KR20090071614A - 기판 프로세싱 시스템용 불균일 절연층을 갖는 온도 제어식 기판 홀더 - Google Patents

기판 프로세싱 시스템용 불균일 절연층을 갖는 온도 제어식 기판 홀더 Download PDF

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KR20090071614A
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에릭 제이 스트랭
유지 츠카모토
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

프로세싱 시스템에서 기판을 지지하기 위한 기판 홀더는, 제1 온도를 갖는 온도 제어식 지지 베이스, 및 상기 온도 제어식 지지 베이스에 마주 보며, 상기 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부를 포함한다. 또한, 상기 기판 지지부에 연결되며, 상기 기판 지지부를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하도록 구성된 하나 이상의 가열 소자들, 및 상기 온도 제어식 지지 베이스와 상기 기판 지지부 사이에 배치된 열 절연체가 포함된다. 이 열 절연체는 상기 온도 제어식 지지 베이스와 상기 기판 지지부 사이의 상기 열 절연체를 통한 열 전달 계수(W/m2-K)의 불균일한 공간적 변동을 포함한다.

Description

기판 프로세싱 시스템용 불균일 절연층을 갖는 온도 제어식 기판 홀더{TEMPERATURE CONTROLLED SUBSTRATE HOLDER WITH NON-UNIFORM INSULATION LAYER FOR A SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM}
관련 출원들의 교차 참조
본 출원은, 2005년 9월 27일에 출원되고, 대리인 번호가 277768US이며, 발명의 명칭이 "Method and System for Temperature Control of a Substrate"인 공동 계류 중의 미국 특허 출원 번호 제10/551,236호; 상기와 동일 날짜에 출원되고, 대리인 번호가 295002US이며, 발명의 명칭이 "High Temperature Substrate Holder for a Substrate Processing System"(ES-108)인 공동 계류 중의 미국 특허 출원 번호 제11/XXX,XXX호; 상기와 동일 날짜에 출원되고, 대리인 번호가 295000US이며, 발명의 명칭이 "Method for Multi-step Temperature Control of a Substrate"(ES-112)인 공동 계류 중의 미국 특허 출원 번호 제11/XXX,XXX호; 및 상기와 동일 날짜에 출원되고, 대리인 번호가 295005US이며, 발명의 명칭이 "High Rate Method for Stable Temperature Control of a Substrate"(ES-113)인 공동 계류 중의 미국 특허 출원 번호 제11/XXX,XXX호에 관련된다. 이들 출원들의 전체 내용들은 여기서 그 전체가 참조용으로 사용된다.
본 발명은 기판의 온도 제어용 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 기판 의 온도 제어용 기판 홀더에 관한 것이다.
반도체 제조 및 프로세싱에서, 예컨대 에칭 및 증착 프로세스들을 포함하는 다양한 프로세스들은 기판의 온도에 상당히 의존한다는 것이 알려져 있다. 이러한 이유로, 기판의 온도를 제어하고, 또한 기판의 온도를 제어 가능하게 조정하는 능력이 반도체 프로세싱 시스템의 본질적인 요건이 되고 있다. 기판의 온도는, 주위 환경과의 방사성 및/또는 도전성 열 교환은 물론, 플라즈마와의 기판 상호 작용, 화학적 프로세스들 등을 포함하는(그러나, 이들에 한정되지 않음) 많은 프로세스들에 의하여 결정된다. 기판의 온도를 제어하기 위하여, 기판 홀더의 상부면에 적절한 온도를 제공하는 것이 이용될 수 있다.
본 발명은 기판의 온도를 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 프로세싱 시스템에서 기판을 지지하기 위한 기판 홀더는, 제1 온도를 갖는 온도 제어식 지지 베이스, 및 상기 온도 제어식 지지 베이스에 마주 보며, 상기 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부를 포함한다. 또한, 상기 기판 지지부에 연결되고, 상기 기판 지지부를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하도록 구성된 하나 이상의 가열 소자들, 및 상기 온도 제어식 지지 베이스와 상기 기판 지지부 사이에 배치된 열 절연체가 포함되어 있다. 이 열 절연체는 상기 온도 제어식 지지 베이스와 상기 기판 지지부 사이의 상기 열 절연체를 통한 열 전달 계수(W/m2-K)의 불균일한 공간적 변동을 포함한다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 프로세싱 시스템에서 기판을 지지하기 위한 기판 홀더는, 제1 온도를 갖는 온도 제어식 지지 베이스, 및 상기 온도 제어식 지지 베이스에 마주 보며, 상기 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부를 포함한다. 하나 이상의 가열 소자들이, 상기 기판 지지부에 연결되며, 상기 기판 지지부를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하도록 구성된다. 또한, 상기 온도 제어식 지지 베이스와 상기 기판 지지부 간의 열 전달 계수(W/m2-K)의 불균일한 공간적 변동을 제공하기 위한 수단이 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 프로세싱 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 기판 홀더의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 2b는 기판 홀더에 대한 열 도전성과 기판 온도의 예시적인 프로파일들을 도시한다.
도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 기판 홀더의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 기판 홀더의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 기판 홀더의 개략적인 단면도를 도 시한다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 기판 홀더의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 예시적인 온도의 시간 궤적들을 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 기판 온도를 조정하는 방법의 흐름도를 도시한다.
예시적인 실시예들의 상세한 설명
다음 설명에서, 설명을 위한 것이나, 제한적이지 않게, 기판 프로세싱 시스템용 기판 홀더의 특정한 기하학적 구조와 다양한 구성요소들 및 프로세스들의 설명과 같은 특정한 상세가 나타나 있다. 그러나, 본 발명은 이들 특정 상세들로부터 벗어난 다른 실시예들에서 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 도 1에, 기판 홀더(20)와 이 기판 홀더 상에 지지된 기판(25)을 갖는 프로세스 툴(10)을 포함하는 재료 프로세싱 시스템(1)이 도시되어 있다. 기판 홀더(20)는 기판 온도의 조정을 위하여 온도 제어 소자들을 제공하도록 구성된다. 또한, 온도 제어 소자들은 균일하거나 불균일한 기판 온도를 보증하기 위하여 공간적으로 배치될 수도 있다. 제어기(55)가, 프로세스 툴(10)과 기판 홀더(20)에 연결되어, 이하에 더 설명되는 바와 같이 기판 온도를 모니터링, 조정 및 제어하도록 구성되어 있다.
도 1에 도시된 설명된 실시예에서, 재료 프로세싱 시스템(1)은 에칭 챔버를 포함할 수 있다. 예컨대, 에칭 챔버는 건식 플라즈마 에칭, 또는 대안적으로 건식 비플라즈마 에칭을 촉진시킬 수 있다. 대안적으로, 재료 프로세싱 시스템(1)은, 부착후 베이크(post-adhesion bake, PAB) 또는 노광후 베이크(post-exposure bake, PEB) 등용으로 이용될 수도 있는 포토레지스트 스핀 코팅 시스템에서의 가열/냉각 모듈과 같은 포토레지스트 코팅 챔버; 포토리소그래피 시스템과 같은 포토레지스트 패터닝 챔버; 스핀-온-글래스(spin-on-glass, SOG) 또는 스핀-온-다이일렉트릭(spin-on-dielectric, SOD) 시스템과 같은 유전체 코팅 챔버; 기상 증착 시스템, 화학적 기상 증착(CVD) 시스템, 플라즈마 강화된 CVD(PECVD) 시스템, 원자층 증착(ALD) 시스템, 플라즈마 강화된 ALD(PEALD) 시스템, 또는 물리적 기상 증착(PVD) 시스템과 같은 증착 챔버; 또는 열 어닐링용 급속 열 처리(rapid thermal processing, RTP) 시스템과 같은 RTP 챔버를 포함한다.
이제, 도 2a를 참조하여, 일 실시예에 따라 기판 홀더를 설명한다. 기판 홀더(100)는, 제1 온도를 가지며, 기판(110)을 지지하도록 구성된 기판 지지부(130), 기판 지지부(130) 아래에 위치되며 제1 온도보다 낮은(예컨대 기판(110)의 요구되는 온도보다 낮은) 제2 온도에 있도록 구성된 온도 제어식 지지 베이스(120), 및 기판 지지부(130)와 온도 제어식 지지 베이스(120) 사이에 배치된 열 절연체(140)를 구비한다. 또한, 기판 지지부(130)는, 이 기판 지지부에 연결되며, 기판 지지부(130)의 온도를 상승시키도록(예컨대, 기판을 가열하도록) 구성된 하나 이상의 가열 소자들(미도시)을 구비한다. 본 발명의 실시예들에 따라, 제1 온도는 기판 지지부에 걸친 온도 구배(gradient)의 일부일 수도 있고, 제2 온도는 온도 제어식 지지 베이스에 걸친 온도 구배의 일부일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
일 실시예에 따르면, 열 절연체(140)는, 기판 지지부(130)와 온도 제어식 지지 베이스(120) 모두의 각 열 도전성들보다 작은 열 도전성을 갖는다. 예컨대, 열 절연체(140)의 열 도전성은 1 W/m-K보다 작다. 바람직하게는, 열 절연체의 열 도전성은 약 0.05 W/m-K 내지 약 0.8 W/m-K의 범위이고, 보다 바람직하게는 열 절연체의 열 도전성은 약 0.2 W/m-K 내지 약 0.8 W/m-K의 범위이다.
열 절연체(140)는 폴리머, 플라스틱 또는 세라믹으로 제조된 접착제를 구비할 수 있다. 열 절연체(140)는 유기 또는 무기 재료를 포함할 수도 있다. 예컨대, 열 절연체(140)는, 실온 경화(room-temperature-vulcanizing, RTV) 접착제, 열가소성 물질과 같은 플라스틱, 열경화성 수지 또는 주조 수지(또는 부을 수 있는(pourable) 플라스틱 또는 엘라스토머 화합물)와 같은 수지, 엘라스토머 등을 구비할 수 있다. 기판 지지부(130)와 온도 제어식 지지 베이스(120) 사이에 열 저항을 제공하는 것 외에, 열 절연체(140)는 기판 지지부(130)와 온도 제어식 지지 베이스(120) 사이에 접착층(bond layer) 또는 부착층(adhesion layer)을 제공할 수도 있다.
열 절연체(140)의 두께 및 재료 조성은, 필요시, 이 지지 베이스(120)와 플라즈마 간의 적절한 고주파(radio frequency, RF) 결합이 유지될 수 있도록, 선택되어야 한다. 또한, 열 절연체(140)는, 열 구배들 및 재료 특성들에서의 차이들, 즉 열 팽창 계수에 의하여 생성되는 열-기계적 전단(thermal-mechanical shear)을 견디도록 선택되어야 한다. 예컨대, 열 절연체(140)의 두께는 약 10mm(밀리미터) 이하일 수 있고, 바람직하게는 이 두께는 약 5mm 이하, 즉 약 2 mm 이하일 수 있다.
또한, 열 절연체(140)의 재료 조성은, 이것이 이용되는 환경에 대하여 내부식성을 나타내도록 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 열 절연체(140)는, 건식 플라즈마 에칭 환경에 놓이면, 에칭 시스템 세정 프로세스 동안 사용되는 부식성 세정 화학품들은 물론, 에칭 프로세스 동안 사용되는 부식성 에칭제들에 저항성이 있어야 한다. 많은 에칭 화학품들 및 세정 화학품들에서, Cl2, F2, Br2, HBr, HCl, HF, SF6, NF3, ClF3 등을 포함하는(그러나, 이들에 한정되지 않음) 할로겐 함유 프로세스 가스들이 이용된다. 이들 화학품들, 특히 세정 화학품들에서, 불소 원자 등과 같은, 고농도의 반응성 원자 할로겐 종들을 생성하는 것이 바람직하다.
일 실시예에 따르면, 열 절연체(140)는 내부식성 열 절연체를 구비한다. 일 실시예에서, 전체 열 절연체는 내부식성 재료로 제조된다. 대안적으로, 할로겐 함유 가스에 노출된 부분들과 같은, 열 절연체(140)의 부분만이 내부식성 재료를 포함할 수 있다. 예컨대, 내부식성 재료는 열 절연체의 외주의 노출된 에지에서만 포함될 수도 있고, 열 절연체의 나머지 영역은 요구되는 열 전달 계수를 제공하기 위하여 선택된 상이한 재료 조성을 포함한다.
내부식성 열 절연체는, 아크릴계 재료 또는 아크릴레이트계 재료와 같은 아크릴형 재료를 포함할 수 있다. 아크릴계 재료들 및 아크릴레이트계 재료들은 적합한 촉매와의 반응을 통하여 아크릴산 또는 메틸아크릴산을 중합함으로써 형성될 수 있다. 표 1은 재료 조성에의 내부식성의 의존성을 나타내는 데이터를 제공한다. 예컨대, 실리콘 함유 접착제, 및 아크릴/아크릴레이트 함유 접착제(다양한 벤더들 X, Y, Z, Q, R 및 T로 준비되는)의 시리즈에 대한 데이터가 제공되어 있다. 데이터는 플라즈마(또는 RF 전력 온) 시간의 함수(hr)에 따른 부식량(mm3); 즉 mm3/hr을 포함한다. 표 1에 도시된 바와 같이, 아크릴/아크릴레이트 함유 접착제들은, 세정 플라즈마(SF6 기저 플라즈마와 같은)의 영향에 있을 때, 10배(order of magnitude)보다 크게 부식성을 덜 나타낸다.
(표 1)
Figure 112009024343885-PCT00001
또다른 실시예에 따르면, 열 절연체(140)는, 온도 제어식 지지 베이스(120)와 기판 지지부(130) 사이의 열 절연체(140)를 통한 열 전달 계수(W/m2-K)의 불균일한 공간적 변동을 갖는다. 예컨대, 열 전달 계수는, 열 절연체(140)(기판(110) 아래의)의 실질적인 중심 영역과 열 절연체(140)(기판(110) 아래의)의 실질적인 에지 영역 사이에서 반경 방향으로 변할 수 있다. 열 전달 계수의 공간적 변동은 열 절연체(140)의 열 도전성(W/m-K)의 불균일한 공간적 변동을 가질 수도 있고, 또는 열 전달 계수의 공간적 변동은 열 절연체(140)의 두께의 불균일한 공간적 변동을 가질 수도 있고, 또는 양쪽 모두일 수도 있다. 여기서 사용되는 바와 같이, 파라미터의 "불균일한 공간적 변동(non-uniform spatial variation)"이라는 용어는, 기판 홀더에 걸친 파라미터의 고유한 작은 변동들이라기 보다, 설계에 의하여 유발되는 기판 홀더의 영역에 걸친 파라미터의 공간적 변동을 의미한다. 또한, "열 절연체의 실질적인 중심 영역(substantially central region of the thermal insulator)"이라는 용어는 기판이 기판 홀더 상에 위치되는 경우, 기판의 중심과 중첩될 것인 열 절연체의 영역을 의미하고, "열 절연체의 실질적인 에지 영역(substantially edge region of the thermal insulator)" 이라는 용어는 기판이 기판 홀더 상에 위치되는 경우, 기판의 에지와 중첩될 것인 열 절연체의 영역을 의미한다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 열 도전성은 기판(110) 아래의 열 절연체(140)의 실질적인 중심 영역과, 기판(110) 아래의 열 절연체(140)의 실질적인 에지 영역 사이에서 반경 방향으로 변할 수 있다. 예컨대, 열 도전성은 약 0.2 W/m-K와 약 0.8 W/m-K 사이의 제1 값과, 약 0.2 W/m-K와 약 0.8 W/m-K 사이의 제2 값 사이에서 변할 수 있다. 또한, 예컨대, 열 도전성은 열 절연체(140)의 실질적으로 중심 영역 부근에서 약 0.2 W/m-K일 수 있고, 열 도전성은 열 절연체(140)의 실질적인 에지 영역 부근에서 약 0.8 W/m-K일 수 있다. 또한, 예컨대 열 절연체(140)의 대략 반경-중간 영역과 열 절연체(140)의 실질적인 외주 영역 사이에서 열 도전성의 변동이 실질적으로 발생한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 온도는 중심에서 에지까지 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2) 사이에서 변할 수도 있다. 열 도전성(및 온도)에서의 이러한 변동들은, 예컨대 기판을 둘러싸는 포커스 링(focus ring)에 의한 기판의 외주 에지의 과잉 가열을 방지하기 위하여 제공될 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 또다른 실시예에 따라 기판 홀더를 설명한다. 기판 홀더(200)는, 제1 온도를 가지며 기판(210)을 지지하도록 구성된 기판 지지부(230), 기판 지지부(230) 아래에 위치되며, 제1 온도보다 낮은(예컨대, 기판(210)의 요구되는 온도보다 낮은) 제2 온도에 있도록 구성된 온도 제어식 지지 베이스(220), 및 기판 지지부(230)와 온도 제어식 지지 베이스(220) 사이에 배치된 열 절연체(240)를 구비한다. 또한, 기판 지지부(230)는, 이 기판 지지부에 연결되며, 기판 지지부(230)의 온도를 상승시키도록(예컨대, 기판을 가열하도록) 구성된 하나 이상의 가열 소자들(미도시)을 구비한다. 열 절연체(240)는 불균일한 두께를 갖는다.
도시된 바와 같이, 두께는, 열 절연체(240)(기판(210) 아래의)의 실질적인 중심 영역에서 더 작고, 기판(210) 아래의 실질적인 에지 영역에서 상대적으로 더 두껍다. 대안적으로, 두께는, 기판(210) 아래의 실질적인 중심 영역에서 더 클 수 있고, 기판(210) 아래의 실질적인 에지 영역에서 상대적으로 더 얇을 수 있다. 열 절연체(240)의 불균일한 두께는, 지지 베이스(220) 상의 평평하지 않은 상부면에 의하여 제공될 수도 있고, 또는 기판 지지부(230)의 평평하지 않은 하부면에 의하여 제공될 수도 있고, 또는 이들의 조합으로 제공될 수도 있다. 또한 대안적으로, 열 절연체(240)의 열 도전성과는 상이한 열 도전성을 갖는 재료층이 지지 베이스(220)의 상부면 또는 기판 지지부(230)의 하부면의 일부 상에 배치될 수도 있다. 예컨대, Kapton
Figure 112009024343885-PCT00002
, Vespel
Figure 112009024343885-PCT00003
, Teflon
Figure 112009024343885-PCT00004
등의 층이 기판(210) 아래의 실질적인 중심 영역 상에 배치될 수도 있고, 또는 이러한 층은 기판(210) 아래의 실질적인 외주 영역 상에 배치될 수도 있다.
이제 도 4를 참조하여, 또다른 실시예에 따라 기판 홀더를 설명한다. 기판 홀더(300)는, 제1 온도를 가지며, 기판(310)을 지지하도록 구성된 기판 지지부(330), 기판 지지부(330) 아래에 위치되며 제1 온도보다 낮은(예컨대, 기판(310)의 요구되는 온도보다 낮은) 제2 온도에 있도록 구성된 온도 제어식 지지 베이스(320), 및 기판 지지부(330)와 온도 제어식 지지 베이스(320) 사이에 배치된 열 절연체(340)를 구비한다. 또한, 기판 지지부(330)는, 이 기판 지지부에 연결되며, 기판 지지부(330)의 온도를 상승시키도록 구성된 하나 이상의 가열 소자들(미도시)을 구비한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 지지 베이스(320)는, 열 절연체(340)로 부분적으로 연장하는(또는 이 열 절연체(340)를 관통하여 완전히 연장하는) 복수의 돌출부들 또는 리지(ridge)들(342)을 구비한다. 또한, 돌출부들의 수 밀도는 기판 홀더의 실질적인 중심 영역(344)과 실질적인 외주 영역(346) 사이에서 변할 수 있다. 예컨대, 보다 높은 밀도의 돌출부들이 실질적인 외주 영역(346)에 위치될 수도 있고, 상대적으로 더 낮은 밀도의 돌출부들이 실질적인 중심 영역(344)에 위치될 수도 있다. 대안적으로, 예컨대 보다 낮은 밀도의 돌출부들이 실질적인 외주 영역(346)에 위치될 수도 있고, 상대적으로 더 높은 밀도의 돌출부들이 실질적인 중심 영역(344)에 위치될 수도 있다. 돌출부들의 밀도 변화 외에, 또는 밀도 변화 대신, 돌출부들의 크기 또는 형태 또는 양쪽 모두가 변할 수도 있다.
온도 제어식 지지 베이스(120(220, 320))는 금속성 재료 또는 비금속성 재료로 제조될 수도 있다. 예컨대, 온도 제어식 지지 베이스(120(220, 320))는 알루미늄으로 제조될 수 있다. 또한, 예컨대 온도 제어식 지지 베이스(120(220, 320))는, 지지 베이스의 온도가 비교적 일정한 온도에 유지될 수 있도록, 비교적 높은 열 도전성을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 온도 제어식 지지 베이스의 온도는 바람직하게는, 냉각 소자들과 같은 하나 이상의 온도 제어 소자들에 의하여 능동적으로(actively) 제어된다. 그러나, 온도 제어식 지지 베이스는, 예컨대 주위 환경과의, 증가된 표면적으로 인한 강화된 자유 대류를 촉진시키기 위하여, 냉각 핀들을 사용하여 수동 냉각(passive cooling)을 제공할 수도 있다. 온도 제어식 지지 베이스(120(220, 320))는, 기판 지지부의 하나 이상의 가열 소자들로의 전력의 연결, 정전 클램핑 전극으로의 전력의 연결, 기판의 이면으로의 열 전달 가스의 공압 연결(pneumatic coupling) 등을 허용하기 위하여, 지지 베이스를 관통하는 통로들(미도시)을 더 포함할 수 있다.
기판 지지부(130(230, 330))는 금속성 재료 또는 비금속성 재료로 제조될 수도 있다. 기판 지지부(130(230, 330))는, 세라믹과 같은 비도전성 재료로 제조될 수 있다. 예컨대, 기판 지지부(130(230, 330))는 알루미나로 제조될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하나 이상의 가열 소자들은 기판 지지부(130(230, 330)) 내에 삽입(embed)된다. 하나 이상의 가열 소자들은, 모놀리식(monolithic) 피스(piece)를 형성하기 위하여 함께 소결된 2개의 세라믹 피스들 사이에 위치될 수 있다. 대안적으로, 제1 세라믹층이 열 절연체 상으로 용사되고(thermally sprayed), 그 후 제1 세라믹층 상으로 하나 이상의 가열 소자들을 용사하고, 그 후 하나 이상의 가열 소자들 위에 제2 세라믹층을 용사한다. 다른 전극들, 또는 금속층들이, 유사한 기술들을 사용하여, 기판 지지부(130(230, 330)) 내에 삽입될 수도 있다. 예컨대, 정전 클램핑 전극이, 세라믹층들 사이에 삽입될 수도 있고, 상술된 바와 같이 소결 또는 용사 기술들을 통하여 형성될 수도 있다. 하나 이상의 가열 소자들과 정전 클램핑 전극은 동일한 면에 또는 개별적인 면들에 있을 수도 있고, 개별적인 전극들로서 실행될 수도 있고, 또는 동일한 물리적 전극으로서 실행될 수도 있다.
이제 도 5를 참조하여, 또다른 실시예에 따라 기판 홀더를 설명한다. 기판 홀더(400)는, 제1 온도를 가지며 기판(410)을 지지하도록 구성된 기판 지지부(430), 기판 지지부(430) 아래에 위치되며, 제1 온도보다 낮은(예컨대, 기판(410)의 요구되는 온도보다 낮은) 제2 온도에 있도록 구성된 온도 제어식 지지 베이스(420), 및 기판 지지부(430)와 온도 제어식 지지 베이스(420) 사이에 배치된 열 절연체(440)를 구비한다. 또한, 기판 지지부(430)는, 이 기판 지지부에 연결되며, 기판 지지부(430)의 온도를 상승시키도록 구성된 하나 이상의 가열 소자들(431)을 구비한다. 또한, 온도 제어식 지지 베이스(420)는 여기에 연결되며, 열 절연체(440)를 통한 기판 지지부(430)로부터의 열 제거에 의하여 기판 지지부(430)의 온도를 감소하도록 구성된 하나 이상의 냉각 소자들(421)을 구비한다.
하나 이상의 가열 소자들(431)은, 가열 유체 채널, 저항성 가열 소자, 또는 열을 웨이퍼로 전달하도록 바이어스된 열전(thermo-electric) 소자 중 적어도 하나를 구비할 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 가열 소자들(431)은 가열 소자 제어 유닛(432)에 연결되어 있다. 가열 소자 제어 유닛(432)은, 각 가열 소자의 의존적인 또는 독립적인 제어를 제공하고, 제어기(450)와의 정보를 교환하도록 구성된다.
예컨대, 하나 이상의 가열 소자들(431)은, 도전성-대류성(conductive-convective) 가열을 제공하기 위하여, 물, 플루오리너트(Fluorinert), 갈든(Galden) HT-135 등과 같은 일정 유량의 유체가 통과하도록 허용할 수 있는 하나 이상의 가열 채널들을 구비할 수 있으며, 유체 온도는 열 교환기를 통하여 상승되었다. 유체 유속 및 유체 온도는, 예컨대 가열 소자 제어 유닛(432)에 의하여 설정되고, 모니터링되고, 조정되고, 제어될 수 있다.
대안적으로, 예컨대, 하나 이상의 가열 소자들(431)은, 텅스텐, 니켈-크롬 합금, 알루미늄-철 합금, 알루미늄 질화물 등과 같은 하나 이상의 저항성 가열 소자들인 필라멘트를 구비할 수 있다. 저항성 가열 소자들을 제조하기 위한, 시판되는 재료들의 예들은 Kanthal, Nikrothal, Akrothal을 포함하며, 이들은 미국 커넥티컷주 베텔 소재의 Kanthal Corporation에 의하여 생산된 금속 합금들에 대한 등록 상표명들이다. Kanthal 패밀리는 페라이트(ferritic) 합금(FeCrAl)들을 포함하고, Nikrothal 패밀리는 오스테나이트(austenitic) 합금(NiCr, NiCrFe)들을 포함한다. 예컨대, 가열 소자들은, 400℃ 내지 450℃의 최대 동작 온도가 가능한 Watlow(미국 60510 일리노이주 바타비아 킹즈랜드 드라이브 1310)로부터 시판되는 주물 히터(cast-in heater), 또는 Watlow로부터 또한 시판되며, 300℃ 만큼 높은 동작 온도와 23.25W/cm2까지의 전력 밀도가 가능한 막 히터를 구비할 수 있다. 또한, 예컨대 가열 소자는 1400W(또는 5 W/in2의 전력 밀도)가 가능한 실리콘 고무 히터(1.0mm 두께)를 구비할 수 있다. 전류가 필라멘트를 통하여 흐를 때, 전력은 열로서 방산되고, 따라서 가열 소자 제어 유닛(432)은, 예컨대 제어 가능한 DC 전력 공급장치를 구비할 수 있다. 보다 낮은 온도들과 전력 밀도들에 적합한 또다른 히터의 선택지는, 미국, 미네소타주, 미네아폴리스의 Minco, Inc.가 판매하는 Kapton(예컨대, 폴리이미드) 판에 삽입된 필라멘트로 구성된 Kapton 히터들이다.
대안적으로, 예컨대 하나 이상의 가열 소자들(431)은 각 소자들을 통하는 전류 흐름의 방향에 따라 기판을 가열하거나 냉각할 수 있는 열전 소자들의 어레이를 구비할 수 있다. 따라서, 가열 소자들(431)이 "가열 소자(heating element)들"로서 칭해지지만, 이들 소자들은 온도들 간의 신속한 변화를 제공하기 위하여 냉각 능력을 포함할 수도 있다. 또한, 가열 및 냉각 기능들은 기판 지지부(430) 내의 개별적인 소자들에 의하여 제공될 수도 있다. 예시적인 열전 소자는 Model ST-127-1.4-8.5M(72W의 최대 열 전달 전력이 가능한 40mm x 40mm x 3.4mm 열전 장치)으로 Advanced Thermoelectric에서 시판되는 소자이다. 따라서, 가열 소자 제어 유닛(432)은, 예컨대 제어 가능한 전류원을 구비할 수 있다.
하나 이상의 냉각 소자들(421)은 냉각 채널 또는 열전 소자 중 적어도 하나를 구비할 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 냉각 소자 들(421)은 냉각 소자 제어 유닛(422)에 연결된다. 냉각 소자 제어 유닛(422)은, 각 냉각 소자(421)의 의존적인 또는 독립적인 제어를 제공하고, 제어기(450)와 정보를 교환하도록 구성된다.
예컨대, 하나 이상의 냉각 소자들(421)은, 도전성-대류성(conductive-convective) 냉각을 제공하기 위하여, 물, 플루오리너트, 갈든 HT-135 등과 같은 일정 유량의 유체가 통과하도록 허용할 수 있는 하나 이상의 냉각 채널들을 구비할 수 있으며, 유체 온도는 열 교환기를 통하여 하강되었다. 유체 유속 및 유체 온도는, 예컨대 냉각 소자 제어 유닛(422)에 의하여 설정되고, 모니터링되고, 조정되고, 제어될 수 있다. 대안적으로, 예컨대 가열 동안, 하나 이상의 냉각 소자들(421)을 통하는 유체 흐름의 유체 온도는 하나 이상의 가열 소자들(431)에 의한 가열을 완료하기 위하여 상승될 수도 있다. 또한 대안적으로, 예컨대 냉각 동안, 하나 이상의 냉각 소자들(421)을 통하는 유체 흐름의 유체 온도가 감소될 수도 있다.
대안적으로, 예컨대 하나 이상의 냉각 소자들(421)은 각 소자들을 통한 전류 흐름의 방향에 따라 기판을 가열하거나 냉각할 수 있는 열전 소자들의 어레이를 구비할 수 있다. 따라서, 냉각 소자들(421)이 "냉각 소자(cooling element)들"로서 칭해지지만, 이들 소자들은 온도들 간의 신속한 변화를 제공하기 위하여 가열 능력을 포함할 수도 있다. 또한, 가열 및 냉각 기능은 온도 제어식 지지 베이스(420) 내의 개별적인 소자들에 의하여 제공될 수도 있다. 예시적인 열전 소자는 Model ST-127-1.4-8.5M(72W의 최대 열 전달 전력이 가능한 40mm x 40mm x 3.4mm 열전 장 치)으로 Advanced Thermoelectric에서 시판되는 소자이다. 따라서, 냉각 소자 제어 유닛(422)은, 예컨대 제어 가능한 전류원을 구비할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(400)는 기판 지지부(430) 내에 삽입된 하나 이상의 클램핑 전극들(435)을 구비하는 정전 클램프(ESC)를 더 구비할 수 있다. ESC는 전기적 접속을 통하여 클램핑 전극들(435)에 연결된 고전압(HV) DC 전압 공급장치(434)를 더 구비한다. 이러한 클램프의 설계와 실행은 정전 클램핑 시스템들의 당업자들에게 잘 공지되어 있다. 또한, HV DC 전압 공급장치(434)는 제어기(450)에 연결되어, 제어기(450)와 정보를 교환하도록 구성되어 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(400)는, 헬륨, 아르곤, 크세논, 크립톤을 포함하는 불활성 가스, 프로세스 가스, 또는 산소, 질소 또는 수소를 포함하는 다른 가스와 같은 열 전달 가스를, 적어도 하나의 가스 공급 라인과, 복수의 오리피스들 및 채널들(미도시) 중 적어도 하나를 통하여 기판(410)의 이면에 공급하기 위한 이면 가스 공급 시스템(436)을 더 구비할 수 있다. 이면 가스 공급 시스템(436)은, 예컨대 2존(중심/에지) 시스템, 또는 3존(중심/반경-중간/에지) 시스템과 같은 멀티존 공급 시스템일 수 있으며, 여기서 이면 압력은 중심으로부터 에지로 반경 방향으로 변할 수 있다. 또한, 이면 가스 공급 시스템(436)은 제어기(450)에 연결되어, 제어기(450)와 정보를 교환하도록 구성되어 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(400)는 온도 모니터링 시스템(460)에 연결된 하나 이상의 온도 센서들(462)을 더 구비할 수 있다. 하나 이상의 온도 센서들(462)은 기판(410)의 온도를 측정하도록 구성될 수 있고, 또는 하나 이상의 온도 센서들(462)은 기판 지지부(430)의 온도를 측정하도록 구성될 수 있고, 또는 양쪽 모두일 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 온도 센서들(462)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판 지지부(430)의 하부면에서 온도가 측정되도록 위치될 수도 있고, 또는 기판(410)의 바닥부의 온도가 측정되도록 위치될 수도 있다.
온도 센서는 2002년 7월 2일 출원되어 계류중인 미국 특허 출원 제10/168544호(이 내용은 여기서 그 전체가 참조용으로 사용됨)에 설명된 바와 같은, 광섬유 서모미터, 광고온계, 밴드-에지 온도 측정 시스템, 또는 K형 열전대와 같은 열전대(점선으로 나타낸 바와 같은)를 포함할 수 있다. 광 서모미터들의 예들은: Model No.OR2000F으로 Advanced Energies, Inc.에서 시판되는 광섬유 서모미터; Model No. M600으로 Luxtron Corporation에서 시판되는 광섬유 서모미터; 또는 Model No. FT-1420으로 Takaoka Electric Mfg.에서 시판되는 광섬유 서모미터를 포함한다.
온도 모니터링 시스템(460)은, 프로세싱 전에 또는 프로세싱 동안 또는 프로세싱 후에, 가열 소자, 냉각 소자, 이면 가스 공급 시스템, 또는 ESC용 HV DC 전압 공급장치 중 적어도 하나를 조정하기 위하여, 제어기(450)에 센서 정보를 제공할 수 있다.
제어기(450)는, 기판 홀더(400)로부터의 출력들을 모니터링하는 것은 물론, 기판 홀더(400)로의 입력들을 전달하고 활성화시키는 데 충분한 제어 전압들을 생성할 수 있는 마이크로프로세서, 메모리, 및 디지털 I/O 포트(가능하게는 D/A 및/또는 A/D 변환기들을 포함하는)를 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제어 기(450)는, 가열 소자 제어 유닛(432), 냉각 소자 제어 유닛(422), HV DC 전압 공급장치(434), 이면 가스 공급 시스템(436), 및 온도 모니터링 시스템(460)과 연결되어, 이들과 정보를 교환할 수 있다. 메모리에 기억된 프로그램은, 기억된 프로세스 레시피에 따라 기판 홀더(400)의 상술된 구성 요소들과 상호 작용하도록 이용된다. 제어기(450)의 일 예는 미국 텍사스주 오스틴 소재의 Dell Corporation으로부터 사용 가능한 DELL PRECISION WORKSTATION 640TM이다.
제어기(450)는 또한, 범용 컴퓨터, 프로세서, 디지털 신호 프로세서 등으로서 실행될 수도 있고, 이 제어기는 기판 홀더가, 컴퓨터 판독 가능한 매체에 포함된 하나 이상의 명령들의 하나 이상의 시퀀스들을 실행하는 제어기(450)에 응답하여 본 발명의 프로세싱 단계들 중 일부 또는 전부를 수행하게 한다. 컴퓨터 판독 가능한 매체 또는 메모리는, 본 발명의 내용에 따라 프로그램된 명령들을 유지하도록 구성되고, 여기서 설명된 데이터 구조들, 테이블들, 레코드들, 또는 다른 데이터를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체들의 예들은, 컴팩트 디스크들, 하드 디스크들, 플로피 디스크들, 테이프, 광자기 디스크들, PROM들(EPROM, EEPROM, 플래시 EPROM), DRAM, SRAM, SDRAM, 또는 임의의 다른 자기 매체, 컴팩트 디스크들(예컨대, CD-ROM), 또는 임의의 다른 광학 매체, 펀치 카드들, 종이 테이프, 또는 구멍들의 패턴들을 갖는 다른 물리적인 매체, 반송파, 또는 컴퓨터가 판독할 수 있는 임의의 다른 매체이다.
제어기(450)는, 기판 홀더(400)에 관하여 국부적으로 위치될 수도 있고, 또 는 인터넷 또는 인트라넷을 통하여 기판 홀더(400)에 관하여 떨어져 위치될 수도 있다. 따라서, 제어기(450)는 직접 접속, 인트라넷, 또는 인터넷 중 적어도 하나를 사용하여 기판 홀더(400)와 데이터를 교환할 수 있다. 제어기(450)는, 고객측(즉, 장치 메이커 등)에서 인트라넷에 연결될 수도 있고, 또는 판매자측(즉, 기기 제조업체)에서 인트라넷에 연결될 수도 있다. 또한, 또다른 컴퓨터(즉, 제어기, 서버 등)는 집적 접속, 인트라넷, 또는 인터넷 중 적어도 하나를 통하여 데이터를 교환하기 위하여 제어기(450)에 액세스할 수 있다.
선택적으로, 기판 홀더(400)는 전극을 포함할 수 있으며, 이 전극을 통하여 기판(410) 위의 프로세싱 영역에서 RF 전력이 플라즈마에 연결된다. 예컨대, 온도 제어식 지지 베이스(420)는 임피던스 정합 네트워크를 통하여 RF 발생기로부터 기판 홀더(400)로의 RF 전력의 전달을 통하여 RF 전압에 전기적으로 바이어스될 수 있다. RF 바이어스는, 플라즈마를 형성하고 유지하기 위하여 전자들을 가열하도록 기능할 수 있고, 또는 기판(410)에 입사되는 이온 에너지를 제어하기 위하여 기판(410)을 바이어스하도록 기능할 수 있고, 또는 양쪽 모두일 수 있다. 이 구성에서, 시스템은, 챔버 및 상부 가스 주입 전극이 접지면들로서 기능하는 것인 반응성 이온 에칭(RIE) 반응기로서 동작할 수 있다. RF 바이어스에 대한 통상적인 주파수는 1MHz 내지 100 MHz의 범위일 수 있고, 바람직하게는 13.56 MHz 이다.
대안적으로, RF 전력은 다중 주파수들에서 기판 홀더 전극에 인가될 수 있다. 또한, 임피던스 정합 네트워크는 반사된 전력을 최소화함으로써 프로세싱 챔버에서의 플라즈마로의 RF 전력의 전달을 최대화하도록 기능할 수 있다. 다양한 정합 네트워크 토폴로지들(예컨대, L형, π형, T형 등) 및 자동 제어 방법들이 이용될 수 있다.
이제 도 6을 참조하여, 또다른 실시예에 따라 기판 홀더를 설명한다. 기판 홀더(500)는, 제1 온도를 가지며, 기판(510)을 지지하도록 구성된 기판 지지부(530), 기판 지지부(530) 아래에 위치되며, 제1 온도보다 낮은(예컨대, 기판(510)의 요구되는 온도보다 낮은) 제2 온도에 있도록 구성된 온도 제어식 지지 베이스(520), 및 기판 지지부(530)와 온도 제어식 지지 베이스(520) 사이에 위치된 열 절연체(540)를 구비한다. 또한, 기판 지지부(530)는, 기판 지지부(530)에 연결되어, 기판 지지부(530)의 온도를 상승시키도록 구성된 중심 가열 소자(533)(기판(510) 아래의 실질적인 중심 영역에 위치된)와, 에지 가열 소자(531)(기판(510) 아래의 실질적인 에지, 또는 외주 영역에 위치된)를 구비한다. 또한, 지지 베이스(520)는 이 지지 베이스에 연결되고, 열 절연체(540)를 통한 기판 지지부(530)로부터의 열의 제거를 통하여 기판 지지부(530)의 온도를 감소시키도록 구성된 하나 이상의 냉각 소자들(521)을 구비한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 중심 가열 소자(533)와 에지 가열 소자(531)는 가열 소자 제어 유닛(532)에 연결되어 있다. 가열 소자 제어 유닛(532)은, 각 가열 소자의 의존적인 또는 독립적인 제어를 제공하고, 제어기(550)와 정보를 교환하도록 구성되어 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(500)는 기판 지지부(530) 내에 삽입된 하나 이상의 클램핑 전극들(535)을 구비하는 정전 클램프(ESC)를 더 구비할 수 있다. ESC는 전기 접속을 통하여 클램핑 전극들(535)에 연결된 고전압(HV) DC 전압 공급장치(534)를 더 구비한다. 이러한 클램프의 설계 및 실행은 정전 클램핑 시스템들의 당업자들에게 잘 공지되어 있다. 또한, HV DC 전압 공급장치(534)는 제어기(550)에 연결되어, 제어기(550)와 정보를 교환하도록 구성되어 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(500)는, 헬륨, 아르곤, 크세논, 크립톤을 포함하는 불활성 가스, 프로세스 가스, 또는 산소, 질소 또는 수소를 포함하는 다른 가스와 같은 열 전달 가스를, 2개의 가스 공급 라인들과, 복수의 오리피스들 및 채널들(미도시) 중 적어도 2개를 통하여 기판(510)의 이면의 중심 영역과 에지 영역에 공급하기 위한 이면 가스 공급 시스템(536)을 더 구비할 수 있다. 이면 가스 공급 시스템(536)은, 도시된 바와 같이, 이면 압력이 중심에서 에지로 반경 방향으로 변할 수 있는 2존(중심/에지) 시스템을 구비한다. 또한, 이면 가스 공급 시스템(536)은 제어기(550)에 연결되어, 제어기(550)와 정보를 교환하도록 구성되어 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(500)는, 기판(510) 아래의 실질적인 중심 영역의 온도를 측정하기 위한 중심 온도 센서(562)와, 기판(510) 아래의 실질적인 에지 영역의 온도를 측정하기 위한 에지 온도 센서(564)를 더 구비한다. 중심 온도 센서와 에지 온도 센서(562, 564)는 온도 모니터링 시스템(560)에 연결되어 있다.
이제 도 8을 참조하여, 또다른 실시예에 따라 프로세싱 시스템에서 기판 홀더 상의 기판의 온도를 제어하는 방법(700)을 설명하는 흐름도가 나타나 있다. 예 컨대, 온도 제어 스킴이 도 1 내지 도 6에 설명된 것들 중 하나와 같은 기판 홀더를 갖는 프로세싱 시스템에서의 프로세스를 위한 다수의 프로세스 단계들에 관련될 수 있다. 본 방법(700)은 710에서 기판 홀더 상에 기판을 위치시키는 것으로 시작한다.
기판 홀더는 적어도 기판 및/또는 기판 홀더의 내부 영역과 외부 영역의 온도를 보고하는 복수의 온도 센서들을 구비한다. 또한, 기판 홀더는, 내부 영역과 외부 영역을 각각 가열하는 제1 가열 소자와 제2 가열 소자를 갖는 기판 지지부와, 내부 영역과 외부 영역을 냉각시키기 위한 냉각 소자를 갖는 지지 베이스를 구비한다. 제1 및 제2 가열 소자들과 냉각 소자는 선택 가능한 설정점(set-point) 온도에서 기판 홀더를 유지하기 위하여, 온도 제어 시스템에 의하여 제어된다. 또한, 기판 홀더는 기판 지지부와 지지 베이스 사이에 위치된 열 절연체를 구비한다.
720에서, 기판이 제1 온도 프로프일에 설정된다. 온도 제어 시스템을 사용하여, 제1 온도 프로파일(예컨대, 기판 온도)보다 낮은 지지 베이스에 대한 제1 베이스 온도와, 제1 내부 설정점 온도 및 제1 외부 설정점 온도가 선택된다. 그 후, 온도 제어 시스템은 냉각 소자와 제1 및 제2 가열 소자들을 조정하여, 상술된 선택된 온도들을 달성한다.
730에서, 기판은 제2 온도 프로파일에 설정된다. 온도 제어 시스템을 사용하여, 지지 베이스에 대한 제2 베이스 온도와 제2 내부 설정점 온도 및 제2 외부 설정점 온도가 선택된다. 그 후, 온도 제어 시스템은, 선택적으로(optionally), 제1 베이스 온도를 제2 베이스 온도로 변화시키도록 냉각 소자를 조정하고, 제2 내 부 및 외부 설정점 온도들이 달성될 때까지 내부 및 외부 가열 소자들을 조정함으로써, 제1 온도 프로파일(즉, 제1 내부 및 외부 설정점 온도들)로부터 제2 온도 프로파일(즉, 제2 내부 및 외부 설정점 온도들)로 기판 온도를 변화시킨다.
일 예에서, 기판 온도가 제1 온도 프로파일에서 제2 온도 프로파일로 상승(또는 하강)되는 반면, 제2 베이스 온도는 제1 베이스 온도와 동일하게 유지된다. 내부 및 외부 가열 소자들에 전달된 전력은, 제1 온도 프로파일에서 제2 온도 프로파일로 기판을 가열(또는 냉각)하기 위하여 증가(또는 감소)된다.
또다른 예에서, 기판 온도가 제1 온도 프로파일에서 제2 온도 프로파일로 상승(또는 하강)되는 반면, 제2 베이스 온도는 제1 베이스 온도와는 상이한 값으로 변한다. 내부 및 외부 가열 소자들에 전달된 전력은, 제1 온도 프로파일에서 제2 온도 프로파일로 기판을 가열(또는 냉각)하기 위하여 증가(또는 감소)되고, 냉각 소자에 전달된 전력은, 제1 베이스 온도를 제2 베이스 온도로 변화시키기 위하여 증가(또는 감소)된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지지 베이스의 온도는, 기판의 온도를 제어할 때 기판 지지부를 원조하도록 변한다. 본 발명자들은, 지지 베이스 온도의 이러한 변화가 기판의 보다 정확하고 및/또는 신속한 온도 변화들을 제공할 수 있다는 것을 인정하였다.
온도 제어 시스템은 온도 모니터링 시스템에 의하여 제공된 측정된 값들에 응답하여 온도(들)를 안정적으로 조정하기 위하여 제어 알고리즘을 이용한다. 제어 알고리즘은, 예컨대 PID(비례, 적분 및 미분, proportional, integral and derivative) 제어기를 포함할 수 있다. PID 제어기에서, s-도메인(즉, 라플라시안 공간)에서의 전달 함수는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
GC(s) = KP + KDs + KIs-1 (1)
여기서, KP, KD 및 KI는 상수들이며, 여기서 PID 파라미터들의 세트로서 칭해진다. 제어 알고리즘에 대한 설계의 어려운 점은, 온도 제어 시스템의 요구되는 성능을 달성하기 위한 PID 파라미터들의 세트를 선택하는 것이다.
도 7a를 참조하면, PID 파라미터들의 상이한 세트들이 어떻게 상이한 온도 응답에 이르는 지를 설명하기 위하여, 온도의 몇몇 예시적인 시간 궤적들이 도시되어 있다. 각 경우에서, 온도는 제1 값에서 제2 값으로 상승된다. 온도의 제1 시간 궤적(601)은, 예컨대 KI에 대한 비교적 낮은 값을 갖는 비교적 공격적인 제어 스킴을 보여주며, 여기서 시간 궤적은 "오버슈트(overshoot)"와 이 오버슈트를 따르는 일련의 진동들을 나타낸다. 온도의 제2 시간 궤적(602)은, 예컨대 KI에 대한 비교적 더 높은 값을 갖는 비교적 덜 공격적인 제어 스킴을 보여주며, 여기서 시간 궤적은 제2 온도로의 비교적 느리고 점진적인 상승을 나타낸다. 온도의 제3 시간 궤적(603)은, 예컨대 시간 궤적(601)의 KI에 대한 값과 시간 궤적(602)의 KI에 대한 값 사이의 KI에 대한 값을 갖는 요구되는 적절하게 공격적인 제어 스킴을 보여주며, 여기서 시간 궤적은 오버슈트없이 제2 온도로의 비교적 더 빠른 상승을 나타낸다. 그러나, 본 발명자들은, 단지 하나의 PID 파라미터 세트의 사용은 안정성과 상승률에 대하여 요구되는 조건을 제공하는 데 충분하지 않다는 것을 인정하였다.
일 실시예에 따르면, 초기값과 최종값 사이의 온도의 신속하고 안정한 조정을 달성하기 위하여, 2개 이상의 PID 파리미터 세트들이 이용된다. 도 7b는 PID 파라미터들의 2개 세트들을 이용하는 온도의 예시적인 시간 궤적(600)을 도시한다. PID 파라미터들의 제1 세트가 제1 기간(622) 동안 사용되고, PID 파라미터들의 제2 세트가 제2 기간(624) 동안 사용된다. 제1 기간(622)은 온도의 최종값으로부터 온도 오프셋(620)을 설정함으로써 결정될 수 있다. 예컨대, 온도 오프셋은 초기값과 최종값 사이의 온도차의 약 50% 내지 99%의 범위일 수 있다. 또한, 예컨대 온도 오프셋은 초기값과 최종값 사이의 온도차의 약 70% 내지 95%의 범위일 수 있고, 바람직하게는 온도 오프셋은 약 80% 내지 95%의 범위일 수 있다.
예컨대, 비교적 공격적인 PID 파라미터 세트가 제1 기간(622) 동안 사용될 수도 있고, 비교적 덜 공격적인 PID 파라미터 세트가 제2 기간(624) 동안 사용될 수도 있다. 대안적으로, 예컨대 PID 파라미터 KD는 PID의 제1 세트로부터 PID의 제2 세트로 증가될 수 있고, PID 파라미터 KI는 PID의 제1 세트로부터 PID의 제2 세트로 감소될 수 있고, 또는 그 조합도 가능하다.
본 발명의 특정 실시예들만이 상기에 상세히 설명되었으나, 당업자들은, 본 발명의 신규한 내용들 및 이점들로부터 실질적으로 벗어나지 않고 실시예들에서 많은 변형들이 가능하다는 것을 용이하게 이해할 것이다. 따라서, 이러한 모든 변형들은 본 발명의 범위 내에 포함되도록 되어 있다.

Claims (22)

  1. 프로세싱 시스템에서 기판을 지지하기 위한 기판 홀더로서,
    제1 온도를 갖는 온도 제어식 지지 베이스;
    상기 온도 제어식 지지 베이스에 마주 보며, 상기 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부;
    상기 기판 지지부에 연결되며, 상기 기판 지지부를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하도록 구성된 하나 이상의 가열 소자들; 및
    상기 온도 제어식 지지 베이스와 상기 기판 지지부 사이에 배치된 열 절연체로서, 상기 열 절연체는, 상기 온도 제어식 지지 베이스와 상기 기판 지지부 사이의 상기 열 절연체를 통한 열 전달 계수(W/m2-K)의 불균일한 공간적 변동을 포함하는 것인 상기 열 절연체
    를 구비하는 프로세싱 시스템에서 기판을 지지하기 위한 기판 홀더.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 전달 계수는 상기 열 절연체의 실질적인 중심 영역과 상기 열 절연체의 실질적인 에지 영역 사이에서 반경 방향으로 변하는 것인 기판 홀더.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 절연체는 상기 열 절연체의 열 도전성(W/m-K)의 불균일한 공간적 변동을 포함하는 것인 기판 홀더.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 열 도전성은 상기 열 절연체의 실질적인 중심 영역과 상기 열 절연체의 실질적인 에지 영역 사이에서 반경 방향으로 변하는 것인 기판 홀더.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 열 도전성은 약 0.2 W/m-K와 약 0.8 W/m-K 사이의 제1 값과, 약 0.2 W/m-K와 약 0.8 W/m-K 사이의 제2 값 사이에서 변하는 것인 기판 홀더.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 열 도전성은 상기 열 절연체의 실질적인 중심 영역에서 약 0.2 W/m-K이며, 상기 열 도전성은 상기 열 절연체의 실질적인 에지 영역에서 약 0.8 W/m-K인 것인 기판 홀더.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 열 도전성의 상기 변동은 상기 열 절연체의 대략 반경-중간 영역과 상기 열 절연체의 외주 영역 사이에서 실질적으로 발생하는 것인 기판 홀더.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 열 절연체의 두께는 실질적으로 균일한 것인 기판 홀더.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 절연체는 상기 열 절연체의 두께의 불균일한 공간적 변동을 포함하는 것인 기판 홀더.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열 절연체는 상기 열 절연체의 실질적인 에지 영역에서보다 상기 열 절연체의 실질적인 중심 영역에서 상대적으로 더 얇은 것인 기판 홀더.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 열 절연체의 열 도전성은 실질적으로 균일한 것인 기판 홀더.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 가열 소자들은 상기 기판 지지부 내에 삽입(embed)된 것인 기판 홀더.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 가열 소자들은 하나 이상의 저항성 가열 소자들, 또는 하 나 이상의 열전(thermo-electric) 장치들, 또는 그 조합을 구비하는 것인 기판 홀더.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 가열 소자들은, 상기 기판 지지부의 실질적인 중심 영역에 위치된 제1 가열 소자와, 상기 기판 지지부의 실질적인 에지 영역에 위치된 제2 가열 소자를 구비하는 것인 기판 홀더.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 지지부는, 내부에 삽입되며, 상기 기판 지지부에 기판을 전기적으로 클램핑하도록 구성된 클램프 전극을 구비하는 것인 기판 홀더.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 클램프 전극과 상기 하나 이상의 가열 소자는 상기 기판 지지부 내에 삽입되는 것인 기판 홀더.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 클램프 전극과 상기 하나 이상의 가열 소자들은 실질적으로 동일한 면 내에 놓여 있는 것인 기판 홀더.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 클램프 전극과 상기 하나 이상의 가열 소자들은 개별적인 면들 내에 놓여 있는 것인 기판 홀더.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 클램프 전극과 상기 하나 이상의 가열 소자들은 동일한 물리적인 전극을 구비하는 것인 기판 홀더.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 기판 지지부는 하나 이상의 개구부들을 구비하며, 상기 개구부들을 통하여 열 전달 가스가 상기 기판 지지부의 상부면 상에 제공된 기판의 이면에 공급될 수도 있는 것인 기판 홀더.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 절연체는 폴리머, 플라스틱, 또는 세라믹으로 제조된 접착제를 구비하는 것인 기판 홀더.
  22. 프로세싱 시스템에서 기판을 지지하기 위한 기판 홀더는,
    제1 온도를 갖는 온도 제어식 지지 베이스;
    상기 온도 제어식 지지 베이스에 마주 보며, 상기 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부;
    상기 기판 지지부에 연결되며, 상기 기판 지지부를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하도록 구성된 하나 이상의 가열 소자들; 및
    상기 온도 제어식 지지 베이스와 상기 기판 지지부 간의 열 전달 계수(W/m2-K)의 불균일한 공간적 변동을 제공하기 위한 수단
    을 구비하는 프로세싱 시스템에서 기판을 지지하기 위한 기판 홀더.
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