KR20050118716A - 온도 제어면을 갖는 기판 지지체 - Google Patents

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Abstract

온도-제어된 기판 지지면을 갖는 기판 지지체는, 적어도 하나의 액체 소스 및 복수의 액체 흐름 통로를 갖는 액체 공급 시스템을 포함한다. 그 액체 공급 시스템은 액체 흐름 통로로의 액체의 분배를 제어하기 위한 밸브를 포함할 수 있다. 또한, 액체 공급 시스템은 자신의 동작을 제어하기 위한 제어기를 포함할 수 있다. 액체는 액체 흐름 통로를 통하여 다양한 패턴으로 분배될 수 있다. 또한, 기판 지지체는, 기판 지지면과 그 기판 지지면 상에서 지지되는 기판 사이에서 열 전달 가스를 공급하는 열 전달 가스 공급 시스템을 포함할 수 있다.

Description

온도 제어면을 갖는 기판 지지체{SUBSTRATE SUPPORT HAVING TEMPERATURE CONTROLLED SURFACE}
발명의 기술분야
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 좀더 자세하게는, 온도-제어된 기판 지지체에 관한 것이다.
발명의 배경
플라즈마 처리 장치는, 반도체 재료, 유전 재료 및 금속 재료의 플라즈마 에칭, 물리 기상 증착, 화학 기상 증착 (CVD), 이온 주입 및 레지스트 제거를 포함하는 프로세스용으로 이용된다. 그 기판은, 예를 들어, 반도체 웨이퍼 및 평면 스크린 디스플레이를 포함한다. 그 기판은 다양한 정규적 및 비정규적인 형상 및 사이즈를 가질 수 있다.
반도체 재료 처리에서 이용되는 플라즈마 처리 장치의 하나의 타입은, 상부 전극 (애노드) 및 하부 전극 (캐소드) 을 수용하는 반응 챔버를 포함한다. 처리될 기판은 기판 지지체 상의 반응 챔버 내에서 지지된다. 프로세스 가스는 가스 분배 시스템에 의해 반응 챔버로 유입된다. 애노드와 캐소드 사이에서 확립되는 전계는 프로세스 가스로부터 플라즈마를 생성한다.
플라즈마 처리 동안, 에칭에 의한 기판으로부터의 재료 제거 및 기판 상의 재료 증착은 균일하여, 처리된 기판으로부터 제조되는 디바이스가 만족스런 전기적 특성을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 웨이퍼 상에 형성되는 피쳐 (features) 의 사이즈가 감소하는 동안에 반도체 웨이퍼 사이즈는 증가하기 때문에, 이러한 목적을 달성하기는 점점 더 어렵게 된다.
기판은, 기계적인 척 (chucks) 및 정전 척 (ESC) 을 포함하는 기판 홀더 (holder) 에 의해, 플라즈마 처리 동안에 반응 챔버 내의 기판 지지체 상에서 보호된다. 플라즈마 처리 장치에서 이용되는 기판 지지체에서의 열 전달에 영향을 주도록 설계된 시스템은 미국특허 제 5,310,453 호; 제 5,382,311 호; 제 5,609,720 호; 제 5,671,116 호; 제 5,675,471 호; 제 5,835,334 호; 제 6,077,357 호; 제 6,108,189 호; 제 6,179,921 호; 제 6,231,776 호; 제 6,310,755 호; 제 6,373,681 호; 제 6,377,437 호; 제 6,394,797 호; 및 제 6,378,600 호에 개시되어 있다.
발명의 요약
플라즈마 처리 장치에서 유용한 기판 지지체가 제공된다. 그 기판 지지체는, 플라즈마 처리 동안에 기판을 지지하는 기판 지지체의 일면에서의 온도 제어를 제공할 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 기판 지지체는 플라즈마 처리 장치의 반응 챔버에서 기판을 지지하기 위한 지지면을 갖는 보디 (body); 지지면의 제 1 부분의 온도 제어를 제공하도록 보디의 제 1 부분을 통하여 연장되는 제 1 액체 흐름 통로; 지지면의 제 2 부분의 온도 제어를 제공하도록 보디의 제 2 부분을 통하여 연장되는 제 2 액체 흐름 통로; 제 1 액체 흐름 통로와 유체 소통하는 제 1 인렛 (inlet) 및 제 1 아웃렛; 및 제 2 액체 흐름 통로와 유체 소통하는 제 2 인렛 및 제 2 아웃렛을 구비한다.
기판 지지체의 다른 바람직한 실시형태는 플라즈마 처리 장치의 반응 챔버에서 기판을 지지하기 위한 지지면을 갖는 보디, 그 보디에 제공되며 각각이 공급 라인 및 복귀 라인을 갖는 복수의 액체 흐름 통로, 및 적어도 하나의 액체 소스를 포함하는 액체 공급 시스템을 구비한다. 액체 공급 시스템은 적어도 하나의 액체 소스로부터 하나 이상의 선택된 액체 흐름 통로로 액체를 공급하여, 지지면 전반에 걸친 제어된 온도 분배를 야기하도록 동작가능하다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 기판 지지체의 바람직한 실시형태가 이용될 수 있는 예시적인 플라즈마 반응 챔버를 도시한 것이다.
도 2 는 기판 지지체의 바람직한 실시형태의 일부의 측 단면도이다.
도 3 은 방사상으로 분배되는 액체 흐름 통로 및 열 차단부 (thermal breaks) 를 포함하는 기판 지지체의 바람직한 실시형태의 일면의 저부 평면도이다.
도 4 는 액체 흐름 통로 및 열 차단부의 또 다른 분배를 갖는 기판 지지체의 또 다른 바람직한 실시형태의 일면의 저부 평면도이다.
도 5 는 액체 공급 시스템 및 열 전달 가스 공급 시스템을 포함하는 기판 지지체의 바람직한 실시형태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6 은 액체 공급 시스템의 바람직한 실시형태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7 은 액체 공급 시스템의 또 다른 바람직한 실시형태를 개략적으로 도시한 것이다.
바람직한 실시형태의 상세한 설명
플라즈마 처리 장치에서 기판의 플라즈마 처리의 균일도를 향상시키기 위하여, 재료 증착 및/또는 에칭이 발생하는 기판의 노출면에서의 온도 분배를 제어하는 것이 바람직하다. 플라즈마 에칭 프로세스에서, 기판의 노출면에서의 기판 온도 및/또는 화학반응 속도 (rate) 에서의 변동은 에칭 선택도 및 이방성 뿐 아니라 기판의 에칭 속도에서의 바람직하지 않은 변동을 야기할 수 있다. CVD 프로세스와 같은 재료 증착 프로세스에서, 기판 상에 증착되는 재료의 증착 속도 및 조성 및 특성은 증착 동안에 기판의 온도에 의해 크게 영향을 받을 수 있다.
배면측 가스 냉각 (backside gas cooling) 시스템은 기판 지지체와 그 기판 지지체 상에서 지지되는 기판 간의 열 전달을 제공하기 위해 기판 지지체에서 이용되었다. 하지만, 헬륨과 같은 열 전달 가스의 열 전달 효과는 기판 지지체의 표면 상태에 의존하며 그러한 조건은 처리 중에 변할 수도 있다고 판명되었다. 따라서, 열을 제거하기 위한 열 전달 가스의 능력은 처리 중에 감소될 수도 있다.
기판 지지체는 냉각제 흐름 통로를 포함하여 처리 중에 기판 지지체로부터 열을 제거하였다. 그러한 냉각 시스템에서는, 제어된 온도 및 세트 부피측정 흐름 속도에서의 냉각제가 냉각제 흐름 통로로 유입된다. 그 냉각 시스템에서, 기판 지지체는 하나의 공급 라인 및 하나의 복귀 라인을 포함하였다. 그러나, 열이 기판 지지체로부터 제거될 때, 인렛으로부터 아웃렛으로 그 통로의 길이를 따라 현저한 온도 기울기 (gradient) 가 전개될 수 있는 것으로 판명되었다. 따라서, 열 전단 가스 및 기판과 접촉하는 기판 지지체의 표면에서의 온도 균일도가 제어되지 않는다. 또한, 기판 홀더는 기판의 배면측에서 열 싱크 (heat sink) 를 제공한다. 기판으로부터 기판 홀더로의 결과적인 열 전달은 공지된 플라즈마 처리 장치에서의 기판 전반에 걸친 온도의 비-균일도에 기여하였다.
이러한 단점의 관점에서, 플라즈마 처리 장치에서의 이용을 위한 온도-제어된 기판 지지체가 제공된다. 바람직한 실시형태에서, 기판 지지체는 그 기판 지지체의 표면 전반에 걸쳐 온도 제어를 제공한다. 기판 지지체는, 복수의 액체 흐름 통로를 포함하는 액체 공급 시스템을 구비한다. 기판 지지체의 표면의 원하는 온도 제어는 액체 흐름 통로로의 액체의 분배를 제어함으로써 달성될 수 있다. 또한, 액체 흐름 통로를 통한 액체의 온도 및/또는 흐름 속도와 같은 액체의 파라미터는 제어되는 것이 바람직하다.
바람직한 실시형태에서, 기판 지지체의 소정 위치에서의 온도는 액체 흐름 통로의 각 온도와 관련된다. 기판 지지체의 하나 이상의 부분에서 하나 이상의 액체 흐름 통로에서의 액체 흐름을 감소 및/또는 제거함으로써, 그 부분(들)은, 더 높은 속도의 액체 흐름을 갖는 액체 흐름 통로 근방에 위치하는 기판 지지체의 다른 부분들보다 더 고온이 되게 야기될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 기판 지지체의 액체 공급 시스템은 하나 이상의 밸브를 포함한다. 밸브(들)의 동작은, 하나 이상의 액체 흐름 통로에 액체를 분배하고, 하나 이상의 액체 흐름 통로를 통한 액체 흐름을 방지하며/하거나, 하나 이상의 액체 흐름 통로들 사이에서 액체 방향을 전환시키기 위해 제어될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 기판 지지체는 열 전달 가스 공급 시스템을 포함하며, 그 열 전달 가스 공급 시스템은, 기판 상에서 지지되는 반도체 웨이퍼와 같은 기판과 기판 지지체의 표면 사이에 열 전달 가스를 공급하도록 동작가능하다. 기판 지지체에 액체 공급 시스템을 포함시킴으로써, 기판 지지체의 표면에서의 온도 조건이 제어될 수 있으며, 열 전달 가스는, 처리 중에 기판과 기판 지지체 간의 열 전달을 제어하도록 공급될 수 있다. 따라서, 기판 지지체를 이용하여, 웨이퍼 온도의 개선된 제어가 달성될 수 있다.
기판 지지체의 바람직한 실시형태가 이용될 수 있는 예시적인 플라즈마 반응장치 (reactor) 가 도 1 에 도시되어 있다. 플라즈마 반응장치는 유도성 커플형 플라즈마 반응장치이다. 당업자는, 다른 유도성 커플형 플라즈마 반응장치 구성물, ECR, 마그네트론 (magnetron), 및 용량성 커플형 플라즈마 반응장치와 같이, 플라즈마 처리 동안에 기판의 온도 제어가 요구되는 다른 타입의 플라즈마 반응장치에서 기판 지지체가 사용될 수 있음을 알 수 있다. 도 1 에 도시되어 있는 플라즈마 반응장치는, 기판에 대한 RF 바이어스뿐 아니라 기판 (13) 에 대한 클램핑력 (clamping force) 을 제공하는 정정 척 (34) 을 갖는 기판 홀더 (12) 를 포함하는 반응 챔버 (10) 를 구비한다. 기판 (13) 은, 예를 들어, 반도체 웨이퍼일 수 있다. 포커스 링 (focus ring; 14) 은 플라즈마를 기판 (13) 상에서 강화시킨다. 에너지 소스는, 반응 챔버에서 플라즈마를 생성하기 위해 반응 챔버 (10) 의 최상부에 배치된다. 에너지 소스는, 예를 들어, 플라즈마를 생성하기 위하여 RF 소스에 의해 전력공급받는 안테나 (18) 일 수 있다. 반응 챔버 (10) 는, 원하는 압력에서의 챔버의 내부를 유지하기 위해 진공 펌핑 (pumping) 장치를 포함한다.
유전 윈도우 (dielectric window; 20) 는 처리 챔버 (10) 의 내부와 안테나 (18) 사이에 배치되며, 반응 챔버 (10) 의 벽을 생성한다. 가스 분배판 (22) 은 윈도우 (20) 아래에 있으며, 프로세스 가스가 가스 공급부 (23) 로부터 반응 챔버 (10) 로 전달되는 개구부를 포함한다.
동작 시, 기판 (13) 은 기판 홀더 (12) 의 노출면 상에 위치하며 정전 척 (34) 에 의해 위치가 유지된다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 기판 (13) 과 정전 척 (34) 간의 열 전달을 개선시키기 위하여 열 전달 가스를 채용하는 것이 바람직하다. 프로세스 가스는 윈도우 (20) 과 가스 분배판 (22) 사이의 갭 (gap) 을 통하여 반응 챔버 (10) 에 공급된다. 안테나 (18) 에 RF 전력을 공급함으로써, 기판 (13) 과 윈도우 (20) 사이의 공간에서 플라즈마가 발생된다.
도 2 는, 정전 척을 포함하는 기판 지지체 (40) 의 바람직한 실시형태의 일부를 도시한 것이다. 기판 지지체 (40) 는 보디 (50), 유전층 (55), 유전층 (55) 에 삽입된 (embed) 전기 도전성 전극 (60), 그 도전성 재료 (60) 에 전기 접속되는 전원 (65), 및 커버 (70) 를 구비한다. 전원 (65) 은 DC 바이어스를 전극 (60) 에 인가한다. 유전층 (55) 은 노출면 (57) 을 포함하며, 그 노출면 (57) 상에서 기판 (13) 이 지지된다. 노출면 (57) 은 원형인 것이 바람직하다. 커버 (70) 는, 보디 (50) 의 일면 (52) 을 대향하는 면 (72) 을 포함한다.
다른 방법으로, 기판 지지체 (40) 는 기계적인 척과 같은 다른 타입의 척을 포함할 수 있다. 기계적인 척은, 처리 동안에 척 상의 기판을 보호하기 위해 클램핑 링과 같은 기계적인 클램핑 배열을 포함한다.
기판 지지체 (40) 는 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 와 같은 복수의 액체 흐름 통로를 포함하는 것이 바람직하다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 액체는, 노출면 (57) 에서의 온도 분배를 제어하기 위한 제어 방식으로 액체 흐름 통로를 통하여 순환될 수 있다.
또한, 기판 지지체 (40) 는 하나 이상의 열 차단부 (thermal breaks; 90) 를 포함하는 것이 바람직하다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 열 차단부 (90) 는 보디 (50) 의 하나 이상의 부분에서의 열 전달을 감소시킨다. 액체 공급 시스템 및 열 차단부는 기판 지지체 (40) 에서의 제어된 열 전달 능력을 제공함으로써, 기판 (13) 온도의 개선된 제어를 제공한다.
기판 지지체 (40) 의 보디 (50) 는 알루미늄, 알루미늄 합금 등과 같이 적절한 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다.
유전층 (55) 은 알루미나 등과 같은 적절한 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 도전성 재료 (60) 는 텅스텐 등일 수 있다.
커버 (70) 는 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 적절한 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다.
도 3 은 웨이퍼 처리용으로 이용되는 기판 지지체 (40) 의 바람직한 구성을 도시한 것으로, 고리형상 (annular) 의 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 의 배열을 포함한다. 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 는 보디 (50) 의 표면 (52) 에 형성되는 채널을 포함하는 것이 바람직하다. 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 는 노출면 (57) 에 평행인 것이 바람직하다.
커버 (70) 의 표면 (72) 은 보디 (50) 의 표면 (52) 과 접해 있으며, 이에 따라, 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 를 부분적으로 정의한다. 커버 (70) 는 패스너 (fastener) 등에 의해 보디 (50) 에 제거가능하게 부착될 수 있거나, 다른 방법으로, 용접, 브레이징 (brazing) 등에 의해 보디에 영구적으로 부착될 수도 있다.
기판 지지체 (40) 에서의 액체 흐름 통로는, 예를 들어, 반원형, 원형, 직사각형, 정방형, 다른 다각형 등을 포함하여 다양한 단면 형상을 가질 수 있다. 액체 흐름 통로의 단면적 (즉, 횡 단면적) 은, 예를 들어, 액체 흐름 통로를 통한 액체의 원하는 부피측정 흐름 속도 및 그 액체의 열 전달 능력을 포함하여 다양한 고려사항에 기초하여, 액체 흐름 통로의 원하는 부피를 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 액체에 의한 열 전달을 증가시키기 위하여, 액체 흐름 통로를 통한 액체의 부피측정 흐름 속도가 증가될 수 있거나 증가된 열 전달 능력을 갖는 액체가 이용될 수 있다.
기판 지지체 (40) 에서의 액체 흐름 통로는 모두 동일한 단면적을 가질 수 있거나, 2 개 이상의 액체 흐름 통로가 상이한 단면적을 가질 수도 있다. 예를 들어, 상대적으로 더 큰 열 전달이 요구되는 보디 (50) 의 하나 이상의 부분에서, 액체 흐름 통로의 단면적은, 더 낮은 열 전달이 요구되는 다른 부분에서 보다 더 클 수 있다.
도 3 에 도시되어 있는 바람직한 실시형태에서와 같이, 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 는 보디 (50) 의 표면 (52) 에서 동심(同心)으로 배열되는 것이 바람직하다. 액체 흐름 통로의 이러한 동심적인 배열은 노출면 (57) 전반에 걸쳐 방사상의 온도 분배의 제어를 제공할 수 있다.
다른 방법으로, 액체 흐름 통로는, 노출면 (57) 에서의 다른 제어된 공간 온도 분배를 제공하기 위해 기판 지지체 (40) 에서 다른 배열을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 4 는 방사상으로 옵셋되고 외주(外周)로 이격된 액체 흐름 통로 (81, 83, 85, 87) 및 중앙에 위치한 통로 (89) 의 비-동심적인 배열을 나타낸 것이다. 열 차단부 (90) 는 중앙 액체 흐름 통로 (89) 를 둘러싼다. 방사상으로 연장되는 열 차단부 (90) 는 액체 흐름 통로 (81, 83, 85 및 87) 사이에 제공되어, 기판 지지체 (40) 의 일부 및/또는 다른 액체 흐름 통로로부터 액체 흐름 통로를 열적으로 분리한다. 액체 흐름 통로 (81, 83, 85, 87 및 89) 는 고리형상인 것이 바람직하다. 그러나, 액체 흐름 통로는 직사각형, 타원형 등과 같이 다른 구성을 가질 수 있다. 액체 흐름 통로 (81, 83, 85, 87 및 89) 는 노출면 (57) 에 평행인 것이 바람직하다. 그러나, 액체 흐름 통로는 다른 배향(配向)을 가질 수 있다.
기판 지지체 (40) 에서의 액체 흐름 통로는 임의의 적절한 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 액체 흐름 통로는, 머시닝 (machining) 에 의해, 다른 방법으로는, 캐스팅 (casting) 프로세스와 같이 보디를 제조하는데 이용되는 프로세스에 의해, 보디 (50) 의 표면 (52) 에 형성될 수 있다.
액체는, 기판 지지체 (40) 에서 이용하기 위한 적절한 열 전달 특성을 갖는 임의의 액체일 수 있다. 예를 들어, 그 액체는 물 (탈이온수), 에틸렌 글리콜, 실리콘 오일, 물/에틸렌 글리콜 혼합물 등일 수 있다. 액체의 냉각 성능은, 상이한 액체 및/또는 상이한 액체의 혼합물을 이용하고, 액체 흐름 속도를 변경하고/하거나, 액체의 초기 온도 (즉, 하나 이상의 액체 흐름 통로로 유입되는 액체의 온도) 를 변경함으로써 제어될 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 바람직하게는, 액체의 온도는 액체 공급 시스템에 의해 조정될 수 있다.
열 차단부 (90) 는 기판 지지체 (40) 에서의 열 전달을 제어한다. 예를 들어, 도 2 에 도시되어 있는 바람직한 실시형태에서, 열 차단부 (90) 는 인접한 액체 흐름 통로 (80, 82 및 82, 84) 사이에 위치하며, 열 차단부 (90) 는 액체 흐름 통로 (84) 로 둘러싸여 진다. 열 차단부 (90) 는, 액체 흐름 통로를 물리적 및 열적으로 서로 분리시킴으로써, 액체 흐름 통로 (80, 82 및 82, 84) 사이의 일부에서 및 액체 흐름 통로 (84) 내부의 일부에서 보디 (50) 를 통한 열 전달을 감소시킨다. 도 4 에 도시되어 있는 바람직한 실시형태에서, 열 차단부 (90) 는 액체 흐름 통로 (81, 83, 85, 87 및 89) 사이의 열 전달을 제어한다. 액체 흐름 통로 사이의 열 전달을 감소시킴으로써, 서로에 대한 액체 흐름 통로의 열 전달 효과 (즉, 가열 및/또는 냉각) 가 감소되며, 이에 따라, 액체 흐름 통로의 열적 제어를 개선시키며 보디의 일부를 둘러싼다.
또한, 다른 방법으로, 열 차단부는 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) (또는 액체 흐름 통로 (81, 83, 85, 87 및 89)) 의 상부 및/또는 하부, 및/또는 기판 지지체 (40) 의 보디 (50) 의 다른 위치에 제공될 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 열 차단부는 액체 흐름 통로 (80) 으로부터 외측으로 방사상으로 배치되어 이 부분에서의 열 전달이 제어될 수 있다. 열 차단부는 액체 흐름 통로 사이의 일부에서 및/또는 기판 지지체 (40) 의 다른 일부에서 보디 (50) 를 통한 열 전도를 감소시킨다.
열 차단부 (90) 는, 감소된 열 전도도를 갖는 여러 가지의 적절한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열 차단부 (90) 는 공기와 같은 가스 및 액체를 포함하여 낮은 열 전도도를 갖는 적절한 유체를 포함할 수 있다. 다른 방법으로, 열 차단부 (90) 는 적절한 세라믹 재료 및 폴리머와 같은 열적 절연체, 스테인레스 스틸과 같은 다른 재료 및 금속을 포함하여 낮은 열 전도도를 갖는 적절한 고체 재료를 포함할 수 있다.
열 차단부 (90) 는 기판 지지체 (40) 에서의 상이한 구성을 가질 수 있다. 도 1 및 2 에 도시된 바와 같이, 열 차단부 (90) 는 인접한 액체 흐름 통로 사이에, 액체 흐름 통로 근방에, 및/또는 액체 흐름 통로의 상부 및/또는 하부에 위치되는 고리형상의 채널을 포함하는 것이 바람직하다. 열 차단부는 대기(大氣) 에 노출된 부분과 같이 액체 흐름 통로 사이의 공간 (voids) 일 수 있다.
도 5 는 액체 공급 시스템 (100), 열 전달 가스 공급 시스템 (200), 및 제어기 (300) 를 포함하는 기판 지지체 (40) 의 바람직한 실시형태를 도시한 것이다. 액체 공급 시스템 (100) 은, 액체 흐름 통로에 액체를 공급하기 위하여 하나 이상의 액체 소스를 포함한다. 액체 공급 시스템은 액체 소스 (110, 120 및 130) 와 같은 복수의 액체 소스를 포함하는 것이 바람직하다. 액체 소스 (110, 120 및 130) 는, 바람직하게는 선택된 온도 및/또는 흐름 속도로, 각각의 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84 (도 3), 또는 81, 83, 85, 87, 89 (도 4)) 에 액체를 공급하도록 동작가능한 냉각기 (chiller), 열 교환기 등을 포함할 수 있다. 또한, 액체 공급 시스템 (100) 은 적절한 유체 펌프 배열을 포함할 수 있다.
도 2 및 3 에 도시되어 있는 실시형태에서, 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 는, 각각, 액체 소스 (110, 120 및 130) 와의 유체 전달에 있어서, 공급 라인 (112, 122 및 132) 을 각각 포함하며, 복귀 라인 (114, 124 및 134) 을 각각 포함한다. 액체는 액체 소스 (110, 120 및 130) 로부터 공급 라인 (112, 122 및 132) 을 경유하여 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 로 각각 공급되며, 그 액체는 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 를 통하여 순환하며, 그 액체는, 각각 복귀 라인 (114, 124 및 134) 을 경유하여 액체 소스 (110, 120 및 130) 로 각각 복귀한다.
열 전달 가스 공급 시스템 (200) 은 열 전달 가스 소스 (210 및 220) 와 같은 하나 이상의 열 전달 가스 소스를 포함한다. 열 전달 가스 소스 (210, 220) 는 열 전달 가스를 열 전달 가스 통로 (212, 214 및 222, 224) 에 각각 공급한다. 열 전달 가스는 열 전달 가스 통로 (212, 214 및 222, 224) 를 통하여 노출면 (57) 으로 흐르며, 여기서, 열 전달 가스는 노출면 (57) 에 형성되는 개구부 및/또는 채널 (미도시) 을 경유하여 기판 (13) 의 배면측 (14) 과 노출면 (57) 사이의 인터페이스부 (230; 도 5 에서는 확대하여 도시함) 에 분배된다. 기판 지지체의 노출면의 존 (zone) 냉각을 제공하는 적절한 열 전달 가스 공급 시스템은, 여기에서 참조로서 전부 포함되며 공동-양수된 미국특허 제 5,609,720 호에 개시되어 있다.
열 전달 가스는, 플라즈마 처리 동안에 기판 (13) 으로부터 이탈된 열을 충분히 전달하는 열 전달 능력을 갖는 임의의 가스일 수 있다. 예를 들어, 열 전달 가스는 헬륨 등일 수 있다.
액체 소스 (110, 120 및 130) 및 열 전달 가스 소스 (210 및 220) 는 제어기 (300) 에 의해 제어되는 것이 바람직하다. 제어기 (300) 는, 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 에 공급되는 액체의 파라미터를 선택적으로 변경하기 위하여 액체 소스 (110, 120 및 130) 의 동작을 제어하며, 또한, 열 전달 가스 통로 (212, 214 및 222, 224) 에 공급되는 열 전달 가스의 파라미터를 선택적으로 변경하기 위하여 열 전달 가스 소스 (210 및 220) 의 동작을 제어할 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 바람직하게는, 제어기 (300) 는, 액체 소스에 의해 액체 흐름 통로에 공급되는 액체의 분배, 온도 및/또는 흐름 속도를 제어하기 위하여 액체 소스 (110, 120, 130) 의 동작을 제어할 수 있으며, 바람직하게는, 인터페이스부 (230) 에 공급되는 열 전달 가스의 흐름 속도를 제어하기 위해 열 전달 가스 소스 (210 및 220) 의 동작을 제어하여, 노출면 (57) 전반에 걸친 원하는 온도 분배를 달성할 수 있다.
제어기 (300) 는, 기판 지지체 (40) 의 하나 이상의 선택된 위치에서 및/또는 기판 (13) 상에서 (예를 들어, 배면측 (14) 에서) 온도를 측정하도록 배치되는 하나 이상의 온도 센서 (미도시) 로부터 신호를 수신하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 온도 센서는 하나 이상의 액체 흐름 통로 근방의 위치에서, 기판 지지체 (40) 의 주변부에서, 및/또는 노출면 (57) 근방의 위치에서 보디 (50) 내의 온도를 측정하도록 배치될 수 있다. 온도 센서는, 열 전달 가스 소스 (210 및 220) 의 동작의 제어뿐 아니라 액체 소스 (110, 120 및 130) 및 아래에서 설명되는 관련 밸브의 동작의 피드백 제어를 가능케 하기 위해 실시간 온도 측정을 제공하는 것이 바람직하다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 제어기 (300) 는 액체 소스 (110, 120 및 130), 열 전달 가스 소스 (210 및 220), 및 관련 밸브의 동작을 자동으로 제어하도록 프로그램되거나 수동으로 작동가능할 수 있다.
도 6 은 기판 지지체의 액체 공급 시스템 (400) 의 또 다른 바람직한 실시형태를 도시한 것이다. 액체 공급 시스템 (400) 은 냉각기, 열 교환기 등과 같은 액체 소스 (140), 및 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) (또는 액체 흐름 통로 (81, 83, 85, 87, 89)) 로/로부터 유체 전달을 제공하는 공급 라인 (142) 과 복귀 라인 (144) 을 포함한다. 다른 방법으로, 액체 소스 (140) 는, 각각의 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) (또는 액체 흐름 통로 (81, 83, 85, 87, 89)) 와 동작적으로 각각 연관되는 별도의 냉각기, 열 교환기 등과 같은 복수의 소스를 포함할 수 있다. 또한, 액체 공급 시스템 (400) 은 적절한 유체 펌프 배열을 포함할 수 있다.
액체 공급 시스템 (400) 에서의 액체 흐름 통로로/로부터 액체의 분배의 제어를 제공하기 위하여, 하나 이상의 밸브가 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) (또는 액체 흐름 통로 (81, 83, 85, 87, 89)) 와 동작적으로 연관되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 밸브 (150 및 152) 는 액체 흐름 통로 (80) 와 동작적으로 연관되는 것이 바람직하며, 밸브 (154 및 156) 는 액체 흐름 통로 (82) 와 동작적으로 연관되는 것이 바람직하며, 밸브 (158 및 160) 는 액체 흐름 통로 (84) 와 동작적으로 연관되는 것이 바람직하다.
밸브 (152, 156 및 160) 는 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 를 통하여 액체의 다양한 흐름 패턴을 제공하도록 동작가능한 것이 바람직하다. 밸브 (152, 156 및 160) 및 액체 소스 (140) 는 제어기 (300) 에 의해 제어되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시형태에서, 액체는 냉각제 흐름 통로 (80, 82 및 84) 를 통하여 방향 A 로 순차적으로 분배된다. 예를 들어, 밸브 (152, 156 및 160) 는 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 를 통해 이 순서로 액체를 순차적으로 흐르도록 작동될 수 있다. 이러한 순차적인 흐름을 달성하기 위하여, 액체는 먼저 액체 소스 (140) 로부터 공급 라인 (142) 및 공급 라인 (112) 을 경유하여 액체 흐름 통로 (80) 에 분배되며, 밸브 (156 및 160) 는 닫힌다. 다음으로, 액체 흐름 통로 (82) 에 액체를 분배하기 위하여, 밸브 (156) 가 열리고 밸브 (160) 는 닫힌다.
액체 흐름 통로 (80 및 82) 를 통하여 액체가 동시에 흐를 것을 원하지 않으면, 액체 흐름 통로 (80) 를 통한 흐름을 종료시키도록 밸브 (152) 가 닫힐 수 있다. 또한, 감소된 흐름 속도지만, 액체 흐름 통로 (82) 를 통해 액체가 흐를 때, 액체 흐름 통로 (80) 를 통한 액체의 흐름을 계속하길 원하면, 밸브 (152) 는 부분적으로 닫혀, 액체 흐름 통로 (80) 를 통한 흐름을 감소시킬 수 있다. 또한, 액체 흐름 통로 (84) 에 액체를 분배하기 위해서는, 밸브 (160) 가 열린다. 액체 흐름 통로 (80) 및/또는 액체 흐름 통로 (82) 를 통하여 액체가 동시에 흐를 것을 원하지 않으면, 액체 흐름 통로 (80) 및/또는 액체 흐름 통로 (82), 그리고 액체 흐름 통로 (84) 를 통한 흐름을 종료시키도록 밸브 (152) 및/또는 밸브 (156) 가 닫힐 수 있다. 또한, 감소된 흐름 속도지만, 액체 흐름 통로 (84) 를 통해 액체가 흐름과 동시에, 액체 흐름 통로 (80) 및/또는 액체 흐름 통로 (82) 를 통한 액체의 흐름을 계속하길 원하면, 밸브 (152) 및/또는 밸브 (156) 는 부분적으로 닫혀, 액체 흐름 통로 (80) 및/또는 액체 흐름 통로 (82) 를 통한 흐름을 감소시킬 수 있다.
또 다른 바람직한 실시형태에서, 하나 이상의 냉각제 흐름 통로 (80, 82 및 84) (또는 액체 흐름 통로 (81, 83, 85, 87, 89)) 는 하나 이상의 넌-바이패스 (non-bypass) 액체 흐름 통로로의 유체의 부피측정 흐름을 증가시키기 위하여 액체에 의해 바이패스될 수 있다. 이러한 실시형태들은 기판 지지체 (40) 의 선택된 부분에서의 온도 조정으로 하여금 노출면 (57) 전반에 걸친 원하는 온도 분배를 달성 및/또는 유지하도록 한다. 액체는 액체 소스 (140) 로부터 공급 라인 (142) 을 경유하여 하나 또는 2 개의 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 로 분배된다. 예를 들어, 액체는 액체 흐름 통로 (80) 로 분배되고, 그 후, 액체 흐름 통로 (82, 84) 중 하나에만 분배될 수 있거나, 다른 방법으로, 밸브 (156 및 160) 를 열거나/열고 닫음으로써, 복귀 라인 (144) 을 경유하여 액체 소스 (140) 로 복귀될 수 있다. 예를 들어, 액체 흐름 통로 (84) 를 통한 액체 흐름을 원하지만, 또한, 액체 흐름 통로 (82) 를 통한 흐름은 원하질 않으면, 밸브 (160) 는 열리고 밸브 (156) 은 닫힐 수 있다. 만약 액체 흐름 통로 (82, 84) 모두를 바이패스하고, 액체 흐름 통로 (80) 로부터 복귀 라인 (144) 을 경유하여 액체 소스 (140) 로 액체를 직접 복귀시키길 원하면, 밸브 (154 및 158) 은 열리고 밸브 (156 및 160) 는 모두 닫힐 수 있다.
또 다른 바람직한 실시형태에서, 액체 냉각제 공급 시스템 (400) 은 복귀 라인 (144) 으로부터 공급 라인 (142) 으로 역방향 B 로 액체를 분배하도록 작동될 수 있다. 예를 들어, 액체 흐름 통로 (84, 82 및 80) 으로 이 순서로 액체를 순차적으로 분배하거나, 임의의 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 를 바이패스하길 원하면, 그 액체는 방향 B 로 흐를 수 있으며 밸브 (152, 156 및 160) 는 원하는 액체 분배를 달성하도록 작동될 수 있다.
바람직하게는, (여기서 설명되는 액체 공급 시스템의 다른 실시형태뿐 아니라) 액체 공급 시스템 (400) 은, 액체가 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) (또는 액체 흐름 통로 (81, 83, 85, 87, 89)) 를 통해 흐를 때의 양을 변경하도록 동작가능하다. 예를 들어, 액체는, 액체 흐름 통로 (84) 에 의해 영향을 받는 보디 (50) 의 일부에서의 냉각을 개선시키기 위하여, 액체 흐름 통로 (80) 및/또는 액체 흐름 통로 (82) 를 통하는 것 보다 더 오래도록 액체 흐름 통로 (84) 를 통해 흐를 수 있다.
또한, 바람직하게는, (여기서 설명되는 액체 공급 시스템의 다른 실시형태뿐 아니라) 액체 공급 시스템 (400) 은, 각각의 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) (또는 액체 흐름 통로 (81, 83, 85, 87, 89)) 를 통한 액체의 상이한 흐름 속도를 제공하도록 동작가능하다. 예를 들어, 액체 흐름 통로 (84) 를 통한 액체의 흐름 속도를 증가시키기 위하여, 밸브 (152) 및/또는 밸브 (156) 는 부분적으로 또는 완전히 닫혀, 액체 흐름 통로 (80) 및/또는 액체 흐름 통로 (82) 를 감소 또는 종료시킬 수 있다. 또한, 액체 소스 (140) 에 의해 공급되는 액체의 흐름 속도는 부분적으로 또는 완전히 닫혀진 위치에서의 밸브 (152) 및/또는 밸브 (156) 에 의해 증가될 수 있다. 하나 이상의 액체 흐름 통로를 통한 액체 흐름의 감소 및/또는 제거는 그 액체 흐름 통로에 의해 영향을 받는 보디 (50) 의 일부의 가열을 야기하지만, 증가된 액체 흐름을 갖는 액체 흐름 통로에 의해 영향을 받는 보디 (50) 의 그 일부로부터의 열 제거가 증가된다.
또한, 바람직하게는, 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) (또는 액체 흐름 통로 (81, 83, 85, 87, 89)) 에 분배되는 액체의 온도가 제어될 수 있다. 예를 들어, 바람직하게는, 액체는 액체 소스 (140) 로부터 각각의 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 로 거의 동일한 온도로 공급될 수 있다. 다른 방법으로, 액체는 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 중 적어도 하나에 상이한 온도로 공급될 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제 1 온도를 갖는 액체는 액체 흐름 통로 (84) 에 공급될 수 있지만, 더 높거나 낮은 제 2 온도를 갖는 액체는 액체 흐름 통로 (80 및 82) 에 공급될 수 있다. 다른 방법으로, 3 개의 상이한 온도를 갖는 액체가 각각의 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 에 분배될 수 있다.
기판 지지체 (40) 에서의 액체 흐름 통로의 수는 냉각을 제어하기 위해 변경될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지체 (40) 는 2 개, 4 개, 5 개 (예를 들어, 도 5) 또는 그 이상과 같은 냉각제 흐름 통로의 다른 개수뿐 아니라, 도 6 에 도시된 실시형태에서와 같이, 3 개의 액체 흐름 통로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6 에 도시되어 있는 기판 지지체 (40) 에서, 액체 흐름 통로의 수는 중간 액체 흐름 통로 (82) 를 제거함으로써 2 개로 감소될 수 있다. 다른 방법으로, 제 4 액체 흐름 통로 (미도시) 가 액체 흐름 통로 (84) 로부터 외측으로 방사상으로 제공되어, 보디 (50) 의 주변부에서의 온도의 제어가 제공될 수 있다.
밸브 (150, 152, 154, 156, 158 및 160) 는 양방향 밸브인 것이 바람직하다. 그러나, 다른 방법으로, 단방향 밸브, 3-방향 밸브 및/또는 다른 적절한 밸브와 같은 다른 타입의 밸브가 액체 공급 시스템 (400) 에서 (그리고, 여기서 설명되는 액체 공급 시스템의 다른 실시형태에서) 이용될 수도 있다. 예를 들어, 역방향 흐름 능력이 요구되지 않으면, 밸브 (150, 152, 154, 156, 158 및 160) 는 단방향 밸브일 수 있다. 다른 방법으로, 액체 공급 시스템 (400) 및 여기서 설명되는 액체 공급 시스템의 다른 실시형태에서 밸브의 수를 감소시키기 위하여, 하나 이상의 3-방향 밸브가 이용될 수 있다. 바람직하게는, 밸브는 그 밸브를 통한 유체 흐름 속도를 제어하도록 동작가능하다.
도 7 은, 액체 소스 (140) 및 냉각제 흐름 통로 (80, 82 및 84) 를 포함하는 액체 공급 시스템 (500) 의 또 다른 바람직한 실시형태를 도시한 것이다. 액체 소스 (140) 는 단일의 냉각기, 열 교환기 등을 포함할 수 있거나 복수의 액체 소스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 액체 소스 (140) 는 각각의 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 와 동작적으로 각각 연관되는 액체 소스를 포함할 수 있다. 다른 방법으로, 아래에서 설명되는 바와 같이, 각각의 액체 소스는 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 중 2 개 이상과 동작적으로 연관될 수 있다. 또한, 냉각제 공급 시스템 (500) 은 그 동작을 제어하기 위한 제어기 (미도시) 를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 액체 공급 시스템 (500) 은 적절한 유체 펌프 배열을 포함할 수 있다.
액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 는 연관된 공급 라인 (112, 122 및 132) 를 각각 가지며, 연관된 복귀 라인 (114, 124 및 134) 을 각각 가진다. 밸브 (116, 126 및 136) 는 공급 라인 (112, 122 및 132) 내에 각각 제공되며, 밸브 (114, 124 및 134) 는 복귀 라인 (114, 124 및 134) 내에 각각 제공되는 것이 바람직하다. 바이패스 (115 및 125) 는 공급 라인 (112, 122 및 122, 132) 간의 유체 전달을 각각 제공하며, 바이패스 (119 및 129) 는 복귀 라인 (114, 124 및 124, 134) 간의 유체 전달을 각각 제공한다.
바람직하게는, 액체 공급 시스템 (500) 은 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 를 통한 액체의 상이한 흐름 패턴을 제공하도록 동작가능하다. 예를 들어, 액체는 밸브의 선택적인 동작에 의해 오직 하나, 오직 2 개, 또는 3 개 모두의 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 에 분배될 수 있다. 예를 들어, 액체 흐름 통로 (80) 에만 액체를 분배하기 위하여, 밸브 (116 및 118) 는 열리고 밸브 (117, 121, 126 및 136) 는 닫힐 수 있다.
액체 흐름 통로 (82) 에만 액체를 분배하기 위하여, 밸브는 다양한 또 다른 구성으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 밸브 (126 및 128) 를 제외한 모든 밸브가 닫힐 수 있다. 다른 방법으로, 밸브 (118, 121, 131 및 138) 이 닫히고 밸브 (116, 117, 126, 128, 127 및 136) 가 열릴 수 있다. 이러한 배열에서, 액체 흐름 통로 (82) 를 통한 액체의 흐름 속도는, 공급 라인 (112 및 132) 으로부터 액체 흐름 통로 (82) 에 분배된 액체에 의해 개선될 수 있다. 다른 방법으로, 밸브 (116 및 117) 또는 밸브 (127, 136) 는, 공급 라인 (112 또는 132) 으로부터 액체 흐름 통로 (82) 와 연관된 공급 라인 (122) 으로의 액체의 분배를 방지하도록 닫힐 수 있다.
액체 흐름 통로 (84) 에 액체를 분배하지 않고 액체 흐름 통로 (80 및 82) 에 액체를 분배하기 위하여, 밸브는 다양한 또 다른 구성으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 밸브 (127, 131, 136 및 138) 가 닫히고 밸브 (116, 117, 126, 118, 121 및 128) 가 열릴 수 있다. 이러한 배열에서, 액체는 바이패스 (115 및 119) 를 경유하여 분배될 수 있다. 다른 방법으로, 밸브 (127, 131, 136 및 138) 및 추가적인 밸브 (117 및 121) 가 닫히고 밸브 (116, 126, 118 및 128) 가 열릴 수 있다. 이러한 배열에서, 액체는 바이패스 (115 및 119) 를 통하여 분배되지 않는다.
각각의 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 에 액체를 분배하기 위하여, 밸브는 다양한 또 다른 구성으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 액체가 바이패스 (117, 121, 127 및 131) 를 경유하여 분배되도록 모든 밸브가 열릴 수 있다. 다른 방법으로, 밸브 (117, 121, 127 및 131) 중 하나 이상은, 바이패스 (115, 119, 125 및 129) 중 하나 이상을 통한 액체 흐름을 각각 방지하기 위하여 닫힐 수 있다.
액체는 다양한 일시적인 흐름 패턴으로 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 에 분배될 수 있다. 예를 들어, 액체는 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 에 이 순서로, 액체 흐름 통로 (84, 82 및 80) 에 이 순서로, 액체 흐름 통로 (80, 84 및 82) 에 이 순서로, 또는 액체 흐름 통로 (84, 80 및 82) 에 이 순서로 순차적으로 분배될 수 있다.
다른 방법으로, 도 7 에 도시되어 있는 액체 공급 시스템 (500) 에서의 액체 흐름의 방향은 방향 A 로부터 방향 B 로 반전되어, 하나 이상의 공급 라인 (112, 122 및 132) 이 복귀 라인으로서 기능하는 동안에 하나 이상의 복귀 라인 (114, 124 및 134) 이 공급 라인으로서 기능하게 할 수 있다.
바람직하게는, 도 7 에 도시되어 있는 액체 공급 시스템 (500) 은, 액체가 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 를 통하여 흐를 때의 양을 제어하도록 동작가능하다. 또한, 바람직하게는, 액체 공급 시스템 (500) 은 각각의 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 를 통한 액체의 상이한 흐름 속도를 제공하도록 동작가능하다. 또한, 바람직하게는, 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 에 분배되는 액체의 온도는 제어가능하다. 예를 들어, 바람직하게는, 액체는 액체 소스 (140) 로부터 각각의 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 에 거의 동일한 온도로 공급될 수 있다. 다른 방법으로, 그 액체는 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 중 적어도 하나에 상이한 온도로 공급될 수 있다.
바람직하게는, 제어기는 액체 소스 (140) 및 밸브 (116, 117, 118, 121, 126, 127, 128, 131, 136 및 138) 의 동작을 제어하여 액체 흐름 통로 (80, 82 및 84) 를 통한 액체 흐름을 제어함으로써, 기판 지지체 (40) 의 노출면 (57) 에서의 온도 분배를 제어하도록 동작가능하다. 또한, 바람직하게는, 제어기는 기판 지지체의 노출면과 그 노출면 상에서 지지되는 기판의 배면측 간의 열 전달 가스의 분배를 제어하도록 동작가능하다.
따라서, 액체 분배의 제어를 복수의 액체 흐름 통로에 제공함으로써, 기판 지지체 (40) 는 그 기판 지지체 상에서 지지되는 기판의 개선된 온도 제어를 제공할 수 있다. 또한, 기판 지지체는 열 전달 가스의 제어된 분배를 제공하는 것이 바람직하다. 기판 지지체는 상이한 프로세스 필요성에 따라 기판 온도 프로파일을 제공할 수 있다. 예를 들어, 기판 지지체는 기판 전반에 걸쳐 균일한 또는 비-균일한 방사상의 온도 분배를 제공할 수 있거나, 다른 방법으로, 다른 원하는 균일한 또는 비-균일한 온도 분배를 제공할 수 있다.
기판 지지체는, 플라즈마 에칭, 물리 기상 증착, 화학 기상 증착 (CVD), 이온 주입 및 레지스트 제거를 포함하여 다양한 플라즈마 처리 동작이 수행되는 플라즈마 처리 장치에서 이용될 수 있다. 플라즈마 처리 동작은 반도체 재료, 유전 재료 및 금속 재료를 포함하여 다양한 기판 재료에 대하여 수행될 수 있다. 기판 지지체는 그러한 플라즈마 처리 동작 동안에 기판의 개선된 온도 제어를 제공할 수 있다. 또한, 기판 지지체는 다양한 타입의 플라즈마 처리 장치에서 이용될 수 있다.
본 발명은 그 특정 실시형태를 참조하여 상세히 설명되었지만, 당업자는, 첨부된 특허청구범위의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 변형이 가능하며 균등하게 이용될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (43)

  1. 플라즈마 처리 장치에서 유용한 기판 지지체로서,
    플라즈마 처리 장치의 반응 챔버에서 기판을 지지하는 지지면을 갖는 보디;
    상기 지지면의 제 1 부분의 온도 제어를 제공하도록 상기 보디의 제 1 부분을 통하여 연장되는 제 1 액체 흐름 통로;
    상기 지지면의 제 2 부분의 온도 제어를 제공하도록 상기 보디의 제 2 부분을 통하여 연장되는 제 2 액체 흐름 통로;
    상기 제 1 액체 흐름 통로와 유체 소통하는 제 1 인렛 (inlet);
    상기 제 2 액체 흐름 통로와 유체 소통하는 제 2 인렛;
    상기 제 1 액체 흐름 통로와 유체 소통하는 제 1 아웃렛; 및
    상기 제 2 액체 흐름 통로와 유체 소통하는 제 2 아웃렛을 구비하는, 기판 지지체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 인렛과 유체 소통하는 제 1 공급 라인;
    상기 제 2 인렛과 유체 소통하는 제 2 공급 라인;
    상기 제 1 아웃렛과 유체 소통하는 제 1 복귀 라인 (return line); 및
    상기 제 2 아웃렛과 유체 소통하는 제 2 복귀 라인을 더 구비하는, 기판 지지체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 공급 라인 및 상기 제 2 공급 라인과 유체 소통하는 온도-제어된 액체의 소스;
    상기 제 1 공급 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하도록 동작가능한 제 1 밸브; 및
    상기 제 2 공급 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하도록 동작가능한 제 2 밸브를 더 구비하는, 기판 지지체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 복귀 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하도록 동작가능한 제 3 밸브; 및
    상기 제 2 복귀 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하도록 동작가능한 제 4 밸브를 더 구비하는, 기판 지지체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공급 라인과 유체 소통하는 온도-제어된 액체의 제 1 소스;
    상기 제 1 공급 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하도록 동작가능한 제 1 밸브;
    상기 제 2 공급 라인과 유체 소통하는 온도-제어된 액체의 제 2 소스; 및
    상기 제 2 공급 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하도록 동작가능한 제 2 밸브를 더 구비하는, 기판 지지체.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브를 선택적으로 개폐하도록 동작가능한 제어기를 더 구비하는, 기판 지지체.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브를 선택적으로 개폐하도록 동작가능한 제어기를 더 구비하는, 기판 지지체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지면은 원형이며,
    상기 제 1 액체 흐름 통로는 상기 지지면에 평행이며 외주 (circumferential) 방향으로 연장되며,
    상기 제 2 액체 흐름 통로는, 상기 지지면에 평행이며 외주 방향으로 연장되며 상기 제 1 액체 흐름 통로와 동심(同心)인, 기판 지지체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지면은 원형이며,
    상기 제 1 액체 흐름 통로는 상기 지지면에 평행이며 외주 방향으로 연장되며,
    상기 제 2 액체 흐름 통로는, 상기 지지면에 평행이며 외주 방향으로 연장되며 상기 제 1 액체 흐름 통로와 비-동심인, 기판 지지체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지면은 정전 척 (chuck) 의 노출면을 포함하는, 기판 지지체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 보디는 상기 제 1 액체 흐름 통로와 제 2 액체 흐름 통로 사이에 열 차단부를 포함하는, 기판 지지체
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 열 차단부는 상기 보디로 연장되는 개방 채널을 포함하는, 기판 지지체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지면의 제 3 부분의 온도 제어를 제공하도록 상기 보디의 제 3 부분을 통하여 연장되는 제 3 액체 흐름 통로; 및
    상기 제 3 액체 흐름 통로와 유체 소통하는 제 3 인렛을 더 구비하는, 기판 지지체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 지지 보디는, 상기 제 1 액체 흐름 통로와 제 2 액체 흐름 통로 사이에 제 1 열 차단부를 포함하고, 상기 제 2 액체 흐름 통로와 제 3 액체 흐름 통로 사이에 제 2 열 차단부를 포함하는, 기판 지지체.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지면 상에서 개구하는 적어도 하나의 가스 통로; 및
    열 전달 가스가 상기 가스 통로에 공급될 수 있는 가스 공급 인렛을 더 구비하는, 기판 지지체.
  16. 제 2 항에 있어서,
    온도-제어된 액체의 소스;
    제 1 밸브;
    제 2 밸브;
    제 3 밸브;
    제 4 밸브; 및
    상기 제 1 공급 라인, 제 2 공급 라인, 제 1 복귀 라인 및 제 2 복귀 라인과 유체 소통하는 공통 라인을 더 구비하며,
    상기 공통 라인은, (i) 상기 온도-제어된 액체의 소스로부터 상기 제 1 공급 라인 및 제 2 공급 라인에 액체를 공급하며 (ii) 상기 제 1 복귀 라인 및 제 2 복귀 라인으로부터 액체를 수용하며,
    상기 제 1 밸브는 상기 제 1 복귀 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하며,
    상기 제 2 밸브는 상기 제 2 복귀 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하며,
    상기 제 3 밸브는 상기 제 1 공급 라인과 제 1 복귀 라인 사이의 상기 공통 라인의 일부를 통한 상기 액체의 흐름을 제어하며,
    상기 제 4 밸브는 상기 제 2 공급 라인과 제 2 복귀 라인 사이의 상기 공통 라인의 일부를 통한 상기 액체의 흐름을 제어하는, 기판 지지체.
  17. 제 1 항에 있어서,
    온도-제어된 액체의 소스;
    제 1 밸브;
    제 2 밸브;
    제 3 밸브;
    제 4 밸브;
    제 5 밸브;
    제 6 밸브; 및
    상기 제 1 공급 라인, 제 1 복귀 라인, 제 2 공급 라인 및 제 2 복귀 라인과 유체 소통하는 제 1 접속 라인 및 제 2 접속 라인을 더 구비하며,
    상기 제 1 공급 라인 및 제 2 공급 라인은 상기 온도-제어된 액체의 소스로부터 상기 제 1 액체 흐름 통로 및 제 2 액체 흐름 통로에 액체를 각각 공급하며,
    상기 제 1 접속 라인은 상기 제 1 공급 라인과 제 2 공급 라인 사이에서 연장되며,
    상기 제 2 접속 라인은 상기 제 1 복귀 라인과 제 2 복귀 라인 사이에서 연장되며,
    상기 제 1 밸브는 상기 제 1 공급 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하며,
    상기 제 2 밸브는 상기 제 2 공급 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하며,
    상기 제 3 밸브는 상기 제 1 접속 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하며,
    상기 제 4 밸브는 상기 제 1 복귀 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하며,
    상기 제 5 밸브는 상기 제 2 복귀 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하며,
    상기 제 6 밸브는 상기 제 2 접속 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하는, 기판 지지체.
  18. 제 1 항에 기재된 기판 지지체를 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  19. 플라즈마 처리 장치에서의 기판 지지체를 열적으로 제어하는 방법으로서,
    플라즈마 처리 장치의 반응 챔버 내의 제 1 항에 기재된 기판 지지체의 지지면 상에 기판을 위치시키는 단계;
    상기 반응 챔버로 프로세스 가스를 유입시키는 단계;
    상기 반응 챔버에서의 상기 프로세스 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계;
    상기 기판을 처리하는 단계; 및
    상기 지지면의 제 1 부분 및/또는 제 2 부분에서의 온도를 제어하도록, 적어도 하나의 액체 소스로부터, 제 1 인렛을 경유하여 적어도 제 1 액체 흐름 통로에 및/또는 제 2 인렛을 경유하여 제 2 액체 흐름 통로에 액체를 선택적으로 분배하는 단계를 포함하는, 제어 방법.
  20. 플라즈마 처리 장치용으로 유용한 기판 지지체로서,
    플라즈마 처리 장치의 반응 챔버에서 기판을 지지하는 지지면을 갖는 보디;
    상기 보디에 제공되며, 각각이 공급 라인 및 복귀 라인을 갖는 복수의 액체 흐름 통로; 및
    상기 액체 흐름 통로의 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인과 유체 소통하는 적어도 하나의 액체 소스를 포함하는 액체 공급 시스템으로서, 상기 액체 공급 시스템은 상기 적어도 하나의 액체 소스로부터 하나 이상의 선택된 액체 흐름 통로로 액체를 공급하여 상기 지지면의 하나 이상의 선택된 부분에서의 온도를 제어하도록 동작가능한, 상기 액체 공급 시스템을 구비하는, 기판 지지체.
  21. 제 20 항에 있어서,
    (i) 상기 적어도 하나의 액체 소스로부터 상기 선택된 액체 흐름 통로 중 2 개 이상의 통로로 상기 액체를 순차적으로 분배하며,
    (ii) 상기 액체 흐름 통로 중 적어도 하나의 통로를 바이패스하면서, 상기 적어도 하나의 액체 소스로부터 상기 액체 흐름 통로 중 적어도 하나의 통로로 상기 액체를 분배하며,
    (iii) 상기 선택된 액체 흐름 통로에 분배되는 상기 액체의 온도를 제어하며,
    (iv) 상기 선택된 액체 흐름 통로에 분배되는 상기 액체의 흐름 속도를 제어하며, 및/또는
    (v) 상기 선택된 액체 흐름 통로를 통한 상기 액체의 흐름 방향을 제어하도록, 상기 액체 공급 시스템의 동작을 제어하도록 동작가능한 제어기를 더 구비하는, 기판 지지체.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 액체 흐름 통로는 상기 보디에 동심으로 배열되는, 기판 지지체.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 액체 소스는, 상기 액체의 온도를 제어하도록 동작가능한 적어도 하나의 냉각기 및/또는 열 교환기를 포함하는, 기판 지지체.
  24. 제 20 항에 있어서,
    적어도 2 개의 액체 흐름 통로를 서로 열적으로 분리하는 적어도 하나의 열 차단부를 더 구비하는, 기판 지지체.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 지지면과 상기 기판 사이에 열 전달 가스를 공급하도록 동작가능한 열 전달 가스 공급 시스템을 더 구비하는, 기판 지지체.
  26. 제 20 항에 있어서,
    정전 척을 포함하는, 기판 지지체.
  27. 제 20 항에 기재된 기판 지지체를 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  28. 플라즈마 처리 장치에서의 기판 지지체를 열적으로 제어하는 방법으로서,
    플라즈마 처리 장치의 반응 챔버 내의 제 20 항에 기재된 기판 지지체의 지지면 상에 기판을 위치시키는 단계;
    상기 반응 챔버로 프로세스 가스를 유입시키는 단계;
    상기 반응 챔버에서의 상기 프로세스 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계;
    상기 기판을 처리하는 단계; 및
    상기 지지면의 하나 이상의 부분에서의 온도를 제어하도록, 적어도 하나의 액체 소스로부터, 제 1 인렛를 경유하여 적어도 제 1 액체 흐름 통로에 및/또는 제 2 인렛을 경유하여 제 2 액체 흐름 통로에 액체를 선택적으로 분배하는 단계를 포함하는, 제어 방법.
  29. 플라즈마 처리 장치에서의 반도체 기판을 처리하는 방법으로서,
    플라즈마 처리 장치의 반응 챔버에서의 지지 보디의 지지면 상의 반도체 기판을 지지하는 단계;
    상기 지지면의 제 1 부분의 온도 제어를 제공하도록, 상기 지지 보디의 제 1 부분을 통하여 연장되는 제 1 액체 흐름 통로에서 액체를 순환시키는 단계; 및
    상기 지지면의 제 2 부분의 온도 제어를 제공하도록, 상기 지지 보디의 제 2 부분을 통하여 연장되는 제 2 액체 흐름 통로에서 액체를 순환시키는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 액체 흐름 통로와 유체 소통하는 제 1 인렛에 액체를 공급하고, 상기 제 1 액체 흐름 통로와 유체 소통하는 제 1 아웃렛으로부터 액체를 흐르게 하고, 상기 제 2 액체 흐름 통로와 유체 소통하는 제 2 인렛에 액체를 공급하고, 상기 제 2 액체 흐름 통로와 유체 소통하는 제 2 아웃렛으로부터 액체를 흐르게 함으로써, 상기 액체가 상기 제 1 액체 흐름 통로 및 제 2 액체 흐름 통로에서 순환되는, 반도체 기판의 처리 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 1 인렛과 유체 소통하는 제 1 공급 라인을 통하여 액체를 흐르게 하는 단계;
    상기 제 2 인렛과 유체 소통하는 제 2 공급 라인을 통하여 액체를 흐르게 하는 단계;
    상기 제 1 아웃렛과 유체 소통하는 제 1 복귀 라인을 통하여 액체를 흐르게 하는 단계; 및
    상기 제 2 아웃렛과 유체 소통하는 제 2 복귀 라인을 통하여 액체를 흐르게 하는 단계를 더 포함하는, 반도체 기판의 처리 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    온도-제어된 액체의 소스로부터 상기 제 1 공급 라인 및 제 2 공급 라인으로 상기 액체를 흐르게 하는 단계;
    상기 제 1 공급 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하기 위해 제 1 밸브를 개폐하는 단계; 및
    상기 제 2 공급 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하기 위해 제 2 밸브를 개폐하는 단계를 더 포함하는, 반도체 기판의 처리 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 제 1 복귀 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하기 위해 제 3 밸브를 개폐하는 단계; 및
    상기 제 2 복귀 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하기 위해 제 4 밸브를 개폐하는 단계를 더 포함하는, 반도체 기판의 처리 방법.
  33. 제 30 항에 있어서,
    온도-제어된 액체의 제 1 소스로부터 상기 제 1 공급 라인으로 액체를 흐르게 하는 단계;
    상기 제 1 공급 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하기 위해 제 1 밸브를 개폐하는 단계;
    온도-제어된 액체의 제 2 소스로부터 상기 제 2 공급 라인으로 액체를 흐르게 하는 단계; 및
    상기 제 2 공급 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하기 위해 제 2 밸브를 개폐하는 단계를 더 포함하는, 반도체 기판의 처리 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    제어기를 이용하여, 상기 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 선택적으로 개폐하는 단계를 더 포함하는, 반도체 기판의 처리 방법.
  35. 제 31 항에 있어서,
    제어기를 이용하여, 상기 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 선택적으로 개폐하는 단계를 더 포함하는, 반도체 기판의 처리 방법.
  36. 제 29 항에 있어서,
    상기 지지면은 원형 형상이며,
    상기 제 1 액체 흐름 통로는 상기 지지면에 평행이며 외주 방향으로 연장되며,
    상기 제 2 액체 흐름 통로는 상기 지지면에 평행이며 외주 방향으로 연장되며, 상기 제 1 액체 흐름 통로와 동심(同心)이며,
    상기 액체는 상기 제 1 액체 흐름 통로 및 상기 제 2 액체 흐름 통로에서 동일한 방향 또는 반대 방향으로 순환되는, 반도체 기판의 처리 방법.
  37. 제 29 항에 있어서,
    상기 지지면은 원형 형상이며,
    상기 제 1 액체 흐름 통로는 상기 지지면에 평행이며 외주 방향으로 연장되며,
    상기 제 2 액체 흐름 통로는 상기 지지면에 평행이며 외주 방향으로 연장되며, 상기 제 1 액체 흐름 통로와 비-동심이며,
    상기 액체는 상기 제 1 액체 흐름 통로 및 상기 제 2 액체 흐름 통로에서 동일한 방향 또는 반대 방향으로 순환되는, 반도체 기판의 처리 방법.
  38. 제 29 항에 있어서,
    상기 지지면은 정전 척의 노출면을 포함하며,
    상기 기판은 상기 정전 척에 의해 정전적으로 클램핑 (clamp) 되는, 반도체 기판의 처리 방법.
  39. 제 29 항에 있어서,
    상기 지지 보디는 상기 제 1 액체 흐름 통로와 상기 제 2 액체 흐름 통로 사이에서 열 차단부를 포함하며,
    상기 열 차단부는, 상기 지지 보디를 통한 열 전도를 제어하도록 사이징 (size) 되는 개방 채널을 포함하는, 반도체 기판의 처리 방법.
  40. 제 29 항에 있어서,
    상기 지지면의 제 3 부분의 온도 제어를 제공하도록, 상기 보디의 제 3 부분을 통하여 연장되는 제 3 액체 흐름 통로에서 액체를 순환시키는 단계; 및
    상기 제 3 액체 흐름 통로와 유체 소통하는 제 3 인렛으로 액체를 공급하는 단계를 더 포함하는, 반도체 기판의 처리 방법.
  41. 제 29 항에 있어서,
    상기 지지면 상에서 개구하는 적어도 하나의 가스 통로에 열 전달 가스를 공급하는 단계를 더 포함하는, 반도체 기판의 처리 방법.
  42. 제 30 항에 있어서,
    온도-제어된 액체의 소스로부터 액체를 공급하는 단계;
    제 1 밸브, 제 2 밸브, 제 3 밸브 및 제 4 밸브를 포함하는 밸브를 개폐하는 단계; 및
    상기 제 1 공급 라인, 제 2 공급 라인, 제 1 복귀 라인 및 제 2 복귀 라인과 유체 소통하는 공통 라인을 통하여 액체를 흐르게 하는 단계를 더 포함하며,
    상기 공통 라인은, 온도-제어된 액체의 소스로부터 상기 제 1 공급 라인 및 제 2 공급 라인으로 액체를 공급하며,
    상기 공통 라인은 상기 제 1 복귀 라인 및 제 2 복귀 라인으로부터 액체를 수용하며,
    상기 제 1 밸브는 상기 제 1 복귀 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하며,
    상기 제 2 밸브는 상기 제 2 복귀 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하며,
    상기 제 3 밸브는 상기 제 1 공급 라인과 제 1 복귀 라인 사이에서 상기 공통 라인의 일부를 통한 상기 액체의 흐름을 제어하며,
    상기 제 4 밸브는 상기 제 2 공급 라인과 제 2 복귀 라인 사이에서 상기 공통 라인의 일부를 통한 상기 액체의 흐름을 제어하는, 반도체 기판의 처리 방법.
  43. 제 30 항에 있어서,
    온도-제어된 액체의 소스로부터 액체를 공급하는 단계;
    제 1 밸브, 제 2 밸브, 제 3 밸브, 제 4 밸브, 제 5 밸브, 및 제 6 밸브를 포함하는 밸브를 개폐하는 단계; 및
    상기 제 1 공급 라인, 제 2 공급 라인, 제 1 복귀 라인 및 제 2 복귀 라인과 유체 소통하는 제 1 접속 라인 및 제 2 접속 라인을 통하여 액체를 흐르게 하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제 1 공급 라인 및 제 2 공급 라인은, 온도-제어된 액체의 소스로부터 상기 제 1 액체 흐름 통로 및 제 2 액체 흐름 통로로 액체를 공급하며,
    상기 제 1 접속 라인은 상기 제 1 공급 라인과 제 2 공급 라인 사이에서 연장되며,
    상기 제 2 접속 라인은 상기 제 1 복귀 라인과 제 2 복귀 라인 사이에서 연장되며,
    상기 제 1 밸브는 상기 제 1 공급 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하며,
    상기 제 2 밸브는 상기 제 2 공급 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하며,
    상기 제 3 밸브는 상기 제 1 접속 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하며,
    상기 제 4 밸브는 상기 제 1 복귀 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하며,
    상기 제 5 밸브는 상기 제 2 복귀 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하며,
    상기 제 6 밸브는 상기 제 2 접속 라인을 통한 상기 액체의 흐름을 제어하는, 반도체 기판의 처리 방법.
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