KR20220000405A - 개선된 기판 프로세싱을 위한 기판 페디스털 - Google Patents

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KR20220000405A
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conductive
rod
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substrate
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바이렌 칼세카르
비나이 케이. 프라바카르
벤카타 샤랏 찬드라 파리미
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판 페디스털은 메시를 포함하는 열 전도성 기판 지지부, 복수의 전도성 로드들을 내부에 포함하는 열 전도성 샤프트 ― 각각의 전도성 로드는 제1 단부와 제2 단부를 가짐 ―, 및 센서를 포함한다. 각각의 전도성 로드의 제1 단부는 메시에 전기적으로 결합되고, 센서는 각각의 전도성 로드의 제1 단부와 제2 단부 사이에 배치되며 각각의 전도성 로드를 통한 전류 흐름을 검출하도록 구성된다.

Description

개선된 기판 프로세싱을 위한 기판 페디스털
[0001] 본 명세서에서 설명되는 실시예들은 일반적으로 고주파 전력 디바이스들을 이용하는 반도체 프로세싱 장치들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 RF(radio frequency) 전력 발생 및/또는 전달 장비를 이용하는 반도체 프로세싱 장치들에 관한 것이다.
[0002] 반도체 프로세싱 장치들은 통상적으로, 프로세스 챔버를 포함하는데, 프로세스 챔버는 프로세스 챔버의 프로세싱 영역 내에서 웨이퍼 또는 기판 상에 다양한 증착, 에칭 또는 열 프로세싱 단계들을 수행하도록 구성된다. 통상적인 PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition) 챔버에서 더 높은 증착률들을 달성하기 위해, 증가된 RF(radio frequency) 전력의 인가에 의해 플라즈마 방사 밀도(plasma radial density)가 증가된다. RF 전력은 RF 발생기로부터 샤워헤드 및 위에 웨이퍼가 배치된 기판 페디스털(pedestal)을 통해 전달된다. 기판 페디스털은 전도성 전극에 납땜(braze)된 전도성 메시(mesh)를 포함한다.
[0003] 그러나 증가된 RF 전력에 의해 유도되는 증가된 RF 전류로 인해, 전도성 메시와 전도성 전극 사이의 납땜 접합부에서 큰 줄 발열(Joule heat)이 발생되어, 납땜 접합부에서 국소적인 발열을 야기하고, 그에 따라 웨이퍼 상에서의 불균일한 온도 분포를 야기한다. 프로세싱 도중 웨이퍼의 작은 온도 변화들은 웨이퍼에 대해 수행되는 이러한 흔히 온도 의존적인 프로세스들의 WIW(within-wafer) 균일성에 영향을 미칠 수 있다.
[0004] 더욱이, 전도성 메시와 전도성 전극의 열 팽창 계수들의 차이는 계면에서 열 응력을 발생시켜, 기판 페디스털의 파손을 야기한다.
[0005] 이에 따라, 프로세스 챔버 내의 전도성 메시에 RF 전력을 전달하는 프로세스를 개선함으로써 웨이퍼에 걸친 온도 변화를 감소시키는 것이 당해 기술분야에 필요하다. 추가로, 전도성 메시와 전도성 전극 사이의 계면에서의 열 응력을 감소시킬 필요가 있다.
[0006] 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 실시예들은 단일 RF 로드(rod) 또는 다수의 RF 로드들에 연결된 RF 메시를 갖는 기판 페디스털을 제공한다.
[0007] 일 실시예에서, 기판 페디스털은 메시를 포함하는 열 전도성 기판 지지부, 복수의 전도성 로드들을 내부에 포함하는 열 전도성 샤프트 ― 각각의 전도성 로드는 제1 단부와 제2 단부를 가짐 ―, 및 센서를 포함한다. 각각의 전도성 로드의 제1 단부는 메시에 전기적으로 결합되고, 센서는 각각의 전도성 로드의 제1 단부와 제2 단부 사이에 배치되며 각각의 전도성 로드를 통한 전류 흐름을 검출하도록 구성된다.
[0008] 다른 실시예에서, 기판 페디스털은 메시를 포함하는 열 전도성 기판 지지부, 편조(braided) 로드를 내부에 포함하는 열 전도성 샤프트를 포함한다. 편조 로드는 복수의 전도성 로드들을 포함하며, 각각의 전도성 로드는 제1 단부와 제2 단부를 갖고, 복수의 전도성 로드들은 편조 로드의 길이를 따라 편조된다. 각각의 전도성 로드의 제1 단부는 메시에 전기적으로 결합된다.
[0009] 또 다른 실시예에서, 기판 페디스털은 메시를 포함하는 열 전도성 기판 지지부, 전도성 로드를 내부에 포함하는 열 전도성 샤프트 ― 전도성 로드는 절연 층에 의해 둘러싸이며 제1 단부와 제2 단부를 가짐 ―, 및 메시와 전도성 로드를 연결하는 납땜 접합부를 포함한다. 납땜 접합부는 복수의 메시 어댑터 피스(mesh adapter piece)들 ― 각각의 메시 어댑터 피스는 제3 단부와 제4 단부를 가짐 ―, 및 제5 단부와 제6 단부를 갖는 단자를 포함하며, 각각의 메시 어댑터 피스의 제3 단부는 메시에 납땜되고, 각각의 메시 어댑터 피스의 제4 단부는 단자의 제5 단부에 납땜되며, 전도성 로드의 제1 단부는 단자의 제6 단부에 납땜된다.
[0011] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0012] 도 1은 제1 실시예에 따른 프로세싱 챔버의 측단면도이다.
[0013] 도 2는 제2 실시예에 따른 기판 페디스털의 부분 측단면도이다.
[0014] 도 3a 및 도 3b는 제1 실시예에 따른 단일 RF 로드 및 제3 실시예에 따른 편조 RF 로드의 단면도들이다.
[0015] 도 4a 및 도 4b는 본 개시내용의 실시예들에 따른 기판 페디스털의 부분 단면도들이다.
[0016] 도 5는 일 실시예에 따른 기판 페디스털의 부분 단면도이다.
[0017] 도 6은 일 실시예에 따른 기판 페디스털의 부분 단면도이다.
[0018] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 가리키는 데, 가능한 경우, 동일한 참조 부호들이 사용되었다. 한 실시예의 엘리먼트들 및 특징들은 추가 언급 없이 다른 실시예들에 유리하게 포함될 수 있다는 것이 고려된다.
[0019] 다음 설명에서는, 본 개시내용의 실시예들의 보다 철저한 이해를 제공하도록 다수의 특정 세부사항들이 제시된다. 그러나 본 개시내용의 실시예들 중 하나 이상은 이러한 특정 세부사항들 중 하나 이상 없이 실시될 수 있음이 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 다른 경우들에는, 본 개시내용의 실시예들 중 하나 이상을 불명료하게 하는 것을 피하기 위해, 잘 알려진 특징들은 설명되지 않았다.
[0020] 본 명세서에서 설명되는 실시예들은 일반적으로, 반도체 프로세싱 챔버의 프로세싱 영역에 배치된 웨이퍼 또는 기판에 대해 고 RF(radio frequency) 전력 프로세스들을 수행하도록 구성되는 기판 페디스털들에 관한 것이다. 기판 페디스털은 기판 지지 엘리먼트에 배치되는 RF 전력 공급 메시(RF powered mesh)를 포함하며, RF 전력 공급 메시는 RF 전력 공급 메시에 RF 에너지를 전달하도록 구성되는 RF 로드 또는 다수의 로드들에 결합된다.
[0021] 기판 페디스털에서 다수의 RF 로드들, 또는 다수의 편조 전도성 로드들을 포함하는 단일 RF 로드의 사용은 RF 발생기로부터 RF 전력 공급 메시로의 RF 전류의 공간적 분배를 가능하게 한다. 따라서 RF 로드(들)와 RF 전력 공급 메시 사이의 납땜 접합부에서의 국소적인 줄 발열이 감소되고, 기판 페디스털 상에 위치된 웨이퍼에 걸친 더 균일한 온도 분포가 달성될 수 있다. 더욱이, 기판 페디스털에서 RF 로드와 RF 전력 공급 메시를 계면 결합하는 다수의 메시 어댑터 피스들의 사용은 계면에서의 열 응력을 감소시켜, 기판 페디스털의 파손의 발생을 감소시킨다.
[0022] 도 1은 제1 실시예에 따른 프로세싱 챔버(100)의 측단면도이다. 예로서, 도 1의 프로세싱 챔버(100)의 실시예는 PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition) 시스템에 관해 설명되지만, 본 명세서에서 제공되는 기본 범위를 벗어나지 않으면서 다른 플라즈마 증착, 플라즈마 에칭 또는 유사한 플라즈마 프로세싱 챔버들을 포함하는 임의의 다른 타입의 프로세싱 챔버가 사용될 수 있다. 프로세싱 챔버(100)는 기판 페디스털(108)과 프로세싱 영역(110)을 함께 둘러싸는 벽들(102), 바닥(104) 및 챔버 덮개(106)를 포함한다. 기판 페디스털(108)은 세라믹 재료(예컨대, AlN, BN 또는 Al2O3 재료)와 같은 유전체 재료로 만들어질 수 있다. 프로세싱 챔버(100)의 벽들(102) 및 바닥(104)은 알루미늄 또는 스테인리스 스틸과 같은 전기 및 열 전도성 재료로 만들어질 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, RF 발생기(142)가 기판 페디스털(108)에 결합된다.
[0023] 도 1에 도시된 바와 같이, 가스 소스(112)는 챔버 덮개(106)를 통과하는 가스 튜브(114)를 통해 프로세싱 챔버(100)에 결합된다. 도시된 바와 같이, 가스 튜브(114)는, 프로세싱 가스가 백킹 플레이트(backing plate)(116)를 통과할 수 있고 백킹 플레이트(116)와 가스 분배 샤워헤드(122) 사이에 형성된 플리넘(plenum)(118)으로 들어갈 수 있도록 백킹 플레이트(116)에 결합된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 가스 분배 샤워헤드(122)는 서스펜션(120)에 의해 백킹 플레이트(116)에 인접하게 제자리에 유지되어, 가스 분배 샤워헤드(122), 백킹 플레이트(116) 및 서스펜션(120)이 함께, 간혹 샤워헤드 어셈블리로 지칭되는 어셈블리를 형성한다. 동작 중에, 가스 소스(112)로부터 프로세싱 챔버(100)에 유입된 프로세싱 가스는 플리넘(118)을 채우고 가스 분배 샤워헤드(122)를 통과하여 프로세싱 영역(110)에 균일하게 들어갈 수 있다. 대안적인 실시예들에서는, 가스 분배 샤워헤드(122)에 추가하여 또는 그 대신에 벽들(102) 중 하나 이상에 부착되는 (도시되지 않은) 유입구들 및/또는 노즐들을 통해 프로세스 가스가 프로세싱 영역(110)으로 유입될 수 있다.
[0024] 도시된 바와 같이, 기판 페디스털(108)은 열 전도성 지지부(130)를 포함하며, 열 전도성 지지부(130)는 열 전도성 지지부(130) 내부에 매립된 RF 전력 공급 메시, 이후 메시(132)를 갖는다. 열 전도성 지지부(130)는 또한, 열 전도성 지지부(130)에 결합되는 전도성 샤프트(126)의 적어도 일부 내에 배치된 ("RF 로드"로 지칭되는) 단일 전기 전도성 로드(128)를 포함한다. 기판(124)(또는 웨이퍼)은 프로세싱 중에 열 전도성 지지부(130)의 상단에 포지셔닝될 수 있다. 일부 실시예들에서, RF 발생기(142)는 하나 이상의 송신 라인들(144)(하나가 도시됨)을 통해 RF 로드(128)에 결합된다. 일부 실시예들에서, RF 발생기(142)는 약 200㎑ 내지 약 81㎒, 이를테면 약 13.56㎒ 내지 약 40㎒의 주파수에서 메시(132)에 RF 전류를 제공한다. RF 발생기(142)에 의해 발생된 전력은 프로세싱 영역(110) 내의 가스를 플라즈마 상태로 에너지화(또는 "여기")하여, 예를 들어 플라즈마 증착 프로세스 동안 기판(124)의 표면 상에 층을 형성하도록 작용한다. 일 실시예에서, RF 로드(128)는 납땜 접합부(138)를 통해 메시(132)에 납땜된다. RF 로드(128)는 니켈(Ni)로 만들어질 수 있고, 메시(132)는 몰리브덴(Mo)으로 만들어질 수 있다. 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)의 열 팽창 계수들이 유사하기 때문에(25℃에서 Ni의 경우 13㎛/(m·K) 그리고 Mo의 경우 5㎛/(m·K)), RF 로드(128) 및 메시(132)에 대한 재료들의 이러한 선택으로, 열 응력으로 인한 납땜 접합부(138)의 파손이 방지될 수 있다. 다른 실시예들에서, 메시(132)는 텅스텐(W)과 같은 다른 내화성 금속으로 만들어진다. 일부 실시예들에서, RF 로드(128)는 다른 접합 방법들에 의해 메시(132)에 결합된다. 일부 실시예들에서, RF 로드(128)와 RF 발생기(142) 사이에 RF 필터(150)가 제공된다. RF 필터(150)는 일반적으로, RF 에너지가 RF 발생기(142)에 도달하는 것을 차단하도록 구성되는 하나 이상의 저역 통과 필터들 또는 대역 정지 필터들이다.
[0025] 도 1에 도시된 바와 같이, 메시(132), 선택적인 바이어싱 전극(146) 및 가열 엘리먼트(148)가 열 전도성 지지부(130) 내에 매립된다. 바이어싱 전극(146)은 (도시되지 않은) 개별 RF 연결을 통해 기판 및 프로세싱 영역(110)에 RF "바이어스"를 개별적으로 제공하는 작용을 할 수 있다. 가열 엘리먼트(148)는 하나 이상의 저항성 가열 엘리먼트들을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 저항성 가열 엘리먼트들은 이들을 통한 AC 전력의 전달에 의해 프로세싱 중에 기판(124)에 열을 제공하도록 구성된다. 바이어싱 전극(146) 및 가열 엘리먼트(148)는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 또는 다른 유사한 재료들과 같은 전도성 재료들로 만들어질 수 있다.
[0026] 메시(132)는 또한, 프로세싱 중에 열 전도성 지지부(130)의 지지면(136)에 대해 기판(124)에 적절한 유지력을 제공하는 데 도움이 되는 정전 척킹 전극으로서 작용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 메시(132)는 기판(124)이 안착되는 지지면(136)으로부터 (도 1에 도시된) 일정 거리(DT)에 매립된다. 거리(DT)는 매우 작을 수 있는데, 이를테면 1㎜ 미만일 수 있다. 따라서 메시(132)에 걸친 온도의 변화들은 지지면(136) 상에 배치된 기판(124)의 온도의 변화들에 크게 영향을 미친다. 메시(132)로부터 지지면(136)으로 전달되는 열은 도 1에서 H 화살표들로 표현된다.
[0027] 따라서 메시(132)에 제공되는 RF 전류의 양을 확산, 분할 또는 분배하고, 그에 따라, 메시(132) 접합부들에서 생성되는 추가된 온도 증가를 최소화하는 것은 메시(132)에 걸쳐 더 균일한 온도 분포를 야기한다. 메시(132)에 걸친 균일한 온도 분포는 지지면(136) 및 기판(124)에 걸쳐 균일한 온도 분포를 생성한다.
[0028] 당업자는, RF 에너지가 주로 전도성 엘리먼트의 표면 영역을 통해 전도되고 이에 따라 일반적으로, RF 전도체의 전류 전달 면적은 주로 RF 전도 엘리먼트의 표면적에 의해 통제됨을 이해할 것이다. RF 전력이 RF 전도체를 통해 전달될 때 전달된 RF 전력이 RF 전도체로 침투할 수 있는 스킨 깊이의 감소로 인해, 전달된 RF 전력의 주파수가 증가함에 따라 RF 전도체의 전류 전달 면적이 감소된다. 예를 들어, 원형 단면 형상 및 외경(Do)을 갖는 RF 로드에서, 그 로드의 스킨 깊이와 표면 사이의 RF 전류 전달 면적(Aca)은 단면적(Ao = π·Do 2/4)에서 로드의 스킨 깊이 너머의 전류 전달 면적(Ana = π·Dna 2/4)을 뺀 것과 같으며, 여기서 Dna는 로드의 스킨 깊이 아래 면적의 지름이다(즉, Dna = Do - 2·δ이며, 여기서 δ는 스킨 깊이이다). 즉, RF 전류 전달 면적은 Ao - Ana = π·(Do 2/4 - Dna 2/4) = π·(Do - δ)δ이다. 스킨 깊이는 식 δ = (ρ/(πfμrμo))0.5으로 근사화될 수 있으며, 여기서 ρ는 매질의 Ω·m 단위의 저항률이고, f는 헤르츠(㎐) 단위의 구동 주파수이며, μr은 재료의 상대 유전율이고, μo은 자유 공간의 유전율이다. 스킨 깊이는 전류 밀도가 매질의 표면에서의 그 밀도 값의 대략 1/e(약 37%)에 도달하는 지점을 의미한다. 따라서 매질에서의 전류의 대부분은 매질의 표면과 매질의 스킨 깊이 사이에서 흐른다. 따라서 더 큰 직경(Do) 및 더 큰 스킨 깊이(δ)를 갖는 단일 RF 로드(128)는 더 큰 전류 전달 면적으로 메시(132)에 제공되는 RF 전류의 양을 분배하고, 그에 따라 납땜 접합부(138)에서의 국소적인 발열을 감소시킨다. 일례로, 순수 니켈(Ni) 재료에 대한 스킨 깊이는 13.56㎒의 주파수에서 대략 1.5㎛이고, 순금(Au)에 대해서는 대략 20㎛이며, 따라서 금(Au)으로 만들어진 단일 RF 로드(128)는 (더 큰 스킨 깊이(δ)로 인해) 더 큰 RF 전류 전달 면적을 갖는다. 그러나 금(Au)의 열 팽창 계수(25℃에서 Mo에 대해 14.2㎛/(m·k) 그리고 W에 대해 4.5㎛/(m·K))는 납땜 접합부(138)의 재료의 열 팽창 계수들(25℃에서 Mo에 대해 5㎛/(m·K) 그리고 W에 대해 4.5㎛/(m·K))과 큰 불일치를 갖고, 그에 따라 납땜 접합부(138)는 열 응력을 견디지 못하여, 파손들에 대한 취약성으로 이어질 수 있다. 따라서 더 작은 열 팽창 계수(25℃에서 13㎛/(m·K))를 갖는 니켈(Ni)로 만들어진 단일 RF 로드(128)는 열 응력에 의해 야기되는 파손에 대해 견고할 수 있다.
[0029] 도 2는 제2 실시예에 따른 기판 페디스털(108)의 부분 측단면도이다. 제2 실시예에서, 제1 실시예에 따른 단일 RF 로드(128)는 이중 RF 로드들(228)로 대체된다. 제1 실시예의 컴포넌트들과 실질적으로 동일한 컴포넌트들에 대해서는 동일한 참조 번호들이 사용되며, 반복되는 컴포넌트들의 설명은 생략될 수 있다. 도 2에서, 이중 RF 로드들(228)은 납땜 접합부들(238)에서 메시(132)에 납땜된다. 이중 RF 로드(228)는 니켈(Ni)로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 이중 RF 로드들(228)은 다른 접합 방법들에 의해 메시(132)에 결합될 수 있다. 이중 RF 로드들(228)은 RF 발생기(142)에 의해 메시(132)에 제공되는 RF 전류를 2개의 RF 로드들로 분할하고, 그에 따라 이중 RF 로드들(228) 각각에서의 줄 발열(예컨대, I2R 발열)을 감소시켜, 열 전도성 지지부(130)에 걸쳐 보다 균일한 온도 분포를 야기하며, 이러한 열 전도성 지지부(130)는 예를 들어, 기판(124)에 걸쳐 형성된 보다 균일하게 증착된 막 층으로 변환된다.
[0030] 일부 실시예들에서, 헬스 체크 회로(256)가 메시(132)와 하나 이상의 송신 라인들(144) 사이의 이중 RF 로드들(228) 각각의 RF 전류 경로 상에 삽입될 수 있다. 헬스 체크 회로(256)는 이중 RF 로드들(228) 중 어느 하나에 대한 임의의 손상/열화를 검출하기 위해 이중 RF 로드들(228) 각각을 통한 전류 흐름을 검출하는 데 사용하기 위한 센서, 이를테면 전압/전류(V/I) 센서일 수 있다. 이러한 손상/열화의 조기 검출은, 임의의 치명적인 고장들이 발생하기 전에 RF 로드들(228)을 다시 납땜함으로써 기판 페디스털(108)이 수리될 수 있도록 문제들을 식별하는 데 사용될 수 있다.
[0031] 이중 RF 로드들(228)은 RF 필터(150)에 대해 약간의 수정으로 또는 수정 없이 제1 실시예에 따른 프로세싱 챔버(100) 내의 단일 RF 로드(128)를 대체할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이중 RF 로드들(228)은 RF 필터(150)에 연결되는 (도시되지 않은) RF 스트랩을 사용하여 결합될 수 있다. 이러한 구성은 단일 RF 로드(128)를 위해 설계된 RF 필터(150)에 대해 어떠한 수정도 요구하지 않는다. 일부 실시예들에서, RF 로드들의 팽창들을 보상하기 위해, (도시되지 않은) 하나 이상의 RF 스트랩들이 납땜 접합부들(238)과 RF 필터(150) 사이에 배치될 수 있다.
[0032] 위에서 설명된 예시적인 실시예에서는, 이중 RF 로드들(228)이 설명되고 도 2에 도시된다. 그러나 3개 이상을 포함하는 임의의 수의 다수의 RF 로드들이 사용될 수 있다. 따라서 각각의 RF 로드를 통하는 전류는 단일 RF 로드(128)를 통하는 전류의 절반(또는 그 미만)일 수 있다. 이에 따라, 전류가 메시(132)에 걸쳐 다수의 분산 지점들에서 그리고 더 낮은 크기로 납땜 접합부들(138)로 흘러, 발생된 양의 열을 기판(124)에 걸쳐 확산시키는 것을 도와, 임의의 한 지점에서 열 증가를 훨씬 더 적게 생성한다. 발생된 열을 기판(124)에 걸쳐 확산시키는 것은 기판(124) 상에 증착된 막 층의 균일성을 향상시키도록 작용한다. 도시된 바와 같이, 납땜 접합부들(138) 각각은 비교적 서로 멀리 떨어지게 확산되어, 지지면(136)에 걸쳐 전류 및 발생된 열을 넓게 분배하여, 기판(124)에 걸쳐 보다 균일한 열 확산을 야기할 수 있다.
[0033] 도 3a 및 도 3b는 제1 실시예에 따른 단일 RF 로드(128) 및 제3 실시예에 따른 편조 RF 로드(328)의 단면도들이다. 도 3a에서, 단일 RF 로드(128)는 절연 층(304)에 의해 둘러싸인 하나의 전도성 로드(302)를 포함한다. 도 3b에서, 다수의 전도성 로드들(306)(7개의 전도성 로드들이 도시됨)이 편조 RF 로드(328)의 길이를 따라 편조되고 절연 층(308)에 의해 둘러싸인다. 편조 RF 로드(328)에서, 결합된 모든 전도성 로드들(306)의 표면들과 스킨 깊이들 사이의 전류 전달 면적들의 합은 단일 RF 로드(128)의 표면과 스킨 깊이 사이의 전류 전달 면적보다 더 크다. 이는, 편조 RF 로드(328)와 메시(132) 사이에서 RF 에너지의 대부분을 전도할 더 넓은 면적을 생성하는 이점을 제공하는데, 이는 줄 발열로 인해, 납땜 접합부들(138)에서 그리고 또한 편조 RF 로드(328) 내에서 발생된 열을 도 3a에 도시된 종래의 단일 RF 로드 구성에 비해 감소시킨다. 예를 들어, 6㎜의 외경(DR) 및 대략 1.46㎛의 스킨 깊이(δ)를 갖는 단일 RF 로드(128)는 대략 2.8 × 10-2㎟의 전류 전달 면적(Aca1 = π·(DR - δ)δ)을 갖는다. 비교적으로, 2㎜의 외경(Dc)을 갖는 전도성 로드들(306) 각각은 대략 0.9 × 10-3㎟의 전류 전달 면적(Aca2 = π·(Dc - δ)δ)을 갖는다. 따라서 7개의 전도성 로드들(306)을 갖는 편조 RF 로드(328)의 경우, 단일 RF 로드(128)의 총 전류 전달 면적 대 전류 전달 면적의 비(즉, 7 × Aca2/Aca1 = 7 × (Dc - δ)/(DR - δ))는 약 2.3이다. 따라서 도 3b에 도시된 실시예에서, 전류는 더 큰 전류 전달 면적에 걸쳐 분포되어, 도 3a에 도시된 단일 RF 로드(128)에서보다 편조 RF 로드(328)의 납땜 접합부들(138) 각각에서 더 적은 줄 발열을 발생시킨다.
[0034] 본 명세서에 개시되는 편조 RF 로드(328)는 또한, 더 작은 직경을 갖는 전도성 로드들(306) 각각이 더 작은 단면적을 갖고, 그에 따라 납땜 접합부들(138) 각각에서 더 작은 접촉 면적을 갖기 때문에 종래의 단일 RF 로드에 비해 이점을 제공한다. 전도성 로드(306)의 더 작은 단면적은 전도성 로드들(306)을 통한 RF 전력의 전달로 인해 전도성 로드들(306)에서 발생된 임의의 열을 열 전도하는 전도성 로드들(306) 각각의 능력을 감소시킨다. 감소된 열 전도 능력은 또한, 전도성 지지부(130) 내에서 열을 보다 균일하게 확산시켜, 지지면(136) 및 기판(124)에 걸쳐 보다 균일한 온도 분포를 생성하는 데 도움이 된다. 단일 RF 로드(128)의 외경(DR)이 6㎜와 같고, 전도성 로드들(306) 각각의 외경(DC)이 2㎜와 같은 위의 이전 예에 따르면, 7개의 전도성 로드들(306)을 갖는 편조 RF 로드(328)의 열 전도 면적들 대 단일 RF 로드(128) 면적의 비는 약 0.78일 것이다.
[0035] 도 4a는 일 실시예에 따른 기판 페디스털(108)의 부분 단면도이다. 도시된 실시예에서, 납땜 접합부(138)는 단자(402) 및 납땜 부분들(404, 408)을 포함한다. 약 5㎜ 내지 약 12㎜의 큰 직경을 갖는 RF 로드(128)는 납땜 부분(404)에서 단자(402)에 납땜된다. 단자(402)는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 또는 다른 유사한 재료들과 같은 강자성 금속으로 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 단자(402)는 Kovar® Ni-Fe 합금이다. 단자(402)는 납땜 부분(408)에서 ("어댑터"로 또한 지칭되는) RF 단자(406)에 추가로 납땜된다. RF 단자(406)는 기판 페디스털(108) 내에 배치된 (도 1에 도시된) 메시(132)에 납땜된다. 일 실시예에서, 기판 페디스털(108)은 1000℃를 초과하는 온도들에서 세라믹 재료로 만들어지는데; 따라서 RF 단자(406)는 메시(132)와 동일한 내화성 금속(즉, 열 및 마모에 내성이 있음), 이를테면 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 또는 다른 유사한 재료들로 만들어질 수 있다. 납땜 부분들(404, 408)은 하나 이상의 전이 금속들, 이를테면 니켈(Ni) 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 단자(402)의 재료의 열 팽창 계수들(예컨대, 25℃에서 Mo에 대해 5㎛/(m·K) 그리고 W에 대해 4.5㎛/(m·K))과 RF 단자(406) 및 메시(132)의 재료의 열 팽창 계수들(예컨대, 25℃에서 Fe에 대해 12㎛/(m·K), Co에 대해 16㎛/(m·K), Ni에 대해 13㎛/(m·K))은 큰 불일치를 갖기 때문에, 납땜 부분(408)은 도 4a에서 화살표들로 표시된 방향들로, 특히 상승된 온도들, 이를테면 500℃를 넘는 온도들에서 응력에 취약하여, 파손들에 대한 취약성으로 이어진다. 그러한 응력의 크기는 단자(402)와 RF 단자(406) 사이의 계면의 크기에 의존한다. (예컨대, RF 로드(128)의 큰 직경, 이를테면 약 5㎜ 내지 약 12㎜로 인한) 계면의 더 큰 면적은 계면에 더 높은 응력을 유도한다. 구체적으로, 계면에서의 영역의 길이(L)는 온도가 계면에서의 영역에서 ΔT만큼 상승함에 따라 L = L +αLΔT를 증가시키며, 여기서 α는 열 팽창 계수이다.
[0036] 도 4b는 일 실시예에 따른 기판 페디스털(108)의 부분 단면도이며, 여기서 도 4a에 도시된 RF 단자(어댑터)(406)는 ("메시 어댑터 피스들"로도 또한 지칭되는) 다수의 피스들(412)을 포함하는 RF 단자(어댑터)(410)로 대체된다. 다수의 피스들(412)의 총 단면적은 RF 단자(406)의 단면적과 동일하게 유지되지만, 다수의 피스들(412) 각각은 RF 단자(406)보다 더 작은 직경을 갖는다. 따라서 더 작은 직경의 다수의 피스들(412)을 갖는 RF 단자(410)는 열 팽창 계수들의 차이로 인해 유도되는 국소 응력을 감소시킨다.
[0037] 도 5는 일 실시예에 따른 기판 페디스털(108)의 부분 단면도이다. 도시된 실시예에서, 납땜 접합부(238)는 단자들(502) 및 납땜 부분들(504)을 포함한다. 원형으로 배열된 다수의 개개의 로드들을 갖는 다수의 RF 로드들(228)은 납땜 부분들(504)에서 단자들(502)에 납땜된다. 단자들(502)은 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 또는 다른 유사한 재료들과 같은 강자성 금속으로 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 단자(502)는 Kovar® Ni-Fe 합금이다. 단자들(502)은 어댑터들(도 4a의 RF 단자(406) 및 도 4b의 RF 단자)을 대체하는 튜브(506)에 추가로 연결된다. 튜브(어댑터)(506)는 다수의 RF 로드들(228)의 길이에 수직인 평면에서 큰 직경을 갖는 중공 링 형상을 갖는다. 튜브(506)는 다수의 RF 로드들(228) 내의 모든 개개의 RF 로드들에 연결되고, 강자성 금속, 이를테면 니켈(Ni) 또는 다른 유사한 재료들로 만들어질 수 있다. 튜브(506)는 중공형이기 때문에, 튜브(506)는 굽혀질 수 있고, 다수의 RF 로드들(228)의 열 팽창에 의해 야기되는 응력을 흡수할 수 있다.
[0038] 중공도(hollowness) 및 큰 직경으로 인해, 튜브(506)의 표면적은 더 작은 직경을 갖는 중실 튜브와 비교하여 상당히 증가될 수 있다. 예를 들어, (대략 현재 사용되고 있는 통상적인 RF 로드의 직경인) 5㎜의 직경(DST)을 갖는 중실 튜브의 경우, 중실 튜브의 둘레는 π·DST ~15.7㎜이다. 45㎜의 직경(DHT) 및 2㎜의 두께(t)를 갖는 중공 튜브의 경우, 총 둘레(중공 튜브의 외측 둘레와 내측 둘레의 합)는 π·DHT + π·(DHT - t) ~ 276㎜이다. 따라서 중공 튜브의 표면적은 중실 튜브보다 약 17배 더 크다. 이러한 증가된 표면적은 튜브(506)에서의 국소적인 발열을 감소시킨다.
[0039] 도 6은 일 실시예에 따른 기판 페디스털(108)의 부분 단면도이며, 여기서 도 2에 도시된 1-레벨 메시(132)는 2-레벨 메시(236)로 대체된다. 2-레벨 메시(236)의 구조는 기판(124) 상의 납땜 접합부들(238)의 포지션들(RF 핫스팟들로 지칭됨)에서의 열 발생을 감소시킨다. 구체적으로, 2-레벨 메시(236)의 구조는, 기판 페디스털(108) 내에서 핫스팟들을 아래로 이동시키고, 그에 따라 기판(124) 상의 핫스팟들을 감소시키는 것을 돕는다.
[0040] 본 명세서에서 설명되는 예시적인 실시예들에서, 반도체 프로세싱 챔버의 프로세싱 영역에 배치된 웨이퍼 또는 기판에 대해 고 RF(radio frequency) 전력 프로세스들을 수행하도록 구성되는 기판 페디스털들은 다수의 RF 로드들 또는 다수의 편조 전도성 로드들을 포함하여, RF 발생기에 의해 제공되는 다수의 RF 로드들 또는 다수의 편조 전도성 로드들을 통한 RF 전력 공급 메시에 대한 RF 전류가 공간적으로 분배된다. 따라서 다수의 RF 로드들 또는 다수의 편조 전도성 로드들과 RF 전력 공급 메시 사이의 납땜 접합부에서의 국소적인 줄 발열이 감소되고, 기판 페디스털 상에 위치된 웨이퍼에 걸친 더 균일한 온도 분포가 달성될 수 있다. 더욱이, 기판 페디스털에서 RF 로드와 RF 전력 공급 메시를 계면 결합하는 다수의 메시 어댑터 피스들의 사용은 계면에서의 열 응력을 감소시켜, 기판 페디스털의 파손의 발생을 감소시킨다.
[0041] 전술한 내용은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 기본 범위를 벗어나지 않으면서 본 개시내용의 다른 실시예들 및 추가 실시예들이 안출될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 메시(mesh)를 포함하는 열 전도성 기판 지지부;
    복수의 전도성 로드(conductive rod)들을 내부에 포함하는 열 전도성 샤프트 ― 각각의 전도성 로드는 제1 단부와 제2 단부를 가짐 ―; 및
    센서를 포함하며,
    각각의 전도성 로드의 제1 단부는 상기 메시에 전기적으로 결합되고, 그리고
    상기 센서는 각각의 전도성 로드의 제1 단부와 제2 단부 사이에 배치되며 각각의 전도성 로드를 통한 전류 흐름을 검출하도록 구성되는,
    기판 페디스털.
  2. 제1 항에 있어서,
    각각의 전도성 로드는 절연 층에 의해 둘러싸이는,
    기판 페디스털.
  3. 제1 항에 있어서,
    각각의 전도성 로드의 제2 단부에 연결된 RF 필터; 및
    상기 RF 필터에 결합되는 RF 발생기를 더 포함하며,
    상기 RF 발생기는 약 13.56㎒의 주파수로 RF 전류를 제공하는,
    기판 페디스털.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 전도성 로드들은 니켈을 포함하고,
    상기 메시는 몰리브덴을 포함하며, 그리고
    상기 복수의 전도성 로드들은 상기 메시에 납땜(braze)되는,
    기판 페디스털.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 센서는 전압/전류(V/I) 센서인,
    기판 페디스털.
  6. 메시를 포함하는 열 전도성 기판 지지부;
    편조 로드(braided rod)를 내부에 포함하는 열 전도성 샤프트를 포함하며,
    상기 편조 로드는:
    복수의 전도성 로드들을 포함하고,
    각각의 전도성 로드는 제1 단부와 제2 단부를 가지며;
    상기 복수의 전도성 로드들은 상기 편조 로드의 길이를 따라 편조되고, 그리고
    각각의 전도성 로드의 제1 단부는 상기 메시에 전기적으로 결합되는,
    기판 페디스털.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 복수의 전도성 로드들은 절연 층에 의해 둘러싸이는,
    기판 페디스털.
  8. 제6 항에 있어서,
    각각의 전도성 로드의 제2 단부에 연결된 RF 필터; 및
    상기 RF 필터에 결합되는 RF 발생기를 더 포함하며,
    상기 RF 발생기는 약 13.56㎒의 주파수로 RF 전류를 제공하는,
    기판 페디스털.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 복수의 전도성 로드들은 니켈을 포함하고,
    상기 메시는 몰리브덴을 포함하며, 그리고
    상기 복수의 전도성 로드들은 상기 메시에 납땜되는,
    기판 페디스털.
  10. 메시를 포함하는 열 전도성 기판 지지부;
    전도성 로드를 내부에 포함하는 열 전도성 샤프트 ― 상기 전도성 로드는 절연 층에 의해 둘러싸이며 제1 단부 및 제2 단부를 가짐 ―; 및
    상기 메시와 상기 전도성 로드를 연결하는 납땜 접합부를 포함하며,
    상기 납땜 접합부는:
    제3 단부와 제4 단부를 갖는 어댑터; 및
    제5 단부와 제6 단부를 갖는 단자를 포함하고,
    상기 어댑터의 제3 단부는 상기 메시에 납땜되고,
    상기 어댑터의 제4 단부는 상기 단자의 제5 단부에 납땜되며, 그리고
    상기 전도성 로드의 제1 단부는 상기 단자의 제6 단부에 납땜되는,
    기판 페디스털.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 어댑터는 복수의 메시 어댑터 피스(mesh adapter piece)들을 포함하며,
    각각의 메시 어댑터 피스는 상기 어댑터의 제3 단부와 제4 단부에 각각 제7 단부와 제8 단부를 갖고,
    상기 전도성 로드는 니켈을 포함하며,
    상기 단자는 철, 코발트 및 니켈로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하고,
    상기 복수의 메시 어댑터 피스들 및 상기 메시는 몰리브덴 및 텅스텐으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는,
    기판 페디스털.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 어댑터는 상기 전도성 로드의 길이에 수직인 평면에서 연장되는 중공 튜브이고,
    상기 전도성 로드는 니켈을 포함하며,
    상기 단자는 철, 코발트 및 니켈로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하고,
    상기 중공 튜브는 니켈을 포함하는,
    기판 페디스털.
  13. 제10 항에 있어서,
    각각의 전도성 로드의 제2 단부에 연결된 RF 필터; 및
    상기 RF 필터에 결합되는 RF 발생기를 더 포함하며,
    상기 RF 발생기는 약 13.56㎒의 주파수로 RF 전류를 제공하는,
    기판 페디스털.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 메시는 1-레벨 메시인,
    기판 페디스털.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 메시는 2-레벨 메시인,
    기판 페디스털.
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