KR102648457B1 - 리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법, 리프트 핀의 콘택트 위치 검지 방법, 및 기판 탑재 기구 - Google Patents

리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법, 리프트 핀의 콘택트 위치 검지 방법, 및 기판 탑재 기구 Download PDF

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Abstract

[과제] 기판 탑재대에 탑재되는 기판에 대한 리프트 핀의 콘택트 위치를 자동으로 고정밀도로 조정할 수 있는 기술을 제공한다.
[해결 수단] 콘택트 위치 조정 방법은, 기판 탑재대 상에 기판을 배치하고, 정전 척의 전극에 전압을 인가하여 기판을 척킹한 상태로, 리프트 핀의 선단을 탑재면보다 하방의 하단 위치로부터 탑재면보다 상방의 상단 위치로 이동시킬 때의 모터의 토크의 시간 변화를 나타내는 토크 파형을 복수의 전압에 대해서 작성하는 것과, 복수의 토크 파형으로부터, 리프트 핀이 기판에 콘택트한 시점인 콘택트 포인트를 구하고, 콘택트 포인트와 모터의 속도로부터 콘택트 위치를 산출하는 것과, 콘택트 위치가 적정한 범위인지 아닌지를 판정하는 것과, 콘택트 위치가 적정한 범위로부터 벗어나 있다고 판정되었을 경우에, 콘택트 위치를 자동 조정하는 것을 갖는다.

Description

리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법, 리프트 핀의 콘택트 위치 검지 방법, 및 기판 탑재 기구{METHOD FOR ADJUSTING CONTACT POSITION OF LIFT PINS, METHOD FOR DETECTING CONTACT POSITION OF LIFT PINS, AND SUBSTRATE PLACEMENT MECHANISM}
본 개시는 리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법, 리프트 핀의 콘택트 위치 검지 방법, 및 기판 탑재 기구에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 있어서, 기판을 탑재하는 기판 탑재대에는, 기판 탑재대에 대한 기판의 주고받음을 위해서, 기판 탑재면에 대해 돌몰 가능한 복수의 리프트 핀이 마련되어 있다.
특허문헌 1에는, 이러한 리프트 핀을 서보 모터에 의해 승강시켜서 기판을 승강하는 기판 승강 장치를 갖는 기판 처리 장치가 기재되어 있다. 그리고, 제어부에 의해, 서보 모터의 모터 드라이버로부터의 출력 값을 감시하고, 리프트 핀의 선단이, 기판 탑재면에 탑재된 기판의 하면에 접촉하는 높이 위치를 검지하고, 그 높이 위치를 이용하여 리프트 핀의 높이 위치 조정을 실행하는 것이 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제 2017-50534 호 공보
본 개시는 기판 탑재대에 탑재되는 기판에 대한 리프트 핀의 콘택트 위치를 자동으로 고정밀도로 조정할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 태양에 따른 리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법은, 기판을 정전 흡착하는 정전 척을 갖고, 기판을 탑재하는 기판 탑재대와, 상기 기판 탑재대의 기판 탑재면에 대해서 돌몰 가능하게 마련된 리프트 핀 및 상기 리프트 핀을 승강시키는 모터를 갖는 구동 기구를 구비하는 기판 승강 기구를 구비하는 기판 탑재 기구에 있어서, 상기 리프트 핀의 선단이 상기 기판에 콘택트하는 높이 위치인 콘택트 위치를 조정하는 리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법으로서, 상기 기판 탑재대 상에 기판을 배치하고, 상기 정전 척의 전극에 전압을 인가하여 상기 기판을 척킹한 상태로, 상기 리프트 핀의 선단을 상기 탑재면보다 하방의 하단 위치로부터 상기 탑재면보다 상방의 상단 위치로 이동시킬 때의 상기 모터의 토크의 시간 변화를 나타내는 토크 파형을, 복수의 전압에 대해서 작성하는 것과, 상기 복수의 토크 파형으로부터, 상기 리프트 핀이 상기 기판에 콘택트한 시점인 콘택트 포인트를 구하고, 해당 콘택트 포인트와 상기 모터의 속도로부터, 상기 콘택트 위치를 산출하는 것과, 상기 콘택트 위치가 적정한 범위인지 아닌지를 판정하는 것과, 상기 콘택트 위치가 적정한 범위로부터 벗어나 있다고 판정되었을 경우에, 상기 콘택트 위치를 자동 조정하는 것을 갖는다.
본 개시에 의하면, 기판 탑재대에 탑재되는 기판에 대한 리프트 핀의 콘택트 위치를 자동으로 고정밀도로 조정할 수 있는 기술이 제공된다.
도 1은 일 실시형태에 따른 리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법을 실시 가능한 기판 탑재 기구를 갖는 기판 처리 장치의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 2는 리프트 핀의 선단의 하단 위치(Lower), 상단 위치(Upper), 콘택트 위치(Contact)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 일 실시형태에 따른 기판 처리 장치에 있어서의 제어부의 하드웨어 구성의 일례를 도시하는 블럭도이다.
도 4는 기판 탑재 기구 제어부를 도시하는 기능 블럭도이다.
도 5는 기판 탑재 기구에 있어서, 정전 척의 전극에 인가하는 전압을 복수 변화시켜서 기판을 척했을 때의 모터의 토크 파형을 중첩하여 도시하는 도면이며, (a)가 전체도, (b)가 리프트 핀의 선단이 기판에 콘택트하는 근방 영역을 도시하는 확대도이다.
도 6은 리프트 핀의 재질이 Ti와 Al2O3인 경우에 있어서의 모터의 토크 파형을 도시하는 것이며, (a)는 1300V의 전압을 인가하여 기판을 척했을 경우, (b)는 전압을 인가하지 않은 경우이다.
도 7은 리프트 핀의 재질이 Ti와 Al2O3의 경우에 있어서의, 정전 척의 전극에 인가하는 전압을 복수 변화시켜서 기판을 척했을 때의 콘택트 포인트에서의 전압과 토크의 관계를 도시하는 도면이다.
도 8은 기판 탑재 기구의 콘택트 포인트에서의 벨로우즈의 스프링력과 정전 척의 척킹력을 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 일 실시형태에 따른 리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법을 개략적으로 나타내는 공정도이다.
도 10은 일 실시형태에 따른 리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법을 나타내는 구체적인 플로우 차트이다.
도 11은 복수의 전압에 대해서 작성한 토크 파형을 중첩하여 콘택트 포인트를 구한 예를 도시하는 도면이며, Bad tuning의 예를 도시한다.
도 12는 복수의 전압에 대해서 작성한 토크 파형을 중첩하여 콘택트 포인트를 구한 예를 도시하는 도면이며, Good tuning의 예를 도시한다.
도 13은 도 11의 경우의 콘택트 위치의 산출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 12의 경우의 콘택트 위치의 산출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시형태에 대해서 설명한다.
<기판 처리 장치>
도 1은 일 실시형태에 따른 리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법을 실시 가능한 기판 탑재 기구를 갖는 기판 처리 장치의 일례를 도시하는 단면도이다.
본 실시형태에서는 기판 처리 장치로서, 스퍼터링에 의해서 기판 상에 막을 형성하는 성막 장치에 적용했을 경우를 예를 들어서 설명한다. 기판으로서는, 예를 들면, 반도체 웨이퍼를 들 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 기판 처리 장치(1)는 처리 용기(10)와, 스퍼터 입자 방출부(30)와, 기판 탑재대(40)와, 기판 승강 기구(50)와, 제어부(70)를 갖는다. 기판 탑재대(40)와 기판 승강 기구(50)는 기판 탑재 기구(60)를 구성한다.
처리 용기(10)는 기판(W)이 수용되고, 그 내부가 진공에 보지 가능하게 구성되어 있다. 처리 용기의 상부는 측면이 경사면으로 되어 있다. 처리 용기(10)의 정상부에는, 가스 도입 포트(11)가 마련되어 있다. 가스 도입 포트(11)에는, 가스 공급관(도시되지 않음)이 접속되어 있고, 가스 공급관으로부터 스퍼터 성막에 필요한 가스(예를 들면, 아르곤, 크립톤, 네온 등의 희(希) 가스나 질소 가스)가 공급된다. 또한, 처리 용기(10)의 바닥부에는, 처리 용기(10) 내를 진공으로 감압 가능한 진공 펌프를 갖는 배기 기구(12)가 접속되어 있다. 또한, 처리 용기(10)의 측벽에는, 기판을 반입출하기 위한 반입출구(13)가 형성되어 있다. 반입출구(13)는 게이트 밸브(14)에 의해 개폐된다. 게이트 밸브(14)를 개방하는 것에 의해, 처리 용기(10)에 인접한 진공 반송실(도시되지 않음)과 연통되고, 진공 반송실의 반송 장치(도시되지 않음)에 의해 기판(W)의 반입출이 실행된다.
스퍼터 입자 방출부(30)는 복수(도면에서는 2개)의 타겟 홀더(31)와, 각 타겟 홀더(31)에 보지되는 복수의 타겟(32)과, 각 타겟 홀더(31)에 전압을 인가하는 복수의 전원(33)을 갖는다.
타겟 홀더(31)는 도전성을 갖는 재료로 이루어지며, 절연성의 부재를 거쳐서, 처리 용기(10)의 상부 경사면에 장착되어 있다. 타겟 홀더(31)는 후술하는 기판 탑재 기구(60)에 보지된 기판(W)에 대해서 경사 상방에 타겟(32)이 위치하도록, 해당 타겟(32)을 보지한다.
타겟(32)은 성막하려고 하는 막의 구성 원소를 포함하는 재료로 이루어진다. 예를 들어, 자성막(Ni, Fe, Co 등의 강자성체를 포함하는 막)을 성막하는 경우, 타겟(32)의 재료로서는, 예를 들면, CoFe, FeNi, NiFeCo를 이용할 수 있다.
복수의 전원(33)은 복수의 타겟 홀더(31)의 각각에 전기적으로 접속되어 있다. 전원(33)으로부터, 타겟 홀더(31)에 전압(예를 들면, 직류 전압)이 인가되는 것에 의해, 타겟(32)의 주위에서 스퍼터 가스가 해리한다. 그리고, 해리한 스퍼터 가스 중의 이온이 타겟(32)에 충돌하고, 타겟(32)으로부터 그 구성 재료의 입자인 스퍼터 입자가 방출된다.
또한, 타겟 홀더(31) 및 타겟(32)은 1개씩이어도 좋다.
기판 탑재대(40)는 기판(W)을 탑재하는 것이며, 그 상면이 기판을 탑재하는 탑재면이 되고 있다. 기판 탑재대(40)는 기판(W)보다 조금 큰 직경을 갖는 판 형상을 이루고, 금속 재료, 예를 들면, 알루미늄으로 구성되는 본체(41)와, 본체(41) 상에 마련된, 기판(W)을 정전 흡착하기 위한 정전 척(46)을 갖는다. 정전 척(46)은, 그 상면이 탑재면이며, 유전체 중에 전극(46a)이 매설되어 있고, 직류 전원(48)으로부터 전극(46a)으로 직류 전압이 인가되는 것에 의해, 탑재면에 탑재된 기판(W)을 정전력에 의해 흡착한다. 본체(41)는, 그 하면 중앙으로부터 하방으로 연장되는 원통 형상의 지지체(47)에 의해 지지되어 있다. 기판 탑재대(40)는 온도 조절 기구(도시되지 않음)에 의해 가열 또는 냉각되도록 구성되어 있다. 성막하려고 하는 막이 예를 들면, 터널 자기 저항(Tunneling Magneto Resistance; TMR) 소자에 이용되는 자성막(예를 들면, Ni, Fe, Co 등의 강자성체를 포함하는 막)의 경우는, 기판 탑재대(40)는 100K 이하의 극저온으로 냉각된다. 또한, 기판 탑재대(40)는 회전 기구(도시되지 않음)에 의해 회전 가능하게 되어 있어도 좋다.
기판 승강 기구(50)는 기판을 승강하기 위한 복수의 리프트 핀(51)과, 리프트 핀을 지지하는 지지판(52)과, 지지판(52)을 승강시키는 승강봉(53)과, 구동 기구(54)와, 벨로우즈(57)를 갖는다.
복수의 리프트 핀(51)은 기판 탑재대(40)에 형성된 구멍(44)에 관통 삽입되고, 기판 탑재면에 대해서 돌몰 가능하게 마련되어 있다. 리프트 핀(51)의 수 및 배치는, 기판(W)의 형상 및 크기에 따라 적절하게 설정된다. 또한, 리프트 핀(51)의 재질은 Ti과 같은 도전체여도 Al2O3과 같은 절연체여도 좋다. 지지판(52)은 기판 탑재대(40)의 하방에 마련되고, 복수의 리프트 핀(51)을 지지하여 리프트 핀(51)과 함께 승강하도록 구성된다. 승강봉(53)은, 일단이 지지판(52)의 하면에 고정되어서 하방으로 연장되고, 처리 용기(10)의 바닥벽에 마련된 관통 삽입 구멍(15)을 거쳐서 처리 용기(10)의 외부에 도달하여 있다.
구동 기구(54)는 모터(55)와, 볼나사 기구(56)를 갖고, 모터(55)에 의해 볼나사 기구(56)의 볼나사(도시되지 않음)를 회전시키고, 가이드 부재(도시되지 않음)에 가이드된 이동 부재(59)를 상하 방향으로 이동시킨다. 승강봉(53)의 하단은 이동 부재(59)에 장착되어 있고, 모터(55)를 회전시키는 것에 의해, 볼나사 기구(56) 및 이동 부재(59)를 거쳐서 승강봉(53)이 승강되고, 이에 따라 지지판(52)과 함께 복수의 리프트 핀(51)이 승강된다. 모터(55)는 서보 모터여도 스테핑 모터여도 좋다.
리프트 핀(51)의 선단은, 도 2의 (a)에 도시하는, 탑재면보다 낮고, 기판 탑재대(40)의 구멍(44) 내에 함몰된 하단 위치(Lower)와, 도 2의 (b)에 도시하는, 기판 탑재대(40)의 탑재면의 상방 위치인 상단 위치(Upper) 사이에서 이동된다. 또한, 도 2의 (c)에 도시하는, 리프트 핀(51)의 선단이 기판 탑재대(40)의 탑재면에 탑재된 기판(W)에 콘택트하는 위치가 콘택트 위치(Contact)이다. 리프트 핀(51)의 선단의 원점은 하단 위치이며, 콘택트 위치는 원점인 하단 위치를 기준으로 하는 높이 위치로서 정의된다. 그리고, 원점인 하단 위치를 조정하는 것에 의해 콘택트 위치를 조정할 수 있다.
처리 용기(10)의 바닥벽 외측면의 관통 삽입 구멍(15)에 대응하는 부분은, 승강봉(53)이 관통 삽입되는 구멍이 마련된 차폐판(58)으로 차폐되어 있고, 지지판(52)과 차폐판(58) 사이의 승강봉(53)의 주위에는 벨로우즈(57)가 마련되어 있다. 벨로우즈(57)에 의해 처리 용기(10) 내의 진공 분위기와 처리 용기(10) 밖의 대기 분위기가 차폐된다. 또한, 벨로우즈(57)는 스프링으로서 기능하고, 리프트 핀(51)에는 상방에 스프링력이 작용한다.
모터(55)의 토크는 토크 계측기(도시되지 않음)로 계측되고, 아날로그 정보(0-10V)로서 출력된다. 출력된 값은 PLC(61)에 의해서 연산 처리되고, 제어부(70)로 보내진다.
제어부(70)는 기판 처리 장치(1)의 각 구성부, 예를 들면, 전원(33), 직류 전원(48), 배기 장치(12), 구동 기구(54) 등을 제어한다. 제어부(70)의 일부는, 기판 탑재 기구(60)의 제어부로서도 기능한다. 제어부(70)는 전형적으로는 컴퓨터이다. 도 3에 제어부(70)의 하드웨어 구성의 일례를 도시한다. 제어부(70)는 주 제어부(101)와, 키보드, 마우스 등의 입력 장치(102)와, 프린터 등의 출력 장치(103)와, 표시 장치(104)와, 기억 장치(105)와, 외부 인터페이스(106)와, 이들을 서로 접속하는 버스(107)를 구비하고 있다. 주 제어부(101)는 CPU(중앙 처리 장치)(111), RAM(112) 및 ROM(113)을 갖고 있다. 기억 장치(105)는 제어에 필요한 정보의 기록 및 판독을 실행하도록 되어 있다. 기억 장치(105)에는, 컴퓨터 판독 가능 기억 매체를 갖고 있고, 기억 매체에는, 기판(W)에 대한 처리의 처리 레시피 등이 기억되어 있다.
제어부(70)에서는, CPU(111)가 RAM(112)을 작업 영역으로서 이용하여, ROM(113) 또는 기억 장치(105)의 기억 매체에 저장된 프로그램을 실행하는 것에 의해, 기판(W)의 처리 등, 각종 조작을 실행시킨다. 본 실시형태에서는, 특히, 리프트 핀의 콘택트 위치의 검출과 조정에 특징이 있다.
도 4는 제어부(70)에 있어서 기판 탑재 기구(60)의 일부로서 기능하고, 리프트 핀의 콘택트 위치 조정을 실행하기 위한 기판 탑재 기구 제어부(121)를 도시하는 기능 블럭도이다. 기판 탑재 기구 제어부(121)는 전압 제어부(122)와, 구동 제어부(123)와, 토크 파형 작성부(124)와, 콘택트 위치 산출부(125)와, 판정부(126)와, 콘택트 위치 조정부(127)를 갖는다.
전압 제어부(122)는 직류 전원(48)의 전압을 제어한다. 구동 제어부(123)는 구동 기구(54)(모터(55))에 의한 리프트 핀(51)의 구동을 제어한다. 토크 파형 작성부(124)는 기판(W)을 척킹한 상태로 구동 기구(54)에 의해 리프트 핀(51)의 선단을 하단 위치에서 상단 위치까지 이동했을 때의 모터(55)의 토크의 시간 변화를 나타내는 파형(토크 파형)을 복수의 전압에 대해서 작성하는 기능을 갖는다. 콘택트 위치 산출부(125)는 토크 파형 작성부(124)에서 작성한 복수의 전압에 대해서 작성된 토크 파형으로부터 리프트 핀(51)의 콘택트 위치를 산출한다. 판정부(126)는 콘택트 위치 산출부(125)에서 산출된 리프트 핀(51)의 콘택트 위치가 적정한지 아닌지를 판정한다. 콘택트 위치 조정부(127)는 판정부(126)에서 리프트 핀(51)의 콘택트 위치가 적정이 아니라고 판정되었을 경우에, 리프트 핀(51)의 구동 기구(54)에 콘택트 위치를 적정 범위로 조정하는 지령을 발한다.
이상과 같이 구성되는 기판 처리 장치(1)에 있어서는, 게이트 밸브(14)를 개방하고, 진공 반송실의 반송 장치(모두 도시되지 않음)에 의해, 기판(W)을 처리 용기(10) 내에 반입한다. 이때, 리프트 핀(51)의 선단은 탑재면으로부터 상방으로 돌출한 상단 위치(Upper)에 위치되어 있고, 반송 장치에 보지된 기판(W)은 리프트 핀(51) 상에 주고 받아진다. 그리고, 리프트 핀(51)을 하강시키는 것에 의해 기판(W)이 기판 탑재대(40)의 탑재면에 탑재되고, 반송 장치는 처리 용기(10)로부터 퇴출하고 게이트 밸브(14)가 폐쇄된다. 그리고, 정전 척(46)의 전극(46a)에 직류 전원(48)으로부터 소망의 척 전압을 인가하는 것에 의해, 기판(W)이 정전 흡착된다.
그 다음에, 처리 용기(10) 내에 가스 도입 포트(11)로부터 스퍼터 가스를 도입하는 동시에, 배기 기구(12)에 의해 처리 용기(10) 내를 사전 결정된 진공 압력으로 제어하고 스퍼터 성막을 실행한다. 스퍼터 성막은 전원(33)으로부터 타겟 홀더(31)에 전압을 인가하고, 타겟(32)의 주위에서 해리한 스퍼터 가스 중의 이온을 타겟(32)에 충돌시키는 것에 의해 실행된다. 즉, 타겟(32)에 이온이 충돌하는 것에 의해, 스퍼터 입자가 방출되고, 스퍼터 입자가 기판(W)의 표면에 대해서 경사지게 입사되어서 기판(W) 상에 퇴적된다. 이때, 기판 탑재대(40)를 회전 기구에 의해 회전시키면서 스퍼터 성막을 실행하는 것에 의해, 보다 균일한 성막을 실행할 수 있다.
성막 처리가 종료 후, 가스 도입 포트(11)로부터 스퍼터 가스를 퍼지 가스로서 처리 용기(10) 내에 도입하여 처리 용기(10) 내를 퍼지한다. 그리고, 정전 척(46)의 척 전압을 오프로 하고, 박리 대전(강제 대전)을 실행하여 제전(除電)한 후, 리프트 핀(51)의 선단을 하단 위치(Lower)에서 상단 위치(Upper)로 상승시켜서, 기판(W)을 들어 올린다. 그 후, 게이트 밸브(14)를 개방하고, 진공 반송실의 반송 장치에 의해 리프트 핀(51) 상의 기판(W)을 수취하여, 처리 용기(10) 밖으로 반출한다.
<리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법>
다음에, 이상과 같은 기판 처리 장치에 있어서의 리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법에 대해서 설명한다.
일반적으로, 정전 척을 갖는 기판 탑재대에 있어서는, 기판을 반출할 때에, 정전 척의 척 전압을 오프로 하고 박리 대전을 실행해도, 이상 대전에 의해 기판이 정전 척으로부터 벗겨지지 않을 염려가 있다. 이러한 이상 대전이 생긴 상태로 리프트 핀이 감속하지 않고 기판에 콘택트하면, 기판의 균열이나 어긋남, 튐이 생길 가능성이 있다. 이 때문에, 리프트 핀의 Z축 구동 속도가 콘택트 위치에서 감속되도록 모터를 제어한다.
또한, 기판 처리 장치로서 본 실시형태와 같은 스퍼터 성막을 실행하는 경우, 기판 탑재대의 온도가 100K(-173℃)라고 하는 극저온으로부터 400℃ 정도의 고온까지의 처리가 있어서, 리프트 핀의 팽창·수축에 의해, 콘택트 위치가 변동한다. 또한, 장치 기기차나 메인터넌스시의 장치 오차에 의해서도 콘택트 위치가 변동한다. 이 때문에, 기판 탑재대의 온도를 변경할 때나, 신품시, 메인터넌스시 등에, 높이를 계측하는 지그를 이용하여, 콘택트 위치가 적정한지 아닌지의 확인과 적정하지 않은 경우의 조정(티칭)을 실행하고 있었다.
그렇지만, 이러한 티칭은 대기 상태 또한 실온 상태에서 실행되기 때문에, 특히 극저온이나 고온의 처리의 경우에는 리프트 핀의 팽창이나 수축을 예측하여 실행하지 못하고, 정확한 콘택트 위치를 알지 못했다. 이 때문에, 콘택트 위치에서 리프트 핀이 감속하지 않고 기판에 콘택트하는 것을 유효하게 방지하지 못하고, 기판의 균열이나 어긋남, 튐이 발생할 가능성이 여전히 존재하여 있었다.
또한, 특허문헌 1에서는, 제어부에 의해, 서보 모터의 모터 드라이버로부터의 출력 값(서보 모터에 있어서의 지령 펄스와 귀환 펄스의 차분(差分)인 누적 펄스, 또는 서보 모터에 있어서의 토크 값)을 감시한다. 그리고, 리프트 핀의 선단이 기판 탑재면에 탑재된 기판의 하면에 접촉하는 높이 위치를 검지하고, 그 높이 위치를 이용하여 리프트 핀의 높이 위치 조정을 실행하고 있다. 그러나, 인용 문헌 1의 기술에서는, 문턱 값의 설정의 방법이나, 정전 척에 의한 기판의 흡착력의 강약 등에 의해서, 리프트 핀과 기판의 접촉 위치가 어긋나버려서, 리프트 핀의 콘택트 위치의 검지 정밀도가 충분하지 않은 경우가 생긴다.
그래서, 본 실시형태에서는, 이러한 리프트 핀의 콘택트 위치(Contact)를, 기판(W)을 척 중에 리프트 핀(51)의 선단을 하단 위치(Lower)에서 상단 위치(Upper)로 이동시켰을 때의 모터(55)의 토크의 시간 변화를 나타내는 토크 파형을 이용하여 검지한다. 구체적으로는, 정전 척(46)의 전극(46a)에 인가하는 전압을 복수 변화시켜서 기판(W)을 척하고, 전압마다 이러한 토크 파형을 구하고, 그러한 파형으로부터 콘택트 위치(Contact)를 산출(검지)한다.
도 5는 기판 탑재 기구(60)에 있어서, 정전 척(46)의 전극(46a)에 인가하는 전압을 복수 변화시켜서 기판(W)을 척했을 때의 모터(55)의 토크 파형을 중첩하여 도시하는 도면이며, (a)가 전체도, (b)가 리프트 핀의 선단이 기판에 콘택트하는 근방 영역을 도시하는 확대도이다. 본 명세서에서는, 기판 탑재대(40)에 기판(W)을 탑재하여 정전 척(46)의 전극(46a)에, 400V, 600V, 800V, 1000V, 1300V를 인가했을 경우의 토크 파형을 나타내고 있다. 또한, 도 5에는, 모터(55)의 피드백 속도도 나타내고 있다.
도 5의 (a)에 도시되는 바와 같이, 벨로우즈(57)의 스프링력에 의해, 리프트 핀(51)의 선단이 하단 위치(Lower)에서 상단 위치(Upper)로 이동함에 따라, 전체적으로 토크 값이 저하되어 있다. 그리고, 도 5의 (b)에 도시되는 바와 같이, 도중까지는 모든 전압에 대해서 거의 동일한 토크 파형을 나타내지만, 리프트 핀(51)이 기판(W)에 콘택트한 시점(콘택트 포인트)으로부터 전압에 따라 토크 파형이 분기하여 있다. 또한, 토크 파형에는, 목시 가능한 기판(W)의 튐에 대응하는 편차가 나타나고 있다. 이로부터, 전극(46a)에 인가하는 전압에 의해, 실기기에 있어서 이상 대전이 생겼을 때의 대전 전압(척 전압)이 모니터 가능하다는 것을 알 수 있다.
도 6은 리프트 핀(51)의 재질이 Ti와 Al2O3의 경우에 있어서의 모터(55)의 토크 파형을 도시하는 것이며, (a)는 1300V의 전압을 인가하여 기판(W)을 척했을 경우, (b)는 전압을 인가하지 않은 경우이다. 본 도면에 도시되는 바와 같이, Ti와 Al2O3 중 어느 경우도, 전압을 인가한 (a)의 경우는, 콘택트 포인트에서 토크가 크게 저하하고, 그대로 토크가 저하되어 가지만, 어느 시점에서 토크가 급격하게 크게 변동한다. 마찬가지로, 전압을 인가하지 않은 (b)의 경우는, 토크의 큰 저하는 볼 수 없고, 토크의 급격한 변동도 볼 수 없다.
이는, 전극(46a)에 전압이 인가되면, 리프트 핀(51)이 콘택트한 후도 당분간은 기판(W)이 정전 척(46)에 부착되어 있고, 어느 시점에서 부착이 급격하게 개방되어서, 「튐」이 생기고 있는 것을 나타내고 있다. 전압이 인가되지 않은 경우는, 이러한 기판(W)의 부착이나 「튐」의 발생도 볼 수 없다. 즉, 리프트 핀의 재질에 관계없이, 정전 척(46)의 전극(46a)에 전압이 인가되는 것에 의한 기판(W)에 대한 척킹력에 의해, 콘택트 포인트 후는 토크의 큰 저하를 볼 수 있고, 척킹력이 개방된 시점에서 「튐」이 생기는 것을 알 수 있다.
도 7은 리프트 핀(51)의 재질이 Ti와 Al2O3의 경우에 있어서의, 정전 척(46)의 전극(46a)에 인가하는 전압을 복수 변화시켜서 기판(W)을 척했을 때의 콘택트 포인트에서의 전압과 토크의 관계를 도시하는 도면이다. 본 도면에 도시되는 바와 같이, 리프트 핀의 재질에 관계없이 전압이 증가함에 따라 토크가 저하하는 경향을 볼 수 있다. 이는 도 8에 도시되는 바와 같이, 전극(46a)의 전압, 즉, 대전 전압이 상승하면, 상향의 힘인 벨로우즈(57)의 스프링력에 대해서 하향의 힘인 척킹력이 커지기 때문이다. 또한, 도 7에서는, 리프트 핀(51)의 재질이 Ti인 경우쪽이 Al2O3의 경우보다 토크가 크고, 그 경향은 최대 전압의 2000V의 경우에 특히 크다. 이는, 리프트 핀(51)이 도전체인 Ti으로 하는 것에 의해 서전 효과가 발휘되고, 척킹력이 약해져서, 벨로우즈(57)의 스프링력에 의해 밀어 올리는 힘이 강해지기 때문이라고 추측된다.
이상으로부터, 콘택트 포인트에서 토크 파형의 분기가 생기는 것은, 리프트 핀(51)이 기판(W)에 콘택트했을 때에 인가 전압이 커져서 척킹력이 커질수록 모터(55)의 토크가 저하하기 때문인 것을 알 수 있다. 이와 같이, 리프트 핀(51)이 기판(W)에 콘택트하는 콘택트 포인트에서 전압에 따라 척킹력이 변화하고 토크 파형이 분기하므로, 실기기에 있어서 콘택트 포인트를 정확하게 검출할 수 있다.
그리고, 본 콘택트 포인트와 모터(55)의 피드백 속도로부터, 원점인 하단 위치를 기준으로서 정의되는 리프트 핀(51)의 선단의 콘택트 위치를 검지(산출)할 수 있다.
다음에, 본 실시형태에 따른 리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법의 공정에 대해서 개략적으로 설명한다. 도 9는 본 실시형태에 따른 리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법을 개략적으로 나타내는 공정도이다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 최초로, 기판 탑재대(40) 상에 기판(W)을 배치하고, 정전 척(46)의 전극(46a)에 전압을 인가하여 기판(W)을 척킹한 상태로 리프트 핀의 선단을 하단 위치에서 상단 위치로 이동시켰을 때의 토크 파형을, 복수의 전압에 대해서 작성한다(단계(S1)).
단계(S1)에서는, 토크 파형 작성부(124)에 있어서, 각 전압에 있어서의 리프트 핀의 선단을 하단 위치로부터 상단 위치로 이동시켰을 때의 모터(55)의 토크의 시간 변화를 나타내는 파형인 토크 파형으로서 작성한다.
그 다음에, 복수의 전압에 대해서 작성한 토크 파형을 중첩하여 콘택트 포인트를 구하고, 콘택트 포인트와 모터(55)의 피드백 속도로부터 리프트 핀(51)의 콘택트 위치를 산출한다(단계(S2)).
단계(S2)에서는, 콘택트 위치 산출부(125)에 의해, 도 5에 도시되는, 각 전압에 대해서 작성된 토크 파형을 중첩한 도면을 작성하여 토크 파형이 분산하는 시점을 콘택트 포인트로서 구하고, 콘택트 포인트와 리프트 핀(51)의 위치와 결부되어 있는 모터(55)의 피드백 속도로부터 콘택트 위치를 산출한다.
그 다음에, 산출된 콘택트 위치가 적정한 범위인지 아닌지를 판정한다(단계(S3)). 이때의 판정은 판정부(126)에 의해 이루어진다.
그 다음에, 콘택트 위치가 적정한 범위로부터 벗어나 있다고 판정되었을 경우에, 콘택트 위치를 자동 조정한다(단계(S4)). 콘택트 위치의 자동 조정은, 콘택트 위치 조정부(127)로부터의 지령에 의해 구동 기구(54)를 제어하여 리프트 핀(51)의 선단의 하단 위치를 조정하는 것에 의해 이루어진다.
이상의 단계(S1 내지 S4)에 의해, 리프트 핀(51)의 콘택트 위치를 자동으로 고정밀도로 조정할 수 있고, 극저온 처리나 고온 처리와 같이 리프트 핀(51)의 열팽창이 큰 경우에도 기판의 균열이나 어긋남, 튐을 극히 유효하게 방지할 수 있다. 또한, 이와 같이 콘택트 위치를 자동으로 고정밀도로 조정할 수 있으므로, 장치 기기차도 저감된다.
다음에, 본 실시형태에 따른 리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법을 보다 구체적으로 설명한다. 도 10은 본 실시형태에 따른 리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법을 나타내는 구체적인 플로우 차트이다.
우선, 리프트 핀(51)의 선단을 하단 위치(Lower)에 위치시키고(단계(S11)), 정전 척(46)의 전극(46a)에 전압을 인가한다(단계(S12)). 이에 의해 기판(W)이 흡착(척)된다. 이때, 설정된 복수의 전압 중 하나의 전압이 인가된다. 본 예에서는, 400V, 600V, 800V, 1000V, 1300V가 설정되고, 최초로 400V가 인가된다. 전압은 이 값으로 한정되지 않는다. 전압의 설정 수도 한정되는 것은 아니지만, 3개 이상이 바람직하다.
다음에, 모터(55)의 토크 측정을 개시하고(단계(S13)), 리프트 핀(51)의 선단을 상단 위치(Upper)까지 상승시킨다(단계(S14)). 그리고, 토크 측정을 종료하고(단계(S15)), 토크 파형을 작성하고(단계(S16)), 정전 척(46)의 전압을 오프로 한다(단계(S17)). 토크 파형의 작성은 제어부(70)의 토크 파형 작성부(124)에서 실행된다.
리프트 핀(51)의 선단을 하단 위치(Lower)로 되돌리고(단계(S18)), 다른 전압을 정전 척(46)의 전극(46a)에 인가하고, 마찬가지로 토크 측정 및 토크 파형 작성을 실행한다(단계(S13 내지 S18)). 이상의 동작을 모든 전압에 대해서 실행한다(단계(S19)). 이상의 일련의 동작은 도 9의 단계(S1)에 상당한다.
다음에, 각 전압의 토크 파형으로부터 콘택트 위치를 산출한다(단계(S20)). 단계(S20)는 도 9의 단계(S2)에 대응한다. 본 명세서에서는, 최초로, 상술한 바와 같이, 복수의 전압에 대해서 작성한 토크 파형을 중첩하여 콘택트 포인트를 구한다. 도 11 및 도 12는 복수의 전압에 대해서 작성한 토크 파형을 중첩하여 콘택트 포인트를 구한 예를 도시하는 도면이다. 도 11의 예에서는, 모터(55)의 속도가 감속하기 전에 리프트 핀(51)이 기판(W)에 콘택트하고 있고, 나쁜 튜닝(Bad tuning)의 예이다. 한편, 도 12의 예에서는, 모터(55)가 감속하고 나서 리프트 핀(51)이 기판에 콘택트하고 있고, 양호한 튜닝(Good tuninng)의 예이다.
콘택트 포인트를 구한 후의 콘택트 위치의 산출은 상술한 바와 같이, 콘택트 포인트와 모터(55)의 피드백 속도로부터 산출하지만, 그 산출 방법을 도 11 및 도 12에 각각 대응하는 도 13 및 도 14를 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 도 13 및 도 14에 있어서는, 편의상, 토크 파형은 전압이 400V, 800V, 1300V의 것만을 그리고 있다.
도 13의 (a)는 도 11와 마찬가지의 토크 파형을 중첩한 도면이며, (b)는 그것을 확대하는 동시에 모터(55)의 피드백 속도로부터 구한 리프트 핀(51)의 원점으로부터의 이동거리를 병기한 도면이다. (b)에 도시되는 바와 같이, 콘택트 포인트에서는 이동거리가 1.43㎜로 되어 있고, 콘택트 위치가 1.43㎜인 것을 알 수 있다.
도 14의 (a)는 도 12와 마찬가지의 토크 파형을 중첩한 도면이며, (b)는 그것을 확대하는 동시에 모터(55)의 피드백 속도로부터 구한 리프트 핀(51)의 원점으로부터의 이동거리를 병기한 도면이다. (b)에 도시되는 바와 같이, 콘택트 포인트에서는 이동거리가 1.95㎜로 되어 있고, 콘택트 위치가 1.95㎜인 것을 알 수 있다.
다음에, 콘택트 위치가 1.95㎜ 내지 2.00㎜의 범위인지 아닌지를 판정한다(단계(S21)). 상술한 바와 같이, 리프트 핀(51)의 기판(W)에의 콘택트는 도 13의 (a) 및 도 14의 (a)의 A로 나타내는 리프트 핀(51)의 모터가 감속하고 있는 영역에서 실행되는 것이 바람직하다. 본 명세서에서는, 콘택트 포인트가 영역(A) 내의 특정의 범위에 들어가도록, 콘택트 위치를 1.95㎜ 내지 2.00㎜의 범위로 한 예를 나타내고 있다. 단, 이 범위로 한정되는 것은 아니다.
단계(S21)에서 콘택트 위치가 1.95㎜ 내지 2.00㎜의 범위 내이면 조정할 필요는 없기 때문에 그대로 종료한다. 도 14의 튜닝에서는 콘택트 위치가 1.95㎜이기 때문에, 그대로 종료한다.
1.95㎜ 내지 2.00㎜의 범위로부터 벗어나는 경우, 1.95㎜ 미만이나 2.00㎜ 초과인지를 판정한다(단계(S22)). 1.95㎜ 미만의 경우는 부족분인 ΔX를 뺀 위치에서 원점 튜닝을 실행한다(단계(S23)). 즉, 원점을 ΔX만큼 하방으로 어긋나게 하여, 콘택트 위치가 원점에 대해서 ΔX만큼 길어지도록 한다. 도 13의 콘택트 위치가 1.43㎜인 경우, ΔX를 0.57㎜로 하고, 콘택트 위치가 원점으로부터 2.00㎜의 위치가 되도록 원점 튜닝을 실행한다. 한편, 2.00㎜ 초과인 경우는, 초과분인 ΔX를 더한 위치에서 원점 튜닝을 실행한다(단계(S24)). 즉, 원점을 ΔX만큼 상방으로 어긋나게 하여, 콘택트 위치가 원점에 대해서 ΔX만큼 짧아지도록 한다.
이상에 의해, 리프트 핀(51)의 콘택트 위치를 자동으로 고정밀도로 조정할 수 있다.
<다른 적용>
이상, 실시형태에 대해서 설명하였지만, 금회 개시된 실시형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 고려되어야 하는 것이다. 상기의 실시형태는 첨부의 특허청구범위 및 그 주지를 일탈하는 일 없이, 여러 가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.
예를 들어, 상기 실시형태에서는, 기판 처리로서 스퍼터 성막을 예를 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, CVD 성막 처리나 에칭 처리 등의 다른 처리여도 좋다.
1 : 기판 처리 장치
10 : 처리 용기
12 : 배기 기구
30 : 스퍼터 입자 방출부
32 : 타겟
40 : 기판 탑재대
46 : 정전 척
46a : 전극
48 : 직류 전원
50 : 기판 승강 기구
51 : 리프트 핀
54 : 구동 기구
55 : 모터
57 : 벨로우즈
60 : 기판 탑재 기구
70 : 제어부
121 : 기판 탑재 기구 제어부
122 : 전압 제어부
124 : 토크 파형 작성부
125 : 콘택트 위치 산출부
126 : 판정부
127 : 콘택트 위치 조정부
W : 기판

Claims (15)

  1. 기판을 정전 흡착하는 정전 척을 갖고, 기판을 탑재하는 기판 탑재대와, 상기 기판 탑재대의 기판 탑재면에 대해서 돌몰 가능하게 마련된 리프트 핀 및 상기 리프트 핀을 승강시키는 모터를 갖는 구동 기구를 구비하는 기판 승강 기구를 구비하는 기판 탑재 기구에 있어서, 상기 리프트 핀의 선단이 상기 기판에 콘택트하는 높이 위치인 콘택트 위치를 조정하는 리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법에 있어서,
    상기 기판 탑재대 상에 기판을 배치하고, 상기 정전 척의 전극에 전압을 인가하여 상기 기판을 척킹한 상태로, 상기 리프트 핀의 선단을 상기 기판 탑재면보다 하방의 하단 위치로부터 상기 기판 탑재면보다 상방의 상단 위치로 이동시킬 때의 상기 모터의 토크의 시간 변화를 나타내는 토크 파형을, 복수의 전압에 대해서 작성하는 것과,
    상기 복수의 토크 파형으로부터, 상기 리프트 핀이 상기 기판에 콘택트한 시점인 콘택트 포인트를 구하고, 상기 콘택트 포인트와 상기 모터의 속도로부터, 상기 콘택트 위치를 산출하는 것과,
    상기 콘택트 위치가 적정한 범위인지 아닌지를 판정하는 것과,
    상기 콘택트 위치가 적정한 범위로부터 벗어나 있다고 판정되었을 경우에, 상기 콘택트 위치를 자동 조정하는 것을 갖는
    리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 탑재 기구는 상기 리프트 핀에, 상방을 향하는 스프링력을 미치게 하는 스프링 부재를 갖는
    리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 콘택트 위치를 산출할 때에, 상기 복수의 전압에 대해서 작성된 상기 토크 파형을 중첩하여 상기 콘택트 포인트를 구하는
    리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 콘택트 포인트는 상기 복수의 전압의 각각에 대응하는 상기 토크 파형이 분기한 시점인
    리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 콘택트 위치는 상기 하단 위치를 원점으로 한 높이 위치로서 정의되고, 상기 콘택트 위치의 자동 조정은 상기 구동 기구를 제어하여 상기 하단 위치를 조정하는 것에 의해 이루어지는
    리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법.
  6. 기판을 정전 흡착하는 정전 척을 갖고, 기판을 탑재하는 기판 탑재대와, 상기 기판 탑재대의 기판 탑재면에 대해서 돌몰 가능하게 마련된 리프트 핀 및 상기 리프트 핀을 승강시키는 모터를 갖는 승강부를 갖는 기판 승강 기구를 구비하는 기판 탑재 기구에 있어서, 상기 리프트 핀의 선단이 상기 기판에 콘택트하는 높이 위치인 콘택트 위치를 검지하는 리프트 핀의 콘택트 위치 검지 방법에 있어서,
    상기 기판 탑재대 상에 기판을 배치하고, 상기 정전 척의 전극에 전압을 인가하여 상기 기판을 척킹한 상태로, 상기 리프트 핀의 선단을 상기 기판 탑재면보다 하방의 하단 위치로부터 상기 기판 탑재면보다 상방의 상단 위치로 이동시켰을 때의 상기 모터의 토크의 시간 변화를 나타내는 토크 파형을, 복수의 전압에 대해서 작성하는 것과,
    상기 복수의 토크 파형으로부터 상기 리프트 핀이 상기 기판에 콘택트한 시점인 콘택트 포인트를 구하고, 상기 콘택트 포인트와 상기 모터의 속도로부터, 상기 콘택트 위치를 산출하는 것을 갖는
    리프트 핀의 콘택트 위치 검지 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판 탑재 기구는 상기 리프트 핀에, 상방을 향하는 스프링력을 미치게 하는 스프링 부재를 갖는
    리프트 핀의 콘택트 위치 검지 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 콘택트 위치를 산출할 때에, 상기 복수의 전압에 대해서 작성된 상기 토크 파형을 중첩하여 상기 콘택트 포인트를 구하는
    리프트 핀의 콘택트 위치 검지 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 콘택트 포인트는 상기 복수의 전압의 각각에 대응하는 상기 토크 파형이 분기한 시점인
    리프트 핀의 콘택트 위치 검지 방법.
  10. 기판을 처리하는 기판 처리 장치의 처리 용기 내에서 기판을 탑재하는 기판 탑재 기구에 있어서,
    기판을 정전 흡착하는 정전 척을 갖고, 기판을 탑재하는 기판 탑재대와,
    상기 기판 탑재대의 기판 탑재면에 대해서 돌몰 가능하게 마련된 리프트 핀 및 상기 리프트 핀을 승강시키는 모터를 갖는 구동 기구를 구비하는 기판 승강 기구와,
    제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 기판 탑재대 상에 기판을 배치하고, 상기 정전 척의 전극에 전압을 인가하여 상기 기판을 척킹한 상태로, 상기 구동 기구에 의해 상기 리프트 핀의 선단을 상기 기판 탑재면보다 하방의 하단 위치로부터 상기 기판 탑재면보다 상방의 상단 위치로 이동시켰을 때의 상기 모터의 토크의 시간 변화를 나타내는 토크 파형을, 복수의 전압에 대해서 작성하는 토크 파형 작성부와,
    상기 복수의 토크 파형으로부터 상기 리프트 핀이 상기 기판에 콘택트한 시점인 콘택트 포인트를 구하고, 상기 콘택트 포인트와 상기 모터의 속도로부터, 상기 리프트 핀의 선단이 상기 기판에 콘택트하는 높이 위치인 콘택트 위치를 산출하는 콘택트 위치 산출부와,
    상기 콘택트 위치가 적정한 범위인지 아닌지를 판정하는 판정부와,
    상기 콘택트 위치가 적정한 범위로부터 벗어나 있다고 판정되었을 경우에, 상기 콘택트 위치를 자동 조정하는 콘택트 위치 조정부를 갖는
    기판 탑재 기구.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 리프트 핀에, 상방을 향하는 스프링력을 미치게 하는 스프링 부재를 더 구비하는
    기판 탑재 기구.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 콘택트 위치 산출부는 상기 콘택트 위치를 산출할 때에, 상기 복수의 전압에 대해서 작성된 상기 토크 파형을 중첩하여 상기 콘택트 포인트를 구하는
    기판 탑재 기구.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 콘택트 위치 산출부는 상기 복수의 전압의 각각에 대응하는 상기 토크 파형이 분기한 시점을 상기 콘택트 포인트로 하는
    기판 탑재 기구.
  14. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 콘택트 위치는 상기 하단 위치를 원점으로 한 높이 위치로서 정의되고, 상기 콘택트 위치 조정부는 상기 구동 기구를 제어하여 상기 하단 위치를 조정하는
    기판 탑재 기구.
  15. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는 타겟으로부터의 스퍼터 입자를 상기 기판에 퇴적시켜서 막을 형성하는 스퍼터 장치인
    기판 탑재 기구.
KR1020210136094A 2020-10-22 2021-10-13 리프트 핀의 콘택트 위치 조정 방법, 리프트 핀의 콘택트 위치 검지 방법, 및 기판 탑재 기구 KR102648457B1 (ko)

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