JP7483854B2 - 半導体製造におけるマルチゾーンヒータのモデルベース制御 - Google Patents

Description

［０００１］本明細書に記載の実装態様は、概して、半導体製造に関し、より具体的には、温度制御された基板支持アセンブリのためのモデルベース制御アーキテクチャ及びプロセス制御におけるその使用に関するものである。

［０００２］集積回路におけるデバイスパターンの特徴サイズの微細化に伴い、デバイスの性能を安定した再現性のあるものにするためには、これらの特徴の臨界寸法（ＣＤ）の仕様がより重要な基準となる。処理チャンバ内で処理される（本明細書を通じて互換的に「ウエハ」とも呼ばれる）基板全体で許容可能なＣＤの変動は、シャワーヘッドと基板温度、流動コンダクタンス、ＲＦフィールド（該当する場合）等のチャンバ非対称性のために達成することが困難である。

［０００３］基板の下にある基板支持アセンブリが非均質な構造であるため、基板表面全体の温度制御を均一にすることが困難な場合がある。例えば、基板支持体の一部の領域はガス孔を有し、他の領域はガス孔から横方向にオフセットされたリフトピン孔を有する。更に他の領域は、ヒータ電極を有し得る。基板支持体の構造は領域ごとに変化し得るため、支持体アセンブリと基板との間の熱伝達の均一性を得ることは複雑で非常に難しく、基板支持体表面全体に局所的なホットスポットとコールドスポットが生じ、その結果、基板表面に沿って処理結果が不均一になる。

［０００４］基板支持アセンブリと基板との間の熱伝達の領域的均一性は、従来の基板支持アセンブリで一般的に利用されている熱伝達スキームによって更に複雑になっている。例えば、従来の基板支持体は、通常、エッジから中心までの温度制御のみを有する。従来の基板支持体の熱伝達特徴を利用しながら、基板支持体内の局所的なホットスポットやコールドスポットを補正することはできない。

［０００５］本明細書に記載の実装態様は、基板支持アセンブリに配置されたウエハを処理するチャンバにおいて基板支持アセンブリの複数の加熱ゾーンを独立して制御する方法及びシステムを提供するものである。複数の温度検出器からの温度フィードバックが、プロセス制御アルゴリズムへの第１の入力として提供される。プロセス制御アルゴリズムへの第２の入力は、モデルを使用して計算された、１又は複数の加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値である。１又は複数の加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値を達成するために必要なヒータ電力の目標値が計算される。チャンバハードウェアは、１又は複数のプロセスパラメータの現在の最適値に対応するウエハ特性と相関するヒータ温度の目標値と一致するように制御される。

［０００６］本開示の一態様では、方法が開示され、本方法は、複数の温度検出器から温度フィードバックを収集する工程であって、複数の温度検出器の各々は、ウエハを支持する基板支持アセンブリの複数の加熱ゾーンのうちの対応する加熱ゾーンに配置される、複数の温度検出器から温度フィードバックを収集する工程と、温度フィードバックを表すデータを、プロセス制御アルゴリズムへの第１の入力として提供する工程と、モデルを使用して計算された、複数の加熱ゾーンのうちの１又は複数の加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値を、プロセス制御アルゴリズムへの第２の入力として提供する工程と、１又は複数の加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値を達成するためのヒータ電力の目標値を計算する工程であって、計算は、プロセス制御アルゴリズムを実行するプロセッサによって、第１の入力及び第２の入力に基づいて実行される、１又は複数の加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値を達成するためのヒータ電力の目標値を計算する工程と、基板支持アセンブリを備える処理チャンバのチャンバハードウェアを、１又は複数の加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値と一致するように制御する工程とを含む。

［０００７］プロセス制御アルゴリズムは、温度フィードバックの収集、温度フィードバックを表すデータの提供、ヒータ温度の目標値の提供、ヒータ電力の目標値の計算、及びチャンバハードウェアの制御の工程が繰り返される閉ループアルゴリズムであってよい。

［０００８］本開示の別の態様では、複数の温度検出器であって、各々が、ウエハを支持するように構成された基板支持アセンブリの複数の加熱ゾーンのうちの対応する加熱ゾーンに配置される、複数の温度検出器と、プロセス制御アルゴリズムを実行するプロセッサとを備えるシステムが開示される。プロセッサは、複数の温度検出器から温度フィードバックデータを受信することと、温度フィードバックデータをプロセス制御アルゴリズムへの第１の入力として提供することと、サーバに記憶されたモデルを使用して、複数の加熱ゾーンのうちの１又は複数の加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値を計算することと、モデルによって計算された、１又は複数の加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値を、プロセス制御アルゴリズムへの第２の入力として提供することと、１又は複数の加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値を達成するためのヒータ電力の目標値を、第１の入力及び第２の入力に基づいて計算することと、基板支持アセンブリを備える処理チャンバのチャンバハードウェアを、１又は複数の加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値と一致するように調整する量を計算することとを行う。

［０００９］上述した本発明の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている実装態様を参照しながら、上記に要約した記載内容をより具体的に説明する。しかし、添付の図面は本発明の一部の実施形態を単に示すものであり、したがって、本発明の範囲を限定するものと見なすべきではないことに留意されたい。

マルチゾーンヒータを備えた基板支持アセンブリの一実施形態を有する処理チャンバの断面概略側面図である。 マルチゾーンヒータを備えたヒータアセンブリの別の実施形態の斜視図である。 本開示の実施形態に係る、並んで配置された２つのマルチゾーンヒータを含む設備プレートを示す上面図である。 本開示の実施形態に係る、マルチゾーンヒータの上面図である。 本開示の実施形態に係る、マルチゾーンヒータの温度リードバックスキームの表形式図である。 本開示の実施形態に係る、ウエハエッチング量を計算するための数学的モデルの生成を示す図である。 本開示の実施形態に係る、ウエハ温度を計算するための数学的モデルの生成を示す図である。 本開示の実施形態に係る、ヒータ電力及び熱交換器温度からヒータ温度を計算するための数学的モデルの生成を示す図である。 本開示の実施形態に係る、ヒータ電力からヒータ温度を計算するための数学的モデルの生成を示す図である。 本開示の実施形態に係る、１又は複数のマルチゾーンヒータを独立して制御するためのシステムの制御アーキテクチャ及び機能を示す図である。 本開示の実施形態に係る、各マルチゾーンヒータを独立して制御するためのシステムのモデルベース制御アーキテクチャを示す図である。 本開示の異なる実施形態に係る、閉ループヒータ温度制御がどのように異なる目的を果たすかを示す図である。 閉ループ温度制御の方法の一実施形態のフロー図である。 本開示の一部の実施形態が動作し得るサンプルコンピュータシステムのブロック図である。

［００２４］ある実装態様で開示された要素は、特に明記することなく、他の実装態様で有益に使用され得ることが企図される。

［００２５］本開示の態様は、基板支持アセンブリ自体の温度の局所的な同調を可能にし、その結果、処理チャンバ内の基板支持アセンブリに配置されたウエハの温度プロファイルの局所的な同調を可能にする基板支持アセンブリを対象としたものである。閉ループプロセス制御アルゴリズムは、基板支持アセンブリからの温度フィードバックを利用し、モデルベースの方法を使用してヒータ電力を制御し、最終的にウエハ特性と相関するプロセスパラメータを制御する。各加熱ゾーンは独立して制御され、ウエハ全体の温度同調の粒度が向上し得る。

［００２６］従来のプロセス同調は、多数の加熱ゾーンを備えたヒータの場合、ゾーン間の温度影響を考慮しないため効率が悪く、しばしば、妥当な性能に達するまで何度も同調を繰り返す必要がある。本開示は、機械学習アルゴリズムで導出されたモデルベースの温度コントローラを使用する。このようなコントローラは、基板支持アセンブリの抵抗加熱要素に近接して配置された空間センサからのリアルタイムの温度フィードバック、及び温度センサに対するそれらの影響の数学的モデルと組み合わせた利用可能なチャンバ状態情報を使用して、閉ループ制御性能を向上させる。

［００２７］実施形態では、基板支持アセンブリは、複数の加熱ゾーンを含む。各加熱ゾーンは、その加熱ゾーンに位置する加熱要素によって加熱され得る。各加熱ゾーンはまた、以下に更に詳細に説明する閉ループプロセス制御アルゴリズムにリアルタイムの温度フィードバックを提供する温度検出器も有し得る。基板支持アセンブリは、２つの加熱ゾーンから数百の加熱ゾーン（例えば、一実施形態では、各領域が８８の独立して制御可能な加熱ゾーンを有する２つの領域（「側面」）を有する１７６の加熱ゾーン）までを含み得る。各加熱ゾーンは、測温抵抗体（ＲＴＤ）又は幾つかの実施形態では熱電対であってよい、別々の温度センサを含む。複数の加熱要素は、１又は複数の共通グラウンドを共有することができ、温度センサは、１又は複数の追加の共通グラウンドを共有し得る。各加熱要素に対して別々の温度センサを有することにより、温度コントローラは、加熱要素のいずれかが故障したことを決定することが可能である。更に、温度センサが較正されている場合、温度センサは特定の加熱ゾーンにおける温度を決定することができ、その加熱ゾーンに関連する加熱要素のフィードバック制御のために使用され得る。

［００２８］以下に説明する基板支持アセンブリはエッチング処理チャンバにあるが、基板支持アセンブリは、中でもとりわけ、物理的気相堆積チャンバ、化学気相堆積チャンバ、イオン注入チャンバ等の他の種類の処理チャンバ、及び横方向温度プロファイルの方位同調が所望されるシステムにおいて利用され得る。また、空間的同調可能（「独立して制御可能な」とも呼ばれる）ヒータは、半導体処理に使用されないものを含む他の表面温度を制御するためにも利用され得ることが企図されている。

［００２９］１又は複数の実施形態では、基板支持アセンブリは、温度、流動コンダクタンス、電界、プラズマ密度等のチャンバの非均一性を補正するため、基板温度の調整に基づいて、エッチング、堆積、注入等の真空処理中の基板のエッジにおける臨界寸法（ＣＤ）変動の修正を可能にする。

［００３０］図１は、基板支持アセンブリ１２６を有する例示的なエッチング処理チャンバ１００の縦断面概略図である。上述したように、基板支持アセンブリ１２６は、プラズマ処理チャンバ、アニールチャンバ、物理的気相堆積チャンバ、化学気相堆積チャンバ、イオン注入チャンバ等の他の処理チャンバにおいて利用され得る。更に、基板支持アセンブリ１２６は、基板等の表面又はワークピースの温度プロファイルを制御する能力が有益である他のシステムにも使用可能である。表面全体の多くの離散的な領域にわたる温度の独立した局所的な制御は、温度プロファイルの方位同調、温度プロファイルの中心からエッジへの同調、及びホットスポットやクールスポット等の局所的な温度アスペリティの低減を有益に可能にする。

［００３１］処理チャンバ１００は、一実施形態では、接地されたチャンバ本体１０２を含む。チャンバ本体１０２は、内部領域１２４を囲む壁１０４、底部１０６及びリッド１０８を含む。基板支持アセンブリ１２６は、内部領域１２４に配置され、処理中に基板１３４を支持する。

［００３２］処理チャンバ１００の壁１０４は、基板１３４が内部領域１２４の内外にロボット移送され得る開口部（図示せず）を含み得る。ポンピングポート１１０は、チャンバ本体１０２の壁１０４又は底部１０６のうちの１つに形成され、ポンピングシステム（図示せず）に流体的に接続される。ポンピングシステムは、処理チャンバ１００の内部領域１２４内に真空環境を維持することができ、処理チャンバから処理副生成物を除去し得る。

［００３３］ガスパネル１１２は、チャンバ本体１０２のリッド１０８及び／又は壁１０４に形成された１又は複数の入口ポート１１４を通して処理チャンバ１００の内部領域１２４にプロセスガス及び／又は他のガスを供給し得る。一実施形態では、リッドは、シャワーヘッド（別途図示せず）を含み得る。ガスパネル１１２によって供給されるプロセスガスは、内部領域１２４内で励起され、基板支持アセンブリ１２６に配置された基板１３４を処理するために利用されるプラズマ１２２を形成し得る。プロセスガスは、チャンバ本体１０２の外側に位置付けされたプラズマアプリケータ１２０からのプロセスガスに誘導結合されたＲＦ電力によって励起され得る。図１に示す実施形態では、プラズマアプリケータ１２０は、整合回路１１８を通してＲＦ電源１１６に結合された１対の同軸コイルである。本開示の範囲は、ＲＦ印加の基板支持アセンブリよりも広いことに留意されたい。

［００３４］コントローラ１４８は、処理チャンバ１００に結合され、処理チャンバ１００の動作及び基板１３４の処理を制御する。コントローラ１４８は、様々なサブプロセッサ及びサブコントローラを制御するために産業環境で使用することができる汎用データ処理システムであってよい。一般に、コントローラ１４８は、他の共通の構成要素のうち、メモリ１７４及び入出力（Ｉ／Ｏ）回路１７６と通信する中央処理装置（ＣＰＵ）１７２を含む。コントローラ１４８のＣＰＵによって実行されるソフトウェアコマンドは、例えば、処理チャンバに、エッチングガス混合物（すなわち、処理ガス）を内部領域１２４に導入し、プラズマアプリケータ１２０からのＲＦ電力の印加によって処理ガスからプラズマ１２２を形成し、基板１３４上の材料の層をエッチングさせ得る。

［００３５］基板支持アセンブリ１２６は、一般に、少なくとも基板支持体１３２を含む。基板支持体１３２は、真空チャック、静電チャック（ＥＳＣ）、又は他のワークピース支持面であってよい。幾つかの例では、基板支持体１３２の種類としてＥＳＣが明示されているが、本開示の範囲は、ＥＳＣに限定されない。基板支持アセンブリ１２６は、主抵抗加熱要素１５４（主抵抗ヒータとも呼ばれる）及び本明細書において空間的同調可能加熱要素１４０と呼ばれる（独立して制御可能なヒータとも呼ばれる）複数の追加の抵抗加熱要素を含むヒータアセンブリ１７０を更に含み得る。

［００３６］基板支持アセンブリ１２６は、冷却ベースに結合されたチラー／熱交換器１４４によって加熱／冷却される冷却ベース１３０を含み得る。あるいは冷却ベース１３０は、基板支持アセンブリ１２６とは別々であってよい。基板支持アセンブリ１２６は、支持ペデスタル１２５に取り外し可能に結合され得る。ペデスタルベース１２８及び設備プレート１８０を含み得る支持ペデスタル１２５は、チャンバ本体１０２に取り付けられる。基板支持アセンブリ１２６は、基板支持アセンブリ１２６の１又は複数の構成要素の改修を可能にするために、支持ペデスタル１２５から定期的に取り外され得る。

［００３７］設備プレート１８０は、複数のリフトピンを昇降させるように構成された１又は複数の駆動機構を収容するように構成される。更に、設備プレート１８０は、基板支持体１３２及び冷却ベース１３０からの流体接続部を収容するように構成される。また、設備プレート１８０は、基板支持体１３２及びヒータアセンブリ１７０からの電気接続部を収容するように構成される。無数の接続部が、基板支持アセンブリ１２６の外部又は内部を走っていてよく、設備プレート１８０は、接続のためのインターフェースをそれぞれの終端部に提供し得る。

［００３８］基板支持体１３２は、取付面１３１と、取付面１３１に対向するワークピース面１３３とを有する。図１の実施例に示すＥＳＣ方式の基板支持体１３２は、概して、誘電体１５０に埋め込まれたチャッキング電極１３６を含む。チャッキング電極１３６は、単極電極又は双極電極、又は他の適切な配置として構成され得る。チャッキング電極１３６は、誘電体１５０の上面に基板１３４を静電的に固定するためのＲＦ又は直流（ＤＣ）電力を供給するチャッキング電源１３８に無線周波数（ＲＦ）フィルタ１８２を通して結合され得る。非ＥＳＣ方式の基板支持体１３２の場合、基板１３４を基板支持体１３２に固定するために他の種類の機構（機械的クランプ、真空ベースのクランプ等）が使用され得る。ＲＦフィルタ１８２は、処理チャンバ１００内でプラズマ１２２を形成するために利用されるＲＦ電力が、電気機器を損傷する、又はチャンバの外部に電気的障害を及ぼすことを防止する。繰り返しになるが、本開示は、ＥＳＣ方式の基板支持体及び／又はＲＦ印加の基板支持体によって限定されるものではない。

［００３９］基板支持体１３２のワークピース面１３３は、基板１３４と基板支持体１３２のワークピース面１３３との間に画定される間質空間に裏側熱伝達ガスを供給するためのガス通路（図示せず）を含み得る。また、基板支持体１３２は、処理チャンバ１００の内外へのロボット移送を容易にするために、基板１３４を基板支持体１３２のワークピース面１３３の上に上昇させるためのリフトピン（両方とも図示せず）を収容するためのリフトピン孔も含み得る。

［００４０］温度制御された冷却ベース１３０は、熱伝達流体源であるチラー／熱交換器（ＨＸ）１４４に結合される。チラー／熱交換器１４４は、冷却ベース１３０に配置された１又は複数の導管１６０を通って循環する、液体、気体、又はそれらの組み合わせ等の熱伝達流体を提供する。基板支持体１３２と冷却ベース１３０の異なる領域との間の熱伝達を局所的に制御できるように、隣接する導管１６０を流れる流体を分離することができ、これは基板１３４の横方向温度プロファイルの制御に役立つ。

［００４１］流体分配器（図示せず）は、チラー／熱交換器１４４の出口と温度制御された冷却ベース１３０との間に流体的に結合され得る。流体分配器は、導管１６０に供給される熱伝達流体の量を制御するように動作する。流体分配器は、処理チャンバ１００の外部、基板支持アセンブリ１２６内、ペデスタルベース１２８内、又は別の適切な場所に配置され得る。

［００４２］ヒータアセンブリ１７０は、本体１５２に埋め込まれた１又は複数の主抵抗ヒータ１５４及び／又は複数の空間的同調可能ヒータ１４０を含み得る。幾つかの実施形態では、主抵抗ヒータ及び空間的同調可能ヒータは、同じ要素であってよい。本体１５２は、更に、複数の温度センサ（図１に図示せず）を含み得る。複数の温度センサの各々は、ヒータアセンブリの領域及び／又はヒータアセンブリの領域に関連する基板支持体の領域の温度を測定するために使用され得る。一実施形態では、ヒータアセンブリ１７０は、基板支持体１３２に含まれる。

［００４３］主抵抗ヒータ１５４は、チャンバプロセスを実施するための温度まで基板支持アセンブリ１２６の温度を上昇させるために設けられ得る。空間的同調可能ヒータ１４０は、主抵抗ヒータ１５４を補完し、主抵抗ヒータ１５４によって画定される複数の横方向に分離した加熱ゾーンのうちの１又は複数の内の複数の離散的位置で基板支持体１３２の局所温度を調整するよう構成される。空間的同調可能ヒータ１４０は、基板支持アセンブリ１２６に配置された基板１３４の温度プロファイルに局所的な調整を提供する。主抵抗ヒータ１５４は、グローバル化されたマクロスケールで動作し、空間的同調可能ヒータ１４０は、局所化されたミクロスケールで動作する。

［００４４］主抵抗ヒータ１５４は、ＲＦフィルタ１８４を通して主ヒータ電源１５６に結合され得る。主ヒータ電源１５６は、主抵抗ヒータ１５４に９００ワット以上の電力を供給し得る。コントローラ１４８は、一般に基板１３４をおおよそ予め決められた温度に加熱するように設定された主ヒータ電源１５６の動作を制御し得る。一実施形態では、主抵抗ヒータ１５４は、横方向に分離された加熱ゾーンを含み、コントローラ１４８は、主抵抗ヒータ１５４の１つのゾーンが、１又は複数の他のゾーンに位置する主抵抗ヒータ１５４に対して優先的に加熱されることを可能にする。例えば、主抵抗ヒータ１５４は、複数の分離した加熱ゾーンに同心円状に配置され得る。

［００４５］一実施形態では、主抵抗ヒータ１５４及び／又は空間的同調可能ヒータ１４０が、基板支持体１３２に形成され得る。上記実施形態では、基板支持アセンブリ１２６は、ヒータアセンブリ１７０なしで形成され、基板支持体１３２は冷却ベース１３０に直接配置され得る。同調ヒータコントローラ２０２（コントローラ１４８の一部であり得る）は、冷却ベースに隣接して配置され、個々の空間的同調可能ヒータ１４０を選択的に制御し得る。

［００４６］基板支持体１３２及び／又はヒータアセンブリ１７０は、温度フィードバック情報を提供するための複数の温度センサを含み得る。温度フィードバック情報は、主ヒータ電源１５６によって主抵抗ヒータ１５４に印加される電力を制御するため、冷却ベース１３０の動作を制御するため、及び／又は同調ヒータ電源１４２によって空間的同調可能ヒータ１４０に印加される電力を制御するために、コントローラ１４８に送信され得る。代替として、又は追加として、温度フィードバック情報は、空間的同調可能ヒータ１４０の動作可能性を決定するため、及び／又は空間的同調可能ヒータ１４０に印加される電力を制御するために、ヒータコントローラ２０２に提供され得る。各温度センサは、空間的同調可能ヒータの１つに近接して位置していてよく、近接する空間的同調可能ヒータの動作可能性を決定するために使用され得る。一実施形態では、各温度センサは、測温抵抗体（ＲＴＤ）である。

［００４７］処理チャンバ１００の基板１３４の表面の温度は、ポンプによるプロセスガスの排気によって、スリットバルブドアによって、及び／又は他の要因によって影響され得る。冷却ベース１３０、１又は複数の主抵抗ヒータ１５４、及び空間的同調可能ヒータ１４０は全て、基板１３４の表面温度を制御するのに役立つ。

［００４８］独立して制御可能な加熱ゾーンの数が増えれば増えるほど、基板全体にテーラード熱プロファイルを生成する能力も向上する。基板全体の臨界寸法の変動を最小限に抑える利点により、基板表面の決定されたプロセス温度における許容可能な変動の低減が推進される。空間的同調可能ヒータ１４０は、温度プロファイルの変動を低減することによって、主抵抗ヒータ１５４によって生成される基板１３４の表面の温度プロファイルを改善する。温度プロファイルは、空間的同調可能ヒータ１４０の使用を通じて、基板１３４の領域全体で均一化され得る、又は所定の方法で正確に変化するようになり得る。

［００４９］空間的同調可能ヒータ１４０、主抵抗ヒータ１５４、及び温度センサは、異なる構成及び配向で配置され得ると考えられる。例えば、基板支持アセンブリ１２６は、基板１３４を加熱するための複数の空間的同調可能ヒータ１４０を有していてよく、主抵抗ヒータ１５４がなくてよく、空間的同調可能ヒータ１４０を監視するための温度センサを含んでいてよい。あるいは、基板支持アセンブリ１２６は、主抵抗ヒータ１５４及び温度センサを有し得るが、空間的同調可能ヒータ１４０はなくてよい。上記実施形態では、温度センサは、主抵抗ヒータ１５４を含む平面に近接する平面に配置されるであろう。一実施形態では、空間的同調可能ヒータ１４０及び主抵抗ヒータ１５４は、基板支持アセンブリ１２６内の互いの直下に配置される。空間的同調可能ヒータ１４０は、基板支持アセンブリ１２６によって支持される基板１３４の温度プロファイルに対する微細な同調制御を提供することができ、温度センサは、空間的同調可能ヒータ１４０の動作に関する詳細な情報を提供することができる。

［００５０］空間的同調可能ヒータ１４０と同様に、温度センサは、ヒータアセンブリ１７０の本体１５２上又はヒータアセンブリ１７０の本体１５２内に形成又は配置され得る。あるいは、温度センサは、静電チャック１３２上又は静電チャック１３２内に形成又は配置され得る。一実施形態における温度センサは、ＲＴＤである。ＲＴＤの抵抗係数は、温度の関数であり得る。従って、ＲＴＤの抵抗は、温度の変化に基づいて変化し得る。各ＲＴＤにおける抵抗は、特定の空間的同調可能ヒータ１４０が動作しているか否か、及び／又は空間的同調可能ヒータ１４０の温度を決定するために測定され得る。代替的に、温度センサは、熱電対であり得る。

［００５１］一実施形態では、空間的同調可能ヒータ１４０及び温度センサは、ヒータアセンブリ１７０を形成している間に、ヒータアセンブリ１７０内に配置される。別の実施形態では、空間的同調可能ヒータ１４０及び／又は温度センサは、基板支持体１３２の取付面１３１に直接配置される。幾つかの実施形態では、主抵抗ヒータ１５４は、空間的同調可能ヒータ１４０と同様に製造される。主抵抗ヒータ１５４が空間的同調可能ヒータ１４０と同様に製造される実施形態では、主抵抗ヒータは、追加の空間的同調可能ヒータ１４０の利益なしに、オプションとして利用され得る。言い換えると、基板支持アセンブリ１２６の主抵抗ヒータ１５４は、それ自体が空間的同調可能、すなわち、複数の目立たない抵抗加熱要素にセグメント化することができる。上記実施形態では、別々の温度センサが、主抵抗ヒータ１５４の各々に近接して配置され得る。主抵抗ヒータ１５４を小さい抵抗ヒータの形態でセグメント化することにより、基板１３４の表面上のホットスポット及びコールドスポットを局所的に制御することができる。空間的同調可能ヒータ１４０の追加の層は、実施されるべき温度制御のレベルに応じてオプションである。

［００５２］図２は、基板支持アセンブリ１２６の代替構成を示す図である。この基板支持アセンブリ２００は、上部にヒータアセンブリ２０３を有し、底部にシャフト２０４を有する。電気接続部２０６により、ヒータアセンブリ２０３の加熱要素が外部温度コントローラ（図１０でより詳細に説明する制御インターフェースプリント基板（ＰＣＢ）等）に結合される。

［００５３］図３は、本開示の実施形態に係る、並んで配置された２つのマルチゾーンヒータを含む設備プレートの上面図である。この例では、設備プレート３８０内に２つの主要加熱領域があり、各加熱領域はそれ自体のマルチゾーンヒータ３０３ａ及び３０３ｂを有するが、設備プレート３８０内に任意の数の加熱領域があってよい。また、各加熱領域は、互いに独立して制御され得る。

［００５４］図４は、空間的同調可能ヒータ１４０を上部から示す、ヒータアセンブリ１７０の本体１５２を通る断面図である。ヒータアセンブリ１７０は、ヒータアセンブリ１７０と基板支持体１３２との間の熱伝達を実現する複数の空間的同調可能ヒータ１４０を含み得る。各空間的同調可能ヒータ１４０は、ヒータアセンブリ１７０全体に横方向に配置されていてよく、そのゾーン４５０と整列したヒータアセンブリ１７０（及び主抵抗ヒータ１５４の一部）の領域に局所的に追加の熱を提供するために、ヒータアセンブリ１７０内にゾーン４５０を画定する。フル基板、例えば３００ｍｍ基板と共に使用するように構成された基板支持アセンブリ１２６の所定の実施形態において、数百の空間的同調可能ヒータ１４０が存在し得ることが企図される。

［００５５］ヒータアセンブリ１７０は、複数の温度センサを更に含み得る。各温度センサは、各温度センサが空間的同調可能ヒータ１４０によって画定されるヒータアセンブリ１７０のゾーン４５０内にあるように、ヒータアセンブリ１７０全体に横方向に配置され得る。各温度センサは、それが配置されているゾーン４５０の温度を測定し得る、及び／又はそのゾーン４５０における空間的同調可能ヒータ１４０の動作可能性を決定し得る。更に、主抵抗ヒータ１５４によって画定されるゾーンにある１又は複数の温度センサは、ゾーンの温度を測定するため、及び／又は主抵抗ヒータ１５４の動作可能性を決定するために使用され得る。各空間的同調可能ヒータ１４０に供給される電力、及び結果としてゾーン４５０を通る熱伝達を個別にかつ独立して制御することによって、基板１３４の特定点を加熱又は冷却することを可能にする温度制御に対するピクセル単位のアプローチが実現され、基板１３４の表面の精密にアドレス指定可能な横方向温度プロファイルの同調及び制御が可能になり得る。

［００５６］同調ヒータコントローラ１４８は、他のゾーン４５０に対して、各ゾーン４５０におけるヒータアセンブリ１７０の空間的同調可能ヒータ１４０の温度を調節し得る。あるいは、同調ヒータコントローラ１４８は、別のグループのゾーン４５０に対して、あるグループのゾーン４５０全体のヒータアセンブリ１７０のあるグループの空間的同調可能ヒータ１４０の温度を調節する。同調ヒータコントローラ２０２は、個々の空間的同調可能ヒータ１４０のオン／オフ状態を切り替えし得る、及び／又はデューティサイクルを制御し得る。あるいは、同調ヒータコントローラ１４８は、個々の空間的同調可能ヒータ１４０に供給される電力の量を制御し得る。

［００５７］一実施形態では、ヒータコントローラ１４８は、複数の温度センサから温度測定値を受信する。ヒータコントローラ１４８は、一実施形態では、各温度測定値を抵抗測定値として受信し得る。次いで、ヒータコントローラ１４８は、抵抗から温度への変換モデルに基づいて、抵抗測定値を温度測定値に変換し得る。各温度センサに対して、別々の抵抗から温度への変換モデルが使用され得る。あるいは、同じ抵抗から温度への変換モデルが、複数の温度センサに対して使用され得る。抵抗から温度への変換モデルは、温度センサの較正を実行することによって生成され得る。

［００５８］ヒータコントローラ１４８は、各温度センサの受信温度測定値をその温度センサの予想温度測定値と比較し得る。温度センサの予想温度測定値は、温度センサが位置するゾーンに関連づけられた空間的同調可能ヒータ１４０の電流設定及び／又は主抵抗ヒータ１５４の電流設定に基づいていてよい。温度センサの予想温度測定値と受信温度測定値との間のデルタが閾値を超える場合、ヒータコントローラ１４８は、温度センサに関連づけられた特定の空間的同調可能ヒータ１４０のデューティサイクル及び／又は電力を調整し得る。あるいは、又は更に、ヒータコントローラ１４８は、温度センサに関連づけられた主抵抗ヒータのデューティサイクル及び／又は電力を調整し得る。

［００５９］一実施形態では、各ゾーン４５０は、例えばサーマルチョーク４１６を使用して、隣接するゾーン４５０から熱的に隔離することができ、これにより、より正確な温度制御が可能となる。別の実施形態では、各ゾーン４５０は、隣接するゾーンに熱的に接合され、ヒータアセンブリ１７０の上面に沿ってアナログ（すなわち、滑らかな又はブレンドした）温度プロファイルが生成される。

［００６０］独立して制御可能な空間的同調可能ヒータ１４０を使用することにより、基板全体の局所的な温度均一性を非常に小さい公差で制御することができ、基板１３４を処理する際の正確なプロセス及びＣＤ制御が可能になる。更に、空間的同調可能ヒータ１４０はサイズが小さく高密度であることから、隣接するエリアの温度に実質的に影響を与えることなく、基板支持アセンブリ１２６上の特定の位置での温度制御が可能になる。これにより、スキューイング又は他の温度の非対称性を導入することなく、局所的なホットスポット及びクールスポットを補正することができる。複数の空間的同調可能ヒータ１４０を有する基板支持アセンブリ１２６は、その上で処理される基板１３４の温度の均一性を制御する能力を有する。

［００６１］各空間的同調可能ヒータ１４０は、端子４０６，４０８で終端する抵抗器４０４を有する。電流が、４０６とラベル付けされた端子等の一方の端子に入り、４０８とラベル付けされた端子等の他方の端子を出ると、電流は抵抗器４０４のワイヤを横切って移動し、熱を発生させる。空間的同調可能ヒータ１４０は、基板支持アセンブリ１２６の外面４２６に沿った適切な温度上昇を提供するための設計電力密度を有し得る。抵抗器４０４によって放出される熱の量は、その抵抗器を通過する電流の二乗に比例する。

［００６２］空間的同調可能ヒータ１４０は、基板支持アセンブリ１２６の表面に沿った熱プロファイルを効率的に生成するパターン４９０で構成され得る。パターン４９０は、リフトピン又は他の機械的、流体的又は電気的接続のための孔４２２内及びその周囲にクリアランスを提供しつつ、中心点周囲で対称的であってよい。各空間的同調可能ヒータ１４０は、同調ヒータコントローラ１４８によって制御され得る。同調ヒータコントローラ１４８は、ヒータ４４０を画定する１つの空間的同調可能ヒータ１４０、又は内側ウェッジ４６２、周囲グループ４６４、パイ型エリア４６０、又は非連続構成を含む他の幾何学的構成を画定するようにグループ化された複数の空間的同調可能ヒータ１４０の電源をオンにし得る。このように、基板支持アセンブリ１２６の表面に沿った独立した位置で温度を正確に制御することができ、かかる独立した位置は、当技術分野で周知の同心環に限定されない。図示したパターンは、より小さい単位で構成されるが、パターンは、代替的に、より大きい及び／又はより小さい単位を有し得る、エッジまで延び得る、又は他の形態を有し得る。

［００６３］また、図４に、温度センサの一種であるＲＴＤ４０５を示す。ＲＴＤ４０５は、空間的同調可能ヒータ１４０の上方又は下方に位置付けされる。図示したように、ほとんどの場合、ＲＴＤ４０５は、空間的同調可能ヒータ１４０よりも小さいものとなる。ＲＴＤ４０５は、温度に基づいて抵抗を変化させる特定の種類の抵抗器であってよい。一実施形態では、ＲＴＤ４０５は、白金線である。あるいは、ＲＴＤ４０５は、本明細書で説明する他の材料のいずれかであってよい。ＲＴＤ４０５は、端子４０７及び４０９で終端する。端子を介してＲＴＤ４０５を通して電流が送られ得、空間的同調可能ヒータ１４０の温度を決定するために、ＲＴＤ４０５の抵抗が測定され得る。ＲＴＤ４０５の材料、ワイヤの長さ、及びワイヤの厚さは、ＲＴＤ４０５が感度を有する温度範囲を制御するために選択され得る。

［００６４］空間的同調可能ヒータ１４０は、上述したように、ｘ－ｙグリッドパターン、多角形パターン（例えば、六角形の最密構造）、極性アレイパターン、同心チャネルパターンでも配置される温度制御ゾーン４５０のアレイを画定する、グリッドの形態で配置され得る。空間的同調可能ヒータ１４０は、グループ又は単数で作動し得ることを理解されたい。

［００６５］空間的同調可能ヒータ１４０の数及び密度は、基板全体の温度均一性を非常に小さい公差に制御する能力に寄与し、基板１３４を処理するときの正確なプロセス及びＣＤ制御を可能にする。更に、１つの空間的同調可能ヒータ１４０を別の空間的同調可能ヒータ１４０に対して個別に制御することにより、隣接するエリアの温度に実質的な影響を与えずに、基板支持アセンブリ１２６の特定位置での温度制御が可能になり、これにより、スキューイング又は他の温度の非対称性を導入することなく、局所的なホット及びクールスポットを補正することが可能になる。一実施形態では、基板支持アセンブリ１２６の複数の空間的同調可能ヒータ１４０は、主抵抗ヒータ１５４と連携して、その上で処理される基板１３４の温度均一性を約±０．３℃未満に制御する能力を有する。空間的同調可能ヒータ１４０は、基板支持アセンブリ１２６上で処理される基板１３４の横方向温度プロファイルの横方向及び方位同調の両方を可能にする。

［００６６］この配線スキームは、空間調整可能なヒータ１４０に対して、多重制御とは対照的な個別制御を提供する。個別制御は、任意の１つの空間的同調可能ヒータ１４０、又は空間的同調可能ヒータ１４０の選択が、任意の他の空間的同調可能ヒータ１４０、又は空間的同調可能ヒータ１４０の選択と同時に作動することを可能にする。配線スキームにより、複数の空間的同調可能ヒータのうちの１つへの出力を、複数の空間的同調可能ヒータのうちの別の空間的同調可能ヒータに対して独立して制御することが可能になり、テーラード温度プロファイルを達成するための、空間的同調可能ヒータ１４０における迅速な応答時間が可能になる。

［００６７］コントローラ１４８は、１又は複数の選択された空間的同調可能ヒータ１４０に印加される電力のデューティサイクル、電圧、電流、又は持続時間の少なくとも１又は複数を相対的に、かつ同時に制御することができる。

［００６８］図５は、ＲＴＤのリアルタイムのアナログ温度読取値が、電気接続部を通して、ＲＴＤの行／列の温度のリードバックをデジタルデータの形で提供するデジタルデコーダ装置にどのように伝達されるかを示す図である。図５に示す具体例は、９行１１列にわたって広がる９０のＲＴＤからの温度リードバックを示している。

［００６９］ＲＴＤから収集された温度のリードバックデータは、マルチゾーンヒータの加熱ゾーンのモデルベースの独立制御を設計するために使用される数学的モデルを構築するために使用される。

［００７０］図６～７に、ヒータ温度データを入力としてモデルに供給した場合に、ウエハエッチング量とウエハ温度をそれぞれ予測する２つのモデルを示す。予測結果の精度を向上させるために、リアルタイムのＲＴＤデータがモデルの訓練に使用され得るが、ヒータ温度を表す過去の信頼できるデータがモデルを構築するのに使用され得ることに留意されたい。モデルへの他の入力は、様々なプロセスパラメータを含む。図６及び図７に示す例では、使用されるプロセスパラメータは、シャワーヘッド温度、チャンバ圧力、及びシャワーヘッドまでの距離（基板支持アセンブリのシャワーヘッドとヒータとの間の距離とも称される）である。他のプロセスパラメータ、例えば、チャンバ本体温度、熱交換器温度、リフトピンの高さ、プロセスガス等も使用され得ることに留意されたい。

［００７１］具体的には、図６に示す例では、ヒータ温度、シャワーヘッド温度、チャンバ圧力、及びシャワーヘッドと基板支持アセンブリとの間の距離の変化に基づいて、モデルによりウエハエッチング量が予測される。図７に示す例では、ウエハ温度は、ヒータ温度、シャワーヘッド温度、チャンバ圧力、及びシャワーヘッドと基板支持アセンブリとの間の距離の変化に基づいて、モデルにより予測される。各ウエハ特性を予測するのに別々のモデルが使用され得る、又はウエハエッチング量及びウエハ温度等の複数のウエハ特性を単一のモデルで予測し得ることに留意されたい。

［００７２］異なるプロセスパラメータ、例えば、熱交換器温度、又はヒータ電力に基づいてヒータ温度を予測することができる別のモデル（又はモデルのセット）があり得ることに留意されたい。具体的には、図８に示す例では、熱交換器温度の変化に基づいて、モデルによりヒータ温度が予測される。ヒータ温度は、ヒータに供給される電力と、熱交換器から供給される冷却剤流量との両方の関数であるため、図８のモデルでは、熱交換器温度に加えて、ヒータに供給される目標電力を入力として使用すると、より精密にヒータ温度を予測することができる。図９は、ヒータ電力の変化のみに基づくヒータ温度のモデルを示す図である。図６～図９の各モデルは、モデルの構造を定義する微分方程式を導出するための第一原理解析、及び異なるチャンバ構成について（すなわち、異なるシャワーヘッド温度、チャンバ圧力、シャワーヘッドまでの距離、熱交換器電力及びヒータ電力について）チャンバから収集した利用可能なデータに基づいてかかるモデルを訓練する機械学習アルゴリズム等の方法の組み合わせを使用して生成することが可能である。機械学習アルゴリズムは、各数学的モデルのオフライン再帰訓練を実行するように導出され、かかるモデルが基板の熱挙動及びエッチング動的挙動を表現し、基板支持体内の加熱ゾーンの各々の熱挙動を表現することを可能にし得る。

［００７３］図１０は、ヒータ温度のモデルベースの閉ループ制御におけるシステム構成要素の制御アーキテクチャ及び機能性を表すブロック図であり、これにより、プロセスパラメータのモデルベース制御が可能になる。チャンバ１００２から収集される例示的なプロセスパラメータは、シャワーヘッド１００４の温度１０２８、シャワーヘッドと基板支持アセンブリ１００８との間の距離１０３０（「ｈ」として示す）、及びスロットルゲートバルブ（ＴＧＶ）１０１２によって供給されるチャンバ圧力１０３２である。ウエハ１００６は、基板支持アセンブリ１００９に一体化されているマルチゾーンヒータ１００９ａ及び１００９ｂによって加熱される。ＲＴＤ温度データは、シリアルペリフェラルインターフェース（ＳＰＩ）通信リンク１０１４及び１０１６、又は他の種類の通信リンクを介して制御インターフェースモジュール１０１８に伝達される。制御インターフェースモジュールの機能性は、モジュール１０１８内のプリント基板（ＰＣＢ）により実行され得る。モジュール１０１８は、フロントエンドサーバ（ＦＥＳ）１０２６と直接又はツール制御サーバ（ＴＣＳ）１０２４を通して通信可能に結合される。実施形態では、フロントエンドサーバ１０２６及びツール制御サーバ１０２４とモジュール１０１８は、制御自動化技術用イーサネット（ＥＣＡＴ）通信リンク１０２０及び１０２２又は他の種類の通信リンクを介して結合され得る。

［００７４］プロセッサ１０３６は、モデル（例えば、図６～９に示すモデル）及びチャンバ１００２から収集されるリアルタイム入力に基づいて、閉ループ制御アルゴリズムを実行する。追加の入力は、熱交換器（ＨＸ）／チラー１０１０等、チャンバの外部にある他のハードウェアから収集され得る。ＨＸ／チラー１０１０は、プロセッサに温度１０３４を提供し得る。一実施形態では、訓練された１又は複数の機械学習モデルのための入力データは、シャワーヘッドの温度１０２８、距離１０３０、チャンバ圧力１０３２、熱交換器温度１０３４及び／又は加熱ゾーンに関連づけられた１又は複数の温度センサの温度のうちの１又は複数を含むベクトルを含み得る。１又は複数のモデルは、入力データを処理して、出力を生成し得る。出力は、シャワーヘッドの温度、シャワーヘッドと基板支持アセンブリとの間の距離、チャンバ圧力、及び熱交換器の温度の計算を自動化するのに有用であり得る。プロセッサ１０３６は、チャンバハードウェアのうちのどれを制御する必要があるかについての決定１０３８を行い、これはＦＥＳ１０２６に伝達される。幾つかの実施形態では、プロセッサ１０３６は、ＦＥＳ１０２６の一部である。

［００７５］サーバ（ツール制御サーバ１０２４であり得る）は、フロントエンドサーバ１０２６からヒータ電力の計算された目標値を受信し、チャンバハードウェアを１又は複数の加熱ゾーンのヒータ温度の目標値に一致するように制御又は調整する量を計算する。チャンバハードウェアを制御することは、他の加熱ゾーンから独立して１又は複数の加熱ゾーンに目標量のヒータ電力を供給するようにヒータ電子機器を制御することを含み得る。ヒータ温度はヒータ電力と冷却剤流量の両方の関数であるため、チャンバハードウェアを制御することは、ＨＸ／チラー温度を制御することも含み得る。例えば、あるゾーンが高温になりすぎた場合、温度を目標値まで下げるためにより低温の流体を供給する必要があり、そのゾーンのヒータにより少ない電力が供給される必要がある。一方、あるゾーンが低温になりすぎた場合、温度を目標値まで下げるためにより高温の流体を供給する必要があり、そのゾーンのヒータにより多くの電力が供給される必要がある。

［００７６］図１１は、マルチゾーンヒータの各ゾーンを独立して制御するために、図１０に示すシステムによって実装されるモデルベース制御アーキテクチャ１１００の更なる詳細を示す図である。図１１に示すように、ウエハ１１０２が、１又は複数のマルチゾーンヒータを有する基板支持アセンブリ１１０４に配置される。ヒータ電子機器１１１８がヒータに電力を供給し、熱交換器１１０６が基板温度を制御するための流体を供給する。ＲＴＤからのリアルタイム温度データ１１０８が、閉ループヒータ温度制御アルゴリズム１１１４に提供される。アルゴリズムは、目標ウエハ温度及び／又はエッチング量１１１１に基づいてモデル１１１２によって計算された目標ヒータ温度値１１１０を受け取る。モデル１１１２は、図６及び７に示すモデルの逆であってよく、ヒータ温度に基づいてウエハエッチング量及び／又はウエハ温度が計算される。閉ループヒータ温度制御アルゴリズム１１１４は、目標ヒータ温度１１０及びヒータ温度フィードバック１１０８に基づいて目標ヒータ電力１１１６を出力し、加熱ゾーンの独立制御を実現するためにヒータ電子機器１１１８に伝達される。モデルの生成は、本開示で先に説明したように、機械学習アルゴリズムを使用して行われ得る。図１１の逆モデル表現は、モデルがどのように使用されるかを機能的に表現したものである。各ゾーンの温度は、ゾーンの表面積の大きさが異なるため、また各ゾーンを取り囲む隣接ゾーンのセットが異なるため、他とは異なる挙動をする可能性があり、あるゾーンについて得られた同じモデルをすべてのゾーンに適用することはできない。更に、隣接するゾーン間の相互作用のために、各ゾーンについて独立したモデルは存在し得ない。本実施形態で考慮される温度制御モデルは、利用可能なＲＴＤセンサからのすべてのゾーンの温度フィードバックを同時に監視し、各ゾーンの温度と、対応する隣接するものの挙動に基づいて、基板支持体のすべてのゾーンに対して同時に電力を生成する単一の大規模モデルを含む。目標ヒータ温度１１１０は、基板支持体の各ゾーンに対する個別の目標温度を含む。これにより、閉ループヒータ温度コントローラ１１１４が、基板１１０２の所望の温度パターンを達成することができる。同様に、逆ウエハ温度及び逆ウエハエッチング量モデルは、基板１１０２が目標ウエハ温度及びエッチング量１１１１（空間プロファイル）に到達することを可能にするために、基板支持体の各ゾーンに対して個別の目標ヒータ温度１１１０を付与することが可能である。

［００７７］別のモデル１１２８（図８に示すモデルの逆であってよい）は、目標ヒータ温度１１１０を入力として使用し、熱交換器１１０６に伝達される目標熱交換器温度１１２０を出力する。

［００７８］図１２は、閉ループヒータ温度制御アーキテクチャ１２００（図１１で説明した１１１４と同様）が、図１０に示すシステムに対して異なる目的で機能する様子を示す図である。アーキテクチャ１２００のコアは、ＲＴＤからヒータ温度フィードバック１２１６を受信する制御アルゴリズム１２０２である。図１１に示す逆モデルは、閉ループヒータ温度制御アルゴリズムへの入力として、目標ヒータ温度１２１２（図１１の１１１０と同様）を計算して提供する。閉ループヒータ温度制御アルゴリズムは、ヒータ電力－温度モデル１２０４を使用して、図１１に示すように、ヒータ電子機器に供給される目標ヒータ電力１２１４を出力する。

［００７９］更に、このアルゴリズムは、電力及び温度のフィードバック情報を用いて、ウエハの位置ずれ検出（１２０６）に使用され得る。オプションとして、ウエハ位置ずれ警告信号１２１８が生成され得る。ウエハの位置ずれは、基板支持体のエッジ周辺の温度及び電力使用に関する情報を使用して検出することができる。この機能は、図４に示すゾーンレイアウトを利用することによって達成される。基板支持体の円形エッジにおける独立した温度測定が利用可能であるため、基板の位置ずれの結果として、上記ゾーンのいずれかが部分的又は完全に露出するか否かを検出することが可能である。

［００８０］更に、アルゴリズムは、ハードウェアの状態の検出（１２０８）を容易にし、オプションとして、ＦＥＳのグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）を使用してハードウェアの状態１２２０を表示することができる。

［００８１］また更に、アルゴリズムを利用して、複数のチャンバ（１２１０）上の異なる設置間のミスマッチを決定し、目標ヒータ温度を調整することによって補正することが可能である。具体的には、補正装置１２１０は、基準チャンバ、及び対応する許容変動限度に関する情報を用いて設計することができる。異なるチャンバに新たなペデスタルヒータを設置した後に、基板支持体の全てのゾーンに対する温度フィードバック測定及び電力使用に関する利用可能な情報を、リアルタイム又はオフラインで、設計段階中に提供された基準のものと比較することが可能である。これにより、事前に定義された許容限度を超えるいかなるハードウェアの誤動作又はミスマッチも検出し、警告することができる。更に、ミスマッチの種類に応じて可能である場合はいつでも、ミスマッチに関する定量的情報を使用して、基板特性が目標仕様１１１１を満たすように、目標ヒータ温度１１１０にバイアス印加することができる。

［００８２］図１３は、閉ループ温度制御のための方法１３００の一実施形態のフロー図である。方法１３００は、ハードウェア（例えば、処理装置、回路、専用ロジック、プログラマブルロジック、マイクロコード、ハードウェア装置、集積回路等）、ソフトウェア（例えば、処理装置上で行われる又は実行される命令）、又はそれらの組み合わせを含み得る処理ロジックによって実行され得る。方法１３００は、図１０のシステムの構成要素によって実施され得る。閉ループ制御を達成するために、ブロック１３２０から１３６０の工程が繰り返され得る。

［００８３］方法１３００は、上述のように、基板支持アセンブリと一体化したマルチゾーンヒータの異なる加熱ゾーンにＲＴＤを配置することによって、ブロック１３１０で開始する。

［００８４］ブロック１３２０において、ＲＴＤから温度フィードバックが収集される。温度フィードバックは、リアルタイムで、すなわち、現在の温度データの測定とチャンバハードウェアを変更することによる温度調整との間の感知可能な遅延なしに、収集され得る。

［００８５］ブロック１３３０において、リアルタイムの温度フィードバックデータが、閉ループプロセス制御アルゴリズムへの入力として提供される。プロセス制御アルゴリズムの例は、図１０～１２を参照しながら説明してきたものである。

［００８６］ブロック１３４０において、各加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値が、閉ループプロセス制御アルゴリズムへの別の入力として提供される。ヒータ温度の目標値は、ウエハ温度－ヒータ温度モデル等のモデルによって計算される。ウエハ温度は、図６、７及び１０に示すように、シャワーヘッド温度、チャンバ圧力、シャワーヘッドからのヒータの距離等のプロセスパラメータの関数である。

［００８７］ブロック１３５０において、アルゴリズムは、ヒータ電力の目標値を出力する。アルゴリズムは、マルチゾーンヒータの１つのゾーンのみに供給される電力を計算し得る、又はマルチゾーンヒータの複数のゾーンに供給される電力の対応する値を計算し得ることに留意されたい。幾つかの実施形態では、複数のマルチゾーンヒータが採用されることに留意されたい。アルゴリズムは、マルチゾーンヒータの空間構成に見合った適切な粒度で電力を計算する能力を有する。

［００８８］ブロック１３６０において、プロセスパラメータの最適値に相関するヒータ温度の目標値と一致するように、チャンバハードウェアが制御される。プロセスパラメータの最適値は、周知の最善の方法（ＢＫＭ）に対応する履歴パラメータであってよい。例えば、マルチゾーンヒータの特定のゾーンで特定の温度を達成するようにヒータの電力を制御する（オプションとして、熱交換器の温度を制御し得る）ことにより、結果として得られるウエハ温度が、プロセスパラメータが最適であることを示すようになり得る。プロセスパラメータのＢＫＭ値を基準として使用し、現在のプロセスを調整して特定のチャンバ構成により適した改良レシピを見つけ出して、歩留まりを最大化することができる。

［００８９］当業者であれば、図１３のフロー図は特定の順序又は順番を示しているが、特に指定がない限り、プロセスの順番は変更可能であることを理解するであろう。したがって、図示した実施形態は例としてのみ理解されるべきであり、図示したプロセスは異なる順番で実施され得、幾つかのプロセスは並行して実施され得る。更に、様々な実施形態において、１又は複数のプロセスを省略することができる。したがって、すべての実施形態においてすべてのプロセスが必要とされるわけではない。他のプロセスフローも可能である。

［００９０］図１４は、本明細書で説明する方法論のいずれか１又は複数をマシンに実行させるための命令のセットが実行され得る、コンピュータシステム１４００の例示的なマシンを示す図である。幾つかの実施形態では、コンピュータシステム１４００は、コントローラの工程を実行するために（例えば、マルチゾーンヒータにおいて温度を独立して制御するためのアルゴリズムを実行するために）使用され得る。代替の実施形態では、マシンは、ＬＡＮ、イントラネット、エクストラネット、及び／又はインターネットにおいて他のマシンに接続（例えば、ネットワーク化）することができる。マシンは、クライアントサーバネットワーク環境におけるサーバ又はクライアントマシンの能力で、ピアツーピア（又は分散）ネットワーク環境におけるピアマシンとして、又はクラウドコンピューティングインフラストラクチャ又は環境におけるサーバ又はクライアントマシンとして動作することが可能である。

［００９１］マシンは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話、ウェブアプライアンス、サーバ、ネットワークルータ、スイッチ又はブリッジ、又はそのマシンが実行すべき動作を指定する命令のセット（連続的又はその他）を実行できる任意のマシンであり得る。更に、単一のマシンを例示したが、用語「マシン」は、本明細書で説明する方法論のいずれか１又は複数を実行するための命令のセット（又は複数のセット）を個別に又は共同で実行するマシンの任意の集合体も含むとも見なされる。

［００９２］例示的なコンピュータシステム１４００は、バス１４３０を介して互いに通信し合う、処理装置１４０２、メインメモリ１４０４（例えば、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）等のダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）等）、スタティックメモリ１４０６（例えば、フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）等）、及びデータストレージシステム１４１８を含む。

［００９３］処理装置１４０２は、マイクロプロセッサ、中央処理装置等の１又は複数の汎用処理装置を表す。より詳細には、処理装置は、複雑命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、又は他の命令セットを実装するプロセッサ、又は命令セットの組み合わせを実装するプロセッサであってよい。処理装置１４０２は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサ等の１又は複数の特定目的処理装置であってもよい。処理装置１４０２は、本明細書に記載の工程及びステップを実行するための命令１４２６を実行するように構成される。コンピュータシステム１４００は、ネットワーク１４２０を介して通信するためのネットワークインターフェース装置１４０８を更に含み得る。

［００９４］データストレージ装置１４１８は、本明細書に記載の方法論又は機能のいずれか１又は複数を具体化する命令１４２６の１又は複数のセット又はソフトウェア（例えば、閉ループプロセス制御アルゴリズム１１１４の命令）が記憶される（コンピュータ可読媒体としても知られる）機械可読媒体１４２４を含み得る。命令１４２６はまた、コンピュータシステム１４００によるその実行中に、完全に又は少なくとも部分的に、メインメモリ１４０４内及び／又は処理装置１４０２内に存在していてよく、メインメモリ１４０４及び処理装置１４０２はまた、機械可読記憶媒体を構成する。

［００９５］一実施形態では、命令１４２６は、プロセスパラメータを制御するためのアルゴリズムを実行する命令を含む。機械可読記憶媒体１４２４は、例示的な実施形態では単一の媒体として示したが、用語「機械可読記憶媒体」は、１又は複数の命令セットを記憶する単一の媒体又は複数の媒体を含むと解釈すべきである。また、用語「機械可読記憶媒体」は、マシンによる実行のための命令セットを記憶又は符号化することができ、マシンに本開示の方法論のいずれか１又は複数を実行させる任意の媒体を含むと解釈されるものとする。従って、用語「機械可読記憶媒体」は、非限定的に、固体メモリ、光学媒体、及び磁気媒体を含むと解釈されるものとする。

［００９６］これまでの詳細な説明の一部は、コンピュータのメモリ内のデータビットに対する工程のアルゴリズム及び記号表現で示してきた。これらのアルゴリズム的な説明及び表現は、データ処理技術の当業者が、当業者に最も効果的に仕事の内容を伝えるために使用する方法である。アルゴリズムとは、本書では、概して、所望の結果をもたらす自己矛盾のない一連の工程であると考えられる。工程は、物理量の物理的操作を必要とするものである。通常、必ずしもそうではないが、これらの量は、記憶、結合、比較、及びその他の操作が可能な電気信号又は磁気信号の形態をとる。これらの信号をビット、値、要素、記号、文字、項、数等で参照するのは、主に一般的な使用上の理由から、時に便利であることが証明されている。

［００９７］しかし、これら及び類似の用語はすべて適切な物理量と関連付けられるべきものであり、これらの量に適用される便利なラベルに過ぎないことを心に留めておく必要がある。本開示は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内で物理（電子）量として表されるデータを、コンピュータシステムのメモリ又はレジスタ又は他のそのような情報ストレージシステム内で物理量として同様に表される他のデータに操作及び変換する、コンピュータシステム、又は同様の電子計算装置の実行及びプロセスを指す場合がある。

［００９８］また、本開示は、本明細書の工程を実行するための装置に関する。この装置は、意図する目的のために特別に構築され得る、又はコンピュータに記憶されたコンピュータプログラムによって選択的に起動又は再構成される汎用コンピュータを含み得る。上記コンピュータプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体、例えば、非限定的に、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、及び光磁気ディスクを含む任意の種類のディスク、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光カード、又はそれぞれコンピュータシステムバスに結合された、電子命令を記憶するのに適切な任意の種類の媒体に記憶され得る。

［００９９］本書に示すアルゴリズム及びディスプレイは、本質的に、いかなる特定のコンピュータ又は他の装置と関連するものではない。様々な汎用システムを本明細書の教示に係るプログラムと共に使用することができる、又は、本方法を実行するためのより特殊な装置を構築することが便利であることが証明され得る。これらの様々なシステムのための構造は、以下の説明に記されるようなものとなるだろう。更に、本開示を、任意の特定のプログラム言語を参照しては説明しない。様々なプログラム言語が、本明細書に記載の本開示の教示を実施するために使用され得ることが理解されよう。

［００１００］本開示は、本開示に係るプロセスを実行するようにコンピュータシステム（又は他の電子デバイス）をプログラムするのに使用できる、記憶された命令を有する機械可読媒体を含み得るコンピュータプログラム製品、又はソフトウェアとして提供され得る。機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって読み取り可能な形態で情報を記憶するための任意の機構を含む。幾つかの実施形態では、機械可読（例えば、コンピュータ可読）媒体は、読取り専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリ部品等の機械（例えば、コンピュータ）可読記憶媒体を含む。

［００１０１］前述の明細書において、本開示の実施形態を、その具体的な例示的実施形態を参照しながら説明してきた。以下の特許請求の範囲に記載される本開示の実施形態のより広い主旨及び範囲から逸脱せずに、それらに様々な変更がなされ得ることは明らかであろう。したがって、本明細書及び図面は、限定的ではなく、例示的なものと見なすべきである。

Claims (18)

1. 複数の温度検出器から温度フィードバックを収集する工程であって、前記複数の温度検出器の各々は、ウエハを支持する基板支持アセンブリの複数の加熱ゾーンのうちの対応する加熱ゾーンに配置される、複数の温度検出器から温度フィードバックを収集する工程と、
   前記温度フィードバックを表すデータを、プロセス制御アルゴリズムへの第１の入力として提供する工程と、
   １又は複数のプロセスパラメータに対応するウエハエッチング量とウエハ温度に基づいて１又は複数の加熱ゾーンの特定の加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値を計算するように構成された逆モデルを使用して計算された、前記複数の加熱ゾーンのうちの１又は複数の加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値を、前記プロセス制御アルゴリズムへの第２の入力として提供する工程と、
   前記１又は複数の加熱ゾーンに対する前記ヒータ温度の目標値を達成するためのヒータ電力の目標値を計算する工程であって、前記計算は、前記プロセス制御アルゴリズムを実行するプロセッサによって、前記第１の入力及び前記第２の入力に基づいて実行される、前記１又は複数の加熱ゾーンに対する前記ヒータ温度の目標値を達成するためのヒータ電力の目標値を計算する工程と、
   計算された前記ヒータ電力の目標値を用いて、前記基板支持アセンブリを含む処理チャンバのチャンバハードウェアを、前記１又は複数の加熱ゾーンに対する前記ヒータ温度の値が前記ヒータ温度の目標値と一致するように制御する工程と
   を含む方法。
2. 前記複数の温度検出器は、複数の測温抵抗体（ＲＴＤ）を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記プロセス制御アルゴリズムは、前記温度フィードバックの収集、前記温度フィードバックを表すデータの提供、前記ヒータ温度の目標値の提供、前記ヒータ電力の目標値の計算、及びチャンバハードウェアの制御の工程が繰り返される閉ループアルゴリズムである、請求項１に記載の方法。
4. 前記チャンバハードウェアを制御することは、
   計算された前記ヒータ電力の目標値を前記１又は複数の加熱ゾーンに供給するように、ヒータ電子機器を制御することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記チャンバハードウェアを制御することは更に、
   前記１又は複数の加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値を達成するために、熱交換器温度を制御することを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記逆モデルによって使用されるプロセスパラメータは、シャワーヘッドの温度、チャンバ圧力、及び前記シャワーヘッドと基板支持アセンブリとの間の距離のうちの１又は複数を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記逆モデルによって使用されるプロセスパラメータは、チャンバ本体温度、熱交換器温度、リフトピンの高さ、及びプロセスガスのうちの１又は複数を更に含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記逆モデルは、機械学習アルゴリズムを使用して、過去のチャンバデータを用いて訓練される、請求項１に記載の方法。
9. 前記複数の加熱ゾーンの各々は、１又は複数のヒータを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記基板支持アセンブリは複数の領域を有し、各領域は、対応する独立して制御可能な複数の加熱ゾーンを有する、請求項１に記載の方法。
11. システムであって、
    複数の温度検出器であって、各々が、ウエハを支持するように構成された基板支持アセンブリの複数の加熱ゾーンのうちの対応する加熱ゾーンに配置される、複数の温度検出器と、
    プロセス制御アルゴリズムを実行するプロセッサと
    を備え、前記プロセッサは、
    前記複数の温度検出器から温度フィードバックデータを受信することと、
    前記温度フィードバックデータを前記プロセス制御アルゴリズムへの第１の入力として提供することと、
    １又は複数のプロセスパラメータに対応するウエハエッチング量とウエハ温度に基づいて１又は複数の加熱ゾーンの特定の加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値を計算するように構成された逆モデルであって、サーバに記憶された逆モデルを使用して、前記複数の加熱ゾーンのうちの１又は複数の前記加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値を計算することと、
    前記逆モデルによって計算された、前記１又は複数の加熱ゾーンに対する前記ヒータ温度の目標値を、前記プロセス制御アルゴリズムへの第２の入力として提供することと、
    前記１又は複数の加熱ゾーンに対する前記ヒータ温度の目標値を達成するためのヒータ電力の目標値を、前記第１の入力及び前記第２の入力に基づいて計算することと、
    計算された前記ヒータ電力の目標値を用いて、前記基板支持アセンブリを備える処理チャンバのチャンバハードウェアを、前記１又は複数の加熱ゾーンに対する前記ヒータ温度の値が前記ヒータ温度の目標値と一致するように制御することと
    を行う、システム。
12. 前記複数の温度検出器は、複数の測温抵抗体（ＲＴＤ）を含む、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記逆モデルは、前記１又は複数の加熱ゾーンのうちの特定の加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値を、１又は複数のプロセスパラメータに対応するウエハ特性に基づいて計算するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記チャンバハードウェアは、
    計算された前記ヒータ電力の目標値を前記１又は複数の加熱ゾーンに供給するヒータ電子機器を備える、請求項１１に記載のシステム。
15. 前記チャンバハードウェアは更に、
    前記１又は複数の加熱ゾーンに対するヒータ温度の目標値を達成するのに役立つ熱交換器温度コントローラを備える、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記逆モデルによって使用されるプロセスパラメータは、シャワーヘッドの温度、チャンバ圧力、及び前記シャワーヘッドと基板支持アセンブリとの間の距離のうちの１又は複数を含む、請求項１３に記載のシステム。
17. 前記逆モデルによって使用されるプロセスパラメータは更に、チャンバ本体温度、熱交換器温度、リフトピンの高さ、及びプロセスガスのうちの１又は複数を含む、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記プロセス制御アルゴリズムは、閉ループアルゴリズムである、請求項１１に記載のシステム。

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