KR20060100246A - 가스 공급 부재 및 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 가스 공급 부재는 처리 대상물을 유지하는 처리 부재와의 사이에 처리 대상물상에 가스를 공급하는 가스 공급로를 형성하는 본체부를 구비하는 것을 목적으로 한다. 본체부에는 가스 공급로의 도중에 위치하는 가스 체류부가 형성되어 있다.

Description

가스 공급 부재 및 처리 장치{GAS PROVIDING MEMBER AND PROCESSING DEVICE}
도 1은 종래의 링 부재 및 가열 부재의 부분 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 처리 장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스 공급 부재의 평면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 가스 공급 부재 및 가열 부재의 부분 단면도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 처리 장치
2 : 기판
10 : 가열 부재
10a : 기판 적재면
20 : 가스 공급 부재
21 : 본체부
22 : 통 형상부
23 : 상판부
24 : 가스 체류부
25 : 가스 공급로
본 발명은 가스 공급 부재 및 그것을 이용한 처리 장치에 관한 것이다.
종래, 반도체 제조 공정이나 액정 제조 공정에서는 반도체 기판이나 액정 기판 등의 기판에 대하여 가열 처리를 행하는 가열 부재가 있다. 이러한 가열 부재가 유지하는 기판상에 가스를 공급하기 위해서 가열 부재의 주위에 링 부재를 배치한 처리 장치가 제안되어 있다(일본 특허 공개 제2002-93894호 공보).
그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 링 부재(220)가 가열 부재(210)와의 사이에 형성하는 가스 공급로(225)는 가스 흐름의 방향을 바꾸는 면(224)이 평탄하였다. 그 때문에, 이 평탄한 면(224)에서 가스 흐름의 교란이 발생하고 있었다. 이러한 교란된 가스 흐름(X)에 의해 가스를 안정되게 기판(2)에 공급하는 것이 곤란하였다.
본 발명의 목적은 처리 대상물에 가스를 안정되게 공급할 수 있는 가스 공급 부재 및 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 실시예의 처리 장치는 처리 대상물을 유지하는 처리 부재와, 처리 부재의 주위에 배치된 가스 공급 부재를 구비한다. 본 발명의 일 실시예의 가스 공급 부재는 처리 부재와의 사이에 처리 대상물상에 가스를 공급하는 가스 공급 로를 형성하는 본체부를 구비한다. 그리고, 본체부에는 가스 공급로의 도중에 위치하는 가스 체류부가 형성되어 있다.
이러한 가스 공급 부재 및 처리 장치에 따르면, 가스 공급로의 도중에 위치하는 가스 체류부에서 가스 흐름의 교란을 발생시키게 됨으로써 처리 대상물에 공급되는 가스 흐름의 교란을 감소시킬 수 있다. 따라서, 처리 대상물에 가스를 안정되게 공급할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 처리 장치(1)는 가열 부재(10)와, 가스 공급 부재(20)를 구비한다. 처리 장치(1)는 처리 대상물에 대하여 다양한 처리를 행한다. 처리 대상물에는 예컨대 반도체 기판이나 액정 기판 등의 기판이 있다. 이하, 처리 장치(1)가 처리 대상물로서 기판(2)에 가열 처리를 행하는 경우를 예를 들어 설명한다.
가열 부재(10)는 처리 대상물을 유지하고, 처리 대상물에 대하여 처리를 행하는 처리 부재의 하나이다. 가열 부재(10)는 처리 대상물에 대하여 가열 처리를 행한다. 가열 부재(10)는 기판 적재면(10a)을 갖고 있고, 기판 적재면(10a)에 기판(2)이 적재된다. 그리고, 가열 부재(10)는 기판 적재면(10a) 상의 기판(2)을 가열한다.
가스 공급 부재(20)는 가열 부재(10)의 주위에 배치된다. 보다 구체적으로는, 가스 공급 부재(20)는 기판 적재면(10a)의 주위에 배치된다. 가스 공급 부재(20)는 가열 부재(10)와의 사이에 가스 공급로(25)를 형성하고, 처리 대상물상에 가스를 공급한다. 구체적으로는 가스 공급 부재(20)는 기판 적재면(10a)에 적재된 기판(2)에 가스를 공급한다. 공급되는 가스에는 기판(2)에 있어서의 프로세스를 안정화시키는 분위기 가스, 반응 가스 등이 있다. 분위기 가스로서는 예컨대 질소 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등을 이용할 수 있다.
다음에, 가스 공급 부재(20), 가열 부재(10)에 대해서 상세히 설명한다. 도 2, 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 공급 부재(20)는 본체부(21)를 구비한다. 본체부(21)는 가열 부재(10)와의 사이에 처리 대상물상에 가스를 공급하는 가스 공급로(25)를 형성한다.
구체적으로는 본체부(21)는 통 형상부(22)와, 상판부(23)를 구비한다. 통 형상부(22)는 가열 부재(10)의 측면(10c)과의 사이에 가스 공급로(25)를 형성한다. 이에 따라, 가열 부재(10)의 아래쪽으로부터 위쪽을 향하는 경로를 갖는 가스 공급로(25)를 형성할 수 있다. 상판부(23)는 가열 부재(10)의 상면(10b)과의 사이에 가스 공급로(25)를 형성한다. 이에 따라, 가열 부재(10)의 외주로부터 내측을 향하는 경로를 갖는 가스 공급로(25)를 형성할 수 있다.
본체부(21)는 가열 부재(10)의 형상에 따른 형상으로 할 수 있다. 예컨대, 가열 부재(10)의 외주 형상이 원형인 경우에는 통 형상부(22)를 원통 형상으로 할 수 있다. 가열 부재(10)의 외주 형상이 다각형인 경우에는 통 형상부(22)를 각통 형상으로 할 수 있다. 또한, 가열 부재(10)가 기판 적재면(10a) 주위의 기판 적재면(10a)보다도 낮은 위치에 링형의 상면(10b)을 갖는 경우, 상판부(23)를 링형으로 할 수 있다.
또한, 본체부(21)의 크기, 예컨대, 통 형상부(22)의 두께나 직경(폭), 상판 부(23)의 두께나 폭 등은 가열 부재(10) 사이에 형성되는 가스 공급로(25)의 폭이 2∼20 ㎜가 되도록 하는 것이 바람직하다. 가스 공급로(25)의 폭은 2∼10 ㎜가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
본체부(21)에는 가스 체류부(24)가 형성되어 있다. 가스 체류부(24)는 가스 공급로(25)의 도중에 위치한다. 가스 체류부(24)에는 가스가 괴어 가스 흐름에 교란이 발생한다. 즉, 가스 공급로(25)의 도중에 위치하는 가스 체류부(24)에서 가스 흐름의 교란을 발생시키게 될 수 있다. 그 결과, 처리 대상물인 기판(2)에 공급되는 가스 흐름의 교란을 감소시킬 수 있다. 따라서, 기판(2)에 가스를 안정되고 원활하게 공급할 수 있다.
가스 체류부(24)는 가스 공급로(25)의 도중에 형성되어 있으면 좋고, 그 위치는 한정되지 않지만, 가스 흐름의 방향을 바꾸는 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 따르면, 큰 가스 흐름의 교란을 가스 체류부(24)에서 발생시키게 될 수 있고, 기판(2)에 공급되는 가스 흐름의 교란을 한층 더 억제할 수 있다. 따라서, 기판(2)에 가스를 보다 안정되게 공급할 수 있다.
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 가스 공급로(25)의 아래쪽으로부터 위쪽을 향하는 가스 흐름 A를 가스 공급로(25)의 외측으로부터 내측을 향하는 가스 흐름 C로 바꾸는 위치에 가스 체류부(24)를 형성할 수 있다. 이에 따라, 가스 체류부(24)에서, 교란된 가스 흐름 B를 발생시킬 수 있다. 그 결과, 가스 체류부(24)의 아래쪽을 통과하여 기판(2)상으로 송출되는 가스 흐름 C의 교란을 감소시킬 수 있다.
또한, 가스 체류부(24)는 가스 공급로(25)의 위쪽에[기판(2)에 가스를 송출하는 면에] 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 따르면, 가열 부재(10)에 유지된 기판(2)에 가까운 위치의 가스 흐름 C의 교란을 감소시킬 수 있다. 따라서, 기판(2)에 가스를 보다 안정되게 공급할 수 있다.
가스 체류부(24)로서, 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 본체부(21)를 일주하는 링형의 홈을 형성할 수 있다. 가스 체류부(24)(홈)의 단면 형상은 한정되지 않고, 직사각형, 반원형 등으로 할 수 있다. 가스 체류부(24)(홈)의 폭은 1∼10 ㎜인 것이 바람직하다. 가스 체류부(24)(홈)의 깊이는 1∼10 ㎜인 것이 바람직하다. 또한, 가스 체류부(24)(홈)는 본체부(21) 모든 주변부에 걸쳐 형성할 필요는 없고, 간격을 두고 형성하여도 좋다.
가스 체류부(24)는 도 3에 도시된 바와 같이 본체부(21)의 상판부(23)에 형성하여도 좋고, 도 4a에 도시된 가스 공급 부재(20a)와 같이 원통부(22a)에 형성하여도 좋다. 본체부(21a)는 원통부(22a)와, 상판부(23a)를 구비한다. 가스 체류부(24a)는 가스 공급로(25)의 아래쪽으로부터 위쪽을 향하는 가스 흐름 A를 가스 공급로(25)의 외측으로부터 내측을 향하는 가스 흐름 C로 바꾸는 위치에 형성되어 있다. 가스 체류부(24a)에서 교란된 가스 흐름 B를 발생시킬 수 있다. 그 결과, 가스 체류부(24a)의 측방을 통과하여 기판(2)상으로 송출되는 가스 흐름 C의 교란을 감소시킬 수 있다.
본체부(21)는 세라믹스로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 본체부(21)는 예 컨대 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 알루미나(Al2O3), 사이알론(SiAlON) 등을 함유할 수 있다. 이것에 따르면, 내식성이나 내열성이 우수한 가스 공급 부재(20)를 제공할 수 있다.
이러한 가스 공급 부재(20)는 예컨대 이하와 같이 하여 제작할 수 있다. 주성분이 되는 세라믹스 분말과 소결 조제를 혼합하여 세라믹스 원료 분말을 조정한다. 세라믹스 원료 분말에 바인더, 물, 분산제 등을 첨가하여 혼합하고, 슬러리를 제작한다. 슬러리를 분무 조립법 등에 의해 조립하여 조립 분말을 제작한다. 조립분말을 이용하여 금형 성형법, CIP(Cold Isostatic Pressing)법, 슬립 캐스트법 등의 성형 방법에 의해 본체부(21)가 되는 세라믹스 성형체를 제작한다.
세라믹스 성형체를 세라믹스 원료 분말의 종류에 따른 소성 조건으로 핫 프레스법이나 상압 소결법 등의 소성 방법에 의해 소성하여 세라믹스로 형성된 본체부(21)를 제작한다. 그리고, 본체부(21)에 가공에 의해 가스 체류부(24)를 형성하여 가스 공급 부재(20)를 얻을 수 있다.
혹은, 가스 체류부(24)가 형성된 세라믹스 성형체를 제작하여 소성함으로써도 가스 체류부(24)가 형성된 가스 공급 부재(20)를 얻을 수 있다.
또한, 통 형상부(22)와 상판부(23)를 따로따로 제작하여 통형부(22)와 상판부(23)를 접합제를 이용한 고상 접합법이나 액상 접합법 등에 의해 접합하여 본체부(21)를 제작하여도 좋다. 이 경우, 가스 체류부(24)가 형성된 상판부(23)나 가스 체류부(24a)가 형성된 통 형상부(22a)를 제작할 수 있다. 상판부(23)나 통 형상부 (22a)에는 소성 후, 가공에 의해 가스 체류부(24, 24a)를 형성하여도 좋고, 성형시에 가스 체류부(24, 24a)를 형성하여도 좋다.
가열 부재(10)는 베이스(11)와, 저항 발열체(12)와, 관상 부재(13)와, 급전 부재(14)와, 절연관(15)을 구비한다. 베이스(11)는 처리 대상물인 기판(2)을 유지한다. 베이스(11)는 예컨대 원반 형상, 다각형의 판형으로 할 수 있다.
베이스(11)는 가스 공급 부재(20)의 원통부(22)와 가스 공급로(25)를 형성하는 하부(11b)와, 가스 공급 부재(20)의 상판부(23)와 가스 공급로(25)를 형성하는 상부(11a)를 구비한다. 상부(11a)는 기판 적재면(10a)을 갖는다. 하부(11b)는 상면(10b)을 갖는다. 하부(11b)의 직경(폭)은 상부(11a)보다 크게 설정되어 있다.
베이스(11)에는 가스 공급로(11c)가 형성되어 있다. 가스 공급로(11c)는 관상부재(13)로부터 공급되는 가스를 가스 공급 부재(20)와의 사이에 형성되어 있는 가스 공급로(25)로 유도하여 공급한다. 가스 공급로(11c)는 베이스(11) 측면으로부터 베이스(11) 중앙을 향해 형성되어 있다. 가스 공급로(11c)는 복수 형성할 수 있다. 예컨대, 가스 공급로(11c)는 180°의 간격을 두고 2개 형성하여도 좋고, 120°의 간격을 두고 3개 형성하여도 좋으며, 90°의 간격을 두고 4개 형성하여도 좋다.
또한, 베이스(11)의 하면[기판 적재면(10a)과 반대측면)에는 관통 구멍(11d)이 형성되어 있다. 관통 구멍(11d)은 가스 공급로(11c)와 관상 부재(13)를 연결하여 관상 부재(13)로부터 공급되는 가스를 가스 공급로(11c)로 유도한다.
베이스(11)는 세라믹스로 형성할 수 있다. 베이스(11)는 예컨대 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소, 알루미나, 사이알론 등을 함유할 수 있다. 이것에 따르 면, 내식성이나 내열성이 우수한 가열 부재(10)를 제공할 수 있다. 베이스(11)는 질화알루미늄을 함유하는 것이 보다 바람직하다. 이것에 따르면, 기판 적재면(10a)의 균열성을 향상시킬 수 있다.
저항 발열체(12)는 베이스(11)에 매설되어 있다. 저항 발열체(12)는 전력 공급을 받아 발열하여 기판 가열면(10a)의 온도를 상승시킨다. 저항 발열체(12)는 예컨대 고융점 재료로 형성할 수 있다. 저항 발열체(12)는 예컨대 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐-몰리브덴 합금, 탄화텅스텐, 탄화몰리브덴 등에 의해 형성할 수 있다. 저항 발열체(12)의 형태는 한정되지 않고, 예컨대, 고융점 재료 분말을 함유하는 인쇄 페이스트를 인쇄한 것, 고융점 재료의 선형, 코일형, 띠형 등의 벌크체나 시트(박), CVD나 PVD에 의한 박막 등을 이용할 수 있다. 또한, 저항 발열체(12)의 형상도 한정되지 않고, 소용돌이형, 메쉬 형상(철망), 천공 형상(펀칭 메탈), 복수의 접음부를 갖는 형상 등으로 할 수 있다.
관상 부재(13)는 베이스(11)를 지지한다. 또한, 관상 부재(13)는 베이스(11)의 가스 공급로(11c)에 가스를 도입한다. 구체적으로는, 관상 부재(13)에는 베이스(11)의 관통 구멍(11d)으로 이어지는 가스 도입로(13a)가 형성되어 있다. 또한, 관상 부재(13)는 그 내부에 급전 부재(14) 및 절연관(15)이 수용된다.
관상 부재(13)는 베이스(11)의 하면에 접합되어 있다. 예컨대, 관상 부재(13)는 접합제를 이용한 고상 접합법이나 액상 접합법 등에 의해 베이스(11)와 접합할 수 있다. 이 경우, 베이스(11)와 접합 부재(13)를 일체화할 수 있고, 관상 부재(13)의 가스 도입로(13a)와 베이스(11)의 가스 공급로(11c)의 기밀성을 확보할 수 있다. 혹은, 관상 부재(13)는 O링이나 메탈 패킹 등을 이용한 시일 접합에 의해 베이스(11)와 접합할 수도 있다. 이것에 의해서도 관상 부재(13)의 가스 도입로(13a)와 베이스(11)의 가스 공급로(11c)의 기밀성을 확보할 수 있다.
관상 부재(13)는 베이스(11)와 마찬가지로 세라믹스로 형성할 수 있다. 특히, 관상 부재(13)는 베이스(11)와 동종의 세라믹스로 형성되는 것이 바람직하다.
급전 부재(14)는 저항 발열체(12)에 전력을 공급한다. 급전 부재(14)는 저항 발열체(12)와 전기적으로 접속하고 있다. 급전 부재(14)는 저항 발열체(12)와, 납 접합, 용접, 공정(共晶; eutectic) 접합, 코오킹 접합, 끼워 맞춤, 나사 고정 등에 의해 접속할 수 있다. 급전 부재(14)는 급전 로드, 급전선(급전 와이어), 급전 로드와 급전선의 복합체 등을 이용할 수 있다. 급전 부재(14)는 금속으로 형성되어 있는 것이 바람직하고, 니켈로 형성되어 있는 것이 보다 바람직하다. 급전 부재(14)는 절연관(15) 내에 수용되어 있다. 절연관(15)은 베이스(11)의 하면에 접합되어 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 다양한 변경이 가능하다. 예컨대, 도 4b에 도시된 바와 같이, 복수의 가스 체류부(241, 242)를 갖는 가스 공급 부재(20b)로 할 수 있다. 구체적으로는 본체부(21b)에 복수의 가스 체류부(241, 242)를 형성할 수 있다.
가스 체류부(242)는 통 형상부(22b)에 형성되어 있다. 가스 체류부(242)는 베이스(11)의 가스 공급로(11c)로부터 공급되는 가스 흐름 D를 가스 공급로(25)의 아래쪽으로부터 위쪽을 향하는 가스 흐름 A로 바꾸는 위치에 형성된다. 이에 따라, 가스 체류부(242)에 있어서, 교란된 가스 흐름 B1을 발생시킬 수 있다. 그 결과, 가스 체류부(242)의 측방을 통과하여 위쪽으로 향하는 가스 흐름 A의 교란을 감소시킬 수 있다.
가스 체류부(241)는 상판부(23b)에 형성되어 있다. 가스 체류부(241)는 교란이 감소된 가스 흐름 A를 가스 공급로(25)의 외측으로부터 내측을 향하는 가스 흐름 C로 바꾸는 위치에 형성된다. 이에 따라, 가스 체류부(241)에 있어서, 교란된 가스 흐름 B2를 발생시킬 수 있다. 그 결과, 가스 체류부(241)의 하측을 통과하여 기판(2)상으로 송출되는 가스 흐름 C의 교란을 더욱 감소시킬 수 있다. 이와 같이, 복수의 가스 체류부(241, 242)를 마련함으로써, 가스 흐름의 교란을 한층 더 감소시킬 수 있다.
또한, 가열 부재(10)는 정전 흡착력을 발생시키는 정전 전극이나 반응 가스를 여기시키는 고주파 전극을 구비할 수 있다. 구체적으로는 베이스(11)에 정전 전극이나 고주파 전극도 매설시킬 수 있다. 또한, 처리 부재로서 가열 부재(10) 이외에 기판(2)에 대하여 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 부재나 스퍼터 처리를 행하는 스퍼터 처리 부재 등을 이용할 수 있다.
도 2, 도 3에 도시된 가스 공급 부재(20)를 제작하였다. 질화알루미늄 분말 95 중량%와, 산화이트륨 분말(소결 조제) 5 중량%를 혼합하여 세라믹스 원료 분말을 조정하였다. 세라믹스 원료 분말에 바인더(PVA), 물, 분산제를 첨가하고, 볼 밀을 이용하여 혼합하여 슬러리를 제작하였다. 슬러리를 스프레이 드라이어를 이용하여 분무 건조시켜 조립 분말을 제작하였다. 조립 분말을 이용하여 금형 성형법에 의해 본체부(21)가 되는 세라믹스 성형체를 제작하였다. 세라믹스 성형체를 핫 프레스법을 이용하여 질소 가스 분위기에 있어서 1860℃에서 소성하였다.
본체부(21)의 상판부(23)에 MC(머신 센터)를 이용한 가공에 의해 가스 체류부(24)를 형성하였다. 구체적으로는 폭 및 깊이가 5 ㎜이며, 단면이 직사각형인 링형의 홈을 가스 체류부(24)로서 형성하였다.
제작한 가스 공급 부재(20)를 가열 부재(10)의 주위에 배치하고, 가스 공급로(25)를 형성하였다. 관상 부재(13)의 가스 도입로(13a)로부터 분위기 가스로서 질소 가스를 20 sccm(standard cc/min) 도입하였다. 베이스(11)의 가스 공급로(11c), 가열 부재(10)와 가스 공급 부재(20)와의 사이에 형성된 가스 공급로(25)를 거쳐 기판 적재면(10a)에 적재된 기판(2)상에 분위기 가스를 안정되고 원활하게 공급할 수 있었다.
본 발명의 일 실시예의 처리 장치는 처리 대상물을 유지하는 처리 부재와, 처리 부재의 주위에 배치된 가스 공급 부재를 구비한다. 본 발명의 일 실시예의 가스 공급 부재는 처리 부재와의 사이에 처리 대상물상에 가스를 공급하는 가스 공급로를 형성하는 본체부를 구비한다. 그리고, 본체부에는 가스 공급로의 도중에 위치하는 가스 체류부가 형성되어 있다. 이러한 가스 공급 부재 및 처리 장치에 따르면, 가스 공급로의 도중에 위치하는 가스 체류부에서 가스 흐름의 교란을 발생시키게 됨으로써 처리 대상물에 공급되는 가스 흐름의 교란을 감소시킬 수 있다. 따라서, 처리 대상물에 가스를 안정되게 공급할 수 있다.

Claims (9)

  1. 처리 대상물을 유지하는 처리 부재와의 사이에 상기 처리 대상물상에 가스를 공급하는 가스 공급로를 형성하는 본체부를 구비하고,
    이 본체부에 상기 가스 공급로의 도중에 위치하는 가스 체류부가 형성되어 있는 것인 가스 공급 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 본체부는 상기 처리 부재 측면과의 사이에 상기 가스 공급로를 형성하는 통 형상부를 갖는 것인 가스 공급 부재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 본체부는 상기 처리 부재 상면과의 사이에 상기 가스 공급로를 형성하는 상판부를 갖는 것인 가스 공급 부재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가스 체류부는 상기 가스 흐름의 방향을 바꾸는 위치에 형성되어 있는 것인 가스 공급 부재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가스 체류부는 상기 가스 공급로의 위쪽에 형성되어 있는 것인 가스 공급 부재.
  6. 제1항에 있어서, 상기 본체부에는 복수의 상기 가스 체류부가 형성되어 있는 것인 가스 공급 부재.
  7. 제1항에 있어서, 상기 본체부는 세라믹스로 형성되어 있는 것인 가스 공급 부재.
  8. 처리 대상물을 유지하는 처리 부재와, 이 처리 부재의 주위에 배치된 가스 공급 부재를 구비하는 처리 장치로서,
    상기 가스 공급 부재는 상기 처리 부재와의 사이에 상기 처리 대상물상에 가스를 공급하는 가스 공급로를 형성하는 본체부를 구비하고,
    이 본체부에 상기 가스 공급로의 도중에 위치하는 가스 체류부가 형성되어 있는 것인 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 처리 부재는 상기 처리 대상물에 대하여 가열 처리를 행하는 가열 부재인 것인 처리 장치.
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