CN101314846A - 基板载置机构和具备该基板载置机构的基板处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够进一步提高温度均一性的基板载置机构。其包括：埋设有发热体(102)的石英制加热器主体(101)；和在石英制加热器主体(101)的被处理基板载置面(103)上装载的耐腐蚀性陶瓷部件(104)。

Description

基板载置机构和具备该基板载置机构的基板处理装置

技术领域

本发明是涉及在成膜装置等的基板处理装置中，具有在处理容器内载置半导体晶片等的基板并进行加热的发热体的基板载置机构和具备该基板载置机构的基板处理装置。

背景技术

在半导体设备的制造中，对于作为被处理基板的半导体晶片，存在实施如CVD成膜处理或者等离子体蚀刻处理那样的真空处理的工序，但是由于在进行上述处理时需要将作为被处理基板的半导体晶片加热到规定的温度，所以使用兼用作基板载置台的加热器加热半导体晶片。

作为这样的加热器在现有技术中能够使用不锈钢加热器等，近年来，提出难以产生由在上述处理中所使用的卤素类气体引起的腐蚀、热效率高的陶瓷加热器(专利文献1等)。这样的陶瓷加热器具有的结构是，在作为载置被处理基板的载置台发挥功能的由AIN等的致密质陶瓷烧结体构成的基体的内部，埋设有由高熔点金属构成的发热体。

当在基板处理装置中应用由这样的陶瓷加热器构成的基板载置台的情况下，使陶瓷制的筒状的支撑部件的一端与基板载置台的背面接合，另一端与腔室的底部接合。在该支撑部件的内部，设置有用于对发热体供电的供电线，该供电线与发热体的端子连接，从设置在外部的电源通过该供电线和供电端子对发热体供电。

专利文献1：特开平7-272834号公报

但是，由这样的陶瓷加热器构成的基板载置台，由于在与支撑部件的接合部附近存在供电端子，所以在该部分不得不使发热体的密度降低。另外，基板载置台的与支撑部件的接合部，热容易通过支撑部件利用热传导逃逸。因此，在基板载置台的接合部周边能够形成冷斑点(cool spot：与周边相比温度低的区域)，在该部分热应力集中，特别是，在曲部应力集中而遭到破坏。

为了防止这样的破坏，通常使加热器中心部的温度比周边部的温度高。但是，由于通常使加热器中心部的温度比周边部的温度高，所以不能使温度均一性从一定程度上提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够进一步提高温度均一性的基板载置机构和具备该基板载置机构的基板处理装置。

为了解决上述问题，本发明的第一方式的基板载置机构，具备埋设有发热体的石英制加热器主体、和在上述石英制加热器主体的被处理基板载置面上装载的耐腐蚀性陶瓷部件。

另外，本发明的第二方式的基板载置机构，具备埋设有发热体的石英制加热器主体；在上述石英制加热器主体的被处理基板载置面上形成的、由与通过成膜处理积累的金属同一种类金属构成的金属膜；和上述金属膜上装载的耐腐蚀性陶瓷部件。

另外，本发明的第三方式的基板处理装置，具备收容基板、对内部减压并保持的处理容器；设置在上述处理容器内、具有上述第一方式或者第二方式中记载的结构的基板载置机构；和在上述处理容器内对上述基板实施规定的处理的处理机构。

依据本发明，能够提供具有能够进一步提高温度均一性的基板载置机构和具备该基板载置机构的基板处理装置。

附图说明

图1表示本发明的一实施方式的基板载置机构的一个例子的截面图。

图2表示本发明的具体的一实施例的基板处理装置的一个例子的截面图。

图3表示图2所示的基板载置机构100a的放大截面图。

图4(a)和(b)分别是升降销穴附近的放大图。

图5(a)至(c)分别表示被处理基板载置面的经时恶化的图。

符号说明

100、100a基板载置机构

101石英制加热器主体

102发热体

103被处理基板载置面

104耐腐蚀性陶瓷部件

105接合部

106小R部(小的曲面部)

107石英制支撑部件

108供电端子

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行具体的说明。

图1是表示本发明的一个实施方式的基板载置机构的基本结构的截面图。

一实施方式的基板载置机构，例如具有被配置在成膜装置或者蚀刻装置等的基板处理装置的处理容器内，在该处理容器内载置半导体晶片等的被处理基板，并且加热被处理基板的发热体。

如图1所示，基板载置机构100具备，埋设有发热体102的石英制加热器主体101、在石英制加热器主体101的被处理基板载置面103上装载的耐腐蚀性陶瓷部件104。

石英制加热器主体101，虽然没有特别图示，但是从上部方向看是圆形，在被处理基板载置面103的背面中央部，具有具备小R部(小曲面部)106的接合部105。在该接合部105，例如接合有中空状的石英制支撑部件107。在接合部105具备供电端子108，该供电端子108的一端在石英制加热器主体内通过供电线109与发热体102连接，其另一端，例如通过插通到石英制支撑部件107的中空部110的供电线111与图中未表示的电源连接。发热体102的一个例子是电阻发热体。

耐腐蚀性陶瓷部件104，装载在石英制加热器主体101的被处理基板载置面103上，例如，通过图中没有表示的销连接(pinning)等的接合单元与石英制加热器主体101接合。耐腐蚀性陶瓷部件104具有以下的作用：接受来自发热体102的热量，向图中没有表示的被处理基板例如半导体晶片更好地传递热量；和保护石英制加热器主体101的、被处理基板载置面103的表面不被清洁剂(例如三氟化氯(ClF₃))腐蚀。因为这些作用，所以耐腐蚀性陶瓷部件104的材料要选择对于清洁剂的耐腐蚀性比石英制加热器主体101优良，并且，比石英制加热器主体101的热传导率好的材料。作为这样的材料的例子，例如可以举出氮化铝(AlN)。

依据图1所示的基板载置机构100，加热器主体101是石英制的。石英的热膨胀率比陶瓷例如氮化铝约小一个位数。一般地，氮化铝的热膨胀率大约为5×10^-6/℃左右，石英的热膨胀率大约为0.5×10^-6/℃左右。因此，石英制加热器主体101，与使加热器主体为陶瓷制例如氮化铝制的情况相比较，能够使在加热时向加热器中心产生的抗拉应力减小。因此，能够抑制应力集中在图1所示的接合部105的周边，例如，在接合部105的周边形成的小R部106，而破坏加热器主体101的现象。

这样，由于一实施方式的基板载置机构100能够减小加热时产生的拉伸应力，因此与使加热器主体为陶瓷制例如氮化铝制的基板载置机构相比，可以使加热器中心部的温度不比周边部高。因此，基板载置面103上的温度均一性，与使加热器主体为陶瓷制例如氮化铝制的基板载置机构相比，能够更加提高。

这样的基板载置机构100，在石英制加热器主体101中具有小R部106，例如在被处理基板载置面103的背面中央部具有与支撑部件107的接合部105这样的基板载置机构中有用。

另外，一实施方式的基板载置机构100，由于支撑部件107也是石英制的，所以与使支撑部件为陶瓷制，例如氮化铝制的基板载置机构相比，支撑部件107也成为相对于热应力较强的构造。

进一步，依据一实施方式的基板载置机构100，在石英制加热器主体101的被处理基板载置面103上，例如，装载有对于清洁剂的耐腐蚀性比石英制加热器主体101优良的耐腐蚀性陶瓷部件104。由于具有耐腐蚀性陶瓷部件104，与被处理基板载置面103为石英制的情况相比，例如能够经得起由清洁剂引起的腐蚀、能够抑制被处理基板载置面103上的温度均一性的经时恶化的进行，能够长时间维持优良的温度均一性。

但是，一实施方式的腐蚀性陶瓷部件104，由于选择比加热器主体101的热传导率良好的材料，与被处理基板载置面103为石英制的情况相比较，热分布变得良好，能够进一步提高温度均一性。

这样的耐腐蚀性和热传导率两者都良好的材料的例子有氮化铝。另外，耐腐蚀性陶瓷部件104如果是氮化铝制的话就很难发生由卤素类气体引起的腐蚀。

此外，当耐腐蚀性陶瓷部件104为氮化铝制时，恐怕会出现以热应力为起因的“裂纹”，关于这一点，通过使耐腐蚀性陶瓷部件104的厚度t变薄，与使加热器主体全部为氮化铝制的情况相比较，能够成为经得起“裂纹”的结构。用于成为经得起“裂纹”的结构的、耐腐蚀性陶瓷部件104的优选厚度t的范围，例如是2～6mm。

此外，在一实施方式中，表示出在石英制加热器主体101中埋设有发热体102的例子，但这样的基板载置机构100，例如能够用作热CVD装置中的基板载置机构。

另外，在石英制加热器主体101中，例如也可以与发热体102一起埋设等离子体发生用的RF电极。如果在石英制加热器主体101中埋设RF电极，则能够用作等离子体成膜装置、例如形成钛(Ti)膜的等离子体CVD装置的基板载置机构。

以下，作为具体的一实施例，将在石英制加热器主体101中与发热体102一起埋设RF电极的例子，与等离子体CVD装置同时进行说明。

图2是表示本发明的具体的一实施例的基板处理装置的一个例子的截面图，图3是表示图2所示的基板载置机构100a的放大截面图。

本一例是在半导体装置的制造所使用的等离子体CVD装置的基板载置机构中应用上述一实施方式的基板载置机构的例子。

如图2所示，等离子体CVD装置200，具有气密地构成的大致圆筒状的腔室2、和从腔室2的底壁2b向下方突出设置的排气室3，由这些腔室2和排气室3构成一体的处理容器。在腔室2内设置有基板载置机构100a，其使作为被处理基板的半导体晶片(以下，简单记作晶片)W处于水平状态而载置，并且用于加热。在石英制加热器主体101的外边部设置有用于引导晶片W的聚焦环6。如图3所示，该基板载置机构100a，在参照图1说明的基板载置机构100的石英制加热器主体101内，还埋设有RF电极112。

在腔室2的外侧设置有用于对石英制加热器主体101的发热体102等供电的电源5，从该电源5通过连接室20向发热体102等供电。在电源5连接有控制器7，控制来自电源5的供电量，进行石英制加热器主体101等的温度控制。等离子体CVD装置200的各构成部形成为与工艺控制器60连接而被控制的结构。在工艺控制器60中连接有用户界面61，该用户界面61由工程管理者为了管理等离子体CVD装置200而进行指令的输入操作等的键盘、使等离子体CVD装置200的工作状况可视化进行显示的显示器等构成。

另外，在工艺控制器60中连接有存储部62，在该存储部62中存储有为了通过工艺控制器60的控制实现在等离子体CVD装置200中实行的各种处理的控制程序，或者用于根据处理条件使在等离子体蚀刻装置的各构成部实行处理的程序即方案。方案也可以存储在硬盘或者半导体存储器中，也可以在被收容于CDROM、DVD等移动式的存储介质中的状态下安装在存储部62的规定位置。并且，也可以从其它的装置，例如通过专用线路适当传送方案。

并且，根据需要，通过来自用户界面61的指示等从存储部62调出任意的方案并在工艺控制器60中执行，由此，在工艺控制器60的控制下，进行等离子体CVD装置200中的规定的处理。

在腔室2的顶壁2a，隔着绝缘部件9设置有喷淋头30，在喷淋头30连接有气体供给机构40。喷淋头30在上面具有气体导入口31，在内部具有气体扩散空间32，在下面形成有气体吐出孔33。在气体导入口31连接有从气体供给机构40延伸的气体供给配管35，从气体供给机构40导入成膜气体。

进一步，在喷淋头30通过匹配器37连接有高频电源36，对喷淋头30供给高频电力。使通过喷淋头30供给到腔室2内的成膜气体等离子体化并进行成膜处理。

上述排气室3，以覆盖在腔室2的底壁2b的中央部形成的圆形的穴4的方式向下方突出，在其侧面连接有排气管51，在该排气管51上连接有排气装置52。并且通过使该排气装置52动作，能够使腔室2内减压至规定的真空度。

在基板载置机构100a中，用于支撑晶片W并使其升降的3根(图中仅表示2根)晶片升降销53设置为能够相对于被处理基板载置面103的表面突出和沉没，这些晶片升降销53被固定在支撑板54上。并且，晶片升降销53，利用气缸等的驱动机构55通过支撑板54升降。

在腔室2的侧壁，设置有用于在与被保持在真空状态的图中没有表示的搬送室之间进行晶片W的搬入搬出的搬入搬出口56，和开闭该搬入搬出口56的闸阀57。

接下来，参照图3的放大截面图对基板载置机构100a进行说明。并且，在该说明中，对与图1所示的基板载置机构100相同的部分标注相同的参照符号，仅对不同的部分进行说明。

在石英制支撑部件107的中空部110内，设置有在铅垂方向上延伸的供电杆15，其上端部与供电端子108连接，下端部延伸到以向排气室3的下方突出的方式安装在石英制支撑部件107的下端的连接室20内。供电杆15由Ni合金等耐热金属材料构成。

在石英制支撑部件107的底部通过安装部件21a和螺钉21b安装有形成为凸缘状的由绝缘体构成的底盖21，在该底盖21铅垂地设置有用于插通供电杆15的孔。另外，连接室20形成为圆筒状，在其上端形成有凸缘20a，该凸缘20a通过底盖21和排气室3的底壁被夹持。凸缘20a和排气室3的底壁之间通过环密封部件23a气密地密封，凸缘20a和底盖21之间通过两个环密封部件23b气密地密封。并且，在连接室20内，供电杆15与从电源5延伸的供电线111连接。

进一步，在具体的一实施例的基板载置机构100a中，在石英制加热器主体101中，RF电极112与发热体102一起被埋设。当将图2所示的喷淋头30作为一个电极时，RF电极112作为一个电极的相对电极发挥功能。在本例中由于在一个电极上连接有高频电源36，在石英制加热器主体101中埋设的RF电极112通过供电线109、供电端子108和供电线111接地。

像这样，通过将RF电极112埋设在石英制加热器主体101中，基板载置机构100a，能够作为利用1等离子体的基板处理装置，例如作为等离子体CVD装置的基板载置机构使用。此外，穿过石英制加热器主体101的穴是插通升降销的升降销穴113。

在如上述那样构成的等离子体CVD装置200中，首先，通过从电源5向石英制加热器主体101中埋设的发热体102供电，将在被处理体基板载置面103上装载的耐腐蚀性陶瓷部件104加热到规定的温度，通过排气装置52使腔室2内处于完全抽完(引き切る)的状态，打开闸阀57，从真空状态的图中没有表示的搬送室通过搬入搬出口56将晶片W搬入到腔室2内，在基板载置机构100a的耐腐蚀性陶瓷部件104上载置晶片W，关闭闸阀57。在该状态下，从高频电源36供给高频电力的同时，从气体供给机构40通过气体供给配管35将成膜气体以规定的流量供给到喷淋头30，从喷淋头30向腔室2内供给，由此在晶片W的表面发生反应而形成规定的膜。

进一步，在具体的一实施例的基板载置机构100a中，在石英制加热器主体101的被处理基板载置面103和耐腐蚀性陶瓷部件104之间，存在有金属膜114。通过使金属膜114介于被处理基板载置面103和耐腐蚀性陶瓷部件104之间，能够进一步抑制温度均一性的经时恶化。关于该抑制进行以下说明。

图4(a)和图4(b)分别表示升降销穴113附近的放大示意图。

图4(a)是表示石英制加热器主体101和耐腐蚀性陶瓷部件104的理想的层叠状态。在理想的层叠状态下，在石英制加热器主体101的被处理基板载置面103和耐腐蚀性陶瓷部件104之间，完全没有间隙。但是，实际上，如图4(b)所示，在被处理基板载置面103和耐腐蚀性陶瓷部件104之间，存在微小的间隙115。该微小的间隙115能够成为加速温度均一性的经时恶化的一个原因。

图5(a)至图5(c)是分别表示被处理基板载置面103的经时恶化的图。

图5(a)表示一次也没有进行成膜处理的状态。图5(b)表示进行几次成膜处理后的状态，图5(c)表示再进行几次成膜处理后的状态。

如图5(a)至图5(c)所示，当重复进行成膜处理时，金属116进入到被处理基板载置面103和耐腐蚀性陶瓷部件104之间的微小的间隙115，并逐渐积累，其积累范围逐渐扩大。像这样的金属116的积累范围通常并不一定，每次重复成膜处理时发生变化。当在被处理基板载置面103和耐腐蚀性陶瓷部件104之间积累金属116，而且，该积累范围变化时，石英制加热器主体101的放热平衡发生变化，例如发生恶化。放热平衡的恶化使被处理基板载置面103上的温度均一性的经时恶化加速。

特别是，金属116的积累是以被处理基板载置面103和耐腐蚀性陶瓷部件104的接合面暴露在外界的地方为积累起点。如图4所示，这样的地方例如能够在升降销穴113看到。

为了抑制由于这样的金属116的积累而引起的温度均一性的恶化，在具体的一实施例中，如图3所示，在石英制加热器主体101和耐腐蚀性陶瓷部件104之间，形成金属膜114。该金属膜114与通过成膜处理积累的金属为同一种类金属较好。例如，等离子体CVD装置200是钛(Ti)和氮化钛(TiN)成膜用的情况下，由于被积累的金属是氮化钛，所以金属膜114最好也是氮化钛膜。

像这样，通过在石英制加热器主体101和耐腐蚀性陶瓷部件104之间，预先形成由与通过成膜处理积累的金属同一种类的金属构成的金属膜114，能够抑制由金属的蓄积而引起的放热平衡的恶化，能够抑制被处理基板载置面103上的温度均一性的经时恶化。

以上，基于本发明的一实施方式和具体的一实施例进行说明，但本发明并不局限于上述一实施方式和一实施例，能够有各种变形。

例如，在上述一实施例中，说明了将本发明的基板载置机构应用于等离子体CVD装置的例子，但是也能够应用于加热被处理基板那样的基板处理装置，例如蚀刻装置和热处理装置等。

另外，作为石英制加热器主体的形状，举例表示了在被处理基板载置面的背面具有接合石英制支撑部件的具有小R部的接合部的形状，但只要是存在与“裂纹”连接的容易成为破坏起点的部位的形状，就能够应用。

Claims (7)

1.一种基板载置机构，其特征在于，包括：

埋设有发热体的石英制加热器主体；和

在所述石英制加热器主体的被处理基板载置面上装载的耐腐蚀性陶瓷部件。

2.一种基板载置机构，其特征在于，包括：

埋设有发热体的石英制加热器主体；

在所述石英制加热器主体的被处理基板载置面上形成的、由与通过成膜处理积累的金属同一种类的金属构成的金属膜；和

在所述金属膜上装载的耐腐蚀性陶瓷部件。

3.根据权利要求2所述的基板载置机构，其特征在于：

所述金属膜含有TiN。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的基板载置机构，其特征在于：

所述石英制加热器主体，具备在所述被处理基板载置面的背面中央部与石英制支撑部件接合的、具有小R部的接合部。

5.根据权利要求4所述的基板载置机构，其特征在于：

在所述接合部具备供电端子。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的基板载置机构，其特征在于：

所述耐腐蚀性陶瓷部件由AlN构成。

7.一种基板处理装置，其特征在于，包括：

收容基板并对内部进行减压并保持的处理容器；

设置在所述处理容器内、具有权利要求1～6中任一项所述结构的基板载置机构；和

在所述处理容器内对所述基板实施规定的处理的处理机构。

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