JP2001523041A - Apparatus and method for reducing temperature gradients in ceramic wafer support pedestals - Google Patents
Apparatus and method for reducing temperature gradients in ceramic wafer support pedestalsInfo
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Abstract
(57)【要約】 セラミックペデスタル内の温度勾配を減少する装置と方法。特に本発明は、セラミックペデスタル内に埋め込まれた抵抗ヒーターにかける電力の量を所定の量に制限するヒーター制御器である。本発明の第１実施例では、ヒーターに送られる電流を制限する。本発明の第１実施例では、ヒーターにかけられる電力が、最大レベルにクランプされる。 (57) Abstract: An apparatus and method for reducing a temperature gradient in a ceramic pedestal. In particular, the present invention is a heater controller that limits the amount of power applied to a resistive heater embedded in a ceramic pedestal to a predetermined amount. In the first embodiment of the present invention, the current sent to the heater is limited. In a first embodiment of the invention, the power applied to the heater is clamped to a maximum level.
Description
【０００１】[0001]
本発明は、半導体ウェハ処理装置に関し、より詳しくは、ペデスタル内の抵抗
ウェハヒーターにかける電力又は電流を制御することにより、セラミックウェハ
支持ペデスタル内の温度勾配を減少する装置と方法に関する。The present invention relates to semiconductor wafer processing equipment, and more particularly, to an apparatus and method for reducing the temperature gradient in a ceramic wafer support pedestal by controlling the power or current applied to a resistive wafer heater in the pedestal.
【０００２】[0002]
半導体ウェハ処理システム内で、通常半導体ウェハは処理する間ペデスタルに
より支持される。多くのこのようなシステムでは、ウェハの処理を容易にするた
め、１つ又はそれ以上の工程のステップで、ペデスタルを加熱してウェハの温度
を上昇させる。ウェハへの熱伝達を容易にするため、ペデスタルはセラミック材
料で製作され、ヒーターは、セラミックに埋め込まれた抵抗ヒーター要素である
。ヒーター要素は、一般にタングステン等の材料で作られた抵抗ワイヤー又は金
属化層である。このワイヤー又は層に電流をかけると、要素は熱くなり、ヒータ
ーの上昇する温度は、伝導によりセラミックを通ってウェハに伝達される。In a semiconductor wafer processing system, a semiconductor wafer is typically supported by a pedestal during processing. In many such systems, the pedestal is heated to increase the temperature of the wafer in one or more process steps to facilitate processing of the wafer. To facilitate heat transfer to the wafer, the pedestal is made of a ceramic material and the heater is a resistive heater element embedded in the ceramic. The heater element is typically a resistive wire or metallization layer made of a material such as tungsten. When an electric current is applied to this wire or layer, the element heats up and the increasing temperature of the heater is conducted by conduction through the ceramic to the wafer.
【０００３】 ヒーター要素の抵抗は、要素に電流をかけ、要素の温度が上昇すると、実質的
に変化する。ヒーター要素の抵抗は、３倍ほど変化する。その結果、ヒーターに
よりかけられる電力は、要素が室温のとき（室温では約６オームの比較的低い抵
抗である）の例えば２４００Ｗから、作動温度のとき（５５０℃では約１８オー
ムの比較的高い抵抗である）の例えば８００Ｗに変化する。低温のときにはヒー
ター要素にこのような多量の電力かけられるので、ペデスタルのセラミック内に
実質的に温度勾配が生じる。このような温度勾配があると、セラミックにクラッ
クが生じ、ペデスタルが役立たなくなる。[0003] The resistance of a heater element changes substantially as current is applied to the element and the temperature of the element increases. The resistance of the heater element changes about three times. As a result, the power applied by the heater can be from, for example, 2400 W when the element is at room temperature (which is a relatively low resistance of about 6 ohms at room temperature) to a relatively high resistance of about 18 ohms at operating temperature (at 550 ° C.). ), For example, to 800 W. At low temperatures, such a large amount of power is applied to the heater element, causing a substantial temperature gradient within the pedestal ceramic. Such a temperature gradient causes cracks in the ceramic and renders the pedestal useless.
【０００４】[0004]
それゆえ、ペデスタル内の抵抗ヒーターにかける電力又は電流を制御すること
により、セラミックウェハ支持ペデスタル内の温度勾配を減少する装置と方法の
必要性がある。Therefore, there is a need for an apparatus and method for reducing the temperature gradient in a ceramic wafer support pedestal by controlling the power or current applied to a resistive heater in the pedestal.
【０００５】[0005]
従来技術の欠点は、本発明のセラミックペデスタル内の温度勾配を減少する装
置と方法により解決される。特に本発明は、セラミックペデスタル内に埋め込ま
れた抵抗ヒーターにかける電力又は電流の量を所定の量に制限するヒーター制御
器である。The disadvantages of the prior art are solved by the apparatus and method for reducing temperature gradients in ceramic pedestals of the present invention. In particular, the present invention is a heater controller that limits the amount of power or current applied to a resistive heater embedded in a ceramic pedestal to a predetermined amount.
【０００６】 本発明の第１実施例では、ペデスタルに生じる温度勾配が、抵抗ヒーターに送
られる電流を制限することにより制御される。これは、ＡＣ電源からヒーターへ
電流を送るワイヤーに結合した変流器を使用することにより行われる。変流器の
出力の電圧は、ヒーターに流れる電流を示す。この電圧がクランプ回路に供給さ
れ、それがその出力を特定のしきい電圧レベルにクランプする。例示として、し
きい電圧レベル１０アンペアの出力電流限度を示す。このように、クランプの出
力は、しきい電圧レベルを超える値に到達するまで、測定した電流値と共に直線
的に上昇する。クランプの出力電圧は、位相角制御器に供給され、それが点孤角
(ファイヤリング角、firing angle)制御信号を生成する。位相角制御器は、一対
のシリコン制御整流器（ＳＣＲ）に結合し、それが抵抗ヒーターに電力を与える
ＡＣ電源内のスイッチング機能を行う。ＳＣＲのＡＣ出力は、変流器を通って抵
抗ヒーターに結合する。In a first embodiment of the present invention, the temperature gradient created in the pedestal is controlled by limiting the current sent to the resistance heater. This is done by using a current transformer coupled to wires that carry current from the AC power supply to the heater. The voltage at the output of the current transformer indicates the current flowing through the heater. This voltage is supplied to a clamping circuit, which clamps its output to a particular threshold voltage level. By way of example, an output current limit of a threshold voltage level of 10 amps is shown. Thus, the output of the clamp rises linearly with the measured current value until it reaches a value that exceeds the threshold voltage level. The output voltage of the clamp is supplied to the phase angle controller,
(Firing angle) control signal is generated. The phase angle controller couples to a pair of silicon controlled rectifiers (SCRs) that perform a switching function in an AC power supply that powers the resistive heater. The AC output of the SCR is coupled to a resistive heater through a current transformer.
【０００７】 本発明の第２実施例では、ＡＣ電源の出力電力レベルは、最大レベル、例えば
１０００Ｗに制限される。このように、ヒーターに送られる電力は、温度勾配が
限度範囲内に保持されるように制限される。その結果、ペデスタルのセラミック
は、ペデスタルが加熱されるとき、クラックが生じない。 本発明の各実施例の電流及び／又は電力レベルは、特定レベルの「不変の」限
度として記述するが、これらの限度は時間と共に変化させ、ダイナミック電力制
御回路を提供しても良い。このようなダイナミック制御は、所定の制御アルゴリ
ズムを使用して、又は温度、出力電力等の色々の入力パラメータに応答する適応
フィードバック回路を使用して、容易に行うことが出来る。In the second embodiment of the present invention, the output power level of the AC power supply is limited to a maximum level, for example, 1000 W. In this way, the power delivered to the heater is limited so that the temperature gradient is kept within the limits. As a result, the pedestal ceramic does not crack when the pedestal is heated. Although the current and / or power levels of embodiments of the present invention are described as "levelless" limits of a particular level, these limits may be varied over time to provide a dynamic power control circuit. Such dynamic control can be easily performed using a predetermined control algorithm or using an adaptive feedback circuit that responds to various input parameters such as temperature, output power, and the like.
【０００８】[0008]
本発明の教示は、添付図面を参照して次の発明の詳細な説明を読めば分かるで
あろう。 容易に理解できるように、可能なところでは、各図に共通の同一の要素を示す
のに、同一の参照番号を使用した。The teachings of the present invention will become apparent from the following detailed description of the invention when read in conjunction with the accompanying drawings. To facilitate understanding, identical reference numerals have been used, where possible, to designate identical elements that are common to the figures.
【０００９】 図１は、セラミックペデスタル組立体100の断面図であり、セラミックペデス タル102と、ヒーター制御器106と、比例積分微分（ＰＩＤ）制御器116と、オプ ションの静電チャック制御器108とを備える。ペデスタル102は、上面118を有し 、その上にウェハ104が支持される。図２は、図１の２−２線に沿ったセラミッ クペデスタル100の断面図である。本発明をより良く理解するため、図１と２を 同時に参照すると良い。FIG. 1 is a cross-sectional view of a ceramic pedestal assembly 100 that includes a ceramic pedestal 102, a heater controller 106, a proportional-integral-derivative (PID) controller 116, and an optional electrostatic chuck controller. 108. The pedestal 102 has an upper surface 118 on which the wafer 104 is supported. FIG. 2 is a cross-sectional view of the ceramic pedestal 100 taken along line 2-2 of FIG. For a better understanding of the present invention, please refer to FIGS. 1 and 2 simultaneously.
【００１０】 抵抗ヒーター112が、例えば、タングステン等の抵抗性材料のコイル又は金属 化層のヒーター要素を備える。ヒーター112に電流がかけられると、ヒーター要 素の抵抗により熱が生じ、それが次にヒーター要素を取り囲むセラミックを加熱
し、最後にセラミックペデスタル100により支持されるウェハ104を加熱する。ヒ
ーター要素は、要素に電気信号がかけられると、温度が上昇する任意の要素と解
釈する。ヒーター112にかけられる電力は、ヒーター制御器106からのワイヤー11
4を通って結合する。The resistive heater 112 comprises a coil or a metallized layer heater element of a resistive material such as, for example, tungsten. When a current is applied to the heater 112, heat is generated by the resistance of the heater element, which in turn heats the ceramic surrounding the heater element, and finally heats the wafer 104 supported by the ceramic pedestal 100. A heater element is interpreted as any element that increases in temperature when an electrical signal is applied to the element. The electric power applied to the heater 112 is controlled by the wire 11 from the heater controller 106.
Combine through four.
【００１１】 制御信号Ｓ１は、通常のＰＩＤ制御器116により生成される。図１に示すＰＩ Ｄ制御器は、熱電対118を使用してペデスタルの温度をモニターする。信号Ｓ１ は、一般に０〜１０Ｖの電圧である。信号Ｓ１の特定の大きさは、ペデスタルの
所望の温度を達成するのに必要な電流の量を示す。この値は、通常のＰＩＤアル
ゴリズムを使用してダイナミックに調節され、ペデスタルの温度が所望の値に近
づくとき、温度の昇降及び／又は行き過ぎを防止する。本発明によれば、ヒータ
ー制御器106は、信号Ｓ１を処理して、ワイヤー114を通って抵抗ヒーター112に 結合する電力又は電流の量を制限する。The control signal S 1 is generated by a normal PID controller 116. The PID controller shown in FIG. 1 uses a thermocouple 118 to monitor the temperature of the pedestal. The signal S1 is generally a voltage of 0 to 10V. The particular magnitude of signal S1 indicates the amount of current required to achieve the desired pedestal temperature. This value is dynamically adjusted using a conventional PID algorithm to prevent the temperature from rising and falling and / or overshoot as the pedestal temperature approaches the desired value. In accordance with the present invention, heater controller 106 processes signal S1 to limit the amount of power or current coupled to resistive heater 112 through wire 114.
【００１２】 ウェハ104は、ペデスタル102の表面118に、外辺部の機械的クランプ、真空ク ランプ、重力等の色々の方法でクランプしてもよいが、静電チャックにより、ペ
デスタル102の表面118にウェハ104を容易にクランプすることが出来る。静電チ ャックを使用すると、ウェハからペデスタルに均一な熱伝達が出来、またウェハ
の安定性が改善され、微粒子の発生が減少する。このオプションの静電チャック
を細い線で示し、同一平面の電極1101と1102を有し、静電チャック制御器108に 結合する。静電チャックは、２つの同一平面の電極1101と1102を有するバイポー
ラチャックとして作動する。静電チャック制御器108が、各電極に等しく反対極 性の電圧をかけ、それにより電極間に電場が発生する。この電場は、半導体ウェ
ハ104を通って結合し、ウェハ104の下面に電荷が蓄積し、電極1101と1102上に反
対の電荷が蓄積し、電荷の間の静電力により、半導体ウェハ104をペデスタル102
の表面118上に保持する。バイポーラ静電チャックを示すが、本発明には、1つの
電極を有するモノポーラ構造、複数の電極を有するインターデジタル構造等の任
意の形の静電チャックを使用することが出来る。チャックは、ＡＣ又はＤＣ電圧
により電力を供給することが出来る。The wafer 104 may be clamped to the surface 118 of the pedestal 102 by various methods such as mechanical clamping of the outer periphery, vacuum clamping, gravity, or the like. The wafer 104 can be easily clamped. The use of an electrostatic chuck provides uniform heat transfer from the wafer to the pedestal, improves wafer stability, and reduces particulate generation. Shows the electrostatic chuck of the option by thin lines, has electrodes 110 1 of the same plane as the 110 2, binds to the electrostatic chuck controller 108. The electrostatic chuck operates as a bipolar chuck having an electrode 110 1 of the two coplanar and 110 2. The electrostatic chuck controller 108 applies a voltage of opposite polarity equally to each electrode, thereby generating an electric field between the electrodes. The electric field is coupled through the semiconductor wafer 104, the charge on the lower surface of the wafer 104 is accumulated, the opposite charges are accumulated on the electrode 110 1 and 110 2, the electrostatic force between the charges, the semiconductor wafer 104 Pedestal 102
On the surface 118 of the Although a bipolar electrostatic chuck is shown, any form of electrostatic chuck can be used in the present invention, such as a monopolar structure with one electrode, an interdigital structure with multiple electrodes, and the like. The chuck can be powered by AC or DC voltage.
【００１３】 図３は、本発明の第１実施例によるヒーター制御器106の詳細なブロック線図 である。特に、制御器106は、電流クランプ300と、位相角制御器302と、ＡＣ電 圧スイッチング回路304と、変流器310とを備える。電流クランプ300は、その出 力電圧Ｓ２をクランプ回路により設定される最大値に制限する。回路構成は、一
般にヒーターに結合する出力電流を、例えば１０アンペアに制限する。FIG. 3 is a detailed block diagram of the heater controller 106 according to the first embodiment of the present invention. In particular, the controller 106 includes a current clamp 300, a phase angle controller 302, an AC voltage switching circuit 304, and a current transformer 310. Current clamp 300 limits its output voltage S2 to a maximum value set by the clamp circuit. The circuitry generally limits the output current coupled to the heater to, for example, 10 amps.
【００１４】 電流クランプ300は、ＲＳＭコンバータ320と、信号スケーラー322と、反転リ ミットアンプ324と、加算アンプ326とを備える。変圧器310が、ＡＣの電流サン プルを供給し、これがヒーター112へ流れる。ＲＳＭコンバータ320は、ＡＣ信号
をヒーター112へ流れる電流の大きさを表す大きさを有するＤＣ値に変換する。 ＲＳＭコンバータ320は、スケーラー322に結合する。スケーラーは、信号Ｓ４の
大きさを、信号Ｓ１の大きさに匹敵する値に調節する。調節された信号Ｓ４は、
反転リミットアンプ324にかけられ、そこで信号Ｓ４は、所望の電流限度に対応 する所定の電圧信号と比較される。Ｓ４と限度電圧信号の電圧差が正であれば、
この差は反転され、増幅されて信号Ｓ５として出力される。Ｓ４と限度電圧信号
の電圧差が負又は０であれば、信号Ｓ５は０ボルトのままである。信号Ｓ１とＳ
５の両方が加算アンプ326に結合し、その出力信号Ｓ２は、信号Ｓ１とＳ５の和 である。このように、電流クランプ300は、出力電圧Ｓ２を所定のレベルに制限 し、ヒーターの出力電流が、ある値例えば１０アンペアを超えないようにする。
このように、出力信号Ｓ２は、信号Ｓ４の大きさがクランプ電圧と等しいかこれ
より大きいレベルに到達するまでは、ＰＩＤ制御器からの信号Ｓ１に比例する。
この点で、信号Ｓ２の大きさは、最大電圧値にクランプされる。信号Ｓ５の極性
は、ＰＩＤ制御器の信号Ｓ１の極性と反対である。このように、信号Ｓ２＝Ｓ１
−Ｓ５である。The current clamp 300 includes an RSM converter 320, a signal scaler 322, an inverting limit amplifier 324, and a summing amplifier 326. Transformer 310 provides an AC current sample, which flows to heater 112. RSM converter 320 converts the AC signal into a DC value having a magnitude representing the magnitude of the current flowing to heater 112. RSM converter 320 couples to scaler 322. The scaler adjusts the magnitude of signal S4 to a value comparable to the magnitude of signal S1. The adjusted signal S4 is
Inverting limit amplifier 324, where signal S4 is compared to a predetermined voltage signal corresponding to a desired current limit. If the voltage difference between S4 and the limit voltage signal is positive,
This difference is inverted, amplified and output as signal S5. If the voltage difference between S4 and the limit voltage signal is negative or zero, signal S5 remains at 0 volts. Signals S1 and S
5 are both coupled to summing amplifier 326, the output signal S2 of which is the sum of signals S1 and S5. Thus, the current clamp 300 limits the output voltage S2 to a predetermined level so that the output current of the heater does not exceed a certain value, for example, 10 amps.
Thus, the output signal S2 is proportional to the signal S1 from the PID controller until the magnitude of the signal S4 reaches a level equal to or greater than the clamp voltage.
At this point, the magnitude of signal S2 is clamped to the maximum voltage value. The polarity of signal S5 is opposite to the polarity of signal S1 of the PID controller. Thus, the signal S2 = S1
-S5.
【００１５】 位相角制御器302は、通常のように信号Ｓ２に応答して、経路316に点孤角制御
信号を発生する。経路316上の点孤角制御信号は、スイッチング回路304に結合す
る。スイッチング回路304は、一対のシリコン制御整流器（ＳＣＲ）306と308を 備える。このＳＣＲ回路は、通常のものであり、特定の点孤角制御信号を与えら
れると、ＡＣ入力電圧(例えば１２０Ｖ)の各サイクルの特定の割合が、ＳＣＲの
各々の出力にかけられ、次に抵抗ヒーター112にかけられる。このように、点孤 角制御信号の継続時間を変化させると、電圧量が変化し、それゆえ抵抗ヒーター
112にかけられる電流が変化する。[0015] The phase angle controller 302 generates a dot angulation control signal on path 316 in a conventional manner in response to signal S2. The arc control signal on path 316 is coupled to switching circuit 304. Switching circuit 304 includes a pair of silicon controlled rectifiers (SCRs) 306 and 308. The SCR circuit is conventional, and given a particular angle control signal, a particular percentage of each cycle of the AC input voltage (e.g., 120V) is applied to each output of the SCR, and then a resistor is applied. The heater 112 is applied. Thus, changing the duration of the ignition angle control signal changes the amount of voltage, and therefore the resistance heater.
The current applied to 112 changes.
【００１６】 図４は、本発明により生じる電力（軸402）と、温度（軸404）のグラフ400を 示す。その結果、本発明を１０アンペアの限度で使用すると、ヒーター要素の抵
抗が温度と共に増加すると、電力レベルが（経路406に沿って）最大値（例えば 、１２００Ｗ）まで比較的直線的に上昇し、電流は１０アンペアで制限される。
カーブのこの部分の間、ＰＩＤ制御器の信号Ｓ１は最大値で、信号Ｓ５はしきい
値である。カーブ400の頂点408は約３００℃で起こる。いったん電力が１２００
Ｗレベルに到達すると、ヒーター要素の抵抗は増加し続け、電流は１０アンペア
の限度より低く低下し、部分412に沿ったカーブは、ポイント408からポイント41
4へ直線的に低下し、そこで公称温度５５０℃に到達し、ヒーターは約８００Ｗ を消費する。曲線のこの部分の間、ＰＩＤ制御器の信号Ｓ１は、最大値にあるか
その近くで、信号Ｓ５は０であり、その結果電流限度信号は、加算アンプ326へ 行かない。その結果、最大又は最大に近い電圧がヒーター121にかけられる。グ ラフ400はまた、電流限度が適用されないとき（カーブの部分416）のヒーターへ
の電力を示す。室温で（制限しないとき）、ヒーターにかけられる電力は２４０
０Ｗであるが、電流制限するときは、６００Ｗである。このように、電流制限を
使用すると、ヒーター要素に過大な電力をかけるのを避けることが出来、ペデス
タル内の温度勾配を減少させることができる。FIG. 4 shows a graph 400 of power (axis 402) and temperature (axis 404) generated by the present invention. As a result, using the present invention at the 10 Ampere limit, as the resistance of the heater element increases with temperature, the power level (along path 406) rises relatively linearly to a maximum value (eg, 1200 W); The current is limited at 10 amps.
During this part of the curve, the signal S1 of the PID controller is at a maximum value and the signal S5 is a threshold value. The peak 408 of the curve 400 occurs at about 300 ° C. Once the power is 1200
When the W level is reached, the resistance of the heater element continues to increase, the current drops below the 10 amp limit, and the curve along section 412 changes from point 408 to point 41.
It drops linearly to 4 where it reaches a nominal temperature of 550 ° C. and the heater consumes about 800 W 2. During this part of the curve, the signal S1 of the PID controller is at or near a maximum value, the signal S5 is zero, so that the current limit signal does not go to the summing amplifier 326. As a result, a maximum or near maximum voltage is applied to heater 121. Graph 400 also shows the power to the heater when no current limit is applied (curve portion 416). At room temperature (unlimited), the power applied to the heater is 240
Although it is 0 W, it is 600 W when the current is limited. Thus, the use of current limiting can avoid applying too much power to the heater element and reduce the temperature gradient in the pedestal.
【００１７】 図５に示す本発明の第２実施例では、ヒーターにかける電流を制限するのでは
なく、ヒーターに送られる合計電力を例えば１０００Ｗに制限する。このように
、ヒーターの抵抗が変化すると、ヒーターの抵抗に対して、電流制御入力は逆の
関係で変化して、電力が一定レベル（例えば、１０００Ｗ）に保持されるように
なっている。In the second embodiment of the present invention shown in FIG. 5, instead of limiting the current applied to the heater, the total power sent to the heater is limited to, for example, 1000 W. As described above, when the resistance of the heater changes, the current control input changes in an inverse relationship with respect to the resistance of the heater, so that the power is maintained at a constant level (for example, 1000 W).
【００１８】 電力の制限を行うため、図３のヒーター制御器106は、図５のヒーター制御器5
00になるように改変される。ヒーターに結合する電力を求めるため、一対のＳＣ
Ｒ306と308の出力で電流と電圧の両方をサンプリングする。電流は変流器310で モニターされ、電圧は変圧器514でモニターされる。電圧と電流信号（それぞれ 、Ｓ10、Ｓ11）は、それぞれＲＳＭコンバータ504と508、及び信号スケーラー50
6と510により処理される。このように、信号Ｓ12は、出力電圧の大きさを表すＤ
Ｃ電圧で、信号Ｓ13は、出力電流の大きさを表すＤＣ電圧である。乗算器512が 、信号Ｓ12とＳ13をかけて、信号Ｓ14を生じ、これはヒーター112に送られるＲ ＭＳ電力を表す。To limit the power, the heater controller 106 of FIG. 3 is replaced by the heater controller 5 of FIG.
Modified to be 00. To determine the power coupled to the heater, a pair of SCs
Both the current and voltage are sampled at the outputs of R306 and 308. The current is monitored by current transformer 310 and the voltage is monitored by transformer 514. The voltage and current signals (S10, S11, respectively) are converted to RSM converters 504 and 508 and a signal scaler 50, respectively.
Processed by 6 and 510. As described above, the signal S12 is a signal representing the magnitude of the output voltage.
At the C voltage, the signal S13 is a DC voltage representing the magnitude of the output current. Multiplier 512 multiplies signals S12 and S13 to produce signal S14, which represents the RMS power sent to heater 112.
【００１９】 前の実施例と同様に、Ｓ14が所望の電力限度に対応する所定の電圧を超えると
き、反転リミットアンプ324が、増幅され反転された差信号Ｓ15を出力する。加 算アンプ326が、測定した信号（この実施例ではＳ15）をＰＩＤ制御器からの信 号Ｓ１に加算し、信号Ｓ２を生成する。前の実施例と同様に、Ｓ２＝Ｓ１−Ｓ１
５である。信号Ｓ２は、電圧限度信号であり、位相角制御器302に結合する。そ の結果、電力クランプ502は、ヒーター112に送られる出力電力を制限する。As in the previous embodiment, when S14 exceeds a predetermined voltage corresponding to a desired power limit, inverting limit amplifier 324 outputs an amplified and inverted difference signal S15. An addition amplifier 326 adds the measured signal (S15 in this embodiment) to the signal S1 from the PID controller to generate a signal S2. As in the previous embodiment, S2 = S1-S1
5 Signal S2 is a voltage limit signal and is coupled to phase angle controller 302. As a result, power clamp 502 limits the output power sent to heater 112.
【００２０】 図４に示すように、このような電力制限を行うと、カーブ400の平らな部分410
が出来る。このように、電力カーブは、約４００℃より低い全ての温度で、部分
410に沿って平らであり、ポイント414の公称消費電力約８００Ｗに到達する前に
、部分412に沿って下降する。このような電力制限をすると、セラミックペデス タル内の温度勾配は、ペデスタルにあらゆる物理的損傷を与えるには不十分な範
囲に止まる。As shown in FIG. 4, such a power limitation results in a flat portion 410 of the curve 400.
Can be done. Thus, at all temperatures below about 400 ° C., the power curve
It is flat along 410 and descends along section 412 before reaching the nominal power consumption of about 800 W at point 414. With such a power limitation, the temperature gradient within the ceramic pedestal is limited to an insufficient range to cause any physical damage to the pedestal.
【００２１】 本発明の２つの実施例は、抵抗ヒーターにかけられる電流又は電力をダイナミ
ックに制御するように改変することが出来る。図３に示すように、電流クランプ
300は、適応制御器318を追加するか又は交換することが出来る。適応制御器318 は、例えばペデスタル温度、電力、電流、時間等の色々の動作パラメータ320に 応答して、ヒーターにかけられる電力及び／又は電流を公称の範囲内に保持する
。適応制御器318は、ハードウェアとして、又はマイクロコントローラで実行す るソフトウェアとして、又は両方の組合わせとして実現することが出来る。この
ような制御器を使用すると、ある期間にわたって、電力又は電流に特定の平坦部
を保持するようにすることが出来る。点孤角制御信号は、直線的でなくてもよく
、又は点孤角制御信号は、外部作動パラメータ又は条件に応答して適応すること
も出来る。[0021] Two embodiments of the present invention can be modified to dynamically control the current or power applied to a resistive heater. As shown in Figure 3, the current clamp
The 300 can add or replace an adaptive controller 318. Adaptive controller 318 keeps the power and / or current applied to the heater within a nominal range in response to various operating parameters 320, such as, for example, pedestal temperature, power, current, and time. The adaptive controller 318 can be implemented as hardware, or as software running on a microcontroller, or a combination of both. The use of such a controller can be used to maintain a specific plateau in power or current over a period of time. The firing angle control signal may not be linear, or the firing angle control signal may adapt in response to external operating parameters or conditions.
【００２２】 抵抗ヒーターで加熱されるセラミックペデスタル内の温度勾配を制御する新し
い方法と装置について記述してきた。本発明の多くの変形、修正、改変、及び他
の使用法と用途は、本発明の実施例を開示するこの明細書と図面を見れば、当業
者には明らかであろう。全てのこれらの変形、修正、改変、及び他の使用法と用
途は、本発明の範囲に入る。本発明は、請求の範囲のみにより制限される。A new method and apparatus for controlling the temperature gradient in a ceramic pedestal heated by a resistance heater has been described. Many variations, modifications, alterations, and other uses and uses of the present invention will be apparent to those skilled in the art from this specification and drawings, which disclose embodiments of the present invention. All these variations, modifications, alterations, and other uses and uses fall within the scope of the invention. The invention is limited only by the claims.
【図１】 本発明によるヒーター制御器により駆動される抵抗ヒーターを備
えるセラミックペデスタルの断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a ceramic pedestal having a resistance heater driven by a heater controller according to the present invention.
【図２】 図１の２−２線に沿った抵抗ヒーターの断面図。FIG. 2 is a sectional view of the resistance heater taken along line 2-2 of FIG.
【図３】 本発明の第１実施例によるヒーター制御器のブロック線図。FIG. 3 is a block diagram of a heater controller according to the first embodiment of the present invention.
【図４】 本発明により制御される抵抗ヒーターの電力と温度を示す図。FIG. 4 is a diagram showing power and temperature of a resistance heater controlled by the present invention.
【図５】 本発明の第２実施例によるヒーター制御器のブロック線図。FIG. 5 is a block diagram of a heater controller according to a second embodiment of the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K058 AA34 AA71 BA00 CA04 CA12 CA23 CA28 CA45 CA69 CB14 CB19 CD01 CE04 CE12 CE19 GA03 5F031 CA02 HA16 HA37 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 3K058 AA34 AA71 BA00 CA04 CA12 CA23 CA28 CA45 CA69 CB14 CB19 CD01 CE04 CE12 CE19 GA03 5F031 CA02 HA16 HA37
Claims (16)
する装置において、 抵抗ヒーターに供給される電流の最大値を所定の値に制限するヒーター制御器
を備えることを特徴とする装置。1. An apparatus for controlling a temperature gradient generated in a ceramic wafer support pedestal, comprising a heater controller for limiting a maximum value of a current supplied to a resistance heater to a predetermined value.
に記載した装置。2. The apparatus of claim 1, wherein said heater controller comprises an AC power supply.
器（ＳＣＲ）と、 前記ＳＣＲに結合し、前記ヒーター制御器により生成された電流制御信号に応
答する点孤角制御信号を生成するための位相角制御回路とを備える請求の範囲第
２項に記載した装置。3. An AC power supply comprising: a pair of silicon controlled rectifiers (SCRs) for controlling an AC voltage applied to the resistive heater; and a current control signal coupled to the SCR and generated by the heater controller. 3. A device as claimed in claim 2, comprising a phase angle control circuit for generating a responsive angle control signal.
生成するクランプと、 前記抵抗ヒーターにかけるＡＣ電圧を制御するための一対のシリコン制御整流
器（ＳＣＲ）と、 前記ＳＣＲに結合し、前記ヒーター制御器により生成された電流制御信号に応
答する点孤角制御信号を生成するための位相角制御回路とを備える請求の範囲第
１項に記載した装置。4. The heater controller includes: a clamp for generating a current control signal for limiting a current supplied to the resistance heater to the predetermined value; and a pair of clamps for controlling an AC voltage applied to the resistance heater. A silicon controlled rectifier (SCR), and a phase angle control circuit coupled to said SCR and for generating an ignition angle control signal responsive to a current control signal generated by said heater controller. The device described in the section.
埋め込まれた抵抗性材料である請求の範囲第１項に記載した装置。5. The apparatus of claim 1, wherein said resistive heater is a resistive material embedded in a ceramic wafer support pedestal.
るための適応制御器を備える請求の範囲第１項に記載した装置。6. The apparatus of claim 1, wherein said heater controller comprises an adaptive controller for adaptively controlling a current coupled to said resistance heater in response to a plurality of parameters.
ー内に生じる温度勾配を制御する装置において、 抵抗ヒーターに供給される電力の最大値を所定の値に制限するヒーター制御器
を備えることを特徴とする装置。7. An apparatus for controlling a temperature gradient generated in a resistance heater embedded in a ceramic wafer supporting pedestal, comprising a heater controller for limiting a maximum value of electric power supplied to the resistance heater to a predetermined value. Characteristic device.
に記載した装置。8. The apparatus of claim 7, wherein said heater controller comprises an AC power supply.
器（ＳＣＲ）と、 前記ＳＣＲに結合し、前記ヒーター制御器により生成された電流制御信号に応
答する点孤角制御信号を生成するための位相角制御回路とを備える請求の範囲第
８項に記載した装置。9. An AC power supply comprising: a pair of silicon controlled rectifiers (SCRs) for controlling an AC voltage applied to the resistance heater; and a current control signal coupled to the SCR and generated by the heater controller. 9. A device as claimed in claim 8, comprising a phase angle control circuit for generating a responsive angle control signal.
生成するクランプと、 前記抵抗ヒーターへのＡＣ電圧を制御するための一対のシリコン制御整流器（
ＳＣＲ）と、 前記ＳＣＲに結合し、前記ヒーター制御器により生成された電流制御信号に応
答する点孤角制御信号を生成するための位相角制御回路とを備える請求の範囲第
７項に記載した装置。10. A heater controller, comprising: a clamp for generating a current control signal for limiting a current supplied to the resistance heater to the predetermined value; and a pair of clamps for controlling an AC voltage to the resistance heater. Silicon control rectifier (
SCR); and a phase angle control circuit coupled to said SCR and for generating a turn-on angle control signal responsive to a current control signal generated by said heater controller. apparatus.
電圧値をかけることにより、電力値を導出する乗算器を備え、前記電力値は前記
電力制御信号を生成するため使用される請求の範囲第１０項に記載した装置。11. The method according to claim 8, wherein the clamp is configured to measure a measured RSM current value to a measured RSM current value.
The apparatus according to claim 10, comprising a multiplier for deriving a power value by multiplying a voltage value, wherein the power value is used to generate the power control signal.
に埋め込まれた抵抗性材料である請求の範囲第７項に記載した装置。12. The apparatus of claim 7, wherein said resistive heater is a resistive material embedded in a ceramic wafer support pedestal.
るための適応制御器を備える請求の範囲第７項に記載した装置。13. The apparatus of claim 7, wherein said heater controller comprises an adaptive controller for adaptively controlling a current coupled to said resistance heater in response to a plurality of parameters.
る方法において、 前記セラミックウェハ支持ペデスタルの温度が比較的低い間は、ヒーター制御
器により生じる電流を制限し、 前記セラミックウェハ支持ペデスタル内に埋め込まれた抵抗ヒーターに制限さ
れた電流をかけるステップを備えることを特徴とする方法。14. A method for reducing a temperature gradient in a ceramic wafer support pedestal, the method comprising: limiting a current generated by a heater controller while the temperature of the ceramic wafer support pedestal is relatively low; Applying a limited current to the embedded resistive heater.
る方法において、 前記セラミックウェハ支持ペデスタルの温度が比較的低い間は、ヒーター制御
器により生じる電力を制限し、 前記セラミックウェハ支持ペデスタル内に埋め込まれた抵抗ヒーターに制限さ
れた電力をかけるステップを備えることを特徴とする方法。15. A method for reducing a temperature gradient in a ceramic wafer support pedestal, the method comprising: limiting power generated by a heater controller while the temperature of the ceramic wafer support pedestal is relatively low; Applying a limited power to the embedded resistive heater.
制限するステップを備える請求の範囲第１５項に記載した装置。16. The limiting step includes: measuring a voltage and a current generated by the heater controller; multiplying the voltage and the current to form a power signal; limiting a magnitude of the power signal; 16. The apparatus of claim 15, comprising using the limited power signal to limit power generated by the heater controller.
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