KR102261013B1 - 다중-구역 히터에서의 온도 측정 - Google Patents

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Abstract

본 개시물의 실시예들은 일반적으로, 기판 지지부의 다양한 위치들에서 하나 또는 그 초과의 프로세싱 파라미터들, 이를테면 온도를 모니터링하기 위한 장치 및 방법들을 제공한다. 본 개시물의 일 실시예는, 프로세싱 챔버에서 하나 또는 그 초과의 파라미터들을 측정하기 위한 센서 칼럼(sensor column)을 제공한다. 센서 칼럼은, 측정되는 챔버 컴포넌트와 접촉하기 위한 팁(tip); 제 1 단부 및 제 2 단부로부터 연장되는 내측 체적(inner volume)을 갖는 보호 튜브(protective tube) ― 팁은 보호 튜브의 제 1 단부에 부착되고, 제 1 단부에서 보호 튜브를 밀봉함 ― ; 및 팁 근처에 배치되는 센서를 포함한다. 보호 튜브의 내측 체적은 센서의 커넥터(connector)들을 하우징하며, 그리고 팁은 동작 동안 프로세싱 챔버의 개구를 통해 프로세싱 챔버 내에 포지셔닝된다.

Description

다중-구역 히터에서의 온도 측정 {TEMPERATURE MEASUREMENT IN MULTI-ZONE HEATER}
[0001] 본 개시물의 실시예들은, 반도체 기판들을 프로세싱하기 위한 장치(apparatus) 및 방법들에 관한 것이다. 더 자세하게는, 본 개시물의 실시예들은 프로세싱 챔버(processing chamber)의 다양한 위치들에서 하나 또는 그 초과의 파라미터들(parameters)을 모니터링(monitoring)하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
[0002] 반도체 디바이스들을 제조하는 동안, 기판은 통상적으로 프로세싱 챔버에서 프로세싱되며, 이 챔버에서, 증착(deposition), 에칭(etching), 열적(thermal) 프로세싱이 기판에 대해 수행될 수 있다. 프로세스가, 기판이 특정 온도들로 가열되고 그리고/또는 특정 온도들로 유지되도록 프로세싱될 것을 요구할 때, 하나 또는 하나 또는 그 초과의 히터(heater)들을 포함하는 기판 지지 조립체가 사용될 수 있다. 그러나, 프로세싱되는 기판의 크기가 증가함에 따라, 기판 지지부 및 기판에 걸쳐서 균일한 온도를 유지하는 것이 어렵게 되었는데, 이는 기판 지지부의 다양한 위치들, 이를테면 다양한 반경들에서의 온도들이 상이할 수 있기 때문이다. 전통적으로, 광학 윈도우(optical window)들을 통해 포지셔닝된(positioned) 적외선 센서들이 다양한 위치들에서의 온도들을 측정하기 위해 사용된다. 그러나, 적외선 센서 시스템들은 고가일뿐만 아니라 신뢰성이 없는데(not dependable), 왜냐하면 정확성(accuracy)은, 시간의 경과에 따라 달라지는, 측정되고 있는 컴포넌트들의 방사율에 강하게 의존하기 때문이다. 다른 해법들, 이를테면 기판 지지부 내에 매립된(embedded) 다수의 열 센서들을 사용하는 것 및 하나 또는 그 초과의 가열 엘리먼트들의 전기 비저항(electrical resistivity)을 모니터링하는 것은, 프로세싱 온도들의 일부 범위들에 대해서 비실용적이거나 적합하지 않을 수 있다.
[0003] 이에 따라, 기판 지지부의 다양한 위치들에서 온도 또는 다른 프로세스 파라미터들을 모니터링하기 위한 개선된 장치 및 방법들에 대한 요구가 존재한다.
[0004] 본 개시물의 실시예들은 일반적으로, 기판 지지부의 다양한 위치들에서 하나 또는 그 초과의 프로세싱 파라미터들, 이를테면 온도를 모니터링하기 위한 장치 및 방법들을 제공한다.
[0005] 본 개시물의 일 실시예는, 프로세싱 챔버에서 하나 또는 그 초과의 파라미터들을 측정하기 위한 센서 칼럼(sensor column)을 제공한다. 센서 칼럼은, 측정되는 챔버 컴포넌트와 접촉하는 팁(tip); 제 1 단부 및 제 2 단부로부터 연장되는 내측 체적(inner volume)을 갖는 보호 튜브(protective tube) ― 팁은 보호 튜브의 제 1 단부에 부착되고, 제 1 단부에서 보호 튜브를 밀봉함 ― ; 및 팁 근처에 배치되는 센서를 포함한다. 보호 튜브의 내측 체적은 센서의 커넥터(connector)들을 하우징하며, 그리고 팁은 동작 동안 프로세싱 챔버의 개구를 통해 프로세싱 챔버 내에 포지셔닝된다.
[0006] 본 개시물의 다른 실시예는, 기판 지지 조립체를 제공한다. 기판 지지 조립체는, 기판을 상부에 지지하기 위한 상부 표면을 갖는 기판 지지 본체(substrate support body); 기판 지지 본체의 이면측(backside)으로부터 연장되며, 기판 지지 본체를 이동시키기 위해 세로 축(longitudinal axis)을 따라 이동가능한 지지 샤프트(support shaft); 및 기판 지지 본체의 이면측과 접촉하기 위한 팁을 갖는 센서 칼럼을 포함하며, 여기서, 센서 칼럼은, 기판 지지 본체의 이면측과 팁 사이의 접촉을 유지하기 위해, 지지 샤프트와 동시에(synchronically) 이동가능하다.
[0007] 본 개시물의 다른 실시예는 프로세싱 챔버를 제공한다. 프로세싱 챔버는, 프로세싱 체적(processing volume)을 정의하는 챔버 본체, 및 기판 지지 조립체를 포함한다. 기판 지지 조립체는, 기판을 상부에 지지하기 위한 상부 표면을 갖는, 프로세싱 체적에 배치된 기판 지지 본체; 기판 지지 본체의 이면측으로부터, 챔버 본체를 통해 형성된 샤프트 개구(shaft opening)를 통해 챔버 본체의 외부까지 연장되는 지지 샤프트 ― 지지 샤프트는, 기판 지지 본체를 이동시키기 위해 세로 축을 따라 이동가능함 ― ; 및 기판 지지 본체의 이면측과 접촉하기 위한 팁을 갖는 센서 칼럼을 포함하며, 여기서, 센서 칼럼은 챔버 본체를 통해 형성된 센서 개구를 통해 챔버 본체의 외부까지 연장되고, 센서 칼럼은 기판 지지 본체의 이면측과 팁 사이의 접촉을 유지하기 위해 지지 샤프트와 동시에(synchronically) 이동가능하다.
[0008] 본 개시물의 또다른 실시예는 기판을 프로세싱하기 위한 방법을 제공한다. 방법은, 프로세싱 챔버의 프로세싱 체적 내에 배치된 기판 지지 본체의 상부 표면 상에 기판을 포지셔닝(positioning)하는 단계; 기판 지지 본체 및 센서 칼럼을 프로세싱 체적 내의 프로세싱 위치로 동기화된(synchronized) 방식으로 이동시키는 단계 ― 센서 칼럼의 팁은 기판 지지 본체의 이면측과 접촉함 ― ; 및 센서 칼럼 내에 배치된 센서로부터의 센서 신호를 모니터링하면서, 프로세싱 체적 내에서 기판을 프로세싱하는 단계를 포함한다.
[0009] 본 개시물의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된, 본 개시물의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시물의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 개시물의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시물이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0010] 도 1은 본 개시물의 일 실시예에 따른 프로세싱 챔버의 개략적 단면도이다.
[0011] 도 2는 본 개시물의 일 실시예에 따른 센서 칼럼의 개략적 단면도이다.
[0012] 도 3은 본 개시물의 일 실시예에 따른 외측 벨로우즈(outer bellows)의 개략적 단면도이다.
[0013] 도 4는 본 개시물의 일 실시예에 따른 내측 벨로우즈(inner bellows)의 개략적 단면도이다.
[0014] 도 5a 내지 도 5c는, 본 개시물의 실시예들에 따른 센서 하우징(sensor housing)의 개략적 단면도들이다.
[0015] 도 6은 본 개시물의 다른 실시예에 따른 센서 칼럼의 개략적 부분 단면도이다.
[0016] 도 7a는 본 개시물의 일 실시예에 따른 2개 또는 그 초과의 센서 칼럼들을 갖는 프로세싱 챔버의 개략적 단면도이다.
[0017] 도 7b는 도 7a의 프로세싱 챔버의 개략적 부분 저면도이다.
[0018] 도 7c는 본 개시물의 다른 실시예에 따른 프로세싱 챔버의 개략적 부분 저면도이다.
[0019] 도 8은 본 개시물의 다른 실시예에 따른 센서 칼럼을 갖는 프로세싱 챔버의 개략적 부분 단면도이다.
[0020] 이해를 용이하게 하기 위하여, 가능하면, 도면들에 공통되는 동일한 엘리먼트들을 나타내는데 동일한 참조번호들이 사용되었다. 일 실시예에 개시된 엘리먼트들이 구체적인 언급 없이 다른 실시예들에서 유리하게 이용될 수 있음이 고려된다.
[0021] 본 개시물의 실시예들은, 프로세싱 챔버의 다양한 위치들에서 하나 또는 그 초과의 프로세싱 파라미터들, 이를테면 온도를 측정하기 위한 장치 및 방법들을 제공한다. 본 개시물의 일 실시예는, 기판 지지부의 지지 샤프트에 평행하게 배치되는 하나 또는 그 초과의 센서 칼럼들을 갖는 프로세싱 챔버를 제공한다. 하나 또는 그 초과의 센서 칼럼들은, 하나 또는 그 초과의 센서 칼럼들의 각 센서 칼럼의 팁이 기판 지지부의 이면측과 접촉을 유지하도록, 기판 지지부와 동기화되어(in synchronization) 위아래로 움직인다. 하나 또는 그 초과의 센서 칼럼들은, 국부적인 프로세스 온도를 측정하기 위해 기판 지지부의 다양한 반경들을 따라 포지셔닝될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 동기화된(synchronized) 센서 칼럼들 내에 센서들을 포지셔닝함으로써, 본 개시물의 실시예들은, 프로세싱 챔버의 상이한 위치들에서의 프로세스 파라미터들, 이를테면 온도의 저비용의 그리고 신뢰가능한 측정을 제공한다.
[0022] 일 실시예에서, 센서 칼럼은 이중 벨로우즈 구조를 포함하며, 이러한 이중 벨로우즈 구조는, 진공 시일(vacuum seal)을 제공하기 위한 외측 벨로우즈, 및 기판 지지부의 이면측에 대하여 센서 칼럼의 팁을 바이어싱(bias)하기 위한 스프링력(spring force)을 제공하기 위한 내측 벨로우즈를 갖는다. 이중 벨로우즈 구조는, 열 팽창에 의해 유발되는 미스매치(mismatch)에 의해 영향을 받지 않으면서, 광범위한 온도 범위에서 기판 지지부의 이면측과 센서 칼럼의 팁 사이의 긴밀한 접촉(intimate contact)을 가능하게 한다.
[0023] 도 1은 본 개시물의 일 실시예에 따른 프로세싱 챔버(100)의 개략적 단면도이다. 프로세싱 챔버(100)는, 기판 지지 조립체(130), 및 기판 지지 조립체(130)와 접촉함으로써 하나 또는 그 초과의 파라미터들을 측정하기 위해 기판 지지 조립체(130)와 동시에(synchronically) 이동하는 센서 칼럼(160)을 포함한다. 프로세싱 챔버(100)는 증착, 에칭 또는 열적 프로세싱을 위해 사용될 수 있다.
[0024] 프로세싱 챔버(100)는, 프로세싱 체적(118)을 정의하는, 챔버 벽들(110), 챔버 저부(chamber bottom)(112) 및 리드(lid) 조립체(114)를 포함한다. 기판 지지 조립체(130)는, 기판(102)을 상부에 지지하기 위해 프로세싱 체적(118) 내에 배치된다. 리드 조립체(114)는, 가스 소스(gas source)(124)로부터 프로세싱 체적(118)으로 하나 또는 그 초과의 프로세싱 가스를 분배하기 위한 샤워헤드(showerhead)(116)를 포함할 수 있다. 진공 시스템(128)이, 프로세싱 체적(118)을 펌핑하기 위해 프로세싱 체적(118)에 커플링될 수 있다. 슬릿(slit) 밸브 개구(120)가, 기판들의 통과를 허용하기 위해, 챔버 벽들(110)을 통해 형성될 수 있다. 슬릿 밸브 개구(120)를 선택적으로 개방 또는 폐쇄하기 위해, 슬릿 밸브 도어(122)가 챔버 벽들(110) 중 하나에 커플링될 수 있다. 선택적으로, 리드 조립체(114)는 UV 투과적(transparent)일 수 있으며, 그리고 UV 조립체(126)는 기판(102)에 대해 UV 처리, 이를테면 어닐링(annealing)을 수행하기 위해 리드 조립체(114) 위에 배치될 수 있다.
[0025] 기판 지지 조립체(130)는 일반적으로 기판 지지 본체(132)를 포함하며, 기판 지지 본체(132)는, 기판(102)이 상부에 배치되는, 실질적으로 평면인 기판 지지 표면(134)을 갖는다. 기판 지지 본체(132)는 원형 디스크(circular disk)일 수 있다. 지지 샤프트(136)가, 기판 지지 본체(132)의 이면측으로부터 중심 축(138)을 따라 연장된다. 지지 샤프트(136)는 챔버 저부(112) 상의 개구(140)를 통해 프로세싱 체적(118) 밖으로 연장된다. 지지 샤프트(136)는, 지지 샤프트(136) 및 기판 지지 본체(132)를 수직으로 이동시키기 위해 액츄에이터(104)에 추가로 연결된다.
[0026] 지지 샤프트(136)는, 전기적(electrical) 커넥터 및/또는 센서 커넥터를 수용하기 위한 내측 체적(148)을 갖는 중공형(hollow)일 수 있다. 일 실시예에서, 기판 지지 조립체(130)는 기판 지지 본체(132) 내에 매립된 하나 또는 그 초과의 센서들(142)을 포함한다. 일 실시예에서, 하나 또는 그 초과의 센서들(142)은 중심 축(138) 근처에 배치된 하나 또는 그 초과의 센서들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하나 또는 그 초과의 센서들(142)은 온도 센서, 이를테면 열전대(thermocouple), 저항 온도 검출기(resistance temperature detector), 서미스터(thermistor) 또는 임의의 다른 적용가능한 온도 센서들일 수 있다. 하나 또는 그 초과의 센서들(142)은, 지지 샤프트(136)의 내측 체적(148)을 통해 데이터 콜렉터(data collector)(156)를 향해 연장되는 커넥터들을 가질 수 있다.
[0027] 기판 지지 조립체(130)는 기판 지지 본체(132) 내에 매립된 하나 또는 그 초과의 히터들(144)을 더 포함한다. 일 실시예에서, 하나 또는 그 초과의 히터들(144)은, 중심 축(138)에 근접한 구역을 가열하기 위한 내측 히터(inner heater) 및 중심 축(138)으로부터 반경방향으로 멀리 있는 구역을 가열하기 위한 외측 히터(outer heater)를 포함한다. 다른 실시예에서, 하나 또는 그 초과의 히터들(144)은 다수의 히터들을 포함할 수 있으며, 그러한 다수의 히터들 각각은, 기판 지지 본체(132) 내의 하나의 구역(zone)을 가열하도록 포지셔닝된다. 일 실시예에서, 하나 또는 그 초과의 히터들(144) 각각은 개별적으로 제어될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 히터들(144)은, 지지 샤프트(136)의 내측 체적(148) 내에 배치된 케이블(cable)들을 통해 전원(power source)(158)에 연결될 수 있다.
[0028] 기판 지지 본체(132)는 또한, 기판 지지 본체(132) 및 그 위의 기판(102)에 대한 냉각을 제공하기 위해 기판 지지 본체(132)를 통해 냉각 유체를 순환시키기 위한 냉각 채널들(cooling channels)(146)을 포함한다. 냉각 채널들(146)의 일부는, 냉각 유체 소스(cooling fluid source)(152)와 추가적으로 연결되도록, 지지 샤프트(136)의 측벽을 통해 형성될 수 있다.
[0029] 기판 지지 본체(132)는, 기판 지지 본체(132)의 기판 지지 표면(134) 쪽으로 개방되는(open) 복수의 진공 채널들(150)을 포함할 수 있다. 복수의 진공 채널들(150)은, 진공 척(chuck)에 의해 기판 지지 표면(134) 상에 기판(102)을 고정하기 위해 사용될 수 있다. 진공 채널들(150)의 일부는, 진공 소스(154)에 추가로 연결되도록, 지지 샤프트(136)의 측벽을 통해 형성될 수 있다.
[0030] 센서 칼럼(160)은 측정될 컴포넌트와 접촉하기 위한 팁(162)을 포함한다. 보호 튜브(164)가 팁(162)에 부착된다. 보호 튜브(164)는 내측 체적(166)을 갖는 중공형이다. 팁(162)은 보호 튜브(164)의 상단부(upper end)(164a)에 부착되며, 그러한 상단부(164a)에서 내측 체적(166)을 밀봉한다. 센서 칼럼(160)은 팁(162) 근처에 배치되는 센서(168)를 더 포함한다. 센서(168)의 커넥터들(170)은 보호 튜브(164)의 내측 체적(166)을 통해 연장되며, 하단부(lower end)(164b)에서 보호 튜브(164)를 빠져나간다(exit). 커넥터들(170)은 데이터 콜렉터(data collector)(172)에 추가로 연결될 수 있다.
[0031] 동작 동안, 센서(168)에 의해 측정될, 프로세싱 체적(118) 내의 컴포넌트와 팁(162)이 접촉할 수 있도록, 보호 튜브(164)의 일부 및 팁(162)이 개구(178)를 통해 프로세싱 체적(118)에 진입한다. 일 실시예에서, 개구(178)는 챔버 저부(112)를 통해 형성될 수 있으며, 팁(162)은 기판 지지 본체(132)의 이면측(180)과 접촉하도록 포지셔닝된다.
[0032] 센서 칼럼(160)은, 개구(178) 근방에서 프로세싱 체적(118)을 밀봉하기 위해 보호 튜브(164)의 하단부(164b)와 챔버 저부(112) 사이에 커플링되는 벨로우즈(174)를 더 포함한다. 도 1은 벨로우즈(174)가 프로세싱 체적(118) 외부에 배치되는 것을 도시한다. 대안적으로, 벨로우즈(174)는 프로세싱 체적(118) 내부에 포지셔닝될 수 있다.
[0033] 일 실시예에서, 브래킷(bracket)(176)이, 기판 지지 조립체(130)에 대해 수직으로 이동하도록 보호 튜브(164)와 기판 지지 조립체(130) 사이에서 고정식으로(fixedly) 커플링될 수 있다.
[0034] 비록 도 1에는 단지 하나의 센서(168) 만이 도시되어 있지만, 센서 칼럼(160)은 적절한 파라미터들을 측정하기 위해 2개 또는 그 초과의 센서들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 센서(168)는, 접촉 지점(180a)에서 기판 지지 본체(132)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 포함한다. 온도 센서는 열전대, 저항 온도 검출기, 서미스터 또는 임의의 다른 적용가능한 온도 센서일 수 있다. 팁(162)의 온도가 접촉 지점(180a)에서의 기판 지지 본체(132)의 온도에 의해 급속하게 변화하도록, 팁(162)은 높은 열 전도도(thermal conductivity)를 갖는 재료로 형성될 수 있다. 이에 따라, 팁(162)과 접촉하는 센서(168)가 팁(162)의 온도를 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 팁(162)과 기판(102) 상의 지점(180b)(이 지점(180b)은 접촉 지점(180a)에 수직으로 대응함) 사이의 온도 오프셋(offset)은, 센서(168)의 측정이 지점(180b)에서의 기판(102)의 온도를 반영하도록, 소프트웨어에 의해 또는 경험적으로(empirically) 캘리브레이팅될(calibrated) 수 있다.
[0035] 팁(162) 및 보호 튜브(164)는, 높은 열 전도도를 가지며 프로세싱 케미스트리(processing chemistry)와 호환성이 있는 세라믹으로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 팁(162)은 질화 알루미늄(aluminum nitride) 또는 산화 알루미늄(aluminum oxide)으로 형성될 수 있다. 보호 튜브(164)는 산화 알루미늄에 의해 형성될 수 있다. 팁(162) 및 보호 튜브(164)는 일체로(unitarily) 형성될 수 있거나, 브레이징(brazing)에 의해 또는 본딩 재료(bonding material)에 의해 함께 결합될 수 있다.
[0036] 도 1에서는 단지 하나의 센서 칼럼(160) 만이 도시되어 있지만, 프로세싱 챔버(100)는 상이한 위치들에 포지셔닝된 복수의 센서 칼럼들(160)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세싱 챔버(100)는, 하나 또는 그 초과의 히터들(144) 각각의 독립적인 제어를 용이하게 하기 위해, 하나 또는 그 초과의 히터들(144)에 대응하는 가열 구역을 각각 측정하도록 포지셔닝되는 복수의 센서 칼럼들(160)을 포함할 수 있다. 센서 칼럼(160)은, 리드 조립체(114)를 개방하지 않으면서 개구(178)를 통해 유지보수되고 그리고/또는 교체될 수 있으며, 이에 따라 유지보수가 편리하다.
[0037] 도 2는 본 개시물의 일 실시예에 따른 센서 칼럼(200)의 개략적 단면도이다. 센서 칼럼(200)은 이중-벨로우즈 구조를 포함한다. 센서 칼럼(200)은 본 개시물의 실시예들에서 설명된 임의의 센서 칼럼을 대체하기 위해 사용될 수 있다.
[0038] 센서 칼럼(200)은 측정되는 컴포넌트와 접촉하는 외부 표면(exterior surface)(206)을 갖는 팁(202)을 포함한다. 팁(202)은 외부 표면(206) 반대측에 형성되는 센서 웰(sensor well)(204)을 포함한다. 센서 웰(204)은 그 내부에 센서(212)를 수용한다.
[0039] 팁(202)에 보호 튜브(208)가 부착된다. 보호 튜브(208)는 내측 체적(210)을 갖는 중공형이다. 팁(202)은 보호 튜브(208)의 상단부(208a)에 부착되며, 상단부(208a)에서 내측 체적(210)을 밀봉한다.
[0040] 센서(212)는, 팁(202)과 센서(212) 사이에서 견고한(solid) 접촉을 달성하기 위해 센서 웰(204)에 스프링 방식으로 탑재될(spring loaded) 수 있다. 센서(212)의 커넥터들(214)은 보호 튜브(208)의 내측 체적(210)을 통해 연장되며, 하단부(208b)에서 보호 튜브(208)를 빠져나간다.
[0041] 내측 벨로우즈(220)는 팁(202)을 상방으로 바이어싱하기 위해 하단부(208b) 근처에서 보호 튜브(208)에 부착된다. 내측 벨로우즈(220)의 상부 캡(222)은 보호 튜브(208)에 고정식으로 연결된다. 일 실시예에서, 상부 캡(222)은 브레이징에 의해서 보호 튜브(208)에 결합될 수 있다. 내측 튜브(inner tube)(228)는 상부 캡(222)으로부터 연장될 수 있으며, 내측 체적(228a)을 형성할 수 있다. 센서(212)의 접합부들(junctions)(216)은 내측 체적(228a) 내에 하우징될 수 있다. 센서 트랜지션(sensor transition)(218)이 내측 튜브(228)에 부착될 수 있다. 코일 스프링(coil spring)(219)이 변형 경감(strain relief)을 위해 내측 튜브(228)와 센서 트랜지션(218) 사이에 포지셔닝될 수 있다.
[0042] 센서 칼럼(200)은, 내측 벨로우즈(220) 외측에 배치된 외측 벨로우즈(230)를 더 포함한다. 외측 벨로우즈(230)는, 보호 튜브(208)가 통과하는 개구 주위에 진공 시일을 제공하도록 포지셔닝된다. 일 실시예에서, 외측 벨로우즈(230)의 상부 커넥터(232)는 개구(178)를 밀봉하기 위해서 챔버 저부(112)에 부착된다. 외측 벨로우즈(230)의 하부 커넥터(234)는 록 너트(lock nut)(240)에 의해 내측 벨로우즈(220)의 하부 캡(224)에 고정된다. 내측 벨로우즈(220)는, 내측 벨로우즈(220)가, 측정될 컴포넌트와 팁(202) 사이에 견고한 접촉을 가능하게 하도록 팁(202)을 상방으로 미는 스프링력(226)을 가하도록, 포지셔닝된다.
[0043] 록 너트(240)는 중심 개구(242)를 가질 수 있으며, 이 중심 개구를 통해 내측 벨로우즈(220)의 내측 튜브(228) 및 센서 트랜지션(218)이 통과한다. 시일(236)이 상부 커넥터(232)와 챔버 저부(112) 사이에 배치될 수 있고, 시일(238)이 기밀 시일(air tight seal)을 달성하기 위해 하부 커넥터(234)와 하부 캡(224) 사이에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 시일들(236, 238)은 O-링 시일들일 수 있다. 외측 벨로우즈(230)의 하부 커넥터(234)는, 보호 튜브(208) 및 팁(202)을 수직으로 이동시키기 위해 액츄에이터(미도시)에 커플링된 브래킷(250)에 추가로 연결될 수 있다.
[0044] 도 3은 본 개시물의 일 실시예에 따른 외측 벨로우즈(230)의 개략적 단면도이다. 하부 커넥터(234)는 도 2에 도시된 록 너트(240)와 커플링하기 위해서 내측 나사산(inner thread)들을 포함할 수 있다. 또한, 하부 커넥터(234)는, 액츄에이터와 직접적으로 또는 간접적으로 연결하기 위해, 체결 수단(304), 이를테면 스크류 구멍(screw hole)들을 포함할 수 있다.
[0045] 도 4는 본 개시물의 일 실시예에 따른 내측 벨로우즈(220)의 개략적 단면도이다. 상부 캡(222)은 본딩 부분(402)에 의해 보호 튜브(208)에 부착될 수 있다. 일 실시예에서, 본딩 부분(402)은 브레이징 조인트(brazing joint)일 수 있다.
[0046] 도 5a는 본 개시물의 실시예들에 따른 센서 하우징(500)의 개략적 단면도이다. 센서 하우징(500)은, 팁(502) 및 보호 튜브(504)를 갖는 일체형 본체(unitary body)이다. 팁(502) 및 보호 튜브(504)는 하나 또는 그 초과의 센서들을 하우징하기 위한 내측 체적(506)을 형성한다. 센서 웰(508)이 내측 체적(506)으로부터 팁(502) 내에 형성된다. 센서 웰(508)은 내측 체적(506)을 통해 기계가공될(machined) 수 있다. 센서 웰(508)은 센서, 이를테면 열전대가 내부에 스프링식으로 탑재되는 것을 허용하도록 크기가 정해질 수 있다. 센서 하우징(500)은 임의의 열 전도성 재료, 이를테면 세라믹 및 금속으로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 센서 하우징(500)은 질화 알루미늄으로 형성된다. 다른 실시예에서, 센서 하우징(500)은 산화 알루미늄으로 형성된다. 일체형이면, 센서 하우징(500)은 센서 둘레에 우수한 진공 시일을 제공한다. 센서 웰(508)은 센서 하우징(500)을 교체하지 않으면서 센서가 교체되는 것을 허용한다.
[0047] 도 5b는 본 개시물의 실시예들에 따른 센서 하우징(520)의 개략적 단면도이다. 센서 하우징(520)은, 함께 본딩되는, 팁(522) 및 보호 튜브(524)를 포함한다. 팁(522)은 내부에 형성되는 센서 웰(528)을 갖는다. 센서 웰(528)은 보호 튜브(524)의 내측 체적(526) 쪽으로 개방된다. 팁(522)과 보호 튜브(524) 사이 본딩(530)은 센서 웰(528)에 포지셔닝된 센서 둘레에 진공 시일을 제공한다. 본딩(530)은 브레이징 본드(brazing bond), 또는 다른 적합한 본딩 재료일 수 있다. 센서 웰(528)은 센서, 이를테면 열전대가 내부에 스프링식으로 탑재되는 것을 허용하도록 크기가 정해질 수 있다. 팁(522) 및 보호 튜브(524)는 상이한 재료들로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 팁(502)은 더 높은 열 전도도를 갖는 재료로 형성되며, 보호 튜브(524)는 더 낮은 열 전도도를 갖는 재료로 형성된다. 팁(522)에서의 더 높은 열 전도도는, 측정될 컴포넌트에서의 온도 변화들에 대해 팁(522)이 급속하게 대응하는 것을 허용하며, 그리고 보호 튜브(524)에서의 더 낮은 열 전도도는, 센서 하우징(520)의 접촉(contact)으로부터의, 측정되고 있는 컴포넌트의 열 손실을 감소시킨다. 일 실시예에서, 팁(522)은 질화 알루미늄으로 형성되고, 보호 튜브(524)는 산화 알루미늄으로 형성된다.
[0048] 도 5c는 본 개시물의 실시예들에 따른 센서 하우징(540)의 개략적 단면도이다. 센서 하우징(540)은, 보호 튜브(544)가 팁(542)에 결합되는 것을 제외하고는, 센서 하우징(520)과 유사하다. 보호 튜브(544) 및 팁(542)은 내측 체적(546)을 정의한다. 팁(542)은 내부에 매립되는 하나 또는 그 초과의 센서를 갖는다.
[0049] 도 6은 본 개시물의 다른 실시예에 따른 센서 칼럼(600)의 개략적 부분 단면도이다. 센서 칼럼(600)은, 센서 칼럼(600)이, 내부에 배치된 하나 또는 그 초과의 센서들을 각각 갖는 적어도 2개의 보호 튜브들(608a, 608b)을 포함하는 것을 제외하고는, 도 2의 센서 칼럼(200)과 유사하다. 적어도 2개의 보호 튜브들(608a, 608b)은 서로 평행할 수 있다. 내측 벨로우즈(620) 및 외측 벨로우즈(630)가 적어도 2개의 보호 튜브들(608a, 608b)을 둘러싼다.
[0050] 도 7a는 본 개시물의 일 실시예에 따른, 적어도 2개의 센서 칼럼들(760a, 760b)을 갖는 프로세싱 챔버(700)의 개략적 단면도이다. 적어도 2개의 센서 칼럼들(760a, 760b)은, 상이한 개구들(778a, 778b)을 통해, 기판 지지 조립체(130)의 상이한 위치들(780a, 780b)에 대응하여, 예컨대 상이한 반경들에 포지셔닝된다. 적어도 2개의 센서 칼럼들(760a, 760b) 각각은, 벨로우즈(774a, 774b)에 의해 둘러싸이는 보호 튜브(764a, 764b)를 포함한다. 센서 칼럼들(760a, 760b)이 기판 지지 조립체(130)에 대해 수직으로 이동하도록, 브래킷(704)이 보호 튜브들(764a, 764b)과 기판 지지 조립체(130) 사이에 고정식으로 커플링될 수 있다.
[0051] 도 7b는 도 7a의 프로세싱 챔버(700)의 개략적 부분 저면도이다. 적어도 2개의 센서 칼럼들(760a, 760b)은, 프로세싱되는 기판(102)의 상이한 반경들의 위치들에 대응하는 온도들을 측정하도록 포지셔닝된다.
[0052] 도 7c는 본 개시물의 다른 실시예에 따른 프로세싱 챔버(700C)의 개략적 부분 저면도이다. 프로세싱 챔버(700C)는, 프로세싱 챔버(700C)가 단일 벨로우즈(774c) 내부에 복수의 센서 칼럼(764c)을 포함하는 것을 제외하고는, 프로세싱 챔버(700)와 유사하다.
[0053] 도 8은 본 개시물의 다른 실시예에 따른, 센서 칼럼(860)을 갖는 프로세싱 챔버(800)의 개략적 부분 단면도이다. 프로세싱 챔버(800)는, 센서 칼럼(860)이 기판 지지 조립체(130)를 위한 액츄에이터(104)와 상이한 액츄에이터(802)에 의해 구동되는 것을 제외하고는, 프로세싱 챔버(100)와 유사하다. 동기화(synchronization)를 달성하기 위해 액츄에이터(802)가 액츄에이터(104)에 대해 슬레이브(slave)가 되거나 또는 그 반대가 되도록, 제어기(804)가 액츄에이터들(802 및 104)에 연결될 수 있다.
[0054] 본 개시물의 실시예들은, 다른 프로세싱 챔버들, 이를테면 플라즈마 강화 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition) 챔버들, 금속 유기 화학 기상 증착(metal organic chemical vapor deposition) 챔버들, 원자 층 증착(atomic layer deposition) 챔버, UV 처리 챔버들에서 사용될 수 있다.
[0055] 전술한 내용이 본 개시물의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시물의 다른 실시예 및 추가의 실시예가 본 개시물의 기본 범주를 벗어나지 않고 고안될 수 있으며, 본 개시물의 범주는 후속하는 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판 지지 조립체로서,
    기판을 상부에 지지하기 위한 상부 표면을 갖는 기판 지지 본체(substrate support body);
    상기 기판 지지 본체의 배면측(backside)으로부터 연장되며, 상기 기판 지지 본체를 이동시키기 위해 세로 축(longitudinal axis)을 따라 이동가능한 중앙 지지 샤프트(central support shaft); 및
    센서가 내부에 배치된 팁(tip)을 갖고, 상기 중앙 지지 샤프트의 반경 방향 외측에 배치되는 센서 칼럼(sensor column)을 포함하고,
    상기 팁은 상기 기판 지지 본체의 배면측과 접촉하며, 상기 팁은 상기 센서를 수용하기 위한 센서 웰(sensor well)을 포함하고,
    상기 센서 칼럼은, 상기 기판 지지 본체의 배면측과 상기 팁 사이의 접촉(contact)을 유지하기 위해 상기 중앙 지지 샤프트와 동시에(synchronically) 이동가능한,
    기판 지지 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 지지 본체는 상기 기판을 가열하기 위한 하나 또는 그 초과의 히터(heater)들을 내부에 포함하며, 그리고 상기 센서는 상기 기판 지지 본체의 온도를 측정하기 위해 온도 센서를 포함하는,
    기판 지지 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 칼럼은,
    상기 팁에 부착되는 보호 튜브(protective tube)를 포함하며,
    상기 보호 튜브는 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며, 상기 제 1 단부는 상기 팁에 부착되며, 상기 보호 튜브는 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부를 연결하는 라인이 상기 중앙 지지 샤프트의 세로 축에 평행하도록 포지셔닝되며, 그리고 상기 보호 튜브의 내측 체적(inner volume)은 상기 센서의 커넥터(connector)들을 하우징하는,
    기판 지지 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 센서 칼럼은,
    상기 보호 튜브를 둘러싸는 내측 벨로우즈(inner bellows)를 더 포함하며,
    상기 내측 벨로우즈의 제 1 단부는 상기 보호 튜브의 제 2 단부 근처에서 상기 보호 튜브에 부착되며, 그리고
    상기 내측 벨로우즈의 제 2 단부가 상기 내측 벨로우즈의 제 1 단부에 대해 이동될 때, 상기 내측 벨로우즈는 상기 기판 지지 본체의 배면측을 향해서 상기 보호 튜브를 바이어싱하기(bias) 위한 힘을 가하는,
    기판 지지 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 센서 칼럼은,
    상기 내측 벨로우즈를 둘러싸는 외측 벨로우즈(outer bellows)를 더 포함하며, 상기 내측 벨로우즈의 제 2 단부는 상기 외측 벨로우즈와 연결되며, 상기 외측 벨로우즈는, 상기 내측 벨로우즈, 상기 보호 튜브 및 상기 팁에 밀봉된 환경(sealed environment)을 제공하도록 포지셔닝되는,
    기판 지지 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 중앙 지지 샤프트의 반경 방향 외측에 배치되는 하나 또는 그 초과의 추가적인 센서 칼럼들을 더 포함하며, 상기 하나 또는 그 초과의 추가적인 센서 칼럼들 중 하나는 상기 중앙 지지 샤프트에 대해 평행하게 포지셔닝되고,
    상기 하나 또는 그 초과의 추가적인 센서 칼럼들 각각은:
    상기 기판 지지 본체의 배면측과 접촉하기 위한 팁;
    상기 팁 내에 배치되는 센서; 및
    상기 팁에 부착되는 보호 튜브를 포함하는,
    기판 지지 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 센서 칼럼들 각각은 상기 기판 지지 본체의 상이한 반경 방향 위치에 접촉하도록 포지셔닝되는,
    기판 지지 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    하나 또는 그 초과의 추가적인 내측 벨로우즈를 더 포함하며,
    상기 추가적인 내측 벨로우즈 각각은 상기 하나 또는 그 초과의 추가적인 센서 칼럼들의 보호 튜브들 각각을 둘러싸며 그리고 상기 하나 또는 그 초과의 추가적인 센서 칼럼들의 보호 튜브들 각각에 부착되는,
    기판 지지 조립체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    하나 또는 그 초과의 추가적인 외측 벨로우즈를 더 포함하며,
    상기 추가적인 외측 벨로우즈 각각은 상기 추가적인 내측 벨로우즈 각각을 둘러싸며 그리고 상기 추가적인 내측 벨로우즈 각각과 연결되는,
    기판 지지 조립체.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 팁 및 상기 보호 튜브는 일체형(unitary) 본체이며, 상기 보호 튜브의 제 1 단부는 상기 팁을 형성하도록 폐쇄되며(closed), 상기 센서 웰(sensor well)이 상기 팁 내부에 형성되며, 그리고 상기 센서 웰은 내부에 상기 센서를 수용하기 위해 상기 보호 튜브의 상기 내측 체적 쪽으로 개방되는(open),
    기판 지지 조립체.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 팁은 상기 보호 튜브의 상기 제 1 단부에 본딩되며(bonded), 상기 팁은 제 1 재료로 형성되며, 상기 보호 튜브는 제 2 재료로 형성되며, 그리고 상기 제 1 재료는 상기 제 2 재료보다 더 높은 열 전도도(thermal conductivity)를 갖는,
    기판 지지 조립체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 팁 내부에 상기 센서를 수용하기 위해, 상기 센서 웰은 상기 보호 튜브의 상기 내측 체적 쪽으로 개방되는,
    기판 지지 조립체.
  13. 프로세싱 챔버로서,
    프로세싱 체적(processing volume)을 정의하는 챔버 본체; 및
    기판 지지 조립체를 포함하며,
    상기 기판 지지 조립체는:
    기판을 상부에 지지하기 위한 상부 표면을 갖는, 상기 프로세싱 체적 내에 배치된 기판 지지 본체;
    상기 기판 지지 본체의 배면측으로부터, 상기 챔버 본체를 통해 형성된 샤프트 개구(shaft opening)를 통해 상기 챔버 본체의 외부까지 연장되는 중앙 지지 샤프트 ― 상기 중앙 지지 샤프트는, 상기 기판 지지 본체를 이동시키기 위해 세로 축을 따라 이동가능함 ― ; 및
    센서가 내부에 배치된 팁을 갖고, 상기 중앙 지지 샤프트의 반경 방향 외측에 배치되는 센서 칼럼을 포함하고, 상기 팁은 상기 기판 지지 본체의 배면측과 접촉하며, 상기 팁은 상기 센서를 수용하기 위한 센서 웰을 포함하고,
    상기 센서 칼럼은, 상기 챔버 본체를 통해 형성된 센서 개구를 통해 상기 챔버 본체의 외부까지 연장되고, 상기 센서 칼럼은 상기 기판 지지 본체의 배면측과 상기 팁 사이의 접촉을 유지하기 위해 상기 중앙 지지 샤프트와 동시에(synchronically) 이동가능한,
    프로세싱 챔버.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 프로세싱 체적 외측에 배치되는 브래킷(bracket)을 더 포함하며,
    상기 브래킷은, 상기 중앙 지지 샤프트 및 상기 센서 칼럼이 하나의 단일 액츄에이터(actuator)에 의해 구동되도록, 상기 중앙 지지 샤프트와 상기 센서 칼럼 사이에 커플링되는,
    프로세싱 챔버.
  15. 삭제
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