KR20200068288A - 기판처리장치 및 기판처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기판처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정중 기판의 박막두께 측정이 가능한 기판처리장치 및 기판처리방법에 관한 것이다.
본 발명은, 밀폐된 처리공간(S)을 형성하며, 기판처리면에 패턴이 형성되는 기판(1)의 기판처리를 수행하는 공정챔버(100)와; 공정챔버(100)에 설치되며, 기판(1)이 안착되는 기판안착면(210)이 형성되는 기판안착부(200)와; 공정챔버(100)에 구비되어, 기판처리 공정에 따라 표면에 박막이 형성되는 피측정부(300)와; 피측정부(300)의 박막두께를 측정하는 측정센서(340)와, 측정센서(340)를 통해 측정된 피측정부(300)의 박막두께를 통해 기판(1)의 박막두께를 산출하는 박막두께산출부를 포함하는 박막두께측정부를 포함하는 기판처리장치를 개시한다.

Description

기판처리장치 및 기판처리방법{Substrate processing apparatus and method of substrate processing}
본 발명은, 기판처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정중 기판의 박막두께 측정이 가능한 기판처리장치 및 기판처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체에서 사용하는 박막 제조방법으로는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법, PVD(Physical Vapor Deposition)법이 있으며, 이중 CVD법은 기체상태의 혼합물을 가열된 기판 표면에서 화학 반응시켜 생성물을 기판 표면에 증착시키는 기술이며, 최근에는 소자의 고집적화에 따라 기판처리면에 미세 선폭을 가지는 패턴이 요구되고 있다.
한편, 정밀한 기판처리를 위하여 박막의 두께를 측정하는 기술이 요구되는 바, 종래 박막의 두께를 측정하기 위하여 측정 대상막에 적외선 광을 조사하고 이에 따라 반사되는 광의 편광 상태 변화를 해석하여 박막의 두께를 측정하는 엘립소미터 등을 이용한 기판처리방법 등이 개시되었다.
그러나, 종래 엘립소미터, 광센서 등을 이용하는 패턴화된 박막두께 측정의 경우, 표면에 미세단차가 형성되어 반사각이 일정하지 않은 패턴화된 기판의 박막두께를 측정하기 어려운 문제점이 있다.
따라서 공정 중 박막의 두께를 실시간으로 측정하지 못하고, 공정 완료 후 별도의 두께 측정 계측기 등을 통해 두께를 측정해야 하는 바, 효율이 떨어지고 공정시간이 늘어나는 등의 문제점이 있다.
더 나아가, 공정 중 박막의 두께를 실시간으로 측정하지 못하므로, 박막두께의 이상에 따른 즉각 대응이 불가하여, 기판처리의 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 공정 중 실시간으로 박막의 두께를 측정할 수 있는 기판처리장치 및 기판처리방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 밀폐된 처리공간(S)을 형성하며, 기판처리면에 패턴이 형성되는 기판(1)의 기판처리를 수행하는 공정챔버(100)와; 상기 공정챔버(100)에 설치되며, 상기 기판(1)이 안착되는 기판안착면(210)이 형성되는 기판안착부(200)와; 상기 공정챔버(100)에 구비되어, 기판처리 공정에 따라 표면에 박막이 형성되는 피측정부(300)와; 상기 피측정부(300)의 박막두께를 측정하는 측정센서(340)와, 상기 측정센서(340)를 통해 측정된 상기 피측정부(300)의 박막두께를 통해 상기 기판(1)의 박막두께를 산출하는 박막두께산출부를 포함하는 박막두께측정부를 포함하는 기판처리장치를 개시한다.
상기 피측정부(300)는, 상기 기판안착면(210)의 가장자리에서 연장되어 형성되며, 적어도 일부의 박막두께가 상기 측정센서(340)를 통해 측정되는 가장자리부(310)일 수 있다.
상기 피측정부(300)는, 상기 기판안착면(210)의 가장자리에서 연장되어 형성되는 가장자리부(310)와, 상기 가장자리부(310)에 상기 기판(1)의 둘레를 따라서 구비되어 적어도 일부의 박막두께가 상기 측정센서(340)를 통해 측정되는 피측정링(320)일 수 있다.
상기 피측정부(300)는, 상기 기판안착면(210)의 가장자리에서 연장되어 형성되는 가장자리부(310)와, 상기 가장자리부(310)에 안착되는 적어도 하나의 피측정시편(330)일 수 있다.
상기 피측정시편(330)은, 상기 가장자리부(310)의 상부면에 형성되는 안착홈에 삽입될 수 있다.
상기 박막두께산출부는, 상기 피측정부(300)의 복수의 지점에 대해 측정된 박막두께들의 평균값을 상기 피측정부(300)의 박막두께로 산출할 수 있다.
상기 박막두께산출부는, 상기 기판(1)의 박막두께와 상기 피측정부(300)의 박막두께 사이의 상관관계를 통해 도출된 보정상수를 통해, 상기 측정센서(340)에 의해 측정된 상기 피측정부(300)의 박막두께로부터 상기 기판(1)의 박막두께를 산출할 수 있다.
상기 보정상수는, 단위 시간당 상기 기판(1)에 증착되는 박막두께 a1을 단위 시간당 상기 피측정부(300)에 증착되는 박막두께 a2로 나눈 a1/a2일 수 있다.
상기 보정상수는, 상기 피측정부(300)의 단위 박막두께까지의 도달시간 t2를 상기 기판(1)의 단위 박막두께까지의 도달시간 t1으로 나눈 t2/t1일 수 있다.
또한 본 발명은, 기판처리장치의 기판처리방법으로서, 상기 기판(1)에 대한 기판처리공정 수행 도중, 상기 측정센서(340)를 통해 상기 피측정부(300)의 박막두께를 측정하는 피측정부박막두께 측정단계(S200)와; 상기 피측정부박막두께 측정단계(S200)를 통해 측정된 상기 피측정부(300)의 박막두께를 통해 상기 기판(1)의 박막두께를 산출하는 기판박막두께 산출단계(S300)를 포함하는 기판처리방법을 개시한다.
상기 피측정부박막두께 측정단계(S200) 전에, 상기 기판(1)의 박막두께와 상기 피측정부(300)의 박막두께 사이의 상관관계를 통해 보정상수를 산출하는 보정상수 산출단계(S100)를 포함할 수 있다.
상기 보정상수 산출단계(S100)는, 미리 설정된 n(n은 1이상의 자연수)개의 증착시간 경과 시점의 상기 기판(1)의 박막두께와 상기 피측정부(300)의 박막두께를 각각 측정하는 제1측정단계(S110)와, 측정된 측정값들을 통해 상기 기판(1)의 단위 시간당 박막두께 a1과 상기 피측정부(300)의 단위 시간당 박막두께 a2를 산출하고, a1을 a2로 나눠 보정상수를 산출하는 제1산출단계(S120)를 포함할 수 있다.
상기 보정상수 산출단계(S100)는, 상기 기판(1)의 박막두께와 상기 피측정부(300)의 박막두께가 미리 설정된 n(n은 1이상의 자연수)개의 박막두께까지 각각 도달하는데 걸리는 시간들을 측정하는 제2측정단계(S130)와, 측정된 측정값들을 통해 상기 기판(1)의 단위 박막두께까지의 도달시간 t1과 상기 피측정부(300)의 단위 박막두께까지의 도달시간 t2를 산출하고, t2를 t1으로 나눠 보정상수를 산출하는 제2산출단계(S140)를 포함할 수 있다.
상기 기판박막두께 산출단계(S300)를 통해 산출된 상기 기판(1)의 박막두께를 토대로 상기 기판(1)의 기판처리공정에 따른 박막두께를 제어하는 박막두께 제어단계(S400)를 포함할 수 있다.
상기 박막두께 제어단계(S400)는, 증착시간, 공정가스 유량, 공정가스 종류, 플라즈마 세기, 공정압력 및 공정온도 중 적어도 하나를 조절하여 상기 기판(1)의 기판처리공정에 따른 박막두께를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법은, 공정 중 실시간으로 박막두께를 측정함으로써, 박막두께 이상 등의 상황 발생 시 즉각적으로 대응할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법은, 공정 중 실시간으로 박막두께를 측정할 수 있으므로, 종래 공정 완료 후 박막두께를 측정하여 추가 공정 등이 진행되는 문제가 없어, 기판처리의 효율이 증대되고 공정시간이 단축되는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법은, 비교적 간단한 방법으로 패턴화된 박막의 두께를 정밀하게 측정함으로써, 저비용으로 공정의 정밀도를 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 기판처리장치 중 2가지 피측정부의 실시형태를 함께 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2는, 도 1의 기판처리장치 중 기판지지부의 모습을 보여주는 평면도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 기판처리장치의 다른 실시예의 개략적인 모습을 보여주는 단면도이다.
도 4는, 도 3의 기판처리장치 중 기판지지부의 모습을 보여주는 평면도이다.
도 5는, 도 1의 기판처리장치를 이용한 기판처리방법을 보여주는 순서도이다.
도 6a 및 도 6b는, 도 5의 기판처리장치를 이용한 기판처리방법 중, 보정계수 산출단계의 예를 각각 보여주는 순서도들이다.
이하 본 발명에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 기판처리장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 밀폐된 처리공간(S)을 형성하며, 기판처리면에 패턴이 형성되는 기판(1)의 기판처리를 수행하는 공정챔버(100)와; 상기 공정챔버(100)에 설치되며, 상기 기판(1)이 안착되는 기판안착면(210)이 형성되는 기판안착부(200)와; 상기 공정챔버(100)에 구비되어, 기판처리 공정에 따라 표면에 박막이 형성되는 피측정부(300)와; 상기 피측정부(300)의 박막두께를 측정하는 측정센서(340)와, 상기 측정센서(340)를 통해 측정된 상기 피측정부(300)의 박막두께를 통해 상기 기판(1)의 박막두께를 산출하는 박막두께산출부를 포함하는 박막두께측정부를 포함한다.
또한 본 발명은, 기판안착부(200)의 상부에 설치되어, 공정수행을 위한 가스를 분사하는 샤워헤드조립체(10)를 포함할 수 있다.
본 발명의 처리대상인 기판(1)은, 증착, 식각 등 기판처리가 수행되는 구성으로서, 반도체 제조용기판, LCD 제조용기판, OLED 제조용기판, 태양전지 제조용기판, 투명 글라스기판 등 어떠한 기판도 가능하다.
특히, 상기 기판(1)은, 기판처리면에 미세 선폭을 가지는 패턴이 형성되는 구성이며, 이러한 기판(1)은, 박막의 두께를 측정하기 위하여 적외선 광센서 등이 사용되는 경우 패턴으로 인해 표면에 미세단차가 형성되어 반사각이 일정하지 않아, 박막두께를 직접 측정할 수 없는 문제점이 있다.
이에 본 발명은, 기판처리면에 패턴이 형성되는 기판(1)의 박막두께를 공정 진행도중 실시간으로 측정할 수 있는 기판처리장치를 개시한다.
상기 공정챔버(100)는, 밀폐된 처리공간(S)을 형성하며, 기판처리면에 패턴이 형성되는 기판(1)의 기판처리를 수행하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 공정챔버(100)는, 상측에 개구가 형성된 챔버본체(120)와, 챔버본체(120)의 개구에 탈착가능하게 결합되어, 챔버본체(120)와 함께 밀폐된 처리공간(S)을 형성하는 상부리드(110)를 포함할 수 있다.
상기 챔버본체(120)는, 일측에 기판(1)이 출입하는 하나 이상의 게이트(111)가 형성될 수 있으며, 상부리드(110)와 함께 기판처리가 수행되는 밀폐된 처리공간(S)을 형성할 수 있다.
또한 상기 챔버본체(120)는, 기판안착부(200) 및 피측정부(300) 등이 설치되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
상기 상부리드(110)는, 챔버본체(120)와 함께 밀폐된 처리공간(S)를 형성하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
상기 상부리드(110)는, 챔버본체(120)의 개구를 복개하여 챔버본체(120)와 함께 밀폐된 처리공간(S)을 형성하며, 절연부재(미도시)가 개재되어 샤워헤드조립체(10)가 관통되어 설치되도록 중앙부에 개구가 형성되는 등 다양한 형태가 가능하다.
한편 상기 상부리드(110)는, 후술하는 측정센서(340)의 적외선 광이 공정챔버(100) 내부로 통과되도록 뷰포트(112)가 형성될 수 있다.
상기 뷰포트(112)는, 측정센서(340)에서 조사되는 적외선 광이 공정챔버(100) 내부로 통과하도록 상부리드(110)에 형성되는 구성으로서, 적외선 광이 통과되는 구성이면 어떠한 구성도 가능하다.
상기 샤워헤드조립체(10)는, 기판안착부(200)의 상부에 설치되어, 기판처리를 위한 가스를 분사하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 샤워헤드조립체(10)는, 상부리드(110)를 관통하여 설치될 수 있으며, 상부리드(110)에 결합되어 설치될 수도 있다.
상기 기판안착부(200)는, 공정챔버(100)에 설치되며, 기판(1)이 안착되는 기판안착면(210)이 형성되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 기판안착부(200)는, 기판(1)이 안착되는 기판안착면(210)이 상부면에 형성되는 지지플레이트와, 지지플레이트의 하측에서 기판안착부(200)가 상하이동 가능하도록 설치되는 지지축(220)을 포함할 수 있다.
상기 기판안착부(200)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 게이트(111)를 통한 기판(1)의 도입 및 배출이 용이하도록 상하이동 가능하도록 설치될 수 있다.
또한 상기 기판안착부(200)는, 기판처리를 위하여 기판(1)을 가열하거나, 냉각하는 등 온도제어를 위하여 히터 등 온도제어부재가 추가로 설치되거나, 히터 그 자체일 수 있다.
즉, 상기 기판안착부(200)는, 열전도성, 전기절연성 열충격 저항성이 우수한 재질로 구성될 수 있으며, 보다 구체적으로는, 질화알루미늄(AlN) 소재가 사용되는 세라믹일 수 있다.
상기 지지플레이트는, 기판(1)이 안착되는 기판안착면(210)이 상부면에 형성되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 지지플레이트는, 기판(1)의 면적에 대응되는 크기의 기판안착면(210)이 상부면에 형성되고, 가장자리에 후술하는 피측정부(300)인 가장자리부(310)가 기판안착면(210)의 가장자리로부터 연장되어 형성될 수 있다.
기판안착면(210)의 가장자리로부터 연장되어 형성되는 가장자리부(310)에 대하여는 후술한다.
상기 기판안착면(210)은, 기판처리가 수행되되도록 기판(1)이 안착되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
상기 기판안착면(210)은, 가장자리에서 반경방향으로 연장되어 형성되는 가장자리부(310)에 비하여 단차를 가지고 낮게 형성되어, 기판(1)이 정위치에 위치하도록 할 수 있다.
상기 지지축(220)은, 외부의 상하구동부에 연결되어 상하이동 가능하게 설치될 수 있으며, 이를 통해 플레이트를 상하구동함으로써, 기판안착면(210)에 안착된 기판(1)을 상하구동할 수 있다.
한편, 상기 지지축(220)은, 외부의 회전구동부에 연결되어 회전 가능하게 설치될 수 있음은 또한 물론이다.
상기 피측정부(300)는, 공정챔버(100)에 구비되어, 기판처리 공정에 따라 표면에 박막이 형성되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 피측정부(300)는, 처리공간(S)에 설치되고, 기판처리공정의 수행에 따라 샤워헤드조립체(10)를 통해 분사되는 공정가스를 통해 표면에 박막이 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 피측정부(300)는, 측정센서(340)를 통해 박막두께가 측정될 수 있도록, 표면이 단차가 없고 매끈한 형태일 수 있다.
즉, 상기 피측정부(300)는, 측정센서(340)를 통해 입사되는 광 등의 반사각이 일정하여 박막두께가 측정될 수 있도록, 표면에 패턴 등 모양이 없는 민짜의 표면을 가질 수 있다.
또한, 상기 피측정부(300)는, 기판(1)에 형성되는 박막과 두께 및 형성시간이 유사할 수 있도록, 기판(1)과 동일한 실리콘재질일 수 있다.
더 나아가, 상기 피측정부(300)는, 표면에 박막이 형성될 수 있는 재질이면 어떠한 재질도 가능하며, 기판안착부(200)와 같이 AlN소재의 세라믹일 수 있다.
한편, 상기 피측정부(300)는, 다양한 실시예를 가질 수 있다.
일예로서, 상기 피측정부(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판안착면(210)의 가장자리에서 연장되어 형성되며, 적어도 일부의 박막두께가 측정센서(310)를 통해 측정되는 가장자리부(310)일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 가장자리부(310)는, 플레이트의 상부면에 형성되는 기판안착면(210)의 가장자리에서 반경방향으로 연장되어 형성되는 플레이트의 상부면 가장자리일 수 있다.
이 경우, 상기 가장자리부(310)는, 기판안착면(210)의 가장자리에서 단차를 가지고 연장되는 단차부분(311)과, 플레이트의 상부면 가장자리에서 수평하게 연장형성되는 피측정부분(312)을 포함할 수 있다.
상기 단차부분(311)은, 기판안착면(210)의 가장자리에서 반경방향으로 단차를 가지고 연장되는 구성으로서, 기판(1)이 기판안착면(210)의 정위치에 위치할 수 있도록 형성될 수 있다.
상기 피측정부분(312)은, 단차부분(311)으로부터 반경방향으로 연장형성되며, 수평으로 연장되어 기판처리 공정에 따라 표면에 박막이 형성될 수 있다.
이 경우, 측정센서(340)를 통해 공정진행 중 박막의 두께를 측정할 수 있도록, 표면에 패턴과 같은 모양없이 매끄럽게 형성될 수 있다.
한편, 다른 예로서 상기 피측정부(300)는, 기판안착면(210)의 가장자리에서 연장되어 형성되는 가장자리부(310)와, 가장자리부(310)에 기판(1)의 둘레를 따라서 설치되어 적어도 일부의 박막두께가 측정센서(310)를 통해 측정되는 피측정링(320)을 포함할 수 있다.
즉, 기판(1)의 가장자리에서 기판(1)의 둘레를 따라 설치되는 피측정링(320)에 형성되는 박막두께를 측정함으로써, 기판(1)의 박막두께를 측정할 수 있다.
상기 가장자리부(310)는, 전술한 바와 같으므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 피측정링(320)은, 가장자리부(310)에 기판(1)의 둘레를 따라서 설치되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 피측정링(320)은, 기판(1)의 둘레에 일체로 형성되며, 패턴화된 기판(1)과는 달리, 표면이 별도의 모양없이 매끈하게 처리된 구성일 수 있다.
한편, 상기 피측정링(320)은, 기판(1)의 둘레에 일체로 형성될 수 있으나, 기판(1)의 가장자리로부터 이격되어 기판(1)의 둘레를 따라서 가장자리부(310)에 설치될 수도 있다.
상기 피측정링(320)은, 후술하는 피측정시편(330)과는 달리, 기판(1)의 둘레를 따라서 설치되는 바, 대칭성이 유지되어 플라즈마에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
이로써, 상기 피측정링(320)은, 링형상의 표면 중 측정센서(340)에 대응되는 측정부분(A)에 형성되는 박막두께가 측정될 수 있다.
한편, 다른 예로서, 상기 피측정부(300)는, 기판안착면(210)의 가장자리에서 연장되어 형성되는 가장자리부(310)와, 가장자리부(310)에 안착되는 적어도 하나의 피측정시편(330)을 포함할 수 있다.
상기 피측정시편(330)은, 기판안착면(210)의 가장자리에서 연장되어 형성되는 가장자리부(310)에 안착되어, 기판처리에 따라 표면에 박막이 형성되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
이때, 측정센서(340)는 피측정시편(330)의 박막이 형성되는 표면의 일부 또는 전체인 측정부분(A)을 측정함으로써, 박막두께를 측정할 수 있다.
예를 들면, 상기 피측정시편(330)은, 전술한 피측정링(320)과 같이 실리콘 재질로서, 표면에 패턴 및 모양이 없이 매끈하게 구성될 수 있다.
상기 피측정시편(330)은, 복수개 설치될 수 있으며, 평면상 대칭을 이루도록 설치될 수 있다.
한편, 상기 피측정시편(330)은, 가장자리부(310)의 상부면에 형성되는 안착홈에 삽입되어 안착될 수 있으며, 이 경우, 상기 안착홈이 피측정시편(330)의 높이보다 깊게 형성됨으로써, 삽입된 피측정시편(330)이 가장자리부(310)의 상부면보다 낮게 위치할 수 있다.
이를 통해, 피측정시편(330)이 가장자리부(310)의 상부면에 안착되어 돌출되는 실시예에 비하여, 공정가스 흐름에 대한 저항정도가 적고, 처리공간(S) 내부의 대칭성이 유지되어, 플라즈마의 균일성이 저해되지 않는 이점이 있다.
상기 박막두께측정부는, 피측정부(300)의 박막두께를 통해 기판(1)의 박막두께를 측정하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 박막두께측정부는, 피측정부(300)의 박막두께를 측정하는 측정센서(340)와, 측정센서(340)를 통해 측정된 피측정부(300)의 박막두께를 통해 기판(1)의 박막두께를 산출하는 박막두께산출부를 포함할 수 있다.
상기 측정센서(340)는, 피측정부(300)의 박막두께를 측정하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 측정센서(340)는, 공정챔버(100)에 설치될 수 있으며, 보다 구체적으로는 챔버본체(120)의 내측면 또는 상부리드(110)에 설치됨으로써, 피측정부(300)의 박막두께를 측정할 수 있다.
한편, 다른 예로서 상기 측정센서(340)는, 샤워헤드조립체(10)의 일부로서 설치될 수도 있음은 또한 물론이다.
상기 측정센서(340)는, 피측정부(300)의 박막두께를 측정하는 구성이면 어떠한 구성도 가능하며, 예를 들면, 초음파 방식의 센서로서, 피측정부(300)의 표면을 향해 초음파 신호를 송출하고, 피측정부(300)의 표면에 의해 반사된 초음파 신호를 수신하여 피측정부(300) 표면의 박막두께를 측정할 수 있다.
한편, 다른 예로서 상기 측정센서(340)는, 광센서로서, 피측정부(300)의 표면을 향해 적외선 광을 조사하고 이에 따라 반사되는 광의 상태를 해석하여 박막의 두께를 측정할 수 있다.
이 경우, 반사되는 광의 편광 상태 변화를 해석하여 박막의 두께를 측정하는 엘립소미터 등이 이용될 수 있음은 또한 물론이다.
상기 박막두께산출부는, 측정센서(340)를 통해 측정된 피측정부(300)의 박막두께를 통해 기판(1)의 박막두께를 산출하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 박막두께산출부는, 측정센서(340)를 통해 측정된 피측정부(300)의 박막두께에 미리설정된 비율을 적용하여 기판(1)의 박막두께를 산출할 수 있으며, 다른 예로서 측정센서(340)를 통해 측정된 피측정부(300)의 박막두께를 기판(1)의 박막두께로 산출할 수도 있다.
보다 바람직하게 상기 박막두께산출부는, 기판(1)의 박막두께와 피측정부(300)의 박막두께 사이의 상관관계를 통해 도출된 보정상수를 통해, 측정센서(310)에 의해 측정된 피측정부(300)의 박막두께로부터 기판(1)의 박막두께를 산출할 수 있다.
즉, 박막두께산출부는, 기판(1)의 박막두께와 피측정부(300)의 박막두께 사이의 비를 통해 측정된 피측정부(300)의 박막두께로부터 기판(1)의 박막두께를 산출할 수 있다.
이때, 보정상수가 사용될 수 있으며, 상기 보정상수는 피측정부(300)의 박막두께를 통해 기판(1)의 박막두께를 산출할 수 있는 계수로서, 다양한 방법에 의해 결정될 수 있다.
예를 들면, 상기 보정상수는, 기판(1)의 단위 시간당 박막두께 a1을 피측정부(300)의 단위 시간당 박막두께 a2로 나눈 a1/a2일 수 있다.
즉, 상기 보정상수는, 기판(1)의 단위 시간인 1분당 형성되는 박막두께 a1을 피측정부(300)의 1분당 박막두께 a2로 나눈 a1/a2일 수 있다.
이 경우, 상기 박막두께산출부는, 측정센서(340)를 통해 측정된 피측정부(300)의 박막두께에 보정상수 a1/a2를 곱해 기판(1)의 박막두께를 산출할 수 있다.
한편 다른 예로서, 상기 보정상수는, 피측정부(300)의 단위 박막두께까지의 도달시간 t2를 기판(1)의 단위 박막두께까지의 도달시간 t1으로 나눈 t2/t1일 수 있다.
이 경우, 상기 보정상수는, 피측정부(300)의 미리 설정된 단위 박막두께인 1 Å(10^-10 m)에 도달하는 도달시간 t2를 기판(1)의 단위 박막두께인 1 Å(10^-10 m)까지 도달시간 t1으로 나눠 t2/t1로 결정할 수 있다.
이때 상기 박막두께산출부는, 측정센서(340)를 통해 측정된 피측정부(300)의 박막두께에 보정상수 t2/t1을 곱해 기판(1)의 박막두께를 산출할 수 있다.
한편, 전술한 보정상수의 결정방법은 단순한 예시일 뿐, 피측정부(300)의 박막두께와 기판(1)의 박막두께 사이의 상관관계를 이용하여 보정상수를 결정하는 어떠한 방법도 적용 가능하다.
또한 상기 박막두께산출부는, 피측정부(300)의 복수의 지점에 대해 측정된 박막두께들의 평균값을 피측정부(300)의 박막두께로 산출할 수 있다.
즉, 피측정부(300)의 복수의 지점에 대해 하나 이상의 측정센서(340)를 통해 각 지점에 대한 박막두께들을 측정하고, 측정된 박막두께들의 평균값을 피측정부(300)의 박막두께로 결정하여, 이를 토대로 기판(1)의 박막두께를 산출할 수 있다.
한편 이 과정에서, 평균값 뿐만 아니라 다른 통계값을 사용할 수 있음은 또한 물론이며, 하나의 측정센서(340)를 통해 각 지점에 대한 박막두께들을 측정하거나, 다수의 측정센서(340)들을 통해 복수의 지점에 대해 박막두께들을 측정할 수 있다.
또한, 측정시편(330)이 복수개인 경우, 각 측정시편(330)들의 박막두께를 측정하여 박막두께들의 평균값 또는 다른 유의미한 통계값을 피측정부(300)의 박막두께로 결정할 수도 있다.
이하 본 발명에 따른 기판처리장치의 기판처리방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(1)에 대한 기판처리공정 수행 도중, 측정센서(310)를 통해 피측정부(300)의 박막두께를 측정하는 피측정부박막두께 측정단계(S200)와; 피측정부박막두께 측정단계(S200)를 통해 측정된 피측정부(300)의 박막두께를 통해 기판(1)의 박막두께를 산출하는 기판박막두께 산출단계(S300)를 포함한다.
또한 본 발명은, 도 5에 도시된 바와 같이, 피측정부박막두께 측정단계(S200) 전에, 기판(1)의 박막두께와 피측정부(300)의 박막두께 사이의 상관관계를 통해 보정상수를 산출하는 보정상수 산출단계(S100)를 포함할 수 있다.
또한 본 발명은, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판박막두께 산출단계(S300)를 통해 산출된 기판(1)의 박막두께를 토대로 기판(1)의 기판처리공정에 따른 박막두께를 제어하는 박막두께 제어단계(S400)를 포함할 수 있다.
상기 박막두께 제어단계(S400)는, 기판박막두께 산출단계(S300)를 통해 산출된 기판(1)의 박막두께를 이용하여, 기판에 형성되는 박막두께를 기판처리공정 과정에서 실시간으로 조절하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
예를 들면, 상기 박막두께 제어단계(S400)는, 증착시간, 공정가스 유량, 공정가스 종류, 플라즈마 세기, 공정압력 및 공정온도 중 적어도 하나를 조절하여 기판(1)의 기판처리공정에 따른 박막두께를 제어할 수 있다.
즉, 박막두께 산출단계(S300)를 통해 기판(1)에 증착되는 박막의 두께가 예상치보다 얇은 경우, 증착시간을 늘리거나, 공정가스 유량을 증가시키는 등의 과정을 통해, 기판(1)의 박막두께를 조절할 수 있다,
상기 보정상수 산출단계(S100)는, 피측정부박막두께 측정단계(S200) 전에 수행되어, 기판(1)의 박막두께와 피측정부(300) 박막두께 사이의 상관관계를 통해 보정상수를 산출하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
예를 들면, 상기 보정상수 산출단계(S100)는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 미리 설정된 n(n은 1이상의 자연수)개의 증착시간 경과 시점의 상기 기판(1)의 박막두께와 상기 피측정부(300)의 박막두께를 각각 측정하는 제1측정단계(S110)와, 측, 측정된 측정값들을 통해 기판(1)의 단위 시간당 박막두께 a1과 피측정부(300)의 단위 시간당 박막두께 a2를 산출하고, a1을 a2로 나눠 보정상수를 산출하는 제1산출단계(S120)를 포함할 수 있다.
상기 제1측정단계(S110)는, 미리 설정된 n(n은 1이상의 자연수)개의 증착시간 경과 시점의 상기 기판(1)의 박막두께와 상기 피측정부(300)의 박막두께를 각각 측정하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
예를 들면, 상기 제1측정단계(S110)는, 공정수행 전, 기판처리 공정과 같은 환경인 온도 및 가스분사조건 하에서, 5개의 증착시간에 대하여, 각 증착시간 경과에 따른 기판(1)의 박막두께와 피측정부(300)의 박막두께를 각각 측정할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1측정단계(S110)는, 5분당 기판(1)의 박막두께와 피측정부(300)의 박막두께를 측정하는 과정을 5회 반복하여, 5분, 10분, 15분, 20분, 25분이 지난 시점에서의 기판(1)과 피측정부(300)의 박막두께를 각각 측정할 수 있다.
상기 제1산출단계(S120)는, 제1측정단계(S110)를 통해 측정된 측정값들을 통해 기판(1)의 단위 시간당 박막두께 a1과 피측정부(300)의 단위 시간당 박막두께 a2를 산출하고, a1을 a2로 나눠 보정상수를 산출하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
예를 들면, 상기 제1산출단계(S120)는, 제1측정단계(S110)를 통해 측정된 기판(1)의 시간에 따른 박막두께인 n개의 측정값들을 시간에 대한 박막두께의 함수로 정의하고, 단위 시간당 기판(1)의 박막두께를 의미하는 함수의 기울기를 a1으로 결정할 수 있다.
같은 방식으로, 제1측정단계(S110)를 통해 측정된 피측정부(300)의 시간에 따른 박막두께인 n개의 측정값들을 시간에 대한 박막두께의 함수로 정의하고, 단위 시간당 피측정부(300)의 박막두께를 의미하는 함수의 기울기를 a2로 결정할 수 있다.
한편, a1과 a2의 결정과정에서 측정된 측정값들의 평균 또는 중간값 등 다양한 통계값들이 이용될 수 있음은 또한 물론이다.
이로써 결정된 a1을 a2로 나눠 보정상수를 a1/a2로 결정할 수 있다.
한편 다른 예로서, 상기 보정상수 산출단계(S100)는, 기판(1)의 박막두께와 피측정부(300)의 박막두께가 미리 설정된 n개의 박막두께까지 각각 도달하는데 걸리는 시간들을 측정하는 제2측정단계(S130)와, 측정된 측정값들을 통해 기판(1)의 단위 박막두께까지의 도달시간 t1과 피측정부(300)의 단위 박막두께까지의 도달시간 t2를 산출하고, t2를 t1으로 나눠 보정상수를 산출하는 제2산출단계(S140)를 포함할 수 있다.
상기 제2측정단계(S130)는, 기판(1)의 박막두께와 피측정부(300)의 박막두께가 미리 설정된 n개의 박막두께까지 각각 도달하는 걸리는 시간들을 측정하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
예를 들면, 상기 제2측정단계(S130)는, 공정수행 전, 기판처리 공정과 같은 환경인 온도 및 가스분사조건 하에서, 특정 박막두께에 도달할 때까지 걸리는 시간을 각각 측정할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제2측정단계(S130)는, 기판(1)과 피측정부(300)의 박막두께가 500Å, 1000Å, 2000Å, 5000Å, 10000Å에 도달할 때까지 걸리는 시간을 각각 측정할 수 있다.
상기 제2산출단계(S140)는, 측정된 측정값들을 통해 기판(1)의 단위 박막두께까지의 도달시간 t1과 피측정부(300)의 단위 박막두께까지의 도달시간 t2를 산출하고, t2를 t1으로 나눠 보정상수를 산출하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
예를 들면, 상기 제2산출단계(S140)는, 제2측정단계(S130)를 통해 측정된 기판(1)의 특정박막두께에 도달하는데 걸리는 시간들인 n개의 측정값들을 박막두께에 대한 시간의 함수로 정의하고, 단위 박막두께당 기판(1)의 도달시간을 의미하는 함수의 기울기를 t1으로 결정할 수 있다.
같은 방식으로, 제2측정단계(S130)를 통해 측정된 피측정부(300)의 특정박막두께에 도달하는 걸리는 시간들인 n개의 측정값들을 박막두께에 대한 시간의 함수로 정의하고, 단위 박막두께당 피측정부(300)의 도달시간을 의미하는 함수의 기울기를 t2로 결정할 수 있다.
한편, t1과 t2의 결정과정에서 측정된 측정값들의 평균 또는 중간값 등 다양한 통계값들이 이용될 수 있음은 또한 물론이다.
이로써 결정된 t2를 t1으로 나눠 보정상수를 t2/t1로 결정할 수 있다.
상기 피측정부박막두께 측정단계(S200)는, 기판(1)에 대한 기판처리공정 수행 도중, 측정센서(310)를 통해 피측정부(300)의 박막두께를 측정하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
예를 들면, 상기 피측정부박막두께 측정단계(S200)는, 전술한 다양한 실시예에 따라 피측정부(300)의 표면에 형성되는 박막두께를 측정센서(340)를 통해 측정할 수 있다.
상기 기판박막두께 산출단계(S300)는, 피측정부박막두께 측정단계(S200)를 통해 측정된 피측정부(300)의 박막두께를 통해 기판(1)의 박막두께를 산출하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
예를 들면, 상기 기판박막두께 산출단계(S300)는, 피측정부박막두께 측정단계(S200)를 통해 측정된 피측정부(300)의 박막두께에 미리 결정된 보정상수를 적용하여 기판(1)의 박막두께를 산출할 수 있다.
한편, 다른 예로서 상기 기판박막두께 산출단계(S300)는, 피측정부(300)의 박막두께를 기판(1)의 박막두께로 그대로 적용하여 산출할 수도 있다.
한편, 도 1은, 피측정부(300)의 2가지 형태를 동시에 도시한 것으로서, 도시된 바와 같이, 가장자리부(310)에 증착된 박막두께를 직접 측정하는 실시예와, 피측정시편(330)을 안착시켜 박막두께를 측정하는 실시예를 함께 사용할 수도 있으나, 보다 바람직하게는 동종의 피측정부(300)를 이용하여 박막두께를 측정할 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
1: 기판 100: 공정챔버
200: 기판안착부 300: 피측정부

Claims (15)

  1. 밀폐된 처리공간(S)을 형성하며, 기판처리면에 패턴이 형성되는 기판(1)의 기판처리를 수행하는 공정챔버(100)와;
    상기 공정챔버(100)에 설치되며, 상기 기판(1)이 안착되는 기판안착면(210)이 형성되는 기판안착부(200)와;
    상기 공정챔버(100)에 구비되어, 기판처리 공정에 따라 표면에 박막이 형성되는 피측정부(300)와;
    상기 피측정부(300)의 박막두께를 측정하는 측정센서(340)와, 상기 측정센서(340)를 통해 측정된 상기 피측정부(300)의 박막두께를 통해 상기 기판(1)의 박막두께를 산출하는 박막두께산출부를 포함하는 박막두께측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 피측정부(300)는,
    상기 기판안착면(210)의 가장자리에서 연장되어 형성되며, 적어도 일부의 박막두께가 상기 측정센서(340)를 통해 측정되는 가장자리부(310)인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 피측정부(300)는,
    상기 기판안착면(210)의 가장자리에서 연장되어 형성되는 가장자리부(310)와, 상기 가장자리부(310)에 상기 기판(1)의 둘레를 따라서 구비되어 적어도 일부의 박막두께가 상기 측정센서(340)를 통해 측정되는 피측정링(320)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 피측정부(300)는,
    상기 기판안착면(210)의 가장자리에서 연장되어 형성되는 가장자리부(310)와, 상기 가장자리부(310)에 안착되는 적어도 하나의 피측정시편(330)인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 피측정시편(330)은,
    상기 가장자리부(310)의 상부면에 형성되는 안착홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 박막두께산출부는,
    상기 피측정부(300)의 복수의 지점에 대해 측정된 박막두께들의 평균값을 상기 피측정부(300)의 박막두께로 산출하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 박막두께산출부는,
    상기 기판(1)의 박막두께와 상기 피측정부(300)의 박막두께 사이의 상관관계를 통해 도출된 보정상수를 통해, 상기 측정센서(340)에 의해 측정된 상기 피측정부(300)의 박막두께로부터 상기 기판(1)의 박막두께를 산출하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 보정상수는,
    단위 시간당 상기 기판(1)에 증착되는 박막두께 a1을 단위 시간당 상기 피측정부(300)에 증착되는 박막두께 a2로 나눈 a1/a2인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 보정상수는,
    상기 피측정부(300)의 단위 박막두께까지의 도달시간 t2를 상기 기판(1)의 단위 박막두께까지의 도달시간 t1으로 나눈 t2/t1인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 따른 기판처리장치의 기판처리방법으로서,
    상기 기판(1)에 대한 기판처리공정 수행 도중, 상기 측정센서(340)를 통해 상기 피측정부(300)의 박막두께를 측정하는 피측정부박막두께 측정단계(S200)와;
    상기 피측정부박막두께 측정단계(S200)를 통해 측정된 상기 피측정부(300)의 박막두께를 통해 상기 기판(1)의 박막두께를 산출하는 기판박막두께 산출단계(S300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 피측정부박막두께 측정단계(S200) 전에, 상기 기판(1)의 박막두께와 상기 피측정부(300)의 박막두께 사이의 상관관계를 통해 보정상수를 산출하는 보정상수 산출단계(S100)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 보정상수 산출단계(S100)는,
    미리 설정된 n(n은 1이상의 자연수)개의 증착시간 경과 시점의 상기 기판(1)의 박막두께와 상기 피측정부(300)의 박막두께를 각각 측정하는 제1측정단계(S110)와, 측정된 측정값들을 통해 상기 기판(1)의 단위 시간당 박막두께 a1과 상기 피측정부(300)의 단위 시간당 박막두께 a2를 산출하고, a1을 a2로 나눠 보정상수를 산출하는 제1산출단계(S120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 보정상수 산출단계(S100)는,
    상기 기판(1)의 박막두께와 상기 피측정부(300)의 박막두께가 미리 설정된 n(n은 1이상의 자연수)개의 박막두께까지 각각 도달하는데 걸리는 시간들을 측정하는 제2측정단계(S130)와, 측정된 측정값들을 통해 상기 기판(1)의 단위 박막두께까지의 도달시간 t1과 상기 피측정부(300)의 단위 박막두께까지의 도달시간 t2를 산출하고, t2를 t1으로 나눠 보정상수를 산출하는 제2산출단계(S140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 기판박막두께 산출단계(S300)를 통해 산출된 상기 기판(1)의 박막두께를 토대로 상기 기판(1)의 기판처리공정에 따른 박막두께를 제어하는 박막두께 제어단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 박막두께 제어단계(S400)는,
    증착시간, 공정가스 유량, 공정가스 종류, 플라즈마 세기, 공정압력 및 공정온도 중 적어도 하나를 조절하여 상기 기판(1)의 기판처리공정에 따른 박막두께를 제어하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
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