KR20130105875A - 기판 처리 장치, 기판 지지구 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

기판 처리 장치, 기판 지지구 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

본 발명에 따르면, 기판을 처리하는 처리실에 설치되고, 기판을 기판 보지면으로 보지하고 측면에 플랜지를 구비하는 기판 보지대; 기판 보지대에 내포되어 기판을 가열하는 가열부; 플랜지를 하방으로부터 지지하는 복수의 지주; 및 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기부;를 구비하고, 기판 보지대와 복수의 상기 지주 사이에 지지부가 설치된다.

Description

기판 처리 장치, 기판 지지구 및 반도체 장치의 제조 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, SUBSTRATE SUPPORTING TOOL, AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 기판을 가열하여 처리하는 기판 처리 장치, 기판 지지구(支持具) 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
종래 예컨대 DRAM 등의 반도체 장치의 제조 방법의 일 공정으로서 예컨대 원하는 온도로 가열된 기판 상에 가스를 공급하는 것에 의해 기판 상으로의 박막의 형성, 애싱 등의 다양한 처리를 수행하는 기판 처리 공정이 실시되어 왔다. 또한 기판을 가열하는 어닐링 처리 등의 기판 처리 공정도 실시되어 왔다. 이와 같은 기판 처리 공정은 예컨대 기판을 1매씩 처리하는 매엽식(枚葉式)의 기판 처리 장치에 의해 실시되고 있다. 이와 같은 기판 처리 장치는 기판을 처리하는 처리실과, 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 처리실 내에 설치되어 기판을 기판 보지면(保持面)에서 보지하는 기판 보지대와, 기판 보지대에 내포되어 기판을 가열하는 가열부와, 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기부를 구비한다. 또한 기판을 가열하고 처리하는 기판 처리 장치에 대해서는 예컨대 특허문헌 1에 개시되어 있다.
1. 일본 특개 2009-88347호 공보
최근의 반도체 장치의 제조 공정에서는 반도체 장치의 생산 효율을 향상시키기 위하여 기판 처리의 고속화가 요구되고 있다. 생산 효율을 향상시키는 하나의 수단으로서 예컨대 기판 처리의 온도를 보다 높게 하는 것이 검토되고 있다. 또한 생산 효율을 향상시키기 위하여 기판 처리의 면내(面內) 균일성이 요구되고 있고, 기판의 면내를 균일하게 가열하는 것이 요구되고 있다. 또한 예컨대 기판 상에 박막을 형성하는 기판 처리가 수행되는 경우, 1뱃치(batch) 내의 처음 처리가 수행되는 기판과 마지막에 처리가 수행되는 기판 사이에서 기판 상에 형성되는 박막의 품질(두께 등)에 차이가 없는 것, 즉 기판 처리의 재현성을 높게 하는 것이 요구되고 있다.
하지만 종래의 기판 처리 장치에서는 기판 보지대를 하방(下方)으로부터 지지하는 지주(支柱)가 기판 보지면의 하방에 설치되는 경우가 있었다. 즉 지주가 기판 보지대에 내포된 가열부의 하방에 설치되는 경우가 있었다. 이와 같은 기판 처리 장치를 이용하여 기판의 처리가 수행된 경우, 지주가 가열부의 하방에 위치하기 때문에 기판의 온도가 면내 균일이 되도록 가열하지 못해 기판 처리의 면내 균일성이 저하하는 경우가 있었다. 즉 가열부의 하방에 위치하는 지주가 가열부로부터의 열을 흡수하여 국소적(局所的)인 열의 누출이 발생하기 때문에 가열부의 상방(上方)에 보지된 기판의 온도가 면내 균일이 되도록 가열하지 못하는 경우가 있었다.
본 발명은 기판 처리의 면내 균일성을 향상시켜 높은 재현성을 가지는 기판 처리를 수행하는 것이 가능한 기판 처리 장치, 기판 지지구 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판을 처리하는 처리실;
상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부;
상기 처리실 내에 설치되어 상기 기판을 기판 보지면으로 보지하고 측면(側面)에 플랜지를 구비하는 기판 보지대;
상기 기판 보지대에 내포되어 상기 기판을 가열하는 가열부;
상기 플랜지를 하방으로부터 지지하는 복수의 지주; 및
상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기부;를 구비하고,
상기 기판 보지대와 복수의 상기 지주 사이에 지지부가 설치되는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판을 기판 보지면으로 보지하고 측면에 플랜지를 구비하는 기판 보지대;
상기 기판 보지대에 내포되어 상기 기판을 가열하는 가열부; 및
상기 플랜지를 하방으로부터 지지하는 복수의 지주;를 구비하고,
상기 기판 보지대와 복수의 상기 지주 사이에 지지부가 설치되는 기판 지지구가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
처리실 내에 기판을 반입하는 공정;
상기 처리실 내에 설치되어 상기 기판을 기판 보지면으로 보지하고 측면에 플랜지를 구비하는 기판 보지대와, 상기 기판 보지대에 내포된 가열부와, 상기 플랜지를 하방으로부터 지지하는 복수의 지주와, 상기 기판 보지대와 복수의 상기 지주 사이에 적어도 상기 플랜지를 지지하는 지지부를 구비하는 기판 보지구의 상기 기판 보지면 상에 상기 기판을 보지하는 공정;
상기 기판 보지면에 상기 기판을 보지한 상태에서 배기부에 의해 상기 처리실 내를 배기하면서 상기 가열부에 의해 상기 기판을 가열하고, 가스 공급부에 의해 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 기판을 처리하는 공정; 및
처리 후의 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정;을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치, 기판 지지구 및 반도체 장치의 제조 방법에 의하면, 기판 처리의 면내 균일성을 향상시켜 높은 재현성을 가지는 기판 처리를 수행하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 횡(橫)단면 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 종(縱)단면 개략도.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 처리실의 종단면 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 처리실을 도시하는 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 처리실의 횡단면 개략도.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 보지핀의 동작을 도시하는 개략도.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 보지대의 개략도로, 도 7의 (a)는 기판 보지대의 종단면도, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 부분 확대도.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 일 공정을 도시하는 개략도.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 일 공정을 도시하는 개략도.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 일 공정을 도시하는 개략도.
도 11은 종래의 기판 처리 장치가 구비하는 기판 보지대의 종단면 개략도.
도 12는 종래의 기판 처리 장치의 종단면 개략도.
도 13은 종래의 기판 처리 장치가 구비하는 기판 보지대의 개략도로, 도 13의 (a)는 기판 보지대의 종단면도, 도 13의 (b)는 도 13의 (a)의 부분 확대도.
<본 발명의 일 실시 형태>
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 횡단면도다. 도 2는 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 종단면도다. 도 1 및 도 2에서 본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 제조 장치 등의 기판 처리 장치(10)의 개요가 도시된다.
도 1에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치(10)는 예컨대 반송실(12)을 중심으로 2개의 로드록 실(14a, 14b) 및 2개의 처리실(16a, 16b)이 배치되고, 로드록 실(14a, 14b)의 상류측에 카세트 등의 캐리어 사이에서 기판을 반송하기 위한 대기 반송실(20)(EFEM: Equipment Front End Module)이 배치된다. 대기(大氣) 반송실(20)은 예컨대 25매의 기판을 종 방향으로 일정 간격을 두고 수용 가능한 후프(도시되지 않음)가 3대 배치된다. 또한 대기 반송실(20)에는 대기 반송실(20)과 로드록 실(14a, 14b) 사이에서 기판을 예컨대 5매씩 반송하는 도시되지 않는 대기 로봇이 배치된다. 예컨대 반송실(12), 로드록 실(14a, 14b) 및 처리실(16a, 16b)은 알루미늄(A5052)의 1부품으로 형성된다.
우선 로드록 실(14a, 14b)의 구성에 대하여 설명한다. 또한 로드록 실(14b)은 로드록 실(14a)과 좌우 대칭 구조지만 구성은 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
도 2에 도시하는 바와 같이 로드록 실(14a)에는 예컨대 25매의 웨이퍼 등의 기판(22)을 종(縱)방향으로 일정 간격을 두고 수용하는 기판 지지체(24)(보트)가 설치된다. 기판 지지체(24)는 예컨대 탄화규소 등으로 이루어지고 상부판(26)과 하부판(28)을 접속하는 예컨대 3개의 지주(30)를 포함한다. 지주(30)의 길이 방향 내측에는 예컨대 25개의 기판(22)을 재치(載置)하는 재치부(32)가 평행하게 형성된다. 또한 기판 지지체(24)는 로드록 실(14a) 내에서 연직 방향으로 이동(상하 방향으로 이동)하도록 이루어지는 것과 함께 연직 방향으로 연장하는 회전축을 축으로서 회전하도록 이루어진다. 기판 지지체(24)가 연직 방향으로 이동하는 것에 의해 기판 지지체(24)의 3개의 지주(30) 각각에 설치된 재치부(32)의 상면에 후술하는 핑거쌍(對)(40)으로부터 기판(22)이 동시에 2매씩 이재(移載)된다. 또한 기판 지지체(24)가 연직 방향으로 이동하는 것에 의해 기판 지지체(24)로부터 핑거쌍(40)으로도 기판(22)이 동시에 2매씩 이재되도록 구성된다.
반송실(12)에는 로드록 실(14a)과 처리실(16a) 사이에서 기판(22)을 반송하는 진공 로봇(36)이 설치된다. 진공 로봇(36)은 상(上) 핑거(38a) 및 하(下) 핑거(38b)로부터 구성되는 핑거쌍(40)이 설치된 암(42)을 포함한다. 상 핑거(38a) 및 하 핑거(38b)는 예컨대 동일한 형상으로 이루어지고, 상하 방향에 소정의 간격으로 이간(離間)되어 암(42)으로부터 각각 대략 수평으로 같은 방향에 연장하여 각각 기판(22)을 동시에 지지할 수 있도록 구성된다. 암(42)은 연직 방향으로 연장하는 회전축을 축으로서 회전하도록 구성되는 것과 함께 수평 방향으로 이동하도록 구성되고, 동시에 2매의 기판(22)을 반송 가능하도록 구성된다.
(2) 처리실의 구성
다음으로 처리실(16a, 16b)의 구성에 대하여 주로 도 3~도 7을 이용하여 설명한다. 또한 처리실(16b)은 처리실(16a)과 좌우 대칭 구조지만 구성은 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)가 구비하는 처리실(16a)의 종단면 개략도다. 도 4는 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)가 구비하는 처리실(16a)의 사시도다. 도 5는 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치가 구비하는 처리실(16a)의 횡단면 개략도다. 도 6은 본 실시 형태에 따른 기판 보지핀의 동작을 도시하는 개략도이다. 도 7은 본 실시 형태에 따른 기판 보지대의 개략도이며, 도 7의 (a)는 기판 보지대의 종단면도이며, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 부분 확대도다.
도 3~도 5에 도시하는 바와 같이 반송실(12)과 처리실(16a)은 게이트 밸브(78)를 개재하여 연통된다. 처리실(16a)은 처리 용기(47)를 구비한다. 처리 용기(47)는 캡 형상의 개체(蓋體)(43)와, 하측 용기(48)를 구비한다. 개체(43)가 하측 용기(48) 상에 기밀하게 설치되는 것에 의해 처리 용기(47)가 구성된다. 개체(43)는 예컨대 산화알루미늄 또는 석영 등의 비금속 재료 등에 의해 구성되고, 하측 용기(48)는 예컨대 알루미늄 등에 의해 구성된다. 처리 용기(47) 내에는 기판(22)을 수용하는 반응실(50)이 구성된다.
반응실(50) 내에는 기판 지지구로서 2개의 기판 보지대(44a, 44b)가 배치된다. 즉 기판 보지대(44a, 44b)는 반응실(50)의 동일 공간 내에 각각 설치된다. 기판 보지대(44a, 44b)의 상면, 즉 기판 보지대(44a, 44b)의 개체(43)와 대향하는 면에는 기판(22)을 보지하는 기판 보지면(41a, 41b)이 설치된다. 기판 보지대(44b)는 반송실(12)에서 보았을 때, 기판 보지대(44a)를 개재하여 원방(遠方)에 배치된다. 그리고 반응실(50)은 제1 기판 보지대(44a)를 구비하는 제1 처리부(59)와, 제2 기판 보지대(44b)를 구비하는 제2 처리부(61)로부터 구성된다. 제1 처리부(59)와 제2 처리부(61) 사이의 공간에는 수평 방향의 일부를 구분하는 칸막이 부재(46)가 설치된다. 제1 처리부(59)와 제2 처리부(61)는 각각 독립된 구조로 이루어진다. 제1 처리부(59) 및 제2 처리부(61)는 기판 처리 장치(10) 전체에서 보면, 기판 처리의 흐름 방향과 같은 방향에 일렬로 배치된다. 즉 제2 처리부(61)는 반송실(12)로부터 제1 처리부(59)를 개재하여 원방에 배치된다. 제1 처리부(59)와 제2 처리부(61)는 연통한다. 처리실(16a) 내는 예컨대 300℃까지 승온 가능하도록 구성된다.
그리고 처리실(16a)은 진공 로봇(36)을 개재하여 기판 보지대(44a, 44b)에 기판(22)이 각각 재치되는 것에 의해 반응실(50)의 동일 공간 내에서 2매의 기판(22)을 동시에 열처리할 수 있도록 이루어진다.
여기서 칸막이 부재(46)는 예컨대 처리 용기(47)에 대하여 탈착 자재(自在)로 이루어진 각주(角柱) 형상의 부재다. 칸막이 부재(46)는 예컨대 알루미늄(A5052 또는 A5056 등), 석영 또는 알루미나 등에 의해 구성된다. 또한 칸막이 부재(46)는 반응실(50) 내의 공간을 완전히 분리하는 일이 없도록 반응실(50) 내에 배치된다.
(기판 지지구)
전술한 바와 같이 반응실(50)의 저측(底側)에는 기판 지지구로서 기판(22)을 기판 보지면(41a, 41b)으로 각각 보지하는 2개의 기판 보지대(44a, 44b)가 배치된다. 제1 기판 보지대(44a) 및 제2 기판 보지대(44b)는 처리실(16a) 내에서 고정 부재(52)에 의해 처리 용기(47)에 각각 고정된다. 또한 기판 보지대(44a, 44b)는 처리 용기(47)와 전기적으로 절연(絶緣)된다.
기판 보지대(44a, 44b)에는 기판 보지대(44a, 44b) 측면을 따라 플랜지(53a, 53b)가 설치된다. 즉 플랜지(53a, 53b)의 표면은 기판 보지면(41a, 41b)과 각각 다른 면이며, 플랜지(53a, 53b)의 표면이 기판 보지면(41a, 41b)의 높이 위치보다 낮아지도록 플랜지(53a, 53b)가 설치된다. 이에 의해 기판(22)을 처리하는 동안에 후술하는 바와 같이 기판 반송 장치로서의 로봇 암(64)을 격납하는 격납 공간을 형성할 수 있다. 그리고 기판 보지대(44a, 44b)는 플랜지(53a, 53b)를 하방으로부터 지지하는 복수의 지주(49)가 설치되는 것에 의해 각각 지지된다. 또한 이 지지 구조에 대해서는 후술한다.
기판 보지대(44a, 44b)의 높이는 반응실(50) 내의 높이보다 낮아지도록 형성된다. 그리고 예컨대 고정 핀 등의 고정 부재(52)를 이용하는 것에 의해 처리 용기(47)에 각각 고정된다.
기판 보지대(44a, 44b)는 예컨대 알루미늄(예컨대 A5052이나 A5056 등) 등의 높은 열전도율을 가지는 재료에 의해 형성된다. 이와 같이 기판 보지대(44a, 44b)를 예컨대 알루미늄과 같은 열전도율이 높은 재료로 구성하는 것에 의해 후술하는 가열부로서의 히터(45a, 45b)로부터의 열을 기판(22)에 효율적으로 균일하게 전달시킬 수 있다. 따라서 기판 처리 시에서 기판(22)의 온도가 면내 균일이 되도록 가열할 수 있어 기판 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
기판 보지대(44a, 44b)는 전술과 같이 알루미늄에 의해 구성되면 좋지만, 기판 보지대(44a, 44b)는 스텐레스(SUS)나, 질화알루미늄(AlN) 등으로 구성되어도 좋다. 기판 보지대(44a, 44b)를 SUS로 구성한 경우, 알루미늄으로 구성한 경우에 비해 열전도율은 낮아지지만 내열성을 향상시킬 수 있다. 또한 기판 보지대(44a, 44b)를 AlN로 구성한 경우, 알루미늄으로 구성한 경우에 비해 내열성은 낮아지지만 열전도율이 높아지기 때문에 기판(22)에 의해 효율적으로 균일하게 열을 전달할 수 있다. 또한 예컨대 SUS로 구성된 기판 보지대(44a, 44b)의 표면을 알루미늄으로 피복해도 좋다. 이에 의해 SUS와 알루미늄의 열팽창율의 차이에 의해 기판 보지대(44a, 44b)에 균열이 발생하는 경우가 있지만, 기판 보지대(44a, 44b)의 내열성을 보다 향상시킬 수 있다.
기판 보지대(44a, 44b)에는 기판 보지면(41a, 41b) 의 하방에 가열부로서의 히터(45a, 45b)가 각각 내포되어 기판(22)을 가열할 수 있도록 구성된다. 히터(45a, 45b)에 전력이 공급되면, 기판(22) 표면이 소정 온도(예컨대 300℃ 정도)로까지 가열되도록 이루어진다. 또한 기판 보지대(44a, 44b)에는 온도 센서(도면에서 생략)가 설치된다. 히터(45a, 45b) 및 온도 센서에는 후술하는 컨트롤러(77)가 전기적으로 접속된다. 컨트롤러(77)는 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(45a, 45b)로의 공급 전력을 각각 제어하도록 구성된다.
도 6에 도시하는 바와 같이 기판 보지대(44a)의 기판 보지면(41a) 및 기판 보지대(44b)의 기판 보지면(41b)의 외주에는 예컨대 3개의 기판 보지핀(74)이 연직 방향으로 관통하여 각각 설치된다. 기판 보지핀(74)은 도 6에 화살표로 도시하는 바와 같이 기판 보지대(44a, 44b)와는 접촉하지 않는 상태에서 상하 방향으로 승강하도록 구성된다. 이에 의해 반송실(12)로부터 진공 로봇(36) 등을 개재하여 처리실(16a) 내에 반송된 기판(22)이 기판 보지핀(74)에 재치된 후, 기판 보지핀(74)이 상하로 승강되는 것에 의해 제1 기판 보지대(44a)[즉 제1 기판 보지면(41a)] 및 제2 기판 보지대(44b)[즉 제2 기판 보지면(41b)] 상에 기판(22)이 각각 재치되도록 구성된다.
또한 기판 보지대(44a, 44b)에는 기판 보지면(41a, 41b)에 대하여, 후술하는 로봇 암(64)이 구비하는 돌기부(72)가 상방으로부터 하방으로 이동 가능하도록 종 방향(상하 방향)에 각각 홈부[溝部](76)가 설치된다. 홈부(76)는 로봇 암(64)이 구비하는 돌기부(72)와 대응하는 위치에 돌기부(72)와 같은 개수(본 실시 형태에서는 3개) 설치된다.
(지지부)
도 7에 도시하는 바와 같이 기판 보지대(44)와 지주(49) 사이에는 기판 보지대(44a, 44b)를 지지하는 지지부(55)가 설치된다. 즉 기판 보지대(44a, 44b)의 플랜지(53a, 53b)의 각각의 저면(底面)에는 지지부(55)가 설치된다. 지지부(55)가 기판 보지대(44a, 44b)의 적어도 플랜지(53a, 53b)의 저면을 지지하는 것에 의해 기판 보지대(44a, 44b)가 휘는 것 등에 의한 변형을 저감할 수 있다. 이에 의해 기판(22)을 면내 균일하게 가열할 수 있다. 또한 처리 가스를 공급하는 프로세스에서는 기판(22)에 면내 균일하게 처리 가스를 공급할 수 있어 기판 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한 기판 보지대(44a, 44b)의 변형에 의한 주위 부재의 파손이나, 파티클의 발생을 방지할 수 있어 보다 안정된 기판 처리를 수행할 수 있다. 또한 재현성이 높은 기판 처리를 수행할 수 있다. 즉 예컨대 기판 상에 박막을 형성하는 기판 처리가 수행되는 경우, 1뱃치 내의 처음 처리가 수행되는 기판과 마지막에 처리가 수행되는 기판 사이에서, 기판에 수행되어 형성되는 박막의 품질(예컨대 막 두께 등)을 균일하게 할 수 있다.
특히 플랜지(53a, 53b)는 기판 보지대(44a, 44b)의 다른 부분에 비해 두께가 얇기 때문에 기판(22)을 가열할 때에 보다 더 변형하기 쉽다. 이 때 플랜지(53a, 53b)의 저면이 지지부(55)에 의해 지지되는 것에 의해 기판 보지대(44a, 44b)가 가열되어 변형되는 상태가 되더라도 플랜지(53a, 53b)의 변형을 억제할 수 있다.
지지부(55)는 기판 보지대(44a, 44b)를 구성하는 재료보다 열전도율이 낮고, 또한 고온에서도 열 변형하기 어려운 재료[예컨대 스텐레스(SUS) 등]로 구성된다. 이에 의해 기판 보지대(44a, 44b)로부터 지지부(55)로 열이 누출되는 것을 저감하여 기판(22)을 보다 균일하게 가열할 수 있다. 즉 가열 효율을 상승시킬 수 있어 기판 처리의 면내 균일성이 보다 향상된다.
지지부(55)는 플랜지(53a, 53b)의 저면을 따른 링 형상으로 형성된다. 이에 의해 지지부(55)가 흡수하는 가열부(45a, 45b)로부터의 열을 최소한으로 할 수 있어 기판(22)의 가열 효율의 저하를 저감할 수 있다. 또한 지지부(55)와 후술하는 지주(49) 사이에 처리 가스 등이 잔류하는 것을 방지할 수 있다. 또한 지지부(55)는 일체형 구조가 바람직하지만, 2∼3분할의 구조이어도 좋다.
지지부(55)에는 후술하는 지주(49)가 삽입되는 삽입공(55a)이 설치된다. 그리고 지주(49)의 상단이 삽입공(55a)에 하방으로부터 삽입되는 것에 의해 지지부(55)가 지지되도록 구성된다.
(지주)
기판 보지대(44a, 44b)에는 지지부(55)를 개재하여 플랜지(53a, 53b)를 하방으로부터 지지하는 복수의 지주(49)가 설치된다. 지주(49)는 처리 용기(47)에 각각 고정된다. 지주(49)가 히터(45a, 45b)의 하부가 아닌 플랜지(53a, 53b)를 지지하는 것에 의해 국소적인 열의 누출을 방지할 수 있어 기판 처리의 면내 균일성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한 재현성이 높은 기판 처리를 수행할 수 있다.
또한 지주(49)는 지주(49)의 상단보다 아랫 부분의 지름이 지주(49)의 상단의 지름보다 크게 되도록 형성된다. 이에 의해 지주(49)에는 삽입공(55a)에 삽입되는 삽입부(49b)와, 지지부(55)에서 정지하는 플랜지부(49a)[단차(段差)]가 형성된다. 즉 지주(49)의 플랜지부(49a)에 의해 지지부(55)가 보다 확실하게 지지할 수 있도록 구성된다. 또한 지주(49)의 삽입부(49b)의 측벽은 삽입공(55a)에 삽입된 상태에서 삽입공(55a)의 내벽과 접촉하도록 구성된다. 이에 의해 지주(49)가 기울어지는 것 등을 막을 수 있어 기판 보지면(41a, 41b)이 기울어지는 것을 저감할 수 있다. 따라서 기판 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한 재현성이 높은 기판 처리를 수행할 수 있다.
기판 보지대(44a, 44b)의 외측에는 배기공이 형성된다. 즉 기판 보지대(44a, 44b)의 플랜지(53a, 53b)의 상면 또는 플랜지(53a, 53b)의 외측에는 각각의 주위를 둘러싸도록 정류판(整流板)으로서의 배기 배플 링(54a, 54b)이 배치된다. 배기 배플 링(54a, 54b)은 두께 2∼5mm 정도의 판 형상의 링형이며, 메인터넌스성을 고려하여 통상 2∼3분할의 구조로 이루어진다.
배기 배플 링(54a, 54b)의 외주부에는 반응실(50) 내의 가스를 배기하는 배기공으로서의 다수의 공부(孔部)(56)가 설치된다. 즉 기판 보지대(44a, 44b)의 외주로부터 원하는 거리를 두고 각각 균등하게 둘러싸도록 링 형상으로 배기공군(群)이 형성된다. 공부(56)와 기판 보지대(44a, 44b) 사이에 일정한 거리가 있으면, 배기 흐름을 스무즈하게 할 수 있어 배기 효율이 향상된다. 또한 공부(56)는 후술하는 기판 반송 장치로서의 로봇 암(64)이 후술하는 격납 공간에 격납되었을 때에 로봇 암(64)의 호 형상부[弧狀部](70)보다도 외측의 위치에 링 형상으로 형성된다. 이에 의해 반응실(50) 내의 배기 효율이 보다 향상된다. 또한 공부(56)는 기판 보지대(44a, 44b)에 가까운 측의 공부(56)만큼 공경(孔徑)을 크게 해도 좋고, 이에 의해 배기 효율이 보다 향상된다. 또한 공부(56)는 기판 보지대(44a, 44b)의 중심을 향하여 2개 배열해서 형성해도 좋다.
처리 용기(47)[개체(43)]의 천장부에는 제2 가열부로서의 램프 하우스(67a, 67b)가 설치된다. 램프 하우스(67a, 67b)는 제1 가열부로서의 히터(45a, 45b)와는 실질적으로 반대측으로부터 기판(22)을 가열하도록 구성된다. 즉 제1 기판 보지대(44a)의 상방에는 램프 하우스(67a)가 설치되고, 제2 기판 보지대(44b)의 상방에는 램프 하우스(67b)가 설치된다. 램프 하우스(67a, 67b)에는 가열원(源)으로서의 램프 군(57a, 57b)이 각각 설치되고, 램프 군(57a, 57b)으로부터 각각 방사되는 열선은 기판 보지대(44a, 44b)의 각각의 기판 보지면(41a, 41b) 상에 조사되도록 구성된다.
(기판 반송 장치)
처리실(16a) 내의 제1 처리부(59)와 제2 처리부(61) 사이, 즉 칸막이 부재(46)에는 기판 반송 장치로서의 로봇 암(64)이 설치된다. 로봇 암(64)은 기판(22)을 처리실(16a) 내에서 반송하고 기판 처리가 수행되는 동안, 처리실(16a) 내에서 대기하도록 구성된다. 즉 로봇 암(64)은 전술한 반송실(12)에 설치된 진공 로봇(36)의 암(42)에 의해 처리실(16a) 내에 반송된 제1 처리부(59) 상에 있는 2매의 미(未)처리의 기판(22) 중 1매를 제2 처리부(61)의 제2 기판 보지대(44b)에 반송하도록 구성된다. 또한 로봇 암(64)은 제2 기판 보지대(44b)로부터 처리 완료된 기판(22)을 회수하여 진공 로봇(36)의 암(42)의 상 핑거(38a) 또는 하 핑거(38b) 상에 반송하도록 구성된다.
도 3~도 5에 도시하는 바와 같이 로봇 암(64)은 프레임부(66)와 축부(軸部)(68)를 구비한다. 프레임부(66)에는 기판 재치부로서 기판(22)의 외경보다 큰 호 형상부(70)가 프레임부(66)와 대략 수평이 되도록 설치된다. 즉 프레임부(66)는 전술한 진공 로봇(36)과 기판(22)의 수수(授受)를 수행하기 때문에 원주 방향에 대하여 개구부(開口部)가 설치된다. 호 형상부(70)에는 이 호 형상부(70)로부터 중심을 향하여 거의 수평하게 연장되는 예컨대 3개의 돌기부(72)가 소정의 간격으로 설치된다. 로봇 암(64)은 돌기부(72)를 개재하여 기판(22)을 지지할 수 있도록 구성된다.
축부(68)에는 로봇 암(64)의 회전 및 승강을 수행하는 2축의 구동 유닛(도시되지 않음)이 설치된다. 즉 프레임부(66)는 축부(68)를 회전축으로서 회전하도록 구성되는 것과 함께 연직 방향으로 승강하도록 구성된다. 축부(68)는 수냉(水冷)된 자기(磁氣) 씰에 의해 반응실(50)이 진공이 된 경우의 대기를 차단하도록 구성된다.
로봇 암(64)은 제1 기판 보지대(44a) 및 제2 기판 보지대(44b)로부터의 열폭사(熱輻射)에 의해 고온(예컨대 250℃ 정도)이 되기 때문에 예컨대 알루미나 세라믹스(순도 99.6% 이상)로 형성하면 좋다. 이와 같이 금속 부품에 비해 열팽창 계수가 작은 예컨대 알루미나 세라믹스(순도99.6% 이상)로 형성하여, 열 변형에 의한 휘어짐 등에 의한 반송 신뢰성의 저하를 방지할 수 있다. 단, 로봇 암(64)의 프레임부(66) 기부(基部)에는 높이 위치·수평 수준 조정 때문에 금속 부품을 사용한다.
로봇 암(64)은 호 형상부(70)가 제1 처리부(59)의 상방에 위치할 때에 프레임부(66)의 개구부가 반송실(12)과 처리실(16a) 사이에 설치된 게이트 밸브(78)와 마주 향하도록 배치된다. 이에 의해 로봇 암(64)은 회전축인 축부(68)가 회전하고 승강하는 것에 의해 반송실(12)의 진공 로봇(36)에 의해 처리실(16a) 내에 반송된 2매의 기판(22) 중 1매의 기판(22)을 제1 처리부(59)의 제1 기판 보지대(44a) 상방으로부터 제2 처리부(61)의 제2 기판 보지대(44b)로 반송하여 재치할 수 있다. 또한 로봇 암(64)은 반응실(50) 내의 공간을 완전히 분리하는 일이 없도록 반응실(50) 내에 배치된다.
전술한 바와 같이 로봇 암(64)은 기판 처리가 수행되는 동안, 처리실(16a) 내에서 대기하도록 구성된다. 그렇기 때문에 기판 처리가 수행되는 동안, 로봇 암(64)은 처리실(16a) 내의 가스 흐름을 저해하지 않는 장소로 이동시킬 필요가 있다.
구체적으로는 로봇 암(64)은 배기공으로서의 공부(56)와 제2 기판 보지대(44b)의 상단부를 연결한 최단선과 플랜지(53b)의 상면에 의해 형성되는 격납 공간에 기판 처리가 수행되는 동안에 격납된다. 이로 인해 로봇 암(64)에 의해 처리 가스나 배기 가스 등의 가스 흐름이 저해되는 것을 저감할 수 있다. 따라서 제2 기판 보지면(41b) 상에 보지된 기판(22)에 처리 가스를 면내 균일하게 공급할 수 있고, 또한 반응실(50)[특히 제2 처리부(61)] 내의 분위기가 균일해지도록 가스를 배기할 수 있다. 이 결과, 기판 처리의 면내 균일성을 보다 향상시킬 수 있다.
(가스 공급부)
도 3에 도시하는 바와 같이 처리실(16a)의 상부에는 처리실(16a) 내로 처리 가스를 공급하는 가스 공급부가 설치된다. 즉 제1 처리부(59)로 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급부(51a)와, 제2 처리부(61)로 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급부(51b)가 설치된다.
처리 용기(47)를 구성하는 개체(43)에는 가스 공급구(63a, 63b)가 설치된다. 개체(43)의 가스 공급구(63a, 63b)에는 제1 가스 공급관(65a), 제2 가스 공급관(65b)의 하류단이 각각 기밀하게 접속된다.
가스 공급관(65a, 65b)에는 상류측부터 순서대로 처리 가스로서의 질소 함유 가스인 N2가스를 공급하는 질소 가스 공급원(도시되지 않음), 유량 제어 장치로서의 매스 플로우 컨트롤러(도시되지 않음) 및 개폐 밸브인 밸브(도시되지 않음)가 각각 설치된다.
매스 플로우 컨트롤러 및 밸브에는 후술하는 컨트롤러(77)가 전기적으로 접속된다. 컨트롤러(77)는 처리실(16a) 내에 공급하는 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 매스 플로우 컨트롤러 및 밸브의 개폐를 제어하도록 구성된다. 이와 같이 매스 플로우 컨트롤러에 의해 유량 제어하면서 가스 공급관(65a, 65b) 및 가스 공급구(63a, 63b)를 개재하여 처리실(16a) 내에 처리 가스인 N2가스를 자유롭게 공급할 수 있도록 구성된다. 또한 질소 가스 공급원, 매스 플로우 컨트롤러 및 밸브는 가스 공급부(51a, 51b)에서 각각 독립한 것이어도 좋고 공유인 것이어도 좋다.
주로 가스 공급관(65a, 65b), 질소 가스 공급원, 매스 플로우 컨트롤러 및 밸브에 의해 본 실시 형태에 따른 가스 공급부(51a, 51b)가 각각 구성된다.
(배기부)
배기 배플 링(54a, 54b)의 하방에는 처리 용기(47)[하측 용기(48)]와 기판 보지대(44a, 44b)에 의해 각각 형성되는 제1 배기구(58)가 각각 설치된다. 처리 용기(47)[하측 용기(48)]의 기판 지지대(44a, 44b)보다 하방에는 중판(中板)이 설치된다. 중판에는 처리실(16a)[즉 제1 처리부(59) 및 제2 처리부(61)]로부터 처리 가스 등을 배기하는 제2 배기구(60)가 설치된다. 또한 처리 용기(47)[하측 용기(48)]의 저면에는 제2 배기구(60)로부터 배기된 처리 가스 등을 배기하는 제3 배기구(62)가 설치된다. 가스 배기구(62)에는 가스를 배기하는 가스 배기관(도시되지 않음)의 상류단이 접속된다. 가스 배기관에는 상류측부터 순서대로 압력 조정기인 APC밸브(도시되지 않음), 개폐 밸브인 밸브(도시되지 않음), 배기 장치인 펌프(도시되지 않음)가 설치된다. 또한 가스 배기관에는 압력 센서(도시되지 않음)가 설치된다.
APC밸브, 밸브, 펌프 및 압력 센서에는 후술하는 컨트롤러(77)가 전기적으로 접속된다. 펌프를 작동시켜서 밸브를 여는 것에 의해 처리실(16a)[즉 제1 처리부(59) 및 제2 처리부(61)] 내를 배기 가능하도록 구성된다. 즉 가스 공급부(51a, 51b)로부터 공급된 처리 가스는 반응실(50) 내의 기판 보지대(44a, 44b)의 기판 보지면(41a, 41b)에 보지되는 기판(22)을 따라 흘러 배기 배플 링(54a, 54b)의 공부(56), 제1 배기구(58), 제2 배기구(60) 및 제3 배기구(62)를 개재하여 처리실(16a)로부터 배출된다.
또한 압력 센서에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 APC밸브의 개도(開度)를 조정하는 것에 의해 처리실(16a)[반응실(50)] 내의 압력값을 예컨대 0.1Pa정도까지의 진공으로 할 수 있도록 구성된다.
주로 제1∼제3 가스 배기구, 가스 배기관, APC밸브, 밸브, 펌프에 의해 본 실시 형태에 따른 배기부가 구성된다.
(제어부)
제어부로서의 컨트롤러(77)는 매스 플로우 컨트롤러, 밸브, 압력 센서, APC밸브, 펌프, 히터, 온도 센서, 회전 기구, 승강 기구 등에 접속된다. 컨트롤러(77)에 의해 매스 플로우 컨트롤러에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브의 개폐 동작, APC밸브의 개폐 및 압력 센서에 기초하는 압력 조정 동작, 온도 센서에 기초하는 히터(45a, 45b)의 온도 조정 동작, 펌프의 기동·정지, 회전 기구의 회전 속도 조절 동작, 승강 기구의 승강 동작 등의 제어 등이 수행된다.
(3) 기판 처리 공정
다음으로 전술한 기판 처리 장치(10)의 처리실(16a)을 이용하여 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 웨이퍼 등의 기판(22)에 질화 처리를 수행하는 공정예에 대하여 주로 도 8~도 10을 이용하여 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(77)에 의해 제어된다.
도 8~도 10은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 일 공정을 도시하는 개략도이다. 구체적으로는 도 8은 반송실(12)로부터 처리실(16a)로 기판(22)을 반송하는 공정에서의 처리실(16a)의 상태를 도시하는 개략도이며, 도 9는 로봇 암(64)이 기판(22)을 제2 기판 보지대(44b)로 반송하는 공정에서의 처리실(16a)의 상태를 도시하는 개략도이며, 도 10은 로봇 암(64)이 격납 공간에 격납된 상태를 도시하는 개략도이다. 또한 도 8~도 10에서는 로봇 암(64) 등의 동작을 명확하게 하기 위해서 기판(22)은 도시하지 않았다.
(기판 반입 공정)
우선 게이트 밸브(78)를 열어 도 8에 도시하는 바와 같이 진공 로봇(36)을 핑거쌍(40)의 상 핑거(38a) 및 하 핑거(38b)에 재치된 2매의 기판(22)을 동시 반송하면서 처리실(16a) 내에 이동시킨다. 이에 의해 각각의 기판(22)이 반송실(12)로부터 게이트 밸브(78)를 개재하여 처리실(16a)[반응실(50)] 내에 반입된다. 그리고 진공 로봇(36)은 핑거쌍(40)이 제1 기판 보지대(44a)의 상방에 도달했을 때에 정지한다. 이 때, 로봇 암(64)은 프레임부(66)가 제1 기판 보지대(44a)의 상방에서 2매의 기판(22) 사이, 즉 진공 로봇(36)의 핑거쌍(40)의 상 핑거(38a)와 하 핑거(38b) 사이에 위치하도록 대기된다.
(기판 보지 공정)
그리고 진공 로봇(36)의 핑거쌍(40)이 정지한 상태에서 제1 기판 보지대(44a)를 관통하는 3개의 기판 보지핀(74)을 상승시킨다. 이 결과, 기판 보지핀(74)이 제1 기판 보지대(44a)의 제1 기판 보지면(41a)보다 소정의 높이만큼만 돌출한 상태가 된다. 그리고 진공 로봇(36)의 상 핑거(38a)와 하 핑거(38b) 사이에 대기하는 로봇 암(64)이 상 핑거(38a)의 바로 아래에 위치하도록 상방으로 이동한다.
그 후, 하 핑거(38b)에 재치되던 기판(22)을 제1 기판 보지대(44a)를 관통하는 3개의 기판 보지핀(74) 상에 이재하고, 상 핑거(38a)에 재치되던 기판(22)을 로봇 암(64)의 프레임부(66)[돌기부(72)] 상에 이재한다. 2매의 기판(22)을 제1 기판 보지대(44a) 및 로봇 암(64)에 이재한 후, 진공 로봇(36)의 핑거쌍(40)은 반송실(12)에 되돌려진다.
그리고 제1 기판 보지대(44a)를 관통하는 3개의 기판 보지핀(74)을 하강시키는 것에 의해 하 핑거(38b)가 반송한 기판(22)은 제1 기판 보지면(41a) 상에 이재되어 보지된다.
또한 도 9에 도시하는 바와 같이 로봇 암(64)은 축부(68)가 회전하는 것에 의해 프레임부(66)의 호 형상부(70)[돌기부(72)]가 제2 기판 보지대(44b)의 상방으로 이동한다. 그리고 제2 기판 보지대(44b)를 관통하는 3개의 기판 보지핀(74)을 상승시켜, 기판 보지핀(74)이 제2 기판 보지면(41b)보다도 소정의 높이만큼 돌출한 상태로 한다. 그리고 로봇 암(64)의 돌기부(72)에 재치되던 기판(22)을 제2 기판 보지대(44b)를 관통하는 3개의 기판 보지핀(74) 상에 이재하고, 제2 기판 보지대(44b)를 관통하는 기판 보지핀(74)을 하강시킨다. 이에 의해 로봇 암(64)으로부터 제2 기판 보지대(44b)로 이재된 기판(22)은 제2 기판 보지면(41b) 상에 이재되어 보지된다.
제2 기판 보지면(41b) 상으로의 기판(22)의 보지가 종료되면, 도 10에 도시하는 바와 같이 축부(68)를 강하시키는 것에 의해 로봇 암(64)을 하강시킨다. 구체적으로는 프레임부(66)에 설치된 돌기부(72)가 각각, 제2 기판 보지대(44b)에 설치된 홈부(76)를 따르게 하면서 로봇 암(64)을 제2 기판 보지면(41b)보다도 하방으로 이동시킨다. 이 때 로봇 암(64)이 전술한 격납 공간에 격납되도록 로봇 암(64)을 하강시키면 좋다. 이에 의해 후술하는 질화 처리 공정을 실시하는 동안, 로봇 암(64)을 처리실(16a)[반응실(50)] 내에서 대기시켜도 가스 공급부(51a, 51b)로부터 공급되는 처리 가스, 특히 제2 처리부(61)의 상방으로부터 하방으로 흐르는 처리 가스 등의 가스 흐름이 저해되는 일 없이 기판(22)을 면내 균일하게 처리할 수 있다.
(승온·압력 조정 공정)
계속해서 기판 보지대(44a, 44b)에 내포된 히터(45a, 45b) 및 램프 하우스(67a, 67b)의 램프 군(57a, 57b)에 각각 전력을 공급하여 기판 보지대(44a, 44b)의 각 기판 보지면(41a, 41b)에 보지된 기판(22) 표면이 원하는 온도(예컨대 450℃)가 되도록 가열한다. 이 때 히터(45a, 45b) 및 램프 군(57a, 57b)의 온도는 온도 센서(도시되지 않음)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(45a, 45b) 및 램프 군(57a, 57b)으로의 공급 전력을 제어하는 것에 의해 조정된다.
또한 반응실(50) 내가 원하는 압력(예컨대 0.1Pa∼300Pa)이 되도록 반응실(50) 내를 펌프(도시되지 않음)에 의해 진공 배기한다. 이 때 반응실(50) 내의 압력은 압력 센서(도시되지 않음)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC밸브(도시되지 않음)의 개도를 피드백 제어한다.
(기판 처리 공정)
기판(22)의 가열 처리와 병행하여 처리실(16a) 내에 처리 가스인 N2가스를 공급한다. 구체적으로는 가스 공급부(51a, 51b)의 밸브(도시되지 않음)를 열어 처리 가스를 가스 공급관(65a, 65b)으로부터 제1 처리부(59) 및 제2 처리부(61)로 각각 공급한다. 이 때 처리 가스의 유량이 원하는 유량이 되도록 매스 플로우 컨트롤러(도시되지 않음)를 조정한다. 본 실시예에서는 처리 가스로서 질소(N2) 가스를 예로 들어 설명하였지만 이에 한정되지 않고, 애싱 처리라면 산소 함유 가스를 이용하고, 가열 처리라면 불활성 가스 등을 이용하면 좋다. 이와 같이 공급된 처리 가스의 분위기에서 기판(22)이 가열되는 것에 의해 소정의 처리가 이루어진다.
소정 시간이 경과하고 원하는 처리가 종료되면, 가스 공급부(51a, 51b)의 밸브를 닫고 처리실(16a)[제1 처리부(59) 및 제2 처리부(61)] 내로의 N2가스의 공급을 정지한다.
(대기압 복귀·기판 반출 공정)
소정의 처리가 종료되면, 히터(45a, 45b) 및 램프 군(57a, 57b)으로의 전력 공급을 정지하여 처리실(16a) 내를 강온시키는 것과 함께 배기부의 APC밸브(도시되지 않음)의 개도를 조정하여 처리실(16a) 내의 압력을 대기압에 복귀시킨다. 그리고 전술한 기판 반입 공정 및 기판 보지 공정에 제시한 순서와는 반대의 순서에 의해 처리 완료된 2매의 기판(22)을 반응실(50)[처리실(16a)] 내로부터 반송실(12)로 반송한다. 즉 로봇 암(64) 및 진공 로봇(36)의 핑거쌍(40)이 도 8~도 10을 이용하여 설명한 동작을 반대의 순서로 수행하는 것에 의해 처리 완료된 2매의 기판(22)을 처리실(16a) 내로부터 반출한다. 그리고 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 종료한다.
(4) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 갖는다.
(a) 본 실시 형태에 의하면, 처리실(16a) 내에 기판(22)을 기판 보지면(41a, 41b)으로 보지하고 측면을 따라 설치되는 플랜지(53a, 53b)를 구비하는 기판 보지대(44a, 44b)가 설치된다. 그리고 기판 보지대(44a, 44b)에는 기판(22)을 가열하는 가열부(45a, 45b)가 내포된다. 그리고 플랜지(53a, 53b)를 하방으로부터 지지하는 복수의 지주(49)가 설치되고, 기판 보지대(44a, 44b)와 복수의 지주(49) 사이에 지지부(55)가 설치된다. 이에 의해 기판 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있는 것과 함께 높은 재현성을 가지는 기판 처리를 수행할 수 있다.
즉 지지부(55)를 설치하는 것에 의해, 가열부(45a, 45b)에 의해 기판 보지대(44a, 44b)가 가열된 경우에도 기판 보지대(44a, 44b)가 휘거나 하여 변형되는 것을 방지할 수 있다. 기판 보지대(44a, 44b) 중, 특히 두께가 얇은 플랜지(53a, 53b)의 변형을 방지할 수 있다. 이에 의해 기판 보지대(44a, 44b)의 변형으로 기판 보지면(41a, 41b)이 기울어지는 것을 방지하여 기판(22)에 면내 균일하게 처리 가스를 공급할 수 있어 기판 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한 재현성이 높은 기판 처리를 수행할 수 있다.
또한 기판 보지대(44a, 44b)가 변형되는 것에 의한 지주(49)의 파손을 방지할 수 있다. 구체적으로는 기판 보지대(44a, 44b)가 변형되는 것에 의해 기판 보지대(44a, 44b)와 지주(49) 사이의 접속 개소에서 지주(49)가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해 기판 보지면(41a, 41b)이 기울어지는 것을 보다 방지할 수 있어 기판 처리의 면내 균일성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한 지주(49)가 지지부(55)를 개재하여 플랜지(53a, 53b)의 하방으로부터 기판 보지대(44a, 44b)를 지지하는 것에 의해 가열부(45a, 45b)로부터의 열이 지주(49)에 전도되어 국소적인 열의 누출이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 기판(22)의 온도가 보다 면내 균일이 되도록 가열할 수 있어 기판 처리의 면내 균일성이 보다 향상된다.
또한 기판 보지대(44a, 44b)의 변형을 방지하는 것에 의해 기판 보지대(44a, 44b)와, 예컨대 기판 보지핀(74) 등의 기판 보지대(44a, 44b)의 주위의 부품과의 접촉을 방지할 수 있고, 이에 의해 기판(22)의 반송이 저해되는 것을 저감할 수 있다. 또한 기판 보지대(44a, 44b)와 주위의 부품과의 접촉에 의한 파티클의 발생을 저감할 수 있다.
(b) 본 실시 형태에서는 지지부(55)가 기판 보지대(44a, 44b)보다 열전도율이 낮고 열 변형되기 어려운 재료로 구성된다. 이에 의해 기판 처리의 면내 균일성을 보다 향상시킬 수 있다. 즉 기판 보지대(44a, 44b)로부터 지지부(55)로 열이 노츨되는 것을 저감하여 기판(22)의 가열 효율을 보다 상승시킬 수 있어 기판(22)을 보다 균일하게 가열할 수 있다.
(c) 본 실시 형태에서는 기판 보지대(44a, 44b)가 알루미늄으로 구성된다. 이에 의해 히터(45a, 45b)로부터의 열을 기판(22)에 효율적으로 균일하게 전달시킬 수 있어 본 발명의 효과를 보다 쉽게 얻을 수 있다.
(d) 본 실시 형태에서 지지부(55)는 플랜지(53a, 53b)의 저면을 따른 링 형상이다. 이에 의해 지지부(55)가 흡수하는 가열부(45a, 45b)로부터의 열을 최소한으로 하여 기판(22)의 가열 효율의 저하를 저감하여 기판 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한 지지부(55)와 지주(49) 사이에 처리 가스 등이 잔류되는 것을 방지할 수 있다.
(e) 본 실시 형태에서는 지지부(55)에 삽입공(55a)이 형성되고, 지주(49)의 상단이 삽입공(55a)에 하방으로부터 삽입되도록 구성된다. 그리고 지주(49)의 상단보다 아랫 부분의 지름이 지주(49)의 상단의 지름보다도 크게 되도록 형성하는 것에 의해 삽입공(55a)에 삽입되는 삽입부(49b)와, 지지부(55)에서 정지하는 플랜지부(49a)를 형성한다. 그리고 지주(49)의 삽입부(49b)의 측벽은 지지부(55)에 형성된 삽입공(55a)에 삽입된 상태에서 삽입공(55a)의 내벽과 접촉시킨다. 이에 의해 지주(49)가 기울어지는 것 등을 보다 저감할 수 있어 기판 처리의 면내 균일성을 보다 향상시킬 수 있다.
이하, 참고로 종래의 기판 처리 장치에 대하여 도 11~도 13을 이용하여 설명한다.
도 11에 도시하는 바와 같이 종래의 기판 처리 장치가 구비하는 기판 보지대(244)에서는 지주(274)가 기판 보지대(244)에 내포된 가열부(275)의 하방에 설치되는 경우가 있었다. 이와 같은 기판 보지대(244)의 기판 보지면 상에 웨이퍼 등의 기판(208)을 보지하고 가열부(275)에 의해 기판(208)을 가열한 경우, 도 11 중에 화살표로 도시하는 바와 같이 가열부(275)로부터의 열이 지주(274)에 전도되어 국소적인 열의 누출이 발생하는 경우가 있었다. 이 때문에 기판 처리 시에서 하방에 지주(274)가 설치되는 기판(208)의 부분은, 하방에 지주(274)가 설치되지 않는 기판(208)의 부분과 비교하면, 온도가 낮아지는 경우가 있어 기판(208)의 온도가 면내 균일이 되도록 가열할 수 없는 경우가 있었다. 또한 지주(274)가 가열되는 것에 의해 지주(274)가 변형되는 경우가 있었다. 이에 의해 기판 보지대(244)가 기울어져서 기판 보지면 상에 보지된 기판(208)에 면내 균일하게 처리 가스를 공급할 수 없는 경우가 있었다. 이 결과, 기판 처리의 면내 균일성이 저하되는 경우가 있었다.
그렇기 때문에 도 12 및 도 13에 도시하는 바와 같이 측면에 플랜지(245)가 설치된 기판 보지대(244)를 구비하고 지주(294)가 플랜지(245)를 하방으로부터 지지하는 것에 의해 기판 보지대(244)를 지지하는 기판 처리 장치가 있다. 또한 도 12는 종래의 기판 처리 장치의 개요를 도시하는 종단면도다. 도 13은 종래의 기판 처리 장치가 구비하는 기판 보지대의 개요를 도시하는 도면이며, 도 13의 (a)는 기판 보지대의 종단면도를 도시하고, 도 13의 (b)는 도 13의 (a)의 부분 확대도를 도시한다.
도 12에 도시하는 바와 같이 반응관(254)의 상부에 처리 가스를 도입하기 위한 가스 공급구(255)가 설치된다. 반응관(254)은 예컨대 석영 등에 의해 구성되고 원통 형상으로 형성된다. 반응관(254)의 주위에는 처리 가스 중에 방전을 일으키고 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 코일(256)이 설치된다. 고주파 코일(256)에는 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(도시되지 않음)이 접속되고, 고주파 전원에 의해 고주파 코일(256)에 플라즈마 발생용의 고주파 전류가 인가되도록 이루어진다.
반응관(254)의 하부에 기판(208) 상에 소정의 처리를 수행하는 처리실(237)(프로세스 챔버)이 설치된다. 즉 반응관(254)은 처리실(237)에 기밀하게 입설(立設)된다. 처리실(237)은 금속제의 기밀 용기다.
처리실(237)의 저면에는 기판 보지면에 기판(208)을 보지하는 기판 보지대(244)(서셉터 테이블)가 설치된다. 기판 보지대(244)에는 측면에 플랜지(245)(도 13을 참조)가 설치된다. 그리고 복수(예컨대 4개)의 지주(274)가 플랜지(245)를 하방으로부터 지지하는 것에 의해 기판 보지대(244)가 지지된다. 기판 보지대(244)는 기판(208)을 가열하는 가열부(275)(히터)를 구비한다. 기판 보지대(244)는 알루미늄에 의해 구성된다. 알루미늄은 열전도성이 높기 때문에 가열부(275)에서 발생한 열을 효율적으로 기판(208)에 전달한다.
기판 보지대(244)의 하방에는 배기판(277)이 배설(配設)되고, 배기판(277)은 가이드 샤프트(278)를 개재하여 저기판(底基板)(279)에 지지된다. 저기판(279)은 처리실(237)의 하면에 기밀하게 설치된다.
승강 기판(281)이 가이드 샤프트(278)를 가이드로서 승강 자재(自在)로 설치된다. 승강 기판(281)에는 적어도 3개의 기판 보지핀(252)이 입설된다. 기판 보지핀(252)은 기판 보지대(244)를 유관(遊貫)한다. 기판 보지핀(252)의 상단에 기판(208)이 재치되고, 기판 보지핀(252)의 승강에 의해 기판(208)을 기판 보지대(244)에 재치하고, 또는 기판 보지대(244)로부터 들어 올릴 수 있도록 이루어진다.
이와 같은 기판 처리 장치는 지주가 가열부로부터의 열을 흡수하는 것에 의한 국소적인 열의 누출을 방지할 수 있어 기판의 온도를 면내 균일하게 할 수는 있지만, 역시 기판 처리의 면내 균일성이 저하되는 경우가 있었다. 즉 이와 같은 기판 처리 장치를 이용하여 기판 처리가 수행될 때, 기판 보지대(244)에 설치된 가열부(275)에 의해 기판(208)이 가열되지만, 그 때 전술한 바와 같이 알루미늄에 의해 구성된 기판 보지대(244)도 가열된다. 알루미늄은 전술한 바와 같이 열전도성이 높다는 성질을 가지는 한편, 고온 상태에서는 강도가 약해서 변형되기 쉽다는 성질을 갖는다. 이 때문에 알루미늄에 의해 구성된 기판 보지대(244)가 가열되면, 도 13의 (a)에 점선으로 도시하는 바와 같이 예컨대 기판 보지대(244)가 휘어서 변형되는 경우가 있었다. 특히 플랜지(245)의 두께는 기판 보지대(244)의 다른 부분의 두께에 비해 얇기 때문에 보다 더 변형되기 쉽다. 이와 같은 기판 보지대(244) 및 플랜지(245)의 변형의 발생은 보다 고온 상태에서 처리하는 경우에 현저해진다. 또한 기판 보지대(244)[플랜지(245)]가 변형되는 것에 의해 도 13의 (b)에 도시하는 바와 같이 지주(274)와 기판 보지대(244) 사이의 접속 개소(276)에서 지주(274)가 파손되는 경우가 있었다. 이와 같이 기판 보지대(244)나 플랜지(245)가 변형되거나, 지주(274)가 파손되면, 기판 보지면이 기울어지는 경우가 있다. 따라서 기판 보지대(244)의 기판 보지면에 보지된 기판(208)에 처리 가스를 면내 균일하게 공급할 수 없어 기판 처리의 면내 균일성이 저하하는 경우가 있었다.
또한 가열부(275)에 의해 기판 보지대(244)가 가열되는 것에 의해 열전도로 지주(274)도 가열되어 지주(274)가 변형되는 경우가 있었다. 지주(274)가 변형되는 것에 의해 기판 보지대(244)가 기울어져서 기판(208)과 가스 공급구(255) 사이의 거리가 변화하는 경우가 있다. 이 경우, 기판(208)에 면내 균일하게 처리 가스를 공급할 수 없어 기판 처리의 면내 균일성이 낮아지는 경우가 있다.
또한 기판 보지대(244)가 기울어지면, 기판 보지대(244)와 주위의 부품[예컨대 기판 보지핀(252) 등]이 접촉하기 때문에 기판(208)의 반송에 지장이 생기는 경우가 있다. 또한 기판 보지대(244)와 주위의 부품과의 접촉에 의해 파티클이 발생하는 경우가 있어 기판 처리에서도 악영향이 발생하는 경우가 있다. 즉 안정된 기판 처리를 수행하지 못하는 경우가 있다.
이에 대하여 본 실시 형태에 의하면, 처리실(16a) 내에 기판(22)을 기판 보지면(41a, 41b)으로 보지하고, 측면에 플랜지(53a, 53b)를 구비하는 기판 보지대(44a, 44b)가 설치된다. 그리고 기판 보지대(44a, 44b)에는 기판(22)을 가열하는 가열부(45a, 45b)가 내포된다. 그리고 플랜지(53a, 53b)를 하방으로부터 지지하는 복수의 지주(49)가 설치되고, 기판 보지대(44a, 44b)와 복수의 지주(49) 사이에 지지부(55)가 설치된다. 이로 인해 전술한 과제를 효과적으로 해결할 수 있고, 기판 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있는 것과 함께 안정된 재현성을 가지는 기판 처리를 수행할 수 있다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 갖가지 변경이 가능하다.
전술한 실시 형태에서는 플랜지(53a, 53b)를 기판 보지대(44a, 44b)와 일체로 성형하였지만, 예컨대 기판 보지대는 예컨대 기판 보지부와 플랜지부를 구비해도 좋다.
또한 예컨대 지지부(55)의 지름을 기판 보지대(44a, 44b)의 저면의 지름보다 크게 하는 것에 의해 플랜지(53a, 53b)를 지지부(55)에 의해 형성해도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 배기공으로서의 공부(56)가 설치된 정류판으로서의 배플 링(54)을 플랜지(53a, 53b)의 상면에 설치하였지만, 공부(56)는 플랜지(53a, 53b)의 외주를 따라 설치해도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 처리실(16a) 내에 기판 보지대(44)가 2대 설치되는 경우에 대하여 설명하였지만, 처리실(16a) 내에 설치되는 기판 보지대는 1대이어도 좋고, 또는 3대 이상이어도 좋다.
전술한 실시 형태에서는 처리실(16a) 내에 질소 가스를 공급하여 기판(22)에 소정의 질화 처리를 수행하였지만, 이에 한정되지 않는다. 즉 예컨대 여기(勵起)시킨 산소(O2) 가스를 공급하여 애싱 처리를 수행해도 좋고, 불활성 가스를 공급하여 어닐링 처리 등을 수행해도 좋다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하에 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기(附記)한다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판을 처리하는 처리실;
상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부;
상기 처리실 내에 설치되어 상기 기판을 기판 보지면으로 보지하고 측면에 플랜지를 구비하는 기판 보지대;
상기 기판 보지대에 내포되어 상기 기판을 가열하는 가열부;
상기 플랜지를 하방으로부터 지지하는 복수의 지주; 및
상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기부;를 구비하고,
상기 기판 보지대와 복수의 상기 지주 사이에 지지부가 설치되는 기판 처리 장치가 제공된다.
바람직하게는 상기 지지부는 상기 기판 보지대보다 열전도율이 낮고 열 변형되기 어려운 재료로 구성된다.
또한 바람직하게는 상기 기판 보지대는 알루미늄으로 형성된다.
또한 바람직하게는 상기 지지부는 상기 플랜지의 저면을 따른 링 형상이다.
또한 바람직하게는 상기 지지부에는 삽입공이 형성되고, 상기 지주의 상단이 상기 삽입공에 하방으로부터 삽입된다.
또한 바람직하게는 상기 지주의 상단보다 아랫 부분의 지름이 상기 지주의 상단의 지름보다도 크게 되도록 형성하는 것에 의해 상기 삽입공에 삽입되는 삽입부와, 상기 지지부에서 정지하는 플랜지부가 형성된다.
또한 바람직하게는 상기 삽입부의 측벽은 상기 삽입공에 삽입된 상태에서 상기 삽입공의 내벽과 접촉한다.
또한 바람직하게는 상기 플랜지의 적어도 상기 삽입공과 접하는 위치에는 가스 제거공(孔)이 설치된다.
또한 바람직하게는 상기 지지부는 일체형 구조다.
또한 바람직하게는,
상기 기판 처리 장치는,
상기 처리실 내에 설치되고, 상기 기판을 상기 처리실 내에서 반송하고 상기 기판이 처리되는 동안, 상기 처리실 내에서 대기하도록 구성된 기판 반송 장치를 구비하고,
상기 플랜지의 표면이 상기 기판 보지면의 높이 위치보다 낮아지도록 형성되고,
상기 기판 보지면의 외측에는 1개 또는 복수의 배기공이 형성되고,
상기 배기공과 상기 기판 보지대의 상단부를 연결한 선과 상기 플랜지의 상면에 의해 상기 기판 반송 장치의 격납 공간이 형성되고,
상기 기판 반송 장치는 상기 기판이 처리되는 동안, 상기 격납 공간에 격납된다.
또한 바람직하게는 1개 또는 복수의 상기 배기공은 정류판에 형성되고, 상기 정류판은 상기 플랜지의 상면 또는 상기 플랜지의 외측에 배치된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판을 기판 보지면으로 보지하고 측면에 플랜지를 구비하는 기판 보지대;
상기 기판 보지대에 내포되어 상기 기판을 가열하는 가열부; 및
상기 플랜지를 하방으로부터 지지하는 복수의 지주;를 구비하고,
상기 기판 보지대와 복수의 상기 지주 사이에 지지부가 설치되는 기판 지지구가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
처리실 내에 기판을 반입하는 공정;
상기 처리실 내에 설치되어 상기 기판을 기판 보지면으로 보지하고 측면에 플랜지를 구비하는 기판 보지대와, 상기 기판 보지대에 내포된 가열부와, 상기 플랜지를 하방으로부터 지지하는 복수의 지주와, 상기 기판 보지대와 복수의 상기 지주 사이에 적어도 상기 플랜지를 지지하는 지지부를 구비하는 기판 보지구의 상기 기판 보지면 상에 상기 기판을 보지하는 공정;
상기 기판 보지면에 상기 기판을 보지한 상태에서 배기부에 의해 상기 처리실 내를 배기하면서 상기 가열부에 의해 상기 기판을 가열하고 가스 공급부에 의해 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 기판을 처리하는 공정; 및
처리 후의 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정;을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
10: 기판 처리 장치 12: 반송실
14a, 14b: 로드록 실 16a, 16b: 처리실
20: 대기 반송실 22: 기판
36: 진공 로봇 38a: 상 핑거
38b: 하 핑거 40: 핑거 쌍
42: 암 44a, 44b: 기판 보지대
45a, 45b: 히터(가열부) 46: 칸막이 부재
50: 반응실 51a, 51b: 가스 공급부
54a, 54b: 배기 배플 링 55: 지지부
56: 공부 58: 제1의 배기구
60: 제2의 배기구 62: 제3의 배기구
64: 로봇 암 66: 프레임부
68: 축부 70: 호 형상부
72: 돌기부 74: 기판 보지핀
76: 홈부

Claims (6)

  1. 기판을 처리하는 처리실;
    상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부;
    상기 처리실 내에 설치되어 상기 기판을 기판 보지면(保持面)에서 보지하고 측면에 플랜지를 구비하는 기판 보지대;
    상기 기판 보지대에 내포되어 상기 기판을 가열하는 가열부;
    상기 플랜지를 하방(下方)으로부터 지지하는 복수의 지주(支柱); 및
    상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기부;를 구비하고,
    상기 기판 보지대와 복수의 상기 지주 사이에 지지부가 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지부는 상기 기판 보지대보다 열전도율이 낮은 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판 보지대는 알루미늄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 처리 장치는,
    상기 처리실 내에 설치되고, 상기 기판을 상기 처리실 내에서 반송하고 상기 기판이 처리되는 동안, 상기 처리실 내에서 대기하도록 구성된 기판 반송 장치를 구비하고,
    상기 플랜지의 표면이 상기 기판 보지면의 높이 위치보다 낮아지도록 형성되고,
    상기 기판 보지면의 외측에는 1개 또는 복수의 배기공이 형성되고,
    상기 배기공과 상기 기판 보지대의 상단부를 연결한 선과 상기 플랜지의 상면에 의해 상기 기판 반송 장치의 격납 공간이 형성되고,
    상기 기판 반송 장치는 상기 기판이 처리되는 동안 상기 격납 공간에 격납되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 기판을 기판 보지면으로 보지하고 측면에 플랜지를 구비하는 기판 보지대;
    상기 기판 보지대에 내포되어 상기 기판을 가열하는 가열부; 및
    상기 플랜지를 하방으로부터 지지하는 복수의 지주;를 구비하고,
    상기 기판 보지대와 복수의 상기 지주 사이에 지지부가 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 지지구.
  6. 처리실 내에 기판을 반입하는 공정;
    상기 처리실 내에 설치되어 상기 기판을 기판 보지면으로 보지하고 측면에 플랜지를 구비하는 기판 보지대와, 상기 기판 보지대에 내포된 가열부와, 상기 플랜지를 하방으로부터 지지하는 복수의 지주와, 상기 기판 보지대와 복수의 상기 지주 사이에 적어도 상기 플랜지를 지지하는 지지부를 구비하는 기판 보지구의 상기 기판 보지면 상에 상기 기판을 보지하는 공정;
    상기 기판 보지면에 상기 기판을 보지한 상태에서 배기부에 의해 상기 처리실 내를 배기하면서 상기 가열부에 의해 상기 기판을 가열하고, 가스 공급부에 의해 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하여 상기 기판을 처리하는 공정; 및
    처리 후의 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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