KR102586827B1 - 저항 열 측정들을 통해 샤워헤드 가열 제어 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 챔버를 위한 샤워헤드는 플라즈마 챔버의 샤워헤드를 가열하기 위한 전력을 수용하도록 구성된 저항성 히터, 및 플라즈마 챔버의 샤워헤드에 열적으로 본딩된 저항성 엘리먼트를 포함한다. 저항성 엘리먼트는 샤워헤드의 온도의 변화에 응답하여 저항을 변화시킨다. 저항성 엘리먼트는 샤워헤드로부터 저항성 엘리먼트를 전기적으로 절연하도록 절연 재료 내에 캡슐화된다. 절연 재료는 우수한 열 전도체이다. 저항성 히터로의 전력은 저항성 엘리먼트의 저항에 기초하여 수용된다.

Description

저항 열 측정들을 통해 샤워헤드 가열 제어
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2018 년 8 월 8 일 출원된 미국 특허 출원 번호 제 16/058,090 호의 우선권을 주장한다. 참조된 출원의 전체 개시는 참조로서 본 명세서에 인용된다.
기술분야
본 개시는 일반적으로 반도체 제조 장비에 관한 것이고, 보다 구체적으로 저항 열 측정들을 통해 샤워헤드 가열을 제어하는 것에 관한 것이다.
본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 일반적으로 본 개시의 맥락을 제시하기 위한 목적이다. 본 배경 기술 섹션에 기술된 범위까지, 현재 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원시 종래 기술로서 달리 인정되지 않을 수도 있는 기술의 양태들은 본 개시에 대한 선행 기술로서 명시적으로 또는 묵시적으로 인정되지 않는다.
기판 프로세싱 시스템들은 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 막을 증착하도록 사용될 수도 있다. 기판 프로세싱 시스템들은 통상적으로 프로세싱 챔버 및 기판 지지부를 포함한다. 막 증착 동안, 라디칼들 및 전구체 가스는 프로세싱 챔버에 공급될 수도 있다.
예를 들어, 프로세싱 챔버는 상부 챔버, 하부 챔버, 및 기판 지지부를 포함할 수도 있다. 샤워헤드는 상부 챔버와 하부 챔버 사이에 배치될 수도 있다. 기판은 하부 챔버의 기판 지지부 상에 배치된다. 플라즈마 가스 혼합물은 상부 챔버로 공급되고 플라즈마는 상부 챔버에서 스트라이킹된다. 플라즈마에 의해 생성된 라디칼들 중 일부는 샤워헤드를 통해 하부 챔버로 흐른다. 샤워헤드는 이온들을 필터링하고 UV 광이 하부 챔버에 도달하는 것을 차단한다. 전구체 가스 혼합물은 샤워헤드를 통해 하부 챔버로 공급되고 기판 상에 막을 증착하기 위해 라디칼들과 반응한다.
플라즈마 챔버의 샤워헤드의 온도를 측정하고 온도에 기초하여 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 시스템은 플라즈마 챔버의 샤워헤드를 가열하기 위한 저항성 히터 및 플라즈마 챔버의 샤워헤드에 열적으로 본딩된 저항성 엘리먼트를 포함한다. 저항성 엘리먼트는 단일 금속의 온도 변화에 응답하여 저항을 변화시키는 단일 금속을 포함한다. 제어기는 샤워헤드를 가열하도록 저항성 히터에 전력을 공급하고, 저항성 엘리먼트에 전압을 공급하고, 저항성 엘리먼트를 통해 전류를 측정하고, 저항성 엘리먼트에 공급된 전압 및 저항성 엘리먼트를 통해 측정된 전류에 기초하여 저항성 엘리먼트의 저항을 결정하도록 구성된다. 제어기는 저항성 엘리먼트의 저항에 기초하여 샤워헤드의 온도를 결정하고, 온도를 샤워헤드에 대한 설정점 온도와 비교하고, 샤워헤드의 가열을 제어하기 위해 비교에 기초하여 저항성 히터로의 전력 공급을 제어하도록 더 구성된다.
또 다른 특징에서, 제어기는 저항성 엘리먼트의 인 시츄 캘리브레이션을 수행함으로써 생성된 룩업 테이블을 사용하여 샤워헤드의 온도를 결정하도록 구성된다.
또 다른 특징에서, 제어기는 샤워헤드의 온도가 설정점 온도 이하인 것에 응답하여 저항성 히터에 공급된 전력을 상승시키고, 그리고 샤워헤드 온도가 설정점 온도 이상이라는 것에 응답하여 저항성 히터에 공급된 전력을 감소시키도록 구성된다.
또 다른 특징에서, 저항성 엘리먼트는 샤워헤드로부터 저항성 엘리먼트를 전기적으로 절연하도록 절연성 재료 내에 캡슐화되고 (encapsulate), 그리고 절연성 재료는 우수한 열 전도체이다.
또 다른 특징에서, 저항성 엘리먼트의 저항의 결정은 샤워헤드와 연관된 DC 바이어스에 영향을 받지 않는다.
또 다른 특징에서, DC 바이어스는 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마에 의해 유도된다.
또 다른 특징에서, DC 바이어스는 플라즈마 챔버 내의 입자들의 플로우를 제어하도록 샤워헤드에 인가된다.
다른 특징들에서, 샤워헤드는 제 1 전극을 포함한다. 시스템은 프로세싱 동안 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부를 더 포함한다. 기판 지지부는 제 2 전극을 포함한다. 시스템은 RF 전력을 생성하도록 구성된 RF 생성기 및 플라즈마 챔버 내에 프로세스 가스를 공급하도록 구성된 가스 전달 시스템을 더 포함한다. 제어기는 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마를 스트라이킹하도록 공급되는 프로세스 가스에 응답하여 제 1 전극 및 제 2 전극에 걸쳐 RF 전력을 인가하도록 더 구성된다. 저항성 엘리먼트의 저항의 결정은 샤워헤드 상의 플라즈마에 의해 유도된 DC 바이어스에 의해 영향을 받지 않는다.
또 다른 특징에서, 제어기는 플라즈마 챔버 내의 입자들의 플로우를 제어하기 위해 DC 바이어스를 샤워헤드에 인가하도록 구성되고, 저항성 엘리먼트의 저항의 결정은 샤워헤드에 인가된 DC 바이어스에 의해 영향을 받지 않는다.
또 다른 특징에서, 저항성 히터에 공급된 전력은 AC 전력을 포함하고, 저항성 엘리먼트에 공급된 전압은 DC 전압을 포함한다.
다른 특징들에서, 시스템은 샤워헤드에 열적으로 본딩된 제 2 저항성 엘리먼트를 더 포함한다. 제 2 저항성 엘리먼트는 단일 금속을 포함한다. 제어기는 제 2 저항성 엘리먼트에 전압을 공급하고, 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 전류를 측정하고, 제 2 저항성 엘리먼트에 공급된 전압 및 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 측정된 전류에 기초하여 제 2 저항성 엘리먼트의 저항을 결정하도록 구성된다. 제어기는 제 2 저항성 엘리먼트의 저항에 기초하여 샤워헤드의 제 2 온도를 결정하고, 제 2 온도를 미리 결정된 온도 문턱 값과 비교하고, 샤워헤드가 과열되는 것을 방지하기 위해 제 2 온도가 미리 결정된 온도 문턱 값 이상이라는 것에 응답하여 저항성 히터로의 전력 공급을 중단하도록 더 구성된다.
다른 특징들에서, 시스템은 샤워헤드에 열적으로 본딩된 제 2 저항성 엘리먼트를 더 포함한다. 제 2 저항성 엘리먼트는 단일 금속을 포함한다. 제어기는 제 2 저항성 엘리먼트에 전압을 공급하고, 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 전류를 측정하고, 제 2 저항성 엘리먼트에 공급된 전압 및 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 측정된 전류에 기초하여 제 2 저항성 엘리먼트의 저항을 결정하도록 구성된다. 제어기는 제 2 저항성 엘리먼트의 저항에 기초하여 샤워헤드의 제 2 온도를 결정하고, 온도 및 제 2 온도에 기초하여 샤워헤드의 평균 온도를 결정하고, 평균 온도를 설정점 온도와 비교하고, 그리고 비교에 기초하여 저항성 히터로의 전력 공급을 제어하도록 더 구성된다.
다른 특징들에서, 시스템은 샤워헤드를 가열하기 위해 샤워헤드 내의 저항성 히터의 위치와 상이한 위치에 배치된 제 2 저항성 히터, 및 상이한 위치에 근접하여 샤워헤드에 열적으로 본딩된 제 2 저항성 엘리먼트를 더 포함한다. 제 2 저항성 엘리먼트는 단일 금속을 포함한다. 제어기는 제 2 저항성 엘리먼트에 전압을 공급하고, 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 전류를 측정하고, 제 2 저항성 엘리먼트에 공급된 전압 및 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 측정된 전류에 기초하여 제 2 저항성 엘리먼트의 저항을 결정하도록 구성된다. 제어기는 제 2 저항성 엘리먼트의 저항에 기초하여 샤워헤드의 제 2 온도를 결정하고, 제 2 온도를 설정점 온도와 비교하고, 비교에 기초하여 제 2 저항성 히터로의 전력 공급을 제어하도록 더 구성된다.
또 다른 특징에서, 제어기는 제 2 저항성 엘리먼트의 인 시츄 캘리브레이션 (in situ calibration) 을 수행함으로써 생성된 제 2 룩업 테이블을 사용하여 샤워헤드의 온도를 결정하도록 구성된다.
또 다른 특징들에서, 플라즈마 챔버를 위한 샤워헤드는 플라즈마 챔버의 샤워헤드를 가열하기 위한 전력을 수용하도록 구성된 저항성 히터, 및 플라즈마 챔버의 샤워헤드에 열적으로 본딩된 저항성 엘리먼트를 포함한다. 저항성 엘리먼트는 샤워헤드의 온도의 변화에 응답하여 저항을 변화시킨다. 저항성 엘리먼트는 샤워헤드로부터 저항성 엘리먼트를 전기적으로 절연하도록 절연 재료 내에 캡슐화된다. 절연 재료는 우수한 열 전도체이다. 저항성 히터로의 전력은 저항성 엘리먼트의 저항에 기초하여 수용된다.
다른 특징들에서, 시스템은 샤워헤드 및 제어기를 포함한다. 제어기는 저항성 히터에 전력을 공급하고, 저항성 엘리먼트에 전압을 공급하고, 저항성 엘리먼트를 통해 전류를 측정하고, 저항성 엘리먼트에 공급된 전압 및 저항성 엘리먼트를 통해 측정된 전류에 기초하여 저항성 엘리먼트의 저항을 결정하도록 구성된다. 제어기는 저항성 엘리먼트의 저항에 기초하여 샤워헤드의 온도를 결정하고, 온도를 샤워헤드에 대한 설정점 온도와 비교하고, 샤워헤드의 가열을 제어하기 위해 비교에 기초하여 저항성 히터로의 전력 공급을 제어하도록 더 구성된다.
또 다른 특징에서, 제어기는 저항성 엘리먼트의 인 시츄 캘리브레이션을 수행함으로써 생성된 룩업 테이블을 사용하여 샤워헤드의 온도를 결정하도록 구성된다.
다른 특징에서, 제어기는 샤워헤드의 온도가 설정점 온도 이하인 것에 응답하여 저항성 히터에 공급된 전력을 상승시키고, 그리고 샤워헤드 온도가 설정점 온도 이상이라는 것에 응답하여 저항성 히터에 공급된 전력을 감소시키도록 구성된다.
또 다른 특징에서, 저항성 엘리먼트의 저항의 결정은 샤워헤드와 연관된 DC 바이어스에 영향을 받지 않는다.
또 다른 특징에서, DC 바이어스는 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마에 의해 유도된다.
또 다른 특징에서, DC 바이어스는 플라즈마 챔버 내의 입자들의 플로우를 제어하도록 샤워헤드에 인가된다.
다른 특징들에서, 샤워헤드는 제 1 전극을 포함한다. 시스템은 프로세싱 동안 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부를 더 포함한다. 기판 지지부는 제 2 전극을 포함한다. 시스템은 RF 전력을 생성하도록 구성된 RF 생성기 및 플라즈마 챔버 내에 프로세스 가스를 공급하도록 구성된 가스 전달 시스템을 더 포함한다. 제어기는 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마를 스트라이킹하도록 공급되는 프로세스 가스에 응답하여 제 1 전극 및 제 2 전극에 걸쳐 RF 전력을 인가하도록 더 구성된다. 저항성 엘리먼트의 저항의 결정은 샤워헤드 상의 플라즈마에 의해 유도된 DC 바이어스에 의해 영향을 받지 않는다.
다른 특징에서, 제어기는 플라즈마 챔버 내의 입자들의 플로우를 제어하기 위해 DC 바이어스를 샤워헤드에 인가하도록 구성되고, 저항성 엘리먼트의 저항의 결정은 샤워헤드에 인가된 DC 바이어스에 의해 영향을 받지 않는다.
또 다른 특징에서, 저항성 히터에 공급된 전력은 AC 전력을 포함하고, 저항성 엘리먼트에 공급된 전압은 DC 전압을 포함한다.
다른 특징들에서, 시스템은 샤워헤드에 열적으로 본딩된 제 2 저항성 엘리먼트를 더 포함한다. 제어기는 제 2 저항성 엘리먼트에 전압을 공급하고, 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 전류를 측정하고, 제 2 저항성 엘리먼트에 공급된 전압 및 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 측정된 전류에 기초하여 제 2 저항성 엘리먼트의 저항을 결정하도록 구성된다. 제어기는 제 2 저항성 엘리먼트의 저항에 기초하여 샤워헤드의 제 2 온도를 결정하고, 제 2 온도를 미리 결정된 온도 문턱 값과 비교하고,샤워헤드가 과열되는 것을 방지하기 위해 제 2 온도가 미리 결정된 온도 문턱 값 이상이라는 것에 응답하여 저항성 히터로의 전력 공급을 중단하도록 더 구성된다.
또 다른 특징에서, 제어기는 제 2 저항성 엘리먼트의 인 시츄 캘리브레이션 (in situ calibration) 을 수행함으로써 생성된 제 2 룩업 테이블을 사용하여 샤워헤드의 온도를 결정하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 시스템은 샤워헤드에 열적으로 본딩된 제 2 저항성 엘리먼트를 더 포함한다. 제어기는 제 2 저항성 엘리먼트에 전압을 공급하고, 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 전류를 측정하고, 제 2 저항성 엘리먼트에 공급된 전압 및 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 측정된 전류에 기초하여 제 2 저항성 엘리먼트의 저항을 결정하도록 구성된다. 제어기는 제 2 저항성 엘리먼트의 저항에 기초하여 샤워헤드의 제 2 온도를 결정하고, 온도 및 제 2 온도에 기초하여 샤워헤드의 평균 온도를 결정하고, 평균 온도를 설정점 온도와 비교하고, 그리고 비교에 기초하여 저항성 히터로의 전력 공급을 제어하도록 더 구성된다.
다른 특징들에서, 시스템은 샤워헤드를 가열하기 위해 샤워헤드 내의 저항성 히터의 위치와 상이한 위치에 배치된 제 2 저항성 히터, 및 상이한 위치에 근접하여 샤워헤드에 열적으로 본딩된 제 2 저항성 엘리먼트를 더 포함한다. 제어기는 제 2 저항성 엘리먼트에 전압을 공급하고, 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 전류를 측정하고, 제 2 저항성 엘리먼트에 공급된 전압 및 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 측정된 전류에 기초하여 제 2 저항성 엘리먼트의 저항을 결정하도록 구성된다. 제어기는 제 2 저항성 엘리먼트의 저항에 기초하여 샤워헤드의 제 2 온도를 결정하고, 제 2 온도를 설정점 온도와 비교하고, 비교에 기초하여 제 2 저항성 히터로의 전력 공급을 제어하도록 더 구성된다.
또 다른 특징들에서, 플라즈마 챔버의 샤워헤드의 가열을 제어하는 방법은 샤워헤드를 가열하도록 플라즈마 챔버의 샤워헤드 내에 저항성 히터를 배치하는 단계, 및 플라즈마 챔버의 샤워헤드에 저항성 엘리먼트를 열적으로 본딩하는 단계를 포함한다. 저항성 엘리먼트는 샤워헤드의 온도의 변화에 응답하여 저항을 변화시킨다. 저항성 엘리먼트는 샤워헤드로부터 저항성 엘리먼트를 전기적으로 절연하도록 절연 재료 내에 캡슐화된다. 절연 재료는 우수한 열 전도체이다. 방법은 저항성 엘리먼트에 전압을 공급함으로써 저항성 엘리먼트의 저항을 측정하는 단계 및 저항성 엘리먼트를 통한 전류를 측정하는 단계를 더 포함한다. 방법은 저항성 엘리먼트의 측정된 저항에 기초하여 샤워헤드의 온도를 결정하는 단계를 더 포함한다. 방법은 결정된 온도에 기초하여 저항성 히터로의 전력을 제어하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 특징에서, 방법은 저항성 엘리먼트의 인 시츄 캘리브레이션을 수행함으로써 생성된 룩업 테이블을 사용하여 샤워헤드의 온도를 결정하는 단계를 더 포함한다.
다른 특징에서, 방법은 샤워헤드의 온도가 샤워헤드에 대한 설정점 온도 이하인 것에 응답하여 저항성 히터에 공급된 전력을 상승시키는 단계, 및 샤워헤드 온도가 샤워헤드에 대한 설정점 온도 이상이라는 것에 응답하여 저항성 히터에 공급된 전력을 감소시키는 단계를 더 포함한다.
다른 특징들에서, 저항성 엘리먼트의 저항의 결정은 샤워헤드와 연관된 DC 바이어스에 의해 영향을 받지 않고, DC 바이어스는 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마에 의해 유도되고 그리고/또는 플라즈마 챔버 내에서 입자들의 플로우를 제어하도록 샤워헤드에 인가된다.
다른 특징들에서, 방법은 샤워헤드에 본딩된 제 2 저항성 엘리먼트를 본딩하는 단계를 더 포함한다. 제 2 저항성 엘리먼트는 샤워헤드의 온도의 변화에 응답하여 저항을 변화시킨다. 제 2 저항성 엘리먼트는 절연 재료 내에 캡슐화된다. 방법은 제 2 저항성 엘리먼트에 전압을 공급함으로써 제 2 저항성 엘리먼트의 저항을 측정하는 단계 및 제 2 저항성 엘리먼트를 통한 전류를 측정하는 단계를 더 포함한다. 방법은 제 2 저항성 엘리먼트의 측정된 저항에 기초하여 샤워헤드의 제 2 온도를 결정하는 단계를 더 포함한다. 방법은 제 2 온도를 미리 결정된 온도 문턱 값과 비교하는 단계를 더 포함한다. 방법은 샤워헤드가 과열되는 것을 방지하기 위해 제 2 온도가 미리 결정된 온도 문턱 값 이상인 것에 응답하여 저항성 히터로의 전력 공급을 중단하는 단계를 더 포함한다.
다른 특징들에서, 방법은 샤워헤드에 본딩된 제 2 저항성 엘리먼트를 본딩하는 단계를 더 포함한다. 제 2 저항성 엘리먼트는 샤워헤드의 온도의 변화에 응답하여 저항을 변화시킨다. 제 2 저항성 엘리먼트는 절연 재료 내에 캡슐화된다. 방법은 제 2 저항성 엘리먼트에 전압을 공급함으로써 제 2 저항성 엘리먼트의 저항을 측정하는 단계 및 제 2 저항성 엘리먼트를 통한 전류를 측정하는 단계를 더 포함한다. 방법은 제 2 저항성 엘리먼트의 측정된 저항에 기초하여 샤워헤드의 제 2 온도를 결정하는 단계를 더 포함한다. 방법은 온도 및 제 2 온도에 기초하여 샤워헤드의 평균 온도를 결정하는 단계를 더 포함한다. 방법은 평균 온도를 샤워헤드에 대한 설정점 온도와 비교하는 단계를 더 포함한다. 방법은 비교에 기초하여 저항성 히터에 대한 전력을 제어하는 단계를 더 포함한다.
다른 특징들에서, 방법은 제 2 저항성 엘리먼트의 인 시츄 캘리브레이션을 수행함으로써 생성된 제 2 룩업 테이블을 사용하여 샤워헤드의 온도를 결정하는 단계를 더 포함한다.
다른 특징들에서, 방법은 샤워헤드를 가열하기 위해 샤워헤드 내의 저항성 히터의 위치와 상이한 위치에 제 2 저항성 히터를 배치하는 단계, 및 상이한 위치에 근접한 샤워헤드에 제 2 저항성 엘리먼트를 열적으로 본딩하는 단계를 더 포함한다. 방법은 제 2 저항성 엘리먼트에 전압을 공급하는 단계, 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 전류를 측정하는 단계, 및 제 2 저항성 엘리먼트에 공급된 전압 및 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 측정된 전류에 기초하여 제 2 저항성 엘리먼트의 저항을 결정하는 단계를 더 포함한다. 방법은 제 2 저항성 엘리먼트의 저항에 기초하여 샤워헤드의 제 2 온도를 결정하는 단계, 제 2 온도를 설정점 온도와 비교하는 단계, 및 비교에 기초하여 제 2 저항성 히터로의 전력 공급을 제어하는 단계를 더 포함한다.
본 개시의 추가 적용 가능 영역들은 상세한 기술, 청구항들 및 도면들로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 구체적인 예들은 단지 예시를 목적으로 의도되고 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
본 개시는 상세한 설명 및 첨부된 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버의 일 예의 기능적 블록도이다.
도 2는 기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버의 또 다른 예의 기능적 블록도이다.
도 3은 본 개시에 따른 샤워헤드의 온도를 측정하고 측정된 온도에 기초하여 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 저항성 엘리먼트를 포함하는 제어 시스템의 예의 기능적 블록도이다.
도 4는 본 개시에 따른, 도 3의 제어 시스템의 저항성 엘리먼트를 상세히 도시하고, 그리고 도 3의 샤워헤드의 금속 블록에 임베딩된 저항성 엘리먼트를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 개시에 따른, 샤워헤드 가열을 제어하기 위해 샤워헤드 온도를 측정하는 도 3의 제어 시스템의 온도 측정 회로의 예의 기능적 블록도이다.
도 6a 및 도 6b는 복수의 존들로 샤워헤드를 분할하고 존 각각에 대해 분리된 저항성 히터 및 분리된 저항성 엘리먼트를 사용함으로써 샤워헤드에 걸쳐 온도 균일성을 달성하는 예들을 도시한다.
도 7은 본 개시에 따른 샤워헤드의 온도를 측정하고 측정된 온도에 기초하여 샤워헤드의 가열을 제어하기 위해 저항성 엘리먼트를 사용하는 방법의 예의 플로우 차트이다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사하고 그리고/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
일반적으로, 샤워헤드는 열 제어 시스템을 갖지 않는다. 그러나, 일부 프로세싱 시스템들에서, 저항성 히터를 사용하여 가열되는 샤워헤드의 온도를 제어하기 위해 기본적인 열적 제어 시스템이 사용된다. 저항성 히터 엘리먼트가 샤워헤드를 가열하도록 사용될 때, 샤워헤드의 온도를 측정하고 측정된 온도에 기초하여 샤워헤드의 가열을 제어하기 위해 하나 이상의 열전대들 (thermocouples) 이 통상적으로 샤워헤드에 임베딩된다 (embed).
열전대 기반 제어 시스템의 문제는 시스템 내로 도입되는 모든 DC 전력 또는 AC 전력 (저 주파수 또는 고 주파수, 현재 13.56 ㎑, 400 ㎐, 및 120 ㎐) (예를 들어, 저항성 히터 및/또는 샤워헤드에 인가되거나 플라즈마-유도된 DC 바이어스) 는 제어 시스템에 영향을 줄 수 있다. 주된 문제는 이들 소스들 중 임의의 소스로부터의 DC가 DC 잡음으로서 저전압 열전대 신호에 부가되고, DC 잡음으로부터 저전압 열전대 신호를 구별하는 것이 매우 어렵다는 것이다. 결과적으로, 제어 시스템은 제어 시스템을 부정확하거나 동작 불가능하게 만들 수 있는 열전대로부터 잘못된 판독을 수신한다. DC를 필터링하는 것이 가능하지만, 필터링은 부가적인 회로를 필요로 한다.
대신, 본 개시는 샤워헤드의 온도를 측정하고 저항성 열적 측정들을 사용하여 샤워헤드 가열을 제어하기 위한 시스템들 및 방법들을 제안한다. 본 개시에 따른 시스템들 및 방법들은 온도에 따라 저항을 변화시키는 저항성 엘리먼트의 저항을 측정함으로써 샤워헤드 온도를 측정하고 샤워헤드 가열을 제어할 수 있다.
구체적으로, 샤워헤드 가열을 제어하기 위한 샤워헤드 온도를 측정하기 위해, DC 전압이 저항성 엘리먼트에 인가되고, 저항성 엘리먼트를 통한 전류가 측정된다. 측정된 전류 및 저항성 엘리먼트에 인가된 전압에 기초하여, 저항성 엘리먼트의 저항이 결정될 수 있다. 일부 예들에서, 전력 공급부에 의해 출력된 DC 전압이 가변할 수도 있고 저항성 엘리먼트의 저항이 정확하게 검출되고 측정되어야 하기 때문에, 저항성 엘리먼트의 저항을 결정하도록 전력 공급부에 의해 출력된 DC 전압은 또한 측정되고 측정된 전류와 함께 사용될 수 있다.
저항성 엘리먼트의 측정된 저항은 이하에 상세히 기술된 캘리브레이션 절차를 수행함으로써 경험적으로 선험적으로 생성될 수 있는, 룩업 테이블을 참조함으로써 샤워헤드의 온도를 추론하도록 (즉, 상관되거나 변환됨) 사용될 수 있다. 대안적으로, 저항성 엘리먼트의 온도/저항 관계는 일반적으로 선형 관계이고 공식에 의해 기술될 수 있기 때문에, 공식은 샤워헤드의 온도를 결정하도록 사용될 수도 있다. 이어서 제어 시스템은 샤워헤드의 측정된 온도를 샤워헤드에 대한 목표된 설정점 온도와 비교할 수 있다. 비교에 기초하여, 제어 시스템은 샤워헤드에 대한 목표된 설정점 온도에서 또는 근방에서 샤워헤드 온도를 유지하도록 저항성 히터에 공급된 전력을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
공지되거나 측정된 DC 전압이 저항성 엘리먼트에 걸쳐 인가되고 저항성 엘리먼트를 통해 전류가 측정되기 때문에, 상기 기술된 바와 같이 부가되는 임의의 스트레이 (stray) 또는 부가적인 DC 또는 AC가 저항 계산들에서 고려될 수 있다. 이에 따라, 본 개시에 의해 제안된 저항성 엘리먼트 기반 측정은 프로세싱 챔버들 내의 전력 입력들 또는 다른 소스들에 의해 도입된 잡음으로부터 제어 시스템을 분리한다.
본 개시에 따른 저항성 엘리먼트 기반 제어 시스템에서, 저항성 엘리먼트는 정확한 제어를 위해 필요한 응답을 제공하도록 샤워헤드의 열적 질량 (thermal mass) 에 밀접하게 링크된다 (본딩된다) (도 3 및 도 4 참조). 상기 기술된 바와 같이 DC 잡음에 민감한 열전대 기반 제어 시스템과 달리, 저항성 엘리먼트 기반 제어 시스템은 상기 언급된 이유들로 인해 DC 잡음에 민감하지 않다. 따라서, 열전대 기반 제어 시스템과 달리, 저항성 엘리먼트 기반 제어 시스템은 샤워헤드 가열의 정확한 제어를 제공한다.
또한, 본 개시의 제어 시스템은 과열 제어 또는 보조 온도 측정 디바이스를 필요로 할 수도 있고 필요로 하지 않을 수도 있다. 그러나, 이러한 디바이스가 사용된다면, 디바이스는 샤워헤드 가열을 제어하기 위해 사용된 것과 유사한 또 다른 저항성 엘리먼트를 사용하여 구현될 수 있다. 대안적으로, 샤워헤드가 과열되고 샤워헤드 온도가 미리 결정된 한계를 초과할 때 저항성 히터로의 전력을 개방하고 차단하는 스냅 스위치 (즉, 보통 폐쇄된 스위치) 가 사용될 수도 있다. 또 다른 대안으로서, 열전대 또는 임의의 다른 적합한 디바이스가 과열 제어 또는 보조 온도 측정 디바이스로서 사용될 수도 있다.
본 개시에 따른 샤워헤드 가열을 제어하도록 사용된 저항성 엘리먼트는 부가적인 이점들을 제공한다. 예를 들어, 저항성 엘리먼트는 샤워헤드의 사용의 모든 사이클들을 통해 샤워헤드의 온도를 제어할 수 있다. 구체적으로, 저항성 엘리먼트는 저항성 히터로의 전력 공급이 턴 오프되는 동안 샤워헤드의 온도를 측정할 수 있다. 즉, 저항성 엘리먼트는 샤워헤드가 온 상태에 있을 때뿐만 아니라 샤워헤드가 오프 상태에 있을 때 샤워헤드의 온도를 측정할 수 있다. 즉, 저항성 엘리먼트를 사용하여 샤워헤드의 온도를 측정하기 위해 저항성 히터로의 전력 공급이 턴온될 필요는 없다.
반대로, 열전대가 샤워헤드의 온도를 측정하고 제어하도록 사용될 때, 열전대 기반 제어 시스템은 샤워헤드가 온 상태에 있을 때만 샤워헤드의 온도를 측정할 수 있다. 열전대 기반 제어 시스템은 샤워헤드가 오프 상태에 있을 때 (즉, 샤워헤드 히터가 전력이 차단될 때) 샤워헤드의 온도를 측정할 수 없다. 따라서, 저항성 엘리먼트가 DC 잡음에 영향을 받지 않고 열전대보다 샤워헤드에 대해 보다 정확한 온도 측정 및 가열 제어를 제공하는 것에 더하여, 이 부가적인 이유 때문에, 열전대 대신 저항성 엘리먼트를 사용하는 것이 유리하다.
본 개시는 다음과 같이 구성된다. 기판들을 프로세싱하기 위해 사용된 프로세싱 챔버들의 예들은 도 1 및 도 2를 참조하여 기술된다. 샤워헤드의 온도를 측정하고 측정된 온도에 기초하여 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 저항성 엘리먼트를 포함하는 본 개시에 따른 제어 시스템의 예가 도 3을 참조하여 기술된다. 본 개시에 따른 샤워헤드에 임베딩된 저항성 엘리먼트의 예는 도 4에 상세히 도시된다. 샤워헤드 가열을 제어하기 위해 샤워헤드 온도를 측정하기 위해 본 개시의 제어 시스템에서 사용되는 온도 측정 회로의 예가 도 5를 참조하여 기술된다. 샤워헤드를 복수의 존들로 분할하고 존 각각에 대해 별도의 저항성 히터 및 별도의 저항성 엘리먼트를 사용함으로써 샤워헤드에 걸쳐 온도 균일성을 달성하는 예들이 도 6a 및 도 6b를 참조하여 기술된다. 샤워헤드의 온도를 측정하기 위한 저항성 엘리먼트를 사용하고 그리고 측정된 온도에 기초하여 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 본 개시에 따른 방법의 예가 도 7을 참조하여 기술된다.
도 1은 프로세싱 챔버 (22) 를 포함하는 기판 프로세싱 시스템 (20) 을 도시한다. 전술한 예가 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 의 맥락에서 기술될 것이지만, 본 개시의 교시들은 ALD (atomic layer deposition), PEALD, CVD, 또는 다른 프로세스와 같은 다른 기판 프로세싱 시스템들에 적용될 수도 있다. 시스템 (20) 은 시스템 (20) 의 다른 컴포넌트들을 둘러싸고 (사용된다면) RF 플라즈마를 담는 프로세싱 챔버 (22) 를 포함한다. 시스템 (20) 은 상부 전극 (24) 및 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) (26) 또는 다른 기판 지지부를 포함한다. 동작 동안, 기판 (28) 은 ESC (26) 상에 배치된다.
예를 들어, 상부 전극 (24) 은 프로세스 가스들을 도입하고 분배하는 샤워헤드와 같은 가스 분배 디바이스 (29) 를 포함할 수도 있다. 가스 분배 디바이스 (29) 는 프로세싱 챔버의 상단 표면에 연결된 일 단부를 포함하는 스템 부분을 포함할 수도 있다. 베이스 부분은 일반적으로 실린더형이고 프로세싱 챔버의 상단 표면으로부터 이격된 위치에서 스템 부분의 반대편 단부로부터 방사상으로 외측으로 연장한다. 샤워헤드의 베이스 부분의 기판-대면 표면 또는 대면 플레이트는 복수의 홀들을 포함하고, 이를 통해 기화된 전구체, 프로세스 가스, 또는 퍼지 가스가 흐른다. 대안적으로, 상부 전극 (24) 은 전도성 플레이트를 포함할 수도 있고, 프로세스 가스들은 또 다른 방식으로 도입될 수도 있다.
ESC (26) 는 하부 전극으로서 작용하는 베이스 플레이트 (30) 를 포함한다. 베이스 플레이트 (30) 는 세라믹 멀티-존 가열 플레이트에 대응할 수도 있는 가열 플레이트 (32) 를 지지한다. 열 저항 층 (34) 이 가열 플레이트 (32) 와 베이스 플레이트 (30) 사이에 배치될 수도 있다. 베이스 플레이트 (30) 는 베이스 플레이트 (30) 를 통해 냉각제를 흘리기 위한 하나 이상의 채널들 (36) 을 포함할 수도 있다.
플라즈마가 사용된다면, RF 생성 시스템 (40) 은 RF 전압을 생성하고 상부 전극 (24) 및 하부 전극 (예를 들어, ESC (26) 의 베이스 플레이트 (30)) 중 하나로 출력한다. 상부 전극 (24) 및 베이스 플레이트 (30) 중 다른 하나는 DC 접지될 수도 있고, AC 접지될 수도 있고, 또는 플로팅할 수도 있다. 단지 예를 들면, RF 생성 시스템 (40) 은 매칭 및 분배 네트워크 (44) 에 의해 상부 전극 (24) 또는 베이스 플레이트 (30) 로 공급되는 RF 전력을 생성하는 RF 생성기 (42) 를 포함할 수도 있다. 다른 예들에서, 플라즈마는 유도적으로 또는 리모트로 생성될 수도 있다.
가스 전달 시스템 (50) 은 하나 이상의 가스 소스들 (52-1, 52-2, …, 및 52-N) (집합적으로 가스 소스들 (52)) 을 포함하고, 여기서 N은 0보다 큰 정수이다. 가스 소스들 (52) 은 밸브들 (54-1, 54-2, …, 및 54-N) (집합적으로 밸브들 (54)) 및 질량 유량 제어기들 (56-1, 56-2, …, 및 56-N) (집합적으로 질량 유량 제어기들 (56)) 에 의해 매니폴드 (60) 에 연결된다. 증기 전달 시스템 (61) 은 기화된 전구체를 매니폴드 (60) 또는 프로세싱 챔버 (22) 에 연결된 또 다른 매니폴드 (미도시) 에 공급한다. 매니폴드 (60) 의 출력은 프로세싱 챔버 (22) 로 공급된다.
온도 제어기 (63) 는 가열 플레이트 (32) 내에 배치된 복수의 TCE들 (thermal control elements) (64) 에 연결될 수도 있다. 온도 제어기 (63) 는 ESC (26) 및 기판 (28) 의 온도를 제어하기 위해 복수의 TCE들 (64) 을 제어하도록 사용될 수도 있다. 온도 제어기 (63) 는 채널들 (36) 을 통한 냉각제 플로우를 제어하도록 냉각제 어셈블리 (66) 와 연통할 수도 있다. 예를 들어, 냉각제 어셈블리 (66) 는 냉각제 펌프, 저장부, 및 하나 이상의 온도 센서들을 포함할 수도 있다. 온도 제어기 (63) 는 ESC (26) 를 냉각하도록 채널들 (36) 을 통해 냉각제를 선택적으로 흘리도록 냉각제 어셈블리 (66) 를 동작시킨다.
밸브 (70) 및 펌프 (72) 는 프로세싱 챔버 (22) 로부터 반응 물질들을 배기하도록 사용될 수도 있다. 시스템 제어기 (80) 는 시스템 (20) 의 컴포넌트들을 제어하도록 사용될 수도 있다. 일부 예들에서, 샤워헤드는 저항성 히터를 사용하여 가열될 수도 있다 (도 3에 도시된 예를 참조하라). 제어기 (80) 는 센서들을 사용하여 샤워헤드의 온도를 측정하고 측정된 온도에 기초하여 샤워헤드의 가열을 제어하기 위해, 도 3 내지 도 6b를 참조하여 이하에 기술된 바와 같이 샤워헤드 내에 배치된 하나 이상의 온도 센서들에 연결될 수도 있다. 제어기 (80) 는 도 3 내지 도 6b를 참조하여 이하에 상세히 기술된 바와 같이 저항성 히터 및 센서들로 각각 AC 전력 및 DC 전력의 공급을 제어할 수도 있다.
도 2는 기판의 층을 에칭하기 위한 프로세싱 챔버 (100) 의 예를 도시한다. 특정한 챔버가 도시되고 기술되지만, 본 개시의 교시들은 다른 기판 프로세싱 장치들에 적용될 수도 있다. 프로세싱 챔버 (100) 는 하부 챔버 영역 (102) 및 상부 챔버 영역 (104) 을 포함한다. 하부 챔버 영역 (102) 은 챔버 측벽 표면들 (108), 챔버 하단 표면 (110), 및 가스 분배 디바이스 (114) 의 하부 표면에 의해 규정된다.
상부 챔버 영역 (104) 은 가스 분배 디바이스 (114) 의 상부 표면 및 돔 (118) 의 내측 표면에 의해 규정된다. 일부 예들에서, 돔 (118) 은 제 1 환형 지지부 (121) 상에 놓인다. 일부 예들에서, 제 1 환형 지지부 (121) 는 프로세스 가스를 상부 챔버 영역 (104) 으로 전달하기 위한 하나 이상의 이격된 홀들 (123) 을 포함한다. 일부 예들에서, 프로세스 가스는 가스 분배 디바이스 (114) 를 포함하는 평면에 대해 예각으로 상향 방향으로 하나 이상의 이격된 홀들 (123) 에 의해 전달되지만, 다른 각도들/방향들이 사용될 수도 있다. 일부 예들에서, 제 1 환형 지지부 (121) 내의 가스 플로우 채널 (134) 은 하나 이상의 이격된 홀들 (123) 에 가스를 공급한다.
제 1 환형 지지부 (121) 는 가스 플로우 채널 (129) 로부터 하부 챔버 영역 (102) 으로 프로세스 가스를 전달하기 위해 하나 이상의 이격된 홀들 (127) 을 규정하는 제 2 환형 지지부 (125) 상에 놓일 수도 있다. 일부 예들에서, 가스 분배 디바이스 (114) 의 홀들 (131) 은 홀들 (127) 과 정렬된다. 다른 예들에서, 가스 분배 디바이스 (114) 는 보다 작은 직경을 갖고, 홀들 (131) 은 필요하지 않다. 일부 예들에서, 프로세스 가스는 가스 분배 디바이스 (114) 를 포함하는 평면에 대해 예각으로 기판 (126) 을 향해 하향 방향으로 하나 이상의 이격된 홀들 (127) 에 의해 전달되지만, 다른 각도들/방향들이 사용될 수도 있다.
다른 예들에서, 상부 챔버 영역 (104) 은 편평한 상단 표면을 갖는 실린더형이고 하나 이상의 편평한 유도 코일들이 사용될 수도 있다. 여전히 다른 예들에서, 단일 챔버는 샤워헤드와 기판 지지부 사이에 위치된 스페이서와 함께 사용될 수도 있다.
기판 지지부 (122) 는 하부 챔버 영역 (104) 내에 배치된다. 일부 예들에서, 기판 지지부 (122) 는 정전 척 (ESC) 을 포함하지만, 다른 타입들의 기판 지지부들이 사용될 수 있다. 기판 (126) 은 에칭 동안 기판 지지부 (122) 의 상부 표면 상에 배치된다. 일부 예들에서, 기판 (126) 의 온도는 히터 플레이트 (130), 유체 채널들을 갖는 선택 가능한 냉각 플레이트, 및 하나 이상의 센서들 (미도시) 에 의해 제어될 수도 있지만, 임의의 다른 적합한 기판 지지부 온도 제어 시스템이 사용될 수도 있다.
일부 예들에서, 가스 분배 디바이스 (114) 는 샤워헤드 (예를 들어, 복수의 이격된 홀들 (133) 을 갖는 플레이트 (128)) 를 포함한다. 복수의 이격된 홀들 (133) 은 플레이트 (128) 의 상부 표면으로부터 플레이트 (128) 의 하부 표면으로 연장한다. 일부 예들에서, 이격된 홀들 (133) 은 0.4" 내지 0.75" 범위의 직경을 갖고 샤워헤드는 알루미늄과 같은 전도성 재료 또는 전도성 재료로 이루어진 임베딩된 전극을 갖는 세라믹과 같은 비전도성 재료로 이루어진다.
하나 이상의 유도 코일들 (140) 이 돔 (118) 의 외측 부분 둘레에 배치된다. 에너자이징될 (energize) 때, 하나 이상의 유도 코일들 (140) 은 돔 (118) 내부에 전자기장을 생성한다. 일부 예들에서, 상부 코일 및 하부 코일이 사용된다. 가스 주입기 (142) 는 가스 전달 시스템 (150-1) 으로부터 하나 이상의 가스 혼합물들을 주입한다.
일부 예들에서, 가스 전달 시스템 (150-1) 은 하나 이상의 가스 소스들 (152), 하나 이상의 밸브들 (154), 하나 이상의 질량 유량 제어기들 (MFCs) (156), 및 혼합 매니폴드 (158) 를 포함하지만, 다른 타입들의 가스 전달 시스템들이 사용될 수도 있다. 가스 스플리터 (미도시) 가 가스 혼합물의 플로우 레이트들을 가변하도록 사용될 수도 있다. 또 다른 가스 전달 시스템 (150-2) 은 (가스 주입기 (142) 로부터의 에칭 가스에 더하여 또는 대신) 에칭 가스 또는 에칭 가스 혼합물을 가스 플로우 채널들 (129 및/또는 134) 에 공급하도록 사용될 수도 있다.
일부 예들에서, 가스 주입기 (142) 는 가스를 하향 방향으로 지향시키는 중심 주입 위치 및 하향 방향에 대해 비스듬히 가스를 주입하는 하나 이상의 측면 주입 위치들을 포함한다. 일부 예들에서, 가스 전달 시스템 (150-1) 은 제 1 플로우 레이트로 가스 혼합물의 제 1 부분을 중심 주입 위치로 전달하고 제 2 플로우 레이트로 가스 혼합물의 제 2 부분을 가스 주입기 (142) 의 측면 주입 위치(들)로 전달한다. 다른 예들에서, 상이한 가스 혼합물들이 가스 주입기 (142) 에 의해 전달된다. 일부 예들에서, 가스 전달 시스템 (150-1) 은 이하에 기술될 바와 같이, 튜닝 가스를 가스 플로우 채널들 (129 및 134) 및/또는 프로세싱 챔버의 다른 위치들로 전달한다.
플라즈마 생성기 (170) 는 하나 이상의 유도 코일들 (140) 로 출력되는 RF 전력을 생성하도록 사용될 수도 있다. 플라즈마 (190) 는 상부 챔버 영역 (104) 에서 생성된다. 일부 예들에서, 플라즈마 생성기 (170) 는 RF 생성기 (172) 및 매칭 네트워크 (174) 를 포함한다. 매칭 네트워크 (174) 는 RF 생성기 (172) 의 임피던스를 하나 이상의 유도 코일들 (140) 의 임피던스에 매칭시킨다. 일부 예들에서, 가스 분배 디바이스 (114) 는 접지와 같은 기준 전위에 연결된다. 밸브 (178) 및 펌프 (180) 는 하부 챔버 영역 및 상부 챔버 영역 (102, 104) 내부의 압력을 제어하고 반응 물질들을 배기하도록 사용될 수도 있다.
제어기 (176) 는 프로세스 가스, 퍼지 가스, RF 플라즈마 및 챔버 압력의 플로우를 제어하도록 가스 전달 시스템들 (150-1 및 150-2), 밸브 (178), 펌프 (180) 및 플라즈마 생성기 (170) 와 통신한다. 일부 예들에서, 플라즈마는 하나 이상의 유도 코일들 (140) 에 의해 돔 (118) 내부에서 지속된다. 하나 이상의 가스 혼합물들이 가스 주입기 (142) (및/또는 홀들 (123)) 를 사용하여 챔버의 상단 부분으로부터 도입되고, 플라즈마는 가스 분배 디바이스 (114) 를 사용하여 돔 (118) 내에 한정된다.
돔 (118) 내에 플라즈마를 한정하는 것은 플라즈마 종의 체적 재결합을 허용하고 가스 분배 디바이스 (114) 를 통해 목표된 에천트 종을 방출한다 (effusing). 일부 예들에서, 기판 (126) 에 인가된 RF 바이어스가 없다. 그 결과, 기판 (126) 상에 활성 시스가 없고 이온들은 임의의 유한한 에너지로 기판에 부딪치지 않는다. 일부 양의 이온들은 가스 분배 디바이스 (114) 를 통해 플라즈마 영역으로부터 확산될 것이다. 그러나, 확산하는 플라즈마의 양은 돔 (118) 내부에 위치된 플라즈마보다 적은 크기이다. 플라즈마의 대부분의 이온들은 고압에서 체적 재결합에 의해 손실된다. 가스 분배 디바이스 (114) 의 상부 표면에서의 표면 재결합 손실은 또한 가스 분배 디바이스 (114) 아래의 이온 밀도를 낮춘다.
다른 예들에서, RF 바이어스 생성기 (184) 가 제공되고 RF 생성기 (186) 및 매칭 네트워크 (188) 를 포함한다. RF 바이어스는 가스 분배 디바이스 (114) 와 기판 지지부 사이에 플라즈마를 생성하도록 또는 이온들을 끌어 당기기 위해 기판 (126) 상에 셀프-바이어스를 생성하도록 사용될 수 있다. 제어기 (176) 는 RF 바이어스를 제어하도록 사용될 수도 있다.
일부 예들에서, 샤워헤드는 저항성 히터를 사용하여 가열될 수도 있다 (도 3에 도시된 예를 참조하라). 제어기 (176) 는 센서들을 사용하여 샤워헤드의 온도를 측정하고 측정된 온도에 기초하여 샤워헤드의 가열을 제어하기 위해, 도 3 내지 도 6b를 참조하여 이하에 기술된 바와 같이 샤워헤드 내에 배치된 하나 이상의 온도 센서들에 연결될 수도 있다. 제어기 (176) 는 도 3 내지 도 6b를 참조하여 이하에 상세히 기술된 바와 같이 저항성 히터 및 센서들로 각각 AC 전력 및 DC 전력의 공급을 제어할 수도 있다.
도 3은 샤워헤드의 온도를 측정하고 측정된 온도에 기초하여 샤워헤드의 가열을 제어하기 위해 저항성 엘리먼트를 사용하는 본 개시에 따른 제어 시스템 (200) 을 도시한다. 제어 시스템 (200) 은 샤워헤드 (202) 및 제어기 (204) 를 포함한다. 샤워헤드 (202) 는 도 1 및 도 2에 도시된 샤워헤드들 (29, 114) 과 유사할 수도 있다. 제어기 (204) 는 도 1 및 도 2에 도시된 제어기들 (80, 176) 과 유사할 수도 있다.
샤워헤드 (202) 는 알루미늄 또는 이들의 합금과 같은 금속 블록으로 이루어질 수도 있다. 저항성 히터 (206) 가 샤워헤드 (202) 내에 임베딩된다. 부가적으로, 하나 이상의 저항성 엘리먼트들 (208, 210) 이 샤워헤드 (202) 내에 임베딩된다. 저항성 엘리먼트 (208) 는 이하에 기술된 바와 같이 샤워헤드 (202) 의 온도를 측정하도록 사용된다. 단 하나의 저항성 엘리먼트 (208) 가 도시되지만, 복수의 저항성 엘리먼트들 (208) 은 샤워헤드 (202) 의 금속 블록 전체에 배치될 수도 있고, 복수의 저항성 엘리먼트들 (208) 에 의해 제공된 온도 측정들은 제어 시스템 (200) 의 정확도를 개선하도록 평균될 수도 있다. 저항성 엘리먼트 (210) 는 이하에 기술된 바와 같이 과열 보호 (over-temperature protection) 를 위해 선택 가능하게 사용된다. 대안적으로, (상기 기술된) 스냅 스위치, 열전대, 또는 다른 적합한 디바이스들과 같은 다른 보호 엘리먼트들이 대신 사용될 수도 있다.
저항성 엘리먼트 (208) 는 단일 금속 또는 텅스텐, 백금, 또는 몰리브덴과 같은 원소의 와이어 (212) 를 포함한다. 와이어 (212) 에 사용된 재료는 고 저항 온도 계수 (temperature coefficient of resistance; TCR) 를 갖고 샤워헤드 (202) 의 온도가 약간 변화할 때 저항을 측정 가능하게 변화시킨다. 와이어 (212) 에 사용된 재료에 대한 온도/저항 곡선의 기울기는 샤워헤드 (202) 의 온도의 미세한 변화들이 와이어 (212) 의 저항을 측정함으로써 검출될 수 있도록 한다. 와이어 (212) 는 절연체 (214) 에 의해 둘러싸인다. 절연체 (214) 는 불량한 전기 전도체이고 우수한 열 전도체이다. 예를 들어, (와이어 (212) 를 형성하기 위해 사용된 금속의 열 전도도와 양립 가능한) 고 열전도도를 갖는 유전체 재료 (예를 들어, MgO) 가 절연체 (214) 로 사용될 수도 있다. 따라서, 저항성 엘리먼트 (208) 는 샤워헤드 (202) 로부터 전기적으로 절연되지만 매우 열적으로 전도성이다. 저항성 엘리먼트 (208) 는 저항성 엘리먼트 (208) 가 샤워헤드 (202) 의 금속 블록과 밀접하게 열적으로 콘택트하도록 샤워헤드 (202) 의 금속 블록에 열적으로 연결된다. 저항성 엘리먼트 (208) 를 금속 블록에 열적으로 연결하기 위해 사용된 프로세스들 및 재료들의 비 제한적인 예들은 열 전도성 에폭시 본딩 재료를 사용하여, 또는 용접, 브레이징 (brazing), 스웨이징 (swaging) 을 통해 금속 블록에 저항성 엘리먼트 (208) 를 둘러싸는 보호 시스를 본딩하여, 또는 인터페이스 맞춤 (interface fit) 등을 사용하는 것을 포함한다.
전체로서 와이어 (212), 절연체 (214), 및/또는 저항성 엘리먼트 (208) 의 제조사들은 와이어 (212), 전체로서 절연체 (214), 및/또는 저항성 엘리먼트 (208) 에 대한 온도/저항 관계를 나타내는 룩업 테이블을 제공할 수도 있다. 그러나, 제조사에 의해 제공된 룩업 테이블은 저항성 엘리먼트 (208) 가 동작하는 주변들―샤워헤드 (202)―을 고려하지 않는다. 예를 들어, 와이어 (212) 를 둘러싸는 절연체 (214) 는 샤워헤드 (202) 로부터 와이어 (212) 로의 열 전달 레이트에 영향을 줄 수 있다. 이러한 효과들을 설명하기 위해, 샤워헤드 (202) 내에 설치된 저항성 엘리먼트 (208) 를 사용하여 인 시츄 캘리브레이션 절차가 수행된다. 샤워헤드 (202) 내에 설치된 저항성 엘리먼트 (208) 와, 저항성 엘리먼트 (208) 의 실제 온도/저항 관계를 나타내는 특정한 룩업 테이블이 캘리브레이션 절차를 사용하여 생성된다. 전체로서 와이어 (212), 절연체 (214), 및/또는 저항성 엘리먼트 (208) 에 대한 제조사의 룩업 테이블이 아닌, 이 특정한 룩업 테이블이 저항성 엘리먼트 (208) 의 저항이 상기 기술된 바와 같이 결정될 때, 샤워헤드 (202) 의 온도를 추론하거나 결정하기 위해 사용된다. 또한, 복수의 저항성 엘리먼트들 (208) 이 샤워헤드 (202) 내의 상이한 존들에 배치된다면 (도 6a 및 도 6b 및 이하의 대응하는 기술 참조), 존 각각의 저항성 엘리먼트 (208) 는 인 시츄로 개별적으로 캘리브레이팅된다. 또한, 샤워헤드 (202) 의 정확한 열적 제어를 위해, 와이어 (212) 및 절연체 (214) 에 사용된 재료들은 이들의 열적 특성 및 저항성 특성이 시간이 흐름에 따라 안정하게 유지되도록 선택된다.
저항성 엘리먼트 (208) 는 열전대가 아니다. 구체적으로, 2 개의 금속들로 이루어진 열전대와 달리, 저항성 엘리먼트 (208) 의 와이어 (212) 는 단일 금속으로 이루어진다. 또한, 2 개의 엘리먼트들 사이의 온도 차를 감지하고 전압 신호를 생성하는 열전대와 달리, 저항성 엘리먼트 (208) 는 저항을 변화시킴으로써 주변의 온도 변화들에 응답한다. 따라서, 저항성 엘리먼트 (208) 는 온도를 센싱하고 전압 신호를 출력하는 열전대과 같은 2-엘리먼트 구조가 아니라 저항의 관점에서 온도를 센싱하는 단일 엘리먼트 구조이다.
도 4는 저항성 엘리먼트 (208) 의 구성을 보다 명확하게 도시한다. 사용될 때, 저항성 엘리먼트 (210) 는 저항성 엘리먼트 (208) 와 유사하게 구성되고 설치된다. 저항성 엘리먼트들 (208, 210) 에서, 저항은 와이어 (212) 의 저항을 나타내도록 도시되고 단지 예시적인 목적들을 위해 도시된다. 도시된 레지스터는 단지 와이어 (212) 가 레지스턴스를 갖는다는 것을 나타낸다. 저항성 엘리먼트들 (208, 210) 은 와이어 (212) 에 더하여 저항을 포함하지 않는다.
또한, 저항성 엘리먼트들 (208, 210) 은 2 개의 단자 디바이스들 (즉, 각각 2 개의 단자 또는 리드들을 갖는다) 로 도시된다. 그러나, 도시되지 않지만, 저항성 엘리먼트들 (208, 210) 은 각각 3 또는 4 개의 단자들을 포함할 수 있고 본 개시의 범위 내에 있다. 저항성 엘리먼트들 (208, 210) (예를 들어, 이하에 도시되고 기술된 온도 측정 회로 (222) 및 과열 보호 회로 (224)) 과 연관된 회로는 각각이 갖는 리드들의 수에 따라 적응될 수 있다.
도 4는 또한 샤워헤드 (202) 상의 DC 바이어스의 존재를 도시한다. DC 바이어스는 기판 지지부에 대해 샤워헤드 (202) 상의 플라즈마 유도된 DC 전위 (셀프-바이어스로 지칭됨) 를 포함할 수도 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, DC 바이어스는 기판에 대해 (예를 들어, 이격된) 라디칼들의 플로우를 제어하도록 샤워헤드 (202) 에 공급된 바이어스를 포함할 수도 있다. 열전대 기반 제어를 부정확하게 만드는 것은 이 DC 바이어스이다. 대조적으로, 저항성 엘리먼트 (208) 에 기초한 제어는 샤워헤드 온도가 저항성 엘리먼트 (208) 를 사용하여 측정되는 (구체적으로, 저항성 엘리먼트 (208) 에 DC 전압을 인가하고, 저항성 엘리먼트 (208) 를 통한 전류 (및 양단의 전압) 를 측정하고, 저항성 엘리먼트 (208) 의 저항을 결정하고, 샤워헤드 (202) 의 온도를 추론하도록 저항을 상관시키는) 방식으로 인해 DC 바이어스에 영향을 받지 않는다 (immune to) (즉, 영향을 받지 않는다 (unaffected by)).
도 3에서, 제어기 (204) 는 전력 제어 회로 (220), 온도 측정 회로 (222), 및 과열 보호 회로 (224) 를 포함한다. 제어기 (204) 는 저항성 히터 (206) 및 저항성 엘리먼트들 (208, 210) 에 각각 공급되는 AC 전력 및 DC 전력을 수신한다. 전력 제어 회로 (220) 는 이하에 기술된 바와 같이 온도 측정 회로 (222) 및 과열 보호 회로 (224) 의 제어 하에 저항성 히터 (206) 에 AC 전력을 공급한다.
온도 측정 회로 (222) 는 저항성 엘리먼트 (208) 에 DC 전압을 공급한다. 온도 측정 회로 (222) 는 또한 저항성 엘리먼트 (208) 에 공급된 DC 전압을 측정할 수도 있다. 온도 측정 회로 (222) 는 샤워헤드 (202) 의 온도의 변화들에 기초하여 저항성 엘리먼트 (208) 의 저항이 변화함에 따라 변화하는, 저항성 엘리먼트 (208) 를 통한 전류를 측정한다. 도 4는 저항성 엘리먼트 (208) 로의 DC 전압의 인가 및 저항성 엘리먼트 (208) 를 통한 전류 (및 양단의 전압) 의 측정을 개략적으로 도시한다.
온도 측정 회로 (222) 는 저항성 엘리먼트 (208) 를 통해 측정된 전류 및 저항성 엘리먼트 (208) 에 인가된 DC 전압에 기초하여 저항성 엘리먼트 (208) 의 저항을 결정한다. 온도 측정 회로 (222) 는 선험적으로 생성된 룩업 테이블을 사용하거나 저항성 엘리먼트 (208) 의 온도/저항 관계를 나타내는 공식을 사용하여 측정된 저항을 샤워헤드 (202) 의 온도에 상관시킨다.
온도 측정 회로 (222) 는 샤워헤드 (202) 의 측정된 온도를 샤워헤드 (202) 에 대한 설정점 온도와 비교한다. 온도 측정 회로 (222) 는 샤워헤드 (202) 의 측정된 온도가 샤워헤드 (202) 에 대한 설정점 온도보다 높거나 낮은지 여부에 관한 지표를 전력 제어 회로 (220) 로 출력한다. 전력 제어 회로 (220) 는 샤워헤드 (202) 의 측정된 온도가 설정점 온도보다 높거나 낮은지 여부에 따라 저항성 히터 (206) 에 공급된 AC 전력을 감소 시키거나 증가시킨다.
복수의 저항성 엘리먼트들 (208) 이 샤워헤드 온도를 측정하도록 사용될 때, 부가적인 평균화 회로 (미도시) 가 복수의 저항성 엘리먼트들 (208) 각각으로부터 온도 측정 값들을 평균화하도록 사용될 수 있다. 또한, 전력 제어 회로 (220) 로 출력되는 지표는 샤워헤드 (202) 에 대한 온도 측정 값들의 평균과 설정점 온도의 비교에 기초한다.
과열 보호 회로 (224) 는 또한 온도 측정 회로 (222) 를 참조하여 기술된 것과 동일한 방식으로 저항성 엘리먼트 (210) 를 사용하여 샤워헤드 (202) 의 온도를 측정한다. 과열 보호 회로 (224) 는 샤워헤드 (202) 의 측정된 온도를 미리 결정된 문턱 값 온도와 비교한다. 예를 들어, 미리 결정된 문턱 값 온도는 샤워헤드 온도가 제어되는 온도 범위의 상한 이상이다. 과열 보호 회로 (224) 는 샤워헤드 (202) 의 측정된 온도가 미리 결정된 문턱 값 온도보다 높거나 낮은지 여부에 관한 지표를 전력 제어 회로 (220) 로 출력한다. 전력 제어 회로 (220) 는 샤워헤드 (202) 의 측정된 온도가 미리 결정된 문턱 온도 이상일 때 저항성 히터 (206) 로의 AC 전력의 공급을 중단하거나 차단한다.
도 5는 온도 측정 회로 (222) 의 예를 도시한다. 예를 들어, 온도 측정 회로 (222) 는 DC 전력 공급부 (230), 전류 측정 회로 (232), 전압 측정 회로 (233) (선택가능), 저항 측정 회로 (234), 변환 회로 (236), 및 비교기 (238) 를 포함할 수도 있다. DC 전력 공급부 (230) 는 저항성 엘리먼트 (208) 에 걸쳐 DC 전압을 공급한다. 전류 측정 회로 (232) 는 저항성 엘리먼트 (208) 를 통한 전류를 측정한다. 전압 측정 회로 (233) 는 DC 전력 공급부 (230) 에 의해 저항성 엘리먼트 (208) 에 걸쳐 인가된 DC 전압을 측정한다. 저항 측정 회로 (234) 는 저항성 엘리먼트 (208) 를 통해 측정된 전류 및 저항성 엘리먼트 (208) 에 공급된 공지되거나 측정된 DC 전압에 기초하여 저항성 엘리먼트 (208) 의 저항을 측정한다.
저항 측정 회로 (234) 는 저항 측정 값을 변환 회로 (236) 로 출력한다. 변환 회로 (236) 는 저항 측정 값을 온도 측정 값으로 변환하기 위해 저항성 엘리먼트 (208) 의 온도/저항 관계를 나타내는 공식 또는 룩업 테이블을 활용하고 저항 측정 값에 대응하는 온도 측정 값을 출력한다. 즉, 변환 회로 (236) 의 출력은 저항 측정 회로 (234) 에 의해 수행된 저항 측정 값에 기초하여 샤워헤드 (202) 의 현재 온도를 나타낸다.
비교기 (238) 는 변환 회로 (236) 에 의해 출력된 온도 측정 값을 샤워헤드 (202) 의 설정점 온도와 비교한다. 비교기 (238) 는 샤워헤드 (202) 의 온도가 설정점 온도보다 높거나 낮은지 여부에 관한 지표를 전력 제어 회로 (220) 로 출력한다.
전력 제어 회로 (220) 는 샤워헤드 (202) 의 측정된 온도가 설정점 온도보다 높거나 낮은지 여부에 따라 저항성 히터 (206) 에 공급된 AC 전력을 감소 시키거나 증가시킨다. 전력 제어 회로 (220) 는 샤워헤드 (202) 의 측정된 온도에 기초하여 저항성 히터 (206) 에 공급된 AC 전력을 감소 시키거나 증가시킨다. 예를 들어, 전력 제어 회로 (220) 는 샤워헤드 (202) 의 측정된 온도가 설정점 온도보다 낮거나 높은지 여부에 따라 저항성 히터 (206) 에 공급된 AC 전력의 양을 증가시키거나 감소시킬 수도 있다. 대안적으로, 전력 제어 회로 (220) 는 샤워헤드 (202) 의 측정된 온도가 설정점 온도보다 낮거나 높은지 여부에 따라 AC 전력이 저항성 히터 (206) 에 공급되는 지속 기간을 증가시키거나 감소시킬 수도 있다.
과열 보호 회로 (224) 는 과열 보호 회로 (224) 내의 비교기가 샤워헤드 (202) 의 측정된 온도를 설정점보다 훨씬 높은 (예를 들어, 샤워헤드 온도가 제어되는 온도 범위의 상한 이상) 미리 결정된 문턱 값 온도와 비교할 수도 있다는 것을 제외하고 온도 측정 회로 (222) 와 유사한 구조를 가질 수도 있다. 또한, 전력 제어 회로 (220) 는 샤워헤드 (202) 의 온도가 미리 결정된 문턱 값 온도 이상이라는 지표를 과열 보호 회로 (224) 의 비교기가 출력할 때 저항성 히터 (206) 로의 AC 전력 공급을 증가시키거나 감소시키는 대신 저항성 히터 (206) 로의 AC 전력 공급을 차단한다.
이제 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 일부 구현 예들에서, 샤워헤드 (202) 는 복수의 존들로 분할될 수도 있다. 저항성 히터 (206) 와 같은 별도의 저항성 히터 및 저항성 엘리먼트 (208) 와 같은 별도의 저항성 엘리먼트가 각각의 존에 배치될 수도 있다. 단지 예를 들면, 존들은 도 6a에 도시된 바와 같이 동심 존들 (Z1, Z2, 및 Z3) 및 도 6b에 도시된 바와 같이 방사상 존들 (Z1 내지 Z6) 을 포함할 수도 있다. 도시된 것보다 적거나 부가적인 존들이 사용될 수도 있다. 대안적으로, 도시된 것들 이외의 다른 타입들의 구역화 (zoning) 구성들이 또한 사용될 수도 있다. 존 Zi의 저항성 히터는 존 Zi의 저항성 엘리먼트에 의해 측정된 존 Zi의 온도에 기초하여 제어된다. 샤워헤드 (202) 의 온도는 샤워헤드 (202) 에 걸쳐 거의 균일하게 유지될 수 있다.
도 7은 본 개시에 따른 샤워헤드의 온도를 측정하고 측정된 온도에 기초하여 저항성 엘리먼트를 사용하여 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 방법 (300) 을 도시한다. 302에서, 방법은 샤워헤드 어셈블리의 열적 질량부에 임베딩된 저항성 엘리먼트에 DC 전압을 인가한다. 304에서, 방법은 저항성 엘리먼트를 통해 (그리고 선택 가능하게 양단의 전압) 전류를 측정한다. 306에서, 방법은 측정된 전류 및 공지되거나 측정된 인가된 전압에 기초하여 저항성 엘리먼트의 저항을 측정한다. 308에서, 방법은 측정된 저항에 기초하여 샤워헤드의 온도를 결정한다. 310에서, 방법은 샤워헤드의 온도를 샤워헤드의 설정점 온도와 비교한다. 312에서, 방법은 상기 기술된 바와 같이 비교에 기초하여 샤워헤드 히터로의 전력 공급을 제어한다. 일부 구현 예들에서, 방법은 또한 샤워헤드의 온도가 상기 기술된 바와 같이 미리 결정된 문턱 값 온도 이상일 때 샤워헤드 히터로의 전력을 차단한다.
전술한 기술은 본질적으로 단지 예시적이고 본 개시, 이의 적용, 또는 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시의 광범위한 교시들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시가 특정한 예들을 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는 도면들, 명세서, 및 이하의 청구항들의 연구시 명백해질 것이기 때문에 그렇게 제한되지 않아야 한다. 방법 내에서 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리들을 변경하지 않고 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 실시 예들 각각이 특정한 특징들을 갖는 것으로 상기 기술되었지만, 본 개시의 임의의 실시 예에 대해 기술된 임의의 하나 이상의 이들 특징들은, 임의의 다른 실시 예들의 특징들로 구현될 수 있고 그리고/또는 조합이 명시적으로 기술되지 않더라도 결합될 수 있다. 즉, 기술된 실시 예들은 상호 배타적이지 않고, 서로에 대한 하나 이상의 실시 예들의 치환들은 본 개시의 범위 내에 있다.
엘리먼트들 사이 (예를 들어, 모듈들, 회로 엘리먼트들, 반도체 층들, 등 사이) 의 공간적 및 기능적 관계들은 "연결된", "인게이지된 (engaged)", "커플링된", "인접한 (adjacent)", "옆에 (next to)", "상에 (on top of)", "위에", "아래에" 그리고 "배치된 (disposed)"을 포함하는, 다양한 용어들을 사용하여 기술된다. 상기 개시에서 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이의 관계가 기술될 때 "직접적인"것으로 명시적으로 기술되지 않는 한, 이 관계는 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 다른 중개 엘리먼트가 존재하지 않는 직접적인 관계일 수 있지만, 또한 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 하나 이상의 중개 엘리먼트들이 (공간적으로 또는 기능적으로) 존재하는 간접적인 관계일 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 구 A, B 및 C 중 적어도 하나는 비배타적인 논리 OR를 사용하는 논리 (A OR B OR C) 를 의미하도록 해석되어야 하고, "적어도 하나의 A, 적어도 하나의 B, 및 적어도 하나의 C"를 의미하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
일부 구현 예들에서, 제어기는 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은, 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 기판 지지부, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치와 통합될 수도 있다. 전자장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부분들을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정사항들, RF 매칭 회로 설정사항들, 주파수 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들, 툴 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드록들 내외로의 웨이퍼 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드 포인트 측정들을 인에이블하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSP), ASICs (Application Specific Integrated Circuits) 로서 규정되는 칩들, 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 옥사이드들, 실리콘, 실리콘 디옥사이드, 표면들, 회로들, 및/또는 반도체 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현 예들에서, 시스템과 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 인에이블하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 수행될 프로세스의 타입 및 제어기가 인터페이싱하거나 제어하도록 구성된 툴의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상기 기술된 바와 같이, 제어기는 예를 들어, 함께 네트워킹되고 공통 목적, 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 향해 작동하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 결합하는 (예를 들어, 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치된 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.
비한정적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (Physical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (Chemical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, ALD 챔버 또는 모듈, ALE 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터 그리고 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기, 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.

Claims (28)

  1. 플라즈마 챔버의 샤워헤드의 온도를 측정하고 상기 온도에 기초하여 상기 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 시스템에 있어서,
    플라즈마 챔버의 샤워헤드를 가열하기 위한 제 1 저항성 히터;
    상기 플라즈마 챔버의 상기 샤워헤드에 본딩된 제 1 저항성 엘리먼트로서, 상기 제 1 저항성 엘리먼트는 단일 금속의 온도의 변화에 응답하여 저항을 변화시키는 상기 단일 금속을 포함하는, 상기 제 1 저항성 엘리먼트; 및
    제어기를 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 샤워헤드를 가열하기 위해 AC 전력으로 하여금 상기 제 1 저항성 히터에 공급되도록 하고;
    DC 전압으로 하여금 상기 제 1 저항성 엘리먼트에 공급되도록 하고;
    상기 제 1 저항성 엘리먼트를 통한 전류의 측정을 획득하고;
    상기 제 1 저항성 엘리먼트에 공급된 상기 전압 및 상기 제 1 저항성 엘리먼트를 통해 측정된 상기 전류에 기초하여 상기 제 1 저항성 엘리먼트의 상기 저항을 결정하고;
    상기 제 1 저항성 엘리먼트의 상기 저항에 기초하여 상기 샤워헤드의 제 1 온도를 결정하고;
    상기 샤워헤드의 상기 제 1 온도를 상기 샤워헤드에 대한 설정점 온도와 비교하고; 그리고
    상기 샤워헤드의 상기 가열을 제어하기 위해 상기 비교에 기초하여 상기 제 1 저항성 히터로의 상기 AC 전력의 공급을 제어하도록 구성되는, 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 1 저항성 엘리먼트의 인 시츄 캘리브레이션 (in situ calibration) 을 수행함으로써 생성된 룩업 테이블을 사용하여 상기 샤워헤드의 상기 제 1 온도를 결정하도록 구성되는, 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 샤워헤드의 상기 제 1 온도가 상기 설정점 온도 이하인 것에 응답하여 상기 제 1 저항성 히터에 공급된 상기 AC 전력이 증가되도록 하고; 그리고
    상기 샤워헤드의 상기 제 1 온도가 상기 설정점 온도 이상인 것에 응답하여 상기 제 1 저항성 히터에 공급된 상기 AC 전력이 감소되게 하도록 구성되는, 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 저항성 엘리먼트는 상기 샤워헤드로부터 상기 제 1 저항성 엘리먼트를 전기적으로 절연하도록 전기적 절연성 재료 내에 캡슐화되고 (encapsulate), 그리고 상기 절연성 재료는 상기 샤워헤드와 상기 제 1 저항성 엘리먼트를 열적으로 연결하는, 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 저항성 엘리먼트의 상기 저항의 상기 결정은 상기 샤워헤드와 연관된 DC 바이어스에 영향을 받지 않는, 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스는 상기 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마에 의해 유도되는, 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스는 상기 플라즈마 챔버 내의 입자들의 흐름을 제어하도록 상기 샤워헤드에 인가되는, 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 제 1 전극을 포함하고, 상기 시스템은,
    프로세싱 동안 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부로서, 상기 기판 지지부는 제 2 전극을 포함하는, 상기 기판 지지부;
    RF 전력을 생성하도록 구성된 RF 생성기; 및
    상기 플라즈마 챔버로 프로세스 가스를 공급하도록 구성된 가스 전달 시스템을 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마를 스트라이킹하도록 (strike) 공급되는 상기 프로세스 가스에 응답하여 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 걸쳐 상기 RF 전력이 인가되게 하도록 더 구성되고, 그리고
    상기 제 1 저항성 엘리먼트의 상기 저항의 상기 결정은 상기 샤워헤드 상의 상기 플라즈마에 의해 유도된 DC 바이어스에 의해 영향을 받지 않는, 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 플라즈마 챔버 내의 입자들의 흐름을 제어하기 위해 상기 샤워헤드에 DC 바이어스가 인가되게 하도록 구성되고; 그리고
    상기 제 1 저항성 엘리먼트의 상기 저항의 상기 결정은 상기 샤워헤드에 인가된 상기 DC 바이어스에 의해 영향을 받지 않는, 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드에 본딩된 제 2 저항성 엘리먼트로서, 상기 제 2 저항성 엘리먼트도 상기 단일 금속을 포함하는, 상기 제 2 저항성 엘리먼트를 더 포함하고; 그리고
    상기 제어기는:
    상기 전압으로 하여금 상기 제 2 저항성 엘리먼트에 공급되도록 하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 전류의 측정을 획득하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트에 공급된 상기 전압 및 상기 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 측정된 상기 전류에 기초하여 상기 제 2 저항성 엘리먼트의 저항을 결정하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트의 상기 저항에 기초하여 상기 샤워헤드의 제 2 온도를 결정하고;
    상기 제 2 온도를 미리 결정된 온도 문턱 값과 비교하고; 그리고
    상기 샤워헤드가 과열되는 것을 방지하기 위해 상기 제 2 온도가 상기 미리 결정된 온도 문턱 값 이상인 것에 응답하여 상기 제 1 저항성 히터로의 상기 전력의 공급이 중단되게 하도록 구성되는, 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드에 본딩된 제 2 저항성 엘리먼트로서, 상기 제 2 저항성 엘리먼트는 상기 단일 금속을 포함하는, 상기 제 2 저항성 엘리먼트를 더 포함하고; 그리고
    상기 제어기는:
    상기 전압으로 하여금 상기 제 2 저항성 엘리먼트에 공급되도록 하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 전류의 측정을 획득하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트에 공급된 상기 전압 및 상기 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 측정된 상기 전류에 기초하여 상기 제 2 저항성 엘리먼트의 저항을 결정하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트의 상기 저항에 기초하여 상기 샤워헤드의 제 2 온도를 결정하고;
    상기 제 1 온도 및 상기 제 2 온도에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 샤워헤드의 평균 온도를 결정하고;
    상기 평균 온도를 상기 설정점 온도와 비교하고; 그리고
    상기 비교에 기초하여 상기 제 1 저항성 히터로의 상기 AC 전력의 공급을 제어하도록 구성되는, 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드를 가열하기 위해 상기 샤워헤드 내의 상기 제 1 저항성 히터의 위치와 상이한 위치에 배치된 제 2 저항성 히터;
    상기 상이한 위치에 근접하여 상기 샤워헤드에 본딩된 제 2 저항성 엘리먼트로서, 상기 제 2 저항성 엘리먼트는 상기 단일 금속을 포함하는, 상기 제 2 저항성 엘리먼트를 더 포함하고; 그리고
    상기 제어기는:
    상기 전압을 상기 제 2 저항성 엘리먼트에 공급하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 전류를 측정하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트에 공급된 상기 전압 및 상기 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 측정된 상기 전류에 기초하여 상기 제 2 저항성 엘리먼트의 저항을 결정하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트의 상기 저항에 기초하여 상기 샤워헤드의 제 2 온도를 결정하고;
    상기 제 2 온도를 상기 설정점 온도와 비교하고; 그리고
    상기 비교에 기초하여 상기 제 2 저항성 히터로의 AC 전력 공급을 제어하도록 구성되는, 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 2 저항성 엘리먼트의 인 시츄 캘리브레이션을 수행함으로써 생성된 제 2 룩업 테이블을 사용하여 상기 샤워헤드의 상기 온도를 결정하도록 구성되는, 샤워헤드의 가열을 제어하기 위한 시스템.
  14. 플라즈마 챔버;
    상기 플라즈마 챔버와 연관된 샤워헤드;
    상기 플라즈마 챔버의 상기 샤워헤드를 가열하기 위한 전력을 수용하도록 구성된 제 1 저항성 히터; 및
    상기 플라즈마 챔버의 상기 샤워헤드에 본딩된 제 1 저항성 엘리먼트로서,
    상기 제 1 저항성 엘리먼트는 상기 샤워헤드의 온도의 변화에 응답하여 저항을 변화시키고,
    상기 제 1 저항성 엘리먼트는 상기 샤워헤드로부터 상기 제 1 저항성 엘리먼트를 전기적으로 절연하도록 절연 재료 내에 캡슐화되고,
    상기 절연 재료는 상기 샤워헤드와 상기 제 1 저항성 엘리먼트를 열적으로 연결하고,
    상기 제 1 저항성 히터로의 상기 전력은 상기 제 1 저항성 엘리먼트의 상기 저항에 기초하여 수용되는, 상기 제 1 저항성 엘리먼트; 및
    제어기를 포함하고,
    상기 제어기는,
    전력으로 하여금 상기 제 1 저항성 히터에 공급되도록 하고;
    전압으로 하여금 상기 제 1 저항성 엘리먼트에 공급되도록 하고;
    상기 제 1 저항성 엘리먼트를 통한 전류의 측정을 획득하고;
    상기 제 1 저항성 엘리먼트에 공급된 상기 전압 및 상기 제 1 저항성 엘리먼트를 통한 상기 전류의 측정에 기초하여 상기 제 1 저항성 엘리먼트의 상기 저항을 결정하고;
    상기 제 1 저항성 엘리먼트의 상기 저항에 기초하여 상기 샤워헤드의 제 1 온도를 결정하고;
    상기 제 1 온도를 상기 샤워헤드에 대한 설정점 온도와 비교하고; 그리고
    상기 샤워헤드의 가열을 제어하기 위해 상기 비교에 기초하여 상기 제 1 저항성 히터로의 상기 전력의 공급이 제어되게 하도록 구성되고,
    상기 제 1 저항성 엘리먼트의 상기 저항의 상기 결정은 상기 샤워헤드와 연관된 DC 바이어스에 영향을 받지 않는, 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 1 저항성 엘리먼트의 인 시츄 캘리브레이션을 수행함으로써 생성된 룩업 테이블을 사용하여 상기 샤워헤드의 상기 온도를 결정하도록 구성되는, 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 샤워헤드의 상기 제 1 온도가 상기 설정점 온도 이하인 것에 응답하여 상기 제 1 저항성 히터에 공금된 상기 전력이 증가하도록 하고; 그리고
    상기 샤워헤드의 상기 제 1 온도가 상기 설정점 온도 이상인 것에 응답하여 상기 제 1 저항성 히터에 공급된 상기 전력이 감소되도록 하게 구성되는, 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스는 상기 샤워헤드를 하우징하는 상기 플라즈마 챔버 내의 플라즈마에 의해 유도되는, 시스템.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스는 상기 샤워헤드를 하우징하는 상기 플라즈마 챔버 내의 입자들의 흐름을 제어하도록 상기 샤워헤드에 인가되는, 시스템.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 제 1 전극을 포함하고,
    상기 시스템은,
    프로세싱 동안 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부로서, 상기 기판 지지부는 제 2 전극을 포함하는, 상기 기판 지지부;
    RF 전력을 생성하도록 구성된 RF 생성기; 및
    상기 샤워헤드를 하우징하는 플라즈마 챔버 내에 프로세스 가스를 공급하도록 구성된 가스 전달 시스템을 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마를 스트라이킹하도록 공급되는 상기 프로세스 가스에 응답하여 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 걸쳐 상기 RF 전력이 인가되도록 하게 더 구성되고, 그리고
    상기 제 1 저항성 엘리먼트의 상기 저항의 상기 결정은 상기 샤워헤드 상의 상기 플라즈마에 의해 유도된 DC 바이어스에 의해 영향을 받지 않는, 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 플라즈마 챔버 내의 입자들의 흐름을 제어하기 위해 상기 샤워헤드에 DC 바이어스가 인가되도록 하게 구성되고; 그리고
    상기 제 1 저항성 엘리먼트의 상기 저항의 상기 결정은 상기 샤워헤드에 인가된 상기 DC 바이어스에 의해 영향을 받지 않는, 시스템.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 저항성 히터에 공급된 상기 전력은 AC 전력을 포함하고, 그리고 상기 제 1 저항성 엘리먼트에 공급된 상기 전압은 DC 전압을 포함하는, 시스템.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 샤워헤드에 본딩된 제 2 저항성 엘리먼트를 더 포함하고,
    상기 제어기는:
    상기 전압으로 하여금 상기 제 2 저항성 엘리먼트에 공급되도록 하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 전류의 측정을 획득하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트에 공급된 상기 전압 및 상기 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 측정된 상기 전류에 기초하여 상기 제 2 저항성 엘리먼트의 저항을 결정하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트의 상기 저항에 기초하여 상기 샤워헤드의 제 2 온도를 결정하고;
    상기 제 2 온도를 미리 결정된 온도 문턱 값과 비교하고; 그리고
    상기 샤워헤드가 과열되는 것을 방지하기 위해 상기 제 2 온도가 상기 미리 결정된 온도 문턱 값 이상인 것에 응답하여 상기 제 1 저항성 히터로의 상기 전력 공급이 중단되도록 하게 구성되는, 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 2 저항성 엘리먼트의 인 시츄 캘리브레이션을 수행함으로써 생성된 제 2 룩업 테이블을 사용하여 상기 샤워헤드의 상기 제 2 온도를 결정하도록 구성되는, 시스템.
  24. 제 14 항에 있어서,
    상기 샤워헤드에 본딩된 제 2 저항성 엘리먼트를 더 포함하고,
    상기 제어기는:
    상기 전압으로 하여금 상기 제 2 저항성 엘리먼트에 공급되도록 하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 전류의 측정을 획득하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트에 공급된 상기 전압 및 상기 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 측정된 상기 전류에 기초하여 상기 제 2 저항성 엘리먼트의 저항을 결정하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트의 상기 저항에 기초하여 상기 샤워헤드의 제 2 온도를 결정하고;
    상기 제 1 온도 및 상기 제 2 온도에 기초하여 상기 샤워헤드의 평균 온도를 결정하고;
    상기 평균 온도를 상기 설정점 온도와 비교하고; 그리고
    상기 비교에 기초하여 상기 제 1 저항성 히터로의 상기 전력의 공급이 제어되도록 하게 구성되는, 시스템.
  25. 제 14 항에 있어서,
    상기 샤워헤드를 가열하기 위해 상기 샤워헤드 내의 상기 제 1 저항성 히터의 위치와 상이한 위치에 배치된 제 2 저항성 히터; 및
    상기 상이한 위치에 근접하여 상기 샤워헤드에 본딩된 제 2 저항성 엘리먼트를 더 포함하고;
    상기 제어기는:
    상기 전압으로 하여금 상기 제 2 저항성 엘리먼트에 공급되도록 하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 전류의 측정을 획득하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트에 공급된 상기 전압 및 상기 제 2 저항성 엘리먼트를 통해 측정된 상기 전류에 기초하여 상기 제 2 저항성 엘리먼트의 저항을 결정하고;
    상기 제 2 저항성 엘리먼트의 상기 저항에 기초하여 상기 샤워헤드의 제 2 온도를 결정하고;
    상기 제 2 온도를 상기 설정점 온도와 비교하고; 그리고
    상기 비교에 기초하여 상기 제 2 저항성 히터로의 상기 전력 공급이 제어되도록 하게 구성되는, 시스템.
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