KR20110025101A - 탑재대 구조 및 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탑재대에 큰 열 응력이 발생하는 것을 방지하여, 이 탑재대 자체가 파손되는 것을 방지할 수 있는 탑재대 구조를 제공한다.
본 발명은, 처리 용기 내에 마련되고 처리해야 할 피처리체를 탑재하기 위한 탑재대 구조에 있어서, 피처리체를 탑재하여 지지함과 아울러 피처리체를 가열하는 가열 수단이 마련된 유전체로 이루어지는 탑재대와, 처리 용기의 바닥부로부터 기립시켜 마련되고, 상단부가 탑재대의 하면에 접합됨과 아울러 하단부가 개방된 복수의 보호 지주관과, 보호 지주관 내에 삽입됨과 아울러 상단부가 가열 수단에 접속된 히터 급전봉와, 처리 용기의 바닥부측에 마련됨과 아울러, 보호 지주관 내에 연통된 퍼지 가스 유통용 기밀실과, 퍼지 가스 유통용 기밀실 내에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 수단을 구비한다. 이것에 의해, 탑재대에 큰 열 응력이 발생하는 것을 방지하여, 이 탑재대 자체가 파손되는 것을 방지한다.

Description

탑재대 구조 및 처리 장치{SUSCEPTOR STRUCTURE AND PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피처리체의 처리 장치 및 탑재대 구조 에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적 회로를 제조하기 위해서는, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 성막 처리, 에칭 처리, 열 처리, 개질(改質) 처리, 결정화 처리 등의 각종의 낱장 처리를 반복 실시하여, 원하는 집적 회로를 형성하도록 되어 있다. 상기한 바와 같은 각종 처리를 행하는 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 N2 가스 등의 불활성 가스나 O2 가스 등을 각각 처리 용기 내로 도입한다.
반도체 웨이퍼에 대하여 1장마다 열 처리를 실시하는 낱장식의 처리 장치를 예로 들면, 진공 흡인 가능하게 이루어진 처리 용기 내에, 예컨대 저항 가열 히터를 매립한 탑재대를 설치하고, 이 상면(上面)에 반도체 웨이퍼를 탑재하고, 소정의 온도(예컨대 100℃ 내지 1000℃)로 가열한 상태에서 소정의 처리 가스를 흘리고, 소정의 프로세스 조건 하에서 웨이퍼에 각종의 열 처리를 실시하도록 되어 있다(특허문헌 1~4). 이 때문에 처리 용기 내의 부재에 대해서는, 이들의 가열에 대한 내열성과 처리 가스에 노출되더라도 부식되지 않는 내부식성이 요구된다.
그런데, 반도체 웨이퍼를 탑재하는 탑재대 구조에 대해서는, 일반적으로는 내열성 내부식성을 갖게 함과 아울러, 금속 컨태미네이션(contamination) 등의 금속 오염을 방지하기 위해서, 예컨대 AlN 등의 세라믹재 중에 발열체로서 저항 가열 히터를 매립시키고 고온에서 일체 소성하여 탑재대를 형성하고, 또한 다른 공정에서 마찬가지로 세라믹재 등을 소성하여 지주(支柱)를 형성하고, 이 일체 소성한 탑재대측과 상기 지주를, 예컨대 열 확산 접합으로 용착해서 일체화하여 탑재대 구조를 제조하고 있다. 그리고, 이와 같이 일체 성형한 탑재대 구조를 처리 용기 내의 바닥부에 기립시켜 마련하도록 하고 있다. 또한 상기 세라믹재 대신에 내열 내부식성이 있고, 또한 열 신축도 적은 석영 유리를 이용하는 경우도 있다.
여기서 종래의 탑재대 구조의 일례에 대하여 설명한다. 도 8은 종래의 탑재대 구조의 일례를 나타내는 단면도이다. 이 탑재대 구조는 진공 배기가 가능하게 이루어진 처리 용기 내에 마련되어 있고, 도 8에 나타낸 바와 같이, 이 탑재대 구조는 AlN 등의 세라믹재로 이루어지는 원판 형상의 탑재대(2)를 갖고 있다. 그리고, 이 탑재대(2)의 하면(下面)의 중앙부에는 마찬가지로 예컨대 AlN 등의 세라믹재로 이루어지는 원통 형상의 지주(4)가 예컨대 열 확산 접합으로 접합되어 일체화되어 있다.
따라서, 양자는 열 확산 접합부(6)에 의해 기밀하게 접합되게 된다. 여기서 상기 탑재대(2)의 크기는, 예컨대 웨이퍼 크기가 300㎜인 경우에는, 직경이 350㎜ 정도이고, 지주(4)의 직경은 56㎜ 정도이다. 상기 탑재대(2) 내에는 예컨대 가열 히터 등으로 이루어지는 가열 수단(8)이 마련되어, 탑재대(2) 상의 피처리체로서의 반도체 웨이퍼 W를 가열하게 되어 있다.
상기 지주(4)의 하단부는 용기 바닥부(9)에 고정 블록(10)에 의해 고정되는 것에 의해 기립 상태로 되어 있다. 그리고, 상기 원통 형상의 지주(4) 내에는, 그 상단이 상기 가열 수단(8)에 접속 단자(12)를 통해 접속된 급전봉(14)이 마련되어 있고, 이 급전봉(14)의 하단부측은 절연 부재(16)를 거쳐서 용기 바닥부를 아래쪽으로 관통하여 외부로 끌어내어져 있다. 이것에 의해, 이 지주(4) 내로 프로세스 가스 등이 침입하는 것을 방지하여, 상기 급전봉(14)이나 접속 단자(12) 등이 상기 부식성의 프로세스 가스에 의해 부식되는 것을 방지하게 되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 평07-078766호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 평06-260430호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2004-356624호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 공개 제2006-295138호 공보
그런데, 반도체 웨이퍼에 대한 프로세스시에는, 탑재대(2) 자체는 고온 상태로 되지만, 이 경우, 지주(4)를 구성하는 재료는 열 전도율이 그다지 양호하지 않은 세라믹재로 이루어진다고는 해도, 탑재대(2)와 지주(4)는 열 확산에 의해 접합되어 있으므로, 이 지주(4)를 통해 다량의 열이 탑재대(2)의 중심측으로부터 지주(4)측으로 달아나는 것은 피할 수 없다. 이 때문에, 특히 탑재대(2)의 승강온(昇絳溫)시에는 탑재대(2)의 중심부의 온도가 낮아져 쿨 스폿(cool spot)이 발생하는데 반하여 주변부의 온도가 상대적으로 높아져 탑재대(2)의 면 내에서 큰 온도차이가 생겨, 이 결과, 탑재대(2)의 중심부와 주변부 사이에서 큰 열 응력이 발생해서 탑재대(2)가 파손된다고 하는 문제가 있었다.
특히, 프로세스의 종류에도 의존하지만, 탑재대(2)의 온도는 700℃ 이상에도 도달하기 때문에 상기 온도차가 매우 커져서, 이에 따라 큰 열 응력이 발생한다. 또한, 이에 부가하여, 탑재대의 승강온의 반복에 의해 상기 열 응력에 의한 파손이 촉진되어 버린다라고 하는 문제가 있었다.
또한, 탑재대(2) 및 지주(4)의 상부가 고온 상태로 되어 열 팽창하는 한편, 지주(4)의 하단부는 용기 바닥부(9)에 고정 블록(10)에 의해 고정되어 있기 때문에, 탑재대(2)와 지주(4)의 상부의 접합 부분에 응력이 집중되어, 이 부분을 기점으로 하여 파손이 발생한다는 문제가 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 상기 탑재대(2)와 지주(4)를 열 확산 접합에 의해 기밀하게 일체 접합하는 것은 아니며, 사이에 고온 내열성이 있는 메탈 밀봉 부재 등을 개재시켜 양자를 세라믹재나 석영 등으로 이루어지는 핀이나 볼트에 의해 느슨하게 연결하는 것도 행해지고 있다.
이 경우, 상기 연결부에는 약간의 간극이 생기게 되기 때문에, 이 약간의 간극을 통해서 예컨대 부식성의 프로세스 가스가 지주(4) 내로 침입하는 것을 방지할 목적으로, 상기 지주(4) 내로는 퍼지 가스로서 N2 가스, Ar 가스, He 가스 등의 불활성 가스를 공급하도록 하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 상기 탑재대와 지주의 상단부는 강고하게는 연결되어 있지 않기 때문에, 탑재대의 중심측으로부터 지주측으로 달아나는 열량이 감소한다. 이 때문에 탑재대의 중심부와 주변부의 온도차가 억제되어, 이들 사이에 큰 열 응력이 가해지는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 이 경우에는, 상기 지주(4) 내에 공급된 퍼지 가스가, 상기 약간의 간극을 통해서 처리 용기 내의 처리 공간측으로 나가는 것은 피할 수 없어, 이 결과, 고진공 하에서의 프로세스를 실행할 수 없을 뿐만 아니라, 퍼지 가스가 다량으로 소비되기 때문에, 유지비(running cost)도 고등(高騰)된다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점에 주목하여, 이것을 유효하게 해결하도록 창안된 것이다. 본 발명은, 탑재대에 큰 열 응력이 발생하는 것을 방지하여, 이 탑재대 자체가 파손되는 것을 방지할 수 있는 탑재대 구조 및 처리 장치이다. 또한, 본 발명은, 히터 급전봉이나 이들에 접속되는 가열 수단이 산화되는 것을 억제할 수 있는 탑재대 구조 및 처리 장치이다.
청구항 1에 따른 발명은, 배기가 가능하게 이루어진 처리 용기 내에 마련되고 처리해야 할 피처리체를 탑재하기 위한 탑재대 구조에 있어서, 상기 피처리체를 탑재하여 지지함과 아울러 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단이 마련된 유전체로 이루어지는 탑재대와, 상기 처리 용기의 바닥부측으로부터 기립시켜 마련되고, 상단부가 상기 탑재대의 하면에 접합됨과 아울러 하단부가 개방된 복수의 보호 지주관과, 상기 보호 지주관 내에 삽입됨과 아울러 상단부가 상기 가열 수단에 접속된 히터 급전봉와, 상기 처리 용기의 바닥부측에 설치됨과 아울러 상기 보호 지주관 내에 연통된 퍼지 가스 유통용 기밀실과, 상기 퍼지 가스 유통용 기밀실 내에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 탑재대 구조이다.
이와 같이, 피처리체를 탑재하는 탑재대를, 히터 급전봉이 내부에 삽입된 복수의 보호 지주관으로 처리 용기의 바닥부로부터 기립시켜 지지하도록 했기 때문에, 종래 구조의 지주와 비교하여 탑재대와 보호 지주관의 접합부의 면적이 적어지므로, 그 만큼, 열의 달아남을 적게 하여 쿨 스폿의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 탑재대에 큰 열 응력이 발생하는 것을 방지하여, 이 탑재대 자체가 파손되는 것을 방지할 수 있음과 아울러, 보호 지주관은 종래의 지주에 비하여 용적이 적기 때문에 부식 방지용의 퍼지 가스의 공급량을 억제할 수 있다.
또한, 히터 급전봉이 삽입된 보호 지주관 내에 연통된 퍼지 가스 유통용 기밀실에 불활성 가스를 흘리도록 했기 때문에, 히터 급전봉이나 이것에 접속되는 가열 수단이 산화되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
특히 청구항 7에 기재한 바와 같이, 복수의 퍼지 가스 유통용 기밀실은, 보호 지주관 내와 히터 수용 공간 내를 겉쳐서 연통되어 있도록 하는 것에 의해, 불활성 가스를 보호 지주관 내와 히터 수용 공간 내를 따라 흘릴 수 있기 때문에, 히터 급전봉이나 이것에 접속되는 가열 수단이 산화되는 것을 더욱 억제하는 것이 가능해진다.
청구항 10에 따른 발명은, 피처리체에 대하여 처리를 실시하기 위한 처리 장치에 있어서, 배기가 가능하게 이루어진 처리 용기와, 상기 피처리체를 탑재하기 위해서 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 탑재대 구조와, 상기 처리 용기 내로 가스를 공급하는 가스 공급 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 처리 장치이다.
본 발명에 따른 탑재대 구조 및 처리 장치에 의하면, 피처리체를 탑재하는 탑재대를, 히터 급전봉이 내부에 삽입된 복수의 보호 지주관으로 처리 용기의 바닥부로부터 기립시켜 지지하도록 했기 때문에, 종래 구조의 지주에 비하여 탑재대와 보호 지주관의 접합부의 면적이 적어지므로, 그 만큼, 열의 달아남을 적게 하여 쿨 스폿의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 탑재대에 큰 열 응력이 발생하는 것을 방지하여, 이 탑재대 자체가 파손되는 것을 방지할 수 있음과 아울러, 보호 지주관은 종래의 지주에 비하여 용적이 적기 때문에 부식 방지용의 퍼지 가스의 공급량을 억제할 수 있다.
또한, 히터 급전봉이 삽입된 보호 지주관 내에 연통된 퍼지 가스 유통용 기밀실에 불활성 가스를 흘리도록 했기 때문에, 히터 급전봉이나 이것에 접속되는 가열 수단이 산화되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 따른 탑재대 구조를 갖는 처리 장치를 나타내는 단면 구성도,
도 2는 탑재대 구조의 확대 단면도,
도 3은 탑재대 구조의 부착부를 나타내는 확대 단면도,
도 4는 탑재대 구조의 하부의 수평 단면을 나타내는 모식도,
도 5는 탑재대의 가열 수단의 히터 소선(素線)의 배치 상태를 나타내는 평면 모식도,
도 6은 본 발명의 탑재대 구조의 제 1 변형 실시예의 하부의 수평 단면을 나타내는 모식도,
도 7은 본 발명의 탑재대 구조에서 2개의 존(zone)으로 히터 소선이 분할되었을 때의 제 2 변형 실시예에서의 하부의 수평 단면을 나타내는 모식도,
도 8은 종래의 탑재대 구조의 일례를 나타내는 단면도.
이하에, 본 발명에 따른 탑재대 구조 및 처리 장치의 바람직한 일 실시 형태를 첨부 도면에 근거하여 상술한다. 도 1은 본 발명에 따른 탑재대 구조를 갖는 처리 장치를 나타내는 단면 구성도, 도 2는 탑재대 구조의 확대 단면도, 도 3은 탑재대 구조의 부착부를 나타내는 확대 단면도, 도 4는 탑재대 구조의 하부의 수평 단면을 나타내는 모식도, 도 5는 탑재대의 가열 수단의 히터 소선의 배치 상태를 나타내는 평면 모식도이다. 여기서는 플라즈마를 이용하여 성막 처리를 행하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도시한 바와 같이 이 처리 장치(20)는, 예컨대 단면의 내부가 대략 원형 형상으로 이루어진 알루미늄제(알루미늄 합금을 포함함)의 처리 용기(22)를 갖고 있다. 이 처리 용기(22) 내의 천장부에는 필요한 처리 가스, 예컨대 성막 가스를 도입하기 위해 가스 공급 수단인 샤워 헤드부(24)가 절연층(26)을 거쳐서 마련되어 있고, 이 하면의 가스 분사면(28)에 마련된 다수의 가스 분사 구멍(32A, 32B)으로부터 처리 공간 S로 향해 처리 가스를 분사하게 되어 있다. 이 샤워 헤드부(24)는 플라즈마 처리시에 상부 전극을 겸하는 것이다.
이 샤워 헤드부(24) 내에는, 중공(中空) 형상의 2개로 구획된 가스 확산실(30A, 30B)이 형성되어 있고, 여기에 도입된 처리 가스를 평면 방향으로 확산시킨 후, 각 가스 확산실(30A, 30B)에 각각 연통된 각 가스 분사 구멍(32A, 32B)으로부터 분사하도록 되어 있다. 즉, 가스 분사 구멍(32A, 32B)은 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 이 샤워 헤드부(24)의 전체는, 예컨대 니켈이나 하스텔로이(등록 상표) 등의 니켈 합금, 알루미늄, 혹은 알루미늄 합금에 의해 형성되어 있다. 또, 샤워 헤드부(24)에서 이용하는 가스종에 따라서는 가스 확산실이 하나 혹은 3개 이상인 경우도 있다.
그리고, 이 샤워 헤드부(24)와 처리 용기(22)의 상단 개구부의 절연층(26)의 접합부에는, 예컨대 O 링 등으로 이루어지는 밀봉 부재(34)가 개재되어 있고, 처리 용기(22) 내의 기밀성을 유지하게 되어 있다. 그리고, 이 샤워 헤드부(24)에는, 매칭 회로(36)를 사이에 두고 예컨대 13.56㎒의 플라즈마용의 고주파 전원(38)이 접속되어 있고, 필요시에 플라즈마를 생성 가능하도록 되어 있다. 이 주파수는 상기 13.56㎒에 한정되지 않는다.
또한, 처리 용기(22)의 측벽에는, 이 처리 용기(22) 내에 대해 피처리체로서의 반도체 웨이퍼 W를 반입 반출하기 위한 반출입구(40)가 마련됨과 아울러, 이 반출입구(40)에는 기밀하게 개폐 가능하게 이루어진 게이트 밸브(42)가 마련되어 있다.
그리고, 이 처리 용기(22)의 바닥부(44)의 측부에는 배기구(46)가 마련된다. 이 배기구(46)에는, 처리 용기(22) 내를 배기, 예컨대 진공 흡인하기 위한 배기계(48)가 접속되어 있다. 이 배기계(48)는, 상기 배기구(46)에 접속되는 배기 통로(49)를 갖고 있으며, 이 배기 통로(49)에는, 압력 조정 밸브(50) 및 진공 펌프(52)가 순차적으로 개설되어 있어, 처리 용기(22)를 원하는 압력으로 유지할 수 있게 되어 있다. 또, 처리 형태에 따라서는, 처리 용기(22) 내를 대기압에 가까운 압력으로 설정하는 경우도 있다.
그리고, 이 처리 용기(22) 내의 바닥부(44)에는, 이것으로부터 기립시켜 본 발명의 특징으로 하는 탑재대 구조(54)가 마련된다. 구체적으로는, 이 탑재대 구조(54)는, 상면에 상기 피처리체를 탑재하여 지지하기 위한 탑재대(58)와, 상기 탑재대(58)에 접속됨과 아울러, 상기 탑재대(58)를 상기 처리 용기(22)의 바닥부(44)로부터 기립시켜 지지하기 위한 복수의 보호 지주관(60)과, 이들의 보호 지주관(60) 내에 삽입되는 히터 급전봉(61)과, 처리 용기(22)의 바닥부(44)측에 마련되어 상기 히터 급전봉(61)이 삽입된 보호 지주관(60) 내에 연통된 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A, 62B)(도 2 참조)과, 이 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A, 62B) 내에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 수단(63)에 의해 주로 구성되어 있다. 또, 여기서는 후술하는 바와 같이 겸용 급전봉을 삽입하기 위해서도 보호 지주관(60)이 마련된다.
도 1에서는, 발명의 이해를 쉽게 하기 위해서, 각 보호 지주관(60)을 가로 방향으로 배열하여 기재하고 있지만, 실제로는 탑재대(58)의 중앙부에 도 4에 나타낸 바와 같이 집합시켜 마련되어 있다. 구체적으로는, 상기 탑재대(58)는 전체가 유전체로 되고, 여기서는 이 탑재대(58)는 두껍고 투명한 석영으로 이루어지는 탑재대 본체(64)와, 이 탑재대 본체(64)의 상면측에 마련되고 상기 탑재대 본체(64)와는 다른 불투명한 유전체, 예컨대 내열성 재료인 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹재로 이루어지는 열 확산판(66)에 의해 구성되어 있다. 또, 이 열 확산판(66)을 다수의 기포가 포함된 불투명 석영에 의해 형성하여도 좋다.
그리고, 상기 탑재대 본체(64) 내에는, 가열 수단(68)이 예컨대 매립되도록 하여 마련되어 있고, 또한 상기 열 확산판(66) 내에는 겸용 전극(69)이 매립되도록 하여 마련된다. 그리고, 이 열 확산판(66)의 상면에 상기 웨이퍼 W를 탑재하고, 이 웨이퍼 W를 상기 가열 수단(68)으로부터의 복사열에 의해 열 확산판(66)을 거쳐서 가열하도록 되어 있다.
도 2 및 도 5에도 나타낸 바와 같이, 이 가열 수단(68)은, 예컨대 카본선으로 이루어지는 히터 소선(70)을 갖고 있으며, 탑재대 본체(64)의 대략 전면에 걸쳐 소정의 패턴 형상으로 마련된다. 또, 이 히터 소선(70)은 카본선에 한정되지 않고, 카본선, 텅스텐선, 몰리브덴선으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1의 재료를 이용할 수 있다.
구체적으로는, 탑재대 본체(64)를 예컨대 상하 2장의 분할체(64A, 64B)로 분할하고, 그 중의 1장의 분할체, 예컨대 분할체(64A)의 표면에, 도 5에 나타낸 바와 같이 수용 홈(收容溝)(72)을 일필서(一筆書) 형상으로 전면(全面)에 걸쳐 형성하고 이 수용 홈(72) 내를 따라 상기 히터 소선(70)을 배치하고, 그 후, 상기 분할체(64A, 64B)를 용착 혹은 융착 접합한다. 이것에 의해, 상기 수용 홈(72)은 밀폐되어 히터 수용 공간(74)으로 되고, 이 히터 수용 공간(74) 내에 상기 히터 소선(70)이 매립되도록 배치된 상태로 되어, 하나의 존의 가열 수단(68)이 형성된다. 이 경우, 히터 소선(70)의 기점과 종점은 탑재대 본체(64)의 중심부에 위치되어 있다.
또한, 상기 겸용 전극(69)은 상술한 바와 같이 불투명한 열 확산판(66) 내에 마련되어 있다. 이 겸용 전극(69)은 예컨대 메쉬 형상으로 형성된 도체선으로 이루어지고, 이 겸용 전극(69)의 접속 단자는 탑재대(58)의 중심부에 위치되어 있다. 여기서는, 이 겸용 전극(69)은 정전척용의 척 전극과 고주파 전력을 인가하기 위한 하부 전극으로 되는 고주파 전극을 겸용하는 것이다.
또한, 상기 탑재대(58)에는, 이 상하 방향으로 관통하여 복수, 예컨대 3개의 핀 삽입 구멍(76)이 형성되어 있으며(도 1에서는 2개만 도시됨), 상기 각 핀 삽입 구멍(76)에 상하 이동 가능하게 결합(遊嵌) 상태에서 삽입시킨 밀어올림 핀(78)을 배치하고 있다. 이 밀어올림 핀(78)의 하단에는, 원호 형상의 예컨대 알루미나와 같은 세라믹제의 밀어올림 링(80)이 배치되어 있고, 이 밀어올림 링(80)에 상기 각 밀어올림 핀(78)의 하단이 올라타 있다. 이 밀어올림 링(80)으로부터 연장되는 아암부(82)는 처리 용기(22)의 바닥부(44)를 관통하여 마련되는 출몰 로드(84)에 연결되어 있으며, 이 출몰 로드(84)는 액츄에이터(86)에 의해 승강 가능하게 이루어져 있다.
이것에 의해, 상기 각 밀어올림 핀(78)을 웨이퍼 W의 주고받기시에 각 핀 삽입 구멍(76)의 상단으로부터 위쪽으로 출몰시키게 되어 있다. 또한, 상기 출몰 로드(84)의 처리 용기(22)의 바닥부(44)의 관통부에는, 신축 가능한 벨로우즈(88)가 개설되어 있어, 상기 출몰 로드(84)가 처리 용기(22) 내의 기밀성을 유지하면서 승강할 수 있게 되어 있다.
여기서 상기 핀 삽입 구멍(76)은, 도 2에도 나타낸 바와 같이, 상기 탑재대 본체(64)와 상기 열 확산판(66)을 연결하는 체결구인 볼트(90)에, 그 길이 방향을 따라 형성된 관통 구멍(92)에 의해서 형성되어 있다. 구체적으로는, 상기 탑재대 본체(64) 및 열 확산판(66)에는, 상기 볼트(90)를 통과시키는 볼트 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 이 볼트 구멍에 상기 관통 구멍(92)이 형성된 볼트(90)를 삽입하고, 이것을 너트(94)로 조이는 것에 의해, 상기 탑재대 본체(64)와 열 확산판(66)을 결합하도록 하고 있다. 이들 볼트(90) 및 너트(94)는, 예컨대 질화알루미늄이나 알루미나 등의 세라믹재, 혹은 금속 오염의 우려가 적은 금속 재료, 예컨대 니켈 등의 고융점 금속이나 하스텔로이 등의 합금 등에 의해 형성된다.
그리고, 상술한 바와 같이, 여기서는 3개의 보호 지주관(60)이 탑재대(58)의 중심부에 도 4에 나타낸 바와 같이 집합시켜 마련되어 있다. 각 보호 지주관(60)은 유전체로 이루어지고, 구체적으로는 상기 탑재대 본체(59)와 동일한 유전체의 재료인 예컨대 석영으로 이루어지며, 각 보호 지주관(60)은 상기 탑재대 본체(59)의 하면에 예컨대 열 용착에 의해 기밀하게 일체적으로 되도록 접합되어 있다.
그리고, 여기서는 3개의 보호 지주관(60) 중, 2개의 보호 지주관(60A, 60B) 내에는, 전술한 히터 급전봉(61)이 결합(遊嵌) 상태에서 삽입되고, 나머지 1개의 보호 지주관(60C) 내에는 겸용 급전봉(96)이 결합 상태에서 삽입되어 있다. 즉, 히터 소선(70)에 대해서는, 전력 입력과 전력 출력용의 2개의 히터 급전봉(61)이 각각 보호 지주관(60) 내에 개별적으로 삽입되어 있고, 각 히터 급전봉(61)의 상단은 상기 히터 소선(70)의 양단에 각각 전기적으로 접속되어 있다. 이 경우, 양 보호 지주관(60) 내와 히터 소선(70)을 수용하는 히터 수용 공간(74) 내는 연통 상태로 되어 있다. 상기 각 히터 급전봉(61)은 예컨대 카본, 니켈 합금, 텅스텐 합금, 몰리브덴 합금 등으로 이루어진다.
또한, 겸용 전극(69)에 대해서는 상기 겸용 급전봉(96)이 보호 지주관(60) 내에 삽입되어 있고, 이 겸용 급전봉(96)의 상단은 접속 단자(96A)(도 2 참조)를 통해서 겸용 전극(69)에 전기적으로 접속되어 있다. 상기 겸용 급전봉(96)은 예컨대 니켈 합금, 텅스텐 합금, 몰리브덴 합금 등으로 이루어진다. 여기서 급전봉(61, 96)으로는, 딱딱한 막대 형상의 부재뿐만 아니라, 복수의 선재(線材)를 모아서 가요성이 있는 막대 형상으로 형성한 부재도 포함된다.
또한, 처리 용기(22)의 바닥부(44)는 예컨대 스테인레스 스틸로 이루어지고, 도 2 및 도 3에도 나타낸 바와 같이, 이 중앙부에는 도체 인출구(98)가 형성되어 있으며, 이 도체 인출구(98)의 내측에는, 예컨대 스테인레스 스틸 등으로 이루어지는 부착대좌(100)가 O 링 등의 밀봉 부재(102)를 통해 기밀하게 부착 고정되어 있다.
그리고, 이 부착대좌(100) 상에, 상기 각 보호 지주관(60)을 고정하는 관 고정대(104)가 마련된다. 상기 관 고정대(104)는 상기 각 보호 지주관(60)과 동일한 재료, 즉 여기서는 석영에 의해 형성되어 있다. 그리고, 상기 겸용 급전봉(96)을 삽입하는 보호 지주관(60C)에 대응시켜 상기 관 고정대(104) 및 부착대좌(100)를 통과하도록 하여 관통 구멍(106)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 보호 지주관(60C)의 하단부와 상기 관 고정대(104)의 상면을 열 용착 등에 의해 접합 고정하고 있다. 따라서, 관 고정대(104)의 상면에는 용착부(101C)가 형성된다.
그리고, 상기 관 고정대(104)와 부착대좌(100)의 접합면에는, 상기 관통 구멍(106)을 둘러싸도록 하여 예컨대 O 링으로 이루어지는 밀봉 부재(107C)가 개재되어 있다. 또한, 상기 겸용 급전봉(96)의 하단부에는, 예컨대 몰리브덴 등으로 이루어지는 도전성의 금속봉(108C)이 접합되어 있고, 이 금속봉(108C)이 상기 관통 구멍(106) 내를 결합 상태에서 삽입되어 처리 용기(22)의 바닥부(44)측으로 돌출되어 있다. 이 금속봉(108C)의 주위에는, 예컨대 알루미나 등의 세라믹으로 이루어지는 절연 슬리브(110)가 예컨대 납땜에 의해 기밀하게 피복되어 있고, 이 절연 슬리브(110)의 부분이, 예컨대 알루미나 합금으로 이루어지는 밀봉판(111)에 형성된 관통 구멍을 O 링 등으로 이루어지는 밀봉 부재(112)를 통해 기밀하게 관통하여 밖으로 끌어내어지고 있다.
이 밀봉판(111)은 볼트(114)에 의해 부착대좌(100)의 하면에 부착 고정되고 이 부착대좌(100)와 밀봉판(111) 사이에는, 상기 절연 슬리브(110)를 둘러싸도록 하여 예컨대 O 링으로 이루어지는 밀봉 부재(116)가 개재되어, 내부를 기밀하게 유지하게 되어 있다. 여기서 상기 보호 지주관(60C) 내에는, 예컨대 N2나 Ar 등의 불활성 가스가 감압 분위기로 봉입되어 있다.
또 상기 히터 급전봉(61)을 삽입하는 보호 지주관(60A, 60B)에 대응시켜, 상기 관 고정대(104) 및 부착대좌(100)를 관통하도록 하여 관통 구멍(120, 122)이 형성됨과 아울러, 이들 관통 구멍(120, 122)은 부착대좌(100)의 부분의 내경이 관 고정대(104)의 부분의 내경보다 조금 크게 설정되어 있다.
그리고, 상기 보호 지주관(60A, 60B)는 각각 상기 각 관통 구멍(120, 122) 내에 삽입되고, 그 하단부는 부착대좌(100)의 각 관통 구멍(120, 122) 내에 개방된 상태에서 면하게 되어 있다. 또한, 상기 관 고정대(104)의 상면과 상기 각 보호 지주관(60A, 60B)의 주위를 열 용착 등에 의해 접합 고정하도록 하고 있다. 따라서, 관 고정대(104)의 상면에는 용접부(101A, 101B)가 형성되게 된다. 그리고, 관 고정대(104)와 부착대좌(100)의 접합면에는, 상기 각 관통 구멍(120, 122)을 각각 둘러싸도록 하여 예컨대 O 링으로 이루어지는 밀봉 부재(107A, 107B)가 각각 개재되어 있다.
또한, 상기 각 히터 급전봉(61)의 하단부에는, 예컨대 몰리브덴 등으로 이루어지는 도전성의 금속봉(108A, 108B)이 각각 접합되어 있고, 그 하단부는 처리 용기(22)의 바닥부(44)측으로 돌출되어 있다. 상기 각 금속봉(108A, 108B)에는, 상기 각 보호 지주관(60A, 60B)의 하단부으로부터 조금 이격시켜 예컨대 알루미나 등의 세라믹으로 이루어지는 원주 형상의 절연 슬리브(124A, 124B)가 이것을 관통하도록 하여 부착 고정되어 있다. 이 절연 슬리브(124A, 124B)와 각 금속봉(108A, 108B)은 예컨대 납땜에 의해 기밀하게 부착되어 있다.
그리고, 상기 절연 슬리브(124A, 124B)의 각 외주면과, 부착대좌(100)에서의 상기 각 관통 구멍(120, 122)의 내주면 사이에는, O 링 등으로 이루어지는 밀봉 부재(126A, 126B)가 각각 개재되어 있어, 기밀성을 유지하게 되어 있다. 이것에 의해, 상기 부착대좌(100)에서의 각 관통 구멍(120, 122) 내는 기밀한 공간으로 되고, 여기에 전술한 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A, 62B)이 형성되게 되며, 이들의 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A, 62B)은 각각 보호 지주관(60A, 60B) 내로 연통된 상태로 되어 있다.
이와 같이, 각 보호 지주관(60)의 하단부를 고정하는 관 고정대(104)의 주변부에는, 이것을 둘러싸도록 하여 예컨대 스테인레스 스틸 등으로 이루어지는 고정대구(固定治具)(130)가 마련되어 있고, 이 고정대구(130)는 볼트(131)에 의해서 부착대좌(100)측에 고정되어 있다.
여기서 각 부분에 대하여 치수의 일례를 설명하면, 탑재대(58)의 직경은, 300 ㎜(12인치) 웨이퍼 대응의 경우에는 340㎜ 정도, 200㎜(8인치) 웨이퍼 대응의 경우에는 230㎜ 정도, 400㎜(16인치) 웨이퍼 대응의 경우에는 460㎜ 정도이다. 또한, 각 보호 지주관(60)의 직경은 8~16㎜ 정도, 각 급전봉(61, 96)의 직경은 4~6㎜ 정도이다.
그리고, 상기 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A, 62B)에 대하여 불활성 가스를 공급하기 위해서, 상기 불활성 가스 공급 수단(63)(도 1 참조)이 마련되어 있다. 구체적으로는, 이 불활성 가스 공급 수단(63)은, 도 1 내지 도 3에도 나타낸 바와 같이, 상기 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A, 62B)로 불활성 가스를 도입하는 불활성 가스 도입로(150)와, 상기 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A, 62B)로부터 도입된 불활성 가스를 배출시키는 불활성 가스 배출로(152)를 갖고 있다.
도시예에서는, 상기 불활성 가스 도입로(150)는 상기 2개의 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A, 62B) 중 한쪽의 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A)로 연통되어 있다. 이 불활성 가스 도입로(150)의 도중에는, 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(154) 및 가스 공급시에 개방 상태로 되는 개폐 밸브(156)가 순차적으로 개설되어 있으며, 필요에 따라 불활성 가스로서 예컨대 N2 가스를 정확한 유량 제어하면서 공급할 수 있게 되어 있다. 또, 불활성 가스로서는, N2 대신에 Ar, He 등의 희가스를 이용하여도 좋다. 이 불활성 가스 도입로(150)의 일부로서, 상기 처리 용기(22)의 바닥부(44) 및 상기 부착대좌(100)에는 상기 한쪽의 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A)에 연통되는 가스 통로(158)(도 3 참조)가, 예컨대 천공에 의해 형성되어 있다. 또한, 상기 바닥부(44)와 부착대좌(100)의 접합면에는, 상기 가스 통로(158)를 둘러싸도록 하여, 예컨대 O 링으로 이루어지는 밀봉 부재(160)가 개재되어 있고, 이 부분의 밀봉성을 유지하게 되어 있다.
또한, 불활성 가스 배출로(152)는, 다른쪽의 퍼지 가스 유통용 기밀실(62B)에 연통됨과 아울러, 이 하류측은 배기계(48)의 압력 조정 밸브(50)와 진공 펌프(52) 사이의 배기 통로(49)(도 1 참조)에 접속되어 있고, 퍼지 가스 유통용 기밀실(62B) 내의 분위기를 진공 흡인할 수 있게 되어 있다. 또한, 이 불활성 가스 배출로(152)의 도중에는, 개폐 밸브(162)가 개설되어 있어, 진공 흡인의 유무를 제어할 수 있게 되어 있다.
이 불활성 가스 배출로(152)의 일부로서, 상기 처리 용기(22)의 바닥부(44) 및 상기 부착대좌(100)에는 상기 다른쪽의 퍼지 가스 유통용 기밀실(62B)에 연통되는 가스 통로(164)(도 3 참조)가, 예컨대 천공에 의해 형성되어 있다. 또한, 상기 바닥부(44)와 부착대좌(100)의 접합면에는, 상기 가스 통로(164)를 둘러싸도록 하여, 예컨대 O 링으로 이루어지는 밀봉 부재(166)가 개재되어 있어, 이 부분의 밀봉성을 유지하게 되어 있다.
이것에 의해, 불활성 가스 도입로(150)로부터 한쪽의 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A) 내로 도입된 질소 가스(불활성 가스)는 한쪽의 보호 지주관(60A) 내, 탑재대(5)의 히터 수용 공간(74) 내, 다른쪽의 보호 지주관(60B) 내, 다른쪽의 퍼지 가스 유통용 기밀실(62B) 내 및 불활성 가스 배출로(152)를 순차적으로 흘러 배기계(48)측으로 배출되게 되어 있다.
여기서 도 1로 되돌아가서, 가열 수단(68)의 각 히터 급전봉(61)에 접속되는 각 배선(132, 134)은 상기 히터 전원부(136)에 접속되어 있고, 도시하지 않은 열전대에 의해 측정된 온도에 근거하여 상기 가열 수단(68)으로의 급전량을 제어해서 소망하는 온도를 유지하도록 되어 있다.
또한, 상기 겸용 급전봉(96)에 접속되는 배선(138)에는, 정전척용의 직류 전원(140)과 바이어스용의 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 전원(142)이 각각 접속되어 있고, 탑재대(58)에 탑재된 웨이퍼 W를 정전 흡착함과 아울러, 프로세스시에 하부 전극으로 되는 탑재대(58)에 바이어스로서 고주파 전력을 인가할 수 있도록 되어 있다. 이 고주파 전력의 주파수로서는 13.56㎒를 이용할 수 있지만, 그 외에 400㎑ 등을 이용할 수 있으며, 이 주파수에 한정되는 것이 아니다.
그리고, 이 처리 장치(20)의 전체의 동작, 예컨대 프로세스 압력의 제어, 탑재대(58)의 온도 제어, 처리 가스의 공급이나 공급 정지, 불활성 가스 공급 수단(63)에 의한 불활성 가스의 공급이나 공급 정지 등은, 예컨대 컴퓨터 등으로 이루어지는 장치 제어부(170)에 의해 행해지게 된다. 그리고, 이 장치 제어부(170)는 상기 동작에 필요한 컴퓨터 프로그램을 기억하는 기억 매체(172)를 갖고 있다. 이 기억 매체(172)는 플렉서블 디스크나 CD(Compact Disc)나 하드 디스크나 플래시 메모리 등으로 이루어진다.
다음으로, 이상과 같이 구성된 플라즈마를 이용한 처리 장치(20)의 동작에 대하여 설명한다. 우선, 미처리의 반도체 웨이퍼 W는 도시하지 않은 반송 아암에 유지되고 개방 상태로 된 게이트 밸브(42), 반출입구(40)을 거쳐서 처리 용기(22) 내로 반입되며, 이 웨이퍼 W는 상승된 밀어올림 핀(78)으로 주고받아진 후에, 이 밀어올림 핀(78)을 강하시키는 것에 의해, 웨이퍼 W를 탑재대 구조(54)의 각 보호 지주관(60)에 지지된 탑재대(58)의 열 확산판(66)의 상면에 탑재하고 이것을 지지한다. 이 때에, 탑재대(58)의 열 확산판(66)에 마련된 겸용 전극(69)에 직류 전원(140)으로부터 직류 전압을 인가하는 것에 의해 정전척이 기능하여, 웨이퍼 W를 탑재대(58) 상에 흡착하여 유지한다. 또, 정전척 대신에 웨이퍼 W의 주변부를 누르는 클램프 기구를 이용하는 경우도 있다.
다음으로, 샤워 헤드부(24)로 각종 처리 가스를 각각 유량 제어하면서 공급하고, 이 가스를 가스 분사 구멍(32A, 32B)으로부터 분사해서 처리 공간 S로 도입한다. 그리고, 배기계(48)의 진공 펌프(52)의 구동을 계속하는 것에 의해 처리 용기(22) 내의 분위기를 진공 흡인하고, 그리고, 압력 조정 밸브(50)의 밸브 개방도를 조정해서 처리 공간 S의 분위기를 소정의 프로세스 압력으로 유지한다. 이 때, 웨이퍼 W의 온도는 소정의 프로세스 온도로 유지되어 있다. 즉, 탑재대(58)의 가열 수단(68)을 구성하는 히터 소선(70)에 히터 전원부(136)로부터 전압을 인가하는 것에 의해 발열시키고 있다.
이 결과, 히터 소선(70)으로부터의 열에 의해 웨이퍼 W가 승온 가열된다. 또, 열 확산판(66)에는 도시하지 않은 열전대가 마련되어 있어, 이 측정값에 근거하여 히터 전원부(136)는 피드백으로 온도 제어하게 된다. 이 때문에, 웨이퍼 W의 온도를 항상 면내 균일성이 높은 상태로 온도 제어할 수 있다. 이 경우, 프로세스의 종류에도 의존하지만, 탑재대(58)의 온도는 예컨대 700℃ 정도에 달한다.
또한, 플라즈마 처리를 행할 때에는, 고주파 전원(38)을 구동하는 것에 의해, 상부 전극인 샤워 헤드부(24)와 하부 전극인 탑재대(58) 사이에 고주파를 인가하여, 처리 공간 S에 플라즈마를 생성해서 소정의 플라즈마 처리를 행한다. 또한, 이 때에, 탑재대(58)의 열 확산판(66)에 마련된 겸용 전극(69)에 바이어스용의 고주파 전원(142)으로부터 고주파 전력을 인가하는 것에 의해 플라즈마 이온의 인입을 행할 수 있다.
여기서 상기 탑재대 구조(54)에서의 기능에 대하여 상세히 설명한다. 우선, 상술한 바와 같이 가열 수단(68)의 히터 소선(70)으로는 2개의 히터 급전봉(61)을 거쳐서 전력이 공급된다. 그리고, 도시하지 않은 열전대의 측정값에 근거하여, 피드백 제어에 의해 공급 전력이 제어된다.
또, 겸용 전극(69)으로는, 겸용 급전봉(96)을 거쳐서 정전척용의 직류 전압과 바이어스용의 고주파 전력이 인가된다. 그리고, 상기 각 히터 급전봉(61) 및 겸용 급전봉(96)은, 상단이 탑재대(58)의 탑재대 본체(64)의 하면에 기밀하게 열 용착 등이 행해지는 보호 지주관(60)(60A~60C) 내에 각각 개별적으로 삽입되어 있다. 그리고, 동시에, 이들의 보호 지주관(60)은 탑재대(58) 자체를 기립시켜 지지하고 있다.
또 웨이퍼의 처리시에는, 불활성 가스 공급 수단(63)에 의해, 유량 제어된 불활성 가스로서 예컨대 N2 가스가 불활성 가스 도입로(150)를 거쳐서 한쪽의 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A)(도 3 참조) 내로 도입되어 퍼지되고 있다. 이 N2 가스는 한쪽의 히터 급전봉(61)을 삽입하는 보호 지주관(60A) 내, 히터 소선(70)을 수용하는 히터 수용 공간(74) 내, 다른쪽의 히터 급전봉(61)을 삽입하는 보호 지주관(60B) 내 및 다른쪽의 퍼지 가스 유통용 기밀실(62B)(도 3 참조)의 순으로 흘러 가고, 또한, 불활성 가스 배출로(152)를 거쳐서 배기계(48)의 배기 통로(49)로 진공 배기되어 간다.
그런데, 이러한 상황에 있어서, 웨이퍼 W에 대한 처리가 반복하여 행해지는 탑재대(58)의 승온 및 강온이 반복되게 된다. 그리고, 이 탑재대(58)의 온도의 승강에 의해서, 예컨대 탑재대(58)의 온도가 전술한 바와 같이 700℃ 정도에 도달하면, 열 신축에 의해서 탑재대(58)의 중심부에서는 0.2~0.3㎜ 정도의 거리만큼 반경 방향으로의 열 신축차가 생긴다. 이 경우, 종래의 탑재대 구조의 경우에는, 매우 딱딱한 세라믹재로 이루어지는 탑재대와 직경이 큰 지주를 열 확산 접합에 의해 강고하게 일체 결합하고 있었기 때문에, 상기한 불과 0.2~0.3㎜ 정도의 열 신축차라고는 하여도, 이 열 신축차에 따라 발생하는 열 응력의 반복에 의해 탑재대와 지주의 접합부가 파손되는 현상이 빈발하고 있었다.
이에 반하여, 본 발명에서는 탑재대(58)는, 직경이 1㎝ 정도의 가는 복수개, 여기서는 3개의 보호 지주관(60)에 의해 결합되어 지지되어 있기 때문에, 이들의 각 보호 지주관(60)은 탑재대(58)의 수평 방향의 열 신축에 추종하여 이동될 수 있어, 따라서, 상기한 탑재대(58)의 열 신축을 허용할 수 있다. 이 결과, 탑재대(58)와 각 보호 지주관(60)의 접합부에 열 응력이 가해지는 일이 없어져, 각 보호 지주관(60)의 상단부나 탑재대(58)의 하면, 즉 양자의 연결부가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 석영으로 이루어지는 상기 각 보호 지주관(60)은 탑재대(58)의 하면에 용착에 의해 강고하게 결합되어 있지만, 이 보호 지주관(60)의 직경은 전술한 바와 같이 10㎜ 정도로서 작아서, 이 결과, 탑재대(58)로부터 각 보호 지주관(60)으로의 전열량을 적게 할 수 있다. 따라서, 각 보호 지주관(60)측으로 달아나는 열을 적게 할 수 있기 때문에, 그 만큼, 탑재대(58)에서 쿨 스폿의 발생을 대폭 억제할 수 있다.
또한, 상기 히터 급전봉(61)이나 겸용 급전봉(96)은 각각 보호 지주관(60)으로 덮어져 있기 때문에, 부식성의 프로세스 가스에 노출되는 일이 없어, 부식되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 히터 급전봉(61)을 삽입하는 보호 지주관(60A, 60B) 내나 히터 소선(70)을 수용하는 히터 수용 공간(74) 내에는 이것을 따라 N2 가스가 흐르고 있기 때문에, 이 히터 급전봉(61)이나 히터 소선(70)이 산소에 노출되는 일이 없어, 따라서, 이들이 산화에 의해서 열화되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 상기 히터 급전봉(61)이나 히터 소선(70)이 고온시에 산소 분위기 중에서 비교적으로 산화되어 쉬운 카본에 의해 구성되어 있는 경우에는, 상기 산화 억제 효과를 현저히 발휘할 수 있다.
이 때, 퍼지를 행하는 보호 지주관(60A, 60B)은, 히터 급전봉(61)이 삽입 가능한 크기라고 하면 되어, 종래의 지주(4)(도 8 참조)에 비해 용적이 매우 적기 때문에, 그 가스량은 종래의 탑재대 구조에 비하여 적게 할 수 있어, 그 만큼, 불활성 가스의 소비량도 적어질 수 있으므로, 유지비(running cost)를 삭감할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 피처리체인 반도체 웨이퍼 W를 탑재하는 탑재대(58)를, 히터 급전봉(61)이 내부에 삽입된 복수의 보호 지주관(60)에서 처리 용기(22)의 바닥부로부터 기립시켜 지지하도록 했기 때문에, 종래 구조의 지주에 비하여 탑재대와 보호 지주관의 접합부의 면적이 적어지기 때문에, 그 만큼, 열의 달아남을 적게 하여 쿨 스폿의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 탑재대(58)에 큰 열 응력이 발생하는 것을 방지하여, 이 탑재대 자체가 파손되는 것을 방지할 수 있음과 아울러, 보호 지주관은 종래의 지주에 비하여 용적이 적기 때문에 부식 방지용의 퍼지 가스의 공급량을 억제할 수 있다.
이 경우, 겸용 급전봉(96)을 보호 지주관(60C) 내에 삽입시키고, 이 보호 지주관(60C)에서도 탑재대(58)를 지지시키도록 했기 때문에, 이 탑재대(58)를 안정적으로 지지할 수 있다. 또한, 히터 급전봉(61)이 삽입된 보호 지주관(60A, 60B) 내에 연통된 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A, 62B)에 불활성 가스를 흘리도록 했기 때문에, 히터 급전봉(61)이나 이것에 접속되는 가열 수단(68)(히터 소선(70))이 산화되는 것을 억제할 수 있다.
<제 1 변형 실시예>
상기 실시예에서는, 도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 부착대좌(100)에서의 2개의 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A, 62B)은, 여기서는 서로 분리 구획하여 마련되었지만, 이것에 한정되지 않고, 도 6에 나타낸 바와 같이 구성하여도 좋다. 즉, 도 6은 본 발명의 탑재대 구조의 제 1 변형 실시예의 하부의 수평 단면을 나타내는 모식도이며, 여기서는 상기 2개의 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A, 62B) 사이를, 부착대좌(100)에 마련된 바이패스 통로(180)에 의해 연통되어 있다.
이것에 의하면, 한쪽의 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A)에 도입된 N2 가스는, 상기 보호 지주관(60A, 60B)이나 히터 수용 공간(74) 내에 흐르는 일없이, 바이패스 통로(180)를 거쳐서 직접적으로 다른쪽의 퍼지 가스 유통용 기밀실(62B) 내로 흐르게 된다. 이 경우에도 상기 보호 지주관(60A, 60B)이나 히터 수용 공간(74) 내에 산소가 침입되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 상기 히터 급전봉(61)이나 히터 소선(70)이 산화되는 것을 억제할 수 있다.
<제 2 변형 실시예>
상기 각 실시예에서는, 가열 수단(68)은 탑재대(58)의 전체에 대해 하나의 존의 영역에서 가열하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 탑재대(58)를 동심원 형상으로, 혹은 2 이상의 복수의 존의 영역으로 구분하여 가열하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
이 경우에는, 가열 수단(68)을 구성하는 히터 소선(70)은 존마다 동심원 형상으로 복수로 분할되어 있고, 각 분할된 히터 소선마다 전력 입력과 전력 입력의 2개의 히터 급전봉이 접속되게 된다. 그리고, 전술한 실시예와 같이 각 히터 급전봉마다 보호 지주관에 삽입되게 된다. 도 7은 본 발명의 탑재대 구조에서 상술한 바와 같이 복수, 예컨대 2개의 존으로 히터 소선이 분할되었을 때의 제 2 변형 실시예에서의 하부의 수평 단면을 나타내는 모식도이다. 또, 먼저 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 부여하고 있다.
상기 탑재대(58)를 동심원 형상으로 구획된 2개의 존의 영역에서 가열하는 경우에는, 상기 가열 수단(68)의 히터 소선(70)은 동심원 형상으로 2개로 분할되고 내주 존의 히터 소선과 외주 존의 히터 소선으로 된다. 도 7에서는, 예컨대 내주 존의 히터 소선에 접속되는 히터 급전봉을 2개의 히터 급전봉(61)으로서 나타내고, 이들은 보호 지주관(60A, 60B) 내에 각각 삽입되어 있다. 상기 각 히터 소선은 각각 대응하는 히터 수용 공간 내에 마련된다.
또한, 외주 존의 히터 소선에 접속되는 히터 급전봉을 2개의 히터 급전봉(61-1)으로서 나타내고 있고, 이들은 보호 지주관(60)(60D, 60E) 내에 각각 삽입되어 있다. 그리고, 상기 보호 지주관(60D, 60E)의 아래쪽에도, 전술한 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A, 62B)과 동일한 구조의 퍼지 가스 유통용 기밀실(62D, 62E)이 각각 형성되어 있다. 그리고, 내주 존에 대응하는 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A, 62B)과 외주 존에 대응하는 퍼지 가스 유통용 기밀실(62D, 62E) 내의 한쪽의 퍼지 가스 유통용 기밀실끼리, 예컨대 퍼지 가스 유통용 기밀실(62A, 62D)끼리가 부착대좌(100)에 마련된 가스 통로(182)에 의해 연통된다. 또한, 다른쪽의 퍼지 가스 유통용 기밀실(62B, 62E)끼리도 부착대좌(100)에 마련된 가스 통로(184)에 의해 연통되어 있다. 이것에 의해 불활성 가스인 N2 가스를, 내주 존의 히터 수용 공간과 외주 존의 히터 수용 공간에 병렬로, 즉 패러랠적으로 흘릴 수 있게 되어 있다.
이 경우에도, 앞선 도 1 내지 도 5에서 설명한 실시예와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 이 제 2 변형 실시예의 경우에는, 2개의 보호 지주관(60D, 60 E)이 증가한 분만큼, 탑재대(58)를 보다 안정적으로 지지할 수 있다.
또한, 도 7에 나타내는 제 2 변형 실시예에 있어서, 상기 가스 통로(182, 184)를 마련하지 않고, 내주 존에 대응하는 보호 지주관(60A, 60B)과 외주 존에 대응하는 보호 지주관(60D, 60E)에 대해, 각각 개별적으로 불활성 가스 공급 수단을마련하도록 하여도 좋다. 즉, 보호 지주관(60D, 60E)에 대해서도 불활성 가스 도입로 및 불활성 가스 배출로를 마련하도록 하여도 좋다. 또한, 이와 같이 탑재대(58)에 대해 복수의 존으로 구분된 영역을 가열하는 경우에 있어서, 각 존의 히터 급전봉 중의 하나를 어스용의 급전봉으로서 공통적으로 이용하도록 하여도 좋다.
또, 이상의 각 실시예에서는, 플라즈마 처리가 가능한 처리 장치를 예로 들어 설명했지만, 플라즈마 처리가 아니라, 통상의 플라즈마리스의 열 처리를 행하는 처리 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우에는, 플라즈마용의 고주파 전원(38) 등을 마련하지 않고, 또한 겸용 전극(69)이나 이것에 부수되는 겸용 급전봉(96) 등도 마련하지 않고 생략할 수 있다.
또한, 상기 각 실시예에서는, 전술한 바와 같이 탑재대(58)에 마련된 열전대의 기재는 생략했지만, 이 열전대를 구성하는 열전대봉도, 상술한 바와 같이 구성되는 보호 지주관(60) 내에 삽입하도록 하여 설치하는 것은 물론이다.
또한, 본 실시예에서는 플라즈마를 이용한 처리 장치를 예로 들어 설명했지만, 상술한 바와 같이 이것에 한정되지 않고, 탑재대(58)에 가열 수단(68)을 매립하도록 한 탑재대 구조를 이용한 모든 처리 장치, 예컨대 플라즈마를 이용한 플라즈마 CVD에 의한 성막 장치, 플라즈마를 이용하지 않는 열 CVD에 의한 성막 장치, 에칭 장치, 열 확산 장치, 확산 장치, 개질 장치 등에도 적용할 수 있다.
또, 가스 공급 수단으로서는 샤워 헤드부(24)에 한정되지 않고, 예컨대 처리 용기(22) 내로 삽입된 가스 노즐에 의해 가스 공급 수단을 구성하여도 좋다. 또한, 여기서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 유리 기판, LCD 기판, 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
20: 처리 장치
22: 처리 용기
24: 샤워 헤드부(가스 공급 수단)
48: 배기계
54: 탑재대 구조
58: 탑재대
60, 60A, 60B, 60C: 보호 지주관
61: 히터 급전봉
62A, 62B: 퍼지 가스 유통용 기밀실
63: 불활성 가스 공급 수단
64: 탑재대 본체
66: 열 확산판
68: 가열 수단
72: 수용 홈
74: 히터 수용 공간
96: 겸용 급전봉
100: 부착대좌
104: 관고정대
136: 히터 전원부
150: 불활성 가스 도입로
152: 불활성 가스 배출로
158: 가스 통로
164: 가스 통로
W: 반도체 웨이퍼(피처리체)

Claims (10)

  1. 배기가 가능하게 이루어진 처리 용기 내에 마련되고 처리해야 할 피처리체를 탑재하기 위한 탑재대 구조에 있어서,
    상기 피처리체를 탑재하여 지지함과 아울러 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단이 마련된 유전체로 이루어지는 탑재대와,
    상기 처리 용기의 바닥부측으로부터 기립시켜 마련되고, 상단부가 상기 탑재대의 하면에 접합됨과 아울러 하단부가 개방된 복수의 보호 지주관과,
    상기 보호 지주관 내에 삽입됨과 아울러 상단부가 상기 가열 수단에 접속된 히터 급전봉와,
    상기 처리 용기의 바닥부측에 마련됨과 아울러, 상기 보호 지주관 내에 연통된 퍼지 가스 유통용 기밀실과,
    상기 퍼지 가스 유통용 기밀실 내에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 수단
    을 구비한 것을 특징으로 하는 탑재대 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불활성 가스 공급 수단은,
    상기 퍼지 가스 유통용 기밀실에 불활성 가스를 도입하는 불활성 가스 도입로와,
    상기 퍼지 가스 유통용 기밀실에 도입된 불활성 가스를 배출시키는 불활성 가스 배출로를 갖고 있는 것
    을 특징으로 하는 탑재대 구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 불활성 가스 배출로는 진공 흡인되어 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 퍼지 가스 유통용 기밀실은 상기 히터 급전봉에 대응시켜 개별적으로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조.
  5. 제 4 항에 있어서
    상기 각 퍼지 가스 유통용 기밀실은 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 수단은 히터 소선(素線)을 갖고 있으며,
    상기 히터 소선은 상기 탑재대 내에 마련된 히터 수용 공간 내에 배치되어 있는 것
    을 특징으로 하는 탑재대 구조.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 퍼지 가스 가스 유통용 기밀실은 상기 보호 지주관 내와 상기 히터 수용 공간 내를 통해 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 히터 소선은 동심원 형상으로 복수의 존으로 분할됨과 아울러, 상기 복수의 존마다 상기 불활성 가스 공급 수단이 마련되는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터 소선은 카본선, 텅스텐선, 몰리브덴선으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탑재대 구조.
  10. 피처리체에 대해 처리를 실시하기 위한 처리 장치에 있어서,
    배기가 가능하게 이루어진 처리 용기와,
    상기 피처리체를 탑재하기 위해 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 탑재대 구조와,
    상기 처리 용기 내로 가스를 공급하는 가스 공급 수단
    을 구비한 것을 특징으로 하는 처리 장치.
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Patent event date: 20121109

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PE06012S01D

Patent event date: 20120901

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I