KR20210128025A - 온도를 근사화하기 위한 정전 척 히터 저항 측정 - Google Patents

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KR20210128025A
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창요우 징
올렉산드르 마이켄코
크리스토퍼 킴볼
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

정전 척에 통합된 히터 트레이스에 커플링된 전압 센서를 포함하는 제어기가 개시되고, 전압 센서는 히터 트레이스에 걸친 전압 차를 센싱하도록 구성되고, 히터 트레이스는 히터 존과 연관된다. 제어기는 히터 트레이스에 커플링되고 히터 트레이스 내의 전류를 센싱하도록 구성된 전류 센서를 포함한다. 제어기는 전압 차 및 센싱되는 전류에 기초하여 히터 트레이스의 저항을 식별하도록 구성된 저항 식별자를 포함한다. 제어기는 히터 트레이스의 저항 및 상관 함수에 기초하여 히터 존의 온도를 근사화하도록 구성된 온도 상관기를 포함한다. 상관 함수는 히터 트레이스의 저항 온도 계수를 사용한다.

Description

온도를 근사화하기 위한 정전 척 히터 저항 측정
본 실시 예들은 반도체 웨이퍼들과 같은 기판들을 프로세싱하는데 유용한 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 에 관한 것이다. ESC는 에칭 또는 증착 프로세스들이 수행되는 플라즈마 반응 챔버 내에서 반도체 기판을 지지하도록 사용될 수 있다. 특히, 본 실시 예들은 ESC의 히터 존 내 온도 센서를 사용하지 않고 히터 존의 온도를 근사화하기 위해 ESC의 히터 존 내 히터 트레이스의 저항의 측정에 관한 것이다.
많은 최신 반도체 제조 프로세스들은 기판이 플라즈마에 노출될 때 기판 홀더 상에 홀딩되는 플라즈마 프로세스 모듈들에서 수행된다. 플라즈마 프로세싱 동작들 동안 기판의 온도 제어는 프로세싱 동작들의 결과에 영향을 줄 수 있는 일 인자이다. 플라즈마 프로세싱 동작 동안 기판 온도의 제어를 제공하기 위해, 기판 홀더에 홀딩된 기판의 온도를 추론하도록 기판 홀더의 온도를 정확하고 신뢰성있게 측정하는 것이 필요하다.
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.
이러한 맥락에서 본 개시의 실시 예들이 발생한다.
본 실시 예들은 관련 기술에서 발견된 하나 이상의 문제들을 해결하는 것에 관한 것이고, 구체적으로 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 을 포함하는 것에 관한 것이며, ESC는 ESC의 히터 존 내에 히터 트레이스를 포함하고, 히터 트레이스는 히터 트레이스의 결정된 저항을 통해 온도를 센싱하도록 구성된다. 본 개시의 몇몇 발명의 실시 예들이 이하에 기술된다.
본 개시의 실시 예들은 정전 척에 통합된 히터 트레이스에 커플링된 전압 센서를 포함하는 제어기를 포함하고, 전압 센서는 히터 트레이스에 걸친 전압 차를 센싱하도록 구성되고, 히터 트레이스는 히터 존과 연관된다. 제어기는 히터 트레이스에 커플링되고 히터 트레이스 내의 전류를 센싱하도록 구성된 전류 센서를 포함한다. 제어기는 전압 차 및 센싱되는 전류에 기초하여 히터 트레이스의 저항을 식별하도록 구성된 저항 식별자를 포함한다. 제어기는 히터 트레이스의 저항 및 상관 함수에 기초하여 히터 존의 온도를 근사화하도록 구성된 온도 상관기를 포함한다. 상관 함수는 히터 트레이스의 저항 온도 계수 (temperature coefficient of resistance)를 사용한다.
본 개시의 다른 실시 예들은 사용자에게 정보를 제공하도록 구성된 사용자 인터페이스를 포함한다. 사용자 인터페이스는 플라즈마 프로세싱 챔버 외부에 있는 디스플레이 내에 제공될 수도 있다. 디스플레이는 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 정전 척의 제 1 히터 존과 관련된 정보를 보여주도록 구성된다. 정보는 제 1 히터 존과 연관된 제 1 온도를 포함한다. 제 1 온도는 제 1 히터 존과 연관된 제 1 히터 트레이스에 걸친 전압 차를 센싱하도록 구성된 제 1 온도 제어기에 의해 결정된다. 제 1 온도 제어기는 제 1 히터 트레이스 내의 전류를 센싱하도록 구성된다. 제 1 온도 제어기는 전압 차 및 센싱되는 전류에 기초하여 제 1 히터 트레이스의 저항을 식별하도록 구성된다. 제 1 온도 제어기는 제 1 히터 트레이스의 저항 및 상관 함수에 기초하여 제 1 온도를 근사화하도록 구성된다.
사용자 인터페이스는 정보에 기초하여 취해질 적어도 하나의 액션을 포함하는 추천 (recommendation) 을 제공하는 경보를 포함할 수도 있다. 특히, 제 1 온도는 제 1 히터 존에 통합된 제 1 히터 트레이스에 걸친 전압 차를 센싱하고; 제 1 히터 트레이스 내의 전류를 센싱하고; 전압 차 및 센싱된 전류에 기초하여 제 1 히터 트레이스의 저항을 식별하고; 그리고 제 1 히터 트레이스의 저항 및 상관 함수에 기초하여 제 1 온도를 근사화하도록 구성된 제 1 온도 제어기에 의해 결정된다.
본 개시의 실시 예들은 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 정전 척 (ESC) 을 포함하고, ESC는 프로세싱 동안 기판을 지지하도록 구성된다. ESC는 제 1 히터 존을 포함한다. ESC는 히터 존에 통합되고 제 1 히터 존에 열을 제공하도록 구성된 제 1 히터 트레이스를 포함한다. 제 1 히터 트레이스는 제 1 입력 단부 및 제 1 출력 단부를 갖는다. 제 1 온도 제어기는 제 1 히터 존의 온도를 근사화하도록 구성된다. 온도 제어기는 제 1 히터 트레이스에 걸친 제 1 전압 차를 센싱하고 제 1 히터 트레이스 내의 제 1 전류를 센싱하도록 구성된다. 제 1 온도 제어기는 센싱된 제 1 전압 차 및 센싱된 제 1 전류에 기초하여 제 1 히터 트레이스의 제 1 저항을 식별하도록 구성된다. 제 1 온도 제어기는 제 1 히터 트레이스의 식별된 제 1 저항 및 제 1 상관 함수에 기초하여 제 1 히터 존의 제 1 온도를 근사화하도록 구성되고, 제 1 상관 함수는 제 1 히터 트레이스의 제 1 저항 온도 계수를 사용한다.
본 개시의 다른 실시 예들은 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 정전 척 (ESC) 의 온도를 제어하기 위한 방법을 포함하고, ESC는 히터 트레이스가 내부에 통합된 히터 존을 갖는다. 히터 트레이스는 입력 단부 및 출력 단부를 갖고 히터 존에 열을 제공하도록 구성된다. 방법은 히터 트레이스에 전력을 공급하는 단계를 포함한다. 방법은 히터 트레이스에 걸쳐 (예를 들어, 히터 트레이스의 입력 단부와 출력 단부 사이) 전압 차를 센싱하는 단계를 포함한다. 방법은 히터 트레이스 내의 전류를 센싱하는 단계를 포함한다. 방법은 센싱된 전압 차 및 센싱된 전류에 기초하여 히터 트레이스의 저항을 식별하는 단계를 포함한다. 방법은 히터 존 내 온도 센서를 사용하지 않고 히터 트레이스의 식별된 저항 및 상관 함수에 기초하여 히터 존의 온도를 근사화하는 단계를 포함하고, 상관 함수는 히터 트레이스의 저항 온도 계수를 사용한다.
본 개시의 또 다른 실시 예들은 기판을 프로세싱하기 위한 플라즈마 프로세싱 시스템을 포함한다. 플라즈마 프로세싱 시스템은 기판을 지지하기 위한 정전 척 (ESC) 을 포함하는 반응기를 포함하고, 반응기는 프로세스 가스들을 수용하도록 구성된다. ESC는 히터 존을 포함한다. ESC는 히터 존에 통합된 히터 트레이스를 더 포함한다. 히터 트레이스는 히터 존에 열을 제공하도록 구성되고, 입력 단부 및 출력 단부를 포함한다. 플라즈마 프로세싱 시스템은 히터 트레이스의 입력 단부와 출력 단부 사이의 전압 차를 센싱하고 히터 트레이스 내의 전류를 센싱하도록 구성된 온도 제어기를 포함한다. 온도 제어기는 센싱된 전압 차 및 센싱된 전류에 기초하여 히터 트레이스의 저항을 식별하도록 구성된다. 온도 제어기는 히터 트레이스의 식별된 저항 및 상관 함수에 기초하여 히터 존의 온도를 근사화하도록 구성되고, 상관 함수는 히터 트레이스의 저항 온도 계수를 사용한다.
이들 및 다른 이점들은 전체 명세서 및 청구항들을 읽으면 당업자에 의해 인식될 것이다.
실시 예들은 첨부 도면들과 함께 취해진 이하의 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 수도 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른, 웨이퍼를 프로세싱하도록, 예를 들어, 웨이퍼 상에 막들을 형성하도록 사용되는 기판 프로세싱 시스템을 예시한다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 반도체 기판을 프로세싱하기 위해 활용된 반응기의 시스템 도면을 예시하고, 반응기는, 각각이 온도 센싱을 위해 구성된 하나 이상의 히터 트레이스들에 의해 가열된 하나 이상의 히터 존들을 갖는 정전 척을 포함하고, 히터 트레이스들은 하나 이상의 인 시츄 (in situ) 온도 제어기들에 의해 제어된다.
도 3a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 각각이 온도 센싱을 위해 구성된 하나 이상의 히터 트레이스들에 의해 가열된 하나 이상의 히터 존들을 포함하는 정전 척으로서 구성된 예시적인 기판 홀더의 수직 단면도를 예시한다.
도 3b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 도 3a의 정전 척의 특정한 히터 존에 열을 제공하도록 구성된 가열 시스템을 예시하고, 온도 제어기는, 또한 열을 제공하도록 구성된 대응하는 히터 트레이스를 통해 측정된 히터 존의 온도를 제어한다.
도 3c는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 히터 존의 온도를 제어할 목적으로 히터 트레이스에 공급된 전력을 제어하도록 구성된 도 3b의 온도 제어기의 전력 제어기를 예시한다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 온도를 센싱하고 히터 존에 열을 제공하도록 구성된 대응하는 히터 트레이스를 사용하여 정전 척의 온도 존의 온도를 측정하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 정전 척의 히터 존에 열을 제공하도록 구성된 히터 트레이스에 대한 저항과 온도 사이의 상관 함수의 도면이고, 상관 함수는 히터 트레이스의 저항 온도 계수를 사용한다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른, 상기 기술된 시스템들을 제어하기 위한 제어 모듈을 도시한다.
이하의 상세한 기술은 예시의 목적들을 위해 많은 특정한 상세들을 포함하지만, 당업자는 이하의 상세들에 대한 많은 변형들 및 변경들이 본 개시의 범위 내에 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에 기술된 (described) 본 개시의 양태들은 이 기술을 따르는 청구항들에 대한 어떠한 일반성 손실도 없이 그리고 제한들을 부과하지 않고 제시된다.
일반적으로 말하면, 본 개시의 다양한 실시 예들은 히터 존을 가열하기 위해 사용된 대응하는 히터 트레이스의 저항 측정 및 히터 트레이스의 저항 온도 계수 (temperature coefficient of resistance) 를 사용하는 상관 함수를 통해 정전 척 (ESC) 의 대응하는 히터 존의 근사 온도 (approximate temperature) 를 결정하는 시스템들 및 방법들을 기술한다. 본 개시의 실시 예들은 전용 온도 프로브 및／또는 센서가 달리 센서 배치에 전용될 ESC의 층의 컷 아웃들 (cutouts) 내로 삽입될 것을 요구하지 않기 때문에, ESC 자체는 전통적인 ESC들보다 얇을 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예들은 온도 측정을 위해 구성된 전통적인 ESC들에서 요구되는 직접적인 온도 센싱을 위한 ESC 세라믹 내 컷 아웃들, 홀들, 등이 없기 때문에, ESC의 표면에 걸쳐 RF (radio frequency) 균일도 개선을 제공한다.
이에 더하여, 본 개시의 실시 예들의 ESC 가열 제어 시스템들은 ESC에 임베딩되는 (embed) 직접적인 온도 센서 컴포넌트 요건들이 없기 때문에 (즉, 광섬유 센서들, 밴드 갭 센서들, 등이 없음) 이전 시스템들에 비해 상당한 비용 절감으로 보다 경제적으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예들의 ESC 가열 시스템들은 이전의 가열 시스템들에서와 같이 온도 센서들의 사용을 필요로 하지 않기 때문에, 이전 시스템들에서와 같이 ESC의 히터 존들의 직접적인 센싱을 위해 사용된 이들 온도 센서들의 가열 한계들 (예를 들어, 밴드 갭 센서들은 150 ℃까지 동작할 수 있다) 을 고려하지 않고 고온 (예를 들어, 150 ℃ 이상의 동작 범위들) 에서 동작할 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예들이 보다 정확한 온도 측정들을 제공하기 때문에, 보다 덜 정확한 온도 측정들로 인해 RF 고온 경계 외부의 히터 존의 온도의 개-루프 제어를 제공하는 이전의 가열 제어 시스템들과 비교하여, 가열 트레이스들의 인 시츄 (예를 들어, RF 고온 경계 내) 폐-루프 제어가 가능하다.
이에 더하여, 온도를 결정할 목적으로 전압 및 전류를 측정할 때 ESC의 히터 존을 가열하기 위해 사용된 히터 트레이스의 두께에 대한 요건이 없기 때문에, 히터 트레이스들은 임의로 얇게 만들어질 수 있고 본 개시의 실시 예들에서 히터 트레이스의 온도 및 히터 존의 근사 온도를 결정하기 위한 전압 및 전류를 측정하도록 여전히 구성될 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예들은 ESC의 복수의 히터 존들에 열을 인가할 때 발전된 프로세스 제어를 제공할 수 있는데, 이는 히터 트레이스들이 이들 히터 트레이스들의 폐 루프 제어로 임의적으로 얇게 만들어질 수 있어서, 공간 온도 센서들이 필요하기 때문에 그리고 ESC의 세라믹의 낮은 열 전도도로 인해 히터 트레이스와 대응하는 히터 존 간의 저 분해능의 온도 연관성 (temperature association) 때문에 히터 존들의 수가 제한된 전통적인 히터 시스템들과 비교하여, 보다 많은 수의 히터 존들 (예를 들어, ESC 전체에 걸쳐 분포된 개별적으로 제어된 수직 히터 트레이스들) 이 ESC 내에 구성 가능하게 하기 때문이다.
이에 더하여, 본 개시의 실시 예들은 히터 존의 세라믹의 온도를 센싱하는 대신 히터 존 내의 히터 트레이스의 저항을 측정하는 것이 전통적인 온도 센싱 시스템에 의해 경험된 바와 같은 측정에 영향을 미치는 존들 간의 온도 크로스-토크 (cross-talk) 또는 누설의 영향을 감소시키기 때문에, 히터 존의 온도의 보다 정확한 측정들을 제공하도록 구성된다.
본 개시의 실시 예들은, 예컨대 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 (Atomic Layer Deposition) 챔버 또는 모듈, PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, ALE (Atomic Layer Eetch) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈, 그리고 전기 도금, 전기 에칭, 전기 폴리싱, 전기 화학적 기계적 폴리싱, 증착, 습식 증착, 및 TSV (through silicon via) 프로세스들과 같은 프로세스들을 포함하기 위해 반도체 웨이퍼들의 제조 및／또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들에 사용되는 플라즈마 프로세스 모듈들에 관한 것이다. 또한, 본 개시의 실시 예들은 본 명세서에 제공된 예들로 제한되지 않고, 상이한 구성들, 기하 구조들, 및 플라즈마 생성 기술들 (예를 들어, 유도 결합된 시스템들, 용량 결합된 시스템들, 전자-사이클로트론 공진 시스템, 마이크로파 시스템 등) 을 채용하는 상이한 플라즈마 프로세싱 시스템들에서 실시될 수도 있다. 플라즈마 프로세싱 시스템들 및 플라즈마 프로세스 모듈들의 예들은 공동으로 소유된 미국 특허 제 8,862,855 호, 제 8,847,495 호, 제 8,485,128 호, 및 미국 특허 출원 제 15／369,110 호에 개시되며, 이들 모두는 전체가 참조로서 인용된다. 중요하게, 본 개시의 실시 예들의 플라즈마 프로세스 모듈들은 기판을 지지하도록 구성된 정전 척을 포함하고, ESC 내의 대응하는 히터 존의 근사 온도는 히터 존을 가열하기 위해 사용된 대응하는 히터 트레이스의 저항 측정 및 히터 트레이스의 저항 온도 계수를 사용하는 히터 트레이스의 상관 함수를 통해 결정될 수 있다. 대응하는 히터 트레이스들의 저항 측정 및 대응하는 상관 함수들을 통한 히터 존들의 온도의 결정은 기판을 지지하기 위해 구성된 것들 이외의 가열 어셈블리들에 적용될 수도 있다. 예를 들어, 다른 실시 예들에서, 가열 어셈블리들은 기판들을 프로세싱하기 위해 사용된 반응기들, 챔버들, 프로세스 모듈들, 등에서 구현될 수도 있는 샤워헤드, ESC, 지지 척, 페데스탈, 챔버 컴포넌트들, 또는 다른 구조체들 또는 컴포넌트들을 포함할 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐, 본 명세서에 사용된 용어 "기판"은 본 개시의 실시 예들에서 반도체 웨이퍼를 지칭한다. 그러나, 다른 실시 예들에서, 용어 기판은 사파이어, GaN, GaAs 또는 SiC, 또는 다른 기판 재료들로 형성된 기판들을 지칭할 수 있고, 유리 패널들／기판들, 금속 포일들, 금속 시트들, 폴리머 재료들, 등을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 다양한 실시 예들에서, 본 명세서에 언급된 기판은 형태, 형상, 및／또는 크기가 가변할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 본 명세서에 언급된 기판은 200 ㎜ (밀리미터) 반도체 웨이퍼, 300 ㎜ 반도체 웨이퍼, 또는 450 ㎜ 반도체 웨이퍼에 대응할 수도 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 본 명세서에 언급된 기판은 평판 디스플레이를 위한 직사각형 기판, 등과 같은 비 원형 기판에 대응할 수도 있고, 다른 형상들을 포함할 수도 있다.
다양한 실시 예들의 상기 일반적인 이해와 함께, 실시 예들의 예시적인 상세들이 이제 다양한 도면들을 참조하여 기술될 것이다. 하나 이상의 도면들에서 유사하게 번호가 매겨진 엘리먼트들 및／또는 컴포넌트들은 일반적으로 동일한 구성 및／또는 기능성을 갖도록 의도된다. 또한, 도면들은 축척대로 도시되지 않을 수도 있지만 신규한 개념들을 예시하고 강조하도록 의도된다. 본 실시 예들은 이들 구체적인 상세들 중 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다는 것이 자명할 것이다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 동작들은 본 실시 예들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다.
도 1은 ALD (atomic layer deposition) 프로세스들에서 형성된 것들과 같은 기판들 위에 막들을 증착하도록 사용될 수도 있는 반응기 시스템 (100) 을 예시한다. 이들 반응기들은 하나 이상의 히터들을 활용할 수도 있고, 공통 단자 구성들은 균일성 또는 맞춤 설정들을 위해 온도들을 제어하도록 이러한 예시적인 반응기에서 사용될 수도 있다. 보다 구체적으로, 도 1은 웨이퍼 (101) 를 프로세싱하도록 사용되는 기판 프로세싱 시스템 (100) 을 예시한다. 시스템은 하부 챔버 부분 (102b) 및 상부 챔버 부분 (102a) 을 갖는 챔버 (102) 를 포함한다. 중심 컬럼 (160) 은 일 실시 예에서 전력 공급된 전극 (powered electrode) 인 페데스탈 (140) 을 지지하도록 구성된다. 페데스탈 (140) 은 매칭 네트워크 (106) 를 통해 RF 전력 공급부 (104) 에 전기적으로 커플링 된다. RF 전력 공급부 (104) 는 제어 모듈 (110), 예를 들어, 제어기에 의해 제어된다. 제어 모듈 (110) 은 프로세스 입력 및 제어부 (108) 를 실행함으로써 기판 프로세싱 시스템 (100) 을 동작시키도록 구성된다. 프로세스 입력 및 제어부 (108) 는 웨이퍼 (101) 위에 막들을 증착하거나 형성하도록, 전력 레벨들, 타이밍 파라미터들, 프로세스 가스들, 웨이퍼 (101) 의 기계적 운동, 등과 같은 프로세스 레시피들을 포함할 수도 있다.
페데스탈 (140) 은 플라즈마가 생성되는 플라즈마 프로세싱 환경에 노출되는 동안 기판 (101) 을 홀딩하도록 구성된 ESC (310) 를 포함한다. 본 개시의 실시 예들은 반응기 시스템 (100) 내에서 플라즈마 프로세싱 동작들 동안 ESC (310) 의 하나 이상의 히터 존들의 결정 및／또는 측정을 제공한다. 특히, 대응하는 히터 존의 근사 온도는 히터 존을 가열하기 위해 사용된 대응하는 히터 트레이스의 저항 측정, 및 히터 트레이스의 저항 온도 계수를 사용하는 히터 트레이스의 상관 함수를 통해 결정된다.
중심 컬럼 (160) 은 또한 리프트 핀 제어부 (122) 에 의해 제어되는 대응하는 리프트 핀 액추에이션 링 (120) 에 의해 각각이 액추에이팅되는 리프트 핀들 (미도시) 을 포함한다. 리프트 핀들은 엔드-이펙터로 하여금 웨이퍼 (101) 를 픽킹하게 하도록 웨이퍼 (101) 를 페데스탈 (140) 로부터 상승시키고 엔드-이펙터에 의해 배치된 후 웨이퍼 (101) 를 하강시키도록 사용된다. 기판 프로세싱 시스템 (100) 은 프로세스 가스(들) (114) 에 연결된 가스 공급 매니폴드 (112), 예를 들어, 설비로부터의 가스 화학 물질 공급부들을 더 포함한다. 수행될 프로세싱에 따라, 제어 모듈 (110) 은 가스 공급 매니폴드 (112) 를 통한 프로세스 가스들 (114) 의 전달, 챔버 압력, 하나 이상의 RF 전력 소스들로부터 RF 전력의 생성, 배기 펌프, 등을 제어한다. 이어서 선택된 가스들은 샤워헤드 (150) 내로 흐르고 웨이퍼 (101) 와 대면하는 샤워헤드 (150) 면과 페데스탈 (140) 위에 놓인 웨이퍼 (101) 사이에 규정된 공간 볼륨 내에 분배된다. ALD 프로세스들에서, 가스들은 흡수된 반응 물질들과의 반응 또는 흡수를 위해 선택된 반응 물질들일 수 있다.
또한, 가스들은 미리 혼합되거나 미리 혼합되지 않을 수도 있다. 프로세스의 증착 및 플라즈마 처리 페이즈들 (phases) 동안 올바른 가스들이 전달되는 것을 보장하도록 적절한 밸브 및 질량 유량 제어 메커니즘이 채용될 수도 있다. 프로세스 가스들은 유출구를 통해 챔버를 나간다. 진공 펌프 (예를 들어, 1 단계 또는 2 단계 기계적 건식 펌프 및／또는 터보 분자 펌프) 는 프로세스 가스들을 인출하고 쓰로틀 밸브 또는 진자 밸브와 같은 폐 루프 제어된 플로우 제한 디바이스에 의해 반응기 내에서 적절하게 저압을 유지한다.
페데스탈 (140) 의 외측 영역을 둘러싸는 캐리어 링 (175) 이 또한 도시된다. 캐리어 링 (175) 은 페데스탈 (140) 의 중심에 있는 웨이퍼 지지 영역으로부터 스텝 다운된 캐리어 링 지지 영역 위에 놓이도록 구성된다. 캐리어 링 (175) 은 그의 디스크 구조의 외측 에지 측, 예를 들어, 외측 반경, 및 웨이퍼 (101) 가 놓이는 곳에 가장 가까운 그의 디스크 구조의 웨이퍼 에지 측, 예를 들어, 내측 반경을 포함한다. 캐리어 링 (175) 의 웨이퍼 에지 측은 캐리어 링 (175) 이 스파이더 포크들 (180) 에 의해 리프팅될 때 웨이퍼 (101) 를 리프팅하도록 구성되는 복수의 콘택트 지지 구조체들을 포함한다. 따라서 캐리어 링 (175) 은 웨이퍼 (101) 와 함께 리프팅되고 예를 들어, 멀티-스테이션 시스템에서 또 다른 스테이션으로 회전될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 챔버는 단일 스테이션 챔버이다.
또한, 인 시츄 히터 온도 제어기 (200) 는 페데스탈 (140) 의 ESC (310) 의 하나 이상의 히터 존들의 온도를 제어하도록 구성된다. 히터 존들은 기판의 프로세싱 동안 ESC (310) 의 표면 온도의 정밀 제어를 인에이블하도록 사용된다. 제어 가능한 복수의 히터 존들은 가변하는 환경 조건들 (예를 들어, 열 손실 조건들, 상이한 프로세스 단계들 사이에서 가변하는 열 전달 조건들, 등) 을 보상하기 위해 ESC (310) 의 온도 프로파일 (예를 들어, 방사상 프로파일, 등) 을 튜닝하는 능력을 제공한다. 일 실시 예에서, 인 시츄 히터 온도 제어기 (200) 는 대응하는 히터 존들의 히터 트레이스들을 갖는 폐 루프 구성으로 독립적으로 동작할 수도 있다. 또 다른 실시 예에서, 인 시츄 히터 온도 제어기 (200) 는 대응하는 히터 존들의 히터 트레이스들을 갖는 폐 루프 구성으로 제어기 (110) 와 함께 동작할 수도 있다. 실시 예들에서, 인 시츄 히터 온도 제어기 (200) 는 챔버 (102) 내부에 위치된다. 다른 실시 예들에서, 이하에 기술된 바와 같이, 챔버 (102) 내부 및 외부 모두에 위치된 복수의 온도 제어기들이 있을 수도 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 반도체 기판을 프로세싱하기 위해 활용된 반응기 시스템 (100) 의 시스템 도면을 예시하고, 반응기 시스템은 ESC (310) 를 갖는 페데스탈 (140) 을 포함하는 챔버 (102) 를 포함하고, ESC (310) 는 각각이 온도 센싱을 위해 구성된 하나 이상의 히터 트레이스들에 의해 가열된 하나 이상의 히터 존들을 포함하고, 히터 트레이스들은 하나 이상의 인 시츄 온도 제어기들에 의해 제어된다. 페데스탈 (140) 위에 배치된 반도체 기판 (101) 이 도시된다. 샤워헤드 (150) 는 챔버 (102) 내에서 플라즈마를 생성하고 (create) 생성하도록 (generate) 활용된 프로세스 가스들을 공급하도록 사용된다. 가스 공급부 (114) 는 수행될 프로세스 레시피에 따라 하나 이상의 가스들을 공급한다. 제어기 (110) 는 가스 공급부 (114) 와 같은 설비들, 압력 제어부들, 온도 제어부들, 및 다른 프로세싱 파라미터들을 포함하는, 반응기 시스템 (100) 의 다양한 컴포넌트들에 인스트럭션들을 제공하도록 사용된다.
이에 더하여, 페데스탈 (140) 의 ESC (310) 는 하나 이상의 히터 존들로 구성될 수도 있고, 히터 존들은 일 실시 예에서 하나 이상의 인 시츄 온도 제어기(들) (200) 에 의해 프로세싱 동안 제어 가능하게 가열된다. 예를 들어, 하나 이상의 인 시츄 온도 제어기(들) (200) 는 ESC (310) 의 하나 이상의 히터 존들의 온도를 제어하도록 구성된다. 인 시츄 온도 제어기(들) (200) 는 챔버 (102) 내에 위치됨으로써 인 시츄 온도 제어기(들) (200) 각각이 프로세스 조건들 (예를 들어, 상승된 온도들, 압력들, 등) 에 노출되도록 RF 고온 경계 내에 위치된다. 실시 예들에서, ESC (310) 의 하나 이상의 히터 존들은 하나 이상의 인 시츄 온도 제어기들 및／또는 제어기 (110) 에 의해 제어될 수도 있다. 즉, 히터 존들 각각은 (1) 하나 이상의 인 시츄 온도 제어기(들) (200) 에 의해 독립적으로, (2) 제어기 (110) (즉, RF 고온 경계 외부에 위치된) 에 의해 개별적으로, 또는 (3) 인 시츄 온도 제어기(들) (200) 및／또는 제어기 (110) 의 조합에 의해 제어될 수도 있다. 하나 이상의 히터 존들의 온도를 제어할 수 있는 복수의 온도 제어기들을 갖는 것은 제어기 고장의 경우에 백업들을 제공하고, 하나 이상의 위치들에 온도 제어기들을 위치시킴으로써 정확도 제어를 갖고, 상이한 히터 존들에 상이한 제어기들을 할당함으로써 보다 효율적인 것, 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 다양한 이유들로 유리할 수도 있다.
순전히 예시를 위해, ESC (310) 는 2 개의 히터 존들, 히터 트레이스 R-in (예를 들어, 저항성 엘리먼트) 에 의해 가열된 내측 히터 존, 및 히터 트레이스 R-out (예를 들어, 저항성 엘리먼트) 에 의해 가열된 외측 히터 존으로 구성될 수도 있다. 히터 전력 공급부 (240A) 는 ESC (310) 내에 배치된 내측 히터 존에 전력을 공급하도록 구성된다. 히터 전력 공급부 (240B) 는 ESC (310) 내에 배치된 외측 히터 존에 전력을 공급하도록 구성된다. 실시 예들에서, 인 시츄 온도 제어기(들) (200), 제어기 (110), 또는 이들의 조합은 히터 트레이스 R-in 및 히터 트레이스 R-out에 공급된 전력을 제어하기 위해 히터 전력 공급부 (240A) 및 히터 전력 공급부 (240B) 에 커플링되어, 내측 히터 존 및 외측 히터 존 내 온도를 제어한다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 인 시츄 온도 제어기(들) (200) 는 내측 히터 존 및 외측 히터 존 내의 온도를 제어하기 위해 히터 전력 공급부 (240A) 및 히터 전력 공급부 (240B) 에 폐 루프 구성으로 커플링될 수도 있다. 또 다른 실시 예에서, 제어기 (110) 는 내측 히터 존 및 외측 히터 존 내 온도를 제어하기 위해 히터 전력 공급부 (240A) 및 히터 전력 공급부 (240B) 에 폐 루프 구성으로 커플링될 수도 있다. 또 다른 실시 예에서, 인 시츄 온도 제어기(들) (200) 및／또는 제어기 (110) 는 내측 히터 존 및 외측 히터 존 내 온도를 제어하기 위해 히터 전력 공급부 (240A) 및 히터 전력 공급부 (240B) 에 폐 루프 구성으로 커플링된다. 명확성 및 간결성의 목적들을 위해, ESC (310) 의 하나 이상의 히터 존들이 인 시츄 온도 제어기(들) (200A) 에 의해 제어되는 본 명세서의 다양한 실시 예들이 기술되지만, 다른 실시 예들에서 단독으로 또는 다양한 조합으로 취해진 제어기(들) (200A), 및／또는 제어기 (110) 에 의해 히터 존들이 제어될 수도 있다는 것이 이해된다.
특히, 인 시츄 제어기 (200) 의 기능은 대응하는 히터 존을 가열하기 위해 사용된 대응하는 히터 트레이스의 저항 측정을 제공하고, 저항 측정은 하나 이상의 전압 측정 및 전류 측정을 통해 결정된다. 결국, 대응하는 히터 존의 근사 온도는 히터 트레이스의 저항 측정 및 상관 함수를 사용하여 결정되고, 상관 함수는 히터 트레이스의 저항 온도 계수를 사용한다. 폐 루프 구성에서, 히터 존의 결정된 근사 온도는 대응하는 히터 존에 공급될 전력을 결정하도록 사용될 수도 있다. 예를 들어, 대응하는 히터 존의 근사 온도가 목표된 온도보다 낮으면, 히터 존에 대한 온도를 상승시키기 위해 보다 많은 전력이 히터 트레이스에 인가될 수도 있다. 한편, 대응하는 히터 존의 근사 온도가 목표된 온도보다 높으면, 히터 존에 대한 온도를 하강시키기 위해 보다 적은 전력이 히터 트레이스에 인가될 수도 있다. 특히, 히터 전력 공급부 (240A) 는 내측 히터 존에 커플링될 수도 있고, 히터 전력 공급부 (240B) 는 외측 히터 존에 별도로 커플링될 수도 있다. 일반적으로, 히터 전력 공급부 (240A) 는 내측 히터 존의 온도의 변화에 영향을 주기 위해 전압 V-in을 히터 트레이스 R-in으로 공급할 수 있다. 유사하게, 히터 전력 공급부 (240B) 는 외측 히터 존의 온도의 변화에 영향을 주기 위해 전압 V-out을 히터 트레이스 R-out으로 공급할 수 있다.
도 3a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 각각이 온도 센싱을 위해 구성된 하나 이상의 히터 트레이스들에 의해 가열된 하나 이상의 히터 존들을 포함하는 정전 척으로서 구성된 예시적인 기판 홀더의 수직 단면도를 예시한다. 특히, 기판 홀더는 ESC (310) 또는 다른 타입의 기판 지지 부재일 수도 있다. 명확성 및 간결성의 목적들을 위해, 기판 홀더는 명세서에서 정전 척으로서 기술된다.
ESC (310) 는 페데스탈 (140) 의 최상부 층일 수도 있다. 또한, ESC (310) 는 베이스 플레이트, 베이스 플레이트 위에 배치된 본딩 층, 및 본딩 층 위에 배치된 세라믹 층을 포함할 수도 있고, 본딩 층은 세라믹 층을 베이스 플레이트에 고정한다. 명확성 및 간결성의 목적들로, 베이스 플레이트, 본딩 층 및 세라믹 층은 도시되지 않는다. 세라믹 층은 하나 이상의 층들을 포함할 수도 있다. ESC (310) 의 상단 표면은 프로세싱 동안 기판 (101) 을 지지하도록 구성된 영역을 포함할 수도 있다.
ESC (310) 는 ESC (310) 에 지지된 기판을 클램핑할 목적으로 클램프 전압 전력 공급부 (미도시) 에 커플링된 하나 이상의 클램프 전극들 (미도시) 을 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 단일 전극은 세라믹 층 상에 기판 (101) 을 홀딩하기 위한 전기장을 생성하도록 구성될 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 2 개 이상의 클램프 전극들은 전극들 사이에 차동 전압을 생성하도록 구성될 수도 있고, 차동 전압은 이어서 세라믹 층 상에 기판 (101) 을 홀딩하기 위한 전기장을 생성한다.
도시된 바와 같이, ESC (310) 는 하나 이상의 히터 존들을 포함한다. 예를 들어, ESC (310) 는 히터 존 1 (320-A), 히터 존 2 (320-B), 히터 존 N (320-N) 까지의 복수의 히터 존들을 포함할 수도 있고, 히터 존들 각각은 개별적으로 제어될 수도 있다 (예를 들어, 일 히터 존은 또 다른 히터 존과 독립적으로 제어될 수도 있다). 일 실시 예에서, 히터 존들은 동일한 수평 평면에 위치된다. 또 다른 실시 예에서, 히터 존들은 제 1 히터 존 및 제 2 히터 존이 상이한 수평 평면들에 위치될 수도 있도록 상이한 수평 평면들에 위치될 수도 있다. 히터 존들 각각은 대응하는 히터 트레이스에 공급된 전력 (예를 들어, 대응하는 히터 전력 공급부를 통해 공급된 전력 - 미도시) 을 제어하기 위한 제어기에 전기적으로 커플링된 히터 트레이스 (예를 들어, 저항성 엘리먼트) 를 포함할 수도 있다. 히터 트레이스들 각각은 대응하는 히터 존 내에 통합되거나 임베딩될 수도 있고, 대응하는 히터 존에 열을 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 히터 트레이스들이 세라믹 층의 내부에 배치되도록, 히터 트레이스들은 ESC (310) 의 세라믹 층 내부에 제조되고 형성될 수도 있다. 이와 같이, 히터 트레이스들에 의해 생성된 열은 세라믹 층으로 전달될 수도 있다. 히터 트레이스 각각은 입력 단부와 출력 단부를 갖는다. 히터 트레이스 각각은 대응하는 인 시츄 온도 제어기 (200) 에 의해 제어될 수도 있다. 예를 들어, 대응하는 인 시츄 온도 제어기 (200) 는 대응하는 히터 트레이스의 입력 단부와 히터 트레이스의 출력 단부 사이에 커플링될 수도 있다. 이전에 기술된 바와 같이, 제어기는 인 시츄 온도 제어기 (200), 제어기 (110), 또는 이들의 조합일 수도 있다. 예를 들어, 히터 존 1은 입력 라인 (305A) (예를 들어, 히터 트레이스 1의 입력 단부에 커플링됨) 및 출력 라인 (307A) (예를 들어, 히터 트레이스 1의 출력 단부에 커플링됨) 을 통해 인 시츄 온도 제어기 A (200A) 에 커플링된다. 즉, 인 시츄 온도 제어기 A (200A) 는 히터 존 1 (320-A) 의 히터 트레이스 1의 입력 단부와 출력 단부 사이에 커플링된다. 또한, 인 시츄 온도 제어기 B (200B) 는 히터 존 2 (320-B) 의 (예를 들어, 입력 라인 (305B) 을 통한) 입력 단부와 히터 트레이스 2 (예를 들어, 출력 라인 (307B) 를 통한) 의 출력 단부 사이에 커플링된다. 다른 히터 트레이스들이, 히터 존 N (320-N) 의 히터 트레이스 N의 (예를 들어, 입력 라인 (305N) 을 통한) 입력 단부와 (예를 들어, 출력 라인 (307N) 을 통한) 출력 단부 사이에 커플링되는 인 시츄 온도 제어기 N (200N) 을 포함하도록, 유사하게 제어된다. 실시 예들에서, 하나 이상의 인 시츄 온도 제어기들 (200) 은 히터 존 각각이 대응하는 인 시츄 온도 제어기 (200) 에 의해 일대일 관계로 제어될 수 있도록, 하나 이상의 히터 존들을 제어하기 위해 사용될 수도 있거나, 또는 프로세싱을 핸들링하기 위한 히터 존들의 수보다 적은 인 시츄 온도 제어기들 (200) 이 있을 수 있거나 또는 프로세싱을 핸들링하기 위한 하나의 인 시츄 온도 제어기 (200) 가 있을 수 있다.
인 시츄 온도 제어기 (200) 각각은 히터 트레이스의 측정된 저항을 결정하기 위해 대응하는 히터 트레이스에 걸친 전압 차 및 전류를 센싱하도록 구성된다. 측정된 저항은 상관 함수를 사용하여 히터 트레이스에 의해 가열된 대응하는 히터 존의 근사 온도를 결정하도록 사용될 수도 있다. 상관 함수는 히터 트레이스에 대한 저항 온도 계수에 기초하여 온도와 저항 사이의 관계를 모델링한다. 이러한 방식으로, 일단 히터 트레이스에 대한 저항 및 저항의 대응하는 온도 계수가 공지되면, 대응하는 히터 존의 근사 온도가 결정될 수 있다. 예를 들어, 인 시츄 온도 제어기 A (200A) 는 히터 존 1 (320-A) 의 히터 트레이스 1의 입력 단부에서의 전압, 및 히터 트레이스 1의 출력 단부에서의 전압을 센싱하도록 구성되어, 히터 트레이스 1에 걸친 전압 차를 측정하거나 계산한다. 이에 더하여, 인 시츄 온도 제어기 A (200A) 는 히터 트레이스 1을 통과하는 전류를 센싱하도록 구성된다. 전류는 히터 트레이스 1에 걸쳐 일관되어야 하고, 라인 (307A) 위와 같은 하나 이상의 위치들에서 측정될 수 있다. 저항 측정은 센싱된 전압 차 및 센싱된 전류를 통해 결정될 수 있다. 이어서 저항 측정은 이전에 기술된 바와 같이, 대응하는 상관 함수를 사용하여 대응하는 히터 존의 근사 온도를 결정하도록 사용된다.
따라서, 히터 존의 근사 온도는 ESC (310) 내에 내장된 온도 센서를 사용하지 않고 결정될 수 있다. 특히, 대응하는 인 시츄 온도 제어기 (200) 는 ESC (310) 내에 임베딩된 온도 센서들을 사용하지 않고 대응하는 히터 존의 근사 온도를 결정하도록 구성된다. 인 시츄 온도 제어기는 히터 트레이스에 걸친 전압들 및／또는 전류를 센싱하기 위해 대응하는 히터 트레이스를 포함하는 ESC (310) 의 히터 존 내에서 열을 생성하도록 전류를 제공하는 회로를 프로브하고 그리고／또는 회로에 연결되도록 구성된다. 프로브 및／또는 연결부는 세라믹 층 외부에 (예를 들어, 리드를 사용하여, 회로에 연결되는 등) 그리고 RF 고온 환경 내에서 이루어질 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 전류 센싱, 전압 센싱, 저항 측정 및／또는 결정, 및 온도 측정 및／또는 결정은 인 시츄 온도 제어기 (200) 내로 알고리즘적으로 프로그래밍될 수도 있다.
일 실시 예에서, 인 시츄 온도 제어기들 (예를 들어, 200A, 200B?? 200N) 은 제어기들이 챔버 (102) 의 RF 고온 환경에 위치되도록, 예컨대 챔버 (102) 의 프로세스 조건들에 노출되도록 RF 경계 (330) 내에 위치된다. 이러한 방식으로, 본 개시의 실시 예들은 RF 고온 환경 내에서 인 시츄 저항 측정을 제공하고, 대응하는 히터 트레이스들에 공급된 전력의 인 시츄 제어를 더 제공한다. 인 시츄 온도 제어기들 (200) 은 히터 존들을 구동하고 RF 경계 외부(예를 들어, RF 저온 환경) 에 위치된 (예를 들어, RF 피드백을 감소시키기 위해 광섬유 케이블을 통해) 사용자 인터페이스와의 통신을 제공하도록 구성된 ESC 제어 보드 상에 장착될 수도 있다. 즉, 인 시츄 온도 제어기들 (200) 은 대응하는 히터 존들을 가열하도록 사용된 대응하는 히터 트레이스들에 공급된 전력을 제어하도록 구성될 수도 있다. 일 실시 예에서, 전력은 펄스 폭 변조 (pulse width modulation; PWM) 를 사용하여 공급된다. 제어 보드는, 인 시츄 온도 제어기들 (200) 각각을 통해, 이전에 기술된 바와 같이, 대응하는 히터 존들의 히터 트레이스들 각각에 걸친 전압들 및 전류를 측정하고, ESC (310) 의 대응하는 히터 존들의 근사 온도들을 계산하도록 구성된다.
도 3b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 도 3a의 정전 척 (310) 의 특정한 히터 존에 열을 제공하도록 구성된 가열 시스템을 예시하고, 인 시츄 온도 제어기 (200) 는 히터 존 (320) 에 열을 제공하도록 구성된 대응하는 히터 트레이스 (345) 를 통해 측정된 히터 존 (320) 의 온도를 제어한다. 특히, 히터 트레이스 (345) 는 입력 단부 (351) 및 출력 단부 (352) 를 포함하고, 히터 트레이스 (345) 는 전력 공급부 (240) 에 커플링된다. 예를 들어, 전력 공급부 (240) 는 라인 (305) 을 통해 입력 단부 (351) 에 전력을 공급한다. 전력 공급부 (240) 는 라인 (307) 을 통해 출력 단부 (352) 에 커플링된다. 이에 더하여, 일 실시 예에서, 인 시츄 온도 제어기 (200) 는 히터 트레이스의 입력 단부 (351) 와 출력 단부 (352) 사이에 커플링된다. 예를 들어, 인 시츄 온도 제어기 (200) 는 전압 및／또는 전류 센싱을 위해 라인들 (305 및 307) 에 커플링될 수도 있다. 또한, 인 시츄 온도 제어기 (200) 는 제어 신호들을 전달하기 위해 전력 공급부 (240) 에 커플링된다. 예를 들어, 히터 트레이스 (345), 인 시츄 온도 제어기 (200), 및 전력 공급부 (240) 는, 인 시츄 온도 제어기 (200) 가 히터 존 (320) 의 계산된 온도 및 히터 존 (320) 의 목표된 온도에 기초하여 히터 트레이스 (345) 에 공급될 전력을 제어하도록 구성될 수도 있도록 폐 루프로 커플링될 수도 있다.
특히, 인 시츄 온도 제어기 (200) 는 ESC (310) 의 대응하는 히터 존 (320) 의 근사 온도를 결정하기 위해 히터 트레이스 (345) 의 인 시츄 저항 측정을 위해 구성된다. 일 실시 예에서, 근사 온도는 대응하는 히터 존에 내장되거나 위치된 온도 센서를 사용하지 않고 결정된다. 본 개시의 실시 예들은 기존의 온도 센싱 시스템들보다 훨씬 낮은 비용으로 높은 동작 온도들 (예를 들어, 150 ℃ 이상) 에서 근사 온도를 결정하기 위해 전압, 전류, 및／또는 저항의 측정을 제공한다. 이에 더하여, 본 개시의 실시 예들의 온도 센싱 시스템들은 온도 센싱 컷 아웃들의 부재 및 ESC의 적어도 하나의 층의 연결 와이어들로 인해 ESC 풋 프린트에 걸쳐 개선된 RF 균일성을 제공한다.
인 시츄 온도 제어기 (200) 는 히터 트레이스 (345) 에 걸친 전압을 측정함으로써 전압 센싱 (360) 을 수행하도록 구성된다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 인 시츄 온도 제어기 (200) 는 히터 트레이스 (345) 에 대한 입력 전압 (V-in) 을 측정하도록 히터 트레이스 (345) 의 입력 단부 (351) 에 커플링될 수도 있다. 인 시츄 온도 제어기 (200) 는 히터 트레이스의 입력 단부 (351) 를 시뮬레이팅하는 노드 (355) 에 커플링될 수도 있다. 이에 더하여, 인 시츄 온도 제어기 (200) 는 히터 트레이스의 출력 전압 (V-out) 을 측정하기 위해 히터 트레이스 (345) 의 출력 단부 (352) 에 커플링될 수도 있다. 인 시츄 온도 제어기 (200) 는 출력 단부 (352) 를 시뮬레이팅하는 노드 (357) 에 커플링될 수도 있다. 인 시츄 온도 제어기 (200) 는 입력 전압과 출력 전압 사이의 전압 차를 결정하도록 구성될 수도 있다.
이에 더하여, 인 시츄 온도 제어기 (200) 는 히터 트레이스 (345) 를 통한 전류를 측정함으로써 전류 센싱 (370) 을 위해 구성된다. 예를 들어, 인 시츄 온도 제어기 (200) 는 또한 히터 트레이스 (345) 를 통해 흐르는 전류 I를 측정하기 위해 입력 라인 (305) 의 임의의 노드들 (356 또는 355) 에 커플링될 수도 있다. 또한, 인 시츄 온도 제어기 (200) 는 또한 히터 트레이스 (345) 를 통해 흐르는 동일한 전류 I를 측정하도록 출력 라인 (307) 의 임의의 노드들 (357 또는 358) 에 커플링될 수도 있다. 이와 같이, 인 시츄 온도 제어기 (200) 는 이하에 더 기술된 바와 같이, ESC (310) 의 히터 존 (320) 의 근사 온도를 계산하기 위해 히터 트레이스 (345) 에 걸친 전압 및 전류를 측정 및／또는 센싱하도록 구성될 수도 있다. 이에 더하여, 전력 제어기 (380) 는 이하에 더 기술된 바와 같이, 히터 존 (320) 의 결정된 근사 온도 및 가능하게는 히터 존 (320) 에 대한 목표된 온도에 기초하여 히터 트레이스 (345) 에 공급할 전력을 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 전력 제어기 (380) 는 전력 공급부 (240) 가 히터 트레이스 (345) 에 공급하도록 특정한 전압 레벨을 전달할 수도 있고, 또는 음의 방향 또는 양의 방향으로 전압을 조정하기 위해 증분 전압을 전력 공급부 (240) 로 전달할 수도 있다. (공급된 전력을 통해 생성된 바와 같이) 히터 트레이스 (345) 에 의해 생성된 열은 ESC의 대응하는 히터 존으로 전달된다.
도 3c는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 히터 존 (320) 의 온도를 제어할 목적으로 히터 트레이스 (345) 에 공급된 전력을 제어하도록 구성되는 도 3b의 인 시츄 온도 제어기 (200) 의 전력 제어기 (380) 를 예시한다. 이전에 기술된 바와 같이, 인 시츄 온도 제어기 (200) 는 히터 트레이스 (345) 에 걸친 전압 차 (Vhtr) 를 실시간으로 센싱하고, 히터 트레이스 (345) 를 통해 실시간으로 전류 (Ihtr) 를 센싱하도록 구성된다.
이에 더하여, 전력 제어기 (380) 의 저항 식별자 (365) 는 센싱된 전압 차 및 센싱된 전류에 기초하여 (예를 들어, 실시간으로) 히터 트레이스 (345) 의 저항을 식별하도록 구성된다. 특히, 히터 존 (320) 의 히터 트레이스 (345) 의 저항 (Rhtr) 은 다음 등식을 사용하여 계산될 수 있다 :
Rhtr = Vhtr／Ihtr (1)
ESC (310) 의 대응하는 히터 존 (320) 의 근사 온도 (395) 는 히터 트레이스의 식별된 저항 (Rhtr) 및 저항 온도 계수에 기초한 상관 함수를 통해 온도 상관기 (385) 에 의해 획득될 수도 있다. 일 실시 예에서, 상관 함수는 선형이다. 다른 실시 예들에서, 상관 함수는 비 선형이다. 일 실시 예에서, 대응하는 히터 존 (320) 의 근사 온도 (395) 는 ESC (310) 의 히터 존 (320) 내에 임베딩되거나 또는 위치된 온도 센서없이 결정된다. 이전에 기술된 바와 같이, 일 실시 예에서 대응하는 히터 존의 온도를 결정하기 위한 목적으로 ESC (310) 내에 센서가 제공되지 않는다. 특히, ESC (310) 내에 (예를 들어, 층의 컷 아웃에) 제공되거나 임베딩된 온도 센서가 없고, 전압 센서가 없고, 전류 센서가 없다. 전류 및 전압 센싱은 ESC 외부, 그리고 RF 고온 환경 내에서 인 시츄 온도 제어기 (200) 에 의해 수행될 수도 있다. 예를 들어, 전압 및 전류는 프로브, 연결부 등을 사용하여 센싱될 수도 있다. 또한, 전압 센싱, 전류 센싱, 저항 측정 및／또는 결정, 온도 측정 및／또는 결정은 일 실시 예에서 인 시츄 온도 제어기 (200) 에서 알고리즘적으로 프로그래밍될 수도 있다.
특히, 대응하는 히터 트레이스 (예를 들어, 트레이스 (345)) 에 대한 상관 함수는 히터 트레이스 (345) 의 캘리브레이팅된 온도 T0 에서 히터 트레이스 (345) 의 캘리브레이팅된 (calibrated) 저항 Rhtr@T0, 및 히터 트레이스 (345) 의 저항 온도 계수 TCRhtr을 포함하는 몇몇 파라미터들에 기초한다. 일 실시 예에서, 캘리브레이팅된 측정들은 캘리브레이팅된 (미리 규정된) 온도 T0 (예를 들어, 대략 실온인 20 ℃) 에서 결정될 수도 있다. 예를 들어, 캘리브레이션은 제작 동안 공장에서 수행될 수도 있다. 즉, 공지된 온도 T0에서, 저항 (Rhtr@T0) 이 측정 및／또는 캘리브레이팅될 수 있다. 일반적으로, 저항 온도 계수 TCRhtr은 온도 변화의 정도 당 특정한 재료의 저항 변화를 규정한다. 즉, 특정한 재료의 온도가 변화함에 따라, 그 재료의 연관된 저항은 또한 그것의 대응하는 저항 온도 계수에 의해 규정된 바와 같이 변화할 것이다. 히터 트레이스 및／또는 ESC 내에 임베딩된 히터 트레이스의 온도 계수는 이하에 기술된 바와 같이 공지되고 (예를 들어, 미리 규정됨) 그리고／또는 캘리브레이팅될 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 히터 트레이스 (345) 는 전기 전도체로서 텅스텐을 포함한다. 다른 실시 예들에서, 히터 트레이스 (345) 는 전기 전도도를 위해 다른 것들 중에서 몰리브덴, 탄탈룸, 텅스텐, 팔라듐, 루테늄, 백금, 합금들 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 일 실시 예에서, 히터 트레이스 (345) 에 사용된 재료는 대략 4.1 x 10-3 (.0041) 의 최소 저항 온도 계수를 갖는다. 또 다른 실시 예에서, 히터 트레이스 (345) 에 사용된 재료는 대략 4.4 x 10-3 (.0044) 의 최소 저항 온도 계수를 갖는다.
특정한 히터 트레이스에 사용된 재료의 공지되거나 또는 캘리브레이팅된 특성들 (예를 들어, 공지된 저항 온도 계수 - TCRhtr을 가짐) 으로 인해, (즉, 히터 트레이스에 의해 가열되는) ESC의 대응하는 히터 존의 근사 온도 (395) (Tempzone) 은 다음 등식에 기초하여 계산될 수 있다.
Rhtr = Rhtr@T0 * ［ 1 ＋ TCRhtr * (Tempzone － T0) ］ (2)
히터 트레이스의 저항 (Rhtr) 이 측정될 수 있고, 남아있는 파라미터들 (캘리브레이팅된 온도에서 캘리브레이팅된 저항 - Rhtr@T0, 및 저항 온도 계수 - TCRhtr) 은 미리 규정되고 그리고／또는 캘리브레이팅되는 것으로 알려져 있기 때문에, 히터 트레이스의 온도 (Tempzone) 가 결정될 수 있고, 이는 대응하는 히터 존의 온도 (395) 로서 근사화될 수 있다. 히터 존의 근사 온도 (395) 는 히터 존의 측정된 온도로서 규정될 수도 있다. 특히, 등식 3은 등식 2로 시작하고 히터 존의 실시간 근사 온도 (395) 를 구한다 :
Tempzone = ( Rhtr／Rhtr@T0 － 1)／TCRhtr ＋ T0 (3)
일 실시 예에서, 상관 함수는 선형이고, 상관 함수는 히터 트레이스의 저항과 히터 트레이스의 온도 및／또는 히터 트레이스에 의해 가열된 대응하는 히터 존의 근사 온도를 상관시킨다. 즉, TCRhtr은 적절한 온도 범위에 걸쳐 일정하고, 따라서 상관 함수는 그 온도 범위에 걸쳐 선형일 것이고, 상관 함수의 기울기는 저항 온도 계수 -TCRhtr이다. 일 실시 예에서, TCRhtr은 단독으로 취해진 히터 트레이스의 재료에 대해 캘리브레이팅된다. 이 경우, 히터 존의 온도 응답은 대응하는 히터 존을 가열하도록 사용된 히터 트레이스의 온도 응답에 근사화된다. 히터 존의 온도 응답들과 히터 트레이스 사이의 우수한 근사치는 히터 트레이스의 재료의 저항 온도 계수가 선형이라고 가정될 때 이루어질 수도 있다.
다른 실시 예들에서, 상관 함수는 비 선형이다. 즉, TCRhtr은 적절한 온도 범위에 걸쳐 일정하지 않다. TCRhtr은 여전히 특정한 지점에서 상관 함수를 규정하는 곡선의 기울기를 규정할 수도 있다. 일 실시 예에서, TCRhtr은 ESC 내에 임베딩되는 히터 트레이스에 대해 캘리브레이팅된다. 캘리브레이션은 상관 함수가 선형이거나 비 선형일 때 수행될 수도 있지만, 보다 정확한 온도 계산들을 얻기 위해 상관 함수가 비 선형일 때 특히 유용하다. 이 경우, 상관 함수는 적절한 온도 범위에 걸쳐 ESC 내에 임베딩된 히터 트레이스에 대해 캘리브레이팅될 수도 있다. 예를 들어, 히터 존의 온도 및 히터 트레이스의 저항의 측정들은 보다 정확한 상관 함수를 결정하도록 수행될 수도 있고, 상관 함수는 히터 트레이스의 캘리브레이팅된 저항들과 히터 트레이스에 의해 가열된 히터 존의 캘리브레이팅된 온도 응답 사이의 관계를 규정한다.
히터 존의 근사 온도 (395) 는 전력 제어기 (380) 의 온도 비교기 (387) 로 입력로서 제공될 수도 있다. (예를 들어, 프로세스 레시피에 의해 미리 규정된 바와 같은) 히터 존의 목표된 온도 (390) 가 또한 온도 비교기 (387) 로 입력으로서 제공될 수도 있다. 온도 비교기 (387) 는 히터 존의 근사 온도 (395) 와 목표된 온도 (390) 사이의 차를 결정하도록 구성될 수도 있다. 또한, 전력 선택기 (391) 는 차를 분석하고 히터 존의 근사 온도 (395) 와 목표된 온도 (390) 를 매칭하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 전력 선택기 (391) 는 2 개의 값들을 매칭하기 위해 미리 규정된 응답을 적용하도록 구성될 수도 있다. 이와 같이, 전력 선택기 (391) 는 전력 공급부 (240) 에 인가될 응답을 출력 (399) 으로서 제공하고, 이는 히터 존 (320) 의 히터 트레이스 (345) 에 공급된 전력을 제어한다. 응답은 폐 루프 분석을 통해 결정될 수 있다. 즉, 인 시츄 온도 제어기 (200) 의 전력 선택기 (391) 는 근사 온도 (395) 가 (예를 들어, 미리 규정된 시간 기간에 걸쳐) 히터 존에 대해 목표된 온도 (390) 와 매칭하도록 전력 소스 (240) 에 의해 히터 트레이스 (345) 에 공급된 전력을 제어하기 위해 히터 존 (320) 의 근사 온도 (395) 의 폐 루프 분석을 수행한다.
예를 들어, 전력 선택기 (391) 는 전력 공급부 (240) 에 의해 히터 트레이스 (345) 에 공급될 전압 레벨 (V-in) 을 출력 (399) 으로서 제공할 수도 있다. 또 다른 실시 예에서, 전력 선택기 (391) 는 미리 규정된 시간 기간에 걸쳐 히터 존의 근사 온도 (395) 와 목표된 온도 (390) 를 매칭하도록 히터 존의 근사 온도 (395) 와 목표된 온도 (390) 사이의 측정된 차들의 이력에 응답하여 전력 공급부 (240) 에 의해 공급된 전압 레벨 (V-in) 을 변화시키는 반복적인 프로세스를 수행 할 수도 있다.
도 3b 및 도 3c의 인 시츄 온도 제어기 (200) 및 전력 제어기 (380) 의 논리적 컴포넌트들은 각각의 기능들 (예를 들어, 전압 센싱, 전류 센싱, 저항 식별자, 온도 상관, 온도 비교기, 전력 선택, 전력 제어, 등) 을 수행하기 위한 예시적인 구성들을 도시한다. 인 시츄 온도 제어기 (200) 및 전력 제어기 (380) 내에 기술된 논리적 컴포넌트들의 기능들은 다양하고 상이한 구성들로 논리적으로 조직될 수도 있다는 것이 이해된다. 예를 들어, 전력 제어기 (380) 의 일부 기능들은 분할될 수도 있고 인 시츄 온도 제어기 (200) 내에 제공될 수도 있고, 그 반대도 가능하다.
본 개시의 실시 예들은 정전 척에 사용된 멀티-존 가열 시스템을 제공한다. 예를 들어, 존 각각은 대응하는 저항성 엘리먼트를 사용하여 가열될 수도 있다. 일 실시 예에서, 듀얼 존 가열 시스템은 가열을 위한 히터 트레이스 R-in (예를 들어, 저항성 엘리먼트) 을 갖는 내측 히터 존, 및 가열을 위한 히터 트레이스 R-out (예를 들어, 저항성 엘리먼트) 를 갖는 외측 히터 존과 같은, 원형 가열 존들을 포함한다. 듀얼 존 가열 시스템은 단지 일 예이고, 다양한 레이아웃 구성들이 지원될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 예를 들어, 하나 이상의 히터 존들을 갖는 가열 시스템, 예컨대 내측 존, 중간 존, 및 외측 존을 포함하는 3 개의 히터 존 시스템이 제공될 수 있다. 히터 존들의 수는 예로서 1 내지 5로 넘버링된 히터 존들을 포함하거나 또는 5 내지 10, 또는 5 내지 15로 넘버링된 히터 존들을 포함하거나, 또는 5 개 초과의 히터 존들, 또는 10 개 초과의 히터 존들, 또는 20개 초과의 히터 존들, 50개 초과의 히터 존들, 또는 75개 초과의 히터 존들, 100개 초과의 히터 존들, 또는 125개 초과의 히터 존들을 포함하도록, 시스템들 사이에서 가변할 수도 있다. 여전히 다른 예들에서, 히터 존들은 층들로 그룹화될 수도 있고, 복수의 히터 존들의 일 세트는 일 수평 층에 있고, 적어도 하나의 다른 층은 복수의 히터 존들의 또 다른 세트를 포함한다. 다른 실시 예들에서, 히터 존들은 파이 형상들, 원형 배향된 가열 원들, 개별 저항성 엘리먼트들의 그리드, 지그재그 저항성 엘리먼트들, 단일 저항성 엘리먼트, 등과 같은 다양한 구성들로 배향될 수 있다. 실시 예들의 예시로서, 일부 레이아웃 구성들은 복수의 존들에 대한 저항성 엘리먼트들의 연속적인 원형 링들을 제공할 수도 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 대응하는 히터 존들을 가열하기 위해 사용된 저항성 엘리먼트들 및／또는 히터 트레이스들은 페데스탈을 규정하는 세라믹 내로 통합될 수도 있고, 이어서 세라믹은 페데스탈 상에 프로세싱을 위해 기판을 수용한다.
일 실시 예에서, 멀티-존 가열 시스템이 ESC의 일 층에 제공되고, 존들은 ESC에 걸쳐 그리드로 배치된다. 그리드의 엘리먼트들 각각은 열을 제공하도록 개별적으로 제어 가능하다. 예를 들어, 그리드는 대응하는 히터 트레이스들 및／또는 저항성 엘리먼트들과 같은 가열 엘리먼트들의 14 × 14 그리드로서 구성될 수도 있다. 일 실시 예에서, 히터 존들의 수는 14 × 14 히터 존들이 있도록 일대일 관계로 제공될 수도 있다. 또 다른 실시 예에서, 가열 엘리먼트들 중 일부는 가열 엘리먼트들의 수보다 적은 히터 존들이 있도록, 리던던시 (redundancy) 를 위해 제공된다. 예를 들어, 14 × 14 히터 엘리먼트들 (예를 들어, 히터 트레이스들, 저항성 엘리먼트들, 등) 의 그리드에 의해 지지되는 12 × 12 히터 존 구성이 있을 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 가열 엘리먼트들의 그리드 패턴은 대칭적일 수도 있고, 비대칭적일 수도 있고, 그리드 패턴에 걸쳐 균일하게 분포될 수도 있고, 그리드 패턴에 걸쳐 불균일하게 분포될 수도 있고, ESC의 윤곽 내에 피팅되는 (fit) 다양한 형상들, 등일 수도 있다. 기술된 멀티-존 가열 시스템은 ESC의 일 층에 제공될 수도 있고, ESC에 걸쳐 열의 미세 튜닝을 제공하도록 구성될 수도 있다.
또 다른 실시 예에서, 가열 시스템은 ESC의 복수의 층들에 걸쳐 분포될 수도 있다. 예를 들어, 일 층은 ESC에 제공된 열의 미세 튜닝을 제공할 수도 있다. 열의 미세 튜닝은 멀티-존 가열 시스템에 대해 상기 기술된 가열 엘리먼트들의 그리드 패턴 (예를 들어, 12 × 12 그리드의 가열 엘리먼트들, 14 × 14 그리드의 가열 엘리먼트들, 등) 을 통해 제공될 수도 있다. 가열 시스템은 ESC에 인가된 열의 조악한 튜닝을 제공하도록 구성된 하나 이상의 가열 존들의 또 다른 층을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 히터 존들의 하나 이상의 링들이 듀얼 히터 존 ESC (예를 들어, 2 개의 히터 존들), 트라이 히터 존 ESC (예를 들어, 3 개의 히터 존들), 또는 쿼드 히터 존 ESC (예를 들어, 4 개의 히터 존들) 과 같은 ESC에 걸쳐 제공될 수도 있다.
일 실시 예에서, 본 개시의 실시 예들은 세라믹의 낮은 열 전도도 때문에 (예를 들어, 온도 센서를 통해) 히터 트레이스와 히터 존의 측정된 온도 사이의 저 분해능의 온도 연관성 (temperature association) 에 의해 제한되지 않는다. (예를 들어, 직접적인 온도 센서를 사용한) 전통적인 온도 측정 및 가열 시스템들에서, 히터 트레이스의 두께는 문턱 값 (예를 들어, 10 ㎜) 아래로 내려갈 수 없는데, 이러한 문턱 값 아래의 히터 트레이스들이 상기 기술된 저 분해능 온도 연관성을 감안할 때 정확하게 측정될 수 없기 때문이다. 이는 또한 (예를 들어, 직접적인 온도 센서들을 사용한) 정확한 온도 센싱을 갖는 전통적인 가열 시스템에 얼마나 많은 히터 존들이 제공될 수 있는지를 제한하였다. 다른 한편으로, 본 개시의 실시 예들은 저 잡음을 갖는 고 분해능의 전압 및 전류의 측정이 있기 때문에, 히터 트레이스와 히터 존의 측정된 온도 간에 고 분해능의 온도 연관성을 갖는다. 이러한 방식으로, 본 개시의 실시 예들은 이전에 적용된 10 ㎜ 문턱 값보다 상당히 낮은 단면들을 갖는 히터 트레이스들을 제공 할 수 있다. 이에 더하여, 본 개시의 실시 예들은 10 ㎜ 미만이고, 임의의 두께인 히터 트레이스의 단면의 폭 (예를 들어, 단면의 수평 폭) 을 제공할 수 있다. 이는 히터 트레이스의 두께에 상관없이 전압 및 전류의 정확한 측정을 가능하게 하고, 그리고 대응하는 히터 존의 근사 온도의 보다 정확한 측정을 가능하게 하는, 저 잡음을 갖는 고 분해능의 전압 및 전류의 측정 때문이다. 이에 더하여, 본 개시의 실시 예들은 ESC의 복수의 히터 존들에 열을 인가 할 때 진보된 프로세스 제어를 제공할 수 있는데, 이는 히터 트레이스들이 이들 히터 트레이스들의 폐 루프 제어로 임의적으로 얇게 이루어질 수 있어서 보다 많은 수의 히터 존들이 ESC 내에 구성 가능하게 하기 때문이다 (예를 들어, ESC 전체에 분포된 개별적으로 제어된 수직 히터 트레이스들).
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 온도를 센싱하고 히터 존에 열을 제공하도록 구성된, ESC에 통합된 대응하는 히터 트레이스를 사용하여 정전 척의 히터 존의 온도를 제어하기 위한 방법을 예시하는 흐름도 (400) 이다. 흐름도 (400) 의 방법은 도 1 및 도 2의 플라즈마 프로세싱 모듈들 (100) 및 도 3a 내지 도 3c에 기술된 시스템들 중 하나 이상에 의해 적용될 수도 있다.
410에서, 방법은 전력 공급부로부터 히터 트레이스로 전력을 공급하는 단계를 포함한다. 히터 트레이스는 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 ESC의 히터 존에 통합될 수도 있다. 히터 트레이스는 히터 존에 열을 제공하도록 구성된다. 히터 트레이스는 이전에 기술된 바와 같이 전력 공급부에 커플링된 입력 단부 및 출력 단부를 가질 수도 있다. 히터 트레이스에 공급된 전력은 히터 트레이스의 저항의 인 시츄 (예를 들어, RF 고온 환경 내에서) 측정을 제공하고 이 저항을 대응하는 히터 존의 근사 온도와 상관시키도록 구성된 온도 제어기와 같은 온도 제어기에 의해 제어된다.
420에서, 방법은 히터 트레이스의 입력 단부와 출력 단부 사이의 전압 차를 실시간으로 센싱하는 단계를 포함한다. 특히, 온도 제어기는 이전에 기술된 바와 같이, 히터 트레이스의 입력 단부에서 입력 전압을 센싱하고, 히터 트레이스의 출력 단부에서 출력 전압을 센싱하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 히터 존 내 히터 트레이스에 걸친 전압 강하는 온도 제어기에 의해 결정될 수 있다. 일 실시 예에서, 전압 및 전류의 센싱은 플라즈마 프로세싱 챔버의 RF 고온 환경 내에서 수행된다.
430에서 방법은 히터 트레이스 내에서 실시간으로 전류를 센싱하는 단계를 포함한다. 특히, 온도 제어기는 이전에 기술된 바와 같이 히터 트레이스를 통해 전류를 센싱하도록 구성된다. 전류는 히터 트레이스를 포함하는 회로 전체에서 동일해야 하기 때문에, 전류는 회로 내의 임의의 복수의 노드들에서 센싱될 수 있다. 예를 들어, 전류는 히터 트레이스의 입력 단부 또는 출력 단부에서, 또는 전압이 센싱되는 위치들에서 센싱될 수도 있다. 전류를 전송하기 위해 다른 위치들이 사용될 수도 있다. 일 실시 예에서, 전류의 센싱은 플라즈마 프로세싱 챔버의 RF 고온 환경 내에서 수행된다.
440에서, 방법은 센싱된 전압 차 및 센싱된 전류에 기초하여 히터 트레이스의 저항을 실시간으로 식별하는 단계를 포함한다. 특히, 온도 제어기는 이전에 기술된 바와 같이 저항을 식별하도록 구성된다. 일 실시 예에서, 저항은 전압 (V), 전류 (I), 및 저항 (R) 의 관계를 통해 결정된다 : 회로의 V = I * R.
450에서, 방법은 히터 트레이스의 식별된 저항 및 상관 함수에 기초하여 히터 존의 온도를 근사화하는 단계를 포함한다. 구체적으로, 히터 존의 근사 온도는 이전에 기술된 바와 같이, 일 실시 예에서 ESC의 히터 존 내에서 온도 센서 (예를 들어, ESC의 층에 임베딩된 온도 센서) 를 사용하지 않고 결정된다. 상관 함수는 히터 트레이스의 저항 온도 계수를 사용한다. 실시 예들에서, 상관 함수는 이전에 기술된 바와 같이 선형 또는 비 선형일 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 상관 함수는 선형일 수도 있고, 저항 온도 계수는 적절한 범위 (예를 들어, 동작의 범위) 에 걸쳐 일정하다. 상관 함수는 특정한 히터 트레이스에 대해, 보다 구체적으로 ESC 내에 임베딩된 히터 트레이스에 대해 규정된다. 도 5는 상관 함수 (500) 의 예시를 제공하고, 상관 함수는 정전 척의 히터 존에 열을 제공하도록 구성된 히터 트레이스에 대한 저항과 온도 사이의 관계 및／또는 선형 상관을 규정한다. 상관 함수 (500) 는 히터 트레이스의 저항 온도 계수 TCRhtr를 사용하고, 상관 함수의 기울기는 대략 히터 트레이스의 저항 온도 계수 TCRhtr 및／또는 ESC 내에 임베딩된 히터 트레이스 이다. 일 실시 예에서, 상관 함수 (500) 는 히터 트레이스에 대해 캘리브레이팅된다. 예를 들어, 캘리브레이션은 ESC의 제조 (fabrication) 및／또는 제작 (manufacturing) 동안 공장에서 수행될 수도 있다. 특히, 저항 온도 계수 TCRhtr는 주어진 재료에 대해 공지될 수도 있다. 즉, 상관 함수 (500) 에서 라인의 기울기가 공지된다. 캘리브레이션은 주어진 캘리브레이팅된 온도 (예를 들어, 20 ℃) 및 캘리브레이팅된 저항 Rhtr@t0에 대한 라인의 적절한 교차점을 제공한다. 이러한 방식으로, 상관 함수는 ESC의 히터 존 내에 임베딩된 히터 트레이스 및／또는 특정한 히터 트레이스에 대해 규정될 수도 있다.
다른 실시 예에서, 상관 함수는 비 선형일 수도 있다. 상관 함수는 히터 트레이스 자체에 대해, 또는 동작의 적절한 온도 범위에 걸쳐 ESC 내에 임베딩된 히터 트레이스에 대해 캘리브레이팅될 수도 있다. 예를 들어, 히터 존의 온도 및 히터 트레이스의 저항의 측정들은 이전에 기술된 바와 같이, 비 선형 상관 함수를 결정하도록 수행될 수도 있고, 상관 함수는 히터 트레이스의 캘리브레이팅된 저항들과 히터 트레이스에 의해 가열된 히터 존의 캘리브레이팅된 온도 응답 간의 관계를 규정한다.
일 실시 예들에서, 히터 존의 근사 온도 및 히터 존의 목표된 온도의 폐 루프 분석이 온도 제어기에 의해 수행된다. 일 실시 예에서, 폐 루프 분석은 RF 고온 환경에 대해 인 시츄로 수행된다. 이러한 방식으로, 히터 트레이스에 공급된 전력은 이전에 기술된 바와 같이 폐 루프 분석을 사용하여 제어될 수도 있다. 예를 들어, 온도 제어기는 시간 기간에 걸쳐 히터 존의 근사 온도를 목표된 온도에 매칭하도록 히터 트레이스에 공급된 전력을 반복적으로 변화시킬 수도 있다. 또 다른 실시 예에서, 온도 제어기는 히터 존의 측정된 근사 온도에 미리 규정된 응답에 의해 규정된 전압 입력을 제공할 수도 있다. 일 실시 예에서, 히터 트레이스에 공급된 전력은 펄스 폭 변조 (PWM) 를 통해 제어된다. 일 실시 예에서, 인 시츄 전력 제어가 히터 트레이스에 제공되고, 폐 루프 분석은 이전에 기술된 바와 같이 플라즈마 프로세싱 챔버의 RF 고온 환경 내에서 수행된다.
또 다른 실시 예에서, 사용자 인터페이스는 사용자에게 정보를 제공하도록 구성된다. 사용자 인터페이스는 플라즈마 프로세싱 챔버 외부에 있는 디스플레이 내에 제공될 수도 있다. 정보가 사용자 인터페이스에 제공될 수도 있고, 정보는 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 정전 척의 제 1 히터 존의 제 1 온도를 포함하고, 정전 척은 기판을 지지하도록 구성된다. 사용자 인터페이스는 정보에 기초하여 취해질 적어도 하나의 액션을 포함하는 추천 (recommendation) 을 제공하는 경보를 포함할 수도 있다. 특히, 제 1 온도는 제 1 히터 존에 통합된 제 1 히터 트레이스에 걸친 (예를 들어, 제 1 히터 트레이스의 입력 단부와 출력 단부 사이의) 전압 차를 센싱하고; 전압 차 및 센싱된 전류에 기초하여 제 1 히터 트레이스의 저항을 식별하고; 그리고 제 1 히터 트레이스의 저항 및 상관 함수에 기초하여 제 1 온도를 근사화하도록 구성된 제 1 온도 제어기에 의해 결정된다.
일부 실시 예들에서, 경보는 히터 존의 목표된 온도와 온도 사이의 차를 포함하고, 차는 문턱 값을 초과한다.
다른 실시 예들에서, 사용자 인터페이스는 정전 척의 제 2 히터 존의 제 2 온도를 포함한다. 제 2 온도는 제 2 히터 존에 통합된 제 2 히터 트레이스에 걸친 (예를 들어, 제 2 히터 트레이스의 입력 단부와 출력 단부 사이의) 전압 차를 센싱하고; 제 2 히터 트레이스 내의 전류를 센싱하고; 전압 차 및 제 2 히터 트레이스 내에서 센싱되는 전류에 기초하여 제 2 히터 트레이스의 저항을 식별하고; 그리고 제 2 히터 트레이스의 저항 및 상관 함수에 기초하여 제 2 온도를 근사화하도록 구성된 제 2 온도 제어기에 의해 결정된다. 또 다른 실시 예에서, 제 1 히터 존과 제 2 히터 존은 상이한 수평 평면들 상에 있다.
일 실시 예에서, 제 1 온도 제어기는 제 1 온도 제어기가 플라즈마 프로세싱 챔버의 RF 고온 환경 내에 위치되도록 제 1 히터 트레이스에 공급된 전력의 인 시츄 제어를 제공하도록 구성된다. 특히, 제 1 온도 제어기는 근사화된 제 1 온도가 목표된 온도와 매칭하도록, 제 1 히터 트레이스에 공급된 전력을 제어하도록 근사화된 온도의 폐 루프 분석을 수행한다.
A1) 일 실시 예에서, 기판을 프로세싱하기 위한 플라즈마 프로세싱 시스템이 개시된다. 플라즈마 프로세싱 시스템은 기판을 지지하기 위한 정전 척 (ESC) 을 포함하는 반응기를 포함하고, 반응기는 프로세스 가스들을 수용하도록 구성된다. 플라즈마 프로세싱 시스템은 ESC의 히터 존을 포함한다. 플라즈마 프로세싱 시스템은 히터 존에 통합된 히터 트레이스를 포함한다. 히터 트레이스는 히터 존에 열을 제공하도록 구성된다. 히터 트레이스는 입력 단부 및 출력 단부를 갖는다. 그리고 플라즈마 프로세싱 시스템은 : 히터 트레이스에 걸친 전압 차를 센싱하고 히터 트레이스의 전류를 센싱하고; 센싱된 전압 차 및 센싱된 전류에 기초하여 히터 트레이스의 저항을 식별하고; 그리고 히터 트레이스의 식별된 저항 및 상관 함수에 기초하여 히터 존의 온도를 근사화하도록 구성된 온도 제어기를 포함한다. 상관 함수는 히터 트레이스의 저항 온도 계수를 사용한다.
A2) A1) 의 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 상관 함수가 선형 또는 비 선형이다.
A3) A1) 의 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 온도 제어기는 근사 온도가 히터 존에 대해 목표된 온도와 매칭하도록 히터 트레이스에 공급된 전력을 제어하기 위해 히터 존의 근사 온도의 폐 루프 분석을 수행한다.
A4) A1) 의 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 온도 제어기는 온도 제어기가 플라즈마 프로세싱 챔버의 RF 고온 환경 내에 위치되도록 히터 트레이스에 공급된 전력의 인 시츄 제어를 제공하도록 구성된다.
A5) A1) 의 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 온도 제어기는 히터 존 내 온도 센서를 사용하지 않고 히터 존의 온도를 근사화한다.
B1) 기판을 프로세싱하기 위한 플라즈마 프로세싱 시스템이 있다. 플라즈마 프로세싱 시스템은 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 정전 척 (ESC) 의 제 1 히터 존을 포함하고, ESC는 프로세싱 동안 기판을 지지하도록 구성된다. ESC는 히터 존에 통합되고 제 1 히터 존에 열을 제공하도록 구성된 제 1 히터 트레이스를 포함하고, 제 1 히터 트레이스는 제 1 입력 단부 및 제 1 출력 단부를 갖는다. 플라즈마 프로세싱 시스템은 제 1 히터 트레이스에 걸친 제 1 전압 차를 센싱하고 제 1 히터 트레이스의 제 1 전류를 센싱하도록 구성된 제 1 온도 제어기를 포함한다. 온도 제어기는 센싱된 제 1 전압 차 및 센싱된 제 1 전류에 기초하여 제 1 히터 트레이스의 제 1 저항을 식별하도록 구성된다. 온도 제어기는 제 1 히터 트레이스의 식별된 제 1 저항 및 제 1 상관 함수에 기초하여 제 1 히터 존의 제 1 온도를 근사화하도록 구성되고, 제 1 상관 함수는 제 1 히터 트레이스의 제 1 저항 온도 계수를 사용한다.
B2) B1) 의 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 제 1 상관 함수는 온도와 저항의 선형 상관을 규정하고 제 1 히터 트레이스의 저항 온도 계수에 대한 기울기를 갖는다.
B3) B1) 의 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 제 1 상관 함수는 온도 및 저항의 비 선형 상관을 규정한다.
B4) B1) 의 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 제 1 상관 함수는 ESC의 제 1 히터 존에 통합된 제 1 히터 트레이스에 대해 규정된다.
B5) B1) 의 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 제 1 온도 제어기는 제 1 히터 존 내 온도 센서를 사용하지 않고 제 1 히터 존의 제 1 온도를 근사화한다.
B6) B1) 의 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 제 1 온도 제어기는 근사화된 제 1 온도가 목표된 온도와 매칭하도록 제 1 히터 트레이스에 공급된 전력을 제어하기 위해 제 1 히터 존의 근사화된 제 1 온도의 폐 루프 분석을 수행한다.
B7) B6) 의 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 제 1 온도 제어기는 펄스 폭 변조를 사용하여 전력을 제어한다.
B8) B6) 의 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 제 1 온도 제어기는 제 1 온도 제어기가 플라즈마 프로세싱 챔버의 RF 고온 환경 내에 위치되도록 제 1 히터 트레이스에 공급된 전력의 인 시츄 제어를 제공하도록 구성된다.
B9) B1) 의 플라즈마 프로세싱 시스템은 ESC의 제 2 히터 존에 통합된 제 2 히터 존 및 제 2 히터 트레이스를 포함한다. 제 2 히터 트레이스는 제 2 히터 존에 열을 제공하도록 구성되고, 제 2 히터 트레이스는 제 2 입력 단부 및 제 2 출력 단부를 갖는다. 플라즈마 프로세싱 시스템은 제 2 히터 트레이스에 걸쳐 제 2 전압 차를 센싱하고 제 2 히터 트레이스 내의 제 2 전류를 센싱하고, 센싱된 제 2 전압 차 및 센싱된 제 2 전류에 기초하여 제 2 히터 트레이스의 제 2 저항을 식별하고, 그리고 제 2 히터 트레이스의 식별된 제 2 저항 및 제 2 상관 함수에 기초하여 제 2 히터 존의 제 2 온도를 근사화하도록 구성된 제 2 온도 제어기를 포함하고, 제 2 상관 함수는 제 2 히터 트레이스의 제 2 온도 계수를 사용한다.
B10) B9) 의 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 제 1 히터 존 및 제 2 히터 존은 상이한 수평 평면들 상에 있다.
B11) B1) 의 플라즈마 프로세싱 시스템에 있어서, 제 1 히터 트레이스의 단면의 수평 폭은 10 ㎜ 미만이다.
도 6은 상기 기술된 시스템들을 제어하기 위한 제어 모듈 (600) 을 도시한다. 일 실시 예에서, 도 1의 제어 모듈들 (110) 및／또는 도 2의 (200) 은 제어 모듈 (600) 의 예시적인 컴포넌트들 중 일부를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제어 모듈 (600) 은 프로세서, 메모리 및 하나 이상의 인터페이스들을 포함할 수도 있다. 제어 모듈 (600) 은 부분적으로 센싱된 값들에 기초하여 시스템의 디바이스들을 제어하도록 채용될 수도 있다. 단지 예를 들면, 제어 모듈 (600) 은 센싱된 값들 및 다른 제어 파라미터들에 기초하여 밸브들 (602), 필터 히터들 (604), 펌프들 (606), 존 히터들 (320), 및 다른 디바이스들 (608) 중 하나 이상을 제어할 수도 있다. 제어 모듈 (600) 은 단지 예를 들어, 압력 마노미터들 (610), 플로우 미터들 (612), 및／또는 다른 센서들 (616) 로부터 센싱된 값들을 수신한다. 제어 모듈 (600) 은 또한 전구체 전달 및 막의 증착 동안 프로세스 조건들을 제어하도록 채용 될 수도 있다. 제어 모듈 (600) 은 통상적으로 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 포함할 것이다.
제어 모듈 (600) 은 전구체 전달 시스템 및 증착 장치의 액티비티들을 제어할 수도 있다. 제어 모듈 (600) 은 프로세스 타이밍, 전달 시스템 온도, 및 필터들에 걸친 압력 차들, 밸브 위치들, 가스들의 혼합물, 챔버 압력, 챔버 온도, 기판 온도, RF 전력 레벨들, 기판 척 또는 페데스탈 위치, 및 특정한 프로세스의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 인스트럭션들의 세트들을 포함하는 컴퓨터 프로그램들을 실행한다. 제어 모듈 (600) 은 또한 압력 차를 모니터링할 수도 있고 하나 이상의 경로들로부터 하나 이상의 다른 경로들로 증기 전구체 전달을 자동으로 스위칭할 수도 있다. 제어 모듈 (600) 과 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램들이 일부 실시 예들에서 채용될 수도 있다.
제어 모듈 (600) 은 전압을 센싱하고, 전류를 센싱하고, 저항을 결정하고, 히터 존의 온도를 결정하고, 그리고 센싱된 전압 및 전류에 기초하여 히터 존들 (320) 로 전달된 전력을 제어하도록 구성될 수도 있다. 특히, 제어 모듈 (600) 은 ESC 내의 대응하는 히터 존의 근사 온도를 결정하도록 구성될 수도 있고, 히터 존을 가열하기 위해 사용된 대응하는 히터 트레이스의 (예를 들어, 전압 및 전류 센싱을 통해 결정되는) 저항 측정 및 히터 트레이스의 저항 온도 계수를 사용하는 상관 함수를 통해 결정될 수 있다. 제어 모듈 (600) 은 목표된 온도에 대해 근사 온도를 분석하고 응답으로 히터 트레이스에 인가될 전압을 규정하도록 구성될 수도 있다.
통상적으로 제어 모듈 (600) 과 연관된 사용자 인터페이스가 있을 것이다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 (618) (예를 들어, 장치 및／또는 프로세스 조건들의 디스플레이 스크린 및／또는 그래픽 소프트웨어 디스플레이들), 및 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크로폰들, 등과 같은 사용자 입력 디바이스들 (620) 을 포함할 수도 있다.
프로세스 시퀀스에서 전구체의 전달, 증착 및 다른 프로세스들을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램들은 종래의 어떠한 컴퓨터 판독 가능 프로그래밍 언어: 예를 들어, 어셈블리 언어, C, C ++, Pascal, Fortran 등으로도 기록될 수 있다. 컴파일된 (compiled) 객체 코드 또는 스크립트는 프로그램에서 식별된 태스크들을 수행하도록 프로세서에 의해 실행된다.
제어 모듈 파라미터들은 프로세스 조건들, 예를 들어, 필터 압력 차들, 프로세스 가스 조성 및 플로우 레이트들, 온도, 압력, 플라즈마 조건들, 예를 들어, RF 전력 레벨들 및 저 주파수 RF 주파수, 냉각 가스 압력, 및 챔버 벽 온도와 관련된다.
시스템 소프트웨어는 많은 상이한 방식들로 설계되거나 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 챔버 컴포넌트 서브 루틴들 또는 제어 객체들이 본 발명의 증착 프로세스들을 수행하기 위해 필요한 챔버 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 기록될 수도 있다. 이 목적을 위한 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들의 예들은 기판 포지셔닝 코드, 프로세스 가스 제어 코드, 압력 제어 코드, 히터 제어 코드, 및 플라즈마 제어 코드를 포함한다.
기판 포지셔닝 프로그램은 기판을 페데스탈 또는 척 상으로 로딩하도록 그리고 기판과 가스 유입구 및／또는 타겟과 같은 챔버의 다른 파트들 사이의 간격을 제어하도록 사용되는 챔버 컴포넌트들을 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함할 수도 있다. 프로세스 가스 제어 프로그램은 가스 조성 및 플로우 레이트들을 제어하기 위한 그리고 선택 가능하게, 챔버 내 압력을 안정화시키도록 증착 전에 챔버 내로 가스를 흘리기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 필터 모니터링 프로그램은 측정된 차(들) 을 미리 결정된 값(들) 및／또는 경로들을 스위칭하기 위한 코드와 비교하는 코드를 포함한다. 압력 제어 프로그램은 예를 들어, 챔버의 배기 시스템 내의 쓰로틀 밸브를 조절함으로써 챔버 내의 압력을 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 히터 제어 프로그램은 전구체 전달 시스템, 기판 및／또는 시스템의 다른 부분들 내의 컴포넌트들을 가열하기 위해 가열 유닛들로의 전류를 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 히터 제어 프로그램은 기판 척으로의 헬륨과 같은 열 전달 가스의 전달을 제어할 수도 있다.
증착 동안 모니터링될 수도 있는 센서들의 예들은 이로 제한되는 것은 아니지만, 질량 유량 제어 모듈들, 압력 마노미터들 (610) 과 같은 압력 센서들, 및 전달 시스템, 페데스탈 또는 척 내에 위치된 열전대들을 포함한다. 적절히 프로그래밍된 피드백 및 제어 알고리즘은 목표된 프로세스 조건들을 유지하기 위해 이들 센서들로부터의 데이터와 함께 사용될 수도 있다. 전술한 바는 단일 챔버 반도체 프로세싱 툴 또는 멀티-챔버 반도체 프로세싱 툴에서 본 개시의 실시 예들의 구현 예를 기술한다.
일부 구현 예들에서, 제어기는 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱을 위한 플랫폼 또는 플랫폼들, 및／또는 특정한 프로세싱 컴포넌트들 (기판 페데스탈, 가스 플로우 시스템 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 전에, 프로세싱 동안 및 프로세싱 후 그들의 동작을 제어하기 위해 전자 장치와 통합될 수도 있다. 전자 장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 서브 부품들을 제어할 수 있는 "제어기"로 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 인 에이블하고, 엔드 포인트 측정들을 인에이블하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및／또는 소프트웨어를 갖는 전자 장치로서 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 기판상에서 또는 반도체 기판에 대한 특정한 프로세스를 수행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 산화물들, 실리콘, 실리콘 이산화물, 표면들, 회로들, 및／또는 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 기판 프로세싱의 원격 액세스를 허용할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부의 "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 (atomic layer deposition) 챔버 또는 모듈, ALE (atomic layer etch) 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 툴인터페이스들,인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기, 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.
실시 예들의 전술한 기술은 예시 및 기술의 목적으로 제공되었다. 본 개시를 포괄하거나 제한하도록 의도되지 않는다. 특정한 실시 예의 개별적인 엘리먼트들 또는 특징들은 일반적으로 특정한 실시 예로 제한되지 않지만, 적용 가능한 경우, 상호 교환 가능하고, 구체적으로 도시되거나 기술되지 않더라도 선택된 실시 예에서 사용될 수 있다. 동일한 것이 또한 많은 방식들로 가변될 수도 있다. 이러한 변형들은 본 개시로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않고, 모든 이러한 수정들은 본 개시의 범위 내에 포함되도록 의도된다.
전술한 실시예들이 이해의 명료성을 위해 일부 상세히 기술되었지만, 특정한 변화들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수도 있다는 것이 자명할 것이다. 따라서, 본 실시 예들은 예시적이고 비 제한적인 것으로 간주되고, 실시예들은 본 명세서에 제공된 상세들로 제한되지 않고, 기술된 실시 예들의 범위 및 등가물들 내에서 수정될 수도 있다.

Claims (29)

  1. 정전 척에 통합된 히터 트레이스에 커플링된 전압 센서로서, 상기 전압 센서는 상기 히터 트레이스에 걸친 전압 차를 센싱하도록 구성되고, 상기 히터 트레이스는 히터 존과 연관된, 상기 전압 센서;
    상기 히터 트레이스에 커플링되고 상기 히터 트레이스 내의 전류를 센싱하도록 구성된 전류 센서;
    상기 전압 차 및 상기 센싱된 전류에 기초하여 상기 히터 트레이스의 저항을 식별하도록 구성된 저항 식별자; 및
    상기 히터 트레이스의 상기 저항 및 상관 함수에 기초하여 상기 히터 존의 온도를 근사화하도록 구성된 온도 상관기를 포함하고,
    상기 상관 함수는 상기 히터 트레이스의 저항 온도 계수 (temperature coefficient of resistance) 를 사용하는, 제어기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터 존과 연관된 목표된 온도와 상기 근사화된 온도를 비교하도록 구성된 온도 비교기를 더 포함하는, 제어기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 근사화된 온도와 상기 목표된 온도 사이의 비교 결과에 기초하여 상기 히터 트레이스에 대한 전력을 조정하도록 구성된 전력 제어기를 더 포함하는, 제어기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전력 제어기는 펄스 폭 변조를 사용하여 상기 전력을 조정하는, 제어기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어기는 플라즈마 프로세싱 챔버의 RF 고온 환경 내에 위치되고, 그리고
    상기 제어기는 상기 히터 트레이스에 상기 전력의 인 시츄 (in situ) 조정을 제공하도록 구성되는, 제어기.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 전력 제어기는 상기 근사화된 온도가 상기 목표된 온도와 매칭하도록 상기 히터 트레이스에 대한 상기 전력을 조정하기 위해 상기 근사화된 온도의 폐 루프 분석을 수행하는, 제어기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 상관기는 온도 센서를 사용하지 않고 상기 온도를 근사화하는, 제어기.
  8. 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 정전 척의 제 1 히터 존과 관련된 정보를 보여주도록 구성된 디스플레이를 포함하고,
    상기 정보는 상기 제 1 히터 존과 연관된 제 1 온도를 포함하고;
    상기 제 1 온도는,
    상기 제 1 히터 존과 연관된 제 1 히터 트레이스에 걸친 전압 차를 센싱하고;
    상기 제 1 히터 트레이스 내의 전류를 센싱하고;
    상기 전압 차 및 상기 센싱된 전류에 기초하여 상기 제 1 히터 트레이스의 저항을 식별하고; 그리고
    상기 제 1 히터 트레이스의 상기 저항 및 상관 함수에 기초하여 상기 제 1 온도를 근사화하도록 구성된 제 1 온도 제어기에 의해 결정되는, 사용자 인터페이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 온도에 기초하여 경보를 트리거하도록 구성된 로직을 더 포함하는, 사용자 인터페이스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 경보는 상기 정보에 기초하여 취해질 적어도 하나의 액션을 제공하는 추천 (recommendation) 을 포함하는, 사용자 인터페이스.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 경보는 상기 제 1 히터 존의 목표된 온도와 상기 제 1 온도 사이의 차가 문턱 값을 초과할 때 트리거되는, 사용자 인터페이스.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 정보는 상기 정전 척의 제 2 히터 존과 연관된 제 2 온도를 포함하는, 사용자 인터페이스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 온도는,
    상기 제 2 히터 존과 연관된 제 2 히터 트레이스에 걸친 전압 차를 센싱하고;
    상기 제 2 히터 트레이스 내의 전류를 센싱하고;
    상기 제 2 히터 트레이스 내 상기 전압 차 및 상기 제 2 히터 트레이스 내에서 센싱된 상기 전류에 기초하여 상기 제 2 히터 트레이스의 저항을 식별하고; 그리고
    상기 제 2 히터 트레이스의 상기 저항 및 상관 함수에 기초하여 상기 제 2 히터 존의 상기 제 2 온도를 근사화하도록 구성되는 제 2 온도 제어기에 의해 결정되는, 사용자 인터페이스.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 히터 존 및 상기 제 2 히터 존은 상이한 수평 평면들 상에 있는, 사용자 인터페이스.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 제어기는 상기 제 1 히터 존과 연관된 목표된 온도와 상기 제 1 온도를 비교하도록 더 구성되는, 사용자 인터페이스.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 제어기는 상기 제 1 온도와 상기 목표된 온도 사이의 비교 결과에 기초하여 상기 제 1 히터 트레이스에 대한 전력을 조정하도록 더 구성되는, 사용자 인터페이스.
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 제어기는 상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 RF 고온 환경 내에 위치되고,
    상기 제 1 온도 제어기는 상기 제 1 히터 트레이스에 상기 전력의 인 시츄 조정을 제공하도록 구성되는, 사용자 인터페이스.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 제어기는 상기 제 1 온도가 상기 목표된 온도와 매칭하도록 상기 제 1 히터 트레이스에 대한 전력을 조정하기 위해 상기 제 1 온도의 폐 루프 분석을 수행하는, 제어기.
  19. 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 의 온도를 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 ESC는 히터 트레이스가 내부에 통합된 히터 존을 갖고, 상기 히터 트레이스는 입력 단부 및 출력 단부를 갖고 상기 히터 존에 열을 제공하도록 구성된, 상기 방법은,
    히터 트레이스에 전력을 공급하는 단계;
    상기 히터 트레이스의 입력 단부와 출력 단부 사이의 전압 차를 센싱하는 단계;
    상기 히터 트레이스 내의 전류를 센싱하는 단계;
    상기 센싱된 전압 차 및 상기 센싱된 전류에 기초하여 상기 히터 트레이스의 저항을 식별하는 단계; 및
    상기 히터 존 내 온도 센서를 사용하지 않고 상기 히터 트레이스의 상기 식별된 저항 및 상관 함수에 기초하여 상기 히터 존의 온도를 근사화하는 단계를 포함하고, 상기 상관 함수는 상기 히터 트레이스의 저항 온도 계수를 사용하는, 정전 척의 온도 제어 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 히터 존과 연관된 목표된 온도와 상기 근사화된 상기 히터 존의 온도를 비교하는 단계를 더 포함하는, 정전 척의 온도 제어 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 히터 존과 연관된 상기 목표된 온도와 상기 근사화된 온도 사이의 비교 결과가 문턱 값을 초과할 때 경보를 생성하는 단계를 더 포함하는, 정전 척의 온도 제어 방법 .
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 히터 존과 연관된 상기 목표된 온도와 상기 근사화된 온도 사이의 비교 결과를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는, 정전 척의 온도 제어 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 히터 존과 연관된 상기 목표된 온도와 상기 근사화된 온도 사이의 비교 결과에 기초하여 상기 히터 트레이스에 공급된 상기 전력을 조정하는 단계를 더 포함하는, 정전 척의 온도 제어 방법.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 히터 트레이스에 공급된 상기 전력은 상기 히터 존과 연관된 상기 목표된 온도와 상기 근사화된 온도가 매칭하도록 조정되는, 정전 척의 온도 제어 방법.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 히터 존의 상기 근사화된 온도와 상기 히터 존과 연관된 상기 목표된 온도의 폐 루프 분석을 수행하는 단계; 및
    상기 폐 루프 분석에 기초하여 펄스 폭 변조를 사용하여 상기 히터 트레이스에 공급된 전력을 조정하는 단계를 더 포함하는, 정전 척의 온도 제어 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 RF 고온 환경 내에서 상기 폐 루프 분석을 수행함으로써 상기 히터 트레이스에 공급된 상기 전력의 인 시츄 제어를 제공하는 단계를 더 포함하는, 정전 척의 온도 제어 방법.
  27. 제 20 항에 있어서,
    상기 상관 함수는 온도와 저항의 선형 상관을 규정하고 상기 히터 트레이스의 상기 저항 온도 계수에 대한 기울기를 갖는, 정전 척의 온도 제어 방법.
  28. 제 20 항에 있어서,
    상기 상관 함수는 온도와 저항의 비 선형 상관을 규정하는, 정전 척의 온도 제어 방법.
  29. 제 20 항에 있어서,
    상기 상관 함수는 상기 히터 존에 통합된 상기 히터 트레이스에 대해 규정되는, 정전 척의 온도 제어 방법.
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