KR101063104B1 - 탑재대 구조 및 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

발열판을, 발열판 수용 용기내에 장착 및 분리 가능하게 마련해서 탑재대를 구성하는 것에 의해, 발열판을 교체, 혹은 교환 가능하게 한 탑재대 구조를 제공한다. 탑재대 구조(29)는, 처리 용기(4)내에 배치되어 피처리체(W)에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해서 상기 피처리체를 탑재하는 탑재대(32)와, 상기 탑재대를 상기 처리 용기의 바닥부로부터 기립시켜서 지지하는 통체 형상의 받침대(30)를 가진다. 상기 탑재대(32)는, 전기 가열원으로 이루어지는 발열체(38)를 내열성 재료중에 매립하여 이루어지는 발열판(40)과, 내부에 상기 발열판을 장착 및 분리 가능하게 수용하는 내열 내부식성 재료로 이루어지는 발열판 수용 용기(42)를 가진다. 발열판 수용 용기(42)는 개구를 가지는 용기 본체(76)와, 용기 본체(76)에 부착된 덮개부(78)를 포함한다. 이에 의해, 발열판(40)을 교체, 혹은 교환 가능하게 한다.

Description

탑재대 구조 및 열처리 장치{PLACING TABLE STRUCTURE AND HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체의 열처리 장치 및 탑재대 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적회로를 제조하기 위해서는, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에, 성막 처리, 에칭 처리, 열처리, 개질(改質) 처리, 결정화 처리 등의 각종의 낱장(枚葉)처리를 반복해서 실행하여, 원하는 집적회로를 형성한다. 상기한 바와 같은 각종의 처리를 실행할 경우에는, 그 처리의 종류에 대응하여 필요한 처리 가스, 예컨대 성막 처리의 경우에는 성막 가스나 할로겐 가스를, 개질 처리의 경우에는 오존 가스 등을, 결정화 처리의 경우에는 N2가스 등의 불활성 가스나 O2가스 등을 각각 처리 용기내에 도입한다.
예컨대 반도체 웨이퍼에 대하여 1장마다 열처리를 실시하는 낱장식의 열처리 장치를 예로 들면, 진공배기 가능하게 이루어진 처리 용기내에, 예컨대 저항 가열 히터를 내장한 탑재대를 설치하고, 이 상면에 반도체 웨이퍼를 탑재하고, 소정의 온도(예컨대 100℃로부터 1000℃)로 가열한 상태에서 소정의 처리 가스를 흘려, 소정의 프로세스 조건하에서 웨이퍼에 각종의 열처리를 실시한다(특허문헌1 내지 6 참고). 이 때문에 처리 용기내의 부재에 대해서는, 이들 가열에 대한 내열성과 처리 가스에 노출되어도 부식되지 않는 내부식성이 요구된다.
그런데, 반도체 웨이퍼를 탑재하는 탑재대 구조는, 일반적으로는 내열성 내부식성을 갖게 하고, 금속 콘태미네이션(contamination) 등의 금속오염을 방지할 목적으로, 예컨대 AlN 등의 세라믹재중에 발열체로서 저항 가열 히터를 매립하여 고온으로 일체 소성하여 형성된 탑재대를 가지고 있다. 또한, 다른 공정에서 동일하게 세라믹재 등을 소성해서 받침대를 형성한다. 그리고 일체 소성한 탑재대측과, 상기 받침대를, 예컨대 열확산 접합으로 용착하여 일체화하여 탑재대 구조를 제조하고 있다. 이와 같이 일체 성형한 탑재대 구조는 처리 용기내의 바닥부에 기립시켜 마련한다. 또한 상기 세라믹재 대신에 내열내부식성이 있는 석영 글라스를 이용하는 경우도 있다.
특허문헌1: 일본특허공개 소화 63-278322호 공보
특허문헌2: 일본특허공개 평성 07-078766호 공보
특허문헌3: 일본특허공개 평성 03-220718호 공보
특허문헌4: 일본특허공개 평성 06-260430호 공보
특허문헌5: 일본특허공개 평성 8-78193호 공보
특허문헌6: 일본특허공개 2004-356624호 공보
그런데, 상술한 바와 같이 발열체인 저항 가열 히터는, 세라믹재나 석영 글라스에 일체로 매립하여 일체 소성해서 탑재대를 형성하고 있으므로, 예컨대 저항 가열 히터의 일부가 파단하는 등, 일부에 결함이 발생한 것만으로, 이 탑재대 구조 전체를 교체하지 않으면 안되어, 결함을 가지는 부재이외의 다른 부분도 쓸모없어져 버린다는 문제가 있었다.
또한, 처리(프로세스)의 종류에 따라서는, 내부식성이 특히 요구되는 프로세스나, 열충격에 대한 내구성이 특히 요구되는 프로세스나, 금속오염에 대한 내성이 특히 요구되는 프로세스 등이 있어, 프로세스의 종류에 따라 여러가지의 요구 스펙이 존재한다. 그리고, 일반적으로는 부품의 공통화를 도모하기 위해서 내부식성, 내열성 등에 대하여 가장 엄격한 프로세스에 대응시켜서 상기 탑재대 구조를 제조한다. 이 때문에，사용되는 프로세스의 종류에 따라서는, 탑재대 구조의 재료의 선정에 관해서 필요이상으로 내성이 큰 특성을 가지는 재료가 이용되어버려 오버 스펙(over-specification)이 되는 경우가 있다. 특히 이들 내성이 높은 부재는, 부재자체가 고가이고 또한 가공도 고가이므로，장치자체의 필요이상의 고비용이 초래된다는 문제가 있었다.
또한, 상기 탑재대의 하면에 받침대를 용착하여 일체 성형하고 있어서, 이 탑재대와 받침대의 접합부에 있어서의 열전도성이 양호해져서, 이 부분의 받침대측으로의 열의 흐름이 좋아진다. 그 결과, 이 접합부가 다른 탑재대의 부분보다도 차가워진 상태가 되어, 이른바 쿨스폿(cool spot)이 발생해버려, 여기에 열응력의 집중이 발생하여, 결과적으로 이 접합부를 기점으로 탑재대 균열이 발생하기 쉬워진다고 하는 문제가 있었다.
또한, 탑재대의 히터의 온도제어를 실행하기 위해서, 탑재대의 이면에 열전쌍을 부착하지만, 이 열전쌍은 탑재대의 소성후에 부착하게 되어 있고, 또한, 그 검출 라인이 처리 가스나 부식성 가스 등에 노출되는 것을 방지하기 위해서, 상기 열전쌍은 받침대가 접속되게 되는 탑재대의 이면중심부에 1개밖에 설치할 수 없다. 이 때문에，탑재대의 중심부의 온도는 상기 열전쌍에 의해 측정할 수 있는 것에 반해, 탑재대의 주변부의 온도는 경험칙에 의해 구할 수 밖에 없고, 이 때문에，처리 용기내의 열복사 환경이 크게 변했을 때 등은 탑재대, 혹은 반도체 웨이퍼의 면내 온도의 균일성을 높게 유지할 수 없는 경우가 생긴다고 하는 문제가 있었다.
또한, 상기 저항 가열 히터를 탑재대내에 일체 소성할 경우에, 저항 가열 히터의 배선패턴은 계산상 구한 위치에 정밀도 높게 배치되지만, 소성시에 가해지는 응력에 의해 히터 자체의 단면이 약간 변형하는 경우가 있어, 이 경우에는 히터의 위치 보수를 할 수 없기 때문에 설계대로의 온도분포를 실현하는 것이 곤란해진다고 하는 문제도 있었다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이것을 유효하게 해결하고자 창안된 것이다. 본 발명의 목적은, 발열판을, 발열판 수용 용기내에 장착 및 분리 가능하게 마련해서 탑재대를 구성하는 것에 의해, 발열판을 교체, 혹은 교환 가능하게 한 탑재대 구조 및 이것을 이용한 열처리 장치를 제공하는 것에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 플라즈마 처리장치의 예컨대 하부전극이나 척(chuck)전극 등이 되는 도전성 부재를 탑재대와 함께 일체소성하지 않고 보수 가능하게 마련하도록 한 탑재대 구조 및 이것을 이용한 열처리 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 처리 용기내에 배치되어 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해서 상기 피처리체를 탑재하는 탑재대와, 상기 탑재대를 상기 처리 용기의 바닥부로부터 기립시켜서 지지하는 통체(筒體) 형상의 받침대를 구비하고, 상기 탑재대는, 내열성 재료와 내열성 재료중에 매립되고 전기 가열원으로 이루어지는 발열체를 가지는 발열판과, 내부에 상기 발열판을 장착 및 분리 가능하게 수용함과 동시에 개구를 가지는 용기 본체와, 용기 본체의 개구에 장착 및 분리 가능하게 장착된 덮개부를 가지는 내열 내부식성 재료제의 발열판 수용 용기를 구비한 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
이와 같이, 발열판을, 발열판 수용 용기내에 장착 및 분리 가능하게 마련하여 탑재대를 구성하는 것에 의해, 발열판을 교체, 혹은 교환 가능하게 할 수 있다.
또한, 장착 및 분리 가능하게 이루어진 덮개부를, 실행해야 하는 프로세스에 대응한 내열성 및 내부식성을 가지는 재료로 이루어지는 덮개부로 바꿀 수 있고, 이 때문에 덮개부가 오버 스펙이 되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 비교적 저렴하고 또한 가공성이 양호한 재료를 사용할 수 있어, 장치 비용을 대폭 삭감할 수 있다.
본 발명은, 상기 덮개부의 접합부가 상기 발열판 수용 용기의 용기 본체에 내열 내부식성 재료로 이루어지는 계합핀에 의해 계합되어 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 상기 덮개부와 상기 용기 본체의 접합부에는, 시일 부재 및/또는 시일 구조가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 상기 발열체가 복수의 존(zone)으로 분할되어 있고, 존마다 온도제어가 가능하게 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 상기 덮개부의 이면측에는, 상기 존에 대응시켜서 복수의 온도 측정 소자가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 상기 온도 측정 소자의 측정 라인이 상기 받침대내로 연장하고 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 상기 받침대의 상단부가, 상기 탑재대의 하면의 중앙부에, 볼트 부재에 의해 장착 및 분리 가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
이와 같이, 받침대와 탑재대를 서로 장착 및 분리 가능하게 마련하도록 했으므로, 어느 한쪽에 결함이 발생해도 전체를 교환할 필요없이 결함이 발생한 쪽의 부재만을 교환하는 것만으로 좋으므로, 유지 비용을 억제할 수 있고, 또한, 실행해야 하는 프로세스에 대응한 내열성 및 내부식성을 가지는 재료로 이루어지는 탑재대, 혹은 받침대로 교환할 수 있으므로, 이 때문에，탑재대나 받침대가 오버 스펙이 되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 비교적 저렴하고 또한 가공성이 양호한 재료를 사용할 수 있어, 장치 비용를 대폭 삭감할 수 있다.
본 발명은, 상기 볼트 부재가 내열성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 상기 받침대의 상단부와 상기 탑재대의 하면의 접합부에는, 시일 부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 상기 발열판에서는, 상기 발열체에 급전을 실행하기 위한 급전 라인을 봉입하여 이루어지는 내열성 재료로 이루어지는 라인 봉입관이 상기 용기 본체를 관통하여 상기 받침대내로 연장하고 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 상기 받침대의 내부와 상기 발열판 수용 용기의 내부가 불활성 가스에 의해 양압(陽壓) 상태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 상기 덮개부에는, 평면 방향으로 넓어지는 도전성 부재가 매립되어 있고, 해당 도전성 부재에 도전 라인이 접속되어, 이 도전 라인은 상기 받침대내에 연장하고 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 상기 발열판 상에는, 평면 방향으로 넓어지는 도전성 부재가 마련되어 있고, 해당 도전성 부재에 도전 라인이 접속되고, 이 도전 라인이 상기 받침대내로 연장하고 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 상기 덮개부와 상기 발열판 사이에는, 평면 방향으로 넓어지는 도전성 부재가 마련되어 있고, 해당 도전성 부재에 도전 라인이 접속되고, 이 도전 라인이 상기 받침대내로 연장하고 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
이에 의하면, 도전성 부재는, 덮개부에는 일체적으로 소성되어 있지 않는 구조가 되므로, 예컨대 하부 전극이나 척전극으로서 이용되는 상기 도전성 부재에 보수 등이 필요한 경우에, 이 보수 등을 쉽게 실행할 수 있다.
본 발명은, 상기 도전성 부재가 상기 덮개부의 하면에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 상기 도전성 부재가 상기 발열판의 상면에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 상기 도전성 부재의 표면에는, 이 전면을 덮도록 하여 내열 절연성 재료로 이루어지는 보호층이 마련되는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 처리 용기내에 배치되어, 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해서 상기 피처리체를 탑재하는 탑재대와, 상기 탑재대를 상기 처리 용기의 바닥부로부터 기립시켜서 지지하는 통체 형상의 받침대를 구비하고, 상기 탑재대는, 내열성 재료와, 내열성 재료중에 매립되고, 전기 가열원으로 이루어지는 발열체를 가지는 발열판과, 내부에 상기 발열판을 장착 및 분리 가능하게 수용함과 동시에 개구를 가지는 용기 본체와, 용기 본체의 개구에 장착 및 분리 가능하게 장착된 덮개부를 가지는 내열 내부식성 재료제의 발열판 수용 용기와, 상기 덮개부의 상면에 마련되어서 평면 방향으로 넓어지는 도전성 부재와, 상기 도전성 부재의 표면 전체를 덮도록 마련한 내열 절연성 재료로 이루어지는 보호층과, 상기 도전성 부재에 접속되는 도전 라인을 구비한 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
이와 같이, 발열판을, 발열판 수용 용기내에 장착 및 분리 가능하게 마련하여 탑재대를 구성하는 것에 의해, 발열판을 교체, 혹은 교환 가능하게 할 수 있다.
또한, 장착 및 분리 가능하게 이루어진 덮개부를, 실행해야 하는 프로세스에 대응한 내열성 및 내부식성을 가지는 재료로 이루어지는 덮개부로 바꿀 수 있어, 이 때문에 덮개부가 오버 스펙이 되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 비교적 저렴하고 또한 가공성이 양호한 재료를 사용할 수 있기 때문에, 장치 비용를 대폭 삭감할 수 있다.
또한, 도전성 부재는, 덮개부에는 일체적으로 소성되어 있지 않는 구조가 되므로, 예컨대 하부 전극이나 척전극으로서 이용되는 상기 도전성 부재에 보수 등이 필요한 경우에, 이 보수 등을 쉽게 실행할 수 있다.
본 발명은, 상기 보호층이 상기 내열 절연성 재료를 도포하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 상기 보호층이 상기 내열 절연성 재료로 이루어지는 박판(薄板)을 접착제에 의해 접합하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 상기 덮개부의 두께가 1∼20mm의 범위내인 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 상기 내열성 재료 및 내열 내부식성 재료가 절연성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 상기 절연성 재료가 석영 글라스, 혹은 AlN, Al2O3, Si3N4를 포함하는 세라믹재 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
본 발명은, 진공배기 가능하게 이루어진 처리 용기와, 처리 용기내에 배치된 탑재대 구조와, 상기 처리 용기내에 소정의 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단을 구비하고, 상기 탑재대 구조는, 처리 용기내에 배치되어 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해서 상기 피처리체를 탑재하는 탑재대와, 상기 탑재대를 상기 처리 용기의 바닥부로부터 기립시켜서 지지하는 통체 형상의 받침대를 구비하고, 상기 탑재대는, 내열성 재료와 내열성 재료중에 매립되고 전기 가열원으로 이루어지는 발열체를 가지는 발열판과, 내부에 상기 발열판을 장착 및 분리 가능하게 수용함과 동시에 개구를 가지는 용기 본체와, 용기 본체의 개구에 장착 및 분리 가능하게 장착된 덮개부를 가지는 내열 내부식성 재료제의 발열판 수용 용기를 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.
본 발명은, 진공배기 가능하게 이루어진 처리 용기와, 처리 용기내에 배치된 탑재대 구조와, 상기 처리 용기내에 소정의 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단을 구비하고, 상기 탑재대 구조는, 처리 용기내에 배치되어, 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해서 상기 피처리체를 탑재하는 탑재대와, 상기 탑재대를 상기 처리 용기의 바닥부로부터 기립시켜 지지하는 통체 형상의 받침대를 구비하고, 상기 탑재대는, 내열성 재료와, 내열성 재료중에 매립되고, 전기 가열원으로 이루어지는 발열체를 가지는 발열판과, 내부에 상기 발열판을 장착 및 분리 가능하게 수용함과 동시에 개구를 가지는 용기 본체와, 용기 본체의 개구에 장착 및 분리 가능하게 장착된 덮개부를 가지는 내열 내부식성 재료제의 발열판 수용 용기와, 상기 덮개부의 상면에 마련되고 평면 방향으로 넓어지는 도전성 부재와, 상기 도전성 부재의 표면 전체를 덮도록 마련한 내열 절연성 재료로 이루어지는 보호층과, 상기 도전성 부재에 접속되는 도전 라인을 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.
본 발명에 따른 탑재대 구조 및 열처리 장치에 의하면, 다음과 같이 우수한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
발열판을, 발열판 수용 용기내에 장착 및 분리 가능하게 마련하여 탑재대를 구성하는 것에 의해, 발열판을 교체, 혹은 교환 가능하게 할 수 있다.
또한, 장착 및 분리 가능하게 이루어진 덮개부를, 실행해야 하는 프로세스에 대응한 내열성 및 내부식성을 가지는 재료로 이루어지는 덮개부로 바꿀 수 있어, 이 때문에 덮개부가 오버 스펙이 되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 비교적 저렴하고 또한 가공성이 양호한 재료를 사용할 수 있어, 장치 비용을 대폭 삭감할 수 있다.
특히, 본 발명에 의하면， 받침대와 탑재대를 서로 장착 및 분리 가능하게 마련하도록 했기 때문에, 어느 한쪽에 결함이 발생해도 전체를 교환할 필요 없이 결함이 발생한 쪽의 부재만을 교환하는 것만으로 좋으므로, 유지 비용을 억제할 수 있고, 또한, 실행해야 하는 프로세스에 대응한 내열성 및 내부식성을 가지는 재료로 이루어지는 탑재대, 혹은 받침대로 교환할 수 있으므로, 이 때문에， 탑재대나 받침대가 오버 스펙이 되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 비교적 저렴하고 또한 가공성이 양호한 재료를 사용할 수 있기 때문에, 장치 비용를 대폭 삭감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열처리 장치를 나타내는 단면구성도이다.
도 2는 탑재대 구조의 제 1 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 3은 탑재대 구조의 발열체를 나타내는 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 탑재대 구조의 일부를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 5는 탑재대 구조를 나타내는 분해 조립도이다.
도 6은 본 발명에 따른 탑재대 구조의 제 2 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 탑재대 구조의 제 2 실시예의 변형예를 나타내는 부분 확대도이다.
도 8은 본 발명의 탑재대 구조의 제 3 실시예를 나타내는 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 탑재대 구조의 제 4 실시예를 나타내는 부분 단면도이다.
이하에 본 발명에 따른 탑재대 구조 및 열처리 장치의 일 실시예를 첨부 도면에 근거하여 상술한다.
(제 1 실시예)
도 1은 본 발명에 따른 열처리 장치를 나타내는 단면 구성도, 도 2는 탑재대 구조의 제 1 실시예를 나타내는 단면도, 도 3은 탑재대 구조의 발열체를 나타내는 평면도, 도 4a 및 도 4b는 탑재대 구조의 일부를 나타내는 부분 확대 단면도, 도 5는 탑재대 구조의 분해 조립도이다. 본 실시예에서는, 고주파 전력에 의한 플라즈마도 이용할 수 있는 열처리 장치에 대해서 설명한다.
도시하는 바와 같이 이 열처리 장치(2)는, 예컨대 단면의 내부가 대략 원형형상으로 이루어진 알루미늄제의 처리 용기(4)를 가지고 있다. 이 처리 용기(4)내의 천장부에는 필요한 처리 가스, 예컨대 성막 가스를 도입하기 위해서 가스 공급 수단인 샤워 헤드부(6)가 절연층(7)을 거쳐서 마련되어 있고, 이 하면의 가스 분사면(8)에 마련한 다수의 가스 분사 구멍(10A, 10B)으로부터 처리공간(S)을 향해서 처리 가스를 내뿜도록 하여 분사한다. 이 샤워 헤드부(6)는 플라즈마 처리시에 상부 전극을 겸하는 것이다.
이 샤워 헤드부(6)내에는, 중공형상의 2개로 구획된 가스 확산실(12A, 12B)이 형성되어 있고, 여기에 도입된 처리 가스를 평면 방향으로 확산한 후, 각 가스 확산실(12A, 12B)에 각각 연통된 각 가스 분사 구멍(10A, 10B)으로부터 내뿜는다. 즉, 가스 분사 구멍(10A, 10B)은 매트릭스형상으로 배치되어 있다. 이 샤워 헤드부(6)의 전체는, 예컨대 니켈이나 하스텔로이(등록상표) 등의 니켈 합금, 알루미늄, 혹은 알루미늄합금에 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 절연층(7)의 접합부에는, 예컨대 O링 등으로 이루어지는 시일 부재(14)가 개재되어 있어, 처리 용기(4)내의 기밀성을 유지한다. 그리고, 이 샤워 헤드부(6)에는, 매칭 회로(15)를 거쳐서 예컨대 13.56MHz의 플라즈마용의 고주파전원(17)이 접속되어 있어, 필요시에 플라즈마를 발생시킨다. 이 주파수는 상기 13.56MHz에 한정되지 않는다.
또한, 처리 용기(4)의 측벽에는, 이 처리 용기(4)내에 대하여 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 반입 반출하기 위한 반출입구(16)가 마련되고, 이 반출입구(16)에는 기밀하게 개폐 가능하게 이루어진 게이트 밸브(18)가 마련되어 있다.
그리고, 이 처리 용기(4)의 바닥부(20)에 배기가스 낙하 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 낙하 공간(22)을 형성하고 있다. 그리고, 이 배기가스 낙하 공간(22)을 구획하는 원통 구획벽(26)의 바닥부(28)에는, 이것으로부터 기립시켜서 본 발명의 특징인 탑재대 구조(29)가 마련된다. 구체적으로는, 이 탑재대 구조(29)는, 원통형의 받침대(30)와, 이 상단부에 장착 및 분리 가능하게 고정되는 탑재대(32)를 구비하고 있다. 이 탑재대 구조(29)의 상세에 대해서는 후술한다.
그리고, 상기 배기가스 낙하 공간(22)의 개구(24)는, 탑재대(32)의 직경보다도 작게 설정되어 있어, 상기 탑재대(32)의 주연부의 외측을 유하하는 처리 가스가 탑재대(32)의 하방으로 돌아서 들어가 개구(24)로 유입한다. 그리고, 상기 원통 구획벽(26)의 하부측벽에는, 이 배기가스 낙하 공간(22)에 면하게 하여 배기구(34)가 형성되어 있다. 이 배기구(34)에는, 도시하지 않는 진공펌프가 개재된 배기관(36)이 접속되어, 처리 용기(4)내 및 배기가스 낙하 공간(22)의 분위기를 진공흡인하여 배기할 수 있다.
그리고, 이 배기관(36)의 도중에는, 개방도(開度) 컨트롤이 가능하게 이루어진 도시하지 않는 압력 조정 밸브가 개재되어 있고, 이 밸브 개방도를 자동적으로 조정하는 것에 의해, 상기 처리 용기(4)내의 압력을 일정값으로 유지하거나, 혹은 원하는 압력으로 신속히 변화시킬 수 있다.
또한, 상기 탑재대(32)는, 발열판(40)을 가지고, 이 발열판(40)은 도 2에도 도시하는 바와 같이 내열성 재료(64, 68)와, 이 내열성 재료(64, 68)내에 매립되고, 예컨대 카본와이어 히터 등의 전기 가열원으로 이루어진 소정의 패턴 형상을 가지는 발열체(38)를 포함하고 있다. 이 발열판(40)은 발열판 수용 용기(42)내에 수용되어 있다. 그리고, 이 발열판 수용 용기(42)의 상면에, 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)가 탑재된다. 여기서 탑재대(32)는 가열 수단과 겸용되게 된다.
상기 탑재대(32)에는, 이 상하 방향으로 관통하여 복수, 예컨대 3개의 핀삽입 통과 구멍(44)이 형성되어 있어(도 1에 있어서는 2개만 나타내고, 도 2이후에는 기재 생략), 상기 각 핀삽입 통과 구멍(44)에 상하 이동 가능하게 유격 끼워맞춤 상태로 삽입 통과시킨 밀어 올림 핀(46)을 배치하고 있다. 이 밀어 올림 핀(46)의 하단에는, 원형 링 형상의 예컨대 알루미나와 같은 세라믹제의 밀어 올림 링(48)이 배치되어 있고, 이 밀어 올림 링(48)에, 상기 각 밀어 올림 핀(46)의 하단이 탑재, 또는 결합되어 있다. 이 밀어 올림 링(48)으로부터 연장하는 아암부(50)는, 용기 바닥부(20)를 관통하여 마련되는 출몰 로드(52)에 연결되어 있고, 이 출몰 로드(52)는 액츄에이터(54)에 의해 승강 가능하게 되어 있다.
이에 의해, 상기 각 밀어 올림 핀(46)이 웨이퍼(W)의 수수시에 각 핀삽입 통과 구멍(44)의 상단으로부터 상방으로 출몰하도록 되어 있다. 또한, 액츄에이터(54)의 출몰 로드(52)가 용기 바닥부(20)를 관통하는 부분에는, 신축 가능한 벨로스(56)가 개재되어 있고, 상기 출몰 로드(52)가 처리 용기(4)내의 기밀성을 유지하면서 승강할 수 있게 되어 있다.
그리고, 탑재대 구조(29)의 받침대(30)의 바닥부는 닫힘과 동시에, 여기에는 직경이 커진 플랜지부(58)가 마련되고, 그리고 이 플랜지부(58)가, 처리 용기(4)의 바닥부(28)의 중앙부에 형성된 관통공(60)을 덮도록 하여, 도시하지 않는 볼트 등에 의해 장착 및 분리 가능하게 장착되어 있다.
이 플랜지부(58)와, 관통공(60)의 주변부의 바닥부(28) 사이에는, O링 등의 시일 부재(62)가 개재되어 있고, 이 부분의 기밀성을 유지하게 되어 있다.
다음에, 상기 탑재대 구조(29)에 대해서 도 2 내지 도 5도 참조하여 구체적으로 설명한다.
상술한 바와 같이, 이 탑재대 구조(29)는, 탑재대(32)와 받침대(30)에 의해 주로 구성되어 있다. 구체적으로는, 상기 탑재대(32)는, 상기 발열판(40)과, 이것을 수용하는 발열판 수용 용기(42)로 이루어진다. 상기 발열판(40)은, 내열성 재료로 이루어지는 원형평면형상의 베이스(64)를 가지고 있고, 이 베이스(64)의 표면전면에는 히터 홈(66)이 형성되고, 이 히터 홈(66)을 따라 전기 가열원으로 이루어지는 상기 발열체(38)를 배치하고 있다. 그리고, 이 베이스(64)의 상면에, 동일하게 내열성 재료로 이루어지는 원형 형상의 평판(68)을 배치하고, 이것을 고온에서 소성하여 일체화한다. 이에 의해, 발열체(38)가 발열판(40)내에 매립되게 된다.
여기에서, 상기 발열체(38)는 복수의 존(zone)으로 분할되어 있고, 존 마다 온도 제어가 가능하게 되어 있다. 즉, 본 실시예에서는, 도 3에도 도시하는 바와 같이, 상기 발열체(38)는, 동심원형상으로 2개의 존, 즉 내주측의 존(70A)의 발열체(38A)와 외주측의 존(70B)의 발열체(38B)로 분할되어 있다. 또한， 도 3중에 있어서는 도면의 이해를 쉽게하기 위해서 각 발열체(38A, 38B)의 권회수를 감하여 기재하고 있다. 또한, 존의 수를 3이상으로 설정해도 좋다.
그리고, 각 분할된 발열체(38A, 38B)의 양쪽 단부에는, 각각 급전 라인(72)이 접속되고, 이 급전 라인(72)은 발열판(40)의 이면중심부로부터 아래 방향으로 연장하고 있다. 이 급전 라인(72)은, 그 길이 방향의 도중까지 내열성 재료로 이루어지는 라인 봉입관(74)내에 밀폐 상태로 봉입되고, 이 라인 봉입관(74)의 상부는 상기 발열판(40)에 일체적으로 용착되어 있다.
이 결과, 상기 라인 봉입관(74)은, 상기 통체 형상의 받침대(30)내에 삽입 통과되어 아래 방향을 향해서 연장하고 있는 상태로 되어 있다. 여기서 상기 각 내열성 재료는 절연성이 있는 예컨대 투명석영 글라스로 이루어지고, 따라서, 이 라인 봉입관(74)을 포함하는 발열판(40)의 전체는, 석영 글라스에 의해 일체 성형되게 된다. 또한，본 실시예에서는 상기 라인 봉입관(74)은 4개 마련되지만(도 3 참조), 도 1 및 도 2중에서는 도면의 간략화를 위해서 1개만 기재되어 있다.
다음에, 상기 발열판 수용 용기(42)는, 개구를 가지고 내열 내부식성 재료인 예컨대 질화 알루미늄(AlN)으로 이루어지는 용기 본체(76)와, 이 용기 본체(76)의 상부 개구에 장착 및 분리 가능하게 마련된 동일하게 내열 내부식성 재료, 예컨대 질화 알루미늄제의 덮개부(78)를 포함하고 있다. 상기 용기 본체(76)는, 그 주변부가 상방으로 굴곡되어 측벽(80)이 되고, 상방이 개구된 용기 형상으로 되어 있 다. 또한 이 용기 본체(76)의 중앙부에는, 상기 받침대(30)가 접합되는 부분에 대응시켜, 도 5에도 도시하는 바와 같이, 라인 봉입관용 관통공(82A), 볼트용 관통공(82B) 및 그 외에 필요한 수의 라인용 관통공(82C)이 각각 마련된다.
여기서 상기 라인 봉입관용 관통공(82A)의 직경은, 라인 봉입관(74)의 외경보다도 꽤 크게 설정되어 있어, 유격 끼워맞춤 상태로 상기 라인 봉입관(74)을 삽입 및 분리할 수 있도록 되어 있다. 또한, 이 용기 본체(76)의 측벽(80)의 외주면의 상부의 소정의 개소에는, 후술하는 핀부재를 부분적으로 수용하는 핀 구멍부(84)(도 4a 및 도 4b 참조)가 형성되어 있다.
또한 상기 덮개부(78)는 그 주변부가 하방으로 굴곡되어 측벽(86)이 되어, 상기 용기 본체(76)의 측벽(80)과 겹치도록 하여 용기 본체(76)를 덮는다. 이 덮개부(78)의 상면은 평탄하게 형성되어 있고, 이 상면이 탑재면이 되어 여기에 웨이퍼(W)를 직접적으로 탑재할 수 있게 되어 있다. 이 덮개부(78)의 두께는, 예컨대 1∼20mm정도의 범위내이며, 그 이유는 이 두께가 1mm보다도 얇으면, 이 강도가 발열판 수용 용기(42) 내부와 그 외측의 프로세스 공간간의 차압에 견딜 수 없게 되고, 또한 20mm보다도 두꺼우면, 이 부분의 임피던스가 과도하게 커져서 플라즈마 전위가 높아지는 등의 문제점이 발생해버린다.
또한, 이 덮개부(78)에는, 평면 방향으로 넓어지는 그물코 형상으로 이루어진 도전성 부재(88)가 일체적으로 매립되어 있어, 이 도전성 부재(88)에는 도전 라인(90)이 접속되어 하방으로 연장하고 있다. 또한，이 도전성 부재(88)는, 메쉬 형상의 부재, 다수의 구멍을 분산시켜 시트에 형성한 바와 같은 펀칭플레이트 형상의 부재, 얇게 도포된 도전층 형상의 부재, 여러가지 형태로 인쇄된 도전성 패턴 형상의 부재 등에 의해 형성할 수 있다. 상기 덮개부(78)는 석영이나 Al2O3이나 AlN 등의 세라믹재로 이루어지고, 상기 도전성 부재(88)와 일체 소성되게 된다.
또한 이 덮개부(78)의 이면측에는, 덮개부(78)의 반경 방향의 다른 위치에서 복수의 온도 측정 소자(92)가 매립되어 있다. 구체적으로는, 여기에서는 상기 발열체(38)의 존의 수에 대응시켜 복수의, 즉 2개의 온도 측정 소자(92A, 92B)를 마련하고 있고, 한쪽의 온도 측정 소자(92A)는 덮개부(78)의 중심부에 마련하여 내주측의 존의 온도를 측정하고, 다른 쪽의 온도 측정 소자(92B)는 덮개부(78)의 주변부에 마련하여 외주측의 존의 온도를 측정할 수 있게 되어 있다. 이들 온도 측정 소자(92A, 92B)로서는, 예컨대 열전쌍을 이용할 수 있고, 이것을 글라스 용착, 브레이징(brazing) 부착, 나사 고정, 스프링에 의한 가압, 혹은 덮개부(78)와의 일체 소성에 의해 부착하고 있다. 그리고, 상기 각 온도 측정 소자(92A, 92B)로부터는 측정 라인(94A, 94B)이 각각 하방으로 연장하고 있다.
또한 이 덮개부(78)의 측벽(86)에는, 상기 용기 본체(76)의 측벽(80)에 마련한 핀 구멍부(84)에 연통되는 핀 구멍(96)이 소정의 개소에 복수 마련되어 있고(도 4a 참조), 이 핀 구멍(96) 및 핀 구멍부(84)에 계합핀(98)이 장착 및 분리 가능하게 끼워 넣어져 있다. 따라서, 이 계합핀(98)을 분리하는 것에 의해 상기 덮개부(78)는, 상기 용기 본체(76)에 대하여 장착 및 분리 가능하게 되어 있다. 이 계합핀(98)의 재료로서는 내열 내부식성 재료, 예컨대 석영 글라스 혹은 세라믹재 등을 이용할 수 있다. 이 경우, 계합핀(98)의 계합을 확실하게 하기 위해서, 이 계합핀(98) 및 핀 구멍(96)이나 핀 구멍부(84)에 나사산을 내어도 좋다.
또한, 덮개부(78)가 장착 및 분리 가능하게 마련되면, 상기 장착 구조에 한정되지 않고, 예컨대 일부를 절결한 내열 내부식성 재료, 예컨대 AlN 등으로 이루어지는 링 형상의 탄발성 유지기구를 측벽(86)을 따라 마련하여, 상기 탄발성 유지기구의 탄발력에 의해 상기 각 계합핀(98)이 쉽게는 떨어지지 않도록 해도 좋다.
그리고, 상기 덮개부(78)와 용기 본체(76)의 접합부에는, 시일 부재(100)(도 4a 참조)가 마련되어 있다. 여기에서는 상기 용기 본체(76)의 측벽(80)의 상단면과 덮개부(78)의 하면의 주변부 사이에, 얇은 링 형상의 시일 부재(100)가 개재되어 있다. 이 시일 부재(100)는, 예컨대 니켈로 이루어지는 링 형상의 개스킷(gasket)을 이용할 수 있다. 여기에서의 시일성은, O링 등과 같은 높은 시일성은 요구되지 않고, 후술하는 바와 같이 이 발열판 수용 용기(42)내를 불활성 가스에 의해 양압(陽壓))상태로 함으로써, 내부로의 가스의 침입을 방지하게 된다. 또한，상기 시일 부재(100) 대신에, 혹은 시일 부재(100)와 병용하여, 도 4b에 도시하는 바와 같이 여기에 요철형상의 미로(labyrinth)를 형성한 시일 구조(102)를 마련하도록 해도 좋다.
한편，상기 받침대(30)는 동일하게 내열 내부식성 재료, 예컨대 산화 알루미늄(Al2O3) 등에 의해 원통체 형상으로 성형되어 있고, 그 상단부는 천장판(106)에 의해 막히고, 하단부는 플랜지부(58)에 의해 막혀 있다. 그리고, 상기 천장판(106)에는, 상기 용기 본체(76)의 이면의 중앙부측과 동일하게, 라인 봉입관용 관통공(110A), 볼트용 관통공(110B) 및 그 외에 필요한 수의 라인용 관통공(110C)이 각각 마련된다(도 5 참조).
그리고, 상기 용기 본체(76)와 받침대(30)는 볼트 부재(112)에 의해 장착 및 분리 가능하게 서로 장착된다. 즉, 상기 용기 본체(76)의 볼트용 관통공(82B)과 천장판(106)의 볼트용 관통공(110B)에 볼트 부재(112)의 볼트(112A)를 삽입 통과시켜, 이것을 너트(112B)에 의해 조이는 것에 의해, 양자는 분해 가능하게 장착 고정된다. 여기서 상기 볼트 부재(112)는 내열성 재료, 예컨대 질화 실리콘(Si3N4) 등에 의해 형성되어 있다. 이 장착에 있어서는, 상기 용기 본체(76)와 천장판(106) 사이에 얇은 링 형상의 시일 부재(l14)(도 5 참조)가 개재되어 있다. 이 시일 부재(114)는, 예컨대 니켈로 이루어지는 링형상의 개스킷를 이용할 수 있고, 이 시일 개소는 O링 등과 같은 높은 시일성은 요구되지 않는다.
그리고, 발열판(40)의 라인 봉입관(74)은, 상기 양쪽 라인 봉입관용 관통공(82A, 110A)을 각각 삽입 통과하여 받침대(30)내의 하방으로 연장하고 있고, 또한 도전성 부재(88)로부터의 도전 라인(90)도 상기 양쪽 라인 봉입관용 관통공(82A, 110A)의 빈 스페이스를 통과하여 받침대(30)내에 삽입 통과되어 있고(도 2 참조), 또한 각 온도 측정 소자(92A, 92B)로부터의 측정 라인(94A, 94B)은 각각 라인용 관통공(82C, 110C)을 지나 받침대(30)내에 삽입 통과되어 있다.
또한 받침대(30)의 바닥부의 플랜지부(58)에는, 도 5에 도시하는 바와 같이 가스 도입구(117) 외에, 복수, 예컨대 도시예에서는 3개의 라인용 관통공(118A, 118B, 118C)이 형성되어 있다. 그리고, 라인용 관통공(118A)에는, 상기 라인 봉입관(74)의 하단으로부터 연장한 급전 라인(72)이 시일 부재(120A)를 거쳐서 기밀하게 삽입 통과되어 있다. 또한 라인용 관통공(118B)에는 도전 라인(90)이 시일 부재(120B)를 거쳐서 기밀하게 삽입 통과되어 있다. 또한 라인용 관통공(118C)에는, 2개의 측정 라인(94A, 94B)이 시일 부재(120C)를 거쳐서 기밀하게 삽입 통과되어 있다. 또한, 상기 가스 도입구(117)에는, 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급계(122)가 접속되어 있어, 불활성 가스를 필요에 따라 유량 제어하면서 공급할 수 있게 되어 있다. 여기서 상기 불활성 가스로서는, N2가스가 이용되지만, 이 대신에 Ar, He 등의 다른 불활성 가스를 이용해도 좋다.
그리고, 상기 급전 라인(72)에는 히터 전원(115)이 접속되어서, 발열체(38A, 38B)를 존 마다 개별적으로 가열하여 온도 제어할 수 있다. 또한, 도전 라인(90)에는, 바이어스용의 고주파전원(116)이 접속되어 있고, 플라즈마 처리시에는 상기 도전성 부재(88)를 하부전극으로서 기능시키게 되어 있다. 또한，이 고주파로서는 예컨대 13.56MHz를 이용할 수 있다. 또한, 이 도전 라인(90)에는, 정전척용의 직류 전원(118)이 접속되어 있고, 상기 도전성 부재(88)를 척전극으로서도 기능시키게 되어 있어, 탑재대(32) 상의 웨이퍼(W)를 정전 흡착할 수 있게 되어 있다. 또한， 정전척이 필요하지 않을 때나, 플라즈마 처리를 실행하지 않을 때에는 이 도전 라인(90)에 직류 전원(118)이나 고주파전원(116)을 접속하지 않고, 단지 접지하여 접지 라인으로서 이용하는 경우도 있다.
또한, 상기 2개의 측정 라인(94A, 94B)은, 온도 제어부(120)에 입력되어 있고, 여기에서 검출된 각 존의 온도에 따라 상기 히터 전원(115)을 제어하는 것에 의해, 각 존의 온도제어를 개별적으로 할 수 있게 되어 있다. 또한，도 1에 도시하는 바와 같이 탑재대(32)에 핀삽입 통과 구멍(44)을 형성하지만, 이 핀삽입 통과 구멍(44)에 대하여 발열판 수용 용기(42)내의 시일성을 확보하기 위해서, 발열판(40)의 표면과 발열판 수용 용기(42)의 내면 사이에는 상기 핀삽입 통과 구멍(44)의 주위를 둘러싸도록 하여, 시일 부재로서 예컨대 개스킷(도시하지 않음)을 개재시키도록 한다.
다음에, 이상과 같이 구성된 플라즈마를 이용한 열처리 장치의 동작에 대해서 설명한다.
우선, 미처리된 반도체 웨이퍼(W)는, 도시하지 않는 반송 아암에 유지되어 열린 상태가 된 게이트 밸브(18), 반출입구(16)를 거쳐서 처리 용기(4)내에 반입된다. 이 웨이퍼(W)는, 상승된 밀어 올림 핀(46)에 수수된 후에, 이 밀어올림 핀(46)을 강하시키는 것에 의해, 웨이퍼(W)는 탑재대(32)의 상면, 구체적으로는 덮개부(78)의 상면에 탑재되어서 지지된다. 이 때에, 탑재대(32)의 도전성 부재(88)에 직류 전원(118)으로부터 직류 전압을 인가하는 것에 의해 정전척이 기능하고, 웨이퍼(W)를 탑재대(32)상에 유지한다.
다음에, 샤워 헤드부(6)에 각종의 처리 가스를, 각각 유량제어하면서 공급하고, 이 가스를 가스 분사 구멍(10A, 10B)으로부터 내뿜어 분사하여, 처리 공간(S)에 도입한다. 그리고, 도시하고 있지 않지만 배기관(36)에 마련한 진공펌프의 구동을 계속하는 것에 의해, 처리 용기(4)내나 배기가스 낙하 공간(22)내의 분위기를 진공배기하고, 그리고, 압력 조정 밸브의 밸브 개방도를 조정하여 처리 공간(S)의 분위기를 소정의 프로세스 압력으로 유지한다. 이 때, 웨이퍼(W)의 온도는 소정의 프로세스 온도로 유지되어 있다. 즉, 탑재대(32)의 발열체(38)에 히터 전원(115)으로부터 전압을 인가하는 것에 의해 발열체(38)는 가열되어, 이에 의해 발열판(40)전체가 가열된다.
이 결과, 발열판(40)으로부터의 열에 의해 웨이퍼(W)가 승온 가열된다. 이 때, 덮개부(78)에 마련한 각 온도 측정 소자(92A, 92B)에서는, 웨이퍼 온도가 측정되고, 이 측정값에 근거하여 온도 제어부(120)는 각 존 마다 온도 제어하게 된다. 이 때문에，웨이퍼(W)의 온도를 항상 면내 균일성이 높은 상태에서 온도 제어할 수 있다.
또한 플라즈마 처리를 실행할 때에는, 고주파전원(17)을 구동하는 것에 의해, 상부 전극인 샤워 헤드부(6)와 하부 전극인 탑재대(32) 사이에 고주파가 인가되어, 처리 공간(S)에 플라즈마를 발생기켜 소정의 플라즈마 처리가 실행된다. 또한, 이 때에, 탑재대(32)의 도전성 부재(88)에 바이어스용의 고주파전원(116)으로부터 고주파를 인가하는 것에 의해, 플라즈마 이온의 인입을 실행할 수 있다.
여기에서, 상술한 소정의 처리가 실행되는 동안은, 받침대(30)내 및 탑재대(32)의 발열판 수용 용기(42)내에 불활성 가스, 예컨대 N2가스를 공급하고, 처리 용기(4)내보다도 압력이 조금 높은 양압상태로 유지한다. 구체적으로는, 불활성 가스 공급계(122)에 의해 N2가스를 공급하면, 이 N2가스는 받침대(30)내에 도입된다. 또한, 이 N2가스는 각 라인 봉입관용 관통공(82A, 110A)이나 라인용 관통공(82C, 110C)을 거쳐서 발열판 수용 용기(42)내에 공급된다. 여기서 N2가스의 압력은 양압상태로 유지되어 있으므로, 이 N2가스는, 받침대(30)와 탑재대(32)의 접합 부분의 시일 부재(114)나, 용기 본체(76)와 덮개부(78)의 접합 부분의 시일 부재(100)의 약간의 간격을 거쳐서 화살표(130, 132)(도 2 및 도 4a 및 도 4b를 참조)로 도시하는 바와 같이 처리 공간(S)내로 조금씩 새게 된다.
따라서, 프로세스에 이용하는 처리 가스나 부식성 가스, 특히 에칭 가스나 클리닝시의 클리닝 가스가 받침대(30)내나 발열판 수용 용기(42)내에 침입하는 것을 방지할 수 있다. 이 경우, 상기 시일 부재(100, 114)를 마련한 부분에 미로 형상의 시일 구조(102)를 채용했을 경우에는, 프로세스 압력에도 의존되지만, N2 가스의 압력을 예컨대 10Torr(1333Pa) 이상으로 설정하면, 처리 용기(4)내에 압력에 대하여 임계압력비(0.55)를 약간 상회하는 정도의 압력으로 할 수 있어, 미로 내부의 유속이 음속으로 되어 처리 가스 등의 역류를 방지할 수 있다.
여기에서, 상기 탑재대 구조(29)의 일부에 결함이 발생했을 경우에는, 이 탑재대 구조(29)를 구성하는 부재가 분해 조립이 가능하게 되어 있으므로, 그 결함이 발생한 부재만 교환하면 된다. 예컨대 발열체(38)가 단선됐을 경우에는, 덮개부(78)와 용기 본체(76)를 연결하는 계합핀(98)을 뽑아서 덮개부(78)를 해체하고, 이 발열체(38)를 포함하는 발열판(40)만을 교체하면 되고, 다른 받침대(30)나 발열판 수용 용기(42)는 그대로 이용할 수 있다. 또한 동일하게, 발열판 수용 용기(42), 혹은 받침대(30)에 결함(에칭 등에 의한 소모를 포함한다)이 발생하면, 양자를 결합하는 볼트 부재(112)를 분리하여 양자의 결합을 풀어, 새로운 부품과 교환하면 된다.
또한, 상기 각 부품의 내열 내부식성 재료, 혹은 내열성 재료인 상기 절연성 재료는, 석영 글라스, 혹은 AlN, Al2O3, Si3N4를 포함하는 세라믹재 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
이 경우, 내식성이 특히 요구되는 프로세스, 열충격에 대한 내성이 특히 요구되는 프로세스, 콘태미네이션(오염)에 대한 내성이 요구되는 프로세스 등, 프로세스에 따른 적절한 재료를 상기 각 재료중에서의 재료로 이루어지는 동일 형상의 부품을 교환하여 이용하는 것에 의해, 동일 설계로 여러가지의 프로세스에 대응 가능한 탑재대 구조를 실현할 수 있다. 또한, 발열판(40)에 발열체(38)를 내장할 때에는, 발열체(38)는 히터 홈(66)내를 따라 수용되므로, 이것이 일체 성형시에 변형하는 것을 방지하고, 설계대로의 치수로 형성할 수 있다.
또한, 탑재대(32)와 받침대(30)를 볼트 부재(112)로 장착 및 분리 가능하게 접합하도록 했으므로, 이 부분을 용착한 종래 장치와 비교하여 열저항이 커진다. 이 결과, 쿨스폿(cool spot)의 발생을 억제할 수 있으므로, 그 만큼, 열충격(열응력집중)에 의한 파손의 발생을 방지할 수 있을 뿐만아니라, 이들 부품의 소성이나 기계가공도 쉽게 실행하는 것이 가능하게 된다. 또한，상기 볼트 부재(112)를 이용하지 않고, 다른 장착 및 분리 가능하게 이루어진 접합부재, 예컨대 용기 본체(76)에 마련한 오목부에 받침대(30)에 마련한 볼록부를 끼워 넣음으로써 접합하도록 한 접합부재 등을 이용해도 좋다. 이 오목부 및 볼록부는 반대로 마련해도 좋다.
또한, 발열판 수용 용기(42)내에는, 처리 가스가 침입하지 않으므로, 온도 측정 소자(92)를 탑재대(32)의 중심부 이외에 또한 복수 개소(전체에서 3점 이상)에 마련할 수 있어, 온도정밀도가 높은 제어를 실행할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 도전성 부재(88)를 덮개부(78)에 매립하여 형성했지만, 이에 한정되지 않고, 이것을 발열판(40) 상에 평면 방향으로 넓어지도록 하여 설정해도 좋다. 이 경우에는, 메쉬 형상의 부재가 아니라, 원판형상으로 넓어지는 박판형상의 도전성 부재를 이용하도록 해도 좋다.
(제 2 실시예)
이하에 상기 도전성 부재(88)의 구조를 개량한 제 2 실시예에 대해서 설명한다.
전술한 제 1 실시예의 탑재대 구조(29)에서는 도전성 부재(88)는 Al2O3 등으로 이루어지는 세라믹제내에 매립하여, 이것과 일체 소성하도록 마련하고 있다. 이 경우, 하부전극이나 척전극으로서 기능하는 도전성 부재(88)는 세라믹제내에 매립되어 있으므로, 상기 도전성 부재(88)의 형상이나 재질 등을 보수하고자 생각해도 보수가 매우 곤란해지거나, 혹은 보수 자체를 실행할 수 없을 뿐만아니라, 고온, 예컨대 1900℃정도에서 소성되므로, 재료로서 W(텅스텐)나 Mo(몰리브덴) 등의 고융점 금속밖에 사용할 수 없어, 전극재료가 한정되어버리는 일이 있다.
또한 소성전의 부드러운 세라믹재내에 상기 도전성 부재(88)를 매립한 후에 이것을 구워서 굳히지만, 구워서 굳히기 전의 부드러운 세라믹재내에서 상기 도전성 부재(88)가 부등 침하를 일으키는 경우가 있어, 상기 도전성 부재(88)의 매립 깊이가 면내 균일하게 되지 않고 편차가 발생해버린다. 이 때문에, 이 상방에 형성되는 플라즈마와의 사이의 정전용량이 불균일해져서 플라즈마의 형성에 악영향을 끼칠 우려가 있다.
또한, 상기 도전성 부재(88)에 대한 전기적 도통(導通)을 취하기 위해서 세라믹제의 덮개부에 그 하방으로부터 도전성 부재(88)에 닿을 때까지의 콘택트(contact)용의 구멍을 형성하지 않으면 안되지만, 이 구멍을 기점으로 하여 덮개부에 파손 등이 생길 우려가 있다.
본 발명의 제 2 실시예는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 구성이다. 도 6은 본 발명에 따른 탑재대 구조의 제 2 실시예를 나타내는 단면도이다. 또한，도 1 및 도 2에 나타내는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여해서 그 설명을 생략한다. 또한，도 6중에 있어서 온도 측정 소자(92)의 기재는 생략하고 있다.
즉, 여기에서는 상기 도전성 부재(88)를 세라믹재로 이루어지는 덮개부(78)에 일체 소성하는 것이 아니라, 상기 덮개부(78)와 하방에 위치하는 발열판(40) 사이에 마련하도록 하고 있다. 구체적으로는, 도 6중에 있어서는, 소성된 세라믹재나 석영 글라스로 이루어지는 덮개부(78)의 하면(이면)에 상기 도전성 부재(88)를 직접적으로 접합하고 있다. 이 경우, 바람직하게는, 금속오염을 방지하기 위해서 상기 도전성 부재(88)의 표면 전체(도 6중의 하면 전체)를 덮도록 하여, 내열 절연성 재료로 이루어지는 보호층(131)을 마련하는 것이 좋다.
이러한 경우에도, 상기 도전성 부재(88)로부터 연장하는 도전 라인(90)은 상기 받침대(30)내를 통과하도록 배선된다. 또한, 발열판(40)에는 관통공(133)이 형성되어 있고, 이 관통공(133)에 상기 도전 라인(90)을 삽입 통과하여 하방으로 연장시키고 있다. 상기 도전성 부재(88)로서는, W(텅스텐)나 Mo(몰리브덴) 등의 고융점 금속은 물론, MoSi2, Ti2AlC, Ti3SiC2 등의 도전성을 가지는 금속간 화합물 등도 이용할 수 있다.
여기서 상기 도전성 부재(88)는, 상기 덮개부(78)의 하면을 평탄 형상으로 연마한 후에, 이 하면에 접합한다. 이 도전성 부재(88)의 접합시에는, 이것을 붙여도 좋고, 스크린 인쇄 등에 의해 형성해도 좋다.
또한 상기 보호층(131)으로서는, 내열 절연성 재료인 알루미나(Al2O3)나 산화이트륨(Y2O3) 등을 용사에 의해 도포해도 좋고, 액상의 재료, 혹은 고체 상태의 재료를 확산 접합시켜도 좋고, 또는 도 7에 나타내는 덮개부의 부분 확대도에 도시하는 바와 같이 상기 알루미나나 산화이트륨으로 이루어지는 박판(134)를 접착제(136)로 붙여서 구성해도 좋다. 이 경우의 접착제(136)로서는, 예컨대 카본, SiO2 등을 이용할 수 있다.
또한，여기에서 이용되는 덮개부(78)의 두께는, 제 1 실시예의 경우와 동일하여, 1∼20mm 정도의 범위내이며, 그 이유는, 이 두께가 1mm보다도 얇으면, 이 강도가 발열판 수용 용기(42) 내부와 그 외측의 프로세스 공간 사이의 차압에 견딜 수 없게 되고, 또한 20mm보다도 두꺼우면, 이 부분의 임피던스가 과도하게 커져서 플라즈마 전위가 높아지는 등의 문제점이 발생해버린다.
이 제 2 실시예에 의하면，앞에서의 제 1 실시예와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있을 뿐만아니라, 도전성 부재(88)는 덮개부(78)중에 일체 소성되어 있지 않아, 예컨대 덮개부(78)의 하면에 붙이도록 하여 마련하고 있으므로, 도전성 부재(88)의 보수나 재료를 변경하는 등의 경우에는, 보호층(131)이나 이 도전성 부재(88)를 비교적 쉽게 떼어낼 수 있으므로, 상기 보수나 재료 변경 등을 쉽게 실행할 수 있다.
또한, 도전성 부재(88)를 접합할 때에는, 덮개부(78)의 하면을 평탄 형상으로 연마해 두면 좋으므로, 이 도전성 부재(88)를 균일히 평탄하게 형성할 수 있고, 따라서, 이 상방에 형성되는 플라즈마와의 사이의 정전용량의 면내 균일성을 높일 수 있어, 플라즈마 형성에 악영향을 끼치는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 도전성 부재(88)에 대하여 도전 라인(90)에 대한 도통을 취하기 위해서, 덮개부(78)에 대하여 도전 라인(90)이 연장하는 콘택트(contact)용의 구멍을 형성할 필요가 없으므로, 이 덮개부(78)에 대하여 파손 등을 입힐 우려를 대폭 억제할 수 있다.
또한, 이 도전성 부재(88) 전체는, 보호층(131)으로 덮혀 있으므로, 이 발열체 수용 용기(42)내를 흐르는 N2 등의 불활성 가스가 상기 도전성 부재(88)와 직접 접촉하는 일은 없고, 따라서, 이 N2가스 등이 처리 공간(S)측으로 새어 나와도, 웨이퍼에 대하여 금속오염을 생기게 하는 것을 방지할 수 있다.
(제 3 실시예)
다음에, 상기 탑재대 구조의 제 3 실시예에 대해서 설명한다. 상기 제 2 실시예에 있어서는, 도전성 부재(88)와 덮개부(78)의 하면에 접합하도록 했으나, 이에 한정되지 않고, 발열판(40)의 상면에 접합하도록 해도 좋다.
도 8은 이러한 본 발명의 탑재대 구조의 제 3 실시예를 나타내는 부분 단면도이다. 또한， 도 1 및 도 6에 나타내는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 여기에서는 발열판(40)의 상부를 형성하는 원판(68)의 상면에, 상기 도전성 부재(88)를 접합하고 있다. 이 경우에는, 상기 도전성 부재(88)는, 앞에서의 제 2 실시예의 덮개부(78)의 하면과 동일하게, 상기 원판(68)의 상면을 평탄 형상으로 연마한 후에, 이 상면에 접합한다. 그리고, 바람직하게는 이 도전성 부재(88)의 상면 전면을 덮도록 하여 보호층(131)을 형성한다.
이 도전성 부재(88)의 접합 방법은, 용사 등을 이용하도록 하는 점은, 앞에 서의 제 2 실시예와 동일하고, 또한, 도 7에서 설명한 바와 같이, 박판(134)과 접착제(136)를 이용하도록 하여 접합해도 좋다.
이 제 3 실시예의 경우에도, 앞에서의 제 2 실시예와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
(제 4 실시예)
다음에, 상기 탑재대 구조의 제 4 실시예에 대해서 설명한다. 상기 제 2 및 제 3 실시예에 있어서는, 도전성 부재(88)를 덮개부(78)와 발열판(40) 사이에 마련한 경우를 예로 들어서 설명했으나, 이에 한정되지 않고, 덮개부(78)의 상면측에 마련하도록 해도 좋다.
도 9는 이러한 본 발명의 탑재대 구조의 제 4 실시예를 나타내는 부분단면도이다. 또한， 도 1 및 도 6에 나타내는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
도 9에 도시하는 바와 같이 여기에서는 덮개부(78)의 상면에, 상기 도전성 부재(88)를 접합하고 있다. 이 경우에는, 상기 도전성 부재(88)는, 앞에서의 제 2 실시예의 덮개부(78)의 하면과 동일하게, 상기 덮개부(78)의 상면을 평탄 형상으로 연마한 후에, 이 상면에 접합한다. 그리고, 여기에서는 부식성 가스의 분위기가 되는 처리 공간(S)에 직접적으로 접하므로 상기 도전성 부재(88)의 부식을 방지하기 위해서, 상기 도전성 부재(88)의 상면 전면을 덮도록 하여 보호층(131)을 형성한다.
이 도전성 부재(88)의 접합 방법은, 용사 등을 이용하도록 하는 점은, 앞에 서의 제 2 실시예와 동일하고, 또한, 도 7에서 설명한 바와 같이, 박판(134)과 접착제(136)를 이용하도록 하여 접합해도 좋다. 또한, 이 제 4 실시예의 경우에는, 덮개부(78)에 관통공(140)을 형성하고, 이것에 도전 라인(90)을 삽입 통과하여 상기 도전성 부재(88)에 접속한다.
이 제 4 실시예의 경우에도, 앞에서의 제 2 실시예와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 이 제 4 실시예의 경우에는, 상기 도전성 부재(88)와, 이 상방에 탑재되는 웨이퍼(W)나 플라즈마간의 거리가 극히 짧아지므로, 그 만큼, 플라즈마의 작용 효율을 높일 수 있다.
또한，이상의 각 실시예에서는 발열판(40)으로서, 예컨대 발열체(38)를 원판형상의 석영 글라스중에 일체적으로 내장하여 성형했을 경우를 예로 들어서 설명했으나, 이에 한정되지 않고, 예컨대 사행(蛇行) 형상, 혹은 소용돌이 형상 등과 같이 굴곡된 석영 글라스관내에 발열체(예컨대 카본와이어 히터)를 삽입 통과하여 형성한 것 같은 발열판(40)을 이용해도 좋다.
또한, 여기에서는 플라즈마를 이용했을 경우를 예로 들어서 설명했지만, 플라즈마를 이용하지 않는 단순한 열처리 장치로서 이용해도 좋고, 그 경우에는, 플라즈마용의 고주파전원(17)이나 매칭 회로(15), 바이어스용의 고주파전원(116) 등은 불필요해진다. 또한, 이 경우라도 정전척 기능을 가지는 도전성 부재(88)는 이용하는 것이 좋다.
또한, 본 실시예에서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어서 설명했으나, 이에 한정되지 않고, LCD 기판, 글라스 기판 등에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

Claims (26)

  1. 처리 용기내에 배치되어 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해서 상기 피처리체를 탑재하는 탑재대와,
    상기 탑재대를 상기 처리 용기의 바닥부로부터 기립시켜서 지지하는 통체 형상의 받침대를 구비하고,
    상기 탑재대는, 내열성 재료와 내열성 재료내에 매립되고 전기 가열원으로 이루어지는 발열체를 가지는 발열판과,
    내부에 상기 발열판을 장착 및 분리 가능하게 수용함과 동시에 개구를 가지는 용기 본체와, 용기 본체의 개구에 장착 및 분리 가능하게 장착된 덮개부를 가지는 내열 내부식성 재료제의 발열판 수용 용기를 구비하고,
    상기 덮개부에는, 평면 방향으로 넓어지는 도전성 부재가 매립되어 있고, 상기 도전성 부재에 도전 라인이 접속되고, 이 도전 라인은 상기 받침대내로 연장하고 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 덮개부의 접합부는 상기 발열판 수용 용기의 용기 본체에 내열 내부식성 재료로 이루어지는 계합핀에 의해 계합되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 덮개부와 상기 용기 본체의 접합부에는, 시일 부재 및 시일 구조중 적어도 하나가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열체는, 복수의 존으로 분할되어 있고, 존마다 온도제어가 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 덮개부의 이면측에는, 상기 존에 대응시켜서 복수의 온도 측정 소자가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 온도 측정 소자의 측정 라인은 상기 받침대내로 연장하고 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 받침대의 상단부는 상기 탑재대의 하면의 중앙부에 볼트 부재에 의해 장착 및 분리 가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 볼트 부재는 내열성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 받침대의 상단부와 상기 탑재대의 하면의 접합부에는, 시일 부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열판에서는, 상기 발열체에 급전을 실행하기 위한 급전 라인을 봉입하여 이루어지는 내열성 재료로 이루어지는 라인 봉입관이 상기 용기 본체를 관통하여 상기 받침대내로 연장하고 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 받침대의 내부와 상기 발열판 수용 용기의 내부는 불활성 가스에 의해 양압 상태로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
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  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 내열성 재료 및 내열 내부성 재료는 절연성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 절연성 재료는, 석영 글라스, 혹은 AlN, Al2O3, Si3N4를 포함하는 세라믹재중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조.
  25. 진공배기 가능하게 이루어진 처리 용기와,
    처리 용기내에 배치된 탑재대 구조와,
    상기 처리 용기내에 소정의 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단을 구비하고,
    상기 탑재대 구조는,
    처리 용기내에 배치되어 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해서 상기 피처리체를 탑재하는 탑재대와,
    상기 탑재대를 상기 처리 용기의 바닥부로부터 기립시켜서 지지하는 통체 형상의 받침대를 구비하고,
    상기 탑재대는, 내열성 재료와 내열성 재료내에 매립되고 전기 가열원으로 이루어지는 발열체를 가지는 발열판과,
    내부에 상기 발열판을 장착 및 분리 가능하게 수용함과 동시에 개구를 가지는 용기 본체와, 용기 본체의 개구에 장착 및 분리 가능하게 장착된 덮개부를 가지는 내열 내부식성 재료제의 발열판 수용 용기를 구비하고,
    상기 덮개부에는, 평면 방향으로 넓어지는 도전성 부재가 매립되어 있고, 상기 도전성 부재에 도전 라인이 접속되고, 이 도전 라인은 상기 받침대내로 연장하고 있는 것을 특징으로 하는
    열처리 장치.
  26. 삭제
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