CN1335640A - 热板及半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种半导体装置的制造方法,在放置在半导体制造装置的静电吸盘热板10上吸持晶片3时,从晶片的中央部向外周依次施加吸盘力。从中央部4向外周方向将静电吸盘电极2至少分割成2部分,并从中央的内周部4向外周部5依次施加吸盘电力。首先从晶片施加吸盘力并升温,这时晶片外周部由于吸盘力弱而顺利产生热膨胀,应力保持在低状态,能防止晶片破损。事前感知晶片的背面状态,所以能选择预先决定的升压、除电参数。

Description

热板及半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体制造装置，特别涉及加热由静电吸盘保持的半导体衬底的热板和使用该热板的半导体装置的制造方法。
背景技术
以前，制造半导体装置的工序是在硅等的半导体衬底上，通过溅射和CVD(化学汽相淀积)等形成绝缘膜和导电膜，蚀刻那些成膜并反复制作布线图案的工序，从而形成半导体电路。膜的淀积和蚀刻利用化学反应，其速度受温度影响。淀积膜的膜质因温度而变化。因此，对于稳定、再现性良好的处理，控制处理中半导体衬底的温度是重要的。
以前，半导体衬底的加热大多采用向半导体衬底的表面或背面照射红外线灯的类型，但用红外线灯时，由于红外线吸收效率随半导体衬底上的成膜种类而不同，所以不能正确控制温度，不能冷却，就有处理中温度上升等的问题。
因此，最近很多采用将内装电阻加热器的热板固定在带有冷却机构的载物台上，在该热板上装载半导体衬底。通过热传导或加热半导体衬底或冷却的方式。这时，对于热板和半导体衬底的密合，有利用背面排气固定半导体衬底的方法、利用静电吸力电固定半导体衬底的方法或利用夹子机械压紧等的固定方法。其中，背面排气不能在真空中使用。利用机械压紧时，使机模压紧件与半导体衬底机械接触，就有因施加外力、产生摩擦等形成粉末的发生源的问题。
因此，最近在用静电吸力的静电吸盘热板上使半导体衬底吸着并进行加热、冷却。
但是，在用已有的静电吸盘热板将室温的半导体衬底吸持在高温的热板时，会再三发生半导体衬底破裂、搬运滑动引起的问题。图16和图17分别是已有静电吸盘热板的剖面图，图16表示吸持时的状态，图17表示减持时的状态。静电吸盘热板有板本体100，板本体100例如将氧化铝作为材料。由钨丝等组成的加热器电极(发热电极)101被配置在板本体厚度方向大致中央区域。静电吸盘电极102被配置在装有晶片103表面附近的区域。
将室温的半导体衬底103装置在高温热板上并吸持时，半导体衬底103随着温度上升会引起热膨胀但静电吸持力会使半导体衬底103整个面密合在板本体100上，所以如图10所示，不能充分膨胀最终因压缩应力而使晶片破裂。特别热板温度高时，因热膨胀也变大而使破裂容易。这样，用已有的静电吸盘热板将室温的半导体衬底吸持在高温的热板时，产生因压缩压力而使晶片破损。有摩擦引起的粉末产生、晶片滑动而引起的搬运错误等的问题。由于在半导体衬底的背面形成的膜的种类而使静电吸持力变化，所以由背面成膜种类而发生破裂的次数不同。在不吸持时，因成膜种类而使除电容易程度也不同，如图17所示，即使残存着吸持力，因搬运力继续而引起搬运偏差(跳起)。作为这些的对策，采用在加吸持电压之前，使半导体衬底保持在热板上，将半导体衬底升温到某程度使其热膨胀后吸持的方法，或使减持时变长的方法。然而，这些方法仍有生产率大幅降低的问题。如Al回流工艺方法那样，在必须从半导体衬底升温途中开始成膜时，Al的埋入性恶化，成品率下降。
发明内容
本发明是根据这样的问题而研制的，提供在装载于半导体制造装置中的静电吸盘热板吸持半导体衬底时用于制造防止半导体衬底破损的半导体装置的热板，提供能自动调整吸持力和除电时间等并防止晶片破损和搬运偏差的半导体装置的制造方法。
本发明的特征(1)是在装载于蚀刻装置、CVD装置、溅射装置等的半导体制造装置的静电吸盘热板上吸持半导体衬底时，从半导体衬底中央部向外周依次施加吸持力。因此，将静电吸盘电极从中央部沿外周方向至少分成2部分，从中央的内周部向外周部依次施加吸持电力。或者热板板本体的与晶片(半导体衬底)接触的表面成为中心突出的凸状面，使吸持前的晶片与板本体表面之间的距离从板本体的中心部分向外周方向变长，因此，从中央部向外周方向增加吸持力。
本发明的特征(2)是用该热板监控晶片背面状态，检测成膜种类、膜厚，调整吸持电压。
根据本发明，从晶片中央施加吸持力开始升温。这时晶片外周部因吸持力较弱而顺利地引起晶片的热膨胀，应力保持低的状态，能防止晶片的破损。并且能事前感知晶片背面的状态，选择预先规定的升压、除电参数，自动调整吸持力、除电时间，能防止晶片的破损和搬运偏差。
附图说明
图1是装载了第一实施例的晶片的静电吸盘型热板的剖面图和表示在热板表面形成的静电吸盘电极的热板平面图。
图2是表示将吸持电压施加到第一实施例的晶片之后到被吸持之前的时间变化的特性图和表示晶片吸持之前的晶片温度的时间变化的特性图。
图3是表示将吸持电压施加到第一实施例的晶片以后到被吸持之前的时间变化的特性图。
图4是表示将吸持电压施加到第一实施例的晶片以后到被吸持之前的时间变化的特性图及晶片被吸持之前的晶片温度的时间变化的特性图。
图5是表示在第一实施例的热板表面形成的静电吸盘电极其他实施例的热板平面图。
图6是表示在第一实施例的热板表面形成的静电吸盘电极另一实施例的热板平面图。
图7是表示在第一实施例的热板表面形成的静电吸盘电极另一实施例的热板平面图。
图8是第二实施例的静电吸盘型热板的剖面图。
图9是第二实施例的静电吸盘型热板其他实例的剖面图。
图10是第二实施例的静电吸盘型热板另一实例的剖面图。
图11是第二实施例的静电吸盘型热板另一实例的剖面图。
图12是配置了第三实施例的热板的半导体制造装置(溅射装置)的示意剖面图。
图13是表示本发明的减吸时减吸电压的时间变化的特性图。
图14是装载了本发明热板的CVD装置示意剖面图。
图15是装载了本发明热板的RIE型蚀刻装置的示意剖面图。
图16是已有的吸盘时静电吸盘热板的剖面图。
图17是已有的减吸时静电吸盘热板的剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图说明发明的实施形态。
首先，参照图1至图4说明第一实施例。
图1是装载晶片的静电吸盘型热板的剖面图及模式地表示在该热板表面形成的静电吸盘电极的概略平面图，图2和图4是表示将吸盘电压施加到晶片以后至被吸持之前的时间变化的特性图和表示晶片被吸持之前的晶片温度的时间变化的特性图，图3是表示将吸盘电压施加到晶片之后到被吸持以前的时间变化的特性图。该第一实施例的静电吸盘型热板被配置在处理装置内，并具有板本体10。板本体10例如将氧化铝(Al2O3)等的陶瓷作为材料。加热器电极(发热电极)1被配置在板本体10的厚度方向的大致中央位置，并将钨丝等作为电极材料。静电吸盘电极2被配置在放置晶片3的表面附近的区域。在该实施例中，静电吸盘电极2被分割成内周电极部4和外周电极部5的2个部分。内周电极部4具有吸持时施加正电压的第1电极41和施加负电极的第2电极42，外周电极部5具有吸持时施加正电压的第1电极51和施加负电压的第2电极52。这些电极与电源(未图示)连接。
下面，说明用静电吸盘型热板加热半导体衬底(晶片)的方法。首先，构成加热板的板本体10由加热器电极1加热至用于进行晶片3的处理(由溅射、CVD等进行的成膜处理，由RIE(反应离子刻蚀)等进行的蚀刻处理等)所必要的温度T。硅等的晶片3被搬运到该已加热的板本体10表面上，并放置在其上面。首先，在时刻t1，将规定的正和负电压V施加到内侧的内周电极部4的第1电极41和第2电极42上。由此开始晶片3的加热，引起晶片3的热膨胀。这时，晶片3的外周部由于没有被吸持，所以晶片3沿外周方向膨胀。因而，不产生压缩应力。接着，在t时间后的时刻t2，处于外周部的外周电极部51的第1电极51和第2电极52上分别施加规定的正和负的电压。晶片3的外周部也被吸持，由于晶片3的整个表面被热板吸持，所以晶片的温度均匀地与热板的温度T相同。图2表示吸盘电压的时间变化和晶片温度的时间变化。图2(a)的纵轴表示吸盘电压(±V)，横轴表示在吸盘上施加电压的时间(秒)。
图2(b)的纵轴表示晶片温度(℃)，横轴表示在吸盘上施加电压的时间(秒)。在该实施例中，在时刻t1将电压V施加到内侧的电极，在时刻t2将电压V施加到外侧的电极，但也可以使时刻t2的外周部施加电压变更成时刻t1的内周部施加电压，从而施加电压V+或V-。吸盘电压能慢慢上升到规定的电压。图3的纵轴表示吸盘电压(±V)，横轴表示将电压施加到吸盘上的时间(秒)。在该图中，在时刻t1施加到内周电极部的施加电压慢慢上升到规定的电压V。在时刻t2施加到外周电极部的施加电压一口气施加规定电压。然而，也可以慢慢施加时刻t2的外周部施加电压。这样，通过慢慢地升压更能减少因晶片的急剧温度上升引起的热膨胀成为原因的压缩压力。
这样，通过从晶片中央部被吸持，就能防止因晶片和热板强烈摩擦而产生粒子和因在晶片产生压缩应力而破损等，半导体制造装置的可靠性提高。
在该实施例中，静电吸盘电极被分割成2部分，但本发明中也可分割成3部分或其以上。图4表示静电吸盘电极分割成3部分时的吸盘电压的时间变化及晶片温度的时间变化。图4(a)的纵轴表示的吸盘电压(±V)，横轴表示在吸盘电极上施加电压的时间(秒)。图4(b)的纵轴表示晶片温度(℃)，横轴表示在吸盘电极上施加电压的时间(秒)。这时，由于晶片中央部被吸持，也能防止因晶片和热板强烈磨擦而产生粒子和因在晶片产生压缩应力而破损等，能使晶片破损比分割成2部分时更少。
该实施例中，静电吸盘的电极部分由对上述热板本体的上述中心部分并列螺旋状配置的一对电极的多个分割部分构成，但如图5所示，也可以由多层包围上述热板本体的上述中心部分并各自分离的圆状电极部分(斜线部)构成。或者，如图6所示，也可以由分别多个配置成多层包围热板本体的中心部分的圆状的电极部分(斜线部)构成。进而，如图7所示，也可以由嵌套配置在热板本体的中心部分的一对梳形电极部分和分别多个配置成多层包围一对梳形电极部分的多对梳形电极部分(斜线部)构成。静电吸盘的电极部分也可以采用其他的各种形状。
下面，参照图8，说明第2实施例。
图8是静电吸盘型热板的剖面图，该实施例的静电吸盘型热板被配置在处理装置内，有板本体20。板本体20将例如氧化铝(Al2O3)等的陶瓷作为材料。加热器电极(发热电极)21被配置在板本体20的厚度方向大致中央位置，并将钨丝等作为电极材料。静电吸盘电极22被配置在装载晶片23表面的附近区域。在该实施例中，板本体20支持晶片23的表面的剖面形状为凸状。因而，该表面由于成凸状，所以吸持之前的静电吸盘与表面晶片23之间的距离d在板本体20的中央部较小而在外周部较大。在板本体20开了多个贯通孔(未图示)，在其中插入晶片搬运用提升销24。该提升销24在晶片搬运时可以向上或向下运动。提升销24也能兼作晶片传感器。
根据该实施例，由于吸盘面呈凸状面，在晶片的吸持开始时仅两者最接近的集成电路基片的中央部被吸持，然后外周部再被吸持。因而，和第一实施例相同，能控制因晶片的压缩应力引起的破损和因磨擦引起粒子的发生。静电吸盘电极由于没有必要分割，所以吸盘电源简便，成本降低。晶片提升销形成为具有弹簧的传感器，除了在吸持时使晶片保持水平并施加均等的吸力外，还在因晶片的破损和搬运差错而不能正常接收时能检测这些不好的情况。热板表面的凸状高度最好是100μm～1mm。在100μm以下时，加在晶片上的吸持力在内侧和外侧不产生时间差，所以没有减小晶片应力的效果。在1mm以上时，晶片过分变形反而增加应力，往往形成吸持不良。
在该实施例中，虽然发热电极在电极板本体内从上述板本体的中心部分向着外周方向并在上述板本体的厚度方向形成相同的高度，但如图9所示，也可以从板本体的中心部分向着外周方向并在板本体的厚度方向形成凸状。虽然放置晶片的板本体面被形成凸状，但如图10所示，也可以形成平坦面。也可以将放置半导体衬底的板本体的面形成平坦面，且如图11所示，也可以将发热电极从板本体的中心部分向着外周方向并在板本体的厚度方向形成凸状。
下面，参照图12至图15说明第三实施例。
图12是配置加热板的半导体制造装置(溅射装置)的示意剖面图。图13是表示减持时的减持电压时间变化的特性图。该实施例的热板34和第一实施例相同，将静电吸盘分割成二部分，晶片的放置面具有平坦的结构。在溅射室30内设有Ar等溅射气体导入口和与真空泵(未图示)连接的真空排气口，使溅射室30能真空排气。在真空排气后的溅射室30设置着保持靶31的阴极32，和与该阴极32对向配置的热板34。在设置热板34的载物台侧设有检测晶片33的背面状态的背面监测器测头35。热板34被加热至450℃。和图1同样，构成热板34的静电吸盘电极被分割成内周电极部和外周电极部2部分。内周电极部有在吸持时施加正电压的第1电极和施加负电压的第2电极，外周电板部有在吸持时施加正电压的第1电极和施加负电压的第2电极。这些电极与吸盘电源控制器36连接。
搬运晶片33，在放置到热板34之前用背面监测器测头35监测晶片33的背面状态。监测过的信息被传送到吸盘电源控制器36，同时将晶片33放置在热板上。由背面状态选择事前决定的吸盘电压施加参数，以内侧吸盘电压、外侧吸盘电压顺序施加。由此，晶片中央部被吸持，晶片温度达到450℃。
采用该实施例的方法能防止晶片和热板的强烈滑动、产生粒子和在晶片产生压缩应力、破损。
然后，导入溅射气体，达到规定压力后，在规定时间将DC电功率加在靶上，成膜结束。然后，根据背面状态，用事前决定的减持参数进行除电工序，将集成电路板33从溅射室30搬出，结束一系列的溅射成膜工序。该背面监测器测头不仅决定静电吸盘参数，而且也能共用进行红外线辐射温度计的温度构成的辐射率测定测头。在该实施例，背面监测器测头设置在溅射室，但也可以是其他室和负载固定室等其他房间。
除电工序是在静电吸盘电极上施加与吸持时相反方向的电压，如图13所示，在该电极上短时间(约2秒)施加与吸持时相同强度的反方向电压(例如，在加了+0.3KV的电极施加-0.3KV，在加了-0.3KV的电极施加+0.3KV)。图7的纵轴表示吸持电压和减持电压(V)，横轴表示吸持时间和减持时间。
该实施例适用溅射装置的热板，但本发明也能适用CVD装置、RIE装置或CDE装置等其他半导体制造装置。
图14表示装着本发明热板的CVD装置的概略剖面图。将硅烷和由氧等组成的反应气体供给加热到300～500℃的反应室，通过氧化反应使硅氧化膜(SiO2)在放置在本发明的热板上的硅晶片上成膜。
图15是装着本发明的热板的RIE型蚀刻装置的概略剖面图。在反应室的阴极侧配置本发明的热板，例如，将CF4-O2(8原子％)的反应气体供给室内，在阴极上施加13.5MHz的高频电压，对在热板上的硅晶片上形成的多晶硅进行构图。
根据本发明，吸持力从晶片中央并升温。这时，晶片外周部因吸持力弱而顺利产生晶片的热膨胀，应力保持在低的状态，能防止晶片的破损。由于晶片和热板的磨擦也弱，所以也能控制粒子的产生。事前感知晶片的背面状态，选择预先决定的升压、除电参数，所以能自动调整吸持力、除电时间并能防止晶片的破损和搬运偏差。

Claims (22)

1、一种热板，具备带有放置半导体衬底的凸状面的板本体和在上述板本体内形成的发热电极以及在上述板本体内形成的静电吸盘电极，其特征在于，半导体衬底被放置在上述板本体的凸状面上时，半导体衬底和凸状面之间的距离从上述板本体的中心部分向外周方向变大。
2、如权利要求1所述的热板，其特征在于，上述静电吸盘电极从上述板本体的中心部分伸向外周方向并在上述板本体的厚度方向形成凸状。
3、如权利要求2所述的热板，其特征在于，上述发热电极在电极板本体内从上述板本体的中心部分伸向外周方向并在上述板本体的厚度方向形成为同一高度。
4、如权利要求2所述的热板，其特征在于，上述发热电极从上述板本体中心部分伸向外周方向并在上述板本体的厚度方向形成凸状。
5、一种热板，具备带有放置半导体衬底的平坦面的板本体、在上述板本体内形成的发热电极、在上述板本体内从上述板本体的中心部分伸向外周方向并在上述板本体的厚度方向形成凸状的静电吸盘电极，其特征在于，半导体衬底被放置在上述板本体的平坦面上时，半导体衬底和静电吸盘电极之间的距离从上述板本体中心部分向外周方向变大。
6、如权利要求5所述的热板，其特征在于，上述发热电极在电极板本体内从上述板本体的中心部分伸向外周方向并在上述板本体的厚度方向形成同一高度。
7、如权利要求5所述的电热极，其特征在于，上述发热电极从上述板本体的中心部分伸向外周方向并在上述板本体的厚度方向形成凸状。
8、一种半导体装置的制造方法，其特征在于，该方法具备以下工序：
在具备板本体、在上述板本体中形成的发热电极、在上述板本体中形成的从中心向外周方向分割成多个静电吸盘电极部分的静电吸盘电极的热板上放置半导体衬底的工序，
通过向上述发热电极施加电压，使装载在上述板本体上的半导体衬底加热至规定温度的工序，
在上述多个静电吸盘电极部分中，从上述热板本体的上述中心部分的静电吸盘电极部分向着外周方向的静电吸盘电极部分依次施加吸持电压，从上述热板本体的上述中心部分向着外周方向产生吸持力，通过该吸持力使上述半导体衬底保持在上述热板上的工序，
在将上述半导体衬底保持在上述热板本体上的状态下，处理上述半导体衬底的工序。
9、如权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，使施加在上述中心部分的静电吸盘电极部分的上述吸持电压和施加在外周方向的静电吸盘电极部分的上述吸持电压成为相同的电压
10、如权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，使施加在上述中心部分的静电吸盘电极部分的上述吸持电压和施加在外周方向的静电吸盘电极部分的上述吸持电压成为不同的电压。
11、如权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，作为施加在上述静电吸盘电极部分的至少一个上的上述吸持电压是施加规定值的电压。
12、如权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，使在上述静电吸盘电极部分的至少一个上所施加的上述吸持电压边变化边施加并上升到规定值。
13、如权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，该方法还具备检测将上述半导体衬底放置到上述热板本体之前或之后的半导体衬底背面状态的序、和根据检测信息控制上述吸持电压和吸持时间的至少一个的工序。
14、如权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，还具备以下工序，即在处理上述半导体衬底工序之后，将与上述吸持电压相反极性的减持电压施加到上述多个静电减持电极部分，产生减持力，通过该减持力使上述半导体衬底从上述热板离开。
15、如权利要求13所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，还具备检测将上述半导体衬底放置在热板本体之后或之后该半导体衬底背面状态的工序，和根据该检测信息控制上述减持电压和减持时间至少一个的工序。
16、如权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，上述多个吸盘电极部分由相对于上述热板本体的上述中心部分配置成并列的螺旋状的一对电极的多个分割部分构成。
17、如权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，上述多个吸盘电极部分由多层包围上述热板本体的上述中心部分并各个分离的圆状电极部分构成。
18、如权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，上述多个吸盘电极部分由分别多个配置成多层包围上述热板本体的上述中心部分的圆状的电极部分构成。
19、如权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，上述多个吸盘电极部分由嵌套配置在上述热板本体的上述中心部分的一对梳形电极部分、和分别多个配置成多层包围一对梳形电极部分的圆状的多对梳形电极部分构成。
20、一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具备以下工序：
在具备放置半导体衬底的板本体、在上述板本体中形成的发热电极和在上述板本体中在上述板本体的厚度方向形成凸状的静电吸盘电极的热板上放置半导体衬底的工序，
通过将电压施加在上述发热电极上，将装载在上述板本体上的半导体衬底加热至规定温度的工序，
将吸持电压施加到上述多个静电吸盘电极部分从而产生吸持力，用该吸持力将上述半导体衬底保持在上述热板上的工序，
在将上述半导体衬底保持在上述热板本体上的状态下处理上述半导体衬底的工序，
在将上述半导体衬底放置在上述热板本体之前或之后检测该半导体衬底背面状态的工序，
根据检测信息，控制上述吸持电压和吸持时间的至少一个的工序。
21、如权利要求20所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，还具备以下工序，即在处理上述半导体衬底工序之后，将与上述吸持电压相反极性的减持电压施加到上述多个静电减持电极部分，产生减持力，该减持使上述半导体衬底从上述热板离开。
22、如权利要求21所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，还具备检测将上述半导体衬底放在上述热板本体之前或之后的该半导体衬底背面状态的工序、和根据该检测信息控制上述减持电压和减持时间至少一个的工序。
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