공간 온도 분포를 제어하기 위한 방법 및 장치 document_id A220623052643

통상의 플라즈마 에칭 장치는 반응 가스가 흐르는 체임버가 내부에 있는 반응기를 포함하고 있다. 체임버 내에서, 가스는 통상적으로 무선 주파수 에너지에 의해 플라즈마로 이온화된다. 플라즈마 가스의 높은 반응성 이온은 집적 회로(IC's)로 처리되는 반도체 웨이퍼 상의 폴리머 마스크와 같은 재료와 반응할 수 있다. 에칭 전에, 웨이퍼는 체임버 내에 배치되고 이 웨이퍼의 윗 표면이 플라즈마에 노출되도록 척(chuck) 또는 홀더에 의해 적절한 위치에 유지된다. 이 기술 분야에는 몇몇 종류의 척(또한 때때로 서셉터(susceptor)라고도 불린다)이 공지되어 있다. 척은 등온 표면을 제공하며, 플라즈마에 의해 웨이퍼에 전달된 열을 제거하는 웨이퍼용 열 싱크(heat sink)로서 작용한다. 어떤 한 종류의 척에 있어서는, 반도체 웨이퍼가 기계적 클램핑 수단에 의해 에칭을 위한 장소에 유지된다. 다른 종류의 척에 있어서는, 반도체 위에퍼가 척과 웨이퍼 사이에 전계에 의해 생성된 정전력에 의해 적절한 장소에 유지된다. 본 발명은 이들 종류의 척에 적용할 수 있다. 통상적인 플라즈만 에칭 동작에 있어서, 플라즈마 가스의 반응성 이온은 반도체 웨이퍼의 한 면상의 재료의 부분들과 화학적으로 반응한다. 어떤 처리들은 웨이퍼를 어느 정도 가열하지만, 대부분의 가열은 플라즈마에 의해 발생된다. 한편, 플라즈마(이온 및 래디컬(radical))와 웨이퍼 재료간의 반응은 웨이퍼의 온도 상승에 의해 어느 정도 가속된다. 웨이퍼상의 각 미세점에서의 로컬 웨이퍼 온도 및 반응 속도는, 웨이퍼 전체 영역의 온도가 너무 많이 변하면 웨이퍼의 한 면에 걸쳐있는 재료의 에칭시 유해한 불균일이 쉽게 생길 수 있을 정도로 관련되어 있다. 대부분의 경우에, 에칭이 거의 완벽한 정도로 균일한 것이 아주 바람직하다. 왜냐하면, 그렇지 않으면 제조되는 집적 회로 디바이스(ICs)가 보다 바람직한 표준에서 이탈하는 전자 특성을 갖게 되기 때문이다. 더욱이, 웨이퍼 직경의 사이즈가 증가함에 따라서, 웨이퍼가 커짐으로 ICs의 각 배치의 균일성을 확보하는 문제가 더욱 어렵게 된다. 일부 다른 경우에는, 커스텀 프로파일(custom profile)을 얻기 위해 웨이퍼의 표면 온도를 제어할 수 있는 것이 바람직할 것이다. 반응성 이온 에칭(RIE) 동안 웨이퍼의 온도 상승 문제는 공지되어 있으며, 과거에 RIE 동안 웨이퍼의 온도를 제어하고자 하는 다양한 시도가 있어 왔다. 도 1은 RIE 동안 웨이퍼 온도를 제어하는 한 방법을 도시하고 있다. 냉각 가스(이를테면 헬륨)는 웨이퍼(104)의 하부와 이 웨이퍼(104)를 유지하는 척(106)의 상부 사이의 단일의 얇은 스페이스(102) 내에 단일 압력으로 수용될 수 있다. 냉각제 누설을 줄이기 위해서 척(106)의 바깥 엣지에 약 1mm로부터 약 5 mm 까지 연장되는 평탄한 실링 랜드(sealing land)를 제외한 척 주변에는 일반적으로 오링(o-ring) 또는 다른 엣지 실(edge seal)이 없다. 어떤 엘라스토머(elastomer) 실도 없다면 실링 랜드에 걸처서 유의미한 점진적인 압력 손실이 반드시 있으므로, 웨이퍼(104)의 엣지가 부적절하게 냉각될 수 있다. 그러므로, 웨이퍼(104)의 엣지 근처에 작용하는 열 유속(108)이 척에 효과적으로 전달될 수 있기 전에 쉽게 안쪽으로 상당량이 흐르게 된다. 웨이퍼(104)의 상부의 화살표(106)는 웨이퍼(104)를 가열하는 진입 유속을 나타낸다. 웨이퍼(104) 내의 열 흐름은 화살표(110)로 표시되어 있다. 이는 척의 엣지 존(edge zone)이 그 표면의 나머지보다 항상 더 뜨거운 이유를 설명해 준다. 도 2는 웨이퍼(104)상의 전형적인 온도 분포를 도시하고 있다. 웨이퍼(104)의 주변부의 압력 손실로 인해 이 주변부에서 웨이퍼(104)가 훨씬 더 뜨겁게 된다. 존 냉각의 필요성을 다루는 한 방법은 로컬 접촉 영역을 효과적으로 변경하기 위해 표면 거칠기를 변화시키거나 또는 양각 패턴을 잘라내는 것이다. 그러한 스킴은 뒤쪽 냉각 가스가 전혀 없이도 이용될 수 있고, 이 경우에, 접촉 영역, 표면 거칠기 및 조이는 힘(clamp force)이 열 전달을 결정한다. 그러나, 로컬 접촉 영역은 척을 재가공함으로써만 조정될 수 있다. 존 냉각의 필요성을 다루는 다른 방법은 열 전달을 증가시키고 미세 조정하기 위해 압력이 변하는 냉각 가스를 이용하는 것이다. 그러나 양각 패턴이 아직도 실질적으로 정해져 있다. 디바이더(divider)로서의 작은 실링 랜드로 또는 이 랜드 없이 척의 표면을 다양한 존으로 나누고, 각 존에 개별 냉각 가스를 공급함으로써, 상당한 정도의 독립적인 공간 제어를 달성할 수 있다. 각 존으로의 가스 공급은 다양한 구성을 가지거나 다양한 압력으로 설정될 수 있어, 열 전도를 가변할 수 있다. 각 존의 동작 조건은 레시피(recipe) 제어하에 설정될 수 있거나 또는 각 처리 단계 동안 매우 동적으로 안정화될 수 있다. 그러한 스킴은 플라즈마로부터의 진입 열 유속을 재분배해서 이를 다양한 영역으로 끌어내는 것에 따른다. 이는 높은 파워 유속에는 비교적 효과적이지만, 낮은 파워 유속에서는 단지 작은 온도 편차만을 제공할 것이다. 예를 들어, cm2 당 약 1W의 균일한 유속과 약 3 mm 실링 랜드로, 웨이퍼 주변 가까이에서 10℃ 내지 30℃ 온도 증가를 유도하는 에지 열 그래디언트(gradient)에 대한 센터(center)를 얻는 것이 가능하다. 이 크기의 열 그래디언트는 처리 제어 파라미터로서 매우 효과적일 수 있다. 그러나, 낮은 파워에서 다른 처리도 실행할 수 있다. 예를 들어, 폴리 게이트 처리는 cm2 당 단지 0.2W의 유속을 가질 수 있다. 제어하기 아주 곤란해서 부적절한 전반적인 냉각으로 귀결되게 할 정도로 평균 전도가 극히 낮게 만들어지지 않는다면, 통상적으로 5℃ 미만의 매우 작은 편차가 있을 것이다. 따라서, 상당한 플라즈마 열 유속을 요구하지 않으면서 반응성 이온 에칭 및 유사한 처리 동안에 반도체 웨이퍼의 온도를 제어하는 방법 및 장치가 필요하다. 본 발명의 주된 목적은 이러한 요구를 해결하고 또한 관련 장점을 제공하는 것이다.