JP3966490B2 - Substrate temperature estimation apparatus and method, and substrate temperature control apparatus using the same - Google Patents
Substrate temperature estimation apparatus and method, and substrate temperature control apparatus using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP3966490B2 JP3966490B2 JP03743699A JP3743699A JP3966490B2 JP 3966490 B2 JP3966490 B2 JP 3966490B2 JP 03743699 A JP03743699 A JP 03743699A JP 3743699 A JP3743699 A JP 3743699A JP 3966490 B2 JP3966490 B2 JP 3966490B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- plate
- substrate
- heat exchange
- time
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置における半導体ウェハの加熱・冷却用プレートのように、基板を加熱又は冷却する熱交換プレートにおいて、基板の温度を正確に推定するための装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば半導体製造装置において、半導体ウェハを加熱したり冷却したりするために、加熱用と冷却用に別個の熱交換プレートを設け、その間をロボットによりウェハを搬送させる方式が一般に採用されている。そこでは、各熱交換プレートには大きな熱容量をもって温度変動が少ないものを用い、各プレートの温度を一定に保つという静的な温度制御が行われる。
【0003】
一方、1枚の熱交換プレートに加熱と冷却の両機能をもたせる方式もある。そこでは、小さな熱容量をもった応答性の高いプレートを用い、それを低温状態から高温状態へ、及びその逆へと動的に操作する制御が必要になる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
後者の方式において、高スループットを実現しつつ製品歩留まりを向上させるためには、ウェハの面内温度分布を非常に小さく抑えた高速・高精度の温度制御性能が要求される。例えば、加熱静定時間が40秒、冷却静定時間が40秒でフォトレジストプロセスにおける最小線幅を15μmにするために、ウェハ面内温度分布が過渡時に±1℃、定常時に±0.2℃というような高速・高精度の制御の実現が望まれる。
【0005】
しかし、熱交換プレートの熱容量が小さいために、プレートを収容したチャンバーの温度変化、プレートの熱媒体流体入・出口における非定常熱伝導による放熱或いは吸熱、プレート内部の流体への非定常な放熱などの外乱の影響が大きい。そのため、制御性能が著しく低下し、従来の古典的なPID制御で上記のような高い制御性能を実現することは困難である。
【0006】
この問題を完全に解決するには、制御方法やプレート構造など種々の側面にて改良が必要になるであろうが、その一つの重要な側面に、プレート上のウェハ温度を正確に把握することがある。一般に、温度センサには、接触式のセンサと、光ファイバーセンサのような非接触式のセンサとがある。しかし、処理中のウェハ温度検出に接触式の温度センサを利用することは現実的に困難である。これに対し、非接触式のセンサを利用することは可能であるが、精度が悪く、非常に高価でもある。
【0007】
従って、本発明は、熱交換プレート上で熱処理される基板の温度を精度良く把握することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の側面に従えば、熱交換プレートの上にエアプロキシミティギャップを介して置かれた基板の温度を推定する基板温度推定装置が提供される。この基板温度推定装置は、熱交換プレートに設けられた温度センサの出力信号を入力して各サンプリング時刻のプレート温度を測定するプレート温度取得手段と、予め作成されたプレート温度と基板温度の関係を示す情報を用いて、測定したプレート温度から基板温度を決定する基板温度決定手段とを備える。
【0009】
好適な実施形態では、予め作成されたプレート温度と基板温度の状態空間モデルを用いて、プレート温度から基板温度を計算する。
【0010】
好適な実施形態では、上記状態空間モデルは、基板温度の決定因子として、エアプロキシミティギャップの変動を実質的にランダムに変動する白色雑音として表したエアプロキシミティギャップ因子を含む。
【0011】
好適な実施形態では、上記状態空間モデルは、各時刻における前記基板温度を、各時刻における状態変数とエアプロキシミティギャップ因子との関数として定義し、且つ、各時刻における状態変数を、前の時刻における状態変数とプレート温度とエアプロキシミティギャップ因子の関数として定義している。
【0012】
好適な実施形態では、状態空間モデルの次数は5である。
【0013】
好適な実施形態では、プレート温度取得手段は、基板の異なる箇所にそれぞれ対応した熱交換プレートの異なる場所にそれぞれ配置された複数の温度センサの出力信号を入力して、各サンプリング時刻における異なる場所のプレート温度を測定する。そして、基板温度計算手段は、上記異なる場所のプレート温度の各々から、各場所に対応する基板の異なる箇所の基板温度をそれぞれ計算する。
【0014】
本発明の第2の側面に従えば、熱交換プレート上にエアプロキシミティギャップを介して置かれた基板の温度を制御する基板温度制御装置が提供される。この基板温度制御装置は、上記熱交換プレートと、この熱交換プレートに設けられた、プレート温度を検出するための温度センサと、この温度センサの出力信号を入力して各サンプリング時刻におけるプレート温度を測定し、予め作成されたプレート温度と基板温度の関係を示す情報を用いて、測定したプレート温度から基板温度を推定する基板温度推定装置と、推定された基板温度を用いて、熱交換プレートの熱処理動作を制御するプレート制御装置とを備える。
【0015】
好適な実施形態では、熱交換プレートは、その内部の実質的に全域にわたって広がっている冷却水の通る空洞と、この空洞への冷却水の流入口と、この空洞からの冷却水の流出口とを有する。更に、熱交換プレートは、基板の外縁より外側で基板を囲む位置にある第1ゾーンに配置された第1ヒータと、基板の真下に位置する第2ゾーンに配置された第2ヒータと、流出口付近の第3ゾーンに配置された第3ヒータと、流入口付近の第4ゾーンに配置された第4ヒータとを有する。そして、第2ゾーンに第1、第2、第3及び第4の温度センサが配置されており、第1の温度センサは第2ゾーンの第1ゾーンに近接した位置に配置され、第2の温度センサは第2ゾーンの略中央の位置に配置され、第3の温度センサは第2ゾーンの第3ゾーンに近接した位置に配置され、第4の温度センサは第2ゾーンの第4ゾーンに近接した位置に配置されている。基板温度推定装置は、第1、第2、第3及び第4の温度センサからのプレート温度の各々から、第1、第2、第3及び第4の基板温度をそれぞれ推定し、そして、プレート制御装置は、推定された第1、第2、第3及び第4の基板温度の各々を用いて、第1、第2、第3及び第4のヒータの加熱動作をそれぞれ制御する。
【0016】
本発明の基板温度推定装置やプレート制御装置は典型的にはコンピュータにより実施することができるが、そのためのコンピュータプログラムは、ディスク型ストレージ、半導体メモリおよび通信ネットワークなどの各種の媒体を通じてコンピュータにインストールまたはロードすることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施形態にかかる半導体ウェハのフォトレジスト工程で用いられる熱交換プレートの平面図である。図2は、この熱交換プレートの図1のA−A線に沿った断面図、図3は、この熱交換プレートの図2のB−B線に沿った断面図である。
【0018】
これらの図に示すように、熱交換プレート1は、その上にウェハ29が載置される円形の板状容器であるプレート本体3と、このプレート本体3の左右の外縁箇所から外方へ張り出した耳形の板状容器であるインレット部5とアウトレット部7とから構成される。図2に示すように、プレート本体3の上面に形成された複数個の小さなボス41、43上に半導体ウェハ29が載置される。半導体ウェハ29の下面とプレート本体3の上面とは直接接触せず、両者間には極めて狭いエアプロキシミティエアギャップ45がある。図2、3に示すように、この熱交換プレート1の内部には、冷却液が通る空洞9が形成されており、この空洞9はインレット部5から始まって、プレート本体9の全体領域に広がり、そしてアウトレット部7で終わる。インレット部5底壁には、空洞9へ冷却水を流入させる流入口11が形成され、アウトレット部7の底壁には、空洞9から冷却水を流出させる流出口13が形成されている。空洞9内には、その全域にわたって、多数の柱状又はピン状のリブ15が、底壁と上壁を繋いで立てられている。これらのリブ15は、プレート1の強度を高めて冷却水圧によるプレート1の膨らみを防止し、かつ、冷却水流を乱して温度分布の均一化及び冷却水とプレート1間の熱交換効率の向上に寄与する。
【0019】
図1に示すように、熱交換プレート1の上面には、フォイルヒータ(箔状のパターン配線された電熱線ヒータ)21A,23A,25A,27Aが貼り付けられている。図1と図3を対比すると判るように、フォイルヒータ21A,23A,25A,27Aは、空洞9が存在する領域を完全にカバーしている。図2から判るように、熱交換プレート1の下面にも、上面のフォイルヒータ21A,23A,25A,27Aと略同形状のフォイルヒータ21B,23B,25B,27Bが略同位置に貼り付けられており、上面のフォイルヒータ21A,23A,25A,27Aと下面のフォイルヒータ21B,23B,25B,27Bとがこの熱交換プレート1において上下対称の熱バランスを形成するようになっている。
【0020】
図1に示すように、熱交換プレート1の上面は、互いに独立した電気回路である4枚のフォイルヒータ21A,23A,25A,27Aで覆われている。第1のフォイルヒー1タ21Aが覆う領域は、プレート本体3の上面のうち、その上に置かれた半導体ウェハ29の外縁より外側に位置するドーナツ形の領域であり、これを「第1ゾーン」という。第2のフォイルヒータ23Aが覆う領域は、プレート本体3の上面のうち、その上に置かれた半導体ウェハ29の真下に位置する円形の領域であり、これを「第2ゾーン」という。第3のフォイルヒータ25Aが覆う領域は、アウトレット部7の冷却液が通る領域を覆う領域であり、これを「第3ゾーン」という。第4のフォイルヒータ27Aが覆う領域は、インレット部7の冷却液が通る領域を覆う領域であり、これを「第4ゾーン」という。各フォイルヒータ21A,23A,25A,27Aからは、それを夫々のヒータ電源回路(図4参照番号57)に接続するためのリード21C,21D,23C,23D,25C,25D,27C,27Dが外方へ出ている。プレート1の下面についても、上記した上面と同様である(以下、上面のみ説明し、下面の説明は省略する)。
【0021】
このように、熱交換プレート1の上面は4つのゾーンに分けられ、各ゾーンが、それそれ独立して制御可能なヒータによって、それぞれ独立して温度制御できるようになっている。これは、プレートに不均一な熱容量又は伝熱特性が存在する場合には、熱容量又は伝熱特性の互いに異なる各部分を独立して温度制御するという考えに基づくものである。すなわち、この実施形態では、プレート本体3のウェハ外側の部分、つまり次に述べる第2ゾーンを取り囲むドーナツ形の部分(第1ゾーン)と、プレート本体3のウェハ真下に位置する部分、つまりウェハ29の下面とエアプロキシミティギャップ45を介して対向する円形の部分(第2ゾーン)と、冷却水流出口付近つまりアウトレット部7の部分(第3ゾーン)と、冷却水流入口付近つまりインレット部5の部分(第4ゾーン)という、4つの熱容量又は伝熱特性の異なる部分に熱交換プレート1を分け、夫々の部分を独立して温度制御できるようになっていいる。
【0022】
尚、第2ゾーンを担当する第2フォイルヒータ23Aのリード23C,23Dは、インレット部5に最も近い位置から第1ゾーンを横切って外方へ引き出されている。そして、第4フォイルヒータ27Aは、インレット部5つまり第4ゾーンの温度補償だけでなく、第2ゾーンからのリード23C,23Dが通る箇所の温度補償も行う目的で、リード23C,23Dに沿ってインレット部5から三角形状に伸び出て、第1ゾーンを貫き第2ゾーンの外縁に達している。
【0023】
プレート本体3の内部には、複数個の接触型の温度センサ31、33、35、37が配置されている。各温度センサ31、33、35、37は、例えば感熱抵抗体素子であり、例えば空洞9内のいずれかの柱状リブ15の内部に埋め込まれている。これらの温度センサ31、33、35、37は全て第2ゾーンつまり半導体ウェハ29の真下の位置、別の言い方をすれば、プレート本体1のうちウェハ29に対してエアプロキシミティギャップ45を介して対向する部分(ウェハ29の温度制御を実質的直接に関与する部分)に配置されている。そして、各温度センサ31、33、35、37は、第2ゾーンの中で第1〜第4の各ゾーンの温度の影響が実質的最も良好に(又は、比較的に良好に)現われる場所、換言すれば、半導体ウェハ29の温度に第1〜第4の各ゾーンの温度が実質的最も良好に(又は、比較的に良好に)影響する場所にそれぞれ配置されている。すなわち、第1の温度センサ31は、ウェハ温度に第1ゾーンの温度が実質的最も良好に(又は、比較的に良好に)影響する場所、つまり、第2ゾーンの中で第1ゾーンに近接した場所(又は、第2ゾーンの熱的中心又は幾何学的中心よりも第1ゾーン側へ寄った場所)に配置されている。第2の温度センサ33は、ウェハ温度に第2ゾーンの温度が実質的最も良好に(又は、比較的に良好に)影響する場所、換言すれば、第2ゾーン以外のゾーンの温度の影響が最も現われにくい場所、つまり、第2ゾーンの熱的中心又は幾何学的中心又はそれら中心の近傍に配置されている。第3の温度センサ35は、ウェハ温度に第3ゾーン(アウトレット部7)の温度が実質的最も良好に(又は、比較的に良好に)影響する場所、つまり、第2ゾーンの中で第3ゾーンに近接した場所(又は、第2ゾーンの熱的中心又は幾何学的中心よりも第3ゾーン側へ寄った場所)に配置されている。第4の温度センサ37は、ウェハ温度に第4ゾーン(インレット部5)の温度の影響が実質的最も良好に(又は、比較的に良好に)現われる場所、つまり、第2ゾーンの中で第4ゾーンに近接した場所(又は、第2ゾーンの熱的中心又は幾何学的中心よりも第4ゾーン側へ寄った場所)に配置されている。このように、第1〜第4の各ゾーンに対応して別個の温度センサが設けられている。尚、この実施形態では1ゾーンに対応して1個の温度センサを設けているが、1ゾーンに対応して2個以上の温度センサを設けることもできる。
【0024】
このような構成の熱交換プレート1を用いて、その上に置かれた半導体ウェハ19の温度を制御する場合、基本的に、冷却目標温度よりも低い温度に設定された冷却水をプレート1に流すことと、フォイルヒータ21A,23A,25A,27A,21B,23B,25B,27Bで加熱することとにより、半導体ウェハ29の温度を目標温度に制御する。その際、プレート1内に埋め込んだ温度センサ31〜37がそれそれ検出する各場所のプレート温度から、計算により各場所のウェハ温度を推定し、この各場所の推定ウェハ温度が目標温度に一致するように、各場所に対応したゾーンを担当する各フォイルヒータ21A,23A,25A,27A,21B,23B,25B,27Bへの供給電力を調節する。
【0025】
図4は、このような制御を行うための制御システムの構成を示す。なお、図4に示したものは、制御システムの中の1つのゾーンに対応する部分だけである。
【0026】
図4に示すように、ある1つのゾーンに対応した温度センサ51(例えば、第1ゾーンであれば温度センサ31)の出力信号を、ウェハ温度推定部53が、所定の十分に短いサンプリング時間間隔で取り込んで各時刻のプレート温度を把握する。ウェハ温度推定部53は、過去から現在までのプレート温度に基づいて計算により現在のウェハ温度を推定する。ウェハ温度推定部53は、この推定作業を上記サンプリング時間間隔で繰り返す。ヒータ制御部55は、ウェハ温度推定部53が推定した現在のウェハ温度を取り込んで、これが目標温度になるようにヒータ電源回路57に対してその出力電力を操作するための操作信号を出力する。ヒータ制御部55は、この動作を上記サンプリング時間間隔で繰り返す。ヒータ電源回路57は、ヒータ制御部55からの操作信号に従って制御された電力を当該ゾーンを担当するフォイルヒータ59(例えば、第1ゾーンであれば第1ゾーンの上面と下面のフォイルヒータ21A,21B)に供給する。
【0027】
ウェハ温度推定部53とヒータ制御部55は、それそれ、コンピュータ61のタスクとして実現することもできるし、専用ハードウェア回路で実現することもできる。熱交換プレート1には上述した通り4つのゾーンがあるから、図4に示した制御システムが4つ並列に存在する。これら4つの制御システムのウェハ温度推定部53とヒータ制御部55は、1台のコンピュータ61によるマルチタスク処理で実現されてもよいし、別個のコンピュータによる個別処理又は分散処理で実現されてもよいし、別個の専用ハードウェ回路として実現されてもよいし、それらの組み合わせでもよい。
【0028】
ウェハ温度推定部53は、プレート温度(入力)とウェハ温度(出力)の状態空間モデルを用いて、温度センサの検出したプレート温度からウェハ温度を推定する。この状態空間モデルは、設計段階で予め行われた熱交換プレート1のプレート温度とウェハ温度の実測結果に基づき、システム同定理論により作成されたものである。この状態空間モデルは、例えば下記の式セットで表される。
【0029】
【数1】
ここに、tはサンプリング時刻、t+1は次のサンプリング時刻である。u(t)はプレート温度、y(t)はウェハ温度である。また、e(t)は、主としてウェハ29とプレート1間のエアプロキシミティギャップ45(図2参照)の変動に起因するウェハ温度の決定因子である。また、x(t)は状態変数である。A,B,C,Dは上記実測結果に基づいて決定された係数(スカラー、ベクトル又はテンソル)である。
【0030】
上記(1)式に示すように、各時刻の状態変数x(t+1)は、前の時刻の状態変数x(t)とプレート温度u(t)とエアプロキシミティギャップ因子e(t)の関数(例えば、線形一次関数)として定義される。上記(2)式に示すように、各時刻のウェハ温度y(t)は、同じ時刻の状態変数x(t)とプレート温度u(t)とエアプロキシミティギャップ因子e(t)の関数(例えば、線形一次関数)として定義される。尚、係数Dの値dは0に設定することができる(つまり、各時刻のウェハ温度y(t)は、過去のプレート温度に影響されるが、同じ時刻のプレート温度u(t)には影響されないよう定義することができる)。
【0031】
なお、上記エアプロキシミティギャップ因子e(t)は、熱処理中のウェハ29及びプレート1の熱変形、並びに熱処理前後のウェハ29のウェハ昇降などによって非線形に、実質的にランダムに変動する要素であり、これは上記実測結果からA,B,C,Dなどの係数を決めて暫定的なモデルを構築した後に、この暫定的モデルを用いて推定したウェハ温度と、ウェハ温度の実測結果との間の誤差から計算される。よって、このエアプロキシミティギャップ因子e(t)には、エアプロキシミティギャップ45の変動だけでなく、チャンバ温度変動や電源電圧の変動など、実質的にランダムに変動する諸々の要素が含まれており、これは実質的に白色雑音である。
【0032】
発明者らのシミュレーションによれば、状態空間モデルは上に例示したような5次の場合がもっとも適合が良かった。ウェハ温度推定部53は、4次のルンゲ・クッタ法を用いて計算を行うことができる。
【0033】
上記状態空間モデルを用いることにより、精度良くウェハ温度を推定することができる。また、このモデルは、エアプロキシミティギャップ45などの実質的にランダムに変動要素つまり白色雑音要素を考慮に入れており、この点も推定精度の向上に寄与する。このように高精度に推定したウェハ各部の温度を用いて、そのウェハ各部の温度に影響を及ぼすプレート部分(ゾーン)の温度を独立に制御することにより、ウェハ全体を精度良く目標温度に制御することが可能となる。
【0034】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、上記の実施形態はあくまで本発明の説明のための例示であり、本発明を上記実施形態にのみ限定する趣旨ではない。従って、本発明は、上記実施形態以外の様々な形態でも実施することができるものである。例えば、プレート温度からウェハ温度を推定する場合に、上述の式セットで定義した状態空間モデルを用いる必要は必ずしもなく、別の式セットで定義した状態空間モデル、例えば、u(t)をプレート温度、フォイルヒータの電力操作量(加熱時の動的歪に相当する)、及びウェハ昇降用のステッピングモータのステップ数を要素として含んだベクトルとし、e(t)を残りの雑音とした状態空間モデルな度を用いることもできる。更に、状態空間モデルではなく、例えば、統計的なデータから割り出したプレート温度とウェハ温度の関係式又はプレート温度とウェハ温度の対応テーブルや、理論的な解析により割り出したプレート温度とウェハ温度の理論的な関係式などを用いて、プレート温度からウェハ温度を推定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる半導体ウェハのフォトレジスト工程で用いられる熱交換プレートの平面図。
【図2】熱交換プレートの図1のA−A線に沿った断面図。
【図3】熱交換プレートの図2のB−B線に沿った断面図。
【図4】制御システムの1ゾーンに対応する部分を示すブロック図。
【符号の説明】
1 熱交換プレート
3 プレート本体
5 インレット部
7 アウトレット部
29 半導体ウェハ
21、23、25、27、59 フォイルヒータ
31.33、35、51 温度センサ
45 エアプロキシミティギャップ
53 ウェハ温度推定部
55 ヒータ制御部
57 ヒータ電源回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and method for accurately estimating the temperature of a substrate in a heat exchange plate that heats or cools the substrate, such as a plate for heating / cooling a semiconductor wafer in a semiconductor manufacturing apparatus.
[0002]
[Prior art]
For example, in a semiconductor manufacturing apparatus, in order to heat or cool a semiconductor wafer, a system in which separate heat exchange plates are provided for heating and cooling and the wafer is conveyed by a robot between them is generally employed. In this case, static heat control is performed such that each heat exchange plate has a large heat capacity and little temperature fluctuation, and the temperature of each plate is kept constant.
[0003]
On the other hand, there is a method in which one heat exchange plate has both heating and cooling functions. In this case, it is necessary to use a highly responsive plate having a small heat capacity and to dynamically operate the plate from a low temperature state to a high temperature state and vice versa.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the latter method, in order to improve the product yield while realizing high throughput, high-speed and high-accuracy temperature control performance with a very small in-plane temperature distribution of the wafer is required. For example, in order to set the minimum line width in the photoresist process to 15 μm with a heating settling time of 40 seconds and a cooling settling time of 40 seconds, the wafer surface temperature distribution is ± 1 ° C. during transition and ± 0.2 ° C. during steady state. Realization of such high-speed and high-precision control is desired.
[0005]
However, because the heat capacity of the heat exchange plate is small, the temperature of the chamber that contains the plate, heat dissipation or heat absorption due to unsteady heat conduction at the inlet / outlet of the heat medium fluid of the plate, unsteady heat dissipation to the fluid inside the plate, etc. The influence of the disturbance is great. Therefore, the control performance is remarkably deteriorated, and it is difficult to realize the high control performance as described above by the conventional classic PID control.
[0006]
To completely solve this problem, various aspects such as control method and plate structure will need to be improved. One important aspect is to accurately grasp the wafer temperature on the plate. There is. Generally, the temperature sensor includes a contact type sensor and a non-contact type sensor such as an optical fiber sensor. However, it is practically difficult to use a contact temperature sensor for wafer temperature detection during processing. On the other hand, it is possible to use a non-contact type sensor, but the accuracy is poor and it is very expensive.
[0007]
Therefore, the present invention is to accurately grasp the temperature of the substrate to be heat-treated on the heat exchange plate.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a substrate temperature estimation device for estimating a temperature of a substrate placed on a heat exchange plate via an air proximity gap. This substrate temperature estimation device inputs the output signal of the temperature sensor provided on the heat exchange plate and measures the plate temperature at each sampling time, and the relationship between the previously prepared plate temperature and the substrate temperature. Substrate temperature determining means for determining the substrate temperature from the measured plate temperature using the information shown.
[0009]
In a preferred embodiment, the substrate temperature is calculated from the plate temperature using a state space model of the plate temperature and the substrate temperature created in advance.
[0010]
In a preferred embodiment, the state space model includes an air proximity gap factor representing the variation of the air proximity gap as white noise that varies substantially randomly as a determinant of the substrate temperature.
[0011]
In a preferred embodiment, the state space model defines the substrate temperature at each time as a function of a state variable at each time and an air proximity gap factor, and the state variable at each time is defined as a previous time. Is defined as a function of state variables, plate temperature and air proximity gap factor.
[0012]
In the preferred embodiment, the order of the state space model is five.
[0013]
In a preferred embodiment, the plate temperature acquisition means inputs the output signals of a plurality of temperature sensors respectively arranged at different locations of the heat exchange plate corresponding to different locations of the substrate, so that the different locations at each sampling time are input. Measure plate temperature. Then, the substrate temperature calculation means calculates the substrate temperature at different locations of the substrate corresponding to each location from each of the plate temperatures at different locations.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a substrate temperature control device for controlling the temperature of a substrate placed on a heat exchange plate via an air proximity gap. The substrate temperature control device includes the heat exchange plate, a temperature sensor provided on the heat exchange plate for detecting the plate temperature, and an output signal of the temperature sensor to input a plate temperature at each sampling time. The substrate temperature estimation device that estimates the substrate temperature from the measured plate temperature using the information indicating the relationship between the plate temperature and the substrate temperature that has been measured in advance, and the estimated substrate temperature, A plate control device for controlling the heat treatment operation.
[0015]
In a preferred embodiment, the heat exchange plate comprises a cavity through which cooling water extends substantially throughout the interior thereof, a cooling water inlet to the cavity, and a cooling water outlet from the cavity. Have Further, the heat exchange plate includes a first heater disposed in a first zone located at a position surrounding the substrate outside the outer edge of the substrate, a second heater disposed in a second zone located directly below the substrate, It has the 3rd heater arrange | positioned at the 3rd zone near an exit, and the 4th heater arrange | positioned at the 4th zone near an inflow port. The first, second, third and fourth temperature sensors are arranged in the second zone, and the first temperature sensor is arranged at a position close to the first zone in the second zone, The temperature sensor is disposed at a substantially central position of the second zone, the third temperature sensor is disposed at a position close to the third zone of the second zone, and the fourth temperature sensor is disposed in the fourth zone of the second zone. It is arranged at a close position. The substrate temperature estimating device estimates the first, second, third, and fourth substrate temperatures from the plate temperatures from the first, second, third, and fourth temperature sensors, respectively, and the plate The control device controls the heating operation of the first, second, third, and fourth heaters using each of the estimated first, second, third, and fourth substrate temperatures.
[0016]
The substrate temperature estimation apparatus and the plate control apparatus of the present invention can be typically implemented by a computer, and a computer program therefor is installed in the computer through various media such as a disk storage, a semiconductor memory, and a communication network. Can be loaded.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a plan view of a heat exchange plate used in a semiconductor wafer photoresist process according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view of the heat exchange plate taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the heat exchange plate taken along line BB in FIG.
[0018]
As shown in these drawings, the
[0019]
As shown in FIG. 1, foil heaters (heated wire heaters with foil-like pattern wiring) 21 </ b> A, 23 </ b> A, 25 </ b> A, 27 </ b> A are attached to the upper surface of the
[0020]
As shown in FIG. 1, the upper surface of the
[0021]
In this way, the upper surface of the
[0022]
Note that the
[0023]
A plurality of contact-
[0024]
When the temperature of the semiconductor wafer 19 placed thereon is controlled using the
[0025]
FIG. 4 shows the configuration of a control system for performing such control. In addition, what was shown in FIG. 4 is only the part corresponding to one zone in a control system.
[0026]
As shown in FIG. 4, an output signal of a
[0027]
The wafer
[0028]
The wafer
[0029]
[Expression 1]
Here, t is the sampling time, and t + 1 is the next sampling time. u (t) is the plate temperature and y (t) is the wafer temperature. Further, e (t) is a determinant of the wafer temperature mainly due to the fluctuation of the air proximity gap 45 (see FIG. 2) between the
[0030]
As shown in the above equation (1), the state variable x (t + 1) at each time includes the state variable x (t) at the previous time, the plate temperature u (t), and the air proximity gap factor e (t). (For example, linear linear function). As shown in the above equation (2), the wafer temperature y (t) at each time is a function of the state variable x (t), the plate temperature u (t), and the air proximity gap factor e (t) at the same time ( For example, it is defined as a linear linear function. The value d of the coefficient D can be set to 0 (that is, the wafer temperature y (t) at each time is affected by the past plate temperature, but the plate temperature u (t) at the same time is Can be defined to be unaffected).
[0031]
The air proximity gap factor e (t) is an element that varies in a non-linear and substantially random manner due to the thermal deformation of the
[0032]
According to the simulations of the inventors, the state space model was best fitted in the fifth order case as exemplified above. The wafer
[0033]
By using the state space model, the wafer temperature can be estimated with high accuracy. In addition, this model takes into account a variation factor, that is, a white noise factor, such as the
[0034]
Although one embodiment of the present invention has been described above, the above embodiment is merely an example for explaining the present invention, and is not intended to limit the present invention only to the above embodiment. Therefore, the present invention can be implemented in various forms other than the above-described embodiment. For example, when estimating the wafer temperature from the plate temperature, it is not always necessary to use the state space model defined by the above equation set, and the state space model defined by another equation set, for example, u (t) is used as the plate temperature. , A state space model in which the electric power manipulated variable of the foil heater (corresponding to dynamic strain at the time of heating) and the number of steps of the stepping motor for raising and lowering the wafer are vectors, and e (t) is the remaining noise Any degree can be used. Furthermore, instead of a state space model, for example, a relational expression between plate temperature and wafer temperature calculated from statistical data or a correspondence table between plate temperature and wafer temperature, or a theory of plate temperature and wafer temperature calculated by theoretical analysis. The wafer temperature may be estimated from the plate temperature using a general relational expression.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a heat exchange plate used in a photoresist process of a semiconductor wafer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the heat exchange plate taken along the line AA in FIG.
3 is a cross-sectional view of the heat exchange plate taken along line BB in FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing a portion corresponding to one zone of the control system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記熱交換プレートに設けられた温度センサの出力信号を入力して各サンプリング時刻のプレート温度を測定するプレート温度取得手段と、
予め作成されたプレート温度と基板温度の状態空間モデルを用いて、前記測定したプレート温度から基板温度を計算する基板温度決定手段と、
を備え、
前記状態空間モデルは、各時刻における前記基板温度を、各時刻における状態変数と、各時刻における前記エアプロキシミティギャップの変動に起因する基板温度の決定因子であるエアプロキシミティギャップ因子との関数として定義し、且つ、各時刻における前記状態変数を、前の時刻における前記状態変数と前記プレート温度と前記エアプロキシミティギャップ因子の関数として定義している基板温度推定装置。Estimating the temperature of a substrate placed on a heat exchange plate through an air proximity gap and heat treated by the heat exchange plate,
Plate temperature acquisition means for measuring the plate temperature at each sampling time by inputting an output signal of a temperature sensor provided in the heat exchange plate;
A substrate temperature determining means for calculating a substrate temperature from the measured plate temperature using a state space model of a plate temperature and a substrate temperature prepared in advance ;
With
The state space model has the substrate temperature at each time as a function of a state variable at each time and an air proximity gap factor that is a determinant of the substrate temperature due to fluctuations in the air proximity gap at each time. A substrate temperature estimation device that defines and defines the state variable at each time as a function of the state variable, the plate temperature, and the air proximity gap factor at a previous time .
前記熱交換プレートに設けられた温度センサの出力信号を入力して各サンプリング時刻のプレート温度を測定するステップと、
予め作成されたプレート温度と基板温度の状態空間モデルを用いて、前記測定したプレート温度から基板温度を計算するステップと、
を備え、
前記状態空間モデルは、各時刻における前記基板温度を、各時刻における状態変数と、各時刻における前記エアプロキシミティギャップの変動に起因する基板温度の決定因子であるエアプロキシミティギャップ因子との関数として定義し、且つ、各時刻における前記状態変数を、前の時刻における前記状態変数と前記プレート温度と前記エアプロキシミティギャップ因子の関数として定義している基板温度推定方法。A method for estimating a temperature of a substrate placed on a heat exchange plate through an air proximity gap and heat-treated by the heat exchange plate,
Measuring the plate temperature at each sampling time by inputting an output signal of a temperature sensor provided in the heat exchange plate;
Calculating a substrate temperature from the measured plate temperature using a state space model of a plate temperature and a substrate temperature prepared in advance ;
With
The state space model has the substrate temperature at each time as a function of a state variable at each time and an air proximity gap factor that is a determinant of the substrate temperature due to fluctuations in the air proximity gap at each time. defined, and the state variables, the state variables and the plate temperature and the substrate temperature estimating method is defined as a function of air proximity gap factor in the previous time at each time.
前記方法は、
前記熱交換プレートに設けられた温度センサの出力信号を入力して各サンプリング時刻のプレート温度を測定するステップと、
予め作成されたプレート温度と基板温度の状態空間モデルを用いて、前記測定したプレート温度から基板温度を計算するステップと、
を備え、
前記状態空間モデルは、各時刻における前記基板温度を、各時刻における状態変数と、各時刻における前記エアプロキシミティギャップの変動に起因する基板温度の決定因子であるエアプロキシミティギャップ因子との関数として定義し、且つ、各時刻における前記状態変数を、前の時刻における前記状態変数と前記プレート温度と前記エアプロキシミティギャップ因子の関数として定義している
基板温度推定方法を実行するためのコンピュータ読取可能記録媒体。A computer-readable recording medium carrying a program for causing a computer to execute a method for estimating a temperature of a substrate placed on a heat exchange plate through an air proximity gap and heat-treated by the heat exchange plate There,
The method
Measuring the plate temperature at each sampling time by inputting an output signal of a temperature sensor provided in the heat exchange plate;
Calculating a substrate temperature from the measured plate temperature using a state space model of a plate temperature and a substrate temperature prepared in advance ;
With
The state space model has the substrate temperature at each time as a function of a state variable at each time and an air proximity gap factor that is a determinant of the substrate temperature due to fluctuations in the air proximity gap at each time. Defining the state variable at each time as a function of the state variable at the previous time, the plate temperature, and the air proximity gap factor for executing the substrate temperature estimation method Computer-readable recording medium.
前記熱交換プレートに設けられた、プレート温度を検出するための温度センサと、
前記熱交換プレートに設けられた温度センサの出力信号を入力して各サンプリング時刻のプレート温度を測定するプレート温度取得手段と、予め作成されたプレート温度と基板温度の状態空間モデルを用いて、前記測定したプレート温度から基板温度を計算する基板温度決定手段と、を備え、前記状態空間モデルは、各時刻における前記基板温度を、各時刻における状態変数と、各時刻における前記エアプロキシミティギャップの変動に起因す る基板温度の決定因子であるエアプロキシミティギャップ因子との関数として定義し、且つ、各時刻における前記状態変数を、前の時刻における前記状態変数と前記プレート温度と前記エアプロキシミティギャップ因子の関数として定義している基板温度推定装置と、
前記計算された基板温度を用いて、前記熱交換プレートの熱処理動作を制御するプレート制御装置と、
を備えた基板温度制御装置。A heat exchange plate for heat treating the substrate placed through the air proximity gap;
A temperature sensor for detecting a plate temperature provided in the heat exchange plate;
A plate temperature acquisition means for measuring the enter plate temperature of each sampling time the output signal of the temperature sensor provided in the heat exchange plate, using the state space model of the plate temperature and the substrate temperature previously created, the Substrate temperature determining means for calculating a substrate temperature from the measured plate temperature, and the state space model includes the substrate temperature at each time, the state variable at each time, and the fluctuation of the air proximity gap at each time. defined as a function of the air proximity gap factor is a determinant of the substrate temperature that attributable to, and, the air proximity gap the state variables at each time, and the state variable at the previous time and the plate temperature A substrate temperature estimator defined as a function of the factor ;
A plate control device for controlling a heat treatment operation of the heat exchange plate using the calculated substrate temperature;
A substrate temperature control device comprising:
前記基板の異なる箇所にそれぞれ対応した前記熱交換プレートの異なる場所にそれぞれ配置された複数の温度センサと、
前記複数の温度センサの出力信号を入力して、各サンプリング時刻における前記熱交換プレートの前記異なる場所のプレート温度を測定し、そして、予め作成されたプレート温度と基板温度の関係を示す情報を用いて、前記異なる場所のプレート温度の各々から、各場所に対応する前記基板の異なる箇所の基板温度を推定する基板温度推定装置と、
前記推定された基板の異なる箇所の基板温度の各々を用いて、対応する前記熱交換プレートの各場所に影響を与える各ゾーンの熱処理動作を制御するプレート制御装置と、
を備え、
前記熱交換プレートは、
前記熱交換プレート内部の実質的に全域にわたって広がっている冷却水の通る空洞と、
前記空洞への冷却水の流入口と、
前記空洞からの冷却水の流出口と、
前記基板の外縁より外側で前記基板を囲む位置にある第1ゾーンに配置された第1ヒータと、
前記基板の真下に位置する第2ゾーンに配置された第2ヒータと、
前記流出口付近の第3ゾーンに配置された第3ヒータと、
前記流入口付近の第4ゾーンに配置された第4ヒータとを有する
基板温度制御装置。A heat exchange plate for heat treating the substrate placed through the air proximity gap;
A plurality of temperature sensors respectively disposed at different locations of the heat exchange plate corresponding respectively to different locations of the substrate;
Input the output signals of the plurality of temperature sensors, measure the plate temperature at the different location of the heat exchange plate at each sampling time, and use the information indicating the relationship between the plate temperature and the substrate temperature prepared in advance A substrate temperature estimating device for estimating a substrate temperature at a different location of the substrate corresponding to each location from each of the plate temperatures at the different locations;
A plate controller for controlling the heat treatment operation of each zone that affects each location of the corresponding heat exchange plate using each of the estimated substrate temperatures at different locations of the substrate;
With
The heat exchange plate is
A cooling water passage extending substantially throughout the interior of the heat exchange plate;
Cooling water inlet to the cavity;
An outlet for cooling water from the cavity;
A first heater disposed in a first zone at a position surrounding the substrate outside an outer edge of the substrate;
A second heater disposed in a second zone located directly below the substrate;
A third heater disposed in a third zone near the outlet;
A substrate temperature control device , comprising: a fourth heater disposed in a fourth zone near the inlet .
前記基板温度推定装置は、前記第1、第2、第3及び第4の温度センサからのプレート温度の各々から、第1、第2、第3及び第4の基板温度をそれぞれ推定し、
前記プレート制御装置は、推定された第1、第2、第3及び第4の基板温度の各々を用いて、前記第1、第2、第3及び第4のヒータの加熱動作をそれぞれ制御する請求項6記載の基板温度制御装置。First, second, third, and fourth temperature sensors are disposed in the second zone, and the first temperature sensor is disposed at a position of the second zone close to the first zone, The temperature sensor is disposed at a substantially central position of the second zone, the third temperature sensor is disposed near the third zone in the second zone, and the fourth temperature sensor is disposed in the second zone. It is arranged at a position close to the fourth zone of the two zones,
The substrate temperature estimation device estimates the first, second, third and fourth substrate temperatures from each of the plate temperatures from the first, second, third and fourth temperature sensors,
The plate control device controls the heating operation of the first, second, third, and fourth heaters using each of the estimated first, second, third, and fourth substrate temperatures. The substrate temperature control apparatus according to claim 6 .
前記熱交換プレートに設けられた温度センサの出力信号を入力して各サンプリング時刻におけるプレート温度を測定するステップと、
予め作成されたプレート温度と基板温度の状態空間モデルを用いて、前記測定したプレート温度から基板温度を計算するステップと、
前記計算された基板温度を用いて、前記熱交換プレートの熱処理動作を制御するステップとを備え、
前記状態空間モデルは、各時刻における前記基板温度を、各時刻における状態変数と、各時刻における前記エアプロキシミティギャップの変動に起因する基板温度の決定因子であるエアプロキシミティギャップ因子との関数として定義し、且つ、各時刻における前記状態変数を、前の時刻における前記状態変数と前記プレート温度と前記エアプロキシミティギャップ因子の関数として定義している基板温度制御方法。A method of controlling the temperature of a substrate placed on a heat exchange plate through an air proximity gap and heat-treated by the heat exchange plate,
Measuring the plate temperature at each sampling time by inputting an output signal of a temperature sensor provided in the heat exchange plate;
Calculating a substrate temperature from the measured plate temperature using a state space model of a plate temperature and a substrate temperature prepared in advance ;
Using the calculated substrate temperature to control a heat treatment operation of the heat exchange plate,
Before SL state space model, a function of the substrate temperature at each time, the state variables at each time, an air proximity gap factor is a determinant of the substrate temperature caused by the change of the air proximity gap at each time And the state variable at each time is defined as a function of the state variable, the plate temperature, and the air proximity gap factor at the previous time .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03743699A JP3966490B2 (en) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | Substrate temperature estimation apparatus and method, and substrate temperature control apparatus using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03743699A JP3966490B2 (en) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | Substrate temperature estimation apparatus and method, and substrate temperature control apparatus using the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000235944A JP2000235944A (en) | 2000-08-29 |
JP3966490B2 true JP3966490B2 (en) | 2007-08-29 |
Family
ID=12497477
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03743699A Expired - Fee Related JP3966490B2 (en) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | Substrate temperature estimation apparatus and method, and substrate temperature control apparatus using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3966490B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006099352A (en) * | 2004-09-29 | 2006-04-13 | Rkc Instrument Inc | Temperature estimation device and controller unit using the same |
JP4829833B2 (en) * | 2007-03-30 | 2011-12-07 | 三井造船株式会社 | Temperature estimation method and temperature estimation device |
SG175022A1 (en) * | 2009-04-21 | 2011-11-28 | Applied Materials Inc | Substrate cool down control |
-
1999
- 1999-02-16 JP JP03743699A patent/JP3966490B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000235944A (en) | 2000-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI389166B (en) | Process module tuning | |
JP2000277237A (en) | Base board temperature control plate and controlling device fitted with the same | |
US5001423A (en) | Dry interface thermal chuck temperature control system for semiconductor wafer testing | |
KR100707097B1 (en) | Temperature Control Method and Temperature Controller | |
US20080228308A1 (en) | Critical dimension uniformity optimization | |
US6907364B2 (en) | Methods and apparatus for deriving thermal flux data for processing a workpiece | |
KR101227765B1 (en) | Temperature control method for heating process of resist film and apparatus thereof | |
US20060241891A1 (en) | Wafer curvature estimation, monitoring, and compensation | |
JP6930119B2 (en) | Heating equipment and substrate processing equipment | |
JP2002170775A (en) | Method and device for measuring temperature for semiconductor treating device and method and device for treating semiconductor | |
JP2759116B2 (en) | Heat treatment method and heat treatment apparatus | |
JP3966490B2 (en) | Substrate temperature estimation apparatus and method, and substrate temperature control apparatus using the same | |
US20220015193A1 (en) | Method for controlling temperature of substrate support and inspection apparatus | |
KR20220007654A (en) | How to adjust the temperature of the mount, the inspection device and the mount | |
CN102564631B (en) | Physical quantity measuring device and physical quantity measuring method | |
JP4829833B2 (en) | Temperature estimation method and temperature estimation device | |
US12000884B2 (en) | Integrated circuit testing device with coupled control of thermal system | |
KR20220163268A (en) | Information processing apparatus, simulation method, and information processing system | |
CN111709199B (en) | Method for measuring heating value of equipment | |
JP2008097910A (en) | Abnormality detecting device, abnormality detection method, thermoregulator, and heat treating device | |
JP2005340291A (en) | Substrate heat state measuring device and substrate heat state analysis control method | |
KR20220050790A (en) | Hot foil stamping machine | |
KR101345776B1 (en) | Initial cooling prediction system and method of superconducting magnet | |
JP3042786B2 (en) | Temperature measurement method and temperature control method and device for workpiece in vacuum | |
TW202314429A (en) | Wafer temperature control device, control method for wafer temperature control device, and program recording medium comprising program for wafer temperature control device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050225 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20061110 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061115 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061228 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20061228 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070523 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070525 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110608 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110608 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120608 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120608 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130608 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |