专利名称：基板载置机构和基板处理装置的制作方法
技术领域：
本发明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、加热半导体晶片等基板的基板加热功能的基板载置机构和使用该机构的基板处理装置。
背景技术：
在半导体器件的制造中，存在着对作为被处理基板的半导体晶片进行CVD成膜处理或等离子体蚀刻处理那样的真空处理的工序，由于在处理时，必需将作为被处理基板的半导体晶片加热至规定的温度，因此，使用兼作基板载置台的加热器，加热半导体晶片。
在现有技术中，作为这种加热器，使用不锈钢加热器等，但近年来，提出了难以产生由上述处理用的卤素系气体引起的腐蚀，热效率高的陶瓷加热器(专利文献1等)。这种陶瓷加热器具有在由起载置被处理基板的载置台的作用的、AlN等致密陶瓷烧结体构成的基体内部，埋设有由高熔点金属构成的发热体的结构。
在将由这种陶瓷加热器构成的基板载置台使用在基板处理装置中的情况下，将陶瓷制的筒状支承部件的一端接合在基板载置台的背面，将另一端与腔室的底部接合。在该支承部件的内部，设置有给发热体供电用的供电线，该供电线与发热体的端子连接，从设置在外部的电源，经由该供电线和供电端子，给发热体供电。
然而，由这种陶瓷加热器构成的基板载置台，由于在与支承部件的接合部附近具有供电端子，在该部分上，不得不降低发热体的密度。另外，基板载置台的与支承部件的接合部，热量易于通过经由支承部件的热传导而散失。因此，在基板载置台的接合部周边形成冷却点(coolspot)(温度比周边低的区域)，在该部分上产生热应力集中，由它引起的接合部的破裂以不能忽视的频度产生。为了避免这一点，如果利用埋设在基板载置台中的发热体使接合部周边的温度上升，则不能在处理中，使基板载置台的基板载置面上的温度分布最优化。
虽然在专利文献2、3中说明了缓和这种接合部的热应力、消除裂纹的技术，但它们主要必需在支承部件上进行复杂的加工。另外，近来，随着半导体晶片的大型化，基板载置台也大型化，对由这种支承部件的形状产生的热应力的缓和有界限，难于可靠地防止裂纹。
日本特开平7-272834号公报[专利文献2]日本特开2001-250858号公报[专利文献3]日本特开2003-289024号公报发明内容本发明的目的是要提供能够适当地维持基板载置台的基板载置面上的温度分布，并能够可靠地防止基板载置台和支承部件之间的裂纹的基板载置机构。
本发明的另一个目的是要提供使用这种基板载置机构的基板处理装置。
根据本发明的第一观点提供了一种基板载置机构，具有在基板处理装置的处理容器内，载置基板并对基板进行加热的基板加热功能，包括基板载置台，具有载置基板的基体、和加热设置在基体上的基板的发热体；一端与上述基板载置台接合，另一端安装在上述处理容器中的支承部件；和加热上述支承部件的加热装置。
根据本发明的第二观点提供了一种基板处理装置，包括收容基板、内部被保持减压的处理容器；设置在上述处理容器内，载置基板的基板载置机构；和在上述处理容器内，对基板实施规定处理的处理机构，其中，上述基板载置机构包括基板载置台，具有载置基板的基体、和加热设置在基体上的基板的发热体；一端与上述基板载置台接合，另一端安装在上述处理容器中的支承部件；和加热上述支承部件的加热装置。
在上述第一观点或第二观点中，作为上述加热装置，可以使用利用辐射加热上述支承部件的装置。另外，上述加热装置能够构成为加热上述基板载置台和上述支承部件的接合部附近。再者，也可以采用如下结构，上述支承部件作成筒状，上述加热装置设置在上述支承部件的内侧。
上述加热装置可以为具有在石英玻璃管内部内封有作为发热体的碳丝的加热器的构成。另外，上述加热装置能够为具有卤素灯。再者，上述加热装置利用热传导加热上述支承部件，在这种情况下，能够具有电阻发热加热器。
可以为上述支承部件设置在上述基板载置台的中央部的结构。另外，也可以为还具有控制装置的机构，其进行控制，使得上述加热装置根据上述基板载置台的温度加热上述接合部附近。
根据本发明，由于设置有对支承基板载置台的支承部件进行加热的加热装置，所以当由基板载置台加热基板时，通过加热装置加热支承部件，由此，能够阻止从基板载置台向支承部件的放热，可以消除基板载置台和支承部件间的接合部的热应力，所以能够可靠地防止在接合部上的裂纹。另外，由于通过利用与加热基板用的发热体不同的加热装置进行加热，阻止基板载置台的散热，所以能够使发热体的加热最优化，可以适当维持基板载置台的载置面的温度分布。
图1为表示使用着本发明一个实施方式涉及的晶片载置机构的CVD成膜装置的简要截面图。
图2为放大地表示本发明一个实施方式涉及的晶片载置机构的放大截面图。
图3为表示作为支承部件的加热单元，适用于本发明的一个实施方式涉及的晶片载置机构中的碳加热器的结构的截面图。
图4为表示上述碳加热器的平面图。
图5为表示加热本发明一个实施方式涉及的晶片载置机构之晶片载置台的发热体和加热支承部件的碳加热器的控制系统的一个例子的方框图。
图6为说明使用着现有的晶片载置机构的情况下的状态的示意图。
具体实施例方式
下面，参照附图，说明本发明的实施方式。
这里，说明将本发明的基板载置机构使用在CVD成膜装置中的例子。
图1为表示使用着本发明一个实施方式涉及的晶片载置机构的CVD成膜装置的简要截面图。该CVD成膜装置100具有气密地构成的接近圆筒状的腔室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，用于以水平状态载置、加热作为被处理体的半导体晶片(以下简单地称为晶片)W的晶片载置机构10。该晶片载置机构10具有晶片载置面，包括，如后所述埋设有发热体的晶片载置台11和从构成处理容器的排气室3的底部向上延伸、支承晶片载置台11的中央用的圆筒状支承部件12。另外，在腔室2的外侧，设置有给晶片载置台11的发热体等供电用的电源5，从该电源5经由连接室20，给发热体等供电。控制器7连接在电源5上，控制从电源5的供电量，进行晶片载置台11等的温度控制。以后说明该控制系统的详细情况。另外，在晶片载置台11的外边缘上设置有为晶片W导向用的导向环6。
在腔室2的顶壁2a上设置有喷淋头30。该喷淋头30包括上层块体30a、中层块体30b和下层块体30c。在上层块体30a的上面形成有第一气体导入口31和第二气体导入口32，在下层块体30c上交替地形成有气体输出孔33和34。
从气体供给机构40延伸出来气体供给管路35、36分别与第一和第二气体导入口31、32连接，从气体供给机构40供给的例如TiCl4气体和NH3气体，分别通过气体供给管路35、36，经由第一气体导入口31和第二气体导入口32导入喷淋头30内，通过形成在各块体内的气体通路，分别从气体输出孔33和34个别输出。即、从第一气体导入口31导入的气体和从第二气体导入口32导入的气体在喷淋头30内不混合，在从分别的气体输出孔33和34输出后被混合，成为这样的后混合形式。
上述排气室3以覆盖形成在腔室2的底壁2b中央部的圆形孔4的方式向下方突出，在其侧面上连接有排气管51，在该排气管51上连接有排气装置52。于是，通过使该排气装置52工作，可将腔室2内减压至规定的真空度。
在晶片载置台11中，设置有三根(图中只表示了两根)晶片支承销53，该晶片支承销用于支承晶片W并使之升降，可相对于晶片载置台11的表面突出和隐没，这些晶片支承销53被固定在支承板54上。于是，晶片支承销53利用气缸等驱动机构55，经由支承板54进行升降。
在腔室2的侧壁上设置有搬入搬出口56和开闭该搬入搬出口56的闸阀57，其中，该搬入搬出口用于在腔室与保持为真空、图中没有示出的搬送室之间进行晶片W的搬入搬出。
下面，参照图2的放大截面图，详细说明晶片载置机构10。
如上所述，晶片载置机构10具有晶片载置台11和支承晶片载置台11的圆筒状的支承部件12。晶片载置台11作为陶瓷加热器而构成，包括由AlN、Al2O3、SiC、SiO2等陶瓷材料构成的基体11a；和埋设在基体11a内，由例如W、Mo、V、Cr、Mn、Nb、Ta等高熔点金属或这些金属的化合物构成的发热体13。发热体13被分成两个区域，在晶片载置台11的中央部分上，各个区域的发热体13与向其供电用的供电端子部14连接在一起。此外，在各个区发热体13的每一个上设置有两个供电端子部14，在图2中，为了方便，在各区发热体13的每一个上只画了一个，合计两个供电端子部14。
支承部件12也与晶片载置台11同样，由AlN、Al2O3、SiC、SiO2等陶瓷材料制成，支承部件12被接合在晶片载置台11的背面中央。在支承部件12的内侧，设置有在垂直方向延伸的4根供电棒(rod)15(图中只表示了两根)，供电棒的上端部与供电端子部14连接，下端部在支承部件12的下端延伸至以向排气室3的下方突出的方式安装着的连接室20内。供电棒15由Ni合金等耐热金属材料构成。
在支承部件12的内侧还设置有在垂直方向延伸的两个热电偶16a、16b。热电偶16a的上端部埋设在晶片载置台11中，另一方面，热电偶16b的上端部配置在支承部件12的上端部。另外，这些部分的下端部延伸至连接室20内。热电偶16a检测晶片载置台11的温度，用于晶片温度的反馈控制。另外，热电偶16b用于后述的碳加热器的温度控制。
在支承部件12的内侧还设置有作为加热支承部件12的加热装置的碳加热器17。碳加热器17包括沿垂直方向在支承部件12内延伸的两个(参照图4)的供电部18、和设置在供电部18的前端的发热部19。如图3所示，供电部18具有石英玻璃管41和通插在其中的供电棒42。另外，发热部19具有直径比供电部18的石英玻璃管41小的石英玻璃管43；和通插在其内部、作为与供电线接合的发热体的碳线(wire)44。于是，如图2和作为平面图的图4所示，发热部19在支承部件12内的上端部沿上下方向弯曲并且回转，使得不影响供电棒15和热电偶16a、16b。由此，能够有效而均匀地加热晶片载置台11和支承部件12的接合部附近。此外，两个供电部18之间利用支承棒18a连接，而发热部19由与支承棒18a平行、设置在与其直径相当的部分上的支承棒19a支承。利用这些支承棒18a、19a可以防止碳加热器17的变形。
通过安装部件21a和螺钉21b，将由作成法兰状的绝缘体构成的底盖21安装在支承部件12的底部，在该底盖21上垂直地设置有将供电棒15、热电偶16a、16b、和碳加热器17通插进去用的孔。另外，连接室20作成圆筒形，在其上端形成有法兰部(flange)20a，利用底盖21和排气室3的底壁夹持着该法兰部20a。法兰部20a和排气室3的底壁之间利用圆环密封件23a气密地密封，法兰部20a和底盖21之间利用两个圆环密封件23b气密地密封。在连接室20内，供电棒15和碳加热器17与从电源5延伸的供电线45连接，热电偶16a、16b与从控制器7延伸的线路46连接。
下面，说明成膜装置100的整体控制系统。
成膜装置100的各个构成部分与处理控制器60连接并被其控制。在处理控制器60上连接有用户接口61，用户接口包括为了工序管理者管理成膜装置100而进行指令的输入操作用的键盘、和可视化显示成膜装置100的工作状况的显示器等。
另外，在处理控制器60上还连接有存储部62，该存储部62存储有在处理控制器60的控制下实现在成膜装置100中实行的各种处理用的控制程序；和根据处理条件，使处理在等离子体蚀刻装置的各个构成部分中实行用的程序、即方案。方案也可以存储在硬盘或半导体存储器中，也可以以收容在CDROM、DVD等可移动性存储介质中的状态下设置在存储部62的规定位置上。再者，也可以从另一装置，经由例如专用线路，适当地传送方案。
再者，根据需要，按照从用户接口61发出的指示等，从存储部62调出任意的方案，使之在处理控制器中实行，由此，可以在处理控制器60的控制下，进行成膜装置100中的所希望的处理。
下面，参照图5，说明发热体13和碳加热器17的控制系统。上述控制器7具有用于进行载置台11的温度控制的第一控制部7a和用于控制碳加热器17引起的加热温度的第二控制部7b。另一方面，电源5具有给发热体13供电用的第一电源部5a和给碳加热器17供电用的第二电源部5b。第一控制部7a和第二控制部7b由作为上位控制器的处理控制器60控制。第一控制部7a接受热电偶16a的检测信号，根据该检测信号和处理控制器60的指令，将指令传给第一电源部5a，控制向发热体13的供电。第二控制部7b接受热电偶16b的检测信号，根据该检测信号和处理控制器60的指令，将指令给与第二电源部5b，控制向碳加热器17的供电。处理控制器60控制第一控制部7a和第二控制部7b，使碳加热器17对应晶片载置台11的温度，加热晶片载置台11和支承部件12的接合部附近。
另外，如后所述，碳加热器17的目的在于将晶片载置台11绝热，不形成冷却点，从不需要晶片载置台11那样的严密控制和必需极力避免支承部件12的内部插入物的干涉等观点来看，也可以不设置热电偶16b，通过利用电压的开环控制对碳加热器17进行温度控制。
在以上这样结构的成膜装置100中，首先，从电源5的第一电源部5a向埋设在晶片载置台11中的发热体13供电，由此将晶片载置台11加热至例如700℃左右，利用排气装置52将处理容器1内置于真空状态，打开闸阀57，从真空状态的图中没示出的搬送室，通过搬入搬出口56，将晶片W搬入腔室2内，将晶片W载置在晶片载置台11的上面，关闭闸阀57。在这种状态下，从气体供给机构40，经由气体供给管路35、36，以规定流量将成膜气体供给喷淋头30，从喷淋头30供给腔室2内，由此，使之在晶片W的表面产生反应，形成规定的膜。例如，通过使用TiCl4气体和NH3气体作为成膜气体，使TiCl4气体和NH3气体反应，可在晶片载置台11上的晶片W的表面上，利用热CVD形成TiN膜。
在现有技术中，在这种成膜处理时，不进行支承部件12的加热，因此产生以下的问题。即由于支承部件12的上端部直接与晶片载置台11接合，并且支承部件12的下端与和大气侧接触的连接室20连接，所以晶片载置台11的热通过热传导经由支承部件12，向大气侧放热。另外，由于晶片载置台11的与支承部件12接合的中央部上存在有供电端子，不能提高发热体的密度。因此，如图6所示，在晶片载置台11和支承部件12的接合部周边上形成冷却点C，由该部分上的热应力集中引起的接合部附近的裂纹以不可忽视的频度产生。为了避免这点，在利用发热体13强化接合部的加热的情况下，成为强化温度容易升高的晶片中央部的加热，不能使晶片载置台11的载置面的温度分布最优化。
与此相对，在本实施方式中，在支承部件12的内侧设置碳加热器17作为加热支承部件12的加热装置，由于是使其加热晶片载置台11和支承部件12的接合部附近，能够阻止晶片载置台11经由支承部件12的放热，能够使之不形成冷却点。另外，通过这样独立于晶片载置台11的加热，由碳加热器17加热支承部件12，消除冷却点，从而能够通过发热体13将晶片载置台11控制在最适合处理的温度。
另外，由于在支承部件12的内侧设置碳加热器17，利用其辐射热加热支承部件12的接合部附近的部分，所以能够不做任何变更地设置现有设备，容易设置。为了消除冷却点，考虑了将加热器埋设在支承部件12中的方法，但是在这种情况下，将加热器埋设在壁厚薄的部分中制造困难，在壁厚变化的部分上产生热应力集中，以此作为起点，也有可能产生裂纹。因此，如本实施方式那样，在支承部件12的内侧设置碳加热器17，利用辐射热加热支承部件12的结构是有利的。
另外，作为加热装置使用的碳加热器17的石英玻璃管41、石英玻璃管43与碳丝44的纯度高，几乎不含有杂质，所以具有几乎不发生有机物污染、金属污染物的污染的优点。另外，构成碳加热器17外侧部分的石英玻璃的加工容易，可以收容在狭小的支承部件12的内部，并且不干涉支承部件12内的插入物，还能够容易地得到可均匀加热的形状。
碳加热器17产生的加热温度不是必需与晶片载置台11的温度一致，只要加热至一定程度，就可降低从晶片载置台11向支承部件12的传热，能够减少在冷却点的热应力。例如，在按700℃进行晶片载置台11的温度控制的情况下，碳加热器17的设定温度为500℃就十分有效。但从进一步提高效果的观点来看，优选控制碳加热器17的温度，使接合部附近的温度与晶片载置台11为相同温度。
此外，本发明可以有不限于上述实施方式的各种变形。例如，在上述实施方式中，按弯曲和回转的状态设置作为支承部件加热装置的碳加热器的发热部，但如果能够以所希望的均匀性加热必要的范围，则不限于这种状态，例如设置成螺旋状等，也可以按其他状态进行配置。
另外，虽然为了配置在支承部件的内部，使用着加工容易的碳加热器作为加热装置，但只要是可以收容在支承部件12内，则可以使用其他加热装置。尤其优选卤素灯，由于利用辐射热能够加热至700℃左右，杂质的影响少，加热效率也好。在使用卤素灯的情况下，是图3所示的碳加热器的结构，是与在石英玻璃管43内设置有作为发热体的碳丝的结构基本上相同的结构，即、可以是如下结构，在石英玻璃管内设置发热体，取设置钨丝的结构作为发热体，也可以将其弯曲成图2所示的形状或其他任意的形状。
另外，作为其他加热装置不限于利用上述辐射热进行加热的装置，也可以是利用传热加热的装置。作为这种利用热传导加热的加热装置，能够使用电阻加热器。作为电阻加热器也能够采用与图3同样的结构，即采用在石英管内设置发热体的结构，作为发热体能够使用由钨等高熔点金属制成的电阻发热体。而且，能够将该发热体弯曲成图2所示的形状或其他任意形状进行使用。另外，也可以使用由Ni、不锈钢、耐蚀耐热镍基合金(Hastelloy)(注册商标)等金属制成的管代替石英管。作为电阻加热器，还可以使用将由高熔点金属发热体构成的线弯曲成任意形状后的结构。
再者，在上述实施方式中表示了将加热支承部件的加热装置配置在支承部件的内侧的例子，但如果处理气氛的腐蚀性低，也可以从支承部件的外侧加热，根据支承部件的形状，也可以埋设在其内部。但从容易设置和不需考虑腐蚀这点出发，优选如上述实施方式那样，将加热装置设置在支承部件的内侧。
另外，在上述实施方式中，表示了将支承部件设置在晶片载置台的大致中央的情况，但不是仅限于此，例如，将多个支承部件设置在晶片载置台的周边部的结构也可以，在这种情况下，也能够得到同样的效果。
再者，在上述实施方式中，表示了将本发明涉及的基板载置机构使用于CVD成膜装置中的情况，但不是仅限于此，能够使用于加热基板、进行处理的处理装置的整体中。还表示了使用半导体晶片作为基板的情况，但也适用于液晶显示基板类的平板显示器基板等其他的基板中。
产业上的可利用性本发明可适用于如下情况，在热CVD等的腔室内将基板载置在基板载置台上，使用由支承部件支承着载置台的结构的基板载置机构，进行基板的加热处理的全部处理中。
权利要求
1.一种基板载置机构，具有在基板处理装置的处理容器内，载置基板并对基板进行加热的基板加热功能，其特征在于，包括基板载置台，具有载置基板的基体、和加热设置在基体上的基板的发热体；一端与所述基板载置台接合，另一端安装在所述处理容器中的支承部件；和加热所述支承部件的加热装置。
2.根据权利要求1所述的基板载置机构，其特征在于所述加热装置利用辐射加热所述支承部件。
3.根据权利要求1所述的基板载置机构，其特征在于所述加热装置加热所述基板载置台和所述支承部件的接合部附近。
4.根据权利要求1所述的基板载置机构，其特征在于所述支承部件为筒状，所述加热装置设置在所述支承部件的内侧。
5.根据权利要求2所述的基板载置机构，其特征在于所述加热装置具有在石英玻璃管内部内封有作为发热体的碳丝的加热器。
6.根据权利要求2所述的基板载置机构，其特征在于所述加热装置具有卤素灯。
7.根据权利要求1所述的基板载置机构，其特征在于所述加热装置通过热传导加热所述支承部件。
8.根据权利要求7所述的基板载置机构，其特征在于所述加热装置具有电阻发热加热器。
9.根据权利要求1所述的基板载置机构，其特征在于所述支承部件设置在所述基板载置台的中央部。
10.根据权利要求3所述的基板载置机构，其特征在于还具有控制装置，其进行控制，使得所述加热装置根据所述基板载置台的温度加热所述接合部附近。
11.一种基板处理装置，其特征在于，包括收容基板、内部被保持减压的处理容器；设置在所述处理容器内，载置基板的基板载置机构；和在所述处理容器内，对基板实施规定处理的处理机构，其中，所述基板载置机构包括基板载置台，具有载置基板的基体、和加热设置在基体上的基板的发热体；一端与所述基板载置台接合，另一端安装在所述处理容器中的支承部件；和加热所述支承部件的加热装置。
12.根据权利要求11所述的基板处理装置，其特征在于所述基板载置机构的所述加热装置利用辐射加热所述支承部件。
13.根据权利要求11所述的基板处理装置，其特征在于所述基板载置机构的加热装置加热所述基板载置台和所述支承部件的接合部附近。
14.根据权利要求11所述的基板处理装置，其特征在于所述基板载置机构的所述支承部件为筒状，所述加热装置设置在所述支承部件的内侧。
15.根据权利要求12所述的基板处理装置，其特征在于所述基板载置机构的所述加热装置具有在石英玻璃管内部内封有作为发热体的碳丝的加热器。
16.根据权利要求12所述的基板处理装置，其特征在于所述基板载置机构的所述加热装置具有卤素灯。
17.根据权利要求11所述的基板处理装置，其特征在于所述基板载置机构的所述加热装置利用热传导加热所述支承部件。
18.根据权利要求17所述的基板处理装置，其特征在于所述基板载置机构的所述加热装置具有电阻发热加热器。
19.根据权利要求11所述的基板处理装置，其特征在于所述基板载置机构的所述支承部件设置在所述基板载置台的中央部。
20.根据权利要求13所述的基板处理装置，其特征在于还具有控制装置，其进行控制，使得所述基板载置机构的所述加热装置根据所述基板载置台的温度加热所述接合部附近。
全文摘要
本发明提供一种基板载置机构(10)，其具有在基板处理装置(100)的处理容器内，载置基板(W)并对基板进行加热的基板加热功能，包括基板载置台(11)，具有载置基板(W)的基体(11a)、和加热设置在基体(11a)上的基板(W)的发热体(13)；上端与基板载置台(11)接合，下端安装于处理容器中的支承部件(12)；和加热支承部件(12)的加热装置(17)。
文档编号H01L21/205GK101031670SQ20068000089
公开日2007年9月5日 申请日期2006年7月11日 优先权日2005年7月14日
发明者小松智仁 申请人:东京毅力科创株式会社