KR100881786B1 - 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

처리 용기와, 웨이퍼(W)가 탑재되는 탑재대와, 웨이퍼(W)의 표면 쪽에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 수단과, 웨이퍼(W)를 유지하는 링 형상의 기판 유지 부재와, 웨이퍼(W)의 이면 쪽에 형성되는 공간에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 수단과, 상기 공간내의 퍼지 가스를 웨이퍼(W)와 상기 기판 유지 부재와의 사이로부터 그 위쪽으로 유도하는 퍼지 가스 유로와, 상기 공간의 압력이 상기 처리 용기내에서의 상기 공간의 바깥쪽 공간의 압력보다 소정치 이상 높아졌을 경우에 상기 퍼지 가스를 방출하는 가스 방출 기구(30)를 설치한다. 또한, 서셉터에 내장하는 온도 센서 등의 이종 부재와 동일 정도 이하의 열선 투과율을 갖는 재료로 서셉터를 구성하였다.

Description

처리 장치{TREATING DEVICE}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판을 처리하는 처리 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 처리 가스를 이용하여 피처리 기판의 처리를 실시하고, 피처리 기판을 가열하여, 성막 처리 등을 실시하는 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에 있어서는 피처리체인 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼로 기재함)에 배선 패턴을 형성하기 위해, 또는 배선간의 구멍을 메우기 위해 W(텅스텐), WSi(텅스텐 실리사이드), Ti(티타늄), TiN(티타늄 나이트라이드), TiSi(티타늄 실리사이드) 등의 금속 또는 금속 화합물을 퇴적시켜서 박막을 형성한다.
이들 중에서, W막은 처리 가스로서 예컨대 WF6(6불화 텅스텐)과 SiH4(실란) 또는 SiH2Cl2(디클로로실란) 등을 이용한 CVD(chemical vapor deposition) 성막법에 의해 형성된다.
도 1은 상기 W막을 성막하는 CVD 성막 장치의 일례를 나타내는 도면이다. 이 CVD 성막 장치는 주로 챔버(101)와, 챔버(101)내에 설치되어 웨이퍼가 탑재되는 탑재대(102)와, 탑재대(102)상에 탑재된 웨이퍼의 표면 쪽에 형성되는 처리 공간(103)에 처리 가스를 공급하는 샤워 헤드(104)와, 탑재대(102)의 아래쪽에 설치되어 탑재대(102)상에 탑재된 웨이퍼에 열선을 조사하여 가열하는 열선 조사 기구(105)와, 웨이퍼를 탑재대 상에 가압하여 유지하는 클램프 링(106)을 구비하고 있다. 이러한 장치에 있어서는, 탑재대(102)상에 웨이퍼를 탑재하고, 클램프 링(106)으로 웨이퍼를 탑재대(102)상에 유지한 상태에서 열선 조사 기구(105)에 의해 웨이퍼를 가열하는 동시에, 웨이퍼 표면 쪽의 처리 공간(103)에 샤워 헤드(104)로부터 상술한 처리 가스를 공급하여 W막의 성막 처리를 실시한다. 이 때, 도면에 화살표로 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 이면 쪽으로부터 퍼지 가스를 공급함으로써, 클램프 링(106)과 웨이퍼 사이 등으로부터 처리 가스가 침입하여 웨이퍼 둘레 및 이면 쪽에 성막되는 것을 방지한다.
그러나, 상기 CVD 성막 장치에서는 프로세스 시간을 단축하여 처리량을 향상시키기 위해 성막 공정후 등에 처리 공간(103)의 감압을 급속히 실시하면, 처리 공간(103)의 압력과 웨이퍼 이면 쪽으로부터 공급되는 퍼지 가스와의 압력차가 급격히 커지고, 이 압력차에 의해 웨이퍼와 클램프 링(106) 사이로부터 처리 공간(103)을 향해 퍼지 가스의 강한 흐름이 발생하여 클램프 링(106) 등의 부재에 진동(flip-flop)이 발생하는 경우가 있다. 이와 같이, 클램프 링(106) 등의 부재에 진동이 발생하면 파티클이나 부재 파손이 발생할 우려가 있었다. 또한, 상기 CVD 성막 장치에서는 처리 공간(103)을 급속히 감압할 수는 없고, 단계적으로 시간을 들여서 감압해야 되어, 처리량이 나빠지는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 피처리 기판 이면 쪽으로의 처리 가스의 침입을 충분히 방지할 수 있고, 또한 처리 공간을 급속히 감압할 때에 문제점이 발생하기 어려운 처리 장치를 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.
또한, 일반적으로 반도체 집적 회로의 제조 공정에 있어서는 반도체 웨이퍼 등의 피처리체 표면에 배선 패턴이나 전극 등을 형성하기 위해 W(텅스텐), WSi(텅스텐 실리사이드), Ti(티타늄), TiN(티타늄 나이트라이드), TiSi(티타늄 실리사이드) 등의 금속 또는 금속 화합물을 증착시켜 박막을 형성하는 것이 행해지고 있다. 이러한 종류의 박막을 형성하는 장치로서는 예컨대 램프 가열형의 처리 장치가 사용된다.
이러한 열 CVD 장치로 성막 처리를 실시하는 경우, 도 2에 도시한 바와 같이 장치 중앙에 설치된 서셉터(401)상에 반도체 웨이퍼(W)가 탑재되고, 이 반도체 웨이퍼는 클램프 링(402)으로 유지된다.
상기 서셉터(401)에는 반도체 웨이퍼용의 리프터 핀(403)이 승강 가능한 핀 홀(릴리프 홀)(404)이 리프터 핀(403)의 수(예컨대, 도 3에 도시한 바와 같이 3개)만큼 형성되어 있다. 이 리프터 핀(403)은 도시하지 않은 액츄에이터에 의해 승강 가능하게 구성된 승강축에 지지된 암 위에 부착되어 있고, 상기 리프터 핀 홀(404)내를 승강하도록 되어 있다.
상기 서셉터(401)는 아래쪽에 배치한 할로겐 램프 등으로 구성된 가열 램프(405)에 의해 소정 온도로 유지되어, 서셉터(401)를 통해 반도체 웨이퍼의 면에 열이 균일하게 전달되도록 되어 있다.
그러나, 종래, 실제로는 다양한 요인으로 반도체 웨이퍼의 온도 분포가 불균일해지는 경우가 있었다. 반도체 웨이퍼의 온도 분포가 불균일해지면, 반도체 웨이퍼에 균일한 박막을 형성하기 어려워지기 때문에, 여러 요인을 해소하여 최대한 온도 분포가 균일해지도록 하는 것이 과제가 된다.
상술한 바와 같이, 온도 분포가 불균일해지는 원인으로서는 이하와 같은 것을 생각할 수 있다.
첫째로, 서셉터(401)에는 예컨대 시스 열전대(sheath thermocouple)로 구성된 온도 센서(TC) 등 서셉터와는 다른 재질의 이종 부재를 내장하는 경우가 있고, 이러한 이종 부재를 내장했을 경우에 서셉터(401)와 이종 부재와의 열선 투과율의 차이에 따라 온도 분포가 불균일해지는 것을 생각할 수 있다.
상기 서셉터(401)는 가열 램프(405)로부터의 램프광, 특히 적외선 등의 파장(열선)을 흡수함으로써 열을 발생하기 때문에, 서셉터(401)에 있어서의 열선 투과율이 높으면 적외선 등의 파장이 흡수되기 어려워 서셉터(401)의 온도는 낮아진다. 통상적으로는 상기 서셉터(401) 전체의 열선 투과율이 균일하기 때문에, 전체의 온도 분포도 균일해진다.
그러나, 서셉터(401)에 열선 투과율이 다른 온도 센서 등 이종 부재가 내장되면, 그 열선 투과율의 차이가 클수록 서셉터(401)내에서 온도가 다른 부위가 생겨, 서셉터(401)에 있어서 온도 분포가 불균일해지는 것으로 생각된다.
예컨대, 직경 200mm의 반도체 웨이퍼를 취급하는 열 CVD 장치에서는 반도체 웨이퍼의 온도 제어를 하기 때문에, 서셉터(401)의 단부로부터 비교적 얕은 위치까지 온도 센서(TC)를 삽입하는 경우가 있다.
또한, 보다 큰 직경 300mm의 반도체 웨이퍼를 취급하는 열 CVD 장치에서는 서셉터(401) 단부의 온도 센서만으로는 온도 제어가 불충분해지기 때문에, 2개째의 온도 센서(TC)를 서셉터(401)의 단부로부터 보다 깊은 중앙 부근까지 삽입하는 경우가 있다. 구체적으로는, 도 4에 도시한 바와 같이 막대 형상의 온도 센서(406)를 서셉터(401)의 단부로부터 15mm 정도의 위치까지 삽입하는 동시에, 2개째의 막대 형상의 온도 센서(407)를 서셉터(401)의 단부로부터 120mm 정도의 중앙 부근까지 삽입하여, 2개의 온도 센서(406, 407)에 따라 반도체 웨이퍼의 온도 제어를 실시한다.
종래에는 이러한 온도 센서 등의 이종 부재가 내장된 서셉터(401)를 예컨대 백색 AlN(질화 알루미늄)계 세라믹스와 같이 열선 투과율이 높은 재료로 구성하고 있었기 때문에, 열선 투과율이 낮은 부재의 온도 센서(406)를 서셉터(401)에 내장하면, 그 열선 투과율의 차이가 커서 반도체 웨이퍼의 온도 분포가 불균일해지는 원인의 하나로 되고 있었다. 특히, 직경 300mm의 반도체 웨이퍼를 취급하는 열 CVD 장치에는 2개의 온도 센서(406, 407)를 내장한다는 점, 그 중 1개는 서셉터(401)의 중앙 부근까지 위치한다는 점 등에서 반도체 웨이퍼의 온도 분포에 미치는 영향이 크다.
둘째로, 서셉터(401)와 클램프 링(402)과의 열선 투과율의 차이에 따라서 온도 분포가 불균일해지는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 클램프 링(402)은 링 형상이기 때문에, 서셉터(401)보다도 면적이 좁다는 점에서, 동일 열원인 열선을 받더라도 클램프 링(402)의 온도가 서셉터(401)의 온도보다 낮아진다. 게다가, 클램프 링(402)은 반도체 웨이퍼의 둘레부에만 접촉하기 때문에, 반도체 웨이퍼 둘레부의 열이 클램프 링(402)에 흡열되어 온도 분포가 불균일해진다.
도 5에 클램프 링(402)과 서셉터(201)를 함께 열선 투과율이 높은 백색 AlN계 세라믹스로 구성하여 가열 램프(405)로부터의 열선에 의해 서셉터(401)를 통해 반도체 웨이퍼를 가열한 경우에 있어서의 반도체 웨이퍼의 면내 온도를 측정한 실험 결과를 나타낸다. 이 경우, 성막 가스 이외의 처리 가스 Ar, H2, N2 등을 처리 용기내에 도입하여, 약 10600Pa의 압력으로 설정하고, 반도체 웨이퍼(W)가 445℃로 되도록 제어하고 있다. 또한, 반도체 웨이퍼상에는 웨이퍼상의 온도를 측정하기 위한 열전대가 설치되어 있다. 동 도면에서 횡축은 직경 300mm의 반도체 웨이퍼에 대해서 중앙 위치를 0으로 한 경우의 측정 위치를 나타내며, 종축은 그 측정 위치에 있어서의 온도를 나타낸다. 또한, 검정색 삼각형(▲)의 그래프는 반도체 웨이퍼의 면내 온도를 나타내고, 흰색 삼각형(△)으로 표시한 점은 클램프 링(402)의 온도를 나타내고 있다.
이 실험 결과를 보면, 클램프 링(402)의 온도(△)가 반도체 웨이퍼의 중앙부내지 그 주변부(-100mm 내지 100mm)의 온도보다 낮아지고, 반도체 웨이퍼의 둘레부(100mm 내지 150mm, -100mm 내지 -150mm)의 온도도 중앙부 내지 그 주변부보다 저하되고 있어, 면내 온도 분포가 불균일하게 되어 있음을 알 수 있다. 이와 같이, 종래에는 클램프 링(402)에 대해서도 서셉터(401)와 마찬가지로 열선 투과율이 높은 재료로 구성되어 있다는 점에서 열선을 받는 면적의 차이에 따라 온도차가 발생하고 있고, 이것이 면내 온도 분포가 불균일하게 되는 요인의 하나로 되고 있었다.
셋째로, 서셉터(401)에 설치한 핀 홀에 따라서 온도 분포가 불균일해지는 것을 생각할 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시한 바와 같이, 서셉터(401)의 둘레부에는 리프터 핀(403)의 리프터 핀 홀(404)이 동심원상에 동일 간격으로 3개 설치되어 있지만, 이 리프터 핀 홀(404)을 통해 가열 램프(405)로부터의 열선이 투과할 가능성이 있다. 이 때문에, 리프터 핀 홀(404)의 간격이 크면, 서셉터(401)의 둘레부에 있어서 온도 분포가 불균일해지는 것도 생각할 수 있다.
그래서, 본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 또 하나의 목적으로 하는 바는 반도체 웨이퍼의 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 형성하는 박막의 막 두께 분포의 균일성을 향상시킬 수 있는 처리 장치를 제공하고자 하는 것이다.
발명의 요약
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 관점에 따르면, 처리 가스를 이용하여 피처리 기판에 처리를 실시하는 처리 용기와, 상기 처리 용기내에 배치되어 상기 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리 용기내의 상기 피처리 기판의 표면 쪽에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 수단과, 상기 피처리 기판의 둘레를 위쪽으로부터 가압하여 상기 탑재대상에 유지하는 링 형상의 기판 유지 부재와, 상기 피처리 기판의 이면 쪽에 형성되는 공간에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 수단과, 상기 기판 유지 부재에 의해서 규정되며, 상기 퍼지 가스를 상기 공간으로부터 그 위쪽으로 유도하는 퍼지 가스 유로와, 상기 공간의 압력이 상기 처리 용기내에서의 상기 공간의 바깥쪽의 압력보다 소정치 이상 높아졌을 경우에, 상기 퍼지 가스를 상기 공간으로부터 방출하는 가스 방출 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 제 2 관점에 의하면, 처리 가스를 이용하여 피처리 기판에 처리를 실시하는 처리 용기와, 상기 처리 용기내에 배치되어 상기 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 피처리 기판의 표면 쪽에 형성되는 제 1 공간에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 수단과, 상기 피처리 기판의 둘레를 위쪽으로부터 가압하여 유지하는 링 형상의 기판 유지 부재와, 상기 피처리 기판의 이면 쪽에 형성되는 제 2 공간에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 수단과, 상기 기판 유지 부재에 의해 규정되며, 상기 퍼지 가스를 상기 제 2 공간으로부터 상기 제 1 공간으로 유도하는 퍼지 가스 유로와, 상기 제 1 공간의 아래쪽이면서 상기 제 2 공간의 바깥쪽에 형성되는 제 3 공간을 통해 상기 제 1 공간을 배기하는 배기 수단과, 상기 제 2 공간의 압력이 상기 제 1 공간의 압력보다 소정치 이상 높아졌을 경우에, 상기 퍼지 가스를 상기 제 3 공간에 방출하는 가스 방출 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 장치가 제공된다.
본 발명에 있어서는 상기 공간의 압력이 처리 용기내에서의 상기 공간의 바깥쪽의 압력보다 소정치 이상 높아졌을 경우에, 상기 퍼지 가스를 상기 공간으로부터 방출하는 가스 방출 기구를 구비함으로써, 상기 피처리 기판을 처리할 때에는 상기 퍼지 가스에 의해 상기 공간으로의 처리 가스의 침입을 방지하면서, 상기 처리 용기 내부를 감압할 때에는 상기 가스 방출 기구에 의해 상기 공간으로부터 상기 퍼지 가스를 방출할 수 있어, 상기 처리 용기내에서의 상기 공간 내외에 큰 압력차가 생기지 않기 때문에, 상기 기판 유지 부재의 진동 등의 문제점을 방지할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 관점의 처리 장치에 있어서는, 상기 기판 유지 부재의 외주 쪽을 유지하는 지지 부재를 추가로 구비하고, 상기 퍼지 가스 유로는 상기 기판 유지 부재 및 상기 피처리 기판의 사이를 지나는 제 1 유로와, 상기 기판 유지 부재 및 상기 지지 부재 사이를 지나는 제 2 유로를 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 성막중에 처리 가스가 상기 피처리 기판 둘레 및 이면으로 침입하는 것을 확실히 방지하는 것이 가능해진다.
상기 제 1 관점의 처리 장치에 있어서는, 상기 가스 방출 기구는 상기 공간내의 압력이 상기 처리 용기내에서의 상기 공간 밖의 압력보다 소정치 이상 높아졌을 경우에 상기 방출 구멍을 개방 상태로 하는 밸브를 갖는 구성으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 2 관점의 처리 장치에 있어서는, 상기 가스 방출 기구는 상기 제 3 공간 및 상기 제 2 공간을 연통하도록 마련되고, 상기 퍼지 가스를 방출하는 방출 구멍과, 상기 제 2 공간의 압력이 상기 제 3 공간 압력보다 상기 소정치 이상 높아졌을 경우에 상기 방출 구멍을 개방 상태로 하는 밸브를 갖는 구성으로 할 수 있다. 상기 제 3 공간은 상기 제 1 공간에 우선하여 감압되기 때문에, 이러한 구성에 의해 감압시에 상기 제 2 공간의 압력이 상기 제 1 공간의 압력보다 소정치 이상 높아지는 것이 확실히 방지된다.
이들의 경우에, 상기 가스 방출 기구는 상기 처리 용기내에서의 상기 공간 내외의 압력차 또는 상기 제 2 공간과 상기 제 3 공간과의 압력차가 상기 퍼지 가 스 유로를 통과하는 상기 퍼지 가스에 의해 상기 기판 유지 부재가 들어올려지는 값에 도달하기 전에 상기 퍼지 가스를 방출하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 급속히 감압시에, 상기 기판 유지 부재가 들어올려져 진동하기 시작하기 전에 상기 퍼지 가스를 확실히 방출할 수 있다.
또한, 상기 가스 방출 기구는 상기 처리 용기내에서의 상기 공간 내외의 압력차, 또는 상기 제 2 공간과 상기 제 3 공간과의 압력차가, 상기 피처리 기판에 처리를 실시할 때에 상기 퍼지 가스가 상기 공간 또는 상기 제 2 공간으로부터 유출함으로써 생기는 압력 손실을 초과하고 나서 상기 퍼지 가스를 방출하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 피처리 기판에 처리를 실시할 때에, 상기 퍼지 가스가 상기 공간 또는 상기 제 2 공간으로부터 방출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 가스 방출 기구는 상기 제 2 공간과 상기 제 1 공간과의 압력차가 상기 피처리 기판에 처리를 실시할 때에 상기 퍼지 가스가 상기 공간으로부터 유출함으로써 생기는 압력 손실의 값과, 상기 퍼지 가스 유로를 통과하는 상기 퍼지 가스에 의해 상기 기판 유지 부재가 들어올려지는 값 사이의 어느 하나의 값에 의해 닫힘 상태로부터 열린 상태로 되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 급속 감압시에, 상기 기판 유지 부재가 들어올려져 진동하기 시작하기 전에 상기 퍼지 가스를 확실히 방출할 수 있고, 또한, 상기 피처리 기판에 처리를 실시할 때에 상기 퍼지 가스가 상기 공간 또는 상기 제 2 공간으로부터 방출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 관점의 처리 장치에 있어서, 상기 처리 용기내에서의 상기 공간의 바깥쪽의 압력이 상기 공간의 압력보다 소정치 이상 높아졌을 경우에 상기 처리 용기내에서의 상기 공간 바깥쪽의 분위기를 상기 공간에 도입하거나, 또는 상기 제 3 공간 압력이 상기 제 2 공간의 압력보다 소정치 이상 높아졌을 경우에, 상기 제 3 공간의 분위기를 상기 제 2 공간에 도입하는 가스 도입 기구를 더 설치해도 된다. 이에 따라, 처리 장치의 오동작이나 고장에 의해, 상기 처리 용기내에 매우 높은 압력차가 발생하여 처리 장치의 부재가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
이 경우에, 상기 가스 도입 기구는 상기 처리 용기내에서의 상기 공간의 바깥쪽의 분위기를 상기 공간내에 도입하는 도입 구멍과, 상기 처리 용기내에서의 상기 공간의 압력이 상기 공간의 압력보다 상기 소정치 이상 큰 경우에 상기 도입 구멍을 개방 상태로 하는 밸브를 갖는 구성, 또는 상기 제 3 공간의 분위기를 상기 제 2 공간에 도입하는 도입 구멍과, 상기 제 3 공간의 압력이 상기 제 2 공간의 압력보다 상기 소정치 이상 큰 경우에 상기 도입 구멍을 개방 상태로 하는 밸브를 갖는 구성으로 할 수 있다.
본 발명의 제 3 관점에 따르면, 처리 가스가 공급되는 처리 용기내의 수광 발열체 상에 피처리체를 탑재하고, 열원으로부터의 열선에 의해 상기 수광 발열체를 통해 상기 피처리체를 가열하는 열처리 장치에 있어서, 상기 수광 발열체에 내장하는 이종 부재와 동일한 정도 이상의 열선 투과율을 갖는 재료로 수광 발열체를 구성한 것을 특징으로 하는 열처리 장치를 제공한다. 수광 발열체로서 예컨대 서셉터에 온도 센서 등의 열선 투과율이 낮은 이종 부재를 내장하는 경우가 있고, 본 발명에 따르면 이와 같은 경우에 상기 이종 부재와 동일 정도 이하의 열선 투과율을 갖는 재료로 서셉터를 구성함으로써, 또는 수광 발열체를 열선 투과율이 낮은 흑색 AlN계 부재로 구성함으로써, 투과율이 낮은 이종 부재와 서셉터와의 온도차를 적게 할 수 있기 때문에, 이종 부재가 내장됨에 따른 서셉터의 온도 분포에 대한 영향을 경감시킬 수 있어, 반도체 웨이퍼의 면내 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 처리 가스가 공급되는 처리 용기내의 수광 발열체 상에 피처리체를 탑재하고, 이 피처리체의 둘레부를 링 형상의 피처리체 가압 부재에 의해 유지한 상태에서, 열원으로부터의 열선에 의해 상기 수광 발열체를 통해 상기 피처리체를 가열하는 열처리 장치에 있어서, 상기 수광 발열체보다 열선 투과율이 낮은 재료로 상기 피처리체 가압 부재를 구성함으로써, 수광 발열체와 피처리체 가압 부재와의 온도차를 적게 할 수 있어, 반도체 웨이퍼 둘레부의 열이 피처리체 가압 부재에 흡열되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 예컨대 서셉터 등의 수광 발열체와 피처리체 가압 부재의 열선을 받는 면적의 차이에 따라 발생하는 반도체 웨이퍼의 면내 온도의 차이를 적게 할 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼의 면내 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 수광 발열체에 대하여 상대적으로 온도가 낮아지기 쉬운 피처리체 가압 부재를 열선 투과율이 낮은 흑색 AlN계 부재로 구성함으로써, 예컨대 서셉터 등의 수광 발열체와 피처리체 가압 부재와의 온도차를 적게 할 수 있어, 반도체 웨이퍼의 면내 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 서셉터의 두께를 얇게 하면 할수록 열선 투과율은 높아져 버리지만, 서셉터도 열선 투과율이 낮은 흑색 AlN계 부재로 구성하면, 서셉터의 두께를 얇게 하더라도 열선 투과율을 낮게 할 수 있기 때문에, 서셉터의 열효율이 높아져, 서셉터와 피처리체 가압 부재와의 온도차를 적게 할 수 있다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼의 면내 전체의 온도 분포의 균일성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 피처리체를 유지하여 상기 수광 발열체 상에 탑재시키기 위한 복수의 지지 부재가 출입 가능한 릴리프 홀과, 이들 릴리프 홀과 동일 형상의 구멍을 각 구멍이 동심원상에 등간격으로 정렬되도록 상기 수광 발열체에 설치함으로써, 각 구멍의 간격이 좁아지고, 게다가 각 구멍이 등간격으로 정렬되기 때문에, 열원으로부터의 열선이 각 구멍으로부터 균등하게 투과한다. 이 때문에, 열선이 릴리프 홀에서만 투과하는 경우에 비해, 서셉터 등의 수광 발열체의 둘레부에 있어서의 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼의 면내 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 CVD 성막 장치를 개략적으로 도시한 단면도,
도 2는 종래의 열처리 장치에 있어서의 서셉터 주변을 간략화한 구성도,
도 3은 종래의 열처리 장치에 있어서 리프터 핀 홀을 형성한 서셉터를 도시한 도면,
도 4는 종래의 열처리 장치에 있어서 2개의 온도 센서를 내장한 서셉터를 도시한 도면,
도 5는 종래의 열처리 장치로 성막 처리를 실시했을 경우의 반도체 웨이퍼의 면내 온도와 그 측정 위치의 관계를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 CVD 성막 장치를 모식적으로 도시한 단면도로써, 웨이퍼(W)를 탑재대 상에 탑재하고 있는 상태를 도시한 도면,
도 7은 도 6에 도시한 CVD 성막 장치에 있어서, 웨이퍼(W)를 리프트 핀 상에 지지하고 있는 상태를 도시한 도면,
도 8은 도 6에 도시한 CVD 성막 장치의 클램프 링 근방에 있어서의 퍼지 가스의 흐름을 설명하기 위한 확대도,
도 9a는 가스 방출 기구의 종단면도,
도 9b는 가스 도입 기구의 종단면도,
도 10은 가스 방출 기구가 퍼지 가스를 방출하고 있는 상태의 확대 단면도,
도 11은 가스 도입 기구가 배기 공간으로부터 분위기를 도입하고 있는 상태의 확대 단면도,
도 12는 도 6에 도시한 CVD 성막 장치의 A-A 부분 단면도,
도 13은 가스 방출 기구의 변형예를 도시한 도면,
도 14는 가스 방출 기구의 다른 변형예를 도시한 도면,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 장치의 구성을 나타내는 단면도,
도 16은 도 15에 도시한 서셉터의 둘레부를 도시한 확대 단면도,
도 17은 본 발명의 일 실시예에 있어서의 흑색 AlN계 세라믹스로 구성한 서셉터와 여기에 내장된 온도 센서를 설명하는 도면,
도 18은 본 발명의 일 실시예에 있어서의 흑색 AlN계 세라믹스로 구성한 서셉터와 여기에 내장된 온도 센서를 설명하는 도면,
도 19는 백색 AlN계 세라믹스와 흑색 AlN계 세라믹스에 있어서의 투과시키는 파장과 그 파장의 투과율과의 관계를 나타내는 도면,
도 20은 반도체 웨이퍼의 온도 센서 부위상에 성막 처리를 실시한 막 두께 분포를 나타내는 그래프이며, 검정색 사각형(■)의 그래프는 백색 AlN계 세라믹스로 서셉터를 구성했을 경우의 막 두께 분포를 나타내고, 검정색 원(●)의 그래프는 흑색 AlN계 세라믹스로 서셉터를 구성했을 경우의 막 두께 분포를 나타내며,
도 21은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 있어서의 백색 AlN계 세라믹스로 구성한 서셉터와 흑색 AlN계 세라믹스로 구성한 클램프 링에 대해서 설명하는 도면,
도 22는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 있어서의 열처리 장치로 성막 처리를 실시했을 경우의 반도체 웨이퍼의 면내 온도와 그 측정 위치의 관계를 나타내는 도면,
도 23은 리프터 핀 홀과 이 리프터 핀 홀과 동일 형상의 구멍을 형성한 서셉터를 설명하는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 CVD 성막 장치를 모식적으로 도시한 단면도이며, 도 6은 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)[이하, 간단히 웨이퍼(W)라고 함]를 탑재대 위에 탑재하고 있는 상태를, 도 7은 웨이퍼(W)를 리프트 핀 위에 지지하고 있는 상태를 나타내고 있다. 이 CVD 성막 장치는 W막을 성막하는 것이다.
도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, CVD 성막 장치(100)는 예컨대 알루미늄 등에 의해 원통 형상으로 형성된 챔버(1)를 갖고 있고, 그 위에 덮개(2)가 설치되어 있다. 이 챔버(1)내에는 천정 부분에 개구가 설치된 덮개가 있는 원통 형상의 실드 베이스(3)가 챔버(1) 바닥부로부터 마련되어 있다. 이 실드 베이스(3)의 천정부에 설치된 개구에는 링 형상의 어태치먼트(4)가 배치되어 있고, 이 어태치먼트(4)에 지지되어 웨이퍼(W)를 탑재하는 탑재대(5)가 설치되어 있다. 어태치먼트(4)와 탑재대(5) 사이에는 간극(11)이 마련되어 있고, 이 간극(11)의 위쪽에 후술하는 클램프 링(7)이 설치되어 있다. 이 어태치먼트(4)는 클램프 링(7)의 외주 쪽을 유지하는 지지 부재로도 기능한다. 또한, 실드 베이스(3)의 천정벽과 챔버(1)의 내벽 사이에는 다수의 구멍부를 갖는 배플판(6)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 챔버(1)내의, 탑재대(5)상에 탑재된 웨이퍼(W)의 표면 쪽에는 후술하는 샤워 헤드(50)로부터 처리 가스가 공급되는 처리 공간(제 1 공간)(10)이 형성되어 있다. 이 처리 공간(10)의 아래쪽에는 실드 베이스(3), 어태치먼트(4) 및 탑재대(5)에 의해 둘러싸인 백사이드 공간(제 2 공간)(23)이 형성되고, 이 백사이드 공간(23)의 바깥쪽에는 챔버(1), 실드 베이스(3) 및 배플판(6)으로 둘러싸인 배기 공간(제 3 공간)(46)이 형성되어 있다.
백사이드 공간(23)의 탑재대(5) 아래쪽에는 웨이퍼(W)를 탑재대(5)로부터 들어올리기 위한 리프트 핀(16)이 예컨대 3개(도 6에는 이 중 2개를 도시) 설치되고 있고, 이 리프트 핀(16)은 유지 부재(22)를 통해 푸쉬업 봉(18)에 지지되어 있고, 이 푸쉬업 봉(18)이 엑츄에이터(19)에 연결되어 있다. 리프트 핀(16)은 열선을 투과하는 재료, 예컨대 석영, AlN 등의 세라믹으로 형성되어 있다.
또한, 리프트 핀(16)과 일체로 지지 부재(20)가 설치되어 있고, 이 지지 부재(20)는 어태치먼트(4)의 구멍부(12)를 관통하여, 탑재대(5)의 위쪽에 설치된 둥근 링 형상의 클램프 링(7)에 스프링(도시하지 않음)을 통해 연결되어 있다. 클램프 링(7)은 그 하면 내주부에 내주 방향을 향해 두께가 얇아지도록 테이퍼가 설치되어 있고, 웨이퍼(W)상에 하강시킴으로써 이 내주부가 웨이퍼(W)의 표면 외주에 접촉하고, 클램프 링(7) 자체의 무게 및 스프링력에 의해 웨이퍼(W)를 아래쪽으로 가압하여 탑재대(5)상에 유지하도록 되어 있다.
이러한 구성에 의해, 액츄에이터(19)가 푸쉬업 봉(18)을 승강시킴으로써, 리프트 핀(16)과 클램프 링(7)은 일체적으로 승강한다. 리프트 핀(16)과 클램프 링(7)은 웨이퍼(W)를 교환할 때에는 리프트 핀(16)이 탑재대(5)로부터 소정 길이 돌출될 때까지 상승하고(도 7 참조), 리프트 핀(16)상에 지지된 웨이퍼(W)를 탑재대(5)상에 탑재할 때에는 리프트 핀(16)이 탑재대(5)에 몰입되는 동시에 클램프 링(7)이 웨이퍼(W)에 접촉하여 유지되는 위치까지 하강한다(도 6 참조).
탑재대(5) 바로 아래의 챔버(1)의 바닥부에는 석영 등의 열선 투과 재료로 이루어진 투과창(24)이 기밀하게 설치되어 있고, 그 아래쪽에는 투과창(24)을 둘러싸도록 박스 형상의 가열실(25)이 설치되어 있다. 이 가열실(25) 내에는 램프(26)가 반사경을 겸한 회전대(27)에 설치되어 있고, 이 회전대(27)는 회전축(28)을 통해 가열실(25)의 바닥부에 설치된 회전 모터(29)에 의해 회전되도록 되어 있다. 따라서, 이 램프(26)로부터 방출된 열선은 투과창(24)을 투과하여 탑재대(5)의 하면을 조사하여 이를 가열할 수 있도록 되어 있다. 투과창(24)의 위쪽에는 투과창(24)의 외주를 따르도록 하여 통 형상의 리플렉터(17)가 설치되고, 그 내주면은 경면 가공되어, 램프(26)로부터의 열선을 효율적으로 탑재대(5)에 반사하여 유도하도록 되어 있다.
투과창(24) 및 리플렉터(17)는 상술한 실드 링(3)으로 둘러싸인 백사이드 공간(23)내에 설치되어 있다. 또한, 리플렉터(17)의 베이스에는, 한쪽 단부가 퍼지 가스 공급 장치(59)에 접속되고, 다른쪽 단부가 백사이드 공간(23)에 연통한 퍼지 가스 도입 경로(37)가 마련되어 있다. 이 퍼지 가스 도입 경로(37)를 통해, 소정의 성막 공정에 있어서, 퍼지 가스 공급 장치(59)로부터 백사이드 공간(23)에 처리 가스와 반응하지 않는, 예컨대 Ar, 질소 가스 등의 불활성 가스로 이루어지는 퍼지 가스가 공급된다. 이 때, 백사이드 공간(23)에 공급된 퍼지 가스는, 도 6 및 클램프 링(7) 근방을 확대한 도 8에 화살표로 나타낸 바와 같이, 탑재대(5)와 어태치먼트(4) 사이에 마련된 간극(11) 및 어태치먼트(4)의 구멍부(12)로부터 클램프 링(7)의 하면을 향해 흐르고, 클램프 링(7) 및 어태치먼트(4) 사이에 형성된 제 1 유로(15)와 제 2 유로(14)를 경유하여 처리 공간(10)으로 유출되는 흐름을 형성한다. 이러한 퍼지 가스의 흐름을 형성함으로써, 처리 가스가 웨이퍼(W)의 둘레부 및 이면, 그리고 백사이드 공간(23)으로 돌아 들어가 과도한 성막 작용이 발생하는 것을 방지한다.
상기 실드 베이스(3)의 측벽 안쪽에는 가스 방출 기구(30) 및 가스 도입 기구(40)가 설치되어 있다. 도 9a는 가스 방출 기구(30)의 종단면도, 도 9b는 가스 도입 기구(40)의 종단면도이다.
가스 방출 기구(30)는 실드 베이스(3)의 측벽에 설치된 개구(34)와, 이 개구(34)를 통해 배기 공간(46)과 연통하는 챔버를 실드 베이스(3) 안쪽에 형성하는 밸브 본체(32)와, 이 밸브 본체(32) 바닥면의 3개소에 설치된 방출 구멍(33)과, 이 방출 구멍(33)보다 직경이 큰 밸브 요소(31a) 및 축부(31b)를 가지며, 각각의 방출 구멍(33)에 삽입되어 통과하는 밸브(35)를 구비하고 있다. 밸브(35)는 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 통상적으로는 그 자체의 무게에 의해 밸브 요소(31a)가 방출 구멍(33)을 밀폐하여, 처리 가스가 백사이드 공간(23)내에 침입하는 것을 방지하도록 되어 있다. 단, 후술하는 배기 장치(58)에 의해 배기 공간(46)을 거쳐서 처리 공간(10)을 감압할 때에, 처리 공간(10)과 함께 감압되는 배기 공간(46)의 압력이 백사이드 공간(23)의 압력보다 낮아지면, 그 압력차에 의해 밸브 요소(31a)는 윗방향의 힘을 받게 되고, 이 압력차가 소정치 이상으로 되면 밸브(35)는 들어올려져 방출 구멍(33)을 개방하고, 도 10에 도시한 바와 같이 백사이드 공간(23)내의 퍼지 가스를 배기 공간(46)에 방출한다. 이와 같이, 압력차에 의해 받는 힘과 자체의 무게와의 밸런스에 의해 동작하는 타입의 밸브(35)에서는 방출 구멍(33)의 면적과의 관계에 의해 밸브 요소(31a)의 중량을 조절함으로써, 밸브(35)가 작동하는 압력차의 크기를 제어할 수 있다.
이 때, 처리 공간(10)과 백사이드 공간(23)과의 압력차가 클램프 링(7)을 들어올리는 값에 도달하기 전에 밸브(35)가 작동하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 처리 공간(10)을 급속히 감압했을 경우에, 처리 공간(10)과 백사이드 공간(23)과의 압력차가 클램프 링(7)을 들어올리는 값으로 되기 전에 퍼지 가스를 배기 공간(46)으로 방출하여, 클램프 링(7)의 진동 등의 문제가 발생하는 것을 확실히 방지할 수 있다.
또한, 성막시에 웨이퍼(W) 둘레부 및 이면으로의 처리 가스의 침입을 충분히 방지하기 위해서는 성막시에 퍼지 가스가 상술한 제 1 유로(14) 및 제 2 유로(15)를 통해 처리 공간(10)으로 유출함으로써 통상 생기는 압력 손실에 의해 밸브(35)가 작동하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이 정도의 압력차로 밸브(35)가 작동했다면, 성막시에 충분한 양의 퍼지 가스를 백사이드 공간(23)으로부터 처리 공간(10)으로 유출시킬 수 없게 되고, 또한 백사이드 공간(23)으로의 처리 가스의 침입이 빈발하여, 웨이퍼(W) 둘레부 및 이면에 소망하지 않는 성막에 의한 파티클 발생 등의 불량이 증대할 우려가 있다.
한편, 가스 도입 기구(40)는, 실드 베이스(3)의 측벽에 설치된 개구(44)와, 이 개구(44)를 통해 배기 공간(46)과 연통하는 챔버를 실드 베이스(3) 안쪽에 형성하는 밸브 본체(42)와, 이 밸브 본체(42)의 천정벽의 3개소에 설치된 도입 구멍(43)과, 이 도입 구멍(43)보다 직경이 큰 밸브 요소(41a) 및 축부(41b)를 가지며, 각각의 도입 구멍(43)에 삽입되어 통과하는 밸브(45)를 구비하고 있다. 이 밸브(45)는 통상적으로는 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 그 자체의 무게에 의해 밸브 요소(41a)가 도입 구멍(43)을 밀폐하여, 처리 가스가 백사이드 공간(23)으로 침입하는 것을 방지하도록 되어 있다. 단, 배기 공간(46)의 압력이 백사이드 공간(23)의 압력보다 높아지면, 그 압력차에 의해 밸브 요소(41a)는 윗방향의 힘을 받게 되고, 이 압력차가 소정치 이상으로 되면 들어 올려져 도입 구멍(43)을 개방하여, 도 11에 도시한 바와 같이 배기 공간(46)의 분위기를 백사이드 공간(23)으로 도입한다. 도입 구멍(43)의 면적과의 에 따라 밸브 요소(41a)의 중량을 조절함으로써, 밸브(45)가 작동하는 압력차를 제어할 수 있다.
도 12는 도 6의 A-A 부분 단면도이며, 실드 베이스(3)에 있어서의 가스 방출 기구(30) 및 가스 도입 기구(40)의 배치 상태를 나타내고 있다. 이와 같이, 본 실시예에서는 실드 베이스(3)의 한쪽에 한쌍의 가스 방출 기구(30) 및 가스 도입 기구(40)를 인접하게 설치하는 동시에, 실드 베이스(3)의 대향하는 다른쪽에 가스 방출 기구(30) 및 가스 도입 기구(40)를 또 한쌍 설치하고 있다. 이와 같이 배치함으로써, 가스 방출 기구(30) 및 가스 도입 기구(40)의 동작에 의해 챔버(1)내의 압력과 백사이드 공간의 압력의 차압을 형성하는 것을 방지할 수 있다.
배기 공간(46)에는 챔버(1) 바닥부의 4개의 코너에 설치된 배기구(36)를 통해 배기 장치(58)가 접속되어 있다. 배기 장치(58)는 그 배기량을 조절하는 도시하지 않은 밸브를 가지고 있고, 배기 공간(46)을 통해 처리 공간(10)내를 배기함으로써 처리 공간(10)을 소정의 진공도로 유지할 수 있도록 되어 있다. 또한, 배기 공간(46)과 처리 공간(10) 사이에는 다수의 구멍부를 갖는 배플판(6)이 설치되어 있기 때문에, 이렇게 해서 처리 공간(10)을 감압할 때에, 처리 공간(10)은 배기 공간(46)보다 서서히 감압된다.
챔버(1)의 천정부에는 처리 가스 등을 도입하기 위한 샤워 헤드(50)가 설치되어 있다. 이 샤워 헤드(50)는 덮개(2)에 끼워 맞춰 형성된 샤워베이스(51)를 가지고 있고, 이 샤워베이스(51)의 상부 중앙에는 가스 도입구(550)가 설치되어 있다. 또한, 이 가스 도입구(55)의 아래쪽에 2단의 확산 플레이트(52, 53)가 설치되어 있고, 이들 확산 플레이트(52, 53)의 아래쪽에 샤워 플레이트(54)가 설치되어 있다. 가스 도입구(55)에는 챔버(1)내의 처리 공간(10)으로 처리 가스 등을 공급하는 가스 공급 기구(60)가 접속되어 있다.
가스 공급 기구(60)는 ClF3 가스 공급원(61), N2 가스 공급원(62), WF6 가스 공급원(63), Ar 가스 공급원(64), SiH4 가스 공급원(65) 및 H2 가스 공급원(66)을 가지고 있다. ClF3 가스 공급원(61)에는 가스 라인(67)이 접속되며, 이 가스 라인(67)에는 매스플로우 컨트롤러(81)와 그 앞뒤에 개폐 밸브(74, 88)가 설치되어 있다. N2 가스 공급원(62)에는 가스 라인(68)이 접속되고, 이 가스 라인(68)에는 매스플로우 컨트롤러(82)와 그 앞뒤에 개폐 밸브(75, 89)가 설치되어 있다. WF6 가스 공급원(63)에는 가스 라인(69)이 접속되어 있고, 이 가스 라인(69)의 도중에 분기 라인(70)이 분기되어 있다. 그리고, 가스 라인(69)에는 매스플로우 컨트롤러(83)와 그 앞뒤에 개폐 밸브(76, 90)가 설치되어 있고, 분기 라인(70)에는 매스플로우 컨트롤러(84)와 그 앞뒤에 개폐 밸브(77, 91)가 설치되어 있다. 이 분기 라인(70)은 후술하는 뉴크리에이션(nucleation) 공정에 사용되며, 그 유량이 보다 엄밀히 제어되도록 되어 있다. Ar 가스 공급원(64)에는 가스 라인(71)이 접속되고, 이 가스 라인(71)에는 매스플로우 컨트롤러(85)와 그 앞뒤에 개폐 밸브(78, 92)가 설치되어 있다. 그리고, 이 가스 라인(71)에 상기 가스 라인(69) 및 상기 분기 라인(70)이 합류되도록 되어 있고, Ar 가스는 WF6 가스의 캐리어 가스로서 기능한다. SiH4 가스 공급원(65)에는 가스 라인(72)이 접속되고, 이 가스 라인(72)에는 매스플로우 컨트롤러(86)와 그 앞뒤에 개폐 밸브(79, 93)가 설치되어 있다. H2 가스 공급원(66)에는 가스 라인(73)이 접속되고, 이 가스 라인(73)에는 매스플로우 컨트롤러(87)와 그 앞뒤에 개폐 밸브(80, 94)가 설치되어 있다. 그리고, 가스 라인(67, 68, 71, 72, 73)은 가스 라인(95)에 접속되며, 이 가스 라인(95)이 가스 도입구(55)와 접속되어 있다.
이하, 상기한 바와 같이 구성되는 CVD 성막 장치(100)에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 W막을 성막하는 동작의 일례를 설명한다. 표 1은 본 예에 있어서의 웨이퍼(W) 반입에서 반출까지의 단계 1 내지 단계 10에 있어서의 처리 공간의 압력과 퍼지 가스 유량과의 변화를 나타내는 표이다.
[표 1]
STEP 처리공간의 압력(Pa) 퍼지 가스 유량 (×10-2L/min)
1 0 0
2 500 50
3 500 50
4 500 50
5 0 50
6 10666 100
7 10666 100
8 10666 100
9 0 100
10 0 0

우선, 챔버(1)의 측벽에 설치된 도시하지 않은 게이트 밸브를 열어 반송 암에 의해 챔버(1)내에 웨이퍼(W)를 반입하고, 리프트 핀(16)을 탑재대(5)로부터 소정 길이 돌출할 때까지 상승시켜 웨이퍼(W)를 수취한 후, 반송 암을 챔버(1)로부터 퇴출시키고, 게이트 밸브를 닫는다.
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이 상태에서, 가스 공급 기구(60) 및 퍼지 가스 공급 장치(59)로부터 가스를 공급하지 않고서 배기 장치(58)의 배기 밸브를 완전히 개방하여 챔버 내부를 급속히 감압시키고, 챔버(1)내의 압력을 도달 압력 100mTorr의 고진공 상태로 한 뒤, 리프트 핀(16) 및 클램프 링(7)을 하강시키고, 리프트 핀(16)을 탑재대(5)에 몰입시켜서 웨이퍼(W)를 탑재대(5)상에 탑재하는 동시에, 클램프 링(7)을 웨이퍼(W)에 접촉시켜 유지하는 위치까지 하강시킨다(단계 1). 이와 같이 챔버 내부를 고진공 상태로 하여 웨이퍼(W)의 탑재 및 클램프 링(7)에 의한 유지를 하는 것은 웨이퍼(W)가 탑재대(5)상에서 미끄러지는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 가열실(25)내의 램프(26)를 점등하고, 회전대(27)를 회전 모터(29)에 의해 회전시키면서 열선을 방사시키고, 웨이퍼(W)를 소정 온도로 가열한다.
다음으로, 탑재대(5)상에 탑재되어, 클램프 링(7)에 의해 유지된 웨이퍼(W)의 표면에 뉴크리에이션막을 형성하기 위해서, 배기 장치(58)의 배기 밸브가 열린 정도를 내리는 동시에, 가스 공급 기구(60)의 N2 가스 공급원(62), Ar 가스 공급원(64), SiH4 가스 공급원(65), 및, H2 가스 공급원(66) 및 퍼지 가스 공급 장치(59)로부터 각각 소정의 유량으로 처리 가스 또는 퍼지 가스의 공급을 개시하고, 처리 공간(10)내의 압력을 500Pa로 한다(단계 2). 이어서, 각 가스의 유량을 유지한 채로, WF6 가스 공급원(63)으로부터 분기 라인(70)을 통해, 고정밀도의 매스플로우 컨트롤러(84)에 의해 엄밀히 유량을 제어하면서, 후술하는 본 성막 공정보다 소량의 WF6 가스의 공급을 개시하고(단계 3), 이 상태에서 하기 수학식 1에 나타내는 SiH4 환원 반응을 소정 시간 진행시켜, 웨이퍼(W) 표면에 뉴크리에이션막을 형성한다(단계 4). 또한, 상기 단계 3 및 상기 단계 4에 있어서, 처리 공간(10)내의 압력은 500Pa를 유지하도록 한다.
[수학식 1]
2WF6 + 3SiH4 →2W + 3SiF4 + 6H2
그 후, WF6 가스 및 SiH4 가스의 공급을 정지하고, 그 외의 가스의 공급량을 유지한 상태에서, 배기 장치(58)의 배기 밸브를 완전히 개방하여 처리 공간(10) 내부를 급속히 감압시키고, 뉴크리에이션막을 형성한 후에 잔류한 처리 가스를 처리 공간(10)으로부터 일소한다(단계 5).
다음으로, 이상과 같이 하여 뉴크리에이션막이 형성된 웨이퍼(W)의 표면에, W 성막하는 본 성막 공정을 실시한다. 우선, 배기 장치(58)의 배기 밸브가 열린 정도를 내리는 동시에, 캐리어 가스로서의 Ar 가스, H2 가스, N2 가스 및 퍼지 가스의 유량을 각각 증대시켜, 처리 공간(10)내의 압력을 10666Pa로 상승시킨다(단계 6). 이어서, 가스 공급 기구(60)의 WF6 가스 공급원(63)으로부터 주요 증착용의 WF6 가스의 공급을 개시하는 동시에, Ar 가스, H2 가스, N2 가스를 감소시키고, 처리 공간(10)내를 주요 증착을 위한 처리 가스 분위기로 하고(단계 7), 이 상태에서 하기 수학식 2에 나타내는 H2 환원 반응의 W성막을 소정 시간 실시한다(단계 8). 또한, 상기 단계 7 및 상기 단계 8에 있어서, 퍼지 가스의 유량 및 처리 공간(10)내의 압력은 상기 단계 7과 동일하게 유지하도록 한다.
[수학식 2]
WF6 + 3H2 →W + 6HF
본 성막을 종료한 후, 웨이퍼(W)를 꺼내기 위한 준비로서, WF6 가스 및 SiH4 가스의 공급을 정지하고, Ar 가스, H2 가스, N2 가스 및 퍼지 가스의 공급을 유지한 상태에서, 배기 장치(58)의 배기 밸브를 완전히 개방하여 챔버(1) 내부를 급속히 감압시키고, 본 성막 종료 후에 잔류한 처리 가스를 처리 공간(10)으로부터 일소하고(단계 9), 그 후 모든 가스의 공급을 정지한 상태에서 감압을 계속하여 챔버(1)내를 고진공도 상태로 한다(단계 10).
이 고진공도 상태에서 리프트 핀(16) 및 클램프 링(7)을 상승시키고, 클램프 링(7)에 의한 웨이퍼(W)의 유지를 해제하는 동시에, 리프트 핀(16)을 탑재대(5)로부터 소정 길이 돌출시켜 웨이퍼(W)를 반송 암이 수취 가능한 위치까지 상승시킨다. 이와 같이 챔버 내부를 고진공 상태로 하여 웨이퍼(W)의 유지를 해제하고, 리프트 핀(16)으로 들어올리는 것은 단계 1과 같이 웨이퍼(W)가 탑재대(5)상에서 미끄러지는 것을 방지하기 위함이다.
그 후, 퍼지 가스, Ar 가스 등을 챔버(1)내로 도입하고, 게이트 밸브를 열어 챔버(1)내에 반송 암을 진입시키고, 리프트 핀(16)상의 웨이퍼(W)를 반송 암으로 수취하고, 반송 암을 챔버(1)로부터 퇴출시킴으로써 웨이퍼(W)를 꺼내어 성막 동작을 종료한다. 또한, 웨이퍼(W)를 꺼낸 후에는 필요에 따라 ClF3 가스를 챔버(1)내에 공급하여 챔버(1) 내부를 클리닝한다.
이러한 프로세스에서는 특히, 상기 단계 5, 단계 9 및 단계 10에 있어서, 배기 장치(58)의 밸브를 완전히 개방하여 급속히 감압하기 때문에, 처리 공간(10) 및 배기 공간(46)의 압력이 급격히 저하된다. 종래의 장치에서는 이러한 경우에 백사이드 공간(23)과 처리 공간(10) 사이에 큰 압력차가 발생하여 클램프 링(7)의 진동이 발생하고 있었지만, 본 실시예에 있어서는, 이 압력차가 클램프 링(7)의 진동을 발생시키는 크기에 도달하기 전에, 가스 방출 기구(30)가 백사이드 공간(23)으로부터 퍼지 가스를 배기 공간(46)으로 방출하기 때문에, 클램프 링(7)의 진동 등의 문제는 발생하지 않는다. 또한, 가스 방출 기구(30)는 성막시에 퍼지 가스가 처리 공간(10)으로 유출함으로써 통상 생기는 압력 손실로는 동작하지 않기 때문에, 상기 단계 2 내지 단계 4의 뉴크리에이션 공정, 및 상기 단계 6 내지 단계 8의 본 성막 공정에 있어서 퍼지 가스는 방출되지 않아, 처리 가스의 웨이퍼(W) 둘레부 및 이면으로의 침입은 퍼지 가스에 의해 충분히 방지된다.
또한, 종래의 장치에서는 장치가 오작동하거나 고장났을 경우에는 처리 공간(10) 및 배기 공간(46)내의 압력이 백사이드 공간(23)의 압력보다 매우 커져서, 그 압력차에 의해 CVD 성막 장치(100)를 구성하는 부재가 파손될 우려가 있었지만, 본 실시예에 있어서는 가스 도입 기구(40)가 배기 공간(46)의 분위기를 백사이드 공간(23)으로 도입함으로써 압력차를 완화시킬 수 있기 때문에, 이러한 압력차에 기인한 부재의 파손을 방지할 수 있다.
다음으로, 상기 가스 방출 기구(30)에 있어서의 밸브(35)의 설계예에 대해서 설명한다. 여기에서는 대표적인 실제 기구의 데이터에 따라서 밸브(35)를 구성했을 경우에 대하여 나타낸다.
클램프 링(7)은 클램프 링(7) 자체의 무게와, 클램프 링(7)과 3개의 리프트 핀(16) 각각을 연결하는 3개의 스프링의 힘에 의해, 탑재대(5)상의 웨이퍼(W)를 유지하고 있다. 실제 기구에 있어서의 클램프 링(7) 자체의 무게는 0.9N, 상기 스프링의 힘은 합계 15N, 클램프 링(7)의 면적 A=0.0185m2이며, 클램프 링(7)은 0.9N+15N=15.9N으로 웨이퍼(W)를 가압하고 있다. 따라서, 처리 공간(10)과 백사이드 공간(23)과의 압력차에 의해, 이 15.9N보다 큰 힘이 클램프 링(7)의 윗방향으로 작용하면 클램프 링(7)이 들어올려져 진동하기 시작하는 것으로 생각된다. 이 점에서, 이 실제 기구에서 클램프 링(7)이 진동하기 시작하는 처리 공간(10)과 백사이드 공간(23)과의 압력차의 크기 △P1는 △P1=15.9/0.0185=859.5Pa로 구할 수 있다.
또한, 실제 기구의 데이터로부터는 성막시에 퍼지 가스가 백사이드 공간(23)으로부터 처리 공간(10)으로 유출함으로써 생기는 압력 손실(△P2)는 △P2≒113Pa로 산출되었다. 따라서, 배기 공간(46)과 백사이드 공간(23)과의 압력차가 △P2 이하인 경우에 퍼지 가스가 방출되면, 성막시에 퍼지 가스를 충분히 흐르게 할 수 없어진다.
이상으로부터, 이 실제 기구에서는 밸브(35)가 동작하는 압력차(P)를 △P1 < P < △P2, 즉 113Pa < P < 859.5Pa로 하는 것이 바람직하고, 이에 따라 성막시에는 퍼지 가스에 의해 웨이퍼(W)의 둘레부 및 이면 쪽으로의 처리 가스의 침입을 효과적으로 방지하면서, 급속 감압시에 클램프 링(7)에 발생하는 진동을 방지할 수 있는 것이 요구되었다.
이 바람직한 범위의 압력차(P)로 동작하도록 밸브(35)를 구성하였다. 여기에서는, 가스 방출 기구(30)의 설치 공간의 관계 때문에 밸브 요소(31a)의 외경은 14mm로 하고, 두께는 1.5mm로 하였다. 이와 같이 구성된 밸브 요소(31a)가 동작하는 압력차는 1장당 143Pa로 산출되었기 때문에, 3장의 밸브 요소(31a)를 하나의 밸브(35)에 사용함으로써, 밸브(35)가 동작하는 압력을 상기 바람직한 범위내의 429Pa로 할 수 있다. 밸브 요소(31a)는 두께가 4.5mm인 것을 1장 사용해도 되지만, 여기에서는 조정을 용이하게 하기 위해 1.5mm의 밸브 요소(31a)를 3장 사용하기로 하였다. 이와 같이 구성한 밸브(35)를 가스 방출 기구(30)에 사용함으로써, 성막시에는 퍼지 가스에 의해 백사이드 공간(23)으로의 처리 가스의 침입을 방지하면서, 처리 공간(10)을 감압할 때에는 상기 백사이드 공간(23)으로부터 퍼지 가스를 적절히 방출하여 클램프 링(7)의 진동을 방지할 수 있었다. 또한, 여기에서는 실제 기구의 대표적인 데이터에 따라 구성된 밸브(35)의 설계예를 나타낸 것으로, 밸브(35)가 동작하는 압력차의 바람직한 범위 및 밸브(35)의 구성은 여기에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다. 예컨대, 상기 실시예에서는 가스 방출 기구(30) 및 가스 도입 기구(40)가 모두 실드 베이스(3)의 안쪽으로 돌출되도록 설치했지만, 도 13에 도시한 가스 방출 기구(30')와 같이 실드 베이스(3)의 바깥쪽으로 돌출되도록 설치해도 된다. 이 경우에는, 도 14에 도시한 가스 방출 기구(30")와 같이 횡방향으로 밸브(35')를 설치해도 된다. 단, 횡방향으로 한 경우에는 밸브(35')는 자체의 무게에 의해 방출 구멍(33')을 밀폐할 수는 없기 때문에, 스프링 등에 의해 밸브(35')를 방출 구멍(33')으로 가압하여 밀폐하는 구성으로 할 필요가 있다. 또한, 상기에서는 가스 방출 기구(30) 및 가스 도입 기구(40)는 모두 방출 구멍(33, 43)과 밸브(35, 45)의 조합을 3세트 갖는 구성으로 했지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 또한, 가스 방출 기구(30) 및 가스 도입 기구(40)의 수와 배치에 대해서도 변경이 가능하다.
또한, 상기 실시예에서는 본 발명을 W의 CVD 성막에 대해서 나타내었지만, 여기에 한정되지 않으며, 다른 재료, 예를 들어 Al, WSi, Ti, TiN 등의 CVD 성막에 적용할 수 있고, 또한 CVD 이외의 다른 가스 처리에도 적용할 수 있다. 또한, 피처리 기판은 웨이퍼에 한정되는 것은 아니며, 다른 기판이더라도 무방하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 상기 공간의 압력이 처리 용기내에서의 상기 공간의 바깥쪽 압력보다 소정치 이상 높아졌을 경우에, 상기 퍼지 가스를 상기 공간으로부터 방출하는 가스 방출 기구를 구비함으로써, 상기 피처리 기판을 처리할 때에는 상기 퍼지 가스에 의해 상기 공간으로의 처리 가스의 침입을 방지하면서, 상기 처리 용기 내부를 감압할 때에는 상기 가스 방출 기구에 의해 상기 퍼지 가스를 상기 공간으로부터 방출할 수 있어, 상기 처리 용기내에서의 상기 공간 내외에 큰 압력차가 발생하지 않기 때문에, 상기 기판 유지 부재의 진동 등의 문제가 방지된다. 이에 따라, 성막 공정 후에 상기 처리 공간을 급속히 감압시킬 수 있게 되고, 프로세스 시간을 단축하여 처리량을 향상시키는 것이 가능해진다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 관해서 도 15 내지 도 20을 참조하여 설명한다. 도 15는 본 발명에 따른 처리 장치의 일례를 도시한 단면도, 도 16은 도 15에 도시한 탑재대를 겸한 수광 발열체로서의 서셉터의 둘레부를 나타내는 확대 단면도이다. 또한, 이하의 실시예는 열 처리에 관한 것이기 때문에 간단히 "처리 장치"라고 하는 대신에 "열처리 장치"로 하기로 한다. 본 실시예에서는 열처리 장치로서 가열 램프를 이용한 고속 승온이 가능한 매엽식(枚葉式)의 성막 장치를 예로 들어 설명한다.
이 성막 장치(222)는 예컨대 알루미늄 등에 의해 원통 형상 또는 박스 형상으로 성형된 처리 용기(224)를 가지고 있고, 이 처리 용기(224)내에는 용기 바닥부로부터 기립시킨 링 형상의 반사 지주(226)상에, 예컨대 탑재대를 겸한 서셉터(230)의 둘레 방향으로 적절히 배치된 L자 형상의 단면이 3개인 유지 부재(228)를 사이에 두고 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 탑재하기 위한 탑재대를 겸한 서셉터(230)가 설치되어 있다. 서셉터(230)의 직경은 처리해야 할 웨이퍼(W)의 직경과 대략 동일해지도록 설정되어 있다. 또한, 유지 부재(228)는 후술하는 가열 램프(252)로부터의 열선, 주로 적외선의 파장(열선)을 투과시키는 재료, 예컨대 석영에 의해 구성되어 있다. 반사 지주(226)는 열선을 반사하여 서셉터(230)로 반사되기 쉽도록 안쪽이 경면으로 형성되어 있다.
이 서셉터(230)의 아래쪽에는 지지 부재로서 복수개(예컨대 3개)의 L자 형상의 리프터 핀(232)이 설치되어 있고, 각 리프터 핀(232)은 도시하지 않은 리프터 핀 고정링에 의해 서로 연결되어 있다. 용기 바닥부를 관통하여 설치된 푸쉬업 봉(234)에 의해 리프터 핀 고정링을 상하 이동시킴으로써, 서셉터(230)에 관통시켜서 설치된 릴리프 홀로서의 리프터 핀 홀(236)에 상기 리프터 핀(232)을 관통시켜서 웨이퍼(W)를 서셉터(230)로부터 들어올리거나, 서셉터(230)에 의해 지지할 수 있도록 되어 있다.
상기 푸쉬업 봉(234)의 하단은 처리 용기(224)내의 기밀 상태를 유지하기 위해서 신축 가능한 벨로우즈(238)를 통해 액츄에이터(240)에 접속되어 있다. 상기 서셉터(230)의 둘레부에는 웨이퍼(W)의 고정 수단, 예컨대 웨이퍼(W)의 둘레부를 가압하여 이것을 서셉터(230) 쪽에 고정하기 위한 링 형상의 세라믹스제 클램프 링(242)이 설치되어 있고, 이 클램프 링(242)은 상기 유지 부재(228)를 헐겁게 끼운 상태로 관통하는 석영제의 링 암(244)을 사이에 두고 상기 리프터 핀(232)에 연결되어 있고, 리프터 핀(232)과 일체적으로 승강하도록 되어 있다. 여기에서 유지 부재(228)와 리프터 핀(232)의 수평 부분 사이의 링 암(244)에는 코일 스프링(246)이 개재되어 있어, 클램프 링(242) 등을 아래 방향으로 가압하고, 또한 웨이퍼(W)의 클램핑을 확실히 하고 있다. 이들 리프터 핀(232) 및 유지 부재(228)도 석영 등의 열선 투과 부재에 의해 구성되어 있다.
또한, 서셉터(230) 바로 아래의 처리 용기(224) 바닥부의 개구부에는 석영 등의 열선 투과 재료로 이루어진 투과창(248)이 기밀하게 설치되어 있고, 이 아래쪽에는 투과창(248)을 둘러싸도록 박스 형상의 가열실(250)이 설치되어 있다. 이 가열실(250)내에는 가열 수단으로서 할로겐 램프 등으로 구성된 복수의 가열 램프(252)가 반사경도 겸하는 회전대(254)에 부착되어 있고, 이 회전대(254)는 회전축을 통해 가열실(250)의 바닥부에 설치한 회전 모터(256)에 의해 회전된다. 따라서, 이 가열 램프(252)로부터 방출된 열선은 투과창(248)을 투과하여 서셉터(230)의 하면을 조사해서 이를 가열하고, 이것으로부터의 열전도에 의해 웨이퍼(W)를 가열할 수 있도록 되어 있다.
상기 가열 램프(252)는 중앙으로부터 방사선 형상으로 다수 배치되어 있다. 중앙부에 배치된 가열 램프(252)는 서셉터(230)의 주로 중앙부를 가열하고, 그 바깥쪽에 배치된 가열 램프(252)는 서셉터(230)의 주로 중앙로부터 단부까지를 가열하고, 가장 바깥쪽에 배치된 가열 램프(252)는 주로 클램프 링(242)을 가열한다.
이 가열실(250)의 측벽에는 이 가열실(250) 내부나 투과창(248)을 냉각하기 위한 냉각 공기를 도입하는 냉각 공기 도입구(258) 및 이 공기를 배출하는 냉각 공기 배출구(260)가 설치되어 있다. 그리고, 처리 용기(224)의 바닥부에는 이것을 관통하여 서셉터(230) 아래쪽의 챔버(270) 내부를 향하도록 가스 노즐(271)이 설치되어 있고, 불활성 가스(N2, Ar 등), 예컨대 Ar을 저장하는 도시하지 않은 Ar 가스원으로부터 유량 제어된 Ar 가스를 백사이드 가스로서 챔버(270)내에 흐르게 함으로써, 이 챔버(270)내에 처리 가스가 침입하여 열선에 대하여 불투명화의 원인으로 되는 성막이 투과창(248)의 내면 등에 부착되는 것을 방지하고 있다.
또한, 서셉터(230)의 외주 쪽에는 다수의 정류 구멍(262)을 갖는 링 형상의 정류판(264)이 상하 방향으로 링 형상으로 성형된 지지 칼럼(266)과 처리 용기(224)의 내벽 사이에 지지되어 설치되어 있다. 지지 칼럼(266)의 상단 내주 쪽에는, 이 내주단에 지지되어 링 형상의 석영제 어태치먼트 부재(268)가 설치되어 있고, 서셉터(230)로부터 아래쪽의 챔버내로 처리 가스가 가능한 한 유입되지 않도록 처리 용기(224) 내부를 상하의 챔버로 구획하고 있다. 지지 칼럼(266)의 상부에는 수냉 재킷(280)이 설치되어, 정류판(264) 쪽을 주로 냉각하도록 되어 있다. 정류판(264)의 아래쪽 바닥부에는 배기구(274)가 설치되고, 이 배기구(274)에는 도시하지 않은 진공 펌프에 접속된 배기로(276)가 접속되어 있고, 처리 용기(224)내를 진공으로 하여 소정 진공도(예컨대, 0.5Torr 내지 100Torr)로 유지할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 상기 지지 컬럼(266)에는 압력 릴리프 밸브(278)가 설치되어 있어, 서셉터(230) 아래쪽의 챔버(270) 내부가 과도하게 양압 상태로 되는 것을 방지하고 있다.
한편, 상기 서셉터(230)와 대향하는 처리 용기(224)의 천정부에는 처리 가스나 클리닝 가스 등의 필요 가스를 반응실(282)내로 도입하기 위한 가스 공급부(284)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 이 가스 공급부(샤워 헤드)(284)는 샤워 헤드 구조로 되어 있고, 예컨대 알루미늄 등에 의해 원형 박스 형상으로 성형된 헤드 본체(286)를 가지며, 이 천정부에는 가스 도입구(288)가 설치되어 있다. 이 가스 도입구(288)는 가스 통로나 복수의 분기로를 통해 도시하지 않은 가스원에 접속되어 있고, 각 가스원으로부터 N2, H2, WF6, Ar, SiH4 및 ClF3 등이 각각 공급되도록 되어 있다.
헤드 본체(286)의 하면인 서셉터 대향면에는 헤드 본체(286)내로 공급된 가스를 방출하기 위한 다수의 가스 구멍(300)이 면내에 균등하게 배치되어 있어, 웨이퍼 표면에 걸쳐 균등하게 가스를 방출하도록 되어 있다. 또한, 헤드 본체(286)내에는 다수의 가스 분산 구멍(302)을 갖는 2장의 확산판(304)이 상하 2단으로 배치되어 있어, 웨이퍼면에 보다 균등하게 가스를 공급하도록 되어 있다.
여기서, 본 실시예에 있어서의 서셉터(230)에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 서셉터(230)에는 이 서셉터(230)와는 다른 재질로 구성된 이종 부재로서 서셉터 온도 제어를 위한 온도 센서(TC)가 내장되어 있다. 본 실시예에 따른 성막 장치(222)는 직경이 300mm인 반도체 웨이퍼(W)를 취급하기 때문에, 서셉터(230) 단부의 온도 센서만으로는 온도 제어가 불충분해지기 때문에, 2번째 온도 센서(TC)를 서셉터의 단부로부터 더 깊은 중앙 부근까지 삽입하고, 이들에 의해 온도 제어를 하도록 하고 있다. 구체적으로는, 도 17 및 도 18에 도시한 바와 같이, 막대 형상의 온도 센서(291)를 서셉터(230)의 단부로부터 15mm 정도의 위치까지 삽입하는 동시에, 2번째의 막대 형상의 온도 센서(292)를 서셉터(230)의 단부로부터 120mm 정도의 중앙 부근까지 삽입한다. 예컨대, 온도 센서(291, 292)는 시스 열전대로 구성된다. 이 시스 재질은 예컨대 하스텔로이(hastelloy), 인코넬(inconel), 순수한 니켈 등의 내열 금속이다.
이들 온도 센서(291, 292)는 열선 투과율이 낮기 때문에, 종래와 같이 상기 서셉터(230)를 백색 AlN계 세라믹스와 같은 열선 투과율이 높은 재질로 구성한 경우에는 투과율의 차이가 커져 버린다. 투과율의 차이가 크면 열선 흡수율의 차이도 커지기 때문에, 서셉터(230)내에서 온도 분포의 불균일이 발생해 버린다.
이 때문에, 이 실시예에 관한 성막 장치(222)에 있어서의 서셉터(230)는 열선 투과율이 낮은 흑색 AlN계 세라믹스로 구성한다.
상기 AlN계 세라믹스는 일반적으로 우수한 열전도성이나 기계적 특성이 있기 때문에, 서셉터 등의 수광 발열체에 사용된다. 이 AlN계 세라믹스의 색깔은 불순물이나 소결 보조제(sintering aid)의 종류 및 양에 따라 변화된다. 예컨대, 백색 또는 회색 AlN계 세라믹스는 전이 금속 불순물이 적은 고순도 AlN 원료를 사용하여 소성 형성된다. 또한, 흑색 AlN계 세라믹스는 AlN 원료에 티타늄, 코발트 등을 포함하거나, AlON 또는 카본 등을 포함시킴으로써 형성된다. 특히 AlON을 포함하는 것은 색 불균일이 적고 기계적 특성도 우수하기 때문에 효과적이다.
도 19에 AlN계 세라믹스를 투과시킨 광의 파장과 그 투과율과의 관계를 나타낸다. 동 도면은 대수 그래프이며, 횡축은 AlN계 세라믹스를 투과시킨 광의 파장을 나타내며, 종축은 투과율(대수로 표시)을 나타낸다. 백색 AlN계 세라믹스에 대해서는 그래프 1로 나타내고, 흑색 AlN계 세라믹스에 대해서는 그래프 2로 나타내고 있다. AlN계 세라믹스는 백색과 흑색 모두 3.5mm 두께인 것을 사용했다.
도 19에 도시한 바와 같이 1㎛ 정도 이상의 파장에서는 흑색이지만 투과율은 백색인 것에 대하여 1/40 정도 낮아진다. 소위 열선으로 되는 파장은 적외광(0.78㎛ 내지 1000㎛)이며, 흑색은 특히 이 열선의 투과율이 낮아짐을 알 수 있다. 열원인 가열 램프(252)로서 열선으로 되는 0.6㎛ 내지 3㎛의 파장을 출력할 수 있는 할로겐 램프를 사용하면, 흑색 AlN계 세라믹스는 이 열선의 투과율을 1/40 정도 낮게 할 수 있다.
본 실시예에 있어서의 서셉터(230)는 이러한 열선의 투과율이 낮은 흑색 AlN계 세라믹스로 구성하기 때문에, 서셉터(230)와 내장된 온도 센서(291, 292)간의 열선 투과율의 차이를 작게 할 수 있어, 서셉터(230)내의 온도차를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 서셉터(230)를 구성하는 AlN계 세라믹스의 색깔은 불순물이나 소결 보조제의 종류·양에 따라 변하기 때문에, 서셉터(230)에 내장하는 이종 부재의 열선 투과율과 동일 정도 이하의 열선 투과율로 이루어지는 AlN계 세라믹스이면, 이종 부재가 내장됨에 따른 서셉터(230)의 온도 분포에 대한 영향을 경감시킬 수 있어, 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 구성된 성막 장치(222)에 기초하여 실시되는 성막 처리에 대해 설명한다. 여기에서는, Si 웨이퍼 표면에 스퍼터 장치로 미리 TiN 배리어 금속층을 형성해 둔 표면에, 텅스텐막을 CVD 성막하는 경우를 예로 들어 설명한다. 우선, 로드 록실(load lock chamber)(318)내에 수용되어 있는 TiN 배리어 금속층이 부착된 반도체 웨이퍼(W)를 도시하지 않은 반송 암에 의해 미리 진공 상태로 되어 있는 처리 용기(224)내에 게이트 밸브(316)를 통해 반입하고, 리프터 핀(232)을 밀어 올림으로써 웨이퍼(W)를 리프터 핀(232) 쪽으로 전달한다. 그리고, 엑츄에이터(240)를 작동하여 푸쉬업 봉(234)을 내림으로써 리프터 핀(232)을 강하시키고, 웨이퍼(W)를 서셉터(230)상에 탑재하는 동시에 추가로 푸쉬업 봉(234)을 내림으로써 웨이퍼(W)의 둘레부를 링 형상의 클램프 링(242)의 안쪽 단면과 접촉시켜 눌러 내려서, 이것을 고정한다. 그리고, 처리 용기(224)내를 베이스압까지 진공으로 한 후, 가열실(250)내의 가열 램프(252)를 점등하면서 회전시켜, 열선을 방사한다.
가열 램프(252)로부터 방사된 열선은 투과창(248)을 투과한 뒤, 서셉터(230)의 이면을 조사하여 이것을 가열한다. 그리고, 온도 센서(291, 292)로부터의 측정 온도에 따라서 가열 램프(252)의 출력을 조정함으로써 가열을 한다. 이 때, 서셉터(230)는 가열 램프(252)로부터의 열선의 투과율이 낮은 흑색 AlN계 세라믹스로 구성하기 때문에, 서셉터(230)와 내장된 온도 센서(291, 292)간의 열선 투과율의 차이가 작아지므로, 서셉터(230)내의 온도차도 작아져 서셉터(230)의 온도 분포의 균일성이 향상된다. 따라서, 이러한 서셉터(230)로부터의 열전도에 의해 열이 전 해지는 서셉터(230)상의 반도체 웨이퍼(W)의 온도 분포의 균일성도 향상되어 성막을 균일하게 실시하는 것이 가능해진다.
그리고, 반도체 웨이퍼(W)가 프로세스 온도에 도달했다면, 도시하지 않은 가스원으로부터 각각 캐리어 가스로서 N2 가스, 처리 가스로서 WF6 가스, 환원 가스로서 H2 가스 및 Ar 가스를, 처리 용기(224)내의 반응실(282)내로 공급한다. 또한, N2 가스 또는 Ar 가스 대신에 헬륨(He) 가스도 사용할 수 있다. 이렇게 해서, 공급된 혼합가스는 소정의 화학 반응을 발생시켜, 텅스텐막이 TiN막상에 형성된다. 이 성막처리는 소정의 막 두께를 얻을 때까지 실시된다.
이와 같이 성막 처리가 이루어지고 있는 동안, 서셉터(230) 아래쪽의 챔버(270)내에 처리 가스가 침입하는 것을 방지하기 위해서, N2 가스원으로부터 N2 가스를 백사이드 가스로서 공급하여 이 챔버(270) 내부를 위쪽 반응실(282)에 대하여 약간 양압이 되도록 설정한다. N2 대신에 Ar 등의 불활성 가스이더라도 무방하고, H2 가스이더라도 무방하다. 또한, 도 16에 도시한 바와 같이, 서셉터(230) 아래쪽의 챔버(270)내에 공급된 백사이드 가스가, 서셉터(230) 바깥쪽 단면과 어태치먼트 부재(268)의 안쪽 단면과의 사이에 형성된 폭(L1), 예컨대 0.5mm 내지 10mm, 바람직하게는 1mm 내지 5mm의 입구로부터 화살표로 나타낸 바와 같이 가스 퍼지 통로(308)내로 유입되어, 클램프 링(242)의 바깥쪽 단부로부터 반응실(282)내로 빠져나간다. 이와 같이, 클램프 링(242)의 클램프 상태에 있어서, 이 하면과 어태치먼트 부재(268)의 내주쪽 단부 부분(310)의 상면으로 구획하도록 약간의 폭(L2), 예컨대 0.5mm 내지 10mm, 바람직하게는 1mm 내지 5mm의 가스 퍼지 통로(308)를 형성하여, 아래쪽으로 침입한 처리 가스를 완전히 정화하도록 되어 있다.
이와 같이, 본 실시예에 있어서는 서셉터(230)를 가열 램프(252)로부터의 열선 투과율이 낮은 흑색 AlN계 세라믹스로 구성함으로써, 서셉터(230)와 내장된 온도 센서(291, 292) 사이의 열선 투과율의 차이를 작게 할 수 있어, 서셉터(230)내의 온도차도 작게 할 수 있다. 이에 따라, 서셉터(230)의 온도 분포의 균일성이 향상된다. 따라서, 서셉터(230)상의 반도체 웨이퍼(W)의 온도 분포의 균일성도 향상되고, 반도체 웨이퍼(W)에 형성하는 막 두께의 균일성도 향상시킬 수 있다. 이 경우, 온도 센서 등의 이종 부재와 동일 정도 이하의 열선 투과율을 갖는 재료(상기 흑색 AlN계 세라믹스를 포함)로 서셉터(230)를 구성함으로써, 서셉터(230)와 내장된 온도 센서 등의 이종 부재 사이의 열선 투과율의 차이를 보다 작게 할 수 있어, 서셉터(230)내의 온도차도 보다 작게 할 수 있다. 이에 따라, 서셉터(230)의 온도 분포의 균일성도 보다 향상된다. 따라서, 서셉터(230)상의 반도체 웨이퍼(W)의 온도 분포의 균일성도 보다 향상되고, 반도체 웨이퍼(W)에 형성하는 막 두께의 균일성도 보다 향상시킬 수 있다. 예컨대, AlN계 세라믹스의 흑색은 AlON 등의 불순물이나 소결 보조제의 종류 및 양에 따라 변화되고, 이에 따라 열선 투과율도 변화되기 때문에, 이종 부재와 동일 정도 이하의 열선 투과율을 갖는 정도의 색깔이 검은 AlN계 세라믹스로 서셉터(230)를 구성해도 된다.
또한, 이 실시예에 있어서는 서셉터(230)내에 이종 부재로서 온도 센서(TC)(291, 292)를 내장한 경우에 대해서 설명했지만, 반드시 여기에 한정되는 것은 아니며, 다른 이종 부재를 서셉터에 내장하는 경우에 적용해도 된다. 이에 따라, 서셉터(230)의 온도 분포의 균일성이 향상된다. 따라서, 서셉터(230)상의 반도체 웨이퍼(W)의 온도 분포의 균일성도 향상되고, 반도체 웨이퍼(W)에 형성하는 막 두께의 균일성도 향상시킬 수 있다.
또한, 서셉터(230)에 내장하는 온도 센서에 따라서는 온도 센서 자체의 각 부위에 따라 열선 투과율이 상이한 경우가 있다. 이러한 경우에, 서셉터(230)를 종래와 같이 열선 투과율이 높은 백색 AlN계 세라믹스로 구성하면, 온도 센서가 내장되어 있는 부분에서도 온도 분포의 불균일이 발생한다. 이 때문에, 서셉터(230)를 통해 가열하는 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포도 온도 센서의 부분내에 불균일이 생겨, 성막을 했을 경우에 막 두께가 불균일해진다.
그런데, 이 실시예와 같이, 서셉터(230)를 열선 투과율이 낮은 흑색 AlN계 세라믹스로 구성함으로써, 이 온도 센서 부분의 온도 분포의 균일성도 향상시킬 수 있다.
도 20에 반도체 웨이퍼에 성막 처리를 실시하여, 온도 센서 부분상에 형성된 막 두께를 측정한 실험 결과를 나타낸다. 처리 가스 WF6, Ar, SiH4, H2, N2 등을 사용하여 약 500Pa의 압력하에서 핵을 형성하고, 약 10666Pa의 압력하에서 텅스텐을 성막하고, 반도체 웨이퍼상에 형성된 막 두께의 중앙 쪽으로부터 가장자리부 쪽으로 포인트(1 내지 5)를 취해 그 포인트의 저항치를 측정하고, 각 저항치에 따라서 막 두께를 산출했다. 여기에서는 반도체 웨이퍼(W)가 445 ℃로 되도록 제어하고 있다.
또한, 도 20에서는 횡축에 각 포인트를 취하고, 종축에 그 포인트에 있어서의 막 두께의 값을 취하고 있다. 각 포인트 1 내지 5는 각각 반도체 웨이퍼(W)의 중앙으로부터 4mm, 15mm, 34mm, 60mm, 95mm이다. 또한, 동 도면에서 검정색 사각형(■)의 그래프는 종래와 같이 서셉터를 열선 투과율이 높은 백색 AlN계 세라믹스로 구성하여 성막 처리를 실시했을 경우의 각각의 막 두께값을 나타내고, 검정색 원(■)의 그래프는 본 실시예에 있어서와 같이 서셉터를 열선 투과율이 낮은 흑색 AlN계 세라믹스로 구성하여 성막 처리를 실시했을 경우의 막 두께값을 나타낸다.
이러한 도 20의 실험 결과를 보면, 검정색 원(●)의 그래프와 같이 본 실시예에 따른 열선 투과율이 낮은 서셉터에 의한 경우는, 검정색 사각형(■)의 그래프와 같은 열선 투과율이 높은 서셉터의 경우에 비하여, 막 두께값의 최대, 최소의 차이가 작아지고 있어, 온도 센서 부분상의 막 두께는 균일하게 향상되고 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 서셉터(230)를 열선 투과율이 낮은 흑색 AlN계 세라믹스로 구성함으로써, 서셉터(230)내에서의 온도 센서 부분의 온도 분포의 균일성도 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 온도 센서 부분상에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)상에도 형성된 막 두께를 균일하게 향상시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 열처리 장치의 또 하나의 실시예를 도 21 및 도 22를 참조하면서 설명한다. 또한, 본 실시예에 대해서도 상술한 실시예와 같이 열처리 장치로서 가열 램프를 이용한 고속 승온이 가능한 매엽식 성막 장치를 예로 들어 설명한다. 이 성막 장치의 전체 구성의 단면도 및 서셉터의 둘레부를 나타내는 확대 단면도는 각각 도 15 및 도 16과 동일하기 때문에 그 상세한 설명을 생략한다. 도 21은 서셉터(230)와 클램프 링(242)의 둘레부를 확대한 개략도이다.
본 실시예에 있어서는, 도 21에 도시한 바와 같이 서셉터(230)를 백색 AlN계 세라믹스로 구성하는 동시에, 피처리체 가압 부재로서의 클램프 링(242)을 흑색 AlN계 세라믹스로 구성한다.
이 경우, 만일 상기 서셉터(230)와 클램프 링(242)을 동일한 백색 AlN계 세라믹스로 구성하면, 클램프 링(242)은 링 형상이어서 서셉터(230)보다 면적이 좁아 열 방출도 크기 때문에, 동일한 열원인 가열 램프(252)로부터 열선을 받더라도, 도 5에 도시한 경우와 같이 클램프 링(242)의 온도가 서셉터(230)의 온도보다 낮아진다. 게다가, 클램프 링(242)은 반도체 웨이퍼(W)의 둘레부에만 접촉하기 때문에, 반도체 웨이퍼 둘레부(100mm 내지 150mm, -100mm 내지 -150mm)의 열이 클램프 링(242)에 흡열되어 반도체 웨이퍼(W)의 둘레부의 온도가 중앙부 내지 그 주변부(-100mm 내지 100mm)의 온도보다 낮아진다. 이 때문에, 온도 분포가 불균일해진다고 생각된다.
그래서, 본 실시예에 있어서는 클램프 링(242)을 서셉터(230)보다 열선 투과율이 낮은 흑색 AlN계 세라믹스로 구성한다. 이에 따라, 동일한 열원인 가열 램프(252)로부터 열선을 받더라도, 클램프 링(242)의 온도가 서셉터(230)의 온도보다 높아지기 때문에, 반도체 웨이퍼 둘레부의 열이 클램프 링(242)에 흡열되어 온도 분포가 불균일해지는 것을 방지할 수 있다.
도 22에 클램프 링(242)을 서셉터(230)보다도 열선 투과율이 낮은 흑색 AlN계 세라믹스로 구성하여 가열 램프(252)로부터의 열선에 의해 서셉터(230)를 통해 반도체 웨이퍼(W)를 가열한 경우에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도를 측정한 실험 결과를 나타낸다. 이 경우, 성막 가스 이외의 처리 가스 Ar, H2, N2, Ar, SiH4 등을 처리 용기(224)내에 도입하여, 약 10666Pa의 압력으로 설정하고, 반도체 웨이퍼(W)가 445℃로 되도록 제어한다. 동 도면에서 횡축은 직경 300mm의 반도체 웨이퍼(W)에 대해서 중앙 위치를 0으로 했을 경우의 측정 위치를 나타내고, 종축은 그 측정 위치에 있어서의 온도를 나타낸다. 또한, 검정색 원(●)의 그래프는 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도를 나타내고, 흰색 원(○)으로 나타낸 점은 클램프 링(242)의 온도를 나타내고 있다. 도 22에 도시한 실험 결과를 클램프 링(242)과 서셉터(230)를 동일한 백색 AlN계 세라믹스로 구성한 경우의 도 5에 나타낸 실험 결과와 비교하면, 클램프 링(242)의 온도(○)가 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부 내지 그 주변부(-100mm 내지 100mm)의 온도보다 높아지고, 반도체 웨이퍼(W)의 둘레부(100mm 내지 150mm, -100mm 내지 -150mm)의 온도도 도 14에 나타낸 경우와 비교하여 저하되고 있지 않음을 알 수 있다. 즉, 클램프 링(242)이 열선 투과율이 낮은 온도만큼 가열됨으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 둘레부로부터의 열 방출분을 보충하고 있음을 알 수 있다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼(W)의 둘레부의 온도가 중앙부 내지 그 주변부의 온도에 비해 저하되는 것을 방지하여, 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있었다.
이와 같이, 클램프 링(242)을 서셉터(230)보다도 열선 투과율이 낮은 흑색 AlN계 세라믹스로 구성함으로써, 반도체 웨이퍼 둘레부의 열이 클램프 링(242)에 흡열되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 열선을 받는 면적의 차이에 따라 발생하는 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도의 차이를 적게 할 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)에 형성하는 막 두께의 균일성도 향상시킬 수 있다.
특히, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 커지면, 반도체 웨이퍼(W)의 둘레부로부터의 열 방출이 커지기 때문에, 중앙부와 주변부와의 온도차가 발생하기 쉽고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도 분포의 불균일도 발생하기 쉬워져, 본 발명을 적용하는 경우의 효과가 크다.
또한, 반도체 웨이퍼(W)로의 열전도 효율을 높이기 위해 서셉터(230)로서 두께가 얇은 것을 사용하는 경우가 있다. 서셉터(230)의 두께로서, 예컨대 7mm 내지 10mm의 것을 1mm 내지 7mm 정도까지 얇게 한다. 이러한 경우에는, 서셉터(230)의 두께를 얇게 하면 할수록, 서셉터(230)의 열전도 효율은 향상되지만, 열선 투과율이 보다 높아지기 때문에 열선 흡수율이 낮아지고, 또한, 둘레부로부터의 열 방출이 커지기 때문에 서셉터(230)의 온도가 클램프 링(242)의 온도에 대하여 상대적으로 낮아져 버린다.
따라서, 서셉터(230)의 두께를 예컨대 1mm 내지 7mm(바람직하게는 3.5mm 내지 5mm) 정도까지 얇게 하는 경우에는 클램프 링(242) 뿐만 아니라 서셉터(230)도 열선 투과율이 낮은 흑색 AlN계 세라믹스로 구성하는 것이 효과적이다. 이에 따라, 서셉터(230)의 두께를 얇게 함에 따라 발생하는 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도의 차이도 적게 할 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)에 형성하는 막 두께의 균일성을 보다 향상시킬 수 있다. 더구나, 이와 같이 했을 경우에는 상술한 실시예와 동일한 효과를 발휘할 수 있다. 즉, 본 실시예에 있어서의 서셉터(230)내에 온도 센서(TC)(291, 292) 등의 이종 부재를 내장한 경우에도, 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있어, 막의 균일성이 향상되고, 저항치의 균일성도 향상된다.
또한, 상기 실시예에 있어서, 도 23에 도시한 바와 같이, 서셉터(230)에, 리프터 핀(232)이 출입 가능한 릴리프 홀로서의 복수의 리프터 핀 홀(236) 외에, 이 리프터 핀 홀(236)과 동일 형상의 온도 조정 구멍(294)을, 각 구멍(236, 294)이 동심원상에 등간격으로 정렬되도록 형성해도 된다. 이에 따라, 각 구멍(236, 294)의 간격이 좁아지고, 게다가 각 구멍(236, 294)이 등간격으로 정렬되기 때문에, 가열 램프(405)로부터의 열선이 각 구멍(236, 294)으로부터 균등하게 투과한다. 이 때문에, 열선이 리프터 핀 홀(404)로부터만 투과하는 도 3에 도시한 경우에 비해 서셉터(230)의 둘레부에 있어서의 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 실시예에 있어서는 스퍼터 성막 또는 CVD 성막된 TiN의 배리어 금속상에 텅스텐 CVD 성막을 실시하는 경우에 대해서 설명했지만, 배리어 금속이나 그 위의 금속 성막으로서 이 종류에 한정되지 않고, 예컨대 배리어 금속로서, Ti, Ta, W, Mo 등의 금속막 및 실리사이드 또는 배리어 금속으로서의 Ti, W, Mo 등의 질화물도 사용할 수 있고, 금속 성막으로서 예컨대 알루미늄 성막을 실시하는 경우에도 적용할 수 있다. 또한, 이러한 배리어 금속을 개재한 성막뿐만 아니라, 통상 의 성막 처리시에도 이 열처리 장치를 적용할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 관련된 예에 한정되지 않음은 말할 필요도 없다. 당업자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 범위내에서 각종의 변경예 또는 수정예를 생각해 낼 수 있음은 분명하며, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 반도체 웨이퍼의 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 형성하는 박막의 막 두께 분포의 균일성을 향상시킬 수 있는 열처리 장치를 제공할 수 있다.
구체적으로는, 수광 발열체에 내장하는 이종 부재와 동일 정도 이상의 열선 투과율을 갖는 재료로 수광 발열체를 구성함으로써, 또한 수광 발열체를 열선 투과율이 낮은 흑색 AlN계 부재로 구성함으로써, 이종 부재가 내장됨에 따른 서셉터 등의 수광 발열체의 온도 분포에 대한 영향을 경감시킬 수 있어, 반도체 웨이퍼의 면내 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 수광 발열체보다 열선 투과율이 낮은 재료로 피처리체 가압 부재를 구성함으로써, 수광 발열체와 피처리체 가압 부재와의 온도차를 작게 할 수 있어, 반도체 웨이퍼 둘레부의 열이 피처리체 가압 부재에 흡열되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼의 면내 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 수광 발열체에 대하여 상대적으로 온도가 낮아지기 쉬운 피처리체 가압 부재를 열선 투과율이 낮은 흑색 AlN계 부재로 구성함으로써, 서셉터 등의 수광 발열체와 피처리체 가압 부재와의 온도차를 작게 할 수 있어, 반도체 웨이퍼의 면내 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 피처리체를 유지하여 수광 발열체 상에 탑재시키기 위한 복수의 지지 부재가 출입 가능한 릴리프 홀과, 이들 릴리프 홀과 동일 형상의 구멍을 각 구멍이 동심원상에 등간격으로 정렬하도록 수광 발열체에 설치함으로써, 열원으로부터의 열선이 각 구멍으로부터 균등하게 투과하기 때문에, 서셉터 등의 수광 발열체의 둘레부에 있어서의 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있으므로, 반도체 웨이퍼의 면내 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.

Claims (25)

  1. 처리 장치에 있어서,
    처리 가스를 이용하여 피처리 기판에 처리를 실시하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기내에 배치되어 상기 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와,
    상기 처리 용기내의 상기 피처리 기판의 표면 쪽에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 수단과,
    상기 피처리 기판의 둘레를 위쪽으로부터 가압하여 상기 탑재대상에 유지하는 링 형상의 기판 유지 부재와,
    상기 피처리 기판의 이면 쪽에 형성되는 공간에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 수단과,
    상기 기판 유지 부재에 의해 규정되는, 상기 퍼지 가스를 상기 공간으로부터 그 위쪽으로 유도하는 퍼지 가스 유로와,
    상기 공간의 압력이 상기 처리 용기내에서의 상기 공간의 바깥쪽 압력보다 소정치 이상 높아졌을 경우에, 상기 퍼지 가스를 상기 공간으로부터 방출하는 가스 방출 기구와,
    상기 처리 용기내에서의 상기 공간의 바깥쪽 압력이 상기 공간의 안쪽 압력보다 소정치 이상 높아졌을 경우에, 상기 처리 용기내에서의 상기 공간 바깥쪽의 분위기를 상기 공간내로 도입하는 가스 도입 기구
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 유지 부재의 외주 쪽을 유지하는 지지 부재를 더 구비하고,
    상기 퍼지 가스 유로는, 상기 기판 유지 부재 및 상기 피처리 기판 사이를 통과하는 제 1 유로와, 상기 기판 유지 부재 및 상기 지지 부재 사이를 통과하는 제 2 유로를 갖는 것을 특징으로 하는
    처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 방출 기구는, 상기 퍼지 가스를 방출하는 방출 구멍과, 상기 처리 용기내에서의 상기 공간 내외의 압력차가 소정치 이상 높아졌을 경우에 상기 방출구멍을 개방 상태로 하는 밸브를 갖는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 방출 기구는, 상기 퍼지 가스를 방출하는 방출 구멍을 갖는 밸브 본체와, 상기 방출 구멍보다 직경이 큰 밸브 요소를 가지며 자체 무게에 의해 상기 밸브 요소가 상기 방출 구멍을 폐쇄하는 밸브를 구비하며,
    상기 방출 구멍의 면적과의 관계에 의해 상기 밸브 요소의 중량을 조절하여 상기 밸브가 작동하는 압력차를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는
    처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 방출 기구는, 상기 처리 용기내에서의 상기 공간 내외의 압력차가, 상기 퍼지 가스 유로를 통과하는 상기 퍼지 가스에 의해 상기 기판 유지 부재가 들어올려지는 값에 도달하기 전에, 상기 퍼지 가스를 방출하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 방출 기구는, 상기 처리 용기내에서의 상기 공간 내외의 압력차가, 상기 피처리 기판에 처리를 실시할 때에 상기 퍼지 가스가 상기 공간으로부터 유출함으로써 생기는 압력 손실의 값을 초과한 후에, 상기 퍼지 가스를 방출하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 방출 기구는, 상기 처리 용기내에서의 상기 공간 내외의 압력차가, 상기 피처리 기판에 처리를 실시할 때에 상기 퍼지 가스가 상기 공간으로부터 유출함으로써 생기는 압력 손실의 값과, 상기 퍼지 가스 유로를 통과하는 상기 퍼지 가스에 의해 상기 기판 유지 부재가 들어올려지는 값 사이의 어느 하나의 값에서, 폐쇄 상태로부터 개방 상태가 되는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 도입 기구는, 상기 처리 용기내에서의 상기 공간의 바깥쪽의 분위기를 상기 공간내에 도입하는 도입 구멍을 갖는 밸브 본체와, 상기 도입 구멍보다 직경이 큰 밸브 요소와 축부를 가지며 자체 무게에 의해 상기 밸브 요소가 상기 도입 구멍을 폐쇄하는 밸브를 구비하며,
    상기 도입 구멍의 면적과의 관계에 의해 상기 밸브 요소의 중량을 조절함으로써 상기 밸브가 작동하는 압력차를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는
    처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 도입 기구는, 상기 처리 용기내에서의 상기 공간의 바깥쪽의 분위기를 상기 공간에 도입하는 도입 구멍과, 상기 처리 용기내에서의 상기 공간의 바깥쪽의 압력이 상기 공간의 압력보다 상기 소정치 이상 높아졌을 경우에 상기 도입 구멍을 개방 상태로 하는 밸브를 갖는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  11. 처리 가스를 이용하여 피처리 기판에 처리를 실시하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기내에 배치되어 상기 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와,
    상기 피처리 기판의 표면 쪽에 형성되는 제 1 공간에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 수단과,
    상기 피처리 기판의 둘레를 위쪽으로부터 가압하여 유지하는 링 형상의 기판 유지 부재와,
    상기 피처리 기판의 이면 쪽에 형성되는 제 2 공간에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 수단과,
    상기 기판 유지 부재에 의해 규정되는, 상기 퍼지 가스를 상기 제 2 공간으로부터 상기 제 1 공간으로 유도하는 퍼지 가스 유로와,
    상기 제 1 공간의 아래쪽이면서 상기 제 2 공간의 바깥쪽에 형성되는 제 3 공간을 통해 상기 제 1 공간을 배기하는 배기 수단과,
    상기 제 2 공간의 압력이 상기 제 1 공간의 압력보다 소정치 이상 높아졌을 경우에, 상기 퍼지 가스를 상기 제 3 공간으로 방출하는 가스 방출 기구와,
    상기 제 3 공간의 압력이 상기 제 2 공간의 압력보다 소정치 이상 높아졌을 경우에, 상기 제 3 공간의 분위기를 상기 제 2 공간으로 도입하는 가스 도입 기구
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판 유지 부재의 외주 쪽을 유지하는 지지 부재를 더 구비하고,
    상기 퍼지 가스 유로는 상기 기판 유지 부재와 상기 피처리 기판 사이를 통과하는 제 1 유로와, 상기 기판 유지 부재와 상기 지지 부재 사이를 통과하는 제 2 유로를 갖는 것을 특징으로 하는
    처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가스 방출 기구는, 상기 제 3 공간 및 상기 제 2 공간을 연통하도록 마련되고, 상기 퍼지 가스를 방출하는 방출 구멍과, 상기 제 2 공간의 압력이 상기 제 3 공간의 압력보다 상기 소정치 이상 높아졌을 경우에 상기 방출 구멍을 개방 상태로 하는 밸브를 갖는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 가스 방출 기구는, 상기 퍼지 가스를 방출하는 방출 구멍을 갖는 밸브 본체와, 상기 방출 구멍보다 직경이 큰 밸브 요소를 가지며 자체 무게에 의해 상기 밸브 요소가 상기 방출 구멍을 폐쇄하는 밸브를 구비하며,
    상기 방출 구멍의 면적과의 관계에 의해 상기 밸브 요소의 중량을 조절함으로써 밸브가 작동하는 압력차를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는
    처리 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 가스 방출 기구는, 상기 제 2 공간과 상기 제 1 공간과의 압력차가, 상기 퍼지 가스 유로를 통과하는 퍼지 가스에 의해 상기 기판 유지 부재가 들어올려지는 값에 도달하기 전에, 퍼지 가스를 방출하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 가스 방출 기구는, 상기 제 2 공간과 상기 제 1 공간과의 압력차가, 처리 가스를 이용하여 피처리 기판에 처리를 실시할 때에 퍼지 가스가 상기 제 2 공간으로부터 상기 제 1 공간으로 유출함으로써 생기는 압력 손실을 초과한 후, 퍼지 가스를 방출하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 가스 방출 기구는, 상기 제 2 공간과 상기 제 1 공간과의 압력차가 상기 피처리 기판에 처리를 실시할 때에 상기 퍼지 가스가 상기 공간으로부터 유출함으로써 생기는 압력 손실의 값과, 상기 퍼지 가스 유로를 통과하는 상기 퍼지 가스에 의해 상기 기판 유지 부재가 들어올려지는 값 사이의 어느 하나의 값에서 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 되는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  18. 삭제
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 가스 도입 기구는, 상기 제 3 공간의 분위기를 상기 제 2 공간에 도입하는 도입 구멍을 갖는 밸브 본체와, 상기 도입 구멍보다 직경이 큰 밸브 요소와 축부를 가지며 자체 무게에 의해 상기 밸브 요소가 상기 도입 구멍을 폐쇄하는 밸브를 구비하며,
    상기 도입 구멍의 면적과의 관계에 의해 상기 밸브 요소의 중량을 조절함으로써 상기 밸브가 작동하는 압력차를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는
    처리 장치.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 가스 도입 기구는, 상기 제 3 공간과 상기 제 2 공간을 연통하도록 마련되고, 상기 제 3 공간의 분위기를 상기 제 2 공간으로 도입하는 도입 구멍과, 상기 제 3 공간의 압력이 상기 제 2 공간의 압력보다 소정치 이상 높아졌을 경우에 상기 도입 구멍을 개방 상태로 하는 밸브를 갖는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
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