KR101943181B1 - 기판 온도 조절 장치 및 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
상이한 온도의 복수의 공정을 동일한 챔버에서 실행할 때, 기판을 탑재대에 탑재한 상태에서 기판의 균열성을 도모하는 온도 제어를 실행하는 것을 목적으로 한다. 상이한 온도의 복수의 공정을 동일한 챔버의 내부에서 실행하는 기판 처리 장치에서 사용 가능한 기판 온도 조절 장치로서, 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 탑재대의 아래에 배치되며, 냉매 유로에 냉매를 흘리는 냉각 유닛과, 상기 냉각 유닛의 아래에 배치되며, 광을 출력하는 가열 유닛을 갖고, 상기 냉각 유닛은 상기 가열 유닛으로부터 출력된 광을 투과하고, 상기 탑재대는 금속으로 형성되는 다공체 플레이트를 갖고, 상기 냉각 유닛을 투과한 광은 상기 다공체 플레이트의 각 구멍을 거쳐서 해당 다공체 플레이트 상의 상기 기판에 조사되는, 기판 온도 조절 장치가 제공된다.
Description
본 발명은 기판 온도 조절 장치 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판의 처리에는 상이한 온도의 복수의 공정을 거치는 것이 있다. 예컨대, 저온으로 에칭 처리를 실행한 후, 고온으로 에칭 찌꺼기 제거 처리를 실행하는 것이나, 기판 상에 형성된 막의 가열 처리를 실행한 후, 급속히 냉각 처리를 실행하는 것 등이 알려져 있다.
상기와 같은 저온 기판 처리와 고온 기판 처리를 동일한 챔버의 내부에서 실행하는 것이 가능한 처리 장치가 알려져 있다. 그때, 스루풋을 향상시키기 위해서, 챔버의 내부를 고온 또는 저온으로 하기 위한 승강온을 단시간에 실행하는 것이 가능한 처리 장치가 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1에서는, 승온 시의 가열 수단으로서 LED 광이 이용되며, LED 광은 복수의 도광 실린더의 내부를 통해 웨이퍼에 조사되어, 웨이퍼를 가열한다. 특허문헌 1에서는, 승온 시, 웨이퍼를 탑재대로부터 들어올리고, LED 광을 균일하게 웨이퍼에 조사함으로써 기판의 균열성을 도모하고 있다.
그렇지만, 웨이퍼를 탑재대로부터 들어올릴 때, 부착된 반응 생성물이 웨이퍼로부터 박리되어, 파티클이 되고 기판의 처리에 영향을 미치는 경우가 있다. 또한, 웨이퍼를 탑재대로부터 들어올림으로써 노출된 탑재대의 표면에 반응 생성물이 부착되는 것과 같은 문제도 발생한다.
상기 과제에 대하여, 일 측면에서는, 본 발명은, 상이한 온도의 복수의 공정을 동일 챔버에서 실행할 때, 기판을 탑재대에 탑재한 상태에서 기판의 균열성을 도모하는 온도 제어를 실행하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 일 태양에 의하면, 상이한 온도의 복수의 공정을 동일한 챔버의 내부에서 실행하는 기판 처리 장치에서 사용 가능한 기판 온도 조절 장치로서, 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 탑재대의 아래에 배치되며, 냉매 유로에 냉매를 흘리는 냉각 유닛과, 상기 냉각 유닛의 아래에 배치되며, 광을 출력하는 가열 유닛을 갖고, 상기 냉각 유닛은 상기 가열 유닛으로부터 출력된 광을 투과하며, 상기 탑재대는 금속으로 형성되는 다공체 플레이트를 갖고, 상기 냉각 유닛을 투과한 광은 상기 다공체 플레이트의 각 구멍을 거쳐서 해당 다공체 플레이트 상의 상기 기판에 조사되는, 기판 온도 조절 장치가 제공된다.
일 측면에 의하면, 상이한 온도의 복수의 공정을 동일한 챔버에서 실행할 때, 기판을 탑재대에 탑재한 상태에서 기판의 균열성을 도모하는 온도 제어를 실행할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 기판 온도 조절 장치를 갖는 기판 처리 장치의 종단면의 일 예를 도시하는 도면,
도 2는 일 실시형태에 따른 다공체 플레이트의 피치를 설명하기 위한 도면,
도 3은 일 실시형태의 변형예에 따른 다공체 플레이트를 설명하기 위한 도면,
도 4는 일 실시형태에 따른 기판 처리 장치에서 실행되는 기판 처리의 일 예를 나타내는 흐름도.
도 2는 일 실시형태에 따른 다공체 플레이트의 피치를 설명하기 위한 도면,
도 3은 일 실시형태의 변형예에 따른 다공체 플레이트를 설명하기 위한 도면,
도 4는 일 실시형태에 따른 기판 처리 장치에서 실행되는 기판 처리의 일 예를 나타내는 흐름도.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여함으로써 중복된 설명을 생략한다.
[기판 온도 조절 장치 및 기판 처리 장치]
우선, 본 발명의 일 실시형태에 따른 기판 온도 조절 장치(100)를 갖는 기판 처리 장치(1)의 전체 구성에 대해 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 기판 온도 조절 장치(100)를 갖는 기판 처리 장치(1)의 종단면의 일 예를 도시한다.
본 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)는 상이한 온도의 복수의 공정을 실행하는 것이 가능한 장치의 일 예이다. 기판 처리 장치(1)는 내부가 진공으로 유지되는 챔버(C)를 갖는다. 본 실시형태의 기판 온도 조절 장치(100)는 기판 처리 장치(1)의 챔버(C)의 저부에 마련되며, 기판(S)을 저온인 제 1 온도 및 제 1 온도보다 고온의 제 2 온도로 온도 조절한다. 즉, 기판 처리 장치(1)는, 챔버(C)의 내부에서 제 1 온도로 저온 기판 처리를 실행한 후, 제 2 온도로 고온 기판 처리를 실행하는 것이 가능한 장치이다.
기판 처리 장치(1)에 의해 실행되는 저온 기판 처리 및 고온 기판 처리는 특별히 한정되는 것이 아니며, 예컨대 저온 기판 처리의 일 예로서의 에칭을 실행한 후, 고온 기판 처리의 일 예로서의 찌꺼기 제거를 실행하는 것을 예시할 수 있다. 예컨대, 기판 처리 장치(1)에서는, 기판 온도 조절 장치(100)를 35℃ 정도의 저온으로 제어한 상태에서 COR(Chemical Oxide Removal)에 의해 기판에 에칭을 실행한 후, 기판 온도 조절 장치(100)를 120℃ 정도의 고온으로 제어한 상태에서 PHT(Post Heat Treatment)에 의해 기판을 가열함으로써, 에칭 시에 발생한 반응 생성물의 찌꺼기를 가스화하여 기판으로부터 제거하는 것이 가능하다.
처리 대상의 기판(S)에 대해서도, 특별히 한정되는 것이 아니며, 반도체 기판(반도체 웨이퍼), 플랫 패널 디스플레이(FPD) 기판, 태양전지용 기판 등 여러 가지의 기판에 적용 가능하다.
기판 온도 조절 장치(100)는, 기판(S)이 탑재되는 탑재대(10)와, 기판(S)을 가열하는 가열 유닛(20)과, 기판을 냉각하는 냉각 유닛(30)을 갖는다. 탑재대(10)는 알루미늄 등의 금속으로 형성된 다공체 플레이트(40)를 갖는다. 다공체 플레이트(40)에는, 다공체 플레이트(40)를 관통하는 100개 이상의 구멍(41)이 예컨대 등피치로 형성되어 있다. 다공체 플레이트(40)의 각 구멍(41)의 내부는 석영, 사파이어 또는 PTFE(polytetrafluoroethylene)와 같은 수지에 의해 충전되어도 좋다. 또한, 각 구멍(41)의 내부는 반드시 수지 등으로 충전되어 있지 않아도 좋다. 다만, 이 경우, 다공체 플레이트(40)의 구멍(41)의 내부는 진공 상태가 되기 때문에, 다공체 플레이트(40)의 하면(42)을 투명 시트로 덮어, 냉매 유로(31)와 다수의 구멍(41)을 분리시킬 필요가 있다.
다공체 플레이트(40)는, 가열 유닛(20)이 놓여 있는 대기압과 기판(S)이 놓여 있는 진공압과의 압력차에 견디는 것이 가능한 두께로 형성되어 있다. 또한, 다공체 플레이트(40)는 기판(S)의 탑재면을 갖는 상부 탑재대와, 그 아래에 배치된 하부 탑재대의 2층 구조로 되어 있어도 좋다. 이 경우, 상부 탑재대는 열전도성이 양호한 금속 재료, 예컨대 알루미늄으로 구성되며, 하부 탑재대는, 예컨대 스테인리스 강 등의 기계 강도가 높은 재질로 구성되어도 좋다.
다공체 플레이트(40)는 주연부에서 제 1 환상 부재(33)에 끼워지고, 제 1 환상 부재(33) 및 제 2 환상 부재(34)에 의해 지지되어 있다. 제 2 환상 부재(34)의 오목부에는 광을 투과하도록 투명 플레이트(32)가 끼워져 있다. 투명 플레이트(32)는, 가시광 영역으로부터 적외 영역까지의 넓은 범위에서 투과율이 높고, 열전도율이 42W/m·K인 사파이어를 바람직하게 이용할 수 있다. 다만, 투명 플레이트(32)는, 투명한 부재이면 사파이어에 한정되지 않으며, 열전도율이 1.4W/m·K와 사파이어보다 낮지만, 가시광 영역으로부터 적외 영역까지의 넓은 범위에서 투과율이 높은 석영을 이용할 수 있다. 투명 플레이트(32)에 석영을 이용하면, 사파이어보다 비용의 관점에서 유리하다. 이에 의해, 투명 플레이트(32)와, 다공체 플레이트(40)의 하면(42)과, 제 2 환상 부재(34)에 의해 냉매 유로(31)가 형성된 냉각 유닛이 다공체 플레이트(40)의 아래에 배치된다. 즉, 탑재대(10)의 아래에는, 투명 플레이트(32)에 의해 냉매 유로(31)가 형성된 냉각 유닛(30)이 배치된다. 본 실시형태에서는, 냉매 유로(31)가 다공체 플레이트(40)의 하면(42)에 면하고 있지만, 이에 한정되지 않으며, 냉매 유로(31)는 냉각 유닛(30)의 내부에 형성되어도 좋다.
냉매는 칠러 유닛(도시 생략)으로부터 냉매 공급관(31a)을 통과하여 냉매 유로(31)를 순환하고, 칠러 유닛으로 되돌아온다. 냉매 유로(31)에는, 예컨대, 물 또는 불소계 액체로 이루어지는 냉매가 통류된다. 다공체 플레이트(40)는 열전도가 양호한 금속으로 형성되어 있기 때문에, 냉매 유로(31)에 냉매를 순환시키는 것에 의해, 다공체 플레이트(40)를 거쳐서 용이하게, 예컨대 35℃ 정도의 제 1 온도로 기판(S)을 냉각할 수 있다.
투명 플레이트(32)는 주연부에서 제 2 환상 부재(34)에 끼워지며, 제 2 환상 부재(34) 및 제 3 환상 부재(35)에 의해 지지되고, 제 3 환상 부재(35)를 사이에 두고 챔버(C)에 설치되어 있다. 제 1 환상 부재(33), 제 2 환상 부재(34) 및 제 3 환상 부재(35)의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 시일성을 보지할 수 있는 것(예컨대 금속제 재료)이면 좋다.
제 1 내지 제 3 환상 부재(33~35)의 내부에는, 헬륨(He) 가스 등의 열전도 가스를 공급하기 위한 전열 가스 유로(45)가 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 헬륨 가스가 공급된다. 헬륨 가스는 전열 가스 유로(45)를 통과하고, 다공체 플레이트(40)에 형성된 전열 가스 유로(46)를 통해 기판(S)의 이면에 공급된다. 기판(S)의 이면에 공급된 헬륨 가스에 의해, 냉각 유닛(30)에 의한 냉각 효과를 높일 수 있다.
제 2 환상 부재(34), 제 3 환상 부재(35) 및 챔버(C)에는, 가열 유닛(20)이 놓이는 대기압측으로부터 기판(S)이 놓이는 진공 처리실을 밀폐하기 위한 O링(36~39) 등이 마련되어 있다.
가열 유닛(20)은, 투명 플레이트(32)의 하방에 배치되며, 발광 소자인 발광 다이오드(LED)가 어레이 형태로 배치된 LED 어레이(21)를 갖는다. 복수의 LED가 탑재된 복수의 LED 어레이(21)는 절연성을 갖는 고열전도성 재료, 예컨대 AlN 세라믹스로 이루어지는 광원 보지대(22) 상에 탑재되어 있다.
LED 어레이(21)에 전기가 급전되면, LED 어레이(21)는 발광한다. 가열 유닛(20)은 LED 어레이(21)로부터 방사되는 광에 의해 기판(S)을 가열한다. 다만, 가열 유닛(20)은 LED 어레이(21)에 한정되지 않으며, 다른 발광 소자, 예컨대 반도체 레이저 등을 이용해도 좋다.
LED와 같은 발광 소자에 의한 광 가열은 가열원의 흑체 복사가 아니라, 전자와 홀의 재결합에 의한 전자기 복사를 이용하고 있기 때문에, 그 파장의 광을 흡수하는 물질만을 가열할 수 있으며, 또한, 기판을 가열할 때에 승온 및 강온 속도가 빠르다. LED로서는, 사출되는 광의 파장이 자외광~근적외광의 범위, 예컨대 0.36~1.0㎛의 범위인 것을 이용할 수 있으며, GaN, GaAs, GaP 등을 베이스로 한 화합물 반도체를 예로 들 수 있다. 이러한 파장의 범위로부터, 기판(S)을 투과하지 않는 파장인 것이 선택된다. 이러한 관점에서는, 발광 소자는 0.8~1.0㎛의 근적외광인 것이 바람직하다. 특히, 기판(S)이 실리콘제인 경우에는, 이러한 근적외광에 의해 효율적으로 가열할 수 있다.
LED 어레이(21)로부터 사출된 광은 투명 플레이트(32)를 투과하고, 또한 다공체 플레이트(40)의 다수의 구멍(41)의 내부를 투과하여 기판(S)에 조사된다. 다공체 플레이트(40)에 형성된 100개 이상의 구멍(41)에 LED 광을 투과시킴으로써, 기판(S)을 탑재대(10)에 탑재한 채, 다공체 플레이트(40)에 접촉한 상태에서 LED 광을 기판(S)의 이면의 전면에 조사할 수 있다. 이에 의해, 기판(S)을 효율적으로 가열하여, 기판(S)을 제 1 온도보다 고온인 제 2 온도, 예컨대 120℃ 정도로 신속하게 온도 제어할 수 있다.
또한, 냉각 시에는, 헬륨 가스가 기판(S)의 이면에 공급되며, 이에 의해, 냉각 유닛(30)에 의한 냉각 효과를 높일 수 있지만, 가열 시에는, 기판(S)의 이면으로의 헬륨 가스의 공급은 정지된다. 이에 의해, 기판(S)의 이면과 다공체 플레이트(40) 사이를 진공으로 함으로써, 진공 단열에 의해 냉각 효과를 저하시킨 상태에서 효율적으로 기판(S)의 온도를 높일 수 있다.
챔버(C)의 상부의 천정면에는 가스 샤워 헤드(50)가 설치되어 있다. 가스 샤워 헤드(50)는 다수의 가스 통기 구멍(54)을 갖는다. 가스 공급원(52)은 가스 도입구(51)로부터 가스 샤워 헤드(50) 내에 소망의 가스를 공급한다. 가스는 버퍼 공간(53)을 통과하고, 다수의 가스 통기 구멍(54)으로부터 챔버(C)의 내부에 샤워 형상으로 도입된다.
예컨대, 기판 처리 장치(1)는, 저온 기판 처리의 COR에서는, 냉각 유닛(30)에 의해 다공체 플레이트(40)를 거쳐서 기판(S)을 냉각하여, 35℃ 정도의 온도로 한다. 그 상태에서, 기판 처리 장치(1)는 가스 샤워 헤드(50)로부터 불화수소(HF) 가스 및 암모니아(NH3) 가스를 포함하는 혼합 가스를 공급하여, 기판(S) 상의 실리콘 산화막과 혼합 가스를 화학 반응시킨다. 이에 의해, 기판(S) 상의 실리콘 산화막을 변질시켜 반응 생성물을 생성시킨다.
저온 기판 처리 후에 실행하는 고온 기판 처리의 PHT에서는, 가열 유닛(20)에 의해 다공체 플레이트(40)를 거쳐서 기판(S)을 가열하여, 120℃ 정도의 온도로 한다. 그 상태에서, 기판(S)의 표면에 부착된 반응 생성물을 가열하고 가스화하여, 제거한다. 이와 같이, 이러한 구성의 기판 처리 장치(1)에서는, 냉각 유닛(30)과 가열 유닛(20)을 마련하는 것에 의해, 챔버(C)의 내부를 신속히 승강온하여, 처리의 스루풋을 향상시킬 수 있다.
또한, 저온 기판 처리와 고온 기판 처리를 챔버(C)의 내부에서 반복 실행할 때, 기판(S)을 탑재대(10)에 탑재한 채 승강온을 실행할 수 있다. 즉, 다공체 플레이트(40)에 형성된 100개 이상의 구멍(41)에 LED 광을 투과시킴으로써, 기판(S)을 탑재대(10)에 탑재한 채로 LED 광을 기판(S)의 이면의 전면에 조사할 수 있다. 이에 의해, 기판(S)의 면내의 온도 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판(S)을 탑재대(10)로부터 들어올릴 때에 파티클이 생겨, 기판(S)에의 소정 처리에 영향을 미치는 것을 회피할 수 있다. 또한, 탑재대(10)의 표면에 반응 생성물이 부착되는 것과 같은 문제도 회피할 수 있다.
[다공체 플레이트]
다음에, 다공체 플레이트(40)의 구성에 대해 상술한다. 다공체 플레이트(40)에는 100개 이상의 다수의 구멍(41)이 형성되어 있다. 다공체 플레이트(40)로서, 허니콤재를 사용해도 좋다. 다공체 플레이트(40)의 각 구멍(41)의 내부는 투과성 수지로 충전되어 있다. 또한, 다공체 플레이트(40)는 금속에 의해 형성되어 있다.
다공체 플레이트(40)에 의한 냉각과 승온의 밸런스는 다공체 플레이트(40)의 구멍(41)의 개구율로 조정할 수 있다. 도 2에, 다공체 플레이트(40)의 일부를 도시한다. 다공체 플레이트(40)의 구멍(41)의 면적의 합계(이하, 「구멍 면적」이라 함)와 금속 면적(구멍 이외의 다공체 플레이트(40)의 면적)이 1:1(서로 동일함)인 경우를 예로 들어 설명한다. 이 경우, 필요한 기판(S)의 최고 온도와 냉각 속도의 사양에 근거하여, 다공체 플레이트(40)의 구멍(41)의 개구율을 결정할 수 있다. 일 예로서, 구멍(41)의 구멍 면적과 다공체 플레이트(40)의 금속 면적과의 비가 1:1인 경우, 가열 유닛(20)의 LED 어레이(21)의 출력에 의하면, 기판(S)의 온도를 200℃까지 제어할 수 있다. 또한, 이 경우, 300㎜의 웨이퍼에 대하여, 합계 4.9㎾의 LED 어레이(21)의 출력으로 가열한 경우를 상정하여 계산하고 있다. 또한, 냉각 유닛(30)에 의해, 냉각 속도는 30℃/초가 가능하다.
기판(S)의 최고 온도를 더욱 높이고 싶은 경우, 금속 면적에 대한 구멍 면적의 비율을 높이면 좋다. 이 경우, 냉각 속도는 낮춘다. 한편, 냉각 속도를 높이고 싶은 경우, 구멍 면적에 대한 금속 면적의 비율을 높이면 좋다. 이 경우, 최고 온도는 낮춘다.
도 2에 도시하는 각 구멍(41)의 구멍 직경(d)을 작게 설정하고, 또한 각 구멍(41) 사이의 피치(P)를 작게 설정하면 할수록, 기판(S)의 승온 시의 온도의 면내 균일성은 향상된다. 한편, 다공체 플레이트(40)의 제조 비용 등을 고려하면, 예컨대, 구멍(41)의 구멍 면적과 다공체 플레이트(40)의 금속 면적의 비가 1:1인 경우, 피치(P)는,
P=d√0.5π=1.253*d(㎜)
가 성립된다.
예컨대 구멍 직경 d=5㎜인 구멍을 선택하면, 피치는, P=6.265㎜가 된다. 이상과 같은 관계식에서, 비용을 고려하면서, 구멍 직경(d)과 피치(P)를 선택한다.
다공체 플레이트(40)의 구성을, 도 2의 사각형(점선)이 몇 개나 평면 상에 정렬된 것으로 생각한다. 여기에서, 사각형의 면적은 P2이다. 또한, 사각형 안에 포함되는 구멍의 면적은 각 구멍의 1/4씩이 4개 존재하므로,
4×1/4×π×(d/2)2
가 된다.
따라서, 사각형 안의 금속 면적은, P2-(4×1/4×π×(d/2)2)가 된다. 여기서 구멍(41)의 구멍 면적과 다공체 플레이트(40)의 금속 면적의 비가 1:1인 경우를 고려하면,
4×1/4×π×(d/2)2=P2-(4×1/4×π×(d/2)2)
가 되며, 이것을 P에 대하여 정리하면,
P=d×√(0.5×π)=1.253×d(㎜)
가 얻어진다.
이상에서는, 구멍(41)의 구멍 면적과 다공체 플레이트(40)의 금속 면적을 1:1로 했을 때의 구멍(41) 사이의 피치와 구멍 직경(d)의 관계를 도출했다. 다만, 구멍(41) 사이의 피치(P)는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 구멍과 구멍 사이의 부분, 즉 P-d의 길이에 상당하는 부분의 길이가 크면 기판(S)의 균열성에 악영향을 미친다. 또한, 기판(S)의 균열성에는 기판(S)의 면 방향의 열이 전달되는 쪽이 영향을 미치며, 이 영향은 기판(S)의 두께(t)(0.77㎜)에 관계된다. 여기서, P-d의 값이 두께(t)의 10배 이하, 보다 바람직하게는 3배 이하이면, 균열성 양호하게 기판(S)을 승온시킬 수 있다. 또한, 다공체 플레이트(40)를 예컨대 2㎜의 두께의 알루미늄으로 구성한 경우, P-d의 값이 1㎜ 이상이면 강도적으로도 문제없다고 할 수 있다. 따라서, P-d의 바람직한 범위는,
1㎜≤P-d≤7.7㎜
가 된다. 이에 의해, 기판(S)을 가열할 때의 균열성이 양호하고, 또한, 소정의 기계적 강도를 담보할 수 있으며, 또한, 제조 비용을 억제한 기판 온도 조절 장치(100)를 제조할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 기판 온도 조절 장치(100)에 의하면, 다공체 플레이트(40)에 100개 이상의 구멍(41)을 형성하고, 각 구멍(41)을 거쳐서 LED 광을 기판(S)에 조사할 수 있다. 이 때문에, 기판(S)을 다공체 플레이트(40) 상에 탑재한 채, 기판(S)을 탑재대(10)에 탑재한 상태에서 기판(S)의 균열성을 도모하는 온도 제어를 실행할 수 있다. 그 결과, 기판(S)에 부착된 반응 생성물이 웨이퍼로부터 박리되어 탑재대(10)의 상면에 날아와서, 파티클이 되어 기판의 처리에 영향을 미치는 일이나, 탑재대(10)의 표면에 반응 생성물이 부착되는 것과 같은 문제를 회피할 수 있다.
구멍(41) 사이의 피치(P)와 구멍 직경(d)에 따라서, 기판(S)의 제어 가능한 최고 온도가 정해진다. 따라서, 구멍(41) 사이의 피치(P)에 따른 다공체 플레이트(40)의 금속의 열전도와 기판(S)의 열전도를 이용하여, 기판(S)의 냉각과 가열을 실행할 수 있다.
또한, 더욱 균열성을 높이기 위해서, 가열 시에 어느 정도 기판(S)을 들어올려도 좋다. 그때에는, 본 실시형태에 따른 기판 온도 조절 장치(100)에, 기판(S)을 승강시키기 위한 기구가 마련된다. 도 3에 기판(S)을 승강시키기 위한 기구의 일 예를 도시한다. 또한, 도 3에 도시하는 다공체 플레이트(40)에서는, 구멍(41)은 도시하고 있지 않다.
도 3의 (a)의 예에서는, 다공체 플레이트(40)에 3개소, 지지 핀(60)을 삽입하기 위한 오목부(40a)가 형성된다. 도 3의 (a)의 A-A 단면을 도 3의 (b)에 도시한다. 기판(S)을 들어올리는 경우, 도 3의 (b)에 도시하는 지지 핀(60)이 횡방향으로부터 다공체 플레이트(40)의 중심을 향해 삽입된다. 삽입 후, 3개소에 삽입된 지지 핀(60)은 승강 기구(61)에 의해 상승한다. 지지 핀(60)의 상승과 함께, 지지 핀(60)에 지지된 기판(S)이 다공체 플레이트(40)로부터 들어올려진다. 또한, 지지 핀(60)은 3개로 한정되지 않으며, 기판(S)의 크기에 따라 필요한 수만큼 마련되면 좋다. 또한, 승강 동작 시에는, 헬륨 가스 등의 전열 가스로 기판(S)과 탑재대(10) 사이를 퍼지하는 것이 바람직하다. 특히 기판(S)과 지지 핀(60)의 접촉 부분에서 파티클이 생길 우려가 있다. 따라서, 다공체 플레이트(40)에 형성된 오목부(40a)의 근방에, 전열 가스를 공급하기 위한 전열 가스 공급관(62)을 복수 마련하고, 오목부(40a)의 근방에 전열 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 파티클의 발생을 저감시킬 수 있다.
도 1로 되돌아와, 다공체 플레이트(40)의 상면에 투명 전극을 갖는 정전 척을 마련해도 좋다. 이 경우, 다공체 플레이트(40)와 기판(S) 사이에 정전 척을 개재하는 구조가 되기 때문에, 다공체 플레이트(40)와 기판(S) 사이의 열전도는 낮아진다. 그러나, 정전 척에 의한 정전 흡착력에 의해 기판(S)과 다공체 플레이트(40)의 밀착성을 높여 냉각 효과를 높일 수 있다.
[기판의 온도 조절/기판 처리]
이상과 같이 구성되는 기판 온도 조절 장치(100)에 의한 기판(S)의 온도 조절을 포함하는 기판 처리 장치(1)의 동작에 대하여, 도 4의 흐름도를 참조하면서 설명한다. 기판 처리 장치(1)는 우선 저온 기판 처리의 COR을 실행한다. 그때, 기판 온도 조절 장치(100)는 냉각 유닛(30)에 의해 다공체 플레이트(40)를 거쳐서 기판(S)을 냉각하여, 기판(S)을 저온인 제 1 온도(예컨대 35℃) 또는 그 근방 온도로 조절한다(단계(S10)). 구체적으로는, 기판 온도 조절 장치(100)는 냉각 유닛(30)의 냉매 유로(31)에 냉매를 순환시킨다. 이로써, 냉매 유로(31)에 흐르는 냉매에 의해 다공체 플레이트(40)의 금속 부분을 거쳐서 기판(S)이 냉각되어, 기판(S)이 제 1 온도 또는 그 근방 온도로 온도 조절된다. 또한, 기판 온도 조절 장치(100)는 가열 유닛(20)의 LED 어레이(21)를 소등한다(단계(S10)).
다음에, 기판 처리 장치(1)는 가스 공급원(52)으로부터 불화수소(HF) 가스 및 암모니아(NH3) 가스를 포함하는 가스를 공급한다(단계(S12)). 이에 의해, 가스 샤워 헤드(50)로부터 불화수소 가스 및 암모니아 가스를 포함하는 혼합 가스가 챔버(C)의 내부에 공급된다. 이 상태에서, 기판 처리 장치(1)는 저온 기판 처리(COR)를 실행한다(단계(S14)). 그 결과, 기판(S) 상의 실리콘 산화막과 혼합 가스가 화학 반응하여, 실리콘 산화막을 변질시켜 반응 생성물을 생성시킨다.
다음에, 기판 온도 조절 장치(100)는 가열 유닛(20)의 LED 어레이(21)를 점등한다(단계(S16)). LED 어레이(21)의 광은 투명 플레이트(32) 및 다공체 플레이트(40)의 다수의 구멍(41)을 투과하여 기판(S)에 조사된다. 이에 의해, 기판(S)이 급속히 가열되어 단시간에 기판(S)의 온도를 제 2 온도, 예컨대 120℃ 또는 그 근방 온도로 조절할 수 있다.
이때, 냉매 유로(31)를 흐르는 냉매에 LED로부터의 광이 조사된다. 그렇지만, 냉매로서 LED 어레이(21)로부터 사출되는 광의 파장을 투과하는 액체, 예컨대 불소계 액체나 물 등을 이용하는 것에 의해, 광 조사에 의한 냉매의 온도 변경은 생기지 않는다.
다음에, 기판 처리 장치(1)는 가스 공급원(52)으로부터 아르곤(Ar) 가스를 공급한다(단계(S18)). 이에 의해, 가스 샤워 헤드(50)로부터 아르곤 가스가 챔버(C)의 내부에 공급된다. 이 상태에서, 기판 처리 장치(1)는 고온 기판 처리(PHT)를 실행한다(단계(S20)). 그 결과, 기판(S) 상의 실리콘 산화막의 표면에 부착된 반응 생성물을 가열하고 가스화하여, 제거할 수 있다.
이와 같이 해서 기판(S)을 제 2 온도의 고온으로 보지하여 고온 기판 처리(PHT)를 실행한 후, 기판 처리 장치(1)는 단계(S10) 내지 단계(S20)의 처리를 소정 횟수 반복했는지의 여부를 판정한다(단계(S22)). 소정 횟수 반복한 것으로 판정된 경우, 본 처리를 종료한다. 한편, 소정 횟수 반복되지 않은 것으로 판정된 경우, 단계(S10)로 되돌아오고, 기판 처리 장치(1)는 단계(S10) 이후의 처리를 반복한다. 즉, 기판 온도 조절 장치(100)는 LED 어레이(21)를 소등하여, 기판(S)의 가열을 정지하고, 기판(S)을 다시 저온의 제 1 온도로 온도 조절한다. 기판(S)은 급속히 냉각되며, 탑재대(10) 상에 탑재된 시점에서 신속하게 제 1 온도로 온도 조절된다.
이상과 같이, 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)에 의하면, 기판(S)을 저온으로 온도 조절하는 경우, 냉각 유닛(30)을 사용하여 탑재대(10)의 내부에 냉매를 통류시켜, 냉매의 냉열을 다공체 플레이트(40)의 금속 부분을 거쳐서 기판(S)에 전열시킨다. 또한, 기판(S)을 고온으로 온도 조절하는 경우, 가열 유닛(20)을 사용하여 LED 어레이(21)의 광을 다공체 플레이트(40)의 각 구멍(41)을 통해 기판(S)에 조사시킴으로써 기판(S)을 가열한다. 이에 의해, 냉각 유닛(30) 및 가열 유닛(20)에 의해 1개의 챔버(C)의 내부에서 저온의 제 1 온도와 고온의 제 2 온도 사이의 온도 변경을 단시간에 실행할 수 있어서, 처리의 스루풋을 높일 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 기판 온도 조절 장치(100)에 의하면, 상이한 온도의 복수의 공정을 동일한 챔버(C)에서 실행할 때, 기판(S)을 탑재대(10)에 탑재한 상태에서 챔버(C)의 내부의 온도를 승온 및 강온으로 할 수 있다. 이에 의해, 승온 시 또는 강온 시에 기판(S)을 탑재대(10)로부터 들어올리는 것에 의한 파티클의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 탑재대(10)의 표면에 반응 생성물이 부착되는 것과 같은 문제도 회피할 수 있다.
이상, 기판 온도 조절 장치(100) 및 기판 온도 조절 장치(100)를 갖는 기판 처리 장치(1)에 대해 상기 실시형태에 의해 설명했지만, 본 발명에 따른 기판 온도 조절 장치 및 기판 처리 장치는 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지의 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
1: 기판 처리 장치 10: 탑재대
20: 가열 유닛 21: LED 어레이
30: 냉각 유닛 31: 냉매 유로
31a: 냉매 공급관 32: 투명 플레이트
33: 제 1 환상 부재 34: 제 2 환상 부재
35: 제 3 환상 부재 36~39: O링
40: 다공체 플레이트 41: 구멍
45: 전열 가스 유로 50: 가스 샤워 헤드
51: 가스 도입구 52: 가스 공급원
53: 버퍼 공간 54: 가스 통기 구멍
100: 기판 온도 조절 장치 C: 챔버
S: 기판
20: 가열 유닛 21: LED 어레이
30: 냉각 유닛 31: 냉매 유로
31a: 냉매 공급관 32: 투명 플레이트
33: 제 1 환상 부재 34: 제 2 환상 부재
35: 제 3 환상 부재 36~39: O링
40: 다공체 플레이트 41: 구멍
45: 전열 가스 유로 50: 가스 샤워 헤드
51: 가스 도입구 52: 가스 공급원
53: 버퍼 공간 54: 가스 통기 구멍
100: 기판 온도 조절 장치 C: 챔버
S: 기판
Claims (8)
- 상이한 온도의 복수의 공정을 동일한 챔버의 내부에서 실행하는 기판 처리 장치에서 사용 가능한 기판 온도 조절 장치에 있어서,
상면에 기판이 탑재될 수 있고, 금속으로 형성되며 다수의 구멍을 갖는 다공체 플레이트와,
상기 다공체 플레이트의 아래에 배치되며, 투명 플레이트에 의해 형성된 냉매 유로에 냉매를 흘리는 냉각 유닛과,
상기 냉각 유닛의 아래에 배치되며, 광을 출력하는 하나 이상의 광원을 포함하는 가열 유닛을 구비하고,
상기 냉각 유닛은 상기 가열 유닛으로부터 출력된 광을 투과시키고,
상기 냉각 유닛을 투과한 광은, 하나의 광원으로부터 출력된 광이 상기 다수의 구멍 중 2개 이상 및 상기 다공체 플레이트의 상기 2개 이상의 구멍 사이의 금속 부분에 조사되도록 상기 다공체 플레이트의 상기 다수의 구멍에 조사되며, 상기 다수의 구멍을 투과한 광이 상기 다공체 플레이트 상의 상기 기판에 조사되고,
상기 투명 플레이트는, 상기 다공체 플레이트와 상기 광원 사이에 배치되고, 상기 하나의 광원으로부터의 광이 적어도 상기 다공체 플레이트의 상기 2개 이상의 구멍 사이의 금속 부분에 조사되도록 상기 가열 유닛으로부터 출력된 광을 투과시키는
기판 온도 조절 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 다공체 플레이트에 형성된 상기 다수의 구멍의 내부는, 각각 광이 투과 가능한 부재에 의해 충전되어 있는
기판 온도 조절 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 냉각 유닛은 상기 다공체 플레이트의 바로 아래에 형성된 상기 냉매 유로에 냉매를 흘리는
기판 온도 조절 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 다수의 구멍의 각 구멍 사이의 피치(P)로부터 상기 각 구멍의 직경(d)을 감산한 값이,
1㎜≤P-d≤7.7㎜
를 만족하는 값으로 설정되어 있는
기판 온도 조절 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 다공체 플레이트에는 100개 이상의 구멍이 형성되어 있는
기판 온도 조절 장치. - 상이한 온도의 복수의 공정을 동일한 챔버의 내부에서 실행하는 기판 처리 장치에 있어서,
상면에 기판이 탑재될 수 있고, 금속으로 형성되며 다수의 구멍을 갖는 다공체 플레이트와,
상기 다공체 플레이트의 아래에 배치되며, 투명 플레이트에 의해 형성된 냉매 유로에 냉매를 흘리는 냉각 유닛과,
상기 냉각 유닛의 아래에 배치되며, 광을 출력하는 하나 이상의 광원을 포함하는 가열 유닛을 갖는
기판 온도 조절 장치를 구비하고,
상기 냉각 유닛은 상기 가열 유닛으로부터 출력된 광을 투과시키고,
상기 냉각 유닛을 투과한 광은, 하나의 광원으로부터 출력된 광이 상기 다수의 구멍 중 2개 이상 및 상기 다공체 플레이트의 상기 2개 이상의 구멍 사이의 금속 부분에 조사되도록 상기 다공체 플레이트의 상기 다수의 구멍에 조사되며, 상기 다수의 구멍을 투과한 광이 상기 다공체 플레이트 상의 상기 기판에 조사되고,
상기 투명 플레이트는, 상기 다공체 플레이트와 상기 광원 사이에 배치되고, 상기 하나의 광원으로부터의 광이 적어도 상기 다공체 플레이트의 상기 2개 이상의 구멍 사이의 금속 부분에 조사되도록 상기 가열 유닛으로부터 출력된 광을 투과시키는
기판 처리 장치. - 상이한 온도의 복수의 공정을 동일한 챔버의 내부에서 실행하는 기판 처리 장치에서 사용 가능한 기판 온도 조절 장치에 있어서,
기판이 탑재되는 탑재대와,
상기 탑재대의 아래에 배치되며, 냉매 유로에 냉매를 흘리는 냉각 유닛과,
상기 냉각 유닛의 아래에 배치되며, 광을 출력하는 가열 유닛을 구비하고,
상기 냉각 유닛은 상기 가열 유닛으로부터 출력된 광을 투과시키고,
상기 탑재대는 금속으로 형성되는 다공체 플레이트를 갖고,
상기 냉각 유닛을 투과한 광은 상기 다공체 플레이트의 각 구멍을 거쳐서 상기 다공체 플레이트 상의 상기 기판에 조사되며,
상기 다수의 구멍을 투과한 광이 상기 다공체 플레이트 상의 상기 기판에 조사될 때, 상기 기판은 상기 다공체 플레이트에 탑재된 상태인
기판 온도 조절 장치. - 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
전열 가스 유로를 통해 상기 기판의 상기 다공체 플레이트 측 표면에 열전도 가스가 공급되고,
상기 기판의 표면으로의 열전도 가스의 공급은, 상기 가열 유닛으로부터 광이 출력될 때에는 정지되는
기판 온도 조절 장치.
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