KR100244440B1 - 서셉터의 온도제어방법 - Google Patents

서셉터의 온도제어방법 Download PDF

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KR100244440B1
KR100244440B1 KR1019930024819A KR930024819A KR100244440B1 KR 100244440 B1 KR100244440 B1 KR 100244440B1 KR 1019930024819 A KR1019930024819 A KR 1019930024819A KR 930024819 A KR930024819 A KR 930024819A KR 100244440 B1 KR100244440 B1 KR 100244440B1
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미쓰아키 고미노
겐지 이시카와
고오이치 가자마
고오이치 우에다
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히가시 데쓰로
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Abstract

플라즈마 에칭장치의 서셉터는 히터를 내장하는 히터 고정틀상에 설치된다. 고정틀은 액체질소를 내장하는 냉각 블록상에 설치된다. 고정틀과 냉각 블록과의 사이이고, 전열경로에 경계간극이 형성된다. 서셉터의 온도제어방법은 초기화모우드, 초기화 모우드에 연속한 아이들모우드, 아이들모우드에 선택적으로 연속한 프로세서 모우드 및 메인티넌스 모우드를 구비한다. 초기화모우드는 경계간극을 열전달가스로 채우는 공정과, 열전달가스를 통하여 냉각블록으로부터 전달되는 냉열에 의하여 서셉터의 온도의 변화를 관찰하는 공정을 구비한다. 아이들모우드는 서셉터의 온도가 소정온도에 도달한 후에 실행되고, 경계간극을 배기하여 진공으로하고 전열경로를 분단하는 공정을 구비한다. 프로세서모우드는 경계간극을 열전달가스로 채우는 공정과, 서셉터상에 반도체 웨이퍼를 냉각하면서 처리하는 공정을 구비한다. 메인티넌스 모우드는 경계간극을 진공을 유지하고, 전열경로를 분단하는 공정과, 서셉터의 온도가 소정온도이상으로 된 후 메인티넌스를 행하는 공정을 구비한다.

Description

서셉터의 온도제어방법
제1도는 본 발명의 실시예에 관한 마그네크론 플라즈마 에칭장치를 나타내는 개요 단면도.
제2도는 제1도에 나타낸 장치를 사용한 에칭 시스템 전체를 나타내는 단면도.
제3도는 제1도에 나타낸 장치의 조작을 나타내는 플로우챠트.
제4도는 제1도에 나타낸 프로세스 모우드를 포함한 조작의 타이밍 플로우챠트.
5도는 제1도에 나타낸 장치의 메인티넌스 모우드를 포함한 조작의 타이밍챠트.
6도는 간극내의 열전달가스의 압력과 동간극의 열저항과의 관계를 나타내는 그래프.
7도는 고주파 전원의 입력파워와 히터의 입력파워와의 관계를 나타내는 타이밍챠트.
제8도는 고주파 전원의 입력파워와 피터의 입력파워와의 관계를 나타내는 다른 타이밍챠트.
제9도는 고주파 전원의 입력파워와 히터의 입력파워와의 관계를 나타내는 또 다른 타이밍챠트.
제10도는 고주파 전원의 입력파워와 히터의 입력파워와의 관계를 나타내는 또 다른 타이밍챠트.
제11도는 제1도에 나타낸 장치에 플라즈마 발광 검출부를 설치한 변경예를 나타내는 단면 부분도.
제12도는 냉각블록을 확대하여 나타낸 단면도.
제13도는 경계 간극내의 압력을 제어하기 위한 기구의 개략을 나타내는 도면.
제14도는 경계 간극 내의 압력과 열전달 가스의 흐름양과의 관계를 나타내는 그래프.
제15도는 본 발명의 제어방법 및 종래의 제어방법에 의한 경계간극내의 압력변화를 비교하여 나타내는 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 에칭장치 2 : 하우징
2a : 정점부 2b : 실린더
3 : 처리실 4 : 마운트
4a : 서셉터 4b : 고정틀
4c : 냉각블록 5b : 처리가스원
6 : 가스배기관 7 : 영구자석
8 : 절연틀 8a : 절연부재
9 : O링 10 : 스페이서
11 : 정전척 12 : 도전막
14 : 직류전원 15 : 극간
16, 52, 58, 88 : 가스원 17, 29, 53, 59, 161 : 밸브
18 : 공급관 19 : 히터
20 : 드라이버 21, 23 : 저항체
22, 31, 32 : 온도센서 24 : 모니터
26 : 냉매 27 : 냉매탱크
28 : 관 30 : 질소원
33 : 간극 34a : 배기관
34b : 진공펌프 35, 36 : 경계간극
39 : 모니터 40 : CPU
41 : 본체 42 : 마개체
44 : 경계 69 : 배기 수단
70 : 발광검출부 72 : 투명체
74 : 발광검출부 75 : 수광기
76 : 연산부 102 : 기억부
150, 162 : 게이트 151 : 로드륵실
152 : 반송아암 153, 160 : 배기관
154 : 배기밸브 155 : 진공펌프
157 : 카세트실 158 : 테이블
TP : 전열경로 W : 웨이퍼
본 발명은 처리장치의 처리실내에 있어서 피처리기판을 지지하기 위한 서셉터의 온도를 제어하는 방법에 관한 것으로 예를 들면, 반도체 웨이퍼의 플라즈마 에칭장치에 있어서의 서셉터의 온도제어방법에 관한 것이다.
반응성가스 플라즈마를 사용하여 피처리물체를 처리하는 기술 예를 들면, 에칭을 실시하는 드라이 에칭 기술에 있어서는 에칭 이방성 및 높은 선택비를 얻기위하여 가공 웨어퍼를 냉각하여 에칭처리를 실시하는 방법이 알려져 있다. 예를 들면, 일본국 특개소 60 - 158627 호 공보에는 냉매 모아둠을 가지는 전극상에 웨이퍼를 재치하여 반응표면을 저온화 하므로써 사이드 에칭 반응을 제어하기 위한 온도의 에칭방법이 개시되어 있다.
저온 에칭에 있어서는 웨이퍼의 반응 표면의 온도를 허용처리 온도 범위내에 유지하는 것이 제품의 수율을 향상시키고, 미세한 표면가공을 하는데 중요하다. 그러나 통상의 플라즈마 에칭장치에서는 플라즈마를 발생하기 위하여 걸린 고주파 파워 40 ∼ 50%가 열에너지로 변환되고, 더구나 그 열에너지에서의 변환효율은 여러 가지 원인에 의하여 일정하지는 아니하므로 웨이퍼의 온도를 정확하게 제어하는 것은 곤란하다.
또 플라즈마 에칭장치에 있어서 소망의 극저온 환경을 달성하기 위하여는 대량의 냉매, 예를 들면, 액체질소가 필요하게 된다. 더구나 극저온 환경을 달성하기 위하여 필요한 냉매시간도 길고, 예를 들면, 실온의 서셉터를 -140℃에 가지 냉각하기 위하여는 약 100분간의 시간이 요한다.
특히 복수의 로트의 피처리기판을 연속적으로 처리하는 경우에는 로트의 반출입시 커다란 열손실이 발생하고, 그 경우 다시 온도 조절을 할 필요가 있기 때문에 서셉터의 열 에너지 손실이 크고, 또 그들 처리시간을 길게 하는 원인도 갖고 있다.
또 장치의 처리실은 대략 진공분위기하에서 여러 가지 처리가스나 플라즈마에 노출되고, 오염에 대하여 대단히 민감하기 때문에 적절 유지 점검을 할 필요가 있다. 그러나 보수점검을 위하여 처리실을 개방하고, 저온상태의 서셉터를 급격하게 대기에 개방시킨후에 대기중에 포함되어 있는 수분이 냉온 상태의 서셉터에 접촉하여 결로하는 일이 있고, 경우에 따라서 장치를 고장시킬 우려가 있다.
일본국 특개평 3 - 134187 호 공보에는 고주파전원을 온으로 하여 플라즈마를 발생시키고, 웨어퍼의 온도가 소정의 온도범위 이상으로 상승하면, 에칭을 정지하여 웨이퍼의 온도 저하를 가져오고, 고주파전원을 재차 기동시킴으로써 웨이퍼의 온도를 소정의 온도 범위내에 제어하는 시분할 에칭방법 (간결 에칭법)이 개시되어 있다. 이와 같은 간결 에칭방법에 의하면, 처리공정상 고주파 전원의 오프가 필요하게 되는 경우를 제외하고, 웨이퍼의 온도제어를 위하여 고주파 전원을 오프로 하고 있는 시간만큼 로스가 발생하고, 스루푸트를 떨어뜨려 버린다. 예를 들면, 1분 에칭에서 듀우비티를 50%로 가정하면, 처리에 요하는 시간은 1 배의 2 분으로 되어 버린다.
특개평 4- 196528호 공보에는 서셉터의 전열경로에 냉각로로부터 냉각 파워를 감소하기 위한 열저항 부재를 설치하고, 이 열저항 부재가 발생하는 온도를 제어하므로써 웨이퍼의 온도를 제어하는 에칭장치가 개시되어 있다. 그러나 이러한 에칭장치의 전열경로는 복잡하고, 긴 것이고, 충분하게 만족을 주는 웨이퍼의 온도제어를 하는 것이 곤란하다.
본 발명의 목적은 서셉터의 냉매의 소비양을 최소한으로 억제하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 복수의 로트의 피처리 기판을 연속적으로 처리하는 경우에 있어서도 로트의 반출입시의 서셉터로부터 열처리 손실을 최소한으로 억제하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 처리실내의 보수점검을 하기 위한 처리실을 주위 분위기에 대하여 개방한 경우에 서셉터 표면에 결로가 생기는 것을 회피할 수가 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 장치가 처리실내에 설치되고, 피처리기판을 지지하기 위한 서셉터를 포함하는 제1블록과, 상기 처리실내에 설치되고, 제1블록에 냉열을 공급하기 위한 제2블록과, 상기 제1 및 제2블록과의 사이이고, 전열경로에 경계간극이 형성되고, 상기 경계간극에 열전달가스를 공급하는 공급수단과, 상기 경계간극을 배기하는 배기수단을 구비하고, 상기 방법이 아이들모우드를 실행하는 공정과, 상기 아이들모우드는 상기 경계간극을 배기하여 진공하고, 상기 전열경로를 분단하는 공정을 구비하며, 상기 아이들모우드에서 상기 전열경로가 분단된 상태로부터 프로세서 모우드 및 메인티넌스 모우드 어느쪽으로 이행하는가를 선택하는 공정과, 상기 프로세서 모우드를 선택하면 상기 아이들모우드에서 상기 전열경로가 분단된 상태로부터 상기 프로세서 모우드로 이행하는 공정과, 상기 프로세서 모우드는 상기 경계간극을 상기 열전달가스로 가득 채우고 상기 전열경로를 잇는 공정과, 상기 제2블록으로부터 냉열에 의하여 상기 서셉터상의 피처리기판을 냉각시키면서 처리하는 공정을 구비하고, 상기 메인티넌스 모우드를 선택하면 상기 아이들모우드에서 상기 전열경로가 절단된 상태로부터 상기 메인티넌스모우드로 이향하는 공정과 상기 메인티넌스 모우드는 상기 경계간극의 진공을 유지하고, 상기 전열령로를 분단하는 공정과, 상기 제1블록의 온도가 소정온도이상으로 된후 상기 처리실을 주위분위기에 대하여 개방하는 공정을 구비하여 달성될 수 있다.
제1도에 나타낸 플라즈마 에칭장치 (1)는 알루미늄등의 재료로부터 이루어지는 하우징 (2)를 구비하고, 그 내부에 처리실 (3)이 형성된다. 처리실 (3)내에 피처리기판 예를 들면, 웨이퍼 (W)를 재치 고정하기 위한 마운트 (4)가 수납된다. 하우징 (2)은 정점부 (2a)와 일체로 형성된 외측 실린더 (2b)와, 상부에 내측 플랜지부를 가지는 내측실린더 (2c)로 구성되는 2중구조를 가진다. 외측실린더 (2b) 및 내측실린더 (2c)는 함께 약간 올린바닥에 형성된 나머지부 (2d) 상에 기밀하게 재차 고정된다.
하우징 (2)의 외측 실린더 (2b)의 위쪽에는 처리가스원 (5b)으로 처리 가스 예를 들면, HF 가스를 마스프로 콘트롤러 (5c)등을 통하여 처리실 (3)내에 도입가능한 가스공급관 (5c)이 설치된다. 하우징 (2)의 외측 실린더 (2b)의 반대쪽 아래쪽에는 가스 배기관 (6)이 설치된다. 배기관 (6)에는 배기수단 예를 들면, 펌프(15 5)가 접속되고, 하우징 (2)내가 진공흡입 가능하게 된다.
하우징 (2)의 정점부 (2a)의 위쪽에는 피처리기판 예를 들면, 반도체 웨이퍼 (W)의 피처리면에 대하여 수평한 자계를 형성하기 위한 자계발생 부재 예를 들면, 영구저석 (7)이 회전이 자유롭게 설치된다. 영구자석에 의한 수평자계와, 이들에 직교하는 전계를 형성하므로써 마그네트론 방전을 처리실 (3)내에 발생시킬 수가 있다.
제1도에 나타낸 바와 같이 절연틀 (8)이 마운트 (4)의 주위 및 바닥부를 각각 덮도록 주위 절연부재 (8a) 및 바닥부 절연부재 (8b)가 배치된다. 마운트 (4)를 이 절연틀 (8)에 의하여 형성되는 공간내에 재치하므로써 마운트 (4)는 외부에서 접지되는 하우징 (2)으로부터 절연상태로 유지된다. 마운트 (4)와 하우징 (2) 외부의 부재와의 사이에 전기적 절연의 상태는 동시계속의 미국특허출원 시리얼 번호 제08/10, 475호에 개시되어 있고, 다음에 관련된 기술을 나타낸다.
하우징 (2), 절연틀 (8) 및 마운트 (4)는 각각이 서로 접촉하지 않도록 절연재료제의 O링 (9), 스페이서 (10)등의 부재에 의하여 절연상태로 된다. 절연틀 (8)과 마운트 (4)와의 사이에 형성된 간극 (33)내는 배기관 (34a)를 통하여 배기수단, 예를 들면, 진공펌프 (34b)에 의하여 진공흡입이 가능하게 된다.
마운트 (4)는 도시의 예에서는 겹친 3개의 부재 즉, 서셉터 (4a), 히터 고정틀 (4b) 및 냉각블록 (4c)를 가진다. 부재 (4a), (4b), (4c)는 나사등의 공지의 고정수단 (도시않됨)에 의하여 각각 고정된다.
서셉터 (4a)의 상면에는 정전척 (11)가 설치되고, 이 정전척 (11)의 상면에 피처리기판, 예를 들면, 웨이퍼 (W)가 재치고정된다. 마운트 (4) 및 정전척 (11)에는 수직 연장되는 관통구멍이 형성되고, 이들 구멍의 각각에 승강핀 (도시않됨)이 설치된다. 3개의 승강핀은 제2도에 나타낸 반송아암 (152)에 의한 웨이퍼 (W)의 반출입을 보조한다.
정전척 (11)은 예를 들면, 한쌍의 폴리이미드 수지제필름 (11a) 및 (11b)을 접착 시키는 것으로 그중에는 동박등의 얇은 도전막 (12)이 밀봉된다. 도전막 (12)은 도전선 (13)을 통하여 직류전원 (14)에 접속된다. 정전척 (11)은 웨이퍼 (W)의 형상에 맞추고 통상은 평편한 원형 사이트 형상으로 형성된다.
작동시에는 정전척 (11)의 도전막 (12)에 직류전원 (13)으로부터 고압의 직류전압 예를 들면, 2.0 ㎸가 인가된다. 이것에 의하여 정전척 (11)의 표면에 분극에 의하여 정전기가 발생하고, 그 쿨롱력에 의하여 웨이퍼 (W)가 정전척 (11)의 상면에 흡착유지된다.
정전척 (11)과 웨이퍼 (W)와의 사이에 형성되는 극간 (15)에는 열전달 가스원 (16)으로부터 밸브 (17) 및 공급관 (18)을 통하여 열전달 가스가 공급 가능하게 된다. 본 실시예에서는 열전달 가스로서 헤륨등의 불활성 가스를 사용하고 있다. 그러니 이 예시에서 열전달성이 양호하고, 처리실 (3)내의 처리가스와 반응하기 어려운 열전달 매체이면, 사용가능하다. 극간 (15)은 후술하는 경계간극 (35) 및 (36)와 같이 밀폐공간을 형성하고 있지 않다. 그러나 상술한 바와 같이 웨이퍼 (W)는 정전척 (11)의 쿨롱력에 의하여 서셉터 (4a)에 재차 고정된다. 따라서 이 쿨롱력에 의하여 극간 (15)에는 20 Torr 미만의 압력을 가지는 열전달 가스이면, 처리실 (3)내에 덮은 일 없이 공급하는 것이 가능하다. 서셉터 (4a)내에는 온도 센서 예를 들면, 온도측정 저항체 (21)가 설치된다. 온도 센서 (21)는 온도 모니터 (24)를 통하여 호스트 콘트롤러 또는 CPU (40)에 접속된다.
마운트 (4)의 히터 고정틀 (4b)에서는 웨이퍼 (W)의 피처리면 온도를 조절하기 위한 온도 조절장치 예를 들면, 히터 (19)가 설치된다. 본 실시예에서는 히터 (19)는 고정틀 (4b)의 상부 오목개소내에 설치되지만, 다른 부분에 배치하는 것도 가능하다. 히터 (19)는 히터의 제어하는 히터 드라이버 (20)에 접속된다. 히터 (19)의 부근에는 또 온도센서 예를 들면, 온도 측정 저항체 (22)가 설치된다. 온도 센서 (22)는 고정틀 (4b)의 온도를 검출하여 CPU (40)에 보내고, 히터 드라이버 (2)를 구동하여 히터 (19)의 온도제어를 한다.
본 실시예에 있어서는 온도 센서 (22)외에 감시용 온도 센서, 예를 들면, 온도측정 저항체 (23)가 히터 (19) 및 온도 센서 (22)에 근접하여 설치된다. 온도 센서 (23)으로 부터의 신호는 온도 모니터 (24)로 보내진다. 온도 모니터 (24)와 CPU (40)과는 인터록을 형성하고 있고, 장치의 오동작을 방지함과 동시에 히터온도의 안정제어를 가능하게 하고 있다. 본 실시예에 있어서는 온도 센서 (22), (23)는 고정틀 (4b)의 히터 (19) 부근에 설치되지만, 마운트 (4)내의 온도특성의 변화를 검출할 수 있는 위치에 되어 있으면, 그 위치에 한정되지 아니한다.
히터고정틀 (4b) 및 냉각 블록 (4c)은 서셉터 (4a) 및 절연틀 (8)에 의하여 전체를 완전하게 덮고, 처리분위기로부터 이격된다. 또 상술한 바와 같이 서셉터 (4a)의 측벽과 절연틀 (8)의 측벽 (8a)의 내면 사이에는 O링등의 절연부재 (9)가 설치되어 처리가스의 침입이 방지된다. 이러한 구성에 의하여 고주파 전원 (25)에 접속되어 있고 배선이 복잡한 고정틀 (4b) 및 냉각블록 (4c)의 오염이 방지된다. 또 고정틀 (4b) 및 냉각불록 (4c)와는 별개로 서셉터 (4a) 부분만을 교환하는 것이 가능하게 되므로 처리장치의 보수가 용이하게 된다.
냉각블록 (4c)의 내부에는 예를 들면, 액체질소등의 냉매 (26)를 모아두기 위한 냉매탱크 (27)가 설치된다. 탱크 (27)는 관 (28)에 의한 밸브 (29)를 통하여 액체 질소원 (3)에 연통된다. 탱크 (27)의 바닥부 내벽은 예를 들면 다공질 형상으로 형성되고, 그 비등을 일으킬 수가 있도록 되어 있고, 그 내부의 액체질소와 냉각탱크 (27)와의 온도차를 1 ℃ 전후로 유지할 수가 있다. 냉매로서는 액체질소 대신에 예를 들면, 액체 헬륨, 액체수소, 액체산소등을 사용할 수가 있다.
제12도에 나타낸 바와 같이 냉각 블록 (4c)은 상부에 개구를 가지는 본체 (41)과, 등개구를 닫은 마개체 (42)를 구비하는 밀패관체로 이루어진다. 마개체 (42)는 탱크 (27)의 바닥부 벽면에 그 비등면 가공을 실시한 후 개구에 응접된다. 열효율을 높이기 위하여는 그 비등면이 형성된 냉각 블록 저편으로부터 웨이퍼를 향하여 형성되는 전열경로 (TP)에 있어서의 열저항을 될 수 있는 만큼 감소시킬 필요가 있다. 이 시점에 있어서, 용접대 (43)에 있어서는 열저항이 적으나 본체 (41)와 마개체 (42)의 경계 (44)에서는 조금 간극을 위하여 열저항이 크게 된다. 즉 전열경로 (TP)에는 될 수 있는 만큼 경계 (44)를 개재시키지 않은 것이 바람직하다. 여기서 본 실시예 장치에 있어서는 제12도에 나타낸것과 같이 본체 (41)과 마개체 (42)와의 경계가 전열경로 (TP)로부터 빠지도록 구성된다.
이것에 대하여 종래의 구조에서는 본체의 하부에 개구가 형성되고, 그 비등 전열면이 형성된 마개체가 동개구에 용접으로 접합되어 있었다. 본체와 마개체와의 경계가 전열경로내에 위치하고, 열효율을 저하시키고 있었다. 냉매탱크 (27)에는 냉매 (26)를 검출하기 위한 액면 검출수단이 설치된다. 액면 검출수단은 허용액면의 상한과 하한에 대응하여 서치된 온도센서 (31) 및 (32)를 구비한다. 액면모니터 (39)는 온도센서 (31) 및 (32)로부터 보내온 신호의 상관관계로부터 냉매 (26)의 액면을 연산하고, 그 결과를 CPU (40)에 보낸다. CPU (40)는 그 신호에 응답하여 밸브 (29)를 개폐하므로써 탱크 (27)내의 냉매 (26) 예를 들면, 액체 질소 (20)의 양을 제어한다.
미리 상술한 바와 같이 서셉터 (4a), 고정틀 (4b), 냉각블록 (4c)은 절연틀 (8)에 의하여 하우징 (2)으로부터 절연되고, 전기적으로 통일극성의 캐소오드를 구성한다.
고정틀 (4b)는 머칭 디바이스 (31)를 통하여 예를 들면, 13. 56 ㎒, 40. 68 ㎒ 등의 고주파 전원 (25)에 접속된다. 마운트 (4)와 접지되는 하우징 (2)에 의하여 대향전극이 구성된다. 고주파전력의 인가에 의하여 전극간에 플라즈마 방전을 발생시키는 것이 가능하게 된다.
서셉터 (4a)와 히터 (19)를 구비한 고정틀 (4b)와의 사이 및 고정틀 (4b)과 냉각블록 (4c)와의 사이에는 각각 경계간극 (35) 및 (36)이 형성된다. 이들의 간극 (35) 및 (36)는 예를 들면, O링과 같은 봉지부재 (37) 및 (38)에 의하여 각각 기밀하게 구성된다. 서셉터 (4a)와 고정틀 (4b)와의 사이에 형성되는 간극 (35)은 관 (49)에 의하여 밸브 (50) 및 메스프로 콘트롤러 (MFC) (51)를 통하여 열전달 가스원 (52)에 접속된다.
CPU (40)에서의 지령에 따라서 밸브 (50)가 개방되고, 가스원 (52)으로부터 헬륨등의 불활성 가스가 간극 (35)에 공급된다. 또 간극 (35)은 밸브 (29)에 의하여 밸브 (53)를 통하여 진공펌프장의 배기수단 (54)에 점속된다. CPU (40)으로부터 지령에 따라서 밸브 (53)가 개방되고, 간극 (35)에 밀봉된 열차단 가스를 배출하는 것이 가능하게 된다.
고정틀 (4b)과 냉각블록 (4c)과의 사이에 형성된 간극 (36)은 관 (55)에 의하여 밸브 (56) 및 MFC (57)를 통하여 열전달 가스원 (58)에 접속된다. CPU (40)으로부터의 지령에 따라서 밸브 (56)가 개방되고, 원 (58)로 부너 헬륨등의 불활성 가스가 간극 (36)에 공급된다. 또 간극 (36)은 관 (55)에 의하여 밸브 (59)를 통하여 진공펌프등의 배기수단 (60)에 접속된다. CPU (40)로부터의 지령에 따라서 밸브 (59)가 개방되고, 간극 (36)에 밀봉된 열전달 가스를 배출하는 것이 가능하게 된다.
간극 (35) 및 (36)은 1∼100㎛ 바람직하게는 50 ㎛ 정도의 두께에 형성된다. 간극 (35) 및 (36)에는 본 실시예에서는 헬륨이나 알르콘등의 불활성 가스가 열전달 가스로서 밀봉 되지만 이것은 예시이다. 열전달성이 양호하고, 가량 누설이 생기는 경우가 있어도 처리실 (3)내의 처리가스와 반응하고 어려운 열전달 가스가 있으면, 사용할 수가 있다.
밀폐간극 (35) 및 (36)에 밀봉된 가스, 즉 불활성가스는 300 Torr 이하 바람직하게는 70 Torr 정도의 압력으로 가압된다. 제6도에 나타낸 바와 같이 간극의 열저항 (열전달성의 역수)가스의 압력을 높게하는 쪽이 낮게 되지만, 300 Torr를 넘은 곳으로부터 거의 일정값을 갖는다. 따라서 300 Torr 이하범위내에서 밀봉된 열전달 가스의 압력을 선택함으로써 효과적이고, 양호한 열전달 경로를 마운트 (4)내에 형성할 수가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따라 서셉터 (4a)의 온도제어를 적용 가능한 플라즈마 에칭장치 (1)에 있어서는 CPU (40)의 제어하에 후술하는 바와 같은 조작모우드에 따라서 서셉터사이에 형성된 밀폐 간극 (35) 및 (36)에 열전달가스를 봉입 및 배기할 수가 있다. 또 그것과 동시에 냉열원인 냉매탱크 (27)로부터 서셉터 (4a)에의 냉매양의 공급을 조절할 수가 있다. 그결과 각 모우드에 적합한 전열경로를 마운트 (4)내에 형성할 수가 있으므로 액체질소등의 냉각원의 소비를 최소한으로 억제하는 것이 가능한 동시에 마운트의 온도제어 성능을 개선할 수가 있다.
다음에 제2도에 따라서 상기 플라즈마 에칭장치를 포함한 에칭 시스템의 구성에 대하여 설명한다. 또 기히 설명한 플라즈마 에칭장치의 동일한 구성에 대하여 동일 부호를 부치는 것에 의하여 설명을 생략한다.
도시한 바와 같이 본 발명의 관한 마그네트론 플라즈마 장치 (1)의 처리실 (3)의 하우징 (2)에는 개폐가 자유롭게 설치된 게이트 (150)를 통하여 로르록실 (151)이 접속된다. 로드록실 (151)에는 반송부재 예를 들면, 알루미늄제의 아암을 도전성 데프론에 의하여 코팅하여 정전대책이 실시된 반송 아암 (152)이 설치된다. 또 로드록실 (151)에는 바닥면에 설치된 배기구를 통하여 배기관 (153)이 접속된다. 배기관 (153)에는 진공 배기밸브 (154)를 통하여 진공펌프 (155)가 접속되고, 로드록실 (151)이 진공흡입이 가능하다.
로드록실 (151)의 측벽에는 개폐가 자유롭게 설치된 게이트 (156)를 통하여 카세트실 (157)이 접속된다. 카세트실 (157)에는 카세트 (158)를 재치하는 테이블 (159)이 설치된다. 카세트 (158)는 피처리기판인 반도체 웨이퍼 (W)를 25 매를 1개의 로트로하여 수납할 수가 있다 또 카세트실 (157)에는 저면에 설치된 배기구를 통하여 배기관 (160)이 접속된다. 배기관 (160)에는 진공배기 밸브 (161)를 통하여 진공펌프 (155)가 접속되고, 카세트실 (157)이 진공흡입 가능하게 된다. 카세트실 (157)의 다른쪽의 측벽은 개폐자유롭게 설치된 게이트 (162)를 통하여 대기에 연이어 통하게 한다.
다음에 제3도에 나타내는 플로우챠트, 제4도 및 제5도에 나타내는 냉각 시켄스의 타이밍챠트를 참조하면서, 플라즈마 에칭장치 (1)의 동작에 대하여 설명한다. 플라즈마 에칭장치 (1)의 동작은 CPU (40)에 기억된 프로그램에 따라서 실행된다. 제4도 및 제5도에 있어서 「BUD」고정틀 (4b) 및 냉각블록 (4c) 사이의 압력 (열전달 가스의 공급과 배기)를 나타내고, 「WRS」은 웨이퍼 (W)와 척 (11)과의 사이의 극간 (15)에 대하여 열전달 가스의 공급의 유무를 나타낸다.
먼저 에칭장치 (1)를 기동하면, 초기화 모우드 (S1)에 들어간다.
[초기화 모우드 (스텝 S1) :]
초기화 모우드에 있어서는 에칭장치 (1)전체의 초기화가 행해진다. 즉 시스템 파워가 온되면, 밸브 (5) 및 밸브 (56)가 개방되어 소정압력의 열전달 가스원 (52) 및 (58)으로부터의 헬륨등의 불활성가스나 MFC (51) 및 (57)를 통하여 서셉터 (4a) 및 고정틀 (4b)사이 간극 (35) 및 고정틀 (4b) 및 냉각블록 (4c) 사이의 간극 (36)에 각각 보내고, 간극 (35) 및 (36)을 같이 열전달 가스봉입 상태로 한다. 이결과 마운트 (4)내에 냉매탱크 (27)로부터 정전척 (11)의 상면에 이르는 전열 경로가 구성된다. 동시에 밸브 (29)가 개방되고, 액체질소원 (30)이 냉매탱크 (27)속에 보내진다. 이 냉매탱크 (27)중의 액체 질소는 냉매원으로서 사용되고, 마운트 (4)내에 형성된 전열경로에 전달하여 마운트 (4)전체를 냉각한다. 이 냉각의 정도는 고정틀 (4b)내에 설치된 온도 센서 (22)에 의하여 감시되어 있고, 소정의 냉각온도에 도달하면, 아이들 모우드 (스텝 (S2)에 들어간다.
[아이들 모우드 (스텝 S2) :]
아이들 모우드에 들어가면, 밸브 (53) 및 밸브 (59)가 열리고, 진공펌프 (54) 및 (60)가 기동된다. 그리고, 서브 서셉터사이의 간극 (35) 및 (36)에 봉입되어 있었던 열전달 가스가 각각 배기되고, 간극 (35) 및 (36)이 같이 대략 진공상태로 된다. 이 결과 마운트 (4)내에 형성되어 있었던 전열경로는 2 개소의 진공 단열층에 의하여 분단 됨으로써 열이 피하기 어렵게 된다. 따라서 초기화 모우드에 있어서 이미 소정의 온도에까지 냉각되어 있었던 마운트 (4)는 그 온도를 유지하는 것이 가능하게 된다.
이 상태를 유지한채 CPU (40)는 스텝 (S3)에 있어서 다음에 열처리실 (3)내에 있어서 반도체 웨이퍼 (W)의 처리를 하던가 또는 처리실 (3)내의 유지점검을 하던가를 오퍼레이터에 물어 본다. 오퍼레이터가 웨이퍼 (W)의 처리를 하는 것을 선택한 경우에는 프로세스 모우드 (스텝 S4)가 실행된다.
[프로세스 모우드 (스텝 S4) :]
프로세스 모우드가 선택된 경우에는 아이들 상태를 유지한채, 웨이퍼 (W)의 반입동작이 행해진다. 즉, 제2도에 나타낸 바와 같이 먼저 대기와의 사이에 설치된 게이트 (162)가 열려진다. 그리고 웨이퍼 (W)가 1로트 즉 25 매 수납된 카세트 (158)가 도시하지 아니한 선택 로보트에 의하여 카세트실 (157)의 테이블 (159)상에 재치되고, 게이트 (162)가 닫혀진다. 이어서 카세트실 (157)에 접속된 밸브 (161)가 열리고, 진공펌프 (155)에 의하여 카세트실 (157)이 진공 분위기 예를 들면 10-1Torr로 배기된다.
다음에 로드록실 (151)과 카세트실 (157)의 사이 게이트 (156)가 열리고, 반송아암 (152)에 의하여 1 매의 웨이퍼 (W)가 카세트 (158)에 의하여 취출된다. 그리고 동 웨이퍼 (W)는 아암 (152)에 의하여 로드록실 (151)에 반송되고, 게이트 (156)가 닫혀진다. 계속하여 로드록실 (151)에 접속된 밸브 (154)가 열리고, 진공펌프 (155)에 의하여 로드록실 (151)이 진공 처리실 (3)내의 잔유처리 가스나 반응 생성물이 충분히 배기된 후에 처리실 (3)의 측면에 설치된 게이트 (150)가 열려진다. 다음에 로드록실 (151)에 의하여 반송아암 (152)이 처리실 (3)내의 웨이퍼 (W)의 위치까지 연장되고, 웨이퍼 (W)를 유지하여 로드록실 (151)에 반송한다. 그리고 게이트 (150)가 닫혀진다. 로드록실 (151)에 있어서 웨이퍼 (W)는 히터에 의하여 실온 예를 들면 180 ℃ 까지 승온된다. 그후 로드록실 (151)로부터 카세트실 (157)를 통하여 대기쪽으로 반출된다.
또 프로세서를 실행하는 때에 서셉터 (4a)의 온도는 예를 들면, -150 ℃의 온도로부터 -100 ℃로 급격하게 승온 시키고 싶은 경우가 있다. 이러한 경우에는 밸브 (50)를 개방하여 간극 (35)을 열전달 가스 봉입상태로 하는 한편, 간극 (36)를 대략 진공상태로 유지한다. 이것에 의하여 냉매탱크 (27)이 서셉터 (4a) 및 고정틀 (4b)와의 사이에 전열경로가 분단되고, 불필요한 냉매의 소멸이 방지된다. 또 히터 (19)에 공급된 전력을 유효하게 이용하여 마운트 (4)의 온도를 신속하게 소망의 온도에까지 승온시키는 것이 가능하게 된다.
프로세서 모우드 완료후 CPU (40)는 스텝 (S5)에 있어서 종료하거나 또는 계속하여 다른 카세트에 수납된 다른 로트의 웨이퍼를 처리 또는 장치 (1)의 메인티넌스를 하던가를 오퍼레이터에 물어본다. 오퍼레이터가 연속처리 또는 메인티넌스 즉, No 를 선택하면, 플로우는 아이들 모두드 (S2)로 돌아간다. 그리고 연속처리를 위한 로트의 교환이 행해지는 사이 마운트 (4)내에 형성된 전열경로를 분단하고, 열손실을 최소한으로 억제한다. 스텝 (S5)에 있어서 오퍼레이터가 Yes 를 선택하면 플로우는 종료한다.
스텝 (S3)에 있어서 오퍼레이터가 처리실 (3)내의 보수점검을 하는 것을 선택한 경우에는 CPU (40)는 메인터넌스 모우드 (스텝 S6)를 실행한다.
[메인티넌스 모우드 (스텝 S6) :]
메인티넌스 모우드에 들어가면, 밸브 (50)가 개방되고, 간극 (35)이 열전달 가스 봉입상태로 되는 한편 간극 (36)은 진공상태로 유지된다. 이것에 의하여 냉각블록 (4c)와 고정틀 (4b)와의 사이에서 열전달 경로가 분단되고, 불필요한 냉매의 소모가 방지된다. 또 히터 (19)에 공급된 전력을 유효하게 이용하여 서셉터 (4a) 및 고정틀 (4b)을 신속하게 상온까지 상승 시키는 것이 가능하게 된다.
서셉터의 온도가 충분하게 상승한 후에 처리실 (3)을 주위 분위기에 대하여 개방하고, 내부의 청결 또는 오염된 상층의 서셉터 (4a)의 교환이라고 하였던 보수점검을 실시한다.
메인티넌스가 종료한 후에 스텝 (S7)에 있어서 CPU (40)는 오퍼레이터에 장치 (1)의 초기화가 필요한가 아닌가를 묻는다. 오퍼레이터가 Yes 를 선택한 경우에는 플로우는 초기화 모우드 (스텝 S1)로 되돌린다.
또 스텝 (S7)에 있어서 오퍼레이터가 No 를 선택한 경우에는 CPU (40)는 스텝 (S8)에 있어서 종료하던가 또는 웨이퍼 (W)의 처리를 하던가를 오페레이터에 물어본다. 오퍼레이터가 처리즉 No를 선택하면, 플로우는 아이들 모우드 (S2)로 돌아온다.
이하에 나타낸 바와 같이 표 1 는 서셉터 (4a)의 온도제어 (TC)와 냉각블록 (4c)에서의 액체 질소의 공급 (LN2)과 고정틀 (4b) 및 냉각블록 (4c) 사이의 간극 (36)의 압력 (BUD)과, CPU (40)에 기억된 제어 플로그램의 비례적인 펄스 집적 플러스 파생제어로 사용되는 함수의 설정 (PID)와의 관계를 나타낸다. 여기서 PID #1 및 #2 는 등함수가 플라즈마에 입력에 의한 입사열을 고려하여 마운트 (4)의 열응답에 맞추도록 설정된 것을 나타낸다.
[표 1]
다음에 제7도 ∼ 제10도를 참조 하면서 프로세스 모우드에 있어서의 발명의 다른 특징을 설명한다.
상술한 바와 같이 저온 에칭에 있어서의 웨이퍼의 반응표면의 온도를 허용온도 범위내 예를 들면, -100 ℃ ± 5 ℃로 유지하는 것이 제품의 수율을 향상시키고, 미세한 표면 가공을 하는 것으로 불요하다. 이러한 온도 범위내에 웨이퍼의 온도를 제어하기 위하여 본 발명에 관한 에칭방법에 의하면, 웨이퍼의 에칭환경을 변경 시키지 않고 예를 들면, 고주파 전극의 절환을 하지 않는 것으로 에칭 처리를 계속 하면서 고정틀 (4b)내에 설치된 히터 (19)만에 의하여 온도 조정을 할 수가 있다.
제7도 ∼ 제9도는 복수매의 웨이퍼를 연속적으로 처리하는 경우의 타이밍 챠트를 나타낸다. 각도에 있어서 [t2∼ t3]가 1 매의 웨이퍼를 에칭하기 위하여 요하는 1 사이클의 시간주기이고, 동일하게 [t4∼ t5]가 다른 1 매의 웨이퍼를 에칭하기 위하여 요하는 1 사이클의 시간주기이다. 도시한 바와 같이 에칭 사이에는 고주파 전극은 온 상태로 유지되고, RF 가 중단 되는 일 없이 계속된다.
그러나 고주파 전력 피처리실내의 압력이나 처리 가스의 유량의 변동 또는 에치에 의하여 발생된 부생성물등이 작용하여 플라즈마에 의하여 발생되는 열에너지가 변동하고, 이것에 따라서 웨이퍼의 온도로 변동한다. 이와 같이 변동하는 웨이퍼의 온도를 소망의 범위내에 제어하기 위하여 고주파 전원은 온 상태로 유지한채 온도 모니터 (25)를 통하여 콘트롤러 (40)에 전달되는 서셉터 (4a)의 온도 센서 (21)로부터의 신호에 따라서 콘트롤러 (40)에 의하여 히터 (19)의 출력만이 조절된다.
이와 같이 온도 모니터 (24)를 통하여 신호에 따라서 히터 (19)의 출력만을 피드백 제어함으로써 웨이퍼의 온도를 소망의 범위내에 유지 하는 것이 가능하다. 처리된 웨이퍼의 처리가스등의 처리환경에 따라서 히터 (19)의 입력 파워의 조절, 즉 히터 (19)에 필요한 발열량에 있는 정도의 규칙성이 경험적으로 발견되는 경우가 있다. 이러한 경우에는 피드백 제어에 의하는 일 없이 복수매의 파워를 주기적으로 연속처리 하는 것이 가능하게 된다.
즉, 히터 (19)의 입력 파워를 그 규칙성을 유사한 소정의 주기함수에 따라서 연속적으로 제어하므로써 용이하고, 효율적인 처리를 실행할 수 있다.
예를 들면, 제7도에 예에 있어서는 t2에 있어서 히터를 가지는 3각파형상의 주기 함수에 따라서 히터 (19)의 입력파워 즉 히터 (19)의 발열량을 조절하므로써 웨이퍼의 온도를 소망의 에칭온도 제어 범위내에 제어하는 것이 가능하다. 또 제8도에 나타낸 바와 같이 t2에 있어서 히터를 가지는 2 차 곡선적인 주기 함수에 따라서 히터 (19)의 입력 파워를 조절한다. 또한 제9도에 예에 나타낸 예에 있어서는 t1, t3, 및 t5, 에 있어서 각각 트리거 되는 작게 자른 파형의 주기 함수에 따라서 히터 (19)의 입력파워를 조정한다. 이와 같이 히터 (19)의 입력 파워를 조정하므로써 웨이퍼의 온도를 소망의 에칭 온도 범위내에 제어할 수가 있다.
히터 (19)의 입력파워의 피이크 시점은 즉 최대 발열시점과, 고주파 전원의 온 시점과는 일치시킬 필요는 없다, 제10도에 나타낸 바와 같이 고주파 전원의 온시점, 즉 각 웨이퍼의 처리시간 주기의 기점 (t2,t3)과 히터 (19)의 입력파워의 피이크 시점 (t2',t3')이 어긋나게 하는것도 가능하다. 그러나 본 발명을 웨이퍼 연속처리에 적용한 경우에는 각 웨어퍼의 처리시간 주기에 대하여 히터 (19)의 입력 파워의 주기가 일치하고 있는 것이 중요하다.
다음에 제1도에 나타낸 플라즈마 에칭 장치 (1)에 플라즈마 발생 검출부 (70)를 설치한 변경예에 대하여 제11도를 참조 하면서 설명한다. 제11도에 있어서는 플라즈마 발광 검출부 (70)과 직접 관련한 장치 (1)의 부분만을 나타낸다. 도시 이외의 부분에 대하여는 제1도에 나타낸 바와 같다.
제11도의 변경예에 있어서는 검출부 (70)는 고주파 전원 (25)에 의하여 처리실 (3)내에 발생되는 플라즈마 (PL)의 발광강도를 측정하기 위하여 사용된다. 검출부 (70)를 통하여 얻어진 플라즈마 발생강도의 관측신호의 변동주기는 고주파 연산부 (76)에 의하여 산출된다. 연산부 (76)는 연산결과를 적당한 버스를 통하여 CPU (40)에 보낸다. CPU (40)는 그 신호에 따른 장치 전체의 각종제어를 한다.
플라즈마 발생검출부 (70)는 처리실 케이싱 (2)의 측별 (2b)에 있어서의 웨이퍼 반송 및 반출 게이트 (150) (제2도참조)와 간섭하지 않는 위치에 설치된 개구 (71)를 구비한다. 개구 (71)에 석영 유리등으로 구성되는 투명체 (72)가 끼워넣어진다. 투명체 (72)의 외측에는 집광 렌즈 (73)를 통하여 광 파이버 (74)가 설치된다.
집광렌즈 (73)의 초점위치는 플라즈마 (PL)내에 있어서의 일정위치에 세트된다. 광 파이버 (74)의 광학적 후방에는 당해 광 파이버 (74)에 의하여 안내된 주광선을 수광하는 수광기 (75)가 설치된다. 수광기 (75)는 플라즈마 (PL)의 발생을 확인함과 동시에 플라즈마 (PL)로부터의 발광 수광량을 측정한다. 수광기 (75)는 측정량에 대응한 관측신호를 광전변화에 의한 전기 신호로서 연산부 (76) 및 CPU (40)에 송출한다.
연산부 (76)는 검출부 (70)의 수광기 (75)로부터 입력된 플라즈마 발생 강도 측정신호를 소정의 시켄스에 따라서 연산하고, 이 변동주기를 얻는다. 연산부 (76)에 의하여 연산된 플라즈마 발광강도에 관한 제데이타는 CPU (40)에 송출되고, CPU (40)은 각각 신호에 따라서 장치 전체의 제어를 한다.
다음에 제11도에 나타낸 변경예에 의한 제어방법에 대하여 설명한다.
미리 설명한 바와 같이 본 발명에 관한 프로세스 모우드에 있어서 웨이퍼의 온도제어는 고주파 전원 (25)의 온 오프 전환과는 무관계로 냉각 전열경로에 배치된 히터 (19)를 조정하므로써 가능하게 된다. 그러나 조건에 의하여는 고주파 전원 (25)을 온으로 함에도 불구하고 플라즈마 (PL)가 처리실 (3)내에 발생하지 아니한 경우이다. 이와 같이 플라즈마가 발생하지 않은 경우에도 웨이퍼의 온도제어를 하는 것은 쓸데 없는 것이고, 또 온도제어에 의하여 역으로 소망의 온도 범위를 이탈할 우려가 있다. 특히 복수의 웨이퍼를 연속처리하는 경우에는 에칭처리의 주기와 히터 출력조정의 동기가 어긋날 우려가 있다.
이와 같은 사태를 회피하기 위하여 검출부 (70)에 의하여 플라즈마 발생이 확인되기 때문에 히터 (19)에 의한 웨이퍼 (W)의 온도조절이 실행된다. 이러한 제어에 의하여 플라즈마가 발생하고 있지 아니함에도 불구하고, 히터 (19)에 의한 온도제어를 실행해버린 경우에 생기는 예측할 수 없는 사태를 회피할 수가 있다.
또 플라즈마 에칭장치 (1)에서는 영구자석의 전계 형성수단 (7)으로부터 자석에 의하여 플라즈마 (PL)의 밀도를 부분적으로 높게 할 수가 있다. 그 부분적으로 밀도가 높게된 플라즈마가 영구자석 (7)의 편심회전에 의하여 웨이퍼 (W)상을 편심회전 하도록 구성된다. 이와 같은 전계에 의하여 플라즈마의 밀도를 국부적으로 집중시키므로써 에칭처리가 매우 효과적으로 실행된다. 또 이것과 같이 플라즈마가 집중된 개소를 편심회전시키므로써 에칭처리가 웨이퍼 (W)의 전면에 걸쳐서 균일하게 실행되는 것이 된다.
이 경우 처리실 (3)내에 생성하는 플라즈마 (PL)는 영구자석 (7)의 회전에 의하여 대략 주기성을 가지고 변화한다. 이와 같은 플라즈마 (PL)의 대략 주기적 변화는 처리실 (3)내에 발생된 반응종 또는 반응 생성물의 스펙트럼 광을 검출부 (70)에 의하여 항상 관측 하므로써 알 수가 있다.
본 발명에 의하면, 주기적으로 변동하는 플라즈마 발광강도의 변동주기를 히터 출력의 조정을 위하여 파라미터로서 사용할 수가 있다.
특히 복수의 웨이퍼를 주기적으로 연속 처리 하는 경우에는 플라즈마 발광강도의 변동주기와 동기시키고, 히터 (19)에서의 입력파워를 조정한다. 이와 같이 웨이퍼의 온도제어를 하므로써 정밀도 높은 에칭 처리를 보다 신속하고 효과적으로 하는 것이 가능하다.
다음에 제13도 ∼ 제15도를 참조하면서 서셉터 (4a) 및 히터 고정틀 (4b)사이의 간극 (35) 및 냉각 블록 (4c)사이의 간극 (36)의 압력을 제어하기 위한 가구에 대하여 설명한다. 제13도는 이 압력 조정기구의 개요를 나타내고, 이것은 간극 (35) 또는 (36)내를 진공흡입 하기 위한 진공배기계 (81)와, 간극 (35),(36)내에 일정한 압력의 가스를 도입하기 위한 가스 공급계 (82)를 구비한다.
제13도에 있어서 제1도중의 부호와는 다른 부호가 부쳐진다. 그러나 제13도는 제1도의 부호 50 - 54에 나타내는 부재를 포함한 간극 (35)를 위한 압력조정기구 및 부호 56 - 60 로 표시되는 부재를 포함하는 간극 (36)를 위한 압력조정기구의 각각의 개요를 나타내는 것으로 이해된다.
가스 공급계 (82)의 끝단부에는 일정한 압력으로 되는 예를 들면, 헬륨 (He)과 같은 열전달 가스를 수용한 가스원 (88)(제1도 부호 52 및 58에 대응)이 접속된다. 가스원 (88)은 밸브 (90) (제1도에 도시않됨)를 통하여 MFC (84) (제1부호 51 및 57에 대응)에 접속된다. MFC (84)는 밸브 (92) (제1도 부호 50 및 56에 대응)를 통하여 밀폐간극 (35) 또는 (36)에 접속된다. MFC (84)와 밸브 (92)와의 사이에는 압력계 (94) (제1도에 도시않됨)가 접속된다.
진공배기계 (81)는 밸브 (92)의 하류쪽에 접속된다. 배기계 (81)의 끝단부에는 진공펌프 (96) (제1도 부호 54 및 60에 대응)가 접속됨과 동시에 도중에 밸브 (98) (제1도 부호 53 및 59에 대응)가 개재된다.
압력 조정기구를 제어하는 CPU (40)는 각 밸브의 동작시간등을 계측하기 위한 타이머 (100)를 가진다. 기억부 (102)에는 제14도에 나타낸 바와 같이 간극 (35), (36)의 최종압력과 열전달가스의 유량과의 관계가 테이블화하여 미리 기억시킨다.
제14도의 그래프는 가스원 (88)으로부터 일정한 압력 예를 들면, 2 ㎏/㎠ 의 가스를 소정의 감압하의 기준 압력, 예를 들면, 1 Torr 로 이루어진 간극 (35),(36)에 일정한 시간 (시간을 고정한 경우), 예를 들면, 5 초간만 공급된 시간의 간극의 최종적인 압력과 MFC 의 유량과의 관계를 나타낸다. CPU (40)는 소정의 열전달율을 얻기위하여 소망의 간극압력으로 설정하도록 MFC의 밸브 개방도를 제어한다.
다음에 제13도에 나타낸 압력 제어기구의 동작에 대하여 설명한다.
히터 (19)의 발열량의 제어에 의하여 웨이퍼의 온도를 적정값으로 유지하기 위하여는 냉각 블록 (4c)로부터 웨이퍼 (W)에 이르가 까지의 전달경로의 열저항, 구분된 경계간극 (35),(36)에 있어서의 열전달율 (가스의 압력에 대응)을 적정한 값으로 조정할 필요가 있다.
이 조정조작은 웨이퍼에 대한 처리를 실시하는데에 앞서 행하거나 또는 일정한 로트수의 웨이퍼 처리가 종료하여 다음에 다른 온도로 웨이퍼 처리를 할 때 할 수 있게 하거나 한다.
간극 (35),(36)의 열전달율은 이 공간에 있어서 가스의 종류와 압력이 의하여 일시적으로 결정된다. 간극의 압력은 제14도에 나타낸 바와 같이 예를 들면, MFC (84)의 밸브 개방각도에 의하여 변화하는 유량에 의존하는 것이 된다. 간극 (35),(36)을 소망의 압력으로 설정하는 데는 먼저, 가스 공급계 (82)의 밸브 (90)를 폐쇄 상태로 하고 MF(184), 밸브(92) 및 진공 배기계(8)의 밸브(98)을 폐쇄 상태로 하여 진공펌프 (96)를 구동한다. 이것에 의하여 간극 (35),(36)를 포함한 배기계 전체를 진공흡입하여 기준압력 예를 들면, 10-2정도로 유지한다. 이때 진공흡입은 CPU (40)에 의하여 압력계 (94)의 값을 모니터 하면서 행한다. 이 기준압력은 간극압력으로써 설정되어야 하는 최종 압력값 보다도 낮은 값으로 설정한다.
이와 같이 시스템 전체가 감압 기준압력으로 된다면, 밸브 (98)을 폐쇄하여 진공흡입을 정지하면 함께 MFC (84)도 폐쇄상태로 된다. 다음에 밸브 (90)를 개방상태로 하면, 동시에 (밸브 92는 개방상태), MFC (84)를 적정 열어 소망의 유량 즉, 제14도에 있어서 기대하는 소정의 압력에 대응하는 유량의 시간 (예를 들면 5 초간)만큼 흐르고, 각 MFC (84) 및 밸브 (92),(90)를 폐쇄상태로 한다. 이것에 의하여 간극 (35),(36)에는 미리 테이블화되어 있는 압력 - 유량 관계에 따라서 결정되는 유량의 가스가 소정시간 (5초간)만큼 흐르고, 간극 (35),(36)내를 소망하는 압력으로 신속하게 설정할 수가 있다.
이때 CPU (40)는 기억부 (102)에 미리 기억되어 있었던 제14도에 나타낸 바와 같은 그래프에 따라서 MFC 의 밸브 개방도를 설정하고, MFC의 개반시간은 타이머 (100)를 참조하므로써 계측한다. 제15도는 이때의 압력변화를 나타내고, 라인 (A)은 소망의 압력이 10 Torr의 경우 압력변화를 라인 (B)는 소망의 압력이 5 Torr의 경우 압력변화를 나타낸다. 양라인에서 나타낸 바와 같이 본 발명에 관한 제어방법에 의하면, 오버 슈우트나 언더 슈우트를 생기는 일없이 신속하고 간극내가 소정 압력까지 직선적으로 상승한다. 이 결과 조기에 대기하는 열전달율을 얻을 수가 있다. 라인 (C)은 종래 제어 방법에 의한 압력 변화를 나타내고, 여기서 오버 슈우트나 언더 슈우트가 발생하여 소망의 설정압력에 안정 할대 까지는 꽤 시간을 요하는 것을 알 수 있다.
또 상술한 설명에서는 가스의 유통시간이 5 초간으로 설정된 경우에 대하여 설명 하였으나, 이시간은 이와 같은 값으로 설정하여도 좋다. 그러나 이 유통시간을 지나치게 짧게 설정하면, 필요한 압력 정밀도가 얻어지지 않게 되는 경우가 생긴다. 먼저 상술한 바와 같은 설명에서는 가스 유통시간을 고정한 경우에 대하여 설명하였으나 대신에 예를 들면, MFC 의 유량을 고정하여 시간을 변화 시키는 것에 의하여 소망의 압력을 최종적으로 얻도록 하여도 좋다. 또 상술한 압력제어기구는 극간 (35),(36)이외에서도 열전달율을 제어하도록 모든 간극에 대하여 적용한다.
상기 실시예에 있어서는 본 발명을 플라즈마 에칭장치에 적용한 경우에 대하여 설명하였으나 본 발명은 이것에 한정하지 않고, CVC 장치, 어싱장치, 스퍼터장치, 플로우버 장치에도 적용할 수가 있다. 또 본 발명은 반도체 웨이퍼를 피처리기판으로한 장치뿐만 아니라 LCD 기판등 다른 피처리 기판을 처리하는 장치에도 적용할 수가 있다.

Claims (13)

  1. 처리시내에 설치되고, 피처리기판을 지지하기위한 서셉터를 포함하는 제1블록, 상기 제1블록과의 사이 전열경로에 경계간극이 형성되며, 상기 처리실내에 설치되고, 제1블록에 냉열을 공급하기 위한 제2블록, 상기 경계간극에 열전달가스를 공급하는 공급수단, 및 상기 경계간극을 배기하는 배기수단을 구비하는 처리장치에 의해; 상기 경계간극을 배기하여 진공화하고, 상기 전열경로를 분단하는 단계를 포함하는 아이들 모우드를 실행하는 공정, 상기 아이들 모우드에서 상기 전열경로가 분단된 상태로부터, 상기경계간극을 상기 열전달가스로 가득차고 상기 전열경로를 잇는 단계 및 상기 제2블록으로부터 냉열에 의하여 상기 서셉터상의 피처리기판을 냉각시키면서 처리하는 단계를 포함하는 프로세서 모우드로 이행하는 공정, 및 상기 아이들 모우드를 실행하기 전에, 상기 경계간극을 상기 열전달가스로 가득차고 상기 전열경로를 잇는 단계를 포함하며 여기서 상기 열전달가스를 통하여 상기 제2블록으로부터 전달되는 냉매에 의하여 상기 제1블록의 온도가 설정값에 도달한 후 상기 초기화 모우드로부터 직접 상기 아이들 모우드로 이행하는 초기화 모우드를 실행하는 공정을 포함하는 처리실내에서 피처리기판을 지지하기위한 서셉터의 온도를 제어하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초기화 모우드가 상기 제1블록의 온도변화를 관찰하는 단계를 더 포함하는 서셉터의 온도제어방법.
  3. 상기 처리실내에 설치되고, 피처리기판을 지지하기 위한 상기 서셉터를 포함하는 제1블록, 상기 처리실내에 설치되고 상기 제1블록과의 사이 전열경로에 경계간극이 형성되며, 제1블록에 냉열을 공급하기 위한 제2블록, 상기 경계간극에 열전달가스를 공급하는 공급수단, 및 상기 경계간극을 배기하는 배기수단을 구비하는 처리장치에 의해; 상기 경계간극을 배기하여 진공화하고 상기 전열경로를 분단하는 단계를 포함하는 아이들모우드를 실행하는 공정, 및 상기 아이들모우드에서 상기 전열경로가 분단된 상태로부터, 상기 경계간극의 진공을 유지하고, 상기 전열경로를 분단하는 단계 및 상기 제1블록의 온도가 소정온도 이상이 된 후 상기 처리실을 주위분위기에 대하여 개방하는 단계를 포함하는 메인티너스 모우드로 이행하는 공정을 포함하는 처리실내에 있어서, 피처리기판을 지지하기 위한 서셉터의 온도를 제어하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1블록에 히터가 내장되고 상기 메인티넌스 모우드가 또한 상기 서셉터를 급속하게 승온시키기 위하여 상기 히터를 작동시키는 공정을 구비하는 서셉터의 온도제어방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 메인티넌스 모우드를 실행한후 상기 메인티넌스 모우드로부터 선택적으로 직접 초기화모우드로 이행하는 공정을 더 포함하고 상기 초기화 모우드는 상기 경계간극을 상기 열전달가스로 가득채우고, 상기 전열경로를 잇는 공정을 구비하고, 여기서 상기 열전달 가스를 통하여 상기 제2블록으로부터 전달되는 냉열에 의하여 상기 제1블록의 온도가 설정값에 도달한후 상기 초기화 모우드로부터 직접 상기 아이들모우드로 이행하는 서셉터의 온도제어방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 메인티넌스 모우드를 실행한후 상기 메인티넌스 모우드로부터 선택적으로 직접 상기 아이들모우드로 이행하는 공정을 더 포함하는 서셉터의 온도제어방법.
  7. 처리실내에 설치되고, 피처리기판을 지지하기위한 서셉터를 포함하는 제1블록, 상기 처리실내에 설치되고, 제1블록에 냉열을 공급하기 위한 제2블록, 상기 제1 및 제2블록과 사이 전열경로에 경계간극이 형성되고, 상기 경계간극에 열전달가스를 공급하는 공급수단, 및 상기 경계간극을 배기하는 배기수단을 구비하는 처리장치에 의해; 상기 경계간극을 배기하여 진공하고, 상기 전열경로를 분단하는 단계를 포함하는 아이들모우드를 실행하는 공정, 상기 아이들모우드에서 상기 전열경로가 분단된 상태로부터 프로세서 모우드 및 메인티넌스 모우드 어느쪽으로 이행하는가를 선택하는 공정, 상기 경계간극을 상기 열전달가스로 가득 채우고 상기 전열경로를 잇는 단계와 상기 제2블록으로부터 냉열에 의하여 상기 서셉터상의 피처리기판을 냉각시키면서 처리하는 단계를 포함하는 프로세서 모우드를 선택하면, 상기 아이들모우드에서 상기 전열경로가 분단된 상태로부터, 상기 프로세서 모우드로 이행하는 공정, 및 상기 경계간극의 진공을 유지하고, 상기 전열경로를 분단하는 단계와, 상기 제1블록의 온도가 소정온도이상으로 된 후 상기 처리실을 주위분위기에 대하여 개방하는 단계를 포함하는 메인티넌스 모우드를 선택하면, 상기 아이들모우드에서 상기 전열경로가 절단된 상태로부터, 상기 메인티넌스모우드로 이행하는 공정으로 이루어진 처리실내에 있어서, 피처리기판을 지지하기 위한 서셉터이 온도를 제어하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 아이들모우드를 실행하기 전에 먼저 초기화 모우드를 실행하는 공정을 더 포함하며, 상기 초기화모우드가 상기 경계간극을 상기 열전달가스로 가득차고 상기 전열경로를 잇는 공정을 구비하며 상기 열전달가스를 통하여 상기 제2블록으로부터 전달되는 냉열에 의하여 상기 제1블록의 온도가 설정값에 도달된 후 상기 초기화 모우드로부터 직접 아이들모우드로 이행하는 서셉터의 온도를 제어하는 방법.
  9. 처리실내에 설치되고, 피처리기판을 지지하기위한 서셉터를 포함하는 제1블록, 상기 제1블록과의 사이 전열경로에 경계간극이 형성되며, 상기 처리실내에 설치되고, 제1블록에 냉열을 공급하기 위한 제2블록, 상기 경계간극에 열전달가스를 공급하는 공급수단, 및 상기 경계간극을 배기하는 배기수단을 구비하는 처리장치에 의해; 상기 경계간극을 배기하여 진공화하고, 상기 전열경로를 분단하는 단계를 포함하는 아이들 모우드를 실행하는 공정, 상기 아이들모우드에서 상기 전열경로가 분단된 상태로부터, 상기 경계간극을 상기 열전달가스로 가득차고 상기 전열경로를 잇는 단계 및 상기 제2블록으로부터 냉열에 의하여 상기 서셉터상의 피처리기판을 냉각시키면서 처리하는 단계를 포함하며, 제1블록이 가열기와 결합하고, 상기 가열기를 선택적으로 조작함으로써 서셉터의 온도를 조정하는 단계를 더 포함하는 프로세서 모우드로 이행하는 공정, 및 상기 서셉터의 온도를 신속하게 상승시키기 위하여, 상기 경계간극을 배기하여 진공으로 하고, 상기 전열경로를 분단함과 동시에 상기 히터를 작동시키는 공정을 포함하는 처리실 내에서 피처리기판을 지지하기 위한 서셉터의 온도를 제어하는 방법.
  10. 처리실내에 설치되고, 피처리기판을 지지하기 위한 서셉터를 포함하는 제1블록, 상기 제1블록과의 사이 전열경로에 경계간극이 형성되며, 상기 처리실내에 설치되고, 제1블록에 냉열을 공급하기 위한 제2블록, 상기 경계간극에 열전달가스를 공급하는 공급수단, 및 상기 경계간극을 배기하는 배기수단을 구비하는 처리장치에 의해; 상기 경계간극을 배기하여 진공화하고, 상기 전열경로를 분단하는 단계를 포함하는 아이들모우드를 실행하는 공정, 상기 아이들모우드에서 상기 전열경로가 분단된 상태로부터, 상기 경계간극을 상기 열전달가스로 가득차고 상기 전열경로를 잇는 단계 및 상기 제2블록으로부터 냉열에 의하여 상기 서셉터상의 피처리기판을 냉각시키면서 처리하는 단계를 포함하는 프로세서 모우드로 이행하는 공정을 포함하는 온도제어장치로서; 상기 장치가 처리실내에서 플라즈마를 발생하는 수단을 포함하고 기판처리가 플라즈마를 이용하여 행해지며, 제1블록이 가열기와 결합하고, 상기 가열기를 선택적으로 조작함으로써, 서셉터의 온도를 조정하며, 상기 서셉터에서 처리되는 기판이 제2블록으로 부터의 냉각에 의해 처리되며, 다수의 피처리기판이 서셉터상에서 연속적으로 처리될 때, 상기 가열기 중에서 열이 변화하는 것을 특징으로 하는 처리실내에서 피처리기판을 지지하기위한 서셉터의 온도를 제어하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 처리장치가 플라즈마 발광 검출수단을 구비하고, 상기 히터의 작동이 상기 검출수단에 의하여 상기 플라즈마로부터의 발광이 검추출된 후에 행하는 서셉터의 온도제어 방법.
  12. 처리실내에 설치되고, 피처리기판을 지지하기위한 서셉터를 포함하는 제1블록, 상기 제1블록과의 사이 전열경로에 경계간극이 형성되며, 상기 처리실내에 설치되고, 제1블록에 냉열을 공급하기 위한 제2블록, 상기 경계간극에 열전달가스를 공급하는 공급수단, 및 상기 경계간극을 배기하는 배기수단을 구비하는 처리장치에 의해; 상기 경계간극을 배기하여 진공화하고, 상기 전열경로를 분단하는 단계를 포함하는 아이들모우드를 실행하는 공정, 상기 아이들모우드에서 상기 전열경로가 분단된 상태로부터, 상기 경계간극을 상기 열전달가스로 가득차고 상기 전열경로를 잇는 단계 및 상기 제2블록으로부터 냉열에 의하여 상기 서셉터상의 피처리기판을 냉각시키면서 처리하는 단계를 포함하는 프로세서 모우드로 이행하는 공정을 포함하는 온도제어장치로서; 상기 장치가 처리실내에 플라즈마를 발생하는 수단을 포함하는 기판처리가 플라즈마를 이용하여 행해지며, 상기 서셉터의 온도제어가 상기 플라즈마가 발생하지 않는 사이에 실질적으로 상기 제1 및 제2블록의 열응답성에 따라서 행해지고 상기 플라즈마가 발생하고 있는 사이에는 상기 플라즈마에 의한 입사열을 고려한 상기 제1 및 제2블록의 열응답성에 따라서 행해지는 것을 특징으로 하는 처리실내에서 피처리기판을 지지하기위한 서셉터의 온도를 제어하는 방법.
  13. 처리실내에 설치되고, 피처리기판을 지지하기위한 서셉터를 포함하는 제1블록, 상기 제1블록과의 사이 전열경로에 경계간극이 형성되며, 상기 처리실내에 설치되고, 제1블록에 냉열을 공급하기 위한 제2블록, 상기 경계간극에 열전달가스를 공급하는 공급수단, 및 상기 경계간극을 배기하는 배기수단을 구비하는 처리장치에 의해; 상기 경계간극을 배가하여 진공화하고, 상기 전열경로를 분단하는 단계를 포함하는 아이들모우드를 실행하는 공정, 및 상기 아이들모우드에서 상기 전열경로가 분단된 상태로부터, 상기 경계간극을 상기 열전달가스로 가득차고 상기 전열경로를 잇는 단계 및 상기 제2블록으로부터 냉열에 의하여 상기 서셉터상의 피처리기판을 냉각시키면서, 처리하는 단계를 포함하는 프로세서 모우드로 이행하는 공정을 포함하는 온도제어방법으로서, 상기 경계간극을 상기 열전달가스로 가득채우고 상기 전열경로를 잇는 때에 먼저 상기 배기수단에 의하여 상기 경계간극을 소정압력 이하의 기준압력을 설정하고, 다음에 상기 소정압력에 따라서 결정된 일정유량으로 일정시간만큼 상기 열전달가스를 상기 경계간극에 공급하는 것을 특징으로 하는 처리실내에서 피처리기판을 지지하기위한 서셉터의 온도를 제어하는 방법.
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