KR102466667B1 - 기판 적재대 및 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기판을 적재하는 적재면의 온도를 적합하게 제어하는 기판 적재대 및 기판 처리 장치를 제공한다. 내부에 피냉각면을 갖는 적재대 모재와, 상기 적재대 모재보다도 저열전도성의 재료로 형성되고, 상기 피냉각면을 향해서 냉매를 분사하는 냉각 노즐을 갖는 공급 유로 형성 부재를 구비하는, 기판 적재대.
Description
본 개시는, 기판 적재대 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
기판 적재대에 적재된 웨이퍼 등의 기판에 원하는 처리(성막, 에칭 등)를 실시하는 기판 처리 장치가 알려져 있다. 또한, 적재된 기판의 온도를 제어하는 기판 적재대가 알려져 있다.
특허문헌 1에는, 정전 척과, 상기 정전 척과 접촉해서 배치된 냉각 플레이트이며, 그 안에 형성된 가스 채널을 갖는 냉각 플레이트와, 상기 냉각 플레이트의 상기 가스 채널의 제1 단부 및 제2 단부에 결합된 가스 박스이며, 상기 가스 채널을 통과하는 냉각 가스의 유량을 제어하도록 동작 가능한, 가스 박스를 포함하는 정전 척 어셈블리가 개시되어 있다.
기판 처리 장치에 있어서, 기판 적재대에 적재된 기판에 원하는 처리를 실시할 때, 기판의 온도를 적합하게 제어할 것이 요구되고 있다.
본 개시의 일 양태는, 기판을 적재하는 적재면의 온도를 적합하게 제어하는 기판 적재대 및 기판 처리 장치를 제공한다.
본 개시의 일 양태에 따른 기판 적재대는, 내부에 피냉각면을 갖는 적재대 모재와, 상기 적재대 모재보다도 저열전도성의 재료로 형성되고, 상기 피냉각면을 향해서 냉매를 분사하는 냉각 노즐을 갖는 공급 유로 형성 부재를 구비한다.
본 개시의 일 양태에 의하면, 기판을 적재하는 적재면의 온도를 적합하게 제어하는 기판 적재대 및 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 단면 모식도의 일례이다.
도 2는 기판 적재대의 부분 확대 단면 모식도의 일례이다.
도 3은 공급 유로 형성 부재의 평면도의 일례이다.
도 4는 기판 적재대에 의한 온도 제어의 일례이다.
도 5는 공급 유로 형성 부재의 평면도의 다른 일례이다.
도 2는 기판 적재대의 부분 확대 단면 모식도의 일례이다.
도 3은 공급 유로 형성 부재의 평면도의 일례이다.
도 4는 기판 적재대에 의한 온도 제어의 일례이다.
도 5는 공급 유로 형성 부재의 평면도의 다른 일례이다.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 각 도면에서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
<기판 처리 장치(1)>
일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)에 대해서, 도 1을 사용해서 설명한다. 도 1은, 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)의 단면 모식도의 일례이다.
기판 처리 장치(1)는, 진공 용기(2)와, 가스 공급부(3)와, 기판 적재대(4)를 구비한다. 기판 처리 장치(1)는, 예를 들어 열 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치이며, 가스 공급부(3)로부터 진공 용기(2) 내에 프로세스 가스가 공급되어, 진공 용기(2) 내의 기판 적재대(4)에 적재된 웨이퍼 등의 기판(W)에 원하는 처리(예를 들어, 성막 처리)를 실시하는 장치이다.
진공 용기(2)는, 진공 포트(도시하지 않음) 및 반입 반출 포트(도시하지 않음)를 갖고 있다. 진공 포트는, 배기 장치(도시하지 않음)와 접속되어, 진공 용기(2) 내가 진공 분위기로 되도록 감압된다. 반입 반출 포트는, 개폐 가능하게 구성되고, 반입 반출 포트를 통해서, 기판(W)을 진공 용기(2) 내에 반입 및 진공 용기(2) 내로부터 반출할 수 있도록 구성되어 있다.
가스 공급부(3)는, 진공 용기(2) 내의 기판 적재대(4)의 상방에 배치된다. 가스 공급부(3)는, 가스 공급원(11)으로부터 공급된 프로세스 가스를 진공 용기(2) 내에 공급한다.
기판 적재대(4)는, 기판(W)을 적재하는 판부(적재대 모재)(4a)와, 판부(4a)의 이면 중앙으로부터 하방으로 신장되는 축부(4b)를 갖는다. 판부(4a)의 상면은, 기판(W)을 적재하는 적재면이 된다. 판부(4a)는, 예를 들어 알루미늄 등의 열전도성이 높은 금속으로 형성된다.
판부(4a)의 내부에는, 히터(5)가 마련되어 있다. 히터(5)는, 예를 들어 센터 히터(51), 미들 히터(52), 아웃 히터(53)를 갖는다. 센터 히터(51)는, 예를 들어 판부(4a)의 중앙에 마련된다. 미들 히터(52)는, 예를 들어 센터 히터(51)보다도 판부(4a)의 직경 방향 외측에서, 기판 적재대(4)의 적재면에 적재되는 기판(W)의 외주보다도 직경 방향 내측에 마련된다. 아웃 히터(53)는, 예를 들어 미들 히터(52)보다도 판부(4a)의 직경 방향 외측에서, 기판 적재대(4)의 적재면에 적재되는 기판(W)의 외주보다도 직경 방향 내측에 마련된다. 히터(5)에는, 히터 전원(12)으로부터 전력이 공급된다.
판부(4a)의 내부에는, 피냉각면(41)이 마련되어 있다. 또한, 기판 적재대(4)는, 피냉각면(41)에 냉매를 닿게 해서 냉각하는 공급 유로 형성 부재(6)를 갖는다. 피냉각면(41)은, 미들 히터(52)보다도 판부(4a)의 직경 방향 외측에서, 아웃 히터(53)보다도 판부(4a)의 직경 방향 내측에서, 기판 적재대(4)의 적재면에 적재되는 기판(W)의 외주보다도 직경 방향 내측에 마련되어 있다. 공급 유로 형성 부재(6)에는, 냉매 공급원(13)으로부터 냉매가 공급된다. 냉매로서, 공기 냉매 등의 가스 냉매를 사용할 수 있다. 또한, 공급 유로 형성 부재(6)의 구성에 대해서는, 도 2 및 도 3을 사용해서 후술한다.
축부(4b)는, 진공 용기(2)의 저벽에 형성된 개구부를 관통해서 진공 용기(2)의 하방으로 연장된다. 축부(4b)의 하단에는, 플랜지부(7)가 마련되어 있다. 진공 용기(2)의 하단과 플랜지부(7) 사이에는, 기판 적재대(4)의 승강 동작에 따라 신축하는 벨로우즈(8)가 마련되어 있다.
기판(W)의 상면 외주부에는, 클램프 링(9)이 적재된다. 클램프 링(9)은, 기판(W)의 상면 외주부와 접촉하여, 클램프 링(9)의 자중이나 도시하지 않은 스프링 등의 가압력에 의해, 기판(W)을 기판 적재대(4)의 적재면에 압박한다.
이어서, 도 2 및 도 3을 사용하여, 기판 적재대(4)에 대해서 재차 설명한다. 도 2는, 기판 적재대(4)의 부분 확대 단면 모식도의 일례이다. 도 3은, 공급 유로 형성 부재(6)의 평면도의 일례이다. 또한, 도 2에서, 피냉각면(41)에 공급되는 냉매의 흐름을 실선 화살표로 나타내고, 피냉각면(41)으로부터 배출되는 냉매의 흐름을 파선 화살표로 나타내고 있다.
축부(4b)는 중공부(42)를 갖는다. 판부(4a)에는, 중공부(42)와 연통하여, 직경 방향 외측을 향해서 신장되는 직경 방향 홈(43)이 형성되어 있다. 판부(4a)의 외주측에는, 직경 방향 홈(43)과 연통하여, 둘레 방향을 향해서 신장되는 원호 홈(44)이 형성되어 있다. 원호 홈(44)의 상방에는, 원호 홈(44)과 연통하는 냉각실(45)이 형성되어 있다. 냉각실(45)의 상면은, 피냉각면(41)으로 되어 있다. 또한, 냉각실(45)로부터 중공부(42)로 연장되는 복귀 유로(46)가 형성되어 있다.
공급 유로 형성 부재(6)는, 중공부(42) 내에 배치되는 유로 형성 부재(61)와, 분배부(62)와, 직경 방향 홈(43)에 배치되는 유로 형성 부재(63)와, 90° 굴곡하는 엘보(64)와, 원호 홈(44)에 배치되는 유로 형성 부재(65)를 갖는다. 유로 형성 부재(65)에는, 냉매를 분사하는 냉각 노즐(66)이 마련되어 있다.
여기서, 공급 유로 형성 부재(6)는, 예를 들어 알루미늄으로 형성되는 기판 적재대(4)보다도 열전도성이 낮은 재료로 형성된다. 구체적으로는, 공급 유로 형성 부재(6)에는, SUS, 석영 등을 사용할 수 있다. 유로 형성 부재(61, 63, 65)는, 예를 들어 파이프(배관)로 형성되어도 되고, 절삭으로 형성되어도 된다.
유로 형성 부재(61)는 중공부(42) 내에 배치된다. 유로 형성 부재(61)의 일단은 냉매 공급원(13)과 접속되고, 유로 형성 부재(61)의 타단은 중공부(42) 내에 배치되는 분배부(62)와 접속된다. 냉매 공급원(13)으로부터 공급된 냉매는, 유로 형성 부재(61)를 흘러, 분배부(62)에 공급된다.
분배부(62)는, 평면으로 보아 중심에 배치되고, 하방측으로부터 유로 형성 부재(61)가 접속되고, 직경 방향으로 복수의 유로 형성 부재(63)가 접속되어 있다. 도 3에 도시하는 예에서는, 3개의 유로 형성 부재(63)가 접속되어 있다. 유로 형성 부재(61)로부터 공급된 냉매는, 분배부(62)에서 분배되어, 각 유로 형성 부재(63)에 공급된다.
유로 형성 부재(63)는, 판부(4a) 내를 중공부(42)로부터 직경 방향 외측을 향해서 신장되는 직경 방향 홈(43)에 배치된다. 여기서, 직경 방향 홈(43)의 단면적과 유로 형성 부재(63)의 외경의 단면적이 다르다. 즉, 직경 방향 홈(43)과 유로 형성 부재(63) 사이에는, 간극을 갖고 있다. 이 간극은 중공부(42)와 연통하고 있고, 간극 내에는 공기를 갖는다. 이와 같은 구성을 가짐으로써, 기판 적재대(4)의 판부(4a)와 유로 형성 부재(63)의 열 전달을 억제한다. 이에 의해, 유로 형성 부재(63)를 흐르는 냉매는, 온도 상승을 억제하면서, 판부(4a)의 외주측까지 공급된다.
또한, 직경 방향 홈(43)과 유로 형성 부재(63) 사이의 간극에, 단열 재료가 충전되어 있어도 된다. 또한, 유로 형성 부재(63)는, 직경 방향 홈(43)과 접하지 않도록 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 유로 형성 부재(63)는, 지지 부재(도시하지 않음)를 개재하여, 직경 방향 홈(43) 내에 배치되어 있어도 된다. 또한, 유로 형성 부재(63)는, 직경 방향 홈(43)과 일부에서 접촉해서 배치되어 있어도 된다. 예를 들어, 유로 형성 부재(63)는, 외주면에 돌출부(도시하지 않음)를 갖고, 돌출부에서 직경 방향 홈(43)의 벽과 접하고 있어도 된다.
엘보(64)는, 유로 형성 부재(63)와 유로 형성 부재(65)를, 90° 굴곡시켜서 접속한다. 유로 형성 부재(65)는, 판부(4a) 내를 둘레 방향을 향해서 신장되는 원호 홈(44)에 배치된다. 또한, 판부(4a) 내에 형성되는 원호 홈(44)은, 유로 형성 부재(65)에 대응해서 복수 형성되어 있어도 되고, 원환 형상의 연통하는 홈으로서 일체로 형성되어 있어도 된다. 유로 형성 부재(65)는, 냉매를 분사하는 냉각 노즐(66)을 갖는다. 이에 의해, 유로 형성 부재(63)로부터 공급된 냉매는, 유로 형성 부재(65)를 흘러, 유로 형성 부재(65)의 냉각 노즐(66)로부터 원호 홈(44) 내에 분사된다. 여기에서는, 냉각 노즐(66)은, 유로 형성 부재(65)의 상방에 마련되어 있어, 냉매는 상방을 향해서 분사된다.
원호 홈(44)의 상방에는, 피냉각면(41)을 갖는 냉각실(45)이 형성되어 있다. 냉각 노즐(66)로부터 분사된 냉매는, 원호 홈(44) 내를 흘러, 냉각실(45)의 피냉각면(41)에 닿는다. 이에 의해, 피냉각면(41)은 냉각된다. 또한, 냉각실(45)은 복수로 분할해서 형성되어 있어도 되고, 원환 형상의 연통하는 홈으로서 일체로 형성되어 있어도 된다.
또한, 유로 형성 부재(65)에 형성되는 냉각 노즐(66)은, 소경의 노즐(소경의 구멍)로서 형성된다. 이에 의해, 유로 형성 부재(65) 내의 내압을 확보하여, 각 냉각 노즐(66)로부터 분사되는 냉매의 유속을 균일화할 수 있다. 또한, 각 냉각 노즐(66)로부터 분사되는 냉매는, 원호 홈(44) 내 및 냉각실(45) 내에서 냉매를 교반한다. 이에 의해, 피냉각면(41)에서의 냉각 효율을 높임과 함께, 피냉각면(41)에서의 온도의 균일성을 높일 수 있다.
그리고, 냉매는, 냉각실(45)로부터 복귀 유로(46)를 흘러, 중공부(42)에 공급된다. 그리고, 축부(4b)의 하단으로부터 기외로 배출된다.
일 실시 형태에 따른 기판 적재대(4)에 의하면, 냉매로서 열용량이 작은 가스 냉매(예를 들어, 공기 냉매)를 사용한 경우에도, 피냉각면(41)에 도달할 때까지에 있어서의 냉매의 온도 상승(흡열)을 억제할 수 있으므로, 피냉각면(41)에 저온의 냉매를 공급할 수 있다. 이에 의해, 피냉각면(41)을 적합하게 냉각할 수 있다. 또한, 기판 적재대(4)의 적재면에서의 온도 제어성을 향상시킬 수 있다.
또한, 냉매로서 가스 냉매(예를 들어, 공기 냉매)를 사용할 수 있으므로, 액 냉매와 비교하여, 기판 적재대(4)를 메인터넌스할 때의 작업성이 향상되어, 작업 시간을 단축할 수 있다. 냉매로서 공기 냉매를 사용함으로써, 냉각 유로의 부식 리스크를 없애고, 장치의 구성을 간소화할 수 있다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 분배부(62)를 중앙에 마련하고, 분기한 냉매 유로(유로 형성 부재(63), 엘보(64), 유로 형성 부재(65))가 각각 배치되어 있다. 이에 의해, 분배부(62)로부터 각 냉매 유로의 종단인 단부(65b)까지의 거리를 균일하게 할 수 있다. 이에 의해, 냉매 유량 분포를 냉매 유로간에서 균일하게 할 수 있다.
또한, 유로 형성 부재(65)에 있어서, 유입측의 단부(65a)를 흐르는 냉매의 온도보다도, 종단측의 단부(65b)를 흐르는 냉매의 온도쪽이 높아진다. 여기서, 도 3에 도시한 바와 같이, 분배부(62)에서 분기한 냉매 유로(유로 형성 부재(63), 엘보(64), 유로 형성 부재(65))는, 만(卍)자 형상으로 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 하나의 유로 형성 부재(65)의 단부(65b)와, 다른 유로 형성 부재(65)의 단부(65a)가 인접하도록, 유로 형성 부재(65)가 배치되어 있다. 또한 환언하면, 복수의 유로 형성 부재(65)에서의 냉매의 흐름의 배향은, 동일 회전 방향(도 3의 예에서는, 시계 방향)이 되도록 유로 형성 부재(65)가 배치되어 있다.
이에 의해, 상대적으로 고온의 냉매가 분사되는 냉각 노즐(66)(단부(65b)측의 냉각 노즐(66))에 근접하여, 상대적으로 저온의 냉매가 분사되는 냉각 노즐(66)(단부(65a)측의 냉각 노즐(66))을 배치할 수 있으므로, 기판 적재대(4)의 적재면에서의 둘레 방향의 온도 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 4는, 기판 적재대(4)에 의한 온도 제어의 일례이다.
기판 적재대(4)에 의하면, 히터 전원(12) 및 냉매 공급원(13)을 제어함으로써, 히터(5)(51 내지 53)의 발열, 피냉각면(41)에 의한 냉각을 제어할 수 있다. 이에 의해, 기판 적재대(4)의 적재면에서의 원하는 온도 분포를 형성할 수 있다.
예를 들어, 실선으로 나타내는 온도 분포(401)와 같이, 직경 방향에 있어서 대략 균일한 온도 분포를 형성할 수 있다. 또한, 파선으로 나타내는 온도 분포(402)와 같이, 직경 방향 외측의 온도가 상승되는 온도 분포를 형성할 수 있다. 또한, 일점쇄선으로 나타내는 온도 분포(403)와 같이, 직경 방향 외측의 온도가 하강하는 온도 분포를 형성할 수 있다.
예를 들어, 도 1에 도시하는 기판 처리 장치(1)에 있어서, 기판(W)의 상면 외주부에 클램프 링(9)이 접하고 있음으로써, 기판(W)과 클램프 링(9) 사이에서 전열이 생겨, 기판(W)의 표면의 온도가 외주부측에서 하강하는 것을 생각할 수 있다. 기판 적재대(4)의 적재면의 온도 분포를, 직경 방향 외측의 온도가 상승되는 온도 분포(402)로 함으로써, 기판(W)의 표면의 온도의 균일성을 향상시킬 수 있다.
이상, 기판 처리 장치(1)에 대해서 설명했지만, 본 개시는 상기 실시 형태 등에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구 범위에 기재된 본 개시의 요지의 범위 내에서, 다양한 변형, 개량이 가능하다.
도 3에 도시하는 공급 유로 형성 부재(6)에 있어서, 분배부(62)에서 3분기되는 것으로서 설명했지만, 분기수는 2분기이어도 되고, 4분기 이상이어도 된다.
또한, 도 2에 도시하는 기판 적재대(4)에 있어서, 피냉각면(41)은, 판부(4a)의 외주측에 마련하는 것으로서 설명했지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 판부(4a)의 중앙측에 피냉각면을 마련해도 된다. 예를 들어, 중공부(42)의 천장면을 중앙측의 피냉각면으로 해도 된다. 이 경우, 분배부(62)로부터 중앙측의 피냉각면으로 냉매의 유로를 형성해도 된다. 이 유로로부터 분사된 냉매는, 중앙측의 피냉각면에 닿아서, 피냉각면이 냉각된다. 그리고, 냉매는, 중공부(42)를 하방을 향해서 흘러, 축부(4b)의 하단으로부터 기외로 배출된다.
이에 의해, 판부(4a)의 외주측의 피냉각면(41)뿐만 아니라, 판부(4a)의 중앙측에도 피냉각면을 형성할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 기판 적재대(4)의 적재면의 온도 분포를, 직경 방향 외측의 온도가 상승되는 온도 분포(도 4의 온도 분포(402) 참조)를 형성할 수 있다. 또한, 외주측의 피냉각면(41)과 중앙측의 피냉각면 중 적어도 한쪽을 갖는 구성으로 해도 된다.
도 5는, 공급 유로 형성 부재(6A)의 평면도의 일례이다. 공급 유로 형성 부재(6A)는, 중공부(42) 내에 배치되는 유로 형성 부재(61)(도 5에서 도시하지 않음)와, 90° 굴곡되는 엘보(62A)와, 유로 형성 부재(62B)와, 원환상의 유로 형성 부재(62C)와, 직경 방향 홈(43)에 배치되는 유로 형성 부재(63)와, 90° 굴곡되는 엘보(64)와, 원호 홈(44)에 배치되는 유로 형성 부재(65)를 갖는다. 유로 형성 부재(65)에는, 냉매를 분사하는 냉각 노즐(66)이 마련되어 있다.
냉매 공급원(13)으로부터 공급된 냉매는, 유로 형성 부재(61), 엘보(62A), 유로 형성 부재(62B)를 흘러, 원환상의 유로 형성 부재(62C)에 공급된다. 유로 형성 부재(62C)에 공급된 냉매는, 유로 형성 부재(62C) 내에서 확산한다. 유로 형성 부재(62C)에는, 직경 방향으로 복수의 유로 형성 부재(63)가 접속되어 있다. 도 5에 도시하는 예에서는, 3개의 유로 형성 부재(63)가 접속되어 있다. 이에 의해, 유로 형성 부재(62C)로부터 각 유로 형성 부재(63)에 냉매가 공급된다. 이후는, 도 3에 도시하는 공급 유로 형성 부재(6)와 마찬가지이다.
도 5에 도시하는 공급 유로 형성 부재(6A)에 의하면, 축부(4b)의 중공부(42) 내에 배치되는 유로 형성 부재(61)의 위치를, 축부(4b)의 중심으로부터 오프셋할 수 있다. 이에 의해, 중공부(42) 내에 배치되는 유로 형성 부재(61)의 레이아웃의 자유도가 향상된다.
또한, 기판 처리 장치(1)는, 열 CVD 장치인 것으로서 설명했지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 기판 처리 장치(1)는, 예를 들어 플라스마 CVD 장치, 열 ALD 장치, 플라스마 ALD 장치, PVD 장치 등이어도 된다. 또한, 기판 처리 장치(1)는, 기판(W)에 성막 처리를 실시하는 장치로서 설명했지만 이것에 한정되는 것은 아니고, 그 밖의 처리, 예를 들어 에칭 처리를 실시하는 장치이어도 된다. 즉, 기판 처리 장치(1)는, CVE 장치, ALE 장치 등이어도 된다.
Claims (6)
- 내부에 피냉각면을 포함하는 적재대 모재와,
상기 피냉각면을 향해서 냉매를 분사하는 냉각 노즐을 포함하는 공급 유로 형성 부재를 포함하고,
상기 공급 유로 형성 부재는, 상기 적재대 모재의 직경 방향으로 연장되는 제1 유로 형성 부재를 포함하고,
상기 적재대 모재는, 상기 제1 유로 형성 부재가 배치되는 제1 홈부를 포함하고,
상기 제1 유로 형성 부재의 단면 형상과, 상기 제1 홈부의 단면 형상이 다른, 기판 적재대. - 제1항에 있어서,
상기 적재대 모재보다도 저열전도성의 재료로 형성되는, 기판 적재대. - 제2항에 있어서, 상기 공급 유로 형성 부재는,
상기 제1 유로 형성 부재와 접속되고, 상기 적재대 모재의 둘레 방향으로 연장되는 제2 유로 형성 부재를 더 포함하고,
상기 냉각 노즐은, 상기 제2 유로 형성 부재에 형성되는, 기판 적재대. - 제3항에 있어서, 상기 공급 유로 형성 부재는,
분기부와,
상기 분기부와 접속되는 복수의 상기 제1 유로 형성 부재와,
복수의 상기 제1 유로 형성 부재와 각각 접속되는 복수의 상기 제2 유로 형성 부재를 포함하고,
복수의 상기 제2 유로 형성 부재는,
하나의 상기 제2 유로 형성 부재의 유입측과, 다른 상기 제2 유로 형성 부재의 종단측이, 인접하도록 배치되는, 기판 적재대. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉매는, 공기 냉매인, 기판 적재대.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 기판 적재대를 포함하는 기판 처리 장치.
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