JP2019192865A - 基板処理装置及び基板処理装置用プログラム - Google Patents

基板処理装置及び基板処理装置用プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】オペレータの経験に頼らずとも、高速かつ高精度でチャンバ内の二次元濃度分布や二次元温度分布を均一にできるようにする。【解決手段】基板が収容されるとともに、材料ガスが供給されるチャンバ１０と、チャンバに形成された複数の供給ポートそれぞれに接続された材料ガス供給路と、各材料ガス供給路に設けられた流体制御機器と、チャンバの周壁に形成された入射窓Ｗ１に向かってチャンバの周囲の複数箇所からレーザ光を射出するレーザ射出機構２０と、複数箇所から射出されてチャンバ内を通過し、チャンバの周壁に形成された射出窓Ｗ２から射出する各レーザ光を検出するレーザ検出機構３０と、レーザ検出機構により検出された各レーザ光の光強度信号を取得するとともに、その光強度信号に基づいて、チャンバ内における材料ガスの二次元濃度分布を算出し、当該二次元濃度分布に基づいて流体制御機器を制御する制御装置４０とを具備する。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体製造プロセスに用いられる基板処理装置及び基板処理装置用プログラムに関するものである。
この種の基板処理装置としては、特許文献１に示すように、基板を収容するチャンバに材料ガスを供給するとともに、基板をヒータによって加熱し、チャンバ内にプラズマを発生させることで、エッチングや成膜等の基板処理をするものがある。
このような基板処理装置において、チャンバ内の基板に沿った平面内における材料ガスの濃度分布（以下、二次元濃度分布という）や、同平面内における温度分布（以下、二次元温度分布という）が不均一であると、上述した基板処理も不均一になってしまい、例えば基板の表面品質などを担保することができない。
しかしながら、これまでの装置において、チャンバ内の二次元濃度分布や二次元温度分布を把握することはできず、基板処理の均一化を図るためには、材料ガスを複数箇所から供給するようにして、各箇所からの供給量をオペレータが経験的に調整したり、ヒータを複数箇所に設けて、各ヒータによる加熱温度をオペレータが経験的に調整したりする必要があり、多くの手間や時間がかかっていた。
特開２０１２−２０４６９２号公報
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであって、オペレータの経験に頼らずとも、高速かつ高精度でチャンバ内の二次元濃度分布や二次元温度分布を均一にできるようにすることをその主たる課題とするものである。
すなわち、本発明に係る基板処理装置は、基板が収容されるとともに、材料ガスが供給されるチャンバと、前記チャンバに形成された複数の供給ポートそれぞれに接続された材料ガス供給路と、前記各材料ガス供給路に設けられた流体制御機器と、前記チャンバの周壁に形成された入射窓に向かって前記チャンバの周囲の複数箇所からレーザ光を射出するレーザ射出機構と、前記複数箇所から射出されて前記チャンバ内を通過し、前記チャンバの周壁に形成された射出窓から射出する各レーザ光を検出するレーザ検出機構と、前記レーザ検出機構により検出された前記各レーザ光の光強度信号を取得するとともに、その光強度信号に基づいて、前記チャンバ内における前記材料ガスの二次元濃度分布を算出し、当該二次元濃度分布に基づいて前記流体制御機器を制御する制御装置とを具備することを特徴とするものである。
このような基板処理装置であれば、制御装置が、チャンバの周囲の複数箇所から射出されてチャンバ内を通過した各レーザ光の光強度信号に基づいてチャンバ内における材料ガスの二次元濃度分布を算出し、この二次元濃度分布に基づいて流体制御機器を制御するので、オペレータの経験によらず二次元濃度分布の均一化を図れる。
前記複数の供給ポートに対応する複数の供給領域が前記チャンバ内に設定されており、前記各供給領域に供給される前記材料ガスが、前記各供給領域に対応する前記供給ポートに接続された前記材料ガス供給路上の前記流体制御機器により制御される構成において、前記制御装置が、前記二次元濃度分布に基づいて前記各供給領域の濃度を代表する領域代表濃度を算出し、これらの領域代表濃度を用いて前記各供給領域に対応する前記流体制御機器の目標流量をフィードバック制御することが好ましい。
このような構成であれば、チャンバ内の二次元濃度分布を供給領域毎に制御することができ、制御を煩雑化させることなく、二次元濃度分布の均一化を図れる。
前記チャンバが、前記材料ガスが供給される内部空間を有したチャンバ本体と、前記内部空間を覆うとともに、前記複数の供給ポートが形成された蓋体と、前記蓋体の前記内部空間側に設けられ、前記複数の供給ポートを仕切る仕切部材とを有することが好ましい。
このような構成であれば、１つの供給ポートから供給される材料ガスが主として１つの供給領域に供給されるように、複数の供給ポートを仕切ることで、複数の供給領域を独立して制御することができ、チャンバ内の二次元濃度分布をより速く均一化させることが可能となる。
チャンバ内中心部と外周部とで二次元濃度分布の差が生じがちであることから、内部空間Ｓの中心部と外周部との濃度をそれぞれ制御できるようにするためには、前記複数の供給領域が、前記チャンバの中心部に設定された領域と、その領域を取り囲む少なくも１つの環状の領域として設定されていることが好ましい。
これならば、二次元濃度分布をより均一にしやすくなる。
さらに、本発明に係る基板処理装置は、基板が収容されるとともに、材料ガスが供給されるチャンバと、前記チャンバ内を加熱する複数のヒータと、前記チャンバの周壁に形成された入射窓に向かって前記チャンバの周囲の複数箇所からレーザ光を射出するレーザ射出機構と、前記複数箇所から射出されて前記チャンバ内を通過し、前記チャンバの周壁に形成された射出窓から射出する各レーザ光を検出するレーザ検出機構と、前記レーザ検出機構により検出された前記各レーザ光の光強度信号を取得するとともに、その光強度信号に基づいて、前記チャンバ内における二次元温度分布を算出し、当該二次元温度分布に基づいて前記各ヒータを制御する制御装置とを具備することを特徴とするものである。
このような基板処理装置によれば、制御装置が、チャンバの周囲の複数箇所から射出されてチャンバ内を通過した各レーザ光の光強度信号に基づいてチャンバ内における二次元温度分布を算出し、この二次元温度分布に基づいて流体制御機器を制御するので、オペレータの経験によらず二次元温度分布の均一化を図れる。
前記複数のヒータに対応する複数の加熱領域が前記チャンバ内に設定されており、前記制御装置が、前記二次元温度分布に基づいて前記各加熱領域の温度を代表する領域代表温度を算出し、これらの領域代表温度を用いて前記各ヒータへの供給電力をフィードバック制御することが好ましい。
このような構成であれば、チャンバ内の二次元温度分布を加熱領域毎に制御することができ、制御を煩雑化させることなく、二次元温度分布の均一化を図れる。
前記複数のヒータを仕切る断熱性仕切部材とを有することが好ましい。
このような構成であれば、１つのヒータが主として１つの加熱領域を加熱するように、複数のヒータを仕切ることで、複数の加熱領域を独立して制御することができ、チャンバ内の二次元温度分布をより速く均一化させることが可能となる。
また、本発明に係る基板処理装置用プログラムは、基板が収容されるとともに、材料ガスが供給されるチャンバと、前記チャンバに形成された複数の供給ポートそれぞれに接続された材料ガス供給路と、前記各材料ガス供給路に設けられた流体制御機器と、前記チャンバの周壁に形成された入射窓に向かって前記チャンバの周囲の複数箇所からレーザ光を射出するレーザ射出機構と、前記複数箇所から射出されて前記チャンバ内を通過し、前記チャンバの周壁に形成された射出窓から射出する各レーザ光を検出するレーザ検出機構とを具備する基板処理装置に用いられるプログラムであって、前記レーザ検出機構により検出された前記各レーザ光の光強度信号を取得するとともに、その光強度信号に基づいて、前記チャンバ内における前記材料ガスの二次元濃度分布を算出し、当該二次元濃度分布に基づいて前記流体制御機器を制御する機能をコンピュータに発揮させることを特徴とするものである。
さらに、本発明に係る基板処理装置用プログラムは、基板が収容されるとともに、材料ガスが供給されるチャンバと、前記チャンバ内を加熱する複数のヒータと、前記チャンバの周壁に形成された入射窓に向かって前記チャンバの周囲の複数箇所からレーザ光を射出するレーザ射出機構と、前記複数箇所から射出されて前記チャンバ内を通過し、前記チャンバの周壁に形成された射出窓から射出する各レーザ光を検出するレーザ検出機構とを具備する基板処理装置に用いられるプログラムであって、前記レーザ検出機構により検出された前記各レーザ光の光強度信号を取得するとともに、その光強度信号に基づいて、前記チャンバ内における二次元温度分布を算出し、当該二次元温度分布に基づいて前記ヒータを制御する機能をコンピュータに発揮させることを特徴とするものである。
これらの基板処理装置用プログラムによれば、上述した基板処理装置と同様の作用効果を発揮させることできる。
このように構成した本発明によれば、オペレータの経験に頼らずとも、高速かつ高精度でチャンバ内の二次元濃度分布や二次元温度分布を均一にすることができる。
本実施形態の基板処理装置の構成を模式的に示す図。 同実施形態のレーザ射出機構及びレーザ検出機構の構成を模式的に示す図。 同実施形態のチャンバの構成を示す断面図。 同実施形態のチャンバの構成を示す分解斜視図。 同実施形態のチャンバに形成された光路を模式的に示す断面図。 同実施形態の仕切部材及び断熱性仕切部材の構成を示す斜視図。 同実施形態の制御装置の機能を示す機能ブロック図。 同実施形態の制御装置の濃度制御動作を示すフローチャート。 同実施形態の制御装置の温度制御動作を示すフローチャート。 その他の実施形態における仕切部材の構成を模式的に示す斜視図。
以下に、本発明に係る基板処理装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の基板処理装置は、半導体製造プロセスに用いられるものであり、ウエハ等の基板に対して成膜やエッチング等の基板処理をするものである。
具体的にこの基板処理装置１００は、図１に示すように、基板（不図示）を収容するチャンバ１０と、チャンバ１０に例えばＣＨ４などの材料ガスを供給する材料ガス供給路Ｌ１と、チャンバ１０に供給された材料ガスを排出する材料ガス排出路Ｌ２とを具備している。なお、材料ガスとしては、ＣＨ４に限らず、ＳｉＦ４やＣＦｘなど適宜変更して構わない。
チャンバ１０は、基板を収容する内部空間Ｓが形成されたものであり、この内部空間Ｓには基板を加熱するためのヒータＨが設けられている。そして、ヒータＨによって基板を加熱するとともに、チャンバ１０に材料ガスを供給しながら、該チャンバ１０の内部空間Ｓにプラズマを発生させることで、上述した基板処理が行われる。
このチャンバ１０には、材料ガスが供給される複数の供給ポートＰ１と、内部空間Ｓに供給された材料ガスを排出する排出ポートＰ２とが形成されている。
材料ガス供給路Ｌ１は、一端が上述した供給ポートＰ１に接続されるとともに、他端が材料ガスのガス源Ｚ１に接続されている。ここでは、複数の供給ポートＰ１それぞれに材料ガス供給路Ｌ１が接続されており、これら複数の材料ガス供給路Ｌ１は、互いに並列に設けられている。これにより、各材料ガス供給路Ｌ１を流れる材料ガスの流量等を独立して制御することができる。
各材料ガス供給路Ｌ１には、１又は複数の開閉弁Ｖ１と、材料ガスの流量や圧力等の物理量を制御する第１流体制御機器ＭＦＣ１とが設けられている。ここでの第１流体制御機器ＭＦＣ１は、材料ガス供給路Ｌ１に流れる材料ガスの流量を制御する差圧式又は熱式のマスフローコントローラであり、材料ガス供給路Ｌ１に流れる実流量を算出し、その実流量が予め入力された目標流量に近づくように、流体制御弁（不図示）を制御するものである。
また、各材料ガス供給路Ｌ１には、材料ガスを希釈する例えば窒素ガス等の希釈ガスが流れる希釈ガス供給路Ｌ３が接続されており、これら複数の希釈ガス供給路Ｌ３は、互いに並列に設けられている。これにより、各希釈ガス供給路Ｌ３を流れる希釈ガスの流量等を独立して制御することができる。
各希釈ガス供給路Ｌ３は、一端が材料ガス供給路Ｌ１に接続されるとともに、他端が希釈ガスのガス源Ｚ２に接続されており、１又は複数の開閉弁Ｖ２と、希釈ガスの流量や圧力等の物理量を制御する第２流体制御機器ＭＦＣ２とが設けられている。ここでの第２流体制御機器ＭＦＣ２は、上述した第１流体制御機器ＭＦＣ１と同様、希釈ガスの流量を制御する差圧式又は熱式のマスフローコントローラである。
材料ガス排出路Ｌ２は、一端が上述した排出ポートＰ２に接続されており、他端がチャンバ１０の外部に位置する例えば吸引ポンプＰに接続されている。この材料ガス排出路Ｌ２には、調圧弁等の調圧手段Ｖ３や開閉弁Ｖ４が設けられている。
そして、本実施形態の基板処理装置１００は、図２に示すように、チャンバ１０の周囲の複数箇所からチャンバ１０内にレーザ光を射出するレーザ射出機構２０と、複数箇所から射出されてチャンバ１０内を通過した各レーザ光を検出するレーザ検出機構３０と、レーザ検出機構３０により検出された各レーザ光の光強度信号を取得して、基板処理装置１００の動作を制御する制御装置４０とをさらに具備している。
まず、チャンバ１０をより詳細について説明すると、本実施形態のチャンバ１０は、図３〜図５に示すように、上述した内部空間Ｓを有するチャンバ本体１１と、内部空間Ｓを上方から覆う上側蓋部材１２と、上側蓋部材１２の下方に設けられて多数の小孔ｈ１が形成された多孔部材１３と、多孔部材１３の下方に設けられて内部空間Ｓを下方から覆う下側蓋部材１４とを有している。
チャンバ本体１１は、図４に示すように、例えば回転体形状の内部空間Ｓを形成する内周面１１１と、レーザ光を透過させる入射窓Ｗ１及び射出窓Ｗ２が形成された外周面１１２とを有している。また、チャンバ本体１１の底壁には、上述した排出ポートＰ２が１つ形成されている。なお、排出ポートＰ２の数や配置は適宜変更して構わない。
本実施形態のチャンバ本体１１は、外周面１１２が多角形状をなしており、外周面１１２のうちの互いに対向する一対の辺部の一方に入射窓Ｗ１が形成され、他方に射出窓Ｗ２が形成されている。ここでの外周面１１２は八角形であり、連続する半数（４つ）の辺部に入射窓Ｗ１が形成され、それ以外の連続する半数（４つ）の辺部に射出窓Ｗ２が形成されている。
さらにチャンバ本体１１には、図５に示すように、内周面１１１と外周面１１２とを貫通するレーザ光路Ｘが形成されている。ここでは、外周面１１２の１つの辺部に対して複数本のレーザ光路Ｘが形成されており、これら複数本のレーザ光路Ｘが対向する辺部まで延びている。つまり、外周面１１２の互いに対向する一対の辺部に対して複数本のレーザ光路Ｘが形成されており、ここでは一対の辺部に対して８本、合計３２本のレーザ光路Ｘが形成されている。なお、一対の辺部に対する本数や合計本数は適宜変更して構わない。
これらのレーザ光路Ｘは、いずれも同一平面状に形成されている。具体的には、各レーザ光路Ｘは、内部空間Ｓの中心軸Ｃに直交する平面に沿って、言い換えれば内部空間Ｓに収容された基板に沿って形成されている。
上側蓋部材１２は、図３及び図４に示すように、チャンバ１０の上壁を構成しており、上述した複数の供給ポートＰ１が形成された例えば円形平板状のものである。複数の供給ポートＰ１は、例えば上面視円周上に等間隔に配置されており、ここでは４つの供給ポートＰ１が内部空間Ｓの中心軸Ｃ周りに等間隔に配置されている。なお、供給ポートＰ１の数や配置は適宜変更して構わない。
多孔部材１３は、図３及び図４に示すように、上側蓋部材１２の下方に隙間を隔てて配置されたものである。これにより、内部空間Ｓは多孔部材１３よりも上方の上部空間Ｓ１と、多孔部材１３よりも下方の下部空間Ｓ２とに仕切られている。この多孔部材１３には、厚み方向に貫通する多数の小孔ｈ１が形成されており、供給ポートＰ１から上部空間Ｓ１に供給された材料ガスが、これら多数の小孔ｈ１に分散しながら下部空間Ｓ２の全体に行き渡るようにしてある。
下側蓋部材１４は、図３及び図４に示すように、内部空間Ｓに供給された材料ガスを排出ポートＰ２に導く複数の貫通孔ｈ２が形成されており、ここでは基板（不図示）が載置される基板保持部材としても用いられる。この下側蓋部材１４は、例えば上述した供給ポートＰ１に対応する位置に複数の貫通孔ｈ２が形成された例えば円形平板状のものである。また、この下側蓋部材の下面には、例えばカートリッジヒータ等のヒータＨが複数設けられている。
ここで、本実施形態のチャンバ１０は、図６に示すように、上側蓋部材１２の下方に設けられて複数の供給ポートＰ１を仕切る仕切部材１５と、下側蓋部材１４に設けられて複数のヒータＨを仕切る断熱性仕切部材１６とをさらに有している。
仕切部材１５は、上側蓋部材１２と多孔部材１３との間に介在して、複数の供給ポートＰ１を空間的に仕切るものであり、上側蓋部材１２の下面と多孔部材１３の上面とに当接する例えば平板状のものである。この仕切部材１５は、ここでは多孔部材１３の上面と一体的に形成されているが、上側蓋部材１２の下面と一体的に設けられていても良いし、多孔部材１３や上側蓋部材１２とは別体のものであっても良い。
この仕切部材１５によって複数の供給ポートＰ１が空間的に仕切られることで、上部空間Ｓ１は複数の部屋ａに仕切られる。ここでの仕切部材１５は、上部空間Ｓ１を供給ポートＰ１と同数の部屋ａに等分（具体的には４等分）するものであり、具体的には互いに直交するとともに上部空間Ｓ１の中心を通る一対の仕切部材１５が設けられている。
かかる構成により、１つの供給ポートＰ１から供給された材料ガスは上部空間Ｓ１の１つの部屋ａにのみ供給され、各供給ポートＰ１から供給された材料ガスは、上部空間Ｓ１では混ざり合うことなく下部空間Ｓ２に導かれる。
この仕切部材１５によって、チャンバ１０内には、複数の供給ポートＰ１に対応する複数の供給領域αが設定される。より詳細に説明すると、各供給領域αは、チャンバ１０の下部空間Ｓ２に設定された領域であり、仕切部材１５によって仕切られた上部空間Ｓ１の各部屋ａの下方にそれぞれに位置する領域である。言い換えれば、１つの供給ポートＰ１から供給された材料ガスが、主として１つの供給領域αに供給されるように構成されており、ここでの供給領域αは、上部空間Ｓ１と同様、下部空間Ｓ２を等分（具体的には４等分）した領域である。
一方、断熱性仕切部材１６は、下側蓋部材１４に設けられて、複数のヒータＨを熱的に仕切るものであり、例えば平板状やシート状のものである。ここでの断熱性仕切部材１６は、下側蓋部材１４の下面に設けられているが、下側蓋部材１４の上面に設けられていても良い。なお、断熱性仕切部材１６は、必ずしも基板保持部材たる下側蓋部材１４に設けられている必要はなく、配置は適宜変更して構わない。
この断熱性仕切部材１６によって複数のヒータＨが熱的に仕切られることで、下側蓋部材１４は複数の区画ｂに仕切られる。ここでの断熱性仕切部材１６は、下側蓋部材１４をヒータＨと同数の区画ｂに等分（具体的には４等分）するものであり、具体的には互いに直交するとともに下側蓋部材１４の中心を通る一対の断熱性仕切部材１６が設けられている。かかる構成により、１つのヒータＨは主として下側蓋部材１４の１つの区画ｂを加熱する。なお、ヒータＨの数が多い場合は下側蓋部材１４を例えば格子状に区画ｂするように多数の断熱性仕切部材１６を設けても良い。
この断熱性仕切部材１６によって、チャンバ１０内には、複数のヒータＨに対応する複数の加熱領域βが設定される。より詳細に説明すると、各加熱領域βは、チャンバ１０の下部空間Ｓ２に設定された領域であり、断熱性仕切部材１６によって仕切られた下側蓋部材１４の各区画ｂの上方に位置する領域である。言い換えれば、１つのヒータＨが主として１つの加熱領域βを加熱するように構成されており、ここでの加熱領域βは、下側蓋部材１４と同様、下部空間Ｓ２を等分した領域である。
次に、レーザ射出機構２０、レーザ検出機構３０、及び制御装置４０について説明する。
レーザ射出機構２０は、図２に示すように、チャンバ１０の周壁に形成された入射窓Ｗ１に向かってチャンバ１０の周囲の複数箇所からレーザ光を射出するものである。具体的にこのレーザ射出機構２０は、例えば半導体レーザ等のレーザ光源２１と、レーザ光源２１から射出されたレーザ光を複数のファイバに分光するファイバスプリッタ２２とを有し、各ファイバの射出端部２３が、内部空間Ｓを取り囲むように配置されている。ここでは、チャンバ１０の外周面１１２が多角形状をなしており、外周面１１２の複数の辺部（具体的には４つの辺部）それぞれに対して、複数のファイバが設けられている。これにより、レーザ光源２１から射出されたレーザ光は、四方から内部空間Ｓに向かって射出される。
レーザ検出機構３０は、図２に示すように、複数箇所から射出されてチャンバ１０内を通過し、チャンバ１０の周壁に形成された射出窓Ｗ２から射出する各レーザ光を検出するものである。具体的にこのレーザ検出機構３０は、各ファイバから射出されて内部空間Ｓを通過したレーザ光を検出する複数のレーザ検出器３１を有しており、各レーザ検出器３１は、内部空間Ｓを挟むようにファイバの射出端部２３に対向配置されている。これらのレーザ検出器３１により検出されたレーザ光の強度を示す光強度信号は、アンプＡ等を介して上述した制御装置４０に出力される。
然して、本実施形態の制御装置４０は、物理的にはＣＰＵ、内部メモリ、入出力インターフェース、ＡＤ変換器などを備えた専用乃至汎用のコンピュータであり、前記内部メモリに格納された基板処理装置用プログラムに基づいて、ＣＰＵ及びその他の構成要素が協働することによって、図７に示すように、光強度信号取得部４１、二次元濃度算出部４２、及び濃度制御部４３などの機能を発揮するように構成されたものである。
以下、図８に示すフローチャートを参照しながら、各部の説明を兼ねて、本実施形態の制御装置４０の濃度制御動作について説明する。
まず、材料ガスが複数の供給ポートＰ１からチャンバ１０に供給されている状態で、レーザ射出機構２０からチャンバ１０の内部空間Ｓにレーザ光を射出し、内部空間Ｓを通過したレーザ光をレーザ検出機構３０によって検出する（Ｓ１１）。レーザ検出機構３０により検出された光強度信号は、制御装置４０に出力され、光強度信号取得部４１により取得される（Ｓ１２）。
次いで、光強度信号取得部４１により取得された光強度信号に基づき、二次元濃度算出部４２が、チャンバ１０内における二次元濃度分布を算出する（Ｓ１３）。ここでいう二次元濃度分布とは、チャンバ１０内におけるレーザ光に沿った平面内の濃度分布であり、言い換えればチャンバ１０内に収容された基板に沿った濃度分布である。
より具体的に説明すると、二次元濃度算出部４２は、各レーザ検出器３１により検出された光強度信号を所定の二次元濃度分布算出用アルゴリズムに基づいて演算処理することで、互いに直交する２軸で規定される領域の二次元濃度分布を算出するように構成されており、少なくとも上述した複数の供給領域αの二次元濃度分布を算出する。
そして、二次元濃度算出部４２により算出された複数の供給領域αにおける二次元濃度分布に基づいて、濃度制御部４３が上述した第１流体制御機器ＭＦＣ１を制御する。この濃度制御部４３は、各供給領域αそれぞれにおける二次元濃度分布を用いて、各供給領域αに対応する第１流体制御機器ＭＦＣ１の目標流量をフィードバック制御する。なお、ここでいう各供給領域αに対応する第１流体制御機器ＭＦＣ１とは、各供給領域αに対応する供給ポートＰ１（すなわち、各供給領域αに主として材料ガスを供給する供給ポートＰ１）に接続された材料ガス供給路Ｌ１上に設けられた第１流体制御機器ＭＦＣ１のことである。
より具体的に説明すると、まず濃度制御部４３は、各供給領域αの二次元濃度分布から、各供給領域αの濃度を代表する領域代表濃度Ｃｉを算出する（Ｓ１４）。領域代表濃度Ｃｉとしては、各供給領域αの二次元濃度分布における平均濃度や最大濃度などを挙げることができる。
次に、濃度制御部４３は、それぞれの領域代表濃度Ｃｉを平均した平均濃度Ｃａｖｅを算出する（Ｓ１５）。そして、領域代表濃度Ｃｉそれぞれと平均濃度Ｃａｖｅとを比較し、第１流体制御機器ＭＦＣ１の目標流量を算出する（Ｓ１６）。
具体的には、領域代表濃度Ｃｉが平均濃度Ｃａｖｅよりも大きい場合は、その領域代表濃度Ｃｉを低くすべく、その供給領域αに対応する第１流体制御機器ＭＦＣ１の目標流量を減少させる。なお、この場合に、その供給領域αに対応する第２流体制御機器ＭＦＣ２の目標流量を増大させても良い。
一方、領域代表濃度Ｃｉが平均濃度Ｃａｖｅよりも小さい場合は、その領域代表濃度Ｃｉを高くすべく、その供給領域αに対応する第１流体制御機器ＭＦＣ１の目標流量を増大させる。なお、この場合に、その供給領域αに対応する第２流体制御機器ＭＦＣ２の目標流量を減少させても良い。
濃度制御部４３は、算出した目標流量を第１流体制御機器ＭＦＣ１に出力し、その後、所定時間経過したかを判断する（Ｓ１７）。そして、所定時間の経過後、再び各供給領域αの領域代表濃度Ｃｉと、それらの平均濃度Ｃａｖｅとを算出し（Ｓ１８）、各領域代表濃度Ｃｉと平均濃度Ｃａｖｅとの差分を積算する（Ｓ１９）。
そして、この積算値Δ１と所定の第１閾値ε１とを比較して（Ｓ２０）、積算値Δ１が第１閾値ε１よりも大きければ、再びＳ１６に戻り、積算値Δ１が第１閾値ε１以下であれば、上述した濃度制御を終了する。
本実施形態の制御装置４０は、図７に示すように、二次元温度算出部４４及び温度制御部４５としての機能をさらに備えている。
以下、図９に示すフローチャートを参照しながら、各部の説明を兼ねて、本実施形態の制御装置４０の温度制御動作について説明する。
まず、材料ガスが複数の供給ポートＰ１からチャンバ１０に供給されるとともに、複数のヒータＨによりチャンバ１０内が加熱されている状態で、レーザ射出機構２０からチャンバ１０の内部空間Ｓにレーザ光を射出し、内部空間Ｓを通過したレーザ光をレーザ検出機構３０によって検出する（Ｓ２１）。レーザ検出機構３０により検出された光強度信号は、制御装置４０に出力され、光強度信号取得部４１により取得される（Ｓ２２）。
次いで、光強度信号取得部４１により取得された光強度信号に基づき、二次元温度算出部４４が、チャンバ１０内における二次元温度分布を算出する（Ｓ２３）。ここでいう二次元濃度分布とは、チャンバ１０内におけるレーザ光に沿った平面内の温度分布であり、言い換えればチャンバ１０内に収容された基板に沿った温度分布である。
より具体的に説明すると、二次元温度算出部４４は、各レーザ検出器３１により検出された光強度信号を所定の二次元温度分布算出用アルゴリズムに基づいて演算処理することで、互いに直交する２軸で規定される領域の二次元温度分布を算出するように構成されており、少なくとも上述した複数の加熱領域βの二次元温度分布を算出する。
そして、温度制御部４５が、二次元温度算出部４４により算出された複数の加熱領域βにおける二次元温度分布に基づいて、複数のヒータＨを制御する。この温度制御部４５は、各温度領域それぞれにおける二次元温度分布を用いて、各加熱領域βに対応するヒータＨへの供給電力（印加電流や印加電圧）をフィードバック制御するように構成されている。なお、ここでいう各加熱領域βに対応するヒータＨとは、各加熱領域β対応する下側蓋部材１４の区画ｂに設けられたヒータＨである。
より具体的に説明すると、まず温度制御部４５は、各加熱領域βの二次元温度分布から、各加熱領域βの温度を代表する領域代表温度Ｔｉを算出する（Ｓ２４）。領域代表温度Ｔｉとしては、各加熱領域βの二次元温度分布における平均温度や最大温度などを挙げることができる。
次に、温度制御部４５は、それぞれの領域代表温度Ｔｉを平均した平均温度Ｔａｖｅを算出する（Ｓ２５）。そして、領域代表温度Ｔｉそれぞれと平均温度Ｔａｖｅとを比較し、ヒータＨへの供給電力を算出する（Ｓ２６）。
具体的には、領域代表温度Ｔｉが平均温度Ｔａｖｅよりも大きい場合は、その領域代表温度Ｔｉを低くすべく、その加熱領域βに対応するヒータＨへの供給電力を減少させる。
一方、領域代表温度Ｔｉが平均温度Ｔａｖｅよりも小さい場合は、その領域代表温度Ｔｉを高くすべく、その加熱領域βに対応するヒータＨの供給電力を増大させる。
温度制御部４５は、算出した供給電力を示す指令値をヒータ制御装置ＨＣ（図１参照）に出力し、その後、所定時間経過したかを判断する（Ｓ２７）。そして、所定時間の経過後、再び各供給領域αの領域代表温度Ｔｉと、それらの平均温度Ｔａｖｅとを算出し（Ｓ２８）、各領域代表温度Ｔｉと平均温度Ｔａｖｅとの差分を積算する（Ｓ２９）。
そして、この積算値Δ２と所定の第２閾値ε２とを比較して（Ｓ３０）、積算値Δ２が第２閾値ε２よりも大きければ、再びＳ２６に戻り、積算値Δ２が第２閾値ε２以下であれば、上述した温度制御を終了する。
このように構成された基板処理装置１００によれば、制御装置４０が、チャンバ１０の周囲の複数箇所から射出されてチャンバ１０内を通過した各レーザ光の光強度信号に基づいてチャンバ１０内における材料ガスの二次元濃度分布を算出し、この二次元濃度分布に基づいて第１流体制御機器ＭＦＣ１を制御するので、オペレータの経験に頼らずとも、二次元濃度分布の均一化を図れる。
さらに、チャンバ１０内に設定された複数の供給領域α毎に制御対象となる第１流体制御機器ＭＦＣ１や第２流体制御機器ＭＦＣ２を対応させているので、チャンバ１０内の二次元濃度分布を供給領域α毎に制御することができ、制御を煩雑化させることなく、二次元濃度分布の均一化を図れる。
加えて、１つの供給ポートＰ１から供給される材料ガスが主として１つの供給領域αに供給されるように、仕切部材１５が複数の供給ポートＰ１を空間的に仕切っているので、複数の供給領域αを独立して制御することができ、チャンバ１０内の二次元濃度分布をより速く均一化させることが可能となる。
また、制御装置４０が、チャンバ１０の周囲の複数箇所から射出されてチャンバ１０内を通過した各レーザ光の光強度信号に基づいてチャンバ１０内における材料ガスの二次元温度分布を算出し、この二次温度度分布に基づいてヒータＨを制御するので、オペレータの経験に頼らずとも、二次元温度分布の均一化を図れる。
さらに、チャンバ１０内に設定された複数の加熱領域β毎に制御対象となるヒータＨを対応させているので、チャンバ１０内の二次元温度分布を加熱領域β毎に制御することができ、制御を煩雑化させることなく、二次元温度分布の均一化を図れる。
加えて、１つのヒータＨが主として１つの加熱領域βを加熱するように、仕切部材１５が複数のヒータＨを熱的に仕切っているので、複数の加熱領域βを独立して制御することができ、チャンバ１０内の二次元加熱分布をより速く均一化させることが可能となる。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、制御装置４０が、各レーザ検出器３１により検出された光強度信号に基づいて、二次元濃度分布及び二次元温度分布の両方を算出していたが、二次元濃度分布又は二次元温度分布の何れか一方を算出しても良い。つまり、制御装置４０としては、必ずしも二次元濃度分布及び二次元温度分布の両方を算出する必要はないし、濃度制御部及び温度制御部４５としての両方の機能を必ずしも備えている必要はなく、二次元濃度分布及び二次元温度分布の何れか一方を算出し、濃度制御部及び温度制御部４５の何れか一方の機能を備えたものであっても良い。
前記実施形態では、領域代表濃度Ｃｉと平均濃度Ｃａｖｅとの差に基づいて、第１流体制御機器ＭＦＣ１の目標流量をフィードバック制御していたが、領域代表濃度Ｃｉと所定の目標濃度との差に基づいて、第１流体制御機器ＭＦＣ１の目標流量をフィードバック制御しても良い。
また、温度制御についても同様に、領域代表温度Ｔｉと所定の目標温度との差に基づいて、ヒータへの供給電力をフィードバック制御しても良い。
さらに、前記実施形態では、チャンバ１０の外周面１１２が多角形状であったが、チャンバ１０の外周面１１２は、三角形状、矩形状、円形状、楕円形状など適宜変更して構わない。
そのうえ、仕切部材１５は、前記実施形態のように必ずしも上部空間Ｓ１を等分する必要はなく、例えば図１０に示すように、上部空間Ｓ１を同心円状の部屋ａに仕切っても良い。より具体的には、この仕切部材１５は、レーザ光に沿った平面において、上部空間Ｓ１の中心部に位置する円形状の部屋ａと、その円形状の部屋を取り囲む少なくも１つの環状の部屋ａとに仕切っており、複数の環状の部屋ａを設けている。なお、ここでは部屋ａの数は供給ポートＰ１の数よりも少なく、各部屋ａに対して複数の供給ポートＰ１が接続されている。
このような仕切部材１５によれば、下部空間Ｓ２には、レーザ光に沿った平面において、下部空間Ｓ１の中心部に設定された円形状の供給領域αと、その円形状の供給領域αを取り囲む少なくも１つの環状の供給領域αとであり、これらの供給領域αは、仕切部材１５によって仕切られた上部空間Ｓ１の各部屋ａの下方にそれぞれに位置する領域である。
上述した構成であれば、内部空間Ｓの中心部と外周部とで二次元濃度分布の差が生じがちであるところ、中心部に位置する円形状の供給領域αと、その供給領域αを取り囲む複数の環状の供給領域αとが設定されているので、内部空間Ｓの中心部と外周部との濃度をそれぞれ制御することができ、二次元濃度分布をより均一にしやすくなる。
加えて、前記実施形態では、レーザ光路Ｘがいずれも同一平面状に形成されている場合について説明したが、チャンバ１０内における材料ガスの二次元濃度分布や温度分布を本発明の作用効果を奏し得る程度に測定できるのであれば、必ずしも全てのレーザ光路Ｘが同一平面状に形成されている必要はない。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
１００ ・・・基板処理装置
１０ ・・・チャンバ
Ｌ１ ・・・材料ガス供給路
Ｌ２ ・・・材料ガス排出路
Ｓ ・・・内部空間
Ｈ ・・・ヒータ
Ｐ１ ・・・供給ポート
ＭＦＣ１・・・第１流体制御機器
ＭＦＣ２・・・第２流体制御機器
１５ ・・・仕切部材
１６ ・・・断熱性仕切部材
α ・・・供給領域
β ・・・加熱領域
２０ ・・・レーザ射出機構
３０ ・・・レーザ検出機構
４０ ・・・制御装置

Claims (9)

  1. 基板が収容されるとともに、材料ガスが供給されるチャンバと、
    前記チャンバに形成された複数の供給ポートそれぞれに接続された材料ガス供給路と、
    前記各材料ガス供給路に設けられた流体制御機器と、
    前記チャンバの周壁に形成された入射窓に向かって前記チャンバの周囲の複数箇所からレーザ光を射出するレーザ射出機構と、
    前記複数箇所から射出されて前記チャンバ内を通過し、前記チャンバの周壁に形成された射出窓から射出する各レーザ光を検出するレーザ検出機構と、
    前記レーザ検出機構により検出された前記各レーザ光の光強度信号を取得するとともに、その光強度信号に基づいて、前記チャンバ内における前記材料ガスの二次元濃度分布を算出し、当該二次元濃度分布に基づいて前記流体制御機器を制御する制御装置とを具備する基板処理装置。
  2. 前記複数の供給ポートに対応する複数の供給領域が前記チャンバ内に設定されており、前記各供給領域に供給される前記材料ガスが、前記各供給領域に対応する前記供給ポートに接続された前記材料ガス供給路上の前記流体制御機器により制御される構成において、
    前記制御装置が、前記二次元濃度分布に基づいて前記各供給領域の濃度を代表する領域代表濃度を算出し、これらの領域代表濃度を用いて前記各供給領域に対応する前記流体制御機器の目標流量をフィードバック制御する、請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記チャンバが、
    前記材料ガスが供給される内部空間を有したチャンバ本体と、
    前記内部空間を覆うとともに、前記複数の供給ポートが形成された蓋体と、
    前記蓋体の前記内部空間側に設けられ、前記複数の供給ポートを仕切る仕切部材とを有する、請求項２記載の基板処理装置。
  4. 前記複数の供給領域が、前記チャンバの中心部に設定された領域と、その領域を取り囲む少なくも１つの環状の領域として設定されている、請求項２又は３記載の基板処理装置。
  5. 基板が収容されるとともに、材料ガスが供給されるチャンバと、
    前記チャンバ内を加熱する複数のヒータと、
    前記チャンバの周壁に形成された入射窓に向かって前記チャンバの周囲の複数箇所からレーザ光を射出するレーザ射出機構と、
    前記複数箇所から射出されて前記チャンバ内を通過し、前記チャンバの周壁に形成された射出窓から射出する各レーザ光を検出するレーザ検出機構と、
    前記レーザ検出機構により検出された前記各レーザ光の光強度信号を取得するとともに、その光強度信号に基づいて、前記チャンバ内における二次元温度分布を算出し、当該二次元温度分布に基づいて前記各ヒータを制御する制御装置とを具備する基板処理装置。
  6. 前記複数のヒータに対応する複数の加熱領域が前記チャンバ内に設定されており、
    前記制御装置が、前記二次元温度分布に基づいて前記各加熱領域の温度を代表する領域代表温度を算出し、これらの領域代表温度を用いて前記各ヒータへの供給電力をフィードバック制御する、請求項５記載の基板処理装置。
  7. 前記複数のヒータを仕切る断熱性仕切部材とを有する、請求項６記載の基板処理装置。
  8. 基板が収容されるとともに、材料ガスが供給されるチャンバと、前記チャンバに形成された複数の供給ポートそれぞれに接続された材料ガス供給路と、前記各材料ガス供給路に設けられた流体制御機器と、前記チャンバの周壁に形成された入射窓に向かって前記チャンバの周囲の複数箇所からレーザ光を射出するレーザ射出機構と、前記複数箇所から射出されて前記チャンバ内を通過し、前記チャンバの周壁に形成された射出窓から射出する各レーザ光を検出するレーザ検出機構とを具備する基板処理装置に用いられるプログラムであって、
    前記レーザ検出機構により検出された前記各レーザ光の光強度信号を取得するとともに、その光強度信号に基づいて、前記チャンバ内における前記材料ガスの二次元濃度分布を算出し、当該二次元濃度分布に基づいて前記流体制御機器を制御する機能をコンピュータに発揮させる基板処理装置用プログラム。
  9. 基板が収容されるとともに、材料ガスが供給されるチャンバと、前記チャンバ内を加熱する複数のヒータと、前記チャンバの周壁に形成された入射窓に向かって前記チャンバの周囲の複数箇所からレーザ光を射出するレーザ射出機構と、前記複数箇所から射出されて前記チャンバ内を通過し、前記チャンバの周壁に形成された射出窓から射出する各レーザ光を検出するレーザ検出機構とを具備する基板処理装置に用いられるプログラムであって、
    前記レーザ検出機構により検出された前記各レーザ光の光強度信号を取得するとともに、その光強度信号に基づいて、前記チャンバ内における二次元温度分布を算出し、当該二次元温度分布に基づいて前記ヒータを制御する機能をコンピュータに発揮させる基板処理装置用プログラム。
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