KR20230062136A - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20230062136A
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박정훈
김정미
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세메스 주식회사
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Abstract

결로 발생을 정확하게 모니터링할 수 있는 기판 처리 장치를 제공된다. 상기 기판 처리 장치는 처리 공간을 포함하는 챔버; 상기 챔버 내에 설치되고 기판을 지지하고, 내부에 유로가 형성된 배치대; 상기 배치대 하부에 배치된 제1 공간; 상기 제1 공간을 관통하고 상기 유로에 연결에 연결되어, 상기 유로 내에 냉매를 공급하기 위한 제1 배관; 상기 제1 공간 내에 드라이 에어를 공급하는 에어 공급관; 상기 제1 공간 내의 다수의 위치에 설치된 다수의 제1 온도 센서; 상기 다수의 제1 온도 센서에 의해 센싱된 온도 신호를 기초로 상기 제1 공간 내에서 결로의 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 방법{Apparatus for processing substrate}
본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 또는 디스플레이 장치를 제조할 때에는, 식각, 사진, 애싱, 이온주입, 박막증착, 세정 등 다양한 공정이 실시된다. 여기서, 식각 공정은 플라즈마를 이용한 건식 식각과, 식각액을 이용한 습식 식각을 포함한다.
한편, 플라즈마를 이용한 건식 식각에서, 높은 종횡비(high aspect ratio)를 갖는 구조를 형성하거나 선택비(selectivity) 향상을 위해서, 기판의 온도는 낮게 제어할 필요가 있다. 예를 들어, 기판을 지지하는 배치대 내에 극저온의 냉매를 순환시켜서, 식각 공정 중에 기판의 온도를 극저온으로 유지시킬 수 있다.
그런데, 극저온의 냉매를 사용하게 되면, 전도에 의해서 여러 부품의 온도 하락이 발생하고, 그 중 외기에 노출되는 부분에는 결로가 발생될 수 있다. 결로는 장치 가동의 심각한 오류 및 부품 손상을 발생시킬 수 있다. .
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 결로 발생을 정확하게 모니터링할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 결로 발생을 정확하게 모니터링할 수 있는 기판 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 일 면(aspect)은, 처리 공간을 포함하는 챔버; 상기 챔버 내에 설치되고 기판을 지지하고, 내부에 유로가 형성된 배치대; 상기 배치대 하부에 배치된 제1 공간; 상기 제1 공간을 관통하고 상기 유로에 연결에 연결되어, 상기 유로 내에 냉매를 공급하기 위한 제1 배관; 상기 제1 공간 내에 드라이 에어를 공급하는 에어 공급관; 상기 제1 공간 내의 다수의 위치에 설치된 다수의 제1 온도 센서; 상기 다수의 제1 온도 센서에 의해 센싱된 온도 신호를 기초로 상기 제1 공간 내에서 결로의 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 다수의 제1 온도 센서에 의해 센싱된 온도 신호를 제공받고, 다수의 제1 온도 센서 중에서 온도 상승으로 판단되는 제1 온도 센서의 주변 영역에서 결로가 발생된 것으로 판단한다.
상기 제1 공간을 관통하고 상기 기판의 하면에 비활성 가스를 제공하는 제2 배관을 더 포함한다.
상기 배치대의 하부 전극은 내벽 부재에 의해 지지되고, 상기 내벽 부재는 받침대 상에 위치하고, 상기 제1 공간은 상기 받침대, 상기 내벽 부재 및 상기 배치대에 의해 둘러쌓여 형성된다. 상기 제1 공간 하부에 위치하고, 상기 받침대에 형성된 제1 개구부를 통해서 상기 제1 공간과 연통하는 제2 공간을 더 포함한다. 상기 제2 공간은 상기 챔버의 측벽에 형성된 제2 개구부에 연통하고, 상기 에어 공급관을 통해서 상기 제1 공간으로 제공된 드라이 에어는, 상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부를 통해서 외부로 배출된다. 또는, 상기 제2 공간 내의 다수의 위치에 설치된 다수의 제2 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 다수의 제2 온도 센서에 의해 센싱된 온도를 기초로 상기 제2 공간 내에서의 결로 발생 여부를 판단한다.
한편, 상기 처리 공간에서는 플라즈마 공정이 수행될 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 다른 면은, 다수의 벽에 의해 둘러쌓여 형성되고, 상기 다수의 벽 중 적어도 하나가 극저온에 노출되는 공간; 상기 공간 내에 드라이 에어를 공급하기 위한 인입구; 상기 공간으로 제공된 드라이 에어가 배기되기 위한 배기구; 상기 극저온에 노출되는 벽에 설치된 다수의 온도 센서; 및 상기 다수의 온도 센서에 의해 센싱된 온도 신호를 기초로 상기 공간 내에서 결로의 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 방법의 일 면은, 처리 공간을 포함하는 챔버; 상기 챔버 내에 설치되고 기판을 지지하고, 내부에 유로가 형성된 배치대; 상기 배치대 하부에 배치된 제1 공간; 상기 제1 공간을 관통하고 상기 유로에 연결에 연결되어, 상기 유로 내에 냉매를 공급하기 위한 제1 배관; 상기 제1 공간 내에 드라이 에어를 공급하는 에어 공급관; 상기 제1 공간 내의 다수의 위치에 설치된 다수의 제1 온도 센서를 포함하는 기판 처리 장치가 제공되고, 상기 다수의 제1 온도 센서에 의해 센싱된 다수의 온도 신호를 제공받고, 상기 다수의 온도 신호를 기초로, 상기 다수의 제1 온도 센서 중에서 온도 상승으로 판단되는 제1 온도 센서의 주변 영역에서 결로가 발생된 것으로 판단한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 기판 처리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 도 4의 챔버와 배치대의 위치 관계를 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 도 5의 A - A를 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 도 5의 B - B를 따라 절단한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 도 2 및 도 3은 도 1의 기판 처리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다. 도 3은 도 2의 결로 발생 영역을 확대하여 도시한 것이다.
우선 도 1을 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치 내에 공간(210)이 설치된다. 공간(210)은 도시된 것과 같이, 다수의 벽에 의해 둘러쌓여 형성된다. 다수의 벽은 측벽, 상측면 및 바닥면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다수의 벽 중 적어도 하나(예를 들어, 상측면)는 극저온에 노출되는 영역(220)을 포함할 수 있다.
인입구(211)은 공간(210) 내에 드라이 에어를 공급하기 위한 것이고, 예를 들어 공간(210)의 바닥면에 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 배기구(212)은 공간(210)으로 제공되었던 드라이 에어가 배기되기 위한 것이고, 예를 들어 공간(210)의 바닥면에 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 인입구(211)를 통해서 공급된 드라이 에어는 공간(210) 내에서 순환되고(도면부호 240 참고), 배기구(212)를 통해서 배기될 수 있다.
드라이 에어는 기판 처리 장치의 외부 공기보다 이슬점 온도가 낮은 저이슬점 기체의 일 예이다. 드라이 에어는 예를 들어, 기판 처리 장치가 설치된 공간(예를 들어, 클린룸) 내로 공급된 공기로부터 수분을 제거하여 생성될 수 있다. 공간(210) 내에서의 결로 발생을 줄이기 위해서, 공간(210) 내에 드라이 에어를 공급할 수 있다.
다수의 온도 센서(224a, 224b, 224c, 224d, 224e)가 극저온에 노출되는 벽(예를 들어, 상측면)에 설치될 수 있다. 더 구체적으로, 극저온에 노출되는 영역(220)에 설치될 수 있다.
제어부(60)는 다수의 온도 센서(224a, 224b, 224c, 224d, 224e)에 의해서 센싱된 온도 신호를 기초로, 공간(210) 내에서 결로의 발생 여부를 판단할 수 있다. 결로는 표면의 온도가 감소하면서 인접 대기(기체)의 포화 수증기량이 감소하여 일부 수증기가 표면에 응결되는 현상을 의미한다.
결로의 발생 여부는 표면 노출온도와 기체의 특성(노점온도)에 의해 결정된다. 여기서, 노점온도는 현재 수증기량이 포화되는 시점의 온도를 의미한다. 습도센서를 이용하여 공간 내의 노점온도를 측정/관리함으로써 결로 발생여부를 모니터링할 수 있으나, -70 ℃ 이하의 노점온도 측정이 가능한 습도센서는 고가이며, 부피가 크기 때문에 기판 처리 장치 내에 설치가 어렵다.
본 발명의 몇몇 실시예에서는, 극저온환경에서 사용가능하며 부피가 작아 설치가 용이한 다수의 온도센서(224a, 224b, 224c, 224d, 224e)를 이용하여 결로발생 여부를 판단한다. 다수의 온도센서(224a, 224b, 224c, 224d, 224e)를 극저온에 노출되는 영역(220)에 일정간격으로 설치하여, 실시간으로 온도변화를 관찰한다.
도 2에서와 같이, 공간(210)의 특정 영역(예를 들어, 극저온에 노출되는 영역(220))에서 ? 에어(wet air)가 분포할 수 있다(도면부호 C 참고). 이러한 경우 도 3에서와 같이, ? 에어가 극저온에 노출되는 영역(220) 부근에서 결로가 발생할 수 있다(도면부호 D 참고). 결로는 기체에서 고체로 상변화하는 것이므로, 발열 반응이다. 따라서, 결로가 발생되는 영역(220) 및 그 부근에서는 온도가 상승된다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치에서, 다수의 온도센서(224a, 224b, 224c, 224d, 224e)에서 센싱되는 온도 신호가 안정화된 상태에서, 어느 온도센서(예를 들어, 224a)에서 센싱되는 온도 신호가 상승하면, 제어부(60)는 상기 온도센서(224a)의 주변 영역에서 결로가 발생된 것으로 판단될 수 있다. 제어부(60)는 결로가 감지되면 상황에 따라 기판 처리 장치의 동작을 중단시키고, 결로 제거 공정을 진행할 수 있다.
공간(210)이 예를 들어 개방된 공간이라고 하더라도, 다수의 온도센서(224a, 224b, 224c, 224d, 224e)를 통해 해당 공간의 모니터링 정확성을 높일 수 있다. 습도센서는 특성상 부피가 상당히 크고 가격이 비싸기 때문에, 공간(210) 내에 다수의 습도센서를 설치하기 어렵다. 심지어, 본 발명의 몇몇 실시예에서는, 습도센서를 사용하지 않더라도 다수의 온도센서(224a, 224b, 224c, 224d, 224e)를 이용하여 결로를 감지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 도 5는 도 4의 챔버와 배치대의 위치 관계를 설명하기 위한 모식도이다. 도 6은 도 5의 A - A를 따라 절단한 단면도이다. 도 7은 도 5의 B - B를 따라 절단한 단면도이다. 도 4 내지 도 7은, 도 1 내지 도 3을 이용하여 설명한 결로 발생 모니터링 방법을 적용한 예이다.
우선 도 4를 참고하면, 기판 처리 장치(10)는, 예를 들어 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 에칭 장치일 수 있다. 기판 처리 장치(10)는, 예를 들어 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄에 의해 형성되고, 내부에 대략 원통 형상의 공간이 형성된 챔버(1)를 가진다. 챔버(1)는 보안 접지될 수 있다. 챔버(1)의 내측벽에 의해 형성된 대략 원통 형상의 공간의 중심축을 Z축이라 정의한다.
챔버(1)의 저부에는 대략 원통 형상의 배기구(83)가 형성되어 있다. 배기구(83)의 상방에는, 배치대(2)를 하방으로부터 지지하는 받침대(100)가 마련되어 있다. 받침대(100)는 챔버(1)의 내측벽으로부터 Z축에 가까워지는 방향으로 연신하는 다수의 지지빔(101)에 의해 지지되어 있다. 여기서, 각각의 지지빔(101)은, 챔버(1)의 내측벽으로부터, Z축을 향해 Z축과 직교하는 방향으로 연신하고 있다. 또한, 받침대(100) 및 각각의 지지빔(101)은 챔버(1)와 동일한 재료에 의해 구성될 수 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 기판 처리 장치(10)에서는, 배치대(2)에 배치된 기판(웨이퍼)(W)의 중심축과, 챔버(1)의 내측벽의 중심축과, 배치대(2)의 외측벽의 중심축과, 배기구(83)의 중심축은 실질적으로 일치한다. 배치대(2)는 받침대(100)에 의해 하방으로부터 지지되어 있으며, 받침대(100)는 예를 들어 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 챔버(1)의 내측벽으로부터 Z축에 가까워지는 방향으로 연신하는 다수의 지지빔(101)에 의해 지지되어 있다. 다수의 지지빔(101)은 챔버(1)의 내측벽으로부터, Z축에 직교하는 방향으로 연신하고 있다. 다수의 지지빔(101)은, 예를 들어 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, Z축에 대하여 축대칭으로 배치되어 있다. 즉, 다수의 지지빔(101)의 배치의 중심을 지나는 선은, Z축과 일치하고 있다. 또한 받침대(100)는, 예를 들어 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 3 개의 지지빔(101)에 의해 지지되어 있다. 3 개의 지지빔(101)은 Z축에 대하여 축대칭으로 배치되어 있기 때문에, Z축을 따르는 방향에서 봤을 경우, 이웃하는 2 개의 지지빔(101)은, Z축을 중심으로서 120 도의 각도를 이룰 수 있다.
배치대(2)의 주변에 형성된 배기로(86)는, 이웃하는 2 개의 지지빔(101)의 사이의 공간을 개재하여 받침대(100)의 하방의 배기 공간(85)에 연통하고 있다. 다수의 지지빔(101)은 Z축에 대하여 축대칭으로 배치되어 있기 때문에, 이웃하는 2 개의 지지빔(101)의 사이의 공간도, 예를 들어 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, Z축에 대하여 축대칭으로 형성되어 있다.
배치대(2)는 대략 원통 형상을 가지고 있으며, 배치대(2)의 외측벽의 중심축이 Z축에 일치하도록 챔버(1) 내에 배치되어 있다. 배치대(2)는 하부 전극(2a), 포커스링(5) 및 정전척(ESC)(6)을 가진다. 하부 전극(2a)은 예를 들어 알루미늄 등에 의해 대략 원통 형상으로 형성되어 있다.
하부 전극(2a)의 상면에는, 피처리체의 일례인 기판(W)을 정전기력으로 흡착 유지하는 정전척(6)이 마련되어 있다. 정전척(6)는 도전막으로 형성된 전극(6a)이 한 쌍의 절연층 또는 절연 시트로 개재된 구조를 가진다. 전극(6a)에는 전원 회로(11)가 전기적으로 접속되어 있다. 기판(W)은 대략 원형의 판상(plate)의 형상을 가지며, 중심축이 Z축에 일치하도록 정전척(6)의 상면(6b)에 배치된다. 그리고, 기판(W)은 전원 회로(11)로부터 공급된 직류 전압에 의해 발생한 정전기력에 의해 정전척(6)의 상면(6b)에 흡착 유지된다.
정전척(6)의 주위이며, 하부 전극(2a)의 상면에는, 정전척(6) 상의 기판(W)을 둘러싸도록, 예를 들어 단결정 실리콘 등으로 형성된 도전성의 포커스링(5)이 마련된다. 포커스링(5)에 의해, 기판(W)의 표면에 있어서, 에칭 등의 플라즈마 처리의 균일성이 향상된다. 하부 전극(2a) 및 포커스링(5)은 예를 들어 석영 등으로 구성된 대략 원통 형상의 내벽 부재(3a)에 의해 지지되어 있다. 또한, 하부 전극(2a)의 외측벽은 내벽 부재(3a)에 의해 덮여 있다.
하부 전극(2a)의 내부에는, 예를 들어 환상(環狀)의 유로(2b)가 형성되어 있다. 유로(2b)에는 외부에 마련된 도시하지 않은 칠러 유닛으로부터, 배관(2c, 2d)을 거쳐 실온보다 저온의 냉매가 순환 공급된다. 저온의 냉매는 배관(2c)을 통해 공급되고 유로(2b) 내를 순환하고, 배관(2d)를 통해서 배출된다. 유로(2b) 내를 순환하는 냉매에 의해, 하부 전극(2a), 포커스링(5) 및 정전척(6)의 온도가 제어되고, 정전척(6) 상의 기판(W)가 정해진 온도로 제어된다. 칠러 유닛으로부터 공급되는 냉매의 온도는, 예를 들어 0℃이하이다. 칠러 유닛으로부터 공급되는 냉매의 온도는, 예를 들어 -70℃여도 된다. 또한, 제어되는 기판(W)의 온도는 처리 조건에 의해 선택되고, 처리 중의 단계마다 상이한 온도가 선택되는 경우가 있다. 즉, 칠러 유닛으로부터 공급되는 냉매의 온도는 단계마다, 혹은 단계 중에 변경되어도 된다.
정전척(6)의 상면(6b)과 기판(W)의 하면과의 사이에는, 도시하지 않은 가스 공급 기구로부터, 비활성 가스(예를 들어 He)가 배관(제2 배관)(17)을 거쳐 공급된다.
전원 회로(11)는 직류 전원, 제1 고주파 전원, 제1 정합기, 제2 고주파 전원 및 제2 정합기를 가진다. 직류 전원으로부터 공급된 직류 전압은 정전척(6)의 전극(6a)에 인가된다. 제1 고주파 전원은 플라즈마의 발생에 이용되는 정해진 주파수(예를 들어 100 MHz)의 고주파 전력을 발생시킨다. 또한, 제2 고주파 전원은 이온의 인입(바이어스)에 이용되는 정해진 주파수의 고주파 전력으로서, 제1 고주파 전원이 발생시키는 고주파 전력의 주파수보다 낮은 주파수(예를 들어 13 MHz)의 고주파 전력을 발생시킨다. 제1 고주파 전원이 발생시킨 고주파 전력은 제1 정합기를 개재하여 하부 전극(2a)에 인가되고, 제2 고주파 전원이 발생시킨 고주파 전력은 제2 정합기를 개재하여 하부 전극(2a)에 인가된다.
배치대(2)의 주위에는, 배치대(2)를 둘러싸도록 배기로(86)가 마련되어 있다. 배기로(86) 내에는 다수의 관통홀을 가지는 배플판(72)이, 배치대(2)를 둘러싸도록 배치대(2)의 주위에 마련되어 있다. 배플판(72)은, 배기로(86)에 있어서, 정전척(6)보다 하방으로서, 지지빔(101)보다 상방의 위치에 배치되어 있다. 배기로(86)는 이웃하는 지지빔(101)의 사이의 공간에 있어서, 받침대(100)의 하방에 형성된 배기 공간(85)에 연통하고 있다.
배기구(83)는 챔버(1)의 저면에 대략 원형 형상으로 형성되며, 배기구(83)의 중심축은 Z축과 일치하고 있다. 배기구(83)에는 배기 장치(84)가 접속되어 있다. 배기 장치(84)는 예를 들어 터보분자 펌프(Turbomolecular Pump)등의 진공 펌프를 가지고 있어, 챔버(1) 내를 원하는 진공도까지 감압할 수 있다. 또한, 배기구(83)에는 APC(Automatic Pressure Control)(80)가 마련되어 있다. APC(80)는 덮개체(81) 및 지지봉(82)을 가진다. 덮개체(81)는 대략 원형의 판상체이며, 덮개체(81)의 중심축이 Z축과 일치하도록 배기구(83)의 상방에 배치되어 있다. 또한, 덮개체(81)는 배기구(83)의 개구면과 대략 평행이 되도록 배치되어 있다. 덮개체(81)의 직경은 배기구(83)의 개구의 직경보다 길다.
지지봉(82)은 덮개체(81)의 높이를 제어함으로써, 덮개체(81)와 배기구(83)의 주위의 챔버(1)의 면과의 사이에 형성되는 간극의 배기 컨덕턴스를 제어할 수 있다. 지지봉(82)에 의해 덮개체(81)의 높이를 제어함으로써, APC(80)는 챔버(1) 내의 압력을 정해진 범위의 압력으로 제어할 수 있다.
하부 전극(2a)의 하방에는, 내벽 부재(3a), 받침대(100) 및 배치대(2)로 둘러싸인 제1 공간(4a)이 형성되어 있다. 제1 공간(4a)에는 배관(2c), 배관(2d), 배관(17), 전원 회로(11)와 하부 전극(2a) 및 정전척(6)를 접속하는 배선 등이 배치된다. 배관(2c), 배관(2d), 배관(17)은 제1 공간(4a)을 관통하도록 배치된다. 또한, 제1 공간(4a) 내에는, 이 이외에도, 전원 회로(11)로부터 하부 전극(2a) 및 정전척(6)로 공급되는 전력에 있어서 불필요한 주파수의 성분을 제거하기 위한 필터 등이 배치된다. 또한, 제1 공간(4a)은 기판(W)의 반출 및 반입에 이용되는 푸셔 핀의 퇴피 공간으로서도 사용된다.
또한, 제1 공간(4a) 내에는 다수의 제1 온도 센서(24a)가 마련되어 있다. 다수의 제1 온도 센서(24a)가 제1 공간(4a) 내에 배치되어, 제1 공간(4a)의 다수의 영역의 온도를 측정한다.
배관(2c, 2d)을 진공 이중 배관으로 하는 것도 고려되지만, 진공 이중 배관은 통상의 배관보다 굵어지기 때문에, 배관(2c, 2d)을 배치하는 스페이스가 한정된 제1 공간(4a) 내에서는, 배관(2c, 2d)을 진공 이중 배관으로 하는 것도 어렵다. 이 때문에, 배관(2c, 2d)은 통상의 금속 배관 등으로 구성될 수 있다. 이 때문에, 냉매의 온도에 따라, 배관(2c, 2d)의 표면은 실온보다 저온이 된다. 배관(2d) 내에는, 하부 전극(2a)과의 열 교환에 의해, 배관(2c) 내를 흐르는 냉매보다 다소 온도가 상승한 냉매가 흐르지만, 실온보다는 낮은 냉매가 흐른다. 따라서, 제1 공간(4a)에서도 결로가 발생할 수 있다.
또한, 제1 공간(4a) 내에는 에어 공급관(20)을 거쳐 드라이 에어가 공급된다. 전술한 것과 같이, 드라이 에어는 기판 처리 장치(10)의 외부의 공기보다 이슬점 온도가 낮은 저이슬점 기체의 일례이다. 에어 공급관(20)을 거쳐 제1 공간(4a) 내로 공급되는 드라이 에어는, 드라이어(22)에 의해 생성된다. 드라이어(22)는, 예를 들어 중공사막 등을 이용하여, 기판 처리 장치(10)가 설치된 방(예를 들어 클린룸) 내로 공급된 공기로부터 수분을 제거함으로써, 드라이 에어를 생성한다. 센서(23)는 드라이어(22)에 의해 생성된 드라이 에어의 온도 및 습도를 측정한다. 드라이어(22)에 의해 생성되고 에어 공급관(20)을 거쳐 제1 공간(4a) 내로 공급되는 드라이 에어의 유량(Q)은, 유량 제어기(21)에 의해 제어된다. 또한, 드라이어(22)를 거치지 않고, 공장의 설비 또는 봄베로부터 이미 수분이 제거된 후의 공기가 드라이 에어로서 공급되어도 된다. 드라이 에어가 공장 설비로부터 공급되는 경우, 드라이 에어의 온도 및 습도는 센서(23)를 이용하지 않고, 공장 설비로부터 제공되는 드라이 에어의 온도 및 습도에 관한 정보를 이용해도 된다. 또한, 결로 방지가 목적인 경우, 수분과 기체와의 혼합비가 낮으면, 기체는 공기에 한정되지 않으며, 산소 또는 질소, 희가스 등의 불활성 가스여도 된다. 단, 인체에 대한 영향의 관점에서, 드라이 에어, 혹은, 기판 처리 장치(10)가 설치된 방(예를 들어 클린룸) 내로 공급된 공기에 포함되는 성분 중 수분을 제외한 기체의 성분의 비율이 대략 동일해지는 혼합비의 기체(예를 들어 질소 : 약 80 %, 산소 : 약 20 %)인 것이 바람직하다.
제1 공간(4a)의 하부에, 받침대(100) 및 지지빔(101)에는 내부에 제2 공간(4b)이 형성되어 있다. 제2 공간(4b)은 챔버(1)의 측벽에 형성된 개구에 연통하고 있다. 또한, 제2 공간(4b)은 받침대(100)의 상부에 형성된 제1 개구부(25)를 개재하여, 제1 공간(4a)과 연통하고 있다. 이 때문에, 에어 공급관(20)을 거쳐 제1 공간(4a)으로 공급된 드라이 에어는, 제1 개구부(25)를 거쳐 제2 공간(4b) 내로 흐르고, 챔버(1)의 측벽에 형성된 제2 개구부를 통해서 기판 처리 장치(10)의 외부로 배출된다.
배관(2c, 2d)의 일부는 제2 공간(4b) 내에 배치되어 있다. 배관(2c, 2d)의 일단은 기판 처리 장치(10)의 외부의 칠러 유닛에 접속되고, 배관(2c, 2d)의 타단은 접속부(26)를 개재하여 받침대(100)의 상부에 접속되어 있다. 접속부(26)는 예를 들어 배관의 플랜지이다. 배관(17)의 일부도, 제2 공간(4b) 내에 배치되어 있다. 배관(17)의 일단은 기판 처리 장치(10)의 외부의 가스 공급원에 접속되고, 배관(17)의 타단은 접속부(26)를 개재하여 받침대(100)의 상부에 접속되어 있다. 도 7의 예에서는, 배관(2c), 배관(2d) 및 배관(17)은 3 개의 지지빔(101) 중 하나의 지지빔(101)을 개재하여 챔버(1)의 외부의 장치에 접속되어 있지만, 각각이 어느 하나의 지지빔(101)을 개재하여 챔버(1)의 외부의 장치에 접속되어도 된다.
또한, 제2 공간(4b) 내에는 전원 회로(11)가 배치된다. 제2 공간(4b) 내에는 전원 회로(11) 이외에도, 푸셔 핀의 구동 기구, 전원 회로(11)로부터 하부 전극(2a) 및 정전척(6)에 공급되는 전력에 있어서 불필요한 주파수의 성분을 제거하기 위한 필터 등이 배치된다. 또한, 제2 공간(4b) 내에는 다수의 제2 온도 센서(24b)가 마련되어 있다. 다수의 온도 센서(24b)가 제2 공간(4b) 내에 배치되어, 제2 공간(4b)의 다수의 영역의 온도를 측정한다.
여기서, 제2 공간(4b)은 제1 공간(4a)보다 넓기 때문에, 배관(2c, 2d)으로서 진공 이중 배관을 이용할 수 있다. 하지만, 배관(2c, 2d)에 있어서, 받침대(100)의 상부에 접속되는 접속부(26)에 있어서는 단열 효과가 낮아진다. 이 때문에, 배관(2c, 2d)에 있어서, 접속부(26)의 표면은 냉매의 온도에 따라 실온보다 저온이 될 수 있다. 따라서, 제2 공간(4b)에서도 결로가 발생할 수 있다.
정전척(6)보다 상방의 챔버(1)의 측벽에는 개구(74)가 형성되어 있으며, 개구(74)는 게이트 밸브(G)에 의해 개폐된다. 또한, 챔버(1)의 내측벽 및 배치대(2)의 외측벽에는 퇴적물 실드(76 및 77)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 퇴적물 실드(76 및 77)는 챔버(1)의 내측벽에 퇴적물이 부착되는 것을 방지한다. 정전척(6) 상에 흡착 유지된 기판(W)와 대략 동일한 높이의 퇴적물 실드(76)의 위치에는, 직류적으로 그라운드에 접속된 도전성 부재(GND 블록)(79)가 마련되어 있다. GND 블록(79)에 의해, 챔버(1) 내의 이상 방전이 억제된다.
하부 전극(2a)의 상방에는 배치대(2)와 대향하도록 상부 전극(16)이 마련되어 있다. 하부 전극(2a)과 상부 전극(16)은 서로 대략 평행이 되도록 챔버(1) 내에 마련되어 있다. 이하에서는, 정전척(6) 상에 배치된 기판(W)와 상부 전극(16)의 하면과의 사이의 공간을 처리 공간(S)이라 부른다.
상부 전극(16)은 절연성 부재(45)를 개재하여, 챔버(1)의 상부에 지지되어 있다. 상부 전극(16)은 천판 지지부(16a) 및 상부 천판(16b)을 가진다. 천판 지지부(16a)는 예를 들어 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 등에 의해 형성되고, 그 하부에 상부 천판(16b)을 착탈 가능하게 지지한다. 상부 천판(16b)은 예를 들어 석영 등의 실리콘 함유 물질로 형성된다.
천판 지지부(16a)의 내부에는 가스 확산실(16c)이 마련되어 있다. 또한, 가스 확산실(16c)은 대략 원통 형상이며, 그 중심축은 Z축에 일치하고 있는 것이 바람직하다. 천판 지지부(16a)의 저부에는, 가스 확산실(16c)의 하부에 위치하도록, 다수의 가스 유통구(16e)가 형성되어 있다. 다수의 가스 유통구(16e)는 Z축을 중심으로서 동심원 형상으로 대략 균등한 간격으로 가스 확산실(16c)의 하부에 형성되어 있다.
상부 천판(16b)에는 상부 천판(16b)을 두께 방향으로 관통하도록 다수의 가스 유통구(16f)가 마련되어 있다. 다수의 가스 유통구(16f)는 Z축을 중심으로서 동심원 형상으로 대략 균등한 간격으로 상부 천판(16b)에 형성되어 있다. 하나의 가스 유통구(16f)는 상기한 가스 유통구(16e) 중 하나에 연통하고 있다. 가스 확산실(16c)로 공급된 처리 가스는, 다수의 가스 유통구(16e, 16f)를 거쳐 챔버(1) 내에 샤워 형상으로 확산되어 공급된다. 또한, 다수의 가스 유통구(16e, 16f)는, Z축을 중심으로서 동심원 형상으로 대략 균등한 간격으로 배치되어 있다. 이 때문에, 다수의 가스 유통구(16e, 16f)를 거쳐 챔버(1) 내로 공급되는 처리 가스는, Z축을 중심으로서 둘레 방향으로 대략 균일한 유량으로 처리 공간(S) 내로 공급된다.
또한, 천판 지지부(16a) 등에는, 도시하지 않은 히터, 또는 냉매를 순환시키기 위한 도시하지 않은 배관 등의 온도 조정 기구가 마련되어 있어, 기판(W)의 처리 중에 상부 전극(16)을 원하는 범위 내의 온도로 제어할 수 있도록 되어 있다.
상부 전극(16)의 천판 지지부(16a)에는, 가스 확산실(16c)로 처리 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(16g)가 마련되어 있다. 또한, 가스 도입구(16g)는 Z축이 가스 도입구(16g)의 중심축을 지나도록 배치되는 것이 바람직하다. 가스 도입구(16g)에는 배관(15b)의 일단이 접속되어 있다. 배관(15b)의 타단은 밸브(V) 및 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(15a)를 개재하여, 기판(W)의 처리에 이용되는 처리 가스를 공급하는 가스 공급원(15)에 접속되어 있다. 가스 공급원(15)으로부터 공급된 처리 가스는 배관(15b)을 거쳐 가스 확산실(16c)로 공급되고, 가스 유통구(16e, 16f)를 거쳐 챔버(1) 내에 샤워 형상으로 확산되어 공급된다.
처리 가스는 배치대(2) 상에 배치된 기판(W)의 중심을 지나는 Z축을 중심으로서 동심원 형상으로 대략 균등한 간격으로 상부 전극(16)에 형성된 다수의 가스 유통구(16e, 16f)를 거쳐 챔버(1) 내로 공급된다. 또한, 챔버(1)의 내측벽에 의해 형성된 대략 원통 형상의 공간의 중심축과, 배치대(2)의 중심축과, 배기구(83)의 중심축과, 다수의 지지빔(101)의 배치의 중심을 지나는 선은, Z축에 대략 일치하고 있다. 또한, 배치대(2)의 주변에 형성된 배기로(86)는, 이웃하는 2 개의 지지빔(101)의 사이에 Z축에 대하여 축대칭으로 형성된 공간을 개재하여 배기 공간(85)에 연통하고 있다. 이 때문에, 상부 전극(16)으로부터 공급되어 배기구(83)로부터 배기되는 가스의 흐름은, 배치대(2) 상에 배치된 기판(W)의 중심을 지나는 Z축에 대하여 축대칭이 된다. 이에 의해, 배치대(2) 상에 배치된 기판(W)의 둘레 방향에 있어서, 챔버(1) 내의 가스의 흐름의 편향을 줄일 수 있어, 기판(W)에 대한 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
상부 전극(16)에는 로우패스 필터(LPF)(40) 및 스위치(41)를 개재하여 음의 직류 전압을 출력하는 가변 직류 전원(42)이 전기적으로 접속되어 있다. 스위치(41)는 가변 직류 전원(42)으로부터 상부 전극(16)으로의 직류 전압의 인가 및 차단을 제어한다. 예를 들어, 전원 회로(11)으로부터 고주파 전력이 하부 전극(2a)에 인가되고, 챔버(1) 내의 처리 공간(S)에 플라즈마가 생성될 시에는, 필요에 따라 스위치(41)가 온이 되어 상부 전극(16)에 정해진 크기의 음의 직류 전압이 인가된다.
또한, 챔버(1)의 주위에는 동심원 형상으로 링 자석(90)이 배치되어 있다. 링 자석(90)은 상부 전극(16)과 배치대(2) 사이의 처리 공간(S) 내에 자기장을 형성한다. 링 자석(90)은 도시하지 않은 회전 기구에 의해 회전 가능하게 유지되어 있다. 또한, 기판 처리 장치(10)의 외부에는, 기판 처리 장치(10)가 설치된 방(예를 들어 클린룸) 내의 공기의 온도 및 습도를 측정하는 센서(27)가 마련되어 있다.
상기와 같이 구성된 기판 처리 장치(10)는, 제어부(60)에 의해 그 동작이 통괄적으로 제어된다. 제어부(60)는 프로세서, 메모리 및 입출력 인터페이스를 가진다. 메모리에는 프로세서에 의해 실행되는 프로그램, 및, 각 처리의 조건 등을 포함하는 레시피가 저장되어 있다. 프로세서는 메모리로부터 읽어낸 프로그램을 실행하고, 메모리 내에 기억된 레시피에 기초하여, 입출력 인터페이스를 개재하여 기판 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다. 기판 처리 장치(10)는 예를 들어 전원 회로(11), 스위치(41), 가변 직류 전원(42), 밸브(V), MFC(15a) 및 칠러 유닛 등을 제어한다. 또한 기판 처리 장치(10)는, 예를 들어 온도의 정보를 제1 온도 센서(24a) 및 제2 온도 센서(24b)로부터 각각 취득하고, 온도 및 습도의 정보를 센서(23) 및 센서(27)로부터 각각 취득한다. 그리고, 제어부(60)는 취득한 정보에 기초하여, 유량 제어기(21)를 제어함으로써, 에어 공급관(20)을 거쳐 제1 공간(4a) 내로 공급되는 드라이 에어의 유량을 제어한다.
기판 처리 장치(10)에 있어서 기판(W)에 플라즈마를 이용한 처리를 행하는 경우, 제어부(60)는 기판 처리 장치(10)에 대하여 이하의 제어를 행한다. 먼저, 제어부(60)는 정전척(6) 상에 기판(W)가 배치된 상태로, 밸브(V) 및 MFC(15a)를 제어하여, 가스 확산실(16c) 내로 정해진 유량의 처리 가스를 공급한다. 가스 확산실(16c)내로 공급된 처리 가스는 다수의 가스 유통구(16e, 16f)를 거쳐 챔버(1) 내에 샤워 형상으로 확산되어 공급된다. 또한, 제어부(60)는 배기 장치(84)를 가동시킨다. 그리고, 제어부(60)는 APC(80)를 제어하여 배기 컨덕턴스를 제어함으로써, 챔버(1) 내를 정해진 압력으로 제어한다.
그리고, 제어부(60)는 전원 회로(11)에 정해진 주파수의 고주파 전력을 발생시켜 하부 전극(2a)에 인가시키고, 또한 스위치(41)를 온으로 제어하여 상부 전극(16)에 직류 전압을 인가한다. 이에 의해, 정전척(6) 상의 기판(W)와 상부 전극(16) 사이의 처리 공간(S)에 처리 가스의 플라즈마가 생성된다. 그리고, 처리 공간(S)에 생성된 플라즈마에 포함되는 이온 또는 라디칼에 의해, 정전척(6) 상의 기판(W)에 에칭 등의 처리가 행해진다.
전술한 것과 같이, 제어부(60)는 다수의 제1 온도 센서(24a)에 의해 센싱된 온도 신호를 기초로, 제1 공간(4a) 내에서 결로의 발생 여부를 판단한다. 다수의 제1 온도 센서(24a)의 온도 신호가 안정된 상태에서, 적어도 하나의 온도 센서(예를 들어, 가장 왼쪽의 온도 센서)의 온도 신호가 다른 온도 센서의 온도 신호보다 커지면, 결로가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 다른 온도 신호보다 큰 온도 신호를 갖는 온도 센서 주변에 결로가 발생된 것으로 판단할 수 있다.
마찬가지로, 제어부(60)는 다수의 제2 온도 센서(24b)에 의해 센싱된 온도 신호를 기초로, 제2 공간(4b) 내에서 결로의 발생 여부를 판단한다. 다수의 제2 온도 센서(24b)의 온도 신호가 안정된 상태에서, 적어도 하나의 온도 센서(예를 들어, 가장 왼쪽의 온도 센서)의 온도 신호가 다른 온도 센서의 온도 신호보다 커지면, 결로가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
4a: 제1 공간 4b: 제2 공간
24a: 제1 온도 센서 24b: 제2 온도 센서
60: 제어부 210: 공간
211: 인입구 212: 배기구
220a, 220b, 220c, 220d, 220e : 온도 센서

Claims (10)

  1. 처리 공간을 포함하는 챔버;
    상기 챔버 내에 설치되고 기판을 지지하고, 내부에 유로가 형성된 배치대;
    상기 배치대 하부에 배치된 제1 공간;
    상기 제1 공간을 관통하고 상기 유로에 연결에 연결되어, 상기 유로 내에 냉매를 공급하기 위한 제1 배관;
    상기 제1 공간 내에 드라이 에어를 공급하는 에어 공급관;
    상기 제1 공간 내의 다수의 위치에 설치된 다수의 제1 온도 센서;
    상기 다수의 제1 온도 센서에 의해 센싱된 온도 신호를 기초로 상기 제1 공간 내에서 결로의 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함하는, 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 다수의 제1 온도 센서에 의해 센싱된 온도 신호를 제공받고, 다수의 제1 온도 센서 중에서 온도 상승으로 판단되는 제1 온도 센서의 주변 영역에서 결로가 발생된 것으로 판단하는, 기판 처리 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 공간을 관통하고 상기 기판의 하면에 비활성 가스를 제공하는 제2 배관을 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 배치대의 하부 전극은 내벽 부재에 의해 지지되고,
    상기 내벽 부재는 받침대 상에 위치하고,
    상기 제1 공간은 상기 받침대, 상기 내벽 부재 및 상기 배치대에 의해 둘러쌓여 형성되는, 기판 처리 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 공간 하부에 위치하고, 상기 받침대에 형성된 제1 개구부를 통해서 상기 제1 공간과 연통하는 제2 공간을 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제2 공간은 상기 챔버의 측벽에 형성된 제2 개구부에 연통하고,
    상기 에어 공급관을 통해서 상기 제1 공간으로 제공된 드라이 에어는, 상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부를 통해서 외부로 배출되는, 기판 처리 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제2 공간 내의 다수의 위치에 설치된 다수의 제2 온도 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 다수의 제2 온도 센서에 의해 센싱된 온도를 기초로 상기 제2 공간 내에서의 결로 발생 여부를 판단하는, 기판 처리 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 처리 공간에서는 플라즈마 공정이 수행되는, 기판 처리 장치.
  9. 다수의 벽에 의해 둘러쌓여 형성되고, 상기 다수의 벽 중 적어도 하나가 극저온에 노출되는 공간;
    상기 공간 내에 드라이 에어를 공급하기 위한 인입구;
    상기 공간으로 제공된 드라이 에어가 배기되기 위한 배기구;
    상기 극저온에 노출되는 벽에 설치된 다수의 온도 센서; 및
    상기 다수의 온도 센서에 의해 센싱된 온도 신호를 기초로 상기 공간 내에서 결로의 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함하는, 기판 처리 장치.
  10. 처리 공간을 포함하는 챔버; 상기 챔버 내에 설치되고 기판을 지지하고, 내부에 유로가 형성된 배치대; 상기 배치대 하부에 배치된 제1 공간; 상기 제1 공간을 관통하고 상기 유로에 연결에 연결되어, 상기 유로 내에 냉매를 공급하기 위한 제1 배관; 상기 제1 공간 내에 드라이 에어를 공급하는 에어 공급관; 상기 제1 공간 내의 다수의 위치에 설치된 다수의 제1 온도 센서를 포함하는 기판 처리 장치가 제공되고,
    상기 다수의 제1 온도 센서에 의해 센싱된 다수의 온도 신호를 제공받고,
    상기 다수의 온도 신호를 기초로, 상기 다수의 제1 온도 센서 중에서 온도 상승으로 판단되는 제1 온도 센서의 주변 영역에서 결로가 발생된 것으로 판단하는, 기판 처리 방법.
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