JP2019207951A - モデル生成装置、モデル生成プログラムおよびモデル生成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】実施予定のプラズマ処理に対応したプロセス条件を求めること。【解決手段】取得部130は、プラズマ処理装置において、載置台の温度および載置台の基板を載置する載置面を区分した各ゾーンの温度を少なくとも含むプラズマ処理の処理パラメータを複数パターン変えて、パターンごとに、温度が安定した状態での各ゾーンの温度、および安定した状態でのヒータへの供給電流を測定データ120として取得する。生成部131は、測定データ120を用いて、隣接するゾーン間の温度差に比例した熱量の熱がゾーン間を移動し、載置台の温度とゾーンの温度との温度差に比例した熱量の熱が載置台とゾーン間を移動し、ゾーンごとに当該ゾーンのヒータへの供給電流から算出される熱量の熱が入熱し、各ゾーンに入熱する熱量と出熱する熱量が一致するものとして、処理パラメータ間の関係を示した予測モデルを生成する。【選択図】図4

Description

本開示は、モデル生成装置、モデル生成プログラムおよびモデル生成方法に関する。
プラズマエッチング等のプラズマ処理において、半導体ウェハ等の基板の温度は、良好なプラズマ特性を得るための重要なパラメータの一つである。そこで、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置では、基板を載置する載置台の載置面を複数のゾーンに分けて、各ゾーンに独立に温度制御が可能となるヒータを埋め込み、各ゾーンのヒータにより載置面の温度分布を制御することで、基板の温度を制御することが行われている。
ところで、プラズマ処理の際、基板には、プラズマから熱が入熱する。このため、プロセス条件によっては、プラズマから基板への入熱によって基板の温度が高くなりすぎる場合がある。例えば、ヒータへの供給電力を0としても、基板の温度が所望の温度を超えてしまう場合がある。そこで、例えば、プラズマ処理装置では、事前に、各ヒータの温度、載置台の温度などのプロセス条件を変えて、基板の温度分布を測定し、測定したデータに基づいて制御可能な範囲を示したマップデータの作成が行われている。
特開2008−177285号公報 特開2017−005128号公報
マップデータの作成では、各ヒータの温度、載置台の温度などのプロセス条件のふり幅を小さくした場合、温度の組み合わせが膨大となり、データの取得にかかる時間が非常に長くなる。データ取得にかかる時間を実施可能な期間に抑えるには、プロセス条件のふり幅をある程度大きくする、または、プロセス条件の範囲を制限するなどをせざるを得ない。この場合、実施予定のプラズマ処理に対応したプロセス条件を求められない場合がある。
本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、処理容器内に基板を載置する載置台が設けられ、載置台に全体的な温度を調整可能な温調部が設けられ、載置台の基板を載置する載置面を区分した各ゾーンにヒータが設けられ、ヒータへ流れる電力に関する因子の値を可変することによって各ゾーンの温度計の温度を予め定められた値になるように調整可能なヒータ制御部が設けられ、プラズマ処理を行う。本開示の一態様によるモデル生成装置は、取得部と、生成部とを有する。取得部は、プラズマ処理装置において、温調部の温度および各ゾーンの温度を少なくとも含むプラズマ処理の処理パラメータを複数パターン変えて、パターンごとにヒータ制御部において各ゾーンの温度が処理パラメータとして定めた各ゾーンの温度になるようにヒータへ流れる電力に関する因子の値を可変する制御を開始したのち、温度が安定した状態での各ゾーンの温度、および安定した状態でのヒータへ流れる電力に関する因子の値を測定データとして取得する。生成部は、取得部により取得された測定データを用いて、隣接するゾーン間の温度差に比例した熱量の熱がゾーン間を移動し、温調部の温度とゾーンの温度との温度差に比例した熱量の熱が温調部とゾーン間を移動し、ゾーンごとに当該ゾーンのヒータへ流れる前記電力に関する因子の値から算出される熱量の熱が入熱し、各ゾーンに入熱する熱量と出熱する熱量が一致するものとして、処理パラメータ間の関係を示した予測モデルを生成する。
本開示によれば、予測モデルを用いることで、実施予定のプラズマ処理に対応したプロセス条件を求めることができる。
図1は、実施形態に係るシステムの概略構成図である。 図2は、実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す図である。 図3Aは、実施形態に係るヒータの配置の一例を示す図である。 図3Bは、実施形態に係るヒータの配置の他の一例を示す図である。 図4は、実施形態に係るモデル生成装置の構成の一例を示す図である。 図5は、ヒータを設けたゾーンに対する熱の流れの一例を模式的に示した図である。 図6は、エッジ部に関する熱の流れの一例を模式的に示した図である。 図7Aは、平方根の項の特性を示すグラフである。 図7Bは、1次の項の特性を示すグラフである。 図7Cは、2次の項の特性を示すグラフである。 図8は、実施形態に係る予測条件入力画面の一例を示した図である。 図9は、実施形態に係る予測結果画面の一例を示した図である。 図10は、実施形態に係る予測モデル生成処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図11は、実施形態に係る予測処理の流れの一例を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本願の開示するモデル生成装置、モデル生成プログラムおよびモデル生成方法の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。また、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
[システムの構成]
最初に、実施形態に係るシステムの概略構成について説明する。システム100は、基板処理のプロセス条件を予測する予測モデルを生成するシステムである。本実施形態では、基板に対して、基板処理として、プラズマエッチングを行うプラズマ処理のプロセス条件を予測する予測モデルを生成する場合を例に説明する。図1は、実施形態に係るシステムの概略構成図である。システム100は、プラズマ処理装置101と、モデル生成装置102とを有する。プラズマ処理装置101とモデル生成装置102との間は、ネットワークNを介して相互に通信可能に接続される。ネットワークNには、有線または無線を問わず、LAN(Local Area Network)やVPN(Virtual Private Network)などの任意の種類の通信網を採用できる。
プラズマ処理装置101は、基板に対して所定の基板処理を行う装置である。本実施形態では、プラズマ処理装置101は、基板として半導体ウェハ(以下、「ウェハ」と称す。)に対してプラズマエッチングを行う。プラズマ処理装置101は、ウェハを載置する載置台の載置面が複数のゾーンに分けられ、各ゾーンに独立に温度制御が可能となるヒータが埋め込まれている。プラズマ処理装置101は、各ゾーンのヒータにより載置面の温度分布を制御することで、ウェハの温度を制御する。予測モデルを生成する際、プラズマ処理装置101は、プラズマ処理の処理パラメータを複数パターン変えて、パターンごとに温度が安定した状態での各ゾーンの温度を測定する。
モデル生成装置102は、予測モデルの生成を行う装置である。予測モデルを生成する際、モデル生成装置102は、プラズマ処理装置101により測定された測定データを取得する。モデル生成装置102は、取得された測定データを用いて、予測モデルを生成する。
[プラズマ処理装置の構成例]
次に、プラズマ処理装置101の構成を説明する。図2は、実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す図である。本実施形態では、プラズマ処理装置101の一例として容量結合型プラズマエッチング装置を挙げて説明する。
プラズマ処理装置101は、例えば表面がアルマイト処理(陽極酸化処理)されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ10を有している。チャンバ10は、接地されている。
チャンバ10の内部には、載置台12が設けられている。載置台12は、例えば、アルミニウム(Al)やチタン(Ti)、炭化ケイ素(SiC)等の材質からなり、絶縁性の保持部14を介して支持部16に支持されている。これにより、載置台12は、チャンバ10の底部に設置される。
チャンバ10の底部には、排気管26が設けられている。排気管26は、排気装置28に接続されている。排気装置28は、ターボ分子ポンプやドライポンプ等の真空ポンプを含んで構成されている。排気装置28は、チャンバ10内の処理空間を所定の真空度まで減圧するとともに、チャンバ10内のガスを排気路20及び排気口24に導き、排気する。排気路20には、ガスの流れを制御するためのバッフル板22が取り付けられている。また、チャンバ10の側壁には、ウェハWの搬入出口29が設けられている。搬入出口29には、ゲートバルブ30が設けられている。搬入出口29は、ゲートバルブ30により開閉可能とされている。
載置台12には、第1高周波電源31が整合器33を介して接続されている。また、載置台12には、第2高周波電源32が整合器34を介して接続されている。例えば、第1高周波電源31は、チャンバ10内にてプラズマを生成するために適した相対的に高い所定の周波数(例えば60MHz)の高周波電力HF(プラズマ励起用の高周波電力)を載置台12に印加する。第2高周波電源32は、載置台12上のウェハWにプラズマ中のイオンを引き込むためのバイアス電位を発生するのに適した相対的に低い所定の周波数(例えば13.56MHz)の高周波電力LF(イオン引き込み用の高周波電力)を載置台12に印加する。このようにして載置台12は、ウェハWを載置するとともに、下部電極としての機能を有する。
載置台12は、ウェハWを静電吸着力で保持するための静電チャック40が上面に設けられている。静電チャック40は、導電膜からなる電極40aを一対の絶縁層40b(又は絶縁シート)の間に挟み込んだものであり、電極40aには、直流電圧源42がスイッチ43を介して接続されている。静電チャック40は、直流電圧源42からの電圧によって生じるクーロン力により、ウェハWを静電チャック上に吸着して保持する。
載置台12には、ウェハWの周囲を囲むようにフォーカスリング18が配置される。フォーカスリング18は、例えばシリコンや石英から形成されている。フォーカスリング18は、エッチングの面内均一性を高めるように機能する。
チャンバ10の天井部には、ガスシャワーヘッド38が接地電位の上部電極として設けられている。これにより、第1高周波電源31から出力される高周波電力が載置台12とガスシャワーヘッド38との間に容量的に印加される。
ガスシャワーヘッド38は、載置台12と対向するように配置された電極板56と、電極板56を着脱可能に支持する電極支持体58とを有する。電極支持体58の内部には、ガス拡散室57が形成されている。電極板56および電極支持体58には、ガス拡散室57と連通する多数のガス通気孔56aが形成されている。電極支持体58の上面には、ガス拡散室57と連通するガス導入口60aが設けられている。ガス導入口60aは、ガス供給配管64を介してガス供給源62に接続されている。ガス供給源62は、プラズマ処理に用いる各種のガスを供給する。ガス供給源62から供給されたガスは、ガス供給配管64およびガス導入口60aを介して、ガス拡散室57にて拡散され、多数のガス通気孔56aからチャンバ10内に導入される。チャンバ10の周囲には、環状または同心円状に延在する磁石66が配置され、磁力により上部電極及び下部電極間のプラズマ生成空間に生成されるプラズマを制御する。
載置台12は、ウェハWおよびフォーカスリング18を載置する載置面が複数のゾーンに分けられ、各ゾーンに個別にヒータ75a、75b、75c、75d、75e(以下、総称して「ヒータ75」ともいう。)が埋め込まれている。ヒータ75は、静電チャック40内に埋め込む替わりに静電チャック40の裏面に貼り付けるようにしてもよい。ヒータ75a、75b、75c、75d、75eには、それぞれ個別に給電線47が接続されている。なお、図2では、給電線47をまとめて簡略化して図示している。給電線47は、交流電源44に接続されている。交流電源44は、それぞれの給電線47に供給する電力を個別に制御可能とされている。ヒータ75a、75b、75c、75d、75eには、給電線47を介して交流電源44から出力された電流が供給される。ウェハWおよびフォーカスリング18は、ヒータ75の抵抗成分に供給された電流が通電することによって発生する抵抗加熱(ジュール加熱)によって温度を上昇させることが可能となる。
ヒータ75a、75b、75c、75d、75eが埋め込まれた各ゾーンには、個別に温度計78a、78b、78c、78d、78e(以下、総称して「温度計78」ともいう。)が設けられている。これによって、各ゾーンでの温度を測定することができる。なお、温度計78は、ヒータ75とは別に温度を測定することができる素子であってもよい。また、温度計78は、主な金属の電気抵抗が温度上昇に比例して増大する性質であることを利用して、ヒータ75にかかる電圧、電流を測定することから求められる抵抗値から温度を推定する手法を用いて温度を測定してもよい。
交流電源44は、ヒータ制御部45によって供給する電流の値を制御される。ヒータ制御部45は、各温度計78からフィードバックされたヒータの温度を参照しながら、後述する制御部70から受け取るヒータ75の目標(設定)温度の値になるように、交流電流44からヒータ75に流れる供給電流を調整する。
図3Aは、実施形態に係るヒータの配置の一例を示す図である。図3Aは、載置台12を上面側から見た上面図である。載置台12には、ヒータ75a、75b、75c、75d、75eが埋め込まれたゾーンの範囲が破線で示されている。図3Aに示すように、載置台12には、中心側から等間隔でヒータ75a、75b、75c、75d、75eが埋め込まれている。ヒータ75aは、載置台12のセンター部を加熱する。ヒータ75bは、載置台12のミドル部を加熱する。ヒータ75cは、載置台12のエッジ部を加熱する。ヒータ75dは、載置台12のベリーエッジ部を加熱する。ヒータ75eは、フォーカスリング18を加熱する。ヒータ75a、75b、75c、75dは、載置台12の面内を中央から順に外周側に向けて円状のゾーン(センター部)及び4つの環状のゾーン(ミドル部、エッジ部、ベリーエッジ部、フォーカスリング部)に分割したときのゾーンごとに、加熱を可能にする。本実施形態では、載置台12の面内を5つのゾーンに分けて温度制御するが、ゾーン数は5つに限らず、2から4つでもよいし、6つ以上でもよい。ヒータ75の分割数は、ゾーン数及びフォーカスリング18の有無に対応させて決定することができる。また、各ゾーンの形状は、円状や環状以外であってもよい。また、図3Aに示したヒータ75の配置は、一例であり、これに限定されるものではない。図3Bは、実施形態に係るヒータの配置の他の一例を示す図である。図3Bに示すように、静電チャック40には、中心側で間隔を大きく、外周側で間隔を小さくしてヒータ75a、75b、75c、75dが埋め込まれている。
図2に戻る。載置台12の内部には、冷媒管70が形成されている。冷媒管70の両端は、冷媒循環管73を介してチラーユニット71に接続されている。チラーユニット71は、冷媒循環管73を介して冷媒管70に冷媒(以下、「ブライン(Brine)」を循環させる。また、チラーユニット71は、後述する制御部50から受け取る冷媒の目標(設定)温度の値になるように、冷媒の温度を制御可能とされている。チラーユニット71から供給された冷媒は、冷媒管70及び冷媒循環管73を循環し、載置台12を全体的に冷却する。チラーユニット71およびブラインを冷媒管70に供給する機構は、載置台12の全体的な温度を調整する温調部の一例である。
載置台12には、温度センサ77が設けられる。温度センサ77により、チラーユニット71およびブラインを冷媒管70に供給する機構によって冷却された載置台12の温度が測定される。
かかる構成により、載置台12は、ヒータ75a、75b、75c、75d、75eがそれぞれ埋め込まれたゾーンごとに独立して加熱されるとともに、所定温度のブラインが載置台12内の冷媒管70を流れることにより冷却される。これにより、ウェハWが所望の温度に調整される。また、静電チャック40の上面とウェハWの裏面との間には、伝熱ガス供給ライン72を介してヘリウム(He)ガス等の伝熱ガスが供給される。
制御部50は、CPU51、ROM(Read Only Memory)52、RAM(Random Access Memory)53及びHDD(Hard Disk Drive)54を有する。CPU51は、ROM52、RAM53又はHDD54の記録部に記録されたレシピに設定された手順に従い、エッチング等のプラズマ処理を行う。また、記録部には、後述されるデータテーブル等の各種データが記録される。制御部50は、ヒータ制御部45やチラーユニット71を介して、ヒータ75による加熱機構やブラインによる冷却機構の温度を制御する。なお、ヒータ制御部45は、制御部50の一部であってよい。
かかる構成のプラズマ処理装置101では、エッチング等のプラズマ処理を行う際に、まず、ウェハWが、ゲートバルブ30からチャンバ10内に搬入される。ウェハWは、静電チャック40上に載置される。ゲートバルブ30は、ウェハWを搬入後に閉じられる。チャンバ10内の圧力は、排気装置28により設定値に減圧される。静電チャック40の電極40aに直流電圧源42からの電圧を印加することで、ウェハWは、静電チャック40上に静電吸着される。
所定のガスがガスシャワーヘッド38からシャワー状にチャンバ10内に導入され、所定パワーのプラズマ励起用の高周波電力HFが載置台12に印加される。導入されたガスが高周波電力HFにより電離及び解離することによりプラズマが生成され、プラズマの作用によりウェハWにエッチング等のプラズマ処理が施される。載置台12には、イオン引き込み用の高周波電力LFが印加されてもよい。プラズマエッチング終了後、ウェハWはチャンバ10外に搬出される。
また、プラズマ処理装置101では、エッチング等のプラズマ処理を行う際に、プラズマ処理の処理パラメータを複数パターン変えて、パターンごとに温度が安定した状態での各ゾーンの温度を測定し、各パターンの処理パラメータに対応付けて測定結果を記録した測定データを生成する。処理パラメータや測定データの詳細は後述する。プラズマ処理装置101は、生成した測定データをモデル生成装置102へ送信する。
[モデル生成装置の構成例]
次に、モデル生成装置102の構成を説明する。図4は、実施形態に係るモデル生成装置の構成の一例を示す図である。本実施形態では、モデル生成装置102の一例として、パーソナル・コンピュータ、サーバーコンピュータなどの情報処理装置を説明する。
モデル生成装置102は、外部I/F(interface)部110と、表示部111と、入力部112と、記憶部113と、制御部114とを有する。なお、モデル生成装置102は、図4に示した機能部以外にも既知のコンピュータが有する各種の機能部を有してもよい。
外部I/F部110は、他の装置と情報を入出力するインタフェースである。例えば、外部I/F部110は、他の装置との間で通信制御を行うインタフェースである。かかる外部I/F部110の一態様としては、LANカードなどのネットワークインタフェースカードを採用できる。例えば、外部I/F部110は、ネットワークNを介して、プラズマ処理装置101から測定データを受信する。なお、外部I/F部110は、例えば、USB(Universal Serial Bus)ポートなどのインタフェースであってもよい。
表示部111は、各種情報を表示する表示デバイスである。表示部111としては、LCD(Liquid Crystal Display)やCRT(Cathode Ray Tube)などの表示デバイスが挙げられる。表示部111は、各種情報を表示する。
入力部112は、各種の情報を入力する入力デバイスである。例えば、入力部112としては、マウスやキーボードなどの入力デバイスが挙げられる。入力部112は、管理者などからの操作入力を受付け、受付けた操作内容を示す操作情報を制御部114に入力する。
記憶部113は、各種のデータを記憶する記憶デバイスである。例えば、記憶部113は、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)、光ディスクなどの記憶装置である。なお、記憶部113は、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ、NVSRAM(Non Volatile Static Random Access Memory)などのデータを書き換え可能な半導体メモリであってもよい。
記憶部113は、制御部114で実行されるOS(Operating System)や各種プログラムを記憶する。例えば、記憶部113は、後述する予測モデル生成処理を実行する予測モデル生成プログラムや予測処理を実行する予測プログラムを含む各種のプログラムを記憶する。さらに、記憶部113は、制御部114で実行されるプログラムで用いられる各種データを記憶する。例えば、記憶部113は、測定データ120と、モデルデータ121を記憶する。なお、記憶部113は、上記に例示したデータ以外にも、他のデータを併せて記憶することもできる。
測定データ120は、プラズマ処理装置101から受信した測定データである。測定データ120には、プラズマ処理の処理パラメータを複数パターン変えて、パターンごとに温度が安定した状態での各ゾーンの温度を測定した各パターンの測定結果と当該測定結果が得られた処理パラメータとが対応付けて記録されている。処理パラメータは、各ゾーンの温度に影響を与えるパラメータを含む。例えば、各ゾーンは、ヒータ75の温度や載置台12の温度等によって、温度が変化する。ヒータ75の温度は、ヒータ75へ流れる電力に関する因子の値の変化によって、変化する。このため、処理パラメータは、載置台12の温度制御に関するパラメータと、各ゾーンのヒータ75へ流れる電力に関する因子の値とを少なくとも含む。ヒータ75へ流れる電力に関する因子の値としては、例えば、電力、電圧、電流などが挙げられる。本実施形態では、電力に関する因子の値を、ヒータ75への供給電流とする。なお、電力に関する因子の値は、ヒータ75への供給電流に限定されるものではなく、ヒータ75へ供給する供給電圧であってもよく、ヒータ75へ供給する供給電力であってもよい。
ここで、オームの法則から、一般的に、電力P、電流R、電圧V、抵抗Rには、以下の式(1)の関係がある。
P = V×I
= R×I
= 1/R×V (1)
よって、ヒータ75への供給電力とヒータ75への供給電流とヒータ75への供給電圧には、以下の式(2)のような関係が成り立つ。
ヒータ75への供給電力=(ヒータ75への供給電流)×(ヒータ75への供給電圧)
∝(ヒータ75への供給電流)の2乗
∝(ヒータ75への供給電圧)の2乗 (2)
モデルデータ121は、予測モデルを記憶したデータである。
ここで、予測モデルについて説明する。本発明者は、以下の3つの物理法則に着目した。第1の物理法則は、フーリエの法則である。固体間を移動する熱量は、温度差に比例する。第2の物理法則は、熱の収支に関するものである。温度が安定した状態である場合、各ゾーンの熱収支は、一定となる。第3の物理法則は、ジュールの法則である。ヒータ75へ流れる電力に関する因子の値を、ヒータ75への供給電流として表した場合、ヒータ75の発熱量は、ヒータ75へ供給する供給電流の2乗にヒータの抵抗を乗算した値となる。よって、ヒータ75の発熱量は、ヒータ75への供給電流の2乗に比例する。以下では、ヒータ75へ流れる電力に関する因子の値をヒータ75への供給電流とした場合を説明する。
なお、ヒータ75へ流れる電力に関する因子の値を、ヒータ75へ供給する供給電流とした場合、ヒータ75の発熱量は、ヒータ75への供給電圧の2乗にヒータの抵抗を除算した値となる。よって、ヒータ75の発熱量は、ヒータ75への供給電圧の2乗に比例する。また、ヒータ75へ流れる電力に関する因子の値を、ヒータ75へ供給する供給電力とした場合、ヒータ75の発熱量は、ヒータ75への供給電力に比例する。
また、本発明者は、プラズマの以下のような特性に着目した。プラズマの電子密度は、プラズマの生成で印加する交流電力のパワーに比例しており、主に、高周波電力HFのパワーに比例する。また、よって、プラズマの抵抗は、高周波電力HFのパワーに反比例する。また、プラズマの広がりは、チャンバ10内の圧力に依存する。プラズマの電子密度、プラズマ全体の抵抗等も、チャンバ10内の圧力に依存する。
また、プラズマからの入熱は、ウェハWへの照射されるプラズマ中のイオンの量と、プラズマ中のイオンをウェハWに引き込むためのバイアス電位との積に比例することが知られている。ウェハWへの照射されるプラズマ中のイオンの量は、プラズマ密度に比例する。プラズマ中のイオンをウェハWに引き込むためのバイアス電位は、バイアス電位の発生で印加する交流電力のパワーに比例しており、主に、高周波電力LFのパワーに比例する。また、チャンバ10内の圧力に依存する。なお、高周波電力LFが載置台12に印加されていない場合、プラズマが生成された時に生じるプラズマの電位(プラズマポテンシャル)と載置台12の電位差によって、イオンが載置台へ引き込まれる。
また、プラズマからの入熱は、プラズマの発光による加熱やプラズマ中の電子やラジカルによるウェハWへの照射、イオンとラジカルによるウェハW上の表面反応などが含まれる。これらの成分も交流電力のパワーや圧力に依存する。
図5は、ヒータを設けたゾーンに対する熱の流れの一例を模式的に示した図である。図5には、ヒータ75が埋め込まれた1つのゾーンに対する、固体間の熱の伝播、プラズマからの入熱、ヒータ75からの入熱を模式的に示した図である。ゾーンは、高温領域が隣接する場合、高温領域から熱が入熱する。また、ゾーンは、プラズマ処理を行っている場合、プラズマから熱が入熱する。ゾーンは、ヒータ75から熱が入熱する。ゾーンは、低温領域が隣接する場合、低温領域へ熱が出熱する。
載置台12は、チラーユニット71によって冷却されて温度が調整されており、各ゾーンの熱が吸熱されている。載置台12の温度が安定した状態である場合、第2の物理法則で説明したように、ゾーンの熱収支は、一定となる。よって、温度が安定した状態である場合、1つのゾーンの熱収支は、以下の式(3)のように表すことができる。
ヒータの発熱量+プラズマからの入熱量+隣接ゾーンからの入熱量
=隣接ゾーンへの出熱量+載置台への出熱量 (3)
第3の物理法則で説明したように、ヒータ75の発熱量は、ヒータ75へ供給する供給電流の2乗にヒータの抵抗を乗算した値となる。ヒータ75の発熱量は、以下の式(4)のように表すことができる。
ヒータの発熱量=ヒータの抵抗×(ヒータ75への供給電流) (4)
式(3)のヒータ75の発熱量に式(4)を代入した場合、式(3)は、以下の式(5)のように表すことができる。
(ヒータへの供給電流)=(隣接ゾーンへの出熱量−隣接ゾーンからの入熱量
+載置台への出熱量−プラズマからの入熱量)/ヒータの抵抗 (5)
各ゾーンのヒータ75への供給電流には、式(5)の関係が成り立つ。
ここで、各ゾーンとして、エッジ部(E)に着目して説明する。最初に、プラズマからの入熱を除いた熱の流れを説明する。図6は、エッジ部に関する熱の流れの一例を模式的に示した図である。図6には、センター部(Center)、ミドル部(Middle)、エッジ部(Edge)、ベリーエッジ部(Very Edge)、フォーカスリング部(FR)が示されている。センター部、ミドル部、エッジ部、ベリーエッジ部およびフォーカスリング部は、それぞれヒータ75からの熱が入熱する。また、センター部、ミドル部、エッジ部、ベリーエッジ部およびフォーカスリング部は、載置台12との温度差に比例して、熱が伝播する。また、センター部、ミドル部、エッジ部、ベリーエッジ部およびフォーカスリング部は、隣接するゾーンとの温度差に比例して、熱が伝播する。
例えば、図6には、センター部の温度がTとして示されている。また、センター部のヒータ75aの発熱量がR・(IHCとして示されている。Rは、ヒータ75aの抵抗値である。IHCは、ヒータ75aへの供給電流である。また、センター部から載置台12への出熱量がQC,Alとして示されている。
また、図6には、ミドル部の温度がTとして示されている。また、ミドル部のヒータ75bの発熱量がR・(IHMとして示されている。Rは、ヒータ75bの抵抗値である。IHMは、ヒータ75bへの供給電流である。また、ミドル部から載置台12への出熱量がQM,Alとして示されている。
また、図6には、エッジ部の温度がTとして示されている。また、エッジ部のヒータ75cの発熱量がR・(IHEとして示されている。Rは、ヒータ75cの抵抗値である。IHEは、ヒータ75cへの供給電流である。また、エッジ部から載置台12への出熱量がQE,Alとして示されている。
また、図6には、ベリーエッジ部の温度がTVEとして示されている。また、ベリーエッジ部のヒータ75dの発熱量がRVE・(IHVEとして示されている。RVEは、ヒータ75dの抵抗値である。IHVEは、ヒータ75dへの供給電流である。また、ベリーエッジ部から載置台12への出熱量がQVE,Alとして示されている。
また、図6には、フォーカスリング部の温度がTFRとして示されている。また、フォーカスリング部のヒータ75eの発熱量がRFR・(IHFRとして示されている。RFRは、ヒータ75eの抵抗値である。IHFRは、ヒータ75eへの供給電流である。また、フォーカスリング部から載置台12への出熱量がQFR,Alとして示されている。
また、図6には、センター部からミドル部への熱の入熱量がQC,Mとして示されている。ミドル部からエッジ部への熱の入熱量がQM,Eとして示されている。エッジ部からベリーエッジ部への熱の入熱量がQE,VEとして示されている。ベリーエッジ部からフォーカスリング部への熱の入熱量がQVE,FRとして示されている。
さらに、図6には、載置台12の温度がTAlとして示されている。載置台12は、チラーユニット71から供給する冷媒によって温度TAlが制御される。本実施形態では、チラーユニット71から供給する冷媒の温度を、載置台12の温度TAlとして用いるものとする。
出熱量QC,Al、QM,Al、QE,Al、QVE,Al、QFR,Alは、それぞれのゾーンの温度と載置台12の温度TAlとの温度差に比例する。また、入熱量QC,M、QM,E、QE,VE、VE,FRは、それぞれのゾーン間の温度差に比例する。ここで、温度差に対する入熱量および出熱量は、原理的には正比例の関係だが、温度測定位置と熱が伝搬する位置が一致しないこともあり、温度差の2乗に比例する関係および温度差の平方根に比例する関係の成分が含まれることがある。
プラズマからの熱の入熱を除いた場合、センター部、ミドル部、エッジ部、ベリーエッジ部およびフォーカスリング部の各ゾーンは、隣接するゾーン間の温度差に比例した熱量の熱がゾーン間を移動し、載置台12の温度とゾーンの温度との温度差に比例した熱量の熱が載置台12とゾーン間を移動し、ゾーンごとに当該ゾーンのヒータ75への供給電流の2乗に比例した熱量の熱が入熱し、ゾーンごとに入熱量と出熱量が一致するものとして、上述の式(3)や式(5)の関係式をゾーンごとに求めることができる。例えば、プラズマからの熱の入熱を除いた場合、エッジ部のヒータ75への供給電流IHEには、図6の破線に示すように、隣接する各ゾーン間の熱の伝播と、エッジ部のゾーンと載置台12間の熱の伝播が、主に影響する。この場合、エッジ部のヒータ75への供給電流IHEの2乗は、以下の式(6)のように表すことができる。
(IHE=A+A・f(T−T)+A・(T−T)+A・g(T−T
+A・f(T−T)+A・(T−T)+A・g(T−T
+A・f(T−TAl)+A・(T−TAl)+A・g(T−TAl
+A10・f(T−TVE)+A11・(T−TVE)+A12・g(T−TVE
+A13・f(TVE−TFR)+A14・(TVE−TFR)+A15・g(TVE−TFR) (6)
ここで、f(x)は、x≧0の場合、f(x)=x1/2とし、x<0の場合、f(x)=−(−x)1/2とする関数である。例えば、f(T−T)は、T−T≧0の場合、(T−T1/2であり、T−T<0の場合、−(−T+T1/2である。g(x)は、x≧0の場合、g(x)=xとし、x<0の場合、g(x)=−xとする関数である。例えば、g(T−T)は、T−T≧0の場合、(T−Tであり、T−T<0の場合、−(T−Tである。
また、Aは、関係式の定数項を表す。A〜A15は、関係式の比例定数をそれぞれ表す。
式(6)に示す関係式は、処理パラメータと熱量との比例の関係に、平方根の項、1次の項、2次の項を含んでいる。例えば、式(6)では、センター部の温度Tとミドル部の温度Tとの温度差(T−T)について、平方根の項(A・f(T−T))と、1次の項(A・(T−T))と、2次の項(A・g(T−T))とを含んでいる。
図7Aは、平方根の項の特性を示すグラフである。平方根の項は、温度差△Tの平方根に対応した値となる。図7Bは、1次の項の特性を示すグラフである。1次の項は、温度差△Tに対応した値となる。図7Cは、2次の項の特性を示すグラフである。2次の項は、温度差△Tの2乗に対応した値となる。
また、プラズマからの熱の入熱を加味した場合、センター部、ミドル部、エッジ部、ベリーエッジ部およびフォーカスリング部の各ゾーンは、隣接するゾーン間の温度差に比例した熱量の熱がゾーン間を移動し、載置台12の温度とゾーンの温度との温度差に比例した熱量の熱が載置台12とゾーン間を移動し、ゾーンごとに当該ゾーンのヒータ75への供給電流の2乗に比例した熱量の熱とチャンバ10内の圧力に比例した熱量の熱と交流電力のパワーに比例した熱量の熱とが入熱し、ゾーンごとに入熱量と出熱量が一致するものとして、上述の式(3)や式(5)の関係式をゾーンごとに求めることができる。例えば、プラズマからの熱の入熱を加味した場合、エッジ部のヒータ75への供給電流IHEの2乗には、上述の式(6)に、プラズマからの熱の入熱に関する項を加えて、以下の式(7)のように表すことができる。
(IHE=A+A・f(T−T)+A・(T−T)+A・g(T−T
+A・f(T−T)+A・(T−T)+A・g(T−T
+A・f(T−TAl)+A・(T−TAl)+A・g(T−TAl
+A10・f(T−TVE)+A11・(T−TVE)+A12・g(T−TVE
+A13・f(TVE−TFR)+A14・(TVE−TFR)+A15・g(TVE−TFR
+{A16・(HF)1/2+A17・HF+A18・(HF)
+{A19・(LF)1/2+A20・LF+A21・(LF)
+[{A22・(HF)1/2+A23・HF+A24・(HF)
+{A25・(LF)1/2+A26・LF+A27・(LF)}]・(Pr)1/2
+[{A28・(HF)1/2+A29・HF+A30・(HF)
+{A31・(LF)1/2+A32・LF+A33・(LF)}]・Pr
+[{A34・(HF)1/2+A35・HF+A36・(HF)
+{A37・(LF)1/2+A38・LF+A39・(LF)}]・Pr (7)
ここで、HFは、第1高周波電源31から供給する高周波電力HF(供給電力)のパワーを表す。LFは、第2高周波電源32から供給する低周波電力LF(供給電力)のパワーを表す。Prは、チャンバ10内の圧力を表す。また、A16〜A39は、関係式の比例定数をそれぞれ表す。
プラズマ処理装置101は、プラズマ処理の処理パラメータを複数パターン変えて、パターンごとに温度が安定した状態での各ゾーンの温度を測定する。例えば、プラズマ処理装置101は、載置台12の温度TAl、周波電力HFのパワーHF、低周波電力LFのパワーLF、チャンバ10内の圧力Prを複数パターン変える。また、プラズマ処理装置101は、各ゾーンにおいて所望する温度も複数パターン変え、パターンごとにヒータ制御部45において、ヒータ75への供給電流IHC、IHM、IHE、IHVE、IHFRを、各ゾーンの温度が処理パラメータとして定めた各ゾーンの所望温度になるようにフィードバック制御を行う。そうして、プラズマ処理装置101は、パターンごとに温度が安定した状態、すなわちヒータ75への供給電流IHC、IHM、IHE、IHVE、IHFRが一定に安定した状態での各ゾーンの温度T、T、T、TVE、TFRを測定する。その際、各ゾーンの温度T、T、T、TVE、TFRに対するヒータ75への供給電流IHC、IHM、IHE、IHVE、IHFRとして関連付けて測定データに記録する。
予測モデルを生成する場合、管理者は、処理パラメータについて、どのようなパターンで測定データを取得するか実験計画を作成する。このような実験計画を作成する手法として、応答曲面計画法がある。例えば、管理者は、処理パラメータの関係や制約条件を条件として、応答曲面計画法により、測定データを取得するパターンを策定する。
ここで、例えば、従来技術では、マップデータの作成に時間がかかる。例えば、本実施形態に係るプラズマ処理装置101を用いて、フォーカスリング部のゾーンの温度を一定とし、センター部、ミドル部、エッジ部およびベリーエッジ部の4ゾーンの温度と、載置台12の温度の5つの温度を5水準に変化させるマップデータの作成するものとする。この場合、測定するパターン数は、3125(=5)となる。プラズマ処理装置101では、パターンごとに、温度が安定した状態となるまでに5〜10分程度の時間がかかる。このため、3125パターンの測定を行う場合、例えば、30日程度の期間が必要となる。
一方、本実施形態では、応答曲面計画法を用いることにより、測定データを取得するパターン数を減らすことができる。例えば、本実施形態に係るプラズマ処理装置101では、予測モデルの生成に必要なパターン数を、例えば、96程度に減らすことができる。管理者は、策定したパターンごとに、プラズマ処理装置101により、温度が安定した状態でプラズマ処理を行った際の各ゾーンの温度T、T、T、TVE、TFRを測定し、測定した温度T、T、T、TVE、TFRおよび、その際のヒータ75への供給電流IHC、IHM、IHE、IHVE、IHFRを測定データとして記録する。96パターン程度であれば、1〜2日程度の期間で各パターンの測定を行うことができる。
図4に戻る。測定データ120には、プラズマ処理装置101により測定された各パターンの測定結果が記録されている。
制御部114は、モデル生成装置102を制御するデバイスである。制御部114としては、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)等の電子回路や、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の集積回路を採用できる。制御部114は、各種の処理手順を規定したプログラムや制御データを格納するための内部メモリを有し、これらによって種々の処理を実行する。制御部114は、各種のプログラムが動作することにより各種の処理部として機能する。例えば、制御部114は、取得部130と、生成部131と、受付部132と、算出部133と、表示制御部134とを有する。
取得部130は、各種情報を取得する。例えば、取得部130は、プラズマ処理装置101から送信された測定データを外部I/F部110を介して取得する。取得部130は、取得した測定データを測定データ120として、記憶部113に格納する。
生成部131は、測定データ120を用いて予測モデルを生成する。例えば、生成部131は、センター部、ミドル部、エッジ部、ベリーエッジ部およびフォーカスリング部の各ゾーンについて、隣接するゾーン間の温度差に比例した熱量の熱がゾーン間を移動し、載置台12の温度とゾーンの温度との温度差に比例した熱量の熱が載置台12とゾーン間を移動し、ゾーンごとに当該ゾーンのヒータ75への供給電流の2乗に比例した熱量の熱とチャンバ10内の圧力に比例した熱量の熱と交流電力のパワーに比例した熱量の熱とが入熱し、ゾーンごとに入熱量と出熱量が一致するものとして、ゾーンごとに関係式を求める。例えば、生成部131は、エッジ部について、上述した式(7)に示す関係式を求める。
生成部131は、求めた関係式に対して、測定データ120を用いたフィッティングを行って、関係式の比例係数を算出する。例えば、生成部131は、ゾーンごとの関係式に対して、測定データ120を用いたフィッティングを行って、パターンごとに、ヒータ75への供給電流の誤差の二乗和が最小となる関係式の比例係数を算出する。例えば、生成部131は、エッジ部について、上述した式(7)に対して、各パターンの温度TAl、高周波電力HFのパワーHF、低周波電力LFのパワーLF、チャンバ10内の圧力Pr、各ゾーンの温度T、T、T、TVE、TFRを代入してヒータ75への供給電流IHEの2乗を算出する場合において、各パターンの実際のヒータ75への供給電流IHEの2乗との誤差の二乗和が最小となるA0〜A39の値を算出する。
生成部131は、算出した比例係数を関係式に適用して予測モデルを生成する。例えば、生成部131は、ゾーンごとの関係式に算出した比例係数を適用して、予測モデルを生成する。例えば、生成部131は、エッジ部について、上述した式(7)に対して、算出したA0〜A39の値を適用して、エッジ部の予測モデルを生成する。
生成部131は、生成した予測モデルの情報をモデルデータ121として、記憶部113に格納する。例えば、生成部131は、エッジ部について、算出したA0〜A39の値を適用した式(7)の情報をモデルデータ121として、記憶部113に格納する。
受付部132は、予測モデルを用いて予測を行う予測条件を受け付ける。例えば、受付部132は、予測条件入力画面を表示部111に表示させ、入力部112により入力画面に対する予測条件の入力を受け付ける。
図8は、実施形態に係る予測条件入力画面の一例を示した図である。予測条件入力画面200は、予測条件として、載置台12の温度TAlと、センター部(Center)、ミドル部(Middle)、エッジ部(Edge)、ベリーエッジ部(Very Edge)、フォーカスリング部(FR)の各ゾーンの温度と、高周波電力HFのパワーHFと、低周波電力LFのパワーLFと、チャンバ10内の圧力Prの入力を受け付ける。
算出部133は、モデルデータ121に記憶された予測モデルを用いて、予測条件の各ゾーンの温度および載置台12の温度とするための各ゾーンのヒータ75への供給電流を算出する。例えば、算出部133は、エッジ部について、算出したA0〜A39の値を適用した式(7)に対して、予測条件の載置台12の温度TAl、各ゾーンの温度T、T、T、TVE、TFR、高周波電力HFのパワーHFと、低周波電力LFのパワーLFと、チャンバ10内の圧力Prを代入して、エッジ部のヒータ75への供給電流IHEを算出する。
また、算出部133は、予測条件の各ゾーンの温度を所定値だけ変更した変更温度とするための各ヒータ75への供給電流をさらに算出する。この所定値は、画面から設定可能としてもよい。本実施形態は、所定値を、+0.5℃、および、−0.5℃とする。例えば、算出部133は、エッジ部について、算出したA0〜A39の値を適用した式(7)に対して、予測条件の載置台12の温度TAl、各ゾーンの温度T、T、T、TVE、TFRを予測条件の温度から+0.5℃とした場合のエッジ部のヒータ75への供給電流IHEを算出する。また、算出部133は、算出したA0〜A39の値を適用した式(7)に対して、予測条件の載置台12の温度TAl、各ゾーンの温度T、T、T、TVE、TFRを予測条件の温度から−0.5℃とした場合のエッジ部のヒータ75への供給電流IHEを算出する。
表示制御部134は、算出部133により算出された予測結果を表示部111に表示する表示制御を行う。例えば、表示制御部134は、算出部133により算出された各ヒータ75への供給電流、各ヒータ75への供給電流の制御範囲を表示する表示制御を行う。また、表示制御部134は、各ヒータ75への予測条件の温度での各ヒータ75への供給電流と変更温度での各ヒータ75への供給電流とを並べて表示する表示制御を行う。例えば、表示制御部134は、予測結果に基づき、予測結果画面を表示部111に表示させる制御を行う。
図9は、実施形態に係る予測結果画面の一例を示した図である。ここで、ヒータ75に流すことができる電流には、上限値がある。この上限値は、載置台12に埋め込まれたヒータ75の発熱による載置台12の破損の可能性やヒータ電源の能力条件によって決まる。そこで、図9では、各ヒータ75への供給電流を上限値で規格化したものをヒータ操作量として表示している。予測結果画面210には、センター部、ミドル部、エッジ部、ベリーエッジ部およびフォーカスリング部の各ヒータ75について、算出された予測条件の温度でのヒータ操作量が表示されている。また、予測結果画面210には、各ヒータ75のヒータ操作量の制御範囲が表示されている。例えば、各ヒータ75は、供給電流を0未満にはできないため、ヒータ操作量を0%未満とすることができず、ヒータ操作量が0%に近い場合、ヒータ75の温度を低下させることが可能な範囲が小さい。また、各ヒータ75は、ヒータ操作量を100%以上とすることができず、ヒータ操作量が100%に近い場合、ヒータ75の温度を上昇させることが可能な範囲が小さい。各ヒータ75のヒータ操作量は、上限側と下限側にマージンがあることが好ましい。このため、予測結果画面210には、各ヒータ75のヒータ操作量の90%と15%の位置に破線が表示され、90%と15%との間を好まし制御範囲として示している。さらに、予測結果画面210には、各ゾーンのヒータ75について、予測条件の温度を所定値(+0.5℃、および、−0.5℃)だけ変更した変更温度するための各ヒータ75への供給電流に対応するヒータ操作量が表示されている。これにより、管理者は、各ゾーンの温度を所定値だけ変更する場合に、各ヒータ75へのヒータ操作量がどのていど変更する必要があるかを把握でき、各ゾーンの温度を変更する際に、各ヒータ75へのヒータ操作量の制御範囲にどの程度マージンがあるかを把握できる。なお、表示制御部134は、予測結果画面210に、ヒータ操作量ではなく、各ヒータ75への供給電流に関する表示を行ってもよい。
管理者は、モデル生成装置102を用いることで、実施予定のプラズマ処理に対応したプロセス条件を求めることができる。
各ヒータ75のヒータ操作量のすべてが、予め定めたマージンのある制御範囲、例えば図9を例にすると90%と15%との間にある場合、各ヒータ75へのヒータ操作量をプロセス条件としてプラズマ処理を実行することが可能である。
一方、各ヒータ75のヒータ操作量のいずれかが、予め定めたマージンのない制御範囲、例えば図9を例にすると、ヒータ操作量が90%以上、もしくは15%以下にある場合、プロセス条件を変更することが望ましい。例えば、ヒータ操作量が90%以上の場合、プラズマからの熱の入熱が一定としたとき、各ゾーンから載置台12への出熱量が大きく、その分、ヒータ75の発熱量を高くする必要があり、そのため、ヒータ75のヒータ操作量が高くなっていることを示している。この場合、載置台12の温度TAlを上げることによって、マージンのある制御範囲にすることができる。特にヒータ操作量が100%になっているということは、ヒータ操作量を最大値にすることで、ようやくヒータ75の温度が設定温度に達している、もしくは最大値でも達していないことを示しているので、載置台12の温度TAlを上げることが必要となる。また、例えば、ヒータ操作量が15%以下の場合、プラズマからの熱の入熱が一定としたとき、各ゾーンから載置台12への出熱量が小さく、その分、ヒータの発熱量を必要としておらず、そのため、ヒータの操作量が低くなっていることを示している。この場合、載置台12の温度TAlを下げることによって、マージンのある制御範囲にすることができる。特に、ヒータ操作量が0%になっているということは、ヒータ操作量を最小値にすることで、やっとヒータ75の温度が設定温度に達している、もしくは最小値でも達していないことを示しているので、載置台12の温度TAlを下げることが必要となる。なお、載置台12の温度TAlを変更した場合は、変更した条件に基づいた予測条件の入力することによって予測モデルを用いて予測を行い、各ヒータ75のヒータ操作量のすべてが、予め定めたマージンのある制御範囲にあると確かめることが望ましい。
また、制御部114は、予め定めたマージンのある制御範囲になるような載置台12の温度TAlを算出して、管理者に提案する処理部を備えてもよい。また、制御部114は、プロセス処理装置101で実行されるプロセスの条件を自動的に変更する処理部を備えてもよい。
[予測モデル生成処理の流れ]
次に、実施形態に係るモデル生成装置102が予測モデルを生成する予測モデル生成処理の流れについて説明する。図10は、実施形態に係る予測モデル生成処理の流れの一例を示すフローチャートである。
取得部130は、プラズマ処理装置101から送信された測定データを外部I/F部110を介して取得する(ステップS10)。取得部130は、取得した測定データを測定データ120として、記憶部113に格納する。
生成部131は、測定データ120を用いて予測モデルを生成する(ステップS11)。例えば、生成部131は、センター部、ミドル部、エッジ部、ベリーエッジ部およびフォーカスリング部の各ゾーンについて、隣接するゾーン間の温度差に比例した熱量の熱がゾーン間を移動し、載置台12の温度とゾーンの温度との温度差に比例した熱量の熱が載置台12とゾーン間を移動し、ゾーンごとに当該ゾーンのヒータ75への供給電流の2乗に比例した熱量の熱とチャンバ10内の圧力に比例した熱量の熱と交流電力のパワーに比例した熱量の熱とが入熱し、ゾーンごとに入熱量と出熱量が一致するものとして、ゾーンごとに関係式を求める。生成部131は、求めた関係式に対して、測定データ120を用いたフィッティングを行って、関係式の比例係数を算出する。生成部131は、算出した比例係数を関係式に適用して予測モデルを生成する。
生成部131は、生成した予測モデルの情報をモデルデータ121として、記憶部113に格納し(ステップS12)、処理を終了する。
[予測処理の流れ]
次に、実施形態に係るモデル生成装置102が予測モデルを用いてプロセス条件を予測する予測処理の流れについて説明する。図11は、実施形態に係る予測処理の流れの一例を示すフローチャートである。
受付部132は、予測条件を受け付ける(ステップS20)。例えば、受付部132は、予測条件入力画面を表示部111に表示させ、入力部112により入力画面に対する予測条件の入力を受け付ける。
算出部133は、モデルデータ121に記憶された予測モデルを用いて、予測条件の各ゾーンの温度および載置台12の温度とするための各ゾーンのヒータ75への供給電流を算出する(ステップS21)。
表示制御部134は、算出部133により算出された予測結果を表示部111に表示し(ステップS22)、処理を終了する。
[効果]
このように、実施形態に係るプラズマ処理装置101は、チャンバ10内にウェハWを載置する載置台12が設けられ、載置台12に全体的な温度を調整可能な温調部(チラーユニット71、ブライン、冷媒管70)が設けられ、載置台12のウェハWを載置する載置面を区分した各ゾーンにヒータ75が設けられ、ヒータ75へ流れる電力に関する因子の値を可変することによって各ゾーンの温度計78の温度を予め定められた値になるように調整可能なヒータ制御部45が設けられ、プラズマ処理を行う。モデル生成装置102は、プラズマ処理装置101において、温調部の温度および各ゾーンの温度を少なくとも含むプラズマ処理の処理パラメータを複数パターン変えて、パターンごとにヒータ制御部45において各ゾーンの温度が処理パラメータとして定めた各ゾーンの温度になるようにヒータ75へ流れる電力に関する因子の値を可変する制御を開始したのち、温度が安定した状態での各ゾーンの温度、および安定した状態でのヒータ75流れる電力に関する因子の値を測定データ120として取得する。モデル生成装置102は、取得された測定データ120を用いて、隣接するゾーン間の温度差に比例した熱量の熱がゾーン間を移動し、温調部の温度とゾーンの温度との温度差に比例した熱量の熱が温調部とゾーン間を移動し、ゾーンごとに当該ゾーンのヒータ75へ流れる電力に関する因子の値から算出される熱量の熱が入熱し、各ゾーンに入熱する熱量と出熱する熱量が一致するものとして、処理パラメータ間の関係を示した予測モデルを生成する。これにより、モデル生成装置102は、実施予定のプラズマ処理に対応したプロセス条件を求めることができる。
また、実施形態に係るモデル生成装置102では、処理パラメータは、チャンバ10内の圧力およびプラズマの生成で印加する交流電力のパワーをさらに含む。モデル生成装置102は、チャンバ10内の圧力および交流電力のパワーにそれぞれ比例した熱量の熱が各ゾーンにさらに入熱するものとして、予測モデルを生成する。これにより、モデル生成装置102は、チャンバ10内の圧力および交流電力のパワーの影響の加味した予測モデルを生成できる。
また、実施形態に係るモデル生成装置102は、隣接するゾーン間の温度差に比例した熱量の熱がゾーン間を移動し、温調部の温度とゾーンの温度との温度差に比例した熱量の熱が温調部とゾーン間を移動し、ゾーンごとに当該ゾーンのヒータ75へ流れる電力に関する因子の値から算出される熱量の熱とチャンバ10内の圧力に比例した熱量の熱と交流電力のパワーに比例した熱量の熱とが入熱し、ゾーンごとに入熱量と出熱量が一致するものとした関係式を定める。モデル生成装置102は、定めた関係式に対して、取得された測定データ120を用いたフィッティングを行って、関係式の比例係数を算出する。モデル生成装置102は、算出した比例係数を関係式に適用して予測モデルを生成する。これにより、モデル生成装置102は、温調部の温度とゾーンの温度とヒータ75へ流れる電力に関する因子の値との関係を適切にモデル化した予測モデルを生成でき、例えば、温調部の温度とゾーンの温度からヒータ75へ流れる電力に関する因子の値を予測できる。
また、実施形態に係るモデル生成装置102では、関係式の処理パラメータと熱量との比例の関係に、平方根の項、1次の項、2次の項を含ませている。モデル生成装置102は、取得された測定データ120を用いたフィッティングを行って、関係式の平方根の項、1次の項、2次の項の比例係数を算出する。モデル生成装置102は、算出した比例係数を関係式の平方根の項、1次の項、2次の項に適用して予測モデルを生成する。これにより、モデル生成装置102は、処理パラメータと熱量との比例の関係を精度良くモデル化できる。
また、実施形態に係るモデル生成装置102は、各ゾーンの温度、温調部の温度を少なくとも含む予測条件を受け付ける。モデル生成装置102は、予測モデルを用いて、予測条件の各ゾーンの温度および温調部の温度とするための各ゾーンのヒータ75の電力に関する因子の値を算出する。モデル生成装置102は、算出された各ヒータ75の電力に関する因子の値に基づく表示制御を行う。これにより、モデル生成装置102は、予測条件の各ゾーンの温度および温調部の温度とするための各ゾーンのヒータ75の電力に関する因子の値を管理者に提示できる。例えば、因子の値を、ヒータ75への供給電流とした場合、モデル生成装置102は、予測条件の各ゾーンの温度および温調部の温度とするための各ゾーンのヒータ75への供給電流を提示できる。
また、実施形態に係るモデル生成装置102は、算出された各ヒータ75の電力に関する因子の値と、各ヒータ75の電力に関する因子の値の制御範囲を表示する。これにより、モデル生成装置102は、各ヒータ75の電力に関する因子の値が適切な範囲であるかを管理者に提示できる。提示された各ヒータ75の電力に関する因子の値が適切な範囲では無い場合、管理者は、予測条件を変えてモデル生成装置102により予測を再度行うことにより、各ヒータ75の適切な電力に関する因子の値を求めることができる。
また、実施形態に係るモデル生成装置102は、予測条件の各ゾーンの温度を所定値だけ変更した変更温度とするための各ヒータ75の電力に関する因子の値をさらに算出する。モデル生成装置102は、各ヒータ75への予測条件の温度での電力に関する因子の値と変更温度での電力に関する因子の値とを並べて表示する。これにより、モデル生成装置102は、管理者に対して、各ゾーンの温度を変更温度とした場合の各ヒータ75の電力に関する因子の値を合わせて提示できる。これにより、管理者は、各ゾーンの温度を所定値だけ変更する場合に、各ヒータ75の電力に関する因子の値がどのていど変更する必要があるかを把握でき、各ゾーンの温度を変更する際に、各ヒータ75の電力に関する因子の値の制御範囲にマージンがあるかを把握できる。
また、実施形態に係るモデル生成装置102は、ヒータ75へ流れる電力に関する因子の値を、ヒータ75への供給電流とする。また、モデル生成装置102は、電力に関する因子の値から算出される熱量を、ヒータ75への供給電流の2乗に比例した熱量とする。これにより、モデル生成装置102は、プラズマ処理において、ヒータ75への供給電流を制御してヒータ75の温度を制御する場合に、実施予定のプラズマ処理に対応した予測モデルを生成できる。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、プラズマ処理装置101は、容量結合型のプラズマ処理装置であったが、任意のプラズマ処理装置に採用され得る。例えば、プラズマ処理装置101は、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波によってガスを励起させるプラズマ処理装置のように、任意のタイプのプラズマ処理装置であってもよい。
また、上述した実施形態では、ゾーンごとの関係式に、センター部、ミドル部、エッジ部、ベリーエッジ部およびフォーカスリング部の各ゾーンについて、隣接するゾーン間の熱の伝播を表す項を全て含めた場合を例に説明した。例えば、エッジ部に関する式(5)、式(7)では、図6の破線に示すように、センター部、ミドル部、エッジ部、ベリーエッジ部およびフォーカスリング部の各ゾーン間の熱の伝播を表す項を含めている。しかし、これに限定されるものではない。例えば、ゾーンごとの関係式は、所定距離以内のゾーン間についてのみ熱の伝播を表す項を含めるようにしてもよい。これにより、関係式が簡素化されるため、予測モデルを生成する際の演算量を抑えることができる。なお、式(5)、式(7)のように、隣接するゾーン間の熱の伝播を表す項を全て関係式に含めた場合でも、操作量IHEに対して影響が少ない項は、フィッティングの結果、比例定数が小さく値となるため、問題ない。
また、上述した実施形態では、ヒータ75へ流れる電力に関する因子の値を、ヒータ75への供給電流とした場合を例に説明した。しかしながら、電力に関する因子の値は、ヒータ75への供給電圧としてもよい。この場合、上述のように、ヒータ75の発熱量は、ヒータ75への供給電圧の2乗に比例した熱量とすることで、同様の流れで、予測モデルを生成できる。これにより、モデル生成装置102は、温調部の温度とゾーンの温度とヒータ75への供給電圧との関係を適切にモデル化した予測モデルを生成でき、例えば、温調部の温度とゾーンの温度からヒータ75への供給電圧を予測できる。また、電力に関する因子の値は、ヒータ75への供給電力としてもよい。この場合、上述のように、ヒータ75の発熱量は、ヒータ75への供給電力に比例した熱量とすることで、同様の流れで、予測モデルを生成できる。これにより、モデル生成装置102は、温調部の温度とゾーンの温度とヒータ75への供給電力との関係を適切にモデル化した予測モデルを生成でき、例えば、温調部の温度とゾーンの温度からヒータ75への供給電力を予測できる。
また、上述した実施形態では、プラズマ装置101にてデータを取得する際、プラズマ処理の処理パラメータとして、プラズマからの入熱に関する項目を除くと、載置台12の温度TAl、および各ゾーンの温度を用いたが、各ゾーンの温度の代わりに各ゾーンへの供給電流を用いてもよい。その際、プラズマ処理装置101は、プラズマ処理の処理パラメータを複数パターン変えて、パターンごとに温度が安定した状態での各ゾーンの温度を測定する。例えば、プラズマ処理装置101は、載置台12の温度TAl、各ゾーンのヒータ75への供給電流IHC、IHM、IHE、IHVE、IHFR、高周波電力HFのパワーHF、低周波電力LFのパワーLF、チャンバ10内の圧力Prを複数パターン変えて、パターンごとに温度が安定した状態での各ゾーンの温度T、T、T、TVE、TFRを測定する。プラズマ処理装置101は、パターンごとに、載置台12の温度TAl、各ゾーンの温度T、T、T、TVE、TFR、ヒータ75への供給電流IHC、IHM、IHE、IHVE、IHFRを関連付けて測定データに記録する。モデル生成装置102は、当該測定データを測定データ120として取得する。モデル生成装置102は、取得された測定データ120を用いて、隣接するゾーン間の温度差に比例した熱量の熱がゾーン間を移動し、温調部の温度とゾーンの温度との温度差に比例した熱量の熱が温調部とゾーン間を移動し、ゾーンごとに当該ゾーンのヒータ75へ流れる電力に関する因子の値から算出される熱量の熱が入熱し、各ゾーンに入熱する熱量と出熱する熱量が一致するものとして、処理パラメータ間の関係を示した予測モデルを生成する。
また、上述した実施形態では、モデル生成装置102により予測モデルの生成、および予測モデルを用いた予測を行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、プラズマ処理装置101において、予測モデルの生成、および予測モデルを用いた予測を行ってもよい。この場合、プラズマ処理装置101がモデル生成装置として機能する。
また、上述した実施形態では、予測モデルの生成と、予測モデルを用いた予測を共にモデル生成装置102で行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、予測モデルの生成と予測モデルを用いた予測とは、別の装置で行ってもよい。
1 処理容器
10 チャンバ
12 載置台
31 第1高周波電源
32 第2高周波電源
70 冷媒管
71 チラーユニット
73 冷媒循環管
75,75a,75b,75c,75d,75e ヒータ
100 システム
101 プラズマ処理装置
102 モデル生成装置
111 表示部
112 入力部
113 記憶部
114 制御部
120 測定データ
121 モデルデータ
130 取得部
131 生成部
132 受付部
133 算出部
134 表示制御部
W ウェハ

Claims (15)

  1. 処理容器内に基板を載置する載置台が設けられ、前記載置台に全体的な温度を調整可能な温調部が設けられ、前記載置台の基板を載置する載置面を区分した各ゾーンにヒータが設けられ、前記ヒータへ流れる電力に関する因子の値を可変することによって各ゾーンの温度計の温度を予め定められた値になるように調整可能なヒータ制御部が設けられた、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、前記温調部の温度および各ゾーンの温度を少なくとも含むプラズマ処理の処理パラメータを複数パターン変えて、パターンごとに前記ヒータ制御部において各ゾーンの温度が処理パラメータとして定めた各ゾーンの温度になるように前記ヒータへ流れる電力に関する因子の値を可変する制御を開始したのち、温度が安定した状態での各ゾーンの温度、および安定した状態での前記ヒータへ流れる前記電力に関する因子の値を測定データとして取得する取得部と、
    前記取得部により取得された前記測定データを用いて、隣接するゾーン間の温度差に比例した熱量の熱がゾーン間を移動し、前記温調部の温度とゾーンの温度との温度差に比例した熱量の熱が前記温調部とゾーン間を移動し、ゾーンごとに当該ゾーンの前記ヒータへ流れる前記電力に関する因子の値から算出される熱量の熱が入熱し、各ゾーンに入熱する熱量と出熱する熱量が一致するものとして、前記処理パラメータ間の関係を示した予測モデルを生成する生成部と、
    を有することを特徴とするモデル生成装置。
  2. 前記処理パラメータは、前記処理容器内の圧力およびプラズマの生成で印加する交流電力のパワーをさらに含み、
    前記生成部は、前記処理容器内の圧力および交流電力のパワーにそれぞれ比例した熱量の熱が各ゾーンにさらに入熱するものとして、前記予測モデルを生成する
    ことを特徴とする請求項1に記載のモデル生成装置。
  3. 前記生成部は、隣接するゾーン間の温度差に比例した熱量の熱がゾーン間を移動し、前記温調部の温度とゾーンの温度との温度差に比例した熱量の熱が前記温調部とゾーン間を移動し、ゾーンごとに当該ゾーンの前記ヒータへ流れる前記電力に関する因子の値から算出される熱量の熱と前記処理容器内の圧力に比例した熱量の熱と交流電力のパワーに比例した熱量の熱とが入熱し、ゾーンごとに入熱量と出熱量が一致するものとした定めた関係式に対して、取得された前記測定データを用いたフィッティングを行って、前記関係式の比例係数を算出し、算出した比例係数を前記関係式に適用して前記予測モデルを生成する
    ことを特徴とする請求項2に記載のモデル生成装置。
  4. 前記関係式は、前記処理パラメータと熱量との比例の関係に、平方根の項、1次の項、2次の項を含み、
    前記生成部は、取得された前記測定データを用いたフィッティングを行って、前記関係式の平方根の項、1次の項、2次の項の比例係数を算出し、算出した比例係数を前記関係式の平方根の項、1次の項、2次の項に適用して前記予測モデルを生成する
    ことを特徴とする請求項3に記載のモデル生成装置。
  5. 各ゾーンの温度、前記温調部の温度を少なくとも含む予測条件を受け付ける受付部と、
    前記予測モデルを用いて、前記予測条件の各ゾーンの温度および前記温調部の温度とするための各ゾーンの前記ヒータの前記電力に関する因子の値を算出する算出部と、
    前記算出部により算出された各ヒータの前記電力に関する因子の値に基づく表示制御を行う表示制御部と、
    をさらに有することを特徴とする請求項1〜4の何れか1つに記載のモデル生成装置。
  6. 前記表示制御部は、算出された各ヒータの前記電力に関する因子の値と、各ヒータの当該電力に関する因子の値の制御範囲を表示する表示制御を行う
    ことを特徴とする請求項5に記載のモデル生成装置。
  7. 算出部は、予測条件の各ゾーンの温度を所定値だけ変更した変更温度とするための各ヒータの前記電力に関する因子の値をさらに算出する
    前記表示制御部は、各ヒータへの予測条件の温度での前記電力に関する因子の値と前記変更温度での前記電力に関する因子の値とを並べて表示する表示制御を行う
    ことを特徴とする請求項5または6に記載のモデル生成装置。
  8. 前記電力に関する因子の値は、ヒータへの供給電流であり、
    前記電力に関する因子の値から算出される熱量は、前記ヒータへの供給電流の2乗に比例した熱量とする
    ことを特徴とする請求項1から7の何れか1つに記載のモデル生成装置。
  9. 前記電力に関する因子の値は、ヒータへの供給電圧であり、
    前記電力に関する因子の値から算出される熱量は、前記ヒータへの供給電圧の2乗に比例した熱量とする
    ことを特徴とする請求項1から7の何れか1つに記載のモデル生成装置。
  10. 前記電力に関する因子の値は、ヒータへの供給電力であり、
    前記電力に関する因子の値から算出される熱量は、前記ヒータへの供給電力に比例した熱量とする
    ことを特徴とする請求項1から7の何れか1つに記載のモデル生成装置。
  11. 処理容器内に基板を載置する載置台が設けられ、前記載置台に全体的な温度を調整可能な温調部が設けられ、前記載置台の基板を載置する載置面を区分した各ゾーンにヒータが設けられ、前記ヒータへ流れる電力に関する因子の値を可変することによって各ゾーンの温度計の温度を予め定められた値になるように調整可能なヒータ制御部が設けられた、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、前記温調部の温度および各ゾーンの温度を少なくとも含むプラズマ処理の処理パラメータを複数パターン変えて、パターンごとにヒータ制御部において各ゾーンの温度が処理パラメータとして定めた各ゾーンの温度になるように前記ヒータへ流れる電力に関する因子の値を可変する制御を開始したのち、温度、および安定した状態での前記ヒータへ流れる前記電力に関する因子の値を測定データとして取得し、
    取得された前記測定データを用いて、隣接するゾーン間の温度差に比例した熱量の熱がゾーン間を移動し、前記温調部の温度とゾーンの温度との温度差に比例した熱量の熱が前記温調部とゾーン間を移動し、ゾーンごとに当該ゾーンの前記ヒータへ流れる前記電力に関する因子の値から算出される熱量の熱が入熱し、各ゾーンに入熱する熱量と出熱する熱量が一致するものとして、前記処理パラメータ間の関係を示した予測モデルを生成する、
    処理をコンピュータに実行させることを特徴とするモデル生成プログラム。
  12. 処理容器内に基板を載置する載置台が設けられ、前記載置台に全体的な温度を調整可能な温調部が設けられ、前記載置台の基板を載置する載置面を区分した各ゾーンにヒータが設けられ、前記ヒータへ流れる電力に関する因子の値を可変することによって各ゾーンの温度計の温度を予め定められた値になるように調整可能なヒータ制御部が設けられた、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、前記温調部の温度および各ゾーンの温度を少なくとも含むプラズマ処理の処理パラメータを複数パターン変えて、パターンごとにヒータ制御部において各ゾーンの温度が処理パラメータとして定めた各ゾーンの温度になるように前記ヒータへ流れる電力に関する因子の値を可変する制御を開始したのち、温度、および安定した状態での前記ヒータへ流れる前記電力に関する因子の値を測定データとして取得し、
    取得された前記測定データを用いて、隣接するゾーン間の温度差に比例した熱量の熱がゾーン間を移動し、前記温調部の温度とゾーンの温度との温度差に比例した熱量の熱が前記温調部とゾーン間を移動し、ゾーンごとに当該ゾーンの前記ヒータへ流れる前記電力に関する因子の値から算出される熱量の熱が入熱し、各ゾーンに入熱する熱量と出熱する熱量が一致するものとして、前記処理パラメータ間の関係を示した予測モデルを生成する、
    処理をコンピュータが実行することを特徴とするモデル生成方法。
  13. 処理容器内に基板を載置する載置台が設けられ、前記載置台に全体的な温度を調整可能な温調部が設けられ、前記載置台の基板を載置する載置面を区分した各ゾーンに温度を調整可能なヒータがそれぞれ設けられ、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、前記温調部の温度および各ゾーンの前記ヒータへ流れる電力に関する因子の値を少なくとも含むプラズマ処理の処理パラメータを複数パターン変えて、パターンごとに温度が安定した状態での各ゾーンの温度を測定した測定データを取得する取得部と、
    前記取得部により取得された前記測定データを用いて、隣接するゾーン間の温度差に比例した熱量の熱がゾーン間を移動し、前記温調部の温度とゾーンの温度との温度差に比例した熱量の熱が前記温調部とゾーン間を移動し、ゾーンごとに当該ゾーンの前記ヒータへ流れる電力に関する因子の値から算出される熱量の熱が入熱し、各ゾーンに入熱する熱量と出熱する熱量が一致するものとして、前記処理パラメータ間の関係を示した予測モデルを生成する生成部と、
    を有することを特徴とするモデル生成装置。
  14. 処理容器内に基板を載置する載置台が設けられ、前記載置台に全体的な温度を調整可能な温調部が設けられ、前記載置台の基板を載置する載置面を区分した各ゾーンに温度を調整可能なヒータがそれぞれ設けられ、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、前記温調部の温度および各ゾーンの前記ヒータへ流れる電力に関する因子の値を少なくとも含むプラズマ処理の処理パラメータを複数パターン変えて、パターンごとに温度が安定した状態での各ゾーンの温度を測定した測定データを取得し、
    取得された前記測定データを用いて、隣接するゾーン間の温度差に比例した熱量の熱がゾーン間を移動し、前記温調部の温度とゾーンの温度との温度差に比例した熱量の熱が前記温調部とゾーン間を移動し、ゾーンごとに当該ゾーンの前記ヒータへ流れる電力に関する因子の値から算出される熱量の熱が入熱し、各ゾーンに入熱する熱量と出熱する熱量が一致するものとして、前記処理パラメータ間の関係を示した予測モデルを生成する、
    処理をコンピュータに実行させることを特徴とするモデル生成プログラム。
  15. 処理容器内に基板を載置する載置台が設けられ、前記載置台に全体的な温度を調整可能な温調部が設けられ、前記載置台の基板を載置する載置面を区分した各ゾーンに温度を調整可能なヒータがそれぞれ設けられ、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、前記温調部の温度および各ゾーンの前記ヒータへ流れる電力に関する因子の値を少なくとも含むプラズマ処理の処理パラメータを複数パターン変えて、パターンごとに温度が安定した状態での各ゾーンの温度を測定した測定データを取得し、
    取得された前記測定データを用いて、隣接するゾーン間の温度差に比例した熱量の熱がゾーン間を移動し、前記温調部の温度とゾーンの温度との温度差に比例した熱量の熱が前記温調部とゾーン間を移動し、ゾーンごとに当該ゾーンの前記ヒータへ流れる電力に関する因子の値から算出される熱量の熱が入熱し、各ゾーンに入熱する熱量と出熱する熱量が一致するものとして、前記処理パラメータ間の関係を示した予測モデルを生成する、
    処理をコンピュータが実行することを特徴とするモデル生成方法。
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