JP7454504B2 - 基板処理中の基板温度の決定および制御 - Google Patents

基板処理中の基板温度の決定および制御 Download PDF

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Description

関連出願への相互参照
本願は、２０１８年４月１２日出願の米国仮出願第６２／６５６，６４７号の利益を主張する。本開示は、２０１６年１２月１５日出願の米国仮出願第６２／４３４，６６５号の利益を主張する２０１７年１１月２８日出願の米国特許出願第１５／８２４，４４７号に関連する。上記の出願の開示全体が、参照によって本明細書に組み込まれる。
本開示は、基板処理システムにおける基板の温度の推定および制御に関する。
本明細書で提供されている背景技術の記載は、本開示の背景を概略的に提示するためのものである。ここに名を挙げられている発明者の業績は、この背景技術に記載された範囲において、出願時に従来技術として通常見なされえない記載の態様と共に、明示的にも黙示的にも本開示に対する従来技術として認められない。
半導体ウエハなどの基板を処理するために、基板処理システムが利用されうる。基板に実行されうる処理の例は、化学蒸着（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、導体エッチング、誘電体エッチング、および／または、その他のエッチング、蒸着、もしくは、洗浄処理を含むが、こ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内の基板支持体（ペデスタル、静電チャック（ＥＳＣ）など）上に配置されうる。エッチング中、１以上のガスを含むエッチングガス混合物が、処理チャンバに導入されてよく、プラズマが、化学反応を開始するために利用されうる。
基板支持体は、基板を支持するように構成されているセラミック層を備えうる。例えば、基板は、処理中にセラミック層にクランプされうる。基板支持体は、熱伝達ガス（例えば、ヘリウム）をセラミック層上に配置された基板の背面に供給するための複数の流路を備えうる。熱伝達ガスは、基板および／またはセラミック層の冷却を促進する。
基板処理システムための温度コントローラは、熱伝達ガス圧力および基板支持体の第１温度を、基板支持体上に配置されている基板の第２温度に相関させる温度制御モデルを格納するメモリと、熱伝達ガス圧力、基板支持体の第１温度、および、温度制御モデルを用いて、基板の第２温度を算出するよう構成されている温度算出モジュールと、温度算出モジュールによって算出された基板の第２温度と、基板の所望の第３温度とに基づいて、熱伝達ガス圧力を調整するよう構成されている熱伝達ガス制御モジュールと、を備える。
他の特徴において、基板支持体は、複数の区画を備え、基板支持体の第１温度は、複数の区画の各々におけるそれぞれの温度に対応する。基板の第２温度は、複数の基板温度に対応し、複数の基板温度は、基板支持体の複数の区画に対応する。熱伝達ガス圧力を調整するために、熱伝達ガス制御モジュールは、複数の圧力コントローラを調整するよう構成され、複数の圧力コントローラの各々は、基板支持体の複数の区画の１つに対応する。
他の特徴において、基板の所望の第３温度は、レシピ設定点に対応する。温度算出モジュールは、所望の第３温度をユーザインターフェースから受信するよう構成されている。温度算出モジュールは、基板の第２温度をディスプレイに提供するよう構成されている。
他の特徴において、温度制御モデルは、基板と基板支持体との間での制御熱伝達ガス圧力と実際の熱伝達ガス圧力との間の関係性に基づいて、熱伝達ガス圧力を算出するよう構成されている。基板の第２温度を算出するために、温度算出モジュールは、（ｉ）熱伝達ガス圧力モデルを用いて、制御熱伝達ガス圧力に基づいて実際の熱伝達ガス圧力を算出し、（ｉｉ）実際の熱伝達ガス圧力および基板支持体の第１温度に基づいて基板の第２温度を算出するよう構成されている。基板の第２温度を算出するために、温度算出モジュールは、（ｉ）基板支持体内に配置された圧力センサから熱伝達ガス圧力を受信し、（ｉｉ）圧力センサから受信した熱伝達ガス圧力に基づいて基板の第２温度を算出するよう構成されている。
基板処理システム内で基板支持体の温度を制御するための方法は、熱伝達ガス圧力および基板支持体の第１温度を、基板支持体上に配置されている基板の第２温度に相関させる温度制御モデルをメモリ内に格納し、熱伝達ガス圧力、基板支持体の第１温度、および、温度制御モデルを用いて、基板の第２温度を算出し、基板の算出された第２温度と、基板の所望の第３温度とに基づいて、熱伝達ガス圧力を調整すること、を備える。
他の特徴において、基板支持体は、複数の区画を備え、基板支持体の第１温度は、複数の区画の各々におけるそれぞれの温度に対応する。基板の第２温度は、複数の基板温度に対応し、複数の基板温度は、基板支持体の複数の区画に対応する。熱伝達ガス圧力を調整することは、複数の圧力コントローラを調整することを含み、複数の圧力コントローラの各々は、基板支持体の複数の区画の１つに対応する。
他の特徴において、基板の所望の第３温度は、レシピ設定点に対応する。方法は、さらに、所望の第３温度をユーザインターフェースから受信することを備える。方法は、さらに、基板の第２温度をディスプレイに提供することを備える。
他の特徴において、方法は、さらに、基板と基板支持体との間での制御熱伝達ガス圧力と実際の熱伝達ガス圧力との間の関係性に基づいて、熱伝達ガス圧力を算出することを備える。基板の第２温度の算出は、（ｉ）熱伝達ガス圧力モデルを用いて、制御熱伝達ガス圧力に基づいて実際の熱伝達ガス圧力を算出し、（ｉｉ）実際の熱伝達ガス圧力および基板支持体の第１温度に基づいて基板の第２温度を算出すること、を含む。基板の第２温度の算出は、（ｉ）基板支持体内に配置された圧力センサから熱伝達ガス圧力を受信し、（ｉｉ）圧力センサから受信した熱伝達ガス圧力に基づいて基板の第２温度を算出すること、を含む。
詳細な説明、特許請求の範囲、および、図面から、本開示を適用可能なさらなる領域が明らかになる。詳細な説明および具体的な例は、単に例示を目的としており、本開示の範囲を限定するものではない。
本開示は、詳細な説明および以下に説明する添付図面から、より十分に理解できる。
本開示に従って、基板処理システムの一例を示す図。
本開示の原理に従って、基板の一例を示す図。
本開示の原理に従って、基板支持体の一例を示す平面図。
本開示の原理に従って、基板支持体における熱伝達ガス流のモデルの一例を示す図。
本開示の原理に従って、基板支持体に提供された熱伝達ガス圧力センサの構成例を示す図。 本開示の原理に従って、基板支持体に提供された熱伝達ガス圧力センサの構成例を示す図。 本開示の原理に従って、基板支持体に提供された熱伝達ガス圧力センサの構成例を示す図。
本開示の原理に従って、熱伝達ガス圧力センサの構成例をより詳細に示す図。
本開示の原理に従って、圧力センサを備えた基板支持体の例を示す平面図。 本開示の原理に従って、圧力センサを備えた基板支持体の例を示す平面図。 本開示の原理に従って、圧力センサを備えた基板支持体の例を示す平面図。
本開示に従って、温度コントローラの一例を示す図。
本開示の原理に従って、基板の温度を制御するための方法の一例を示す図。
図面において、同様および／または同一の要素を特定するために、同じ符号を用いる場合がある。
一部の基板処理システムは、比較的高い電力（例えば、６０ｋＷ以上）を用いて、動作する（例えば、基板に対してプラズマエッチングを実行する）。静電チャック（ＥＳＣ）などの基板支持体が、処理チャンバ内で高電力プラズマの存在下で所望の基板温度を維持するために制御（例えば、冷却）されうる。一部の例において、基板支持体は、３０ｋＷもの熱を放散しうる。
不均一な熱放散が、処理および基板の不均一性を引き起こしうる。例えば、基板温度は、６ｋＷプラズマの存在下で約４５℃（例えば、＋／－１℃）上昇しうる。その他の不均一性（例えば、基板支持体の熱スタック、基板の表面に対するイオン束、などの不均一性）が、基板にわたる温度を望ましくなく変動させうる。
一部の例において、基板支持体および基板にわたる温度のばらつきは、基板支持体の冷却流路パターンを最適化すること、基板支持体のベースプレートとセラミック層との間に提供される熱ボンド層の特性（例えば、厚さ）を最適化すること、などによって低減されうる。しかしながら、利用可能な冷却パターンは、ベースプレートの形状制約およびその他の構造的な制約（電気接続、熱伝達ガス流路など）によって制限される。逆に、熱ボンド層の厚さを最適化すること（例えば、基板支持体にわたって熱ボンド層の均一な厚さを保証すること）は、基板支持体における局所的な温度不均一性を補償しえない。
本開示の原理に従った基板温度システムおよび方法は、処理中の基板にわたる温度のばらつきを低減する。基板にわたる温度が、制御変数および処理変数に従って推定される。一例において、変数と基板温度との間の相関が、（例えば、その場で、製造、較正、修理などの間の）様々なセンサ測定値と温度検知テスト基板の温度の実際の測定値とを用いて決定されてよい。基板温度は、変数を示すセンサ測定値に対応付けられてよく、変数は、基板温度（例えば、ウエハ温度）、基板支持体（例えば、セラミック層）温度、および、熱伝達ガス流モデリング（例えば、熱伝達ガス流量および熱伝達ガス圧力）を含むが、これらに限定されない。次いで、温度制御パラメータ（例えば、熱伝達ガス流量および圧力）が、基板にわたって一定温度を維持するように調整されてよい。対応付けは、各処理チャンバ、基板支持体、処理などに対して実行されてよい。したがって、基板温度制御システムおよび方法は、特定の処理チャンバで処理される基板にわたる温度のばらつきを補償するよう構成されうる。
ここで、図１を参照すると、基板処理システムの一例１００が示されている。単に例として、基板処理システム１００は、ＲＦプラズマを用いたエッチングおよび／またはその他の適切な基板処理を実行するために用いられてよい。基板処理システム１００は、基板処理システム１００の他の構成要素を収容すると共にＲＦプラズマを閉じ込める処理チャンバ１０２を備える。基板処理チャンバ１０２は、上側電極１０４と、基板支持体１０６（ＥＳＣなど）とを備える。動作中、基板１０８が、基板支持体１０６上に配置される。具体的な基板処理システム１００および処理チャンバ１０２が一例として示されているが、本開示の原理は、その場でプラズマを生成する基板処理システム、（例えば、プラズマチューブ、マイクロ波チューブを用いて）遠隔プラズマの生成および供給を実施する基板処理システムなど、他のタイプの基板処理システムおよび処理チャンバに適用されてもよい。
単に例として、上側電極１０４は、処理ガスを導入して分散させるガス分配装置（シャワーヘッド１０９など）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備えるステム部分を備えてよい。ベース部分は、略円筒形であり、処理チャンバの上面から離れた位置でステム部分の反対側の端部から半径方向外向きに広がる。シャワーヘッドのベース部分の基板対向面すなわちフェースプレートは、処理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、上側電極１０４は、導電性のプレートを備えてもよく、処理ガスは、別の方法で導入されてもよい。
基板支持体１０６は、ベースプレート１１０を備える。一部の例において、ベースプレート１０は、導電性で、下側電極として機能してよい。他の例において、ベースプレート１１０は、非導電性で、埋め込み電極を備えてもよい。ベースプレート１１０は、セラミック層１１２を支持する。ボンド層１１４（例えば、ボンド層）が、セラミック層１１２とベースプレート１１０との間に配置されてよい。ベースプレート１１０は、ベースプレート１１０に冷却材を流すための１または複数の冷却材流路１１６を備えてよい。基板支持体１０６は、基板１０８の外周を取り巻くよう配置されたエッジリング１１８を備えてよい。
ＲＦ発生システム１２０が、ＲＦ電圧を生成して、上側電極１０４および下側電極（例えば、基板支持体１０６のベースプレート１１０）の一方に出力する。上側電極１０４およびベースプレート１１０のもう一方は、例えば、ＤＣ接地、ＡＣ接地、または、浮遊している、などであってよい。この例では、ＲＦ電圧は、下側電極に供給される。単に例として、ＲＦ発生システム１２０は、整合／配電ネットワーク１２４によって上側電極１０４またはベースプレート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。他の例において、プラズマは、誘導的にまたは遠隔で生成されてよい。例示の目的で示すように、ＲＦ発生システム１２０は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）システムに対応するが、本開示の原理は、単に例として、トランス結合プラズマ（ＴＣＰ）システム、ＣＣＰカソードシステム、遠隔マイクロ波プラズマ生成／供給システムなど、他の適切なシステムで実施されてもよい。
ガス供給システム１３０は、１以上のガス源１３２－１、１３２－２、・・・、および、１３２－Ｎ（集合的に、ガス源１３２）を備えており、ここで、Ｎはゼロより大きい整数である。ガス源は、１以上のエッチングガスおよびそれらの混合物を供給する。ガス源は、搬送ガスおよび／またはパージガスを供給してもよい。ガス源１３２は、バルブ１３４－１、１３４－２、・・・、および、１３４－Ｎ（集合的に、バルブ１３４）ならびにマスフローコントローラ１３６－１、１３６－２、・・・、および、１３６－Ｎ（集合的に、マスフローコントローラ１３６）によってマニホルド１４０に接続されている。マニホルド１４０の出力は、処理チャンバ１０２に供給される。単に例として、マニホルド１４０の出力は、シャワーヘッド１０９に供給される。
温度コントローラ１４２が、流路１１６を通る冷却材の流れを制御するために冷却材アセンブリ１４６と連絡してよい。例えば、冷却材アセンブリ１４６は、冷却材ポンプおよびリザーバを備えてよい。温度コントローラ１４２は、基板支持体１０６を冷却するために流路１１６を通して冷却材を選択的に流すように、冷却材アセンブリ１４６を作動させる。
バルブ１５０およびポンプ１５２が、処理チャンバ１０２から反応物質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が、基板処理システム１００の構成要素を制御するために用いられてよい。ロボット１７０が、基板支持体１０６上へ基板を供給すると共に、基板支持体１０６から基板を除去するために用いられてよい。例えば、ロボット１７０は、基板支持体１０６およびロードロック１７２の間で基板を搬送してよい。別個のコントローラとして示しているが、温度コントローラ１４２は、システムコントローラ１６０内に実装されてもよい。一部の例において、保護シール１７６が、セラミック層１１２とベースプレート１１０との間のボンド層１１４の周囲に提供されてもよい。
基板支持体１０６は、熱伝達ガス源１８２から基板１０８の背面へ熱伝達ガス（ヘリウムなど）を供給するように配置された複数の流路１８０を備える。熱伝達ガスは、基板１０８および／またはセラミック層１１２の冷却を促進する。別個に図示されているが、熱伝達ガス源１８２は、ガス供給システム１３０内に実装されてもよい。さらに、基板支持体１０６は、簡単のために３つの流路１８０を備えるよう図示されているが、基板支持体１０６は、任意の数の流路１８０を備えてよい。
本開示の原理に従った温度コントローラ１４２（および／またはシステムコントローラ１６０）は、後に詳述するように、基板温度算出システムおよび方法を実装する。例えば、温度コントローラ１４２は、基板支持体１０６（例えば、セラミック層１１２）の温度、熱伝達ガス流量、および、熱伝達ガス圧力に基づいて、基板１０８の温度を算出および制御するよう構成されている。一例において、温度コントローラ１４２は、基板支持体１０６の温度、制御（例えば、入力）熱伝達ガス圧力および／または流量、ならびに、実際の（すなわち、基板支持体１０６に提供される通りの）熱伝達ガス圧力および／または流量に基づいて、基板１０８の温度を算出するよう構成されている。
ここで、図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、基板２０４を支持するよう構成された基板支持体の一例２００が示されている。基板支持体２００は、導電性のベースプレート２０８と、セラミック層２１２と、一部の例において、セラミック層２１２およびベースプレート２０８の間に配置されたボンド層２１６と、を備える。ベースプレート２０８は、ベースプレート２０８に冷却材を流すための１以上の冷却材流路２２０を備えてよい。基板支持体２００は、基板２０４の外周を囲むように配置されたエッジリング２２４を備えてよい。基板支持体２００は、熱伝達ガス源２３２から基板２０４の背面（すなわち、下面）へ熱伝達ガス（ヘリウムなど）を供給するように配置された複数の流路２２８を備える。熱伝達ガスは、基板２０４および／またはセラミック層２１２の冷却を促進する。
温度コントローラ２３６が、流路２２０を通る冷却材の流れを制御するために冷却材アセンブリ２４０と連絡する。温度コントローラ２３６は、（例えば、図１で上述したガス供給システム１３０などのガス供給システムのバルブを介して）熱伝達ガスの流量を制御するために熱伝達ガス源２３２と連絡する。温度コントローラ２３６は、基板支持体２００を冷却するために流路２２０を通して冷却材を選択的に流すように、冷却材アセンブリ２４０を作動させてもよい。温度コントローラ２３６は、独立したコントローラ、システムコントローラ２４４内に実装されたコントローラ、などであってよい。
温度コントローラ２３６は、後に詳述するように、基板支持体２００の温度に部分的に基づいて基板２０４の温度を測定および／または算出するよう構成されている。一例において、温度コントローラ２３６は、基板支持体２００の異なる半径方向区画にわたって配置された１以上の温度センサを用いて測定された基板支持体２００の温度に従って、基板２０４の温度を決定する。例えば、セラミック層２１２は、内側区画２４８－１、中間内側区画２４８－２、中間外側区画２４８－３、および、外側区画２４８－４（集合的に区画２４８と呼ぶ）を備えてよい。４つの同心の区画２４８が示されているが、実施形態において、基板支持体２００は、１、２、３、または、４を超える区画２４８を備えてもよい。区画２４８の形状は様々であってよい。例えば、区画２４８は、四分円または別の格子状配列として提供されてもよい。温度コントローラ２３６は、１以上のセンサから受信した信号（例えば、センサ入力２５２として示されている）に従って、基板支持体２００の温度（例えば、セラミック層２１２の区画２４８の各々の温度）を決定する。換言すると、この例において、温度コントローラ２３６は、基板支持体２００の温度を直接的に測定するよう構成されている。
別の例において、温度コントローラ２３６は、モデル（例えば、基板支持体の冷却材流のモデル）など、他の測定値および／または推定値を用いて、基板支持体２００の温度を算出するよう構成されてもよい。例えば、２０１７年１１月２８日出願の米国特許出願第１５／８２４４４７号（その内容全体が本明細書に組み込まれる）に詳細に記載されるように、温度コントローラ２３６は、冷却材アセンブリ２４０から基板支持体２００へ供給される冷却材の温度、基板支持体２００から冷却材アセンブリ２４０へ戻る（すなわち、基板支持体２００から流れ出る）冷却材の温度、基板支持体２００に供給されるＲＦ電力などの内の１以上に基づいて、基板支持体２００の温度を算出するよう構成されてよい。
温度コントローラ２３６は、熱伝達ガス源２３２と基板支持体２００との間に配置された１以上のセンサ（例えば、ヘリウムセンサ）２５６から熱伝達ガスの流量を受信してよい例えば、センサ２５６は、基板支持体２００の異なる区画２４８に提供される熱伝達ガス流量（および／または圧力）を測定するセンサに対応してよい。基板２０４の温度は、基板２０４の下方の熱伝達ガス圧力に対応し、熱伝達ガス圧力は、熱伝達ガス流量に依存する。一部の例において、基板支持体２００の温度は、基板２０４の温度を調整するために調整されてよい。しかしながら、基板支持体２００の温度の調整は、基板２０４全体の温度を調整するものであり、基板２０４の異なる部分の独立した調整は可能ではない。したがって、ユーザは、区画２４８におけるそれぞれの熱伝達ガス圧力を調整するために区画２４８の個々の区画における熱伝達ガス流量を調整することによって、基板２０４の温度をさらに調整するよう試みてよい。
典型的に、基板２０４の温度は、基板支持体２００の温度に相関し、後者は、熱伝達ガス源２３２によって提供される熱伝達ガス圧力および対応する熱伝達ガス流量に相関しうる。例えば、基板２０４の温度は、Ｑ＝ｈ／ΔＴに相関してよく、ここで、Ｑは、プラズマ熱負荷の存在下で基板２０４に関連する熱流束であり、ｈは、熱伝達ガスの熱伝達率であり、ΔＴは、基板２０４の温度（Ｔ基板）と基板支持体２００の温度（Ｔ支持体）との間の差（例えば、Ｔ基板－Ｔ支持体）に対応する。したがって、基板２０４の温度は、基板支持体２０４の温度と熱伝達率ｈとに従って変化する。熱伝達率ｈは、熱伝達ガス圧力の関数であるので、ユーザは、熱伝達ガス流量を調整することで、基板２０４の温度を調整することができる。しかしながら、センサ２５６から受信された測定熱伝達ガス流量は、後に詳述するように、基板２０４の実際の温度を正確に示さない場合がある。
例えば、熱伝達率ｈは、熱伝達ガス圧力およびその他のシステム変数の関数である。一例において、区画２４８の所与の１区画に対する熱伝達ガスの熱伝達率ｈは、ｈ＝ｋ／（ｄ＋ｇ１＋ｇ２）に従って定義されてよく、ここで、ｋは、熱伝達ガスの熱伝導率であり、ｄは、基板２０４と基板支持体２００との間の距離（例えば、熱伝達ギャップ）であり、ｇ１＋ｇ２は、区画２４８と、区画２４８の内の隣接する区画との間（または、一部の例では、区画２４８と処理チャンバとの間）の界面の熱伝達効率である。熱伝導率ｋは、ｋ＝ｆ（Ｐ）のように熱伝達ガス圧力Ｐの関数であってよい。
図２Ｂに示す一例において、熱伝達ガスは、流路２２８を通して基板２０４の背面に（すなわち、セラミック層２１２と基板２０４との間の熱伝達ギャップに）供給され、熱伝達ガスは、溝２６０を通して区画２４８全体に分配される。溝２６０は、区画２４８の各々の中で熱伝達ガス圧力を分散させる。セラミック層２１２は、さらに、区画２４８にわたって分散された複数の高くなった突起（例えば、図２Ｂに点で示された円柱形突起であり、「メサ」とも呼ばれる）を備えてよい。突起２６４は、セラミック層２１２と基板２０４との間の熱伝達ギャップを維持する。熱伝達ガスは、基板２０４からセラミック層２１２へ熱を伝導（すなわち、伝達）させるために、それぞれの区画２４８において、選択された圧力でこのギャップ内に供給される。
一部の例において、セラミック層２１２は、区画２４８の内の隣接する区画の間に配置されたシールバンド２６８を備えてよい。シールバンド２６８は、基板２０４の下面に接触することで、シールを形成し、区画２４８の間の熱伝達ガスの移動を制限する。したがって、シールバンド２６８は、区画２４８の各々を、異なる圧力に、したがって、異なる温度に、維持することを容易にする。例えば、第１圧力が、区画２４８の１区画（例えば、区画２４８－１）で維持されてよく、第１圧力は、区画２４８の内の隣接する区画（例えば、区画２４８－２）で維持される第２圧力よりも大きい。シールバンド２６８は、熱伝達ガスが、より大きい第１圧力を有する区画２４８－１から、より小さい第２圧力を有する区画２４８－２へ漏れるのを防ぐ。他の例において、セラミック層２１２は、シールバンド２６８を備えなくてもよい。
基板２０４の変動（例えば、ボーイング、下面の不均一性、処理中の応力、など）、セラミック層２１２の変動（例えば、ワーピング、突起２６４および／またはシールバンド２６８の高さの不均一性、など）、および、シールバンド２６８（例えば、経時的な腐食によるもの）の変動が、それぞれの区画２４８内の圧力の制御を妨げうる。例えば、基板２０４の変動（例えば、厚さのばらつき、ワーピング、など）は、区画２４８の間の流量のばらつきと、熱変動とに相関しうる。したがって、１または複数の変動が、区画２４８の間の熱伝達ガスの漏れ、および／または、区画２４８（例えば、外側区画２４８－４および／または区画２４８の内の他の区画）から処理チャンバへの熱伝達ガスの漏れを引き起こす場合があり、ひいては、基板温度の不正確な制御による処理および基板の不均一性を引き起こしうる。例えば、制御および／または測定された流量および／または圧力（例えば、ユーザによって入力され、センサ２５６で測定されたもの）が、区画２４８内の実際の圧力と異なる場合がある。
図２Ｃは、基板支持体２００における熱伝達ガスの流れを特徴付ける熱伝達ガス流モデルの一例２８０を示す。例えば、熱伝達ガスは、それぞれの圧力コントローラ（例えば、圧力コントローラ２８４－１、２８４－２、２８４－３、および、２８４－４：集合的に、圧力コントローラ２８４と呼ぶ）の制御に従って、熱伝達ガス源２３２から区画２４８の各々へ供給される。熱伝達ガスは、それぞれのフローパス２８８－１、２８８－２、２８８－３、および、２８８－４（集合的に、フローパス２８８と呼ぶ）を介して区画２４８へ流れる。フローパス２８８－１、２８８－２、２８８－３、および、２８８－４の各々は、それぞれの流体コンダクタンスＣ１、Ｃ２、Ｃ３、および、Ｃ４を有しうる。さらに、熱伝達ガスは、リークパス２９２－１、２９２－２、および、２９２－３を介して、上述したような基板２０４および／または基板支持体２００における変動により、区画２４８の内の隣接する区画の間で流れうる、ならびに／もしくは、リークパス２９２－４を介して外側区画２４８－４から処理チャンバへ流れうる（リークパスは、集合的にリークパス２９２と呼ぶ）。フローパス２９２－１、２９２－２、２９２－３、および、２９２－４の各々は、それぞれの流体コンダクタンスＣ５、Ｃ６、Ｃ７、および、Ｃ８を有しうる。
典型的には、基板支持体２０４の温度は、圧力コントローラ２８４を用いて基板支持体２００に供給される熱伝達ガスの圧力を制御することによって調整される。しかしながら、区画２４８内の圧力は、以下のような要因によって、それぞれの制御された圧力とは異なる：リークパス２９２－１、２９２－２、および、２９２－３を介して区画２４８の間での、ならびに、リークパス２９２－４を介して処理チャンバへの、（例えば、フローパス２８８のコンダクタンスに従った）フローパス２８８内の圧力損失（ただし、要因はこれに限定されない）。したがって、制御された圧力およびそれぞれの所望の温度に従って基板２０４の温度を決定および調整しようとする試みは、困難でありうる。例えば、制御された圧力と所望の温度との間の関係性は、処理チャンバの間、基板ごとに変動しうる、所与の処理チャンバに対して経時的に変動しうる、などである。
本開示の原理に従った温度コントローラ２３６（および／またはシステムコントローラ２４４）は、制御圧力と実際の圧力との間の差を補償するために基板２０４の温度を算出および制御するよう構成されている。単に例として、温度コントローラは、基板支持体２００の温度、制御熱伝達ガス圧力、および、実際の（すなわち、基板支持体２００の区画２４８内の）熱伝達ガス圧力に基づいて、基板２０４の温度を算出および制御するよう構成されてよい。後に詳述するように、一部の例において、実際の熱伝達ガス圧力が、（例えば、モデル、較正データなどに従って）算出されてよいが、他の例において、実際の熱伝達ガス圧力が、（例えば、基板支持体２００に配置された１以上のセンサを用いて）直接測定されてもよい。他の例において、実際の熱伝達ガス圧力は、温度を算出および制御するために、算出も直接測定もされなくてよい。むしろ、温度は、後に詳述するように、モデル化され、測定された相関、または、温度とその他の変数（例えば、基板支持体２００内のフローパスの流体コンダクタンス）との間のその他の所定の関係性に基づいて、決定および算出されてもよい。
例えば、温度コントローラ２３６は、（例えば、熱伝達ガス流モデル２８０に従って）入力熱伝達ガス圧力を、区画２４８内の実際の圧力、基板支持体２００の温度、および、基板２０４のそれぞれの温度と相関させる温度制御モデルを実装する。換言すると、温度コントローラ２３６は、入力（制御）圧力と実際の圧力との間の差に部分的に基づいて、基板２０４の温度を決定するよう構成されている。例えば、温度コントローラ２３６によって実装される処理レシピの設定点は、所望の制御入力（すなわち、制御された熱伝達ガス圧力）よりもむしろ所望の処理温度設定点に対応しうる。
温度制御モデルは、所与の区画２４８における熱伝達ガス圧力Ｐと基板支持体２００上に配置された基板２０４の対応する部分の温度との間の関係性を決定するために基板支持体２００に対して実行される較正処理に従って生成されてよい（すなわち、較正処理は、その場で、製造、修理などの間に、所与の基板支持体に対して別個に実行されてよい）。換言すると、基板２０４の温度は、（例えば、固定された所定の熱流束Ｑに対する）熱伝達ガス圧力Ｐおよび基板支持体２００の温度の関数として決定されてよい。したがって、熱伝達ガス圧力Ｐが、（例えば、後に詳述するようにモデリングまたはセンサ測定によって）基板支持体２００の動作中に既知である場合、熱伝達ガスＰは、基板２０４の温度を調整するために調整されてよい。
熱伝達ガス圧力Ｐを基板２０４の温度に相関させる較正処理の一例において、制御圧力、実際の圧力（すなわち、区画２４８における熱伝達ガスの実際の圧力）、基板支持体２００の温度、および、基板２０４の温度の間の関係性は、様々なセンサ測定値と温度検知テスト基板の温度の実際の測定値とを用いて決定されてよい。他の例において、基板支持体２００の温度は、基板支持体内のフローパスの温度および流体コンダクタンスの間の所定の関係性に基づいて、決定および算出されてもよい。テスト基板は、区画２４８全体にわたる位置に対応するように配置された複数の温度センサを備えてよい。一部の例において、テスト基板は、区画２４８にわたって変動するエッチング速度を測定するよう構成されてよい。一部の例において、較正処理中、圧力センサが、様々な位置で熱伝達圧力Ｐを測定するために基板支持体にわたって（例えば、基板２０４とセラミック層２１２との間のギャップ内などに）分散されてよい。このように、基板２０４の温度は、対応する熱伝達ガス圧力Ｐに対して決定されてよい。
次いで、基板支持体２００の動作中、基板２０４の温度は、熱伝達ガス圧力Ｐに従って決定および制御されてよい。（他の例において後述するように）基板支持体２００が基板支持体２００に配置された熱伝達ガス圧力センサを備えない例において、（例えば、フローパス２８８、リークパス２９２などにおける）所与の基板支持体に対する熱伝達ガス流量および圧力は、熱伝達ガス圧力モデルとしてのそれぞれの入力圧力に対して決定および特徴付けられてよい。このように、区画２４８内の実際の熱伝達ガス圧力が、制御圧力に対して決定されてよい（例えば、圧力コントローラ２８４の可能性な入力圧力の全範囲に対して）。
換言すると、（例えば、センサ２５６によって示される）制御圧力と、区画２４８内の実際の圧力との間の差が、熱伝達ガス流モデル２８０の特徴付けに従って決定されるので、温度コントローラ２３６は、それぞれの制御圧力に対して区画２４８内の実際の圧力を決定するよう構成されている。（例えば、モデルを用いて制御圧力に相関された）算出された実際の圧力および基板支持体２００の温度が既知（および／または上述したように算出済み）であれば、温度コントローラ２３６は、制御圧力、算出／モデル化された実際の熱伝達ガス圧力、および、基板支持体２００の温度を用いて、基板２０４の温度を算出するよう構成されている。
一例として、（例えば、システム内の所定の位置での熱伝達ガス圧力Ｐに対応する）未知の圧力Ｐ２が、その位置と、１以上のその他の隣接する空間（例えば、圧力Ｐ１およびＰ３を有する第１および第２「圧力バス」）との間のフローパスに従って規定されうる。圧力バスは、無限に大きいな体積を表しうる。したがって、圧力Ｐ１およびＰ３は、一定でありうる（例えば、Ｐ１およびＰ３の変化が０でありうる）。圧力Ｐ２の変化は、以下に従って規定されうる。
Figure 0007454504000001
ここで、ｃ１は、Ｐ２に対する位置と第１圧力バスとの間の流体コンダクタンスに対応し、ｃ２は、Ｐ２に対する位置と第２圧力バスとの間の流体コンダクタンスに対応する。
基板支持体２００において、圧力コントローラ２８４の各々および処理チャンバは、上述したように一定の圧力を有する圧力バスとして表されうる。したがって、（内側区画２４８－１、２４８－２、２４８－３、および、２４８－４にそれぞれ対応する）熱伝達ガス圧力ＰＩＺ、ＰＭＩＺ、ＰＭＯＺ、および、ＰＯＺの変化は、以下に従って規定されうる。
Figure 0007454504000002
Figure 0007454504000003
Figure 0007454504000004
Figure 0007454504000005
ここで、ＰＵＰＣ１、ＰＵＰＣ２、ＰＵＰＣ３、および、ＰＵＰＣ４は、それぞれ、圧力コントローラ２８４－１、２８４－２、２８４－３、および、２８４－４の圧力（例えば、制御圧力）に対応し、Ｐｃｈｍｂは、基板支持体２００を含む圧力チャンバ内の圧力に対応し、Ｃ１～Ｃ８は、図２Ｃに示すように、パス２８８および２９２の流体コンダクタンスに対応する。
一例の較正処理の間に、Ｃ１～Ｃ８の値は、圧力コントローラ２８４の圧力および処理チャンバ内の圧力など、上記の式におけるその他の既知の（例えば、測定または制御された）圧力に従って、熱伝達ガス圧力Ｐをモデル化するために決定されてよい。例えば、コンダクタンスＣ１～Ｃ４は、基板支持体２００上に基板２０４を配置することなしに圧力コントローラ２８４の圧力を制御しつつ、それぞれのフローパスにおいて流量センサを用いて測定されてよい。逆に、コンダクタンスＣ５～Ｃ８は、基板２０４を基板支持体２００にクランプすると共に様々な条件に従って圧力コントローラ２８４の圧力を設定して、測定されてよい。例えば、コンダクタンスＣ８は、圧力コントローラ２８４の各々の圧力を同じ値（例えば、ＰＵＰＣ１＝ＰＵＰＣ２＝ＰＵＰＣ３＝ＰＵＰＣ４）に設定して測定されてよい。コンダクタンスＣ５およびＣ７は、圧力コントローラ２８４－１および２８４－４の圧力を同じ第１値に設定すると共に、圧力コントローラ２８４－２および２８４－３の圧力を同じ第２値に設定して（例えば、ＰＵＰＣ１＝ＰＵＰＣ４≠ＰＵＰＣ２＝ＰＵＰＣ３）、測定されてよい。コンダクタンスＣ６は、圧力コントローラ２８４－１および２８４－２の圧力を同じ第１値に設定すると共に、圧力コントローラ２８４－３および２８４－４の圧力を同じ第２値に設定して（例えば、ＰＵＰＣ１＝ＰＵＰＣ２≠ＰＵＰＣ３＝ＰＵＰＣ４）、測定されてよい。
熱伝達ガス圧力Ｐが上述したように較正処理に従ってモデル化される場合、熱伝達ガス圧力Ｐは、基板支持体の動作中に決定されてよい。一例において、熱伝達ガス圧力モデルに従って区画２４８の各々に対する制御圧力を熱伝達ガス圧力Ｐに相関させるために、ルックアップテーブルが（例えば、コントローラ２３６によって）用いられてよい。次いで、基板２０４の温度は、熱伝達ガス圧力および基板支持体２００の温度に従って制御されてよい。
ここで、図３Ａ、図３Ｂ、および、図３Ｃを参照すると、基板支持体の別の例３００が示されている。この例において、基板支持体３００は、セラミック層３０８に埋め込まれた１以上の圧力センサ（すなわち、熱伝達ガス圧力センサ）３０４を備える。圧力センサ３０４は、セラミック層３０８と基板３１６の背面との間の１または複数の熱伝達ギャップ３１２と流体連通するそれぞれの空洞３１０内に配置される。したがって、圧力センサ３０４は、熱伝達ギャップ３１２内の熱伝達ガス圧力Ｐを直接測定し、（例えば、温度コントローラ２３６、システムコントローラ２４４などに）熱伝達ガス圧力Ｐを示す信号３２０を生成するよう構成されている。
一例において、圧力センサ３０４は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサである。例えば、圧力センサ３０４は、０．８～１．２ｍｍの厚さを有する平面ＭＥＭＳセンサであってよい。一部の例において、圧力センサ３０４をベースプレート３２４から電気的に絶縁し、アーク放電と、ＲＦ電力およびＤＣ電圧への暴露を低減して、圧力センサ３０４の絶縁破壊を防ぐために、ＲＦグリッドまたはその他の構造が提供されてよい。例えば、セラミック層３０８に埋め込まれたファラデーケージ３２８が、圧力センサ３０４を囲むように配置されてよい。ファラデーケージ３２８に加えてまたは代えて、圧力センサ３０４は、電気絶縁コーティング（アルミナ、イットリア、および、シリカなどであるが、それらに限定されない）を備えてもよい。
一部の例において、熱伝達ガスが熱伝達ギャップ３１２に供給されない動作工程またはモード中に空洞３１０に不活性ガスを供給するために、空洞３１０と流体連通するパージ流路３３２が用いられてもよい。例えば、基板３１６が存在しない時の洗浄処理中に、セラミック層３０８は、圧力センサ３０４を（例えば、エッチングによって）損傷しうる反応種に暴露されうる。したがって、空洞３１０に不活性ガスを供給することで、圧力センサ３０４を反応種から化学的に隔離する。例えば、パージ流路３３２は、ガス供給システム１３０、バルブ１５０、および、ポンプ１５２などと流体連通してよい。
熱伝達ガス圧力Ｐを示す信号３２０は、圧力センサ３０４のデジタル信号に対応してよい。一例において、圧力センサ３０４の出力は、１以上の電気バス層（例えば、 セラミック層３０８の中に埋め込まれるかまたはその下に配置される：図３では図示せず）に接続される。他の例において、圧力センサ３０４の出力信号は、アナログ出力信号であり、セラミック層３０８内に埋め込まれたアナログ－デジタル（Ａ／Ｄ）回路（３３６に概略的に示されている）が、アナログ出力信号をデジタル信号（すなわち、信号３２０）に変換する。さらに別の例において、圧力センサ３０４の出力信号は、アナログ出力信号であり、ベースプレート３２４の中または下に（例えば、外部に）配置されたＡ／Ｄ回路３４０が、アナログ出力信号をデジタル信号に変換する。
図３Ａでは熱伝達ギャップ３１２の下方に流体連通して図示されているが、圧力センサ３０４および空洞３１０の他の構成が、図３Ｂおよび図３Ｃに示すように実施されてもよい。例えば、図３Ｂに示すように、空洞３１０は、熱伝達ギャップ３１２の側方に隣接するように（かつ、同一平面上に）配置されてもよい。逆に、図３Ｃに示すように、空洞３１０は、熱伝達ガス流路３４４と流体連通してもよい。
ここで、図４を参照すると、圧力センサ４０４を備えた基板支持体の一例４００の一部が、より詳細に示されている。例えば、熱伝達ギャップ４１２と、圧力センサ４０４を含む空洞４１６とを備えたセラミック層４０８が、複数の積層４２０を備えてよい。電気バス層４２４が、セラミック層４０８内に埋め込まれてよい。複数の圧力センサ４０４が、電気バス層４２４に接続されてよく、電気バス層４２４は、基板支持体４００からの対応する圧力センサ信号（例えば、図３Ａに示した信号３２０）を出力する。
ここで、図５Ａ、図５Ｂ、および、図５Ｃを参照すると、圧力センサ５１２を備えた基板支持体５００、５０４、および、５０８の平面図が示されている。図５Ａに示すように、圧力センサ５１２の１つが、それぞれの半径方向区画５１６の各々に配置されてよい。この配置において、基板の温度は、半径方向区画５１６の内の対応する１区画において別個に制御されてよい。図５Ｂに示すように、複数（例えば、１０以上）の圧力センサ５１２が、基板の特定の位置での温度の制御を可能にするために、基板支持体５０４全体にわたって分散されてもよい。図５Ｃに示すように、１以上の圧力センサ５１２が、（例えば、エッジリング５２０の温度が熱伝達ガスを用いて制御される実施例において）エッジリング温度の制御を可能にするためにエッジリング５２０に提供されてもよい。
ここで、図６を参照すると、温度コントローラの一例６００が示されている。温度コントローラ６００は、様々な入力６０８に基づいて基板２０４の温度を算出するよう構成されている温度算出モジュール６０４を備える。入力６０８は、圧力コントローラ２８４の制御圧力（すなわち、ユーザ、レシピなどによって入力／要求された圧力）、センサ（例えば、圧力／流量センサ２５６、圧力センサ３０４など）からの測定値、および、基板支持体２００の温度（例えば、区画２４８の各々の測定および／または算出温度）を含みうるが、これらに限定されない。本明細書で用いられる算出温度は、基板２０４の単一の算出温度、基板支持体２００の区画２４８に対応する基板２０４のそれぞれの区画の複数の温度、などに対応しうる。
例えば、温度算出モジュール６０４は、（例えば、熱伝達ガス圧力ＰおよびＱ＝ｈ／ΔＴに従って）図２Ａ、図２Ｂ、および、図２Ｃで上述したように入力６０８に基づいて基板２０４の温度を算出するために、温度制御モデル（例えば、式または等式、ルックアップテーブルなど）を実行するよう構成されてよい。熱伝達ガス圧力Ｐは、（例えば、上述したように熱伝達ガス圧力モデルに従って）算出されてよい、および／または、圧力センサ３０４を用いて測定されてよい。温度算出モジュール６０４は、（例えば、ユーザに対して表示される）ユーザインターフェース６１６に算出温度を提供してよい。例えば、ユーザインターフェース６１６は、温度コントローラ６００、システムコントローラ（例えば、システムコントローラ２４４）、または、基板処理ツールの他の場所、に提供される表示および／または入力に対応してよい。
温度コントローラ６００は、図２Ａ、図２Ｂ、および、図２Ｃに関して上述した温度制御モデル、および、一部の例における熱伝達ガス圧力モデルなど、１以上のモデル、式などを格納するよう構成されているメモリ６２０を備えてよい。モデルは、処理チャンバ、実行されている処理、などに基づいて変化してよい。温度算出モジュール６０４は、入力６０８に従って基板２０４の温度を算出するために、温度制御モデルをメモリ６２０からリトリーブし、一部の例では、熱伝達ガス圧力Ｐを算出するために、熱伝達ガス圧力モデルをリトリーブする。
温度コントローラ６００は、基板２０４の所望の温度に基づいて、基板支持体２００に提供される熱伝達ガスの圧力を調整するよう構成されている熱伝達ガス制御モジュール６２４を備えてよい。例えば、熱伝達ガス制御モジュール６２４は、温度算出モジュール６０４からの算出温度と基板２０４の所望の温度（例えば、ユーザインターフェース６１６でユーザによって入力／要求された温度、システムコントローラ２４４からレシピ設定点として提供された温度、など）とを受信し、それに従って、圧力コントローラ２８４の内の１以上の圧力を調整してよい。別の例において、温度算出モジュール６０４は、基板２０４の算出温度と所望の温度との間の差に基づいて圧力調整量を決定し、その調整量を熱伝達ガス制御モジュール６２４に提供するよう構成されてもよい。
上述のように、温度制御モデルは、パス２８８および２９２内の流量および区画２４８内の圧力など、モデル化された変数を考慮して、既知の処理変数（例えば、制御圧力および基板支持体２００の温度）に対応付けられた基板の実際の温度測定値に対応しうる。したがって、温度コントローラ６００は、温度制御モデル（および、一部の例においては、熱伝達ガス圧力モデル）、基板支持体の温度、圧力コントローラ２８４の制御（入力）圧力、および／または、測定された熱伝達ガス圧力Ｐを用いて、それぞれの区画２４８内の基板２０４の温度を決定（および、例えばユーザインターフェース６１６で、表示）するよう構成されている。さらに、所望の温度を達成するために制御圧力を調整するのではなく、ユーザは、所望の温度を単に入力すればよく（および／または、所望の温度が、レシピ設定点として提供されてよく）、温度コントローラ６００は、（例えば、ＰＩＤ制御を用いて）温度制御モデルに従って基板２０４の温度を調整および維持するために制御圧力を調整するよう構成されている。
ここで、図７を参照すると、本開示の原理に従って基板の温度を測定するための方法の例７００が、工程７０４で始まる。工程７０８で、熱伝達ガス圧力および基板支持体温度の関数として基板温度を決定する温度制御モデルが生成される。例えば、温度制御モデルの生成は、熱伝達ガス圧力Ｐに従って基板の温度を特徴付けるために、図２Ａ、図２Ｂ、および、図２Ｃで上述したように、異なる熱伝達ガス圧力Ｐおよび基板支持体温度で温度検知テスト基板の温度を測定することを含む。工程７１２で、熱伝達ガス圧力モデルが、（例えば、圧力センサを備えない実施例において）任意選択的に生成されてもよい。熱伝達ガス圧力モデルの生成は、図２Ａ、図２Ｂ、および、図２Ｃで上述したように、基板支持体内の熱伝達ガス流量を決定し、それに従って熱伝達ガス圧力Ｐを特徴付けることを含んでよい。
工程７１６で、方法７００は、基板の処理を開始する。例えば、基板は、基板支持体上に配置され、方法７００（例えば、システムコントローラ２４４）は、熱伝達ガス圧力、冷却材流量、処理ガス流量などを含むがこれらに限定されない複数の変数を制御しつつ、１以上の処理工程を開始する。工程７２０で、方法７００（例えば、温度コントローラ６００）は、基板の１以上の区画の温度を算出する。例えば、温度コントローラ６００は、測定または算出熱伝達ガス圧力、基板支持体の温度、および、温度制御モデルに基づいて、基板の温度を算出する。
工程７２４で、方法７００（例えば、温度コントローラ６００）は、基板の算出温度が所望の温度（例えば、ユーザによる入力、レシピ設定点など）に対応するか否かを判定する。対応する場合、方法７００は、工程７２８に進む。対応しない場合、方法７００は、工程７３２に進む。工程７３２で、方法７００（例えば、温度コントローラ６００）は、熱伝達ガス圧力を調整する（例えば、対応する区画２４８における算出温度に従って圧力コントローラ２８４の内の１以上を調整する）。工程７２８で、方法８００は、基板の処理が完了したか否かを判定する。完了している場合、方法８００は、工程７３６で終了する。完了していない場合、方法７００は、工程７２０に進む。
上述の記載は、本質的に例示に過ぎず、本開示、応用例、または、利用法を限定する意図はない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施されうる。したがって、本開示には特定の例が含まれるが、図面、明細書、および、以下の特許請求の範囲を研究すれば他の変形例が明らかになるため、本開示の真の範囲は、それらの例には限定されない。方法に含まれる１以上の工程が、本開示の原理を改変することなく、異なる順序で（または同時に）実行されてもよいことを理解されたい。さらに、実施形態の各々は、特定の特徴を有するものとして記載されているが、本開示の任意の実施形態に関して記載された特徴の内の任意の１または複数の特徴を、他の実施形態のいずれかに実装することができる、および／または、組み合わせが明確に記載されていないとしても、他の実施形態のいずれかの特徴と組み合わせることができる。換言すると、上述の実施形態は互いに排他的ではなく、１または複数の実施形態を互いに置き換えることは本開示の範囲内にある。
要素の間（例えば、モジュールの間、回路要素の間、半導体層の間）の空間的関係および機能的関係性が、「接続される」、「係合される」、「結合される」、「隣接する」、「近接する」、「の上部に」、「上方に」、「下方に」、および、「配置される」など、様々な用語を用いて記載されている。第１および第２要素の間の関係性を本開示で記載する時に、「直接」であると明確に記載されていない限り、その関係性は、他に介在する要素が第１および第２の要素の間に存在しない直接的な関係性でありうるが、１または複数の介在する要素が第１および第２の要素の間に（空間的または機能的に）存在する間接的な関係性でもありうる。本明細書で用いられているように、「Ａ、Ｂ、および、Ｃの少なくとも１つ」という表現は、非排他的な論理和ＯＲを用いて、論理（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の少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、および、Ｃの少なくとも１つ」という意味であると解釈されるべきではない。
いくつかの実施例において、コントローラは、システムの一部であり、システムは、上述の例の一部であってよい。かかるシステムは、１以上の処理ツール、１以上のチャンバ、処理のための１以上のプラットフォーム、および／または、特定の処理構成要素（ウエハペデスタル、ガスフローシステムなど）など、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、処理後に、システムの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれてもよく、システムの様々な構成要素または副部品を制御しうる。コントローラは、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、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、高周波（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ならびに、ツールおよび他の移動ツールおよび／または特定のシステムと接続または結合されたロードロックの内外へのウエハ移動など、本明細書に開示の処理のいずれを制御するようプログラムされてもよい。
概して、コントローラは、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、エンドポイント測定を可能にすることなどを行う様々な集積回路、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、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、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、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１以上のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含みうる。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形態でコントローラに伝えられて、半導体ウエハに対するまたは半導体ウエハのための特定の処理を実行するための動作パラメータ、もしくは、システムへの動作パラメータを定義する命令であってよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、ウエハの１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、ダイの加工中に１以上の処理工程を達成するために処理エンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
コントローラは、いくつかの実施例において、システムと一体化されるか、システムに接続されるか、その他の方法でシステムとネットワーク化されるか、もしくは、それらの組み合わせでシステムに結合されたコンピュータの一部であってもよいし、かかるコンピュータに接続されてもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全部または一部であってもよい。コンピュータは、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に従って処理工程を設定する、または、新たな処理を開始するために、システムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の現在の進捗を監視する、過去の製造動作の履歴を調べる、もしくは、複数の製造動作からの傾向または性能指標を調べうる。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）が、ネットワーク（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）を介してシステムに処理レシピを提供してよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを備えてよく、パラメータおよび／または設定は、リモートコンピュータからシステムに通信される。一部の例において、コントローラは、データの形式で命令を受信し、命令は、１または複数の動作中に実行される処理工程の各々のためのパラメータを指定する。パラメータは、実行される処理のタイプならびにコントローラがインターフェース接続するまたは制御するよう構成されているツールのタイプに固有であってよいことを理解されたい。したがって、上述のように、コントローラは、ネットワーク化されて共通の目的（本明細書に記載の処理および制御など）に向けて動作する１以上の別個のコントローラを備えることなどによって分散されてよい。かかる目的のための分散コントローラの一例は、チャンバでの処理を制御するために協働するリモートに配置された（プラットフォームレベルにある、または、リモートコンピュータの一部として配置されるなど）１以上の集積回路と通信するチャンバ上の１以上の集積回路である。
限定はしないが、システムの例は、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、蒸着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、金属メッキチャンバまたはモジュール、洗浄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、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層蒸着（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、半導体ウエハの加工および／または製造に関連するかまたは利用されうる任意のその他の半導体処理システムを含みうる。
上述のように、ツールによって実行される１または複数の処理工程に応じて、コントローラは、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近くのツール、工場の至る所に配置されるツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、もしくは、半導体製造工場内のツール位置および／またはロードポートに向かってまたはそこからウエハのコンテナを運ぶ材料輸送に用いられるツール、の内の１または複数と通信してもよい。
［適用例１］基板処理システムための温度コントローラであって、
熱伝達ガス圧力および基板支持体の第１温度を、前記基板支持体上に配置されている基板の第２温度に相関させる温度制御モデルを格納するメモリと、
前記熱伝達ガス圧力、前記基板支持体の前記第１温度、および、前記温度制御モデルを用いて、前記基板の前記第２温度を算出するよう構成されている温度算出モジュールと、
前記温度算出モジュールによって算出された前記基板の前記第２温度と、前記基板の所望の第３温度とに基づいて、前記熱伝達ガス圧力を調整するよう構成されている熱伝達ガス制御モジュールと、
を備える、温度コントローラ。
［適用例２］適用例１に記載の温度コントローラであって、前記基板支持体は、複数の区画を備え、前記基板支持体の前記第１温度は、前記複数の区画の各々におけるそれぞれの温度に対応する、温度コントローラ。
［適用例３］適用例２に記載の温度コントローラであって、前記基板の前記第２温度は、複数の基板温度に対応し、前記複数の基板温度は、前記基板支持体の前記複数の区画に対応する、温度コントローラ。
［適用例４］適用例３に記載の温度コントローラであって、前記熱伝達ガス圧力を調整するために、前記熱伝達ガス制御モジュールは、複数の圧力コントローラを調整するよう構成され、前記複数の圧力コントローラの各々は、前記基板支持体の前記複数の区画の１つに対応する、温度コントローラ。
［適用例５］適用例１に記載の温度コントローラであって、前記基板の前記所望の第３温度は、レシピ設定点に対応する、温度コントローラ。
［適用例６］適用例１に記載の温度コントローラであって、前記温度算出モジュールは、前記所望の第３温度をユーザインターフェースから受信するよう構成されている、温度コントローラ。
［適用例７］適用例１に記載の温度コントローラであって、前記温度算出モジュールは、前記基板の前記第２温度をディスプレイに提供するよう構成されている、温度コントローラ。
［適用例８］適用例１に記載の温度コントローラであって、前記温度制御モデルは、前記基板と前記基板支持体との間での制御熱伝達ガス圧力と実際の熱伝達ガス圧力との間の関係性に基づいて、前記熱伝達ガス圧力を算出するよう構成されている、温度コントローラ。
［適用例９］適用例８に記載の温度コントローラであって、前記基板の前記第２温度を算出するために、前記温度算出モジュールは、（ｉ）熱伝達ガス圧力モデルを用いて、前記制御熱伝達ガス圧力に基づいて前記実際の熱伝達ガス圧力を算出し、（ｉｉ）前記実際の熱伝達ガス圧力および前記基板支持体の前記第１温度に基づいて前記基板の前記第２温度を算出するよう構成されている、温度コントローラ。
［適用例１０］適用例１に記載の温度コントローラであって、前記基板の前記第２温度を算出するために、前記温度算出モジュールは、（ｉ）前記基板支持体内に配置された圧力センサから前記熱伝達ガス圧力を受信し、（ｉｉ）前記圧力センサから受信した前記熱伝達ガス圧力に基づいて前記基板の前記第２温度を算出するよう構成されている、温度コントローラ。
［適用例１１］基板処理システム内で基板支持体の温度を制御するための方法であって、
熱伝達ガス圧力および基板支持体の第１温度を、前記基板支持体上に配置されている基板の第２温度に相関させる温度制御モデルをメモリ内に格納し、
前記熱伝達ガス圧力、前記基板支持体の前記第１温度、および、前記温度制御モデルを用いて、前記基板の前記第２温度を算出し、
算出された前記基板の前記第２温度と、前記基板の所望の第３温度とに基づいて、前記熱伝達ガス圧力を調整すること、
を備える、方法。
［適用例１２］適用例１１に記載の方法であって、前記基板支持体は、複数の区画を備え、前記基板支持体の前記第１温度は、前記複数の区画の各々におけるそれぞれの温度に対応する、方法。
［適用例１３］適用例１２に記載の方法であって、前記基板の前記第２温度は、複数の基板温度に対応し、前記複数の基板温度は、前記基板支持体の前記複数の区画に対応する、方法。
［適用例１４］適用例１３に記載の方法であって、前記熱伝達ガス圧力を調整することは、複数の圧力コントローラを調整することを含み、前記複数の圧力コントローラの各々は、前記基板支持体の前記複数の区画の１つに対応する、方法。
［適用例１５］適用例１１に記載の方法であって、前記基板の前記所望の第３温度は、レシピ設定点に対応する、方法。
［適用例１６］適用例１１に記載の方法であって、さらに、前記所望の第３温度をユーザインターフェースから受信することを備える、方法。
［適用例１７］適用例１１に記載の方法であって、さらに、前記基板の前記第２温度をディスプレイに提供することを備える、方法。
［適用例１８］適用例１１に記載の方法であって、さらに、前記基板と前記基板支持体との間での制御熱伝達ガス圧力と実際の熱伝達ガス圧力との間の関係性に基づいて、前記熱伝達ガス圧力を算出することを備える、方法。
［適用例１９］適用例１８に記載の方法であって、前記基板の前記第２温度を算出することは、（ｉ）熱伝達ガス圧力モデルを用いて、前記制御熱伝達ガス圧力に基づいて前記実際の熱伝達ガス圧力を算出し、（ｉｉ）前記実際の熱伝達ガス圧力および前記基板支持体の前記第１温度に基づいて前記基板の前記第２温度を算出すること、を含む、方法。
［適用例２０］適用例１１に記載の方法であって、前記基板の前記第２温度を算出することは、（ｉ）前記基板支持体内に配置された圧力センサから前記熱伝達ガス圧力を受信し、（ｉｉ）前記圧力センサから受信した前記熱伝達ガス圧力に基づいて前記基板の前記第２温度を算出すること、を含む、方法。

Claims (20)

  1. 基板処理システムための温度コントローラであって、
    熱伝達ガス圧力および基板支持体の第１温度を、前記基板支持体上に配置されている基板の第２温度に相関させる温度制御モデルおよび前記基板支持体内における熱伝達ガス流量に基づいて入力圧力と前記熱伝達ガス圧力とを関連付ける熱伝達ガス圧力モデルを格納するメモリと、
    前記熱伝達ガス圧力モデルを用いて前記熱伝達ガス圧力を算出し、前記熱伝達ガス圧力、前記基板支持体の前記第１温度、および、前記温度制御モデルを用いて、前記基板の前記第２温度を算出するよう構成されている温度算出モジュールと、
    前記温度算出モジュールによって算出された前記基板の前記第２温度と、前記基板の所望の第３温度とに基づいて、前記熱伝達ガス圧力を調整するよう構成されている熱伝達ガス制御モジュールと、
    を備える、温度コントローラ。
  2. 請求項１に記載の温度コントローラであって、前記基板支持体は、複数の区画を備え、前記基板支持体の前記第１温度は、前記複数の区画の各々におけるそれぞれの温度に対応する、温度コントローラ。
  3. 請求項２に記載の温度コントローラであって、前記基板の前記第２温度は、複数の基板温度に対応し、前記複数の基板温度は、前記基板支持体の前記複数の区画に対応する、温度コントローラ。
  4. 請求項３に記載の温度コントローラであって、前記熱伝達ガス圧力を調整するために、前記熱伝達ガス制御モジュールは、複数の圧力コントローラを調整するよう構成され、前記複数の圧力コントローラの各々は、前記基板支持体の前記複数の区画の１つに対応する、温度コントローラ。
  5. 請求項１に記載の温度コントローラであって、前記基板の前記所望の第３温度は、レシピ設定点に対応する、温度コントローラ。
  6. 請求項１に記載の温度コントローラであって、前記温度算出モジュールは、前記所望の第３温度をユーザインターフェースから受信するよう構成されている、温度コントローラ。
  7. 請求項１に記載の温度コントローラであって、前記温度算出モジュールは、前記基板の前記第２温度をディスプレイに提供するよう構成されている、温度コントローラ。
  8. 請求項１に記載の温度コントローラであって、前記温度制御モデルは、前記基板と前記基板支持体との間での制御熱伝達ガス圧力と実際の熱伝達ガス圧力との間の関係性に基づいて、前記熱伝達ガス圧力を算出するよう構成されている、温度コントローラ。
  9. 請求項８に記載の温度コントローラであって、前記基板の前記第２温度を算出するために、前記温度算出モジュールは、（ｉ）前記熱伝達ガス圧力モデルを用いて、前記制御熱伝達ガス圧力に基づいて前記実際の熱伝達ガス圧力を算出し、（ｉｉ）前記実際の熱伝達ガス圧力および前記基板支持体の前記第１温度に基づいて前記基板の前記第２温度を算出するよう構成されている、温度コントローラ。
  10. 請求項１に記載の温度コントローラであって、前記基板の前記第２温度を算出するために、前記温度算出モジュールは、（ｉ）前記基板支持体内に配置された圧力センサから前記熱伝達ガス圧力を受信し、（ｉｉ）前記圧力センサから受信した前記熱伝達ガス圧力に基づいて前記基板の前記第２温度を算出するよう構成されている、温度コントローラ。
  11. 基板処理システム内で基板支持体の温度を制御するための方法であって、
    熱伝達ガス圧力および基板支持体の第１温度を、前記基板支持体上に配置されている基板の第２温度に相関させる温度制御モデルをメモリ内に格納し、
    前記基板支持体内における熱伝達ガス流量に基づいて入力圧力と前記熱伝達ガス圧力とを関連付ける熱伝達ガス圧力モデルを前記メモリ内に格納し、
    前記熱伝達ガス圧力モデルを用いて前記熱伝達ガス圧力を算出し、
    前記熱伝達ガス圧力、前記基板支持体の前記第１温度、および、前記温度制御モデルを用いて、前記基板の前記第２温度を算出し、
    算出された前記基板の前記第２温度と、前記基板の所望の第３温度とに基づいて、前記熱伝達ガス圧力を調整すること、
    を備える、方法。
  12. 請求項１１に記載の方法であって、前記基板支持体は、複数の区画を備え、前記基板支持体の前記第１温度は、前記複数の区画の各々におけるそれぞれの温度に対応する、方法。
  13. 請求項１２に記載の方法であって、前記基板の前記第２温度は、複数の基板温度に対応し、前記複数の基板温度は、前記基板支持体の前記複数の区画に対応する、方法。
  14. 請求項１３に記載の方法であって、前記熱伝達ガス圧力を調整することは、複数の圧力コントローラを調整することを含み、前記複数の圧力コントローラの各々は、前記基板支持体の前記複数の区画の１つに対応する、方法。
  15. 請求項１１に記載の方法であって、前記基板の前記所望の第３温度は、レシピ設定点に対応する、方法。
  16. 請求項１１に記載の方法であって、さらに、前記所望の第３温度をユーザインターフェースから受信することを備える、方法。
  17. 請求項１１に記載の方法であって、さらに、前記基板の前記第２温度をディスプレイに提供することを備える、方法。
  18. 請求項１１に記載の方法であって、さらに、前記基板と前記基板支持体との間での制御熱伝達ガス圧力と実際の熱伝達ガス圧力との間の関係性に基づいて、前記熱伝達ガス圧力を算出することを備える、方法。
  19. 請求項１８に記載の方法であって、前記基板の前記第２温度を算出することは、（ｉ）前記熱伝達ガス圧力モデルを用いて、前記制御熱伝達ガス圧力に基づいて前記実際の熱伝達ガス圧力を算出し、（ｉｉ）前記実際の熱伝達ガス圧力および前記基板支持体の前記第１温度に基づいて前記基板の前記第２温度を算出すること、を含む、方法。
  20. 請求項１１に記載の方法であって、前記基板の前記第２温度を算出することは、（ｉ）前記基板支持体内に配置された圧力センサから前記熱伝達ガス圧力を受信し、（ｉｉ）前記圧力センサから受信した前記熱伝達ガス圧力に基づいて前記基板の前記第２温度を算出すること、を含む、方法。
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