KR20060125531A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20060125531A
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야스미츠 도미타
유타카 우노
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니뽄 가이시 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 급전 부재가 발열한 경우에 주변 부재의 손상을 경감시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
기판 처리 장치(100)는 전압이 인가되는 저항 발열체(22) 및 고주파 전극(21)과, 이들 저항 발열체(22) 및 고주파 전극(21)에 전력을 공급하는 저항 발열체용 급전 부재(16) 및 고주파 전극용 급전 부재(11)와, 이들 급전 부재(11, 16) 주위에 근접하여 배치된 주변 부재(14)와, 급전 부재(11, 16)와 주변 부재(14) 사이에 배치되며, 적어도 250℃보다 높은 온도에 대한 내열성을 갖는 단열재(12)를 포함한다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING DEVICE}
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 고주파 전극용 급전 부재(급전 부재)
12 : 단열재
14 : 주변 부재
16 : 저항 발열체용 급전 부재(급전 부재)
20 : 세라믹 기체(기체)
21 : 고주파 전극(피급전 부재)
22 : 저항 발열체(피급전 부재)
100 : 기판 처리 장치
본 발명은 기판(실리콘 웨이퍼)에 처리를 행하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
종래, 반도체의 제조 공정이나 액정의 제조 공정에서는 기판 처리 장치가 이 용되고 있다. 이 기판 처리 장치는 세라믹 기체(基體)의 유지면에 기판을 얹어 놓고, 이 기판에 가열 등의 처리를 행하는 장치로서, 플라즈마 발생 장치로서 작용하는 것도 있다.
플라즈마 발생 장치와 겸용하는 경우에는 RF 전극(고주파 전극)과 이 RF 전극에 고주파 전류를 공급하는 RF 전극용 급전 부재(예컨대, 금속 도체인 Ni 로드)가 마련된다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).
이 급전 부재에 고주파 전압을 인가하면, 표피 효과에 의해 급전 부재의 표층부(예컨대, 급전 부재의 외주면으로부터 수 ㎛∼수십 ㎛의 깊이 범위)에 전류가 집중하여 흐르고, 직경 방향 중앙부에는 거의 전류가 흐르지 않게 된다.
급전 부재의 저항은 이하의 수학식 1로 표시되지만, 전술한 바와 같이, 표피 효과에 의해 급전 부재의 직경 방향 중앙부는 전류가 거의 흐르지 않기 때문에, 외관상의 단면적(S)이 감소되는 결과, 저항(R)이 상승하게 된다.
R＝L/σS(R: 저항, L: 급전체의 길이, σ: 도전율, S: 단면적)
한편, 급전 부재의 발열량은 이하의 수학식 2로 표시되지만, 저항(R)이 상승하면 발열량도 증가하게 된다.
W＝RI2(W: 발열량, R: 저항, I: 전류)
이와 같이, 급전 부재에 고주파 전압을 인가하면, 표피 효과에 의해 급전 부 재의 발열량이 증가한다고 하는 문제가 있었다.
여기서, 기판 처리 장치에 마련되어 있는 주변 부재에는 복잡한 형상을 갖는 부품이 많기 때문에, 가공성이 양호하고, 절연성도 우수한 수지로 이루어진 부품이 사용되는 경우가 많다. 그러나, 수지로 이루어진 주변 부재는 비교적으로 내열성이 낮기 때문에, 고온의 급전 부재에 의해 손상을 받을 우려가 있었다. 이하, 구체적으로 설명한다.
수지 중에서도 내열성이 높다는 내열 수지의 경우라도, 내열 온도는 250℃ 정도이다. 그 때문에, 기판 처리 장치의 전극에 급전 부재를 통해 고주파 전류나 교류의 대전력이 공급되면, 급전 부재의 온도는 250℃ 이상에 도달하여 수지로 이루어진 주변 부품이 손상을 받을 우려가 있었다.
또한, 기판 처리 장치에 있어서는, 저항 발열체 및 이 저항 발열체로 전압을 공급하는 저항 발열체용 급전 부재가 마련되어 있는 것이 있고, 이 급전 부재는 저항 발열체에 직접 접속되어 있다. 그 때문에, 기판 처리 장치를 고온으로 가열했을 때, 열전도에 의해 급전 부재도 고온이 되어 수지 등으로 이루어진 주변 부재가 손상을 일으킬 우려가 있었다.
이 손상을 방지하기 위해서 주변 부재의 재료로서 내열성을 가지며 열변형을 일으키기 어려운 세라믹 등을 채용하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 세라믹은 가공하기 어렵기 때문에, 복잡한 형상으로 하기가 어렵고, 또한, 고가이기 때문에, 채용하기가 곤란하였다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제11-26192호 공보
그래서, 본 발명의 목적은 급전 부재가 발열한 경우에 주변 부재의 손상을 경감시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 피급전 부재를 갖는 기체와, 상기 피급전 부재에 전압을 인가하는 급전 부재와, 이 급전 부재에 근접하여 배치된 주변 부재와, 상기 급전 부재와 상기 주변 부재 사이에 배치되며, 적어도 250℃보다 높은 온도에 대한 내열성을 갖는 단열재를 포함하고 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치를 도시한 단면도이다.
기판 처리 장치(100)는 세라믹 기체(20), 샤프트(10), 급전 부재(11, 16) 및 주변 부재(14)를 구비하고 있다.
세라믹 기체(20)는 AlN, SN, SiC, 알루미나 등으로 이루어지고, 두께가 0.5∼30 ㎜로 형성되어 있다. 세라믹 기체(20)의 외형 형상은 원반 형상, 또는 다각 형상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 세라믹 기체(20)의 표면은 유지면(20a)에 형성되어 있다. 그리고, 세라믹 기체(20)의 내부에는 상부측에 고주파 전극(21)이 매설되고, 이 고주파 전극(21)의 하측에 저항 발열체(22)가 매설되어 있다. 고주파 전극(21)에는 고주파 전극용 급전 부재(11)가 접합되어 있고, 저항 발열체(22)에는 저항 발열체용 급전 부재(16)가 접합되어 있다. 이것에 의해, 기판 처리 장치(100)는 저항 발열체용 급 전 부재(16)로부터 저항 발열체(22)에 전압이 인가되면, 이 저항 발열체(22)가 가열되고, 이 열에 의해 유지면(20a)에 얹혀진 기판이 가열 처리된다. 또한, 이들 고주파 전극(21) 및 저항 발열체(22)는 급전 부재(11, 16)로부터 전력의 공급을 받는 피급전 부재이다.
또한, 기판 처리 장치(100)는 저항 발열체용 급전 부재(16)로부터 고주파 전극(21)에 고주파 전압을 인가함으로써 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리 장치로서도 기능한다.
기판 처리 장치(100)를 구성하는 세라믹 기체(20)의 이면(20b)에는 세라믹 기체(20)를 지지하는 샤프트(10)가 마련되어 있다. 이 샤프트(10)는 중공 형상의 원통 등으로 형성되며, 질화알루미늄, 질화규소, 산화알루미늄 등으로 형성된다.
샤프트(10)의 상단은 세라믹 기체(20)의 이면(20b)에 일체화 접합 또는 시일 접합 등으로 접합되어 있다. 또한, 시일 접합을 행하는 경우는, O-링, 메탈 패킹 등이 이용된다. 단, 세라믹 기체(20)의 이면(20b)에 가스 도입로가 형성되어 있는 경우는 가스 도입로의 기밀성을 유지하면서 접합된다.
샤프트(10)의 내주측에는 전술한 고주파 전극용 급전 부재(11) 및 저항 발열체용 급전 부재(16)가 마련되어 있다.
고주파 전극(21)에는 고주파 전극용 급전 부재(11)로부터 고주파 전력이 공급되어 플라즈마를 발생시킨다. 고주파 전극(21)의 형상은 메쉬 형상, 금속판 등을 채용할 수 있다. 고주파 전극(21)은 도전성 페이스트를 인쇄함으로써 형성하여도 좋다. 고주파 전극(21)은 도전성을 갖고 있으며, 예컨대 W, Mo, WMo, WC 등으로 형 성하는 것이 바람직하다.
저항 발열체(22)에는 급전 부재(11)로부터 전류를 공급받아 발열하고, 유지면(20a) 상에 얹혀진 기판을 가열한다.
저항 발열체(22)의 형상으로서 메쉬 형상, 코일 형상, 금속판 등을 채용할 수 있다. 저항 발열체(22)는 도전성 페이스트를 인쇄함으로써 형성할 수 있다. 저항 발열체(22)는 도전성을 갖고 있으며, 예컨대 W, Mo, WMo, WC 등으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 고주파 전극용 급전 부재(11)는 Ni, Al, Cu 및 이들을 함유하는 합금 등으로 형성되며, 그 형상은 로드 형상(막대 형상), 원주 형상, 케이블 형상, 판 형상, 끈 형상, 원통 형상 등의 여러 가지 형상을 채용할 수 있다. 고주파 전극용 급전 부재(11)의 상단에는 접속 단자가 마련되고, 이 접속 단자가 고주파 전극(21)에 대하여 코킹, 용접, 브레이징, 솔더링 등으로 접합된다.
또한, 저항 발열체용 급전 부재(16)의 상단은 납 접합, 용접, 공정(共晶), 코오킹, 끼워 맞춤, 나사 고정 등으로 저항 발열체(22)에 대하여 직접 접속되어 있다.
그리고, 고주파 전극용 급전 부재(11) 및 저항 발열체용 급전 부재(16)의 상부[구체적으로는 세라믹 기체(20)의 이면(20b)으로부터 주변 부재(14)까지의 사이]의 외주면은 절연성이 있는 단열재인 절연관(15)으로 덮여 있다.
급전 부재(11, 16)의 하단부의 외주면은 관상(管狀)으로 형성된 단열재(12)로 덮여 있다. 한편, 샤프트(10)의 하단부 내주측에는 원반 형상의 주변 부재(14) 가 마련되어 있고, 이 주변 부재(14)에는 삽입 관통 구멍이 형성되어 있다. 이 주변 부재(14)의 삽입 관통 구멍에 단열재(12)로 덮인 고주파 전극용 급전 부재(11) 및 저항 발열체용 급전 부재(16)의 하단부가 삽입되어 있다. 이와 같이, 급전 부재(11, 16)의 하단부는 단열재(12)를 통해 주변 부재(14)에 끼워 맞춰져 있다.
따라서, 상기 급전 부재(11, 16)에 전압이 인가되어 발열한 경우라도, 단열재(12)에 의해 주변으로의 방열량이 저하되기 때문에, 이 발열에 기인하는 주변 부재(14)의 손상이 저감된다.
단열재(12)는 적어도 250℃보다 높은 온도, 바람직하게는 1000℃ 이상의 온도에 대한 내열성을 갖는다. 이것에 따르면, 급전 부재(11, 16)에 전압이 인가되어 250℃ 근방의 고온으로 가열된 경우라도, 급전 부재(11, 16)에서 발생한 열이 주변 부재(14)에 전달되는 것을 효율적으로 저감시키고, 주변 부재(14)의 변형을 막을 수 있다.
또한, 단열재(12)의 내열 온도가 1000℃ 이상이라면, 급전 부재(11, 16)가 1000℃ 가까이까지 온도가 상승한 경우라도, 단열재(12)가 변형 등을 일으키지 않고 단열 효과를 확실하게 발휘할 수 있다.
또한, 단열재(12)의 열전도율은 100 W/m·K 이하인 것이 바람직하고, 50 W/m·K 이하인 것이 보다 바람직하다. 이것에 따르면, 급전 부재(11, 16)로부터 주변 부재(14)로 전달되는 열전도량을 경감시킬 수 있어 주변 부재(14)의 변형을 막을 수 있다.
단열재(12)는 세라믹으로 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 단열재 (12)는 알루미나, 지르코니아, 질화알루미늄 등에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 이것에 따르면, 단열성, 내열성이 높은 단열재(12)로 할 수 있다.
단열재(12)는 두께가 0.3 ㎜ 이상의 원통 형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 단열재(12)는 0.3 ㎜ 이상의 두께로 형성됨으로써, 단열재(12)의 강도를 확보하여 파손 등을 억제할 수 있다.
단열재(12)의 체적 저항률은 1011 Ω·cm 이상이 바람직하고, 1014 Ω·cm 이상이 보다 바람직하다. 또한, 단열재(12)는 2 kV 이상의 내(耐)전압을 갖는 절연체인 것이 바람직하다. 이것에 따르면 단열재(12)는 급전 부재(11)의 온도가 상승하더라도 급전 부재(11)로부터 주변 부재(14)로 흐르는 전류량을 경감시켜 기판 처리 장치(100)의 적절한 조작이 가능해지고, 또한, 주변 부재(14)의 전류에 의한 발열을 방지할 수 있다.
또한, 주변 부재(14)가 급전 부재(11, 16)로부터 5 ㎜ 이내의 위치에 설치된 경우라도, 급전 부재(11, 16)에 단열재(12)가 마련되어 있기 때문에, 급전 부재(11, 16)로부터 주변 부재(14)로의 방열량이 저감되어 열전달에 의한 손상을 경감시킬 수 있다.
주변 부재(14)의 재질은 예컨대 불소수지의 하나인 폴리테트라플루오로에틸렌(상표명: 테플론), 고성능 열가소성 플라스틱 등으로서, 복잡한 형상으로 가공할 수 있다. 또한, 주변 부재(14)는 절연성을 갖는 것이 바람직하다.
이와 같이 기판 처리 장치(100)는 급전 부재(11, 16)와 주변 부재(14) 사이 에 단열재(12)를 마련함으로써, 급전 부재(11, 16)가 발열했을 때의 주변 부재(14)로의 열전달을 저감할 수 있다. 이것에 의해, 급전 부재(11, 16)의 발열에 의한 주변 부재로의 손상을 경감시키는 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 여러 가지 변경이 가능하다. 예컨대, 상기 기판 처리 장치(100)로서, 세라믹 기체(20) 중에 고주파 전극(21)이나 저항 발열체(22)를 매설하지 않는 것, 또는 샤프트(10)를 마련하지 않는 것이라도 좋다.
(실시예)
이하에, 참고예 및 실시예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다.
[참고예]
우선, 실시예 전에 본 발명의 전제가 되는 참고예에 대해서 설명한다. 이 참고예에서는 급전 부재와 주변 부재와의 거리를 적절하게 변경하여 주변 부재에 열변형이 생기는지 여부에 대해서 검증하였다. 참고예에 있어서는 도 1에 도시한 기판 처리 장치를 이용하였지만, 이 급전 부재에는 단열재(12)를 마련하지 않는다.
급전 부재에 13.56 MHz, 2000 W의 고주파 전압을 40분간 인가하고, 주변 부재의 온도 및 열변형의 유무를 검증하였다. 250℃의 서멀 테이프를 주변 부재의 부위 중에서 가장 급전 부재에 가까운 부위에 접착하여 서멀 테이프의 색의 변화를 확인함으로써, 주변 부재의 온도를 측정하였다. 또한, 주변 부재의 열변형의 유무는 육안으로 판정하였다. 참고예의 검증 결과를 이하의 표 1에 나타낸다.
참고예 1 참고예 2 참고예 3 참고예 4
주변 부재 재질 열가소성 수지
최고 연속 사용 온도 (℃) 250
급전 부재와 주변 부재 간의 거리(mm) 1 3 5 7
주변 부재의 온도 (℃) >250 >250 >250 >250
주변 부재의 열변형 유 유 유 무 (가장 근접한 부우에서는 열변형 유)
표 1에 나타낸 바와 같이, 참고예 1 내지 참고예 4에 있어서는 재질이 열가소성 수지이고, 연속하여 사용할 수 있는 최고 온도(최고 연속 사용 온도)가 250℃인 주변 부재를 사용하였다.
또한, 참고예 1 내지 참고예 4에서는 급전 부재와 주변 부재와의 거리는 각각 1 ㎜, 3 ㎜, 5 ㎜, 7 ㎜로 하였다.
참고예의 결과를 간단하게 설명한다.
참고예 1 내지 참고예 3에서는 주변 부재의 온도가 250℃보다 높아졌지만, 참고예 4에서는 주변 부재의 온도가 250℃보다 낮았다.
또한, 참고예 1, 참고예 2에서는 주변 부재에 열변형이 생겨 기판 처리 장치에 파손이 생겼다. 참고예 3에서는 주변 부재에 열변형이 생겼지만, 기판 처리 장치에는 파손이 생기지 않았다.
참고예 4에서는 주변 부재의 온도는 250℃보다 낮았지만, 주변 부재에 의한 급전 부재의 유지성이 저하하여 급전 부재가 경사져 유지되어 있었다. 경사진 급전 부재와 주변 부재와의 가장 근접한 거리는 5 ㎜ 미만으로서, 이 근접한 부위에 있어서는 주변 부재가 열변형을 일으키고 있었다.
이상의 참고예 1 내지 참고예 4의 결과로부터, 주변 부재를 급전 부재에 대하여 5 ㎜의 범위 내에 배치한 경우, 급전 부재의 발열에 의해 주변 부재의 열변형이나 기판 가열 장치의 파손 등이 생기는 것이 판명되었다.
[실시예]
이어서, 본 발명에 따른 실시예에 대해서 설명한다. 이 실시예에 있어서는 상기 참고예에서 사용한 기판 처리 장치를 이용하고 있고, 이 기판 처리 장치의 급전 부재에는 단열재를 마련하고 있다. 즉, 최고 연속 사용 온도가 250℃인 열가소성 수지를 주변 부재로 하여 급전 부재와 주변 부재와의 거리를 3 ㎜로 설정하고 있다.
실시예에 있어서는 3종류의 재질로 이루어진 단열재를 이용하여 주변 부재의 온도, 주변 부재의 열변형 및 단열재의 열변형을 검증하였다. 그 결과를 이하의 표2에 나타낸다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1
단열재 재질 Al2O3 (세라믹) AlN (세라믹) 폴리테트라플루오로에틸렌
단열재의 두께 (㎜) 1 1 1
최고 연속 사용 온도 (℃) >1000 >1000 250
열전도율 (W/m·K) 35 100 0.25
체적 비저항[실온] (Ω·cm) >1E+16 1E+15 >1E+18
내전압 (kV/mm) >2 >2 >2
주변 부재의 온도(℃) <250 <250 <250
주변 부재의 열변형 무 무 무
단열재의 열변형 무 무 유
효과 ○ ○ ×
단열재는 두께가 1 ㎜인 원통 형상으로 형성되어 있다. 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에 있어서의 단열재의 재질을 Al2O3, AlN, 폴리테트라플루오로에틸렌(상표명: 테플론)으로 하였다.
급전 부재에 13.56 MHz이고 2000 W인 고주파 전압을 40분간 인가하여 주변 부재의 온도, 주변 부재의 열변형 및 단열재의 열변형을 검증하였다.
주변 부재의 온도와 열변형은 상기 참고예의 경우와 동일한 방법으로 검증하였다. 또한, 단열재의 열변형은 육안으로 확인하였다.
실시예 1, 실시예 2에서는 주변 부재 및 단열재 모두 열변형이 생기지 않고 기판 처리 장치의 결함 등도 발생하지 않았다. 그러나, 비교예 1에서는, 주변 부재의 열변형은 생기지 않았지만, 단열재가 열변형하여 급전 부재의 열팽창을 억제하였기 때문에, 기판 처리 장치에 결함이 발생하였다.
이상의 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 결과로부터 주변 부재와 급전 부재 사이에 250℃보다 높은 온도에 대한 내열성을 갖춘 단열재를 설치함으로써, 급전 부재로부터 주변 부재로의 열전달을 저감하여 주변 부재의 손상 등을 경감시킬 수 있는 것이 판명되었다. 또한, 이것에 의해, 기판 처리 장치의 손상 등도 방지하는 것을 알 수 있었다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치에는 단열재가 마련되어 있기 때문에, 이 단열재에 의해 급전 부재가 발열했을 때에 주변 부재로의 열전달을 저감할 수 있어 주변 부재의 열에 의한 손상을 대폭 경감시킬 수 있다. 또한, 단열재는 적어도 250℃보다 높은 온도에 대한 내열성을 갖기 때문에, 급전 부재의 온도가 250℃보다 상승한 경우에도 단열재가 열화를 일으키지 않고 단열 효과를 발휘한다.

Claims (7)

  1. 피급전 부재를 갖는 기체(基體)와,
    상기 기체의 피급전 부재에 전압을 인가하는 급전 부재와,
    상기 급전 부재에 근접하여 배치된 주변 부재와,
    상기 급전 부재와 상기 주변 부재 사이에 배치되며, 적어도 250℃보다 높은 온도에 대한 내열성을 갖는 단열재
    를 포함한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피급전 부재는 저항 발열체 및 고주파 전극 중 어느 하나 또는 둘 모두인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단열재의 열전도율은 50 W/m·K 이하인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단열재는 절연체인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 절연체는 세라믹인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주변 부재의 적어도 일부는 상기 급전 부재로부터 5 ㎜ 이내의 범위에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단열재의 내(耐)전압은 2 kV 이상인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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