KR20140049492A - 압력 제어된 열 파이프 온도 제어판 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 프로세싱 챔버에 대한 샤워헤드 전극 어셈블리는, 샤워헤드 전극; 샤워헤드 전극의 상부 표면에 고정된 가열기판; 가열기판의 상부 표면에 고정된 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프로서, 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프는, 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 내의 가변 내부 압력을 생성하는 가압된 가스, 및 그 내에 포함된 열 전달 액체를 갖는, 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프; 적어도 하나의 열 파이프의 상부 표면에 고정된 상단판을 포함하며, 가열기판에 의한 샤워헤드 전극의 가열 동안 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 내의 가변 내부 압력은, 상단판과 가열기판 사이의 열 경로로부터 열 전달 액체를 배수시키고, 샤워헤드 전극으로부터 과도한 열을 제거할 경우, 열 전달 액체를 열 경로로 복귀시킨다.

Description

압력 제어된 열 파이프 온도 제어판{PRESSURE CONTROLLED HEAT PIPE TEMPERATURE CONTROL PLATE}
반도체 재료 프로세싱의 분야에서, 진공 프로세싱 챔버들을 포함하는 반도체 재료 프로세싱 장치들은, 기판들 상에서의 재료들의 에칭과 같은 다양한 플라즈마 프로세스들을 수행하기 위해 사용된다. 이들 에칭 프로세스들의 효율성은 종종, 프로세싱 챔버들의 특정한 위치들에서의 온도 조건들을 제어하기 위한 능력에 의존한다.
현재의 온도 제어부는 냉각된 상단판 및 가열된 열 제어판으로 구성된다. 열 제어판 내의 가열기 또는 가열 엘리먼트들은, 프로세싱 전에 실리콘 상부 전극 (또는 샤워헤드 전극) 을 사전가열하는데 사용된다. 프로세싱 동안, 플라즈마는 프로세스 전력 및 열 초크 (choke) 구성에 기초하여 정상 상태 온도로 전극을 가열시킬 것이다. 가열기는 플라즈마 프로세싱 전에 전극을 사전가열하는데 사용된다. 전극을 사전가열하는 것은, 프로세싱 동안 챔버 변수들을 제한함으로써 에칭 균일도를 증가시킨다. 사전가열이 없으면, 챔버에서의 폴리머 증착은, 전극이 정상 상태 온도에 도달할 때까지 변할 것이다.
훨씬 더 높은 프로세스 전력들을 사용하기 위한 현재의 경향에 있어서, 상단판에 대한 가변 콘덕턴스 열 초크를 생성하는 온도 제어판을 갖는 것이 바람직할 것이다.
예시적인 실시형태에 따르면, 플라즈마 프로세싱 챔버에 대한 샤워헤드 전극 어셈블리는, 샤워헤드 전극; 샤워헤드 전극의 상부 표면에 고정된 가열기판; 가열기판의 상부 표면에 고정된 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프로서, 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프는, 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 내의 가변 내부 압력을 생성하는 가압된 가스 및 그 내에 포함된 열 전달 액체를 갖는, 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프; 적어도 하나의 열 파이프의 상부 표면에 고정된 상단판; 샤워헤드 전극의 하부 표면 아래에 위치된 플라즈마 프로세싱 챔버에 플라즈마 프로세싱 가스를 전달하기 위한 샤워헤드 전극, 가열기판, 및 상단판 내의 복수의 수직 가스 통로들을 포함하고, 가열기판에 의한 샤워헤드 전극의 가열 동안 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 내의 가변 내부 압력은, 상단판과 가열기판 사이의 열 경로로부터 열 전달 액체를 배수시키고 (displace), 샤워헤드 전극으로부터 과도한 열을 제거할 경우, 열 전달 액체를 열 경로로 복귀시킨다.
다른 예시적인 실시형태에 따르면, 바닥 전극을 갖는 기판 지지부를 포함한 플라즈마 프로세싱 챔버에서 샤워헤드 전극 어셈블리의 상단 전극의 온도를 제어하는 방법은, 상단 전극과 기판 지지부 사이의 갭 내의 플라즈마 프로세싱 챔버에서 플라즈마를 생성하는 단계; 상단 전극을 가열하기 위해, 적어도 하나의 전력 공급부로부터 샤워헤드 전극 어셈블리의 가열기판의 적어도 하나의 가열기로 전력을 인가하는 단계; 냉각판의 온도를 제어하기 위해, 적어도 하나의 액체 소스로부터 샤워헤드 어셈블리의 냉각판의 액체 채널들로 온도-제어된 액체를 공급하는 단계; 및 냉각판과 가열기판 사이에 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프를 배치함으로써 냉각판과 가열기판 사이에서 가변 컨덕턴스 열 초크를 생성함으로써 냉각판과 상단판 사이의 열 전도를 제어하여, 상단 전극을 원하는 온도로 유지하는 단계를 포함하며, 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프는, 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 내에서 가변 내부 압력을 생성하는 가압된 가스 및 그 내에 포함된 열 전달 액체를 갖는다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태들의 세부사항들은 첨부한 도면들 및 아래의 설명에서 기재된다. 다른 특성들, 목적들, 및 이점들은 설명 및 도면들, 및 청구항들로부터 명백할 것이다.
첨부한 도면들은 본 발명의 추가적인 이해를 제공하도록 포함되며, 본 명세서의 일부에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면들은, 설명과 함께 본 발명의 실시형태들을 도시하며, 본 발명의 원리들을 설명하도록 기능한다.
도 1은 예시적인 실시형태에 따른 플라즈마 프로세싱 장치의 단면도를 도시한다.
도 2는 예시적인 실시형태에 따른 압력 제어된 열 파이프의 형태로 온도 제어 모듈을 갖는 플라즈마 프로세싱 장치의 단면도를 도시한다.
도 3은 예시적인 실시형태에 따른 압력 제어된 열 파이프의 단면도를 도시한다.
도 4는 예시적인 실시형태에 따른 복수의 압력 제어된 열 파이프들을 포함하는 온도 제어 모듈의 상면도를 도시한다.
도 5는 복수의 압력 제어된 열 파이프들을 포함하는 도 4의 온도 제어 모듈의 단면도를 도시한다.
반도체 기판들을 프로세싱할 시에, 플라즈마 화학성분 (chemistry), 이온 에너지, 밀도, 및 분포, 전자 온도 등과 같은 플라즈마 파라미터들에 걸친 제어가 플라즈마 프로세싱 결과들을 수정하기 위해 소망된다. 이들 플라즈마 파라미터 제어들에 부가하여, 플라즈마를 한정하는 플라즈마 챔버의 표면들의 온도들은 또한 플라즈마 화학성분, 및 그에 따라 웨이퍼와 같은 반도체 기판의 프로세싱 결과들을 제어하기 위해 사용될 수도 있다. 따라서, 신뢰가능하고 응답적인 온도 제어를 허용하기 위해, 샤워헤드 전극 어셈블리들의 선택된 부분들로부터 열적으로 분리될 수 있고, 바람직하게는 신속한 응답 시간들을 갖는 온도 제어 모듈 또는 판을 포함하는 것이 바람직할 것이다.
도 1은 반도체 기판들, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼들이 프로세싱되는 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 를 도시한다. 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 는 샤워헤드 전극 어셈블리 (110), 및 샤워헤드 전극 어셈블리 (110) 아래에 위치된 하부 전극 어셈블리 (112) 를 포함하며, 샤워헤드 전극 어셈블리 (110) 와 하부 전극 어셈블리 (112) 사이의 갭에서 플라즈마가 생성된다. 샤워헤드 전극 어셈블리 (110) 는 샤워헤드 전극 (또는 상단 전극) (114), 샤워헤드 전극 (114) 에 고정된 선택적인 백킹 (backing) 부재 (116), 상단판 (또는 냉각판) (118), 및 샤워헤드 전극 (114) 및 선택적인 백킹 부재 (116) 와 상단판 (118) 사이에 위치된 가열기판 (120) 을 포함한다. 한정 링 어셈블리 (미도시) 는 샤워헤드 전극 (114) 과 하부 전극 어셈블리 (112) 사이의 갭을 둘러싼다. 하부 전극 어셈블리 (112) 는 반도체 기판 (111) 을 수용하도록 구성된다.
하부 전극 어셈블리 (112) 는 바람직하게, 바닥 전극 및, 하부 전극 어셈블리 (112) 의 상부 표면 (113) 상의 플라즈마 프로세싱에 영향을 받는 기판 (111) 을 정전기적으로 클램핑하기 위한 선택적인 정전 클램핑 전극 (ESC) 을 포함한다.
예시적인 실시형태에 따르면, 샤워헤드 전극 (또는 상단 전극) (114) 은 바람직하게, 실리콘, 바람직하게는 단일 결정 실리콘을 포함하고, 내부 전극 부재 및 내부 전극 부재를 둘러싸는 외부 전극 부재 또는 전극 확장부를 포함한다. 샤워헤드 전극 (114) 은 원형 반도체 기판들의 플라즈마 프로세싱을 위한 원통형판이다. 샤워헤드 전극 (114) 은, 샤워헤드 전극 (114) 과 하부 전극 어셈블리 (112) 사이의 갭으로 프로세스 가스가 주입되는 다수의 가스 통로들 (130) 을 포함한다. 플라즈마는, 샤워헤드 전극 (114) 및/또는 하부 전극 어셈블리 (112) 로 RF 전력을 공급함으로써 갭에서 생성된다.
샤워헤드 전극 (또는 상단 전극) (114) 및 백킹 부재 (116) 는, 예를 들어, 엘라스토머 재료를 이용하여 함께 접착될 수 있다. 엘라스토머 재료는, 열 응력들을 수용하고 열 및 전기 에너지를 전달할 수 있는 임의의 적절한 열적 및 전기적 전도성 엘라스토머 재료일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 샤워헤드 전극 (114) 의 상단 (또는 상부) 표면은 평면 계면을 따라 백킹 부재 (116) 의 바닥 (또는 하부) 표면에 고정된다. 백킹 부재 (116) 는, 내부 전극 부재의 상단 표면에 고정된 백킹판, 및 백킹판을 둘러싸고 외부 전극 부재의 상단 표면에 고정된 백킹 링을 포함할 수 있다. 내부 전극 부재 및 외부 전극 부재는 임의의 접착 기술에 의해 백킹판 및 백킹 링에 각각 고정된다. 엘라스토머 재료는 열적 응력들을 수용하고, 샤워헤드 전극 (114) 및 백킹 부재 (116) 의 접착된 부재들 사이에 열적 및 전기적 에너지를 전달할 수 있다. 샤워헤드 전극 (114) 및 백킹 부재 (116) 를 결합하기 위한 적절한 엘라스토머 접착 재료들 및 기술들은 공동-소유된 미국 특허 제 6,073,577호에 기재되어 있으며, 그 특허는 그 전체가 여기에 참조로서 포함된다.
백킹 부재 (116) 는, 예를 들어, (알루미늄 및 알루미늄 합급, 예를 들어, 6061 Al을 포함하는) 알루미늄, 흑연 및 실리콘 카바이드를 포함할 수 있는 다양한 재료들로 구성될 수 있다. 알루미늄 백킹판들은 노출된 알루미늄 외부 표면 (즉, 네이티브 산화물 외부 표면), 또는 외부 표면의 전부 또는 일부들에만 걸쳐 형성된 양극처리된 외부 표면을 가질 수 있다. 백킹 부재 (116) 내의 가스 통로들 (132) 은, 가스 공급부로부터 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 로 프로세스 가스를 공급하기 위해 샤워헤드 전극 (또는 상단 전극) (114) 내의 각각의 가스 통로들 (130) 과 정렬된다.
상단판 (118) 은 알루미늄 등으로 구성될 수 있다. 선택적으로, 상단판 (118) 의 온도는 그 내에 형성된 액체 통로들을 통해 온도-제어된 액체 (예를 들어, 설정된 온도 및 유동률의 물) 를 흐르게 함으로써 제어된다. 예를 들어, 액체 통로들을 통해 흐르는 온도-제어된 액체는 물 또는 Flourinert 일 수 있다. 상단판 (118) 은 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 의 착탈형 상단벽을 형성할 수 있다.
예시적인 실시형태에 따르면, 가열기판 (120) 은, 백킹 부재 (116) 를 통한 열 전도에 의해 샤워헤드 전극 (114) 에 열을 공급하도록 적응된다. 가열기판 (120) 은, 알루미늄, 알루미늄 합급 등과 같은 금속의 머시닝된 부분 또는 주조 (casting) 일 수 있다. 가열기판 (120) 은 가열기판 (120) 에서 원하는 가열 용량을 제공하도록 동작가능한 하나 이상의 가열기들을 포함할 수 있다. 샤워헤드 전극 어셈블리 (110) 의 동작 동안, 가열기판 (120) 은, 원하는 온도, 예를 들어, 온도 셋팅 포인트에 충분히 근접하게 알려진 양의 열을 샤워헤드 전극 (114) 에 공급하도록 동작가능하다.
샤워헤드 전극 어셈블리 (110) 는 또한 바람직하게, 예를 들어, 백킹 부재 (116) 상에 위치된 하나 이상의 온도 센서들의 온도 센서 어레인지먼트 (arrangement) (160) 를 포함한다. 각각의 온도 센서들은 샤워헤드 전극 (114) 의 각각의 부분에서 온도를 모니터링하고, 이러한 온도 정보를 온도 제어기 (미도시) 에 공급할 수 있다. 온도 제어기는, 샤워헤드 전극 (114) 을 가열하는 가열기판 (120) 의 하나 이상의 가열 엘리먼트들에 전력을 공급하는 적어도 하나의 전력 공급부를 제어한다. 적어도 하나의 전력 공급부는, 샤워헤드 전극 (114) 의 실제 및 원하는 온도에 기초하여 하나 이상의 가열 엘리먼트들에 전력을 공급하도록 제어된다.
도 2는 상단판 (118) 과 가열기판 (120) 사이에 위치된 온도 제어 모듈 (또는 판) (200) 을 갖는 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 의 예시적인 실시형태의 단면도를 도시한다. 예시적인 실시형태에 따르면, 온도 제어 모듈 (200) 은, 가열기판 (120) 의 상부 표면 및 상단판 (118) 의 하부 표면과 열 접촉하는 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 (210) 를 포함한다. 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 (210) 는, 임의의 적절한 방식으로 상단판 (118) 및 가열기판 (120) 에 바람직하게 고정 및/또는 부착되며, 상단판 (118) 및 가열기판 (120) 과의 열 접촉을 유지한다. 예시적인 실시형태에 따르면, 온도 제어 모듈 또는 판 (200) 은 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 (210), 및 더 바람직하게는 복수의 압력 제어된 열 파이프들 (210) 을 포함한다. 한정링 어셈블리 (140) 는 샤워헤드 전극 (114) 과 하부전극 어셈블리 (112) 사이의 갭을 둘러싼다. 예시적인 실시형태들이 샤워헤드 전극 어셈블리 (110) 에 대해 도시되지만, 여기에 설명된 바와 같은 시스템 및 방법들은 또한 하부 전극 어셈블리 (112) 에서 구현될 수 있다.
적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 (210) 는 상단판 (118) 과 가열기판 (120) 사이에 열을 전달한다. 예시적인 실시형태에 따르면, 가열기판 (120) 에 의한 샤워헤드 전극 (또는 상단 전극) (114) 의 가열 동안, 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 (210) 는, 상단판 (118) 과 가열기판 (120) 사이의 열 경로로부터 열 전달 액체 (또는 응축 유체) 를 배수시키고, 샤워헤드 전극 (114) 으로부터 과도한 열을 제거할 경우 열 전달 액체를 열 경로에 복귀시키도록 구성된다.
적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 (210) 는 상단판 (118) 에 대한 가변 컨덕턴스 열 초크를 생성하며, 여기서, 열 컨덕턴스는 압력 제어된 열 파이프 (210) 내의 가변 내부 압력에 기초하여 변경될 수 있다. 예시적인 실시형태에 따르면, 압력 제어된 열 파이프 (210) 의 내부 압력은, 온도 센서 어레인지먼트 (160) 로부터 수신된 바와 같은 챔버 프로세스 상태의 현재 온도에 기초하여 증가 또는 감소될 수 있다. 가열기판 (120) 의 사전가열 동안, 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 (210) 내의 압력은, 열 파이프 (210) 내에 포함된 전달 액체 (또는 작동 유체) 가 냉각된 상단판 (118) 으로부터 이격되게 하도록 증가되며, 이는 냉각된 상단판 (118) 으로부터 가열기판 (120) 을 열적으로 분리시킨다. 이것은 가열기판 (120) 이 최소양의 에너지를 상단판 (118) 에 전달하면서, 샤워헤드 전극 (114) 을 신속하게 가열하게 한다. 부가적으로, 하나 이상의 압력 제어된 열 파이프들 (210) 을 사용하여 가열기판 (120) 으로부터 상단판 (118) 을 분리 (또는 디커플링) 시킴으로써, 더 작은 가열기가 샤워헤드 전극 (114) 을 사전가열하도록 사용될 수 있다. 하나 이상의 압력 제어된 열 파이프들 (210) 은 또한 가열기판 (120) 에 대한 응답 시간을 최소화시킬 수 있으며, 이는 샤워헤드 전극 (114) 의 가열 및 냉각에 대한 더 신속한 응답 시간들을 허용한다. 부가적으로, 프로세싱 동안, 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 (210) 내의 압력은 바람직하게는, 열 전달 유체가 냉각된 상단판 (118) 과 접촉하게 하도록 감소되며, 이는 플라즈마 가열된 샤워헤드 전극 (114) 을 냉각 상단판 (118) 으로 열적으로 낮춘다.
도 3은 압력 제어된 열 파이프 (210) 의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 압력 제어된 열 파이프 (210) 는 바람직하게, 씨일된 (sealed) 관상 부재 (220), 및 관상 부재 (220) 로부터 확장하는 압력 제어 부재 (230) 를 포함한다. 관상 부재 (220) 는 바람직하게, 환상 단면 형상을 갖는다. 그러나, 예시적인 실시형태에 따르면, 관상 부재 (220) 는, 상단판 (118) 및 가열기판 (120) 과 각각 열적으로 연통되는 비교적 평평한 상부 표면 (221) 및 비교적 평평한 하부 표면 (223) 을 갖는다. 관상 부재 (220) 는, 원형, 타원형, 직사각형, 각진형, 및/또는 실질적으로 평평한 것을 포함할 수 있는 단면 형상을 가질 수 있다.
관상 부재 (220) 는 바람직하게, 구리 또는 알루미늄과 같은 높은 열 전도성을 갖는 재료로 구성된다. 관상 부재 (220) 는 열 전달 액체 (또는 작동 유체) (222), 및 압력 제어 부재 (230) 에 접속된 증기 공간 (224) 을 포함한다. 예를 들어, 전달 액체 또는 작동 유체 (222) 는 물, 에탄올, 액상 암모니아, 메탄올, 아세톤, 나트륨, 또는 수은을 포함할 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 열 전달 액체 (220) 는 바람직하게는 물이다.
압력 제어 부재 (230) 는, 바람직하게 압력 트랜스듀서, 가압된 가스 공급부 (즉, 헬륨 공급부), 및 진공 펌프로 구성된 제어 시스템 (232) 을 또한 포함한다. 압력 제어된 열 파이프 (210) 내의 일정한 압력은, 증기 공간 (224) 내의 가압된 가스 공급 (즉, 헬륨) 을 허락하거나 증기 공간 (224) 으로부터 가압된 가스 공급 (즉, 헬륨) 을 제거함으로써 유지될 수 있거나, 대안적으로, 열 파이프 (210) 내의 압력은 필요에 따라 증가 또는 감소될 수 있다. 일련의 압력 트랜스듀서들 및 솔레노이드 밸브들 (미도시) 이 통상적으로 사용되지만, 다른 적절한 수단이 열 파이프 내의 압력을 제어하는데 사용될 수 있다.
예시적인 실시형태에 따르면, 압력 제어된 열 파이프 (210) 에 대한 전력 입력은, 압력 제어 시스템 (240) 에 커플링된 온도 제어기 (미도시) 에 의해 제어된다. 데이터 수집 및 커맨드들은 바람직하게, 가열기판 (120) 및/또는 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 의 온도를 모니터링하는 컴퓨터 (또는 제어기) 에 의해 수행된다. 일정한 헬륨 압력은 온도 제어된 열 파이프 (210) 내부의 일정한 증가 압력 및 온도로 변환된다.
예시적인 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 (210) 는 상단판 (118) 에 대한 가변 컨덕턴스 열 초크를 생성한다. 압력 제어된 열 파이프 (210) 의 열 컨덕턴스는 열 파이프 (210) 내의 가변 내부 압력에 의해 변경될 수 있으며, 여기서, 내부 압력은 현재의 챔버 프로세스 상태에 의존하여 증가 또는 감소될 수 있다. 예를 들어, 챔버 (100) 의 사전가열 동안, 압력 제어된 열 파이프 (210) 의 압력은 열 파이프 내의 응축 유체가 상단판 (118) 으로부터 이격되게 하도록 증가될 수 있다.
도 4는 예시적인 실시형태에 따른 복수의 압력 제어된 열 파이프들 (210) 을 포함하는 온도 제어 모듈 또는 판 (210) 의 상면도를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 온도 제어 모듈 또는 판 (200) 은 복수의 압력 제어된 열 파이프들 (210) 을 포함하며, 각각은 상단판 (118) 과 열적으로 연통하는 상부 부분 (또는 표면) (221) 및 가열기판 (120) 과 열적으로 연통하는 하부 부분 (또는 표면 (223)) 을 갖는다. 복수의 압력 제어된 열 파이프들 (210) 의 각각은 방사 구성 및/또는 임의의 다른 구성들로 열 제어 모듈 (200) 의 중심 부분 (또는 매니폴드) (250) 으로부터 외측으로 확장할 수 있으며, 이는 하나 이상의 압력 제어된 열 파이프들 (210) 의 필요한 온도 제어 및 열 전도성을 제공한다. 예시적인 실시형태에 따르면, 중앙에 위치된 매니폴드 (250) 는 복수의 압력 제어된 열 파이프들 (210) 의 각각의 일 단부에 부착된다. 매니폴드 (250) 는, 하나 이상의 압력 제어 부재들 (230) 의 각각에 대해 압력 제어 부재 (230) 의 적어도 일부를 하우징한다. 예시적인 실시형태에 따르면, 중앙에 위치된 매니폴드 (250) 는 액상의 냉각된 매니폴드이다.
도 5는 복수의 압력 제어된 열 파이프들 (210) 을 포함하는 도 4의 온도 제어 모듈 (200) 의 단면도를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 압력 제어된 열 파이프들 (210) 의 각각의 하부 표면은 가열기판 (120) 의 상부 표면에 부착 또는 고정된다. 예시적인 실시형태에 따르면, 중앙에 위치된 매니폴드 (250) 는 상단판 (118) 내의 개구 (252) 를 통해 상향으로 확장한다.
예시적인 실시형태에 따르면, 바닥 전극을 갖는 기판 지지부를 포함한 플라즈마 프로세싱 챔버에서 샤워헤드 전극 어셈블리의 상단 전극의 온도를 제어하는 방법은, 상단 전극과 기판 지지부 사이의 갭 내의 플라즈마 프로세싱 챔버에서 플라즈마를 생성하는 단계; 상단 전극을 가열하기 위해, 적어도 하나의 전력 공급부로부터 샤워헤드 전극 어셈블리의 가열기판의 적어도 하나의 가열기로 전력을 인가하는 단계; 냉각판의 온도를 제어하기 위해, 적어도 하나의 액체 소스로부터 샤워헤드 어셈블리의 냉각판의 액체 채널들로 온도-제어된 액체를 공급하는 단계; 및 냉각판과 가열기판 사이에 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프를 배치함으로써 냉각판과 가열기판 사이에서 가변 컨덕턴스 열 초크를 생성함으로써 냉각판과 상단판 사이의 열 전도를 제어하여, 상단 전극을 원하는 온도로 유지하는 단계를 포함하며, 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프는, 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 내에서 가변 내부 압력을 생성하는 가압된 가스 및 그 내에 포함된 열 전달 액체를 갖는다.
나타낸 바와 같은 본 발명의 형태가 단지 바람직한 실시형태임을 이해할 것이다. 다양한 변화들은 함수 및 부분들의 어레인지먼트로 행해질 수도 있고; 등가의 수단이 도시되고 설명된 수단에 대해 대체될 수도 있으며; 특정한 특성들은, 다음의 청구항들에서 정의된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 특성들과 독립적으로 사용될 수도 있다.

Claims (18)

  1. 플라즈마 프로세싱 챔버에 대한 샤워헤드 전극 어셈블리로서,
    샤워헤드 전극;
    상기 샤워헤드 전극의 상부 표면에 고정된 가열기판;
    상기 가열기판의 상부 표면에 고정된 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프로서, 상기 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프는, 상기 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 내에서 가변 내부 압력을 생성하는 가압된 가스, 및 내부에 포함된 열 전달 액체를 갖는, 상기 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프;
    상기 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프의 상부 표면에 고정된 상단판;
    상기 샤워헤드 전극의 하부 표면 아래에 위치된 상기 플라즈마 프로세싱 챔버에 플라즈마 프로세싱 가스를 전달하기 위한, 상기 샤워헤드 전극, 상기 가열기판, 및 상기 상단판 내의 복수의 수직 가스 통로들; 및
    상기 가열기판에 의한 상기 샤워헤드 전극의 가열 동안 상기 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 내의 상기 가변 내부 압력은, 상기 상단판과 상기 가열기판 사이의 열 경로부터 상기 열 전달 액체를 배수시키고, 상기 샤워헤드 전극으로부터 과도한 열을 제거할 경우 상기 열 경로로 상기 열 전달 액체를 복귀시키는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 내의 상기 가변 내부 압력은, 상기 열 경로로부터 상기 열 전달 액체를 배수시키도록 증가되고, 상기 열 경로에 상기 열 전달 액체를 복귀시키도록 감소되는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프는, 상기 열 전달 액체를 포함하는 씨일된 (sealed) 관상 부재 및 상기 씨일된 관상 부재로부터 확장하는 압력 제어 부재를 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 압력 제어 부재는 압력 트랜스듀서, 가스 공급부 및 진공 펌프를 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 내의 상기 가압된 가스의 가변 내부 압력을 제어하는 제어기를 더 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 전달 액체는 물인, 샤워헤드 전극 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열기판은 내부에 가열 엘리먼트들이 삽입된 금속편 (piece of a metal) 을 포함하며,
    상기 가열 엘리먼트들은, 상기 가열 엘리먼트들에 전력을 공급하도록 동작가능한 적어도 하나의 전력 공급부에 접속되도록 구성되고,
    상기 상단판은 액체 채널들이 내부에 형성된 금속편을 포함하며,
    상기 액체 채널들은, 상기 상단판의 온도를 제어하기 위해 상기 액체 채널들에 공급된 온도-제어된 액체의 적어도 하나의 소스와 유체 연통하도록 구성되는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드 전극은 실리콘 전극인, 샤워헤드 전극 어셈블리.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드 전극, 상기 가열기판, 및 상기 상단판 내의 상기 복수의 수직 가스 통로들에 공급되는 플라즈마 프로세싱 가스를 더 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프는 비교적 평평한 상부 표면 및 비교적 평평한 하부 표면을 가지며,
    상기 비교적 평평한 표면들의 각각은 상기 상단판 및 상기 가열기판과 각각 열적으로 연통하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프는 복수의 압력 제어된 열 파이프들이고,
    상기 복수의 압력 제어된 열 파이프들의 각각은, 상기 상단판과 열적으로 연통하는 상부 부분 및 상기 가열기판과 열적으로 연통하는 하부 부분을 갖는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 압력 제어된 열 파이프들의 각각에 부착된 중앙에 위치된 압력 매니폴드를 더 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프의 적어도 일부는 상기 상단판을 통해 상향으로 확장하는, 샤워헤드 전극 어셈블리.
  14. 바닥 전극을 갖는 기판 지지부를 포함한 플라즈마 프로세싱 챔버에서 샤워헤드 전극 어셈블리의 상단 전극의 온도를 제어하는 방법으로서,
    상기 상단 전극과 상기 기판 지지부 사이의 갭 내에 상기 플라즈마 프로세싱 챔버에서 플라즈마를 생성하는 단계;
    적어도 하나의 전력 공급부로부터 상기 샤워헤드 전극 어셈블리의 가열기판의 적어도 하나의 가열기로 전력을 인가하여 상기 상단 전극을 가열하는 단계;
    적어도 하나의 액체 소스로부터 상기 샤워헤드 어셈블리의 냉각판의 액체 채널들로 온도-제어된 액체를 공급하여 상기 냉각판의 온도를 제어하는 단계; 및
    상기 냉각판과 상기 가열기판 사이에 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프를 배치하여 상기 냉각판과 상기 가열기판 사이에서 가변 컨덕턴스 열 초크 (choke) 를 생성함으로써 상기 냉각판과 상기 상단판 사이의 열 전도를 제어함에 따라, 상기 상단 전극을 원하는 온도로 유지하는 단계를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프는, 상기 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 내에서 가변 내부 압력을 생성하는 가압된 가스, 및 내부에 포함된 열 전달 액체를 갖는, 샤워헤드 전극 어셈블리의 상단 전극의 온도를 제어하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프는, 상기 가열기판에 의한 상기 샤워헤드 전극의 가열 동안 상기 상단판과 상기 가열기판 사이의 열 경로로부터 상기 열 전달 액체를 배수시키고, 상기 샤워헤드 전극으로부터 과도한 열을 제거할 경우 상기 열 전달 액체를 상기 열 경로에 복귀시키는, 샤워헤드 전극 어셈블리의 상단 전극의 온도를 제어하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 열 경로로부터 상기 열 전달 액체를 배수시키기 위해 상기 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프 내의 상기 가변 내부 압력을 증가시키고, 상기 열 경로에 상기 열 전달 액체를 복귀시키기 위해 상기 가변 내부 압력을 감소시키는 단계를 더 포함하는, 샤워헤드 전극 어셈블리의 상단 전극의 온도를 제어하는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프는 비교적 평평한 상부 표면 및 비교적 평평한 하부 표면을 가지며,
    상기 비교적 평평한 표면들의 각각은 상기 상단판 및 상기 가열기판과 각각 열적으로 연통하는, 샤워헤드 전극 어셈블리의 상단 전극의 온도를 제어하는 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압력 제어된 열 파이프는 복수의 압력 제어된 열 파이프들이고,
    상기 복수의 압력 제어된 열 파이프들의 각각은, 상기 상단판과 열적으로 연통하는 상부 부분 및 상기 가열기판과 열적으로 연통하는 하부 부분을 갖는, 샤워헤드 전극 어셈블리의 상단 전극의 온도를 제어하는 방법.
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