KR20210063489A - 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 캐리어에 대한 진보된 온도 제어 - Google Patents

플라즈마 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 캐리어에 대한 진보된 온도 제어 Download PDF

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Abstract

플라즈마 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 캐리어에 대한 진보된 온도 제어 시스템 및 방법이 설명된다. 일 예에서, 열 교환기는 온도 제어된 열적 유체를 워크피스 캐리어의 유체 채널에 제공하고, 유체 채널로부터 열적 유체를 수용한다. 비례 밸브(proportional valve)는 열 교환기와 유체 채널 사이에서, 열 교환기로부터 유체 채널로의 열적 유체의 유량을 제어한다. 공압 밸브(pneumatic valve)는 또한, 열 교환기와 유체 채널 사이에서, 열 교환기로부터 유체 채널로의 열적 유체의 유량을 또한 제어한다. 온도 제어기는, 캐리어의 열적 센서로부터 측정된 온도를 수신하고, 그리고 열적 유체의 유량을 조정하기 위해, 측정된 온도에 대한 응답으로 비례 밸브 및 공압 밸브를 제어한다.

Description

플라즈마 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 캐리어에 대한 진보된 온도 제어{ADVANCED TEMPERATURE CONTROL FOR WAFER CARRIER IN PLASMA PROCESSING CHAMBER}
[0001] 본 출원은, Fernando M. Silveira 등에 의해 "ADVANCED TEMPERATURE CONTROL FOR WAFER CARRIER IN PLASMA PROCESSING CHAMBER"라는 명칭으로 2016년 5월 5일자로 출원된 미국 가출원 시리얼 번호 제62/332,237호를 우선권으로 주장한다.
[0002] 실시예들은 마이크로전자기기 제조 산업에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 프로세싱 챔버 내의 웨이퍼 캐리어 또는 웨이퍼의 온도를 제어하기 위해 열적 유체 순환 시스템(thermal fluid circulation system)을 사용하는 열적 제어 시스템(thermal control system)에 관한 것이다.
[0003] 마이크로전자 및 마이크로기계 디바이스들은 통상적으로, 실리콘 또는 다른 유형의 웨이퍼 상에 부분적으로 제조된다. 마무리할 때, 웨이퍼는 여러 더 작은 피스들로 다이싱되고(diced), 각각의 다이(die)는 별개의 디바이스를 형성한다. 디바이스 상의 컴포넌트들 모두를 형성하기 위해, 웨이퍼는 여러 상이한 프로세스들을 겪는다. 많은 프로세스들에 있어서, 웨이퍼는 프로세싱 챔버 내에서 척(chuck), 페디스털(pedestal), 또는 일부 다른 캐리어 상에 홀딩된다. 하나의 그러한 챔버는 플라즈마 프로세싱 챔버이며, 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 웨이퍼는, 상이한 재료들을 증착 또는 제거하기 위해 플라즈마에 노출된다.
[0004] 플라즈마 프로세싱 챔버, 이를테면, 플라즈마 에칭 또는 플라즈마 증착 챔버 내에서, 웨이퍼 및 웨이퍼 캐리어의 온도는 종종, 프로세스의 효율성 또는 속도를 제어하는 중요한 파라미터이다. 예컨대, 프로세스 레시피(process recipe) 동안에 웨이퍼를 가열하거나 또는 냉각시키기 위해, 척의 온도가 제어될 수 있다. 에칭 레이트를 제어하는 것과 같은 일부 방식으로 프로세스에 영향을 미치기 위해, 프로세스 동안에 온도가 특정 설정점들로 변경될 수 있다. 유사하게, 프로세싱에 영향을 미치기 위해, 프로세스 레시피 동안에 샤워헤드 또는 상부 전극 또는 다른 컴포넌트의 온도가 또한 제어될 수 있다.
[0005] 더 정확한 온도 제어는 프로세스들, 이를테면, 증착 및 에칭에 대한 더 정확한 제어를 제공한다. 마이크로전자 피처(feature)들이 더 작아짐에 따라 다이들 및 결과적인 제품들이 더 작아질 수 있어서, 프로세스 챔버 내에서의 제조 동안에 더 많은 정밀도가 요구된다. 또한, 더 높은 전력 플라즈마들은 더 많은 열을 발생시키고, 더 효과적인 냉각을 요구한다. 결과적으로, 온도 제어 시스템은 더 정확해야 하고, 여러 상이한 프로세스들을 지원하기 위해 더 넓은 범위에 걸쳐 동작해야 한다.
[0006] 프로세싱 챔버 컴포넌트들은, 컴포넌트의 냉각제 채널들을 통해 유체를 순환시킴으로써 냉각된다. 냉각량은, 냉각제의 온도 및 컴포넌트를 통과하는 냉각제의 유량(flow rate)을 제어함으로써 제어된다. 일부 경우들에서, 예컨대, 일부 웨이퍼 척들의 경우, 척을 가열하고 그에 따라 웨이퍼를 가열하기 위해, 따뜻한 유체(warm fluid)가 또한 사용된다. 따뜻한 유체는, 동일한 냉각제 채널들을 통해 또는 별개의 시스템을 사용하여 구동될 수 있다. 웨이퍼 척에서 냉각제에 부가하여 또는 냉각제 대신에 전기 저항성 가열기들이 또한 사용될 수 있다.
[0007] 비례 및 공압 열적 유체 전달 제어 시스템을 사용하는 열적 제어 시스템이 설명된다. 일 예에서, 장치는, 워크피스 캐리어의 유체 채널에 열적 유체를 제공하고 그리고 유체 채널로부터 열적 유체를 수용하기 위한 열 교환기(heat exchanger)를 포함하며, 열 교환기는 열적 채널에 제공되는 열적 유체의 온도를 제어하기 위한 것이고, 유체 채널 내의 열적 유체는 워크피스 프로세싱 동안에 캐리어의 온도를 제어하기 위한 것이다. 비례 밸브(proportional valve)는 열 교환기로부터 유체 채널로의 열적 유체의 유량을 제어하기 위해, 열 교환기와 유체 채널 사이에 있다. 공압 밸브(pneumatic valve)는 또한, 열 교환기로부터 유체 채널로의 열적 유체의 유량을 또한 제어하기 위해, 열 교환기와 유체 채널 사이에 있다. 온도 제어기는, 캐리어의 열적 센서로부터 측정된 온도를 수신하고, 그리고 열적 유체의 유량을 조정하기 위해, 측정된 온도에 대한 응답으로 비례 밸브 및 공압 밸브를 제어한다.
[0008] 웨이퍼 캐리어의 온도를 제어하기 위해 폐루프 제어 및 예측 모델을 사용하는 열적 제어 시스템이 설명된다. 측정된 온도는 캐리어의 제1 열적 구역의 제1 열적 센서 및 제2 열적 구역의 제2 열적 센서로부터 수신된다. 예측 모델은, 제1 열적 구역에 열적으로 커플링된, 캐리어의 제1 유체 채널을 통과하는 제1 유량을 결정하고 그리고 제2 열적 구역에 열적으로 커플링된, 캐리어의 제2 유체 채널을 통과하는 제2 유량을 결정하기 위해, 측정된 온도들 둘 모두에 적용된다. 열 교환기로부터 개개의 유체 채널들로의 열적 유체의 유량을 제어하기 위해, 제1 유체 채널에 커플링된 제1 밸브가 모듈레이팅되고(modulated) 그리고 제2 유체 채널에 커플링된 제2 밸브가 모듈레이팅된다.
[0009] 본 발명의 실시예들은, 첨부한 도면들의 도들에서 제한이 아니라 예로서 예시되며, 첨부한 도면들에서:
[0010] 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전 척을 위한 2개 구역 온도 제어 시스템(two zone temperature control system)의 도면이고;
[0011] 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 워터 인터페이스 박스(water interface box) 내의 냉각제 유체 라인들의 도면이고;
[0012] 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 워터 인터페이스 박스의 열 교환기 온도 및 밸브들을 제어하는 도면이고;
[0013] 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정전 척을 위한 2개 구역 온도 제어 시스템의 도면이고;
[0014] 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 상이한 밸브 퍼센티지들로 워터 인터페이스 박스의 비례 밸브들을 통과하는 유량들의 도면이고;
[0015] 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 워터 인터페이스 박스를 사용하여 컴포넌트의 온도를 제어하는 데 사용될 수 있는 모델-기반 제어 루프의 프로세스 흐름도이고;
[0016] 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 척 어셈블리를 포함하는 플라즈마 에칭 시스템의 개략도이다.
[0017] 워터 인터페이스 박스(wFib; water interface box) 또는 마이크로전자 웨이퍼 프로세싱 시스템의 임의의 다른 유형의 유체 유동 제어 시스템에서 사용될 수 있는 시스템이 설명된다. 본원에서 설명되는 wFib는 디지털 제어기와 함께, 연속 또는 비례 밸브와 디지털 또는 공압 밸브의 조합을 통해 온도의 연속적인 디지털 제어를 제공한다. 밸브들은 펌프를 갖는 열 교환기와 정전 척 또는 다른 웨이퍼 지지부 사이에 직렬로 연결된다.
[0018] 밸브들은, 개루프(open loop), 폐루프(closed loop), 예측, 또는 반복적 프로세스들을 포함한 다양한 상이한 프로세스들 중 임의의 프로세스를 사용하여 제어될 수 있다. 시스템이 주로, 반도체 프로세싱을 위한 정전 척을 갖는 플라즈마 챔버 내에서의 사용을 위해 설명되지만, 동일한 기법들은, 표면을 가열 또는 냉각하기 위해 유체를 사용하는 반도체 챔버 내에서 임의의 표면 온도를 제어하는 데 사용될 수 있다.
[0019] 설명된 실시예들은 폐루프 온도 제어 시스템들을 이용하여 동작될 수 있다. 저 유동 모드 제어를 위한 공압 밸브에 대해 펄싱 모드가 사용될 수 있다. 이는 비례 밸브들의 히스테리시스(hysteresis)를 극복한다. 비례 밸브는 공압 밸브의 낮은 신뢰성을 극복하기 위해 일반적인 제어에 사용될 수 있다. 설명되는 시스템은 서비스가용성(serviceability) 비용이 더 낮다.
[0020] 워크피스 지지부, 이를테면, 정전 척(ESC; electrostatic chuck) 또는 진공 척의 온도는, 비례 유체 전달 시스템을 사용하여 또는 펄싱 유체 전달 시스템으로 제어될 수 있다. 비례 밸브는 유량에 대한 점진적 아날로그 조정을 제공한다. 펄싱 밸브는 유체 밸브 개방 및 폐쇄를 신속하게 사이클링하여 평균 유량을 산출(produce)하며, 평균 유량은 밸브가 개방되어 있는 시간량에 의존한다. 밸브들은 척으로 유동하는 유체의 양을 결정한다. 비례 밸브에 의해 허용된 유량들은 높은 바이어스 RF 전력을 갖는 플라즈마 프로세스들의 냉각 요구들을 충족시킨다. 더 저온의 프로세스들의 경우 또는 더 적은 유동이 요구될 때, 펄싱 밸브는 낮은 유량들의 정확한 제어를 가능하게 한다.
하이브리드 밸브 구성
[0021] 도 1은 플라즈마(124) 프로세싱 챔버 내에서 워크피스(106)를 지지하는 정전 척(104)을 위한 2개 구역 온도 제어 시스템(102)의 도면이다. 하이브리드 워터 인터페이스 박스(wFib; water interface box)(140)는 비례 밸브 및 공압 밸브 둘 모두를 갖도록 설계된다. 열적 제어 프로세스를 적용하여 밸브들을 제어하고 척 또는 척에 의해 보유되는 워크피스의 온도를 조절하기 위해, 열적 제어기(130), 이를테면, 다중 입력 다중 출력(MIMO; Multiple Input Multiple Output) 제어기 또는 임의의 다른 유형의 제어기가 사용될 수 있다. 제어기(130)는, 척의 온도뿐만 아니라 그 램프 레이트(ramp rate)를 제어하기 위해, 척(104)의 다수의 프로브들(112, 114)로부터의 온도 판독치를 피드백으로서 취한다.
[0022] 척(104)은 워크피스(106), 이를테면, 실리콘 웨이퍼 또는 다른 유형의 기판을 보유하기 위한 상부 플레이트(108)를 갖는다. 상부 플레이트는 냉각 플레이트(110)에 의해 지지된다. 워크피스를 이동시키고 지지하기 위해 그리고 가스들, 전류, 및 다른 재료들을 상부 플레이트 및 워크피스에 제공하기 위해, 냉각 플레이트(도시되지 않음) 아래에 다른 지지부들이 존재한다. 일부 제조 프로세스들 동안, 열(126)이 플라즈마(124)로부터 워크피스에 인가된다. 워크피스는 또한, 척의 가열기들을 포함한, 프로세싱 챔버 내의 다른 엘리먼트들 및 컴포넌트들에 의해 가열될 수 있다. 열은, 적어도 부분적으로, 워크피스를 통해 상부 플레이트 및 냉각 플레이트로 전도된다. 상부 플레이트는 워크피스의 또는 워크피스 근처의 온도를 측정하기 위한 열적 프로브들(112, 114)을 갖는다.
[0023] 냉각 플레이트(110)는 냉각제 채널들(122)을 가지며, 냉각제 채널들(122)은 유입구 채널들(116)에서 냉각제를 수용하고 출력 채널들(118)을 통해 냉각제를 릴리즈한다. 화살표들은 간략화를 위해 단일 유입구 및 배출구를 도시하지만, 각각이 유입구 및 배출구를 갖는 다수의 독립적인 채널들이 존재할 수 있다. 이는, 냉각 플레이트의 상이한 부분들의 온도가 독립적으로 제어되는 것을 가능하게 한다. 에로서, 척의 주변은 척의 중심보다 더 뜨거워지는 경향이 있다. 별개의 주변 또는 외측 유체 채널은 척의 주변에 더 많은 냉각제가 적용되는 것을 가능하게 한다.
[0024] 본 설명은 플라즈마 프로세싱 챔버의 맥락에서 ESC의 형태의 워크피스 캐리어를 설명하지만, 본원에서 설명되는 ESC는 다양한 상이한 챔버들에서 그리고 다양한 상이한 프로세스들을 위해 사용될 수 있다. 특정 구현에 따라, 상이한 기판 캐리어가 ESC 대신에 사용될 수 있다.
[0025] 본 도면은, 2개의 독립적인 냉각제 유동 구역들을 갖는 2개 구역 또는 2개 루프 시스템을 도시한다. wFib(140)는 열 교환기로부터의 단일 유체 입력(152) 및 단일 출력(154)을 갖지만, 척으로의 2개의 별개의 유체 출력들(142, 146)을 산출한다. 이들은 wFib 내에서 독립적으로 제어될 수 있고, 척의 독립적인 냉각제 채널들에 공급된다. 유체는, 척으로부터의 2개의 별개의 그리고 독립적인 복귀 라인들(144, 148)로서의 각각의 독립적인 채널들로부터 복귀된다. 2개의 복귀 라인들은 척에서 나간 후에 임의의 지점에서 결합될 수 있다. 이 예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 복귀 유량은 wFib 내에서 모니터링된다. 각각의 루프를 독립적으로 모니터링하기 위해, 복귀 루프들은, 라인들이 측정될 때까지 별개로 유지된다. 2개의 루프들이 도시되지만, 설명되는 시스템은, 3개, 4개, 6개, 또는 그 초과의 온도 제어 구역들을 포함하도록 확장될 수 있다.
[0026] 열 교환기는 척에 대한 냉각 유체를 위한 소스(152) 및 복귀부(return)(154)를 제공한다. 제2 열 교환기(도시되지 않음)는 도 4에 도시된 열 소스로서 사용될 수 있다. 열 교환기는 복귀 유체를 수용하여, 이를 미리 결정된 온도로 또는 조절된 양만큼 냉각시킨다. 열 교환기는 자동온도조절 방식으로(thermostatically) 제어될 수 있거나, 또는 열 교환기는 임의의 특정 제어가 있는 설계 또는 임의의 특정 제어가 없는 설계에 기반하여 고정된 냉각량을 적용할 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 척(104) 또는 임의의 다른 워크피스 캐리어를 통해 순환되는 냉각제의 온도는 적어도 부분적으로, 공급되는 저온 유체의 온도에 의해, 그리고 또한, 각각의 냉각제 루프에서 척을 통과하는 유체의 유량에 의해 제어된다.
[0027] 온도 제어기(130)는, 기판의 온도를 직접적으로 또는 간접적으로 결정하기 위해, 프로세스 챔버의 워크피스에 또는 척 또는 캐리어(122)에 부착된 열적 센서들(112, 114), 이를테면, 광학 온도 프로브들로부터 온도 신호를 수신한다. 이러한 수신된 온도에 기반하여, 제어기는 wFib(140)의 밸브들을 개방 및 폐쇄하고, 캐리어(104) 냉각제 채널들(122)을 통과하는 유량을 제어한다. 온도 제어기는 밸브 제어 신호들, 예컨대 아날로그 전압들, 디지털 펄스 폭 변조(PWM; Pulse Width Modulated) 신호들, 또는 공압 신호들을 생성할 수 있고, 이들 신호들을 도 2에 도시된 밸브들을 포함하는 wFib에 공급한다. 제어기는 또한, wFib로부터 압력, 온도 및 다른 신호들을 수신한다. wFib는 열 교환기로부터 척으로의 통로들을 개방 또는 폐쇄하도록 밸브들을 제어한다. 더 높은 유량은 유체가 캐리어로부터 더 많은 열을 전달하는 것을 가능하게 한다.
[0028] 도 2는 도 1의 wFib(140) 내의 냉각제 유체 라인들의 도면이다. 간략화를 위해 여기서는 도시되지 않은 많은 다른 컴포넌트들이 wFib 내에 존재할 수 있다. 또한, 제어기(130)는 wFib 내에 통합될 수 있다. wFib가 워터 인터페이스 박스로 지칭되지만, 냉각제는 통상적으로, 워터가 아니라 더 높은 끓는점을 갖는 다른 재료, 이를테면, 탈이온수/에틸렌 글리콜, 불화 냉각제(fluorinated coolant), 이를테면, 3M으로부터의 Fluorinert® 또는 Solvay Solexis, Inc.로부터의 Galden®, 또는 임의의 다른 적합한 유전체 유체들, 이를테면, 과불화 불활성 폴리에테르(perfluorinated inert polyether)들을 함유한 것들이다(그러나 이에 제한되지 않음).
[0029] 비례 밸브는 유동을 연속적으로 조정할 수 있다. 공압 밸브는 셧 오프 밸브(shut off valve)로서 역할을 할 수 있고, PWM 모드의 유량 제어를 위한 펄싱 밸브로서 역할을 할 수 있다. 도시된 바와 같이, 열 교환기 냉각제 유체 공급 라인(152)은 wFib(140)에 입력으로서 공급된다. 공급물을 2개의 부분들로 분할하기 위해, 공급물은 티(tee)(176)에 제공된다. 이들 부분들은, 냉각제를 척의 2개의 냉각제 채널들에 공급하기 위해 wFib의 2개의 출력들(142, 146)에 냉각제를 공급하는 데 사용된다. 2개의 라인들 각각은, 각각의 공압 밸브의 출력이 개개의 비례 밸브의 입력에 커플링되도록, 직렬로 커플링된 공압 밸브(166, 168) 및 비례 밸브(162, 164)를 갖는다. 비례 밸브의 출력은 개개의 냉각제 출력 라인(142, 146)에 커플링된다. 대안적으로, 비례 밸브가 입력에 직접 커플링되고 공압 밸브가 출력에 커플링되도록, 밸브들의 순서가 반전될 수 있다.
[0030] 티(176)로부터 단지 2개의 냉각제 라인들만이 도시되지만, 추가의 티들을 사용함으로써 또는 티에 대해 도시된 2개의 라인들보다 더 많은 출력 라인들을 갖는 유체 분배 매니폴드를 사용함으로써, 더 많은 냉각제 라인들이 지원될 수 있다. 열 교환기 입력(152)으로부터 각각의 공압 밸브로 각각 공급되는 압력의 양을 제어하기 위해, 매니폴드 내에 압력 보상, 조정, 및 분배 컴포넌트들(도시되지 않음)이 또한 존재할 수 있다.
[0031] 척 냉각 플레이트로부터의 복귀 라인들(144, 148)은, 복귀 유체의 압력 및 유량을 측정하는 데 사용될 수 있는 개개의 유량계(170, 172)에 각각 커플링된다. 온도가 또한 측정될 수 있다. 유량계 및 선택적 온도 값들은, 제어기(130)가 열 교환기 및 밸브들을 제어하는 데 사용될 수 있다. 유량을 측정한 후에, 복귀 유체는, 유체를 열 교환기 복귀 라인(154)으로 복귀시키는 복귀 매니폴드(174) ― 이 경우, 간단한 티 ― 에서 결합된다.
[0032] 이 예에서, 유동 제어 밸브들(162, 164, 166, 168)은 열 교환기 출력과 웨이퍼 캐리어 사이에서 공급 측 상에 있다. 그 대신에, 밸브들을, 웨이퍼 캐리어와 열 교환기로 되돌아가는 유체의 복귀 입력(154) 사이에서 복귀 측 상에 배치함으로써, 동일한 효과가 달성될 수 있다. 추가의 대안으로서, 밸브들은 두 위치들 모두에 배치될 수 있거나, 또는 일 유형의 밸브, 즉, 공압 또는 비례 밸브가 웨이퍼 캐리어의 일 측 상에 배치될 수 있고 그리고 다른 유형의 밸브가 웨이퍼 캐리어의 다른 측 상에 배치될 수 있다. 유사하게, 유량계들은 웨이퍼 캐리어의 어느 한 쪽에 또는 시스템의 다른 위치에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유량계들은 열 교환기에 있다. 예시된 예에서, 유량계 측정치들은 대응하는 열 교환기로부터의 유동 데이터와 결합될 수 있다.
[0033] 온도 제어기(130)는 원하는 유량이 척을 통과하는 것을 달성하기 위해 밸브들(162, 164, 166, 168)을 제어한다. 비례 밸브들(162, 164)은 전기-공압 조절기(electro-pneumatic regulator)를 통해 제어될 수 있다. 그러한 조절기에는 제어된 그리고 통상적으로 일정한 압력으로 압축 건조 공기(CDA; Compressed Dry Air)가 공급된다. 조절기는, 열적 제어기로부터의 전기 제어 신호에 대한 응답으로 정확한 공압 공기 압력 신호를 생성하도록 입력 CDA를 조절한다. 무단 아날로그 신호(stepless analog signal)가 조절기에 제공되는 경우, 조절기는, 무단으로(steplessly) 또한 변화하는 조절기 공기 압력을 제공할 수 있다. 이러한 조절된 공압 제어 압력은, 밸브의 유체 채널을 개방 및 폐쇄하기 위해 압력 조절형 밸브(pressure regulated valve)에 적용된다.
[0034] 일부 실시예들에서, CDA는 조절기(140)의 공기 공급 솔레노이드 밸브에 적용된다(applied). 제어기로부터의 입력 제어 전압이 증가됨에 따라, 솔레노이드 밸브가 개방된다. 공기 공급 밸브를 통해 릴리즈된 압력은 센서에 의해 측정되고 제어 회로에 제공된다. 공기 공급 밸브는, 측정된 압력이, 제어 신호에 의해 표시된 압력과 일치(align)할 때까지, 조정된다. 조절기 내의 압력을 다시(back) CDA 공급부로 덜기(relieve) 위해, 배기 솔레노이드 밸브가 제공된다.
[0035] 압력 조절형 밸브는 압력 조절기로부터의 제어 압력에 대한 응답으로 비례 유체 제어를 제공한다. 이는, 각각의 냉각제 유동 라인(142, 146)을 통한 유체 유동의 무단 제어(stepless control)를 가능하게 한다. 밸브는 펄스형 밸브와 비교하여 거의 움직이지 않는다. 이는, 유지관리를 줄이면서도 더 긴 하드웨어 수명을 제공한다. 또한, 온도 변화들에 대한 응답이 더 원활하다. 플라즈마 프로세싱 동안에 연속적인 유체 오프 시간들이 없는 가변 유량을 사용 시, 온도 응답이 더 원활하고 온도 요동(temperature oscillation)들이 감소된다.
[0036] 다른 한편, 비례 밸브는 더 낮은 유량들에서 유동의 정확한 변동들을 제공하지 않는다. 공압 밸브들(166, 168)은, 더 낮은 유량들이 요구될 때, 유량 제어에 정밀도를 더하기 위해 펄싱될 수 있다.
[0037] 각각의 채널을 통과하는 유량들의 추가의 제어를 제공하기 위해, 추가의 밸브들(도시되지 않음)이 유체 복귀 채널들(144, 148)에서 사용될 수 있다. 추가의 바이패스 밸브(178)는, 유체가 캐리어를 통해 유동함이 없이 열 교환기를 통해 유동하는 것을 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다. 공압 또는 비례 밸브들(162, 164, 166, 168)이 폐쇄될 때, 유입되는(incoming) 공급 유체는 wFib 배출구들(142, 146)을 통해 유동하는 것이 차단된다. wFib 유입구(152)와 배출구(154) 사이의 바이패스 밸브(178)가 개방되는 경우, 공급된 유체는, 대신에, 복귀 라인(154)으로 바로 다시 유동하여, 프로세싱 챔버를 바이패싱한다. 이는, 대응하는 열 교환기가, 안정적인 온도(steady temperature)를 확립하고 유체의 공급을 원하는 온도로 유지하는 것을 가능하게 한다. 유동 방향들을 추가로 제어하기 위해 추가의 밸브들이 사용될 수 있다.
[0038] 도 3은 밸브들 및 열 교환기 온도를 제어하는 도면이다. 제어 시스템은 다수의 입력들(302)을 가지며, 다수의 입력들(302)은 레시피 조건들(워크피스에 적용되는 프로세스에 기반하고 그리고 전력, 압력 등을 포함함), 다양한 온도 센서 프로브(SP; sensor probe)들에 의해 측정된 척의 내측 및 외측 온도, 및 SP들로부터의 척 내측 및 외측 온도 램프 레이트를 포함할 수 있다.
[0039] 출력들(310)은 정전 척의 의도된 내측 및 외측 채널 온도들(Tesc), 척의 내측 및 외측 채널 유량들, 및 척의 내측 및 외측 유동 온도들을 포함할 수 있다.
[0040] 이들 다수의 입력들(302)은 MIMO 제어기(304)에 적용되고, 이어서, MIMO 제어기(304)는 밸브들을 동작시킨다. 입력들은, 밸브들을 어떻게 동작시킬지를 결정하기 위해 다양한 상이한 방식들 중 임의의 방식으로 사용될 수 있다. 입력들, 즉, ESC 온도, 다양한 SP 값들, 및 레시피 조건들은, ESC 온도를 제어하기 위해, ESC(308)로부터의 라인(316) 상의 피드백과 함께 취해진다. 일부 실시예들에서, 온도 램프 레이트, 또는 온도 변화 레이트는 또한, 밸브들을 사용하여 제어될 수 있다. 예시된 예에서, 제어기는, 공압 및 비례 밸브들에 대한 밸브 개방 퍼센티지를 결정하는 내측 및 외측 채널 밸브 퍼센티지(312)를 생성한다. 내측 및 외측 밸브 퍼센티지들은 wFib(306)에 적용된다. 제어기는 또한, wFib에서 측정된 유량들과 비교되는 내측 및 외측 채널 유량(314)을 결정한다. 이어서, 유체는 ESC(308)를 통해 순환된다. 이어서, ESC로부터의 출력들(310)은, 새로운 밸브 퍼센티지들(312) 및 유량들(314)을 추가로 결정하기 위해, 폐루프에서 다시 제어기로 복귀된다.
[0041] 이 예에서, ESC에는 2개의 별개의 유체 채널 구역들(122)이 존재한다. 이들은 내측 및 외측으로 지정된다. 각각의 구역의 유체의 온도 및 유량은 다른 구역의 온도 및 유량과 독립적이다. 이러한 이유로, 2개의 독립적인 유동 공급 라인들(142, 146), 2개의 독립적인 유체 복귀 라인들(144, 148), 2개의 독립적인 센서 프로브들(112, 114), 및 2개의 독립적인 일련의 밸브들(162, 166, 164, 168)이 존재한다. 각각의 구역은 독립적으로 모니터링되고 제어되지만, 제어 프로세스는 MIMO 제어기(304)에서 관리될 수 있다. 구역들이 내측 및 외측으로 지칭되지만, 그러한 구역들은 ESC에서 임의의 원하는 상대적인 물리적 포지션에 있을 수 있다. ESC 및 관련된 컴포넌트들에서 추가의 별개의 냉각제 채널들을 제공함으로써, 더 많은 구역들이 또한 존재할 수 있다.
[0042] 온도 램프 레이트들은 ESC 신뢰성, 예컨대 본딩 수명을 개선하는 데 사용될 수 있다. 온도 램프 레이트 제어는 또한, 상이한 열적 특징들을 갖는 상이한 프로세싱 챔버들 사이의 프로세스들을 매칭시키는 것을 돕는다. 온도 램프 레이트에 대한 제어는 또한, 고종횡비 접촉(HARC; High Aspect Ratio Contact) 에칭, 및 높은 정밀도를 요구하는 다른 프로세스들에 대한 프로세스 윈도우를 개선하는 것을 돕는다.
[0043] 예시된 예에서, 밸브 퍼센티지들(312)이 wFib에 적용되지만, 이는 밸브들에 대한 구성 및 제어 시스템에 의존한다. 퍼센티지들은 디지털 또는 아날로그 제어 신호들의 형태일 수 있으며, 그러한 디지털 또는 아날로그 제어 신호들은 별개의 밸브 제어기에 의해 수신되고, 이어서, 별개의 밸브 제어기는 공압 또는 전기 신호를 개개의 밸브들에 전송한다. 밸브 제어기는 wFib에 또는 다른 위치에 존재할 수 있다. 비례 및 공압 밸브들 모두를 제어하기 위해, wFib 내의 또는 별개의 섀시(chassis) 내의 프로그램가능 로직 제어기(PLC; Programmable Logic Controller)가 사용될 수 있다. 동작들은, 도 4에 도시된 바와 같이, 척 내의 전기 저항성 가열기들을 제어하고 그리고 또한, 가열된 유체 공급을 제어하도록 확장될 수 있다. 이러한 추가의 열적 시스템들은 시스템을 위해 더 많은 온도 제어 노브(knob)들을 제공하며, 이는 척 및 워크피스 온도 및 그 램프 레이트에 대한 더 우수한 제어를 가능하게 한다.
[0044] 도 4는 플라즈마(424) 프로세싱 챔버 내의 정전 척(404)을 위한 2개 구역 온도 제어 시스템(402)의 도면이다. 이러한 시스템은, 척의 유체 채널들을 사용하여 냉각 및 가열 기능들 모두를 제공하기 위해 듀얼 칠러(chiller)들 또는 열 교환기들(450, 460)을 갖는다. 듀얼 칠러/열 교환기 설비는, 챔버 온도 제어기(430)의 요청에 따라, 고온 또는 저온 유체 유동을 제공한다.
[0045] 도 1의 예와 유사하게, 워크피스(406)는 캐리어(404), 이를테면, ESC에 부착된다. 플라즈마(424)는 제조 프로세스들의 소정의 스테이지들 동안에 워크피스에 열을 가한다. 이러한 예의 ESC는 온도 센서 프로브들(412, 414)을 갖는 최상부 플레이트(408) 및 냉각제 채널들의 2개의 구역들을 갖는 하부 냉각 플레이트(410)를 갖지만, 더 많이 존재할 수도 있다. 냉각제 채널들은 wFib(440)의 유체 출력들(442, 446)에 커플링된 입력 라인들(416)을 갖는다. 냉각제 채널들은, 다시 wFib로의 복귀 라인들(444, 448)에 커플링된 출력들(418)을 갖는다. ESC 상의 2개의 열적 구역들에 대해 단지 2개의 냉각제 채널들만이 도시되지만, 도 1의 예에서 더 많이 존재할 수 있는 것처럼, 더 많이 존재할 수 있다.
[0046] 온도 조절 시스템은, 고온의 또는 가열된 유체에 대한 소스 출력 라인(452) 및 복귀 입력 라인(454)을 갖는 고온 유체 열 교환기(450)를 갖는다. 복귀부는 유체를 다시 열 교환기에 공급한다. 열 교환기는 유체를 미리 결정된 온도로 가열하거나 또는 유체를 조절된 양만큼 가열하고, 압력 하의 유체(fluid under pressure)를 공급 라인(452)에 제공한다. 유체 온도는 고정될 수 있거나 또는 유체 온도는 제어 신호, 예컨대 제어기(430) 또는 다른 제어기로부터의 제어 신호에 기반하여 조정될 수 있다. 유사하게, 시스템은, 제2 열 교환기(460)에 대한 저온의 또는 냉각된 유체를 위한 소스 또는 출력 라인(462) 및 복귀 라인(464)을 갖는다. 제2 열 교환기(460)는 저온 복귀 유체를 수용하고, 저온 복귀 유체를 미리 결정된 온도로 또는 조절된 양만큼 냉각시킨다. 제1 및 제2 열 교환기들은 도시된 바와 같이, 단일 유닛 또는 2개의 별개의 디바이스들일 수 있다. 열 교환기들은 자동온도조절 방식으로(thermostatically) 제어될 수 있거나, 또는 열 교환기들은 특정 실시예에 따라, 임의의 특정 제어로 또는 임의의 특정 제어 없이, 고정된 양의 가열 또는 냉각을 적용할 수 있다. 기판 캐리어(404)를 통해 순환되는 냉각제의 온도는, 공급된 고온 유체(452) 및 저온 유체(462)의 온도에 의해서 뿐만 아니라, 또한, ESC(404)에 도달하는 고온 및 저온 유체들의 혼합물 및 유량에 의해서, 부분적으로 제어된다.
[0047] 고온 유체 공급은, 열 교환기로부터의 고온 유체의 유동을 개방 또는 폐쇄하는 3-웨이 밸브(3-way valve)(456)에 제공된다. 저온 유체 공급은 유사하게, 제2 열 교환기로부터의 저온 유체의 유동을 개방 또는 폐쇄하는 동일한 3-웨이 밸브에 제공된다. 이 밸브를 통해 허용되는 유체는, 직렬로 연결된 공압 및 비례 밸브들을 사용하여 도 1의 wFib와 동일한 방식으로 유량을 조절하는, 웨이퍼 캐리어 공급 라인의 wFib(440)에 제공된다. 이어서, 온도가 조절된 냉각제는 워크피스 캐리어를 가열하거나 또는 냉각시킨다. 고온 및 저온 복귀 라인들(454, 464)에 커플링된 추가의 선택적인 3-웨이 밸브(466)가 존재한다. 기판 캐리어로부터의 유체는 복귀 라인에서 이 밸브로 복귀되고, 이 밸브를 통해, 유체가 비롯되었던 개개의 열 교환기로 다시 전달되도록 허용된다. 3-웨이 밸브들은, 2개의 밸브들에 커플링된 온도 제어기(430)의 제어 하에 동작된다. 3-웨이 밸브들은 wFib에 포함될 수 있거나 또는 3-웨이 밸브들은 일부 외부 섀시 또는 픽스처(fixture)에 있을 수 있다.
[0048] 일부 실시예들에서, 온도 제어기(430)는, 기판 캐리어 유체 채널들에서 열적 유체를 가열 또는 냉각시키기 위해 사용할 열 교환기 및 유량을 결정한다. 일부 실시예들에서, 저온 열 교환기에 의해 제공되는 냉각제 유체는 대략 0℃이고, 고온 열 교환기에 의해 제공되는 냉각제 유체는 대략 55℃이다. 웨이퍼 캐리어의 현재 온도에 따라, 이들 유체들 중 하나 또는 이들 유체들의 혼합물이 유체 채널에 전달된다. 예로서, 캐리어 온도가 설정점을 초과하면, 저온 칠러로부터의 유체가 사용된다. 온도가 설정점 미만인 경우, 고온 칠러로부터의 유체가 사용된다. 유체 전달 시스템은 워크피스의 온도를 적절한 온도 범위 내로 제어한다. 유체 전달 시스템은 또한, 플라즈마 프로세싱 동안에 온도 램프 업(ramp up) 및 오버슛(overshoot)을 제어한다.
[0049] 가열된 유체가 고온 공급부(452)로부터 고온 복귀부(454)로 유동하여 워크피스 캐리어(404) 및 선택적으로 wFib(440)를 바이패싱하는 것을 가능하게 하기 위해, 2개의 열 교환기들에 대한 복귀 경로들(도시되지 않음)이 제공될 수 있다. 도 2는 밸브(178)를 사용하여 개방되는 그러한 복귀 경로의 예를 도시한다. 냉각된 유체가, 직접적으로 캐리어를 통과하지 않으면서 저온 공급부(462)로부터 저온 복귀부(464)로 유동하는 것을 가능하게 하기 위해, 유사한 저온 유체 복귀 밸브가 사용될 수 있다. 3-웨이 밸브들(456, 466)의 세팅들로 인해, 고온 또는 저온 공급이 캐리어에 공급되지 않을 때, 유체가 캐리어를 통해 유동하지 않으면서 대응하는 열 교환기를 통해 유동하는 것을 가능하게 하기 위해, 고온 및 저온 유체 복귀 밸브들이 사용될 수 있다. 이는, 대응하는 열 교환기가, 안정적인 온도를 확립하고 유체의 공급을 원하는 온도로 유지하는 것을 가능하게 한다.
[0050] 설명된 온도 조절 시스템은, 기판 캐리어의 채널들을 통해 유동하는 유체의 온도가, 예컨대 0℃ 내지 55℃의 범위로 제어되는 것을 가능하게 한다. 워크피스 캐리어는 1개 초과의 열적 유체 채널을 가질 수 있으며, 이 경우, 도 4의 시스템은 각각의 추가의 채널을 지원하도록 복제될 수 있다. wFib 내로의 혼합물 및 냉각제 채널들을 통한 유량이 독립적으로 제어될 수 있기 때문에, 1개 초과의 채널에 유체를 제공하기 위해, 단일 고온 및 단일 저온 열 교환기가 사용될 수 있다.
[0051] 도 5는 상이한 밸브 퍼센티지들로 비례 밸브를 통과하는 유량들의 도면이다. 수평 축 상에서 시간의 경과에 따라 비례 밸브로의 상이한 제어 입력들을 도시하기 위한 제1 상부 곡선(504)이 있다. 제1 곡선에 대한 수직 축은, 우측 상의 눈금 상에 도시된 바와 같이, 밸브에 적용되는 PWM 파형의 듀티 사이클을 나타낸다. 도면의 좌측 및 우측 단부들에 도시된 바와 같은 더 높은 듀티 사이클은 밸브를 폐쇄한다. 도면의 중앙 가까이 도시된 바와 같은 낮은 듀티 사이클은, 밸브가 더 많이 개방되는 것을 가능하게 한다.
[0052] 제2 곡선(502)은 적용된 PWM 신호(504)에 대한 응답으로 비례 밸브를 통과하는 유량을 도시한다. 좌측 상의 유량에 대한 수직 눈금은, 수직 눈금의 최하부의 더 낮은 유량들로부터 수직 눈금의 최상부의 더 높은 유량들까지이다. 도시된 바와 같이, 밸브가 첫 번째로 개방되고(opened up), PWM 듀티 사이클을 낮춤으로써 유동이 서서히 증가될 때, 비례 밸브를 통과하는 낮은 유동의 영역(506)이 존재한다. 이 영역에서, 밸브는 입력 신호(504)에 대해 일관적인 선형 및 반복가능 응답을 갖지 않는다. 이 영역(506)의 유량은 불규칙(erratic)하다. 유사하게, 밸브가 도면의 중앙의 높은 유량으로부터 낮은 유량으로 폐쇄될(closed down) 때, 밸브는 밸브가 폐쇄되는 영역(508)을 가지며, 그러한 영역(508) 내에서 밸브 응답은 또한, 선형이 아니거나 또는 반복가능하지 않다. 이 예에서, 유량은 갑자기 최소로 떨어지고 회복되지 않는다. 이러한 낮은 유동 영역들(506, 508)의 외부에서 동시에, 비례 밸브는 규칙적이며, 입력 신호에 대한 예측가능한 응답을 갖는다.
[0053] 도 5의 도면은 비례 밸브에 대한 통상적인 응답을 나타낸다. 이러한 비-선형 응답을 극복하기 위해, 직렬의 2개의 밸브들을 갖는 wFib는 종래의 단일 밸브와는 상이한 방식으로 동작될 수 있다. 실시예들에서, 비례 밸브는 더 높은 유량들을 위한 주요 밸브이고, 선형 영역 내에서 동작되고 단부의 낮은 유동 영역들(506, 508)에서는 동작되지 않는다. 낮은 유량들을 달성하기 위해, 비례 밸브는, 예측가능한 응답을 여전히 갖는 낮은 유량 영역으로 폐쇄된다. 이어서, 유량은, 공압 밸브를 동작시킴으로써 추가로 낮아진다. 이는, 낮은 유량 영역들에서 높은 정밀도를 가능하게 한다. 더 높은 유량들의 경우, 비례 밸브가 사용되고, 공압 밸브는 전혀 사용되지 않는다. 이는 공압 밸브에 대한 마모를 감소시키면서, 유동에 대한 정확한 제어를 여전히 제공한다.
제어 방법론
[0054] 위의 실시예들은 밸브 제어기(130, 430)를 포함한다. 밸브 제어기는 실시예에 따라 상이한 방식들로 밸브들을 제어할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다중 입력 다중 출력(MIMO; multiple input multiple output) 모델-기반 제어기가 사용될 수 있다. MIMO 제어기는, 웨이퍼 프로세싱 동안에 센서 프로브(SP; sensor probe) 온도 판독치들에 응답하고 그리고 이어서 온도 램핑 레이트들(램핑 다운 및 램핑 업 둘 모두)을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 램핑 레이트는 일부 프로세스들에 대해 중요한 파라미터이다. 예로서, 램핑 레이트는 일부 프로세스들에서 본딩 신뢰성에 영향을 미칠 수 있다. 시스템이 주로, 반도체 프로세싱을 위한 정전 척을 갖는 플라즈마 챔버 내에서의 사용을 위해 설명되지만, 동일한 기법들은, 표면을 가열 또는 냉각하기 위해 유체를 사용하는 반도체 챔버 내에서 임의의 표면 온도를 제어하는 데 사용될 수 있다.
[0055] 설명된 모델-기반 MIMO 시스템은 온도 램핑 레이트를 제어하기 위해서 뿐만 아니라 구역간 크로스 토크(zone-to-zone cross talk)를 관리하기 위해서 사용될 수 있다. 구역간 크로스 토크는, 예컨대, 유체 채널들을 포함하는 ESC의 플레이트를 통한 열 흐름으로 인해, 하나의 구역의 온도가 다른 구역의 온도에 영향을 미칠 때, 발생한다. 제어 소프트웨어는, 정전 척 온도 모델에 추가하여, 모델-기반 설계를 웨이퍼 온도 모델로 확장함으로써, 웨이퍼 온도를 제어하도록 확장될 수 있다. 결과적으로, 설명된 실시예들은, 챔버 내의 전체적인 온도 매칭, 정전 척의 본드 수명, 및 프로세스 윈도우를 개선하는 역할을 할 수 있다.
[0056] 도 3에서 설명된 다수의 입력들(302)은 모델-기반 설계를 갖는 MIMO 제어기(304, 130, 430)에 적용될 수 있다. 입력들, 즉, ESC 온도, 다양한 SP 온도 값들, 및 레시피 조건들은, ESC 온도뿐만 아니라 그 램프 레이트를 제어하기 위해 ESC(308)로부터의 라인(316) 상의 피드백과 함께 취해질 수 있다. 제어기는, 시스템 내의 구역들의 총 개수에 대한 추가의 채널들 및 내측 및 외측 채널 밸브 퍼센티지들(312)을 생성하기 위해 모델을 적용한다.
[0057] 모델-기반 결정은 시스템의 컴포넌트들의 열 흡수 및 열 전달 특징들에 대한 물리적 모델에 의존한다. 이들 컴포넌트들은, 프로세스 레시피의 상이한 동작 조건들을 통과하는 냉각 채널들, 유체를 운반하기 위한 파이프들, 열 교환기들, 유체, 워크피스, 및 척 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 물리적 모델은 2개 또는 그 초과의 구역들에 대해 확립될 수 있다. 척(또는 임의의 다른 컴포넌트) 내에 냉각 채널들의 다수의 구역들이 있는 시스템들의 경우, 모델은 2개 또는 그 초과의 구역들 사이의 크로스 토크를 고려할 수 있다. 크로스 토크는 상이한 냉각제 채널들에 의해 영향을 받는 냉각 구역들 사이의 열 전달을 고려한다. 일부 실시예들에서, 모델-기반 제어기 설계는 크로스 토크를 핸들링하고 그리고 온도 램프 레이트들을 제어하도록 설계된 선형 2차 제어기 또는 유사한 최적화 제어기를 사용한다.
[0058] 온도 램프 레이트들은 ESC 신뢰성, 예컨대 본딩 수명을 개선하는 데 사용될 수 있다. 온도 램프 레이트 제어는 또한, 상이한 열적 특징들을 갖는 상이한 프로세싱 챔버들 사이의 프로세스들을 매칭시키는 것을 돕는다. 온도 램프 레이트에 대한 제어는 또한, 고종횡비 접촉(HARC; High Aspect Ratio Contact) 에칭, 및 높은 정밀도를 요구하는 다른 프로세스들에 대한 프로세스 윈도우를 개선하는 것을 돕는다.
[0059] 도 6은 냉각제 및 적어도 하나의 제어 밸브를 사용하여 프로세싱 챔버 내의 컴포넌트의 온도를 제어하는 데 사용될 수 있는 모델-기반 제어 루프의 프로세스 흐름도이다. 이 프로세스는 위에서 설명된 하이브리드 2-밸브 시스템 또는 임의의 다른 원하는 유동 제어 시스템을 사용할 수 있다. 모델은, 프로세싱이 시작되기 전에, 경험적으로 또는 이론적으로 확립될 수 있다. 모델은, 상이한 조건들 하의 플라즈마 챔버의 온도-제어된 컴포넌트의 거동을 나타내는 동적 선형 모델일 수 있다. 예측 모델을 사용하여, 위에서 도시된 ESC와 같은 컴포넌트의 향후의 거동이 예측될 수 있다. 이는 온도 램프 레이트들이 또한 제어되는 것을 가능하게 한다. 프로세싱 레시피를 입력으로서 사용 시, 제어된 온도는, 원하는 온도 설정점들의 변화들 또는 온도 부하들에 앞서 조정될 수 있다.
[0060] 박스(604)는, 이 예에서 다음과 같이 명시된 상미분 방정식(ordinary differential equation)으로서 모델을 사용하는 선형 예측 제어 시스템의 적용의 표현이며:
Figure pat00001
여기서
Figure pat00002
및
Figure pat00003
는 모델로부터 유도된 매트릭스들이다. 2개 구역 시스템의 경우, 매트릭스들은
Figure pat00004
매트릭스들이다. 더 많은 구역들의 경우, 매트릭스는 상응하게 확장된다. 특정 구현에 따라, 다른 모델들이 사용될 수 있고, 비-선형 모델들이 또한 사용될 수 있다.
[0061] 이 예에서,
Figure pat00005
는
Figure pat00006
로서 2개 구역 시스템에 대해 정의된 선형 어레이 또는
Figure pat00007
매트릭스이다. 이는 더 많은 구역들을 수용하도록 확장될 수 있다. 2개의 상이한 구역들은, 구역들의 온도들 사이의 크로스 토크를 수용하기 위해, 동일한 모델로 처리된다. 정전 척(ESC; Electrostatic Chuck)의 예에서, 어레이의 변수들에는 다음의 값들이 할당될 수 있다:
Figure pat00008
= ESC 내측 구역 온도
Figure pat00009
= ESC 외측 구역 온도
Figure pat00010
= ESC 내측 구역 온도 램프 레이트
Figure pat00011
= ESC 외측 구역 온도 램프 레이트
Figure pat00012
이고, 각각의 구역에 대한 밸브들을 조정하기 위해 사용되는 제어 출력을 나타낸다. 이 예에서, 조정은 밸브 개방의 퍼센티지 또는 밸브를 통한 총 최대 유동의 퍼센티지로서 명시된다. 특정 값들은 모델을 결정하는 데 사용되는 값들에 따를 것이지만, 여기서는 다음과 같이 명시된다:
Figure pat00013
= 내측 구역 밸브 퍼센티지
Figure pat00014
= 외측 구역 밸브 퍼센티지
박스(606)에서, 각각의
Figure pat00015
에 대한 값들은 다음과 같이 결정될 수 있으며:
Figure pat00016
여기서
Figure pat00017
및
Figure pat00018
는 제어기 이득을 반영하기 위한 상수들이다. 이들은 학습에 기반하여 시간에 따라 변화할 수 있으며, 각각의
Figure pat00019
(즉,
Figure pat00020
,
Figure pat00021
)에 대한 모델에 의해 초기에 결정된다.
Figure pat00022
은 온도 설정점들, 즉, 위에서
Figure pat00023
에 의해 정의된 바와 같이 밸브들을 조정함으로써 시스템이 ESC에서 달성하려고 하는 온도이다. 이 예에서, 설정점들은 다음과 같다:
Figure pat00024
= ESC 내측 구역 온도 설정점
Figure pat00025
= ESC 외측 구역 온도 설정점
Figure pat00026
= ESC 내측 구역 온도 램프 레이트 설정점
Figure pat00027
= ESC 외측 구역 온도 램프 레이트 설정점
[0062] 박스(606)의 동작들 후에, 원하는 온도 및 램프 레이트 설정점들을 달성할, 밸브들의 의도된 조정들이 결정되었다. 이어서, 프로세스는,
Figure pat00028
,
Figure pat00029
에 대한 이들 값들을, 밸브 작동(valve actuation)들, 이를테면, 비례 밸브(612)를 턴 온하기 위한 전기 제어 신호들 또는 공압 밸브를 턴 온 하기 위한 공압 제어 신호들(614)로 트렌슬레이팅(translate)할 수 있다. 박스(608)는 위에서 설명된 2-밸브 하이브리드 시스템에 대한 동작들의 예를 도시한다.
[0063] 동작들은 각각의 구역 밸브 퍼센티지
Figure pat00030
(즉,
Figure pat00031
,
Figure pat00032
)에 대해 수행되거나 또는
Figure pat00033
에 대해,
Figure pat00034
를 체크한다.
Figure pat00035
은 비례 밸브 퍼센티지에 대한 최소 임계값, 예컨대 10%를 나타낸다.
[0064] 결과가 포지티브인 경우, 즉, 비례 밸브가 10% 초과 개방으로 설정되는 경우, 612에서, 대응하는 비례 밸브는 계산된 값
Figure pat00036
으로 설정된다. 반면에, 결과가 네거티브인 경우, 즉, 비례 밸브가 10% 미만 개방으로 설정되는 경우, 614에서, 비례 밸브는 약간 낮은 값, 이를테면, 10%로 설정되고, 공압 펄싱이 공압 밸브에서 적용된다. 이는, 첫 번째로,
Figure pat00037
(일반적으로, 밸브의 특징들에 따라 20% 내지 80%)의 일부 듀티 사이클로 펄싱을 설정하고, 두 번째로,
Figure pat00038
로 비례 밸브를 설정하는 것으로 적용될 수 있다. 이는, 비례 밸브가 펄싱 밸브에 대한 최상의 동작 범위를 초과하여 유동 제어의 나머지를 공급하는 것을 가능하게 한다.
[0065] 박스(608)의 동작은 대안적으로 다음과 같이 설명될 수 있다. 온도 제어기는 첫 번째로 각각의 열적 구역에 대한 총 유량을 결정한다. 이어서, 이 총 유량은, 위에서
Figure pat00039
로 정의된 임계치와 비교된다. 위에서
Figure pat00040
또는
Figure pat00041
로서 표시된 총 유량이 임계치를 초과하는 경우, 온도 제어기는 공압 밸브를 개방하고, 비례 밸브를 모듈레이팅하여 원하는 유량을 획득한다. 반면에, 총 유량이 임계치 미만인 경우, 온도 제어기는 비례 밸브를 미리-결정된 유량까지 폐쇄하고 공압 밸브를 모듈레이팅하여 원하는 총 유량을 획득한다. 직렬인 밸브들을 이용 시, 제1 밸브의 제한은 제2 밸브의 제한과 결합되어 전체적인 제한된 유동을 획득한다.
[0066] 박스(616)에서, 결정된 밸브 제어 값들은 밸브들에 출력된다. 위에서 언급된 바와 같이, 이들은, 단일 밸브 시스템의 경우 박스(606)로부터의 직접 유동 퍼센티지
Figure pat00042
(즉,
Figure pat00043
,
Figure pat00044
)일 수 있거나, 또는 제어는 선택적 박스(608)에서와 같이, 다중 밸브 시스템에 대해 더 복잡할 수 있다. 밸브 제어 값들은, 열 교환기들과 프로세싱 챔버 컴포넌트, 이를테면, ESC 사이의 유동 제어 시스템의 특정 구현에 따라, 박스(608)에 도시되지 않은 다른 방식들로 결정될 수 있다.
[0067] 밸브들을 통과하는 유동을 제어하는 것에 추가하여, 618에서 입력 파라미터들, 즉, 현재 구역 온도들
Figure pat00045
,
Figure pat00046
이 판독된다. 램프 레이트들
Figure pat00047
,
Figure pat00048
은 또한, 온도들
Figure pat00049
,
Figure pat00050
의 도함수 또는 시간 변화 레이트를 사용하여 620에서 추정될 수 있다. 이어서, 이들 값들은 박스(604)에서 다른 조정 사이클에 대한 입력들로서 사용될 수 있다. 따라서, 도 6의 제어 프로세스는 도 6의 복귀 루프(622)에 의해 도시된 바와 같이, 폐루프 제어 시스템이다.
[0068] 도 6의 프로세스는 또한, MIMO 제어기, 온도 제어기, 또는 시스템의 일부 다른 컴포넌트에서 일련의 동작들을 수행하는 것으로 설명될 수 있다. 측정된 온도들은 캐리어의 제1 열적 구역의 제1 열적 센서 및 제2 열적 구역의 제2 열적 센서 둘 모두로부터 수신된다. 이어서, 예측 모델은, 측정된 온도들 둘 모두에 적용되어, 제1 열적 구역에 열적으로 커플링된 캐리어의 제1 유체 채널을 통과하는 제1 유량을 결정하고 그리고 제2 열적 구역에 열적으로 커플링된 캐리어의 제2 유체 채널을 통과하는 제2 유량을 결정한다. 이러한 결정된 유량들을 사용하여, 제어기는, 열 교환기로부터 개개의 유체 채널들로의 열적 유체의 유량을 제어하기 위해, 제1 유체 채널에 커플링된 제1 밸브 및 제2 유체 채널에 커플링된 제2 밸브를 모듈레이팅(modulate)한다.
[0069] 이 방법은 또한 램프 레이트들을 사용한다. 제1 및 제2 열적 구역들의 온도 램프 레이트들은 수신된 측정된 온도들을 사용하여 추정된다. 이어서, 추정된 온도 램프 레이트들을 적용함으로써, 예측 모델이 적용된다.
챔버 구조
[0070] 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 척 어셈블리(742)를 포함하는 플라즈마 에칭 시스템(700)의 개략도이다. 플라즈마 에칭 시스템(700)은 임의의 유형의 고성능 에칭 챔버일 수 있다. 다른 상업적으로 입수가능한 에칭 챔버들이 본원에서 설명되는 척 어셈블리들을 유사하게 활용할 수 있다. 예시적인 실시예들이 플라즈마 에칭 시스템(700)의 맥락에서 설명되지만, 본원에서 설명되는 척 어셈블리 및 온도 제어 시스템들은 또한, 임의의 플라즈마 제조 프로세스를 수행하는 데 사용되는 다른 프로세싱 시스템들(예컨대, 플라즈마 증착 시스템들, 등)에 적응가능하다.
[0071] 도 7을 참조하면, 플라즈마 에칭 시스템(700)은 접지된 챔버(705)를 포함한다. 프로세스 가스들은, 질량 유동 제어기(749)를 통해 챔버에 연결된 가스 소스(들)(729)로부터 챔버(705)의 내부로 공급된다. 챔버(705)는 고용량 진공 펌프 스택(high capacity vacuum pump stack; 755)에 연결된 배기 밸브(751)를 통해 진공배기된다(evacuated). 플라즈마 전력이 챔버(705)에 인가될 때, 프로세싱 영역에서 워크피스(710) 위에 플라즈마가 형성된다. 플라즈마를 에너자이징(energize)하기 위해, 플라즈마 바이어스 전력(725)이 척 어셈블리(742) 내에 커플링된다. 플라즈마 바이어스 전력(725)은 통상적으로, 대략 2 MHz 내지 60 MHz의 낮은 주파수를 가지며, 예컨대, 13.56 MHz 대역에 있을 수 있다.
[0072] 예시적인 실시예에서, 플라즈마 에칭 시스템(700)은, RF 매치(match)에 연결된, 대략 2 MHz 대역에서 동작하는 제2 플라즈마 바이어스 전력을 포함한다. 제1 플라즈마 바이어스 전력(25)이 또한, RF 매치에 커플링되며, 전력 도관(728)을 통해 하부 전극에 또한 커플링된다. 플라즈마를 유도성으로(inductively) 또는 용량성으로(capacitively) 에너자이징하기 위해, 고주파 소스 전력을 제공하도록, 플라즈마 소스 전력(730)이, 다른 매치(도시되지 않음)를 통해 플라즈마 생성 엘리먼트(735)에 커플링된다. 플라즈마 소스 전력(730)은 플라즈마 바이어스 전력(725)보다 더 높은 주파수, 이를테면, 100 내지 180 MHz의 주파수를 가질 수 있으며, 예컨대, 162 MHz 대역에 있을 수 있다.
[0073] 워크피스(710)는 개구(715)를 통해 로딩되며(loaded) 챔버 내부의 척 어셈블리(742)에 클램핑된다. 워크피스(710), 이를테면, 반도체 웨이퍼는, 임의의 웨이퍼, 기판, 또는 반도체 프로세싱 분야에서 이용되는 다른 재료일 수 있으며, 본 발명은 이와 관련하여 제한되지 않는다. 워크피스(710)는, 척 어셈블리의 냉각 베이스 어셈블리(744) 위에 배치된, 척 어셈블리의 유전체 층 또는 퍽(745)의 최상부 표면 상에 배치된다. 클램프 전극(도시되지 않음)은 유전체 층에 임베딩된다. 이는, 워크피스(710)를 클램핑하기 위한 정전기력을 제공하기 위해 바이어스 전력(779)의 소스에 커플링된다. 특정 실시예들에서, 척 어셈블리(742)는 2개 또는 그 초과의 상이한 유체 채널 구역들, 이를테면, 내측 채널(741) 및 외측 채널을 포함할 수 있다. 각각의 채널(741)은, 동일한 또는 상이한 온도 설정점들로 독립적으로 제어가능할 수 있다.
[0074] 시스템 제어기(770)는, 챔버 내에서의 제조 프로세스를 제어하기 위해, 다양한 상이한 시스템들에 커플링된다. 제어기(770)는, 온도 제어 알고리즘들(예컨대, 온도 피드백 제어)을 실행하기 위해 온도 제어기(775)를 포함할 수 있고, 소프트웨어 또는 하드웨어이거나 또는 소프트웨어와 하드웨어 둘 모두의 조합일 수 있다. 시스템 제어기(770)는 또한, 중앙 프로세싱 유닛(772), 메모리(773), 및 입력/출력 인터페이스(774)를 포함한다. 온도 제어기(775)는, 다양한 유체 채널들을 위해 플라즈마 챔버(705) 외부의 히트 싱크 및/또는 열 소스와 척 어셈블리(742) 사이의 열 전달 레이트에 영향을 미치는 제어 신호들을 출력하기 위한 것이다. 온도 제어기는 하나 또는 그 초과의 온도 프로브들(743)에 커플링될 수 있으며, 하나 또는 그 초과의 온도 프로브들(743)은 기판 캐리어 내에 또는 기판 캐리어 상에 있을 수 있거나, 유체 공급 라인들에 커플링될 수 있거나, 또는 임의의 다른 원하는 위치에 있을 수 있다.
[0075] 열적 유체 구역들은, 위에서 설명된 바와 같이, 구역-특정 온도 피드백 루프에 기반하여 제어되는 별개의 유동 제어부를 갖는 별개의 독립적으로 제어되는 열적 유체 열 전달 루프들을 포함할 수 있다. 예시적 실시예에서, 온도 제어기(775)는 제1 열 교환기(HTX; heat exchanger)/칠러(777)에 커플링되며, 특정 구현에 따라 원하는 대로, 제2 HTX/가열기(778) 및 더 많은 열 교환기들(도시되지 않음)에 추가로 커플링될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 척 어셈블리(742)의 도관들을 통과하는 냉각제 또는 열 전달 유체의 유량은, 비례 밸브 시스템(781, 785)에 의해 제어된다.
[0076] 비례 밸브 시스템(781, 785)은, 상이한 유체 채널들 각각으로의 열적 유체 또는 열 전달 유체의 유량을 독립적으로 제어하기 위해 온도 제어기(775)에 의해 제어된다. 온도 제어기는 또한, 열적 유체를 냉각 또는 가열하기 위해 각각의 열 교환기에 의해 사용되는 온도 설정점을 제어할 수 있다. 따라서, 각각의 열 교환기는, 그 개개의 냉각제 채널에 대한 열적 유체를 다시 유체 채널들에 제공하기 전에, 그 열적 유체를 상이한 온도에 이르게 할 수 있다.
[0077] 열 전달 유체는, 액체, 이를테면, 탈이온수/에틸렌 글리콜, 불화 냉각제, 이를테면, 3M으로부터의 Fluorinert® 또는 Solvay Solexis, Inc.로부터의 Galden®, 또는 임의의 다른 적합한 유전체 유체들, 이를테면, 과불화 불활성 폴리에테르들을 함유한 것들일 수 있다(그러나 이에 제한되지 않음). 본 설명은 플라즈마 프로세싱 챔버의 맥락에서 ESC를 설명하지만, 본원에서 설명되는 ESC는 다양한 상이한 챔버들에서 그리고 다양한 상이한 프로세스들을 위해 사용될 수 있다. 특정 구현에 따라, 상이한 기판 캐리어가 ESC 대신에 사용될 수 있다.
[0078] 다음의 설명에서, 많은 세부사항들이 설명되지만, 본 발명이 이들 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 일부 경우들에서는, 본 발명을 모호하게 하지 않기 위해서, 잘 알려진 방법들 및 디바이스들은 상세히 도시되기 보다는 블록도 형태로 도시된다. 본 명세서 전체에 걸친 "실시예" 또는 "일 실시예"에 대한 언급은, 실시예와 관련하여 설명된 특정 피처(feature), 구조, 기능 또는 특징이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 곳들에서 "실시예에서" 또는 "일 실시예에서"라는 문구의 출현들은, 반드시 본 발명의 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 게다가, 특정 피처들, 구조들, 기능들, 또는 특징들은 하나 또는 그 초과의 실시예들에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다. 예컨대, 제1 실시예는, 제1 실시예 및 제2 실시예와 연관된 특정 피처들, 구조들, 기능들, 또는 특성들이 상호 배타적이지 않은 어느 곳에서든 제2 실시예와 결합될 수 있다.
[0079] 본 발명의 상세한 설명 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 문맥이 명백히 달리 나타내지 않는 한, 복수 형태들을 또한 포함하도록 의도된다. 본원에서 사용되는 "및/또는"이라는 용어는, 연관된 열거된 항목들 중 하나 또는 그 초과의 항목의 임의의 그리고 모든 가능한 조합들을 지칭하고 그리고 포함한다는 것이 또한 이해될 것이다.
[0080] "커플링된(coupled)" 및 "연결된(connected)"이라는 용어들은, 이들의 파생어들과 함께, 본원에서 컴포넌트들 사이의 기능적 또는 구조적 관계들을 설명하는 데 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 서로에 대해 동의어들로서 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 그보다는, 특정한 실시예들에서, "연결된"은 2개 또는 그 초과의 엘리먼트들이 서로 직접적으로 물리적, 광학적 또는 전기적으로 접촉하고 있음을 나타내기 위해 사용될 수 있다. "커플링된"은, 2개 또는 그 초과의 엘리먼트들이 서로 직접적으로 또는 (그들 사이의 다른 개재된 엘리먼트들과 함께) 간접적으로 물리적, 광학적 또는 전기적으로 접촉하고 있음을, 그리고/또는 2개 또는 그 초과의 엘리먼트들이 (예컨대, 인과 관계의 경우와 같이) 서로 협동하거나 상호작용한다는 것을 나타내기 위해 사용될 수 있다.
[0081] 본원에서 사용되는 "위에(over)", "아래에(under)", "사이에(between)", 및 "상에(on)"라는 용어들은, 그러한 물리적 관계들이 주의되어야(noteworthy) 할 경우, 하나의 컴포넌트 또는 재료 층의, 다른 컴포넌트들 또는 층들에 대한 상대적인 포지션을 지칭한다. 예컨대, 재료 층들의 맥락에서, 다른 층 위에 또는 아래에 배치된 하나의 층은, 다른 층과 직접적으로 접촉할 수 있거나, 하나 또는 그 초과의 개재 층들을 가질 수 있다. 또한, 2개의 층들 사이에 배치된 하나의 층은, 2개의 층들과 직접적으로 접촉할 수 있거나, 하나 또는 그 초과의 개재 층들을 가질 수 있다. 반면에, 제2 층 "상의" 제1 층은 제2 층과 직접적으로 접촉한다. 유사한 구별들이, 컴포넌트 어셈블리들의 맥락에서 이루어져야 한다.
[0082] 위의 설명은 예시적인 것으로 의도되고, 제한적인 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 예컨대, 도면들의 흐름도들은 본 발명의 소정의 실시예들에 의해 수행되는 동작들의 특정 순서를 도시하지만, 그러한 순서가 필수적인 것은 아니라는 점이 이해되어야 한다(예컨대, 대안적인 실시예들이 동작들을 상이한 순서로 수행할 수 있고, 소정의 동작들을 조합할 수 있으며, 소정의 동작들을 중복(overlap)할 수 있는 것 등등임). 게다가, 많은 다른 실시예들은 위의 설명을 읽고 이해할 때 당업자들에게 명백해질 것이다. 본 발명이 특정 예시적 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 설명되는 실시예들로 제한되는 것이 아니라, 첨부된 청구항들의 사상 및 범위 내에서 수정 및 변경되어 실시될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는, 첨부된 청구항들에 의해 권리가 부여되는 균등물들의 전체 범위와 함께, 첨부된 청구항들에 관하여 결정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 장치로서,
    워크피스 캐리어의 유체 채널에 열적 유체(thermal fluid)를 제공하고 그리고 상기 유체 채널로부터 상기 열적 유체를 수용하기 위한 열 교환기(heat exchanger) ― 상기 열 교환기는 상기 유체 채널에 제공되는 상기 열적 유체의 온도를 제어하기 위한 것이고, 상기 유체 채널 내의 열적 유체는 워크피스 프로세싱 동안에 상기 캐리어의 온도를 제어하기 위한 것임 ―;
    상기 열 교환기로부터 상기 유체 채널로의 열적 유체의 유량을 제어하기 위한, 상기 열 교환기와 상기 유체 채널 사이의 비례 밸브(proportional valve);
    상기 열 교환기로부터 상기 유체 채널로의 열적 유체의 유량을 또한 제어하기 위한, 상기 열 교환기와 상기 유체 채널 사이의 공압 밸브(pneumatic valve); 및
    상기 캐리어의 열적 센서로부터 측정된 온도를 수신하고, 그리고 상기 열적 유체의 유량을 조정하기 위해, 상기 측정된 온도에 대한 응답으로 상기 비례 밸브 및 상기 공압 밸브를 제어하기 위한 온도 제어기를 포함하는,
    장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 온도 제어기는 상기 비례 밸브 및 상기 공압 밸브를 제어하기 위해 상기 캐리어의 다수의 열적 센서들에 커플링되는,
    장치.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 온도 제어기는, 냉각제 유량이 증가됨에 따라, 상기 공압 밸브를 개방하고, 그리고 상기 비례 밸브만을 사용하여 상기 비례 밸브를 모듈레이팅(modulate)하는,
    장치.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 제어기는 총 유량을 결정하고, 그리고 상기 총 유량이 임계치를 초과하는 경우, 상기 온도 제어기는 상기 공압 밸브를 개방하고 그리고 상기 비례 밸브를 모듈레이팅하여 원하는 유량을 획득하고, 그리고 상기 총 유량이 상기 임계치 미만인 경우, 상기 온도 제어기는 미리-결정된 유량까지 상기 비례 밸브를 폐쇄하고 그리고 상기 공압 밸브를 모듈레이팅하여 상기 원하는 유량을 획득하는,
    장치.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비례 밸브 및 상기 공압 밸브는, 상기 비례 밸브 및 상기 공압 밸브 중 하나의 밸브의 출력이 상기 비례 밸브 및 상기 공압 밸브 중 다른 밸브의 입력에 커플링되도록, 직렬로 연결되는,
    장치.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 채널에 커플링된 유량계 및 압력 센서를 더 포함하고, 그리고
    상기 온도 제어기는 상기 압력 센서 및 상기 유체 채널에 대한 응답으로 상기 비례 밸브 및 상기 공압 밸브를 제어하는,
    장치.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어는 상기 캐리어로부터의 열을 전달하기 위해 열적 유체를 운반하기 위한 복수의 상이한 독립적인 냉각 채널들을 포함하며, 각각의 유체 채널은 개개의 공급부(supply) 및 복귀부(return)를 포함하고, 그리고
    상기 장치는, 각각의 공급부 내로의 열적 유체의 유량을 제어하기 위해 비례 밸브 및 공압 밸브를 포함하는,
    장치.
  8. 워크피스 프로세싱 시스템으로서,
    플라즈마 챔버;
    상기 플라즈마 챔버 내에서 가스 이온들을 함유하는 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스;
    플라즈마 프로세싱 동안에 상기 워크피스를 홀딩하고 그리고 상기 워크피스의 온도를 제어하기 위한, 상기 챔버 내의 워크피스 홀더 ― 상기 워크피스 홀더는 유체 채널 및 온도 센서를 가짐 ―;
    열적 유체를 상기 워크피스 홀더의 유체 채널에 제공하고 그리고 상기 유체 채널로부터 상기 열적 유체를 수용하기 위한 열 교환기 ― 상기 유체 채널 내의 열적 유체는 기판 프로세싱 동안에 캐리어의 온도를 제어하기 위한 것임 ―;
    상기 열 교환기로부터 상기 유체 채널로의 열적 유체의 유량을 제어하기 위한 비례 밸브;
    상기 열 교환기로부터 상기 유체 채널로의 열적 유체의 유량을 또한 제어하기 위한, 상기 열 교환기와 상기 유체 채널 사이의 공압 밸브; 및
    상기 캐리어의 열적 센서로부터 측정된 온도를 수신하고, 그리고 상기 열적 유체의 유량을 조정하기 위해, 상기 측정된 온도에 대한 응답으로 상기 비례 밸브 및 상기 공압 밸브를 제어하기 위한 온도 제어기를 포함하는,
    워크피스 프로세싱 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 비례 밸브는 압력 조절형 밸브(pressure regulated valve)를 포함하고,
    상기 워크피스 프로세싱 시스템은,
    상기 압력 조절형 밸브를 제어하기 위해 상기 압력 조절형 밸브에 커플링된 압력 조절기를 더 포함하며,
    상기 압력 조절기는, 상기 압력 조절형 밸브를 제어하기 위해 상기 압력 조절형 밸브로의 유체 압력을 제어하기 위하여, 상기 압력 조절기에 대한 무단 아날로그 전압 신호(stepless analog voltage signal)를 수신하기 위해 상기 온도 제어기에 커플링되는,
    워크피스 프로세싱 시스템.
  10. 제8 항 또는 제9 항에 있어서,
    상기 유체 채널에 커플링된 유량계 및 압력 센서를 더 포함하고, 그리고
    상기 온도 제어기는 상기 압력 센서 및 상기 유량계에 대한 응답으로 상기 비례 밸브 및 상기 공압 밸브를 제어하는,
    워크피스 프로세싱 시스템.
  11. 워크피스를 프로세싱하기 위한 방법으로서,
    플라즈마 챔버 내에서 가스 이온들을 함유하는 플라즈마를 생성하는 단계;
    상기 플라즈마를 워크피스 홀더 상의 워크피스에 인가하는 단계; 및
    열적 유체를 유체 채널들에 제공하고 그리고 상기 유체 채널들로부터 상기 열적 유체를 수용하기 위한 열 교환기, 및 온도 제어기를 사용하여, 상기 워크피스 홀더의 제1 열적 구역의 제1 열적 유체 채널 및 제2 열적 구역의 제2 열적 유체 채널을 통해 상기 워크피스의 온도를 조절하는 단계를 포함하며,
    상기 유체 채널들 내의 열적 유체는, 상기 열 교환기로부터 개개의 유체 채널들로의 열적 유체의 유량을 제어하기 위해, 상기 제1 유체 채널에 커플링된 제1 밸브 및 상기 제2 유체 채널의 제2 밸브를 사용하여 기판 프로세싱 동안에 개개의 제1 및 제2 열적 구역들의 워크피스 캐리어의 온도를 제어하기 위한 것이고, 그리고
    상기 온도 제어기는 상기 워크피스 홀더의 상기 제1 열적 구역에 대한 제1 열적 센서 및 상기 제2 열적 구역의 제2 열적 센서로부터 측정된 온도를 수신하고, 그리고 상기 측정된 온도에 대한 응답으로, 상기 열적 유체의 유량을 조정하기 위해 예측 모델을 적용함으로써, 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브를 제어하기 위한 것인,
    워크피스를 프로세싱하기 위한 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 예측 모델은 상기 제1 열적 구역과 상기 제2 열적 구역 사이의 크로스 토크(cross talk)를 포함하고, 그리고
    상기 유량을 제어하는 것은, 각각의 밸브를 통한 유량을 제어하기 위해 제1 및 제2 열적 센서 온도들 둘 모두를 사용하는 것을 포함하는,
    워크피스를 프로세싱하기 위한 방법.
  13. 제11 항 또는 제12 항에 있어서,
    상기 예측 모델은 상기 제1 열적 구역 및 상기 제2 열적 구역에 대한 예측 온도 램프 레이트(predictive temperature ramp rate)들을 포함하고, 그리고
    상기 유량을 제어하는 것은, 온도 램프 레이트 설정점을 달성하기 위해 각각의 밸브를 통한 유량을 조정하는 것을 포함하는,
    워크피스를 프로세싱하기 위한 방법.
  14. 제11 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예측 모델은 상기 워크피스 캐리어의 열 흡수 및 열 전달 특징들의 물리적 모델을 사용하는,
    워크피스를 프로세싱하기 위한 방법.
  15. 제11 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 채널 내의 유량계로부터의 유체 유량 및 압력 센서로부터의 유체 압력을 수신하는 단계를 더 포함하고, 그리고
    상기 온도 제어기는, 상기 압력 센서 및 상기 유체 채널에 대한 응답으로 비례 밸브를 제어하는,
    워크피스를 프로세싱하기 위한 방법.
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