KR20050119684A - 탑재대 구조체 및 이 탑재대 구조체를 갖는 열처리 장치 - Google Patents

탑재대 구조체 및 이 탑재대 구조체를 갖는 열처리 장치 Download PDF

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Abstract

처리 용기(4)의 바닥부로부터 지주를 거쳐 기립되어서 내부에 가열 수단(38)이 매설된 탑재대(32)의 상면에 피처리체(W)를 탑재하고, 상기 처리체에 대하여 소정의 열처리를 실시하도록 한 열처리 장치에 있어서, 상기 탑재대의 상면, 측면 및 하면에 각각 내열성의 커버 부재(72, 74, 76)를 설치한다. 이에 의해, 탑재대로부터 오염원이 되는 금속 원자 등이 열확산되는 것을 방지할 수 있고, 그에 따라 금속 오염 및 유기 오염 등의 각종 오염이 발생하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

Description

탑재대 구조체 및 이 탑재대 구조체를 갖는 열처리 장치{LOADING TABLE AND HEAT TREATING APPARATUS HAVING THE LOADING TABLE}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피처리체를 탑재하는 탑재대 구조체 및 이 탑재대 구조체를 갖는 열처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적 회로를 제조하기 위해서는, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 성막 처리, 에칭 처리, 열처리, 개질 처리, 결정화 처리 등의 각종 낱장식 처리를 반복 실행하여, 소망하는 집적 회로를 형성하도록 되어 있다. 상술한 바와 같은 각종 처리를 실행하는 경우에는, 그 처리 종류에 대응하여 필요한 처리 가스, 예컨대 성막 처리의 경우에는 성막 가스를, 개질 처리의 경우에는 오존 가스 등을, 결정화 처리의 경우에는 N2 가스 등의 불활성 가스나 O2 가스 등을 처리 용기내에 도입한다.
예컨대 반도체 웨이퍼에 대하여 한장마다 열처리를 실시하는 낱장식 열처리 장치를 예로 들면 진공 흡인 가능하게 된 처리 용기내에, 예컨대 저항 가열 히터를 내장한 탑재대를 설치하고, 이 상면에 반도체 웨이퍼를 탑재한 상태에서 소정의 처리 가스를 흘리고, 소정의 프로세스 조건하에서 웨이퍼에 각종 열처리를 실시하도록 되어 있다.
그런데, 상술한 탑재대는 일반적으로는 처리 용기내에 그 표면을 노출시킨 상태로 설치되어 있다. 이 때문에, 이 탑재대를 구성하는 재료, 예컨대 AlN 등의 세라믹이나 금속 재료로부터 이것에 포함되는 약간의 중금속 등이 열에 의해 처리 용기내로 확산되어 금속 오염이나 유기 오염 등의 오염을 발생시키는 원인이 되었다. 이 금속 오염이나 유기 오염 등의 오염에 관해서는, 최근 성막용 원료 가스로서 유기 금속 재료를 이용하는 경우에는, 특히 엄격한 오염 대책이 요구되고 있다.
또한, 보통 탑재대에 설치되는 가열 히터는, 예컨대 동심원 형상으로 복수의 영역으로 분리 구획되어 있고, 그러한 영역마다 개별 독립적으로 온도 제어를 실행하여 웨이퍼 처리에 가장 적절한 온도 분포를 실현하도록 되어 있지만, 이 경우 영역에 따라 투입하는 전력이 크게 상이할 때에는, 이 탑재대를 구성하는 재료의 영역 사이에 있어서의 열팽창차가 크게 달라져 탑재대 자체가 파손되는 경우가 있다. 또한, AlN 등의 재료로는 고온의 경우, AlN 재료의 절연 저항이 현저히 저하되어, 누출 전류가 흐르게 된다. 이러한 이유에 따라 프로세스 온도를 650℃ 정도 이상으로는 상승시킬 수가 없었다.
또한, 열처리로서 웨이퍼 표면에 박막을 퇴적시키는 성막 처리를 실행하는 경우에는, 박막이 목적으로 하는 웨이퍼 표면 뿐만 아니라, 탑재대의 표면이나 처리 용기의 내벽면 등에도 불필요한 막으로서 부착되는 것을 피할 수 없다. 이 경우, 이 불필요한 막이 박리되면, 제품의 원료에 대한 제품의 비율 저하의 원인이 되는 입자가 발생하므로, 정기적 혹은 비정기적으로 처리 용기내에 에칭 가스를 흘려서 상기 불필요한 막을 제거하거나, 혹은 처리 용기내의 구조물을 초산 등의 에칭 용액 중에 침지하여 불필요한 막을 제거하거나 하는 클리닝 처리가 실행되고 있다.
이 경우, 상술한 오염 대책이나 클리닝 처리의 회수를 저감하는 것 등을 목적으로 하고, 일본 특허 공개 제 1988-278322 호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 발열체 히터를 석영 케이싱으로 피복하여 탑재대를 구성하거나, 일본 특허 공개 제 1995-078766 호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 밀폐된 석영제의 케이스내에 저항 발열체를 설치하고, 이 전체를 탑재대로서 이용하도록 하거나, 일본 특허 공개 제 1991-220718 호 공보 및 일본 특허 공개 제 1994-260430 호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 히터 자체를 석영판으로 끼워 넣어 탑재대로서 이용하는 것이 실행되고 있다.
그런데, 상술한 각 종래 기술에 있어서는, 탑재대를 석영 커버로 피복하는 등으로 하여 어느 정도의 금속 오염 등의 오염 발생은 억제할 수 있지만, 아직 그 대책은 충분하다고는 말할 수 없었다. 또한, 사용하는 석영판이 투명한 경우에는 히터선의 온도 분포가 웨이퍼 온도로 투영되는 경우가 생기고, 웨이퍼의 면내 온도 분포에 불균일을 발생시키는 문제도 있었다. 또한, 탑재대의 이면(裏面)이나 이 이면측을 덮는 커버에 불필요한 박막이 얼룩 형상으로, 혹은 요철 형상으로 부착되는 경우가 있다. 이 경우에는, 부착된 불필요한 막의 두꺼운 부분과 얇은 부분에서의 열의 복사율이 상이하기 때문에, 이 원인으로 탑재대의 표면 온도에 분포를 발생시키고, 나아가서는 웨이퍼면내의 온도의 불균일성을 야기하여, 웨이퍼에 대한 열처리의 면내 균일성을 저하시키는 원인으로 되고 있다.
또한, 탑재대의 표면이나 커버의 표면에 부착된 불필요한 막은, 비교적 빨리 박리되기 용이하므로, 이것이 박리되기 전에 클리닝 처리를 행할 필요성 때문에 클리닝 처리 등의 유지 보수 작업의 간격이 줄어들고, 이 유지 보수 작업을 빈도 높게 실행하지 않으면 안되었다. 또한, 가열체인 탑재대를 영역마다 가열할 수 있는 경우, 각 영역마다 투입하는 전력차가 크면, 히터 재질의 열팽창의 문제에 따라, 탑재대에 파손이 생기는 등의 문제가 있었다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이것을 효과적으로 해결하기 위해 창안된 것이다.
본 발명의 목적은, 금속 오염 등의 오염의 발생을 확실하게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 열전도가 양호하고 고온의 열처리에도 대응하고, 균열을 취하기 위해서 광범위한 영역 조정을 하는 것이 가능한 탑재대 구조체 및 열처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 불필요한 막이 탑재대측에 얼룩 형상으로 부착되어도 그 열적 악영향을 배제하여 탑재대의 면내 온도의 균일성을 높게 유지하는 것이 가능한 탑재대 구조체 및 열처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 불필요한 막이 탑재대 등에 부착되어도 그것이 가능한 한 벗겨지는 것을 방지하여, 클리닝 처리 등의 유지 보수 사이클의 장기화를 도모하는 것이 가능한 탑재대 구조체 및 열처리 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 복수의 가열 존으로 이루어지는 탑재대에 있어서, 영역간의 투입 전력차를 자유롭게 지정할 수 있음으로써, 면내 온도의 균일성을 높게 유지하는 것, 또는 특수한 가열을 실행할 수 있는 탑재대 구조체 및 이 탑재대 구조체를 갖는 열처리 장치를 제공하는 것이다.
발명의 요약
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시 형태에 기재된 발명은, 처리 용기내에서 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해 상기 피처리체를 탑재하는 동시에, 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단을 갖는 탑재대와, 상기 탑재대를 상기 처리 용기의 바닥부로부터 기립시켜서 지지하는 지주를 갖는 탑재대 구조체에 있어서, 상기 탑재대의 상면, 측면 및 하면에, 내열성을 갖는 상면 커버 부재, 측면 커버 부재 및 하면 커버 부재를 설치한 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 피처리체를 탑재하는 탑재대의 상면, 측면 및 하면에 내열성의 커버 부재를 설치하도록 했기 때문에, 탑재대로부터 오염원으로 되는 금속 원자 등이 열확산되는 것을 방지할 수 있고, 따라서 금속 오염이나 유기 오염 등의 각종 오염이 발생하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 처리 용기내에서 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해 상기 피처리체를 탑재하는 동시에, 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단을 갖는 탑재대와, 상기 탑재대를 상기 처리 용기의 바닥부로부터 기립시켜서 지지하는 지주를 갖는 탑재대 구조체에 있어서, 상기 탑재대의 하면측에 내열성의 불투명 이면 커버 부재를 설치한 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 피처리체를 탑재하는 탑재대의 하면측에 내열성의 불투명 이면 커버 부재를 설치하도록 했기 때문에, 탑재대의 이면에 있어서 이 불투명 이면 커버 부재의 표면(하면)에 예컨대 얼룩 형상(요철 형상)으로 불필요한 막이 부착되어도, 이 불투명 이면 커버 부재의 표면으로부터의 복사율은 면내에 있어서 대략 균일하게 유지되어 있고, 따라서 탑재대의 표면 온도의 면내 균일성 및 피처리체의 면내 온도의 균일성을 높게 유지하는 것이 가능해진다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 탑재대의 상면, 측면 및 상기 불투명 이면 커버 부재의 하면에, 내열성을 갖는 상면 커버 부재, 측면 커버 부재 및 하면 커버 부재를 설치한 것을 특징으로 한다.
이것에 의하면, 피처리체를 탑재하는 탑재대의 상면, 측면 및 불투명 이면 커버 부재의 하면에, 내열성의 커버 부재를 설치하도록 했기 때문에, 탑재대로부터 오염 원인이 되는 금속 원자 등이 열확산하는 것을 방지할 수 있고, 따라서 금속 오염이나 유기 오염 등의 각종 오염이 발생하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 상면 커버 부재는, 상기 탑재대의 직경과 실질적으로 동일한 직경으로 설치되어 있고, 상기 상면 커버 부재의 상면에는 볼록부가 형성되어 있는 동시에, 이 볼록부에는 오목부 형상으로 오목하게 들어가도록 하여 상기 피처리체를 탑재하기 위한 수용 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 상면 커버 부재의 주연부의 상면은 상기 측면 커버 부재의 일부와 접촉하여 덮여 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 탑재대의 측면에는 불투명 석영 커버 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 불투명 이면 커버 부재와 상기 하면 커버 부재의 사이에는 간극이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 불투명 이면 커버 부재의 하면에는 상기 간극을 형성하기 위한 돌기 형상의 레그부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 처리 용기내에서 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해 상기 피처리체를 탑재하는 탑재대와, 상기 탑재대를 상기 처리 용기의 바닥부로부터 기립시켜서 지지하는 지주를 갖는 탑재대 구조체에 있어서, 상기 탑재대와 상기 지주를 각각 석영 유리에 의해 형성하고, 상기 탑재대내에 가열 수단을 매설한 것을 특징으로 한다.
이것에 의하면, 탑재대로부터 오염 원인이 되는 금속 원자 등이 열확산되는 것을 방지할 수 있고, 따라서 금속 오염 등의 각종 오염이 발생하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 지주를 원통체 형상으로 형성하는 동시에, 상기 가열 수단에 대한 급전선을 상기 탑재대의 중심부로부터 인출하여 상기 원통형의 지주내를 하방을 향해 삽입 통과시키도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 탑재대는 상판, 중판 및 하판을 접합하여 이루어지고, 상기 상판의 하면과 상기 중판의 상면중 어느 한쪽에, 상기 가열 수단을 수용하기 위한 배선 홈이 형성되어 있고, 상기 중판의 하면과 상기 하판의 상면중 어느 한쪽에 상기 가열 수단으로부터 연장되는 상기 급전선을 수용하는 배선 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 탑재대의 상면에는 불투명한 상면 커버 부재가 설치되는 것을 특징으로 한다.
이것에 의하면, 탑재대의 상면에 불투명한 균열판을 설치했기 때문에, 피처리체의 온도 분포의 면내 균일성을 높이는 것이 가능해진다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 탑재대에는 상기 탑재대의 상면에 퍼지용의 가스를 공급하는 백사이드용 가스 구멍이 형성되고, 상기 백사이드용 가스 구멍에는 가스를 공급하기 위한 석영관이 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 석영관은 상기 지주의 외측에 배치되어서, 그 상하단이 용착에 의해 장착 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 석영 유리는 투명 석영 유리인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 탑재대의 하면측에 내열성의 불투명 이면 커버 부재를 설치한 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 피처리체를 탑재하는 탑재대의 하면측에 내열성의 불투명 이면 커버 부재를 설치하도록 했기 때문에, 이 불투명 이면 커버 부재의 표면(하면)에 예컨대 얼룩 형상(요철 형상)으로 불필요한 막이 부착되어도 이 불투명 이면 커버 부재의 표면으로부터의 복사율은 면내에 있어서 대략 균일하게 유지되어 있고, 탑재대의 표면 온도의 면내 균일성 및 피처리체의 면내 온도의 균일성을 높게 유지하는 것이 가능해진다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 탑재대의 상면, 측면 및 하면에 내열성을 갖는 상면 커버 부재, 측면 커버 부재 및 하면 커버 부재를 설치한 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 피처리체를 탑재하는 탑재대의 상면, 측면 및 하면에 각각 내열성의 커버 부재를 설치하도록 했기 때문에, 탑재대로부터 오염 원인으로 되는 금속 원자 등이 열확산되는 것을 방지할 수 있고, 따라서 금속 오염 등의 각종 오염이 발생하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 탑재대, 그 측면, 하면 커버 부재의 재질이 예컨대 석영으로 이루어져 있기 때문에, 이러한 부품으로부터 열확산에 의한 금속 오염 등의 오염 발생을 저감할 수 있다. 또한, 성막 가스가 탑재대에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 탑재대의 습식 클리닝 사이클을 연장시킬 수 있으므로, 장시간의 수명과 초기 형상을 확보할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 지주의 하단부에는 이 지주의 파손을 방지하기 위한 쿠션 부재가 개재 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 불투명 이면 커버 부재는 불투명 석영 유리인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 지주의 측면에 내열성을 갖는 지주 커버 부재를 설치한 것을 특징으로 한다.
이에 의하면, 탑재대의 지주에도 커버 부재를 설치하도록 했기 때문에, 금속 오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 지주에 성막 가스가 부착되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 상면 커버 부재, 상기 측면 커버 부재, 상기 하면 커버 부재 및 상기 지주 커버 부재는 커버 부재를 구성하고, 상기 하면 커버 부재와 상기 지주 커버 부재는 일체적으로 성형되어 있으며, 상기 커버 부재 전체는 분해 및 조립이 가능하게 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
이에 의하면, 각 커버 부재는 분해 및 조립이 가능하도록 되어 있기 때문에, 습식 클리닝 처리 등의 유지 보수 작업을 신속하게 실행할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 탑재대의 상면에 형성한 상면 커버 부재 및 상기 불투명 이면 커버 부재를 제외한 다른 커버 부재는 투명 석영 유리로 이루어지고, 이 투명 석영 유리의 커버 부재의 표면에는, 이에 부착되는 막의 박리를 방지하기 위한 표면 거친 처리가 실시되고 있는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 커버 부재의 표면에 부착된 입자로 될 수 있는 불필요한 막이 용이하게 박리되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 그 만큼 클리닝 처리 등의 유지 보수 작업의 사이클을 길게 하는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 지주의 하단부의 접합부에는 밀봉 부재가 설치되는 동시에, 상기 밀봉 부재의 근방에는 상기 밀봉 부재에 상기 탑재대측으로부터 방출되는 열을 차단하기 위한 불투명 부재가 설치되는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 지주의 하단부의 접합부에 설치한 밀봉 부재는, 이 근방에 설치한 불투명 부재에 의해 탑재대측으로부터 오는 복사열이 차단되므로, 열에 의한 손상을 받지 않는다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 지주 전체가 불투명 부재로 이루어지고, 또한 상기 지주의 내부에 불투명 부재를 설치하며, 상기 지주 하단부의 밀봉 부재를 상기 탑재대측으로부터 방출되는 열로부터 보호하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 진공 흡인 가능하게 된 처리 용기와, 상기 실시 형태중 어느 한 실시 형태에 기재된 탑재대 구조체와, 상기 처리 용기내로 소정의 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 기재된 발명은, 상기 탑재대의 가열 수단이 내측 및 외측의 2개의 가열 존으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 탑재대 구조체를 갖는 열처리 장치의 일 실시 형태를 도시하는 개략 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 탑재대 구조체의 제 1 실시 형태를 도시하는 단면도,
도 3은 도 2에 도시하는 탑재대 구조체의 커버 부재를 도시하는 분해 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 탑재대 구조체의 제 2 실시 형태를 도시하는 단면도,
도 5는 도 4에 도시하는 탑재대 구조체의 지주의 하단부를 도시하는 부분 확대 단면도,
도 6은 도 4에 도시하는 탑재대 구조체의 탑재대의 일부를 도시하는 확대 단면도,
도 7은 도 4에 도시하는 탑재대 구조체의 탑재대의 접합전의 상태를 도시하는 분해도,
도 8은 도 4에 도시하는 탑재대 구조체의 커버 부재를 도시하는 분해 사시도,
도 9는 소정의 압력 범위에 있어서의 탑재대의 온도 분포의 면내 균일성을 도시하는 그래프,
도 10은 본 발명에 따른 탑재대 구조체의 제 2 실시 형태의 변형예를 도시하는 단면도,
도 11은 본 발명에 따른 탑재대 구조체의 제 2 실시 형태의 다른 변형예를 도시하는 단면도,
도 12는 도 11에 도시하는 다른 변형예를 도시하는 분해 사시도,
도 13은 본 발명에 따른 탑재대 구조체의 제 3 실시 형태를 도시하는 단면도.
이하, 본 발명에 따른 탑재대 구조체를 갖는 열처리 장치의 실시 형태에 있어서 도 1 내지 도 13에 기초하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 제 1 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 탑재대 구조체를 갖는 열처리 장치를 도시하는 단면 구성도이며, 도 2는 탑재대 구조체를 도시하는 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시하는 탑재대 구조체의 커버 부재를 도시하는 분해도이다.
도시하는 바와 같이, 이 열처리 장치(2)는, 예컨대 단면의 내부가 대략 원형 형상으로 된 알루미늄제의 처리 용기(4)를 갖고 있다. 이 처리 용기(4)내의 천정부에는 필요한 처리 가스, 예컨대 성막 가스를 도입하기 위한 가스 공급 수단인 샤워 헤드부(6)가 설치되어 있고, 이 하면의 가스 분사면(8)에 설치한 다수의 가스 분사 구멍으로부터 처리 공간(S)을 향해서 처리 가스를 취출하도록 하여 분사하도록 되어 있다.
이 샤워 헤드부(6)내에는 중공 형상의 2개로 구획된 가스 확산실(12A, 12B)이 형성되어 있고, 여기에 도입된 처리 가스를 평면 방향으로 확산한 후, 각 가스 확산실(12A, 12B)에 연통된 각 가스 분사 구멍(10A, 10B)으로부터 취출하도록 되어 있다. 즉, 가스 분사 구멍(10A, 10B)은 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 이 샤워 헤드부(6)의 전체는, 예컨대 니켈이나 하스텔로이(Hastelloy : 등록상표) 등의 니켈 합금, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금에 의해 형성되어 있다. 또한, 샤워 헤드부(6)로서 가스 확산실이 1개인 경우라도 무방하다. 그리고, 이 샤워 헤드부(6)와 처리 용기(4)의 상단 개구부의 접합부에는, 예컨대 O링 등으로 이루어지는 밀봉 부재(14)가 개재되어 있고, 처리 용기(4)내의 기밀성을 유지하도록 되어 있다.
또한, 처리 용기(4)의 측벽에는 이 처리 용기(4)내에 대하여 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 반입 반출하기 위한 반출입구(16)가 설치되는 동시에, 이 반출입구(16)에는 기밀하게 개폐 가능하게 이루어진 게이트 밸브(18)가 설치되어 있다.
그리고, 이 처리 용기(4)의 바닥부(20)에 배기 낙하 투입 공간(22)이 형성되어 있다. 구체적으로는, 이 용기 바닥부(20)의 중앙부에는 큰 개구(24)가 형성되어 있고, 이 개구(24)에 그 하방으로 연장되는 바닥이 있는 원통체 형상의 원통 구획벽(26)을 연결하여 그 내부에 상기 배기 낙하 투입 공간(22)을 형성하고 있다. 그리고, 이 배기 낙하 투입 공간(22)을 구획하는 원통 구획벽(26)의 바닥부(28)에는, 이것으로부터 기립시켜서 본 발명이 특징으로 하는 탑재대 구조체(29)가 설치된다. 구체적으로는, 이 탑재대 구조체(29)는, 예컨대 AlN 등의 세라믹으로 이루어지는 원통체 형상의 지주(30)와, 이 지주(30)의 상단부에 설치된 탑재대(32)를 갖고 있다.
그리고, 상기 배기 낙하 투입 공간(22)의 입구 개구(24)는 탑재대(32)의 직경보다도 작게 설정되어 있고, 상기 탑재대(32)의 주연부의 외측을 흘러 내려가는 처리 가스가 탑재대(32)의 하방으로 돌아 들어가 입구 개구(24)로 유입되도록 되어 있다. 그리고, 상기 원통 구획벽(26)의 하부 측벽에는 이 배기 낙하 투입 공간(22)에 대향하여 배기구(34)가 형성되어 있고, 이 배기구(34)에는 도시하지 않는 진공 펌프가 개재 설치된 배기관(36)이 접속되어서, 처리 용기(4)내 및 배기 낙하 투입 공간(22)의 분위기를 진공 흡인하여 배기할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 이 배기관(36)의 중간에는 개방도 컨트롤이 가능하게 이루어진 도시하지 않는 압력 조정 밸브가 개재 설치되어 있고, 이 밸브 개방도를 자동적으로 조정함으로써, 상기 처리 용기(4)내의 압력을 일정값으로 유지하거나, 혹은 소망하는 압력으로 신속하게 변화시킬 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 탑재대(32)는 가열 수단으로서 예컨대 내부에 소정의 패턴 형상으로 배치된 예컨대 몰리브덴으로 이루어지는 저항 가열 히터(38)를 갖고 있고, 이 외측은 소결된 예컨대 AlN 등으로 이루어지는 세라믹에 의해 구성되어, 상면에 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 탑재할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 저항 가열 히터(38)는 상기 지주(30)내에 배설된 급전선(40)에 접속되고, 전력을 제어하면서 공급할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 이 급전선(40)은 석영관(39)내에 삽입 통과되고, 또한 이 급전선(40)은 상기 지주(30)의 하부에서 전원 케이블과 접속되어 있다. 또한, 저항 가열 히터(38)는, 예컨대 내측 영역과, 그 외측을 동심원 형상으로 둘러싸는 외측 영역으로 분할되어 있고, 각 영역마다 개별적으로 전력 제어할 수 있도록 되어 있다. 도시예에서는 급전선(40)은 2개만이 기재되어 있지만, 이 경우는 4개 설치되게 된다.
상기 탑재대(32)에는, 이 상하 방향으로 관통하여 복수, 예컨대 3개의 핀 삽입 통과 구멍(41)이 형성되어 있고(도 1에 있어서는 2개만 도시함), 상기 각 핀 삽입 통과 구멍(41)에 상하 이동 가능하게 헐겁게 끼워맞춘 상태로 삽입 통과시킨 리프팅 핀(42)을 배치하고 있다. 이 리프팅 핀(42)의 하단에는, 원형 링 형상으로 형성된 예컨대 알루미나와 같은 세라믹제의 리프팅 링(44)이 배치되어 있고, 이 리프팅 링(44)에 상기 각 리프팅 핀(42)의 하단이 고정되지 않는 상태에서 지지시키고 있다. 이 리프팅 링(44)으로부터 연장되는 아암부(45)는 용기 바닥부(20)를 관통하여 설치되는 출몰 로드(46)에 연결되어 있고, 이 출몰 로드(46)는 액추에이터(48)에 의해 승강 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 상기 각 리프팅 핀(42)을 웨이퍼(W)의 교환시에 각 핀 삽입 통과 구멍(41)의 상단으로부터 상방으로 출몰시키도록 되어 있다. 또한, 액추에이터(48)의 출몰 로드(46)의 용기 바닥부의 관통부에는 신축 가능한 벨로우즈(50)가 개재 설치되어 있고, 상기 출몰 로드(46)가 처리 용기(4)내의 기밀성을 유지하면서 승강할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 탑재대(32)를 지지 고정하는 예컨대 AlN 등의 원통체 형상의 지주(30)의 하단부에는 직경이 확대된 플랜지부(52)가 형성되어 있다. 또한, 도 2에 있어서는 탑재대(32)의 내부 구조나 리프팅 핀(40) 등의 기재는 생략하고 있다. 그리고, 바닥부(28)의 중심에는 소정 크기의 개구(54)가 형성되어 있고, 그 개구(54)를 그 내측으로부터 폐쇄하도록 하여 상기 개구(54)보다 조금 큰 직경의 예컨대 알루미늄 합금제의 베이스판(56)을 볼트(58)에 의해 조임 고정하고 있다. 이 바닥부(28)의 상면과 상기 베이스판(56)의 하면의 사이에는, 예컨대 O링 등의 밀봉 부재(60)가 개재 설치되어 있고, 이 부분의 기밀성을 유지하고 있다.
그리고, 상기 베이스판(56)상에 상기 지주(30)를 기립시켜서, 이 지주(30)의 플랜지부(52)에 링 형상으로 된 단면 L자 형상의 예컨대 알루미늄 합금제의 가압 부재(62)를 끼워맞춰 장착하고, 이 가압 부재(62)와 상기 베이스판(56)을 볼트(64)로 고정함으로써, 상기 플랜지부(52)를 상기 가압 부재(60)로 삽입 고정하고 있다. 여기서 상기 베이스판(56)의 상면과 상기 플랜지부(52)의 하면의 사이에는, 예컨대 O링 등의 밀봉 부재(66)가 개재 설치되어 있고, 이 부분의 기밀성을 유지하도록 되어 있다. 그리고, 상기 베이스판(56)에는 복수의 삽입 통과 구멍(68)이 형성되어 있고, 이 삽입 통과 구멍(68)을 거쳐서 상기 급전선(40)을 밖으로 인출하도록 되어 있다. 따라서, 이 원통형의 지주(30)내는 대기압 분위기로 되어 있다. 또한, 이 지주(30)의 상단부는, 탑재대(32)의 이면의 중심부에 기밀하게 용접 등에 의해 접속 고정되어 있다. 또한, 상기 지주(30)내는 기밀하게 밀봉할 수도 있다.
그리고, 이와 같이 장착 고정된 탑재대 구조체(29)에 본 발명이 특징으로 하는 커버 부재가 설치된다. 구체적으로는, 도 3에도 도시하는 바와 같이 상기 커버 부재로는, 상기 탑재대(32)의 상면의 반도체 웨이퍼(W)를 탑재하는 부분을 덮는 원판 형상의 상면 커버 부재(72)와, 이 탑재대(32)의 주연부와 그 측면의 일부, 혹은 전부를 덮는 링 형상의 주연부 커버 부재(74)와, 이 탑재대(32)의 측면의 일부, 혹은 전부와 탑재대(32)의 하면을 덮는 하면 커버 부재(76)와, 상기 지주(30)의 측면 전체를 덮는 지주 커버 부재(78)와, 지주(30)의 하단부를 덮는 레그부 커버 부재(80)가 각각 설치된다. 또한, 특히 이 실시예에 있어서는, 상기 탑재대(32)의 하면(이면)에 직접적으로 접촉하여 이것과 상기 하면 커버 부재(76)의 사이에 개재시켜서, 링 형상의 불투명 이면 커버 부재(82)가 설치된다. 따라서, 이 경우에는 상기 하면 커버 부재(76)는 상기 불투명 이면 커버 부재(82)의 하면을 덮게 된다.
상기 모두의 커버 부재(72, 74, 76, 78, 80, 82)는 내열성 및 내부식성 재료로 이루어진다. 특히, 상면 커버 부재(72)는 이 상면에 웨이퍼(W)를 직접적으로 탑재하기 때문에 금속 오염이나 유기 오염 등의 오염이 발생할 우려가 매우 적고, 또한 열전도성이 양호한 재료, 예컨대 SiC 등의 세라믹으로 이루어진다. 또한, 불투명 이면 커버 부재(82)는 금속 오염이나 유기 오염 등의 오염이 발생할 우려가 매우 적고, 또한 열선을 투과하기 어려운 재료, 예컨대 불투명 석영 유리로 이루어진다. 또한, 다른 커버 부재(74, 76, 78, 80)는 금속 오염이나 유기 오염 등이 발생할 우려가 매우 적은 재료, 예컨대 투명한 석영 유리로 이루어진다.
열전도성의 양호한 SiC로 이루어지는 상기 상면 커버 부재(72)는 원판 형상으로 형성되어서 중앙부에 웨이퍼(W)를 직접적으로 탑재하기 위한 수용 오목부(84)가 형성되어 있고, 이 수용 오목부(84)의 깊이는 웨이퍼(W)의 두께와 대략 동일하게 되어 있다. 이 상면 커버 부재(72)에는 리프팅 핀(42)(도 1 참조)을 통과시키는 핀 삽입 통과 구멍(41)이 형성되어 있다. 그리고, 이 상면 커버 부재(72)의 두께는 예컨대 3.0㎜ 정도이다.
투명 석영 유리로 이루어지는 상기 주연부 커버 부재(74)는 링 형상으로 성형되어 있고, 상술한 바와 같이 탑재대(32)의 상면의 주연부와 측면의 일부 혹은 전부를 덮도록, 단면 역 L자 형상으로 성형되어 있고, 탑재대(32)의 주연부에 도 2에 도시하는 바와 같이 장착분리 가능하게 끼워맞춰 장착할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 이 주연부 커버 부재(74)의 내주면에는, 그 둘레 방향을 따라 맞물림 단부(86)가 링 형상으로 형성되어 있고, 이 맞물림 단부(86)에 상기 상면 커버 부재(72)의 주연부를 접촉시켜서, 이 상면 커버 부재(72)를 장착분리 가능(분해 가능)하게 지지하도록 되어 있다. 이 주연부 커버 부재(74)의 두께는 예컨대 2.0∼3.0㎜ 정도이다.
투명 석영 유리로 이루어지는 상기 하면 커버 부재(76)와 같이 투명 석영 유리로 이루어지는 상기 지주 커버 부재(78)는 용접에 의해 일체적으로 성형되어 있다. 우선, 하면 커버 부재는, 상술한 바와 같이 탑재대(32)의 측면의 일부, 혹은 전부와 탑재대(32)의 하면 전체를 덮도록 원형의 용기 형상으로 성형되어 있고, 그 중심부에는 지주(30)(도 2 참조)를 통과시키기 위한 개구(88)가 형성되어 있다. 그리고, 이 개구(88)의 주연부에 상기 지주 커버 부재(78)의 상단부가 용접되어 있다. 상기 용기 형상의 하면 커버 부재(76)내에 상기 탑재대(32)의 전체를 삽입분리 가능하게 수용할 수 있도록 되어 있다. 이 경우, 상기 주연부 커버 부재(74)의 측벽의 내경은 상기 하면 커버 부재(76)의 측벽의 외경보다도 조금 크게 설정되어 있고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 상기 주연부 커버 부재(74)의 측벽의 하단부가, 상기 하면 커버 부재(76)의 측벽의 외주면 전체를 덮고 이것에 접는 상태로 양단부가 중첩되도록 분해 가능하게 삽입 장착된다.
이에 의해, 상기 탑재대(32)의 측면은 완전히 덮어지게 된다. 그리고, 이 하면 커버 부재(76)에는, 상기 리프팅 핀(42)(도 1 참조)을 삽입 통과시키기 위한 핀 삽입 통과 구멍(41)이 형성되어 있다.
또한, 이 하면 커버 부재(76)에 일체적으로 접합되어 있는 상기 지주 커버 부재(78)의 내경은, 플랜지부(52)의 외경보다도 조금 크게 설정되어 있고, 그 하단부는 상기 가압 부재(62)(도 2 참조)의 상면에 이르고 있다. 여기서 상술한 바와 같이 이 하면 커버 부재(76)와 지주 커버 부재(78)는 일체적으로 결합된 상태에서, 탑재대(32)의 분해시에 지주(30)측으로부터 하방으로 분리되도록 되어 있다. 이 하면 커버 부재(76)의 두께는 예컨대 3.0㎜ 정도이고, 지주 커버 부재(78)의 두께는 예컨대 5.0㎜ 정도이다.
또한, 투명 석영 유리로 이루어지는 상기 레그부 커버 부재(80)는 상기 가압 부재(62)의 노출 표면과 상기 베이스판(56)의 노출 표면을 덮도록 단면 역 L자 형상으로 되어서 전체가 링 형상으로 형성되어 있다. 이 레그부 커버 부재(80)는 장착분리를 용이하게 할 수 있도록 2분할 가능하게 절반 비율 상태로 되어 있다. 이 레그부 커버 부재(80)의 두께는 예컨대 3.0㎜ 정도이다. 또한, 상기 레그부 커버 부재(80)는 2분할이 아니라, 링 형상으로 일체형으로 성형할 수도 있다.
또한, 상기 플랜지부(52)의 직경은, 상기 지주 커버 부재(78)의 내경보다도 조금 작게 설정되어 있고, 볼트(58, 64)를 느슨하게 하여 베이스판(56)이나 가압 부재(62)를 제거했을 때에, 지주 커버 부재(78)내의 지주(30)를 상방으로 인출하여 분해할 수 있도록 되어 있다.
한편, 상기 불투명 이면 커버 부재(82)는 상기 탑재대(32)의 하면(이면)의 대략 전체[지주(30)와의 접속부를 제외함]를 덮도록 원판 형상으로 형성되어 있고, 그 중심부에는 지주(30)를 통과시키는 개구(90)가 형성되어 있다. 또한 이 불투명 이면 커버 부재(82)에는 리프팅 핀(42)을 삽입 통과시키기 위한 핀 삽입 통과 구멍(41)이 형성되어 있다. 또한, 불투명 이면 커버 부재(82)는 탑재대(32)의 하면과 밀접 상태로 개재되어 있지만, 불투명 이면 커버 부재(82)의 하면에는 3개(도 2에서는 2개만 도시함)의 돌기 형상의 레그부(120)가 설치되고, 불투명 이면 커버 부재(82)와 하면 커버 부재(76)의 사이에 간극(122)을 형성함으로써, 불투명 이면 커버 부재(82)에 이동의 자유도를 갖게 하여 불투명 이면 커버 부재(82)의 균열을 방지하도록 되어 있다. 또한, 이 레그부(120)를 하면 커버 부재(76)의 상면에 돌기 형상으로 설치할 수도 있다.
상기 불투명 이면 커버 부재(82)는 상술한 바와 같이 예컨대 다수의 미세한 기포를 포함하여 백탁(白濁) 상태로 이루어진 불투명 석영 유리를 이용하고 있고, 탑재대(32)의 하면으로부터의 열선이 외측으로 투과하는 것을 저지할 수 있도록 되어 있는 동시에, 열선을 상면으로 반사한다. 따라서, 이 불투명 이면 커버 부재(82)의 재료로는 적어도 불투명하여 내열성이 있는 재료라면 좋고, 반사율이 높을수록 좋다.
그리고, 본 실시예에서는 상기 투명 석영 유리로 이루어지는 커버 부재, 즉 주연부 커버 부재(74), 하면 커버 부재(76), 지주 커버 부재(78) 및 레그부 커버 부재(80)의 각 표면에는, 사전에 샌드 블라스트 등에 의한 표면 거친 처리가 실시되어 있고, 그 표면에 미세한 요철이 형성되어서, 이 표면에 부착된 불필요한 막이 앵커 효과에 의해 박리되기 어려워지도록 하고 있다.
또한, 도시되어 있지 않지만, 이 탑재대(32)에는 온도 제어를 위해서 이 온도를 검출하는 열전대가 가압되어서 설치되고, 또한 웨이퍼(W)의 이면측에 웨이퍼(W)와의 열전도성을 양호하게 하기 위해서 예컨대 N2나 Ar 가스 등의 불활성 가스를 공급하는 가스 공급구가 형성되어 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 열처리 장치의 동작에 대하여 설명한다.
우선, 미처리의 반도체 웨이퍼(W)는 도시하지 않는 반송 아암에 유지되어서 개방 상태로 된 게이트 밸브(18), 반출 입구(16)를 거쳐서 처리 용기(4)내에 반입되고, 이 웨이퍼(W)는 상승된 리프팅 핀(42)으로 교환된 후에, 이 리프팅 핀(42)을 강하시킴으로써, 웨이퍼(W)를 탑재대(32)의 상면, 구체적으로는 상면 커버(72)의 상면의 수용 오목부(84)에 탑재하여 이것을 지지한다.
다음에, 샤워 헤드부(6)로 처리 가스로서 예컨대 TiCl4, H2, NH3, WF6, SiH4, H2, PET, O2 등의 성막 가스를 유량 제어하면서 공급하고, 이 가스를 가스 분사 구멍(10)으로부터 취출하여 분사하고, 처리 공간(S)으로 도입한다. 그리고, 도시하지 않지만 배기관(36)에 설치한 진공 펌프의 구동을 계속함으로써, 처리 용기(4)내나 배기 낙하 투입 공간(22)내의 분위기를 진공 흡인하고, 그리고 압력 조정 밸브의 밸브 개방도를 조정하여 처리 공간(S)의 분위기를 소정의 프로세스 압력으로 유지한다. 이때, 웨이퍼(W)의 온도는 예컨대 400∼700℃ 정도로 유지되어 있다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 Ti, TiN, W, WSi, Ta2O6 등의 박막이 형성되게 된다.
이와 같은 성막 과정에 있어서, 고온으로 가열되어 있는 예컨대 AlN재로 이루어지는 탑재대(32)로부터는, 이것에 매우 조금 포함되어 있는 중금속 등이 열확산하여 처리 용기(4) 내측으로 방출될 우려가 존재한다. 그러나, 본 실시예에서는 탑재대(32)의 전 표면은 내열성이 높고, 또한 금속 오염이나 유기 오염 등의 오염의 우려가 없는 재료, 예컨대 SiC에 의해 형성되어 있는 상면 커버 부재(72)나, 동일하게 내열성이 높고, 또한 금속 오염이나 유기 오염 등의 오염의 우려가 없는 재료인 투명 석영 유리로 이루어지는 주연부 커버 부재(74)나 하면 커버 부재(76)에 의해 완전히 덮여 있기 때문에, 중금속 등이 처리 용기(4) 내측으로 확산되는 것을 저지할 수 있고, 따라서 반도체 웨이퍼(W)가 금속 오염이나 유기 오염되는 것 등을 방지하는 것이 가능해진다. 이 경우, 상기 3개의 커버 부재, 즉 상면 커버 부재(72), 주연부 커버 부재(74) 및 하면 커버 부재(76)만을 설치해도 금속 오염이나 유기 오염 등의 오염의 방지 효과를 충분히 얻을 수 있다.
그리고, 본 실시예에서는, 예컨대 AlN재로 이루어지는 지주(30)를 동일하게 예컨대 투명 석영 유리로 이루어지는 지주 커버 부재(78)에 의해 그 주위를 완전히 덮고 있기 때문에, 금속 오염이나 유기 오염 등의 오염의 방지 효과를 한층 향상시킬 수 있다. 또한, 이 지주(30)의 하단부를 고정하는 가압 부재(62)나 베이스판(56)의 표면도 투명 석영 유리로 이루어지는 레그부 커버 부재(80)에 의해 덮여 있으므로, 금속 오염이나 유기 오염 등의 오염의 방지 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 탑재대(32)와 웨이퍼(W)의 사이에 개재되는 상면 커버 부재(72)는 투명 석영 유리보다도 열전도성이 양호한 재료, 예컨대 SiC에 의해 형성되어 있기 때문에, 탑재대(32)내에 매설된 저항 가열 히터(38)로부터의 열을 효율적으로 웨이퍼(W)에 전달하여 이것을 효율적으로 가열하는 것이 가능하다. 또한, 석영 유리에 의해 상면 커버 부재(72)를 형성할 수도 있고, 이 경우에는 실험에서는 SiC보다 히터(38)와 웨이퍼(W)의 온도차가 적어졌다.
또한, 성막 진행에 따라, 웨이퍼(W)의 표면에 목적으로 하는 필요한 막이 퇴적될 뿐만 아니라, 각 커버 부재(74, 76, 78, 80)의 노출면에는 불필요한 막이 부착되는 것을 피할 수 없다. 이 경우, 본 실시예에서는, 각 커버 부재(74, 76, 78, 80)의 표면에는 표면 거친 처리가 실시되어서 미세한 요철이 형성되어 있기 때문에, 상기 불필요한 막이 부착된 경우, 상기 미세한 요철에 의한 앵커 효과로 불필요한 막이 박리되기 어려워진다. 따라서, 그 만큼, 클리닝 처리 등의 유지 보수 사이클을 길게 할 수 있고, 장치의 가동률도 향상시킬 수 있다.
또한, 성막 처리시에는 탑재대(32)의 하면측, 즉 여기서는 하면 커버 부재(76)의 하면측에는 불필요한 막이 얼룩 형상으로 부착되는 경향이 있고, 종래 장치에 있어서는 이 얼룩 형상으로 부착되는 막이 탑재대로부터의 복사열에 분포를 발생시키는 원인으로 되어 있었지만, 본 실시예의 경우에는, 탑재대(32)의 하면 전체를 접하도록 하여 링 형상의 불투명 이면 커버 부재(82)를 설치하고 있기 때문에, 상기 불필요한 막이 얼룩 형상으로 부착되어도 탑재대(32)로부터의 복사열에 분포가 생기지 않고, 이 때문에 탑재대(32)의 온도 분포는 목표로 하는 온도 분포, 예컨대 면내 균일하게 유지되기 때문에, 웨이퍼(W)의 온도의 면내 균일성도 높이는 것이 가능해진다.
그리고, 이 점보다도, 본 발명과 같이 저항 가열 히터(38)를 영역마다 온도 조정할 수 있도록 한 경우에는, 성막 처리시에 있어서의 온도 튜닝의 필요성도 감소시킬 수 있다. 또한 이 불투명 이면 커버 부재(82)는 탑재대(32)로부터의 열선을 반사하여 복사열의 방출을 억제할 수 있기 때문에, 그 만큼 저항 가열 히터(38)의 열효율도 높일 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 복수의 커버 부재를 설치하고 있지만, 상기 탑재대(32)의 하면에 상기 불투명 이면 커버 부재(82)만을 설치할 수도 있고, 이 경우에는, 상술한 바와 같이 불필요한 막이 얼룩 형상으로 부착되어도 탑재대(32) 및 웨이퍼(W)의 온도 분포의 면내 균일성을 높게 유지할 수 있고, 또한 복사열을 억제할 수 있기 때문에, 그 만큼 저항 가열 히터(38)의 열 효율도 향상시킬 수도 있다.
또한, 여기서는 탑재대(32)의 하면측에 하면 커버 부재(76)와 불투명 이면 커버 부재(82)의 2장의 커버 부재를 설치했지만, 이에 한정되지 않고, 하면 커버 부재(76)의 설치를 생략하고, 지주 커버 부재(78)의 상단부에 상기 불투명 이면 커버 부재(82)를 직접 용접하여 양자를 일체화시키도록 할 수도 있다.
또한, 클리닝 처리의 경우에는, 습식 세정이나 건식 세정은 각 커버 부재(72, 74, 76, 78, 80)만을 대상으로 하여 실시하면 되기 때문에, 유지 보수성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 실시예에 있어서는, 탑재대(32) 및 이것을 기립시키는 지주(30)를 함께 AlN 재료로 형성한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것들은 어떤 재료로 형성한 경우에 있어도, 본 발명을 적용할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제 2 실시 형태에 대하여, 도 4 내지 도 9에 기초하여 설명한다.
도 4는 제 2 실시 형태의 탑재대 구조체(229)의 구체적인 구성을 도시하는 것이다. 이 탑재대 구조체(229)의 탑재대(232) 및 지주(230)는 모두 내열성 및 내부식성이 우수한 재료, 예컨대 투명 석영 유리에 의해 형성되어 있다. 그리고, 탑재대(232) 및 지주(230)를 덮도록 하여, 상면 커버 부재(272), 주연부 커버 부재(274), 하면 커버 부재(276), 지주 커버 부재(278), 레그부 커버 부재(280) 및 불투명 이면 커버 부재(282)가 설치되어 있다. 또한, 커버 부재에 대해서는 후술한다. 구체적으로는, 상기 탑재대(232)는, 도 6에도 도시하는 바와 같이 상판(300A), 중판(300B), 하판(300C)을 각각 순서대로 중첩하여 용착 접합에 의해 접합한 3층 구성으로 되어 있다. 그리고, 이 상판(300A)상에는, 전술하는 바와 같이 예컨대 SiC 등의 불투명 재료로 이루어지는 얇은 상면 커버 부재(272)가 장착분리 가능하게 설치되어 있다. 상기 중판(300B)의 상면측에는, 그 전면에 걸쳐 그려진 배선 홈(302)이 형성되어 있고, 이 배선 홈(302)내에 이 홈(302)을 따라 예컨대 카본 히터로 이루어지는 저항 가열 히터(238)가 배설되어 있다. 여기서는, 상기 저항 가열 히터(238)는, 예컨대 동심원 형상으로 복수의 영역마다 구획하여 배설된다. 또한, 이 배선 홈(302)을 상판(300A)의 하면에 형성할 수도 있다. 또한 이 저항 가열 히터(238)는 이것을 상하층으로 배열하여 2층 구조로 할 수도 있고, 이 경우에는, 히터층의 수에 따라, 석영판을 더 중첩하도록 구성한다.
또한, 이 중판(300B) 및 하판(300C)에는 필요한 개소에 급전선을 통과시키기 위한 배선 구멍(303)이 형성되고, 또한 중판(300B)의 하면에는 급전선을 수용하기 위한 배선 홈(305)이 탑재대(232)의 중심부를 향해서 형성되어 있다. 또한, 이 배선 홈(305)을 하판(300C)의 상면에 설치할 수도 있다. 그리고, 상기 각 배선 홈(302, 305) 및 배선 구멍(303)에 저항 가열 히터(238)나 급전선(240)을 굴곡시키면서 배설한 후에, 상술한 바와 같이 상기 상판(300A), 중판(300B) 및 하판(300C)을 각각 용착 접합하여 일체화함으로써 탑재대(232)를 형성한다. 또한, 이 탑재대(232)의 하면의 중심부에, 예컨대 투명 석영 유리로 이루어지는 원통형의 지주(230)의 상단부를 용접하여 이것을 일체화한다.
그리고, 각 급전선(240)은 탑재대(232)의 중심부에 모여져서, 이 탑재대(232)의 대략 중심으로부터 하방으로 연장되어 있다. 이 하방으로 연장되는 급전선(240)은 예컨대 석영관(239)내에 삽입 통과되어 있다. 이 석영관(239)의 상단부도 상기 하판(300C)의 하면에 용접되어 있다. 또한, 상기 하판(300C) 및 중판(300B)을 관통하여 상기 상판(300A)에 닿도록 하여 열전대 수용 구멍(304)이 형성되어 있고, 이 열전대 수용 구멍(304)내에 온도 제어용의 열전대(306)가 설치된다.
또한, 상기 하판(300C), 중판(300B) 및 상판(300A)을 관통하여 퍼지용의 가스를 공급하는 백사이드용 가스 구멍(308)이 형성되어 있고, 이 백사이드용 가스 구멍(308)에는, 이것으로부터 하방으로 연장되는 예컨대 투명 석영관으로 이루어지는 가스관(310)(도 6 참조)이 접속되어 있다. 이 경우, 백사이드용 가스 구멍(308)의 상단의 가스 출구는 탑재대(232)의 대략 중심부에 위치되어 있고, 그 주변부를 향해서 가스를 대략 균등하게 분산할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 상기 지주(230)의 하단부의 접합부의 근방에는, 이 접합부에 개재되는 O링 등의 밀봉 부재(260, 266)(도 4 참조)를 탑재대(232)로부터 방사되는 열로부터 보호하기 위한 불투명 부재(312)가 설치되어 있고, 상기 열을 차단하도록 되어 있다. 구체적으로는, 우선 상기 지주(230)의 중간은, 예컨대 불투명 석영 유리로 이루어지는 원통체 형상의 제 1 불투명 부재(312A)가 용접에 의해 접속되어 개재되어 있다. 이 제 1 불투명 부재(312A)의 내측에는, 예컨대 70㎜ 정도로 설정되어 있다.
또한 이 제 1 불투명 부재(312A)의 내측에는, 마찬가지로 예컨대 불투명 석영 유리로 이루어지는 원판체 형상의 제 2 불투명 부재(312B)가 끼워맞춤 장착되어 있다. 또한, 상기 밀봉 부재(260, 266)의 바로 위에 있어서 상기 지주 커버 부재(278)의 하단부와 직접 접촉하여 지지하도록 하여, 예컨대 불투명 석영 유리로 이루어지는 링 형상의 제 3 불투명 부재(312C)가 설치되어 있다. 그리고, 탑재대(232)로부터 방사되어서 상기 밀봉 부재(260, 266)를 향하는 열(복사열)을, 상기 제 1 내지 제 3 불투명 부재(312A 내지 312C)에 의해 차단함으로써, 상기 각 밀봉 부재(260, 266)가 열손상을 받는 것을 방지하도록 되어 있다. 여기서 상기 불투명 석영 유리란, 열선이나 복사열을 차단할 수 있는 석영 유리를 가리키고, 예컨대 다수의 미세한 기포를 포함하여 백탁 상태로 된 석영 유리 뿐만 아니라, 또한 착색된 석영 유리이어도 무방하다. 또한, 지주 전체를 혹은 불투명 부재(312A)로부터 하방의 지주 모두를 불투명 석영 유리로 구성할 수도 있다. 또한 가압 부재(262) 및 제 3 불투명 부재(312C)에는 가스 통로(314)로 되는 가스관을 통과시키는 홈이 형성되어 있다. 또한, 상기 가스관(310)을 지주(230) 외부로 배출함으로써, 이 가스관(310)의 상단은 탑재대(232)측에 용착되고, 하단은 플랜지부(252)에 용착되므로, 상하의 양단부에 강고하게 지지할 수 있다. 또한 지주(230) 외부에 가스관(310)을 설치했기 때문에, 복수의 급전선(240) 지주(230)내에 수용할 수 있다. 또한, 바닥부(228) 및 베이스판(256)에는 상기 가스관(310)에 연통되는 가스 통로(314)가 형성되어 있다.
다음에, 상기 커버 부재에 대하여 설명한다. 구체적으로는, 도 8에 도시하는 바와 같이 상기 커버 부재로는, 상기 탑재대(232)의 상면의 반도체 웨이퍼(W)를 탑재하는 원판 형상의 상면 커버 부재(272)와, 이 탑재대(232)의 주연부와 그 측면의 일부, 혹은 전부를 덮는 링 형상의 주연부 커버 부재(274)와, 이 탑재대(232)의 측면의 일부, 혹은 전부와 탑재대(232)의 하면을 덮는 하면 커버 부재(276)와, 상기 지주(230)의 측면 전체를 덮는 지주 커버 부재(278)와, 지주(230)의 하단부를 덮는 레그부 커버 부재(280)가 각각 설치된다. 그리고, 상기 상면 커버 부재(272)의 주연부의 상면에 상기 주연부 커버 부재(274)의 상단부를 지지하도록 되어 있다. 또한, 특히 이 실시예에 있어서는, 상기 탑재대(232)의 하면(이면)과 직접적으로 접촉하여 이것과 상기 하면 커버 부재(276)의 사이에 개재시켜서, 링 형상의 불투명 이면 커버 부재(282)가 설치된다. 따라서, 이 경우에는 상기 하면 커버 부재(276)는 상기 불투명 이면 커버 부재(282)의 하면을 덮게 된다.
상기 모든 커버 부재(272, 274, 276, 278, 280, 282)는 내열성 및 내부식성 재료로 이루어진다. 특히, 상면 커버 부재(272)는, 이 상면에 웨이퍼(W)를 직접적으로 탑재하기 때문에, 금속 오염 등의 오염이 발생할 우려가 매우 적고, 또한 열전도성이 양호한 재료, 예컨대 고순도의 SiC 등의 세라믹으로 이루어진다. 또한, 불투명 이면 커버 부재(282)는 금속 오염 등의 오염이 발생할 우려가 매우 적고, 또한 열선을 투과하기 어려운 재료, 예컨대 불투명 석영 유리로 이루어진다. 또한 다른 커버 부재(274, 276, 278, 280)는 금속 오염 등이 발생할 우려가 매우 적은 재료, 예컨대 투명한 석영 유리로 이루어진다.
전도성이 양호한 SiC로 이루어지는 상기 상면 커버 부재(272)는 얇은 원판 형상으로 형성되어서 중앙부에 웨이퍼(W)를 직접적으로 탑재하기 위한 수용 오목부(284)가 형성되어 있고, 이 수용 대략 오목부(284)의 깊이는 웨이퍼(W)의 두께와 대략 동일하게 되어 있다. 이 상면 커버 부재(272)의 주연부(285)는 단부 형상으로 낮게 형성되어 있다. 이 상면 커버 부재(272)의 주연부(285)는 단부 형상으로 낮게 형성되어 있다. 그리고, 이 상면 커버 부재(272)는 장착분리 가능하게 탑재되어 있고, 이 상면 커버 부재(272)에 의해 탑재대(232)의 상면의 대략 전체가 덮여진다. 또한, 이 상면 커버 부재(272)에는 리프팅 핀(42)(도 1 참조)을 통과시키는 핀 삽입 통과 구멍(41)이 형성되어 있다. 그리고 이 상면 커버 부재(272)의 두께는 예컨대 6.5㎜ 정도이다.
투명 석영 유리로 이루어지는 상기 주연부 커버 부재(274)는 링 형상으로 성형되어 있고, 상술한 바와 같이 탑재대(232)의 상면의 주연부와 측면의 일부 혹은 전부를 덮도록, 단면 역 L자 형상으로 성형되어 있고, 상기 상면 커버 부재(272)의 상측으로부터 끼워맞춤 장착시켜서 탑재대(232)의 주연부에 도 4에 도시하는 바와 같이 장착분리 가능하게 장착할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 이 주연부 커버 부재(274)의 상단부의 하면을, 상기 상면 커버 부재(272)의 주연부(285)의 상면에 접촉시켜서, 이 주연부 커버 부재(274)를 장착분리 가능(분해 가능)하게 지지하도록 되어 있다. 이 주연부 커버 부재(274)의 두께는 예컨대 3㎜ 정도이다.
투명 석영 유리로 이루어지는 상기 하면 커버 부재(276)와 같이 투명 석영 유리로 이루어지는 상기 지주 커버 부재(278)는 용접에 의해 일체적으로 성형되어 있다. 우선, 하면 커버 부재는, 상술한 바와 같이 탑재대(232)의 측면의 일부 혹은 전부와 탑재대(232)의 하면 전체를 덮도록 원형의 용기 형상으로 성형되어 있고, 그 중심부에는 지주(230)(도 4 참조)를 통과시키기 위한 개구(288)가 형성되어 있다. 그리고, 이 개구(288)의 주연부에 상기 지주 커버 부재(278)의 상단부가 용접되어 있다. 상기 용기 형상의 하면 커버 부재(276)내에 상기 탑재대(232)의 전체를 삽입분리 가능하게 수용할 수 있도록 되어 있다. 이 경우, 상기 주연부 커버 부재(274)의 측벽의 내경은 상기 하면 커버 부재(276)의 측벽의 외경보다도 조금 크게 설정되어 있고, 도 4에 도시하는 바와 같이, 상기 주연부 커버 부재(274)의 측벽의 하단부가, 상기 하면 커버 부재(276)의 측벽의 상단부의 외주면에 접하는 상태에서 양단부가 조금 중첩되도록 분해 가능하게 끼워맞춤 장착된다.
이에 의해, 상기 탑재대(232)의 측면은 완전히 덮여지게 된다. 그리고, 이 하면 커버 부재(276)에는, 상기 리프팅 핀(42)(도 1 참조)을 삽입 관통하기 위한 핀 삽입 통과 구멍(41)이 형성되어 있다. 또한 이 하면 커버 부재(276)에 일체적으로 접합되어 있는 상기 지주 커버 부재(278)의 내경은 지주(230), 구체적으로는 플랜지부(252)의 외경보다도 조금 크게 설정되어 있고, 그 하단부는 상기 가압 부재(262)(도 4 참조)의 상면에 이르고 있다. 여기서 상술한 바와 같이 이 하면 커버 부재(276)와 지주 커버 부재(278)는 일체적으로 결합된 상태에서, 탑재대(232)의 분해시에 탑재대(232)가 상방으로 분리되도록 되어 있다. 이 하면 커버 부재(276) 및 지주 커버 부재(278)의 두께는 예컨대 3∼5㎜ 정도이다.
한편, 상기 불투명 이면 커버 부재(282)는 상기 탑재대(32)의 하면(이면)의 대략 전체[지주(230)와의 접속부를 제외함]를 덮도록 원판 형상으로 형성되어 있고, 그 중심부에는 지주(230)를 통과시키는 개구(290)가 형성되어 있다. 또한, 이 불투명 이면 커버 부재(282)에는 리프팅 핀(42)을 삽입 통과시키기 위한 핀 삽입 통과 구멍(41)이 형성되어 있다. 이 불투명 이면 커버 부재(282)는 상술한 바와 같이, 탑재대(232)의 하면과 하면 커버 부재(276)의 사이에 도시하지 않는 돌기로 3점에 지지된 상태로 개재되어 있다. 이 불투명 이면 커버 부재(282)는 상술한 바와 같이 예컨대 다수의 미세한 기포를 포함하여 백탁 상태로 된 불투명 석영 유리를 이용하고 있고, 탑재대(232)의 하면으로부터의 열선이 외방으로 투과하는 것을 저지할 수 있도록 되어 있다.
한편, 도 4에 도시하는 바와 같이, 탑재대(232)를 지지 고정하는 예컨대 투명 석영 유리제의 원통체 형상의 지주(230)의 하단부에는 직경 확대된 플랜지부(252)가 형성되어 있다. 또한, 도 4에 있어서는 탑재대(232)의 내부 구조나 리프팅 핀(42) 등의 기재는 생략하고 있다. 그리고, 바닥부(228)의 중심에는 소정 크기의 개구(254)가 형성되어 있고, 그 개구(254)를 그 내측으로부터 폐쇄하도록 하여 상기 개구(254)보다 조금 큰 직경의 예컨대 알루미늄 합금제의 베이스판(256)을 볼트(258)에 의해 죄어 고정하고 있다. 이 바닥부(228)의 상면과 상기 베이스판(256)의 하면의 사이에는, 예컨대 O링 등의 밀봉 부재(260)가 개재 설치되어 있고, 이 부분의 기밀성을 유지하고 있다.
그리고, 상기 베이스판(256)상에 상기 지주(230)를 기립시켜서, 이 지주(230)의 플랜지부(252)에 링 형상으로 이루어진 단면 L자 형상의 예컨대 알루미늄 합금제의 가압 부재(262)를 끼워맞춤 장착하고, 이 가압 부재(262)와 상기 베이스판(256)을 볼트(264)로 고정함으로써, 상기 플랜지부(252)를 상기 가압 부재(262)로 삽입 고정하고 있다. 이때, 이 플랜지부(252)의 상면과 가압 부재(262)의 접합면의 사이에는, 입자가 발생하지 않고, 게다가 쿠션 기능을 갖는 예컨대 두께가 0.5㎜ 정도인 원형 링 형상의 예컨대 카본 시트로 이루어지는 쿠션재(263)가 개재되어 있고, 상기 플랜지부(252)의 파손을 방지하도록 되어 있다. 여기서 상기 베이스판(256)의 상면과 상기 플랜지부(252)의 하면의 사이에는, 예컨대 O링 등의 밀봉 부재(266)가 개재 설치되어 있고, 이 부분의 기밀성을 유지하도록 되어 있다. 그리고, 상기 베이스판(256)에는 대형의 하나의 삽입 통과 구멍(268)이 형성되어 있고, 이 삽입 통과 구멍(268)을 거쳐서 상기 급전선(240)을 외부로 인출하도록 되어 있다. 따라서, 이 원통형의 지주(230)내부는 대기압 분위기로 되어 있지만, 이 지주(230)내를 밀봉할 수도 있다.
또한, 투명 석영 유리로 이루어지는 상기 레그부 커버 부재(280)는 상기 가압 부재(262)의 노출 표면과 상기 베이스판(256)의 노출 표면을 덮도록 단면 역 L자 형상으로 이루어져서 전체가 링 형상으로 형성되어 있다. 이 레그부 커버 부재(280)의 두께는 예컨대 2.75∼7.85㎜ 정도이다.
또한, 상기 플랜지부(252)의 직경은 상기 지주 커버 부재(278)의 내경보다도 조금 작게 설정되어 있고, 볼트(258, 264)를 느슨하게 하여 베이스판(256)이나 가압 부재(262)를 제거했을 때에, 지주 커버 부재(278)내의 지주(230)를 상방으로 인출하여 분해할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 본 실시예에서는 상기 투명 석영 유리로 이루어지는 커버 부재, 즉 주연부 커버 부재(274), 하면 커버 부재(276), 지주 커버 부재(278) 및 레그부 커버 부재(280)의 각 표면에는 사전에 샌드 블라스트 등에 의한 표면 거친 처리가 실시되어 있고, 그 표면에 미세한 요철이 형성되어서, 이 표면에 부착된 불필요한 막이 앵커 효과에 의해 벗겨지기 어려워지도록 되어 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 열처리 장치의 동작에 대하여 설명한다.
우선, 미처리의 반도체 웨이퍼(W)는, 도시하지 않는 반송 아암에 유지되어서 개방 상태로 된 게이트 밸브(18), 반출 입구(16)를 거쳐서 처리 용기(4)내로 반입되고, 이 웨이퍼(W)는 상승된 리프팅 핀(42)으로 교환된 후에, 이 리프팅 핀(42)을 강하시킴으로써, 웨이퍼(W)를 탑재대(232)의 상면, 구체적으로는 상면 커버(272)의 상면의 수용 오목부(284)에 탑재하여 이것을 지지한다.
다음에, 샤워 헤드부(6)에 처리 가스로서 예컨대 Ti막을 퇴적하는 경우에는 TiCl4, H2, NH3 등의 각 성막 가스를, 또한 TiN막을 퇴적하는 경우에는 TiCl4, NH3 등의 각 성막 가스를 유량 제어하면서 공급하고, 이 가스를 가스 분사 구멍(10)으로부터 취출하여 분사하고, 처리 공간(S)에 도입한다. 그리고, 도시하지 않지만 배기관(36)에 설치한 진공 펌프의 구동을 계속함으로써, 처리 용기(4)내나 배기 낙하 투입 공간(22)내의 분위기를 진공 흡인하고, 그리고 압력 조정 밸브의 밸브 개방도를 조정하여 처리 공간(S)의 분위기를 소정의 프로세스 압력으로 유지한다. 이때, 웨이퍼(W)의 온도는 예컨대 500∼600℃ 정도로 유지되어 있다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 Ti막 혹은 TiN막 등의 박막이 형성되게 된다.
이러한 성막 과정에 있어서, 종래 장치의 경우에는 고온으로 가열되어 있는 예컨대 AlN재로 이루어지는 탑재대로부터는, 이것에 매우 조금 포함되어 있는 중금속 등이 열확산하여 처리 용기(4) 내측으로 방출될 우려가 존재한다. 그러나, 본 실시예에서는, 탑재대(232)나 지주(230)를 구성하는 재료가 내열성, 내부식성이 있고, 게다가 중금속 등을 거의 포함하지 않는 투명 석영 유리에 의해 형성되어 있기 때문에, 웨이퍼(W)에 대하여 열전도가 양호한 동시에, 금속 오염 등의 오염을 야기하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 탑재대(232)의 전체 표면은, 내열성이 높고, 또한 금속 오염 등의 오염의 우려가 없는 재료, 예컨대 SiC에 의해 형성되어 있는 상면 커버 부재(272)나, 동일하게 내열성이 높고, 또한 금속 오염 등의 오염의 우려가 없는 재료인 투명 석영 유리로 이루어지는 주연부 커버 부재(274)나 하면 커버 부재(276)에 의해 완전히 덮여 있기 때문에, 중금속 등의 처리 용기(4) 내측으로 확산되는 것을 저지할 수 있고, 따라서 반도체 웨이퍼(W)가 금속 오염되는 것 등을 한층 확실하게 방지하는 것이 가능해진다. 이 경우, 상기 3개의 커버 부재, 즉 상면 커버 부재(272), 주연부 커버 부재(274) 및 하면 커버 부재(276)만을 설치해도 금속 오염 등의 오염의 방지 효과를 충분히 얻을 수 있다.
그리고, 본 실시예에서는, 상술한 바와 같이 지주(230)를 석영 유리로 형성하고, 게다가 이 지주(230)를 예컨대 투명 석영 유리로 이루어지는 지주 커버 부재(278)에 의해 그 주위를 완전히 덮고 있기 때문에, 금속 오염 등의 오염의 방지 효과를 한층 향상시킬 수 있다. 또한, 이 지주(230)의 하단부를 고정하는 가압 부재(262)나 베이스판(256)의 표면도 투명 석영 유리로 이루어지는 레그부 커버 부재(280)에 의해 덮고 있기 때문에, 더욱 금속 오염 등의 오염의 방지 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 탑재대(232)와 웨이퍼(W)의 사이에 개재되는 상면 커버 부재(272)는 투명 석영 유리보다도 열전도성이 양호한 재료, 예컨대 SiC에 의해 형성하고 있기 때문에, 탑재대(232)내에 매설된 저항 가열 히터(238)로부터의 열을 효율적으로 웨이퍼(W)에 전달하여 이것을 효율적으로 가열하는 것이 가능하다. 또한, 투명 석영 유리는 불투명 석영 유리보다 열전도성이 좋기 때문에, 탑재대(232)를 투명 석영 유리로 형성하는 편이 열전도 손실이 적다.
이 경우, 특히 이 탑재대(232)의 상면에 예컨대 SiC로 이루어지는 불투명한 상면 커버 부재(272)를 설치하고 있기 때문에, 저항 가열 히터(238)에 발생하는 온도 분포가 웨이퍼(W)측으로 투영되지 않고, 이 점에서 웨이퍼(W)의 온도의 면내 균일성을 높일 수 있다. 즉, 이 상면 커버 부재(272)는 균열판의 기능을 더불어 갖고 있다.
또한, 성막 장치의 진행에 따라서, 웨이퍼(W)의 표면에 목적으로 하는 필요한 막이 퇴적될 뿐만 아니라, 각 커버 부재(272, 274, 276, 278, 280)의 노출면에는 불필요한 막이 부착되는 것을 피할 수 없다. 이 경우, 본 실시예에서는, 각 커버 부재(272, 274, 276, 278, 280)의 표면에는, 표면 거친 처리가 실시되어서 미세한 요철이 형성되어 있기 때문에, 상기 불필요한 막이 부착된 경우, 상기 미세한 요철에 의한 앵커 효과로 불필요한 막이 박리되기 어려워진다. 따라서, 그 만큼 클리닝 처리 등의 유지 보수 사이클을 길게 할 수 있고, 장치의 가동률도 향상시킬 수 있다.
또한, 성막 처리시에는 탑재대(232)의 하면측, 즉 여기서는 하면 커버 부재(276)의 하면측에는 불필요한 막이 얼룩 형상으로 부착되는 경향이 있고, 종래 장치에 있어서는 얼룩 형상으로 부착되는 막이 탑재대로부터의 복사열에 분포를 발생시키는 원인으로 되어 있었지만, 본 실시예의 경우에는, 탑재대(232)의 하면 전체에 약 1∼2㎜ 정도의 거리를 두어서 링 형상의 불투명 이면 커버 부재(282)를 설치하고 있기 때문에, 상기 불필요한 막이 얼룩 형상으로 부착되어도 탑재대(232)로부터의 복사열에 분포가 생기지 않고, 이 때문에 탑재대(232)의 온도 분포는 목표로 하는 온도 분포, 예컨대 면내 균일하게 유지되기 때문에, 웨이퍼(W)의 온도의 면내 균일성도 높이는 것이 가능해진다.
그리고, 이 점에서도 본 발명과 같이 저항 가열 히터(238)를 영역마다 온도 조정할 수 있도록 한 경우에는, 성막 처리시에 있어서의 온도 튜닝의 필요성도 감소시킬 수 있다. 또한, 석영 유리는 열팽창이 적기 때문에, 영역간의 온도차에 의한 파손의 우려가 없고, 자유롭게 영역을 가열할 수 있다. 또한, 이 불투명 이면 커버 부재(282)는 복사열의 방출을 억제할 수 있기 때문에, 그 만큼 저항 가열 히터(238)의 열효율도 높일 수 있다.
또한, 여기서는 탑재대(332)의 하면측에, 하면 커버 부재(276)와 불투명 이면 커버 부재(282)의 2개의 커버 부재를 설치했지만, 이에 한정되지 않고, 하면 커버 부재(276)의 설치를 생략하고, 지주 커버 부재(278)의 상단부에 상기 불투명 이면 커버 부재(282)를 직접 용접하여 양자를 일체화시킬 수도 있다.
또한, 클리닝 처리의 경우에는, 습식 세정이나 건식 세정은 각 커버 부재(272, 274, 276, 278, 280)만을 대상으로 하여 실시하면 되므로, 유지 보수성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 탑재대(232) 전체를 종래의 탑재대에 사용한 AlN 등의 세라믹보다도 열팽창율이 작은 투명 석영 유리에 의해 구성하고 있기 때문에, 열처리 온도도 종래 장치보다도 높은 온도까지 내열성을 향상시킬 수 있다. 즉, 탑재대(232)의 재질로서 열팽창이 적은 석영을 사용하고 있기 때문에, 영역마다 투입하는 전력차가 커져도, 이것은 파손되지 않는다. 예컨대 실험 결과, AlN제의 종래의 탑재대의 경우에는, 700℃ 정도에서 탑재대가 파손되었지만, 본 발명의 투명 석영 유리제의 탑재대(232)의 경우에는, 처리 온도를 720℃ 정도까지 승온해도 파손되지 않았다. 특히, 탑재대(232)의 온도 분포를 최적화하기 위해서, 탑재대(232)의 내측 영역과 외측 영역으로 투입하는 전력비를 다르게 하는 경우가 있지만, 내측 영역으로의 투입 전력과 외측 영역으로의 투입 전력비(내측 영역으로의 투입 전력/외측 영역으로의 투입 전력)를 0.2∼1 정도의 광범위에서 변화시킨 실험을 실행했지만, 400∼720℃ 범위의 열처리로 탑재대(232)가 파손되지는 않았다. 또한, 탑재대(232)의 온도를 더 상승시켰지만 1200℃까지는 이것이 파손되지 않았다.
또한, 이때에 상기 온도 범위에 있어서의 탑재대(232)의 온도 분포의 면내 균일성에 대해서도 평가했지만, 이때의 결과를 도 9에 도시한다. 또한, 프로세스 압력은 10-1∼666㎩의 범위에서 변화시키고 있다. 도 9로부터 명확하듯이, 400∼720℃의 범위에 걸쳐, 온도 분포의 면내 균일성은 ±0.7% 이하(평균은 ±0.5%)이고, 종래의 탑재대의 경우는 ±1.2% 정도였기 때문에, 종래의 탑재대의 경우와 마찬가지로, 혹은 그 이상으로 양호한 온도 분포의 면내 균일성이 실현 가능한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 복수의 석영 유리판을 중첩하여 내부에 저항 가열 히터(238)를 매설하도록 했기 때문에, 급전선(240)을 탑재대(232)의 중심부로부터 하방으로 인출하는 것이 가능해졌다. 또한, 탑재대(232)를 복수의 유리판(300A, 300B, 300C)으로 용착함으로써, 이 탑재대(232)를 처리 용기(4)내로부터 완전히 분리할 수 있다. 또한, 탑재대(232)의 상면에 백사이드용 가스를 퍼지함으로써, 탑재대(232)의 상면, 상면 커버 부재(272)의 하면, 열전대 수용 구멍(304)에 성막하는 것을 방지 할 수 있다.
또한, 상기 제 2 실시 형태에 있어서, 상면 커버 부재(372)와 상판(300A)의 사이에 도 10에 도시하는 바와 같이, 예컨대 SiC 등의 불투명 재료로 이루어지는 균열판(401)을 설치할 수도 있다. 이와 같이 하면, 웨이퍼에 대한 열의 공급을 보다 균일하게 실행할 수 있다.
또한, 가스관(410)에 연통하는 가스 통로(414)를, 도 10에 도시하는 바와 같이, 플랜지부(252)를 통하지 않고, 제 3 불투명 부재(312C), 가압 부재(262), 베이스판(256), 바닥부(228)를 통해 외부로 인출할 수도 있다.
또한, 불투명 이면 커버 부재(282)의 하면에 돌기 형상의 레그부(420)를 설치하여, 하면 커버 부재(276)와의 사이에 간극(422)을 설치할 수도 있다.
또한, 상기 제 1, 제 2 실시 형태에 있어서, 도 11 및 도 12에 도시하는 바와 같이, 이 상면 커버 부재(572)의 직경을 탑재대(532)의 직경과 실질적으로 동일하게 설치할 수도 있다. 이에 의해, 탑재대(532)의 상면 전체를 이 상면 커버 부재(572)로 덮을 수 있다. 이 경우, 도 10에 있어서 설명한 균열판(401)을 이용할 수도 있고, 혹은 이용하지 않을 수도 있다.
그리고, 이 상면 커버 부재(572)의 주연부를 제외한 중앙부측은 상방으로 약간 돌출시킨 원형상의 볼록부(524)로 형성되어 있다. 그리고, 이 볼록부(524)에는 오목부 형상으로 오목하게 들어가게 하여, 여기에 웨이퍼(W)를 수용하여 탑재하기 위한 수용 오목부(584)가 형성되어 있다. 이 수용 오목부(584)를 구획하는 주변부의 단부(526)의 내주면은, 그 내측을 향해 경사진 테이퍼면(526A)으로서 형성되어 있고, 웨이퍼(W)의 탑재시에 이 위치 어긋남이 생겨도 이 테이퍼면(526A)을 따라 웨이퍼(W)가 미끄러져 떨어짐으로써 그 위치 어긋남을 수정할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 주연부 커버 부재(574)의 하면이 상기 상면 커버 부재(572)의 일부인 주연부의 상면과 접촉하고, 이것을 덮도록 되어 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 실시 형태에 있어서, 도 11 및 도 12에 도시하는 바와 같이, 탑재대(532)의 외주측면에는 이 주위를 덮도록 불투명 석영 커버(528)를 설치하고 있고, 이와 같이 하면, 이 불투명 석영 커버(528)에 의해 탑재대(532)측으로부터의 열선을 반사하여 열효율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 불투명 석영 커버(528)는 탑재대(532)의 하면을 덮는 불투명 이면 커버 부재(582)와 일체적으로 성형되어 있지만, 양자를 분할시켜서 개별적으로 설치할 수도 있다. 또한, 이 탑재대(532) 측면에 설치하는 불투명 석영 커버 부재(528)는 도 2 및 도 4에 도시하는 상기 제 1 및 제 2 실시 형태에 적용해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
여기서 탑재대(532)가 예컨대 AlN에 의해 형성되어 있는 경우에는, 상기 상면 커버 부재(572)는 AlN이나 석영 유리(투명이어도 불투명이어도 무방함)로 형성된다. 이에 대하여, 탑재대(532)가 도 10에 설명한 바와 같이 투명한 석영 유리에 의해 형성되어 있는 경우에는, 상기 커버 부재(572)는 AlN이나 불투명 석영 유리로 형성되게 된다.
또한, 상기 실시예에 있어서는, 탑재대(232)와 지주(230)에 커버 부재를 설치했지만, 이것에 한정되지 않고, 도 13에 도시하는 본 발명의 제 3 실시 형태에서와 같이 커버 부재를 설치하지 않도록 할 수도 있다. 즉, 도 13에 도시하는 바와 같이, 이 탑재대 구조체(629)에 있어서는, 도 4에 있어서 도시한 주연부 커버 부재(274), 하면 커버 부재(276), 지주 커버 부재(278) 및 레그부 커버 부재(280)를 설치하지 않는다. 단, 탑재대(232)의 하면에는 불투명 이면 커버 부재(282)를 설치하고 있고, 이 커버 부재(282)의 하면에 얼룩 형상으로 불필요한 막이 부착되어도, 이것에 기인하여 탑재대(232)측에 열적 악영향이 미치는 것을 방지하도록 되어 있다. 또한, 이 경우에도, 탑재대(232)의 상면측에는 상면 커버 부재(272)를 설치하여, 웨이퍼 온도의 면내 균일성의 향상을 도모하고 있다.
또한, 이 도 13에 도시하는 실시예의 경우에는, 탑재대(232)나 지주(230)의 투명 석영 유리 노출면에 사전에 샌드 블라스트 등에 의해 표면 거친 처리를 실시하여 입자 대책을 실행하도록 할 수도 있다.
또한, 도 4 및 도 13에 도시하는 실시예에 있어서, 탑재대(232)나 지주(230)를 구성하는 재료로서 투명 석영 유리를 대신하여, 불투명 석영 유리를 이용할 수도 있고, 혹은 하판(300C)만을 불투명 석영 유리로 변경할 수도 있다. 이에 의하면, 탑재대(232)의 하면에 설치한 불투명 이면 커버 부재(282)를 불필요하게 할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 처리로서 열 CVD에 의한 성막 처리를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 플라즈마 CVD 처리 장치, 에칭 처리 장치, 산화 확산 처리 장치, 스퍼터링 처리 장치 등에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, LCD 기판, 유리 기판 등에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.
또한, 여기서 투명 석영이란 반대측이 들여다보이는 것은 물론, 들여다보이지 않아도 소정값 이상의 광을 통과시키는 것은 투명하다. 또한 불투명 석영이란 완전히 광을 통과시키지 않는 것은 물론, 소정값 이하밖에 광을 통과시키지 않는 것도 포함한다. 또한 이 소정값이란 광이 열에너지로서 이 열이 탑재대 또는 처리 용기에 영향을 주는지 여부가 기준이 된다.

Claims (26)

  1. 처리 용기내에서 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해 상기 피처리체를 탑재하는 동시에, 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단을 갖는 탑재대와, 상기 탑재대를 상기 처리 용기의 바닥부로부터 기립시켜서 지지하는 지주를 갖는 탑재대 구조체에 있어서,
    상기 탑재대의 상면, 측면 및 하면에, 내열성을 갖는 상면 커버 부재, 측면 커버 부재 및 하면 커버 부재를 각각 설치한 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  2. 처리 용기내에서 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해 상기 피처리체를 탑재하는 동시에, 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단을 갖는 탑재대와, 상기 탑재대를 상기 처리 용기의 바닥부로부터 기립시켜서 지지하는 지주를 갖는 탑재대 구조체에 있어서,
    상기 탑재대의 하면측에 내열성의 불투명 이면 커버 부재를 설치한 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탑재대의 상면, 측면 및 상기 불투명 이면 커버 부재의 하면에 내열성을 갖는 상면 커버 부재, 측면 커버 부재 및 하면 커버 부재를 설치한 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 상면 커버 부재는, 상기 탑재대의 직경과 실질적으로 동일한 직경으로 설정되어 있고, 상기 상면 커버 부재의 상면에는 볼록부가 형성되어 있는 동시에, 이 볼록부에는 오목부 형상으로 오목하게 들어가도록 하여 상기 피처리체를 탑재하기 위한 수용 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  5. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상면 커버 부재의 주연부의 상면은 상기 측면 커버 부재의 일부와 접촉하여 덮여 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탑재대의 측면에는 불투명 석영 커버 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 불투명 이면 커버 부재와 상기 하면 커버 부재의 사이에는 간극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 불투명 이면 커버 부재의 하면에는 상기 간극을 형성하기 위한 돌기 형상의 레그부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  9. 처리 용기내에서 피처리체에 대하여 소정의 열처리를 실시하기 위해 상기 피처리체를 탑재하는 탑재대와, 상기 탑재대를 상기 처리 용기의 바닥부로부터 기립시켜서 지지하는 지주를 갖는 탑재대 구조체에 있어서,
    상기 탑재대와 상기 지주를 석영 유리에 의해 형성하고, 상기 탑재대내에 가열 수단을 매설한 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 지주를 원통체 형상으로 형성하는 동시에, 상기 가열 수단에 대한 급전선을 상기 탑재대의 중심부로부터 인출하여 상기 원통형의 지주내를 하방을 향해서 삽입 통과시키도록 한 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 탑재대는 상판, 중판 및 하판을 접합하여 이루어지고, 상기 상판의 하면과 상기 중판의 상면중 어느 한쪽에, 상기 가열 수단을 수용하기 위한 배선 홈이 형성되어 있고, 상기 중판의 하면과 상기 하판의 상면중 어느 한쪽에 상기 가열 수단으로부터 연장되는 상기 급전선을 수용하는 배선 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탑재대의 상면에는 불투명한 상면 커버 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탑재대에는 상기 탑재대의 상면에 퍼지용의 가스를 공급하는 백사이드용 가스 구멍이 형성되고, 상기 백사이드용 가스 구멍에는 가스를 공급하기 위한 석영관이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 석영관은 상기 지주의 외측에 배치되어서, 그 상하단이 용착에 의해 장착 고정되는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 석영 유리는 투명 석영 유리인 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  16. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탑재대의 하면측에 내열성의 불투명 이면 커버 부재를 설치한 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  17. 제 9 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탑재대의 상면, 측면 및 하면에 내열성을 갖는 상면 커버 부재, 측면 커버 부재 및 하면 커버 부재를 설치한 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  18. 제 9 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지주의 하단부에는 이 지주의 파손을 방지하기 위한 쿠션 부재가 개재 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  19. 제 2 항, 제 3 항, 제 7 항, 제 8 항 및 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불투명 이면 커버 부재는 불투명 석영 유리인 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  20. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지주의 측면에 내열성을 갖는 지주 커버 부재를 설치한 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 상면 커버 부재, 상기 측면 커버 부재, 상기 하면 커버 부재 및 상기 지주 커버 부재는 커버 부재를 구성하고, 상기 하면 커버 부재와 상기 지주 커버 부재는 일체적으로 성형되어 있고, 상기 커버 부재의 전체는 분해 및 조립이 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  22. 제 3 항, 제 7 항, 제 8 항, 제 17 항 및 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탑재대의 상면에 형성한 상면 커버 부재 및 상기 불투명 이면 커버 부재를 제외한 다른 커버 부재는 각각 투명 석영 유리로 이루어지고, 이 투명 석영 유리의 커버 부재의 표면에는, 이것에 부착되는 막의 박리를 방지하기 위한 표면 거친 처리가 실시되어 있는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  23. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지주의 하단부의 접합부에는 밀봉 부재가 설치되는 동시에, 상기 밀봉 부재의 근방에는 상기 밀봉 부재에 상기 탑재대측으로부터 방출되는 열을 차단하기 위한 불투명 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는
    열처리 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 지주 전체가 불투명 부재로 이루어지고, 또한 상기 지주의 내부에 불투명 부재를 설치하며, 상기 지주 하단부의 밀봉 부재를 상기 탑재대측으로부터 방출되는 열로부터 보호하는 것을 특징으로 하는
    탑재대 구조체.
  25. 열처리 장치에 있어서,
    진공 흡인 가능하게 된 처리 용기와,
    제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 기재된 탑재대 구조체와,
    상기 처리 용기내로 소정의 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단을 구비한 것을 특징으로 하는
    열처리 장치.
  26. 제 17 항에 있어서,
    상기 탑재대의 가열 수단이 내측 및 외측의 2개의 가열 존으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    열처리 장치.
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