JP5850601B2

JP5850601B2 - その場ウエハー温度測定並びに制御

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Publication number: JP5850601B2
Application number: JP2009527371A
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Inventors: ギャフ・キース
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Description

半導体産業が小型化を推し進める中、限界寸法（Critical Dimension：ＣＤ）の制御はますます重要になり、ウエハー間のＣＤのバラつきに対する制約はますます厳しいものになってきている。半導体プラズマエッチング処理では、製造処理能力を上げるために複数のプラズマエッチングチャンバが用いられることが多い。エッチング処理のチャンバ間のバラつきをなくし、チャンバ間で実質的に同じエッチング性能を維持することは、厳しい要件を求められるＣＤ制御を実現するために不可欠である。

線幅のようなエッチング形状の限界寸法は、多くの要因の影響を受けるが、フォトリソグラフィーとエッチング処理プロセスに最も影響される。エッチング処理の際には、基板温度により、エッチング速度とエッチング形状とが大きく左右される。ＣＤを厳密に制御するためには、基板温度を注意深くモニターして制御することが重要である。

従来、エッチング処理チャンバにおいて、基板温度がその場で（in-situ）モニターされることはなかった。基板温度は、ハードウェアの開発時あるいはハードウェアのメンテナンスの際に随時測定され、新しいプロセス処理を開始する前にプロセス処理温度の較正が行われていた。通常、基板温度は、ＥＳＣ温度を制御することにより、間接的に制御されている。しかし、エッチング処理の際、基板温度はＥＳＣの表面温度よりも６０℃ほど高い。これは、ＥＳＣの伝熱係数と比べて、ウエハーとＥＳＣ表面との間の熱伝達の伝熱係数が比較的低いことに起因する。したがって、ＥＳＣ温度を測定する方法では、基板温度を正確に制御することは不可能である。

前述したように、ハードウェアの開発時あるいはハードウェアのメンテナンスの際に基板温度は随時測定され、プロセス処理の設定が調整される。しかし、プラズマエッチングの際には、エッチング処理に用いられるプロセス処理剤の影響で、基板保持に用いられる電磁チャック（the ElectroStatic Chuck：ＥＳＣ）の表面粗さが変化する。表面粗さが変化すると、ＥＳＣとウエハーとの間の接触性が変動し、装置やプロセス処理の設定が変わらなくても、基板（ウエハー）温度の時間変化が生じる。このような温度変化は、さらに、チャンバ間のバラつきにつながり、複数のチャンバにおけるエッチング処理の結果を一貫したものにすることが難しいという問題が生じる。

上述した従来技術の問題点を考慮して、製造の際の基板温度の変化や相違を補償するために、自動的に基板温度を測定するその場（in-situ）温度測定ならびにチャンバ処理パラメータの自動的調整の機構が望まれている。その場温度測定機構ならびに処理パラメータの自動的調整により、厳密なＣＤ制御が可能になり、複雑な半導体製造を可能にする厳しいＣＤ要件を満たすことが可能になる。

本発明の実施態様は、大まかに言えば、エッチング処理ツールによる処理パラメータの自動的調整を可能にする、その場（in-situ）ウエハー（基板）温度自動測定方法ならびに装置を提供することによって、前記従来技術の問題を解決するものである。その場ウエハー温度測定方法ならびに装置は、ウエハー温度情報を即時に与え、エッチング処理の連続的なモニターを可能にすると共に、厳密なＣＤ制御を可能にする。本発明は、処理、装置、システム等を含む様々な方法で実現可能である。本発明のいくつかの実施態様をいかに説明する。

本発明の一つの態様は処理チャンバである。処理チャンバは、少なくとも一つのライトパイプを有する静電チャックで、基板裏面上の少なくとも一つの地点に温度感受性感光物質を備える基板を保持可能な静電チャックを備える。処理チャンバは、また、少なくとも一つのライトパイプに接続される光源で、少なくとも一つのライトパイプに光を供給することにより、基板が静電チャック上に保持された状態で、基板裏面上の少なくとも一つの地点に光を当てる光源を備える。

処理チャンバは、さらに、ライトパイプに接続される検出器で、基板裏面上の少なくとも一つの地点における温度感受性感光物質から出力された光を受信することによって、基板裏面上の少なくとも一つの地点における基板温度を検出する検出器を備える。処理チャンバは、これに加えて、検出された基板温度を用いて、静電チャックの温度制御パラメータを調整することにより、静電チャック上で処理される複数の基板の温度を所望の基板温度範囲内に保持するチャンバ制御部を備える。

本発明の別の態様は、クラスターツールシステムである。クラスターツールシステムは、基板温度を示す信号を出力可能な基板を保持するための基板保持ステーションと、基板保持ステーションから投入される基板を受け取り、基板を内部に保持した状態で処理プロセスを実施する処理チャンバと、を備える。クラスターツールシステムは、さらに、処理チャンバにおいて処理プロセスが進行する際に基板から出力される基板温度を示す信号を受信・検出する信号検出器を備える。

本発明のさらに別の態様は、処理チャンバ内で基板の処理を実行する際にその場で（in-situ）基板温度をモニター・制御する方法である。モニター・制御方法は、処理チャンバ内に基板を置く工程と、処理チャンバ内で処理手順を開始する工程と、を備える。モニター・制御方法は、さらに、基板から出力される温度測定信号を受信し、基板の一つあるいは複数の区域における一ないし複数の基板処理温度を検出する工程と、一ないし複数の基板処理温度が所定の制御範囲内であるか否かを判定する工程と、を備える。

本発明の他の態様や利点は、添付図面を参照した以下の本発明の実施例の詳細な説明から、明らかになるであろう。

本発明の一実施例として、処理チャンバにおけるその場プロセス処理温度測定の対象となる基板の概略を示す断面図。時間（ｔ）の関数として蛍光の発光減衰強度（Ｉ）を示す図。温度の関数としてのτプロットの例を示す図。基板温度モニター制御区域の例を示す図。基板温度モニター制御区域の別の例を示す図。基板温度モニター制御区域のさらに別の例を示す図。処理チャンバとプロセス処理温度測定の対象である基板を保持するためのステーションあるいはロードロックとともにクラスターツールを示す図。その場プロセス処理温度測定の対象である基板を用いたハードウェアのメンテナンスの際に行われる基板温度較正方法を示すフローチャート。その場プロセス処理温度測定の対象である基板を用いたプロセス処理の際に行われる基板温度モニター・制御方法を示すフローチャート。ポリシリコンのエッチング処理を例として、基板温度の変化を時間の関数としてプロットした図。本発明の別の実施例として、処理チャンバにおけるその場プロセス処理温度測定の対象となる基板の概略を示す断面図。図５Ａのその場温度測定の対象となる基板の概略を示す断面図。図５Ａのその場温度測定の対象となる基板を保持する基板保持チャンバの一実施例を示す図。図５Ａのその場温度測定の対象となる基板を保持する基板保持チャンバの別の実施例を示す図。

以下、その場ウエハー（すなわち基板）温度測定並びに制御システム、方法、および装置のいくつかの実施態様を説明する。ただし、当業者には自明であるが、ここに示す具体的な詳細の一部または全部を省略した形態でも本発明は実施可能である。

前述したように、ＥＳＣ表面温度は基板温度よりもかなり低いため、ＥＳＣ温度制御によって基板温度を間接的に制御する従来の方法は、高度なエッチング処理には対応できない。これは、基板の温度変化に著しい影響を与えるＥＳＣの伝熱係数と比較して、ウエハーとＥＳＣ表面との間の熱伝達の伝熱係数が比較的低いことに起因する。この結果、エッチング処理剤によるＥＳＣ表面粗さの変化により、基板間およびチャンバ間に比べてＥＳＣと基板との間の温度相関が悪くなる。処理条件下での有効なその場基板温度測定並びに制御方法および装置により、即時に基板温度情報を提供し、即時に基板温度制御を行って、製品基板温度を厳密な温度範囲に保持することが可能になる。このような温度制御の向上により、ウエハー間やチャンバ間の処理のバラつきを抑制することができる。

図１Ａは、本発明の一実施例として、処理チャンバ１００内の基板保持部１６０上に基板１５０を置いて処理を行う際の基板温度のその場（in-situ）測定を示す図である。基板１５０の裏面は、部分的に、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）やその他希土類元素をドープしたセラミック等、光および基板温度変化に感受性のある感光性物質１５５の層で被覆される。感光性物質１５５としては、基板温度の変化を検出できるように、プロセス処理温度を中心とする範囲の温度変化に感受性のある材料を選択する。エッチングシステムにおける基板温度は、例えば、約−１０°Ｃから約８０°Ｃの範囲である。

基板１５０上の感光性物質１５５に光あるいは光パルスを照射すると、感光性物質１５５は、様々な波長の蛍光を発光する。光源をオフにすると、蛍光発光の強度は減衰する。所定時間内における蛍光発光の強度の減衰率は、表面温度に依存する。したがって、蛍光発光強度の特性減衰時間に基づいて、表面温度を算出することができる。下記の式（１）で表わされる時間（ｔ）の関数として蛍光の発光減衰強度（Ｉ）を図１Ｂに示す。時間０における強度をＩ₀とする。減衰率は、温度の関数である定数τ（減衰時間）に影響を受ける。温度の関数としてのτプロットの例を図１Ｃに示す。

Ｉ＝Ｉ₀ｅｘｐ（−ｔ／τ）（１）

通常の製品基板処理と同様の処理を基板に施す際に、基板温度をその場で測定する。したがって、基板温度測定時の処理ガス、出力等のプロセス処理パラメータは、通常の基板処理におけるパラメータと同様の設定である。基板保持部１６０において、感光性物質１５５を備える部分のすぐ下に光ファイバーパイプ（ライトパイプ）１６５が設置されている。光ファイバーパイプ１６５内に備えられる光ファイバー１６３の働きにより、光源１６８からの光が基板１５０裏面上の感光性物質１５５に伝達される。また、光ファイバーパイプ１６５内に備えられる光ファイバー１６３の働きにより、（光ファイバー１６３からの）入射光に応じて感光性物質１５５から発光される蛍光が感光性物質１５５を介して検出器に伝達される。光源１６８から感光性物質１５５に伝達される光の例として、赤外線（ＩＲ）と可視光とが挙げられる。光源１６８から出力される光の波長は、例えば約３００ｎｍから約１６００ｎｍの範囲でもよい。

一実施例において、検出器１７０は、光ファイバー１６３からの光信号（光）を電気信号に変換し、解析装置１７１で電子的処理する。解析装置１７１は、電気信号を処理して、基板温度を算出する。本実施例では、解析装置１７１は、時間の関数としての発光強度の減衰データから減衰時間（τ）を計算する。次に、図１Ｂおよび図１Ｃを参照して上述したように、減衰時間（τ）から基板温度を算出する。解析装置１７１で得られた算出結果はチャンバ制御装置１８０に送信される。チャンバ制御装置１８０は、基板温度が所定の制御範囲内であるか否かを判定する。チャンバ制御装置１８０のソフトウェア構成ならびにハードウェア構成に従って、ＥＳＣ冷却素子１６３、ＥＳＣ加熱素子１６２、ＥＳＣ裏面のＨｅ圧力部１６１等の電磁チャック（ＥＳＣ）加熱素子／冷却素子の制御部に制御信号が送信され、基板温度が制御範囲内に維持されるように、加熱素子／冷却素子のパラメータが調整される。例えば、基板温度が高すぎる場合には、チャンバ制御装置１８０は、Ｈｅ圧力制御部１８１に信号を送信して、基板裏面のＨｅ圧力を増加することによって、ＥＳＣ温度と基板温度とを低下させることができる。逆に、チャンバ制御装置１８０は、加熱素子制御部１８２に信号を送信して、電磁チャック（ＥＳＣ）の加熱出力を増大させることによって、あるいは、ＥＳＣ冷却素子に信号を送信して、ＥＳＣ冷却液の温度を上昇させることによって、ＥＳＣ温度と基板温度とを上昇させることができる。上述したような機構により、基板温度のモニターと制御が可能になる。

基板上の様々な「区域」ごとに基板温度のモニターと制御をおこなうことも可能である。図１Ｄ、図１Ｅ、図１Ｆに基板上の様々な区域の例を示す。図１Ｄの例では、区域Ｉと区域ＩＩが設定されている。区域Ｉと区域ＩＩの基板温度は、別々にモニター・制御される。同様に、図１Ｅや図１Ｆの例でも、設定された様々な区域ごとに基板温度のモニターと制御が実施される。検出器１７０で検出される光は、基板１５０の表面からの反射光あるいは裏面からの反射光でもよい。

通常の（標準的な）基板処理の間等、基板温度測定を実施しない場合に、プロセス処理の際にその場基板温度測定の対象となる基板（ウエハー）１５０をステーションあるいはロードロック内に収容するようにしてもよい。所定数の基板を処理後、または、チャンバのハードウェア起動あるいはメンテナンスの際に、基板１５０を用いて、基板温度を測定（モニターあるいは較正）するようにしてもよい。

真空輸送部２０２と、ロードロック２０４（ウエハー輸送ケーシング）と、基板すなわちウエハー２０８を一あるいは複数のカセット２１０からロードロック２０４に移送する大気輸送部（an Atmospheric Transport Module：ＡＴＭ）２０６と、を備える半導体処理クラスターツールシステム２００の実施例を図２に示す。大気輸送部２０６では、（図示しない）フロントエンド・ロボットを用いて、カセット２１０とロードロック２０４との間で基板（すなわちウエハー）を移送する。真空輸送部２０２でも、同様に（図示しない）ロボットを用いて、ロードロック２０４と処理チャンバ２２６_I、２２６_II、２２６_IIIとの間で基板を移送する。処理チャンバ２２６_I、２２６_II、２２６_IIIにおける通常の基板処理の際に、あるいは、処理チャンバ２２６_I、２２６_II、２２６_IIIのチャンバハードウェアのメンテナンスの際に、大気輸送部（ＡＴＭ）２０６に隣接するステーション２３２内に、あるいは、ロードロック２０４の一つに隣接するステーション２３４内に、基板温度測定の対象となる基板２５０を置く。本実施例の基板２５０は、図１Ａに示す基板１５０と同じものである。あるいは、ロードロック２０４に溝を設けて、基板２５０を保持するようにしてもよい。

処理チャンバにおける基板処理の際に基板温度を測定する本実施例の方法は、まず、ステーション２３２、ステーション２３４、ロードロック２０４のいずれか一つ等の基板保存位置から基板２５０を処理チャンバ２２６_I、２２６_II、２２６_IIIのいずれかに移送し、基板処理条件下で基板温度を測定する。この方法により、基板と検出器や解析装置等の付属機器とを用いて、基板温度をその場で、即時に、直接的に測定することが可能になる。測定結果に基づき、基板温度を制御範囲内と制御範囲外とに分類する。基板温度が制御範囲内である場合には、処理チャンバが「適格と認定され」基板処理が開始あるいは再開される。一方、基板温度が制御範囲外であるが、システムの応答範囲内にある場合には、基板温度が制御範囲内に入るように、裏面Ｈｅ圧力、ＥＳＣ冷却素子温度、ＥＳＣ加熱素子等、基板温度に影響を与えるハードウェアのパラメータを調整する。基板温度が制御範囲を大きく外れ、システムが補償可能な温度範囲もはずれている場合には、トラブルシューティング（トラブル解決）やメンテナンスを開始するように、オペレータに警告（アラーム）を送信する。

基板を用いて基板温度をその場で測定し、プロセス処理の際の基板温度を較正する処理フロー３００の実施例を図３Ａに示す。ステップ３０１で処理チャンバのメンテナンスが開始されると、ステップ３０２で基板温度較正処理を開始する。基板温度較正処理では、ステップ３０３で温度測定の対象となる基板を処理チャンバ内にセットし、ステップ３０４で基板温度測定処理を開始する。一実施例の方法において、処理チャンバにおける処理工程が開始されると、基板裏面に感光性物質を備える温度モニター対象基板の裏面に光を透過させる。感光性物質は、光の受信に応じて、検出・解析可能な蛍光を発光する。ステップ３０５_Iで、基板温度を示す信号を検出し、ステップ３０５_IIで、基板温度を示す信号、すなわち、基板温度測定信号を解析する。次に、ステップ３０６で、基板温度の測定結果に基づき、データ（信号）解析装置は、測定温度が所望の基板温度に到達しているか否かを判定する。測定温度が目標温度範囲内になく、かつ、プロセス処理範囲からも離れている場合には、処理フローはステップ３０７に進み、オペレータにアラームを送信する。一方、測定温度が目標温度範囲内にないが、システム調整により目標温度範囲内への温度制御が可能なプロセス処理範囲内にある場合には、処理フローはステップ３０８に進み、処理チャンバに制御信号を送信して、裏面Ｈｅ圧力、ＥＳＣ冷却素子温度、ＥＳＣ加熱素子等の基板温度制御因子を調整する。処理チャンバに信号を送信して温度制御因子を調整する場合、温度制御因子の制御設定ポイントを決めるようにしてもよい。

図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄに基づいて前述したように、基板上に設定した様々な区域ごとに基板温度測定を実施し、この区域ごとに基板温度制御を行うようにしてもよい。温度制御因子の調整後、処理フローはステップ３０４に戻り、基板温度測定処理を繰り返す。測定温度が所望の目標温度（目標温度範囲）に到達するまで、基板温度の測定と温度制御因子の調整とを繰り返す。測定温度が目標温度範囲に入ると、処理フローはステップ３０９に進み、処理チャンバを基板処理に「適格と判定」する。

基板温度モニター・制御の処理フロー３５０の実施例を図３Ｂに示す。処理チャンバ内で通常の基板の処理が実施されている際にステップ３５１で処理フローが開始される。ここで、通常の基板（製品基板）とは、デバイスの作成に用いられる基板を意味する。ステップ３５２で、基板温度モニター・制御処理を開始する。ステップ３５２の具体的な処理は、例えば、信号を受信して、通常の基板（製品基板）の処理を中止し、基板温度モニター・制御処理を開始する。基板温度モニター・制御処理では、ステップ３５３で前述した基板１５０と同様の基板等の所定基板を基板温度測定のために処理チャンバ内にセットして、次に、ステップ３５４で基板温度測定処理を開始する。一実施例の方法において、処理チャンバにおける処理工程が開始されると、基板裏面に感光性物質を備える温度モニター対象基板の裏面に光を透過させる。感光性物質は、光の受信に応じて、検出・解析可能な蛍光を発光する。ステップ３５５_Iで、基板温度を示す信号を検出し、ステップ３５５_IIで、基板温度を示す信号、すなわち、基板温度測定信号を解析する。

次に、ステップ３５６で、基板温度の測定結果に基づき、データ解析装置は、測定温度が所望の基板温度に到達しているか否かを判定する。測定温度が目標温度範囲内になく、かつ、オペレータが指定したプロセス処理範囲からも離れている場合には、処理フローはステップ３５７に進み、必要な処理を促すためにオペレータにアラームを送信する。一方、測定温度が目標温度範囲内にないが、システム調整により目標温度範囲内への温度制御が可能なプロセス処理範囲内にある場合には、処理フローはステップ３５８に進み、処理チャンバに制御信号を送信して、裏面Ｈｅ圧力、ＥＳＣ冷却素子温度、ＥＳＣ加熱素子等の基板温度制御因子を調整する。ステップ３５８の具体的な処理は、例えば、基板温度制御因子の制御設定ポイントを決めた後に、処理チャンバに制御信号を送信して、基板温度制御因子を調整する。温度制御因子の調整後、処理フローはステップ３５４に戻り、基板温度測定処理を繰り返す。測定温度が所望の目標温度（目標温度範囲）に到達するまで、基板温度の測定と温度制御因子の調整とを繰り返す。測定温度が目標温度範囲に入ると、処理フローはステップ３５９に進み、ヘリウム圧力、ＥＳＣ加熱素子設定点、および／あるいはＥＳＣ冷却素子温度を新しい設定値として、処理チャンバ内における通常の基板処理を再開する。

図３Ａに示す基板温度較正処理と図３Ｂに示す基板温度モニター・制御処理とを、図２に示すようなクラスターツールシステムの処理チャンバ２２６_I、２２６_II、２２６_III等の複数のチャンバに対して実施することもできる。複雑なエッチング処理では、厳密なＣＤ制御を達成するためには、チャンバ間でのバラつきを抑えることが非常に重要である。前述したように、基板温度はエッチング性能に重大な影響を及ぼすため、プロセス処理時における基板温度のチャンバ間のバラつきを抑えることは、厳密なＣＤ制御を成し遂げるために必要不可欠である。

プロセス処理時における基板温度は、高値と低値の範囲を有する温度分布曲線に従って変化する。基板にポリシリコンエッチング処理を行った際の基板温度分布曲線を図４に示す。温度分布曲線は、プレエッチング工程で急激な温度上昇を示し、メインエッチング工程では比較的平坦な曲線となる。オーバーエッチング工程では、基板温度はメインエッチング工程よりも低くなる。オーバーエッチング工程の後が、デチャック工程となる。基板温度は、デチャック工程で急激に上昇し、基板のデチャック後に急激に下降する。上述した基板１５０等の所定基板を用いてプロセス処理時に基板温度を測定し、プレエッチング工程、メインエッチング工程、オーバーエッチング工程、デチャック工程等エッチング処理中の特定の工程における、あるいは、エッチング処理の全工程におけるデータを収集する。特定の工程を選択する場合には、限界寸法（ＣＤ）分布等のエッチング処理性能にその工程における温度変化が最も重大な影響を与える工程を、通常、温度モニター対象として選択する。例えば、メインエッチング工程のエッチング時間Ｔ_A−Ｔ_Bを基板温度モニター対象として選択する。多くの基板の処理データに基づき、許容可能な制御範囲を設定するための制御域を確立するようにしてもよい。図４において、点線の曲線４０１と４０２は、それぞれ、ポリシリコンエッチングにおける上限制御曲線と下限制御曲線の例を示す。また、所定基板を用いて、基板プロセス処理における特定の瞬間の基板温度を測定することも可能である。例えば、メインエッチング工程の時間Ｔ_Aにおける基板温度を測定して、制御上限値Ｔ_Uと制御下限値Ｔ_Lと比較するようにしてもよい。測定温度が制御上限値Ｔ_Uあるいは制御下限値Ｔ_Lの範囲外にある場合には、基板温度が制御範囲内に入るように、Ｈｅ圧力１６１、加熱素子１６２、あるいは冷却素子１６３の設定値を調整する。

基板裏面に感光性物質を備える基板を温度測定対象基板として用いることに加えて、さらに他の技術を利用するようにしてもよい。例えば、カリフォルニア州プレザントヒルのＯｎＷａｆｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製の温度センサー付きのウエハー、すなわち、ウエハー上で基板温度を検出可能なデバイスを用いることもできる。このセンサー（デバイス）はウエハーに内蔵される。例えば、センサーウエハーがウエハー上に記憶素子を備え、センサーにより検出した基板温度データを記憶するような構成も可能である。ＯｎＷａｆｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製のセンサーウエハーを処理チャンバ内にセットして、上述した基板１５０と同様の方法で基板温度を測定するようにしてもよい。ＯｎＷａｆｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製のセンサーウエハーを用いる場合、追加の光源は必要としない。図２のステーション２３２や２３４あるいはロードロック２０４と同様のステーションにセンサーウエハーを置き、図３Ａおよび図３Ｂに基づき説明した処理フローと同様の処理フローを実行する。ＯｎＷａｆｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製のセンサーウエハー等のセンサーウエハーで、ウエハー上のデバイスや記憶素子に電力を供給するためのバッテリーを必要とする構成でもよい。センサーウエハーを保持するためのステーションあるいはロードロックが充電装置を備える構成でもよい。

ＥＳＣ５６０上にセンサー基板５５０を載置した構成例を図５Ａに示す。基板５５０は、基板表面上で基板温度を測定するためのデバイス５５１を備える（図５Ｂ参照）。図示した例では、基板５５０は、デバイス５５１により収集したデータ（信号）を読み出し可能に記憶するための記憶素子５５２を備える。図示した例では、センサー基板５５０は、デバイス５５１により収集したデータ（信号）を読み出し可能に記憶するための記憶素子５５２を備える。センサー基板５５０は、さらに、デバイス５５１と記憶素子５５２に電力を供給するバッテリー５５３を備える。記憶素子５５２は、物理ポート、赤外線ポート、光ポート等のポート５５４に接続される。

処理チャンバ５００においてセンサー基板５５０を用いたデータ収集の完了後、基板５５０は、ステーション２３２、ステーション２３４、ロードロック２０４等の格納場所（ステーション）５５５に戻される。格納ステーション（チャンバ）５５５では、基板５５０のバッテリー５５３に電気的に接続されるバッテリー充電器５８１を備えるバッテリー充電ステーション５８０上に基板５５０が載置される（図５Ｃ参照）。バッテリー充電器５８１は、物理的な接続あるいは誘導無線方式でバッテリー５５３と電気的に接続され、基板５５０上のバッテリー５５３に電力を供給する。一つの実施態様として、プローブ５７１を備える信号検出器５７０を下降させて、基板５５０に接触させるように構成してもよい。この構成では、プローブ５７１は、記憶素子５５２に連結される物理ポート５５４に電気的に接続される。別の実施態様として、信号収集部５７１を備える信号検出器５７０を、基板と物理的に接触させることなく、ポート５５４の見通し線上に配置し、赤外線信号や光信号を集めるように構成してもよい。検出器５７０により収集され、記憶素子５５２に格納された信号は、物理ポート５５４を介して、解析装置１７１’に供給される。また、ポート５５４を赤外線ポートとして、プローブ５７１が赤外線を放射することにより、ポート５５４からのデータを集めるようにしてもよい。図示した例では、解析装置１７１’がデータ処理を実行して基板温度を検出すると、検出結果が解析装置１７１’からチャンバ制御装置１８０に送信される。検出結果を受信したチャンバ制御装置１８０は、測定温度が制御範囲内であるか否かを判定する。前述したように、チャンバ制御装置１８０のソフトウェア構成ならびにハードウェア構成に従って、ＥＳＣ加熱素子１６２、ＥＳＣ冷却剤管１６３、ＥＳＣ裏面のＨｅ圧力部１６１等の電磁チャック（ＥＳＣ）加熱素子／冷却素子の制御部に制御信号が送信され、基板温度が制御範囲内に維持されるように、加熱素子／冷却素子のパラメータが調整される。

信号検出器５７０のプローブ５７１等のデバイスを用いて、基板５５０からデータを集めることに加えて、無線信号検出装置（収集装置）５９０を用いて、基板５５０上の無線ポート５５４’を介して、基板５５０からデータを集めるようにしてもよい（図５Ｄ参照）。このような構成でも、上述したように、解析装置１７１’’にデータが供給され、解析装置１７１’’による検出結果がチャンバ制御装置１８０に送信される。

基板温度のその場測定を所定基板を用いて行うことによって正確な基板温度データを集め、この温度データを用いて、次の基板処理の際に基板温度をより正確に制御することが可能になる。基板温度の測定と制御とをより正確に行うことにより、ウエハー間あるいはチャンバ間のＣＤ分布をより厳密に制御することができる。

本発明はエッチングチャンバやエッチング処理に限定されるものではなく、本発明の原理は、様々なシステムや処理プロセスに適用可能である。例えば、化学蒸着システムおよびプロセスやフォトレジスト予備焼成システムおよびプロセスに本発明の概念を適用することができる。本発明は、基板温度に影響を受ける所定の性能を有するプロセスや装置の較正、モニター、および／あるいは、制御に特に好適に用いられる。

以上、本発明の理解を助けるために、いくつかの実施例に従って本発明を詳述したが、上述した実施例の詳細は、様々な態様で変更や変形が可能である。従って、本発明の実施例は、単に例示に過ぎず、何らその詳細に発明を限定するものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変更や変形が可能である。
たとえば、本発明は以下のような態様で実現することもできる。

適用例１
処理チャンバであって、
少なくとも一つのライトパイプを有する静電チャックであって、基板裏面上の少なくとも一つの地点に温度感受性感光物質を備える基板を受け取り可能な静電チャックと、
前記少なくとも一つのライトパイプに接続される光源であって、前記少なくとも一つのライトパイプに光を供給することにより、前記基板が前記静電チャック上にある状態で、前記基板裏面上の前記少なくとも一つの地点に光を当てる光源と、
前記ライトパイプに接続される検出器であって、前記基板裏面上の少なくとも一つの前記地点における前記温度感受性感光物質から放出された光を受け取ることによって、前記基板裏面上の少なくとも一つの前記地点における基板温度を検出する検出器と、
検出された基板温度を用いて、前記静電チャックの温度制御パラメータを調整することにより、前記静電チャック上で処理される複数の基板の温度を所望の基板温度範囲内に保持するチャンバ制御部と、
を備える処理チャンバ。

適用例２
適用例１の処理チャンバであって、
前記基板裏面上の少なくとも一つの前記地点における前記温度感受性感光物質から放出され、受け取られた前記光を処理することによって、前記基板裏面上の少なくとも一つの前記地点における前記基板温度を検出する解析部をさらに備える、処理チャンバ。

適用例３
適用例１の処理チャンバであって、
前記チャンバ制御部が、検出された基板温度に基づき、前記基板裏面上の複数の地点のいずれか一つで臨界温度変化が生じたか否かを判定する、処理チャンバ。

適用例４
適用例３の処理チャンバであって、
前記臨界温度変化は、前記基板裏面上の少なくとも一つの前記地点のいずれかで前記所望の基板温度範囲外の温度が検出された場合に生じる、処理チャンバ。

適用例５
適用例１の処理チャンバであって、
前記温度制御パラメータは、一つあるいは複数の加熱／冷却要素を用いて、設定される、処理チャンバ。

適用例６
適用例５の処理チャンバであって、
前記加熱／冷却要素の一つは、裏面ヘリウム（Ｈｅ）圧力により設定される、処理チャンバ。

適用例７
適用例１の処理チャンバであって、
前記基板裏面上の複数の地点に前記温度感受性感光物質を備え、前記複数の地点に対応する前記静電チャックの個別制御区域ごとに温度制御パラメータを調整して、個別制御区域の温度を個別に制御する、処理チャンバ。

適用例８
適用例１の処理チャンバであって、
前記基板裏面上の少なくとも一つの地点に温度感受性感光物質を備える前記基板は、基板移送チャンバに接続されるステーションあるいはロードロック内に配置される、処理チャンバ。

適用例９
適用例１の処理チャンバであって、
前記光源は、前記ライトパイプ内に埋め込まれた光ファイバーを介して光を供給する、処理チャンバ。

適用例１０
適用例１の処理チャンバであって、
前記温度感受性感光物質は、前記光源から光を受け取った後に、蛍光を発する、処理チャンバ。

適用例１１
適用例１０の処理チャンバであって、
前記基板温度は、放出された前記蛍光の前記光源オフ後の減衰を測定することによって、決定される、処理チャンバ。

適用例１２
クラスターツールシステムであって、
基板温度を示す信号を放出可能な基板を保持するための基板保持ステーションと、
前記基板保持ステーションから前記基板を受け取り、前記基板を内部に保持した状態で処理プロセスを実施する処理チャンバと、
前記処理チャンバにおいて処理プロセスが進行する際に前記基板から放出される信号を検出し、前記基板温度を示す前記放出された信号を受け取る信号検出器と、
を備えるクラスターツールシステム。

適用例１３
適用例１２のクラスターツールシステムであって、
前記基板から放出された前記信号に基づき前記基板温度を検出する解析部と、
前記基板温度が所定の制御範囲外にあるか否かを判定し、前記処理チャンバの温度制御パラメータを調整することにより、前記処理チャンバ内で処理される複数の基板の基板温度を所定の制御範囲内に維持するチャンバ制御部と、
をさらに備える、クラスターツールシステム。

適用例１４
適用例１２のクラスターツールシステムであって、
前記信号検出器が前記処理チャンバに組み込まれている、クラスターツールシステム。

適用例１５
適用例１２のクラスターツールシステムであって、
前記基板から放出された信号は、基板温度測定装置によって受け取られ、後に読み出すために記憶装置に伝達され、前記基板温度測定装置と前記記憶装置とは、前記基板に組み込まれている、クラスターツールシステム。

適用例１６
適用例１２のクラスターツールシステムであって、
前記基板には、さらに、前記基板温度測定装置と前記記憶装置とを充電するためのバッテリが組み込まれている、クラスターツールシステム。

適用例１７
適用例１６のクラスターツールシステムであって、
前記基板保持ステーションは、前記基板に組み込まれたバッテリを充電するバッテリ充電ステーションを備える、クラスターツールシステム。

適用例１８
適用例１２のクラスターツールシステムであって、
前記信号検出器は前記基板保持ステーションに組み込まれている、クラスターツールシステム。

適用例１９
適用例１２のクラスターツールシステムであって、
前記信号検出器は無線装置である、クラスターツールシステム。

適用例２０
適用例１２のクラスターツールシステムであって、
前記信号検出器は赤外線信号あるいは光信号を検出する、クラスターツールシステム。

適用例２１
適用例１２のクラスターツールシステムであって、
前記基板保持チャンバがロードロックである、または、ロードロック、真空移送モジュール、もしくはクラスターツールシステムの大気輸送モジュールのいずれかに接続される、クラスターツールシステム。

適用例２２
処理チャンバ内で基板の処理を実行する際にその場で基板温度をモニターし制御する方法であって、
前記処理チャンバ内に基板を置く工程と、
前記処理チャンバ内で処理手順を開始する工程と、
基板から温度測定信号を受け取る工程であって、それにより、前記基板の一または複数の区域における一または複数の基板処理温度が検出される工程と、
前記一または複数の基板処理温度が所定の制御範囲内であるか否かを判定する工程と、
を備える方法。

適用例２３
適用例２２の方法であって、
前記処理チャンバに制御信号を送信する工程であって、前記制御信号の送信により前記一ないし複数の基板処理温度のいずれかが前記所定の制御範囲外にある場合には、前記一ないし複数の基板処理温度が前記所定の制御範囲内に入るように、基板温度制御因子が調整される工程をさらに備える、方法。

適用例２４
適用例２２の方法であって、
前記温度測定信号を受け取る工程は、処理手順における所定の処理ステップの所定の時間範囲に実行される、方法。

適用例２５
適用例２４の方法であって、
前記温度測定信号を受信する工程は、処理手順における所定の瞬間に実行される、方法。

Claims

処理チャンバであって、
少なくとも一つのライトパイプを有する静電チャックであって、基板裏面上の少なくとも一つの地点に堆積された温度感受性感光物質を備える基板を受け取り可能な静電チャックと、
前記少なくとも一つのライトパイプに接続される光源であって、前記少なくとも一つのライトパイプに光を供給することにより、前記基板が前記静電チャック上にある状態で、前記基板裏面上の少なくとも一つの前記地点に堆積された前記温度感受性感光物質に光を当てる光源と、
前記少なくとも一つのライトパイプに接続される検出器であって、前記温度感受性感光物質に光が当てられた結果、前記温度感受性感光物質から放出された光を受け取ることによって、前記基板裏面上の少なくとも一つの前記地点における基板温度を検出する検出器と、
チャンバ制御部と、を備え、
前記チャンバ制御部は、
前記静電チャック上の前記温度感受性感光物質を備える前記基板に対して処理を行いつつ、検出された基板温度を用いて、前記静電チャックの温度制御パラメータを調整することにより、前記静電チャック上の前記温度感受性感光物質を備える前記基板の温度を、前記処理の期間を通じて所望の基板温度範囲内に保持し、
前記静電チャック上の前記温度感受性感光物質を備える前記基板の温度を前記所望の基板温度範囲内に保持した際の前記温度制御パラメータを、前記処理のための新しい設定値とし、
前記温度制御パラメータの前記新しい設定値を使用して、前記静電チャック上で前記処理される複数の製品基板の温度を、前記処理の期間を通じて前記所望の基板温度範囲内に保持する、処理チャンバ。
請求項１記載の処理チャンバであって、
前記基板裏面上の少なくとも一つの前記地点における前記温度感受性感光物質から放出され、受け取られた前記光を処理することによって、前記基板裏面上の少なくとも一つの前記地点における前記基板温度を検出する解析部をさらに備える、処理チャンバ。
請求項１記載の処理チャンバであって、
前記チャンバ制御部が、検出された基板温度に基づき、前記基板裏面上の少なくとも一つの前記地点のいずれかで前記所望の基板温度範囲外の温度が検出されたか否かを判定する、処理チャンバ。
請求項１記載の処理チャンバであって、
前記温度制御パラメータは、一つあるいは複数の加熱／冷却要素を用いて、設定される、処理チャンバ。
請求項４記載の処理チャンバであって、
前記加熱／冷却要素の一つは、裏面ヘリウム（Ｈｅ）圧力により設定される、処理チャンバ。
請求項１記載の処理チャンバであって、
前記基板裏面上の複数の地点に前記温度感受性感光物質を備え、前記複数の地点に対応する前記静電チャックの個別制御区域ごとに温度制御パラメータを調整して、個別制御区域の温度を個別に制御する、処理チャンバ。
請求項１記載の処理チャンバであって、
前記基板裏面上の少なくとも一つの地点に温度感受性感光物質を備える前記基板は、基板移送チャンバに接続されるステーションあるいはロードロック内に配置される、処理チャンバ。
請求項１記載の処理チャンバであって、
前記光源は、前記ライトパイプ内に埋め込まれた光ファイバーを介して光を供給する、処理チャンバ。
請求項１記載の処理チャンバであって、
前記温度感受性感光物質は、前記光源から光を受け取った後に、蛍光を発する、処理チャンバ。
請求項９記載の処理チャンバであって、
前記基板温度は、放出された前記蛍光の前記光源オフ後の減衰を測定することによって、決定される、処理チャンバ。
処理チャンバ内で基板の処理を実行する際にその場で基板温度をモニターし制御する方法であって、
前記処理チャンバ内に基板を置く工程であって、前記基板は、基板裏面の一または複数の地点に堆積された温度感受性感光物質を備える、工程と、
前記処理チャンバ内で処理手順を開始する工程と、
前記処理チャンバ内で前記温度感受性感光物質を備える前記基板に対して前記処理手順を行いつつ、前記基板裏面上の前記一または複数の地点に堆積された前記温度感受性感光物質に光を当てる工程と、
前記温度感受性感光物質に光が当てられた結果、前記温度感受性感光物質から放出された蛍光を受け取る工程であって、それにより、基板処理下にある前記基板の一または複数の区域における一または複数の基板温度が検出される工程と、
前記一または複数の基板温度が所定の制御範囲内であるか否かを判定する工程と、
前記処理手順の期間を通じて、前記一または複数の基板温度のいずれかが前記所定の制御範囲内にない場合に、基板温度制御パラメータを調整するために、前記処理チャンバに制御信号を送信する工程と、
前記制御信号を送信した際の前記基板温度制御パラメータに基づいて、前記一または複数の基板温度が前記所定の制御範囲内に入るように、前記基板温度制御パラメータを新しい設定値に設定する工程と、
前記基板温度制御パラメータの前記新しい設定値を使用して、前記処理チャンバ内で処理される複数の製品基板を、前記処理手順の期間を通じて前記制御範囲内に保持する工程と、を備える方法。
請求項１１記載の方法であって、
前記蛍光を受け取る工程は、処理手順における所定の処理ステップの所定の時間範囲に実行される、方法。