KR20220056797A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20220056797A
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rotary table
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준노스케 다구치
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 기판 면내의 온도 균일성을 높일 수 있는 기술을 제공한다.
[해결수단] 본 개시의 일 양태에 의한 기판 처리 장치는, 처리 용기 내에 마련된 회전 테이블과, 상기 회전 테이블의 상면에 기판을 배치하기 위해서 마련되며, 상기 회전 테이블의 회전에 의해 공전하는 배치대와, 상기 배치대에 배치된 상기 기판을 가열하는 가열부와, 상기 회전 테이블과 함께 회전하는 부위에 상기 배치대를 지지하도록 자전이 자유롭게 마련되며, 상기 배치대보다도 열전도율이 낮은 재료에 의해 형성된 저열전도율부를 포함하는 자전축을 갖는다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 개시는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
복수의 웨이퍼를 배치한 회전 테이블을 회전시킴으로써 각 웨이퍼를 공전시키고, 회전 테이블의 반경 방향을 따르도록 배치되는 처리 가스의 공급 영역을 반복하여 통과시킴으로써, 웨이퍼에 각종 막을 성막하는 장치가 알려져 있다(예컨대 특허문헌 1 참조). 이 장치에서는, 회전 테이블에 의해 웨이퍼가 공전하는 동안, 웨이퍼가 자전하도록 웨이퍼의 배치대를 회전시켜, 그 웨이퍼의 원주 방향에 있어서의 막의 균일성을 높이고 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허공개 2020-119921호 공보
본 개시는 기판 면내의 온도 균일성을 높일 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 기판 처리 장치는, 처리 용기 내에 마련된 회전 테이블과, 상기 회전 테이블의 상면에 기판을 배치하기 위해서 마련되며, 상기 회전 테이블의 회전에 의해 공전하는 배치대와, 상기 배치대에 배치된 상기 기판을 가열하는 가열부와, 상기 회전 테이블과 함께 회전하는 부위에 상기 배치대를 지지하도록 자전이 자유롭게 마련되며, 상기 배치대보다도 열전도율이 낮은 재료에 의해 형성된 저열전도율부를 포함하는 자전축을 갖는다.
본 개시에 의하면, 기판 면내의 온도 균일성을 높일 수 있다.
도 1은 성막 장치의 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 3은 도 1의 성막 장치의 회전 테이블 및 배치대의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 1의 성막 장치의 수용 박스 내의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 5는 배치대를 고정하는 기구의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 회전 테이블을 고정하는 기구의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 회전 구동 장치의 동작의 일례를 도시하는 흐름도이다.
도 8은 회전 구동 장치의 동작의 다른 일례를 도시하는 흐름도이다.
도 9는 배치대의 면내에 있어서의 열전도를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 배치대의 면내에 있어서의 열흡수를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 배치대 및 고정 기구의 재질을 변경했을 때의 온도 분포의 측정 결과를 도시하는 도면이다.
도 12는 배치대 및 고정 기구의 재질을 변경했을 때의 온도 분포의 측정 결과를 도시하는 도면이다.
도 13은 가열 온도를 변경했을 때의 온도 분포의 측정 결과를 도시하는 도면이다.
도 14는 가열 온도를 변경했을 때의 온도 분포의 측정 결과를 도시하는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 개시의 한정적이 아닌 예시의 실시형태에 관해서 설명한다. 첨부한 전체 도면에서 동일하거나 또는 대응하는 부재 또는 부품에 관해서는, 동일하거나 또는 대응하는 참조 부호를 붙여, 중복 설명을 생략한다.
〔기판 처리 장치〕
도 1∼도 4를 참조하여, 기판 처리 장치의 일례로서, 기판에 막을 형성하는 성막 장치(300)를 예시하여 설명한다.
도 1은 성막 장치의 구성예를 도시하는 단면도이다. 도 2는 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 도시하는 평면도이다. 도 2에서는, 설명의 편의상, 천판(天板)의 도시를 생략하고 있다. 도 3은 도 1의 성막 장치의 회전 테이블 및 배치대의 구성을 도시하는 사시도이다. 도 4는 도 1의 성막 장치의 수용 박스 내의 구성을 도시하는 단면도이다.
성막 장치(300)는 처리부(310), 회전 구동 장치(320) 및 제어부(390)를 구비한다.
처리부(310)는 기판에 막을 형성하는 성막 처리를 실행하도록 구성된다. 처리부(310)는 진공 용기(311), 가스 도입구(312), 가스 배기구(313), 반송구(314), 가열부(315) 및 냉각부(316)를 갖는다.
진공 용기(311)는 내부를 감압할 수 있는 처리 용기이다. 진공 용기(311)는, 거의 원형의 평면 형상을 갖는 편평한 형상을 가지고, 내부에 복수의 기판(W)을 수용한다. 기판(W)은 예컨대 반도체 웨이퍼라도 좋다. 진공 용기(311)는 본체(311a), 천판(311b), 측벽체(311c) 및 바닥판(311d)을 포함한다(도 1). 본체(311a)는 원통 형상을 갖는다. 천판(311b)은 본체(311a)의 상면에 대하여 시일부(311e)를 통해 기밀하게 착탈 가능하게 배치된다. 측벽체(311c)는 본체(311a)의 하면에 접속되며 원통 형상을 갖는다. 바닥판(311d)은 측벽체(311c)의 바닥면에 대하여 기밀하게 배치된다.
가스 도입구(312)는 원료 가스 노즐(312a), 반응 가스 노즐(312b) 및 분리 가스 노즐(312c, 312d)을 포함한다(도 2). 원료 가스 노즐(312a), 반응 가스 노즐(312b) 및 분리 가스 노즐(312c, 312d)은, 회전 테이블(321)의 위쪽에, 진공 용기(311)의 원주 방향(도 2의 화살표 A로 나타내는 방향)으로 상호 간격을 두고서 배치된다. 도시하는 예에서는, 반송구(314)로부터 시계 방향(회전 테이블(321)의 회전 방향)으로 분리 가스 노즐(312c), 원료 가스 노즐(312a), 분리 가스 노즐(312d) 및 반응 가스 노즐(312b)이 이 순서로 배열된다. 원료 가스 노즐(312a), 반응 가스 노즐(312b) 및 분리 가스 노즐(312c, 312d)의 기단부인 가스 도입 포트(312a1, 312b1, 312c1, 312d1)(도 2)는 본체(311a)의 외벽에 고정된다. 그리고, 원료 가스 노즐(312a), 반응 가스 노즐(312b) 및 분리 가스 노즐(312c, 312d)은, 진공 용기(311)의 외벽으로부터 진공 용기(311) 내에 도입되어, 본체(311a)의 반경 방향을 따라 회전 테이블(321)에 대하여 수평으로 신장하도록 부착된다. 원료 가스 노즐(312a), 반응 가스 노즐(312b) 및 분리 가스 노즐(312c, 312d)은 예컨대 석영에 의해 형성된다.
원료 가스 노즐(312a)은 배관 및 유량제어기 등(도시하지 않음)을 통해 원료 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속된다. 원료 가스로서는 예컨대 실리콘 함유 가스, 금속 함유 가스를 이용할 수 있다. 원료 가스 노즐(312a)에는, 회전 테이블(321)로 향하여 개구되는 복수의 토출 구멍(도시하지 않음)이 원료 가스 노즐(312a)의 길이 방향을 따라 간격을 두고서 배열된다. 원료 가스 노즐(312a)의 아래쪽 영역은 원료 가스를 기판(W)에 흡착시키기 위한 원료 가스 흡착 영역(P1)이 된다.
반응 가스 노즐(312b)은 배관 및 유량제어기 등(도시하지 않음)을 통해 반응 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속된다. 반응 가스로서는 예컨대 산화 가스, 질화 가스를 이용할 수 있다. 반응 가스 노즐(312b)에는, 회전 테이블(321)로 향하여 개구되는 복수의 토출 구멍(도시하지 않음)이, 반응 가스 노즐(312b)의 길이 방향을 따라 간격을 두고서 배열된다. 반응 가스 노즐(312b)의 아래쪽 영역은, 원료 가스 흡착 영역(P1)에 있어서 기판(W)에 흡착된 원료 가스를 산화 또는 질화시키는 반응 가스 공급 영역(P2)이 된다.
분리 가스 노즐(312c, 312d)은 모두 배관 및 유량 제어 밸브 등(도시하지 않음)을 통해 분리 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속된다. 분리 가스로서는 예컨대 아르곤(Ar) 가스, 질소(N2) 가스 등의 불활성 가스를 이용할 수 있다. 분리 가스 노즐(312c, 312d)에는, 회전 테이블(321)로 향하여 개구되는 복수의 토출 구멍(도시하지 않음)이, 분리 가스 노즐(312c, 312d)의 길이 방향을 따라 간격을 두고서 배열된다.
또한, 도 2에 도시하는 것과 같이, 진공 용기(311) 내에는 2개의 볼록형상부(317)가 마련된다. 볼록형상부(317)는, 분리 가스 노즐(312c, 312d)과 함께 분리 영역(D)을 구성하기 위해서, 회전 테이블(321)로 향하여 돌출하도록 천판(311b)의 이면에 부착된다. 또한, 볼록형상부(317)는, 꼭대기부가 원호형으로 절단된 부채형의 평면 형상을 가지며, 내측 원호가 돌출부(318)에 연결되고, 외측 원호가 진공 용기(311)의 본체(311a)의 내벽을 따르도록 배치된다.
가스 배기구(313)는 제1 배기구(313a) 및 제2 배기구(313b)를 포함한다(도 2). 제1 배기구(313a)는 원료 가스 흡착 영역(P1)에 연통하는 제1 배기 영역(E1)의 바닥부에 형성된다. 제2 배기구(313b)는 반응 가스 공급 영역(P2)에 연통하는 제2 배기 영역(E2)의 바닥부에 형성된다. 제1 배기구(313a) 및 제2 배기구(313b)는 배기 배관(도시하지 않음)을 통해 배기 장치(도시하지 않음)에 접속된다.
반송구(314)는 진공 용기(311)의 측벽에 마련된다(도 2). 반송구(314)에서는, 진공 용기(311) 내의 회전 테이블(321)과 진공 용기(311) 외부의 반송 아암(314a)의 사이에서 기판(W)의 전달이 이루어진다. 반송구(314)는 게이트 밸브(도시하지 않음)에 의해 개폐된다.
가열부(315)는 고정축(315a), 히터 지지부(315b) 및 히터(315c)를 포함한다(도 1).
고정축(315a)은 진공 용기(311)의 중심을 중심축으로 하는 원통 형상을 갖는다. 고정축(315a)은 회전축(323)의 내측에 진공 용기(311)의 바닥판(311d)을 관통하여 마련된다. 고정축(315a)의 외벽과 회전축(323)의 내벽의 사이에는 시일부(315d)가 마련된다. 이에 따라, 회전축(323)은 진공 용기(311) 내의 기밀 상태를 유지하면서 고정축(315a)에 대하여 회전한다. 시일부(315d)는 예컨대 자성 유체 시일을 포함한다.
히터 지지부(315b)는 고정축(315a)의 상부에 고정되며 원판 형상을 갖는다. 히터 지지부(315b)는 히터(315c)를 지지한다.
히터(315c)는 히터 지지부(315b)의 상면에 마련된다. 히터(315c)는 히터 지지부(315b)의 상면에 더하여 본체(311a)에 마련되어 있어도 좋다. 히터(315c)는 전원(도시하지 않음)으로부터 전력이 공급됨으로써 발열하여 기판(W)을 가열한다.
냉각부(316)는 유체 유로(316a1∼316a4), 칠러 유닛(316b1∼316b4), 입구 배관(316c1∼316c4) 및 출구 배관(316d1∼316d4)을 포함한다. 유체 유로(316a1, 316a2, 316a3, 316a4)는 각각 본체(311a), 천판(311b), 바닥판(311d) 및 히터 지지부(315b)의 내부에 형성된다. 칠러 유닛(316b1∼316b4)은 온도 조절 유체를 출력한다. 칠러 유닛(316b1∼316b4)으로부터 출력된 온도 조절 유체는, 입구 배관(316c1∼316c4), 유체 유로(316a1∼316a4) 및 출구 배관(316d1∼316d4)을 이 순서로 흘러 순환한다. 이에 따라, 본체(311a), 천판(311b), 바닥판(311d) 및 히터 지지부(315b)의 온도가 조정된다. 온도 조절 유체로서는 예컨대 물이나 갈덴(등록상표) 등의 불소계 유체를 이용할 수 있다.
회전 구동 장치(320)는 회전 테이블(321), 수용 박스(322), 회전축(323) 및 공전용 모터(324)를 갖는다.
회전 테이블(321)은 진공 용기(311) 내에 마련되며, 진공 용기(311)의 중심에 회전 중심을 갖는다. 회전 테이블(321)은 예컨대 원판 형상을 가지며, 석영에 의해 형성된다. 회전 테이블(321)의 상면에는, 회전 방향(원주 방향)을 따라 복수(예컨대 5개)의 배치대(321a)가 마련된다. 회전 테이블(321)은 접속부(321d)를 통해 수용 박스(322)에 접속된다.
각 배치대(321a)는 기판(W)보다도 약간 큰 원판 형상을 가지며, 예컨대 석영에 의해 형성된다. 각 배치대(321a)에는 기판(W)이 배치된다. 기판(W)은 예컨대 반도체 웨이퍼라도 좋다. 각 배치대(321a)는 자전축(321b)을 통해 자전용 모터(321c)에 접속되며, 회전 테이블(321)에 대하여 회전 가능하게 구성된다.
자전축(321b)은, 배치대(321a)의 하면과 수용 박스(322) 내에 수용되는 자전용 모터(321c)를 접속하여, 자전용 모터(321c)의 동력을 배치대(321a)에 전달한다. 자전축(321b)은 배치대(321a)의 중심을 회전 중심으로 하여 회전 가능하게 구성된다. 자전축(321b)은 수용 박스(322)의 천장부(322b) 및 회전 테이블(321)을 관통하여 마련된다. 수용 박스(322)의 천장부(322b)의 관통 구멍에는 시일부(326c)가 마련되어, 수용 박스(322) 내의 기밀 상태가 유지된다. 시일부(326c)는 예컨대 자성 유체 시일을 포함한다.
자전용 모터(321c)는 자전축(321b)을 통해 배치대(321a)를 회전 테이블(321)에 대하여 회전시킴으로써 기판을 자전시킨다. 자전용 모터(321c)는 예컨대 서보 모터라도 좋다.
접속부(321d)는 예컨대 회전 테이블(321)의 하면과 수용 박스(322)의 상면을 접속한다. 접속부(321d)는 예컨대 회전 테이블(321)의 원주 방향을 따라 복수 마련된다.
또한, 회전 테이블(321), 배치대(321a), 자전축(321b) 및 접속부(321d)의 상세한 구조에 관해서는 후술한다.
수용 박스(322)는 진공 용기(311) 내에 있어서의 회전 테이블(321)의 아래쪽에 마련된다. 수용 박스(322)는, 접속부(321d)를 통해 회전 테이블(321)에 접속되며, 회전 테이블(321)과 일체로 회전할 수 있게 구성된다. 수용 박스(322)는 승강 기구(도시하지 않음)에 의해 진공 용기(311) 내에서 승강할 수 있게 구성되어 있어도 좋다. 수용 박스(322)는 본체부(322a) 및 천장부(322b)를 갖는다.
본체부(322a)는, 단면을 봤을 때 오목형으로 형성되며, 회전 테이블(321)의 회전 방향을 따라 링 형상으로 형성된다.
천장부(322b)는, 본체부(322a)의 상면에, 단면에서 봤을 때 오목형으로 형성된 본체부(322a)의 개구를 덮도록 마련된다. 이에 따라, 본체부(322a) 및 천장부(322b)는 진공 용기(311) 내부로부터 격리된 수용부(322c)를 형성한다.
수용부(322c)는, 단면에서 봤을 때 직사각형으로 형성되며, 회전 테이블(321)의 회전 방향을 따라 링 형상으로 형성된다. 수용부(322c)는 자전용 모터(321c)를 수용한다. 본체부(322a)에는 수용부(322c)와 성막 장치(300)의 외부를 연통시키는 연통로(322d)가 형성된다. 이에 따라, 수용부(322c)에 성막 장치(300)의 외부로부터 대기가 도입되어, 수용부(322c) 내부가 냉각됨과 더불어 대기압으로 유지된다.
회전축(323)은 수용 박스(322)의 하부에 고정된다. 회전축(323)은 진공 용기(311)의 바닥판(311d)을 관통하여 마련된다. 회전축(323)은 공전용 모터(324)의 동력을 회전 테이블(321) 및 수용 박스(322)에 전달하고, 회전 테이블(321) 및 수용 박스(322)를 일체로 회전시킨다. 진공 용기(311)의 바닥판(311d)의 관통 구멍에는 시일부(311f)가 마련되어, 진공 용기(311) 내의 기밀 상태가 유지된다. 시일부(311f)는 예컨대 자성 유체 시일을 포함한다.
회전축(323)의 내부에는 관통 구멍(323a)이 형성된다. 관통 구멍(323a)은, 수용 박스(322)의 연통로(322d)와 접속되며, 수용 박스(322) 내에 대기를 도입하기 위한 유체 유로로서 기능한다. 또한, 관통 구멍(323a)은, 수용 박스(322) 내에 자전용 모터(321c)를 구동시키기 위한 전력선 및 신호선을 도입하기 위한 배선 덕트로서도 기능한다. 관통 구멍(323a)은 예컨대 자전용 모터(321c)와 동일한 수만큼 형성된다.
제어부(390)는 성막 장치(300)의 각 부를 제어한다. 제어부(390)는 예컨대 컴퓨터라도 좋다. 또한, 성막 장치(300)의 각 부의 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는 예컨대 플렉시블 디스크, 컴팩트 디스크, 하드디스크, 플래시 메모리, DVD 등이라도 좋다.
〔배치대의 고정 기구〕
도 5를 참조하여, 상술한 성막 장치(300)에 있어서의 배치대(321a)를 고정하는 기구의 일례에 관해서 설명한다. 도 5는 배치대를 고정하는 기구의 일례를 도시하는 도면이다. 도 5(a)는 배치대와 협지체(挾持體) 사이의 위치 관계를 도시하는 단면도이고, 도 5(b)는 도 5(a)에 있어서의 협지체를 확대하여 도시하는 도면이다.
우선, 배치대(321a)의 구성예에 관해서 설명한다. 이하, 회전 테이블(321) 및 배치대(321a)를 각각 회전 테이블(400) 및 배치대(410)로 하여 설명한다.
배치대(410)는, 회전 테이블(400)의 회전 중심으로부터 이격된 위치에 회전 중심을 가지며, 회전 테이블(400)에 대하여 회전 가능하게 구성된다. 이하, 회전 테이블(400)의 회전 중심을 공전 중심, 배치대(410)의 회전 중심을 자전 중심이라고 부른다. 공전 중심과 자전 중심은 예컨대 300∼400 mm 이격된다. 이 때문에, 회전 테이블(400)이 회전하면 배치대(410)에는 원심력이 작용한다. 특히 회전 테이블(400)이 고속(예컨대 200 rpm 이상)으로 회전하면 배치대(410)에는 큰 원심력이 작용한다.
배치대(410)는 예컨대 Al2O3, AlN, SiC 등의 열전도율이 높은 재료에 의해 형성된다. 배치대(410)는 배치부(411), 개구(412), 두께부(413) 및 플랜지부(414)를 포함한다.
배치부(411)는 배치대(410)의 상면에 형성되는 오목부이다. 배치부(411)는, 기판(W)보다도 약간 큰 외경을 가지며, 기판(W)과 대략 동일한 깊이를 갖는다. 배치부(411)에는 기판(W)이 배치된다.
개구(412)는 배치대(410)의 회전 중심에 형성된다. 바꿔 말하면, 개구(412)는 회전 테이블(400)의 회전 중심으로부터 이격된 위치에 형성된다. 개구(412)는 예컨대 원 형상을 갖는다.
두께부(413)는, 배치대(410)의 개구(412)의 주위에, 배치대(410)의 하면에서 아래쪽으로 연장되는 부위이며, 원환(圓環) 형상을 갖는다.
플랜지부(414)는, 두께부(413)의 내벽으로부터 개구(412)의 중심으로 향해서 돌출되는 부위이며, 원환 형상을 갖는다. 플랜지부(414)의 상면은 배치대(410)의 배치부(411)의 상면보다도 아래쪽에 위치한다.
고정 기구(500)는 제1 협지체(510), 제2 협지체(520), 압박 부재(530), 덮개체(540) 및 축체(550)를 포함한다. 제1 협지체(510), 제2 협지체(520), 압박 부재(530), 덮개체(540) 및 축체(550)는 상술한 자전축(321b)으로서 기능한다.
제1 협지체(510)는, 바닥을 지닌 원통 형상을 가지며, 원통 형상의 상단부가 배치대(410)의 플랜지부(414)의 하면과 접촉하도록 구성된다. 제1 협지체(510)의 바닥부에는, 축체(550)의 삽입 관통부(551)를 삽입 관통할 수 있는 제1 관통 구멍(512)이 형성된다. 제1 관통 구멍(512)은, 삽입 관통부(551)의 외경보다도 약간(예컨대 0.1∼5.0 mm) 큰 내경을 갖는다. 제1 협지체(510)는, 성막 장치(300)에 있어서 실행되는 성막 처리의 온도(예컨대 600℃)보다도 높은 내열 온도를 가지면서 또한 배치대(410)보다도 열전도율이 낮은 재료에 의해 형성된다. 예컨대 배치대(410)가 Al2O3, AlN 또는 SiC에 의해 형성되는 경우, 제1 협지체(510)는 예컨대 석영에 의해 형성된다. 또한, 제1 협지체(510)는 배치대(410)보다도 열전도율이 10배 이상 낮은 재료에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
제2 협지체(520)는 제1 협지체(510)의 내부에 제1 협지체(510)의 내벽과 간극(G11)을 두고서 마련된다. 간극(G11)은 예컨대 0.1∼5.0 mm라도 좋다. 제2 협지체(520)는, 제1 협지체(510)의 내경보다도 작은 외경을 갖는 바닥을 지닌 원통 형상을 갖는다. 제2 협지체(520)는 접촉부(521)를 포함한다. 접촉부(521)는, 제2 협지체(520)의 상단부의 외벽으로부터 바깥쪽으로 연장되는 원환 형상을 가지며, 배치대(410)에 형성된 플랜지부(414)의 상면과 접촉한다. 제2 협지체(520)의 바닥부에는, 축체(550)의 삽입 관통부(551)를 삽입 관통할 수 있는 제2 관통 구멍(522)이 형성된다. 제2 관통 구멍(522)은 삽입 관통부(551)의 외경보다도 약간(예컨대 0.1∼5.0 mm) 큰 내경을 갖는다. 제2 협지체(520)는, 성막 장치(300)에 있어서 실행되는 성막 처리의 온도(예컨대 600℃)보다도 높은 내열 온도를 가지면서 또한 배치대(410)보다도 열전도율이 낮은 재료에 의해 형성된다. 예컨대 배치대(410)가 Al2O3, AlN 또는 SiC에 의해 형성되는 경우, 제2 협지체(520)는 예컨대 석영에 의해 형성된다. 또한, 제2 협지체(520)는 배치대(410)보다도 열전도율이 10배 이상 낮은 재료에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 제2 협지체(520)는, 열팽창차를 생기게하지 않는다고 하는 관점에서, 제1 협지체(510)와 동일한 재료에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 제1 협지체(510)의 상단부가 플랜지부(414)의 하면과 접촉함과 더불어 제2 협지체(520)의 접촉부(521)가 플랜지부(414)의 상면과 접촉함으로써, 플랜지부(414)가 제1 협지체(510) 및 제2 협지체(520)에 의해 사이에 끼워진다.
압박 부재(530)는 제1 협지체(510) 및 제2 협지체(520)를 서로 가깝게 하는 방향으로 압박한다. 압박 부재(530)는 예컨대 제2 협지체(520) 내의 바닥면에 배치되며, 제2 협지체(520)의 바닥부를 제1 협지체(510)의 바닥부로 향해서 압박한다. 이에 따라, 플랜지부(414)가 제1 협지체(510)의 상단부와 제2 협지체(520)의 접촉부(521)에 의해 사이에 끼워짐과 더불어, 압박 부재(530)의 압박력에 의해 고정된다. 이에 따라, 회전 테이블(400)이 회전함으로써 생기는 원심력에 의해, 배치대(410), 제2 협지체(520) 등이 회전 테이블(400)의 외주 측으로 쓰러지는 것이 억제된다. 압박 부재(530)는 예컨대 접시스프링을 포함한다.
덮개체(540)는, 제2 협지체(520)의 내경과 대략 동일한 외경을 갖는 원주 형상을 가지며, 제2 협지체(520)의 내부에 삽입됨으로써 제2 협지체(520)의 상부 개구를 막는다. 이에 따라, 압박 부재(530)가 원료 가스나 반응 가스에 노출되는 것이 억제된다. 그 때문에, 압박 부재(530)가 금속 재료에 의해 형성되어 있는 경우에도 압박 부재(530)의 부식을 억제할 수 있다. 덮개체(540)는, 성막 장치(300)에 있어서 실행되는 성막 처리의 온도(예컨대 600℃)보다도 높은 내열 온도를 가지면서 또한 배치대(410)보다도 열흡수율이 높은 재료에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대 배치대(410)가 Al2O3에 의해 형성되는 경우, 덮개체(540)는 예컨대 SiC, 카본(C)에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
축체(550)는 예컨대 금속 재료에 의해 형성되며, 삽입 관통부(551) 및 관통부(552)를 포함한다.
삽입 관통부(551)는 축체(550)의 상측 부위이다. 삽입 관통부(551)는, 제1 관통 구멍(512) 및 제2 관통 구멍(522)을 관통하여, 상단부가 제2 협지체(520)의 내부에서 압박 부재(530)에 의해 고정된다. 삽입 관통부(551)의 외경은, 제1 관통 구멍(512)의 내경보다도 약간 크기 때문에, 삽입 관통부(551)의 외벽과 제1 관통 구멍(512)의 내벽의 사이에는 간극(G12)이 형성된다. 또한, 삽입 관통부(551)의 외경은, 제2 관통 구멍(522)의 내경보다도 약간 크기 때문에, 삽입 관통부(551)의 외벽과 제2 관통 구멍(522)의 내벽의 사이에는 간극(G13)이 형성된다.
관통부(552)는 축체(550)의 하측 부위이다. 관통부(552)는 수용 박스(322)의 천장부(322b)를 관통하여 마련된다. 관통부(552)는 하단부가 수용 박스(322) 내에 위치한다. 관통부(552)는, 수용 박스(322) 내에 배치되는 자전용 모터(321c)(도 4)의 동력을 제1 협지체(510) 및 제2 협지체(520)를 통해 배치대(410)에 전달한다. 바꿔 말하면, 자전용 모터(321c)의 동력에 의해 관통부(552)가 회전하면, 제1 협지체(510), 제2 협지체(520) 및 배치대(410)가 회전한다. 또한, 삽입 관통부(551)와 관통부(552)는 별체(別體)로 형성되어 있어도 좋다.
이상에 설명한 고정 기구(500)에 의하면, 배치대(410)를 제1 협지체(510) 및 제2 협지체(520)로 사이에 끼워 넣고, 압박 부재(530)에 의해 제1 협지체(510)와 제2 협지체(520)를 서로 가깝게 하는 방향으로 압박함으로써 배치대(410)를 고정한다. 이에 따라, 자전의 중심 맞추기를 한 상태에서 열팽창차를 흡수할 수 있다. 그 결과, 열응력에 기인하는 배치대(410), 고정 기구(500) 등의 파손을 억제할 수 있다.
또한, 고정 기구(500)에 의하면, 삽입 관통부(551)와 제1 관통 구멍(512) 및 제2 관통 구멍(522)의 사이에 간극(G12, G13)이 형성되어 있다. 그 때문에, 삽입 관통부(551)와 제1 협지체(510) 및 제2 협지체(520)의 사이에서 열팽창차가 생긴 경우라도, 삽입 관통부(551), 제1 협지체(510), 제2 협지체(520) 등에 응력이 생기는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 제1 협지체(510), 제2 협지체(520), 배치대(410) 등의 파손을 억제할 수 있다.
또한, 고정 기구(500)에 의하면, 축체(550)가 제1 협지체(510) 및 제2 협지체(520)에 의해 덮이고, 제2 협지체(520) 내의 바닥면에 배치된 압박 부재(530)의 압박력에 의해 고정되어 있다. 이에 따라, 축체(550)가 원료 가스나 반응 가스에 노출되는 것이 억제된다. 그 결과, 축체(550)가 원료 가스나 반응 가스에 대하여 부식성을 갖는 재료에 의해 형성되어 있는 경우에도 축체(550)의 부식을 억제할 수 있다.
또한, 고정 기구(500)에 의하면, 축체(550)가 수용 박스(322)의 천장부(322b)를 관통하여 마련되고, 수용 박스(322) 내에 위치하는 축체(550)의 하단부가 자전용 모터(321c)와 연결되는 부위가 된다. 이에 따라, 자전용 모터(321c)를 수용 박스(322) 내에 배치할 수 있다. 그 결과, 자전용 모터(321c)의 온도 상승을 억제할 수 있다.
〔회전 테이블의 고정 기구〕
도 6을 참조하여, 상술한 성막 장치(300)에 있어서의 회전 테이블(321)을 고정하는 기구의 일례에 관해서 설명한다. 도 6은 회전 테이블을 고정하는 기구의 일례를 도시하는 도면이다.
우선, 회전 테이블(321)의 구성예에 관해서 설명한다. 이하, 회전 테이블(321)을 회전 테이블(400)로 하여 설명한다.
회전 테이블(400)은 진공 용기(311) 내에 회전 가능하게 마련된다. 회전 테이블(400)은 개구(402), 두께부(403) 및 플랜지부(404)를 포함한다.
개구(402)는, 회전 테이블(400)의 회전 중심으로부터 이격된 위치에, 회전 테이블(400)의 원주 방향을 따라 복수 형성된다. 개구(402)는 예컨대 원 형상을 갖는다.
두께부(403)는, 회전 테이블(400)의 개구(402)의 주위에, 회전 테이블(400)의 하면에서 아래쪽으로 연장되는 부위이며, 원환 형상을 갖는다.
플랜지부(404)는, 두께부(403)의 내벽으로부터 개구(402)의 중심을 향해서 돌출하는 부위이며, 원환 형상을 갖는다. 플랜지부(404)의 상면은 회전 테이블(400)의 상면보다도 아래쪽에 위치한다.
고정 기구(600)는 제1 협지체(610), 제2 협지체(620), 압박 부재(630), 덮개체(640) 및 축체(650)를 포함한다. 제1 협지체(610), 제2 협지체(620), 압박 부재(630), 덮개체(640) 및 축체(650)는 상술한 접속부(321d)로서 기능한다.
제1 협지체(610)는, 바닥을 지닌 원통 형상을 가지며, 원통 형상의 상단부가 회전 테이블(400)의 플랜지부(404)의 하면과 접촉하도록 구성된다. 제1 협지체(610)의 바닥부에는, 축체(650)의 삽입 관통부(651)를 삽입 관통할 수 있는 제1 관통 구멍(612)이 형성된다. 제1 관통 구멍(612)은, 삽입 관통부(651)의 외경보다도 약간(예컨대 0.1∼5.0 mm) 큰 내경을 갖는다. 제1 협지체(610)는, 성막 장치(300)에 있어서 실행되는 성막 처리의 온도(예컨대 600℃)보다도 높은 내열 온도를 갖는 재료, 예컨대 석영, 세라믹스에 의해 형성된다.
제2 협지체(620)는 제1 협지체(610)의 내부에 제1 협지체(610)의 내벽과 간극(G21)을 두고서 마련된다. 간극(G21)은 예컨대 0.1∼5.0 mm라도 좋다. 제2 협지체(620)는, 제1 협지체(610)의 내경보다도 작은 외경을 갖는 바닥을 지닌 원통 형상을 갖는다. 제2 협지체(620)는 접촉부(621)를 포함한다. 접촉부(621)는, 제2 협지체(620)의 상단부의 외벽으로부터 바깥쪽으로 연장되는 원환 형상을 가지며, 배치대(410)에 형성된 플랜지부(404)의 상면과 접촉한다. 제2 협지체(620)의 바닥부에는, 축체(650)의 삽입 관통부(651)를 삽입 관통할 수 있는 제2 관통 구멍(622)이 형성된다. 제2 관통 구멍(622)은 삽입 관통부(651)의 외경보다도 약간(예컨대 0.1∼5.0 mm) 큰 내경을 갖는다. 제2 협지체(620)는, 성막 장치(300)에 있어서 실행되는 성막 처리의 온도(예컨대 600℃)보다도 높은 내열 온도를 갖는 재료, 예컨대 석영, 세라믹스에 의해 형성된다. 제2 협지체(620)는, 열팽창차를 생기게 하지 않는다고 하는 관점에서, 제1 협지체(610)와 동일한 재료에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 제1 협지체(610)의 상단부가 플랜지부(404)의 하면과 접촉함과 더불어 제2 협지체(620)의 접촉부(621)가 플랜지부(404)의 상면과 접촉함으로써, 플랜지부(404)가 제1 협지체(610) 및 제2 협지체(620)에 의해 사이에 끼워진다.
압박 부재(630)는 제1 협지체(610) 및 제2 협지체(620)를 서로 가깝게 하는 방향으로 압박한다. 압박 부재(630)는, 예컨대 제2 협지체(620) 내의 바닥면에 배치되며, 제2 협지체(620)의 바닥부를 제1 협지체(610)의 바닥부로 향해서 압박한다. 이에 따라, 플랜지부(404)가 제1 협지체(610)의 상단부와 제2 협지체(620)의 접촉부(621)에 의해 사이에 끼워짐과 더불어, 압박 부재(630)의 압박력에 의해 고정된다. 압박 부재(630)는 예컨대 접시스프링을 포함한다.
덮개체(640)는, 제2 협지체(620)의 내경과 대략 동일한 외경을 갖는 원주 형상을 가지며, 제2 협지체(620)의 내부에 삽입됨으로써 제2 협지체(620)의 상부의 개구를 막는다. 이에 따라, 압박 부재(630)가 원료 가스나 반응 가스에 노출되는 것이 억제된다. 그 때문에, 압박 부재(630)가 금속 재료에 의해 형성되어 있는 경우에도 압박 부재(630)의 부식을 억제할 수 있다. 덮개체(640)는, 성막 장치(300)에 있어서 실행되는 성막 처리의 온도(예컨대 600℃)보다도 높은 내열 온도를 갖는 재료, 예컨대 석영, 세라믹스에 의해 형성된다.
축체(650)는 예컨대 금속 재료에 의해 형성되며, 삽입 관통부(651) 및 지지부(652)를 포함한다.
삽입 관통부(651)는 축체(650)의 상측 부위이다. 삽입 관통부(651)는, 제1 관통 구멍(612) 및 제2 관통 구멍(622)을 관통하여, 상단부가 제2 협지체(620)의 내부에서 압박 부재(630)에 의해 고정된다. 삽입 관통부(651)의 외경은, 제1 관통 구멍(612)의 내경보다도 약간 크기 때문에, 삽입 관통부(651)의 외벽과 제1 관통 구멍(612)의 내벽의 사이에는 간극(G22)이 형성된다. 또한, 삽입 관통부(651)의 외경은, 제2 관통 구멍(622)의 내경보다도 약간 크기 때문에, 삽입 관통부(651)의 외벽과 제2 관통 구멍(622)의 내벽의 사이에는 간극(G23)이 형성된다.
지지부(652)는 축체(650)의 상측 부위이다. 지지부(652)는 하단부가 수용 박스(322)의 천장부(322b)의 상면에 고정된다. 또한, 삽입 관통부(651)와 지지부(652)는 별체로 형성되어 있어도 좋다.
이상에 설명한 고정 기구(600)에 의하면, 회전 테이블(400)을 제1 협지체(610) 및 제2 협지체(620)로 사이에 끼워 넣고, 압박 부재(630)에 의해 제1 협지체(610)와 제2 협지체(620)를 서로 가깝게 하는 방향으로 압박함으로써 회전 테이블(400)을 고정한다. 이에 따라, 공전의 중심 맞추기를 한 상태에서 열팽창차를 흡수할 수 있다. 그 결과, 열응력에 기인하는 회전 테이블(400), 고정 기구(600) 등의 파손을 억제할 수 있다.
또한, 고정 기구(600)에 의하면, 삽입 관통부(651)와 제1 관통 구멍(612) 및 제2 관통 구멍(622)의 사이에 간극(G22, G23)이 형성되어 있다. 그 때문에, 삽입 관통부(651)와 제1 협지체(610) 및 제2 협지체(620)의 사이에서 열팽창차가 생긴 경우라도 삽입 관통부(651), 제1 협지체(610), 제2 협지체(620) 등에 응력이 생기는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 제1 협지체(610), 제2 협지체(620), 회전 테이블(400) 등의 파손을 억제할 수 있다.
또한, 고정 기구(600)에 의하면, 축체(650)가 제1 협지체(610) 및 제2 협지체(620)에 의해 덮이고, 제2 협지체(620) 내의 바닥면에 배치된 압박 부재(630)의 압박력에 의해 고정되어 있다. 이에 따라, 축체(650)가 원료 가스나 반응 가스에 노출되는 것이 억제된다. 그 결과, 축체(650)가 원료 가스나 반응 가스에 대하여 부식성을 갖는 재료에 의해 형성되어 있는 경우에도 축체(650)의 부식을 억제할 수 있다.
〔회전 구동 장치의 동작〕
도 7을 참조하여, 회전 구동 장치(320)의 동작(회전 구동 방법)의 일례에 관해서 설명한다. 도 7은 회전 구동 장치(320)의 동작의 일례를 도시하는 흐름도이다.
이하, 제어부(390)가 성막 장치(300)를 제어하여 회전 테이블(321) 및 배치대(321a)를 회전시킨 상태에서, 배치대(321a) 상의 기판에 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)에 의한 막을 형성하는 경우를 예시하여 설명한다. 도 7에 도시되는 회전 구동 방법은 단계 S11∼S13을 포함한다.
단계 S11에서는, 제어부(390)는 공전용 모터(324)를 제어하여 회전 테이블(321)을 회전시킨다. 이에 따라, 회전 테이블(321)의 원주 방향을 따라 마련된 복수의 배치대(321a) 상의 기판(W)이 공전한다. 회전 테이블(321)의 회전 속도는 예컨대 1∼500 rpm이라도 좋다.
단계 S12에서는, 제어부(390)는, 자전용 모터(321c)를 제어하여, 회전 테이블(321)의 원주 방향을 따라 마련된 복수의 배치대(321a) 각각을 회전 테이블(321)에 대하여 회전시킨다. 이에 따라, 각 배치대(321a)에 배치된 기판(W)이 자전한다. 배치대(321a)의 회전 속도는 예컨대 1∼30 rpm이라도 좋다.
단계 S13에서는, 제어부(390)는 처리부(310)를 제어하여 기판(W)에 대하여 성막 처리를 실행한다. 제어부(390)는, 예컨대 분리 가스 노즐(312c, 312d)로부터 분리 영역(D)에 분리 가스를 공급한 상태에서, 원료 가스 노즐(312a)로부터 원료 가스 흡착 영역(P1)에 원료 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(312b)로부터 반응 가스 공급 영역(P2)에 반응 가스를 공급한다. 이에 따라, 회전 테이블(321)의 배치대(321a)에 배치된 기판(W)이 원료 가스 흡착 영역(P1) 및 반응 가스 공급 영역(P2)을 반복해서 통과했을 때에, 기판(W)의 표면에 ALD에 의한 막이 퇴적한다.
이상의 회전 구동 방법에 의하면, 각 배치대(321a)에 배치된 기판(W)을 자전시키면서 원료 가스 흡착 영역(P1) 및 반응 가스 공급 영역(P2)을 반복해서 통과시켜 기판(W)의 표면에 ALD에 의한 막을 형성한다. 이에 따라, 기판(W)의 원주 방향에 있어서의 막의 균일성이 향상된다.
또한, 이상의 회전 구동 방법에 의하면, 배치대(321a)를 회전시키는 자전용 모터(321c)가 진공 용기(311) 내부로부터 격리된 수용 박스(322) 내부에 배치된다. 그 때문에, 자전용 모터(321c)에 포함되는 베어링 등의 기계적 접촉에 기인하는 파티클 등을 수용 박스(322) 내에 가둘 수 있다. 그 결과, 파티클이 프로세스 영역에 침입하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 자전용 모터(321c)가 진공 용기(311) 내에 도입되는 원료 가스 및 반응 가스와 접촉하지 않기 때문에, 원료 가스 및 반응 가스에 의한 자전용 모터(321c)의 부식을 방지할 수 있다.
또한, 자전용 모터(321c)를, 진공 용기(311) 내의 감압 환경이 아니라, 성막 장치(300)의 설치 장소, 예컨대 클린룸과 동일한 환경으로 유지할 수 있는 수용 박스(322) 내에 배치할 수 있기 때문에, 자전용 모터(321c)의 안정 동작이 가능하게 된다. 그 결과, 자전용 모터(321c)에 의해 동작시키는 배치대(321a)를 정밀도 좋게 회전시킬 수 있다.
도 8을 참조하여, 회전 구동 장치(320)의 동작(회전 구동 방법)의 다른 일례에 관해서 설명한다. 도 8은 회전 구동 장치(320)의 동작의 다른 일례를 도시하는 흐름도이다.
이하에서는, 제어부(390)가 회전 구동 장치(320)를 제어하여 회전 테이블(321) 및 배치대(321a)를 회전시킨 후, 회전 테이블(321)의 배치대(321a)에 배치된 기판(W)을 진공 용기(311) 밖으로 반출하는 동작을 예로 들어 설명한다. 도 8에 도시되는 회전 구동 방법은, 예컨대 복수의 배치대(321a)에 배치된 기판(W)에 대하여 성막 처리가 종료된 후에 실행된다. 도 8에 도시되는 회전 구동 방법은 단계 S21∼S24를 포함한다.
단계 S21에서는, 제어부(390)는, 공전용 모터(324)를 제어하여, 복수의 배치대(321a) 중 하나가 반송구(314)에 면하는 위치까지 이동하도록 회전 테이블(321)을 소정 각도 회전시킨다.
단계 S22에서는, 제어부(390)는, 자전용 모터(321c)를 제어하여, 반송구(314)에 면하는 위치로 이동한 배치대(321a)를 회전시켜, 배치대(321a)에 배치된 기판(W)을 자전시킴으로써, 기판(W)의 회전 방향에 있어서의 위치 결정을 행한다.
단계 S23에서는, 제어부(390)는, 게이트 밸브를 열어, 외부로부터 반송 아암(314a)에 의해 반송구(314)를 통해 반송구(314)에 면하는 위치에 있는 배치대(321a)에 배치된 기판(W)을 반출한다.
단계 S24에서는, 제어부(390)는 복수의 배치대(321a)에 배치된 모든 기판(W)의 반출이 완료되었는지 여부를 판정한다. 단계 S24에 있어서, 모든 기판(W)의 반출이 완료되었다고 판정한 경우, 제어부(390)는 처리를 종료시킨다. 한편, 단계 S24에 있어서, 모든 기판(W)의 반출이 완료되지 않았다고 판정한 경우, 제어부(390)는 처리를 단계 S21로 되돌린다.
이상의 회전 구동 방법에 의하면, 성막 처리가 완료된 기판(W)을 반출할 때에, 회전 테이블(321)을 공전시키고 또한 배치대(321a)를 자전시킨 후, 회전 테이블(321)의 배치대(321a)에 배치된 기판(W)을 진공 용기(311) 밖으로 반출한다. 이에 따라, 회전 방향에 있어서 위치 결정된 상태에서 기판(W)을 반출할 수 있다.
또한, 이상의 회전 구동 방법에 의하면, 배치대(321a)를 회전시키는 자전용 모터(321c)가 진공 용기(311) 내부로부터 격리된 수용 박스(322) 내부에 배치된다. 그 때문에, 자전용 모터(321c)에 포함되는 베어링 등의 기계적 접촉에 기인하는 파티클 등을 수용 박스(322) 내에 가둘 수 있다. 그 결과, 파티클이 프로세스 영역에 침입하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 자전용 모터(321c)가 진공 용기(311) 내에 도입되는 가스와 접촉하지 않기 때문에, 상기 가스에 의한 부식을 방지할 수 있다.
또한, 자전용 모터(321c)를, 진공 용기(311) 내의 감압 환경이 아니라, 성막 장치(300)의 설치 장소, 예컨대 클린룸과 동일한 환경으로 유지할 수 있는 수용 박스(322) 내에 배치할 수 있기 때문에, 자전용 모터(321c)의 안정 동작이 가능하게 된다. 그 결과, 자전용 모터(321c)에 의해 동작시키는 배치대(321a)를 정밀도 좋게 회전시킬 수 있다.
〔기판 면내의 온도 분포〕
도 9 및 도 10을 참조하여, 실시형태의 성막 장치(300)에 의해 기판(W)에 소정의 처리를 실시할 때의 기판 면내의 온도 분포에 관해서 설명한다.
도 9는 배치대(410) 면내에 있어서의 열전도를 설명하기 위한 도면이다. 도 9(a)는 배치대(410), 제1 협지체(510), 제2 협지체(520), 덮개체(540) 및 히터(315c)의 위치 관계를 도시하는 개략 단면도이다. 도 9(b)는, 회전 테이블(400)을 5 rpm의 속도로 공전시키고, 배치대(410)를 5 rpm의 속도로 자전시킨 상태에서, 히터(315c)에 의해 배치대(410)를 가열했을 때의 배치대(410) 상에 배치된 기판(W)의 면내 온도 분포의 모식도이다. 도 9(b)에 있어서, 횡축은 기판 위치를 나타내고, 종축은 온도를 나타낸다. 기판 위치에 있어서의 「IN」은 기판(W) 면내에 있어서의 회전 테이블(400)의 중심 측의 단부 위치를 나타내고, 「OUT」은 기판(W) 면내에 있어서의 회전 테이블(400)의 외주 측의 단부 위치를 나타낸다.
도 10은 배치대(410) 면내에 있어서의 열흡수를 설명하기 위한 도면이다. 도 10(a)은 배치대(410), 제1 협지체(510), 제2 협지체(520), 덮개체(540) 및 히터(315c)의 위치 관계를 도시하는 개략 단면도이다. 도 10(b)은, 회전 테이블(400)을 5 rpm의 속도로 공전시키고, 배치대(410)를 5 rpm의 속도로 자전시킨 상태에서, 히터(315c)에 의해 배치대(410)를 가열했을 때의 배치대(410) 상에 배치된 기판(W)의 면내 온도 분포의 모식도이다. 도 10(b)에 있어서, 횡축은 기판 위치를 나타내고, 종축은 온도를 나타낸다. 기판 위치에 있어서의 「IN」은 기판(W) 면내에 있어서의 회전 테이블(400)의 중심 측의 단부 위치를 나타내고, 「OUT」은 기판(W) 면내에 있어서의 회전 테이블(400)의 외주 측의 단부 위치를 나타낸다.
도 9(a) 및 도 10(a)에 도시하는 것과 같이, 배치대(410)의 중심 영역(410A)의 플랜지부(414)가 제1 협지체(510) 및 제2 협지체(520)에 의해 사이에 끼워지는 구성에서는, 배치대(410)의 중심 영역(410A)의 아래쪽에 히터(315c)를 설치하기가 곤란하다. 그래서, 히터(315c)는, 배치대(410)의 중심 영역(410A) 주위의 영역(이하 「주변 영역(410B)」이라고 한다.)의 아래쪽에 설치된다. 그 때문에, 주변 영역(410B)은 중심 영역(410A)과 비교하여 히터(315c)에 의해 가열되어, 주변 영역(410B)의 온도가 중심 영역(410A)의 온도보다도 높아진다고 하는 면내 온도 분포가 생기기 쉽다. 예컨대 배치대(410)의 재질이 석영인 경우, 열전도율이 낮기 때문에, 중심 영역(410A)과 주변 영역(410B) 사이의 열전도는 생기기 어렵다.
이에 대하여, 실시형태의 성막 장치(300)의 일례에서는, 배치대(410)는 석영보다도 열전도율이 높은 재료에 의해 형성되어 있다. 예컨대 배치대(410)는 Al2O3, AlN, SiC에 의해 형성되어 있다. 이에 따라, 도 9(a)의 화살표 F1로 나타내는 것과 같이, 온도가 높은 주변 영역(410B)에서 온도가 낮은 중심 영역(410A)으로 향하는 열전도가 생긴다. 그 결과, 도 9(b)에 도시하는 것과 같이, 중심 영역(410A)과 주변 영역(410B) 사이의 온도차가 작아져, 배치대(410) 상에 배치된 기판(W)의 면내 온도 균일성이 향상된다. 또한, 도 9(b)에 있어서, 파선은 배치대(410)의 재질이 석영인 경우의 온도 분포를 나타내고, 실선은 배치대(410)의 재질이 SiC인 경우의 온도 분포를 나타낸다.
또한, 실시형태의 성막 장치(300)의 일례에서는, 덮개체(540)는 배치대(410)보다도 열흡수율이 높은 재료에 의해 형성되어 있다. 예컨대 배치대(410)는 Al2O3, AlN에 의해 형성되고, 덮개체(540)는 SiC, 카본(C)에 의해 형성되어 있다. 이에 따라, 도 10(a)의 화살표 F2로 나타내는 것과 같이, 히터(315c)로부터 방사되는 전자파는, 일부가 배치대(410) 및 덮개체(540)에 의해 흡수되지만, 도 10(a)의 화살표 F3, F4로 나타내는 것과 같이, 일부가 배치대(410) 및 덮개체(540)에 의해 반사된다. 이때, 덮개체(540)가 배치대(410)보다도 열흡수율이 높은 재료에 의해 형성되어 있기 때문에, 덮개체(540)에 의한 전자파의 흡수량이 배치대(410)에 의한 전자파의 흡수량보다도 많아진다. 바꿔 말하면, 덮개체(540)에 의한 전자파의 반사량(화살표 F4)은 배치대(410)에 의한 전자파의 반사량(화살표 F3)보다도 적어진다. 그 때문에, 배치대(410)보다도 덮개체(540)의 온도가 상승한다. 그 결과, 도 10(b)에 도시하는 것과 같이, 중심 영역(410A)과 주변 영역(410B) 사이의 온도차가 작아지고, 배치대(410) 상에 배치된 기판(W)의 면내 온도 균일성이 향상된다. 또한, 도 10(b)에 있어서, 파선은 배치대(410) 및 덮개체(540)의 재질이 Al2O3인 경우의 온도 분포를 나타내고, 실선은 배치대(410)의 재질이 Al2O3이며 덮개체(540)의 재질이 SiC인 경우의 온도 분포를 나타낸다.
〔실시예〕
도 11∼도 14를 참조하여, 실시형태의 성막 장치(300)를 이용하여 실시한 실시예에 관해서 비교예와 함께 설명한다.
실시예 1∼3, 비교예 1에서는, 배치대(410)를 자전시키지 않는 경우에 있어서, 성막 장치(300)의 배치대(410), 제1 협지체(510), 제2 협지체(520) 및 덮개체(540)의 재질이 배치대(410) 상에 배치된 기판(W)의 면내 온도 분포에 미치는 영향을 평가했다.
실시예 1∼3, 비교예 1에서는, 히터(315c)를 300℃로 설정하고, 회전 테이블(400)을 5 rpm의 속도로 공전시키고, 배치대(410)를 자전시키지 않는 상태에서, 배치대(410) 상에 배치된 기판(W)의 면내 온도 분포를 측정했다. 또한, 측정한 면내 온도 분포에 기초하여, 기판(W) 면내에 있어서의 최대 온도와 최소 온도의 차(이하 「온도 범위(R)」라고 한다.)를 산출했다.
실시예 1∼3, 비교예 1에 있어서의 배치대(410), 제1 협지체(510), 제2 협지체(520) 및 덮개체(540)의 재질을 표 1에 나타낸다. 또한, 실시예 1∼3, 비교예 1에 있어서의 기판(W)의 면내 온도 분포의 측정 결과를 도 11에 도시한다.
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표 1에 나타내는 것과 같이, 실시예 1∼3은 모두 제1 협지체(510)가 배치대(410)보다도 열전도율이 낮은 재료에 의해 형성되어 있는 경우의 예이다. 비교예 1은, 제1 협지체(510)가 배치대(410)와 동일한 열전도율의 재료에 의해 형성되어 있는 경우의 예이다.
도 11에 있어서, 횡축은 기판 위치를 나타내고, 종축은 온도[℃]를 나타낸다. 기판 위치에 있어서의 「IN」은 기판(W) 면내에 있어서의 회전 테이블(400)의 중심 측의 단부 위치를 나타내고, 「OUT」은 기판(W) 면내에 있어서의 회전 테이블(400)의 외주 측의 단부 위치를 나타낸다.
도 11에 도시하는 것과 같이, 비교예 1에서는, 기판(W) 중심의 온도가 그 주위의 온도보다도 낮게 되어 있고, 온도 범위(R)는 26.3℃이다. 이것은, 기판(W)의 중심의 아래쪽에는 고정 기구(500)가 있기 때문에 히터(315c)가 설치되어 있지 않아, 히터(315c)가 설치되어 있는 기판(W)의 중심의 주위보다도 가열되기 어렵기 때문이라고 생각된다. 이에 대하여, 실시예 1∼3에서는, 기판(W) 중심의 온도와 그 주위의 온도가 대략 동일하고, 온도 범위(R)는 각각 16.8℃, 11.0℃, 10.9℃이다. 이것은, 배치대(410)가 석영보다도 열전도율이 높은 재료인 Al2O3 또는 SiC에 의해 형성되어 있기 때문에, 기판(W) 중심의 주위의 열이 기판(W) 중심으로 효율적으로 이동한 것에 의한 것이라고 생각된다. 이 결과로부터, 배치대(410)를 자전시키지 않는 경우, 석영보다도 열전도율이 높은 재료로 배치대(410)를 형성함으로써 기판 면내의 온도 균일성이 향상되는 것이 드러났다.
또한, 제1 협지체(510)가 배치대(410)보다도 열전도율이 낮은 재료에 의해 형성되어 있기 때문에, 기판(W)의 중심에 있어서 제1 협지체(510)를 통한 방열이 억제된 것에 의한 것이라고 생각된다. 이 결과로부터, 배치대(410)를 자전시키지 않는 경우, 배치대(410)의 재질보다도 열전도율이 낮은 재료로 제1 협지체(510)를 형성함으로써 기판 면내의 온도 균일성이 향상되는 것이 드러났다.
또한, 도 11에 도시하는 것과 같이, 실시예 3의 온도 범위(R)는 10.9℃로, 실시예 1의 온도 범위(R)인 16.8℃와 비교하여 작아져 있는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 배치대(410)를 자전시키지 않는 경우, 기판 면내의 온도 균일성을 높인다고 하는 관점에서, 배치대(410)의 재질은 Al2O3보다도 SiC 쪽이 바람직하다고 말할 수 있다.
실시예 4∼6, 비교예 2에서는, 배치대(410)를 자전시키는 경우에 있어서, 성막 장치(300)의 배치대(410), 제1 협지체(510), 제2 협지체(520) 및 덮개체(540)의 재질이 배치대(410) 상에 배치된 기판(W)의 면내 온도 분포에 미치는 영향을 평가했다.
실시예 4∼6, 비교예 2에서는, 히터(315c)를 300℃로 설정하고, 회전 테이블(400)을 5 rpm의 속도로 공전시키고, 배치대(410)를 5 rpm의 속도로 자전시킨 상태에서, 배치대(410) 상에 배치된 기판(W)의 면내 온도 분포를 측정했다. 또한, 측정한 면내 온도 분포에 기초하여 온도 범위(R)를 산출했다.
실시예 4∼6, 비교예 2에 있어서의 배치대(410), 제1 협지체(510), 제2 협지체(520) 및 덮개체(540)의 재질을 표 2에 나타낸다. 또한, 실시예 4∼6, 비교예 2에 있어서의 기판(W)의 면내 온도 분포의 측정 결과를 도 12에 도시한다.
Figure pat00002
표 2에 나타내는 것과 같이, 실시예 4∼6은 모두 제1 협지체(510)가 배치대(410)보다도 열전도율이 낮은 재료에 의해 형성되어 있는 경우의 예이다. 비교예 2는 제1 협지체(510)가 배치대(410)와 동일한 열전도율의 재료에 의해 형성되어 있는 경우의 예이다.
도 12에 있어서, 횡축은 기판 위치를 나타내고, 종축은 온도[℃]를 나타낸다. 기판 위치에 있어서의 「IN」은 기판(W) 면내에 있어서의 회전 테이블(400)의 중심 측의 단부 위치를 나타내고, 「OUT」은 기판(W) 면내에 있어서의 회전 테이블(400)의 외주 측의 단부 위치를 나타낸다.
도 12에 도시하는 것과 같이, 비교예 2에서는, 기판(W) 중심의 온도가 그 주위의 온도보다도 낮게 되어 있고, 온도 범위(R)는 11.7℃이다. 이것은, 기판(W)의 중심의 아래쪽에는 고정 기구(500)가 있기 때문에 히터(315c)가 설치되어 있지 않아, 히터(315c)가 설치되어 있는 기판(W)의 중심의 주위보다도 가열되기 어렵기 때문이라고 생각된다. 이에 대하여, 실시예 4∼6에서는, 기판(W) 중심의 온도와 그 주위의 온도가 대략 동일하고, 온도 범위(R)는 각각 5.4℃, 7.2℃, 5.5℃이다. 이것은, 배치대(410)가 석영보다도 열전도율이 높은 재료인 Al2O3 또는 SiC에 의해 형성되어 있기 때문에, 기판(W) 중심의 주위의 열이 기판(W)의 중심으로 효율적으로 이동한 것에 의한 것이라고 생각된다. 이 결과로부터, 배치대(410)를 자전시키는 경우, 석영보다도 열전도율이 높은 재료로 배치대(410)를 형성함으로써 기판 면내의 온도 균일성이 향상되는 것이 드러났다.
또한, 제1 협지체(510)가 배치대(410)보다도 열전도율이 낮은 재료에 의해 형성되어 있기 때문에, 기판(W)의 중심에 있어서 제1 협지체(510)를 통한 방열이 억제된 것에 의한 것이라고 생각된다. 이 결과로부터, 배치대(410)를 자전시키는 경우, 배치대(410)의 재질보다도 열전도율이 낮은 재료로 제1 협지체(510)를 형성함으로써 기판 면내의 온도 균일성이 향상되는 것이 드러났다.
또한, 도 12에 도시하는 것과 같이, 실시예 4, 6의 온도 범위(R)는 각각 5.4℃, 5.5℃로, 실시예 5의 온도 범위(R)인 7.2℃와 비교하여 작아져 있음을 알 수 있다. 이 결과로부터, 배치대(410)를 자전시키는 경우, 기판 면내의 온도 균일성을 높인다고 하는 관점에서, 제2 협지체(520)의 재질은 SiC보다도 석영 쪽이 바람직하다고 말할 수 있다.
실시예 7∼9에서는, 히터(315c)의 설정 온도가 배치대(410) 상에 배치된 기판(W)의 면내 온도 분포에 미치는 영향을 평가했다. 실시예 7∼9에서는, 배치대(410)의 재질을 Al2O3로 하고, 덮개체(540)의 재질을 SiC로 하고, 제1 협지체(510) 및 제2 협지체(520)의 재질을 석영으로 했다. 또한, 실시예 7∼9에서는, 회전 테이블(400)을 5 rpm의 속도로 공전시키고, 배치대(410)를 5 rpm의 속도로 자전시킨 상태에서, 배치대(410) 상에 배치된 기판(W)의 면내 온도 분포를 측정했다. 또한, 측정한 면내 온도 분포에 기초하여 온도 범위(R)를 산출했다. 실시예 7∼9에 있어서의 히터(315c)의 설정 온도를 표 3에 나타낸다. 또한, 실시예 7∼9에 있어서의 기판(W)의 면내 온도 분포의 측정 결과를 도 13에 나타낸다.
Figure pat00003
표 3에 나타내는 것과 같이, 실시예 7에서는 히터의 설정 온도를 200℃, 실시예 8에서는 히터의 설정 온도를 300℃, 실시예 9에서는 히터의 설정 온도를 350℃로 했다.
도 13에 있어서, 횡축은 기판 위치를 나타내고, 종축은 온도[℃]를 나타낸다. 기판 위치에 있어서의 「IN」은 기판(W) 면내에 있어서의 회전 테이블(400)의 중심 측의 단부 위치를 나타내고, 「OUT」은 기판(W) 면내에 있어서의 회전 테이블(400)의 외주 측의 단부 위치를 나타낸다.
도 13에 하는 것과 같이, 실시예 7∼9에서는, 기판(W) 중심의 온도와 그 주위의 온도가 대략 동일하고, 온도 범위(R)는 각각 5.6℃, 5.4℃, 5.6℃이다. 이 결과로부터, 배치대(410)의 재질이 Al2O3, 덮개체(540)의 재질이 SiC, 제1 협지체(510) 및 제2 협지체(520)의 재질이 석영인 경우, 히터(315c)의 설정 온도가 200℃∼350℃인 범위에 있어서 기판 면내의 온도 균일성이 향상되는 것이 드러났다.
실시예 10∼12에서는, 히터(315c)의 설정 온도가 배치대(410) 상에 배치된 기판(W)의 면내 온도 분포에 미치는 영향을 평가했다. 실시예 10∼12에서는, 배치대(410) 및 덮개체(540)의 재질을 SiC로 하고, 제1 협지체(510) 및 제2 협지체(520)의 재질을 석영으로 했다. 또한, 실시예 10∼12에서는, 회전 테이블(400)을 5 rpm의 속도로 공전시키고, 배치대(410)를 5 rpm의 속도로 자전시킨 상태에서, 배치대(410) 상에 배치된 기판(W)의 면내 온도 분포를 측정했다. 또한, 측정한 면내 온도 분포에 기초하여 온도 범위(R)를 산출했다. 실시예 10∼12에 있어서의 히터(315c)의 설정 온도를 표 4에 나타낸다. 또한, 실시예 10∼12에 있어서의 기판(W)의 면내 온도 분포의 측정 결과를 도 14에 도시한다.
Figure pat00004
표 4에 나타내는 것과 같이, 실시예 10에서는 히터의 설정 온도를 200℃, 실시예 11에서는 히터의 설정 온도를 300℃, 실시예 12에서는 히터의 설정 온도를 350℃로 했다.
도 14에 있어서, 횡축은 기판 위치를 나타내고, 종축은 온도[℃]를 나타낸다. 기판 위치에 있어서의 「IN」은 기판(W) 면내에 있어서의 회전 테이블(400)의 중심 측의 단부 위치를 나타내고, 「OUT」은 기판(W) 면내에 있어서의 회전 테이블(400)의 외주 측의 단부 위치를 나타낸다.
도 14에 도시하는 것과 같이, 실시예 10∼12에서는, 기판(W) 중심의 온도와 그 주위의 온도가 대략 동일하고, 온도 범위(R)는 각각 6.1℃, 5.5℃, 6.4℃이다. 이 결과로부터, 배치대(410) 및 덮개체(540)의 재질이 SiC, 제1 협지체(510) 및 제2 협지체(520)의 재질이 석영인 경우, 히터(315c)의 설정 온도가 200℃∼350℃인 범위에 있어서 기판 면내의 온도 균일성이 향상되는 것이 드러났다.
또한, 상기한 실시형태에 있어서, 제1 협지체(510) 및 제2 협지체(520)는 저열전도율부의 일례이다.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기한 실시형태는 첨부한 청구범위 및 그 취지를 일탈하지 않고서 여러 가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.

Claims (7)

  1. 처리 용기 내에 마련된 회전 테이블과,
    상기 회전 테이블의 상면에 기판을 배치하기 위해서 마련되며, 상기 회전 테이블의 회전에 의해 공전하는 배치대와,
    상기 배치대에 배치된 상기 기판을 가열하는 가열부와,
    상기 회전 테이블과 함께 회전하는 부위에 상기 배치대를 지지하도록 자전이 자유롭게 마련되며, 상기 배치대보다도 열전도율이 낮은 재료에 의해 형성된 저열전도율부를 포함하는 자전축을 갖는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가열부는 평면에서 봤을 때 상기 자전축과 겹치지 않는 위치에 마련되어 있는 것인, 기판 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저열전도율부는 상기 배치대보다도 열전도율이 10배 이상 낮은 재료에 의해 형성되어 있는 것인, 기판 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배치대는 하면에 플랜지부를 포함하고,
    상기 자전축은 상기 플랜지부를 사이에 둔 제1 협지체 및 제2 협지체를 포함하고,
    상기 저열전도율부는 상기 제1 협지체 및 상기 제2 협지체 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 협지체는, 상단부가 상기 플랜지부의 하면과 접촉하는 바닥을 지닌 원통 형상을 가지고,
    상기 제2 협지체는, 상기 제1 협지체의 내부에 상기 제1 협지체의 내벽과 간극을 두고서 마련되고, 상기 플랜지부의 상면과 접촉하는 접촉부를 포함하는 바닥을 지닌 원통 형상을 갖는 것인, 기판 처리 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 배치대보다도 열흡수율이 높은 재료에 의해 형성되며, 상기 제2 협지체의 개구를 막는 덮개체를 더 갖는, 기판 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배치대는 SiC, Al2O3 또는 AlN에 의해 형성되어 있고,
    상기 저열전도율부는 석영에 의해 형성되어 있는 것인, 기판 처리 장치.
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