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KR101663844B1 - 정전 척에 대해 사용하기 위한 클로킹가능 디바이스 - Google Patents

정전 척에 대해 사용하기 위한 클로킹가능 디바이스 Download PDF

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KR101663844B1
KR101663844B1 KR1020117006850A KR20117006850A KR101663844B1 KR 101663844 B1 KR101663844 B1 KR 101663844B1 KR 1020117006850 A KR1020117006850 A KR 1020117006850A KR 20117006850 A KR20117006850 A KR 20117006850A KR 101663844 B1 KR101663844 B1 KR 101663844B1
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KR
South Korea
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electrostatic chuck
ring
coupling ring
edge ring
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KR1020117006850A
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Inventor
헨리 에스 포볼니
안드레아스 피셔
Original Assignee
램 리써치 코포레이션
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Publication date
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Abstract

플라즈마 환경에서 기판을 유지하도록 구성된 정전 척에 대해 사용하기 위한 클로킹가능 디바이스가 개시된다. 클로킹가능 디바이스는 정전 척의 제 1 부위를 포함하고 정전 척의 제 1 부위는 적어도 하나의 면을 갖고 적어도 하나의 면은 그 위에 위치된 가변형 열 접촉 영역들을 구비한다. 정전 척의 제 2 부위는 적어도 하나의 면을 갖고 적어도 하나의 면은 그 위에 위치된 가변형 열 접촉 영역들을 구비한다. 제 2 부위의 적어도 하나의 면은 제 1 부위의 적어도 하나의 면과 열적으로 접촉하게 배치되어 기판의 면에 걸쳐 열적 구배를 제어하도록 구성된다.

Description

정전 척에 대해 사용하기 위한 클로킹가능 디바이스 {A CLOCKABLE DEVICE FOR USE WITH AN ELECTROSTATIC CHUCK}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2008년 9월 26일자로 출원된 명칭이 "Adjustable Thermal Contact Between an Electrostatic Chuck and A Hot Edge Ring by Clocking a Coupling Ring" 명칭인 미국 가특허출원 제61/194,277호에 대한 우선권 이익의 향유를 주장하고, 이는 참조에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
기술 분야
본 발명은 일반적으로 반도체, 데이터 저장 장치, 평판 디스플레이, 및 관련 또는 다른 산업 분야에서 사용되는 프로세스 장치의 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 플라즈마-기반 프로세스 툴들에서 사용되는 정전 척들의 성능 향상을 위한 시스템에 관한 것이다.
반도체 디바이스 지오메트리 (즉, 집적 회로 디자인 규칙들) 은 수십년전 집적 회로 (IC) 디바이스들이 처음 도입된 이래 극적으로 크기가 감소되어 왔다. IC 들은 일반적으로 "무어의 법칙" 을 따라는데, 이 "무어의 법칙"은 단일 집적 회로 칩 상에 제조되는 디바이스들의 수가 2년 마다 두배로 증가하는 것을 의미한다. 오늘날의 IC 제조 설비들은 일상적으로 65㎚ (0.065㎛) 피처 사이즈 디바이스들을 생산하고 있고, 향후 팹 (fab) 들은 심지어 더 작은 피처 사이즈들을 갖는 디바이스들을 곧 생산하게 될 것이다.
IC 설계 규칙들이 축소됨에 따라, 반도체 제조에 있어서 증가하는 경향은, 플라즈마 에칭 및 퇴적 체임버들을 포함하는, 다양한 제조 단계들에 대해 단일-웨이퍼 프로세싱을 이용하는 것이다. 단일-웨이퍼 반응기들은 웨이퍼에 걸쳐 온도 및 온도 균일성을 제어하는 동안 웨이퍼 (또는 다른 기판-타입) 를 조심스럽게 고정하도록 설계되야 한다.
프로세싱이 수행될 웨이퍼의 앞면들의 일부를 맞물리게 하는 기계적인 웨이퍼 클램프 (mechanical wafer clamp) 들은 가스 흐름의 방해, 플라즈마 분포의 변화 및 히트 싱크 (heat sink) 로서의 작용에 의한 프로세스 균일성 문제들을 일으킬 가능성이 있다. 부적절하게 설계되면, 기계적인 웨이퍼 클램프들이 미립자들을 초래함으로써 웨이퍼의 오염 및 다른 문제들이 생길 수도 있다.
정전 척 (ESC; electrostatic chuck) 은 정전기 포텐셜을 사용하여 웨이퍼를 프로세싱 동안 제 위치에서 유지하여, 오로지 웨이퍼의 배면과 접촉함으로써 기계적 클램핑의 문제들을 방지할 수 있다. 정전 척들은 기판과 척상에 반대 전하들을 유도하여 척과 기판 사이에 정전기적 인력을 야기함으로써 작동한다. 인력의 정도는 유도된 전하의 양과 전하가 전도 효과들로 인해 방산되는 비율에 의존한다. 전압 바이어싱 (voltage biasing) 은 정전기력을 유도 및 제어하기 위해 이용되고 프로세싱 사이클의 오직 일부 동안, 예를 들면, 기판이 척에 이송된 직후에, 적용될 수 있다. 다르게는, 전압 바이어싱은 프로세싱 사이클 내내 연속적으로 적용될 수 있다. 예를 들면, 플라즈마의 전도 특성을 이용함으로써 ESC 및 웨이퍼 시스템 중 하나의 터미널에 전기적 연결 수단이 제공될 수 있다.
다양한 타입들의 정전 척들은 기판의 직근 및 위의 영역에 플라즈마를 한정하기 위한 목적으로 기판의 아래 및 주변에 배치되는 소모성 (즉, 희생성) 에지 링들을 포함할 수 있다. 또한 에지 링들은 플라즈마에 의한 부식으로부터 ESC를 보호할 수 있다.
도 1을 참조하면, 예시적인 종래 기술의 ESC 구조 (100) 의 일부는 양극처리된 알루미늄 베이스 (101), 히터 본드 층 (103), 히터 (105), 히터 플레이트 (107), 및 세라믹 본드 층 (109) 을 포함한다. ESC 구조 (100) 은 세라믹 상부 피스 (111) 로 덮여진다. 히터 본드 층 (103), 히터 (105), 히터 플레이트 (107) 및 세라믹 본드 층 (109) 은 에지 본딩 실 (113) 에 의해 주변 플라즈마 환경 및 부식성 화학물질들과의 직접적인 접촉으로부터 보호된다. 따라서 에지 본딩 실 (113) 은 히터 (105), 히터 플레이트 (107), 및 히터 (103) 및 세라믹 (109) 본딩 층들을 플라즈마 부식으로부터 보호한다.
히터 본드 층 (103) 은 전형적으로 실리카 (예를 들면 비정질 SiOx) 로 함침된 실리콘 층 (silicone layer) 으로 구성된다. 히터 (105) 는 종종 폴리이미드로 캡슐화된 금속 저항 엘리먼트들로 구성되는 한편, 히터 플레이트 (107) 은 전형적으로 알루미늄으로부터 제조된다. 세라믹-충전된 (예를 들면, 알루미나 (Al2O3)) 실리콘 재료 (silicone material) 가 보통 세라믹 본드 층 (109) 에 사용된다. 세라믹 상부 피스 (111) 는 보통 알루미나로부터 제조되고 기판 (115), 이를 테면 규소 웨이퍼로 하여금 세라믹 상부 피스 (111) 위 제자리에 고정되게 유지될 수 있도록 구성된다.
에지 링 (117) 은 전형적으로 전체 형상이 원형이고 예시적인 종래 기술의 ESC 구조 (100) 의 내부 부분의 주변에 고정된다. 에지 링 (117) 은 ESC 구조 (100) 의 내부 부분에 관하여 동심을 이루게 배치되고 수직, 단일-면 내부 직경의 특징을 이룬다. 단일-면 내부 직경은 알루미늄 베이스 (101), 에지 본딩 실 (113) 및 세라믹 상부 피스 (111) 에 대해 에지 링 (117) 을 억눌러 명목상으로 에지 링 (117) 을 센터링 한다.
일반적으로, 플라즈마 반응기에서 고 전력 중합 화학 반응 (high power polymerizing chemistry) 동안 매우 뜨거워지는 에지 링 (예를 들면, 핫 에지 링, HER) 은 ( 열영동력 (thermophoretic force) 에 기인하여) 중합체를 기판의 에지들로 강제로 밀어낸다. 기판 에지 상 또는 근처의 폴리머들의 증가된 수준은 기판 상의 계획된 피처들의 임계 치수 (CD) 들을 감소시킨다. 반대로, 에지 링이 너무 차가워지면, 에지링 상에 퇴적된 중합체 자체가 증가하여 기판의 에지들 상에 또는 근처에 증가된 CD 들을 야기한다 (즉, 기판과 에지링 사이의 열적 구배는 중합체 전구체들이 에지링 상에 강제로 퇴적되게 한다).
따라서, 기판의 표면에 걸쳐 적절한 CD 균일성을 가능하게 하기 위해, ESC 상의 뜨거운 영역과 차가운 영역들 사이에 밸런스가 이루어져야만 한다. 추가로, 상이한 화학 반응 (chemistry) 들 및 플라즈마 전력 수준들에 대해 독특한 생산성 문제들을 야기하지 않고서, 기대되는 CD 결과들을 이루기 위하여 최적의 열 밸런스 구성이 이루어져야만 한다.
따라서, 너무 뜨겁거나 너무 차가워지는 것 사이에서 에지링의 온도를 밸런싱하는 열 인터페이스 시스템이 요구된다. 열 인터페이스 시스템은 상이한 프로세스들에 대해 신속하고 용이하게 구성되야 한다 (즉, 시스템은 현장에서 쉽게 조정가능해야 한다). 추가로, 에지링의 온도는 플라즈마 전력 수준과 같은 작동 파라미터들의 정해진 세트에 대해 열 인터페이스 시스템을 통하여 쉽게 맞춰져야 한다.
예시적인 실시형태에서, 플라즈마 환경에서 기판을 유지하도록 구성된 정전 척에 대해 사용하기 위한 클로킹가능 디바이스 (clockable device) 가 개시된다. 클로킹가능 디바이스는 정전 척의 적어도 일부의 주변을 둘러싸고 정전 척에 근접하게 탑재되는 에지 링에 열적으로 접촉하도록 구성된 커플링 링을 포함한다. 제 1 복수의 융기된 피처들 및 제 2 복수의 융기된 피처들은 커플링 링의 제 1 부위 및 제 2 부위의 각각 상에 방사상으로 배열된다. 복수의 융기된 피처들의 각각은 각 피처의 베이스 부위에서를 제외하고 복수의 동심의 링들 중 내측 링 또는 외측 링 중 어느 하나의 융기된 피처로부터 열적으로 분리된다. 커플링 링은 커플링 링의 제 1 부위를 포함하고 커플링 링의 제 1 부위는 제 1 세트의 반대 면들을 가지며 제 1 세트의 반대 면들 중 적어도 하나상에 제 1 복수의 융기된 피처 (raised feature) 들이 형성된다. 커플링 링의 제 2 부위는 제 2세트의 반대 면들을 가지며 제 2 세트의 반대 면들 중 적어도 하나 상에 제 2 복수의 융기된 피처들이 형성되고 제 2 복수의 융기된 피처들은 제 1 복수의 융기된 피처들에 열적으로 커플링되도록 배열된다. 제 1 부위와 제 2 부위 사이의 열적 커플링 (thermal coupling) 의 정도는 제 2 부위에 대해 제 1 부위를 클로킹 (clocking) 함으로써 제어되도록 구성된다.
다른 예시적인 실시형태에서, 플라즈마 환경에서 기판을 유지하도록 구성된 정전 척에 대해 사용하기 위한 클로킹가능 디바이스가 개시된다. 클로킹가능 디바이스는 정전 척의 적어도 일부의 주변을 둘러싸고 정전 척에 열적으로 접촉하도록 구성된 에지링을 포함한다. 에지링은 하부 면을 포함하고 하부 면상에 제 1 복수의 융기된 피처들이 형성된다. 제 2 복수의 융기된 피처들이 정전 척의 일부 상에 에지 링과 열적으로 접촉하게 형성된다. 제 1 복수의 융기된 피처들 및 제 2 복수의 융기된 피처들은 에지링 및 정전 척 상에 방사상으로 배열된다. 복수의 융기된 피처들의 각각은 각 피처의 베이스 부위에서를 제외하고 복수의 동심의 링들 중 내측 링 또는 외측 링 중 어느 하나의 융기된 피처로부터 열적으로 분리된다. 제 2 복수의 융기된 피처들은 제 1 복수의 융기된 피처들에 열적으로 커플링되도록 배열되며 에지링과 정전 척 사이의 열적 커플링의 정도는 제 2 복수의 융기된 피처들에 대해 에지링을 클로킹함으로써 제어되도록 구성된다.
다른 예시적인 실시형태에서, 플라즈마 환경에서 기판을 유지하도록 구성된 정전 척에 대해 사용하기 위한 클로킹가능 디바이스가 개시된다. 클로킹가능 디바이스는 정전 척의 적어도 일부의 주변을 둘러싸고 정전 척에 열적으로 커플링되도록 구성된 에지링을 포함한다. 에지링은 하부 면을 포함하고 하부 면 상에 제 1 복수의 융기된 피처들이 형성된다. 커플링 링은 적어도 제 2 복수의 융기된 피처들을 갖고 에지링 상의 제 1 복수의 융기된 피처들과 열적으로 접촉하게 배치되도록 구성된다. 제 1 복수의 융기된 피처들 및 제 2 복수의 융기된 피처들은 에지 링과 커플링 링 상에 방사상으로 배열된다. 복수의 융기된 피처들의 각각은 각 피처의 베이스 부위에서를 제외하고 복수의 동심의 링들 중 내측 링 또는 외측 링 중 어느 하나의 융기된 피처로부터 열적으로 분리된다. 제 2 복수의 융기된 피처들은 제 1 복수의 융기된 피처들에 열적으로 커플링되도록 배열되며 에지링과 커플링 링 사이의 열적 커플링의 정도는 커플링에 대해 에지링을 클로킹함으로써 제어되도록 구성된다.
다른 예시적인 실시형태에서, 플라즈마 환경에서 기판을 유지하도록 구성된 정전 척에 대해 사용하기 위한 클로킹가능 디바이스가 개시된다. 클로킹가능 디바이스는 정전 척의 제 1 부위를 포함하고 정전 척의 제 1 부위는 적어도 하나의 면을 갖고 적어도 하나의 면 상에 가변형 열 접촉 영역들이 위치된다. 정전 척의 제 2 부위는 적어도 하나의 면을 갖고 적어도 하나의 면상에 가변형 열 접촉 영역들이 위치된다. 제 2 부위의 적어도 하나의 면은 제 1 부위의 적어도 하나의 면과 열적으로 접촉하게 배치되어 기판의 면에 걸쳐 열적 구배 (thermal gradient) 를 제어하도록 구성된다.
여러 첨부된 도면들은 본 발명의 예시적인 실시형태들을 예시할 뿐이고 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 고려되어서는 안된다.
도 1a는 종래 기술의 정전 척의 일부의 단면도이다.
도 1b는 커플링 링과 여러 층들의 열적 인터페이스를 포함하는 종래 기술의 정전 척의 일부의 단면도이다.
도 2는 ESC와 핫 에지 링 사이의 온도 구배를 변화시키기 위해 정전 척 (ESC) 상에서 사용되는 예시적인 클록킹가능 커플링 링의 단면도이다.
도 3은 도 2의 클로킹가능 커플링 링의 각 부위의 예시적인 평면 (즉, 앞면) 및 배면도이다.
도 4는 예시적인 클로킹가능 커플링 링의 열적 접촉 부위들을 변화시키는 단면도를 도시한다.
아래에서 설명되는 다양한 실시형태들은 프로세스 성능을 향상시키도록 설계된 개선된 커플링 링을 설명한다. 정해진 운전 조건들 (예를 들면, 정해진 플라즈마 전력 수준에서) 에 대해 알려진 열적 구배를 확실히 커플링 링이 제공할 수 있도록 함으로써 프로세스 성능은 향상된다. 예를 들면, ESC 와 핫 에지링 (HER; hot edge ring) 사이의 조정가능한 열적 접촉을 갖는 클로킹가능 커플링 링에 의해 열적 구배가 제어될 수 있다. 열적 인터페이스 재료들의 선택의 변화 또는 추가적인 하드웨어를 반드시 요하지 않고서도 열적 접촉이 신속 및 용이하게 조정될 수 있다.
도 2를 참조하면, ESC의 단면도 (200) 는 예시적인 클로킹가능 커플링 링 (201) 을 포함한다. 예시적인 크로킹가능 커플링 링 (201) 은 적어도 2개의 부위들, 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 로 구성된다. 선택적인 커플링 링 열적 인터페이스 재료 층 (203) 이 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 사이에 끼워질 수 있다. 추가로, 선택적인 ESC 열적 인터페이스 재료 층 (205) 이 알루미늄 베이스 플레이트 (101) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 사이에 추가될 수 있다.
상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 는 다양한 재료들로 구성될 수 있다. 다양한 재료들은, 예를 들면, 산화알루미늄 (Al2O3, "알루미나") 또는 다른 타입들의 세라믹들을 포함한다. 규소, 탄화규소, 이산화규소 (예를 들면, 결정질 또는 비정질 (SiOx)), 및 전이 금속들 이를테면 고체 이트륨이 또한 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B)을 제조하는데 적합한 재료이다. 추가로, 다양한 다른 형태들의 금속, 절연, 및 반도체 재료들이 또한 쉽게 사용될 수 있다. 특정 예시적인 실시형태에서, 75마이크로미터 (㎛) 내지 125㎛ (약 0.003 내지 0.005 인치) 두께의 산화이트륨 마감재 (finish) 로 코팅된 산화알루미늄 (Al2O3) 이 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 에 대해 사용될 수 있다. 산화 이트륨 마감재는 예를 들면, 열-분무 (thermo-spraying) 에 의해 적용되거나 물리적 기상 증착 (PVD; physical vapor deposition) 시스템으로부터 적용될 수 있다. 본 실시형태에서, 산화이트륨 마감재는 요구되는 특정 영역들에서 테이퍼링 (tapering) 될 수 있거나 또는 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 의 전체 부위에서 코팅되지 않은 상태로 남겨질 수 있다.
특정 예시적인 실시형태에서, 선택적인 커플링 링 (203) 및 ESC 열적 인터페이스 재료 층들 (205) 은 예를 들면, Q-Pad®Ⅱ 등과 같은 Q-Pad® 열 전달 재료로 구성될 수 있다. Q-Pad®는 더 베르퀴스트 사 (The Bergquist Company) (Chanhassen, Minnesota, USA) 에 의해 제조되고 플라즈마 에칭 체임버의 고-진공 환경과 같은 가스방출 재료 (outgassing material) 들이 사용될 수 없는 경우의 사용을 위해 특별히 만들어지는 포일-포맷 써멀 그리스 대체물 (foil-format thermal greese replacement) 이다. Q-Pad®는 345kPa (약 50 psig) 에서 1.42℃㎠/W (약 0.22℃in2/W) 의 열 임피던스 (thermal impedance) 를 갖는, 열 및 전기 전도성 고무의 반대 면들 상에 형성되는 알루미늄 포일로 구성된다.
다른 특정 예시적인 실시형태에서, 커플링 링 (203) 및 ESC 열적 인터페이스 재료 층 (205) 들은 예를 들면, Sil-Pad®400 등과 같은 Sil-Pad® 열 전달 재료로 구성될 수 있다. Sil-Pad®는 또한 더 베르퀴스트 사 (위 참조) 에 의해 제조되고 실리콘 고무 (silicone rubber) 와 섬유유리 (fiberglass) 의 복합재이다. Sil-Pad®는 345kPa (약 50 psig) 에서 7.29℃㎠/W (약 1.13℃in2/W) 의 열 임피던스를 갖는 열 전도성 절연체이다. 당해 분야에서 독립적으로 알려진 다른 열 전도성 인터페이스 층들 역시 쉽게 사용될 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 상부 커플링 링 부위 (201A) 의 예시적인 저면도 (300) 는 상부 커플링 링 부위 (201A) 의 하부 면 상에 위치된 복수의 융기된 페디스털 (raised pedestal) (301) 들을 포함한다. 마찬가지로, 하부 커플링 링 부위 (201B) 의 예시적인 평면도 (350) 는 하부 커플링 링 부위 (201B) 의 상부 면 상의 또 다른 복수의 융기된 페디스털 (301) 들을 포함한다. 복수의 융기된 페디스털 (301) 들의 배열은 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 가 서로 물리적으로 접촉될 때 가변형 기계적 접촉 영역들을 가질 수 있게 한다. 따라서 가변형 기계적 접촉 영역들은 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 사이에서 가변형 열 접촉을 가능하게 하는데 이에 대해서는 바로 아래에서 논의한다. 여기에 개시된 정보를 읽을 경우 당업자가 쉽게 알 수 있는 바처럼, 원하는 결과를 이루기 위해 복수의 융기된 페디스털들의 폭, 높이, 수 및 다른 파라미터들을 변화시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 사이의 복수의 융기된 페디스털 (301) 중 하나의 제 1 단면도 (400) 는 최대 열 접촉 영역을 나타낸다. 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 사이의 복수의 융기된 페디스털 (301) 중 하나의 제 2 단면도 (430) 는 감소된 기계적 접촉 영역에 기인하여 제 1 단면도 (400) 보다 더 높은 열 임피던스를 갖는 열 접촉 영역을 나타낸다. 마찬가지로, 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 사이의 복수의 융기된 페디스털 (301) 중 하나의 제 3 단면도 (450) 는 더 감소된 기계적 접촉 영역에 기인하여 제 2 단면도 (430) 보다 더 높은 열 임피던스를 갖는 열 접촉 영역을 나타낸다. 따라서, 최종 사용자는 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 사이의 기계적 접촉의 양에 따라 계단형 또는 무한 가변성 중 어느 일방을 (아래에서 논의되는, 기계적 또는 화학적 접촉 연결 수단에 따라) 제공할 수 있다.
추가로, 열 인터페이스 재료 (열 전도성 또는 열 절연성 중 어느 일방) 의 피스 (piece) (미도시) 가 복수의 융기된 페디스털 (301) 들 중 하나 이상 사이에 배치되어 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 사이의 전체 열 전도도 (thermal conductivity) 에 더 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B)의 조합 (combination) 은 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 를 상이한 기계적 접촉 배열들로 배열하여 2개 부위들 사이의 열 접촉을 변화시킴으로써 클로킹가능 커플링 링을 제공할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 당업자라면 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 를 서로에 대해 부착하기 위한 다양한 수단을 쉽게 알 수 있을 것이다. 특정 예시적인 실시형태에서, 2개 부위들은 서로에 대해, 예를 들면 하나의 피스에 있는 카운터싱크 (countersink) 및 홀을 통과하여 다른 피스 상의 탭핑 (tapping) 및 스레딩 (threading) 된 홀 속으로 들어가는 평 머리 기계 나사 (flat head machine screw) 에 의해 볼트로 조여질 수 있다. 복수의 스레딩된 홀들은 하나의 피스에 포함될 수 있고 그 하나의 피스는 다른 하나의 피스에 있는 카운터싱킹된 홀들로부터 다양한 오프셋 위치들에 위치된다. 다른 특정 예시적인 실시형태에서, 2개 부위들은 서로에 대해, 예를 들면 하나의 피스에 있는 연장된 (즉 슬롯팅 (slotting) 된) 카운터싱크 슬롯을 통과하여 다른 피스 상의 탭핑 (tapping) 및 스레딩 (threading) 된 홀 속으로 들어가는 평 머리 기계 나사에 의해 볼트로 조여질 수 있다. 또 다른 예시적인 실시형태에서, 2개의 피스들이 서로에 대해 고온 접착제에 의해 부착될 수 있다.
상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 의 서로에 대한 다양한 배열들은 임의의 핫 에지 링 (HER) 과 정전 척 사이에 열적 접촉을 조정하는 수단을 가능하게 한다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시형태는 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 가 서로에 대해 상이한 방향으로 회전 할 때, 상이한 기계적 접촉 영역과 결과적으로 상이한 열적 접촉 영역이 생기는 패턴으로 복수의 융기된 페디스털 (301) 를 가짐으로써 작동한다. 상이한 HER 온도를 필요로 하는, 상이한 프로세스 레시피 (recipe) 들은 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 사이의 기계적 접촉의 양을 단순히 변화시킴으로써 쉽게 맞추어질 수 있다.
다른 예시적인 실시형태들 (도시되지는 않았지만 여기에서 논의된 재료를 읽는 경우 당업자에 의해 쉽게 이해가능하다) 에서, 복수의 융기된 페디스털 (301) 들은, 클로킹가능 커플링 링 상에 도시된 배열에 추가 또는 대안 중 어느 일방에 의해, ESC와 커플링 링 사이에 배열될 수 있다. 또한, 또 다른 예시적인 실시형태들에서, 복수의 융기된 페디스털 (301) 들은, 클로킹가능 커플링 링 상에 도시된 배열에 추가 또는 대안 중 어느 일방에 의해, 커플링 링과 HER 사이에 배열될 수 있다.
더욱이, 추가의 실시형태들은 페디스털 패턴이 보다 미세하게 스케일링 (scaling) 된 피처 (feature) 들 (예를 들면 약 1㎝ 폭) 을 갖도록 복수의 융기된 페디스털 (301) 들을 생성하여 방위각 상 불균일성이 생기지 않게 하는 것을 포함한다. 또한, 융기된 페디스털들의 패턴은 수개의 동심의 링들로 형성되어 2개의 부위들 사이의 갭에서 아크 발생 (arcing) (즉, 플라즈마 점화 (light-up) )의 가능성이 감소되거나 또는 제거될 수 있다.
2개 영역들 사이의 열 접촉이 서로 다른 것을 조건으로 하여 거친 영역과 매끄러운 영역이 복수의 융기된 페디스털 (301) 들을 대신할 수 있다. 예를 들면, 거친 영역은 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 사이의 긴밀한 접촉 (intimate contact) 을 방지하여, 열 임피던스를 증가시킨다. 반대로, 매끄러운 영역은 상부 커플링 링 부위 (201A) 와 하부 커플링 링 부위 (201B) 사이의 긴밀한 접촉을 제공하여, 열 임피던스를 감소시킨다.
추가로, 2개 영역들 사이의 열 접촉이 상이한 것을 조건으로 하여, 양호한 열 접촉과 불량한 열 접촉을 이루는 다양한 코팅들이 복수의 융기된 페디스털 (301) 들을 대신할 수 있다. 예를 들면, 상이한 두께 또는 상이한 열 전도도 중 어느 일방을 갖는 코팅들이 조정가능한 열 접촉을 갖는 클로킹가능한 시스템을 이루는데 사용될 수 있다.
위에서 본 발명은 본 발명의 특정 실시형태들을 참조하여 설명되었다. 하지만, 첨부된 특허청구범위에서 제시된 본 발명의 더 넓은 사상 및 범위로부터 이탈함이 없이 그 특정 실시형태들에 대한 다양한 수정 및 변화들이 이루어질 수 있음은 당업자에게 분명할 것이다.
예를 들면, 구체적인 실시형태들은 다양한 재료 타입들 및 배치들을 기술한다. 이들 재료들 및 배치들은 달라질 수 있고 여기에 나타낸 것들은 예시의 목적을 위한 것이고 오직 에지링의 다양한 양태들을 예시하기 위함임을 당업자라면 인식하게 될 것이다. 예를 들면, 여기에 개시된 정보를 읽을 경우, 커플링 링의 열 접촉 영역은 추가 또는 별도 중 어느 일방에 의해 핫 에지링 속으로 포함될 수 있음을 당업자라면 빠르게 인식할 것이다. 그러한 배열에서, HER은 커플링 링을 배치할 필요없이 ESC에 직접 커플링될 수 있으나 여전히 여기에서 논의된 열 전도도와 그에 따른 HER 상의 온도의 가변성을 제공한다. 추가로, 여기에 설명된 기술 및 방법들은, 정확하고 정밀한 동심성 (concentricity) 과 배치가 유지될 필요가 있는 가혹한 플라즈마 및 화학적 환경에서 동작하는 임의의 유사한 종류의 구조에 적용될 수 있음을 당업자라면 더 인식하게 될 것이다. 반도체 산업의 정전 척에 대한 응용은 순전히 본 발명의 다양한 실시 형태들을 설명함에 있어 당업자를 돕기 위한 예로서 사용되어 있다.
더욱이, 용어 반도체는 상세한 설명 전체에 걸쳐 데이터 저장 장치, 평판 디스플레이, 및 관련 또는 다른 산업들을 포함하는 것으로 해석되야 한다. 이들 및 다양한 실시형태들은 모두 본 발명의 범위내에 있다. 따라서 명세서 및 도면들은 제한적인 의미 보다는 예시적인 의미로 보아야 한다.

Claims (24)

  1. 플라즈마 환경에서 기판을 유지하도록 구성된 정전 척에 대해 사용하기 위한 클로킹가능 디바이스로서,
    상기 정전 척의 적어도 일부의 주변을 둘러싸고 상기 정전 척의 주변에 고정되도록 탑재되는 에지 링에 열적으로 접촉하도록 구성된 커플링 링을 포함하고,
    상기 커플링 링은,
    제 1 세트의 반대 면들을 갖는 상기 커플링 링의 제 1 부위로서, 상기 제 1 세트의 반대 면들 중 적어도 하나의 면은 그 면에 형성된 제 1 복수의 융기된 피처들을 갖는, 상기 커플링 링의 제 1 부위; 및
    제 2 세트의 반대 면들을 갖는 상기 커플링 링의 제 2 부위로서, 상기 제 2 세트의 반대 면들 중 적어도 하나의 면은 그 면에 형성되고 상기 제 1 복수의 융기된 피처들에 열적으로 커플링되도록 배열된 제 2 복수의 융기된 피처들을 갖고, 상기 커플링 링의 상기 제 1 부위 및 상기 커플링 링의 상기 제 2 부위는 서로 물리적으로 접촉될 때 가변형 기계적 접촉 영역들을 갖도록 구성된, 상기 커플링 링의 제 2 부위를 포함하고,
    상기 제 1 부위와 상기 제 2 부위 사이의 열적 커플링의 정도는 상기 제 2 부위에 대해 상기 제 1 부위를 클로킹 (clocking) 함으로써 제어되도록 구성되는, 클로킹가능 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 융기된 피처들 및 상기 제 2 복수의 융기된 피처들은 상기 커플링 링의 상기 제 1 부위 및 상기 제 2 부위의 각각 상에 방사상으로 배열되는, 클로킹가능 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 융기된 피처들 및 상기 제 2 복수의 융기된 피처들은 상기 커플링 링의 상기 제 1 부위 및 상기 제 2 부위의 각각 상에 복수의 동심의 링들로 방사상으로 배열되고,
    상기 복수의 융기된 피처들의 각각은 상기 각 피처의 베이스 부위에서를 제외하고 상기 복수의 동심의 링들 중 내측 링 또는 외측 링 중 어느 하나의 융기된 피처로부터 열적으로 분리되는, 클로킹가능 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 융기된 피처들 및 상기 제 2 복수의 융기된 피처들은 상기 제 1 복수의 융기된 피처들 및 상기 제 2 복수의 융기된 피처들 중 적어도 특정 피처들 사이에 배치된 열적 인터페이스 층 (thermal interface layer) 에 의해 서로 분리되는, 클로킹가능 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 융기된 피처들의 적어도 일부와 상기 제 2 복수의 융기된 피처들의 적어도 일부가 서로 열적으로 접촉하도록 상기 커플링 링의 상기 제 1 부위 및 상기 제 2 부위는 함께 볼트로 결합되게 배열되는,
    클로킹가능 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 커플링 링의 상기 제 1 부위 및 상기 제 2 부위 중 적어도 하나가, 상기 제 2 부위에 대해 상기 제 1 부위를 회전시킴으로써 상기 제 1 부위 및 상기 제2 부위 사이의 조정가능한 열 접촉을 용이하게 하도록 연장된 슬롯들을 갖는, 클로킹가능 디바이스.
  7. 플라즈마 환경에서 기판을 유지하도록 구성되는 정전 척에 대해 사용하기 위한 클로킹가능 디바이스로서,
    상기 정전 척의 적어도 일부의 주변을 둘러싸고 상기 정전 척에 열적으로 접촉하도록 구성되는 에지링으로서, 하부면을 포함하고 상기 하부면 상에 제 1 복수의 융기된 피처들이 형성된, 상기 에지링; 및
    상기 에지링과 열적으로 접촉하는, 상기 정전 척의 일부 상에 형성되는 제 2 복수의 융기된 피처들로서, 상기 제 1 복수의 융기된 피처들에 열적으로 커플링되도록 배열되고, 상기 에지링의 상기 하부면 및 상기 에지링과 열적으로 접촉한 상기 정전 척의 상기 일부는 서로 물리적으로 접촉될 때 가변형 기계적 접촉 영역들을 갖도록 구성된, 상기 제 2 복수의 융기된 피처들을 포함하고,
    상기 에지링과 상기 정전 척 사이의 열적 커플링의 정도는 상기 제 2 복수의 융기된 피처들에 대해 상기 에지링을 클로킹 (clocking) 함으로써 제어되도록 구성되는, 클로킹가능 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 융기된 피처들 및 상기 제 2 복수의 융기된 피처들은 상기 에지링 및 상기 정전 척 상에 방사상으로 배열되는, 클로킹가능 디바이스.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 융기된 피처들 및 상기 제 2 복수의 융기된 피처들은 상기 에지링 및 상기 정전 척 상의 복수의 동심의 링들로 방사상으로 배열되고,
    상기 복수의 융기된 피처들의 각각은 상기 각 피처의 베이스 부위에서를 제외하고 상기 복수의 동심의 링들 중 내측 링 또는 외측 링 중 어느 하나의 융기된 피처로부터 열적으로 분리되는, 클로킹가능 디바이스.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 융기된 피처들 및 상기 제 2 복수의 융기된 피처들은 상기 제 1 복수의 융기된 피처들 및 상기 제 2 복수의 융기된 피처들 중 적어도 특정 피처들 사이에 배치된 열적 인터페이스 층에 의해 서로 분리되는, 클로킹가능 디바이스.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 융기된 피처들의 적어도 일부와 상기 제 2 복수의 융기된 피처들의 적어도 일부가 서로 열적으로 접촉하도록 상기 에지링과 상기 정전 척은 함께 볼트로 결합되게 배열된, 클로킹가능 디바이스.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 에지 링 및 상기 정전 척 중 적어도 하나가, 상기 정전 척에 대해 상기 에지 링을 회전시킴으로써 상기 에지 링과 상기 정전 척 사이의 조정가능한 열 접촉을 용이하게 하도록 연장된 슬롯들을 갖는, 클로킹가능 디바이스.
  13. 플라즈마 환경에서 기판을 유지하도록 구성된 정전 척에 대해 사용하기 위한 클로킹가능 디바이스로서,
    상기 정전 척의 적어도 일부의 주변을 둘러싸고 상기 정전 척에 열적으로 커플링되도록 구성되는 에지링으로서, 하부 면을 포함하고 상기 하부 면에 제 1 복수의 융기된 피처들이 형성되는, 상기 에지링; 및
    제 2 복수의 융기된 피처들을 적어도 갖고 상기 에지링 상의 제 1 복수의 융기된 피처들과 열적으로 접촉하게 배치되도록 구성되는 커플링 링으로서, 상기 제 2 복수의 융기된 피처들은 상기 제 1 복수의 융기된 피처들에 열적으로 커플링되도록 배열되고, 상기 에지링의 상기 하부면 및 상기 커플링 링은 서로 물리적으로 접촉될 때 가변형 기계적 접촉 영역들을 갖도록 구성된, 상기 커플링 링을 포함하고,
    상기 에지링과 상기 커플링 링 사이의 열적 커플링의 정도는 상기 커플링 링에 대해 상기 에지 링을 클로킹함으로써 제어되도록 구성되는, 클로킹가능 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 융기된 피처들 및 상기 제 2 복수의 융기된 피처들은 상기 에지 링과 상기 커플링 링 상에 방사상으로 배열되는, 클로킹가능 디바이스.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 융기된 피처들 및 상기 제 2 복수의 융기된 피처들은 상기 에지링 및 상기 커플링 링 상의 복수의 동심의 링들로 방사상으로 배열되고,
    상기 복수의 융기된 피처들의 각각은 상기 각 피처의 베이스 부위에서를 제외하고 상기 복수의 동심의 링들 중 내측 링 또는 외측 링 중 어느 하나의 융기된 피처로부터 열적으로 분리되는, 클로킹가능 디바이스.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 융기된 피처들 및 상기 제 2 복수의 융기된 피처들은 상기 제 1 복수의 융기된 피처들 및 상기 제 2 복수의 융기된 피처들 중 적어도 특정 피처들 사이에 배치된 열 인터페이스 층에 의해 서로 분리되는, 클로킹가능 디바이스.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 융기된 피처들의 적어도 일부와 상기 제 2 복수의 융기된 피처들의 적어도 일부가 서로 열적으로 접촉하도록 상기 에지링과 상기 커플링 링은 함께 볼트로 결합되게 배열되는, 클로킹가능 디바이스.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 에지 링 및 상기 커플링 링 중 적어도 하나가, 상기 커플링 링에 대해 상기 에지 링을 회전시킴으로써 상기 에지 링과 상기 커플링 링 사이의 조정가능한 열 접촉을 용이하게 하도록 연장된 슬롯들을 갖는, 클로킹가능 디바이스.
  19. 플라즈마 환경에서 기판을 유지하도록 구성된 정전 척에 대해 사용하기 위한 클로킹가능 디바이스로서,
    상기 정전 척의 제 1 부위로서, 적어도 하나의 면을 갖고 상기 적어도 하나의 면 상에 가변형 열 접촉 영역들이 위치된, 상기 정전 척의 제 1 부위; 및
    상기 정전 척의 제 2 부위로서, 적어도 하나의 면을 갖고 상기 제 2 부위의 적어도 하나의 면 상에 가변형 열 접촉 영역들이 위치된, 상기 정전 척의 제 2 부위를 포함하고,
    상기 제 2 부위의 상기 적어도 하나의 면은 상기 제 1 부위의 상기 적어도 하나의 면과 열 접촉을 이루도록 배치되어 상기 기판의 면에 걸쳐 열적 구배를 제어하도록 구성되고,
    상기 정전 척의 상기 제 1 부위 및 상기 정전 척의 상기 제 2 부위는 서로 물리적으로 접촉될 때 가변형 기계적 접촉 영역들을 갖도록 구성된, 클로킹가능 디바이스.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 가변형 열 접촉 영역들은 복수의 거친 면과 매끄러운 면 영역들을 포함하는, 클로킹가능 디바이스.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 가변형 열 접촉 영역들은 상기 제 1 부위와 상기 제 2 부위 상에 형성된 복수의 상이한 열 전도도 코팅들을 포함하는, 클로킹가능 디바이스.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 부위 및 상기 제 2 부위는 가변형 열 접촉 영역들을 갖는 상기 제 1 부위 및 상기 제 2 부위의 적어도 특정 부위들 사이에 배치된 열적 인터페이스 층에 의해 서로 분리되는, 클로킹가능 디바이스.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 부위 및 상기 제 2 부위는 함께 볼트로 결합되게 배열되어 가변형 열 접촉 영역들을 갖는 상기 제 1 부위 및 상기 제 2 부위의 적어도 일부가 서로 열 접촉을 이루는, 클로킹가능 디바이스.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 부위 및 상기 제 2 부위 중 적어도 하나가, 상기 제 2 부위에 대해 상기 제 1 부위를 회전시킴으로써 상기 제 1 부위와 상기 제 2 부위 사이의 조정가능한 열 접촉을 용이하게 하도록 연장된 슬롯들을 갖는, 클로킹가능 디바이스.
KR1020117006850A 2008-09-26 2009-09-23 정전 척에 대해 사용하기 위한 클로킹가능 디바이스 KR101663844B1 (ko)

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