KR20220119132A - 선택적 사전-세정을 위한 고속 응답 이중 구역 페데스탈 조립체 - Google Patents

선택적 사전-세정을 위한 고속 응답 이중 구역 페데스탈 조립체 Download PDF

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KR20220119132A
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pedestal
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차이타냐 에이. 프라사드
다니엘 씨. 글로버
나만 아푸르바
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

샤프트(shaft)에 연결 가능한 기판 지지 페데스탈(substrate support pedestal)은 열 전도성 본체, 열 전도성 본체의 외부 구역 내에 배치된 제1 유체 채널(fluid channel), 및 열 전도성 본체의 내부 구역 내에 배치된 제2 유체 채널을 포함한다. 제1 유체 채널 및 제2 유체 채널은, 서로 유체 연통하지 않고 그리고 기판 지지 채널 내에서 열 장벽(thermal barrier)에 의해 서로 열적으로 격리된다.

Description

선택적 사전-세정을 위한 고속 응답 이중 구역 페데스탈 조립체
[0001] 본 명세서에 설명된 실시예들은 일반적으로 사전-세정 챔버(pre-cleaning chamber)에서 사용하기 위한 기판 지지 페데스탈(pedestal)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 기판 지지 페데스탈 상에 배치된 기판의 신속한 가열 및 냉각, 및 기판 지지 페데스탈의 내부 구역 및 외부 구역의 독립적인 온도 제어를 가능하게 하는 기판 지지 페데스탈에 관한 것이다.
[0002] 집적 회로들은 기판 표면들 상에 복잡하게 패터닝된(patterned) 재료 층들을 생성하는 공정들에 의해 제조된다. 기판들의 표면들, 예를 들어 결정질 실리콘 및 에피택셜(epitaxial) 실리콘 층들은 산화될 수 있고 및/또는 외부 오염들, 예를 들어 제조 공정들 중에 존재하는 탄소 또는 산소에 취약할 수 있으며, 이는 최종 제품에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 기판 표면들은 제조 공정들 전에 일상적으로 사전-세정된다.
[0003] 통상적으로, 사전-세정 공정들은 기판이 배치되는 기판 지지 페데스탈을 갖는 진공 처리 챔버에서 수행된다. 기판 표면에 걸쳐 온도 변동들이 발생할 수 있다. 예를 들어, 기판 지지 페데스탈의 에지(edge)는 진공 처리 챔버의 가열된 챔버 벽들로 인해 기판 지지 페데스탈의 중심보다 더 높은 온도를 가질 수 있으며, 이는 기판의 에지가 롤 오프(roll off)되게 한다. 이들 온도 변동들은 기판 상에서 또는 기판에 대해 수행되는 제조 공정들에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 종종 기판을 따라 증착된 필름들 또는 에칭된 구조들의 균일성을 감소시킬 수 있다. 기판의 표면을 따른 편차의 정도에 따라, 도포들에 의해 생성된 비일관성들로 인해 디바이스 고장이 발생할 수 있다.
[0004] 추가적으로, 금속 오염을 방지하기 위해 세라믹 재료로 제조된 종래의 기판 지지 페데스탈은 열 전도가 열악하기 때문에, 기판 지지 페데스탈의 온도 제어가 비효율적이고 시간 소모적이다.
[0005] 따라서, 사전-세정 챔버에서 사용하기 위한 개선된 기판 지지 페데스탈에 대한 필요성이 당업계에 존재한다.
[0006] 일 실시예에서, 샤프트(shaft)에 연결 가능한 기판 지지 페데스탈은 열 전도성 본체, 열 전도성 본체의 외부 구역 내에 배치된 제1 유체 채널(channel), 및 열 전도성 본체의 내부 구역 내에 배치된 제2 유체 채널을 포함한다. 제1 유체 채널 및 제2 유체 채널은, 서로 유체 연통하지 않고 그리고 기판 지지 페데스탈 내에서 열 장벽(thermal barrier)에 의해 서로 열적으로 격리된다.
[0007] 다른 실시예에서, 기판 지지 페데스탈 조립체는, 제1 쌍의 냉각 튜브들(pair of cooling tubes) 및 제2 쌍의 냉각 튜브들을 포함하는 샤프트 ―제1 쌍의 냉각 튜브들은 제1 가열 유체 소스(heated fluid source)에 유체 결합되도록 구성되고, 제2 쌍의 냉각 튜브들은 제2 가열 유체 소스에 유체 결합되도록 구성됨―, 및 샤프트에 결합된 기판 지지 페데스탈을 포함하고, 기판 지지 페데스탈은 제1 쌍의 냉각 튜브들과 유체 연통하는 제1 유체 채널 및 제2 쌍의 냉각 튜브들과 유체 연통하는 제2 유체 채널을 포함한다. 제1 유체 채널은 기판 지지 페데스탈의 외부 구역에서 제1 온도의 제1 열 교환 유체를 순환시키도록 구성되고, 제2 유체 채널은 외부 구역 내에 배치된 기판 지지 페데스탈의 내부 구역에서 제1 온도와 상이한 제2 온도의 제2 열 교환 유체를 순환시키도록 구성된다.
[0008] 또 다른 실시예에서, 처리 챔버는 챔버 본체, 챔버 본체 내에 배치된 샤프트 ―샤프트는 제1 쌍의 냉각 튜브들 및 제2 쌍의 냉각 튜브들을 포함하고, 제1 쌍의 냉각 튜브들은 제1 가열 유체 소스에 유체 결합되도록 구성되고, 제2 쌍의 냉각 튜브들은 제2 가열 유체 소스에 유체 결합되도록 구성됨―, 챔버 본체 내에 배치되고 샤프트에 결합된 기판 지지 페데스탈, 및 제어기를 포함하고, 기판 지지 페데스탈은 기판 지지 페데스탈의 외부 구역 내에 배치되고 제1 쌍의 냉각 튜브들과 유체 연통하는 제1 유체 채널 및 기판 지지 페데스탈의 내부 구역 내에 배치되고 제2 쌍의 냉각 튜브들과 유체 연통하는 제2 유체 채널을 포함하며, 제1 유체 채널은 기판 지지 페데스탈의 외부 구역에서 제1 온도의 제1 열 교환 유체를 순환시키도록 구성되고, 제2 유체 채널은 외부 구역 내에 배치된 기판 지지 페데스탈의 내부 구역에서 제1 온도와 상이한 제2 온도의 제2 열 교환 유체를 순환시키도록 구성되고, 제어기는, 기판 지지 페데스탈의 외부 구역 및 내부 구역의 온도들을 결정하고 기판 지지 페데스탈의 외부 구역 및 내부 구역의 결정된 온도들에 기초하여 제1 온도 및 제2 온도를 조정하도록 구성된다.
[0009] 위에서 간략하게 요약되고 아래에서 더 상세히 논의되는 본 개시내용의 구현예들은 첨부된 도면들에 도시된 본 개시내용의 예시적인 구현예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 전형적인 구현예들만을 예시하므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점을 주목해야 하는데, 그 이유는 본 개시내용이 다른 동등하게 유효한 구현예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0010] 도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 사전-세정 처리 챔버의 단면도를 도시한다.
[0011] 도 2a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 이중 구역 고속 응답 페데스탈 내의 이중 구역 히터(dual-zone heater)의 평면 단면도를 도시한다.
[0012] 도 2b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 이중 구역 고속 응답 페데스탈의 개략적인 측면도를 도시한다.
[0013] 도 3a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 이중 구역 고속 응답 페데스탈을 포함하는 기판 지지 조립체의 측면도를 도시한다.
[0014] 도 3b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 이중 구역 고속 응답 페데스탈 내의 칠러 플레이트(chiller plate)의 평면도를 도시한다.
[0015] 도 4는 본 개시내용의 일 구현예에 따른 이중 구역 고속 응답 기판 지지 페데스탈의 기판 지지 표면의 온도를 제어하기 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
[0016] 이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 한, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하기 위해 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 도면들은 축척에 맞게 그려진 것이 아니며, 명확성을 위해 단순화될 수 있다. 하나의 구현예의 요소들 및 특징들은 추가 언급 없이 다른 구현예들에 유리하게 통합될 수 있다는 것이 고려된다.
[0017] 본 명세서에 설명된 실시예들은 일반적으로 사전-세정 챔버에서 사용하기 위한 기판 지지 페데스탈에 관한 것으로서, 더 구체적으로, 기판 지지 페데스탈 상에 배치된 기판의 신속한 가열 및 냉각, 및 기판 지지 페데스탈의 내부 구역 및 외부 구역의 독립적인 온도 제어를 가능하게 하는 기판 지지 페데스탈에 관한 것이다.
[0018] 본 명세서에 설명된 기판 지지 페데스탈들은 금속 플레이트들, 및 최상단 금속 플레이트 상의 세라믹 코팅으로 이루어진다. 따라서, 세라믹 코팅으로 인해 기판 지지 페데스탈 상에 배치된 기판의 오염이 방지되는 동시에, 기판 지지 페데스탈들의 가열 및 냉각이 효율적이다. 본 명세서에 설명된 기판 지지 페데스탈들은 기판 지지 페데스탈의 내부 구역 및 외부 구역에 대해 독립적으로 온도 제어되는 히터들 및 냉각 유체 채널들을 더 포함하고, 따라서 기판 지지 페데스탈 상에 있는 기판은 전체 표면에 걸쳐 보다 균일한 또는 원하는 오프셋 온도 프로파일(offset temperature profile)로 유지될 수 있다.
[0019] 도 1은 기판의 표면으로부터 산화물들과 같은 오염물들을 제거하도록 구성된 사전-세정 처리 챔버(100)의 단면도이다. 환원 공정을 수행하도록 구성될 수 있는 예시적인 처리 챔버들은 캘리포니아주, 산타클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 입수 가능한 SiconiTM 처리 챔버들을 포함한다. 다른 제조업체들로부터의 챔버들도 또한 여기에 개시된 본 발명의 이점을 얻도록 구성될 수 있다.
[0020] 처리 챔버(100)는 열 또는 플라즈마(plasma) 기반 세정 공정 및/또는 플라즈마 보조 건식 에칭 공정을 수행하는 데 특히 유용할 수 있다. 처리 챔버(100)는 챔버 본체(102), 리드 조립체(lid assembly)(104), 및 기판 지지 조립체(106)를 포함한다. 리드 조립체(104)는 챔버 본체(102)의 상부 단부에 배치되고, 기판 지지 조립체(106)는 챔버 본체(102) 내에 적어도 부분적으로 배치된다. 진공 펌프(vacuum pump)(108) 및 진공 포트(vacuum port)(110)를 포함하는 진공 시스템(vacuum system)은 처리 챔버(100)로부터 가스들을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 진공 포트(110)는 챔버 본체(102)에 배치되고, 진공 펌프(108)는 진공 포트(110)에 결합된다. 처리 챔버(100)는 또한 처리 챔버(100) 내의 공정들을 제어하기 위한 제어기(112)를 포함한다. 제어기(112)는 중앙 처리 유닛(central processing unit)(CPU), 메모리, 및 지원 회로들(또는 I/O)을 포함할 수 있다. CPU는, 다양한 공정들 및 하드웨어(예를 들어, 패턴 생성기들, 모터들, 및 다른 하드웨어)를 제어하기 위해 산업 현장들에서 사용되며 공정들(예를 들어, 처리 시간 및 기판 포지션(position) 또는 위치)을 모니터링하는 임의의 형태의 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다. CPU에는 내부 및 외부 유체 채널들을 위한 인라인 히터들(inline heaters)에 전력을 공급하고 기판 지지 조립체(106)의 외부 구역 및 내부 구역의 온도들을 지속적으로 모니터링하고 유지하기 위해 솔리드 스테이트 릴레이(solid-state relay)(SSR) 드라이브(drive)를 제어하는 실시간 PID(proportional-integral-derivative) 제어기가 포함될 수 있다. 메모리는 CPU에 연결되며, 임의 접근 메모리(random access memory)(RAM), 읽기 전용 메모리(read only memory)(ROM), 플로피 디스크(floppy disk), 하드 디스크(hard disk), 또는 로컬(local) 또는 원격의 임의의 다른 형태의 디지털 저장 장치와 같이 쉽게 이용할 수 있는 메모리 중 하나 이상일 수 있다. 소프트웨어 명령어들(software instructions), 알고리즘들 및 데이터는 CPU에 명령하기 위해 메모리 내에 코딩되고(coded) 저장될 수 있다. 지원 회로들(도시되지 않음)은 또한 통상적인 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU에 연결된다. 지원 회로들은 기존의 캐시(cache), 전력 공급 장치들, 클록 회로들(clock circuits), 입력/출력 회로기, 서브시스템들(subsystems) 등을 포함할 수 있다. 제어기가 읽을 수 있는 프로그램(program)(또는 컴퓨터 명령어들)은 기판 상에서 어떤 작업들이 수행될 수 있는지를 결정한다. 프로그램은 제어기가 읽을 수 있는 소프트웨어일 수 있으며, 예를 들어 처리 시간 및 기판 포지션 또는 위치를 모니터링하고 제어하는 코드를 포함할 수 있다. 이 프로그램에는 PID 제어기 및 SSR 드라이브의 통신 및 제어들을 실행하는 소프트웨어가 포함되어 있다.
[0021] 리드 조립체(104)는 서로 접합되거나, 용접되거나, 융합되거나, 또는 다른 방식으로 결합되고 처리 챔버(100) 내의 처리 부위(114)에 전구체 가스들 및/또는 플라즈마를 제공하도록 구성된 복수의 적층된 구성요소들을 포함한다. 리드 조립체(104)는 원격 플라즈마 소스(116)에 연결되어 플라즈마 부산물들을 생성할 수 있고, 이 플라즈마 부산물들은 그 후 리드 조립체(104)의 나머지 부분을 통과한다. 원격 플라즈마 소스(116)는 가스 소스(118)에 결합된다(또는 가스 소스(118)는 원격 플라즈마 소스(116)가 없는 상태에서 리드 조립체(104)에 직접 결합된다). 가스 소스(118)는 헬륨(helium), 아르곤(argon), 또는 리드 조립체(104)에 제공되는 플라즈마로 에어자이징되는(energized) 다른 불활성 가스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 소스(118)는 처리 챔버(100)에서 기판과의 반응을 위해 활성화되는 공정 가스들을 포함할 수 있다.
[0022] 기판 지지 조립체(106)는 이중 구역 고속 응답 기판 지지 페데스탈(이하 또한 "이중 구역 고속 응답 페데스탈" 또는 간단히 "페데스탈"이라고 지칭됨)(120) 및 이중 구역 고속 응답 페데스탈(120)에 결합되는 샤프트(122)를 포함한다. 처리 동안, 기판(124)은 기판 지지 조립체(106)의 페데스탈(120)의 상단 표면(126) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 페데스탈(120)의 상단 표면(126)은 기판(124)의 금속 오염을 방지하기 위해 세라믹 코팅(128)으로 덮여 있다. 적합한 세라믹 코팅들에는 산화알루미늄, 질화알루미늄, 실리카(silica), 실리콘, 이트리아(yttria), YAG, 또는 다른 비-금속 코팅 재료들이 포함된다. 코팅(128)은 50 마이크론 내지 1000 마이크론 범위의 두께를 갖는다. 기판(124)은 처리 동안 상단 표면(126) 상에 배치된 세라믹 코팅(128)에 대해 진공 척킹(vacuum chucked)되도록 구성된다.
[0023] 페데스탈(120)은 챔버 본체(102)의 바닥에 형성된 중앙에 위치된 개구를 통해 연장되는 샤프트(122)에 의해 액추에이터(actuator)(130)에 결합된다. 액추에이터(130)는 샤프트(122) 주위의 진공 누출을 방지하는 벨로우즈(bellows)(도시되지 않음)에 의해 챔버 본체(102)에 유연하게 밀봉될 수 있다. 액추에이터(130)는 페데스탈(120)이 챔버 본체(102) 내에서 하나 이상의 처리 포지션들과 해제 또는 이송 포지션 사이에서 수직으로 이동될 수 있게 한다. 이송 포지션은 기판(124)이 처리 챔버(100) 내로 그리고 외부로 로봇식으로(robotically) 이송될 수 있게 하도록 챔버 본체(102)의 측벽에 형성된 슬릿 밸브(slit valve)의 개구의 약간 아래에 있다.
[0024] 일부 공정 동작들에서, 기판(124)은 어닐링 단계(annealing step)를 수행하는 것과 같은 추가적인 열 처리 동작들을 수행하기 위해 리프트 핀들(lift pins)에 의해 상단 표면(126)으로부터 이격될 수 있다. 기판(124)은 기판(124)의 냉각을 촉진하기 위해 페데스탈(120)과 직접 접촉하여 배치되도록 낮아질 수 있다.
[0025] 도 2a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이중 구역 고속 응답 페데스탈(120) 내의 이중 구역 히터(200)의 평면 단면도를 도시한다. 도 2b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이중 구역 고속 응답 페데스탈(120)의 개략적인 측면도를 도시한다. 일부 실시예들에서, 이중 구역 히터(200)는 도 2a에 도시된 바와 같이 페데스탈(120) 내의 적어도 제1 구역(202) 및 제2 구역(204)으로 배열된 히터 요소들을 갖는다. 일부 실시예들에서, 제1 구역(202)의 히터 요소들(206) 및 제2 구역(204)의 히터 요소들(208)은 도 2b에 도시된 바와 같이 전력 소스(210)에 연결된다. 일부 실시예들에서, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 구역(202)은 외부 구역이고, 제2 구역(204)은 외부 구역 내에 배치된 내부 구역이다. 내부 및 외부 구역들은 페데스탈(120) 상에 지지될 기판의 내부 및 외부 부분들에 실질적으로 대응할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 소스(210)는 약 190 내지 약 240 VAC, 또는 약 208 VAC 전력 소스이다. 장치의 적용 및 설계에 따라 다른 크기들의 전력 소스들이 또한 사용될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 전력 소스(210)는 60 Hz 사이클(cycle)로 작동한다. 일부 실시예들에서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 전력 소스(210)는 제1 전력 피드(power feed)(212)를 통해 제1 구역(202)에 전력을 공급하고, 제2 전력 피드(214)를 통해 제2 구역(204)에 전력을 공급한다.
[0026] 페데스탈(120)은 제2 구역(204)에 매립된 열전대(thermocouple)(216)를 포함한다. 열전대(216)는 전력 소스(210)에 더 연결되는 제어기(112)에 연결된다. 제어기(112)는 열전대(216)를 사용하여 페데스탈(120)의 제2 구역(204)의 온도를 결정한다.
[0027] 페데스탈(120)의 제1 구역(202)의 온도는 이중 구역 히터(200)의 제1 구역(202)에 의해 인출된 전류 및 전압을 먼저 측정함으로써 결정될 수 있다. 제1 구역(202)에 의해 인출되는 전류 및 전압은 전류 및 전압을 동시에 측정할 수 있는 저항 측정 디바이스(218)를 이용하여 측정될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, “동시에(simultaneously)”라 함은 서로 약 110 밀리초까지의 범위 내에서 이루어진 측정들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 저항 측정 디바이스(218)는 인가된 전압뿐만 아니라 제1 구역(202)에 전달되는 순간 전류도 캡처(capture)하기 위한 고주파 홀 효과 전류 센서(Hall effect current sensor)(예를 들어, 약 200 kHz 또는 그 초과의 샘플링 레이트(sampling rate)를 가짐)일 수 있다.
[0028] 예를 들어, 일부 실시예들에서, 저항 측정 디바이스(218)는 제1 구역(202)에 의해 인출되는 전류 및 전압을 측정하기 위해 제1 전력 피드(212)에 결합된다. 저항 측정 디바이스(218)는 또한 제어기(112)에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 저항 측정 디바이스(218) 및 제어기(112)는 통합될 수 있다(예를 들어, 동일한 하우징(housing) 또는 디바이스에 제공될 수 있음).
[0029] 제1 구역(202)의 측정된 전류 및 전압에 기초하여, 제어기(112)는 저항이 전압을 전류로 나눈 것과 동일하다는 것(R=V/I)을 제공하는 옴의 법칙(Ohm's Law)을 사용하여 제1 구역(202)의 저항을 결정한다. 제어기(112)는 저항과 제1 구역(202)의 온도 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 제1 구역(202)의 온도를 더 결정한다. 계산된 저항 값의 정확성을 보장하기 위해서는 전류 및 전압의 동시 측정이 필요하다. 히터의 저항은 선형 관계로 그의 온도와 직접적인 관련이 있으므로, 저항 계산의 정확도는 온도 결정의 정확도와 직접적인 관련이 있다. 일부 실시예들에서, 제1 구역(202)의 저항은 제1 구역(202)의 온도를 상관시키도록 사용될 수 있다. 제어기(112)는 온도들의 범위 걸쳐 저항 측정치를 추가로 기록한다.
[0030] 일부 실시예들에서, 제어기(112)는 페데스탈(120)의 제1 구역(202)에 매립된 추가 열전대(도시되지 않음)를 사용하여 제1 구역(202)의 온도를 결정할 수 있다.
[0031] 도 3a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이중 구역 고속 응답 페데스탈(120)을 포함하는 기판 지지 조립체(106)의 측면도를 도시한다. 도 3b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이중 구역 고속 응답 페데스탈(120) 내의 칠러 플레이트(302)의 평면도를 도시한다. 일부 실시예들에서, 이중 구역 고속 응답 페데스탈(120)은 칠러 플레이트(302) 내에 매립된 제1 구역(202)의 제1 유체 채널(304) 및 제2 구역(204)의 제2 유체 채널(306)을 갖는다. 제1 유체 채널(304) 및 제2 유체 채널(306)은 서로 유체 연통하지 않는다. 이중 구역 고속 응답 페데스탈(120)은 열 전달을 보장하기 위해 함께 납땜되거나 또는 예를 들어 로스트 폼 주조(lost foam casting) 또는 3D 인쇄에 의해 단일 구성요소로 제조되는 칠러 플레이트(302)를 포함하는 복수의 플레이트들일 수 있는 열 전도성 본체를 포함한다. 이중 구역 고속 페데스탈(120)의 복수의 플레이트들 각각은 예를 들어 알루미늄과 같은 금속과 같은 열 전도성 재료로 제조된다. 제1 유체 채널(304)은 입구(312)(도 3b에 도시됨)와 출구(도시되지 않음) 사이의 상부 부분(308) 및 하부 부분(310)을 포함한다. 제1 유체 채널(304)의 하부 부분(310)은 제1 유체 채널(304)의 상부 부분(308) 바로 아래 또는 위에 배치될 수 있다. 대안적으로, 제1 유체 채널(304)의 하부 부분(310)은 제1 유체 채널(304)의 상부 부분(308)으로부터 수평으로 변위될 수 있다. 비록 도 3a 및 도 3b는 제1 유체 채널(304)에 대한 단일 루프(single loop)를 도시하지만, 채널 배향 및 치수들뿐만 아니라 페데스탈 치수들에 기초하여 임의의 개수의 루프들이 제공될 수 있다. 제2 유체 채널(306)은 입구(318)와 출구(320) 사이의 상부 부분(314) 및 하부 부분(316)을 포함한다. 제2 유체 채널(306)의 하부 부분(316)은 제2 유체 채널(306)의 상부 부분(314) 바로 아래 또는 위에 배치될 수 있다. 대안적으로, 제2 유체 채널(306)의 하부 부분(316)은 제2 유체 채널(306)의 상부 부분(314)으로부터 수평으로 변위될 수 있다. 제1 유체 채널(304)과 마찬가지로, 제2 유체 채널(306)은 제2 구역(204) 주위에 임의의 개수의 연결된 또는 나선형 루프들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 유체 채널(306)은 도 3b에 도시된 바와 같이 코일 패턴(coil pattern)으로 배열될 수 있지만, 그러나 대안적으로 유체 순환을 위한 나선형 또는 다른 기하학적 패턴으로 배열될 수 있다.
[0032] 샤프트(122)는 쌍들의 냉각 튜브들(322, 324) 중 하나 이상을 포함한다. 제1 쌍의 냉각 튜브들(322)은 각각 제1 열 교환 유체를 제1 유체 채널(304)을 통해 페데스탈(120)의 제1 구역(202)에 전달하고 수용한다. 제2 쌍의 냉각 튜브들(324)은 각각 제2 열 교환 유체를 페데스탈(120)의 제2 구역(204)에 전달하고 수용한다. 일부 실시예들에서, 제1 쌍의 냉각 튜브들(322) 중 하나는, 입구(312)를 통해, 제1 유체 채널(304)의 상부 부분(308)으로 제1 열 교환 유체를 전달하고 제1 유체 채널(304)의 상부 부분(308)에서 순환시킨다. 이어서, 제1 열 교환 유체는 제1 유체 채널(304)의 하부 부분(310)으로 이송되고, 여기서 제1 열 교환 유체는 제1 유체 채널(304)의 상부 부분(308)과 비교하여 역 패턴(reverse pattern)으로 순환되어 출구(도시되지 않음)을 통해 제1 쌍의 냉각 튜브들(322) 중 다른 것으로 빠져나간다. 일부 실시예들에서, 제2 쌍의 냉각 튜브들(324) 중 하나는, 입구(318)를 통해, 칠러 플레이트(302)의 중심에 있는 제2 유체 채널(306)의 상부 부분(314)으로 제2 열 교환 유체를 전달하고, 제2 유체 채널(306)의 상부 부분(314)의 원위 포지션을 향해 외측으로 전달한다. 그 다음, 제2 열 교환 유체는 제2 유체 채널(306)의 하부 부분(316)으로 이송되고, 여기서 제2 열 교환 유체는 제2 유체 채널(306)의 상부 부분(314)의 역 패턴으로 칠러 플레이트(302)를 향해 다시 순환되어 출구(320)를 통해 제2 쌍의 냉각 튜브들(324) 중 다른 것으로 빠져나간다.
[0033] 제1 및 제2 열 교환 유체들은 동일한 또는 상이한 유체들일 수 있고, 유사한 또는 상이한 온도들에서 제1 및 제2 구역들(202, 204)을 유지하기 위해 동일한 또는 상이한 온도들에서 제공될 수 있다. 제1 쌍의 냉각 튜브들(322) 및 제2 쌍의 냉각 튜브들(324)은 인라인 히터(326)에 연결된 제1 유체 소스(도시되지 않음) 및 인라인 히터(328)에 연결된 제2 유체 소스(도시되지 않음)에 각각 유체 결합된다. 제어기(112)는 제1 열 교환 유체 및 제2 열 교환 유체의 온도들을 독립적으로 제어하도록 인라인 히터들(326, 328)을 조정한다. 예를 들어, 제1 열 교환 유체는 제2 열 교환 유체보다 높거나 또는 낮은 온도에서 전달될 수 있고, 이는 제1 구역(202)이 제2 구역(204)보다 각각 더 높거나 또는 낮은 온도에 있게 할 것이다. 열 교환 유체들의 순환은 기판 온도가 상대적으로 낮은 온도들, 예를 들어, 약 -20 ℃ 내지 약 80 ℃, 뿐만 아니라 훨씬 더 높은 온도들에서 유지될 수 있게 한다. 온도들은 대안적으로 약 0 ℃ 내지 100 ℃에서 유지될 수 있다. 예시적인 열 교환 유체들은 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 물을 포함하지만, 그러나 다른 유체들이 이용될 수 있다.
[0034] 대안적으로, 제1 구역(202)의 온도는 제2 구역(204)의 온도보다 더 뜨겁도록 증가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 구역(202)의 온도는 제1 구역(202)과 제2 구역(204) 사이의 온도 차이를 유지하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제2 구역(204)은 제1 구역(202)보다 더 높은 온도에서, 예를 들어 최대 약 40 도 더 높게 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 구역(204)은 제1 구역(202)보다 더 낮은 온도에서, 예를 들어 최대 약 15 도 더 차갑게 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 구역(202)은 제1 온도, 예를 들어 약 90 ℃로 가열될 수 있고, 일단 제1 온도에 도달하면, 제2 구역(204)은 원하는 제2 온도로 가열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 구역(204)이 원하는 제2 온도로 가열되면, 제1 및 제2 구역들(202, 204)은 원하는 제3 온도 및/또는 제4 온도로 함께 램프업(ramp up)될 수 있다.
[0035] 페데스탈(120)은, 칠러 플레이트(302) 아래에 배치되고 퍼지 흐름 채널들을 제공하기 위해 칠러 플레이트(302)와 납땜된 플레이트인 퍼지 플레이트(330) 내에 하나 이상의 퍼지 채널들을 더 포함한다. 예를 들어, 제1 퍼지 채널(332)은 퍼지 플레이트(330)의 일부에 의해 정의될 수 있다. 제1 퍼지 채널(332)은 페데스탈(120) 내의 복수의 퍼지 출구들(334)을 통해 배출되는 퍼지 유체를 페데스탈(120) 전체에 걸쳐 순환시킬 수 있다. 비록 도 3a는 2 개의 퍼지 출구(334)를 도시하고 있지만, 임의의 개수의 퍼지 출구들이 상이한 구성들로 포함될 수 있다.
[0036] 제1 퍼지 채널(332)은 페데스탈(120) 내에서 임의의 개수의 패턴들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 퍼지 채널(332)은 샤프트(122)를 특정 온도로 유지하기 위해 저항성 가열 요소와 같은 가열 요소(도시되지 않음)로 가열될 수 있는 샤프트(122)와 페데스탈(120) 사이에 열적 격리를 제공하도록 페데스탈(120) 전체에 걸쳐 코일 패턴으로 형성될 수 있다. 대안적으로, 퍼지 유체를 퍼지 출구들(334)로 직접 안내하는 복수의 직선 채널들이 페데스탈(120)에 형성될 수 있다. 퍼지 유체는 샤프트(122)의 유체 튜브들(336)로부터, 제1 퍼지 채널(332)을 통해, 그리고 퍼지 출구들(334)을 통해 외부로 전달될 수 있다. 퍼지 유체는 페데스탈(120)의 구멍들 또는 채널들 내에서 공정 부산물들의 형성을 제한하거나 또는 방지하기 위해 사용되는 불활성 가스를 포함하는 가스일 수 있다. 증착 및/또는 에칭 공정들이 수행될 때, 공정의 부산물들은 기판 지지 조립체(106) 상을 포함하여, 기판 처리 챔버 내의 영역들 상에 일상적으로 응축될 것이다. 이들 부산물들이 페데스탈(120) 상에 그리고 페데스탈 내에 축적될 때, 표면 상에 위치결정된 후속 기판이 기울어질 수 있고, 이는 불균일한 증착 또는 에칭을 초래할 수 있다. 페데스탈(120)을 통해 전달되는 퍼지 가스는 페데스탈(120)로부터 반응물들을 치우고 제거할 수 있다.
[0037] 제1 퍼지 채널(332)은 제1 퍼지 채널(332)의 원위 부분에서, 퍼지 플레이트(330) 및 칠러 플레이트(302)를 통해 수직으로 연장되는 제1 격리 캐비티(isolation cavity)(338)를 추가로 포함할 수 있다. 제1 격리 캐비티(338)는 제1 구역(202)의 주변에 위치될 수 있고, 제1 퍼지 채널(332)을 통해 퍼지 가스 흐름의 일부를 수용하도록 구성될 수 있으며, 여기서 퍼지 가스의 일부는 제1 구역(202)과 제2 구역(204) 사이에 열적 격리를 제공하기 위해 제1 격리 캐비티(338)에 유지된다. 일부 실시예들에서, 제1 격리 캐비티(338) 및 퍼지 출구들(334)로 가스를 개별적으로 전달하기 위해 다수의 퍼지 채널들이 포함된다. 제1 격리 캐비티(338)와 결합된 채널 또는 채널들은 외측으로 폐쇄되어 있으므로, 채널은 유체로 가압될 수 있다. 가압된 가스 또는 가압된 유체는 제1 격리 캐비티(338)로 전달되거나, 또는 제1 격리 캐비티(338)의 위치에 장벽 또는 온도 장벽을 제공하도록 제1 격리 캐비티(338) 내에서 가압될 수 있다. 제1 격리 캐비티(338)는 전체 페데스탈(120) 주위에서 제1 및 제2 구역들(202, 204)을 분리할 수 있는 채널로서 배열될 수 있다. 퍼지 가스 또는 유체는 페데스탈(120)에서 순환되는 열 교환 유체들의 온도 제어에 영향을 미치지 않도록 제1 격리 캐비티(338)로 전달되도록 가열되거나 또는 냉각될 수 있다. 대안적으로, 퍼지 가스는 페데스탈(120)에 걸쳐 온도 프로파일을 조정하도록 선택된 온도에서 전달될 수 있다.
[0038] 제1 격리 캐비티(338)는 칠러 플레이트(302) 및 퍼지 플레이트(330)를 통해 연장되기 때문에, 제1 격리 캐비티(338)는 제1 및 제2 유체 채널들(304, 306) 사이에, 그리고 페데스탈(120)의 제1 구역(202)과 제2 구역(204) 사이에 열 장벽을 생성할 수 있다.
[0039] 페데스탈(120)은 또한 샤프트(122)와 페데스탈(120) 사이의 인터페이스(interface)를 따라 정의될 수 있는 제2 퍼지 채널(340)을 포함할 수 있다. 제2 퍼지 채널(340)은 샤프트(122)와 페데스탈(120) 사이에 추가적인 열 장벽을 생성할 수 있는 퍼지 가스를 위한 제2 퍼지 흐름 경로를 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 공정 부산물들의 증착량을 제한하기 위해 샤프트(122)에 가해지는 열은 페데스탈(120)을 통해 적용되는 온도 제어 방식에 영향을 미치지 않을 수 있다. 제2 퍼지 채널(340)은 제2 격리 캐비티(342) 및 퍼지 출구(344)를 추가로 포함할 수 있다. 제2 격리 캐비티(342) 및 퍼지 출구(344)는 제2 퍼지 채널(340)을 통해 전달되는 퍼지 가스의 일부를 수용하도록 구성될 수 있고, 페데스탈(120)의 에지와 페데스탈(120)의 제2 구역(204) 사이에 추가적인 열적 격리를 제공할 수 있다. 따라서, 페데스탈(120)과 샤프트(122)의 인터페이스는, 균일한 온도 프로파일이 제2 구역(204)의 페데스탈(120) 상에 더 쉽게 제공될 수 있도록 페데스탈(120)에 장벽을 제공하면서, 장비 상의 부산물 증착량을 감소시키기 위해 샤프트(122)와 유사한 방식으로 가열될 수 있다.
[0040] 제2 격리 캐비티(342)는 제1 격리 캐비티(338)와 유사한 방식으로 기능하고 배열될 수 있다. 퍼지 가스 또는 유체는 제1 퍼지 채널(332)에 퍼지 가스를 전달하는 것들과 동일한, 샤프트(122) 내의 유체 튜브들(336)로부터 제2 퍼지 채널(340)을 통해 전달될 수 있거나, 또는 샤프트(122) 내의 다른 유체 튜브들을 통해 전달될 수 있다. 제1 및 제2 퍼지 채널들(332, 340)에 전달되는 퍼지 가스는 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 퍼지 가스는 제2 격리 캐비티(342)의 상단에 있는 퍼지 출구(344)를 통해 배출되기 전에, 제2 퍼지 채널(340)을 통해 그리고 제2 격리 캐비티(342) 내로 전달될 수 있다. 제2 격리 캐비티(342)의 상단에 있는 퍼지 출구(344)는 제1 퍼지 가스가 전달되는 퍼지 출구들(334)과 유사할 수 있다. 대안적으로, 퍼지 가스의 흐름을 위해 제2 격리 캐비티(342)의 상단의 전체 주위에 공간이 생성될 수 있다. 대안적으로, 제2 격리 캐비티(342)는 유체 축적 또는 가압이 제2 격리 캐비티(342)에서 수행되어 페데스탈의 외부 에지에서 강화된 열 장벽을 제공할 수 있도록 외측으로 폐쇄될 수 있다.
[0041] 일부 실시예들에서, 제어기(112)는, 제1 구역(202) 및 제2 구역(204)의 온도를 결정하고, 약 60 Hz 내지 90 Hz의 주파수에서 제1 및 제2 열 교환 유체들의 온도들을 조정한다. 응답 시간(즉, 제1 구역(202) 및 제2 구역(204)의 온도들이 각각의 목표 온도들에 도달하는 데 필요한 시간)은 60 초 미만이다.
[0042] 도 4는 이중 구역 고속 응답 페데스탈(120)의 기판 지지 표면의 온도를 제어하기 위한 방법(400)의 일 실시예의 흐름도이다. 이 방법(400)은 블록(402)에서 페데스탈(120)의 내부 구역의 온도를 결정함으로써 시작한다.
[0043] 블록(404)에서, 제2 구역(204)의 온도는 열전대(216)를 사용하여 측정된다.
[0044] 블록(406)에서, 제1 구역(202)의 결정된 온도 및 제2 구역(204)의 측정된 온도에 기초하여, 제어기(112)는, 제1 구역(202) 및 제2 구역(204)의 목표 온도들을 결정하고 그리고 제1 구역(202)에서 순환되는 제1 열 교환 유체 및 제2 구역(204)에서 순환되는 제2 열 교환 유체의 온도들을 조정함으로써, 제1 구역(202) 및 제2 구역(204)의 가열 및 냉각을 조정한다.
[0045] 위에서 설명한 예시적인 실시예들에서, 방법 및 시스템은 이중 구역 가열된 기판 지지체(및 이에 따라 그 위에 배치된 기판)의 온도 프로파일을 균일하도록 또는 제어 가능하게 불균일하도록 제어하도록 제공된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 균일한 열 프로파일이 제공될 수 있다. 대안적으로, 센터 콜드 프로파일(center cold profile) 또는 센터 핫 프로파일(center hot profile)이 제공될 수 있다.
[0046] 특정 실시예들이 설명되었지만, 이들 실시예들은 단지 예로서 제시되었으며, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 실제로, 여기에 설명된 신규한 실시예들은 다양한 다른 형태들로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들의 형태에서 다양한 생략들, 치환들 및 변경들이 본 발명들의 사상을 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 첨부된 청구항들 및 이들의 균등물들은 본 발명들의 범위 및 사상에 속하는 그러한 형태들 또는 수정들을 커버하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 샤프트(shaft)에 연결 가능한 기판 지지 페데스탈(substrate support pedestal)로서,
    열 전도성 본체;
    상기 열 전도성 본체의 외부 구역 내에 배치된 제1 유체 채널(fluid channel); 및
    상기 열 전도성 본체의 내부 구역 내에 배치된 제2 유체 채널
    을 포함하고, 상기 제1 유체 채널 및 상기 제2 유체 채널은, 서로 유체 연통하지 않고 그리고 상기 기판 지지 페데스탈 내에서 열 장벽(thermal barrier)에 의해 서로 열적으로 격리되는,
    기판 지지 페데스탈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 열 전도성 본체는 알루미늄(aluminum)을 포함하는,
    기판 지지 페데스탈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 열 전도성 본체의 상단 표면 상에 세라믹 코팅(ceramic coating)을 더 포함하고,
    상기 기판 지지 페데스탈은 상기 기판 지지 페데스탈의 상기 상단 표면 상에서 처리될 기판을 지지하도록 구성되는,
    기판 지지 페데스탈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 세라믹 코팅은 산화알루미늄을 포함하는,
    기판 지지 페데스탈.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 열 전도성 본체의 상기 외부 구역 내에 배치된 제1 가열 요소; 및
    상기 열 전도성 본체의 상기 내부 구역 내에 배치된 제2 가열 요소를 더 포함하는,
    기판 지지 페데스탈.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 열 전도성 본체 전체에 걸쳐 퍼지 유체(purge fluid)를 순환시키도록 구성된 복수의 퍼지 채널들을 더 포함하고,
    상기 복수의 퍼지 채널들은 각각 상기 기판 지지 페데스탈 내에 형성된 출구와 유체 연통하는,
    기판 지지 페데스탈.
  7. 기판 지지 페데스탈 조립체로서,
    제1 쌍의 냉각 튜브들 및 제2 쌍의 냉각 튜브들을 포함하는 샤프트 ―상기 제1 쌍의 냉각 튜브들은 제1 가열 유체 소스(heated fluid source)에 유체 결합되도록 구성되고, 상기 제2 쌍의 냉각 튜브들은 제2 가열 유체 소스에 유체 결합되도록 구성됨―; 및
    상기 샤프트에 결합된 기판 지지 페데스탈을 포함하고,
    상기 기판 지지 페데스탈은, 상기 제1 쌍의 냉각 튜브들과 유체 연통하는 제1 유체 채널 및 상기 제2 쌍의 냉각 튜브들과 유체 연통하는 제2 유체 채널을 포함하고,
    상기 제1 유체 채널은 상기 기판 지지 페데스탈의 외부 구역에서 제1 온도의 제1 열 교환 유체를 순환시키도록 구성되고,
    상기 제2 유체 채널은 상기 외부 구역 내에 배치된 상기 기판 지지 페데스탈의 내부 구역에서 상기 제1 온도와 상이한 제2 온도의 제2 열 교환 유체를 순환시키도록 구성되는,
    기판 지지 페데스탈 조립체.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 기판 지지 페데스탈은 열 전도성 본체를 포함하는,
    기판 지지 페데스탈 조립체.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 열 전도성 본체는 알루미늄을 포함하는,
    기판 지지 페데스탈 조립체.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 기판 지지 페데스탈의 상단 표면 상의 세라믹 코팅을 더 포함하고,
    상기 기판 지지 페데스탈은 상기 기판 지지 페데스탈의 상기 상단 표면 상에서 처리될 기판을 지지하도록 구성되는,
    기판 지지 페데스탈 조립체.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 세라믹 코팅은 산화알루미늄을 포함하는,
    기판 지지 페데스탈 조립체.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 기판 지지 페데스탈의 상기 외부 구역 내에 배치된 제1 가열 요소; 및
    상기 기판 지지 페데스탈의 상기 내부 구역 내에 배치된 제2 가열 요소를 더 포함하는,
    기판 지지 페데스탈 조립체.
  13. 제7 항에 있어서,
    상기 기판 지지 페데스탈은, 상기 기판 지지 페데스탈 전체에 걸쳐 퍼지 유체를 순환시키는 복수의 퍼지 채널들을 더 포함하고,
    상기 복수의 퍼지 채널들은 각각 상기 샤프트 내에 배치된 냉각 튜브 및 상기 기판 지지 페데스탈 내에 형성된 출구와 유체 연통하는,
    기판 지지 페데스탈 조립체.
  14. 처리 챔버(processing chamber)로서,
    챔버 본체;
    상기 챔버 본체 내에 배치된 샤프트 ―상기 샤프트는 제1 쌍의 냉각 튜브들 및 제2 쌍의 냉각 튜브들을 포함하고, 상기 제1 쌍의 냉각 튜브들은 제1 가열 유체 소스에 유체 결합되도록 구성되고, 상기 제2 쌍의 냉각 튜브들은 제2 가열 유체 소스에 유체 결합되도록 구성됨―;
    상기 챔버 본체 내에 배치되고 상기 샤프트에 결합된 기판 지지 페데스탈; 및
    제어기를 포함하고,
    상기 기판 지지 페데스탈은 상기 기판 지지 페데스탈의 외부 구역 내에 배치되고 상기 제1 쌍의 냉각 튜브들과 유체 연통하는 제1 유체 채널 및 상기 기판 지지 페데스탈의 내부 구역 내에 배치되고 상기 제2 쌍의 냉각 튜브들과 유체 연통하는 제2 유체 채널을 포함하고, 상기 제1 유체 채널은 상기 기판 지지 페데스탈의 외부 구역에서 제1 온도의 제1 열 교환 유체를 순환시키도록 구성되고, 상기 제2 유체 채널은 상기 외부 구역 내에 배치된 상기 기판 지지 페데스탈의 내부 구역에서 상기 제1 온도와 상이한 제2 온도의 제2 열 교환 유체를 순환시키도록 구성되고,
    상기 제어기는,
    상기 기판 지지 페데스탈의 상기 외부 구역 및 상기 내부 구역의 온도들을 결정하고,
    상기 기판 지지 페데스탈의 상기 외부 구역 및 상기 내부 구역의 상기 결정된 온도들에 기초하여 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도를 조정하도록 구성되는,
    처리 챔버.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 기판 지지 페데스탈은 함께 납땜되는 복수의 열 전도성 플레이트들(thermally conductive plates)을 포함하는,
    처리 챔버.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 복수의 열 전도성 플레이트들은 알루미늄을 포함하는,
    처리 챔버.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 기판 지지 페데스탈의 상단 표면 상의 세라믹 코팅을 더 포함하고,
    상기 기판 지지 페데스탈은 상기 기판 지지 페데스탈의 상기 상단 표면 상에서 처리될 기판을 지지하도록 구성되는,
    처리 챔버.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 세라믹 코팅은 산화알루미늄을 포함하는,
    처리 챔버.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 기판 지지 페데스탈은,
    상기 기판 지지 페데스탈의 상기 외부 구역 내에 배치된 제1 가열 요소; 및
    상기 기판 지지 페데스탈의 상기 내부 구역 내에 배치된 제2 가열 요소를 더 포함하는,
    처리 챔버.
  20. 제14 항에 있어서,
    상기 기판 지지 페데스탈은, 상기 기판 지지 페데스탈 전체에 걸쳐 퍼지 유체를 순환시키는 복수의 퍼지 채널들을 더 포함하고,
    상기 복수의 퍼지 채널들은 각각 상기 샤프트 내에 배치된 냉각 튜브 및 상기 기판 지지 페데스탈 내에 형성된 출구와 유체 연통하는,
    처리 챔버.
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