KR20220132622A - 열적 튜닝 캐비티 피처들을 갖는 웨이퍼 척 - Google Patents

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KR20220132622A
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시유안 티안
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

이러한 웨이퍼 척의 웨이퍼 지지 표면에 걸쳐 보다 균일한 온도 분포를 제공하도록 위치되고 사이징되는 열적 튜닝 캐비티 피처들을 특징으로 하는 웨이퍼 척들 또는 이를 위한 베이스 플레이트들이 개시된다. 열적 튜닝 캐비티 피처 각각은 웨이퍼 척의 베이스 플레이트 내에서 열 교환 통로 또는 통로들의 일부 또는 일부들에 인접하게 위치될 수도 있다. 웨이퍼 척의 웨이퍼 지지 표면이 그렇지 않으면 (웨이퍼 척 지지 표면의 인접한 영역들과 비교하여) 보다 낮은 온도의 국부화된 영역들을 입증할 밑의 위치들에 열적 튜닝 캐비티 피처들을 위치시킴으로써, 보다 낮은 온도의 영역들은 주변 온도와 보다 밀접하게 매칭하고 따라서 온도 균일성을 증가시키는 상승된 온도들을 갖게 될 수도 있다.

Description

열적 튜닝 캐비티 피처들을 갖는 웨이퍼 척
반도체 프로세싱 툴들은 프로세싱 동작들 동안 반도체 웨이퍼를 지지하고, 그리고 제자리에 빈번하게 클램핑하는 디바이스인 척을 빈번하게 사용한다. 이러한 웨이퍼 클램핑 기능은, 예를 들어, 반도체 웨이퍼의 하단 측면보다 반도체 웨이퍼의 상단 측면에 보다 큰 압력이 있도록 반도체 웨이퍼와 반도체 웨이퍼가 놓여지는 척의 표면 사이의 영역으로부터 가스가 배기되는 진공 클램핑, 또는 반도체 웨이퍼로 하여금 정전기력에 의해 척으로 끌리게 (attracted) 하도록 정전하가 척 상에 생성되는 정전 클램핑을 사용하여 제공될 수도 있다.
척들에서 흔히 발견되는 다른 특징들은 예를 들어, 히터들 및/또는 냉각 시스템들을 포함한다. 예를 들어, 일부 척들은 반도체 웨이퍼 프로세싱을 위한 준비에서, 또는 반도체 웨이퍼 프로세싱 동안, 척의 온도를 상승시키도록 사용될 수도 있는 저항성 가열 엘리먼트 또는 액체 가열 채널들을 특징으로 할 수도 있다. 유사하게, 일부 척들은 척으로부터 (따라서 척에 의해 지지된 반도체 웨이퍼로부터) 열을 제거하기 위한 액체 냉각 채널들을 특징으로 할 수도 있고, 또는 부가적으로 특징으로 할 수도 있다. 보다 일반적으로, 척들은 가열되거나 냉각된 액체들을 흘림으로써 상황들에 따라 척을 가열 그리고/또는 냉각하도록 사용될 수도 있는 하나 이상의 열 교환 통로들을 포함할 수도 있다.
관련 출원들
PCT 출원 신청서는 본 출원의 일부로서 본 명세서와 동시에 제출되었다. 본 출원이 동시에 제출된 PCT 출원 양식에서 식별된 바와 같이 이익 또는 우선권을 주장하는 출원 각각은 모든 목적들을 위해 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다.
본 명세서에 기술된 주제의 하나 이상의 구현 예들의 상세들은 첨부된 도면들 및 이하의 기술 (description) 에 제시된다. 다른 특징들, 양태들, 및 장점들은 기술, 도면들 및 청구항들로부터 명백해질 것이다.
본 발명자들은 척이 하나 이상의 열 교환 통로들을 포함할 뿐만 아니라 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 (thermal tuning cavity features) 을 포함하는 새로운 타입의 온도-제어된 척을 구상하였다. 열적 튜닝 캐비티 피처들은 일반적으로 척 내에서 열 플로우를 수동적으로 수정하는 것을 제외하고 일반적으로 다른 목적을 제공하지 않는 척 재료의 불연속성들 (discontinuities) 이 있는 척의 재료의 위치들에 대응할 수도 있다. 예를 들어, 척은 알루미늄으로 머시닝될 (machined) 수도 있고 척의 내부 내에서 하나 이상의 경로들을 따르는 하나 이상의 열 교환 통로들뿐만 아니라 반도체 웨이퍼의 하부 측과 콘택트하고 척의 웨이퍼 지지 표면으로부터 반도체 웨이퍼를 리프팅하도록 척의 홀들 (holes) 을 통해 연장될 수도 있는 리프트 핀들과 같은, 다른 컴포넌트들을 수용하도록 제공될 수도 있는 척의 복수의 홀 피처들을 가질 수도 있다. 이러한 피처들, 즉, 홀 피처들 및 하나 이상의 열 교환 통로들은 척 재료의 불연속성들을 나타낸다. 그러나, 이들 특정한 불연속성들은 척 내에서 열 플로우를 수동적으로 수정하는 것 이외의 이유들로 존재한다. 예를 들어, 홀 피처들은 반도체 웨이퍼의 하부 측과 콘택트하고 잠재적으로 척 웨이퍼 지지 표면으로부터 제거하기 위해 반도체 웨이퍼를 리프팅하도록 리프트 핀들로 하여금 홀 피처들을 통해 이동하게 한다. 대조적으로, 하나 이상의 열 교환 통로들은 열 플로우를 수정하지만, 예를 들어, 척을 통해 능동적으로 흐르도록 냉각제 또는 가열 유체를 위한 도관으로서 기능함으로써 능동적인 방식으로 한다. 따라서, 어떠한 타입의 피처도 본 개시의 맥락에서 열적 튜닝 캐비티 피처로 간주되지 않을 것이다.
본 발명자들은 척들이 척 재료의 다양한 불연속성들의 영향들을 최소화하도록 신중하게 설계될 때에도 여전히 이러한 척들의 온도에서 눈에 띄는 방위각 불균일성들 (non-uniformities) 을 유발하고 결국 이러한 척들에 의해 지지된 반도체 웨이퍼들로 하여금 웨이퍼 두께에서 눈에 띄는 불균일성을 나타내게 하는 것을 깨달았다. 본 발명자들은 본 명세서에서 논의된 열적 튜닝 캐비티 피처들과 같은 부가적인 불연속성들을 척의 재료에 의도적으로 도입함으로써, 매우 균일한 온도 기울기들 (gradients) 이 달성될 수 있도록 그리고 웨이퍼 프로세싱 동작들 동안 유지될 수 있도록 척의 온도 균일성을 더 튜닝하는 것이 가능하다는 것을 더 깨달았다. 이는 결국 유사한 방식으로 웨이퍼 프로세싱 균일성을 개선할 것이다.
일반적으로 말하면, 본 개시의 기법들은, 척의 웨이퍼 지지 표면 (웨이퍼 프로세싱 동작들 동안 반도체 웨이퍼가 배치되는 척의 상부 표면) 으로 하여금 예를 들어, 척 내에 임베딩된 (embedded) 히터를 통해 제 1 온도까지 가열될 때 제 1 온도 분포를 나타내게 하도록 구성된 리프트 핀들을 위한 하나 이상의 열 교환 통로들 및/또는 홀 피처들, 온도 프로브들, 무선 주파수 전력 공급부를 위한 고전압 전기적 연결들 (electrical connections), 척 내 히터 또는 히터들을 위한 전기적 연결들, 웨이퍼 존재 센서들 (wafer presence sensors), 등과 같은 다양한 피처들을 포함할 수도 있는 기존의 척 설계를 사용하여 시작함으로써 실시될 수도 있다. 이어서 제 1 온도 분포는 온도가 일부 기준 온도보다 낮은, 예를 들어, 제 1 온도 분포의 평균 온도보다 낮은 영역들 또는 이의 일부를 식별하도록 분석될 수도 있다. 일단 이러한 영역들이 식별되면, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들이 이들 영역들 내에서 척에 추가될 수도 있다. 이러한 열적 튜닝 캐비티 피처들은 바람직하지 않게 많은 양의 열 전달이 발생하도록 이전에 허용될 수도 있었던 열 플로우 경로를 제거하도록 작용할 수도 있다. 예를 들어, 기준 온도 이하인 웨이퍼 지지 표면의 영역들은 해당 영역의 척 구조가 척의 다른 영역들에서보다 효율적인 열 플로우 경로를 제공하기 때문에 이러한 보다 낮은 온도들을 나타낼 수도 있다 ― 이는 이들 영역들로부터의 열이 웨이퍼 지지 표면으로부터 보다 신속하게, 예를 들어, 척의 하나 이상의 열 교환 통로들로 흐르게 한다. 이들 영역들에 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들을 도입함으로써, 이의 열 전달 효율이 감소될 수도 있고, 이에 따라 이들 영역들로부터 열이 배출되는 (drained) 레이트를 감소되게 하고 그리고, 결국, 이들 영역들 내 온도를 상승되게 한다. 일반적으로 말하면, 열적 튜닝 캐비티 피처 각각의 보다 큰 단면적이 웨이퍼 지지 표면에 평행한 평면 내에 있고 그리고/또는 보다 깊은 열적 튜닝 캐비티 피처 각각이 웨이퍼 지지 표면에 수직인 방향이고, 보다 명백한 온도 상승 효과는 그러한 열적 튜닝 캐비티 피처가 생성하는 것일 것이다.
이러한 열적 튜닝 캐비티 피처들의 사용은 웨이퍼 지지 영역에 걸쳐 예외적인 온도 균일성을 제공하는 척이 제공되게 할 수도 있다. 예를 들어, 열 교환 통로들, 히터들, 및 다양한 홀 피처들을 특징으로 하지만, 열적 튜닝 캐비티 피처들을 특징으로 하지 않는 다양한 상이한 척 설계들은, 대략 실온에서 냉각제가 척들 내의 열 교환 통로들에 공급되는 동안, 2.5 ㎾ 내지 3.5 ㎾ 범위의 열 부하를 받을 때 50 ℃ 내지 70 ℃ 범위의 온도에서 ~ 1.1 ℃ 와 ~ 0.45 ℃ 사이의 (및 ~ 1.45 ℃ 내지 0.65 ℃ 범위인) 3 개의 표준 편차들을 나타냈다. 대조적으로, 부가적으로 몇몇 열적 튜닝 캐비티 피처들을 특징으로 하는 유사한 척 설계는 ~ 0.1 ℃ 의 3 개의 표준 편차들과 함께 ~ 0.15 ℃ 의 범위를 나타냈다. 따라서, 웨이퍼 지지 표면, 즉, 300 ㎜ 직경 영역에 걸친 온도 균일성은 웨이퍼 지지 표면들 상의 최고 온도 위치들과 최저 온도 위치들 사이에서 0.15 도의 최대 변동을 나타냈다. 이는 매우 작고; 이러한 매우 균일한 온도 필드들은 통상적으로 복잡한 가열 및 온도 제어 시스템들, 예를 들어, 웨이퍼 지지 표면의 상이한 영역들로 열을 가변적으로 전달하도록 복수의, 개별 히터들이 제어될 수도 있는 멀티-존 가열 시스템들을 특징으로 하는 척들에서만 달성될 수 있다. 일부 경우들에서, 이러한 시스템들은 다이 (die) 레벨에서 온도 제어를 허용할 수도 있지만, 종종 복잡하고 따라서 비용이 많이 든다. 이들은 또한 증가된 복잡성으로 인해 고장에 보다 민감할 수도 있다.
대조적으로, 본 명세서에 기술된 척들과 같은 척들은 상대적으로 복잡하지 않고 (가열 균일성을 달성하기 위해 상이한 존들에서 상이한 가열 엘리먼트들의 능동 제어와 반대로) 가열 균일성의 수동 관리를 제공하면서, 또한 본 명세서 기술된 척들과 같은 척들의 웨이퍼 지지 표면들에 걸쳐 예외적으로 균일한 온도 분포들을 제공한다. 적어도, 이 개시는 적어도 다음의 구현 예들과 관련된다.
일부 구현 예들에서, 베이스 플레이트 (이 구현 예 및 이하에 열거된 다른 구현 예들을 포함하는 일부 구현 예들에서, 단순히 웨이퍼 척을 위한 베이스 플레이트가 제공될 수도 있음), 베이스 플레이트 내에 위치된 하나 이상의 열 교환 통로들, 및 베이스 플레이트 내에 위치된 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들을 포함할 수도 있는 웨이퍼 척이 제공될 수도 있다. 열적 튜닝 캐비티 피처 각각은 하나 이상의 열 교환 통로들의 부분 또는 인접한 부분들에 인접하게 위치될 수도 있고, 열적 튜닝 캐비티 피처 각각은 베이스 플레이트 내의 보이드 공간에 대응할 수도 있고, 그리고 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 베이스 플레이트 내의 열 교환 통로들로부터 유체적으로 격리될 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 웨이퍼 척이 정상 사용될 때 액체가 없다.
일부 구현 예들에서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 시일링될 (sealed) 수도 있고 내부에 진공 분위기 (environment) 를 가질 수도 있다.
일부 이러한 구현 예들에서, 진공 분위기는 1 torr 이하의 압력을 가질 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 시일링될 수도 있고 가스로 충진될 수도 있다.
장치의 일부 구현 예들에서, 베이스 플레이트는, 베이스 플레이트 내로 또는 베이스 플레이트를 통해 연장되고, 베이스 플레이트 내의 하나 이상의 열 교환 통로들로부터 유체적으로 격리되고, 반도체 프로세싱 챔버 내에서 웨이퍼 척의 정상적인 사용 동안 내부에 위치된 컴포넌트의 일부를 갖도록 구성되는, 하나 이상의 홀 피처들을 가질 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 적어도 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처 및 제 2 열적 튜닝 캐비티 피처를 포함할 수도 있고, 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처 및 상기 제 2 열적 튜닝 캐비티 피처는, 하나 이상의 열 교환 통로들의 적어도 일부가 제 1 홀 피처와 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처 및 제 2 열적 튜닝 캐비티 피처 둘 모두의 사이에 놓일 수도 있도록, 하나 이상의 홀 피처들의 제 1 홀 피처의 중심 축을 통해 베이스 플레이트의 중심 지점으로부터 연장되는 방사상 축의 양 측면 상에 실질적으로 대칭적으로 위치될 수도 있고, 그리고 베이스 플레이트의 중심 축은 웨이퍼 척이 지지하도록 구성된 원형 반도체 웨이퍼의 공칭 중심 지점에 대응하는 위치를 통과할 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 베이스 플레이트는, 베이스 플레이트 내로 또는 베이스 플레이트를 통해 연장되고, 베이스 플레이트 내의 하나 이상의 열 교환 통로들로부터 유체적으로 격리될 수도 있고, 반도체 프로세싱 챔버 내에서 웨이퍼 척의 정상적인 사용 동안 내부에 위치된 컴포넌트의 일부를 갖도록 구성될 수도 있는, 2 개 이상의 홀 피처들을 가질 수도 있다. 2 개 이상의 홀 피처들은 제 1 홀 피처 및 제 2 홀 피처를 포함할 수도 있고, 제 1 홀 피처 및 제 2 홀 피처는 모두 하나 이상의 열 교환 통로들의 제 1 부분과 하나 이상의 열 교환 통로들의 제 2 부분 사이에 위치될 수도 있고, 그리고 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 제 1 부분과 제 2 부분 사이뿐만 아니라 제 1 홀 피처와 제 2 홀 피처 사이에 개재되는 적어도 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처를 포함할 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 슬롯의 제 1 단부와 슬롯의 반대편인 제 2 단부 사이의 영역에서 균일한 단면 폭을 갖는 슬롯일 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 슬롯의 제 1 단부와 슬롯의 반대편인 제 2 단부 사이의 영역에서 불균일한 단면 폭을 갖는 슬롯일 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 복수의 열적 튜닝 캐비티 피처들이 있을 수도 있고 열적 튜닝 캐비티 피처들은 베이스 플레이트 전체에 걸쳐 불균일하게 분포될 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 열적 튜닝 캐비티 피처의 위치 각각은, (a) 대응하는 열적 튜닝 캐비티 피처가 대응하는 열적 튜닝 캐비티 피처와 붙어 있는 (adjoins) 베이스 플레이트의 동일한 재료로 대신 교체된다면, 그리고 (b) 베이스 플레이트가 웨이퍼 척을 사용하는 정상 프로세싱 동작들에서 사용된 온도로 가열된다면, 웨이퍼 척의 웨이퍼 지지 표면의 평균 온도에 대해 웨이퍼 척의 웨이퍼 지지 표면 상의 평균 이하의 온도의 영역에 대응할 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 웨이퍼 척은 웨이퍼 척의 상단 표면 상에 위치된 상단 플레이트를 더 포함할 수도 있다.
일부 이러한 구현 예들에서, 상단 플레이트는 하나 이상의 히터 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 상단 플레이트는 적어도 부분적으로 세라믹 재료로 이루어질 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 베이스 플레이트 내에 완전히 인클로징될 (enclosed) 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 베이스 플레이트의 제 1 측면으로부터 베이스 플레이트 내로 연장되고 베이스 플레이트를 통해 제 1 측면의 반대편의 베이스 플레이트의 측면으로 연장되지 않는 리세스일 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 베이스 플레이트를 통해 완전히 연장될 수도 있다.
상기 기술된 개념들의 추가 상세들은 도면들을 참조하여 이하에 보다 상세히 논의되지만, 본 개시 (disclosure) 는 본 명세서에서 논의된 특정한 실시 예들로만 제한되지 않을 뿐만 아니라, 본 개시의 맥락에서 당업자에게 자명할 다른 변형들로 확장된다는 것이 이해될 것이다.
본 명세서에 개시된 다양한 구현 예들은 유사한 참조 번호들이 유사한 엘리먼트들을 참조하는 첨부된 도면들의 도면들에서 제한이 아니라 예로서 예시된다.
도 1은 웨이퍼 척의 열 교환 통로 피처들 및 다양한 홀 피처들을 도시하기 위해 부분적으로 절단된 90 ° 세그먼트를 갖는 예시적인 웨이퍼 척의 평면도를 도시한다.
도 2는 도 1의 예시적인 웨이퍼 척의 측면 부분 단면도를 도시한다.
도 3은 웨이퍼 척의 열 교환 통로 피처들, 다양한 홀 피처들 및 열적 튜닝 캐비티 피처들을 도시하기 위해 부분적으로 절단된 90 ° 세그먼트를 갖는 추가적인 예시적인 웨이퍼 척의 평면도를 도시한다.
도 4는 도 3의 예시적인 웨이퍼 척의 측면 부분 단면도를 도시한다.
도 5는 웨이퍼 척의 열 교환 통로 피처들, 다양한 홀 피처들 및 열적 튜닝 캐비티 피처들을 도시하기 위해 부분적으로 절단된 90 ° 세그먼트를 갖는 또 다른 예시적인 웨이퍼 척의 평면도를 도시한다.
도 6는 도 5의 예시적인 웨이퍼 척의 측면 부분 단면도를 도시한다.
도 7은 도 1, 도 3 및 도 5의 3 개의 웨이퍼 척들에 대한 기준 온도로부터 정규화된 온도 변동들을 도시한다.
도 8은 반도체 프로세싱 챔버의 개략도이다.
도 9는 또 다른 반도체 프로세싱 챔버의 개략도이다.
중요하게, 본 명세서에서 논의된 개념들은 본 명세서에서 논의된 임의의 단일 양태 또는 구현 예, 또는 이러한 양태들 및/또는 구현 예들의 임의의 조합들 및/또는 치환들로 제한되지 않는다. 더욱이, 본 발명의 양태들, 및/또는 이의 구현 예들 각각은 단독으로 또는 이의 다른 양태들 및/또는 구현 예들 중 하나 이상과 조합하여 채용될 수도 있다. 간결함을 위해, 많은 이들 치환들 및 조합들은 본 명세서에서 별도로 논의 및/또는 예시되지 않을 것이다.
앞서 논의된 바와 같이, 미리 결정된 (given) 프로세스 조건에서 매우 낮은 온도 불균일성 (non-uniformity) 을 갖는 반도체 척들은 특정한 영역들에서 열적 튜닝 캐비티 피처들 (thermal tuning cavity features) 의 사용을 통해 제공될 수도 있다. 열적 튜닝 캐비티 피처들을 사용한 구현 예들을 논의하기 전에, 일반적인 반도체 웨이퍼 척 피처들의 사전 논의가 도 1 및 도 2에 대해 이하에 제공된다.
도 1은 반도체 웨이퍼 척의 열 교환 통로 피처들 및 다양한 홀 피처들을 도시하기 위해 부분적으로 절단된 90 ° 세그먼트를 갖는 예시적인 반도체 웨이퍼 척의 평면도를 도시한다. 도 2는 방사상 축 (116) 을 따라 취해진 도 1의 예시적인 웨이퍼 척의 측면 부분 단면도를 도시한다.
도 1 및 도 2의 웨이퍼 척 (100) 은, 베이스 플레이트 (102) 내에서, 열 교환 매질 (medium), 예를 들어, Galden?? 또는 Fluorinert??과 같은 액체 냉각제를 순환시키고, 따라서 베이스 플레이트 (102) 로부터 열이 전도되게 하도록 구성될 수도 있는 하나 이상의 내부 열 교환 통로들 (108) 을 하우징할 수도 있는, 베이스 플레이트 (102) 를 포함할 수도 있다 (대안적으로, 가열된 열 교환 매질은, 웨이퍼 척 (100) 의 가열을 제공하도록 하나 이상의 열 교환 통로들 (108) 내에서 순환될 수도 있다 ― 예를 들어, 웨이퍼를 프로세싱하기 이전에, 웨이퍼 프로세싱 동작들로부터 발생하는 열을 필요로 하지 않고 실온으로부터 상승된 온도까지 웨이퍼 척 (100) 을 가열하는 것은 바람직할 수도 있고; 이러한 경우들에서, 웨이퍼 척 (100) 은 열 교환 통로들 (108) 을 통해 가열된 열 교환 매질을 흘림으로써 예열될 수도 있다). 베이스 플레이트 (102) 는 예를 들어, 알루미늄, 세라믹들, 또는 프로세싱 동안 반도체 웨이퍼를 지지하기에 적합한 다른 재료로 이루어질 수도 있고, 예를 들어, 베이스 플레이트 (102) 는 프로세싱 챔버 내에서 유지되는 분위기 (environment) 에 대해 비반응성 (또는 거의 비반응성) 인 재료로 이루어질 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 상단 플레이트 (104) 는 베이스 플레이트 (102) 의 상단에 배치될 수도 있고 웨이퍼 척 (100) 상에 배치된 반도체 웨이퍼와 콘택트하고 지지하는 웨이퍼 지지 표면을 제공하도록 역할할 수도 있다. 상단 플레이트 (104) 는 예를 들어, 세라믹 또는 다른 유전체 재료로 이루어질 수도 있고, 그리고 일부 구현 예들에서, 상단 플레이트 (104) 내에 하나 이상의 히터 엘리먼트들 (106) 이 임베딩될 (embedded) 수도 있다. 예를 들어, 상단 플레이트 (104) 는 상단 플레이트 (104) 내의 원형 영역 전체에 걸쳐 구불구불한 (serpentine) 경로 또는 사행 (meandering) 경로를 따르는 저항성 히터 트레이스를 가질 수도 있다. 이러한 히터 엘리먼트 (106) 는 대안적으로 베이스 플레이트 (102) 내부 또는 상에, 예를 들어, 예컨대 베이스 플레이트 (102) 와 상단 플레이트 (104) 사이의 베이스 플레이트 (102) 의 상단 표면 상에 위치될 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 상단 플레이트 (104) 가 전혀 없을 수도 있고, 그리고 베이스 플레이트 (102) 자체가 웨이퍼 지지 표면을 제공할 수도 있고, 즉, 반도체 웨이퍼들은 웨이퍼 프로세싱 동작들의 준비에서 베이스 플레이트 (102) 의 상단에 직접 배치될 수도 있다.
베이스 플레이트 (102) (그리고, 일부 경우들에서, 상단 플레이트 (104)) 는 다양한 컴포넌트들로 하여금 베이스 플레이트 (102) 내로 또는 베이스 플레이트를 통해 연장되게 하도록 제공될 수도 있는 하나 이상의 홀 피처들 (112) 을 선택 가능하게 (optionally) 가질 수도 있다. 예를 들어, 홀 피처들 (112) 은, 웨이퍼 지지 표면으로부터 반도체 웨이퍼를 리프팅하도록 리프트 핀들로 하여금 웨이퍼 척 (100) 을 통해 푸시되게 하도록, 내부 온도들을 모니터링하도록 하나 이상의 온도 프로브들이 베이스 플레이트 (102) 내로 삽입되게 하도록, 반도체 웨이퍼와 상단 플레이트 (104) 또는 베이스 플레이트 (102) 의 사이의 영역 내로 가스를 흘리도록 예를 들어, 무선 주파수 전극 또는 전극들을 및/또는 히터 엘리먼트(들) (106) 로의 전기적 연결들 (electrical connections) 이 이루어지게 하는, 등을 하도록 포함될 수도 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 홀 피처들 (112) 은 반도체 프로세싱 동작들에서 웨이퍼 척의 정상적인 사용 동안 베이스 플레이트 (102) 를 통한 열 플로우의 수동적 수정 이외의 기능을 제공하는 하나 이상의 컴포넌트들 (리프트 핀들, 패스너들 (fasteners), 전기적 커넥터들, 온도 프로브들, 등) 에 의해 점유되고, 또는 프로세스 가스들로부터 반도체 웨이퍼의 하부 측을 차폐하도록, 예를 들어, 반도체 웨이퍼 밑 영역 내로 (아르곤과 같은) 불활성 배리어 가스가 흐르도록 열 전달과 직접적으로 관련되지 않은 기능을 제공하기 위해 사용된다. 홀 피처들 (112) 은 일반적으로 열 교환 통로(들) (108) 로부터 유체적으로 격리되고, 즉, 열 교환 통로(들)의 일부가 아니다. 명확성을 위해, 웨이퍼 척 (또는 이의 컴포넌트들) 의 "정상적인 사용" 은, 예를 들어, 프로세싱 동작들 동안 반도체 웨이퍼를 지지하고 열 교환 통로들을 통해 흐르는 열 교환 유체를 갖는, 통상적인 반도체 프로세싱 동작들 동안 웨이퍼 척 (또는 이의 컴포넌트들) 의 통상적인 사용을 지칭한다.
이후의 논의에서 일반적인 참조를 위해, 웨이퍼 척 (100) 은 반도체 프로세싱 동작들을 위해 의도된 위치에서 웨이퍼 척 (100) 상에 배치되는 반도체 웨이퍼의 의도된 중심 지점과 일치할 수도 있는 공칭 중심 지점 (118) 을 가질 수도 있고; 웨이퍼 척 (100) 은 또한 중심 지점 (118) 을 통과하고 웨이퍼 척 (100) 의 웨이퍼 지지 표면에 수직인 중심 축 (114) 을 가질 수도 있다. 도 2에 도시된 측면 단면도와 같은 본 개시의 다양한 측면도들은 중심 지점 (118)/중심 축 (114) 으로부터 방사상 외측으로 연장되는 방사상 축 (116) 과 같은 방사상 축을 따라 취해진 단면들을 사용하여 도시될 수도 있다.
도 1 및 도 2의 웨이퍼 척 (100) 은 일반적으로 고정된 열적 특성들을 갖는다는 것이 이해될 것이다 ― 히터 엘리먼트(들) (106) 및 열 교환 통로들 (108) 을 통해, 뿐만 아니라 사용되는 반도체 챔버 내 프로세싱 분위기로부터, 부가될 수 있고 제거될 수 있는 열의 양이 어느 정도 조정될 수 있지만, 웨이퍼 척 (100) 의 웨이퍼 지지 표면에 걸친 온도 균일성에 영향을 주도록 이러한 입력들의 수정을 통해 이루어질 수 있는 것은 거의 없다. 도 1 및 도 2에 대해 상기 논의된 베이스 플레이트 (102) 내의 다양한 피처들은, 예를 들어, 열 교환 통로(들)의 통로들 또는 부분들을 일반적으로 동심원으로 만들려고 시도함으로써 가능한 정도로 온도 불균일성을 감소시키도록 엔지니어링될 수도 있지만, 대부분의 경우들에서, 도 7에서 입증된 바와 같이, 웨이퍼 척 (100) 의 내부 기하 구조로 인해 웨이퍼 지지 표면에서 발생하는 일부 온도 불균일성이 일반적으로 항상 있을 것이다.
도 3 및 도 5의 웨이퍼 척들이 아직 논의되지 않았지만, 도 7은, 유사한 프로세싱 조건들, 예를 들어, 웨이퍼 및 웨이퍼 척에 대해 2.5 ㎾ 내지 3.2 ㎾ 사이의 열 부하, ~ 20 ℃ 에서 열 교환 통로(들) 내로 흐르는 열 교환 유체를 갖는 열 교환 통로(들), 및 공칭 60 ℃ 로 유지되는 웨이퍼, 웨이퍼 척, 및 챔버 온도에 대해 도 1, 도 3 및 도 5의 3 개의 웨이퍼 척들에 대한 기준 온도로부터 정규화된 온도 변동들을 도시한다. 도 7에서, 대응하는 웨이퍼 척들 (100, 300, 및 500) 의 웨이퍼 지지 표면들 (원형 영역들로 도시됨) 의 온도들의 "열" 지도들이 도시된다. 최상부 원형 영역은 도 1 및 도 2의 웨이퍼 척 (100) 의 웨이퍼 지지 표면을 나타낸다. 도 7에 나타낸 다양한 웨이퍼 척들 사이의 비교를 용이하게 하기 위해, 도 7에 나타낸 온도들은 도 1 및 도 2의 웨이퍼 척 (100) 에서 전개된 온도 범위에 기초하여 정규화되었다. 도 7에 도시된 온도 스케일이 없지만, 도시된 온도 범위는 대략 0.5 ℃ 내지 5.0 ℃ 인 것으로 이해될 수도 있다. 알 수 있는 바와 같이, 웨이퍼 지지 표면에 걸쳐 다양한 위치들에 명확한 "핫" 스폿들 (spots) 및 "콜드" 스폿들이 있다 (그러나 이들 핫 스폿들 및 콜드 스폿들은 섭씨 1도 미만의 온도만큼만 가변할 수도 있다는 것이 이해될 것이다).
상기 논의된 바와 같이, 웨이퍼 척에 대한 보다 균일한 온도 프로파일은 웨이퍼 척의 베이스 플레이트 내의 다양한 위치들에 열적 튜닝 캐비티 피처들을 배치하는 것에 의해 획득될 수도 있다.
도 3은 웨이퍼 척의 열 교환 통로 피처들, 다양한 홀 피처들 및 열적 튜닝 캐비티 피처들을 도시하기 위해 부분적으로 절단된 90 ° 세그먼트를 갖는 추가적인 예시적인 웨이퍼 척의 평면도를 도시한다. 도 4는 도 3의 예시적인 웨이퍼 척의 측면 부분 단면도를 도시한다.
도 3 및 도 4에서, 베이스 플레이트 (302), 상단 플레이트 (304), 히터 엘리먼트 (306), 복수의 홀 피처들 (312), 및 하나 이상의 열 교환 통로들 (308) 을 포함하는 웨이퍼 척 (300) 이 도시된다. 웨이퍼 척 (100) 과 같이, 웨이퍼 척 (300) 은 또한 중심 지점 (318), 중심 축 (314), 및 방사상 축 (316) 과 같은 하나 이상의 방사상 축들을 가질 수도 있다. 도 4의 웨이퍼 척 (300) 의 부분적인 단면도는 방사상 축 (316) 을 따라 취해진다. 상기 피처들과 관련하여, 웨이퍼 척 (300) 은 웨이퍼 척 (100) 과 대체로 유사하지만, 2 개의 웨이퍼 척들이 홀 피처들의 상이한 배치들 및 열 교환 통로들 (308) 의 상이한 배치들을 갖는다는 것이 주의될 것이다. 그러나, 웨이퍼 척 (300) 은 베이스 플레이트 (302) 내의 다양한 위치들에 위치되는 열적 튜닝 캐비티 피처들 (310) 이 있다는 점에서 웨이퍼 척 (100) 과 명백하게 상이하다. 열적 튜닝 캐비티 피처들 (310) 은 음영이 있는 충진 패턴으로 나타내지만, 빈 공간 (또는 가스로 충진됨) 으로 이해되어야 한다. 부가적인 열적 튜닝 캐비티 피처들 (310) 은 도 3에서 보이지 않는 베이스 플레이트 (302) 의 다른 부분들에 위치될 수도 있고, 열적 튜닝 캐비티 피처 각각의 특정한 위치들은 임의의 미리 결정된 웨이퍼 척 (300) 설계에 고유할 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
도시된 예에서, 도 3 및 도 4에서 보이는 3 개의 열적 튜닝 캐비티 피처들 (310) (310a, 310b, 및 310c) 이 있고; 방사상 축 (316) 은 3 개의 이러한 열적 튜닝 캐비티 피처들 (310) 모두를 통과하도록 선택되고, 이들 열적 튜닝 캐비티 피처들 (310) 의 단면들은 도 4에서 볼 수 있다. 열적 튜닝 캐비티 피처 각각은 일반적으로 웨이퍼 척의 웨이퍼 지지 표면에 수직인 축을 따라 볼 때 하나 이상의 열 교환 통로들 (308) 의 부분 (320) 또는 인접한 부분들 (320) 에 인접할 수도 있다. 예를 들어, 열적 튜닝 캐비티 피처 (310a) 는 부분 (320a) 에 인접하고, 열적 튜닝 캐비티 피처 (310b) 는 부분들 (320b 및 320c) 에 인접하고, 그리고 열적 튜닝 캐비티 피처 (310c) 는 부분들 (320d 및 320e) 에 인접한다.
알 수 있는 바와 같이, 열적 튜닝 캐비티 피처들 (310) 은 웨이퍼 척 (300) 의 웨이퍼 지지 표면으로부터 상이한 폭들, 깊이들, 및/또는 거리들을 가질 수도 있다. 도 3에서, 도시된 열적 튜닝 캐비티 피처들 (310) 은 열적 튜닝 캐비티 피처 (310) 각각이 따르는 경로들을 따라 일정한 폭을 갖는 밀링된 (milled) 채널들이다 (모두 라운딩된 이러한 열적 튜닝 캐비티 피처 (310) 각각의 단부 캡들에서를 제외하고, 따라서 라운딩된 단부 캡의 중심 지점들을 지나서 그리고 단부 캡의 최외곽 지점을 향해 이동할 때 단면적이 감소한다). 알 수 있는 바와 같이, 열적 튜닝 캐비티 피처들 (310) 은 열적 튜닝 캐비티 피처 (310) 로부터 열적 튜닝 캐비티 피처 (310) 까지 상이한 단면 폭들을 가질 수도 있다 ― 예를 들어, 중심 지점 (318) 에 가장 가까운 2 개의 열적 튜닝 캐비티 피처들 (310) 은, 중심 축 (314) 을 따라 보았을 때, 동일한 관점에서 베이스 플레이트 (302) 의 외부 근방에서 보이는 제 3 열적 튜닝 캐비티 피처 (310) 의 단면 폭의 절반보다 약간 큰 단면 폭들을 가질 수 있다. 반대로, 중심 지점 (318) 에 가장 가까운 2 개의 열적 튜닝 캐비티 피처들 (310) 은 이 예에서, 베이스 플레이트 (302) 를 통해 완전히 연장되는 슬롯들이고 (그리고 도시된 바와 같이 베이스 플레이트 (302) 의 하부 측 상에서 "개방 (open)" 될 수도 있고; 대안적으로, 또 다른 컴포넌트는 ― 상부 플레이트 (304) 가 열적 튜닝 캐비티 피처들 (310) 때문에 존재하는 베이스 플레이트 (302) 의 상단 표면에 형성되는 개구부들을 폐쇄하는 (close) 방법과 유사하게 ― 그러한 개구부들을 커버하도록 베이스 플레이트 (302) 의 하부 측에 인접하게 배치될 수도 있고), 반면, 베이스 플레이트 (302) 의 외측 주변부 근방에 위치된 제 3 열적 튜닝 캐비티 피처 (310) 는 베이스 플레이트 (302) 의 하단부로부터 베이스 플레이트 (302) 의 내로 부분적으로만 연장되는 블라인드 슬롯이다. 일반적으로 말하면, 웨이퍼 지지 표면에 평행한 평면에서 보다 큰 단면적들, 보다 깊은 깊이들을 갖고, 그리고/또는 웨이퍼 지지 표면에 보다 가깝도록 열적 튜닝 캐비티 피처들을 구성하는 것은, 웨이퍼 지지 표면에 평행한 평면의 단면적에서 보다 작은 단면적들, 보다 얕은 깊이들을 갖도록, 및/또는 웨이퍼 지지 표면으로부터 보다 멀어지도록 열 튜닝 캐비티 피처들을 구성하는 것보다 보다 큰 정도로 열적 튜닝 캐비티 피처들이 위치된 영역들의 온도를 증가시키는 효과를 가질 수도 있다. 대부분의 경우들에서, "저온" 또는 "냉각" 스폿 (베이스 플레이트 (302) 의 주변 온도와 비교하여 온도의 국부적 감소) 이 있는 영역에 열적 튜닝 캐비티 피처를 추가함으로써, 해당 영역으로부터의 열의 플로우는 열이 해당 영역으로부터 빠르게 흘러나올 수 없도록 파괴되거나 (disrupted) 방해될 (hindered) 수도 있다. 이는 이러한 영역에서 증가된 열 보유를 야기하고, 결과적으로 보다 높은 온도를 야기한다. 이러한 열적 튜닝 캐비티 피처들의 사이즈 및/또는 깊이를 가변함으로써, 보다 많거나 보다 적은 양의 온도 조정이 실현될 수도 있다; 이러한 열적 튜닝 캐비티 피처들의 위치들, 수, 사이즈, 및/또는 깊이를 확립하기 위한 프로세스는 다소 반복적일 수도 있고 그리고 예를 들어, 열 교환 통로(들), 홀 피처들, 및 웨이퍼 척의 다른 양태들의 구성에 따라 웨이퍼 척 설계에서 웨이퍼 척 설계로 상이할 수도 있다는 것이 인식될 것이다.
도 3 및 도 4의 웨이퍼 척 (300) 의 경우, 열적 튜닝 캐비티 피처들 (310a 및 310b) 모두 베이스 플레이트 (302) 를 통해 완전히 연장되는 한편 (이 경우, 상단 플레이트 (304) 에서 종단됨), 열적 튜닝 캐비티 피처 (310c) 는 상단 플레이트 (304) 로부터 오프셋된 베이스 플레이트 (302) 내의 위치에서 종단된다.
열적 튜닝 캐비티 피처들 (도 3 및 도 4에서 도시된 것들 및 보이지 않는 다른 열적 튜닝 캐비티 피처들 모두) 의 존재로 인해, 도 3 및 도 4의 웨이퍼 척 (300) 은 (열적 튜닝 캐비티 피처들을 갖지 않는) 도 1 및 도 2의 웨이퍼 척 (100) 보다 현저하게 개선된 온도 균일성을 나타낸다. 예를 들어, 도 7의 중간 원형 영역의 열 지도는 도 7의 상부 열 지도 플롯을 지배하는 것과 유사한 경계 조건들 하에서 이러한 웨이퍼 척 (300) 에 대한 온도 분포를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 웨이퍼 척 (100) 보다 웨이퍼 척 (300) 의 웨이퍼 지지 표면에 걸친 온도 변동이 훨씬 적고, 예를 들어, 웨이퍼 척 (300) 의 최대 온도 변동은 웨이퍼 척 (100) 에서 관찰된 최대 온도 변동의 대략 23 %, 즉, 웨이퍼 척 (100) 과 비교하여 웨이퍼 척 (300) 의 웨이퍼 지지 표면에 걸친 온도 변동의 76 % 감소이다.
도 5는 웨이퍼 척의 열 교환 통로 피처들, 다양한 홀 피처들 및 열적 튜닝 캐비티 피처들을 도시하기 위해 부분적으로 절단된 90 ° 세그먼트를 갖는 또 다른 예시적인 웨이퍼 척의 평면도를 도시한다. 도 6은 방사상 축 (516) 을 따라 취해진 도 5의 예시적인 웨이퍼 척의 측면 부분 단면도를 도시한다. 앞서 논의된 웨이퍼 척들 (100 및 300) 에서와 같이, 웨이퍼 척 (500) 은 베이스 플레이트 (502), 상단 플레이트 (504), 히터 엘리먼트 (506), 복수의 홀 피처들 (512), 및 하나 이상의 열 교환 통로들 (508) 을 포함한다. 웨이퍼 척들 (100 및 300) 과 같이, 웨이퍼 척 (500) 은 또한 중심 지점 (518), 중심 축 (514), 및 방사상 축 (516) 과 같은 하나 이상의 방사상 축들을 가질 수도 있다. 도 6의 웨이퍼 척 (500) 의 부분적인 단면도는 방사상 축 (516) 을 따라 취해진다.
명백한 바와 같이, 웨이퍼 척 (500) 의 베이스 플레이트 (502) 는 복수의 열적 튜닝 캐비티 피처들 (510), 예를 들어, 열적 튜닝 캐비티 피처들 (510a 내지 510h) 을 포함한다. 웨이퍼 척 (300) 의 열적 튜닝 캐비티 피처들 (310) 과 대조적으로, 도시된 열적 튜닝 캐비티 피처들 (510) 중 일부는 길이들을 따라 가변적인 단면 폭들을 특징으로 한다. 예를 들어, 열적 튜닝 캐비티 피처 (510b) 는 2 개의 부분들 ― 제 1 단면 폭의 제 1 부분 및 (제 1 단면 폭의 약 2 배만큼 넓은) 제 2 단면 폭의 제 2 부분 ― 을 갖는다. 2 개의 단면 폭들 사이의 전이는, 이 예에서 본질적으로 단계적 변화이다 (예를 들어, 제 1 단면 폭과 동일한 직경의 엔드 밀을 사용하여 제 1 부분을 밀링하고 제 2 단면 폭과 동일한 직경의 엔드 밀을 사용하여 제 2 부분을 밀링함으로써 유발됨). 그러나, 다른 열적 튜닝 캐비티 피처들은 점진적 또는 연속적인 방식으로, 예를 들어, 열적 튜닝 캐비티 피처의 보다 큰 단면 치수보다 보다 작은 직경의 엔드 밀을 사용하여 다양한 밀링 경로들을 따라 반복된 패스들을 수행함으로써 머시닝될 (machined) 수도 있는, 가변하는 단면 폭들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 열적 튜닝 캐비티 피처 쌍들 (510c/510d 및 510e/510f) 각각은 일반적으로 방사상 축에 대해 미러링되는 2 개의 열적 튜닝 캐비티 피처들을 포함하고; 이들 열적 튜닝 캐비티 피처들은 점진적으로 가변하는 단면 폭들을 갖고, 도 5에 도시된 바와 같이, 에어 포일 형상의 (airfoil-shaped) 외관을 갖는다.
일부 구현 예들에서, 방사상 축의 마주보는 측면들 상에 일반적으로 대칭인 방식으로 위치되는 2 개의 (또는 그 이상의) 열적 튜닝 캐비티 피처들 (310) 은 열 교환 통로 (508) 의 일부에서 불연속성 (discontinuity) 에 의해 유발될 수도 있는, 예를 들어 홀 피처 (512) 의 존재에 의해 유발될 수도 있는 온도 불균형을 오프셋하도록 사용될 수도 있다. 예를 들어, 열 교환 통로 (508) 의 부분들 (520d 및 520e) 은, 불연속성과 인접하게, 그리고 불연속성으로부터 방사상 내측에 위치된 홀 피처 (512) 의 존재로 인한 열 교환 통로 (508) 의 라우팅의 변화로 인해 발생하는 열 교환 통로 (508) 내의 불연속성의 측면, 예를 들어, 상대적으로 날카로운 벤드 (bend) 또는 "니 (knee)" 상에 있다.
이러한 불연속성은 불연속성 영역의 열 교환 통로 (508) 를 부분들 (520f 및 520g) 사이의 열 교환 통로 (508) 의 이웃하는 부분에 보다 가깝게 할 수도 있고, 이는 결국, 보통 그 로컬 영역의 열 교환 통로 (508) 에 의해 증가된 냉각을 유발할 수도 있다. 그러나, 열적 튜닝 캐비티 피처들 (510c 및 510d) 을 포함함으로써, 해당 영역에서 발생하는 냉각 양은 감소될 수도 있고 웨이퍼 지지 표면에서의 온도는 주변 영역의 온도에 보다 가깝게 상승될 수도 있다.
유사한 배열이 열적 튜닝 캐비티 피처들 (510e 및 510f) 에서 명백하다. 두 경우들에서, 열적 튜닝 캐비티 피처들 (510c/510d 및 510e/510f) 은, 예를 들어, 불연속성의 중심 또는 불연속성을 유발하는 홀 피처의 중심을 통해, 베이스 플레이트 (502) 의 중심 지점 (518) 으로부터 연장되는 방사상 축에 대해 실질적으로 대칭적인 배열로 위치될 수도 있다.
도 5에서 명백한 또 다른 타입의 열적 튜닝 캐비티 피처 (510) 는 2 개의 홀 피처들 (512) 사이에서 연장되는 열적 튜닝 캐비티 피처들 (510) 이고 그리고 하나 이상의 열 교환 통로들 (508) 의 2 개의 인접한 부분들 (520) 사이에 위치된다. 예를 들어, 열적 튜닝 캐비티 피처들 (510g 및 510h) 모두는 하나 이상의 열 교환 통로들 (508) 의 2 개의 인접한 부분들 (520) 사이 그리고 2 개의 홀 피처들 (512) 사이에 위치된다.
도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 열적 튜닝 캐비티 피처들 (510) 은, 도 3의 열적 튜닝 캐비티 피처들 (310) 과 대조적으로, 베이스 플레이트 (502) 내에 모두 위치된다. 이러한 열적 튜닝 캐비티 피처들 (510) 은 베이스 플레이트 (502) 를 복수의 층들로서 제작하고 이들 층들의 하나 이상의 표면들에서 머시닝된 열적 튜닝 캐비티 피처들 (510) 을 갖고, 이어서 베이스 플레이트 (502) 를 형성하기 위해 이들 층들을 서로 접합함으로써 (bonding) 생성될 수도 있다.
웨이퍼 척 (500) 의 성능은 도 7에서 볼 수 있고, 웨이퍼 척 (500) 의 온도 변동은 웨이퍼 척 (100) 의 온도 변동보다 훨씬 적다 ― 웨이퍼 척 (100) 에서 경험되는 온도 변동의 대략 19 % ― 는 것을 알 수 있다.
많은 구현 예들에서, 웨이퍼 척을 위한 미리 결정된 베이스 플레이트 내의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 불균일한 방식으로 베이스 플레이트 전체에 분포될 수도 있다. 이상적인 경우에, 웨이퍼 척은 웨이퍼 지지 표면의 온도가 완전히 균일하게 유지되게 하도록 완전히 축 대칭인 온도 제어를 가질 것이다. 그러나, 다양한 실제 한계들, 예를 들어, 홀 피처들의 포함, 구불구불한 열 교환 통로들의 포함, 전기 커넥터들의 포함, 등으로 인해, 완전히 축 대칭인 온도 제어를 달성하는 것은 실제로 매우 어렵다. 웨이퍼 척들에서 열적 튜닝 캐비티 피처들의 사용은 이러한 피처들의 포함으로 인해 발생하는 온도 불균일성들이 완화되거나 대체로 또는 완전히 제거될 수도 있는 일 메커니즘을 제공한다.
본 명세서에 기술된 것과 같은 웨이퍼 척들은 값비싼 또는 복잡한 온도 제어 시스템들을 필요로 하지 않고 반도체 프로세싱 동작들을 위해 우수한 온도 제어를 제공할 수도 있다. 이러한 웨이퍼 척들은 이러한 온도 제어가 달성될 수 있는 다소 제한된 온도 범위를 가질 수도 있지만 (열적 튜닝 캐비티 피처들은 베이스 플레이트의 온도에 따라 다소 효과를 가질 수도 있고), 이러한 웨이퍼 척들은 동작하도록 설계된 작동 온도들에서 웨이퍼 지지 표면들에 걸쳐 우수하고 안정적인 온도 균일성을 제공할 수도 있다.
본 명세서에 논의된 열적 튜닝 캐비티 피처들은, 일부 예들에서, 열적 튜닝 캐비티 피처들의 거동을 조정하도록, 가스로 충진되거나 적어도 부분적 진공, 예를 들어, 1 torr 이하의 압력으로 배기될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 구현 예들에서, 열적 튜닝 캐비티 피처는 소량의 가스를 제외하고 아무것도 갖지 않도록 구성될 수도 있고, 예를 들어, 열적 튜닝 캐비티 피처는 내부에 진공 분위기를 가질 수도 있다 ― 전도성 또는 대류성 열 전달을 지지하도록 열적 튜닝 캐비티 피처 내에 재료 (또는 진공에 존재할 수도 있는 어떤 가스의 형태로 매우 적은 재료) 가 없을 수도 있기 때문에 이러한 구현은 열적 튜닝 캐비티 피처로 하여금 열 플로우에 대해 증가된 저항을 갖도록 할 수도 있다.
도 8은 상기 논의된 웨이퍼 척들이 사용될 수도 있는 반도체 프로세싱 챔버의 개략도를 도시한다. 도 8에서, 챔버 (836) 는 하나 이상의 반도체 웨이퍼 프로세싱 스테이션들을 챔버 (836) 내에 하우징하는 것으로 도시된다 (하나만 도시되지만, 부가적인 스테이션들이 또한 제공될 수도 있다). 반도체 웨이퍼 스테이션 각각은 샤워헤드 (830) 또는 다른 가스 분배 시스템 및 상기 논의된 바와 같이 열적 튜닝 캐비티 피처들을 갖는 온도-제어된 웨이퍼 척일 수도 있는 웨이퍼 척 (800) 을 포함할 수도 있다. 웨이퍼 척 (800) 은 상부 표면 또는 웨이퍼 지지 표면 상에 반도체 웨이퍼 (828) 를 지지할 수도 있다. 제어기 (832) 는, 예를 들어, 웨이퍼 척 (800) 의 히터로 전달된 전력의 양, 웨이퍼 척 (800) 의 하나 이상의 열 교환 통로들을 통한 냉각제의 플로우, 및 샤워헤드를 통한, 예를 들어, 가스 소스 (834) 로부터의 가스들의 플로우를 제어하는 것을 포함하는, 장치의 다양한 양태들을 제어하도록 제공될 수도 있다. 도 8의 반도체 프로세싱 챔버는 예를 들어, 증착 프로세스를 위해 사용될 수도 있다.
도 9는 상기 논의된 웨이퍼 척들이 또한 사용될 수도 있는 또 다른 반도체 프로세싱 챔버의 개략도를 도시한다. 도 9에서, 챔버 (936) 는, 도 8의 챔버 (836) 에서와 같이, 본 명세서에 논의된 웨이퍼 척들 중 하나와 같은 웨이퍼 척 (900) 을 챔버 (936) 내에 하우징하는 것으로 도시된다. 웨이퍼 척 (900) 은 RF (radio-frequency) 생성기들 (942) 중 하나 또는 모두에 전력을 공급함으로써 생성될 수도 있는 플라즈마 (946) 를 겪을 수도 있는 웨이퍼 (928) 를 지지하도록 사용될 수도 있다 (플라즈마는 예를 들어, 가스 공급부 (미도시) 를 통해 웨이퍼 (928) 위의 영역 내로 도입될 수도 있는 가스로부터 형성될 수도 있음). RF 생성기들 (942) 은 제어기 (932) 에 의해 제어될 수도 있고; RF 생성기들 (942) 중 하나는 웨이퍼 척 (900) 내의 전극 (미도시) 에 커플링될 수도 있고, 다른 RF 생성기 (942) 는 챔버 (936) 의 천장으로서 역할하여 따라서 코일 (940) 에 의해 방출된RF 전력을 챔버 (936) 내로 통과하게 할 수도 있는 유전체 플레이트 (938) 위에 위치될 수도 있는 코일 (940) 에 커플링될 수도 있다. 챔버 (936) 는, 예를 들어, 에칭 프로세스를 위해 사용될 수도 있다.
상기 논의된 제어기들은 상기 기술된 예들을 포함할 수도 있는 시스템의 일부일 수도 있고, 이러한 장비로부터 정보를 수신하고 그리고/또는 제어할 수 있도록 다양한 밸브들, 질량 유량 제어기들 (mass flow controllers), 펌프들, 등과 동작 가능하게 연결될 수도 있다. 이러한 시스템들은 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱을 위한 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정한 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 전, 프로세싱 동안 및 프로세싱 후 그들의 동작을 제어하기 위해 전자 장치와 통합될 수도 있다. 전자 장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 서브 부품들을 제어할 수도 있는 "제어기"로 지칭될 수도 있다. 프로세싱 요건들 및/또는 시스템의 타입에 따라, 제어기는 다양한 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 및 위치 및 동작 설정사항을 포함하여, 본 명세서에 개시된 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드 포인트 측정들을 인에이블하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자 장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, DSPs (digital signal processors), ASICs (application specific integrated circuits) 로서 규정되는 칩들, 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 옥사이드들, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현 예들에서, 시스템과 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합인 컴퓨터에 커플링되거나 또는 이의 일부일 수도 있다. 예를 들면, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 팹 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 원격 액세스를 가능하게 할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 통신될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 가능하게 하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 수행될 프로세스의 타입 및 제어기가 인터페이싱하거나 제어하도록 구성된 툴의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 같이 상기 기술된 바와 같이, 제어기는 예를 들어, 함께 네트워킹되고 공통 목적, 예를 들어 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 향해 작동하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 결합하는 (예를 들어, 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치된 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.
비제한적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (physical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (chemical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, ALD (atomic layer deposition) 챔버 또는 모듈, ALE (atomic layer etch) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.
상기 주지된 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터 그리고 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기, 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.
본 개시의 목적들을 위해, 용어 "유체로 연결한 (fluidically connected)"은 용어 "전기적으로 접속된"이 전기적 접속을 형성하도록 함께 접속되는 컴포넌트들에 대해 사용되는 방법과 유사하게, 유체 연결을 형성하기 위해 서로 연결될 수도 있는, 볼륨들, 플레넘들, 홀들, 등에 대해 사용된다. 용어 "유체로 개재된 (fluidically interposed)"은, 사용되면, 다른 컴포넌트들, 볼륨들, 플레넘들, 또는 홀들 중 하나로부터 컴포넌트들, 볼륨들, 플레넘들, 또는 홀들 중 다른 또는 또 다른 것들로 흐르는 유체가 이들 컴포넌트들, 볼륨들, 플레넘들, 또는 홀들 중 다른 또는 또 다른 것들에 도달하기 전 먼저 "유체로 개재된" 컴포넌트를 통해 흐르도록 적어도 두 개의 다른 컴포넌트들, 볼륨들, 플레넘들, 또는 홀들과 유체로 연통하는 컴포넌트, 볼륨, 플레넘, 또는 홀을 지칭하도록 사용될 수도 있다. 예를 들면, 펌프가 저장부와 유출구 사이에 유체로 개재된다면, 저장부로부터 유출구로 흐르는 유체는 유출구에 도달하기 전에 먼저 펌프를 통해 흐를 것이다. 유사하게, "유체적으로 격리된"은, 유체가 일 볼륨으로부터 다른 볼륨으로 흐를 수 없도록, 예를 들어, 유체가 일 볼륨으로부터 그 구조체 내의 또 다른 볼륨으로 흐를 수 없도록 서로로부터 분리되는, 2 개의 볼륨들, 예를 들어, 구조체 내의 2 개의 볼륨들에 대해 사용된다.
본 명세서에서 사용된다면, "하나 이상의 <아이템들>의 <아이템> 각각에 대한", "하나 이상의 <아이템들>의 <아이템> 각각" 등의 문구는 단일-아이템 그룹 및 복수-아이템 그룹들 모두를 포함한다는 것이 이해되어야 하며, 예를 들어, "각각에 대한"이라는 문구는 아이템들의 모집단이 참조되는 모든 아이템들의 각각을 지칭하기 위해 프로그래밍 언어들에서 사용되는 의미로 사용된다. 예를 들면, 참조된 아이템들의 모집단이 단일 아이템이면, "각각"은 ("각각"의 사전적 정의들이 흔히 "둘 이상의 것들 중 개개의 것들 (every one of two or more things)"을 지칭하는 용어를 정의한다는 사실에도 불구하고) 그 단일 아이템만을 지칭할 것이고 적어도 2 개의 이 아이템들이 있어야 한다는 것을 암시하지 않는다.
본 개시 및 청구항들에서, 있다면, 순서 지표들, 예를 들어, (a), (b), (c) ?? 등의 사용은, 이러한 순서 또는 시퀀스는 명시적으로 지시되는 범위를 제외하고, 임의의 특정한 순서 또는 시퀀스를 전달하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, (i), (ii), 및 (iii) 로 라벨링된 3 개의 단계들이 있다면, 이들 단계들은 달리 지시되지 않는 한 임의의 순서로 (또는 달리 금기 사항이 아니라면 심지어 동시에) 수행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 단계 (ii) 가 단계 (i) 에서 생성된 엘리먼트의 핸들링을 수반한다면, 단계 (ii) 는 단계 (i) 후 어떤 지점에서 발생하는 것으로 보일 수도 있다. 유사하게, 단계 (i) 가 단계 (ii) 에서 생성된 엘리먼트의 핸들링을 수반한다면, 그 반대도 이해되어야 한다.
양들 또는 유사한 정량화 가능한 특성들과 관련하여 사용될 때, "약", "대략", "실질적으로", "공칭" 등과 같은 용어들은 달리 명시되지 않는 한, 값들의 ± 10 % 이내의 값들 또는 명시된 관계를 포함하는 (뿐만 아니라 명시된 실제 값들 또는 관계를 포함함) 것으로 이해되어야 한다.
전술한 개념들의 모든 조합들 (이러한 개념들이 서로 모순되지 않는다면) 이 본 명세서에 개시된 발명의 주제의 일부인 것으로 고려된다는 것이 인식되어야 한다.　 특히, 본 개시의 끝에 나타나는 청구된 주제의 모든 조합들은 본 명세서에 개시된 발명의 주제의 일부인 것으로 고려된다.　 또한 참조로서 인용된 임의의 개시에 나타날 수도 있는 본 명세서에 명시적으로 채용된 용어들은 본 명세서에 개시된 특정한 개념들과 가장 일치하는 의미를 부여해야 한다는 것이 또한 인식되어야 한다.
상기 개시는 특정 예시적인 구현 예 또는 구현 예들에 초점을 맞추지만, 논의된 예에만 제한되지 않고, 또한 유사한 변형들 및 메커니즘들에 적용될 수도 있고, 그리고 이러한 유사한 변형들 및 메커니즘들이 또한 본 개시의 범위 내에 있도록 고려된다는 것이 더 이해되어야 한다. 의심의 여지를 없애기 위해, 상기 개시는 적어도 다음의 번호가 매겨진 구현 예들뿐만 아니라 상기 개시로부터 명백한 다른 구현 예들로 지향된다는 것이 또한 이해되어야 한다.
구현 예 1 : 웨이퍼 척에 있어서, 웨이퍼 척은 베이스 플레이트, 베이스 플레이트 내에 위치된 하나 이상의 열 교환 통로들, 및 베이스 플레이트 내에 위치된 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들을 포함하고, 열적 튜닝 캐비티 피처 각각은 하나 이상의 열 교환 통로들의 부분 또는 인접한 부분들에 인접하게 위치되고, 열적 튜닝 캐비티 피처 각각은 베이스 플레이트 내의 보이드 공간에 대응하고, 그리고 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 베이스 플레이트 내의 열 교환 통로들로부터 유체적으로 격리된다.
구현 예 2: 구현 예 1의 웨이퍼 척에 있어서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 웨이퍼 척이 정상 사용될 때 액체들이 없다.
구현 예 3: 구현 예 1의 웨이퍼 척에 있어서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 시일링되고 (sealed) 내부에 진공 분위기를 갖는다.
구현 예 4: 구현 예 3의 웨이퍼 척에 있어서, 진공 분위기는 1 torr 이하의 압력을 갖는다.
구현 예 5: 구현 예 1의 웨이퍼 척에 있어서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 시일링되고 가스로 충진된다.
구현 예 6: 구현 예 1의 웨이퍼 척에 있어서, 베이스 플레이트는 베이스 플레이트 내로 또는 베이스 플레이트를 통해 연장되고, 베이스 플레이트 내의 하나 이상의 열 교환 통로들로부터 유체적으로 격리되고, 반도체 프로세싱 챔버 내에서 웨이퍼 척의 정상적인 사용 동안 내부에 위치된 컴포넌트의 일부를 갖도록 구성되는, 하나 이상의 홀 피처들을 갖고, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 적어도 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처 및 제 2 열적 튜닝 캐비티 피처를 포함하고, 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처 및 제 2 열적 튜닝 캐비티 피처는, 하나 이상의 열 교환 통로들의 적어도 일부가 제 1 홀 피처와 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처 및 제 2 열적 튜닝 캐비티 피처 둘 모두의 사이에 놓이도록, 하나 이상의 홀 피처들의 제 1 홀 피처의 중심 축을 통해 베이스 플레이트의 중심 지점으로부터 연장되는 방사상 축의 양 측면 상에 실질적으로 대칭적으로 위치되고, 그리고 베이스 플레이트의 중심 축은 웨이퍼 척이 지지하도록 구성된 원형 반도체 웨이퍼의 공칭 중심 지점에 대응하는 위치를 통과한다.
구현 예 7: 구현 예 1의 웨이퍼 척에 있어서, 베이스 플레이트는, 베이스 플레이트 내로 또는 베이스 플레이트를 통해 연장되고, 베이스 플레이트 내의 하나 이상의 열 교환 통로들로부터 유체적으로 격리되고, 그리고 반도체 프로세싱 챔버 내에서 웨이퍼 척의 정상적인 사용 동안 내부에 위치된 컴포넌트의 일부를 갖도록 구성되는 2 개 이상의 홀 피처들을 갖고, 2 개 이상의 홀 피처들은 제 1 홀 피처 및 제 2 홀 피처를 포함하고, 제 1 홀 피처 및 제 2 홀 피처는 모두 하나 이상의 열 교환 통로들의 제 1 부분과 하나 이상의 열 교환 통로들의 제 2 부분 사이에 위치되고, 그리고 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 제 1 부분과 제 2 부분 사이뿐만 아니라 제 1 홀 피처와 제 2 홀 피처 사이에 개재되는 적어도 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처를 포함한다.
구현 예 8: 구현 예 1의 웨이퍼 척에 있어서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 슬롯의 제 1 단부와 슬롯의 반대편인 제 2 단부 사이의 영역에서 균일한 단면 폭을 갖는 슬롯이다.
구현 예 9: 구현 예 1의 웨이퍼 척에 있어서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 슬롯의 제 1 단부와 슬롯의 반대편인 제 2 단부 사이의 영역에서 불균일한 단면 폭을 갖는 슬롯이다.
구현 예 10: 구현 예 1의 웨이퍼 척에 있어서, 복수의 열적 튜닝 캐비티 피처들이 있고, 그리고 열적 튜닝 캐비티 피처들은 베이스 플레이트 전체에 걸쳐 불균일하게 분포된다.
구현 예 11: 구현 예 1의 웨이퍼 척에 있어서, 열적 튜닝 캐비티 피처의 위치 각각은, (a) 대응하는 열적 튜닝 캐비티 피처가 대응하는 열적 튜닝 캐비티 피처와 붙어 있는 (adjoins) 베이스 플레이트의 동일한 재료로 대신 교체된다면, 그리고 (b) 베이스 플레이트가 웨이퍼 척을 사용하는 정상 프로세싱 동작들에서 사용된 온도로 가열된다면, 웨이퍼 척의 웨이퍼 지지 표면의 평균 온도에 대해 웨이퍼 척의 웨이퍼 지지 표면 상의 평균 이하의 온도의 영역에 대응한다.
구현 예 12: 구현 예 1의 웨이퍼 척에 있어서, 상단 플레이트를 더 포함하고, 상단 플레이트는 웨이퍼 척의 상단 표면 상에 위치된다.
구현 예 13: 구현 예 12의 웨이퍼 척에 있어서, 상단 플레이트는 하나 이상의 히터 엘리먼트들을 포함한다.
구현 예 14: 구현 예 12의 웨이퍼 척에 있어서, 상단 플레이트는 적어도 부분적으로 세라믹 재료로 이루어진다.
구현 예 15: 구현 예 1의 웨이퍼 척에 있어서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 베이스 플레이트 내에 완전히 인클로징된다 (enclosed).
구현 예 16: 구현 예 1의 웨이퍼 척에 있어서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 베이스 플레이트의 제 1 측면으로부터 베이스 플레이트 내로 연장되고 베이스 플레이트를 통해 제 1 측면의 반대편의 베이스 플레이트의 측면으로 연장되지 않는 리세스이다.
구현 예 17: 구현 예 1의 웨이퍼 척에 있어서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 베이스 플레이트를 통해 완전히 연장된다.
구현 예 18: 웨이퍼 척을 위한 베이스 플레이트에 있어서, 베이스 플레이트는 베이스 플레이트 내에 위치된 하나 이상의 열 교환 통로들, 및 베이스 플레이트 내에 위치된 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들을 포함하고, 열적 튜닝 캐비티 피처 각각은 하나 이상의 열 교환 통로들의 부분 또는 인접한 부분들에 인접하게 위치되고, 열적 튜닝 캐비티 피처 각각은 베이스 플레이트 내의 보이드 공간에 대응하고, 그리고 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 베이스 플레이트 내의 열 교환 통로들로부터 유체적으로 격리된다.
구현 예 19: 구현 예 18의 베이스 플레이트에서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 베이스 플레이트가 정상 사용될 때 액체들이 없다.
구현 예 20: 구현 예 18의 베이스 플레이트에 있어서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 시일링되고 내부에 진공 분위기를 갖는다.
구현 예 21: 구현 예 20의 베이스 플레이트에 있어서, 진공 분위기는 1 torr 이하의 압력을 갖는다.
구현 예 22: 구현 예 18의 베이스 플레이트에 있어서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 시일링되고 가스로 충진된다.
구현 예 23: 구현 예 18의 베이스 플레이트에 있어서, 베이스 플레이트는 베이스 플레이트 내로 또는 베이스 플레이트를 통해 연장되고, 베이스 플레이트 내의 하나 이상의 열 교환 통로들로부터 유체적으로 격리되고, 반도체 프로세싱 챔버 내에서 베이스 플레이트의 정상적인 사용 동안 내부에 위치된 컴포넌트의 일부를 갖도록 구성되는, 하나 이상의 홀 피처들을 갖고, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 적어도 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처 및 제 2 열적 튜닝 캐비티 피처를 포함하고, 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처 및 제 2 열적 튜닝 캐비티 피처는, 하나 이상의 열 교환 통로들의 적어도 일부가 제 1 홀 피처와 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처 및 제 2 열적 튜닝 캐비티 피처 둘 모두의 사이에 놓이도록, 하나 이상의 홀 피처들의 제 1 홀 피처의 중심 축을 통해 베이스 플레이트의 중심 지점으로부터 연장되는 방사상 축의 양 측면 상에 실질적으로 대칭적으로 위치되고, 그리고 베이스 플레이트의 중심 축은 베이스 플레이트가 지지하도록 구성된 원형 반도체 웨이퍼의 공칭 중심 지점에 대응하는 위치를 통과한다.
구현 예 24: 구현 예 18의 베이스 플레이트에 있어서, 베이스 플레이트는, 베이스 플레이트 내로 또는 베이스 플레이트를 통해 연장되고, 베이스 플레이트 내의 하나 이상의 열 교환 통로들로부터 유체적으로 격리되고, 그리고 반도체 프로세싱 챔버 내에서 베이스 플레이트의 정상적인 사용 동안 내부에 위치된 컴포넌트의 일부를 갖도록 구성되는 2 개 이상의 홀 피처들을 갖고, 2 개 이상의 홀 피처들은 제 1 홀 피처 및 제 2 홀 피처를 포함하고, 제 1 홀 피처 및 제 2 홀 피처는 모두 하나 이상의 열 교환 통로들의 제 1 부분과 하나 이상의 열 교환 통로들의 제 2 부분 사이에 위치되고, 그리고 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 제 1 부분과 제 2 부분 사이뿐만 아니라 제 1 홀 피처와 제 2 홀 피처 사이에 개재되는 적어도 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처를 포함한다.
구현 예 25: 구현 예 18의 베이스 플레이트에 있어서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 슬롯의 제 1 단부와 슬롯의 반대편인 제 2 단부 사이의 영역에서 균일한 단면 폭을 갖는 슬롯이다.
구현 예 26: 구현 예 18의 베이스 플레이트에 있어서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 슬롯의 제 1 단부와 슬롯의 반대편인 제 2 단부 사이의 영역에서 불균일한 단면 폭을 갖는 슬롯이다.
구현 예 27: 구현 예 18의 베이스 플레이트에 있어서, 복수의 열적 튜닝 캐비티 피처들이 있고, 열적 튜닝 캐비티 피처들은 베이스 플레이트 전체에 걸쳐 불균일하게 분포된다.
구현 예 28: 구현 예 18의 베이스 플레이트에서, 열적 튜닝 캐비티 피처의 위치 각각은, (a) 대응하는 열적 튜닝 캐비티 피처가 대응하는 열적 튜닝 캐비티 피처와 붙어 있는 베이스 플레이트의 동일한 재료로 대신 교체된다면, 그리고 (b) 베이스 플레이트가 베이스 플레이트를 사용하는 정상 프로세싱 동작들에서 사용된 온도로 가열된다면, 베이스 플레이트의 웨이퍼 지지 표면의 평균 온도에 대해 베이스 플레이트의 웨이퍼 지지 표면 상의 평균 이하의 온도의 영역에 대응한다.
구현 예 29: 구현 예 18의 베이스 플레이트에 있어서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 베이스 플레이트 내에 완전히 인클로징된다.
구현 예 30: 구현 예 18의 베이스 플레이트에 있어서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 베이스 플레이트의 제 1 측면으로부터 베이스 플레이트 내로 연장되고 베이스 플레이트를 통해 제 1 측면의 반대편의 베이스 플레이트의 측면으로 연장되지 않는 리세스이다.
구현 예 31: 구현 예 18의 베이스 플레이트에 있어서, 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 베이스 플레이트를 통해 완전히 연장된다.

Claims (22)

  1. 웨이퍼 척을 위한 베이스 플레이트로서,
    상기 베이스 플레이트 내에 위치된 하나 이상의 열 교환 통로들, 및
    상기 베이스 플레이트 내에 위치된 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 (thermal tuning cavity features) 을 포함하고,
    열적 튜닝 캐비티 피처 각각은 상기 하나 이상의 열 교환 통로들의 부분 또는 인접한 부분들에 인접하게 위치되고,
    열적 튜닝 캐비티 피처 각각은 상기 베이스 플레이트 내의 보이드 공간에 대응하고, 그리고
    상기 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 상기 베이스 플레이트 내의 상기 열 교환 통로들로부터 유체적으로 격리되는, 상기 베이스 플레이트를 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 상기 베이스 플레이트가 정상 사용될 때 액체들이 없는, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 시일링되고 (sealed) 내부에 진공 분위기 (environment) 를 갖는, 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 진공 분위기는 1 torr 이하의 압력을 갖는, 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 시일링되고 가스로 충진되는, 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는, 상기 베이스 플레이트 내로 또는 상기 베이스 플레이트를 통해 연장되고, 상기 베이스 플레이트 내의 상기 하나 이상의 열 교환 통로들로부터 유체적으로 격리되고, 반도체 프로세싱 챔버 내에서 상기 베이스 플레이트의 정상적인 사용 동안 내부에 위치된 컴포넌트의 일부를 갖도록 구성되는, 하나 이상의 홀 피처들을 갖고,
    상기 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 적어도 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처 및 제 2 열적 튜닝 캐비티 피처를 포함하고,
    상기 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처 및 상기 제 2 열적 튜닝 캐비티 피처는, 상기 하나 이상의 열 교환 통로들의 적어도 일부가 상기 제 1 홀 피처와 상기 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처 및 상기 제 2 열적 튜닝 캐비티 피처 둘 모두의 사이에 놓이도록, 상기 하나 이상의 홀 피처들의 제 1 홀 피처의 중심 축을 통해 상기 베이스 플레이트의 중심 지점으로부터 연장되는 방사상 축의 양 측면 상에 실질적으로 대칭적으로 위치되고, 그리고
    상기 베이스 플레이트의 상기 중심 축은 상기 베이스 플레이트가 지지하도록 구성된 원형 반도체 웨이퍼의 공칭 중심 지점에 대응하는 위치를 통과하는, 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는, 상기 베이스 플레이트 내로 또는 상기 베이스 플레이트를 통해 연장되고, 상기 베이스 플레이트 내의 상기 하나 이상의 열 교환 통로들로부터 유체적으로 격리되고, 반도체 프로세싱 챔버 내에서 상기 베이스 플레이트의 정상적인 사용 동안 내부에 위치된 컴포넌트의 일부를 갖도록 구성되는, 2 개 이상의 홀 피처들을 갖고,
    상기 2 개 이상의 홀 피처들은 제 1 홀 피처 및 제 2 홀 피처를 포함하고,
    상기 제 1 홀 피처 및 상기 제 2 홀 피처는 모두 하나 이상의 열 교환 통로들의 제 1 부분과 하나 이상의 열 교환 통로들의 제 2 부분 사이에 위치되고, 그리고
    상기 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분 사이뿐만 아니라 상기 제 1 홀 피처와 상기 제 2 홀 피처 사이에 개재되는 적어도 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처를 포함하는, 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 슬롯의 제 1 단부와 상기 슬롯의 반대편인 제 2 단부 사이의 영역에서 균일한 단면 폭을 갖는 슬롯인, 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 슬롯의 제 1 단부와 상기 슬롯의 반대편인 제 2 단부 사이의 영역에서 불균일한 단면 폭을 갖는 상기 슬롯인, 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    복수의 열적 튜닝 캐비티 피처들이 있고, 그리고 상기 열적 튜닝 캐비티 피처들은 상기 베이스 플레이트 전체에 걸쳐 불균일하게 분포되는, 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 열적 튜닝 캐비티 피처의 위치 각각은, (a) 상기 대응하는 열적 튜닝 캐비티 피처가 상기 대응하는 열적 튜닝 캐비티 피처와 붙어 있는 (adjoins) 상기 베이스 플레이트의 동일한 재료로 대신 교체된다면, 그리고 (b) 상기 베이스 플레이트가 상기 베이스 플레이트를 사용하는 정상 프로세싱 동작들에서 사용된 온도로 가열된다면, 상기 베이스 플레이트의 웨이퍼 지지 표면의 평균 온도에 대해 상기 베이스 플레이트의 상기 웨이퍼 지지 표면 상의 평균 이하의 온도의 영역에 대응하는, 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 상기 베이스 플레이트 내에 완전히 인클로징된 (enclosed), 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 상기 베이스 플레이트의 제 1 측면으로부터 상기 베이스 플레이트 내로 연장되고 상기 베이스 플레이트를 통해 상기 제 1 측면의 반대편의 상기 베이스 플레이트의 측면으로 연장되지 않는 리세스인, 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들 중 적어도 하나는 상기 베이스 플레이트를 통해 완전히 연장되는, 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트를 포함하는 웨이퍼 척을 더 포함하는, 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 상기 웨이퍼 척이 정상 사용될 때 액체들이 없는, 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는, 상기 베이스 플레이트 내로 또는 상기 베이스 플레이트를 통해 연장되고, 상기 베이스 플레이트 내의 상기 하나 이상의 열 교환 통로들로부터 유체적으로 격리되고, 반도체 프로세싱 챔버 내에서 상기 웨이퍼 척의 정상적인 사용 동안 내부에 위치된 컴포넌트의 일부를 갖도록 구성되는, 하나 이상의 홀 피처들을 갖고,
    상기 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 적어도 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처 및 제 2 열적 튜닝 캐비티 피처를 포함하고,
    상기 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처 및 상기 제 2 열적 튜닝 캐비티 피처는, 상기 하나 이상의 열 교환 통로들의 적어도 일부가 상기 제 1 홀 피처와 상기 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처 및 상기 제 2 열적 튜닝 캐비티 피처 둘 모두의 사이에 놓이도록, 상기 하나 이상의 홀 피처들의 제 1 홀 피처의 중심 축을 통해 상기 베이스 플레이트의 중심 지점으로부터 연장되는 방사상 축의 양 측면 상에 실질적으로 대칭적으로 위치되고, 그리고
    상기 베이스 플레이트의 상기 중심 축은 상기 웨이퍼 척이 지지하도록 구성된 원형 반도체 웨이퍼의 공칭 중심 지점에 대응하는 위치를 통과하는, 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는, 상기 베이스 플레이트 내로 또는 상기 베이스 플레이트를 통해 연장되고, 상기 베이스 플레이트 내의 상기 하나 이상의 열 교환 통로들로부터 유체적으로 격리되고, 그리고 반도체 프로세싱 챔버 내에서 상기 웨이퍼 척의 정상적인 사용 동안 내부에 위치된 컴포넌트의 일부를 갖도록 구성되는, 2 개 이상의 홀 피처들을 갖고,
    상기 2 개 이상의 홀 피처들은 제 1 홀 피처 및 제 2 홀 피처를 포함하고,
    상기 제 1 홀 피처 및 상기 제 2 홀 피처는 모두 하나 이상의 열 교환 통로들의 제 1 부분과 하나 이상의 열 교환 통로들의 제 2 부분 사이에 위치되고, 그리고
    상기 하나 이상의 열적 튜닝 캐비티 피처들은 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분 사이뿐만 아니라 상기 제 1 홀 피처와 상기 제 2 홀 피처 사이에 개재되는 적어도 제 1 열적 튜닝 캐비티 피처를 포함하는, 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 열적 튜닝 캐비티 피처의 위치 각각은, (a) 상기 대응하는 열적 튜닝 캐비티 피처가 상기 대응하는 열적 튜닝 캐비티 피처와 붙어 있는 상기 베이스 플레이트의 동일한 재료로 대신 교체된다면, 그리고 (b) 상기 베이스 플레이트가 상기 웨이퍼 척을 사용하는 정상 프로세싱 동작들에서 사용된 온도로 가열된다면, 상기 웨이퍼 척의 웨이퍼 지지 표면의 평균 온도에 대해 상기 웨이퍼 척의 상기 웨이퍼 지지 표면 상의 평균 이하의 온도의 영역에 대응하는, 장치.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상단 플레이트를 더 포함하고, 상기 상단 플레이트는 상기 웨이퍼 척의 상단 표면 상에 위치되는, 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 상단 플레이트는 하나 이상의 히터 엘리먼트들을 포함하는, 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 상단 플레이트는 적어도 부분적으로 세라믹 재료로 이루어지는, 장치.
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