출부를 통해 기판 지지부를 떠나며, 하나 또는 다수의 복귀 라인을 통해서 제1 및 제2 용액조로 복귀한다. 일부 실시예에서는, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체가 하나의 배출부를 통해서 기판 지지부를 떠나며 하나의 복귀 라인을 통해서 제1 및 제2 용액조로 복귀할 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예에서는, 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체가 2개 이상의 배출부를 통해서 기판 지지부를 떠날 수 있으며, 2개 이상의 복귀 라인을 통해 제1 및 제2 용액조로 복귀할 수 있다.
이렇게 해서, 기판 지지부의 온도를 제어하기 위한 장치 및 방법의 실시예들이 본 명세서에 설명되었다. 본 발명의 방법 및 장치는 프로세스 동안에 기판 지지 받침대 (그리고 그 위에 배치되는 기판) 온도의 신속한 변화를 용이하게 할 수 있다. 따라서 본 발명의 방법 및 장치는 변화하는 온도 요건을 가지는 프로세스 단계들 사이에서 더 빠른 변화를 용이하게 할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 방법은 기판 지지부의 온도를 변화시키기 위해 필요한 응답 시간의 감소로 인해 각각의 프로세스 단계들이 온도 변화를 수반할 수 있게 할 수 있다.
전술한 내용은 본 발명의 실시예에 대해 이루어졌으나, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예가 본 발명의 범위를 벗어나지 아니하면서 안출될 수 있을 것이며, 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 복귀시키도록 상기 기판 지지부를 상기 제1 용액조 및 제2 용액조에 결합시키는 복귀 라인을 포함하고,
    상기 제1 열 전달 유체와 제2 열 전달 유체가 상기 기판 지지부로 유입될 때 혼합되지 않으며,
    상기 복귀 라인은, 상기 기판 지지부를 상기 제1 용액조에 결합시키는 제1 복귀 라인 및 상기 기판 지지부를 상기 제2 용액조에 결합시키는 제2 복귀 라인을 포함하고,
    상기 제1 열 전달 루프의 제1 유동 제어기가 상기 기판 지지부와 상기 제1 용액조 사이에서 상기 제1 열 전달 유체의 유동을 분할하기 위한 유동 분할기를 포함하고, 상기 제2 열 전달 루프의 제2 유동 제어기가 상기 기판 지지부와 상기 제2 용액조 사이에서 상기 제2 열 전달 유체의 유동을 분할하기 위한 유동 분할기를 포함하는,
    기판 지지부의 온도 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도가 상기 제2 온도와 동일하지 않은,
    기판 지지부의 온도 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 복귀 라인으로부터 상기 제1 용액조로 유동하는 열 전달 유체의 유동을 제어하도록 상기 제1 복귀 라인에 배치되는 제1 복귀 라인 유동 제어기; 및
    상기 제2 복귀 라인으로부터 상기 제2 용액조로 유동하는 열 전달 유체의 유동을 제어하도록 상기 제2 복귀 라인에 배치되는 제2 복귀 라인 유동 제어기를 더 포함하는,
    기판 지지부의 온도 제어 장치.
  4. 제1항에 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; 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;를 더 포함하는,
    기판 지지부의 온도 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 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- 상기 제1 열 전달 유체와 제2 열 전달 유체가 혼합되지 않음-; 및
    상기 제1 열 전달 유체 및 제2 열 전달 유체를 상기 제1 용액조 및 제2 용액조로 복귀시키는 단계;를 포함하며,
    상기 제1 열 전달 유체의 유동의 일부를 상기 기판 지지부로 제공하도록 그리고 상기 제1 열 전달 유체의 유동의 나머지 부분을 상기 제1 용액조로 복귀시키도록, 상기 제1 열 전달 유체의 유동을 분할하는 단계; 및
    상기 제2 열 전달 유체의 유동의 일부를 상기 기판 지지부로 제공하도록 그리고 상기 제2 열 전달 유체의 유동의 나머지 부분을 상기 제2 용액조로 복귀시키도록, 상기 제2 열 전달 유체의 유동을 분할하는 단계;를 더 포함하는,
    기판 지지부의 온도 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 온도가 상기 제2 온도와 동일하지 않은,
    기판 지지부의 온도 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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