JP4590363B2 - ガス供給部材及びそれを用いた処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス供給部材及びそれを用いた処理装置に関する。

従来、半導体製造工程や液晶製造工程では、半導体基板や液晶基板などの基板に対して加熱処理を行う加熱部材が用いられる。この加熱部材が保持する基板上にガスを供給するために、加熱部材の外周側にリング部材を配置した処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−９３８９４号公報

しかしながら、図５に示す従来の処理装置においては、リング部材３２０と加熱部材３１０との間にガス供給路３２５が形成されている。このリング部材３２０の上部底面３２４は平坦に形成されているため、この上部底面３２４にガスが当たり、ガス流Ｘの乱れが生じていた。このような乱れたガス流Ｘにより、ガスを安定して基板２に供給することが困難であった。

そこで、本発明の目的は、処理対象物にガスを安定して供給することが可能なガス供給部材及び処理装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の一実施形態の処理装置は、処理対象物を保持する処理部材と、処理部材の外周側に配置されたガス供給部材とを備える。本発明の一実施形態のガス供給部材は、処理部材との間に処理対象物上にガスを供給するガス供給路を形成する本体部を備える。そして、本体部にはガス供給路の途中に位置するガス溜まり部が形成されている。

本発明に係るガス供給部材及び処理装置によれば、ガス供給路の途中に位置するガス溜まり部の内部においてガス流の乱れを生じさせることにより、処理対象物に供給されるガス流の乱れを低減できる。これにより、処理対象物にガスを安定して供給することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１に示すように、処理装置１は、加熱部材１０と、ガス供給部材２０とを備える。なお、図１は、加熱部材１０の径方向中心を通る断面を示している。処理装置１は、処理対象物に対して様々な処理を行う。処理対象物には、例えば、半導体基板や液晶基板などの基板などがある。以下、処理対象物としての基板２に加熱処理を行う処理装置１を例にとって説明する。

加熱部材１０は、処理対象物を保持し、処理対象物に対して処理を行う処理部材の１つである。加熱部材１０は、処理対象物である基板２に対して加熱処理を行う。加熱部材１０は、基板載置面１０ａを有しており、基板載置面１０ａに基板２が載置される。そして、加熱部材１０は、基板載置面１０ａ上の基板２を加熱する。

ガス供給部材２０は、加熱部材１０の外周側に配置される。従って、ガス供給部材２０は、基板載置面１０ａの外周側にも配置される。ガス供給部材２０は、加熱部材１０との間にガス供給路２５を形成し、処理対象物上にガスを供給する。具体的には、ガス供給部材２０は、基板載置面１０ａに載置された基板２の上にガスを供給する。供給されるガスには、基板２におけるプロセスを安定化させる雰囲気ガス、反応ガスなどがある。雰囲気ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどを用いることができる。

次に、ガス供給部材２０、加熱部材１０について詳細に説明する。図１、図２に示すように、ガス供給部材２０は、本体部２１を備える。

本体部２１は、加熱部材１０との間に処理対象物上にガスを供給するガス供給路２５を形成する。

具体的には、本体部２１は、筒状部２２と、上板部２３とを備える。筒状部２２は、加熱部材１０の側面１０ｃとの間にガス供給路２５を形成する。これにより、加熱部材１０の下方から上方に向かう経路を有するガス供給路２５を形成できる。上板部２３は、加熱部材１０の段差部１０ｂとの間にガス供給路２５を形成する。これにより、加熱部材１０の外周側から内周側に向かう経路を有するガス供給路２５を形成できる。

本体部２１は、加熱部材１０の形状に応じた形状にすることができる。例えば、加熱部材１０の外周形状が円形の場合には、筒状部２２を円筒形状にすることができる。加熱部材１０の外周形状が多角形の場合には、筒状部２２を角筒形状にすることができる。又、加熱部材１０が、基板載置面１０ａの周囲の基板載置面１０ａよりも低い位置に、平面視で環状の段差部１０ｂを有する場合、上板部２３を環状にすることができる。

更に、本体部２１の大きさ、例えば、筒状部２２の厚さや直径（幅）、上板部２３の厚さや直径などは、加熱部材１０との間に形成されるガス供給路２５の左右方向の幅が、２〜２０ｍｍとなるようにすることが好ましい。ガス供給路２５の幅は、２〜１０ｍｍとなるようにすることがより好ましい。

本体部２１には、ガス溜まり部２４が形成されている。ガス溜まり部２４は、ガス供給路２５の途中に位置する。ガス溜まり部２４にはガスが溜まり、ガス流に乱れが生じる。即ち、ガス供給路２５の途中に位置するガス溜まり部２４においてガス流の乱れを発生させることができる。その結果、処理対象物である基板２の上に供給されるガス流の乱れを低減できるため、基板２にガスを安定して、スムーズに供給することができる。

ガス溜まり部２４は、ガス供給路２５の途中に形成されていればよく、その位置は限定されないが、ガス流の方向を変える位置に形成されていることが好ましい。これによれば、大きなガス流の乱れをガス溜まり部２４で発生させることができ、基板２に供給されるガス流の乱れをより一層抑制することができる。よって、基板２にガスをより安定して供給することができる。

例えば、図１に示すように、ガス供給路２５の下方から上方に向かうガス流Ａの流れ方向を、ガス供給路２５の左右方向外側から内側に向かうガス流Ｃの流れ方向に変える位置に、ガス溜まり部２４を形成することが好ましい。即ち、ガス供給路２５内を上方に向けて流れるガス流Ａは、ガス溜まり部２４の位置において、左右方向内側である右方向のガス流Ｃに流れ方向が変わる。

これにより、ガス溜まり部２４の内部において、乱れたガス流Ｂを発生させることができる。その結果、ガス溜まり部２４の下方を通って、基板２上に送り出されるガス流Ｃの乱れを低減できる。

また、ガス溜まり部２４は、ガス供給路２５の上方（ガス供給路２５におけるガス流れの下流部分）に形成されていることが好ましい。これによれば、加熱部材１０に保持された基板２に近い位置のガス流Ｃの乱れを低減できる。よって、基板２にガスをより安定して供給することができる。

ガス溜まり部２４として、例えば、図２に示すように、平面視で本体部２１を周方向に沿って一周する環状の溝を形成できる。ガス溜まり部２４（溝）の断面形状は限定されず、矩形、半円形などとすることができる。ガス溜まり部２４（溝）の幅は、１〜１０ｍｍであることが好ましい。ガス溜まり部２４（溝）の深さは、１〜１０ｍｍであることが好ましい。又、ガス溜まり部２４（溝）は本体部２１の周方向に一周に渡って形成する必要はなく、間隔をおいて複数形成してもよい。

ガス溜まり部は、図１に示すように本体部２１の上板部２３に形成してもよく、図３に示すガス供給部材１２０のように筒状部１２２に形成してもよい。図３において、本体部１２１は、筒状部１２２と、上板部１２３とを備える。ガス溜まり部１２４は、ガス供給路２５の下方から上方に向かうガス流Ａを、ガス供給路２５の左右方向外側から内側に向かうガス流Ｃに変える位置に形成されている。ガス溜まり部１２４において乱れたガス流Ｂを発生させることができる。その結果、ガス溜まり部１２４の側方を通って、基板２上に送り出されるガス流Ｃの乱れを低減できる。

本体部２１，１２１は、セラミックスで形成されていることが好ましい。本体部２１，１２１は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、炭化珪素（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）などを含むことができる。これによれば、耐食性や耐熱性に優れたガス供給部材２０，１２０を提供できる。

このようなガス供給部材２０，１２０は、例えば、以下のようにして作製できる。

まず、主成分となるセラミックス粉末と焼結助剤とを混合し、セラミックス原料粉末を調整する。セラミックス原料粉末に、バインダー、水、分散剤などを添加して混合し、スラリーを作製する。スラリーを噴霧造粒法などにより造粒して造粒粉を作製する。造粒粉を用いて、金型成形法、ＣＩＰ（Cold Isostatic Pressing）法、スリップキャスト法などの成形方法により、本体部２１，１２１となるセラミックス成形体を作製する。

セラミックス成形体を、セラミックス原料粉末の種類に応じた焼成条件で、ホットプレス法や常圧焼結法などの焼成方法により焼成し、セラミックスで形成された本体部２１，１２１を作製する。そして、本体部２１，１２１に、加工によりガス溜まり部２４，１２４を形成し、ガス供給部材２０，１２０を得ることができる。

あるいは、ガス溜まり部２４，１２４が形成されたセラミックス成形体を作製し、焼成することによっても、ガス溜まり部２４，１２４が形成されたガス供給部材２０，１２０を得ることができる。

更に、筒状部２２，１２２と上板部２３，１２３とを別々に作製し、筒状部２２，１２２と上板部２３，１２３とを接合剤を用いた固相接合法や液相接合法などにより接合して、本体部２１，１２１を作製してもよい。この場合、ガス溜まり部２４が形成された上板部２３や、ガス溜まり部１２４が形成された筒状部１２２を作製できる。上板部２３や筒状部１２２には、焼成後、加工によりガス溜まり部２４，１２４を形成してもよく、成形時にガス溜まり部２４，１２４を形成してもよい。

図１に示すように、加熱部材１０は、基体１１と、抵抗発熱体１２と、管状部材１３と、給電部材１４と、絶縁管１５とを備える。基体１１は、処理対象物である基板２を保持する。基体１１は、例えば、円盤状、多角形の板状とすることができる。

基体１１は、ガス供給部材２０の筒状部２２との間にガス供給路２５を形成する下部１１ｂと、ガス供給部材２０の上板部２３とガス供給路２５を形成する上部１１ａとを備える。上部１１ａは、基板載置面１０ａを有する。上部１１ａ及び下部１１ｂの外周部分には、段差部１０ｂが形成されている。この段差部１０ｂにより、下部１１ｂの直径（図１における左右長さ）は、上部１１ａの直径よりも大きく形成される。

基体１１には、ガス供給路１１ｃが形成されている。ガス供給路１１ｃは、管状部材１３から供給されるガスを、ガス供給部材２０との間に形成されているガス供給路２５に導く。ガス供給路１１ｃは、基体１１側面から基体１１中央に向かって形成されている。ガス供給路１１ｃは、複数形成することができる。例えば、ガス供給路１１ｃは、基体１１の周方向に沿って１８０°の間隔を設けて２つ形成してもよく、１２０°の間隔を設けて３つ形成してもよく、９０°の間隔を設けて４つ形成してもよい。

更に、基体１１の下面（基板載置面１０ａと反対側の面）には、貫通孔１１ｄが形成されている。貫通孔１１ｄは、ガス供給路１１ｃと管状部材１３の内部に形成されたガス導入路１３ａとを連通させ、ガス導入路１３ａから供給されるガスを貫通孔１１ｄを介してガス供給路１１ｃに導く。

基体１１は、セラミックスで形成することが好ましい。基体１１は、例えば、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、サイアロンなどを含むことが好ましい。これによれば、加熱部材１０の耐食性や耐熱性を向上させることができる。基体１１は、窒化アルミニウムを含むことがより好ましい。これによれば、基板載置面１０ａの均熱性を向上できる。

抵抗発熱体１２は、基体１１の内部に埋設されている。抵抗発熱体１２は、給電部材１４からの電力供給を受けて発熱し、基板加熱面１０ａの温度を上昇させる。抵抗発熱体１２は、例えば、高融点材料で形成することが好ましい。抵抗発熱体１２は、例えば、タングステン、モリブデン、タングステン−モリブデン合金、炭化タングステン、炭化モリブデンなどにより形成することが好ましい。抵抗発熱体１２の形態は限定されず、例えば、高融点材料粉末を含む印刷ペーストを印刷したもの、高融点材料の線状、コイル状、帯状などのバルク体やシート（箔）、ＣＶＤやＰＶＤによる薄膜などを用いることができる。又、抵抗発熱体１２の形状も限定されず、渦巻状、メッシュ状（金網）、孔あき形状（パンチングメタル）、複数の折り返し部を有する形状などにできる。

管状部材１３は、基体１１を支持する。又、管状部材１３は、基体１１のガス供給路１１ｃにガスを導入する。具体的には、管状部材１３には、基体１１の貫通孔１１ｄにつながるガス導入路１３ａが形成されている。更に、管状部材１３の内周側に給電部材１４及び絶縁管１５が配置されている。

管状部材１３は、基体１１の下面に接合されている。例えば、管状部材１３は、接合剤を用いた固相接合法や液相接合法などにより、基体１１と接合できる。この場合、基体１１と接合部材１３とを一体化でき、管状部材１３のガス導入路１３ａと基体１１のガス供給路１１ｃの気密性を確保できる。あるいは、管状部材１３は、Ｏリングやメタルパッキングなどのシール材により、基体１１と結合させることもできる。これによっても、管状部材１３のガス導入路１３ａと基体１１のガス供給路１１ｃとの間における気密性を確保できる。

管状部材１３は、基体１１と同様にセラミックスで形成することが好ましい。特に、管状部材１３は、基体１１と同種のセラミックスで形成されることが好ましい。

給電部材１４は、抵抗発熱体１２と電気的に接続しているため、抵抗発熱体１２に電力を供給する。給電部材１４は、抵抗発熱体１２と、ロウ接合、溶接、共晶、かしめ接合、嵌合、ネジ止めなどにより接続させることが好ましい。給電部材１４は、給電ロッド、給電線（給電ワイヤー）、給電ロッドと給電線の複合体などを用いることができる。給電部材１４は、金属で形成されていることが好ましく、特にニッケルで形成されていることがより好ましい。給電部材１４は、絶縁管１５内に収容されている。絶縁管１５は、基体１１の下面に接合されている。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、図４に示すように、ガス供給部材２２０に複数のガス溜まり部２２４，２２５を設けることができる。具体的には、本体部２２１に、複数のガス溜まり部２２４，２２５を形成できる。

ガス溜まり部２２５は、筒状部２２２の下端部に断面矩形状に形成されている。ガス溜まり部２２５は、筒状部２２２の下端部の内周面を外周方向に向けて切り欠いて形成されている。このように、ガス溜まり部２２５は、基体１１のガス供給路１１ｃから供給されるガス流Ｄを、ガス供給路２５の下方から上方に向かうガス流Ａに変える位置に形成される。これにより、ガス溜まり部２２５の内部において、乱れたガス流Ｂ１を発生させることができる。その結果、ガス溜まり部２２５の側方を通って、上方に向かうガス流Ａの乱れを低減できる。

ガス溜まり部２２４は、上板部２２３の下面に断面矩形状に形成されている。ガス溜まり部２２４は、乱れが低減されたガス流Ａを、ガス供給路２５の左右方向外側から内側に向かうガス流Ｃに変える位置に形成される。これにより、ガス溜まり部２２４の内部において、乱れたガス流Ｂ２を発生させることができる。その結果、ガス溜まり部２２４の下方を通って、基板２上に送り出されるガス流Ｃの乱れを更に低減できる。このように、複数のガス溜まり部２２４，２２５を設けることにより、ガス流Ａ，Ｃの乱れをより一層低減できる。

更に、加熱部材１０には、静電吸着力を発生させる静電電極や、反応ガスを励起させる高周波電極を設けることができる。具体的には、基体１１に、静電電極や高周波電極も埋設させることができる。又、処理部材として、加熱部材１０以外に、基板２に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理部材や、スパッタ処理を行うスパッタ処理部材などを用いることができる。

以下、本発明を実施例を通じて具体的に説明する。

まず、図１、図２に示すガス供給部材２０を作製した。窒化アルミニウム粉末９５重量％と、酸化イットリウム粉末（焼結助剤）５重量％とを混合し、セラミックス原料粉末を調整した。該セラミックス原料粉末にバインダー（PVA）、水、分散剤を添加し、ボールミルを用いて混合してスラリーを作製した。次に、このスラリーをスプレードライヤーを用いて噴霧乾燥し、造粒粉を作製した。該造粒粉を用いて金型成形法により、本体部２１となるセラミックス成形体を作製した。セラミックス成形体をホットプレス法を用い、窒素ガス雰囲気において１８６０℃で焼成した。

次いで、本体部２１の上板部２３に、ＭＣ（マシニングセンター）を用いた加工によりガス溜まり部２４を形成した。具体的には、幅及び深さが５ｍｍであり、平面視で円環状に形成された断面が矩形状の溝を、ガス溜まり部２４として形成した。これによって、ガス供給部材２０を作製した。

さらに、このガス供給部材２０を、加熱部材１０の外周側に配置し、加熱部材１０とガス供給部材２０との間にガス供給路２５を形成した。

こののち、管状部材１３、給電部材１４及び絶縁管１５を、加熱部材１０とガス供給部材２０とに接合して、処理装置１を作製した。

この処理装置１を用いて、ガスの導入試験を行った。管状部材１３のガス導入路１３ａから、雰囲気ガスとして窒素ガスを２０sccm（standard cc/min）導入した。この結果、基体１１のガス供給路１１ｃ、加熱部材１０とガス供給部材２０との間に形成されたガス供給路２５を経て、基板載置面１０ａに載置された基板２上に、雰囲気ガスを安定してスムーズに供給することができた。

本発明の実施形態に係る処理装置の断面図である。 本発明の実施形態に係るガス供給部材の平面図である。 本発明の実施形態に係るガス供給部材及び加熱部材の部分断面図である。 本発明の実施形態に係るガス供給部材及び加熱部材の部分断面図である。 従来のリング部材及び加熱部材の部分断面図である。

符号の説明

２・・・処理対象物
１０，１１０，２１０・・・処理部材
１０ｂ・・・段差部
１０ｃ・・・側面
２０，１２０，２２０・・・ガス供給部材
２１，１２１，２２１・・・本体部
２２，１２２，２２２・・・筒状部
２３，１２３，２２３・・・上板部
２４，１２４，２２４，２２５・・・ガス溜まり部
２５・・・ガス供給路

Claims (7)

1. 処理対象物を保持する処理部材との間にガス供給路を形成する本体部を備え、前記ガス供給路を介して前記処理対象物上にガスを供給すると共に、
   前記本体部に、前記ガス供給路の途中に位置するガス溜まり部を複数形成したことを特徴とするガス供給部材であって、
   前記ガス溜まり部は、前記ガス供給路におけるガスの流れ方向を変える位置に形成されており、該ガスの流れ方向が変わる前のガスの流れ方向の延長上に形成されていることを特徴とするガス供給部材。
2. 前記本体部は、前記処理部材の側面との間に前記ガス供給路を形成する筒状部を有することを特徴とする請求項１に記載のガス供給部材。
3. 前記本体部は、前記処理部材の段差部との間に前記ガス供給路を形成する上板部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のガス供給部材。
4. 前記複数のガス溜まり部は、少なくとも１つのガス溜まり部が前記ガス供給路におけるガス流れの下流部分に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス供給部材。
5. 前記本体部は、セラミックスで形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス供給部材。
6. 処理対象物を保持する処理部材と、該処理部材の外周側に処理部材から所定間隔をおいて配置されたガス供給部材とを備えた処理装置であって、
   前記ガス供給部材は、本体部を備えており、該本体部と前記処理部材との間に前記処理対象物上にガスを供給するガス供給路を形成し、
   前記本体部のうち、前記ガス供給路の途中に位置する部位に、ガス溜まり部を複数形成し、
   前記ガス溜まり部は、前記ガス供給路におけるガスの流れ方向を変える位置に形成されており、該ガスの流れ方向が変わる前のガスの流れ方向の延長上に形成されていることを特徴とする処理装置。
7. 前記処理部材は、前記処理対象物に対して加熱処理を行う加熱部材であることを特徴と
   する請求項６に記載の処理装置。

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