KR20220156052A - 기판 프로세싱 챔버 내의 프로세스 키트의 시스 및 온도 제어 - Google Patents

기판 프로세싱 챔버 내의 프로세스 키트의 시스 및 온도 제어 Download PDF

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재용 조
라진더 딘자
제임스 로저스
안와르 후사인
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 명세서에서는 기판 지지부들의 실시예들이 제공된다. 일부 실시예들에서, 기판 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 기판 지지부는: 기판을 지지하도록 구성된 제1 면 및 제1 면 반대편의 제2 면을 갖는 세라믹 플레이트 ― 세라믹 플레이트는 세라믹 플레이트에 매립된 전극을 포함함 ―; 세라믹 플레이트 주위에 배치되며 제1 면 및 제1 면 반대편의 제2 면을 갖는 세라믹 링 ― 세라믹 링은 세라믹 링에 매립된 가열 엘리먼트 및 척킹 전극을 포함함 ―; 및 세라믹 플레이트의 제2 면 및 세라믹 링의 제2 면에 결합된 냉각 플레이트를 포함하며, 냉각 플레이트는 반경 방향 내측 부분, 반경 방향 외측 부분, 및 반경 방향 내측 부분과 반경 방향 외측 부분 사이에 배치된 열 차단부를 포함한다.

Description

기판 프로세싱 챔버 내의 프로세스 키트의 시스 및 온도 제어
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 기판 프로세싱 시스템들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기판 프로세싱 시스템들에서 사용하기 위한 프로세스 키트(process kit)들에 관한 것이다.
[0002] RF(radio frequency) 전력은 예를 들어, 전기 경로들을 위한 인프라 구조를 놓기 위한 접촉부들 또는 깊은 트렌치들을 만들기 위해 매우 높은 종횡비의 홀들을 요구하는 에칭 프로세스들에서 흔히 사용된다. RF 전력은 플라즈마 생성을 위해 그리고/또는 벌크 플라즈마로부터 이온들을 끌어당기도록 프로세싱되는 기판 상에 바이어스 전압을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 정전 척은 프로세싱 동안 기판 온도를 제어하기 위해 기판을 정전기적으로 유지하는 데 사용된다. 정전 척은 통상적으로, 유전체 플레이트에 매립된 전극, 및 유전체 플레이트 아래에 배치된 냉각 플레이트를 포함한다. 프로세스 키트는 기판을 안내하기 위해 흔히 냉각 플레이트 위에 그리고 유전체 플레이트 주위에 배치되는 에지 링을 포함할 수 있다.
[0003] 그러나 긴 유휴 시간 이후 기판이 프로세싱 챔버에 배치될 때, 기판들이 2개의 상이한 RF 전력들로 프로세싱됨에 따라 에지 링의 온도가 상승한다. 에지 링과 유전체 플레이트 사이의 온도 차는 유전체 플레이트 및 프로세스 가스들과 비교하여 에지 링과 프로세스 가스들 간의 불균일한 화학 반응을 야기하여, 프로세스 드리프트(drift)를 야기할 수 있다.
[0004] 바이어스를 생성하기 위한 RF 전원이 냉각 플레이트에 인가된다. 본 발명자들은, 기판 프로세싱 동안의 이온 충격으로 인해 에지 링의 높이가 하강함에 따라, 바이어스 RF 전원에 의해 생성된 시스(sheath)의 등전위 라인들이 에지 링에 근접하게 기울어져, 프로세스 드리프트를 야기한다는 것을 관찰하였다.
[0005] 이에 따라, 본 발명자들은 개선된 프로세스 키트들의 실시예들을 제공하였다.
[0006] 본 명세서에서는 기판 지지부들의 실시예들이 제공된다. 일부 실시예들에서, 기판 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 기판 지지부는: 기판을 지지하도록 구성된 제1 면 및 제1 면 반대편의 제2 면을 갖는 세라믹 플레이트 ― 세라믹 플레이트는 세라믹 플레이트에 매립된 전극을 포함함 ―; 세라믹 플레이트 주위에 배치되며 제1 면 및 제1 면 반대편의 제2 면을 갖는 세라믹 링 ― 세라믹 링은 세라믹 링에 매립된 가열 엘리먼트 및 척킹 전극을 포함함 ―; 및 세라믹 플레이트의 제2 면 및 세라믹 링의 제2 면에 결합된 냉각 플레이트를 포함하며, 냉각 플레이트는 반경 방향 내측 부분, 반경 방향 외측 부분, 및 반경 방향 내측 부분과 반경 방향 외측 부분 사이에 배치된 열 차단부(thermal break)를 포함한다.
[0007] 일부 실시예들에서, 기판 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 기판 지지부는: 기판을 지지하도록 구성된 제1 면 및 제1 면 반대편의 제2 면을 갖는 세라믹 플레이트 ― 세라믹 플레이트는 세라믹 플레이트에 매립된 전극 및 가열 엘리먼트를 포함함 ―; 세라믹 플레이트 주위에 배치되며 제1 면 및 제1 면 반대편의 제2 면을 갖는 세라믹 링 ― 세라믹 링은 세라믹 링에 매립된 가열 엘리먼트 및 척킹 전극을 포함하고, 세라믹 링은 세라믹 플레이트로부터 이격됨 ―; 세라믹 링 상에 배치된 에지 링; 및 세라믹 플레이트의 제2 면 및 세라믹 링의 제2 면에 결합된 냉각 플레이트를 포함한다.
[0008] 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버는 챔버 본체를 포함하며, 챔버 본체는 챔버 본체의 내부 볼륨 내에 배치된 기판 지지부를 갖고, 기판 지지부는: 반경 방향 내측 부분에 배치된 제1 냉각제 채널들 및 반경 방향 외측 부분에 배치된 제2 냉각제 채널들을 갖는 냉각 플레이트 ― 제1 냉각제 채널들은 제2 냉각제 채널들로부터 유체 독립적임 ―; 냉각 플레이트 위에 배치된 세라믹 플레이트, 및 세라믹 플레이트의 바닥 표면으로부터 최상부 표면까지 연장되는 가스 채널; 냉각 플레이트에 결합되며 세라믹 플레이트 주위에 세라믹 플레이트와의 사이에 갭을 갖고 배치되고, 가열 엘리먼트, 및 세라믹 링의 바닥 표면으로부터 최상부 표면까지 연장되는 제2 가스 채널을 갖는 세라믹 링; 및 세라믹 플레이트의 온도와 관계없이 세라믹 링의 온도를 제어하도록 가열 엘리먼트에 결합된 전원을 포함한다.
[0009] 본 개시내용의 다른 그리고 추가 실시예들이 아래에 설명된다.
[0010] 위에서 간략하게 요약되고 아래에서 보다 상세하게 논의되는 본 개시내용의 실시예들은 첨부된 도면들에 도시된 본 개시내용의 예시적인 실시예들을 참조로 이해될 수 있다. 그러나 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0011] 도 1은 본 개시내용의 적어도 일부 실시예들에 따른 기판 지지부를 갖는 프로세스 챔버의 개략적인 측면도를 도시한다.
[0012] 도 2는 본 개시내용의 적어도 일부 실시예들에 따른 기판 지지부의 개략적인 부분 측면도를 도시한다.
[0013] 도 3은 본 개시내용의 적어도 일부 실시예들에 따른 기판 지지부의 개략적인 부분 측면도를 도시한다.
[0014] 도 4는 본 개시내용의 적어도 일부 실시예들에 따른 기판 지지부의 단순화된 개략적인 부분 측면도를 도시한다.
[0015] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해, 가능한 경우, 동일한 참조 부호들이 사용되었다. 도면들은 실척대로 그려진 것이 아니며, 명확하게 하기 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들은 추가 언급 없이 다른 실시예들에 유리하게 포함될 수 있다.
[0016] 본 명세서에서는 기판 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 기판 지지부들 및 프로세스 키트들의 실시예들이 제공된다. 기판 지지부는 기판을 지지하기 위한 지지 표면을 갖는 세라믹 플레이트를 포함한다. 기판 지지부는 세라믹 플레이트 주위에 배치된 세라믹 링을 갖는 프로세스 키트를 포함한다. 프로세스 키트는 기판을 안내하도록 세라믹 링 상에 배치된 에지 링을 더 포함한다. 세라믹 링과 세라믹 플레이트는 유리하게는, 독립적인 온도 제어를 제공하도록 서로 열적으로 격리된다.
[0017] 도 1은 본 개시내용의 적어도 일부 실시예들에 따른 기판 지지부를 갖는 프로세스 챔버(예컨대, 플라즈마 프로세싱 챔버)의 개략적인 측면도를 도시한다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 프로세싱 챔버는 에칭 프로세싱 챔버이다. 그러나 상이한 프로세스들을 위해 구성된 다른 타입들의 프로세싱 챔버들이 또한, 본 명세서에서 설명되는 정전 척의 실시예들을 사용하거나 그러한 실시예들과의 사용을 위해 변형될 수 있다.
[0018] 챔버(100)는 기판 프로세싱 동안 챔버 내부 볼륨(120) 내에 부기압(sub-atmospheric pressure)들을 유지하도록 적합하게 구성되는 진공 챔버이다. 챔버(100)는, 챔버 내부 볼륨(120)의 상반부에 위치된 프로세싱 볼륨(119)을 에워싸는 덮개(104)로 커버되는 챔버 본체(106)를 포함한다. 챔버(100)는 또한, 다양한 챔버 컴포넌트들과 이온화된 프로세스 재료 간의 원치 않는 반응을 방지하도록 이러한 컴포넌트들을 둘러싸는 하나 이상의 차폐부들(105)을 포함할 수 있다. 챔버 본체(106) 및 덮개(104)는 알루미늄과 같은 금속으로 만들어질 수 있다. 챔버 본체(106)는 접지(115)에 대한 결합을 통해 접지될 수 있다.
[0019] 기판 지지부(124)는 예를 들어, 반도체 웨이퍼와 같은 기판(122), 또는 정전기적으로 유지될 수 있는 다른 그러한 기판을 지지하고 유지하도록 챔버 내부 볼륨(120) 내에 배치된다. 기판 지지부(124)는 일반적으로, (도 2 - 도 3과 관련하여 아래에서 보다 상세히 설명되는) 정전 척(150) 및 정전 척(150)을 지지하기 위한 중공 지지 샤프트(112)를 포함할 수 있다. 정전 척(150)은 내부에 하나 이상의 전극들(154)이 배치된 세라믹 플레이트(152), 및 냉각 플레이트(136)를 포함한다. 중공 지지 샤프트(112)는 예를 들어, 후면 가스들, 프로세스 가스들, 유체들, 냉각제들, 전력 등을 정전 척(150)에 제공하기 위한 도관을 제공한다. 기판 지지부(124)는 세라믹 플레이트(152) 주위에 배치된 (도 2 - 도 3과 관련하여 아래에서 보다 상세히 설명되는) 세라믹 링(187)을 포함한다.
[0020] 일부 실시예들에서, 중공 지지 샤프트(112)는 (도 1에 도시된 바와 같은) 상부 프로세싱 포지션과 (도시되지 않은) 하부 이송 포지션 사이에서 정전 척(150)의 수직 이동을 제공하는 리프트 메커니즘(113), 이를테면 액추에이터 또는 모터에 결합된다. 벨로우즈(bellows) 어셈블리(110)가 중공 지지 샤프트(112) 주위에 배치되며, 정전 척(150)과 챔버(100)의 바닥 표면(126) 사이에 결합되어, 챔버(100) 내로부터의 진공 손실을 방지하면서 정전 척(150)의 수직 운동을 가능하게 하는 가요성 밀폐부를 제공한다. 벨로우즈 어셈블리(110)는 또한, 챔버 진공의 손실을 방지하는 것을 돕기 위해 바닥 표면(126)과 접촉하는 o-링(165) 또는 다른 적절한 밀폐 엘리먼트와 접촉하는 하부 벨로우즈 플랜지(164)를 포함한다.
[0021] 중공 지지 샤프트(112)는 후면 가스 공급부(141), 척킹 전력 공급부(140) 및 RF 소스들(예컨대, RF 플라즈마 전력 공급부(170) 및 바이어스 전력 공급부(117))을 정전 척(150)에 결합하기 위한 도관을 제공한다. 일부 실시예들에서, 바이어스 전력 공급부(117)는 하나 이상의 RF 바이어스 전원들을 포함한다. 일부 실시예들에서, RF 플라즈마 전력 공급부(170)에 의해 공급되는 RF 에너지는 약 40㎒ 이상의 주파수를 가질 수 있다. 후면 가스 공급부(141)는 챔버 본체(106) 외부에 배치되며, 정전 척(150)에 열 전달 가스를 공급한다. 일부 실시예들에서, RF 플라즈마 전력 공급부(170) 및 바이어스 전력 공급부(117)는 개개의 RF 정합 네트워크들(RF 정합 네트워크(116)만이 도시됨)을 통해 정전 척(150)에 결합된다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부(124)는 대안으로, AC, DC 또는 RF 바이어스 전력을 포함할 수 있다.
[0022] 기판 리프트(130)는 기판(122)이 정전 척(150) 상에 배치되거나 정전 척(150)으로부터 제거될 수 있도록 기판 리프트(130)를 상승 및 하강시키기 위한 제2 리프트 메커니즘(132)에 결합되는 샤프트(111)에 연결된 플랫폼(108) 상에 장착된 리프트 핀들(109)을 포함할 수 있다. 정전 척(150)은 리프트 핀들(109)을 수용하기 위한 관통 홀들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 세라믹 링(187)은 리프트 핀들(109)을 수용하기 위한 관통 홀들을 포함할 수 있다. 기판 리프트(130)의 수직 운동 중에 챔버 진공을 유지하는 가요성 밀폐부를 제공하도록 기판 리프트(130)와 바닥 표면(126) 사이에 벨로우즈 어셈블리(131)가 결합된다.
[0023] 일부 실시예들에서, 정전 척(150)은 정전 척(150)의 하부 표면(예컨대, 냉각 플레이트(136)의 바닥 표면)으로부터 정전 척(150)의 상부 표면의 다양한 개구들까지 연장되는 가스 분배 채널들(138)을 포함한다. 가스 분배 채널들(138)은 정전 척(150)의 최상부 표면에 질소(N) 또는 헬륨(He)과 같은 후면 가스를 제공하여 열 전달 매체로서 작용하도록 구성된다. 가스 분배 채널들(138)은 사용 중에 정전 척(150)의 온도 및/또는 온도 프로파일을 제어하도록 가스 도관(142)을 통해 후면 가스 공급부(141)와 유체 연통한다.
[0024] 챔버(100)는, 챔버(100)를 배기시키는 데 사용되는 (도시되지 않은) 스로틀 밸브 및 (도시되지 않은) 진공 펌프를 포함하는 진공 시스템(114)에 결합되고 진공 시스템(114)과 유체 연통한다. 스로틀 밸브 및/또는 진공 펌프를 조정함으로써 챔버(100) 내부의 압력이 조절될 수 있다. 챔버(100)는 또한, 챔버(100) 내에 배치된 기판을 프로세싱하기 위해 챔버(100)에 하나 이상의 프로세스 가스들을 공급할 수 있는 프로세스 가스 공급부(118)에 결합되고 프로세스 가스 공급부(118)와 유체 연통한다.
[0025] 동작 시에, 예를 들어, 하나 이상의 프로세스들을 수행하기 위해 챔버 내부 볼륨(120)에서 플라즈마(102)가 생성될 수 있다. 플라즈마(102)는 플라즈마 전원(예컨대, RF 플라즈마 전력 공급부(170))으로부터의 전력을 챔버 내부 볼륨(120) 근처의 또는 챔버 내부 볼륨(120) 내의 하나 이상의 전극들을 통해 프로세스 가스에 결합하여 프로세스 가스를 점화하고 플라즈마(102)를 생성함으로써 생성될 수 있다. 플라즈마로부터의 이온들을 기판(122) 쪽으로 끌어당기도록 바이어스 전력 공급부(예컨대, 바이어스 전력 공급부(117))로부터 정전 척(150) 내의 하나 이상의 전극들(154)로 바이어스 전력이 또한 제공될 수 있다.
[0026] 도 2는 본 개시내용의 적어도 일부 실시예들에 따른 기판 지지부의 개략적인 부분 측면도를 도시한다. 세라믹 플레이트(152)는 기판(122)을 지지하도록 구성된 제1 면(216) 및 제1 면(216) 반대편의 제2 면(224)을 포함한다. 세라믹 플레이트(152)는 내부에 매립된 하나 이상의 전극들(154)을 포함한다. 하나 이상의 전극들(154)은 단극성 또는 양극성일 수 있다. 일부 실시예들에서, 세라믹 플레이트(152)는 Coulombic 척킹을 제공한다. 일부 실시예들에서, 세라믹 플레이트(152)는 Johnsen-Rahbek 척킹을 제공한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 전극들(154)은 상부 전극, 하부 전극, 및 상부 전극과 하부 전극에 전기적으로 결합된 복수의 포스트(post)들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 세라믹 플레이트(152)는 세라믹 플레이트(152)의 온도를 제어하기 위해 세라믹 플레이트(152)에 매립된 하나 이상의 가열 엘리먼트들(246)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 세라믹 플레이트(152)는 알루미늄 질화물(AlN) 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)로 만들어진다.
[0027] 세라믹 링(187)은 세라믹 플레이트(152) 주위에 세라믹 플레이트(152)와의 사이에 갭을 갖고 배치된다. 세라믹 링(187)은 제1 면(244) 및 제1 면(244) 반대편의 제2 면(226)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 면(244)은 상부 면이다. 일부 실시예들에서, 세라믹 링(187)은 세라믹 링(187)에 매립된 하나 이상의 척킹 전극들(228)을 포함한다. 하나 이상의 척킹 전극들(228)은 단극성 또는 양극성일 수 있다. 일부 실시예들에서, 세라믹 링(187)은 Coulombic 척킹을 제공한다. 일부 실시예들에서, 세라믹 링(187)은 Johnsen-Rahbek 척킹을 제공한다. 에지 링(210)이 세라믹 링(187) 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 에지 링(210)은 실리콘(Si)으로 만들어진다. 일부 실시예들에서, 세라믹 링(187)의 제1 면(244) 또는 에지 링(210)의 하부 표면 중 적어도 하나는 이들 사이의 열적 결합을 향상시키도록 연마된다. 일부 실시예들에서, 세라믹 링(187)의 제1 면(244) 또는 에지 링(210)의 하부 표면 중 적어도 하나는 표면 윤곽(contouring), 예를 들어 피크들, 밸리(valley)들, 채널들 등을 포함하여, 후면 가스 공급부(141)로부터의 (예컨대, 아래에서 논의되는 제2 가스 채널(256)을 통한) 후면 가스의 유동을 확산시킴으로써 표면 윤곽 사이의 열적 결합을 향상시킨다. 일부 실시예들에서, 열 개스킷(284)이 에지 링(210)과 세라믹 링(187) 사이에 배치되어 이들 사이의 열적 결합을 향상시킬 수 있다. 하나 이상의 척킹 전극들(228)은 척킹 전력 공급부(254)에 결합되어 에지 링(210)을 홀딩한다. 일부 실시예들에서, 에지 링(210)의 외경은 세라믹 링(187)의 외경과 유사하다. 일부 실시예들에서, 에지 링(210)의 외경은 세라믹 링(187)의 외경보다 더 크다. 에지 링(210)은 에지 링(210)의 최상부 표면과 제2 상부 표면(214) 사이에 배치된 각진 내측 표면(212)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 세라믹 링(187)은 알루미늄 질화물(AlN) 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)로 만들어진다.
[0028] 일부 실시예들에서, 바이어스 전력 공급부(117)는 냉각 플레이트(136)에 전기적으로 결합되어 기판(122) 및 에지 링(210) 상에 동일한 바이어스 전압을 생성한다. 동작 시에, 냉각 플레이트(136) 상에 인가된 바이어스 전력 공급부(117)는 기판(122)과 플라즈마(102) 사이에 시스를 생성한다. 그 결과, 플라즈마(102)로부터의 이온들은 바이어스된 기판(122)으로 끌어당겨지고, 이온들은 시스 내의 등전위 라인들에 수직인 시스를 통해 가속된다. 에지 링(210)이 프로세싱으로 인해 시간 경과에 따라 침식될 때, 시스의 형상은 기판(122)의 에지 근처에서 구부러져, 기판(122)의 불균일한 프로세싱으로 이어진다.
[0029] 기판(122)에 대한 최소의 영향 및 직접 전압 제어를 위해, 하나 이상의 척킹 전극들(228)은 음의 펄스형 DC 전원(258)에 결합된다. 음의 펄스형 DC 전원(258)은 시스 굽힘을 보정하고 기판(122)에 걸쳐 실질적으로 평평한 시스 프로파일을 유지하기 위한 전력 프로파일을 제공하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 척킹 전극들(228)은 에지 링(210)의 바닥으로부터 0.3㎜ 미만으로 배치되어 에지 링(210)에 대한 음의 펄스형 DC 전력의 효율적인 결합을 제공한다. 일부 실시예들에서, 세라믹 플레이트(152)의 하나 이상의 전극들(154)은 음의 펄스형 DC 전원(266)에 결합된다. 음의 펄스형 DC 전원(266)은 음의 펄스형 DC 전원(258)과는 독립적으로, 시스 굽힘을 보정하고 기판(122)에 걸쳐 실질적으로 평평한 시스 프로파일을 유지하기 위한 전력 프로파일을 제공하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 추가 시스 제어를 위해 바이어스 전력 공급부(117)와 독립적으로 RF 전원(264)이 하나 이상의 척킹 전극들(228)에 결합되어 세라믹 링(187)에 RF 바이어스 전력을 제공한다.
[0030] 세라믹 링(187)은 세라믹 링(187)에 매립된 가열 엘리먼트(219)를 포함한다. 가열 엘리먼트(219)는 전원(268)(예컨대, AC 전원)에 결합되어 가열 엘리먼트(219)를 가열한다. 일부 실시예들에서, 온도 프로브가 세라믹 링(187) 내에 매립되거나 아니면 세라믹 링(187)에 결합되어, 전원(268)에 의해 가열 엘리먼트(219)에 인가되는 전력을 제어함으로써 세라믹 링(187)의 온도를 모니터링하고 제어한다. 일부 실시예들에서, 척킹 전극(228)은 제1 면(244)과 가열 엘리먼트(219) 사이에 배치된다. 일부 실시예들에서, 가열 엘리먼트(246)가 세라믹 플레이트(152)에 매립되어 세라믹 플레이트(152)를 가열한다. 가열 엘리먼트(246)는 전원(268) 또는 다른 전원에 결합될 수 있다. 세라믹 링(187)은 아킹을 방지하도록 세라믹 플레이트(152)로부터 이격된다.
[0031] 일부 실시예들에서, 반경 방향 내측 부분(208)의 외경은 세라믹 플레이트(152)의 외경과 실질적으로 동일하다. 일부 실시예들에서, 제1 면으로부터 제2 면까지의 세라믹 링(187)의 두께는 유리하게는, 제1 면으로부터 제2 면까지의 세라믹 플레이트(152)의 두께보다 더 두꺼워, 개별 RF 전력이 척킹 전극(228)에 인가될 때 기판에 대한 시스의 전역적 영향을 감소시킨다. 일부 실시예들에서, 반경 방향 내측 부분(208)은 더 두꺼운 세라믹 링(187)을 위한 공간을 제공하거나 에지 링(210)을 위한 공간을 제공하도록 반경 방향 외측 부분(218)에 대해 상승된다.
[0032] 세라믹 링(187) 및 세라믹 플레이트(152)는 냉각 플레이트(136)에 결합되어 세라믹 링(187) 및 세라믹 플레이트(152)의 온도를 제어한다. 일부 실시예들에서, 냉각 플레이트(136)는 전기 전도성 재료, 예를 들어 알루미늄(Al)으로 만들어진다. 냉각 플레이트(136)는 세라믹 플레이트(152)의 제2 면(224) 및 세라믹 링(187)의 제2 면(226)에 결합된다. 일부 실시예들에서, 냉각 플레이트(136)는 절연체 플레이트(286) 상에 놓인다. 일부 실시예들에서, 절연체 플레이트(286)는 알루미늄 산화물(Al2O3) 또는 PPS(polyphenylene sulfide)로 만들어진다.
[0033] 냉각 플레이트(136)는 반경 방향 내측 부분(208) 및 반경 방향 외측 부분(218)을 포함한다. 반경 방향 내측 부분(208)과 반경 방향 외측 부분(218) 사이에 열 차단부(275)가 배치되어 냉각 플레이트(136)의 이중 가열 구역들을 제공한다. 일부 실시예들에서, 열 차단부(275)는 냉각 플레이트(136)의 상부 표면으로부터 냉각 플레이트(136)의 상부 표면과 냉각 플레이트(136)의 하부 표면 사이의 위치까지 연장되는 환형 채널을 포함한다. 반경 방향 내측 부분(208)은 제1 냉각제 채널들(242)을 포함한다. 제1 냉각제 채널들(242)은 제1 온도를 갖는 냉각제를 제1 냉각제 채널들(242)을 통해 유동시켜 세라믹 플레이트(152)를 냉각시키도록 구성된다. 반경 방향 외측 부분(218)은 반경 방향 외측 부분(218)에 제2 냉각제 채널들(252)을 포함하며, 제2 냉각제 채널들(252)은 제2 온도를 갖는 냉각제를 제2 냉각제 채널들(252)을 통해 순환시켜 세라믹 링(187)을 냉각시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 제1 온도는 제2 온도보다 낮다. 일부 실시예들에서, 제1 냉각제 채널들(242)은 제2 냉각제 채널들(252)과 유체 독립적이다. 일부 실시예들에서, 열 차단부(275)는, 반경 방향 내측 부분(208)과 반경 방향 외측 부분(218) 사이의 증가된 열적 분리를 위해, 냉각 플레이트(136)의 상부 표면으로부터 제1 냉각제 채널들(242) 및 제2 냉각제 채널(252)을 넘어선 위치까지 연장된다.
[0034] 제1 냉각제 채널들(242) 및 제2 냉각제 채널들(252)은 이러한 채널들을 통해 냉각제를 재순환시키도록 구성된 냉각기(272)에 결합된다. 일부 실시예들에서, 세라믹 링(187)은 냉각 플레이트(136)의 반경 방향 내측 부분(208)으로부터 이격되어, 이들 사이의 열적 결합을 방지한다. 일부 실시예들에서, 세라믹 플레이트(152)는 냉각 플레이트(136)의 반경 방향 외측 부분(218)으로부터 이격되어, 이들 사이의 열적 결합을 방지한다.
[0035] 일부 실시예들에서, 세라믹 플레이트(152)와 냉각 플레이트(136)의 반경 방향 내측 부분(208) 사이에 접합 층(230)이 배치된다. 접합 층(230)은 반경 방향 내측 부분(208)과 세라믹 플레이트(152) 사이에 개선된 열적 결합을 제공하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 접합 층(230)은 실리콘을 포함한다. 일부 실시예들에서, 접합 층(230)은 약 0.1㎜ 내지 약 0.4㎜의 두께를 갖는다. 일부 실시예들에서, 접합 층(230)은 약 0.2W/mK 내지 약 1.2W/mK의 열 전도율을 갖는다. 일부 실시예들에서, 세라믹 링(187)과 반경 방향 외측 부분(218) 사이에 접합 층(262)이 배치된다. 일부 실시예들에서, 접합 층(262)은 접합 층(230)과 유사하다.
[0036] 일부 실시예들에서, o-링(250)이 세라믹 플레이트(152)와 세라믹 링(187) 사이에 배치되어, 후면 가스에 대한 밀폐부를 제공하고, 플라즈마(102)가 접합 층(262) 및 접합 층(230)을 부식시키는 것에 대한 밀폐부를 제공한다. 일부 실시예들에서, o-링(250)은 세라믹 링(187)의 상부 내측 노치(notch)에 배치된다. 일부 실시예들에서, o-링(260)이 세라믹 링(187)과 냉각 플레이트(136) 사이에 배치되어, 후면 가스에 대한 밀폐부를 제공하고 플라즈마(102)가 접합 층(262)을 부식시키는 것에 대한 밀폐부를 제공한다. 일부 실시예들에서, o-링(260)은 세라믹 링(187)의 하부 외측 노치 또는 냉각 플레이트(136)의 상부 외측 노치 중 적어도 하나에 배치된다.
[0037] 일부 실시예들에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 가스 분배 채널들(138)은 반경 방향 외측 부분(218)의 바닥으로부터 절연체 플레이트(286), 냉각 플레이트(136)의 반경 방향 내측 부분(208), 및 세라믹 플레이트(152)를 통해 세라믹 플레이트(152)의 제1 면(216) 또는 최상부 표면까지 연장되는 제1 가스 채널(238)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 가스 분배 채널들(138)은 절연체 플레이트(286)를 통해, 냉각 플레이트(136)의 반경 방향 외측 부분(218)을 통해, 그리고 세라믹 링(187)을 통해 세라믹 링(187)의 제1 면(244)까지 연장되는 제2 가스 채널(256)을 포함한다. 제1 가스 채널(238) 및 제2 가스 채널(256)은, 세라믹 플레이트(152) 및 세라믹 링(187)의 최상부 표면에 각각 질소(N) 또는 헬륨(He)과 같은 후면 가스를 제공하여 열 전달 매체로서 작용하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 제1 가스 채널(238) 및 제2 가스 채널(256)은 기판(122) 및 에지 링(210)에 대한 독립적인 온도 제어를 제공하도록 기판 지지부(124) 내에서 유체 독립적이다.
[0038] 도 3은 본 개시내용의 적어도 일부 실시예들에 따른 기판 지지부의 개략적인 부분 측면도를 도시한다. 일부 실시예들에서, 바이어스 전력 공급부(117)는 선택적으로, 도관(312)을 통해 세라믹 플레이트(152)의 하나 이상의 전극들(154)에 전기적으로 결합되어 RF 전력을 하나 이상의 전극들(154)에 제공한다. 일부 실시예들에서, 바이어스 전력 공급부(117)는 제1 RF 소스(310) 및 제2 RF 소스(320)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 RF 소스(310)는 제2 RF 소스(320)에 의해 제공되는 RF 전력의 제2 주파수와 상이한 제1 주파수로 RF 전력을 제공한다. 제1 RF 소스(310) 및 제2 RF 소스(320)는 정합 네트워크(316)에 결합된다. 일부 실시예들에서, 정합 네트워크(316)는, 일부 실시예들에서 제1 RF 소스(310)와 제2 RF 소스(320)의 임피던스의 정합을 조정하도록 구성되는 RF 정합 네트워크(116)이다. 일부 실시예들에서, 정합 네트워크(316)는 제1 RF 소스(310) 및 제2 RF 소스(320)로부터의 RF 전력을 세라믹 플레이트(152) 및 세라믹 링(187) 각각으로 분할하도록 구성된다. 제어기(330)가 정합 네트워크(316)에 결합되어 제1 RF 소스(310) 및 제2 RF 소스(320)로부터의 전력의 분배를 제어한다. 일부 실시예들에서, 정합 네트워크들(316) 및/또는 제어기(330)는 CPU(central processing unit), 복수의 지원 회로들 및 메모리를 포함한다.
[0039] 도 4는 본 개시내용의 적어도 일부 실시예들에 따른 기판 지지부의 단순화된 개략적인 부분 측면도를 도시한다. 일부 실시예들에서, 제2 세라믹 링(410)이 에지 링(210) 주위에 배치된다. 일부 실시예들에서, 제2 세라믹 링(410)은 석영으로 만들어진다. 일부 실시예들에서, 제2 세라믹 링(410)은 세라믹 링(187)과 에지 링(210) 모두의 주위에 배치된다. 일부 실시예들에서, 제2 세라믹 링(410)은 제3 세라믹 링(420) 상에 놓인다. 제3 세라믹 링(420)은 냉각 플레이트(136) 주위에 배치된다. 일부 실시예들에서, 제3 세라믹 링(420)은 석영으로 만들어진다. 일부 실시예들에서, 세라믹 링(187)은 에지 링(210)을 상승 또는 하강시키도록 리프트 핀들(109)을 수용하기 위한 관통 홀들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제3 세라믹 링(420)은 챔버(100)로부터의 제거의 편의를 위해 제2 세라믹 링(410) 또는 에지 링(210) 중 적어도 하나를 상승 또는 하강시키기 위한 액추에이터(430)에 결합된다. 일부 실시예들에서, 제2 세라믹 링(410)은 에지 링(210)이 놓이는 내측 립(lip)(406)을 포함한다. 이러한 실시예들에서, 제3 세라믹 링(420)은 상승될 때, 제2 세라믹 링(410)과 에지 링(210) 모두를 일제히 상승시킨다.
[0040] 전술한 내용은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 기본 범위를 벗어나지 않으면서 본 개시내용의 다른 실시예들 및 추가 실시예들이 안출될 수 있다.

Claims (20)

  1. 기판 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 기판 지지부로서,
    기판을 지지하도록 구성된 제1 면 및 상기 제1 면 반대편의 제2 면을 갖는 세라믹 플레이트 ― 상기 세라믹 플레이트는 상기 세라믹 플레이트에 매립된 전극을 포함함 ―;
    상기 세라믹 플레이트 주위에 배치되며 제1 면 및 상기 제1 면 반대편의 제2 면을 갖는 세라믹 링 ― 상기 세라믹 링은 상기 세라믹 링에 매립된 가열 엘리먼트 및 척킹 전극을 포함함 ―; 및
    상기 세라믹 플레이트의 제2 면 및 상기 세라믹 링의 제2 면에 결합된 냉각 플레이트를 포함하며,
    상기 냉각 플레이트는 반경 방향 내측 부분, 반경 방향 외측 부분, 및 상기 반경 방향 내측 부분과 상기 반경 방향 외측 부분 사이에 배치된 열 차단부(thermal break)를 포함하는,
    기판 지지부.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 반경 방향 내측 부분은 상기 반경 방향 외측 부분에 대해 상승되는,
    기판 지지부.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 세라믹 링은 상부 내측 노치(notch)를 포함하고,
    상기 상부 내측 노치는 상기 세라믹 링과 상기 세라믹 플레이트 사이에 밀폐부를 제공하기 위한 o-링을 포함하는,
    기판 지지부.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트의 반경 방향 내측 부분의 외경은 상기 세라믹 플레이트의 외경과 실질적으로 동일한,
    기판 지지부.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 면으로부터 상기 제2 면까지의 상기 세라믹 링의 두께는 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면까지의 상기 세라믹 플레이트의 두께보다 더 큰,
    기판 지지부.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 열 차단부는 상기 냉각 플레이트의 상부 표면으로부터 상기 냉각 플레이트의 하부 표면을 향해 연장되는 환형 채널을 포함하는,
    기판 지지부.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 링과 상기 냉각 플레이트 사이에 배치된 접합 층을 더 포함하는,
    기판 지지부.
  8. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 링 상에 배치된 에지 링을 더 포함하는,
    기판 지지부.
  9. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 플레이트를 통해 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면까지 연장되는 제1 가스 채널을 더 포함하는,
    기판 지지부.
  10. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 링의 제1 면으로부터 상기 제2 면까지 연장되는 제2 가스 채널을 더 포함하는,
    기판 지지부.
  11. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 플레이트에 매립된 가열 엘리먼트; 및
    상기 세라믹 링 상에 배치된 에지 링을 더 포함하는,
    기판 지지부.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트는 냉각제를 순환시키도록 구성된 제1 냉각제 채널들을 상기 반경 방향 내측 부분에 그리고 냉각제를 순환시키도록 구성된 제2 냉각제 채널들을 상기 반경 방향 외측 부분에 포함하며,
    상기 제1 냉각제 채널들은 상기 제2 냉각제 채널들로부터 유체 독립적인,
    기판 지지부.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 세라믹 링과 상기 에지 링 모두의 주위에 배치된 제2 세라믹 링을 더 포함하는,
    기판 지지부.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 세라믹 링을 지지하기 위한 제3 세라믹 링을 더 포함하며,
    상기 제3 세라믹 링은 상기 제3 세라믹 링이 상승될 때 상기 제2 세라믹 링 및 상기 에지 링을 상승시키도록 구성되는,
    기판 지지부.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 세라믹 링의 제1 면 또는 상기 에지 링의 하부 표면 중 적어도 하나는 상기 에지 링과 상기 세라믹 링 사이의 열적 결합을 향상시키도록 구성된 표면 윤곽(contouring)을 포함하는,
    기판 지지부.
  16. 프로세스 챔버로서,
    챔버 본체 ― 상기 챔버 본체의 내부 볼륨 내에는 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항의 기판 지지부가 배치됨 ―; 및
    상기 세라믹 플레이트의 온도와 관계없이 상기 세라믹 링의 온도를 제어하도록 상기 가열 엘리먼트에 결합된 전원을 포함하는,
    프로세스 챔버.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 세라믹 링은 상기 세라믹 링에 매립된 척킹 전극을 포함하고,
    상기 세라믹 플레이트는 상기 세라믹 플레이트에 매립된 전극을 포함하는,
    프로세스 챔버.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 척킹 전극은 음의 펄스형 DC 전원에 결합되는,
    프로세스 챔버.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 척킹 전극은 RF 전원에 결합되는,
    프로세스 챔버.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 세라믹 플레이트의 전극 및 상기 세라믹 링의 척킹 전극에 결합된 정합 네트워크를 더 포함하는,
    프로세스 챔버.
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