KR20140004758A - 다중 구역 페데스탈 히터를 위한 장치 및 방법들 - Google Patents

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지안후아 조우
주안 카를로스 로샤-앨버레즈
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 다중 구역 페데스탈 히터를 제조하기 위한 시스템들, 방법들 및 장치를 제공한다. 다중 구역 페데스탈 히터는 제 1 구역과 제 2 구역을 포함한 히터 플레이트를 포함하고, 제 1 구역은 제 1 가열 요소와 제 1 구역의 온도를 감지하기 위한 제 1 열전대를 포함하며, 제 1 구역은 히터 플레이트의 중앙에 배치되고, 제 2 구역은 제 2 가열 요소와 제 2 구역의 온도를 감지하기 위한 제 1 내장형 열전대를 포함하며, 제 1 내장형 열전대는 히터 플레이트의 중앙으로부터 제 2 구역까지 연장하는 제 1 종편을 포함하고, 제 1 종편은 히터 플레이트 내부에 완전히 매립된다. 다수의 추가적인 양태들이 개시되어 있다.

Description

다중 구역 페데스탈 히터를 위한 장치 및 방법들{METHODS AND APPARATUS FOR A MULTI-ZONE PEDESTAL HEATER}
본원은 2011년 2월 23일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제 13/033,592 호를 우선권 주장하며, 상기 특허출원은 모든 목적들을 위해 그 전체가 본 명세서에 인용에 의해 통합되어 있다.
본 발명은 전자 장치 처리 챔버들을 위한 서셉터 페데스탈에 관한 것으로, 특히, 서셉터 페데스탈들에 내장된 다중 구역 히터들을 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
페데스탈 히터는 처리시 기판에 대한 열 제어를 제공하고, 배기된 챔버 내에서 기판의 위치를 조정하기 위한 이동식 스테이지로서 사용된다. 도 1은 종래의 단일 구역 페데스탈 히터 조립체를 개략적으로 도시하고 있다. 스테인리스 스틸 또는 알루미늄 등의 금속이나 알루미늄 질화물 등의 세라믹으로 제조되는 종래의 페데스탈 히터(100)는, 열원으로 사용되는 가열 요소(104)가 포함되어 있는 수평 플레이트(102)와, 플레이트(102)의 하단 중앙에 부착된 수직 샤프트(106)를 포함한다. 이러한 단일 구역 페데스탈 히터(100)의 온도는 일반적으로 플레이트(102)와 접촉하고 있는 열전대(108)에 의해 측정 및 제어된다. 샤프트(106)는 히터 플레이트(102)에 대한 지지를 제공하고, 처리 챔버(110) 내부에서 히터 플레이트(102)를 승강시킬 수 있다. 샤프트(106)는 열전대(108)와 가열 요소(104)의 단자들이 통과하여 진공 챔버(110) 외부에 접속하는 통로 역할도 한다. 반도체 공정들은 일반적으로 페데스탈 히터(100)의 온도 균일성 또는 프로파일에 매우 민감하다. 이상적인 온도 균일성이나 프로파일은, 온도 설정값, 챔버 압력, 가스 유량 등과 같은 특정 조건들 하에서 가열 요소(104)의 세심한 설계에 의해 구현될 수 있다. 그러나, 반도체 공정들에서, 실제 조건들이 설계 조건에서 벗어나는 경우가 있으며, 그 결과, 이상적인 균일한 온도 프로파일을 유지할 수 없게 된다. 즉, 단일 구역 히터들은 균일한 온도 프로파일을 유지하기에 충분한 조절성을 갖고 있지 않다. 따라서, 보다 균일한 온도 프로파일을 유지할 수 있도록 하는 페데스탈 히터들을 위한 개선된 장치 및 방법들이 필요하다.
일부 실시예들에서, 본 발명은 처리 챔버를 위한 내장형 다중 구역 페데스탈 히터를 제공한다. 상기 다중 구역 페데스탈 히터는 제 1 구역과 제 2 구역을 포함한 히터 플레이트를 포함하고, 제 1 구역은 제 1 가열 요소와 제 1 구역의 온도를 감지하기 위한 제 1 열전대를 포함하며, 제 1 구역은 히터 플레이트의 중앙에 배치되고, 제 2 구역은 제 2 가열 요소와 제 2 구역의 온도를 감지하기 위한 제 1 내장형 열전대를 포함하며, 제 1 내장형 열전대는 히터 플레이트의 중앙으로부터 제 2 구역까지 연장하는 제 1 종편(longitudinal piece)을 포함하고, 제 1 종편은 히터 플레이트 내부에 완전히 매립된다.
일부 다른 실시예들에서, 본 발명은 반도체 처리 챔버에서 사용가능한 페데스탈 히터를 위한 다중 구역 히터 플레이트를 제공한다. 상기 히터 플레이트는 제 1 구역과 제 2 구역을 포함하고, 제 1 구역은 제 1 가열 요소와 제 1 구역의 온도를 감지하기 위한 제 1 열전대를 포함하며, 제 1 구역은 히터 플레이트의 중앙에 배치되고, 제 2 구역은 제 2 가열 요소와 제 2 구역의 온도를 감지하기 위한 제 1 내장형 열전대를 포함하며, 제 1 내장형 열전대는 히터 플레이트의 중앙으로부터 제 2 구역까지 연장하는 제 1 종편을 포함하고, 제 1 종편은 히터 플레이트 내부에 완전히 매립된다.
또 다른 실시예들에서, 본 발명은 처리 챔버를 위한 다중 구역 페데스탈 히터의 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 히터 플레이트를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 히터 플레이트는 제 1 구역과 제 2 구역을 포함하고, 제 1 구역은 제 1 가열 요소와 제 1 구역의 온도를 감지하기 위한 제 1 열전대를 포함하며, 제 1 구역은 히터 플레이트의 중앙에 배치되고, 제 2 구역은 제 2 가열 요소와 제 2 구역의 온도를 감지하기 위한 제 1 내장형 열전대를 포함하며, 제 1 내장형 열전대는 히터 플레이트의 중앙으로부터 제 2 구역까지 연장하는 제 1 종편을 포함하고, 제 1 종편은 히터 플레이트 내부에 완전히 매립된다.
동일한 요소들이 동일한 참조번호들로 표시되어 있는 첨부 도면들을 참조한 이하의 상세한 설명으로부터 본 발명의 특징들을 보다 명확하게 이해할 수 있다.
도 1은 선행 기술에 따른 처리 챔버 내의 종래의 단일 구역 페데스탈 히터 조립체를 도시한 개략도이다.
도 2는 선행 기술에 따른 처리 챔버 내의 종래의 이중 구역 페데스탈 히터 조립체를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 다중 구역 히터 플레이트를 도시한 반전된 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 다중 구역 히터 페데스탈 조립체를 도시한 반전된 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 처리 챔버 내의 다중 구역 히터 페데스탈 조립체를 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 처리 챔버를 위한 다중 구역 페데스탈 히터 조립체의 제조 방법의 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 대안적 실시예에 따른 처리 챔버 내의 다중 구역 페데스탈 히터 조립체를 도시한 개략도이다.
본 발명은 기판 처리 챔버를 위해 개선된 페데스탈 히터 조립체를 위한 장치 및 방법들을 제공한다. 도 1에 나타낸 종래의 페데스탈 히터와 관련하여 상술한 조절성 문제는 도 2에 나타낸 바와 같이 플레이트(102)의 여러 구역(A, B)으로 또는 다른 비율로 화력을 공급하기 위해 히터 플레이트(102)에 2개의 가열 요소(104, 112)들이 내장된 이중 구역 페데스탈 히터(200)를 이용하여 부분적으로 해소될 수 있다. 보다 구체적으로, 가열 요소(104)가 내측 구역(A)을 생성하고 가열 요소(112)가 외측 구역(B)을 생성하는 가열 요소 레이아웃을 가진 이중 구역 히터(200)가 도시되어 있다. 2개의 다른 구역들로 전달되는 전력의 비율에 기초하여 히터 온도 균일성 또는 프로파일을 조절할 수 있다.
그러나, 반도체 챔버(110)들 내의 이중 구역 페데스탈 히터(200)들, 특히 고온으로 작동하는 이중 구역 페데스탈 히터들의 온도를 정확하게 제어하는 것은 어렵다. 정확한 온도 제어를 위해서는, 히터(200)의 각 구역(A, B)에서 신뢰할 수 있는 온도 측정이 필요하다. 단일 구역 히터(100)의 온도를 측정하는 것과 동일한 방식으로 히터(200)의 하단 중앙의 샤프트(106)를 통해 종래의 열전대(108)를 삽입함으로써, 이중 구역 페데스탈 히터(200)의 내측 구역(B) 온도를 측정할 수 있다. 그러나, 외측 구역(B)의 온도 측정에서는, 열팽창 문제로 인해 샤프트가 구역(B) 아래에 커플링될 수 없기 때문에, 이 방법을 이용할 수가 없다.
광 파이프 또는 고온계를 이용한 광학 측정들 및 TCR(저항 온도 계수) 기반 측정 등의 다른 공지의 온도 측정 기술들은, 비생산적 특성화(non-production characterization)에 유용할 수는 있지만, 고온의 반도체 생산 처리 환경에서는 적절하게 또는 신뢰하여 사용될 수 없다.
광학 온도 측정 방법들의 경우에서는, 반도체 공정(예컨대, 증착 또는 에칭)이 방해받지 않도록, 처리 챔버(110) 내부에 고온계들 또는 광 파이프들을 배치하는 것이 어렵다. 또한, 반도체 처리시 피측정 표면 및/또는 센서 윈도우들이 잔류물로 코팅되는 경우, 측정 결과들이 변한다. 마지막으로, 광학 센서들 및 적당한 컨트롤러가 고가이며, 비용 효율적이지 않을 수 있다.
TCR 측정 방법들과 관련하여, 가열 요소 저항은 온도의 함수이기 때문에, 가열 요소의 초기 특성화를 위해서는 통상적으로 TCR 곡선을 결정할 필요가 있다. 반도체 공정들에서, 보간법을 통해 히터 저항값들에 기초하여 히터 온도들을 산출할 수 있다. 그러나, 가열 요소가 온도 변화들에 따라 검출가능한 저항 변화를 나타내지 않으면, TCR 방법은 실현가능하지 않을 것이다. 한편, 가열 요소의 TCR이 측정가능한 경우에도, TCR의 특성화는 히터 의존적이며 시간 소모적이다. 이와 같이 가열 요소의 온도를 측정하기 어렵기 때문에, 실제로, TCR 곡선은 히터 표면들 또는 웨이퍼들 등의 주변 매체들의 온도들에 대해 히터 저항을 연관시킨다. 히터 저항과 히터 온도 간의 이러한 간접적인 관계는 TCR 측정 방법의 신뢰성과 정확성을 더 감소시킨다.
본 발명은 다중 구역 페데스탈 히터 조립체의 여러 구역들 내부의 히터 플레이트 온도들을 정확하게 측정하기 위한 개선된 장치 및 방법들을 제공한다. 다중 구역 페데스탈 히터 조립체의 각 구역으로 내장형 열전대를 통합시킴으로써, 본 발명은 히터 플레이트 전체에서 균일한 온도 프로파일을 유지할 수 있다. 각 구역의 열전대를 통해 측정된 온도 정보에 기초하여, 각 구역의 가열 요소로 공급되는 전력을 조절함으로써, 모든 구역들에 걸쳐 원하는 히터 플레이트 온도 프로파일을 유지할 수 있다.
많은 재료들은, 재료들을 가로질러 온도차가 존재하는 경우, 그들의 양단부들에 걸쳐 전압 강하를 나타낸다. 이러한 속성이 "제백 효과(Seeback effect)"로 알려져 있다. 온도차(delta_T)에 대한 전압 강하(delta_V)의 비율을 제백 계수라 하고, ㎶/℃의 단위로 정량화될 수 있다. 제백 계수는 자료 자체에 의존한다. 종래의 열전대는 접합점과 기준점 간의 온도차를 측정하기 위해 재료의 제백 효과를 이용하며, 통상적으로 상기 기준점은 접합점으로부터 비교적 멀다. 제백 계수가 다른 2개의 다른 재료의 길이들을 접합점에서 커플링하고, 기준점에서(예컨대, 접합점으로부터 반대측 단부에서) 두 재료들 간의 전압 강하를 측정한다. 측정된 전압 강하가 접합점에서의 온도에 해당한다.
열전대를 형성하기 위해 사용되는 두 가지 재료가 서로 다른 제백 계수를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 히터 페데스탈에서 사용하기에 적합하도록 민감한 열전대를 만들기 위해, 가능한 한 제백 계수 차이가 큰 재료들을 선택한다. 이에 따라, 심지어 작은 온도차도 측정 및 기록될 수 있는 검출가능한 전압 신호로 변환될 수 있다. 상업적으로 이용가능한 열전대들은 약 10㎶/℃(B, R 및 S 타입) 내지 약 70㎶/℃(E 타입) 범위의 제백 계수 차이를 갖는다. 그러나, 이러한 열전대들은 페데스탈 히터 플레이트에 내장하거나 고온 응용예들에서 사용하기에 적합하지 않을 수 있다.
본 발명에 따르면, 페데스탈 히터를 위한 내장형 열전대를 형성하기 위해 선택된 재료들은, (1) 제조 공정 중에 손상되지 않을 정도로 충분히 높은 융점과, (2) 반도체 제조 공정들에 영향을 미치는 작은 온도 변화들에 대응하는 전압 신호를 발생시키기에 충분한 제백 계수 차이와, (3) 히터 플레이트나 열전대가 처리 온도들에 노출되었을 때 팽창으로 인해 손상되지 않도록 히터 플레이트의 열팽창 계수에 충분히 가까운 열팽창 계수를 갖는다.
예를 들어, 소결을 이용하여 제조되는 히터 플레이트에서 내장형 열전대로 사용하기 위해 선택되는 재료들의 융점은, 소결이 실시될 수 있는 전형적인 온도 범위인 대략 2000℃ 내지 2400℃를 초과하여야 한다. 사용될 수 있는 다른 제조 공정들은 더 높거나 더 낮은 온도들을 가질 수 있으며, 그러한 경우, 그에 상응하여 더 높거나 더 낮은 융점의 열전대 재료들이 채용될 수 있다.
또한, 내장형 열전대로서 사용하기 위해 선택되는 재료들은 약 0.5℃의 온도 변화를 검출하기에 충분한 제백 계수 차이를 가져야 한다. 예를 들어, 약 15㎶/℃를 초과하는 계수 차이는 검출가능한 전기 신호를 발생시킬 것이다. 일부 반도체 공정들은 더 작은 온도 변화를 필요로 하거나 더 큰 온도 변화를 허용할 수 있으므로, 그에 상응하여 더 크거나 더 작은 계수 차이가 필요하거나 허용될 수 있다.
히터 플레이트가 어느 정도의 연성이 있는지에 따라, 내장형 열전대로서 사용하기 위해 선택되는 재료들은, 전형적인 히터 플레이트 재료들에 있어서, 히터 플레이트를 위해 사용되는 재료의 대략 0.5e-4% 또는 0.5e-6 in/in℃ 이내의 열팽창률을 갖는 것이 바람직할 것이다. 다른 실시예들에서 및/또는 다른 재료들을 사용하는 경우, 다른 범위들이 사용될 수 있다.
예컨대, 질화 알루미늄(AlN)으로 제조된 히터 플레이트에서 사용하기 위해 상술한 기준을 만족시키는 열전대 재료들의 예들에는, 텅스텐-5% 레늄 합금(W5Re) 및 텅스텐-26% 레늄 합금(W26Re)이 포함된다. 이 두 재료들은 3000℃를 초과하는 융점들, 19㎶/℃의 제백 계수 차이, 및 약 5.6e-6 in/in℃의 열팽창률을 갖는다. AlN은 약 5.4e-6 in/in℃의 열팽창률을 가지며, 이는 열전대의 열팽창률이 히터 플레이트의 열팽창률의 0.2e-6 in/in℃ 이내임을 의미한다. W5Re 및 W26Re로 제조된 열전대는 최대 약 2000℃의 온도들을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 알루미늄 및 스테인리스 스틸 등의 다른 재료가 히터 플레이트를 형성하기 위해 사용될 수 있으므로, 상술한 기준을 만족시키는 다른 열대전 재료들이 사용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 열전대(304)가 내장된 히터 플레이트(302)가 도시되어 있다. 이 히터 플레이트(302)는 처리 챔버에서 통상적으로 사용되는 배향으로부터 반전되어 도시되어 있음을 유의하여야 한다. 일부 실시예들에서, 제조시, 히터 플레이트(302)는 분말 형태의 AlN이 금형 속에 압착되어 가열되는 고온 프레스 소결 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 단순화된 실시예에서, 히터 플레이트(302)는, 금형 속에 AlN 분말을 성층하고, 제 1 AlN 층 상에 제 1 가열 요소(104)를 배치하며, 제 1 가열 요소(104) 위에 제 2 AlN 분말 층을 적층하고, 제 2 AlN 분말 층 위에 제 2 가열 요소(112)를 배치하며, 제 2 가열 요소(112) 위에 제 3 AlN 분말 층을 추가하고, 제 3 AlN 층 상에 열전대(304)를 배치한 다음, 열전대(304) 위에 제 4 AlN 분말 층을 적층함으로써, 형성될 수 있다. AlN 분말 층들, 요소(104, 112)들 및 열전대(304)가 제 위치에 놓이면, 소결을 유도하기 위해 구조물에 (당업계에 공지된 바와 같이) 고압 및 고온이 인가될 수 있다. 그 결과, 도 3에 도시된 바와 같은 고체 히터 플레이트(302)가 형성된다. 상술한 예는 2구역 히터 플레이트를 형성하기 위한 단계들을 설명하고 있음을 유의하여야 한다. 다른 실시예들에서는, 3, 4, 5, 6개 이상의 구역 히터 플레이트들이, 그에 적절하게 대응하는 성층 단계들, 추가적인 가열 요소들 및 열전대들에 의해, 제조될 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 열전대(304)는 제 1 재료로 이루어진 종편(306)과 제 2 재료로 이루어진 종편(308)을 포함한다. (1) 융점, (2) 제백 계수 차이 및 (3) 열팽창 계수와 관련하여 상술한 특징들을 갖는 것 이외에, 종편(306, 308)들을 위해 선택되는 재료들은 바(bar)들, 와이어들, 스트립들의 형상이거나, 히터 플레이트(302)의 중앙으로부터 히터 플레이트(302)의 외측 가열 구역까지 방사상으로 연장할 수 있으면서도, 신뢰할 수 있는 전기 접속들을 형성할 수 있도록 양 단부들에 충분한 표면적을 가진 임의의 다른 실행가능한 형상일 수 있다. 종편(306, 308)들의 접합 단부(310)에서, 종편(306, 308)들은 함께 용접되거나 및/또는 전도성 충전재를 이용하여 접속될 수 있다.
열전대 접합부(310)가 용접에 의해 형성되는 실시예들에서, 접합부(310)가 소결 공정에서 인가되는 열을 견디며 손상되지 않고 유지될 수 있도록 하는 용접 방법이 선택되어야 한다. 예를 들어, 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접 또는 이와 유사한 기술들이, 소결시 용융되지 않는 용접 접합부들을 형성하기 위해, W5Re 및 W26Re 종편(306, 308)들에 대해 W5Re, W26Re 또는 다른 전도성 재료들의 단편을 용접하는데 사용될 수 있다.
그리고, 일부 실시예들에서, 열전대 접합부(310)를 형성하는 방법은 종편(306, 308)들로서의 기능을 하는 W5Re 및 W26Re 단편들 사이에 충전재를 샌드위치하는 것이다. 충전재는 W5Re 또는 W26Re 중 어느 것보다도 저항률이 크지 않고 소결 온도들을 초과하는 융점을 가진 금속일 수 있다. 종편(306, 308)들로서 사용되는 W5Re 및 W26Re 스트립들과 함께 사용하기에 적당한 충전재들의 예들에는, W5Re, W26Re, 텅스텐(W), 몰리브덴(MO) 및 이와 유사한 재료들이 포함된다. 일부 실시예들에서는, W5Re 및 W26Re 종편(306, 308)들에 대해 충전재들을 접합하기 위해 고온 프레스 소결 공정이 사용될 수 있다.
종편(306, 308)들 사이의 공간(312)에 절연재가 삽입되거나, 종편(306, 308)들 사이의 공간(312)에 AlN 분말이 강제로 도입될 수 있다. 열전대 종편(306, 308)들을 서로로부터 절연시키기 위해 AlN이 사용되는 경우, 대략 적어도 0.5㎜인 AlN의 최소 두께면 충분할 수 있다. 추가적인 두께가 사용될 수 있다. 도 3에 도시된 종편(306, 308)들이 위 아래로 배치되어 있으나, 다른 실시예들에서는 종편(306, 308)들이 서로에 대해 측방향으로 이격될 수 있으며, 이에 따라, 히터 플레이트 내부에서 동일한 수직 위치에 배치될 수 있다. 이러한 배열은 제조시 종편(306, 308)들 사이의 공간(312)으로 절연 AlN 분말을 보다 용이하고 신뢰할 수 있게 증착할 수 있도록 한다.
이제, 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 다중 구역 히터 페데스탈(400)의 실시예를 형성하는 나머지 단계들에 대해 설명한다. 히터 플레이트(302)를 소결한 후, 플레이트(302)의 하면(406)의 중앙에 홀(402, 404)들을 천공한다. 도 3에서와 마찬가지로, 도 4의 히터 페데스탈(400)도 처리 챔버에서의 통상적인 작동 배향에 대해 반전되어 도시되어 있음을 다시 한번 유의하여야 한다. 홀(402, 404)들은 하방으로 연장하여 종편(306, 308)들을 노출한다. 히터 플레이트(302)에 홀을 천공하는 임의의 실행가능한 방법(예컨대, 드릴링)이 사용될 수 있다. 홀(402, 404)은 커넥터들(예컨대, 도전성 와이어들)이 종편(306, 308)들에 접속될 수 있도록 하는 충분한 직경으로 형성된다. 일부 실시예들에서, 종편(306, 308)들을 위해 사용된 것과 동일한 재료들이 각각 커넥터들을 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 커넥터들이 종편(306, 308)들과 다른 재료로 되어 있다. 그러한 경우, 측정되는 온도는 히터 플레이트(302)의 중앙에 있는 커넥터 접속 지점들과 열전대 접합부(310) 위치 간의 온도차에 기초하게 될 것이다. 이중 구역 히터에 있어서, 커넥터 접속 지점들은 내측 구역의 온도를 측정하기 위해 사용되고 히터 플레이트(302)의 중앙에 배치되는 종래의 열전대(108)에 가깝다. 커넥터 접속 지점들의 온도가 내측 구역의 온도와 동일하다고 가정하면, 열전대 접합부(310) 위치에서의 온도를 산출할 수 있다.
일부 실시예들에서, 커넥터들은 종편(306, 308)들에 대해 용접 또는 납땜(brazed, soldered)된다. 납땜 공정은 재료들의 산화를 방지하기 위해 무산소 분위기에서 실시될 수 있다. 또한, 내측 가열 구역(A)(도 2 참조)을 위해 히터 플레이트(302)에 종래의 열전대(108)를 삽입하기 위한 홀(408)을 천공할 수 있다. 도시되어 있지는 않지만, 가열 요소(104, 112)들에 대한 커넥터들의 접속을 위해 추가적인 홀들도 천공될 수 있으며, 가열 요소(104, 112)들에 대한 접속들도 이루어질 수 있음을 유의하여야 한다.
그 다음, 히터 플레이트(302)의 하면(406)의 중앙에 샤프트(410)를 부착할 수 있다. 일부 실시예들에서는, 각종 커넥터들을 각각의 열전대(108, 304)들과 가열 요소(104, 112)들에 부착하기 전에, 종편(306, 308)들에 대한 커넥터들, 종래의 열전대(108)에 대한 커넥터 및 가열 요소(104, 112)들에 대한 커넥터들을 수용하고 있는 샤프트(410)를 히터 플레이트(302)에 부착할 수 있다.
이제, 도 5를 참조하면, 전자 장치 제조 공정에서 기판들을 지지하기 위한 적절한 배향으로 도 4의 다중 구역 히터 페데스탈(400)이 처리 챔버 내부에 도시되어 있다. 열전대(108, 304)들과 가열 요소(104, 112)들로부터의 커넥터들은, 열전대(108, 304)들로부터의 신호들을 수신 및 기록하고 가열 요소(104, 112)들에게 전류를 인가하도록 구성된 프로세서와 적절한 회로를 포함할 수 있는 컨트롤러(500)에 커플링되어 있음을 유의하여야 한다.
도 6은 본 발명에 따른 다중 구역 페데스탈 히터의 제조 방법(600)의 실시예를 도시한 흐름도이다. 단계(602)에서는, 도 3과 관련하여 구체적으로 상술한 바와 같이, 세 가지 기준, 즉 (1) 제조 공정 중에 손상되지 않을 정도로 충분히 높은 융점과, (2) 반도체 제조 공정들에 영향을 미치는 작은 온도 변화들에 대응하는 전압 신호를 발생시키기에 충분한 제백 계수 차이와, (3) 히터 플레이트나 열전대가 처리 온도들에 노출되었을 때 팽창으로 인해 손상되지 않도록 히터 플레이트의 열팽창 계수에 충분히 가까운 열팽창 계수를 만족시키는 재료들로 이루어진 2개의 종편(306, 308)들로 열전대를 형성한다.
단계(604)에서는, 소결 금형 속에 AlN 분말을 성층하고, 제 1 AlN 층 상에 제 1 가열 요소(104)를 배치하며, 제 1 가열 요소(104) 위에 제 2 AlN 분말 층을 적층하고, 제 2 AlN 분말 층 위에 제 2 가열 요소(112)를 배치하며, 제 2 가열 요소(112) 위에 제 3 AlN 분말 층을 추가하고, 제 3 AlN 층 상에 열전대(304)를 배치한 다음, 열전대(304) 위에 제 4 AlN 분말 층을 적층함으로써, 히터 플레이트(302)를 형성할 수 있다. AlN 분말 층들, 요소(104, 112)들 및 열전대(304)가 제 위치에 놓이면, 소결을 유도하기 위해 구조물에 (당업계에 공지된 바와 같이) 고압 및 고온을 인가할 수 있다. 그 결과, 도 3에 도시된 바와 같은 고체 히터 플레이트(302)가 형성된다. 상술한 예는 2구역 히터 플레이트를 형성하기 위한 단계들을 설명하고 있음을 유의하여야 한다. 다른 실시예들에서는, 3, 4, 5, 6개 이상의 구역 히터 플레이트들이, 그에 적절하게 대응하는 성층 단계들, 추가적인 가열 요소들 및 열전대들에 의해, 제조될 수 있다.
단계(606)에서는, 히터 플레이트(302)를 소결한 후, 플레이트(302)의 하면(406)의 중앙에 액세스 홀(402, 404)들을 천공한다. 단계(608)에서는, 히터 플레이트(302)에 샤프트(410)를 접합한다. 단계(610)에서는, 열전대(108, 304)들 및 가열 요소(104, 112)들에 대한 커넥터들을 각각의 특징부들과 커플링한다. 상기 방법은 단지 예시로서 제공되었을 뿐이다. 많은 추가적이며 대안적인 단계들이 포함될 수 있고, 단계들의 순서가 변경될 수 있음을 유의하여야 한다. 상기 단계들이 임의의 개수의 하위 단계를 포함하거나, 총수가 더 적은 단계들로 조합될 수도 있음을 유의하여야 한다.
도 7은 본 발명의 대안적 실시예를 도시하고 있다. 이전 도면들로부터 반복되는 참조번호들은 상술한 요소들과 유사한 요소들을 나타낸다. 열전대(702)가 내장된 히터 플레이트(700)는, 열전대 접합부(708)를 형성하도록 함께 용접된 다른 재료들로 만들어진 절연 와이어(704, 706)를 사용하여 납땜 금속 페데스탈 히터 조립체로 제작될 수 있다. 상술한 실시예들과 마찬가지로, 절연 와이어(704, 706)의 다른 재료들은, 열팽창률들이 히터 플레이트(700)의 열팽창률과 대등하도록, 선택된다. 절연재를 포함하는 절연 와이어(704, 706)의 융점은 납땜 온도보다 높다. 절연 와이어(704, 706)의 다른 재료들의 제백 계수 차이는 반도체 공정에 중요한(즉, 반도체 공정을 방해할 수 있는) 히터 플레이트(702)의 모든 온도 변화를 검출할 수 있기에(즉, 감지할 수 있는 전압 신호를 발생시키기에) 충분하다. 예컨대, W5Re 및 W26Re 절연 와이어를 절연 와이어(704, 706)로 사용할 수 있다.
당업자들은 다른 유사한 기술들을 이용하여 본 발명에 따른 대안적 메모리 셀들을 제작할 수 있음을 이해할 것이다.
이상의 설명은 단지 본 발명의 실시예들을 개시하고 있을 뿐이다. 본 발명의 범위 내에 속하는 상술한 장치 및 방법들의 변형들이 당업자들에게는 명백할 것이다.
따라서, 일부 특정 실시예들과 관련하여 본 발명을 개시하였으나, 다른 실시예들도, 하기된 특허청구범위에 의해 규정되는 바와 같이, 본 발명의 사상과 범위 내에 속할 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (15)

  1. 처리 챔버를 위한 다중 구역 페데스탈 히터로서,
    제 1 구역과 제 2 구역을 포함한 히터 플레이트를 포함하고,
    상기 제 1 구역은 제 1 가열 요소와 상기 제 1 구역의 온도를 감지하기 위한 제 1 열전대를 포함하며, 상기 제 1 구역은 상기 히터 플레이트의 중앙에 배치되고,
    상기 제 2 구역은 제 2 가열 요소와 상기 제 2 구역의 온도를 감지하기 위한 제 1 내장형 열전대를 포함하며, 상기 제 1 내장형 열전대는 상기 히터 플레이트의 중앙으로부터 제 2 구역까지 연장하는 제 1 종편을 포함하고, 상기 제 1 종편은 상기 히터 플레이트 내부에 완전히 매립되는,
    다중 구역 페데스탈 히터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터 플레이트는 제 3 구역을 더 포함하고,
    상기 제 3 구역은 제 3 가열 요소와 상기 제 3 구역의 온도를 감지하기 위한 제 2 내장형 열전대를 포함하며, 상기 제 2 내장형 열전대는 상기 히터 플레이트의 중앙으로부터 상기 제 3 구역까지 연장하는 제 2 종편을 포함하고, 상기 제 2 종편은 상기 히터 플레이트 내부에 완전히 매립되는,
    다중 구역 페데스탈 히터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 종편은 다른 재료들로 이루어진 2개의 종편들을 포함하고, 상기 재료들은 반도체 공정에 영향을 미치기에 충분한 히터 플레이트 온도 변화를 나타내는 전압 신호를 발생시키기에 충분한 제백 계수 차이를 가진,
    다중 구역 페데스탈 히터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 종편은 다른 재료들로 이루어진 2개의 종편들을 포함하고, 상기 재료들은 상기 히터 플레이트를 형성하기 위해 사용되는 소결 처리 온도보다 높은 융점을 가진,
    다중 구역 페데스탈 히터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 종편은 다른 재료들로 이루어진 2개의 종편들을 포함하고, 상기 재료들은 상기 히터 플레이트의 열팽창률과 거의 동일한 열팽창률을 가진,
    다중 구역 페데스탈 히터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 종편은 다른 재료들로 이루어진 2개의 종편들을 포함하고, 상기 재료들은 텅스텐-5% 레늄 합금(W5Re) 및 텅스텐-26% 레늄 합금(W26Re)을 포함하는,
    다중 구역 페데스탈 히터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 종편은 다른 재료들로 이루어진 2개의 종편들을 포함하고,
    상기 재료들은 반도체 공정에 영향을 미치기에 충분한 히터 플레이트 온도 변화를 나타내는 전압 신호를 발생시키기에 충분한 제백 계수 차이를 가지며,
    상기 재료들은 상기 히터 플레이트를 형성하기 위해 사용되는 소결 처리 온도보다 높은 융점을 갖고,
    상기 재료들은 상기 히터 플레이트의 열팽창률과 거의 동일한 열팽창률을 가진,
    다중 구역 페데스탈 히터.
  8. 반도체 처리 챔버에서 사용가능한 페데스탈 히터를 위한 다중 구역 히터 플레이트로서,
    제 1 구역과 제 2 구역을 포함하고,
    상기 제 1 구역은 제 1 가열 요소와 상기 제 1 구역의 온도를 감지하기 위한 제 1 열전대를 포함하며, 상기 제 1 구역은 히터 플레이트의 중앙에 배치되고,
    상기 제 2 구역은 제 2 가열 요소와 상기 제 2 구역의 온도를 감지하기 위한 제 1 내장형 열전대를 포함하며, 상기 제 1 내장형 열전대는 상기 히터 플레이트의 중앙으로부터 상기 제 2 구역까지 연장하는 제 1 종편을 포함하고, 상기 제 1 종편은 상기 히터 플레이트 내부에 완전히 매립되는,
    다중 구역 히터 플레이트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    제 3 구역을 더 포함하고,
    상기 제 3 구역은 제 3 가열 요소와 상기 제 3 구역의 온도를 감지하기 위한 제 2 내장형 열전대를 포함하며, 상기 제 2 내장형 열전대는 상기 히터 플레이트의 중앙으로부터 상기 제 3 구역까지 연장하는 제 2 종편을 포함하고, 상기 제 2 종편은 상기 히터 플레이트 내부에 완전히 매립되는,
    다중 구역 히터 플레이트.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 종편은 다른 재료들로 이루어진 2개의 종편들을 포함하고, 상기 재료들은 반도체 공정에 영향을 미치기에 충분한 히터 플레이트 온도 변화를 나타내는 전압 신호를 발생시키기에 충분한 제백 계수 차이를 가진,
    다중 구역 히터 플레이트.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 종편은 다른 재료들로 이루어진 2개의 종편들을 포함하고, 상기 재료들은 상기 히터 플레이트를 형성하기 위해 사용되는 소결 처리 온도보다 높은 융점을 가진,
    다중 구역 히터 플레이트.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 종편은 다른 재료들로 이루어진 2개의 종편들을 포함하고, 상기 재료들은 상기 히터 플레이트의 열팽창률과 거의 동일한 열팽창률을 가진,
    다중 구역 히터 플레이트.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 종편은 다른 재료들로 이루어진 2개의 종편들을 포함하고, 상기 재료들은 텅스텐-5% 레늄 합금(W5Re) 및 텅스텐-26% 레늄 합금(W26Re)을 포함하는,
    다중 구역 히터 플레이트.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 종편은 다른 재료들로 이루어진 2개의 종편들을 포함하고,
    상기 재료들은 반도체 공정에 영향을 미치기에 충분한 히터 플레이트 온도 변화를 나타내는 전압 신호를 발생시키기에 충분한 제백 계수 차이를 가지며,
    상기 재료들은 상기 히터 플레이트를 형성하기 위해 사용되는 소결 처리 온도보다 높은 융점을 갖고,
    상기 재료들은 상기 히터 플레이트의 열팽창률과 거의 동일한 열팽창률을 가진,
    다중 구역 히터 플레이트.
  15. 처리 챔버를 위한 다중 구역 페데스탈 히터의 제조 방법으로서,
    히터 플레이트를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 히터 플레이트는 제 1 구역과 제 2 구역을 포함하고,
    상기 제 1 구역은 제 1 가열 요소와 상기 제 1 구역의 온도를 감지하기 위한 제 1 열전대를 포함하며, 상기 제 1 구역은 히터 플레이트의 중앙에 배치되고,
    상기 제 2 구역은 제 2 가열 요소와 상기 제 2 구역의 온도를 감지하기 위한 제 1 내장형 열전대를 포함하며, 상기 제 1 내장형 열전대는 상기 히터 플레이트의 중앙으로부터 상기 제 2 구역까지 연장하는 제 1 종편을 포함하고, 상기 제 1 종편은 상기 히터 플레이트 내부에 완전히 매립되는,
    다중 구역 페데스탈 히터의 제조 방법.
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