CN101533797B - 载置台构造以及热处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种载置台构造，即使被处理体与夹紧环部件接触，也能够提高被处理体的面内温度的均一性，提高热处理的面内均一性。在处理容器(4)内为了对被处理体(W)实施规定的热处理而载置被处理体的载置台构造中，包括：载置台(32)，其由透明材料构成，在内部收容有加热被处理体的加热单元(38)；均热板(42)，其由不透明材料构成，设置在载置台的上表面，并且其直径设定得比载置台的直径小，在上表面直接载置被处理体；和夹紧机构(50)，其能够升降地设置在载置台的周边部的上方，具有向载置台侧挤压被处理体的由不透明材料构成的夹紧环部件(48)。

Description

载置台构造以及热处理装置

技术领域

本发明涉及半导体晶片等的被处理体的热处理装置以及载置台构造。

背景技术

通常，在制造半导体集成电路时，在半导体晶片等的被处理体上，反复进行成膜处理、蚀刻处理、热处理、改质处理、结晶化处理等各种热处理，形成所希望的集成电路。在进行上述各种处理时，对应处理的种类将必要的处理气体，例如成膜处理时的成膜气体、改质处理时的臭氧气体等、结晶化处理时的氮气等不活泼气体和氧气等分别导入处理容器内。

例如以对每一块半导体晶片进行热处理的单片式热处理装置为例，在能抽真空的处理容器内，例如设置内置有电阻加热器的载置台，在其上表面载置有半导体晶片的状态下，流过规定的处理气体，在规定的工艺条件下对晶片进行各种热处理。

可是，通常上述载置台由氮化铝(AlN)等不透明的陶瓷材料形成，或者，为了防止来自陶瓷材料的污染，提高耐清洁性，可以代替陶瓷材料用透明石英形成载置台(专利文献1～3)。而且，在通过上述透明石英形成载置台的情况下，为了防止电阻加热器的加热线的形状原封不动地投影到晶片背面，在晶片面内形成过大的温度的不均匀分布，在载置台的上表面例如设置薄的不透明陶瓷板作为均热板，在该均热板的上表面载置晶片。这里，上述均热板具有在吸收从加热线放射的热线使温度分布均匀的功能的基础上还具有向晶片传导热量的功能。

【专利文献1】日本特开平06-260430号公报

【专利文献2】日本特开2004-356624号公报

【专利文献3】日本特开2007-335425号公报

发明内容

但是，在对半导体晶片实施处理的一般处理装置中，以防止处理中半导体晶片在载置其的载置台上移动而产生错位为目的，存在设置作为基板保持部件的夹紧环部件的情况。该夹紧环部件例如由AlN等不透明陶瓷材料形成环状、使夹紧环部件的内周侧的下面接触晶片周边部的上表面侧(斜面部)、轻轻压住、防止晶片W的错位。

但是、在这种情况下、接触晶片的上述夹紧环部件、距离载置台上表面仅有一点距离、例如只距离载置台上表面几mm左右、那么就可能比晶片的温度低。因此、通过向夹紧环部件的热移动、晶片周边部(斜面部)的温度、与其内侧部分相比存在变低的倾向。因此，存在晶片温度的面内均一性下降、产生对晶片进行成膜处理等热处理的面内均一性恶化的问题。

本发明着眼于上述问题点、可以有效解决上述问题。本发明的发明目的、是提供一种载置台构造以及热处理装置、其可以在被处理体和夹紧环部件接触时、提高被处理体面内温度的均一性、提高热处理的面内均一性。

本发明的第一方面的载置台构造，其为了在处理容器内对被处理体实施规定的热处理而载置上述被处理体，其特征在于，包括：载置台，其由透明材料构成，在内部收容有加热上述被处理体的加热单元；均热板，其由不透明材料构成，设置在上述载置台的上表面，并且其直径设定得比上述载置台的直径小，在上表面直接载置上述被处理体；和夹紧机构，其能够升降地设置在上述载置台的周边部的上方，具有向上述载置台侧挤压上述被处理体的由不透明材料构成的夹紧环部件。

这样，由于载置台由透明材料构成，在其上表面设置的由不透明材料构成的均热板的直径设定得比载置台的直径小，因此通过来自加热单元的热线直接加热夹紧环部件，可以将其温度升温至和被处理体同样的温度。因此，即使被处理体和夹紧环部件接触，也可以提高被处理体的面内温度的均一性，提高热处理的面内均一性。

在这种情况下，例如第二方面所记载的那样，上述载置台通过支柱支撑。

此外，例如第三方面所记载的那样，上述加热单元，被设置成遍及比载置有上述被处理体的载置区域的直径大的直径的加热区域。

此外，例如第四方面所记载的那样，上述加热单元的上述加热区域的直径被设定成比上述均热板的直径大。

此外，例如第五方面所记载的那样，上述均热板的外周端，与上述夹紧环部件的内周端的位置相同，或者与其相比位于半径方向的外侧。

此外，例如第六方面所记载的那样，上述夹紧环部件通过支撑杆支撑，上述支撑杆与升起或降低上述被处理体的提升销连接而一体地上下移动。

此外，例如第七方面所记载的那样，在上述夹紧环部件与上述载置台的上表面之间形成的空间部设置有供给吹扫气体的吹扫气体供给单元。

此外，例如第八方面所记载的那样，上述吹扫气体供给单元，包括沿着上述载置台的周边部设置的多个吹扫气体喷射孔，和与上述各吹扫气体喷射孔连通的吹扫气体供给流路。

此外，例如第九方面所记载的那样，上述透明材料，由选自透明石英玻璃、透明蓝宝石中的一种材料构成。

此外，例如第十方面所记载的那样，上述不透明材料，由选自陶瓷材料、不透明石英玻璃、铝、铝合金、钛、钛合金、碳、碳和金属的复合材料中的一种材料构成。

本发明的第十一方面的热处理装置，其对被处理体实施规定的热处理，其特征在于，包括：作成能够排气的处理容器；第一方面～第十方面中任一项所记载的载置台构造；和向上述处理容器内导入气体的气体导入单元。

根据本发明涉及的载置台构造以及热处理装置，能够发挥以下那样的优异的作用效果。

由于载置台构造的载置台由透明材料构成，在其上表面设置的由不透明材料构成的均热板的直径设定得比载置台的直径小，因此通过来自加热单元的热线直接加热夹紧环部件，可以将其温度升温至和被处理体同样的温度。因此，即使被处理体和夹紧环部件接触，也可以提高被处理体的面内温度的均一性，提高热处理的面内均一性。

附图说明

图1是表示使用本发明涉及的载置台构造的热处理装置的一个例子的截面构成图。

图2是表示载置台构造的载置台的平面图。

图3是表示载置台构造的载置台的重要部分的局部放大图。

图4是简化表示载置台的简略图。

图5是表示均热板的变形例的重要部分的局部放大图。

符号说明

2热处理装置

4处理容器

6喷淋头部(气体导入单元)

29载置台构造

30支柱

32载置台

38加热器(加热单元)

42均热板

43吹扫气体供给单元

44吹扫气体喷射孔

46吹扫气体供给流路

48夹紧环机构

50夹紧环部件

68提升销

70空间部

W半导体晶片(被处理体)

具体实施方式

以下，基于附图对本发明涉及的载置台构造以及热处理装置的一个实施方式进行详细说明。

图1是表示使用本发明涉及的载置台构造的热处理装置的一个例子的截面构成图，图2是表示载置台构造的载置台的平面图，图3是表示载置台构造的载置台的重要部分的局部放大图，图4是简化表示载置台的简略图。

如图示的那样，该热处理装置2，例如具有截面的内部作成大致圆形的铝制或者铝合金制的处理容器4。该处理容器4内的顶部设有导入必要的规定气体，例如导入成膜气体的作为气体导入单元的喷淋头部6，从在其下面的气体喷射面8上设置的多个气体喷射孔10A、10B向处理空间S喷射处理气体。

在该喷淋头部6内，形成有中空状的分割成2个的气体扩散室12A、12B，在此导入的处理气体向平面方向扩散后、从分别与各气体扩散室12A、12B连通的各气体喷射孔10A、10B喷出。整个喷淋头部6、例如可以由镍、哈斯特镍合金(hastelloy)(注册商标)等镍合金、铝、或者铝合金形成。此外、作为喷淋头部6也可以具有1个气体扩散室。而且，在该喷淋头部6和处理容器4的上端开口部的接合部、存在例如由O形环等构成的密封部件14，维持处理容器4内的气密性。

而且、在处理容器4的侧壁设置有相对于该处理容器4内搬入搬出作为被处理体的半导体晶片W的搬入搬出口16，并且在该搬入搬出口16上设置有能够气密地开闭的闸阀18。

而且，在该处理容器4的底部20形成有排气空间22。具体来说，在该容器底部20的中央部形成有大的开口24，该开口24与向其下方延伸的有底圆筒状的圆筒分割壁26连接，在其内部形成有上述排气空间22。而且，在分割该排气空间22的圆筒分割壁26的底部28设置有作为本发明特征的载置台构造29，通过使其立起来载置作为被处理体的半导体晶片W。具体来说，该载置台构造29，例如在由透明石英玻璃等的透明材料构成的圆筒状的支柱30的上端部接合等而固定载置台32。该载置台构造29的详细情况稍后论述。

而且，上述排气空间22的开口24，设定得比载置台32的直径小，流过上述载置台32的周缘部外侧的处理气体在载置台32的下方蔓延，流入开口24。而且，在上述圆筒分割壁26的下部侧壁，面对该排气空间22形成排气口34，该排气口34与设有未图示的排气泵的排气管36连接，能够对处理容器4和排气空间22的气氛进行排气。

而且，在该排气管36的途中设有可以控制开度的未图示的压力调整阀，通过自动调整该阀开度，将上述处理容器4内的压力维持在一定值，或者能迅速地向规定的压力转换。

此外，上述载置台32，例如主要由透明石英玻璃等透明材料形成。如上所述，该载置台32在圆筒状的支柱30的上端部，通过例如焊接等接合。作为加热单元，按规定图案形状配置的加热器38，例如以埋入的方式被收容在该载置台32的内部。在这种情况下，该加热器38，被设置成至少遍及比载置半导体晶片W的载置区域的直径D1大的直径D2(参照图4)的加热区域，也就是说，被设置成遍及载置台32的平面方向的大致整个区域。

另外，载置区域的直径D1与晶片W的直径相同，该加热器38，可以埋入构成载置台32的透明石英玻璃内，也可以以在由2张玻璃板形成的载置台32的构成材料的中间夹持的方式收容，和其构造没有关系。该加热器38与插通上述圆筒状的支柱30内的供电棒40连接，通过图示未示示的加热电源进行加热用的供电来进行温度控制。

此外，上述加热器38，例如电分割成内侧区域和以同心圆形状包围其外侧的外侧区域，能够分别对每个区域进行温度控制(电力控制)。

而且，在该载置台32的上表面，设置有其直径设定为比载置台32的直径D0小的由不透明材料构成的薄的均热板42，在该均热板42的上表面直接载置上述晶片W。在这种情况下，上述加热器38的加热区域的直径D2设定得比上述均热板42的直径D3大。而且，在图1和图4中，表示了晶片W的直径(载置区域的直径D1)和均热板42的直径D3设定为相同的情况。

作为上述不透明材料，可以使用例如厚度是5mm左右的氮化铝(AlN)。而且，在该载置台32上，设置有从该载置台32的周边部向上方喷射吹扫气体的吹扫气体供给单元43。具体来说，该吹扫气体供给单元43，具有在作为上述载置台32的周边部的与直径D1的载置区域相比的外侧的区域，沿着其周方向设置的多个吹扫气体喷射孔44(参照图2)。而且，该各个吹扫气体喷射孔44与该载置台32内形成的吹扫气体供给流路46连通。

如图2所示，该吹扫气体供给流路46，由与上述各个吹扫气体喷射孔44共同连通且形成环状的环状流路46A和以与上述环状流路46A连通的方式沿着上述载置台32的半径方向形成的2条连接路46B构成，该连接路46B，在载置台32的中心部通过连通孔46C与支柱30内连通。

而且，在该支柱30的下部，形成有用于向支柱30内供给作为吹扫气体的不活泼性气体的不活泼性气体导入孔46D、根据需要从上述各个吹扫气体喷射孔44喷射不活泼性气体、例如N₂气体等。作为上述不活泼性气体，可以使用Ar、He等稀有气体代替N₂气体。

而且，在该载置台32上，设有用于固定上述晶片W的夹紧环机构48。具体来说，该夹紧环机构48，可升降地设在上述载置台32的周边部的上方，具有将上述晶片W向载置台32侧挤压的夹紧环部件50。

即，上述夹紧环部件50，通过不透明材料形成具有规定宽度的环状，在其内周侧的端部形成向下倾斜的锥面52(参照图3)。而且，该锥面52接触晶片W的周边部(也称为“斜面部”)，将其向下方按压。作为上述不透明材料，可以使用例如氮化铝(AlN)等。

在这种情况下，也如图3所示，上述均热板42的外周端P1，与上述夹紧环部件50的内周端P2的位置相同，或者与此相比位于半径方向的外侧。在图3表示的情况下，上述外周端P1(与晶片W的外周端相同的位置)，位于比上述内周端P2仅几毫米程度的半径方向外侧。

上述夹紧环部件50，被向下方延伸的几根、例如3根支撑杆54(图1只表示了2根)支撑，该各个支撑杆54的下端部与圆形环状的例如氧化铝那样的陶瓷制的提升环56连结。而且，该提升环56，通过贯通容器底部20而设置的升降杆60的上端部支撑，该升降杆60通过致动器62可以升降。由此，通过使该升降杆60向上下方向移动，从而能够使上述夹紧环部件50升降，挤压晶片W的周边部。

而且，在与致动器62连结的上述升降杆60的容器底部的贯通部，设有可伸缩的波纹管64，上述升降杆60能够一边维持处理容器4内的气密性一边升降。而且，在上述载置台32以及上述均热板42上，形成在其上下方向贯通的多个，例如3个销插通孔66(图1只表示了2个)，在上述各个销插通孔66中配置弯曲成L字形状且以游嵌状态插通的提升销68。

上述各个提升销68，以与支撑上述夹紧环部件50的支撑杆54有关联的方式连接成一体。因此，可以与上述夹紧环部件50的升降移动一体的上下移动来升起或降低晶片W。这里，在上述夹紧环部件50与晶片W的周边部的上表面接触通过自重来挤压晶片W的情况下(参照图3)，在该夹紧环部件50的下面与载置台32的上表面之间形成微小的空间部70，从上述吹扫气体喷射孔44向该微小空间部70供给吹扫气体。

而且，这样构成的热处理装置2的全体的动作控制，例如各个气体的供给开始和供给停止、流量控制、工艺压力的控制、晶片温度的控制等，是通过由计算机等构成的装置控制部72的指示来进行的。

接着，对上述那样构成的热处理装置的动作进行说明。

首先，未处理的半导体晶片W，保持在未图示的搬送臂上，通过处于开放状态的闸阀18、搬出搬入口16搬入到处理容器4内，该晶片W，交接到与夹紧环机构48的夹紧环部件50一起上升的提升销68后，使该提升销68下降，从而将晶片W载置在载置台32的上表面并对其进行支撑。

这时，因为上述夹紧环部件50和提升销68互相连接而一体地上下移动，所以上述提升销68下降的同时上述夹紧环部件50也下降，其内周部的锥面52与晶片W的周边部(斜面部)接触，通过上述夹紧环部件50的自重向下方挤压晶片W。

这样，在通过上述挤压将晶片W固定在载置台32的均热板42上的状态下，从作为气体导入单元的喷淋部6，一边对规定的气体、例如成膜气体进行流量控制一边向处理空间S供给，将处理容器4的内部维持在规定的工艺压力。例如，在形成TiN膜的情况下，作为成膜气体供给TiCl₄气体和NH₃气体。

向设置在上述载置台32的作为加热单元的加热器38供给电力，通过载置台32，晶片W被加热到规定的工艺温度、例如几百度左右。这样，在晶片W的表面通过热处理形成例如规定的薄膜。在这种情况下，来自加热器38的热量碰到由不透明材料构成的均热板42时，热量向平面方向均匀扩散的同时，在其上表面载置的晶片W通过热传导加热。

在此为现有的载置台构造的时候，由于上述的均热板的直径大，而且挤压晶片W的夹紧环部件50从载置台32的上表面分离，所以从加热器38放射的热线被均热板吸收，不能充分到达夹紧环部件50，因此，该夹紧环部件50的温度有比晶片的温度低的倾向，结果，晶片W的周边部的温度有比晶片中心部低的倾向。

针对这种情况，在本发明中，上述均热板42的直径设定成与晶片W的直径大致相同，结果，从位于均热板42的外侧的加热器38放射的热线(辐射热)，通过由透明材料构成的载置台32的构成材料以及空间部70、到达上方的由不透明材料构成的夹紧环部件50、直接加热该夹紧环部件50。因此，该夹紧环部件50和载置台32没有直接接触，在它们之间虽然形成阻碍热传导的空间部70，上述夹紧环部件50也能被加热至与晶片W大致相同的温度。

因此，虽然夹紧环部件50的内周部与晶片W的周边部相接触，但晶片W的周边部的温度没有降低，能较高地维持晶片温度的面内均一性。换言之，均热板42的直径D3设定成比设有加热器38的加热区域的直径D2小，其上方的夹紧环部件50通过来自上述加热器38的热线直接加热，能够将夹紧环部件50加热至比现有构造高的温度。

在这种情况下，如表示图5所示的均热板大小的变形例那样，与晶片W的外周端(边缘)相比均热板42的直径能够增大的长度L1(参照图5(A))，例如为3mm左右，与此相比长度L1如果过长，那么通过加热器38直接接受热线的夹紧环部件50的面积过小，夹紧环部件50的温度就不能充分升温至晶片W的温度。

与此相反，如图5(B)所示的均热板42的直径的最小值(下限)，是到与夹紧环部件50的内周端对应的位置为止，在这种情况下，与晶片W的外周端(边缘)之间的长度L2为3mm左右。

此外，在这种情况下，如果成膜气体侵入上述夹紧环部件50和载置台52之间形成的空间部70(参照图3)，那么在此形成不需要的附着膜，从加热器38直接加热上述夹紧环部件50的热线被上述不需要的附着膜遮断。

但是，在本发明中，因为设置吹扫气体供给单元43，从设置在载置台32周边部的吹扫气体喷射孔44向上述空间部70内供给例如N₂气体这样的不活泼性气体，所以可以防止成膜气体侵入该空间部70内。具体来说，该空间部70的厚度是0.2mm左右，此外，由于该夹紧环部件50和载置台32的周边部的重叠部分的长度是2～3cm左右，所以能够通过上述吹扫气体确实阻止成膜气体侵入该空间部70。

这样，根据本发明，因为由透明材料形成载置台32，在其上表面设置的由不透明材料构成的均热板42设定得比载置台32的直径小，所以通过来自作为加热单元的加热器38的热线直接加热夹紧环部件，其温度升温至与被处理体同样的温度。因此，即使被处理体与夹紧环部件接触，也能提高被处理体的面内温度的均一性，提高热处理的面内均一性。

实际上，在使用本发明涉及的载置台构造的热处理装置中，在形成TiN膜的薄膜后，相对于在现有装置的情况下膜厚的面内均一性是4～5％左右，在本发明中可以将其提高至2％左右。

另外，在上述实施方式中，虽然夹紧环部件50和支撑杆54直接连接，但也可以在该支撑杆54的途中设有由线圈弹簧等构成的弹射部件，通过弹射力向下方挤压上述夹紧环部件50。

此外，在上述实施方式中，虽然构成载置台32的透明材料使用透明石英玻璃，但并不局限于此，作为上述透明材料，可以使用选自透明石英玻璃、透明蓝宝石中的一种材料。

此外，在上述实施方实中，构成均热板42和夹紧环部件50的不透明材料使用氮化铝，但并不局限于此，作为上述不透明材料，可以使用选自陶瓷材料、不透明石英玻璃、铝、铝合金、钛、钛合金、碳、碳和金属的复合材料中的一种材料。此外，作为上述陶瓷材料，可以使用AlN、Al₂O₃、SiC、SiN等。另外，上述不透明石英玻璃，可以通过在透明玻璃中混入气泡来形成。

此外，在此作为热处理以成膜处理为例进行了说明，但并不局限于此，本发明适用于蚀刻处理、氧化扩散热处理、退火处理、改质处理、结晶化处理等所有热处理，而且也适用于使用等离子体的热处理。此外，在此作为被处理体以半导体晶片为例进行了说明，但并不局限于此，本发明也适用于玻璃基板、LCD基板、陶瓷基板等。

Claims (10)

1.一种载置台构造，其为了在处理容器内对被处理体实施规定的热处理而载置所述被处理体，其特征在于，包括：

载置台，其由透明材料构成，在内部收容有加热所述被处理体的加热单元；

均热板，其由不透明材料构成，设置在所述载置台的上表面，并且其直径设定得比所述载置台的直径小，在上表面直接载置所述被处理体；和

夹紧机构，其能够升降地设置在所述载置台的周边部的上方，具有向所述载置台侧挤压所述被处理体的由不透明材料构成的夹紧环部件，

所述加热单元设置成遍及加热区域，所述加热区域是载置台的平面方向上的具有比载置所述被处理体的载置区域的直径大的直径的区域。

2.根据权利要求1所述的载置台构造，其特征在于：

所述载置台被设置成通过支柱立起。

3.根据权利要求1或2所述的载置台构造，其特征在于：

所述加热单元的所述加热区域的直径被设定得比所述均热板的直径大。

4.根据权利要求1或2所述的载置台构造，其特征在于：

所述均热板的外周端，与所述夹紧环部件的内周端位置相同，或者与所述夹紧环部件的内周端位置相比位于所述被处理体的半径方向的外侧。

5.根据权利要求1或2所述的载置台构造，其特征在于：

所述夹紧环部件，与升起或降低所述被处理体的提升销关联设置。

6.根据权利要求1或2所述的载置台构造，其特征在于：

在所述夹紧环部件与所述载置台的上表面之间形成的空间部设置有供给吹扫气体的吹扫气体供给单元。

7.根据权利要求6所述的载置台构造，其特征在于：

所述吹扫气体供给单元，包括沿着所述载置台的周边部设置的多个吹扫气体喷射孔，和与所述各吹扫气体喷射孔连通的吹扫气体供给流路。

8.根据权利要求1或2所述的载置台构造，其特征在于：

所述透明材料由选自透明石英玻璃、透明蓝宝石中的一种材料构成。

9.根据权利要求1或2所述的载置台构造，其特征在于：

所述不透明材料，由选自陶瓷材料、不透明石英玻璃、铝、铝合金、钛、钛合金、碳、碳和金属的复合材料中的一种材料构成。

10.一种热处理装置，其对被处理体实施规定的热处理，其特征在于，包括：

作成能够排气的处理容器；

权利要求1～9中任一项所述的载置台构造；和

向所述处理容器内导入气体的气体导入单元。

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