KR102465660B1 - 기판 처리 시스템 및 온도 제어 방법 - Google Patents

기판 처리 시스템 및 온도 제어 방법 Download PDF

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겐이치로 나카무라
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Abstract

본 발명은, 배치대의 소형화 및 구조의 간소화를 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
기판 관리 시스템은, 기판 처리 장치와, 제어 장치(200)를 구비한다. 기판 처리 장치는, 챔버와, 챔버 내에 설치되고, 피처리 기판을 배치하는 배치대와, 배치대의 상면을 복수의 영역으로 분할한 각각의 분할 영역에 대응하는 배치대의 내부에 매립된 히터를 갖는다. 제어 장치(200)는, 분할 영역마다, 배치대의 내부에 매립된 히터의 저항값과 분할 영역의 온도의 관계를 나타내는 테이블을 유지하는 제어부(25)와, 분할 영역마다, 배치대의 내부에 매립된 히터의 저항값을 측정하는 측정부(24)와, 분할 영역마다, 테이블을 참조하여, 측정부(24)에 의해 측정된 히터의 저항값에 대응하는 분할 영역의 온도를 추정하고, 추정된 온도가 목표 온도가 되도록 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제어부(25)를 갖는다.

Description

기판 처리 시스템 및 온도 제어 방법{SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM AND TEMPERATURE CONTROL METHOD}
본 발명의 여러 가지 측면 및 실시형태는, 기판 처리 시스템 및 온도 제어 방법에 관한 것이다.
반도체의 제조 프로세스에서는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼의 온도가, 반도체의 특성을 좌우하는 중요한 요소 중 하나이다. 그 때문에, 제조 프로세스에서는, 반도체 웨이퍼의 온도를 높은 정밀도로 제어하는 것이 요구된다. 이것을 실현하기 위해, 예컨대, 반도체 웨이퍼를 배치하는 배치대를 복수의 영역으로 분할하고, 분할된 각각의 영역에 독립 제어가 가능한 히터를 설치하는 것을 생각할 수 있다.
그러나, 분할된 배치대 상의 각각의 영역에 독립 제어가 가능한 히터를 설치하였다고 해도, 각각의 영역의 온도가 원하는 온도로 제어되고 있는지 여부는 알 수 없다. 그 때문에, 각각의 영역에는, 히터에 덧붙여 온도 센서를 설치하는 것을 생각할 수 있다. 이에 따라, 배치대 상의 각각의 영역의 온도를 높은 정밀도로 제어하는 것이 가능해진다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2006-283173호 공보
그런데, 반도체 웨이퍼의 온도 제어의 정밀도에 관한 요구는, 프로세스의 미세화에 따라 나날이 높아지고 있다. 그 때문에, 반도체 웨이퍼의 온도도, 보다 세세한 영역마다 제어할 필요가 있게 되어, 배치대 상의 영역의 분할수가 증가하게 된다. 배치대 상의 영역의 분할수가 증가하면, 배치대의 내부에 설치되는 히터 및 온도 센서의 수가 증가하여, 배치대의 소형화가 곤란해진다. 또한, 배치대의 내부에 설치되는 히터 및 온도 센서의 수가 증가하면, 배치대의 구조가 복잡해지고, 설계의 자유도도 저하된다.
본 발명의 일 측면에 있어서의 기판 처리 시스템은, 기판 처리 장치와, 기판 처리 장치를 제어하는 제어 장치를 구비한다. 기판 처리 장치는, 챔버와, 챔버 내에 설치되고, 피처리 기판을 배치하는 배치대와, 배치대의 상면을 복수의 영역으로 분할한 각각의 분할 영역에 대응하는 배치대의 내부에 매립된 히터를 갖는다. 제어 장치는, 분할 영역마다, 배치대의 내부에 매립된 히터의 저항값과 분할 영역의 온도와의 관계를 나타내는 테이블을 유지하는 유지부와, 분할 영역마다, 배치대의 내부에 매립된 히터의 저항값을 측정하는 측정부와, 분할 영역마다, 테이블을 참조하여, 측정부에 의해 측정된 히터의 저항값에 대응하는 분할 영역의 온도를 추정하고, 추정된 온도가 목표 온도가 되도록 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제어부를 갖는다.
본 발명의 여러 가지 측면 및 실시형태에 따르면, 배치대의 소형화 및 구조의 간소화가 가능해진다.
도 1은 기판 처리 시스템의 일례를 도시한 시스템 구성도이다.
도 2는 실시예 1에서의 기판 처리 장치의 구성의 일례를 도시한 단면도이다.
도 3은 정전척의 상면의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 제어 장치의 구성의 일례를 도시한 블록도이다.
도 5는 각 히터에 공급되는 교류 전압 및 교류 전류의 파형의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 각 히터의 저항값을 측정하는 타이밍의 일례를 설명한 도면이다.
도 7은 변환 테이블의 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 실시예 1에서의 제어 장치의 동작의 일례를 도시한 흐름도이다.
도 9는 실시예 2에서의 기판 처리 장치의 구성의 일례를 도시한 단면도이다.
도 10은 실시예 2에서의 제어 장치의 동작의 일례를 도시한 흐름도이다.
도 11은 온도 센서에 의한 보정의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 변환 테이블 작성시의 기판 처리 장치의 구성의 일례를 도시한 단면도이다.
도 13은 실시예 3에서의 제어 장치의 동작의 일례를 도시한 흐름도이다.
도 14는 제어 장치의 기능을 실현하는 컴퓨터의 일례를 도시한 도면이다.
개시하는 기판 처리 시스템은, 하나의 실시형태에 있어서, 기판 처리 장치와, 기판 처리 장치를 제어하는 제어 장치를 구비한다. 기판 처리 장치는, 챔버와, 챔버 내에 설치되고, 피처리 기판을 배치하는 배치대와, 배치대의 상면을 복수의 영역으로 분할한 각각의 분할 영역에 대응하는 배치대의 내부에 매립된 히터를 갖는다. 제어 장치는, 분할 영역마다, 배치대의 내부에 매립된 히터의 저항값과 분할 영역의 온도와의 관계를 나타내는 테이블을 유지하는 유지부와, 분할 영역마다, 배치대의 내부에 매립된 히터의 저항값을 측정하는 측정부와, 분할 영역마다, 테이블을 참조하여, 측정부에 의해 측정된 히터의 저항값에 대응하는 분할 영역의 온도를 추정하고, 추정된 온도가 목표 온도가 되도록 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제어부를 갖는다.
또한, 개시하는 기판 처리 시스템의 하나의 실시형태에 있어서, 각각의 히터에는, 교류 전압 및 교류 전류가 공급되어 있고, 측정부는, 각각의 히터에 공급되는 교류 전압의 순시(瞬時)값이 0 V가 되는 제로 크로스점으로서, 인접하는 제로 크로스점의 중간 타이밍에 있어서의 교류 전압 및 교류 전류의 순시값에 기초하여, 각각의 히터의 저항값을 측정하여도 좋다.
또한, 개시하는 기판 처리 시스템의 하나의 실시형태에 있어서, 적어도 하나의 분할 영역에 대응하는 배치대의 내부에는, 온도 센서가 설치되어 있어도 좋고, 제어부는, 온도 센서에 의해 측정된 분할 영역의 온도와, 상기 분할 영역에 설치된 히터의 저항값에 기초하여 추정된 온도 사이에 미리 정해진 값 이상의 차가 생겼을 경우에, 이 차에 기초하여, 모든 분할 영역에 대해서 추정된 온도를 보정하여도 좋다.
또한, 개시하는 온도 제어 방법은, 하나의 실시형태에 있어서, 챔버와, 챔버 내에 설치되고, 피처리 기판을 배치하는 배치대와, 배치대의 상면을 복수의 영역으로 분할한 각각의 분할 영역에 있어서, 배치대의 내부에 매립된 히터를 갖는 기판 처리 장치에 대하여, 배치대의 표면의 온도를 제어하는 온도 제어 방법이다. 상기 온도 제어 방법에 있어서, 제어 장치는, 분할 영역마다, 배치대의 내부에 매립된 히터의 저항값을 측정하는 측정 단계와, 분할 영역마다, 배치대의 내부에 매립된 히터의 저항값과 분할 영역의 온도의 관계를 나타내는 테이블을 참조하여, 측정된 히터의 저항값에 대응하는 분할 영역의 온도를 추정하는 추정 단계와, 추정된 온도가 목표 온도가 되도록 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제어 단계를 실행한다.
또한, 개시하는 온도 제어 방법의 하나의 실시형태에 있어서, 각각의 히터에는, 교류 전압 및 교류 전류가 공급되어 있고, 측정 단계에서는, 각각의 히터에 공급되는 교류 전압의 순시값이 0 V가 되는 제로 크로스점으로서, 인접하는 제로 크로스점의 중간 타이밍에 있어서의 교류 전압 및 교류 전류의 순시값에 기초하여, 각각의 히터의 저항값이 측정되어도 좋다.
또한, 개시하는 온도 제어 방법의 하나의 실시형태에 있어서, 적어도 하나의 분할 영역에 대응하는 배치대의 내부에는, 온도 센서가 설치되어 있어도 좋고, 제어 단계에서는, 온도 센서에 의해 측정된 분할 영역의 온도와, 상기 분할 영역에 설치된 히터의 저항값에 기초하여 추정된 온도 사이에 미리 정해진 값 이상의 차가 생겼을 경우에, 상기 차에 기초하여, 모든 분할 영역에 대해서 추정된 온도가 보정되어도 좋다.
또한, 개시하는 온도 제어 방법의 하나의 실시형태에 있어서, 제어 장치는, 상기 테이블을 작성하는 작성 단계를 더 실행하여도 좋다. 작성 단계에는, 설정 온도마다, 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여, 상기 온도 센서가 설치된 분할 영역의 온도가 설정 온도가 되도록, 상기 분할 영역에 설치된 히터에 공급되는 전력을 제어하는 단계와, 설정 온도마다, 카메라를 이용하여, 각각의 분할 영역으로부터 방사되는 미리 정해진 파장의 광의 방사량을 측정하는 단계와, 설정 온도마다, 온도 센서가 설치되어 있지 않은 다른 분할 영역으로부터 방사되는 미리 정해진 파장의 광의 방사량과, 온도 센서가 설치된 분할 영역으로부터 방사되는 미리 정해진 파장의 광의 방사량의 차가 미리 정해진 값 이내가 되도록, 각각의 분할 영역에 설치된 히터에 공급되는 전력을 제어하는 단계와, 설정 온도마다, 각각의 분할 영역에 설치된 히터의 저항값을 측정하는 단계와, 설정 온도와, 각각의 분할 영역에 설치된 히터의 저항값을 대응시켜 테이블을 작성하는 단계가 포함되어도 좋다.
이하에, 개시하는 기판 처리 시스템 및 온도 제어 방법의 실시예에 대해서, 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 또한, 이하의 실시예에 의해 개시되는 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 각 실시예는, 처리 내용을 모순되게 하지 않는 범위에서 적절하게 조합하는 것이 가능하다.
실시예 1
[기판 처리 시스템(10)의 시스템 구성]
도 1은 기판 처리 시스템(10)의 일례를 도시한 시스템 구성도이다. 기판 처리 시스템(10)은, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이, 기판 처리 장치(100) 및 제어 장치(200)를 구비한다. 기판 처리 장치(100)는, 피처리 기판의 일례인 반도체 웨이퍼(W)에 대하여, 플라즈마 에칭, 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition), 또는 열처리 등의 처리를 행한다. 제어 장치(200)는, 기판 처리 장치(100)의 각부를 제어하고, 기판 처리 장치(100) 내에 반입된 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 기판 처리 장치(100)에 미리 정해진 처리를 실행시킨다.
[기판 처리 장치(100)의 구성]
도 2는 실시예 1에서의 기판 처리 장치(100)의 구성의 일례를 도시한 단면도이다. 본 실시예에 있어서의 기판 처리 장치(100)는, 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이, 기밀하게 구성되고, 전기적으로 접지된 챔버(1)를 갖는다. 챔버(1)는, 예컨대 표면이 양극 산화 피막으로 덮인 알루미늄 등에 의해 대략 원통형으로 형성되어 있다.
챔버(1) 내에는 예컨대 알루미늄 등의 도전성 금속으로 형성된 기재(基材)(2a)가 설치되어 있다. 기재(2a)는 하부 전극의 기능을 갖는다. 기재(2a)는 절연판(3) 상에 설치된 도체의 지지대(4)에 지지되어 있다. 또한, 기재(2a)의 위쪽의 외주에는, 예컨대 단결정 실리콘 등으로 형성된 포커스링(5)이 설치되어 있다. 기재(2a) 및 지지대(4)의 주위에는, 기재(2a) 및 지지대(4)를 둘러싸도록 예컨대 석영 등으로 이루어진 원통형의 내벽 부재(3a)가 더 설치되어 있다.
기재(2a)의 위쪽에는, 기재(2a)와 대략 평행하게 대향하도록, 바꾸어 말하면, 기재(2a) 상에 배치되는 반도체 웨이퍼(W)와 대향하도록, 상부 전극으로서의 기능을 갖는 샤워 헤드(16)가 설치되어 있다. 샤워 헤드(16)와 기재(2a)는, 한 쌍의 전극(상부 전극과 하부 전극)으로서 기능한다. 기재(2a)에는 정합기(11a)를 통해 고주파 전원(12a)이 접속되어 있다. 또한, 기재(2a)에는 정합기(11b)를 통해 고주파 전원(12b)이 접속되어 있다.
고주파 전원(12a)은, 플라즈마의 발생에 이용되는 미리 정해진 주파수(예컨대 100 MHz)의 고주파 전력을 기재(2a)에 공급한다. 또한, 고주파 전원(12b)은, 이온의 인입(바이어스)에 이용되는 미리 정해진 주파수의 고주파 전력으로서, 고주파 전원(12a)보다 낮은 주파수(예컨대, 13 MHz)의 고주파 전력을 기재(2a)에 공급한다. 고주파 전원(12a, 12b)의 온 및 오프의 제어, 그리고, 고주파 전원(12a, 12b)에 의해 공급되는 고주파의 전력 등은, 후술하는 제어 장치(200)에 의해 제어된다.
기재(2a)의 상면에는, 반도체 웨이퍼(W)를 흡착 유지하고, 반도체 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 정전척(6)이 설치되어 있다. 정전척(6)은, 절연체(6b)와, 절연체(6b) 사이에 설치된 전극(6a) 및 복수의 히터(6c)를 갖는다. 전극(6a)은, 직류 전원(13)에 접속되어 있다. 히터(6c)는, 후술하는 제어 장치(200)에 접속되어 있다. 정전척(6)은, 직류 전원(13)으로부터 인가된 직류 전압에 의해 정전척(6)의 표면에 쿨롱력을 발생시키고, 쿨롱력에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 정전척(6)의 상면에 흡착 유지한다. 직류 전원(13)의 온 및 오프는, 후술하는 제어 장치(200)에 의해 제어된다.
또한, 정전척(6)은, 제어 장치(200)로부터 공급된 전력으로 가열된 히터(6c)에 의해, 반도체 웨이퍼(W)를 가열한다. 정전척(6)의 상면은, 복수의 영역인 분할 영역으로 분할되어 있고, 각각의 분할 영역에 히터(6c)가 1개씩 설치되어 있다. 기재(2a) 및 정전척(6)은 배치대의 일례이다.
기재(2a)의 내부에는, 갈덴 등의 냉매가 흐르는 유로(2b)가 형성되어 있고, 유로(2b)에는, 배관(2c, 2d)을 통해 칠러 유닛(33)이 접속되어 있다. 칠러 유닛(33)으로부터 공급된 냉매가 유로(2b) 내를 순환함으로써, 냉매와의 열교환에 의해 기재(2a)가 냉각된다. 칠러 유닛(33)에 의해 공급되는 냉매의 온도 및 유량 등은, 후술하는 제어 장치(200)에 의해 제어된다.
또한, 기재(2a)에는, 기재(2a)를 관통하도록, 반도체 웨이퍼(W)의 이면측에 헬륨 가스 등의 전열 가스(백사이드 가스)를 공급하기 위한 배관(32)이 설치되어 있다. 배관(32)은, 전열 가스 공급부(31)에 접속되어 있다. 전열 가스 공급부(31)로부터 배관(32)을 통해 반도체 웨이퍼(W)의 이면측에 공급되는 전열 가스의 유량 등은, 후술하는 제어 장치(200)에 의해 제어된다.
제어 장치(200)는, 유로(2b)를 흐르는 냉매의 온도와, 정전척(6) 내의 각 히터(6c)에 공급되는 전력과, 반도체 웨이퍼(W)의 이면에 공급되는 전열 가스의 유량을 제어함으로써, 정전척(6)의 상면에 흡착 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 온도를, 미리 정해진 범위 내의 온도로 제어할 수 있다.
샤워 헤드(16)는, 챔버(1)의 상부에 설치되어 있다. 샤워 헤드(16)는, 본체부(16a)와 전극판을 이루는 상부 천판(16b)을 구비하고 있고, 절연성 부재(45)를 통해 챔버(1)의 상부에 지지되어 있다. 본체부(16a)는, 예컨대 표면에 양극 산화 처리가 행해진 알루미늄 등에 의해 형성되고, 그 하부에 상부 천판(16b)을 착탈 가능하게 지지한다. 상부 천판(16b)은, 예컨대 석영 등의 실리콘 함유 물질로 형성된다.
본체부(16a)의 내부에는 가스 확산실(16c)이 설치되어 있다. 본체부(16a)의 바닥부에는 가스 확산실(16c)의 하부에 위치하도록 다수의 가스 유출구(16e)가 형성되어 있다. 상부 천판(16b)에는 이 상부 천판(16b)을 두께 방향으로 관통하도록 복수의 가스 도입구(16f)가 설치되어 있고, 각각의 가스 도입구(16f)는, 상기한 가스 유출구(16e)에 연통되어 있다. 이러한 구성에 의해, 가스 확산실(16c)에 공급된 처리 가스는, 각각의 가스 유출구(16e) 및 가스 도입구(16f)를 통해 챔버(1) 내에 샤워형으로 확산되어 공급된다. 또한, 본체부(16a) 등에는, 도시하지 않은 히터나, 냉매를 순환시키기 위한 도시하지 않은 배관 등의 온도 조정기가 설치되어 있고, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 중에 샤워 헤드(16)를 원하는 범위 내의 온도로 제어할 수 있도록 되어 있다.
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 통해 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 통해 가스 확산실(16c)에 공급되고, 각각의 가스 유출구(16e) 및 가스 도입구(16f)를 통해 챔버(1) 내에 샤워형으로 확산되어 공급된다. 밸브(V) 및 MFC(15a)는 후술하는 제어 장치(200)에 의해 제어된다.
샤워 헤드(16)에는, 저역 필터(LPF)(40) 및 스위치(41)를 통해 가변 직류 전원(42)이 전기적으로 접속되어 있다. 가변 직류 전원(42)은, 스위치(41)에 의해 직류 전압의 공급 및 차단이 가능해지고 있다. 가변 직류 전원(42)의 전류 및 전압 및 스위치(41)의 온 및 오프는, 후술하는 제어 장치(200)에 의해 제어된다. 예컨대, 고주파 전원(12a, 12b)으로부터 고주파 전력이 기재(2a)에 공급되어 챔버(1) 내의 처리 공간에 플라즈마가 발생할 때에는, 필요에 따라 제어 장치(200)에 의해 스위치(41)가 온이 되고, 상부 전극으로서 기능하는 샤워 헤드(16)에 미리 정해진 크기의 직류 전압이 인가된다.
챔버(1)의 바닥부에는 배기구(71)가 형성되어 있다. 배기구(71)에는, 배기관(72)을 통해 배기 장치(73)가 접속되어 있다. 배기 장치(73)는, 진공 펌프를 갖고 있고, 이 진공 펌프를 작동시킴으로써 챔버(1) 내를 미리 정해진 진공도까지 감압할 수 있다. 배기 장치(73)의 배기 유량 등은, 후술하는 제어 장치(200)에 의해 제어된다. 또한, 챔버(1)의 측벽에는, 개구부(74)가 형성되어 있고, 개구부(74)에는 상기 개구부(74)를 개폐하기 위한 게이트 밸브(G)가 설치되어 있다.
챔버(1)의 내벽에는, 내벽의 면을 따라, 디포지션 실드(76)가, 착탈 가능하게 설치되어 있다. 또한, 내벽 부재(3a)의 외주면에는, 내벽 부재(3a)를 덮도록 디포지션 실드(77)가 설치되어 있다. 디포지션 실드(76, 77)는, 챔버(1)의 내벽에 에칭 부생물(디포지션)이 부착되는 것을 방지한다. 정전척(6) 상에 흡착 유지된 반도체 웨이퍼(W)와 거의 동일한 높이의 디포지션 실드(76)의 위치에는, 직류적으로 그라운드에 접속된 도전성 부재(GND 블록)(79)가 설치되어 있다. 도전성 부재(79)에 의해 챔버(1) 내의 이상 방전이 억제된다.
또한, 챔버(1)의 주위에는, 동심원형으로 링자석(9)이 배치되어 있다. 링자석(9)은, 샤워 헤드(16)와 기재(2a) 사이의 공간에 자장을 형성한다. 링자석(9)은, 도시하지 않은 회전 기구에 의해 회전 가능하게 유지되어 있다.
[정전척(6)]
도 3은 정전척(6)의 상면의 일례를 도시한 도면이다. 정전척(6)의 외주에는, 정전척(6)을 둘러싸도록 포커스링(5)이 설치되어 있다. 반도체 웨이퍼(W)가 배치되는 정전척(6)의 상면은 복수의 분할 영역(60)으로 나누어져 있다. 각각의 분할 영역(60)은, 정전척(6)의 상면이 동심원형으로 복수의 영역으로 분할되고, 중심 영역을 제외한 각각의 동심원형의 영역이 둘레 방향으로 복수의 영역으로 더 분할된 각각의 영역이다.
본 실시예에 있어서, 정전척(6)의 상면은, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이, 동심원형으로 5개의 영역으로 나누어져 있다. 동심원형의 5개의 영역 중, 중심으로부터 2번째 영역은, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이, 둘레 방향으로 3개의 영역으로 나누어져 있다. 또한, 중심으로부터 3번째 영역은, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이, 둘레 방향으로 6개의 영역으로 나누어져 있다. 또한, 중심으로부터 4번째 영역은, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이, 둘레 방향으로 9개의 영역으로 나누어져 있다. 또한, 최외주의 영역은, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이, 둘레 방향으로 8개의 영역으로 나누어져 있다. 이와 같이, 본 실시예에 있어서, 정전척(6)의 상면은, 27개의 분할 영역(60)으로 나누어져 있다. 또한, 정전척(6)의 상면의 분할 방법은, 도 3에 도시된 예에 한정되지 않는다.
각각의 분할 영역(60)에 대응하는 정전척(6)의 내부에는, 히터(6c)가 1개씩 설치되어 있다. 각각의 분할 영역(60)에 설치된 히터(6c)에 공급되는 전력은, 제어 장치(200)에 의해 각각 독립적으로 제어된다. 또한, 포커스링(5) 내에도 포커스링(5)의 형상을 따라 도시하지 않은 히터가 1개 설치되어 있고, 상기 히터에 공급되는 전력은, 제어 장치(200)에 의해 제어된다. 제어 장치(200)는, 정전척(6)의 각각의 분할 영역(60)에 설치된 27개의 히터(6c)에 공급되는 전력과, 포커스링(5)에 설치된 1개의 히터에 공급되는 전력을 각각 독립적으로 제어한다.
[제어 장치(200)의 구성]
도 4는 제어 장치(200)의 일례를 도시한 블록도이다. 제어 장치(200)는, 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 전력 공급부(20-1∼20-n), 측정부(24), 제어부(25) 및 유지부(26)를 구비한다. 또한, 이하에서는, 복수의 전력 공급부(20-1∼20-n)의 각각을 구별하지 않고 총칭하는 경우에, 단순히 전력 공급부(20)라고 기재한다.
전력 공급부(20)는, 정전척(6)의 분할 영역(60)에 설치된 1개의 히터(6c)에 대하여 1개씩 설치되어 있고, 대응하는 히터(6c)에 전력을 공급한다. 본 실시예에서는, 기판 처리 장치(100) 내에 28개의 히터(6c)가 설치되어 있고, 각각의 히터(6c)에 대응하여 28개의 전력 공급부(20)가 설치되어 있다. 각각의 전력 공급부(20)는, 스위치(SW)(21), 전류계(22) 및 전압계(23)를 갖는다.
SW(21)는, 제어부(25)로부터의 제어에 따라, 온 및 오프하고, 온의 기간에 있어서, 전원(27)으로부터 공급된 전력을, 대응하는 히터(6c)에 공급한다. 전류계(22)는, 전원(27)으로부터, 대응하는 히터(6c)에 공급된 교류 전류의 순시값을 측정하여 측정부(24)로 출력한다. 전압계(23)는, 전원(27)으로부터, 대응하는 히터(6c)에 공급된 교류 전압의 순시값을 측정하여 측정부(24)로 출력한다.
측정부(24)는, 각각의 전력 공급부(20)로부터 출력된 히터(6c)의 전압 및 전류의 측정값에 기초하여 각각의 히터(6c)의 저항값을 측정한다. 그리고, 측정부(24)는, 히터(6c)마다 측정한 저항값을 제어부(25)로 출력한다. 예컨대 도 5에 도시된 바와 같이, 전원(27)으로부터는 미리 정해진 주파수(예컨대, 50 Hz)의 교류 전압이 출력되어 있고, SW(21)가 온된 타이밍에, 히터(6c)에 전압 및 전류가 공급된다. 도 5는 각 히터(6c)에 공급되는 교류 전압 및 교류 전류의 파형의 일례를 도시한 도면이다.
측정부(24)는, 각각의 히터(6c)에 대해서, 인접하는 제로 크로스점의 중간 교류 전압 및 교류 전류의 순시값에 기초하여, 각각의 히터(6c)의 저항값을 측정한다. 제로 크로스점이란, 예컨대 도 6에 도시된 바와 같이, 교류 전압의 순시값이 0 V가 되는 타이밍 t1 및 t2이다. 구체적으로, 측정부(24)는 각각의 히터(6c)에 대해서, 예컨대 도 6에 도시된 바와 같이, 인접하는 제로 크로스점인 t1 및 t2의 중간 타이밍인 기간 Δt에 있어서 측정된 교류 전압 및 교류 전류의 순시값의 비를 저항값으로서 측정한다.
여기서, 반도체의 제조를 행하는 공장 내에서는, 여러 가지 제조 장치나 반송 장치 등이 가동되고 있기 때문에, 공장 내에서 사용되는 전원에는, 여러 가지 노이즈가 포함된다. 그 때문에, 공장 내의 전원을 이용하여 히터(6c)에 전력을 공급하면, 노이즈의 영향에 따라 전압 및 전류의 측정값에 편차가 발생한다. 그래서, 본 실시예의 측정부(24)에서는, 각각의 히터(6c)에 대해서, 예컨대 도 6에 도시된 바와 같이, 인접하는 제로 크로스점의 중간 타이밍에 있어서 측정된 교류 전압 및 교류 전류의 순시값의 비로부터 저항값을 측정한다. 이에 따라, 노이즈의 영향에 따른 전압 및 전류의 측정값의 편차를 억제할 수 있어, 보다 높은 정밀도로 각 히터(6c)의 저항값을 측정할 수 있다.
또한, 측정부(24)는, 각 히터(6c)에 대해서, 저항값을 복수 회 측정하여 평균함으로써, 노이즈의 영향을 더 저감하여도 좋다. 또한, 각각의 히터(6c)에 공급하는 전력으로서, 공장 내에서 이용되고 있는 3상 교류 전원을 이용하면, 각각의 상에 포함되는 다른 노이즈의 영향에 의해, 측정되는 저항값의 편차가 커진다. 그 때문에, 각각의 히터(6c)에는, 단상의 교류 전원으로부터의 교류 전압 및 교류 전류가 공급되는 것이 바람직하다.
유지부(26)는, 예컨대 도 7에 도시된 변환 테이블(260)을 유지한다. 도 7은 변환 테이블(260)의 일례를 도시한 도면이다. 변환 테이블(260)에는, 예컨대 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 히터(6c)가 설치된 분할 영역(60)을 식별하는 영역 ID(261)마다, 개별 테이블(262)이 저장되어 있다. 각각의 개별 테이블(262)에는, 온도(263)에 대응시켜, 히터(6c)의 저항값(264)이 저장되어 있다. 또한, 유지부(26)는, 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 나타내는 레시피를 유지한다. 레시피에는, 공정마다, 각 분할 영역(60)의 목표 온도의 정보가 포함되어 있다. 또한, 변환 테이블(260) 및 레시피 등은, 기판 처리 시스템(10)의 관리자 등에 의해 미리 작성되어 유지부(26) 내에 저장된다.
제어부(25)는, 유지부(26) 내에 유지된 레시피에 기초하여, 기판 처리 장치(100)의 각부를 제어한다. 또한, 제어부(25)는, 처리의 각 공정에 있어서, 정전척(6)의 각 분할 영역(60)에 설치된 히터(6c)에 공급되는 전력을 제어함으로써, 각 분할 영역(60)의 온도가 레시피에서 나타낸 목표 온도가 되도록 제어한다.
구체적으로, 제어부(25)는, 처리의 각 공정에 있어서, 각 분할 영역(60)의 목표 온도의 정보와, 변환 테이블(260)을 유지부(26)로부터 판독한다. 또한, 제어부(25)는, 측정부(24)에 의해 측정된 히터(6c)마다의 저항값을 수시 취득한다. 그리고, 제어부(25)는, 정전척(6)의 분할 영역(60)마다, 변환 테이블(260)을 참조하여, 상기 분할 영역(60)에 설치된 히터(6c)의 저항값에 대응하는 온도를, 상기 분할 영역(60)의 온도로서 추정한다. 그리고, 제어부(25)는, 분할 영역(60)마다, 추정한 온도와 목표 온도의 차에 따라, 전력 공급부(20) 내의 SW(21)의 온과 오프의 비율을 제어함으로써, 히터(6c)에 공급되는 전력을 제어한다.
여기서, 정전척(6)의 분할 영역(60)마다 기재(2a) 내에 온도 센서를 설치함으로써, 각 분할 영역(60)의 온도를 측정하는 것으로 하면, 온도 센서를 배치하기 위한 공간이 기재(2a) 내에 필요하게 된다. 또한, 정전척(6)의 온도 분포를 보다 세세하게 제어하는 경우에는, 정전척(6)이 보다 많은 분할 영역(60)으로 분할되게 된다. 그 때문에, 기재(2a) 내에는 분할 영역(60)의 수에 따라 보다 많은 온도 센서가 배치되게 된다. 기재(2a) 내에 배치되는 온도 센서의 수가 많아지면, 기재(2a)의 소형화가 곤란해진다. 또한, 기재(2a) 내에 배치되는 온도 센서의 수가 많아지면, 기재(2a)의 구조가 복잡해지고, 설계의 자유도도 저하된다.
이것에 대하여, 본 실시예의 기판 처리 시스템(10)에서는, 정전척(6) 내의 분할 영역(60)마다 설치된 히터(6c)의 저항값에 기초하여 각 분할 영역(60)의 온도를 추정한다. 이에 따라, 기재(2a) 내에 온도 센서를 배치할 필요가 없게 되어, 기재(2a)의 소형화가 가능해진다. 또한, 기재(2a) 내에 배치되는 온도 센서를 없애거나 혹은 적게 할 수 있기 때문에, 기재(2a)의 구조를 간소화할 수 있고, 설계의 자유도도 향상된다.
[제어 장치(200)의 동작]
도 8은 실시예 1에서의 제어 장치(200)의 동작의 일례를 도시한 흐름도이다. 예컨대, 제어 장치(200)는, 레시피에 기초한 처리를 시작한 경우에, 본 흐름도에 도시하는 온도 제어 처리를 시작한다. 또한, 유지부(26) 내에는 변환 테이블(260) 및 레시피 등의 정보가 미리 저장되어 있다.
우선, 제어부(25)는, 각 전력 공급부(20) 내의 SW(21)를 제어함으로써, 각 히터(6c)에 전력의 공급을 시작한다. 그리고, 측정부(24)는, 인접한 교류 전압의 제로 크로스점의 중간 기간에 있어서, 각 전류계(22)가 측정한 교류 전류의 순시값과, 각 전압계(23)가 측정한 교류 전압의 순시값에 기초하여, 분할 영역(60)마다 히터(6c)의 저항값을 측정한다(S100). 측정부(24)는, 각 히터(6c)에 있어서, 미리 정해진 기간(예컨대 수초간) 동안에 복수회 측정된 저항값을 평균하고, 평균된 저항값을 제어부(25)로 출력한다.
다음에, 제어부(25)는, 분할 영역(60)마다, 유지부(26) 내의 변환 테이블(260)을 참조하여, 상기 분할 영역(60)에 설치된 히터(6c)의 저항값에 대응하는 온도를, 상기 분할 영역(60)의 온도로서 추정한다(S101). 그리고, 제어부(25)는, 분할 영역(60)마다, 추정된 온도와 목표 온도의 차에 따라, 전력 공급부(20) 내의 SW(21)의 온과 오프의 비율을 제어함으로써, 히터(6c)에 공급되는 전력을 제어한다(S102).
다음에, 제어부(25)는, 레시피를 참조하여, 처리가 종료되었는지 여부를 판정한다(S103). 처리가 종료되지 않은 경우(S103: No), 측정부(24)는, 다시 단계 S100에 나타낸 처리를 실행한다. 한편, 처리가 종료된 경우(S103: Yes), 제어 장치(200)는, 본 흐름도에 도시한 온도 제어 처리를 종료한다.
이와 같이, 본 실시예의 기판 처리 시스템(10)은, 기판 처리 장치(100) 및 제어 장치(200)를 구비한다. 기판 처리 장치(100)는, 챔버(1)와, 챔버(1) 내에 설치되고, 반도체 웨이퍼(W)를 배치하는 정전척(6)과, 정전척(6)의 상면을 복수의 영역으로 분할한 각각의 분할 영역(60)에 대응하는 정전척(6)의 내부에 매립된 히터(6c)를 갖는다. 제어 장치(200)는, 분할 영역(60)마다, 정전척(6)의 내부에 매립된 히터(6c)의 저항값과 분할 영역(60)의 온도와의 관계를 나타내는 변환 테이블(260)을 유지하는 유지부(26)와, 분할 영역(60)마다, 정전척(6)의 내부에 매립된 히터(6c)의 저항값을 측정하는 측정부(24)와, 분할 영역(60)마다, 변환 테이블(260)을 참조하여, 측정부(24)에 의해 측정된 히터(6c)의 저항값에 대응하는 분할 영역(60)의 온도를 추정하고, 추정된 온도가 목표 온도가 되도록 히터(6c)에 공급되는 전력을 제어하는 제어부(25)를 갖는다. 이에 따라, 정전척(6) 및 기재(2a)의 소형화 및 구조의 간소화가 가능해진다.
또한, 본 실시예에 있어서, 각각의 히터(6c)에는, 교류 전압 및 교류 전류가 공급되어 있고, 측정부(24)는, 각각의 히터(6c)에 공급되는 교류 전압의 순시값이 0 V가 되는 제로 크로스점으로서, 인접하는 제로 크로스점의 중간 타이밍에 있어서의 교류 전압 및 교류 전류의 순시값에 기초하여, 각각의 히터(6c)의 저항값을 측정한다. 이에 따라, 노이즈가 많은 공장 내의 전원을 이용한 경우라도, 측정부(24)는, 각 히터(6c)의 저항값의 측정 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
실시예 2
상기한 실시예 1에서는, 정전척(6) 내의 분할 영역(60)마다 설치된 히터(6c)의 저항값에 기초하여, 각 분할 영역(60)의 온도를 추정하기 때문에, 분할 영역(60)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서는 설치되지 않는다. 이것에 대하여 본 실시예에서는, 복수의 분할 영역(60) 중의 1개에 온도 센서가 설치된다. 그리고, 온도 센서가 설치된 분할 영역(60)의 히터(6c)의 저항값으로부터 추정된 온도와, 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도의 차에 기초하여, 각 분할 영역(60)에 있어서 추정된 온도가 보정된다.
[기판 처리 장치(100)의 구성]
도 9는 실시예 2에서의 기판 처리 장치(100)의 구성의 일례를 도시한 단면도이다. 또한, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 도 9에 있어서, 도 2와 동일한 부호를 붙인 부재는, 도 2에 도시된 부재와 동일하거나 또는 마찬가지의 기능을 갖기 때문에 설명을 생략한다.
본 실시예에 있어서, 정전척(6) 내의 복수의 분할 영역(60) 중의 1개의 분할 영역(60)에는, 이 분할 영역(60)의 아래쪽의 기재(2a) 내에 이 분할 영역(60)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(7)가 1개 설치되어 있다. 온도 센서(7)는, 예컨대 형광식 광파이버 온도계이다. 온도 센서(7)는, 정전척(6)의 이면으로부터, 1개의 분할 영역(60)의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 제어 장치(200)로 출력한다. 본 실시예에 있어서, 온도 센서(7)는, 중심으로부터 3번째 동심원형의 영역에 포함되는 6개의 분할 영역(60) 중의 1개의 분할 영역(60)의 온도를 측정한다.
[제어 장치(200)의 동작]
도 10은 실시예 2에서의 제어 장치(200)의 동작의 일례를 도시한 흐름도이다. 또한, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 도 10에 있어서, 도 8과 동일한 부호를 붙인 처리는, 도 8에 도시된 처리와 마찬가지의 처리이기 때문에 설명을 생략한다.
제어부(25)는, 정전척(6)의 각 분할 영역(60)의 온도를 추정한 후(S101), 온도 센서(7)에 의해 측정된 분할 영역(60)의 온도(Ts)의 정보를, 온도 센서(7)로부터 취득한다(S110). 또한, 단계 S110에 있어서, 제어부(25)는, 미리 정해진 기간(예컨대 수초 간) 내에 온도 센서(7)에 의해 복수 회 측정된 분할 영역(60)의 온도의 평균값을, 온도 센서(7)에 의해 측정된 분할 영역(60)의 온도(Ts)로서 이용한다. 그리고, 제어부(25)는, 온도 센서(7)에 의해 측정된 분할 영역(60)의 온도(Ts)와, 온도 센서(7)가 설치된 분할 영역(60)에 대해서 추정된 온도(Te)의 차분(ΔT)을 하기의 산출식 (1)에 의해 산출한다(S111).
ΔT=Te-Ts ···(1)
예컨대, 온도 센서(7)가 설치된 분할 영역(60)에 대해서 추정된 온도(Te)가 18℃이고, 온도 센서(7)에 의해 측정된 분할 영역(60)의 온도(Ts)가 20℃인 경우, 차분(ΔT)은, 18-20=-2℃가 된다.
다음에, 제어부(25)는, 차분(ΔT)의 절대값이 미리 정해진 임계값(Tth)보다 큰지 여부를 판정한다(S112). 임계값(Tth)은 예컨대 0.2℃이다. 차분(ΔT)의 절대값이 임계값(Tth) 이하인 경우(S112: No), 제어부(25)는, 단계 S102에 나타낸 처리를 실행한다.
한편, 차분(ΔT)의 절대값이 임계값(Tth)보다 큰 경우(S112: Yes), 제어부(25)는, 각 분할 영역(60)에 대해서 추정된 온도(Te)를 차분(ΔT)으로 보정한다(S113). 구체적으로는, 제어부(25)는, 분할 영역(60)마다, 추정된 온도(Te)에 차분(ΔT)을 가산함으로써, 각 분할 영역(60)에 대해서 추정된 온도(Te)를 보정한다. 예컨대, 차분(ΔT)이 -2℃이고, 어떤 분할 영역(60)에 대해서 추정된 온도(Te)가 20℃인 경우, 제어부(25)는, 이 분할 영역(60)에 대해서 추정된 온도(Te)를, 20+(-2)=18℃로 보정한다.
[실험 결과]
도 11은 온도 센서(7)에 의한 보정의 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 11에 도시된 실험 결과에서는, 제1 분할 영역(60)에 제1 온도 센서(7)가 설치되고, 제1 분할 영역(60)과는 상이한 제2 분할 영역(60)에 제2 온도 센서(7)가 설치된 기판 처리 장치(100)가 이용되었다. 또한, 도 11에 도시된 실험 결과에서는, 제1 분할 영역(60)은, 동심원형의 영역 중, 중심측으로부터 3번째 영역에 포함되는 1개의 분할 영역(60)이고, 제2 분할 영역(60)은, 동심원형의 영역 중, 중심측으로부터 4번째 영역에 포함되는 1개의 분할 영역(60)이다. 또한, 제2 온도 센서(7)는, 이번 실험을 위해서만 설치된 것이다. 또한, 도 11에서는, 각 분할 영역(60)의 온도를 30℃로 제어하고 있다. 또한, 냉매의 온도는 10℃이다.
도 11의 (A)는, 제1 온도 센서(7)에 의한 보정이 행해지고 있지 않은 경우의 제1 분할 영역(60)의 온도와, 상기 분할 영역(60)에 설치된 히터(6c)에 공급된 교류 전압의 실효값을 나타내고 있다. 도 11의 (B)는, 제1 온도 센서(7)에 의한 보정이 행해진 경우의 제1 분할 영역(60)의 온도와, 상기 분할 영역(60)에 설치된 히터(6c)에 공급된 교류 전압의 실효값을 나타내고 있다. 제1 분할 영역(60)의 온도는, 제1 온도 센서(7)에 의해 측정된 온도이다.
도 11의 (A)의 실험 결과에서는, 제1 분할 영역(60)의 온도 변동은 0.53℃의 범위 내이며, 온도 변동의 분포를 나타내는 3σ는 0.34℃였다. 도 11의 (B)의 실험 결과에서는, 제1 분할 영역(60)의 온도 변동은 0.09℃의 범위 내이고, 온도 변동의 분포를 나타내는 3σ는 0.03℃였다. 또한, σ는 온도 변동의 분포의 표준편차를 나타낸다.
도 11의 (C)는, 제1 온도 센서(7)에 의한 보정이 행해지고 있지 않은 경우의 제2 분할 영역(60)의 온도와, 이 분할 영역(60)에 설치된 히터(6c)에 공급된 교류 전압의 실효값을 나타내고 있다. 도 11의 (D)는, 제1 온도 센서(7)에 의한 보정이 행해진 경우의 제2 분할 영역(60)의 온도와, 상기 분할 영역(60)에 설치된 히터(6c)에 공급된 교류 전압의 실효값을 나타내고 있다. 제2 분할 영역(60)의 온도는, 제2 온도 센서(7)에 의해 측정된 온도이다.
도 11의 (C)의 실험 결과에서는, 제2 분할 영역(60)의 온도 변동은 0.51℃의 범위 내이고, 온도 변동의 분포를 나타내는 3σ는 0.36℃였다. 도 11의 (D)의 실험 결과에서는, 제2 분할 영역(60)의 온도 변동은 0.33℃의 범위 내이고, 온도 변동의 분포를 나타내는 3σ는 0.26℃였다.
도 11의 (A) 및 (C)의 실험 결과를 참조하면, 제1 온도 센서(7)에 의한 보정이 행해지고 있지 않은 경우라도, 분할 영역(60)의 온도 변동 범위는 1℃ 미만으로 억제되고 있다. 또한, 도 11의 (B) 및 (D)의 실험 결과를 참조하면, 제1 온도 센서(7)에 의한 보정이 행해지고 있는 경우에는, 분할 영역(60)의 온도의 변동 범위는 0.5℃ 미만으로 더 억제되고 있다.
이와 같이, 본 실시예의 기판 처리 시스템(10)에서는, 적어도 하나의 분할 영역(60)에 대응하는 기재(2a)의 내부에는 온도 센서(7)가 설치되어 있고, 제어부(25)는, 온도 센서(7)에 의해 측정된 분할 영역(60)의 온도와, 상기 분할 영역(60)에 설치된 히터(6c)의 저항값에 기초하여 추정된 온도 사이에 미리 정해진 값 이상의 차가 생겼을 경우에, 이 차에 기초하여, 모든 분할 영역(60)에 대해서 추정된 온도를 보정한다. 이에 따라, 각 분할 영역(60)의 온도를 보다 높은 정밀도로 제어할 수 있다.
실시예 3
상기한 실시예 1 및 2에서는, 변환 테이블(260)이 미리 작성되어 유지부(26) 내에 저장되었다. 이것에 대하여, 본 실시예의 기판 처리 시스템(10)에서는, 변환 테이블(260)의 작성도 행해진다.
도 12는 변환 테이블(260) 작성시의 기판 처리 장치(100a)의 구성의 일례를 도시한 단면도이다. 변환 테이블(260)의 작성시에는, 예컨대 도 12에 도시된 바와 같이, 도 2 또는 도 9를 이용하여 설명한 샤워 헤드(16)가 챔버(1)로부터 제거되고, 예컨대 도 12에 도시된 캘리브레이션 유닛(50)이 챔버(1)에 부착된다. 또한, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 도 12에 있어서, 도 2 또는 도 9와 동일한 부호를 붙인 부재는, 도 2 또는 도 9에 도시된 부재와 동일하거나 또는 마찬가지의 기능을 갖기 때문에 설명을 생략한다.
캘리브레이션 유닛(50)은, IR(InfraRed) 카메라(51) 및 커버 부재(52)를 갖는다. 커버 부재(52)는, IR 카메라(51)의 촬영 방향이 정전척(6)의 방향을 향하도록 IR 카메라(51)를 지지한다. IR 카메라(51)는, 정전척(6)의 상면으로부터 방사되는 미리 정해진 파장의 광(본 실시예에서는 적외선)의 방사량의 분포를 측정한다. 그리고, IR 카메라(51)는, 측정한 적외선의 방사량의 분포를 나타내는 정보를 제어 장치(200)로 출력한다.
[변환 테이블(260)의 작성 처리]
도 13은 실시예 3에서의 제어 장치(200)의 동작의 일례를 도시한 흐름도이다. 제어 장치(200)는, 예컨대, 기판 처리 시스템(10)의 관리자 등으로부터 변환 테이블(260)의 작성 지시를 접수한 경우에, 본 흐름도에 도시된 변환 테이블(260)의 작성 처리를 시작한다. 또한, 변환 테이블(260)에 설정되는 각 설정 온도의 정보는, 미리 기판 처리 시스템(10)의 관리자 등에 의해 유지부(26) 내에 저장되어 있다.
우선, 제어부(25)는, 유지부(26)를 참조하여, 미선택의 설정 온도를 하나 선택한다(S200). 본 실시예에 있어서, 변환 테이블(260) 내에는, 예컨대 20℃에서 120℃까지 10℃ 단계로 11가지의 설정 온도가 미리 유지부(26) 내에 저장되어 있다.
다음에, 제어부(25)는, 온도 센서(7)에 의해 측정된 분할 영역(60)의 온도를 취득한다(S201). 그리고, 제어부(25)는, 온도 센서(7)가 설치된 분할 영역(60)의 온도와, 단계 S200에서 선택한 설정 온도의 차가 미리 정해진 값 이내(예컨대 ±0.5℃ 이내)가 되도록, 온도 센서(7)가 설치된 분할 영역(60)의 히터(6c)에 공급되는 전력을 제어한다(S202). 단계 S202에서, 제어부(25)는, 온도 센서(7)가 설치된 분할 영역(60) 이외의 분할 영역(60)의 히터(6c)에 대해서도, 동량의 전력이 공급되도록, 각 전력 공급부(20) 내의 SW(21)를 제어한다. 또한, 제어부(25)는, 설정 온도에 따라 칠러 유닛(33)을 제어하고, 기재(2a) 내에서 유통되는 냉매의 온도를 조정한다.
온도 센서(7)가 설치된 분할 영역(60)의 온도와, 단계 S200에서 선택한 설정 온도의 차가 미리 정해진 값 이내가 된 후, IR 카메라(51)는, 정전척(6)의 상면으로부터 방사되는 적외선의 방사량의 분포를 측정한다(S203). 그리고, IR 카메라(51)는, 적외선의 방사량의 분포를 나타내는 정보를 제어 장치(200)로 출력한다. 제어부(25)는, IR 카메라(51)로부터 출력된 적외선의 방사량의 분포의 정보를 이용하여, 분할 영역(60)마다 방사량을 평균화하여, 분할 영역(60)마다 적외선의 방사량을 산출한다.
다음에, 제어부(25)는, 온도 센서(7)가 설치되어 있지 않은 다른 분할 영역(60)으로부터의 적외선의 방사량과, 온도 센서(7)가 설치된 분할 영역(60)으로부터의 적외선의 방사량의 차가 미리 정해진 값 이내가 되도록, 각 히터(6c)에 공급되는 전력을 제어한다(S204). 미리 정해진 값이란, 적외선의 방사량의 차를 온도차로 환산한 경우에, 예컨대 0.2℃의 온도차가 되는 값이다.
온도 센서(7)가 설치되어 있지 않은 다른 분할 영역(60)으로부터의 적외선의 방사량과, 온도 센서(7)가 설치된 분할 영역(60)으로부터의 적외선의 방사량의 차가 미리 정해진 값 이내가 된 후, 측정부(24)는, 인접하는 교류 전압의 제로 크로스점의 중간 타이밍에 있어서, 각 전류계(22)가 측정한 교류 전류의 순시값과, 각 전압계(23)가 측정한 교류 전압의 순시값에 기초하여, 분할 영역(60)마다 히터(6c)의 저항값을 측정한다(S205). 그리고, 제어부(25)는, 분할 영역(60)마다, 단계 S200에서 선택한 설정 온도를, 분할 영역(60)에 설치된 히터(6c)의 저항값에 대응시켜 유지한다.
다음에, 제어부(25)는, 유지부(26)를 참조하여, 모든 설정 온도를 선택했는지 여부를 판정한다(S206). 미선택의 설정 온도가 있는 경우(S206: No), 제어부(25)는, 다시 단계 S200에 나타낸 처리를 실행한다.
한편, 모든 설정 온도를 선택한 경우(S206: Yes), 제어부(25)는, 분할 영역(60)마다, 설정 온도와 히터(6c)의 저항값을 대응시켜 변환 테이블(260)을 작성한다(S207). 그리고, 제어 장치(200)는, 본 흐름도에 도시된 변환 테이블(260)의 작성 처리를 종료한다.
[하드웨어]
또한, 상기한 실시예 1∼3에 나타낸 제어 장치(200)는, 예컨대 도 14에 도시된 바와 같은 구성의 컴퓨터(90)에 의해 실현된다. 도 14는 제어 장치(200)의 기능을 실현하는 컴퓨터(90)의 일례를 도시한 도면이다. 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, 각부의 제어를 행한다. ROM(93)은 컴퓨터(90)의 기동시에 CPU(91)에 의해 실행되는 부팅 프로그램이나, 컴퓨터(90)의 하드웨어에 의존하는 프로그램 등을 저장한다.
보조 기억 장치(94)는, 예컨대 HDD(Hard Disk Drive) 또는 SSD(Solid State Drive) 등이며, CPU(91)에 의해 실행되는 프로그램 및 이 프로그램에 의해 사용되는 데이터 등을 저장한다. CPU(91)는, 상기 프로그램을, 보조 기억 장치(94)로부터 판독하여 RAM(92) 상에 로드하고, 로드된 프로그램을 실행한다.
통신 I/F(95)는, LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 통해 기판 처리 장치(100)와의 사이에서 통신을 행한다. 통신 I/F(95)는, 통신 회선을 통해 기판 처리 장치(100)로부터 데이터를 수신하여 CPU(91)로 보내고, CPU(91)가 생성한 데이터를, 통신 회선을 통해 기판 처리 장치(100)로 송신한다.
CPU(91)는, 입출력 I/F(96)를 통해 키보드 등의 입력 장치 및 디스플레이 등의 출력 장치를 제어한다. CPU(91)는, 입출력 I/F(96)를 통해 입력 장치로부터 입력된 신호를 취득하여 CPU(91)로 보낸다. 또한, CPU(91)는, 생성한 데이터를, 입출력 I/F(96)를 통해 출력 장치로 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, 예컨대 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, 전력 공급부(20), 측정부(24) 및 제어부(25)의 각 기능을 실현한다. 또한, 보조 기억 장치(94)에는 유지부(26) 내의 데이터가 저장된다.
컴퓨터(90)의 CPU(91)는, RAM(92) 상에 로드되는 프로그램을, 기록 매체(98)로부터 판독하여 보조 기억 장치(94)에 저장하지만, 다른 예로서, 다른 장치로부터, 통신 회선을 통해 프로그램을 취득하여 보조 기억 장치(94)에 저장하여도 좋다.
또한, 개시된 기술은, 상기한 실시예에 한정되지 않고, 그 요지의 범위 내에서 수많은 변형이 가능하다.
예컨대, 상기한 실시예 1에서는, 히터(6c)에 공급되는 교류 전압의 순시값이 0 V가 되는 제로 크로스점으로서, 인접하는 제로 크로스점의 중간 타이밍에 있어서의 교류 전압 및 교류 전류의 순시값에 기초하여 각각의 히터(6c)의 저항값을 측정하고 있다. 그러나, 히터(6c)에 공급되는 전압은 교류 전압에 한정되지 않는다. 예컨대, 히터(6c)에는 직류 전압 및 직류 전류가 공급되어도 좋다. 이 경우, 히터(6c)의 저항값은 히터(6c)에 공급되는 직류 전압 및 직류 전류로부터 구할 수 있다.
또한, 상기한 실시예 3에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 제조에도 이용되는 기판 처리 장치(100a)에 있어서, 샤워 헤드(16)가 챔버(1)로부터 제거되고, 캘리브레이션 유닛(50)이 챔버(1)의 상부에 부착되었다. 그러나, 개시된 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 정전척(6) 및 기재(2a)를 제조하는 제조 메이커에 있어서, 변환 테이블(260)을 작성하기 위한 지그로서 기판 처리 장치(100a)가 이용되어도 좋다. 이 경우, 변환 테이블(260) 작성시에는 불필요한 기능(예컨대, 링자석(9), 정합기(11a, 11b), 고주파 전원(12a, 12b), 직류 전원(13), 그리고 전열 가스 공급부(31) 등)은, 기판 처리 장치(100a)에 설치되어 있지 않아도 좋다.
또한, 상기한 실시예 2 및 3에서는, 기재(2a) 내에 온도 센서(7)가 1개 설치되었지만, 개시된 기술은 이것에 한정되지 않는다. 분할 영역(60)의 수보다 적은 수라면, 기재(2a) 내에 온도 센서(7)가 2개 이상 설치되어도 좋다. 온도 센서(7)가 2개 이상 설치된 경우라도, 모든 분할 영역(60)의 각각에 온도 센서(7)가 설치되는 경우에 비하여, 정전척(6) 및 기재(2a)의 소형화 및 구조의 간소화가 가능해진다.
또한, 상기한 실시예 2에서는, 온도 센서(7)가 설치된 분할 영역(60)의 히터(6c)의 저항값으로부터 추정된 온도(Te)와, 상기 온도 센서(7)에 의해 측정된 온도(Ts) 사이에 미리 정해진 값 이상의 차가 있었을 경우에, 온도(Te)와 온도(Ts)의 차에 기초하여, 각 분할 영역(60)에 있어서 추정된 온도(Te)가 보정된다. 그러나, 개시된 기술은 이것으로 한정되지 않는다. 예컨대, 온도(Te)와 온도(Ts)의 차의 대소에 관계없이, 온도(Te)와 온도(Ts)의 차에 기초하여, 각 분할 영역(60)에 있어서 추정된 온도(Te)가 보정되어도 좋다.
또한, 상기한 실시예 2 및 3에서는, 온도 센서(7)로서 형광식 광파이버 온도계를 예로 설명하였지만, 개시된 기술은 이것으로 한정되지 않는다. 온도 센서(7)는, 온도의 측정이 가능한 센서라면, 예컨대 열전대 등이어도 좋다.
W : 반도체 웨이퍼 10 : 기판 처리 시스템
100 : 기판 처리 장치 1 : 챔버
2a : 기재 5 : 포커스링
6 : 정전척 6a : 전극
6b : 절연체 6c : 히터
7 : 온도 센서 16 : 샤워 헤드
200 : 제어 장치 20 : 전력 공급부
21 : SW 22 : 전류계
23 : 전압계 24 : 측정부
25 : 제어부 26 : 유지부
260 : 변환 테이블 27 : 전원
50 : 캘리브레이션 유닛 51 : IR 카메라
52 : 커버 부재 60 : 분할 영역

Claims (18)

  1. 기판 처리 장치와, 상기 기판 처리 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하는 기판 처리 시스템으로서,
    상기 기판 처리 장치는,
    챔버와,
    상기 챔버 내에 설치되고, 피처리 기판을 배치하는 배치대로서, 기재와 상기 기재의 상면에 설치된 정전척을 가지며, 상기 정전척은, 각각에 히터가 배치된 복수의 분할 영역을 가지는, 상기 배치대와,
    상기 기재 내에 배치되고, 상기 복수의 분할 영역 중 제1 분할 영역의 온도를 측정하는 온도 센서
    를 가지며,
    상기 제어 장치는,
    분할 영역마다, 상기 히터의 저항값을 측정하는 측정부와,
    분할 영역마다, 상기 측정부에 의해 측정된 히터의 저항값과, 히터의 저항값과 분할 영역의 온도의 관계에 기초하여, 상기 분할 영역의 온도를 추정하는 추정부와,
    상기 제1 분할 영역에 있어서 측정된 온도와 추정된 온도에 기초하여, 분할 영역마다 추정된 온도를 보정할지 여부를 판정하는 판정부와,
    상기 판정부에 있어서 분할 영역마다 추정된 온도를 보정하는 것으로 판정한 경우, 분할 영역마다, 상기 제1 분할 영역에 있어서 측정된 온도와 추정된 온도에 기초하여, 상기 분할 영역에 있어서 추정된 온도를 보정하는 보정부와,
    상기 판정부에 있어서 분할 영역마다 추정된 온도를 보정하는 것으로 판정한 경우, 분할 영역마다, 상기 보정부에 의해 보정된 온도에 기초하여, 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하고, 상기 판정부에 있어서 분할 영역마다 추정된 온도를 보정하지 않는 것으로 판정한 경우, 분할 영역마다, 상기 추정부에 의해 추정된 온도에 기초하여, 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 전력 제어부를 가지는
    기판 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 측정부에 의한 측정, 상기 추정부에 의한 추정, 상기 판정부에 의한 판정, 상기 보정부에 의한 보정 및 상기 전력 제어부에 의한 제어는, 상기 피처리 기판에 대한 처리가 수행되고 있는 동안에 실행되는, 기판 처리 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 장치는, 분할 영역마다, 상기 분할 영역에 배치된 히터의 저항값과 상기 분할 영역의 온도의 관계를 나타내는 테이블을 상기 분할 영역에 관련시켜 유지하는 유지부를 더 가지며,
    상기 추정부는, 분할 영역마다, 상기 분할 영역에 배치된 히터의 측정된 저항값과, 상기 분할 영역에 관련된 테이블에 기초하여, 상기 분할 영역의 온도를 추정하는, 기판 처리 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 추정부는, 분할 영역마다, 상기 분할 영역에 관련된 테이블을 참조하여, 상기 분할 영역에 배치된 히터의 측정된 저항값에 대응하는 온도를 상기 분할 영역의 온도로서 추정하는, 기판 처리 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전력 제어부는, 분할 영역마다, 상기 분할 영역의 온도가 목표 온도가 되도록 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는, 기판 처리 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 온도 센서는 형광식 광파이버 온도계인, 기판 처리 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 제1 분할 영역에 있어서 측정된 온도와 추정된 온도 사이의 차분을 산출하는 산출부를 더 가지며,
    상기 보정부는, 모든 분할 영역의 추정된 온도를 상기 차분으로 보정하는, 기판 처리 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 판정부에 있어서 판정은, 상기 산출부에 의해 산출된 차분이 임계값보다 큰지 여부를 판정하는 것에 의해 수행되는, 기판 처리 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기판 처리 장치는, 각각의 히터에 교류 전압 및 교류 전류를 공급하는 전원을 더 가지며,
    상기 측정부는, 각각의 히터에 공급되는 교류 전압의 순시값이 0 V가 되는 제로 크로스점으로서, 인접하는 제로 크로스점의 중간 타이밍에 있어서의 교류 전압 및 교류 전류의 순시값에 기초하여, 각각의 상기 히터의 저항값을 측정하는, 기판 처리 시스템.
  10. 기판 처리 장치와, 상기 기판 처리 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하는 기판 처리 시스템으로서,
    상기 기판 처리 장치는,
    챔버와,
    상기 챔버 내에 설치되고, 피처리 기판을 배치하는 배치대로서, 기재와 상기 기재의 상면에 설치된 정전척을 가지며, 상기 정전척은, 각각에 히터가 배치된 복수의 분할 영역을 가지는, 상기 배치대와,
    상기 기재 내에 배치되고, 상기 복수의 분할 영역 중 제 1 분할 영역의 온도를 측정하는 온도 센서
    를 가지며,
    상기 제어 장치는,
    분할 영역마다, 상기 히터의 저항값을 측정하는 측정부와,
    분할 영역마다, 상기 측정부에 의해 측정된 히터의 저항값과, 히터의 저항값과 분할 영역의 온도의 관계에 기초하여, 상기 분할 영역의 온도를 추정하는 추정부와,
    상기 제 1 분할 영역에 있어서 측정된 온도와 추정된 온도 사이의 차분을 산출하는 산출부와,
    모든 분할 영역의 추정된 온도를 상기 차분으로 보정하는 보정부와,
    분할 영역마다, 상기 보정부에 의해 보정된 온도 또는 상기 추정부에 의해 추정된 온도에 기초하여, 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 전력 제어부를 가지는
    기판 처리 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 측정부에 의한 측정, 상기 추정부에 의한 추정, 상기 산출부에 의한 산출, 상기 보정부에 의한 보정 및 상기 전력 제어부에 의한 제어는, 상기 피처리 기판에 대한 처리가 수행되고 있는 동안에 실행되는, 기판 처리 시스템.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 제어 장치는, 분할 영역마다, 상기 분할 영역에 배치된 히터의 저항값과 상기 분할 영역의 온도의 관계를 나타내는 테이블을 상기 분할 영역에 관련시켜 유지하는 유지부를 더 가지며,
    상기 추정부는, 분할 영역마다, 상기 분할 영역에 배치된 히터의 측정된 저항값과, 상기 분할 영역에 관련된 테이블에 기초하여, 상기 분할 영역의 온도를 추정하는, 기판 처리 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 추정부는, 분할 영역마다, 상기 분할 영역에 관련된 테이블을 참조하여, 상기 분할 영역에 배치된 히터의 측정된 저항값에 대응하는 온도를 상기 분할 영역의 온도로서 추정하는, 기판 처리 시스템.
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 전력 제어부는, 분할 영역마다, 상기 분할 영역의 온도가 목표 온도가 되도록 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는, 기판 처리 시스템.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제10항에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 산출부에 의해 산출된 차분이 임계값보다 큰지 여부를 판정하는 판정부를 더 가지는, 기판 처리 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 기판 처리 장치는, 각각의 히터에 교류 전압 및 교류 전류를 공급하는 전원을 더 가지며,
    상기 측정부는, 각각의 히터에 공급되는 교류 전압의 순시값이 0 V가 되는 제로 크로스점으로서, 인접하는 제로 크로스점의 중간 타이밍에 있어서의 교류 전압 및 교류 전류의 순시값에 기초하여, 각각의 상기 히터의 저항값을 측정하는, 기판 처리 시스템.
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