JP2006339637A

JP2006339637A - 基板処理装置

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Publication number: JP2006339637A
Application number: JP2006141795A
Authority: JP
Inventors: Yasumitsu Tomita; 泰光富田; Yutaka Unno; 豊海野
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2026-05-22
Also published as: KR100787082B1; CN100433249C; US7560668B2; JP4672597B2; CN1881529A; TW200701387A; TWI307542B; EP1729328A1; EP1729328B1; US20060280875A1; KR20060125531A

Abstract

【課題】給電部材が発熱した場合に周辺部材の損傷を軽減することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置１００は、電圧が印加される抵抗発熱体２２及び高周波電極２１と、これらの抵抗発熱体２２及び高周波電極２１に電力を供給する抵抗発熱体用給電部材１６及び高周波電極用給電部材１１と、これらの給電部材１１，１６の周囲に近接して配置された周辺部材１４と、給電部材１１，１６と周辺部材１４との間に配置され、少なくとも２５０℃よりも高い温度に対する耐熱性を有する断熱材１２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板（シリンコンウエハー）に処理を施す基板処理装置に関する。

従来、半導体の製造工程や液晶の製造工程では、基板処理装置が用いられている。この基板処理装置は、セラミック基体の保持面に基板を載置して、該基板に加熱等の処理を施す装置であり、プラズマ発生装置として作用するものもある。

プラズマ発生装置と兼用する場合には、ＲＦ電極（高周波電極）と該ＲＦ電極に高周波電流を供給するＲＦ電極用給電部材（例えば、金属導体であるＮｉロッド）とが設けられる（例えば、特許文献１参照）。

この給電部材に高周波電圧を印加すると、表皮効果により、給電部材の表層部（例えば、給電部材の外周面から数μｍ〜数十μｍの深さ範囲）に電流が集中して流れ、径方向中央部にはほとんど電流が流れなくなる。

給電部材の抵抗は、以下の（１）式で表されるが、前述したように、表皮効果により給電部材の径方向中央部は電流がほとんど流れないため、見かけ上の断面積Ｓが減少する結果、抵抗Ｒが上昇してしまう。

（１）Ｒ＝Ｌ／σＳ（Ｒ：抵抗、Ｌ：給電体の長さ、σ：導電率、Ｓ：断面積）
一方、給電部材の発熱量は、以下の（２）式で表されるが、抵抗Ｒが上昇すると発熱量も増加することになる。

（２）Ｗ＝ＲＩ^２（Ｗ：発熱量、Ｒ：抵抗、Ｉ：電流）
このように、給電部材に高周波電圧を印加すると、表皮効果によって給電部材の発熱量が増加するという問題があった。

ここで、基板処理装置に配設されている周辺部材には、複雑な形状を有する部品が多いため、加工性が良好で、絶縁性にも優れた樹脂からなる部品が使用される場合が多い。しかし、樹脂からなる周辺部材は、比較的に耐熱性が低いため、高温の給電部材によって損傷を受けるおそれがあった。以下、具体的に説明する。

樹脂の中でも耐熱性が高いといわれている耐熱樹脂の場合であっても、耐熱温度は、２５０℃程度である。そのため、基板処理装置の電極に給電部材を介して高周波電流や交流の大電力が供給されると、給電部材の温度は、２５０℃以上に達し、樹脂からなる周辺部品が損傷を受けるおそれがあった。

また、基板処理装置においては、抵抗発熱体及び該抵抗発熱体へ電圧を供給する抵抗発熱体用給電部材が設けられているものがあり、この給電部材は、抵抗発熱体に直接接続されている。そのため、基板処理装置を高温に加熱した際、熱伝導により給電部材も高温になり、樹脂等からなる周辺部材が損傷を起こすおそれがあった。

この損傷を防止するために、周辺部材の材料として、耐熱性を有して熱変形を起こしにくいセラミック等を採用することも考えられる。しかし、セラミックは、加工しにくいため、複雑な形状にすることが難しく、また、高価であるため、採用することが困難であった。
特開平１１−２６１９２号公報

そこで、本発明の目的は、給電部材が発熱した場合に周辺部材の損傷を軽減することができる基板処理装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係る基板処理装置は、被給電部材を有する基体と、前記被給電部材に電圧を印加する給電部材と、該給電部材に近接して配置された周辺部材と、前記給電部材と前記周辺部材との間に配置され、少なくとも２５０℃よりも高い温度に対する耐熱性を有する断熱材とを備えている。

本発明に係る基板処理装置には断熱材が設けられているため、該断熱材によって、給電部材が発熱した際に周辺部材への熱伝達を低減でき、周辺部材の熱による損傷を大幅に軽減することができる。また、断熱材は、少なくとも２５０℃よりも高い温度に対する耐熱性を有するため、給電部材の温度が２５０℃よりも上昇した場合においても、断熱材が劣化を起こすことなく、断熱効果を発揮する。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態による基板処理装置を示す断面図である。

基板処理装置１００は、セラミック基体２０、シャフト１０、給電部材１１，１６及び周辺部材１４を備えている。

セラミック基体２０は、ＡｌＮ、ＳＮ、ＳｉＣ、アルミナ等からなり、厚みが０．５〜３０ｍｍで形成されている。セラミック基体２０の外形形状は、円盤状、又は多角形状であることが好ましい。

また、前記セラミック基体２０の表面は、保持面２０ａに形成されている。そして、セラミック基体２０の内部には、上部側に高周波電極２１が埋設され、該高周波電極２１の下側に抵抗発熱体２２が埋設されている。高周波電極２１には、高周波電極用給電部材１１が接合されており、抵抗発熱体２２には抵抗発熱体用給電部材１６が接合されている。これによって、基板処理装置１００は、抵抗発熱体用給電部材１６から抵抗発熱体２２に電圧が印加されると、該抵抗発熱体２２が加熱され、この熱によって保持面２０ａに載置された基板が加熱処理される。なお、これらの高周波電極２１及び抵抗発熱体２２は、給電部材１１，１６から電力の供給を受ける被給電部材である。

また、基板処理装置１００は、抵抗発熱体用給電部材１６から高周波電極２１に高周波電圧を印加することによってプラズマを発生させるプラズマ処理装置としても機能する。

基板処理装置１００を構成するセラミック基体２０の裏面２０ｂには、セラミック基体２０を支持するシャフト１０が設けられている。該シャフト１０は、中空状の円筒等に形成され、窒化アルミニウム、窒化珪素、酸化アルミニウム等から形成される。

シャフト１０の上端は、セラミック基体２０の裏面２０ｂに、一体化接合又はシール接合等で接合されている。なお、シール接合を行う場合は、Ｏ−リング、メタルパッキング等が用いられる。ただし、セラミック基体２０の裏面２０ｂにガス導入路が形成されている場合は、ガス導入路の気密性を保持しつつ接合される。

シャフト１０の内周側には、前述した高周波電極用給電部材１１及び抵抗発熱体用給電部材１６が配設されている。

高周波電極２１には、高周波電極用給電部材１１から高周波電力が供給されて、プラズマを発生させる。高周波電極２１の形状は、メッシュ形状、金属板等を採用することができる。高周波電極２１は、導電性のペーストを印刷することにより形成してもよい。高周波電極２１は、導電性を有しており、例えばＷ、Ｍｏ、ＷＭｏ、ＷＣ等から形成することが好ましい。

抵抗発熱体２２には、給電部材１１から電流を供給されて発熱し、保持面２０ａ上に載置された基板を加熱する。

抵抗発熱体２２の形状として、メッシュ形状、コイル形状、金属板等を採用することができる。抵抗発熱体２２は導電性のペーストを印刷することにより形成することができる。抵抗発熱体２２は、導電性を有しており、例えばＷ、Ｍｏ、ＷＭｏ、ＷＣ等から形成することが好ましい。

また、高周波電極用給電部材１１は、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、及びこれらを含む合金等から形成され、その形状は、ロッド状（棒状）、円柱状、ケーブル状、板状、ひも状、円筒形状など種々の形状を採用することができる。高周波電極用給電部材１１の上端には接続端子が設けられ、該接続端子が高周波電極２１に対して、かしめ、溶接、ロウ付け、はんだ付け等で接合される。

また、抵抗発熱体用給電部材１６の上端は、ロウ接合、溶接、共晶、かしめ、嵌め合い、ネジ止め等で、抵抗発熱体２２に対して直接に接続されている。

そして、高周波電極用給電部材１１及び抵抗発熱体用給電部材１６の上部（具体的には、セラミック基体２０の裏面２０ｂから周辺部材１４までの間）の外周面は、絶縁性のある断熱材である絶縁管１５で覆われている。

給電部材１１，１６の下端部の外周面は、管状に形成された断熱材１２で覆われている。一方、シャフト１０の下端部の内周側には、円盤状の周辺部材１４が設けられており、該周辺部材１４には、挿通孔が形成されている。この周辺部材１４の挿通孔に、断熱材１２で覆われた高周波電極用給電部材１１及び抵抗発熱体用給電部材１６の下端部が挿入されている。このように、給電部材１１，１６の下端部は、断熱材１２を介して周辺部材１４に嵌合されている。

従って、前記給電部材１１，１６に電圧が印加されて発熱した場合でも、断熱材１２によって周辺への放熱量が低下するため、この発熱に起因する周辺部材１４の損傷が低減される。

断熱材１２は、少なくとも２５０℃よりも高い温度、好ましくは１０００℃以上の温度に対する耐熱性を有する。これによれば、給電部材１１，１６に電圧が印加されて、２５０℃近傍の高温に加熱された場合でも、給電部材１１，１６で発生した熱が周辺部材１４に伝達することを効率的に低減させ、周辺部材１４の変形を抑止できる。

また、断熱材１２の耐熱温度が１０００℃以上であれば、給電部材１１，１６が１０００℃近くまで温度が上昇した場合でも、断熱材１２が変形等を生じることなく断熱効果を確実に発揮することが出来る。

また、断熱材１２の熱伝導率は、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましく、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることがより好ましい。これによれば、給電部材１１，１６から周辺部材１４へ伝わる伝熱量を軽減することが出来、周辺部材１４の変形を抑止することが出来る。

断熱材１２は、セラミックで形成されることが好ましい。具体的には，断熱材１２はアルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウム等により形成されることが好ましい。これによれば、断熱性、耐熱性の高い断熱材１２とすることができる。

断熱材１２は、厚さが０．３ｍｍ以上の円筒形状に形成することが好ましい。断熱材１２は、０．３ｍｍ以上の厚さに形成されることにより、断熱材１２の強度を確保して破損等を抑制することができる。

断熱材１２の体積抵抗率は、１０^１１Ω・ｃｍ以上が好ましく、１０^１４Ω・ｃｍ以上がより好ましい。また、断熱材１２は、２ｋＶ以上の耐電圧を有する絶縁体であることが好ましい。これによれば断熱材１２は、給電部材１１の温度が上昇しても給電部材１１から周辺部材１４へ流れる電流量を軽減し、基板処理装置１００の適切な操作が可能となり、また、周辺部材１４の電流による発熱を防止することが出来る。

また、周辺部材１４が給電部材１１，１６から５ｍｍ以内の位置に配設された場合であっても、給電部材１１，１６に断熱材１２が設けられているため、給電部材１１，１６から周辺部材１４への放熱量が低減され、熱伝達による損傷を軽減することができる。

周辺部材１４の材質は、例えばフッ素樹脂の一つであるポリテトラフルオロエチレン（商標名：テフロン）、高性能熱可塑性プラスチック等であり、複雑な形状に加工することができる。また、周辺部材１４は、絶縁性を有するものが好ましい。

このように基板処理装置１００は、給電部材１１，１６と周辺部材１４との間に断熱材１２を設けることにより、給電部材１１，１６が発熱した際の周辺部材１４への熱伝達を低減できる。これにより、給電部材１１，１６の発熱による周辺部材への損傷を軽減する基板処理装置を提供できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、前記基板処理装置１００として、セラミック基体２０中に高周波電極２１や抵抗発熱体２２を埋設しないもの、又はシャフト１０を設けていないものでもよい。

以下に、参考例及び実施例を通して本発明を具体的に説明する。

[参考例]
まず、実施例の前に、本発明の前提となる参考例について説明する。この参考例では、給電部材と周辺部材との距離を適宜変更し、周辺部材に熱変形が生じるかどうかについて検証した。参考例においては図１に示した基板処理装置を用いたが、この給電部材には断熱材１２を設けていない。

給電部材に１３．５６ＭＨｚ、２０００Ｗの高周波電圧を４０分間印加し、周辺部材の温度及び熱変形の有無を検証した。２５０℃のサーマルテープを周辺部材の部位のうち、最も給電部材に近い部位に貼付し、サーマルテープの色の変化を確認することにより、周辺部材の温度を測定した。また、周辺部材の熱変形の有無は、目視によって判定した。参考例の検証結果を以下の表１に示す。

表１に示すように、参考例１〜４においては、材質が熱可塑性樹脂で、連続して使用できる最高温度（最高連続使用温度）が２５０℃である周辺部材を用いた。

なお、参考例１〜４では、給電部材と周辺部材との距離は、それぞれ１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍとした。

参考例の結果を簡単に説明する。

参考例１〜３では、周辺部材の温度が２５０℃よりも高くなったが、参考例４では、周辺部材の温度が２５０℃よりも低かった。

また、参考例１，２では、周辺部材に熱変形が生じ、基板処理装置に破損が生じた。参考例３では、周辺部材に熱変形が生じたが、基板処理装置には破損が生じなかった。

参考例４では、周辺部材の温度は２５０℃よりも低かったが、周辺部材による給電部材の保持性が低下し、給電部材が傾いて保持されていた。傾いた給電部材と周辺部材との最も近接した距離は、５ｍｍ未満であり、この近接した部位においては周辺部材が熱変形を起こしていた。

以上の参考例１〜４の結果から、周辺部材を給電部材に対して５ｍｍの範囲内に配置した場合、給電部材の発熱により、周辺部材の熱変形や基板加熱装置の破損等が生じることが判明した。

[実施例]
次いで、本発明に係る実施例について説明する。この実施例においては、前記参考例で使用した基板処理装置を用いており、該基板処理装置の給電部材には断熱材を設けている。即ち、最高連続使用温度が２５０℃の熱可塑性樹脂を周辺部材とし、給電部材と周辺部材との距離を３ｍｍに設定している。

実施例においては、３種類の材質からなる断熱材を用いて、周辺部材の温度、周辺部材の熱変形及び断熱材の熱変形を検証した。その結果を以下の表２に示す。

断熱材は、厚さが１ｍｍの円筒形状に形成されている。実施例１，２及び比較例１における断熱材の材質を、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ポリテトラフルオロエチレン（商標名：テフロン）とした。

給電部材に、１３．５６ＭＨｚで２０００Ｗの高周波電圧を４０分間印加し、周辺部材の温度、周辺部材の熱変形、及び断熱材の熱変形を検証した。

周辺部材の温度と熱変形は、前記参考例の場合と同じ方法で検証した。また、断熱材の熱変形は、目視で確認した。

実施例１，２では、周辺部材及び断熱材ともに熱変形が生じることなく、基板処理装置の不具合等も発生しなかった。しかし、比較例１では、周辺部材の熱変形は生じなかったが、断熱材が熱変形して給電部材の熱膨張を阻害したため、基板処理装置に不具合が発生した。

以上の実施例１，２及び比較例１の結果から、周辺部材と給電部材との間に、２５０℃よりも高い温度に対する耐熱性を備えた断熱材を配設することにより、給電部材から周辺部材への熱の伝達を低減し、周辺部材の損傷等を軽減することができることが判明した。また、これにより、基板処理装置の損傷等も防止することが判った。

本発明の実施形態による基板処理装置の断面図である。

符号の説明

１１…高周波電極用給電部材（給電部材）
１２…断熱材
１４…周辺部材
１６…抵抗発熱体用給電部材（給電部材）
２０…セラミック基体（基体）
２１…高周波電極（被給電部材）
２２…抵抗発熱体（被給電部材）
１００…基板処理装置

Claims

被給電部材を有する基体と、
前記基体の被給電部材に電圧を印加する給電部材と、
該給電部材に近接して配置された周辺部材と、
前記給電部材と前記周辺部材との間に配置され、少なくとも２５０℃よりも高い温度に対する耐熱性を有する断熱材とを備えたことを特徴とする基板処理装置。
前記被給電部材は、抵抗発熱体及び高周波電極のうちの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記断熱材の熱伝導率は、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
前記断熱材は、絶縁体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
前記絶縁体は、セラミックであることを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
前記周辺部材の少なくとも一部は、前記給電部材から５ｍｍ以内の範囲に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
前記断熱材の耐電圧は、２ｋＶ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板処理装置。