JP2017069563A - Ｅｓｃ温度制御のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＥＳＣ温度制御のためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】 本開示は、プラズマを使用してマイクロ電子基板を処理するプラズマ処理システムで使用できる温度制御システムに関する。温度制御システムは、加熱アレイを含み得、加熱アレイは、マイクロ電子基板に隣接して配置され、マイクロ電子基板の異なる部分で熱を選択的に生成することができる。加熱アレイは、交流電流用のシリコンダイオード（ＳＩＤＡＣ）のブレークオーバー電圧に応じて熱を選択的に生成する加熱モジュールを含み得る。生成される熱の量は、加熱モジュールの抵抗および可変電圧信号のデューティサイクルに依存し得る。【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体処理技術に関し、より具体的には、プラズマ処理の間にマイクロ電子基板の温度を制御するシステムおよび方法に関する。

マイクロ電子特徴の形状は、より小さいサイズに縮小し続け、複雑度が増大し続けている。それにしたがって、マイクロ電子デバイスの製造に使用される処理技法は、マイクロ電子基板上により小さい特徴を作成するため、より精密なものとなる必要があり得る。さらに、マイクロ電子基板のサイズもまた、時間の経過に伴い増加し得る。プラズマ処理は、マイクロ電子基板上の特徴の形成またはエッチングに使用することができる。プラズマ処理は、多くの異なるプロセス条件による影響を受ける可能性があるが、基板温度は、マイクロ電子基板にわたって均一に特徴を形成する際に重要な役割を果たし得る。既存のプラズマシステムは基板チャック内の加熱素子を使用できるが、それらの加熱素子は、費用効果が高い方法でより小さい特徴を形成するためにマイクロ電子基板にわたって温度を精巧に制御する能力に欠ける可能性がある。それにしたがって、費用効果が高い方法で基板チャックの温度分解能を改善することが望ましい。

本開示は、マイクロ電子デバイスの製造に使用されるマイクロ電子基板の処理の間に温度を制御するシステムおよび方法に関する。多種多様な半導体処理技法は、マイクロ電子基板の温度による影響を受ける可能性がある。処理技法は、これらに限定されないが、エッチング、蒸着、硬化および同様のものを含み得る。温度制御は、定常状態またはマイクロ電子基板の表面にわたる温度プロファイルを達成するために、マイクロ電子基板の部分にエネルギー（例えば、熱）を印加することを含み得る。しかし、マイクロ電子基板のより小さい部分にわたって温度分解能を改善することは、より多くの電源および加熱素子を含む（互いに極めて接近する）ように既存のシステムを見積もることにより、コストおよびシステムの複雑度が増大するという点で問題があり得る。コストの増大は、追加の電源と、追加の電源を協働的に管理するためのハードウェア／ソフトウェアインフラストラクチャとを追加することから生じ得る。本明細書では、単一の電源を使用して個別に制御できる加熱素子を使用することによってツールコストを最小限に抑えるシステムおよび方法が開示される。

一実施形態では、システムは、プラズマでマイクロ電子基板を処理できる処理チャンバを含み得る。処理チャンバは、プラズマの生成に使用できる気体、エネルギーまたは真空を送達できるいくつかのシステムコンポーネントと電気的または流体的に連通することができる。それに加えて、処理チャンバは、プラズマ処理の間にマイクロ電子基板を加熱するために使用できる基板ホルダを含み得る。基板ホルダは、静電結合コンポーネントを使用してマイクロ電子基板を固定できる支持面を含み得る。特定の一例では、基板ホルダは、マイクロ電子基板の異なる部分を選択的に加熱するために使用できる加熱アレイも含み得る。加熱アレイは、マイクロ電子基板を選択的に加熱するために使用できる基板ホルダにわたって配列できる加熱モジュールを含み得る。加熱モジュールは、単一の電源が加熱モジュールのすべてに電圧を印加できるように、並列に配列することができる。加熱アレイは、対応するスイッチ素子（例えば、サイリスタまたは双方向ダイオード）の構成に少なくとも部分的に基づいて負荷素子（例えば、抵抗器）に選択的に印加できる電力変調信号または可変電圧信号を受信することができる。この例では、スイッチ素子は、電流がある条件の下で対応する負荷素子に到達できるようにする異なるトリガ電圧またはブレークオーバー電圧で構成することができる。電流は、抵抗器を介して、マイクロ電子基板に伝達される熱の生成を促すことができる。信号生成器または電源は、スイッチを選択的にブレークオーバーさせるために、パルス変調信号の電圧およびデューティサイクルを変更することができる。例えば、加熱アレイの部分は、スイッチ素子ブレークオーバー設計および可変電圧信号の設計に少なくとも部分的に基づいて特定の加熱モジュールで電流を選択的に受信することができる。このように、当業者は、マイクロ電子基板にわたって所望の温度プロファイルを維持するために、指定加熱モジュールを対象とするパルス変調信号を生成することができる。

一実施形態では、スイッチ素子は、基板ホルダの異なる部分を加熱できるようにする異なるグループに割り当てることができる。例えば、加熱アレイは、同じまたは同様のブレークオーバー電圧を含む加熱モジュールの第１のグループと、第１のグループとは異なるブレークオーバー電圧を有し得る加熱モジュールの第２のグループとを有し得る。基板は、加熱モジュールの第２のグループを使用することなく、第１のグループを使用してマイクロ電子基板を選択的に加熱することができる。しかし、可変電圧信号は、第１および第２のグループを同時に使用することによって加熱が行われるように、シフトし得る。例えば、第１のグループは、信号生成器によって提供される第１の電力変調信号を使用して加熱するために第１のグループが使用されるように、第１の範囲内のブレークオーバー電圧を有し得る。第１の電力変調信号は、基板またはプラズマに伝達できる熱を生成できる負荷素子を通る電流の流れを引き起こすスイッチ素子のブレークオーバーをトリガすることができる。第２の電力変調信号は、加熱モジュールの第１のグループおよび第２のグループに対するスイッチブレークオーバーをトリガするように構成することができる。別の実施形態では、第２の電力変調信号は、スイッチング素子の第２のグループ（第１のグループではない）に対するスイッチブレークオーバーをトリガすることができる。このように、電力信号変調信号およびスイッチ素子は、基板に対する加熱モジュールの位置に少なくとも部分的に基づいて基板を選択的に加熱するように最適化することができる。したがって、加熱モジュール配置、電力変調信号、スイッチング素子ブレークオーバー電圧および負荷素子抵抗は、マイクロ電子基板上のプラズマエッチング／蒸着性能を変更するように最適化できる異なる温度プロファイルを達成するように最適化することができる。

別の実施形態では、加熱アレイは、マイクロ電子基板支持面下に配置することができ、並列配列加熱素子を含み得る。加熱素子は、幾何学的に、電気的にまたはその両方で並列に配列することができる。加熱アレイは、加熱アレイの異なる部分に電流を選択的に印加するために使用できる変動電圧信号を提供できる単一の電力信号生成器と電気的に結合することができる。加熱アレイの部分に電流を選択的に印加することにより、プラズマ処理の間の異なる基板温度プロファイルを可能にすることができる。当業者は、マイクロ電子基板にわたる処理不均一性に対処するために異なる温度プロファイルを得るように加熱アレイ設計および電圧信号変調を最適化することができる。加熱アレイは、マイクロ電子基板を支持面に固定する（例えば、磁気的に）ために使用できる静電結合コンポーネントの上方または下方に配置することができる。

この実施形態では、加熱アレイは、負荷素子（例えば、抵抗器）と、電流を負荷素子に印加する際にそれを調節するための双方向電流コンポーネント（例えば、サイリスタ）とを含み得る加熱素子を含み得る。双方向電流コンポーネントは、双方向電流コンポーネントから負荷素子への電流の流れを阻止することができる受動状態間で切り替えることができる特定のブレークオーバー電圧で設計することができる。信号生成器によって印加されるブレークオーバー電圧が閾値量を超えると、双方向コンポーネントは、能動状態に移行し、それぞれの負荷素子への電流の流れを可能にすることができる。特定の一実施形態では、双方向電流コンポーネントは、前述の受動状態と能動状態との間で移行できる交流電流用のシリコンダイオード（ＳＩＤＡＣ）を含み得る。

別の特定の実施形態では、双方向電流コンポーネントは、当業者が電流の流れを負荷素子の特定の素子またはサブセットに誘導できるようにする異なるブレークオーバー電圧を含み得る。加熱の量は、電流の大きさおよび負荷素子の抵抗に関連し得る。一例では、負荷素子は、同じまたは同様の抵抗値を有し得、同じまたは同様の量の熱を有し得る。しかし、他の実施形態では、負荷素子は、同じまたは同様の電流または電圧が負荷素子に印加される場合でさえも、異なる抵抗値を有し得、異なる量の熱を生成し得る。この例では、加熱アレイは、そのそれぞれの負荷素子への電流の選択的な印加を可能にすることができる共通のブレークオーバー電圧を有し得る加熱素子の２つ以上のグループを含み得る。また、加熱素子のグループは、グループの部分が同じ印加電圧を使用して異なる量の熱を生成できるように、異なる抵抗を有し得る。時間の経過に伴い、選択的に電流を印加することで、マイクロ電子基板にわたる温度プロファイルを生成することができる。

ある実施形態では、加熱アレイは、マイクロ電子基板にわたってある温度条件を維持するように電力変調信号を最適化できる温度フィードバックシステムを含み得る。例えば、この温度条件は、マイクロ電子基板の中心部よりも高い縁部の温度を含み得る。他の実施形態では、温度プロファイルは、中心部が高く縁部が低い温度プロファイルを有し得る。

マイクロ電子基板にわたる温度プロファイルを得る方法の１つは、プラズマ処理チャンバの基板ホルダ上でマイクロ電子基板を受け取るステップを含み得る。基板ホルダは、マイクロ電子基板を基板ホルダに磁気的に固定するために使用できるホルダも含み得る。この実施形態では、基板ホルダは、互いに直列に配置された負荷素子およびスイッチング素子を含み得る加熱素子の配列を含み得る。加熱素子は、各加熱素子がそのそれぞれのスイッチング素子で同じ電圧を受信できるように加熱素子が互いに並列である回路を形成することができる。加熱素子は、プラズマ処理の間の熱損失／利得に対応するために、基板ホルダの部分を選択的に加熱することによって、マイクロ電子基板にわたる温度プロファイルを形成するために使用することができる。この例では、プラズマシステムのコントローラは、可変電圧信号を加熱素子の並列配列に印加することができる。スイッチ素子の第１の部分は、そのブレークオーバー電圧を超えて、そのそれぞれの負荷素子への電流の流れを可能にすることができる。それにしたがって、負荷素子（例えば、抵抗器）は、電流の量、デューティサイクルおよび負荷素子の抵抗の大きさに少なくとも部分的に基づいて温度を増加することができる。加熱により、基板チャックに沿って第１の温度プロファイルが形成され得る。他の実施形態では、第１の温度プロファイルは、能動状態にある加熱素子の量を増加または減少できる可変電圧信号の変化に基づいて第２の温度プロファイルに移行することができる。他の実施形態では、第２の温度プロファイルは、同じ加熱素子を使用するが、負荷素子に提供され得る電流の量を変更することによって可能にすることができる。例えば、ブレークオーバー電圧は、第２の電圧変数に対して維持できるが、信号の大きさは、負荷素子で生成される熱の量を減少または増加させるため、より小さいものまたはより大きいものであり得る。

この概要は、本開示の概観を提供することを意図し、請求項の範囲を上記で説明される実施形態に限定することを意図しない。概要で説明される実施形態は、単なる例示を目的とする。

本明細書の一部に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を示し、上記で与えられる本発明の一般的な説明および以下で与えられる詳細な説明とともに、本発明の解説に役立つ。それに加えて、参照番号の最左桁は、参照番号が最初に現れる図面を特定する。

少なくとも１つの実施形態による、基板ホルダに配置された加熱アレイを含み得るプラズマチャンバの概略的な断面図を示すプラズマ処理システムの代表的な実施形態の図解である。 少なくとも１つの実施形態による、加熱アレイの回路図の図解である。 少なくとも１つの実施形態による、加熱アレイに印加できる電力変調信号の代表的な実施形態の図解である。 少なくとも１つの実施形態による、加熱アレイの別の回路図の図解である。 少なくとも１つの実施形態による、加熱アレイに印加できる電力変調信号の別の代表的な実施形態の図解である。 少なくとも１つの実施形態による、加熱アレイを使用してマイクロ電子基板に対する温度プロファイルを生成する方法のフロー図である。

以下の詳細な説明は、本開示と一致する例示的な実施形態を示すため、添付の図面を参照する。詳細な説明における「一実施形態」、「実施形態」、「例示的な実施形態」などへの言及は、説明される例示的な実施形態が、特定の特徴、構造または特性を含み得るが、必ずしもあらゆる例示的な実施形態が、特定の特徴、構造または特性を含むとは限らないことを示す。その上、そのような記載は、必ずしも同じ実施形態を指すとは限らない。さらに、ある実施形態と関係して特定の特徴、構造または特性が説明される場合、明示的に説明されようが説明されまいが、他の例示的な実施形態と関係してそのような特徴、構造または特性に影響を及ぼすことは当業者の知識内である。

「基板」または「マイクロ電子基板」は、本明細書で使用される場合、本明細書で説明される実施形態に従って処理されているオブジェクトを一般的に指す。マイクロ電子基板は、デバイスの任意の材料部分または構造（特に、半導体または他の電子デバイス）を含み得、例えば、半導体基板などの基部となる基板構造、または薄膜などの基部となる基板構造上のもしくは基部となる基板構造を覆う層であり得る。したがって、基板は、任意の特定の基部となる構造、下位層または上位層、パターン化されているものまたはパターン化されていないものに限定されることを意図せず、むしろ、そのような層または基部となる構造、層および／または基部となる構造の任意の組合せのいずれも含むことを企図する。以下の説明は、特定のタイプの基板に言及し得るが、これは単なる例示を目的とし、限定することを意図しない。

本明細書で説明される例示的な実施形態は、例示を目的として提供され、限定することを意図しない。他の実施形態も可能であり、本開示の範囲内で例示的な実施形態に対する変更を行うことができる。したがって、詳細な説明は、本開示を限定することを意図しない。むしろ、本開示の範囲は、以下の請求項およびその均等物に従ってのみ定義される。

例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、本開示の範囲から逸脱することなく、過度の実験なしで、当業者の知識を適用することによって他者がそのような例示的な実施形態を様々なアプリケーションに対して容易に変更することおよび／または適応させることができる本開示の一般的な性質を十分に明らかにする。したがって、そのような適応形態および変更形態は、本明細書で提示される教示および指導に基づいて例示的な実施形態の意味内および多数の均等物の範囲内であることが意図される。本明細書の用語または表現が本明細書の教示を踏まえた上で当業者によって解釈されるように、本明細書の表現または用語は、説明を目的とし、限定を意図しないことを理解されたい。

図１は、プラズマチャンバ１０２で生成できるプラズマ（図示せず）を使用して基板を処理するためのプラズマ処理システム１００を描写する。プラズマは、気体送達システム１０４によってプラズマチャンバ１０２に提供される処理気体に電磁エネルギーを印加すること（例えば、電源１０６）によって生成することができる。気体送達システム１０４は、気体混合物分配の制御のために使用される質量流量コントローラ、チェックバルブおよび同様のものを含み得る。また、プラズマチャンバ１０２と流体的に連通する真空システム１０８は、プラズマ生成の間に大気圧以下の圧力を維持することができる。真空システム１０８は、プラズマチャンバ１０２内の圧力を制御するための１つまたは複数のポンプおよび制御システム（例えば、Ｎ_２バラストシステム、バタフライバルブシステム）を含み得る。

プラズマ生成は、電子の損失の結果として正電荷（例えば、イオン）を有する気体分子から電子を解放するために、電磁エネルギーを電気的に中性の気体に印加することによって行うことができる。イオンは、電子の総数が陽子の総数と等しくなく、その結果、正電荷を有する分子または原子として特徴付けることができる。分子または原子ラジカル（例えば、少なくとも１つの不対電子を有する分子または原子）もまた、電気的に中性の気体から生成することができる。一般に、ラジカルは、中性、正または負電荷を有し得、イオンと比べて高い化学反応性を有し得る。時間の経過に伴い、電磁エネルギーおよび気体混合物内の電子衝突の増大は、基板１１０の処理に使用できる気体混合物内のイオン化分子およびラジカルの密度を増加し得る。

プラズマチャンバシステム１００は、イオン化分子（図示せず）がプラズマチャンバ１０２内の電位差による影響を受け得るように、基板に向けたイオンおよび／またラジカルの流量に影響を及ぼすため、あるプロセス条件を変更することができる。例えば、プラズマチャンバ１０２内の電位差は、基板１１０に向けてイオン化分子（または原子またはラジカル）を誘導することができる。イオンおよびラジカルは、基板１１０と相互作用すること、または蒸着、パッシベーションもしくは基板の一部分を取り除くことができるものを通じて基板を処理することができる。

図１では、プラズマチャンバ１０２の断面図解１１２は、基板１１０に最も近い領域への電磁エネルギー（例えば、マイクロ波エネルギー、ＲＦエネルギー）および気体混合物（図示せず）の伝送を可能にする電源アセンブリ１１４を含むプラズマチャンバ１０２の一実施形態を示す。気体混合物は、電源アセンブリ１１４の中心部を通る気体経路１２０に沿って、基板ホルダ１２４に最も近いプラズマ処理領域１１６に導入することができる。他の実施形態では、気体混合物は、プラズマチャンバ１０２内の他の箇所から導入することができる。プラズマ処理領域１１６は、基板ホルダ１２４上に配置された基板１１０を処理するために使用できるプラズマを生成するために、第１のエネルギー源１２２からエネルギーを受信することもできる。電磁エネルギーは、電源１０６から電源アセンブリ１１４に何らかの方法で伝送できる電磁エネルギー（例えば、＞３００ＭＨｚのマイクロ波エネルギーおよび／または＜３００ＭＨｚの高周波（ＲＦ）エネルギー）を含み得る。図１の実施形態では、電源アセンブリ１１４は、マイクロ波導波管１２６を含み得、誘電体コンポーネント１２８は、気体経路１２０の周りに配置することができる。

プラズマ処理領域１１６の気体混合物は、第２の供給源（例えば、バイアス電源１３０）から電磁エネルギーを受信することもでき、第２の供給源は、基板ホルダ１２４にバイアスを掛け、基板１１０に最も近いプラズマ特性に影響を及ぼすことができる。いくつかの実施形態では、バイアス電源１３０および第１の電源１２２は、プラズマ処理領域１１６内でプラズマを生成するために、一体となってまたは単独で動作することができる。電磁エネルギーに加えて、プラズマ特性は、特に基板１１０の近くでは、温度による影響も受ける可能性がある。基板１１０にわたる温度プロファイルは、チャンバ壁への熱損失またはプラズマからの熱利得による影響を受ける可能性がある。これらの熱源および／またはヒートシンクは、基板１１０における処理温度に影響を与える可能性があり、それにより、基板１１０にわたって処理不均一性（例えば、エッチングレート、蒸着レートなど）が生じ得る。温度プロファイルを制御するための手法の１つは、基板１１０の真下に分配される熱源（図示せず）を含み得る加熱アレイ１３２を含めることであり得る。加熱アレイ１３２は、処理不均一性を低減するように温度プロファイルを変更するために、基板１１０に熱を選択的に印加することができる。熱源（図示せず）は、信号生成器１４２が加熱アレイ１３２の１つまたは複数の部分に電気信号を印加する際に熱を生成することができる。基板ホルダ１２４、電力アセンブリ１１４および加熱アレイ１３２にバイアスを掛けることは、プラズマ処理領域１１６内でプラズマを生成する処理シーケンシングを調整できるコントローラ１３４を使用することによって実装することができる。

コントローラ１３４は、プラズマ処理システム１００コンポーネント（例えば、電源１０６、気体送達１０４など）を制御するために、コンピュータプロセッサ１３６およびメモリ１３８を使用して、電気通信ネットワーク１４０上で提供できるコンピュータ可読命令を実行することができる。１つまたは複数のコンピュータプロセッサ１３６は、限定なく、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、複合命令セットコンピュータ（ＣＩＳＣ）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）またはそれらの任意の組合せを含み得る。メモリ１３８は、１つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体（「ＣＲＳＭ」）を含み得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のメモリは、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、フラッシュＲＡＭ、ソリッドステート媒体などの非一時的な媒体を含み得る。広範には、コントローラ１３４は、プラズマ生成または基板１１０に暴露できる異なるタイプのプラズマ間の移行を可能にする処理事象のシーケンシングを制御することができる。

プラズマ処理システム１００は、基板１１０へのパターンのエッチング、基板１１０上への膜の蒸着または基板１１０のドープに使用できるいくつかの異なるタイプのプラズマを実装するために使用することができる。電子デバイスのサイズおよび複雑度が増大するにつれて、基板１１０にわたって均一に分配される、より高い精度の処理の必要性が増した。いくつかのプラズマ処理の実施形態では、基板１１０にわたる温度プロファイルは、基板１１０にわたるエッチングレート、蒸着レートまたはドープ濃度により強大な影響を与える可能性がある。例えば、基板１１０の中心部と縁部とで異なるエッチングレートを有することにより、異なる量の基板１１０が取り除かれる可能性がある。この不均等な除去は、特徴サイズまたは形状に影響を与え、その結果、仮に動作するとしても、基板１１０上の異なる箇所にあるデバイスが互いに異なって動作するか、またはデバイスのいくつかの部分が正しく動作しない可能性がある。当業者は、基板１１０にわたるプラズマ処理不均一性を最小限に抑えるために、コントローラ１３４を使用して、加熱アレイ１３２によって加熱できる基板１１０の領域を選択することができる。コントローラ１３４は、閉ループまたは開ループで加熱アレイ１３２を操作することができる。

図２は、基板ホルダ１２４に配置できる加熱アレイ１３２の一実施形態の回路図２００の図解である。加熱アレイ１３２は、共通の端子２０４への任意の入力信号または印加電圧を複数の加熱モジュール２０２に同時に印加できるように、互いに並列に配列できる複数の加熱モジュール２０２を含み得る。図２は、４つの加熱モジュール２０２、２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃを示すが、他の実施形態は、最大ｎ番目の加熱モジュール２０２まで含み得る。加熱モジュール２０２は、基板ホルダ１２４および／または基板１１０に伝達できる熱を生成するために使用することができる。

加熱モジュール２０２、２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは、そのそれぞれの負荷素子２０８、２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃと直列に配置できるスイッチ素子２１０、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを含み得る。加熱モジュール２０２は、負荷素子２０８への電流の流れを制御することによって、能動状態（例えば、熱を生成）と受動状態（例えば、加熱なし）との間で調節することができる。スイッチ素子２１０、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃは、負荷素子２０８、２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃへのまたは負荷素子２０８、２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃからの電流の流れを阻止するか、または可能にすることができる。スイッチ素子２１０は、閾値電圧を超えた後にスイッチ素子２１０を通る電流の流れを可能にする双方向電流コンポーネントであり得る。例えば、双方向コンポーネントは、電圧閾値を超えた際にスイッチ素子２１０を通る電流の流れを可能にするように構成することができる。特定の一実施形態では、双方向コンポーネントは、電圧閾値を超えた際に導電状態に移行する双安定スイッチとして動作できる、異なるドーパント条件（例えば、ｎ型またはｐ型）が交互に起こる４つの層を含み得るサイリスタであり得る。例えば、電圧閾値が５Ｖであり、信号生成器が５Ｖ未満の電気信号を提供する場合、スイッチ素子２１０は、負荷素子２０８への電流の流れを可能にすることができない。しかし、共通の端子２０４に印加される電気信号が５Ｖを超える際、スイッチ素子２１０は、基板ホルダ１２４および／または基板１１０に伝達できる熱を生成できる負荷素子２０８への電流の流れを可能にすることができる。それにしたがって、負荷素子２０８、２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃへの電流の流れは、その対応するスイッチ素子２１０、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃの閾値電圧および信号生成器１４２によって提供される信号のタイプに少なくとも部分的に基づいて制御することができる。加熱モジュール２０２配列、負荷素子２０８タイプおよびスイッチ素子２１０タイプのいくつかの異なる実施形態は、基板１１０で異なる温度プロファイルを生成するために使用することができる。

一実施形態では、加熱モジュール２０２は、基板ホルダ１２４にわたって均等に分配することができる。負荷素子は、同じまたは同様の抵抗値を有し得、スイッチ素子２１０の閾値電圧は、すべての加熱モジュール２０２に対して同じまたは同様であり得る。この例では、加熱モジュール２０２は、信号生成器１４２からの電気信号が加熱アレイ１３２に印加される際に、同じまたは同様の熱の量を生成することができる。この実施形態では、スイッチ素子２１０、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃは、能動状態に同時に移行し、同じまたは同様の電流量を負荷素子２０８、２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃに印加できるようにすることができる。加熱モジュール２０２は、基板ホルダ１２４に対して同じ熱の量を生成することができる。

しかし、いくつかの実施形態では、基板１１０にわたる温度プロファイルは、処理チャンバ１０２およびプラズマ処理に固有の熱損失および／または利得に起因して、均一ではない場合がある。例えば、基板ホルダ１２４の中心部は、基板ホルダ１２４の外周より容易に熱を保持することができる。縁部におけるより高い熱損失は、基板ホルダの幾何学的な特殊性に起因して促される可能性があり、その縁部エリアは、処理冷却水などによってより効果的に冷却することができる。この例では、この特定の実施形態において、基板ホルダ１２４の縁部は、より高い熱損失を有し得、基板ホルダ１２４の縁部は基板ホルダ１２４の中心部より冷たくなり得る。

他の実施形態では、加熱アレイ１３２は、基板ホルダ１２４内または基板ホルダ１２４に隣接して配置できる任意の数の加熱モジュール２０２を含み得る。加熱モジュール２０２は、各加熱モジュール２０２が基板１１０の真下の特定のゾーンを加熱する役割を有し得るように、基板ホルダ１２４にわたって分配することができる。加熱ゾーンは、特定の処理に必要な温度プロファイルに応じて、互いに重なり合っても重なり合わなくともよい。また、加熱ゾーンは、加熱モジュールの応答時間、整定時間およびオーバシュート制御が処理ごとに異なるように、加熱モジュール２０２、２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの特性に応じて重ね合わせることもできる。加熱モジュール２０２は、互いに直列に接続できるスイッチ素子２１０および負荷素子２０８を含み得る。加熱モジュール２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは、各加熱モジュール２０２、２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃが信号生成器から同じ電気信号を受信できるように、互いに並列に配列することができる。しかし、スイッチ素子２１０、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃは、スイッチ素子の一部分（例えば、２１０、２１０ａ）がそのそれぞれの負荷素子（例えば、２０８、２０８ａ）に電流を流し得る一方で、残りのスイッチ素子（例えば、２１０ｂ、２１０ｃ）がそのそれぞれの負荷素子（例えば、２０８ｂ、２０８ｃ）に電流を流さないことができるように、異なる閾値電圧を有し得る。このように、加熱モジュール２０２、２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは、異なる時間におよび／または異なる強度で基板ホルダ１２４の部分を選択的に加熱するために使用することができる。

加熱モジュール２０２、２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｎ番目は、基板１１０のゾーンまたは領域をカバーするために、基板ホルダ１２４全体にわたってグループごとに配列することができる。例えば、基板１１０の中心部領域は、加熱モジュール２０２の第１のグループ（図示せず）によってカバーし、基板１１０の縁部領域は、加熱モジュール２０２の第２のグループ（図示せず）によってカバーすることができる。このように、加熱モジュール２０２は、基板ホルダ１２４にわたってまたは基板ホルダ１２４の周りで選択的に熱を生成することができる。選択的な加熱は、加熱モジュール２０２の位置、および加熱モジュール２０２が互いにどのように配列できるかおよびその相対的な加熱性能に依存し得る。基板１１０にわたる加熱性能または温度プロファイルは、負荷素子２０８の抵抗、スイッチ素子２１０の閾値電圧、ならびに加熱モジュール２０２に印加された電気信号の電圧および／またはデューティサイクルに少なくとも部分的に基づき得る。

一実施形態では、第１のグループおよび第２のグループの加熱モジュール２０２は、他のグループからの少なくとも１つの加熱モジュール２０２と共同で配置することができる。互いに最も近い２つの加熱モジュール２０２は、そのスイッチ素子２１０に対して異なる閾値電圧を有し得、互いに最も近い２つの加熱モジュール２０２は、その負荷素子２０８に対して異なる抵抗を有し得る。この例では、対の加熱モジュール２０２は、同じまたは同様のゾーンをカバーすることができるが、異なる負荷素子２０８および負荷素子２０８に提供される電流の大きさに少なくとも部分的に基づいて、異なる方法でゾーンを加熱し得る。このように、加熱モジュール２０２は、異なる負荷素子２０８が信号生成器１４２によって印加された信号にどのように反応するかに基づいて異なる方法で熱を生成するように設計することができる。これらの因子は、異なる温度の大きさ、ランプ時間、整定時間または温度オーバシュートをもたらし得る。加熱アレイ１３２の別の態様は、共通の端子２０４を通じて負荷素子２０８のすべてに給電するための単一の信号生成器１４２の使用であり得る。単一の信号生成器１４２の使用により、プラズマ処理システム１００のコストを低減し、維持費を低減することができる。

図３は、信号生成器１４２によって生成でき、加熱アレイ１３２に印加できる電気信号３００または電力変調信号の一実施形態の図解である。電気信号３００は、基板チャック１２４にわたる均一な温度プロファイルを生成するように設計することができる。しかし、温度プロファイルは、均一である必要はなく、電気信号３００は、加熱アレイ１３２の選択された部分で、より高いまたはより低い温度を生成するように設計することができる。上記で述べられるように、プラズマチャンバ１０２の異なる熱伝達特性は、加熱アレイ１３２を使用して基板チャック１２４にわたってあまり均一ではないまたは不均一な温度プロファイルを保証できる、基板１１０にわたる温度変化を引き起こし得る。例えば、特定の一例では、プラズマからのイオンおよび電流は、基板チャック１２４の中心部で、より高いレートまたは値で温度を増加することができる。したがって、基板チャック１２４の中心部で加熱アレイ１３２によって生成される熱の量を制限することが望ましい。このことは、基板チャック１２４の中心部に最も近い加熱モジュール２０２によって生成される熱の量を低減するために、加熱モジュール２０２の閾値電圧および抵抗を説明する電気信号３００を設計することによって実現することができる。しかし、基板チャック１２４にわたる温度プロファイルは、プラズマ以外の条件による影響も受ける可能性がある。同様に、電気信号３００は、基板チャック１２４の中心部より低い温度を有し得る他の加熱モジュール２０２に、より多くのエネルギーを印加するように設計することができる。例えば、基板チャック１２４の縁部または外周は、基板１１０にわたるプラズマ処理の均一性に影響を与える、より高い熱損失を有し得る。それにしたがって、電気信号３００は、基板１１０にわたる処理均一性を増大させるために、基板チャック１２４の縁部の加熱モジュール２０２に、より多くのエネルギーを印加するように設計することができる。当業者は、所望のプラズマ処理結果を達成するために、信号生成器１４２が加熱モジュール２０２を選択的に対象とすることができるようにコントローラ１３４をプログラムすることができる。

信号生成器１４２は、電圧およびデューティサイクル（例えば、パルス持続時間および周期）が異なり得る反復または非反復電子信号（アナログまたはデジタル）を生成できる任意のデバイスであり得る。電気信号３００は、熱を生成するそのそれぞれの負荷素子２０８への電流の流れを可能にするために、離散時間帯の間、選択されたスイッチ素子２１０に対する閾値電圧を選択的に超えるように設計することができる。負荷素子によって生成される熱の量は、これらに限定されないが、負荷素子２０８抵抗、スイッチ素子２１０閾値電圧およびデューティサイクルに依存し得る。

デューティサイクルは、閾値電圧を印加できる継続時間と、加熱モジュール２０２を「オン」状態と「オフ」状態との間で振動させる電気信号３００の周期との比率であり得る。デューティサイクルは、異なる時間帯の間に異なる加熱モジュール２０２に電圧を印加するために変更することができる。このように、当業者は、加熱モジュール２０２を選択するために、異なる時間帯の間に異なる電圧を印加することによって、温度プロファイルを調整することができる。このように、基板ホルダ１２４またはプラズマチャンバ１０２全体にわたる熱保持または流束の違いは、プラズマ処理の間に所望の温度プロファイルを生成するために、加熱アレイ１３２によって補償することができる。

図３に戻ると、電気信号３００の一実施形態は、電圧（Ｕ（ｔ））対時間（τ）グラフによって表すことができ、このグラフは、加熱アレイ１３２にいつおよびどの程度電圧を印加できるかを示す。信号生成器１４２は、離散時間帯（例えば、第１の時間３１０、第２の時間３１２、第３の時間３１４、．．．、第ｎの時間３１６）の間、２つ以上の閾値電圧（例えば、第１の電圧３０２、第２の電圧３０４、第３の電圧３０６、．．．、第ｎの電圧３０８）間で電圧を変更することができる。例えば、第１の電圧３０２は、第１のスイッチ素子２１０ａに対する閾値電圧であり得、第２の電圧３０４は、第２のスイッチ素子２１０ｂに対する閾値電圧であり得、第３の電圧３０６は、第３のスイッチ素子２１０ｃに対する閾値電圧であり得る。この例では、第２の電圧３０４を加熱アレイ１３２に印加すると、第１の負荷素子２０８ａおよび第２の負荷素子２０８ｂが電力を生成できるという点で、電圧は累積的なものであり得る。しかし、第２の負荷素子２０８ｂは、第２の時間３１２帯の間に電力を生成することができるが、第１の負荷素子２０８ａは、第１の時間３１０帯および第２の時間３１２帯の間に電力を生成することができる。同様に、第３の時間３１４帯の間、３つのすべての負荷素子２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃは、その時間の間に電力（例えば、熱）を生成することができる。一実施形態では、電気信号３００は、同じ条件を通じて再び繰り返すことができるか、または電気信号３００は、異なる方法で加熱モジュール２０２に給電するように変更することができる。それにしたがって、当業者は、電気信号３００の閾値電圧およびデューティサイクルを変更することによって、加熱アレイ１３２にわたって特定の箇所で電力または熱を生成するように電気信号３００を変更することができる。表１は、電気信号３００変動のいくつかの実施形態を示す。

表１は、同じ加熱アレイ１３２の異なる加熱モジュール２０２に電力を提供するために、電気信号３００をどのように変更できるかを示す６つの実施形態を示す。設定欄に示されるように、負荷素子２０８抵抗およびスイッチ素子２１０閾値電圧は、変化しないものと仮定する。この例では、負荷素子２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃは、４００Ω〜２２Ωで異なる抵抗を有し得、スイッチ素子２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃは、５Ｖ〜２００Ｖで異なる閾値電圧を有し得る。しかし、他の実施形態では、抵抗および閾値電圧は、固定値でなければならないわけではない。しかし、固定設定は、電気信号３００の電圧およびデューティサイクルを変更することによって、異なる温度プロファイルを生成することができる。このことは、加熱アレイ１３２からコンポーネントを取り除く際に望ましい。表１のＡ〜Ｆ欄は、同じ負荷素子２０８を使用して異なる箇所で異なる温度を得るために、単一の加熱アレイ１３２をどのように使用できるかを示す代表的な実施形態を提供する。

表１のＡ欄は、所望の温度プロファイル（例えば、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）を示し、第１の負荷素子２０８ａにおける温度は、第２の負荷素子２０８ｂおよび第３の負荷素子２０８ｃの温度より低く、第３の負荷素子２０８ｃの温度は、第２の負荷素子２０８ｂの温度より高い。この実施形態では、第１の電圧３０２は、０．７のデューティサイクルに対して約８５Ｖであり、これは、電気信号３００の周期の約７０％の間に第１の電圧３０２を印加できることを意味する。次に、約０．１のデューティサイクルで１００Ｖまで電気信号３００を増大することができる。この例では、第１の負荷素子２０８ａおよび第２の負荷素子２０８ｂは、この部分または時間帯の間に電力を生成することができる。最後に、０．０１のデューティサイクルに対して２１０Ｖに電気信号３００を移行することができる。Ａ欄の電気信号３００は、基板チャック１２４にわたる所望の温度プロファイルを達成するために、必要に応じて繰り返すことができる。この実施形態では、第１の負荷素子２０８ａは、１６Ｗまたは第２の負荷素子２０８ｂ（例えば、１８Ｗ）および第３の負荷素子２０８ｃ（例えば、２０Ｗ）より低い温度を生成することができる。電力は、以下の図６の説明で説明される式（１）を使用して決定することができる。

Ｂ欄の実施形態は、Ａ欄の実施形態を実装するために使用できる同じ加熱アレイ１３２を使用する別の所望の温度プロファイル（例えば、Ｔ１＜Ｔ３＜Ｔ２）を示す。この例では、電圧は、Ａ欄の実施形態と同様であり得るが、Ｂ欄の実施形態のデューティサイクルは、Ａ欄の実施形態とはわずかに異なる。例えば、第１の電圧３０２は、０．７５のデューティサイクルに対して約８０Ｖであり、これは、電気信号３００の周期の約７５％の間に第１の電圧３０２を印加できることを意味する。次に、約０．１２のデューティサイクルで１００Ｖまで電気信号３００を増大することができる。この例では、第１の負荷素子２０８ａおよび第２の負荷素子２０８ｂは、この部分の間に電力を生成することができる。最後に、０．００９のデューティサイクルに対して２１０Ｖに電気信号３００を移行することができる。この実施形態では、第１の負荷素子２０８ａは、１６Ｗまたは第２の負荷素子２０８ｂ（例えば、２０Ｗ）および第３の負荷素子２０８ｃ（例えば、１８Ｗ）より低い温度を生成することができるが、第２の負荷素子２０８ｂ（例えば、２０Ｗ）は、第３の負荷素子２０８ｃ（例えば、１８Ｗ）より高い温度を生成する。上記で述べられるように、電力は、以下の図６の説明で説明される式（１）を使用して決定することができる。

Ｃ欄の実施形態は、Ａ欄の実施形態で説明される同じ加熱アレイ１３２を使用する別の所望の温度プロファイル（例えば、Ｔ３＜Ｔ２＜Ｔ１）を示す。例えば、第１の電圧３０２は、０．８５のデューティサイクルに対して約８８Ｖであり、これは、電気信号３００の周期の約８５％の間に第１の電圧３０２を印加できることを意味する。次に、約０．０８のデューティサイクルで１１５Ｖまで電気信号３００を増大することができる。この例では、第１の負荷素子２０８ａおよび第２の負荷素子２０８ｂは、この部分の間に電力を生成することができる。最後に、０．００８のデューティサイクルに対して２１０Ｖに電気信号３００を移行することができる。この実施形態では、第１の負荷素子２０８ａは、２０Ｗまたは第２の負荷素子２０８ｂ（例えば、１８Ｗ）および第３の負荷素子２０８ｃ（例えば、１６Ｗ）より高い温度を生成することができるが、第２の負荷素子２０８ｂ（例えば、１８Ｗ）は、第３の負荷素子２０８ｃ（例えば、１６Ｗ）より高い温度を生成する。上記で述べられるように、電力は、以下の図６の説明で説明される式（１）を使用して決定することができる。

Ｄ、Ｅ、Ｆ欄で説明される実施形態は、電気信号３００（特に、電圧の大きさおよびデューティサイクル）を変更することによって基板にわたる温度プロファイルをどのように変更できるかを示す追加の例を提供する。

図４は、図２の実施形態からの加熱モジュール２０２の量を増大（例えば、２倍に）した加熱アレイ１３２の別の回路図４００の図解である。この例では、加熱モジュール４０２の別の列を図２からの加熱モジュール２０２と直列に配置することができる。加熱モジュール４０２は、負荷素子４０６と直列に接続されたスイッチ素子４０４を含み得、別の信号調節コンポーネント（例えば、ダイオード）２０６、４０８と並列であることができる。この場合もやはり、電気信号３００は、電気信号３００の各々を加熱モジュールの各グループ（例えば、２０２、４０２）に印加できるように、共通の端子２０４間に印加することができる。図４の実施形態では、回路図４００は、８つの加熱モジュール２０２、２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、４０２、４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃを含むが、他の実施形態は、８つに限定されず、図４に示されるもの（例えば、２０２、４０２）より多くの加熱モジュールを含むことができる。

加熱アレイ１３２の加熱モジュール２０２、４０２の量を増加することにより、より高度な温度制御分解能を可能にすることができる。例えば、図２の実施形態の基板チャック１２４の表面積が図４の加熱アレイ１３２でも使用される場合は、より高い密度の熱源により、温度制御分解能を増大させることができる。より高い熱源密度は、より小さい表面積にわたって温度を制御するために各熱源が使用され得る際に所望の温度プロファイルを調整するかまたは得る能力を増大させることができる。より高い密度の熱源を有することにより、当業者は、より厳しい公差に温度プロファイルを制御すること、または基板チャック１２４にわたる温度変動を低減することができるようになる。また、より高い熱源密度は、熱源を互いにより近く配置することによって温度変動を低減することもでき、その結果、熱源は、連携して、過度温度状態、特に、温度変動の安定化または制御が難しいことがあり得る高い熱流束領域（例えば、基板チャック外周）における温度の過度状態を管理することができる。

加熱モジュール４０２の追加は、温度制御を増大させることができるが、加熱アレイ１３２は、依然として、１つまたは複数の信号生成器（図示せず）から同じまたは同様の電気信号を受信することができる。しかし、特定の一実施形態では、図４の加熱アレイ１３２は、依然として、追加の加熱モジュール４０２に対応するため、バイポーラ電力信号を使用して単一の生成器１４２によって給電することができる。

図５は、基板チャック１２４にわたる望ましい温度プロファイルを生成するために図４の加熱アレイ１３２に印加できるバイポーラ電気信号５００または電力変調信号のグラフ表現の図解を含む。図５は、単に、バイポーラ電気信号５００の一実施形態を示す。他の実施形態では、当業者は、基板チャック１２４にわたる様々な異なる温度プロファイルを達成するために、表１の実施形態と同様の他のバイポーラ電気信号（図示せず）を設計することができ得る。

バイポーラ電気信号５００は、離散時間帯の間に印加される正または負の電圧値を使用することにより、個々の加熱モジュール２０２、４０２またはグループをオンまたはオフにすることができる。個々の加熱モジュール（例えば、２０２、４０２）または加熱モジュールのグループ（例えば、２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ）は、残りの加熱モジュール（例えば、４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ）とは異なるブレークオーバー電圧を有し得る。同様に、残りの加熱モジュール（例えば、４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ）は、図５に示されるように、互いに異なるブレークオーバー電圧も有し得る。しかし、残りの加熱モジュールは、異なるブレークオーバー電圧を有する必要はない。

図５に示されるように、バイポーラ電気信号５００は、正の電圧レジームと負の電圧レジームとが交互に起こり得る時間の関数としての電圧変動（例えば、Ｕ（ｔ））を有し得る。図３の実施形態とは対照的に、図５の実施形態は、負の電圧レジームを利用して、同時に能動状態である加熱源２０２、４０２の数を増加する必要なく、追加の加熱源を選択的に対象とする能力を可能にする。例えば、表１のＡ欄では、負の電圧レジームの使用により、正の電圧レジームの加熱モジュール２０２（Ａ欄）がオフであり得る間、追加の加熱モジュール４０２を能動状態にする（例えば、負の電圧を印加する）ことができる。したがって、バイポーラ電気信号５００は、どれだけの数の加熱モジュール２０２、４０２をオンまたはオフにし得るかという選択性を増大することができる。スイッチ素子２１０、４０４に対するデューティサイクルおよび異なる閾値電圧と組み合わせて、正および負の電圧レジームを使用することにより、１つの電力信号生成器１４２を使用して個別に制御できる加熱モジュール２０２、４０２（図４に示されるような）の量を増加することができる。それにしたがって、図４の加熱アレイ１３２の実施形態は、図２の実施形態より高い温度分解能を有し得る。

図５の実施形態では、バイポーラ電気信号５００は、所望のデューティサイクルまたは基板１１０にわたる温度プロファイルに応じて異なり得る離散時間帯τ１ｎ ５１０（例えば、τ１１ ５１２、τ１２ ５１４、τ１３ ５１６）の間の正の電圧Ｕ１ｎ ５０２（例えば、Ｕ１１ ５０４、Ｕ１２ ５０６、Ｕ１３ ５０８）と、離散時間帯τ２ｎ ５２４（例えば、τ２１ ５２６、τ２２ ５２８、τ２３ ５３０）の間の負の電圧Ｕ２ｎ ５１６（例えば、Ｕ２１ ５１８、Ｕ２２ ５２０、Ｕ２３ ５２２）とが交互に起こるようにすることができる。図５の実施形態は、単なる例示を目的として提供され、本開示の範囲は、この実施形態に限定されることを意図しない。当業者は、表１の実施形態で説明されるような複数の温度プロファイルを可能にするために、電圧およびデューティサイクルを変更することができる。例えば、一実施形態では、加熱モジュール２０２の第１のアレイは、基板チャック１２４の縁部の周りに配列することができ、加熱モジュール４０２の第２のアレイは、基板チャック１２４の中心部近くに配列することができる。この例では、基板チャック１２４の縁部は基板チャック１２４の中心部より高い熱流束を有し得るため、当業者は、デューティサイクルを変更して、加熱モジュール２０２の第１のアレイのうちの１つまたは複数により多くの電力を印加することができる。より高い熱流束は、一例では、基板の縁部がより冷たい処理チャンバ１０２壁により近いことに起因し得る。したがって、温度プロファイルは、基板１１０にわたって異なり得、バイポーラ電気信号５００のデューティサイクルおよび電圧は、基板１１０にわたる温度均一性を最小化するように変更することができる。

しかし、他の実施形態では、当業者は、加熱アレイ１３２を使用して、基板１１０にわたる温度不均一性を誘発することができる。温度不均一性は、基板１１０の異なる位置における反応速度（例えば、蒸着またはエッチング）を増加するために使用することができる。一実施形態では、局所的な温度変動は、これらに限定されないが、基板１１０にわたる厚さの変動または特徴サイズの変動を含む、基板１１０の変動を説明するために使用することができる。例えば、基板１１０は、基板１１０の縁部において、基板１１０の中心部より厚い膜厚を有し得る。したがって、基板１１０の中心部で同じエッチングレートを有すると、基板の縁部において膜が十分に取り除かれない可能性がある。基板１１０にわたる膜の不完全な除去は、基板１１０上に製造されているデバイスの品質または生産高に悪影響をもたらし得る。当業者は、基板１１０にわたる温度プロファイルを生成するために使用できる加熱モジュール２０２、４０２の量を増加できるバイポーラ電気信号５００を使用することによって、加熱モジュール２０２、４０２の各々に電力を選択的に印加するために、デューティサイクルおよび電圧を変更することができる。バイポーラ電気信号５００の変動は、個々の加熱モジュール２０２、４０２上のより高度な制御を可能にする抵抗素子の数の増加および負の電圧セットポイントを除いて、表１の実施形態と同様のものであり得る。

バイポーラ電気信号５００の一実施形態では、信号調節コンポーネント２０６、４０８は、信号調節コンポーネント２０６、４０８の構成に応じて、加熱モジュール２０２の第１のアレイまたは加熱モジュール４０２の第２のアレイに向けて電流を誘導する。図４の実施形態では、信号調節コンポーネント４０８は、電力信号生成器１４２によって提供される電圧より大きいことができるブレークオーバー電圧を有するダイオードであり得る。正の電圧が回路図４００に印加される際、電流は、第２の信号調節コンポーネント４０８を通じて流れ、第２の信号調節コンポーネント４０８は、加熱モジュール２０２の第１のアレイに向けて電流を誘導する。ダイオード４０８の両端間の小さい電圧降下のため、加熱モジュール４０２の第２のアレイを通じて最小電流またはゼロ電流が流れる。負の電圧が回路４００に印加される際、信号調節コンポーネント２０６、４０８は、加熱モジュール４０２の第２のセットに電流を誘導することができ、加熱モジュール２０２の第１のセットを電力信号生成器１４２からの電圧の印加の対象としないことができる。スイッチ素子４０４は、スイッチ素子４０４のブレークオーバー電圧の差に少なくとも部分的に基づいて、バイポーラ電気信号５００を選択的に印加するように構成することができる。したがって、加熱モジュール４０２は、表１に示されるものと同様の方法で、基板チャックを選択的に加熱することができるが、表１に示されない追加の素子を説明するために、正および負の電圧ならびに異なるデューティサイクルの組合せを用いることができる。このように、当業者は、スイッチング素子２１０、４０４のデューティサイクル、信号電圧およびブレークオーバー電圧の組合せに少なくとも部分的に基づいて、負荷素子２０８、４０６に電力を選択的に印加することによって、基板１１０にわたって熱を選択的に生成することができる。

図６は、プラズマ処理の間に加熱アレイ１３２を使用してマイクロ電子基板１１０にわたる温度プロファイルを生成する方法のフロー図６００である。図６の方法は、加熱アレイ１３２を使用するための一実施形態を示し、プラズマ処理の当業者によって決定されるような所望の結果を達成するために、他のステップを追加または省略することができる。一実施形態では、加熱アレイ１３２は、基板チャック１２４にわたって分配される加熱モジュール２０２を含み得る。加熱アレイ１３２は、スイッチング素子２１０と負荷素子２０８の組合せを含み得る。スイッチング素子２１０は、表１に示されるように、特定の電圧でそのそれぞれの負荷素子２０８に電流を渡すように設計することができる。負荷素子２０８は、表１に示されるように、電力信号生成器１４２から受信できる電流の量および負荷素子２０８抵抗に応じて熱を生成することができる。デューティサイクルおよび電力信号電圧は、離散時間帯の間、加熱モジュール２０２、４０２を使用して熱を選択的に生成するために、図３および５に示されるように、変更することができる。

図６に戻ると、ブロック６０２では、プラズマチャンバ１０２に基板１１０を固定するために使用できる静電チャックまたはコンポーネントを含み得る基板ホルダ（例えば、基板チャック１２４）上にマイクロ電子基板１１０が配置され得る場合、プラズマ処理プロセスを開始することができる。静電チャックは、基板１１０の局所部分で熱を生成するために使用できるかまたは基板１１０にわたる温度プロファイルを生成するために組合せで使用できる加熱素子（加熱モジュール２０２）の並列配列を含み得る加熱アレイ１３２から分離しても分離しなくともよい。

ブロック６０４では、静電チャックは、プラズマ処理の間の移動を防ぐために基板１１０を締め付けるかまたは固定するために使用できる静電電位を基板１１０下に生成することができる。静電チャックは、電力信号生成器１４２と無関係に動作できるチャッキング電源からチャッキング電圧を受信することができる。しかし、チャッキング電圧は、加熱アレイ１３２が電力信号生成器１４２から信号を受信し得る場合、基板チャック１２４に印加することができる。チャッキング電圧の印加に続いて、プラズマ処理を開始することができるか、またはプラズマ処理に先立って基板１１０にわたって所望の温度プロファイルが確立され得る後に、プラズマ処理を開始することができる。別の実施形態では、静電チャッキングは使用できない。したがって、この例では、ブロック６０４は、図６の方法から省略することができる。

ブロック６０６では、温度プロファイルは、基板チャック１２４にわたる第１の温度プロファイルを達成するために可変電圧信号を並列配列（例えば、加熱アレイ１３２）に印加することによって生成することができる。可変電圧信号は、図３および５に示されるかまたは表１で説明される信号と同様であり得る。図３の実施形態では、可変電圧信号は、離散時間帯の間に異なる正の電圧セットポイント間で異なり得る。変動電圧は、基板１１０にわたる異なる箇所で熱を生成するために使用できる加熱モジュール２０２を選択するために使用することができる。デューティサイクルは、個々の加熱モジュール２０２が熱を生成できるように変動電圧をどの程度の時間にわたり一定に保持できるかを決定することができる。時間帯の終わりには、異なるまたは別の加熱モジュール２０２が電圧を受け得るように、電圧を異なる電圧セットポイントに変更することができる。上記の図２〜５の説明で述べられるように、電圧作動は、対象とされる加熱モジュール２０２のスイッチング素子２１０の閾値電圧に依存し得る。電圧作動が閾値電圧より大きい場合は、電圧を負荷素子２０８に印加して、その離散時間の間に熱を生成することができる。この場合もやはり、その時間帯の終わりには、別の時間帯に対する別の電圧セットポイントに電圧を変更し、異なる加熱モジュール２０２を使用して、別の離散時間帯の間に熱を生成することができる。

別の実施形態では、可変電圧信号は、正の電圧成分および負の電圧成分を組み込み得るバイポーラ電気信号５００であり得る。図５の説明で述べられるように、バイポーラ電気信号５００は、特定のスイッチ素子４０４またはスイッチ素子のグループ４０４ａ、４０４ｂを選択的に対象とするために正および負の電圧間で異なる。この場合もやはり、バイポーラ電気信号５００は、特定の加熱モジュール４０２を対象とするために、離散時間帯の間に印加することができる。

ブロック６０８では、基板ホルダ（例えば、基板チャック１２４）の部分は、可変電圧、デューティサイクルおよび負荷素子に少なくとも基づいて選択的に加熱することができる。より具体的には、基板ホルダ内の加熱アレイ１３２は、基板１１０にわたって温度プロファイルを生成することができる。加熱アレイ１３２は、基板ホルダ内の異なる位置に加熱モジュール２０２を配列することによって、基板１１０の部分を選択的に加熱することができる。加熱モジュール２０２は、熱を生成するそのそれぞれの抵抗器（例えば、負荷素子２０８、２０８ａなど）に電流が到達するのを阻止するか、または可能にすることができるスイッチ素子（例えば、スイッチ素子２１０、２１０ａなど）を含み得る。

図２〜５の説明で述べられるように、可変電圧信号は、特定の加熱モジュール２０２または加熱モジュールのグループ２０２、２０２ａを選択的に対象として、離散時間帯または所望のデューティサイクルの間に熱を生成するために、時間の経過に伴い変化し得る電圧信号を含み得る。例えば、表１は、３つの負荷素子２０８（例えば、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）およびその対応するスイッチ素子２１０（例えば、Ｕｔｈ１、Ｕｔｈ２、Ｕｔｈ３）を含む３つの加熱モジュール２０２を含む加熱アレイ１３２の一実施形態を示す。負荷素子２０８は、可変電圧信号がＵｔｈ１、Ｕｔｈ２、Ｕｔｈ３に対する閾値を超えると電流を受信することができ、その結果、Ｒ１は、可変電圧信号が５Ｖより大きい電圧を有する際に電流を受信することができ、Ｒ１およびＲ２は、可変電圧信号が９０Ｖより大きい電圧を有する際に電流を受信することができ、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は、可変電圧信号が２００Ｖより大きい電圧を有する際に電流を受信することができる。

しかし、負荷素子２０８が電流を受け得る時間の量は、可変電圧信号のデューティサイクルにも依存し得る。表１に示されるように、Ｒ１は、時間の約７０％の間に電流を受けることができ、Ｒ２は、時間の約１０％の間に電流を受けることができ、Ｒ３は、信号周期の約１％の間に電流を受けることができる。当業者は、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３が電流を受ける時間の量が１００％を超え得ないように、デューティサイクルを構成することができる。この実施形態では、Ｒ１は、およそ１６Ｗの電力を生成することができ、Ｒ２は、およそ１８Ｗの電力を生成することができ、Ｒ３は、およそ２０Ｗの電力を生成することができる。電力は、式（１）を使用して決定することができる。

他の実施形態では、当業者は、所望の温度プロファイルを達成するために、基板ホルダ１２４にわたる加熱モジュール２０２の量およびその配置を選択することもできる。さらに、可変電圧信号は、基板１１０にわたる温度プロファイルを維持する上で支援するように設計することができる。このように、加熱アレイ１３２は、基板ホルダの同じ加熱モジュール２０２を使用して異なる温度プロファイルを達成することができる。当業者は、表１に示されるように、電力の差異による異なる加熱条件を生成するために、デューティサイクルを変更することができ、負荷素子２０８（例えば、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）の各々によって生成される電力は、デューティサイクルに少なくとも部分的に基づいて、４Ｗ〜２０Ｗの電力で異なり得る。したがって、当業者は、負荷素子２０８（例えば、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）における所望の電力レベルまたは基板１１０にわたる所望の温度プロファイルを達成するために、デューティサイクルを構成することになる。

発明を実施するための形態セクション（要約セクションではない）は、請求項を解釈するために使用されることを意図することを理解されたい。要約セクションは、本開示のすべてではなく１つまたは複数の例示的な実施形態を記載することができ、したがって、いかなる方法でも本開示および添付の請求項を限定することを意図しない。

本開示はその１つまたは複数の実施形態の説明によって示され、実施形態はかなり詳細に説明されてきたが、それらは、いかなる方法でも添付の請求項の範囲をそのような詳細に限定または制限することを意図しない。追加の利点および変更は、当業者に容易に明らかになるであろう。したがって、本発明は、その広義な態様において、示されて説明される特定の詳細、代表的な装置および方法ならびに説明に役立つ実例に限定されない。それにしたがって、一般的な本発明の概念の範囲から逸脱することなく、そのような詳細から逸脱することができる。

１００ プラズマ処理システム
１０２ 処理チャンバ
１０４ 気体送達システム
１０６ 電源
１０８ 真空システム
１１０ 基板
１１４ 電源アセンブリ
１１６ プラズマ処理領域
１１８ 気体経路
１２０ 気体経路
１２２ エネルギー源
１２４ 基板ホルダ
１２６ マイクロ波導波管
１２８ 誘電体コンポーネント
１３０ バイアス電源
１３２ 加熱アレイ
１３４ コントローラ
１３６ プロセッサ
１３８ メモリ
１４０ 電気通信ネットワーク
１４２ 信号生成器
２０２ 加熱モジュール
２０４ 共通の端子
２０６ 信号調節コンポーネント
２０８ 負荷素子
２１０ スイッチ素子
３００ 電気信号
４０２ 加熱モジュール
４０４ スイッチ素子
４０６ 負荷素子
４０８ 信号調節コンポーネント
５００ バイポーラ電気信号

Claims (20)

1. 電力変調信号を生成する信号生成器と、
   前記信号生成器と結合された加熱アレイであって、並列に配列された加熱モジュールを備え、前記加熱モジュールが前記信号生成器と電気的に連通する負荷素子およびスイッチ素子を備え、前記負荷素子が前記スイッチ素子と直列である、加熱アレイと、
   前記加熱アレイに隣接する基板チャックであって、マイクロ電子基板のための支持面を備える基板チャックと、
   電磁界を生成できる静電結合コンポーネントであって、前記基板チャック下にある静電結合コンポーネントと
   を備える、装置。
2. 前記負荷素子の少なくとも２つが異なる抵抗値を含み、および前記スイッチング素子が異なるブレークオーバー電圧を含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記スイッチング素子が、サイリスタ素子または双方向ダイオードを備える、請求項１に記載の装置。
4. 前記信号生成器が、電圧およびデューティサイクルを変更する電圧コンポーネントを備える、請求項１に記載の装置。
5. 加熱モジュールの第１のグループが第１の範囲内のブレークオーバー電圧を含み、および加熱モジュールの第２のグループが前記第１の範囲とは異なる第２の範囲内のブレークオーバー電圧を含む、請求項４に記載の装置。
6. 前記加熱アレイが、第１の範囲内のブレークオーバー電圧を含む加熱モジュールの第１のグループと、前記第１の範囲とは異なる第２の範囲内のブレークオーバー電圧を含む加熱モジュールの第２のグループとを備える、請求項１に記載の装置。
7. マイクロ電子基板を支持できる基板支持面と、
   前記基板支持面下にある加熱アレイであって、加熱素子の第１の並列配列を備え、前記加熱素子が負荷素子および双方向電流コンポーネントを備える、加熱アレイと、
   前記基板支持面下にある静電結合コンポーネントと
   を備える、装置。
8. 前記加熱アレイが、少なくとも１つのダイオードと並列である加熱素子の前記第１の並列配列と直列である加熱素子の第２の並列配列を備える、請求項７に記載の装置。
9. 前記双方向電流コンポーネントが、異なるブレークオーバー電圧を含む、請求項７に記載の装置。
10. 前記負荷素子が、異なる抵抗値を含む、請求項９に記載の装置。
11. 前記負荷素子が、共通の抵抗値を含む、請求項９に記載の装置。
12. 前記負荷素子が、異なる抵抗値を有する前記負荷素子の２つ以上のグループを備える、請求項９に記載の装置。
13. 前記加熱素子が、異なるブレークオーバー電圧を有する双方向コンポーネントの２つ以上のグループを備える、請求項７に記載の装置。
14. 前記双方向コンポーネントが、電気素子であって、第１の電圧が印加されると電流の流れを導通させ、かつ第２の電圧が印加されると前記電気素子を通る電流の流れを阻止する電気素子を備える、請求項７に記載の装置。
15. 前記加熱アレイと結合された単一の電源をさらに備える、請求項７に記載の装置。
16. 基板を処理する方法であって、
    静電チャックと、スイッチ素子と直列である負荷素子を備える加熱素子の並列配列とを備える基板ホルダ上でマイクロ電子基板を受け取るステップと、
    前記静電チャックにチャッキング電圧を印加するステップと、
    前記基板ホルダにわたる第１の温度プロファイルを達成するために、可変電圧信号を前記並列配列に印加するステップと、
    前記可変電圧および前記負荷素子に少なくとも部分的に基づいて前記基板ホルダの部分を加熱するステップと
    を含む、方法。
17. 前記可変電圧信号が、バイポーラ成分を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記加熱するステップが、前記基板ホルダにわたる第２の温度プロファイルを得るために、前記可変電圧信号を変更するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記加熱するステップが、前記負荷素子のブレークオーバー電圧に少なくとも部分的にさらに基づく、請求項１６に記載の方法。
20. 前記加熱するステップが、前記可変電圧のデューティサイクルに少なくとも部分的にさらに基づく、請求項１６に記載の方法。

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