CN102157427B - 载置台构造和处理装置 - Google Patents
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Abstract
载置台构造和处理装置。在陶瓷制的载置台主体(72)的内部埋设有被馈电导体部(94、96)。在载置台主体(72)的表面形成有凹部形态的连接孔(112),由与被馈电导体部电接合的高熔点金属、其合金或其化合物构成的连接端子(110)从该连接孔(112)的内部露出。为了向被馈电导体部进行馈电将设置在馈电用线路部件的前端的馈电用连接器部(114)插入到连接孔内。将应力缓和部件(116)设置在连接端子和馈电用连接器部之间。应力缓和部件和连接端子利用钎料(120)而接合。应力缓和部件由不含钴和镍的金属或其合金构成。因此,能够防止在连接端子和馈电用连接器部的接合部中发生金属元件的热扩散,防止接合强度的恶化。
Description
本申请是2008年1月16日提出的申请号为200880002521.3的同名申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及对半导体晶片等的被处理体实施热处理、等离子体处理的处理装置和用于其的载置台构造。
背景技术
一般,为了制造IC(集成电路)等的半导体装置,先制造以使用等离子体或者不使用等离子体对半导体晶片等的被处理体反复进行成膜处理、蚀刻处理、热处理、改质处理等的各种处理为目的的电路装置等。例如,在对每1块半导体晶片实施热处理的单片式的处理装置中,在能够抽成真空的处理容器内,设置内置有电阻加热器、静电卡盘的载置台构造,在该载置台构造的上面载置有半导体晶片的状态下流过规定的处理气体,使用或者不使用等离子体,在规定的处理条件下对晶片施加各种热处理(参照日本特开昭63-278322号专利公报、日本特开平07-078766号专利公报、日本特开平06-260430号专利公报、日本特开2004-356624号专利公报、日本特开平10-209255号专利公报等)。
当进行热处理时,使半导体晶片曝露在高温中,此外,对处理容器内使用清洁气体、刻蚀气体等的腐蚀性气体等。为了能够承受这种过于严格的环境,而倾向于在载置半导体晶片的上述载置台构造中,使用以AIN(氮化铝)为代表的陶瓷,使加热器部、静电卡盘与陶瓷材料一体地形成并埋入在载置台构造的内部。
此处说明现有技术的处理装置和载置台构造的一个例子。图14是表示现有技术的一般的等离子体处理装置的概略构成图。图15是表示载置台构造的馈电部的放大截面图。如图14所示,在成为筒体状的处理容器2内,设置有用于在上面载置半导体晶片W的载置台构造4。在处理容器2的顶部部分,设置有作为气体导入部件的喷淋头6,从它的下面的气体喷射孔6a喷射出所需要的气体。在喷淋头6上,连接着等离子体发生用的例如13.56MHz的高频电源8,使喷淋头6作为上部电极起作用。
在处理器2的底部设置有排气口10,能够排去处理器2内的氛围气体。载置台构造4由用于载置晶片W的载置台主体12,和用于支撑该载置台主体12的、从容器底部立起的支柱14构成。该载置台主体12由例如具有耐热性和耐腐蚀性的AlN等的陶瓷构成,在载置台主体12的内部一体地埋入有施加高频电力的下部电极(未图示)和成为静电卡盘的卡盘电极的电极16。通过支柱14内的馈电棒18的前端与电极16连接,需要时能够从电源20供给电力。
馈电棒18的上端相对于电极16的连接构造,由作为图14中的A部分的放大图的图15表示(参照日本特开平10-209255号专利公报)。载置台主体12内的电极16例如由Mo(钼)、W(钨)或它们的合金构成,由Mo或它的合金构成的连接端子22预先与电极16连接。在载置台主体12的下面形成有凹部状的连接孔24,从连接孔24的深处在连接孔24内露出连接端子22。在连接孔24内插入有作为馈电棒18的前端的馈电用连接器部26。为了吸收由热膨胀差引起的应力,在馈电用连接器部26和含有Mo的连接端子22之间插入由作为含Co(钴)和/或Ni(镍)的合金,例如CoFe-Ni合金的科瓦铁镍钴合金(注册商标)构成的应力缓和部件28。利用例如Ni合金钎料30、32将连接端子22和应力缓和部件28之间以及应力缓和部件28和馈电用连接器部26之间接合起来。
在接合时,将上述整个构造放入到高温炉内在高温下进行烧制。馈电棒18和馈电用连接器部26由Ni(镍)或它的合金构成。通过在馈电棒18的前端部分形成高低平面差(台阶差)而形成直径缩小部分,该直径缩小部分成为馈电用连接器部26。在馈电用连接器部26和应力缓和部件28的外周上,设置有例如由Ni构成的筒体状的引导部件34。
但是,当在高温时例如在500℃以上反复使用上述载置台构造时,会发生在应力缓和部件28中含有的金属例如Fe、Ni、Co等热扩散到含有Mo的连接端子22侧而与Mo结合,在连接端子22和钎料30的接合面附近形成脆的金属间化合物的现象。存在着在该脆的金属间化合物的部分处发生剥离,馈电用连接器部26从连接端子22脱离那样的问题。
该扩散现象特别在Co原子和Ni原子中显著地表现出来。图16模式地表示出图15中的B部分的电子显微镜照片。此处,如图示那样,能够理解应力缓和部件28中的Co在钎料30中进行热扩散,特别是在与含有Mo的连接端子22内的钎料的界面部分中聚集大量的Co元素36的状态。进一步,通过分析确认出应力缓和部件28和钎料30中的Ni也发生热扩散,聚集在与连接端子22内的钎料的界面部分。观察到即使将连接端子22的材料从Mo替换成W(钨),也会同样发生上述脆化现象,希望消除该现象。
发明内容
本发明是着眼于上述问题而提出的能够有效地解决这些问题的方案。本发明的目的在于提供一种能够防止发生在连接端子和馈电用连接器部的接合部中发生金属元素的热扩散,防止接合强度降低的载置台构造和使用其的处理装置。
为了实现上述目的,根据本发明的第一观点,能够提供一种载置台构造,包括:载置台主体,该载置台主体为陶瓷制的载置台主体,在上述载置台主体的内部埋设有被馈电导体部,并且在上述载置台主体的表面形成有凹部形态的连接孔,由与上述被馈电导体部电接合的高熔点金属、其合金或其化合物构成的连接端子从上述连接孔内露出;馈电用线路部件,该馈电用线路部件具有为了向上述被馈电导体部进行馈电而将前端插入到上述连接孔内的馈电用连接器部;应力缓和部件,该应力缓和部件由导电性材料构成,介于上述连接端子和上述馈电用连接器部之间用于缓和应力;和支撑上述载置台主体的支柱,上述载置台构造的特征在于:上述应力缓和部件由不含钴和镍的金属或其合金构成,上述应力缓和部件和上述连接端子利用钎料而接合。
根据上述载置台构造,因为当利用钎料接合上述应力缓和部件和连接端子时,由不含钴和镍的金属材料或它们的合金形成应力缓和部件,所以能够防止发生在连接端子和馈电用连接器部的接合部中的金属元素,特别是钴和镍的热扩散,防止伴随着扩散产生的接合强度降低。
在一个优选的实施方式中,上述应力缓和部件由选自不含钴和镍的殷钢型合金、不含钴和镍的恒弹性合金、Fe-Pd合金、Zr-Nb-Fe合金、Cr-Fe-Sn合金、Fe-B非晶质合金中的1种以上的材料构成。
此外,根据本发明的第二观点,能够提供一种载置台构造,包括:载置台主体,该载置台主体为陶瓷制的载置台主体,在上述载置台主体的内部埋设有被馈电导体部,并且在上述载置台主体的表面形成有凹部形态的连接孔,由与上述被馈电导体部电接合的高熔点金属、其合金或其化合物构成的连接端子从上述连接孔内露出;馈电用线路部件,该馈电用线路部件具有为了向上述被馈电导体部进行馈电而将前端插入到上述连接孔内的馈电用连接器部;应力缓和部件,该应力缓和部件由导电性材料构成,介于上述连接端子和上述馈电用连接器部之间用于缓和应力;和支撑上述载置台主体的支柱,上述载置台构造的特征在于:在上述应力缓和部件和上述连接端子的相对面内的至少任意一方的面上设置有阻挡层,并且上述应力缓和部件和上述连接端子利用钎料而接合。
根据上述载置台构造,因为当使用钎料接合应力缓和部件和连接端子时,在应力缓和部件和连接端子的相对面内至少任一方的面上设置有阻挡层,所以能够通过该阻挡层抑制发生在连接端子和馈电用连接器部的接合部中的金属元素,特别是钴和镍的热扩散,防止伴随着扩散而引起的接合强度降低。
在一个优选实施方式中,在上述应力缓和部件的整个表面和/或上述连接端子的整个表面上,分别设置有阻挡层。优选上述阻挡层由选自Re、铂族金属、金属氮化物、金属硅化物中的1种以上的材料构成。优选在上述钎料中不含镍。
根据本发明的第三观点,能够提供一种载置台构造,包括:载置台主体,该载置台主体为陶瓷制的载置台主体,在上述载置台主体的内部埋设有被馈电导体部,并且在上述载置台主体的表面形成有凹部形态的连接孔,由与上述被馈电导体部电接合的高熔点金属、其合金或其化合物构成的连接端子从上述连接孔内露出;馈电用线路部件,该馈电用线路部件具有为了向上述被馈电导体部进行馈电而将前端插入到上述连接孔内的馈电用连接器部;应力缓和部件,该应力缓和部件由导电性材料构成,介于上述连接端子和上述馈电用连接器部之间用于缓和应力;和支撑上述载置台主体的支柱,上述载置台构造的特征在于:上述连接端子由具有导电性和耐氧化性的金属间化合物构成,上述连接端子和上述应力缓和部件利用钎料而接合。
根据上述载置台构造,因为由具有导电性和耐氧化性并且不会因热扩散溶入钴和镍的金属间化合物形成连接端子,所以即便利用钎料接合连接端子和应力缓和部件,也能够抑制发生在连接端子和馈电用连接器部的接合部中的金属元素,特别是钴和镍的热扩散,防止伴随着扩散而引起的接合强度降低。
在一个优选实施方式中,上述金属间化合物由MoSi2或Maxthal(注册商标)构成。在一个优选实施方式中,上述馈电用连接器部和上述应力缓和部件的外周被筒体状的引导部件所包围。
根据本发明的第四观点,能够提供一种载置台构造,包括:载置台主体,该载置台主体为陶瓷制的载置台主体,在上述载置台主体的内部埋设有被馈电导体部,并且在上述载置台主体的表面形成有凹部形态的连接孔,由与上述被馈电导体部电接合的高熔点金属、其合金或其化合物构成的连接端子从上述连接孔内露出;馈电用线路部件,该馈电用线路部件具有为了向上述被馈电导体部进行馈电而将前端插入到上述连接孔内的馈电用连接器部;和支撑上述载置台主体的支柱,上述载置台构造的特征在于:在上述连接端子的与上述馈电用连接器部的相对面上设置有阻止钴和镍扩散的阻挡层,并且上述连接端子和上述馈电用连接器部利用钎料而接合。
根据上述载置台构造,因为当利用钎料接合应力缓和部件和连接端子时,在连接端子的与上述馈电用连接器部的相对面上设置有阻止钴和镍扩散的阻挡层,所以能够由该阻挡层抑制发生在连接端子和馈电用连接器部的接合部中的金属元素,特别是钴和镍的热扩散,防止伴随着扩散而产生的接合强度降低。此外,此时优选在连接端子和馈电用连接器部之间不插入应力缓和部件。
根据本发明的第五观点,能够提供一种载置台构造,包括:载置台主体,该载置台主体为陶瓷制的载置台主体,在上述载置台主体的内部埋设有被馈电导体部,并且在上述载置台主体的表面形成有凹部形态的连接孔,由与上述被馈电导体部电接合的高熔点金属、其合金或其化合物构成的连接端子从上述连接孔内露出;馈电用线路部件,该馈电用线路部件具有为了向上述被馈电导体部进行馈电而将前端插入到上述连接孔内的馈电用连接器部;和支撑上述载置台主体的支柱,上述载置台构造的特征在于:上述连接端子和上述馈电用连接器部成为利用规定的按压力机械地接触的状态。
根据上述载置台构造,因为上述连接端子和上述馈电用连接器部成为利用规定的按压力机械地接触的状态,所以能够抑制在连接端子和馈电用连接器部的接合部中的金属元素钴和镍的热扩散,此外,假定即便产生热扩散,也能够确保由机械按压力进行机械接触的连接端子和馈电用连接器部的导通。
根据本发明的第六观点,能够提供一种载置台构造,包括:载置台主体,该载置台主体为陶瓷制的载置台主体,在上述载置台主体的内部埋设有被馈电导体部,并且在上述载置台主体的表面形成有凹部形态的连接孔,由与上述被馈电导体部电接合的高熔点金属、其合金或其化合物构成的连接端子从上述连接孔内露出;馈电用线路部件,该馈电用线路部件具有为了向上述被馈电导体部进行馈电而将前端插入到上述连接孔内的馈电用连接器部;和支撑上述载置台主体的支柱,上述载置台构造的特征在于:上述连接端子和上述馈电用连接器部由具有导电性和耐氧化性的金属间化合物构成,上述连接端子和上述馈电用连接器部利用焊接而接合。
根据上述载置台构造,因为连接端子和馈电用连接器部,由具有导电性和耐氧化性的金属间化合物构成,利用焊接将连接端子和馈电用连接器部连接起来,所以能够抑制发生在连接端子和馈电用连接器部的接合部中的金属元素,特别是钴和镍的热扩散,防止伴随着扩散而产生的接合强度降低。
根据本发明的第七观点,能够提供一种载置台构造,包括:载置台主体,该载置台主体为陶瓷制的载置台主体,在上述载置台主体的内部埋设有被馈电导体部,并且在上述载置台主体的表面形成有凹部形态的连接孔,由与上述被馈电导体部电接合的高熔点金属、其合金或其化合物构成的连接端子从上述连接孔内露出;馈电用线路部件,该馈电用线路部件具有为了向上述被馈电导体部进行馈电而将前端插入到上述连接孔内的馈电用连接器部;和支撑上述载置台主体的支柱,上述载置台构造的特征在于:上述连接端子由具有导电性和耐氧化性的金属间化合物构成,上述连接端子和上述馈电用连接器部利用钎料而接合。
根据上述载置台构造,因为当利用钎料接合连接端子和馈电用连接器部时,由具有导电性和耐氧化性的金属间化合物形成连接端子,所以能够抑制发生在连接端子和馈电用连接器部的接合部中的金属元素,特别是钴和镍的热扩散,防止伴随着扩散而产生的接合强度降低。
优选上述金属间化合物由MoSi2或Maxthal(注册商标)构成。
根据本发明的第八观点,能够提供一种载置台构造,包括:载置台主体,该载置台主体为陶瓷制的载置台主体,在上述载置台主体的内部埋设有被馈电导体部,并且在上述载置台主体的表面形成有凹部形态的连接孔,由与上述被馈电导体部电接合的高熔点金属、其合金或其化合物构成的连接端子从上述连接孔内露出;馈电用线路部件,该馈电用线路部件具有为了向上述被馈电导体部进行馈电而将前端插入到上述连接孔内的馈电用连接器部;和支撑上述载置台主体的支柱,上述载置台构造的特征在于:上述连接端子和上述馈电用连接器部均由高熔点金属构成,上述连接端子和上述馈电用连接器部利用钎料而接合。
根据上述载置台构造,因为连接端子和馈电用连接器部均由高熔点金属构成,利用钎料接合连接端子和馈电用连接器部,所以能够防止发生在连接端子和馈电用连接器部的接合部中的金属元素的热扩散,防止接合强度恶化。
在一个优选实施方式中,通过旋入将上述馈电用连接器部和上述馈电用线路部件连结起来。这时,优选上述钎料是选自由Au构成的Au钎料与由Ag和Ti构成的Ag-Ti钎料中的1种钎料。
这时,优选上述高熔点金属是选自钼(Mo)、钼合金(Mo合金)、钨(W)和钨合金(W合金)中的1种以上的材料。
在一个实施方式中,上述被馈电导体部是作为发热体的加热器部。在一个其它的实施方式中,上述被馈电导体部是静电卡盘的卡盘电极。在另一个其他的实施方式中,上述被馈电导体部是接受高频电力的馈电的下部电极。
优选在利用上述钎料接合的各部件的表面上,预先形成与上述钎料相同的材料的金属膜。
而且,根据本发明,能够提供一种处理装置,该处理装置用于对被处理体施加处理,其特征在于,包括:能够被排气的处理容器;为了载置被处理体而设置在上述处理容器内的根据第一观点~第八观点中的任一观点上述的载置台构造;和向上述处理容器内导入气体的气体导入部件。在一个实施方式中,向上述载置台构造内供给不活泼性气体。
附图说明
图1是表示与本发明有关的处理装置的构成图。
图2是表示用于处理装置的与本发明有关的载置台构造的部分截面图。
图3是表示载置台构造的第一实施方式的部分放大截面图。
图4是表示载置台构造的分解状态的部分放大截面图。
图5是与本发明有关的载置台构造的第二实施方式的主要部分放大截面图。
图6是表示载置台构造的第二实施方式中的应力缓和部件和连接端子的变形例的图。
图7是与本发明有关的载置台构造的第三实施方式的主要部分放大截面图。
图8是与本发明有关的载置台构造的第四实施方式的主要部分放大截面图。
图9是与本发明有关的载置台构造的第五实施方式的主要部分放大截面图。
图10是与本发明有关的载置台构造的第六实施方式的主要部分放大截面图。
图11是与本发明有关的载置台构造的第七实施方式的主要部分放大截面图。
图12是与本发明有关的载置台构造的第八实施方式的主要部分放大截面图。
图13是表示第八实施方式的载置台构造的分解状态的部分放大截面图。
图14是表示使用现有的一般的等离子体的处理装置的概略构成图。
图15是表示载置台构造的馈电部的放大截面图。
图16是模式地表示图15中的B部分的电子显微镜照片的图。
具体实施方式
下面,根据附图详细述说与本发明有关的载置台构造和处理装置的一个优选实施方式。图1是表示与本发明有关的处理装置的构成图,图2是表示用于处理装置的与本发明有关的载置台构造的部分截面图,图3是表示载置台构造的第一实施方式的部分放大截面图,图4是表示载置台构造的分解状态的部分放大截面图。
<第一实施方式>
此处,作为本发明所涉及的处理装置以平行平板型的等离子体处理装置为例来进行说明。如图1所示,平行平板型的等离子体处理装置40例如具有由铝合金等成形成筒体状的处理容器42。该处理容器42的底部的中央部分形成向下凸出并中空(凹陷)的排气空间44。该排气空间44由有底圆筒体46区划出来。有底圆筒体46的底部成为处理容器42的底部的一部分。在有底圆筒体46的侧部设置有排气口48,在途中插入地设置有未图示的压力调整阀、真空泵等的排气管50与该排气口48连接,能够将上述处理容器42内抽真空到规定的压力。
在处理容器42的侧壁,形成搬入搬出作为被处理体的半导体晶片W的搬入搬出口52,并且在该搬入搬出口52上设置有当搬入搬出晶片W时打开的门阀54。
处理容器42的顶部开口,在该开口部中经过绝缘部件56设置有作为气体导入部件的喷淋头58。在喷淋头58和绝缘部件56之间,为了维持处理容器42内的气密性插入地设置有例如由O环等构成的密封部件60。在喷淋头58的上部设置有气体导入口62。在喷淋头58下面的气体喷射面中设置有多个气体喷射孔64,向处理空间S喷射需要的处理气体。在图示例中喷淋头58内成为1个空间,但是也存在着具有将内部空间划分成多个空间,不使不同的气体在喷淋头58内混合而是使其分别被供给至处理空间S的形式的喷淋头。
喷淋头58具有作为等离子体发生用的上部电极起作用的功能。具体地说,经过匹配电路66使等离子体发生用的高频电源68与该喷淋头58连接。该高频电源68的频率,例如为13.56MHz,但是不限定于该频率。在处理容器42内,为了载置半导体晶片W设置着与本发明有关的载置台构造70。该载置台构造70主要由将晶片W直接载置在作为它上面的载置面上的形成大致圆板状的载置台主体72、和用于支撑该载置台主体72从容器底部立起的圆筒状支柱71构成。
在载置台主体72的下方,设置有当搬入搬出晶片W时,从下向上突起地支撑它的升降销机构74。该升降销机构74具有沿载置台主体72的周方向等间隔地配置的例如3根(图示例中只表记有2根)的升降销76,各升降销76的下端部由圆弧状的销基板78支撑着。该销基板78,贯通处理容器42的底部,与通过致动器82而能够上下移动的升降杆80相连结。在升降杆80的处理容器42底部的贯通部中设置有一面维持处理容器42内的气密性一面允许升降杆80上下移动的能够伸缩的波纹管84。
载置台主体72,与各升降销76对应地设置有销插通孔86,通过使升降杆80上下移动,能够使插通到销插通孔86内的升降销76在载置面上出没(伸出退回),从而顶着晶片W使其支撑上升(支撑其上升)或支撑下降(支撑其下降)。整个载置台主体72和整个支柱71由没有金属污染并且耐热性优越的材料,例如陶瓷形成。为了维持处理容器42内的气密性(气体密封性),通过未图示的螺栓等使支柱71的下端部经由O环等的密封部件88,与在处理容器42的底部形成的开口90的周边部连结起来。作为上述的陶瓷,能够使用氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)、石英(SiO2)等。
在载置台主体72中,如图2所示,分别埋入有作为第一被馈电导体部的静电卡盘的卡盘电极94和作为第二被馈电导体部的发热体的加热器部96。卡盘电极94被设置在载置面的正下面附近,通过静电力吸附并保持晶片W。在卡盘电极94的下方设置加热器部96来加热晶片W。
在例示的实施方式中,卡盘电极94还具有作为当生成等离子体时施加偏置电压的下部电极的功能。卡盘电极94和加热器部96由W、Mo、V、Cr、Mn、Nb、Ta等的高熔点金属、上述高熔点金属的化合物或含有上述高熔点金属的合金构成。此处,卡盘电极94和加热器部96由主要含有Mo、W或Mo和W中的至少一种的合金形成。
馈电用线路部件98与卡盘电极94连接。相对于加热器部96连接有馈电用线路部件100、102。各馈电用线路部件98、100、102插通到与处理容器42的内部空间气密地隔离的圆筒状支柱71的内部空间中,通过容器底部的开口而延伸到下方。卡盘用的直流电源104和偏置用的高频电源106与卡盘电极94用的馈电用线路部件98连接。加热器电源108与加热器部96用的馈电用线路部件100、102连接。此外,在例示的实施方式中,加热器部96以均等地加热载置台主体72的方式构成(1个区域加热),但是例如,也可以与载置台主体72的同心圆状地设置多个加热区域,利用多个加热器部分别独立地加热各加热区域。这时,与各加热器部对应地设置馈电用线路部件100、102。此外,需要时,也可以使馈电用线路部件98直接与地连接。
与卡盘电极94和加热器部96对应的馈电用线路部件98~102的上端部的连接构造是完全相同的。此处,参照图3和图4,代表性地说明加热器部96和馈电用线路部件102的连接构造。
如图3和图4所示,在预先连接有连接端子110的状态下,将加热器部96埋入到载置台主体72中。在载置台主体72的下面形成凹部即连接孔112。从连接孔112的深处(孔的上面)在连接孔112的内部空间中露出连接端子110的前端部(下端部)。连接端子110能够由W、Mo、Nb、Ta等的高熔点金属或以上述高熔点金属为基础的合金或含有上述高熔点金属的金属间化合物(例如,MoSi2、Ti5Si3、NiAl、TiAl3、NbAl3、ZrAl3、Mo3Al8、Nb3Al)形成。此处,连接端子110主要由含有Mo或W的材料形成。
在例示的实施方式中,馈电用线路部件102,以它的全体作为棒状的馈电棒的方式形成。在馈电用线路部件102的上部设置分段部分,从该分段部分到上方形成直径收缩部(缩径部),该直径收缩部成为馈电用连接器部114。此外,也可以不设置直径收缩部,将馈电用线路部件102的上端部作为馈电用连接器部。馈电用线路部件102例如由Ni形成。在馈电用线路部件114和连接端子110之间,插入有用于缓和它们之间的应力的由导电性材料构成的应力缓和部件116。在应力缓和部件116和馈电用连接器部114的外周侧,安装有例如由Ti构成的圆筒状的引导部件118。用例如不含有Ni,但是含有Pd、Ag、Ti中的至少1种的钎料120将连接端子110、应力缓和部件116和引导部件118的一端之间接合起来。用例如不含有Ni,但是含有Pd、Ag、Ti中的至少1种的钎料122将应力缓和部件116和馈电用连接器部114之间接合起来。用例如不含有Ni,但是含有Pd、Ag、Ti中的至少1种的钎料124将引导部件118的另一端和馈电用线路部件102之间接合起来。
应力缓和部件116由作为不含钴(Co)和镍(Ni)的低热膨胀材料的金属或它们的合金构成。具体地说,作为应力缓和部件116,能够使用选自不含钴和镍的殷钢性合金、不含钴和镍的恒弹性合金、Fe-Pd合金Zr-Nb-Fe合金、Cr-Fe-Sn合金、Fe-B非晶质合金中的1种以上的材料。此外,作为殷钢性合金能够使用Fe-46Pd合金、Fe-17at%B合金。这样,应力缓和部件116的材料不含有与Mo之间生成脆的化合物的钴和镍,在将Mo作为主要构成材料的连接端子110中,阻止发生在现有技术的载置台构造中发生的钴和镍的扩散。
如图4所示,在作为馈电用线路部件102的前端部的馈电用连接器部114中,暂时安装着应力缓和部件116、钎料120、122、124和引导这些部件的组合的引导部件118等,将该暂时组装立体插入到上述连接孔112内,在该状态中加热来涂敷钎料。因此,馈电用线路部件102与由陶瓷构成的载置台主体72连接。此外,如上述那样,各馈电用线路部件98、100、102的连接构造是相同的。此外,如图1所示,从不活泼性气体供给部128将N2等的不活泼性气体(也包含Ar等的稀有气体)导入到圆筒状支柱71内,防止上述各金属表面的氧化。
下面,说明如以上那样构成的等离子体处理装置40的工作。首先,用未图示的搬运臂保持未处理的半导体晶片W,经过成为打开状态的门阀54、搬入搬出口52搬入到处理容器42内。在将晶片W交付给已上升的升降销76后使升降销76下降,由此,将晶片W载置在载置台构造70的载置台主体72的上面。
其次,一面分别控制作为各种处理气体的例如成膜气体到喷淋头58的流量,一面进行供给,从气体喷射孔64吹出该气体进行喷射,导入到处理空间S中。而且,通过持续驱动未图示的设置在排气管50上的真空泵,对处理容器42内和排气空间44内的气体进行真空抽气,而且,调整压力调整阀的阀开启度将处理空间S的气体维持在规定的处理压力。这时,将晶片W的温度维持在规定的处理温度。即,通过从加热器电源108经过馈电用线路部件100、102将电力施加在载置台主体72的加热器部96上来加热加热器部96,因此加热整个载置台主体72。
结果,加热载置在载置台主体72上的晶片W。这时,利用设置在载置台主体72中的未图示的热电偶测定晶片温度,根据该测定值进行温度控制。此外,与此同时为了进行等离子体处理,通过驱动高频电源68,在作为上部电极的喷淋头58和作为下部电极的载置台主体72之间施加高频,在处理空间S中生成等离子体。与此同时,在形成静电卡盘的卡盘电极94上施加电压,利用静电力吸附晶片W。而且,在该状态下进行规定的等离子体处理。此外,这时,通过从偏置用的高频电源106将高频施加在载置台主体72的卡盘用电极94上,而能够引入等离子体的离子。
当反复进行这种晶片W的处理时,每次,载置台主体72都曝露在高温,存在着该温度也与处理样态有关上升到约700℃的情形。当曝露在这样的高温中时,存在着构成各部件的材料中的各金属元素与它的扩散系数相应地发生热扩散的可能性。如参照图15和图16说明的那样,在现有的载置台构造中,存在着产生在应力缓和部件28中含有的钴和镍或在钎料中含有的镍扩散,到达连接端子22侧并在那里形成脆的金属间化合物,在该金属间化合物与钴和镍不扩散的区域的边界部分发生剥离等的问题的担心。
但是,在本发明的第一实施方式的情形中,应力缓和部件116不含有钴和镍,即该应力缓和部件116由不含有钴和镍的金属或它们的合金构成。因此,不会形成由上述那样的扩散钴和扩散镍产生的脆的金属间化合物。此外,因为钎料不含有镍,所以也不会形成由镍的扩散产生的脆的金属间化合物。结果,能够防止上述馈电用线路部件102从连接端子110剥离脱落。在相同连接构造的各馈电用线路部件98、100、102中同样能够得到这种有利的效果。
这样,因为以应力缓和部件116由不含有钴和镍的金属或它们的合金构成,利用不含有镍的钎料接合应力缓和部件116和连接端子110的方式进行构成,所以能够防止伴随在连接端子110和馈电用连接器部114的接合部中的金属元素,特别是钴和镍的热扩散而引起的接合强度的降低。
<第二实施方式>
下面说明本发明的载置台构造的第二实施方式。图5是与本发明有关的载置台构造的第二实施方式的主要部分放大截面图,图6是表示载置台构造的第二实施方式中的应力缓和部件和连接端子的变形例的图。此外,在图5和图6中在与图2~图4所示的部分相同的构成部分上附加相同的标号,并省略对它们的说明。在前面的第一实施方式中,从应力缓和部件116的材料中排除钴和镍,但是在该第二实施方式中,设置有阻止钴和镍的阻挡层。
具体地说,如图5所示,在上述应力缓和部件116和连接端子110的相对面上,设置有防止钴和镍扩散用的阻挡层130、132,防止来自应力缓和部件116侧的钴和镍的扩散。而且,利用含有Ni、Pd、Ag、Ti中的至少1种的钎料120接合应力缓和部件116和连接端子110。
这时,如从上述说明可以看到的那样,作为应力缓和部件116,既可以用在第一实施方式中说明的不含有钴和镍的应力缓和部件116,也可以用在如图16的现有构造中说明的含有钴和/或镍的应力缓和部件。
作为阻挡层130、132,能够使用选自Re、铂族金属、金属氮化物、金属硅化物中的1种以上的材料。具体地说,除了Re(铼)外作为铂族金属,例如能够使用Ru(镣)、Ir(铱)、Pt(铂)等,作为金属氮化物能够使用TiN、TaN等,作为金属硅化物能够使用MoSi2等。特别是,当连接端子110含有许多Mo时,作为阻挡层130、132使用Re、Pt或将Re或Pt作为主成分的合金是优选的。当连接端子110含有许多W时,作为阻挡层130、132使用从Re、Ru、Ir、Pt或Re、Ru、Ir和Pt中选出的2种以上的金属的合金(例如,Re-Ru合金、Re-Ir合金、Re-Pt合金、Ru-Ir合金、Ru-Pt合金、Ir-Pt合金、Re-Ru-Ir合金、Re-Ru-Pt合金、Re-Ir-Pt合金、Ru-Ir-Pt合金、Re-Ru-Ir-Pt合金)是优选的。
这时,如图6所示,也可以使用阻挡层132、130覆盖连接端子110和/或应力缓和部件116的整个表面,这时,能够更有效地防止发生由钴和镍的扩散产生的脆的金属间化合物。
这样,因为在应力缓和部件116和连接端子110的相对面上设置阻挡层130、132,并且利用钎料120接合应力缓和部件116和连接端子110,所以能够利用阻挡层130、132防止伴随连接端子110和馈电用连接器部114的接合部中的金属元件,特别是钴和镍的热扩散而导致的接合强度降低。在例示的实施方式中,在应力缓和部件116和连接端子110的两个相对面上分别设置有阻挡层130、132,但是也可以只设置阻挡层132。这时,钎料120不含有Ni。
<第三实施方式>
下面说明本发明的载置台构造的第三实施方式。图7是与本发明有关的载置台构造的第三实施方式的主要部分放大截面图。此外,在图7中,在与图2~图6所示的部分相同的构成部分上附加相同的标号,并省略对它们的说明。在前面的第一实施方式中,从应力缓和部件116的材料中排除钴和镍,但是在该第三实施方式中,作为连接端子110的材料使用钴和镍不会发生热扩散而熔入的材料。
具体地说,如图7所示,作为连接端子110的材料,使用具有导电性和耐氧化性的金属间化合物。经由钎料120将连接端子110和应力缓和部件116接合起来。此处,作为形成连接端子110的金属间化合物能够使用MoSi2或Maxthal(注册商标)等。作为上述Maxthal,具体地说能够用Maxthal312、211。
这时,如从上述说明看到的那样,作为上述应力缓和部件116,既可以使用在第一实施方式中说明的不含有钴和镍的应力缓和部件,也可以使用在图16的现有构造中说明的含有钴和/或镍的应力缓和部件。
这样,因为使用具有导电性和耐氧化性的金属间化合物形成连接端子110,使用含有Ni、Pd、Ag、Ti中的至少1种的钎料120接合连接端子110和应力缓和部件116,所以能够防止伴随在连接端子110和馈电用连接器部114的接合部中的金属元件,特别是钴和镍的热扩散而导致的接合强度降低。此外,在上述各第一~第三实施方式中,也可以省略引导部件118。
<第四实施方式>
下面说明本发明的载置台构造的第四实施方式。图8是与本发明有关的载置台构造的第四实施方式的主要部分放大截面图。此外,在图8中,在与图2到图7所示的部分相同的构成部分上附加相同的标号,并省略对它们的说明。在前面的第一~第三实施方式中,设置有应力缓和部件116,但是这里不设置该应力缓和部件116,而直接连接连接端子110和馈电用连接器部114。此外,在该第四实施方式中,在连接端子110的与馈电用连接器部114的相对面上设置有阻止钴和镍扩散的阻挡层。
具体地说,如图8所示,不设置在前面的实施方式中使用的应力缓和部件116,而直接连接例如含有Mo的连接端子110和含有Ni的馈电用连接器部114。在连接端子110的与馈电用连接器部114的相对面上设置有防止钴和镍扩散用的阻挡层132,阻止来自馈电用连接器部114和钎料136的钴和镍向连接端子110内的扩散。这里,使用例如含有Ni、Pd、Ag、Ti中的至少1种的钎料136接合连接端子110和馈电用连接器部114。此外,这里也不设置引导部件118(请参照图3)。这时,作为连接端子110的材料,既可以使用如在图3所示的第一实施方式中说明的含有Mo的材料,或者也可以使用图7所示的第三实施方式中说明的金属间化合物。在该实施方式中,因为不设置含有钴和/或镍的应力缓和部件116,所以能够消除由含有钴和/或镍的热扩散引起的问题。此处作为阻挡层132能够使用与第二实施方式同样的材料。
这样,因为在连接端子110的与馈电用连接器部114的相对面上设置有阻挡层132,并且利用钎料136接合连接端子110和馈电用连接器部114,所以,利用阻挡层能够防止伴随在连接端子110和馈电用连接器部114的接合部中的金属元件,特别是钴和镍的热扩散而导致的接合强度降低。
<第五实施方式>
如从上述第四实施方式的构造省略钎料136,与图9所示的第五实施方式有关的放大图那样,也可以形成使连接端子110和馈电用连接器部114直接机械地接触的状态。这时,通过由线圈弹簧、板弹簧、竹弹簧等构成的弹性部件138将按压力赋予棒状的馈电用线路部件102,确保馈电用线路部件102和连接端子110稳定的电连接。
这时,能够发挥与上述第四实施方式同样的作用效果,例如能够抑制连接端子110和馈电用连接器部114的接合部中的金属元素发生热扩散,并且,即便发生热扩散也对由机械接触产生的电连接没有影响。进一步,因为不用钎料等实施接合,所以也能够缓和由连接端子110和馈电用连接器部114之间的线膨胀数差引起的热应力。
<第六实施方式>
下面说明本发明的载置台构造的第六实施方式。图10是与本发明有关的载置台构造的第六实施方式的主要部分放大截面图。此外,在图10中,在与图2~图9所示的部分相同的构成部分上附加相同的标号,并省略对它们的说明。在该第六实施方式中,与第四和第五实施方式同样,不设置应力缓和部件116,而直接接合连接端子110和馈电用连接器部114。具体地说,利用具有导电性和耐氧化性的金属间化合物构成连接端子110和馈电用连接器部114,不使用钎料等而通过例如电焊接(点焊接)直接接合两者,在边界部分形成焊接部140。这里,作为金属间化合物,能够使用在前面的第三实施方式中说明的MoSi2或Maxthal。
这时,也可以使用上述的金属间化合物形成整个棒状的馈电用线路部件102,但是因为MoSi2或Maxthal价格高,比较缺少韧性,所以也可以使用金属间化合物只形成棒状的馈电用线路部件102的前端部分(含有馈电用连接器部114),使用Ni等的耐腐蚀性金属形成其它部分。
这样,因为连接端子110和馈电用连接器部114由具有导电性和耐氧化性的金属间化合物构成,通过焊接将连接端子110和馈电用连接器部114接合起来,所以能够防止伴随在连接端子110和馈电用连接器部114的接合部中的金属元素,特别是钴和镍的热扩散而引起的接合强度降低。
<第七实施方式>
下面说明本发明的载置台构造的第七实施方式。图11是与本发明有关的载置台构造的第七实施方式的主要部分放大截面图。在图11中,在与图2~图10所示的部分相同的构成部分上附加相同的标号,并省略对它们的说明。在该第七实施方式中,与前面的第四~第六实施方式同样不设置应力缓和部件116,而将具有导电性和耐氧化性的金属间化合物用于连接端子110。即,与从图7所示的第三实施方式的构成省略了应力缓和部件116的构造相同。
具体地说,如图11所示的那样,作为连接端子110使用金属间化合物,利用钎料136接合该连接端子110和馈电用连接器部114。此处,钎料136含有Ni、Pd、Ag、Ti中的至少1种。作为金属间化合物,能够使用与在图7所示的第三实施方式和图10所示的第六实施方式中说明的相同的材料,即MoSi2、Maxthal。这时,馈电用连接器部114既可以与现有构造同样地利用Ni形成,也可以利用金属间化合物形成。
这样,因为连接端子110由具有导电性和耐氧化性的金属间化合物构成,利用钎料136接合连接端子110和馈电用连接器部114,所以能够防止伴随在连接端子110和馈电用连接器部114的接合部中的金属元素,特别是钴和镍的热扩散而引起的接合强度降低。
<第八实施方式>
下面说明本发明的载置台构造的第八实施方式。图12是与本发明有关的载置台构造的第八实施方式的主要部分放大截面图。图13是表示第八实施方式的载置台构造的分解状态的部分放大截面图。
在该第八实施方式中,不使用应力缓和部件,而且将高熔点金属用于连接端子和馈电用连接器部,利用钎料将两者接合起来。具体地说,如图12和图13所示,此处作为连接端子110和馈电用连接器部114的材料,都使用高熔点金属。在馈电用连接器部114中形成螺孔150,并且在与它对应的馈电用线路部件102的上端部中形成螺栓152,通过拧合它们将两者连结起来。利用钎料154接合馈电用连接器部114的上端部和连接端子110。
这时,作为上述钎料154,可以使用选自Au(金)构成的Au钎料与由Ag(银)和Ti(钛)构成的Ag-Ti钎料中的1种钎料。此处,在Au钎料中Au的含有量约为100%。在Ag-Ti钎料中Ti的含有量约为10wt%,该钛起着活性剂的作用。
此处,为了抑制金属原子的热扩散使用由纯Au构成的Au钎料是优选的,如后述的那样,当使用该Au钎料时,因为不使用成为扩散成分的Ni,所以能够提高抗拉强度,并且能够降低威氏硬度减少脆性。
为了安装该载置台构造,在拧合馈电用连接器部114的螺孔150和馈电用线路部件102的螺栓152将两者连结起来后,能够利用钎料154接合该馈电用连接器部114和连接端子110。或者,也可以在使用钎料154接合馈电用连接器部114和连接端子110后,将馈电用线路部件102的螺栓152旋入到馈电用连接器部114的螺孔150中将两者连结起来。
在本实施方式中,因为不使用容易热扩散的Fe、Ni、Co等使连接端子和馈电用连接器部的连接部具有简单的构造,所以能够抑制发生脆的金属间化合物,维持高的接合强度。此处,作为高熔点金属使用Mo,但是不限定于此,能够使用选自钼(Mo)、钼合金(Mo合金)、钨(W)和钨合金(W合金)中的1种以上的材料。
这样,因为连接端子110和馈电用连接器部114都由高熔点金属构成,使用钎料154接合连接端子110和馈电用连接器部114,所以能够防止发生连接端子110和馈电用连接器部114的接合部中的金属元素的热扩散,防止接合强度的恶化。此外,在其它的馈电用线路部件98、100中也同样采用上述那样的连接构造。
下面,因为对与本发明的实施方式有关的载置台构造和现有的载置台构造进行接合部的威氏硬度和抗拉强度的试验,所以说明它的结果。作为本发明的实施方式,在图12所示的构造中,作成了作为连接端子110和馈电用连接器部114的材料都用Mo,作为钎料154作成用2种钎料,即,Au钎料(纯Au)和Ag-Ti钎料(含有10wt%的Ti(钛))的接合构造。此外,作为比较例,在图15所示的现有构造中,作成在Ni的馈电用连接器部26和Mo的连接端子22之间插入有科瓦铁镍钴合金(Kovar(柯伐铁镍钴合金、科伐合金、可伐合金))的应力缓和部件28,利用钎料30、32接合起来的接合构造。
关于接合部的威氏硬度,在现有构造的情形中为700~800[Hv],硬度相当高形成脆的状态。与此相对,在与本发明的实施方式有关的构造的情形中,能够确认使用Au钎料时为66[Hv],当用Au-Ti钎料时为578[Hv],在无论哪个情形中都能够使威氏硬度比现有构造小,能够减轻脆性。特别是,能够确认当Au钎料时威氏硬度在现有构造的1/10以下,能够大幅度地改善脆性。
此外,接合部的抗拉破坏荷重,在现有构造的情形中为100[kgf]。与此相对,在与本发明的实施方式有关的构造的情形中,能够确认当Au钎料时为200~250[kgf],当Ag-Ti钎料时为140[kgf],在无论哪个情形中都能够提高抗拉强度。特别是,能够确认当Au钎料时与现有构造的情形比较能够使抗拉强度提高2倍以上。
如上述的那样,第一~第八实施方式中说明的构造也能够同样适用于其它的馈电用线路部件98、100的上端部的连接器单元。此外,在第四~第七实施方式中不设置引导部件118,但是也可以设置引导部件118,这是理所当然的事。
此外,在第一~第八实施方式中,当利用钎料120、122、124、136时,在利用该钎料接合的各部件,即连接端子110、馈电用连接器部114、应力缓和部件116的各表面上,可以预先形成与用于接合的钎料相同材料的金属膜。作为形成该金属膜的方法,能够利用镀层处理、溅射处理、CVD成膜处理等。预先形成这种金属膜的理由如下所示。即,在高温中使用的钎料,当然熔点高,在涂敷钎料中流动性差。因此在涂敷钎料部中容易产生巢穴那样的不均匀性。
进一步,不含有成为作为本发明的一个特征的脆化原因的元素的钎料,与现有的钎料比较流动性也低。但是,如果在涂敷钎料的部件双方或某一方的表面上通过镀层(电镀)处理等预先形成与钎料相同材料的金属膜,则能够理想地改善对钎料的湿润性。如果湿润性良好,则即便是流动性恶劣的钎料也容易浸透狭窄的空隙,能够抑制发生上述那样的巢穴。进一步,因为当在涂敷钎料的部件的双方表面上形成上述金属膜时可以扩散接合,所以能够将接合温度抑制得很低。
在上述实施方式中,也具有作为用于在静电卡盘用的电极上施加高频的下部电极的作用,但是也可以将静电卡盘用的电极和下部电极作为个别独立的部件。此外,在上述实施方式中,等离子体处理装置是平行平板型的等离子体处理装置,但是不限定于此,也能够作为用高频和微波的任意形式的等离子体处理装置。
根据本发明的载置台构造也能够适用于不用等离子体的处理装置,例如热CVD成膜装置、热氧化装置、退火装置、改质装置,这时,不设置静电卡盘和下部电极。此外,在上述实施方式中,被处理体是半导体晶片,但是不限于此,也可以是玻璃基片,LCD基片,陶瓷基片等的其它种类的基片。
Claims (7)
1.一种载置台构造,包括:
载置台主体,该载置台主体为陶瓷制的载置台主体,在所述载置台主体的内部埋设有被馈电导体部,并且在所述载置台主体的表面形成有凹部形态的连接孔,与所述被馈电导体部电接合且由高熔点金属构成的连接端子从所述连接孔内露出;
馈电用线路部件,该馈电用线路部件具有为了向所述被馈电导体部进行馈电而将前端插入到所述连接孔内且由高熔点金属构成的馈电用连接器部;和
支撑所述载置台主体的支柱,所述载置台构造的特征在于:
所述馈电用连接器部形成有螺孔,并且在与其对应的所述馈电用线路部件的上端部形成有螺栓,
由高熔点金属构成的所述馈电用连接器部,通过旋入而与所述馈电用线路部件连结,并且利用选自由Au构成的Au钎料与由Ag和Ti构成的Ag-Ti钎料中的1种钎料而与由高熔点金属构成的所述连接端子接合,所述连接端子与所述馈电用连接器部的接合部不使用Fe、Ni和Co,
所述高熔点金属选自钼(Mo)、钼合金(Mo合金)、钨(W)和钨合金(W合金)中的1种以上的材料。
2.根据权利要求1所述的载置台构造,其特征在于:
所述被馈电导体部是作为发热体的加热器部。
3.根据权利要求1所述的载置台构造,其特征在于:
所述被馈电导体部是静电卡盘的卡盘电极。
4.根据权利要求1所述的载置台构造,其特征在于:
所述被馈电导体部是对于高频电力的下部电极。
5.根据权利要求1所述的载置台构造,其特征在于:
在利用所述钎料接合的各部件的表面上预先形成有与所述钎料相同材料的金属膜。
6.一种处理装置,该处理装置用于对被处理体施加处理,其特征在于,包括:
能够被排气的处理容器;
为了载置被处理体而设置在所述处理容器内的根据权利要求1或2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部件。
7.根据权利要求6所述的处理装置,其特征在于:
该处理装置构成为向所述载置台构造内供给不活泼性气体。
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