KR100927913B1 - 기판 탑재 기구 및 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 탑재 기구 및 기판 처리 장치 Download PDF

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Abstract

기판 처리 장치의 처리 용기 내에서 기판을 탑재함과 아울러 기판 가열 기능을 갖는 기판 탑재 기구는, 소정 패턴으로 배치된 탄화 규소로 이루어진 발열체 소자를 갖는, 기판을 탑재하는 탑재대와, 발열체 소자에 급전하기 위한 급전용 전극과, 소정 패턴의 발열체 소자에 있어서, 서로 근접하여 있는 부분의 사이에 마련된 절연체로 이루어진 칸막이 부재를 구비한다.

Description

기판 탑재 기구 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE SUPPORTING MECHANISM AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 웨이퍼 탑재 기구를 구비한 플라즈마 처리 장치를 나타내는 개략 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예 1에 관한 웨이퍼 탑재 기구를 확대하여 나타내는 확대 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예 1에 관한 웨이퍼 탑재 기구에 이용하는 발열체 소자의 구조를 나타내는 평면도,
도 4는 탑재대를 도 3의 A-A 선에 대응하는 부분으로 절단하여 나타내는 단면도,
도 5는 탑재대를 도 3의 B-B 선에 대응하는 부분으로 절단하여 나타내는 단면도.
본 발명은 성막 장치 등의 기판 처리 장치에 있어서 처리 용기 내에서 반도 체 웨이퍼 등의 기판을 탑재하여 가열하는 기판 가열 기능을 갖는 기판 탑재 기구 및 이를 이용한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조에서는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼라고 쓴다)에 대하여, CVD 성막 처리, 산화 처리, 질화 처리와 같은 진공 처리를 실시하는 공정이 존재하지만, 이들을 매엽(枚葉) 처리로 행하는 경우, 진공 유지 가능한 챔버 내에 기판 탑재대를 마련하고, 그 위에 피처리 기판인 웨이퍼를 탑재하도록 구성된 기판 처리 장치를 이용한다. 그리고, 상기 처리시에는 피처리 기판인 웨이퍼를 소정 온도로 가열해야 하기 때문에, 기판 탑재대에 가열 기구를 마련하여 웨이퍼를 가열하고 있다.
이러한 가열 기구를 갖는 기판 탑재대로서는 부식성 가스에 대한 내성이 높고, 열효율이 높은 세라믹 히터가 제안되어 있다(일본국 특허 공개 평성 제 7-272834호 공보 등). 이 세라믹 히터는 피처리 기판을 탑재하는 탑재대로서 기능하는 질화 알루미늄 소결체로 이루어진 기판 내부에, 고융점 금속으로 이루어진 발열체를 매설한 구조를 갖고 있다.
그러나, 최근 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판을 800℃ 정도의 지극히 높은 온도로 유지하면서 플라즈마 처리를 행하는 처리가 요구되며, 이러한 가혹한 조건에서는 질화 알루미늄 소결체에 열 왜곡에 의한 파괴나 절연 파괴가 발생하기 쉬워서 적용이 곤란하다.
이러한 고온에서도 적용 가능한 기판 탑재대로서, 석영 스페이스 내의 공간 내에 탄화 규소 소결체로 이루어진 발열체 소자를 마련한 것이 알려져 있다(일본국 특허 공개 2005-302936호 공보). 이에 의해 상기 문제를 발생시키지 않고, 800℃ 정도의 고온으로 피처리 기판을 가열할 수 있다.
그러나, 이러한 고온을 얻기 위해서는 발열체 소자에 매우 큰 전류를 흘릴 필요가 있고, 더욱이 발열체 소자가 진공중에 유지되고 있는 챔버 내에 마련되어 있어서, 처리의 균일성을 확보하는 관점에서 발열체 소자가 기밀하게 배치되고, 서로 근접하는 부분이 존재하기도 해서, 발열체 소자가 배치되어 있는 공간에 생성된 전계에 의해 방전이 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 그리고, 이와 같이 발열체 소자에 방전이 발생하면 안정된 처리가 곤란해질 뿐만 아니라, 파티클의 원인이 되어서 콘테미네이션이 발생함으로써, 청정한 처리를 행하는 것이 곤란해진다.
본 발명의 목적은 고온에 의한 처리에서도 파괴되지 않고, 탑재대 내에서 발열체 소자가 배치되어 있는 공간 내에서 방전이 발생하기 어려운 기판 탑재 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이와 같은 기판 탑재 기구를 이용한 기판 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 1 관점에 의하면, 기판 처리 장치의 처리 용기 내에서 기판을 탑재함과 아울러 기판 가열 기능을 갖는 기판 탑재 기구로서, 소정 패턴으로 배치된 탄화 규소로 이루어진 발열체 소자를 갖는, 기판을 탑재하는 탑재대와, 상기 발열체 소자에 급전하기 위한 급전용 전극과, 상기 소정 패턴의 발열체 소자에 있어 서, 서로 근접하여 있는 부분의 사이에 마련된 절연체로 이루어진 칸막이 부재를 구비하는 기판 탑재 기구가 제공된다.
본 발명의 제 2 관점에 의하면, 기판 처리 장치의 처리 용기 내에서 기판을 탑재함과 아울러 기판 가열 기능을 갖는 기판 탑재 기구로서, 기체(基體)와 이 기체 상에 소정 패턴으로 배치된 탄화 규소로 이루어진 발열체 소자를 갖는 기판을 탑재하는 탑재대와, 상기 챔버 내에서 상기 탑재대를 지지하는 지지 부재와, 상기 챔버의 외부로부터 상기 지지 부재를 통해 상기 발열체 소자에 접속되어 상기 발열체 소자에 급전하기 위한 급전용 전극과, 상기 소정 패턴의 발열체 소자에 있어서, 서로 근접하여 있는 부분의 사이에 마련된 절연체로 이루어진 칸막이 부재를 구비하는 기판 탑재 기구가 제공된다.
본 발명의 제 3 관점에 의하면, 기판을 수용하고 내부가 감압 유지되는 챔버와, 상기 챔버 내에 마련되어 기판을 탑재함과 아울러 기판 가열 기능을 갖는 기판 탑재 기구와, 상기 챔버 내에서 기판에 소정의 처리를 실시하는 처리 기구를 구비하는 기판 처리 장치로서, 상기 기판 탑재 기구는 소정 패턴으로 배치된 탄화 수소로 이루어진 발열체 소자를 갖는, 기판을 탑재하는 탑재대와, 상기 발열체 소자에 급전하기 위한 급전용 전극과, 상기 소정 패턴의 발열체 소자에 있어서, 서로 근접하여 있는 부분의 사이에 마련된 절연체로 이루어진 칸막이 부재를 구비하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 제 4 관점에 의하면, 기판을 수용하고 내부가 감압 유지되는 챔버와, 상기 챔버 내에 마련되어 기판을 탑재함과 아울러 기판 가열 기능을 갖는 기판 탑재 기구와, 상기 챔버 내에서 기판에 소정의 처리를 실시하는 처리 기구를 구비하는 기판 처리 장치로서, 상기 기판 탑재 기구는, 기체와 이 기체 상에 소정 패턴으로 배치된 탄화 규소로 이루어지는 발열체 소자를 갖는, 기판을 탑재하는 탑재대와, 상기 챔버 내에서 상기 탑재대를 지지하는 지지 부재와, 상기 챔버의 외부로부터 상기 지지 부재 내를 통해 상기 발열체 소자에 접속되어서 상기 발열체 소자에 급전하기 위한 급전용 전극과, 상기 소정 패턴의 발열체 소자에 있어서, 서로 근접하는 부분의 사이에 마련된 절연체로 이루어진 칸막이 부재를 구비하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 소정 패턴의 발열체 소자에 있어서, 서로 근접하여 있는 부분의 사이에 절연체로 이루어진 칸막이 부재를 마련했기 때문에, 이들 사이에 이상 방전이 발생하는 것을 매우 효과적으로 방지할 수 있다. 이 때문에, 방전에 의한 파티클의 발생을 억제할 수 있어서, 콘테미네이션이 발생하지 않는 청정한 처리를 실현할 수 있다.
또한, 발열체 소자의 적어도 상면을 덮는 커버를 더 갖고, 칸막이 부재를 커버의 이면쪽으로부터 돌출하도록 마련함으로써 발열체 소자의 상면에서의 방전을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 웨이퍼 탑재 기구를 구비한 플라즈마 처 리 장치를 나타내는 개략 단면도이다. 이 플라즈마 처리 장치(100)는 복수의 슬롯을 갖는 평면 안테나, 예컨대 RLSA(Radial Line Slot Antenna;래디얼 라인 슬롯 안테나)로 처리실 내에 마이크로파 등의 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 발생시킴으로써, 고밀도이고 또한 저전자 온도인 마이크로파 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치로서 구성되어 있다.
플라즈마 처리 장치(100)는 기밀하게 구성되고, 웨이퍼 W가 반입되는 접지된 거의 원통 형상인 챔버(처리 용기:1)를 갖고 있다. 이 챔버(1)는 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 금속 재료로 이루어지며 그 하부를 구성하는 하우징부(2)와, 그 위에 배치된 챔버 월(3)로 구성되어 있다. 또한, 챔버(1)의 상부에는 처리 공간에 마이크로파를 도입하기 위한 마이크로파 도입부(30)가 개폐 가능하게 마련된다.
하우징부(2)의 저벽(2a)의 거의 중앙부에는 원형의 개구부(10)가 형성되어 있고, 저벽(2a)에는 그 개구부(10)와 연통해서, 아래쪽을 향해서 돌출하여 챔버(1) 내부를 균일하게 배기하기 위한 배기실(11)이 이어서 마련되어 있다.
하우징부(2)내에는 피처리 기판인 웨이퍼 W를 수평으로 지지하기 위한 웨이퍼 탑재 기구(4)가 마련된다. 이 웨이퍼 탑재 기구(4)는 웨이퍼 탑재면을 갖고, 후술하는 바와 같이 발열체 소자가 마련된 탑재대(5)와, 배기실(11)의 바닥부측으로부터 윗쪽으로 연장하여 탑재대(5)의 중앙을 지지하는 원통 형상의 지지 부재(6)를 갖고 있다. 또한, 지지 부재(6)의 바닥부는 원반 형상을 이루는 예컨대, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속제의 베이스판(20)으로 지지되어 있고, 베이스판(20)의 밑에는 원주 형상을 이루는 예컨대, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같 은 금속으로 구성된 커넥팅부와 냉각하기 위한 냉각부를 구비한 베이스 지지부(21)가 배치되어 있다. 또한, 베이스 지지부(21)를 지지하여, 탑재대(5)를 고정함과 아울러 커넥터 배선을 꺼내는 고정부(22)가 배기실(11)의 측벽에 붙어 있다. 또한, 탑재대(5)의 바깥 가장자리부에는 웨이퍼 W를 가이드하기 위한 가이드링(8)이 마련되어 있다.
웨이퍼 탑재 기구(4)의 외주측에는 챔버(1) 내를 균일하게 배기하기 위한 석영으로 이루어지는 배플 플레이트(7)가 환상으로 마련되고, 이 배플 플레이트(7)는 복수의 지주(7a)에 의해 지지되어 있다. 또한, 챔버(1)의 안쪽 둘레에 석영으로 이루어지는 원통 형상의 라이너(42)가 마련되어 있어서, 챔버 구성 재료에 의한 금속 오염을 방지하여, 깨끗한 환경을 유지하게 되어 있다. 라이너(42)로서는 세라믹(Al2O3, AlN, Y2O3 등)을 적용할 수도 있다.
상기 배기실(11)의 바닥부에는 배기구(23)가 마련되어 있고, 이 배기구(23)에는 배기관(24)을 거쳐서 고속 진공 펌프를 포함하는 배기 장치(25)가 접속되어 있다. 그리고 이 배기 장치(25)를 작동시킴으로써 챔버(1) 내의 가스가 배기실(11)의 공간(11a) 내로 균일하게 배출되고, 배기구(23)를 통해서 배기된다. 이로써 챔버(1) 내는 소정의 진공도, 예컨대 0.133Pa까지 고속으로 감압될 수 있게 된다.
챔버(1) 외부에는 웨이퍼 탑재대(5)의 발열체 소자 등에 급전하기 위한 전원부(43)가 마련되어 있고, 이 전원부(43)로부터 배선(44)을 거쳐서 발열체 소자 등 에 급전된다. 전원부(43)에는 컨트롤러(45)가 접속되어 있고, 열전쌍으로 이어진 신호선(46)으로부터의 정보에 따라 전원부(43)로부터의 급전량을 제어하여 탑재대(5) 등의 온도를 제어하게 되어 있다. 또한, 냉각수 공급원(47)으로부터 배관(48)을 거쳐서 수냉 부재(21)로 냉각수가 공급된다.
하우징부(2)의 측벽에는 웨이퍼 W를 반입 반출하기 위한 반입 반출구와, 이 반입 반출구를 개폐하는 게이트 밸브가 마련되어 있다(모두 도시하지 않음). 챔버 월(3)은, 그 상단부가 마이크로파 도입부(30)와 서로 맞물려 있고, 그 하단부가 하우징(2)의 상단과 접합하게 되어 있다.
챔버 월(3)의 상단부에는 안쪽 둘레면을 따라 복수 개소(예컨대, 32개소의)의 가스 도입구(15a)가 균등하게 마련되어 있고, 이들 가스 도입구(15a)로부터는 도입로(15b)가 수평으로 연장하며, 이 가스 도입로(15b)는 챔버 월(3) 내에서 연직 방향으로 형성된 가스 통로(14)와 연통하고 있다.
가스 통로(14)는, 하우징부(2)의 상부와 챔버 월(3)의 하부의 접면부에 형성된 환상 통로(13)에 접속되어 있다. 이 환상 통로(13)는 처리 공간을 둘러싸도록 거의 수평 방향으로, 환상으로 연통하고 있다. 또한, 환상 통로(13)는 하우징부(2) 내의 임의의 개소(예컨대 균등한 4개소)에 연직해서 형성된 통로(12)를 통해서 가스 공급 장치(16)와 접속되어 있다.
챔버(1)의 상부는 개구부로 되어 있고, 이 개구부를 막도록 마이크로파 도입부(30)를 기밀하게 배치 가능하도록 되어 있다. 이 마이크로파 도입부(30)는 도시하지 않는 개폐 기구에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
마이크로파 도입부(30)는 서셉터(5) 측으로부터 순서대로, 투과판(28), 평면 안테나 부재(31), 지파제(遲波材:33)를 갖고 있다. 이들은 밀봉 부재(34), 가압 링(36) 및 상부 플레이트(27)에 의해 덮여지고, 단면을 봤을 때 L자 형을 이루는 환상의 가압 링(35)으로 고정되어 있다. 마이크로파 도입부(30)가 닫혀진 상태에서는 챔버(1)의 상단과 상부 플레이트(27)가 밀봉 부재(9c)에 의해 밀봉된 상태로 되어 있음과 아울러, 후술하는 바와 같이 투과판(28)을 거쳐서 상부 플레이트(27)에 지지된 상태로 되어 있다.
투과판(28)은 유전체, 예컨대 석영이나 Al2O3, AlN, 사파이어, SiN 등의 세라믹으로 이루어져서, 마이크로파를 투과하여 챔버(1) 내의 처리 공간으로 도입하는 마이크로파 도입창으로서 기능한다. 투과판(28)의 하면(서셉터(5)측)은 평탄 형상에 한하지 않고, 마이크로파를 균일화하여 플라즈마를 안정화시키기 위해서 예컨대, 오목부나 홈을 형성해도 된다. 이 투과판(28)은 마이크로파 도입부(30)의 바깥 둘레 아래쪽으로 환상으로 배치된 상부 플레이트(27)의 안쪽 둘레면의 돌기부(27a)에 의해, 밀봉 부재(29)를 거쳐서 기밀 상태로 지지되어 있다. 또한, 상부 플레이트(27)의 하면과 챔버(1)의 상면은 밀봉 부재(9c)로 밀봉되어 있으며, 이에 따라 챔버(1) 내가 기밀하게 유지된다.
평면 안테나 부재(31)는 원판 형상을 이루고 있고, 투과판(28)의 윗쪽 위치에서 밀봉 부재(34)의 안쪽 둘레면에 대하여 맞물려 고정되어 있다. 이 평면 안테나 부재(31)는 예컨대, 표면이 금 또는 은 도금된 동판 또는 알루미늄판으로 이루 어지고, 마이크로파 등의 전자파를 방사하기 위한 다수의 슬롯 구멍(32)이 소정의 패턴으로 관통하여 형성된 구성으로 되어 있다.
슬롯 구멍(82)은 예컨대, 긴 홈 형상을 이루고, 전형적으로는 인접하는 슬롯 구멍(32) 끼리가 「T」자 형상으로 배치되며, 이들 복수의 슬롯 구멍(32)이 동심원 형상으로 배치되어 있다. 슬롯 구멍(32)의 길이나 배열 간격은 마이크로파의 파장(λg)에 따라 결정되며, 예컨대 슬롯 구멍(32)의 간격은 1/4λg, 1/2λg 또는 λg이 되도록 배치된다. 또한, 슬롯 구멍(32)은 원형상, 원호 형상 등의 다른 형상이여도 된다. 또한, 슬롯 구멍(32)의 배치 형태는 특별히 한정되지 않아서, 동심원 형상 외에 예컨대, 나선 형상, 방사상으로 배치할 수도 있다.
지파재(33)는 진공보다 큰 유전율을 갖고 있으며, 평면 안테나 부재(31)의 상면에 마련되어 있다. 이 지파재(33)는 예컨대, 석영, 세라믹, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지나 폴리이미드계 수지에 의해 구성되어 있어서, 진공 중에서는 마이크로파의 파장이 길어지기 때문에, 마이크로파의 파장을 짧게 하여 플라즈마를 조정하는 기능을 갖고 있다. 또한, 평면 안테나 부재(31)와 투과판(28) 사이 또한, 지파재(33)와 평면 안테나 부재(31) 사이는 각각 밀착시켜도 이격시켜도 된다.
밀봉 부재(34)는 도파관의 기능을 갖는 도체로 이루어지고, 이 밀봉 부재(34)에는 냉각수 유로(34a)가 형성되어 있으며, 여기에 냉각수를 통류시킴으로써 밀봉 부재(34), 지파재(33), 평면 안테나 부재(31), 투과판(28)을 냉각하게 되어 있다. 또한, 밀봉 부재(34)는 접지되어 있다.
밀봉 부재(34) 윗벽의 중앙에는 개구부(34b)가 형성되어 있고, 이 개구부(34b)에는 도파관(37)이 접속되어 있다. 이 도파관(37)의 단부에는 매칭 회로(38)를 거쳐서 마이크로파 발생 장치(39)가 접속되어 있다. 이에 따라, 마이크로파 발생 장치(39)에서 발생한 예컨대, 주파수 2.45GHz의 마이크로파가 도파관(37)을 거쳐서 상기 평면 안테나 부재(31)로 전파되도록 되어 있다. 마이크로파의 주파수로는 8.35GHz, 1.98 GHz 등을 이용할 수도 있다.
도파관(37)은 상기 밀봉 부재(34)의 개구부(34b)로부터 윗쪽으로 연장하는 단면 원형상인 동축 도파관(37a)과, 이 동축 도파관(37a)의 상단부에 모드 변환기(40)를 거쳐서 접속된 수평 방향으로 연장하는 직사각형 도파관(37b)을 갖고 있다. 직사각형 도파관(37b)과 동축 도파관(37a) 사이의 모드 변환기(40)는 직사각형 도파관(37b) 내를 TE 모드로 전파하는 마이크로파를 TEM 모드로 변환하는 기능을 갖고 있다. 동축 도파관(37a)의 중심에는 내도체(41)가 연재하고 있고, 내도체(41)는 그 하단부에서 평면 안테나 부재(31)의 중심에 접속 고정되어 있다. 이에 따라, 마이크로파는 동축 도파관(37a)의 내도체(41)를 거쳐서 평면 안테나 부재(31)로 방사상으로 효율 좋고 균일하게 전파된다.
다음으로, 웨이퍼 탑재 기구(4)에 대하여 도 2의 확대 단면도를 참조하여 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이, 웨이퍼 탑재 기구(4)는 탑재대(5)와, 탑재대(5)를 지지하는 원통형의 지지 부재(6)를 갖고 있다. 탑재대(5)는, 석영으로 이루어진 베이스 부재(51) 위에, 실리콘으로 이루어진 리플렉터(52)와, 석영으로 이루어진 절연판(53)과, 탄화 규소(SiC)로 이루어진 발열체 소자(54)가 순차적으로 적층되고 또한 투명 석영으로 이루어진 커버(55)가 이들을 위에서 덮도록 마련되어 구성되어 있다. 베이스 부재(51), 절연판(53)은 불투명 석영이 바람직하다. 또한, 커버(55)의 웨이퍼 W의 탑재면 이외의 부분 및 측면에는 실리콘으로 이루어진 리플렉터(56)가 마련된다. 실리콘은 1.2㎛ 이하의 파장의 광을 반사하기 때문에, 탄화 규소로 이루어지는 발열체 소자(54)로부터의 열선이 리플렉터(56)에 의해 효과적으로 반사하여, 웨이퍼 W를 효율적으로 가열할 수 있다.
베이스 부재(51)는 윗쪽으로 돌출하는 돌기부(51a)를 갖고 있고, 리플렉터(52)는 돌기부(51a)에 의해 베이스 부재(51)로부터 뜬 상태로 배치된다. 또한, 절연판(53)은 상하로 돌기부(53a)를 갖고 있어서, 리플렉터(52) 및 발열체 소자(54)와의 사이에 간격이 확보되도록 되어 있다. 또한, 베이스 부재(51)로부터 윗쪽으로 돌출하며, 내부에 구멍을 갖는 구멍 부재(51d)가 마련된다. 이 구멍 부재(51d) 내에는 커버(55)의 뒷면으로부터 돌출하는 원주 형상의 삽입 부재(55a)를 위에서 삽입함으로써 리플렉터(52), 절연판(53), 발열체 소자(54)를 커버(55)에 의해 고정하게 되고 있다. 이 구멍 부재(51d)는 1개만 도시되어 있지만 실제로는 복수(3개 이상) 마련된다. 또한, 탑재대(5)는 탑재대(5)에 대하여 자유롭게 밀려 나오도록 마련된 웨이퍼 승강용 리프터핀(57)을 갖고 있고, 커버(55)는 리프터핀(57)에 대응하는 위치에 아래쪽으로 돌출하는 돌출부(55c)를 갖고 있고, 이 돌출부(55c)에 대응해서 리프터핀 삽입 관통 구멍(51c)이 관통하도록 마련된다. 이 리프터핀(57)은 1개만 도시되어 있지만, 실제로는 3개 마련된다.
지지 부재(6)는 탑재대(5)와 일체로 마련되어 있으며, 탑재대(5)의 하부 중앙으로부터 하방으로 연장하는 원통형의 부재이고, 투명 석영으로 구성되어 있다. 또한, 지지 부재(6)의 하단은 링형상의 부착 부재(20a) 및 나사(20b)에 의해 베이스판(20)에 부착되어 있다. 지지 부재(6)의 내부에는 연직 방향으로 연재하도록 탄화 규소(SiC)으로 이루어진 봉형상을 이루는 4개의 급전용 전극(61)(1개만 도시)이 마련되어 있으며, 그 상단부는 발열체 소자(54)의 단자부에 접속되어 있다. 이 급전용 전극(61)은 석영관(62)에 삽입되어 있다. 또한, 탑재대(5) 내부의 중앙 상부로부터 지지 부재(6)의 내부를 연직 방향으로 연장하도록 열전쌍(63)이 마련된다. 열전쌍(63)은 석영관(64)에 삽입되어 있고, 이 석영관(64)의 선단은 커버(55)의 뒷면 중앙에서 아래쪽으로 돌출하도록 마련된 열전쌍 삽입부(55b)에 삽입되어 있다.
급전용 전극(61) 및 열전쌍(63)은 베이스판(20) 및 베이스 지지부(21)를 관통하여 아래쪽으로 연장되어 있다. 급전용 전극(61)은 베이스 지지부(21) 내에서 베이스 지지부(21)와 절연되는 절연 부재(65)로 가이드되어 있다. 절연 부재(65)는 예컨대, 알루미나, 석영으로 구성된다. 급전용 전극(61) 및 절연 부재(65)는 도시하지 않는 밀봉 링으로 밀봉되어 있다.
베이스 지지부(21)는 그 상단부에 플랜지(21a)를 갖고 있고, 이 플랜지(21a)에서 베이스판(20)과 나사 고정되어 있다. 베이스 지지부(21) 내부에는 냉각수가 통류하는 환상의 수로(21b)가 형성되어 있고, 이에 따라 베이스 지지부(21)가 냉각되도록 되어 있다.
다음으로, 상기 발열체 소자(54)에 대하여 상세하게 설명한다. 도 3은 발열체 소자(54)의 일례를 나타내는 평면도이다. 발열체 소자(54)는 거의 원형을 이루며, 분리부(66)에 의해 반원 형상을 이루는 제 1 영역(54a) 및 제 2 영역(54b)의 2개의 영역으로 분리되어 있다. 원형의 발열체 소자(54)의 중앙 부분에는 제 1 영역(54a)의 급전 단자부(67a, 68a) 및 제 2 영역(54b)의 급전 단자부(67b, 68b)가 마련되어 있고, 이들 제 1 영역(54a), 제 2 영역(54b)은 각각 독립해서 급전되도록 되어 있다. 또한, 제 1 영역(54a)은 분리부(66)에 직교하도록 형성된 경계부(70a) 양측으로 각각 제 1 패턴(71a) 및 제 2 패턴(72a)을 갖고 있고, 이들은 발열체 소자(54)의 중앙부에서 연결되어 있다. 제 2 영역(54b)도 분리부(66)에 직교하도록 형성된 경계부(70b) 양측에 각각 제 1 패턴(71b) 및 제 2 패턴(72b)을 갖고 있고, 이들도 발열체 소자(54)의 중앙부에서 연결되어 있다. 발열체 소자(54)의 전체 패턴은 미로 형상을 이루고, SiC 발열체가 밀접하게 형성되어 있어서, 균열성(均熱性)이 높아지도록 구성되어 있다. 또한, 인접하는 발열체 소자(54) 사이를 절연하기 위한 공간이 형성되어 있다. 또한, 발열 패턴은 필요한 균열성을 고려하여 적절하게 결정되는 것으로, 소망하는 균열성를 얻을 수 있는 것이면 특별히 한정되는 것이 아니라, 예컨대 사각 형상 등 다른 형태여도 된다. 또한, 인접하는 발열체 소자(54) 사이에는 석영 등의 절연 부재가 개재되어 있어도 된다.
분리부(66)에는 발열체 소자(54)의 서로 근접하는 제 1 영역(54a) 및 제 2 영역(54b)을 칸막이하는 석영제의 칸막이판(73)이 마련된다. 이 칸막이판(73)은 탑재대(5)에 있어서의 도 3의 A-A 선에 대응하는 선으로 절단하는 단면도인 도 4에 도시하는 바와 같이 커버(55)의 이면으로부터 돌출하도록 마련되어 있다. 이 칸막 이판(73)은 도 3에 도시하는 바와 같이 열전쌍 삽입부(55b)를 사이에 둔 양측 부분에 마련되어 있다. 이 칸막이판(73)의 하단은 베이스 부재(51)까지 이어져 있고, 칸막이판(73)은 직경 방향으로 연장하는 제 1 영역(54a)과 제 2 영역(54b)의 대향면 전체를 커버하고 있다. 이 칸막이판(73)에 의해 제 1 영역(54a)과 제 2 영역(54b) 사이의 전계를 차단하여, 이들 사이의 방전을 거의 완전하게 방지할 수 있다.
또한, 경계부(70a, 70b)의 중앙부측 부분에는 각각 석영으로 이루어지는 칸막이판(74a, 74b)이 마련되어 있다. 이들 칸막이판(74a, 74b)은 탑재대(5)에 있어서의 도 3의 B-B 선에 대응하는 선으로 절단하는 단면도인 도 5에 도시하는 바와 같이 발열체 소자(54) 밑에 마련된 절연판(53)의 상면으로부터 돌출하도록 마련된다. 이와 같이 칸막이판(74a, 74b)을 마련하는 것은 그 부분을 사이에 두고 발열체 소자(54)의 서로 근접하는 부분이 존재하고, 칸막이판이 없는 상태에서는 이들 사이의 전위차가 커져서 방전이 발생하기 쉽게 되기 때문이다. 경계부(70a, 70b)의 바깥 둘레부측 부분은 발열체 소자(54)의 서로 근접하는 부분이 존재하고 있지만, 이들 부분의 전위차가 작기 때문에 방전이 발생할 우려가 거의 없어서 칸막이판을 마련할 필요는 없다. 단, 보다 안전성을 높이기 위해서 그 부분에도 칸막이판을 마련하도록 해도 된다.
다음으로, 이와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(100)의 동작에 대하여 설명한다.
우선, 웨이퍼 W를 챔버(1)내에 반입하여 탑재대(5)상에 탑재한다. 그리고, 탑재대(5)의 발열체 소자(54)에 전원부(43)로부터 배선(44) 및 급전용 전극(61)을 통해서 급전하여, 탑재대(5) 상의 웨이퍼 W를 소정의 온도로 가열한다. 이어서, 가스 공급 장치(10)로부터 소정의 가스를 소정의 유량으로 가스 도입구(15a)를 거쳐서 챔버(1)내로 도입한다. 도입 가스로서는 처리에 따라서, 예컨대 Ar, Kr, He 등의 희가스, 예컨대 O2, N2O, NO, NO2, CO2 등의 산화 가스, 예컨대 N2, NH3 등의 질화 가스 등 여러가지 가스를 이용할 수 있고, 소정 가스를 소정의 유량으로 가스 도입구(15a)를 통해서 챔버(1)내에 도입한다.
다음으로, 마이크로파 발생 장치(39)로부터의 마이크로파를 매칭 회로(38)를 통해서 도파관(37)에 도입하고, 직사각형 도파관(37b), 모드 변환기(40) 및 동축 도파관(37a)을 순차적으로 통과해서 내도체(41)를 통해서 평면 안테나 부재(31)에 공급하며, 평면 안테나 부재(31)의 슬롯으로부터 투과판(28)을 통해서 챔버(1) 내로 방사시킨다. 그리고, 이렇게 하여 챔버(1)로 방사된 마이크로파에 의해 챔버(1) 내에서 전자계가 형성되어, 처리 가스가 플라즈마화한다. 이렇게 하여 형성된 마이크로파 플라즈마에 의해 예컨대, CVD 성막 처리, 산화 처리, 질화 처리 등의 소정의 질화 처리를 행한다.
이 플라즈마는 마이크로파가 평면 안테나 부재(31)의 다수의 슬롯 구멍(32)으로부터 방사됨으로써, 약 1×1010~5×1O12/cm3의 고밀도이고, 또한 웨이퍼 W 부근에서는, 약 1.5eV 이하의 저전자 온도 플라즈마가 된다. 따라서, 이 플라즈마를 웨이퍼 W에 대하여 작용시킴으로써, 플라즈마 대미지를 억제한 처리가 가능해진다.
이 경우에, 발열체 소자(54)를 구성하는 재료로서 SiC를 이용하고 있기 때문에, 고온에서도 파괴가 발생하기 어렵다. 또한, 리플렉터(52, 56)가 마련되어 있기 때문에, 여기서 반사한 열선을 기판에 공급함으로써, 가열 효율을 높일 수 있다.
그러나, 이러한 진공중에서의 플라즈마 처리를 800℃ 정도의 고온으로 행하는 경우에는 발열체 소자(54)에 매우 큰 전류를 흘릴 필요가 있으며 또한, 발열체 소자(54)는 균열성의 관점에서 기밀하게 배치되어 있고, 챔버(1)안이 진공으로 유지되어 있는 것도 더해져서, 그대로는 발열체 소자(54)의 근접하여 있는 부분의 사이, 전형예로서 급전 경로가 다른 제 1 영역(54a)과 제 2 영역(54b) 사이에서 큰 전위차가 발생하여 방전이 발생할 우려가 있다. 또한, 같은 영역내에서도, 제 1 영역(54a)의 제 1 패턴(71a) 및 제 2 패턴(72a)이 서로 근접하는 부분 및 제 2 영역(54b)의 제 1 패턴(71b) 및 제 2 패턴(72b)이 서로 근접하는 부분 중, 상대적으로 전위차가 큰 중앙부에서도, 급전 경로가 다른 제 1 영역(54a)과 제 2 영역(54b) 사이 정도는 아니지만 역시 방전이 발생할 우려가 있다.
이에 반하여, 본 실시예에서는 절연 부재인 석영으로 이루어진 칸막이판(73)을 급전 경로가 다른 제 1 영역(54a)과 제 2 영역(54b) 사이의 분리부(66)에 마련하고, 제 1 영역(54a)의 제 1 패턴(71a)과 제 2 패턴(72a) 사이 및 제 2 영역(54b)의 제 1 패턴(71b)과 제 2 패턴(72b) 사이의 중앙부에 각각 칸막이판(74a, 74b)을 마련했기 때문에, 방전이 발생하기 쉬운 부분이 절연 부재로 차폐되어, 발열체 소자(54)에서의 방전을 매우 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 안정된 진공 처리를 행할 수 있다.
특히, 보다 방전이 발생하기 쉬운 제 1 영역(54a)과 제 2 영역(54b) 사이의 칸막이판(73)을 커버(55)의 뒷면으로부터 돌출하도록 마련했기 때문에, 웨이퍼 W에 영향이 있는 발열체 소자(54)의 상면으로부터의 제 1 영역(54a)과 제 2 영역(54b) 사이의 방전을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 변형이 가능하다. 예컨대, 상기 실시예에서는 RLSA 방식의 플라즈마 처리 장치를 예를 들어 설명했지만, 예컨대 리모트 플라즈마 방식, ICP 방식, ECR 방식, 표면 반사파 방식, 마그네트론 방식 등의 전자파에 의해서 플라즈마를 형성하는 다른 플라즈마 처리 장치여도 되고, 플라즈마 처리의 양태도 특별히 한정되는 것이 아니라, 산화 처리, 질화 처리, 산질화 처리, 성막 처리, 에칭 처리, 열 처리 장치 등의 여러가지 플라즈마 처리를 대상으로 할 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 이외의 진공 처리에도 적용할 수 있다. 또한, 피처리 기판에 대하여 반도체 웨이퍼를 예시했지만, 반도체 웨이퍼로서는 실리콘 웨이퍼나 화합물 반도체 웨이퍼를 이용할 수 있고 또한, 반도체 웨이퍼에 한하지 않고, FPD용 유리 기판 등의 다른 기판을 대상으로 할 수 있다.
본 발명을 통해서, 고온에 의한 처리에도 파괴되지 않고, 탑재대 내에서 발열체 소자가 배치되어 있는 공간 내에서 방전이 발생하기 어려운 기판 탑재 기구를 제공할 수 있다.

Claims (18)

  1. 기판 처리 장치의 처리 용기 내에서 기판을 탑재함과 아울러 기판 가열 기능을 갖는 기판 탑재 기구로서,
    소정 패턴으로 배치된 탄화 규소로 이루어진 발열체 소자를 갖는, 기판을 탑재하는 탑재대와,
    상기 발열체 소자에 급전하기 위한 급전용 전극과,
    상기 소정 패턴의 발열체 소자에서, 서로 근접하여 있는 부분의 사이에 마련된 절연체로 이루어진 칸막이 부재
    를 구비하되,
    상기 탑재대는 상기 발열체 소자의 적어도 상면을 덮는 커버와, 상기 발열체 소자의 아래쪽에 마련된 절연 부재와, 상기 절연 부재 아래에 마련되는 베이스 부재를 더 가지며,
    상기 칸막이 부재는, 상기 패턴이 다른 발열체 소자 사이 및 상기 패턴이 동일한 발열체 소자 사이에 마련되고,
    상기 패턴이 다른 발열체 소자 사이에 마련된 상기 칸막이 부재는 상기 커버의 이면측으로부터 돌출하여 상기 베이스 부재까지 배치되어 있고,
    상기 패턴이 동일한 발열체 소자 사이에 마련된 상기 칸막이 부재는 상기 발열체 소자의 동일 패턴 영역에서의 발열체끼리가 근접하여 전위차가 큰 부분의 사이에 마련되어 있되, 상기 절연 부재로부터 돌출하도록 마련되어 있는
    기판 탑재 기구.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 기판 처리 장치의 처리 용기 내에서 기판을 탑재함과 아울러 기판 가열 기능을 갖는 기판 탑재 기구로서,
    기체(基體)와 그 기체 상에 소정 패턴으로 배치된 탄화 규소로 이루어진 발열체 소자를 갖는, 기판을 탑재하는 탑재대와,
    상기 챔버 내에서 상기 탑재대를 지지하는 지지 부재와,
    상기 챔버의 외부로부터 상기 지지 부재를 통해 상기 발열체 소자에 접속되어 상기 발열체 소자에 급전하기 위한 급전용 전극과,
    상기 소정 패턴의 발열체 소자에 있어서, 서로 근접하여 있는 부분의 사이에 마련된 절연체로 이루어진 칸막이 부재
    를 구비하되,
    상기 탑재대는 상기 발열체 소자의 적어도 상면을 덮는 커버와, 상기 발열체 소자의 아래쪽에 마련된 절연 부재와, 상기 절연 부재 아래에 마련되는 베이스 부재를 더 가지며,
    상기 칸막이 부재는, 상기 패턴이 다른 발열체 소자 사이에 마련되고, 상기 커버의 이면측으로부터 돌출하여 상기 베이스 부재까지 배치되어 있는
    기판 탑재 기구.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 기판을 수용하며, 내부가 감압 유지되는 챔버와,
    상기 챔버 내에 마련되어, 기판을 탑재함과 아울러 기판 가열 기능을 갖는 기판 탑재 기구와,
    상기 챔버 내에서 기판에 소정의 처리를 실시하는 처리 기구
    를 구비하되,
    상기 기판 탑재 기구는,
    소정 패턴으로 배치된 탄화 규소로 이루어진 발열체 소자를 갖는, 기판을 탑재하는 탑재대와,
    상기 발열체 소자에 급전하기 위한 급전용 전극과,
    상기 소정 패턴의 발열체 소자에서, 서로 근접하여 있는 부분의 사이에 마련된 절연체로 이루어진 칸막이 부재
    를 구비하며,
    상기 탑재대는 상기 발열체 소자의 적어도 상면을 덮는 커버와, 상기 발열체 소자의 아래쪽에 마련된 절연 부재와, 상기 절연 부재 아래에 마련되는 베이스 부재를 더 가지며,
    상기 칸막이 부재는, 상기 패턴이 다른 발열체 소자 사이 및 상기 패턴이 동일한 발열체 소자 사이에 마련되고,
    상기 패턴이 다른 발열체 소자 사이에 마련된 상기 칸막이 부재는 상기 커버의 이면측으로부터 돌출하여 상기 베이스 부재까지 배치되어 있고,
    상기 패턴이 동일한 발열체 소자 사이에 마련된 상기 칸막이 부재는 상기 발열체 소자의 동일 패턴 영역에서의 발열체끼리가 근접하여 전위차가 큰 부분의 사이에 마련되어 있되, 상기 절연 부재로부터 돌출하도록 마련되어 있는
    기판 처리 장치.
  14. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 급전용 전극은 탄화 규소로 이루어지는 기판 탑재 기구.
  15. 삭제
  16. 기판을 수용하며, 내부가 감압 유지되는 챔버와,
    상기 챔버 내에 마련되어, 기판을 탑재함과 아울러 기판 가열 기능을 갖는 기판 탑재 기구와,
    상기 챔버 내에서 기판에 소정의 처리를 실시하는 처리 기구
    를 구비하되,
    상기 기판 탑재 기구는,
    기체와 그 기체상에 소정 패턴으로 배치된 탄화 규소로 이루어진 발열체 소자를 갖는, 기판을 탑재하는 탑재대와,
    상기 챔버 내에서 상기 탑재대를 지지하는 지지 부재와,
    상기 챔버의 외부로부터 상기 지지 부재 내를 통해 상기 발열체 소자에 접속되어, 상기 발열체 소자에 급전하기 위한 급전용 전극과,
    상기 소정 패턴의 발열체 소자에서, 서로 근접하여 있는 부분의 사이에 마련된 절연체로 이루어진 칸막이 부재
    를 구비하며,
    상기 탑재대는 상기 발열체 소자의 적어도 상면을 덮는 커버와, 상기 발열체 소자의 아래쪽에 마련된 절연 부재와, 상기 절연 부재 아래에 마련되는 베이스 부재를 더 가지며,
    상기 칸막이 부재는, 상기 패턴이 다른 발열체 소자 사이에 마련되고, 상기 커버의 이면측으로부터 돌출하여 상기 베이스 부재까지 배치되어 있는
    기판 처리 장치.
  17. 제 13 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 처리 기구는 전자파에 의해 플라즈마를 생성하는 기능을 갖고, 이에 의해 기판이 플라즈마 처리되는 기판 처리 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리는 마이크로파 플라즈마를 이용하여 행하는 기판 처리 장치.
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