CN101840878A - 载置台结构和等离子体成膜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种能够充分进行处理容器内的脱气处理形成高真空，并且能够耐受高温的载置台结构。该载置台结构(32)载置被处理体以便在被处理体(W)上形成含有金属的薄膜，该载置台结构具有：内部埋入有卡盘用电极(34)和加热器(36)的陶瓷制的载置台(38)；与载置台的周边部的下表面连接的金属制的凸缘部(100)；通过螺钉(126)与凸缘部接合并且在内部形成有用于流通制冷剂的制冷剂通路(40)的金属制的基台部(42)；和设置在凸缘部和基台部之间的金属密封部件(130)。

Description

载置台结构和等离子体成膜装置
技术领域
本发明涉及使用等离子体在半导体晶片等被处理体上形成含有金属的薄膜的等离子体成膜装置和该成膜装置中所使用的载置台结构。
背景技术
一般而言，为了制造半导体设备，对半导体晶片反复进行成膜处理或图案蚀刻处理等各种处理，从而制造所期望的设备，但为了半导体设备的更高集成化和高精细化，线宽和孔径日益精细化。而且，作为配线材料和埋入材料，现有技术主要使用铝合金，但最近线宽和孔径日益精细化，而且期望动作速度的高速化，因此有使用钨(W)和铜(Cu)等的倾向。
另外，当使用上述Al、W、Cu等金属材料作为配线材料和用于接触的孔的埋入材料时，出于防止例如在硅氧化膜(SiO2)等的绝缘材料和上述金属材料之间产生例如硅的扩散，提高膜的密合性的目的，在上述绝缘层和下层的导电层之间的边界部分设置阻挡层。作为该阻挡层，已知有Ta膜、TaN膜、Ti膜、TiN膜等。而且，上述含有Cu、Ti、Ta等金属的薄膜的形成一般使用等离子体成膜装置并通过等离子体溅射法进行(例如，专利文献1或2)。
在该等离子体成膜装置中，例如在能够抽真空的处理容器内设置有内置有卡盘用电极和加热器的载置台，在该载置台上载置半导体晶片，通过由施加给卡盘用电极的高电压所产生的静电力吸附保持半导体晶片，在该状态下，利用高频的偏置电力将由于等离子体而从金属靶产生的金属离子向载置台侧吸引，由此在上述半导体晶片上例如形成金属的薄膜。而且，在上述载置台上设置有上述的加热器和冷却护套，根据从上述等离子体侧向半导体晶片供给的热量的大小，分别调整上述加热器和冷却护套，控制半导体晶片的温度，将其维持为通常成膜中最适合的温度。
在该情况下，如图10所示的现有的载置台结构，上述载置台2具备：具有上述冷却护套4的金属制的基台部6；和在该基台部6上设置的薄的陶瓷加热器8，在该陶瓷加热器8内埋入有卡盘用电极10和加热器12，在其上载置半导体晶片W并通过静电力吸附保持。而且，上述陶瓷加热器8通过粘合剂14被牢固地安装在上述基台部6的上表面。
专利文献：特开2001-250816号公报
专利文献：特开2007-214387号公报
但是，关于如上所述的装置例，在设计基准没有那么严格的现有技术中，并没有产生特别的问题，但精细化和高集成化进一步发展，设计基准变得更加严格时，对于形成的金属膜的品质和特性要求更高。例如，针对被成膜的金属膜，为了防止不同种的金属和元素混入而产生的污染，通过在成膜处理时事先将处理容器内抽真空至高真空，将附着在处理容内的表面或内部结构物的表面等的杂质作为排气而排出，但因为通常作为硅化合物的硅氧烷等杂质气体作为排气而从上述粘结剂14脱气，所以不能使处理容器内成为高真空状态，因此，难以使处理容器内成为清洁状态。
另外，为了如上所述那样提高薄膜的品质或特性，也要求例如在400℃左右的高处理温度下进行成膜处理，但上述粘结剂的耐热温度相当低，例如为80℃左右，因此产生不能使用该粘结剂的问题。
另外，已知有通过喷镀在载置台的上表面埋入卡盘电极和加热器而形成的载置台结构，但在该情况下，该喷镀部分的耐热温度充其量为80℃左右，不能够耐受上述那样的高温。
发明内容
本发明着眼于以上的问题点，为了有效地解决上述问题而完成。本发明的目的在于提供能够充分进行处理容器内的脱气处理而形成高真空，并且能够耐受高温的载置台结构和等离子体成膜装置。
本发明第一方面涉及载置台结构，其载置被处理体以在上述被处理体上形成含有金属的薄膜，其特征在于，具有：内部埋入有卡盘用电极和加热器的陶瓷制的载置台；与上述载置台的周边部的下表面连接的金属制的凸缘部；金属制的基台部，其通过螺钉与上述凸缘部接合，并且在内部形成有用于流通制冷剂的制冷剂通路；和设置在上述凸缘部和上述基台部之间的金属密封部件。
这样，载置用于形成含有金属的薄膜的被处理体的载置台结构由：内部埋入有卡盘用电极和加热器的陶瓷制的载置台；与载置台的周边部的下表面连接的金属制的凸缘部；通过螺钉与凸缘部接合并且在内部形成有用于流通制冷剂的制冷剂通路的金属制的基台部；和设置在凸缘部和基台部之间的金属密封部件构成，因此能够充分地进行处理容器内的脱气处理而形成高真空，并且能够耐受高温。
本发明第二方面的特征在于：在本发明第一方面中，上述凸缘部设置为从上述载置台的下表面向下方延伸。
本发明第三发面的特征在于：在本发明第二方面中，上述基台部具备：圆板状的底板；和冷却护套部，其设置在上述底板上，在内部形成有上述制冷剂通路，并且位于上述凸缘部的内侧。
本发明第四方面的特征在于：在本发明第三方面中，上述冷却护套部由沿着水平方向被分成上下2部分而形成的2个块体构成。
本发明第五方面的特征在于：在本发明第四方面中，在上述2个块体内，从位于下方的下部块体侧通过弹性部件对位于上方的上部块体向上方施力。
本发明第六方面的特征在于：在本发明第五方面中，在上述弹性部件设置有由绝热材料形成的推举销。
本发明第七方面的特征在于：在本发明第五方面或第六方面中，在上述上部块体和上述下部块体的相对面形成有相互嵌合的凹凸部。
本发明第八方面的特征在于：在本发明第七方面中，在上述上部块体和上述下部块体的相对面间的间隙形成有用于缓和热传递的气体热传导缓和层。
本发明第九方面的特征在于：在本发明第一方面至第八方面所记载的任一方面中，上述载置台由形成为中空状的金属制的支柱支撑。
本发明第十方面的特征在于：在本发明第九方面中，在上述支柱内设置有与上述制冷剂通路连接的制冷剂管。
本发明第十一方面的特征在于：在本发明第九方面或第十方面中，在上述基台部的中央部形成有与上述中空状的支柱内连通的贯通孔。
本发明第十二方面的特征在于：在本发明第十一方面中，在上述支柱内和贯通孔内插通设置有与上述卡盘用电极连接的电极线路、与上述加热器连接的馈电线路、测定上述载置台的温度的热电偶线路和向上述载置台的上表面与上述被处理体的下表面之间供给气体的背面气体线路中的任意1个以上的线路。
本发明第十三方面的特征在于：在本发明第十二方面中，上述电极线路由作为导电性材料的金属管构成，上述金属管兼用作上述背面气体线路。
本发明第十四方面的特征在于：在本发明第十二方面或第十三方面中，在上述载置台的下表面的中央部接合有由绝缘材料构成的中空状的帽部，在上述帽部内插通有上述电极线路的上端部，并且上述馈电线路的上端部和上述热电偶线路的上端部位于上述帽部的外侧。
本发明第十五方面涉及等离子体成膜装置，其在被处理体上形成含有金属的薄膜，其特征在于，具有：能够抽真空的处理容器；用于载置被处理体的权利要求1～14中任一项上述的载置台结构；向上述处理容器内导入规定气体的气体导入单元；用于使等离子体向上述处理容器内发生的等离子体发生源；含有上述金属的金属靶；靶电源，供给用于向上述金属靶吸引上述气体的离子的电压；向上述载置台结构的卡盘电极供给偏置电力的偏置电源；和卡盘用电源，其向上述载置台结构的卡盘电极施加卡盘用的电压。
发明的效果
根据本发明涉及的载置台结构和等离子体处理装置，能够发挥如下所示的卓越的作用效果。
载置用于形成含有金属的薄膜的被处理体的载置台结构由：内部埋入有卡盘用电极和加热器的陶瓷制的载置台；与载置台的周边部的下表面连接的金属制的凸缘部；通过螺钉与凸缘部接合并且在内部形成有用于流通制冷剂的制冷剂通路的金属制的基台部；和设置在凸缘部和基台部之间的金属密封部件构成，因此能够充分进行处理容器内的脱气处理而形成高真空，并且能够耐受高温。
附图说明
图1是表示具有本发明的载置台结构的等离子体成膜装置的一个例子的截面图。
图2是表示载置台结构的第一实施例的主要部分的放大截面图。
图3是表示载置台结构的第一实施例的主要部分的构造分解图。
图4是表示图3中的A部的部分截面图。
图5是表示载置台的凹凸部的截面形状的变形例的图。
图6是表示载置台结构的载置台加热后的经过时间与温度的关系的曲线图。
图7是表示载置台结构的第二实施例的主要部分的放大截面图。
图8是表示载置台结构的第三实施例的主要部分的放大截面图。
图9是表示沿面放电的电压和沿面放电的距离的关系的曲线图。
图10是表示现有的载置台结构的概略图。
符号说明
20…等离子体成膜装置
22…处理容器
32…载置台结构
34…卡盘用电极
36…加热器
38…载置台
40…制冷剂通路
42…基台部
44…支柱
56…电极线路
58…卡盘用电源
60…偏置电源
62…馈电线路
68…背面气体线路
74…密封部件
76…等离子体发生源
84…金属靶
86…靶用电源
91…气体导入单元
100…凸缘部
118…底板
120…冷却护套部
130…金属密封部件
132A…上部块体
132B…下部块体
134A、134B…凹凸部
138…螺旋弹簧(弹簧部件)
140…推举销
142…气体热传导缓和层
150…帽部
具体实施方式
以下基于附图，对本发明的载置台结构和等离子体成膜装置的一个实施方式进行说明。
图1是表示具有本发明的载置台结构的等离子体成膜装置的一个例子的截面图。图2是表示载置台结构的第一实施例的主要部分的放大截面图。图3是表示载置台结构的第一实施例的主要部分的构造分解图。图4是表示图3中的A部的部分截面图。在此，作为等离子体成膜装置，以ICP(Inductively Coupled Plasma：电感耦合等离子体)型等离子体溅射装置为例进行说明。
首先，如图1所示，该等离子体成膜装置20具有例如由铝等形成为筒体状的处理容器22。该处理容器22接地，在其底部24设置有排气口26，通过调节压力的节流阀28，利用真空泵30能够被抽真空。
在该处理容器22内，为了在其上载置作为被处理体的半导体晶片W而设置有本发明的载置台结构32。该载置台结构32主要由以下部件构成：在内部埋入有卡盘用电极34和加热器36的陶瓷制的载置台38；和金属制的基台部42，其支持该载置台38，并且在内部形成有用于流通制冷剂的制冷剂通路40。在后文详细说明该载置台结构32。
该基台部42被从其下表面的中心部向下方延伸的形成为中空状的支柱44支撑，该支柱44的下部贯通上述容器底部24。该支柱44由金属、例如不锈钢、铝或铝合金等形成。而且，该支柱44通过未图示的升降机构能够上下移动，能够使上述载置台38自身升降。以包围上述支柱44的方式设置有可伸缩的波纹状的金属波纹管46，该金属波纹管46的上端气密地与上述基台部42的下表面接合，另外，其下端气密地与上述容器底部24的上表面接合，能够维持处理容器22内的气密性，同时允许上述载置台结构32的整体的升降移动。
另外，在容器底部24，从其向上方立起设置有例如3根(在图示例中，只标记了2根)支撑销48，另外，与该支撑销48对应，在上述载置台结构32设置有可上下移动的升降销50。因此，在使上述载置台结构32下降时，通过上述支撑销48推起升降销50，使其上端从载置台38的上表面向上方突出，在该升降销50的上端部接受半导体晶片W，在与从外部进入的搬送臂(未图示)之间能够移送该半导体晶片W。因此，在处理容器22的下部侧壁设置有搬入搬出口52，并且在该搬入搬出口52设置有用于使搬送臂进入的可开闭的闸阀54，该闸阀54的相反侧与例如成为真空的搬送室55连接。
另外，设置在上述载置台38的上述卡盘用电极34，通过插通于支柱44内的电极线路56分别与高压直流的卡盘用电源58和偏置电源60连接，上述偏置电源60由产生例如13.56MHz的高频的高频电源构成，通过静电力吸附保持半导体晶片W，并且能够对上述载置台38施加离子引入用的规定的偏置电力。在此，上述电极线路56由利用导电性材料制成的金属管、例如不锈钢制的管构成。
另外，设置在载置台38的加热器36与插通于支柱44内的馈电线路62的一端连接，该馈电线路62的另一端与供给电力能够被控制的加热器电源64连接。另外，在上述基台部42的制冷剂通路40上，插通在上述支柱44内的2根制冷剂管66A、66B分别与入口侧和出口侧连接，在上述制冷剂通路40中可控制地流通制冷剂，例如Galden(注册商标)。
另外，由上述金属管构成的电极线路56兼用作向载置台38的上表面和半导体晶片W的下表面之间供给传热性的气体的背侧气体线路68，能够使被控制流量的气体作为背侧气体在该电极线路56中流通。作为该气体，例如可以使用Ar等稀有气体。其中，可以与电极线路56分开而另外设置该背侧气体线路68。另外，在该支柱44内插通有测定载置台38的温度的热电偶线路70。
另一方面，在上述处理容器22的顶部，隔着O形环等密封部件74气密地设置有例如由氧化铝等电介质构成的对高频具有透过性的透过板72。而且，在该透过板72的上部设置有等离子体发生源76，该等离子体发生源76用于在处理容器22内的处理空间S中使例如作为等离子体激发用气体的Ar气等离子体化而发生等离子体。
此外，作为该等离子体激发用气体，可以代替Ar而使用其他的不活泼性气体、例如He、Ne等稀有气体。具体而言，上述等离子体发生源76具有与上述透过板72对应而设置的感应线圈部78，该感应线圈部78与等离子体发生用的例如13.56MHz的高频电源80连接，能够经由上述透过板72向处理空间S导入高频。
另外，在上述透过板72的正下方设置有使导入的高频扩散的例如由铝形成的挡板82。而且，在该挡板82的下部以包围上述处理空间S的上部侧方的方式，设置有例如截面向内侧倾斜并形成为环状(截头圆锥壳状)的金属靶84，该金属靶84与靶用的由可变直流电源构成的靶用电源86连接，该靶用电源86对该金属靶84供给用于吸引Ar离子的电压。另外，可以使用交流电源代替该直流电源。
另外，在金属靶84的外周侧设置有用于向其赋予磁场的磁铁88。在此，作为金属靶84，使用高熔点金属例如Ti(钛)，该Ti通过等离子体中的Ar离子被溅射成金属原子或者金属原子团，并且在通过等离子体中时大多被离子化。另外，作为上述金属靶84，可以使用选自Ti、Zr(锆)、Hf(铪)、Nb(铌)、Mn(锰)、Ta(钽)中的1种材料。
在该金属靶84的下部以包围上述处理空间S的方式，设置有例如由铝构成的圆筒状的保护盖90，该保护盖90接地，并且其下部向内侧弯曲，位于上述载置台38的侧部附近。另外，在处理容器22的底部24，设置有向该处理容器22内导入必要的规定气体的气体导入单元91。具体而言，该气体导入单元91具有气体导入口92，从该气体导入口92通过由气体流量控制器、阀等构成的气体控制部94供给作为等离子体激发用气体的例如Ar气、其他必要的气体例如N2气等。
在此，等离子体成膜装置20的各构成部构成为，与例如由计算机等构成的装置控制部96连接而被控制。具体而言，装置控制部96控制偏置电源60、等离子体发生用的高频电源80、由可变直流电源构成的靶用电源86、气体控制部94、节流阀28、和真空泵30等的动作。而且，上述装置控制部96具有存储介质98，其中存储有上述控制所必要的计算机可读取的程序。该存储介质98包括软盘、CD(Compact Disc：光盘)、硬盘、闪存或DVD等。
接着，对本发明的载置台结构32进行详细说明。如上所述，该载置台结构32主要具有陶瓷制的载置台38、和在上表面侧支撑载置台38的金属制的基台部42。如图2和图3所示，上述载置台38由整体较薄的圆板状的陶瓷材料形成，在其内部的上侧埋入上述卡盘用电极34，在其下部埋入上述加热器36，并且遍及载置台38的整个面而形成。作为该陶瓷材料，可以使用AlN、Al2O3、SiC等。
而且，在该载置台38的周边部的下表面连接有金属制的凸缘部100。该凸缘部100从上述下表面向下方延伸，该凸缘部100由：形成为圆形的环状的凸缘主体100A；和与该凸缘主体100A的内周侧连接的高度低的圆筒状的连接环100B构成。另外，在该凸缘主体100A和载置台38的周边部之间，为了提高吸热性，插入有黑耐酸铝(alumite)处理后的铝材料的圆形环状的板101。该圆形环状的板101沿着周方向以规定长度分割成多个例如3个，通过螺钉(未图示)固定在凸缘部100上。该情况下在该板101和载置台38之间设置有微小的间隙。另外，上述分割数目不限定为3个，还可以是整体形状。而且，如放大图3中的A部而表示的图4所示，上述连接环100B的上端部例如通过钎焊材料102连接固定在上述载置台38的周边部的下表面。另外，该连接环100B的下端部和上述凸缘主体100A的内周端例如通过熔接材料104连接固定，并且凸缘主体100A的外周端以与上述载置台38的外周端相比位于半径方向外方的方式设定得较长。
因此，上述载置台38和上述凸缘部100一体地连接固定。在此，上述凸缘主体100A的材料使用作为金属的例如不锈钢、铝、铝合金等，上述连接环100B的材料使用作为金属的例如Kovar(注册商标，可伐)。
而且，在上述载置台38和凸缘主体100A的周边部分别形成有用于插通上述升降销50的升降销孔106，并且在凸缘主体100A的更外周侧形成有螺钉孔107。另外，在凸缘主体100A的下表面的内周侧沿着其周方向形成环状的密封槽108。
在载置台38的中央部上下方向贯通地形成有气体孔110，与该气体孔110对应，由上述金属管构成的电极线路56的上端部例如通过钎焊连接在载置台38的下表面，可以从上述气体孔110放出背侧气体。而且，从该电极线路56的上端部使连接端子112分支而设置，并且该连接端子112的上端与上述卡盘用电极34连接，可以根据需要向上述卡盘用电极34施加偏置电压和卡盘用的直流高电压。
另外，在该载置台38的中央部的下表面，上述馈电线路62的上端通过连接端子114与上述加热器36连接，并且在其下表面，安装有作为上述热电偶线路70的上端部的热电偶的测温接点116。另外，上述馈电线路62在图示例中只表示了1根，但实际上为了流通电流，可以设置多根。
另外，安装在上述载置台38的下方的上述基台部42主要由金属制的圆板状的底板118和设置在该底板118上的圆板状的冷却护套部120构成，这些底板118和冷却护套部120通过未图示的螺栓一体地连接固定。作为构成上述底板118和冷却护套120的金属，可以使用不锈钢、铝或铝合金等。
上述冷却护套部120的直径的大小设定为略小于底板118的直径并且能够密接地容纳于上述凸缘部100的内侧。另外，该冷却护套部120的厚度设定为，在安装这些时能够与上述载置台38的下表面大致相接的厚度。
上述中空状的支柱44和包围其的波纹管46的各上端部分别通过熔接等气密地接合在上述底板118的中央部的下表面。另外，在该底板118和冷却护套部120的中央部，与上述中空状的支柱44内连通地形成有用于插通上述各线路56、62、70的贯通孔122。
另外，在底板118的周边部设置有向上下方向可伸缩的上述升降销50，并且在该升降销50的外周侧形成有与上述凸缘主体100A的螺钉孔107连通的螺钉穴124，通过螺钉126可以连接固定上述凸缘主体110A和底板118，使其组装为一体。该螺钉126沿着凸缘主体100A的周方向例如设置15根左右。而且，在上述升降销50的内周侧，以与上述凸缘主体100A的密封槽108相对的方式，密封槽128沿着周方向被设置成环状。而且，沿着该密封槽108、128嵌装有作为本发明特征的环状的金属密封部件130，能够将上述凸缘主体100A和底板118之间气密地密封。
这样，利用设置在凸缘部100和基台部38之间的金属密封部件130，即使上述支柱44内成为大气压，也能够实现耐高温并且耐高真空的密封性。作为该金属密封部件130，例如可以使用具有铝覆膜的不锈钢制的金属密封件。
另外，如上所述，在上述冷却护套部120，遍及其整个面形成有制冷剂通路40，在该制冷剂通路40的入口和出口分别连接有插通支柱44内的上述制冷剂管66A、66B，其中流通冷却用的制冷剂。而且，该冷却护套部120被沿水平方向上下分成2部分而成为2个块体、即：被分割为上部块体132A和下部块体132B，在下部块体132B上设置有上述冷却通路40。
在此，在上述冷却护套部120的分割面、即上部块体132A和下部块体132B的两相对面，以相互松动间隙而嵌合的状态嵌合的凹凸部134A、134B沿着其周方向例如形成为同心圆状，其传热面积(相对面积)设计得较大。另外，这些凹凸部134A、134B可以不是同心圆状，例如可以并列设置成直线状，其排列方向没有特别限定。另外，上述凹凸部134A、134B形成为截面方形状，但不限定于此，该凹凸部134A、134B的截面形状可以制成如图5(A)所示的截面三角形的锯齿形状、或如图5(B)所示的正弦曲线那样的波纹形状，无论是哪一种，只要能够扩大传热面积，就不限定其截面形状。
而且，在上述下部块体132B的上表面的周边部形成有弹簧凹部136。该弹簧凹部136沿着下部块体132B的周方向以等间隔设置有多个、例如4个左右。而且，在各弹簧凹部136内收容有作为弹簧部件的例如螺旋弹簧138，并且在该螺旋弹簧138中嵌装有推举销140，通过该推举销140对上部块体132A向上方施加力而将其顶起，能够使该上部块体132A的上表面以密接状态与上述载置台38的下表面接触。另外，作为上述弹簧部件不限于螺旋弹簧，可以使用板簧、碟形弹簧等。在此，上述推举销140由绝热材料例如ZrO2形成，能够防止推举销140的接触部分的热传导性局部地变高。
这样，利用推举销140将上述上部块体132A向上方顶起的结果是，在上述上部块体132A和下部块体132B的相对面之间产生微小的间隙，在该间隙部分，大气压的空气经由中空状的支柱44内侵入，因此，上述间隙作为用于缓和向上下方向的热传导的气体热传导缓和层142发挥作用。通过该气体热传导缓和层142，能够使半导体晶片W的背面侧面内均匀地进行热传导，并且均匀地冷却，能够防止半导体晶片W被局部地冷却。
而且，在上述载置台38的周边部的外侧，环状地设置有例如由氧化铝等形成的截面四角形的绝热件144，进一步以包围该绝热件144和该下方的基台部38的侧面的方式，环状地设置有例如由铝等形成的保护罩146。
接着，说明使用如上所述构成的等离子体成膜装置20而进行的成膜方法的一个例子。首先，在装置控制部96的支配下，通过使真空泵30动作，在成为真空的处理容器22内没有任何气体流通，对该处理容器22内的气氛进行排气，抽真空至达到高真空度，只在某种程度的期间中保持该状态。由此，排出附着在处理容器22的内壁或内部结构物的表面的气体、水分等，进行脱气(degas)处理。此时的处理容器22内的压力，如后文所述，能够抽真空至例如10-8Torr左右的高真空。
像这样，如果完成脱气处理，从搬送室55侧使用未图示的搬送臂将半导体晶片W搬入该处理容器22内，并将其载置在向下方下降的载置台结构32的载置台38上，使该载置台结构32上升到成膜位置。与此同时，从卡盘用电源58通过电极线路56对载置台38的卡盘用电极34施加直流的高电压、例如4000伏左右，由此通过产生的静电力将上述半导体晶片W吸附保持在载置台38上，防止半导体晶片W的脱落，并且良好地进行两者间的热传递，易于进行温度控制。
接着，使气体控制部94动作而流通Ar气，控制节流阀28，将处理容器22内维持在规定的成膜用的真空度。此后，从靶用电极86向金属靶84施加直流电力，进一步由高频电源80向感应线圈部78施加高频电力(等离子体电力)。与此同时，加热器电源64也被控制，向作为加热单元的加热器36施加电力，由此将半导体晶片W加热到规定的温度，例如维持该温度。
另一方面，装置控制部96向偏置电源60发出指令，对载置台38的卡盘用电极34施加规定的高频、例如13.56MHz的偏置电力。在这样被控制的处理容器22内，通过被施加于感应线圈部78的等离子体电力形成氩等离子体，从而生成氩离子，这些离子被施加于金属靶84的电压吸引而与金属靶84碰撞，该金属靶84被溅射，放出金属微粒。
另外，当来自被溅射的金属靶84的金属微粒即金属原子、金属原子团通过等离子体中时，大多被离子化。在此，金属微粒成为被离子化的金属离子和电中性的中性金属原子混合存在的状态，向下方飞散。特别是，该处理容器22内的成膜时的压力例如成为5mTorr左右，由此能够提高等离子体密度，以高效率将金属微粒离子化。
而且，金属离子进入通过施加给载置台38的卡盘用电极34的偏置电力而产生的、半导体晶片W面上的厚度几mm左右的离子壳层(ionsheath)区域时，以具有强指向性向半导体晶片W侧加速的方式被吸引，并且堆积在半导体晶片W上。而且，在成膜中，通过从等离子体中向半导体晶片W的表面碰撞的离子，半导体晶片W自身被加热，因此为了均匀地保持半导体晶片W的温度，控制来自加热器36的热供给量，使得从等离子体进入半导体晶片W的热量与该半导体晶片W由此向下方散发出的热均衡。
例如，为了将半导体晶片W的温度保持一定，从等离子体向半导体晶片W进入的热量如果少，相应地使从加热器32供给的热量增加，相反来自等离子体的热量如果过多，相应地减少从加热器32供给的热量。另外，在基台部42的冷却护套部120的制冷剂通路40中总是流通制冷剂，对冷却护套部120自身进行冷却，消除在上述加热器36侧产生的多余热量，易于进行半导体晶片W的温度控制。
其中，支撑载置台38的中空状支柱44的下端向大气开放，因此该支柱44内和载置台38的下方区域成为大气压状态，构成冷却护套部120的上下部块体132A、132B的间隙也成为大气压气氛，该间隙成为气体热传导缓和层142。因此，能够不将位于上方的上部块体132A局部地冷却，而从该上部块体132A遍及其整个面内方向均等或均匀地去除热量而冷却。
其结果是，上部块体132A在面内方向使温度变得均匀，因此能够使位于其上方的载置台38的面内方向的温度变得均匀，另外，也能够均匀地维持载置于该载置台36的上表面的半导体晶片W的温度的面内温度。而且，上述上部块体132A通过由绝缘性材料形成的推举销140向上方被施加力，因此该上述上部块体132A的上表面和载置台38的下表面面接触，两者间的热传导成为非常良好的状态。
在情况下，上部块体132A的温度成为处理温度、即例如400℃左右的高温，将上述气体热传导缓和层142夹在与上部块体132A之间而设置的下部块体132B的温度例如为50～60℃左右。另外，区划出上述气体热传导缓和层142的上下部块体132A、132B的相对面形成为凹凸状，传热面积变大，因此，如上所述能够维持温度的面内均匀性的同时进行两者间的高效的热传导和热传递。
另外，如上所述利用气体热传导缓和层142的功能，上部块体132A未被局部地冷却，因此其上的陶瓷制的载置台38也没有被局部冷却，由此能够防止破损。另外，因为能够如此防止载置台38的破损，所以能够使载置台38急速升温，因此，能够提高半导体晶片处理的生产效率。
进一步地讲，如上所述，上部块体132A、载置台38以及与之连接的凸缘部100也成为400℃左右的高温，该凸缘部100与下部的底板118之间由耐热性的金属密封部件130密封，因此与使用O形环的情况不同，具有耐热性，能够较高地维持处理容器22内的气密性。
另外，由于使用该金属密封部件130，所以在成膜处理之前进行的上述的脱气处理的情况下也能够将处理容器22内抽真空至高真空、例如10-8Torr左右。因此，能够充分地进行脱气处理(脱气处理)，从而能够形成无污染的纯金属膜。关于这一点，实验结果为：使用O形环作为密封部件的现有的等离子体处理装置最多只能抽真空到10-4Torr左右，而本发明的装置，使用金属密封部件(金属密封件)130的情况下，能够达到大致10-8Torr左右的高真空。
像这样，根据本发明，载置用于形成含有金属的薄膜的被处理体、例如半导体晶片W的载置台结构由以下部件构成：内部埋入有卡盘用电极34和加热器36的陶瓷制的载置台38；与载置台38的周边部的下表面连接的金属制的凸缘部100；通过螺钉126与凸缘部100接合，并且在内部形成有用于流通制冷剂的制冷剂通路40的金属制的基台部42；和设置在凸缘部100和基台部42之间的金属密封部件130。因此能够充分地进行处理容器22内的脱气处理形成高真空，并且能够耐受高温。
<本发明的载置台结构的升温实验>
在此，进行本发明的载置台结构的升温实验，因此，针对其评价结果进行说明。图6表示载置台结构的载置台加热后的经过时间与温度的关系的曲线图。在此，将载置台的加热器36的电流维持在上限值即15A以下。
根据图6所示的曲线图，从载置台38的加热开始，用大致65分钟左右将载置台38的温度从常温加热到350℃，能够达到大致5℃/min的升温速率。因此判断利用该载置台结构，能够大幅度地提高半导体晶片处理的生产率。顺便提及，在现有的等离子体成膜装置的情况下，当将载置台急速升温时，陶瓷制的载置台产生裂纹，因此升温速率充其量为2～3℃/min左右，如上所述，判断为本发明具有优位性。
<第二实施例>
接着说明本发明的载置台结构的第二实施例。图7是表示本发明的载置台结构的第二实施例的主要部分的放大截面图。另外，在图7中，与图2所示的构成部分相同的构成部分标注了相同的参照符号，省略其说明。
在之前的第一实施例的情况下，将冷却护套120上下分成2部分，即上部块体132A和下部块体132B，但不限定于此，如图7所示，也可以为冷却护套部120不被分割的一体结构。在该情况下，在上述冷却护套部120的上表面和载置台38的下表面之间设置微小的间隙，在此形成平面状的气体热传导缓和层142。
该情况下，上述冷却护套部120的上表面和载置台38的下表面之间的传热面积小于之前的第一实施例的情况，但能够发挥与第一实施例大致相同的作用效果。
<第三实施例>
接着说明本发明的载置台结构的第三实施例。图8是表示本发明的载置台结构的第三实施例的主要部分的放大截面图，图9是表示沿面放电的电压和沿面放电的距离的关系的曲线图。另外，在图8中，与图2所示的构成部分相同的构成部分标注了相同的参照符号，省略其说明。
在之前的实施例1、2的情况下，例如被施加4000伏的直流高压的电极线路56与接近大致零电位的热电偶线路70或馈电线路62之间，在这些各线路的上端和载置台38的下表面的连接部，有产生沿着载置台38的下表面发生放电的沿面放电的危险。因此，在之前的第一和第二实施例中，在冷却护套部120的中央部设置的贯通孔122的直径H1(参照图2)设定得比较大，必须使上述电极线路56与其他线路即热电偶线路70或馈电线路62之间的距离间隔设定为不会发生上述沿面放电的距离。
因此，直径H1变大，相应地冷却护套部120的有效面积变小，成为热无感应带(死区)的部分变大，对位于其上侧的载置台38的中心部的冷却效果降低，有使相对半导体晶片W的面内温度的均匀性劣化的危险。该情况下，由图9所示的曲线图可以判断，为了防止沿面放电，必须使例如被施加4000伏的电极线路56与其他线路之间间隔16mm以上。
因此，在该第三实施例中，如图8所示，由绝缘材料形成的中空状的帽部150通过粘接剂等接合设置在上述载置台38的下表面的中央部。而且，在该帽部150内插通上述电极线路56的上端部，防止发生沿面放电。作为构成该帽部150的绝缘材料，例如可以使用AlN等的陶瓷材料，该直径例如为5cm左右。而且，使上述馈电线路62的上端部和热电偶线路70的上端部位于该帽部150的外侧。
其结果是，能够使上述电极线路56的上端与其他线路、即馈电线路62和热电偶线路70的上端之间的距离减少，因此，能够使贯通孔122的直径H2的尺寸变小。因此，能够增加冷却护套部120的有效面积，所以成为热无感应带的部分变小，能够使半导体晶片W的面内温度的均匀性提高。
另外，在该情况下，其他方面也当然能够发挥与第一实施例相同的作用效果，能够将该第三实施例的内容适用于第二实施例。另外，在上述各实施例中，以形成金属膜即Ti膜作为含有金属的薄膜的情况为例进行说明，但不限定于此，在形成Cu膜、Ta膜等的其他的金属膜、这些金属的氮化膜或氧化膜等的薄膜的情况下，也能够适用本发明。
另外，在此作为载置台结构，以在这里设置有支柱的情况为例进行说明，但不限定于此，未设置支柱而直接将基台部设置在容器底部的载置台结构也适用本发明。
另外，在此作为被处理体，以半导体晶片为例进行说明，该半导体晶片也包括硅基板、GaAs、SiC、GaN等的化合物半导体基板，另外不限定于这些基板，液晶显示装置所使用的玻璃基板或陶瓷基板等也能够适用本发明。

Claims (15)

1.一种载置台结构，其载置被处理体以在所述被处理体上形成含有金属的薄膜，其特征在于，具有：
内部埋入有卡盘用电极和加热器的陶瓷制的载置台；
与所述载置台的周边部的下表面连接的金属制的凸缘部；
金属制的基台部，其通过螺钉与所述凸缘部接合，并且在内部形成有用于流通制冷剂的制冷剂通路；和
设置在所述凸缘部和所述基台部之间的金属密封部件。
2.如权利要求1所述的载置台结构，其特征在于：
所述凸缘部设置为从所述载置台的下表面向下方延伸。
3.如权利要求2所述的载置台结构，其特征在于：
所述基台部具备：
圆板状的底板；和
冷却护套部，其设置在所述底板上，在内部形成有所述制冷剂通路，并且位于所述凸缘部的内侧。
4.如权利要求3所述的载置台结构，其特征在于：
所述冷却护套部由沿着水平方向被分成上下2部分而形成的2个块体构成。
5.如权利要求4所述的载置台结构，其特征在于：
在所述2个块体内，从位于下方的下部块体侧通过弹性部件对位于上方的上部块体向上方施力。
6.如权利要求5所述的载置台结构，其特征在于：
在所述弹性部件设置有由绝热材料形成的推举销。
7.如权利要求5或6所述的载置台结构，其特征在于：
在所述上部块体和所述下部块体的相对面形成有相互嵌合的凹凸部。
8.如权利要求7所述的载置台结构，其特征在于：
所述上部块体和所述下部块体的相对面之间的间隙形成为用于缓和热传递的气体热传导缓和层。
9.如权利要求1所述的载置台结构，其特征在于：
所述载置台由形成为中空状的金属制的支柱支撑。
10.如权利要求9所述的载置台结构，其特征在于：
在所述支柱内设置有与所述制冷剂通路连接的制冷剂管。
11.如权利要求9或10所述的载置台结构，其特征在于：
在所述基台部的中央部形成有与所述中空状的支柱内连通的贯通孔。
12.如权利要求11所述的载置台结构，其特征在于：
在所述支柱内和贯通孔内插通设置有与所述卡盘用电极连接的电极线路、与所述加热器连接的馈电线路、测定所述载置台的温度的热电偶线路和向所述载置台的上表面与所述被处理体的下表面之间供给气体的背面气体线路中的任意1个以上的线路。
13.如权利要求12所述的载置台结构，其特征在于：
所述电极线路由作为导电性材料的金属管构成，所述金属管兼用作所述背面气体线路。
14.如权利要求12或13所述的载置台结构，其特征在于：
在所述载置台的下表面的中央部接合有由绝缘材料构成的中空状的帽部，在所述帽部内插通有所述电极线路的上端部，并且所述馈电线路的上端部和所述热电偶线路的上端部位于所述帽部的外侧。
15.一种等离子体成膜装置，用于对被处理体形成含有金属的薄膜，其特征在于，具有：
能够抽真空的处理容器；
用于载置被处理体的权利要求1～14中任一项所述的载置台结构；
向所述处理容器内导入规定气体的气体导入单元；
用于使等离子体向所述处理容器内发生的等离子体发生源；
含有所述金属的金属靶；
靶电源，供给用于向所述金属靶吸引所述气体的离子的电压；
向所述载置台结构的卡盘电极供给偏置电力的偏置电源；和卡盘用电源，其向所述载置台结构的卡盘电极施加卡盘用的电压。
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