[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN111933508A - 等离子体处理装置、温度控制方法以及记录介质 - Google Patents

等离子体处理装置、温度控制方法以及记录介质 Download PDF

Info

Publication number
CN111933508A
CN111933508A CN202010373310.3A CN202010373310A CN111933508A CN 111933508 A CN111933508 A CN 111933508A CN 202010373310 A CN202010373310 A CN 202010373310A CN 111933508 A CN111933508 A CN 111933508A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heater
temperature
plasma
state
wafer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010373310.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111933508B (zh
Inventor
冈信介
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Publication of CN111933508A publication Critical patent/CN111933508A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111933508B publication Critical patent/CN111933508B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H01J37/32724—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32926—Software, data control or modelling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0202—Switches
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/023—Industrial applications
    • H05B1/0233—Industrial applications for semiconductors manufacturing
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/28—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • H05B3/283—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material the insulating material being an inorganic material, e.g. ceramic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching
    • H01J2237/3341—Reactive etching

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

本发明提供一种等离子体处理装置、温度控制方法以及记录介质。控制针对加热器的供给电力以使加热器的温度成为固定，测量部测量过渡状态和第二稳定状态下的供给电力，所述过渡状态为从等离子体点火且针对加热器的供给电力稳定了的第一稳定状态转变为等离子体熄火的状态之后的针对加热器的供给电力增加的状态，所述第二稳定状态为等离子体熄火且针对加热器的供给电力稳定了的状态。参数计算部使用测量出的过渡状态和第二定常状态的供给电力，对以来自等离子体的热输入量以及被处理体与加热器间的热阻为参数来计算过渡状态的供给电力的计算模型进行拟合，来计算热输入量和热阻。温度计算部使用计算出的热输入量和热阻来计算第一稳定状态下的被处理体的温度。

Description

等离子体处理装置、温度控制方法以及记录介质
技术领域
本公开涉及一种等离子体处理装置、温度控制方法以及记录介质。
背景技术
在专利文献1中提出了一种在载置半导体晶圆的载置台内埋入能够进行温度控制的加热器并通过加热器进行半导体晶圆的温度的控制的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-001688号公报
发明内容
发明要解决的问题
本公开提供一种能够高精度地求出等离子体处理中的被处理体的温度的技术。
用于解决问题的方案
基于本公开的一个方式的等离子体处理装置具有载置台、加热器控制部、测量部、参数计算部以及温度计算部。载置台设置有加热器，该加热器能够调整用于载置作为等离子体处理的对象的被处理体的载置面的温度。加热器控制部控制针对加热器的供给电力，以使加热器成为设定的设定温度。通过加热器控制部来控制针对加热器的供给电力以使加热器的温度固定，测量部测量过渡状态和的第二稳定状态下的供给电力，所述过渡状态为从等离子体点火且针对加热器的供给电力稳定后的第一稳定状态转变为等离子体熄火的状态之后的针对加热器的供给电力增加的状态，所述第二稳定状态为等离子体熄火且针对加热器的供给电力稳定了的状态。参数计算部使用由测量部测量出的过渡状态和第二稳定状态的供给电力，对以来自等离子体的热输入量以及被处理体与加热器间的热阻为参数来计算过渡状态的供给电力的计算模型进行拟合，来计算热输入量和热阻。温度计算部使用由参数计算部计算出的热输入量和热阻来计算第一稳定状态下的被处理体的温度。
发明的效果
根据本公开，能够高精度地求出等离子体处理中的被处理体的温度。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的等离子体处理装置的概要结构的一例的截面图。
图2是表示实施方式所涉及的载置台的俯视图。
图3是表示实施方式所涉及的控制等离子体处理装置的控制部的概要结构的框图。
图4是示意性地表示实施方式所涉及的载置台附近的能量的流动的图。
图5是表示晶圆的温度和针对加热器的供给电力的变化的一例的图。
图6A是示意性地表示图5的期间T3中的载置台附近的能量的流动的图。
图6B是示意性地表示图5的期间T4中的载置台附近的能量的流动的图。
图6C是示意性地表示图5的期间T5中的载置台附近的能量的流动的图。
图7是表示由于晶圆W与静电吸盘的表面间的热阻的变化引起的、期间T4中的针对加热器HT的供给电力的变化的一例的图。
图8是表示实施方式所涉及的温度控制方法的流程的一例的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细地说明本申请公开的等离子体处理装置、温度控制方法以及温度控制程序的实施方式。在本公开中，作为等离子体处理装置的具体例，以进行等离子体蚀刻的装置为例详细地进行说明。此外，并不通过本实施方式来限定公开的等离子体处理装置、温度控制方法以及温度控制程序。
另外，已知使用等离子体对半导体晶圆(下面也称作“晶圆”)等被处理体进行蚀刻之类的等离子体处理的等离子体处理装置。在该等离子体处理装置中，在蚀刻工艺中，晶圆的温度是重要的参数之一。
然而，在等离子体处理中，存在从等离子体朝向晶圆的热输入。因此，在等离子体处理装置中，有时无法高精度地求出等离子体处理中的晶圆的温度。
因此，关于等离子体处理装置，期待一种能够高精度地求出等离子体处理中的被处理体的温度的技术。
[等离子体处理装置的结构]
首先，对实施方式所涉及的等离子体处理装置10的结构进行说明。图1是表示实施方式所涉及的等离子体处理装置的概要结构的一例的截面图。在图1中概要性地表示实施方式所涉及的等离子体处理装置10的纵向截面中的构造。图1所示的等离子体处理装置10为电容耦合型平行板等离子体蚀刻装置。该等离子体处理装置10具备大致圆筒状的处理容器12。处理容器12例如由铝构成。另外，处理容器12的表面被实施了阳极氧化处理。
在处理容器12内设置有载置台16。载置台16具有静电吸盘18和基台20。静电吸盘18的上表面被设为用于载置作为等离子体处理的对象的被处理体的载置面。在本实施方式中，将作为被处理体的晶圆W载置于静电吸盘18的上表面。基台20具有大致圆盘形状，其主要部分例如由铝之类的导电性的金属构成。基台20构成下部电极。基台20由支承部14支承。支承部14为从处理容器12的底部延伸的圆筒状的构件。
基台20经由匹配器MU1而与第一高频电源HFS电连接。第一高频电源HFS为产生用于生成等离子体的高频电力的电源，产生27MHz～100MHz的频率的高频电力，在一例中，产生40MHz的高频电力。由此，在基台20的正上方生成等离子体。匹配器MU1具有用于使第一高频电源HFS的输出阻抗与负载侧(基台20侧)的输入阻抗匹配的电路。
另外，基台20经由匹配器MU2而与第二高频电源LFS电连接。第二高频电源LFS产生用于向晶圆W吸引离子的高频电力(高频偏置电力)，将该高频偏置电力供给至基台20。由此，在基台20产生偏置电位。高频偏置电力的频率为400kHz～13.56MHz的范围内的频率，在一例中为3MHz。匹配器MU2具有用于使第二高频电源LFS的输出阻抗与负载侧(基台20侧)的输入阻抗匹配的电路。
在基台20上设置有静电吸盘18。静电吸盘18通过库仑力等静电力来吸附晶圆W从而保持该晶圆W。静电吸盘18在陶瓷制的主体部内设置有静电吸附用的电极E1。电极E1经由开关SW1而与直流电源22电连接。保持晶圆W的吸附力取决于从直流电源22施加的直流电压的值。
在基台20的上表面之上且静电吸盘18的周围配置聚焦环FR。设置聚焦环FR是为了提高等离子体处理的均匀性。聚焦环FR由根据应执行的等离子体处理适当选择出的材料构成。例如，聚焦环FR由硅或石英构成。
在基台20的内部形成有制冷剂流路24。从设置于处理容器12的外部的冷却单元经由配管26a向制冷剂流路24供给制冷剂。被供给至制冷剂流路24的制冷剂经由配管26b返回冷却单元。
在处理容器12内设置有上部电极30。上部电极30在载置台16的上方以与基台20相向的方式配置。基台20与上部电极30以彼此大致平行的方式设置。
上部电极30经由绝缘性遮蔽构件32被支承于处理容器12的上部。上部电极30具有电极板34和电极支承体36。电极板34与处理空间S相面对，并且形成有多个气体喷出孔34a。电极板34由焦耳热少的低电阻的导电体或半导体构成。
电极支承体36将电极板34以装卸自如的方式支承。电极支承体36例如由铝之类的导电性材料构成。电极支承体36可以具有水冷构造。在电极支承体36的内部设置有气体扩散室36a。在电极支承体36中，从气体扩散室36a向下方延伸出与气体喷出孔34a连通的多个气体通流孔36b。另外，在电极支承体36形成有用于向气体扩散室36a导入处理气体的气体导入口36c。气体导入口36c与气体供给管38连接。
气体供给管38经由阀组42及流量控制器组44而与气体源组40连接。阀组42具有多个开闭阀。流量控制器组44具有质量流量控制器之类的多个流量控制器。另外，气体源组40具有进行等离子体处理所需的多种气体用的气体源。气体源组40的多个气体源经由对应的开闭阀及对应的质量流量控制器而与气体供给管38连接。
在等离子体处理装置10中，来自从气体源组40的多个气体源中选择出的一个以上的气体源的一个以上的气体被供给至气体供给管38。被供给至气体供给管38的气体到达气体扩散室36a，并且经由气体流通孔36b和气体喷出孔34a被喷出至处理空间S。
另外，如图1所示，等离子体处理装置10还具有接地导体12a。接地导体12a为大致圆筒状的接地导体，设置为从处理容器12的侧壁延伸至比上部电极30的高度位置靠上方的位置。
另外，在等离子体处理装置10中，沿处理容器12的内壁装卸自如地设置有沉积物屏蔽件46。另外，沉积物屏蔽件46还设置于支承部14的外周。沉积物屏蔽件46用于防止蚀刻副产物(沉积物)附着于处理容器12，是通过对铝材覆盖Y2O3等陶瓷而构成的。
在处理容器12的底部侧，在支承部14与处理容器12的内壁之间设置有排气板48。排气板48例如是通过对铝材覆盖Y2O3等陶瓷而构成的。在该排气板48的下方，在处理容器12设置有排气口12e。排气口12e经由排气管52而与排气装置50连接。排气装置50具有涡轮分子泵等真空泵，能够将处理容器12内减压至期望的真空度。另外，在处理容器12的侧壁设置有晶圆W的搬入搬出口12g。搬入搬出口12g能够由闸阀54进行开闭。
如上述那样构成的等离子体处理装置10的动作由控制部100统一地控制。该控制部100例如为计算机，控制等离子体处理装置10的各部。等离子体处理装置10的动作由控制部100统一地控制。
[载置台的结构]
接着，对载置台16详细地进行说明。图2是表示实施方式所涉及的载置台的俯视图。如上所述，载置台16具有静电吸盘18和基台20。静电吸盘18具有陶瓷制的主体部18m。主体部18m具有大致圆盘形状。主体部18m具有载置区域18a和外周区域18b。载置区域18a在俯视时为大致圆形的区域。在载置区域18a的上表面上载置晶圆W。即，载置区域18a的上表面作为载置晶圆W的载置面发挥功能。在外周区域18b的上表面上载置聚焦环FR。载置区域18a的直径为与晶圆W大致相同的直径，或比晶圆W的直径稍小。外周区域18b为包围载置区域18a的区域，大致环状地延伸。在本实施方式中，外周区域18b的上表面处于比载置区域18a的上表面低的位置。
静电吸盘18在载置区域18a内具有用于静电吸附的电极E1。电极E1如上述那样经由开关SW1而与直流电源22连接。
另外，在载置区域18a内且电极E1的下方设置有多个加热器HT。在本实施方式中，载置区域18a被分割为多个分割区域，在各个分割区域中设置有加热器HT。例如，如图2所示，载置区域18a被分割为中央的圆形区域内和包围该圆形区域的同心状的多个环状区域，并且设置有多个加热器HT。另外，多个环状区域还分别沿周向被分割并且沿周向排列有多个加热器HT。此外，图2所示的分割区域的分割方法为一例，并不限定于此。载置区域18a也可以被分割为更多的分割区域。例如，载置区域18a可以被分割为越靠近外周则角度宽度越小且径向上的宽度越窄的分割区域。另外，也可以将加热器HT设置于外周区域18b来控制聚焦环FR的温度。
各分割区域的加热器HT经由设置于基台20的未图示的配线而与图1所示的加热器电源HP单独地连接。加热器电源HP在控制部100的控制下向各加热器HT供给被单独地调整后的电力。由此，单独地控制各加热器HT发出的热，单独地调整载置区域18a内的多个分割区域的温度。
在加热器电源HP设置有检测向各加热器HT供给的供给电力的电力检测部PD。此外，电力检测部PD可以与加热器电源HP相分别地设置于用于电力从加热器电源HP向各加热器HT流动的配线。电力检测部PD检测向各加热器HT供给的供给电力。例如，电力检测部PD检测作为向各加热器HT供给的供给电力的电力量[W]。加热器HT根据电力量发热。因此，向加热器HT供给的电力量表示加热器功率。电力检测部PD将表示检测到的针对各加热器HT的供给电力的电力数据通知给控制部100。
另外，在载置台16中，在载置区域18a的各分割区域分别设置有能够检测加热器HT的温度的未图示的温度传感器。温度传感器可以为能够与加热器HT相分别地测定温度的元件。另外，温度传感器可以配置于用于电力向加热器HT流动的配线，利用主要的金属的电阻与温度上升成比例地增大的性质，根据通过测定施加于加热器HT的电压、电流而求出的电阻值来检测温度。由各温度传感器检测出的传感器值被发送至温度测定器TD。温度测定器TD根据各传感器值来测定载置区域18a的各分割区域的温度。温度测定器TD将表示载置区域18a的各分割区域的温度的温度数据通知给控制部100。
并且，传热气体、例如He气体通过未图示的传热气体供给机构和气体供给线路被供给至静电吸盘18的上表面与晶圆W的背面之间。
[控制部的结构]
接着，详细地说明控制部100。图3是表示实施方式所涉及的控制等离子体处理装置的控制部的概要结构的框图。控制部100例如为计算机，设置有外部接口101、工艺控制器102、用户接口103以及存储部104。
外部接口101设为能够与等离子体处理装置10的各部进行通信，用于输入和输出各种数据。例如，向外部接口101输入表示从电力检测部PD向各加热器HT的供给电力的电力数据。另外，从温度测定器TD向外部接口101输入表示载置区域18a的各分割区域的温度的温度数据。另外，外部接口101向加热器电源HP输出控制向各加热器HT供给的供给电力的控制数据。
工艺控制器102具备CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)，控制等离子体处理装置10的各部。
用户接口103包括供工序管理者进行命令的输入操作以管理等离子体处理装置10的键盘、可视化地显示等离子体处理装置10的工作状况的显示器等。
在存储部104中保存有用于通过工艺控制器102的控制实现由等离子体处理装置10执行的各种处理的控制程序(软件)、存储有处理条件数据等的制程。另外，在存储部104中保存有与进行等离子体处理的装置、工艺有关的参数等。此外，控制程序、制程可以存储于可由计算机读取的计算机记录介质(例如硬盘、DVD等光盘、软盘、半导体存储器等)。控制程序、处理条件数据等制程也能够存储于其它装置中，例如以经由专用线路随时进行传输的方式在线利用。
工艺控制器102具有用于保存程序、数据的内部存储器，读出存储部104中存储的控制程序并执行读出的控制程序的处理。工艺控制器102通过控制程序的运行来作为各种处理部发挥功能。例如，工艺控制器102具有加热器控制部102a、测量部102b、参数计算部102c、温度计算部102d以及输出控制部102e的功能。此外，加热器控制部102a、测量部102b、参数计算部102c、温度计算部102d以及输出控制部102e的各功能可以通过多个控制器分散地实现。
另外，在等离子体处理中，处理的进展根据晶圆W的温度发生变化。例如，在等离子体蚀刻中，蚀刻的进展速度根据晶圆W的温度发生变化。因此，在等离子体处理装置10中，考虑通过各加热器HT将晶圆W的温度控制为目标温度。
但是，在等离子体处理中，存在从等离子体朝向晶圆W的热输入。因此，等离子体处理装置10有时无法高精度地将等离子体处理中的晶圆W的温度控制为目标温度。
说明对晶圆W的温度带来影响的载置台16附近的能量的流动。图4是示意性地表示实施方式所涉及的载置台16附近的能量的流动的图。在图4中简略化地示出晶圆W、包括静电吸盘(ESC)18的载置台16。图4的例子关于静电吸盘18的载置区域18a的一个分割区域示出对晶圆W的温度带来影响的能量的流动。载置台16具有静电吸盘18和基台20。静电吸盘18和基台20通过粘结层19进行了粘结。在静电吸盘18的载置区域18a的内部设置有加热器HT。在基台20的内部形成用于制冷剂流动的制冷剂流路24。
加热器HT根据从加热器电源HP供给的供给电力来发热，温度上升。在图4中，将向加热器HT供给的供给电力表示为加热器功率Ph。另外，在加热器HT中，产生将加热器功率Ph除以静电吸盘18的设置有加热器HT的分割区域的面积A所得到的每单位面积的发热量(热通量)qh。
另外，在进行等离子体处理的情况下，晶圆W由于来自等离子体的热输入而温度上升。在图4中，示出将从等离子体向晶圆W的热输入量除以晶圆W的面积所得到的每单位面积的来自等离子体的热通量qp。
已知来自等离子体的热输入主要同向晶圆W照射的等离子体中的离子的量与用于将等离子体中的离子吸引至晶圆W的偏置电位的乘积成比例。向晶圆W照射的等离子体中的离子的量与等离子体的电子密度成比例。等离子体的电子密度与在生成等离子体的期间从第一高频电源HFS施加的用于生成等离子体的高频电力成比例。另外，等离子体的电子密度取决于处理容器12内的压力。用于将等离子体中的离子吸引至晶圆W的偏置电位与在生成偏置电位的期间从第二高频电源LFS施加的高频偏置电力成比例。另外，用于将等离子体中的离子吸引至晶圆W的偏置电位取决于处理容器12内的压力。此外，在未向载置台16施加高频电力LFS的情况下，通过在生成等离子体时产生的等离子体的电位(等离子体电势)与载置台16的电位差将离子吸引载置台。
另外，来自等离子体的热输入包括由于等离子体的发光产生的加热、由于等离子体中的电子、自由基对晶圆W进行的照射、由于离子和自由基在晶圆W上发生的表面反应等。这些成分也取决于用于生成等离子体的高频电力、高频偏置电力、压力。此外，来自等离子体的热输入还取决于与等离子体生成有关的装置参数，例如载置台16与上部电极30的间隔距离、向处理空间S供给的气体种类。
传递至晶圆W的热向静电吸盘18传递。在此，晶圆W的热不会全部传递至静电吸盘18，根据热的传递难度、如晶圆W与静电吸盘18的接触程度等向静电吸盘18传递热。热的传递难度、即热阻与在热的传热方向上的截面积成反比例。因此，在图4中，将从晶圆W向静电吸盘18的表面传递热的传递难度表示为晶圆W与静电吸盘18的表面间的每单位面积的热阻Rth·A。此外，A为设置有加热器HT的分割区域的面积。Rth为设置有加热器HT的分割区域整体的热阻。另外，在图4中，将从晶圆W向静电吸盘18表面的热输入量表示为从晶圆W向静电吸盘18表面的每单位面积的热通量q。此外，热阻Rth·A取决于静电吸盘18的表面状态、为了保持晶圆W而从直流电源22施加的直流电压的值、以及向静电吸盘18的上表面与晶圆W的背面之间供给的传热气体的压力。另外，热阻Rth·A此外还取决于与热阻或导热率有关的装置参数。
传递至静电吸盘18的表面的热使静电吸盘18的温度上升，进一步向加热器HT传递。在图4中，将从静电吸盘18表面向加热器HT的热输入量表示为从静电吸盘18表面向加热器HT的每单位面积的热通量qc。
另一方面，基台20通过在制冷剂流路24中流动的制冷剂而被冷却，该基台20将接触的静电吸盘18进行冷却。此时，在图4中，将通过粘结层19的从静电吸盘18的背面向基台20的热去除量表示为从静电吸盘18的背面向基台20的每单位面积的热通量qsus。由此，加热器HT通过散热而冷却，温度下降。
在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，加热器HT为向加热器HT传递的热的热输入量与通过加热器HT产生的发热量的总和同从加热器HT去除的热去除量相等的状态。
因而，在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，针对加热器HT的供给电力根据从静电吸盘18侧传递的热量发生变化。
图5是表示晶圆W的温度和针对加热器HT的供给电力的变化的一例的图。图5的(A)示出晶圆W的温度的变化。图5的(B)示出针对加热器HT的供给电力的变化。图5的例子示出如下那样测定晶圆W的温度和针对加热器HT的供给电力所得的结果的一例：将加热器HT的温度控制为固定，从等离子体未点火的状态成为等离子体点火的状态，之后转变为等离子体熄火的状态来进行测定。使用科磊(KLA-Tencor)公司售卖的Etch Temp等温度测量用的晶圆测量了晶圆W的温度。该温度测量用的晶圆的价格高。因此，当在量产现场中使用温度测量用的晶圆来进行等离子体处理装置10的各加热器HT的温度的调整时，成本上升。另外，当在量产现场中使用温度测量用的晶圆来进行等离子体处理装置10的各加热器HT的温度的调整时，生产率下降。
图5的期间T1为等离子体没有点火的未点火状态。在期间T1中，针对加热器HT的供给电力稳定为固定电力。图5的期间T2和期间T3为等离子体点火的点火状态。点火状态包括如期间T2所示的晶圆W的温度为上升倾向的过渡状态、如期间T3所示的晶圆W的温度稳定为固定温度的稳定状态。在期间T2中，针对加热器HT的供给电力下降。另外，在期间T2中，晶圆W的温度上升至固定的温度。在期间T3中，为晶圆W的温度稳定为固定温度的状态，针对加热器HT的供给电力也稳定为大致固定的电力。
图5的期间T4和期间T5为等离子体熄火的未点火状态。点火状态之后的未点火状态包括如期间T4所示的晶圆W的温度为下降倾向的过渡状态、如期间T5所示的晶圆W的温度稳定为固定温度的稳定状态。在期间T4中，针对加热器HT的供给电力上升。另外，在期间T4中，晶圆W的温度下降至固定的温度。在期间T5中，为晶圆W的温度稳定为固定温度的状态，针对加热器HT的供给电力也稳定为大致固定的电力。
在本实施方式中，期间T3所示的在等离子体点火且针对加热器HT的供给电力稳定了的稳定状态与第一稳定状态对应。另外，期间T1或期间T5所示的在等离子体熄火且针对加热器HT的供给电力稳定了的稳定状态与第二稳定状态对应。
在此，对关于期间T3～T5的载置台16附近的能量的流动进行说明。图6A是示意性地表示图5的期间T3中的载置台16附近的能量的流动的图。在图6A的例子中，通过从基台20进行的冷却来从加热器HT去除“100”的热量。在期间T3中，等离子体点火，因此等离子体的热输入至晶圆W。在图6A的例子中，从等离子体向晶圆W传递“80”的热量。传递至晶圆W的热向静电吸盘18传递。另外，在如期间T3所示的晶圆W的温度稳定为固定温度的稳定状态的情况下，晶圆W为热输入量与输出热量相等的状态。因此，从等离子体传递至晶圆W的“80”的热量从晶圆W向静电吸盘18的表面传递。传递至静电吸盘18的表面的热传递至加热器HT。在静电吸盘18的温度为稳定状态的情况下，静电吸盘18的热输入量与输出热量相等。因此，传递至静电吸盘18的表面的“80”的热量向加热器HT传递。在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，加热器HT为传递至加热器HT的热的热输入量与通过加热器HT产生的发热量的总和同从加热器HT去除的热去除量相等的状态。因此，在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，通过加热器功率Ph从加热器电源HP向加热器HT供给“20”的热量。
图6B是示意性地表示图5的期间T4中的载置台16附近的能量的流动的图。此外，在过渡状态中，能量的流动根据晶圆W与静电吸盘18的表面间的热阻发生变化。在图6B中，分为热阻小的情况和热阻大的情况分别示出。在过渡状态中，能量的流动根据晶圆W与静电吸盘18的热阻发生变化。在图6B的例子中也是，通过从基台20进行的冷却来从加热器HT去除“100”的热量。在期间T4中，等离子体已熄火，因此没有从等离子体向晶圆W的热输入。
例如，在图6B中，在“热阻：小”的例子中，从晶圆W向静电吸盘18的表面传递“60”的热量。而且，传递至静电吸盘18的表面的“60”的热量中的“40”的热量传递至加热器HT。在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，通过加热器功率Ph从加热器电源HP向加热器HT供给“60”的热量。
另一方面，在图6B中，在“热阻：大”的例子中，从晶圆W向静电吸盘18的表面传递“30”的热量。而且，传递至静电吸盘18的表面的“30”的热量中的“20”的热量传递至加热器HT。在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，通过加热器功率Ph从加热器电源HP向加热器HT供给“80”的热量。
图6C是示意性地表示图5的期间T5中的载置台16附近的能量的流动的图。此外，图5的期间T1的载置台16附近的能量的流动与期间T5相同。在图6C的例子中也是，通过从基台20进行的冷却来从加热器HT去除“100”的热量。在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，通过来自加热器电源HP的加热器功率Ph在加热器HT产生“100”的热量。
如图6B所示，在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，加热器功率Ph根据从等离子体向晶圆W的热输入量、晶圆W与静电吸盘18的表面间的热阻发生变化。因而，期间T4的针对加热器HT的供给电力的下降的倾向根据等离子体已点火时的从等离子体向晶圆W的热输入量、晶圆W与静电吸盘18的表面间的热阻等发生变化。
此外，如图6A、图6B及图6C所示，在将加热器HT的温度控制为固定的情况下，在“T3：等离子体点火状态”、“T4：过渡状态”、“T5：稳定状态”中的任意状态下都通过从基台20进行的冷却来从加热器HT去除“100”的热量。即，从加热器HT朝向被供给至在基台20的内部形成的制冷剂流路24的制冷剂的每单位面积的热通量qsus始终固定，从加热器HT到制冷剂的温度梯度也始终固定。因此，用于将加热器HT的温度控制为固定的温度传感器不一定直接安装于加热器HT。例如，只要在加热器HT与制冷剂之间如静电吸盘18的背面、粘结层19之中、基台20的内部等，加热器HT与温度传感器间的温度差就始终固定，能够使用处于加热器HT与传感器之间的材质具有的导热率、热阻等来计算温度传感器与加热器HT之间的温度差(ΔT)并将由温度传感器检测出的温度的值与温度差(ΔT)相加，由此作为加热器HT的温度输出，从而将实际的加热器HT的温度控制为固定。
图7是表示由于晶圆W与静电吸盘18的表面间的热阻的变化引起的、期间T4的针对加热器HT的供给电力的变化的一例的图。例如，在晶圆W与静电吸盘18的表面间的热阻小的情况下，期间T4的向加热器HT供给的电力量如实线所示那样发生变化，但在晶圆W与静电吸盘18的表面间的热阻大的情况下，如虚线所示那样，期间T4的向加热器HT供给的电力量的变化变得平缓。
因此，能够以从等离子体向晶圆W的热输入量、晶圆W与静电吸盘18的表面间的热阻为参数将期间T4的针对加热器HT的供给电力的曲线图进行模型化。即，能够以从等离子体向晶圆W的热输入量、晶圆W与静电吸盘18的表面间的热阻为参数，通过运算式将期间T4的针对加热器HT的供给电力的变化进行模型化。
在本实施方式中，将图5的期间T4的针对加热器HT的供给电力的变化模型化为每单位面积的式子。例如，将从等离子体熄火起的经过时间设为t，将经过时间t中的加热器功率Ph设为Ph(t)，将经过时间t中的每单位面积的来自加热器HT的发热量qh设为qh(t)。在该情况下，经过时间t中的每单位面积的来自加热器HT的发热量qh(t)能够如以下的式(2)那样表示。另外，等离子体熄火后的稳定状态下的每单位面积的来自加热器HT的发热量qh_off能够如以下的式(3)那样表示。另外，静电吸盘18的表面与加热器间的每单位面积的热阻Rthc·A能够如以下的式(4)那样表示。在等离子体已点火的情况和等离子体未点火的情况下，热通量qp发生变化。将等离子体已点火时的从等离子体向晶圆W的每单位面积的热通量qp设为热通量qp_on。将从等离子体向晶圆W的每单位面积的热通量qp_on以及晶圆W与静电吸盘18的表面间的每单位面积的热阻Rth·A设为参数，如以下的式(5)-(11)那样表示a1、a2、a3、λ1、λ2、τ1、τ2。在该情况下，存在来自等离子体的热通量时的每单位面积的来自加热器HT的发热量qh(t)能够如以下的式(1)那样表示。
【数1】
Figure BDA0002478960730000141
qh(t)＝Ph(t)/A…(2)
qh_off＝Ph_off/A…(3)
Figure BDA0002478960730000142
Figure BDA0002478960730000151
Figure BDA0002478960730000152
Figure BDA0002478960730000153
Figure BDA0002478960730000154
Figure BDA0002478960730000155
Figure BDA0002478960730000156
Figure BDA0002478960730000157
在此，
Ph(t)为经过时间t中的加热器功率[W]。
Ph_off为等离子体熄火后的稳定状态(没有来自等离子体的热通量的稳定状态)下的加热器功率[W/m2]。
qh(t)为经过时间t中的每单位面积的来自加热器HT的发热量[W/m2]。
qh_off为等离子体熄火后的稳定状态下的每单位面积的来自加热器HT的发热量[W/m2]。
Rth·A为从等离子体向晶圆W的每单位面积的热阻[K·m2/W]。
Rthc·A为静电吸盘18的表面与加热器HT间的每单位面积的热阻[K·m2/W]。
A为设置有加热器HT的区域的面积[m2]。
ρw为晶圆W的密度[kg/m3]。
Cw为晶圆W的每单位面积的热容[J/K·m2]。
zw为晶圆W的厚度[m]。
ρc为构成静电吸盘18的陶瓷的密度[kg/m3]。
Cc为构成静电吸盘18的陶瓷的每单位面积的热容[J/K·m2]。
zc为从静电吸盘18的表面到加热器HT的距离[m]。
κc为构成静电吸盘18的陶瓷的导热率[W/K·m]。
t为从等离子体熄火起的经过时间[sec]。
关于式(5)所示的a1，1/a1为表示晶圆W的加热难度的时间常数。另外，关于式(6)所示的a2，1/a2为表示静电吸盘18的热的输入难度、加热难度的时间常数。另外，关于式(7)所示的a3，1/a3为表示静电吸盘18的热的渗透难度、加热难度的时间常数。
根据晶圆W的实际结构分别预先确定晶圆W的密度ρw、晶圆W的每单位面积的热容Cw、晶圆W的厚度zw。根据等离子体处理装置10的实际结构分别预先确定加热器HT的面积A以及从静电吸盘18的表面到加热器HT的距离zc。还根据等离子体处理装置10的实际结构分别预先确定构成静电吸盘18的陶瓷的密度ρc、构成静电吸盘18的陶瓷的每单位面积的热容Cc以及构成静电吸盘18的陶瓷的热传导κc。根据热传导κc、距离zc通过式(4)预先确定Rthc·A。
能够使用等离子体处理装置10，通过测量来求出从等离子体熄火起的每个经过时间t的加热器功率Ph(t)以及等离子体熄火后的稳定状态下的加热器功率Ph_off。例如，能够通过测量图5的期间T1或期间T5的加热器功率Ph来求出等离子体熄火后的稳定状态下的加热器功率Ph_off。而且，如式(2)所示，通过将求出的加热器功率Ph(t)除以加热器HT的面积A，能够求出经过时间t中的每单位面积的来自加热器HT的发热量qh(t)。另外，如(3)所示，通过将求出的加热器功率Ph_off除以加热器HT的面积A，能够求出等离子体熄火后的稳定状态下的每单位面积的来自加热器HT的发热量qh_off。
而且，通过使用测量结果进行(1)式的拟合来求出从等离子体向晶圆W的每单位面积的热通量qp_on以及晶圆W与静电吸盘18的表面间的每单位面积的热阻Rth·A。
另外，也能够以从等离子体向晶圆W的热输入量、晶圆W与静电吸盘18的表面间的热阻为参数将图5的期间T4的晶圆W的温度的曲线图进行模型化。在本实施方式中，将期间T2的晶圆W的温度的变化模型化为每单位面积的式子。例如，在以热通量qp_on和热阻Rth·A为参数且使用了式(5)-(11)所示的a1、a2、a3、λ1、λ2、τ1、τ2的情况下，经过时间t中的晶圆W的温度TW(t)[℃]能够如以下的式(12)那样表示。
【数2】
Figure BDA0002478960730000171
在此，
TW(t)为经过时间t中的晶圆W的温度[℃]。
Th为控制为固定的加热器HT的温度[℃]。
能够根据实际将晶圆W的温度控制为固定时的条件求出加热器HT的温度Th。
在通过使用测量结果进行(1)式的拟合而求出热通量qp_on和热阻Rth·A的情况下，能够根据式(12)计算晶圆W的温度TW。
返回图3。加热器控制部102a控制各加热器HT的温度。例如，加热器控制部102a向加热器电源HP输出指示针对各加热器HT的供给电力的控制数据，通过控制从加热器电源HP向各加热器HT供给的供给电力来控制各加热器HT的温度。
在进行等离子体处理时，在对加热器控制部102a中设定作为各加热器HT的目标的设定温度。例如，在加热器控制部102a中针对载置区域18a的各分割区域分别设定作为目标的晶圆W的温度来作为该分割区域的加热器HT的设定温度。该作为目标的晶圆W的温度例如为使针对晶圆W的等离子体蚀刻的精度最良好的温度。
在进行等离子体处理时，加热器控制部102a控制针对各加热器HT的供给电力，以使各加热器HT成为设定的设定温度。例如，加热器控制部102a针对每个分割区域，将输入至外部接口101的温度数据所示的载置区域18a的各分割区域的温度与该分割区域的设定温度进行比较。而且，加热器控制部102a根据比较结果分别确定温度相对于设定温度低的分割区域和温度相对于设定温度高的分割区域。加热器控制部102a向加热器电源HP输出使针对温度相对于设定温度低的分割区域的供给电力增加、使针对温度相对于设定温度高的分割区域的供给电力减少的控制数据。
测量部102b使用输入至外部接口101的电力数据所示的针对各加热器HT的供给电力来测量针对各加热器HT的供给电力。例如，通过加热器控制部102a来控制针对各加热器HT的供给电力以使各加热器HT的温度固定，测量部102b测量过渡状态下的针对各加热器HT的供给电力，所述过渡状态为从等离子体点火后针对各加热器HT的供给电力稳定了的稳定状态起至转变为等离子体熄火的状态之后的针对各加热器HT的供给电力增加的倾向的变动稳定为止的状态。另外，通过加热器控制部102a来控制针对各加热器HT的供给电力以使各加热器HT的温度固定，测量部102b测量等离子体熄火且针对各加热器HT的供给电力稳定了的稳定状态下的针对各加热器HT的供给电力。
例如，在加热器控制部102a控制针对各加热器HT的供给电力以使各加热器HT的温度成为固定的设定温度的状态下，测量部102b测量图5的期间T4所示的等离子体熄火后的过渡状态下的针对各加热器HT的供给电力。另外，在加热器控制部102a控制针对各加热器HT的供给电力以使各加热器HT的温度成为固定的设定温度的状态下，测量部102b测量图5的期间T5所示的等离子体熄火后的稳定状态下的针对各加热器HT的供给电力。关于等离子体熄火后的过渡状态下的针对各加热器HT的供给电力进行两次以上的测量即可。测量供给电力的测量定时优选为供给电力增加的倾向大的定时。另外，在测量次数少的情况下，优选测量定时间隔规定期间以上。在本实施方式中，测量部102b在等离子体点火后以规定周期(例如0.1秒周期)测量针对各加热器HT的供给电力。由此，大量地测量过渡状态下的针对各加热器HT的供给电力。关于稳定状态下的针对各加热器HT的供给电力，针对各加热器HT至少测量一个即可，也可以进行多次测量并将平均值设为稳定状态的供给电力。此外，测量部102b可以取代期间T5而测量期间T1所示的稳定状态下的针对各加热器HT的供给电力。
参数计算部102c针对每个加热器HT，使用由测量部102b测量出的过渡状态和稳定状态的供给电力，对将来自等离子体的热输入量以及晶圆W与加热器HT间的热阻设为参数计算图5的期间T4所示的过渡状态的供给电力的计算模型进行拟合，来计算热输入量和热阻。
例如，参数计算部102c针对每个加热器HT求出等离子体熄火后的稳定状态的加热器功率Ph_off。而且，参数计算部102c将求出的加热器功率Ph_off除以每个加热器HT的面积，由此求出等离子体熄火后的稳定状态下的每单位面积的来自加热器HT的发热量qh_off。另外，参数计算部102c针对每个加热器HT求出每个经过时间t的过渡状态的加热器功率Ph(t)。参数计算部102c将求出的加热器功率Ph(t)除以每个加热器HT的面积，由此求出每个经过时间t的过渡状态的每单位面积的来自加热器HT的发热量qh(t)。
参数计算部102c将上述的式(1)-(11)用作计算模型，针对每个加热器HT进行每个经过时间t的发热量qh(t)和发热量qh_off的拟合，来计算使误差最小的热通量qp_on和热阻Rth·A。
参数计算部102c使用测定出的过渡状态和稳定状态的供给电力以规定的循环计算热通量qp_on和热阻Rth·A。例如，每当更换晶圆W时，参数计算部102c使用在将该晶圆W载置于载置台16的状态下测定出的过渡状态和稳定状态的供给电力来计算热通量qp_on和热阻Rth·A。此外，例如参数计算部102c可以在每次进行等离子体处理时使用过渡状态和稳定状态的供给电力来计算热通量qp_on和热阻Rth·A。
温度计算部102d针对每个加热器HT，使用计算出的热输入量和热阻来计算温度。例如，温度计算部102d计算图5的期间T3所示的等离子体点火的稳定状态下的晶圆W的温度。例如，温度计算部102d针对每个加热器HT，将计算出的热通量qp和热阻Rth·A代入式(5)、(6)、(12)。而且，温度计算部102d针对每个加热器HT，使用式(5)-(11)所示的a1、a2、a3、λ1、λ2、τ1、τ2，根据式(12)在设经过时间t＝0的情况下计算等离子体刚熄火后的晶圆W的温度。经过时间t＝0为等离子体熄火的定时。因此，计算出的晶圆W的温度能够视作等离子体点火后的稳定状态的晶圆W的温度。另外，计算出的晶圆W的温度也能够视作等离子体处理中的晶圆W的温度。
输出控制部102e控制各种信息的输出。输出控制部102e进行输出由温度计算部102d计算出的晶圆W的温度的控制。例如，输出控制部102e将由温度计算部102d计算出的晶圆W的温度设为对晶圆W实施等离子体处理时的晶圆W的温度并输出至用户接口103。例如，每当更换晶圆W时，输出控制部102e将对该晶圆W实施等离子体处理时的晶圆W的温度输出至用户接口103。此外，输出控制部102e也可以将表示晶圆W的温度的信息作为数据输出至外部装置。
由此，工序管理者能够掌握是否对晶圆W以适当的温度实施了等离子体处理。
温度计算部102d针对每个加热器HT，使用计算出的热输入量和热阻来计算在等离子体点火后的稳定状态下使晶圆W成为目标温度的各加热器HT的设定温度。例如，温度计算部102d在式(12)中设经过时间t＝0来将TW(t)计算为晶圆W成为目标温度的情况下的加热器HT的温度Th。计算出的加热器HT的温度Th为使晶圆W的温度成为目标温度的、加热器HT的温度。
此外，温度计算部102d也可以根据式(12)来计算当前的加热器HT的温度Th时的晶圆W的温度TW。例如，温度计算部102d以当前的加热器HT的温度Th计算设经过时间t＝0时的晶圆W的温度TW。接着，温度计算部102d进行计算出的温度TW与目标温度的差ΔTW的计算。而且，温度计算部102d也可以计算从当前的加热器HT的温度Th减去差ΔTW所得到的温度来作为使晶圆W的温度成为目标温度的加热器HT的温度。
温度计算部102d将加热器控制部102a的各加热器HT的设定温度修正为使晶圆W的温度成为目标温度的加热器HT的温度。
温度计算部102d以规定的循环计算使晶圆W的温度成为目标温度的加热器HT的温度，并修正各加热器HT的设定温度。例如，每当更换晶圆W时，温度计算部102d计算使晶圆W的温度成为目标温度的加热器HT的温度，并修正各加热器HT的设定温度。此外，例如温度计算部102d也可以在每次进行等离子体处理时计算使晶圆W的温度成为目标温度的加热器HT的温度，并修正各加热器HT的设定温度。
由此，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10能够在下一次的等离子体处理中将晶圆W的温度高精度地控制为目标温度。
另外，关于等离子体处理装置10，有时每个装置的处理容器12内的特性存在差异。因此，在等离子体处理装置10中，即使使用在其它等离子体处理装置10中使晶圆W成为目标温度的各加热器HT的设定温度，也有时无法将等离子体处理中的晶圆W的温度高精度地控制为目标温度。
因此，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10计算与自身装置相应的处理容器12内的特性的热通量qp和热阻Rth·A。由此，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10即使在每个装置的处理容器12内的特性存在差异的情况下，也能够将等离子体处理中的晶圆W的温度高精度地控制为目标温度。
另外，关于等离子体处理装置10，有时载置台16的热特性根据静电吸盘18的消耗等随时间发生变化。
因此，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10以规定的循环计算使晶圆W的温度成为目标温度的加热器HT的温度，并修正各加热器HT的设定温度。由此，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10即使在载置台16的热特性随时间发生变化的情况下，也能够将等离子体处理中的晶圆W的温度高精度地控制为目标温度。
另外，等离子体处理装置10由于静电吸盘18的大幅度的消耗、沉积物的附着等处理容器12内的特性发生变化而成为不适于等离子体处理的异常的状态。另外，等离子体处理装置10也有时搬入异常的晶圆W。
因此，输出控制部102e基于由参数计算部102c以规定的循环计算出的热输入量和热阻的至少一方的变化来进行输出警报的控制。例如，输出控制部102e针对每个加热器HT，将以规定的循环计算出的热通量qp和热阻Rth·A进行比较，在热通量qp和热阻Rth·A中的至少一方变化为规定的容许值以上的情况下，进行输出警报的控制。另外，输出控制部102e在以规定的循环计算出的热通量qp和热阻Rth·A中的至少一方偏离规定的容许范围的情况下，进行输出警报的控制。只要能够向工序管理者、等离子体处理装置10的管理者等通知异常即可，警报可以为任意的方式。例如，输出控制部102e显示向用户接口103通知异常的消息。
由此，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10在处理容器12内的特性异常的状态的情况下、搬入了异常的晶圆W的情况下，能够通知异常的发生。
[温度控制的流程]
接着，对本实施方式所涉及的利用等离子体处理装置10的温度控制方法进行说明。图8是表示实施方式所涉及的温度控制方法的流程的一例的流程图。以规定的定时、例如开始进行等离子体处理的定时执行该温度控制方法。
加热器控制部102a控制针对各加热器HT的供给电力以使各加热器HT成为设定温度(步骤S10)。
在加热器控制部102a控制针对各加热器HT的供给电力以使各加热器HT的温度成为固定的设定温度的状态下，测量部102b测量等离子体熄火后的过渡状态和熄火等离子体后的稳定状态下的针对各加热器HT的供给电力(步骤S11)。例如，测量部102b测量图5的期间T4所示的等离子体熄火后的过渡状态下的针对各加热器HT的供给电力。另外，测量部102b测量图5的期间T5所示的等离子体熄火后的稳定状态下的针对各加热器HT的供给电力。
参数计算部102c针对每个加热器HT，对计算模型进行测量结果的拟合来计算热输入量和热阻(步骤S12)。例如，参数计算部102c针对每个加热器HT求出等离子体熄火后的稳定状态的加热器功率Ph_off。参数计算部102c通过将求出的加热器功率Ph_off除以加热器HT的面积来求出等离子体熄火后的稳定状态下的每单位面积的来自加热器HT的发热量qh_off。另外，参数计算部102c针对每个加热器HT求出每个经过时间t的过渡状态的加热器功率Ph(t)。参数计算部102c将求出的加热器功率Ph(t)除以每个加热器HT的面积，由此求出每个经过时间t的过渡状态的每单位面积的来自加热器HT的发热量qh(t)。而且，参数计算部102c将上述的式(1)-(11)用作计算模型，针对每个加热器HT进行每个经过时间t的发热量qh(t)和发热量qh_off的拟合，来计算使误差最小的热通量qp_on和热阻Rth·A。
温度计算部102d针对每个加热器HT，使用计算出的热输入量和热阻来计算等离子体点火后的稳定状态下的晶圆W的温度(步骤S13)。例如，温度计算部102d针对每个加热器HT，将计算出的热通量qp和热阻Rth·A代入式(5)、(6)、(12)。而且，温度计算部102d针对每个加热器HT，使用式(5)-(11)所示的a1、a2、a3、λ1、λ2、τ1、τ2，根据式(12)在设经过时间t＝0的情况下计算等离子体刚熄火后的晶圆W的温度。
像这样，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10通过求出热输入量和热阻，能够高精度地求出等离子体处理中的晶圆W的温度。
输出控制部102e进行输出由温度计算部102d计算出的晶圆W的温度的控制(步骤S14)。例如，输出控制部102e将由温度计算部102d计算出的晶圆W的温度设为对晶圆W实施等离子体处理时的晶圆W的温度并输出至用户接口103。
由此，工序管理者能够掌握是否对晶圆W以适当的温度实施了等离子体处理。
温度计算部102d针对每个加热器HT，使用计算出的热输入量和热阻来计算在等离子体点火后的稳定状态下使晶圆W成为目标温度的各加热器HT的设定温度(步骤S15)。例如，温度计算部102d在式(12)中设经过时间t＝0来将TW(t)计算为使晶圆W成为目标温度的情况下的加热器HT的温度Th。
温度计算部102d将加热器控制部102a的各加热器HT的设定温度修正为使晶圆W的温度成为目标温度的加热器HT的温度(步骤S16)，结束处理。
由此，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10能够在下一次的等离子体处理中将晶圆W的温度高精度地控制为目标温度。
像这样，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10具有载置台16、加热器控制部102a、测量部102b、参数计算部102c以及温度计算部102d。载置台16设置有加热器HT，该加热器HT能够调整用于载置作为等离子体处理的对象的晶圆W的载置面的温度。加热器控制部102a控制针对加热器HT的供给电力以使加热器HT成为设定的设定温度。通过加热器控制部102a来控制针对加热器HT的供给电力以使加热器HT的温度固定，测量部102b测量过渡状态(图5的期间T4的过渡状态)和第二稳定状态(图5的期间T5的过渡状态)下的供给电力，所述过渡状态为从等离子体点火且针对加热器HT的供给电力稳定了的第一稳定状态(图5的期间T3的稳定状态)转变为等离子体熄火的状态后的针对加热器HT的供给电力增加的状态，所述第二稳定状态为等离子体熄火且针对加热器HT的供给电力稳定了的状态。参数计算部102c使用测量出的过渡状态和第二稳定状态的供给电力，对以来自等离子体的热输入量以及晶圆W与加热器HT间的热阻为参数来计算过渡状态的供给电力的计算模型进行拟合，来计算热输入量和热阻。温度计算部102d使用由参数计算部102c计算出的热输入量和热阻来计算第一稳定状态下的晶圆W的温度。由此，等离子体处理装置10能够高精度地求出等离子体处理中的晶圆W的温度。
另外，载置台16针对将载置面进行分割所得的区域单独地设置有加热器HT。加热器控制部102a针对每个加热器HT控制供给电力，以使针对每个区域设置的加热器HT成为针对每个区域设定的设定温度。通过加热器控制部102a来控制供给电力以使每个加热器HT的温度固定，测量部102b针对每个加热器HT测量过渡状态和第二稳定状态下的供给电力。参数计算部102c针对每个加热器HT，使用由测量部102b测量出的过渡状态和第二稳定状态的供给电力对计算模型进行拟合，来针对每个加热器HT计算热输入量和热阻。温度计算部102d针对每个加热器HT，使用由参数计算部102c计算出的热输入量和热阻来计算第一稳定状态下的晶圆W的温度。由此，等离子体处理装置10能够针对将载置面进行分割所得的区域高精度地求出晶圆W的温度。
另外，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10还具有输出控制部102e。测量部102b以规定的循环测量过渡状态和第二稳定状态下的供给电力。参数计算部102c针对每个规定的循环，使用测量出的过渡状态和第二稳定状态的供给电力分别计算热输入量和热阻。输出控制部102e基于由参数计算部102c计算的热输入量和热阻中的至少一方的变化来进行输出警报的控制。由此，在等离子体的状态异常的情况下、处理容器12内的特性异常的状态的情况下、搬入了异常的晶圆W的情况下，等离子体处理装置10能够通知异常的发生。
另外，温度计算部102d使用由参数计算部102c计算出的热输入量和热阻来计算在第一稳定状态下使晶圆W成为目标温度的加热器HT的设定温度，将加热器控制部102a的设定温度修正为计算出的设定温度。由此，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10能够在下一次的等离子体处理中将晶圆W的温度高精度地控制为目标温度。
以上使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术的范围并不限定于上述实施方式所记载的范围。本领域人员明确可知的是，能够对上述实施方式施加各种变更或改进。另外，根据权利要求书的记载明确可知的是，这样的施加了变更或改进后的方式也能够包括在本发明的技术范围中。
例如，在上述的实施方式中，以对作为被处理体的半导体晶圆进行等离子体处理的情况为例进行了说明，但并不限定于此。被处理体只要是等离子体处理的进展受温度影响的被处理体即可，可以为任意的被处理体。
另外，在上述的实施方式中，说明了进行等离子体蚀刻来作为等离子体处理的情况的例子，但并不限定于此。等离子体处理只要为使用等离子体并且处理的进展受温度影响的等离子体处理即可，可以为任意的等离子体处理。

Claims (6)

1.一种等离子体处理装置，具有：
载置台，其设置有加热器，该加热器能够调整用于载置作为等离子体处理的对象的被处理体的载置面的温度；
加热器控制部，其控制针对所述加热器的供给电力，以使所述加热器成为设定的设定温度；
测量部，通过所述加热器控制部来控制针对所述加热器的供给电力以使所述加热器的温度固定，所述测量部测量过渡状态和第二稳定状态下的供给电力，所述过渡状态为从等离子体点火后针对所述加热器的供给电力稳定了的第一稳定状态转变为等离子体熄火的状态之后的针对所述加热器的供给电力增加的状态，所述第二稳定状态为等离子体熄火且针对所述加热器的供给电力稳定了的状态；
参数计算部，其使用由所述测量部测量出的所述过渡状态和所述第二稳定状态的供给电力，对以来自等离子体的热输入量以及被处理体与所述加热器间的热阻为参数来计算所述过渡状态的供给电力的计算模型进行拟合，来计算所述热输入量和所述热阻；以及
温度计算部，其使用由所述参数计算部计算出的所述热输入量和所述热阻，来计算所述第一稳定状态下的所述被处理体的温度。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述载置台针对将所述载置面进行分割所得的每个区域单独地设置所述加热器，
所述加热器控制部针对每个所述加热器控制供给电力，以使针对每个区域设置的所述加热器成为针对每个区域设定的设定温度，
通过所述加热器控制部针对每个所述加热器控制供给电力以使温度成为固定，所述测量部针对每个所述加热器测量所述过渡状态和所述第二稳定状态下的供给电力，
所述参数计算部针对每个所述加热器，使用由所述测量部测量出的所述过渡状态和所述第二稳定状态的供给电力对所述计算模型进行拟合，来计算所述热输入量和所述热阻，
所述温度计算部针对每个所述加热器，使用由所述参数计算部计算出的所述热输入量和所述热阻来计算所述第一稳定状态下的所述被处理体的温度。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述测量部以规定的循环测量所述过渡状态和所述第二稳定状态下的供给电力，
所述参数计算部针对每个所述规定的循环，使用测量出的所述过渡状态和所述第二稳定状态的供给电力分别计算所述热输入量和所述热阻，
所述等离子体处理装置还具有输出控制部，所述输出控制部基于由所述参数计算部计算出的所述热输入量和所述热阻中的至少一方的变化来进行输出警报的控制。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述温度计算部使用由所述参数计算部计算出的所述热输入量和所述热阻来计算在所述第一稳定状态下使被处理体成为目标温度的所述加热器的设定温度，并将所述加热器控制部的设定温度修正为计算出的设定温度。
5.一种温度控制方法，其特征在于，执行以下处理：
控制针对加热器的供给电力以使所述加热器的温度成为设定的设定温度，并且测量过渡状态和第二稳定状态下的供给电力，所述加热器设置于载置台并能够调整用于载置作为等离子体处理的对象的被处理体的载置面的温度，所述过渡状态为从等离子体点火后针对所述加热器的供给电力稳定了的第一稳定状态转变为等离子体熄火的状态之后的针对所述加热器的供给电力增加的状态，所述第二稳定状态为等离子体熄火且针对所述加热器的供给电力稳定了的状态，
使用测量出的所述过渡状态和所述第二稳定状态的供给电力对以来自等离子体的热输入量以及被处理体与所述加热器间的热阻为参数来计算所述过渡状态的供给电力的计算模型进行拟合，来计算所述热输入量和所述热阻，
使用计算出的所述热输入量和所述热阻来计算所述第一稳定状态下的所述被处理体的温度。
6.一种记录介质，存储有温度控制程序，所述记录介质的特征在于，所述温度控制程序用于执行以下处理：
控制针对加热器的供给电力以使所述加热器的温度成为设定的设定温度，并且测量过渡状态和第二稳定状态下的供给电力，所述加热器设置于载置台并能够调整用于载置作为等离子体处理的对象的被处理体的载置面的温度，所述过渡状态为从等离子体点火后针对所述加热器的供给电力稳定了的第一稳定状态转变为等离子体熄火的状态之后的针对所述加热器的供给电力增加的状态，所述第二稳定状态为等离子体熄火且针对所述加热器的供给电力稳定了的状态，
使用测量出的所述过渡状态和所述第二稳定状态的供给电力对以来自等离子体的热输入量以及被处理体与所述加热器间的热阻为参数来计算所述过渡状态的供给电力的计算模型进行拟合，来计算所述热输入量和所述热阻，
使用计算出的所述热输入量和所述热阻来计算所述第一稳定状态下的所述被处理体的温度。
CN202010373310.3A 2019-05-13 2020-05-06 等离子体处理装置、温度控制方法以及记录介质 Active CN111933508B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-090851 2019-05-13
JP2019090851A JP7244348B2 (ja) 2019-05-13 2019-05-13 プラズマ処理装置、温度制御方法および温度制御プログラム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111933508A true CN111933508A (zh) 2020-11-13
CN111933508B CN111933508B (zh) 2024-07-02

Family

ID=73221900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010373310.3A Active CN111933508B (zh) 2019-05-13 2020-05-06 等离子体处理装置、温度控制方法以及记录介质

Country Status (5)

Country Link
US (2) US11546970B2 (zh)
JP (2) JP7244348B2 (zh)
KR (1) KR20200131168A (zh)
CN (1) CN111933508B (zh)
TW (1) TWI842882B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12014921B2 (en) * 2018-10-16 2024-06-18 Lam Research Corporation Plasma enhanced wafer soak for thin film deposition
US11488808B2 (en) * 2018-11-30 2022-11-01 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus, calculation method, and calculation program
JP7244348B2 (ja) * 2019-05-13 2023-03-22 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、温度制御方法および温度制御プログラム
JP7426915B2 (ja) * 2020-09-14 2024-02-02 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、熱抵抗導出方法及び熱抵抗導出プログラム
WO2024019054A1 (ja) * 2022-07-22 2024-01-25 東京エレクトロン株式会社 監視方法及びプラズマ処理装置
WO2024219305A1 (ja) * 2023-04-17 2024-10-24 東京エレクトロン株式会社 コンピュータプログラム、情報処理装置、及び情報処理方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2680231A1 (fr) * 1991-08-07 1993-02-12 Nitruvid Four de type puits a chauffage par resistance pour le traitement de pieces metalliques.
US6023038A (en) * 1997-09-16 2000-02-08 Applied Materials, Inc. Resistive heating of powered coil to reduce transient heating/start up effects multiple loadlock system
US20090183677A1 (en) * 2008-01-22 2009-07-23 Tokyo Electron Limited Temperature control device and processing apparatus using the same
US20140008352A1 (en) * 2012-07-03 2014-01-09 Hitachi High-Technologies Corporation Heat treatment apparatus
JP2015142050A (ja) * 2014-01-29 2015-08-03 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
US20160378092A1 (en) * 2015-06-24 2016-12-29 Tokyo Electron Limited Temperature control method
CN107546150A (zh) * 2016-06-24 2018-01-05 东京毅力科创株式会社 基板处理系统和温度控制方法
CN107610995A (zh) * 2016-07-11 2018-01-19 株式会社日立国际电气 半导体器件的制造方法及衬底处理装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI281833B (en) * 2004-10-28 2007-05-21 Kyocera Corp Heater, wafer heating apparatus and method for manufacturing heater
US7956310B2 (en) * 2005-09-30 2011-06-07 Tokyo Electron Limited Stage, substrate processing apparatus, plasma processing apparatus, control method for stage, control method for plasma processing apparatus, and storage media
JP4515509B2 (ja) * 2008-03-03 2010-08-04 キヤノンアネルバ株式会社 基板表面温度計測方法、及び、これを用いた基板処理装置
JP5433171B2 (ja) * 2008-06-16 2014-03-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ 試料温度の制御方法
JP2010050178A (ja) * 2008-08-20 2010-03-04 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP6378942B2 (ja) 2014-06-12 2018-08-22 東京エレクトロン株式会社 載置台及びプラズマ処理装置
JP2018063974A (ja) * 2016-10-11 2018-04-19 東京エレクトロン株式会社 温度制御装置、温度制御方法、および載置台
JP7068971B2 (ja) * 2017-11-16 2022-05-17 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、温度制御方法および温度制御プログラム
KR20210000731A (ko) * 2018-05-24 2021-01-05 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 공간적으로 분해된 웨이퍼 온도 제어를 위한 가상 센서
JP6877581B2 (ja) * 2018-11-27 2021-05-26 株式会社日立ハイテク プラズマ処理装置及びそれを用いた試料の処理方法
JP7244348B2 (ja) * 2019-05-13 2023-03-22 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、温度制御方法および温度制御プログラム

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2680231A1 (fr) * 1991-08-07 1993-02-12 Nitruvid Four de type puits a chauffage par resistance pour le traitement de pieces metalliques.
US6023038A (en) * 1997-09-16 2000-02-08 Applied Materials, Inc. Resistive heating of powered coil to reduce transient heating/start up effects multiple loadlock system
US20090183677A1 (en) * 2008-01-22 2009-07-23 Tokyo Electron Limited Temperature control device and processing apparatus using the same
US20140008352A1 (en) * 2012-07-03 2014-01-09 Hitachi High-Technologies Corporation Heat treatment apparatus
JP2015142050A (ja) * 2014-01-29 2015-08-03 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
US20160378092A1 (en) * 2015-06-24 2016-12-29 Tokyo Electron Limited Temperature control method
CN106298447A (zh) * 2015-06-24 2017-01-04 东京毅力科创株式会社 温度控制方法
CN107546150A (zh) * 2016-06-24 2018-01-05 东京毅力科创株式会社 基板处理系统和温度控制方法
CN107610995A (zh) * 2016-07-11 2018-01-19 株式会社日立国际电气 半导体器件的制造方法及衬底处理装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20230105165A1 (en) 2023-04-06
JP2020188098A (ja) 2020-11-19
JP7244348B2 (ja) 2023-03-22
US11546970B2 (en) 2023-01-03
TWI842882B (zh) 2024-05-21
TW202107610A (zh) 2021-02-16
KR20200131168A (ko) 2020-11-23
US20200367320A1 (en) 2020-11-19
US12063717B2 (en) 2024-08-13
JP7507914B2 (ja) 2024-06-28
JP2023067998A (ja) 2023-05-16
CN111933508B (zh) 2024-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111933508B (zh) 等离子体处理装置、温度控制方法以及记录介质
TWI782133B (zh) 電漿處理裝置、溫度控制方法及溫度控制程式
JP7313509B2 (ja) プラズマ処理装置、温度制御方法および温度制御プログラム
JP7202972B2 (ja) プラズマ処理装置、プラズマ状態検出方法およびプラズマ状態検出プログラム
CN111009454B (zh) 等离子体处理装置、监视方法以及记录介质
JP2023099617A (ja) プラズマ処理装置、監視方法および監視プログラム
CN111933509B (zh) 等离子体处理装置、计算方法以及记录介质
JP7527342B2 (ja) プラズマ処理装置、プラズマ状態検出方法およびプラズマ状態検出プログラム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant