KR102324723B1 - 온도 제어 장치, 온도 제어 방법 및 프로그램 - Google Patents

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Abstract

반도체 웨이퍼의 면내 온도 균일성을 향상시킨다. 처리 시스템은, 서모 뷰어(51)와 온도 측정 장치(14)와 중심값 산출부(202)와 오프셋 산출부(204)와 온도 제어부(205)를 가진다. 서모 뷰어(51)는 반도체 웨이퍼의 상면 전체의 온도 분포를 측정한다. 온도 측정 장치(14)는 반도체 웨이퍼의 분할 영역마다, 분할 영역 내의 일부의 영역의 온도를 측정한다. 중심값 산출부(202)는, 서모 뷰어(51)가 측정한 온도 분포에 기초하여, 분할 영역마다, 분할 영역 내의 온도 분포의 중심값을 산출한다. 오프셋 산출부(204)는 분할 영역마다, 온도 측정 장치(14)가 측정한 영역의 온도와, 분할 영역 내의 온도 분포의 중심값과의 차분을 오프셋으로서 산출한다. 온도 제어부(205)는 분할 영역마다, 오프셋 및 온도 측정 장치(14)가 측정한 온도에 기초하여, 중심값이 미리 설정된 설정 온도가 되도록 분할 영역의 온도를 제어한다.

Description

온도 제어 장치, 온도 제어 방법 및 프로그램{TEMPERATURE CONTROL APPARATUS, TEMPERATURE CONTROL METHOD AND PROGRAM}
본 발명의 각종 측면 및 실시 형태는 온도 제어 장치, 온도 제어 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체의 제조 프로세스에서는, 피처리체인 반도체 웨이퍼의 온도가, 반도체의 특성을 좌우하는 중요한 요소 중 하나이다. 이 때문에, 제조 프로세스에서는, 반도체 웨이퍼의 온도를 높은 정밀도로 제어하는 것이 요구된다. 또한 제조 프로세스에서는, 처리 가스의 온도 또는 압력, 처리 가스의 흐름 등의 요인에 의해, 반도체 웨이퍼 상에 온도 분포의 편향이 생겨, 처리 후의 반도체 웨이퍼를 이용하여 제조된 반도체 장치의 특성에 불균일이 발생하는 경우가 있다.
이를 방지하기 위하여, 예를 들면 반도체 웨이퍼를 지지하는 핀의 돌출량을 제어함으로써, 반도체 웨이퍼와, 반도체 웨이퍼의 하면에 마련된 가열 스테이지 간의 거리를 제어하고, 반도체 웨이퍼의 온도 분포를 제어하는 기술이 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 1 참조). 또한, 반도체 웨이퍼의 배치면에 복수의 영역으로 분할된 가열 영역을 마련하고, 서모그래피 유닛을 이용하여, 반도체 웨이퍼의 상방으로부터 반도체 웨이퍼 표면의 온도를 측정하고, 각 가열 영역의 평균 온도가 목표 온도가 되도록, 가열 영역마다 온도를 제어하는 기술이 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 2 참조).
일본특허공개공보 평6-177141호 일본특허공개공보 2009-238773호
그런데, 지지 핀의 돌출량을 제어함으로써 반도체 웨이퍼의 온도 분포를 제어하는 기술에서는, 반도체 웨이퍼의 온도 분포를 억제하는 것은 가능하나, 그 효과는 제한적이다. 또한, 서모그래피 유닛을 이용하여 측정한 반도체 웨이퍼의 표면 온도에 기초하여, 각 가열 영역의 평균 온도가 목표 온도가 되도록, 가열 영역마다 온도를 제어하는 기술에서는, 가열 영역마다의 평균 온도는 목표 온도에 가까워지나, 반도체 웨이퍼 상의 온도 분포가 반드시 작게 되지 않고, 반대로 확대되는 경우가 있다.
본 발명의 일측면에 있어서의 온도 제어 장치는, 피처리체의 온도를 제어하는 온도 제어 장치로서, 제 1 온도 측정부와 제 2 온도 측정부와 중심값 산출부와 오프셋 산출부와 온도 제어부를 가진다. 제 1 온도 측정부는 피처리체의 상면 전체의 온도 분포를 측정한다. 제 2 온도 측정부는 피처리체의 상면을 정해진 영역으로 분할한 분할 영역마다, 분할 영역에 포함되는 일부의 영역의 온도를 측정한다. 중심값 산출부는, 제 1 온도 측정부에 의해 측정된 피처리체의 상면 전체의 온도 분포에 기초하여, 분할 영역마다, 분할 영역 내의 온도 분포의 중심값을 산출한다. 오프셋 산출부는 분할 영역마다, 제 2 온도 측정부에 의해 온도가 측정된 영역의 피처리체의 상면의 온도와, 중심값과의 차분을 오프셋으로서 산출한다. 온도 제어부는 분할 영역마다, 오프셋 및 제 2 온도 측정부에 의해 측정된 온도에 기초하여, 중심값이 미리 설정된 설정 온도가 되도록 분할 영역의 온도를 제어한다.
본 발명의 각종 측면 및 실시 형태에 따르면, 반도체 웨이퍼의 면내 온도의 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 처리 시스템의 일례를 나타내는 도이다.
도 2는 처리 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3은 정전 척의 상면의 일례를 나타내는 도이다.
도 4는 도 3의 A-A 단면의 일례를 나타내는 도이다.
도 5는 캘리브레이션 시의 처리 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 6은 제어 장치의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 7은 어느 분할 영역의 온도 분포의 일례를 설명하는 도이다.
도 8은 다른 분할 영역의 온도 분포의 일례를 설명하는 도이다.
도 9는 온도 분포의 평균값을 일치시킨 경우의 온도 분포의 범위의 일례를 설명하는 도이다.
도 10은 온도 분포의 중심값을 일치시킨 경우의 온도 분포의 범위의 일례를 설명하는 도이다.
도 11은 캘리브레이션 시에 있어서의 제어 장치의 동작의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 12는 반도체 웨이퍼에 대한 처리의 실행 시에 있어서의 제어 장치의 동작의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 13은 제어 장치의 기능을 실현하는 컴퓨터의 일례를 나타내는 도이다.
개시하는 온도 제어 장치는, 하나의 실시 형태에 있어서, 제 1 온도 측정부와 제 2 온도 측정부와 중심값 산출부와 오프셋 산출부와 온도 제어부를 가진다. 제 1 온도 측정부는 피처리체의 상면 전체의 온도 분포를 측정한다. 제 2 온도 측정부는 피처리체의 상면을 정해진 영역으로 분할한 분할 영역마다, 분할 영역에 포함되는 일부의 영역의 온도를 측정한다. 중심값 산출부는 제 1 온도 측정부에 의해 측정된 피처리체의 상면 전체의 온도 분포에 기초하여, 분할 영역마다, 분할 영역 내의 온도 분포의 중심값을 산출한다. 오프셋 산출부는 분할 영역마다, 제 2 온도 측정부에 의해 온도가 측정된 영역의 피처리체의 상면의 온도와, 중심값과의 차분을 오프셋으로서 산출한다. 온도 제어부는 분할 영역마다, 오프셋 및 제 2 온도 측정부에 의해 측정된 온도에 기초하여, 중심값이 미리 설정된 설정 온도가 되도록 분할 영역의 온도를 제어한다.
또한, 개시하는 온도 제어 장치의 하나의 실시 형태에 있어서, 제 1 온도 측정부는 피처리체가 배치되는 배치대의 배치면에 있어서, 피처리체가 배치되는 영역 전체의 온도 분포를 피처리체의 상면 전체의 온도 분포로서 측정해도 된다.
또한, 개시하는 온도 제어 장치의 하나의 실시 형태에 있어서, 배치대는 피처리체가 배치되고, 정전기력에 의해 피처리체를 흡착 유지하는 정전 흡착부를 가져도 된다.
또한, 개시하는 온도 제어 장치의 하나의 실시 형태에 있어서, 온도 제어부는 분할 영역마다, 제 2 온도 측정부에 의해 측정된 온도에 오프셋을 가산한 온도가, 설정 온도가 되도록 분할 영역의 온도를 제어해도 된다.
또한, 개시하는 온도 제어 장치의 하나의 실시 형태에 있어서, 온도 제어부는 분할 영역마다, 제 2 온도 측정부에 의해 측정된 온도가, 설정 온도로부터 오프셋을 뺀 온도가 되도록 분할 영역의 온도를 제어해도 된다.
또한, 개시하는 온도 제어 장치의 하나의 실시 형태에 있어서, 제 1 온도 측정부는 피처리체의 상면을 분할 영역보다 작은 미소 영역으로 분할하고, 미소 영역마다, 미소 영역으로부터 방사되는 정해진 범위의 파장의 광의 강도로부터 미소 영역의 온도를 측정해도 된다.
또한, 개시하는 온도 제어 장치의 하나의 실시 형태에 있어서, 각각의 미소 영역은, 피처리체의 상면에 있어서 1 mm 정사각형 이하의 범위의 영역이어도 된다.
또한, 개시하는 온도 제어 장치의 하나의 실시 형태에 있어서, 제 1 온도 측정부는, -50℃에서 ＋400℃의 범위 내에서 정해진 범위의 온도의 측정이 가능해도 된다.
또한, 개시하는 온도 제어 장치의 하나의 실시 형태에 있어서, 제 2 온도 측정부는 열전대여도 된다.
또한, 개시하는 온도 제어 장치의 하나의 실시 형태에 있어서, 제 1 온도 측정부 및 제 2 온도 측정부는 온도 분해능이 0.1℃ 이하여도 된다.
또한, 개시하는 온도 제어 장치의 하나의 실시 형태에 있어서, 온도 제어부는 온도 제어의 분해능이 0.1℃ 이하여도 된다.
또한 개시하는 온도 제어 방법은, 하나의 실시 형태에 있어서, 피처리체의 상면 전체의 온도 분포를 측정하는 제 1 온도 측정 단계와, 피처리체의 상면을 정해진 영역으로 분할한 분할 영역마다, 분할 영역에 포함되는 일부의 영역의 온도를 측정하는 제 2 온도 측정 단계와, 피처리체의 상면 전체의 온도 분포에 기초하여, 분할 영역마다, 분할 영역 내의 온도 분포의 중심값을 산출하는 중심값 산출 단계와, 분할 영역마다, 제 2 온도 측정 단계에서 온도가 측정된 영역의 피처리체의 상면의 온도와, 중심값과의 차분을 오프셋으로서 산출하는 오프셋 산출 단계와, 분할 영역마다, 오프셋 및 제 2 온도 측정 단계에서 측정한 온도에 기초하여, 중심값이 미리 설정된 설정 온도가 되도록 분할 영역의 온도를 제어하는 온도 제어 단계를 포함한다.
또한 개시하는 프로그램은, 하나의 실시 형태에 있어서, 컴퓨터에, 제 1 온도 측정부에 의해 측정된 피처리체의 상면 전체의 온도 분포를 취득하는 단계와, 피처리체의 상면을 정해진 영역으로 분할한 분할 영역마다, 제 2 온도 측정부에 의해 측정된 분할 영역에 포함되는 일부의 영역의 온도를 취득하는 단계와, 제 1 온도 측정부에 의해 측정된 피처리체의 상면 전체의 온도 분포에 기초하여, 분할 영역마다, 분할 영역 내의 온도 분포의 중심값을 산출하는 중심값 산출 단계와, 분할 영역마다, 제 2 온도 측정부에 의해 온도가 측정되는 위치의 피처리체의 상면의 온도와, 중심값과의 차분을 오프셋으로서 산출하는 오프셋 산출 단계와, 분할 영역마다, 오프셋 및 제 2 온도 측정부에 의해 측정된 온도에 기초하여, 중심값이 미리 설정된 설정 온도가 되도록 분할 영역의 온도를 제어하는 지시를, 상기 분할 영역마다의 온도를 제어하는 온도 제어부에 출력하는 단계를 실행시킨다.
이하에, 개시하는 온도 제어 장치, 온도 제어 방법 및 프로그램의 실시 형태에 대하여, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 의해 개시되는 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한 각 실시 형태는, 처리 내용을 모순시키지 않는 범위에서 적절히 조합하는 것이 가능하다.
[처리 시스템(10)]
도 1은 처리 시스템(10)의 일례를 나타내는 도이다. 처리 시스템(10)은, 예를 들면 도 1에 나타내는 바와 같이, 처리 장치(100) 및 제어 장치(200)를 구비한다. 처리 장치(100)는 반도체 웨이퍼(W)에 대하여, 플라즈마 에칭, 플라즈마 CVD 또는 열 처리 등의 처리를 행한다. 제어 장치(200)는, 처리 장치(100)에 마련된 온도 센서 등의 각종 센서로부터의 정보에 기초하여 처리 장치(100)를 제어하고, 처리 장치(100) 내에 반입된 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 처리 장치(100)에서 정해진 처리를 실행시킨다. 제어장치(200)는 온도 제어 장치의 일례이다.
[처리 장치(100)]
도 2는 처리 장치(100)의 일례를 나타내는 단면도이다. 처리 장치(100)는, 예를 들면 도 2에 나타내는 바와 같이 기밀하게 구성되고, 전기적으로 접지 전위가 된 처리 챔버(1)를 가진다. 처리 챔버(1)는, 예를 들면 표면에 양극 산화 피막이 형성된 알루미늄 등에 의해 대략 원통 형상으로 형성되어 있다. 처리 챔버(1) 내에는, 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하는 배치대(2)가 마련되어 있다.
배치대(2)는 그 기재(2a)가 도전성의 금속, 예를 들면 알루미늄 등으로 구성되어 있고, 하부 전극으로서 기능한다. 이 배치대(2)는 절연판(3)을 개재하여 도체의 지지대(4)에 지지되어 있다. 또한, 배치대(2)의 상방의 외주에는, 예를 들면 단결정 실리콘 등으로 형성된 포커스 링(5)이 마련되어 있다. 또한, 배치대(2) 및 지지대(4)의 주위를 둘러싸도록, 예를 들면 석영 등으로 이루어지는 원통 형상의 내벽 부재(3a)가 마련되어 있다.
배치대(2)의 상방에는, 배치대(2)와 대락 평행하게 대향하도록, 환언하면, 배치대(2) 상에 배치된 반도체 웨이퍼(W)와 대향하도록, 상부 전극으로서의 기능을 가지는 샤워 헤드(16)가 마련되어 있다. 샤워 헤드(16)와 배치대(2)는 한 쌍의 전극(상부 전극과 하부 전극)으로서 기능한다. 배치대(2)의 기재(2a)에는 정합기(11a)를 개재하여 고주파 전원(12a)이 접속되어 있다. 또한 배치대(2)의 기재(2a)에는 정합기(11b)를 개재하여 고주파 전원(12b)이 접속되어 있다.
고주파 전원(12a)은, 플라즈마의 발생에 이용되는 정해진 주파수(예를 들면 100 MHz)의 고주파 전력을 배치대(2)의 기재(2a)에 공급한다. 또한, 고주파 전원(12b)은, 이온의 인입(바이어스)에 이용되는 정해진 주파수의 고주파 전력으로서, 고주파 전원(12a)보다 낮은 주파수(예를 들면, 13 MHz)의 고주파 전력을 배치대(2)의 기재(2a)에 공급한다. 고주파 전원(12a 및 12b)의 온 및 오프의 제어, 그리고, 고주파 전원(12a 및 12b)에 의해 공급되는 고주파의 전력 등은, 후술하는 제어 장치(200)에 의해 제어된다.
배치대(2)의 상면에는 반도체 웨이퍼(W)를 흡착 유지하고, 또한 반도체 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 정전 척(6)이 마련되어 있다. 정전 척(6)은 절연체(6b)와, 절연체(6b)의 사이에 마련된 전극(6a) 및 히터(6c)를 가진다. 전극(6a)은 직류 전원(13)에 접속되어 있다. 히터(6c)는 히터 전원(30)에 접속되어 있다. 정전 척(6)은 직류 전원(13)으로부터 인가된 직류 전압에 의해 정전 척(6)의 표면에 쿨롱력을 발생시키고, 발생시킨 쿨롱력에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 정전 척(6)의 상면에 흡착 유지한다. 직류 전원(13)의 온 및 오프는 후술하는 제어 장치(200)에 의해 제어된다.
또한 정전 척(6)은, 히터 전원(30)으로부터 공급된 전력으로 가열된 히터(6c)에 의해, 반도체 웨이퍼(W)를 가열한다. 히터 전원(30)으로부터 히터(6c)에 공급되는 전력은, 후술하는 제어 장치(200)에 의해 제어된다. 정전 척(6)의 상면은, 복수의 영역인 분할 영역으로 분할되어 있고, 각각의 분할 영역마다 히터(6c)가 마련되어 있다. 정전 척(6)은 정전 흡착부의 일례이다.
정전 척(6)의 하면에는 온도 센서(20)가 마련되어 있고, 온도 센서(20)는 온도 측정 장치(14)에 접속되어 있다. 온도 센서(20)는 분할 영역마다 마련되어 있고, 분할 영역마다의 정전 척(6)의 온도를 나타내는 정보를 검출하고, 검출한 정보를 온도 측정 장치(14)에 출력한다. 온도 측정 장치(14)는, 온도 센서(20)로부터 출력된 정보에 기초하여, 분할 영역마다의 정전 척(6)의 온도를 측정하고, 측정한 온도를 제어 장치(200)에 출력한다.
배치대(2)의 내부에는 냉매가 흐르는 유로(2b)가 형성되어 있고, 유로(2b)에는 배관(2c 및 2d)을 개재하여 칠러 유닛(33)이 접속되어 있다. 칠러 유닛(33)으로부터 공급된 갈덴 등의 냉매를 유로(2b) 내에 순환시킴으로써, 배치대(2)를 냉각할 수 있다. 칠러 유닛(33)에 의해 공급되는 냉매의 온도 및 유량 등은 후술하는 제어 장치(200)에 의해 제어된다.
또한 배치대(2)에는, 배치대(2)를 관통하고, 반도체 웨이퍼(W)의 이면측에 헬륨 가스 등의 전열 가스(백사이드 가스)를 공급하기 위한 배관(32)이 마련되어 있다. 배관(32)은 전열 가스 공급부(31)에 접속되어 있다. 전열 가스 공급부(31)로부터 배관(32)을 통하여 반도체 웨이퍼(W)의 이면측으로 공급되는 전열 가스의 유량 등은, 후술하는 제어 장치(200)에 의해 제어된다.
제어 장치(200)는, 유로(2b)를 흐르는 냉매에 의한 냉각과, 정전 척(6) 내의 히터(6c)에 의한 가열과, 이들 열의 반도체 웨이퍼(W)에의 전달량을 제어하는 전열 가스의 유량을 제어함으로써, 정전 척(6)의 상면에 흡착 유지된 반도체 웨이퍼(W)를 정해진 온도로 제어할 수 있다.
상기한 샤워 헤드(16)는 처리 챔버(1)의 상부에 마련되어 있다. 샤워 헤드(16)는, 본체부(16a)와 전극판을 이루는 상부 천판(16b)을 구비하고 있고, 절연성 부재(45)를 개재하여 처리 챔버(1)의 상부에 지지되어 있다. 본체부(16a)는 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 등에 의해 형성되고, 그 하부에 상부 천판(16b)을 착탈 가능하게 지지한다. 상부 천판(16b)은 예를 들면 석영 등의 실리콘 함유 물질로 형성된다.
본체부(16a)의 내부에는 가스 확산실(16c)이 마련되어 있다. 본체부(16a)의 저부에는, 가스 확산실(16c)의 하부에 위치하도록 다수의 가스 통류구(16e)가 형성되어 있다. 상부 천판(16b)에는, 당해 상부 천판(16b)을 두께 방향으로 관통하도록 가스 도입구(16f)가 마련되어 있고, 각각의 가스 도입구(16f)는 상기한 가스 통류구(16e)에 연통하고 있다. 이러한 구성에 의해, 가스 확산실(16c)로 공급된 처리 가스는, 가스 통류구(16e) 및 가스 도입구(16f)를 거쳐 처리 챔버(1) 내에 샤워 형상으로 확산되어 공급된다. 또한 본체부(16a) 등에는, 도시하지 않은 히터, 및 냉매를 순환시키기 위한 도시하지 않은 배관 등의 온도 조정기가 마련되어 있어, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 중에 샤워 헤드(16)를 원하는 범위 내의 온도로 제어할 수 있도록 되어 있다.
상기한 본체부(16a)에는, 가스 확산실(16c)에 처리 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(16g)가 형성되어 있다. 가스 도입구(16g)에는 배관(15b)의 일단이 접속되어 있고, 배관(15b)의 타단에는 밸브(V) 및 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(15a)를 개재하여, 반도체 웨이퍼(W)의 처리에 이용되는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급원(15)이 접속되어 있다. 처리 가스 공급원(15)으로부터 공급된 처리 가스는, 배관(15b)을 거쳐 가스 확산실(16c)로 공급되고, 각각의 가스 통류구(16e) 및 가스 도입구(16f)를 거쳐 처리 챔버(1) 내에 샤워 형상으로 확산되어 공급된다. 밸브(V) 및 MFC(15a)는 후술하는 제어 장치(200)에 의해 제어된다.
상기한 샤워 헤드(16)에는 로우패스 필터(LPF)(40)를 개재하여 가변 직류 전원(42)이 전기적으로 접속되어 있다. 가변 직류 전원(42)은 스위치(41)에 의해 직류 전력의 공급 및 차단이 가능하게 되어 있다. 가변 직류 전원(42)의 전류 및 전압 그리고 스위치(41)의 온 및 오프는 후술하는 제어 장치(200)에 의해 제어된다. 예를 들면, 고주파 전원(12a) 및 고주파 전원(12b)으로부터 고주파 전력이 배치대(2)에 공급되어, 처리 챔버(1) 내의 처리 공간에 플라즈마가 발생할 시에는, 필요에 따라 제어 장치(200)에 의해 스위치(41)가 온으로 되고, 상부 전극으로서 기능하는 샤워 헤드(16)에 정해진 직류 전압이 인가된다.
처리 챔버(1)의 저부에는 배기구(71)가 형성되어 있다. 배기구(71)에는 배기관(72)을 개재하여 배기 장치(73)가 접속되어 있다. 배기 장치(73)는 진공 펌프를 가지고 있고, 이 진공 펌프를 작동시킴으로써 처리 챔버(1) 내를 정해진 진공도까지 감압할 수 있다. 배기 장치(73)의 배기 유량 등은, 후술하는 제어 장치(200)에 의해 제어된다. 또한, 처리 챔버(1)의 측벽에는 개구부(74)가 마련되어 있고, 개구부(74)에는 당해 개구부(74)를 개폐하는 게이트 밸브(G)가 마련되어 있다.
처리 챔버(1)의 내벽에는, 내벽의 면을 따라 퇴적물 실드(76)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 또한 퇴적물 실드(77)는, 하부 전극으로서 기능하는 배치대(2), 내벽 부재(3a) 및 지지대(4)의 외주면을 덮도록 마련되어 있다. 퇴적물 실드(76 및 77)는 처리 챔버(1)의 내벽에 에칭 부산물(퇴적물)이 부착하는 것을 방지한다. 정전 척(6) 상에 흡착 유지된 반도체 웨이퍼(W)와 대략 동일한 높이의 퇴적물 실드(76)의 위치에는, 직류적으로 그라운드에 접속된 도전성 부재(GND 블록)(79)가 마련되어 있다. 도전성 부재(79)에 의해 처리 챔버(1) 내의 이상 방전이 억제된다.
또한, 처리 챔버(1)의 주위에는 동심원 형상으로 링 자석(80)이 배치되어 있다. 링 자석(80)은 샤워 헤드(16)와 배치대(2) 사이의 공간에 자장을 형성한다. 링 자석(80)은 도시하지 않은 회전 기구에 의해 회전 가능하게 유지되어 있다.
[정전 척(6)]
도 3은 정전 척(6)의 상면의 일례를 나타내는 도이다. 도 4는 도 3의 A-A 단면의 일례를 나타내는 도이다. 정전 척(6)의 외주에는 정전 척(6)을 둘러싸도록 포커스 링(5)이 마련되어 있다. 반도체 웨이퍼(W)가 배치되는 정전 척(6)의 상면은, 예를 들면 동심원 형상으로 복수의 분할 영역(60a ~ 60d)으로 나눠져 있다. 또한 이하에서는, 복수의 분할 영역(60a ~ 60d)의 각각을 구별하지 않고 총칭하는 경우에 분할 영역(60)이라 기재한다.
예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이, 정전 척(6)의 내부로서, 분할 영역(60)의 하방에는, 분할 영역(60)마다 히터(6c)가 마련되어 있다. 제어 장치(200)는 각각의 히터(6c)의 전력을 제어함으로써, 각각의 분할 영역(60)의 온도를 독립적으로 제어할 수 있다.
각각의 분할 영역(60)에서는, 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이, 정전 척(6)의 하면에 온도 센서(20)가 적어도 1 개씩 마련된다. 본 실시 형태에 있어서, 온도 센서(20)는, 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같이, 분할 영역(60a) 내의 영역(21a), 분할 영역(60b) 내의 영역(21b), 분할 영역(60c) 내의 영역(21c), 분할 영역(60d) 내의 영역(21d)에 각각 1 개씩 마련되어 있다. 또한, 포커스 링(5)에서는 영역(21e)에 온도 센서(20)가 1 개 마련되어 있다. 또한 이하에서는, 복수의 영역(21a ~ 21e)의 각각을 구별하지 않고 총칭하는 경우에 영역(21)이라 기재한다.
온도 센서(20)는, 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이 감온체(感)(22) 및 판독부(23)를 가진다. 감온체(22)는 온도에 따라 특성이 변화한다. 본 실시 형태에 있어서, 감온체(22)는 형광체이며, 정전 척(6)의 온도에 따라 형광 특성이 변화한다. 판독부(23)는 온도에 따라 변화한 감온체(22)의 특성을 판독하여 온도 측정 장치(14)에 출력한다. 본 실시 형태에 있어서, 판독부(23)는 예를 들면 광섬유이며, 온도 측정 장치(14)로부터 출력된 펄스광을 감온체(22)에 조사하고, 조사된 펄스광에 따라 감온체(22)로부터의 발한 광을 온도 측정 장치(14)로 전송한다.
온도 측정 장치(14)는 분할 영역(60)마다, 분할 영역(60)에 마련된 온도 센서(20)로부터 출력된 신호에 기초하여 분할 영역(60)의 온도를 측정하고, 측정한 분할 영역(60)마다의 온도의 정보를 제어 장치(200)에 출력한다. 온도 측정 장치(14)는 예를 들면 판독부(23)를 통하여 감온체(22)에 펄스광을 조사하고, 판독부(23)로부터 출력된 감온체(22)의 소광 속도에 기초하여, 감온체(22)가 마련된 분할 영역(60)의 온도를 측정한다. 또한, 온도 측정 장치(14)는 -50℃에서 ＋400℃의 범위 내에서 정해진 범위의 온도의 측정이 가능하다. 또한, 온도 측정 장치(14)의 온도 분해능은 0.1℃ 이하인 것이 바람직하다. 온도 센서(20) 및 온도 측정 장치(14)는 제 2 온도 측정부의 일례이다.
[캘리브레이션 시의 처리 장치(100)]
도 5는 캘리브레이션 시의 처리 장치(100)의 일례를 나타내는 단면도이다. 온도 센서(20)의 캘리브레이션 시에는, 도 1을 이용하여 설명한 샤워 헤드(16)가 처리 챔버(1)로부터 분리되고, 예를 들면 도 5에 나타내는 캘리브레이션 유닛(50)이 처리 챔버(1)에 장착된다.
캘리브레이션 유닛(50)은 서모 뷰어(51) 및 커버 부재(52)를 가진다. 커버 부재(52)는 서모 뷰어(51)의 측정 방향을 정전 척(6)의 방향을 향해 지지한다. 서모 뷰어(51)는, 측정 대상의 영역에 있어서, 정해진 크기의 영역으로 분할된 미소 영역마다, 당해 미소 영역으로부터 방사되는 정해진 범위의 파장의 광의 강도로부터 미소 영역의 온도를 측정한다. 그리고 서모 뷰어(51)는, 측정한 미소 영역마다의 온도를, 온도 분포로서 제어 장치(200)에 출력한다. 서모 뷰어(51)는 제 1 온도 측정부의 일례이다.
본 실시 형태에 있어서, 서모 뷰어(51)는, 미소 영역으로부터 방사되는 적외선의 강도로부터 미소 영역의 온도를 측정하는 방사 온도계이다. 본 실시 형태에 있어서, 서모 뷰어(51)는, 온도 센서(20)의 캘리브레이션 시에, 정전 척(6)의 상면 전체의 온도 분포를 측정한다. 본 실시 형태에 있어서, 서모 뷰어(51)는 예를 들면 1 mm 정사각형 이하의 미소 영역마다, 정전 척(6)의 상면의 온도를 측정할 수 있다. 서모 뷰어(51)에 의해 온도가 측정되는 미소 영역은 정전 척(6) 상의 분할 영역(60)보다 좁다. 서모 뷰어(51)는 -50℃에서 ＋400℃의 범위 내에서 정해진 범위의 온도의 측정이 가능하다. 또한, 서모 뷰어(51)의 온도 분해능은 0.1℃ 이하인 것이 바람직하다.
[제어 장치(200)]
도 6은 제어 장치(200)의 일례를 나타내는 블록도이다. 제어 장치(200)는, 예를 들면 도 6에 나타내는 바와 같이 제 1 취득부(201), 중심값 산출부(202), 제 2 취득부(203), 오프셋 산출부(204), 온도 제어부(205), 기억부(206) 및 처리 제어부(207)를 가진다.
제 1 취득부(201)는, 캘리브레이션 시에 서모 뷰어(51)로부터 출력된 온도 분포의 정보를 취득한다. 그리고, 제 1 취득부(201)는 취득한 온도 분포의 정보를 중심값 산출부(202)에 출력한다.
중심값 산출부(202)는, 캘리브레이션 시에 제 1 취득부(201)로부터 출력된 온도 분포의 정보에 기초하여, 정전 척(6)의 상면의 분할 영역(60)마다, 분할 영역(60)의 온도 분포의 범위의 중심값을 산출한다. 그리고, 중심값 산출부(202)는 분할 영역(60)마다 산출한 중심값을 오프셋 산출부(204)에 출력한다. 중심값 산출부(202)는, 예를 들면 제 1 취득부(201)로부터 출력된 온도 분포의 정보에 기초하여, 분할 영역(60)마다, 분할 영역(60)의 온도의 최대값과 최소값을 특정한다. 그리고 중심값 산출부(202)는, 분할 영역(60)마다, 최대값과 최소값의 합의 1/2을 중심값으로서 산출한다.
제 2 취득부(203)는 온도 측정 장치(14)로부터, 분할 영역(60)마다 측정된 온도의 정보를 취득한다. 그리고, 제 2 취득부(203)는 분할 영역(60)마다, 취득한 온도의 정보를 오프셋 산출부(204) 및 온도 제어부(205)에 출력한다.
오프셋 산출부(204)는 캘리브레이션 시에, 분할 영역(60)마다, 중심값 산출부(202)로부터 출력된 중심값과, 제 2 취득부(203)로부터 출력된 온도의 정보에 기초하여 오프셋을 산출한다. 본 실시 형태에 있어서, 오프셋 산출부(204)는 분할 영역(60)마다, 제 2 취득부(203)로부터 출력된 온도와, 중심값 산출부(202)로부터 출력된 중심값과의 차분을 오프셋으로서 산출한다. 그리고, 오프셋 산출부(204)는 분할 영역(60)마다 산출한 오프셋을 기억부(206)에 저장한다.
온도 제어부(205)는, 캘리브레이션 시에 있어서, 제 2 취득부(203)로부터 출력된 각 분할 영역(60)의 온도가, 처리 제어부(207)로부터 출력된 설정 온도가 되도록, 각 분할 영역(60)의 온도를 제어한다. 본 실시 형태에 있어서, 온도 제어부(205)는 칠러 유닛(33)에 의한 냉매의 온도 및 유량, 그리고 분할 영역(60)마다 마련된 히터 전원(30)의 전력 등을 제어함으로써, 각 분할 영역(60)의 온도를 제어한다. 온도 제어부(205)는 각 분할 영역(60)의 온도를 0.1℃ 이하의 분해능으로 제어 가능한 것이 바람직하다.
또한 온도 제어부(205)는, 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리의 실행 시에 있어서, 제 2 취득부(203)로부터 출력된 각 분할 영역(60)의 온도 센서(20)의 온도 정보와, 기억부(206) 내의 각 분할 영역(60)의 오프셋과, 처리 제어부(207)로부터 출력된 설정 온도를 이용하여, 각 분할 영역(60)의 온도를 제어한다. 본 실시 형태에 있어서, 온도 제어부(205)는, 분할 영역(60)마다, 기억부(206) 내의 오프셋과 제 2 취득부(203)로부터 출력된 온도의 정보에 기초하여, 중심값 산출부(202)에 의해 산출된 온도 분포의 범위의 중심값이, 처리 제어부(207)로부터 출력된 설정 온도가 되도록 각 분할 영역(60)의 온도를 제어한다.
처리 제어부(207)는 캘리브레이션 시 및 반도체 웨이퍼(W)의 처리 실행 시에, 처리 장치(100)의 오퍼레이터 등에 의해 설정된 레시피에 기초하여 설정 온도를 온도 제어부(205)에 출력한다. 또한, 처리 제어부(207)는 처리 장치(100)의 오퍼레이터 등에 의해 설정된 레시피에 기초하여, 처리 장치(100)의 각 부를 제어한다. 또한, 캘리브레이션 시의 설정 온도는, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 실행 시의 설정 온도와 동일한 것이 바람직하다.
[오프셋의 산출]
도 7은 어느 분할 영역(60)의 온도 분포의 일례를 설명하는 도이다. 실시 형태에 있어서, 서모 뷰어(51)는 캘리브레이션이 행해지고 있고, 도 7은 서모 뷰어(51)에 의해 측정된 온도 분포를 나타낸다.
도 7에 예시한 온도 분포에 있어서, Tmax1는 온도 분포의 최대값을 나타내고, Tmin1는 온도 분포의 최소값을 나타낸다. 또한, 도 7에 예시한 온도 분포에 있어서, 중심값(Tmid1)은 최대값(Tmax1)과 최소값(Tmin1)의 합의 1/2이다. 또한 예를 들면 도 7에 나타내는 바와 같이, 온도 분포의 중심값(Tmid1)과 온도 분포의 평균값(Tave1)은 반드시 일치하지는 않는다.
도 7에 예시한 온도 분포가 되는 분할 영역(60)에 있어서, 온도 센서(20)는 위치(x)에 마련되어 있다. 캘리브레이션이 행해지기 전의 온도 센서(20)에 의해 측정되는 온도에는 측정 오차가 포함되어 있다. 그 때문에, 예를 들면 도 7에 나타내는 바와 같이, 위치(x)에 마련된 분할 영역(60)의 온도가 T0여도, 온도 센서(20)에 의해 분할 영역(60)의 온도가 T1으로 측정되는 경우가 있다. 이 경우, 분할 영역(60)의 온도(T0)와 온도 센서(20)에 의해 측정된 온도(T1) 간에는 오차(ΔTe)가 존재한다.
또한, 온도 센서(20)가 마련된 위치(x)에 있어서의 분할 영역(60)의 온도(T0)와, 분할 영역(60)의 온도 분포의 범위의 중심값(Tmid1)은 반드시 일치하지는 않는다. 그 때문에, 위치(x)에 있어서의 분할 영역(60)의 온도(T0)와 중심값(Tmid1) 간에는 온도차(ΔTd)가 존재한다.
본 실시 형태에 있어서, 오프셋 산출부(204)는, 오차(ΔTe)와 온도차(ΔTd)를 이용하여, 예를 들면 이하의 산출식에 의해 오프셋(ΔToff)을 산출한다.
ΔToff = ΔTd ＋ ΔTe
=(Tmid1 - T0) ＋ (T0 - T1)
=Tmid1 - T1
본 실시 형태에 있어서, 온도 제어부(205)는, 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리의 실행 시에, 분할 영역(60)마다, 제 2 취득부(203)로부터 출력된 온도(T1)에 오프셋(ΔToff)을 가산하고, 가산한 온도가, 처리 제어부(207)로부터 출력된 설정 온도가 되도록, 당해 분할 영역(60)의 히터 전원(30) 등을 제어한다. 이에 의해, 온도 제어부(205)는 각 분할 영역(60)에 있어서 측정된 온도(T1)가, 설정 온도로부터 오프셋(ΔToff)만큼 낮아지도록 제어한다. 그 때문에, 각 분할 영역(60)에 있어서, 온도 분포의 범위의 중심값(Tmid1)이 설정 온도가 되도록 제어된다.
[각 분할 영역(60)의 온도 제어]
여기서, 정전 척(6)의 각각의 분할 영역(60)의 온도 분포는 반드시 동일하다고는 할 수 없다. 정전 척(6) 상에 있어서, 예를 들면 도 8에 나타내는 바와 같이, 도 7에 예시한 온도 분포와는 상이한 온도 분포가 되는 다른 분할 영역(60)을 상정한다. 도 8에 예시한 온도 분포에서는, 온도 분포의 평균값(Tave2)은 온도 분포의 범위의 중심값(Tmid2)보다 낮다. 한편, 도 7에 예시한 온도 분포에서는, 온도 분포의 평균값(Tave1)은 온도 분포의 범위의 중심값(Tmid1)보다 높다.
예를 들면, 도 7에 나타낸 온도 분포가 되는 분할 영역(60)과, 도 8에 나타낸 온도 분포가 되는 분할 영역(60)에 있어서, 온도 분포의 평균값을 일치시키도록, 각 분할 영역(60)의 온도를 제어하면, 각 분할 영역(60)의 온도 분포는 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이 된다. 도 9를 참조하면, 2 개의 분할 영역(60) 전체에 있어서의 온도 분포의 범위(ΔT')는, 도 7에 예시한 온도 분포의 최소값(Tmin1)으로부터, 도 8에 예시한 온도 분포의 최대값(Tmax2)까지의 범위가 된다.
여기서, 예를 들면 도 7에 예시한 온도 분포(ΔT1)가 0.8℃, 도 8에 예시한 온도 분포(ΔT2)가 0.6℃인 경우, 2 개의 분할 영역(60) 전체에 있어서의 온도 분포의 범위(ΔT')는, 예를 들면 1℃ 이상이 되고, 온도 분포(ΔT1 및 ΔT2) 모두보다 넓어진다.
이에 대하여, 본 실시 형태의 온도 제어부(205)는, 예를 들면 도 7에 나타낸 온도 분포가 되는 분할 영역(60)과, 도 8에 나타낸 온도 분포가 되는 분할 영역(60)에 있어서, 각 온도 분포의 중심값을 일치시키도록, 각 분할 영역(60)의 온도를 제어한다. 이에 의해, 각 분할 영역(60)의 온도 분포는 예를 들면 도 10에 나타낸 바와 같이 된다. 도 10을 참조하면, 2 개의 분할 영역(60) 전체에 있어서의 온도 분포의 범위(ΔT)는, 도 7에 예시한 온도 분포의 최소값(Tmin1)으로부터, 도 7에 예시한 온도 분포의 최대값(Tmax1)까지의 범위가 된다.
여기서 예를 들면, 도 7에 예시한 온도 분포(ΔT1)가 0.8℃, 도 8에 예시한 온도 분포(ΔT2)가 0.6℃인 경우, 2 개의 분할 영역(60) 전체에 있어서의 온도 분포의 범위(ΔT)는, 온도 분포(ΔT1 및 ΔT2) 중 어느 넓은 것이 범위가 되고, 예를 들면 0.8℃가 된다. 이와 같이, 온도 제어부(205)는 각 분할 영역(60)의 온도 분포의 중심값을 일치시키도록, 각 분할 영역(60)의 온도를 제어함으로써, 복수의 분할 영역(60) 전체의 온도 분포의 범위를 좁힐 수 있다. 이에 의해, 처리 시스템(10)은 정전 척(6)에 배치된 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도의 균일성을 향상시킬 수 있다.
특히, 각 분할 영역(60)의 온도 분포의 범위가 1℃ 이하이면, 온도 제어부(205)는, 복수의 분할 영역(60)에 있어서의 온도 분포의 범위를 1℃ 이하로 억제할 수 있다. 또한 온도 제어부(205)는, 각 분할 영역(60)의 온도 분포의 중심값이 설정 온도가 되도록 각 분할 영역(60)의 온도를 제어하기 때문에, 정전 척(6) 상의 온도 분포에 있어서, 설정 온도와, 설정 온도로부터 가장 벗어난 온도와의 차를 작게 할 수 있다.
[캘리브레이션 시의 동작]
도 11은 캘리브레이션 시에 있어서의 제어 장치(200)의 동작의 일례를 나타내는 순서도이다. 예를 들면, 샤워 헤드(16) 대신에 캘리브레이션 유닛(50)이 처리 챔버(1)에 장착된 후, 캘리브레이션의 실행을 오퍼레이터로부터 지시 받은 경우, 제어 장치(200)는 본 순서도에 나타내는 동작을 개시한다.
먼저, 처리 제어부(207)는 캘리브레이션 시의 처리 챔버(1) 내의 압력 등이 지정된 레시피에 기초하여 처리 장치(100)의 각 부를 제어한다. 그리고, 처리 제어부(207)는 온도 제어부(205)에 캘리브레이션 시의 설정 온도를 출력한다. 온도 제어부(205)는 제 2 취득부(203)로부터 출력된 온도 정보에 기초하여, 분할 영역(60)마다, 온도 센서(20)를 이용하여 측정된 온도가 처리 제어부(207)로부터 출력된 설정 온도가 되도록 히터 전원(30) 등을 제어한다(S100).
이어서, 제 1 취득부(201)는 서모 뷰어(51)에 정전 척(6)의 상면의 온도 분포를 측정시키고, 온도 분포의 정보를 서모 뷰어(51)로부터 취득한다(S101). 그리고, 제 1 취득부(201)는 취득한 온도 분포의 정보를 중심값 산출부(202)에 출력한다.
이어서, 중심값 산출부(202)는 제 1 취득부(201)로부터 출력된 온도 분포의 정보에 기초하여, 분할 영역(60)마다, 분할 영역(60)의 온도의 최대값과 최소값을 특정한다. 그리고, 중심값 산출부(202)는 분할 영역(60)마다, 최대값과 최소값의 합의 1/2을 온도 분포의 범위의 중심값으로서 산출한다(S102).
이어서, 오프셋 산출부(204)는 분할 영역(60)마다, 온도 센서(20)를 이용하여 측정된 온도와, 중심값 산출부(202)로부터 출력된 중심값과의 차분을 오프셋으로서 산출한다(S103). 그리고, 오프셋 산출부(204)는 분할 영역(60)마다 산출한 오프셋을 기억부(206)에 보존한다(S104). 그리고, 제어 장치(200)는 본 순서도에 나타낸 동작을 종료한다.
예를 들면, 캘리브레이션 시의 설정 온도가 예를 들면 60℃인 경우, 온도 제어부(205)는 각 분할 영역(60)에 대하여, 온도 센서(20)를 이용하여 측정된 온도가 60℃가 되도록 각 분할 영역(60)에 마련된 히터(6c)의 전력을 제어한다. 그리고, 어느 분할 영역(60)의 온도 분포의 최대값(Tmax1)이 65℃, 최소값(Tmin1)이 59℃인 경우, 중심값 산출부(202)는 당해 분할 영역(60)의 온도 분포의 중심값(Tmid1)을 62℃로 산출한다. 또한, 온도 제어부(205)에 의해, 온도 센서(20)를 이용하여 측정된 온도가 60℃가 되도록 제어되고 있기 때문에, 온도 센서(20)를 이용하여 측정된 온도(T1)는 60℃가 된다. 그리고, 오프셋 산출부(204)는 Tmid1 - T1 = 62 - 60 = ＋2℃를 오프셋(ΔToff)으로서 산출한다. 또한, 온도 센서(20)를 이용하여 측정된 T1이 중심값(Tmid1)보다 높은 경우, 오프셋(ΔToff)은 마이너스의 값이 된다.
또한, 단계(S103)에서 오프셋이 산출된 후, 온도 제어부(205)는 분할 영역(60)마다, 온도 센서(20)를 이용하여 측정된 온도에 오프셋을 가산한 온도가, 처리 제어부(207)로부터 출력된 설정 온도가 되도록 제어하고, 중심값 산출부(202)가, 제 1 취득부(201)로부터 출력된 온도 분포의 정보에 기초하여 분할 영역(60)마다, 온도 분포의 중심값을 산출한다. 그리고, 처리 제어부(207)는 분할 영역(60)마다, 온도 분포의 중심값과 설정 온도의 차가 정해진 값(예를 들면 0.1℃) 미만인지 여부를 판정하도록 해도 된다. 모든 분할 영역(60)에서, 온도 분포의 중심값과 설정 온도의 차가 정해진 값 미만이면, 제어 장치(200)는 도 11에 나타낸 동작을 종료한다. 한편, 온도 분포의 중심값과 설정 온도의 차가 정해진 값 이상이 되는 분할 영역(60)이 존재하는 경우, 제어 장치(200)는 도 11에 나타낸 동작을 단계(S100)로부터 재차 실행해도 된다.
[반도체 웨이퍼(W)의 처리 실행 시의 동작]
도 12는 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리의 실행 시에 있어서의 제어 장치(200)의 동작의 일례를 나타내는 순서도이다. 예를 들면, 도 2에 나타낸 처리 장치(100) 내에 반도체 웨이퍼(W)가 반입되고, 오퍼레이터로부터 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리의 실행 개시를 지시 받은 경우에, 제어 장치(200)는 본 순서도에 나타내는 동작을 개시한다.
또한 도 12에는, 1 개의 분할 영역(60)에 대하여, 제어 장치(200)가 행하는 동작이 나타나 있다. 그 때문에, 제어 장치(200)는, 도 12에 나타난 동작을 분할 영역(60)마다 실행한다. 또한 도 12에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도 제어에 관한 제어 장치(200)의 동작이 나타나 있고, 처리 챔버(1) 내의 압력의 제어, 배치대(2)에 인가되는 고주파 전력의 제어, 처리 가스의 유량의 제어 등은, 처리 레시피에 따라 처리 제어부(207)로부터 처리 장치(100)에 공급되는 제어 신호에 의해 별도 실행되고 있다.
먼저, 처리 제어부(207)는 처리 레시피에 기초하여, 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리의 실행 시에 있어서의 설정 온도를 온도 제어부(205)에 출력한다. 온도 제어부(205)는 분할 영역(60)의 오프셋을 기억부(206)로부터 읽어낸다(S200). 그리고, 온도 제어부(205)는 제 2 취득부(203)로부터, 온도 센서(20)를 이용하여 측정된 온도의 정보를 취득한다(S201).
이어서, 온도 제어부(205)는 온도 센서(20)를 이용하여 측정된 온도에, 단계(S200)에서 읽어낸 오프셋을 가산한다(S202). 그리고, 온도 제어부(205)는 오프셋을 가산한 온도와, 처리 제어부(207)로부터 출력된 설정 온도와의 차가 정해진 값(예를 들면 0.1℃) 미만인지 여부를 판정한다(S203).
오프셋을 가산한 온도와, 처리 제어부(207)로부터 출력된 설정 온도와의 차가 정해진 값 이상인 경우(S203 : No), 온도 제어부(205)는 오프셋을 가산한 온도와, 처리 제어부(207)로부터 출력된 설정 온도와의 차에 기초하여, 히터 전원(30) 등을 제어한다(S205). 그리고, 온도 제어부(205)는 재차 단계(S201)에 나타낸 처리를 실행한다.
한편, 오프셋을 가산한 온도와, 처리 제어부(207)로부터 출력된 설정 온도와의 차가 정해진 값 미만인 경우(S203：Yes), 처리 제어부(207)는 처리 레시피에 기초하여, 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리가 종료되었는지 여부를 판정한다(S204). 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리가 종료되어 있지 않은 경우(S204 : No), 온도 제어부(205)는 재차 단계(S201)에 나타낸 처리를 실행한다. 한편, 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리가 종료된 경우(S204 : Yes), 제어 장치(200)는 본 순서도에 나타낸 동작을 종료한다.
예를 들면, 도 7에 예시한 온도 분포가 되는 분할 영역(60)에 있어서, 오프셋(ΔToff)이 ＋2℃이며, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 실행 시의 설정 온도가 60℃인 경우, 온도 제어부(205)는 당해 분할 영역(60)에 마련된 온도 센서(20)를 이용하여 측정된 온도(T1)에 오프셋(ΔToff)인 ＋2℃를 가산한다. 그리고, 온도 제어부(205)는 T1 ＋ 2℃가 설정 온도인 60℃가 되도록, 당해 분할 영역(60)에 마련된 히터(6c)의 전력을 제어한다.
이에 의해, 당해 분할 영역(60)의 온도 분포가 전체적으로 설정 온도보다 오프셋(ΔToff)만큼(＋2℃ 만큼) 낮게, 예를 들면 58℃가 되도록 제어된다. 이에 의해, 온도의 분포 범위의 중심값(Tmid1)이 60℃가 되고, 중심값(Tmid1)과 설정 온도를 일치시킬 수 있다. 그리고 각 분할 영역(60)에 대하여, 온도 센서(20)를 이용하여 측정된 온도와 오프셋을 가산한 온도가 설정 온도가 되도록, 온도 제어부(205)가 각 분할 영역(60)의 히터(6c)의 전력을 제어함으로써, 각 분할 영역(60)의 온도 분포의 중심값을 설정 온도에 근접시킬 수 있다.
또한, 오프셋(ΔToff)이 마이너스의 값인 경우, 온도 제어부(205)는, 분할 영역(60)의 온도 분포가 전체적으로 설정 온도보다 오프셋(ΔToff)만큼 높아지도록 제어한다. 예를 들면, 설정 온도가 60℃이며, 오프셋(ΔToff)가 -2℃인 경우, 온도 제어부(205)는 분할 영역(60)의 온도 분포가 전체적으로 60℃보다 2℃높은 62℃가 되도록 분할 영역(60)의 온도를 제어한다.
이상, 실시 형태에 대하여 설명했다. 본 실시 형태의 처리 시스템(10)에 의하면, 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도의 균일성을 향상시킬 수 있다.
[제어 장치(200)의 하드웨어]
또한, 상기 실시 형태에 있어서의 제어 장치(200)는, 예를 들면 도 13에 나타내는 것과 같은 컴퓨터(90)에 의해 실현된다. 도 13은 제어 장치(200)의 기능을 실현하는 컴퓨터(90)의 일례를 나타내는 도이다. 컴퓨터(90)는 CPU(Central Processing Unit)(91), RAM(Random Access Memory)(92), ROM(Read Only Memory)(93), 보조 기억 장치(94), 통신 인터페이스(I/F)(95), 입출력 인터페이스(I/F)(96) 및 미디어 인터페이스(I/F)(97)를 구비한다.
CPU(91)는 ROM(93) 또는 보조 기억 장치(94)에 저장된 프로그램에 기초하여 동작하고, 각 부의 제어를 행한다. ROM(93)은 컴퓨터(90)의 기동 시에 CPU(91)에 의해 실행되는 부트 프로그램, 또는 컴퓨터(90)의 하드웨어에 의존하는 프로그램 등을 저장한다.
보조 기억 장치(94)는 예를 들면 HDD(Hard Disk Drive) 또는 SSD(Solid State Drive) 등이며, CPU(91)에 의해 실행되는 프로그램 및 당해 프로그램에 의해 사용되는 데이터 등을 저장한다. CPU(91)는, 당해 프로그램을 보조 기억 장치(94)로부터 읽어내 RAM(92) 상에 로드하고, 로드한 프로그램을 실행한다.
통신 I/F(95)는 LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 통하여 처리 장치(100) 사이에서 통신을 행한다. 통신 I/F(95)는 처리 장치(100)로부터 데이터를 수신하여 CPU(91)로 보내고, CPU(91)가 생성한 데이터를 통신 회선을 통하여 처리 장치(100)로 송신한다.
CPU(91)는 입출력 I/F(96)를 통하여, 키보드 등의 입력 장치 및 디스플레이 등의 출력 장치를 제어한다. CPU(91)는 입출력 I/F(96)를 통하여, 입력 장치로부터 입력된 신호를 취득하여 CPU(91)로 보낸다. 또한, CPU(91)는 생성한 데이터를, 입출력 I/F(96)를 통하여 출력 장치에 출력한다.
미디어 I/F(97)는 기록 매체(98)에 저장된 프로그램 또는 데이터를 판독하여, 보조 기억 장치(94)에 저장한다. 기록 매체(98)는 예를 들면 DVD(Digital Versatile Disc), PD(Phase change rewritable Disk) 등의 광학 기록 매체, MO(Magneto-Optical disk) 등의 광자기 기록 매체, 테이프 매체, 자기 기록 매체 또는 반도체 메모리 등이다.
컴퓨터(90)의 CPU(91)는, RAM(92) 상에 로드된 프로그램을 실행함으로써, 제 1 취득부(201), 중심값 산출부(202), 제 2 취득부(203), 오프셋 산출부(204), 온도 제어부(205), 기억부(206) 및 처리 제어부(207)의 각 기능을 실현한다. 또한, 보조 기억 장치(94)에는 기억부(206) 내의 데이터가 저장된다.
컴퓨터(90)의 CPU(91)는 RAM(92) 상에 로드되는 프로그램을, 기록 매체(98)로부터 판독하여 보조 기억 장치(94)에 저장하는데, 다른 예로서, 다른 장치로부터 통신 회선을 통하여 프로그램을 취득하여 보조 기억 장치(94)에 저장해도 된다.
또한, 개시된 기술은 상기한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지의 범위 내에서 각종 변형이 가능하다.
예를 들면, 상기한 각 실시 형태에 있어서, 서모 뷰어(51)는 캘리브레이션 시에 정전 척(6)의 상면의 온도 분포를 측정했지만, 개시된 기술은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 캘리브레이션 시에 있어서, 서모 뷰어(51)는 정전 척(6) 상에 배치된 반도체 웨이퍼(W)의 상면의 온도 분포를 측정해도 된다. 이에 의해, 서모 뷰어(51)는 실제로 처리가 실행되는 반도체 웨이퍼(W) 상의 온도 분포에 보다 가까운 온도 분포를 측정할 수 있다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)가 실리콘인 경우, 실리콘은 적외선을 투과한다. 그 때문에, 서모 뷰어(51)가 적외선을 이용하는 방사 온도계인 경우, 서모 뷰어(51)에 의해 반도체 웨이퍼(W) 상의 온도 분포를 측정하는 것이 어렵다. 그 때문에, 반도체 웨이퍼(W)가 실리콘인 경우에는, 예를 들면 흑색 등으로 착색된 반도체 웨이퍼(W)를 이용하여, 서모 뷰어(51)에 의해 반도체 웨이퍼(W) 상의 온도 분포를 측정한다.
또한, 상기한 실시 형태에 있어서의 캘리브레이션은, 정해진 수의 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리가 실행될 때마다 실행되어도 된다. 그리고, 캘리브레이션이 실행될 때마다 산출된 오프셋을 오퍼레이터 등이 감시함으로써, 처리 장치(100)의 경시적인 변화를 감시하는 것도 가능하다.
또한 상기한 실시 형태에 있어서, 제어 장치(200)는, 서모 뷰어(51)에 의해 측정된 정전 척(6)의 상면의 온도 분포에 기초하여 각 분할 영역(60)의 오프셋을 산출하지만, 개시된 기술은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼(W) 상의 복수의 위치에 온도 센서가 마련된 온도 분포 측정용의 반도체 웨이퍼(W)를 이용하여, 각 분할 영역(60)의 온도 분포가 측정되어도 된다. 이 경우, 각각의 온도 센서는, 당해 온도 센서가 마련된 위치의 온도의 정보를, 예를 들면 무선 통신에 의해 제어 장치(200)로 송신한다. 제어 장치(200)의 제 1 취득부(201)는, 각 온도 센서로부터 무선 송신된 온도의 정보를 이용하여, 반도체 웨이퍼(W)의 각 위치의 온도를 온도 분포로서 특정한다. 온도 센서가 마련되는 반도체 웨이퍼(W)로서, 실제의 처리에 이용되는 반도체 웨이퍼(W)를 이용함으로써, 실제의 처리 환경에 의해 가까운 환경에 있어서의 반도체 웨이퍼(W) 상의 온도 분포를 측정할 수 있다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도의 균일성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한 상기한 실시 형태에서는, 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리의 실행 시에 있어서, 온도 제어부(205)는 각 분할 영역(60)에 대하여, 온도 센서(20)를 이용하여 측정된 온도와 오프셋을 가산한 온도가 설정 온도가 되도록, 각 분할 영역(60)의 히터(6c)의 전력을 제어하지만, 개시된 기술은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼(W)에 대한 처리의 실행 시에 있어서, 온도 제어부(205)는 각 분할 영역(60)에 대하여, 온도 센서(20)를 이용하여 측정된 온도가, 설정 온도로부터 오프셋을 뺀 온도가 되도록 각 분할 영역(60)의 히터(6c)의 전력을 제어하도록 해도 된다.
또한 상기한 실시 형태에 있어서, 각 분할 영역(60)에 마련된 온도 센서(20)는, 예를 들면 온도에 따라 형광 특성이 변화하는 형광체의 소광 속도에 기초하여 분할 영역(60)의 온도를 측정하지만, 개시된 기술은 이에 한정되지 않는다. 각 분할 영역(60)에 마련된 온도 센서(20)는, 분할 영역(60)의 온도를 측정 가능한 센서이면, 예를 들면 열전대 등이어도 된다.
1 : 처리 챔버
10 : 처리 시스템
14 : 온도 측정 장치
100 : 처리 장치
200 : 제어 장치
201 : 제 1 취득부
202 : 중심값 산출부
203 : 제 2 취득부
204 : 오프셋 산출부
205 : 온도 제어부
206 : 기억부
207 : 처리 제어부
30 : 히터 전원
31 : 전열 가스 공급부
33 : 칠러 유닛

Claims (13)

  1. 피처리체의 온도를 제어하는 온도 제어 장치에 있어서,
    상기 피처리체의 상면 전체의 온도 분포를 측정하는 제 1 온도 측정부와,
    상기 피처리체의 상면을 정해진 영역으로 분할한 분할 영역마다, 상기 분할 영역에 포함되는 일부의 영역의 온도를 측정하는 제 2 온도 측정부와,
    상기 제 1 온도 측정부에 의해 측정된 상기 피처리체의 상면 전체의 온도 분포에 기초하여, 상기 분할 영역마다, 상기 분할 영역 내의 온도의 최대값과 최소값의 합의 1/2인 중심값을 산출하는 중심값 산출부와,
    상기 분할 영역마다, 상기 제 2 온도 측정부에 의해 온도가 측정된 영역의 상기 피처리체의 상면의 온도와, 상기 중심값과의 차분을 오프셋으로서 산출하는 오프셋 산출부와,
    상기 분할 영역마다, 상기 오프셋 및 상기 제 2 온도 측정부에 의해 측정된 온도에 기초하여, 상기 중심값이 미리 설정된 설정 온도가 되도록 상기 분할 영역의 온도를 제어하는 온도 제어부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 측정부는,
    상기 피처리체가 배치되는 배치대의 배치면에 있어서, 상기 피처리체가 배치되는 영역 전체의 온도 분포를 상기 피처리체의 상면 전체의 온도 분포로서 측정하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 배치대는,
    상기 피처리체가 배치되고, 정전기력에 의해 상기 피처리체를 흡착 유지하는 정전 흡착부를 가지는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 제어부는,
    상기 분할 영역마다, 상기 제 2 온도 측정부에 의해 측정된 온도에 상기 오프셋을 가산한 온도가, 상기 설정 온도가 되도록 상기 분할 영역의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 제어부는,
    상기 분할 영역마다, 상기 제 2 온도 측정부에 의해 측정된 온도가, 상기 설정 온도로부터 상기 오프셋을 뺀 온도가 되도록 상기 분할 영역의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 측정부는,
    상기 피처리체의 상면을 상기 분할 영역보다 작은 미소 영역으로 분할하고, 상기 미소 영역마다, 상기 미소 영역으로부터 방사되는 정해진 범위의 파장의 광의 강도로부터 상기 미소 영역의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    각각의 상기 미소 영역은, 상기 피처리체의 상면에 있어서 1 mm 정사각형 이하의 범위의 영역인 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 측정부는,
    -50℃에서 ＋400℃의 범위 내에서, 정해진 범위의 온도의 측정이 가능한 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 온도 측정부는 열전대인 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 측정부 및 상기 제 2 온도 측정부는 온도 분해능이 0.1℃ 이하인 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 제어부는 온도 제어의 분해능이 0.1℃ 이하인 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  12. 피처리체의 온도를 제어하는 온도 제어 방법에 있어서,
    상기 피처리체의 상면 전체의 온도 분포를 측정하는 제 1 온도 측정 단계와,
    상기 피처리체의 상면을 정해진 영역으로 분할한 분할 영역마다, 상기 분할 영역에 포함되는 일부의 영역의 온도를 측정하는 제 2 온도 측정 단계와,
    상기 피처리체의 상면 전체의 온도 분포에 기초하여, 상기 분할 영역마다, 상기 분할 영역 내의 온도의 최대값과 최소값의 합의 1/2인 중심값을 산출하는 중심값 산출 단계와,
    상기 분할 영역마다, 상기 제 2 온도 측정 단계에서 온도가 측정된 영역의 상기 피처리체의 상면의 온도와, 상기 중심값과의 차분을 오프셋으로서 산출하는 오프셋 산출 단계와,
    상기 분할 영역마다, 상기 오프셋 및 상기 제 2 온도 측정 단계에서 측정한 온도에 기초하여, 상기 중심값이 미리 설정된 설정 온도가 되도록 상기 분할 영역의 온도를 제어하는 온도 제어 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  13. 컴퓨터에,
    제 1 온도 측정부에 의해 측정된 피처리체의 상면 전체의 온도 분포를 취득하는 단계와,
    상기 피처리체의 상면을 정해진 영역으로 분할한 분할 영역마다, 제 2 온도 측정부에 의해 측정된 상기 분할 영역에 포함되는 일부의 영역의 온도를 취득하는 단계와,
    상기 제 1 온도 측정부에 의해 측정된 상기 피처리체의 상면 전체의 온도 분포에 기초하여, 상기 분할 영역마다, 상기 분할 영역 내의 온도의 최대값과 최소값의 합의 1/2인 중심값을 산출하는 중심값 산출 단계와,
    상기 분할 영역마다, 상기 제 2 온도 측정부에 의해 온도가 측정되는 위치의 상기 피처리체의 상면의 온도와, 상기 중심값과의 차분을 오프셋으로서 산출하는 오프셋 산출 단계와,
    상기 분할 영역마다, 상기 오프셋 및 상기 제 2 온도 측정부에 의해 측정된 온도에 기초하여, 상기 중심값이 미리 설정된 설정 온도가 되도록 상기 분할 영역의 온도를 제어하는 지시를, 상기 분할 영역마다의 온도를 제어하는 온도 제어부에 출력하는 단계
    를 실행시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 프로그램.
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