열전달조절기패드를구비한정전척

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(51)Int. Cl.6
B23B 31/00
(11) 공개번호 특1999-007363
(43) 공개일자 1999년01월25일
(21) 출원번호 특1998-024277
(22) 출원일자 1998년06월26일
(30) 우선권주장 8/883,994 1997년06월27일 미국(US)
(71) 출원인 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 조셉 제이. 스위니
미국 95054 캘리포니아 산타 클라라 바우어스 애브뉴 3050
(72) 발명자 바덴스바일러, 랄프 엠.
미국 94087 캘리포니아 써니베일 칼리스펠 코오트 1640
쿠마, 아제이
미국 94087 캘리포니아 써니베일 케닐워쓰 코오트 510
데쉬무크, 샤생크 씨.
미국 94086 캘리포니아 써니베일 #3 리드 테라스 10754
지앙, 웨이난
미국 95135 캘리포니아 산호세 이투러스칸 드라이브 3089
구엔더, 롤프 에이.
미국 95030 캘리포니아 몬테 세레노 바인랜드 애브뉴 17801
(74) 대리인 남상선
심사청구 : 없음
(54) 열전달 조절기 패드를 구비한 정전 척
요약
공정 챔버(20) 내에 기판(25)을 수용하기 위한 정전 척(75)은 내부에 전극(95)을 가진 절연체를 포함하는
정전 부재(80)와 기판(25)을 수취하기 위한 수취 표면(98)을 포함한다. 베이스(85)가 정전 부재(80)를 지
지하고, 베이스(85)는 제 1열저항 RB와 하부 표면(102)을 포함한다. 열 패드(100)가 상기 정전 부재(80)
의 수취 표면(98)과 상기 베이스(85)의 하부 표면(102) 사이에 위치하게 된다. 상기 열 패드(100)는 공
정 챔버(20) 내에서 처리하는 동안에 기판(25) 표면을 가로지르는 미리 결정된 온도를 제공하기 위하여,
상기 베이스(85)의 열저항 RB와 충분히 다른 제 2 열저항 RP를 포함한다.
대표도
도1
명세서
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따른 공정 챔버의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 정전 척의 여러 가지 다른 변형물의 단면도이다.
도 3은 척 내부의 열전달 유체 홈을 도시한 본 발명에 따른 정전 척의 평면도이다.
도 4는 정전 부재 및 열전달 조절기 패드의 상세 구조를 도시한 본 발명의 정전 척 실시예의 부분 단면도
이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20: 공정 챔버 25: 기판
30: 가스 분배기 40: 코일
50: RF 매칭 네크워크 75: 정전 척
80: 정전 부재 85: 베이스
90: 절연체 95: 전극
11-1
1019980024277
98: 수취 표면 100: 패드
102: 하부 표면 110: 열전달 유체원
115: 열전달 유체 홈 120: 함몰부
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 공정 챔버에 기판을 수용하기 위한 정전 척(Electrostatic chuck)에 관한 것이다. 또한 본 발
명은 기판을 처리하는 동안 기판의 이동이나 오정렬을 방지하도록 반도체 기판을 수용하기 위하여 척이
사용되는 반도체 제작 공정에 관한 것이다. 기판을 수용하기 위하여 정전기적인 인력을 이용하는 정전
척은 기계적인 척 및 진공 척에 대하여 몇가지 장점을 가진다. 정전 척은 기계적인 클램핑에 의해 자주
일어나는 응력 관련 균열을 감소시키고; 보다 큰 부분의 기판 표면 이용을 허용하고; 기판 상에 퇴적되
는 부식 입자의 형성을 감소시키고; 그리고 진공 공정에서의 척의 이용을 허용한다.
일반적인 정전 척은 공정 챔버 내에서 열적으로 전도성있는 베이스에 의해 지지되는 정전 부재를 포함한
다. 정전 부재는 전기적 절연체나 유전 물질에 의하여 덮혀지거나 또는 그 속에 묻혀지는 적어도 하나의
전극을 포함한다. 정전 부재의 전극은 전압에 의해 기판에 대하여 전기적으로 바이어스되고, 정전기적
전하가 정전 부재에 축적되도록 유도한다. 단극성 정전 척에서는, 공정 챔버 내의 플라즈마가 기판 내에
축적되고 전기적으로 충전되는 핵종(species)을 제공한다. 기판 내에 축적된 전하는 정전 부재 내에 축
적된 전하와 반대의 극성을 가져서, 결과적으로 기판을 척으로 수용시키는 정전기적 인력을 일으킨다.
쌍극성 정전 척에서는, 기판을 정전기적으로 척에 수용시키기 위하여 복수개의 전극이 서로 다른 전위로
충전된다.
기판을 처리하는 동안, 기판과 그 밑에 있는 척은 고온에 노출되고, 이 고온은 기판 표면을 가로지르는
바람직하지 않은 온도 기울기를 유발시킬 수 있다. 종래의 척에서는, 정전 부재가 통상적으로 열적으로
전도성있는 베이스에 직접 결합되어서, 기판으로부터의 열이 정전 부재를 통하여 베이스로 진행한다. 종
래의 척에서의 열전도성 또는 열발생의 차이는 기판의 처리 표면을 가로지르는 온도 기울기를 유발할 수
있다. 예를 들어서, 기판 주변에서 온도가 종종 기판 중심에서의 온도 보다 높거나 낮게 된다. 플라즈
마 공정에서는, 이 온도 변화가 기판의 중심과 주변사이의 플라즈마 밀도 차이 때문에 발생할 수 있다.
처리하는 동안에, 플라즈마로부터 기판으로의 열에너지 방출은 기판의 온도를 증가시킨다. 기판 일부분
에서의 더 높은 플라즈마 밀도는 결과적으로 더 높은 열방출 및 더 높은 기판 온도로 귀착된다.
또한 기판을 가로지르는 다른 전기적 임피던스로부터 발생하는 RF(Radio Frequency)에너지 및 전속(電
束)(electric field flux)에서의 차이에 의하여 기판을 가로지르는 온도 변화가 유발될 수도 있다. 예를
들어서, RF에너지장은 기판 주변 주위의 낮은 임피던스 영역에 축적될 수 있어서, 기판의 중심에 비하여
상대적으로 기판 주변에서 기판의 온도를 증가시킨다. 또한 기판 주변에서의 더 높은 온도는 기판 주변
이 열적으로 전도성있는 베이스와 직접적인 열접촉을 하고 있지 않은 척의 돌출부를 형성할 때 발생한다.
결과적으로, 기판 주변으로부터의 열이 기판 중심으로부터의 열보다 보다 낮은 속도로 방산된다. 결과적
으로, 기판의 주변과 중심에서의 정상상태 온도는 기판을 처리하는 동안에 5℃에서 10℃ 정도 변화할 수
있다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
기판 표면을 가로지른 온도 기울기가 일반적으로는 바람직하지 않은 반면에, 특정의 제작 공정에서는, 예
컨대 공정 가스의 흐름 또는 RF 플라즈마 에너지와 같은 기판 표면을 가로지른 공정 조건에서의 다른 변
화를 보상하기 위하여 미리 정의된 기판을 가로지른 온도 프로파일을 유지하기 위하여 바람직할 수도 있
다. 그러나, 기판의 처리 표면을 가로지른 제어되지 않거나 동요하는 온도 기울기는 바람직하지 못하다.
증착 공정에서는, 이러한 동요하는 온도 변화가 변화하는 입자 크기, 표면 거칠기, 또는 기판을 가로질러
증착된 필름의 전기적 성질이 변화하는 필름구조를 가지는 필름의 증착으로 귀결될 수 있다. 에칭 공정
에서는, 동요하는 온도 기울기가 에칭 지형의 프로파일이, 기판의 일부분은 대체적으로 일직선의 벽을 가
진 에칭 지형을 가지며 기판의 다른 부분은 테이퍼진 측벽을 가지는 에칭 지형을 가진 채, 기판을 가로질
러서 변화하도록 할 수 있다. 또한, 보다 낮은 온도는 보호막을 씌우는 중합 증착물의 과도한 증착을 유
발할 수 있고(왜냐하면 중합 증착물의 교착 계수가 더 높기 때문에) 그 결과 기판의 일부분에서 더욱 테
이퍼진 에칭 지형을 일으킨다. 에칭 지형 프로파일에서의 이런 변화는 바람직하지 못하고 이와 같이 과
도한 보호막을 씌우는 증착물을 기판으로부터 제거하는 것은 어렵다.
이에 따라 기판의 처리 표면을 가로질러서 미리 정의된 온도 프로파일을 유지하는 능력을 가진 정전 척이
필요로 하게 된다. 어떤 공정의 적용에서는, 예컨대 플라즈마 밀도 또는 전기적 임피던스와 같은 기판
표면을 가로지른 공정 조건에서의 다른 변화를 보상하기 위하여 기판 주변에 대하여 상대적으로 보다 높
거나 보다 낮은 온도에서 기판의 중심을 유지하는 것이 바람직하다. 다른 공정에서는, 기판 중심으로부
터 주변까지 대체적으로 균일하고 일관된 온도 프로파일을 제공할 수 있는 정전 척의 필요성이 있다.
발명의 구성 및 작용
본 발명은 기판을 수용하고 기판의 처리 표면을 가로지르는 미리 정의된 온도를 유지하기 위한 정전 척을
제공한다. 정전 척은 그 내부에 적어도 하나의 전극을 구비한 절연체 및 기판을 받기 위한 수취 표면을
갖춘 정전 부재를 포함한다. 베이스가 상기 정전 부재를 지지하며, 이 베이스는 제 1 열저항 RB를 가지고
하부 표면을 가진다. 패드는 상기 정전 부재의 수취 표면과 상기 베이스의 하부 표면 사이에 위치되고,
11-2
1019980024277
이 패드는 공정 챔버 내에서 기판을 처리하는 동안에 기판을 가로지르는 미리 결정된 온도를 제공하기 위
하여 상기 베이스의 열저항 RB 보다 충분히 높거나 낮은 제 2 열저항 RP를 포함한다. 상기 패드는 기판을
가로지르는 열전달율을 조절하는 열전달 조절기 패드를 포함하고, 더욱 바람직하기로는 기판의 선택된 부
분 아래로부터의 열전달에 대하여 열장벽으로서의 역할을 하는 열장벽 패드를 포함한다.
정전 척은, 챔버로 공정 가스를 도입시키기 위한 가스 분배기를 가지고 공정 가스로부터 플라즈마를 형성
하기 위한 플라즈마 발생기를 갖춘 공정 챔버에서 기판을 정전기적으로 수용할 때, 기판을 가로질러 동일
한 온도 또는 온도 프로파일과 같은 미리 결정된 온도를 제공하는데 유용하다.
다른 관점에서, 본 발명은 기판을 정전기적으로 수용하고 기판을 가로지르는 미리 결정된 온도를 유지하
는 방법을 제공한다. 이 방법은 정전 부재의 수취 표면 상에 기판을 정전기적으로 수용하는 단계들을 포
함한다. 열저항 RB를 가지는 제 1 열통로가 기판의 일부분 아래에서 유지된다. 열저항 RP를 가지는 제 2
열통로는 기판의 다른 부분 아래에서 유지되고, 기판을 처리하는 동안에 기판을 가로지르는 미리 결정된
온도를 제공하기 위하여 열저항 RP는 열저항 RB와 충분히 다른 값을 가진다.
본 발명의 상기한 특징 및 기타 다른 특징과, 관점과, 그리고 장점은 다음의 설명, 특허청구범위 및 본
발명의 실시예를 도시한 첨부 도면에 의하여 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 공정 챔버의 단면도이고, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 정전 척의 여러 가
지 다른 변형물의 단면도이고, 도 3은 척 내부의 열전달 유체 홈을 도시한 본 발명에 따른 정전 척의 평
면도이며, 도 4는 정전 부재 및 열전달 조절기 패드의 상세 구조를 도시한 본 발명의 정전 척 실시예의
부분 단면도이다.
본 발명은 공정 챔버 내에 기판을 수용하고 기판의 중심으로부터 주변까지 미리 결정된 온도 프로파일을
유지하기 위한 정전 척 장치를 제공한다. 반도체 기판의 플라즈마 처리에 적당한 본 발명의 전형적인 공
정 챔버는 도 1에 도시된다. 여기에 도시된 공정 챔버(20)의 특별한 실시예는 단지 본 발명의 작동을 설
명하기 위하여 제공되는 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는데 사용되어서는 않된다. 공정 챔버(20)는
예컨대 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition)에 의하여 기판 상에 물질을 증착시키거나, 기판으로
부터 물질을 에칭하거나, 또는 기판 상에 물질을 눌러 찍는데 사용된다. 기판(25) 상에 코팅을 증착시키
는 장치 내에서 수행될 수 있는 화학 기상 증착(CVD) 공정은 Chapter 9, VLSI Technology, 2nd Ed., Ed.
by Sze, McGraw-Hill Publishing Co., New York에 개괄적으로 설명되어 있으며, 이는 여기에 참고 문헌으
로 편입되어 있다. 예를 들어서, 기판(25) 상에 SiO2를 증착시키기 위한 CVD 공정은 (i) 예컨대 SiH4 또
는 SiCl 2H2의 실리콘원 가스 및 CO2 또는 N2O와 같은 산소원 가스; 또는 (ii) Si(OC2H5)4와 같이 실리콘과
산소 모두를 함유한 단일 가스와 같은 공정 가스를 사용한다. Si3N4을 증착시키기 위한 CVD 공정은 통상적
으로 SiH4와 NH3, 또는 N2와 같은 가스를 사용한다. 다른 종래의 CVD 공정 가스는 NH3, AsH3, B2H6, KCl,
PH3, 및 SiH4를 포함한다. 또한 이 장치는 여기에 참고문헌으로 편입된 VLSI Technology, Seond Edition,
Chapter 5, by S. M. Sze, McGraw-Hill Publishing Company(1988)에 대략적으로 기술된 바처럼 플라즈마
에칭 공정을 위하여 사용될 수도 있다. 금속층을 에칭하기 위한 전형적인 에칭 공정은 BCl 3, Cl2, SF6,
CF4, CFCl3, CF2Cl2, CF3Cl, CHF3, HCl, 및 C2ClF 5와 같은 공정 가스를 사용한다. 절연도료 에칭 공정은
기판(25) 상에 중합체 절연도료를 에칭하기 위하여 통상적으로 산소 가스를 사용한다.
기판(25) 상에 물질을 증착시키거나, 기판(25)을 에칭하거나, 또는 기판(25) 내에 물질을 눌러 찍기 위하
여 사용되는 공정 가스는 공정 가스를 챔버 내부로 분배하는 가스 분배기(30)를 통하여 챔버(20) 내부로
유입되고, 배기 매니폴드(35)가 사용후 공정 가스 및 공정 가스 부산물을 챔버(20)로부터 제거하기 위하
여 제공된다. 챔버(20) 내부의 공정 가스는 플라즈마를 형성하기 위하여 챔버 주위에 감겨져 있고 코일
전원 공급부(45) 및 RF 매칭 네트워크(50)를 이용하여 작동될 수 있는 유도자 코일(40)을 사용하여 유도
연결될 수 있다. 또한, 공정 가스는 챔버(20) 내부의 공정 전극(55)(60)에 의하여 용량 연결될 수 있다.
여기에 도시된 예에서는, 하나의 공정 전극(55)은 기판(25) 아래에 위치되고, 다른 하나의 공정 전극(6
0)은 공정 챔버(20)의 벽을 전기적으로 접지함으로써 형성된다. 공정 전극 바이어스 전압 공급부(65)가
공정 챔버(20) 내부에 RF 바이어스 용량 결합 플라즈마를 형성하기 위하여 공정 전극이 서로에 대하여 전
기적으로 바이어스하도록 RF 바이어스 전압을 공정 전극(55)에 공급하는데 사용된다. 적절한 전압 공급
부(65)는 절연 커패시터와 직렬로, 공정 챔버의 임피던스를 라인 전압의 임피던스와 매칭시키는 RF 임피
던스를 포함한다. 유도 및 용량 연결의 결합된 연결이 더욱 균일하고 똑 바른 플라즈마를 챔버(20) 내부
에 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 플라즈마는 공정 챔버(20)에 연결되는 자기장 발생기(도시되
지 않음)를 사용하여 강화될 수 있다.
도 2a 내지 도 2d를 살펴보면, 정전 척(75)은 공정 챔버(20) 내에서 베이스(85) 상에 지지되는 정전 부재
(80)를 포함한다. 상기 정전 부재(80)는 하나 이상의 전극(95)을 덮거나 또는 내부에 묻혀지는 하나 이
상의 전극(95)을 가지며, 그리고 기판(25)을 수취하기 위한 수취 표면(98)을 그 상부에 가지는 유전체 또
는 절연체(90)를 포함한다. 열전달 조절기 패드(100)가 기판으로부터의 열전달이나 열흐름을 제어하기
위하여 상기 정전 부재(80)의 수취 표면(98)과 베이스(85)의 하부 표면(102) 사이에 위치하게 된다. 척
어셈블리 전체가 용이하게 교체될 수 있도록, 상기 열전달 조절기 패드(100)가 정전 척(75) 내부에 위치
하게 되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기로는, 상기 열전달 조절기 패드(100)가 정전 부재(80) 및
베이스(85)를 지나는 기판(25)으로부터의 열전달 또는 열흐름을 제어하기 위하여 정전 부재(80)와 베이스
(85) 사이에 위치하게 된다. 이와 달리, 상기 열전달 조절기 패드(100)가 기판(25)과 직접적인 열접촉
상태에 있는 정전 부재(80)의 상부 표면 일부분을 형성할 수도 있다.
척 전압 공급부(105)는 척(75)의 전극(95)을 작동시키기 위한 적당한 전압을 제공한다. 통상적으로, 척
의 전극(95)에 인가되는 전압은 약 1000볼트에서 약 3000볼트의 직류(DC)전압이다. 상기 척 전압 공급부
(105)는 쌍극성 전극과 같이 전극들을 작동시키기 위하여 척(75)의 2개 또는 그 이상의 전극을 서로 다른
전압 상태에서 유지하도록 하는 복수개의 전압원을 또한 포함한다. 이러한 전압 공급부는 예를 들어서
여기에 참고문헌으로 편입된 미국 특허 출원 제 08/381,786호에 개시된 바와 같이 이미 공지된 것이다.
11-3
1019980024277
헬륨, 아르곤, 질소, 또는 네온과 같은 열전달 유체가 처리공정 동안에 기판을 대체로 일정한 온도에서
유지하며 기판(25)으로부터의 열전달을 증진시키기 위하여 사용될 수 있다. 예컨대, 헬륨 가스가 기판과
척(75) 사이의 열적 연결을 용이하게 하도록 기판(25)과 정전 부재(80) 사이의 틈으로 유도될 수 있다.
이 가스 연결이 없다면, 기판(25)의 온도가 기판 표면을 가로질러서 불균일해지거나 또는 시간에 따라 점
차로 증가할 수 있다. 상기 열전달 유체는 열전달 유체원(110)에 의해 제공되며, 종래의 가스 흐름 조절
기 및 압력 제어기를 사용하여 조절된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 바람직하기로 상기 열전달 유체가
정전 부재 두께의 전부 또는 일부를 통하여 연장되는 정전 부재(80) 표면의 열전달 유체 홈(115)의 내부
에 수용된다. 상기 홈(115)은 통상적으로 방사상 및 동심원상의 홈 네트워크를 포함하고, 바람직하기로
는 기판(25) 아래에서 열전달 유체를 수용하는 연속된 네트워크를 형성하기 위하여 함께 결합된다.
본 발명에 따른 정전 척(75)은 기판 처리 표면을 가로지르는 미리 결정된 온도 프로파일을 제공하는 정전
척(75)을 통하여 기판(25)의 다른 부분으로부터의 열전달율을 제어한다. 정전 부재(80) 아래의 베이스
(85)는 제 1 열저항 R B를 포함하고, 열전달 조절기 패드(100)는 상기 제 1 열저항 RB와는 다른 제 2 열
저항 RP를 포함한다. 열저항에서의 차이, 즉 △R = RP
- RB 는 척(75) 상에 수용되는 기판(25)의 처리 표
면을 가로지르는 미리 결정된 온도 프로파일을 제공하도록 선택된다. 열저항은 R = L/kA이고, 여기에서
L은 두께, k는 열전도율, A는 베이스(85) 또는 패드(100) 표면적이다. 베이스(85)의 제 1 열저항 RB는 베
이스의 두께 LB를 통한 평균 열저항이다. 베이스의 일부가 기판(25)과 직접 접촉하는 곳에서는, 상기 열
저항 RB가 베이스의 직접 접촉 부분 아래의 베이스 두께를 통한 열저항이다. 패드(100)는 패드의 두께 LP
를 통한 평균 열저항인 제 2 열저항 RP를 포함한다. 패드(100)의 두께가 점점 가늘어지는 곳에서는, 상기
열저항 RP가 패드의 보다 두꺼운 부분을 통한 평균 열저항이다. 바람직하기로는, 열저항의 차이, 즉 △R
은 약 10k/W부터 약 1000k/W이다.
패드(100)의 열저항 RP와 베이스(85)의 열저항 RB 사이의 차이는 척(75) 상에 수용되는 기판(25)의 표면을
가로지르는 미리 결정되거나 미리 정의된 온도 프로파일을 제공하기에 충분히 높도록 선택된다. 패드
(100)의 적당한 구조를 결정하기 위하여, 미리 정의된 공정 조건 세트에서 기판을 처리하는 동안에 기판
(25) 표면을 가로지르는 제 1 정상상태 온도 프로파일이 측정된다. 기판(25)을 가로지르는 온도 프로파
일은 기판 중심에서 주변까지 처리 표면을 가로지르는 서로 다른 지점에서의 온도이다. 정상상태 온도
기울기는 공정 조건의 특정 세트에서 기판을 처리하는 동안에 발생하는 상대적으로 일정한 온도 기울기를
의미한다. 기판(25)을 가로지른 온도 프로파일은 스캔으로부터의 온도 프로파일을 기록하는 적당한 컴퓨
터 시스템에 연결된 적외선 센싱 시스템, 광학 고온계, 열전쌍, 또는 저항 온도 감지기와 같은 스캐닝 온
도 센서를 사용하여 기판 표면을 가로지르는 온도를 측정함으로써 결정된다. 낮은 열적 용량과, 조정 후
의 고 정밀도와, 그리고 용이한 스캐닝을 고려하여 볼 때 적외선 센싱 시스템이 바람직하다. 온도 센서
시스템은 기판(25)이 정상상태 평형온도에 이를 때 기판 표면을 가로지른 온도 데이터를 측정하고 기록한
다. 통상적으로, 온도 센서 시스템은 온도 스캔을 얻기 위하여 기판(25)의 중심으로부터 주변을 향해 가
로질러 조사한다. 기판 표면을 가로지른 온도 프로파일은 통상적으로 기판(25)의 중심으로부터 주변으로
대칭적이고, 기판 표면을 가로질러 동심원으로 나타나는 온도 기울기를 가진다.
정상상태 온도 프로파일, 즉 기판 표면의 중심으로부터 주변으로의 온도 범위 또는 온도 분포 △T는 처리
속도에서의 관측된 변화 또는 기판 표면을 가로지른 특성과 상호 관련된다. 기판 표면을 가로지른 공정
변화(예컨대 증착 두께 또는 에칭 지형의 특성과 같은)는 예를 들어 처리 후 기판 구획의 전자 마이크로
그래픽을 스캐닝하거나, 기판 표면을 가로지른 저항을 측정하거나, 또는 다른 종래의 시험 방법과 같은
종래 기술을 사용하여 측정된다. 예를 들어서, 에칭 공정에서, 처리된 기판 구획은 기판 상에 에칭된 지
형의 횡단면 프로파일을 조망하는 것을 허용하도록 장착되고, 측벽의 테이퍼 각도, 높이에서의 변화나 변
경, 또는 에칭된 지형의 임계 치수의 손실을 기판 표면 상의 그들의 위치 함수로서의 그래프나 테이블로
제공하기 위하여 에칭된 지형의 치수가 측정된다.
그런 다음, 관측된 처리 변화와 주어진 공정 조건 세트에 대한 정상상태 온도 기울기는 열적 패드(100)의
열전도율과 형태와 크기 및 위치를 선택하도록 이용된다. 특히, 제 1 및 제 2 열저항 RB 와 RP의 열저항
차이 △R은 기판 표면을 가로지르는 균일성 또는 처리 속도에서의 변화를 실질적으로 감소시키도록 우선
적으로 가열, 냉각, 또는 기판 표면을 가로지르는 균일한 온도 기울기를 제공하는 복수개의 열전달 통로
를 제공하기 위하여 선택된다. 더욱이, 그 다음에는 선택된 패드(100)가 기판(25)을 가로질러서 소요되
는 온도 기울기를 제공할 수 있는 가를 결정하기 위하여 입증형 실험이 수행된다. 패드(100)의 선택된
특징과 형태 및 위치가 공정 조건의 특정 세트에 대하여 기판(25)을 가로질러 소요되는 온도 분포를 일으
키는 열저항 차이 △R를 제공할 때까지 이들 실험 및 패드 구성이 반복된다.
척(75) 상에 수용된 기판(25)을 처리하는 동안에, 사이에 끼워지는 패드(100)을 구비하지 않은 척(75) 또
는 베이스(85)의 일부분은 제 1 열저항 RB를 가진 제 1 열흐름 통로를 포함하고, 패드(100)와 접촉하는 베
이스(85)의 일부분은 제 2 열저항 RB를 가진 제 2 열흐름 통로를 포함한다. 척의 다른 부분에서 제 1 및
제 2 열흐름 통로의 열저항의 차이에 대응하도록 미리 결정된 기판 표면을 가로지른 온도 프로파일은, 특
히 처리하는 동안에 정상상태 온도 차이가 기판 표면을 가로질러 발생하는 곳에서의 공정의 경우에는 기
판 표면을 가로지르는 상당히 개선된 처리 균일성을 제공한다.
하나의 변형에서는, 본 발명의 정전 척(75)이 기판(25)의 중심과 주변을 대체로 동일한 온도에서 유지한
다. 중심과 주변의 온도 차이는 기판의 불균일한 에칭을 이끌면서 기판(25)의 낮은 온도 영역에 중합체
증착물의 보호막을 씌우는 것을 강화하거나 또는 테이퍼진 에칭 프로파일을 선도한다. 기판(25) 중심에
서의 온도는 기판 주변에서의 온도 보다 높을 수 있고 또는 낮을 수 있다. 게다가, 온도 기울기는 통상
적으로 기판을 가로질러 대칭적이다. 이리하여, 바람직하기로 패드(100)는 대칭 원형, 예컨대 도 2a와
도 2d에 도시된 바와 같이 기판(25)의 중심부 아래에 연장된 원형의 고체 디스크 또는 도 2b와 도 2c에
도시된 바와 같이 링 사이에 원형의 간극을 가지고서 기판 아래에 놓여질 수 있는 형상과 크기를 가진 환
형 링(100)의 연속체를 포함한다.
11-4
1019980024277
도 2a에 도시된 전형적인 변형에서, 패드(100)는 패드(100)를 수취할 수 있는 형상과 크기를 가진 척(7
5)의 중앙 함몰부(120)에 맞게 되는 원형 디스크를 포함한다. 패드(100)는 정전 부재(80)의 중심 부분과
동일한 공간을 걸치게 되고 정전 부재(80)의 일부분은 패드(100) 외주면 너머로 연장된다. 정전 척(75)
의 베이스(85) 내부의 함몰부(120)는 패드(100)의 직경 및 두께와 조화되도록 선택되는 직경과 깊이를 구
비한 원통 형상이 된다. 이런 변형에서는, 패드(100)가 베이스(85)의 직경 DB 보다는 작은 직경 DP를 포
함하고, 그리고 패드(100)와 베이스(85) 사이에 요구되는 열저항 차이 △R에 따라서 베이스의 열전도율 KB
보다 높거나 낮은 열전도율 KP를포함한다.
예를 들어, 정상상태 온도가 기판의 주변보다 기판의 중심에서 낮은 때에는, 패드(100)가 베이스 보다 열
적으로 절연성이 큰 열장벽 물질을 포함하거나, 또는 패드(100)가 베이스(85)의 열전도율 KB 보다 낮은 열
전도율 KP를 가진다. 기판 중심부에서 유효한 정상상태 온도를 올리도록 패드(100)는 기판(25) 중심부로
부터의 열전달 흐름을 감소시키기 위하여 기판(25) 아래의 중심에 위치하게 된다. 패드(100)와 베이스
(85)의 직경 차이 및 패드의 형상은 기판(25)의 중심으로부터 주변을 향하여 요구되는 온도 프로파일을
유지하기 위하여 기판(25)을 가로지른 온도 프로파일에 따라 선택된다. 기판(25) 상의 특정 지점으로부
터의 열전달율은 패드(100)가 기판 상의 그 특정 지점 아래까지 연장되는지 여부 및 그 지점에서의 패드
의 열전도율 KP와 두께 LP에 의존한다. 이리하여, 기판(25)을 가로지른 특정의 온도 프로파일을 얻기 위하
여서, 원형 장벽 패드(100)의 직경 DP, 열전도율 KP 및 두께 LP는 소요되는 열저항 프로파일을 제공하도록
선택된다. 베이스(85)는 오직 패드(100)의 외주면을 넘어선 정전 부재(80)의 일부분과만 직접적으로 열
적 접촉을 하고 있는 상태에 있고, 이 베이스는 기판으로부터 열을 보다 빨리 방출함으로써 기판(25) 주
변에서의 보다 빠른 열전달율을 제공한다. 열저항 패드(100)가 베이스(85)의 열저항 RB 보다 큰 열저항
RP를 가지기 때문에, 기판 중심이 기판 주변의 정상상태 온도와 대체로 동일한 정상상태의 온도를 유지하
도록 패드는 기판(25)의 중심 영역으로부터의 열전달을 낮춘다.
정전 척(75)의 다른 실시예는 기판을 처리하는 동안에 기판(25)의 서로 다른 지점에서(통상적으로 기판의
중심과 주변에서) 서로 다른 정상상태 온도를 유지하는 것이 요구되는 공정에서 유용하다. 예를 들어,
패드(100)의 열저항 R P, 형상, 크기 및 위치는 기판(25) 중심부 또는 둘레부로부터의 열전달율을 증가
또는 감소시키도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 기판(25)의 중심에서 보다 뜨거운 온도가 요구될 때, 패
드(100)는 기판(25)의 중심에서의 온도를 기판 주변에서의 온도 보다 약 1℃ 내지 약 10℃ 정도 높게 유
지하도록 베이스(85)의 열저항 RB 보다 충분히 큰 열저항 RP를 가지고 중심에 위치되는 원형 패드를 포함
한다. 중심에 비하여 기판 주변으로부터의 열전달율을 증가시키도록 베이스(85)의 열전도율 보다 큰 열
전도율을 가지는 열 전도체를 포함하여 이루어지며 도 2b 에 도시된 바와 같이 둘레에 위치하게 되는 환
형 링 형상의 패드(100)를 사용함으로써 기판 중심부에서의 보다 더 뜨거운 온도가 역시 얻어질 수 있다.
이와 달리, 패드(100)의 열저항 RP, 형상, 크기 및 상대적인 위치는 또한 기판의 둘레 또는 주변이 기판의
중심보다 높은 온도를 유지하기 위하여 기판(25) 둘레 부분에서의 열전달율을 감소시키도록 선택될 수 있
다. 이것은 기판의 둘레 아래에 위치하게 되고 낮은 열전도율을 가진 환형 링 형상의 패드(100)를 사용
하거나 또는 기판의 중심부 아래에 위치하게 되고 높은 열전도율을 가진 디스크 형상의 패드(100)를 사용
하여 성취될 수 있다. 이러한 변형에서, 환형 링 패드(100)의 열저항 RP는 기판 중심에서의 온도를 기판
주변의 온도 보다 약 0℃ 내지 약 10℃ 정도 낮게 유지하기 위하여 베이스(85)의 열저항 RB 보다 충분히
더 높거나 낮도록 유지된다.
다른 구성에서는, 패드(100)가 도 2c의 예에서 도시된 바와 같이 기판 표면을 가로질러 요구되는 온도 프
로파일에 따라서 척(75)의 내부에 형성되고 위치하게 되는 복수개의 세그먼트들 또는 환형 링들을 포함하
여 이루어진다. 세그먼트로 분할된 패드(100)는 균일 두께 부분과, 두꺼운 부분 및 얇은 부분을 포함할
수 있거나, 서로 다른 직경에서 계단형의 높이를 가지는 하나 또는 그 이상의 패드를 포함할 수 있다.
예컨대 도 2c에 도시된 구성에서, 열 패드(100)는 베이스 내에 내부 영역과 외부 영역에 위치하게 되는 2
개의 환형 링을 포함하고 있다. 세그먼트로 분할된 패드(100)는 기판(25)의 중심에서 주변을 가로지른
계단형의 온도 기울기를 제공한다. 상기 패드(100)는 상호 일치하는 단면 프로파일을 가진 베이스(85)
내부의 함몰부(120) 내에 위치하게 된다.
도 2d에 실시예로서 도시된 또 다른 구성에서는, 패드(100)의 두께가 기판 표면을 가로질러 요구되는 온
도 프로파일에 따라서 변화하도록 맞추어져 만들어진다. 예를 들어서, 패드(100)는 중간 부분에서 보다
두껍고 주변에서 보다 얇게 될 수 있으며, 또한 역으로도 될 수 있으며, 또는 서로 다른 직경에서 계단형
의 높이를 포함할 수 있다. 예컨대, 열 패드(100)가 보다 더 두꺼운 중심부와, 중심에서 주변으로 갈수
록 점차로 가늘어지거나 외부 영역에서의 단면이 점차로 가늘어지는 보다 얇은 주변부를 포함할 수 있다.
이 변형에서는, 패드의 열저항 RP를 점차로 감소(또는 증가)시키도록 패드(100)의 두께를 패드의 중심에서
주변으로 갈수록 점차로 감소시킨다. 테이퍼진 패드(100)는 패드의 상부 표면이 기판(25)의 하부 표면과
평행하게 되도록 패드를 수취하기 위한 크기와 형상을 가진 조화된 테이퍼 단면을 가지는 척(75)의 함몰
부(120) 내에 위치하게 된다. 바람직하기로는, 패드(100)의 테이퍼 각도 또는 곡률이 기판(25)의 중심으
로부터 주변을 향하여 가로지르는 완만하고 점차적으로 변하는 온도 기울기를 제공하도록 선택된다. 예
를 들어, 테이퍼 각도, 두께 변화, 또는 전체 패드(100)나 패드(100) 세그먼트의 열저항은 기판(25) 표면
을 처리하는 동안에 요구되는 온도 프로파일을 따라서 변하는 패드의 직경을 가로지르는 열저항의 차이
△RP = RP1 - RP2를 제공하도록 선택될 수 있다.
바람직한 일 실시예에서는, 기판(25)의 처리 표면을 가로지르는 완만한 온도 기울기를 제공하기 위하여
약 300㎛의 패드 중심에서의 두께가 패드 주변에서 약 25㎛로 점차로 감소할 정도로 패드(100)가 테이퍼
진다. 테이퍼진 패드는 테이퍼진 단면을 가지는 원형 디스크를 포함하거나 또는 그 이상의 환형 링을 포
함한다.
이하, 정전 척(75) 및 챔버(20) 내 구성요소의 제작에 대하여 설명한다. 공정 챔버(20) 그 자체 및 공정
11-5
1019980024277
챔버(20)의 다양한 구성요소는 금속, 세라믹, 유리, 중합체 및 합성 물질을 포함하는 다양한 재료로부터
종래의 가공 및 성형 방법에 의하여 만들어질 수 있다. 공정 챔버(20) 및 구성요소를 제작하는데 사용되
는 바람직한 금속은 알루미늄, 산화 알루미늄, HAYNES 242, Al-6061, SS 304, SS 316, 및 INCONEL을 포함
한다.
정전 부재(80)를 지지하는 척(75)의 베이스(85)는 열전도성이 있으며 전기 전도성이 있는 금속과 같은 재
료로부터 만들어질 수 있거나, 또는 중합체나 세라믹과 같은 열적 절연체 재료로부터 만들어질 수 있다.
높은 열저항의 베이스는 통상적으로 세라믹 또는 중합체 재료로부터 제작되고, 낮은 열저항의 베이스는
알루미늄이나 스테인리스 스틸과 같은 금속으로부터 제작된다. 금속제 베이스의 열전도율은 통상 약
150Watts/m。K에서 약 250Watts/m。K 사이의 값을 가지고, 알루미늄의 경우에는 열전도율이 약
202Watts/m。K이다. 베이스(85)는 척(75) 상에 수용되는 기판(25)의 형상과 크기에 맞는 형상과 크기를
가지게 된다. 예를 들어서, 반도체 기판(이는 통상 약 127㎜에서 203㎜의 직경을 가지는 원형임.)에 적
합한 베이스(85)는 약 15㎜에서 약 18㎜의 두께 및 약 100㎜에서 약 200㎜의 직경을 가지는 정확한 원통
형상을 가진다. 또한 베이스(85)가 채널을 포함할 수 있는데, 이 채널을 통하여 열전달 유체가 베이스를
가열하거나 냉각시키는 것을 지속하게 된다. 베이스(85)의 상부 표면 또는 하부 표면은 약 1㎛ 이하의
표면 거칠기를 가지도록 표면이 매끄럽게 가공되어서, 베이스가 패드(100) 및 정전 부재(80)와 균일하게
접촉할 수 있도록 하고, 기판(25)과 베이스 사이의 효과적인 열전달을 제공한다. 바람직하기로는, 베이
스(85)가 패드(100)를 수용할 수 있는 크기를 가진 중앙 함몰부(120)를 포함하고, 따라서 패드의 상부 표
면은 베이스의 상부 표면과 동일 평면이 되고 그리고 균일한 열전달을 제공하도록 정전 부재(80)와 균일
하게 접촉하게 된다.
정전 부재(80)는 하나 또는 그 이상의 전극(95)을 덮거나 그 속에 묻혀지는 하나 또는 그 이상의 전극
(95)을 구비한 유전체 또는 전기적 절연체(90)를 포함한다. 전극(95)은 예컨대 구리, 니켈, 크롬, 알루
미늄, 철, 텅스텐 및 이들의 합금과 같이 전기적 전도성이 있는 재료로 만들어지고; 그리고 통상적으로
약 1㎛ 내지 약 1000㎛의 두께를 포함한다. 절연체(90)는 산화 알루미늄이나, 산화 티타늄이나, 질화 실
리콘이나, 또는 이들의 혼합물 및 그와 동등한 것의 단결정 세라믹 본체를 포함하여 이루어지고, 이것은
낮은 전도성을 가지며 점점이 산재된 세라믹을 포함한다. 절연체(90)의 유전 파괴 강도는 바람직한 최소
한도로 약 4볼트/㎛이고, 바람직하기로는 약 40볼트/㎛이다. 절연체(90)의 두께는 그것의 유전 파괴 강
도 및 비유전율(dielectric constant)에 의존한다. 통상의 경우에, 비유전율은 적어도 약 2이고, 더욱
바람직하기로는 적어도 약 3이다. 비유전율 3.5를 가지는 절연체(90)의 경우, 적절한 두께가 약 1㎛에서
약 100㎛이다.
바람직한 변형의 경우, 정전 부재(80)가 2개의 절연체 또는 유전체층 사이에 끼워지는 전기적으로 전도성
있는 재료의 하나의 층을 포함한다. 이 변형에서는, 절연체(90)가 (i) 척(75)의 베이스(85) 상에 하나의
하부 절연체층과, 그리고 (ii) 전극(95)을 덮는 하나의 상부 절연체층을 포함한다. 이 정전 부재(80)는
중합체 필름 상에 전기적으로 전도성있는 구리나 알루미늄층을 가지는 다층 필름으로부터 제작될 수
있다. 적당하고 상업적으로 입수가능한 다층 필름은, 예를 들어서 구리층을 구비한 25㎛에서 125㎛ 두께
의 폴리이미드(polyimide) 필름을 포함하는 R/FLEX 1100; 에이블스틱 주식회사(Ablestick Corporaion)로
부터 입수가능한 에이블스틱(Ablestick) 상표의 알루미늄-충진 폴리이미드(alumium-filled polyimide);
또는 구리 호일에 (접착제 없이) 직접 결합된 폴리이미드(polyimide)를 포함하는 파라룩스 에이피
(Paralux AP) 필름을 포함한다. 2개의 절연체 필름 내에 묻혀지는 전극(95)을 형성하기 위하여 다층
필름의 전기적으로 전도성있는 층 위로 두 번째 절연체 필름이 부착된다. 이와 달리, 절연체는 단결정
세라믹 조각과 같은 세라믹 재료의 분말 또는 층으로부터 제작될 수 있다.
열전달 조절기 패드(100)는 기판(25) 표면을 가로질러서 요구되는 온도 프로파일에 따라서 선택되는 물질
특성을 포함한다. 높은 열저항 RP가 소요될 때에는, 패드(100)가 예컨대 폴리이미드, 폴리케톤, 폴리에테
르케톤, 폴리술폰, 폴리카보네이트, 폴리스틸렌, 나일론, 폴리염화비닐, 폴리프로필렌, 폴리에테르케톤,
폴리에테르술폰, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 플로우로에틸렌 프로필렌 공중합체, 셀룰로우즈, 트리아세
테이트, 실리콘, 고무, 또는 이들의 혼합물과 같은 열적으로 절연성있는 물질을 포함한다. 바람직하기로
는, 열전달 조절기 패드(100)는 일본의 우베 산업 주식회사(Ube Industries Ltd.)로부터 상업적으로 입수
가능한 0.31Watts/m。K의 열전도율과 약 300㎛의 두께를 가진 우피렉스(UPILEX); 미국 델라웨어주
(Delaware) 윌밍톤(Wilmington)에 있는 듀퐁 드 네모어 컴퍼니(DuPont de Nemours Company)로부터 상업적
으로 입수가능한 0.12Watts/mK의 열전도율과 150에서 300㎛의 두께 범위를 가진 캡톤(KAPTON); 또는
0.17Watts/mK의 열전도율과 약 200㎛의 두께를 가진 아우럼(AURUM: 상표)와 같은 폴리머층으로부터 제작
된다. 낮은 열저항 패드(100)는 고 전도성 폴리머와 같은 열적으로 전도성이 높은 재료를 포함한다. 상
기 패드(100)의 두께는 통상적으로 약 0.23㎜(0.008)에서 1.02㎜(0.040)이고 그 직경과 형상은 요구되는
온도 프로파일에 의존한다. 패드(100)는 예를 들어 메타아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리
우레탄, 에폭시, 실리콘-함유 접착제, 및 그들의 혼합물과 같은 접착제를 사용하여 베이스(85)에 결합되
고, 또한 열적으로 전도성있는 접착제를 사용하여 결합될 수도 있다.
발명의 효과
예 1과 예 2는 본 발명에 따른 정전 척의 장점을 입증한다. 이들 예에서, 열저항 패드(100)를 갖춘 정전
척(75) 상에 수용되는 기판의 정상상태 온도는 적외선 센서 시스템을 사용하여 측정되었다. 이들 양자의
예에서, 폴리이미드로부터 제작된 열 패드(100)가 도 2a에 도시된 바와 같이 척의 알루미늄 베이스(85)
내의 중앙 함몰부(120) 내에 위치하게 되었다. 베이스(85)는 약 202Watts/m。K의 열전도율을 가진 약
7.8인치 직경의 원형 알루미늄 디스크를 포함하였다. 정전 척은 폴리실리콘층을 그 위에 가지는 반도체
기판(25)을 정전기적으로 수용하는데 사용되었다. 기판(25)은 135 sscm HBr과 45 sccm Cl2를 포함하는 공
정 가스를 사용하여 폴리실리콘층을 에칭하기 위하여 공정 챔버(95)내에서 처리되었다. 챔버(20)의 압력
은 약 200 mTorr에서 유지되었다. 525와트의 RF 바이어스가 공정 전극(55)(60)에 인가되었다. 처리 후
에는 기판(25)이 횡단되었고, 그리고 에칭된 지형의 횡단면 프로파일 형상과 각도를 결정하기 위하여 전
자 현미경 스캐닝에서 검사되었다. 횡단면 측정이 기판의 상부와 중간 부분 및 바닥 부분을 가로질러서
11-6
1019980024277
이루어졌다.
이들 양자의 예에서, 기판(25)은 약 20℃ 내지 약 70℃의 처리 온도에서 에칭되었다. 기판 표면을 가로
지르는 온도는 기판 표면에 초점이 맞추어진 적외선 센서 시스템을 사용하여 측정되었다. 표 1은 기판
(25)의 중심과 주변에서의 온도 측정치를 제공한다. 예 1에서는, 0.1143m(4.5)의 직경과 약 0.305 x 10-
3m (0.012)의 두께를 포함한 원형의 우피렉스(UPILEX) 패드(100)가 기판(25)의 중심 영역 아래에 위치되었
다. 예 2에서는, 약 0.1143m(4.5)의 직경과 0.762 x 10-3m(0.030)의 두께를 포함한 원형의 캡톤(KAPTON)
패드(100)가 기판(25)의 중심 영역 아래에 위치되었다. 여기에서 캡톤(KAPTON)은 듀퐁 드 네모어 컴퍼니
(DuPont de Nemours Co.)에 의해 제조된 폴리이미드이고, 그리고 우피렉스(UPILEX)는 일본의 우베 산업
주식회사(Ube Industries Ltd.)에 의해 제조된 폴리이미드이다.
[표 1]
물질 길이(m) k(Watts/m K) 면적(m2) 온도 변화(℃)
우피렉스
(Upilex)
0.305 x 10-3 0.31 10.26 x 10-3 중심 주위에서
3 내지 6
더 높음
캡톤
(Kapton)
0.762 x 10-3 0.12 10.26 x 10-3 중심 주위에서
11 내지 12
더 높음
표 1에서 입증된 바와 같이, 우피렉스 패드(100)는 기판(25)의 중심에서 기판(25)의 주변보다 3℃ 내지 6
℃ 정도 더 높게 유지하였다. 캡톤 패드(100) 역시 기판(25)의 중심에서 기판(25)의 주변보다 11℃ 내지
12℃ 정도 더 높게 유지하였다. 캡톤 열 패드(100)의 열전도율은 0.12 Watts/mK이고, 우피렉스 열 패드의
경우에는 0.31 Watts/mK이다. 양자의 열 패드(100) 모두가 베이스(85)의 열전도율(202Watts/mK)보다 더
낮은 열전도율을 가지기 때문에, 패드는 기판 중심에서의 온도가 기판 주변에서의 온도 보다 더 높은 상
태를 유지하기 위하여 기판(25) 중심으로부터의 열방출을 효과적으로 낮출 수 있었다.
예 3 내지 5에서는, 열적 기울기 및 결과적인 처리 변화가 열전달 패드를 구비한 정전 척과 구비하지 않
은 정전 척의 경우에서 비교되었다. 예 3은 열전달 조절기 패드(100)를 가지지 않은 정전 척(75)을 포함
하고; 반면에 예 4 및 예 5의 정전 척(75)은 열장벽으로서 작용하는 다층 열 패드(100)를 포함하였다.
모든 예들은 약 195㎜ 직경의 열적으로 전도성있는 알루미늄 베이스(85)를 사용하였다. 예 4 및 예 5에
서, 베이스(85)는 상기 패드(100)를 수취하기 위한 형상과 크기를 가진 중앙 함몰부(120)를 포함하였고,
상기 함몰부는 약 0.1143m(4.5)의 직경과 약 250㎛ 내지 300㎛의 깊이를 가진 대체로 원통 형상이다. 함
몰부(120) 내부에서 열 패드(100)의 상부 표면은 척의 함몰부 주위의 베이스(85)의 상부 표면과 같은 높
이가 되었다.
예 4에서, 열전달 조절기 패드(100)는 2개의 원형 우피렉스층을 포함하였고, 각각의 층은 약
0.1143m(4.5)의 직경과 약 0.127 x 10-3m(0.005)의 두께를 가졌다. 우피렉스층은 약 25㎛ 내지 50㎛(1-2
mils)의 두께를 가진 접착제층에 의하여 상호 부착되었고 그리고 베이스에 부착되었다. 접착제층 두께를
포함한 패드(100)의 총 두께는 약 250㎛ 내지 300㎛(10-15 mils)가 되었다.
예 5에서, 패드(100)는 2개의 원형 캡톤층을 포함하였고, 각각의 층은 약 0.1143m(4.5)의 직경과 약 300
㎛(0.014인치)의 두께를 가졌다. 캡톤층은 약 25㎛ (0.001인치)의 두께를 가진 접착제층에 의하여 상호
부착되었다. 베이스(85)와 패드(100) 사이의 접착제층 두께를 포함한 패드(100)의 총 두께는 약 750㎛
(0.030인치)가 되었다.
상기 각각의 예에서, 정전 척(75)이 폴리실리콘층을 가지는 반도체 기판(25)을 정전기적으로 수용하기 위
하여 사용되었다. 폴리실리콘층은 이전의 예에서 확인된 것과 동일한 공정 가스 조성 및 처리 조건을 사
용하여 캐퍼시터와 게이트를 형성하기 위하여 에칭되었다. 기판(25)은 약 20℃ 내지 70℃의 처리 온도에
서 에칭되었고, 기판 표면을 가로지르는 온도는 기판 표면에 초점이 맞추어진 적외선 센서 시스템을 사용
하여 측정되었다.
척(75)이 열 패드(100)를 포함하지 않는 예 3에서는, 기판의 중심으로부터 주변까지의 온도 차이가 10℃
를 초과하였다. 실제의 경우, 기판(25) 중심에서 측정된 온도가 통상적으로 기판 주변에서의 온도 보다
약 11℃ 낮았다. 이 온도 변화는 기판(25) 중심부에서 85°부터 기판(25) 주변부에서의 87°범위의 횡단
면 각도 범위를 갖는 에칭 지형으로 귀착한다. 또한, 에칭 프로파일은 기판 중심에서의 더 낮은 온도 때
문에 기판 중심에서 더욱 테이퍼진다. 에칭 프로파일과 테이퍼진 에칭 프로파일 형상에서의 변화가 기판
(25)을 가로지르는 불균일한 전기적 특징을 가진 집적회로로 귀착한다.
예 4에서, 기판 온도의 현장 측정은 기판(25) 중심에서의 온도가 평균 62℃이고 기판 주변에서의 온도가
평균 56℃임을 나타내었다. 이와 같이, 기판(25) 중심은 기판 주변의 평균 온도보다 약 5℃ 내지 6℃ 정
도 더 높은 평균 온도에서 유지되었다. 더 높은 중심 온도는 기판(25)의 표면에 대하여 약 89-90°각도
에서 측벽을 구비한 대체적으로 균일한 에칭 프로파일을 가지는 에칭 지형을 제공하였다.
예 5에서, 적외선 온도 센서가 받침대의 중심에서 기판(25) 주변에서의 온도보다 약 11℃ 뜨거운 온도를
측정하였다. 기판(25)의 조밀한 영역에서와 격리된 영역(보다 작고 더욱 간격이 떨어진 지형)에서의 에
칭된 지형의 횡단면 프로파일이 전자 현미경 스캐닝에서 조사되었다. 조밀한 영역에서는, 기판(25) 상부
에서의 횡단면 프로파일이 약 87°에서 88°까지 변화하였고; 기판 중심부에서는 약 87°에서 88°까지;
11-7
1019980024277
기판(25) 바닥에서는 약 80°이었다. 격리된 영역에서는, 기판(25) 상부에서의 에칭 프로파일 각도가 약
77°에서 78°까지 변화하였고; 기판 중심부는 80°의 에칭 각도를 가지며; 기판(25) 바닥은 77°의 에칭
각도를 가졌다. 이와 같이, 격리된 영역은 중심보다 기판(25)의 주변에서 더욱 테이퍼진 에칭 지형을 제
공하는 정전 척을 사용하는 조밀한 영역과는 반대의 경향을 보여주었다. 결과가 격리된 영역에서는 이상
적이지 않음에도 불구하고, 에칭된 지형의 이러한 변화는 공정 가스 흐름, 압력, 및 플라즈마 출력과 같
은 공정 파라미터를 조정함으로써 최적화될 수 있다.
본 발명이 그것의 바람직한 변형에 대하여 상당히 상세하게 설명되었음에도 불구하고, 다른 변형도 가능
하다. 예를 들어, 열전달 조절기 패드(100)가 정전 척(75)의 상부나, 정전 척(75) 내측 또는 내부에, 또
는 척의 베이스 아래에 위치하게 될 수도 있다. 이와 달리, 정전 부재, 베이스, 및 패드가 합성 다층 구
조로서 제작될 수도 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 여기에 포함된 바람직한 변형에 대한 설명으로 제
한되어서는 않된다.
(57) 청구의 범위
청구항 1
공정 챔버 내에 기판을 수용하기 위한 정전 척으로서,
(a) 전극을 덮고 기판을 수취하기 위해 수취 표면을 가지는 유전체를 포함하는 정전 부재와,
(b) 공정 챔버 내에서 기판을 처리하는 동안에 기판으로부터의 열전달율을 제어하도록 상기 정전 부재 아
래에 위치되는 패드를 포함하는 정전 척.
청구항 2
제 1항에 있어서, 상기 정전 부재 아래에 제 1 열저항 RB를 가진 베이스를 더 포함하고, 기판 표면을 가로
지른 미리 결정된 온도를 제공하도록 상기 패드가 상기 베이스의 상기 열저항 RB 보다 충분히 더 높거나
낮은 제 2 열저항 RP를 포함하는 정전 척.
청구항 3
제 2항에 있어서, 상기 상기 제 2 열저항 RP가 기판 표면을 가로질러 대체로 동일한 온도를 유지하기 위하
여 열저항 차이 △R = RP
- RB 를 충분히 크게 하는 정전 척.
청구항 4
제 2항에 있어서, 상기 제 2 열저항 RP가 기판 표면을 가로질러 0℃ 내지 10℃의 다른 온도를 가지는 온도
프로파일을 제공하기 위하여 열저항 차이 △R = RP
- RB를 충분히 크게 하는 정전 척.
청구항 5
제 2항에 있어서, 열저항 차이 △R = RP
- RB가 약 10 내지 약 1000K/W인 정전 척.
청구항 6
제 2항에 있어서, 상기 열저항 RB는 0.2 x 10
-3 내지 20 x 10-3 K/W이고, 상기 열저항 RP는 50 x 10
-3 내지
400 x 10-3 K/W인 정전 척.
청구항 7
제 2항에 있어서, 상기 베이스가 20 내지 2000Watts/mK의 열전도율을 포함하고, 상기 패드는 0.01 내지
3.0Watts/mK의 열전도율을 포함하는 정전 척.
청구항 8
제 2항에 있어서, 상기 패드가 베이스의 직경 DB 보다 작은 직경 DP를 가지는 원형 부재를 포함하는 정전
척.
청구항 9
제 8항에 있어서, 상기 패드가 디스크나 환형 링을 포함하는 정전 척.
청구항 10
제 8항에 있어서, 상기 원형 부재가 상기 베이스의 함몰부 내에 위치하게 되는 정전 척.
청구항 11
(a) 공정 가스를 공정 챔버로 도입하기 위한 가스 분배 시스템;
(b) 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 발생기; 및
(c) 공정 챔버 내에 기판을 수용하기 위한 제 1항의 정전 척
을 포함하는 공정 챔버.
11-8
1019980024277
청구항 12
기판을 정전기적으로 수용하고 기판 표면을 가로지르는 미리 결정된 온도를 유지하는 방법으로서,
(a) 정전 부재의 수취 표면 상에 상기 기판을 정전기적으로 수용하는 단계;
(b) 상기 기판의 일부분 아래에 열저항 RB를 가진 제 1 열통로를 유지하는 단계; 및
(c) 상기 기판의 다른 부분 아래에 열저항 RP를 가지는 제 2 열통로를 유지하되, 기판을 처리하는 동안에
기판을 가로지르는 미리 결정된 온도를 제공하기 위하여 상기 열저항 RP는 상기 열저항 RB와 충분히 다르
게 제 2 열통로를 유지하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 13
제 12항에 있어서, 상기 제 1 열통로는 정전 부재를 지지하고 하부 표면을 가지는 베이스를 제공함으로써
유지되고, 상기 제 2 열통로는 상기 정전 부재의 수취 표면과 상기 베이스의 하부 표면 사이에 패드를 제
공함으로써 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 14
제 12항에 있어서, 상기 제 1 열통로가 기판의 주변 아래의 환형 영역을 포함하고, 상기 제 2 열통로가
기판의 중심 아래의 중심 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 15
제 12항에 있어서, 열저항 차이 △R = RP
- RB가 기판 표면을 가로질러 대체로 동일한 온도를 유지하도록
선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 16
제 12항에 있어서, 열저항 차이 △R = RP
- RB가 기판 중심에서의 온도를 기판의 주변에서의 온도 보다 0
℃ 내지 10℃ 더 높게 유지하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 17
제 12항에 있어서,
(1) 기판을 처리하는 동안, 기판 표면을 가로지른 정상상태 온도 프로파일을 측정하는 단계;
(2) 상기 정상상태 온도 프로파일을 기판 표면을 가로지른 처리 특성의 변화와 상호 관련시키는 단계; 및
(3) 기판 표면을 가로지른 처리 특성의 변화를 대체로 감소시키도록 상기 제 1열통로와 제 2열통로의 열
저항 차이를 선택하는 단계
의 초기 단계들을 포함하는 방법.
도면
도면1
11-9
1019980024277
도면2a
도면2b
도면2c
도면2d
11-10
1019980024277
도면3
도면4
11-11
1019980024277