KR101084830B1 - 탑재대 구조체 - Google Patents

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KR101084830B1
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

피처리체가 클램프 링 부재와 접촉하고 있어도, 피처리체의 면내 온도의 균일성을 높게 하여, 열처리의 면내 균일성을 향상시키는 것이 가능한 탑재대 구조체를 제공한다.
처리 용기(4) 내에서 피처리체(W)에 대하여 소정의 열처리를 하기 위해서 피처리체를 탑재하기 위한 탑재대 구조체에 있어서, 내부에 피처리체를 가열하는 가열 수단(38)이 수용된 투명 재료로 이루어지는 탑재대(32)와, 탑재대의 상면에 마련되는 동시에, 그 직경이 탑재대의 직경보다도 작게 설정되어 상면에 피처리체를 직접적으로 탑재하기 위한 불투명 재료로 이루어지는 균열판(均熱板)(42)과, 탑재대의 주변부의 상방에 승강가능하게 마련되어 피처리체를 탑재대 측으로 가압하기 위한 불투명 재료로 이루어지는 클램프 링 부재(50)를 갖는 클램프 기구(48)를 구비한다.

Description

탑재대 구조체{MOUNTING TABLE STRUCTURE}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피처리체의 열처리 장치 및 탑재대 구조체에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 집적 회로를 제조하기 위해서는 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 성막 처리, 에칭 처리, 열처리, 개질(改質) 처리, 결정화 처리 등의 각종 열처리를 반복해서 행하여 소망하는 집적 회로를 형성하도록 되어 있다. 상기한 것과 같은 각종 처리를 행하는 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 용기 내로 도입한다.
예컨대 반도체 웨이퍼에 대하여 한장마다 열처리를 하는 낱장식의 열처리 장치를 예로 들면, 진공흡인 가능하게 이루어진 처리 용기 내에 예를 들어 저항 가열 히터를 내장한 탑재대를 설치하고, 이 상면에 반도체 웨이퍼를 탑재한 상태에서 소정의 처리 가스를 흘리고, 소정의 프로세스 조건 하에서 웨이퍼에 각종 열처리를 실시하도록 되어 있다.
그런데, 일반적으로는 상기 탑재대는 예를 들면 질화 알루미늄(AlN) 등의 불투명한 세라믹재로 형성되어 있거나, 또는 세라믹재로부터의 오염을 방지하기 위해서나 클리닝 내성 등을 향상시키기 위해서 세라믹재를 대신하여 투명한 석영에 의해 탑재대를 형성하는 경우도 있었다(특허문헌 1 내지 3). 그리고, 상기 투명한 석영에 의해 탑재대를 형성하는 경우에는 저항 가열 히터의 히터선의 형상이 그대로 웨이퍼의 이면(裏面)에 투영되어 웨이퍼면 내에 큰 온도의 불균일 분포가 생기는 것을 방지하기 위해, 탑재대의 상면 측에 예를 들면 얇은 불투명한 세라믹판을 균열판(均熱板)으로서 설치하고, 이 균열판의 상면에 웨이퍼를 탑재하도록 하고 있다. 여기서 상기 균열판은 히터선으로부터 방사되는 열선(熱線)을 흡수하여 온도 분포를 균일화한 후에 웨이퍼에 열을 전도하는 기능을 갖는다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 공보 제 1994-260430 호
특허문헌 2 : 일본 특허 공개 공보 제 2004-356624 호
특허문헌 3 : 일본 특허 공개 공보 제 2007-335425 호
그런데, 반도체 웨이퍼에 처리를 하는 일반적인 처리 장치에서는 처리 중에 반도체 웨이퍼가 이것을 탑재하고 있는 탑재대 상을 이동하여 위치 어긋남 등이 생기는 것을 방지하는 것을 목적으로 하여, 기판 보지(保持) 부재인 클램프 링 부재가 마련되는 경우가 있다. 이 클램프 링 부재는 예를 들면 AlN 등의 불투명한 세라믹재로 링형상으로 형성되어 있고, 클램프 링 부재의 내주측의 하면을 웨이퍼의 주변부의 상면측(베벨부)에 접촉시켜 가볍게 밀어 넣어, 웨이퍼(W)의 위치 어긋남을 방지하도록 하고 있다.
그러나, 이 경우에는 웨이퍼에 대하여 접촉하고 있는 상기 클램프 링 부재는 탑재대의 상면으로부터 약간이기는 하지만, 예컨대 수 mm 정도만큼 상방으로 떨어져 있기 때문에 웨이퍼 온도보다도 낮아지는 경향이 있다. 이것 때문에 클램프 링 부재로의 열의 이동에 의해 웨이퍼의 주변부(베벨부)의 온도가 그 내측 부분과 비교하여 낮아지는 경향이 있었다. 이 때문에, 웨이퍼 온도의 면내 균일성이 저하하고, 웨이퍼에 대한 성막 처리 등의 열처리의 면내 균일성이 열화해버린다는 문제가 있었다.
본 발명은 이상과 같은 문제점에 착안하여 이것을 유효하게 해결하도록 창안된 것이다. 본 발명의 목적은 피처리체가 클램프 링 부재와 접촉하고 있어도, 피처리체의 면내 온도의 균일성을 높게 하여, 열처리의 면내 균일성을 향상시키는 것이 가능한 탑재대 구조체 및 열처리 장치를 제공하는 것이다.
제 1 항에 따른 발명은 처리 용기 내에서 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 하기 위해서 상기 피처리체를 탑재하기 위한 탑재대 구조체에 있어서, 내부에 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단이 수용된 투명 재료로 이루어지는 탑재대와, 상기 탑재대의 상면에 마련되는 동시에, 그 직경이 상기 탑재대의 직경보다도 작게 설정되어 상면에 상기 피처리체를 직접적으로 탑재하기 위한 불투명 재료로 이루어지는 균열판과, 상기 탑재대의 주변부의 상방에 승강가능하게 마련되고, 상기 피처리체를 상기 탑재대 측으로 가압하기 위한 불투명 재료로 이루어지는 클램프 링 부재를 갖는 클램프 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 탑재대 구조체이다.
이와 같이, 탑재대를 투명 재료에 의해 형성하고, 이 상면측에 마련한 불투명 재료로 이루어지는 균열판은 탑재대의 직경보다도 작도록 설정했기 때문에, 가열 수단으로부터의 열선에 의해 클램프 링 부재를 직접 가열하여 이 온도를 피처리체와 동등한 온도까지 승온시킬 수 있다. 따라서, 피처리체가 클램프 링 부재와 접촉하고 있어도, 피처리체의 면내 온도의 균일성을 높게 하여 열처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
이 경우, 예를 들면 제 2 항에 기재된 바와 같이, 상기 탑재대는 지주에 의해 기립시켜 마련된다.
또한, 예컨대 제 3 항에 기재된 바와 같이, 상기 가열 수단은 상기 피처리체가 탑재되는 탑재 영역의 직경보다도 큰 직경의 가열 영역에 걸쳐 마련된다.
또한, 예컨대 제 4 항에 기재된 바와 같이, 상기 가열 수단의 상기 가열 영역의 직경은 상기 균열판의 직경보다도 크게 설정되어 있다.
또한, 예컨대 제 5 항에 기재된 바와 같이, 상기 균열판의 외주단은 상기 클램프 링 부재의 내주단의 위치와 동일하거나, 또는 그것보다 반경방향 외측에 위치되어 있다.
또한, 예컨대 제 6 항에 기재된 바와 같이, 상기 클램프 링 부재는 상기 피처리체를 들어올림 또는 들어내리는 밀어올림 핀과 관련시켜 마련되어 있다.
또한, 예컨대 제 7 항에 기재된 바와 같이, 상기 클램프 링 부재와 상기 탑재대의 상면 사이에 형성되는 공간부에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 수단이 마련된다.
또한, 예컨대 제 8 항에 기재된 바와 같이, 상기 퍼지 가스 공급 수단은 상기 탑재대의 주변부를 따라 마련된 복수의 퍼지 가스 분사 구멍과, 각각의 상기 퍼지 가스 분사 구멍에 연통된 퍼지 가스 공급 유로를 갖는다.
또한, 예컨대 제 9 항에 기재된 바와 같이, 상기 투명 재료는 투명 석영 유리, 투명 사파이어로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나의 재료로 이루어진다.
또한, 예컨대 제 10 항에 기재된 바와 같이, 상기 불투명 재료는 세라믹재, 불투명 석영 유리, 알루미늄, 알루미늄 합금, 티탄, 티탄 합금, 카본, 카본과 금속의 복합재로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나의 재료로 이루어진다.
제 11 항에 따른 발명은 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 하기 위한 열처리 장치에 있어서, 배기가능하게 이루어진 처리 용기와, 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 탑재대 구조체와, 상기 처리 용기 내로 가스를 도입하는 가스 도입 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.
본 발명에 따른 탑재대 구조체 및 열처리 장치에 의하면, 다음과 같은 뛰어난 작용 효과를 발휘할 수 있다.
탑재대 구조체의 탑재대를 투명 재료에 의해 형성하고, 이 상면측에 마련한 불투명 재료로 이루어지는 균열판은 탑재대의 직경보다도 작도록 설정했기 때문에, 가열 수단으로부터의 열선에 의해 클램프 링 부재를 직접 가열하여 이 온도를 피처리체와 동등한 온도까지 승온시킬 수 있다. 따라서, 피처리체가 클램프 링 부재와 접촉하고 있어도, 피처리체의 면내 온도의 균일성을 높게 하여 열처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
이하에, 본 발명에 따른 탑재대 구조체 및 열처리 장치의 제 1 실시형태를 첨부 도면에 근거하여 상술한다.
도 1은 본 발명에 따른 탑재대 구조체를 이용한 열처리 장치의 일 례를 도시하는 단면 구성도이고, 도 2는 탑재대 구조체의 탑재대를 도시하는 평면도이며, 도 3은 탑재대 구조체의 탑재대의 요부를 도시하는 부분 확대도이며, 도 4는 탑재대를 간략화하여 도시하는 간략도이다.
도시하는 것과 같이, 이 열처리 장치(2)는 예를 들면 단면의 내부가 대략 원 형상으로 이루어진 알루미늄제 또는 알루미늄 합금제의 처리 용기(4)를 갖고 있다. 이 처리 용기(4) 내의 천장부에는 필요한 소정의 가스, 예를 들면 성막 가스를 도입하기 위해서 가스 도입 수단인 샤워헤드부(6)가 마련되어 있고, 이 하면의 가스 분사면(8)에 마련한 다수의 가스 분사 구멍(10A, 10B)으로부터 처리 공간(S)을 향해 처리 가스를 분사하도록 되어 있다.
이 샤워헤드부(6) 내에는 중공 형상의 2개로 구획된 가스 확산실(12A, 12B)이 형성되어 있고, 여기에 도입된 처리 가스를 평면방향으로 확산한 후, 각 가스 확산실(12A, 12B)에 각각 연통시킨 각 가스 분사 구멍(10A, 10B)으로부터 분출하도록 되어 있다. 이 샤워헤드부(6)의 전체는 예를 들면 니켈이나 하스테로이(등록상표) 등의 니켈 합금, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금에 의해 형성되어 있다. 또한, 샤워헤드부(6)로서 가스 확산실이 1개인 경우라도 좋다. 그리고, 이 샤워헤드부(6)와 처리 용기(4)의 상단 개구부의 접합부에는, 예를 들면 O링 등으로 이루어지는 밀봉 부재(14)가 개재(介在)되어 있어 처리 용기(4) 내의 기밀성을 유지하도록 되어 있다.
또한, 처리 용기(4)의 측벽에는 이 처리 용기(4) 내에 대해 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 반입반출하기 위한 반출입구(16)가 마련되는 동시에, 이 반출입구(16)에는 기밀하게 개폐가능하게 이루어진 게이트 밸브(18)가 마련되어 있다.
그리고, 이 처리 용기(4)의 바닥부(20)에 배기 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 바닥을 갖는 원통체 형상의 원통 구획벽(26)을 연결하여 그 내부에 상기 배기 공간(22)을 형성하고 있다. 그리고, 이 배기 공간(22)을 구획하는 원통 구획벽(26)의 바닥부(28)에는 이것으로부터 기립시켜 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 탑재하기 위한 본 발명의 특징으로 하는 탑재대 구조체(29)가 마련된다. 구체적으로는, 이 탑재대 구조체(29)는, 예를 들면 투명 석영 유리 등의 투명 재료로 이루어지는 원통체 형상의 지주(30)의 상단부에 탑재대(32)를 접합 등을 하여 고정하고 있다. 이 탑재대 구조체(29)의 상세에 대해서는 후술한다.
그리고, 상기 배기 공간(22)의 개구(24)는 탑재대(32)의 직경보다도 작게 설정되어 있고, 상기 탑재대(32)의 주연부의 외측을 흘러내리는 처리 가스가 탑재대(32)의 하방에 돌아 넣어져 개구(24)로 유입하도록 되어 있다. 그리고, 상기 원통 구획벽(26)의 하부 측벽에는 이 배기 공간(22)을 향해 배기구(34)가 형성되어 있고, 이 배기구(34)에는 도시하지 않는 배기 펌프가 개재되어 마련된 배기관(36)이 접속되어, 처리 용기(4) 내 및 배기 공간(22)의 분위기를 배기할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 이 배기관(36)의 도중에는 개방도 컨트롤이 가능하게 이루어진 도시하지 않는 압력 조정 밸브가 개재되어 마련되어 있고, 이 밸브 개방도를 자동적으로 조정하는 것에 의해, 상기 처리 용기(4) 내의 압력을 일정값으로 유지하거나, 또는 소망하는 압력으로 신속하게 변화시킬 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 탑재대(32)는 예컨대 투명 석영 유리 등의 투명 재료에 의해 주 로 형성되어 있다. 상술한 바와 같이 이 탑재대(32)는 원통형의 지주(30)의 상단부에 예를 들면 용접 등에 의해 접합되어 있다. 이 탑재대(32)의 내부에는 가열 수단으로서 소정의 패턴 형상으로 배치된 가열 히터(38)가, 예를 들면 매설하도록 하여 수용되어 있다. 이 경우, 이 가열 히터(38)는 적어도 반도체 웨이퍼(W)가 탑재되는 탑재 영역의 직경(D1)보다도 큰 직경(D2)(도 4 참조)의 히터 영역에 걸치고, 즉 탑재대(32)의 평면방향의 대략 전역에 걸쳐서 마련되어 있다.
또한, 탑재 영역의 직경(D1)은 웨이퍼(W)의 직경과 동일하다. 이 가열 히터(38)는 탑재대(32)를 구성하는 투명 석영 유리 내에 매설하도록 해도 좋고, 탑재대(32)의 구성 재료를 2장의 유리판으로 형성하고, 그 사이에 끼워넣도록 하여 수용해도 좋으며, 그 구조는 상관없다. 이 가열 히터(38)에는 상기 원통형의 지주(30) 내를 삽입통과한 급전봉(40)이 접속되어 있고, 도시하지 않는 히터 전원으로부터 가열용의 급전을 실행하여 온도 제어하도록 되어 있다.
또한, 상기 가열 히터(38)는, 예를 들면 내측 존(zone)과 그 외측을 동심원 형상으로 둘러싸는 외측 존으로 전기적으로 분할되어 있고, 각 존마다 개별적으로 온도 제어(전력 제어)를 할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 이 탑재대(32)의 상면에는 그 직경이 탑재대(32)의 직경(D0)보다도 작게 설정된 불투명 재료로 이루어지는 얇은 균열판(42)이 마련되어 있고, 이 균열판(42)의 상면에 상기 웨이퍼(W)를 직접적으로 탑재하도록 되어 있다. 이 경우, 상기 가열 히터(38)의 가열 영역의 직경(D2)은 상기 균열판(42)의 직경(D3)보다도 크게 설정되어 있다. 또한, 도 1 및 도 4에서는 웨이퍼(W)의 직경[탑재 영역의 직 경(D1)]과 균열판(42)의 직경(D3)이 동일하도록 설정한 경우를 도시하고 있다.
상기 불투명 재료로서는, 예를 들면 두께가 5mm 정도의 질화 알루미늄(AlN)을 이용할 수 있다. 그리고, 이 탑재대(32)에는 이 탑재대(32)의 주변부로부터 상방을 향해 퍼지 가스를 분사하는 퍼지 가스 공급 수단(43)이 마련되어 있다. 구체적으로는, 이 퍼지 가스 공급 수단(43)은, 상기 탑재대(32)의 주변부이고, 직경(D1)의 탑재 영역보다도 외측의 영역에 그 둘레방향을 따라 마련된 복수의 퍼지 가스 분사 구멍(44)(도 2 참조)을 갖고 있다. 그리고, 이 각 퍼지 가스 분사 구멍(44)은 이 탑재대(32) 내에 형성된 퍼지 가스 공급 유로(46)에 연통되어 있다.
도 2에도 도시된 바와 같이, 이 퍼지 가스 공급 유로(46)는 상기 각 퍼지 가스 분사 구멍(44)에 공통으로 연통되어 링형상으로 형성된 링형상 유로(46A)와, 상기 링형상 유로(46A)에 대하여 연통하도록 상기 탑재대(32)의 반경방향을 따라 형성한 2개의 연락로(46B)로 이루어지고, 이 연통로(46B)는 탑재대(32)의 중심부에서 연통 구멍(46C)을 거쳐서 지주(30) 내에 연통되어 있다.
그리고, 이 지주(30)의 하부에는 이 지주(30) 내로 퍼지 가스로서 불활성 가스를 공급하기 위한 불활성 가스 도입 구멍(46D)이 형성되어 있고, 필요에 따라 상기 각 퍼지 가스 분사 구멍(44)으로부터 불활성 가스, 예를 들면 N2 가스 등을 분사할 수 있도록 되어 있다. 상기 불활성 가스로서는 N2 대신에, Ar이나 He 등의 희가스를 이용할 수 있다.
그리고, 이 탑재대(32)에는 상기 웨이퍼(W)를 고정하기 위한 클램프 링 기 구(48)가 마련되어 있다. 구체적으로는 이 클램프 링 기구(48)는 상기 탑재대(32)의 주변부의 상방에 승강가능하게 마련되어 상기 웨이퍼(W)를 탑재대(32) 측으로 가압하기 위한 클램프 링 부재(50)를 갖고 있다.
즉, 상기 클램프 링 부재(50)는 불투명 재료에 의해 소정의 폭을 가진 링형상으로 형성되어 있고, 그 내주측의 단부에는 하향으로 경사된 테이퍼 면(52)(도 3 참조)이 형성되어 있다. 그리고, 이 테이퍼 면(52)을 웨이퍼(W)의 주변부( 「베벨부」라고도 지칭된다)에 접촉시켜, 이것을 하방으로 가압하도록 되어 있다. 상기 불투명 재료로서는 예를 들면 질화 알루미늄(AlN) 등을 이용할 수 있다.
이 경우, 도 3에도 도시하는 바와 같이 상기 균열판(42)의 외주단(P1)은 상기 클램프 링 부재(50)의 내주단(P2)의 위치와 동일하거나 또는 그것보다 반경방향 외측에 위치되어 있다. 도 3에 도시하는 경우는 상기 외주단(P1)[웨이퍼(W)의 외주단과 동일한 위치]은 상기 내주단(P2)보다도 수 mm 정도만큼 반경방향 외측에 위치되어 있다.
상기 클램프 링 부재(50)는 하방을 향해 연장하는 복수개, 예를 들면 3개의 지지 로드(54)(도 1에서는 2개만 도시)에 지지되어 있고, 이 각 지지 로드(54)의 하단부는 원형링 형상의 예컨대 알루미나와 같은 세라믹제의 밀어올림 링(56)에 연결되어 있다. 그리고, 이 밀어올림 링(56)은 용기 바닥부(20)를 관통하여 마련되는 승강 로드(60)의 상단부에서 지지되어 있고, 이 승강 로드(60)는 액추에이터(62)에 의해 승강가능하게 이루어지고 있다. 이것에 의해, 상기 승강 로드(60)를 상하방향으로 이동시키는 것에 의해, 상기 클램프 링 부재(50)를 승강시켜 웨이 퍼(W)의 주변부를 가압할 수 있도록 되어 있다.
또한, 엑츄에이터(62)에 연결된 상기 승강 로드(60)의 용기 바닥부의 관통부에는 신축가능한 벨로즈(64)가 개재되어 마련되어 있고, 상기 승강 로드(60)가 처리 용기(4) 내의 기밀성을 유지하면서 승강할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 상기 탑재대(32) 및 상기 균열판(42)에는 이 상하방향으로 관통하여 복수, 예컨대 3개의 핀 삽입통과 구멍(66)이 형성되어 있고(도 1에서는 2개만 도시함), 상기 각 핀 삽입통과 구멍(66)에 L자 형상으로 굴곡되어 유격 끼워맞춤 상태로 삽통된 밀어올림 핀(68)을 배치하고 있다.
이 각 밀어올림 핀(68)은 상기 클램프 링 부재(50)를 지지하는 지지 로드(54)에 관련하도록 일체적으로 연결되어 있다. 따라서, 상기 클램프 링 부재(50)의 승강 이동과 일체적으로 상하 이동하여 웨이퍼(W)를 들어올리거나 또는 들어내리거나 할 수 있도록 되어 있다. 여기서, 상기 클램프 링 부재(50)가 웨이퍼(W)의 주변부의 상면과 접촉하여 웨이퍼(W)를 자중(自重)으로 가압하고 있는 경우에는(도 3 참조), 이 클램프 링 부재(50)의 하면과 탑재대(32)의 상면 사이에서, 미소한 공간부(70)가 형성되는 것이 되고, 이 미소한 공간부(70)에 상기 퍼지 가스 분사 구멍(44)으로부터 퍼지 가스를 공급하도록 되어 있다.
그리고, 이렇게 구성된 열처리 장치(2)의 전체의 동작의 제어, 예를 들면 각가스의 공급 개시와 공급 정지, 유량 제어, 프로세스 압력의 제어, 웨이퍼 온도의 제어 등은 컴퓨터 등으로 이루어지는 장치 제어부(72)로부터의 지시에 의해 실행된다.
다음에, 이상과 같이 구성된 열처리 장치의 동작에 대해서 설명한다.
우선, 미처리의 반도체 웨이퍼(W)는 도시하지 않는 반송 아암에 보지되어 개방 상태가 된 게이트 밸브(18), 반출입구(16)를 거쳐 처리 용기(4) 내로 반입되고, 이 웨이퍼(W)는 클램프 링 기구(48)의 클램프 링 부재(50)와 함께 상승된 밀어올림 핀(68)에 건네진 후에, 이 밀어올림 핀(68)을 강하시키는 것에 의해, 웨이퍼(W)를 탑재대(32)의 상면에 탑재하여 이것을 지지한다.
이 때, 상기 클램프 링 부재(50)와 밀어올림 핀(68)은 서로 연결되어 일체적으로 상하 이동하기 때문에, 상기 밀어올림 핀(68)의 강하와 동시에 상기 클램프 링 부재(50)도 강하하고, 이 내주부의 테이퍼 면(52)이 웨이퍼(W)의 주변부(베벨부)와 접촉하며, 이 클램프 링 부재(50)의 자중으로 웨이퍼(W)를 하방으로 가압하게 된다.
이렇게 하여, 상기 가압에 의해 웨이퍼(W)가 탑재대(32)의 균열판(42) 상에 고정된 상태에서, 가스 도입 수단인 샤워헤드부(6)로부터는 소정의 가스, 예를 들면 성막 가스가 유량 제어되면서 처리 공간(S)으로 공급되고, 처리 용기(4) 내를 소정의 프로세스 압력으로 유지한다. 예를 들면 TiN막을 형성하는 경우에는, 성막 가스로서 TiCl4 가스와 NH3 가스를 공급한다.
상기 탑재대(32)에 마련한 가열 수단인 가열 히터(38)에는 전력이 공급되고, 탑재대(32)를 거쳐서 웨이퍼(W)가 소정의 프로세스 온도, 예컨대 수 100℃ 정도로 가열되게 된다. 이렇게 하여, 웨이퍼(W)의 표면에 열처리에 의해 예를 들면 소정 의 박막이 형성된다. 이 경우, 가열 히터(38)로부터의 열은 불투명 재료로 이루어지는 균열판(42)에 닿아서 열이 면방향으로 균등하게 확산하면서 이 상면에 탑재되어 있는 웨이퍼(W)를 열전도에 의해 가열하게 된다.
여기서, 종래의 탑재대 구조체에 있어서는 상술한 바와 같이 균열판의 직경이 크고, 또한 웨이퍼(W)를 가압하는 클램프 링 부재(50)가 탑재대(32)의 상면으로부터 떨어져 있었으므로, 가열 히터(38)로부터 방사되는 열선이 균열판에 흡수되어 클램프 링 부재(50)에 충분히 미치지 않았기 때문에, 이 클램프 링 부재(50)의 온도는 웨이퍼 온도보다도 낮아지는 경향이 있고, 이 결과 웨이퍼(W)의 주변부의 온도가 웨이퍼 중심부측보다 저하하는 경향이 있었다.
이것에 대하여, 본 발명의 경우에는 상기 균열판(42)의 직경을 웨이퍼(W)의 직경과 대략 동일하게 설정하고 있고, 이 결과 균열판(42)의 외측에 위치하는 가열 히터(38)로부터 방사되는 열선(복사열)은 투명 재료로 이루어지는 탑재대(32)의 구성 재료 및 공간부(70)를 통과하여 상방의 불투명 재료로 이루어지는 클램프 링 부재(50)에 도달하여, 이 클램프 링 부재(50)를 직접적으로 가열하게 된다. 따라서, 이 클램프 링 부재(50)와 탑재대(32)는 직접적으로 접촉하고 있지 않고, 이들의 사이에 열전도를 저해하는 공간부(70)가 형성되어 있음에도 불구하고, 상기 클램프 링 부재(50)는 웨이퍼(W)와 대략 동일한 온도까지 가열되게 된다.
따라서, 클램프 링 부재(50)의 내주부가 웨이퍼(W)의 주변부와 접촉하고 있음에도 불구하고, 웨이퍼(W)의 주변부의 온도가 저하하는 일은 없고, 웨이퍼 온도의 면내 균일성을 높게 유지할 수 있다. 바꾸어 말하면, 균열판(42)의 직경(D3)을 가열 히터(38)가 마련되어 있는 가열 영역의 직경(D2)보다도 작도록 설정하고, 이 상방의 클램프 링 부재(50)를 상기 가열 히터(38)로부터의 열선으로 직접적으로 가열하여 종래 구조보다도 높은 온도까지 클램프 링 부재(50)를 가열할 수 있도록 하고 있다.
이 경우, 도 5에 도시하는 균열판의 크기를 도시하는 변형예와 같이, 웨이퍼(W)의 외주단(에지)보다도 균열판(42)의 직경을 크게 할 수 있는 길이(L1)[도 5의 (A) 참조]는 예를 들면 3 mm 정도이고, 이것보다도 길이(L1)가 지나치게 길어지면 가열 히터(38)로부터 직접적으로 열선을 받는 클램프 링 부재(50)의 면적이 지나치게 작아져서, 클램프 링 부재(50)의 온도를 웨이퍼(W)의 온도까지 충분히 승온시킬 수 없게 되어버린다.
또한, 반대로 도 5의 (B)에 도시하는 바와 같이 균열판(42)의 직경의 최소값(하한)은 상기 클램프 링 부재(50)의 내주단에 대응하는 위치까지이고, 이 경우의 웨이퍼(W)의 외주단(에지)과의 사이의 길이(L2)는 3mm 정도이다.
또한, 이 경우 성막 가스가 상기 클램프 링 부재(50)와 탑재대(52) 사이에 형성되는 공간부(70)(도 3 참조)에 침입하면, 여기에 불필요한 부착막이 형성되어 가열 히터(38)로부터 상기 클램프 링 부재(50)를 직접적으로 가열하는 열선이 상기 불필요한 부착막에 의해 차단되어 버리게 된다.
그러나, 본 발명에 있어서는 퍼지 가스 공급 수단(43)을 마련하여 탑재대(32)의 주변부에 마련한 퍼지 가스 분사 구멍(44)으로부터 상기 공간부(70) 내 에, 예를 들면 N2 가스와 같은 불활성 가스를 공급하도록 하고 있기 때문에, 이 공간부(70) 내에 성막 가스가 침입해 오는 것을 저지하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 이 공간부(70)의 두께는 0.2mm 정도이고, 또한 이 클램프 링 부재(50)와 탑재대(32)의 주변부의 겹침(중첩) 부분의 길이는 2cm 내지 3cm 정도이므로, 이 공간부(70)로의 성막 가스의 침입을 상기 퍼지 가스에 의해 거의 확실하게 저지할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 탑재대(32)를 투명 재료로 형성하고, 이 상면측에 마련한 불투명 재료로 이루어지는 균열판(42)은 탑재대(32)의 직경보다도 작도록 설정했으므로, 가열 수단인 가열 히터(38)로부터의 열선에 의해 클램프 링 부재를 직접 가열하여 이 온도를 피처리체와 동등한 온도까지 승온시킬 수 있다. 따라서, 피처리체가 클램프 링 부재와 접촉하고 있어도, 피처리체의 면내 온도의 균일성을 높게 하여 열처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
실제로, 본 발명에 따른 탑재대 구조체를 이용한 열처리 장치에 있어서, TiN막의 박막을 형성한 때, 종래 장치의 경우에는 막 두께의 면내 균일성은 4% 내지 5% 정도이었던 것에 대해서, 본 발명의 경우는 2% 정도까지 향상시킬 수 있었다.
또한, 상기 실시형태에서는 클램프 링 부재(50)와 지지 로드(54)를 직접적으로 연결하고 있지만, 이 지지 로드(54)의 도중에 코일 스프링 등으로 이루어지는 탄발(彈發) 부재를 개재시켜, 이 탄발력에 의해 상기 클램프 링 부재(50)를 하방으로 밀어 내리도록 해도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 탑재대(32)를 구성하는 투명 재료로서 투명 석영 유리를 이용했지만 이것에 한정되지 않고, 상기 투명 재료로서는 투명 석영 유리, 투명 사파이어로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나의 재료를 이용할 수 있다.
또한 상기 실시형태에서는 균열판(42)이나 클램프 링 부재(50)를 구성하는 불투명 재료로서 질화 알루미늄을 이용했지만, 이것에 한정되지 않고 상기 불투명 재료로서는 세라믹재, 불투명 석영 유리, 알루미늄, 알루미늄 합금, 티탄, 티탄 합금, 카본, 카본과 금속의 복합재로 이루어지는 군에서 선택되는 하나의 재료를 이용할 수 있다. 또한 상기 세라믹재로서는 AlN, Al2O3, SiC, SiN 등을 이용할 수 있다. 또한, 상기 불투명 석영 유리는 투명 유리 중에 기포를 혼입시킴으로써 형성할 수 있다.
또한, 여기에서는 열처리로서 성막 처리를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 본 발명은 에칭 처리, 산화 확산 열처리, 어닐링 처리, 개질 처리, 결정화 처리 등의 모든 열처리에 적용할 수 있고, 또한 플라즈마를 이용한 열처리 장치에도 적용할 수 있다.
또한, 여기에서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 유리 기판, LCD 기판, 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탑재대 구조체를 이용한 열처리 장치의 일 예를 도시하는 단면 구성도,
도 2는 탑재대 구조체의 탑재대를 도시하는 평면도,
도 3은 탑재대 구조체의 탑재대의 요부를 도시하는 부분 확대도,
도 4는 탑재대를 간략화하여 도시하는 간략도,
도 5는 균열판의 변형예의 요부를 도시하는 부분 확대도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2 : 열처리 장치 4 : 처리 장치
6 : 샤워헤드부(가스 도입 수단) 29 : 탑재대 구조체
30 : 지주 32 : 탑재대
38 : 가열 히터(가열 수단) 42 : 균열판
43 : 퍼지 가스 공급 수단 44 : 퍼지 가스 분사 구멍
46 : 퍼지 가스 공급 유로 48 : 클램프 링 기구
50 : 클램프 링 부재 68 : 밀어올림 핀
70 : 공간부 W : 반도체 웨이퍼(피처리체)

Claims (11)

  1. 처리 용기 내에서 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 하기 위해서 상기 피처리체를 탑재하기 위한 탑재대 구조체에 있어서,
    내부에 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단이 수용된 투명 재료로 이루어지는 탑재대와,
    상기 탑재대의 상면에 마련되는 동시에, 그 직경이 상기 탑재대의 직경보다도 작게 설정되어 상면에 상기 피처리체를 직접적으로 탑재하기 위한 불투명 재료로 이루어지는 균열판(均熱板)과,
    상기 탑재대의 주변부의 상방에 승강가능하게 마련되고, 상기 피처리체를 상기 탑재대 측으로 가압하기 위한 불투명 재료로 이루어지는 클램프 링 부재를 갖는 클램프 기구를 구비하며,
    상기 가열 수단의 가열 영역의 직경은 상기 균열판의 직경보다도 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탑재대는 지주에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가열 수단은 상기 피처리체가 탑재되는 탑재 영역의 직경보다도 큰 직 경의 가열 영역에 걸쳐 마련되는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 균열판의 외주단은 상기 클램프 링 부재의 내주단의 위치와 동일하거나, 또는 그것보다 반경방향 외측에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 클램프 링 부재는 지지 로드에 의해 지지되고, 상기 지지 로드와 상기 피처리체를 들어올리는 또는 들어내리는 밀어올림 핀은 상호 연결되어 일체적으로 상하로 이동하는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 투명 재료는 투명 석영 유리, 투명 사파이어로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 하나의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 불투명 재료는 세라믹재, 불투명 석영 유리, 알루미늄, 알루미늄 합금, 티탄, 티탄 합금, 카본, 카본과 금속의 복합재로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  11. 삭제
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