JP7105282B2 - プラズマ処理チャンバ内のウエハキャリアのための高度な温度制御 - Google Patents
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Description
[0001]本出願は、2016年5月5日出願のFernando M. Silveiraらによる「ADVANCED TEMPERATURE CONTROL FOR WAFER CARRIER IN PLASMA PROCESSING CHAMBER」と題する米国仮特許出願第62/332,237号からの優先権を主張するものである。
[0021]図1は、プラズマ124処理チャンバ内のワークピース106を支持する静電チャック104のための2区域温度制御システム102の図である。ハイブリッドwFib(水干渉ボックス)140は、比例弁及びガス圧弁の両方を有するように設計されている。MIMO(多入力多出力)コントローラ又は任意の他の種類のコントローラといった熱コントローラ130は、熱制御処理を適用して、弁を制御し、チャック又はチャックによって運ばれるワークピースの温度を調節するために使用される。コントローラ130は、チャック104の複数のプローブ112、114からフィードバックとして温度読取値を取得し、チャックの温度及びその傾斜率を制御する。
[0054]上記の実施形態は、弁コントローラ130、430を含む。弁コントローラは、実施形態に応じて、種々の方法で弁を制御し得る。幾つかの実施形態では、MIMO(多入力多出力)モデルベースコントローラが使用され得る。
MIMOコントローラは、ウエハ処理の間、センサプローブ(SP)の温度読取値に応答し、次いで、温度傾斜率(ランプダウン及びランプアップの両方)を制御するように使用され得る。傾斜率は、幾つかの処理において重要なパラメータである。例として、幾つかの処理では、傾斜率は、結合の信頼性に影響を与える場合がある。当該システムは、主に、半導体処理用の静電チャックを備えたプラズマチャンバにおける使用について説明されるが、同技法は、表面を加熱又は冷却する流体を用いる半導体チャンバ内の任意の表面の温度を制御するために使用され得る。
として表され、式中、A及びBは、このモデルに由来するマトリックスである。2区域システムについては、マトリックスは、4×4マトリックスである。より多くの区域については、マトリックスは、それに応じて拡大する。特定の実装形態に応じて、他のモデルを使用してもよく、非線状モデルも使用してよい。
は、線状アレイ又は1×4マトリックスであり、
として2区域システムに対して規定される。これは、より多くの区域を対応するために拡大してもよい。区域の温度間のクロストークに対応するために、2つの異なる区域が同一モデル内で扱われる。ESC(静電チャック)の例では、アレイの中の変数は、以下の値が割り当てられ得る:
x1=ESC内部区域温度
x2=ESC外部区域温度
x3=ESC内部区域温度傾斜率
x4=ESC外部区域温度傾斜率
u=[u1、u2]であり、各区域に対して弁を調節するように用いられる制御出力を表す。この実施例では、調節は、弁が開く率又は弁を通る最大総流量の割合として表される。特定の値は、モデルの決定に用いられる値に依存するが、ここでは、
u1=内部区域弁率
u2=外部区域弁率
として表される。
ボックス606では、各uのための値は、
u=-Kx+Krr
として決定されてもよく、ここで、KとKrは、コントローラゲインを反映する定数である。これらは、学習に基づき時間によって変動してもよく、各u(すなわち、u1、u2)のためのモデルによって最初に決定される。rは、温度設定点(すなわち、上記のuによって規定されたように弁を調節することによって、システムがESCで達成しようとしている温度)である。この実施例での設定点は以下の通りである:
r1=ESC内部区域温度設定点
r2=ESC外部区域温度設定点
r3=ESC内部区域温度傾斜率設定点
r4=ESC外部区域温度傾斜率設定点
[0070]図7は、本発明の実施形態に係る、チャックアセンブリ742を含むプラズマエッチングシステム700の概略図である。プラズマエッチングシステム700は、任意の種類の高性能エッチングチャンバであってよい。他の市販のエッチングチャンバは、同様に本明細書に記載されたチャックアセンブリを利用してもよい。例示の実施形態はプラズマエッチングシステム700に関連して記載されているが、本明細書に記載されたチャックアセンブリ及び温度制御システムは、任意のプラズマ製造プロセスの実施に使用される他の処理システム(例えば、プラズマ堆積システム等)にも適合可能である。
Claims (11)
- ワークピースキャリアの流体チャネルに熱流体を供給し、前記流体チャネルから前記熱流体を受け入れるための熱交換器であって、前記熱交換器が、前記流体チャネルに供給される前記熱流体の温度を制御し、前記流体チャネル内の前記熱流体が、ワークピース処理の間、前記ワークピースキャリアの温度を制御する、熱交換器と、
前記熱交換器から前記流体チャネルへの前記熱流体の流量を制御するための、前記熱交換器と前記流体チャネルとの間の比例弁であって、開位置と閉位置との間で流量を連続的に調節する比例弁と、
前記熱交換器から前記流体チャネルへの前記熱流体の前記流量をさらに制御するための、前記熱交換器と前記流体チャネルとの間のガス圧弁であって、前記ガス圧弁が開状態と閉状態との間で変化するデジタル弁又はパルス弁であり、前記ガス圧弁と前記比例弁とが直列に連結されており、前記ガス圧弁と前記比例弁との直列連結が前記熱交換器と前記流体チャネルとの間にあり、前記ガス圧弁の熱流体出力の全てが前記比例弁の入力に連結されている、ガス圧弁と、
前記ワークピースキャリアの熱センサから測定温度を受け取り、前記測定温度に応答して、前記比例弁及び前記ガス圧弁を制御し、前記熱流体の前記流量を調節するための温度コントローラと、
を備え、
前記温度コントローラは、冷媒の流量が増加するにつれて、前記ガス圧弁を開き、前記比例弁のみを使用して前記比例弁を調節し、
前記温度コントローラが総流量を決定し、前記総流量が閾値を超える場合、前記温度コントローラが、所望の流量を得るために、前記ガス圧弁を開き、且つ前記比例弁を調節し、前記総流量が前記閾値を下回る場合、前記温度コントローラが、所望の流量を得るために、前記比例弁を所定の流量まで閉じ、且つ前記ガス圧弁を調節する、
装置。 - 前記比例弁が、圧力調整弁を備え、前記装置が、前記圧力調整弁を制御するために、前記圧力調整弁に連結された圧力調整器をさらに備え、前記圧力調整器が、前記圧力調整器への無段階アナログ電圧信号を受け取るために前記温度コントローラに連結され、前記圧力調整弁への流体圧力を制御し、前記圧力調整弁を制御する、請求項1に記載の装置。
- 前記比例弁及び前記ガス圧弁を制御するために、前記温度コントローラが、前記ワークピースキャリアの複数の熱センサに連結されている、請求項1に記載の装置。
- 前記温度コントローラは、ワークピースにおける温度傾斜率を制御するためのワークピースレシピ条件及び温度傾斜率を含むコンピュータモデルベースの処理を用いる、請求項3に記載の装置。
- 前記流体チャネルに連結された圧力センサ及び流量計をさらに備え、前記温度コントローラが、前記圧力センサ及び前記流量計に応答して、前記比例弁及び前記ガス圧弁を制御する、請求項1に記載の装置。
- 前記熱交換器は第1の熱交換器であり、
前記流体チャネルに第2の熱流体を供給する第2の熱交換器と、前記第1の熱交換器からの加熱された流体又は前記第2の熱交換器からの冷却された流体のいずれが前記比例弁に流れるかを決定する混合弁と、を更に備える、請求項1に記載の装置。 - 前記第1の熱交換器が供給する熱流体は第1の熱流体であり、
前記第1の熱流体及び前記第2の熱流体はポリエーテルを含む、請求項6に記載の装置。 - 前記ワークピースキャリアが、前記ワークピースキャリアからの熱を伝達する熱流体を運ぶ複数の異なる独立した冷却チャネルを備え、各流体チャネルが、それぞれの供給部及び戻り部を含み、前記装置が、各供給部内への熱流体の流量を制御するための比例弁及びガス圧弁を備えている、請求項1に記載の装置。
- ワークピース処理システムであって、
プラズマチャンバと、
前記プラズマチャンバ内でプラズマ含有ガスイオンを生成するためのプラズマ源と、
プラズマ処理の間にワークピースを保持し、前記ワークピースの温度を制御するための、前記プラズマチャンバ内のワークピースホルダーであって、流体チャネル及び温度センサを有する、ワークピースホルダーと、
前記ワークピースホルダーの前記流体チャネルに熱流体を供給し、前記流体チャネルから前記熱流体を受け入れるための熱交換器であって、前記流体チャネル内の前記熱流体が、基板処理の間、前記ワークピースホルダーの温度を制御する、熱交換器と、
前記熱交換器から前記流体チャネルへの前記熱流体の流量を制御するための比例弁であって、開位置と閉位置との間で前記流量を連続的に調節する比例弁と、
前記熱交換器から前記流体チャネルへの前記熱流体の前記流量をさらに制御するための、前記熱交換器と前記流体チャネルとの間のガス圧弁であって、前記ガス圧弁が開状態と閉状態との間で変化するデジタル弁又はパルス弁であり、前記ガス圧弁と前記比例弁とが直列に連結されており、前記ガス圧弁と前記比例弁との直列連結が前記熱交換器と前記流体チャネルとの間にあり、前記ガス圧弁の熱流体出力の全てが前記比例弁の入力に連結されている、ガス圧弁と、
前記ワークピースホルダーの熱センサから測定温度を受け取り、前記測定温度に応答して、前記比例弁及び前記ガス圧弁を制御し、前記熱流体の前記流量を調節するための温度コントローラと、
を備え、
前記温度コントローラは、冷媒の流量が増加するにつれて、前記ガス圧弁を開き、前記比例弁のみを使用して前記比例弁を調節し、
前記温度コントローラが総流量を決定し、前記総流量が閾値を超える場合、 前記温度コントローラが、所望の流量を得るために、前記ガス圧弁を開き、且つ前記比例弁を調節し、前記総流量が前記閾値を下回る場合、前記温度コントローラが、所望の流量を得るために、前記比例弁を所定の流量まで閉じ、且つ前記ガス圧弁を調節する、
ワークピース処理システム。 - 前記比例弁が、圧力調整弁を備え、前記ワークピース処理システムが、前記圧力調整弁を制御するために、前記圧力調整弁に連結された圧力調整器をさらに備え、前記圧力調整器が、前記圧力調整器への無段階アナログ電圧信号を受け取るために前記温度コントローラに連結され、前記圧力調整弁への流体圧力を制御し、前記圧力調整弁を制御する、請求項9に記載のワークピース処理システム。
- 前記流体チャネルに連結された圧力センサ及び流量計をさらに備え、前記温度コントローラが、前記圧力センサ及び前記流量計に応答して、前記比例弁及び前記ガス圧弁を制御する、請求項9に記載のワークピース処理システム。
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