(57)【要約】【課題】【解決手段】半導体処理装置内で半導体基板を支持するために用いられる基板支持体アセンブリのための加熱プレートを動作させる方法が開示されており、加熱プレートは、電力供給ラインと、電力帰還ラインと、電力供給ラインおよび電力帰還ラインのすべてのペアの間に接続されたそれぞれの平面ヒータ領域とを備える。その方法は、ヒータ領域に電力供給するための電流パルスを時間的に分散することにより、電力供給ラインおよび電力帰還ラインによって伝導される最大電流を低減する。【選択図】図１
2015520504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理装置内で半導体基板を支持するために用いられる基板支持体アセンブリのための加熱プレートを動作させる方法であって、
前記加熱プレートは、第１の電気絶縁層と、Ｍ本の導電性の電力供給ラインと、Ｎ本の導電性の電力帰還ラインと、それぞれの平面ヒータ領域Ｚijがｉ番目の電力供給ラインおよびｊ番目の電力帰還ラインに接続されると共に（１≦ｉ≦Ｍ、１≦ｊ≦Ｎ、ｉおよびｊは整数）、１または複数のヒータ要素を備える平面ヒータ領域のアレイと、前記ｊ番目の電力帰還ラインから前記平面ヒータ領域Ｚijを通って前記ｉ番目の電力供給ラインに至る方向に逆電流が流れないように前記ｉ番目の電力供給ラインおよび前記ｊ番目の電力帰還ラインの間で平面ヒータ領域Ｚijに直列接続されたダイオードとを備え、前記平面ヒータ領域は、前記第１の電気絶縁層にわたって水平方向に分布されると共に、前記半導体基板上の空間的な温度プロファイルを調整するよう動作可能であり、同じペアのｉ番目の電力供給ラインおよびｊ番目の電力帰還ラインには１つの平面ヒータ領域しか接続されず、
前記方法は、
（ａ）前記平面ヒータ領域Ｚijが持続時間τijにわたって電源によって電力供給された後にその設定温度に達するように、前記ヒータ領域Ｚijの実際の温度または推定温度と設定温度との間の差に基づいて、平面ヒータ領域Ｚijの前記持続時間τijを計算する工程と、
（ｂ）持続時間Τiにわたって、前記ｉ番目の電力供給ラインと前記電源との間の接続を維持する工程と、
（ｃ）前記持続時間Τiの間、前記持続時間τijにわたって前記ｊ番目の電力帰還ラインと電気的接地との間の接続を維持することにより、前記ｉ番目の電力供給ラインに接続された前記平面ヒータ領域Ｚijに電力供給する工程と、
（ｄ）すべての持続時間τijが同時に始まらないように、ｊの全整数値（１≦ｊ≦Ｎ）について工程（ｃ）を繰り返す工程と、
（ｅ）ｉの全整数値（１≦ｉ≦Ｍ）について工程（ｃ）および（ｄ）を繰り返す工程と
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、Ｎは、２以上１００以下の整数であり、Ｍは、２以上１００以下の整数である方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
下記式（７）が成立しており、
【数７】
2015520504.tif 000009
工程（ｄ）は、さらに、Τi中のいかなる時点にも、２以上の平面ヒータ領域Ｚijに電力供給されないように、前記ｉ番目の電力供給ラインに接続された各平面ヒータ領域Ｚijに順次電力供給する工程を含む方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
下記式（８）が成立しており、
【数８】
2015520504.tif 000010
前記持続時間τijは、前記持続時間Τiの開始時に対して、時点αijに始まって時点βijに終わり、
工程（ｄ）において、（ｉ）αi1＝０；（ｉｉ）（αi(j+1)＋τi(j+1)）≦Τiの場合、αi(j+1)＝βijかつβi(j+1)＝（αi(j+1)＋τi(j+1)）；（ｉｉｉ）（αi(j+1)＋τi(j+1)）＞Ｔiの場合、αi(j+1)からΤｉの間の１持続時間および０から（αi(j+1)＋τi(j+1)−Ｔi）の間の別の持続時間にτi(j+1)を分割する、というルールに従って、αijおよびβｉｊを決定する方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、工程（ｄ）は、さらに、１つの持続時間Τiから次の持続時間Τiに１または複数のτijを移す工程を備える方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
工程（ｃ）は、さらに、下記式（９）が成り立つように、Τiを調整する工程を含み、
【数９】
2015520504.tif 000011
工程（ｄ）は、さらに、Τi中のいかなる時点にも、前記平面ヒータ領域Ｚijの内の１平面ヒータ領域のみに電力供給されるように、前記ｉ番目の電力供給ラインに接続された各平面ヒータ領域Ｚijに順次電力供給する工程を含む方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記ヒータ領域Ｚijの前記推定温度は、前記ヒータ領域Ｚijのリアルタイムのフィードバックに基づいてモデルを用いて計算される方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記ヒータ領域Ｚijの前記推定温度は、以前に測定された較正データに基づく方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、前記ヒータ領域Ｚijの前記推定温度は、各ヒータ領域Ｚijの前記持続時間τijの計算が、前の基板処理のフィードフォワード効果を考慮するように、事前の較正から導出されたモデルの結果に基づいて補間を用いて計算される方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、前記ヒータ領域Ｚijの前記推定温度は、各ヒータ領域Ｚijの前記持続時間τijの計算が、後の基板処理のフィードフォワード効果を考慮するように、事前の較正から導出されたモデルの結果に基づいて補間を用いて計算される方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体技術の世代が代わるごとに、基板直径が大きくなると共にトランジスタサイズが減少する傾向にあり、その結果、基板処理においてかつてない高さの精度および再現性が求められている。シリコン基板などの半導体基板材料は、真空チャンバの利用を含む技術によって処理される。これらの技術は、電子ビーム蒸着などの非プラズマ応用と、スパッタ蒸着、プラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、レジスト剥離、および、プラズマエッチングなどのプラズマ応用とを含む。
【０００２】
精度および再現性の向上をますます求められている半導体製造ツールには、現在利用されているプラズマ処理システムも含まれる。プラズマ処理システムの一つの基準は、均一性の向上であり、かかる均一性には、半導体基板表面上の処理結果の均一性、および、名目上同じ入力パラメータで処理された一連の基板の処理結果の均一性が含まれる。基板上の均一性を絶えず改善することが望ましい。特に、均一性、一貫性、および、自己診断が改善されたプラズマチャンバが求められている。
【発明の概要】
【０００３】
半導体処理装置内で半導体基板を支持するために用いられる基板支持体アセンブリのための加熱プレートを動作させる方法が本明細書に開示されており、加熱プレートは、第１の電気絶縁層と、Ｍ本の導電性の電力供給ラインと、Ｎ本の導電性の電力帰還ラインと、ｉおよびｊのすべてのペア（１≦ｉ≦Ｍ、１≦ｊ≦Ｎ、ｉおよびｊは整数）についてｉ番目の電力供給ラインおよびｊ番目の電力帰還ラインに接続され、１または複数のヒータ要素を備える平面ヒータ領域Ｚijと、ｊ番目の電力帰還ラインから平面ヒータ領域Ｚijを通ってｉ番目の電力供給ラインに至る方向に逆電流が流れないようにｉ番目の電力供給ラインおよびｊ番目の電力帰還ラインの間で各平面ヒータ領域Ｚijに直列接続されたダイオードとを備え、平面ヒータ領域は、第１の電気絶縁層にわたって水平方向に分布されると共に、半導体基板上の空間的な温度プロファイルを調整するよう動作可能であり、方法は、（ａ）平面ヒータ領域Ｚijが持続時間τijにわたって電源によって電力供給された後にその設定温度に達するように、ヒータ領域Ｚｉｊの実際の温度と設定温度との間の差に基づいて、各平面ヒータ領域Ｚijの持続時間τijを計算する工程と、（ｂ）持続時間Τiにわたって、ｉ番目の電力供給ラインと電源との間の接続を維持する工程と、（ｃ）持続時間Τiの間、持続時間τijにわたってｊ番目の電力帰還ラインと電気的接地との間の接続を維持することにより、ｉ番目の電力供給ラインに接続された各ヒータ領域Ｚijに電力供給する工程と、（ｄ）すべての持続時間τijが同時に始まらないように、ｊの全整数値（１≦ｊ≦Ｎ）について工程（ｃ）を繰り返す工程と、（ｅ）ｉの全整数値（１≦ｉ≦Ｍ）について工程（ｃ）および（ｄ）を繰り返す工程とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】平面ヒータ領域のアレイを備えた加熱プレートが組み込まれると共に静電チャック（ＥＳＣ）を備える基板支持体アセンブリの概略断面図。
【０００５】
【図２】基板支持体アセンブリに組み込むことのできる加熱プレートの一実施形態において、アレイ内のヒータ領域に至る電力供給ラインおよび電力帰還ラインの間の接続形態を示す説明図。
【０００６】
【図３】本明細書に記載の基板支持体アセンブリを備えることのできるプラズマ処理チャンバの例を示す概略図。
【０００７】
【図４】加熱プレート内の各ヒータ領域の制御および電力供給を行うよう構成された一実施形態のコントローラを示す回路図。
【０００８】
【図５】加熱プレート例のヒータ領域について電流トレースを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
基板上の所望のクリティカルディメンション（ＣＤ）均一性を達成するために半導体処理装置内で行う半径方向および方位角方向の基板温度制御の要件が厳しくなっている。特に、ＣＤが、半導体製造処理において１００ｎｍ未満に近づくと、予期せぬ小さい温度変化でも、許容できない程度までＣＤに影響しうる。
【００１０】
基板支持アセンブリが、基板の支持、基板温度の調整、および、高周波電力の供給など、処理中の様々な機能のために構成されてよい。基板支持アセンブリは、処理中に基板を基板支持アセンブリ上に静電的にクランプするのに有用な静電チャック（ＥＳＣ）を含みうる。ＥＳＣは、調整可能ＥＳＣ（Ｔ−ＥＳＣ）であってよい。Ｔ−ＥＳＣは、同一出願人による米国特許第６，８４７，０１４号および第６，９２１，７２４号に記載されており、これらの特許は参照によって本明細書に組み込まれる。基板支持アセンブリは、段階的な半径方向の温度制御を実現するために、セラミック基板ホルダ、流体冷却ヒートシンク（以降、冷却プレートと呼ぶ）、および、複数の同心平面ヒータ領域を備えてよい。通例、冷却プレートは、−２０℃から７０℃の間、例えば、０℃から３０℃の間に維持される。ヒータは、間に断熱材の層を挟んで冷却プレート上に配置される。ヒータは、基板支持アセンブリの支持面を冷却プレートの温度よりも約０℃から８０℃高い温度に維持できる。複数の平面ヒータ領域内のヒータ電力を変化させることにより、中央を高温、中央を低温、および、均一の間で、基板支持体温度プロファイルを変化させることができる。さらに、平均基板支持体温度は、冷却プレート温度より０℃から８０℃高い動作範囲内で段階的に変更できる。ＣＤが半導体技術の進歩に伴って小さくなるにつれ、小さい残りの方位角方向の温度変化が、ますます大きい課題となる。
【００１１】
温度制御は、いくつかの理由で容易な作業ではない。第１に、熱源およびヒートシンクの位置、媒体の移動、材料、および、形状など、多くの要因が熱伝導に影響を及ぼしうる。第２に、熱伝導は動的プロセスである。対象のシステムが熱平衡にない限りは、熱伝導が起こり、温度プロファイルおよび熱伝導は時間と共に変化する。第３に、プラズマ（もちろんプラズマ処理では常に存在する）などの非平衡現象が、任意の実際のプラズマ処理装置の熱伝導挙動の理論的予測を不可能ではないとしても非常に困難にする。
【００１２】
プラズマ処理装置内の基板温度プロファイルは、プラズマ密度プロファイル、高周波（ＲＦ）電力プロファイル、および、チャック内の様々な加熱または冷却素子の詳細な構造など、多くの要素に影響を受けるため、しばしば均一ではなく、少数の加熱または冷却素子で制御することが困難である。この欠点は、基板全体にわたる処理速度の不均一性および基板上のデバイスダイのクリティカルディメンションの不均一性につながる。
【００１３】
温度制御の複雑な性質を考慮すると、装置が、所望の空間的および時間的な温度プロファイルを能動的に作り出して維持することを可能にすると共に、ＣＤ不均一性（例えば、上流または下流の処理によって引き起こされる不均一性）に影響する他の有害な要因を相殺するために、基板支持体アセンブリに複数の独立制御可能な平面ヒータ領域を組み込むことが有利である。
【００１４】
複数の独立制御可能平面ヒータ領域を備えた半導体処理装置内の基板支持体アセンブリのための加熱プレートが、本願の権利者の所有する米国特許公開第２０１１／００９２０７２号および第２０１１／０１４３４６２号に開示されており、これらは、参照によって本明細書に組み込まれる。この加熱プレートは、ヒータ領域ならびに電力供給ラインおよび電力帰還ラインの拡大縮小可能な多重化レイアウトスキームを含む。ヒータ領域の電力を調整することにより、処理中の温度プロファイルは、高い粒度まで半径方向および方位角方向の両方で均一な形になりうる。理論的には、ダイごとの分解能を提供する多数の十分な小さいヒータ領域が達成されうる。この加熱プレートは、主にプラズマ処理装置について記載されているが、プラズマを利用しない他の半導体処理装置に用いることもできる。例えば、加熱プレートは、基板へのプラズマ加熱、化学反応、エッジ効果などによって引き起こされる不均一な熱流束を相殺するのに有用である。
【００１５】
この加熱プレート内の平面ヒータ領域は、規定されたパターン、例えば、長方形グリッド、六角形グリッド、極性配列（polar array）、同心リング、または、それらの組み合わせ、もしくは、任意のパターンで配列されることが好ましい。例えば、ウエハのエッジでの分解能を増大させることが望ましい場合がある。各平面ヒータ領域は、任意の適切なサイズを有してよく、１または複数のヒータ要素を有してよい。平面ヒータ領域が、２以上のヒータ要素を有する場合、平面ヒータ領域内のヒータ要素は、一緒にオンまたはオフされる。電気接続の数を最小限に抑えるために、電力供給ラインおよび電力帰還ラインは、各電力供給ラインが、異なるグループの平面ヒータ領域に接続され、各電力帰還ラインが、異なるグループの平面ヒータ領域に接続されるように構成されており、各平面ヒータ領域は、特定の電力供給ラインに接続された１グループおよび特定の電力帰還ラインに接続された１グループ内に含まれる。同じペアの電力供給ラインおよび電力帰還ラインに、２つの平面ヒータ領域が接続されることはない。したがって、特定の平面ヒータ領域が接続された１ペアの電力供給ラインおよび電力帰還ラインを通して電流を流すことにより、この特定のヒータ領域を作動させることができる。ヒータ要素の電力は、２０Ｗ未満であることが好ましく、５〜１０Ｗであることがより好ましい。ヒータ要素は、ポリイミドヒータ、シリコーンゴムヒータ、マイカヒータ、金属ヒータ（例えば、Ｗ、Ｎｉ／Ｃｒ合金、Ｍｏ、または、Ｔａ）、セラミックヒータ（例えば、ＷＣ）、半導体ヒータ、または、カーボンヒータなど、抵抗ヒータであってよい。ヒータ要素は、スクリーン印刷ヒータ、巻線ヒータ、または、エッチングホイルヒータ（etched foil heater）であってよい。一実施形態において、各平面ヒータ領域は、基板上のデバイスダイに対応するように、半導体基板上に製造されている４つのデバイスダイ以下の広さである、または、半導体基板上に製造されている２つのデバイスダイ以下の広さである、または、半導体基板上に製造されている１つのデバイスダイ以下の広さである、または、１６〜１００ｃｍ2の面積である、または、１〜１５ｃｍ2の面積である、または２〜３ｃｍ2の面積である。ヒータ要素の厚さは、２マイクロメートル〜１ミリメートルの範囲であってよく、５〜８０マイクロメートルであることが好ましい。ヒータ領域の間および／または電力供給ラインおよび電力帰還ラインの間の空間を確保するために、平面ヒータ領域の総面積は、基板支持体アセンブリの上面の面積の９０％までであってよい（例えば、面積の５０〜９０％）。電力供給ラインまたは電力帰還ライン（まとめて、電力ライン）は、平面ヒータ領域の間に１〜１０ｍｍの範囲のギャップで配列されてもよいし、電気絶縁層によって平面ヒータ領域の面から隔てられた別個の平面に配列されてもよい。電力供給ラインおよび電力帰還ラインは、大電流を伝導すると共にジュール加熱を低減するために、空間の許す限り幅広く形成されることが好ましい。一実施形態では、電力ラインは、平面ヒータ領域と同じ平面にあり、電力ラインの幅は、０．３ｍｍから２ｍｍの間であることが好ましい。別の実施形態では、電力ラインは、平面���ータ領域と異なる平面にあり、電力ラインの幅は、平面ヒータ領域ほどの大きさでありうる（例えば、３００ｍｍのチャックについては、幅は、１〜２インチであってよい）。電力ラインの材料は、ヒータ要素の材料と同じであっても違ってもよい。好ましくは、電力ラインの材料は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、インコネル（登録商標）、または、Ｍｏなど、低抵抗率の材料である。
【００１６】
図１〜図２は、２つの電気絶縁層１０４Ａおよび１０４Ｂに組み込まれたヒータ領域１０１のアレイを有する加熱プレートの一実施形態を備えた基板支持体アセンブリを示す。電気絶縁層は、ポリマ材料、無機材料、酸化シリコンなどのセラミック、アルミナ、イットリア、窒化アルミニウム、または、その他の適切な材料であってよい。基板支持体アセンブリは、さらに、（ａ）セラミック層１０３の表面にＤＣ電圧で基板を静電クランプするために電極１０２（例えば、単極または双極）が埋め込まれたセラミック層１０３（静電クランプ層）を有するＥＳＣ、（ｂ）熱バリア層１０７、および、（ｃ）冷却剤流のための流路１０６を含む冷却プレート１０５を備える。
【００１７】
図２に示すように、ヒータ領域１０１の各々は、電力供給ライン２０１の１つおよび電力帰還ライン２０２の１つに接続されている。２つのヒータ領域１０１が、同じペアの電力供給ライン２０１および電力帰還ライン２０２を共有することはない。適切な電気スイッチ構成により、１ペアの電力供給ライン２０１および電力帰還ライン２０２を電源（図示せず）に接続して、このペアのラインに接続されたヒータ領域のみをオンにすることができる。各ヒータ領域の加熱電力の時間平均が、時分割多重化によって個別に調整されうる。異なるヒータ領域の間のクロストークを防止するために、各ヒータ領域と、それに接続された電力供給ラインとの間（図２に示すように）、または、各ヒータ領域と、それに接続された電力帰還ラインとの間（図示せず）に、ダイオード２５０が直列接続される。
【００１８】
基板支持体アセンブリが、加熱プレートの一実施形態を備えてよく、加熱プレートの各平面ヒータ領域は、各デバイスダイの位置について、基板温度ひいてはプラズマエッチング処理を制御して、基板からのデバイスの歩留まりを最大化できるように、１つのデバイスダイまたは１グループのデバイスダイと同等のサイズまたはそれよりも小さいサイズを有する。加熱プレートの拡大縮小可能なアーキテクチャは、最低限の数の電力供給ライン、電力帰還ライン、および、冷却プレート内のフィードスルーで、ダイごとの基板温度制御に必要な平面ヒータ領域の数に容易に対応することが可能であり（通例は、３００ｍｍ直径の基板上に１００超のダイがある）、したがって、基板温度へのかく乱、製造コスト、基板支持体アセンブリの複雑さを低減する。図には示さないが、基板支持体アセンブリは、基板を持ち上げるためのリフトピン、ヘリウム背面冷却、温度フィードバック信号を供給するための温度センサ、加熱電力フィードバック信号を供給するための電圧センサおよび電流センサ、ヒータおよび／またはクランプ電力のための電力供給部、ならびに／もしくは、ＲＦフィルタなどの特徴を含みうる。
【００１９】
プラズマ処理チャンバが動作する方法の概観として、図３は、上側シャワーヘッド電極７０３および基板支持体アセンブリ７０４が中に配置されたチャンバ７１３を備えるプラズマ処理チャンバの概略図を示す。基板７１２が、ロードポート７１１を通して基板支持体アセンブリ７０４上にロードされる。ガスライン７０９が、処理ガスをチャンバ内に送る上側シャワーヘッド電極７０３に処理ガスを供給する。ガス源７０８（例えば、適切なガス混合物を供給するマスフローコントローラ）が、ガスライン７０９に接続されている。ＲＦ電源７０２が、上側シャワーヘッド電極７０３に接続されている。動作中、チャンバは、真空ポンプ７１０によって排気され、ＲＦ電力が、上側シャワーヘッド電極７０３と基板支持体アセンブリ７０４内の下側電極との間に容量結合されて、基板７１２と上側シャワーヘッド電極７０３との間で処理ガスをプラズマに励起する。プラズマは、デバイスダイフィーチャを基板７１２上の層内にエッチングするために利用されうる。基板支持体アセンブリ７０４は、本明細書に記載の加熱プレートを備えており、さらなる一次ヒータを組み込まれてもよい。プラズマ処理チャンバの詳細な設計は変化しうるが、ＲＦ電力は、基板支持体アセンブリ７０４を通して結合されることを理解されたい。プラズマ処理チャンバは、誘導結合（トランス結合）、ヘリコン、電子サイクロトロン共鳴、容量結合（平行板）など、様々なメカニズムを利用して、プラズマを生成しうる。例えば、高密度プラズマが、トランス結合プラズマ（ＴＣＰ（商標））処理チャンバ内または電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）処理チャンバ内で生成されうる。ＲＦエネルギがチャンバ内に誘導結合されるトランス結合プラズマ処理チャンバが利用可能である。さらに、プラズマ処理装置は、高密度プラズマ源（誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）など）と高周波（ＲＦ）バイアス基板電極とを備えるよう構成されうる。プラズマ処理チャンバは、上述の例に限定されない。
【００２０】
図４は、所望の温度プロファイルを生成するために、加熱プレート内の各ヒータ領域１０１の制御および電力供給を行うよう構成されたコントローラ５００の回路図である。簡単のために、４つのヒータ領域のみが図示されている。このコントローラ５００は、任意の数のヒータ領域と協働しうる。
【００２１】
コントローラ５００は、すべての電力帰還ライン２０２に接続されたマルチプレクサ１０００と、すべての電力供給ライン２０１に接続されたマルチプレクサ２０００とを備える。マルチプレクサ２０００は、各電力供給ライン２０１を、他の電力供給ラインと独立して、電源５１０または電気的に絶縁された端子に接続できる。マルチプレクサ１０００は、各電力帰還ライン２０２を、他の電力帰還ラインと独立して、電気的接地または電気的に絶縁された端子に接続できる。プロセッサ５０００（例えば、マイクロコントローラユニット、コンピュータなど）が、マルチプレクサ１０００および２０００を制御する。ヒータ領域１０１は、このヒータ領域１０１に接続された電力供給ライン２０１が電源５１０に接続されると共に、このヒータ領域１０１に接続された電力帰還ライン２０２が電気的接地に接続された時にのみ、電力供給される。
【００２２】
コントローラ５００は、さらに、それぞれの位置の実際の温度を検知するよう構成された１または複数の温度センサを備える。温度センサの位置および各ヒータ領域１０１の位置は、一致しても一致しなくてもよい。各ヒータ領域１０１の温度は、実際の測定値、理論的モデルまたは経験的モデルに基づいた較正または補間によって、取得または推定されうる。例えば、推定測定値は、較正推定値、予測推定値、または、モデル化推定値に基づいてよい。
【００２３】
コントローラ５００は、ヒータ領域１０１が持続時間τにわたって電力供給された後にその設定温度に達するように、ヒータ領域１０１の取得または推定された温度と設定温度との間の差に基づいて、各ヒータ領域１０１の持続時間τを計算する。各ヒータ領域１０１の設定温度は、加熱プレート全体の所望の温度プロファイルによって決定される。あるいは、各ヒータ電力は、領域ごとのリアルタイムなフィードバックに基づいてモデルを用いて、または、各ヒータ領域の持続時間τの計算が、前または後の基板処理のフィードフォワード効果を考慮するように事前の較正から導出されたモデルの結果に基づいて補間を用いて、計算されてもよい。
【００２４】
時分割多重化スキームにおいて、コントローラ５００は、持続時間Τ中に、一度に１つの電力供給ライン２０１と、電源５１０との間の接続を維持し、その持続時間中に、コントローラ５００は、電気的接地と、その１つの電力供給ライン２０１に接続された各ヒータ領域１０１との間の接続を、そのヒータ領域１０１について計算された持続時間τにわたって維持する。電源５１０が一定のＤＣ電圧Ｖ0を出力し、すべてのヒータ領域１０１が同じ電気抵抗Ｒ0を有する場合、ヒータ領域１０１の平均加熱電力は、そのτ／Τに比例する。コントローラ５００は、持続時間Τの開始時に各ヒータ領域１０１の持続時間τを開始するが、持続時間Τの開始時に１つの電力供給ライン２０１によって伝導される総電流のピークを引き起こさない。有利なことに、一実施形態に従った時分割多重化スキームでは、コントローラは、１つの供給２０１が持続時間Τにわたって伝導する最大総電流を減少させるように、持続時間Τにわたって持続時間τの開始時を時間的に分散させることができる（すなわち、すべての持続時間τを同時に開始しない）。
【００２５】
便宜上、Ｍ（例えば、２から１００）本の電力供給ライン、Ｎ（例えば、２から１００）本の電力帰還ライン、および、Ｍ×Ｎ個のヒータ領域を備え、ｉおよびｊ（１≦ｉ≦Ｍ、１≦ｊ≦Ｎ、ｉおよびｊは整数）のすべてのペアについて、ヒータ領域Ｚijが、ｉ番目の電力供給ラインおよびｊ番目の電力帰還ラインに接続されている加熱プレートの例を用いて、実施形態に従った時分割多重化スキームについて説明する。ヒータ領域Ｚijの持続時間τは、τijとする。ｉ番目の電力供給ラインの持続時間Τは、Τiとする。
【００２６】
一実施形態に従った時分割多重化スキームにおいて、コントローラは、下記数式（１）が成立する場合、Τiの間に順次、ヒータ領域Ｚi1ないしＺiNに電力供給する。すなわち、Τi中のいかなる時点にも、ｉ番目の電力供給ラインに接続されたすべてのヒータ領域Ｚi1ないしＺiNの間で、２以上のヒータ領域に電力供給されることはない。
別の実施形態に従った時分割多重化スキームでは、下記数式（２）が成立する場合、コントローラ５００は、以下の方法を用いて、ｉ番目の電力供給ラインによって伝達される最大総電流を低減するために、Τi中のτijの位置を決定してもよい。便宜上、αijおよびβijが、持続時間Τiの開始時に対するτijの開始時点および終了時点を表すとする（０≦αij≦βij≦Τi）。コントローラ５００は、以下のルールに従ってαijおよびΒijを決定する：（ｉ）αi1＝０；（ｉｉ）（αi(j+1)＋τi(j+1)）≦Τiの場合、αi(j+1)＝βijかつβi(j+1)＝（αi(j+1)＋τi(j+1)）；（ｉｉｉ）（αi(j+1)＋τi(j+1)）＞Ｔiの場合、αi(j+1)からΤｉの間の１持続時間および０から（αi(j+1)＋τi(j+1)−Ｔi）の間の別の持続時間にτi(j+1)を分割する。ここで、ｊは、１ないし（Ｎ−１）まで繰り返される。したがって、ｉ番目の電力供給ラインによって伝導される最大総電流Ｉiは、以下に数式（３）で示す条件を満たす：
ここで、数式（３）に含まれる関数（４）は、天井関数であり、すなわち、これは、すべての抵抗が同じであり、ｘ以上の最小の整数であることを仮定する。ただし、電圧Ｖは、負荷が大きくなると下がり、ヒータは、正確に同じ面積を持たないことがあるため、この場合、ＶおよびＲは、各ヒータ領域について同じではなく、式は、Ｖ0／Ｒ0を括弧内に入れるよう修正されることが好ましい。
【００２７】
【数１】
2015520504.tif 000003
【数２】
2015520504.tif 000004
【数３】
2015520504.tif 000005
【数４】
2015520504.tif 000006
【００２８】
図５は、ｉ番目の電力供給ラインに接続された６つのヒータ領域Ｚi1ないしＺi6を備えた加熱プレートの例に本スキームを適用した結果を示す。電流トレースは、Ｚi1、Ｚi2、Ｚi3、Ｚi4、Ｚi5、Ｚi6を通る電流と、ｉ番目の電力供給ラインによって伝導される総電流Ｉiとを、時間の関数として示している。Τi中のいかなる時点でも、Ｉiは、最大３Ｖo／Ｒ0である。
【００２９】
別の実施形態に従った時分割多重化スキームでは、コントローラ５００は、１つの持続時間Τiから次の持続時間Τiに１または複数のτijを移す。
さらに別の実施形態に従った時分割多重化スキームでは、コントローラ５００は、以下に示す条件式（５）を満たすように各Τを調整し、Τi中に順次、ヒータ領域Ｚi1ないしＺiNに電力供給し、その結果、Τi中は常にこれらのヒータ領域Ｚi1ないしＺiNの内の１領域のみが電力供給されるため、Τi全体でＩi＝Ｖ0／Ｒ0になる。このスキームは、Τiを、以下に示す式（６）に短縮することによって、ヒータ領域Ｚij上の温度変動を低減するため、持続時間τijが比較的短い、すなわち、ヒータ領域Ｚijの実際の温度および設定温度の間の差が小さい応用例にとって特に適切である。
【００３０】
【数５】
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【数６】
2015520504.tif 000008
【００３１】
供給ラインによって伝導される最大電流を低減することの利点は、電力供給の低減、電力供給ラインのフットプリントの縮小、および、電力供給ラインによって伝導される電流で生成される磁場の低減を含む。
【００３２】
記載されたスキームは、コントローラ５００が、持続時間Τ中に、一度に１つの電力帰還ライン２０２と、電気的接地との間の接続を維持し、その持続時間中に、コントローラ５００が、電源５１０と、その１つの電力帰還ライン２０２に接続された各ヒータ領域１０１との間の接続を、そのヒータ領域１０１について計算された持続時間τにわたって維持するように、変形されてもよい。
【００３３】
検出可能な温度変調を防ぐために、スイッチング周波数および多重化スキーム全体は、各ヒータ領域が頻繁に（少なくとも１Ｈｚ）対処されるほど十分に高速であることが好ましい。
【００３４】
加熱プレート内の各ヒータ領域の制御および電力供給を行うよう構成されたコントローラと、ヒータ領域のアレイを備えた加熱プレートのための時分割多重化スキームとについて、本発明の具体的な実施形態を参照しつつ詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な変更および変形を行い、等価物を用いることが可能であることは、当業者にとって明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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