KR101957526B1 - 반도체 기판 지지체의 온도 제어를 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
그 상부에서 반도체 기판이 진공 챔버에서 다단계 프로세스를 겪는 기판 지지체의 재순환 시스템으로서, 상기 시스템은 베이스 플레이트에서의 적어도 하나의 액체 흐름 통로, 그 흐름 통로와 유체로 연통하는 입구 및 출구, 그 입구와 유체로 연통하는 공급 라인, 및 그 출구와 유체로 연통하는 복귀 라인을 갖는 기판 지지체; 공급 라인 및 복귀 라인과 유체로 연통하여, 온도 T1 의 액체를 제공하는 제 1 재순환 장치; 공급 라인 및 복귀 라인과 유체로 연통하여 온도 T2 의 액체를 제공하는 제 2 재순환 장치로서, 온도 T2 는 온도 T1 보다 적어도 10 ℃ 높은, 상기 제 2 재순환 장치; 입구 및 출구에 연결되어 온도 Tpc 의 액체를 제공하는 사전-냉각 유닛으로서, 온도 Tpc 는 T1 보다 적어도 10 ℃ 낮은, 상기 사전-냉각 유닛; 입구 및 출구에 연결되어 온도 Tph 의 액체를 제공하는 사전-가열 유닛으로서, 온도 Tph 는 T2 보다 적어도 10 ℃ 높은, 상기 사전-가열 유닛; 및 흐름 통로 및 제 1 재순환 장치, 제 2 재순환 장치, 사전-냉각 유닛 또는 사전-가열 유닛 사이에 액체를 재순환하기 위해 재순환 시스템의 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능한 제어기를 포함한다.
Description
각각의 연속적인 반도체 기술 발생에 따라, 웨이퍼 직경들이 증가하고 트랜지스터 사이즈들이 감소함으로써, 웨이퍼 프로세싱에서 이전보다 더 높은 정도의 정확도 및 반복성이 요구되고 있다. 실리콘 웨이퍼들과 같은, 반도체 기판 재료들은 진공 챔버들의 사용을 포함하는 기법들에 의해 프로세싱된다. 이들 기법들은 스퍼터 증착, 플라즈마-인핸스트 화학 기상 증착 (PECVD), 레지스트 스트립, 및 플라즈마 에칭과 같은 플라즈마 애플리케이션들뿐만 아니라, 전자 빔 증착과 같은 비 플라즈마 애플리케이션들을 포함한다.
플라즈마 프로세싱 시스템에 대한 성공도 메트릭들 (metrics) 은 수율 및 기판 온도 안정성을 포함한다. 기판 온도는 기판상에 제조되는 디바이스들의 임계 체적들에 영향을 미치며, 따라서, 안정한 기판 온도가 예컨대 프로세싱 레시피의 단계 내에서 요구될 때 상당히 드리프트 하지 않아야 한다. 한편, 최적 기판 온도가 프로세스 레시피 내 상이한 프로세스 단계들에 대해 상당히 상이할 수 있다. 기판 온도에서의 변화율이 수율에 직접 영향을 미친다. 따라서, 프로세스 단계 내에서 안정한 기판 온도를 유지하면서 프로세스 단계들 사이에서 기판 온도를 빨리 변경하는 능력이 바람직하다. 전기적-기반의 가열 접근법들은, 전기 히터들에 대한 전력 및 제어 시스템들을 보호하기 위해 맞춤 필터링을 필요로 하므로, 플라즈마 프로세싱 시스템에 사용되는 무선 주파수 에너지와의 호환성에 대한 요구에 의해 복잡하게 된다. 전원 연결부와 관련하여 설계 및 구현 도전들이 또한 존재한다. 게다가, 열적 균일성을 최적화하기 위해서는 히터 레이아웃에 연루되는 도전들이 중요할 수 있다.
상부에서 반도체 기판이 진공 챔버에서 다단계 프로세스를 겪는 기판 지지체의 재순환 시스템으로서, 상기 시스템은, 베이스 플레이트에서의 적어도 하나의 액체 흐름 통로, 그 흐름 통로와 유체로 연통하는 입구 및 출구, 그 입구와 유체로 연통하는 공급 라인, 및 그 출구와 유체로 연통하는 복귀 라인을 갖는 기판 지지체; 온도 T1 의 액체를 공급 라인 및 복귀 라인에 제공하는 제 1 재순환 장치로서, 상기 제 1 재순환 장치는 공급 라인 및 복귀 라인과 유체로 연통하는, 상기 제 1 재순환 장치; 온도 T2 의 액체를 공급 라인 및 복귀 라인에 제공하는 제 2 재순환 장치로서, 상기 제 2 재순환 장치는 공급 라인 및 복귀 라인과 유체로 연통하고, 온도 T2 는 온도 T1 보다 적어도 10 ℃ 높은, 상기 제 2 재순환 장치; 온도 Tpc 의 액체를 공급 라인 및 복귀 라인에 제공하는 사전-냉각 유닛으로서, 온도 Tpc 는 T1 보다 적어도 10 ℃ 낮은, 상기 사전-냉각 유닛; 온도 Tph 의 액체를 공급 라인 및 복귀 라인에 공급하는 사전-가열 유닛으로서, 온도 Tph 는 T2 보다 적어도 10 ℃ 높은, 사전-가열 유닛; 및 공급 라인 및 복귀 라인을 통해 제 1 재순환 장치, 제 2 재순환 장치, 사전-냉각 유닛 또는 사전-가열 유닛에 의해 제공되는 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체들을 전송하기 위해 재순환 시스템의 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능한 제어기를 포함한다.
상부에서 반도체 기판이 진공 챔버에서 다단계 프로세스를 겪는 기판 지지체의 재순환 시스템을 동작시키는 방법으로서, 상기 방법은, 베이스 플레이트에서의 적어도 하나의 액체 흐름 통로, 그 흐름 통로와 유체로 연통하는 입구 및 출구, 그 입구와 유체로 연통하는 공급 라인, 및 그 출구와 유체로 연통하는 복귀 라인을 갖는 기판 지지체에서 액체를 순환시키는 단계를 포함하고, 상기 방법은, 온도 T1 의 액체를 흐름 통로로 공급하는 단계로서, 온도 T1 의 액체는 공급 라인 및 복귀 라인과 유체로 연통하는 제 1 재순환 장치에 의해 공급되는, 상기 온도 T1 의 액체를 공급하는 단계; 온도 T2 의 액체를 흐름 통로에 공급하는 단계로서, 온도 T2 의 액체는 공급 라인 및 복귀 라인과 유체로 연통하는 제 2 재순환 장치에 의해 공급되며, 온도 T2 는 온도 T1 보다 적어도 10 ℃ 높은, 상기 온도 T2 의 액체를 공급하는 단계; 온도 Tpc 의 액체를 흐름 통로에 공급하는 단계로서, 온도 Tpc 는 T1 보다 적어도 10 ℃ 낮은, 상기 온도 Tpc 의 액체를 공급하는 단계; 및 온도 Tph 의 액체를 흐름 통로에 공급하는 단계로서, 온도 Tph 는 T2 보다 적어도 10 ℃ 높고, 온도 Tpc 의 액체는 온도 T1 의 액체를 공급하기 직전에 공급되고 온도 Tph 의 액체는 온도 T2 의 액체를 공급하기 직전에 공급되는, 상기 온도 Tph 의 액체를 공급하는 단계를 포함한다. 반도체 프로세싱 챔버에서의 프로세싱 동안, 기판 지지체 상부에서 다단계 프로세스를 겪는 반도체 기판이 지지되는 상기 기판 지지체에 온도 제어 액체를 공급하는데 유용한 재순환 시스템을 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템으로서, 상기 시스템은 액체를 상기 기판 지지체의 입구로 전달하도록 구성된 공급 라인으로서, 상기 기판 지지체는 상기 액체가 상기 기판 지지체의 표면상의 열적 구역 (thermal zone) 을 원하는 온도에서 유지하기 위해서 순환되는 흐름 통로를 포함하는, 상기 공급 라인; 상기 액체가 상기 흐름 통로를 통해 순환된 후 상기 기판 지지체의 출구로부터 액체를 복귀시키도록 구성된 복귀 라인; 온도 T1 의 액체를 상기 공급 라인에 공급하고 상기 복귀 라인으로부터 액체를 수용하도록 동작가능한 제 1 재순환 장치로서, 상기 제 1 재순환 장치는 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인과 유체로 연통하는, 상기 제 1 재순환 장치; 온도 T2 의 액체를 상기 공급 라인에 공급하고 상기 복귀 라인으로부터 액체를 수용하도록 동작가능한 제 2 재순환 장치로서, 상기 제 2 재순환 장치는 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인과 유체로 연통하며, 상기 온도 T2 는 상기 온도 T1 보다 적어도 10 ℃ 높은, 상기 제 2 재순환 장치; 온도 Tpc 의 액체를 상기 공급 라인에 공급하도록 동작가능한 사전-냉각 유닛으로서, 상기 온도 Tpc 는 상기 T1 보다 적어도 10 ℃ 낮은, 상기 사전-냉각 유닛; 온도 Tph 의 액체를 상기 공급 라인에 공급하도록 동작가능한 사전-가열 유닛으로서, 상기 온도 Tph 는 상기 Τ2 보다 적어도 10 ℃ 높은, 상기 사전-가열 유닛; 및 상기 제 1 재순환 장치 또는 상기 제 2 재순환 장치를 상기 공급 및 복귀 라인들에 연결하거나 또는 액체를 상기 사전-냉각 유닛 및 상기 사전-가열 유닛에서 또는 그들을 통해 순환시킴으로써, 상기 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 공급 라인에 공급하도록 동작가능한 전자 작동 밸브들을 포함한다. 상기 플라즈마 프로세싱 시스템은, 상기 다단계 프로세스의 일부분 동안 상기 기판 지지체의 열적 구역을 온도 T1 에서 기간 Δtc 동안 유지하기 위해서, 상기 T1 의 액체를 기간 Δtc 동안 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 직전에, 상기 Tpc 의 액체를 기간 Δtpc 동안 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하도록 동작가능한 제어기를 더 포함하며, 상기 Δtpc 는 상기 Δtc 의 일부일 수도 있다. 상기 제어기는 상기 다단계 프로세스의 일부분 동안, 온도 T2 에서 상기 기판 지지체의 상기 열적 구역을 기간 Δth 동안 유지하기 위해, 상기 T2 의 액체를 기간 Δth 동안 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 직전에, 상기 Tph 의 액체를 기간 Δtph 동안 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해 전송하도록 동작가능하며, 상기 Δtph 는 상기 Δth 의 일부일 수도 있다. 상기 제어기를 더 포함하는 상기 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 상기 공급 라인은 제 1 밸브에 연결되며; 상기 복귀 라인은 제 2 밸브에 연결되며; 상기 제 1 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 출구, 상기 사전-냉각 유닛의 출구, 상기 제 2 재순환 장치의 출구, 및 상기 사전-가열 유닛의 출구와 유체로 연통하며; 상기 제 2 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구, 상기 사전-냉각 유닛의 입구, 상기 제 2 재순환 장치의 입구, 및 상기 사전-가열 유닛의 입구와 유체로 연통하며; 그리고 상기 제어기는 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 위해, 상기 제 1 및 제 2 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능할 수도 있다. 상기 제어기를 더 포함하는 상기 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 상기 제 2 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구, 상기 제 2 재순환 장치의 입구, 상기 사전-가열 유닛의 입구 및 상기 사전-냉각 유닛의 입구에 연결되며; 그리고 상기 제 1 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 출구, 상기 제 2 재순환 장치의 출구, 상기 사전-가열 유닛의 출구 및 상기 사전-냉각 유닛의 출구와 연결될 수도 있다. 상기 제어기를 더 포함하는 상기 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 상기 제 1 밸브는 제 1 의 3-방향 스위칭 밸브이고; 상기 제 2 밸브는 제 2 의 3-방향 스위칭 밸브이고; 상기 제 1 의 3-방향 스위칭 밸브는 제 3 의 3-방향 스위칭 밸브 및 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브에 연결되며; 상기 제 2 의 3-방향 스위칭 밸브는 제 5 의 3-방향 스위칭 밸브 및 제 6 의 3-방향 스위칭 밸브에 연결되며; 상기 제 3 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 출구, 및 상기 제 1 재순환 장치의 출구에 연결되며; 상기 제 5 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 입구, 및 상기 제 1 재순환 장치의 입구에 연결되며; 상기 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 출구, 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구에 연결되며; 상기 제 6 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 입구, 및 상기 제 2 재순환 장치의 입구에 연결되며; 제 1 밸브 분기 라인은 상기 사전-냉각 유닛의 출구 및 입구에 연결되며; 제 2 밸브 분기 라인은 상기 사전-가열 유닛의 출구 및 입구에 연결되며; 제 3 밸브 분기 라인은 상기 제 1 재순환 장치의 출구 및 입구에 연결되며; 제 4 밸브 분기 라인은 상기 제 2 재순환 장치의 출구 및 입구에 연결되며; 그리고 상기 제어기는 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 위해서, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 밸브 분기 라인들의 밸브들 및 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 의 3-방향 스위칭 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능할 수도 있다. 상기 제어기를 더 포함하는 상기 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 상기 제 1 밸브는 제 1 의 4-방향 크로스오버 밸브이고; 상기 제 2 밸브는 제 2 의 4-방향 크로스오버 밸브이고; 상기 제 1 의 4-방향 크로스오버 밸브는 상기 제 2 의 4-방향 크로스오버 밸브, 제 3 의 4-방향 크로스오버 밸브, 및 제 5 의 4-방향 크로스오버 밸브에 연결되며; 상기 제 2 의 4-방향 크로스오버 밸브는 제 4 의 4-방향 크로스오버 밸브, 및 제 6 의 4-방향 크로스오버 밸브에 연결되며; 상기 제 3 의 4-방향 크로스오버 밸브는 상기 제 5 의 4-방향 크로스오버 밸브, 상기 사전-냉각 유닛의 출구 및 상기 제 1 재순환 장치의 출구에 연결되며; 상기 제 5 의 4-방향 크로스오버 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 입구 및 상기 제 1 재순환 장치의 입구에 연결되며; 상기 제 4 의 4-방향 크로스오버 밸브는 상기 제 6 의 4-방향 크로스오버 밸브, 상기 사전-가열 유닛의 입구 및 상기 제 2 재순환 장치의 입구에 연결되며; 상기 제 6 의 4-방향 크로스오버 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 출구 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구에 연결되며; 그리고 상기 제어기는 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 위해서, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 의 4-방향 크로스오버 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능할 수도 있다. 상기 제어기를 더 포함하는 상기 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 상기 제 1 밸브는 제 1 의 3-방향 스위칭 밸브이고; 상기 제 2 밸브는 제 2 의 3-방향 스위칭 밸브이고; 상기 제 1 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 출구, 제 3 의 3-방향 스위칭 밸브, 상기 사전-가열 유닛의 출구 및 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브에 연결되며; 상기 제 2 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구 및 상기 제 2 재순환 장치의 입구에 연결되며; 상기 제 3 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 입구 및 출구, 및 상기 제 1 재순환 장치의 출구에 연결되며; 상기 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 입구 및 출구, 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구에 연결되며; 그리고 상기 제어기는 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를, 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 위해서, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능할 수도 있다. 상기 제어기를 더 포함하는 상기 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 상기 제 1 밸브는 제 1 의 3-방향 스위칭 밸브이고; 상기 제 2 밸브는 제 2 의 3-방향 스위칭 밸브이고; 상기 제 1 의 3-방향 스위칭 밸브는 제 3 의 3-방향 스위칭 밸브 및 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브에 연결되며; 상기 제 2 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구 및 상기 제 2 재순환 장치의 입구에 연결되며; 상기 제 3 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 출구 및 상기 제 1 재순환 장치의 출구에 연결되며; 상기 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 출구 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구에 연결되며; 제 1 의 2-방향 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 입구 및 상기 제 1 재순환 장치의 출구에 연결되며; 제 2 의 2-방향 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 입구 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구에 연결되며; 제 1 밸브 분기 라인은 상기 제 1 재순환 장치의 출구 및 입구에 연결되며; 제 2 밸브 분기 라인은 상기 제 2 재순환 장치의 출구 및 입구에 연결되며; 그리고 상기 제어기는 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 TPh 의 액체를 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 위해서, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브들, 상기 제 1 및 제 2 의 2-방향 밸브들 및 상기 제 1 및 제 2 밸브 분기 라인들의 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능할 수도 있다. 상기 제어기를 더 포함하는 상기 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 상기 제 1 밸브는 제 1 의 3-방향 스위칭 밸브이고; 상기 제 2 밸브는 제 2 의 3-방향 스위칭 밸브이고; 상기 제 1 의 3-방향 스위칭 밸브는 제 3 의 3-방향 스위칭 밸브, 및 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브에 연결되며; 상기 제 2 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구 및 상기 제 2 재순환 장치의 입구에 연결되며; 상기 제 3 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 출구 및 제 5 의 3-방향 스위칭 밸브에 연결되며; 상기 제 5 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 입구 및 상기 제 1 재순환 장치의 출구에 연결되며; 상기 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 출구 및 제 6 의 3-방향 스위칭 밸브에 연결되며; 상기 제 6 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 입구 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구에 연결되며; 옵션의 제 1 밸브 분기 라인이 상기 사전-냉각 유닛의 출구 및 입구에 연결되며; 옵션의 밸브 분기 라인이 상기 사전-가열 유닛의 출구 및 입구에 연결되며; 제 3 밸브 분기 라인이 상기 제 1 재순환 장치의 출구 및 입구에 연결되며; 제 4 밸브 분기 라인이 상기 제 2 재순환 장치의 출구 및 입구에 연결되며; 그리고 상기 제어기는 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 위해서, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 의 3-방향 스위칭 밸브들, 및 상기 밸브 분기 라인들의 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능할 수도 있다. 상기 제어기를 더 포함하는 상기 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 상기 제 1 밸브는 제 1 의 4-방향 크로스오버 밸브이고; 상기 제 2 밸브는 제 2 의 4-방향 크로스오버 밸브이고; 상기 제 1 의 4-방향 크로스오버 밸브는 상기 제 2 의 4-방향 크로스오버 밸브, 제 3 의 4-방향 크로스오버 밸브, 및 상기 제 1 재순환 장치의 입구에 연결되며; 상기 제 2 의 4-방향 크로스오버 밸브는 제 4 의 4-방향 크로스오버 밸브, 및 상기 제 2 재순환 장치의 입구에 연결되며; 상기 제 3 의 4-방향 크로스오버 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 입구 및 출구, 및 상기 제 1 재순환 장치의 출구에 연결되며; 상기 제 4 의 4-방향 크로스오버 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 입구 및 출구, 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구에 연결되며; 그리고 상기 제어기는 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 위해서, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 의 4-방향 크로스오버 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능할 수도 있다. 상기 제어기를 더 포함하는 상기 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 상기 공급 라인은 제 1 밸브에 연결되며; 상기 복귀 라인은 제 2 밸브에 연결되며; 상기 제 1 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 출구 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구와 유체로 연통하며; 상기 제 1 밸브는 상기 사전-가열 유닛 또는 상기 사전-냉각 유닛과 유체로 연통하지 않으며; 상기 제 2 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구 및 상기 제 2 재순환 장치의 입구와 유체로 연통하며; 상기 제 2 밸브는 상기 사전-가열 유닛 또는 상기 사전-냉각 유닛과 유체로 연통하지 않으며; 상기 사전-냉각 유닛은 상기 온도 T1 의 액체가 제 1 축열체 (thermal mass) 를 통해 흐를 경우 상기 제 1 재순환 장치에 의해 제공되는 상기 온도 T1 의 액체를 Tpc 까지 냉각하는 상기 제 1 축열체에 온도 Tpc 의 액체를 통과시킴으로써 상기 온도 Tpc 의 액체를 제공하며; 상기 사전-냉각 유닛으로부터의 상기 온도 Tpc 의 액체와 상기 제 1 재순환 장치로부터의 상기 온도 T1 의 액체가 섞이지 않으며; 상기 사전-가열 유닛은 상기 온도 T2 의 액체가 제 2 축열체를 통해 흐를 경우 상기 제 2 재순환 장치에 의해 제공되는 상기 온도 T2 의 액체를 Tph 까지 가열하는 상기 제 2 축열체에 온도 Tph 의 액체를 통과시킴으로써 상기 온도 Tph 의 액체를 제공하며; 상기 사전-가열 유닛으로부터의 상기 온도 Tph 의 액체와 상기 제 2 재순환 장치로부터의 상기 온도 T2 의 액체가 섞이지 않으며; 그리고 상기 제어기는 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 위해서, 상기 제 1 및 제 2 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능할 수도 있다. 상기 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 상기 기판 지지체는 히터를 포함하지 않으며, 제어기는 상기 챔버에서의 다단계 프로세스 동안 상기 기판 지지체가 상기 다단계 프로세스의 하나의 단계 동안 온도 T1 에서 기간 Δtc 동안, 그리고, 상기 다단계 프로세스의 다른 단계 동안 온도 T2 에서 기간 Δth 동안 유지되게 하도록 상기 재순환 시스템의 밸브들을 작동시키도록 동작가능하며, 그리고 상기 제어기는 T2 의 액체를 공급하기 직전에 Tph 의 액체가 상기 흐름 통로에 공급되고 T1 의 액체를 상기 흐름 통로에 공급하기 직전에 Tpc 의 액체가 상기 흐름 통로에 공급되게 하도록 상기 재순환 시스템의 밸브들을 작동시키도록 추가로 동작가능할 수도 있다.
기판 지지체 상부에서 반도체 기판이 반도체 프로세싱 챔버에서의 다단계 프로세스를 겪는 상기 기판 지지체의 온도를 제어하도록 재순환 시스템을 동작시키는 방법으로서, 상기 방법은 상기 기판 지지체 상에 반도체 기판을 지지하는 단계로서, 상기 기판 지지체 상의 열적 구역의 온도는 액체를 상기 기판 지지체의 흐름 통로에서 순환시킴으로써 제어되며, 상기 기판 지지체는 상기 흐름 통로와 유체로 연통하는 입구 및 출구, 상기 입구와 유체로 연통하는 공급 라인, 및 상기 출구와 유체로 연통하는 복귀 라인을 포함하는, 상기 반도체 기판을 지지하는 단계; 상기 흐름 통로에 온도 T1 의 액체를 공급하는 단계로서, 상기 온도 T1 의 액체는 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인과 유체로 연통하는 제 1 재순환 장치에 의해 공급되는, 상기 온도 T1 의 액체를 공급하는 단계; 상기 흐름 통로에 온도 T2 의 액체를 공급하는 단계로서, 상기 온도 T2 의 액체는 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인과 유체로 연통하는 제 2 재순환 장치에 의해 공급되며, 상기 온도 T2 는 상기 온도 T1 보다 적어도 10 ℃ 높은, 상기 온도 T2 의 액체를 공급하는 단계; 상기 흐름 통로에 온도 Tpc 의 액체를 공급하는 단계로서, 상기 온도 Tpc 는 상기 T1 보다 적어도 10 ℃ 낮은, 상기 온도 Tpc 의 액체를 공급하는 단계; 및 상기 흐름 통로에 온도 Tph 의 액체를 공급하는 단계로서, 상기 온도 Tph 는 상기 T2 보다 적어도 10 ℃ 높은, 상기 온도 Tph 의 액체를 공급하는 단계를 포함하고, 상기 온도 Tpc 의 액체는 상기 온도 T1 의 액체를 공급하기 직전에 공급되며; 그리고 상기 온도 Tph 의 액체는 상기 온도 T2 의 액체를 공급하기 직전에 공급된다. 상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법에서, 상기 온도 Tpc 의 액체 또는 상기 온도 Tph 의 액체는, 상기 온도 Tpc 의 액체 또는 상기 온도 Tph 의 액체가 상기 흐름 통로에 공급되는 동안 상기 기판 지지체의 상기 열적 구역의 온도가 적어도 1 ℃/s 의 초기 레이트로 변하게 하도록 순환된다. 상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법에서, 상기 온도 Tpc 의 액체 또는 상기 온도 Tph 의 액체는, 상기 열적 구역의 온도가 온도 T1 또는 온도 T2 를 오버슈팅하지 않게 하도록 순환된다. 상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법에서, 제어기는 상기 다단계 프로세스의 일부분 동안 신속하게 온도 변화를 실행하고 기간 Δtc 동안 온도 T1 에서 상기 열적 구역을 유지하기 위해서, T1 의 액체를 공급하기 직전에, 기간 Δtpc 동안 Tpc 의 액체를 공급하도록 상기 재순환 시스템의 밸브들을 동작시키며; 또는 상기 제어기는 상기 다단계 프로세스의 일부분 동안 신속하게 온도 변화를 실행하고 기간 Δth 동안 온도 T2 에서 상기 열적 구역을 유지하기 위해서, T2 의 액체를 공급하기 직전에, 기간 Δtph 동안 Tph 의 액체를 공급하도록 상기 재순환 시스템의 밸브들을 동작시키며; 상기 Δtpc 는 상기 Δtc 의 일부이고 상기 Δtph 는 상기 Δth 의 일부이다. 상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법에서, 제어기는 상기 열적 구역의 온도가 T1 에 대해 2 ℃ 이내일 경우 Tpc 의 액체를 공급하는 것으로부터 T1 의 액체를 공급하는 것으로 스위칭하도록 밸브들을 동작시키며; 또는 상기 제어기는 상기 열적 구역의 온도가 T2 에 대해 2 ℃ 이내일 경우 Tph 의 액체를 공급하는 것으로부터 T2 의 액체를 공급하는 것으로 스위칭하도록 상기 밸브들을 동작시킬 수도 있다. 상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법에서, 상기 공급 라인은 제 1 밸브에 연결되며; 상기 복귀 라인은 제 2 밸브에 연결되며; 상기 제 1 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 출구, 온도 Tpc 의 액체를 제공하는 사전-냉각 유닛의 출구, 상기 제 2 재순환 장치의 출구, 및 온도 Tph 의 액체를 제공하는 사전-가열 유닛의 출구와 유체로 연통하며; 상기 제 2 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구, 상기 사전-냉각 유닛의 입구, 상기 제 2 재순환 장치의 입구, 및 상기 사전-가열 유닛의 입구와 유체로 연통하며; 그리고 상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법은 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 흐름 통로로 전송하도록 상기 제 1 및 제 2 밸브들을 선택적으로 동작시키는 단계를 포함할 수도 있다. 상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법에서, 상기 공급 라인은 제 1 밸브에 연결되며; 상기 복귀 라인은 제 2 밸브에 연결되며; 상기 제 1 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 출구 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구와 유체로 연통하며; 상기 제 1 밸브는 사전-냉각 유닛과 유체로 연통하지 않으며; 상기 제 2 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구 및 상기 제 2 재순환 장치의 입구와 유체로 연통하며; 상기 제 2 밸브는 사전-가열 유닛과 유체로 연통하지 않으며; 상기 사전-냉각 유닛은 상기 온도 T1 의 액체가 제 1 축열체를 통해 흐를 경우 상기 제 1 재순환 장치에 의해 제공되는 상기 온도 T1 의 액체를 Tpc 까지 냉각하는 상기 제 1 축열체에 온도 Tpc 의 액체를 통과시킴으로써 온도 Tpc 의 액체를 제공하며; 상기 사전-냉각 유닛으로부터의 상기 온도 Tpc 의 액체와 상기 제 1 재순환 장치로부터의 상기 온도 T1 의 액체가 섞이지 않으며; 상기 사전-가열 유닛은 상기 온도 T2 의 액체가 제 2 축열체를 통해 흐를 경우 상기 제 2 재순환 장치에 의해 제공되는 상기 온도 T2 의 액체를 Tph 까지 가열하는 상기 제 2 축열체에 온도 Tph 의 액체를 통과시킴으로써 온도 Tph 의 액체를 제공하며; 상기 사전-가열 유닛으로부터의 상기 온도 Tph 의 액체와 상기 제 2 재순환 장치로부터의 상기 온도 T2 의 액체가 섞이지 않으며; 그리고 상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법은 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 흐름 통로로 전송하도록, 상기 제 1 및 제 2 밸브들을 선택적으로 동작시키는 단계를 포함할 수도 있다. 무선 주파수 전력을 상기 기판 지지체에 공급함으로써 RF 바이어스를 상기 반도체 기판에 인가하는 단계, 및 프로세스 가스를 플라즈마 상태로 에너자이징하고 상기 반도체 기판상의 재료의 층에 개구들을 플라즈마 에칭하는 단계를 더 포함하고, 상기 개구들은 T1 의 액체를 상기 흐름 통로에 공급하는 제 1 기간 Δtc 동안 및 T2 의 액체를 상기 흐름 통로에 공급하는 제 2 기간 Δth 동안에 에칭될 수도 있다. 상기 기판 지지체는 전기 히터를 포함하지 않으며; Δth 는 50 내지 200 초이고; Δtc 는 50 내지 200 초이고; T1 는 -10 ℃ 내지 50 ℃ 이고; 그리고 T2 는 30 ℃ 내지 110 ℃ 일 수도 있다. 상기 기판 지지체는 전기 히터를 포함하지 않고, 상기 기판 지지체는 RF 바이어스를 상기 반도체 기판에 인가하며; Δth 는 50 내지 200 초이며; Δtc 는 50 내지 200 초이고; T1 는 -10 ℃ 내지 50 ℃ 이며; 그리고 T2 는 30 ℃ 내지 110 ℃ 일 수도 있다.
기판 지지체 상부에서 반도체 기판이 반도체 프로세싱 챔버에서의 다단계 프로세스를 겪는 상기 기판 지지체의 온도를 제어하도록 재순환 시스템을 동작시키는 방법으로서, 상기 방법은 상기 기판 지지체 상에 반도체 기판을 지지하는 단계로서, 상기 기판 지지체 상의 열적 구역의 온도는 액체를 상기 기판 지지체의 흐름 통로에서 순환시킴으로써 제어되며, 상기 기판 지지체는 상기 흐름 통로와 유체로 연통하는 입구 및 출구, 상기 입구와 유체로 연통하는 공급 라인, 및 상기 출구와 유체로 연통하는 복귀 라인을 포함하는, 상기 반도체 기판을 지지하는 단계; 상기 흐름 통로에 온도 T1 의 액체를 공급하는 단계로서, 상기 온도 T1 의 액체는 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인과 유체로 연통하는 제 1 재순환 장치에 의해 공급되는, 상기 온도 T1 의 액체를 공급하는 단계; 상기 흐름 통로에 온도 T2 의 액체를 공급하는 단계로서, 상기 온도 T2 의 액체는 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인과 유체로 연통하는 제 2 재순환 장치에 의해 공급되며, 상기 온도 T2 는 상기 온도 T1 보다 적어도 10 ℃ 높은, 상기 온도 T2 의 액체를 공급하는 단계; 상기 흐름 통로에 온도 Tpc 의 액체를 공급하는 단계로서, 상기 온도 Tpc 는 상기 T1 보다 적어도 10 ℃ 낮은, 상기 온도 Tpc 의 액체를 공급하는 단계; 및 상기 흐름 통로에 온도 Tph 의 액체를 공급하는 단계로서, 상기 온도 Tph 는 상기 T2 보다 적어도 10 ℃ 높은, 상기 온도 Tph 의 액체를 공급하는 단계를 포함하고, 상기 온도 Tpc 의 액체는 상기 온도 T1 의 액체를 공급하기 직전에 공급되며; 그리고 상기 온도 Tph 의 액체는 상기 온도 T2 의 액체를 공급하기 직전에 공급된다. 상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법에서, 상기 온도 Tpc 의 액체 또는 상기 온도 Tph 의 액체는, 상기 온도 Tpc 의 액체 또는 상기 온도 Tph 의 액체가 상기 흐름 통로에 공급되는 동안 상기 기판 지지체의 상기 열적 구역의 온도가 적어도 1 ℃/s 의 초기 레이트로 변하게 하도록 순환된다. 상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법에서, 상기 온도 Tpc 의 액체 또는 상기 온도 Tph 의 액체는, 상기 열적 구역의 온도가 온도 T1 또는 온도 T2 를 오버슈팅하지 않게 하도록 순환된다. 상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법에서, 제어기는 상기 다단계 프로세스의 일부분 동안 신속하게 온도 변화를 실행하고 기간 Δtc 동안 온도 T1 에서 상기 열적 구역을 유지하기 위해서, T1 의 액체를 공급하기 직전에, 기간 Δtpc 동안 Tpc 의 액체를 공급하도록 상기 재순환 시스템의 밸브들을 동작시키며; 또는 상기 제어기는 상기 다단계 프로세스의 일부분 동안 신속하게 온도 변화를 실행하고 기간 Δth 동안 온도 T2 에서 상기 열적 구역을 유지하기 위해서, T2 의 액체를 공급하기 직전에, 기간 Δtph 동안 Tph 의 액체를 공급하도록 상기 재순환 시스템의 밸브들을 동작시키며; 상기 Δtpc 는 상기 Δtc 의 일부이고 상기 Δtph 는 상기 Δth 의 일부이다. 상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법에서, 제어기는 상기 열적 구역의 온도가 T1 에 대해 2 ℃ 이내일 경우 Tpc 의 액체를 공급하는 것으로부터 T1 의 액체를 공급하는 것으로 스위칭하도록 밸브들을 동작시키며; 또는 상기 제어기는 상기 열적 구역의 온도가 T2 에 대해 2 ℃ 이내일 경우 Tph 의 액체를 공급하는 것으로부터 T2 의 액체를 공급하는 것으로 스위칭하도록 상기 밸브들을 동작시킬 수도 있다. 상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법에서, 상기 공급 라인은 제 1 밸브에 연결되며; 상기 복귀 라인은 제 2 밸브에 연결되며; 상기 제 1 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 출구, 온도 Tpc 의 액체를 제공하는 사전-냉각 유닛의 출구, 상기 제 2 재순환 장치의 출구, 및 온도 Tph 의 액체를 제공하는 사전-가열 유닛의 출구와 유체로 연통하며; 상기 제 2 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구, 상기 사전-냉각 유닛의 입구, 상기 제 2 재순환 장치의 입구, 및 상기 사전-가열 유닛의 입구와 유체로 연통하며; 그리고 상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법은 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 흐름 통로로 전송하도록 상기 제 1 및 제 2 밸브들을 선택적으로 동작시키는 단계를 포함할 수도 있다. 상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법에서, 상기 공급 라인은 제 1 밸브에 연결되며; 상기 복귀 라인은 제 2 밸브에 연결되며; 상기 제 1 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 출구 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구와 유체로 연통하며; 상기 제 1 밸브는 사전-냉각 유닛과 유체로 연통하지 않으며; 상기 제 2 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구 및 상기 제 2 재순환 장치의 입구와 유체로 연통하며; 상기 제 2 밸브는 사전-가열 유닛과 유체로 연통하지 않으며; 상기 사전-냉각 유닛은 상기 온도 T1 의 액체가 제 1 축열체를 통해 흐를 경우 상기 제 1 재순환 장치에 의해 제공되는 상기 온도 T1 의 액체를 Tpc 까지 냉각하는 상기 제 1 축열체에 온도 Tpc 의 액체를 통과시킴으로써 온도 Tpc 의 액체를 제공하며; 상기 사전-냉각 유닛으로부터의 상기 온도 Tpc 의 액체와 상기 제 1 재순환 장치로부터의 상기 온도 T1 의 액체가 섞이지 않으며; 상기 사전-가열 유닛은 상기 온도 T2 의 액체가 제 2 축열체를 통해 흐를 경우 상기 제 2 재순환 장치에 의해 제공되는 상기 온도 T2 의 액체를 Tph 까지 가열하는 상기 제 2 축열체에 온도 Tph 의 액체를 통과시킴으로써 온도 Tph 의 액체를 제공하며; 상기 사전-가열 유닛으로부터의 상기 온도 Tph 의 액체와 상기 제 2 재순환 장치로부터의 상기 온도 T2 의 액체가 섞이지 않으며; 그리고 상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법은 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 흐름 통로로 전송하도록, 상기 제 1 및 제 2 밸브들을 선택적으로 동작시키는 단계를 포함할 수도 있다. 무선 주파수 전력을 상기 기판 지지체에 공급함으로써 RF 바이어스를 상기 반도체 기판에 인가하는 단계, 및 프로세스 가스를 플라즈마 상태로 에너자이징하고 상기 반도체 기판상의 재료의 층에 개구들을 플라즈마 에칭하는 단계를 더 포함하고, 상기 개구들은 T1 의 액체를 상기 흐름 통로에 공급하는 제 1 기간 Δtc 동안 및 T2 의 액체를 상기 흐름 통로에 공급하는 제 2 기간 Δth 동안에 에칭될 수도 있다. 상기 기판 지지체는 전기 히터를 포함하지 않으며; Δth 는 50 내지 200 초이고; Δtc 는 50 내지 200 초이고; T1 는 -10 ℃ 내지 50 ℃ 이고; 그리고 T2 는 30 ℃ 내지 110 ℃ 일 수도 있다. 상기 기판 지지체는 전기 히터를 포함하지 않고, 상기 기판 지지체는 RF 바이어스를 상기 반도체 기판에 인가하며; Δth 는 50 내지 200 초이며; Δtc 는 50 내지 200 초이고; T1 는 -10 ℃ 내지 50 ℃ 이며; 그리고 T2 는 30 ℃ 내지 110 ℃ 일 수도 있다.
도 1 은 종래기술의 온도 제어 시스템의 다이어그램을 나타낸다.
도 2 는 다른 종래기술의 온도 제어 시스템의 다이어그램을 나타낸다.
도 3 은 도 2 에 나타낸 기판 지지체 및 온도 제어 시스템에 대한 온도 대 시간의 그래프이다.
도 4 는 본원에서 설명하는 실시형태들에 따른 기판 지지체 및 온도 제어 시스템에 대한 온도 대 시간의 그래프이다.
도 5a 는 본원에서 설명하는 실시형태들에 따른 온도 제어 시스템에서, 상이한 온도들의 유체를 공급하는 4개의 온도 제어 유체 소스들과 기판 지지체 사이의 유체 연결들을 나타내는 다이어그램이다.
도 5b 는 일 실시형태에 따른 온도 제어 시스템을 나타낸다.
도 5c 는 일 실시형태에 따른 온도 제어 시스템을 나타낸다.
도 6a 는 본원에서 설명하는 실시형태들에 따른 온도 제어 시스템에서, 상이한 온도들의 유체를 공급하는 4개의 온도 제어 유체 소스들과 기판 지지체 사이의 유체 연결들을 나타내는 다이어그램이다.
도 6b 는 일 실시형태에 따른 온도 제어 시스템을 나타낸다.
도 6c 는 일 실시형태에 따른 온도 제어 시스템을 나타낸다.
도 6d 는 일 실시형태에 따른 온도 제어 시스템을 나타낸다.
도 6e 는 일 실시형태에 따른 온도 제어 시스템을 나타낸다.
도 6f 는 일 실시형태에 따른 온도 제어 시스템을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b 는 4-방향 크로스오버 밸브의 2개의 상태들의 개략도들을 각각 나타낸다.
도 7c 및 도 7d 는 3-방향 스위칭 밸브의 2개의 상태들의 개략도들을 각각 나타낸다.
도 7e 및 도 7f 는 2-방향 밸브의 2개의 상태들의 개략도들을 각각 나타낸다.
도 8 은 일 실시형태에 따른 온도 제어 시스템을 나타낸다.
도 9 는 예시적인 다단계 프로세스상에서의 실제 테스트 데이터를 나타낸다.
도 2 는 다른 종래기술의 온도 제어 시스템의 다이어그램을 나타낸다.
도 3 은 도 2 에 나타낸 기판 지지체 및 온도 제어 시스템에 대한 온도 대 시간의 그래프이다.
도 4 는 본원에서 설명하는 실시형태들에 따른 기판 지지체 및 온도 제어 시스템에 대한 온도 대 시간의 그래프이다.
도 5a 는 본원에서 설명하는 실시형태들에 따른 온도 제어 시스템에서, 상이한 온도들의 유체를 공급하는 4개의 온도 제어 유체 소스들과 기판 지지체 사이의 유체 연결들을 나타내는 다이어그램이다.
도 5b 는 일 실시형태에 따른 온도 제어 시스템을 나타낸다.
도 5c 는 일 실시형태에 따른 온도 제어 시스템을 나타낸다.
도 6a 는 본원에서 설명하는 실시형태들에 따른 온도 제어 시스템에서, 상이한 온도들의 유체를 공급하는 4개의 온도 제어 유체 소스들과 기판 지지체 사이의 유체 연결들을 나타내는 다이어그램이다.
도 6b 는 일 실시형태에 따른 온도 제어 시스템을 나타낸다.
도 6c 는 일 실시형태에 따른 온도 제어 시스템을 나타낸다.
도 6d 는 일 실시형태에 따른 온도 제어 시스템을 나타낸다.
도 6e 는 일 실시형태에 따른 온도 제어 시스템을 나타낸다.
도 6f 는 일 실시형태에 따른 온도 제어 시스템을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b 는 4-방향 크로스오버 밸브의 2개의 상태들의 개략도들을 각각 나타낸다.
도 7c 및 도 7d 는 3-방향 스위칭 밸브의 2개의 상태들의 개략도들을 각각 나타낸다.
도 7e 및 도 7f 는 2-방향 밸브의 2개의 상태들의 개략도들을 각각 나타낸다.
도 8 은 일 실시형태에 따른 온도 제어 시스템을 나타낸다.
도 9 는 예시적인 다단계 프로세스상에서의 실제 테스트 데이터를 나타낸다.
본원에서 개시된 것은 상부에서 기판이 플라즈마 챔버에서 프로세싱되는 기판 지지체에 내장된 하나 이상의 흐름 통로들을 통해서 온도 제어 액체 (예컨대 Fluorinert™ 유전체 유체) 를 순환시킴으로써 플라즈마 프로세싱 시스템에서 기판 온도를 빠르게 변경할 수 있는 재순환 시스템이다. 흐름 통로(들) 은 단일 또는 다수의 구역 온도 제어를 제공하도록 배열될 수 있으며, 예컨대, 흐름 통로는 기판 지지체의 전체 기판 지지체 표면 또는 기판 지지체 (100) 의 기판 지지체 표면의 센터 구역 또는 외부 환상 구역과 같은 단일 구역 (열적 구역) 의 온도 제어를 실행할 수 있다. 바람직하게는, 기판의 온도는 오직 흐름 통로(들) 에서 순환하는 액체에 의해서만 제어되며, 즉, 기판 지지체는 바람직하게는 전기 히터의 무선-주파수 (RF) 전력 제어 회로의 커플링과 같이 그와 관련된 이슈들을 피하기 위해서 전기 히터를 갖지 않는다. 기판 지지체는 바람직하게는 기판과 기판 지지체 사이의 열전도를 향상시키기 위해서 기판 아래에 헬륨과 같은 열 전달 가스를 공급하는 배열을 포함하며, 기판 지지체는 기판 상에 RF 바이어스를 공급하거나 또는 챔버 내에 플라즈마를 발생시키기 위해서 무선 주파수 전류 (RF) 가 공급되는 접지 또는 급전 전극일 수 있다.
도 1 은 액체가 기판 지지체 (100) 와, 일정한 온도에서 유지되는 큰 유체 저장소를 가진 재순환 장치 (110) 와 같은 온도 제어 유닛 사이에서 순환되는 종래기술의 시스템을 나타낸다. 재순환 장치 (110) 로부터의 일반적인 유량은 약 4 갤론/분이다. 큰 유체 저장소의 큰 열 커패시턴스 (thermal capacitance) 는 이 접근법을, 안정한 유체 온도를 유지하는데 매우 효과적으로 만들지만, 플라즈마 에칭 동안과 같은 기판 온도들에서의 빠른 변경들이 요망되는 다단계 프로세스 동안 유체 온도를 변경하기에는 바람직하지 않게 느리다.
도 2 에 나타낸 바와 같이, 2개의 상이한 프로세스 단계들 및 그들 사이의 스위칭 동안 2개의 상이한 기판 온도들을 유지하는 종래의 접근법은 재순환 장치들 (210 및 220) 과 같은 2개의 온도 제어 유닛들을 기판 지지체 (100) 에 연결하는 것을 포함한다. 재순환 장치들의 각각은 큰 유체 (액체) 저장소를 프로세스 단계들 중 하나에서 요구되는 온도로 유지한다. 2개의 밸브들 (261 및 262) 은 2개의 재순환 장치 (210) 와 재순환 장치 (220) 사이의 기판 지지체 (100) 를 통해서 흐르는 유체를 협동하여 스위칭하도록 구성된다. 재순환 장치들 (210 및 220) 에서의 유체 레벨들에서의 차이가 시간 경과에 따라 일어날 수 있으며 그의 평형이 필요하게 될 수 있다.
기판 지지체 내에서의 온도 기울기가 작고 열 전달에 대한 기판 지지체의 응답이 상당히 균일한 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어, 기판 지지체는 집중 (lumped) 열용량 모델을 이용하여 설명될 수 있다. 이 모델에서, 기판 지지체는 온도 소스에 병렬로 연결된 열 커패시턴스 및 열저항으로서 설명될 수 있으며, 이 온도 소스는 기판 지지체를 통해서 순환하는 유체일 수 있다. 기판 지지체 (Tsub) 의 온도는 다음의 미분 방정식으로 주어진다:
여기서, t 는 시간; C 는 기판 지지체의 열용량; R 은 온도 소스 (예컨대, 순환 유체) 와 기판 지지체 사이의 열저항; T0 는 온도 제어 유체 소스의 온도이다. 열저항 R = 1/hA 이며, 여기서, h 는 열 전달 계수, A 는 온도 소스와 기판 지지체 사이의 열 전달 표면 면적이다. 기판 지지체의 열용량은 C = ρcV 이며, 여기서, ρ 는 기판 지지체의 밀도, c 는 기판 지지체의 비열, V 는 기판 지지체의 체적이다.
도 2 는 2개의 (예컨대, 저온 (cold) 및 고온 (hot)) 재순환 장치들을 갖는 종래기술 시스템을 나타내며, 도 3 은 기판 지지체 및 기판 지지체에서 순환하는 액체의 대표적인 온도 프로파일들을 나타낸다. 그러나, 도 3 은 웨이퍼의 플라즈마 가열을 고려하지 않으며, 예컨대, 플라즈마 에칭 동안, 웨이퍼는 기판 지지체 온도보다 더 뜨거운 50 내지 80 ℃ 일 수도 있다. 트레이스 (320) 는 기판 지지체 (100) 에서 흐르는 유체 온도 T0 를 시간의 함수로서 나타내며; 트레이스 (310) 는 Tsub 를 유체 온도에 응답하는 시간의 함수로서 나타낸다. 시간 t1 이전에, 밸브들 (261 및 262) 은 유체를 저온 재순환 장치 (210) 로부터 기판 지지체 (100) 를 통해서 전송한다. 재순환 장치 (210) 는 저장소 온도를 T1 에서 유지한다. 시간 t1 에서, 밸브들 (261 및 262) 은 재순환 장치 (210) 로부터의 유체 흐름을 차단하고 온도 T2 의 유체를 고온 재순환 장치 (220) 로부터 기판 지지체 (100) 를 통해 전송한다. 재순환 장치 (220) 는 T1 보다 더 높은 저장소 온도 T2 를 유지한다. 시간 t2 에서, 밸브들 (261 및 262) 은 재순환 장치 (220) 로부터의 유체 흐름을 차단하고, 다시 유체를 재순환 장치 (210) 로부터 기판 지지체 (100) 를 통해 전송한다. T1 은 시간 t1 이전 및 시간 t2 이후에 프로세스 단계에 의해 요구되는 기판 지지체 온도이다. T2 는 시간 t1 과 시간 t2 사이에서 프로세스 단계에 의해 요구되는 기판 지지체 온도이다.
간결성을 위해, 시간 t1 이전의 Tsub 는 T1 인 것으로 가정된다. 시간의 함수로서 Tsub 은 식 1 로부터 유도되며, 트레이스 (310) 로 표시된다. 시간 t1 및 시간 t2 에서 재순환 장치 (210) 와 재순환 장치 (220) 사이의 유체의 갑작스런 스위칭 시, Tsub 는 시상수 τ1 = RC 에 따른, 지수적인 변화를 나타낸다. 시상수 τ1 는 갑작스런 유체 온도 변화에 응답하여 얼마나 빨리 Tsub 가 변하는지의 측정치이다. 시상수 τ1 는 프로세스 단계가 시작할 수 있기 전에 기판 지지체 온도가 안정되어야 하기 때문에, 플라즈마 프로세싱 시스템의 수율에 영향을 미친다. 시상수 τ1 가 프로세스 단계의 전형적인 지속시간에 필적하게 됨에 따라, 수율에 대한 시상수 τ1 의 영향이 현저해 진다. 따라서, 시상수 τ1 를 최소화하는 것이 바람직하다.
본원에서 설명하는 바와 같이 재순환 시스템 및 재순환 시스템을 이용하는 방법은 그 요구되는 기판 지지체 온도들보다 높거나 또는 낮은 유체들을 기판 지지체 (100) 를 통해서 일시적으로 흐르게 하여, 기판 지지체 (100) 로의 열전달 또는 기판 지지체 (100) 로부터의 열전달을 가속시킴으로써 시상수들을 감소시킨다. 도 4 에서 트레이스 (420) 는 기판 지지체 (100) 에서 흐르는 유체 온도를 시간의 함수로서 나타내며, 여기서, 트레이스 (410) 는 Tsub 를 시간의 함수로 나타낸다. 시간 t3 전에, 온도 T1 의 제 1 유체가 기판 지지체 (100) 를 통해서 흐른다. 시간 t3 에서, 제 1 유체가 차단되며, 온도 Tph 의 사전-가열된 유체가 기판 지지체 (100) 를 통해 흐르며, 여기서 Tph 은 T2 보다 높다. 시간 t4 에서 Tsub 가 T2 에 대해 미리 정의된 허용오차 이내 (예컨대, 2 ℃ 이내, 바람직하게는 1 ℃ 이내, 더 바람직하게는 0.5 ℃ 이내) 일 때, 사전-가열된 유체가 차단되며, 온도 T2 의 제 2 유체가 기판 지지체 (100) 를 통해 흐른다. 이와 유사하게, 시간 t5 에서, 제 2 유체가 차단되며, 온도 Tpc 의 사전-냉각된 유체가 기판 지지체 (100) 를 통해 흐르고, 여기서 Tpc 는 T1 보다 낮다. 시간 t6 에서 기판 지지체 (100) 의 온도가 T1 에 대한 미리 정의된 허용오차 이내 (예컨대, 2 ℃ 이내, 바람직하게는 1 ℃ 이내, 더 바람직하게는 0.5 ℃ 이내) 일 때, 사전-냉각된 유체가 차단되며, 제 1 유체가 다시 기판 지지체 (100) 를 통해 흐른다. T1 는 시간 t3 이전 및 시간 t6 이후에 프로세스 단계에 의해 요구되는 기판 지지체 온도이다. T2 는 시간 t4 과 시간 t5 사이에 프로세스 단계에 의해 요구되는 기판 지지체 온도이다. 재순환 시스템 및 이 재순환 시스템을 이용하는 방법의 하나의 이점은, Tsub 가 상당한 오버슈팅 없이 목표 기판 지지체 온도들에 더 빠르게 도달한다는 점이다.
간결성을 위해, 시간 t3 이전 Tsub 는 T1 인 것으로 가정된다. Tsub 는 시간의 함수로서 식 1 로부터 유도되며, 트레이스 (410) 로서 표시된다. 도 3 에서의 트레이스 (310) 와 유사하게, Tsub 는 시간 t3 및 시간 t5 후에, 시상수 τ2 에 따라, 지수적인 변화를 나타내며, 여기서, τ2 는 τ1 보다 작다. 이 단축된 시상수는 플라즈마 프로세싱 시스템에서 수율을 증가시킨다. Tph 는 바람직하게는 T2 보다 적어도 10 ℃ 만큼, 더 바람직하게는 적어도 30 ℃ 만큼 더 높다. Tpc 는 바람직하게는 T1 보다 적어도 10 ℃, 더 바람직하게는 적어도 30 ℃ 만큼 더 낮다. t4 과 t3 사이의 차이 (Δtph) 는 t4 과 t5 사이의 기간의 일부 (Δth) 이다. 예를 들어, Δth 은 50 내지 200 초일 수 있으며, Δtph 는 Δth 의 50%, 30% 또는 10% 까지일 수 있다. Δtph 는 바람직하게는 60 초 이하, 예컨대, 40 초까지, 20 초까지, 10 초까지, 또는 5 초까지이다. t6 과 t5 사이의 차이 (Δtpc) 는 t6 과, 사전-가열된 유체가 기판 지지체 (100) 를 통해서 흐르기 시작하는 다음 시간 지점 사이의 기간 (Δtc) 의 일부이다. 예를 들어, Δtc 는 50 내지 200 초일 수 있으며, Δtpc 는 Δth 의 50%, 30% 또는 10% 보다 작을 수 있다. Δtc 는 바람직하게는 60 초 이하, 예컨대, 40 초미만, 20 초까지, 10 초까지 또는 5 초까지이다. T1 은 바람직하게는 -10 ℃ 부터 50 ℃ 까지, 더 바람직하게는 10 ℃ 부터 50 ℃ 까지이다. T2 는 바람직하게는 30 ℃ 부터 110 ℃ 까지, 더 바람직하게는 70 ℃ 부터 110 ℃ 까지이다. T2 는 바람직하게는 T1 보다 적어도 10 ℃ 더 높고, 예컨대, T1 보다 적어도 20 ℃, 적어도 30 ℃, 적어도 40 ℃, 또는 적어도 50 ℃ 더 높다. τ2 동안 Tsub 에서의 변화율은 바람직하게는 적어도 1 ℃/초이다. Tsub 가 T1 및 T2 에서 교번하는 단계들에서 각각의 단계에서 50 초까지 동안 유지되고 τ1 이 50 초까지이고 τ2 가 25 초까지인 예시적인 프로세스에서, 본원의 일 실시형태에 따른 재순환 시스템은 약 33% 만큼 수율을 향상시킬 수 있다.
사전-가열된 액체, 사전-냉각된 액체, 제 1 액체 및 제 2 액체의 유량들은 일정하거나 또는 변화될 수 있으며, 예컨대, 동일한 또는 상이한 유량들일 수 있다. 예시적인 유량은 분당 30 리터까지, 예컨대, 분당 약 18 리터이다.
이하에 설명되는 것은 도 4 에 나타낸 접근법의 구현예들이며, 별개의 온도 제어 유닛 (사전-충전 (pre-charge) 가열 유닛 또는 PREH) 및 또다른 별개의 온도 제어 유닛 (사전-충전 냉각 유닛 또는 PREC) 이 채용된다.
제 1 실시형태에서, 일 재순환 장치가 PREH 로서 사용되고, 다른 재순환 장치가 PREC 로서 사용되며, 이에 따라서, 메인 재순환 장치들과 함께, 유체가 4개의 온도들 T1, T2, Tpc, Tph 중 임의의 하나에서 순환될 수 있다. 도 5a 에 나타낸 바와 같이, 510 은 T1 의 저장소 온도를 갖는 메인 재순환 장치이며; 530 은 Tpc 의 저장소 온도를 갖는 PREC 이며; 520 는 적어도 10 ℃, 적어도 20 ℃, 적어도 30 ℃, 적어도 40 ℃, 적어도 50 ℃, 적어도 60 ℃, 또는 그 이상 만큼 T1 보다 더 큰 T2 의 저장소 온도를 갖는 메인 재순환 장치이며; 540 은 Tph 의 저장소 온도를 갖는 PREH 이다. 밸브 배열들 (561 및 562) 은 유체를 재순환 장치들 중 하나로부터 기판 지지체 (100) 로 협동하여 전송하도록 자동적으로 동작된다. 도 5a 는 제어기 (590) 와, 재순환 장치들 (510 내지 540) 을 기판 지지체 (100) 에 연결하는 밸브 배열들 (561 및 562) 사이의 로직 연결들을, 구현의 세부 사항들을 나타냄이 없이, 나타내는 단순화된 다이어그램이다. PREC 는 바람직하게는 유체 (액체) 를 재순환 장치 (510) 에 의해 순환되는 유체의 온도 T1 보다, 적어도 10 ℃, 적어도 20 ℃, 적어도 30 ℃, 적어도 40 ℃, 적어도 50 ℃, 적어도 60 ℃, 또는 그 이상 낮은 온도 Tpc 에서 냉각한다. PREH 는 바람직하게는 유체를 재순환 장치 (520) 에 의해 순환되는 유체의 온도 T2 보다, 적어도 10 ℃, 적어도 20 ℃, 적어도 30 ℃, 적어도 40 ℃, 적어도 50 ℃, 적어도 60 ℃, 또는 더 이상 높은 온도 Tph 에서 가열한다.
도 5a 의 구현예에서, Tpc 의 유체는 재순환 장치 (530) 로부터 라인 (511), 밸브 (561), 라인 (512), 기판 지지체 (100), 라인 (513), 밸브 (562), 라인 (514) 를 통과해서, 재순환 장치 (530) 로 다시 흐른다. 재순환 장치 (510) 로부터의 T1 의 유체를 스위칭하기 위해, 밸브들 (561, 562) 은 유체가 재순환 장치 (510) 로부터, 라인 (515), 밸브 (561), 라인 (512) 을 통과하고 기판 지지체 (100), 라인 (513), 밸브 (562), 라인 (516) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (510) 로 흐르도록, 라인들 (515, 516) 에 연결된다. Tph 의 유체를 스위칭하기 위해, 밸브들 (561, 562) 은 유체가 재순환 장치 (540) 로부터, 라인 (517), 밸브 (561), 라인 (512), 기판 지지체 (100), 라인 (513), 밸브 (562), 라인 (518) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (540) 로 흐르도록, 라인들 (517, 518) 에 연결된다. T2 의 유체를 순환시키기 위해, 밸브들 (561, 562) 은 라인들 (518a, 519) 에 연결되며, 재순환 장치 (520) 로부터의 유체가 라인 (518a), 밸브 (561), 라인 (512), 기판 지지체 (100), 라인 (513), 밸브 (562), 라인 (519) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (520) 로 흐른다. 제어기 (590) 는 밸브들 (561 및 562) 을 작동시킨다.
도 5b 는 복수의 3-방향 스위칭 밸브들 (571 내지 576) 이 유체를 재순환 장치들 중 하나로부터 기판 지지체 (100) 로 협동하여 전송하는 제 1 실시형태의 일 구현예를 나타낸다. 도 7c 및 도 7d 에 나타낸 바와 같이, 3-방향 스위칭 밸브 (730) 는 공통 경로 (735), 제 1 분기 경로 (731) 및 제 2 분기 경로 (732) 를 갖는다. 3-방향 스위칭 밸브 (730) 는 공통 경로 (735) 와 제 1 분기 경로 (731) 사이에, 또는 공통 경로 (735) 와 제 2 분기 경로 (732) 사이에, 유체 연통을 확립하도록 동작할 수 있다. 사용될 수 있는 3-방향 스위칭 밸브들은 Swagelok 40 시리즈 및 40G 시리즈 밸브들을 포함한다. 3-방향 스위칭 밸브 (730) 는 전자적으로 작동될 수 있다.
도 4 및 도 5b 를 참조하면, 시간 t3 전에, T1 의 유체는 재순환 장치 (510) 로부터, 순차적으로 라인 (521), 밸브 (575), 라인 (522), 밸브 (571), 라인 (523), 기판 지지체 (100), 라인 (524), 밸브 (572), 라인 (525), 밸브 (573), 라인 (526) 을 통과하여, 다시 재순환 장치 (510) 로 흐른다. 시간 t3 과 시간 t4 사이에서, Tph 의 유체는 재순환 장치 (540) 로부터, 순차적으로 라인 (541), 밸브 (576), 라인 (542), 밸브 (571), 라인 (523), 기판 지지체 (100), 라인 (524), 밸브 (572), 라인 (543), 밸브 (574), 라인 (544) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (540) 로 흐른다. 시간 t4 과 시간 t5 사이에서, T2 의 유체는 재순환 장치 (520) 로부터, 순차적으로 라인 (545), 밸브 (576), 라인 (542), 밸브 (571), 라인 (523), 기판 지지체 (100), 라인 (524), 밸브 (572), 라인 (543), 밸브 (574), 라인 (546) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (520) 로 흐른다. 시간 t5 과 시간 t6 사이에서, Tpc 의 유체는 재순환 장치 (530) 로부터, 순차적으로 라인 (547), 밸브 (575), 라인 (522), 밸브 (571), 라인 (523), 기판 지지체 (100), 라인 (524), 밸브 (572), 라인 (525), 밸브 (573), 라인 (548) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (530) 로 흐른다. 시간 t6 이후, 흐름 패턴은 시간 t3 전의 흐름 패턴과 동일하다. 2-방향 밸브들 (577, 579, 578 및 580) 은 재순환 장치들 (530, 510, 540 및 520) 의 입구들 및 출구들로 통하는 분기 라인들 사이에 각각 연결된다. 제어기 (591) 는 밸브들 (571 내지 580) 을 작동시킨다.
도 7e 및 도 7f 에 나타낸 바와 같이, 2-방향 밸브 (720) 는 2개의 흐름 통로들 (721 및 722) 을 가지며, 2개의 경로 (721) 과 경로 (722) 사이의 유체 연통을 확립하거나 또는 제거하도록 작동할 수 있다. 예시적인 2-방향 밸브의 세부 사항들은 Swagelok 40 시리즈 및 40G 시리즈 카탈로그에서 발견될 수 있다. 3-방향 스위칭 밸브 (720) 는 전자적으로 작동될 수 있다. 2-방향 밸브들은 유체가 그들의 각각의 재순환 장치들로부터 기판 지지체 (100) 로 흐르지 않을 때에만, 개방되어 그들의 각각의 재순환 장치들 내의 유체가 순환될 수 있게 동작할 수 있다.
도 5c 는 복수의 4-방향 크로스오버 밸브들 (581 내지 586) 이 재순환 장치들 중 하나로부터의 유체를 기판 지지체 (100) 로 협동하여 전송하는 제 1 실시형태의 또다른 배열을 나타낸다. 도 7a 및 도 7b 에 나타낸 바와 같이, 4-방향 크로스오버 밸브 (740) 는 제 1 경로 (741), 제 2 경로 (742), 제 3 경로 (743) 및 제 4 경로 (744) 를 갖는다. 4-방향 크로스오버 밸브 (740) 는 도 1b 에 나타낸 바와 같이, 제 1 경로 (741) 와 제 2 경로 (742) 사이에, 그리고, 제 3 경로 (743) 와 제 4 경로 (744) 사이에, 도 7a 에 나타낸 바와 같이, 제 1 경로 (741) 와 제 4 경로 (744) 사이에, 그리고 제 2 경로 (742) 와 제 3 경로 (743) 사이에, 유체 연통을 확립하도록 동작할 수 있다. 예시적인 4-방향 크로스오버 밸브의 세부 사항들은 Swagelok 40 시리즈 및 40G 시리즈 카탈로그에서 발견될 수 있다. 4-방향 크로스오버 밸브 (740) 는 전자적으로 작동될 수 있다.
도 4 및 도 5c 를 참조하면, 시간 t3 전에, T1 의 유체는 재순환 장치 (510) 로부터, 순차적으로 라인 (551), 밸브 (583), 라인 (552), 밸브 (581), 라인 (553), 기판 지지체 (100), 라인 (554), 밸브 (582), 라인 (568), 밸브 (581), 라인 (555), 밸브 (585), 라인 (556) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (510) 로 흐른다. 동시에, 다른 재순환 장치들은, 재순환 장치 (530) 로부터 유체가 라인 (557), 밸브 (583), 라인 (558), 밸브 (585) 및 라인 (559) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (530) 로 순환하고; 재순환 장치 (540) 로부터 유체가 라인 (561), 밸브 (586), 라인 (562), 밸브 (582), 라인 (563), 밸브 (584), 라인 (564) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (540) 로 순환하고; 재순환 장치 (520) 로부터 유체가 라인 (565), 밸브 (586), 라인 (566), 밸브 (584) 및 라인 (567) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (540) 로 순환하도록, 대기 모드에서 유지될 수 있다.
시간 t3 과 시간 t4 사이에서, Tph 의 유체는 재순환 장치 (540) 로부터, 순차적으로 라인 (561), 밸브 (586), 라인 (562), 밸브 (582), 라인 (568), 밸브 (581), 라인 (553), 기판 지지체 (100), 라인 (554), 밸브 (582), 라인 (563), 밸브 (584), 라인 (564) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (540) 로 흐른다. 동시에, 재순환 장치 (530) 로부터 유체는 라인 (557), 밸브 (583), 라인 (552), 밸브 (581), 라인 (555), 밸브 (585), 라인 (559) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (530) 로 순환하고; 재순환 장치 (510) 로부터 유체는 라인 (551), 밸브 (583), 라인 (558), 밸브 (585), 라인 (556) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (510) 로 순환하고; 그리고, 재순환 장치 (520) 로부터 유체는 라인 (565), 밸브 (586), 라인 (566), 밸브 (584), 라인 (567) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (520) 로 순환한다.
시간 t4 과 시간 t5 사이에서, T2 의 유체는 재순환 장치 (520) 로부터, 순차적으로 라인 (565), 밸브 (586), 라인 (562), 밸브 (582), 라인 (568), 밸브 (581), 라인 (553), 기판 지지체 (100), 라인 (554), 밸브 (582), 라인 (563), 밸브 (584), 라인 (567) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (520) 로 흐른다. 동시에, 재순환 장치 (530) 로부터 유체는 라인들 (557, 558, 559) 및 밸브들 (583 및 585) 로 순환하고; 재순환 장치 (510) 로부터 유체는 라인들 (551, 552, 555, 556) 및 밸브들 (583, 581 및 585) 을 순환하고; 그리고, 재순환 장치 (540) 로부터 유체는 라인 (561), 밸브 (586), 라인 (566), 밸브 (584), 라인 (564) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (540) 로 순환한다.
시간 t5 과 시간 t6 사이에서, Tpc 의 유체는 재순환 장치 (530) 로부터, 순차적으로 라인 (557), 밸브 (583), 라인 (552), 밸브 (581), 라인 (553), 기판 지지체 (100), 라인 (554), 밸브 (582), 라인 (568), 밸브 (581), 라인 (555), 밸브 (585), 라인 (559) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (530) 로 흐른다. 동시에, 재순환 장치 (510) 로부터 유체는 라인 (551), 밸브 (583), 라인 (558), 밸브 (585) 및 라인 (556) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (510) 로 순환하고; 재순환 장치 (540) 로부터 유체는 라인 (561), 밸브 (586), 라인 (562), 밸브 (582), 라인 (563), 밸브 (584), 라인 (564) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (540) 로 순환하고; 그리고, 재순환 장치 (520) 로부터 유체는 라인 (565), 밸브 (586), 라인 (566), 밸브 (584), 라인 (567) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (520) 로 순환한다. 시간 t6 이후, 흐름 패턴은 시간 t3 전의 흐름 패턴과 동일하다. 제어기 (592) 는 밸브들 (581 내지 586) 을 작동시킨다.
도 5c 에 나타낸 실시형태는, 전체 순환 시스템 내의 유체가 항상 (즉, 불용 체적 없이) 흐르고 4개의 온도들 T1, T2, Tpc, Tph 중 임의의 하나에서 유체가 기판 지지체에 용이하게 공급될 수 있다는 이점을 갖는다.
제 2 실시형태는 2개의 온라인 (online) 가열 및 냉각 유닛들을 PREH 및 PREC 로서 사용한다. 온라인 유닛들은 작은 내부 체적들을 가지며 독립적인 에너지 소스들에 의해 지원되는 간단한 축열체들 (thermal masses) 로서 설명될 수 있다. 온라인 유닛의 고유 열용량은, 유체가 온라인 유닛을 통과함에 따라서, 유체 온도를 T1, T2, Tpc, 및 Tph 사이에서 변화시킬 정도로 상당히 크다. 온라인 유닛은 Noah Precision POU 3300/3500, Komatsu FRV-6000 또는 임의의 적합한 등가물일 수 있다. 도 6a 에 나타낸 바와 같이, 610 은 T1 의 낮은 저장소 온도를 갖는 메인 재순환 장치이며; 온라인 냉각 유닛 (630) 은 메인 재순환 장치 (610) 로부터 온라인 유닛 (630) 을 통과해서 흐르는 유체를 Tpc 의 온도까지 냉각함으로써 PREC 로서 기능하며; 620 은 T2 의 높은 저장소 온도를 갖는 메인 재순환 장치이고; 온라인 가열 유닛 (640) 은 메인 재순환 장치 (620) 로부터 온라인 유닛 (640) 을 통해서 흐르는 유체를 Tph 의 온도까지 가열함으로써 PREH 로서 기능한다. 밸브 (663) 는 온라인 유닛 (630) 을 통과하고 라인 (612), 밸브 (661), 라인 (613), 기판 지지체 (100), 라인 (614), 밸브 (662), 라인 (615) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (610) 로 우회하거나 또는 통과하게, 메인 재순환 장치 (610) 로부터 라인 (611) 을 통과하는 유체를 전송하도록 동작할 수 있다. 밸브 (664) 는, 온라인 유닛 (640) 을 통과하고 라인 (617), 밸브 (661), 라인 (613), 기판 지지체 (100), 라인 (614), 밸브 (662), 라인 (618) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (620) 로 우회하거나 또는 통과하게, 메인 재순환 장치 (620) 로부터 라인 (616) 을 통과하는 유체를 전송하도록 동작할 수 있다. 밸브들 (661 및 662) 은 재순환 장치들 (610 및 620) 중 하나, 또는 온라인 유닛들 (630 및 640) 중 하나로부터의 유체를, 기판 지지체 (100) 로 협동하여 전송한다. 도 6a 는 재순환 장치들, 온라인 유닛들 및 기판 지지체 (100) 사이의 로직 연결들을, 구현의 모든 세부 사항들을 나타냄이 없이, 나타내는 단순화된 다이어그램이다. 제어기 (695) 는 밸브들 (661 내지 664) 을 작동시킨다.
도 6b 는 복수의 3-방향 스위칭 밸브들 (671 내지 674) 및 2-방향 밸브들 (675 내지 676) 이 재순환 장치들 중 하나 또는 온라인 유닛들 중 하나로부터의 유체를 기판 지지체 (100) 로 협동하여 전송하는 제 2 실시형태의 구현예를 나타낸다. 도 4 및 도 6b 를 참조하면, 시간 t3 전에, T1 의 유체는 재순환 장치 (610) 로부터 라인 (621) 을 통과하여, 순차적으로 밸브 (673), 라인 (622), 밸브 (671), 라인 (623), 기판 지지체 (100), 라인 (624), 밸브 (672), 라인 (625) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (610) 로 흐른다. 시간 t3 과 시간 t4 사이에서, Tph 의 유체는 재순환 장치 (620) 로부터 라인 (626) 을 통과하여, 순차적으로 밸브 (676), 온라인 유닛 (640), 라인 (627), 밸브 (674), 라인 (628), 밸브 (671), 라인 (623), 기판 지지체 (100), 라인 (624), 밸브 (672), 라인 (629) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (620) 로 흐른다. 시간 t4 과 시간 t5 사이에서, T2 의 유체는 재순환 장치 (620) 로부터, 순차적으로 라인 (631), 밸브 (674), 라인 (628), 밸브 (671), 라인 (623), 기판 지지체 (100), 라인 (624), 밸브 (672), 라인 (629) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (620) 로 흐른다. 시간 t5 과 시간 t6 사이에서, Tpc 의 유체는 재순환 장치 (610) 로부터, 순차적으로 라인 (632), 밸브 (675), 라인 (636), 온라인 유닛 (630), 라인 (633), 밸브 (673), 라인 (622), 밸브 (671), 라인 (623), 기판 지지체 (100), 라인 (624), 밸브 (672), 라인 (625) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (610) 로 흐른다. 시간 t6 이후, 흐름 패턴은 시간 t3 전의 흐름 패턴과 동일하다.
2-방향 밸브 (677) 는 라인 (621) 과 라인 (625) 사이에서 연장하는 분기 라인 (634) 을 따라서 재순환 장치 (610) 의 입구 및 출구까지 배치된다. 2-방향 밸브 (678) 는 라인 (631) 과 라인 (629) 사이에서 연장하는 분기 라인 (635) 을 따라서 재순환 장치 (620) 의 입구 및 출구까지 설치된다. 2-방향 밸브들 (677 및 678) 은, 그들의 각각의 재순환 장치들이 기판 지지체 (100) 에 유체를 직접 또는 온라인 유닛을 통해서 공급하지 않을 때에만, 개방되어 그들의 각각의 재순환 장치들 내의 유체가 국부적으로 순환될 수 있게 동작할 수 있다. 2-방향 밸브 (675) 및 밸브 (673) 는 온라인 유닛 (630) 을 통과하거나 또는 우회하기 위해, 재순환 장치 (610) 로부터 유체를 협동하여 전송한다. 2-방향 밸브 (676) 및 밸브 (674) 는 온라인 유닛 (640) 을 통과하거나 또는 우회하기 위해, 재순환 장치 (620) 로부터 유체를 협동하여 전송한다. 제어기 (696) 는 밸브들 (671 내지 678) 을 작동시킨다.
도 6c 는 복수의 3-방향 스위칭 밸브들 (681 내지 684 및 687 내지 688) 이 재순환 장치들 중 하나 또는 온라인 유닛들 중 하나로부터의 유체를 기판 지지체 (100) 로 협동하여 전송하는 제 2 실시형태의 또다른 구현예를 나타낸다. 도 4 및 도 6c 를 참조하면, 시간 t3 전에, T1 의 유체는 재순환 장치 (610) 로부터, 순차적으로 라인 (641), 밸브 (687), 라인 (642), 밸브 (683), 라인 (643), 밸브 (681), 라인 (644), 기판 지지체 (100), 라인 (645), 밸브 (682), 라인 (646) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (610) 로 흐른다. 시간 t3 와 시간 t4 사이에서, Tph 의 유체는 재순환 장치 (620) 로부터, 순차적으로 라인 (651), 밸브 (688), 라인 (652), 온라인 유닛 (640), 라인 (653), 밸브 (684), 라인 (654), 밸브 (681), 라인 (644), 기판 지지체 (100), 라인 (645), 밸브 (682), 라인 (655) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (620) 로 흐른다. 시간 t4 와 시간 t5 사이에서, T2 의 유체는 재순환 장치 (620) 로부터, 순차적으로 라인 (651), 밸브 (688), 라인 (656), 밸브 (684), 라인 (654), 밸브 (681), 라인 (644), 기판 지지체 (100), 라인 (645), 밸브 (682), 라인 (655) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (620) 로 흐른다. 시간 t5 와 시간 t6 사이에서, 유체는 재순환 장치 (610) 로부터, 순차적으로 라인 (641), 밸브 (687), 라인 (647), 온라인 유닛 (630), 라인 (648), 밸브 (683), 라인 (643), 밸브 (681), 라인 (644), 기판 지지체 (100), 라인 (645), 밸브 (682), 라인 (646) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (610) 로 흐른다. 시간 t6 이후, 흐름 패턴은 시간 t3 전의 흐름 패턴과 동일하다.
2-방향 밸브들 (685, 686, 689 및 690) 은 온라인 유닛들 (630 및 640) 의 입구들 및 출구들과 재순환 장치들 (610 및 620) 사이에 연결된 분기 라인들 (649, 657, 658, 659) 을 따라서 각각 설치된다. 2-방향 밸브들 (689 및 690) 은 개방되어, 유체가 재순환 장치 (610) 를 통해서 기판 지지체 (100) 에 직접 또는 온라인 유닛 (630) 을 통해서 공급되는 동안에 재순환 장치들 (620) 내의 유체가 국부적으로 재순환되거나 또는 재순환 장치 (620) 가 유체를 기판 지지체 (100) 에 공급하는 동안에 유체가 분기 라인 (658) 을 통해서 재순환 장치 (610) 에 국부적으로 재순환될 수 있도록 동작할 수 있다. 2-방향 밸브들 (685 및 686) 은 온라인 유닛들이 유체를 기판 지지체 (100) 에 공급하지 않을 때, 개방되어, 그들의 각각의 온라인 유닛들 내의 유체가 국부적으로 재순환될 수 있도록 동작한다. 이 배열에 의해, 밸브들 (687 및 683) 은 온라인 유닛 (630) 을 통과하거나 또는 우회하기 위해서, 재순환 장치 (610) 로부터의 유체를 협동하여 전송할 수 있다. 이와 유사하게, 밸브들 (688 및 684) 은 온라인 유닛 (640) 을 통과하거나 또는 우회하기 위해, 재순환 장치 (620) 로부터의 유체를 협동하여 전송할 수 있다. 제어기 (697) 는 밸브들 (681 내지 690) 을 작동시킨다.
도 6d 는 2-방향 밸브들 (685 및 686) 이 생략된 점을 제외하고는, 도 6c 의 실시형태와 동일한 제 2 실시형태의 다른 구현예를 나타낸다. 제어기 (698) 는 밸브들 (681 내지 684 및 687 내지 690) 을 작동시킨다.
도 6e 는 복수의 4-방향 크로스오버 밸브들 (691 내지 694) 이 재순환 장치들 또는 온라인 유닛들 중 하나로부터의 유체를 기판 지지체 (100) 로 협동하여 전송하는 제 2 실시형태의 또 다른 구현예를 나타낸다. 제어기 (699) 는 밸브들 (691 내지 694) 을 작동시킨다.
도 4 및 도 6e 를 참조하면, 시간 t3 전에, T1 의 유체는 재순환 장치 (610) 로부터 라인 (661) 을 통과하여, 순차적으로 밸브 (693), 라인 (662), 밸브 (691), 라인 (663), 기판 지지체 (100), 라인 (664), 밸브 (692), 라인 (665), 밸브 (691), 라인 (666) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (610) 로 흐른다. 동시에, 온라인 유닛 (630) 으로부터의 유체는 라인들 (667, 668) 및 밸브 (693) 을 통과하여 순환하고; 온라인 유닛 (640) 으로부터의 유체는 라인들 (671, 672) 및 밸브 (694) 을 통과하여 순환하고; 그리고, 재순환 장치 (620) 로부터의 유체는 라인들 (673, 674, 675) 및 밸브들 (694 및 692) 을 통과하여 순환한다.
시간 t3 과 시간 t4 사이에서, Tph 의 유체는 재순환 장치 (620) 로부터, 순차적으로 라인 (673), 밸브 (694), 라인 (672), 온라인 유닛 (640), 라인 (671), 밸브 (694), 라인 (674), 밸브 (692), 라인 (665), 밸브 (691), 라인 (663), 기판 지지체 (100), 라인 (664), 밸브 (692), 라인 (675) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (620) 로 흐른다. 동시에, 온라인 유닛 (630) 으로부터의 유체는 라인들 (667, 668) 및 밸브 (693) 을 통과하여 순환하고; 그리고, 재순환 장치 (610) 로부터의 유체는 라인들 (661, 662, 666) 및 밸브들 (693 및 691) 을 통과하여 순환한다.
시간 t4 과 시간 t5 사이에서, T2 의 유체는 재순환 장치 (620) 로부터, 순차적으로 라인 (673), 밸브 (694), 라인 (674), 밸브 (692), 라인 (665), 밸브 (691), 라인 (663), 기판 지지체 (100), 라인 (664), 밸브 (692), 라인 (675) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (620) 로 흐른다. 동시에, 온라인 유닛 (630) 으로부터의 유체는 라인들 (667, 668) 및 밸브 (693) 을 통과하여 순환하고; 재순환 장치 (610) 로부터의 유체는 라인들 (661, 662, 666) 및 밸브들 (693 및 691) 을 통과하여 순환하고; 온라인 유닛 (640) 으로부터의 유체는 라인들 (671, 672) 및 밸브 (694) 을 통과하여 순환한다.
시간 t5 과 시간 t6 사이에서, Tpc 의 유체는 재순환 장치 (610) 로부터, 순차적으로 라인 (661), 밸브 (693), 라인 (668), 온라인 유닛 (630), 라인 (667), 밸브 (693), 라인 (662), 밸브 (691), 라인 (663), 기판 지지체 (100), 라인 (664), 밸브 (692), 라인 (665), 밸브 (691), 라인 (666) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (610) 로 흐른다. 동시에, 재순환 장치 (620) 로부터 유체는 라인들 (673, 674, 675) 및 밸브들 (694 및 692) 을 통과하여 순환하고; 그리고, 온라인 유닛 (640) 으로부터의 유체는 라인들 (671, 672) 및 밸브 (694) 을 통과하여 순환한다. 시간 t6 이후, 흐름 패턴은 시간 t3 전의 흐름 패턴과 동일하다.
도 6e 에 나타낸 실시형태는 전체 순환 시스템 내의 유체가 항상 (즉, 불용 체적 없이) 흐르고 그의 온도들이 재순환 장치들 (610, 620) 및 온라인 유닛들 (630, 640) 에 의해 개별적으로 조정될 수 있다는 점에서 이점을 갖는다.
도 6f 는 하나의 온라인 유닛 (6630) 이 유체를 T1 또는 Tpc 에서 제공하기 위해 사용되고, 또다른 온라인 유닛 (6640) 이 유체를 T2 또는 Tph 에서 제공하기 위해서 사용되는 구현예를 나타낸다. 순환 펌프들 (6610 및 6620) 은 유체를 기판 지지체 (100) 및 온라인 유닛들 (6630 및 6640) 를 통과하여 진행시킨다. 제어기 (6690) 는 밸브들 (6661 및 6662) 을 작동시켜, 온라인 유닛들 (6630 및 6640) 로부터의 유체를 기판 지지체 (100) 를 통해 전송하고, 온라인 유닛 (6630) 으로부터의 유체 온도를 T1 또는 Tpc 로 설정하고, 온라인 유닛 (6640) 로부터의 유체 온도를 T2 또는 Tph 로 설정한다. 밸브 (6661) 는, 온라인 유닛 (6630) 을 통과하여, 라인 (6612), 밸브 (6661), 라인 (6613), 기판 지지체 (100), 라인 (6614), 밸브 (6662), 라인 (6615) 을 통과하여 다시 순환 펌프로 통과하게, 순환 펌프 (6610) 로부터 라인 (6611) 을 통과하는 유체를 전송하도록 동작할 수 있다. 밸브 (6662) 는 온라인 유닛 (6640) 을 통과하여 라인 (6617), 밸브 (6661), 라인 (6613), 기판 지지체 (100), 라인 (6614), 밸브 (6662), 라인 (6618) 을 통과하여 다시 순환 펌프로 통과하게, 순환 펌프 (6620) 로부터 라인 (6616) 을 통과하는 유체를 전송하도록 동작할 수 있다. 밸브들 (6661 및 6662) 은 온라인 유닛들 (6630 및 6640) 의 하나로부터의 유체를 기판 지지체 (100) 로 협동하여 전송한다. 도 6f 는 순환 펌프, 온라인 유닛들 및 기판 지지체 (100) 사이의 로직 연결들을, 구현의 모든 세부 사항들 없이, 나타내는 단순화된 다이어그램이다.
도 8 은 2개의 3-방향 스위칭 밸브들 (971 및 972) 이 재순환 장치들 (910 및 920) 중 하나로부터의 유체를 기판 지지체 (100) 로 협동하여 전송하고 2개의 3-방향 스위칭 밸브들 (973 및 974) 이 재순환 장치들 (910 및 920) 로부터의 유체의 온도를 설정하는 일 실시형태를 나타낸다.
도 4 및 도 8 을 참조하면, 시간 t3 전에, T1 의 유체는 재순환 장치 (910) 로부터, 순차적으로 라인 (921), 축열체 (950), 라인 (922), 밸브 (971), 라인 (923), 기판 지지체 (100), 라인 (924), 밸브 (972), 라인 (925) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (910) 로 흐르며; 동시에, Tpc 의 유체는 축열체 (950) 를 우회하기 위해 사전-냉각 유닛 (930) 으로부터, 순차적으로 라인 (951), 밸브 (973), 라인 (957) 을 통과하여 다시 사전-냉각 유닛 (930) 으로 흐르며; 축열체 (950) 를 통과하는 재순환 장치 (910) 로부터의 유체는 가열되지 않거나 냉각되지 않지만 대신 T1 에서 유지되며; Tph 의 유체는 사전-가열 유닛 (940) 으로부터, 순차적으로 라인 (952), 밸브 (974), 라인 (954), 축열체 (960), 라인 (956) 을 통과하여 다시 사전-가열 유닛 (940) 으로 흐르며; 사전-가열 유닛 (940) 및 축열체 (960) 로부터의 유체는 Tph 에서 열적 평형 상태에 있으며; T2 의 유체는 축열체 (960) 를 우회하기 위해 재순환 장치 (920) 로부터, 순차적으로 라인 (931), 라인 (935), 밸브 (978), 라인 (929) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (920) 로 흐른다.
시간 t3 과 시간 t4 사이에서, T1 의 유체는 재순환 장치 (910) 로부터, 순차적으로 라인 (921), 라인 (934), 밸브 (977), 라인 (925) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (910) 로 흐르며; 동시에, Tpc 의 유체는 사전-냉각 유닛 (930) 으로부터, 순차적으로 라인 (951), 밸브 (973), 라인 (953), 축열체 (950), 라인 (955) 을 통과하여 다시 사전-냉각 유닛 (930) 으로 흐르며; 축열체 (950) 는 t5 전에 Tpc 에서 사전-냉각 유닛 (930) 으로부터의 유체와 열적 평형 상태에 도달하며; Tph 의 유체는 사전-가열 유닛 (940) 으로부터, 순차적으로 라인 (952), 밸브 (974), 라인 (954), 축열체 (960), 라인 (956) 을 통과하여 다시 사전-가열 유닛 (940) 으로 흐르며; 사전-가열 유닛 (940) 및 축열체 (960) 로부터의 유체는 Tph 에서 열적 평형 상태에 있으며; T2 의 유체는 재순환 장치 (920) 로부터 유체가 T2 로부터 Tph 까지 가열되게, 재순환 장치 (920) 로부터, 순차적으로 라인 (931), 축열체 (960), 라인 (971), 밸브 (971), 라인 (923), 기판 지지체 (100), 라인 (924), 밸브 (972), 라인 (929) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (920) 로 흐른다.
시간 t4 과 시간 t5 사이에서, T1 의 유체는 재순환 장치 (910) 로부터, 순차적으로 라인 (921), 라인 (934), 밸브 (977), 라인 (925) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (910) 로 흐르며; Tpc 의 유체는 사전-냉각 유닛 (930) 으로부터, 순차적으로 라인 (951), 밸브 (973), 라인 (953), 축열체 (950), 라인 (955) 을 통과하여 다시 사전-냉각 유닛 (930) 으로 흐르며; 축열체 (950) 는 t5 이전에 Tpc 에서 사전-냉각 유닛 (930) 으로부터의 유체와 열적 평형 상태에 도달하며; 동시에, Tph 의 유체는 사전-가열 유닛 (940) 으로부터, 순차적으로 라인 (952), 밸브 (974), 라인 (958), 을 통과하여 다시 사전-가열 유닛 (940) 으로 흐르며; T2 의 유체는 재순환 장치 (920) 로부터, 순차적으로 라인 (931), 축열체 (960), 라인 (971), 밸브 (971), 라인 (923), 기판 지지체 (100), 라인 (924), 밸브 (972), 라인 (929) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (920) 로 흐르며; 재순환 장치 (920) 로부터의 유체 및 축열체 (960) 는 T2 에서 열적 평형 상태에 있다.
시간 t5 과 시간 t6 사이에서, T1 의 유체는 재순환 장치 (910) 로부터의 유체가 T1 으로부터 Tpc 까지 냉각되게, 재순환 장치 (910) 로부터, 순차적으로 라인 (921), 축열체 (950), 라인 (922), 밸브 (971), 라인 (923), 기판 지지체 (100), 라인 (924), 밸브 (972), 라인 (925) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (910) 로 흐르며; 동시에, Tpc 의 유체는 사전-냉각 유닛 (930) 으로부터, 순차적으로 라인 (951), 밸브 (973), 라인 (953), 축열체 (950), 라인 (955) 을 통과하여 다시 사전-냉각 유닛 (930) 으로 흐르며; 사전-냉각 유닛 (930) 및 축열체 (950) 로부터의 유체는 Tpc 에서 열적 평형 상태에 있으며; Tph 의 유체는 사전-가열 유닛 (940) 으로부터, 순차적으로 라인 (952), 밸브 (974), 라인 (954), 축열체 (960), 라인 (956) 을 통과하여 다시 사전-가열 유닛 (940) 으로 흐르며; 축열체 (960) 는 기판 지지체 (100) 가 가열되기 전에 Tph 에서 사전-가열 유닛 (940) 으로부터의 유체와 열적 평형 상태에 도달하며; T2 의 유체는 재순환 장치 (920) 로부터, 순차적으로 라인 (931), 라인 (935), 밸브 (978), 라인 (929) 을 통과하여 다시 재순환 장치 (920) 로 흐른다.
시간 t6 이후, 흐름 패턴은 시간 t3 전의 흐름 패턴과 동일하다.
2-방향 밸브들 (977 및 978) 은 재순환 장치들 (910 및 920) 의 입구들 및 출구들 사이에 연결되는 분기 라인들 (934 및 935) 을 따라서 각각 설치된다. 제어기 (996) 는 밸브들 (971 내지 974 및 977 내지 978) 을 작동시킨다. 사전-냉각 유닛 (930) 으로부터의 액체는 재순환 장치 (910) 로부터의 액체와 섞이지 않으며; 재순환 장치 (940) 로부터의 액체는 재순환 장치 (920) 로부터의 액체와 섞이지 않는다.
본 순환 시스템은 액체들을 전체 기판 지지체를 커버하는 흐름 통로를 통해서 또는 기판 지지체의 구역을 커버하는 흐름 통로를 통해서 전송하기 위해 사용될 수 있다.
밸브들 및 흐름 라인들을 포함하는 본 순환 시스템은 사전 프로그래밍된 프로세스 레시피들에 따라서 및/또는 프로세스 모니터링되는 시스템들에 응답하여 밸브들을 자동적으로 제어하고 작동시키는, 적합한 로직 제어 유닛 및 적합한 작동 메카니즘들을 더 포함할 수 있다.
본원에서 설명하는 순환 시스템은 빠른 스위칭을 필요로 하는 기판 지지체의 빠른 온도를 달성하는 것이 요망되는, 임의의 반도체 프로세싱 장치들, 예컨대, 플라즈마 에쳐 또는 화학 기상 증착 시스템과 함께 사용될 수 있다. 이런 장치들 및 프로세스들의 예들은 동일 양수인에게 양도된 U.S. 특허 번호 제 7,274,004호, 제 6,847,014호, 제 6,770,852호에서 발견될 수 있으며, 이의 개시물들이 전체적으로 참조로 포함된다.
일 실시형태에 따른 예시적인 순환 시스템은 4000 W 의 냉각 용량을 가짐과 동시에, 재순환 장치들은 액체들을 -10 로부터 90 ℃ 까지 18 L/min 에서 100 psi 까지의 압력에서 제공하는 것이 가능하다. 예시적인 프로세스에서, T2 는 적어도 50 ℃ 만큼 T1 보다 더 크다. T1 및 T2 는 10 내지 75 ℃ 이다. 기판 지지체는 5000 J/℃ 의 열용량을 가질 수 있으며, Δth 및 Δtc 는 ℃ 단위인 T1 과 T2 사이의 차이의 적어도 4배일 수 있다. 도 9 는 예시적인 다단계 프로세스에 대한 대표적인 온도 데이터를 나타낸다. 예시적인 다단계 프로세스는 무선 주파수 전력을 기판 지지체에 공급함으로써 RF 바이어스를 반도체 기판에 인가하는 단계, 프로세스 가스를 플라즈마 상태로 에너자이징하는 단계, 반도체 기판 상의 재료의 층에 개구들을 플라즈마 에칭하는 단계를 포함할 수 있으며, 개구는 T1 의 액체를 흐름 통로에 공급하는 동안 제 1 기간 Δtc 동안 및 T2 의 액체를 흐름 통로에 공급하는 동안 제 2 기간 Δth 동안 에칭된다.
기판 지지체에 대한 온도 제어 시스템이 이의 특정의 실시형태들을 참조하여 자세하게 설명되었지만, 당업자들은 첨부된 청구항들의 범위로부터 일탈함이 없이, 여러 가지 변화들 및 변경들이 이루어질 수 있으며 균등물들이 채용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본원에서 설명되는 온도 제어 시스템은 플라즈마 프로세싱 시스템들에 한정되지 않고, 기판 지지체가 포함되는 임의의 적합한 장치에 사용될 수 있다.
Claims (24)
- 반도체 프로세싱 챔버에서의 프로세싱 동안, 기판 지지체 상부에서 다단계 프로세스를 겪는 반도체 기판이 지지되는 상기 기판 지지체에 온도 제어 액체를 공급하는데 유용한 재순환 시스템을 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템으로서,
액체를 상기 기판 지지체의 입구로 전달하도록 구성된 공급 라인으로서, 상기 기판 지지체는 상기 액체가 상기 기판 지지체의 표면상의 열적 구역 (thermal zone) 을 원하는 온도에서 유지하기 위해서 순환되는 흐름 통로를 포함하는, 상기 공급 라인;
상기 액체가 상기 흐름 통로를 통해 순환된 후 상기 기판 지지체의 출구로부터 액체를 복귀시키도록 구성된 복귀 라인;
온도 T1 의 액체를 상기 공급 라인에 공급하고 상기 복귀 라인으로부터 액체를 수용하도록 동작가능한 제 1 재순환 장치로서, 상기 제 1 재순환 장치는 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인과 유체로 연통하는, 상기 제 1 재순환 장치;
온도 T2 의 액체를 상기 공급 라인에 공급하고 상기 복귀 라인으로부터 액체를 수용하도록 동작가능한 제 2 재순환 장치로서, 상기 제 2 재순환 장치는 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인과 유체로 연통하며, 상기 온도 T2 는 상기 온도 T1 보다 적어도 10 ℃ 높은, 상기 제 2 재순환 장치;
온도 Tpc 의 액체를 상기 공급 라인에 공급하도록 동작가능한 사전-냉각 유닛으로서, 상기 온도 Tpc 는 상기 온도 T1 보다 적어도 10 ℃ 낮은, 상기 사전-냉각 유닛;
온도 Tph 의 액체를 상기 공급 라인에 공급하도록 동작가능한 사전-가열 유닛으로서, 상기 온도 Tph 는 상기 온도 Τ2 보다 적어도 10 ℃ 높은, 상기 사전-가열 유닛; 및
상기 제 1 재순환 장치 또는 상기 제 2 재순환 장치를 상기 공급 및 복귀 라인들에 연결하거나 또는 액체를 상기 사전-냉각 유닛 및 상기 사전-가열 유닛에서 또는 그들을 통해 순환시킴으로써, 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 공급 라인에 공급하도록 동작가능한 전자 작동 밸브들을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 다단계 프로세스의 일부분 동안 상기 기판 지지체의 열적 구역을 상기 온도 T1 에서 기간 Δtc 동안 유지하기 위해서, 상기 온도 T1 의 액체를 기간 Δtc 동안 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 직전에, 상기 온도 Tpc 의 액체를 기간 Δtpc 동안 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하도록 동작가능한 제어기를 더 포함하며,
상기 기간 Δtpc 는 상기 기간 Δtc 의 일부인, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 다단계 프로세스의 일부분 동안, 상기 온도 T2 에서 상기 기판 지지체의 상기 열적 구역을 기간 Δth 동안 유지하기 위해, 상기 온도 T2 의 액체를 기간 Δth 동안 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 직전에, 상기 온도 Tph 의 액체를 기간 Δtph 동안 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해 전송하도록 동작가능하며,
상기 기간 Δtph 는 상기 기간 Δth 의 일부인, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 공급 라인은 제 1 밸브에 연결되며;
상기 복귀 라인은 제 2 밸브에 연결되며;
상기 제 1 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 출구, 상기 사전-냉각 유닛의 출구, 상기 제 2 재순환 장치의 출구, 및 상기 사전-가열 유닛의 출구와 유체로 연통하며; 그리고
상기 제 2 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구, 상기 사전-냉각 유닛의 입구, 상기 제 2 재순환 장치의 입구, 및 상기 사전-가열 유닛의 입구와 유체로 연통하는, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 2 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구, 상기 제 2 재순환 장치의 입구, 상기 사전-가열 유닛의 입구 및 상기 사전-냉각 유닛의 입구에 연결되며;
상기 제 1 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 출구, 상기 제 2 재순환 장치의 출구, 상기 사전-가열 유닛의 출구 및 상기 사전-냉각 유닛의 출구와 연결되고; 그리고
상기 제어기는 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 위해, 상기 제 1 및 제 2 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능한, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 밸브는 제 1 의 3-방향 스위칭 밸브이고;
상기 제 2 밸브는 제 2 의 3-방향 스위칭 밸브이고;
상기 제 1 의 3-방향 스위칭 밸브는 제 3 의 3-방향 스위칭 밸브 및 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브에 연결되며;
상기 제 2 의 3-방향 스위칭 밸브는 제 5 의 3-방향 스위칭 밸브 및 제 6 의 3-방향 스위칭 밸브에 연결되며;
상기 제 3 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 출구, 및 상기 제 1 재순환 장치의 출구에 연결되며;
상기 제 5 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 입구, 및 상기 제 1 재순환 장치의 입구에 연결되며;
상기 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 출구, 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구에 연결되며;
상기 제 6 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 입구, 및 상기 제 2 재순환 장치의 입구에 연결되며;
제 1 밸브 분기 라인은 상기 사전-냉각 유닛의 출구 및 입구에 연결되며;
제 2 밸브 분기 라인은 상기 사전-가열 유닛의 출구 및 입구에 연결되며;
제 3 밸브 분기 라인은 상기 제 1 재순환 장치의 출구 및 입구에 연결되며;
제 4 밸브 분기 라인은 상기 제 2 재순환 장치의 출구 및 입구에 연결되며; 그리고
상기 제어기는 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 위해서, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 밸브 분기 라인들의 밸브들 및 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 의 3-방향 스위칭 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능한, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 밸브는 제 1 의 4-방향 크로스오버 밸브이고;
상기 제 2 밸브는 제 2 의 4-방향 크로스오버 밸브이고;
상기 제 1 의 4-방향 크로스오버 밸브는 상기 제 2 의 4-방향 크로스오버 밸브, 제 3 의 4-방향 크로스오버 밸브, 및 제 5 의 4-방향 크로스오버 밸브에 연결되며;
상기 제 2 의 4-방향 크로스오버 밸브는 제 4 의 4-방향 크로스오버 밸브, 및 제 6 의 4-방향 크로스오버 밸브에 연결되며;
상기 제 3 의 4-방향 크로스오버 밸브는 상기 제 5 의 4-방향 크로스오버 밸브, 상기 사전-냉각 유닛의 출구 및 상기 제 1 재순환 장치의 출구에 연결되며;
상기 제 5 의 4-방향 크로스오버 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 입구 및 상기 제 1 재순환 장치의 입구에 연결되며;
상기 제 4 의 4-방향 크로스오버 밸브는 상기 제 6 의 4-방향 크로스오버 밸브, 상기 사전-가열 유닛의 입구 및 상기 제 2 재순환 장치의 입구에 연결되며;
상기 제 6 의 4-방향 크로스오버 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 출구 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구에 연결되며; 그리고
상기 제어기는 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 위해서, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 의 4-방향 크로스오버 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능한, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 밸브는 제 1 의 3-방향 스위칭 밸브이고;
상기 제 2 밸브는 제 2 의 3-방향 스위칭 밸브이고;
상기 제 1 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 출구, 제 3 의 3-방향 스위칭 밸브, 상기 사전-가열 유닛의 출구 및 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브에 연결되며;
상기 제 2 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구 및 상기 제 2 재순환 장치의 입구에 연결되며;
상기 제 3 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 입구 및 출구, 및 상기 제 1 재순환 장치의 출구에 연결되며;
상기 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 입구 및 출구, 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구에 연결되며; 그리고
상기 제어기는 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를, 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 위해서, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능한, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 밸브는 제 1 의 3-방향 스위칭 밸브이고;
상기 제 2 밸브는 제 2 의 3-방향 스위칭 밸브이고;
상기 제 1 의 3-방향 스위칭 밸브는 제 3 의 3-방향 스위칭 밸브 및 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브에 연결되며;
상기 제 2 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구 및 상기 제 2 재순환 장치의 입구에 연결되며;
상기 제 3 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 출구 및 상기 제 1 재순환 장치의 출구에 연결되며;
상기 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 출구 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구에 연결되며;
제 1 의 2-방향 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 입구 및 상기 제 1 재순환 장치의 출구에 연결되며;
제 2 의 2-방향 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 입구 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구에 연결되며;
제 1 밸브 분기 라인은 상기 제 1 재순환 장치의 출구 및 입구에 연결되며;
제 2 밸브 분기 라인은 상기 제 2 재순환 장치의 출구 및 입구에 연결되며; 그리고
상기 제어기는 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 TPh 의 액체를 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 위해서, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브들, 상기 제 1 및 제 2 의 2-방향 밸브들 및 상기 제 1 및 제 2 밸브 분기 라인들의 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능한, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 밸브는 제 1 의 3-방향 스위칭 밸브이고;
상기 제 2 밸브는 제 2 의 3-방향 스위칭 밸브이고;
상기 제 1 의 3-방향 스위칭 밸브는 제 3 의 3-방향 스위칭 밸브, 및 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브에 연결되며;
상기 제 2 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구 및 상기 제 2 재순환 장치의 입구에 연결되며;
상기 제 3 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 출구 및 제 5 의 3-방향 스위칭 밸브에 연결되며;
상기 제 5 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 입구 및 상기 제 1 재순환 장치의 출구에 연결되며;
상기 제 4 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 출구 및 제 6 의 3-방향 스위칭 밸브에 연결되며;
상기 제 6 의 3-방향 스위칭 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 입구 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구에 연결되며;
옵션의 제 1 밸브 분기 라인이 상기 사전-냉각 유닛의 출구 및 입구에 연결되며;
옵션의 밸브 분기 라인이 상기 사전-가열 유닛의 출구 및 입구에 연결되며;
제 3 밸브 분기 라인이 상기 제 1 재순환 장치의 출구 및 입구에 연결되며;
제 4 밸브 분기 라인이 상기 제 2 재순환 장치의 출구 및 입구에 연결되며; 그리고
상기 제어기는 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 위해서, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 의 3-방향 스위칭 밸브들, 및 상기 밸브 분기 라인들의 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능한, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 밸브는 제 1 의 4-방향 크로스오버 밸브이고;
상기 제 2 밸브는 제 2 의 4-방향 크로스오버 밸브이고;
상기 제 1 의 4-방향 크로스오버 밸브는 상기 제 2 의 4-방향 크로스오버 밸브, 제 3 의 4-방향 크로스오버 밸브, 및 상기 제 1 재순환 장치의 입구에 연결되며;
상기 제 2 의 4-방향 크로스오버 밸브는 제 4 의 4-방향 크로스오버 밸브, 및 상기 제 2 재순환 장치의 입구에 연결되며;
상기 제 3 의 4-방향 크로스오버 밸브는 상기 사전-냉각 유닛의 입구 및 출구, 및 상기 제 1 재순환 장치의 출구에 연결되며;
상기 제 4 의 4-방향 크로스오버 밸브는 상기 사전-가열 유닛의 입구 및 출구, 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구에 연결되며; 그리고
상기 제어기는 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 위해서, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 의 4-방향 크로스오버 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능한, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 공급 라인은 제 1 밸브에 연결되며;
상기 복귀 라인은 제 2 밸브에 연결되며;
상기 제 1 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 출구 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구와 유체로 연통하며; 상기 제 1 밸브는 상기 사전-가열 유닛 또는 상기 사전-냉각 유닛과 유체로 연통하지 않으며;
상기 제 2 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구 및 상기 제 2 재순환 장치의 입구와 유체로 연통하며; 상기 제 2 밸브는 상기 사전-가열 유닛 또는 상기 사전-냉각 유닛과 유체로 연통하지 않으며;
상기 사전-냉각 유닛은 상기 온도 T1 의 액체가 제 1 축열체 (thermal mass) 를 통해 흐를 경우 상기 제 1 재순환 장치에 의해 제공되는 상기 온도 T1 의 액체를 상기 온도 Tpc 까지 냉각하는 상기 제 1 축열체에 상기 온도 Tpc 의 액체를 통과시킴으로써 상기 온도 Tpc 의 액체를 제공하며; 상기 사전-냉각 유닛으로부터의 상기 온도 Tpc 의 액체와 상기 제 1 재순환 장치로부터의 상기 온도 T1 의 액체가 섞이지 않으며;
상기 사전-가열 유닛은 상기 온도 T2 의 액체가 제 2 축열체를 통해 흐를 경우 상기 제 2 재순환 장치에 의해 제공되는 상기 온도 T2 의 액체를 상기 온도 Tph 까지 가열하는 상기 제 2 축열체에 상기 온도 Tph 의 액체를 통과시킴으로써 상기 온도 Tph 의 액체를 제공하며; 상기 사전-가열 유닛으로부터의 상기 온도 Tph 의 액체와 상기 제 2 재순환 장치로부터의 상기 온도 T2 의 액체가 섞이지 않으며; 그리고
상기 제어기는 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인을 통해서 전송하기 위해서, 상기 제 1 및 제 2 밸브들을 선택적으로 동작시키도록 동작가능한, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판 지지체는 히터를 포함하지 않으며,
제어기는 상기 챔버에서의 다단계 프로세스 동안 상기 기판 지지체가 상기 다단계 프로세스의 하나의 단계 동안 상기 온도 T1 에서 기간 Δtc 동안, 그리고, 상기 다단계 프로세스의 다른 단계 동안 상기 온도 T2 에서 기간 Δth 동안 유지되게 하도록 상기 재순환 시스템의 밸브들을 작동시키도록 동작가능하며, 그리고
상기 제어기는 상기 온도 T2 의 액체를 공급하기 직전에 상기 온도 Tph 의 액체가 상기 흐름 통로에 공급되고 상기 온도 T1 의 액체를 상기 흐름 통로에 공급하기 직전에 상기 온도 Tpc 의 액체가 상기 흐름 통로에 공급되게 하도록 상기 재순환 시스템의 밸브들을 작동시키도록 추가로 동작가능한, 플라즈마 프로세싱 시스템. - 기판 지지체 상부에서 반도체 기판이 반도체 프로세싱 챔버에서의 다단계 프로세스를 겪는 상기 기판 지지체의 온도를 제어하도록 재순환 시스템을 동작시키는 방법으로서,
상기 기판 지지체 상에 반도체 기판을 지지하는 단계로서, 상기 기판 지지체 상의 열적 구역의 온도는 액체를 상기 기판 지지체의 흐름 통로에서 순환시킴으로써 제어되며, 상기 기판 지지체는 상기 흐름 통로와 유체로 연통하는 입구 및 출구, 상기 입구와 유체로 연통하는 공급 라인, 및 상기 출구와 유체로 연통하는 복귀 라인을 포함하는, 상기 반도체 기판을 지지하는 단계;
상기 흐름 통로에 온도 T1 의 액체를 공급하는 단계로서, 상기 온도 T1 의 액체는 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인과 유체로 연통하는 제 1 재순환 장치에 의해 공급되는, 상기 온도 T1 의 액체를 공급하는 단계;
상기 흐름 통로에 온도 T2 의 액체를 공급하는 단계로서, 상기 온도 T2 의 액체는 상기 공급 라인 및 상기 복귀 라인과 유체로 연통하는 제 2 재순환 장치에 의해 공급되며, 상기 온도 T2 는 상기 온도 T1 보다 적어도 10 ℃ 높은, 상기 온도 T2 의 액체를 공급하는 단계;
상기 흐름 통로에 온도 Tpc 의 액체를 공급하는 단계로서, 상기 온도 Tpc 는 상기 온도 T1 보다 적어도 10 ℃ 낮은, 상기 온도 Tpc 의 액체를 공급하는 단계; 및
상기 흐름 통로에 온도 Tph 의 액체를 공급하는 단계로서, 상기 온도 Tph 는 상기 T2 보다 적어도 10 ℃ 높은, 상기 온도 Tph 의 액체를 공급하는 단계를 포함하고;
상기 온도 Tpc 의 액체는 상기 온도 T1 의 액체를 공급하기 직전에 공급되며; 그리고
상기 온도 Tph 의 액체는 상기 온도 T2 의 액체를 공급하기 직전에 공급되는, 재순환 시스템을 동작시키는 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 온도 Tpc 의 액체 또는 상기 온도 Tph 의 액체는, 상기 온도 Tpc 의 액체 또는 상기 온도 Tph 의 액체가 상기 흐름 통로에 공급되는 동안 상기 기판 지지체의 상기 열적 구역의 온도가 적어도 1 ℃/s 의 초기 레이트로 변하게 하도록 순환되는, 재순환 시스템을 동작시키는 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 온도 Tpc 의 액체 또는 상기 온도 Tph 의 액체는, 상기 열적 구역의 온도가 상기 온도 T1 또는 상기 온도 T2 를 오버슈팅하지 않게 하도록 순환되는, 재순환 시스템을 동작시키는 방법. - 제 14 항에 있어서,
제어기는 상기 다단계 프로세스의 일부분 동안 신속하게 온도 변화를 실행하고 기간 Δtc 동안 상기 온도 T1 에서 상기 열적 구역을 유지하기 위해서, 상기 온도 T1 의 액체를 공급하기 직전에, 기간 Δtpc 동안 상기 온도 Tpc 의 액체를 공급하도록 상기 재순환 시스템의 밸브들을 동작시키며; 또는
상기 제어기는 상기 다단계 프로세스의 일부분 동안 신속하게 온도 변화를 실행하고 기간 Δth 동안 상기 온도 T2 에서 상기 열적 구역을 유지하기 위해서, 상기 온도 T2 의 액체를 공급하기 직전에, 기간 Δtph 동안 상기 온도 Tph 의 액체를 공급하도록 상기 재순환 시스템의 밸브들을 동작시키며;
상기 기간 Δtpc 는 상기 기간 Δtc 의 일부이고 상기 기간 Δtph 는 상기 기간 Δth 의 일부인, 재순환 시스템을 동작시키는 방법. - 제 17 항에 있어서,
제어기는 상기 열적 구역의 온도가 상기 온도 T1 에 대해 2 ℃ 이내일 경우 상기 온도 Tpc 의 액체를 공급하는 것으로부터 상기 온도 T1 의 액체를 공급하는 것으로 스위칭하도록 밸브들을 동작시키며; 또는
상기 제어기는 상기 열적 구역의 온도가 상기 온도 T2 에 대해 2 ℃ 이내일 경우 상기 온도 Tph 의 액체를 공급하는 것으로부터 상기 온도 T2 의 액체를 공급하는 것으로 스위칭하도록 상기 밸브들을 동작시키는, 재순환 시스템을 동작시키는 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 공급 라인은 제 1 밸브에 연결되며;
상기 복귀 라인은 제 2 밸브에 연결되며;
상기 제 1 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 출구, 상기 온도 Tpc 의 액체를 제공하는 사전-냉각 유닛의 출구, 상기 제 2 재순환 장치의 출구, 및 상기 온도 Tph 의 액체를 제공하는 사전-가열 유닛의 출구와 유체로 연통하며;
상기 제 2 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구, 상기 사전-냉각 유닛의 입구, 상기 제 2 재순환 장치의 입구, 및 상기 사전-가열 유닛의 입구와 유체로 연통하며; 그리고
상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법은 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 흐름 통로로 전송하도록 상기 제 1 및 제 2 밸브들을 선택적으로 동작시키는 단계를 포함하는, 재순환 시스템을 동작시키는 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 공급 라인은 제 1 밸브에 연결되며;
상기 복귀 라인은 제 2 밸브에 연결되며;
상기 제 1 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 출구 및 상기 제 2 재순환 장치의 출구와 유체로 연통하며; 상기 제 1 밸브는 사전-냉각 유닛과 유체로 연통하지 않으며;
상기 제 2 밸브는 상기 제 1 재순환 장치의 입구 및 상기 제 2 재순환 장치의 입구와 유체로 연통하며; 상기 제 2 밸브는 사전-가열 유닛과 유체로 연통하지 않으며;
상기 사전-냉각 유닛은 상기 상기 온도 T1 의 액체가 제 1 축열체를 통해 흐를 경우 상기 제 1 재순환 장치에 의해 제공되는 상기 온도 T1 의 액체를 상기 Tpc 까지 냉각하는 상기 제 1 축열체에 상기 온도 Tpc 의 액체를 통과시킴으로써 상기 온도 Tpc 의 액체를 제공하며; 상기 사전-냉각 유닛으로부터의 상기 온도 Tpc 의 액체와 상기 제 1 재순환 장치로부터의 상기 온도 T1 의 액체가 섞이지 않으며;
상기 사전-가열 유닛은 상기 온도 T2 의 액체가 제 2 축열체를 통해 흐를 경우 상기 제 2 재순환 장치에 의해 제공되는 상기 온도 T2 의 액체를 상기 Tph 까지 가열하는 상기 제 2 축열체에 상기 온도 Tph 의 액체를 통과시킴으로써 상기 온도 Tph 의 액체를 제공하며; 상기 사전-가열 유닛으로부터의 상기 온도 Tph 의 액체와 상기 제 2 재순환 장치로부터의 상기 온도 T2 의 액체가 섞이지 않으며; 그리고
상기 재순환 시스템을 동작시키는 방법은 상기 온도 T1, T2, Tpc 또는 Tph 의 액체를 상기 흐름 통로로 전송하도록, 상기 제 1 및 제 2 밸브들을 선택적으로 동작시키는 단계를 포함하는, 재순환 시스템을 동작시키는 방법. - 삭제
- 제 14 항에 있어서,
무선 주파수 전력을 상기 기판 지지체에 공급함으로써 RF 바이어스를 상기 반도체 기판에 인가하는 단계, 및 프로세스 가스를 플라즈마 상태로 에너자이징하고 상기 반도체 기판상의 재료의 층에 개구들을 플라즈마 에칭하는 단계를 더 포함하고,
상기 개구들은 상기 온도 T1 의 액체를 상기 흐름 통로에 공급하는 제 1 기간 Δtc 동안 및 상기 온도 T2 의 액체를 상기 흐름 통로에 공급하는 제 2 기간 Δth 동안에 에칭되는, 재순환 시스템을 동작시키는 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 기판 지지체는 전기 히터를 포함하지 않으며;
상기 기간 Δth 는 50 내지 200 초이고;
상기 기간 Δtc 는 50 내지 200 초이고;
상기 온도 T1 는 -10 ℃ 내지 50 ℃ 이고; 그리고
상기 온도 T2 는 30 ℃ 내지 110 ℃ 인, 재순환 시스템을 동작시키는 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 기판 지지체는 전기 히터를 포함하지 않고, 상기 기판 지지체는 RF 바이어스를 상기 반도체 기판에 인가하며;
상기 기간 Δth 는 50 내지 200 초이며;
상기 기간 Δtc 는 50 내지 200 초이고;
상기 온도 T1 는 -10 ℃ 내지 50 ℃ 이며; 그리고
상기 온도 T2 는 30 ℃ 내지 110 ℃ 인, 재순환 시스템을 동작시키는 방법.
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