KR101676334B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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하치시로 이이즈카
유키 모치즈키
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

이상 방전 등을 발생시키지 않고 각 구성 부재를 효율적으로 가열할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다. 기판 처리 장치(10)는, 감압 가능한 챔버(11)와 챔버(11) 내에 설치된 서셉터(12)와 서셉터(12)와 대향하도록 챔버(11)의 천장 부분에 설치된 샤워 헤드(27)와 서셉터(12)의 상면 외주부에 배치된 포커스 링(24)을 구비하고, 포커스 링(24)의 근방에 배치된 적외선 복사식의 링 형상의 히터(26)를 구비하고, 히터(26)는 적외선 복사체(26a) 및 적외선 복사체(26a)가 봉입된 석영제 링(26b)으로 이루어지고, 포커스 링(24) 및 히터(26)의 사이에 적외선의 복사를 저해하는 부재를 존재시키지 않도록 했다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 특히 처리실 내에 히터를 설치하여 기판 처리에 대한 저해 요인을 제거하도록 한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
기판 처리 장치로서 예를 들면 반도체 제조 장치, 진공 처리 장치, 성막 처리 장치 등을 들 수 있고, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 기판 처리 장치로서 플라즈마 처리 장치가 널리 알려져 있다. 플라즈마 처리 장치는 플라즈마를 내부에서 발생시키는 감압 가능한 처리실(챔버)을 구비하고, 이 챔버 내에는 기판으로서의 웨이퍼를 재치하는 기판 재치대(서셉터)가 배치되어 있다. 서셉터는 이 서셉터의 상면에 배치된 원판 형상의 정전 척(ESC)과, 이 정전 척 상면의 외주연부에 배치된 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 포커스 링을 구비한다.
플라즈마 처리 장치에서는 처리 개시 전에 챔버 내 가스를 배기하는 배기 처리가 행해진다. 즉, 챔버 내의 벽면 또는 구성 부재에 흡착된 수분, 반응 생성물 등의 기판 처리 저해 성분을 미리 제거함으로써, 웨이퍼에서의 에칭 레이트의 분포 형태를 균일화시키고, 이에 따라 면내 처리의 균일성이 향상된다는 것이 알려져 있다. 통상적으로, 수분 등을 가열하여 증발시키고 이 증발된 수분 등을 배기하여 제거하는 것이 행해지고 있다. 그러나, 수분 등을 가열하기 위하여 챔버 내에 예를 들면 금속 저항식의 히터를 배치하는 것은, 챔버 내에서 금속이 노출되게 되어 이상 방전의 원인이 된다.
그래서, 서셉터 내에 매립식의 전열 히터를 설치하여 포커스 링 및 그 주변부의 온도를 제어하는 기판 처리 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
일본특허공개공보 2008-159931호
그러나, 기판 처리 장치는 복수의 부품을 조합한 구조를 가지는 것으로, 각 부품 상호간의 간극이 진공 단열층으로서 작용하기 때문에 열전달성이 낮아지므로, 종래의 매립식 히터를 설치한 기판 처리 장치에서는 각 구성 부재, 특히 포커스 링 및 그 주변부를 효율적으로 가열할 수 없었다.
본 발명의 목적은, 이상 방전을 일으키지 않고 각 구성 부재를 효율적으로 가열할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 청구항 1에 기재된 기판 처리 장치는, 감압 가능한 처리실과, 상기 처리실 내에 설치된 기판 재치대와, 상기 기판 재치대와 대향하도록 상기 처리실의 천장 부분에 설치된 샤워 헤드와, 상기 기판 재치대의 상면 외주부에 배치된 포커스 링을 구비하는 기판 처리 장치에서, 상기 포커스 링의 근방에 배치된 적외선 복사식의 링 형상의 히터를 구비하고, 상기 히터는 적외선 복사체 및 상기 적외선 복사체가 봉입(封入)된 글라스체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 기판 처리 장치는 청구항 1에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 포커스 링 및 상기 히터 간에 적외선의 복사를 저해하는 부재를 존재시키지 않는 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재된 기판 처리 장치는 청구항 1 또는 2에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 포커스 링 및 상기 히터는 직접 인접하고 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재된 기판 처리 장치는 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 히터는 상기 기판 재치대를 관통하는 전력 공급 라인을 개재하여 외부 전원에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 5에 기재된 기판 처리 장치는 청구항 1 또는 2에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 히터는 상기 포커스 링을 공간을 두고 둘러싸도록 그 외주부에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 6에 기재된 기판 처리 장치는 청구항 5에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 히터는 상기 처리실의 측벽을 관통하는 전력 공급 라인을 개재하여 외부 전원에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 7에 기재된 기판 처리 장치는 청구항 5에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 처리실은 상기 기판 재치대 및 상기 샤워 헤드 간의 공간과 상기 기판 재치대의 하방의 배기 공간을 구획하는 배기 플레이트를 가지고, 상기 히터는 상기 배기 플레이트를 관통하는 전력 공급 라인을 개재하여 외부 전원에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 8에 기재된 기판 처리 장치는 청구항 5 또는 7에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 히터는 상기 처리실의 내벽면을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 9에 기재된 기판 처리 장치는 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 히터의 상기 글라스체 표면에서 부재에 대향하는 부분에 적외선 반사막을 도포한 것을 특징으로 한다.
청구항 10에 기재된 기판 처리 장치는 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 적외선 복사체는 카본 와이어 묶음으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
청구항 11에 기재된 기판 처리 장치는 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 적외선 복사체는 파장 1200 nm 부근에 발광 피크를 가지는 것을 특징으로 한다.
청구항 1에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 포커스 링의 근방에 배치된 적외선 복사식의 링 형상의 히터를 구비하고, 이 히터는 적외선 복사체 및 이 적외선 복사체가 봉입된 글라스체로 이루어지므로, 적외선 복사체가 처리실 내에서 노출되지 않고 항상 절연된 결과, 처리실 내에 히터를 설치해도 이상 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 히터는 적외선을 복사하므로, 포커스 링을 비롯한 구성 부재를 효율적으로 가열할 수 있다.
청구항 2에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 포커스 링 및 히터 간에 적외선의 복사를 저해하는 부재를 존재시키지 않으므로, 가령 포커스 링 및 히터가 인접하지 않아도 포커스 링을 적외선 복사에 의해 효율적으로 가열할 수 있다.
청구항 3에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 포커스 링 및 히터는 직접 인접하고 있으므로, 포커스 링을 적외선 복사 가열뿐만 아니라 직접 전열 가열할 수 있고, 이에 따라 포커스 링 및 주변 부재를 더욱 효율적으로 가열할 수 있다.
청구항 4에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 히터는 기판 재치대를 관통하는 전력 공급 라인을 개재하여 외부 전원에 접속되어 있으므로, 처리실 내에서 전력 공급 라인이 노출됨에 따른 문제를 없앨 수 있다.
청구항 5에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 히터는 포커스 링을 공간을 두고 둘러싸도록 그 외주부에 설치되어 있으므로, 포커스 링 및 그 주변 부재를 적외선 복사에 의해 효율적으로 간접 가열할 수 있다. 또한, 이상 방전이 발생할 일도 없다.
청구항 6에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 히터는 처리실의 측벽을 관통하는 전력 공급 라인을 개재하여 외부 전원에 접속되어 있으므로, 처리실 내에서의 전력 공급 라인 배선을 최대한 짧게 할 수 있다.
청구항 7에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 처리실은 기판 재치대 및 샤워 헤드 간의 공간과 기판 재치대의 하방의 배기 공간을 구획하는 배기 플레이트를 가지고, 히터는 배기 플레이트를 관통하는 전력 공급 라인을 개재하여 외부 전원에 접속되어 있으므로, 처리실 내에 전력 공급 라인을 배치함에 따른 영향을 최대한 줄일 수 있다.
청구항 8에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 히터는 처리실의 내벽면을 따라 상하 방향으로 이동 가능하도록 설치되어 있으므로, 필요에 따라 이동시킴으로써 처리실 내의 가열하고자 하는 부분을 적극적으로 적외선 복사에 의해 간접 가열할 수 있다.
청구항 9에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 히터의 글라스체 표면에서 부재에 대향하는 부분에 적외선 반사막을 도포하였으므로, 가열하지 않을 구성 부재를 당해 부분에 대향시켜도 당해 구성 부재에의 적외선 복사를 회피하여 가열을 방지할 수 있다.
청구항 10에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 적외선 복사체는 카본 와이어 묶음으로 이루어지므로, 히터의 구성 재료로서 금속을 제외할 수 있고, 이에 따라 이상 방전을 회피할 수 있다.
청구항 11에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 적외선 복사체는 파장 1200 nm 부근에 발광 피크를 가지므로, 특정한 파장의 적외선 복사에 의해 각 구성 부재를 효율적으로 가열할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에서의 주요부를 도시한 확대도이다.
도 3은 히터의 발광 스펙트럼의 분광 분포를 나타낸 도이다.
도 4는 히터의 형태를 도시한 설명도이며, 도 4a는 그 외관을 도시한 모식도, 도 4b는 도 4a의 B - B 선을 따른 단면도이다.
도 5는 30 A 타입의 공시(供試)용 히터로 공급하는 전류(A)와 경과 시간(h)과 도달 온도(℃)의 관계를 나타낸 도이다.
도 6은 챔버(11) 내에 존재하는 가스의 실온(25℃)에서의 배기 시간과 챔버 내 분압의 관계를 나타낸 도이며, 도 6a는 TMP를 이용하여 진공 배기한 경우를 나타내고, 도 6b는 TMP와 크라이오 펌프(Cryopump)를 병용하여 진공 배기한 경우를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 주요부의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기판 처리 장치의 주요부의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 제 1 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상술한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 이 기판 처리 장치는 기판으로서의 반도체 웨이퍼(W)에 RIE(Reactive Ion Etching) 처리를 실시하도록 구성되어 있다.
도 1에서 기판 처리 장치(10)는 원통 형상의 처리실(11)을 가지고, 이 처리실(11)은 내부 상방에 처리 공간(S)을 가진다. 처리 공간(S)에는 후술하는 플라즈마가 발생한다. 또한, 처리실(11) 내에는 예를 들면 직경이 300 mm인 반도체 웨이퍼(W)(이하, 간단히‘웨이퍼(W)’라고 함)를 재치하는 기판 재치대로서의 원기둥 형상의 서셉터(12)가 배치되어 있다. 처리실(11)의 내벽면은 절연성 재료로 이루어지는 측벽 부재(13)로 덮인다.
기판 처리 장치(10)에서는, 처리실(11)의 내측 벽면과 서셉터(12)의 측면에 의해 서셉터(12) 상방의 가스를 처리실(11)의 외부로 배출하는 유로로서 기능하는 배기 유로(14)가 형성된다. 이 배기 유로(14)에는 다수의 통기홀을 가지는 판 형상 부재인 배기 플레이트(15)가 배치된다. 이 배기 플레이트(15)는 배기 유로(14) 및 처리실(11)의 하부 공간인 배기 공간(ES)을 구획한다. 또한, 배기 공간(ES)에는 러프 배기관(16) 및 본 배기관(17)이 개구된다. 러프 배기관(16)에는 DP(Dry Pump)(도시 생략)가 접속되고, 본 배기관(17)에는 TMP(Turbo Molecular Pump)(도시 생략)가 접속된다.
러프 배기관(16), 본 배기관(17), DP 및 TMP 등은 배기 장치를 구성하고, 이 배기 장치는 처리 공간(S)의 가스를 배기 유로(14) 및 배기 공간(ES)을 통하여 처리실(11)의 외부로 배출하여 처리 공간(S)을 높은 진공 상태까지 감압한다.
서셉터(12)는 내부에 도전성 재료, 예를 들면 알루미늄으로 이루어지는 고주파 전력판(18)을 가지고, 이 고주파 전력판(18)에는 제 1 고주파 전원(19)이 제 1 정합기(Matcher)(20)를 개재하여 접속되어 있고, 이 제 1 고주파 전원(19)은 제 1 고주파 전력을 고주파 전력판(18)에 인가한다. 제 1 정합기(20)는 고주파 전력판(18)으로부터의 고주파 전력의 반사를 저감시켜 제 1 고주파 전력의 고주파 전력판(18)으로의 공급 효율을 최대로 한다. 또한, 고주파 전력판(18)에는 제 2 고주파 전원(32)이 제 2 정합기(33)를 개재하여 접속되어 있고, 이 제 2 고주파 전원(32)은 제 1 고주파 전력과는 주파수가 상이한 제 2 고주파 전력을 고주파 전력판(18)에 인가한다. 또한, 제 2 정합기(33)의 기능은 제 1 정합기(20)의 기능과 동일하다. 이에 따라, 서셉터(12)는 하부 고주파 전극으로서 기능하고 제 1 및 제 2 고주파 전력을 처리 공간(S)에 인가한다. 또한, 서셉터(12)에서 고주파 전력판(18)의 하방에는 절연성 재료, 예를 들면 알루미나(Al2O3)로 이루어지는 기대(基台)(21)가 배치되어 있다.
서셉터(12)에서 고주파 전력판(18)의 상방에는 정전 척(23)이 배치되어 있다. 정전 척(23)은 직류 전원(29)이 전기적으로 접속되어 있는 전극판(22)을 내부에 가진다. 서셉터(12)가 웨이퍼(W)를 재치할 때 이 웨이퍼(W)는 정전 척(23) 상에 재치된다. 정전 척(23) 상에 재치된 웨이퍼(W)는 전극판(22)에 인가된 직류 전압에 기인하는 쿨롱력 또는 존슨 라벡(Johnson-Rahbek)력에 의해 흡착 보지(保持)된다.
서셉터(12) 상에는 서셉터(12)의 상면에 흡착 보지된 웨이퍼(W)의 주연부를 둘러싸도록 고리 형상의 포커스 링(24)이 재치되어 있다. 포커스 링(24)은 실리콘(Si), 실리카(SiO2) 또는 탄화 규소(SiC)로 이루어지고, 처리 공간(S)에 노출되어 처리 공간(S)의 플라즈마를 웨이퍼(W)의 표면을 향하여 모아 RIE 처리의 효율을 향상시킨다. 포커스 링(24)의 주위에는 포커스 링(24)의 측면을 보호하는, 석영으로 이루어지는 고리 형상의 커버 링(25)이 배치되어 있다.
포커스 링(24)의 하방에는 적외선 복사식의 링 형상의 히터(이하, ‘램프 히터’라고 함)(26)가 배치되어 있다. 램프 히터(26)는 카본 와이어 묶음으로 이루어지는 적외선 복사체를 글라스체에 봉입시킨 것이다. 램프 히터(26)의 구성·작용에 대해서는 후에 상술한다.
서셉터(12)의 상면의 웨이퍼(W)가 흡착 보지되는 부분에는 복수의 전열 가스 공급홀(도시 생략)이 개구되어 있다. 이들 복수의 전열 가스 공급홀은 전열 가스로서의 헬륨(He) 가스를 서셉터(12) 및 웨이퍼(W)의 이면의 간극으로 공급하여 웨이퍼(W) 및 서셉터(12)의 열전달 효율을 개선시킨다.
처리실(11)의 천장부에는 서셉터(12)와 대향하도록 가스 도입용의 샤워 헤드(27)가 배치되어 있다. 샤워 헤드(27)는 버퍼실(28)이 내부에 형성된 전극판 지지체(30)와, 이 전극판 지지체(30)에 지지되는 상부 전극판(31)을 구비한다. 상부 전극판(31)은 도전성 재료 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 원판 형상의 부재이며, 전극판 지지체(30)도 도전성 재료로 이루어진다. 또한, 처리실(11)의 천장부와 전극판 지지체(30)의 사이에는 절연성 재료로 이루어지는 절연 링(30a)이 개재된다. 절연 링(30a)은 전극판 지지체(30)를 처리실(11)의 천장부로부터 절연시킨다. 또한, 전극판 지지체(30)는 접지되어 있다.
샤워 헤드(27)의 버퍼실(28)에는 처리 가스 공급부(도시 생략)로부터의 처리 가스 도입관(34)이 접속되어 있다. 또한, 샤워 헤드(27)는 버퍼실(28)을 처리 공간(S)에 도통시키는 복수의 가스홀(35)을 가진다. 샤워 헤드(27)는 처리 가스 도입관(34)으로부터 버퍼실(28)로 공급된 처리 가스를 가스홀(35)을 경유하여 처리 공간(S)으로 공급한다.
기판 처리 장치(10)의 처리실(11) 내에서는, 상술한 바와 같이 서셉터(12)가 서셉터(12) 및 상부 전극판(31) 간의 공간인 처리 공간(S)에 제 1 및 제 2 고주파 전력을 인가함으로써, 처리 공간(S)에서 샤워 헤드(27)로부터 공급된 처리 가스를 고밀도의 플라즈마로 하여 양이온 또는 래디컬을 발생시키고, 발생된 양이온 또는 래디컬에 의해 웨이퍼(W)에 RIE 처리를 실시한다.
도 2는 도 1에서의 주요부를 도시한 확대도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 서셉터(12)에 재치된 웨이퍼(W)의 주연부는 포커스 링(24)의 내주연부에 대향하고 있고, 포커스 링(24)의 하면(下面)은 램프 히터(26)의 상면(上面)에 접촉하고 있다. 또한, 램프 히터(26)는 좌우 양측에 각각 배치되는 정전 척(23) 및 석영제의 커버 링(25) 그리고 하방에 배치되는 석영제의 절연 링(36)과 접촉하여, 이들을 전열 가열에 의해 직접 가열하고 쿼츠(quartz) 또는 글라스제 부재를 통해 전반(傳搬)하는 복사열에 의해 주변의 구성 부재를 간접 가열한다.
여기서, 램프 히터(26)로서는 예를 들면 코벌런트 머티리얼즈사(Covalent Materials Corporation)의 ES 링(HT)이 적합하게 이용된다. ES 링(HT)(이하, ‘램프 히터’라고 함)은 적외선 발광식의 히터로서, 통상적으로 파장 1200 nm 부근에 발광 피크를 가진다.
도 3은 램프 히터(26)의 발광 스펙트럼의 분광 분포를 나타낸 도이다. 도 3에서, 램프 히터는 파장 1200 nm 부근에 발광 피크를 가지고, 특히 히터 온도가 1000℃ 이상인 경우에 그 특징이 현저히 나타나 있다.
도 4a 및 도 4b는 램프 히터(26)의 형태를 도시한 설명도이며, 도 4a는 그 외관을 도시한 모식도, 도 4b는 도 4a의 B·B 선을 따른 단면도이다. 도 4a에서, 램프 히터(26)는 포커스 링(24)과 동일한 링 형상을 나타내고 있고, 링 형상으로 성형된 카본 와이어 묶음으로 이루어지는 적외선 복사체(26a)와, 그 적외선 복사체(26a)를 봉입하는 석영제 링(26b)(도 4b 참조)으로 주로 구성되어 있으며, 적외선 복사체(26a)와 외부 전원(도시 생략)을 접속시키는 전력 공급 라인(26c)을 구비하고 있다. 카본 와이어는 예를 들면 7 μm / P 이고, 예를 들면 이 카본 와이어를 3000 개 묶은 묶음을 10 묶음 겹쳐서 적외선 복사체(26a)가 구성된다. 또한, 석영제 링(26b)은 복사열을 흡수하지 않는 표면 상태를 가진다.
적외선 복사체(26a)의 단면(斷面)은, 도 4b에 도시한 바와 같이 예를 들면 직사각형이고 석영제 링(26b)의 단면도 직사각형인 것이 바람직하다. 이에 따라 포커스 링(24)을 비롯한 인접 부재와 면 접촉함으로써, 복사 가열뿐만 아니라 접촉면을 통한 전열 가열이 유효해진다. 전력 공급 라인(26c)은, 예를 들면 기판 재치대를 구성하는 정전 척(23)을 관통하여 적외선 복사체(26a)와 외부 전원(도시하지 않음)을 접속시킨다. 또한, 램프 히터(26)의 적외선 복사체(26a) 및 석영제 링(26b)의 단면 형상은 직사각형에 한정되지 않고, 예를 들면 원형이어도 좋다.
램프 히터(26)는 주로 복사 가열 방식에 따라 피가열 부재를 간접 가열하는 히터이며, 예를 들면 200 mm 떨어진 부재 표면도 700℃ 정도까지 가열할 수 있다. 램프 히터(26)의 온도 상승 시간은 통상의 금속 저항 히터보다 빠르고, 예를 들면 30 A 타입의 공시용 히터에 7 ~ 16 A의 전류를 단계적으로 공급했을 경우 각각 단시간에 소정 온도에 도달하고, 그 후 도달 온도를 안정적으로 유지한다.
도 5는 30 A 타입의 공시용 히터로 공급하는 전류(A)와 경과 시간(h)과 도달 온도(℃)의 관계를 나타낸 도이다. 또한 도 5에서, 램프 히터의 온도는 서모뷰어(thermoviewer)로 측정한 것이며, 적외선 복사체(26a) 내에 열전대를 삽입하여 이 열전대에 의한 계측 온도가 안정된 시점에서 서모 뷰어에 의한 검출 온도, 전류·전압치 등을 측정한 것이다.
도 5에서, 공급 전류를 7 A, 10 A, 13 A 및 16 A로 변화시켰다. 7 A의 전류를 공급한 경우 15 분 정도에서 히터 온도가 안정되어 210℃를 나타냈다. 그 후, 전류치를 10 A, 13 A 및 16 A로 증대시켰는데, 히터 온도는 전류치의 전환과 거의 동시에 각각 260℃, 320℃, 360℃로 상승하고, 그 후 각각 도달 온도를 안정적으로 유지했다. 이에 의해, 램프 히터(26)는 제어 응답성이 뛰어나다는 것을 알 수 있다. 또한, 서모 뷰어에 의한 검출 온도는 열전대에 의한 검출 온도와 대응하고 있어, 검출치는 신뢰할 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 램프 히터(26)는 금속 저항 히터 등에 비해 소비 전력도 적어 경제적으로도 유리하다. 또한, 램프 히터(26)는 복사 가열을 주로 하는 것으로, 예를 들면 할로겐 램프와 같이 표면에 수분 등이 부착되어 흐려지는 것에 의해 발열이 정지한다고 하는 문제가 발생할 일도 없다.
이어서, 이러한 램프 히터(26)를 구비한 도 1의 기판 처리 장치의 동작을 설명한다.
도 1의 기판 처리 장치에서, 피처리 웨이퍼(W)를 챔버(11) 내에 수용하기 전에 램프 히터(26)에 통전하여 포커스 링(24) 및 그 주변 부재를 예를 들면 200℃로 가열하고 챔버(11) 내를 배기 처리한바, 배기 처리 개시 후 약 1 시간만에 챔버(11) 내의 수분이 거의 완전히 이탈, 배기되었다.
도 6a 및 도 6b는, 챔버(11) 내에 존재하는 가스에서의 실온(25℃)에서의 배기 시간과 챔버 내 분압의 관계를 나타낸 도이며, 도 6a는 주펌프(TMP)를 이용하여 진공 배기한 경우를 나타내고, 도 6b는 주펌프(TMP)와 크라이오 펌프(Cryopump)(110 - 140 K)를 병용하여 진공 배기한 경우를 나타낸다. 도 6a에서, 플라즈마 처리에 악영향을 미친다고 생각되는 수분은 배기 개시 후 약 1 시간만에 그 분압이 1 × 10-3 Pa 정도까지 저하되어 있지만, 도 6b와 같이, 크라이오 펌프를 병용했을 때의 챔버(11) 내의 수분 분압은 더욱 저하되어 1 × 10-4 Pa 이하로 되어 있다. 이 점에서, 크라이오 펌프를 적용하지 않을 경우에는 구성 부재로부터 수분이 충분히 이탈되어 챔버(11)의 외부로 배기되지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 크라이오 펌프의 병용은 효과적이기는 하지만, 배기를 중단시키면 부품 표면에 흡착된 수분에 기인하여 챔버(11) 내의 수분 분압은 도 6a의 상태에 가까워진다. 이 결과로부터, 챔버(11) 내의 수분 분압을 효과적으로 저감시키기 위해서는, 본 실시예와 같이 부품 표면을 물의 비점 이상으로 가열하여 수분의 방출을 가속시킬 필요가 있다고 생각된다.
챔버(11) 내의 수분을 배기 처리한 후, 챔버(11)의 내부 압력을 예를 들면 1 × 10 Pa(75 mTorr)로 설정하고, 피처리 웨이퍼(W)를 챔버(11) 내로 반입하여 서셉터(12) 상에 재치했다. 그 후, 샤워 헤드(27)로부터 처리 가스로서 예를 들면 CF 계 또는 CH 계 가스를 유량 10 ~ 100 sccm로, Ar 및 O2 가스를 유량 200 ~ 1000 sccm로 챔버(11) 내로 공급하고, 서셉터(12)의 고주파 전력판(18)에 여기용 전력으로서 200 ~ 500 W, 바이어스 전력으로서 2000 ~ 4000 W를 인가하고, 샤워 헤드(27)에 0 ~ - 300 V의 직류 전압을 인가했다. 이 때, 처리 가스가 처리 공간(S)에 인가된 고주파 전력에 의해 여기되어 플라즈마가 되어 이온 또는 래디컬이 발생하고, 이들 이온 또는 래디컬에 의해 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리를 실시했다.
본 실시예에 따르면, 포커스 링(24)의 근방 예를 들면 하부에 적외선 복사식의 링 형상의 램프 히터(26)를 배치하였으므로, 포커스 링을 비롯한 챔버 내 구성 부재를 전열 또는 복사에 의해 효율적으로 가열할 수 있다. 따라서, 포커스 링을 비롯한 구성 부재 온도가 안정되므로 플라즈마 처리가 안정된다. 또한, 램프 히터(26)와 각 구성 부재 상호 간에 간극이 있어도 적외선 복사가 도달하는 범위 내라면 양호하게 가열할 수 있으므로, 종래 필요했던 부재 상호 간의 전열 시트도 불필요해진다. 또한, 램프 히터는 금속 부재를 배제한 것으로, 챔버(11) 내에 배치해도 이상 방전을 발생시킬 일은 없다.
본 실시예에 따르면, 램프 히터(26)를 단면(斷面) 직사각형으로 하였으므로 포커스 링(24)을 비롯한 주변의 구성 부재와의 접촉면이 평면이 된다. 따라서, 적외선 복사 가열에 더하여, 접촉 평면을 통하여 각 구성 부재를 전열 가열할 수 있어 열 효율이 향상된다.
본 실시예에 따르면, 챔버(11) 내의 각 구성 부재를 효율적으로 가열할 수 있으므로, 처리 개시 전의 배기 처리에서 수분 분압을 최대한 저감시킬 수 있다. 따라서, 종래 수분 분압을 원하는 값 이하로 억제하기 위해서 수 10 ~ 수백 매 필요했던 더미 웨이퍼를 수 매 ~ 수십 매 정도까지 감소시킬 수 있다. 또한, 챔버 내의 구성 부재는 예를 들면 글라스로 이루어지는 소모품이 많아 정기적으로 신품으로 교환되므로, 교환 부재에 부착된 수분이 챔버(11) 내로 반입되지만, 처리 개시 전에 미리 가열, 배기 처리를 행함으로써, 챔버(11) 내에 존재하는 기존의 수분뿐만 아니라 교환 부재에 수반하여 도입된 수분도 비교적 단시간에 챔버의 외부로 배출할 수 있으므로, 그 후의 처리가 안정된다.
본 실시예에서, 램프 히터(26)는 기판 재치대(12)를 구성하는 정전 척(23)을 관통하는 전력 공급 라인(26c)을 개재하여 외부 전원에 접속되어 있다. 이에 따라, 처리실(11) 내에 전력 공급 라인(26c)이 노출되는 것에 따른 문제를 없앨 수 있다.
이어서, 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7에서, 도 1의 기판 처리 장치와 동일한 구성은 동일하게 작용하므로, 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다. 이 기판 처리 장치가 도 1의 기판 처리 장치와 상이한 점은, 램프 히터(26) 대신에 서셉터(12)에서의 포커스 링(24)을 소정의 공간을 두고 둘러싸도록 그 외주부에 설치된 램프 히터(46)를 가진다는 점이다.
램프 히터(46)는 처리실(11)의 측벽을 관통하는 전력 공급 라인(46c)을 개재하여 외부 전원(도시 생략)에 접속되어 있다. 이 때, 전력 공급 라인(46c)을 챔버(11)의 서비스 포트(service port)를 개재하여 외부 전원에 접속하도록 해도 좋다. 또한, 챔버(11) 측벽의 전력 공급 라인(46c)의 관통부 외측에 벨로우즈 구조를 설치하여 챔버(11) 측벽과 전력 공급 라인(46c)의 열팽창 차이를 흡수하도록 해도 좋다. 또한, 전력 공급 라인(46c)을 배기 플레이트(15)를 관통하도록 하방을 향하여 연장 설치하고, 이 전력 공급 라인(46c)에 의해 발열체(46a)와 외부 전력을 접속시키도록 해도 좋다. 이에 따라, 처리실(11) 내에 전력 공급 라인(46c)을 배치하는 것에 따른 영향이 보다 작아진다.
본 실시예에 따르면, 포커스 링(24)을 공간을 두고 둘러싸도록 그 외주부에 링 형상의 램프 히터(46)를 설치하였으므로, 이 램프 히터(46)에 의해 포커스 링(24) 및 그 주변 부재를 효율적으로 간접 가열할 수 있다. 따라서, 포커스 링(24), 그 주변 부재 및 챔버 내벽면 등의 온도를 안정적으로 가열할 수 있고, 이에 따라 플라즈마 밀도가 안정되어 기판의 면내 균일성도 향상된다.
또한, 본 실시예에 따르면, 챔버(11) 내에 램프 히터(46)를 설치하였으므로, 처리 개시 전에 미리 램프 히터(46)에 의해 챔버 내를 가열하여 수분, 반응 생성물을 비롯한 기판 처리 저해 성분을 증발, 이탈, 배기시키는 배기 처리에 필요한 시간을 단축시킬 수 있다. 따라서, 더미 웨이퍼의 필요 매수를 최대한 줄일 수도 있다. 또한, 램프 히터(46)의 적외선 복사체(46a)는 카본 와이어의 묶음으로 이루어지고, 석영제 글라스체(46b)에 의해 덮여 있으므로, 챔버(11) 내에 금속 부재가 노출되는 것에 따른 이상 방전을 일으킬 일도 없다.
기판 처리 장치는 많은 부재를 조합하는 것에 의해 구성되어 있어 부재 상호간이 진공 단열부로서 작용할 우려가 있지만, 본 실시예에 따르면, 램프 히터(46)에 의한 적외선 복사에 의해 떨어진 위치에 있는 구성 부재여도 간접적으로 가열할 수 있으므로, 챔버 내를 효율적으로 가열하여 안정적인 기판 처리를 행할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 램프 히터(46)는 처리실(11)의 측벽을 관통하는 전력 공급 라인(46c)을 개재하여 외부 전원에 접속되어 있으므로, 처리실 내의 전력 공급 라인을 최대한 짧게 할 수 있다.
본 실시예에서, 적외선 복사에 의한 가열을 회피할 필요가 있는 부재, 예를 들면 기판 및 기판 재치대에 대향하는 램프 히터(46)의 글라스체(46b) 표면에 적외선 반사막을 도포하여 가열 회피 부재에서의 가열을 회피할 수 있다. 적외선 반사막으로서는, 예를 들면 옵토 라인사(Opto-line Corporation)의 핫 미러, 콜드 미러, 하프 미러 등을 들 수 있다. 이들 적외선 반사막은 예를 들면 빛을 통과시키지만 열을 차단하는 성질을 가지는 것으로, 플라즈마 처리에 대하여 악영향을 미치지는 않는다.
본 실시예에서, 램프 히터(46)는 도시 생략한 지지 부재, 예를 들면 석영제 기둥에 의해 배기 배플(baffle)판 또는 챔버에 지지, 고정되어 있다.
이어서, 본 발명의 제 3 실시예에 대하여 설명한다.
도 8은, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 8에서, 도 1 및 도 7의 기판 처리 장치와 동일한 구성은 동일하게 작용하므로, 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다. 이 기판 처리 장치가 도 7의 기판 처리 장치와 상이한 점은, 램프 히터(46) 대신에 챔버(11)의 측벽면을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 구성한 램프 히터(56)를 설치한 점이다.
도 8에서, 램프 히터(56)는 처리 공간(S)과 배기 공간(ES)을 구획하는 배기 플레이트(15)를 관통하는 전력 공급 라인(56c)을 개재하여 외부 전원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 또한, 챔버(11)의 외부에는 전력 공급 라인(56c)의 상하 방향을 따른 이동을 흡수하는 벨로우즈(도시 생략)를 설치하는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따르면, 램프 히터(56)를 챔버(11)의 측벽을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 설치하였으므로, 특히 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리를 실시하는 처리 중에는 램프 히터(56)를 포커스 링(24)의 근방에 고정하여 포커스 링(24) 및 그 주변 부재를 가열함으로써 처리 안정성을 확보하고, 처리 후에는 예를 들면 하방으로 이동시켜 대기시키거나 또는 배기 처리에 수반하여 램프 히터(56)를 샤워 헤드(27)의 근방과 배기 플레이트(15)의 사이에서 상하 이동시키고, 이에 따라 챔버 내를 균일하게 가열하여 기판 처리 저해 성분을 효율적으로 배제시킬 수도 있다.
본 실시예에서, 램프 히터(56)의 지지, 승강 장치로서는, 예를 들면 공지의 기판 반송용 승강기(웨이퍼 리프터)가 적합하게 적용된다. 승강기 구동부는 통상적으로 챔버(11)의 외측에 설치된다.
제 2 및 제 3 본 실시예에서 제 1 실시예에서의 램프 히터(26)를 병용할 수도 있다. 이에 따라, 각 램프 히터의 상승(相乘) 효과에 의해 챔버(11) 내를 효율적으로 가열할 수 있다.
상술한 각 실시예에서, 플라즈마 처리가 실시되는 기판은 반도체 디바이스용의 웨이퍼에 한정되지 않고, LCD(Liquid Crystal Display)를 포함하는 FPD(Flat Panel Display) 등에 이용되는 각종 기판, 또는 포토마스크, CD 기판, 프린트 기판 등이어도 좋다.
10 : 기판 처리 장치
11 : 처리실
12 : 서셉터(기판 재치대)
13 : 측벽 부재
18 : 고주파 전력판
19 : 제 1 고주파 전원
23 : 정전 척
24 : 포커스 링
26 : 램프 히터
27 : 샤워 헤드

Claims (17)

  1. 감압 가능한 처리실과, 상기 처리실 내에 설치된 기판 재치대와, 상기 기판 재치대와 대향하도록 상기 처리실의 천장 부분에 설치된 샤워 헤드와, 상기 기판 재치대의 상면 외주부에 배치된 포커스 링을 구비하는 기판 처리 장치에 있어서,
    상기 포커스 링과 그 주변 부재를 미리 정해진 온도로 가열하기 위해, 상기 포커스 링에 접촉하도록 배치된 적외선 복사식의 링 형상의 히터를 구비하고, 상기 히터는 카본 와이어 묶음으로 이루어지는 적외선 복사체 및 상기 적외선 복사체가 봉입(封入)된 글라스체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 포커스 링을 공간을 두고 둘러싸도록 그 외주부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 처리실은 상기 기판 재치대 및 상기 샤워 헤드 간의 공간과 상기 기판 재치대의 하방의 배기 공간을 구획하는 배기 플레이트를 가지고, 상기 히터는 상기 배기 플레이트를 관통하는 전력 공급 라인을 개재하여 외부 전원에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 처리실의 내벽면을 따라 상하 방향으로 이동 가능하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 히터의 상기 글라스체 표면에서 가열 회피 부재에 대향하는 부분에 적외선 반사막을 도포한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적외선 복사체는 파장 1200 nm 부근에 발광 피크를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 기판 처리 장치에 있어서,
    감압 가능한 처리실과,
    상기 처리실 내에 설치된 기판 재치대와,
    상기 기판 재치대와 대향하도록 상기 처리실의 천장 부분에 설치된 샤워 헤드와,
    상기 기판 재치대의 상면 외주부에 배치된 포커스 링과,
    상기 포커스 링의 근방에 배치된 적외선 복사식의 링 형상의 히터
    를 구비하고,
    상기 히터는 적외선 복사체 및 상기 적외선 복사체가 봉입(封入)된 글라스체로 이루어지고,
    상기 적외선 복사체의 단면이 직사각형 형상이고, 상기 글라스체의 단면도 직사각형 형상으로 이루어지고,
    상기 적외선 복사체는 카본 와이어 묶음으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 적외선 복사체는 파장 1200 nm 부근에 발광 피크를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 히터의 상기 글라스체 표면에서 가열 회피 부재에 대향하는 부분에 적외선 반사막을 도포한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 기판 재치대를 관통하는 전력 공급 라인을 개재하여 외부 전원에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 처리실은 상기 기판 재치대 및 상기 샤워 헤드 간의 공간과 상기 기판 재치대의 하방의 배기 공간을 구획하는 배기 플레이트를 가지고, 상기 히터는 상기 배기 플레이트를 관통하는 전력 공급 라인을 개재하여 외부 전원에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  13. 감압 가능한 처리실과, 상기 처리실 내에 설치된 기판 재치대와, 상기 기판 재치대와 대향하도록 상기 처리실의 천장 부분에 설치된 샤워 헤드와, 상기 기판 재치대의 상면 외주부에 배치된 포커스 링을 구비하는 기판 처리 장치에 있어서,
    상기 포커스 링과 그 주변 부재를 미리 정해진 온도로 가열하기 위해, 상기 포커스 링을 공간을 두고 둘러싸도록 그 외주부에 설치된 히터를 구비하고,
    상기 히터는 카본 와이어 묶음으로 이루어지는 적외선 복사체 및 상기 적외선 복사체가 봉입(封入)된 글라스체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 적외선 복사체는 파장 1200 nm 부근에 발광 피크를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 히터의 상기 글라스체 표면에서 가열 회피 부재에 대향하는 부분에 적외선 반사막을 도포한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  16. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 기판 재치대를 관통하는 전력 공급 라인을 개재하여 외부 전원에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  17. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 처리실은 상기 기판 재치대 및 상기 샤워 헤드 간의 공간과 상기 기판 재치대의 하방의 배기 공간을 구획하는 배기 플레이트를 가지고, 상기 히터는 상기 배기 플레이트를 관통하는 전력 공급 라인을 개재하여 외부 전원에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.

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