JP2020506539A - 熱制御素子を用いるｅｓｃ温度推定のための仮想測定方法 - Google Patents

熱制御素子を用いるｅｓｃ温度推定のための仮想測定方法 Download PDF

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Abstract

【解決手段】基板処理システムにおける基板支持体のための温度制御装置は、基板支持体に配置された複数の第１の熱制御素子（ＴＣＥ）の温度と基板支持体の第１の温度応答とを関連付ける第１のモデルを格納するメモリを備える。第１の温度応答は、基板支持体の表面上の位置に対応する。温度推定モジュールは、第１のＴＣＥの抵抗を算出し、算出した抵抗に基づいて第１のＴＣＥの温度を決定し、格納された第１のモデルおよび決定した第１のＴＣＥの温度を用いて基板支持体の実温度応答を推定する。温度制御装置は、基板支持体の実温度応答に基づいて第１のＴＣＥを制御するように構成されている。【選択図】図３

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１７年１月２０日出願の米国実用出願第１５／４１１，３８９号の優先権を主張する。上述した本願の全ての開示は、参照により本明細書に援用される。
本開示は、基板処理システムに関し、特に、基板処理システムにおける基板支持体の温度を推定するためのシステムおよび方法に関する。
本明細書に記載する背景技術についての説明は、一般に、本開示の内容を提示するためのものである。現在、名前が挙げられている発明者の発明は、この背景技術欄と同様に、出願時に先行技術として見なしえない説明の態様において記載される範囲において、本開示に対する先行技術として明示的にも黙示的にも認められない。
基板処理システムは、半導体ウエハなどの基板のエッチング、堆積、および／または、他の処理を実施するために用いられてよい。基板上で実施されうるプロセスの例は、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセス、化学強化プラズマ気相堆積（ＣＥＰＶＤ）プロセス、スパッタリング物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセス、イオン注入プロセス、ならびに／または、他のエッチング（例えば、化学エッチング、プラズマエッチング、反応性イオンエッチングなど）、堆積、および、洗浄プロセスを含むが、それらに限定されない。基板は、基板処理システムの処理チャンバにおいて、台座、静電チャック（ＥＳＣ）などの基板支持体の上に配置されてよい。例えば、エッチング中に、１つ以上の前駆体を含むガス混合物が処理チャンバ内に導入され、プラズマが衝突して基板をエッチングする。
プロセスステップ中に、システムの様々な部品および基板自体の温度は変化しうる。これらの温度変化は、結果として生じた基板に望ましくない影響を及ぼす可能性がある（例えば、不均一な臨界寸法）。温度変化は、基板に望ましい影響を与える可能性もある。例えば、エッチング前の基板に不均一性がある場合は、不均一性を補正するために温度の空間制御およびエッチングプロセスが用いられてよい。それに応じて、基板処理システムは、処理中に様々な部品および基板の温度を推定するための様々なシステムおよび方法を実行してよい。
基板処理システムにおける基板支持体のための温度制御装置は、基板支持体に配置された複数の第１の熱制御素子（ＴＣＥ）と基板支持体の第１の温度応答とを関連付ける第１のモデルを格納するメモリを備える。第１の温度応答は、基板支持体の表面上の位置に対応する。温度推定モジュールは、第１のＴＣＥの抵抗を算出し、算出した抵抗に基づいて第１のＴＣＥの温度を決定し、格納された第１のモデルおよび決定した第１のＴＣＥの温度を用いて基板支持体の実温度応答を推定する。温度制御装置は、基板支持体の実温度応答に基づいて第１のＴＣＥを制御するように構成されている。
基板処理システムにおける基板支持体の温度を推定する方法は、基板支持体に配置された複数の第１の熱制御素子（ＴＣＥ）と基板支持体の第１の温度応答とを関連付ける第１のモデルを格納することを含む。第１の温度応答は、基板支持体の表面上の位置に対応する。この方法は、さらに、第１のＴＣＥの抵抗を算出することと、算出した抵抗に基づいて第１のＴＣＥの温度を決定することと、格納された第１のモデルおよび決定した第１のＴＣＥの温度を用いて基板支持体の実温度応答を推定することと、基板支持体の実温度応答に基づいて第１のＴＣＥを制御することとを含む。
本開示のさらなる適用領域は、発明を実施するための形態、特許請求の範囲、および図面から明らかになるだろう。発明を実施するための形態および特定の例は、例示のみを目的とし、本開示の範囲を限定する意図はない。
本開示は、発明を実施するための形態および付随の図面からさらに十分に理解されるだろう。
本開示の原理による静電チャックを備える基板処理システム例の機能ブロック図。
本開示の原理による静電チャック例。
本開示の原理による静電チャック例の区画およびマクロ熱制御素子を表す図。
本開示の原理による静電チャック例の区画およびマイクロ熱制御素子を表す図。
本開示の原理による温度制御装置例。
本開示の原理による温度推定モジュール例。
本開示の原理による熱制御素子の複数の温度のそれぞれの測定電圧および測定電力を表す図。
本開示の原理による熱制御素子の複数の温度のそれぞれの測定電圧に対して算出された抵抗を表す図。
本開示の原理による熱制御素子の抵抗と温度との関係を表す図。
本開示の原理による静電チャックの表面位置における温度応答例を表す図。
本開示の原理によるモデル例を用いる静電チャックの推定温度を表す図。
本開示の原理による温度推定方法例のステップを表す図。
図面では、参照番号は、類似の要素および／または同一の要素を特定するために再利用されてよい。
基板処理システムにおいて、静電チャック（ＥＳＣ）などの基板支持体の温度は、プロセスステップの間に制御されてよい。例えば、異なるプロセスおよびそれぞれのステップは、基板が異なる温度に維持されることを必要としうる。ＥＳＣの接触面温度は、基板を所望の温度に維持するように制御されてよい。例えのみでは、ＥＳＣは、加熱板（例えば、セラミック加熱板）を備えてよい。基板は、加熱板の上に配置されてよい。従って、加熱板の温度は、基板の所望の温度を実現するように制御される。
製造プロセスにおける変化は、加熱板の特性および加熱板の温度制御のパフォーマンスにおいて対応する変化をもたらしうる。例えば、変化（すなわち、不均一性）は、加熱板の製造における層の厚さの局所変化および／もしくは熱伝導率の局所変化、機械加工された表面の平坦度の変化、ならびに／または、加熱板内のそれぞれの熱制御素子（ＴＣＥ）の特性の変化を含みうるが、それらに限定されない。これらの不均一性は、熱伝達における局所差異（すなわち、局所温度の不均一性）を引き起こし、それによって基板温度の不均一性を引き起こしうる。
他のシステム変化は、温度の不均一性にさらに影響を与える可能性がある。他のシステム変化は、異なる基板処理チャンバ間の変化、プロセスステップ間の変化（例えば、プラズマステップの有無、種類、量、期間など）、チャンバ内の温度とＥＳＣの温度との間の差異、プロセスパラメータ（例えば、電力、周波数など）における変化、個々のウエハ間の変化、および／または、ユーザ入力／制約における変化を含みうるが、それらに限定されない。
動作中に基板処理チャンバ（例えば、ｉｎ ｓｉｔｕ基板処理チャンバ）内のいくつかの条件を正確に制御および／または測定することは難しい可能性がある。従って、基板処理システムは、基板処理チャンバ内の条件を推定するために仮想推定を実施してよい。例えば、仮想推定システムおよび方法は、実測条件（例えば、それぞれのセンサを用いて行われた原位置測定）を他の条件および特性に関連付ける数学モデルを実施してよい。
本開示の原理によるシステムおよび方法は、ＥＳＣの温度（例えば、ＥＳＣ上で処理されるウエハの温度に相当しうるＥＳＣの表面温度）を推定するために仮想推定を実施する。例えば、いくつかの基板処理システムは、マクロＴＣＥおよびマイクロＴＣＥの組み合わせを実施して、ＥＳＣにおける温度の不均一性を補償してよい。一実施例では、１つまたは複数の区画を備えるＥＳＣ（例えば、マルチゾーンＥＳＣ）は、加熱板の各区画のためのそれぞれのマクロＴＣＥ、および、加熱板全体に分配された複数のマイクロＴＣＥを備えてよい。複数のマイクロＴＣＥ（本明細書では「ヒータ」と呼ばれてよい）は、ＥＳＣの各区画における温度の不均一性を補償するために個々に制御されてよい。本開示のシステムおよび方法は、マイクロＴＣＥの特性を動作させる機能としてＥＳＣの温度を具現化する。例えば、本開示の原理によるマイクロＴＣＥは、高い熱感度を有する材料（例えば、タングステン金属合金）を含んでよい。
このように、プロセスの変化は、基板、ＥＳＣ、および基板処理システムの他の要素（例えば、底板温度、底板に供給される電力など）の間の関係に影響を及ぼすため、処理中の基板温度は、より正確に推定されてよい。いくつかの例では、ＥＳＣの各区画の追加の温度センサは、取り除かれてよい。ＥＳＣの温度推定に関して記載されるが、本明細書に記載の本開示の原理は、ウエハレベルバイアスＲＦ電圧、エッチング速度などの他の基板処理変数を推定するのにも適用されてよい。
ここで図１を参照すると、ＲＦプラズマを用いてエッチングを実施するための基板処理システム１００の例が示されている。基板処理システム１００は、基板処理チャンバ１００の他の部品を取り囲み、ＲＦプラズマを含む、処理チャンバ１０２を備える。基板処理チャンバ１００は、上部電極１０４と、静電チャック（ＥＳＣ）１０６などの基板支持体とを備える。動作中は、基板１０８は、ＥＳＣ１０６の上に配置される。
例えのみでは、上部電極１０４は、プロセスガスを導入し分配するシャワーヘッド１０９を備えてよい。シャワーヘッド１０９は、処理チャンバの上面に接続された一端を有するステム部を含んでよい。基体は、一般に筒状で、処理チャンバの上面から離間した位置でステム部の対向端から径方向外向きに延びる。シャワーヘッドの基体の基板対向面または面板は、プロセスガスまたはパージガスが流れる複数の穴を備える。あるいは、上部電極１０４は、導電板を備えてよく、プロセスガスは、別の方法で導入されてよい。
ＥＳＣ１０６は、下部電極として機能する導電性の底板１１０を備える。底板１１０は、セラミックマルチゾーン加熱板に相当しうる加熱板１１２を支持する。熱抵抗層１１４は、加熱板１１２と底板１１０との間に配置されてよい。底板１１０は、冷媒を底板１１０に流すための１つ以上の冷媒流路１１６を備えてよい。
ＲＦ生成システム１２０は、ＲＦ電圧を生成して、上部電極１０４および下部電極（例えば、ＥＳＣ１０６の底板１１０）の一方に出力する。上部電極１０４および底板１１０のもう一方は、ＤＣ接地もしくはＡＣ接地されてよく、または浮遊状態であってよい。例えのみでは、ＲＦ生成システム１２０は、整合分配ネットワーク１２４によって上部電極１０４または底板１１０に供給されるＲＦ電圧を生成するＲＦ電圧発生器１２２を備えてよい。他の例では、プラズマは、誘導的にまたは遠隔的に生成されてよい。
ガス供給システム１３０は、１つ以上のガス源１３２−１、ガス源１３２−２、・・・、ガス源１３２−Ｎ（総称して、ガス源１３２）を備える（Ｎは、ゼロより大きい整数）。ガス源は、１つ以上の前駆体、およびその混合物を供給する。ガス源は、パージガスを供給してもよい。気化した前駆体が用いられてもよい。ガス源１３２は、弁１３４−１、弁１３４−２、・・・、弁１３４−Ｎ（総称して、弁１３４）、および、マスフローコントローラ１３６−１、マスフローコントローラ１３６−２、・・・、マスフローコントローラ１３６−Ｎ（総称して、マスフローコントローラ１３６）によってマニホルド１４０に接続される。マニホルド１４０の出力は、処理チャンバ１０２に供給される。例えのみでは、マニホルド１４０の出力は、シャワーヘッド１０９に供給される。
温度制御装置１４２は、加熱板１１２に配置された複数の熱制御素子（ＴＣＥ）１４４に接続されてよい。例えば、ＴＣＥ１４４は、図２Ａおよび図２Ｂでより詳細に記載される、マルチゾーン加熱板の各区画に対応するそれぞれのマクロＴＣＥ、および／または、マルチゾーン加熱板の複数区画にわたって配置されたミクロＴＣＥの配列を含んでよいが、それらに限定されない。温度制御装置１４２は、ＥＳＣ１０６および基板１０８の温度を制御するために、複数のＴＣＥ１４４を制御するのに用いられてよい。
温度制御装置１４２は、流路１１６を通る冷媒流を制御するために冷媒アセンブリ１４６と連通してよい。例えば、冷媒アセンブリ１４６は、冷媒ポンプおよび槽を備えてよい。温度制御装置１４２は、ＥＳＣ１０６を冷却するために、流路１１６を通じて冷媒を選択的に流すように冷媒アセンブリ１４６を動作させる。
弁１５０およびポンプ１５２は、処理チャンバ１０２から反応剤を排出するために用いられてよい。システムコントローラ１６０は、基板処理システム１００の構成部品を制御するために用いられてよい。ロボット１７０は、基板をＥＳＣ１０６の上に提供し、基板をＥＳＣ１０６から取り除くために用いられてよい。例えば、ロボット１７０は、基板をＥＳＣ１０６とロードロック１７２との間で搬送してよい。別々のコントローラとして示されているが、温度制御装置１４２は、システムコントローラ１６０の中に実装されてよい。温度制御装置１４２は、さらに、本開示の原理によるＥＳＣ１０６の温度を推定するために１つ以上のモデルを実装するように構成されてよい。
次に、図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃを参照すると、ＥＳＣ２００の例が示されている。温度制御装置２０４は、１つ以上の電気接続部または通信接続部２０８を介してＥＳＣ２００と連通する。例えば、電気接続部２０８は、マクロＴＣＥ２１２−１、マクロＴＣＥ２１２−２、マクロＴＣＥ２１２−３、およびマクロＴＣＥ２１２−４（総称して、マクロＴＣＥ２１２）、ならびに／または、マイクロＴＣＥ２１６を制御するために電圧／電力を提供するための接続部を備えてよい。接続部２０８は、さらに、底板２２４からの（例えのみでは、底板センサからの）温度フィードバック、マイクロＴＣＥ２１６に提供される電圧および／または電流の測定値、ＲＦプラズマ源（例えば、トランス結合プラズマ源またはＴＣＰ源）２２８から提供されるＲＦ電力のフィードバック表示、バイアスＲＦ源２３２からＥＳＣ２００に提供されるバイアスＲＦ電力のフィードバック表示などの、フィードバックを受信するための接続部を備えてよい。図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、マイクロＴＣＥ２１６は、マクロＴＣＥ２１２と同心円状で円形に並ぶが、マクロＴＣＥ２１２に対して他の配置のマイクロＴＣＥ２１６が用いられてよい。
図のように、ＥＳＣ２００は、区画２３６−１、区画２３６−２、区画２３６−３、および区画２３６−４（総称して、区画２３６）を含むマルチゾーンＥＳＣである。実施形態では４つの同心区画２３６が示されているが、ＥＳＣ２００は、１つ、２つ、３つ、または４つ以上の区画２２４を備えてよい。区画２３６の形状は、変化してよい。例えば、区画２３６は、四分円、または別の格子状の配置として提供されてよい。各区画２３６は、例えのみでは、マクロＴＣＥ２１２のそれぞれを備える。例えば、底板２２８は、冷媒流路２４０、底板２２４の上に形成された熱抵抗層２４４、および、熱抵抗層２４４の上に形成されたマルチゾーンセラミック加熱板２４８を備える。加熱板２４８は、図２Ｂに示す第１の層２５２、および、図２Ｃに示す第２の層２５６を含む多重結合層を備えてよい。第１の層２５２は、マクロＴＣＥ２１２を備え、第２の層２５６は、複数のマイクロＴＣＥ２１６を備える。
温度制御装置２０４は、所望の温度設定点に従ってマクロＴＣＥ２１２およびマイクロＴＣＥ２１６を制御する。例えば、温度制御装置２０４は、１つ以上の区画２３６のための温度設定点を受信してよい（例えば、図１のシステムコントローラ１６０から）。例えのみでは、温度制御装置２０４は、全てまたはいくつかの区画２３６について同じ温度設定点を、および／または、各区画２３６についてそれぞれ異なる温度設定点を受信してよい。各区画２２４の温度設定点は、異なるプロセスおよび各プロセスの異なるステップによって変化してよい。
温度制御装置２０４は、それぞれの温度設定点および温度フィードバックに基づいて、各区画２３６のマクロＴＣＥ２１２を制御する。例えば、温度制御装置２０４は、温度設定点を実現するために、各マクロＴＣＥ２１２に提供される電力（例えば、電流）を個々に調節する。マクロＴＣＥ２１２は、それぞれ、図２Ｂの破線によって概略的に表される、単抵抗コイルまたは他の構造を含んでよい。従って、マクロＴＣＥ２１２の１つを調節することは、それぞれの区画２３６全体の温度に影響を与え、他の区画２３６にも影響を与えうる。
反対に、温度制御装置２０４は、区画２３６の温度を局所的に調節するために、各マイクロＴＣＥ２１６を個々に制御してよい。例えば、各マイクロＴＣＥ２１６は、区画２３６の１つの中に完全に位置してよいが、マイクロＴＣＥ２１６のいずれか１つの熱出力を調節することは、複数の区画２３６および加熱板２４８の局所性にわたって熱衝撃を与える可能性がある。従って、１つ以上のマイクロＴＣＥ２１６は、区画２３６の温度をさらに調節するために選択的に稼動および／または停止してよい。温度制御装置２０４は、本開示によるシステムおよび方法を実施して、以下により詳細に説明されるようにＥＳＣ２００の温度を推定する。
次に図３を参照すると、本開示の原理による温度制御装置３００の例は、マクロＴＣＥコントローラ３０４およびマイクロＴＣＥコントローラ３０８（実施形態では、１つのコントローラとして実装されてよい）、メモリ３１２、インタフェース３１６（例えば、ユーザ入力を受信するなどのための図１に示すシステムコントローラ１６０と通信する）、ならびにＥＳＣ温度推定モジュール３２０を備える。例えのみでは、メモリ３１２は、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリを含んでよい。温度制御装置３００は、インタフェース３１６を介してシステムコントローラ１６０からプロセス温度設定点（例えば、それぞれのプロセスステップについての所望の温度設定点）、および／または、他のパラメータを受信する。インタフェース３１６は、プロセス温度設定点をマクロＴＣＥコントローラ３０４に提供する。プロセス温度設定点は、各区画２３６について１つの温度設定点、および／または、それぞれの区画２３６の各々について異なるプロセス温度設定点を含んでよい。マクロＴＣＥコントローラ３０４は、受信したプロセス設定点または設定点に従ってマクロＴＣＥ２１２を制御する。マイクロＴＣＥ２１６は、次に、各区画２３６にわたってプロセス設定点を実現するように制御されうることで、区画２３６の温度の不均一性を補償する。
ＥＳＣ温度推定モジュール３２０は、マクロＴＣＥコントローラ３０４、マイクロＴＣＥコントローラ３０８、および１つ以上の入力３２４によって提供されるフィードバックに従ってＥＳＣ２００の温度を推定する。推定されたＥＳＣの温度は、例えば、区画温度（すなわち、マクロＴＣＥコントローラ３０４によって制御された区画２３６の温度）、局所温度（すなわち、マイクロＴＣＥコントローラ３０８によって制御された温度）、バイアスＲＦ電力、ＴＣＰ ＲＦ電力、および底板温度に依存してよい。温度推定モジュール３２０は、ＥＳＣ温度に関連付けられた入力の各々についてそれぞれのモデル（例えば、メモリ３１２に格納されたモデル）に従ってＥＳＣの温度を推定する。例えのみでは、各モデルは、それぞれの温度の寄与を各入力に対するＥＳＣの温度に関連付ける。
一例では、温度推定モジュール３２０は、各マイクロＴＣＥ２１６に関連付けられた電圧および電流の指示を受信する。例えば、温度推定モジュール３２０は、マイクロＴＣＥコントローラ３０８からマイクロＴＣＥ２１６に提供される電圧指示を受信し、マイクロＴＣＥ２１６と直列に接続されたそれぞれの電流センサ３２８を介してマイクロＴＣＥ２１６に流れる電流の測定値を受信してよい。次に、各マイクロＴＣＥ２１６のそれぞれの抵抗は、受信した電圧および電流の情報に従って（例えば、モデルを用いて）算出されてよい。マイクロＴＣＥ２１６が抵抗加熱素子を含むため、各マイクロＴＣＥ２１６の抵抗は、対応する位置におけるＥＳＣ２００の温度を示す。つまり、各マイクロＴＣＥ２１６の抵抗は、温度の関数であるため、算出された各マイクロＴＣＥ２１６の抵抗は、対応する温度に対応付けられてよい。温度算出モジュール３２０は、以下により詳細に説明されるように、各マイクロＴＣＥの温度に対するＥＳＣの温度への温度寄与を適宜算出する。
次に図４を参照すると、ＥＳＣ温度推定モジュール４００の例は、入力４０８のそれぞれを受信し、温度応答と呼ばれうる対応するＥＳＣ温度への寄与を適宜生成するように構成された１つ以上のモジュール４０４を備える。温度応答は、各々、モデル係数（例えば、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、およびＧ５）とそれぞれの入力４０８との積に相当してよい。例えば、入力４０８は、底板温度４１２、バイアスＲＦ電力４１６、ＴＣＰ ＲＦ電力４２０、各マイクロＴＣＥ２１６の電圧および電流の測定値４２４、ならびに、マクロＴＣＥ２１２に提供される電力入力４２８を含んでよい。
モジュール４０４は、ＴＣＰ ＲＦモジュール４３２、バイアスＲＦモジュール４３６、底板温度モジュール４４０、マイクロＴＣＥ温度モジュール４４４、および、区画温度モジュール４４８を含んでよい。温度推定モジュール４００は、さらに、抵抗モジュール４５２および抵抗−温度モジュール４５６を含んでよい。例えば、抵抗モジュール４５２は、各マイクロＴＣＥ２１６のそれぞれの抵抗を対応する電圧および電流の測定値４２４に基づいて算出する。抵抗−温度モジュール４５６は、温度を（例えば、抵抗を各マイクロＴＣＥ２１６の温度に関連付けるマップを用いて）抵抗モジュール４５２によって算出された抵抗に基づいて算出する。抵抗−温度モジュール４５６は、算出した抵抗をマイクロＴＣＥ温度モジュール４４４に提供する。
各モジュール４０４は、それぞれのモデルを実行して、それぞれの入力４０８に基づいて温度応答を生成し出力する。例えのみでは、以下により詳細に説明されるように、モジュール４４４、モジュール４４８、モジュール４４０、モジュール４３６、およびモジュール４３２によって実行されたモデルは、それぞれ、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、およびＧ５によって表される。モジュール４０４の出力は、ＥＳＣ温度推定値４６４を生成するために加算ノード４６０で加算される。ＥＳＣ２００の温度は、ＥＳＣ温度推定値４６４を用いて所望の温度を実現するようにさらに制御されうる。例えば、マクロＴＣＥ２１２およびマイクロＴＣＥ２１６に提供される電圧／電流は、所望の温度をより正確に実現するためにＥＳＣ温度推定値４６４に基づいて調節されてよい。
従って、温度推定値４６４（「ｔｅｍｐ」）は、ｔｅｍｐ＝Ｇ１*ＭｉｃｒｏＴｅｍｐ＋Ｇ２*ＭａｃｒｏＰｏｗｅｒ＋Ｇ３*ＢａｓｅｐｌａｔｅＴｅｍｐ＋Ｇ４*ＢｉａｓＰｏｗｅｒ＋Ｇ５*ＴＣＰＰｏｗｅｒに相当する（ＭｉｃｒｏＴｅｍｐ、ＭａｃｒｏＰｏｗｅｒ、ＢａｓｅｐｌａｔｅＴｅｍｐ、ＢｉａｓＰｏｗｅｒ、およびＴＣＰＰｏｗｅｒは、それぞれ、モジュール４４４、モジュール４４８、モジュール４４０、モジュール４３６、およびモジュール４３２への入力４０８に相当する）。それに応じて、各入力４０８は、モデルＧ１、モデルＧ２、モデルＧ３、モデルＧ４、およびモデルＧ５のそれぞれによって変更される。
例えのみでは、モデルＧ２は、
Figure 2020506539
 に相当してよい（ｋは、マクロＴＣＥ２１２に関連付けられたプラントゲイン、Ｌは、マクロＴＣＥ２１２に関連付けられた時間遅延、Ｔは、マクロＴＣＥ２１２に関連付けられた時定数）。例えば、時間遅延は、温度応答遅延に相当してよい。モデルＧ３は、
Figure 2020506539
 に相当してよい（ｋbaseは、底板に関連付けられたプラントゲイン、Ｌbaseは、底板に関連付けられた時間遅延、Ｔbaseは、底板に関連付けられた時定数）。モデルＧ４は、
Figure 2020506539
 に相当してよい（ｋbiasは、バイアスＲＦ電力に関連付けられたプラントゲイン、Ｌbiasは、バイアスＲＦ電力に関連付けられた時間遅延、Ｔbiasは、バイアスＲＦ電力に関連付けられた時定数）。モデルＧ５は、
Figure 2020506539
 に相当してよい（ｋtcpは、ＴＣＰ ＲＦ電力に関連付けられたプラントゲイン、Ｌtcpは、ＴＣＰ ＲＦ電力に関連付けられた時間遅延、Ｔtcpは、ＴＣＰ ＲＦ電力に関連付けられた時定数）。
モデルＧ１は、図５Ａに示すように、複数の温度で各マイクロＴＣＥ２１６の電圧および電力を測定することによって算出されてよい。一例では、マイクロＴＣＥ２１６の配列（例えば、図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃに示すＥＳＣ２００の中に埋設されたマイクロＴＣＥ２１６に相当する）は、所望の温度を維持するように構成されたオーブンまたはプロセスチャンバの中に配置されてよい。複数の温度（例えば、−４０℃から１３０℃の範囲）のオーブンを用いて、電圧がマイクロＴＣＥ２１６に提供され、対応する電流が測定される。このようにして、それぞれの温度で各マイクロＴＣＥ２１６について対応する電圧および電流が決定されてよい。
次に、各温度における抵抗は、測定された電圧および電流を用いて算出されてよい。図５Ｂは、算出された抵抗と複数の温度の各々における電圧との間の関係を表す。それに応じて、温度感度（すなわち、選択された１つのマイクロＴＣＥ２１６の抵抗の温度変化に対する感度）が決定されてよい。この決定は、１つのマイクロＴＣＥ２１６、マイクロＴＣＥ２１６の所定部分、全てのマイクロＴＣＥ２１６などに対して実施されてよい。図６に示すように、マイクロＴＣＥ２１６の抵抗と対応する温度との間の関係は、略直線状である。このようにして、抵抗−温度モジュール４５６は、抵抗（例えば、電圧および電流の測定値４２４に基づいて算出）を各マイクロＴＣＥ２１６の推定温度に関連付けるマップまたはモデルを実装してよい。
ＥＳＣ２００のそれぞれの位置における温度応答は、各マイクロＴＣＥ２１６について決定されてよい。例えば、熱電対または他の温度センサは、選択された１つのマイクロＴＣＥ２１６に対応する位置で、ＥＳＣ２００の上面上に配置されてよい。図７は、対応する１つのマイクロＴＣＥ２１６の温度７０４に対するＥＳＣ２００の表面位置における温度応答７００を表す。図のように、温度７０４は、ＥＳＣ２００の温度応答７００から約５〜８℃オフセットされている（すなわち、温度応答７００より約５〜８℃高い）。さらに、マイクロＴＣＥ２１６の温度応答は、ＥＳＣ２００の温度応答７００より速い。例えば、温度応答７００は、温度７０４の上昇に対して約４秒の遅延を有しうる。図のように、マイクロＴＣＥの温度応答の時定数は約９秒だが、温度応答７００の時定数は約１４秒である。
モデルＧ１は、ＥＳＣ２００の温度応答７０４と対応するマイクロＴＣＥ２１６の推定温度７００との間で観測された関係（例えば、図７参照）に従って算出される。一例では、モデルＧ１は、
Figure 2020506539
 に対応してよい（Ｏｆｆｓｅｔ、Ｇａｉｎ、ｄｅｌａｙ Ｌは、所定の定数、ｓは秒数）。例えば、Ｏｆｆｓｅｔは、温度７０４と温度応答７００との間のオフセットに相当してよい。図８は、ＥＳＣ２００の実測温度に対するモデルＧ１を用いたＥＳＣ２００の推定温度を表す。本明細書では線形動的モデルとして記載されるが、いくつかの例では、モデルＧ１、モデルＧ２、モデルＧ３、モデルＧ４、およびモデルＧ５の１つ以上は、高次モデル、非線形モデルなどの他のモデルタイプに相当してよい。
次に図９を参照すると、ＥＳＣ温度推定方法９００の例は、９０４で開始する。９０８では、方法９００は、複数の温度におけるＥＳＣの複数の加熱素子またはヒータ（例えば、マイクロＴＣＥ２１６）の電圧および電流を決定する。９１２では、方法９００は、決定した電圧および電流を用いて、複数の温度の各々におけるマイクロＴＣＥ２１６の抵抗を算出する。９１６では、この方法は、複数の温度の各々における電圧と算出した抵抗との間の関係を示すデータを格納する。例えば、格納したデータは、抵抗−温度モジュール４５６によって実施されたマップまたはモデルに組み込まれてよい。９２０では、方法９００は、マイクロＴＣＥ２１６の温度をＥＳＣ２００の上のそれぞれの表面位置と関連付けるモデルを決定して格納する。
９２４では、基板処理中に、方法９００（例えば、ＥＳＣ温度推定モジュール４００）は、マイクロＴＣＥ２１６の電圧および電流を決定する。９２８では、方法９００（例えば、抵抗モジュール４５２）は、決定した電圧および電流に基づいてマイクロＴＣＥ２１６の抵抗を決定する。９３２では、方法９００（例えば、抵抗−温度モジュール４５６）は、抵抗に基づいてマイクロＴＣＥ２１６の温度を決定する。９３６では、方法９００（例えば、格納したモデルを実施するマイクロＴＣＥ温度モジュール４４４）は、決定したマイクロＴＣＥ２１６の温度に基づいてＥＳＣ２００のそれぞれの表面温度応答を決定する。９４０では、方法９００（例えば、温度推定モジュール４００）は、ＥＳＣ２００の推定温度を生成して出力する。例えば、ＥＳＣ２００の推定温度は、９３６で決定された温度応答と同様に、図４で上述したそれぞれのモデルＧ２、モデルＧ３、モデルＧ４、およびモデルＧ５を用いて他の入力について算出された温度応答に基づいて生成されてよい。方法９００は、９４４で終了する。
前述の説明は、本質的に単なる例示であり、本開示、その適用または使用を限定する意図はない。本開示の広義は、様々な形態で実施されうる。そのため、本開示は特定の例を含むが、他の変更は、図面、明細書、および以下の特許請求の範囲を検討すれば明らかになるため、本開示の真の範囲は、それほど限定されるべきではない。方法内の１つ以上のステップは、本開示の原理を変更することなく異なる順序で（または、同時に）実行されてよい。さらに、各実施形態は特定の特徴を有するとして上述されているが、本開示の実施形態に関して記載された１つ以上のそれらの特徴は、他の実施形態において、および／または、他の実施形態の特徴と組み合わせて実施されうる（その組み合わせが明記されない場合でも）。つまり、記載の実施形態は、相互に排他的ではなく、１つ以上の実施形態の互いの並べ替えは、本開示の範囲内に留まる。
要素間（例えば、モジュール間、回路素子間、半導体層間など）の空間的関係および機能的関係は、「接続された」、「係合された」、「結合された」、「隣接する」、「隣り合う」、「上に」、「上方」、「下方」、および「配置された」を含む様々な用語を用いて説明される。「直接」と明記されない限り、第１の要素と第２の要素との間の関係が上記開示で説明されるときは、その関係は、第１の要素と第２の要素との間に他の介在要素が存在しない直接的な関係でありうるが、同時に、第１の要素と第２の要素との間に１つ以上の介在要素が（空間的または機能的に）存在する間接的な関係でもありうる。本明細書では、Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つとの表現は、非排他的なロジック、または、を用いるロジック（ＡまたはＢまたはＣ）を意味すると解釈されるべきであり、「Ａのうちの少なくとも１つ、Ｂのうちの少なくとも１つ、およびＣのうちの少なくとも１つ」を意味すると解釈されるべきではない。
いくつかの実施形態では、コントローラは、上述の例の一部でありうるシステムの一部である。かかるシステムは、処理ツール、チャンバ、処理用プラットフォーム、および／または、特定の処理部品（ウエハ台座、ガス流システムなど）を含む、半導体処理装置を備えうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後の動作を制御するための電子機器と統合されてよい。電子機器は、システムの様々な部品または副部品を制御しうる「コントローラ」と呼ばれてよい。コントローラは、処理条件および／またはシステムの種類に応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、無線周波数（ＲＦ）生成器の設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置動作設定、ツールおよび他の搬送ツール、および／または、特定のシステムに接続またはインタフェースされたロードロックに対するウエハ搬送を含む、本明細書に開示のプロセスを制御するようにプログラムされてよい。
概して、コントローラは、命令を受け取り、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェア形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、１つ以上のマイクロプロセッサ、もしくは、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを含んでよい。プログラム命令は、様々な個別設定（またはプログラムファイル）の形式でコントローラに伝達される命令であって、特定のプロセスを半導体ウエハ上でもしくは半導体ウエハ向けに、またはシステムに対して実行するための動作パラメータを定義してよい。いくつかの実施形態では、動作パラメータは、プロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であって、１つ以上の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ウエハダイの製作中における１つ以上の処理ステップを実現してよい。
いくつかの実施形態では、コントローラは、システムと統合または結合された、そうでなければシステムにネットワーク接続された、もしくはこれらが組み合わされたコンピュータの一部であってよく、またはそのコンピュータに結合されてよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってよい、または、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にするファブホストコンピュータシステムの全てもしくは一部であってよい。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の進捗状況を監視し、過去の製造動作の経歴を調査し、複数の製造動作から傾向または実施の基準を調査し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理工程を設定し、または、新しいプロセスを開始してよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ローカルネットワークまたはインターネットを含みうるネットワークを通じて、プロセスレシピをシステムに提供できる。リモートコンピュータは、次にリモートコンピュータからシステムに伝達されるパラメータおよび／もしくは設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインタフェースを含んでよい。いくつかの例では、コントローラは、１つ以上の動作中に実施される各処理ステップのためのパラメータを特定するデータ形式の命令を受け取る。パラメータは、実施されるプロセスの種類、および、コントローラがインタフェースするまたは制御するように構成されるツールの種類に固有であってよいことを理解されたい。そのため、上述のように、コントローラは、例えば、互いにネットワーク接続される１つ以上の個別のコントローラを含むことや、本明細書に記載のプロセスや制御などの共通の目的に向かって協働することによって分散されてよい。そのような目的で分散されたコントローラの例は、遠隔に（例えば、プラットフォームレベルで、または、リモートコンピュータの一部として）位置し、協働してチャンバにおけるプロセスを制御する１つ以上の集積回路と連通する、チャンバ上の１つ以上の集積回路であろう。
制限するのではなく、例示のシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、堆積チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属めっきチャンバまたはモジュール、クリーンチャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、ならびに、半導体ウエハの製作および／もしくは製造において関連もしくは使用しうる任意の他の半導体処理システムを含んでよい。
上述のように、ツールによって実施されるプロセスステップに応じて、コントローラは、他のツール回路もしくはモジュール、他のツール部品、クラスタツール、他のツールインタフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に設置されたツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または、半導体製造工場においてツール位置および／もしくはロードポートに対してウエハ容器を搬入出する材料搬送に用いられるツール、のうちの１つ以上と連通してよい。

Claims (16)

  1. 基板処理システムにおける基板支持体のための温度制御装置であって、
    （ｉ）前記基板支持体に配置された複数の第１の熱制御素子（ＴＣＥ）の温度と（ｉｉ）前記基板支持体の第１の温度応答とを関連付ける第１のモデルを格納するメモリであって、前記第１の温度応答は、前記基板支持体の表面上の位置に対応する、メモリと、
    （ｉ）前記第１のＴＣＥの抵抗を算出し、（ｉｉ）前記算出した抵抗に基づいて前記第１のＴＣＥの前記温度を決定し、（ｉｉｉ）前記格納された第１のモデルおよび前記第１のＴＣＥの前記決定した温度を用いて前記基板支持体の実温度応答を推定する、温度推定モジュールと、を備え、
    前記温度制御装置は、前記基板支持体の前記実温度応答に基づいて前記第１のＴＣＥを制御するように構成されている、温度制御装置。
  2. 請求項１に記載の温度制御装置であって、前記メモリは、さらに、
    （ｉ）前記基板支持体に配置された第２のＴＣＥに提供される電力と（ｉｉ）前記基板支持体の第２の温度応答とを関連付ける第２のモデルと、
    （ｉ）前記基板支持体の底板の温度と（ｉｉ）前記基板支持体の第３の温度応答とを関連付ける第３のモデルと、
    （ｉ）前記基板支持体に提供されるバイアス高周波（ＲＦ）電力と（ｉｉ）前記基板支持体の第４の温度応答とを関連付ける第４のモデルと、
    （ｉ）前記基板処理システムに提供されるプラズマＲＦ電力と（ｉｉ）前記基板支持体の第５の温度応答とを関連付ける第５のモデル
    のうちの少なくとも１つを格納する、温度制御装置。
  3. 請求項２に記載の温度制御装置であって、
    前記基板支持体の前記実温度応答を推定するために、前記温度推定モジュールは、前記第２のモデル、前記第３のモデル、前記第４のモデル、および前記第５のモデルのうちの前記格納された少なくとも１つにさらに基づいて前記実温度応答を推定する、温度制御装置。
  4. 請求項２に記載の温度制御装置であって、
    前記温度推定モジュールは、前記第１のモデルの出力と、前記第２のモデル、前記第３のモデル、前記第４のモデル、および前記第５のモデルのうちの前記少なくとも１つの出力との和に基づいて前記実温度応答を推定する、温度制御装置。
  5. 請求項２に記載の温度制御装置であって、
    前記第２のモデル、前記第３のモデル、前記第４のモデル、および前記第５のモデルのうちの前記少なくとも１つは、
    Figure 2020506539
     に相当し、ｋはプラントゲインであり、Ｌは時間遅延であり、Ｔは時定数である、温度制御装置。
  6. 請求項５に記載の温度制御装置であって、
    前記第２のモデル、前記第３のモデル、前記第４のモデル、および前記第５のモデルのうちの前記少なくとも１つの出力は、
    Figure 2020506539
     とそれぞれの入力との積に相当する、温度制御装置。
  7. 請求項１に記載の温度制御装置であって、
    前記第１のモデルは、
    Figure 2020506539
     に相当し、Ｏｆｆｓｅｔは、前記第１のＴＣＥの温度と前記第１の温度応答との間のオフセットに相当し、Ｇａｉｎは、前記第１のモデルのゲインに相当し、Ｌは時間遅延に相当し、ｓは秒数に相当する、温度制御装置。
  8. 請求項１に記載の温度制御装置であって、
    前記メモリは、（ｉ）前記算出された抵抗と（ｉｉ）前記第１のＴＣＥの前記温度とを関連付ける第２のモデルを格納し、前記温度推定モジュールは、前記第２のモデルおよび前記算出された抵抗を用いて前記第１のＴＣＥの前記温度を決定する、温度制御装置。
  9. 基板処理システムにおける基板支持体の温度を推定する方法であって、
    （ｉ）前記基板支持体に配置された複数の第１の熱制御素子（ＴＣＥ）の温度と（ｉｉ）前記基板支持体の第１の温度応答とを関連付ける第１のモデルを格納することであって、前記第１の温度応答は、前記基板支持体の表面上の位置に対応することと、
    前記第１のＴＣＥの抵抗を算出することと、
    前記算出された抵抗に基づいて前記第１のＴＣＥの前記温度を決定することと、
    前記格納された第１のモデルおよび前記第１のＴＣＥの前記決定された温度を用いて、前記基板支持体の実温度応答を推定することと、
    前記基板支持体の前記実温度応答に基づいて前記第１のＴＣＥを制御することと、
    を含む、方法。
  10. 請求項９に記載の方法であって、さらに、
    （ｉ）前記基板支持体に配置された第２のＴＣＥに提供される電力と（ｉｉ）前記基板支持体の第２の温度応答とを関連付ける第２のモデルと、
    （ｉ）前記基板支持体の底板の温度と（ｉｉ）前記基板支持体の第３の温度応答とを関連付ける第３のモデルと、
    （ｉ）前記基板支持体に提供されるバイアス高周波（ＲＦ）電力と（ｉｉ）前記基板支持体の第４の温度応答とを関連付ける第４のモデルと、
    （ｉ）前記基板処理システムに提供されるプラズマＲＦ電力と（ｉｉ）前記基板支持体の第５の温度応答とを関連付ける第５のモデル
    のうちの少なくとも１つを格納することを含む、方法。
  11. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記基板支持体の前記実温度応答を推定することは、前記第２のモデル、前記第３のモデル、前記第４のモデル、および前記第５のモデルのうちの前記格納された少なくとも１つにさらに基づいて、前記実温度応答を推定することを含む、方法。
  12. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記実温度応答を推定することは、前記第１のモデルの出力と、前記第２のモデル、前記第３のモデル、前記第４のモデル、および前記第５のモデルのうちの前記少なくとも１つの出力との和に基づいて、前記実温度応答を推定することを含む、方法。
  13. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記第２のモデル、前記第３のモデル、前記第４のモデル、および前記第５のモデルのうちの前記少なくとも１つは、
    Figure 2020506539
     に相当し、ｋはプラントゲインであり、Ｌは時間遅延であり、Ｔは時定数である、方法。
  14. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記第２のモデル、前記第３のモデル、前記第４のモデル、および前記第５のモデルのうちの前記少なくとも１つの出力は、
    Figure 2020506539
     とそれぞれの入力との積に相当する、方法。
  15. 請求項９に記載の方法であって、
    前記第１のモデルは、
    Figure 2020506539
     に相当し、Ｏｆｆｓｅｔは、前記第１のＴＣＥの温度と前記第１の温度応答との間のオフセットに相当し、Ｇａｉｎは、前記第１のモデルのゲインに相当し、Ｌは時間遅延に相当し、ｓは秒数に相当する、方法。
  16. 請求項９に記載の方法であって、さらに、
    （ｉ）前記算出された抵抗と（ｉｉ）前記第１のＴＣＥの前記温度とを関連付ける第２のモデルを格納することを含み、さらに、前記第２のモデルおよび前記算出された抵抗を用いて前記第１のＴＣＥの前記温度を決定することを含む、方法。
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