KR100974102B1 - 탑재대 구조, 탑재대 구조의 제조 방법 및 열처리 장치 - Google Patents

탑재대 구조, 탑재대 구조의 제조 방법 및 열처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세라믹제의 탑재대의 갈라짐이나, 이것을 지지하는 기둥의 접합부의 갈라짐을 방지하는 것이 가능한 탑재대 구조를 제공하는것을 목적으로 한다.
처리 용기(4)내에서 피처리체(W)에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해서 상기 피처리체를 탑재하는 세라믹제의 탑재대(32)와, 상기 탑재대를 지지하는 지지 수단(31)을 갖는 탑재대 구조에 있어서, 상기 탑재대의 표면에, 평면 방향으로의 압축응력이 유지된 상태로 석영 글라스 코팅층(54)을 형성한다. 이에 의해, 세라믹제의 탑재대의 갈라짐이나, 이것을 지지하는 기둥의 접합부의 갈라짐을 방지한다.

Description

탑재대 구조, 탑재대 구조의 제조 방법 및 열처리 장치{PLACING TABLE STRUCTURE, METHOD FOR MANUFACTURING PLACING TABLE STRUCTURE AND HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체의 열처리 장치, 탑재대 구조 및 탑재대 구조의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적 회로를 제조하기 위해서는, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에, 성막 처리, 에칭 처리, 열처리, 개질 처리, 결정화 처리 등의 각종 처리를 반복 실행하여, 원하는 집적 회로를 형성하도록 되어 있다. 상기한 바와 같은 각종의 처리를 실행하는 경우에는, 그 처리의 종류에 대응하여 필요한 처리 가스, 예컨대 성막 처리의 경우에는 성막 가스를, 개질 처리의 경우에는 오존 가스 등을, 결정화 처리의 경우에는 N2 가스 등의 불활성 가스나 O2 가스 등을 각각 처리 용기내로 도입한다.
예컨대 반도체 웨이퍼에 대하여 1장마다 열처리를 실시하는 낱장식의 열처리 장치를 예로 들면, 진공배기가 가능하도록 이루어진 처리 용기내에, 예컨대 저항 가열 히터를 내장한 탑재대를 설치하고, 그 상면에 반도체 웨이퍼를 탑재한 상태로 소정의 처리 가스를 흐르게 하여, 소정의 프로세스 조건하에서 웨이퍼에 각종의 열처리를 실시하도록 되어 있다.
그런데, 상기한 탑재대는, 일반적으로는 처리 용기내에 그 표면을 노출한 상태로 설치되어 있다. 그 때문에, 이 탑재대를 구성하는 재료, 예컨대 알루미늄 합금 등의 금속 재료로부터 이것에 포함되는 약간의 중금속 등이 열에 의해서 처리 용기내로 확산되어 금속 오염 등의 콘타미네이션을 발생하는 원인이 되고 있었다. 이 콘타미네이션 등을 억제하기 위해서, 최근에는, 탑재대 자체를 세라믹재로 형성한 구조가 제안되고 있다(특허문헌1, 2, 3).
이러한 탑재대는, 일반적으로는 세라믹재로 이루어지는 탑재대의 상면측에 저항 가열 히터를 매립하여 일체 성형하고, 이 탑재대의 이면측에, 동일하게 세라믹재로 이루어지는 기둥을 접속하여 처리 용기내에 세워 설치되어 있다.
(특허문헌 1) 일본 특허 공개 평성 제6-252055호 공보
(특허문헌 2) 일본 특허 공개 2001-250858호 공보
(특허문헌 3) 일본 특허 공개 2003-289024호 공보
그런데, 상술한 바와 같은 세라믹재로 이루어지는 탑재대는, 알루미늄 합금으로 이것을 형성한 경우보다는, 금속 오염 등의 콘타미네이션을 비교적 양호하게 억제할 수 있다.
그러나, 상기한 세라믹재로 이루어지는 탑재대는, 세라믹재 자체가 비교적 깨지기 쉬운 재료이므로, 승강온의 반복 등에 의해 열응력의 반복이 더해지면, 비교적 쉽게 부서져버린다는 문제가 있었다.
특히, 상술한 바와 같이 세라믹제의 탑재대는, 그 하면에서 세라믹제의 기둥의 상단과 접합되어 있지만, 이 접합부를 기점으로 하여 많은 갈라짐(크랙)이 발생한다는 문제가 있었다.
상기 한 바와 같은 갈라짐의 발생을 방지하기 위해서, 상기 특허문헌2에 개시되어 있는 바와 같이, 탑재대를 지지하는 세라믹제의 지지 부재를 복잡한 형상으로 성형하거나, 혹은 특허문헌3에 개시되어 있는 바와 같이, 탑재대와 지지부재의 접합부의 외주를 특정한 곡율 반지름이 되도록 형성하는 것이 실행되고 있지만, 탑재대 등의 갈라짐을 충분히 억제할 수 있는 것이 아니었다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이것을 유효하게 해결하고자 창안된 것이다. 본 발명의 목적은, 세라믹제의 탑재대의 갈라짐이나, 이것을 지지하는 기둥의 접합부의 갈라짐을 방지하는 것이 가능한 탑재대 구조, 탑재대 구조의 제조 방법 및 열처리 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명자는, 세라믹제의 탑재대의 갈라짐에 대하여 예의 연구한 결과, 세라믹제의 탑재대를 형성하는 경우에는 표면에 드러나게 하는 등을 실행하기 위해서 반드시 표면 연마 가공을 실행하고, 또한 탑재대와 기둥의 접합부도 R(곡면)을 나타내기 위해서 곡면 가공을 실시하지만, 이 때, 미시적으로 약간의 흠이 표면에 생기는 것은 피할 수 없어, 이 흠을 기점으로 갈라짐이 발생하고, 특히 흠의 방향과 직교하는 방향으로 잡아당기는 힘이 작용하면, 갈라짐이 생기기 쉬워진다, 라는 지견을 얻음으로써, 본 발명에 이른 것이다.
즉, 본 발명은, 처리 용기내에서 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해서 상기 피처리체를 탑재하는 세라믹제의 탑재대와, 상기 탑재대를 지지하는 지지 수단을 갖는 탑재대 구조에 있어서, 상기 탑재대의 표면에, 평면 방향으로의 압축 응력이 유지된 상태로 석영 글라스 코팅층을 형성하도록 구성한 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
이와 같이, 탑재대의 표면에, 평면 방향으로의 압축 응력이 유지된 상태로 석영 글라스 코팅층을 형성하도록 했기 때문에, 석영 글라스 코팅층의 표면에 흠 등이 발생되어 있어도, 이 석영 글라스 코팅층에는 압축 응력이 부여되어 있기 때문에, 상기 흠을 기점으로 탑재대 자체에 갈라짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 석영 글라스 코팅층 자체가 각종 가스에 대하여 내부식성이 높아서, 탑재대의 세라믹 부재 등이 직접적으로 가스에 노출되는 일이 없기 때문에, 탑재대 자체의 수명을 길게 할 수 있다.
이 경우, 예컨대, 상기 지지 수단은, 상기 처리 용기의 바닥부로부터 세워진 세라믹제의 기둥으로 이루어지고, 상기 기둥의 상단과 상기 탑재대의 접합부와, 적어도 상기 기둥의 상단부를 포함하는 부분에, 상기 석영 글라스 코팅층이 형성된다.
이와 같이, 기둥의 상단과 탑재대의 접합부와, 적어도 기둥의 상단부를 포함하는 부분에, 석영 글라스 코팅층이 형성되도록 했기 때문에, 이 접합부의 석영 글라스 코팅층의 표면에 흠 등이 발생되어 있어도, 이 석영 글라스 코팅층에는 압축 응력이 부여되어 있기 때문에, 상기 흠을 기점으로 탑재대 자체에 갈라짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 예컨대, 상기 탑재대에는, 상기 피처리체를 가열하기 위한 가열 수단이 매립되어 있다.
또한 예컨대, 상기 석영 글라스 코팅층은, 해당 석영 글라스 코팅층을 형성해야 하는 표면 부분에 용융 상태인 석영 글라스를 연화점 이상의 온도에서 부착시키고, 상기 용융 상태의 석영 글라스를 왜점(歪点) 이하의 온도까지 냉각하는 것에 의해 형성된다.
또한 예컨대, 상기 세라믹의 선팽창율은, 상기 석영 글라스 코팅층의 선팽창율보다도 크게 되어 있다.
또한 예컨대, 상기 세라믹은, 질화알루미늄, 알루미나, 탄화 실리콘으로 이루어지는 군(群)에서 선택되는 하나의 재료로 이루어진다.
또한, 본 발명은, 처리 용기내에서 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해서 상기 피처리체를 탑재하는 세라믹제의 탑재대와, 상기 탑재대를 지지하는 지지 수단을 갖는 탑재대 구조의 제조 방법에 있어서, 상기 탑재대의 표면에, 용융 상태의 석영 글라스를 연화 온도 이상의 온도로 부착시키는 부착 공정과, 상기 용융 상태의 석영 글라스를 왜점 이하의 온도로까지 냉각하는 것에 의해 평면 방향으로의 압축 응력이 유지된 상태의 석영 글라스 코팅층을 형성하는 코팅층 형성 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조의 제조 방법이다.
이 경우, 예컨대, 상기 부착 공정 후에, 상기 용융 상태의 석영 글라스를 유동 온도 이상의 온도로까지 승온하는 승온 공정을 실행하도록 해도 좋다.
또한 예컨대, 상기 지지 수단은, 상기 처리 용기의 바닥부로부터 세워진 세라믹제의 기둥으로 이루어지고, 상기 기둥의 상단과 상기 탑재대의 접합부와, 적어도 상기 기둥의 상단부를 포함하는 부분에, 상기 석영 글라스 코팅층을 형성하도록 했다.
또한 예컨대, 상기 세라믹의 선팽창율은, 상기 석영 글라스 코팅층의 선팽창율보다도 크다.
또한, 본 발명은, 배기가 가능하게 되어 있는 처리 용기와, 상기 처리 용기내로 소정의 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 탑재대 구조를 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.
본 발명에 따른 탑재대 구조, 탑재대 구조의 제조 방법 및 열처리 장치에 의하면, 다음과 같이 우수한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명에 의하면, 탑재대의 표면에, 평면 방향으로의 압축 응력이 유지된 상태로 석영 글라스 코팅층을 형성하도록 했기 때문에, 석영 글라스 코팅층의 표면에 흠 등이 발생되어 있어도, 이 석영 글라스 코팅층에는 압축 응력이 부여되어 있으므로, 상기 흠을 기점으로 탑재대 자체에 갈라짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 석영 글라스 코팅층 자체가 각종의 가스에 대하여 내부식성이 높아서, 탑재대의 세라믹 부재 등이 직접적으로 가스에 노출되는 일이 없기 때문에, 탑재대 자체의 수명을 길게 할 수 있다.
또한, 기둥의 상단과 탑재대의 접합부와, 적어도 기둥의 상단부를 포함하는 부분에, 석영 글라스 코팅층을 형성하도록 했기 때문에, 이 접합부의 석영 글라스 코팅층의 표면에 흠 등이 발생되어 있어도, 이 석영 글라스 코팅층에는 압축 응력이 부여되어 있기 때문에, 상기 흠을 기점으로 탑재대 자체에 갈라짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열처리 장치를 도시하는 단면 구성도이고,
도 2는 세라믹재로 이루어지는 부재의 표면에 압축 응력이 잔류하는 상태로 석영 글라스 코팅층을 코팅하기 위한 원리적인 순서를 도시하는 공정도이고,
도 3은 각종 석영 글라스의 점도의 온도 의존성을 나타내는 그래프이고,(서적『석영 글라스의 세계』저자 쿠즈우노부 ISBN 4-7693-4100-8에서 인용).
도 4는 각종 석영 글라스의 선팽창 계수의 온도 의존성을 나타내는 그래프이고(서적『석영 글라스의 세계』저자 쿠즈우노부 lSBN 4-7693-4100-8에서 인용).
도 5는 본 발명의 열처리 장치의 변형예를 도시하는 구성도이다.
이하에 본 발명에 따른 탑재대 구조, 탑재대 구조의 제조 방법 및 열처리 장 치의 1실시예를 첨부 도면에 근거하여 상술한다.
도 1은 본 발명에 따른 열처리 장치를 도시하는 단면 구성도이다.
도시하는 바와 같이 이 열처리 장치(2)는, 예컨대 단면의 내부가 대략 원형 형상으로 이루어진 알루미늄제의 처리 용기(4)를 갖고 있다. 이 처리 용기(4)내의 천장부에는 필요한 처리 가스, 예컨대 성막 가스를 도입하기 위해 가스 공급 수단인 샤워 헤드부(6)가 마련되고 있고, 그 하면의 가스 분사면(8)에 마련한 다수의 가스 분사 구멍으로부터 처리 공간(S)을 향해서 처리 가스를 내뿜듯이 분사하도록 되어 있다.
이 샤워 헤드부(6)내에는, 중공 형상의 2개로 구획된 가스 확산실(12A, 12B)이 형성되어 있어, 여기로 도입된 처리 가스를 평면 방향으로 확산한 후, 각 가스 확산실(12A, 12B)에 각각 연통된 각 가스 분사 구멍(10A, 10B)으로부터 분출하도록 되어 있다. 이 샤워 헤드부(6)의 전체는, 예컨대 니켈이나 하스텔로이(등록상표) 등의 니켈합금, 알루미늄, 혹은 알루미늄 합금에 의해 형성되어 있다. 또한, 샤워 헤드부(6)로서 가스 확산실이 하나인 경우라도 좋다. 그리고, 이 샤워 헤드부(6)와 처리 용기(4)의 상단 개구부의 접합부에는, 예컨대 O 링 등으로 이루어지는 시일(seal) 부재(14)가 개재되어 있고, 처리 용기(4)내의 기밀성을 유지하도록 되어 있다.
또한, 처리 용기(4)의 측벽에는, 이 처리 용기(4)내에 대하여 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 반입반출하기 위한 반출입구(16)가 마련됨과 함께, 이 반출입구(16)에는 기밀히 개폐 가능하게 이루어진 게이트밸브(18)가 마련되어 있다.
그리고, 이 처리 용기(4)의 바닥부(20)에 배기가스 하강 공간(22)이 형성되어 있다. 구체적으로는, 이 용기 바닥부(20)의 중앙부에는 큰 개구(24)가 형성되어 있고, 이 개구(24)에, 그 하방으로 연장하는 바닥부를 구비한 원통체 형상의 원통 구획벽(26)을 연결하여 그 내부에 상기 배기가스 하강 공간(22)을 형성하고 있다. 그리고, 이 배기가스 하강 공간(22)을 구획하는 원통 구획벽(26)의 바닥부(28)에는, 여기로부터 세워 본 발명의 특징으로 하는 탑재대 구조(29)가 마련된다. 구체적으로는, 이 탑재대 구조(29)는, 지지 수단(31)으로서 예컨대 세라믹으로 이루어지는 원통체 형상의 기둥(30)과, 이 상단부에 접합하여 고정되는 동일하게 세라믹으로 이루어지는 탑재대(32)에 의해 주로 구성된다. 이 탑재대 구조(29)에 대해서는 후에 상세하게 서술한다.
그리고, 상기 배기가스 하강 공간(22)의 입구 개구(24)는, 탑재대(32)의 직경보다도 작게 설정되어 있고, 상기 탑재대(32)의 둘레부의 외측을 유하하는 처리 가스가 탑재대(32)의 하방으로 돌아서 입구 개구(24)로 유입하도록 되어 있다. 그리고, 상기 원통 구획벽(26)의 하부 측벽에는, 이 배기가스 하강 공간(22)에 면하여 배기구(34)가 형성되어 있고, 이 배기구(34)에는, 도시하지 않는 진공 펌프가 사이에 끼워 설치된 배기관(36)이 접속되어, 처리 용기(4)내 및 배기가스 하강 공간(22)의 분위기를 예컨대 진공 배기하여 배기할 수 있게 되어 있다.
그리고, 이 배기관(36)의 도중에는, 개방도 컨트롤이 가능하게 이루어진 도시하지 않는 압력 조정 밸브가 사이에 끼워 설치되어 있고, 이 밸브 개도를 자동적으로 조정하는 것에 의해, 상기 처리 용기(4)내의 압력을 일정값으로 유지하거나, 혹은 원하는 압력으로 신속히 변화시킬 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 탑재대(32)는, 가열 수단(37)으로서 예컨대 내부에 소정의 패턴형상으로 매립된 예컨대 카본히터로 이루어지는 저항 가열 히터(38)를 갖고 있다. 그리고, 이 탑재대(32)의 상면에는, 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 탑재할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 저항 가열 히터(38)는 지지 수단(31)으로서의 상기 통 형상의 기둥(30)내에 배치된 급전선(40)에 접속되어, 전력을 제어하면서 공급할 수 있도록 되어 있다. 또한, 저항 가열 히터(38)는, 예컨대 상기 탑재대(32)의 중앙부에 위치하는 내측 영역과, 그 외측을 동심원 형상으로 둘러싸는 외측 영역으로 분할되어 있고, 각 영역마다 개별적으로 전력 제어할 수 있게 되어 있다. 도시예에서는 급전선(40)은 2개밖에 기재하고 있지 않지만, 실제로는 4개 마련되게 된다. 또한, 상기 기둥(30)은, 1개에 한정되지 않고, 이것을 복수개 마련하도록 해도 좋다.
상기 탑재대(32)에는, 이 상하 방향으로 관통하여 복수, 예컨대 3개의 핀 삽입 통과 구멍(41)이 형성되어 있고(도 1에 있어서는 2개만 나타낸다), 상기 각 핀 삽입통과 구멍(41)에 상하 이동이 가능하게 유감(遊嵌)상태로 삽입 통과시킨 밀어올림 핀(42)을 배치하고 있다. 이 밀어올림 핀(42)의 하단에는, 원형 링 형상의 예컨대 알루미나와 같은 세라믹제의 밀어올림 링(44)이 배치되어 있고, 이 밀어올림 링(44)에, 상기 각 밀어올림 핀(42)의 하단이 올려져 있다. 이 밀어올림 링(44)으로부터 연장하는 아암부(45)는, 용기 바닥부(20)를 관통하여 마련되는 출몰로드(46)에 연결되어 있고, 이 출몰로드(46)는 액츄에이터(48)에 의해 승강 가능 하게 이루어져 있다. 이에 의해, 상기 각 밀어올림 핀(42)을 웨이퍼(W) 전달시에 각 핀 삽입통과 구멍(41)의 상단으로부터 상방으로 출몰시키도록 되어 있다. 또한, 액츄에이터(48)의 출몰로드(46)의 용기 바닥부의 관통부에는, 신축 가능한 벨로스(50)가 사이에 끼워 설치되어 있고, 상기 출몰로드(46)가 처리 용기(4)내의 기밀성을 유지하면서 승강할 수 있게 되어 있다.
여기서 상기 본 발명의 특징으로 하는 탑재대 구조(29)에 대하여 구체적으로 설명한다. 상술한 바와 같이 탑재대(32)와 기둥(30)은, 모두 세라믹재로 형성되어 있다. 이 세라믹재로서는, 예컨대 질화알루미늄(AIN)을 이용할 수 있고, 이 탑재대(32)의 두께는 20mm 정도로 설정되어 있다. 그리고, 상기 원판 형상의 탑재대(32) 하면의 대략 중앙부에, 상기 기둥(30)의 상단부가 접합되어 있다. 이 접합부(52)의 표면은 곡면 형상으로 성형되어 "R"이 부여되어 있고, 쉽게 갈라짐이 발생하지 않도록 되어있다.
그리고, 이 탑재대(32)의 표면 및, 또한 여기서는 탑재대(32)와 기둥(30)의 접합부(52)와, 적어도 기둥(30)의 상단부를 포함하는 부분의 표면에는, 평면 방향으로의 압축 응력이 유지된 상태로 석영 글라스 코팅층(54)이 형성되어 있다. 구체적으로는, 이 석영 글라스 코팅층(54)은, 상기 탑재대(32)의 상면, 측면 및 이면의 모든 표면을 덮어서 형성되어 있다. 또한, 탑재대(32)의 핀 삽입통과 구멍(41)의 내주면(內周面)에도 이것을 덮어서 석영 글라스 코팅층(54)이 형성되어 있다.
또한, 기둥(30)에 관해서는, 상기 탑재대(32)의 접합부(52)의 곡면 형상으로 이루어진 표면 및 기둥(30)의 상단부 표면 전체를 덮듯이 석영 글라스 코팅층(54) 이 일체적으로 형성되어 있다. 그리고, 상기 석영 글라스 코팅층(54)이 형성된 부분의 세라믹재에는, 반대로 인장 방향의 응력(인장응력)이 잔류하게 된다. 또한, 기둥(30)에 관해서는, 이 상단부 뿐만아니라, 기둥(30) 전체의 표면에 석영 글라스 코팅층(54)을 형성하도록 해도 좋다.
이 석영 글라스 코팅층(54)은, 예컨대 두께가 0.01mm 이상, 예컨대 0.5mm 정도로 설정되어 있고, 상술한 바와 같이, 평면 방향으로의 압축 응력이 부여 내지 유지된 상태로 형성하는 것에 의해, 탑재대(32) 자체나 기둥(30)의 접합부(52)에 갈라짐이 발생하는 것을 방지하도록 되어 있다. 여기서 상기 석영 글라스 코팅층(54)의 두께를 0.01mm보다 얇게 한 경우에는, 석영 글라스 코팅층(54)을 마련한 효과를 충분히 발생 시킬 수 없다. 이 경우, 여기서 사용되는 탑재대(32)나 기둥(30)의 선팽창율은, 상기 석영 글라스 코팅층(54)의 선팽창율보다도 큰 것을 이용하여, 후술하는 바와 같이, 이에 의해 석영 글라스 코팅층(54)에 압축응력이 유지(잔류)된 상태가 되도록 할 수 있다.
다음으로, 상기 석영 글라스 코팅층(54)의 형성 방법에 대하여 설명한다. 도 2는 세라믹재로 이루어지는 부재의 표면에, 압축응력이 잔류하는 상태로 석영 글라스 코팅층(54)을 실시하기 위한 원리적인 순서를 나타내는 공정도, 도 3은 각종 석영 글라스의 점도의 온도 의존성을 나타내는 그래프, 도 4는 각종 석영 글라스의 선팽창계수(선팽창율)의 온도 의존성을 나타내는 그래프이다. 여기서는 상술한 바와 같이, 세라믹재로서 질화알루미늄으로 이루어지는 탑재대(32)의 이면 중앙부에 동일하게 질화알루미늄으로 이루어지는 기둥(30)을 접합한 후, 각 부재의 표 면을 평탄히 연마하고, 그리고, 접합부(52)의 표면을 곡면 형상이 되도록 연마한 후에, 상기 석영 글라스 코팅층(54)이 형성된다. 도 2중에서는 상술 한 바와 같이 압축응력이 잔류하는 상태로 석영 글라스 코팅층(54)을 형성하기 위한 원리를 나타내는 것으로, 여기서는 탑재대(32)의 상면에만 석영 글라스 코팅층(54)을 형성하는 경우를 예로 들어 설명한다.
이러한 석영 글라스 코팅층(54)은, 코팅의 대상이 되는 세라믹과 석영 글라스 코팅층(54)의 선팽창율의 차를 이용하여 형성하는 것으로, 구체적으로는, 세라믹의 선팽창율은 석영 글라스 코팅층(54)의 선팽창율보다도 큰 것을 이용하고, 여기서는 그 일례로서 상술 한 바와 같이 예컨대 질화알루미늄(AIN)이 이용된다.
파괴력학 상의 지견에서 보면, 동일한 길이의 균열이 표면에 존재하는 시험편(試驗片)과 내부에 존재하는 시험편의 파괴　강도를 비교하면, 파괴　강도는 표면에 균열이 존재하는 시험편쪽이 작아져버려서, 균열이 내부에 존재하는 시험편의 파괴강도의 약 6할정도까지 저하해 버린다. 이 현상은 표면 효과라고 불린다. 예컨대 강화 글라스는 표면 효과를 이용하여 열처리에 의해 표면에 압축 방향의 응력(압축응력)을 잔류시켜서, 내부에 인장 방향의 응력(인장응력)을 잔류시키고, 통상의 글라스의 수배의 강도를 얻고 있어서, 본 발명에서는 이 표면 효과를 이용하여 석영 글라스 코팅층(54)을 형성하는 것에 의해 탑재대(32) 등이 강화하도록 하고 있다.
이 도 2에 도시하는 처리는, 예컨대 진공중에서 실행된다. 우선, 도 2(a)에 도시하는 바와 같이, 실온 상태에서 소정의 길이의 질화알루미늄제의 탑재대(32)가 있다. 이 질화알루미늄의 소결온도는 1900℃ 전후이다. 그리고, 도 2(b)에 도시하는 바와 같이, 이 탑재대(32)를 계속 승온하여, 이 탑재대(32)의 표면에 석영 글라스(54A)를 마련한다. 그리고, 또한 도 2(c)에 도시하는 바와 같이, 이 탑재대(32)를 승온하여 석영 글라스(54A)의 연화점 이상의 온도, 예컨대 1720℃ 이상의 온도로 가열한다. 이 경우, 바람직하게는 석영 글라스(54A)의 유동 온도, 예컨대 1800℃ 이상까지 가열한다. 그러면, 탑재대(32) 상의 석영 글라스(54A)는 용융 상태가 되어 점성이 낮아지기 때문에(예컨대 105 P 이하), 평면 방향으로 유동하여 탑재대(32)의 표면에 균일히 퍼져 부착된 상태, 즉 코팅된 상태가 된다.
도 3은 각종의 용융 석영 글라스(전기 용융 석영 글라스, 산수소 용융 석영 글라스 및 직접법 합성 석영 글라스)의 점도의 온도 의존성을 나타내고 있어, 온도가 높아질수록, 모든 글라스의 점도가 저하되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 여기서 탑재대(32)를 석영 글라스(54A)의 연화점 이상으로 가열한 후에, 탑재대(32)의 표면에 석영 글라스(54A)를 마련하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 석영 글라스(54A)는 즉시 용융하여 평면 방향으로 균일히 넓어지게 된다.
이와 같이, 탑재대(32)를 도 2(c)에 도시하는 바와 같이 연화점 이상으로 가열한 상태로 일정한 시간, 예컨대 15분정도 유지한 후에, 도 2(d)∼도 2(f)에 도시하는 바와 같이 강온 속도를 관리하면서 실온까지천천히 냉각하고, 이에 의해 균일히 유동하고 있었던 석영 글라스(54A)는 냉각되어 석영 글라스 코팅층(54)이 된다. 이 강온 속도는, 세라믹제의 탑재대(32)나 표면의 석영 글라스 코팅층(54)이 깨지 지 않는 속도로 설정한다.
상기 탑재대(32)를 천천히 냉각함에 있어서는, 용융 상태의 석영 글라스(54A)의 왜점(歪点), 예컨대 1120℃(도 2(d) 참조)까지는, 강온함에 따라서, 세라믹제의 탑재대(32)와 용융 상태의 석영 글라스(54A)는, 모두 내부응력을 발생하는 일 일없이, 각각의 선팽창율에 따라서 열수축되어 간다.
그리고, 천천히 냉각되어 탑재대(32)의 온도가 왜점 이하가 되면, 양쪽 부재는 또한 열수축하여, 석영 글라스(54A)의 점성율이 극도로 커지기 때문에, 내부응력이 사실상 완화되지 않는다.
도 2(e)에서는, 750℃까지 냉기를 제거한 상태를 나타내고 있다. 여기서, 왜점 이하에서는 석영 글라스(54A)의 선팽창율은 약 5.5×10-7/℃ 정도이다. 도 4는 각종의 용융석영 글라스(직접법 합성 석영 글라스 및 불투명 석영 글라스)의 선팽창계수(선팽창율)의 온도 의존성을 나타내고 있고, 온도 350∼700℃ 정도의 범위에서의 전체 석영 글라스의 평균 선팽창계수는 약 5.5×10-7/℃ 정도이다. 이에 대하여 질화알루미늄의 선팽창계수는 약 5.5×10-6/℃이며, 상기 석영 글라스(54A)와 비교하면 1자리수 정도 크다. 즉, 석영 글라스(54A)와 비교하여, 세라믹제의 탑재대(32) 쪽이 보다 많이 열수축하고자 한다. 따라서, 여기서 탑재대(32)와 석영 글라스(54A)간의 선팽창율차에 따른 응력이 왜량(歪量)으로서 잔존하고, 그 결과, 석영 글라스(54A)에는, 화살표(F1)로 도시하는 바와 같은 압축응력이 부여되고, 이와 동시에 세라믹제의 탑재대(32)에는 화살표(F2)로 도시하는 바와 같은 인장응력이 부여된다.
그리고, 탑재대(32)가 실온까지 저하하면, 더욱 더 양쪽 부재는 열수축하여, 결과적으로, 상기 양쪽 부재의 선팽창율차에 따른 압축응력(F1) 및 인장응력(F2)이, 각각 석영 글라스 코팅층(54) 및 탑재대(32)에 잔류응력으로서 남게 된다. 이와 같이 하여, 석영 글라스 코팅층(54) 중에 평면 방향으로의 압축응력이 유지된 상태가 되도록 할 수 있다.
여기서, 석영 글라스 코팅층(54)의 두께는, 세라믹제의 탑재대(32)의 두께와 비교하면 충분히 작기 때문에, 석영 글라스 코팅층(54)에 잔류하는 압축응력(F1)과 비교하여 탑재대(32)에 잔류하는 인장응력(F2)은 상대적으로 작아지므로, 탑재대(32)에 악영향을 끼치는 일은 없다.
이와 같이, 탑재대(32)의 표면에, 평면 방향으로의 압축응력이 유지된 상태로 석영 글라스 코팅층(54)을 형성하도록 했기 때문에, 석영 글라스 코팅층(54)의 표면에 흠 등이 발생되어 있어도, 그 석영 글라스 코팅층(54)에는 압축응력이 부여되어 있기 때문에, 상기 흠을 기점으로 탑재대 자체에 갈라짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 석영 글라스 코팅층자체가 각종 가스에 대하여 내부식성이 높아서, 세라믹제의 탑재대자체가 직접적으로 가스에 노출되는 일이 없기 때문에, 탑재대자체의 수명을 길게 할 수 있다.
또한, 기둥(30)의 상단과 탑재대(32)의 접합부(52)와, 적어도 기둥(30)의 상단부를 포함하는 부분에, 석영 글라스 코팅층(54)을 형성하도록 했기 때문에, 이 접합부(52)의 석영 글라스 코팅층(54)의 표면에 흠 등이 발생되어 있어도, 이 석영 글라스 코팅층(54)에는 압축응력이 부여되어 있기 때문에, 상기 흠을 기점으로 탑재대자체에 갈라짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 이 탑재대(32)는, 일반적인 프로세스시에는 석영 글라스(54A)의 이하의 온도로 사용되기 때문에, 상기 잔류응력인 압축응력(F1)이나 인장응력(F2)이 완화되어 소실하는 일은 없다.
또한, 부차적인 효과로서, 탑재대(32)나 기둥(30)의 상단부 주위를 석영 글라스 코팅층(54)으로 둘러싸도록 했기 때문에, 질화알루미늄으로 이루어지는 탑재대 본체나 기둥 본체를 프로세스 가스로부터 차단하는 것이 가능하므로, 질화알루미늄자체에는 프로세스 가스에 대한 내부식성은 요구되지 않고, 이 재료선정의 폭을 확대할 수 있다. 예컨대 내부식성은 낮지만, 열전도율이 높은 질화알루미늄을 탑재대(32)의 재료로서 선정할 수 있다.
또한 프로세스 가스에 따라서는, 석영 글라스 코팅층(54)을 구성하는 석영 글라스자체가 서서히 부식되는 경우도 있지만, 이 경우에는, 석영 글라스 코팅층(54)자체가 투명 재료이므로, 탑재대(32)자체의 남은 수명을 외관을 관찰하는 것에 의해 판정할 수도 있다.
또한, 상기 열처리 장치의 실시예에 있어서는, 가열 수단(37)으로서 탑재대(32)에 매립된 저항 가열 히터(38)를 이용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 가열 수단(37)으로서 가열 램프를 이용하도록 해도 좋다.
도 5는 상술한 바와 같은 본 발명의 열처리 장치의 변형예를 도시하는 구성도이다. 또한, 도 5 중에 있어서, 도 1 중에 도시하는 구성 부분과 동일한 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 이 변형예에 있어서는, 가열 수단(37)으로서, 저항 가열 히터(38)(도 1 참조)대신에 복수의 가열램프(60)를 마련하고 있다. 구체적으로는, 처리 용기(4)의 바닥부(20)에 대구경의 개구(62)를 형성하고, 이 개구(62)에 O 링 등의 시일 부재(64)를 거쳐서 투명한 석영판으로 이루어지는 투과판(66)을 마련하고 있다.
그리고, 이 투과판(66)의 하방에 램프 하우스(68)를 마련하여, 이 램프 하우스(68)내에, 반사판을 겸하는 회전대(70)에 부착한 상태로 상기 복수의 가열램프(60)가 마련되어 있다. 이 회전대(70)는, 회전 모터(72)에 의해서 회전 가능하게 이루어져 있다. 이에 의해, 상기 가열램프(60)로부터의 열선이 상기 투과판(66)을 투과하여 상방에 위치하는 탑재대(76)의 이면을 조사(照射)하고, 탑재대(76)를 그 이면에서 가열하도록 되어 있다.
여기서 탑재대 구조(29)는, 지지 수단(31)으로서 용기 바닥부에 대구경의 원통 형상의 리플렉터(74)를 배치하고, 내면이 반사면이 된 리플렉터(74)의 상단으로부터 수평 방향으로 연장하는 복수, 예컨대 3개(도시예에서는 2개만 적는다)의 지지로드(78)로 상기 세라믹제의 탑재대(76)를 지지하는 구조로 되어있다. 여기서 상기 탑재대(76)의 표면 전체, 즉 상면, 측면 및 하면 전체에, 앞에서의 실시예와 동일하게 석영 글라스 코팅층(54)이 부착되어 마련되어 있다. 본 실시예에서는, 상기 탑재대(76)를 구성하는 세라믹으로서는, 빛을 투과하지 않는 검은색의 질화알루미늄을 이용할 수 있고, 또한, 두께 자체는 매우 얇게 성형되어 있어, 예컨대 3∼4mm 정도로 설정되어 있다.
이 변형예의 경우도 앞에서의 실시예와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있어, 탑재대(76)의 표면에, 평면 방향으로의 압축응력이 유지된 상태에서 석영 글라스 코팅층(54)을 형성하도록 했기 때문에, 석영 글라스 코팅층(54)의 표면에 흠 등이 발생되어 있어도, 이 석영 글라스 코팅층(54)에는 압축응력이 부여되어 있기 때문에, 상기 흠을 기점으로 탑재대자체에 갈라짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 석영 글라스 코팅층자체가 각종 가스에 대하여 내부식성이 높아서, 세라믹제의 탑재대자체가 직접적으로 가스에 노출되는 일이 없기 때문에, 탑재대자체의 수명을 길게 할 수 있다.
또한, 상기 실시예에 있어서는, 세라믹재로서 질화알루미늄을 이용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 알루미나(Al2O3), 탄화 실리콘(SiC) 등도 이용할 수 있다.
또한, 본 발명이 적용되는 열처리로서는, 성막 처리, 에칭 처리, 개질 처리, 어닐 처리 등의 웨이퍼(W)를 가열 처리하는 모든 열처리가 포함된다.
또한, 피처리체로서는 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, LCD 기판, 글라스 기판, 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 처리 용기내에서 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해서 상기 피처리체를 탑재하는 세라믹제의 탑재대와,
    상기 탑재대를 지지하는 지지 수단을 갖는 탑재대 구조에 있어서,
    상기 탑재대의 표면에, 용융 상태의 석영 글라스를 연화 온도 이상의 온도로 부착시킨 후, 상기 용융 상태의 석영 글라스를 왜점 이하의 온도까지 냉각하는 것에 의해, 상기 탑재대의 표면에, 평면 방향으로의 압축 응력이 유지된 상태로 석영 글라스 코팅층을 형성하도록 구성한 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  2. 제 1 항에 있어서
    상기 지지 수단은, 상기 처리 용기의 바닥부로부터 세워진 세라믹제의 기둥으로 이루어지고, 상기 기둥의 상단과 상기 탑재대의 접합부와, 적어도 상기 기둥의 상단부를 포함하는 부분에, 상기 석영 글라스 코팅층을 형성하도록 한것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탑재대에는, 상기 피처리체를 가열하기 위한 가열 수단이 매립되어 있 는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에서,
    상기 세라믹의 선팽창율은, 상기 석영 글라스 코팅층의 선팽창율보다도 큰
    것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  6. 제 1 항에서,
    상기 세라믹은, 질화알루미늄, 알루미나, 탄화 실리콘으로 이루어지는 군으 로부터 선택되는 1의 재료로 이루어지는것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  7. 처리 용기내에서 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해서 상기 피처리체를 탑재하는 세라믹제의 탑재대와,
    상기 탑재대를 지지하는 지지 수단을 갖는 탑재대 구조의 제조 방법에 있어서,
    상기 탑재대의 표면에, 용융 상태의 석영 글라스를 연화 온도 이상의 온도에서 부착시키는 부착 공정과,
    상기 용융 상태의 석영 글라스를 왜점 이하의 온도까지 냉각하는 것에 의해 평면 방향으로의 압축응력이 유지된 상태의 석영 글라스 코팅층을 형성하는 코팅층 형성 공정을 갖는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 부착 공정 후에, 상기 용융 상태의 석영 글라스를 유동 온도 이상의 온도까지 승온하는 승온 공정을 실행하는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 지지 수단은, 상기 처리 용기의 바닥부로부터 세워진 세라믹제의 기둥으로 이루어지고, 상기 기둥의 상단과 상기 탑재대의 접합부와, 적어도 상기 기둥의 상단부를 포함하는 부분에, 상기 석영 글라스 코팅층을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 세라믹의 선팽창율은, 상기 석영 글라스 코팅층의 선팽창율보다도 큰 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조의 제조 방법.
  11. 배기 가능하게 이루어진 처리 용기와,
    상기 처리 용기내로 소정의 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단과,
    제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 탑재대 구조를 구비한 것을 특징으로 하는
    열처리 장치.
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