KR20160001685A - 유전체 물질들의 화학적 에칭을 위한 챔버 장치 - Google Patents

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Abstract

본 명세서의 실시예들은 일반적으로, 프로세싱 챔버용의 개선된 페디스털 히터를 제공한다. 페디스털 히터는, 제 1 표면 및 제 1 표면과 대향하는 제 2 표면을 갖는 온도-제어되는 플레이트를 포함한다. 온도-제어되는 플레이트는 제 1 세트의 가열 엘리먼트들을 포함하는 내측 구역, 제 2 세트의 가열 엘리먼트들을 포함하며 내측 구역을 둘러싸는 외측 구역, 및 내측 구역과 외측 구역 사이에 배치되는 연속적인 열 초크, 및 제 1 표면 및 제 1 표면과 대향하는 제 2 표면을 갖는 기판 수용 플레이트를 포함하며, 기판 수용 플레이트의 제 2 표면은 온도-제어되는 플레이트의 제 1 표면에 커플링된다. 연속적인 열 초크는 내측 구역과 외측 구역 사이에서 매우 작은 열 구배가 생성되고 조작되는 것을 가능하게 하며, 그에 따라 기판의 표면 상에서 중심-고속 또는 에지-고속 에칭 프로파일이 달성되도록 허용한다.

Description

유전체 물질들의 화학적 에칭을 위한 챔버 장치{CHAMBER APPARATUS FOR CHEMICAL ETCHING OF DIELECTRIC MATERIALS}
[0001] 본 명세서(disclosure)의 실시예들(implementations)은 일반적으로, 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 명세서의 실시예들은 다수의 가열 구역들을 갖는 페디스털 히터에 관한 것이다.
[0002] 페디스털 히터는 프로세싱 중에 기판에 대한 열 제어를 제공하며, 프로세싱 챔버 내에서의 기판의 위치를 조정하기 위한 이동성 스테이지(moving stage)로서 이용된다. 전형적인 페디스털 히터는 가열 엘리먼트를 갖는 수평한 플레이트 및 수평한 플레이트의 바닥 중심에 부착되는 수직한 샤프트를 포함할 수 있다. 그러한 단일-구역 페디스털 히터의 온도는 일반적으로, 수평한 플레이트와 접촉하고 있는 열전쌍에 의해 측정되고 제어된다. 샤프트는, 히터 플레이트에 대한 지지를 제공하고, 열전쌍 및 가열 엘리먼트의 단자들이 통과하여 프로세싱 챔버 외부에 연결되는 경로로서의 역할을 한다.
[0003] 반도체 프로세스들은 일반적으로, 페디스털 히터들의 온도 균일성 또는 프로파일에 매우 민감하다. 이상적인 온도 균일성 또는 프로파일은, 온도 설정점(temperature set point), 챔버 압력, 가스 유량, 등과 같은 특정 조건들 하에서의 가열 엘리먼트의 면밀한 설계에 의해 달성될 수 있다. 요구되는 바에 따라, 특정 구역들의 가열 요건들에 우선권이 부여되는 것을 가능하게 하기 위해 구획된(zoned) 페디스털 히터가 산업에서 또한 개발되었다. 그러나, 일부 프로세스들에서, 페디스털 히터 및 그 위에 배치되는 기판은 둘 모두 프로세싱 챔버 내에서 상대적으로 보다 높은 온도에서 작동될 수 있으며, 그에 따라 예를 들면, 기판의 중심 영역 상에서 요구되는 온도 프로파일이, 예를 들면 기판의 외측 영역(outside region) 상의 온도 프로파일과 상이한 경우, 상이한 영역들에서 페디스털 히터의 온도 프로파일을 정밀하게 제어하는 것이 어려울 수 있다. 따라서, 일부 반도체 프로세스들 동안의 실제 조건들은 종종, 설계 조건으로부터 벗어나며, 결과적으로, 이상적인 온도 균일성 또는 프로파일이 유지될 수 없다.
[0004] 따라서, 개선된 페디스털 히터들 및 기판을 가열하기 위한 방법들이 기술 분야에 필요하다.
[0005] 본 명세서의 실시예들은 일반적으로, 정교한 스케일로(섭씨 몇 도) 기판 표면의 상이한 영역들의 열량(amount of heat)을 제어할 수 있는 능력을 갖는 개선된 방법들 및 페디스털 히터들을 제공한다.
[0006] 일 실시예에서, 프로세싱 챔버용 페디스털 히터가 제공된다. 페디스털 히터는, 제 1 표면 및 제 1 표면과 대향하는 제 2 표면을 갖는 온도-제어되는 플레이트를 포함한다. 온도-제어되는 플레이트는, 제 1 세트의 가열 엘리먼트들을 포함하는 제 1 구역; 제 2 세트의 가열 엘리먼트들을 포함하는 제 2 구역 ― 제 2 구역은 제 1 구역을 둘러쌈 ―; 및 제 1 구역과 제 2 구역 사이에 배치되는 연속적인 환형 열 초크(thermal choke)를 포함한다. 페디스털 히터는 또한, 제 1 표면 및 제 1 표면과 대향하는 제 2 표면을 갖는 기판 수용 플레이트를 포함하며, 기판 수용 플레이트의 제 2 표면은 온도-제어되는 플레이트의 제 1 표면에 커플링된다.
[0007] 다른 실시예에서, 페디스털 히터는, 상부 표면 및 상부 표면과 대향하는 바닥 표면을 갖는 기판 수용 플레이트; 및 상부 표면 및 상부 표면과 대향하는 바닥 표면을 갖는 온도-제어되는 플레이트;를 포함하며, 온도-제어되는 플레이트의 상부 표면은 기판 수용 플레이트의 바닥 표면에 커플링된다. 온도-제어되는 플레이트는 온도-제어되는 플레이트의 중심 영역에 배치되는 제 1 구역을 포함하고, 제 1 구역은 제 1 세트의 가열 엘리먼트들을 포함한다. 온도-제어되는 플레이트는 또한, 제 1 구역 둘레에 배치되는 제 2 구역을 포함하고, 제 2 구역은 제 2 세트의 가열 엘리먼트들을 포함한다. 제 1 구역과 제 2 구역 사이에 그루브가 배치된다. 그루브는 온도-제어되는 플레이트를 통하여 바닥 표면으로부터 상부 표면으로 연장하며, 그루브는 기판 수용 플레이트 내로 연장한다.
[0008] 또 다른 실시예에서, 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법이 제공된다. 이 방법은 프로세싱 챔버의 챔버 본체를 제 1 온도로 유지하는 단계; 페디스털 히터 내에 형성되는 온도-제어되는 플레이트의 제 1 구역 및 제 2 구역을 제 2 온도로 냉각시키는 단계;를 포함하며, 제 2 온도는 제 1 온도보다 약 5℃ 또는 그보다 더 적게(less) 아래이며, 페디스털 히터는 챔버 본체 내에 배치된다. 이 방법은 또한, 페디스털 히터와 가스 분배 플레이트 사이에 정의되는 프로세싱 용적 내로, 가스 혼합물로부터 발생된 플라즈마를 도입하는 단계; 기판의 표면 상에 물질 층을 형성하기 위해, 페디스털 히터 상에 배치되는 기판의 표면을 플라즈마에 노출시키는 단계;를 포함하며, 기판은 온도-제어되는 플레이트의 제 1 구역 및 제 2 구역을 커버하는 직경을 갖는다. 이 방법은, 제 1 구역과 제 2 구역 사이에 온도 구배를 생성하기 위해, 온도-제어되는 플레이트의 제 2 구역을 제 2 온도로 유지하면서, 온도-제어되는 플레이트의 제 1 구역을 제 1 온도에 대응하는 제 3 온도로 가열하는 단계;를 더 포함하며, 온도 구배는 상기 제 1 구역 위의 물질 층이 상기 제 2 구역 위의 물질 층보다 상대적으로 더 빠른 레이트로 에칭되게 한다.
[0009] 본 명세서의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로 앞서 간략히 요약된 본 명세서의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 명세서의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 명세서의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 명세서가 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0010] 도 1은 본 명세서의 실시예들에 따른, 반도체 기판을 프로세싱하는데 이용될 수 있는 예시적인 프로세싱 챔버의 횡단면도를 도시한다.
[0011] 도 2는 본 명세서의 실시예들에 따른, 도 1의 페디스털 히터 대신에 이용될 수 있는 페디스털 히터의 일부의 개략적 횡단면도를 도시한다.
[0012] 도 3은 본 명세서의 실시예들에 따른, 도 2의 페디스털 히터의 개략적 평면도를 도시한다.
[0013] 도 4는 도 2의 다중-구역 페디스털 히터를 제조하는 예시적인 방법을 도시하는 흐름도이다.
[0014] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통적인 동일한 엘리먼트들을 지시하기 위해, 가능한 경우, 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예에서 개시된 엘리먼트들은 특별한 언급 없이도 다른 실시예들에 대해 유리하게 사용될 수 있는 것으로 생각된다.
[0015] 본 명세서의 실시예들은 일반적으로, 정교한 스케일로(섭씨 몇 도) 기판 표면의 상이한 영역들의 열량을 제어할 수 있는 능력을 갖는 개선된 방법들 및 페디스털 히터들을 제공한다. 다양한 실시예들에서, 페디스털 히터는 내측 가열 구역을 외측 가열 구역으로부터 분리하는 연속적인 열 초크를 갖는 이중-구역 페디스털 히터일 수 있다. 연속적인 열 초크는 내측 가열 구역과 외측 가열 구역 사이에서 매우 작은 온도 구배가 생성되고 조작되는(manipulate) 것을 가능하게 하며, 그에 따라 페디스털 히터 및 기판이 상대적으로 더 높은 온도들에서 작동하는 경우에도, 기판의 표면 상에서 중심-고속(center-fast) 또는 에지-고속(edge-fast) 에칭 프로파일이 달성되는 것을 허용한다. 본 명세서의 세부사항들 및 다양한 실시예들이 하기에서 논의된다.
예시적인 챔버 하드웨어
[0016] 도 1은 반도체 기판(190)을 프로세싱하기 위해 이용될 수 있는 예시적인 프로세싱 챔버(100)의 횡단면도를 도시한다. 프로세싱 챔버(100)는 열 또는 플라즈마-기반 프로세스를 수행하는데 특히 유용할 수 있다. 예를 들면, 프로세싱 챔버(100)는 기판으로부터 물질을 건식 에칭하거나 제거하도록 구성될 수 있다. 프로세싱 챔버(100)는, 기판에 대한 최소한의 손상 및 높은 선택성을 가지면서 물질을 등방성 건식 에칭하는 데에 특히 적합하다. 일 실시예에서, 건식 에칭은 불소-함유 가스를 이용하여 수행된다. 본 명세서의 실시예들을 실행하도록 이루어질 수 있는 프로세싱 챔버들은, 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 SiconiTM 프로세싱 챔버를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 다른 제조업자들로부터 입수가능한 것들을 포함하여, 다른 진공 프로세싱 챔버들이 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들을 실행하도록 이루어질 수 있음이 주목된다.
[0017] 일 실시예에서, 프로세싱 챔버(100)는 기판의 열 및 플라즈마 프로세싱을 제공하는 용량성으로 커플링된 플라즈마 프로세싱 챔버이다. 프로세싱 챔버(100)는 약 20 Torr 미만, 예를 들면 약 1 Torr의 압력 레벨에서 작동하도록 구성될 수 있다. 프로세싱 챔버(100)는 일반적으로, 챔버 본체(102), 리드 조립체(104), 및 페디스털 히터(106)를 포함한다. 리드 조립체(104)는 챔버 본체(102)의 상부 단부에 배치되며, 페디스털 히터(106)는 적어도 부분적으로, 챔버 본체(102) 내에, 예를 들면, 리드 조립체(104)에 대한 챔버 본체(102)의 반대편(opposite) 단부에 배치된다. 챔버 본체(102)는 또한, 프로세싱 챔버(100)의 내부에 대한 접근을 제공하기 위해, 챔버 본체의 측벽에 형성된 슬릿 밸브 개구(108)를 포함한다. 슬릿 밸브 개구(108)는, 외부의 기판 핸들링 로봇(미도시)에 의한 챔버 본체(102)의 내부로의 접근을 허용하기 위해 선택적으로 개방되고 폐쇄된다.
[0018] 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 챔버 본체(102)는, 챔버 본체 내에 형성된, 열 전달 유체를 통과하여 유동시키기 위한 채널(110)을 포함한다. 열 전달 유체는 가열 유체 또는 냉각제일 수 있으며, 프로세싱 중에 챔버 본체(102)의 온도를 제어하기 위해 이용된다.
[0019] 챔버 본체(102)는 페디스털 히터(106)를 둘러싸는 라이너(112)를 더 포함할 수 있다. 라이너(112)는 서비싱(servicing) 및 세정을 위해 제거가능하다. 라이너(112)는, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸과 같은, 금속 또는 금속 합금, 알루미늄 질화물 또는 알루미늄 산화물과 같은 세라믹 물질, 또는 임의의 다른 프로세스 양립가능한(compatible) 물질로 제조될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 라이너(112)는 하나 또는 그 초과의 애퍼쳐들(114), 및 라이너(112)를 통하여 형성되며 진공 포트(118)와 유체 소통하는 펌핑 채널(116)을 포함한다. 애퍼쳐들(114)은, 프로세싱 챔버(100)의 내부 안의 가스들이 펌핑 채널(116)에 들어가도록 하는 유동 경로를 제공하고, 펌핑 채널은 프로세싱 챔버(100) 내의 가스들을 진공 포트(118)로 라우팅한다(route). 프로세싱 챔버(100)를 통하는 가스들의 유동을 조절하기 위해, 진공 포트(118)에 진공 시스템이 커플링된다. 진공 시스템은 진공 펌프(120) 및 스로틀 밸브(122)를 포함한다.
[0020] 리드 조립체(104)는, 하나 또는 그 초과의 용적들을 그 사이에 형성하도록 구성된 복수의 스택형(stacked) 컴포넌트들을 포함한다. 일 실시예에서, 리드 조립체(104)는 리드(124), 차단기(blocker)(126), 면판(faceplate)(128), 선택성 조절 디바이스(SMD)(130), 및 가스 분배 플레이트(132)를 포함한다. 리드(124)는 약 400 kHz 내지 약 60 MHz의 주파수에서 약 0 내지 약 3000 W로 작동하도록 구성되는 제 1 전력 소스(138), 이를테면 RF 전력 공급부에 커플링된다. 일 예에서, 제 1 전력 소스(138)는 약 13.56 MHz의 주파수에서 약 30 와트 내지 약 1500 와트를 전달하도록(deliver) 구성된다. 일 실시예에서, 리드(124)는 리드 조립체(104)의 온도 제어를 제공하기 위해, 가열 유체를 라우팅하거나 히터를 하우징하기 위한 하나 또는 그 초과의 매립된 채널들 또는 통로들을 포함할 수 있다.
[0021] 리드(124)는, 제 1 가스 소스(미도시)에 커플링되는 원격 플라즈마 발생기(136)와 유체 소통하는 유입구(134)를 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 가스 소스는 불소를 제공한다. 리드(124)는 차단기(126) 위에 수직으로 배치되고, 원격 플라즈마 발생기(136)로부터 유입구(134)를 통해, 리드(124)와 차단기(126) 사이에 한정되는 제 1 용적(140) 내로 제 1 플라즈마를 전달하도록 구성된다.
[0022] 차단기(126)는 리드(124)에 커플링되고(그에 따라 RF 핫(RF hot)이며), 그리고 제 1 플라즈마로부터 중성 종들을 걸러내도록(filter out) 구성된 복수의 애퍼쳐들(142)을 포함하며, 그에 따라 이온들 및 라디칼들이 이 애퍼쳐들을 통과할 수 있게 한다. 차단기(126)는 면판(128) 위에 수직으로 배치되며, 그에 따라 제 1 플라즈마로부터의 이온들 및 라디칼들만이, 차단기(126)와 면판(128) 사이에 한정되는 제 2 용적(144)에 들어가도록, 주로(predominantly) 허용한다. 제 2 용적(144) 내의 제 1 플라즈마로부터의 이온들 및 라디칼들은 면판(128)을 통해 제 3 용적(146)으로 분배된다.
[0023] 일 실시예에서, 면판(128) 및 SMD(130)는, 그 사이에 제 3 용적(146)을 한정하는, 상부 전극 및 하부 전극을 각각 형성한다. 면판(128)은 RF 전력 공급부와 같은 제 2 전력 소스(148)에 연결되고, SMD(130)는 접지에 연결되며, 그에 따라 상부 전극(128)과 하부 전극(130) 사이에 캐패시턴스를 형성한다. 요구되는 경우, 하부 전극(130)은 전기적으로 플로팅될 수 있다. 상부 전극(128) 및 하부 전극(130)은, 고도로 도핑된(highly doped) 실리콘 또는 금속, 이를테면 알루미늄, 스테인리스 스틸, 등으로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상부 전극(128) 및 하부 전극(130)은 알루미나 또는 이트륨 산화물을 포함하는 보호 층으로 코팅될 수 있다. 격리기(isolator)(150)가 면판(128)과 SMD(130) 사이에 배치되며, 면판(128) 및 SMD(130)를 전기적으로 격리시키도록 구성된다. 일 실시예에서, 격리기(150)는 세라믹으로 제조된다.
[0024] 면판(128)은 천공된 플레이트(152)를 포함할 수 있다. 면판(128) 내의 복수의 애퍼쳐들(155)이, 제 2 용적(144)으로부터의 이온들 및 라디칼들을 제 3 용적(146)으로 균일하게 전달하도록 구성된다. SMD(130)는 복수의 애퍼쳐들(154)을 갖는 천공된 플레이트(151)를 포함할 수 있다. SMD(130) 내의 복수의 애퍼쳐들(154)은, SMD(130)와 가스 분배 플레이트(132) 사이에 정의되는 제 4 용적(156)에 제공되는 가스 선택성을 튜닝하기 위해서 이온/라디칼 비율(ratio)을 제어하도록 구성된다. SMD(130)는, 희망 양(desired amount)의 이온들을 걸러내고 그리고 SMD(130)를 통해 희망 양의 라디칼들이 제 4 용적(156)으로 통과하게 허용하도록 구성된다. 이온/라디칼 비율은 프로세싱 요건들을 기초로 선택될 수 있다.
[0025] 가스 분배 플레이트(132)는, 복수의 제 1 애퍼쳐들(158) 및 제 2 애퍼쳐들(160)을 포함하는 실질적으로 디스크-형상인 컴포넌트일 수 있어서, 이들 애퍼쳐들을 통해 가스의 유동을 분배할 수 있다. 제 1 및 제 2 애퍼쳐들(158, 160)은 페디스털 히터(106) 위에 배치되는 이중-구역 가스 분배 플레이트(132)를 형성한다. 일 실시예에서, 제 1 애퍼쳐(158)는, 제 4 용적(156)으로부터의 희망량의 이온들 및 라디칼들을, 가스 분배 플레이트(132)와 페디스털 히터(106) 사이에 정의되는 프로세싱 용적(162)으로 전달하도록 구성된다. 일 실시예에서, 제 2 애퍼쳐들(160)은 제 2 가스 소스(미도시)와 유체 소통하며, 가스 분배 플레이트(132)의 측벽으로부터 프로세싱 용적(162)으로 제 2 가스를 전달하도록 구성된다. 그러므로, 이중-구역 가스 분배 플레이트(132)는 유리하게, 적어도 2개의 상이한 화학물질들(chemistries)을 프로세싱 용적(162)으로 전달하고, 제 2 가스가, 제 1 가스를 갖는 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 용적들(140, 144, 146 및 156)을 바이패싱하도록 허용한다. 이중-구역 가스 분배 플레이트(132)는 기판 표면에 걸쳐서, 희망 이온/라디칼 비율을 갖는 제 1 가스, 및 제 2 가스를 분배하도록 구성될 수 있다. 다양한 예시들에서, 제 1 가스 및/또는 제 2 가스는 에천트 또는 이온화된 활성 라디칼, 이를테면 이온화된 불소, 염소, 또는 암모니아, 또는 산화제, 이를테면 오존일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 2 가스는, NF3 및 He를 함유하는 플라즈마를 포함할 수 있다.
[0026] 페디스털 히터(106)는, 프로세싱 중에 그 위에 기판(190)을 지지하기 위한 편평한, 또는 실질적으로 편평한 표면을 갖는 지지 플레이트(164)를 포함할 수 있다. 지지 플레이트(164)는, 챔버 본체(102)의 바닥 표면에 형성되는, 중심에 위치된 개구를 통하여 연장하는 샤프트(168)에 의해, 액츄에이터(166)에 커플링될 수 있다. 액츄에이터(166)는 벨로우즈(미도시)에 의해 챔버 본체(102)에 신축성있게(flexibly) 밀봉될 수 있어서, 샤프트(168) 둘레로부터의 진공 누출을 방지한다. 액츄에이터(166)는, 지지 플레이트(164)가 챔버 본체(102) 내에서 프로세스 위치와 하부 이송 위치 사이에서 수직으로 이동되도록 허용한다. 이송 위치는 챔버 본체(102)의 측벽에 형성된 슬릿 밸브 개구(108)보다 약간 아래이다.
[0027] 페디스털 히터(106)는, 기판 핸들링 및 운반을 위해 이용되는 리프트 핀(186)을 수용하기 위해 지지 플레이트(164)를 통하여 형성되는 하나 또는 그 초과의 보어(bore)들을 포함할 수 있다. 리프트 핀(186)은 보어 내에서 이동가능하다. 동작될 때, 리프트 핀들(186)은 보어들로부터 위쪽으로 돌출하고(project) 기판(190)의 후면측 표면(backside surface)을 밀며(pushing), 그에 따라 기판(190)을 지지 플레이트(164)로부터 들어올린다. 반대로, 리프트 핀들(186)은 연장된 위치로부터 수축되어(retracted) 기판(190)을 낮출 수 있으며, 그에 따라 기판(190)을 지지 플레이트(164) 상에 놓을 수 있다.
[0028] 일부 실시예들에서, 기판(190)은 진공 척 또는 정전 척을 이용하여 지지 플레이트(164)에 고정될 수 있다. 정전 척은 적어도, 지지 플레이트(164) 내에 위치될 수 있는 전극(174)을 둘러싸는 유전체 물질을 포함할 수 있다. 전극(174)은 복수의 RF 바이어스 전력 소스들(176, 178)에 커플링될 수 있다. 이중 RF 바이어스 전력 소스들(176, 178)은 매칭 회로(180)를 통해 전극(174)에 커플링된다. RF 바이어스 전력 소스들(176, 178)은 일반적으로, 약 50 kHz 내지 약 200 MHz의 주파수 및 약 0 와트 내지 약 5000 와트의 전력을 갖는 RF 신호를 생성할 수 있다. 부가적인 바이어스 전력 소스들이, 필요에 따라 플라즈마의 특성들을 제어하기 위해 전극(174)에 커플링될 수 있다. 하기에서 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 지지 플레이트(164)는 둘 또는 그 초과의 가열 구역들을 가질 수 있으며, 가열 구역들 중 일부의 온도는, 지지 플레이트(164)의 본체 내에 매립된 유체 채널을 통해 순환되는 유체에 의해 제어될 수 있다.
예시적인 페디스털 히터
[0029] 기판 표면 상에서의 상이한 에칭 레이트들을 가능하게 하기 위해 페디스털 히터의 희망 온도 프로파일을 제공하려는 노력으로, 본 발명자들은 기판의 주변 영역(peripheral region) 상의 그리고 기판의 중심 영역에서의 열량을 변화시키고/제어할 수 있는 능력을 갖는 개선된 페디스털 히터를 제안하였다. 도 2는 도 1에 도시된 페디스털 히터(106)를 대체하기 위해 이용될 수 있는 페디스털 히터(264)의 개략적 횡단면도를 도시한다. 페디스털 히터(264)는 또한, 다른 열적 및/또는 플라즈마 강화 프로세싱 챔버들에서 발견되는 페디스털 히터 또는 기판 지지 조립체 대신에 이용될 수 있는 것으로 생각된다.
[0030] 페디스털 히터(264)는 샤프트(168)에 의해 액츄에이터(도 1에 도시된 166)에 커플링되는 베이스 지지 플레이트(202)를 포함한다. 액츄에이터는, 도 1에 대해 전술된 바와 같은 방식으로, 베이스 지지 플레이트(202)가 프로세싱 챔버 내에서 프로세스 위치와 이송 위치 사이에서 수직으로 이동되도록 허용한다. 베이스 지지 플레이트(202)는, 실질적으로 편평한 표면을 갖는 실질적으로 디스크-형상의 본체(206)의 형태일 수 있다. 베이스 지지 플레이트(202)는 기판을 지지하는 크기로 만들어진(sized) 디스크-형상의 본체로서 도시되고 설명되지만, 베이스 지지 플레이트(202) 및 그 위에 배치된 페디스털 히터의 모든 다른 플레이트들은 임의의 특정한 형상으로 제한되지 않는다. 일 양태에서, "기판"이라는 용어는 200 mm 직경 또는 300 mm 직경을 갖는 원형 웨이퍼를 나타낸다. 다른 양태에서, "기판"이라는 용어는, 예를 들면, 평판 디스플레이들의 제조시에 이용되는 유리 기판과 같은, 임의의 다각형, 정사각형, 직사각형, 곡선형, 또는 다른 비-원형 워크피스를 나타낸다.
[0031] 베이스 지지 플레이트(202)는 알루미늄과 같은 금속, 스테인리스 스틸과 같은 금속 합금, 또는 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 질화물과 같은 세라믹 물질, 또는 임의의 다른 프로세스 양립가능한 물질로 제조될 수 있다. 디스크-형상의 본체(206)는 샤프트(168)에 커플링된다. 디스크-형상 본체(206)는 일반적으로, 상부 표면(208), 하부 표면(210) 및 원통형 외측 표면(212)을 갖는다. 일 실시예에서, 베이스 지지 플레이트(202)는, 베이스 지지 플레이트(202)의 온도 제어를 제공하기 위해, 상부 표면(208) 근처의 디스크-형상의 본체(206)에 형성되는 복수의 유체 채널들(214)을 가질 수 있다. 유체 채널들(214)은, 열 전달 매체 또는 냉각 매체를 유동시키기 위해 샤프트(168) 내에 제공되는 열 전달 유체 도관(216)과 유체 소통한다. 유체 채널(214)은, 기판(190)에 균일한 열 전달을 제공하기 위해 대칭적 방식으로 샤프트(168)를 중심으로 위치될 수 있다. 특히, 유체 채널들(214)은, 온도-제어되는 플레이트(224)에 제공되는 가열 구역들에 걸쳐서 지향시키는 대신, 온도-제어되는 플레이트(224)로부터 주로 아래쪽으로 열 손실의 대부분(bulk)을 지향시킨다. 일 실시예에서, 유체 채널들의 4개의 세트들이 디스크-형상의 본체(206)에 제공될 수 있다. 더 많거나 더 적은 개수의 유체 채널들이 고려된다. 열 전달 유체 도관(216)은 열 전달 유체 소스(미도시)와 유체 소통한다. 임의의 적합한 열 전달 유체, 이를테면 물, 질소, 에틸렌 글리콜, 또는 이들의 혼합물들이 이용될 수 있다. 베이스 지지 플레이트(202)는 베이스 지지 플레이트(202)의 상부 표면(208)의 온도를 모니터링하기 위한 매립된 열전쌍(미도시)을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 열전쌍으로부터의 신호는, 유체 채널(214)을 통하여 순환되는 유체의 유량 또는 온도를 제어하기 위해 피드백 루프 내에서 이용될 수 있다.
[0032] 샤프트(168)는 또한, 기판 수용 플레이트(222) 내에 형성된 채널들(218)(단 하나만 도시됨)을 통해 복수의 홀들(220)에 커플링되는 진공 도관(217)을 제공할 수 있다. 홀들(220)은, 홀들(220) 및 채널들(218)을 통하여 진공을 끌어당김으로써(pulling) 기판 수용 플레이트(222)의 상부 표면에 기판(190)을 척킹하기 위해, 진공 도관(217)을 통해 진공 펌프(미도시)와 유체 소통한다. 특정 조건들 하에서, 진공 도관(217)은 반응성 가스/플라즈마 또는 부산물이 기판의 후면측과 접촉하는 것을 방지하기 위해, 기판 수용 플레이트(222)의 표면에 퍼지 가스를 공급하는데 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 헬륨, 수소, 또는 이들의 조합과 같이 비교적 높은 열 전도성을 갖는 퍼지 가스가 에칭 프로세스 동안 기판의 후면측에 공급되어, 기판 수용 플레이트(222)와 기판(190) 사이에 보다 우수한 열 전달들을 제공할 수 있다. 페디스털 히터의 열 전도성은 기판 수용 플레이트(222)와 기판(190) 사이의 가스 압력을 변화시킴으로써 향상될 수 있는데, 이는 가스의 열 전도성이 가스의 압력의 함수이기 때문이다. 일 예에서, 퍼지 가스는 기판 수용 플레이트(222)와 기판(190) 사이의 열 전도성을 개선하기 위해, 대기 압력보다 상당히 더 낮은 압력 레벨(예를 들면, 10 Torr 내지 100 Torr)로 기판의 후면측에 인가될 수 있다.
[0033] 일 실시예에서, 특히, 알루미늄, 구리, 세라믹, 석영, 스테인리스 스틸로 제조된 차단 플레이트(226)가 페디스털 히터(264) 상에 선택적으로 형성될 수 있다. 차단 플레이트(226)는 베이스 지지 플레이트(202)의 직경에 대응하는 직경을 가질 수 있다. 대부분의 경우들에, 차단 플레이트(226)는 유체 채널들(214)을 커버하는 크기로 만들어진다. 차단 플레이트(226)는 유체 채널들(214) 내에 열 전달 유체를 한정하며, 온도-제어되는 플레이트(224)의 가열 엘리먼트들로부터 열 전달 유체를 격리시킨다. 약 300 mm의 직경을 갖는 페디스털 히터에 대해, 차단 플레이트(226)는 약 5 mm 내지 약 30 mm의 두께를 가질 수 있다.
[0034] 일 실시예에서, 페디스털 히터(264)는 또한, 차단 플레이트(226) 상에 형성되는 온도-제어되는 플레이트(224)를 포함한다. 차단 플레이트(226)가 이용되지 않는 경우, 온도-제어되는 플레이트(224)는 베이스 지지 플레이트(202) 상에 형성된다. 온도-제어되는 플레이트(224)는 일반적으로, 실질적으로 편평한 표면을 갖는 실질적으로 디스크-형상의 본체(225)의 형태이다. 온도-제어되는 플레이트(224)는 알루미늄과 같은 금속, 스테인리스 스틸과 같은 금속 합금, 또는 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 질화물과 같은 세라믹 물질, 또는 임의의 다른 프로세스 양립가능한 물질로 제조될 수 있다. 온도-제어되는 플레이트(224)는 베이스 지지 플레이트(202)의 직경에 대응하는 직경을 가질 수 있다. 약 300 mm의 직경을 갖는 페디스털 히터에 대해, 온도-제어되는 플레이트(224)는 약 5 mm 내지 약 30 mm의 두께를 가질 수 있다.
[0035] 일부 실시예들에서, 온도-제어되는 플레이트(224)는 플레이트(224)의 최상부로부터 볼 때 둘 또는 그 초과의 가열 구역들을 포함할 수 있다. 온도-제어되는 플레이트(224)는 온도-제어되는 플레이트(224)의 상이한 가열 구역들을 가열하기 위해, 디스크-형상의 본체(225)에 매립되는 복수의 가열 엘리먼트들을 가질 수 있다. 가열 구역들은 베이스 지지 플레이트(202)에 대한 희망 온도 프로파일을 제공하기 위해 임의의 적합한 배열들을 가질 수 있다. 예를 들면, 온도-제어되는 플레이트(224)는, 증가하는 직경의, 다수의 동심 원형 구역들 및/또는 링-형상의 구역들로 배열되는 가열 구역들을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 온도-제어되는 플레이트(224)는 방사상으로 대칭적인 또는 비대칭적인 패턴으로 배열되는 가열 구역들을 가질 수 있다. 어떠한 경우에도, 각각의 가열 구역은, 온도 판독 및 제어를 위해, 매립된 열전쌍에 연결되는 하나 또는 그 초과의 독립적으로 PID(Proportional Integral Derivative) 제어되는 가열 엘리먼트들을 가질 수 있다.
[0036] 일 실시예에서, 온도-제어되는 플레이트(224)는 내측 구역(228)을 동심으로 둘러싸는 외측 구역(230)을 갖는다. 내측 구역(228)은 온도-제어되는 플레이트(224)의 구역의 대부분(majority)을 커버할 수 있는 한편, 외측 구역(230)은 온도-제어되는 플레이트(224)의 둘레(perimeter) 부분들을 커버할 수 있다. 일부 실시예들에서, 내측 구역(228)은 온도-제어되는 플레이트(224)의 상부 표면의 약 60% 내지 약 90%의 표면 커버리지를 가질 수 있다.
[0037] 온도-제어되는 플레이트(224)는 디스크-형상의 본체(225) 내에 제공되는 제 1 세트의 가열 엘리먼트들(232)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 세트의 가열 엘리먼트들(232)은 4개의 가열 엘리먼트들을 포함한다. 제 1 세트의 가열 엘리먼트들(232)의 레이아웃은 일반적으로, 내측 구역(228)에 의해 정의되는 영역에 대응한다. 제 1 세트의 가열 엘리먼트들(232)은 샤프트(168)를 중심으로 방사상 대칭 방식으로 배열될 수 있다. 온도-제어되는 플레이트(224)는 또한, 디스크-형상의 본체(225) 내에 제공되는 제 2 세트의 가열 엘리먼트들(234)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 세트의 가열 엘리먼트들(234)은 2개의 가열 엘리먼트들을 포함한다. 제 2 세트의 가열 엘리먼트들(234)의 레이아웃은 일반적으로, 외측 구역(230)에 의해 정의되는 영역에 대응한다. 제 2 세트의 가열 엘리먼트들(234)은 샤프트(168)를 중심으로 방사상 대칭 방식으로 배열될 수 있다. 제 1 및 제 2 세트들의 가열 엘리먼트들의 개수는 요구에 따라 달라질 수 있는 것으로 생각됨에 주목한다. 증가된 개수의 가열 엘리먼트들은 가열 신뢰성을 개선하는 것으로 예상된다.
[0038] 내측 및 외측 구역들(228, 230)에서의 페디스털 히터(264)의 온도 프로파일은 제 1 및 제 2 세트들의 가열 엘리먼트들(232, 234)에 가해지는 전력의 비율에 기초하여 조정가능할 수 있다. 제 1 및 제 2 세트들의 가열 엘리먼트들(232, 234)은 저항성 가열, 비-저항성 가열, 유도 가열, 복사 가열, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 임의의 적합한 가열 접근법들을 이용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 세트의 가열 엘리먼트들(232)은 내측 구역(228)을 가열하기 위해 저항성 가열 접근법을 이용할 수 있지만, 제 2 가열 엘리먼트(234)는 외측 구역(230)을 가열하기 위해 비-저항성 가열 접근법을 이용할 수 있거나, 또는 그 반대일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 및 제 2 세트들의 가열 엘리먼트들(232, 234) 모두는 내측 및 외측 구역들(228, 230)을 가열하기 위해 저항성 가열 접근법을 이용할 수 있다.
[0039] 저항성 가열 엘리먼트들은 저항성 금속, 저항성 금속 합금, 또는 이 둘의 조합으로 구성될 수 있다. 저항성 가열 엘리먼트들에 대해 적합한 물질들은 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 등과 같은 높은 열 저항을 갖는 물질들을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 세트들의 가열 엘리먼트들은, 기판 수용 플레이트(222) 및 하부에 놓인 차단 플레이트(226)(이용되는 경우) 중 적어도 하나 또는 둘 모두의 열 특성들과 실질적으로 매칭하는 열 특성들, 예를 들면 열 팽창 계수를 갖는 물질로 제조될 수 있어서, 미스매칭된 열 팽창에 의해 야기되는 응력을 감소시킨다. 비-저항성 가열 방법들은, 예를 들면, 내부 또는 외부 열 교환 소스의 적용을 포함할 수 있다.
[0040] 기판 수용 플레이트(222)는 온도-제어되는 플레이트(224) 상에 배치된다. 기판 수용 플레이트(222)는 온도-제어되는 플레이트(224)에 실질적으로 대응하는 직경을 갖는 디스크-형상의 본체(246)의 형태일 수 있다. 기판 수용 플레이트(222)는, 알루미늄, 구리, 세라믹, 석영, 스테인리스 스틸, 또는 임의의 적합한 프로세스 양립가능한 물질로 제조될 수 있다.
[0041] 기판 수용 플레이트(222)는, 기판의 이동을 지지하고/한정하거나 프로세스 동안 기판의 구역들의 바람직하지 않은 부식을 방지하도록 구성되는 피쳐들을 가질 수 있다. 기판 수용 플레이트(222)는 온도-제어되는 플레이트(224)로부터 제거가능하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들면, 기판 수용 플레이트(222)는 기판 수용 플레이트(222)의 주변부(periphery) 주위에서 그 상부 표면(242)으로부터 위쪽으로 연장하는 돌기(protrusion)(240), 및 이 돌기(240)에 의해 둘러싸이는 오목한 구역(recessed area)(244)을 가질 수 있다. 오목한 구역(244)은 기판(190)을 수용하는 크기로 만들어지고 구성될 수 있으며, 그에 따라 기판(190)의 최상부 표면은 일단 오목한 구역(244) 내에 배치되면, 돌기(240)의 최상부 표면과 실질적으로 같은 높이이거나 그보다 약간 위이다. 돌기(240)는 환형 링 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 돌기(240)는 오목한 구역(244)과 인접해 있는(abut) 내측 원주 표면(252)을 가질 수 있다. 돌기(240)의 내측 표면(252)은, 0 초과의 각도로, 예를 들면 약 30도 내지 약 150도, 이를테면 약 100도 내지 약 120도로 돌기(240)의 최상부 표면에 대해 경사질 수 있다. 돌기(240) 및 오목한 구역(244)은 프로세스 동안 기판의 이동을 한정한다. 약 300 mm의 직경을 갖는 페디스털 히터에 대해, 기판 수용 플레이트(222)는 약 5 mm 내지 약 30 mm의 전체 두께를 가질 수 있다. 돌기(240)는 약 0.5 mm 내지 약 5 mm의 두께를 가질 수 있다. 돌기 및 오목한 구역은 예시의 목적들을 위한 것이며, 다른 가능한 설계 변형들의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 함에 주목한다.
[0042] 다양한 실시예들에서, 페디스털 히터(264)는 내측 구역(228)과 외측 구역(230) 사이의, 온도-제어되는 플레이트(224)의 디스크-형상의 본체(225)에 형성되는 환형 그루브(236)를 더 포함한다. 그루브(236)는 일반적으로, 외측 구역(230)으로부터 내측 구역(228)을 열적으로 격리시키기에 충분히 넓은 폭을 갖는다. 약 300 mm의 직경을 갖는 페디스털 히터에 대해, 그루브(236)는 약 1 mm 내지 약 15 mm, 예를 들면 약 2 mm 내지 약 8 mm의 폭을 가질 수 있다. 그루브(236)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 내측 구역(228) 및 외측 구역(230)을 물리적으로 격리시키도록, 온도-제어되는 플레이트(224)의 전체 두께를 통하여 형성될 수 있으며, 도 3은 도 2의 페디스털 히터(264)의 개략적 저면도를 도시하며, 내측 구역(228) 및 외측 구역(230)이, 페디스털 히터(264)의 주변부 주위에서 연장하는 연속적인 그루브(236)에 의해 분리되는 것을 도시한다. 도 3은 또한, (도 2에 도시된) 리프트 핀(186)을 수용하도록 각각 구성되는 3개의 보어들(250)을 갖는 페디스털 히터(264)를 도시한다. 보어들(250)은, 그루브(236)가 위치되는 영역들에서 페디스털 히터(264)의 원주를 따라 규칙적인 간격으로 이격되어 있다. 전술된 바와 같이, 리프트 핀은 그 각각의 보어(250) 내에서 기판 핸들링 및 운반을 위해 이동가능하다. 도 2에서 보다 잘 볼 수 있는 바와 같이, 보어들(250)은 일반적으로, 기판 수용 플레이트(222), 온도-제어되는 플레이트(224), 차단 플레이트(226), 및 베이스 지지 플레이트(202)를 통하여 형성되어서, 각각의 리프트 핀이 그 각각의 보어를 통과하여 하부 위치 또는 상부 위치로부터 기판을 이동시키도록 허용한다.
[0043] 일부 실시예들에서, 그루브(236)는 기판 수용 플레이트(222)의 디스크-형상의 본체(246)의 두께 내로 더 연장한다. 도 2에 도시된 일 실시예에서, 그루브(236)는 온도-제어되는 플레이트(224)의 전체 두께를 통하여 형성되고, 오목한 구역(244)에서 기판 수용 플레이트(222) 내로 위쪽으로 연장된다. 결과적으로, 내측 구역(228) 위에 배치되는 기판 수용 플레이트(222)의 디스크-형상의 본체(246)는, 얇은 브리지(248)에 의해, 외측 구역(230) 위에 배치되는 디스크-형상의 본체(246)에 연결된다. 브리지(248)는 그루브(236)를 기판(190)으로부터 물리적으로 분리한다. 다양한 예시들에서, 그루브(236)는 온도-제어되는 플레이트(224)의 바닥에 형성되어서, 내측 구역(228) 및 외측 구역(230)을 접촉하여(contiguously) 그리고 일체형으로(integrally) 연결하는 브리지(248)를 남긴다. 브리지(248)의 두께는 내측 및 외측 구역들(228, 230) 위에 배치되는 디스크-형상의 본체(246)의 두께보다 상당히 더 얇게 도시되어 있지만, 브리지(248)는 오목한 구역(244)과 돌기(240) 사이에서의 구조의 요구되는 기계적 강도를 제공하기 위한 최소 두께를 가져야 한다.
[0044] 그루브(236)의 깊이 및 브리지(248)의 두께는, 기판(190)과 기판 수용 플레이트(222)(그리고 그에 따라 온도-제어되는 플레이트(224)) 사이에 제한된 열 전달(예를 들면, 열 초크)을 제공하기 위해 주의깊게 선택된다. 기판 수용 플레이트(222)와 온도-제어되는 플레이트(224)가 약 5 mm 내지 약 30 mm의 전체 두께를 갖는 경우들에, 그루브(236)는 약 2 mm 내지 약 29.5 mm의 높이를 가질 수 있다. 브리지(248)는 약 0.5 mm 내지 약 28 mm의 두께 및 약 2 mm 내지 약 8 mm의 폭을 가질 수 있다.
[0045] 그루브(236)가 기판 수용 플레이트(222) 내로 연장되는지 아닌지에 관계없이, 그루브(236) 및 브리지(248)는 내측 구역(228)과 외측 구역(230) 사이에 열 초크를 제공한다. 그러므로, 그루브(236) 및 브리지(248)가 없는 경우, 온도-제어되는 플레이트(224)의 디스크-형상의 본체(225)를 통과했을, 내측 구역(228)과 외측 구역(230) 사이의 열 전달이 크게 감소된다. 그루브(236)(즉, 열 초크)는 그에 따라, 매우 정밀한 온도 구배가 내측 구역(228)과 외측 구역(230) 사이에서 생성되고 조작되는 것을 가능하게 하며, 그에 따라 페디스털 히터 및 기판이 상대적으로 더 높은 온도들에서 작동중인 경우에도, 중심-고속(내측 구역) 또는 에지-고속(외측 구역) 에칭 프로파일이 기판의 표면 상에 달성되는 것을 허용한다.
[0046] 또한, 에칭 프로세스의 초기 단계(stage) 이전에, 또는 그러한 초기 단계 동안, 페디스털 히터(264)가 프로세싱 챔버의 주변 온도보다 약간 낮은 온도에서 유지될 수 있기 때문에, 하기에서 보다 상세히 논의되는 바와 같이, (중심-고속 에칭 프로파일을 획득하기 위해) 내측 구역(228)에, 최소 열량이 지향되거나 또는 (에지-고속 에칭 프로파일을 획득하기 위해) 외측 구역(230)에 최소 열량이 지향되도록, 내측 구역(228) 및/또는 외측 구역(230)의 온도를 최소 열량으로 정밀하게 제어하는 것이 가능할 것이다. 이러한 예시에서, 내측 구역(228)/외측 구역(230)에 부가될 열량이 매우 작고, 그리고 온도-제어되는 플레이트(224) 및 기판 수용 플레이트(222)가 모두 알루미늄과 같은 높은 열 전도성 물질로 제조되기 때문에, 내측 구역(228)과 외측 구역(230) 사이의 폭넓은 연속적인 열 초크의 제공이 외측 구역(230)으로부터 내측 구역(228)으로의 (또는 그 반대로의) 열 유동을 효과적으로 제한할 수 있으며, 그렇지 않을 경우, 기판과 접촉하는 기판 수용 플레이트(222)의 희망 온도 프로파일에 영향을 미칠 것이다.
[0047] 또한, 보어들(250)이 그루브(236)와 기판(190) 사이에 배치된 브리지(248)를 통하여 형성되어, 기판(190)으로부터 리프트 핀 보어들(250)로의 느린 열 전달을 마스킹(mask)할 수 있으며, 그에 따라 기판 에칭 프로파일에 부정적으로 영향을 미칠 수 있는, 기판의 표면 상의 국소적 스폿들(spots)을 방지한다. 리프트 핀 보어들이 위치되는 영역들에서 기판(190)으로부터 기판 수용 플레이트(222)(그리고 그에 따라, 온도-제어되는 플레이트(224))로의 열 유동의 차이가 브리지(248)의 다른 부분들과 매우 유사하기 때문에, 종래의 페디스털 히터들에서 일반적으로 볼 수 있는 바와 같은 리프트 핀 보어들(250) 위의 기판 상의 핫 스폿들(hot spots)은 실질적으로 더 이상 관심사가 아닌데, 그 이유는 열 전달이 그루브(236) 위에서 본질적으로 균일하기 때문이다.
[0048] 이제, 도 2의 본 발명의 페디스털 히터를 갖는, 도 1의 프로세싱 챔버(100)가 에칭 프로세스에 이득을 줄 수 있는 방법을 설명하기 위해, 예시적인 에칭 프로세스가 설명될 것이다. 설명의 단순성 및 용이성을 위해, 암모니아(NH3) 및 삼불화질소(NF3) 가스 혼합물로부터 발생된 플라즈마를 이용하여, 실리콘 산화물과 같은 유전체 물질을 제거하기 위한 예시적인 건식 에칭 프로세스가 도 1의 프로세싱 챔버(100)에 대해 설명될 것이다. 건식 에칭 프로세스는, 슬릿 밸브 개구(108)를 통해 프로세싱 챔버 내로 기판을 배치함으로써 시작될 수 있으며, 기판은 페디스털 히터(264)의 상부 표면 상에 배치된다. 기판은, 진공 도관(217)에 의해 홀들(220) 및 채널들(218)을 통해 진공을 끌어당김으로써 기판 수용 플레이트(222)에 고정될 수 있다. 페디스털 히터(264)는 그 후, 아직 프로세싱 위치에 있지 않은 경우에, 챔버 본체(102) 내의 프로세싱 위치로 들어 올려진다. 챔버 본체(102)는, 예를 들면 50℃ 내지 200℃, 이를테면 약 80℃의 희망 온도로 유지될 수 있다. 챔버 본체(102)의 온도는 채널(110)을 통해 열 전달 유체를 통과시킴으로써 유지될 수 있다.
[0049] 일 실시예에서, 기판은 챔버 본체(102)의 온도(이 예시에서 약 80℃)의 결과인, 프로세싱 챔버의 주변 온도보다 약간, 예를 들면 약 5℃ 또는 그 미만, 이를테면 약 1℃ 또는 2℃ 아래의 온도로 냉각된다. 상기에서 열거된 희망 기판 온도에 도달하기 위해, 페디스털 히터는 유체 채널(214)을 통해 냉각 유체를 연속적으로 유동시킴으로써 약 78℃ 내지 79℃의 온도로 냉각되고 유지될 수 있다. 내측 구역(228) 및 외측 구역(230)의 온도는 그에 따라, 프로세싱 챔버(100)의 주변 온도보다 약 1℃ 또는 2℃ 아래인 약 78℃ 내지 79℃의 온도로 유지된다.
[0050] 적합한 에칭 가스 혼합물, 예를 들면 암모니아 및 삼불화질소 가스들로부터 발생된 플라즈마는 그 후, 원격 플라즈마 발생기(136)로부터 유입구(134)로 도입된다. 플라즈마는 희망 양의 이온들을 걸러내기 위해, 차단기(126), 면판(128), SMD(130), 및 가스 분배 플레이트(132)를 통해 유동하여서, 희망 양의 라디칼들이 프로세싱 용적(162)으로 유동하고 그리고 기판 표면과 반응하도록 허용한다. 대안적으로, 에칭 가스 혼합물은 유입구(134)로 도입될 수 있으며, RF 전력을 전극들(예를 들면, 면판(128) 및 SMD(130))에 인가함으로써 플라즈마 형태로 여기될 수 있다. 아르곤, 헬륨, 수소, 질소, 또는 이들의 혼합물들과 같은 퍼지 가스 또는 캐리어 가스가 또한, 가스 혼합 이전에, 또는 그와 동시에 프로세싱 챔버 내로 도입될 수 있다. 일부 양태들에서, 에칭 가스들 및/또는 퍼지 또는 캐리어 가스 중 하나 또는 그 초과는 가스 분배 플레이트(132)의 측벽으로부터 가스 분배 플레이트(132)의 제 2 애퍼쳐들(160)을 통하여 프로세싱 용적(162) 내로 유동될 수 있다. 플라즈마는 실리콘 산화물 표면과 반응하여, 헥사플루오로규산암모늄((NH4)2SiF6), NH3, 및 H2O 생성물들을 형성한다. NH3 및 H2O는 프로세싱 조건들에서 증기들이며, 진공 펌프(120)에 의해 프로세싱 챔버(100)로부터 제거될 수 있다. (NH4)2SiF6의 얇은 필름이 기판 표면 상에 남겨진다. 페디스털 히터(264)는 그 후, (NH4)2SiF6의 얇은 필름을 휘발성 SiF4, NH3, 및 HF 생성물들로 해리 또는 승화시키기에 충분한 온도로 가열된다.
[0051] 프로세싱 챔버 내에서 수행될 에칭 프로세스에 따라, 내측 구역(228)과 외측 구역(230)의 온도는, 기판 상에 형성된 물질 층(즉, (NH4)2SiF6의 얇은 필름)에 대해 중심-고속 또는 에지-고속 에칭 프로파일이 구현되도록 제어될 수 있다. 전형적으로, 기판으로부터 얇은 막을 효과적으로 승화시키고 제거하기 위해, 80℃ 또는 그 초과의 온도가 이용된다. 중심-고속 에칭 프로파일이 기판 표면 상에서 요구되는 경우들에, 제 1 세트의 가열 엘리먼트들(232)은 약 80℃ 까지 다시 내측 구역(228)의 온도를 가열시키도록 제어될 수 있는 한편, 외측 구역(230)은 여전히 약 78℃ 내지 79℃의 온도로 유지된다. 그러므로, 내측 구역(228)과 외측 구역(230) 사이에 약 1℃ 내지 약 2℃의 온도 구배가 생성된다. 내측 구역(228)이 외측 구역(230)(약 78℃ 내지 79℃)보다 상대적으로 더 높은 약 80℃의 온도로 가열되기 때문에, 기판 표면 상에서 중심-고속 에칭 프로파일이 달성된다. 이러한 온도 구배는, 내측 구역(228)과 외측 구역(230) 사이의 열 전달을 제한하거나 최소화하는, 내측 구역(228)과 외측 구역(230) 사이에 위치되는 브리지(248) 및 그루브(236)(즉, 열 초크)의 존재로 인해 효과적으로 유지될 수 있다. 또한, 중심-고속 에칭 프로파일을 획득하는데 요구되는 전력(열)의 양은, 내측 구역(228)에 부가될 온도가 단지 1℃ 또는 2℃이기 때문에, 최소로 유지될 수 있다. 그러므로 그루브(236)는, 내측 구역(228)과 외측 구역(230) 사이에 매우 작은 온도 구배(섭씨 몇 도)가 정밀하게 생성되는 것을 가능하게 한다.
[0052] 에지-고속 에칭 프로파일이 요구되는 경우들에, 제 2 세트의 가열 엘리먼트들(234)은 그 반대로 제어될 수 있어서, 내측 구역(228)과 외측 구역(230) 사이에 희망 온도 구배를 생성하기 위해 외측 구역(230)의 온도를 다시 가열할 수 있다. 기판 표면 상에서 요구되는 프로세스 레시피/에칭 프로파일에 따라, 더 크거나 더 작은 온도 구배가 예상되는 것으로 주목된다. 여기서 주어진 온도 범위는 단지 예시적인 목적들을 위한 것이며, 다른 가능한 에칭 프로세스들의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 당업자는, 하부 기판을 손상시키지 않으면서, 원하는 얇은 필름을 효율적이며 효과적으로 증발시키는데 요구되는 온도를 용이하게 결정할 수 있다.
[0053] 일단 필름이 기판으로부터 제거되면, 챔버는 퍼지되고 진공배기된다(evacuated). 프로세싱된 기판은 그 후, 기판을 이송 위치로 낮추고, 기판을 디척킹하고, 그리고 이 기판을 슬릿 밸브 개구(108)를 통하여 프로세싱 챔버(100) 외부로 이송함으로써, 프로세싱 챔버(100)로부터 제거된다.
[0054] 도 4는 도 2의 다중-구역 페디스털 히터 또는 유사한 페디스털 히터를 제조하는 예시적인 방법(400)을 도시하는 흐름도이다. 이 방법(400)은 블록(402)에서, 기판 수용 플레이트를 형성함으로써 시작한다. 기판 수용 플레이트는, 파우더 형태의 열 전도성 물질, 예를 들면 알루미늄의 제 1 층이 몰드 내에서 프레싱되고 가열되는 열간 프레스 소결 프로세스(hot press sintering process)를 이용하여 형성될 수 있다. 몰드는, 기판 수용 플레이트가 희망 기판 지지 피쳐들, 예를 들면 도 2의 돌기(240) 및 오목한 구역(244)을 갖고 형성되도록, 미리결정된 몰딩 패턴들을 가질 수 있다.
[0055] 블록(404)에서, 기판 지지 피쳐들 반대편의, 기판 수용 플레이트의 표면 상에 온도-제어되는 플레이트가 위치된다. 온도-제어되는 플레이트는, 파우더의 형태의 열 전도성 물질, 예를 들면 알루미늄의 제 2 층을, 몰드 내의 알루미늄 파우더의 제 1 층 위에 제공하고, 그리고 나서 알루미늄 파우더의 제 2 층 상에 제 1 세트의 가열 엘리먼트들 및 제 2 세트의 가열 엘리먼트들을 위치시킴으로써 형성될 수 있다. 제 1 세트의 가열 엘리먼트들 및 제 2 세트의 가열 엘리먼트들의 레이아웃은, 도 2에 대해 전술된 바와 같이, 알루미늄 파우더의 제 2 층의 중심 영역에 위치되는 제 1 세트의 가열 엘리먼트가 내측 가열 구역을 생성하면서, 주변 영역에 위치되는 제 2 세트의 가열 엘리먼트들이 외측 가열 구역을 생성하도록 배열된다. 알루미늄 파우더의 제 1 및 제 2 층들 및 제 1 및 제 2 세트들의 가열 엘리먼트들이 제 위치에 있다면, 파우더 형태의 열 전도성 물질, 예를 들면, 알루미늄의 제 3 층이 알루미늄 파우더의 제 2 층 위에 위치되어서, 가열 엘리먼트들을 캡슐화할(encapsulate) 수 있다. 그 후, 하나 또는 그 초과의 열전쌍들이 알루미늄 파우더의 제 3 층 상에 위치될 수 있다.
[0056] 블록(406)에서, 알루미늄 파우더의 층들, 가열 엘리먼트들, 및 열전쌍들이 제 위치에 있다면, 소결 프로세스를 야기하기(indcue) 위해, 몰드 내에 배치된 알루미늄 파우더의 층들에 높은 압력 및 높은 온도가 가해질 수 있다. 그 결과, 가열 엘리먼트들 및 열전쌍들이 내부에 매립된 층상(layered) 플레이트 구조가 형성된다.
[0057] 블록(408)에서, 희망 두께의 그루브가 획득될 때까지, 연속적인 그루브가 층상 플레이트 구조 내에 형성된다. 연속적인 그루브는, 밀링, 블래스팅, 그라인딩, 또는 에칭 프로세스와 같은 임의의 실행가능한 방법에 의해 형성될 수 있다. 그루브는 온도-제어되는 플레이트를 통해 기판 수용 플레이트의 일부로 연장할 수 있다. 그루브는 일반적으로, 도 2에 대해 전술된 바와 같은 연속적인 방식으로, 온도-제어되는 플레이트의 원주 둘레에서 연장하는 배열을 갖는다. 그루브는 대안적으로 블록(408)에서 일체로 형성될 수 있다.
[0058] 블록(410)에서, 연속적인 그루브를 갖는 층상 플레이트 구조는 차단 플레이트에 접합된다. 층상 플레이트 구조는 소결 프로세스, 브레이징 프로세스, 또는 용접 프로세스와 같은 적합한 프로세스를 이용하여 차단 플레이트에 접합될 수 있다. 차단 플레이트는, 파우더 형태의 열 전도성 물질, 예를 들면 알루미늄의 제 4 층이 몰드 내에서 프레싱되고 가열되는 열간 프레스 소결 프로세스에 의해 사전에 형성될 수 있다. 연속적인 그루브는 차단 플레이트에 대한 층상 플레이트 구조의 접합시 차단 플레이트에 의해 캡핑(capped)된다.
[0059] 블록(412)에서, 차단 플레이트를 갖는 층상 플레이트 구조는, 소결 프로세스 또는 용접 프로세스와 같은 적합한 프로세스를 이용하여 베이스 지지 플레이트에 접합된다. 베이스 지지 플레이트는, 파우더 형태의 열 전도성 물질, 예를 들면 알루미늄의 제 5 층이 몰드 내에서 프레싱되고 가열되는 열간 프레스 소결 프로세스를 이용하여 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스 지지 플레이트가 유체 채널들을 갖고 형성되도록, 몰드는 미리 결정된 몰딩 패턴들을 가질 수 있다. 층상 플레이트 구조가 베이스 지지 플레이트에 접합되면, 부착가능한 중공형 샤프트가 베이스 지지 플레이트에 커플링되어, 페디스털 히터를 형성한다. 샤프트는 냉각 유체 유동을 위한 도관, 전기 배선 및 열전쌍 배선으로서 기능할 수 있다. 페디스털 히터는 제조 프로세스 전체에 걸쳐서 진공 밀봉(vacuum tight)으로 제조될 수 있음에 주목한다. 도시되거나 논의되지는 않았지만, 페디스털 히터는 전술된 것들과 상이한 시퀀스로 제조될 수 있는 것으로 이해된다. 기능성 페디스털 히터를 완성하는데 요구되는 부가적인 단계들이, 블록들(402-412) 사이에, 블록들 전에, 또는 블록들 후에 수행될 수 있다. 예를 들면, 가열 엘리먼트들, 열전쌍들 및 유체 채널들에 필요한 전기 전도성 배선들, 커넥터들, 및 유체 라인들이, 제조 프로세스 동안, 온도-제어되는 플레이트 및 베이스 지지 플레이트 내에 형성될 수 있다.
[0060] 본 명세서의 이득들은 정교한 스케일로(섭씨 몇 도) 기판 표면의 상이한 영역들에서의 열량을 제어할 수 있는 능력을 갖는 개선된 페디스털 히터를 포함한다. 특히, 이중 구역 페디스털 히터 내에서의 연속적인 열 초크의 이용은 외측 가열 구역으로부터 내측 가열 구역을 분리시킨다. 연속적인 열 초크는 내측 가열 구역과 외측 가열 구역 사이에서 매우 작은 온도 구배가 생성되고 조작되는 것을 가능하게 하며, 그에 따라 페디스털 히터 및 기판이 상대적으로 더 높은 온도들에서 작동하는 경우에도, 기판의 표면 상에서 중심-고속 또는 에지-고속 에칭 프로파일을 달성하도록 허용한다.
[0061] 전술한 내용은 본 명세서의 실시예들에 관한 것이지만, 본 명세서의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 본 명세서의 다른 그리고 추가의 실시예들이 안출될 수 있으며, 본 명세서의 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 프로세싱 챔버용 페디스털 히터로서:
    제 1 표면 및 상기 제 1 표면과 대향하는 제 2 표면을 갖는 온도-제어되는 플레이트 ― 상기 온도-제어되는 플레이트는:
    제 1 세트의 가열 엘리먼트들을 포함하는 제 1 구역;
    제 2 세트의 가열 엘리먼트들을 포함하는 제 2 구역 ― 상기 제 2 구역은 상기 제 1 구역을 둘러쌈 -; 및
    상기 제 1 구역과 상기 제 2 구역 사이에 배치되는 연속적인 환형 열 초크(thermal choke);를 포함함 ―; 및
    제 1 표면 및 상기 제 1 표면과 대향하는 제 2 표면을 갖는 기판 수용 플레이트;를 포함하며,
    상기 기판 수용 플레이트의 상기 제 2 표면은 상기 온도-제어되는 플레이트의 상기 제 1 표면에 커플링되는
    프로세싱 챔버용 페디스털 히터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구역은, 상기 온도-제어되는 플레이트의 중심 영역 둘레에서, 상기 온도-제어되는 플레이트의 대부분(majority)을 커버하는
    프로세싱 챔버용 페디스털 히터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 초크는, 상기 온도-제어되는 플레이트의 상기 제 2 표면에 형성되어, 상기 제 1 구역 및 상기 제 2 구역을 접촉하여(contiguously) 그리고 일체형으로(integrally) 연결하는 얇은 브리지를 남기는 그루브(groove)인
    프로세싱 챔버용 페디스털 히터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기판 수용 플레이트의 상기 제 2 표면은 상기 그루브를 커버하는
    프로세싱 챔버용 페디스털 히터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    제 1 표면 및 상기 제 1 표면과 대향하는 제 2 표면을 갖는 베이스 지지 플레이트를 더 포함하며,
    상기 베이스 지지 플레이트의 상기 제 1 표면은 상기 온도-제어되는 플레이트의 상기 제 2 표면 근처에 배치되고, 상기 베이스 지지 플레이트는 복수의 유체 채널들을 가지는
    프로세싱 챔버용 페디스털 히터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 온도-제어되는 플레이트, 상기 베이스 지지 플레이트, 및 상기 기판 수용 플레이트는 알루미늄, 스테인리스 스틸, 알루미늄 산화물, 또는 알루미늄 질화물로 형성되는
    프로세싱 챔버용 페디스털 히터.
  7. 프로세싱 챔버용 페디스털 히터로서:
    상부 표면 및 상기 상부 표면과 대향하는 바닥 표면을 갖는 기판 수용 플레이트; 및
    상부 표면 및 상기 상부 표면과 대향하는 바닥 표면을 갖는 온도-제어되는 플레이트;를 포함하며,
    상기 온도-제어되는 플레이트의 상기 상부 표면은 상기 기판 수용 플레이트의 상기 바닥 표면에 커플링되고,
    상기 온도-제어되는 플레이트는:
    상기 온도-제어되는 플레이트의 중심 영역에 배치되며 제 1 세트의 가열 엘리먼트들을 포함하는 제 1 구역;
    상기 제 1 구역 둘레에 배치되며 제 2 세트의 가열 엘리먼트들을 포함하는 제 2 구역; 및
    상기 제 1 구역과 상기 제 2 구역 사이에 배치되는 그루브를 포함하며,
    상기 그루브는 상기 온도-제어되는 플레이트를 통해 상기 바닥 표면으로부터 상기 상부 표면으로 연장하고, 상기 그루브는 상기 기판 수용 플레이트 내로 연장하는
    프로세싱 챔버용 페디스털 히터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 구역은 상기 제 2 구역과 동심인
    프로세싱 챔버용 페디스털 히터.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 그루브는 환형이며, 상기 기판 수용 플레이트에 얇은 브리지를 남기는
    프로세싱 챔버용 페디스털 히터.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상부 표면 및 상기 상부 표면과 대향하는 바닥 표면을 갖는 베이스 지지 플레이트를 더 포함하고,
    상기 베이스 지지 플레이트의 상기 상부 표면은 상기 온도-제어되는 플레이트의 상기 바닥 표면 근처에 배치되는
    프로세싱 챔버용 페디스털 히터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 베이스 지지 플레이트는 복수의 유체 채널들을 가지는
    프로세싱 챔버용 페디스털 히터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상부 표면 및 상기 상부 표면과 대향하는 바닥 표면을 갖는 차단 플레이트를 더 포함하며,
    상기 차단 플레이트는 상기 온도-제어되는 플레이트와 상기 베이스 지지 플레이트 사이에 배치되고, 상기 유체 채널들을 커버하는 크기로 만들어지는(sized)
    프로세싱 챔버용 페디스털 히터.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 온도-제어되는 플레이트, 상기 베이스 지지 플레이트, 차단 플레이트, 및 상기 기판 수용 플레이트는 알루미늄, 스테인리스 스틸, 알루미늄 산화물, 또는 알루미늄 질화물로 형성되는
    프로세싱 챔버용 페디스털 히터.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 세트들의 가열 엘리먼트들은 상기 중심 영역을 중심으로 방사상 대칭적 방식으로 배열되는
    프로세싱 챔버용 페디스털 히터.
  15. 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법으로서:
    상기 프로세싱 챔버의 챔버 본체를 제 1 온도로 유지하는 단계;
    페디스털 히터 내에 형성된 온도-제어되는 플레이트의 제 1 구역 및 제 2 구역을 제 2 온도로 냉각시키는 단계 ― 상기 제 2 온도는 상기 제 1 온도보다 약 5℃ 또는 그보다 적게 아래이며, 상기 페디스털 히터는 상기 챔버 본체 내에 배치됨 ―;
    상기 페디스털 히터와 가스 분배 플레이트 사이에 정의되는 프로세싱 용적 내로, 가스 혼합물로부터 발생된 플라즈마를 도입하는 단계;
    상기 기판의 표면 상에 물질 층을 형성하기 위해, 상기 페디스털 히터 상에 배치되는 상기 기판의 상기 표면을 플라즈마에 노출시키는 단계 ― 상기 기판은 상기 온도-제어되는 플레이트의 상기 제 1 구역 및 상기 제 2 구역을 커버하는 직경을 가짐 ―; 및
    상기 제 1 구역과 상기 제 2 구역 사이에 온도 구배를 생성하기 위해, 상기 온도-제어되는 플레이트의 상기 제 2 구역을 상기 제 2 온도로 유지하면서, 상기 온도-제어되는 플레이트의 상기 제 1 구역을 상기 제 1 온도에 대응하는 제 3 온도로 가열하는 단계;를 포함하며,
    상기 온도 구배는 상기 제 1 구역 위의 물질 층이 상기 제 2 구역 위의 물질 층보다 상대적으로 더 빠른 레이트로 에칭되게 하는
    프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 온도 구배는, 상기 제 1 구역과 상기 제 2 구역 사이의 열 전달을 최소화하기 위해, 상기 제 1 구역과 상기 제 2 구역 사이에 연속적인 열 초크를 제공함으로써 유지되는
    프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    열 초크는 상기 온도-제어되는 플레이트의 두께를 통하여 형성되는 그루브의 형태인
    프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 페디스털 히터의 상기 제 1 구역을 제 3 온도로 가열하는 것은, 상기 제 1 구역에 대응하는 영역들에서 상기 온도-제어되는 플레이트에 배치되는 제 1 세트의 가열 엘리먼트들을 이용하는 것을 포함하고, 상기 페디스털 히터의 상기 제 2 구역을 상기 제 2 온도로 유지하는 것은, 상기 제 2 구역에 대응하는 영역들에서 상기 온도-제어되는 플레이트에 배치되는 제 2 세트의 가열 엘리먼트들을 이용하는 것을 포함하는
    프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    페디스털 히터의 제 1 구역 및 제 2 구역을 냉각시키는 것은 베이스 지지 플레이트에 배치된 유체 채널들을 통해 열 전달 유체를 연속적으로 유동시키는 것을 포함하며, 상기 베이스 지지 플레이트는 상기 온도-제어되는 플레이트 근처의 상기 페디스털 히터 내에 형성되는
    프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 구역은, 상기 온도-제어되는 플레이트의 중심 영역 둘레에서, 상기 온도-제어되는 플레이트의 대부분을 커버하며, 상기 제 2 구역은 상기 중심 영역으로부터 상기 온도-제어되는 플레이트의 에지까지 상기 온도-제어되는 플레이트의 나머지를 커버하는
    프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
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