KR20160141873A - 액체 제어된 멀티구역 기판 지지부의 사용에 의한 개선된 기판 온도 제어 - Google Patents
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Abstract
플라즈마 프로세싱 장치의 반응 챔버에 유용한 기판 지지부가 제공된다. 기판 지지부는 베이스 부재 및 그 베이스 부재 위에 놓여진 열 전달 부재를 포함한다. 열 전달 부재는 그 열 전달 부재의 각각의 구역을 개별적으로 가열 및 냉각시키기 위해 다수의 구역들을 갖는다. 정전척은 그 열 전달 부재 위에 놓인다. 정전척은 플라즈마 프로세싱 장치의 반응 챔버에서 기판을 지지하기 위한 지지면을 갖는다. 차가운 액체의 소스 및 뜨거운 액체의 소스는 각각의 구역에서 흐름 통로들과 유체 연통한다. 밸브 배열은, 흐름 통로들에서 순환하는 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체의 혼합비를 조정함으로써 액체의 온도를 독립적으로 제어하도록 동작가능하다. 또 다른 실시형태에서, 공급 라인 및 전달 라인들을 따른 가열 엘리먼트들은, 흐름 통로들에서 순환하기 전에 액체 소스로부터의 액체를 가열시킨다.
Description
플라즈마 프로세싱 장치들은, 에칭, 물리 기상 증착 (PVD), 화학 기상 증착 (CVD), 이온 주입, 및 레지스트 제거를 포함하는 기술들에 의해 기판들을 프로세싱하는데 사용된다. 플라즈마 프로세싱에서 사용되는 일 타입의 플라즈마 프로세싱 장치는, 상부 및 하부 전극들을 포함하는 반응 챔버를 포함한다. 반응 챔버에서 기판들을 프로세싱하기 위해 프로세스 가스를 플라즈마 상태로 여기시키도록 전극들 사이에서 전기장이 확립된다. 피처 사이즈들의 축소 및 새로운 재료들의 구현으로 인해, 플라즈마 프로세싱의 조건들을 제어하기 위한 플라즈마 프로세싱 장치들에서의 개선이 요구된다.
일 실시형태에서, 플라즈마 프로세싱 장치의 반응 챔버에 유용한 기판 지지부가 제공된다. 기판 지지부는 베이스 부재 및 그 베이스 부재 위에 놓여진 열 전달 부재를 포함한다. 열 전달 부재는, 열 전달 부재의 제 1 구역 및 제 2 구역을 개별적으로 가열 및 냉각시키기 위해 액체가 순환될 수 있는, 적어도, 제 1 흐름 통로를 갖는 제 1 구역 및 제 2 흐름 통로를 갖는 제 2 구역을 포함하는 다수의 구역들을 갖는다. 정전척은 열 전달 부재 위에 놓여진다. 정전척은, 플라즈마 프로세싱 장치의 반응 챔버에서 기판을 지지하기 위한 지지면을 갖는다. 차가운 액체의 소스 및 뜨거운 액체의 소스는 제 1 및 제 2 흐름 통로들과 유체 연통되어 있다. 밸브 배열은, 제 1 및 제 2 흐름 통로들에서 순환하는 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체의 혼합비를 조정함으로써 제 1 및 제 2 구역에서 액체의 온도를 독립적으로 제어하도록 동작가능하다. 제어기는, 제 1 및 제 2 흐름 통로들에서 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체의 혼합비를 조정함으로써 제 1 및 제 2 구역에서 온도를 독립적으로 제어하기 위한 밸브 배열을 제어한다.
또 다른 실시형태에서, 플라즈마 프로세싱 동안 반도체 기판의 온도를 제어하는 방법이 제공된다. 기판은 상술된 기판 지지부 상에 지지되고, 다수의 구역들과 열접촉하고 있다. 그 방법에서, 액체는 제 1 및 제 2 흐름 통로들을 통해 흐르고, 제 1 구역의 온도가 측정되며, 제 1 흐름 통로를 통해 흐르는 액체의 온도는, (a) 제 1 구역의 온도가 타겟 온도 미만이면, 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체의 혼합비를 증가시킴으로써 증가되거나, (b) 제 1 구역의 온도가 타겟 온도 이상이면, 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체의 혼합비를 감소시킴으로써 감소된다. 유사하게, 제 2 구역의 온도가 측정되며, 제 2 흐름 통로를 통해 흐르는 액체의 온도는, (a) 제 2 구역의 온도가 타겟 온도 미만이면, 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체의 혼합비를 증가시킴으로써 증가되거나, (b) 제 2 구역의 온도가 타겟 온도 이상이면, 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체의 혼합비를 감소시킴으로써 감소된다. 각각의 구역 내의 방위 온도 차이는 5℃ 미만인 것이 바람직하다.
또 다른 실시형태에서, 플라즈마 프로세싱 장치의 반응 챔버에 유용한 기판 지지부가 제공된다. 기판 지지부는 베이스 부재, 및 그 베이스 부재 위에 놓여진 열 전달 부재를 포함한다. 열 전달 부재는, 제 1 흐름 통로를 갖는 제 1 구역 및 제 2 흐름 통로를 갖는 제 2 구역을 갖는다. 흐름 통로들은, 열 전달 부재의 각각의 구역을 개별적으로 가열 및 냉각시키기 위해 유체를 순환시키도록 구성된다. 제 1 공통 라인은 제 1 흐름 통로와 유체 연통되고, 제 2 공통 라인은 제 2 흐름 통로와 유체 연통된다. 제 1 밸브는 제 1 공통 라인 및 뜨거운 액체 소스로부터의 제 1 공급 라인과 유체 연통된다. 제 1 밸브는, 제 1 공통 라인을 통한 뜨거운 액체 소스로부터의 뜨거운 액체의 흐름양을 제어하도록 동작가능하다. 제 2 밸브는 제 1 공통 라인 및 차가운 액체 소스로부터의 제 2 공급 라인과 유체 연통된다. 제 2 밸브는, 제 1 공통 라인을 통한 차가운 액체 소스로부터의 차가운 액체의 흐름양을 제어하도록 동작가능하다. 제 3 밸브는 제 2 공통 라인 및 뜨거운 액체 소스로부터의 제 1 공급 라인과 유체 연통한다. 제 3 밸브는, 제 2 공통 라인을 통한 뜨거운 액체의 흐름양을 제어하도록 동작가능하다. 제 4 밸브는 제 2 공통 라인 및 차가운 액체 소스로부터의 제 2 공급 라인과 유체 연통한다. 제 4 밸브는 제 2 공통 라인을 통한 차가운 액체의 흐름양을 제어하도록 동작가능하다. 제어기는, 제 1 흐름 통로로의 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체의 제 1 혼합비를 조정하기 위해 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 독립적으로 제어하며, 제 2 흐름 통로로의 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체의 제 2 혼합비를 조정하기 위해 제 3 밸브 및 제 4 밸브를 제어하도록 동작가능하다. 정전척은 열 전달 부재 위에 놓인다. 정전척은, 플라즈마 프로세싱 장치의 반응 챔버에서 기판을 지지하기 위한 지지면을 갖는다.
또 다른 실시형태에서, 플라즈마 프로세싱 장치의 반응 챔버에 유용한 기판 지지부가 제공된다. 기판 지지부는 베이스 부재, 및 그 베이스 부재 위에 놓여진 열 전달 부재를 포함한다. 열 전달 부재는, 제 1 흐름 통로를 갖는 제 1 구역 및 제 2 흐름 통로를 갖는 제 2 구역을 갖는다. 흐름 통로들은, 열 전달 부재의 각각의 구역을 개별적으로 가열 및 냉각시키기 위해 액체를 순환시키도록 구성된다. 공급 라인은 제 1 흐름 통로 및 액체 소스와 유체 연통된다. 제 1 가열 엘리먼트는 공급 라인을 따라 존재한다. 제 1 가열 엘리먼트는, 액체가 제 1 흐름 통로에서 순환되기 전에 액체 소스로부터 흐르는 액체를 제 1 온도로 가열시키도록 구성된다. 제 1 전달 라인은, 제 1 흐름 통로 및 제 2 흐름 통로와 유체 연통된다. 제 1 전달 라인은, 제 1 흐름 통로부터 제 2 흐름 통로로 액체를 흐르게 하도록 구성된다. 제 2 가열 엘리먼트는 제 1 전달 라인을 따라 존재한다. 제 2 가열 엘리먼트는, 제 2 흐름 통로에서 순환하기 전에 제 2 온도로 액체를 가열시키도록 구성된다. 제어기는, 각각의 가열 엘리먼트에 대한 전력을 조정함으로써 각각의 구역의 온도를 독립적으로 제어하기 위해 각각의 가열 엘리먼트를 제어한다. 정전척은 열 전달 부재 위에 놓인다. 정전척은 플라즈마 프로세싱 장치의 반응 챔버에서 기판을 지지하기 위한 지지면을 갖는다.
도 1은 플라즈마 프로세싱 장치의 예시적인 실시형태의 단면도이다.
도 2는 유도성 커플링된 플라즈마 프로세싱 장치의 단면도이다.
도 3은 기판 지지부의 일 실시형태의 단면도이다.
도 4는, 열 전달 부재의 부분 두께를 통해 연장하는 열 장벽을 포함하는 기판 지지부의 부가적인 실시형태의 단면도이다.
도 5는 열 장벽없는 기판 지지부의 부가적인 실시형태의 단면도이다.
도 6은 단면선 C-C' 을 따라 취해진 도 3의 지지부의 단면 평면도이다.
도 7은, 차가운 액체의 소스, 뜨거운 액체의 소스, 밸브 배열 및 제어기를 포함하는 열 전달 부재의 일 실시형태의 부분적인 단면도이다.
도 8a는, 차가운 액체의 소스, 뜨거운 액체의 소스, 밸브 배열 및 제어기를 포함하는 열 전달 부재의 또 다른 실시형태의 부분 단면도이다.
도 8b는, 차가운 액체의 소스 및/또는 뜨거운 액체의 소스에 대한 복귀 라인을 포함하는 도 8a의 열 전달 부재의 실시형태의 부분적인 단면도이다.
도 9는, 액체의 소스, 가열 엘리먼트들 및 전달 라인들을 포함하는 열 전달 부재의 또 다른 실시형태의 부분적인 단면도이다.
도 10은 플라즈마 프로세싱 동안 반도체 기판의 3개의 예시적인 중심-에지 온도 프로파일들을 도시한다.
도 2는 유도성 커플링된 플라즈마 프로세싱 장치의 단면도이다.
도 3은 기판 지지부의 일 실시형태의 단면도이다.
도 4는, 열 전달 부재의 부분 두께를 통해 연장하는 열 장벽을 포함하는 기판 지지부의 부가적인 실시형태의 단면도이다.
도 5는 열 장벽없는 기판 지지부의 부가적인 실시형태의 단면도이다.
도 6은 단면선 C-C' 을 따라 취해진 도 3의 지지부의 단면 평면도이다.
도 7은, 차가운 액체의 소스, 뜨거운 액체의 소스, 밸브 배열 및 제어기를 포함하는 열 전달 부재의 일 실시형태의 부분적인 단면도이다.
도 8a는, 차가운 액체의 소스, 뜨거운 액체의 소스, 밸브 배열 및 제어기를 포함하는 열 전달 부재의 또 다른 실시형태의 부분 단면도이다.
도 8b는, 차가운 액체의 소스 및/또는 뜨거운 액체의 소스에 대한 복귀 라인을 포함하는 도 8a의 열 전달 부재의 실시형태의 부분적인 단면도이다.
도 9는, 액체의 소스, 가열 엘리먼트들 및 전달 라인들을 포함하는 열 전달 부재의 또 다른 실시형태의 부분적인 단면도이다.
도 10은 플라즈마 프로세싱 동안 반도체 기판의 3개의 예시적인 중심-에지 온도 프로파일들을 도시한다.
플라즈마 프로세싱 장치에서의 기판의 플라즈마 프로세싱의 균일성을 향상시키기 위해, 재료 증착 및/또는 에칭이 발생하는 기판의 노출된 표면에서 온도 분포를 제어하는 것이 바람직하다. 플라즈마 에칭 프로세스들에서, 기판의 노출된 표면에서의 기판 온도 및/또는 화학 반응 속도에서의 변화들은, 기판의 에칭 레이트뿐만 아니라 에칭 선택도 및 이방성에서의 바람직하지 않은 변화들을 초래할 수 있다. CVD 프로세스와 같은 재료 증착 프로세스들에서, 기판 상에 증착된 재료의 조성 및 특성들 및 증착 레이트는, 증착 동안 기판의 온도에 의해 현저하게 영향을 받을 수 있다.
도 1은 에칭을 위한 예시적인 반도체 재료 플라즈마 프로세싱 장치 (100) 를 도시한다. 플라즈마 프로세싱 장치 (100) 는, 기판 (106) 이 플라즈마 프로세싱 동안 지지되는 기판 지지부 (104) 를 포함하는 반응 챔버 (102) 를 포함한다. 반응 챔버 (102) 의 내부에서 기판 (106) 을 지지하기 위한 기판 지지부 (104) 는, 프로세싱 동안 기판 지지부 (104) 상에 기판 (106) 을 클램핑하도록 동작가능한 클램핑 디바이스, 바람직하게는 정전척을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 예시적인 플라즈마 프로세스 장치 (100) 는, 반응 챔버 (102) 의 벽을 형성하는 상부판 (108) 및 상부판 (108) 에 부착된 샤워헤드 전극 (110) 을 갖는 샤워헤드 전극 어셈블리를 포함한다. 가스 공급부 (112) 는, 샤워헤드 전극 (110) 을 통해 반응 챔버 (102) 의 내부로 프로세스 가스를 공급한다. 샤워헤드 전극 (110) 은, 샤워헤드 전극 (110) 과 기판 지지부 (104) 사이에 위치된 플라즈마 반응 챔버 (102) 에서 일 공간으로 프로세스 가스를 주입하기 위해 샤워헤드 전극 (110) 의 두께를 통해 연장하는 다수의 가스 통로들 (114) 을 포함한다. 가스 공급부 (112) 는, 듀얼 구역 가스 피드 배열에서 샤워헤드 전극 (110) 의 중심 및 외부 구역들을 피딩하는 내부 및 외부 공급 라인들을 포함할 수 있다.
프로세스 가스는 샤워헤드 전극 (110) 을 통해 그리고 반응 챔버 (102) 의 내부로 흐른다. 다음으로, 프로세스 가스는, 샤워헤드 전극 (110) 을 구동시키는 RF 소스와 같은 전원 (116A), 및/또는 약 0.3MHz 로부터 약 600MHz 까지의 하나 이상의 주파수들 (예를 들어, 2MHz, 13.56MHz, 60MHz) 에서 기판 지지부 (104) 내의 전극을 구동시키는 약 0.3MHz 로부터 약 600MHz 까지의 하나 이상의 주파수들 (예를 들어, 2MHz, 13.56MHz, 60MHz) 에서의 전원 (116B) 에 의해 플라즈마 프로세스 장치 (100) 에서 플라즈마 상태로 에너자이징된다. 샤워헤드 전극 (110) 에 인가된 RF 전력은, 예를 들어, 상이한 가스 조성들을 플라즈마 프로세스 장치 (110) 에 공급할 경우 상이한 프로세스 단계들을 수행하도록 변경될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 샤워헤드 전극 (110) 은 접지될 수 있다.
일 실시형태에서, 플라즈마는, 2개의 RF 소스들로부터 샤워헤드 전극 (110) 및/또는 기판 지지부 (104) 에 RF 에너지를 공급함으로써 플라즈마 프로세스 장치 (100) 의 내부에서 생성될 수 있거나, 샤워헤드 전극 (110) 은 전기적으로 접지될 수 있고 단일 주파수 또는 다수의 주파수들에서의 RF 에너지는 기판 지지부 (104) 에 공급될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 또 다른 실시형태에서, 유도성 커플링된 플라즈마 (ICP) 프로세싱 장치 (200) 는, 낮은 압력 (즉 100mTorr 미만) 에서 진공 챔버로 프로세스 가스를 공급함으로써 기판들 상에서의 재료들의 증착 (예를 들어, 플라즈마 향상된 화학 기상 증착 또는 PECVD) 및 플라즈마 에칭, 및 무선-주파수 (RF) 에너지의 가스로의 인가를 위해 사용될 수 있다. 도 2는 ICP 플라즈마 프로세싱 장치 (200) 의 일 실시형태의 단면도이다. ICP 플라즈마 프로세싱 챔버의 일 예는, 캘리포니아 프레몬트 소재의 램 리써치 코포레이션에 의해 제조된 TCP 에칭 또는 증착 시스템이다. 또한, 예를 들어, 그 전체가 참조로서 포함되는 공동-소유된 미국 특허 제 4,948,458 호에 ICP 플라즈마 프로세싱 장치가 설명되어 있다. 반응 챔버 (202) 는, 반응 챔버 (202) 의 내부에서 기판 (206) 을 지지하기 위한 기판 지지부 (204) 를 포함한다. 유전체 윈도우 (208) 는 반응 챔버 (202) 의 상부벽을 형성한다. 프로세스 가스들은 가스 분배 부재 (210) 를 통해 반응 챔버 (202) 의 내부에 주입된다. 가스 분배 부재 (210) 의 예들은 샤워헤드, 가스 주입기 또는 다른 적절한 배열을 포함한다. 가스 공급기 (212) 는 가스 분배 부재 (210) 를 통해 반응 챔버 (202) 의 내부에 프로세스 가스들을 공급한다.
일단 프로세스 가스들이 반응 챔버 (202) 의 내부로 도입되면, 반응 챔버 (202) 의 내부로 에너지를 공급하는 에너지 소스 (216) 에 의해 그 가스들은 플라즈마 상태로 에너자이징된다. 에너지 소스 (216) 는, RF 에너지를 반응 챔버 (202) 로 유도성 커플링시키기 위해 RF 소스 (218A) 및 RF 임피던스 매칭 회로 (218B) 에 의해 전력공급된 외부 평면 안테나인 것이 바람직하다. RF 전력의 평면 안테나로의 인가에 의해 생성된 전자기장은, 기판 (206) 위에서 고밀도 플라즈마 P (예를 들어, 1010 내지 1012 이온/cm3) 를 형성하기 위해 프로세스 가스를 에너자이징한다.
유전체 윈도우 (208) 는 평면 안테나 아래에 놓여져 있고, 가스 분배 부재 (210) 는 유전체 윈도우 (208) 아래에 배치된다. 플라즈마 P는, 기판 (206) 의 증착 또는 에칭을 위해 가스 분배 부재 (210) 와 기판 (206) 사이의 구역에서 생성된다.
기판의 플라즈마 프로세싱 동안, 플라즈마 가스의 반응성 이온들은 반도체 기판 (예를 들어, 규소, 갈륨 비소 또는 인듐 인화물 웨이퍼) 의 외면 상에서 재료의 일부들과 화학적으로 반응하여, 기판의 중심과 에지 사이에서 최대 50℃ 의 온도 차이를 초래한다. 그의 외면에 걸쳐 기판의 온도가 매우 많이 변하면, 기판의 외면에 걸쳐 재료의 불균일한 에칭 또는 증착이 발생할 수 있도록, 기판 상의 각각의 포인트에서의 로컬 기판 온도 및 화학 반응 속도가 상호관련된다. 이러한 조건을 완화시키기 위해, 배면 가스 냉각 시스템들은, 기판 지지부와 그 기판 지지부 상에서 지지되는 기판들 사이에서의 열 전달을 제공하도록 기판 지지부들에서 사용된다.
기반 지지부들은, 프로세싱 동안 기판 지지부로부터 열을 제거하기 위해 냉각제 흐름 통로들을 포함한다. 그러한 냉각 시스템들에서, 제어된 온도 및 세트 볼륨 흐름 레이트에서의 냉각제가 냉각제 흐름 통로들에 도입된다. 기판 지지부들은 냉각 시스템에서 하나의 공급 라인 및 하나의 복귀 라인을 포함한다. 그러나, 열이 기판 지지부로부터 제거됨에 따라, 현저한 온도 기울기가 입구로부터 출구로 통로의 길이에 따라 전개될 수 있다고 결정한다. 그 결과, 열 전달 가스 및 기판과 접촉하는 기판 지지부의 표면에서의 온도 균일도가 제어되지 않는다. 또한, 기판 홀더는 기판의 후면측에서 열 싱크를 제공한다. 기판으로부터 기판 홀더로의 열 전달을 초래하는 것은, 알려진 플라즈마 프로세싱 장치들에서 기판에 걸친 온도의 불균일도에 기여한다.
방위 (즉, 각 또는 원주) 온도 균일도 ≤5℃ 를 유지하면서 40℃ 만큼 많이 웨이퍼 또는 기판에 걸쳐 중심-에지 온도 프로파일 (즉, 방사상 온도 프로파일) 을 변경시키기 위한 능력은 임계 치수 (critical dimension) 균일도 제어에 중요하다. 몇몇 플라즈마 프로세싱 단계들은, 기판 상의 방사 위치의 함수로서 에칭 부산물 농도 변경과 같은 다른 인자들로 인한 불균일도를 보상하기 위한 최적의 프로세싱에 대한 방사상 온도 프로파일 제어를 요구한다. 예를 들어, 박막 또는 멀티-계층 구조들의 적층 (예를 들어, 게이트 산화물/폴리규소/실리사이드/하드마스크/반사방지 코팅 적층) 의 에칭 동안, 일 계층의 에칭은 에지 영역보다 더 뜨거운 중심 영역을 요구할 수도 있지만, 또 다른 계층의 에칭은 에지 영역보다 더 차가운 중심 영역을 요구할 수도 있다. 따라서, 40℃ 만큼 많이 웨이퍼 또는 기판에 걸친 중심-에지 온도 프로파일을 변경시키는 능력을 가지면서, ≤5℃ 의 방위 온도 균일도를 달성하기 위한 능력을 갖는 기판 지지부에 대한 필요성이 존재한다. 방위 온도 균일도가 ≤1℃ 인 것이 바람직하고, 방위 온도 균일도가 ≤0.5℃ 인 것이 더 바람직하다.
도 3은 기판 지지부 (300) 의 일 실시형태의 단면도를 도시한다. 기판 (326) 은 중심-에지 온도 프로파일을 더 효율적으로 제어하기 위한 능력을 제공하며, 이는 ≤1℃ 의 방위 온도 균일도를 유지하면서 최대 40℃ 의 중심-에지 온도 프로파일에 대해 스텝-변경가능할 수 있다. 기판 지지부 (300) 는 베이스 부재 (310), 베이스 부재 (310) 위에 놓여진 열 전달 부재 (320) 및 열 전달 부재 (320) 위에 놓여진 정전척 (322) 을 포함한다. 정전척 (322) 은 기판 (326) 을 지지하기 위한 지지면 (324) 을 포함한다. 그러한 정전척들은, 예를 들어, 그 전체가 참조로서 포함되는 공동-소유된 미국 특허 제 5,838,529호에 또한 설명되어 있다.
열 전달 부재 (320) 는 동심의 다수의 구역들 (328A 내지 328E) 로 추가적으로 세분된다. 각각의 구역은, 액체가 열 전달 부재 (320) 의 각각의 구역 (328A 내지 328E) 을 개별적으로 가열 및 냉각시키도록 순환될 수 있는 하나 이상의 흐름 통로들 (330A 내지 330E) 을 포함한다. 기판 지지부 (300) 의 가열은 흐름 통로들 (330A 내지 330E) 을 통해 뜨거운 액체를 순환시킴으로써 달성되며, 따라서, 열 전달 부재 (320) 에 삽입된 가열 엘리먼트 (예를 들어, 저항성 히터 또는 가열 테이프) 에 대한 필요성을 제거한다. 그 액체는 물 (예를 들어, 탈이온수), 에틸렌 글리콜, 규소 오일, 물/에틸렌 글리콜 혼합물들, FLUOROINERT 냉동제 (즉, 3M (Minnesota Mining and Manufacturing) 사로부터 입수가능한 과불화탄소 냉각 유체), GALDEN 유체 (즉, Solvay Solexis 로부터 입수가능한 저분자량 과불소 폴리에테르 열 전달 유체) 등일 수 있다. 5개의 구역들이 도 3에 도시되었지만, 구역들의 수는 원하는 온도 제어된 정도에 의존하여 2개 이상일 수 있음을 이해할 것이다.
도 3의 실시형태에서, 열 전달 부재 (320) 는 알루미늄 또는 질화 알루미늄과 같은 열 전도성 재료로 구성될 수 있다. 방사 열 전달 (즉, 개별 구역들 사이의 열 전달) 의 제어를 개선시키고, 기판에 걸친 원하는 온도 프로파일을 달성하기 위해, 열 장벽들 (332) 은 각각의 구역 (328A 내지 328E) 을 분리시킨다. 열 장벽들 (332) 은, (도 3에 도시된 바와 같이) 열 전달 부재 (320) 의 전체 두께, 또는 도 4에 도시된 바와 같이 열 전달 부재 (320) 의 부분 두께를 통해 연장될 수 있다. 열 장벽들 (332) 은 채워지지 않을 수 있거나 (즉, 빈 공간일 수 있거나), 약 0.1W/m-K 으로부터 약 4.0W/m-K 까지의 열 전도율을 달성하기 위해 필러 재료를 포함할 수 있다. 필러 재료들의 예는 에폭시 또는 실리콘을 포함한다. 필러 재료의 열 전도율은, 질화 붕소, 질화 알루미늄, 산화 알루미늄, 산화 규소 및 규소와 같은 첨가제들을 사용하여 조정될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시형태에서, 방사 열 전달은 열적으로 절연된 재료의 열 전달 부재 (320) 를 구성함으로써 제어된다. 열적으로 절연된 재료들의 예들은, 산화 알루미늄 또는 산화 이트륨과 같은 세라믹 또는 스테인리스 스틸과 같은 낮은 열 전도율을 갖는 금속 합금들을 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 결합 재료 (334) 는 열 전달 부재 (320) 와 베이스 부재 (310) 사이에 삽입될 수 있다. 확대된 영역 A에 도시된 바와 같이, 결합 재료 (334) 는 에폭시 또는 실리콘으로 구성될 수 있으며, 하나 이상의 필러 재료들 (334A) 로 충진될 수 있다. 예시적인 필러 재료들 (334A) 은 산화 알루미늄, 질화 붕소, 산화 규소, 알루미늄 또는 규소를 포함할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 확대된 영역 B에 도시된 바와 같이, 결합 재료는 금속성 납땜 (334B) 일 수 있다. 결합 재료 (334) 는, 약 0.1W/m-K 로부터 약 4W/m-K 까지의 열 전도율을 제공하고 약 1mil 로부터 약 200mil 까지의 두께를 갖도록 선택될 수 있다.
도 6은, 도 3으로부터의 단면선 C-C' 에 걸쳐 취해진 원형판으로서의 열 전달 부재 (320) 의 단면도를 도시한다. 도 6으로부터, 구역들 (328A 내지 328E) 은 원형판의 중심에 대해 상이한 거리들에서 동심적으로 배열되며, 흐름 통로들 (330A 내지 330E) 은 나선형 패턴을 갖는다. 열 장벽 (332) 은 각각의 구역을 분리시키는 환상 채널들이다.
도 7은 뜨거운 액체의 소스 (336) 및 차가운 액체의 소스 (338) 를 포함하는 열 전달 부재 (320) 의 부분적인 단면도를 도시하며, 그 양자의 소스들은 흐름 통로들 (330A 내지 330E) 과 유체 연통한다. 구역들 (328A 내지 328E) 은 열 장벽들 (332) 에 의해 분리된다. 밸브 배열 (340) 은, (차가운 액체의 소스 (338) 로부터의) 차가운 액체에 대한 (뜨거운 액체의 소스 (336) 로부터의) 뜨거운 액체의 혼합비를 조정함으로써 각각의 구역 (328A 내지 328E) 에서 개별적인 온도를 제어하도록 동작가능하다. 제어기 (342) 는, 밸브 배열 (340) 이 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체의 적절한 혼합비를 조정하도록 독립적으로 지시하기 위해, 각각의 구역 (328A 내지 328E) 에서 온도 센서들 (344A 내지 344E) 로부터 입력 신호들을 수신한다. 또 다른 실시형태에서, 각각의 구역 (328A 내지 328E) 에 대한 온도 센서들은 정전척 (322) 에 삽입될 수 있다.
플라즈마 프로세싱 동안, 기판 (326) 은 기판 지지부 (300) 상에서 지지되며, 기판 (326) 은 구역들 (328A 내지 328E) 과 열 접촉 상태에 있다. 액체는, 구역들 (328A 내지 328E) 에 대응하는 흐름 통로들 (330A 내지 330E) 을 통해 흐른다. 각각의 개별적인 구역 (328A 내지 328E) 의 온도는 온도 센서들 (344A 내지 344E) 로 측정되며, 그 온도 센서들은 입력 신호들을 제어기 (342) 에 제공한다. 제어기 (342) 는, (i) 구역 (328A 내지 328E) 의 온도가 타겟 온도 미만이면, 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체의 혼합비를 증가시킴으로써, 각각의 개별적인 흐름 통로 (330A 내지 330E) 를 통해 흐르는 액체의 온도를 증가시키거나, (ii) 구역 (328A 내지 328E) 의 온도가 타겟 온도 이상이면, 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체의 혼합비를 감소시킴으로써, 각각의 개별적인 흐름 통로 (330A 내지 330E) 를 통해 흐르는 액체의 온도를 감소시킬 수 있다. 플라즈마 프로세싱 동안, 열 전달 부재 (320) 및 제어기 (342) 를 갖는 기판 지지부 (300) 는, 단일 웨이퍼의 플라즈마 프로세싱 동안 구역들 (328A 내지 328E) 의 온도들을 독립적으로 및 동적으로 변경시키기 위한 능력을 제공한다.
도 8a는, 각각의 흐름 통로 (430A 내지 430E) 및 온도 센서 (444A 내지 444E) 를 각각 갖는 구역들 (428A 내지 428E) 을 포함하는 열 전달 부재 (420) 의 또 다른 실시형태에 대한 부분적인 단면도를 도시한다. 구역들 (428A 내지 428E) 은 열 장벽 (432) 에 의해 분리된다. 뜨거운 액체의 소스 (436) 및 차가운 액체 (438) 의 소스는, 공통 라인들 (450A 내지 450E), 밸브들 (452A 내지 452E'), 제 1 공급 라인 (454) 및 제 2 공급 라인 (456) 을 통해 흐름 통로들 (430A 내지 430E) 과 유체 연통한다. 제 1 내지 제 5 밸브 (452A 내지 452E) 는, 뜨거운 액체 소스 (436) 로부터 뜨거운 액체를 공급하는 제 1 공급 라인 (454) 및 공통 라인들 (450A 내지 450E) 과 유체 연통한다. 또한, 제 6 내지 제 10 밸브 (452A' 내지 452E') 는, 차가운 액체 소스 (438) 로부터 차가운 액체를 공급하는 제 2 공급 라인 (456) 및 공통 라인들 (450A 내지 450E) 과 또한 유체 연통한다.
제어기 (442) 는, 각각의 흐름 통로에서 차가운 액체 소스 (438) 로부터 흐르는 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체 소스 (436) 로부터 흐르는 뜨거운 액체와의 혼합비를 개별적으로 조정하기 위해 밸브들 (452A 내지 452E 및 452A' 내지 452E') 을 독립적으로 제어하도록 온도 센서들 (444A 내지 444E) 로부터 입력 신호들을 수신한다. 예를 들어, 제어기 (442) 는, (i) 공통 라인 (450A) 을 통해 흐름 통로 (430A) 로 흐르는 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체의 제 1 혼합비를 조정하기 위한 제 1 밸브 (452A) 및 제 2 밸브 (452A'), (ii) 공통 라인 (450B) 을 통해 흐름 통로 (430B) 로 흐르는 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체의 제 2 혼합비를 조정하기 위한 제 3 밸브 (452B) 및 제 4 밸브 (452B'), (iii) 공통 라인 (450C) 을 통해 흐름 통로 (430C) 로 흐르는 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체의 제 3 혼합비를 조정하기 위한 제 5 밸브 (452C) 및 제 6 밸브 (452C'), (iv) 공통 라인 (450D) 을 통해 흐름 통로 (430D) 로 흐르는 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체의 제 4 혼합비를 조정하기 위한 제 7 밸브 (452D) 및 제 8 밸브 (452D'), 및 (v) 공통 라인 (450E) 을 통해 흐름 통로 (430E) 로 흐르는 차가운 액체에 대한 뜨거운 액체의 제 5 혼합비를 조정하기 위한 제 9 밸브 (452E) 및 제 10 밸브 (452E') 를 제어할 수 있다.
도 8a의 실시형태는, 각각의 개별적인 구역 (428A 내지 428E) 의 온도를 제어함으로써, 플라즈마 프로세싱 동안 기판 (426) 의 반경에 따라 온도를 단조적으로 (즉, 온도에서의 연속적인 증가 또는 감소) 또는 비단조적으로 증가 또는 감소시키기 위한 능력을 제공한다. 예를 들어, 각각의 개별적인 구역 (428A 내지 428E) 의 온도는, 방사상 온도 프로파일이 포물선 또는 역포물선 (즉, 단조) 이도록 셋팅될 수 있다. 그러나, 또 다른 예에서는 각각의 구역 (428A 내지 428E) 의 온도가 개별적으로 제어될 수 있기 때문에, 방사상 온도 프로파일은 방사상 온도 프로파일이 정현파 (즉, 비-단조) 이도록 또한 셋팅될 수 있다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 흐름 통로들 (430A 내지 430E) 은, 뜨거운 액체의 소스 (436) 및/또는 차가운 액체의 소스 (438) 와 유체 연통하는 복귀 라인 (446) 과 유체 연통한다. 따라서, 흐름 통로들 (430A 내지 430E) 을 떠나는 액체는, 뜨거운 액체의 소스 (436) 및/또는 차가운 액체의 소스 (438) 에 그 액체를 복귀시킴으로써 재활용될 수 있다.
뜨거운 액체의 소스 (436) 는 약 40℃ 로부터 약 150℃ 까지의 온도로 뜨거운 액체를 유지시키고, 차가운 액체의 소스 (438) 는 약 -10℃ 로부터 약 70℃ 까지의 온도로 차가운 액체를 유지시킬 수 있다. 따라서, 도 8a 및 도 8b의 실시형태는, 플라즈마 프로세싱 동안의 원하는 중심-에지 온도 프로파일에 의존하여, 각각의 구역 (428A 내지 428E) 에서 5개의 상이한 온도들을 달성할 능력을 갖는다. 5개의 구역들이 도 8a 및 도 8b에 도시되어 있지만, 구역들의 수가 원하는 방사상 온도 프로파일 제어의 정도에 의존하여 2개 이상일 수 있음을 이해할 것이다. 일 예에서, 차가운 액체의 소스는 ≥-10℃ 의 온도로 차가운 액체를 유지시키고, 뜨거운 액체의 소스는 ≤150℃ 의 온도로 뜨거운 액체를 유지시키며, 뜨거운 액체 온도는 차가운 액체 온도보다 더 크다.
도 9는, 각각의 흐름 통로들 (530A 내지 530E) 및 온도 센서들 (544A 내지 544E) 을 각각 갖는 구역들 (528A 내지 528E) 을 포함하는 열 전달 부재 (520) 의 또 다른 실시형태에 대한 부분적인 단면도를 도시한다. 구역들 (528A 내지 528E) 은 열 장벽들 (532) 에 의해 분리된다. 액체의 소스 (536) 는 공급 라인 (550), 제 1 내지 제 4 전달 라인 (552A 내지 552D) 및 복귀 라인 (554) 과 유체 연통한다. 제 1 가열 엘리먼트 (538A) 는 공급 라인 (550) 을 따라 위치되고, 제 2 내지 제 5 가열 엘리먼트 (538B 내지 538E) 는 제 1 내지 제 4 전달 라인 (552A 내지 552D) 을 따라 위치된다. 제 1 내지 제 5 가열 엘리먼트 (538A 내지 538E) 는, 공급 라인 (550) 및 제 1 내지 제 4 전달 라인 (552A 내지 552D) 을 통해 흐르는 액체의 온도를 제어한다.
제어기 (542) 는 가열 엘리먼트들 (538A 내지 538E) 을 독립적으로 제어하기 위해 온도 센서들 (544A 내지 554E) 로부터 입력 신호들을 수신한다. 온도 센서들 (544A 내지 544E) 에 의해 측정된 온도가 타겟 온도 미만이면, 제어기 (542) 는, 적절한 가열 엘리먼트들 (538A 내지 538E) 중 하나 이상을 활성화시킨다. 제 1 가열 엘리먼트 (538A) 는, 액체가 제 1 흐름 통로 (530A) 에서 순환되기 전에, 액체 소스 (536) 로부터 흐르는 그 액체를 제 1 온도로 가열시킨다. 제 1 전달 라인 (552A) 은 제 1 흐름 통로 (530A) 로부터 제 2 흐름 통로 (530B) 로 액체를 흐르게 하고, 제 2 가열 엘리먼트 (538B) 는, 제 2 흐름 통로 (530B) 에서 순환되기 전에, 제 1 전달 라인 (552A) 을 따라 흐르는 액체를 제 2 온도로 가열시킨다. 제 2 전달 라인 (552B) 은 제 2 흐름 통로 (530B) 로부터 제 3 흐름 통로 (530C) 로 액체를 흐르게 하며, 제 3 가열 엘리먼트 (538C) 는, 제 3 흐름 통로 (530C) 에서 순환하기 전에 제 2 전달 라인 (552B) 을 따라 흐르는 액체를 제 3 온도로 가열시킨다. 제 3 전달 라인 (552C) 은 제 3 흐름 통로 (530C) 로부터 제 4 흐름 통로 (530D) 로 액체를 흐르게 하며, 제 4 가열 엘리먼트 (538D) 는, 제 4 흐름 통로 (530D) 에서 순환하기 전에 제 3 전달 라인 (552C) 을 따라 흐르는 액체를 제 4 온도로 가열시킨다. 제 4 전달 라인 (552D) 은 제 4 흐름 통로 (530D) 로부터 제 5 흐름 통로 (530E) 로 액체를 흐르게 하며, 제 5 가열 엘리먼트 (538E) 는, 제 5 흐름 통로 (530E) 에서 순환하기 전에 제 4 전달 라인 (552D) 을 따라 흐르는 액체를 제 5 온도로 가열시킨다. 제 5 흐름 통로를 떠나는 액체는 복귀 라인 (554) 을 따라 액체 소스 (536) 로 복귀된다.
제 1 내지 제 4 전달 라인들 (552A 내지 552D) 을 통해 흐르는 액체는 (도 9의 화살표에 의해 표시된 바와 같이) 순방향 또는 (도 9에 표시되지 않은) 역방향으로 흐를 수 있다. 순방향의 액체 흐름 동안, 제 1 온도는, 제 4 온도보다 작은 제 3 온도보다 작은 제 2 온도보다 작으며, 구역 (528E) (즉, 중심 영역) 에서 최고의 온도를 발생시킨다. 유사하게, 역방향의 액체 흐름 동안, 제 1 온도는, 제 4 온도보다 큰 제 3 온도보다 큰 제 2 온도보다 크며, 구역 (528A) (즉, 에지 영역) 에서 최고의 온도를 발생시킨다.
도 9의 실시형태는, 플라즈마 프로세싱 동안 기판 (326) 의 반경을 따라 온도를 단조적으로 증가 또는 감소시키기 위한 능력을 제공한다. 예를 들어, 각각의 개별적인 구역 (528A 내지 528E) 의 온도는, 방사상 온도 프로파일이 포물선 또는 역포물선 (즉, 단조적) 이도록 셋팅될 수 있다.
플라즈마 프로세싱 (예를 들어, 반도체들, 금속들 또는 유전체들의 플라즈마 에칭; 또는 도전체 또는 유전체 재료들의 증착) 동안, 열 전달 부재 (320/420/520) 를 갖는 기판 지지부 (300) 는, ≤1℃ 더 바람직하게는 ≤0.5℃ 의 방위 온도 균일도를 유지하면서, 최대 40℃ 만큼 중심-에지 방사상 온도 프로파일을 변경시키기 위한 능력을 갖는다. 또한, 그러한 열 전달 부재들 (320/420/520) 은, (1) 균일한 온도 분포, 또는 (2) 방사상으로 변하는 온도 분포 (예를 들어, 뜨거운 에지 또는 뜨거운 중심) 를 위한 능력을 제공하며, 이들 양자는 최적의 멀티-계층 프로세싱을 가능하게 하기 위해 플라즈마 프로세싱 동안 스텝-변경가능한 온도 제어에 유용하다. 도 10은, (A) 에지 영역보다 뜨거운 중심 영역, (B) 에지 영역보다 차가운 중심 영역, 및 (C) 웨이퍼에 걸쳐 완전히 균일한 온도 분포와 같이, 열 전달 부재들 (320/420/520) 을 이용한 플라즈마 프로세싱 동안의 3개의 예시적인 중심-에지 온도 프로파일들에 대한, 반경 R을 갖는 웨이퍼 상의 방사 위치의 함수로서 방사상 온도를 도시한다.
본 발명이 그의 특정한 실시형태들을 참조하여 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않고도, 다양한 변경들 및 변형들이 행해질 수 있으며, 등가물들이 이용될 수 있다는 것은 당업자에게는 명백할 것이다.
Claims (19)
- 플라즈마 프로세싱 장치의 반응 챔버에 유용한 기판 지지부로서,
베이스 부재;
상기 베이스 부재 위에 놓이는 열적으로 절연인 세라믹 재료의 열 전달 부재로서, 상기 열 전달 부재는, 상기 열 전달 부재의 제 1 구역 및 제 2 구역을 개별적으로 가열 및 냉각시키도록 액체가 순환될 수 있는, 제 1 나선형 흐름 통로를 갖는 상기 제 1 구역 및 제 2 나선형 흐름 통로를 갖는 상기 제 2 구역을 적어도 포함하는 다수의 구역들을 갖는, 상기 열 전달 부재;
상기 열 전달 부재 위에 놓이는 정전척으로서, 상기 정전척은 상기 플라즈마 프로세싱 장치의 반응 챔버에서 기판을 지지하기 위한 지지면을 갖는, 상기 정전척;
제 1 공통 라인을 통하는 상기 제 1 흐름 통로 및 제 2 공통 라인을 통하는 상기 제 2 흐름 통로와 유체 연통하는 차가운 액체의 소스 및 뜨거운 액체의 소스;
상기 제 1 공통 라인 및 상기 제 2 공통 라인에서 상기 차가운 액체에 대한 상기 뜨거운 액체의 혼합비를 조정함으로써, 상기 제 1 구역 및 상기 제 2 구역에서 상기 액체의 온도를 독립적으로 제어하도록 동작가능한 밸브 배열; 및
상기 제 1 공통 라인 및 상기 제 2 공통 라인에서 상기 차가운 액체에 대한 상기 뜨거운 액체의 혼합비를 조정함으로써, 상기 제 1 구역 및 상기 제 2 구역에서 상기 온도를 독립적으로 제어하기 위한 상기 밸브 배열을 제어하는 제어기;
상기 제 1 구역 및 상기 제 2 구역을 분리시키는 열 장벽으로서, 상기 열 장벽은 환상 채널인, 상기 열 장벽;
상기 제 1 구역의 제 1 온도 센서 및 상기 제 2 구역의 제 2 온도 센서로서, 상기 온도 센서들은, 상기 제 1 구역 및 상기 제 2 구역의 온도를 측정하고 입력 신호들을 상기 제어기에 공급하도록 구성되는, 상기 제 1 온도 센서 및 상기 제 2 온도 센서; 및
상기 열 전달 부재의 하면과 상기 베이스 부재의 상면 사이의 결합 재료를 포함하는, 기판 지지부. - 제 1 항에 있어서,
상기 결합 재료는, 0.1W/m-K 로부터 4W/m-K 까지의 열 전도율 및 1mil 로부터 200mil 까지의 두께를 갖는, 기판 지지부. - 제 1 항에 있어서,
상기 차가운 액체의 소스는 ≥-10℃ 의 온도로 상기 차가운 액체를 유지시키고, 상기 뜨거운 액체의 소스는 ≤150℃ 의 온도로 상기 뜨거운 액체를 유지시키며, 상기 뜨거운 액체의 온도는 상기 차가운 액체의 온도보다 더 큰, 기판 지지부. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 전달 부재는 원형판이고, 각각의 구역은 상기 원형판의 중심에 대해 상이한 반경 거리에서 동심적으로 배열되고, 상기 구역들의 각각에서 방위 온도 균일도가 1℃보다 작은, 기판 지지부. - 제 1 항에 있어서,
상기 환상 채널은 비워져 있는, 기판 지지부. - 제 1 항에 있어서,
상기 결합 재료는 실리콘 또는 에폭시로 이루어져 있고 하나 이상의 필러 재료들을 포함하며,
상기 필러 재료들은, 산화 알루미늄, 질화 붕소, 산화 규소, 알루미늄 또는 규소를 포함하거나, 상기 결합 재료는 금속성 납땜 접합으로 이루어진, 기판 지지부. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 전달 부재는 산화 알루미늄 또는 산화 이트륨으로 이루어진, 기판 지지부. - 플라즈마 프로세싱 동안 반도체 기판의 방위 온도 (azimuthal temperature) 를 제어하는 방법으로서,
제 1 항에 기재된 기판 지지부 상에서 상기 반도체 기판을 지지하는 단계로서, 상기 반도체 기판은 상기 다수의 구역들과 열 접촉하는, 상기 반도체 기판을 지지하는 단계;
상기 제 1 흐름 통로 및 상기 제 2 흐름 통로를 통해 상기 액체를 흐르게 하는 단계;
상기 제 1 구역의 온도를 측정하여, 상기 제 1 구역의 온도가 상기 제 1 구역의 타겟 온도 미만이면 상기 차가운 액체에 대한 상기 뜨거운 액체의 혼합비를 증가시킴으로써, 상기 제 1 흐름 통로를 통해 흐르는 액체의 온도를 증가시키거나, 상기 제 1 구역의 온도가 상기 타겟 온도를 초과하면 상기 차가운 액체에 대한 상기 뜨거운 액체의 혼합비를 감소시킴으로써, 상기 제 1 흐름 통로를 통해 흐르는 액체의 온도를 감소시키는 단계; 및
상기 제 2 구역의 온도를 측정하여, 상기 제 2 구역의 온도가 상기 제 2 구역의 타겟 온도 미만이면 상기 차가운 액체에 대한 상기 뜨거운 액체의 혼합비를 증가시킴으로써, 상기 제 2 흐름 통로를 통해 흐르는 액체의 온도를 증가시키거나, 상기 제 2 구역의 온도가 상기 타겟 온도를 초과하면 상기 차가운 액체에 대한 상기 뜨거운 액체의 혼합비를 감소시킴으로써, 상기 제 2 흐름 통로를 통해 흐르는 액체의 온도를 감소시키는 단계를 포함하고,
각각의 구역 내의 방위 온도 차이는 5℃ 미만인, 반도체 기판의 방위 온도 제어 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 다수의 구역들에 걸친 방위 온도 차이는 0.5℃ 미만이고,
상기 반도체 기판에 걸친 방사상 온도 프로파일은, (a) 상기 반도체 기판에 걸쳐 완전히 균일한 온도, 또는 (b) 상기 반도체 기판에 걸쳐 불균일한 온도 사이에서 스텝-변경가능하며,
상기 반도체 기판의 중심 영역은 상기 반도체 기판의 에지 영역보다 더 뜨겁거나, 상기 반도체 기판의 중심 영역은 상기 반도체 기판의 에지 영역보다 더 차가운, 반도체 기판의 방위 온도 제어 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 구역의 타겟 온도 및 상기 제 2 구역의 타겟 온도는, (a) 기판 반경을 따라 단조적으로 증가 또는 감소하거나, (b) 상기 기판 반경을 따라 비-단조적으로 증가 또는 감소하는, 반도체 기판의 방위 온도 제어 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 반응 챔버로 프로세스 가스를 도입하는 단계;
상기 프로세스 가스를 플라즈마 상태로 에너자이징시키는 단계; 및
상기 플라즈마로 상기 반도체 기판을 프로세싱하는 단계를 더 포함하며,
상기 플라즈마로 상기 반도체 기판을 프로세싱하는 단계는, (a) 반도체 재료, 금속성 재료 또는 유전체 재료의 계층의 플라즈마 에칭하는 것, 또는 (b) 도전성 재료 또는 유전체 재료를 증착시키는 것 포함하는, 반도체 기판의 방위 온도 제어 방법. - 제 1 항에 기재된 반도체 기판 지지부를 포함하는 플라즈마 프로세싱 장치로서,
상기 플라즈마 프로세싱 장치는, 반도체, 금속성 재료 또는 유전체 재료를 에칭시키도록 구성된 플라즈마 에칭기이거나, 도전성 재료 또는 유전체 재료를 증착시키도록 구성된 증착 챔버인, 플라즈마 프로세싱 장치. - 플라즈마 프로세싱 장치의 반응 챔버에 유용한 기판 지지부로서,
베이스 부재;
상기 베이스 부재 위에 놓이는 열적으로 절연인 세라믹 재료의 열 전달 부재로서, 상기 열 전달 부재는, 제 1 흐름 통로를 갖는 제 1 구역 및 제 2 흐름 통로를 갖는 제 2 구역을 갖고, 상기 흐름 통로들은 상기 열 전달 부재의 각각의 구역을 개별적으로 가열 및 냉각시키기 위해 액체를 순환시키도록 구성되는, 상기 열 전달 부재;
상기 제 1 흐름 통로와 유체 연통하는 제 1 공통 라인;
상기 제 2 흐름 통로와 유체 연통하는 제 2 공통 라인;
뜨거운 액체 소스로부터의 제 1 공급 라인 및 상기 제 1 공통 라인과 유체 연통하는 제 1 밸브로서, 상기 제 1 밸브는 상기 제 1 공통 라인을 통한 상기 뜨거운 액체 소스로부터의 뜨거운 액체의 흐름양을 제어하도록 동작가능한, 상기 제 1 밸브;
차가운 액체 소스로부터의 제 2 공급 라인 및 상기 제 1 공통 라인과 유체 연통하는 제 2 밸브로서, 상기 제 2 밸브는 상기 제 1 공통 라인을 통한 상기 차가운 액체 소스로부터의 차가운 액체의 흐름양을 제어하도록 동작가능한, 상기 제 2 밸브;
상기 뜨거운 액체 소스로부터의 상기 제 1 공급 라인 및 상기 제 2 공통 라인과 유체 연통하는 제 3 밸브로서, 상기 제 3 밸브는 상기 제 2 공통 라인을 통한 상기 뜨거운 액체의 흐름양을 제어하도록 동작가능한, 상기 제 3 밸브;
상기 차가운 액체 소스로부터의 상기 제 2 공급 라인 및 상기 제 2 공통 라인과 유체 연통하는 제 4 밸브로서, 상기 제 4 밸브는 상기 제 2 공통 라인을 통한 상기 차가운 액체의 흐름양을 제어하도록 동작가능한, 상기 제 4 밸브;
(a) 상기 제 1 흐름 통로로의 상기 차가운 액체에 대한 상기 뜨거운 액체의 제 1 혼합비를 조정하기 위해 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브를 독립적으로 제어하고, (b) 상기 제 2 흐름 통로로의 상기 차가운 액체에 대한 상기 뜨거운 액체의 제 2 혼합비를 조정하기 위해 상기 제 3 밸브 및 상기 제 4 밸브를 독립적으로 제어하도록 동작가능한 제어기; 및
상기 열 전달 부재 위에 놓이며, 상기 플라즈마 프로세싱 장치의 반응 챔버에서 기판을 지지하기 위한 지지면을 갖는 정전척을 포함하는, 기판 지지부. - 제 13 항에 있어서,
제 3 흐름 통로를 갖는 제 3 구역, 제 4 흐름 통로를 갖는 제 4 구역, 및 제 5 흐름 통로를 갖는 제 5 구역을 갖는, 상기 열 전달 부재;
상기 제 3 흐름 통로와 유체 연통하는 제 3 공통 라인;
상기 제 4 흐름 통로와 유체 연통하는 제 4 공통 라인;
상기 제 5 흐름 통로와 유체 연통하는 제 5 공통 라인;
상기 뜨거운 액체 소스로부터의 상기 제 1 공급 라인 및 상기 제 3 공통 라인과 유체 연통하는 제 5 밸브로서, 상기 제 5 밸브는 상기 제 3 공통 라인을 통한 상기 뜨거운 액체의 흐름양을 제어하도록 동작가능한, 상기 제 5 밸브;
상기 차가운 액체 소스로부터의 상기 제 2 공급 라인 및 상기 제 3 공통 라인과 유체 연통하는 제 6 밸브로서, 상기 제 6 밸브는 상기 제 3 공통 라인을 통한 상기 차가운 액체의 흐름양을 제어하도록 동작가능한, 상기 제 6 밸브;
상기 뜨거운 액체 소스로부터의 상기 제 1 공급 라인 및 상기 제 4 공통 라인과 유체 연통하는 제 7 밸브로서, 상기 제 7 밸브는 상기 제 4 공통 라인을 통한 상기 뜨거운 액체의 흐름양을 제어하도록 동작가능한, 상기 제 7 밸브;
상기 차가운 액체 소스로부터의 상기 제 2 공급 라인 및 상기 제 4 공통 라인과 유체 연통하는 제 8 밸브로서, 상기 제 8 밸브는 상기 제 4 공통 라인을 통한 상기 차가운 액체의 흐름양을 제어하도록 동작가능한, 상기 제 8 밸브;
상기 뜨거운 액체 소스로부터의 상기 제 1 공급 라인 및 상기 제 5 공통 라인과 유체 연통하는 제 9 밸브로서, 상기 제 9 밸브는 상기 제 5 공통 라인을 통한 상기 뜨거운 액체의 흐름양을 제어하도록 동작가능한, 상기 제 9 밸브;
상기 차가운 액체 소스로부터의 상기 제 2 공급 라인 및 상기 제 5 공통 라인과 유체 연통하는 제 10 밸브로서, 상기 제 10 밸브는 상기 제 5 공통 라인을 통한 상기 차가운 액체의 흐름양을 제어하도록 동작가능한, 상기 제 10 밸브;
(c) 상기 제 3 흐름 통로로의 상기 차가운 액체에 대한 상기 뜨거운 액체의 제 3 혼합비를 조정하기 위해 상기 제 5 밸브 및 상기 제 6 밸브를 독립적으로 제어하고, (d) 상기 제 4 흐름 통로로의 상기 차가운 액체에 대한 상기 뜨거운 액체의 제 4 혼합비를 조정하기 위해 상기 제 7 밸브 및 상기 제 8 밸브를 독립적으로 제어하며, (e) 상기 제 5 흐름 통로로의 상기 차가운 액체에 대한 상기 뜨거운 액체의 제 5 혼합비를 조정하기 위해 상기 제 9 밸브 및 상기 제 10 밸브를 독립적으로 제어하도록 또한 동작가능한, 상기 제어기를 더 포함하는, 기판 지지부. - 제 13 항에 있어서,
상기 열 전달 부재는 원형판이며, 각각의 구역은 상기 원형판의 중심에 대해 상이한 반경 거리에서 동심적으로 배열되고, 상기 구역의 각각에서 방위 온도 균일도가 1℃보다 작은, 기판 지지부. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 흐름 통로, 상기 제 2 흐름 통로, 상기 제 3 흐름 통로, 상기 제 4 흐름 통로, 및 상기 제 5 흐름 통로는, 복귀 라인과 유체 연통하며,
상기 복귀 라인은 상기 뜨거운 액체 소스 또는 상기 차가운 액체 소스와 유체 연통하는, 기판 지지부. - 플라즈마 프로세싱 장치의 반응 챔버에 유용한 기판 지지부로서,
베이스 부재;
상기 베이스 부재 위에 놓이는 열적으로 절연인 세라믹 재료의 열 전달 부재로서, 상기 열 전달 부재는, 제 1 흐름 통로를 갖는 제 1 구역 및 제 2 흐름 통로를 갖는 제 2 구역을 갖고, 상기 흐름 통로들은 상기 열 전달 부재의 각각의 구역을 개별적으로 가열 및 냉각시키기 위해 액체를 순환시키도록 구성되는, 상기 열 전달 부재;
상기 제 1 흐름 통로 및 액체 소스와 유체 연통하는 공급 라인;
상기 공급 라인을 따르는 제 1 가열 엘리먼트로서, 상기 제 1 가열 엘리먼트는, 액체가 상기 제 1 흐름 통로에서 순환되기 전에, 상기 액체 소스로부터 흐르는 액체를 제 1 온도로 가열시키도록 구성되는, 상기 제 1 가열 엘리먼트;
상기 제 1 흐름 통로 및 상기 제 2 흐름 통로와 유체 연통하는 제 1 전달 라인으로서, 상기 제 1 전달 라인은 상기 제 1 흐름 통로로부터 상기 제 2 흐름 통로로 액체를 흐르게 하도록 구성되는, 상기 제 1 전달 라인;
상기 제 1 전달 라인을 따르는 제 2 가열 엘리먼트로서, 상기 제 2 가열 엘리먼트는, 상기 제 2 흐름 통로에서 순환하기 전에, 액체를 제 2 온도로 가열시키도록 구성되는, 상기 제 2 가열 엘리먼트;
각각의 가열 엘리먼트로의 전력을 조정함으로써 각각의 구역의 온도를 독립적으로 제어하기 위해 각각의 가열 엘리먼트를 제어하는 제어기; 및
상기 열 전달 부재 위에 놓이며, 상기 플라즈마 프로세싱 장치의 반응 챔버에서 기판을 지지하기 위한 지지면을 갖는 정전척을 포함하는, 기판 지지부. - 제 17 항에 있어서,
제 3 흐름 통로를 갖는 제 3 구역, 제 4 흐름 통로를 갖는 제 4 구역, 및 제 5 흐름 통로를 갖는 제 5 구역을 갖는, 상기 열 전달 부재;
상기 제 2 흐름 통로 및 상기 제 3 흐름 통로와 유체 연통하는 제 2 전달 라인으로서, 상기 제 2 전달 라인은 상기 제 2 흐름 통로로부터 상기 제 3 흐름 통로로 액체를 흐르게 하도록 구성되는, 상기 제 2 전달 라인;
상기 제 2 전달 라인을 따르는 제 3 가열 엘리먼트로서, 상기 제 3 가열 엘리먼트는 상기 제 3 흐름 통로에서 순환하기 전에, 액체를 제 3 온도로 가열시키도록 구성되는, 상기 제 3 가열 엘리먼트;
상기 제 3 흐름 통로 및 상기 제 4 흐름 통로와 유체 연통하는 제 3 전달 라인으로서, 상기 제 3 전달 라인은 상기 제 3 흐름 통로로부터 상기 제 4 흐름 통로로 액체를 흐르게 하도록 구성되는, 상기 제 3 전달 라인;
상기 제 3 전달 라인을 따르는 제 4 가열 엘리먼트로서, 상기 제 4 가열 엘리먼트는 상기 제 4 흐름 통로에서 순환하기 전에, 액체를 제 4 온도로 가열시키도록 구성되는, 상기 제 4 가열 엘리먼트;
상기 제 4 흐름 통로 및 상기 제 5 흐름 통로와 유체 연통하는 제 4 전달 라인으로서, 상기 제 4 전달 라인은 상기 제 4 흐름 통로로부터 상기 제 5 흐름 통로로 액체를 흐르게 하도록 구성되는, 상기 제 4 전달 라인;
상기 제 4 전달 라인을 따르는 제 5 가열 엘리먼트로서, 상기 제 5 가열 엘리먼트는 상기 제 5 흐름 통로에서 순환하기 전에, 액체를 제 5 온도로 가열시키도록 구성되는, 상기 제 5 가열 엘리먼트; 및
상기 제 5 흐름 통로 및 상기 액체 소스와 유체 연통하는 복귀 라인으로서, 상기 복귀 라인은 상기 제 5 흐름 통로로부터 상기 액체 소스로 액체를 흐르게 하도록 구성되는, 상기 복귀 라인을 더 포함하는, 기판 지지부. - 제 17 항에 있어서,
각각의 구역에서 온도 센서를 더 포함하며,
상기 온도 센서는, 각각의 구역에서 온도를 측정하고 상기 제어기에 입력 신호들을 공급하도록 구성되거나,
상기 제 1 전달 라인은 순방향 또는 역방향으로 상기 제 1 흐름 통로로부터 상기 제 2 흐름 통로로 액체를 흐르게 하도록 구성되는, 기판 지지부.
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