KR101691044B1 - 기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 방사상으로 튜닝하는 정전 척 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

기판의 표면에 걸친 원하는 온도 프로파일을 유지하는 정전 척 시스템이 개시된다. 정전 척 시스템은, 표면에 걸친 실질적으로 균일한 온도 프로파일을 정의하는 받침대 지지부와, 받침대 지지부에 의해 지지되는 정전 척을 포함한다. 정전 척은 클램핑 전극 및 복수의 독립적으로 제어되는 가열 전극을 포함한다. 독립적으로 제어되는 가열 전극은 내부 가열 구역을 정의하는 내부 가열 전극과 갭 거리만큼 분리된 주변 가열 구역을 정의하는 주변 가열 전극을 포함한다. 기판의 표면에 걸친 온도 프로파일은 받침대 열 구역, 내부 가열 구역, 주변 가열 구역의 열특성을 가변하거나, 또는 내부 가열 전극 및 주변 가열 전극 사이의 갭 거리의 크기를 가변함으로써 튜닝될 수 있다.

Description

기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 방사상으로 튜닝하는 정전 척 시스템 및 방법{ELECTROSTATIC CHUCK SYSTEM AND PROCESS FOR RADIALLY TUNING THE TEMPERATURE PROFILE ACROSS THE SURFACE OF A SUBSTRATE}
[우선권 주장]
본 출원은 전문이 참조로서 본 명세서에 편입되는 2009년 2월 4일 출원된 미국 특허 가출원 No. 61/149,876의 우선권의 이익을 주장한다.
다양하고 상이한 종류의 처리 챔버(processing chamnber)가 상이한 종류의 워크피스 및 기판을 처리하기 위하여 사용가능하다. 기판은, 예를 들어, 유리 플레이트(glass plate), 필름, 리본, 솔라 패널(solar panel), 미러, 액정 디스플레이, 반도체 웨이퍼 등을 포함할 수 있다. 많은 상이한 종류의 처리 챔버는, 예를 들어, 집적 회로 칩의 제조 동안 반도체 웨이퍼를 처리하기 위하여 사용가능하다. 처리 챔버는 웨이퍼를 어닐하고(aneal), 화학 기상 증착, 플라즈마 화학 기상 증착, 에칭 처리 및 다른 증착 처리를 수행하는데 사용될 수 있다.
챔버는 일반적으로 처리하는 동안 기판을 유지하기 위하여 정전 척 어셈블리(electrostatic chuck assembly)와 같은 기판 홀더를 포함한다. 일반적인 정전 척은 유전층이 덮이는 하나 이상의 클램핑 전극을 포함한다. 클램핑 전극은 정전 척의 상면으로 기판을 유지하기 위하여 정전 클램핑 힘을 생성하는데 사용된다. 기판이 척으로 단단히 유지되면, 처리 가스가 챔버에 유입되고, 기판을 처리하기 위하여 플라즈마가 형성된다. 기판은 CVD, PVD, 에칭, 임플란트, 산화, 질화 또는 다른 방법에 의해 처리될 수 있다.
많은 방법에서, 처리하는 동안 기판의 온도를 제어하는 것이 바람직하다. 방법은, 예를 들어, 기판의 온도가 균일하고 원하는 속도로 그리고 원하는 최대값 및 최소값으로 증가 및 감소되는지에 대하여 최적화될 수 있다. 일부 실시예에서, 기판을 복수의 가열 구역으로 분할되어, 각 가열 구역은 기판을 처리하는 동안 기판의 표면에 걸친 상이한 가열 효과를 보상하기 위하여 상이한 온도에서 유지되는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 기판은 내부 가열 구역과 주변 가열 구역을 포함할 수 있으며, 기판의 주변에서 발생하는 추가적인 열손실을 보상하기 위하여 주변 가열 구역은 내부 가열 구역보다 더 높은 온도에서 유지된다. 인접하는 가열 구역이 상이한 온도로 유지되는 상황에서, 처리하는 동안의 가변하는 가열 효과를 더욱 정밀하게 보상하기 위하여 인접한 가열 구역 사이에 경사가 급하거나 가파른 온도 경사를 가지는 것이 바람직할 수 있다.
따라서, 기판의 표면에 걸친 온도 프로파일의 방사상 튜닝 또는 제어를 허용하고 인접한 가열 구역 사이의 경사가 급한 온도 경사를 제공하는 정전 척 어셈블리에 대한 요구가 있다.
본 발명의 양태 및 이점이 이어지는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 설명되거나, 또는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 자명하거나, 또는 본 발명의 실시를 통해 학습될 수 있다.
본 개시 내용의 예시적인 일 실시예는 기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 유지하는 시스템을 제공한다. 본 시스템은 받침대 열 제어 시스템을 가지며, 받침대 열 제어 시스템은 받침대 열 제어 시스템의 출력에 기초한 열특성을 갖는 받침대 열구역을 제공한다. 받침대 열 구역은 받침대 지지부의 표면에 걸친 실질적으로 균일한 온도 프로파일을 정의한다. 정전 척 어셈블리는 받침대 지지부에 의해 지지된 정전 척을 더 포함한다. 정전 척은 클램핑 전극과 복수의 가열 전극을 포함한다. 가열 전극은 내부 가열 전극 및 갭 거리만큼 분리된 주변 가열 전극을 포함한다. 내부 가열 전극은 내부 가열 전극의 출력에 기초한 열특성을 갖는 내부 가열 구역을 정의한다. 주변 가열 전극은 주변 가열 전극의 출력에 기초한 열특성을 갖는 주변 가열 구역을 정의한다. 정전 척 어셈블리는 받침대 열 제어 시스템, 내부 가열 전극, 또는 주변 가열 전극의 출력의 적어도 하나를 가변함으로써 기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 조정하는 제어 시스템을 포함한다.
본 특정 실시예의 변형예에서, 제어 시스템은, 받침대 열 제어 시스템, 내부 가열 전극, 또는 주변 가열 전극의 출력의 적어도 하나를 가변함으로써 내부 가열 구역 및 주변 가열 구역 사이의 온도 경사를 조정할 수 있다.
본 예시적인 실시예의 다른 변형예에서, 클램핑 전극은 모노폴라 전극 또는 바이폴라 전극일 수 있다. 또한, 정전 척 어셈블리는 알루미늄 산화물과 같은 낮은 열 전도도를 갖는 세라믹 재료로 주로 이루어질 수 있다. 정전 척의 상면은 돋우어 올려진(raised) 주변 밀봉 링 및 돋우어 올려진 주변 밀봉 링의 높이와 대략 같은 높이를 가지는 복수의 메사를 포함할 수 있다.
본 예시적인 실시예의 또 다른 변형예에서, 받침대 열 제어 시스템은 열 교환 유체를 순환시키는 유체 흐름 채널을 포함할 수 있다. 예를 들어, 열 제어 시스템은 받침대 지지부의 표면에 걸친 실질적으로 균일한 온도 프로파일을 제공하도록 제어되는 내부 흐름 채널 및 주변 유체 흐름 채널을 포함할 수 있다. 받침대 열 구역의 열특성은 받침대 열 제어 시스템의 출력을 조정함으로써, 예를 들어 유체 흐름 채널을 통해 흐르는 유체의 온도 또는 흐름을 조절함으로써 가변될 수 있다.
본 예시적인 실시예의 여전히 다른 변형예에서, 정전 척은 내부 가열 전극과 주변 가열 전극 사이의 추가 가열 전극을 포함한다. 내부 가열 전극과 주변 가열 전극 사이의 갭 거리는 추가 가열 전극을 수전함으로써 조정될 수 있다. 제어 시스템은 갭 거리의 크기를 조정함으로써 내부 가열 구역 및 주변 가열 구역 사이의 온도 경사를 조정할 수 있다.
본 개시 내용의 다른 예시적인 실시예는 처리하는 동안 기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 유지하는 시스템을 제공한다. 본 시스템은 표면에 걸친 실질적으로 균일한 온도 프로파일을 정의하는 받침대와, 클램핑 전극 및 복수의 가열 전극을 갖는 정전 척을 포함한다. 가열 전극은 내부 가열 구역을 정의하는 내부 가열 전극과 주변 가열 구역을 정의하는 주변 가열 전극을 포함한다. 내부 가열 전극 및 주변 가열 전극은 내부 가열 구역 및 주변 가열 구역 사이에서 온도 경사를 생성하기에 충분한 크기를 갖는 갭 거리만큼 분리된다. 온도 경사는 주변 가열 구역의 온도가 내부 가열 구역의 온도보다 대략 28.5℃ 더 높게 유지될 때 적어도 6℃/cm이다. 예를 들어, 온도 경사는 적어도 10℃/cm이다. 본 예시적인 실시예의 변형예에서, 갭 거리는 대략 15 mm 내지 35 mm, 대략 18 mm 내지 30 mm, 대략 20 mm, 또는 임의의 다른 갭 거리나 갭 거리 범위일 수 있다.
본 개시 내용의 또 다른 실시예는 기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 조정하는 방법을 제공한다. 본 방법은 받침대에 의해 지지되는 정전 척을 포함하는 정전 척 어셈블리에 기판을 배치하는 단계를 포함한다. 정전 척은 클램핑 전극과 내부 가열 구역을 정의하는 내부 가열 전극과 주변 가열 구역을 정의하는 주변 가열 전극을 포함한다. 내부 가열 전극 및 주변 가열 전극은 갭 거리만큼 분리된다. 본 방법은 클램핑 전극을 수전하여 정전 척 어셈블리에 기판을 클램핑하는 단계와, 내부 가열 전극 및 주변 가열 전극 사이의 갭 거리의 크기를 조정함으로써 내부 가열 구역 및 주변 가열 구역 사이의 온도 경사를 튜닝하는 단계를 더 포함한다.
본 예시적인 실시예의 변형예에서, 내부 가열 전극 및 주변 가열 전극 사이의 갭 거리의 크기는 내부 가열 전극 및 주변 가열 전극 사이에 위치된 추가 가열 전극을 수전함으로써 가변될 수 있다. 본 예시적인 실시예의 다른 변형예에서, 내부 가열 구역 및 주변 가열 구역 사이의 온도 경사는 내부 가열 전극 또는 주변 가열 전극 사이에 공급된 전력을 조정하여, 또는 받침대를 통해 흐르는 열 전달 유체의 흐름 및 온도를 조절하여 조정될 수 있다.
본 발명의 이와 같은 그리고 다른 특징, 양태 및 이점은 이어지는 설명과 첨부된 특허청구범위를 참조하여 더 많이 이해할 것이다. 본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 실시예를 도시하고, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 대한 완전하고 실시가능한 최선의 형태를 포함하는 본 발명의 개시 내용이 다음의 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에서 설명된다:
도 1은 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따른 정전 척 어셈블리의 측면도를 도시한다;
도 2는 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 받침대 지지부의 평면도를 도시한다;
도 3은 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따른 정전 척 어셈블리의 측면도를 도시한다;
도 4는 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따른 정전 척 클램핑 표면을 도시한다;
도 5는 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따른 층을 이룬 정전 척을 도시한다;
도 6은 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따른 클램핑 전극의 예시적인 패턴의 평면도를 도시한다;
도 7은 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따른 가열 전극의 예시적인 패턴의 평면도를 도시한다;
도 8은 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따른 기판의 표면에 걸친 온도 프로파일의 그래프 표현을 도시한다;
도 9는 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따른 내부 가열 전극 및 외부 가열 전극 사이의 가동 인터페이스를 제공하는 가열 전극 구성을 도시한다;
도 10은 다양한 갭 거리에 대한 기판의 중심으로부터의 거리의 함수로서 도시된 기판의 온도 차이의 그래프 표현을 도시한다;
도 11은 다양한 갭 거리에 대한 기판의 중심으로부터의 거리의 함수로서 도시된 기판의 온도 차이의 다른 그래프 표현을 도시한다; 그리고,
도 12는 내부 전극에 인가된 가변하는 양의 전력에 대하여 기판의 중심으로부터의 거리의 함수로서 도시된 기판의 온도 차이의 그래프 표현을 도시한다.
이하, 하나 이상의 예가 도면에서 도시되는 본 발명의 실시예가 상세히 참조될 것이다. 각 예는 본 발명의 한정이 아니라 본 발명의 설명으로서 제공된다. 사실, 다양한 수정 및 변형이 본 발명의 범위 또는 기술적 사상을 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시예의 일부로서 예시되거나 설명된 특징은 다른 실시예와 함께 사용되어 또 다른 실시예를 만들 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 있는 이러한 수정 및 변형과 그 균등물 포함하도록 의도된다.
일반적으로, 본 개시 내용은 기판을 지지하고 처리하는 동안 기판의 표면에 걸친 원하는 온도 프로파일을 유지하기 위한 정전 척 시스템 및 방법에 관한 것이다. 예시적인 온도 프로파일은 기판의 주변 에지로부터의 거리의 함수로서 도 8에 그래프로 표시된다. 또한, 온도 프로파일은 기판의 중심으로부터의 거리의 함수로서 그래프적으로 도시될 수 있다.
본 예시적인 실시예의 정전 척 어셈블리는 받침대 열 구역을 제공하는 받침대 열 제어 시스템을 갖는 받침대 지지부를 포함할 수 있다. 받침대 열 구역은 받침대 지지부의 표면에 걸친 실질적으로 균일한 온도 프로파일을 정의한다. 받침대 열 구역은 받침대 열 제어 시스템의 출력에 기초한 열특성을 갖는다.
정전 척 어셈블리는 받침대 지지부에 의해 지지되는 정전 척을 더 포함할 수 있다. 정전 척은 클램핑 전극과 복수의 독립적으로 제어되는 가열 전극을 가질 수 있다. 독립적으로 제어되는 가열 전극은 내부 가열 전극과 주변 가열 전극을 포함한다. 내부 가열 전극은 내부 가열 전극의 출력에 기초하는 열특성을 갖는 내부 가열 구역을 정의한다. 주변 가열 전극은 주변 가열 전극의 출력에 기초하는 열특성을 갖는 주변 가열 구역을 정의한다.
내부 가열 전극과 주변 가열 전극은 갭 거리(gap distance)만큼 분리될 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이 갭 거리라는 용어는 거리를 갖는 수전된(energized) 가열 전극 사이의 공간 또는 갭을 말한다. 갭 거리는 바람직하게는 알루미늄 산화물과 같은 낮은 열전도도의 유전 재료를 포함한다. 또한, 갭 거리는 가열 전극 사이에 가동 인터페이스(movable interface)를 갖는 정전 척 어셈블리의 실시예에서와 같이 수전되지 않은 추가의 가열 전극을 포함할 수 있다. 갭 거리의 크기는 수전된 가열 전극 사이의 분리 거리를 말한다.
소정의 실시예에서, 정전 척 어셈블리는 받침대 열 제어 시스템, 내부 가열 전극, 또는 주변 가열 전극의 출력을 가변함으로써 기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 방사상으로 튜닝하거나 조정하는 제어 시스템을 포함한다. 또한, 제어 시스템은 가열 전극 사이의 갭 거리의 크기를 가변함으로써 기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 방사상으로 튜닝하거나 조정할 수 있다. 제어 시스템은 받침대 열 제어 시스템, 내부 가열 전극, 또는 주변 가열 전극의 출력을 가변시키기 위한 단일의 컨트롤러 또는 여러 컨트롤러를 포함할 수 있다.
정전 척의 다양한 가열 구역은 상이한 온도로 유지될 수 있다. 예를 들어, 주변 가열 구역의 온도는 내부 가열 구역의 온도보다 더 높은 온도로 유지될 수 있다. 이러한 상황에서, 내부 가열 구역과 주변 가열 구역 사이에 온도 경사가 존재한다. 온도 경사는 기판의 단위 길이에 대하여 기판의 온도가 상이한 양을 말한다. 예를 들어, 6℃/cm의 온도 경사는 1 cm 길이에 대하여 6℃만큼 온도가 가변한다는 것을 나타낸다.
본 개시 내용의 실시예에 따른 정전 척 어셈블리는 받침대 열 구역, 내부 가열 구역 및/또는 주변 가열 구역의 적어도 하나의 열특성을 가변하거나 내부 가열 구역 및 주변 가열 구역 사이의 갭 거리의 크기를 조정함으로써 사용자가 2개의 가열 구역 사이의 온도 경사를 조정할 수 있게 한다. 이러한 방법으로, 본 개시 내용의 실시예에 따른 정전 척 어셈블리는 처리하는 동안 기판에서 원하는 온도 경사를 획득하는 능력을 향상시킨다.
도 1을 참조하면, 예시적인 정전 척 어셈블리(100)는 금속 받침대 지지부(200)와 정전 척(300)을 포함한다. 받침대 지지부(200)는 정전 척(300)을 지지하기 위한 상면을 가진다. 정전 척(300)의 상면 또는 클램핑면(310)은 처리하는 동안 기판(400)을 지지한다. 기판(400)은 플라즈마 에칭 처리, 열 처리, 또는 다른 처리를 받은 반도체 웨이퍼일 수 있다.
정전 척(300)은 탄성 중합체(elastomeric) 접착제를 이용하여 받침대 지지부(200)에 부착될 수 있다. 이 접착제는 받침대 지지부(200)와 정전 척(300) 사이의 상이한 열 팽창으로부터 생성된 스트레스를 최소화하기 위하여 얇아야만 한다. 또한, 접착제는 정전 척(300)과 받침대 지지부(200) 사이의 양호한 열 콘택을 보장하여야 한다. 예를 들어, 접착층은 대략 1.1 W/mK의 열 전도도 및 대략 .28 mm의 두께를 가질 수 있다.
열 지지부(200)는 금속(예를 들어, 알루미늄)으로 이루어질 수 있으며, 받침대 지지부(200)의 전체 상면에 걸친 실질적으로 균일한 온도 프로파일을 유지하기 위하여 열 제어 시스템을 포함한다. 열 제어 시스템은 열 제어 시스템의 출력에 기초한 열특성을 갖는 받침대 열 구역을 제공한다. 예를 들어, 받침대 열 구역의 열 특성은 받침대를 통한 열 교환 유체의 흐름을 조절함으로써 또는 받침대를 통해 흐르는 열 교환 유체의 온도를 조정함으로써 가변될 수 있다.
도 1 및 2에서, 열 제어 시스템은 받침대를 통해 열 교환 유체를 순환시키는 2개의 분리된 채널(220, 240)을 포함한다. 2개의 분리된 채널(220, 240)은 균일한 받침대 열 구역을 제공하기 위하여 동일한 온도로 동작된다. 다양한 온도 제어 장치가 채널(220, 240)의 온도를 동일한 온도로 유지하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 2개의 채널(220, 240)은 양 채널을 동일한 온도로 제어할 단일 또는 듀얼 열교환 재순환 시스템 중 하나에 연결될 수 있다.
2개의 채널(220, 240)의 사용은, 소정의 실시예에서, 단일 채널이 충분한 열을 추출할 수 없기 때문에 바람직하다. 예를 들어, 단일 채널은 너무 길 수 없어, 단일 채널을 이동하는 액체의 열특성을 액체가 채널을 빠져나오기 실질적으로 전에 변경시킨다. 또한, 예를 들어 3 GPM의 흐름으로 유지되는 2개 채널은 예를 들어 6 GPM으로 유지되는 하나의 채널보다 구현하기 용이하다(즉, 라인 및 연결부가 더 작다). 받침대 지지부(200)는 받침대 본체 내부에 수용된 2개의 분리된 채널(220, 240)을 통해 2개 스트림의 열 제어 액체를 순환시키기 위한 2개의 입력부(222, 242)와 2개의 출력부(224, 244)를 갖는다. 열 제어 액체는 물 글리콜 혼합물 또는 다른 적합한 열 교환 액체일 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 정전 척(300)은 클램핑 전극(320)과 복수의 독립적으로 제어되는 가열 전극(330)을 포함한다. 클램핑 전극(320)은 정전 척(300)의 클램핑 표면(310)에 기판(400)을 클램핑하기 위하여 정전 클램핑 힘을 생성하는데 사용된다. 가열 전극(330)은 복수의 가열 구역을 정의하는데 사용된다. 가열 구역의 열특성은 독립적으로 제어되는 가열 전극(330)의 출력을 제어함으로써 조정된다.
정전 척(300)은 세라믹 재료를 포함하는 다양한 재료로부터 형성될 수 있다. 바람직하게는, 정전 척 재료는 인접한 열 구역을 사이에서 가파른 온도 경사를 유지하도록 낮은 열 전도도를 가진다. 예를 들어, 정전 척은 대략 94% Al2O3 및 6% SiO2의 조성을 갖는 세라믹 재료로부터 형성될 수 있다.
정전 척(300)은 다층의 가공되지 않은 또는 부분적으로 소성된 세라믹으로부터 형성될 수 있으며, 3 또는 4개의 박막 금속 전극층이 세라믹층 사이에 배치된다. 예를 들어, 도 5는 다층 세라믹 정전 척(300)을 도시한다. 정전 척(300)은 2개의 세라믹층 사이에 배치된 클램핑 전극(320)과 2개의 상이한 세라믹층 사이에 배치된 가열 전극(330)을 포함한다. 모든 세라믹층과 전극은 최종 소성을 받을 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 정전 척(300)의 최종 제조는 기판(400)의 하면이 정전 척(300)의 클램핑 표면(310)에 클램핑되어 근사 밀봉(approximate seal)을 형성할 돋우어 올려진(raised) 주변 링(312)을 포함하는 돋우어 올려진 클램핑 표면(310)을 형성하는 것을 포함한다. 돋우어 올려진 주변 링(312)은 예를 들어 5 ㎛인 높이(313)를 가질 수 있다. 정전 척(300)의 나머지 클램핑 표면(310)은 주변 링(312)의 높이와 동일한 높이를 갖는 다수의 메사(315)를 포함할 수 있다. 그루브(318)는 정전 척(300)의 클램핑 표면(310)과 정전 척(300)에 탑재된 기판(400) 사이에서, 예를 들어 헬륨 또는 다른 열 전달 가스와 같은 열 전달 가스의 흐름을 허용한다.
정전 척(300)은 존슨-라벡(Johnson-Rahbek) 정전 척 또는 쿨롱(Coulombic) 타입의 정전 척(300)일 수 있다. 존슨-라벡 정전 척은 정전 척(300)의 클램핑 표면(310)과 기판(400) 사이에서 정전 클램핑 힘을 형성한다. 쿨롱 타입 정전 척은 클램핑 표면(320)과 기판(400) 사이에서 정전 클램핑 힘을 형성한다.
클램핑 전극(320)은 텅스텐 또는 적합한 열 팽창 계수와 전기 저항 특성을 갖는 다른 금속과 같은 금속으로 제조될 수 있으며, 단일 세라믹층 또는 인접한 세라믹층들의 표면에 형성될 수 있다. 클램핑 전극(320)은 스크린 인쇄, PVD, CVD, ALD, 또는 플라즈마 또는 아크 스프레이와 같은 증착 처리를 이용하여 형성될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 정전 척(300)은 클램핑 전극을 전원에 연결하기 위한 단일 포스트 연결부(325)를 포함한다. 클램핑 전극(320)의 예시적인 패턴은 도 6에 도시된다.
정전 척(300)은 바이폴라 또는 모노폴라 구성 중 하나로 동작될 수 있다. 예를 들어, 모노폴라 구성의 경우에서, 단일의 디스크 형상의 클램핑 전극(320)이 2개의 세라믹층 사이에 위치된다. 바이폴라 구성의 경우, 2개 이상의 클램핑 전극(320)이 2개의 세라믹층 사이에 배치된다. 2개의 클램핑 전극이 반대 극성을 갖는 전압원에 연결되면, 정전 척(300)은 바이폴라 정전 척으로서 동작될 수 있다. 2개의 전극이 공통 전압원에 연결된다면, 정전 척(300)은 모노폴라 장치로서 동작될 수 있다.
도 3에 도시된 정전 척(300)은 정전 척(300) 내에 매입된 복수의 독립적으로 제어되는 박막의 저항성 가열 전극(330)을 포함한다. 가열 전극(330)은 텅스텐 또는 다른 적합한 금속과 같은 금속으로 제조될 수 있으며, 스크린 인쇄, PVD, CVD, ALD, 또는 플라즈마 또는 아크 스프레이와 같은 종래의 증착 처리를 이용하여 형성될 수 있다. 각 가열 전극(330)은 가열 전극(330)의 출력에 기초한 열특성을 갖는 가열 구역을 정의한다. 예를 들어, 복수의 독립적으로 제어되는 가열 전극(330)은 내부 가열 구역을 정의하는 내부 가열 전극(334)과 주변 가열 구역을 정의하는 주변 가열 전극(332)을 포함한다. 내부 가열 전극(334)은 정전 척(300)의 중심에 위치된 디스크 형상의 가열 구역을 정의한다. 주변 가열 전극(332)은 내부 가열 구역을 둘러싸는 링 형상의 가열 구역을 정의한다. 내부 가열 구역 및 주변 가열 구역은 갭 거리(335)만큼 분리된다. 도 7은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 가열 전극(330)의 예시적인 패턴을 도시한다.
내부 가열 구역과 주변 가열 구역의 열특성은 내부 가열 전극과 주변 가열 전극의 출력을 각각 가변함으로써 조정될 수 있다. 예를 들어, 내부 가열 구역의 열특성은 내부 가열 전극(334)에 공급된 전력량을 조정함으로써 가변될 수 있다. 유사하게, 주변 가열 구역의 열특성은 주변 가열 전극(332)에 공급된 전력량을 조정함으로써 가변될 수 있다. 내부 및 주변 가열 구역의 열특성을 조정하는 능력은 기판의 표면에 걸친 온도 프로파일의 방사상 튜닝을 허용한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 가열 전극(330)은 비아(337), 가열 버스(336)와 및 단일 포스트 연결부(338)을 통해 전원에 연결될 수 있다.
기판의 온도 프로파일은 다양한 온도 측정 기술을 이용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 기판의 온도 프로파일은 정전 척의 상면에 근접한 위치에서 정전 척의 온도 프로파일을 측정함으로서 근사화될 수 있다. 본 개시 내용의 전체를 통해, 가열 구역의 온도에 대한 참조는 정전 척의 상면에 근접한 가열 구역 내의 위치에서의 정전 척의 온도를 말한다.
예시적인 일 실시예에서, 광섬유 온도 센서가 온도를 모니터하는데 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 형광체를 함유한 작은 디스크는 온도에 비례하는 예측 가능한 감쇠율(decay rate)을 갖는 빛을 발광한다. 형광체 코팅 디스크는 측정이 정전 척(300)의 클램핑 표면(310)에 클램핑된 기판(400)의 온도의 양호한 예측변수(predictor) 역할을 하도록 정전 척(300)의 클램핑 표면(310)의 근처에 위치된다. 광섬유는 형광체에 의해 발광된 빛을 용이하게 캡쳐하도록 형광체 코팅 디스크로부터 고정된 거리에 위치된다.
도 8은 기판의 표면에 걸친 예시적인 원하는 온도 프로파일에 대한 그래프 표현을 도시한다. 도시된 바와 같이, 주변 가열 구역에 대응하는 기판의 주변 에지는 내부 가열 구역에 대응하는 기판의 중심부의 온도(T1)보다도 더 높은 온도(T2)를 획득하도록 튜닝되었다.
본 개시 내용의 정전 척 어셈블리는, 온도 경사가 종래 기술에서 알려진 기판 홀더에 의해 획득된 경사보다 더 가파르게 되도도록 내부 가열 구역과 주변 가열 구역 사이의 온도 경사를 튜닝하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 내부 가열 구역과 주변 가열 구역 사이의 온도 경사는 받침대 열 제어 시스템, 내부 가열 전극 또는 주변 가열 전극의 출력을 가변함으로써 튜닝될 수 있다. 또한, 본 출원인은 온도 경사는 내부 가열 전극과 주변 가열 전극 사이의 갭 거리의 크기를 가변함으로써 튜닝될 수 있다는 것을 발견하였다.
내부 가열 전극과 주변 가열 전극 사이의 갭 거리의 크기를 가변하기 위한 가동(movable) 인터페이스가 도 9에 개시된다. 가동 인터페이스는 내부 가열 전극(334)과 주변 가열 전극(332) 사이에 배치된 추가 가열 전극(336)을 포함한다. 추가 가열 전극(336)의 어느 것도 수전되지 않을 때, 갭 거리(335)의 크기는 내부 가열 전극(334)과 주변 가열 전극(332) 사이의 거리와 같다. 그러나, 추가 가열 전극(336)이 수전되면, 갭 거리는 갭 거리(335)로부터 갭 거리(335')로 조정된다. 갭 거리(335')의 크기는 추가 가열 전극과 주변 또는 내부 가열 전극 사이의 거리이고, 원래의 갭 거리(335)의 크기보다 더 작다. 이러한 가동 인터페이스를 이용하여, 내부 가열 전극과 주변 가열 전극 사이의 온도 경사는 내부 가열 전극와 주변 가열 전극 사이의 갭 거리의 크기를 조정함으로써 튜닝될 수 있다. 이러한 방법으로, 내부 가열 구역 및 주변 가열 구역 사이의 경사가 급하거나 가파른 온도 경사가 유지될 수 있다.
예를 들어, 도 10 및 11은 내부 가열 구역 및 주변 가열 구역 사이의 온도 경사에 대한 내부 가열 구역 및 주변 가열 구역 사이의 갭 거리의 크기를 변경하는 효과를 나타내는 시뮬레이션 결과를 제공한다. 시뮬레이션을 수행하는데 있어서, 주변 가열 구역은 내부 가열 구역의 온도보다 대략 28.5℃도 더 높은 온도로 유지되었다. 도 10 및 도 11은 내부 가열 전극 및 주변 가열 전극 사이의 가변하는 갭 거리를 갖는 정전 척 어셈블리에 대하여 정전 척의 중심으로부터의 거리의 함수로서 도시된 온도 차이의 그래프 표현을 제공한다. 도시된 바와 같이, 온도 경사의 경사가 급하거나 가파른 정도는 내부 가열 전극 및 주변 가열 전극 사의 갭 거리의 크기에 의존한다. 더욱 상세하게는, 온도 경사는 2 mm 갭에서의 대략 6℃/cm에서 35 mm 갭에서의 대략 10℃/cm로 가변한다.
이러한 예에서, 온도 경사는 기판의 중심으로부터의 거리의 함수로 도시된 온도 차이 곡선의 기울기를 계산함으로써 측정되었다. 기울기는 다음의 식에 따라 온도 차이 곡선의 중간 50%에 대하여 온도에서의 차이의 변동을 거리에서의 변동으로 나눈 것과 동일하다:
Figure 112011067982930-pct00001

여기에서, T2 = .75Tmax; T1 = .25Tmax; d2 = T2에서의 중심으로부터의 거리; d1 = T1에서의 중심으로부터의 거리; 및 Tmax = 최대 온도 차이이다. 도 10 및 11에 도시된 결과는 내부 가열 구역 및 주변 가열 구역 사이의 온도 경사는 내부 가열 전극 및 주변 가열 전극 사이의 갭 거리의 크기에 적어도 부분적으로 기초하여 튜닝가능하다.
또한, 온도 경사는 내부 또는 주변 가열 전극에 공급된 전력을 가변함으로써 튜닝될 수 있다. 도 12는 내부 가열 전극에 인가된 가변하는 양의 에너지로 20 mm의 갭 거리를 갖는 정전 척 어셈블리에 대하여 기판의 중심으로부터의 거리의 함수로서 기판 표면에서의 온도 차이의 그래프 표현을 제공한다. 도 12는 인접한 전극 사이에 갭을 고정된 채 유지하고 내부 전극에 공급된 에너지만을 변경함으로써, 온도 경사가 1 W/cm2에서의 대략 8℃/cm로부터 3 W/cm2에서의 대략 13.5℃/cm로 증가한다.
본 내용이 특정의 예시적인 실시예 및 그 방법을 참조하여 상세히 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 전술한 내용의 이해를 달성함에 따라 이러한 실시예에 대한 변형물, 수정물 및 균등물을 용이하게 만들 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 한정이 아니라 예에 의하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 바와 같이 본 발명은 본 발명에 대한 이러한 수정물, 변형물 및/또는 부가물의 포함을 배제하지 않는다.

Claims (15)

  1. 기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 조정하는 시스템에 있어서,
    받침대 열 구역을 제공하는 받침대 열 제어 시스템을 포함하는 받침대 지지부 - 상기 받침대 열 구역은 상기 받침대 지지부의 표면에 걸친 균일한 온도 프로파일을 정의하며, 상기 받침대 열 구역은, 상기 받침대 열 제어 시스템의 출력에 기초한 열특성을 가짐 -;
    상기 받침대 지지부에 의해 지지된 정전 척 - 상기 정전 척은 클램핑 전극과 복수의 가열 전극을 포함하며, 상기 가열 전극은 갭 거리만큼 분리된 내부 가열 전극 및 주변 가열 전극을 포함하며, 상기 내부 가열 전극은 상기 내부 가열 전극의 출력에 기초한 열특성을 갖는 내부 가열 구역을 정의하고, 상기 주변 가열 전극은 상기 주변 가열 전극의 출력에 기초한 열특성을 갖는 주변 가열 구역을 정의함 -; 및
    상기 받침대 열 제어 시스템, 상기 내부 가열 전극 또는 상기 주변 가열 전극의 출력의 적어도 하나를 가변함으로써 상기 기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 조정하는 제어 시스템
    을 포함하고,
    상기 정전 척은 상기 내부 가열 전극과 상기 주변 가열 전극 사이에 적어도 하나의 추가 가열 전극을 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 적어도 하나의 추가 가열 전극을 수전함으로써 상기 내부 가열 전극 및 상기 주변 가열 전극 사이의 갭 거리의 크기를 조정하도록 구성되는,
    기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 조정하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 시스템은, 상기 받침대 열 제어 시스템, 상기 내부 가열 전극 또는 상기 주변 가열 전극의 출력의 적어도 하나를 가변함으로써 상기 내부 가열 구역 및 상기 주변 가열 구역 사이의 온도 경사를 조정하도록 더 구성되는,
    기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 조정하는 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 정전 척은 알루미늄 산화물을 포함하는,
    기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 조정하는 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 받침대 열 제어 시스템은 열 교환 유체를 순환시키는 유체 흐름 채널을 포함하는,
    기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 조정하는 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 받침대 열 제어 시스템은 내부 유체 흐름 채널과 주변 유체 흐름 채널을 포함하고, 상기 내부 유체 흐름 채널 및 상기 주변 유체 흐름 채널은 상기 받침대 지지부의 표면에 걸친 균일한 온도 프로파일을 제공하도록 제어되는,
    기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 조정하는 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 정전 척의 상면은 돋우어 올려진 주변 밀봉 링 및 상기 돋우어 올려진 주변 밀봉 링의 높이와 같은 높이를 가지는 복수의 메사를 포함하는,
    기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 조정하는 시스템.
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 상기 내부 가열 전극 및 상기 주변 가열 전극 사이의 갭 거리의 크기를 가변함으로써 상기 내부 가열 구역 및 상기 주변 가열 구역 사이의 온도 경사를 조정하도록 더 구성되는,
    기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 조정하는 시스템.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 갭 거리는 상기 주변 가열 구역과 상기 내부 가열 구역 사이에 온도 경사를 생성하는 크기를 가지며, 상기 온도 경사는 상기 주변 가열 구역의 온도가 상기 내부 가열 구역의 온도보다 28.5℃ 더 높게 유지될 때 적어도 6℃/cm의 값을 갖는,
    기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 조정하는 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항의 시스템을 이용하여 기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 방사상으로 튜닝하는 방법에 있어서,
    받침대에 의해 지지되는 정전 척을 포함하는 정전 척 어셈블리에 기판을 배치하는 단계 - 상기 정전 척은 클램핑 전극과 내부 가열 구역을 정의하는 내부 가열 전극과 주변 가열 구역을 정의하는 주변 가열 전극을 포함하고, 상기 내부 가열 전극 및 상기 주변 가열 전극은 갭 거리만큼 분리됨 -;
    상기 클램핑 전극을 수전하여 상기 정전 척 어셈블리에 상기 기판을 클램핑하는 단계; 및
    상기 내부 가열 전극 및 상기 주변 가열 전극 사이의 갭 거리의 크기를 조정하여 상기 내부 가열 구역 및 상기 주변 가열 구역 사이의 온도 경사를 조정하는 단계
    를 포함하는,
    기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 방사상으로 튜닝하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 갭 거리의 크기는 상기 내부 가열 전극 및 상기 주변 가열 전극 사이에 위치된 추가 가열 전극을 수전함으로써 조정되는,
    기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 방사상으로 튜닝하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 내부 가열 전극 또는 상기 주변 가열 전극에 공급된 전력을 가변하여 상기 내부 가열 구역 및 상기 주변 가열 구역 사이의 온도 경사를 조정하는 단계
    를 더 포함하는,
    기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 방사상으로 튜닝하는 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 받침대를 통해 흐르는 열 전달 유체를 조절하여 상기 내부 가열 구역 및 상기 주변 가열 구역 사이의 온도 경사를 조정하는 단계
    를 더 포함하는,
    기판의 표면에 걸친 온도 프로파일을 방사상으로 튜닝하는 방법.
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