KR101801070B1

KR101801070B1 - 펄스화된 열 전달 유체 흐름을 이용한 플라즈마 프로세싱 장치에서의 온도 제어

Info

Publication number: KR101801070B1
Application number: KR1020127027408A
Authority: KR
Inventors: 하미드 타바솔리; 샤오핑 쩌우; 셰인 씨. 네빌; 더글라스 에이. 부치버거; 페르난도 엠. 실베이라; 브래드 엘. 메이스; 티나 총; 체탄 마하데느와라스와미; 야사스위니 비. 파타르; 두이 디. 뉴옌; 월터 알. 메리
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2017-11-24
Also published as: US20120132397A1; TWI445459B; CN102907180A; US20150316941A1; KR20130084221A; US9214315B2; JP2013534695A; JP6077995B2; US8916793B2; WO2011156239A2; WO2011156239A3; CN102907180B; TW201215248A

Abstract

가열 파워의 펄스화된 응용 및 냉각 파워의 펄스화된 응용을 통해 플라즈마 프로세싱 챔버에서 온도들을 제어하기 위한 방법들 및 시스템들. 일 실시예에서, 온도 제어는 상기 프로세싱 챔버로 입력되는 플라즈마 파워로부터 유도된 피드포워드 제어 신호상에서 적어도 부분적으로 기초된다. 추가의 실시예들에서, 상기 온도 제어된 구성부품에 결합된 핫 또는 콜드 저장소(reservoir)들 각각에서의 유체 레벨들은 상기 두 저장소들을 결합하는 수동 레벨링 파이프에 의해 부분적으로 유지된다. 또 다른 실시예에서, 디지털 열 전달 유체 흐름 제어 값들은 가열/냉각 사이클 값 및 우수한 온도 제어 성능을 제공하는 것으로 발견되는 구간을 갖는 프로포셔닝 사이클에 의존한 펄스 폭들로 시작된다.

Description

펄스화된 열 전달 유체 흐름을 이용한 플라즈마 프로세싱 장치에서의 온도 제어{TEMPERATURE CONTROL IN PLASMA PROCESSING APPARATUS USING PULSED HEAT TRANSFER FLUID FLOW}

관련된 출원들에 대한 상호 참조

본 출원은 "FEEDFORWARD TEMPERATURE CONTROL FOR PLASMA PROCESSING APPARATUS"라는 제목의 2010년 1월 29일 출원된 미국 가특허 출원 번호 제61/299,818호; "PULSED-COOLING CHILLER FOR PLASMA PROCESSING APPARATUS"라는 제목의 2010년 6월 8일 출원된 미국 가특허 출원 번호 제61/352,779호; "TEMPERATURE CONTROL IN PLASMA PROCESSING APPARATUS USING PULSED HEAT TRANSFER FLUID FLOW"라는 제목의 2010년 7월 7일 출원된 미국 가특허 출원 번호 제61/362,232호; "TEMPERATURE CONTROL IN PLASMA PROCESSING APPARATUS USING PULSED HEAT TRANSFER FLUID FLOW"라는 제목의 2011년 5월 19일 출원된 미국 특허 출원 번호 제13/111,334호의 이익을 청구하며, 그 전체 내용들은 본 명세서 내에 참조로서 여기에 의해 통합된다.

본 발명의 실시예들은 대략적으로 플라즈마 프로세싱 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 플라즈마 프로세싱 챔버와의 작업물의 프로세싱 동안 온도들을 제어하는 방법들에 관한 것이다.

플라즈마 식각 또는 플라즈마 증착 챔버와 같은 플라즈마 프로세싱 챔버에서, 챔버 구성부품의 온도는 종종 프로세스 동안 제어할 중요한 파라미터이다. 예를 들면, 보통 척(chuck) 또는 페데스탈로 지칭되는 기판 홀더의 온도는 상기 프로세스 레시피(recipe) 동안(예컨대, 식각 비율을 제어하기 위해) 다양한 제어된 온도들로 작업물을 가열/냉각하도록 제어될 수 있다. 마찬가지로, 샤워헤드(showerhead)/상부 전극 또는 다른 구성부품의 온도 또한 상기 프로세싱에 영향을 주기 위해 상기 프로세스 레시피 동안 제어될 수 있다. 통상적으로, 히트 싱크(heat sink) 및/또는 히트 소스(heat source)는 상기 프로세싱 챔버에 결합되어 원하는 온도로 챔버 구성부품의 온도를 유지시킨다. PID(비례-적분-미분(proportional-integral-differential)) 컨트롤러와 같은 컨트롤러가 상기 온도 제어된 구성부품과 상기 히트 싱크/소스 사이에서 열 전달의 피드백 제어를 위해 채용된다. 충분히 큰 적분기가 사용되지 않는다면 정상 편차(steady state error)들이 단순 피드백 제어와 함께 발생한다. 단순한 비례 제어에서 외부의 방해가 있을 때(비례 이득이 무한대가 아니라면) 정상 편차는 항상 존재한다. 그러나, 큰 적분 제어의 사용은 큰 오버 슛들을 갖는 나쁜 과도 전류(transient)들을 초래하며, 긴 정정 시간(settling time)들을 요구한다. 설정점(setpoint)에 수렴하기 위해 수 초만을 필요로 하는 짧은 반응 시간을 갖는 질량 유량 제어기들(mass flow controllers; MFCs)과는 달리, 정전기 척 또는 샤워헤드 온도와 같은 챔버 구성부품 온도들은 상기 척 등의 상당한 열 용량(thermal mass)에 기인하여 플라즈마 프로세스 동안 동요될 때(perturbed) 안정되기 위해 30초 이상을 필요로 할 수 있다. 그와 같이, 교란(disturbance)에 대해 가장 빨리 보상하기 위해, 상기 온도 제어를 더 불안정하게 하는 원치 않는 부작용을 갖는 피드백 컨트롤러에서 큰 적분기 값들이 이용될 수 있다.

더구나, 증가하는 복잡한 막 적층들을 수용하기 위해, 많은 플라즈마 프로세스들은 동일한 프로세싱 챔버 내에서 많은 순차적 플라즈마 조건들에 작업물을 노출시킨다. 그러한 인-시츄(in-situ) 레시피들에서의 동작들(별도로 조정된 시스템들에서 보다 단일 제조 장치 내에서 수행된)은 넓은 범위에 걸치는 온도 설정점들을 필요로 할 수 있다.

그러므로 동요될 때 안정성을 개선하고 개선된 과도 전류 응답 및 작은 정상 편차를 제공하는 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 온도 제어 아키텍처가 바람직하다.

가열 파워의 펄스화된 응용 및 냉각 파워의 펄스화된 응용을 통해 플라즈마 프로세싱 챔버에서의 온도들을 제어하기 위한 방법들 및 시스템들이 개시된다. 일 실시예에서, 온도 제어는 상기 프로세싱 챔버로 입력된 플라즈마 파워로부터 유도된 피드포워드(feedforward) 제어 신호에 적어도 부분적으로 기초한다. 추가의 실시예들에서, 상기 온도 제어된 구성부품에 결합된 핫 및 콜드 저장소(reservoir) 각각에서의 유체 레벨들은 상기 두 저장소들을 결합하는 수동 레벨링 파이프에 의해 부분적으로 유지된다. 또 다른 실시예에서, 디지털 열 전달 유체 흐름 제어 밸브들은 우수한 온도 제어 성능을 제공하는 것으로 발견되는 구간을 갖는 프로포셔닝(proportioning) 사이클 및 가열/냉각 듀티 사이클(duty cycle) 값에 의존한 펄스폭들로 개방된다. 다른 실시예들에서, 온도 제어된 척에서의 세라믹 퍽(puck)의 두께는 10mm 미만으로 감소되어 빠른 온도 제어 응답 시간들을 제공하도록 상기 프로포셔닝 사이클 구간에 잘 합치된 열 시간 상수(thermal time constant)를 제공한다.

본 발명의 실시예들은 상세한 설명의 마지막 부분에서 특히 지적되고 명백히 청구된다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 목적들, 특징들, 및 그 장점들과 함께, 동작의 조직 및 방법 둘 다에 대하여, 이하 부가된 도면들과 함께 읽혀질 때 다음의 상세한 설명에 참조로서 가장 잘 이해되어 질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 피드포워드 및 피드백 제어 요소들 둘 다를 포함하는 온도 제어 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 프로세싱 시스템으로 입력된 플라즈마 파워와 온도 설정점 둘 다 변화되는 프로세싱 레시피에서의 복수의 단계들에 걸친 척 온도를 예시한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 작업물 지지 척에 결합된 열 전달 유체-기반 히트 소스 및 열 전달 유체-기반 히트 싱크를 포함하는 플라즈마 식각 시스템의 개략도를 예시한다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 3a의 상기 플라즈마 식각 시스템에 채용된 열 전달 유체-기반 히트 소스/싱크를 위한 밸브 및 배관 개략도를 예시한다.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 3b에 도시된 상기 열 전달 유체-기반 히트 소스/싱크에 채용된 핫 및 콜드 열 전달 유체 저장소 사이를 연장하는 수동 등화 라인을 예시한다.
도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 3b에 도시된 배관 개략도의 밸브들(385, 386)의 듀티 사이클을 제어하기 위해 채용된 펄스 폭 변조에서의 시간 프로포셔닝을 예시한다.
도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 3b에 도시된 배관 개략도의 밸브들(385, 386)을 제어하기 위해 채용된 펄스 폭 변조에서의 시간 프로포셔닝을 예시한다.
도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 3a에 도시된 식각 시스템에 채용된 얇은 퍽을 포함하는 척 어셈블리를 예시한다.
도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 3a에 도시된 식각 시스템에 채용된 두꺼운 퍽을 포함하는 척 어셈블리를 예시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 3에 도시된 플라즈마 식각 시스템에 포함된 예시적인 컴퓨터 시스템의 블록도를 예시한다.

이하 상세한 설명에서, 많은 특정 상세들은 본 발명의 실시예들의 전체적인 이해를 제공하기 위하여 제시된다. 그러나, 다른 실시예들이 이러한 특정 상세들 없이 실행될 수 있음은 당업자에 의해 이해되어질 것이다. 다른 예들에서, 잘 알려진 방법들, 절차들, 구성요소들 및 회로들은 본 발명을 이해하기 어렵게 하지 않도록 상세하게 설명되지는 않았다. 다음의 상세한 설명의 일정 부분들은 컴퓨터 메모리 내에서 데이터 비트 또는 2진 디지털 신호에서 동작들의 알고리즘들 및 기호화된 표현으로 표현된다. 이러한 알고리즘의 설명들 및 표현들은 그 작업의 실체를 당업계의 다른 사람들에게 전달하기 위해 데이터 프로세싱 분야에서의 숙련된 기술자에 의해 사용된 기술들일 수 있다.

알고리즘 또는 방법은 여기에서 및 일반적으로 원하는 결과를 초래하는 동작들 및 작동들의 일관된 시퀀스인 것으로 고려된다. 이러한 것들은 물리적 수량들의 물리적 조작들을 포함한다. 보통, 비록 필수적으로는 아니지만, 이러한 수량들은 저장되고, 전달되고, 결합되고, 비교되고, 및 그렇지 않으면 조작될 수 있는 전기적 또는 자기적 신호들의 형태로 취해진다. 비트, 구성요소, 심볼, 특성, 용어, 레벨, 수 등과 같은 이러한 신호들로 지칭하는 것은 위해 주로 일반적인 용법 때문에 때때로 편리하게 입증된다. 그러나, 이러한 및 유사한 용어들 모두가 적절한 물리적 수량들과 관련되며 단지 이러한 수량들에 적응된 편리한 라벨들임이 이해되어져야 한다.

그렇지 않고 특별히 언급되지 않는다면, 이하 설명들로부터 명백한 바와 같이, 상세한 설명 전체에 "처리하는", "계산하는", "산출하는", "판정하는" 등과 같은 용어를 이용하는 설명들은 컴퓨터 시스템의 레지스터들 및/또는 메모리들 내의 전자적과 같은 물리적 수량들로 표현된 데이터를 상기 컴퓨터 시스템의 메모리들, 레지스터들 또는 다른 그러한 정보 스토리지, 전송 또는 디스플레이 장치들 내에서의 물리적 수량들과 같은 유사하게 표현된 다른 데이터로 조작 및/또는 변환시키는 상기 컴퓨터 또는 컴퓨팅 시스템 또는 유사한 전자 컴퓨팅 장치의 동작 및/또는 프로세스들을 지칭하는 것으로 이해된다.

본 발명의 실시예들은 본 명세서에서의 동작들을 수행하기 위한 장치들을 포함할 수 있다. 장치는 원하는 목적들을 위해 특별히 구성될 수 있으며, 또는 상기 장치에 저장된 프로그램에 의해 선택적으로 작동되거나 재구성된 범용 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다. 그러한 프로그램은 이에 제한되지는 않지만, 플로피 디스크를 포함하는 임의의 유형의 디스크, 광 디스크, 콤팩트 디스크 판독 전용 메모리(CD-ROMs), 자기-광 디스크, 판독 전용 메모리(ROMs), 랜덤 액세스 메모리(RAMs), 전기적 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EPROMs), 전기적 소거 가능 및 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EEPROMs), 자기 또는 광 카드, 또는 비-일시적인 방법으로 전기적 명령들을 저장하고 컴퓨팅 장치를 위한 시스템 버스에 결합될 수 있는 적절한 임의의 다른 유형의 매체와 같은 비-일시적 저장 매체에 저장될 수 있다.

그 파생어들을 따라, 용어 "결합된(coupled)" 및 "연결된(connected)"은 구성요소들 사이의 구조적 관계들을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 서로 동의어들로서 의도되지 않음이 이해되어져야 한다. 오히려, 특정 실시예들에서, "연결된"은 둘 또는 그 이상의 구성요소들이 서로 직접적인 물리적 또는 전기적 접촉에 있음을 가리키도록 이해되어질 수 있다. "결합된"은 둘 또는 그 이상의 구성요소들이 서로 직접적인 또는 간접적인(그들 사이의 다른 방해하는 구성요소들을 갖는) 물리적 또는 전기적 접촉 상태에 있거나, 및/또는 둘 또는 그 이상의 구성요소들이 서로 협력하거나 상호작용하는(예컨대, 효과적 관계 야기에서와 같이) 것을 가리키도록 사용될 수 있다.

본 명세서에 개시된 프로세스 또는 챔버 구성부품 온도를 제어하기 위한 방법들 및 시스템들의 실시예들은 교란 전달 함수(disturbance transfer function)를 보상하는 피드포워드 제어 신호를 생성하는 피드포워드 제어 라인을 통해 온도 제어 결과를 제공한다. 보다 구체적으로, 상기 피드포워드 제어 전달 함수는 바람직하게는 상기 교란 전달 함수와 같으며 반대 방향이어서, 상기 교란을 제어되는 온도로 상쇄시킨다. 추가적인 실시예들에서, 피드백 루프가 더 적은 제어 결과(effort)를 제공하고 그러므로 상기 피드포워드 제어 신호의 부재에서 요구되는 것보다 온도 에러 정정을 위한 더 낮은 피드백 이득들을 허용하기 위해 요구되도록 상기 피드포워드 제어 신호가 피드백 제어 결과에 더해진다. 더 낮은 피드백 이득들로, 통상의 플라즈마 프로세싱 시스템들에 비해 개선된 온도 안정화 및 개선된 과도 전류 응답들(예컨대, 감소된 오버 슛, 감소된 상승 시간, 등)이 달성된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 피드포워드(예컨대, F(s)(115)) 및 피드백(예컨대, G(s)(120)) 제어 요소들 둘 다를 포함하는 라플라스 영역에서의 온도 제어 시스템(100)을 예시하는 블록도이다. 상업적으로 이용할 수 있는 온도 제어기들은 교란 보상을 위한 피드포워드 입력이 없기 때문에(예컨대, 측정된 제어된 온도(150) 및 온도 설정점(106)을 포함하는 입력들을 피드백 제어를 위해서만 제공하는), 특정 실시예들은 상기 피드백 전달 함수(G(s)(120))를 위한 제어 계산들을 자율 온도 제어 플레인(예컨대, 이산(discrete) PID 컨트롤러)을 벗어나 피드백 및 피드포워드 제어 결과들 둘 다를 계산하는 플라즈마 프로세싱 시스템의 집적된 제어 소프트웨어 플레인(125)상으로 이동시킴으로써 피드포워드 제어를 제공한다. 본 명세서에서 더 설명된 바와 같이, 상기 이산 온도 컨트롤러는 그런 다음 상기 온도 제어 시스템(100)을 구현하는 명령들을 실행하는 집적된 플라즈마 챔버 제어 소프트웨어 플레인(125)의 지시하에 동작하는 제어 액추에이터들(예컨대, 밸브들, 저항성 소자들, 등)의 드라이버로서 단지 이용될 수 있다. 그러나, 대안적인 실시예들에서, 이산 온도 컨트롤러는 본 명세서에서 개시된 피드포워드 제어에 상기 집적된 제어 소프트웨어 플레인(125)으로부터 떠넘겨진 관련된 제어 계산들을 제공하도록 구성된다.

도 1에서 보이듯이, 온도 제어 시스템(100)은 작업물의 프로세싱 동안 상기 플라즈마 프로세스 챔버로 유도된 플라즈마 파워(105)를 입력으로서 취하는 피드포워드 전달 함수((F(s)(115))를 포함한다. 상기 피드포워드 라인으로 입력된 플라즈마 파워(105)는 온도 제어된 시스템 구성부품에 상당한 열 부하를 위치시키는 RF 발생기, 마그네트론 등과 같은 플라즈마 파워 소스에 의해 출력되는 임의의 파워에 기초될 수 있다. 상기 피드포워드 전달 함수(F(s)(115))는 상기 교란 전달 함수(D(s)(110))를 에뮬레이트하고, 상기 교란 전달 함수(D(s)(110))에 대해 부호가 반대인 제어 결과를 제공하고 상기 플라즈마 소스 파워 열 부하에 의해 야기된 교란으로부터 초래되는 제어된 온도(150)에서의 증가를 보상하는 피드포워드 제어 신호(u)를 출력시킨다. 상기 교란 전달 함수(D(s)(110))는 특정 열 시간 상수(τ)를 갖는 플라즈마 프로세싱 시스템의 제어된 온도(150)에서의 상승에 상기 플라즈마 파워(105)의 열 부하를 관련시킨다. 예를 들면, 도 2에 도시된 프로세스 레시피에서, 프로세스 레시피 단계들 "1" 및 "2" 사이에서 700W로부터 1200W까지 플라즈마 파워에서의 계단 함수(step function) 증가는 상기 교란 전달 함수(D(s)(110))에 의해 온도 설정점(106)(도 2에서 25℃)을 유지하기 위해 외부적 냉각 노력에 의해 상쇄될 수 있는 시간 경과에 따른 시스템 온도 상승에 매핑될 수 있다.

도 1에 도시된 실시예에서, 상기 피드포워드 제어 신호(u)는 상기 피드백 전달 함수(G(s)(120))가 피드백 제어 신호(v)를 제공하는 피드백 제어 루프와 결합된다. 상기 온도 제어 시스템(100)은 상기 제어된 온도(150) 및 상기 온도 설정점(106) 사이의 차이에 대응하는 오류 신호(e)의 정정을 위해 피드백 제어 신호(v)를 유지한다. 상기 온도 설정점(106)에 따르는 피드포워드 제어 신호(u)는 액추에이터 전달 함수(G₂(s)(130)) 및 열 용량 전달 함수(H(s)(135))로 입력되어, 출력된 제어된 온도(150)에서 상기 교란 전달 함수(D(s)(110)의 결과를 보상한다. 상기 액추에이터 전달 함수(G₂(s)(130))는 상기 온도 제어된 구성부품과 히트 싱크 사이의 열 전달을 제어하는 액추에이터의 함수를 포함하며, 상기 온도 제어된 구성부품 및 히트 소스 사이의 열 전달을 제어하는 액추에이터의 함수를 더 포함할 수 있다. 도 1에서 보이듯이, 상기 피드포워드 전달 함수(F(s)(115))의 추가가 플라즈마 프로세싱 챔버로 이미 맞춰질 수 있는 통상의 피드백 제어 시스템으로서 동일한 액추에이터로 구현될 수 있도록 하기 위해, 상기 피드백 제어의 액추에이터는 또한 상기 피드포워드 제어를 위해 이용된다. 상기 액추에이터는 상기 기술 분야에서 공통으로 채용된 임의의 방법으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 상기 액추에이터는 상기 온도 제어된 구성부품 및 히트 싱크 및/또는 히트 소스 사이에서 결합된 열 전달 유체(들) 흐름 속도를 제어하는 하나 또는 그 이상의 밸브들을 포함한다. 대안적인 실시예에서, 상기 액추에이터는 상기 온도 제어된 구성부품에 결합된 하나 이상의 저항성 가열 소자들을 포함한다. 상기 열 용량 전달 함수(H(s)(135))는 상기 히트 싱크/소스 및 상기 온도 제어된 구성부품의 열 용량들의 함수를 포함한다.

그러므로, 도 1에 도시된 예시적인 실시예를 위해, 상기 피드포워드 전달 함수(F(s)(115))는,

의 형태로 취해지며,

및

이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 프로세싱 시스템으로 입력된 플라즈마 파워와 온도 설정점 둘 다 변화되는 단일 프로세싱 레시피의 복수의 순차적 프로세싱 단계들에 대한 작업물 지지 척 온도를 예시한다. 보여지는 바와 같이, 단계 1 및 2 사이에서, 상기 프로세싱 시스템으로 입력된 플라즈마 파워는 700W 총 바이어스 파워로부터 1200W 총 바이어스 파워로 증가한다. 도 1의 제어 시스템으로, 25℃의 설정점 온도가 심지어 플라즈마 파워에서 계단 함수를 갖는 척의 내부 온도 영역 및 외부 온도 영역 둘 다에서 유지된다. 상기 프로세스 레시피의 단계 3에서 더 예시된 바와 같이, 상기 설정점 온도는 상기 단계의 구간 동안(예컨대, 약 60초) 35℃까지 증가하고, 그 위에서 상기 프로세스 레시피의 균형을 위해 상기 설정점 온도가 50℃까지 증가한다. 그와 같이, 도 2는 단일 프로세스 레시피 내에서 넓은 설정점 온도 범위(25℃)를 예시하며, 또한 중간 온도(35℃)가 짧은 구간만을 위해 채용되는 빠른 설정점 온도 램프(ramp) 속도를 예시한다. 단계 3의 짧은 구간으로, 상기 플라즈마 프로세싱 장치는 빠른 열 프로세싱의 추가 함수를 취하며, 그에 의해 상기 플라즈마 프로세싱 물리학이 예상되는 방법으로(예컨대, 적절한 증착 속도, 적절한 식각 속도, 등) 제어되는 것을 보장하기 위해 빠른 온도 응답 시간이 필요하다.

도 2에 도시된 실시예에서, 상기 시스템의 열 시간 상수는 지연(D₁)으로부터 명백하고, 이는 약 10초이다. 추가로 예시되듯이, 약 1℃/초 의 온도 램프 속도는 시간(R₁)에 걸쳐 달성된다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 반도체 분야에서 이용되는 플라즈마 프로세싱 시스템의 전형적인 물리적 크기(예컨대, 300mm 플랫폼)를 갖는 기계적 시스템에서 그러한 짧은 지연을 달성하는 것은 중요하며, 그러한 우수한 성능을 가능하게 하는 특징들의 설명이 이제 어느 정도 상세하게 설명된다.

도 3a는 온도가 제어된 구성부품을 포함하는 플라즈마 식각 시스템(300)의 단면 개략도를 예시한다. 상기 플라즈마 식각 시스템(300)은 미국 캘리포니아의 어플라이드 머티리얼사에 의해 제조된 Enabler™, MxP®, MxP+™, Super-E™, DPS Ⅱ AdvantEdge™G3, 또는 E-MAX®rhk 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 당업게에 알려진 고성능 식각 챔버의 임의의 유형일 수 있다. 다른 상업적 이용 가능한 식각 챔버들이 유사하게 제어될 수 있다. 예시적인 실시예들이 상기 플라즈마 식각 시스템(300)의 내용으로 설명된 반면, 본 명세서에서 개시된 온도 제어 시스템 아키텍처는 온도 제어된 구성부품상에서의 열 부하를 나타내는 다른 플라즈마 프로세싱 시스템(예컨대, 플라즈마 증착 시스템들, 등)에 또한 적용 가능함을 더 주목해야 한다.

상기 플라즈마 식각 시스템(300)은 접지된 챔버(grounded chamber)(305)를 포함한다. 기판(310)은 개구(315)를 통해 적재되며, 온도 제어된 정전기 척(320)으로 클램핑된다. 상기 기판(310)은 상기 플라즈마 프로세싱 분야에서 통상적으로 채용된 임의의 작업물일 수 있으며, 본 발명은 이러한 측면에 제한되지 않는다. 특정 실시예들에서, 온도 제어된 척(320)은 복수의 영역(zone)들을 포함하며, 각 영역은 온도 설정점(106)(도 1)으로 독립적으로 제어 가능하며, 상기 온도 설정점은 상기 영역들 사이에서 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 예시적인 실시예에서, 내측 열 영역(322)은 기판의 중심부에 가까우며, 외측 열 영역(321)은 기판(310)의 주변/가장자리에 가깝다. 처리 가스들은 질량 유량 제어기(349)를 통해 가스 소스(345)로부터 챔버(305)의 내부로 공급된다. 챔버(305)는 고 용량 진공 펌프 스택(355)에 결합된 배기 밸브(351)를 통해 진공 배기된다.

플라즈마 파워가 상기 챔버(305)에 인가될 때, 플라즈마는 기판(310)에 걸쳐 프로세싱 영역내에 형성된다. 제1 플라즈마 바이어스 파워(325)(예컨대, 음극)는 척(320)에 결합되어 상기 플라즈마를 활성화시킨다(energize). 상기 플라즈마 바이어스 파워(325)는 전형적으로 약 2 MHz 내지 60 MHz 사이의 낮은 주파수를 가지며, 특정 실시예에서, 13.56 MHz 대역에 있다. 상기 예시적인 실시예에서, 상기 플라즈마 식각 시스템(300)은 2중 주파수 바이어스 파워를 제공하도록 플라즈마 바이어스 파워(325)와 동일한 RF 정합(327)에 연결되는 약 2 MHz 대역에서 동작하는 제2 플라즈마 바이어스 파워(326)를 포함한다. 하나의 2중 주파수 바이어스 파워 실시예에서, 13.56 MHz 발생기는 500W 및 3000W 사이에서 공급하며, 반면 2 MHz 발생기는 500W 및 10000W 사이의 전체 바이어스 파워(W_b,tot)를 위해 0 및 7000W의 파워 사이에서 공급한다. 또 다른 2중 주파수 바이어스 파워 실시예에서, 60 MHz 발생기는 100W 및 3000W 사이에서 공급하며, 반면 2 MHz 발생기는 100W 및 10000W 사이의 전체 바이어스 파워(W_b,tot)를 위해 0 및 7000W의 파워 사이에서 공급한다.

플라즈마 소스 파워(330)는 상기 플라즈마를 활성화시키기 위해 고 주파수 소스 파워를 제공하도록 상기 척(320)에 비해 양극일 수 있는 플라즈마 발생 요소(plasma generating element)(335)(예컨대, 샤워헤드)에 정합(match)(도시되지 않음)을 통해 결합된다. 상기 플라즈마 소스 파워(330)는 전형적으로 100과 180 MHz 사이와 같이 상기 플라즈마 바이어스 파워(325)보다 더 높은 주파수를 가지며, 특정 실시예에서, 162 MHz 대역에 있다. 특정 실시예들에서, 상부 소스(top source)는 100W 및 2000W 사이에서 동작한다. 바이어스 파워는 기판(310)상에서 상기 바이어스 전압에 더 직접적으로 영향을 주어, 상기 기판(310)의 이온 충격을 제어하며, 반면 소스 파워는 상기 플라즈마 밀도에 더 직접적으로 영향을 준다. 특히, 상기 컨트롤 시스템(100)에 의해 온도 제어되는 시스템 구성부품은 상기 척(320)에 제한되지 않으며, 상기 온도 제어된 구성부품은 상기 프로세스 챔버 내의 플라즈마 파워에 결합하는 것으로 제한되지 않아야 한다. 예를 들면 대안적인 실시예에서, 처리 가스가 상기 플라즈마 프로세스 챔버로 입력되는 샤워헤드는 상기 온도 컨트롤 시스템(100)으로 제어된다. 그러한 샤워헤드 실시예들에 대해, 상기 샤워헤드는 RF를 동력으로 이용할 수도 있으며 아닐 수도 있다.

높은 바이어스 파워 밀도(kW/작업물 영역) 실시예에 대하여, 유전체 식각에 응용 가능한 도 2에 도시된 것과 같이, RF 필터링 문제들 때문에, 저항성 히터를 통해 상기 척(320)으로 가열 파워를 공급하는 것은 문제가 있다. 상기 시스템(300)에 대하여, 척 가열 파워(예컨대, 도 2의 단계 4에서 상기 척 온도를 50℃까지 상승시키기 위한)는 열 전달 유체 루프(loop)에 의해 제공된다. 그러한 실시예들에 대해, 제1 열 전달 유체 루프는 척(320)을 냉각시키고, 제2 열 전달 유체 루프는 척(320)을 가열시킨다. 예시적인 실시예에서, 상기 온도 컨트롤러(375)는 칠러(377)(히트 싱크) 및 열 교환기(heat exchanger)(378)(히트 소스)에 직접적으로 또는 간접적으로(집적된 제어 소프트웨어 플레인(125)을 통해) 결합된다. 상기 온도 컨트롤러(375)는 상기 칠러(377) 또는 상기 열 교환기(HTX)(378)의 온도 설정점을 얻을 수 있다. 칠러(377)의 온도와 온도 설정점(106)의 차이와 열 교환기(378)의 온도와 온도 설정점(106)의 차이는 상기 플라즈마 파워(예컨대, 전체 바이어스 파워)를 따라 피드포워드 제어 라인으로 입력된다. 상기 칠러(377)는 상기 척(320)을 상기 칠러(377)와 열적으로 결합시키는 냉각수 루프(coolant loop)를 통해 척(320)으로 냉각 파워를 제공한다. 그러므로, 상기 예시적인 실시예에서, 두 개의 냉각수 루프들이 채용된다. 하나의 냉각수 루프는 찬 액체(예컨대, -5℃의 온도 설정점에서 Galden 또는 Fluorinert 등)를 가지며, 반면 또 다른 루프는 높은 온도에서의 액체(예컨대, 55℃의 온도 설정점에서 Galden 또는 Fluorinert 등)를 포함한다. 그와 같이, 도 1을 다시 참조하면, ρ가 음수일 때, 냉각이 필요하며, 밸브(385)(도 3a)는 열린다. 유사하게, ρ가 양수일 때, 가열 루프를 위한 밸브(386)는 열린다. 바람직한 실시예들에서, 가열 또는 냉각 밸브들(385, 386) 중 단 하나가 임의의 특정 시간에 열리며, 임의의 특정 시간에서 척(320)으로의 전체 유체 흐름은 상기 칠러(377) 또는 상기 HTX(378) 중 하나로부터 전달된다.

도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 3a의 플라즈마 식각 시스템에서 채용되는 열 전달 유체-기반 히트 소스/싱크를 위한 밸브 및 배관의 개략도를 예시한다. 추가로 도시된 바와 같이, 한 쌍의 열 전달 유체 공급 라인들(381, 382)은 상기 칠러(377) 및 작업물(310)이 상기 밸브들(385)(각각 EV 4 및 EV 3))을 통해(작업물(310)이 프로세싱 동안 배치되는 척의 작업면의 아래에서) 상기 척(320)에 내장된 열 전달 유체 채널에 결합된다. 상기 라인(381)은 상기 척 작업면의 외부 영역인 제1 영역 아래에서 내장된 열 전달 유체 채널에 결합되며, 반면 라인(382)은 2중 영역 냉각을 가능하게 하기 위해 척 작업면의 내부 영역인 제2 영역 아래에서 내장된 열 전달 유체 채널에 결합된다. 마찬가지로, 라인들(381, 382)은 상기 척(320)을 또한 상기 밸브들(386)(각각 EV 2 및 EV 1)을 통해 HTX(378)에 결합시켜, 2중 영역 가열을 가능하게 한다. 되돌아오는 라인들(383)은 복귀 밸브들(EV 3 및 EV 1)을 통해 상기 칠러/HTX(377/378)로 상기 내부 및 외부 영역 열 전달 유체 채널들의 각각의 커플링을 완성한다.

상기 칠러(377) 및 HTX(378) 각각은 열 에너지를 배출시키거나(sink) 공급시키기(source) 위해 설정점 온도로 동작하는 열 전달 유체 저장소(즉, 탱크 또는 배쓰)를 포함한다. 수동 레벨링 파이프(passive leveling pipe)(399)는 중력에 의해 열 전달 유체 레벨들을 동등하게 하기(등화시키기) 위해 제1 열 전달 유체 저장소를 제2 열 전달 유체 저장소에 결합시킨다. 상기 수동 레벨링 파이프(399)는 ¾” ID 플렉스라인(flexline)과 같은 임의의 통상의 도관(conduit)일 수 있다. 중력 공급 등화(gravity fed equalization)는 상기 밸브들(385 및 386)(및 유사하게 복귀 밸브들(EV 1 및 EV 3))의 동작이 칠러(377)에서의 시간 경과 열 전달 유체 레벨들이 그렇지 않으면 상기 HTX(378)에서의 레벨들로부터 벗어나도록 하기 위한 것이라는 점에서 유리하다. 이것은 특히 밸브들(385, 386) 중 단 하나가 임의의 특정 시간에서 열리고, 각 밸브는 주기적으로 순환될 수 있도록 하기 위해 펄스화된 가열/냉각이 이용되는 곳에서 문제가 있다. 심지어 복귀 밸브(EV 3 또는 EV 1)은 상기 밸브(385 또는 386)와 동 위상으로 각각 스위칭되는 곳에서 조차, 동작하는 동안 밸브 구동 속도 등에서의 작은 변화들은 칠러(377) 및 HTX(378) 사이의 열 전달 유체의 순 이동(net migration)을 초래할 수 있다. 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따라, 핫 및 콜드 열 전달 유체 저장소들 사이를 연장하는 수동 등화 파이프(passive equalization pipe)(399)를 더 예시한다. 도시된 바와 같이, 칠러 저장소를 위한 저 레벨 표시(391)는 열 교환기 저장소의 저 레벨 표시(392)와 동등하게 되도록 플랫폼상에서 구성된다. 칠러(377) 및 HTX(378)의 그러한 배열로, 등화 파이프(399)는 핫 및 콜드 저장소들의 드레인 포트들에 끼워질 수 있다.

동작하는 동안, 각각의 핫 및 콜드 냉각수 루프가 척 온도를 제어하도록 탭핑(tapping)되기 때문에, 상기 레벨링 파이프(399)는 상기 척(320)으로부터 각각의 상기 칠러 및 히터(377, 378)의 콜드 및 핫 저장소들로 되돌아가는 유체의 양에서 소정의 차이를 효과가 없게 하도록 작동한다. 상기 등화 파이프(399)를 따르는 임의의 능동 밸브 제어 없이, 가열된 및/또는 냉각된 열 전달 유체의 작은 유동(flux)은 상기 콜드 및 핫 공급 사이의 작은 편차들에 반응하여 발생하며, 상기 저장소들이 동등한 레벨들로 계속해서 채워지도록 배분하여 되돌려질 것이다. 온도 제어 밸브들의 동작에 의해 발생된 비교적 작은 유체 전달 때문에, 상기 레벨링 파이프(399)는 상기 HTX 및/또는 칠러(377, 378)상에서 추가적인 부하를 거의 두지 않을 것이다.

도 3b에서 도시된 예시적인 실시예에서, 온도 컨트롤러(375)는 펄스 폭 변조(pulse width modulation; PWM) 컨트롤러(380)에 결합된다. 밸브들(385 및 386)이 디지털이고 어떤 특정 시간에서 단 하나만이 열리기 위해 더 동작하는 실시예들에 대해서, 상기 척(320)의 가열 및 냉각은 "펄스화된(pulsed)"으로서 지칭된다. 본 명세서의 다른 곳에서 더 설명되는 바와 같이, 듀티 사이클에 의해 정의된 시간 기간 동안 밸브(385)가 열린 상태로 제어될 때, 냉각 파워의 펄스가 제공된다. 바찬가지로, 듀티 사이클에 의해 정의된 시간 기간 동안 밸브(386)가 열린 상태로 제어될 때, 가열 파워의 펄스가 제공된다. 상기 PWM 컨트롤러(380)는 상기 온도 컨트롤러(375)에 의해 보내진 제어 신호들에 관련된 듀티 사이클에서 그 밸브들이 디지털(즉, 완전히 열림 또는 완전히 닫힘 중 하나인 2진 상태들을 갖는)인 실시예들에 대해 상기 밸브들(385 및 386)을 작동하도록 공통으로 구성 가능하고, 이용 가능한 임의의 유형일 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 이에 제한되지는 않으나 일본 Yamatake Corp.의 Azbil로부터 상업적으로 이용 가능한 것들 중 하나와 같이 PWM 기능성을 지원하고 듀티 사이클들의 외부 제어를 제공하는 PID 컨트롤러가 본 명세서에 개시된 피드포워드 제어 알고리즘들을 구현하기 위해 채용될 수 있다. 추가의 다른 대안들에서, PWM 제어 신호는 컴퓨터(예컨대, 컨트롤러(370))의 디지털 출력 포트에 의해 출력될 수 있으며, 그 신호는 온/오프 위치로 상기 밸브들(385, 386)을 제어하는 릴레이를 구동시키도록 사용될 수 있다. 상기 온도 컨트롤러(375)가 상기 온도 컨트롤 시스템(100)을 구현하는 실시예들에 대해, 상기 PWM 컨트롤러(380)는 상기 디지털 밸브들(385 및 386)의 드라이버로서 배타적으로 사용된다.

밸브들(385, 386)을 주기적으로 닫음으로써, 독립된 히트 소스/싱크와 관련된 펌프에 대해 상당히 낮은 압력을 유지하기 위해, 열 전달 유체 저장소들(즉, 칠러(377) 또는 히터(378)) 및 밸브들(385, 386) 사이에서 바이패스(bypass)가 제공된다. 열 전달 유체는 상기 밸브(385)가 닫힐 때 상기 바이패스(384)를 통해 칠러(377)로 되돌아오며, 반면 열 전달 유체는 상기 밸브(386)가 닫힐 때 상기 바이패스(383)에 의해 HTX(378)로 되돌아온다. 아주 큰 바이패스는 가열/냉각 파워가 낭비되어 비효율적인 동작을 야기시킬 것이며, 반면 아주 작은 바이패스는 펌프상에 너무 높은 로드를 놓게 된다. 척(320)으로의 공급 라인 흐름(supply line flow)(예컨대, 381 및 382 중 하나)은 상기 척(320)을 통한 흐름이 상기 바이패스(383 또는 384)를 통한 것보다 더 크도록 하기 위해 상기 바이패스와 나누어져야한다는 것이 밝혀진다. 우수한 성능을 제공하는 특정 실시예들에서, 상기 척(320)으로의 흐름(각 밸브(385 또는 386)를 통한) 사이의 비는 1:0.8 및 1:0.2 사이이다. 예를 들면, 상기 공급 라인(381)에서의 흐름이 약 2.5 GPM 이고, 상기 공급 라인(382)에서의 흐름이 또한 약 2.5 GPM 인 경우, 바이패스(384)를 통한 흐름은 약 1 GPM이다.

도 3d 및 3e는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 3b에서 도시된 밸브 및 배관의 개략도에서의 펄스 폭 변조의 시간 프로포셔닝을 예시한다. 도 3d에 예시되듯이, 고정된 명목상 열린 밸브 유체 흐름 속도(예컨대, 2.5 GPM) 및 0의 닫힌 밸브 유체 흐름 사이에서 척(320)으로 열 유체 흐름을 순환시킴으로써 아날로그 가열/냉각 파워 응용을 디지털 밸브들(385, 386)로 하여금 근사화하는 것이 가능하도록 하기 위해 듀티 사이클의 프로포셔닝을 위해 시간의 기본 단위, "프로포셔닝 사이클 시간(proportioning cycle time)"이 이용된다. 도 3d에 보이듯이, 프로포셔닝 사이클 중 디지털 밸브가 열린 시간의 퍼센트는 듀티 사이클(DC)로서 지칭된다. 25% DC 냉각 동안, 상기 밸브(385)는 상기 프로포셔닝 사이클 시간(예컨대, 1.25 초)의 25% 동안 열린 상태로 존재한다. 유사하게, 75% DC 가열 동안, 상기 밸브(386)는 상기 프로포셔닝 사이클 시간의 75%(예컨대, 3.75 초) 동안 열린 상태로 존재한다.

상기 프로포셔닝 사이클 시간의 구간은 도 2에서 예시된 빠른 온도 응답 시간 및 양호한 안정 상태 제어를 달성하는 데 있어 중요하다. 상기 프로포셔닝 사이클은 상기 척(320)의 열 시간 상수(본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이 퍽의 두께에 적어도 부분적으로 의존하는)보다 더 짧은 구간을 갖는다. 상기 척(320)의 열 시간 상수는 가열/냉각 파워의 펄스화된 응용에 의해 초래될 수 있는 온도 리플들(ripples)을 매끄럽게 하도록 제공한다. 그러므로, 아주 짧은 열 시간 상수가 상기 컨트롤 시스템(100)에 의해 응답 시간을 감소시키는 반면, 아주 짧은 열 시간 상수는 작업하는 표면 온도 리플들이 상기 팔스화된 가열/냉각 파워 응용의 결과로서 나타나도록 할 것이다. 그러한 리플들의 크기는 몇 도(degree)만큼 클 수 있으며, 이는 프로세스 감도에 의존하여 작업물 프로세싱 동안 단점이 될 수 있다. 그러므로, 상기 척(320)의 열 시간 상수에 잘 부합된 프로포셔닝 사이클 시간을 정의하는 것이 중요하다. 특정 실시예에서, 상기 프로포셔닝 사이클 구간은 상기 척(320)의 열 시간 상수의 절반보다 더 크지 않으며, 바람직하게는 실질적으로 절반보다 작다.

최소 프로포셔닝 사이클 구간은 보통 디지털 밸브(예컨대, 밸브들(385, 386))가 상태들을 스위칭할 수 있는 속도로 제한된다. 도 3e에 예시되듯이, 듀티 사이클 스케일은 상기 밸브(386)의 제어를 위해 DC 최소값으로부터 100(양의)까지 늘어나며, 반면 상기 듀티 사이클 스케일은 상기 밸브(385)의 제어를 위해 DC 최소값으로부터 -100(음의)까지 늘어난다. 그와 같이, 상기 DC 값에 의존하여, 상기 밸브들(385 및 386) 중 단 하나만이 상기 최소 DC 아래로 떨어지는 임의의 DC % 동안 "오프" 또는 닫힌 상태에서 둘 다로 임의의 특정 시간에 열린다. 상기 최소 DC % 보다 더 짧은 임의의 PWM 구동 펄스들은 상기 컨트롤러(375)에 의해 정확히 0으로 잘려진다. 상기 프로포셔닝 사이클 구간은 상기 밸브들의 스위칭 시간이 상기 프로포셔닝 사이클의 실질적 퍼센티지가 아닌 충분히 크도록 선택되어져야 한다. 일 실시예에서, 시간 프로포셔닝 사이클은 상기 밸브의 상태를 변화시키기 위해 요구되는 시간 보다 1자리 수를 초과하여 더 길다. 상기 밸브들(385 및 386)이 0.35 초보다 더 적은 속도인 바람직한 실시예에서, 상기 프로포셔닝 사이클 구간은 4와 6초 사이이다(예컨대, 도 3d에 도시된 바와 같이 5초). 5초의 프로포셔닝 사이클 구간으로, 밸브 스위칭 시간은 듀티 사이클 범위의 10%보다 적게 고려될 것이며, 밸브 스위칭 시간이 0.25와 0.35 초 사이인 실시예에 대해 상기 밸브 스위칭 시간은 핫 및 콜드 제어 각각에서 대략적으로 5~6% DC로 고려된다. 그러므로, 척(320)의 온도는 밸브(386)가 예를 들면 6%의 최소 DC로 여겨지기 전에 일정한 양을 이동하도록 허용될 것이다. 아주 작은 듀티 사이클들은 전형적으로 아이들(idel) 기간들 동안만 일어날 것이며, 그래서 안정 상태 온도 제어의 이러한 레벨은 적절한다.

프로포셔닝 사이클 구간에 영향을 주는 추가의 고려는 히트 싱크/소스 온도에서 유지되지 않는 열 전달 액체의 불용 체적(dead volume)을 나타내는 공급 라인들(381 및 382)의 내적이다. 바람직하게는, 상기 밸브(385, 386)(또는 적어도 상기 컨테이너(396) 사이에서) 및 척(320) 사이의 배관 영역에서 냉각수 부피는 펄스 구간 동안 흐른 냉각수의 부피에 관련하여 크지 않다. 일 예시적인 실시예에서, 상기 공급 라인(381 및/또는 382)은 시간 프로포셔닝 사이클(예컨대, 100% DC) 동안 안내된 열 전달 유체의 부피보다 더 적은 내적을 갖는다. 상기 공급 라인 부피가 길이 및 지름 둘 다의 함수이기 때문에, 감소된 부피들은 상기 척(320)의 열 시간 상수의 제한으로 감소되도록 상기 프로포션 사이클 구간을 허용하는 더 작은 지름 라인들 및/또는 더 짧은 길이들로 달성될 수 있다. 그러나, ¼ ID 연결 라인들은 충분한 냉각수 흐름 속도를 생성하기 위해 아주 높은 압력을 제공하도록 불리하게 펌프를 필요로 하며, 상기 냉각수 흐름 속도는 예를 들면 1 갤론/분(GPM) 및 7 GPM 사이이다. 바람직한 열림 밸브 흐름 속도는 2~6 GPM이며 유전체 식각 시스템(예컨대, W_b _, _tot ~ 7000K)에서 존재하는 높은 열적 부하들 하에서 적절한 냉각 파워를 제공한다. 충분히 낮은 흐름 저항을 제공하기 위해, 적어도 ¾" ID 파이핑은 상기 라인들(381 및/또는 382)의 길이가 약 8 피트 또는 그 미만인 바람직한 실시예들에서 이용된다. 특정한 더 긴 라인들은 종종 이용하기에 더 쉬우며, 라인들(381 및/또는 382)은 파이핑 ID가 ½"로 감소된다면 15피트로 연장될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 상기 불용 체적은 1 리터 미만으로 유지될 수 있으며, 반면 거의 1 리터의 상기 열 전달 유체가 예시적인 5초 프로포셔닝 사이클 구간 동안 안내된다.

실시예들에서, 상기 척(320) 및 샤워헤드(335)는 1.25 인치 간격의 고정된 간극을 갖는다. 상기 척(320)은 도 3f 및 도 3g에 더 예시되듯이, 얇은 세라믹 퍽(327) 또는 두꺼운 세라믹 퍽(328) 중 하나를 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되듯이, "퍽(puck)"은 작업물(310)을 온도 제어된 베이스(329)로부터 분리시키는 세라믹의 평판(slab)을 지칭한다. 상기 퍽은 이온 충격으로부터 초래하는 열 유동을 가라앉히고, RF 파워를 상기 작업물(310)에 용량성으로 결합하며, 또한 상기 작업물(310)을 상기 척(320)에 유지시키기 위해 클램핑 힘을 제공하는 전극을 캡슐화한다(encapsulate).

도 3g에 도시된 두꺼운 퍽 실시예에 대해, 상기 베이스(329)가 접지되는 반면, 정전기 척킹(electrostatic chucking)(ESC)은 RF를 동력으로 이용하도록 제공되며, 상기 퍽 내에 내장된 DC 바이어스된 전극(333)이 제공된다. 얇은 퍽 실시예들에 대해, 상기 베이스(329)가 RF를 동력으로 이용하는 반면, 정전기 척킹은 DC 바이어스되어 제공되지만, RF 플로팅 전극(334)이 제공된다. 얇은 퍽 실시예들에 대해, 접지된 ESC 베이스는 큰 션트 용량 때문에 불리하다. 이러한 문제는 ESC 전극과 같은 두꺼운 퍽 실시예들에 대해 전형적이지 않으며, 작업물은 상기 베이스(329)의 접지 평면으로부터 더 큰 거리로 배치될 수 있다.

상기 세라믹 퍽의 두께는 상기 척(320)의 열 시간 상수에 영향을 미치며, 그러므로 도 2에 예시된 지연(D₁)의 크기에 영향을 미친다. 하나의 얇은 퍽 실시예(도 3f)에서, 상기 세라믹 퍽(327)의 명목상의 두께(T₁)는 10 mm 보다 더 작으며, 더 구체적으로 약 5mm 이다. 하나의 두꺼운 퍽 실시예에서, 상기 세라믹 퍽(328)의 명목상의 두께(T₂)는 10 mm 보다 더 크며, 더 구체적으로 약 25mm 이다. 예를 들면, 상기 척(320)의 열 시간 상수는 상기 세라믹의 두께에 의존하여 약 5초 및 60초 사이에서 변할 수 있다. 특정 실시예에서, 명목상 5mm 세라믹 두께를 갖는 얇은 퍽(327)을 갖는 척은 약 10초의 시간 상수를 가지며, 반면, 명목상 25mm 세라믹 두께를 갖는 두꺼운 퍽(328)을 갖는 척은 대략 60초의 시간 상수를 갖는다. 상기 얇은 퍽 실시예들의 낮은 열 시간 상수는 도 2에 예시된 유형의 (식각) 프로세스 레시피의 계속적인 단계들에서 빠른 온도 램핑을 가능하게 한다. 두꺼운 퍽 실시예들은, 더 큰 열 용량 때문에, 상당히 더 긴 응답 시간(예컨대, 도 2에서 D₁은 60초를 초과할 수 있다)을 갖도록 기대될 수 있다. 약 5초의 프로포셔닝 사이클 구간을 갖는 실시예들에 대해, 얇은 세라믹 퍽의 10초 열 시간 상수는 온도 리플을 약 1℃ 이하로 감소시킨다. 그러므로, 5초의 프로포셔닝 사이클 구간은 상기 척(320)의 열 시간 상수에 너무 가깝게 되어 상당히 더 긴 사이클 구간들을 갖는 얇은 퍽 실시예들에 잘 합치된다. 상기 두꺼운 퍽 실시예들의 역시간 상수가 훨씬 더 길기 때문에, 상기 프로로션 사이클 구간은 작업면 온도에서 주목할만한 온도 리플 없이 5초를 넘어서 증가될 것이다. 그렇기는 하지만, 바람직한 두꺼운 퍽 실시예들에서, 5초 프로포션 사이클이 이용되며, 그 결과 컨트롤 시스템(100)에 의해 실행되는 알고리즘들은 두꺼운 또는 얇은 세라믹 퍽이 존재하는 것에 덜 의존적이도록 되어진다.

도 3f 및 도 3g에서 더 예시되듯이, 하나 또는 그 이상의 온도 프로브들(porbes)(376)이 독립적인 온도 영역들의 수에 의존하는 하부의 지지 어셈블리에 내장된다. 비-금속성 프로브들은 RF 커플링/필터링 문제들을 피하는데 바람직하며, 일 실시예에서, 플루오르-광 섬유 온도 프로브가 채용된다. 다중-영역 실시예들(예컨대, 2중 영역)에서, 둘 또는 그 이상의 그러한 프로브들은 하부의 지지 어셈블리에 내장된다. 예를 들면, 제1 프로브(376)가 상기 척의 내측 영역에 아래로 배치될 수 있으며, 반면 제2 프로브(376)가 상기 척의 외측 영역에 아래로 배치될 수 있다. 상기 온도 프로브(376)는 두꺼운 또는 얇은 퍽이 채용되는지에 의존하여 하부의 어셈블리 내에 배치된다. 하나의 얇은 퍽 실시예에서, 도 3f에 예시되듯이, 상기 온도 프로브 팁(tip)은 상기 얇은 세라믹 층의 휴면과 접촉하여 배치된다. 그와 같이, 상기 프로브 팁은 얇은 세라믹 층 내에 내장되지 않으며, 프로브(376)의 팁은 작업물(310)이 배치된 작업면으로부터 약 5mm 만큼 이격된다. 도 3e에 예시된 두꺼운 퍽 실시예에서, 온도 프로브(376)의 팁은 상기 두꺼운 세라믹 층 내에 내장되거나 리세스되어, 그 결과 R₁은 상기 작업물(310)이 배치된 작업면으로부터 5 mm 미만이 된다. 특정 실시예에서, 상기 R₁은 상기 작업면으로부터 약 3mm이다. 얇은 또는 두꺼운 퍽이 채용되는지에 의존한 방법으로 하부 어셈블리 내의 프로브 팁을 배치하는 것은 많은 온도 컨트롤 시스템(100) 하드웨어와 측정 캘리브레이션이 상이한 세라믹 퍽 두께를 갖는 시스템들 사이에서 유지되도록 할 수 있다. 그러므로 세라믹 퍽들은 수행되어질 프로세싱 등에 기초하여 특정 시스템을 재구성하도록 교환되어질 수 있다.

도 3a로 되돌아가서, 온도 컨트롤러(375)는 온도 제어 알고리즘들을 실행하며, 소프트웨어 또는 하드웨어 둘 중 하나 또는 둘 다의 조합일 수 있다. 온도 컨트롤러(375)는 상기 플라즈마 챔버(305)의 외부에 있는 척(320) 및 히트 소스 및/또는 히트 싱크 사이의 열 전달 속도에 영향을 미치는 제어 신호들을 출력시킨다. 하나의 피드포워드 실시예에서, 샘플 시간(T_calc)이 지남에 따라, 현재 제어된 온도(150)(도 1)가 얻어지며, 온도 설정점(106)이 얻어지고, 플라즈마 파워(105)가 동작(205)에서 얻어진다. 히트 싱크(들)을 위한 온도 설정점이 또한 얻어질 수 있다. 도 3에 도시된 예시적인 실시예에서, 온도 컨트롤러(375)는 척 온도 센서(376)(예컨대, 광학 프로브)로부터 제어된 온도 입력 신호를 수신한다. 상기 온도 컨트롤러(375)는 예를 들면 메모리(373)에 저장된 프로세스 레시피 파일로부터 척 설정점 온도를 얻으며, 상기 온도 컨트롤러(375)는 플라즈마 파워(측정된 또는 레시피 파일 파라미터에 의한 설정으로서)를 얻는다.

온도 컨트롤러(375)는 집적된 제어 소프트웨어 플레인(125)(도 1을 참조) 내에 포함될 필요가 없거나 그에 의해 제공될 필요가 없다. 구체적으로, 온도 컨트롤러(375)의 기능은 대신에 이산 시스템으로서 제공될 수 있다. 예를 들면, 이에 제한되지는 않으나, Yamatake Corp.의 Azbil로부터 상업적으로 이용 가능한 것들과 같은 PID 컨트롤러들은 앞으로, 플라즈마 파워 및 칠러 온도와 같은 추가의 피드포워드 입력들을 포함하도록 설계될 것이다. 이산 시스템은 그 피드포워드 입력들에 기초된 피드포워드 제어 결과를 결정할 능력을 갖는 프로세서를 포함하도록 더 제조될 수 있다. 그와 같이, 온도 제어를 위해 본 명세서에 개시된 모든 실시예들은 온도 컨트롤러(375)에 의한 집적된 제어 소프트웨어 플레인(125)의 측면으로서 또는 PWM 컨트롤러(380)의 측면으로서 제공될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 현재 시간(예컨대, T_calc가 경과한 후에)에서 프로세스 챔버(305)에서 플라즈마를 활성화시키는 측정된 포워드 RF 바이어스 파워(328)는 플라즈마 열 부하(예컨대, Watts)로서 피드포워드 제어 라인으로 입력된다. 플라즈마 설정점 값들(예컨대, 메모리(373)에 저장된 프로세스 레시피 파일로부터)은 또한 피드포워드 제어 라인에 대한 입력으로서 이용될 수 있다. 미리 정의되는 그러한 파워 설정점 값들은 상기 피드포워드 전달 함수(F(s))(115)가 플라즈마 파워의 응용에 앞서 또는 플라즈마 파워의 응용에서 상기 시스템으로의 변화에 앞서 상기 파워 설정점을 위해 평가되도록 하고, 예상하는 제어 결과를 생성하도록 할 수 있다. 그러나, 온도 컨트롤 시스템(100)이 충분히 빨리 반응할 수 있다고 가정하면, 상기 플라즈마 파워(105)는 현재 시간에 적용된 플라즈마 파워의 더 큰 정확성을 위해 측정된 파워 출력 신호에 바람직하게 결합된다. 심지어 그러한 실시예들에 대하여 조차, 앞으로 시간을 위한 제어 결과 결정들은 레시피-기반으로 남겨질 것이다.

일 실시예에서, 상기 플라즈마 파워(105)는 플라즈마 프로세싱 동안 작업물을 지지하도록 구성된 척으로 입력된 제1 바이어스 파워를 포함한다. 예를 들면, 상기 플라즈마 파워(105)는 상기 플라즈마 바이어스 파워(325)로 설정될 수 있다(도 3). 일 실시예에서, 상기 플라즈마 파워(105)는 상기 플라즈마 프로세싱 챔버로의 다중 파워 입력들의 가중된 합이다. 예를 들면, 플라즈마 파워의 가중된 합은 c1*P1 + c2*P2 + c3*P3 와 같으며, P1, P2 및 P3는 바이어스 및/또는 소스 파워들이다. 비록 어떠한 실시예들에서 소스 파워의 가중치는 구성부품 가열이 소스 파워에서의 증가로 실질적으로 감소되는 음수이지만, 가중치들 c1, c2 및 c3는 임의의 실시일 수 있으며, 전형적으로 양수이다. 플라즈마 프로세싱 시스템이 2 MHz 및 13.56 MHz 바이어스 파워 입력을 척에 인가하거나 또는 2 MHz 및 60 MHz 바이어스 파워 입력을 척에 인가하는 예에 대하여, c1 및 c2는 각각 1이다. 상기 플라즈마 파워(105)로서 제1 및/또는 제2 플라즈마 바이어스 파워들 입력으로, 상기 피드포워드 전달 함수(F(s))(115)는 상기 교란 전달 함수(D(s))(110)를 보상하기 위해 바이어스 파워 입력(예컨대, RF 정합(327)로부터 포워드 바이어스 파워(328)로서 측정된)을 냉각 결과를 정의하는 피드포워드 제어 신호(u)에 관련시킨다.

예시적인 실시예에서 상기 바이어스 파워들(W_b _, _tot)의 가중된 합이 플라즈마 파워(105)로서 입력되는 반면, 상기 프로세스 챔버로 입력된 전체 플라즈마 파워의 하나 또는 그 이상이 가중의 기능으로서 플라즈마 파워(105)로부터 제외될 수 있다. 예를 들면, 도 3을 참조하여, 상기 플라즈마 소스 파워(330)는 상기 플라즈마 파워(105)로부터 제외되며(즉, c3=0), 상기 컨트롤 시스템(100)(도 1)은 정전기 척(320)의 온도를 제어한다. 그러한 일 실시예에 대해, 플라즈마 파워(105)는 상기 플라즈마 소스 파워(330)에 의해 척(320)에 위치된 열 부하가 비교적 작기 때문에 상기 플라즈마 소스 파워(330)를 포함할 필요가 없다. 그러나, 제어되는 온도가 프로세싱 챔버로 입력된 모든 플라즈마 파워에 상당한 의존성을 갖는 대안적인 실시예들에서, 상기 피드포워드 전달 함수(F(s))(115)로부터 출력된 상기 피드포워드 제어 신호(u)는 상기 플라즈마 소스 파워(330)에 더 기초될 수 있다.

온도 에러 신호(e), 피드포워드 제어 신호(u), 및 피드백 제어 신호(v)는 매 T_calc에서 계산된다(예컨대, CPU(372)에 의해). 라플라스 영역에서,

이고,

여기서, u는 피드포워드 신호이며, F는 피드포워드 전달 함수이고, p는 플라즈마 파워이다. 도 3에 도시된 실시예에 대해, 상기 피드포워드 제어 신호(u)는 이산 시간 영역에서 다음과 같이 구현될 수 있다.

여기서, P(t)는 현재 T_calc에서의 플라즈마 파워(105)이며, T_PWM은 PWM 컨트롤러(380)의 시간 증분이다. 특정 실시예에서, 피드포워드 제어 신호(u)는 현재 시간(예컨대, T_calc)에서 입력된 플라즈마 파워에 기초되는 간단하게 β₀P(t)로서 계산된다.

추가의 실시예에서, 앞으로의 시간 기간들에서 요청될 플라즈마 파워가 결정 가능하기 때문에(예컨대, 프로세스 레시피 파일로부터), 상기 피드포워드 표현은 상기 제어된 온도에서 냉각수 흐름의 결과에서 래그(lag)를 보상하기 위해 θ₁P(t+T_PWM) + θ₂P(t+2T_PWM)의 항들을 더 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 제어된 온도(150)를 취득하기 위해 요구되는 열 전달은 히트 싱크(예컨대, 칠러(377)) 온도 설정점 및/또는 히트 소스(예컨대, 열 교환기(378)) 온도 설정점에 의존하며, 그 결과 추가의 냉각수 온도는 상기 피드포워드 제어 신호(u)에 추가된 δ_c(T_SP-T_heat _sink) + δ_c(T_SP-T_heat _source) 항에 의존하며, T_SP는 제어된 온도(150)이다. 전체 피드포워드 방정식은 또한 온도 의존성을 위한 인자들, Ω_hot 및 Ω_cold를 가질 수 있으며, 그 결과 순 피드포워드 제어 신호(u)는,

가 된다.

유사하게, 피드백 제어 신호(v)는 라플라스 영역에서 v(t)=G(s)ε(s)이며, 다음과 같이 이산 시간 도메인에서 구현될 수 있다.

여기서, e(t)는 T_calc에서의 온도 오류 신호(제어된 온도(150)와 온도 설정점(106) 사이의 차이)이다. 특정 실시예에서, 피드백 제어 신호(v)는 간단하게 λ₀e(t)로서 계산된다. 동작(210)이 매 T_calc마다 수행되는 반면, 상기 제어 계산들은 시간 t, t-T_PWM, 등에 따라 입력 온도들 및 약간의 더 낮은 주파수에서 입력된 플라즈마 파워 값들을 사용한다. u, v의 파라미터들을 위한 값들, 플라즈마 파워(105)(P), 제어된 온도(150), 및 온도 설정점(106)은 데이터 어레이에 저장될 수 있으며, 그런 다음 t, t-T_PWM, 의 이산 시간에 대응하는 그 저장된 값들은 다음의 제어 계산들에 이용될 수 있다.

제어 액추에이터 출력 신호(ρ)는 상기 피드포워드 신호(u) 및 피드백 신호(v)의 조합으로부터 결정되며, 그런 다음 상기 액추에이터로 출력된다. 일 실시예에서, 상수 이득 K_v 는 피드포워드 제어 신호(u)로 인가되며, 상수 이득 K_u 는 피드포워드 제어 신호(v)로 인가되어, 그 결과 상기 제어 액추에이터 출력 신호(ρ)는 ρ(t)=K_vv-K_uu로서 계산된다. 이득들 K_v, K_u 는 시스템 운영자에게 두 개의 간단한 인자들에서 상기 결합된 피드포워드 및 피드백 제어 라인을 액세스하기 위한 간단한 인터페이스를 제공한다. 상기 제어 액추에이터 출력 신호(ρ)의 값에 의존하여, 하나 또는 그 이상이 히트 싱크 및 히트 소스 사이의 열 전달이 변조된다. 그러므로, 상기 제어 액추에이터 출력 신호(ρ)가 제1 부호(예컨대, ρ<0)인 도 3에서, 그런 다음 명령이 상기 PWM 컨트롤러(380)에 의해 실행 가능한 형태로 제공될 수 있어, 상기 제어된 온도(150)를 감소시키기 위해 칠러(377) 및 척(320) 사이의 열 전달을 증가시키도록 밸브(385)가 열리게 구동한다. 상기 제어 액추에이터 출력 신호(ρ)가 제2 부호(예컨대, ρ>0)에서, 그런 다음 명령이 상기 PWM 컨트롤러(380)에 의해 제공될 수 있어, 상기 제어된 온도(150)를 증가시키기 위해 칠러(377) 및 척(320) 사이의 열 전달을 감소키도록 밸브(385)가 열리게 구동한다.

도 4는 본 명세서에 개시된 온도 제어 동작들을 수행하기 위해 이용될 수 있는 컴퓨터 시스템(500)의 예시적인 형태에서 기계의 도식적인 표현을 예시한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 시스템(500)은 플라즈마 식각 시스템(300)에서 컨트롤러(370)로서 공급될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 상기 기계는 근거리 네트워크(Local Area Network; LAN), 인트라넷, 익스트라넷, 또는 인터넷에서 다른 기계들에 연결(예컨대, 네트워킹)될 수 있다. 상기 기계는 클라이언트-서버 네트워크 환경에서의 서버 또는 클라이언트 기계의 능력으로 동작할 수 있고, 또는 피어-투-피어(또는 분산된) 네트워크 환경에서 피어 기계로서 동작할 수 있다. 상기 기계는 개인용 컴퓨터(PC), 서버, 네트워크 라우터, 스위치 또는 브리지, 또는 그 기계에 의해 취해지는 동작들을 특정하는 한 세트의 명령들(일련의 또는 그 밖의)을 실행할 수 있는 임의의 기계일 수 있다. 더구나, 단지 단일 기계가 예시된 반면, 용어 "기계(machine)"는 또한 본 명세서에서 개시된 임의의 하나 또는 그 이상의 방법론들을 수행하기 위한 한 세트(또는 다중 세트들)의 명령들을 개별적으로 또는 결합하여 실행하는 임의의 기계들(예컨대, 컴퓨터들)의 수집을 포함하도록 취해질 것이다.

예시적인 컴퓨터 시스템(500)은 프로세서(502), 주 메모리(504)(예컨대, 판독 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 동기 DRAM(SDRAM) 또는 램버스 DRAM(RDRAM) 등과 같은 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 정적 메모리(506)(예컨대, 플래시 메모리, 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM) 등과 같은), 및 제2 메모리(518)(예컨대, 데이터 스토리지 장치)를 포함하며, 이는 버스(530)를 통해 서로 통신한다.

상기 프로세서(502)는 마이크로프로세서, 중앙 처리 유닛, 또는 기타 등과 같은 하나 또는 그 이상의 범용 프로세싱 장치들을 나타낸다. 보다 구체적으로, 상기 프로세서(502)는 복합 명령 세트 컴퓨팅(CISC) 마이크로 프로세서, 감소된 명령 세트 컴퓨팅(RISC) 마이크로 프로세서, 매우 긴 명령어(VLIW) 마이크로 프로세서, 다른 명령 세트들을 구현하는 프로세서 또는 명령 세트들의 조합을 구현하는 프로세서들일 수 있다. 상기 프로세서(502)는 또한 주문형 반도체(ASIC), 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA), 디지털 신호 처리기(DSP), 네트워크 프로세서, 또는 기타 등과 같은 하나 또는 그 이상의 특정 목적 프로세싱 장치들일 수 있다. 상기 프로세서(502)는 본 명세서의 다른 부분에서 개시된 온도 제어 동작들을 수행하기 위한 프로세싱 로직(526)을 실행하도록 구성된다.

상기 컴퓨터 시스템(500)은 네트워크 인터페이스 장치(508)를 더 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 시스템(500)은 또한 비디오 디스플레이 유닛(510)(예컨대, 액정 디스플레이(LCD)) 또는 음극선관(CRT), 영숫자 입력 장치(512)(예컨대, 키보드), 커서 제어 장치(514)(예컨대, 마우스), 및 신호 발생 장치(516)(예컨대, 스피커)를 포함할 수 있다.

제2 메모리(518)는 본 명세서에서 개시된 임의의 하나 또는 그 이상의 온도 제어 알고리즘들을 실행하는 명령어들(예컨대, 소프트웨어(522)의 하나 또는 그 이상의 세트들이 저장된 기계-접속 가능한 저장 매체(또는 보다 구체적으로 컴퓨터 판단 가능 저장 매체)(531)를 포함할 수 있다. 소프트웨어(522)는 또한 상기 컴퓨터 시스템(500)에 의한 그의 실행 동안 완전히 또는 적어도 부분적으로 주 메모리(504) 내에 및/또는 상기 프로세서(502) 내에 있을 수 있으며, 상기 주 메모리(504) 및 상기 프로세서(502)는 도한 기계-판독 가능 저장 매체를 구성한다. 상기 소프트웨어(522)는 상기 네트워크 인터페이스 장치(508)를 통해 네트워크(520)를 걸쳐서 더 송신 또는 수신될 수 있다.

기계-접속 가능 저장 매체(531)는 프로세싱 시스템에 의한 실행을 위해 명령들의 세트를 저장하도록 더 사용될 수 있으며, 이는 시스템이 본 명세서에서 개시된 임의의 하나 또는 그 이상의 온도 제어 알고리즘들을 수행하도록 야기시킨다. 본 발명의 실시예들은 컴퓨터 프로그램 제품 또는 소프트웨어로서 더 제공될 수 있으며, 이는 그 위에 저장된 명령들을 갖는 기계-판독 가능 매체를 포함할 수 있으며, 본 명세서의 다른 부분에 개시된 바와 같이 본 발명에 따라 플라즈마 프로세싱 챔버 온도를 제어하기 위해 컴퓨터 시스템(또는 다른 전자 장치들)을 프로그램하도록 사용될 수 있다. 기계-판독 가능 매체는 기계(예컨대, 컴퓨터)에 의해 판독 가능한 형태로의 저장 또는 전송을 위한 임의의 메커니즘을 포함한다. 예를 들면, 기계-판독 가능(예컨대, 컴퓨터-판독 가능) 매체는 기계(예컨대, 컴퓨터) 판독 가능 저장 매체(예컨대, 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 자기 디스크 저장 매체, 광 저장 매체, 플래시 메모리 장치들, 및 다른 비-일시적인 저장 매체를 포함한다.

상기 설명은 예시되어 지도록 의도되었으며, 제한으로 의도된 것이 아님이 이해되어진다. 상기 설명을 읽고 이해하면서 많은 다른 실시예들이 당업자에게 명백해질 것이다.

Claims

플라즈마 프로세싱 장치에 있어서,
프로세싱 동안 작업물을 지지하도록 구성된 척을 포함하는 프로세스 챔버;
제1 온도에 있는 제1 열 전달 유체 저장소;
제2 온도에 있는 제2 열 전달 유체 저장소;
상기 제1 또는 제2 온도에 있는 열 전달 유체를 상기 척으로 안내하기 위해 상기 제1 및 제2 열 전달 유체 저장소들 둘 다를 상기 척에 결합시키는 제1 공급 라인 및 제1 복귀 라인;
상기 제1 열 전달 유체 저장소를 상기 제1 공급 라인과 결합시키는 제1 밸브 및 상기 제2 열 전달 유체 저장소를 상기 제1 공급 라인과 결합시키는 제2 밸브; 및
중력에 의해 열 전달 유체 레벨들을 동등하게 하기 위해 상기 제1 열 전달 유체 저장소를 상기 제2 열 전달 유체 저장소에 결합시키는 수동 레벨링 파이프;를 포함하되,
상기 제1 및 제2 밸브는 디지털이고, 상기 장치는 제1 및 제2 밸브 중 적어도 하나를 완전히 열린 상태와 완전히 닫힌 상태 사이로 구동시키는 펄스 폭 변조 듀티 사이클을 변조시키기 위한 컨트롤러를 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 밸브 중 다른 것이 온 상태에 있을 때, 상기 제1 및 제2 밸브 중 하나는 오프 상태에 있고,
상기 컨트롤러는 시간 프로포셔닝 사이클의 퍼센티지로서 상기 펄스 폭 변조 듀티 사이클을 변조하고, 상기 시간 프로포셔닝 사이클은 상기 밸브의 상태를 변경시키기 위해 요구되는 시간 보다 1자리 수를 초과하여 더 긴, 플라즈마 프로세싱 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 수동 레벨링 파이프는 상기 제1 및 제2 열 전달 유체 저장소들의 각각에서 드레인 포트에 결합되는, 장치.
청구항 1에 있어서, 제3 밸브는 상기 제1 복귀 라인을 상기 제1 열 전달 유체 저장소에 결합시키고, 상기 수동 레벨링 파이프는 상기 제1 밸브를 통해 상기 척에 공급되고 상기 제3 밸브를 통해 상기 척으로부터 복귀되는 열 전달 유체의 양 사이의 불균등을 처리하는, 장치.
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삭제
청구항 1에 있어서, 상기 시간 프로포셔닝 사이클 구간은 상기 척의 열 시간 상수의 절반 미만인, 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 시간 프로포셔닝 사이클 구간은 4와 6초 사이인, 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 공급 라인은 상기 시간 프로포셔닝 사이클 동안 안내된 열 전달 유체의 용량보다 더 적은 내부 용량을 갖는, 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 열전달 유체 저장소와 상기 제1 밸브 사이의 흐름 바이패스를 더 포함하며, 열 전달 유체는 제1 밸브:바이패스 비율이 1:0.8 및 1:0.2 사이에서 상기 흐름 바이패스를 통해 상기 제1 열 전달 유체 저장소로 복귀하는, 장치.
청구항 1에 있어서, 제1 및 제2 밸브들 중 적어도 하나를 플라즈마로 인가되는 전체 파워에 적어도 기초하여 완전 열린 상태 및 완전 닫힌 상태 사이로 구동시키는 펄스 폭 변조 듀티 사이클을 변조시키기 위한 컨트롤러를 더 포함하며, 상기 전체 파워는 2 MHz 과 60 MHz 사이에서 동작하는 RF 발생기로부터의 제1 바이어스 파워 및 2 MHz 과 60 MHz 사이에서 동작하는 RF 발생기로부터의 제2 바이어스 파워의 적어도 가중된 합인, 장치.
플라즈마 프로세싱 장치에 있어서,
척을 포함하는 프로세스 챔버로서, 상기 척은,
작업물이 프로세싱 동안 배치되는 작업면을 제공하는 세라믹 퍽(ceramic puck);
상기 세라믹 퍽에 대해 아래로 금속성 베이스에서 배치된 제1 및 제2 열 전달 유체 채널로서, 상기 제1 열 전달 유체 채널은 상기 작업면의 외측 영역에서 아래로 배치되고, 상기 제2 열 전달 유체 채널은 상기 작업면의 내측 영역에서 아래로 배치되는, 상기 제1 및 제2 열 전달 유체 채널;을 포함하는, 상기 프로세스 챔버;
상기 금속성 베이스를 통해 배치되고 상기 작업면으로부터 세라믹의 5mm 또는 더 적게 떨어진 광 섬유 온도 프로브;
제1 공급 밸브를 통해 상기 제1 열 전달 유체 채널에 결합되고, 제2 공급 밸브를 통해 상기 제2 열 전달 유체 채널에 결합된 제1 온도에 있는 제1 열 전달 유체 저장소;
제3 공급 밸브를 통해 상기 제2 열 전달 유체 채널에 결합되고, 제4 공급 밸브를 통해 상기 제2 열 전달 유체 채널에 결합된 제2 온도에 있는 제2 열 전달 유체 저장소; 및
중력에 의해 열 전달 유체 레벨들을 동등하게 하기 위해 상기 제1 열 전달 유체 저장소를 상기 제2 열 전달 유체 저장소에 결합시키는 수동 레벨링 파이프;를 포함하되,
상기 제1 및 제2 밸브는 디지털이고, 상기 장치는 제1 및 제2 밸브 중 적어도 하나를 완전히 열린 상태와 완전히 닫힌 상태 사이로 구동시키는 펄스 폭 변조 듀티 사이클을 변조시키기 위한 컨트롤러를 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 밸브 중 다른 것이 온 상태에 있을 때, 상기 제1 및 제2 밸브 중 하나는 오프 상태에 있고,
상기 컨트롤러는 시간 프로포셔닝 사이클의 퍼센티지로서 상기 펄스 폭 변조 듀티 사이클을 변조하고, 상기 시간 프로포셔닝 사이클은 상기 밸브의 상태를 변경시키기 위해 요구되는 시간 보다 1자리 수를 초과하여 더 긴, 플라즈마 프로세싱 장치.
청구항 11에 있어서, 상기 세라믹 퍽 두께는 4 mm 와 10 mm 사이이며, 상기 온도 프로브는 상기 작업면으로부터 상기 세라믹 퍽의 전체 두께만큼 떨어진, 장치.
청구항 11에 있어서, 상기 세라믹 퍽 두께는 20 mm 와 30 mm 사이이며, 상기 온도 프로브는 상기 작업면의 3-5 mm 내에 있도록 상기 작업면의 반대에 상기 세라믹 퍽의 후면으로 리세스되는, 장치.
플라즈마 프로세싱 장치에서의 척의 온도를 제어하는 방법에 있어서,
제1 열 전달 유체 저장소에 상기 척을 결합시키는 제1 공급 라인 및 제1 복귀 라인을 통해 제1 온도에 있는 제1 열 전달 유체를 상기 척에 제공하는 단계;
제2 열 전달 유체 저장소에 상기 척을 결합시키는 제2 공급 라인 및 제2 복귀 라인을 통해 제2 온도에 있는 제2 열 전달 유체를 상기 척에 제공하는 단계;
상기 제1 열 전달 유체 저장소를 상기 제1 공급 라인과 결합시키는 제1 밸브를 제어하고, 상기 제2 열 전달 유체 저장소를 상기 제2 공급 라인과 결합시키는 제2 밸브를 제어하는 단계; 및
상기 제1 열 전달 유체 저장소를 상기 제2 열 전달 유체 저장소에 결합시키는 수동 레벨링 파이프를 통해 상기 제1 또는 제2 열 전달 유체 중 하나를 흐르게 함으로써 상기 제1 열 전달 유체 저장소의 레벨을 상기 제2 열 전달 유체 저장소의 레벨과 동등하게 하는 단계;를 포함하되,
상기 제1 및 제2 밸브는 디지털이고, 상기 장치는 제1 및 제2 밸브 중 적어도 하나를 완전히 열린 상태와 완전히 닫힌 상태 사이로 구동시키는 펄스 폭 변조 듀티 사이클을 변조시키기 위한 컨트롤러를 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 밸브 중 다른 것이 온 상태에 있을 때, 상기 제1 및 제2 밸브 중 하나는 오프 상태에 있고,
상기 컨트롤러는 시간 프로포셔닝 사이클의 퍼센티지로서 상기 펄스 폭 변조 듀티 사이클을 변조하고, 상기 시간 프로포셔닝 사이클은 상기 밸브의 상태를 변경시키기 위해 요구되는 시간 보다 1자리 수를 초과하여 더 긴, 플라즈마 프로세싱 장치에서의 척의 온도를 제어하는 방법.
청구항 14에 있어서,
제1 및 제2 밸브 중 적어도 하나를 완전히 열린 상태와 완전히 닫힌 상태 사이로 구동시키는 펄스 폭 변조 듀티 사이클을 변조시키는 단계를 더 포함하며, 그 결과 상기 제1 및 제2 밸브 중 다른 것이 온 상태에 있을 때, 상기 제1 및 제2 밸브 중 하나는 오프 상태에 있는, 방법.