KR20230088492A - 콜드 에지 (Cold Edge) 저온 정전 척 - Google Patents

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KR20230088492A
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암바리쉬 차트리
패트릭 청
댄 마롤
크레이그 에이. 로스리
데이비드 에이. 세튼
모함메드 소하일 샤이크
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

정전 척이 제공된다. 일 예에서, 정전 척은 베이스 플레이트, 베이스 플레이트 위에 배치된 본딩 층, 세라믹 플레이트, 및 히터를 포함한다. 세라믹 플레이트는 본딩 층 위에 배치된 (dispose) 하단 표면 및 기판을 지지하기 위한 상승된 상단 표면을 포함한다. 상승된 상단 표면은 외경을 포함한다. 히터는 세라믹 플레이트의 하단 표면과 본딩 층 사이에 배치된다. 히터 엘리먼트는 내측 가열 엘리먼트 및 외측 가열 엘리먼트를 포함한다. 내측 가열 엘리먼트는 세라믹 플레이트의 하단 표면에 인접한 중심 원형 영역에 배치되고 외측 가열 엘리먼트는 중심 원형 영역을 둘러싸는 환형 영역 내에 배치되며 세라믹 플레이트의 하단 표면에 인접하다. 외측 가열 엘리먼트의 외경은 세라믹 플레이트의 연중 히터 셋백 영역으로부터 인셋된다 (inset). 환형 히터 셋백 영역은 상승된 상단 표면의 외경과 외측 가열 엘리먼트의 외경 사이에 있다. 베이스 플레이트는 복수의 냉각 채널들을 포함한다. 복수의 냉각 채널들은 내측 가열 엘리먼트 아래, 외측 가열 엘리먼트 아래, 그리고 환형 히터 셋백 영역 아래에 배치된다. 복수의 냉각 채널들 각각은 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 영역 내 열 전도성 냉각을 유발하기 위해 냉각 유체를 흘리도록 구성된다.

Description

콜드 에지 (Cold Edge) 저온 정전 척
본 실시 예들은 반도체 제조에 관한 것이고, 더 구체적으로, 플라즈마 프로세스 챔버들에서 사용되는 정전 척에 의해 지지될 때 웨이퍼 표면들에 제공된 온도를 제어하기 위한 정전 척 구조들 및 방법들에 관한 것이다.
관련 기술의 기술 (description)
플라즈마 에칭 프로세스들과 같은 많은 최신 반도체 칩 제조 프로세스들은 기판, 예를 들어, 웨이퍼가 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 상에서 지지되는 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 수행된다. 플라즈마 에칭 프로세스들에서, 웨이퍼는 플라즈마 프로세싱 볼륨 내에서 생성된 플라즈마에 노출된다. 플라즈마는 양이온 및 음이온뿐만 아니라 다양한 타입들의 라디칼들을 포함한다. 다양한 라디칼들, 양이온들, 및 음이온들의 화학적 반응들은 웨이퍼의 피처들, 표면들, 및 재료들을 에칭하도록 사용된다.
일부 경우들에서, 플라즈마 에칭 프로세싱 동작들 동안 웨이퍼의 온도 제어는 프로세싱된 웨이퍼의 결과 (outcome) 에 영향을 줄 수 있는 일 인자 (factor) 이다. 예를 들어, 에칭 동작들 동안, 프로세스 조건들은 에칭 레이트에 영향을 주는 웨이퍼 상에 많은 열을 생성할 수도 있고 웨이퍼 상에 형성된 피처들의 불균일도를 유발할 수도 있다. 플라즈마 에칭 프로세싱 동작 동안 웨이퍼 온도의 더 우수한 제어를 제공하기 위해, 프로세싱된 웨이퍼의 품질을 개선하고 시스템의 전체 비용 및 동작 비용들을 감소시키기 위한 더 우수한 온도 제어를 제공할 수 있는 ESC 설계들이 필요하다.
이 맥락에서 본 발명들의 실시 예들이 발생한다.
본 개시의 구현 예들은 플라즈마 에칭 프로세싱 동안 플라즈마 프로세스 챔버의 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 상에 지지될 때 웨이퍼들의 온도 변동들을 제어하기 위한 디바이스들, 방법들 및 시스템들을 포함한다. 일부 실시 예들에서, ESC는 베이스 플레이트, 베이스 플레이트 위에 배치된 본딩 층, 본딩 층 위에 배치된 세라믹 플레이트, 및 세라믹 플레이트와 본딩 층 사이에 포지셔닝된 히터를 포함한다. 일 실시 예에서, 베이스 플레이트는 세라믹 플레이트의 그리고 또한 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 (setback) 영역 내 열 전도성 냉각을 유발하는 냉각 유체를 흘리도록 구성되는 복수의 냉각 채널들을 포함한다.
또 다른 실시 예에서, 본딩 층은 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 영역의 열 전도성 냉각을 용이하게 하는 것을 도울 수 있는 얇거나 감소된 두께를 갖도록 구성된다. 그 결과, 깊고 넓은 냉각 채널들을 갖는 베이스 플레이트 및 감소된 두께를 갖는 본딩 층은 높은 열 전달 계수를 발생시킬 수도 있고, 이는 결국 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 내 열 전도성 냉각의 증가를 유발한다. 일 실시 예에서, "콜드 에지 (cold edge)"에 대한 참조는 환형 히터 셋백의 온도가 내측 히터 및 외측 히터 아래에 놓인 세라믹 척의 다른 부분들의 온도보다 더 낮거나 더 저온 (cold) 설계된다 (engineer) 는 것을 의미한다.
환형 히터 셋백의 구조적 구성에 의해, 웨이퍼의 에지를 따른 온도는 웨이퍼의 중심을 향해 연장하는 웨이퍼의 다른 영역들보다 더 낮은 온도로 유지될 수 있다. 예로서, 환형 히터 셋백의 시작 시, 더 낮은 온도는 히터 위에 놓인 영역들보다 약 2 내지 3 ℃더 낮게 제어될 수도 있고, 그리고 온도는 히터 위에 놓인 영역들에 비해, 환형 히터 셋백의 외경에서 최대 약 10 ℃ 또는 그 이상 더 감소될 수도 있다.
일 실시 예에서, 히터는 ESC에 2 개의 온도 존들 (예를 들어, 환형 영역 온도 존, 및 중심 원형 영역 온도 존) 을 제공하도록 구성된 내측 가열 엘리먼트 및 외측 가열 엘리먼트를 포함할 수도 있다. 따라서, 웨이퍼의 프로세싱 동안, 콜드 에지 온도 영역은 웨이퍼의 에지들을 따라 웨이퍼의 온도 냉각을 제어하는 것을 돕고 웨이퍼 상에 형성된 피처들의 프로파일 및 에칭 레이트를 개선하는 것을 돕도록 웨이퍼를 목표된 온도로 유지한다. 이하에 기술될 바와 같이, 콜드 에지에 의해 제공된 냉각의 양은 가변할 수도 있고 그리고 칠러 (chiller) 의 칠러 설정점 (set point) 에 대한 변화들을 프로그래밍함으로써 제어 가능하게 조정될 수 있다.
일 실시 예에서, 본질적으로 (in nature) 매우 발열성인 실리콘 에칭을 위해 신속한 교번 프로세스를 필요로 하는 에칭 프로세스가 실행될 수도 있다. 프로세스 조건들은 에칭 레이트 및 프로파일에 영향을 주는 많은 열을 웨이퍼 상에 생성한다. 웨이퍼 표면의 다른 부분들에 비해 감소된 온도로 웨이퍼 에지를 유지하는 것이 웨이퍼 상의 에칭 레이트 및 균일도를 개선하는 것을 보조한다는 것이 관찰되었다. 일부 경우들에서, 에칭 레이트 및 균일도의 이러한 개선은 에칭된 피처들의 하단 임계 치수 (critical dimension; CD) 프로파일들에 대한 엄격한 요건들을 충족시키기 위해 필요하다. 이 맥락에서, 하단 CD는 에칭 피처의 하단 영역 근방의 에칭 동안 생성된 에칭 프로파일을 지칭한다. 웨이퍼의 에지의 온도를 낮춤으로써, 웨이퍼의 에지 근방 또는 주변에 형성된 피처들의 하단 CD는 웨이퍼의 다른 부분들에, 즉 에지 영역으로부터 이격되어 형성된 피처들과 유사한 프로파일을 유지한다는 것이 관찰되었다. 그 결과, 에칭 균일도의 개선들이 달성된다.
상기 언급된 바와 같이, 웨이퍼의 콜드 에지의 더 낮은 온도는 ESC 설계의 구조적 발전들 (advances) 의 조합에 의해 용이해진다. 일반적으로 말하면, 일 구조적 피처는 외측 히터가 환형 히터 셋백에 걸쳐서 연장하는 것을 유지하고, 일 구조적 피처는 베이스 플레이트와 세라믹 플레이트 사이의 본딩 층의 두께를 감소시키고, 또 다른 구조적 피처는 본딩 층과 냉각 채널들 사이의 베이스 플레이트 내의 재료의 두께를 감소시킨다. 집합적으로, 이들 구조적 피처들은 환형 히터 셋백으로 추가적인 냉각을 전달하는 것을 보조하는 한편, 여전히 중심 원형 영역 온도 존 및 환형 영역 온도 존에 가열을 제공한다.
유리하게, ESC의 구조는 환형 히터 셋백 영역의 온도를 제어하는 것, 즉, 칠러 설정점에 의해 제어된 칠러를 사용하여 냉각 유체를 흘림으로써 다른 존들보다 더 저온 (cooler) 유지하는 것을 제공한다. 환형 히터 셋백 영역에서 온도를 더 제어하기 위해, 칠러 설정점의 온도를 조정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 환형 히터 셋백 영역이 더 차가워야 한다면, 칠러 설정점은 더 저온 온도들로 흐르도록 설정될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 칠러는 대부분의 웨이퍼 아래의 냉각 채널들에서 냉각 유체를 흘리기 때문에, 냉각이 냉각 유체에 의해 증가된다면 히터 온도들을 상승시키는 것이 가능하다. 이는 웨이퍼 표면의 다른 부분들을 일정하게 유지하면서 콜드 에지를 냉각하는 것을 허용한다.
추가 이점으로서, 2 개의 히터들만 갖는 ESC의 구조는 3 개 이상의 온도 존들을 달성하기 위해 더 많은 히터들을 필요로 하는 다른 설계들의 복잡성을 감소시킨다. 히터들의 수를 감소시키는 것은 부가된 교류 (alternating current; AC) 박스들, 제어 시스템들 및 히터 RF 필터들과 연관된 비용들을 감소시키는 것을 더 보조한다.
일 실시 예에서, ESC가 개시된다. ESC는 베이스 플레이트, 베이스 플레이트 위에 배치된 본딩 층, 세라믹 플레이트, 및 히터를 포함한다. 세라믹 플레이트는 본딩 층 위에 배치된 (dispose) 하단 표면 및 기판을 지지하기 위한 상승된 상단 표면을 포함한다. 상승된 상단 표면은 외경을 포함한다. 히터는 세라믹 플레이트의 하단 표면과 본딩 층 사이에 배치된다. 히터는 내측 가열 엘리먼트 및 외측 가열 엘리먼트를 포함한다. 내측 가열 엘리먼트는 세라믹 플레이트의 하단 표면에 인접한 중심 원형 영역에 배치되고 (arrange) 외측 가열 엘리먼트는 중심 원형 영역을 둘러싸는 환형 영역 내에 배치되며 세라믹 플레이트의 하단 표면에 인접하다. 외측 가열 엘리먼트의 외경은 세라믹 플레이트의 연중 히터 셋백 영역으로부터 인셋된다 (inset). 환형 히터 셋백 영역은 상승된 상단 표면의 외경과 외측 가열 엘리먼트의 외경 사이에 있다. 베이스 플레이트는 복수의 냉각 채널들을 포함한다. 복수의 냉각 채널들은 내측 가열 엘리먼트 아래, 외측 가열 엘리먼트 아래, 그리고 환형 히터 셋백 영역 아래에 배치된다. 복수의 냉각 채널들 각각은 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 영역 내 열 전도성 냉각을 유발하기 위해 냉각 유체를 흘리도록 구성된다.
또 다른 실시 예에서, 정전 척의 영역을 열적으로 냉각하기 위한 방법이 개시된다. 정전 척은 세라믹 플레이트 및 베이스 플레이트를 포함한다. 방법은 베이스 플레이트와 세라믹 플레이트 사이에 내측 가열 엘리먼트 및 외측 가열 엘리먼트를 제공하는 단계를 포함한다. 외측 가열 엘리먼트는 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 영역으로부터 이격되어 포지셔닝된다. 방법은 베이스 플레이트에 배치된 복수의 냉각 채널들을 따라 냉각 유체를 흘리는 단계를 포함하고, 복수의 냉각 채널들 중 적어도 하나는 환형 히터 셋백 영역 아래에 배치되고, 냉각 유체는 정전 척 위에 배치될 때 기판에 대한 콜드 에지 영역을 제공하도록 세라믹 플레이트의 환형 셋백 영역 내 열적 냉각을 유발하도록 구성된다. 방법은 외측 가열 엘리먼트 및 내측 가열 엘리먼트에 연결되는 AC 히터들을 활성화하는 단계를 포함한다. 방법은 설정점 온도에서 동작하도록 칠러를 활성화하는 단계를 포함한다. 칠러를 활성화하는 단계는 환형 히터 셋백 영역을 열적으로 냉각하도록 냉각 유체의 플로우를 제어하도록 구성되고, 외측 가열 엘리먼트는 환형 가열 셋백 영역 내로 연장하지 않는다.
본 개시의 다른 양태들 및 이점들은 예로서 본 개시의 원리들을 예시하는, 첨부된 도면들과 함께 취해진 이하의 상세한 기술로부터 자명해질 것이다.
본 개시는 첨부된 도면들과 함께 취해진 이하의 기술을 참조하여 더 잘 이해될 수도 있다.
도 1a는 본 개시의 구현 예에 따른, 에칭 동작들을 위해 활용된 용량 커플링 플라즈마 (capacitive coupled plasma; CCP) 프로세싱 시스템의 일 실시 예를 예시한다.
도 1b는 본 개시의 구현 예에 따른, 유도 커플링 플라즈마 (inductively coupled plasma; ICP) 프로세싱 시스템의 일 예를 예시한다.
도 2a는 본 개시의 구현 예에 따른, 플라즈마 프로세싱 시스템의 챔버 내에서 웨이퍼를 지지하기 위한 정전 척의 일 실시 예를 예시한다.
도 2b는 본 개시의 구현 예에 따른, 도 2a에 도시된 정전 척의 단면 A-A를 예시한다.
도 3a는 본 개시의 구현 예에 따른, 칠러에 의한 열 전도성 냉각 동안 도 2b에 도시된 정전 척의 섹션의 확대된 부분도를 예시한다.
도 3aa은 본 개시의 일 구현 예에 따른, 세라믹 플레이트의 온도 영역들 및 대응하는 온도 전이 존의 온도 플롯을 예시한다.
도 4는 본 개시의 구현 예에 따른, 도 2b에 도시된 정전 척의 섹션의 확대된 부분도를 예시한다.
도 5a는 본 개시의 구현 예에 따른, 내측 가열 엘리먼트 및 외측 가열 엘리먼트의 평면도의 일 실시 예를 예시한다.
도 5b는 본 개시의 구현 예에 따른, 정전 척 내의 다양한 온도 존들을 도시하는 정전 척의 평면도의 일 실시 예를 예시한다.
도 5c는 본 개시의 구현 예에 따른, 정전 척의 열 전달 시뮬레이션 결과들을 도시하는 정전 척의 평면도의 일 실시 예를 예시한다.
도 6은 본 개시의 구현 예에 따른, 도 1a의 제어 시스템의 예시적인 개략도를 도시한다.
이하의 본 개시의 구현 예들은 플라즈마 에칭 프로세싱 동안 플라즈마 프로세스 챔버의 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 상에 지지될 때 웨이퍼들의 온도 변동들을 제어하기 위한 디바이스들, 방법들 및 시스템들을 제공한다. ESC는 ESC의 세라믹 플레이트의 다양한 영역들을 따른 열을 감소시키고 제어하도록 열 전도성 냉각을 용이하게 하는 것을 돕도록 구성된 다양한 구조적 피처들을 포함한다. 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 (setback) 영역과 같은 세라믹 플레이트를 따른 열을 감소시키고 제어함으로써, 콜드 에지 (cold edge) 온도 영역이 플라즈마 에칭 프로세싱 동안 웨이퍼에 제공될 수 있다. 따라서, 콜드 에지 온도 영역은 에지들을 따라 웨이퍼의 온도를 제어하는 것을 돕고 에칭된 피처들의 에칭 레이트 및 프로파일을 개선하는 것을 돕도록 목표된 온도로 유지한다.
일부 현재 ESC들은 세라믹 플레이트의 주변 영역을 따른 높은 열 전도성 냉각을 위해 최적화되지 않을 수도 있다. 이는 에칭 프로세싱 동안 웨이퍼들의 에지를 따라 바람직하지 않은 고온을 발생시킬 수도 있고, 이는 에칭 성능 및 프로세싱된 웨이퍼들의 프로파일에 부정적으로 영향을 줄 수 있다. 또한, 일부 ESC들은 온도 존들을 달성하기 위해 더 많은 수의 히터들 및 컴포넌트들 (예를 들어, AC 박스들, 제어 시스템들, 히터 RF 필터들, 등) 을 필요로 하는 3 개 이상의 온도 존들을 갖도록 설계될 수도 있다. 이는 ESC를 동작시키고 온도 존들을 달성하기 위해 필요한 더 많은 수의 컴포넌트들이 있기 때문에 더 높은 시스템 및 동작 비용들을 발생시킬 수도 있다.
이 문제들의 관점에서, 일 개시된 실시 예는 세라믹 플레이트의 그리고 또한 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 영역 내 높은 열 전도성 냉각을 용이하게 하도록 최적화된 다양한 구조적 피처들을 갖는 ESC를 포함한다. 일 실시 예에서, ESC는 세라믹 플레이트의 그리고 또한 ESC의 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 영역의 열 전도성 냉각을 유발하는 냉각 유체를 흘리도록 구성되는 복수의 냉각 채널들을 갖는 베이스 플레이트를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 복수의 냉각 채널들은 직사각형 형상일 수도 있고, 세라믹 플레이트의 다양한 영역들 내 열 전도성 냉각을 용이하게 하도록 도울 수 있는 냉각 유체가 흐르도록 최적의 콘택트 표면적을 갖도록 구성된 특정한 폭 및 높이를 가질 수도 있다.
또 다른 실시 예에 따라, ESC는 베이스 플레이트 위에 배치된 본딩 층을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 본딩 층은 얇아지거나 감소된 두께를 갖도록 최적화되고, 이는 높은 열 전달 계수를 발생시키고, 이는 결국 베이스 플레이트로부터 세라믹 플레이트의 다양한 영역들로의 열 전도성 냉각을 용이하게 한다.
또 다른 실시 예에 따라, ESC는 내측 가열 엘리먼트 및 외측 가열 엘리먼트를 갖는 히터를 포함한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 내측 가열 엘리먼트 및 외측 가열 엘리먼트는 ESC에 임베딩된 (embed) 전도성 와이어들이고 전력은 AC 히터들로부터 가열 엘리먼트들로 공급된다. 내측 가열 엘리먼트 및 외측 가열 엘리먼트는 임의의 형상일 수 있고 목표된 가열 영역 요건들을 충족시키기 위해 임의의 경로를 형성하도록 구성될 수 있다. 가열 엘리먼트들은 세라믹 플레이트의 하단 표면과 본딩 층 사이에 배치되고 ESC의 2 개의 온도 존들 (예를 들어, 중심 원형 영역 온도 존, 환형 영역 온도 존) 을 생성하도록 구성된다. 일 실시 예에서, 히터 엘리먼트의 외측 가열 엘리먼트는 외측 가열 엘리먼트가 베이스 플레이트 내의 냉각 유체의 플로우에 의해 유발된 열 전도성 냉각을 간섭하지 않도록 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 영역 아래에서 연장하지 않는다. 일 실시 예에서, 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 영역은 웨이퍼에 대한 콜드 에지 온도 영역을 생성하도록 냉각 유체의 플로우에 의한 열 전도성 냉각에 의존한다.
상기 개요와 함께, 다음은 본 개시의 이해를 용이하게 하도록 제공된 도면들에 기초하여 몇몇 예시적인 실시 예들을 제공한다.
본 명세서에 개시된 ESC (102) 는 임의의 수의 플라즈마 프로세싱 챔버들에서 사용될 수도 있다. 이들은 용량 커플링 플라즈마 (capacitive coupled plasma; CCP) 프로세싱 시스템들뿐만 아니라 유도 커플링 플라즈마 (inductively coupled plasma; ICP) 프로세싱 시스템들을 포함한다.
도 1a는 에칭 동작들을 위해 활용된 CCP 프로세싱 시스템의 일 실시 예를 예시한다. CCP 프로세싱 시스템은 플라즈마 프로세스 챔버 (118), 제어 시스템 (122), RF 소스 (124), 펌프 (126), 및 플라즈마 프로세스 챔버 (118) 에 커플링된 하나 이상의 가스 소스들 (128) 을 포함한다. 플라즈마 프로세스 챔버 (118) 는 웨이퍼 (104) 를 지지하기 위한 ESC (102), 및 에지 링 (114) 을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 플라즈마 프로세스 챔버 (118) 는 플라즈마 (120) 를 한정하기 위한 한정 링들 (130), 및 챔버 벽 커버 (132) 를 포함할 수도 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, ESC (102) 는 플라즈마 프로세스 챔버 (118) 내에 위치된다. 일부 실시 예들에서, ESC (102) 는 세라믹 플레이트 (106), 본딩 층 (108), 베이스 플레이트 (110), 및 히터 (미도시) 를 포함한다. 세라믹 플레이트 (106) 는 프로세싱 동안 웨이퍼 (104) 를 지지하도록 구성되는 상승된 상단 표면을 포함할 수도 있다. 본딩 층 (108) 은 세라믹 플레이트 (106) 를 베이스 플레이트 (110) 에 고정하도록 구성된다. 본딩 층 (108) 은 또한 세라믹 플레이트 (106) 와 베이스 플레이트 (110) 사이의 열 차단부 (thermal break) 로서 작용한다. 일부 실시 예들에서, 베이스 플레이트 (110) 는 ESC (102) 의 동작을 지원하기에 충분한 전기 전도, 열 전도, 및 기계적 강도를 제공할 수 있는 알루미늄 재료 또는 임의의 다른 재료 또는 재료들의 조합으로 이루어질 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 베이스 플레이트 (110) 는 세라믹 플레이트 내 그리고 또한 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 (setback) 영역 내 열 전도성 냉각을 유발하기 위해 냉각 유체를 흘리도록 구성되는 복수의 냉각 채널들 (112) 을 포함한다. 일 실시 예에서, 히터는 세라믹 플레이트 (106) 와 본딩 층 (108) 사이에 배치된다. 일부 실시 예들에서, 히터는 세라믹 플레이트 내에 2 개의 온도 존들을 생성하도록 구성된 내측 가열 엘리먼트 및 외측 가열 엘리먼트를 포함한다. 일반적으로 말하면, ESC (102) 의 컴포넌트들의 구조적 특징들은 세라믹 플레이트 내 그리고 또한 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 영역 내 열 전도성 냉각을 유발하도록 함께 작동하도록 구성되고, 이는 결국 프로세싱 동안 웨이퍼 (104) 의 온도를 제어한다. ESC (102) 및 그 컴포넌트들의 구조적 피처들은 이하에 더 상세히 논의된다.
일부 실시 예들에서, 제어 시스템 (122) 은 CCP 프로세싱 시스템의 다양한 컴포넌트들을 제어하는 데 사용된다. 일 예에서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 제어 시스템 (122) 은 ESC (102), RF 소스 (124), 펌프 (126), 및 가스 소스들 (128) 에 연결될 수도 있다. 제어 시스템 (122) 은 CCP 프로세싱 시스템과 통신, 모니터링 및 제어하는 프로세서, 메모리, 소프트웨어 로직, 하드웨어 로직 및 입력 서브 시스템 및 출력 서브 시스템을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 제어 시스템 (122) 은 시스템을 동작시키기 위한 복수의 설정점들 (set points) 및 다양한 동작 파라미터들 (예를 들어, 전압, 전류, 주파수, 압력, 플로우 레이트, 전력, 온도, 등) 을 포함하는 하나 이상의 레시피들 (recipes) 을 포함한다.
도 1a에 더 예시된 바와 같이, 시스템은 다양한 튜닝 특성들을 달성하도록 사용될 수 있는 주파수들을 생성할 수 있는 단일 RF 소스 (124) 또는 복수의 RF 소스들을 포함할 수도 있다. 예시된 바와 같이, 단일 RF 소스 (124) 는 ESC (102) 에 연결되고 RF 신호를 ESC (102) 에 제공하도록 구성된다. 일 예에서, RF 소스는 약 27 ㎒ 내지 약 60 ㎒ 범위의 주파수들을 생성할 수도 있고, 약 50 W 내지 약 10 ㎾의 RF 전력을 가질 수도 있다. 또 다른 실시 예에서, 가스 소스 (128) 는 플라즈마 프로세스 챔버 (118) 에 연결되고 목표된 프로세스 가스(들)를 플라즈마 프로세스 챔버 (118) 내로 주입하도록 구성된다. RF 신호를 ESC (102) 에 제공하고 프로세스 가스를 챔버 (118) 내로 주입한 후, 플라즈마 (120) 가 상부 전극 (116) 과 ESC (102) 사이에 형성된다. 플라즈마 (120) 는 웨이퍼 (104) 의 표면을 에칭하도록 사용될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 펌프 (126) 는 플라즈마 프로세스 챔버 (118) 에 연결되고 동작 플라즈마 프로세싱 동안 플라즈마 프로세스 챔버 (118) 로부터 가스 부산물들의 제거 및 진공 제어를 인에이블하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 플라즈마 프로세스 챔버 (118) 는 ESC (102) 위에 배치된 상부 전극 (116) 을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 상부 전극 (116) 은 기준 접지 전위에 전기적으로 접속되거나 제 2 RF 소스 (미도시) 에 바이어스되거나 커플링될 수 있다.
도 1b는 ICP 프로세싱 시스템의 일 예를 예시한다. 일 구성에서, ICP 시스템은 또한 변압기 커플링 플라즈마 (transformer coupled plasma; TCP) 프로세싱 시스템으로 지칭된다. 시스템은 ESC (102), 유전체 윈도우 (134), 및 TCP 코일 (136) (내측 코일 (138) 및 외측 코일 (140)) 을 포함하는 플라즈마 프로세스 챔버 (118) 를 포함한다. ESC (102) 는 존재한다면 웨이퍼 (104) 를 지지하도록 구성된다.
일 실시 예에서, ESC (102) 는 세라믹 플레이트 (106), 본딩 층 (108), 베이스 플레이트 (110), 및 히터 (미도시) 를 포함한다. 본딩 층 (108) 은 세라믹 플레이트 (106) 를 베이스 플레이트 (110) 에 고정하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 베이스 플레이트 (110) 는 세라믹 플레이트의 그리고 또한 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 영역 내 열 전도성 냉각을 유발하기 위해 냉각 유체를 흘리도록 구성되는 복수의 냉각 채널들 (112) 을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 히터는 세라믹 플레이트 내에 2 개의 온도 존들을 생성하도록 구성된 내측 가열 엘리먼트 및 외측 가열 엘리먼트를 포함한다.
바이어스 RF 생성기 (141), 및 TCP 코일들 (136) 에 커플링된 RF 생성기 (142) 가 더 도시된다. 일 예시적인 챔버에서, RF 생성기 (142) 는 약 13.56 ㎒의 주파수에서 동작하고, 바이어스를 위한 바이어스 RF 생성기 (141) 는 약 400 ㎑에서 동작한다. 또한, 이 예에서, 공급된 전력은 약 6 ㎾까지 증가할 수도 있고, 일부 실시 예들에서, 전력은 10 ㎾까지 공급될 수도 있다. 도시된 바와 같이, 바이어스 매칭 회로 (144) 는 RF 생성기 (141) 와 ESC (102) 사이에 커플링된다. TCP 코일 (136) 은 내측 코일 (inner coil; IC) (138) 및 외측 코일 (outer coil; OC) (140) 에 대한 연결들을 포함하는 매칭 회로 (146) 를 통해 RF 생성기 (142) 에 커플링된다. 도시되지 않았지만, 일부 실시 예들에서, 펌프들은 동작 플라즈마 프로세싱 동안 챔버로부터 가스 부산물들의 진공 제어 및 제거를 인에이블하도록 플라즈마 프로세스 챔버 (118) 에 연결된다.
도 2a는 플라즈마 프로세싱 시스템의 챔버 내에서 웨이퍼 (104) 를 지지하기 위한 ESC (102) 의 일 실시 예를 예시한다. 도시된 바와 같이, ESC (102) 는 베이스 플레이트 (110), 베이스 플레이트 (110) 위에 배치된 본딩 층 (108) (미도시), 및 웨이퍼 (104) 를 지지하기 위해 상승된 상단 표면 (216) 을 갖는 본딩 층 (108) 위에 배치된 세라믹 플레이트 (106) 를 포함한다. 일 실시 예에서, 세라믹 플레이트 (106) 의 상승된 상단 표면 (216) 은 프로세싱 동안 웨이퍼 (104) 를 지지하도록 구성된 영역을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 세라믹 플레이트 (106) 의 상승된 상단 표면 (216) 은 프로세싱 동안 웨이퍼 (104) 를 지지하도록 구성되는, 최소 콘택트 면적 지점들로서 지칭되는 복수의 상승된 구조들의 동일 평면인 상단 표면들에 의해 형성된다. 프로세싱 동안 최소 콘택트 면적 지점들에 의해 지지된 웨이퍼 (104) 를 사용하여, 최소 콘택트 면적 지점들의 측면들 사이의 영역들은 일부 실시 예들에 따라 웨이퍼 (104) 의 향상된 온도 제어를 위해 웨이퍼 (104) 의 후면에 대해 헬륨 가스와 같은 유체의 플로우를 제공한다. 다른 실시 예들에서, ESC (102) 로부터 웨이퍼 (104) 를 리프팅하기 위한 제어 시스템들이 또한 제공될 수 있다.
도 2b는 도 2a에 도시된 ESC (102) 의 단면 A-A를 예시한다. 도시된 바와 같이, ESC (102) 는 세라믹 플레이트 (106), 본딩 층 (108), 베이스 플레이트 (110), 클램프 전극들 (202), 내측 가열 엘리먼트 (204), 및 외측 가열 엘리먼트 (206) 를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 세라믹 플레이트 (106) 는 프로세싱 동안 웨이퍼 (104) 를 지지하도록 구성되는 상승된 상단 표면 (216) 을 포함한다. 세라믹 플레이트 (106) 는 거리 D1로 규정되는 환형 히터 셋백 영역 (203) 을 포함한다. 도시된 바와 같이, 거리 D1은 세라믹 플레이트 (106) 의 상승된 상단 표면 (216) 의 외경으로부터 외측 히터 (206) 의 외경으로 연장한다. 일 실시 예에서, 거리 D1은 약 1 ㎜ 내지 약 20 ㎜, 또는 약 2 ㎜ 내지 약 20 ㎜이다. 또 다른 실시 예에서, 거리 D1은 약 3 ㎜ 내지 7 ㎜이고, 또 다른 실시 예에서 약 5 ㎜이다. 일부 실시 예들에서, 환형 히터 셋백 영역 (203) 은 웨이퍼 (104) 가 프로세싱 동안 상승된 상단 표면 (216) 위에 배치될 때 웨이퍼 (104) 에 대한 콜드 에지 온도 영역을 제공하도록 구성된다.
일부 실시 예들에서, 세라믹 플레이트 (106) 는 세라믹 플레이트 (106) 의 상승된 상단 표면 (216) 에 웨이퍼 (104) 를 홀딩하기 위한 정전기력을 생성하도록 사용되는 하나 이상의 클램프 전극들 (202) 을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 클램프 전극들 (202) 은 세라믹 플레이트 (106) 의 상승된 상단 표면 (216) 상에 웨이퍼 (104) 를 홀딩하기 위한 전기력을 생성하도록 2 개의 분리된 클램프 전극들 사이에 차동 전압이 인가되는 바이폴라 (bipolar) 동작을 위해 구성된 2 개의 분리된 클램프 전극들 (202) 을 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 기계적 클램프들은 세라믹 플레이트 (106) 의 상승된 상단 표면 (216) 에 웨이퍼 (104) 를 홀딩하기 위해 사용될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 본딩 층 (108) 은 세라믹 플레이트 (106) 와 베이스 플레이트 (110) 사이에 배치되고 세라믹 플레이트를 베이스 플레이트에 고정하도록 구성된다. 본딩 층 (108) 은 또한 세라믹 플레이트 (106) 와 베이스 플레이트 (110) 사이의 열 차단부로서 작용한다. 본딩 층 (108) 은 세라믹 플레이트 및 환형 히터 셋백 영역 (203) 의 열 전도성 냉각을 용이하게 하도록 높은 열 전달 계수를 갖는 임의의 다른 타입의 재료 또는 실리콘 재료로 이루어질 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 본딩 층 (108) 은 베이스 플레이트로부터 열 전도성 냉각의 플로우를 용이하게 하도록 얇거나 감소된 두께를 갖도록 구성된다.
도 2b에 더 예시된 바와 같이, 내측 가열 엘리먼트 (204) 및 외측 가열 엘리먼트 (206) 는 세라믹 플레이트 (106) 의 하단 표면과 본딩 층 (108) 사이에 배치된다. 일 실시 예에서, AC 히터 (212) 는 외측 히터 엘리먼트 (206) 에 연결되고 AC 히터 (214) 는 내측 가열 엘리먼트 (204) 에 연결된다. AC 히터들은 내측 가열 엘리먼트 (204) 및 외측 가열 엘리먼트 (206) 로 전력을 전달하도록 구성된다. AC 히터들이 활성화될 때, 내측 가열 엘리먼트 (204) 및 외측 가열 엘리먼트 (206) 는 열을 생성하고, 이는 결국 ESC에 중심 원형 영역 온도 존 및 환형 영역 온도 존을 각각 제공한다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 내측 가열 엘리먼트 (204) 는 중심선 (210) 에 근접한 지점에서 개시되고 그리고 약 230 ㎜의 외경을 갖는 내측 가열 엘리먼트를 발생시키는 중심선 (210) 으로부터 원형으로 외향으로 그리고 이격되어 연장하는 동심 방식으로 중심 원형 영역 내에 배치된다. 따라서, AC 히터 (214) 가 활성화될 때, 내측 가열 엘리먼트 (204) 는 열을 생성하고, 이는 결국 중심 원형 영역 온도 존을 갖는 ESC를 발생시킨다. 또 다른 실시 예에서, 외측 가열 엘리먼트 (206) 는 중심 원형 영역을 둘러싸는 환형 영역에 배치된다. 일부 실시 예들에서, 외측 가열 엘리먼트 (206) 는 원형으로 연장하고 대략 236 ㎜의 내경 및 대략 285 ㎜의 외경을 갖는다. 환형 히터 셋백 (203) 의 선택된 치수 D1에 따라, 외측 히터 엘리먼트 (206) 의 외경이 조정될 수도 있다. 따라서, AC 히터 (212) 가 활성화될 때, 외측 히터 엘리먼트 (206) 는 열을 생성하고, 이는 결국 환형 영역 온도 존을 갖는 ESC를 발생시킨다.
도 2b에 더 예시된 바와 같이, 베이스 플레이트 (110) 는 세라믹 플레이트 (106) 및 본딩 층 (108) 아래에 배치된다. 일 실시 예에서, 베이스 플레이트 (110) 는 알루미늄과 같은 전도성 재료로 이루어질 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 베이스 플레이트 (110) 는 냉각 유체가 냉각 채널들 (112) 을 통해 펌핑될 때 세라믹 플레이트 및 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 영역 (203) 을 냉각하기 위한 열 교환기로서 사용될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 냉각 채널들 (112) 은 동심 방식으로 베이스 플레이트 (110) 내에 원형으로 배치된다. 예를 들어, 냉각 채널들 (112) 은 베이스 플레이트의 중심 지점에 근접한 지점에서 시작될 수도 있고 동심 방식으로 베이스 플레이트의 주변을 향해 원형으로 외향으로 연장할 수도 있다. 이에 따라, 냉각 채널들 (112) 의 배열은 베이스 플레이트의 중심 지점으로부터 베이스 플레이트의 주변에 근접한 지점을 향해 연장할 수도 있다. 이와 같이, 냉각 유체가 냉각 채널들 (112) 을 통해 흐를 때, 냉각 유체는 세라믹 플레이트의 그리고 또한 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 영역 내 열 전도성 냉각을 유발하는 베이스 플레이트의 다양한 영역들에 걸쳐 돌아다닌다 (navigate). 일부 실시 예들에서, 냉각 채널들 (112) 각각은 동일하거나 상이한 사이즈, 형상, 기하 구조, 체적, 표면적, 또는 세라믹 플레이트의 열 전도성 냉각 요건들을 만족하는 임의의 구성을 가질 수도 있다. 예를 들어, 냉각 채널들 (112) 은 특정한 양 및 플로우 레이트의 냉각 유체가 냉각 채널들 (112) 을 통해 흐르는 것을 용이하게 하도록 특정한 콘택트 표면적 및 체적을 갖도록 구성될 수도 있다.
일부 실시 예들에서, ESC (102) 는 세라믹 플레이트 (106) 의 하단 표면과 베이스 플레이트 (110) 의 상단 표면 사이에 배치된 주변 시일 (208) 을 포함한다. 주변 시일 (208) 은 본딩 층 (108) 의 방사상 주변부 및 베이스 플레이트 (110) 의 상승된 상단 표면의 방사상 주변부를 따라 더 배치된다. 일 실시 예에서, 주변 시일 (208) 은 세라믹 플레이트 (106) 및 베이스 플레이트 (110) 가 본딩 층 (108) 과 인터페이싱하는 내부 영역들로의 플라즈마 (120) 구성 요소들 및 프로세스 부산물 재료들의 진입을 방지하도록 구성된다.
일부 실시 예들에서, 필터 회로 (211) 는 AC 히터 (212), AC 히터 (214), 및 RF 소스 (124) 에 연결된다. 필터 회로 (211) 는 RF 소스 (124) 가 활성일 때 AC 히터들이 번 아웃하는 (burn out) 것을 방지하도록 구성된다. 예를 들어, RF 소스 (124) 가 활성화되고 ESC (102) 로 전력을 전달하는 경우, 필터 회로 (211) 는 AC 히터들로 다시 RF 리턴 전류들을 차단하도록 (block) 구성된다.
도 3a는 칠러 (302) 에 의한 열 전도성 냉각 동안 도 2b에 도시된 ESC (102) 의 섹션의 확대된 부분도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 제어 시스템 (122) 은 칠러 (302) 에 연결되고 설정점 온도에서 동작하도록 칠러 (302) 를 활성화시키도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 제어 시스템 (122) 은 칠러 (302) 의 동작을 연속적으로 모니터링하고 칠러 (302) 가 설정점 온도의 범위 내에 머무르는 것을 보장한다. 칠러 (302) 가 활성화될 때, 칠러 (302) 는 세라믹 플레이트 (106) 의 그리고 세라믹 플레이트 (106) 의 환형 히터 셋백 (203) 의 열 전도성 냉각을 유발하도록 베이스 플레이트 (110) 의 냉각 채널들 (112) 을 통해 냉각 유체를 흘리도록 구성된다. 다양한 실시 예들에서, 다양한 타입들의 냉각 유체, 예컨대 물 또는 불소와 같은 냉각제 액체가 사용될 수 있다. 세라믹 플레이트 (106) 의 환형 히터 셋백 (203) 의 열 전도성 냉각은 웨이퍼의 다른 영역들보다 더 낮은 온도에서 에지들을 따라 웨이퍼의 온도를 유지하는 세라믹 플레이트의 주변 영역을 따라 콜드 에지 온도 영역 (308) 을 생성한다.
일 예에서, 칠러 (302) 가 활성화될 때, 냉각 유체는 설정점 온도로 칠러 (302) 에 존재하고 베이스 플레이트 (110) 의 냉각 채널들 (112) 을 통해 펌핑된다. 냉각 유체가 냉각 채널들 (112) 을 통과할 때, 냉각 유체는 열 전도성 냉각에 의해 베이스 플레이트 (110) 및 세라믹 플레이트 (106) 의 다양한 영역들에서 온도를 감소시킨다. 히터들은 주변 영역의 온도를 상승시켜 냉각 유체로 인한 냉각에 대응한다 (counteract). 따라서, 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 영역 (203) 을 따른 온도는 히터들이 위치되는 세라믹 플레이트의 영역들에서보다 더 낮다. 냉각 유체가 베이스 플레이트 (110) 를 나온 (exit) 후, 냉각 유체는 칠러 (302) 에 의해 냉각되는 설정점 온도보다 더 높은 온도로 칠러 (302) 로 돌아간다.
또 다른 실시 예에서, 환형 히터 셋백 영역 (203) 에서 온도를 더 제어하기 위해, 칠러 설정점의 온도를 조정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 환형 히터 셋백 영역 (203) 을 따른 온도가 더 저온이어야 한다면, 칠러 (302) 의 설정점 온도는 더 저온 온도들로 흐르도록 설정될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 칠러는 대부분의 웨이퍼 (104) 아래의 냉각 채널들 (112) 에서 냉각 유체를 흘리기 때문에, 냉각이 냉각 유체에 의해 증가된다면 히터들 (예를 들어, 내측 가열 엘리먼트 (204) 및 외측 가열 엘리먼트 (206)) 의 온도를 상승시키는 것이 가능하다. 이는 웨이퍼 (104) 의 다른 부분들의 온도를 일정하게 유지하는 동안 환형 히터 셋백 영역 (203) 을 냉각하게 한다. 일부 실시 예들에서, 세라믹 플레이트 (106) 의 환형 히터 셋백 영역 (203) 과 관련된 온도 데이터는 온도 데이터가 설정점 온도에 기초하여 계획된 (project) 온도 값 내에 있는 지를 결정하도록 연속적으로 측정될 수 있다. 이는 웨이퍼의 온도를 제어하고 목표된 프로세스 조건들을 유지하는 것을 도울 수 있다.
ESC (102) 의 섹션의 확대된 부분도에 도시된 바와 같이, 도 3a는 칠러 (302) 에 의해 유발된 ESC의 열 전도성 냉각의 개념적 예시를 제공한다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이, 칠러 (302) 가 활성화될 때, 냉각 유체는 베이스 플레이트 (110) 의 냉각 채널들 (112) 내로 흐른다. 열 전도성 냉각이 발생하여 세라믹 플레이트 (106) 및 환형 히터 셋백 영역 (203) 으로부터 베이스 플레이트 (110) 를 향하여 흐르는 열을 발생시킨다. 도 3a에 더 예시된 바와 같이, 도면은 외측 가열 엘리먼트 (206) 로부터 베이스 플레이트 (110) 및 세라믹 플레이트 (106) 를 향해 흐르는 열의 개념적 예시를 제공한다. 도 3a에 도시된 ESC의 섹션은 베이스 플레이트 (110), 베이스 플레이트 (110) 위에 배치된 본딩 층 (108), 및 본딩 층 (108) 위에 배치된 세라믹 플레이트 (106) 를 예시한다.
도시된 예에서, 복수의 냉각 채널들의 외경 냉각 채널 (112a) 은 본딩 층 (108) 의 일부, 세라믹 플레이트 (106) 의 일부, 및 환형 히터 셋백 영역 (203) 아래에 배치된다. 일 실시 예에서, 외경 냉각 채널 (112a) 은 환형 히터 셋백 영역 (203) 아래에 부분적으로 있을 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 외경 냉각 채널 (112a) 의 적어도 일부는 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 영역 (203) 반대 편인 베이스 플레이트의 영역에 위치된다. 일 실시 예에서, 외경 냉각 채널 (112a) 은 직사각형 형상을 갖고 직사각형 형상의 상단 부분은 환형 히터 셋백 영역 (203) 아래에 수평으로 정렬된다.
일부 실시 예들에서, 베이스 플레이트 (110) 내의 냉각 채널들 (112) 의 위치는 본딩 층 (108) 에 인접한 계면 벽 (interface wall) (314) 을 형성한다. 계면 벽 (314) 은 냉각 채널 (112) 의 상단 부분으로부터 본딩 층 (108) 의 하단 표면으로 수직으로 연장하고 거리 D3으로 규정된다. 일부 실시 예들에서, 거리 D3은 약 3.6 ㎜일 수 있다. 다른 실시 예들에서, 계면 벽 (314) 의 거리 D3은 약 1 ㎜ 이상 약 6 ㎜ 이하이다. 감소된 두께로 계면 벽 (314) 을 유지함으로써, 세라믹 플레이트 (106) 내의 냉각 유체의 플로우를 사용하여 열 전도성 냉각에 더욱 영향을 주는 것이 가능하다.
도 3a에 더 도시된 바와 같이, 일 실시 예에서, 외측 가열 엘리먼트 (206) 는 세라믹 플레이트 (106) 의 하단 표면과 본딩 층 (108) 사이에 배치된다. 일부 실시 예들에서, 외측 가열 엘리먼트 (206) 는 냉각 채널들로부터 열 전도성 냉각을 간섭하지 않도록 세라믹 플레이트 (106) 의 환형 히터 셋백 영역 (203) 으로부터 인셋된다 (inset). 예를 들어, 외측 가열 엘리먼트 (206) 는 세라믹 플레이트 (106) 의 환형 히터 셋백 영역 (203) 아래로 연장하지 않도록 구성된다. 이 구조적 피처는 외측 가열 엘리먼트 (206) 가 환형 히터 셋백 영역 (203) 바로 아래에 놓이지 않고 냉각 채널들 (112) 을 향해 흐르는 열을 간섭하기 때문에 냉각 유체의 플로우에 의해 유발된 환형 히터 셋백 영역 (203) 의 열 전도성 냉각을 용이하게 한다.
일부 실시 예들에서, 본딩 층 (108) 은 세라믹 플레이트 및 또한 환형 히터 셋백 영역 (203) 의 열 전도성 냉각을 용이하게 하도록 높은 열 전달 계수를 갖는 임의의 다른 타입의 재료 또는 실리콘 재료로 이루어질 수 있다. 본딩 층 (108) 은 두께 D2로 규정될 수도 있다. 본딩 층 (108) 의 두께 D2는 본딩 층의 하단 표면으로부터 본딩 층의 상단 표면으로 연장한다. 일 실시 예에서, 본딩 층 (108) 의 두께 D2는 약 0.75 ㎜일 수 있다. 다른 실시 예들에서, 두께 D2는 약 0.1 ㎜ 내지 약 2 ㎜ 미만의 범위일 수 있다. 다른 실시 예들에서, D2의 두께는 약 1 ㎜ 미만으로 설정된다. 감소된 두께의 D2를 유지함으로써, 베이스 플레이트 (110) 내의 냉각 유체의 플로우에 의해 유발된 열 전도성 냉각을 개선하는 것이 가능하다.
도 3a에 더 도시된 바와 같이, 세라믹 플레이트 (106) 는 본딩 층 (108) 위에 배치된다. 세라믹 플레이트 (106) 는 거리 D1로 규정되는 환형 히터 셋백 영역 (203) 을 포함한다. 환형 히터 셋백 영역 (203) 이 베이스 플레이트 내의 냉각 유체의 플로우에 의해 열 전도성으로 냉각될 때, 콜드 에지 온도 영역 (308) 이 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 영역 (203) 을 따라 형성된다. 도시된 바와 같이, 거리 D1은 상승된 상단 표면 (216) 의 외경으로부터 외측 가열 엘리먼트 (206) 의 외경으로 연장한다. 일 실시 예에서, 거리 D1은 약 2 ㎜ 내지 약 10 ㎜의 범위일 수 있거나, 웨이퍼 (104) 의 에지들을 냉각하기 위해 필요한 임의의 거리일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 환형 히터 셋백 영역 (203) 은 본딩 층 (108) 의 일부 위에 그리고 적어도 베이스 플레이트 (110) 의 외경을 따라 배치된 복수의 냉각 채널들 (112) 의 부분 위에 배치된다. 세라믹 플레이트 (106) 의 두께는 D5로 규정된다. 두께 D5는 세라믹 플레이트 (106) 의 하단 표면으로부터 세라믹 플레이트 (106) 의 상승된 상단 표면 (216) 으로 연장한다. 일 실시 예에서, 세라믹 플레이트 (106) 의 두께 D5는 약 4.5 ㎜일 수 있다.
도 3a에 더 도시된 바와 같이, 프로세싱 동안, 웨이퍼 (104) 는 세라믹 플레이트 (106) 의 상승된 상단 표면 (216) 에 의해 지지된다. 일부 실시 예들에서, 웨이퍼 (104) 가 세라믹 플레이트의 상단 표면 상에 배치될 때, 웨이퍼 (104) 의 웨이퍼 오버행 부분 (312) 은 상승된 상단 표면 (216) 의 외경 너머 외향으로 거리 D4만큼 연장된다. 거리 D4는 상승된 상단 표면 (216) 의 외경으로부터 웨이퍼 에지 (304) 로 연장한다. 일 실시 예에서, 거리 D4는 약 2 ㎜일 수 있다.
일부 실시 예들에서, 온도 전이 존 (310) 은 세라믹 플레이트 (106) 의 콜드 에지 온도 영역 (308) 및 환형 영역 온도 존 (316) 의 경계 계면, 예를 들어, 외측 가열 엘리먼트의 외경과 환형 히터 셋백 영역 사이의 경계 계면에 존재한다. 도 3a에 예시된 바와 같이, 칠러 (302) 가 활성화될 때, 냉각 유체는 세라믹 플레이트 및 환형 히터 셋백 영역 (203) 을 칠러 설정점 온도에 기초하여 계획된 온도 값으로 냉각하는 냉각 채널들 (112) 을 통해 흐른다. 칠러 (302) 의 활성화에 의해 유발된 환형 히터 셋백 영역 (203) 의 열 전도성 냉각은 콜드 에지 온도 영역 (308) 을 발생시키고, 이는 결국 웨이퍼 (104) 의 일부를 에지들을 따라 웨이퍼의 나머지 부분에 비해 더 낮은 온도로 유지한다. 상기 주지된 바와 같이, 외측 가열 엘리먼트 (206) 는 ESC (102) 의 환형 영역에 배치된다.
외측 가열 엘리먼트 (206) 가 열을 생성할 때, 외측 가열 엘리먼트 (206) 는 ESC (102) 의 환형 영역을 가열하고, 이는 결국 환형 영역 온도 존 (316) 을 발생시킨다. 그 결과, 온도 전이 존 (310) 은 세라믹 플레이트 (106) 의 콜드 에지 온도 영역 (308) 과 환형 영역 온도 존 (316) 의 경계에 존재한다. 일부 실시 예들에서, 콜드 에지 온도 영역 (308) 으로부터 환형 영역 온도 존 (316) 으로의 온도 기울기 (gradient) 는 균일하고 일 존으로부터 또 다른 존으로 점진적으로 변화한다.
도 3aa은 세라믹 플레이트 (316) 의 온도 영역들 (예를 들어, 콜드 에지 온도 영역 (308), 환형 영역 온도 존 (316), 중심 원형 영역 온도 존 (320)) 및 대응하는 온도 전이 존 (310) 의 온도 플롯을 예시한다. 예시에 도시된 바와 같이, 온도는 Y-축을 따라 플롯팅되고 (plot) 세라믹 플레이트 거리는 X-축을 따라 플롯팅된다. 플롯은 약 12 ℃ 내지 약 20 ℃ 범위의, 콜드 에지 온도 영역 (308), 환형 영역 온도 존 (316), 및 중심 원형 영역 온도 존 (320) 의 온도를 도시한다. 특히, 콜드 에지 온도 영역 (308) 은 세라믹 플레이트 (106) 의 상승된 상단 표면 (216) 의 외경으로부터 경계 계면 (318) (예를 들어, 외측 가열 엘리먼트 (206) 의 외경) 으로 연장하는 환형 히터 셋백 영역 (203) 에 위치된다. 일 예에서, 도시된 바와 같이, 콜드 에지 온도 영역 (308) (예를 들어, D1) 을 따른 온도는 약 12 ℃ 내지 약 18 ℃범위이다. 또 다른 실시 예에서, 환형 영역 온도 존 (316) 은 경계 계면 (318) 으로부터 외측 가열 엘리먼트 (206) 의 내경으로 연장하고, 온도는 약 18 ℃ 내지 약 20 ℃ 범위이다. 중심 원형 영역 온도 존 (320) 은 내측 가열 엘리먼트 (204) 의 외경으로부터 세라믹 플레이트의 대략 중심 지점으로 연장한다. 도 3aa에 예시된 실제 온도들은 단지 예들일 뿐이고, 범위들은 실행될 프로세스에 따라 변할 것이라는 것이 이해되어야 한다. 온도 전이 존 (310) 은 본 명세서에 논의된 구조적 설계 피처들에 의해 유리하게 인에이블될 것이다.
도 3aa에 더 예시된 바와 같이, 온도 전이 존 (310) 은 환형 영역 온도 존 (316) 으로부터 콜드 에지 온도 영역 (308) 을 분리하는 경계 계면 (318) 을 포함한다. 일 실시 예에서, 온도 전이 존 (310) 을 따라, 세라믹 플레이트의 온도는 2 개의 영역들의 냉각 특성 및 가열 특성의 차 때문에 더 낮은 온도로부터 더 높은 온도로 점진적으로 상승한다. 예를 들어, 콜드 에지 온도 영역 (308) 은 가열 엘리먼트를 갖지 않는 반면, 환형 영역 온도 존 (316) 은 외측 가열 엘리먼트를 포함한다. 일 영역으로부터 또 다른 영역으로 단계적 (stepwise) 또는 급격한 (drastic) 온도 전이 대신, 온도 전이 존 (310) 은 콜드 에지 온도 영역 (308) 으로부터 환형 영역 온도 존 (316) 으로 온도의 점진적이고 꾸준한 상승을 예시한다. 온도 전이 존 (310) 은 콜드 에지 온도 영역 (308) 내의 일부인 거리 D6 및 환형 영역 온도 존 (316) 내의 일부인 거리 D7을 포함한다. 일 실시 예에서, 거리 D6 및 거리 D7은 약 2 ㎜이다.
도 4는 도 2b에 도시된 ESC (102) 의 섹션의 확대된 부분도를 예시한다. 예시된 실시 예에서, ESC (102) 는 베이스 플레이트 내에 형성된 복수의 냉각 채널들 (112) 을 갖는 베이스 플레이트 (110), 베이스 플레이트 (110) 위에 배치된 본딩 층 (108), 및 본딩 층 (108) 위에 배치된 세라믹 플레이트 (106) 를 포함한다. 복수의 냉각 채널들 (112) 각각은 냉각 유체의 플로우를 용이하게 하도록 동일하거나 상이한 사이즈, 형상, 기하 구조, 체적, 및 표면적을 가질 수도 있다. 예를 들어, 도 4에 예시된 바와 같이, 베이스 플레이트의 중심선 (210) 근방의 냉각 채널은 폭 D8 및 높이 D9를 갖는 직사각형 형상 단면을 갖는다. 냉각 채널 각각의 폭 D8 및 높이 D9는 동일하거나 가변할 수도 있고, ESC (102) 의 열 전도성 냉각 요건들에 종속된다. 일 예에서, 폭 D8은 약 9.0 ㎜일 수 있고 높이 D9는 약 21 ㎜일 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 상기 주지된 바와 같이, 거리 D3은 약 1 ㎜ 이상 약 6 ㎜ 이하이고 그리고 냉각 채널 (112) 의 상단 부분으로부터 본딩 층 (108) 의 하단 표면으로 연장한다.
도 5a는 내측 가열 엘리먼트 (204) 및 외측 가열 엘리먼트 (206) 의 평면도의 일 실시 예를 예시한다. 상기 주지된 바와 같이, 내측 가열 엘리먼트 (204) 및 외측 가열 엘리먼트 (206) 는 세라믹 플레이트 (106) 의 하단 표면과 본딩 층 (108) 사이에 배치된다. 내측 가열 엘리먼트 (204) 는 세라믹 플레이트 (106) 의 하단 표면에 인접한 중심 원형 영역에 배치된다. 예시된 예에서, 내측 가열 엘리먼트 (204) 는 ESC (102) 의 중심 지점에 근접한 지점에서 시작하고 원형으로 외향으로 연장하여 약 230 ㎜의 외경을 갖는 내측 가열 엘리먼트 (204) 를 발생시킨다. 외측 가열 엘리먼트 (206) 는 중심 원형 영역을 둘러싸는 환형 영역에 배치되며 세라믹 플레이트 (106) 의 하단 표면에 인접하다. 일부 실시 예들에서, 외측 가열 엘리먼트 (206) 는 ESC (102) 의 주변을 향해 원형으로 외향으로 연장하고 약 236 ㎜의 내경 및 약 285 ㎜의 외경을 갖는다.
도 5a에 더 예시된 바와 같이, AC 히터 (212) 는 외측 가열 엘리먼트 (206) 의 입력 연결부 및 출력 연결부에 연결되고, AC 히터 (214) 는 내측 가열 엘리먼트 (204) 의 입력 연결부 및 출력 연결부에 연결된다. AC 히터 (212) 및 AC 히터 (214) 는 각각의 가열 엘리먼트들로 전력을 전달하도록 구성된다. AC 히터들이 활성화될 때, 내측 가열 엘리먼트 (204) 및 외측 가열 엘리먼트 (206) 는 결국 세라믹 플레이트 (106) 내에 중심 원형 영역 온도 존 (320) 및 환형 영역 온도 존 (316) 을 각각 생성한다. 상기 주지된 바와 같이, 2 개의 히터들만이 설계의 복잡성을 감소시키고 AC 박스들, 제어 시스템들, 히터 RF 필터들, 등과 같은 부가된 컴포넌트들과 연관된 비용들을 감소시키는 것을 돕는다.
도 5b는 ESC (102) 내의 다양한 온도 존들을 도시하는 ESC (102) 의 평면도의 일 실시 예를 예시한다. 일 실시 예에서, ESC (102) 는 콜드 에지 온도 영역 (308), 환형 영역 온도 존 (316), 및 중심 원형 영역 온도 존 (320) 을 가질 수도 있다. 콜드 에지 온도 영역 (308) 은 세라믹 플레이트 (106) 의 주변을 따라 위치된다. 콜드 에지 온도 영역 (308) 은 히터들 없이 간접 온도 튜닝 존을 생성하는 칠러 설정점에 의해 제어된다. 일 실시 예에서, 콜드 에지 온도 영역 (308) 은 약 285 ㎜의 내경 및 약 295 ㎜의 외경을 갖는다. 상기 주지된 바와 같이, 콜드 에지 온도 영역 (308) 은 세라믹 플레이트 (106) 의 환형 히터 셋백 영역 (203) 내에 있다. 일 실시 예에서, 콜드 에지 온도 영역 (308) 은 칠러 (302) 가 설정점 온도에서 동작하도록 활성화될 때 생성된다. 이어서 냉각 유체는 냉각 채널들 (112) 을 통해 흐르고 세라믹 플레이트 (106) 의 환형 히터 셋백 영역 (203) 에서 열 전도성 냉각을 유발한다.
일 실시 예에서, 냉각 채널들 (112) 의 형상 및 콘택트 표면적은 콜드 에지 온도 영역 (308) 을 생성하도록 환형 히터 셋백 영역 (203) 의 열 전도성 냉각에 기여하는 것을 도울 수도 있다. 예를 들어, 전통적인 설계들과 비교하여 더 큰 폭 및 높이를 갖는 직사각형 형상의 단면을 갖는 냉각 채널들 (112) 은 유체가 콘택트하기 위한 더 큰 콘택트 표면적을 발생시킨다. 이는 개선된 열 전달 계수를 발생시킬 수도 있고 환형 히터 셋백 영역 (203) 및 세라믹 플레이트의 다른 영역들의 열 전도성 냉각의 증가를 발생시킬 수도 있다.
또 다른 실시 예에서, 두께가 감소된 본딩 층 (108) 은 환형 히터 셋백 영역 (203) 의 열 전도성 냉각에 기여하는 것을 도울 수도 있다. 예를 들어, 반으로 감소된 두께를 갖는 본딩 층은 두 배의 열 전달 계수를 발생시킬 수도 있고, 이는 결국 환형 히터 셋백 영역 (203) 및 세라믹 플레이트의 다른 영역들의 열 전도성 냉각을 용이하게 하는 것을 발생시킨다. 이에 따라, 웨이퍼 (104) 의 프로세싱 동안, 콜드 에지 온도 영역 (308) 은 콜드 에지 온도 영역을 따르는 웨이퍼의 부분의 온도를 제어하는 칠러 설정점 온도에 의해 제어된다. 웨이퍼 (104) 의 온도를 제어하고 목표된 온도로 유지하는 것은 에칭된 피처들의 하단 임계 치수 (critical dimension; CD) 프로파일들에 대한 요건들을 충족시키기 위해 웨이퍼 상의 에칭 레이트 및 균일도를 개선하는 것을 보조하도록 도울 수 있다.
일부 실시 예들에서, 환형 영역 온도 존 (316) 은 약 236 ㎜의 내경 및 약 285 ㎜의 외경을 갖는다. 일 실시 예에서, 환형 영역 온도 존 (316) 은 AC 히터 (212) 가 결국 열을 생성하는 외측 가열 엘리먼트 (206) 로 전력을 전달할 때 생성된다. 또 다른 실시 예에서, 중심 원형 영역 온도 존 (320) 은 ESC (102) 의 중심 지점에 근접한 지점에서 시작되고 약 231 ㎜의 외경을 갖는다. 일 실시 예에서, 중심 원형 영역 온도 존 (320) 은 AC 히터 (214) 가 결국 열을 생성하는 내측 가열 엘리먼트 (204) 로 전력을 전달할 때 생성된다.
이에 따라, ESC (102) 는 3 개의 온도 존, 예를 들어, 콜드 에지 온도 영역 (308), 환형 영역 온도 존 (316), 및 중심 원형 영역 온도 존 (320) 을 가질 수도 있다. 환형 히터 셋백 영역 (203) 이 이 영역 아래로 연장하는 어떠한 가열 엘리먼트들을 갖지 않기 때문에, 콜드 에지 온도 영역 (308) 은 베이스 플레이트 냉각 채널들을 통해 순환하는 냉각 유체의 플로우 및 칠러 설정점 온도에 의해 유발된 열 전도성 냉각에 수동적으로 (passively) 의존한다. 환형 영역 온도 존 (316) 및 중심 원형 영역 온도 존은 각각의 외측 가열 엘리먼트 (206) 및 내측 가열 엘리먼트 (204), 및 또한 칠러에 의해 유발된 열 전도성 냉각에 의해 영향을 받는다. 이 3-온도 존 구성은 ESC (102) 를 동작시키기 위해 요구되는 컴포넌트들의 수가 감소되기 때문에 시스템 및 동작 비용들의 감소를 발생시킬 수 있다.
도 5c는 ESC (102) 의 열 전달 시뮬레이션 결과들을 도시하는 ESC (102) 의 평면도의 일 실시 예를 예시한다. 일 예에서, 열 전달 시뮬레이션은 약 13.7 ℃ 내지 약 22.8 ℃ 범위의 ESC (102) 의 온도를 보여준다. 일 실시 예에서, 약 285 ㎜의 내경 및 약 295 ㎜의 외경을 갖는 콜드 에지 온도 영역 (308) 은 약 13.7 ℃의 온도를 갖는다. 또 다른 실시 예에서, 약 236 ㎜의 내경 및 약 285 ㎜의 외경을 갖는 환형 영역 온도 존 (316) 은 약 21.0 ℃ 내지 약 14.0 ℃ 범위의 온도를 갖는다. 또 다른 실시 예에서, ESC (102) 의 중심 지점에 근접한 지점에서 시작되고 약 231 ㎜의 외경을 갖는 중심 원형 영역 온도 존 (320) 은 약 20.0 ℃의 온도를 갖는다.
일반적으로, 중심 원형 영역 온도 존 (320) 및 환형 영역 온도 존 (316) 은 칠러 및 가열 엘리먼트들의 조합에 의해 영향을 받고 그리고 콜드 에지 온도 영역 (308) 은 주로 칠러에 의해 유발된 냉각 효과에 의해 영향을 받기 때문에, 콜드 에지 온도 영역 (308) 은 일반적으로 중심 원형 영역 온도 존 (320) 및 환형 영역 온도 존 (316) 에 비해 더 낮은 온도 또는 동일한 온도일 것이다. 도 5c에 도시된 온도들은 단지 예이며, 실제 온도들은 전력 설정들, 칠러 설정들, 등을 포함하여 실행될 프로세스에 따라 가변할 것이라는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 온도 플롯은 콜드 에지가 ESC의 다른 부분들에 대해 어떻게 제어되는 지를 예시하는 데 유용하다.
도 6은 일부 실시 예들에 따른, 도 1a의 제어 시스템 (122) 의 예시적인 개략도를 도시한다. 도시되지 않았지만, 유사한 제어 시스템 (122) 이 도 1b의 TCP 시스템에서 사용된다. 일부 실시 예들에서, 제어 시스템 (122) 은 플라즈마 프로세싱 시스템에서 수행된 반도체 제조 프로세스를 제어하기 위한 프로세스 제어기로서 구성된다. 다양한 실시 예들에서, 제어 시스템 (122) 은 프로세서 (601), 저장 하드웨어 유닛 (hardware unit; HU) (603) (예를 들어, 메모리), 입력 HU (605), 출력 HU (607), 입력/출력 (I/O) 인터페이스 (609), I/O 인터페이스 (611), 네트워크 인터페이스 제어기 (network interface controller; NIC) (613), 및 데이터 통신 버스 (615) 를 포함한다. 프로세서 (601), 저장 HU (603), 입력 HU (605), 출력 HU (607), I/O 인터페이스 (609), I/O 인터페이스 (611), 및 NIC (613) 는 데이터 통신 버스 (615) 에 의해 서로 데이터 통신한다. 입력 HU (605) 는 다수의 외부 디바이스들로부터 데이터 통신을 수신하도록 구성된다. 입력 HU (605) 의 예들은 데이터 획득 시스템, 데이터 획득 카드, 등을 포함한다. 출력 HU (607) 는 다수의 외부 디바이스들로 데이터를 송신하도록 구성된다.
출력 HU (607) 의 일 예는 디바이스 제어기이다. NIC (613) 의 예들은 네트워크 인터페이스 카드, 네트워크 어댑터, 등을 포함한다. I/O 인터페이스들 (609 및 611) 각각은 I/O 인터페이스에 커플링된 상이한 하드웨어 유닛들 사이의 호환성을 제공하도록 규정된다. 예를 들어, I/O 인터페이스 (609) 는 입력 HU (605) 로부터 수신된 신호를 데이터 통신 버스 (615) 와 호환 가능한 형태, 진폭, 및/또는 속도로 변환하도록 규정될 수 있다. 또한, I/O 인터페이스 (607) 는 데이터 통신 버스 (615) 로부터 수신된 신호를 출력 HU (607) 와 호환 가능한 형태, 진폭, 및/또는 속도로 변환하도록 규정될 수 있다. 다양한 동작들이 제어 시스템 (122) 의 프로세서 (601) 에 의해 수행되는 것으로 본 명세서에 기술되지만, 일부 실시 예들에서 다양한 동작들이 제어 시스템 (122) 의 복수의 프로세서들에 의해 그리고/또는 제어 시스템 (122) 과 데이터 통신하는 데이터 내의 복수의 컴퓨팅 시스템들의 복수의 프로세서들에 의해 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
일부 실시 예들에서, 제어 시스템 (122) 은 센싱된 값들에 부분적으로 기초하여 다양한 웨이퍼 제조 시스템들의 디바이스들을 제어하도록 채용된다. 예를 들어, 제어 시스템 (122) 은 센싱된 값들 및 다른 제어 파라미터들에 기초하여 밸브들 (617), 필터 히터들 (619), 웨이퍼 지지 구조체 히터들 (621), 펌프들 (623), 및 기타 디바이스들 (625) 중 하나 이상을 제어할 수도 있다. 밸브들 (617) 은 후면 가스 공급 시스템, 프로세스 가스 공급 시스템, 및 온도 제어 유체 순환 시스템의 제어와 연관된 밸브들을 포함할 수 있다. 제어 시스템 (122) 은 예를 들면, 압력 마노미터들 (627), 플로우 미터들 (629), 온도 센서들 (631), 및/또는 기타 센서들 (633), 예를 들어, 전압 센서들, 전류 센서들, 등으로부터 센싱된 값들을 수신한다. 제어 시스템 (122) 은 또한 웨이퍼 (104) 상의 플라즈마 프로세싱 동작들의 수행 동안 플라즈마 프로세싱 시스템 내에서 프로세스 조건들을 제어하도록 채용될 수도 있다. 예를 들어, 제어 시스템 (122) 은 프로세스 가스 공급 시스템으로부터 플라즈마 프로세스 챔버로 공급된 프로세스 가스(들)의 타입 및 양들을 제어할 수 있다. 또한, 제어 시스템 (122) 은 클램핑 전극(들) (202) 을 위한 DC 공급부의 동작을 제어할 수 있다. 제어 시스템 (122) 은 또한 리프트 핀들을 위한 리프팅 디바이스의 동작을 제어할 수 있다. 제어 시스템 (122) 은 또한 후면 가스 공급 시스템 및 온도 제어 유체 순환 시스템의 동작을 제어한다. 제어 시스템 (122) 은 또한 챔버 (118) 로부터 가스 부산물들의 제거를 제어하는 펌프 (126) 의 동작을 제어한다. 제어 시스템 (122) 은 플라즈마 프로세싱 시스템 내 임의의 기능을 프로그래밍된 제어 및/또는 수동 제어를 위해 제공하도록 장착된다는 것이 이해되어야 한다.
일부 실시 예들에서, 제어 시스템 (122) 은 프로세스 타이밍, 프로세스 가스 전달 시스템 온도, 및 압력 차들, 밸브 포지션들, 프로세스 가스들의 혼합물, 프로세스 가스 플로우 레이트, 후면 냉각 가스 플로우 레이트, 챔버 압력, 챔버 온도, 웨이퍼 지지 구조체 온도 (웨이퍼 온도), RF 전력 레벨들, RF 주파수들, RF 펄싱, 임피던스 매칭 시스템 설정들, 캔틸레버 암 어셈블리 포지션, 바이어스 전력, 및 특정한 프로세스의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 인스트럭션들의 세트들을 포함하는 컴퓨터 프로그램들을 실행하도록 구성된다. 제어 시스템 (122) 과 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램들이 일부 실시 예들에서 채용될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 제어 시스템 (122) 과 연관된 사용자 인터페이스가 있다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 (635) (예를 들어, 장치 및/또는 프로세스 조건들의 디스플레이 스크린 및/또는 그래픽 소프트웨어 디스플레이들), 및 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크로폰들, 등과 같은 사용자 입력 디바이스들 (637) 을 포함한다.
제어 시스템 (122) 의 동작을 지시하기 위한 소프트웨어는 많은 상이한 방식들로 설계되거나 구성될 수도 있다. 프로세스 시퀀스로 다양한 웨이퍼 제조 프로세스들을 실행하도록 제어 시스템 (122) 의 동작을 지시하기 위한 컴퓨터 프로그램들은 임의의 종래의 컴퓨터 판독 가능 프로그래밍 언어, 예를 들어, 어셈블리 언어, C, C ++, Pascal, Fortran 또는 다른 언어들로 작성될 수 있다. 컴파일링된 객체 코드 또는 스크립트는 프로그램에서 식별된 태스크들을 수행하도록 프로세서 (601) 에 의해 실행된다. 제어 시스템 (122) 은 예를 들어, 필터 압력 차들, 프로세스 가스 조성 및 플로우 레이트들, 후면 냉각 가스 조성 및 플로우 레이트들, 온도, 압력과 같은 프로세스 조건들, 특히, RF 전력 레벨들 및 RF 주파수들, 바이어스 전압, 냉각 가스/유체 압력, 및 챔버 벽 온도, 등과 같은 플라즈마 조건들과 관련된 다양한 프로세스 제어 파라미터들을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 웨이퍼 제조 프로세스 동안 모니터링될 수도 있는 센서들의 예들은 이로 제한되는 것은 아니지만, 질량 유량 제어 모듈들, 압력 센서들, 예컨대 압력 마노미터들 (627) 및 온도 센서들 (631) 을 포함한다. 적절하게 프로그래밍된 피드백 및 제어 알고리즘들은 목표된 프로세스 조건들을 유지하기 위해 하나 이상의 프로세스 제어 파라미터들을 제어/조정하도록 이들 센서들로부터의 데이터와 함께 사용될 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 제어 시스템 (122) 은 더 넓은 제조 제어 시스템의 일부이다. 이러한 제조 제어 시스템들은, 웨이퍼 프로세싱을 위한 프로세싱 툴들, 챔버들, 및/또는 플랫폼들, 및/또는 웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등과 같은 특정 프로세싱 컴포넌트들을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 제조 제어 시스템들은 웨이퍼의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자 장치와 통합될 수도 있다. 제어 시스템 (122) 은 제조 제어 시스템의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부분들을 제어할 수도 있다. 제어 시스템 (122) 은, 웨이퍼 프로세싱 요건들에 따라, 프로세싱 가스들의 전달, 후면 냉각 가스들의 전달, 온도 설정들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정들, 진공 설정들, 전력 설정들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정들, RF 매칭 회로 설정들, 주파수 설정들, 플로우 레이트 설정들, 유체 전달 설정들, 포지션 및 동작 설정들, 툴 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드 록들 내외로의 웨이퍼 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어 시스템 (122) 은 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 웨이퍼 프로세싱 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, 디지털 신호 프로세서들 (digital signal processors; DSPs), 주문형 집적 회로들 (Application Specific Integrated Circuits; ASICs) 로서 규정되는 칩들 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 시스템 내에서 웨이퍼 상에서 특정한 프로세스를 수행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어 시스템 (122) 에 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 옥사이드들, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 표면들, 회로들 및/또는 웨이퍼의 다이들 (dies) 의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어 시스템 (122) 은, 일부 구현 예들에서, 플라즈마 프로세싱 시스템과 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 그렇지 않으면 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합인 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어 시스템 (122) 은 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 허용할 수 있는 팹 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부의 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하거나, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하거나, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하거나, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하거나, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하거나, 새로운 프로세스를 시작하기 위해서, 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해 시스템에 프로세스 레시피들을 제공할 수 있다.
원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정들의 입력 또는 프로그래밍을 가능하게 하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어 시스템 (122) 은 하나 이상의 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 플라즈마 프로세싱 시스템 내에서 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상기 기술된 바와 같이, 제어 시스템 (122) 은 예를 들어, 함께 네트워킹되고 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들과 같은 공통 목적을 향해 작동하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의 일 예는 플라즈마 프로세싱 시스템 상에 수행된 프로세스를 제어하도록 조합되는, 원격으로 (예컨대, 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 플라즈마 프로세싱 시스템 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.
비한정적으로, 제어 시스템 (122) 과 인터페이싱할 수 있는 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 (spin-rinse) 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, 물리적 기상 증착 (physical vapor deposition; PVD) 챔버 또는 모듈, 화학적 기상 증착 (chemical vapor deposition; CVD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 증착 (atomic layer deposition; ALD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 에칭 (atomic layer etch; ALE) 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, 제어 시스템 (122) 은, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/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 명세서에 기술된 실시 예들은 또한 휴대형 하드웨어 유닛들, 마이크로프로세서 시스템들, 마이크로프로세서-기반 또는 프로그램 가능한 가전제품들, 미니컴퓨터들, 메인프레임 컴퓨터들 등을 포함하는 다양한 컴퓨터 시스템 구성들과 함께 구현될 수도 있다. 본 명세서에 기술된 실시 예들은 또한 네트워크를 통해 링크된 원격 프로세싱 하드웨어 유닛들에 의해 태스크들이 수행되는 분산 컴퓨팅 환경들과 함께 구현될 수 있다. 본 명세서에 기술된 실시 예, 특히 제어 시스템 (122) 과 연관된 실시 예들은 컴퓨터 시스템들에 저장된 데이터를 수반하는 다양한 컴퓨터-구현된 동작들을 채용할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이들 동작들은 물리량들 (physical quantities) 의 물리적인 조작을 필요로 하는 것들이다. 실시 예들의 일부를 형성하는 본 명세서에 기술된 임의의 동작들은 유용한 머신 동작들이다. 실시 예들은 또한 이들 동작들을 수행하기 위한 하드웨어 유닛 또는 장치와 관련된다. 장치는 특수 목적 컴퓨터를 위해 특별히 구성될 수도 있다. 특수 목적 컴퓨터로서 규정될 때, 컴퓨터는 또한 특수 목적의 일부가 아닌 다른 프로세싱, 프로그램 실행 또는 루틴들을 수행할 수 있지만, 여전히 특수 목적을 위해 동작할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 동작들은 컴퓨터 메모리, 캐시에 저장되거나 네트워크를 통해 획득된 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들에 의해 선택적으로 활성화되거나 구성된 범용 컴퓨터에 의해 프로세싱될 수도 있다. 데이터가 네트워크를 통해 획득될 때, 데이터는 네트워크 상의 다른 컴퓨터들, 예를 들어, 컴퓨팅 리소스들의 클라우드에 의해 프로세싱될 수도 있다.
본 명세서에 기술된 다양한 실시 예들은 비일시적인 컴퓨터 판독 가능 매체 상의 컴퓨터 판독 가능 코드로서 인스턴스화된 (instantiated) 프로세스 제어 인스트럭션들을 통해 구현될 수 있다. 비일시적인 컴퓨터 판독 가능 매체는 데이터를 저장할 수 있는 임의의 데이터 저장 하드웨어 유닛이고, 이는 그 후에 컴퓨터 시스템에 의해 판독될 수 있다. 비일시적인 컴퓨터 판독 가능 매체의 예들은 하드 드라이브들, NAS (Network Attached Storage), ROM, RAM, CD-ROM들, CD-R들 (CD-recordables), CD-RW들 (CD-rewritables), 자기 테이프들, 및 기타 광학 및 비광학 데이터 저장 하드웨어 유닛들을 포함한다. 비일시적인 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 판독 가능 코드가 분산된 방식으로 저장되고 실행되도록 네트워크-커플링된 컴퓨터 시스템을 통해 분산된 컴퓨터 판독 가능 유형의 매체를 포함할 수 있다.
전술한 개시가 이해의 명확성의 목적들을 위해 일부 상세를 포함하지만, 특정한 변화들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수 있다는 것이 자명할 것이다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 임의의 실시 예로부터의 하나 이상의 피처들은 본 명세서에 개시된 임의의 다른 실시 예의 하나 이상의 피처들과 결합될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 실시 예들은 제한적이지 않고 예시적인 것으로 간주되어야 하고, 청구된 것은 본 명세서에 제공된 상세들로 제한되지 않고, 개시된 실시 예들의 범위 및 등가물 내에서 수정될 수도 있다.

Claims (19)

  1. 정전 척에 있어서,
    베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트 위에 배치된 (dispose) 본딩 층;
    상기 본딩 층 위에 배치된 하단 표면을 갖는 세라믹 플레이트로서, 상기 세라믹 플레이트는 기판을 지지하기 위한 상승된 상단 표면을 갖고, 상기 상승된 상단 표면은 외경을 갖는, 상기 세라믹 플레이트; 및
    상기 세라믹 플레이트의 상기 하단 표면과 상기 본딩 층 사이에 배치된 히터로서, 상기 히터는 내측 가열 엘리먼트 및 외측 가열 엘리먼트를 포함하고, 상기 내측 가열 엘리먼트는 상기 세라믹 플레이트의 상기 하단 표면에 인접한 중심 원형 영역에 배치되고 (arrange), 그리고 상기 외측 가열 엘리먼트는 상기 중심 원형 영역을 둘러싸는 환형 영역 내에 배치되고, 상기 세라믹 플레이트의 상기 하단 표면에 인접하고, 상기 외측 가열 엘리먼트의 외경은 상기 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 (setback) 영역으로부터 인셋되고 (inset), 상기 환형 히터 셋백 영역은 상기 상승된 상단 표면의 상기 외경과 상기 외측 가열 엘리먼트의 상기 외경 사이에 있는, 상기 히터를 포함하고;
    상기 베이스 플레이트는 복수의 냉각 채널들을 포함하고, 상기 복수의 냉각 채널들은 상기 내측 가열 엘리먼트 아래, 상기 외측 가열 엘리먼트 아래, 그리고 상기 환형 히터 셋백 영역 아래에 배치되고, 그리고 상기 복수의 냉각 채널들 각각은 상기 세라믹 플레이트의 상기 환형 히터 셋백 영역 내 열 전도성 냉각을 유발하도록 냉각 유체를 흘리도록 구성되는, 정전 척.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 냉각 채널들은 상기 베이스 플레이트 내 상기 냉각 유체를 순환시키도록 배치되고, 상기 복수의 냉각 채널들의 외경 냉각 채널은 상기 환형 히터 셋백 영역 아래에 배치되는, 정전 척
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 외경 냉각 채널은 상기 베이스 플레이트 내에 형성된 직사각형 형상을 갖고, 상기 직사각형 형상의 상단 부분이 상기 환형 히터 셋백 영역 아래에 수평으로 정렬되는, 정전 척.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 외경 냉각 채널은 상기 본딩 층에 인접하고 상기 환형 히터 셋백 영역 아래에 계면 벽 (interface wall) 을 형성하는, 정전 척.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 계면 벽은 약 1 ㎜ 이상 그리고 약 6 ㎜ 이하의 치수를 갖는, 정전 척.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 세라믹 플레이트의 상기 하단 표면에 본딩되는, 정전 척.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 본딩 층은 약 0.1 ㎜ 내지 약 2 ㎜ 미만의 두께를 갖는, 정전 척.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 본딩 층은 약 0.75 ㎜의 두께를 갖는, 정전 척.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 환형 히터 셋백 영역은 약 2 ㎜ 내지 약 10 ㎜인, 정전 척.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 환형 히터 셋백 영역 아래에 배치되는 상기 복수의 냉각 채널들의 상기 외경 냉각 채널은 상기 세라믹 플레이트의 상기 환형 히터 셋백 영역 반대 편인 상기 베이스 플레이트의 영역에 상기 외경 냉각 채널의 적어도 부분을 배치하는 (place), 정전 척.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 본딩 층은 상기 냉각 유체를 사용하여 상기 세라믹 플레이트의 상기 환형 히터 셋백 영역의 상기 열 전도성 냉각을 제공하도록 상기 베이스 플레이트와 상기 세라믹 플레이트의 상기 환형 히터 셋백 영역 사이에 배치되는, 정전 척.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판이 상기 상승된 상단 표면 위에 배치될 때, 상기 세라믹 플레이트의 상기 환형 히터 셋백 영역의 상기 열 전도성 냉각은 상기 기판에 대한 콜드 에지 (cold edge) 영역을 제공하는, 정전 척.
  13. 제 1 항에 있어서,
    온도 전이 존이 상기 외측 가열 엘리먼트의 상기 외경과 상기 환형 히터 셋백 영역 사이의 계면에서 상기 세라믹 플레이트 내에 제공되고, 상기 환형 히터 셋백 영역은 상기 외부 가열 엘리먼트의 상기 외경으로부터 이격되게 셋백되는, 정전 척.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 가열 엘리먼트는 상기 세라믹 플레이트의 상기 환형 히터 셋백 영역 아래로 연장하지 않고, 그리고 상기 세라믹 플레이트의 상기 환형 히터 셋백 영역은 상기 본딩 층의 일부 위에, 그리고 적어도 상기 베이스 플레이트의 외경을 따라 배치된 상기 복수의 냉각 채널들 중 하나의 부분 위에 배치되는, 정전 척.
  15. 정전 척의 영역을 열적으로 냉각하기 위한 방법에 있어서, 상기 정전 척은 세라믹 플레이트 및 베이스 플레이트를 포함하고,
    베이스 플레이트와 세라믹 플레이트 사이에 내측 가열 엘리먼트 및 외측 가열 엘리먼트를 제공하는 단계로서, 상기 외측 가열 엘리먼트는 상기 세라믹 플레이트의 환형 히터 셋백 영역으로부터 이격되어 포지셔닝되는, 상기 내측 가열 엘리먼트 및 상기 외측 가열 엘리먼트를 제공하는 단계;
    상기 베이스 플레이트에 배치된 복수의 냉각 채널들을 따라 냉각 유체를 흘리는 단계로서, 상기 복수의 냉각 채널들 중 적어도 하나는 상기 환형 히터 셋백 영역 아래에 배치되고, 상기 냉각 유체는 정전 척 위에 배치될 때 기판에 대한 콜드 에지 영역을 제공하도록 상기 세라믹 플레이트의 상기 환형 셋백 영역 내 열적 냉각을 유발하도록 구성되는, 상기 냉각 유체를 흘리는 단계;
    상기 외측 가열 엘리먼트 및 상기 내측 가열 엘리먼트에 연결되는 교류 (alternating current; AC) 히터들을 활성화하는 단계; 및
    설정점 (set point) 온도에서 동작하도록 칠러를 활성화하는 단계로서, 상기 칠러를 활성화하는 단계는 상기 세라믹 플레이트 및 상기 환형 히터 셋백 영역을 열적으로 냉각하기 위해 상기 냉각 유체의 플로우를 제어하도록 구성되는, 상기 칠러를 활성화하는 단계를 포함하는, 정전 척 영역의 열적 냉각 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 설정점 온도에서 동작하도록 상기 칠러의 제어를 관리하도록 제어기를 동작시키는 단계를 더 포함하는, 정전 척 영역의 열적 냉각 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 냉각 유체를 순환시키도록 상기 베이스 플레이트 내에 상기 복수의 냉각 채널들을 배치하는 단계를 더 포함하고, 상기 복수의 냉각 채널들의 외경 냉각 채널 중 하나 이상은 상기 환형 히터 셋백 영역 아래에 배치되는, 정전 척 영역의 열적 냉각 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트 위에 본딩 층을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 본딩 층은 약 0.1 ㎜ 내지 약 2 ㎜ 미만의 두께를 갖는, 정전 척 영역의 열적 냉각 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 세라믹 플레이트의 상기 환형 히터 셋백 영역과 관련된 온도 데이터를 측정하는 단계, 및
    상기 온도 데이터가 상기 설정점 온도에 기초하여 계획된 (project) 온도 값 내에 있는 지를 결정하는 단계를 더 포함하는, 정전 척 영역의 열적 냉각 방법.
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