知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ ワットロー・エレクトリック・マニュファクチャリング・カンパニーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6692875
(24)【登録日】2020年4月17日
(45)【発行日】2020年5月13日
(54)【発明の名称】ヒーターシステムに対する熱動的応答感知の方法
(51)【国際特許分類】
H05B 3/00 20060101AFI20200427BHJP
H01L 21/683 20060101ALI20200427BHJP
H01L 21/02 20060101ALI20200427BHJP
【ＦＩ】
H05B3/00 310C
H01L21/68 N
H01L21/02 Z
【請求項の数】15
【全頁数】25
(21)【出願番号】特願2018-206740(P2018-206740)
(22)【出願日】2018年11月1日
(62)【分割の表示】特願2017-522916(P2017-522916)の分割
【原出願日】2015年10月28日
(65)【公開番号】特開2019-61960(P2019-61960A)
(43)【公開日】2019年4月18日
【審査請求日】2018年11月29日
(31)【優先権主張番号】14/530,670
(32)【優先日】2014年10月31日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】501162454
【氏名又は名称】ワットロー・エレクトリック・マニュファクチャリング・カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】シュタインハウザー、ルイス・ピー
【審査官】
土屋 正志
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許第０６１００５０６（ＵＳ，Ａ）
【文献】
特開２００９−２３８７７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−２０８９６４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０５Ｂ ３／００
Ｈ０１Ｌ ２１／０２
Ｈ０１Ｌ ２１／６８３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ヒーターシステムの動作中に被加熱物の温度を測定および制御する方法であって、
前記被加熱物を、複数の加熱域を含む前記ヒーターシステムの加熱面の加熱環境内に配置することと、
前記複数の加熱域に電力を印加することと、
前記複数の加熱域に基づいて前記加熱面の熱画像を取得することと、
前記加熱面の前記熱画像に基づいて前記複数の加熱域における変化を判定することと、
前記ヒーターシステムのチューニング層を用いて前記複数の加熱域における前記判定された変化を補償すること、
を具備し、
前記ヒーターシステムは、ベース層と前記チューニング層を具備するヒーターを含み、
前記熱画像は、前記複数の加熱域に対応する複数の画素を含む、
方法。
前記被加熱物を、複数の加熱域を含む前記ヒーターシステムの加熱面の加熱環境内に配置することと、
前記複数の加熱域に電力を印加することと、
前記複数の加熱域に基づいて前記加熱面の熱画像を取得することと、
前記加熱面の前記熱画像に基づいて前記複数の加熱域における変化を判定することと、
前記ヒーターシステムのチューニング層を用いて前記複数の加熱域における前記判定された変化を補償すること、
を具備し、
前記ヒーターシステムは、ベース層と前記チューニング層を具備するヒーターを含み、
前記熱画像は、前記複数の加熱域に対応する複数の画素を含む、
方法。
【請求項2】
前記熱画像は、赤外線カメラおよびビデオカメラのうちの1つによって取得される、請求項１の方法。
【請求項3】
少なくとも１つの画素が隣接する画素の色と異なる色を有する場合に、前記熱画像における変化を検出することをさら具備する、請求項１の方法。
【請求項4】
前記熱画像を前記複数の加熱域にマッピングすることと、
実際の温度と前記複数の加熱域の所定の温度との間の差を算出することと、
前記熱画像のマップと前記複数の加熱域における温度差とに応じて前記複数の加熱域を異なるように制御することと、
をさらに具備する、請求項１の方法。
実際の温度と前記複数の加熱域の所定の温度との間の差を算出することと、
前記熱画像のマップと前記複数の加熱域における温度差とに応じて前記複数の加熱域を異なるように制御することと、
をさらに具備する、請求項１の方法。
【請求項5】
前記変化を補償するために前記複数の加熱域を独立して制御することをさらに具備する、請求項１の方法。
【請求項6】
前記変化を補償するために前記複数の加熱域への電力を変更することをさらに具備する、請求項５の方法。
【請求項7】
前記加熱環境内に配置された新しい負荷を識別するように前記ヒーターシステムを構成することをさらに具備する、請求項１の方法。
【請求項8】
前記熱画像に基づいて前記新しい負荷が配置される前記加熱環境内の特定の加熱域を決定することをさらに具備する、請求項７の方法。
【請求項9】
前記変化を補償するために前記特定の加熱域に対する電力を変更することをさらに具備する、請求項８の方法。
【請求項10】
請求項１の方法による半導体プロセスにおけるウェハの温度を制御する方法。
【請求項11】
前記被加熱物の温度は、クローズドループ制御システムによって制御される、請求項１の方法。
【請求項12】
前記クローズドループ制御システムは、前記熱画像に基づいて、及び、前記被加熱物の所望の温度プロファイルにしたがって、前記ヒーターシステムのフィードバック制御を提供する、請求項１１の方法。
【請求項13】
前記ヒーターシステムは、前記変化に基づいて較正される、請求項１の方法。
【請求項14】
電力レベルは、前記較正に基づいて予め設定される、請求項１３の方法。
【請求項15】
前記加熱域は、ヒーターおよび温度センサとして機能する発熱体を含む、請求項１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ヒーターシステムの制御方法に関し、特に、半導体プロセスにおいて使用されるチャックまたはサセプタとしての用途において、ヒートロスおよび（または）その他の変化を補償するために、運転中に被加熱物に対して正確な温度プロファイルを伝えるヒーターシステムの制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
この節の記載は、本開示に関する背景の情報を提供するに過ぎず、先行技術の一部をなすものではない。
【0003】
半導体プロセスの技術において、例えば、チャックまたはサセプタは、処理中に基板（またはウェハ）を保持し、基板に均一の温度プロファイルを提供するために使用されている。図１を参照すると、電極１４が組み込まれた静電チャック１２と、典型的にはシリコン粘着剤である粘着層１８を介して静電チャック１２と結合したヒータープレート１６とを含む静電チャック用支持アセンブリ１０が説明されている。ヒーター２０は、ヒータープレート１６に固定されており、例として、ヒーター２０は、エッチドフォイルヒーターであってもよい。このヒーターアセンブリは、典型的にはシリコン接着剤である接着層２４を再び通じて冷却プレート２２と結合している。基板２６は、静電チャック１２上に配置され、電極１４は、基板２６を適切なところに保持する静電気力が生み出されるような電圧源（図示されていない）と接続されている。無線周波数（Radio Frequency：RF）電源またはマイクロ波電源（図示されていない）は、支持アセンブリ１０を囲むプラズマ反応槽の内部の静電チャック１２と連結してもよい。このように、ヒーター２０は、プラズマ強化膜デポジションまたはエッチング処理を含むさまざまなチャンバ内におけるプラズマ半導体プロセスステップの間に、基板２６の温度を維持するために必要な熱を供給する。
【0004】
基板２６におけるすべてのプロセス段階の間、エッチング処理が施された基板２６の内部におけるプロセス変化を減らすために、静電チャック１２の温度プロファイルがしっかりと制御され、全体のプロセス時間が減少する。
【発明の概要】
【0005】
本開示における一形態では、ヒーターシステムは、複数の加熱域を含むヒーターアセンブリを具備する。前記ヒーターシステムは、前記ヒーターアセンブリの画像を取得する撮像装置を有する。制御システムは、前記撮像装置からの前記画像に基づいて前記複数の加熱域内の変化を判定する。
【0006】
本開示における他の形態では、ヒーターシステムは、複数の発熱体を有するヒーターアセンブリを具備する。前記ヒーターシステムは、前記ヒーターアセンブリの所望の温度に乱れを引き起こす刺激を与えるコントローラを有する。制御システムは、前記コントローラと通信し、前記コントローラについての情報に基づいて、前記ヒーターアセンブリの所望の温度プロファイルを維持するように前記ヒーターアセンブリを制御する。
【0007】
本開示におけるもう一つの形態は、ヒーターシステムは、内部の壁を規定するプロセスチャンバを具備する。ヒーターアセンブリは、前記内部の壁に接して配置され、前記ヒーターアセンブリは、加熱面を規定する。加熱面は、複数の加熱域および複数の発熱体を含む。制御システムは、加熱面および前記チャンバの内部の壁の温度の乱れ監視するために前記ヒーターアセンブリと通信する。前記制御システムは、前記複数の加熱域における前記温度の乱れを判定するために、前記各発熱体の電気抵抗を監視する。
【0008】
なお、さらなる適用範囲は、この本願の記載から明白となる。この記載および特定の例は、説明のみを目的とするものであり、本開示の範囲を何ら限定するものではないと理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0009】
本開示が十分に理解されるように、今、添付図面を参照しながら例として与えられた様々な形態例について説明する。【0010】
本願に記載された図面は、説明のためのものであり、いかなる方法においても本開示の範囲を限定するものではない。
【発明を実施するための形態】
【0011】
下記の記載は、例示するものに過ぎず、本開示、適用、用途を限定するものではない。例えば、本開示の下記形態は、半導体プロセスにおける使用のためのチャック、場合によっては静電チャックに向けられる。しかしながら、本願において提供されたヒーターおよびシステムは、様々な適用が包含され、半導体プロセスの適用に限定されないと理解されるべきである。
【0012】
図２を参照すると、本開示の一形態は、主加熱を行うベースヒーター層５２を含むヒーター５０と、ヒーター５０によってもたらされる熱分布を微調整するチューニング層６０である。ヒーター５０がベースヒーター層５２とチューニング層６０とを含む。
【0013】
ベースヒーター層５２は、その中に組み込まれた少なくとも１つのヒーター回路５４と、少なくとも１つの開口５６（またはビア）を含んでおり、開口５６（またはビア）は、それを通してヒーター回路５４を（図示されていない）電源に接続するために形成されている。図示されているようにチューニング層６０は、ベースヒーター層５２の近くに配置されており、独立に制御可能でチューニング層６０に組み込まれた複数の個々の発熱体６２を含む。少なくとも１つの開口６４は、複数の個々の発熱体６２を電源およびコントローラ（図示していない）と接続するためにチューニング層６０を貫くように形成されている。さらに図示されているように、ルーティング層６６は、ベースヒーター層５２とチューニング層６０との間に配置され、内部キャビティ６８を規定する。第１の電気リードセット７０はヒーター回路５４を電源と接続し、ヒーター層開口５６を通って延伸される。第２の電気リードセット７２は、複数の発熱体６２を電源と接続し、ルーティング層６６の内部キャビティ６８を通って延伸される。ルーティング層６６は、任意であり、ヒーター５０は、ルーティング層６６がなくてもよく、代わりにベースヒーター層５２とチューニング層６０のみを有する構成が採用され得ると理解されるべきである。
【0014】
他の形態において、チューニング層６０は、熱分布を微調整ではなく、代わりにチャック１２における温度測定に使用されてもよい。この形態は、温度依存性がある抵抗回路の複数の領域特有または別個の位置を備える。それら各々の温度センサは、それぞれ多重スイッチング装置を通じて個別に読み取っており、例示的な形態は、以下で詳細に記載されているが、各個別のセンサを測定するのに必要な信号線の数に対してより多くのセンサが実質的に使用される。温度感知フィードバックは、例えば基板２６からチャック１２への熱流束を制限するために裏側冷却ガス圧の特定の領域を制御するといった制御決定のための必要な情報を提供できる。これと同様のフィードバックはまた、補助冷却流体熱交換器を通じて、ベース加熱領域５４またはバランスプレート冷却流体の温度（図示されていない）を制御するためにベースヒーター５０の近くに取り付けられた温度センサを置き換えるためまたはその数を増加させるために使用され得る。
【0015】
一形態では、ベースヒーター層５２およびチューニングヒーター層６０は、一般に２５０℃未満の中温用途用のポリイミド材料に、ヒーター回路５４およびチューニング層発熱体６２を入れることで形成される。さらに、ポリイミド材料は、熱伝導率を増加させるために他の材料を添加してもよい。
【0016】
他の形態では、ベースヒーター層５２および（または）チューニングヒーター層６０は、特に厚膜、薄膜、溶射、ソル―ゲル法に関連したプロセスが使用された他の層または基板への材料の蓄積または塗布を通じて層が形成されるレイヤードプロセスによって形成されている。
【0017】
一形態では、ベース加熱回路５４はインコネル（登録商標）合金からなり、チューニング層の発熱体６２はニッケル材料からなる。さらに他の形態では、チューニング層発熱体６２は、素子がヒーターおよび温度センサのいずれとしても機能する（一般に２線式制御と呼ばれている）ように十分な抵抗温度係数を有する材料で形成されており、そのようなヒーターおよびそれらの材料は、本願と共通に譲り受けられており、それらすべてが参照により本願に組み入れられている米国特許第７，１９６，２９５号および係属中の米国特許出願１１／４７５，５３４号に開示されている。
【0018】
２線式制御によれば、本開示の様々な形態は、熱インピーダンスチューニング層６０における個々の各素子に印加される電圧および（または）電流の測定、または知見を通じた層発熱体６２に対する温度、電力、および（または）熱インピーダンスに基づく制御を含む。電圧および（または）電流は、掛け算と割り算を行うことで電力と抵抗に変換され、第１の例では、これらの各素子から出力される熱流束と同一のものに、第２の例では、素子の温度の既知の関係に対応する。これらはともに、オペレータまたは制御システムが、使用または保守、プロセスエラー、装置の劣化が原因のチャンバまたはチャックにおける物理的変化に起因、しかしこれに限られない原因に起因することがある領域特有の熱的変化を検出し、それを補償することを許容するために各素子上の熱インピーダンス負荷を算出および監視するために用いることができる。あるいは、熱インピーダンスチューニング層６０において個々に制御される各発熱体は、半導体プロセス中の基板の温度を制御するために、基板の対応する領域から生じ、ベースヒーター層５２へと流れる熱流束を後に修正またはゲート制御する、同じまたは異なる特定の温度に相当する目標抵抗を指定され得る。
【0019】
一形態では、ヒーター５０は、例えばシリコン接着剤、または感圧接着剤を使ってチャック５１と結合されている。それゆえ、均一のまたは所望の温度プロファイルがチャック５１にひいては基板（図示されていない）に提供されるために、ベースヒーター層５２は主要な加熱を行い、チューニング層６０は加熱プロファイルを微調整または調節する。
【0020】
本開示の他の形態においては、ひずみ負荷にさらされたとき、チューニング層発熱体６２の温度感度を向上させるため、チューニング層発熱体６２の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、チューニング加熱層基板６０のＣＴＥに適合されている。２線式制御のための多くの適切な材料は、温度およびひずみの両方に対する抵抗感度を含み抵抗温度装置(Resistor Temperature Devices：RTDs)と似た特性を示す。チューニング層発熱体６２のＣＴＥをチューニングヒーター層基板６０のＣＴＥに適合させることは、実際の発熱体上のひずみを減らす。そして、動作温度が上昇させる動作をするにつれてひずみのレベルが増加する傾向にあり、ひいてはＣＴＥを適合させることは、よりいっそう要因となる。一形態において、チューニング層発熱体６２は、およそ１５ｐｐｍ／℃のＣＴＥをもつ高純度Ｎｉ−Ｆｅ合金であり、それを囲むポリイミド材料は、およそ１６ｐｐｍ／℃のＣＴＥをもつ。この形態において、チューニングヒーター層６０と、他の層とを結合させる材料は、チャック１２の他の部分からチューニングヒーター層６０を物理的に分離する弾力性のある特徴を示す。本開示の範囲内にある同程度のＣＴＥの他の材料が用いられてもよいことは理解されるべきである。
【0021】
今、図３−５を参照すると、（図２においておおまかに上述した）チューニング層とベースヒーター層との両方をもつヒーターの形態の一例が説明されており、参照数字８０によって全般的に表されている。ヒーター８０は、ベースプレート８２と、ベースプレート８２に固定されたベースヒーター８４と、チューニングヒーター９０とを含む高精細度ヒーターである。また、ベースプレート８２は、一形態においてはおよそ厚さ１６ｍｍのアルミニウムプレートである冷却プレートとして言及されている。ベースヒーター８４は、図示されているエラストマー結合層８６を使用する一形態において、ベースプレート８２に固定されている。エラストマー結合は、それらすべてが参照により本願に組み込まれている米国特許第６，０７３，５７７号に開示されているものであってもよい。基板８８は、ベースヒーター８４の上部に配置されており、本開示の一形態によれば厚さおよそ１ｍｍのアルミニウム材料である。基板８８は、必要な量の電力をベースヒーター８４から消費するために熱伝導率を有するように設計されている。ベースヒーター８４は、必要な値の熱伝導率をもたずに比較的高電力を有しているので、このベースヒーター８４は、近くの構成要素上に“証拠”マーク（抵抗回路の痕跡からの）を残し、それによってヒーターシステム全体の性能を下げる。
【0022】
チューニングヒーター９０は、基板８８の上部に配置されており、上述したようにエラストマー結合層９４を用いてチャック９２に固定されている。一形態において、チャック９２は、およそ２．５ｍｍの厚さの酸化アルミニウム材料である。本願に示したような材料および大きさは例に過ぎず、ひいては本開示は本願で説明した特定の形態に限定されないと理解されるべきである。さらに、チューニングヒーター９０は、ベースヒーター８４よりも低電力を有し、上述したように基板８８は、“証拠”マークがチューニングヒーター層９０上で形成されないために、ベースヒーター層８４から電力を消費する機能を果す。
【0023】
ベースヒーター８４およびチューニングヒーター９０は、図４により詳しく示されており、例となる４個の区域がベースヒーター８４に関して示されており、そしてチューニングヒーター９０のための１８個の区域が示されている。一形態において、高精細度ヒーター８０は、４５０ｍｍのチャックの寸法で使うために適応されているが、高精細度ヒーター８０は、熱分布を高度に調整する能力に起因して大きいまたは小さいチャック寸法で用いられていてもよい。さらに、高精細度ヒーター８０は、本願に説明されているような、積層／平面構成にというよりは、チャック（水平面にわたる）の周辺（領域Ｐで示されている）、または垂直な位置（例えば図３におけるチューニング層９０´）に沿って、またはチャックに沿ったまたは横切った個別の所定の位置に、または他の構成要素または構成要素の組み合わせの周辺に用いられてもよい。さらに、高精細度ヒーター８０は、半導体プロセス装置内の他の構成要素のうち、プロセスキット、チャンバ壁、チャンバ蓋、ガスライン、およびシャワーヘッドにおいて用いられてもよい。また、本願に記載され、説明されたヒーターおよび制御システムは、どの数の用途において用いられてもよく、ひいては、例となる半導体ヒーターチャックの用途は、本開示の範囲を限定するとして解釈されるべきではないと理解されるべきである。
【0024】
本開示はまた、ベースヒーター８４とチューニングヒーター９０が加熱機能に限られないことを意図する。それぞれ“ベース機能層”、“チューニング層”として言及される一つまたは複数のこれらの部材は、代わりに本開示の範囲内にある温度センサ層、または他の機能部材としてもよいことが理解されるべきである。他の機能は、一例として、特に様々な電気的特性などのセンサ入力を受け取る診断層または冷却層を含んでもよい。
【0025】
図５に示されているように、二元的なチューニング能力は、チャック１２の上面上に第２チューニング層ヒーター１２０の含有が備わっていてもよい。第２チューニング層は加熱層というよりはむしろ代わりに本開示の範囲内にある温度感知層として用いられていてもよい。従って、どの数のチューニング層ヒーターが用いられてもよく、これらのここで説明され、または記載されたものに限定されない。
【0026】
他の形態において、ベース機能層は、上述したようなベースヒーター８４の構造というよりはむしろ複数の熱電素子を含んでいてもよい。これらの熱電素子は、区域に並べられていてもよく、一般にはベースプレートまたは冷却プレート８２の上部にまたは近くに配置されている。
【0027】
さらに他の形態において、多数のチューニング層には、“積層”構造が採用されていてもよく、または多数のチューニング層は、トレース間に存在する隙間を埋め合わせるために、個々の抵抗のトレースが対向した層上の隣接した抵抗のトレースからオフセットするように垂直に構成されていてもよい。例えば、図６に示されているように、チューニング層１４０のトレース１４２が第１チューニング層１３０のトレース１３４間の隙間１３２の近くに調整され、逆もまた同様であるように第１チューニング層１３０は、第２チューニング層１４０からオフセットされている。他の形態において、“チェッカーボード”設計は、隣接する層間の隙間またはホットスポットを埋め合わせるために採用されてもよい。
【0028】
図７を参照すると、閾値電圧スイッチング回路は、一形態においては、回路を横切る電圧閾値が超えられたとき、一方向に電気を流す個別の固体装置を備え、閾値電圧スイッチング回路はヒーターチャックの本体に組み込まれているまたは取り付けられており、パッケージ化された形式であってもよく、または一般にはベアダイ部品として組み込まれてもよい。他の形態において、制御要素は、上で説明したように、接着層８６に組み込まれている。制御要素は、本開示の範囲内にある構成要素または構成要素のアセンブリのいずれかの内部に組み込まれていてもよいと理解されるべきである。本開示の一形態において、シングルパッケージシリコンデバイス（ＡＳＩＣ）上の閾値電圧スイッチング回路は、代わりにチャックに組み込まれていてもまたは取り付けられてもよい。動作中に構成要素のいずれかが機能しなくなることへ冗長性を与えるために追加の制御装置が用いられてもよい。
【0029】
組み込み制御の形態の一例は図８−１２で説明されている。図示されているように、このヒーターシステムの代わりの形態が、参照数字２００によって全般的に表され、説明されている。ヒーターシステム２００は、例えば、上述したような半導体プロセスにおける基板に均一の温度プロファイルを提供するなど、高度に調整された温度プロファイルを被加熱物に対して提供するために、複数の独立して制御可能な発熱体２０２で構成されており、発熱体２０２の動作について、さらなる詳細は後述する。上部ベース２０４は、発熱体２０２の近くに設置されており、一形態においては、発熱体２０２は、エッチドフォイルが上部ベース２０４と結合したように、または層状のヒーターが上部ベース２０４に置かれたように、上部ベース２０４に配置されている。上部ベース２０４は、各発熱体に合わせて並べられている複数のテーパ状キャビティ２０６を規定している。この形態における複数のテーパ状キャビティ２０６は、図示されているように上部壁２０８とテーパ状側壁２１０を含む。上部ベース２０４は電源ラインと制御ラインのための通路を提供するために、後述のように複数の電源ビア２１２をさらに備える。
【0030】
下部ベース２２０は、上部ベース２０４に隣接しており、上部ベース２０４のテーパ状キャビティ２０６に位置合わせされた逆テーパ状キャビティ２２２を規定する。逆テーパ状キャビティ２２２は、同様に下部壁２２４とテーパ側壁２２６を規定する。下部ベース２２０は、上部ベース２０４の電源ビア２１２と連通するための複数の電源ビア２２８をさらに備えており、また、電源ビア２２８は電源ラインと制御ラインの通路としての役目を果たす。
【0031】
図１４に最良のものとして示されているように、キャビティ２０６，２２２の形状は、発熱体２０２から（図１において要素２２として示されている）冷却プレートへの効率的な熱輸送を行うための、また発熱体２０２によって提供される温度プロファイルおよび性能について、キャビティとそれらの構成要素の熱衝撃を減らすために構成されている。したがって、キャビティの“フットプリント”は、発熱体２０２の近くでは小さく、キャビティは、キャビティ２０６の周囲の熱流束を冷却プレート２２に導くために寸法がしだいに増加し、それからキャビティ２２２の周囲の熱流束を冷却プレート２２に導くために寸法がしだいに減少する。本開示により、キャビティ２０６，２２２の他の形状が備えられていてもよく、それゆえ、上記テーパ状の形状は、本開示の範囲を限定するものとして解釈されてはならないことが理解されるべきである。
【0032】
さらに図示されているように、スイッチング素子２３０および制御素子２３２の複数の対は、下部ベース２２０の逆テーパ状キャビティ２２２内に配置されており、複数の発熱体２０２と連通する。一般に、スイッチング素子２３０と制御素子２３２は、必要な温度プロファイルを提供するために、一適用例においては、上述したように半導体プロセス装置の基板に均一な温度プロファイルを提供するために発熱体２０２の動作を制御する。より具体的には、一形態において、制御素子はマイクロプロセッサである。他の形態において、制御素子は、上述したようにラスタブーストヒーターに基づく回路である。一形態において、制御素子２３２は、発熱体２０２の温度制御のためにデジタルバス２３４を通じて通信する。
【0033】
ヒーターシステム２００は、さらに各制御素子２３２と連通するマルチプレクサ２４０を備える。マルチプレクサ２４０は、所望の温度プロファイルのために各発熱体２０２に適切な制御信号を送信する。一形態において、マルチプレクサ２４０は（図示されていない）電源と、光バス２４２を通じて通信する。
【0034】
さらに、ヒーターシステム２００はまた、複数の発熱体２０２の近くに配置された複数の個々の温度センサ２５０を含んでもよい。本開示の他の形態に記載されたように、代替形態において、発熱体２０２は、ヒーターおよび温度センサのいずれとしても機能する抵抗材料のような十分な抵抗特性の温度係数をもつ抵抗材料からなる。
【0035】
静電チャックの適用例において、ヒーターシステム２００はさらに、ＲＦフィルタ２６０を備えており、一形態において、ＲＦフィルタ２６０はデジタルバス２６２と連通する。
【0036】
本願に記載されたいずれのシステムの温度較正も、標準的な抵抗計を使用してチューニング層ヒーターの個々の抵抗を最初に測定することで実行されてもよい。他の方法では、他の方法単独でまたは上述した方法に加えて行うことで、チューニング層発熱体６２は、一定の温度に保持され、通常の動作において短い継続時間のみパルス駆動され、その後、抵抗値が算出され、その抵抗値は制御システムに設定されてもよい。同じまたは複数の温度点において、この反復技法は制御のためにシステムを較正する。
【0037】
今、図１３では、ヒーターシステムの他の形態が説明され、装置３００によって全般的に示されている。本開示の一形態におけるヒーターである装置３００は、少なくとも一つの流体通路３２０を有するベース部材３１０を含む。複数の流体通路３２０がこの形態において説明されており、本開示の他の形態において、通路３２０は（例えば上述した加熱域などの）区域をさらに規定してもよい。二相流体３２５は、流体通路３２０内に配置され、二相流体３２５の圧力は、二相流体３２５がベース部材３１０を加熱するように制御される。このシステムは、例えば、全内容が参照により本願に組み込まれる米国特許第７，１７８，３５３号および第７，４１５，８３５号ならびに米国出願公開第２０１０００７６６１１号により詳細に記載されている。一般に、これらのシステムにおいて、加圧冷媒は、凝縮された液体のものまたは気体状態のものとして備えられている。凝縮された液体は、膨張させて蒸気混合物にされ、その圧力により測定される目標温度に達するために気体冷媒が加えられる。このようにして、温度補正は、ガス圧の調節によって非常に高速に行われる。そのようなシステムは、Advanced Thermal Sciences社によって提供されており、本開示の教示で採用されてもよい。さらに図示されているように、チューニング層３３０は、ベース部材３１０に固定されており、複数の区域３３５を含む。チューニング層３３０は、上述したチューニング層およびヒーターと同様であるため、明確性のために詳細は再度記載しないこととする。上述した形態と同様に、チューニング層３３５の電力は、ベース部材３１０の電力よりも低い。さらに図示されているように、例えば、チャック、ペデスタル、ウェハテーブル、基板支持部材、シャワーヘッド等の（点線で示されている）構成要素３４０は、チューニング層３３０に固定されている。ここで使用されたように、“構成要素”は、プロセスのために直接的かそれとも間接的にその上にウェハを支持する一切の部材またはアセンブリを意味すると解釈されるべきである。
【0038】
一形態において、チューニング層３３０はヒーターであり、さらに他の形態においては、上に記載したように、チューニング層３３０は温度センサである。このチューニング層３３０、およびベース部材３１０はまた、ヒーターおよび温度センサのいずれとしても機能するために十分なＴＣＲ特性を有する材料で設計されてもよい。また、（図５に示されている）第２チューニング層は、構成要素３４０の上面に固定されており、そして、ヒーターおよび（または）温度センサとして機能するいかなる数の本開示の範囲内にあるチューニング層が採用されてもよいことが理解されるべきである。第２チューニング層が構成要素３４０の上面に固定されていることで、ウェハは間接的に支持され、それに対して、ウェハが構成要素３４０の上面にあるとき、ウェハは直接的に支持される。
【0039】
装置３００はまた、多くの電源ラインに対応するために図２に示すようなルーティング層６６を備えてもよい。また、本願の全図面に記載の追加の特徴は流体経路３２０を備えたベース部材３１０を有する本開示の範囲内にある本開示のこの形態に用いられてもよい。
【0040】
今、図１４−１６を参照すると、本開示の他の形態は、本形態ではプレス加工中である製造中に必要な平坦度をもたらすためにチューニングヒーター層とブーストヒーター層との間に備えられた複数の支持要素６００を含む。より具合的には、本開示の本形態においては、支持要素６００は、ヒーター回路を有する銅層６０２にエッチングされている。図１４に示すように、比較的広い空間が銅層６０２におけるトレース間に存在しており、その空間は、平坦でない積層または所望でない平坦度をもつ積層の原因のいくらかとなる。平坦度を改善するために、支持要素６００を備えることにより、追加の構造が備えられている。図１６に示すように、支持要素６００は“分割”構造をしていて、すなわち間に開口６１０を有する２つの部分６０２および部分６０４からなる。これにより、接着剤６２０（図１５に示されている）は、各支持要素６００の間に、より均一に流れることを可能にされている。
【0041】
図１７に示されているように、チューニングヒーター７００の他の形態が説明されており、個々の要素７２０に対して温度の均一性をもたらすために各要素７２０上に対応する複数のヒートスプレッダ７１０が配置されている。ヒートスプレッダ７１０は、アルミニウムと、銅と、熱分解黒鉛シート（Pyrolytic Graphite Sheet：PGS）を含む熱分解黒鉛とを含むがこれらに限定されないさまざまな材料でできている。一形態において、図示されているように、ヒートスプレッダ７１０は、モノリシックかつ一定の厚さの構造である。しかしながら、一体的な溝またはヒーターガイド，７３０を含む本開示の範囲内である他の構造が備えられていてもよいことが理解されるべきである。
【0042】
本願に記載されている各チューニング層／ヒーターは、制御システムによって制御されており、それらの様々な形態は、同時係属の出願であって、２０１２年８月３０日に出願され、“System and Method for Controlling a Thermal Array”と題された米国出願１３／５９８，９８５号、および２０１２年８月３０日に出願され、“Thermal Array System”と題された米国出願１３／５９８，９９５号においてとても詳しく記載されており、それらは本願と共通に譲り受けられており、すべてが参照により組み込まれている。一般には、制御システムは、チューニング層と連通する複数のセットの電源ラインと、電源ラインおよびチューニング層と電気的に連通する複数のアドレス可能な制御素子とを有し、この制御素子は、チューニング層区域の選択的制御をもたらす。制御素子は、例えば閾値電圧スイッチング回路であってもよく、閾値電圧スイッチング回路は、半導体スイッチであってもよい。閾値電圧スイッチング回路は、例えば特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit：ASIC)の中にパッケージ化されていてもよい。さらに、制御要素は、上述したように、チャックなどの構成要素内に組み込まれていてもよい。これらの制御要素およびこれらと関連するアルゴリズムは、上述した同時係属出願により詳しく記載され、説明されているため、明確性のため本願には含まれない。
【0043】
図１８を参照すると、ヒーターシステム８００は、クローズドループ制御システム８０１とヒーターアセンブリ８０２とを含む。ヒーターアセンブリ８０２は、ベースヒーター層８０４とチューニングヒーター層８０６とを含む。チューニングヒーター層８０６は複数の加熱域（Ｚｉ）を規定し、複数の発熱体８１０は複数の加熱域（Ｚｉ）に配置されていて、独立して制御可能である。すでに述べたように、ベースヒーター層８０４は、例えば半導体プロセスチャンバ内の基板などの（図示されていない）被加熱物に主加熱を行う一方、チューニングヒーター層８０６は、ヒーターアセンブリ８０２における変化を補償するために、ヒーターアセンブリ８０２の加熱面８１２の上方の温度分布の微調整をもたらす。
【0044】
ヒーターアセンブリ８０２において、通常、変化が存在し、その変化はヒーターアセンブリ８０２が所望の温度プロファイルに至らない原因となっている。その変化は、製造上のばらつきに起因してヒーターアセンブリ８０２において生じることがあり、または動作状態の変更に起因して環境において生じることがある。より具体的には、変化は、ベースヒーター層８０４の発熱体８０３における変化、チューニングヒーター層８０６の発熱体８１０における変化、ヒーターアセンブリ８０２を形成するために異なる層を結合する（図示されていない）結合層における変化、または使用された材料における変化に起因して、ヒーターアセンブリ８０２において生じることがある。
【0045】
環境における変化は、一般に、加熱動作の間に生じ、動的に変わることがある。その変化は、加熱面８１２上に設置され、加熱面８１２近くの気流を変えた新たな負荷を含むことがある。一例として、冷凍ハンバーガーパティは、加熱面８１２上に設置されているとき、新たな負荷としての冷凍ハンバーガーパティは、加熱面８１２の領域の温度の原因になっていて、冷凍ハンバーガーパティが設置された加熱面８１２の温度を低下させる。結果として、複数の加熱域（Ｚｉ）の複数の発熱体８１０に均一な電力が供給されたとしても、均一な加熱が実現できない。他の例のように、半導体プロセスチャンバにおいて、加熱面８１２における温度の差を引き起こす動作中に、処理ガスが加熱面８１２近くに注入されてもよい。さらに他の例では、加熱面８１２上の温度の差は、ヒーターアセンブリ８０２の近くの実装手段、または固定具によって引き起こされることがあり、その実装手段、または固定具は、ヒーターアセンブリ８０２からの熱を吸収するためにヒートシンクを構成する。
【0046】
本開示の一形態におけるクローズドループ制御システム８０１は、これらの変化がヒーターアセンブリ８０２または環境において生じるかを考慮したヒーターアセンブリ８０２のクローズドループ制御をもたらす。クローズドループ制御システム８０１は、撮像装置８１４と、写像部８１６と、算出部８１８と、ヒーターコントローラ８２０とを含む。
【0047】
本開示の撮像装置は、赤外線カメラ８１４であってもよいが、撮像装置はまた、ヒーターシステムにおいて熱的変化を連続的にキャプチャするビデオカメラまたはサーモグラフィックカメラであってもよい。電力は、加熱面８１２の温度を上昇させるために最初にベースヒーター層８０４に供給される。ヒーターアセンブリ８０２の内部または外部（即ち、環境において）に変化が存在するとき、加熱面８１２は均一の温度に至らないことがある。異なる加熱域における加熱面８１２は、異なるレベルの赤外線を放出することがあり、そのレベルは加熱面８１２の温度の関数である。赤外線カメラ８１４は、複数の加熱域（Ｚｉ）からの赤外放射を連続的にキャプチャし、それに応じて複数の熱画像を生成する。熱画像は、チューニングヒーター層８０６における複数の加熱域（Ｚｉ）に対応し異なる加熱域（Ｚｉ）における加熱面８１２の温度を示す複数の画素を各々規定する。熱画像における画素の色が隣接する画素の色からずれるとき、この特定の画素に対応する加熱域に変化が存在することを判定できる。
【0048】
熱画像は、当該変化が存在する特定の加熱域（Ｚｓ）を判定するためのマッピングのために写像部８１６に送信される。写像部８１６は、熱画像上の複数の画素と、チューニングヒーター層８０６の複数の加熱域（Ｚｉ）との間の関係についての情報をもつ。このマッピングによって、変化が存在する特定の加熱域（Ｚｓ）を判定することができる。
【0049】
特定の加熱域（Ｚｓ）を特定した後、熱画像および特定の加熱域（Ｚｓ）についての情報が、特定の加熱域（Ｚｓ）における加熱面８１２の実際の温度を算出するために算出部８１８に送信される。算出部８１８はまた、特定の加熱域（Ｚｓ）における実際の温度と所望の温度との差を算出する。実際の温度と変化が存在する特定の加熱域（Ｚｓ）の温度との温度差（ΔＴ）は、ヒーターコントローラ８２０にフィードバックとして送信される。従って、ヒーターコントローラ８２０は、特定の加熱域（Ｚｓ）における発熱体８１０を、変化が存在しない残りの加熱域（Ｚｉ）における発熱体８１０とは異なるように制御することができる。制御システム８００は、熱画像に基づき、かつ所望の均一の温度または均一でない温度プロファイルに従って、ヒーターアセンブリ８０２を調節、および微調整するためにヒーターアセンブリ８０２のクローズドループフィードバック制御をもたらす。
【0050】
図１９を参照すると、ヒーターシステム８５０は、ヒーターアセンブリ８０２と、ベースヒーター層８０４とチューニングヒーター層８０６とを含むヒーターアセンブリ８０２を制御するためのクローズドループ制御システム８５１とを備える。クローズドループ制御システム８５１は、ビデオカメラ８５２と、処理部８５４と、ヒーターコントローラ８５６とを含む。ビデオカメラ８０２は、システムへの刺激、または変化、または新たな負荷を認識することができる。例えば、冷凍ハンバーガーパティ８５４がヒーターアセンブリ８０２の加熱面８１２上に設置されたとき、ビデオカメラ８５２は、冷凍ハンバーガーパティ８５４の位置が示されている加熱面８１２の画像を取得する。ビデオカメラ８５２は、ヒーターアセンブリ８０２の画像を取得するとき、ヒーターアセンブリ８０２は、オン（加熱された）状態またはオフ（加熱されていない）状態であり得る。
【0051】
それらの画像は、チューニングヒーター層８０６における複数の加熱域（Ｚｉ）に対応する複数の画素をそれぞれ規定する。その画像は、ハンバーガーパティ８５４が位置する特定の加熱域（Ｚｓ）を判定するために処理部８５４に送信される。特定の加熱域（Ｚｓ）についての情報は、特定の加熱域（Ｚｓ）における発熱体８１０のみがオンされる必要があること、または特定の加熱域（Ｚｓ）への電力が増加される必要があることを知らせるフィードバックとしてヒーターコントローラ８５６に送信される。ハンバーガー８５４が位置する領域外の発熱体８１０は、オン状態ではなく、または低電力を受けているため、制御システム８５１は、必要に応じて加熱面８０６上の熱分布さらに効率的に管理できる。
【0052】
図示されていないことであるが、図１８の制御システム８０１および図１９の制御システム８５１は、ヒーターアセンブリ８０２の内部または環境における変化が特定され、制御システムによって補償されることができるようにするために一つのクローズドループ制御システムにまとめることができることが理解されるべきである。
【0053】
図２０を参照すると、ヒーターシステム８７０は、ヒーターアセンブリ８０２と、ヒーターアセンブリ８０２を制御するためのクローズドループ制御システム８７１とを備える。ヒーターアセンブリ８０２は、例えばウェハなどの（図示されていない）被加熱物に処理ガスを供給するためのガスシャワーヘッド８０７を含むプロセスチャンバ８０５に配置される。本実施形態においては、ヒーターアセンブリ８０２は、ウェハを支持し、加熱するための静電チャックの形態であってもよい。図示されているように、ガスシャワーヘッド８０７は、プロセスチャンバ８０５に処理ガスを注入するためにヒーターアセンブリ８０２の上方に配置されている。加熱面８１２の温度と異なる温度を有する処理ガスは、加熱面８１２上の所望の温度分布に乱れを引き起こすことがある。その乱れを補償するために、クローズドループ制御システム８７１は、ガスコントローラ８１１およびガス栓８１３と電気的に通信する算出部８７４と、ヒーターコントローラ８７６とを含む。ガスコントローラ８１１は、プロセスチャンバ８０５の中へのガス注入を制御し、プロセスチャンバ８０５の中に注入されたガスの種類、質量、温度についての情報を記憶する。ガス栓８１３は、ガス注入のタイミングを制御する。例えば、種類、質量、温度、ガス注入のタイミングなどのガス注入についての情報は、所望の温度プロファイルに対する予想された乱れを算出し、判定するために算出部８７４に送信される。続いて、その予想された乱れは、予想された乱れに応じて個々の発熱体８１０への電力を変更するまたはオン状態にするヒーターコントローラ８７６に送信される。複数の加熱域（Ｚｉ）における発熱体８１０は、独立して制御可能であるため、制御システム８７１は、予想された乱れに基づいて、かつ所望の温度プロファイルに応じてヒーターアセンブリ８０２をよりよく制御できる。従って、制御システム８７０は、そうでなければガス注入によって引き起こされたであろう、所望の温度プロファイルに対する乱れを補償するためにヒーターアセンブリ８０２のためのクローズドループ制御をもたらす。
【0054】
図に示されていないが、クローズドループ制御システム８７０は、そうでなければ所望の温度プロファイルを乱したであろう、ヒーターアセンブリ８０２に対するどのような予想された刺激または乱れについての情報を有する一切のコントローラと電気的に通信可能であると理解されるべきである。予想された刺激が発生したときに、クローズドループ制御システム８７０は、チューニングヒーター層８６０の複数の発熱体８１０を適宜に制御できる。
【0055】
図２１を参照すると、ヒーターアセンブリ８０２における変化を補償するためのヒーターアセンブリ８０２を較正する方法９００が示されている。ヒーターアセンブリ８０２は、複数の抵抗発熱体８０８を有するチューニングヒーター層８０６およびベースヒーター層８０４を含む。加熱面８１２の温度のチューナビリティを提供することに加えて、複数の発熱体８０８はまた、複数の加熱域（Ｚｉ）の温度を測定するおよびヒーターアセンブリ８０２の性能を診断する複数のセンサとして機能する。ヒーターおよびセンサとして発熱体を使用することは、２００７年３月２７日に発行され、“TWO-WIRE LAYERED HEATER SYSTEM”と題された米国特許第７，１９６，２９５号に記載されており、その開示は、それ全体を参照することで本願に組み入れられている。
【0056】
ステップ９０２において、所定の電力レベルが各加熱域８０８における発熱体８１０に供給される。ステップ９０４において、ヒーターアセンブリ８０２は、安定することが可能にされ、定常状態に維持される。ステップ９０６において、定常状態に達すると、チューニングヒーター層８０６における複数の加熱域（Ｚｉ）の発熱体８１０は、オフ状態となる。次に、ステップ９０８において、制御システムは、例えば各加熱域の温度減少率などの各加熱域の熱情報を連続的に記録する。また、発熱体８１０はセンサとして使用されているので、温度減少率を監視するために追加のセンサは必要とされない。ステップ９１０において、複数の加熱域における温度減少率の差が分析される。
【0057】
すでに述べたように、複数の発熱体８１０における製造上のばらつき、またはヒーターアセンブリ８０２の至るところの均一でない接着剤、および（または）均一でない材料特性に起因して、加熱域８０８に変化が存在することがある。この変化は、定常状態からの温度減少率における差の一因となることがある。この温度減少率を分析することで、変化が存在する特定の加熱域が特定され得る。特定の加熱域が特定された後、ステップ９１２において、その不一致は、特定の加熱域に供給する特定の電力レベルを予め設定するまたは補償するために使用され得る。従って、変化の存在にもかかわらず、所望の温度プロファイルが実現できる。所望の温度プロファイルは、均一の温度プロファイルまたは所定の不均一な温度プロファイルであってもよい。
【0058】
図２２を参照すると、環境における変化を補償するためにヒーターアセンブリ８０２をインサイト較正する方法９２０が示されている。ステップ９２２において、ヒーターアセンブリ８０２は、所定の均一な温度の環境チャンバに設置される。ステップ９２４において、ヒーターアセンブリ８０２が所定の均一な温度で均熱することが可能にされる。ステップ９２６において、複数の加熱域８０８の発熱体８１０の抵抗測定値が記録される。ステップ９２２から９２６は、所定の温度が変更されることによって繰り返され得る。ステップ９２８において、抵抗測定値は各加熱域における温度依存抵抗のマトリクスを生成するために使用される。ステップ９３０において、温度依存抵抗は各加熱域におけるヒーターアセンブリ８０２を較正するために使用され得る。
【0059】
この方法において、ヒーターアセンブリ８０２が環境の変化がヒーターアセンブリ８０２の加熱面８１２上の温度分布に影響を及ぼすことがある環境チャンバに設置されると、その較正は実行される。従って、この方法は、環境における動的な変化を考慮してヒーターシステムを較正することができる。
【0060】
環境における動的な変化に加えて、材料の経時劣化に起因するヒーターアセンブリ８０２における変化は、所望の温度分布に動的に影響を及ぼすことがある。異なる加熱域（Ｚｉ）において、材料は異なる変化率で劣化することがある。方法９２０は、時間の経過とともにシステムの性能を改善するためにヒーターアセンブリ８０２が各加熱域における劣化を補償すべく再プログラムされるように、時間の経過とともに各加熱域の温度応答を測定および記録するために使用され得る。
【0061】
言い換えれば、この方法９２０は、ヒーターアセンブリ８０２の構成部品および（または）周囲の環境における変化がどのようにヒーターアセンブリ８０２の所望の温度プロファイルに影響を及ぼすかを監視し、制御アルゴリズムのリアルタイムの微調整をもたらし得る。そのリアルタイムの微調整により、後続のプロセスサイクルにおける類似の変化および（または）刺激を積極的に予想し、それを補償し、インサイト調整を実現することができる。加えて、各加熱域に関して記録された実際の温度情報は、保存され、所望の温度に達したことの確認または認証として使用され得る。例えば、各加熱域に関して記録された実際の情報は、安全な消費を保証するために、ハンバーガーまたは他の食品が適切に加熱されたことを認証することに使用されてもよい。
【0062】
図２３Ａおよび図２３Ｂを参照すると、本開示の他の実施形態によるヒーターアセンブリ８０２を較正する方法１０００が示されている。ステップ１００２において、方法１０００は、環境チャンバにヒーターを設置し、そのヒーターをオン状態にすることから始まる。ステップ１００４において、予期された温度の範囲を超える各加熱域（Ｚｉ）の抵抗特性は、各加熱域に関して抵抗と温度との間の関係を特徴づけるために記録される。複数の加熱域（Ｚｉ）における発熱体８１２は、製造上のばらつきに起因する異なる抵抗温度係数（temperature coefficient of resistance：TCR）をもつことがあり、その結果、高温において複数の加熱域の発熱体の抵抗の差をもたらす。発熱体８１２の温度依存抵抗特性は、各区域に対する特定の温度に関する抵抗または特定のデータまで減らされる。
【0063】
次に、ステップ１００６において、ヒーターは、例えば、結合チャックアセンブリなどのような最終的なヒーターアセンブリとなる構成要素に組み立てられる。ステップ１００８において、最終的なヒーターアセンブリは環境チャンバの中に設置され、オン状態にされる。最終的なヒーターアセンブリは複数の温度に加熱される。ステップ１０１０において、予期された温度範囲を超える各加熱域（Ｚｉ）の抵抗特性は、各加熱域に関して抵抗と温度との間の関係を特徴づけるために記録される。このステップは、ヒーターが、ヒーターアセンブリを形成する構成要素で組み立てられていることを除いてステップ１００４と似ている。ステップ１００４においては、ヒーターが単独で存在するとき、各加熱域における変化が保存される。ヒーターが他の要素に組み立てられた後、構成要素および（または）ヒーターと構成要素との間の結合層は、加熱域（Ｚｉ）において変化を引き起こすことがある。従って、ステップ１０１０は、全体としてヒーターアセンブリにおける変化をさらに判定する。
【0064】
ステップ１０１２において、各加熱域に関するデータおよび特性解析が更新され、較正データとして使用され、較正データに基づいたルックアップテーブルが生成される。ステップ１０１４において、最終的なヒーターアセンブリは、ヒーターアセンブリにおける変化を補償するために、それに応じて較正される。
【0065】
次に、ステップ１０１６において、最終的なヒーターアセンブリは、較正データを使用して所定の温度にするためにオンされる。複数の加熱域（Ｚｉ）における複数の発熱体は、加熱域（Ｚｉ）における変化を考慮して異なる電力供給がなされてもよい。そのとき、ステップ１０１８において、最終的なヒーターアセンブリは、定常状態条件に安定することが可能にされる。
【0066】
次に、ステップ１０２０において、最終的なヒーターアセンブリへの電源がオフされ、各加熱域の温度減少率が時間の経過とともに記録される。その温度減少率は、ステップ１０２２において、ルックアップテーブルを更新することに使用される。異なる加熱域における温度減少率の差は、アセンブリの実際の熱応答とモデリングから予期されるものとの間の不一致を示す。ステップ１０２０は、複数の温度で繰り返されてもよい。そのとき、ステップ１０２４において、ヒーターアセンブリは較正される。
【0067】
次に、ステップ１０２６において、最終的なヒーターアセンブリは、使用されるであろう設備またはチャンバ内に設置される。ステップ１０２８において、ステップ１０２４からのデータは、各加熱域に対して既知の均一な温度になるようにアセンブリに電力供給することに使用される。すべての加熱域を所望の温度に維持するために必要な予想された電力レベルと、必要な電力レベルとの間のどの不一致は、特定のチャンバアセンブリの様々な熱動的特性を示しており、その情報は、最終的なシステムアセンブリの微調整および較正のために保存される。
【0068】
ステップ１０３０において、例えばガス注入、ウェハの導入等の様々なシステム刺激は、各加熱域の温度についてのそれらの個別の効果を特徴づけるために導入され得る。ステップ１０３２において、この情報のすべては評価され、システムの実使用において使われる制御アルゴリズム及び様々なルックアップテーブルを生成することに使用される。ステップ１０３４において、システムは、予期された熱応答率からの不一致を探す各温度のサイクルの期間中に各加熱域のヒートアップレートおよびクールダウンレートを継続的に監視する。
【0069】
この方法は、時間の経過とともにそれぞれのドリフトを補償するためにヒーターアセンブリが較正されることが可能となるという利点を持つ。予期された結果が実際の熱応答の結果と一致しないときに、任意に、プロアクティブアラームがもたらされてもよい。故障モードは、ヒーターコントローラにおいて判定され、格納されてもよい。故障モードは、ヒーターアセンブリが通常通りに運転されているかを判定するために後続のサイクルにおいて使用され得る。図１８および図１９に記載されたような赤外線カメラおよびビデオカメラは、ヒーターアセンブリの動作を予測することおよび監視することを助けるために使用されてもよい。ヒーターコントローラは、良品を確信させるためのプロセス中に実際の温度が至ったことを文書化または認証する情報を作り出してもよい。オペレータは、システムによって作り出された製品のテストからのデータであって将来、システムによる生産量または製品を改善するために、制御システムがシステムの性能を補償し、さらに微調整することを可能にするデータを入力できる。データは、ヒーター製造プロセスステップにおける対応する調節および改善を行うことに使用され得る。
【0070】
図２４を参照すると、本開示の他の実施形態によるヒーターシステム１１００は、内壁１１０４と内壁１１０４に配置されたヒーターアセンブリ８０２とを有する半導体プロセスチャンバ１１０２と、制御システム８０１とを含んでいる。本実施形態におけるヒーターアセンブリ８０２および制御システム８０１は、図１８に記載されたそれらと類似し、それゆえ同様の引例が使用されており、それについての詳細な記載は明確性のためここでは省略する。
【0071】
本実施形態においては、ヒーターアセンブリ８０２は、ヒーターアセンブリ８０２の加熱面８１２が半導体プロセスチャンバ１１０２の内部表面を構成するように、半導体プロセスチャンバ１１０２の内壁１１０４に配置されている。ヒーターアセンブリ８０２は、加熱面８１２の温度分布を監視することによって半導体プロセスチャンバ１１０２の内部表面における変化を判定することに、使用される。
【0072】
すでに述べたように、チューニングヒーター層８０６における複数の発熱体８１０は、発熱体８１０がヒーターおよびセンサのいずれとしても使用され得るように、比較的高い抵抗温度係数（ＴＣＲ）を有していてもよい。言い換えれば、発熱体８１０それぞれの抵抗は、温度の変化に伴って、比例的、または反比例的であろうと直線的に変化する。発熱体８１０それぞれの抵抗を監視することで、加熱域（Ｚｉ）それぞれの温度を決定できる。
【0073】
処理ガスは、一般に、（図示されていない）ウェハの処理のために半導体プロセスチャンバ１１０２の中に注入される。処理ガスは、プロセスチャンバ１１０２の内部表面上に沈殿されたり、または蓄積されることがあり、それは微粒子の生成、不安定なプロセス、ウェハの汚染、収率損失、スループットの原因となる。これらの問題を回避するために、プロセスチャンバ１１０２は、定期的に洗浄される必要がある。洗浄が完了するときを判定するためにヒーターアセンブリ８０２が使用される。
【0074】
内部表面が十分には洗浄されていないとき、複数の加熱域（Ｚｉ）における変化の原因となる不要な沈殿物および粒子は、内部表面（即ち、加熱面８１２）のいくらかの領域に未だ残っている。それゆえ、加熱面８１２の熱画像をキャプチャするために赤外線カメラ８１４を含む制御システム８０１は、複数の加熱域（Ｚｉ）において変化が存在するかを判定することができる。変化の存在は、内部表面８１２上にいくらかの不要な沈殿物および粒子が未だ残っていることを指摘する。従って、制御システム８０１は、ヒーターアセンブリ８０２を使用することで、内部表面８１２、ひいてはプロセスチャンバ１１０２の洗浄が完了したかを判定できる。加えて、システムはプロセスチャンバ１１０２のための予防の保全スケジューリングおよび故障時間の正確な予測を行うために洗浄時間を記録できる。
【0075】
注目すべきは、開示は、例として説明され、記載された実施形態に限定されないことである。多くの様々な変形例が記載されており、さらなる変形例は当業者の知識の一部である。開示および本特許の保護範囲から逸脱しないで、技術的に同等なものによる一切の代替並びにこれらのおよびさらなる変形は明細書および図に加えられもよい。以下に、発明の例を付記する。
［１］
複数の加熱域を含むヒーターアセンブリと、
前記ヒーターアセンブリの画像を取得する撮像装置と、
前記画像に基づいて前記複数の加熱域における変化を判定する制御システムと
を具備するヒーターシステム。
［２］
前記撮像装置は、前記ヒーターアセンブリの熱画像を取得するビデオカメラと赤外線カメラのうち１つである［１］のヒーターシステム。
［３］
前記熱画像は、前記ヒーターアセンブリにおける前記複数の加熱域に対応する複数の画素を含む［２］のヒーターシステム。
［４］
前記複数の画素は、前記複数の加熱域の温度を示す［３］のヒーターシステム。
［５］
前記制御システムは、少なくとも１つの画素の色が前記画素と隣接する画素の色と異なるとき、少なくとも１つの前記加熱域における変化を特定する［４］のヒーターシステム。
［６］
前記制御システムは、
前記熱画像から前記特定された変化の前記加熱域を判定するための写像部と、
前記加熱域における実際の温度と、所望の温度との差を判定するための算出部と、
前記ヒーターアセンブリにおける所望の温度プロファイルを実現するために前記写像部と前記算出部とに応じて前記加熱域における複数の発熱体をそれぞれ制御するためのヒーターコントローラと
を具備する［５］のヒーターシステム。
［７］
前記ヒーターアセンブリは、前記複数の加熱域に配置され、独立して制御可能な複数の発熱体を更に具備する［１］のヒーターシステム。
［８］
前記制御システムは、
前記変化を補償するために前記複数の加熱域における前記発熱体を選択的にオンし、オフし、または、前記複数の加熱域における前記発熱体への電力を変える［７］のヒーターシステム。
［９］
前記撮像装置は、新たな負荷が前記ヒーターアセンブリの加熱面上に置かれたときに、前記新たな負荷の位置を特定するビデオカメラである［１］のヒーターシステム。
［１０］
前記制御システムは、前記ヒーターアセンブリにおける特定の加熱域であって前記新たな負荷が位置する特定の加熱域を前記画像に基づいて特定し、前記特定の加熱域における発熱体を選択的にオンし、または前記特定の加熱域における発熱体への電力を増加させる処理部を更に含む［９］のヒーターシステム。
［１１］
前記ヒーターアセンブリは、主加熱を行うベースヒーター層と、補助加熱を行うチューニングヒーター層と、を含む［１］のヒーターシステム。
［１２］
前記ヒーターアセンブリの所望の温度に乱れを引き起こす刺激を与えるコントローラをさらに具備し、
前記コントローラは、刺激コントローラについての情報に基づいて前記ヒーターアセンブリの所望の温度プロファイルを維持するように前記ヒーターアセンブリを制御するために前記制御システムと通信する［１］のヒーターシステム。
［１３］
前記コントローラは、前記ヒーターアセンブリの近くのガスシャワーヘッドを通じたガス注入を制御するガスコントローラである［１２］のヒーターシステム。
［１４］
前記制御システムは、
前記ガスコントローラと通信し、所望の温度プロファイルに対する予想された乱れを算出するために、前記ヒーターアセンブリの近くに注入されるガスの種類、質量、温度、タイミングの少なくとも一つを含むガス注入による刺激を分析する算出部と、
前記所望の温度プロファイルを維持するために前記乱れを補償するために、前記予想される乱れに応じて前記各発熱体をオンし、または前記各発熱体への電力を変えるために前記算出部と通信するヒーターコントローラと、
を更に具備する［１３］のヒーターシステム。
［１５］
［１］のヒーターシステムを備える半導体プロセスチャンバであって、
前記半導体プロセスチャンバは、内壁を規定しており、
前記ヒーターアセンブリは、前記内壁に接して配置され、
前記制御システムは、前記複数の加熱域と前記ヒーターアセンブリの前記画像との間に変化が存在するかに基づいて、前記プロセスチャンバの洗浄が完了したかを判定する半導体プロセスチャンバ。