KR100837890B1 - 처리 장치 및 히터 유닛 - Google Patents
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Abstract
처리 장치는 매설된 히터의 가열에 기인해서 균열이 발생하는 것을 방지한 탑재대를 갖는다. 웨이퍼(W)를 탑재한 탑재대(32A)는 복수의 영역(32Aa, 32Ab)을 갖고, 복수 영역의 각각에 대하여 독립적으로 복수의 히터 중 하나가 매설된다. 인접한 영역 중 한쪽(32Aa)에 매설된 히터(35Aa)는 다른 쪽의 영역(32Ab) 내로 연장되는 부분(35Aa2)을 갖고, 인접한 영역 중 다른 쪽의 영역(32Ab)에 매설된 히터(35Ab)는 한쪽의 영역(32Aa) 내로 연장되는 부분(35Ab2)을 갖는다.
Description
본 발명은 처리 장치에 관한 것으로, 특히 피처리체를 가열하기 위한 히터를 탑재대에 내장한 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 프로세스에 있어서, 실리콘 기판이나 LCD 기판 등의 피처리체를 가열하면서 화학적 증착(CVD) 처리를 행하는 경우가 많다. 피처리체의 가열은, 저항 가열기(선 형상 또는 코일 형상 히터)가 조립된 탑재대상에 피처리체를 탑재하여 실행되는 것이 일반적이다. 즉, 탑재대 자체를 히터에 의해 내부로부터 가열하는 것에 의해, 탑재대상에 탑재된 피처리체를 가열한다.
예를 들어, CVD 장치에서는 반응성 가스에 의한 부식을 방지하기 위해, 및 발열체의 온도 균일성을 향상시키기 위해, 질화 알루미늄(AlN) 등의 세라믹재에 의해 탑재대를 형성하고, 그내에 저항 가열 히터를 매립한 구성이 이용된다. 탑재대 자체를 가열해서 피처리체를 가열하는 경우, 탑재대의 온도의 면내 균일성을 유지하기 위해, 탑재대에 복수의 히터를 조립하고, 온도 분포에 따라서 각각의 히터에 의한 가열을 제어하는 것이 행해진다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
또한, 예컨대 고주파를 이용하여 생성한 플라즈마에 의해 처리를 실시하는 플라즈마 CVD 장치에서는, 탑재대의 상방에서 플라즈마를 생성하기 위해 고주파를 인가하기 위한 전극이 저항 가열 히터와 함께 세라믹제의 탑재대에 조립된다(예컨대, 특허문헌 2 참조).
특허문헌 1 : 일본 특허 공표 제 2003-500827 호 공보
특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제 1999-74064 호 공보
발명의 요약
세라믹재에 저항 가열 히터를 매설한 탑재대에서는, 히터의 가열에 의한 온도차에 기인해서 세라믹재에 과도한 내부 응력이 발생하여, 세라믹재가 균열된다는 문제가 발생하는 경우가 있다.
예를 들어, 탑재대의 온도의 면내 균일성을 유지하기 위해, 탑재대를 직경 방향으로 복수 영역으로 분할하고, 각각 독립적으로 히터를 마련하여 탑재대의 탑재면의 온도를 제어·조정하는 것이 행해진다. 도 1은 내측 영역과 외측 영역의 2개의 영역으로 분할해서 그 각각 독립적으로 히터를 마련한 경우의 히터의 배치를 도시하는 평면도이다. 또한, 도 2는 도 1에 도시하는 탑재대의 일부를 확대해서 도시하는 평면상이다.
탑재대(2)는 웨이퍼와 같은 피처리체에 맞추어 원형의 표면[탑재면(2a)]을 갖고, 내부에 히터(4)가 매립된 원판 형상의 세라믹재이다. 탑재대는 직경 방향으로 복수로 분할되어(도 1에서는 외측 영역과 내측 영역으로 2분할), 각각의 영역에 대하여 히터가 독립적으로 마련되어 있다.
외측 영역에 마련된 히터(4a)의 양단부는 탑재대(2)의 대략 중앙에 배치되고, 히터(4a)는 반경 방향으로 외측을 향해서 연장된 후 외측 영역으로 들어가고, 외측 영역 내에서 되돌려져서 복수의 원주 형상으로 연장된다. 또한, 내측 영역에 마련된 히터(4b)의 양단부도 탑재대(2)의 대략 중앙에 배치되어, 내측 영역 내에서 되돌려져서 복수의 원주 형상으로 연장된다. 또한, 도 1에서는 히터는 선 형상으로 그려져 있지만, 실제는 조밀하게 감긴 코일 형상이다.
도 1에 도시한 바와 같은 탑재대(2)에 피처리체인 웨이퍼를 탑재하여 가열한 경우, 내측 영역보다 외측 영역 쪽이 온도가 낮아지는 경향이 있다. 이것은, 열이 내측으로부터 외측(온도가 낮은 쪽)으로 릴리프하는 것에 따른다. 따라서 외측 영역을 내측 영역보다 강하게 가열하는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 탑재대(2)의 내측 영역과 외측 영역 사이에 온도차가 생기고, 경계 부근(일점쇄선으로 나타냄)에 온도 구배가 생긴다. 이 온도 구배가 탑재대(2)의 재료인 세라믹재의 허용 온도 구배보다 커지면, 세라믹재 내부에 과대한 내부 응력(온도차에 의한 열응력)이 발생하고, 세라믹재의 가공시에 형성된 미소 결함을 기점으로 하여, 탑재대에 균열이 발생하는 경우가 있다. 세라믹재는 열팽창율이 작지만, 특히 온도차에 대하여 민감해서, 히터가 조립된 세라믹재에 의해 형성된 탑재대의 균열은 해결해야만 하는 과제이다.
또한, 플라즈마에 의한 처리 장치에 상술한 바와 같은 탑재대가 이용되는 경우, 탑재대에 히터와 함께 전극을 매설하는 경우가 있다. 전극은 플라즈마 생성용의 고주파를 탑재대의 상부 공간에 인가하기 위한 것이며, 전극은 탑재대 내부에서 히터의 상측(탑재면에 가까운 쪽)에 마련되는 것이 일반적이다. 전극을 형성하는 재료로서는, 예를 들어 탑재대가 질화 알루미늄(AlN)과 같은 세라믹재로 형성되는 경우, 열팽창 계수가 AlN에 가까운 몰리브덴(Mo)이 이용되는 경우가 많다. 전극은 원판 형상이나 금속박 형상이라도 좋고, 세라믹재 내에 매설하기 쉽도록 메쉬 형상으로 형성되는 경우도 있다.
도 4는 전극(6)이 매립된 종래의 탑재대(2a)의 개략 구성을 도시하는 단면도이다. 탑재대(2a)의 이면측의 중앙 부분에는, 탑재대(2a)를 지지하여 처리 용기에 고정하기 위한 지지 부재(8)가 부착되어 있다.
탑재대(2a)에 있어서, 금속제의 전극(6)을 세라믹재 내에 매설한 부분은 세라믹재가 전극(6)에 의해 보강되므로 변형되기 어려워진다. 여기에서, 탑재대(2a)의 표면측의 온도를 T1이라 하고, 이면측의 온도를 T2라고 하면, T2가 T1보다 커지는 경우가 있다(T1<T2). 예를 들면, 탑재대의 이면은 처리 챔버의 바닥면에 면하고 있으며, 탑재대의 이면으로부터 방출되는 복사열이 처리 챔버의 바닥면에서 반사되어 다시 탑재대의 이면으로 되돌아와 버리는 경우는 T2가 T1보다 커진다. 이러한 경우, 탑재대(2a)의 표리면의 온도차에 기인하여, 탑재대(2a)에는 도 5에 도시하는 바와 같이 만곡하여 변형되는 내부 응력이 발생한다. 이러한 내부 응력에 기인해서 탑재대의 중앙부 부근(지지 부재가 부착된 부분의 근방)에 균열이 생기는 등의 문제가 발생할 우려가 있다.
본 발명의 총괄적일 목적은 상술한 문제를 해결한 개량된 유용한 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 보다 구체적인 목적은, 매립된 히터의 가열에 기인해서 균열이 발생하는 것을 방지한 탑재대를 갖는 처리 장치, 및 처리 장치에 마련되는 히터 유닛을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하나의 형태에 따르면, 피처리체를 가열하면서 처리를 실시하는 처리 장치로서, 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 배치되고, 상기 피처리체가 탑재되는 탑재대와, 상기 탑재대에 매설되고, 상기 탑재대를 가열하는 것에 의해 탑재된 상기 피처리체를 가열하기 위한 복수의 히터를 갖고, 상기 탑재대는 복수의 영역을 갖고, 상기 복수 영역의 각각에 대하여 독립적으로 상기 복수의 히터 중 하나가 매설되고, 인접한 영역 중 한쪽에 매설된 상기 히터는 상기 인접한 영역 중 다른 쪽의 영역 내로 연장되는 부분을 갖고, 상기 인접한 영역 중 상기 다른 쪽의 영역에 매설된 상기 히터는, 상기 인접한 영역 중 상기 한쪽의 영역 내로 연장되는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 처리 장치가 제공된다.
상술한 처리 장치에 있어서, 상기 인접한 영역의 2개의 히터 중 적어도 일부는, 서로 근접하지만 접촉하지 않는 위치 관계를 유지하면서, 상기 인접한 영역 사이를 왕복해서 연장하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 탑재대는 원판 형상이며, 상기 복수의 영역은 탑재대의 직경 방향으로 분할된 동심원 형상의 영역이며, 상기 동심원 형상의 영역의 인접한 영역 중 외측 영역에 매설된 히터와 내측 영역에 매설된 히터는 상기 외측 영역과 상기 내측 영역 사이의 경계 부근에 있어서 교대로 들어간 부분을 갖는 것으로 해도 좋다. 탑재대의 형상은 사각형(정사각형, 직사각형) 혹은 다각형이라도 좋다.
또한, 상술한 처리 장치에 있어서, 상기 탑재대는 세라믹재로 이루어지며, 상기 히터는 선 형상 또는 코일 형상의 저항 가열용 금속인 것으로 해도 좋다. 상기 세라믹재는 AlN, Al2O3, SiC, SiO로 이루어지는 그룹으로부터 선정되는 것으로 해도 좋다. 또한, 상기 히터는 프린트 패턴 히터인 것으로 해도 좋다. 또한, 상기 저항 가열용 금속은 몰리브덴, 바나듐, 크롬, 망간, 니오브, 탄탈, 니켈, 텅스텐의 단일 부재 및 그들의 합금 중에서 선택되는 금속인 것으로 해도 좋다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 피처리체를 가열하는 히터 유닛이며, 상기 히터 유닛은 복수의 영역을 갖고, 상기 복수 영역의 각각에 대하여 독립적으로 히터가 매설되고, 인접한 영역 중 한쪽에 매설된 상기 히터는 상기 인접한 영역 중 다른 쪽의 영역 내로 연장되는 부분을 갖고, 상기 인접한 영역 중 상기 다른 쪽의 영역에 매설된 상기 히터는 상기 인접한 영역 중 상기 한쪽의 영역 내로 연장되는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 히터 유닛이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 피처리체를 가열하면서 처리를 실시하는 처리 장치로서, 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 배치되고, 상기 피처리체가 탑재되는 탑재대와, 상기 탑재대에 매설되고, 상기 탑재대를 가열하는 것에 의해 탑재된 상기 피처리체를 가열하기 위한 히터를 갖고, 상기 히터는 상기 탑재대의 표면과 이면 사이의 중앙에 배치되며, 상기 표면을 따라 전극이 매설되고, 상기 이면을 따라 상기 전극과 동일한 재료로 형성된 보강 부재가 매설되어 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치가 제공된다.
상술한 처리 장치에 있어서, 상기 전극과 상기 보강 부재는 동일 전위가 되도록 접속되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 탑재대의 측면을 따라 상기 전극과 동일한 재료로 형성된 측면 보강 부재가 매설되어 있는 것으로 해도 좋다. 또한, 상기 탑재대는 세라믹재로 이루어지며, 상기 히터는 선 형상 또는 코일 형상의 저항 가열용 금속이며, 상기 전극 및 상기 보강 부재는 금속 메쉬에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 상기 세라믹재는 AlN, Al2O3, SiC, SiO로 이루어지는 그룹으로부터 선정되는 것으로 해도 좋다. 또한, 상기 저항 가열용 금속 및 상기 금속 메쉬는 몰리브덴, 바나듐, 크롬, 망간, 니오브, 탄탈, 니켈, 텅스텐의 단일 부재, 및 이들의 합금으로부터 선택되는 것으로 해도 좋다.
또한, 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 피처리체를 가열하는 히터 유닛으로서, 상기 히터 유닛은 상기 피처리체를 탑재하는 표면과, 상기 표면의 반대측의 이면을 갖고, 상기 표면과 상기 이면 사이의 중앙에 배치된 히터와, 상기 표면을 따라 매설된 전극과, 상기 이면을 따라 매설되고, 상기 전극과 동일한 재료로 형성된 보강 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 히터 유닛이 제공된다.
상술한 본 발명에 의한 처리 장치는, 탑재대를 복수의 영역으로 분할해서 독립적으로 온도 제어를 실행하는 경우라도, 각 영역의 온도차에 기인한 탑재대의 균열의 발생이 억제된 탑재대 및 그러한 탑재대를 갖는 처리 장치를 실현할 수 있다. 상술한 탑재대는 피처리체를 가열하기 위한 히터로서 기능을 하기 때문에, 탑재대 단일 부재로서는 처리 장치용의 히터 유닛으로서 형성된다.
또한, 탑재대의 이면측에 보강 부재를 매설한 탑재대를 이용함으로써, 탑재대의 표리(表裏)의 온도차에 기인한 서셉터의 만곡 변형이나 균열의 발생이 억제된 탑재대를 갖는 처리 장치를 실현할 수 있다. 여기에서, 상술한 탑재대는 웨이퍼를 가열하기 위한 히터로서 기능을 하기 때문에, 탑재대 단일 부재로서는 처리 장치용의 히터 유닛으로서 형성된다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부한 도면을 참조하면서 이하의 상세한 설명을 판독함으로써, 한층 명료해질 것이다.
도 1은 종래의 탑재대를 도시하는 평면도,
도 2는 도 1에 도시하는 탑재대의 일부 확대도,
도 3은 도 1에 도시하는 탑재대에 매설된 히터의 온도 분포를 도시하는 그래프,
도 4는 종래의 탑재대의 다른 예를 도시하는 단면도,
도 5는 도 4에 도시하는 탑재대의 변형예를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명이 적용되는 처리 장치의 단면도,
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 히터가 마련된 탑재대의 평면도,
도 8은 도 7에 도시하는 탑재대의 부분 확대도,
도 9는 도 7에 도시하는 탑재대에 매설된 히터의 온도 분포를 도시하는 그래프,
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 히터가 마련된 탑재대의 단면도,
도 11은 도 10에 도시하는 탑재대의 변형예를 설명하기 위한 도면,
도 12는 도 10에 도시하는 탑재대의 변형예를 도시하는 부분 단면도.
부호의 설명
3 : TiN 성막 장치 31 : 챔버
32, 32A, 32B : 서셉터 32Aa : 외측 영역
32Ab : 내측 영역 35, 35Aa, 35Ab : 히터
35Aa1, 35Aa2, 35Ab1, 35Ab2 : 히터 부분
40 : 샤워 헤드 50 : 가스 공급 기구
69 : 웨이퍼 지지 핀 W : 웨이퍼
다음에, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
우선, 본 발명을 실시하기 위해 이용되는 처리 장치의 일례로서 CVD 성막 장치에 대해서, 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 6은 본 발명이 적용 가능한 CVD 성막 장치를 도시하는 단면도이다. 도 6에 도시하는 CVD 성막 장치는, TiN막을 피처리체인 웨이퍼(W)상에 성막하기 위한 장치이며, 이하 TiN 성막 장치라 칭한다. 또한, 본 발명은 TiN 성막 장치 내에서 웨이퍼가 탑재되는 탑재대에 관한 것으로, 특히 히터가 조립되어 웨이퍼를 가열하는 구성의 탑재대에 관한 것이다. 단, 본 발명은 TiN 성막 장치와 같은 CVD 처리 장치 혹은 플라즈마 CVD 성막 장치에 한정되는 일없이, 히터가 조립된 탑재대를 갖는 다른 여러가지 처리 장치에 적용할 수 있다.
도 6에 도시하는 TiN 성막 장치(3)는, 기밀하게 구성된 대략 원통형의 처리 용기인 챔버(31)를 갖고 있으며, 그 내에는 피처리체인 웨이퍼(W)를 수평하게 지지하기 위한 탑재대로서 서셉터(32)가 그 중앙 하부에 마련된 원통형의 지지 부재(33)에 의해 지지된 상태로 배치되어 있다. 서셉터(32)의 외연부에는 웨이퍼(W)를 가이드하기 위한 가이드 링(34)이 마련되어 있다. 또한, 서셉터(32)에는 히터(35)가 매설되어 있고, 이 히터(35)에 히터 전원(36)으로부터 전기를 공급함으로써 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열할 수 있다. 또한, 서셉터(32)는 예를 들어 AlN 등의 세라믹재로 형성되고, 히터(35)는 세라믹재 내에 매설된 상태로 세라믹스 히터가 구성된다.
챔버(31)의 천장벽(31a)에는, 절연 부재(39)를 거쳐서 샤워 헤드(40)가 마련되어 있다. 이 샤워 헤드(40)는 상단 블록 부재(40a), 중단 블록 부재(40b), 하단 블록 부재(40c)로 구성되어 있다. 하단 블록 부재(40c)에는 가스를 토출하는 토출 구멍(47, 48)이 교대로 형성되어 있다. 상단 블록 부재(40a)의 상면에는, 제 1 가스 도입구(41)와 제 2 가스 도입구(42)가 형성되어 있다. 상단 블록 부재(40a) 중에서는, 제 1 가스 도입구(41)로부터 다수의 가스 통로(43)가 분기되어 있다. 중단 블록 부재(40b)에는 가스 통로(45)가 형성되어 있고, 상기 가스 통로(43)가 수평하게 연장되는 연통로(43a)를 거쳐서 이들 가스 통로(45)에 연통시키고 있다. 또한 이 가스 통로(45)가 하단 블록 부재(40c)의 토출 구멍(47)에 연통시키고 있다. 또한, 상단 블록 부재(40a) 내에서는, 제 2 가스 도입구(42)로부터 다수의 가스 통로(44)가 분기하고 있다. 중단 블록 부재(40b)에는 가스 통로(46)가 형성되어 있고, 상기 가스 통로(44)가 이들 가스 통로(46)에 연통시키고 있다. 또한 이 가스 통로(46)가 중단 블록 부재(40b) 내에 수평하게 연장되는 연통로(46a)에 접속되어 있고, 이 연통로(46a)가 하단 블록 부재(40c)의 다수의 토출 구멍(48)에 연통시키고 있다. 그리고 상기 제 1 및 제 2 가스 도입구(41, 42)는 가스 공급 기구(50)의 가스 라인에 접속되어 있다.
가스 공급 기구(50)는 클리닝 가스인 ClF3 가스를 공급하는 ClF3 가스 공급원(51), Ti 함유 가스인 TiCl4 가스를 공급하는 TiCl4 가스 공급원(52), N2 가스를 공급하는 제 1 N2 가스 공급원(53) 및 제 2 N2 가스 공급원(55), NH3 가스를 공급하는 NH3 가스 공급원(54)을 갖고 있다.
ClF3 가스 공급원(51)에는 ClF3 가스 공급 라인(56)이 접속되고, TiCl4 가스 공급원(52)에는 TiCl4 가스 공급 라인(57)이 접속되고, 제 1 N2 가스 공급원(53)에는 제 1 N2 가스 공급 라인(58)이 접속되고, NH3 가스 공급원(54)에는 NH3 가스 공급 라인(59)이 접속되고, 제 2 N2 가스 공급원(55)에는 제 2 N2 가스 공급 라인(60)이 접속되어 있다. 그리고 각 가스 공급 라인에는 매스플로우 제어기(62) 및 매스플로우 제어기(62)를 사이에 두고 2개의 밸브(61)가 마련되어 있다. 상기 제 1 가스 도입구(41)에는 TiCl4 가스 공급원(52)으로부터 연장되는 TiCl4 가스 공급 라인(57)이 접속되어 있고, 이 TiCl4 가스 공급 라인(57)에는 ClF3 가스 공급원(4351)으로부터 연장되는 ClF3 가스 공급 라인(56) 및 제 1 N2 가스 공급원(53)으로부터 연장되는 제 1 N2 가스 공급 라인(58)이 접속되어 있다. 또한, 상기 제 2 가스 도입구(42)에는 NH3 가스 공급원(54)으로부터 연장되는 NH3 가스 공급 라인(59)이 접속되어 있고, 이 NH3 가스 공급 라인(59)에는 제 2 N2 가스 공급원(55)으로부터 연장되는 제 2 N2 가스 공급 라인(60)이 접속되어 있다.
성막 프로세스시에는, TiCl4 가스 공급원(52)으로부터의 TiCl4 가스가 제 1 N2 가스 공급원(53)으로부터의 N2 가스와 함께 TiCl4 가스 공급 라인(57)을 거쳐서 샤워 헤드(40)의 제 1 가스 도입구(41)로부터 샤워 헤드(40) 내에 이르고, 가스 통로(43, 45)를 지나 토출 구멍(47)으로부터 챔버(31) 내로 토출된다. 한편, NH3 가스 공급원(54)으로부터의 NH3 가스가 제 2 N2 가스 공급원(55)으로부터의 N2 가스와 함께 NH3 가스 공급 가스 라인(59)을 거쳐서 샤워 헤드(40)의 제 2 가스 도입구(42)로부터 샤워 헤드(40) 내에 이르고, 가스 통로(44, 46)를 지나 토출 구멍(48)으로부터 챔버(31) 내로 토출된다. 즉, 샤워 헤드(40)는 TiCl4 가스와 NH3 가스가 완전히 독립적으로 챔버(31) 내에 공급되는 포스트믹스 타입으로 되어 있고, 이들은 토출 후에 혼합되어 반응이 생긴다.
샤워 헤드(40)에는, 정합기(63)를 거쳐서 고주파 전원(64)이 접속되어 있고, 필요에 따라서 이 고주파 전원(64)으로부터 샤워 헤드(40)에 고주파 전력이 공급되도록 구성되어 있다. 보통은 이 고주파 전원(64)은 필요 없지만, 성막 반응의 반응성을 높이고자 하는 경우에는, 고주파 전원(64)으로부터 고주파 전력을 공급함으로써, 샤워 헤드(40)를 거쳐서 챔버(31) 내에 공급된 가스를 플라즈마화하여 성막하는 것도 가능하다.
챔버(31)의 바닥벽(31b)의 중앙부에는 원형의 구멍(65)이 형성되어 있고, 바닥벽(31b)에는 이 구멍(65)을 덮도록 하방을 향해 돌출하는 배기실(66)이 마련되어 있다. 배기실(66)의 측면에는 배기관(67)이 접속되어 있고, 이 배기관(67)에는 배기 장치(68)가 접속되어 있다. 그리고, 이 배기 장치(68)를 작동시킴으로써 챔버(31) 내를 소정의 진공도까지 감압하는 것이 가능해지고 있다.
탑재대로서 기능을 하는 서셉터(32)에는, 웨이퍼(W)를 지지하여 승강시키기 위한 3개(2개만 도시)의 웨이퍼 지지 핀(69)이 서셉터(32)의 표면에 대하여 돌몰(突沒) 가능하게 마련되고, 이들 웨이퍼 지지 핀(69)은 지지판(70)에 고정되어 있다. 웨이퍼 지지 핀(69)은 에어 실린더 등의 구동 장치(71)에 의해 지지판(70)을 거쳐서 승강된다.
또한, 챔버(31)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반입출을 실행하기 위한 반입출구(72)와, 이 반입출구(72)를 개폐하는 게이트 밸브(73)가 마련되어 있다.
이상과 같은 구성의 TiN 성막 장치(3)에 있어서, 탑재대인 서셉터(32)상에 웨이퍼(W)를 탑재한 상태에서, 서셉터(32)의 히터(35)에 급전해서 서셉터(32)를 가열하면서 웨이퍼(W)에 대하여 CVD 처리를 실행하고, 웨이퍼(W)상에 TiN막을 생성한다. 이 CVD 처리 시의 웨이퍼(W)의 가열 온도는 예를 들어 400℃ 내지 700℃ 정도이며, 서셉터(32) 자체를 400℃ 내지 700℃ 정도로 가열하는 것에 의해, 탑재된 웨이퍼(W)를 350℃ 내지 650℃ 정도로 가열한다.
또한, 성막시에는, 반드시 고주파 전원(64)으로부터 고주파 전력을 공급해서 가스를 플라즈마화할 필요는 없지만, 반응성을 높이기 위해 고주파 전력에 의해 가스를 플라즈마화해도 좋다. 이 경우에, 예를 들어 450kHz 내지 60MHz, 200W 내지 1000W 정도의 고주파 전력을 공급한다. 이때, 가스의 반응성이 높으므로 웨이퍼(W)의 온도는 300℃ 내지 700℃로 설정한다.
다음에, 본 발명의 제 1 실시예의 히터 유닛에 대해 설명한다. 본 발명의 히터 유닛은, 상술한 처리 장치의 탑재대로서의 서셉터(32)에 매설된 히터(35)의 배치에 특징이 있다. 도 7은 본 발명의 히터 유닛으로서의 서셉터(32A)를 도시하는 평면도이며, 내부의 히터(35A)를 투시한 상태로 도시하고 있다.
서셉터(32A)는 AlN, Al2O3, SiC, SiO 등의 세라믹재로 이루어지는 원판 형상의 부재로서 형성된다. 서셉터(32A)는 그 직경 방향으로 외측 영역(32Aa)과 내측 영역(32Ab)의 2개로 분할되어 있고, 그 각각의 영역에 히터(35Aa, 35Ab)가 독립적으로 매설되어 있다. 각 히터(35Aa, 35Ab)의 재료로서는, 저항 가열용 금속으로서 예를 들어 몰리브덴, 바나듐, 크롬, 망간, 니오브, 탄탈, 니켈, 텅스텐의 단일 부재, 혹은 이들의 합금을 이용할 수 있다.
각 히터(35Aa, 35Ab)의 양단부는 서셉터의 대략 중앙 부분에 배치되어, 중공의 지지 부재(33)의 내부를 연장하는 전력 공급선에 접속된다. 그리고 히터 전원(36)으로부터 전력 공급선을 거쳐서 각 히터(35Aa, 35Ab)에 대하여 독립적으로 전력이 공급된다. 따라서 서셉터(32A)의 외측 영역(32Aa)과 내측 영역(32Ab)의 각각의 온도를 독립적으로 제어할 수 있다.
여기에서, 본 실시예에서는 외측 영역(32Aa)에 마련된 히터(35Aa)는 외측의 원주 형상의 부분(35Aa1)과 내측의 빗살 형상으로 꼬불꼬불한 부분(35Aa2)을 갖고 있다. 또한, 내측 영역(32Ab)에 마련된 히터(35Ab)는 내측의 원주 형상의 부분(35Ab1)과 외측의 빗살 형상으로 꼬불꼬불한 부분(35Ab2)을 갖고 있다.
서셉터(32A)와 같은 원판 형상의 부재를 가열하면, 중앙 부분에 비해서 주위 부분(특히 외주연부)은 단위 체적당의 표면적(열의 입체각)이 크기 때문에, 주위 부분에서의 열의 복사 방출이 중앙 부분에 비해 많아진다. 이로 인해, 주위 부분 쪽이 보다 많은 열이 방출되어 냉각되므로, 내측 영역(32Ab)보다 외측 영역(32Aa)을 보다 강하게 가열할 필요가 있다. 따라서 내측 영역(32Ab)보다 외측 영역(32Aa) 쪽이 보다 강하게 가열되므로, 외측 영역(32Aa)과 내측 영역(32Ab) 사이에 온도차가 생긴다. 이 온도차가 크면, 외측 영역(32Aa)과 내측 영역(32Ab) 사이의 부분에 과대한 열응력이 발생하고, 이 부분에서 서셉터(32A)가 균열된다는 문제가 생기는 경우가 있다.
그런데, 본 실시예에 있어서는 외측 영역(32Aa)과 내측 영역(32Ab)의 경계 부근에 있어서, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이 외측 영역(32Aa)의 히터(35Aa)의 일부(35Aa2)와 내측 영역(32Ab)의 히터(35Ab)의 일부(35Ab2)를 교대로 인입한 형상으로 배치하고 있다. 도 7 및 도 8에 도시하는 예에서는, 외측 영역(32Aa)의 히터(35Aa)의 일부(35Aa2)와 내측 영역(32Ab)의 히터(35Ab)의 일부(35Ab2)는 사인파형으로 만곡하면서, 서로 병행하게 마련되어 있다. 이로써, 외측 영역(32Aa)과 내측 영역(32Ab)의 경계 부근에 있어서, 히터(35Aa)의 온도가 히터(35Ab)의 온도보다 높게 설정·제어된 경우라도, 도 9에 도시하는 바와 같이 경계 부근의 온도 구배를 완만하게 할 수 있다. 또한, 외측 영역(32Aa)의 히터(35Aa)의 일부(35Aa2)와 내측 영역(32Ab)의 히터(35Ab)의 일부(35Ab2)는 서셉터(32A) 내의 동일 평면 내에 마련되어도 좋고, 혹은 다른 평면에[즉, 서셉터(32A)의 두께 방향으로 다른 위치에] 마련되어 있어도 좋다.
서셉터의 내부 응력(열 응력)은, 온도 구배(온도차)에 의존하고, 온도 구배가 급할수록 내부 응력이 커진다. 따라서, 온도 구배를 완만하게 함으로써 내부 응력을 줄일 수 있어, 결과적으로 내부 응력에 기인한 서셉터(32A)의 균열 발생을 억제할 수 있다. 또한, 도 9에 있어서, 실선은 본 실시예에 의한 히터의 형상에 의해 얻어진 서셉터(32A)의 온도 구배를 나타내고, 점선은 종래의 히터 형상·배치에 의해 얻어진 온도 구배를 나타내고 있다.
또한, 상술한 실시예에서는 히터(35Aa, 35Ab)는 선 형상 또는 코일 형상의 저항 가열 와이어 히터지만, 프린트 회로 기술을 이용하여 형성한 프린트 히터로 해도 좋다. 이로써, 이들 히터의 일부(35Aa2, 35Ab2)의 서로 인입한 형상(근접하지만 접촉하지 않는 위치 관계)을 쉽게 형성할 수 있다.
이상과 같이, 상술한 실시예에 의한 서셉터(32A)를 이용함으로써, 서셉터를 복수의 영역으로 분할해서 독립적으로 온도 제어를 행하는 경우라도, 각 영역의 온도차에 기인한 내부 응력에 의한 서셉터의 균열 발생이 억제된 탑재대 및 그러한 탑재대를 갖는 처리 장치를 실현할 수 있다. 여기에서, 상술한 서셉터 또는 탑재대는 웨이퍼를 가열하기 위한 히터로서 기능을 하기 때문에, 탑재대 단일 부재로서는 처리 장치용의 히터 유닛으로서 형성된다.
다음에, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 히터 유닛에 대해 설명한다. 본 발명의 제 2 실시예에 의한 히터 유닛은, 상술한 탑재대로서의 서셉터(32)의 표면측 및 이면측의 양측에 전극을 매설한 것이다. 도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 히터 유닛이 처리 장치의 챔버 내에 마련된 탑재대로서의 서셉터(32B)를 도시하는 단면도이다.
도 10에 도시하는 서셉터(32B)는, 원판 형상의 세라믹재 내에 히터(35)가 매설되어 있다. 히터(35)는 서셉터(32B)의 두께 방향으로 거의 중앙에 배치된다. 또한, 메쉬 형상의 전극(80A)이 서셉터(32B)의 표면(탑재면)(32Ba1)의 근방에 매설되고, 전극(80A)과 동일한 재료로 대략 동일한 형상으로 형성된 보강 부재(80B)가 서셉터(32B)의 이면(32Ba2)의 근방에 매설되어 있다. 처리 장치가 플라즈마 CVD 장치인 경우, 표면측의 전극(80A)은 플라즈마 생성용의 전극으로서 기능을 한다. 이 경우, 전극(80A)은 접지 전위로 설정된다.
한편, 보강 부재(80B)는 전극으로서 작용할 필요는 없으며, 서셉터(32B)의 보강 부재로서 기능을 한다. 즉, 전극(80A) 및 보강 부재(80B)는 몰리브덴 등의 금속 메쉬에 의해 형성되어 있고, 세라믹재 안에 매설되면 복합 재료와 마찬가지로 세라믹재의 내부 응력을 완화하는 보강 부재로서 기능을 한다. 또한, 전극(80A) 및 보강 부재(80B)를 형성하는 금속 메쉬의 재료로서는 몰리브덴 이외에, 바나듐, 크롬, 망간, 니오브, 탄탈, 텅스텐의 단일 부재, 혹은 이들의 합금을 이용할 수 있다.
종래와 같이 전극(80A)만을 서셉터의 표면(32Ba1)측에 매설한 경우, 표면측만이 보강된 상태가 되어, 강도 및 열팽창이 표면과 이면에서 다르게 되어 버린다. 이로써, 서셉터의 가열에 기인한 내부 응력도 표면과 이면에서 다르게 되어, 서셉터를 만곡시키는 것과 같은 응력이 발생해 버린다. 그런데, 본 실시예와 같이 서셉터(32B)의 표면측 및 이면측에, 대략 대칭으로 전극(80A) 및 보강 부재(80B)를 매설함으로써, 서셉터(32B)를 만곡시키는 응력의 발생은 억제된다. 즉, 서셉터(32B)가 가열된 경우, 도 11에 도시하는 바와 같이 직경 방향으로 팽창만을 하게 된다. 따라서 히터(35)의 가열에 의한 내부 응력에 기인한 서셉터의 균열 발생을 억제할 수 있다.
또한, 보강 부재(80B)는 전극으로서 기능을 할 필요는 없지만, 전극(80A)과 마찬가지로 접지 전위로 함으로써, 서셉터(32)의 내부[히터(35)]를 밀봉하는 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 발생 부위로부터의 노이즈가 챔버의 바닥부에서 반사되어 서셉터(32B)의 이면측으로 입사하는 경우, 이것을 밀봉하여 노이즈의 진입을 막을 수 있다. 또한, 도 12에 도시한 바와 같이 서셉터(32B)의 측면 근방에도 측면 보강 부재(80C)를 매설하여, 접지 전위로 함으로써 완전히 서셉터 내부를 밀봉할 수 있다. 상술한 밀봉 효과에 의해, 서셉터 내의 TC 및 히터에 RF 노이즈가 들어가는 것을 방지할 수 있다. 서셉터 내의 TC 및 히터에 RF 노이즈가 들어가면 히터 제어 회로가 오동작을 일으키거나, 히터에 과전류가 흘러서 히터 제어 회로가 파손되거나 고장나지만, 상술한 보강 부재의 밀봉 효과에 의해 노이즈의 진입을 방지하여 히터 제어 회로를 보호할 수 있다.
이상과 같이, 상술한 실시예에 의한 서셉터(32B)를 이용함으로써, 서셉터의 표리의 온도차에 기인한 서셉터의 만곡 변형이나 균열의 발생이 억제된 탑재대 및 그러한 탑재대를 갖는 처리 장치를 실현할 수 있다. 여기에서, 상술한 서셉터 또는 탑재대는 웨이퍼를 가열하기 위한 히터로서 기능을 하기 때문에, 탑재대 단일 부재로서는 처리 장치용의 히터 유닛으로서 형성된다.
본 발명은 구체적으로 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위 내에 있어서 여러가지 변형예 및 개량예가 이루어질 것이다.
본 발명은 처리 장치, 특히 피처리체를 가열하기 위한 히터를 탑재대에 내장 한 처리 장치에 적용 가능하다.
Claims (15)
- 피처리체를 가열하면서 처리를 실시하는 처리 장치에 있어서,처리 용기와,상기 처리 용기 내에 배치되고, 상기 피처리체가 탑재되는 탑재대와,상기 탑재대에 매설되고, 상기 탑재대를 가열하는 것에 의해 탑재된 상기 피처리체를 가열하기 위한 복수의 히터를 갖고,상기 탑재대는 복수의 영역을 갖고, 상기 복수 영역의 각각에 대하여 독립적으로 상기 복수의 히터 중 하나가 매설되고,인접한 영역 중 한쪽에 매설된 상기 히터는 상기 인접한 영역 중 다른 쪽의 영역 내로 연장되는 부분을 갖고, 상기 인접한 영역 중 상기 다른 쪽의 영역에 매설된 상기 히터는 상기 인접한 영역 중 상기 한쪽의 영역 내로 연장되는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 인접한 영역의 2개의 히터 중 적어도 일부는, 서로 근접하지만 접촉하지 않는 위치 관계를 유지하면서, 상기 인접한 영역 사이를 왕복해서 연장되는 것을 특징으로 하는처리 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 탑재대는 원판 형상이며, 상기 복수의 영역은 탑재대의 직경 방향으로 분할된 동심원 형상의 영역이며, 상기 동심원 형상의 영역의 인접한 영역 중 외측 영역에 매설된 히터와 내측 영역에 매설된 히터는 상기 외측 영역과 상기 내측 영역 사이의 경계 부근에 있어서 교대로 들어간 부분을 갖는 것을 특징으로 하는처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 탑재대는 세라믹재로 이루어지며, 상기 히터는 선 형상 또는 코일 형상의 저항 가열용 금속인 것을 특징으로 하는처리 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 세라믹재는 AlN, Al2O3, SiC, SiO로 이루어지는 그룹으로부터 선정되는 것을 특징으로 하는처리 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 히터는 프린트 패턴 히터인 것을 특징으로 하는처리 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 저항 가열용 금속은 몰리브덴, 바나듐, 크롬, 망간, 니오브, 탄탈, 니켈, 텅스텐의 단일 부재 및 그들의 합금 중에서 선택되는 금속인 것을 특징으로 하는처리 장치.
- 피처리체를 가열하는 히터 유닛에 있어서,상기 히터 유닛은 복수의 영역을 갖고, 상기 복수 영역의 각각에 대하여 독립적으로 히터가 매설되고,인접한 영역 중 한쪽에 매설된 상기 히터는 상기 인접한 영역 중 다른 쪽의 영역 내로 연장되는 부분을 갖고, 상기 인접한 영역 중 상기 다른 쪽의 영역에 매설된 상기 히터는 상기 인접한 영역 중 상기 한쪽의 영역 내로 연장되는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는히터 유닛.
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