KR100883695B1 - 기판 가열 처리 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 처리 용기(102)내에 있어서 가열 수단(108)을 구비한 탑재대(104)에 탑재된 기판을 가열하는 기판 가열 장치는, 제 1 재료로 구성되고, 탑재대를 지지하는 지지부(202)와, 제 1 재료와 열 전도율이 상이한 제 2 재료로 구성되고, 지지부와 처리 용기를 밀봉하는 밀봉부(204)와, 지지부와 밀봉부를 기밀하게 접합하는 접합부(206)를 구비하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 상이한 열 전도율을 갖는 제 1 재료와 제 2 재료를 적절하게 선택함으로써, 탑재대의 상부와 하부 사이의 열 구배를 작게 하는 것이 가능해져, 그 결과 탑재대의 지지 구조의 길이를 짧게 하는 것이 가능해진다.

Description

기판 가열 처리 장치{SUBSTRATE HEATING AND PROCESSING DEVICE}
본 발명은 기판 가열 장치 및 그 세정 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에 있어서는, 화학적 증착(CVD)법을 사용하여, 성막(成膜)을 형성하기 위한 성막 장치가 널리 채용되고 있다.
성막 장치는 처리 용기내에 도입된 성막 가스를 플라즈마화하여, 탑재대에 탑재된 기판에 성막시키는 구조를 채용하고 있다. 성막 장치는, 히터 등의 가열 수단을 구비한 탑재대에 탑재된 기판을 가열하는 것이 가능한 기판 가열 장치를 구비하고 있다.
기판 가열 장치의 일부를 구성하는 탑재대는, 전력선 등의 전력 공급 수단이나, 열전대 등의 센서 수단이 설치되는 지지 구조에 의해 지지되어 있지만, 처리 용기내를 대기 분위기로부터 격리하기 위해서는, 이 지지 구조와 처리 용기는 진공 밀봉할 필요가 있다.
처리에 있어서, 기판을 가열하기 위한 탑재대는, 예컨대 700℃　정도의 고온 상태로 유지된다. 지지 구조와 처리 용기의 진공 밀봉부에는 비교적 내열성이 낮 은 O링 등의 밀봉 부재가 채용되어 있지만, 예컨대 TiCl4계 가스는 진공 밀봉부 부근으로의 부생성물의 부착, 및 처리 가스에 의한 O링 등의 밀봉 부재의 열화를 방지하기 위해서는, 진공 밀봉부 부근의 온도는 100℃ 내지 180℃ 정도로 유지할 필요가 있다.
이와 같이, 탑재대의 지지 구조에 있어서는, 700℃ 정도로 유지되는 탑재대 부근과 150℃ 정도로 유지되는 진공 밀봉부 부근 사이에서 큰 온도차를 발생시키고 있다. 따라서 종래의 탑재대의 지지 구조는, 온도차에 기인하는 열 응력 파괴를 회피하기 위한, 매우 긴 지주 구조를 채용하고 있다.
그러나, 이러한 기다란 지주 구조는, 기계적 강도가 취약해지기 쉽고, 또한 웨이퍼면 정밀도를 확보하기 어렵다는 문제를 갖고 있다. 또한, 긴 전열 경로가 생기기 때문에, 지지부를 거쳐 열이 달아나, 탑재대에 있어서의 균일한 열의 확보가 어렵다는 문제도 발생하고 있다.
또한, 종래의 탑재대의 지지 구조에서는, 전력선 등의 전력 공급 수단이나 열전대 등의 센서 수단의 설치 부분이 대기에 직접 연통하고 있다. 그 때문에, 전력선이나 열전대 등이, 대기중에 포함되는 산소나 수분과 반응하여 산화되고, 경로의 저항이 변화되어, 정확한 제어를 실행할 수 없다는 문제도 발생하고 있다.
본 발명은, 종래의 기판 가열 장치가 갖는 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 탑재대 지지부를 짧게 하여 안정된 구조로 할 수 있고, 또한 탑재대에 있어서의 균일한 열을 확보하여, 피처리체의 온도를 정확하게 제어할 수 있는 기판 가열 장치 및 그 세정 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 관점에 따르면, 처리 용기내에 가열 수단을 구비한 탑재대에 탑재된 기판을 가열하는 기판 가열 장치에 있어서, 상기 탑재대를 지지하는 지지 구조는, 제 1 재료로 구성되고, 상기 탑재대를 지지하는 지지부와, 상기 제 1 재료와 열 전도율이 상이한 제 2 재료로 구성되며, 상기 지지부와 상기 처리 용기를 밀봉하는 밀봉부와, 상기 지지부와 상기 밀봉부를 기밀하게 접합하는 접합부를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치가 제공된다.
이러한 구성에 따르면, 상이한 열전도율을 갖는 제 1 재료와 제 2 재료를 적절히 선택함으로써, 탑재대의 상부와 하부 사이의 열 구배를 작게 하는 것이 가능해져, 그 결과 탑재대의 지지 구조의 길이를 짧게 하는 것이 가능해진다. 또한, 탑재대의 지지 구조의 길이를 짧게 할 수 있으면, 장치 자체의 용적도 작게 하는 것이 가능해져, 장치의 가열 수단에 요구되는 열 용량도 작게 하는 것이 가능해진다.
그 때에, 밀봉부는 열 응력 변화 가능한 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 처리시에 발생하는 장치의 열 팽창이나 열 수축에 기인하는 변형을 밀봉부에서 흡수할 수 있다. 예컨대, 상기 밀봉 부재는 벨로즈 구조로 할 수 있다.
지지부와 처리 용기 사이에는 단열재가 개재되는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 따르면, 지지부와 처리 용기를 열적 플로우 상태로 배치할 수 있기 때문에, 열의 발산을 효과적으로 방지하여, 탑재대의 열 균일성을 확보하는 것이 가능해진다. 또한, 열의 발산을 방지할 수 있기 때문에, 투입 전력도 경감하는 것이 가능해진다.
또한, 단열재는 밀봉부의 열 응력 변화에 관계없이 지지부의 높이를 규정하는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 의하면, 밀봉부가 열 응력 변화된 경우에도 지지부의 높이를 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 접합부는, 내열성을 확보하기 위해서, 제 1 재료와 제 2 재료를 확산 접합하거나, 납땜 접합함으로써 구성할 수 있다. 또한, 그다지 내열성을 요구하지 않는 사양이면, 접합부는 O링으로 구성하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 처리 용기내에 가열 수단을 구비한 탑재대에 탑재된 기판을 가열하는 기판 가열 장치에 있어서, 상기 탑재대를 지지하는 지지 구조는, 상기 탑재대를 지지하는 지지부와, 상기 지지부와 상기 처리 용기 사이에 개재되는 단열재와, 상기 지지부와 상기 처리 용기를 밀봉하는 밀봉부를 구비한 것을 특징으로 하는, 기판 가열 장치가 제공된다. 그 때에, 밀봉부는 O링으로 구성하는 것이 가능하다.
본 구성은, 예컨대 그다지 고온의 가열 처리가 아니기 때문에, 따라서 기판 지지 구조의 밀봉부에 그다지 높은 내열성이 요구되지 않는 경우에, 적절하게 적용하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 처리 용기내에 가열 수단을 구비한 탑재대에 탑재된 기판을 가열 처리하는 기판 가열 장치에 있어서, 상기 탑재대를 지지하는 동시에, 상기 가열 수단으로의 전력 공급 수단이 설치되어 있는 지지 구조의 내부는 기밀하게 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치가 제공된다.
이러한 구성에 의하면, 전력 공급 수단 등이 설치된 지지 구조의 내부를 대기 분위기로부터 차단할 수 있기 때문에, 전력 공급 수단의 산화를 방지할 수 있다. 또한 탑재대의 지지 구조의 일부가 파손된 경우에도, 프로세스 가스가 대기중에 누출되는 사태를 회피할 수 있다.
이러한 기판 가열 장치에는, 지지 구조의 내부를 진공 배기하는 배기 수단을 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 지지 구조의 내부를 진공 흡인함으로써 전력 공급 수단의 산화 원인인 산소나 수분 등을 효과적으로 제거할 수 있다.
이러한 기판 가열 장치에는, 또한 상기 지지 구조의 내부를 세정하기 위한 세정 수단을 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 예컨대 불활성 가스 세정에 의해, 전력 공급 수단의 산화를 방지할 수 있는 동시에, 방전을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 처리 용기내에 가열 수단을 구비한 탑재대에 탑재된 기판을 가열 처리하는 기판 가열 장치로서, 상기 탑재대를 지지하는 동시에, 상기 가열 수단으로의 전력 공급 수단이 설치되어 있는 지지 구조의 내부는 기밀하게 밀봉되어 있고, 또한 상기 지지 구조의 내부를 진공 배기하는 배기 수단과, 상기 지지 구조 내부를 세정하는 세정 수단을 구비한 기판 가열 장치의 세정 방법에 있어서, 상기 배기 수단에 의해 상기 지지 구조 내부를 진공 배기한 후에, 상기 세정 수단에 의해 상기 지지 구조 내부를 세정하는 것을 특징으로 하는, 기판 가열 장치의 세정 방법이 제공된다.
이러한 구성에 의하면, 지지 구조의 내부를 진공 흡인함으로써 전력 공급 수단의 산화 원인인 산소나 수분 등을 효과적으로 제거할 수 있는 동시에, 예컨대 불활성 가스 세정에 의해, 전력 공급 수단의 산화를 방지할 수 있는 동시에, 방전을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 처리 용기와, 이 처리 용기내에 배치되어, 그 위에 웨이퍼를 탑재하는 탑재대와, 상기 처리 용기내에 설치되어, 일단부가 상기 처리 용기에 설치되고, 타단부에 상기 탑재대가 고정된 통(筒) 형상의 지지부를 구비하며, 상기 탑재대상의 웨이퍼를 가열하여 처리하는 기판 가열 장치로서, 상기 처리 용기는 개구부를 갖고, 상기 지지부는, 그 통 형상의 내부를 상기 처리 용기의 개구부에 연통시킨 상태에서, 상기 개구부의 개구 가장자리부에 면 접촉에 의해 고정되며, 이 개구 가장자리부에는, 이 개구부를 폐쇄하는 커버 부재가 설치되고, 이 커버 부재와 상기 개구 가장자리부는 기밀하게 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기 통 형상의 지지부의 내부에는, 일단부가 상기 탑재대의 히터에 접속되고, 타단부측이 상기 커버 부재를 통해 외부에 배선된 케이블이 설치되며, 이 케이블의 상기 커버 부재를 통과하는 부분은 기밀하게 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 처리 용기와, 이 처리 용기내에 설치된 지지체와, 이 지지체에 의해 지지되고, 그 위에 웨이퍼를 탑재하여 처리하는 판 형상의 탑재대를 구비하며, 처리 용기내에 있어서 상기 탑재대상의 웨이퍼를 가열하여 처리하는 기판 가열 장치에 있어서, 상기 판 형상의 탑재대는, 그 상층부에 박막형으로 매설되어 열을 발생시키는 히터 배선 패턴과, 이 히터 배선 패턴의 하부측에 매설되어, 상기 지지체를 통해 공급되어 온 전력을 상기 히터 배선 패턴에 공급하는 박막형의 전력 공급 배선 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 가열장치가 제공된다.
이러한 구성에 의하면, 다른 열 전도율을 갖는 제 1 재료와 제 2 재료를 적절하게 선택함으로써, 탑재대의 지지 구조의 상부와 하부 사이의 열 구배를 작게 하는 것이 가능해져, 그 결과 탑재대의 지지 구조의 상부와 하부에 있어서 온도차가 큰 경우에도, 탑재대의 지지 구조의 길이를 짧게 하는 것이 가능해진다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 기판 가열 장치 및 그 세정 방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 첨부 도면에 있어서, 대략 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략하기로 한다.
(제 1 실시예)
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 가열 장치를 적용 가능한 성막 장치(100)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 이 성막 장치(100)는 기밀하게 구성된 대략 원통 형상의 처리 용기(102)를 갖고 있다. 처리 용기(102)내에는, 피처리체인 기판(반도체 웨이퍼)(W)을 수평하게 지지하기 위한 탑재대(104)가 배치되어 있다. 탑재대(104)는 원통 형상으로 구성된 지지 구조(200)에 의해 지지되어 있다. 지지 구조(200)는 본 실시예에 따른 기판 가열 장치의 일부를 이루는 것이지만, 그 상세한 구성에 대해서는 후술한다. 탑재대(104)의 외연부에는 반도체 웨이퍼(W)를 가이드하기 위한 가이드 링(106)이 설치되어 있다.
탑재대(104)에는, 본 실시예에 따른 기판 가열 장치의 일부를 이루는 가열 수단으로서의 히터(108)가 매설되어 있다. 이 히터(108)는, W, Mo 등의 저항 선재로 이루어지고, 지지 구조(200)에 조립된 전력 공급 수단으로서의 전력선(110)을 거쳐 전원(112)으로부터 전력 공급됨으로써 발열하여 반도체 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다.
탑재대(104)에는, 센서 수단으로서 열전대(114)가 더 장착되어 있어, 적정 온도가 측정되고 있다. 전원(112)에는 제어기(116)가 접속되어 있고, 열전대(114) 의 측정 결과에 따라, 히터(108)에 대한 출력을 제어하는 것이 가능하다.
처리 용기(102)의 천정벽(102a)에는, 처리 용기(102)내에 성막 가스를 도입하기 위한 가스 도입 기구(118)가 형성되어 있다. 이 가스 도입 기구(118)는 소위 샤워 헤드로도 칭해지는 것이며, 탑재대(104)에 탑재된 반도체 웨이퍼(W)의 처리면에 대향하는 면에는 다수의 가스 토출 구멍(118a)이 개구하고 있다.
또한, 도면중 참조 부호(118b)는 정류판이고, 가스 도입 구멍(118c)으로부터 가스 도입 기구(118)내로 도입되는 가스 흐름을 정류하여, 가스 토출 구멍(118a)으로부터 균등하게 처리 용기(102)내로 분출시키도록 기능하는 것이다.
가스 도입 구멍(118c)에는 성막 가스 공급계(120)가 접속되어 있다. 성막 가스는, 가스 공급원(120a)으로부터 매스 플로우 컨트롤러(120b)나 도시하지 않은 밸브에 의해 유량 제어되어, 처리 용기(102)내에 도입된다. 성막 가스는, 프로세스에 따라 여러 가지의 것을 채용하는 것이 가능한 것은 물론이다. 예컨대, Ti막이나 TiN막 등의 금속 배선층을 형성하는 프로세스를 예로 들면 N2 가스, NH3 가스, H2 가스, Ar 가스, TiCl4 가스 등을 사용할 수 있기 때문에, 각각의 가스 종류에 대응하는 성막 가스 공급계가 준비된다.
처리 용기(102)의 천정벽(102a)에는 정합 회로(122)를 거쳐 고주파 전원(124)이 접속되어 있다. 처리시에는, 이 고주파 전원(124)으로부터 천정벽(102a)에 고주파 전력이 인가되고, 이 고주파 전력에 의해 처리 용기(102)내에 도입된 성막 가스가 플라즈마화되며, 탑재대(104)에 탑재된 기판(W)에 성막이 실행 된다. 또한, 처리 용기(102)의 천정벽(102a)과 측벽(102b) 사이는 절연 부재(126)에 의해 전기적으로 절연되어 있다.
처리 용기(102)의 바닥부(102c)에는 배기 포트(128)가 형성되어 있고, 이 배기 포트(128)에는 처리 용기(102)내를 배기하기 위한 배기계(130)가 접속되어 있다. 배기계(130)의 상세한 구성에 대해서는 도 4에 관련하여 후술한다.
다음에, 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면서, 제 1 실시예에 따른 기판 가열 장치의 탑재대(104)의 지지 구조(200)에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 도 2는 도 1에 도시하는 기판 가열 장치의 지지 구조(200)의 접합부를 확대하여 나타내는 확대 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시하는 기판 가열 장치의 지지 구조(200)의 하단부 구조를 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
지지 구조(200)는, 탑재대(104)를 지지하는 대략 원통 형상의 지지부(202)와, 지지부(202)의 하방부를 둘러싸도록 배치되어 지지부(202)와 처리 용기(102)를 밀봉하는 밀봉부(204)와, 지지부(202)와 밀봉부(204)를 기밀하게 접합하는 접합부(206)를 구비하고 있다. 또한, 지지부(202)는 단열재(208)에 의해 지지되어 있다. 그리고, 지지 구조(200)의 밀봉부(204)나 단열재(208) 등을 포함하는 하방 부분은 처리 용기(102)의 하방에 형성된 대략 원통 형상의 지지 구조 수납부(102d)에 수용되어 처리 용기(102)의 용적을 축소하도록 구성되어 있다.
지지부(202)는 플라즈마 내성이 우수한 Al2O3, AlN, SiC나 그래파이트 등의 세라믹 재료로 구성할 수 있다. 도 1 내지 도 3에 나타내는 실시예에 있어서는, 밀봉부(204)는, 알루미늄, 니켈, 하스텔로이 등으로 구성되는 신축 가능한 벨로즈(204a)와, 벨로즈(204a)를 하방에서 지지하는 하부 플랜지(204b)와, 벨로즈(204a)를 상방에서 지지하는 상부 플랜지(204c)로 구성되어 있다. 하부 플랜지(204b)와 상부 플랜지(204c)는 벨로즈(204a)와 동일 재료로 구성되어 있고, 벨로즈(204a)에 대하여 용접부(204d, 204e)를 거쳐 용접되어 있다. 또한, 밀봉부(204)와 지지부(202) 사이에는 화살표로 나타내는 바와 같이 벨로즈 등으로부터 금속 오염물(metal contamination)이 발생하기 때문에, 상부 플랜지(204c)의 상부에는 알루미나, AlN 등으로 구성되는 금속 오염물 커버(207)가 씌워지고, 챔버내로의 금속 오염물의 누출이 방지된다. 또한, 단열재(208)는 알루미나나 석영이나 세라믹 등의 재료로 구성되어 있다.
이와 같이, 제 1 실시예에 따른 지지 구조(200)에 있어서는, 지지부(202)는 기능적으로 탑재대(104)를 지지하는 것이므로, 어느 정도의 강성을 갖는 재료로 구성되어 있다. 이에 반해, 처리 용기(102)와 지지부(202)를 밀봉하는 밀봉부(204)는 열 응력에 따라 변형 가능한 구조, 예컨대 도시한 예에서는 벨로즈 구조로 구성되어 있다. 단열재(208)에 대해서는, 지지부(202)와 마찬가지로 밀봉부(204)가 열 응력에 따라 변형된 경우에도, 지지 구조(200)의 길이를 일정하게 유지할 수 있는 강성을 갖고 있는 것이 바람직하다.
또한, 지지 구조(200)의 지지부(202)와 처리 용기(102) 사이에 단열재(208)를 개재함으로써, 지지부(202)와 처리 용기(102a)의 바닥부(102c)를 열적 플로우 상태로 배치할 수 있기 때문에, 열의 발산을 효과적으로 방지하여, 탑재대(104)의 열 균일성을 확보하는 것이 가능해진다. 또한, 열의 발산을 방지할 수 있기 때문에, 투입 전력도 경감하는 것이 가능해진다.
여기서, 지지부(202)와 밀봉부(204)는 다른 재료로 구성되어 있기 때문에, 지지부(202)와 밀봉부(204)를 기밀하게 접합하는 접합부(206)로서는, 100℃ 이상, 특히 170℃ 이상의 내열성을 갖는 금속과 세라믹스의 열 확산 접합 납땜 등의 밀봉 수단을 채용할 수 있다. 또한, 그다지 내열성을 요구하지 않는 용도이면, 접합부(206)로서 O링 등의 밀봉 수단을 채용하는 것도 가능하다. 0링재로서는, 내열성, 내플라즈마성, 내부식성이 있는 불소계의 칼레즈(Kalrez), 바이톤(Viton) 등이 사용된다.
또한, 상부 플랜지(204c)는 지지 구조 수납부(102d)의 상부에 대하여 O링(210) 등의 밀봉 부재를 거쳐 기밀하게 밀봉되어 있다. 마찬가지로, 단열재(208)는 처리 용기(102)의 지지 구조 수납부(102d)의 바닥부에 대하여, O링 등 밀봉 수단(212)에 의해 기밀하게 밀봉되어 있다. 또한, 처리 용기(102)의 바닥부(102c)의 대기측에는 펠티에(Peltier) 소자(214)가 개재되어 있고, 처리 용기(102)의 하부에도 펠티에 소자(214a)가 설치되어 있다. 그리고, 처리 용기(102)의 바닥부(102c) 및 처리 용기(102)의 하부를 100℃ 내지 200℃, 바람직하게는 150℃ 내지 180℃로 가열 유지하여, NH4Cl 등의 반응 부생성물의 석출 및 반응 가스가 액화하지 않도록 하고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 기판 가열 장치의 지지 구조(200) 는, 주로 탑재대(104)를 지지하는 기능을 갖는 지지부(202)와, 주로 처리 용기(102)의 바닥부(102c)와 지지 구조(200) 사이를 밀봉하는 동시에 열 응력 변화를 흡수하는 기능을 갖는 밀봉부(204)를, 각각 다른 재료로 구성하는 별도의 개체로서 구성하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 상부에서는 700℃ 정도의 내열성이 요구되는 지지부(202)와, 처리 용기(102)의 바닥부(102c)와의 접합부에서는 150℃ 정도의 내열성이 요구되는 밀봉부(204)의 재료 및 치수를 적절히 선택하여 탑재대(104)의 지지 구조(200)의 상부와 하부 사이의 열 구배를 작게 함으로써, 탑재대(104)의 지지 구조(200)의 길이를 짧게 하는 것이 가능해진다.
탑재대(104)의 지지 구조(200)의 길이를 짧게 할 수 있으면, 성막 장치(100) 자체의 용적도 작게 하는 것이 가능해진다. 특히, 본 실시예에 따른 기판 가열 장치와 같이, 지지부(202)와 밀봉부(204)를 2중 구조로 구성하면, 지지 구조(200) 자체의 길이를 한층 더 짧게 하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예에 따른 기판 가열 장치의 지지 구조(200)에 있어서는, 내측에 지지부(202)를 설치하고, 그 지지부(202)의 외측을 둘러싸도록 밀봉부(204)를 설치하는 구성을 채용하고 있지만, 처리 용기(102)의 구조에 따라서는, 밀봉부(204)를 내측에 배치하고, 밀봉부(204)의 외측을 지지부(202)가 둘러싸도록 하는 구성을 채용하는 것이 가능하다.
다음에 도 4를 참조하면서, 본 실시예에 따른 기판 가열 장치의 배기계(130)와 세정 가스의 배기계(150) 및 공급계(140)의 구성에 대하여 설명한다.
또한, 도 4에 도시하는 성막 장치의 단면도는, 도 1에 도시하는 성막 장치의 단면도와 거의 유사한 것이지만, 세정 가스의 배기계의 일례를 나타낸 것이다. 우선, 처리 용기(102)의 배기계에 대하여 설명하면, 배기 포트(128)는 개폐 밸브(132) 및 압력 제어 밸브(APC)(134)를 거쳐 배기 펌프(136)에 접속되어 있다. 처리 용기(102)내를 배기하는 경우에는, 배기관(131)에 배치되는 개폐 밸브(132)를 개방함으로써, 압력 제어 밸브(134)를 완전 개방하여 배기 펌프(136)를 구동함으로써, 처리 용기(102) 내부를 배기한다.
본 실시예에 따른 기판 가열 장치에 있어서는, 탑재대(1O4)를 지지하는 지지 구조(200)의 내부(220)는 기밀하게 밀봉되어 있고, 주위의 대기 분위기로부터 차단되어 있다. 단, 지지 구조(200)의 내부(220)에는 세정 가스의 배기계(150) 및 공급계(140)가 연통하고 있다. 세정 가스 배기계(150)는 처리 용기(102)의 배기계(130)에 접속되어 있다.
지지 구조(200)에는, 불활성 가스와 같은 세정 가스를 그 내부(220)에 도입하기 위해서 세정 가스 도입 구멍(142)이 형성되어 있다. 이 세정 가스 도입 구멍(142)은, 세정 가스 도입관과 그곳에 배치된 개폐 밸브(144)를 거쳐 세정 가스 공급원(146)에 접속되어 있고, 질소, Ar 등의 불활성 가스를 지지 구조(200)의 내부(220)에 도입하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
흔히, 지지 구조(200)에는, 그 내부(220)를 진공 흡인하기 위한 배기계(150)에 연통하는 배기 포트(152)가 형성되어 있다. 배기계(150)는 개폐 밸브(154)를 거쳐 처리 용기(102)내의 배기계(130)에 개재되는 압력 제어 밸브(134)에 접속되어 있다. 또한, 배기계(150)는 개폐 밸브(154)의 상류측에서 분기되어, 개폐 밸브(156) 및 체크 밸브(158)를 거쳐, 배기계에 연통하고 있다.
이미 설명한 바와 같이, 지지 구조(200)의 내부(220)에는, 탑재대(104)의 히터(108)에 전력을 공급하기 위한 전력선(110)이나, 열전대(114) 등의 센서 수단이 설치되어 있다. 이러한 지점에서, 종래의 장치와 같이, 지지 구조(200)의 내부가 대기에 연통하고 있는 경우에는, 전력선(110)이나 열전대(114)의 신호선 등이 대기중에 포함되는 산소나 수분 때문에 산화될 우려가 있다. 또한, 지지 구조(200)의 세라믹제의 지지부(202)가 파손된 경우에는, 파손 개소로부터 프로세스 가스가 대기중으로 누출될 우려가 있었다.
그러나, 본 실시예에 따른 기판 가열 장치에 있어서는, 지지 구조(200)의 내부(220)는, 지지 구조(200)의 처리 용기(102)에 대한 진공 밀봉과는 별도의 시스템으로서, 기밀하게 밀봉되어 있다. 그 때문에, 전력선(110)이나 열전대(114)의 신호선 등의 산화 원인인 수분이나 산소를 배기할 수 있다. 또한, 지지 구조(200)의 세라믹스제의 지지부(202)가 파손된 경우에도, 처리 용기(102)내의 프로세스 가스가 대기중에 누출되는 예측 불가능한 사태를 회피할 수 있다.
또한, 지지 구조(200)의 내부(220)에는, 불활성 가스가 충전되어 있기 때문에, 전력선(110)이나 열전대(114)의 신호선 등의 산화를 방지할 수 있는 동시에, 지지 구조(200)의 내부(220)는 정압으로 유지되고 있기 때문에, 방전 현상 등도 효과적으로 방지할 수 있다.
다음에, 지지 구조(200)의 내부(220)를 세정하는 방법에 대하여 설명한다.
우선, 지지 구조(200)의 세정계(140)의 개폐 밸브(144)를 밀폐하는 동시에, 지지 구조(200)의 내부(220)는 배기계(150)의 개폐 밸브(156)를 밀폐하고, 개폐 밸브(154)를 개방하여, 배기 펌프(136)에 의해 지지 구조(200)의 내부(220)에 존재하는 대기(산소나 수분 등)를 최대한 제거한다.
지지 구조(200)의 내부(220)의 진공 배기가 완료하면, 배기계(150)의 개폐 밸브(154)를 밀폐하고, 개폐 밸브(156)를 개방한다. 그리고, 세정계(140)의 개폐 밸브(144)를 개방함으로써, 불활성 가스 공급원(146)으로부터 질소 또는 아르곤 등의 불활성 가스가 지지 구조(200)의 내부(220)에 도입된다. 여분의 불활성 가스는 배기계(150)의 체크 밸브(158)를 거쳐 배기계로 이송되어 배출된다. 지지 구조(200)의 내부(220)의 세정이 소정 시간 종료한 후에, 배기계(150)의 개폐 밸브(156) 및 공급계(140)의 개폐 밸브(144)를 각각 밀폐함으로써, 지지 구조(200)의 내부(220)에 불활성 가스가 충전되어, 전력선(110)이나 열전대(114)의 신호선 등의 산화를 방지할 수 있는 동시에, 방전 현상 등도 효과적으로 방지할 수 있다. 상기는, 지지 구조(200) 내부(220)에 세정 가스를 봉입한 실시예이지만, 지지 구조(200) 내부(220)를 진공 상태로 유지하는 구조를 채용할 수도 있다.
다음에, 상기와 같이 구성된 성막 장치의 동작에 대하여 간단히 설명한다. 상기와 같이 구성된 성막 장치에 있어서 Ti막을 생성하는 프로세스를 예로 들면, 우선 처리 용기(102)내에 반도체 웨이퍼(W)를 도입하고, 히터(108)에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 200℃ 내지 700℃ 정도로 가열하면서, 처리 용기(102)내를 고진공 상태, 예컨대 0.1Torr 내지 10Torr 정도로 진공 흡인한다. 이어서, 처리 용기(102) 내에 소정의 성막 가스, 예컨대 H2 가스와, Ar 가스, TiCl4 　가스 등을 개별적으로 소정의 유량을 도입하여 플라즈마화함으로써, 반도체 웨이퍼(W)에 대한 성막 처리를 소정 시간 실행한다. 성막 처리 종료 후, 반도체 웨이퍼(W)는 처리 용기(102)로부터 반출된다.
또한, 프로세스시에, 본 실시예에 따른 성막 장치에 있어서는, 탑재대(104) 부근의 온도는 700℃에 이르고, 탑재대(104)의 지지 구조(200)의 밀봉부(204) 부근의 온도는 적어도 100℃ 이상, 바람직하게는 170℃ 이상 정도로 할 필요가 있다. 이것은 성막 가스가 170℃ 이하이면, 반응 부생성물(NH4Cl)이 부착되거나, 액화되기 때문이다. 본 실시예에 의하면, 탑재대(104)의 지지 구조(200) 자체의 길이를 충분히 길게 하지 않고, 최저한의 길이로도 상기와 같은 온도차를 실현할 수 있다. 또한, 탑재대(104)의 강도를 지지 구조(200)에서 벗어나지 않도록 유지하는 것이 가능하여, 탑재대(104)의 열 균일성을 양호하게 제어할 수 있다.
예컨대, 종래의 성막 장치에서는, 상기 온도 조건을 확보하기 위해서, 지지부의 길이를 약 270㎜ 확보해야 했다. 그러나, 본원의 경우에는, 270㎜ 이하라도 확보 가능하고, 바람직하게는 200㎜ 이하이다. 예컨대 밀봉재로서 300℃ 정도의 내열성을 갖는 알루미늄을 사용한 경우에는, 지지부의 길이를 약 150㎜ 정도 확보하면 충분하다. 또한 밀봉재로서 약 400℃ 내지 500℃ 정도의 내열성을 갖는 니켈이나 하스텔로이를 사용한 경우에는, 지지부의 길이를 약 100㎜ 정도 확보하면 충분하다.
또한, 탑재대(104)의 히터(108)로의 전력 공급 수단(110)이 배치되어 있는 지지 구조(200)의 내부도 진공 배기되는 동시에, 불활성 가스에 의해 세정되어 있기 때문에, 전력 공급 수단(110)이 산화되기 어려워, 따라서 히터(108)의 제어도 정밀도 양호하게 유지할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 기판 가열 장치는, 처리 용기(102)내에서 가열 수단(108)을 구비한 탑재대(104)에 탑재된 기판(W)을 가열하기 위해서 관련되는 기구를 총칭하는 것으로, 본 실시예에 있어서는, 그 개념에, 특히 탑재대(104)의 지지 구조를 포함하고 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 구성에 한정되는 것이 아니라, 본 실시예에 따른 기판 가열 장치를 적절 가능한 처리 장치, 예컨대 성막 장치 등의 반도체 제조 장치의 구성에 따라, 각종 구성을 채용할 수 있다.
(제 2 실시예)
다음에, 도 5를 참조하면서, 본 발명에 따른 기판 가열 장치의 제 2 실시예에 대하여 설명한다. 단, 도 1 내지 도 4와 관련하여 설명한 기판 가열 장치의 요소와 거의 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 중복 설명을 생략한다.
도 1에 도시하는 기판 가열 장치와 도 5에 도시하는 기판 가열 장치의 차이는 지지 구조(200, 1200)에 있다. 도 1에 도시하는 기판 가열 장치에 있어서는, 지지 구조(200)의 밀봉부(204)는 지지부(202)의 외측을 둘러싸도록 외측에 배치되어 있다. 이에 대하여, 도 5에 도시하는 기판 가열 장치에 있어서는, 지지 구조(1200)의 밀봉부(1204)는 지지부(1202)의 하방에 배치되어 있고, O링 등의 밀봉 수단(1210)에 의해 처리 용기(102)에 대하여 밀봉되어 있다.
또한, 도 5에 도시하는 성막 장치의 처리 용기는 통상 배럴형이지만, 물론 도 1에 도시하는 성막 장치와 마찬가지로, 처리 용기의 바닥부에 버킷부[바닥부(102c)로 구성되는 버킷형상의 부분]를 형성하고 그곳에 기판 가열 장치를 설치하는 구성을 채용해도 상관없다.
또한, 지지부내는 대기 개방된 구조이기 때문에, 도 4와 같은 세정 가스 구조를 필요로 하지 않고, 따라서 간략한 구조로 균일한 열 구조를 실현할 수 있다.
그리고, 단열재(1208)는 지지 구조(1200)의 하방에 있고, 밀봉부(1204)의 외측에 배치되는 구성을 채용하고 있다. 단열재(1208)는 Al2O3, AlN 등의 세라믹으로 단열 효과를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 지지부(1202)와 밀봉부(1204)를 기밀하게 접합하는 접합부(1206)는 도시하는 바와 같이 지지부(1202)의 내측에 있어서, 밀봉부(1204)와 접합하도록 구성되어 있다. 밀봉부(1204)는, 열전도율이 불량한 것, 예컨대 SUS, 하스텔로이, Ni 합금, 혹은 Ni 등의 금속 시일 또는 벨로즈관으로 제작된다.
이와 같이, 도 1에 도시하는 기판 가열 장치의 지지 구조(200)와 도 5에 도시하는 기판 가열 장치의 지지 구조(1200)는 각 요소의 배치 구성이 상이하지만, 각 요소의 기능 구성은 거의 동일하기 때문에 그 상세 설명은 생략한다.
또한, 도 5에 도시하는 성막 장치에서는, 탑재대(1104)로서 세라믹 히터가 내장된 구성을 채용하고 있다. 세라믹 히터를 내장하는 구성의 경우에는, 세라믹 제의 탑재대(1104)와, 그 지지 구조(1200)의 세라믹제의 지지부(1202)를 일체 구조로 하는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 구성을 채용한 경우에도, 지지 구조(1200)의 지지부(1202)와 밀봉부(1204)는 별도의 개체로 구성하여, 본 발명에 따른 기판 가열 장치를 적용할 수도 있다.
(제 3 실시예)
다음에, 도 6을 참조하면서, 본 발명에 따른 기판 가열 장치의 제 3 실시예에 대하여 설명한다. 단, 도 1 내지 도 4와 관련하여 설명한 기판 가열 장치의 요소와 거의 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 중복 설명을 생략한다.
도 6에 도시하는 성막 장치는 도 1 및 도 5에 도시하는 성막 장치에 비하여 보다 간편한 구성으로 되어 있다. 그리고, 도 5와 마찬가지로, 지지부(2202)의 내부는 대기로 개방되어 있다. 또한, 탑재대(2104)의 온도가 비교적 높지 않은 경우에는, 지지 구조(2200)의 하부측의 밀봉부 부근의 온도가 높아지지 않기 때문에, 탑재대(2104)를 지지하는 지지부(2202)와, 이 지지부(2202)와 처리 용기(102)를 O링 등의 내열성이 그다지 높지 않은 밀봉 수단에 의해 직접 밀봉할 수 있다.
그리고, 밀봉부(2204)를 거쳐, 지지부(2202)와 처리 용기(102)를 열적으로 플로우 상태로 배치하는 단열재(2208)로 구성할 수 있다.
본 구성에서는, 예컨대 그다지 고온의 가열 처리가 아니기 때문에, 따라서 기판 지지 구조의 밀봉부에 그다지 높은 내열성이 요구되지 않는 경우에, 바람직하게 적용하는 것이 가능하다.
또한, 처리 용기(102)의 바닥부(102c)의 대기측에는 펠티에 소자(214)가 개재되어 있고, 처리 용기(102)의 하부에도 펠티에 소자(214a)가 설치되어 있다. 그리고, 처리 용기(102)의 바닥부(102c) 및 처리 용기(102)의 하부를 100℃ 내지 200℃, 바람직하게는 150℃ 내지 180℃로 가열 유지하여, NH4Cl 등의 반응 부생성물의 석출 및 반응 가스가 액화하지 않도록 하고 있다.
또한, 참조 부호(128)는 배기 포트를 나타내고 있고, 이 배기 포트(128)에는 도 4에 도시하는 배기계(130)가 접속되어 있다.
(제 4 실시예)
다음에, 도 7을 참조하면서, 본 발명에 따른 기판 가열 장치의 제 4 실시예에 대하여 설명한다. 단, 도 1 내지 도 6과 관련하여 설명한 기판 가열 장치의 요소와 거의 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 중복 설명을 생략한다.
도 1에 도시하는 기판 가열 장치와 도 7에 도시하는 기판 가열 장치의 차이는 지지 구조(200, 3200)에 있다. 도 1에 도시하는 기판 가열 장치에 있어서는, 지지 구조(200)의 밀봉부(204)는 지지부(202) 외측을 둘러싸도록 외측에 배치되고, 지지부(202)와 밀봉부(204)를 기밀하게 접합하는 접합부(206)에 의해 처리 용기(102)에 대하여 지지부(202) 내부는 밀봉되어 있다.
이에 대하여, 도 7에 도시하는 기판 가열 장치에 있어서는, 지지 구조(3200)의 지지부(3202)는, 하부를 예컨대 알루미늄으로 형성된 고정구(클램프)(3302)에 의해 피복하고, 나사(3304)에 의해 처리 용기(102)의 하부 외벽에 고정하여 지탱된다. 지지부(3202)와 처리 용기(102)의 접촉부(3306)는 기밀하게 밀봉되어 있지 않고, 면 접촉되어 있다.
지지 구조(3200)의 하부에는, 2매의 절연재(3308, 3310)가 구비되고, 그것들을 둘러싸고, 처리 용기(102) 하부의 개구부를 밀봉하는 기밀 케이싱(3300)이 설치되어 있다. 도시한 예에서는, 기밀 케이싱(3300)은 상부가 개구된 원주 형상이지만, 평판 형상일 수도 있다.
기밀 케이싱(3300)과 처리 용기(102)의 접합부에는, O링 등의 밀봉 부재(3210)가 구비되어, 이로써 처리 용기(102) 내부 및 지지부(3202) 내부를 대기 분위기로부터 기밀하게 밀봉하고 있다. 기밀 케이싱(3300) 하부는 전력선(110) 및 열전대(114)를 기밀하게 유지하면서 외부로 인출할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 배기구(3152)가 설치되고, 배기계(도시하지 않음)에 접속되어, 지지부(3202) 내부를 배기하여, 소망하는 진공도로 유지할 수 있도록 되어 있다.
상기와 같이, 지지부(3202) 내부를 진공으로 유지함으로써, 전력선(110), 열전대(114) 등의 산화를 방지할 수 있어, 탑재대(104)의 온도를 계속적으로 정확하게 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 열 이동을 적게 하는 것이 가능하고, 지지부(3202)의 길이를 짧게 할 수 있어, 장치의 가열 수단에 요구되는 열 용량을 작게 하는 것이 가능해진다. 또한, 밀봉 부재(3210)를 처리 용기(102) 외부에 설치했기 때문에, 탑재대(104)로부터의 열의 이동을 받지 않아, 처리 용기(102) 내부에 설치하는 경우에 비하여 내열 온도가 낮은 부재를 사용할 수 있어, 예컨대 O링 등을 사 용하는 것이 가능해진다. 탑재대(104)의 온도가 예컨대 300℃ 이상으로 되는 경우는, 열전대(114)를 대신하여, 예컨대 석영 또는 사파이어 등의 막대 형상의 것을 사용한 방사 온도계로 온도 제어할 수도 있고, 또한 열전대와 방사 온도계의 병용에 의해 온도 제어를 보다 정확하게 할 수 있다.
또한, 케이싱(3300)에는, 세정 가스 도입 구멍(4142)이 설치되어 있고, 케이싱(3300)내 및 지지부(3202)내에 질소, 아르곤 등의 세정 가스를 공급할 수 있게 되어 있다. 지지부(3202)내에 세정 가스를 도입할 때에는, 미리 배기구(3152)를 거쳐 지지부(4202) 내부의 배기를 실행하여, 소정의 진공도까지 진공 흡인해 두는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 지지부(3202) 내부를 소정의 진공도로 하고 나서 세정 가스를 도입함으로써, 전력선(110), 열전대(114) 등의 산화를 방지할 수 있어, 탑재대(104)의 온도를 정확하게 제어하는 것이 가능해진다.
또한, 처리 용기(102)의 바닥부(102c)의 대기측에는 펠티에 소자(214)가 개재되어 있고, 처리 용기(102)의 하부에도 펠티에 소자(214a)가 설치되어 있다. 그리고, 처리 용기(102)의 바닥부(102c) 및 처리 용기(102)의 하부를 100℃ 내지 200℃, 바람직하게는 150℃ 내지 180℃로 가열 유지하여, NH4Cl 등의 반응 부생성물의 석출 및 반응 가스가 액화하지 않도록 하고 있다.
또한, 참조 부호(128)는 배기 포트를 나타내고 있고, 이 배기 포트(128)에는 도 4에 도시하는 배기계(130)가 접속되어 있다.
또한, 탑재대(104)에는 히터선(104a)이 설치되어 있고, 이 히터선(104a)의 상측에는 하부 전극(104b)이 매설되어 있다. 여기서, 히터선(104a)은 플라즈마의 CVD 및 에칭의 경우와 열 CVD의 장치에 사용된다. 플라즈마 장치에서는, 하부 전극(104b)을 히터선(104a) 상측의 탑재대(104) 표면에 매설하고, 전극에 바이어스를 인가하여 에칭 또는 성막을 실행하는 경우가 있으며, 에칭에서는, 에칭 속도의 향상에 유효하고, 성막에서는 스텝 커버리지의 향상에 유효하다. 또한, 하부 전극(104b)은 메시(mesh) 구조를 하고 있고, 그 재질은 Cu, Ti 등의 도전성 금속으로 이루어져 있다.
(제 5 실시예)
다음에, 도 8을 참조하면서, 본 발명에 따른 기판 가열 장치의 제 5 실시예에 대하여 설명한다. 단, 도 1 내지 도 7과 관련하여 설명한 기판 가열 장치의 요소와 거의 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 중복 설명을 생략한다.
도 7에 도시하는 기판 가열 장치와 도 8에 도시하는 기판 가열 장치의 차이는 지지 구조(3200, 4200)에 있다. 도 7에 도시하는 기판 가열 장치에 있어서는, 지지 구조(3200)의 지지부(3202)는, 하부가 고정구(3302)에 의해 피복되고 나사(3304)에 의해 처리 용기(102)의 하부 외벽에 고정되어 있다. 지지부(3202)와 처리 용기(102)의 접촉부(3306)는 기밀하게 밀봉되어 있지 않고, 면 접촉으로 되어 있다.
이에 대하여, 도 8에 도시한 기판 가열 장치에서는, 지지부(4202) 하부를 예 컨대 알루미늄으로 형성된 고정구(클램프)(4302)로 피복하고, 또한 그 하부에, 예컨대 알루미늄의 지지대(4300)를 설치하고, 그 지지대(4300)에 나사(4304)로 고정구(4302)를 고정함으로써, 지지부(4202)를 지지하고 있다. 이 지지대(4300)를 설치함으로써, 대기측으로부터 지지대(4300)의 고정이 가능하게 되어, 탈착시에 나사(4304)를 분리할 필요가 없기 때문에, 탑재대(104), 고정구(4302)의 탈착을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 도 7의 예에서는, 처리 용기(102) 하부에 절연판(또는 절연재)(3308)이 설치되어 있었지만, 도 8의 예에는 없으며, 절연판(또는 절연재)(3310)만이 설치되는 구성이다. 처리 용기(102) 하부에 기밀판(또는 기밀 케이싱)(3300)을 설치하고, 배기구(3152)로부터 지지 구조(4200) 내부를 배기하는 구성은, 도 7의 예와 실질적으로 동일하다. 도시한 예에서는, 기밀 케이싱(3300)은 상부가 개구된 원주 형상이지만, 평판 형상일 수도 있다.
기밀 케이싱(3300)과 처리 용기(102)의 접합부에는, O링 등의 밀봉 부재(3210)가 설치되고, 이로써 처리 용기(102) 내부 및 지지부(4202) 내부를 대기 분위기보다 기밀하게 밀봉하고 있다. 기밀 케이싱(3300) 하부는, 전력선(110) 및 열전대(114)를, 기밀하게 유지하면서 외부로 인출할 수 있도록 구성되어 있다.
처리 용기(102) 하부에는, 세정 가스 도입 구멍(4142)이 설치되고, 여기로부터 질소나 Ar 등의 세정 가스가 기밀 케이싱(3300) 내부 및 지지부(4202) 내부로 도입된다. 지지부(4202) 내부로 세정 가스를 도입할 때에는, 미리 배기구(3152)를 거쳐 지지부(4202) 내부의 배기를 실행하여, 소정의 진공도까지 진공 흡인해 두는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 지지부(4202) 내부를 소정의 진공도로 하고 나서 세정 가스를 도입함으로써, 전력선(110), 열전대(114) 등의 산화를 방지할 수 있어, 탑재대(104)의 온도를 정확하게 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 열 이동을 적게 하는 것이 가능하고, 지지부(4202)의 길이를 짧게 할 수 있어, 장치의 가열 수단에 요구되는 열용량을 작게 하는 것이 가능해진다. 또한, 지지부(4202)의 길이를 짧게 해도, 밀봉 부재(3210)를 처리 용기(102) 외부에 설치했기 때문에, 탑재대(104)로부터의 열 전달을 받지 않아, 처리 용기(102) 내부에 설치하는 경우에 비해 내열 온도가 낮은 부재를 사용할 수 있어, 예컨대 O링 등을 사용하는 것이 가능해진다. 탑재대(104)의 온도가 예컨대 300℃ 이상으로 되는 경우는, 열전대(114)를 대신하여, 예컨대 석영 또는 사파이어 등의 막대 형상의 것을 사용한 방사 온도계로 온도 제어할 수도 있고, 또한 열전대와 방사 온도계의 병용에 의해 온도 제어를 보다 정확하게 할 수 있다.
또한, 처리 용기(102)의 바닥부(102c)의 대기측에는 펠티에 소자(214)가 개재되어 있고, 처리 용기(102)의 하부에도 펠티에 소자(214a)가 설치되어 있다. 그리고, 처리 용기(102)의 바닥부(102c) 및 처리 용기(102)의 하부를 100℃ 내지 200℃, 바람직하게는 150℃ 내지 180℃로 가열 유지하여, NH4Cl 등의 반응 부생성물의 석출 및 반응 가스가 액화하지 않도록 하고 있다.
또한, 참조 부호(128)는 배기 포트를 나타내고 있고, 이 배기 포트(128)에는 도 4에 도시하는 바와 같은 배기계(130)가 접속되어 있다.
(제 6 실시예)
다음에, 도 9를 참조하면서, 본 발명에 따른 기판 가열 장치의 제 6 실시예에 대하여 설명한다. 단, 도 1 내지 도 8과 관련하여 설명한 기판 가열 장치의 요소와 거의 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 중복 설명을 생략한다.
도 8에 도시하는 기판 가열 장치와 도 9에 도시하는 기판 가열 장치의 차이는 지지 구조(3200, 5200)에 있다. 도 8에 도시하는 기판 가열 장치에 있어서는, 지지부(4202)는 Al2O3·AlN 등 세라믹에 의해 형성되어 있지만, 지지 구조(5200)에서는, Al2O3, AlN 등 세라믹제의 지지부(5202)의 하부에, 지지부(5202)와 유리 용융 접합 등에 의해 접합된 단열재(5208)가 형성되어 있다. 단열재(5208)는 예컨대 유리계 단열재, 혹은 실리콘 함유 단열재 등이다.
또한, 도 8의 예에서는, 지지부(4202) 하부를 고정구(4302)와, 그 하부에, 예컨대 알루미늄의 지지대(4300)를 설치하고, 그 지지대(4300)에 나사(4304)로 고정구(4302)를 고정함으로써, 지지부(4202)를 지지하고 있다. 또한, 밀봉 부재(3210)는 처리 용기(102) 외부에 설치되어 있다.
이에 대하여, 도 9의 예에서는, 단열재(5208) 하부를 고정구(5302)와, 그 하부에, 예컨대 알루미늄의 지지대(5300)를 설치하여, 그 지지대(5300)에 나사(5304)로 고정구(5302)를 고정함으로써, 지지부(5202) 및 단열재(5208)를 지지하고 있다. 또한, 단열재(5208)와 지지대(5300)의 접합부에는 밀봉 부재(5210)가 설치되고, 또한 처리 용기(102)와 지지대(5300)의 접합부에는 밀봉 부재(5211)가 설치되며, 이로써 처리 용기(102) 내부를 대기 분위기 및 지지 구조(5200) 내부로부터 기밀하게 밀봉하고 있다. 지지대(5300) 하부에는 예컨대 세라믹으로 이루어지는 절연 부재(5308)가 설치되고, 지지 구조(5200) 내부는 장치 외부와 연통하고 있지만, 처리 용기(102) 외부로 탑재대(104)로부터의 복사를 차단할 수 있다.
상기와 같이, 지지 구조(5200) 하부에 단열재(5208)를 설치했기 때문에, 탑재대(104)의 열의 발산을 효과적으로 방지하여, 균일한 열을 확보할 수 있다. 또한, 지지부(5202) 및 단열재(5208)의 길이를 짧게 할 수 있어, 장치의 가열 수단에 요구되는 열용량을 작게 하는 것이 가능해진다. 또한, 단열재(5208)를 설치했기 때문에, 밀봉 부재로서 내열 온도가 낮은 부재를 사용할 수 있고, 예컨대 O링 등을 사용하는 것이 가능해진다. 탑재대(104)의 온도가 예컨대 300℃ 이상으로 되는 경우는, 열전대(114)를 대신하여, 예컨대 석영 또는 사파이어 등의 막대 형상의 것을 사용한 방사 온도계로 온도 제어할 수도 있고, 또한 열전대와 방사 온도계의 병용에 의해 온도 제어를 보다 정확하게 할 수 있다.
지지대(5300)에는, 세정 가스 도입 구멍(4142)이 설치되고, 여기로부터 질소나 Ar 등의 세정 가스가 지지부(5202) 내부로 도입된다. 지지부(5202) 내부에 세정 가스를 도입할 때에는, 미리 배기구(3152)를 거쳐 지지부(5202) 내부의 배기를 실행하고, 소정의 진공도까지 진공 흡인해 두는 것이 바람직하다. 상기와 같이, 지지부(5202) 내부를 소정의 진공도로 하고 나서 세정 가스를 도입함으로써, 전력 선(110), 열전대(114) 등의 산화를 방지할 수 있어, 탑재대(104)의 온도를 정확하게 제어하는 것이 가능해진다.
또한, 처리 용기(102)의 바닥부(102c)의 대기측에는 펠티에 소자(214)가 개재되어 있고, 처리 용기(102)의 하부에도 펠티에 소자(214a)가 설치되어 있다. 그리고, 처리 용기(102)의 바닥부(102c) 및 처리 용기(102)의 하부를 100℃ 내지 200℃, 바람직하게는 150℃ 내지 180℃로 가열 유지하여, NH4Cl 등의 반응 부생성물의 석출 및 반응 가스가 액화하지 않도록 하고 있다.
또한, 참조 부호(128)는 배기 포트를 나타내고 있고, 이 배기 포트(128)에는 도 4에 도시하는 배기계(130)가 접속되어 있다.
또한, 제 4 내지 제 6 실시예에 있어서, 성막 장치의 처리 용기는, 도 7 내지 도 9에 도시하는 바와 같이, 처리 용기의 바닥부에 버킷부를 형성한 것이다. 그러나, 이에 한정할 필요는 없고, 도 5에 도시하는 통상의 배럴형의 구성을 채용할 수도 있다.
(제 7 실시예)
다음에, 도 10 내지 도 12를 참조하면서, 본 발명에 따른 기판 가열 장치의 제 7 실시예에 대하여 설명한다. 단, 도 1 내지 도 8과 관련하여 설명한 기판 가열 장치의 요소와 거의 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 중복 설명을 생략한다.
제 1 내지 제 6 실시예에 있어서는, 그 특징적인 부분은 지지 구조에 있지 만, 본 실시예에 있어서는 탑재대의 가열 수단인 히터의 구성에 특징이 있다.
종래의 히터는, 예컨대 세라믹으로 형성된 대략 원반형의 탑재대 내부에 매설되고, 탑재대의 중심부와 외연부에, 각각 전원에 접속된 전력선의 접속부를 갖고, 상면에서 보면 외연부로부터 중심 방향을 향하는 소용돌이 형상의 저항 발열체와, 중심부로부터 외연 방향을 향하는 소용돌이 형상의 발열체의 2개의 부분으로 구성되어 있다.
그러나, 이와 같이 전력선을 직접 중심부와 외연부에 접속하기 때문에, 히터의 패턴의 자유도가 제한되고, 피처리체를 균일히 가열하는 균일한 열 패턴을 실현하기 어려웠다.
도 10은 본 실시예에 따른 탑재대(604)의 개략 단면도이다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 따른 기판 가열 장치에 있어서는, 지지부(602)에 지지되어 탑재대(604) 내부에 매설된 히터를, 외측 히터(609)와 내측 히터(610)로 구성하고, 그 하층에 공통 배선(608)을 배치하는 2층 구조로 했다.
지지부(602) 내부에 구비된 전력선(110)중의 1개는, 공통 배선(608)의 일부에 접속부(618)에서 접속되고, 다른 것은 내측 히터(610)와 접속부(616)에서 접속된다. 외측 히터(609)는, 외연부에 설치된 접속부(612)에서 공통 배선(608)과 접속된다. 탑재대(604)내에 매설된 발열 저항체인 히터(609, 610)는 모두 W, Mo 등으로 형성된다.
도 11은 공통 배선(608)을 나타내는 개략 평면도이며, 도 12는 외측 히터(609) 및 내측 히터(610)를 나타내는 개략 평면도이다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 공통 배선(608)은, 도시한 예에서는 탑재대(604)의 하부측에 설치되고, 대략 반원반형이며, 중심부에는 내측 히터(610)에 접속되는 전력선(110)의 배선부(620)가 설치되어 있다. 도 12에 도시하는 바와 같이, 내측 히터(610)는 동심원 형상의 패턴을 형성하고 있고, 접속부(616)로부터 전력이 공급된다. 또한, 외측 히터(609)는 내측 히터(610)의 외주부에 배치되고, 동심원 형상의 패턴을 형성하고 있으며, 접속부(612)로부터 전력이 공급된다.
상기와 같이, 2층 구조의 하층에 대략 반원반형의 공통 배선(608)을 배치함으로써, 접속부의 배치에 제약이 없어지고, 패턴의 자유도가 확장되어, 균열 패턴을 실현하는 것이 가능해지기 때문에, 피처리체의 처리를 균일하게 실행할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 탑재대(604)는 상기 제 1 내지 제 6 실시예에 따른 지지 구조(200, 1200, 2200, 3200, 4200, 5200)중 어느 것과도 조합하여 사용하는 것이 가능하다.
(제 8 실시예)
다음에, 도 13, 도 14를 참조하면서, 본 발명에 따른 기판 가열 장치의 제 8 실시예에 대하여 설명한다. 단, 도 1 내지 도 12와 관련하여 설명한 기판 가열 장치의 요소와 거의 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 중복 설명을 생략한다.
제 1 내지 제 6 실시예에 있어서는, 그 특징적인 부분은 지지 구조에 있지만, 본 실시예에 있어서는, 제 7 실시예와 마찬가지로 탑재대의 가열 수단인 히터 의 구성에 특징이 있다.
본 실시예에 따른 기판 가열 장치에 있어서는, 제 7 실시예에 따른 탑재대(604)를 대신하여 사용할 수 있는 탑재대(704) 내부에 매설된 히터를 외측 히터(709)와 내측 히터(710)로 구성하고, 그 하층에 공통 배선(708)을 배치하는 2층 구조로 했다. 도 13은 공통 배선(708)을 나타내는 개략 평면도이며, 도 14는 외측 히터(709)와 내측 히터(710)를 나타내는 개략 평면도이다.
본 실시예에서는, 지지부(602) 내부에 구비된 전력선(110)중 1개는, 공통 배선(708)의 일부에 접속부(718)로 접속되고, 다른 것은 공통 배선(708) 중앙부의 배선부(720)를 거쳐, 외측 히터(709) 및 내측 히터(710)와 접속부(716)로 각각 접속된다. 또한, 외측 히터(709)는, 외주부에 설치된 접속부(712)에서, 내측 히터(710)는 중간부에 설치된 접속부(712)에서 공통 배선(708)과 접속된다. 탑재대(704)내에 매설된 발열 저항체인 히터(709, 710)는 모두 W, Mo 등으로 형성된다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 공통 배선(708)은 제 7 실시예에 따른 공통 배선(608)과 마찬가지로 탑재대(704)의 하부측에 설치되고, 대략 원반형이며, 중심부에는 외측 히터(709), 내측 히터(710)에 후속되는 전력선(110)의 배선부(720)가 설치되어 있다. 도 14에 도시하는 바와 같이, 내측 히터(710)는 중심부가 직선 형상이고, 그 외는 동심원 형상의 패턴을 형성하고 있으며, 접속부(712, 716)로부터 전력이 공급된다. 또한, 외측 히터(709)는, 중심부로부터 외주부를 향하는 직선형 부분을 갖는 동심원 형상의 히터로, 내측 히터(710)의 외주부에 배치되어 접속부(712, 716)로부터 전력이 공급된다.
상기와 같이, 2층 구조의 하층에 대략 원반형의 공통 배선(708)을 배치함으로써 접속부의 배치에 제약이 없고, 패턴의 자유도가 확장되어, 균열 패턴을 실현하는 것이 가능해지기 때문에, 피처리체의 처리를 균일하게 실행할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 탑재대(704)는 상기 제 1 내지 제 6 실시예에 따른 지지 구조(200, 1200, 2200, 3200, 4200, 5200)중 어느 것과도 조합하여 사용하는 것이 가능하다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 기판 가열 장치를 성막 장치에 적용한 예에 대하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범위내에 있어서 각종 변경예 또는 수정예에 생각이 미칠 수 있는 것은 분명하고, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
예컨대, 실시예에 있어서는 기판 가열 장치를 성막 장치에 적용한 예에 의거하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명에 따른 기판 가열 장치는, 처리 용기내에서 가열 수단을 구비한 탑재대에 탑재된 기판을 가열하는 기구를 채용하는 각종 용도로 적용하는 것이 가능하다.
또한 상기 실시예에서는, 피처리 기판으로서 반도체 웨이퍼를 사용한 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않고, LCD 기판 등의 다른 것일 수도 있고, 또한 기판상에 다른 층을 형성한 구조를 채용한 것에 적용하는 것도 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 기판 가열 장치에 있어서는, 탑재대 의 지지 구조를 기능적으로 분할하여 각각 별도의 재료로 최적으로 구성하고 있다. 즉, 본 발명에 따른 탑재대의 지지 구조는, 제 1 재료로 구성되어 탑재대를 지지하는 기능을 갖는 지지부와, 제 1 재료와 열 전도율이 상이한 제 2 재료로 구성되어 지지부와 처리 용기를 밀봉하는 기능을 갖는 밀봉부와, 지지부와 밀봉부를 기밀하게 접합하는 접합부로 구성되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 가열 장치를 성막 장치에 적용한 바람직한 실시예의 개략적인 단면도,
도 2는 도 1에 도시하는 기판 가열 장치의 부분을 확대한 확대 단면도,
도 3은 도 1에 도시하는 기판 가열 장치의 부분을 확대한 확대 단면도,
도 4는 도 1에 도시하는 성막 장치의 배기계 및 세정계를 특징적으로 나타내는 개략적인 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 기판 가열 장치를 성막 장치에 적용한 제 2 실시예의 개략적인 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 기판 가열 장치를 성막 장치에 적용한 제 3 실시예의 개략적인 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 기판 가열 장치를 성막 장치에 적용한 제 4 실시예의 개략적인 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 기판 가열 장치를 성막 장치에 적용한 제 5 실시예의 개략적인 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 기판 가열 장치를 성막 장치에 적용한 제 6 실시예의 개략적인 단면도,
도 10은 제 7 실시예에 따른 탑재대의 개략 단면도,
도 11은 공통 배선(608)의 개략 평면도,
도 12는 외측 히터(609) 및 내측 히터(610)의 개략 평면도,
도 13은 공통 배선(708)의 개략 평면도,
도 14는 외측 히터(709) 및 내측 히터(710)의 개략 평면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 성막 장치 102 : 처리 용기
104 : 탑재대 106 : 가이드 링
128 : 배기 포트 200 : 지지 구조
202 : 지지부 204 : 밀봉부
206 : 접합부 208 : 단열재

Claims (10)

  1. 기판 가열 처리 장치에 있어서,
    처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 배치되어, 기판을 지지하는 탑재대와,
    원통 형상으로 구성되고, 상기 탑재대를 지지하는 지지 구조와,
    상기 탑재대에 매설되어, 상기 기판을 가열하는 히터와,
    상기 지지 구조의 내부에 배치되어, 상기 탑재대의 온도를 측정하는 센서 수단과,
    상기 지지 구조의 내부에 배치되어, 상기 히터에 전력을 공급하는 전력선과,
    상기 처리 용기 내에 성막 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    상기 처리 용기의 바닥부에 형성되는 버킷부와,
    상기 처리 용기를 배기하는 배기 포트와,
    상기 배기 포트에 접속되어, 상기 처리 용기 내를 배기하는 배기 펌프를 구비하고,
    상기 지지 구조는,
    상기 탑재대를 지지하는 지지부와,
    상기 지지부를 지지하는 지지대와,
    상기 지지부와 상기 지지대를 밀봉하는 제 1 밀봉 부재와,
    상기 처리 용기와 상기 지지대를 밀봉하는 제 2 밀봉 부재를 갖는
    기판 가열 처리 장치.
  2. 기판 가열 처리 장치에 있어서,
    처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 배치되어, 기판을 지지하는 탑재대와,
    원통 형상으로 구성되고, 상기 탑재대를 지지하는 지지 구조와,
    상기 탑재대에 매설되어, 상기 기판을 가열하는 히터와,
    상기 지지 구조의 내부에 배치되어, 상기 탑재대의 온도를 측정하는 센서 수단과,
    상기 지지 구조의 내부에 배치되어, 상기 히터에 전력을 공급하는 전력선과,
    상기 처리 용기의 천정벽에 배치되어, 상기 처리 용기 내에 성막 가스를 공급하는 샤워 헤드와,
    상기 천정벽에 접속되어, 상기 처리 용기 내에 상기 성막 가스의 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 전원과,
    상기 처리 용기의 바닥부에 형성되는 버킷부와,
    상기 처리 용기를 배기하는 배기 포트와,
    상기 배기 포트에 접속되어, 상기 처리 용기 내를 배기하는 배기 펌프를 구비하고,
    상기 지지 구조는,
    상기 탑재대를 지지하는 지지부와,
    상기 지지부를 지지하는 지지대와,
    상기 지지부와 상기 지지대를 밀봉하는 제 1 밀봉 부재와,
    상기 처리 용기와 상기 지지대를 밀봉하는 제 2 밀봉 부재를 갖는
    기판 가열 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 센서 수단은 열전대 또는 방사 온도계인
    기판 가열 처리 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 용기의 바닥부의 온도가 100 내지 200℃로 제어되는
    기판 가열 처리 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 지지 구조의 내부에 세정 가스를 공급하는 세정 가스 도입 수단을 구비하는
    기판 가열 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 지지 구조의 내부를 진공으로 하는 배기 포트를 구비하는
    기판 가열 처리 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 용기의 하부에 기밀 케이싱이 마련된
    기판 가열 처리 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 밀봉 부재는 O링으로 밀봉하는
    기판 가열 처리 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 지지부의 길이는 270mm 이하인
    기판 가열 처리 장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 세정 가스 도입 수단은,
    상기 지지 구조의 내부에 세정 가스를 도입하기 위한 세정 가스 도입 구멍과,
    상기 세정 가스 도입 구멍에 접속하는 세정 가스 도입관과,
    상기 세정 가스 도입관에 배치되는 개폐 밸브와,
    상기 세정 가스 도입관에 접속하는 세정 가스 공급원을 구비하는
    기판 가열 처리 장치.
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