KR102510626B1 - 열 관리 시스템 - Google Patents

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테자스 울라비
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

제1 열 질량의 제1 수준을 따라 연장되는 복수의 병렬 제1 유동 경로들 및 제2 열 질량의 제2 수준을 따라 연장되는 복수의 병렬 제2 유동 경로들을 갖는 유체 채널을 포함하는 열 관리 시스템이 설명된다. 기판 또는 가열기 표면의 온도 및 유체 매니폴드들을 제어하기 위한 방법들이 또한 설명된다.

Description

열 관리 시스템
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 기판 처리 챔버들을 위한 열 관리 시스템들에 관한 것이다. 본 개시내용의 일부 실시예들은 단일 처리 챔버에서 다수의 기판 처리 영역들의 엄격한 온도 제어를 제공하는 열 관리 시스템들에 관한 것이다.
기판 처리 방법들은 종종, 기판이, 상승된 온도로 유지되는 것을 요구한다. 많은 처리 방식들에서 사용되는 반응들은 온도 의존적일 수 있고, 디바이스들의 규모가 축소됨에 따라, 증착 또는 식각 속도들의 변동들에 대한 민감도가 증가한다. 예를 들어, SiN에 대한 ALD 증착 프로세스는 450 ℃로 유지되는 기판의 표면에 걸쳐 0.5 ℃ 미만의 온도 변동들을 요구할 수 있다.
또한, 처리량은 일련의 전자 디바이스들을 생산하는 비용에 있어서 중요한 인자이다. 제조업자들은 조밀하게 패킹된 디바이스들을 신뢰성 있고 신속하게 생성할 수 있는 프로세스들 및 장비를 찾고 있다. 처리량을 증가시킨 하나의 혁신은 클러스터링된 처리 챔버들이다. 클러스터링된 챔버들은 진공을 파괴하지 않고 기판에 대해 다수의 프로세스들을 수행하는 고유한 능력을 제공한다. 불행하게도, 기판들을 하나의 챔버로부터 다음 챔버로 이송하는 데에 요구되는 시간은 처리량을 느리게 한다. 이에 응답하여, 모두 동일한 챔버 내에서 다수의 기판들을 다수의 처리 환경들에서 처리할 수 있는 처리 챔버들이 현재 개발되고 있다. 다수의 처리 환경의 처리 시스템들은 열 손실 및 열 균일성에 관련된 상이한 문제들을 갖는다.
이에 따라, 처리 동안 다수의 기판들의 엄격한 온도 제어를 제공하는 열 관리 시스템이 필요하다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 냉각 채널을 포함하는 열 관리 시스템에 관한 것이다. 제1 단부는 제1 열 질량의 제1 수준을 따라 연장되는 복수의 병렬 제1 유동 경로들과 유체 연통한다. 복수의 제1 유동 경로들은 제2 열 질량의 제2 수준을 따라 연장되는 복수의 병렬 제2 유동 경로들과 유체 연통한다.
본 개시내용의 추가적인 실시예들은 기판 온도를 제어하는 방법에 관한 것이다. 방법은 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 냉각 채널을 통해 냉각제를 유동시키는 단계를 포함한다. 제1 단부는 제1 열 질량의 제1 수준을 따라 연장되는 복수의 병렬 제1 유동 경로들과 유체 연통한다. 복수의 제1 유동 경로들은 제2 열 질량의 제2 수준을 따라 연장되는 복수의 병렬 제2 유동 경로들과 유체 연통한다. 각각의 제2 유동 경로는 기판을 둘러싼다.
본 개시내용의 추가의 실시예들은 냉각 매니폴드에 관한 것이다. 냉각 매니폴드는 유입구, 적어도 하나의 도관, 및 배출구를 포함한다. 유입구는 열 교환기를 제1 수준을 따라 연장되는 복수의 병렬 제1 유동 경로들과 연결하도록 구성된다. 적어도 하나의 도관은 복수의 병렬 제1 유동 경로들을 제2 수준을 따라 연장되는 복수의 병렬 제2 유동 경로들과 연결하도록 구성된다. 배출구는 복수의 병렬 제2 유동 경로들을 열 교환기와 연결하도록 구성된다.
본 개시내용의 위에서 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 위에 간략히 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이들 중 일부는 첨부 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있기 때문에, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 실시예들만을 예시하고 그러므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 지지 조립체의 도면을 도시하고;
도 1b는 도 1a의 지지 조립체의 단면도를 도시하고;
도 2는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 가열기들이 없는 지지 조립체를 도시하고;
도 3은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 냉각 채널을 도시하고;
도 4는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 기판 지지 조립체의 제1 열 질량의 개략적인 상면도를 도시하고;
도 5는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 기판 지지 조립체의 제2 열 질량의 개략적인 상면도를 도시하고;
도 6은 도 3의 영역(VI)의 확대도를 도시하고;
도 7은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 대향류 루프를 사용하는 열 질량의 개략적인 부분 상면도를 도시하고;
도 8은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 내부 구조를 예시하는 유체 분배 매니폴드의 등각도를 도시한다.
본 개시내용의 여러 예시적인 실시예들을 설명하기 전에, 본 개시내용은 이하의 설명에서 열거되는 구성 또는 프로세스 단계들의 세부사항들로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 개시내용은 다른 실시예들이 가능하고, 다양한 방식들로 실시되거나 수행될 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "기판"이라는 용어는, 프로세스가 작용하는, 표면 또는 표면의 일부를 지칭한다. 또한, 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 문맥이 달리 명확히 나타내지 않는 한, 기판에 대한 언급이 또한, 기판의 일부만을 지칭할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 추가적으로, 기판 상에 증착시키는 것에 대한 언급은, 하나 이상의 막 또는 피쳐가 기판 상에 증착되거나 형성된 기판 및 베어 기판 양쪽 모두를 의미할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같은 "기판"은, 그 상에서 제조 프로세스 동안 막 처리가 수행되는, 임의의 기판 또는 기판 상에 형성된 물질 표면을 지칭한다. 예를 들어, 처리가 수행될 수 있는 기판 표면은, 응용에 따라, 물질들, 예컨대, 규소, 산화규소, 변형된 규소, 절연체상 규소(SOI), 탄소 도핑된 산화규소들, 비정질 규소, 도핑된 규소, 게르마늄, 비화갈륨, 유리, 사파이어, 및 임의의 다른 물질들, 예컨대, 금속들, 금속 질화물들, 금속 합금들, 및 다른 전도성 물질들을 포함한다. 기판들은, 제한 없이, 반도체 웨이퍼들을 포함한다. 기판들은 기판 표면을 연마, 식각, 환원, 산화, 히드록실화, 어닐링, UV 경화, e-빔 경화 및/또는 베이킹하기 위해 전처리 프로세스에 노출될 수 있다. 본 개시내용에서, 기판 자체의 표면에 대한 직접적인 막 처리에 추가하여, 개시된 막 처리 단계들 중 임의의 단계는 또한, 아래에 더 상세히 개시되는 바와 같이 기판 상에 형성되는 하부 층에 대해 수행될 수 있으며, "기판 표면"이라는 용어는 문맥이 나타내는 바와 같이 그러한 하부 층을 포함하도록 의도된다. 따라서, 예를 들어, 막/층 또는 부분적인 막/층이 기판 표면 상에 증착된 경우, 새롭게 증착된 막/층의 노출된 표면이 기판 표면이 된다.
본 개시내용의 실시예들은, 대칭적인 전도 및 복사 경계 조건들을 제공하기 위한, 기판 처리 영역 및/또는 페디스털 가열기/냉각기들의 열 관리를 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 본 개시내용의 예시적인 실시예들은 기판 지지 조립체의 대칭적인 냉각을 위한 분산된 냉각 루프 설계들(또한, 스피너로 지칭됨)을 제공한다. 본 개시내용의 일부 실시예들은 유리하게, 약 0.5 ℃ 이하인, 기판 처리 영역의 기판에 걸친 온도 변동들을 제공한다. 본 개시내용의 일부 실시예들은 유리하게, 다수의 기판 처리 영역들을 제어하기 위한 열 관리 시스템을 제공한다. 일부 실시예들은 가열기들 또는 냉각기들 주위에 균일한 전도 및 복사 열 전달 환경을 제공한다. 일부 실시예들은 공간 및 에너지의 효율적인 사용을 갖는 단일 열 교환기 냉각 루프를 제공한다. 일부 실시예들은 조립 및 서비스가 비교적 용이한 열 관리 시스템을 제공한다.
도 1a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 지지 조립체(100)의 평행 투영도를 예시한다. 도 1b는 도 1a의 기판 지지 조립체(100)의 측단면도를 예시한다. 도 2는 가열기들이 없는 지지 조립체(100)의 평행 투영도를 도시한다.
지지 조립체(100)는, 스피너로 또한 지칭되는 회전가능한 베이스(110)를 포함한다. 회전가능한 베이스(110)는 대칭 또는 비대칭 형상을 가질 수 있다. 예시된 실시예에서, 회전가능한 베이스(110)는 중심 허브(115)로부터 연장되는 4개의 지지 암들(120)을 갖는 대체로 십자형인 형상을 갖는다.
회전가능한 베이스(110)는 지지 암들(120)을 원형 또는 아치형 경로를 따라 이동시키기 위해 회전 축(111)을 중심으로 회전(112)한다. 회전 축(111)은, z 축 또는 수직 방향으로 또한 지칭되는 제1 방향으로 연장된다. 통상의 기술자는 이러한 방식으로 사용되는 "수직"이라는 용어가, 중력의 당김에 수직인 방향으로 제한되지 않는다는 것을 인식할 것이다.
일부 실시예들에서, 지지 조립체(100)는 중심 허브(115)에 연결되고 그로부터 연장되는 복수의 지지 암들(120)을 포함한다. 지지 암들(120)은 내측 단부(121) 및 외측 단부(122)를 갖는다. 내측 단부(121)는, 중심 허브(115)가 회전 축(111)을 중심으로 회전할 때 지지 암들(120)도 또한 회전하도록 중심 허브(115)와 접촉한다. 지지 암들(120)은 파스너들(예를 들어, 볼트들, 용접들)에 의해 또는 중심 허브(115)와 일체로 형성됨으로써 내측 단부(121)에서 중심 허브(115)에 연결될 수 있다.
지지 조립체(100)의 지지 암들(120)의 개수는 변할 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 2개의 지지 암들(120)이 존재한다. 일부 실시예들에서, 3개의 지지 암들(120)이 존재한다. 일부 실시예들에서, 도면들에 도시된 바와 같이, 4개의 지지 암들(120)이 존재한다. 일부 실시예들에서, 5개의 지지 암들(120)이 존재한다. 일부 실시예들에서, 6개의 지지 암들(120)이 존재한다.
지지 암들(120)은 중심 허브(115) 주위에 대칭으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 4개의 지지 암들(120)을 갖는 지지 조립체(100)에서, 지지 암들(120) 각각은 중심 허브(115) 주위에 90 ° 간격들로 위치된다. 3개의 지지 암들(120)을 갖는 지지 조립체(100)에서, 지지 암들(120)은 중심 허브(115) 주위에 120 ° 간격들로 위치된다.
중심 허브(115)는 지지 기둥(130)에 연결되거나 그의 일부이다. 지지 기둥(130)은 임의의 적합한 파스너(예를 들어, 볼트들, 용접들)에 의해 중심 허브(115)에 연결될 수 있거나 중심 허브(115)와 일체로 형성될 수 있다. 지지 기둥(130)은 회전 축(111)을 따라 길이만큼 연장된다. 지지 기둥(130)의 길이는 회전가능한 베이스(110)를 최상부 플레이트(140)로부터 분리시킨다.
최상부 플레이트(140)는, 최상부 플레이트(140)의 두께를 한정하는, 최상부 표면(141) 및 바닥 표면(142)을 갖는다. 최상부 플레이트(140)는 기판이 별개의 구성요소 상에 또는 최상부 플레이트(140)의 최상부 표면(141)에 형성된 함몰부(도시되지 않음) 상에 지지되기 위한 영역들을 제공할 수 있는 복수의 개구부들(144)을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 최상부 플레이트(140)는 임의의 적합한 파스너(예를 들어, 볼트들, 용접들)에 의해 지지 기둥(130)에 부착된다. 최상부 플레이트(140)는, 최상부 플레이트(140)가 지지 조립체(100)와 함께 수직으로(z 축을 따라) 이동하고 회전 축(111)을 중심으로 회전하도록, 지지 기둥(130)에 고정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 가열기(150)는 지지 암들(120)의 외측 단부(122)에 위치된다. 일부 실시예들에서, 각각의 지지 암(120)은 가열기(150)를 갖는다. 가열기(150)는 처리를 위해 기판을 지지할 수 있는 지지 표면(151)을 갖는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 가열기(150)는 지지 암들(120)의 외측 단부(122)에 위치된 가열기 베이스(123) 상에 위치될 수 있다. 가열기 베이스(123)는 가열기(150)에 전력을 공급하기 위한 연결부들, 온도를 측정하기 위한 적합한 배선, 또는 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 가열기 베이스들(123)의 중심은 중심 허브(115)의 회전(112) 시에 가열기 베이스들(123)이 원형 경로로 이동하도록 회전 축(111)으로부터 거리를 두고 위치된다. 가열기(150)가 가열기 베이스(123) 상에 위치될 때, 가열기(150)는 지지 조립체(100)의 회전(112)에 의해 이동한다.
가열기들(150)은 통상의 기술자에게 알려진 임의의 적합한 유형의 가열기일 수 있다. 일부 실시예들에서, 가열기는 가열기 몸체 내에 하나 이상의 가열 요소를 갖는 저항성 가열기이다.
기판은 중력, 정전 척킹 또는 다른 적합한 기법에 의해 지지 표면(151) 상에 유지될 수 있다. 일부 실시예들의 가열기들은 추가적인 구성요소들을 포함한다. 예를 들어, 가열기들은 정전 척을 포함할 수 있다. 정전 척은, 가열기 지지 표면 상에 위치된 웨이퍼가, 가열기가 이동되는 동안에 제 위치에 유지될 수 있도록, 다양한 와이어들 및 전극들을 포함할 수 있다. 이는, 웨이퍼가, 프로세스의 시작 시에 가열기 상에 척킹되고, 상이한 프로세스 영역들로 이동하는 동안에 동일한 가열기 상의 그 동일한 위치에 유지되는 것을 허용한다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 최상부 플레이트(140)는 최상부 플레이트(140) 아래의 영역으로 유동하는 가스를 최소화하기 위해 밀봉부 또는 장벽을 제공하는 것을 돕도록 가열기들(150) 주위에 배치될 수 있는 하나 이상의 개구부(144)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 최상부 플레이트(140)는 최상부 플레이트(140)의 최상부 표면(141)이 가열기(150)의 지지 표면(151) 아래에 있도록 지지 표면(151) 아래에 위치된다. 일부 실시예들에서, 최상부 플레이트(140)는 가열기들(150)의 지지 표면(151)에 대한 접근을 허용하기 위해 복수의 개구부들(144)로 가열기들 전부를 둘러싼다. 개구부들(144)은 가열기들(150) 또는 지지 표면들(151)이 최상부 플레이트(140)를 통과하는 것을 허용할 수 있다.
일부 실시예들에서, 최상부 플레이트(140)는 가열기들(150)의 지지 표면(151)에 의해 형성된 주 평면과 실질적으로 평행한 주 평면을 형성하는 최상부 표면(141)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 최상부 플레이트(140)는, 웨이퍼 표면이 최상부 플레이트(140)의 최상부 표면(141)과 실질적으로 동일 평면 상에 있도록, 처리될 웨이퍼의 두께와 실질적으로 동일한 양만큼 가열기들(150)의 지지 표면(151)의 주 평면 위의 거리에 있는 주 평면을 형성하는 최상부 표면(141)을 갖는다. 이러한 방식으로 사용되는 바와 같이, "실질적으로 동일 평면 상에"라는 용어는, 개별 지지 표면들에 의해 형성되는 평면들이, 다른 지지 표면들에 의해 형성되는 평면들의 ±5 °, ±4 °, ±3 °, ±2 ° 또는 ±1 ° 내에 있다는 것을 의미한다.
도 1b를 참조하면, 지지 조립체(100)는 상이한 열 질량들로 나누어질 수 있다. 심지어, 일체로 형성된 시스템에서도, 열 질량들은, 지지 조립체(100) 구성요소들의 체적 및 열 용량으로 인해, 분리된 것으로 간주될 수 있다. 제1 열 질량(119)은 회전가능한 베이스(110)의 수준에 위치되고, 제2 열 질량(149)은 최상부 플레이트(140)의 수준에 위치된다.
도 3은 열 관리 시스템과 함께 사용하기 위한 유체 채널(200)을 예시한다. 예시된 유체 채널(200)은, 다양한 유동 경로들이, 지지 암들(120), 지지 기둥(130) 및 최상부 플레이트(140)를 통해 이어지도록 구성되도록 지지 조립체(100) 내에 형성될 수 있다. 본원에서 논의된 바와 같이, 일부 실시예들의 열 관리 시스템은 또한, 도 3에 도시되지 않은 추가적인 요소들 또는 구성요소들을 포함할 수 있다. 유체 채널(200)은 또한, 냉각 채널 또는 가열 채널로 지칭될 수 있다. 통상의 기술자는 냉각 채널의 설명이 또한, 가열 채널, 또는 더 일반적으로, 유체 채널을 지칭할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
일부 실시예들에서, 유체 채널(200)은 제1 단부(202) 및 제2 단부(204)를 갖는다. 유체 채널(200)은 단일의 일체로 형성되거나 용접된 구성요소일 수 있거나 적합한 유밀 밀봉부들로 연결된 여러 개의 상이한 구성요소들일 수 있다. 도 3에 예시된 실시예는 3개의 영역들: 회전가능한 베이스 부분(제1 수준(210)); 지지 기둥 부분(230) 및 최상부 플레이트 부분(제2 수준(240))을 갖는 단일의 일체로 형성된 구성요소이다. 회전가능한 베이스 부분(제1 수준(210))은 주로, 회전가능한 베이스(110) 내에 위치된다. 지지 기둥 부분(230)은 주로, 지지 기둥(130) 내에 위치된다. 최상부 플레이트 부분(제2 수준(240))은 주로, 최상부 플레이트(140) 내에 위치된다. 최상부 플레이트(140)가 없는 실시예들에서, 최상부 플레이트 부분(제2 수준(240))은 생략될 수 있거나, 가열기(150)와 연관된 표면 내에 있을 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 단부(202)는 복수의 제1 유동 경로들(220a, 220b, 220c, 220d)과 유체 연통한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 개별 문자 참조 번호들(예를 들어, 220a, 220b)을 갖는 유사한 구성요소들에 대한 용어들은 통상적으로, 첨부된 문자 없이 참조 번호를 사용하여 지칭될 수 있다. 예를 들어, 제1 유동 경로(220)는 유동 경로들(220a, 220b, 220c, 220d) 모두를 지칭한다. 4개의 제1 유동 경로들(220)이 도 3에 예시되지만, 통상의 기술자는 임의의 개수의 제1 유동 경로들이 존재할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
일부 실시예들에서, 제1 유동 경로들(220a, 220b, 220c, 220d)은 병렬로 배열된다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, "병렬"은 유동 경로들이 단일 지점으로부터 분기되거나 단일 지점으로 재연결된다는 것을 의미한다. "병렬" 유동 경로들은 직렬 유동 경로들과 상이한 것으로 이해되어야 한다. 달리 말하면, 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 유체는 제1 유동 경로들(220)의 각각의 유동 경로를 통해 동시에, 제2 유동 경로들(250)의 각각의 유동 경로를 통해 동시에, 그리고 제1 유동 경로들(220)과 제2 유동 경로들(250) 사이에서 순차적으로 유동한다. 이에 따라, "병렬"은 기하형상(예를 들어, 평행한 라인들)보다는 전자장치들(예를 들어, 병렬 저항기들)의 맥락으로 이해되어야 한다.
일부 실시예들에서, 각각의 제1 유동 경로(220a, 220b, 220c, 220d)는 유사한 컨덕턴스를 갖는다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, "컨덕턴스"는 개별 유동 경로가 취급할 수 있는 유동의 체적 또는 유량을 지칭한다. 컨덕턴스는 유동 경로들을 통한 유동 효율의 척도인 것으로 간주될 수 있다.
일부 실시예들에서, 복수의 제1 유동 경로들(220a-220d)은 제1 열 질량(119)의 제1 수준을 따라 연장된다. 제1 열 질량(119)은 도 3에 도시되지 않는다. 도 4는 예시적인 제1 열 질량(119)의 상면도를 예시한다. 도 4를 참조하면, 유체 채널(200)의 제1 단부(202)는 적어도 하나의 유입구 접합부(217)와 유체 연통한다. 예시된 실시예는 2개의 유입구 접합부들(217a, 217b)을 갖는다. 통상의 기술자는 지지 암들(120)의 개수 및 제1 유동 경로들(220)의 형상에 따라 임의의 적합한 개수의 유입구 접합부들(217)이 존재할 수 있음을 인식할 것이다. 유입구 접합부들(217a, 217b)은 제1 열 질량(119)의 제1 수준을 따라 연장되는 복수의 제1 유동 경로들(220a-220d)과 유체 연통한다.
예시된 실시예에서, 제1 유동 경로들(220) 각각은 유입구 접합부(217)로부터, 가열기 베이스(123) 주위의 지지 암(120)을 통해 배출구 접합부(218)로 연장된다. 도시된 실시예는, 각각의 제1 유동 경로(220)가 유입구 접합부(217)로부터 하나의 지지 암(120)을 통해 배출구 접합부로 연장되도록 배열된 2개의 배출구 접합부들(218a, 218b)을 갖는다. 도시된 배열에서, 유입구 접합부들(217) 각각에 그리고 배출구 접합부들(218) 각각에 연결된 2개의 제1 유동 경로들(220)이 존재한다.
다시 도 3을 참조하면, 일부 실시예들에서, 제1 유동 경로들(220)은 도관들(260)을 통해 복수의 제2 유동 경로들(250)과 유체 연통한다. 도관들(260)은 제1 열 질량(119)과 제2 열 질량(149) 사이의 유동을 허용하기 위해 지지 기둥(130)의 길이를 따라 연장된다. 일부 실시예들에서, 도 3-5에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 유동 경로들(220) 및 복수의 제2 유동 경로들(250) 각각은 4개의 유동 경로들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제2 열 질량(149)은 최상부 플레이트(140)를 포함한다.
도 3 및 5를 참조하면, 복수의 제2 유동 경로들(250a-250d)은 제2 열 질량(149)의 제2 수준(240)을 따라 연장된다. 제2 열 질량(149)은 도 1b에 그리고 도 5에 상면도로서 예시된다. 도관들(260a, 260b)은 제2 수준(240)을 따라 연장되는 복수의 제2 유동 경로들(250a-250d) 및 유입구 접합부들(257a, 257b)과 유체 연통한다. 예시된 실시예는 2개의 유입구 접합부들(257a, 257b)을 갖는다. 통상의 기술자는 제2 열 질량(149) 및 제2 유동 경로들(250)의 형상에 따라 임의의 적합한 개수의 유입구 접합부들(257)이 존재할 수 있음을 인식할 것이다. 유입구 접합부들(257a, 257b)은 제2 열 질량(149)의 제2 수준(240)을 따라 연장되는 복수의 제2 유동 경로들(250a-250d)과 유체 연통한다.
예시된 실시예에서, 제2 유동 경로들(250) 각각은 개구부(144) 주위에서 유입구 접합부(257)로부터 배출구 접합부(258)로 연장된다. 도시된 실시예는, 각각의 제2 유동 경로(250)가 최상부 플레이트(140)의 하나의 개구부(144) 주위에서 유입구 접합부(257)로부터 배출구 접합부(258)로 연장되도록 배열된 2개의 배출구 접합부들(258a, 258b)을 갖는다. 도시된 배열에서, 유입구 접합부들(257) 각각에 그리고 배출구 접합부들(258) 각각에 연결된 2개의 제2 유동 경로들(250)이 존재한다.
유체 채널(200)을 통한 유동은 도 3 내지 6을 참조하여 설명된다. (도 6은 도 3의 영역(VI)의 확대도를 도시한다.) 유체는 제1 단부(202)에서 유동하여 접합부(271)에서 2개의 유동 경로들(272a, 272b)로 분할된다. 유동 경로(272a)를 통해 유동하는 유체는 유입구 접합부(217a)에서 제1 수준(210)으로 진입하고, 제1 유동 경로(220a) 및 제1 유동 경로(220b)로 분할된다. 경로(272b)를 통해 유동하는 유체는 유입구 접합부(217b)에서 제1 수준(210)으로 진입하고, 제1 유동 경로(220c) 및 제1 유동 경로(220d)로 분할된다.
제1 유동 경로들(220a-220d) 각각은 제1 수준(210)을 통해 배출구 접합부들(218a, 218b)로 이어진다. 제1 유동 경로(220a)를 통한 유동은 배출구 접합부(218b)와 유체 연통한다. 제1 유동 경로(220b)를 통한 유동은 배출구 접합부(218a)와 유체 연통한다. 제1 유동 경로(220c)를 통한 유동은 배출구 접합부(218a)와 유체 연통한다. 제1 유동 경로(220d)를 통한 유동은 배출구 접합부(218b)와 유체 연통한다. 따라서, 접합부들(271a 및 271b)에서의 유동 분할들은 배출구 접합부들(218a 및 218b)에서의 합류 시에 상호혼합된다.
유체는 배출구 접합부(218a)로부터 도관(260a)을 통해 제2 수준(240)의 접합부(257a)로 유동한다. 배출구 접합부(218b)로부터 유동하는 유체는 도관(260b)을 통해 제2 수준(240)의 접합부(257b)로 진행한다. 도관(260a)의 유체는 유입구 접합부(257a)에서 제2 유동 경로(250b 및 250c)로 분할된다. 도관(260b)의 유체는 유입구 접합부(257b)에서 제2 유동 경로(250d 및 250a)로 분할된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2 유동 경로들(250)은 최상부 플레이트(140)의 개구부들(144) 주위로 연장되고 배출구 접합부들(258a, 258b)을 통해 제2 수준(240)을 빠져나갈 수 있다. 제2 유동 경로(250a) 및 제2 유동 경로(250b)를 통해 유동하는 유체는 배출구 접합부(258a)에서 합쳐진다. 제2 유동 경로(250c) 및 제2 유동 경로(250d)를 통해 유동하는 유체는 배출구 접합부(258b)에서 합쳐진다. 배출구 접합부들(258a 및 258b)로부터의 유체 유동들은 유체 채널(200)의 제2 단부(204) 밖으로 유동하기 위해 다른 접합부(도시되지 않음)에서 합쳐질 수 있다.
일부 실시예들에서, 도관들(260)의 개수는 제1 유동 경로들(220)의 개수보다 적고 제2 유동 경로들(250)의 개수보다 적다. 이와 관련하여, 제1 유동 경로들(220) 및 제2 유동 경로들(250)은 직접적인 일대일 관계로 관련되지 않는다. 달리 말하면, 일부 실시예들에서, 제1 유동 경로들(220) 중 적어도 2개는 제2 유동 경로들(250)과 연결되기 전에 병합된다. 일부 실시예들에서, 예시된 바와 같이, 복수의 제1 유동 경로들(220) 및 복수의 제2 유동 경로들(250) 각각은 4개의 유동 경로들을 포함하고 도관들(260)의 개수는 2이다. 일부 실시예들에서, 제1 유동 경로들(220)은 제1 수준(210)과 제2 수준(240) 사이에서 유동하기 위해 하나의 도관(260)으로 합쳐진다.
일부 실시예들의 도관들(260)은 일반적으로, 예시된 바와 같이 직선이다. 일부 실시예들에서, 도관들(260)은 제1 유동 경로들 및/또는 제2 유동 경로들에 의해 형성된 평면에 실질적으로 수직으로 연장된다. 이러한 방식으로 사용될 때, "실질적으로 수직"이라는 용어는 도관의 각도가 90 °의 ±30 °, ±20 °, ±10 ° 또는 ±5 ° 내에 있다는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 도관들(260)은 제1 유동 경로들과 제2 유동 경로들 사이의 만곡형 경로를 따른다.
도 7은 유동 경로가 대향류 루프 배열로 배열된 다른 실시예를 도시한다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, 대향류 루프는, 더 나은 열 제어를 제공하기 위해, 영역을 두 번, 즉, 각각의 방향으로 한번씩 통과한다. 도 7은 하나 이상의 실시예에 따른, 제2 수준(240)이 하나의 개구부(144) 주위로 이어지는, 최상부 플레이트(140)의 부분을 도시한다. 예시된 구성은, 유체(예를 들어, 냉각제)가 직경(D1)의 경로를 통해 영역(R)(이 경우에 개구부(144))을 둘러싸도록 제1 방향(710)으로 루프(700) 내로 유동하는 것을 제공한다. 일단 영역을 일주하면(또는 거의 일주하면), 경로는 영역(R) 주위에서 직경(D2)으로 반대 방향(720)으로 복귀한다. 일부 실시예들에서, 직경(D1)은 직경(D2)보다 더 크다. 일부 실시예들에서, 직경(D1)은 직경(D2)보다 작다. 일부 실시예에서, 2개의 경로들(시계 방향 및 반시계 방향)은 동심이다.
일부 실시예들에서, 제1 단부(202) 및 제2 단부(204)는 냉각 루프를 형성하기 위해 유체적으로 연결된다. 일부 실시예들에서, 제1 단부(202) 및 제2 단부(204)는 열 교환기(290)(도 1b에 도시됨)에 유체적으로 연결된다. 열 교환기(290)는 유체 채널(200)의 유체(예컨대, 냉각제)의 온도를 제어하도록 구성되거나 배열되는 임의의 적합한 구성요소일 수 있다.
일부 실시예들에서, 유체 채널은 냉각제를 포함한다(즉, 냉각 채널로서 작용한다). 냉각제는 글리콜(예를 들어, 에틸렌 글리콜), 탈이온수, 퍼플루오린화 폴리에테르(예컨대, 솔베이 에스. 에이.(Solvay S. A.)로부터 입수가능한 가르덴®(Galden®)), 또는 이들의 용액들 또는 조합들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 적합한 냉각제일 수 있다.
일부 실시예들에서, 열 관리 시스템은 적어도 하나의 제어기(300)를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 제어기(300)는 열 교환기(290), 유체 채널을 따르는 임의의 밸브들 또는 플레넘들, 펌프들 등 중 하나 이상에 결합된다. 제어기(300)는 다양한 챔버들 및 하위 프로세서들을 제어하기 위해 산업 현장에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서, 마이크로제어기, 마이크로프로세서 등 중 하나일 수 있다.
적어도 하나의 제어기(300)는 프로세서(302), 프로세서(302)에 결합된 메모리(304), 프로세서(302)에 결합된 입력/출력 디바이스들(306), 및 상이한 전자 구성요소들 사이에서 통신하기 위한 지원 회로들(308)을 가질 수 있다. 메모리는 일시적 메모리(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리) 및 비일시적 메모리(예를 들어, 저장소) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
프로세서의 메모리, 또는 컴퓨터 판독가능 매체는, 쉽게 입수가능한 메모리, 예컨대, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 로컬 또는 원격 디지털 저장소 중 하나 이상일 수 있다. 메모리는 시스템의 구성요소들 및 파라미터들을 제어하기 위해 프로세서에 의해 작동가능한 명령어 세트를 보유할 수 있다. 지원 회로들은 통상적인 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 프로세서에 결합된다. 회로들은, 예를 들어, 캐시, 전력 공급부들, 클럭 회로들, 입력/출력 회로, 하위시스템들 등을 포함할 수 있다.
프로세스들은 일반적으로, 프로세서에 의해 실행될 때, 프로세스 챔버로 하여금 본 개시내용의 프로세스들을 수행하게 하는 소프트웨어 루틴으로서 메모리에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한, 프로세서에 의해 제어되는 하드웨어로부터 원격에 위치된 제2 프로세서에 의해 저장되고/거나 실행될 수 있다. 본 개시내용의 방법들 및 프로세스들의 일부 또는 전부는 또한, 하드웨어로 수행될 수 있다. 이로써, 프로세스는 소프트웨어로 구현되고 컴퓨터 시스템을 사용하여 실행될 수 있거나, 예를 들어, 주문형 집적 회로 또는 다른 유형의 하드웨어 구현과 같은 하드웨어로 구현될 수 있거나, 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로서 구현될 수 있다. 소프트웨어 루틴은, 프로세서에 의해 실행될 때, 범용 컴퓨터를, 프로세스들 및 방법들이 수행되도록 열 관리 시스템의 작동을 제어하는 특수 목적 컴퓨터(제어기)로 변환한다.
일부 실시예들에서, 제어기(300)는 개별 프로세스들 또는 하위프로세스들을 실행하기 위한 하나 이상의 구성을 갖는다. 제어기(300)는 프로세스들 및 방법들의 기능들을 수행하기 위해 중간 구성요소들에 연결되고 중간 구성요소들을 작동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 밸브들, 액추에이터들, 모터들, 펌프들 등 중 하나 이상에 연결되고 이를 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들의 제어기(300)는 유체 채널을 통해 유체(예를 들어, 냉각제)를 펌핑하거나 유동시키기 위한 구성; 유체의 온도를 측정하기 위한 구성; 기판 처리 영역의 온도 변동을 측정하기 위한 구성; 가열기 표면의 온도를 측정하기 위한 구성; 및 열 교환기의 작동을 제어하기 위한 구성으로부터 선택된 하나 이상의 구성을 갖는다.
본 개시내용의 추가적인 실시예들은, 도 8에 도시된 바와 같이, 유체 매니폴드들(800)에 관한 것이다. 본 개시내용의 일부 실시예들은 냉각 매니폴드(즉, 냉각제가 통과하여 유동되는 유체 매니폴드(800))에 관한 것이다. 일부 실시예들에서, 유체 매니폴드(800)는 지지 기둥(130) 또는 중심 허브(115)의 일부이다. 예시된 실시예에서, 유체 매니폴드(800)는, 유입구(810), 적어도 하나의 도관(820), 및 배출구(830)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 유체 매니폴드(800)는 지지 기둥(130)일 수 있거나 지지 기둥(130) 내에 포함될 수 있다.
일부 실시예들에서, 유입구(810)는 열 교환기(290)를 제1 수준(210)을 따라 연장되는 복수의 병렬 제1 유동 경로들(220)과 연결하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 도관(820)은 복수의 병렬 제1 유동 경로들(220)을 제2 수준(240)을 따라 연장되는 복수의 병렬 제2 유동 경로들(250)과 연결하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 배출구(830)는 복수의 병렬 제2 유동 경로들(250)을 열 교환기(290)와 연결하도록 구성된다.
본 개시내용의 일부 실시예들은 가열기 지지 표면 또는 기판의 온도를 제어하는 방법들에 관한 것이다. 일부 실시예들은 유리하게, 기판에 걸친 온도 변동들이 최소화되도록 기판의 온도 제어를 제공한다. 일부 실시예들에서, 방법들은 기판(또는 가열기 지지 표면) 온도를 약 0.5 ℃ 이하, 약 0.4 ℃ 이하, 약 0.3 ℃ 이하, 약 0.2 ℃ 이하, 또는 약 0.15 ℃ 이하의 범위(최소 온도와 최대 온도 사이의 차이) 내에서 제어한다.
일부 실시예들에서, 기판 또는 가열기 지지 표면의 온도 변동들은 상승된 온도에서 측정된다. 일부 실시예들에서, 기판의 온도 변동들은 약 400 ℃ 이상, 약 450 ℃ 이상, 약 500 ℃ 이상, 또는 약 550 ℃ 이상의 기판(또는 표면) 온도들에서 측정된다. 일부 실시예들에서, 기판(또는 지지 표면)의 온도 변동들은 약 400 ℃, 약 450 ℃, 약 500 ℃, 약 525 ℃, 약 550 ℃, 약 575 ℃, 또는 약 600 ℃의 기판 온도들에서 측정된다.
일부 실시예들에서, 방법들은 제1 단부에서 냉각제의 온도에 가까운 온도로 제1 열 질량 및 제2 열 질량을 유지하는 것을 제공한다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, 온도가 ±20 ℃, ±10 ℃, ±5 ℃, ±2 ℃, ±1 ℃, 또는 ±0.5 ℃ 내에 있는 경우, 온도는 다른 온도에 가깝다.
본 명세서 전체에 걸친 "일 실시예", "특정 실시예들", "하나 이상의 실시예" 또는 "실시예"에 대한 참조는, 실시예와 관련하여 설명된 특정 피쳐, 구조, 물질, 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 곳들에서 "하나 이상의 실시예에서", "특정 실시예들에서", "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 구문들의 출현들은, 반드시 본 개시내용의 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 게다가, 특정한 피쳐들, 구조들, 물질들, 또는 특성들은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
본원의 개시내용이 특정 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 설명된 실시예들이 본 개시내용의 원리들 및 응용들을 단지 예시하는 것임을 이해할 것이다. 본 개시내용의 방법 및 장치에 대해 다양한 수정들 및 변형들이 본 개시내용의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시내용은 첨부된 청구항들 및 그들의 등가물들의 범위 내에 있는 수정들 및 변형들을 포함할 수 있다.

Claims (15)

  1. 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 유체 채널을 포함하는 열 관리 시스템으로서,
    상기 제1 단부는 제1 열 질량의 제1 수준을 따라 연장되는 복수의 병렬 제1 유동 경로들과 유체 연통하고, 상기 복수의 제1 유동 경로들은 제2 열 질량의 제2 수준을 따라 연장되는 복수의 병렬 제2 유동 경로들과 유체 연통하고,
    상기 복수의 제1 유동 경로들은 상기 복수의 제2 유동 경로들과 동일한 개수의 유동 경로들을 포함하고, 상기 복수의 제1 유동 경로들 및 상기 복수의 제2 유동 경로들 각각은 4개의 유동 경로들을 포함하는, 열 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 열 교환기에 유체적으로 연결되는, 열 관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열 질량은 지지 조립체를 포함하고, 상기 제1 유동 경로들 각각은 가열기 베이스를 둘러싸는, 열 관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 열 질량은 최상부 플레이트를 포함하고, 상기 제2 유동 경로들 각각은 기판 처리 영역을 둘러싸는, 열 관리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유동 경로들 및 상기 제2 유동 경로들 각각은 대향류 배열로 배열되는, 열 관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    글리콜을 포함하는, 상기 유체 채널 내의 냉각제를 더 포함하는, 열 관리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 열 교환기에 유체적으로 연결되고, 상기 제2 열 질량은 최상부 플레이트를 포함하고, 상기 제2 유동 경로들 각각은 기판 처리 영역을 둘러싸고, 상기 유체 채널 내에 냉각제를 더 포함하는, 열 관리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유체 채널을 통한 상기 냉각제의 유동을 제어하도록 구성되고 상기 냉각제의 미리 결정된 온도를 유지하기 위해 상기 열 교환기를 제어하도록 구성되는 제어기를 더 포함하는, 열 관리 시스템.
  9. 기판 온도를 제어하는 방법으로서,
    제1 단부 및 제2 단부를 갖는 유체 채널을 통해 냉각제를 유동시키는 단계를 포함하고, 상기 제1 단부는 제1 열 질량의 제1 수준을 따라 연장되는 복수의 병렬 제1 유동 경로들과 유체 연통하고, 상기 복수의 제1 유동 경로들은 제2 열 질량의 제2 수준을 따라 연장되는 복수의 병렬 제2 유동 경로들과 유체 연통하며, 각각의 상기 제2 유동 경로는 기판을 둘러싸고,
    상기 복수의 제1 유동 경로들은 상기 복수의 제2 유동 경로들과 동일한 개수의 유동 경로들을 포함하고, 상기 복수의 제1 유동 경로들 및 상기 복수의 제2 유동 경로들 각각은 4개의 유동 경로들을 포함하는, 기판 온도를 제어하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기판 온도는 약 0.15 ℃ 이하의 범위 내에서 상기 기판에 걸쳐 균일한, 기판 온도를 제어하는 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 열 교환기에 유체적으로 연결되는, 기판 온도를 제어하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    제어기를 통해 상기 냉각제의 미리 결정된 온도를 유지하기 위해 상기 냉각제를 상기 유체 채널 및 상기 열 교환기를 통해 유동시키는 것을 제어하는 단계를 더 포함하는, 기판 온도를 제어하는 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 열 질량은 십자형상부/스피너를 포함하고, 상기 제1 유동 경로들 각각은 가열기 베이스를 둘러싸고, 상기 제2 열 질량은 최상부 플레이트를 포함하는, 기판 온도를 제어하는 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제1 유동 경로들 및 상기 제2 유동 경로들 각각은 대향류 배열로 배열되는, 기판 온도를 제어하는 방법.
  15. 유체 매니폴드로서,
    열 교환기를 제1 수준을 따라 연장되는 복수의 병렬 제1 유동 경로들과 연결하도록 구성된 유입구;
    상기 복수의 병렬 제1 유동 경로들을 제2 수준을 따라 연장되는 복수의 병렬 제2 유동 경로들과 연결하도록 구성된 적어도 하나의 도관; 및
    상기 복수의 병렬 제2 유동 경로들을 상기 열 교환기와 연결하도록 구성된 배출구를 포함하고,
    상기 복수의 제1 유동 경로들은 상기 복수의 제2 유동 경로들과 동일한 개수의 유동 경로들을 포함하고, 상기 복수의 제1 유동 경로들 및 상기 복수의 제2 유동 경로들 각각은 4개의 유동 경로들을 포함하는, 유체 매니폴드.
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