KR19980070164A - 기판온도제어법과 기판온도제어성 판정법 - Google Patents

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Abstract

기판처리장치로, He 가스 등의 전열가스 제어성을 향상시키고 기판온도 제어성을 향상시키는 기판온도제어법과, 기판과 기판배치면의 틈새 상태를 감시하여 기판온도제어상태를 판정하는 기판온도 제어성 판정법을 제공한다.
처리챔버내에서 기판홀더상에 고정된 기판을 처리하고, 기판을 처리하는 사이, 기판과 기판배치면 사이의 틈새에 He 가스를 흐르게 하고, 이 가스의 열전달특성으로 기판온도를 제어하여, 소요 온도로 기판을 냉각하는 플라즈마 처리장치의 기판온도제어법이고, 압력설정부(50a)에서 He 가스의 압력치를 미리 설정하고, 압력계(49)로 실제의 압력치를 측정하고, 압력제어밸브(46)로 측정압력치가 설정압력치와 같게 되도록 가스유량을 제어한다. 또, 기판온도제어성판정부(50b)로 가스유량을 감시함으로써 기판온도제어성을 판정한다.

Description

기판온도제어법과 기판온도제어성 판정법
본 발명은 기판처리장치의 기판온도제어법과 기판온도 제어성 판정법에 관한 것이고, 특히 기판을 정전흡착에 의하여 기판홀더에 고정하고, 기판과 기판홀더 사이에 기판냉각용 전열가스를 흘리는 기판처리장치에 사용되는 기판온도 제어법, 및 기판온도 제어상태의 판정법에 관한 것이다.
도 4 및 도 5에 따라 플라즈마 처리장치에서의 종래의 기판온도 제어법을 설명한다. 이 플라즈마 처리장치에서는 임의의 플라즈마원이 사용되고, 그 도시는 생략되어 있다. 101은 처리챔버로, 그 상부구조의 도시는 생략하고 있다. 처리챔버(101)의 하부에는 기판홀더(102)가 배치되고, 기판홀더(102)상에 기판(103)이 배치되어 있다. 기판(103)은 정전흡착 스테이지(104)에 의하여 고정된다. 기판홀더(101)는 바이어스 전극부(105)와, 정전흡착 스테이지(104)를 냉각하는 냉매를 순환시키는 순환부(106)로 이루어진다. 바이어스 전극부(105)에는 기판 바이어스 전극용 고주파전원(107), 직류전원(108)이 접속되어 있다.
기판(103)과 정전흡착 스테이지(104) 사이에는 틈새가 생긴다. 이 틈새에는 배관(109)에 의하여 불활성 가스, 예를 들면 헬륨가스(He 가스)가 공급된다. 이 He 가스는 기판(103)과 정전흡착 스테이지(104) 사이의 열전달특성을 높이고 기판(103)을 냉각하는 전열가스이다. 110은 종래의 헬륨압력제어장치, 111은 He 가스를 배기하는 배기펌프이다. 헬륨압력제어장치(110)와 배기펌프(111)에 의하여 상기 He 가스의 압력이 제어된다. 헬륨압력제어장치(110)는 헬륨압력제어부(112), 압력계(113), 매스플로컨트롤러(mass flow controller; 114), 밸브(115, 116) 및 바이패스밸브(117)로 이루어진다.
정전흡착력에 의하여 기판홀더(102)에 고정된 기판(103)은 플라즈마원에 의하여 생성된 플라즈마에 의하여 에칭처리된다. 이 처리의 경우, 바이어스전극부(105)에는 고주파전원(107)에서 고주파가 인가되어 기판(103) 표면에는 자기바이어스 전압이 발생한다. 직류전원(108)에서 직류(DC) 전압이 인가되고, 이 직류전압과 자기 바이어스 전압의 전위차에 의하여 정전흡착력이 발생되어 기판(103)이 고정된다.
다음에 He 가스압력의 제어법에 대하여 설명한다. He 가스의 압력제어는 헬륨압력제어부(112)에 의하여 행해진다. 헬륨압력제어부(112)는 매스플로컨트롤러(114)에 신호라인(118)을 통하여 설정유량치를 이송하고, 압력계(113)로부터 신호라인(119)으로 이송되는 측정압력치를 인식한다. 그리고, 헬륨압력제어부(112)는 측정압력치가 설정압력치로부터 벗어날 때, 신호라인(120)을 통하여 개폐신호를 이송하고, 바이패스밸브(117)를 개폐하여 He 가스압력을 제어한다.
더욱 도 5를 참조하여 상세히 설명한다. 기판(103)을 에칭처리하지 않을 때는 밸브(115)는 폐, 바이패스밸브(117)는 개, 밸브(116)는 폐로 한다. 더욱이, 매스플로컨트롤러(114)의 He 가스의 설정유량치를 0 sccm으로 하여 He 가스의 설정압력치를 0 Torr로 한다. 기판(103)을 에칭처리하는 중에 행하는 He 가스의 압력제어는 기판 바이어스 전극용 고주파전원(107)이 온(on)한 후에 개시된다. 이때 밸브(115)는 폐에서 개, 바이패스밸브(117)는 개에서 폐, 밸브(116)는 폐에서 개로 변환된다. 이 압력제어에서는 헬륨압력제어부(112)로부터 매스플로컨트롤러(114)에 대하여 He 가스 20 sccm의 설정유량치의 신호를 이송하고 He 가스압력을 설정압력치 15 Torr에 도달하게 한다.
이 압력제어에서는 He 가스의 측정압력치가 설정압력치에 도달한 후 He 가스를 흐르지 않게 한다. 기판(103)과 정전흡착 스테이지(104) 사이에서 처리챔버(101)의 내부공간에 He 가스가 소량, 예를 들면 약 0.5 sccm 정도 샌다. He 가스의 측정압력치는 설정압력치보다 낮다. 새는 양보다 He 가스를 약간 많이, 예를 들면 0.6 sccm 정도 흐르게 하여 He 가스의 측정압력치 저하를 방지한다. 설정압력치보다 예를 들면 5 Torr 높게 되면, 바이패스밸브(117)를 열고, 배기펌프(111)로 He 가스의 측정압력치가 설정압력치 15 Torr로 될 때까지 배기한다. 측정압력치가 설정압력치로 되면 다시 바이패스밸브(117)를 닫는다. 그 후는 고주파전원(107)을 오프(off)할 때까지, 도 5에 도시된 구간(121)의 동작을 반복하여 He 가스의 압력을 제어한다. 이 압력제어에서는, 고주파전원(107)이 오프로 되면 동시에 밸브(116)는 개로부터 폐, 바이패스밸브(117)는 폐로부터 개로 전환한다. 더욱 매스플로컨트롤러(114)의 설정유량치는 0 sccm, 설정압력치는 0 Torr로 한다. 기판(103)과 정전흡착 스테이지(104) 사이의 He 가스를 배기펌프(111)로 일정시간 배기하고, 그 후 밸브(115)를 개로부터 폐로 한다.
종래의 He 가스의 압력제어법에서는 도 5에 도시한 구간(121)에서 He 가스압력의 제어를 바이패스밸브(117)의 개폐만으로 행하고 있다. 그러나 바이패스밸브(117)의 개폐만으로 기판(103)과 정전흡착스테이지(104) 사이의 He 가스압력을 미(微)조정하는 것은 실제상 곤란하다. 설정압력치에 대하여 측정압력치 변화의 분산이 크게 된다. 그 결과, 기판(103)을 연속하여 에칭처리하였을 경우에, 기판 사이에서 기판온도의 분산이 생긴다. 이와 같은 기판온도의 분산은 기판 온도에 대하여 민감하게 변화하는 대 마스크 선택비나 대 하지(下地) 선택비에 있어서 기판 사이에서의 분산을 일으킨다. 결과로서 에칭형상의 반복재현성을 부족하게 한다. 이상이 제1의 문제이다.
에칭을 행하는 일반적인 플라즈마 처리장치에 있어서 대량의 기판의 에칭처리를 거듭하면 정전흡착 스테이지상에 에칭처리시의 부생성물이 부착하여 기판과 정전흡착 스테이지 사이의 흡착상태가 불충분하게 되고, 따라서 기판의 냉각이 불충분하게 되어 기판온도가 상승한다. 높은 온도에서 기판의 에칭처리가 행해지게 되면, 에칭형상의 반복재현성이 모자라는 문제가 생긴다. 이와 같은 문제는 기판과 정전흡착 스테이지 사이의 흡착상태가 나쁠때에는 연속하여 행해지는 에칭처리를 도중에 중지시키면, 높은 온도에서 에칭처리가 행해지는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 상기 종래의 플라즈마 처리장치에서는 기판과 정전흡착 스테이지 사이의 흡착상태가 좋은가 나쁜가를 판정하는 기구가 없었으므로, 높은 온도에서 기판에칭처리가 행해지는 것을 방지할 수 없었다. 이상이 제2의 문제이다.
상기의 각 문제는 기판처리장치에 일반적으로 일어나는 문제이다.
본 발명의 제1의 목적은 상기 제1의 문제를 해결하는데 있고, He 가스와 같은 전열가스의 제어성을 향상시키고, 기판온도의 제어성을 향상시킬 수 있는 기판처리장치의 기판온도 제어법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제2의 목적은 상기 제2의 문제를 해결함으로써, 기판과 기판홀더의 기판배치면의 틈새상태를 감시함으로써 전열가스를 이용한 기판온도제어의 상태를 판정할 수 있는 기판처리장치의 기판온도 제어성 판정법을 제공하는 것에 있다.
도 1은 본 발명의 대표적 실시형태인 플라즈마 처리장치의 기판온도제어를 도시하는 도면,
도 2는 도 1에 도시한 헬륨압력제어장치의 상세한 구성도,
도 3은 제어조작을 도시하는 타이밍차트,
도 4는 종래의 플라즈마 처리장치의 기판온도제어를 도시하는 도면,
도 5는 종래의 제어내용을 도시하는 타이밍차트.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
11 : 처리챔버 12 : 플라즈마 생성용 진공용기(생성용기)
13 : 플라즈마 확산용 진공용기(확산용기)
14 : 안테나 17 : 기판홀더
18 : 정전흡착 스테이지 19 : 기판
20 : 바이어스 전극부 21 : 순환부
32 : 헬륨압력제어장치 33 : 배기펌프
44, 45 : 밸브 46 : 압력제어밸브
48 : 바이패스밸브 49 : 압력계
50 : 헬륨압력제어부 50a : 압력설정부
50b : 기판온도 제어성 판정부
제 1의 본 발명에 관한 기판온도제어법은 상기 제1의 목적을 달성하기 위하여 기판과 기판홀더의 기판배치면 사이의 틈새에 흐르는 전열가스의 압력치를 측정하고, 전열가스의 측정압력치가 미리 설정한 압력치와 같게 되도록 전열가스의 유량을 제어하는 것을 특징으로 한다. 기판온도의 제어는 처리챔버내에서 기판홀더상에 고정된 기판을 처리하는 사이에, 기판과 기판홀더의 기판배치면 사이의 틈새에 흐르는 전열가스의 열전달특성에 의하여 행해진다. 이 기판온도 제어법을 실시하기 위하여, 장치구성으로서는 전열가스의 목표압력을 설정하는 수단(압력설정부)과, 상기 틈새에 도입되는 전열가스의 실제 압력을 측정하기 위한 수단(압력계)이 설치된다.
제1의 발명에서는 설정압력치와 측정압력치를 비교하여 그 차에 의거하여 그 차가 0이 되도록 전열가스의 유량을 제어한다. 측정압력치가 설정압력치에 급속히 접근하도록 제어가 행해져, 제어상 분산이 생기는 일없이 신속한 제어를 행한다.
상기의 본 발명에 관한 기판온도제어법은 바람직하게는 전열가스의 유로에 설치된 압력제어밸브가 압력설정부로부터 설정압력치의 신호를 입력하고 동시에 압력계로부터 측정압력치의 신호를 입력하고, 측정압력치가 설정압력치와 같게 되도록 전열가스의 유량을 제어한다.
상기의 본 발명에 관한 기판온도 제어법은 바람직하게는 상기 기판은 기판홀더에 포함되는 정전흡착 스테이지에 고정된다.
제2의 본 발명에 관한 기판온도제어성 판정법은 상기 제2의 목적을 달성하기 위하여 기판과 기판홀더의 기판배치면 사이의 틈새에 흐르는 전열가스의 압력치를 측정하고, 전열가스의 측정압력치가 미리 설정한 압력치와 같게 되도록 전열가스의 유량을 제어하고, 그리고 이 전열가스의 유량과 기준량의 비교에 의거하여 기판과 기판배치면 사이의 틈새의 상태를 판정한다.
상기의 발명에서는 전열가스의 유량을 제어하기 위하여 전열가스의 실제 유량에 관한 정보를 얻을 수 있다. 전열가스의 실제 유량은 기판과 기판배치면의 틈새로부터 새는 전열가스의 양, 즉 그 틈새의 크기에 의존하고 있다. 더욱 그 틈새의 크기는 기판홀더의 기판을 고정하는 상태에 의하여 결정된다. 검출한 전열가스의 실제 유량을 감시한다. 이것을 기준이 되는 전열가스의 유량과 비교함으로써 상기 틈새에서의 열전달특성의 상태, 즉 기판의 온도제어성의 상태를 판정하는 것이 가능하게 된다.
상기 본 발명의 기판온도 제어성 판정법은 바람직하게는 기판과 정전흡착 스테이지의 정전흡착상태를 판정함으로써 기판의 온도제어성을 판정한다.
발명의 실시형태
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부도면에 의거하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 기판처리장치의 대표적인 것을 도시하고, 도 2는 그 요부의 상세한 구조를 도시한다. 본 실시형태에 의한 기판처리장치는 플라즈마 처리장치이다. 플라즈마를 이용하여 기판을 에칭처리하거나 혹은 CVD 처리하는 것이다. 본 실시형태에 의한 플라즈마 처리장치에서는 헬리콘파 플라즈마원이 사용되고 있다.
도 1에 따라 플라즈마 처리장치를 설명한다. 처리챔버(11)는 플라즈마 생성용 진공용기(이하,「생성용기」라 함)(12)와, 플라즈마 확산용 진공용기(이하, 「확산용기」라 함)(13)로 구성되어 있다. 생성용기(12)는 확산용기(13)의 상벽에 배치되고, 이들 용기의 각 내부공간은 통하고 있다. 생성용기(12)의 외측주위에는 헬리콘여기용 안테나(14)가 배치되어 있다. 안테나(14)의 외측 주위에 자장발생용 전자석(14)이 배치된다. 안테나(14)는 플라즈마 생성용 고주파전원(16)에 접속되어 있다. 프로세스 가스도입기구(도시하지 않음)에 의하여 프로세스 가스를 공급한 생성용기(12)의 내부공간에 안테나(14)로 일정 전장에 의한 전력을 공급하면 플라즈마가 생성된다. 생성용기(12)에서의 플라즈마 분포는 전자석(15)으로 제어된다. 확산용기(13) 내부의 하측에는 기판홀더(17)가 배치된다. 기판홀더(17)상에는 정전흡착 스테이지(18)가 설치되고, 정전흡착 스테이지(18)상에 정전흡착력에 의하여 기판(19)이 고정된다. 기판(19)의 표면은 상방에 위치하는 생성용기(12)의 내부공간에 대향하고 있다. 생성용기(12)로 생성된 플라즈마는 확산용기(13)의 내부에 들어가고, 기판(19)상에 확산하고, 기판홀더(17)상에 고정된 기판(19)의 표면을 처리한다.
기판홀더(17)에는 바이어스 전극부(20)와, 이 바이어스 전극부(20)와 상기 정전흡착 스테이지(18)를 소망온도로 냉각하는 냉매를 순환시키는 순환부(21)가 설치된다. 기판홀더(17)에는 바이어스 전극부(20)에 바이어스 전압을 부여하는 고주파전원(RF)(22)과, 정전흡착 스테이지(18)로 기판(19)을 고정하는 정전흡착력을 발생시키기 위한 직류전원(DC)(23)이 접속되어 있다.
상기 플라즈마 처리장치에서는 기판처리시에 정전흡착 스테이지(18)상에 고정된 기판(19)의 온도를 제어(냉각)하기 위하여 기판과 정전흡착 스테이지간의 열전달특성을 제어한다. 이 열전달특성을 제어하기 위하여 기판과 정전흡착 스테이지 사이에 필요한 압력으로 헬륨가스(He 가스)가 흐르게 된다. 이 He 가스는 기판과 정전흡착 스테이지 사이의 전열가스로서 사용된다. He 가스의 압력은 헬륨압력제어장치(32)로 제어한다. He 가스는 배기펌프(33)로 배기된다. 기판(19)과 정전흡착 스테이지(18)의 틈새의 He 가스 공급과 그 틈새로부터의 He 가스 배기는 배관(31)을 통하여 행해진다. He 가스공급탱크의 도시는 생략되어 있다.
처리챔버(11)로 플라즈마 처리하기 위하여 처리챔버의 내부공간은 도시하지 않은 배기기구 및 압력제어기구에 의하여 도달압력까지 배기된다. 이와 같은 내부공간에 도시하지 않은 프로세스 가스도입기구 및 유량제어기구에 의하여 필요량의 프로세스 가스가 도입된다.
다음에 도 2에 따라 헬륨압력제어장치(32)의 상세한 설명을 한다. 배관(41)은 상기 배관(31)에 연결되고, 배관(42)은 배기펌프(33)에 연결되고, 배관(43)은 도시하지 않은 He 가스공급탱크에 연결되어 있다. 배관(41, 43)에는 각각 밸브(44, 45)가 설치되고, 더욱 배관(43)에는 밸브(44, 45) 사이에 압력제어밸브(46)가 설치되어 있다. 배기펌프(33)에 연결되는 배관(42)은 압력제어밸브(46)와 밸브(44) 사이의 배관부분(47)에 접속되어 있다. 배관부분(47)에는 배기시에 He 가스를 통과시키기 위한 바이패스밸브(48)가 설치되어 있다. 배관부분(47)에는 그 배관부분의 He 가스압력을 측정하는 압력계(49)가 설치되어 있다.
이와 같은 배관계에 대하여 헬륨압력제어부(50)가 구비된다. 헬륨압력제어부(50)는 압력설정부(50a)와 기판온도제어성판정부(50b)를 포함하고, 더욱 기타의 필요한 기능부분(예를 들면 밸브의 개폐제어)을 포함한다. 헬륨압력제어부(50)는 압력제어밸브(46)로부터의 He 가스의 유량에 관한 측정신호(51)를 입력함과 동시에 압력제어밸브(46)에 대하여 He 가스의 유량(He 가스의 압력치)에 관한 설정지령신호(52)를 출력한다. 압력제어밸브(46)는 압력계(49)로부터 He 가스의 유량(He 가스의 압력치)에 관한 측정신호(53)를 입력한다. 더욱 헬륨압력제어부(50)는 개폐지령신호(54, 55, 56)에 의거하여 밸브(44, 45)의 개폐동작, 및 바이패스밸브(48)의 개폐동작을 제어한다.
다음에, 상기 플라즈마 처리장치에 의한 기판처리동작을 설명한다.
생성용기(12)와 확산용기(13)의 내부는 배기기구에 의하여 배기되어, 도달압력까지 감압된다. 그후, 유량제어기구에 의하여 유량제어된 프로세스 가스가 상기의 각 용기(12, 13)에 도입된다. 압력제어기구에 의하여 용기내에서의 압력이 필요한 압력으로 되도록 제어된다.
다음에 고주파전원(16)에서 부여된 RF 전력이 헬리콘파 여기용 안테나(14)를 경유하여 생성용기(12)의 내부공간에 공급된다. 안테나(14)로 부여되는 전장에서 생성용기(12)내에 플라즈마가 생성된다. 생성된 플라즈마는 확산용기(13)로 확산한다.
다른 한편, 확산용기(13)에서는 도시하지 않은 반송기구로 반입된 기판(19)이 기판홀더(17)상에 고정되어 있다. 직류전원(23)에 의하여 바이어스 전극부(20)에 전압이 인가된다. 이로써 정전흡착력이 생성되어 기판(19)은 정전흡착 스테이지(18)상에 고정된다. 고주파전원(22)으로부터 바이어스 전극부(20)에 고주파전력이 부여되고, 기판(19)은 생성용기(12)로부터 확산하여 온 플라즈마로 에칭처리된다.
상기 에칭처리의 경우, 바이어스 전극부(20)와 정전흡착 스테이지(18)는 순환부(21)를 흐르는 냉매에 의하여 냉각되어, 소망온도로 제어된다. 배관(31)을 통하여 He 가스가 기판·정전흡착 스테이지간의 틈새에 공급되고 또는 이 틈새로부터 배기된다. 기판과 정전흡착 스테이지 사이에서 He 가스의 압력(유량)을 제어하는 것으로, 기판과 정전흡착 스테이지 사이에서 열전달특성을 제어한다. 이로써, 기판(19)의 온도가 정전흡착 스테이지(18)의 온도와의 관계로 소망의 온도로 제어된다.
다음에, 본 실시형태에 의한 He 가스 압력의 제어방법을 상기의 도 1 및 도 2, 그리고 도 3을 참조하여 설명하고, 겸하여 He 가스 압력의 제어방법에 의거한 기판온도제어법을 설명한다. 도 3은 He 가스압력의 제어내용을 도시하는 타이밍차트이다.
He 가스 압력의 제어는 상기 헬륨압력제어부(50)에 의하여 행해진다. 도 2에 도시된 바와 같이 헬륨압력제어부(50)는 그 압력설정부(50a)에 의하여 압력제어밸브(46)에 대하여 설정지령신호(52)를 부여한다. 이로써 설정압력치에 관한 데이터를 압력제어밸브(46)에 부여한다. 압력제어밸브(46)에는 압력계(49)로부터 측정신호(53)로서 측정압력치가 부여된다. 압력제어밸브(46)는 헬륨압력제어부(50)로부터 부여된 설정압력치와 압력계(49)로부터 부여된 측정압력치를 비교하여 측정압력치가 설정압력치와 같게 되도록 He 가스의 유량을 조정한다. 이와 같이 하여 He 가스압력의 제어를 행한다.
더욱 도 3을 참조하여 헬륨압력제어부(50)와 압력제어밸브(46)의 제어동작에 의거한 He 가스의 압력제어를 상술한다.
기판(19)을 에칭처리하지 않을 때에는 밸브(44, 45)는 폐로 되고, 바이패스밸브(48)는 개로 되고, 더욱이 압력제어밸브(46)의 설정압력치는 0 Torr 근처로 된다. 이때, 도입된 He 가스의 측정유량치는 거의 0 sccm이다.
기판(19)을 에칭처리할 때에는 기판 바이어스 전극용 고주파전원(22)이 온(변화 61)한 후에 헬륨압력제어부(50)에 의한 압력제어가 개시된다. 이 헬륨압력제어부(50)에 의한 압력제어에서는 밸브(44, 45)를 폐로부터 개로 전환(변화 62, 63), 바이패스밸브(48)를 개로부터 폐로 전환한다(변화 64). 더욱이 이 헬륨압력제어부(50)는 압력제어밸브(46)에 대하여 설정압력치, 예를 들면 15 Torr의 설정지령신호(52)를 부여한다. 이와 같은 압력제어가 행해지기 전의 상태에서는 측정압력치는 0 Torr이므로, 압력제어밸브(46)에서는 설정압력치와 측정압력치의 큰 차에 의거하여 큰 유량(예를 들면 약 100 sccm)의 He 가스를 흐르게 한다. 이로써 단시간(예를 들면 1초 이내)에 측정압력치를 설정압력치에 도달시키는 제어가 행해진다(65와 66의 상태). 압력계(49)로 얻어지는 측정압력치가 설정압력치에 점점 가까워짐에 따라, 압력제어밸브(46)는 설정압력치와 측정압력치의 차에 알맞도록 서서히 작은 유량의 He 가스를 흐르게 하여, 점근적으로 측정압력치가 설정압력치에 접근하도록 한다. He 가스를 도입한 후 충분한 시간(예를 들면 30초, 도 3에서는 기간 67)이 경과하면, 측정압력치가 설정압력치와 대략 같게 되도록 압력제어밸브(46)는 제어를 행한다. 이로써, He 가스는 일정한 유량치(예를 들면 약 0.5 sccm, 도 3의 상태 68)가 된다. 이 일정한 유량치는 기판(19)과 정전흡착 스테이지(18) 사이로부터 새는 He 가스의 새는 양에 상당한다. 그 후의 압력제어에서는 고주파전원(22)을 오프하는(변화 69) 사이까지 기판(19)과 정전흡착스테이지(18) 사이로부터 새는 He 가스의 새는 양에 상당하는 He 가스를 흐르게 한다. 이로써, 에칭처리 사이에 측정압력치와 설정압력치를 일치시키도록 유지한다.
고주파전원(22)이 오프되면, 대략 동시에 밸브(45)는 개로부터 폐로, 바이패스밸브(48)는 폐로부터 개로 변환한다. 또, 밸브(44)는 일정시간 개를 유지한 후에 폐로 된다. 이렇게 하여 다시 측정압력치는 0 Torr로 된다.
He 가스의 압력제어를 이용한 기판온도제어법에 의하면, He 가스의 측정압력치에서의 분산을 저감시켜 He 가스의 열전달특성을 이용한 기판의 온도제어를 신속하고도 안정하게 행할 수가 있다.
다음에 다시 도 1∼도 3을 참조하여 상기 플라즈마 처리장치에 의한 기판온도제어성 판정법이라는 관점에서 본 실시형태를 설명한다.
도 1 및 도 2의 압력제어계에 의하면, 에칭처리시에 있어서 기판(19)과 정전흡착스테이지(18) 사이의 He 가스의 새는 양은 압력제어밸브(46)로부터 이송되는 측정유량치에 관한 측정신호(51)에 의거하여 헬륨압력제어부(50)에서 추정할 수가 있다. He 가스의 새는 양은 기판(19)과 정전흡착스테이지(18) 사이의 흡착상태에 의존하여 결정한다. 기판과 정전흡착스테이지 사이의 흡착상태는 측정신호(51)로 얻어지는 측정유량치를 이용하여 감시할 수 있다. 이와 같은 흡착상태의 감시는 He 가스가 기판(19)과 정전흡착 스테이지(18) 사이에 도입된 후의 일정시간(예를 들면 30초)후로부터 행해진다. 이 감시에서는 He 가스의 측정유량치가 기판과 정전흡착 스테이지 사이로부터 새는 것으로 추정되는 양, 예를 들면 0.5 sccm 이하일 때에는 기판과 정전흡착스테이지의 흡착상태가 충분하고, 0.5 sccm보다 많을 때는 불충분하다고 판정한다. He 가스의 새는 양이 많을 때에는 기판이 정전흡착스테이지에 충분히 흡착하고 있지 않다. 기판의 온도제어가 불충분하게 되고, 기판(19)의 온도가 높아진다. 따라서 기판과 정전흡착상태의 감시를 통하여, 기판(19)의 온도제어성을 측정신호(51)에 의한 He 가스의 측정유량치를 이용하여 판정하는 것이 가능하게 된다. 이 판정은 헬륨압력제어부(50)의 기판온도제어성 판정부(50b)에 의하여 행해진다. 기판온도제어성 판정부(50b)는 측정신호(51)에 의거하여 측정유량치가 크면, 따라서 흡착상태가 불충분하다고 판단하였을 때에는, 에칭처리를 중지한다.
상기의 기판온도제어성판정법에 의하면 기판의 냉각이 불충분하고 정상온도보다 높은 온도에서 에칭처리되는 경우에 이를 중지하여, 기판의 에칭불량을 방지할 수가 있다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고 다른 형식의 플라즈마 처리장치에 일반적으로 이용할 수 있고, 또, 헬리콘파 플라즈마원 이외의 플라즈마원을 사용하는 것에도 이용할 수 있다. 더욱 기판냉각에 사용되는 가스도 He 가스에 한정되지 않고 다른 가스를 사용할 수도 있다.
이상의 설명에서 명백한 바와 같이 본 발명에 의하면 다음의 효과를 이룬다.
본 발명에 의한 기판온도제어법에 의하면, 전열가스의 설정압력치와 실제의 측정압력치를 비교하고, 측정압력치가 신속히 설정압력치와 같게 되도록 전열가스의 유량을 제어하도록 하였기 때문에, 전열가스 압력치의 제어가 향상된다. 따라서 전열가스의 열전달특성을 최적하게 유지할 수 있고 기판의 온도제어성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의한 기판온도제어성 판정법에 의하면, 기판과 기판홀더 사이의 틈새에 도입되는 전열가스의 유량을 감시하여 이것을 기준유량과 비교함으로써, 전열가스를 이용한 기판온도제어 상태의 양부를 판정할 수 있다.

Claims (5)

  1. 기판과 기판홀더의 기판배치면 사이의 틈새에 흐르는 전열가스의 압력치를 측정하고, 전열가스의 측정압력치가 미리 설정한 압력치와 같게 되도록 전열가스의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판온도제어법.
  2. 제 1 항에 있어서, 전열가스의 유로에 설치된 압력제어밸브가 압력설정부로부터 설정압력치의 신호를 입력하고 동시에 압력계로부터 측정압력치의 신호를 입력하고, 측정압력치가 설정압력치와 같게 되도록 전열가스의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판온도제어법.
  3. 제 1 항에 있어서, 기판은 기판홀더에 포함되는 정전흡착 스테이지에 고정되는 것을 특징으로 하는 기판온도제어법.
  4. 기판과 기판홀더의 기판배치면 사이의 틈새에 흐르는 전열가스의 압력치를 측정하고, 전열가스의 측정압력치가 미리 설정한 압력치와 같게 되도록 전열가스의 유량을 제어하고, 그리고 이 전열가스의 유량과 기준량의 비교에 의거하여 기판과 기판배치면 사이의 틈새 상태를 판정하는 것을 특징으로 하는 기판온도제어성 판정법.
  5. 제 4 항에 있어서, 기판과 정전흡착 스테이지의 정전흡착상태를 판정하는 것에 의하여 기판의 온도제어성을 판정하는 것을 특징으로 하는 기판온도제어성 판정법.
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